JP5531515B2 - Charged particle beam irradiation apparatus and method for adjusting axis alignment of the apparatus - Google Patents

Charged particle beam irradiation apparatus and method for adjusting axis alignment of the apparatus Download PDF

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本発明は、走査電子顕微鏡、電子線微小部分析装置等の分析装置・観察装置、電子ビーム描画装置、イオンビーム微細加工装置等の半導体製造装置、電子ビーム加工機などの産業用装置など、電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子を利用する各種装置において荷電粒子ビームを試料等の対象物に照射する荷電粒子ビーム照射装置、及び、そうした荷電粒子ビーム照射装置において荷電粒子ビームの光軸を調整する軸合わせ調整方法に関する。   The present invention relates to an electronic apparatus such as a scanning electron microscope, an analysis apparatus / observation apparatus such as an electron beam microanalysis apparatus, an electron beam drawing apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus such as an ion beam micromachining apparatus, and an industrial apparatus such as an electron beam processing machine. Charged particle beam irradiation apparatus for irradiating an object such as a sample with a charged particle beam in various apparatuses using charged particles such as a beam and an ion beam, and adjusting the optical axis of the charged particle beam in such a charged particle beam irradiation apparatus The present invention relates to an alignment adjustment method.

例えば電子線マイクロアナライザ(EPMA)等の荷電粒子を利用した装置では、荷電粒子源から出射された荷電粒子ビームを観察対象物や加工物上の照射位置に正確に照射する必要がある。例えば一般的なEPMAでは、電子銃から出射した電子ビームを収束レンズで一旦収束させ、収束後に発散する電子ビームをアパーチャに通してビーム径を制限して対物レンズに導入する。そして、対物レンズにより電子ビームを絞って試料表面に照射する(例えば特許文献1参照)。   For example, in an apparatus using charged particles such as an electron beam microanalyzer (EPMA), it is necessary to accurately irradiate an irradiation position on an observation object or workpiece with a charged particle beam emitted from a charged particle source. For example, in a general EPMA, an electron beam emitted from an electron gun is once converged by a converging lens, and an electron beam that diverges after convergence is passed through an aperture to be introduced into an objective lens by limiting the beam diameter. Then, the electron beam is focused by the objective lens and irradiated onto the sample surface (see, for example, Patent Document 1).

こうした荷電粒子ビーム照射装置において微小径の荷電粒子ビームを試料や加工物上の所定位置に正確に照射するには、荷電粒子ビームの軸合わせを高精度に行う必要がある。従来一般に、荷電粒子ビームの軸合わせを行うために、磁場や電場の作用により荷電粒子ビームを偏向させる偏向器が用いられている。例えば特許文献1、2などでは、荷電粒子源と収束レンズとの間に、即ち、収束レンズの入口側に光学系の軸方向に沿って二段の偏向器を設け、この偏向器により荷電粒子ビームを偏向させることで該ビームの光軸(軌道中心)と収束レンズ及び対物レンズの中心とを合わせるようにしている。   In such a charged particle beam irradiation apparatus, in order to accurately irradiate a charged particle beam having a small diameter to a predetermined position on a sample or a workpiece, it is necessary to perform axial alignment of the charged particle beam with high accuracy. Conventionally, a deflector that deflects a charged particle beam by the action of a magnetic field or an electric field is generally used to perform axial alignment of the charged particle beam. For example, in Patent Documents 1 and 2 and the like, a two-stage deflector is provided between the charged particle source and the converging lens, that is, on the entrance side of the converging lens along the axial direction of the optical system. By deflecting the beam, the optical axis (orbit center) of the beam is aligned with the centers of the converging lens and the objective lens.

ところで、特許文献3に記載の荷電粒子ビーム照射装置では、試料表面における荷電粒子ビームの入射開き角を調整する等の目的で、収束レンズが独立に制御可能な二段のコンデンサレンズ(電磁レンズ)で構成されている。こうした構成においては、収束レンズの二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心を荷電粒子ビームが通過するように軸合わせを行う必要がある。さらにまた、収束レンズで収束された荷電粒子ビームの光軸が対物レンズの中心を通ることも必要である。   By the way, in the charged particle beam irradiation apparatus described in Patent Document 3, a two-stage condenser lens (electromagnetic lens) whose focusing lens can be independently controlled for the purpose of adjusting the incident opening angle of the charged particle beam on the sample surface. It consists of In such a configuration, it is necessary to perform axial alignment so that the charged particle beam passes through the center of each of the two condenser lenses of the converging lens. Furthermore, it is necessary that the optical axis of the charged particle beam converged by the converging lens passes through the center of the objective lens.

収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心とが一直線上に位置している場合には、上述したような収束レンズの入口側に設けた二段の偏向器により適切な軸合わせが可能である。二段のコンデンサレンズの一方を他方に対して移動させることが可能な構成である場合、上記のように二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心とが一直線上になるように機械的な調整を行うことができる。   When the center of each of the two-stage condenser lenses constituting the converging lens and the center of the objective lens are aligned, the two-stage deflector provided on the entrance side of the converging lens as described above. Appropriate alignment is possible. When it is possible to move one of the two-stage condenser lenses with respect to the other, the machine is arranged so that the center of each of the two-stage condenser lenses and the center of the objective lens are in a straight line as described above. Adjustments can be made.

しかしながら、二段のコンデンサレンズが一体化された構成の場合、具体的には例えば、収束レンズを構成するポールピースが一体構造であるような場合には、二段のコンデンサレンズの相対的な位置関係を調整することができない。そのために、収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心とに荷電粒子ビームを通過させることができないことがある。   However, when the two-stage condenser lens is integrated, specifically, for example, when the pole piece constituting the converging lens has an integral structure, the relative position of the two-stage condenser lens. The relationship cannot be adjusted. Therefore, the charged particle beam may not be allowed to pass through the center of each of the two-stage condenser lenses constituting the converging lens and the center of the objective lens.

例えば収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズの中心と荷電粒子ビームとに軸ずれがあると、収束レンズをダイナミックに駆動したときにビーム軸がずれてしまうため、試料面でのビームの収束性が悪くなって大きな電流を得ることができないという問題がある。また、ビーム軸が対物レンズの中心からずれてしまうため、対物レンズの強さ(磁場強度)を変化させると試料面でのビームの照射位置が移動してしまうという問題がある。   For example, if there is a misalignment between the center of the two-stage condenser lens constituting the converging lens and the charged particle beam, the beam axis will deviate when the converging lens is driven dynamically. There is a problem that a large current cannot be obtained due to deterioration. Further, since the beam axis is deviated from the center of the objective lens, there is a problem that the irradiation position of the beam on the sample surface moves when the strength (magnetic field strength) of the objective lens is changed.

特開2004−134300号公報JP 2004-134300 A 特開2002−257997号公報JP 2002-257997 A 特開平8−138600号公報JP-A-8-138600 特開平9−73870号公報JP-A-9-73870

本発明は上記課題を解決するためになされたものあり、二段のコンデンサレンズからなる収束レンズと対物レンズとを有する荷電粒子ビーム照射装置において、荷電粒子ビームの軸合わせの調整を正確に行うことができ、それによって収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズの制御や対物レンズの制御によっても荷電粒子ビームの位置ずれを生じないようにすることを主な目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a charged particle beam irradiation apparatus having a converging lens composed of a two-stage condenser lens and an objective lens, accurately adjusting the axis alignment of the charged particle beam. The main object is to prevent the charged particle beam from being displaced even by controlling the two-stage condenser lens constituting the converging lens and controlling the objective lens.

