JPH05290780A - 荷電粒子ビーム装置における焦点合わせおよび非点補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 煩わしい動作なく自動的に焦点合わせや非点
補正を行うことができる荷電粒子ビームにおける焦点合
わせおよび非点補正方法を実現する。 【構成】 焦点合わせ動作により、対物レンズ３には最
適な焦点合わせのための励磁電流が駆動電源１６より供
給される。また、焦点位置のときの像信号の積算値が制
御回路１４からメモリ２０に供給されて記憶される。次
に、所定時間経過後、焦点ずれ検出動作が実行される。
この動作はまず、１画面分の像信号を積算器１５によっ
て積算し、その積算結果をピーク検出回路１５を介して
制御回路１４に送る。制御回路１４は、供給された積算
値とメモリ２０に記憶された積算値とを比較し、焦点ず
れの有無を検出する。この両積算値の差が、所定レベル
以上となった場合、焦点ずれが生じたとして再び自動的
に焦点合わせ動作を実行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動的に荷電粒子ビー
ムの焦点合わせや非点補正を行うことができる荷電粒子
ビーム装置における焦点合わせおよび非点補正方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来の走査電子顕微鏡における焦
点合わせと非点補正を行う構成を示しており、１は電子
銃である。電子銃１から発生した電子ビームＥＢは、集
束レンズ２と対物レンズ３によって試料４上に細く集束
される。また、電子ビームＥＢは、偏向コイル５によっ
て偏向され、試料４上の電子ビームの照射位置は走査さ
れる。試料４への電子ビームの照射によって発生した２
次電子は、２次電子検出器６によって検出される。検出
器６の検出信号は、増幅器７によって増幅された後、ハ
イパスフィルタ８と陰極線管９に供給される。ハイパス
フィルタ８を通過した信号は、絶対値回路１０を経て積
分器１１に供給される。積分器１１の積分結果は、ＡＤ
変換器１２を介してピーク検出回路１３に供給される。
ピーク検出回路１３で検出されたヒーク値は、制御回路
１４に供給される。１５は操作盤であり、操作盤１５
は、制御回路１４に指示信号を送る。制御回路１４は、
対物レンズ３の駆動電源１６と偏向コイル５の駆動電源
１７、さらには、電子ビームの非点補正コイル１８の駆
動電源１９を制御する。このような構成の動作は次の通
りである。

【０００３】通常の２次電子像を観察する場合、操作盤
１５からの指示信号に基づき、制御回路１４は駆動電源
１７を制御し、駆動電源１７から所定の走査信号が偏向
コイル５に供給され、試料４上の任意の領域が電子ビー
ムＥＢによって走査される。試料４への電子ビームの照
射によって発生した２次電子は、検出器６によって検出
される。その検出信号は、増幅器７を介して偏向コイル
５への走査信号と同期した陰極線管９に供給され、陰極
線管９には試料の任意の領域の２次電子像が表示され
る。

【０００４】次に、通常の電子ビームの焦点合わせ動作
を行う場合について説明する。操作盤１５を操作し、焦
点合わせモードの指示を行うと、制御回路１４は、対物
レンズ３の駆動電源１６と偏向コイル５の駆動電源１７
とを制御する。この結果、駆動電源１６は対物レンズ３
にステップ状に変化する励磁電流を供給し、駆動電源１
７はステップ状の励磁電流の変化の都度、試料の所定領
域の操作を行うための走査信号を偏向コイル５に供給す
る。各ステップ状の励磁電流によるフォーカスの状態に
おける検出器６によって検出された２次電子信号は、増
幅器７によって増幅された後、ハイパスフィルタ８によ
って直流分が除去された後、絶対値回路１０によって正
の信号に変換させられる。絶対値回路１０の出力は、積
分器１１に供給され、対物レンズ３の各励磁ステップご
との１回の電子ビームの走査に基づく信号が積分され
る。積分器１１の積分値は、ＡＤ変換器１２によってデ
ィジタル信号に変換された後、ピーク検出回路１３に供
給される。

【０００５】ピーク検出回路１３においては、対物レン
ズ３の各励磁ステップごとに積分器１１の積分値を記憶
する。図２はこのときの記憶された積分値変化を示して
おり、縦軸が積分値、横軸が対物レンズ３の励磁強度で
ある。ピーク検出回路１３は、記憶された積分値の変化
曲線のピークの時の対物レンズ３の励磁強度を検出し、
その値は制御回路１４に供給される。制御回路１４は、
駆動電源１６を制御し、ピークの時の励磁強度に対物レ
ンズ３を設定し、このようにして焦点合わせ動作が行わ
れる。

