JPH02144840A - Automatic focusing method for charged particle beam device - Google Patents

Automatic focusing method for charged particle beam device

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JPH02144840A
JPH02144840A JP29779088A JP29779088A JPH02144840A JP H02144840 A JPH02144840 A JP H02144840A JP 29779088 A JP29779088 A JP 29779088A JP 29779088 A JP29779088 A JP 29779088A JP H02144840 A JPH02144840 A JP H02144840A
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JP
Japan
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peak
focusing
signal
width
detection unit
Prior art date
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JP29779088A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Asari
浅利 敏弘
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02144840A publication Critical patent/JPH02144840A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make automatic focusing with high precision possible by evaluating a detection signal with the ratio of a peak height to a peak width. CONSTITUTION:For example, reflected electrons generated along with radiation of electron beam EB to a sample 2, are detected by a reflected electron detector 7, and the detection signal of the detector 7 is supplied to a peak height detection unit 9 and a peak width detection unit 10 through an amplifier 8. And, the signal corresponding to the peak height detected by the peak height detection unit 9 and the signal corresponding to the peak width detected by the peak width detection unit 10 are supplied to an arithmetic circuit 11, and the ratio of the peak height to the peak width calculated by the arithmetic circuit 11 is supplied to a computer 6. In this way, high precision focusing can be performed by evaluating the degree of the focusing of beams based on the ratio of the peak height to the peak width.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電子ビーム描画装置や走査t7−顕微鏡等の
電子ビーム装置やイオンビーム描画装置等のイオンビー
ム装置に用いられる自動焦点合せ装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to an automatic focusing device used in an electron beam writing device, an electron beam device such as a scanning T7-microscope, or an ion beam device such as an ion beam writing device. .

(従来の技術) 電子ビーム描画装置等では、描画の開始前に電子ビーム
の焦点合せを行っているが、この焦点合せは、自動的に
行われている。この自動焦点合せとして、3点追い込み
方式が用いられている。この3点追い込み方式を第3図
、第4図を参照して説明する。を子ビームを試料上のマ
ークを横切って走査し、その走査に伴って発生した反射
電子信号等を検出すると、マークのエツジ部分において
鋭いピークが現れる。第3図は反射電子検出信号を示し
ており、縦軸は信号強度、横軸は走査値!である。この
検出信号の最大値D+と最小値D2との間のピークツー
ピーク値は、電子ビームの焦点が合っていればいるほど
大きくなり、又、ピークの幅は焦点が合うほど狭くなる
(Prior Art) In an electron beam lithography apparatus or the like, the electron beam is focused before starting lithography, and this focusing is performed automatically. A three-point focusing method is used for this automatic focusing. This three-point driving method will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. When the beam is scanned across a mark on a sample and the backscattered electron signals generated along with the scanning are detected, a sharp peak appears at the edge of the mark. Figure 3 shows the backscattered electron detection signal, where the vertical axis is the signal strength and the horizontal axis is the scanning value! It is. The peak-to-peak value between the maximum value D+ and the minimum value D2 of this detection signal becomes larger as the electron beam becomes more focused, and the width of the peak becomes narrower as the electron beam becomes more focused.

ここで、電子ビームを集束するための集束レンズの励磁
電流を変えながらマークを横切って電子ビームを走査す
ると、反射t′−f等の検出信号のピークツーピーク値
は、第4図に示すように、はぼ放物線状に変化する。こ
の放物線のピーク位置がジャストフォーカス位置である
。3点追い込み方式では、集束レンズの励磁電流をIt
、I2.I、に設定し、夫々の励磁電流のときの電子ビ
ームの走査に伴って得られた得られたマーク信号のピー
クツーピーク値P+ 、P−、Psを検出する。
Here, when the electron beam is scanned across the mark while changing the excitation current of the focusing lens for focusing the electron beam, the peak-to-peak value of the detection signal such as reflection t'-f will be as shown in Figure 4. , it changes in a parabolic shape. The peak position of this parabola is the just focus position. In the three-point focusing method, the excitation current of the focusing lens is
, I2. I, and detect the peak-to-peak values P+, P-, and Ps of the mark signals obtained as the electron beam scans at each excitation current.