上記課題を解決するためになされた本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子源と荷電粒子ビームの照射対象面との間に、その両者を結ぶ軸に沿って、前記荷電粒子源から出射された荷電粒子ビームを収束する軸方向に配設された二段のコンデンサレンズからなる収束レンズと、該収束レンズにより収束された荷電粒子ビームのビーム径を制限する開口が設けられた対物アパーチャ板と、該対物アパーチャ板の開口を通過した荷電粒子ビームを前記照射対象面上に収束させる対物レンズと、を具備する荷電粒子ビーム照射装置において、
前記荷電粒子源と前記収束レンズとの間に配置された入口側ビーム偏向手段と、前記収束レンズと前記対物アパーチャ板との間に配置された出口側ビーム偏向手段と、を備え、
前記2つのビーム偏向手段はそれぞれ、荷電粒子ビームを偏向させる軸方向に二段の偏向器からなることを特徴としている。
A charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, is provided between a charged particle source and a charged particle beam irradiation target surface along an axis connecting the two from the charged particle source. An objective aperture provided with a converging lens composed of a two-stage condenser lens arranged in the axial direction for converging the emitted charged particle beam, and an aperture for limiting the beam diameter of the charged particle beam converged by the converging lens In a charged particle beam irradiation apparatus comprising: a plate; and an objective lens that converges the charged particle beam that has passed through the opening of the objective aperture plate on the irradiation target surface.
An entrance-side beam deflecting means disposed between the charged particle source and the converging lens, and an exit-side beam deflecting means disposed between the converging lens and the objective aperture plate,
Each of the two beam deflecting means comprises two stages of deflectors in the axial direction for deflecting the charged particle beam.

上記偏向器は、磁場の作用及び電場の作用のいずれかを利用して、荷電粒子ビームを任意の方向に任意の角度だけ偏向させるものである。収束レンズの入口側と出口側とにそれぞれ配設されたビーム偏向手段は、こうした二段の偏向器から構成される。収束レンズの入口側に設置された二段の偏向器の偏向方向及び偏向強度を適宜に設定することにより、その後段の二段のコンデンサレンズの中心の相対的なずれがどのような状態であっても、ビーム光軸がそれら2つのレンズ中心を通過するように軸合わせを行うことができる。また、収束レンズの出口側に設置された二段の偏向器には、上記のように二段のコンデンサレンズの中心の相対的なずれに応じて、軸方向に対して傾いた光軸をもつビームが入射するが、収束レンズの出口側に設置された二段の偏向器の偏向方向及び偏向強度を適宜に設定することにより、対物アパーチャ板の開口中心と対物レンズの中心を通るようにビームの傾きを修正することができる。   The deflector deflects the charged particle beam in an arbitrary direction by an arbitrary angle using either an action of a magnetic field or an electric field. The beam deflection means respectively disposed on the entrance side and the exit side of the converging lens is composed of such a two-stage deflector. By appropriately setting the deflection direction and deflection intensity of the two-stage deflector installed on the entrance side of the converging lens, the relative deviation of the center of the two-stage condenser lens in the subsequent stage can be determined. However, the axis alignment can be performed so that the beam optical axis passes through the centers of the two lenses. Also, the two-stage deflector installed on the exit side of the converging lens has an optical axis inclined with respect to the axial direction according to the relative deviation of the center of the two-stage condenser lens as described above. Although the beam is incident, the beam passes through the center of the aperture of the objective aperture plate and the center of the objective lens by appropriately setting the deflection direction and the deflection intensity of the two-stage deflector installed on the exit side of the converging lens. Can be corrected.

即ち、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置の一態様として、
前記2つのビーム偏向手段をそれぞれ、軸方向に対し傾いて入射する荷電粒子ビームの傾きを修正して軸方向に出射させる第1のモードと、軸方向に入射する荷電粒子ビームを軸方向に対し傾けて出射させる第2のモードと、のいずれかで動作させるべく駆動を行う偏向制御手段を備え、
前記入口側ビーム偏向手段を第2のモードで動作させることで、荷電粒子ビームが前記収束レンズの二段のコンデンサレンズのそれぞれのレンズ中心を通過するようにその光軸を調整し、前記出口側ビーム偏向手段を第1のモードで動作させることで、荷電粒子ビームが前記対物アパーチャ板の開口中心を通過するように、また、前記出口側ビーム偏向手段を第2のモードで動作させることで、荷電粒子ビームが前記対物レンズのレンズ中心を通過するようにその光軸を調整可能とすることができる。
That is, as one aspect of the charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention,
A first mode in which each of the two beam deflecting means corrects a tilt of an incident charged particle beam inclined with respect to the axial direction and emits the charged particle beam in the axial direction, and a charged particle beam incident in the axial direction with respect to the axial direction. A deflection control means for driving to operate in any one of the second mode for emitting light at an angle;
By operating the entrance side beam deflecting means in the second mode, the optical axis is adjusted so that the charged particle beam passes through the respective lens centers of the two-stage condenser lenses of the convergent lens, and the exit side By operating the beam deflection means in the first mode so that the charged particle beam passes through the aperture center of the objective aperture plate, and by operating the exit side beam deflection means in the second mode, The optical axis can be adjusted so that the charged particle beam passes through the lens center of the objective lens.

また、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置は、前記照射対象面上における荷電粒子ビームの照射領域を検出する検出手段と、前記出口側ビーム偏向手段、又は、前記対物アパーチャ板と前記対物レンズとの間に配設されたビーム走査手段、の少なくとも一方に走査信号が与えられた状態で前記検出手段による検出信号に基づいて走査像を作成して出力する走査像形成手段と、をさらに備え、
前記走査像形成手段により得られる走査像を利用して前記2つのビーム偏向手段に対する制御パラメータを調整可能とした構成とすることが好ましい。
Moreover, the charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention includes a detection unit that detects an irradiation region of the charged particle beam on the irradiation target surface, the exit side beam deflection unit, or the objective aperture plate and the objective lens. A scanning image forming means for generating and outputting a scanning image based on a detection signal from the detection means in a state where a scanning signal is applied to at least one of the beam scanning means disposed between,
It is preferable that the control parameters for the two beam deflecting units can be adjusted using a scanning image obtained by the scanning image forming unit.

上記検出手段は、例えば特許文献2に開示されているように、照射対象面上に設置された電子検出電極とすることができる。また、例えばEPMAのように試料の表面観察を行うために二次電子検出器などが設けられている場合には、既知のパターンが表面に形成された試料を照射対象面上に設置し、そのときに得られる二次電子に基づいて作成される画像情報から荷電粒子ビームの照射領域を検出することができる。   For example, as disclosed in Patent Document 2, the detection means may be an electron detection electrode installed on the irradiation target surface. In addition, when a secondary electron detector or the like is provided for observing the surface of the sample, such as EPMA, a sample having a known pattern formed on the surface is placed on the irradiation target surface, The irradiation region of the charged particle beam can be detected from image information created based on the secondary electrons sometimes obtained.