【０００６】次に、通常の電子ビームの非点補正動作を
行う場合について説明する。操作盤１５を操作し、非点
補正モードの指示を行うと、制御回路１４は、非点補正
コイル１８の駆動電源１９と偏向コイル５の駆動電源１
７とを制御する。この結果、駆動電源１９は非点補正コ
イル１８にステップ状に変化する非点補正電流を供給
し、駆動電源１７はステップ状の非点補正電流の変化の
都度、試料の所定領域の走査を行うための走査信号を偏
向コイル５に供給する。各ステップ状の非点補正電流に
よる電子ビームの非点の状態における検出器６によって
検出された２次電子信号は、増幅器７によって増幅され
た後、ハイパスフィルタ８によって直流分が除去された
後、絶対値回路１０によって正の信号に変換させられ
る。絶対値回路１０の出力は、積分器１１に供給され、
非点補正コイル１８による各非点のステップごとの１回
の電子ビームの走査に基づく信号が積分される。積分器
１１の積分値は、ＡＤ変換器１２によってディジタル信
号に変換された後、ピーク検出回路１３に供給される。

【０００７】ピーク検出回路１３においては、非点補正
コイル１８の各非点ステップごとに積分器１１の積分値
を記憶する。図３はこのときの記憶された積分値変化を
示しており、縦軸が積分値、横軸が非点補正コイル１８
への非点補正電流値である。ピーク検出回路１３は、記
憶された積分値の変化曲線のピークの時の非点補正電流
値を検出し、その値は制御回路１４に供給される。制御
回路１４は、ピークの時の非点補正電流が非点補正コイ
ル１８に供給されるように駆動電源１９を制御し、この
ようにして非点補正動作が行われる。

【０００８】なお、実際には、非点補正においてはｘ，
ｙの２軸方向に対して補正電流を変化させる為、積分値
の変化曲線は３次元で表わされる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した焦点合わせに
おいては、操作盤１４を操作し、それによって焦点合わ
せ動作を行うようになっている。焦点合わせには、通
常、ラフな焦点合わせを行うコースモードと、精密な焦
点合わせを行うファインモードがあり、さらに、焦点合
わせ後に非点補正動作の指示を行う必要があるなど、オ
ペレータの操作は極めて繁雑となっている。

【００１０】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、煩わしい動作なく自動的に焦点合
わせや非点補正を行うことができる荷電粒子ビームにお
ける焦点合わせおよび非点補正方法を実現するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく荷電粒子
ビーム装置における焦点合わせ方法は、荷電粒子ビーム
を試料上に集束するための集束レンズと、試料上の荷電
粒子ビームの照射位置を走査するための走査手段と、試
料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検
出する検出器と、試料上の荷電粒子ビームの集束状態を
ステップ状に変化させる手段とを備えた荷電粒子ビーム
装置において、各集束状態のときに試料の所定領域を荷
電粒子ビームで走査し、その際、検出器によって検出さ
れた信号を処理して合焦点の程度を表わす評価信号を求
め、この評価信号値により最適焦点位置を求め、最適焦
点位置に集束レンズを設定する焦点合わせ動作を行うと
共に、その最適焦点位置における評価信号値を記憶し、
その後、適宜試料の所定領域の荷電粒子ビーム走査に基
づく検出信号を処理して評価信号値を求め、その評価信
号値と記憶した最適焦点位置における評価信号値とを比
較し、その差が所定レベル以上となった場合に再度焦点
合わせ動作を行うようにしたことを特徴としている。

【００１２】本発明に基づく荷電粒子ビーム装置におけ
る非点補正方法は、荷電粒子ビームを試料上に集束する
ための集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位
置を走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビー
ムの照射によって得られた信号を検出する検出器と、荷
電粒子ビームの非点を補正するための非点補正手段と、
非点補正手段への非点補正値をステップ状に変化させる
手段とを備えた荷電粒子ビーム装置において、各非点補
正の状態のときに試料の所定領域を荷電粒子ビームで走
査し、その際、検出器によって検出された信号を処理し
て非点の程度を表す評価信号を求め、この評価信号値に
より最適非点補正位置を求め、最適非点補正位置に非点
補正手段を制御する非点補正動作を行うと共に、その最
適非点補正位置における評価信号値を記憶し、その後、
適宜試料の所定領域の荷電粒子ビーム走査に基づく検出
信号を処理して評価信号値を求め、その評価信号値と記
憶した最適非点補正位置における評価信号値とを比較
し、その差が所定レベル以上となった場合に再度非点補
正動作を行うようにしたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における焦
点合わせ方法は、各集束状態のときに試料の所定領域を
荷電粒子ビームで走査し、その際、検出器によって検出
された信号を積算し、積算信号の変化曲線に基づいて最
適焦点位置を求め、最適焦点位置に集束レンズを設定す
る焦点合わせ動作を行うと共に、その最適焦点位置にお
ける積算値を記憶し、その後、適宜試料の所定領域の荷
電粒子ビーム走査に基づく検出信号の積算値を求め、そ
の積算値と記憶した最適焦点位置における積算値とを比
較し、その差が所定レベル以上となった場合に再度焦点
合わせ動作を行う。