このピークツーピーク値のうち、最も強度の小さな値P
1を捨て、ピークツーピーク値F’x、Psに対応した
電流I2.I3を残す。
Among these peak-to-peak values, the lowest intensity value P
1 is discarded, and the current I2.1 corresponding to the peak-to-peak value F'x, Ps is calculated. Leave I3.

次に、このIs、Isとの中間のgIJ磁電流■。Next, gIJ magnetic current ■ between Is and Is.

を選び、このときのピークツーピーク値P4を検出して
3つのピークツーピークPx、Ps、P*を比較し、最
も低い値P)を捨て、残りの2つのピークツーピーク値
P2.P4を残す、同様に、ピークツーピーク値P2 
、P4に対応したt流I2、■、の中間の電流I、で集
束レンズをfiEIJ61、この状態でマークを横切っ
て走査し、ピークツーピーク値P、を得る。このように
して、常に3点の励磁電流の際のピークツーピーク値を
検出し、そのピークツーピーク値のうちの最も低い値を
捨て、残りの2つのピークツーピーク値に対応した励磁
電流の中間のl1iJ7J磁電流を新たに設定し、この
動作を繰り返すことにより、放物線のピークP0の時(
ジャストフォーカスの時)の集束レンズの励磁電流値■
。が求められる。この集束レンズを励磁電流値I0に設
定した後、所定の電子ビームによる描画が行われる。
is selected, the peak-to-peak value P4 at this time is detected, the three peak-to-peak values Px, Ps, and P* are compared, the lowest value P) is discarded, and the remaining two peak-to-peak values P2. Similarly, the peak-to-peak value P2, leaving P4
, P4, the focusing lens is scanned across the mark at fiEIJ61 with a current I intermediate between the t currents I2, ■, corresponding to P4, and a peak-to-peak value P is obtained. In this way, the peak-to-peak values of the excitation current at three points are always detected, the lowest of the peak-to-peak values is discarded, and the excitation current corresponding to the remaining two peak-to-peak values is detected. By setting a new intermediate l1iJ7J magnetic current and repeating this operation, at the peak P0 of the parabola (
Excitation current value of the focusing lens (at the time of just focus)■
. is required. After this focusing lens is set to an excitation current value I0, writing is performed using a predetermined electron beam.

(発期が解決しようとする課題) 上述したような焦点合せ方式においては、電子ビームの
集束の程度を評価するためにピークツーピーク値を用い
ているが、このピークツーピーク値は、第4図に示した
放物線のピークの近傍では変化率が小さく、外乱因子の
影響を受は易い、そのため、正確に放物線のピーク部分
を見つけ、高精度で焦点合せを行うことが困難となる。
(Problem to be solved by the onset stage) In the above-mentioned focusing method, a peak-to-peak value is used to evaluate the degree of focusing of the electron beam, but this peak-to-peak value is Near the peak of the parabola shown in the figure, the rate of change is small and is easily affected by disturbance factors, making it difficult to accurately find the peak of the parabola and perform focusing with high precision.

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、高精度に自動的に焦点合わせを行うことができる
荷電粒子ビーム装置の自動焦点合わせ方法を実現するこ
とにある。
The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to realize an automatic focusing method for a charged particle beam device that can automatically perform focusing with high precision.

(課Uを解決するための手段) 本発明に基づく電子ビーム装置における自動焦点合せ方
法は、荷電粒子ビームを材料上で複数回走査し、荷電粒
子ビームの材料への照射に基づいて得られた信号を検出
すると共に、複数回走査毎に荷電粒子ビームの集束レン
ズの強度を変化させ、各レンズ強度のときの検出信号を
評価し、この評価に基づいて集束レンズの強度を設定す
るようにした自動焦点合せ方法において、検出信号のピ
ークの高さと幅の比によって検出信号を評価するように
したことを特徴としている。
(Means for Solving Task U) The automatic focusing method in an electron beam device based on the present invention scans a charged particle beam over a material multiple times, and the In addition to detecting the signal, the intensity of the focusing lens for the charged particle beam is changed every time multiple scans are performed, the detected signal at each lens intensity is evaluated, and the intensity of the focusing lens is set based on this evaluation. The automatic focusing method is characterized in that the detection signal is evaluated based on the ratio of the peak height and width of the detection signal.