荷電粒子ビームの光軸が収束レンズや対物レンズの中心からずれている場合には、照射対象面上での荷電粒子ビームの照射位置にずれが生じる。そこで、走査像形成手段は、入口側ビーム偏向手段を調整する際に、出口側ビーム偏向手段又はビーム走査手段の少なくとも一方に走査信号が与えられた状態で検出手段による検出信号に基づいて走査像を作成してオペレータに提示する。このときの走査像は対物アパーチャ板の開口に対応した像となり、そのアパーチャ像の中心が荷電粒子ビームの光軸である。これにより、入口側ビーム偏向手段による軸調整のための制御パラメータを変化させたときの軸ずれの状態が視覚的に確認できるので、パラメータの調整が容易になり、軸合わせ作業が効率的に行える。   When the optical axis of the charged particle beam is deviated from the center of the converging lens or the objective lens, a deviation occurs in the irradiation position of the charged particle beam on the irradiation target surface. Therefore, the scanning image forming unit adjusts the entrance side beam deflection unit based on the detection signal from the detection unit in a state where the scanning signal is applied to at least one of the exit side beam deflection unit or the beam scanning unit. And present it to the operator. The scanned image at this time becomes an image corresponding to the opening of the objective aperture plate, and the center of the aperture image is the optical axis of the charged particle beam. This makes it possible to visually confirm the state of the axis deviation when the control parameter for adjusting the axis by the entrance-side beam deflecting means is changed, thereby facilitating the parameter adjustment and efficiently performing the axis alignment operation. .

また本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置における軸合わせ調整方法として、
前記収束レンズの1段目のコンデンサレンズと前記電子銃とが軸方向に位置調整された状態で、まず、1段目のコンデンサレンズの駆動状態を固定し2段目のコンデンサレンズの駆動状態を変化させたときの前記走査像上のアパーチャ像が同一位置になるように、前記入口側ビーム偏向手段を第2のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整し、次に、前記アパーチャ像が画像中心にくるように、前記出口側ビーム偏向手段を第1のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整するものとすることができる。これにより、オペレータは決められた手順で正確な軸合わせを行うことができる。
Moreover, as an axis alignment adjustment method in the charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention,
With the first-stage condenser lens of the converging lens and the electron gun adjusted in the axial direction, first, the driving state of the first-stage condenser lens is fixed, and the driving state of the second-stage condenser lens is changed. The optical axis of the charged particle beam is adjusted by operating the entrance-side beam deflecting unit in the second mode so that the aperture image on the scanned image when changed is in the same position. It is possible to adjust the optical axis of the charged particle beam by operating the exit side beam deflecting means in the first mode so that the aperture image comes to the center of the image. Thereby, the operator can perform accurate axis alignment according to a predetermined procedure.

本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置及び該装置の軸合わせ調整方法によれば、収束レンズを構成する相対位置が調整できない二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心に荷電粒子ビームの光軸が通過するように軸合わせを行うことが可能である。それにより、収束レンズや対物レンズでビームの収束を調整したときにも、試料上や加工物上でビームの照射位置が移動することがない。また、試料上や加工物上でのビームの収束性が良好であるので、ビーム電流を十分に高くすることができる。その結果、例えば本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置をEPMAに適用すれば、分析感度を向上させることができるとともに、倍率等によらずに試料上の所望の領域の分析を正確に行うことができる。さらにまた、荷電粒子源を交換した際に生じる出射方向のずれも、当該磁場又は電場による軸合わせ調整方法を用いて調整することができる。   According to the charged particle beam irradiation apparatus and the alignment adjustment method of the apparatus according to the present invention, the charged particle beam is placed at the center of each of the two-stage condenser lenses and the center of the objective lens that cannot adjust the relative position of the converging lens. It is possible to align the axes so that the optical axis passes. Thereby, even when the convergence of the beam is adjusted by the converging lens or the objective lens, the irradiation position of the beam does not move on the sample or the workpiece. Further, since the beam convergence is good on the sample and the workpiece, the beam current can be made sufficiently high. As a result, for example, when the charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention is applied to EPMA, the analysis sensitivity can be improved and a desired region on the sample can be accurately analyzed regardless of the magnification or the like. it can. Furthermore, the deviation of the emission direction that occurs when the charged particle source is replaced can be adjusted by using an alignment adjustment method using the magnetic field or the electric field.

本発明の一実施例である電子ビーム照射装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an electron beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. 本実施例の電子ビーム照射装置の入口側ビーム偏向部及び出口側ビーム偏向部における電子ビーム光軸の補正動作モードを示す図。The figure which shows the correction | amendment operation mode of the electron beam optical axis in the entrance side beam deflection | deviation part and exit side beam deflection | deviation part of the electron beam irradiation apparatus of a present Example. 本実施例の電子ビーム照射装置における電子ビーム光軸調整の手順の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the procedure of the electron beam optical axis adjustment in the electron beam irradiation apparatus of a present Example. 電子ビーム光軸調整時の電子ビーム光路の模式図。The schematic diagram of the electron beam optical path at the time of electron beam optical axis adjustment. 電子ビーム光軸調整時の照射パターン画像の一例を示す図。The figure which shows an example of the irradiation pattern image at the time of electron beam optical axis adjustment. 電子ビーム光軸調整後の電子ビーム光軸の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the electron beam optical axis after electron beam optical axis adjustment.

以下、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置の一実施例であるEPMA用の電子ビーム照射装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本実施例の電子ビーム照射装置の概略構成図である。
Hereinafter, an electron beam irradiation apparatus for EPMA which is an embodiment of a charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electron beam irradiation apparatus of the present embodiment.

この電子ビーム照射装置は、電子ビーム光学系として、電子ビームEを射出する電子銃1と電子ビームが照射される試料ステージ9上に設置された電子検出電極8との間に、電子ビームを偏向して軸合わせを行う入口側ビーム偏向部2、それぞれがコンデンサレンズである第1段収束レンズ31及び第2段収束レンズ32からなる収束レンズ系3、電子ビームを偏向して軸合わせを行う出口側ビーム偏向部4、電子ビームが通過する開口が形成された対物アパーチャ板5、試料ステージ9上に載置される試料上で電子ビームの照射位置を走査する走査コイル6、及び、電子ビームを試料(この図では電子検出電極8)上に収束させる対物レンズ7、を電子銃1と試料(又は電子検出電極8)とを結ぶ軸Cに沿って備える。   This electron beam irradiation apparatus deflects an electron beam as an electron beam optical system between an electron gun 1 that emits an electron beam E and an electron detection electrode 8 installed on a sample stage 9 that is irradiated with the electron beam. Then, the entrance side beam deflecting unit 2 that performs axis alignment, the converging lens system 3 including the first stage converging lens 31 and the second stage converging lens 32, each of which is a condenser lens, and the exit that deflects the electron beam and performs axis alignment A side beam deflecting unit 4, an objective aperture plate 5 in which an aperture through which an electron beam passes is formed, a scanning coil 6 that scans an irradiation position of the electron beam on a sample placed on the sample stage 9, and an electron beam An objective lens 7 for converging on the sample (electron detection electrode 8 in this figure) is provided along an axis C connecting the electron gun 1 and the sample (or electron detection electrode 8).

