JP5244003B2 - Ｓｅｍ−ｆｉｂ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法及び装置に関し、更に詳しくはメタルデポジション銃やマニピュレータ等の導電体が試料室に挿入されても試料観察位置がずれないようにしたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法及び装置に関する。

一般の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、２次電子検出器のコレクタ電極にプラス電界を印加することで、２次電子の検出効率を向上させている。一方、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の鏡筒と集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）の鏡筒とが同じ試料室に取り付けられたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置が知られている。このＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置では、ＳＥＭとＦＩＢそれぞれの照射位置が一致するように機械的に設定されている。

このようなＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置は、ＦＩＢで試料の一部をスパッタリング加工し、スパッタリング加工した面の像をＳＥＭで観察するような用途に用いられる場合が多い。ＦＩＢの集束されたイオンビームで試料上を走査すると、試料表面がスパッタエッチングされると同時に、その試料表面からイオン励起による２次電子が発生する。イオン励起による２次電子も、電子線励起の２次電子と同様に、試料室に取り付けられた２次電子検出器で検出される。

この時、ＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置では、一般的なＳＥＭに取り付けられている２次電子の捕獲効率を向上するためのコレクタ電極無しで２次電子を検出する場合が多い。
従来のこの種の装置としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）において、２次電子検出器のコレクタの電界強度の変化に応じて電子線（又は粒子線）の偏向量を変えるようにする技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−６７１３７号公報（段落００２０〜００２５、図１，図２）

前述したように、一般の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、２次電子検出器のコレクタ電極にプラス電界を印加することで、２次電子の検出効率を向上させている。一方、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の鏡筒と集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）の鏡筒とが同じ試料室に取り付けられたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置が知られている。このＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置では、ＳＥＭとＦＩＢそれぞれの照射位置が一致するように機械的に設定されている。

２次電子検出器コレクタからの電界は、ＳＥＭ，ＦＩＢの照射位置に電界を漏らすため、例えば保護膜生成のためのメタルデポジション銃やナノマニピュレータなどの導電体が試料近傍に挿入されると、２次電子検出器のコレクタからの電界が乱され、ＳＥＭ，ＦＩＢそれぞの１次電子線，イオンビームの軌道が曲がり、メタルデポジション銃やナノマニピュレータが挿入される前と試料観察位置がずれてしまう。このため、従来のＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置では、２次電子検出器コレクタを用いることができず、十分な２次電子を検出することができなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、メタルデポジション銃やナノマニピュレータ等の導電体が挿入されても試料観察位置がずれてしまうことのないＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法及び装置を提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
（１）請求項１記載の発明は、走査型電子顕微鏡のＳＥＭ鏡筒と、集束イオンビーム装置のＦＩＢ鏡筒とが同じ試料室に取り付けられたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法であって、装置全体の動作を制御するための制御装置を設け、２次電子検出器の先端に設けられたコレクタ電極へ印加する電圧をオンにした状態とオフにした状態との違いで生じるＳＥＭ鏡筒からの電子ビームと、ＦＩＢ鏡筒からのイオンビームの照射位置のずれを補正するためのイメージシフト量を記憶した補正テーブルを予め前記制御装置内に記憶しておき、導電体が前記試料室に挿入された時に、前記コレクタ電極へ印加する電圧をオフし、前記ＳＥＭ鏡筒とＦＩＢ鏡筒に所定の加速電圧が印加された状態における前記補正テーブルに記憶されているイメージシフト補正量を読み出してＳＥＭ鏡筒からのイメージシフト信号及びＦＩＢ鏡筒からのイメージシフト信号に重畳し、この状態で得られた２次電子像を表示手段に表示する、ように構成されたことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、前記補正テーブルに、コレクタ電極へ印加する電圧をオフにした状態で像のコントラストが最適になる２次電子検出器のコントラスト補正量を更に前記補正テーブルに追加記憶させておき、この状態で、ビーム位置補正及びコントラスト補正された２次電子像を表示手段に表示するように構成されたことを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、走査型電子顕微鏡のＳＥＭ鏡筒と、集束イオンビーム装置のＦＩＢ鏡筒とが同じ試料室に取り付けられたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正装置であって、装置全体の動作を制御するための制御装置と、２次電子検出器の先端に設けられたコレクタ電極へ印加する電圧をオンにした状態とオフにした状態との違いで生じるＳＥＭ鏡筒からの電子ビームと、ＦＩＢ鏡筒からのイオンビームの照射位置のずれを補正するためのイメージシフト量を記憶する補正テーブルと、ＳＥＭ像又はＦＩＢ装置像を表示する表示手段と、を具備し、導電体が前記試料室に挿入された時に、前記コレクタ電極へ印加する電圧をオフし、前記ＳＥＭ鏡筒とＦＩＢ鏡筒に所定の加速電圧が印加された状態における、前記補正テーブルに記憶されているイメージシフト補正量を読み出してＳＥＭ鏡筒からのイメージシフト信号及びＦＩＢ鏡筒からのイメージシフト信号に重畳し、この状態で得られた２次電子像を前記表示手段に表示するように構成されたことを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、前記補正テーブルに、コレクタ電極へ印加する電圧をオフにした状態で、像のコントラストが最適になる２次電子検出器のコントラスト補正量を更に前記補正テーブルに追加記憶させておき、この状態で、ビーム位置補正及びコントラスト補正された２次電子像を表示手段に表示するように構成されたことを特徴とする。