(作用) 荷電粒子ビームを試料に照射した結果得られる信号のピ
ークは、焦点が合えば合うほど鋭くなり、ピーク幅が狭
くなることから、ピークの高さと幅の比によって検出信
号を評価する。ペンシル型ビームを試料に照射し、試料
から得られた信号のピークの波形は、はぼ第5図に示す
正規分布曲線で近似することができる。すなわち、ピー
ク波形f(X)は、次のように表すことができる。
(Function) The signal peak obtained as a result of irradiating a sample with a charged particle beam becomes sharper and the peak width becomes narrower as the beam is focused, so the detected signal is evaluated based on the ratio of peak height to width. A sample is irradiated with a pencil-shaped beam, and the peak waveform of a signal obtained from the sample can be approximated by a normal distribution curve shown in FIG. That is, the peak waveform f(X) can be expressed as follows.

f(x  ン =(1/ff−〕=ヨ ・ σ )・ 
e  +飄−sl  /12″ 1・・・・・・ (1
) この時、mはピーク時のXの値で、x=mでf(X)は
最大値となる。従って、(1)式にX=mを代入すると
、ピーク高さHは、 H=f (m)=1/ (r丁マ・σ)・・・・・・ 
(2) となる、又1曲線f (x>の分布幅Wは、一般ににσ
(kは正の実数)の形で表わされ、その結果、ピーク高
さHと幅Wによってピーク波形f (x)を近似できる
ことになる。
f(x = (1/ff-) = Y/σ)
e + 飄-sl /12″ 1・・・・・・ (1
) At this time, m is the value of X at the peak time, and when x=m, f(X) becomes the maximum value. Therefore, by substituting X=m into equation (1), the peak height H is: H=f (m)=1/ (r tama・σ)...
(2), and the distribution width W of one curve f (x> is generally σ
(k is a positive real number), and as a result, the peak waveform f (x) can be approximated by the peak height H and width W.

ここで、ピーク高さHと6wの比は、次のようになる。Here, the ratio between the peak height H and 6w is as follows.

H/W= 1/ (k −rI1・σ2)・・・・・・
(3) ところで、正規分布曲線f (x>の標準面差σを考慮
すると、この標準面差σは、ビームの焦点が合うほど小
さくなり、この値によってビームの焦点の合致した度合
を評価することができる。従って、(2)式のピークの
高さHでピーク波形の評価を行うよりも、σが2乗で表
わされる(3)式のピークの高さと幅の比(H/W)に
よって評価を行う方が、値が大きく変化するため、より
正確にビームの焦点の合致した度合を知ることができる
H/W= 1/ (k −rI1・σ2)・・・・・・
(3) By the way, considering the standard surface difference σ of the normal distribution curve f (x>), this standard surface difference σ becomes smaller as the beam is focused, and this value is used to evaluate the degree to which the beam is focused. Therefore, rather than evaluating the peak waveform using the peak height H in equation (2), the ratio of peak height to width (H/W) in equation (3), where σ is expressed as the square of If the evaluation is performed by , the value changes greatly, so it is possible to more accurately know the degree to which the beam is focused.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。第1図は本発明に基づく電子ビーム装置における自動
焦点合せ方法を実施曳する装置の一例を示したもので、
電子ビームEBは、集束レンズ1によって試料2上に細
く集束されると共に、偏向器3によって偏向される。4
は集束レンズ電源、5は偏向器制御ユニットであり、電
源4とユニット5は、共にコンピュータ6によって制御
される。試料2への電子ビームEBの照射に伴って発生
した、例えば反射電子は、反射電子検出器7によって検
出される。検出器7の検出信号は、増幅器8を介してピ
ーク高さ検出ユニット9、ピーク幅検出ユニットlOに
供給される。ピーク高さ検出ユニット9によって求めら
れたピーク高さに応じた信号と、ピーク幅検出ユニット
10によって求められたピーク幅に応じた信号は演算回
路11に供給される。演算回路11で求められたピーク
の高さと幅の比は、コンピュータ6に供給される。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a device for implementing an automatic focusing method in an electron beam device based on the present invention.
The electron beam EB is narrowly focused onto a sample 2 by a focusing lens 1 and deflected by a deflector 3. 4
5 is a focusing lens power supply, 5 is a deflector control unit, and both the power supply 4 and the unit 5 are controlled by a computer 6. For example, backscattered electrons generated when the sample 2 is irradiated with the electron beam EB are detected by a backscattered electron detector 7. A detection signal from the detector 7 is supplied via an amplifier 8 to a peak height detection unit 9 and a peak width detection unit IO. A signal corresponding to the peak height determined by the peak height detection unit 9 and a signal corresponding to the peak width determined by the peak width detection unit 10 are supplied to an arithmetic circuit 11. The peak height to width ratio determined by the arithmetic circuit 11 is supplied to the computer 6.