電子検出電極8は常設されるものではなく、軸調整作業の際に試料ステージ9上に設置されるようにすればよい。電子検出電極8の出力は電子計測部15に入力され、その計測信号は画像処理部16に入力され、画像処理部16で作成された画像が表示部18に表示される。CPUなどを含んで構成される制御部10は、操作部17からの操作に従って、収束レンズ系3(収束レンズ31、32)及び対物レンズ7にそれぞれ制御電流を供給するレンズ電源部11、入口側ビーム偏向部2及び出口側ビーム偏向部4にそれぞれ制御電流を供給する偏向電源部12、及び走査コイル6に走査電流を供給するビーム走査電源部13をそれぞれ制御する。   The electron detection electrode 8 is not permanently installed, and may be installed on the sample stage 9 during the axis adjustment operation. The output of the electron detection electrode 8 is input to the electronic measurement unit 15, the measurement signal is input to the image processing unit 16, and the image created by the image processing unit 16 is displayed on the display unit 18. The control unit 10 including a CPU and the like includes a lens power supply unit 11 that supplies a control current to the convergent lens system 3 (convergent lenses 31 and 32) and the objective lens 7 in accordance with an operation from the operation unit 17, and an entrance side. A deflection power supply unit 12 that supplies a control current to the beam deflection unit 2 and the exit-side beam deflection unit 4 and a beam scanning power supply unit 13 that supplies a scanning current to the scanning coil 6 are controlled.

第1段及び第2段収束レンズ31、32はそれぞれ電磁レンズであり、電子ビームの通過領域を制限するアパーチャ(コンデンサ用アパーチャ)31a、32aをそれぞれ備える。通常、後段のアパーチャ32aの開口サイズは前段のアパーチャ31aの開口サイズよりも一回り大きい。収束レンズ系3は二段の収束レンズ31、32が軸C方向に所定距離離した状態で一体化された部品である。したがって、収束レンズ31、32の相対位置関係は固定されており、一方を他方に対して位置調整することはできない。   The first-stage and second-stage converging lenses 31 and 32 are electromagnetic lenses, respectively, and are provided with apertures (capacitor apertures) 31a and 32a that limit the passage region of the electron beam. Normally, the opening size of the rear aperture 32a is slightly larger than the opening size of the front aperture 31a. The converging lens system 3 is a component in which the two-stage converging lenses 31 and 32 are integrated with a predetermined distance apart in the axis C direction. Therefore, the relative positional relationship between the converging lenses 31 and 32 is fixed, and the position of one cannot be adjusted with respect to the other.

入口側ビーム偏向部2及び出口側ビーム偏向部4は基本的に同じ構成であり、例えば入口側ビーム偏向部2は、軸C方向に沿って所定間隔離して配置された第1、第2なる二段の偏向器21、22からなる。1つの偏向器21又は22は、軸Cに直交し且つ互いに直交する方向(図1中のX、Y方向)に配置された1組のアライメントコイルからなり、これらX方向及びY方向のアライメントコイルにそれぞれ供給する電流の大きさ及び両者の比率を調整することにより、通過する電子ビームを任意の方向に任意の角度で曲げることができる。したがって、入口側ビーム偏向部2及び出口側ビーム偏向部4ではそれぞれ、軸C方向に所定距離離れた2箇所の位置で異なる方向及び異なる角度で電子ビームを偏向させることができる。   The entrance-side beam deflecting unit 2 and the exit-side beam deflecting unit 4 have basically the same configuration. For example, the entrance-side beam deflecting unit 2 has a first and a second arranged so as to be separated by a predetermined distance along the axis C direction. It consists of two stages of deflectors 21 and 22. One deflector 21 or 22 is composed of a pair of alignment coils arranged in directions (X and Y directions in FIG. 1) orthogonal to the axis C and orthogonal to each other, and these X and Y alignment coils. By adjusting the magnitude of the current supplied to each and the ratio of both, the passing electron beam can be bent in any direction at any angle. Therefore, each of the entrance side beam deflecting unit 2 and the exit side beam deflecting unit 4 can deflect the electron beam in different directions and different angles at two positions separated by a predetermined distance in the direction of the axis C.

なお、本実施例の構成では、アライメントコイルにより形成される磁場の作用により電子ビームを偏向させるようにしているが、電場の作用により電子ビームを偏向させる構成としてもよい。即ち、アライメントコイルに代えて、軸Cを挟んで互いに直交する方向(X、Y方向)に配置した電極板を用い、該電極板に印加する電圧を調整することで電子ビームの偏向方向や角度を制御することができる。   In the configuration of the present embodiment, the electron beam is deflected by the action of the magnetic field formed by the alignment coil. However, the electron beam may be deflected by the action of the electric field. That is, instead of the alignment coil, an electrode plate arranged in directions orthogonal to each other (X and Y directions) with the axis C interposed therebetween is used, and the voltage applied to the electrode plate is adjusted to adjust the deflection direction and angle of the electron beam. Can be controlled.

この電子ビーム照射装置を用いたEPMAの基本的な分析動作(観察動作)は次の通りである。
電子銃1から出射した電子ビームはほぼ軸Cに沿って拡がりつつ進み、収束レンズ系3により一旦収束される。実際には、図4に示すように、第1段収束レンズ31と第2段収束レンズ32との間に第1段収束レンズ31による焦点が存在し、ここに一旦収束された後に拡がる電子ビームが第2段収束レンズ32により対物アパーチャ板5の手前の焦点に収束される。対物アパーチャ板5の開口を通過する際に電子ビームEの外縁部は遮蔽され、該開口を通過した電子ビームが対物レンズ7により試料ステージ9上に載置された試料(図1では電子検出電極8に相当)上に収束される。
The basic analysis operation (observation operation) of EPMA using this electron beam irradiation apparatus is as follows.
The electron beam emitted from the electron gun 1 travels while spreading substantially along the axis C and is once converged by the converging lens system 3. Actually, as shown in FIG. 4, the focal point of the first stage converging lens 31 exists between the first stage converging lens 31 and the second stage converging lens 32, and the electron beam which is once converged here and then spreads. Is converged to the focal point in front of the objective aperture plate 5 by the second stage converging lens 32. When passing through the opening of the objective aperture plate 5, the outer edge of the electron beam E is shielded, and the electron beam that has passed through the opening is placed on the sample stage 9 by the objective lens 7 (in FIG. 1, an electron detection electrode). Equivalent to 8).

EPMAでは、この電子ビームの照射により試料からX線が放出され、試料上方に配置された図示しないX線検出器により検出される。また同時に試料から2次電子が放出され、試料に近接して配置された図示しない2次電子検出部により検出される。   In EPMA, X-rays are emitted from a sample by irradiation of this electron beam, and detected by an X-ray detector (not shown) disposed above the sample. At the same time, secondary electrons are emitted from the sample and detected by a secondary electron detector (not shown) disposed in proximity to the sample.