（５）請求項５記載の発明は、前記導電体は、メタルデポジション銃，ナノマニピュレータ，リトラクト式反射電子検出器の少なくとも何れかであることを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、メタルデポジション銃やナノマニピュレータ等の導電体が挿入されても試料観察位置がずれてしまうことのないＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法を提供することができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、ＳＥＭ像をコントラストよく表示手段に表示させることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、メタルデポジション銃やナノマニピュレータ等の導電体が挿入されても試料観察位置がずれてしまうことのないＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正装置を提供することができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、ＳＥＭ像をコントラストよく表示手段に表示させることができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、前記導電体は、メタルデポジション銃，ナノマニピュレータ，リトラクト式反射電子検出器の少なくとも何れかが試料室に挿入されても試料観察位置がずれないようにすることができる。

本発明の一実施の形態を示す構成図である。 補正テーブルの構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図において、１はその内部に試料が載置される試料室、２は該試料室１に取り付けられたＳＥＭ鏡筒、３は同じく試料室１に取り付けられたＦＩＢ鏡筒、４は同じく試料室１に取り付けられた、試料に保護膜生成を行なうためのメタルデポジション銃、５は同じく試料室１に取り付けられた２次電子検出器である。

６は試料室１内に配置された試料、７は２次電子検出器５の先端部に設けられたコレクタ電極、８は該コレクタ電極７に所定の電圧を印加するためのコレクタ電源、９は２次電子検出器５から制御装置２０に送られるコントラスト調整信号、１０は制御装置２０からＳＥＭ鏡筒２に与えられるＳＥＭイメージシフト信号、１１は制御装置２０からＦＩＢ鏡筒３に送られるＦＩＢイメージシフト信号である。

１２は制御装置２０からＳＥＭ鏡筒２に与えられるＳＥＭ照射電流調整信号である。２０はＳＥＭ鏡筒２及びＦＩＢ鏡筒３の動作を制御するための装置全体の動作を制御する制御装置である。該制御装置２０としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が用いられる。５ａはＳＥＭイメージシフト信号により電子線をシフトさせるための偏向コイル、１１ａはＦＩＢイメージシフト信号１１によりイオンビームをシフトさせるためのイメージシフト電極である。

２１は該制御装置２０内に記憶されるＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置を制御するための補正データ及びコントラストを調整するための補正データが記憶される補正テーブルである。該補正テーブル２１は、制御装置２０内のメモリに設けられる。２２はＳＥＭ像等を表示する表示装置である。該表示装置２２としては、例えばＣＲＴやＬＣＤ等が用いられる。２３は制御装置２０に取り付けられたデータやコマンド等を入力するための操作部である。該操作部２３としては、例えばキーボードやマウス等の座標入力装置が用いられる。

該制御装置２０からはＦＩＢ鏡筒３に対してＦＩＢイメージシフト信号１１が与えられ、ＳＥＭ鏡筒２にＳＥＭイメージシフト信号１０が与えられ、ＳＥＭ鏡筒２にＳＥＭ照射電流調整信号１２が与えられる。また、２次電子検出器５から制御装置２０に対してコントラスト調整信号９が与えられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

ＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置で、ＳＥＭによる通常観察時やＦＩＢによる試料加工時は、制御装置２０は、コレクタ電源８に制御信号を与え、２次電子検出器５のコレクタ電極７に一定の（概ね３００Ｖ程度）プラス電圧を印加する。この結果、試料６の近傍に電位が漏れることになり、試料６から発生する２次電子の捕獲効率を向上させることができる。

試料６とコレクタ電極７の位置関係は装置により異なるが、プライマリ（１次）の電子線及びイオンビームに与える影響は予め予測することができる。従って、試料６とコレクタ電極７の位置関係が１次電子線及びイオンビームに与える影響を補正して、１次電子線照射及びイオンビーム照射を行なうことができる。