上述した構成における動作は次の通りである。The operation in the above configuration is as follows.

コンピュータ6は、集束レンズ電源4を制御し、そのレ
ンズ強度を変化させる。この時、コンピュータ6は、集
束レンズが容具なった励磁電流の時に、偏向器3によっ
て試料2上のマークを横切って直線状に電子ビームが走
査されるように、偏向器制御ユニット5を制御する。試
料2への電子ビームの照射によって発生した反射電子は
検出器7によって検出され、増幅器8によって増幅され
た後、ピーク高さ検出ユニット9とピーク幅検出ユニッ
ト10に供給される。
The computer 6 controls the focusing lens power supply 4 and changes its lens strength. At this time, the computer 6 controls the deflector control unit 5 so that the electron beam is linearly scanned across the mark on the sample 2 by the deflector 3 when the excitation current is applied to the focusing lens. do. Reflected electrons generated by irradiating the sample 2 with the electron beam are detected by the detector 7 , amplified by the amplifier 8 , and then supplied to the peak height detection unit 9 and the peak width detection unit 10 .

ピーク高さ検出ユニット9は、第2図(a)の検出信号
の最大値り、と最小値D2とから、ピークツーピーク値
(Hに対応)を検出する。ピーク幅検出ユニット10は
、第2図(a)の信号を絶対値反転させて、第2図(b
)の信号を得、更に、この第2図(b)の信号を任意の
レベル値してチエツクし、方形波処理をして第2図(c
)の信号を得る。この第2図(C)の信号のハイレベル
信号の@ (w、+W2 )を検出し、これを幅Wの信
号として出力する。
The peak height detection unit 9 detects a peak-to-peak value (corresponding to H) from the maximum value D2 and the minimum value D2 of the detection signal shown in FIG. 2(a). The peak width detection unit 10 inverts the absolute value of the signal shown in FIG. 2(a) and outputs the signal shown in FIG.
), then check the signal in Fig. 2(b) at an arbitrary level value, perform square wave processing, and obtain the signal in Fig. 2(c).
) signal. The high level signal @ (w, +W2) of the signal shown in FIG. 2(C) is detected and outputted as a signal of width W.

このようにして得られたHに対応した信号と、Wに対応
した信号は、演算回路11に供給され、H/Wの値が求
められる。H/Wの信号は、コンピュータ6に供給され
、このコンピュータ6においては、供給された信号に基
づいて、例えば、前記した3点追い込み方式により、焦
点の最も合った状態のときの集束レンズ4の励磁電流L
0を求めている。このLoの値は、コンピュータ6を介
して集束レンズt ′a4に供給され、集束レンズ1は
り、の励磁電流で励磁されることから、試料2には焦点
の合った電子ビームが照射されることになる。この後、
電子ビーム描画装置にあっては、焦点の合った電子ビー
ムで材料の描画が行われることになる。
The signal corresponding to H and the signal corresponding to W obtained in this way are supplied to the arithmetic circuit 11, and the value of H/W is determined. The H/W signal is supplied to the computer 6, and in the computer 6, based on the supplied signal, the focusing lens 4 is determined to be in the most focused state, for example, by the three-point focusing method described above. Excitation current L
I'm looking for 0. This value of Lo is supplied to the focusing lens t'a4 via the computer 6, and the focusing lens 1 is excited by the excitation current, so that the sample 2 is irradiated with a focused electron beam. become. After this,
In an electron beam drawing device, material is drawn using a focused electron beam.