制御部10がビーム走査電源部13を介して走査コイル6に供給する駆動電流を所定のパターンに従って変化させる(走査する)と、走査コイル6により形成される磁場の作用により電子ビームが偏向され、試料上で電子ビームの当たる位置がX−Y面内で走査される。それにより、試料上に順次電子ビームを照射して、その範囲における試料表面情報を取得することができる。   When the control unit 10 changes (scans) the driving current supplied to the scanning coil 6 via the beam scanning power supply unit 13 according to a predetermined pattern, the electron beam is deflected by the action of the magnetic field formed by the scanning coil 6, The position where the electron beam strikes on the sample is scanned in the XY plane. Thereby, an electron beam is sequentially irradiated on the sample, and the sample surface information in the range can be acquired.

走査コイル6による磁場がない場合、電子銃1から出射した電子ビームが試料に達するまでの光軸は軸Cに一致するのが理想的である。しかしながら、実際には、収束レンズ系3や対物レンズ7のレンズ中心は軸C上にあるとは限らない。特に、上述したように収束レンズ系3は2つの収束レンズ31、32が一体化された構造であるために、電子光学系を組み上げたときに、2つの収束レンズ31、32のレンズ中心が軸C上にない場合がある。そこで、本実施例の電子ビーム照射装置では、それぞれ軸C方向に配置された二段の偏向器からなる入口側ビーム偏向部2及び出口側ビーム偏向部4を適宜に調整することにより、適切に電子ビームの光軸調整を行えるようにしている。   When there is no magnetic field generated by the scanning coil 6, it is ideal that the optical axis until the electron beam emitted from the electron gun 1 reaches the sample coincides with the axis C. However, actually, the lens centers of the convergent lens system 3 and the objective lens 7 are not always on the axis C. In particular, as described above, the converging lens system 3 has a structure in which the two converging lenses 31 and 32 are integrated. Therefore, when the electron optical system is assembled, the lens centers of the two converging lenses 31 and 32 are axes. May not be on C. Therefore, in the electron beam irradiation apparatus of the present embodiment, the entrance-side beam deflecting unit 2 and the exit-side beam deflecting unit 4 each consisting of a two-stage deflector arranged in the direction of the axis C are appropriately adjusted to appropriately The optical axis of the electron beam can be adjusted.

図2は入口側ビーム偏向部2(出口側ビーム偏向部4でも同様)における電子ビーム光軸の補正動作モードを示す概念図である。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing an electron beam optical axis correction operation mode in the entrance side beam deflecting unit 2 (the same applies to the exit side beam deflecting unit 4).

図2(a)は、軸Cに対し傾いた状態で入射してくる電子ビームを軸C方向に修正して出射するモード(モードA)である。即ち、このモードでは、傾いた入射ビーム軸と軸Cとが交わる点をピボット点Paとし、ピボット点Paと第1段偏向器21との間の軸C方向の距離をα、第1段偏向器21と第2段偏向器22との間の軸C方向の距離をβとしたとき、第1段偏向器21と第2段偏向器22との強度比率を、I21:I22=(α+β):α、とする。これにより、ピボット点Paを経て入射してきた電子ビームを第1段偏向器21で内側(軸Cに向かう方向)に偏向させ、次の第2段偏向器22で電子ビームを第1段偏向器21による偏向とは逆方向に且つより小さな角度で偏向させ、軸C方向に出射させる。 FIG. 2A shows a mode (mode A) in which an electron beam incident in an inclined state with respect to the axis C is corrected in the direction of the axis C and emitted. That is, in this mode, the point where the tilted incident beam axis and the axis C intersect is defined as the pivot point Pa, the distance in the axis C direction between the pivot point Pa and the first stage deflector 21 is α, and the first stage deflection. When the distance in the axis C direction between the device 21 and the second stage deflector 22 is β, the intensity ratio between the first stage deflector 21 and the second stage deflector 22 is expressed as I 21 : I 22 = ( α + β): α. Thus, the electron beam incident through the pivot point Pa is deflected inward (direction toward the axis C) by the first stage deflector 21, and the electron beam is deflected by the second stage deflector 22 to the first stage deflector. The beam is deflected in a direction opposite to the deflection by 21 and at a smaller angle, and emitted in the direction of the axis C.

他方、図2(b)は、軸C方向に入射してくる電子ビームを軸Cに対し傾きをもつように修正して出射するモード(モードB)である。即ち、このモードでは、傾いた出射ビーム軸と軸Cとが交わる点をピボット点Pbとし、ピボット点Pbと第2段偏向器22との間の軸C方向の距離をγとしたとき、第1段偏向器21と第2段偏向器22との強度比率を、I21:I22=γ:(β+γ)、とする。これにより、軸C方向に入射してきた電子ビームを第1段偏向器21で外側(軸Cから離れる方向)に偏向させ、次の第2段偏向器22で電子ビームを第1段偏向器21による偏向とは逆方向に偏向させ、ピボット点Pを通過するように傾けて出射させる。
On the other hand, FIG. 2B shows a mode (mode B) in which an electron beam incident in the direction of the axis C is corrected so as to have an inclination with respect to the axis C and emitted. That is, in this mode, the point where the tilted outgoing beam axis and the axis C intersect is the pivot point Pb, and the distance in the axis C direction between the pivot point Pb and the second stage deflector 22 is γ. The intensity ratio between the first stage deflector 21 and the second stage deflector 22 is I 21 : I 22 = γ: (β + γ). As a result, the electron beam incident in the direction of the axis C is deflected outward (in the direction away from the axis C) by the first stage deflector 21, and the electron beam is deflected by the next second stage deflector 22. is deflected in the opposite direction to the deflection by, emit inclined so as to pass through the pivot point P b.

本実施例の電子ビーム照射装置における軸調整の手順の一例を図3のフローチャートに従って説明する。   An example of the axis adjustment procedure in the electron beam irradiation apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、後述する電磁気的な荷電粒子ビームの軸調整を行う前に、電子銃1と収束レンズ系3との相対的な位置の調整、具体的には、電子銃1が収束レンズ系3の第1段収束レンズ31のレンズ中心の直上に位置するように電子銃1の位置調整を行う。そのために、制御部10は収束レンズ系3のうちの第1段収束レンズ31のみを駆動するようにレンズ電源部11を制御し、電子検出電極8上に電子ビームを照射する(ステップS1)。   First, the relative position between the electron gun 1 and the converging lens system 3 is adjusted before performing the axial adjustment of the electromagnetic charged particle beam, which will be described later. The position of the electron gun 1 is adjusted so that it is positioned immediately above the lens center of the first stage converging lens 31. For this purpose, the control unit 10 controls the lens power source unit 11 so as to drive only the first stage converging lens 31 in the converging lens system 3, and irradiates the electron detection electrode 8 with an electron beam (step S1).

