JPH06243811A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置

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JPH06243811A
JPH06243811A JP5025150A JP2515093A JPH06243811A JP H06243811 A JPH06243811 A JP H06243811A JP 5025150 A JP5025150 A JP 5025150A JP 2515093 A JP2515093 A JP 2515093A JP H06243811 A JPH06243811 A JP H06243811A
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JP
Japan
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sample
signal
charged particle
particle beam
scanning
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Withdrawn
Application number
JP5025150A
Other languages
English (en)
Inventor
Hachiro Shimayama
八郎 島山
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 部分的に異なった傾斜を有した試料であって
も全走査領域に渡って焦点の合った荷電粒子ビームを照
射し、精密な像を観察することができる荷電粒子ビーム
装置を実現する。 【構成】 14は第1のポテンショメータである。第1
のポテンショメータ14からの信号は、コンパレータ1
5において走査信号発生回路10からの垂直走査信号と
比較される。コンパレータ15の出力信号は、第1のア
ナログスイッチ16とインバータ17を介して第2のア
ナログスイッチ18に供給される。第1のアナログスイ
ッチ16は第2のポテンショメータ19からの信号をオ
ンオフし、第2のアナログスイッチ18は第3のポテン
ショメータ20からの信号をオンオフする。第1のアナ
ログスイッチ16と第2のアナログスイッチ18からの
信号は、抵抗21,コンデンサ22,演算増幅器23か
ら成るミラー積分回路24に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームやイオンビ
ームを用いて試料上を走査し、この走査に応じて得られ
た2次電子などを検出して試料の走査像を得るようにし
た荷電粒子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの立体構造や内部欠陥を
調べるためなどを目的として、半導体試料の任意の部分
にイオンビームを照射し、その部分を加工切断した後、
試料の表面と加工断面部分で電子ビームを走査し、試料
から得られた2次電子などを検出して走査像を表示する
ことが行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した走査像の観察
において、電子ビームの照射が試料表面から試料の加工
切断面に移るような面走査を行った場合、試料表面の走
査に合わせて電子ビームの焦点合わせを行っていると、
電子ビームの走査位置が試料の加工切断面に移った後
に、焦点のずれが生じる。このため、試料表面と試料の
加工切断面が含まれる部分を電子ビームで面走査し、試
料から放出される2次電子を検出し、検出信号を陰極線
管に送って2次電子像を観察すると、部分的に焦点の合
わない2次電子像が観察されてしまい、試料の微細部分
を精密に観察することが困難となる。
【0004】従来、試料が一様に傾斜しているような場
合には、走査信号を利用して、この信号に基づいて試料
の傾斜に対応する焦点合わせ信号を作成し、この信号を
焦点合わせ機能を有するレンズに供給するようにしてい
る。しかしながら、この手法は、試料が一様に傾斜して
いる場合にのみ適用できるもので、前記したような、傾
斜の角度が異なった試料表面と試料の加工切断面とを同
時に観察する場合などには適用できない。
【0005】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、部分的に異なった傾斜を有した試
料であっても全走査領域に渡って焦点の合った荷電粒子
ビームを照射し、精密な像を観察することができる荷電
粒子ビーム装置を実現するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく荷電粒子
ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源
からの荷電粒子ビームを集束するための集束手段と、荷
電粒子ビームを試料上で2次元的に走査するための偏向
手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得ら
れた信号に基づいて、試料の走査像を表示するための表
示手段と、試料上の荷電粒子ビームの焦点合わせを行う
ためのレンズと、試料の第1の表面に対する荷電粒子ビ
ームの焦点合わせの信号と試料の第2の表面に対する荷
電粒子ビームの焦点合わせの信号とを発生する焦点合わ
せ信号発生手段と、2種の焦点合わせの信号を荷電粒子
ビームの走査位置に応じて切り換えて焦点合わせ用レン
ズに供給する手段とを備えたことを特徴としている。
【0007】
【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、試料の
走査領域中の傾斜角度の異なった2種の面に、その面の
傾斜角度に応じた焦点合わせ信号を作成し、この信号に
より焦点合わせを電子ビームの走査位置に応じてダイナ
ミックに行う。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図1は本発明に基づく走査電子顕微鏡の
基本構成を示しており、図2は図1の走査電子顕微鏡に
用いられる補助レンズ制御回路の一例を示す図である。
図において、1は電子銃である。電子銃1から発生し加
速された電子ビームEBは集束レンズ2,対物レンズ3
によって試料4上に集束される。5は電子ビームを偏向
するための偏向器であり、偏向器5に走査信号を供給す
ることにより、電子ビームEBは試料を走査する。6は
対物レンズ3の上部に配置された補助レンズであり電子
ビームEBの焦点の調整を行う。
【0009】試料4への電子ビームEBの照射に基づい
て試料から発生した2次電子は、2次電子検出器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
して陰極線管9に供給される。10は走査信号発生回路
であり、走査信号発生回路10からの走査信号は倍率制
御回路11を介して偏向器5に供給される。12は対物
レンズ3の制御回路、13は補助レンズ6の制御回路で
ある。
【0010】図2は補助レンズ制御回路13の一具体例
を示しており、14は第1のポテンショメータである。
第1のポテンショメータ14からの信号は、コンパレー
タ15において走査信号発生回路10からの垂直走査信
号と比較される。コンパレータ15の出力信号は、第1
のアナログスイッチ16とインバータ17を介して第2
のアナログスイッチ18に供給される。第1のアナログ
スイッチ16は第2のポテンショメータ19からの信号
をオンオフし、第2のアナログスイッチ18は第3のポ
テンショメータ20からの信号をオンオフする。
【0011】第1のアナログスイッチ16と第2のアナ
ログスイッチ18からの信号は、抵抗21,コンデンサ
22,演算増幅器23から成るミラー積分回路24に供
給される。ミラー積分回路24には並列に第3のアナロ
グスイッチ25が接続されているが、このスイッチ25
は走査信号発生回路10からのブランキング信号によっ
てオンオフされる。このような構成の動作を次に説明す
る。
【0012】まず、通常の2次電子走査像を得る場合、
電子銃1からの電子ビームEBは集束レンズ2,対物レ
ンズ3によって試料4上に細く集束される。この時、偏
向器5には走査信号発生回路10からの走査信号が供給
され、電子ビームは試料4の所定領域を走査する。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7によって検出され、その検出信号は走査信号発
生回路10から走査信号が供給される陰極線管9に輝度
変調信号として供給されることから、陰極線管9上には
試料の2次電子走査像が表示される。なお、像の倍率
は、倍率制御回路11によって任意に調整することがで
きる。
【0013】次に、試料4が図3に示すように通常の表
面S1に対して、異なった傾斜角度の加工断面S2を有
している場合の動作について説明する。今、電子ビーム
の走査範囲が点線で示した領域で、電子ビームの垂直方
向の走査位置がV1〜Vnまでとする。また、試料表面
S1と加工断面S2との境界部の電子ビームの垂直方向
の走査位置がVmとすると、Vmに相当する垂直走査信
号強度に第1のポテンショメータ14が設定される。コ
ンパレータ15は、図4(a)に示した垂直走査信号と
第1のポテンショメータ14に設定された信号とを比較
し、垂直走査信号の値がVnより低い状態、すなわち、
電子ビームが試料の表面S1部分を走査している期間
は、ハイレベル信号を発生する。
【0014】このハイレベル信号により、第1のアナロ