一方、ＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置で保護膜生成などのために用いられるメタルデポジション銃４は、通常試料室１の上方に設置され、必要な時にリトラクト機構を用いて試料近傍に挿入するようになっている。このため、メタルデポジション銃４を挿入すると、試料６とコレクタ電極７間の電界が乱されるため、ＳＥＭ，ＦＩＢのプライマリビームの照射位置がずれてしまう。この場合において、メタルデポジション銃の挿入位置は、毎回同じ場所に設置される保証がないため、プライマリビームの照射位置ずれを予測することが困難である。

そこで、本発明では以下に示すような方法で対処している。先ず、メタルデポジション銃を試料室１に挿入する際、制御装置２０はコレクタ電源８を制御して、コレクタ電極７に与えるコレクタ電源８をオフにする。コレクタ電源８をオフにしたことにより、ＳＥＭ鏡筒２とＦＩＢ鏡筒３からのプライマリビーム位置がずれるが、このズレ量は装置により予め予測することができるため、その移動量を補正するための補正テーブル２１を予め制御装置２０内に準備しておく。

図２は補正テーブル２１の構成例を示す図である。（ａ）はＳＥＭ系の補正テーブル、（ｂ）はＦＩＢ系の補正テーブルである。（ａ）も（ｂ）も加速電圧（ｋＶ）をパラメータとして、最適なイメージシフト補正量と２次電子検出器に対するコントラスト調整量が記憶されている。例えば（ａ）において、加速電圧２５ｋＶにおけるＳＥＭ系のイメージシフト補正量はＩＳ₂₅、その時のコントラスト調整量はＣＳ₂₅である。他の加速電圧値に対するイメージシフト補正量とコントラスト調整量についても同様である。（ｂ）において、加速電圧５ｋＶにおけるイメージシフト補正量はＩＦ₅、コントラスト調整量はＣＦ₅である。

例えば、イメージシフト補正量ＩＳ₃₀は、加速電圧３０ｋＶでＳＥＭ鏡筒２から電子線を試料６に照射している時、コレクタ電極７に印加する電圧がオフされたらＳＥＭイメージシフト信号に重畳するイメージシフト補正量（Ｘ，Ｙ方向）である。同様に、ＣＳ₃₀は２次電子検出器５のコントラスト調整に用いる光電子増倍管（ＰＭＴ）の増幅器の電圧に重畳するコントラスト補正量である。２次電子検出器５の電子検出効率は、コレクタ電極に印加する電圧をオフにすると、小さくなるため、２次電子検出器５から出力されるコントラスト調整信号の増幅率を上げる必要がある。

コレクタ電極７に印加する電圧のオン／オフによるプライマリビーム位置ずれ量は、ＳＥＭ（電子ビーム）とＦＩＢ（イオンビーム）とで異なる。また、電子ビーム照射とイオンビーム照射との２次電子発生効率の違いによりコントラスト補正量も異なるため、ＳＥＭとＦＩＢとでそれぞれ別の補正テーブルが必要となる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

先ず、操作部２３からオペレータが装置の動作モードをＳＥＭ観察モードに設定すると、ＳＥＭ鏡筒２の動作が実現される。つまり、電子銃（図示せず）から出射された電子線が電子レンズで細かく絞られ、試料６上を走査する。この場合において、メタルデポジション銃４が挿入されていることによるＳＥＭイメージシフト補正量が補正テーブル２１から読み出されてイメージシフト信号に重畳され、試料６上を走査する。この結果、メタルデポジション銃４が挿入されたことに基づくビーム照射位置が補正される。

また、この時試料６から発生する２次電子線は２次電子検出器５で検出されるが、コレクタ電極７がオフのため、２次電子捕獲効率がよくない。そこで、２次電子検出器５から出力されるコントラスト調整信号が続く増幅器（図示せず）で、補正テーブル２１に記憶されているコントラスト補正値と重畳される。この結果、コレクタ電極７の増幅率を向上させてコントラスト信号が最適な値に調整されるので、コントラストのよいＳＥＭ像を表示装置２２で観察することができる。

図２に示す補正テーブルの補正量は、理論的に計算することも可能であるが、より精度の高い値を得るためには、実測することが望ましい。ＦＩＢの加速電圧は、通常２つ程度に固定されているが、ＳＥＭは加速電圧を細かく変えることができるため、例えば５ｋＶ間隔で実測値を求め、間の加速電圧は近似関数で補間するようにしてもよい。このようにして、表示装置２２には、ビーム照射位置が補正されたＳＥＭ像が表示される。