制御部10は偏向電源部12を介して出口側ビーム偏向部4の第1段偏向器41又は第2段偏向器42に走査信号を送ることで電子ビームを走査し、画像処理部16はこのときに電子計測部15で得られた信号に基づいて、電子ビームが照射された領域(実際にはコンデンサ用アパーチャ31a又は対物アパーチャ板5の開口によるアパーチャ像)を示す照射パターンが描画された画像を表示部18に表示する。電子銃1が第1段収束レンズ31の直上にない場合、第1段収束レンズ31に供給する電流を変化させることにより収束レンズ系3の焦点位置を移動させるように制御すると(ステップS2)、照射パターンは大きさが変化するとともに位置も変化する。そこで、オペレータ(軸調整作業者)は、その照射パターンを観察しながら、第1段収束レンズ31の中心位置の直上に電子銃1が来るように電子銃1の位置を機械的に調整する(ステップS3)。   The control unit 10 scans the electron beam by sending a scanning signal to the first stage deflector 41 or the second stage deflector 42 of the exit side beam deflecting unit 4 via the deflection power source unit 12, and the image processing unit 16 An image in which an irradiation pattern indicating a region irradiated with an electron beam (actually an aperture image of the aperture 31a for the capacitor or the aperture plate 5) is drawn on the basis of a signal sometimes obtained by the electronic measuring unit 15 Is displayed on the display unit 18. When the electron gun 1 is not directly above the first stage converging lens 31, if the control is performed to move the focal position of the converging lens system 3 by changing the current supplied to the first stage converging lens 31 (step S2), The irradiation pattern changes in size and position. Therefore, the operator (axis adjustment operator) mechanically adjusts the position of the electron gun 1 so that the electron gun 1 comes directly above the center position of the first stage converging lens 31 while observing the irradiation pattern ( Step S3).

なお、電子銃1と収束レンズ系3との相対位置関係が固定されていて位置調整ができない構造の場合、例えば、電子銃1や収束レンズ系3を含む光学要素全体が一体化された構造である場合には、ステップS1〜S3による位置調整は省略し、次のステップS4から調整を開始する。   In the case of a structure in which the relative positional relationship between the electron gun 1 and the converging lens system 3 is fixed and the position cannot be adjusted, for example, the entire optical element including the electron gun 1 and the converging lens system 3 is integrated. In some cases, the position adjustment in steps S1 to S3 is omitted, and the adjustment is started from the next step S4.

ステップS4の処理の開始時点では、第1段収束レンズ31のレンズ中心と電子銃1の電子ビーム出射位置とは軸C上に位置しているとみなせる。但し、このとき第2段収束レンズ32のレンズ中心は軸C上にあるとは限らない。そこで、次に入口側ビーム偏向部2を用いた軸調整を行う。まず、レンズ電源部11により第1段収束レンズ31に所定の電流を供給し、該収束レンズ31による電子ビームの焦点位置を固定する。そして、第2段収束レンズ32に供給する電流を複数段階(この例では2段階)に変化させて該収束レンズ32による電子ビームの焦点位置を移動させる。図4には、第2段収束レンズ32の駆動制御により、電子ビームの焦点位置をP1、P2としたときの状態を示してある。   At the start of the process of step S4, the lens center of the first stage converging lens 31 and the electron beam emission position of the electron gun 1 can be regarded as being located on the axis C. However, at this time, the lens center of the second stage converging lens 32 is not necessarily on the axis C. Therefore, next, axis adjustment using the entrance side beam deflecting unit 2 is performed. First, a predetermined current is supplied to the first stage converging lens 31 by the lens power supply unit 11, and the focal position of the electron beam by the converging lens 31 is fixed. Then, the current supplied to the second stage converging lens 32 is changed in a plurality of stages (in this example, two stages) to move the focal position of the electron beam by the converging lens 32. FIG. 4 shows a state in which the focal position of the electron beam is set to P1 and P2 by the drive control of the second stage converging lens 32.

例えば第2段収束レンズ32の焦点がP1となるようにした状態で、制御部10は偏向電源部12を介して出口側ビーム偏向部4(第1段偏向器41、第2段偏向器42)にX、Yそれぞれの方向への走査を行う走査信号を入力する。この走査信号は繰り返し走査が行われるように例えば鋸波状信号とするとよい。この走査により、画像処理部16で形成される走査像には略円形状のアパーチャ像が得られる。第2段収束レンズ32の焦点がP2となるようにした状態で、同様に走査を行って得られる走査像上ではアパーチャ像の位置及び大きさは変化する。そこで、画像処理部16は異なる焦点P1、P2に対応するアパーチャ像を重畳させた、例えば図5(a)に示すような画像を作成してこれを表示部18に表示する(ステップS4)。   For example, in a state where the focal point of the second stage converging lens 32 is set to P1, the control unit 10 sends the exit side beam deflecting unit 4 (first stage deflector 41, second stage deflector 42) via the deflection power source unit 12. ) Is input a scanning signal for scanning in the X and Y directions. The scanning signal may be a sawtooth signal, for example, so that repeated scanning is performed. By this scanning, a substantially circular aperture image is obtained in the scanned image formed by the image processing unit 16. The position and size of the aperture image change on the scanned image obtained by scanning in the same manner with the focus of the second stage converging lens 32 being P2. Therefore, the image processing unit 16 creates an image as shown in FIG. 5A in which the aperture images corresponding to the different focal points P1 and P2 are superimposed and displays the image on the display unit 18 (step S4).

この2つのアパーチャ像の位置のずれは第1及び第2段収束レンズ31、32のレンズ中心と電子ビームの光軸とのずれを反映したものである。そこで、オペレータは図5(a)に示すような走査像を見ながら、操作部17により、入口側ビーム偏向部2の補正動作モードを図2(b)に示すモードBに設定した上で、入口側ビーム偏向部2の各偏向器21、22への供給電流等の制御パラメータを調整する(ステップS5)。この制御パラメータの調整により、入口側ビーム偏向部2を出射する(通り抜ける)電子ビームの偏向方向や偏向角が変わる。   The deviation in the position of the two aperture images reflects the deviation between the lens centers of the first and second stage converging lenses 31 and 32 and the optical axis of the electron beam. Therefore, the operator sets the correction operation mode of the entrance side beam deflecting unit 2 to the mode B shown in FIG. 2B by using the operation unit 17 while viewing the scanning image as shown in FIG. Control parameters such as currents supplied to the deflectors 21 and 22 of the entrance-side beam deflecting unit 2 are adjusted (step S5). By adjusting this control parameter, the deflection direction and deflection angle of the electron beam that exits (passes through) the entrance-side beam deflection unit 2 change.

電子ビームの光軸が二段の収束レンズ31、32のそれぞれのレンズ中心を通過する状態であれば、第2段収束レンズ32の焦点を移動させても電子検出電極8上における照射パターンの中心位置は移動しない。そこで、上記のように第2段収束レンズ32による焦点位置を変化させたときでも走査像上のアパーチャ像の中心位置が変化しないように、つまりは図5(b)に示すように2つのアパーチャ像が同心円状になるように、各偏向器21、22に対する制御パラメータを適宜調整する(ステップS5)。これにより、電子ビームの光軸が、二段の収束レンズ31、32のそれぞれのレンズ中心を通過する状態になる。この状態で、入口側ビーム偏向部2の各偏向器21、22の偏向状態を固定する。   If the optical axis of the electron beam passes through the center of each of the two-stage converging lenses 31, 32, the center of the irradiation pattern on the electron detection electrode 8 even if the focal point of the second-stage converging lens 32 is moved. The position does not move. Therefore, even when the focal position of the second stage converging lens 32 is changed as described above, the center position of the aperture image on the scanned image does not change, that is, as shown in FIG. The control parameters for the deflectors 21 and 22 are appropriately adjusted so that the images are concentric (step S5). As a result, the optical axis of the electron beam passes through the center of each of the two-stage converging lenses 31 and 32. In this state, the deflection state of each deflector 21 and 22 of the entrance side beam deflection unit 2 is fixed.