【００１４】また、本発明に基づく荷電粒子ビームにお
ける非点補正方法は、各非点補正の状態のときに試料の
所定領域を荷電粒子ビームで走査し、その際、検出器に
よって検出された信号を積算し、積算信号の変化曲線に
基づいて最適非点補正位置を求め、最適非点補正位置に
非点補正手段を制御する非点補正動作を行うと共に、そ
の最適非点補正位置における積算値を記憶し、その後、
適宜試料の所定領域の荷電粒子ビーム走査に基づく検出
信号の積算値を求め、その積算値と記憶した最適非点補
正位置における積算値とを比較し、その差が所定レベル
以上となった場合に再度非点補正動作を行う。

【００１５】

【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。図４は、本発明の方法を実施するための走
査電子顕微鏡の一例を示しており、図１に示した走査電
子顕微鏡と同一部分には同一番号を付してその詳細な説
明は省略する。図４の走査電子顕微鏡において、制御回
路１４には、メモリ２０が接続されている。このメモリ
２０には、ピーク検出回路１３で検出された焦点位置の
時の積算値や最適非点補正のときの積算値が記憶され
る。このような構成の動作を図５のフローチャートに基
づいて説明する。

【００１６】まず、操作盤１２による焦点合わせ動作の
実行の指示により、自動焦点合わせ動作が行われる。こ
の自動焦点合わせは、図１に基づいて説明したと同様の
方法で行われる。この焦点合わせ動作により、対物レン
ズ３には最適な焦点合わせのための励磁電流が駆動電源
１６より供給される。また、自動焦点合わせにより得ら
れた図２の曲線のピークの時の積算値が制御回路１４か
らメモリ２０に供給されて記憶される。次に、所定時間
経過後、焦点ずれ検出動作が実行される。この動作はま
ず、１画面分の像信号について、ハイパスフィルタ８，
絶対値回路９を介して積算器１５によって積算し、その
積算結果をピーク検出回路１５を介して制御回路１４に
送る。制御回路１４は、供給された積算値とメモリ２０
に記憶された積算値とを比較し、焦点ずれの有無を検出
する。この両積算値の差が、所定レベル以上となった場
合、焦点ずれが生じたとして再び自動的に焦点合わせ動
作を実行させる。一方、両積算値の差が所定レベル以下
の場合には、焦点ずれなしとして所定時間経過後、再び
焦点ずれ検出動作が実行される。このように、１画面分
の像信号の積算値が、焦点を合わせた際の積算値からず
れたときには焦点がずれたものとし、焦点合わせ動作を
自動的に行うようにしたので、煩わしい焦点合わせ動作
の指示を行うことなく、常に焦点のあった状態で試料の
像を観察することが可能となる。

【００１７】次に、自動非点補正動作について図６のフ
ローチャートを参考にして説明する。まず、操作盤１２
による非点補正動作の実行の指示により、自動非点補正
動作が行われる。この自動非点補正は、図１に基づいて
説明したと同様の方法で行われる。この非点補正動作に
より、非点補正コイル１８には駆動電源１９から最適な
非点補正のための非点補正電流が供給される。また、非
点補正動作により得られた図３の曲線のピークの時の積
算値が制御回路１４からメモリ２０に供給されて記憶さ
れる。次に、所定時間経過後、最適非点補正位置からの
ずれの検出動作が実行される。この動作はまず、１画面
分の像信号について、ハイパスフィルタ８，絶対値回路
９を介して積算器１５によって積算し、その積算結果を
ピーク検出回路１５を介して制御回路１４に送る。制御
回路１４は、供給された積算値とメモリ２０に記憶され
た積算値とを比較し、最適非点補正位置からのずれの有
無を検出する。この両積算値の差が、所定レベル以上と
なった場合、最適非点補正位置のずれが生じたとして再
び自動的に非点補正動作を実行させる。一方、両積算値
の差が所定レベル以下の場合には、最適非点補正位置か
らのずれなしとして所定時間経過後、再び最適非点補正
位置からのずれの検出動作が実行される。このように、
１画面分の像信号の積算値が、非点を補正した際の積算
値からずれたときには最適非点補正位置がずれたものと
し、非点補正動作を自動的に行うようにしたので、煩わ
しい非点補正動作の指示を行うことなく、常に非点が補
正された状態で試料の像を観察することが可能となる。