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明はこの実
施例に限定されない0例えば、検出信号の内、正負のピ
ーク信号のピークツーピーク値を求めるようにしたが、
検出信号の内特定の1つのピークについて高さと幅を求
めるようにしても良い、又、自動焦点合せの方式として
、3点追い込み方式を用いたが、池の方式にも本発明を
適用することができる。更に、電子ビーム描画装置を例
に説明したが、他の電子ビーム装置やイオンビーム装置
にも本発明を適用することができる。更に又、反射電子
を検出するようにしたが、2次電子を検出するようにし
ても良い。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the peak-to-peak values of positive and negative peak signals among the detection signals are determined
The height and width of a specific peak in the detection signal may be determined. Also, although the three-point focusing method was used as the automatic focusing method, the present invention may also be applied to Ike's method. Can be done. Furthermore, although the electron beam lithography apparatus has been described as an example, the present invention can also be applied to other electron beam apparatuses and ion beam apparatuses. Furthermore, although reflected electrons are detected, secondary electrons may also be detected.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明では、ビームを試料に照射
した結果得られた信号のピークの高さと幅の比に基づい
て、ビームの集束の程度の評価を行うようにしたので、
高さ情報のみによって評価することに比べ、ジャストフ
ォーカスの近傍における変化率が大きくなり、外乱因子
の影響を少なくすることができ、正確にジャストフォー
カス点を見つけ出すことかできるので、高精度の焦点合
ぜを行うことができる。
(Effects of the Invention) As explained above, in the present invention, the degree of beam focusing is evaluated based on the ratio of the peak height and width of the signal obtained as a result of irradiating the beam onto the sample. So,
Compared to evaluation based only on height information, the rate of change in the vicinity of just focus increases, the influence of disturbance factors can be reduced, and the just focus point can be found accurately, allowing for highly accurate focusing. ze can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明を実施するための電子ビーム描画装置
の一例を示す図、第2図は、ピーク高さと幅の検出ユニ
ットの動作を説明するために用いた信号波形を示す図、
第3図は、マーク検出信号を示す図、第4図は、3点追
い込み方式を説明するための図、第5図は、正規分布曲
線を示す図である。 1・・・集束)/ンズ     2・・・試料3・・・
偏向器       4・・・集束レンズ電源5・・・
偏向器制御ユニッI−6・・・コンピュータ7・・・検
出器       8・・・増幅器9・・・ピーク高さ
検出ユニット 10・・・ピーク幅検出ユニット 11・・・??!算回路 角等2 図 イ言号憤 第3 図 4J!強度 走査位1 第 図 角等 5口 第5 3引
FIG. 1 is a diagram showing an example of an electron beam lithography apparatus for implementing the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms used to explain the operation of the peak height and width detection unit.
FIG. 3 is a diagram showing a mark detection signal, FIG. 4 is a diagram for explaining the three-point tracking method, and FIG. 5 is a diagram showing a normal distribution curve. 1...Focusing)/lens 2...Sample 3...
Deflector 4... Focusing lens power supply 5...
Deflector control unit I-6...Computer 7...Detector 8...Amplifier 9...Peak height detection unit 10...Peak width detection unit 11...? ? ! Arithmetic angle etc. 2 Figure I word exclamation 3 Figure 4J! Intensity scanning position 1 Figure angle etc. 5 mouth 5 3rd pull

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 荷電粒子ビームを材料上で複数回走査し、荷電粒子ビー
ムの材料への照射に基づいて得られた信号を検出すると
共に、複数回走査毎に荷電粒子ビームの集束レンズの強
度を変化させ、各レンズ強度のときの検出信号を評価し
、この評価に基づいて集束レンズの強度を設定するよう
にした自動焦点合せ方法において、検出信号のピークの
高さと幅の比によって検出信号を評価するようにしたこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム装置における自動焦点合
せ方法。
The charged particle beam is scanned over the material multiple times, the signal obtained based on the irradiation of the charged particle beam onto the material is detected, and the intensity of the focusing lens of the charged particle beam is changed for each multiple scan. In an automatic focusing method that evaluates the detection signal at the lens intensity and sets the intensity of the focusing lens based on this evaluation, the detection signal is evaluated by the ratio of the peak height and width of the detection signal. An automatic focusing method in a charged particle beam device, characterized in that:
JP29779088A 1988-11-25 1988-11-25 Automatic focusing method for charged particle beam device Pending JPH02144840A (en)

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