次に、制御部10は、出口側ビーム偏向部4の補正動作モードを図2(a)に示すモードAに設定した上で、出口側ビーム偏向部4(偏向器41、42)に走査信号を与える。オペレータは上記のように調整された同心円状のアパーチャ像を見ながら、操作部17により、各偏向器41、42の偏向強度を変えることでビームの角度を変えるように制御パラメータを調整する。この制御パラメータの調整により、出口側ビーム偏向部4を出射する(通り抜ける)電子ビームの偏向方向や偏向角が変わり、入射ビームの傾き角や方向に拘わらず電子ビームの光軸を軸C方向に調整することができる。このとき対物レンズ7の中心を電子ビームの光軸が通過する状態であれば、同心円状のアパーチャ像は画像の中心に位置する。したがって、同心円状のアパーチャ像が画像の中心に来るように、各偏向器41、42に対する制御パラメータを調整する(ステップS6)。   Next, the control unit 10 sets the correction operation mode of the exit side beam deflection unit 4 to mode A shown in FIG. 2A and then scans the exit side beam deflection unit 4 (deflectors 41 and 42). give. The operator adjusts the control parameter so as to change the beam angle by changing the deflection intensity of each of the deflectors 41 and 42 by the operation unit 17 while viewing the concentric aperture image adjusted as described above. By adjusting this control parameter, the deflection direction and deflection angle of the electron beam exiting (passing through) the exit-side beam deflection unit 4 change, and the optical axis of the electron beam in the axis C direction regardless of the tilt angle or direction of the incident beam. Can be adjusted. At this time, if the optical axis of the electron beam passes through the center of the objective lens 7, the concentric aperture image is positioned at the center of the image. Therefore, the control parameters for the deflectors 41 and 42 are adjusted so that the concentric aperture image comes to the center of the image (step S6).

さらに、制御部10は、ビーム走査電源部13を介して走査コイルに走査信号を入力するとともに、レンズ電源部11を介して対物レンズ7にその強度を繰り返し走査するような信号を入力する。対物レンズ7の強度走査により電子検出電極8上での電子ビームの照射径が変化する。このとき、対物レンズ7を通過する電子ビームの光軸が軸Cと一致していないと、対物強度の走査に伴う対物ウブリング像の位置がずれる。そこで、オペレータは、操作部17により、出口側ビーム偏向部4の補正動作モードを図2(b)に示すモードBに設定した上で、表示部18に表示される図5(d)に示すような対物ウブリング像を見ながら、対物ウブリング像が同心円状に拡がるように、各偏向器41、42に対する制御パラメータを適宜調整する(ステップS7、S8)。
Further, the control unit 10 inputs a scanning signal to the scanning coil via the beam scanning power supply unit 13 and inputs a signal for repeatedly scanning the intensity to the objective lens 7 via the lens power supply unit 11. The irradiation diameter of the electron beam on the electron detection electrode 8 is changed by the intensity scanning of the objective lens 7. In this case, the optical axis of the electron beam passing through the objective lens 7 does not coincide with the axis C, the position of the objective U O Bring image due to scanning of the objective intensity shifts. Therefore, the operator sets the correction operation mode of the exit side beam deflecting unit 4 to the mode B shown in FIG. 2B by the operation unit 17 and then displays it on the display unit 18 as shown in FIG. while watching the objective c O bling image as the objective c O Bring images so as to extend concentrically, appropriately adjusting the control parameters for each deflector 41, 42 (step S7, S8).

図6は上記のような手順で軸調整が行われたときの最終的な調整状態の一例を示す図である。このとき、入口側ビーム偏向部2に関し、図2(a)に示したモードAのピボット点Paは電子銃1の先端に位置し、図2(b)に示したモードBのピボット点Pbは第1段収束レンズ31のアパーチャ31aに位置する。一方、出口側ビーム偏向部4に関し、図2(a)に示したモードAのピボット点Paは第1段収束レンズ31のアパーチャ31aに位置し、図2(b)に示したモードBのピボット点Pbは対物アパーチャ板5の開口中心に位置する。図6中に記載のα’、β’、γ’の関係は図2中にも記載のα、β、γの関係に相当する。上述したような手順で軸合わせを行うことにより、図6に示すように、二段の収束レンズ31、32と対物レンズ7のそれぞれのレンズ中心に電子ビームの光軸が通るように、軸調整を行うことができる。   FIG. 6 is a diagram showing an example of a final adjustment state when the axis adjustment is performed according to the procedure as described above. At this time, with respect to the entrance-side beam deflecting section 2, the pivot point Pa of mode A shown in FIG. 2A is located at the tip of the electron gun 1, and the pivot point Pb of mode B shown in FIG. It is located at the aperture 31 a of the first stage converging lens 31. On the other hand, with respect to the exit side beam deflecting unit 4, the pivot point Pa of mode A shown in FIG. 2A is located at the aperture 31a of the first stage converging lens 31, and the pivot of mode B shown in FIG. The point Pb is located at the center of the opening of the objective aperture plate 5. The relationship between α ′, β ′, and γ ′ shown in FIG. 6 corresponds to the relationship between α, β, and γ also shown in FIG. By performing the axis alignment in the above-described procedure, the axis adjustment is performed so that the optical axis of the electron beam passes through the center of each of the two-stage converging lenses 31 and 32 and the objective lens 7 as shown in FIG. It can be performed.

上記のように軸調整がなされた状態において、電子銃1内部の電子源(フィラメントやカソード等)が交換されると、その交換によって電子源からの電子の出射方向がずれる。このときには、入口側ビーム偏向部2をモードAで走査し(上下の偏向器21、22に一定の比率で走査信号を入力し)、対物アパーチャ板5の開口を通り抜ける電子による検出信号で像を形成する。そして、モードAで走査したパターンが中心にくるように調整し、電子源の出射方向を合わせた上で、その後、ステップS4〜S8の調整を行なうことにより、電子源交換後のビーム調整を行うことができる。   If the electron source (filament, cathode, etc.) inside the electron gun 1 is exchanged in the state in which the axis is adjusted as described above, the emission direction of electrons from the electron source is shifted by the exchange. At this time, the entrance-side beam deflecting section 2 is scanned in mode A (a scanning signal is inputted to the upper and lower deflectors 21 and 22 at a constant ratio), and an image is detected by a detection signal by electrons passing through the opening of the objective aperture plate 5. Form. Then, adjustment is made so that the pattern scanned in mode A is centered, the emission direction of the electron source is matched, and then adjustments in steps S4 to S8 are performed, thereby performing beam adjustment after replacing the electron source. be able to.