【００１８】以上本発明の一実施例を詳述したが、本発
明はこの実施例に限定されない。例えば、２次電子を検
出したが、反射電子を検出してもよい。また、実施例で
は、走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを
用いた装置などにも本発明を適用することかできる。更
に、図２の積算値曲線は、電子ビームに非点のない状態
での曲線であるが、電子ビームに非点が存在する場合に
は、積算値曲線にピークが２つ生じ、焦点位置はそのピ
ークの中間点となるが、その場合には、メモリ２０にそ
の中間点の積算値を記憶すれば良い。更に、焦点合わせ
のために対物レンズ３の励磁を変化させたが、補助レン
ズを設け、補助レンズによって焦点合わせ動作を実行す
るようにしても良い。更にまた、試料の垂直方向の位置
を変化させたとき、電子ビームの加速電圧を変化させた
ときなど、焦点や非点が必然的にずれるときに、図５や
図６の自動焦点合わせや非点補正動作を、自動的に開始
させる機能を付加することは有効である。

【００１９】上述した実施例においては、検出信号を処
理して合焦点の程度や非点の程度を表す評価信号を得る
ため、ハイパスフィルターを通過した検出信号を絶対値
回路に供給して絶対値化した後、積算回路に供給して積
算するようにした。しかしながら、このようにすること
に代えて、ハイパスフィルターを通過した一画面走査分
の検出信号のピーク値を検出してこのピーク値を評価信
号とするようにしても良い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム装置における焦点合わせおよび非点補正方
法は、焦点合わせや非点補正動作のときに得られた最適
位置における１画面分の像信号の積算値を記憶してお
き、その後、適宜試料の所定領域の荷電粒子ビーム走査
に基づく検出信号の積算値を求め、その積算値と記憶し
た最適位置における積算値とを比較し、その差が所定レ
ベル以上となった場合に再度焦点合わせ動作や非点補正
動作を行うようにしたので、煩わしい動作なく自動的に
焦点合わせや非点補正を行うことができる。また、本発
明では、常に焦点の状態や非点の状態が監視でき、最適
な状態から大きくずれることがなくなり、焦点合わせ動
作や非点補正動作を行う際には、ラフな調整となるコー
スモードを省略し、精密な調整であるファインモードの
みとすることができるため、焦点合わせや非点補正の動
作を短時間に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の走査電子顕微鏡を示す図である。

【図２】対物レンズの励磁強度と積分値との関係を示す
図である。

【図３】非点補正電流と積分値との関係を示す図であ
る。

【図４】本発明の方法を実施するための走査電子顕微鏡
の一例を示す図である。

【図５】本発明の一実施例のフローチャートを示す図で
ある。

【図６】本発明の他の実施例のフローチャートを示す図
である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 集束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 偏向コイル ６ 検出器 ７ 増幅器 ９ 陰極線管 １２ ＡＤ変換器 １４ 制御回路 １５ 操作盤 １６ 駆動電源 １７ 駆動電源 １８ 非点補正コイル １９ 駆動電源 ２０ メモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を
   走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビームの
   照射によって得られた信号を検出する検出器と、試料上
   の荷電粒子ビームの集束状態をステップ状に変化させる
   手段とを備えた荷電粒子ビーム装置において、各集束状
   態のときに試料の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、
   その際、検出器によって検出された信号を処理して合焦
   点の程度を表わす評価信号を求め、この評価信号値によ
   り最適焦点位置を求め、最適焦点位置に集束レンズを設
   定する焦点合わせ動作を行うと共に、その最適焦点位置
   における評価信号値を記憶し、その後、適宜試料の所定
   領域の荷電粒子ビーム走査に基づく検出信号を処理して
   評価信号値を求め、その評価信号値と記憶した最適焦点
   位置における評価信号値とを比較し、その差が所定レベ
   ル以上となった場合に再度焦点合わせ動作を行うように
   した荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法。
2. 【請求項２】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を
   走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビームの
   照射によって得られた信号を検出する検出器と、荷電粒
   子ビームの非点を補正するための非点補正手段と、非点
   補正手段への非点補正値をステップ状に変化させる手段
   とを備えた荷電粒子ビーム装置において、各非点補正の
   状態のときに試料の所定領域を荷電粒子ビームで走査
   し、その際、検出器によって検出された信号を処理して
   非点の程度を表わす評価信号を求め、この評価信号値に
   より最適非点補正位置を求め、最適非点補正位置に非点
   補正手段を制御する非点補正動作を行うと共に、その最
   適非点補正位置における評価信号値を記憶し、その後、
   適宜試料の所定領域の荷電粒子ビーム走査に基づく検出
   信号を処理して評価信号値を求め、その評価信号値と記
   憶した最適非点補正位置における評価信号値とを比較
   し、その差が所定レベル以上となった場合に再度非点補
   正動作を行うようにした荷電粒子ビーム装置における非
   点補正方法。