上述の実施例では、導電体としてメタルデポジション銃を用いた場合を例にとったが、本願発明はこれに限るものではなく、ナノマニピュレータやリトラクト式反射電子検出器等のリトラクト式の機構を持つ導電体を用いても同様に適用することができる。また、メタルデポジション銃，ナノマニピュレータ，リトラクト式反射電子検出器の内の一つ又は複数又は全部の導電体を試料室に取り付けても同様に適用することができる。

本発明によれば、メタルデポジション銃やナノマニピュレータ等の導電体が挿入されても試料観察位置がずれてしまうことのないＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法を提供することができる。また、ＳＥＭ像をコントラストよく表示手段に表示させることができる。また、前記導電体は、メタルデポジション銃，ナノマニピュレータ，リトラクト式反射電子検出器の少なくとも何れかが試料室に挿入されても試料観察位置がずれないようにすることができる。

１ 試料室
２ ＳＥＭ鏡筒
３ ＦＩＢ鏡筒
４ メタルデポジション銃
５ ２次電子検出器
６ 試料
７ コレクタ電極
８ コレクタ電源
１５ イオンポンプ
２０ 制御装置
２１ 補正テーブル
２２ 表示装置
２３ 操作部

Claims (5)

1. 走査型電子顕微鏡のＳＥＭ鏡筒と、集束イオンビーム装置のＦＩＢ鏡筒とが同じ試料室に取り付けられたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法であって、
   装置全体の動作を制御するための制御装置を設け、
   ２次電子検出器の先端に設けられたコレクタ電極へ印加する電圧をオンにした状態とオフにした状態との違いで生じるＳＥＭ鏡筒からの電子ビームと、ＦＩＢ鏡筒からのイオンビームの照射位置のずれを補正するためのイメージシフト量を記憶した補正テーブルを予め前記制御装置内に記憶しておき、
   導電体が前記試料室に挿入された時に、前記コレクタ電極へ印加する電圧をオフし、前記ＳＥＭ鏡筒とＦＩＢ鏡筒に所定の加速電圧が印加された状態における前記補正テーブルに記憶されているイメージシフト補正量を読み出してＳＥＭ鏡筒からのイメージシフト信号及びＦＩＢ鏡筒からのイメージシフト信号に重畳し、
   この状態で得られた２次電子像を表示手段に表示する、
   ように構成されたことを特徴とするＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法。
2. 前記補正テーブルに、コレクタ電極へ印加する電圧をオフにした状態で像のコントラストが最適になる２次電子検出器のコントラスト補正量を更に前記補正テーブルに追加記憶させておき、
   この状態で、ビーム位置補正及びコントラスト補正された２次電子像を表示手段に表示する、
   ように構成されたことを特徴とする請求項１記載のＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正方法。
3. 走査型電子顕微鏡のＳＥＭ鏡筒と、集束イオンビーム装置のＦＩＢ鏡筒とが同じ試料室に取り付けられたＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正装置であって、
   装置全体の動作を制御するための制御装置と、
   ２次電子検出器の先端に設けられたコレクタ電極へ印加する電圧をオンにした状態とオフにした状態との違いで生じるＳＥＭ鏡筒からの電子ビームと、ＦＩＢ鏡筒からのイオンビームの照射位置のずれを補正するためのイメージシフト量を記憶する補正テーブルと、
   ＳＥＭ像又はＦＩＢ装置像を表示する表示手段と、
   を具備し、
   導電体が前記試料室に挿入された時に、前記コレクタ電極へ印加する電圧をオフし、前記ＳＥＭ鏡筒とＦＩＢ鏡筒に所定の加速電圧が印加された状態における、前記補正テーブルに記憶されているイメージシフト補正量を読み出してＳＥＭ鏡筒からのイメージシフト信号及びＦＩＢ鏡筒からのイメージシフト信号に重畳し、
   この状態で得られた２次電子像を前記表示手段に表示する、
   ように構成されたことを特徴とするＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正装置。
4. 前記補正テーブルに、コレクタ電極へ印加する電圧をオフにした状態で、像のコントラストが最適になる２次電子検出器のコントラスト補正量を更に前記補正テーブルに追加記憶させておき、
   この状態で、ビーム位置補正及びコントラスト補正された２次電子像を表示手段に表示する、
   ように構成されたことを特徴とする請求項３記載のＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正装置。
5. 前記導電体は、メタルデポジション銃，ナノマニピュレータ，リトラクト式反射電子検出器の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項３記載のＳＥＭ−ＦＩＢ複合装置におけるビーム照射位置の補正装置。

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