なお、上記実施例では、試料ステージ9上に設置した電子検出電極8により電子ビームの照射領域を検出するようにしていたが、例えば、所定のパターンが表面に形成された軸調整用試料を試料ステージ9上に設置し、この試料に電子ビームを照射したときに放出される二次電子に基づく二次電子像から上述したようなアパーチャ像や対物ウブリング像が表示された走査像を作成することもできる。
In the above-described embodiment, the electron beam irradiation area is detected by the electron detection electrode 8 placed on the sample stage 9, but for example, an axis adjustment sample having a predetermined pattern formed on the surface is used as the sample. was placed on the stage 9, create a scanned image of the aperture image and objective c O bling image as described above appears from the secondary electron image based on secondary electrons emitted upon irradiation of electron beam to the sample You can also

上記実施例は本発明の一実施例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは当然である。例えば、上記実施例は荷電粒子が電子である電子ビーム照射装置に本発明を適用したものであるが、荷電粒子がイオンであるイオンビーム照射装置に本発明を適用できることは明らかである。   The above embodiment is an embodiment of the present invention, and it will be understood that the present invention is encompassed in the scope of the present application even if appropriate modifications, corrections and additions are made within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the present invention is applied to an electron beam irradiation apparatus in which charged particles are electrons, but it is obvious that the present invention can be applied to an ion beam irradiation apparatus in which charged particles are ions.

1…電子銃
10…制御部
11…レンズ電源部
12…偏向電源部
13…ビーム走査電源部
15…電子計測部
16…画像処理部
17…操作部
18…表示部
2…入口側ビーム偏向部
4…出口側ビーム偏向部
21、41…第1段偏向器
22、42…第2段偏向器
3…収束レンズ系
31…第1段収束レンズ
32…第2段収束レンズ
31a、32a…コンデンサ用アパーチャ
41…偏向器
5…対物アパーチャ板
6…走査コイル
7…対物レンズ
8…電子検出電極
C…軸
E…電子ビーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun 10 ... Control part 11 ... Lens power supply part 12 ... Deflection power supply part 13 ... Beam scanning power supply part 15 ... Electron measurement part 16 ... Image processing part 17 ... Operation part 18 ... Display part 2 ... Entrance side beam deflection part 4 ... Exit-side beam deflectors 21, 41 ... first stage deflectors 22,42 ... second stage deflector 3 ... converging lens system 31 ... first stage converging lens 32 ... second stage converging lenses 31a, 32a ... capacitor aperture 41 ... deflector 5 ... objective aperture plate 6 ... scanning coil 7 ... objective lens 8 ... electron detection electrode C ... axis E ... electron beam

Claims (1)

荷電粒子源と荷電粒子ビームの照射対象面との間に、その両者を結ぶ軸に沿って、前記荷電粒子源から出射された荷電粒子ビームを収束する軸方向に配設された二段のコンデンサレンズからなる収束レンズと、
該収束レンズにより収束された荷電粒子ビームのビーム径を制限する開口が設けられた対物アパーチャ板と、
該対物アパーチャ板の開口を通過した荷電粒子ビームを前記照射対象面上に収束させる対物レンズと、
前記荷電粒子源と前記収束レンズとの間に配置された、荷電粒子ビームを偏向させる軸方向に二段の偏向器からなる入口側ビーム偏向手段と、
前記収束レンズと前記対物アパーチャ板との間に配置された、荷電粒子ビームを偏向させる軸方向に二段の偏向器からなる出口側ビーム偏向手段と、
前記2つのビーム偏向手段をそれぞれ、軸方向に対し傾いて入射する荷電粒子ビームの傾きを修正して軸方向に出射させる第1のモードと、軸方向に入射する荷電粒子ビームを軸方向に対し傾けて出射させる第2のモードと、のいずれかで動作させるべく駆動を行う偏向制御手段と、
前記照射対象面上における荷電粒子ビームの照射領域を検出する検出手段と、前記出口側ビーム偏向手段、又は、前記対物アパーチャ板と前記対物レンズとの間に配設されたビーム走査手段、の少なくとも一方に走査信号が与えられた状態で前記検出手段による検出信号に基づいて走査像を作成して出力する走査像形成手段と、を備え、
前記走査像形成手段により得られる走査像を利用して前記2つのビーム偏向手段に対する制御パラメータを調整可能な荷電粒子ビーム照射装置の軸合わせ調整方法であって、
前記収束レンズの1段目のコンデンサレンズのみを駆動して前記1段目のコンデンサレンズの中心位置の真上に電子銃が来るように前記電子銃の位置を機械的に調整し、前記収束レンズの前記1段目のコンデンサレンズと前記電子銃とが軸方向に位置調整された状態で、まず、前記1段目のコンデンサレンズの駆動状態を固定し2段目のコンデンサレンズの駆動状態を変化させたときの前記走査像上のアパーチャ像が同一位置になるように、前記入口側ビーム偏向手段を第2のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整し、次に、前記アパーチャ像が画像中心にくるように、前記出口側ビーム偏向手段を第1のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置の軸合わせ調整方法。
A two-stage capacitor disposed between the charged particle source and the charged particle beam irradiation target surface in an axial direction for converging the charged particle beam emitted from the charged particle source along an axis connecting the two. A converging lens consisting of lenses,
An objective aperture plate provided with an aperture for limiting the beam diameter of the charged particle beam focused by the focusing lens;
An objective lens that converges the charged particle beam that has passed through the opening of the objective aperture plate on the irradiation target surface;
An entrance-side beam deflecting means, which is arranged between the charged particle source and the converging lens, and comprises an axially two-stage deflector for deflecting the charged particle beam;
Exit-side beam deflecting means, which is disposed between the converging lens and the objective aperture plate, and comprises an axially two-stage deflector for deflecting a charged particle beam;
A first mode in which each of the two beam deflecting means corrects a tilt of an incident charged particle beam inclined with respect to the axial direction and emits the charged particle beam in the axial direction, and a charged particle beam incident in the axial direction with respect to the axial direction. A deflection control means for driving to operate in any one of a second mode for emitting light at an angle;
At least a detection unit that detects an irradiation region of the charged particle beam on the irradiation target surface, the exit side beam deflecting unit, or a beam scanning unit disposed between the objective aperture plate and the objective lens. Scanning image forming means for creating and outputting a scanned image based on a detection signal from the detection means in a state where a scanning signal is given to one side,
A method for adjusting the axis alignment of a charged particle beam irradiation apparatus capable of adjusting a control parameter for the two beam deflection means by using a scanning image obtained by the scanning image forming means ,
The position of the electron gun is mechanically adjusted so that only the first-stage condenser lens of the convergent lens is driven and the electron gun is positioned directly above the center position of the first-stage condenser lens. wherein in a state where the first stage of the condenser lens and said electron gun is positioned axially adjustable, firstly, it changes the driving state of the fixed second stage condenser lens driving state of the first stage of the condenser lens The optical axis of the charged particle beam is adjusted by operating the entrance-side beam deflecting means in the second mode so that the aperture image on the scanned image at the same position becomes the same position, and then the aperture Adjusting the optical axis of the charged particle beam irradiation apparatus by adjusting the optical axis of the charged particle beam by operating the exit beam deflecting means in the first mode so that the image is at the center of the image. Law.
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