グスイッチ16はオンとされ、第2のアナログスイッチ
18はインバータ17によって反転されたローレベル信
号が供給されることからオフとされている。図4(b)
は、第1のアナログスイッチ16の出力信号波形を示し
ており、図4(c)は、第2のアナログスイッチ18の
出力信号波形を示している。この垂直走査信号の大きさ
がVmより小さい期間、第2のポテンショメータ19か
らの信号が第1のアナログスイッチ16を介してミラー
積分回路24に供給され、そして積分される。
【0015】この時、第1のポテンショメータ19は、
試料表面S1の傾斜角度と傾斜方向に応じて設定されて
いる。図4(d)は、ミラー積分回路24の積分値を示
しており、この積分値に応じて補助レンズ6に励磁電流
が供給される。すなわち、図に示すように、試料表面S
1の傾斜角度と電子ビームの垂直方向の走査位置に応じ
て徐々に強い励磁電流が流され、試料表面S1は常に焦
点のあった電子ビームによって走査されることになる。
【0016】次に、垂直走査信号の大きさがVmとなる
と、コンパレータ15の出力はローレベルに変わる。そ
の結果、第1のアナログスイッチ16はオフとなり、第
2のアナログスイッチ18はオンとなる。従って、垂直
走査信号の大きさがVmとなった後は、ミラー積分回路
24には第3のポテンショメータ20からの信号が第2
のアナログスイッチ18を介して供給される。この時、
第2のポテンショメータ20は、試料の加工断面S2の
傾斜角度と傾斜方向に応じて設定されている。その結
果、図4(d)に示すように、試料の加工断面S2の傾
斜角度と電子ビームの垂直方向の走査位置に応じて徐々
に弱くなる励磁電流が流され、試料の加工断面S2は常
に焦点のあった電子ビームによって走査されることにな
る。
【0017】このようにして、試料4の所望走査領域中
に傾斜角度の相違する面が存在していても、その領域中
では常に焦点のあった電子ビームを照射することがで
き、精密な像の観察を行うことができる。なお、ミラー
積分回路24の積分値に関しては、図4(e)に示すブ
ランキング信号をスイッチ25に供給することによりコ
ンデンサ22の両端を短絡させ、その積分値をクリアー
するように構成されている。また、電子ビームの水平走
査方向と2種の面の境界部とが一致していない場合に
は、事前に試料を機械的に回転させるか、電子ビームの
走査方向を回転させて、電子ビームの水平走査方向と境
界部とを一致させることが必要である。
【0018】図5は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、図1の実施例における第2のポテンシ
ョメータ19と第3のポテンショメータ20からの信号
をそれぞれV/Fコンバータ30,31に供給し、ま
た、コンパレータ15の出力信号をアンドゲート32と
インバータ17を介してアンドゲート33とに供給する
ように構成している。更に、ミラー積分回路24に代
え、アップダウンカウンタ34とDA変換器35が備え
られている。
【0019】このような構成において、アンドゲート3
2は、垂直走査信号がVmより小さい期間、すなわち、
コンパレータ15からの信号がハイレベルの期間、V/
Fコンバータ30からの信号をアップパルス信号として
アップダウンカウンタ34に供給する。また、アンドゲ
ート33は、垂直走査信号の大きさがVm以上の期間、
すなわち、インバータ17からの信号がハイレベルの期
間、V/Fコンバータ31からの信号をダウンパルス信
号としてアップダウンカウンタ34に供給する。このよ
うな構成により、DA変換器35からは、図4(d)に
示す補助レンズへの焦点合わせ信号が得られる。
【0020】図6は本発明の更に他の実施例を示してい
る。この実施例で、試料4の表面の傾斜角度と傾斜方向
は、試料4を傾斜させるモータ40から自動的に検出す
るようにしている。すなわち、モータ40の回転方向と
回転量に基づき、検出器41は試料表面の傾斜角度と傾
斜方向を検出し、そのデータをAD変換器42,インタ
ーフェイス43を介してコンピュータ44に供給する。
またこの時、検出器7からの信号も増幅器8,AD変換
器42,インターフエイス43を介してコンピュータ4
4に供給される。コンピュータ44は2次電子信号か
ら、傾斜角度が異なる試料の2種の面の境界部の垂直方
向の位置Vmを検出する。コンピュータ44は、試料表
面の傾斜角度と傾斜方向のデータ、境界部の位置に基づ
いて、図1の第1,第2,第3のポテンショメータ1
4,19,20の調整をインターフェイス43,DA変
換器45,46,47を介して行う。
【0021】以上本発明の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
するようにしたが、反射電子を検出し、反射電子像を表
示する場合にも適用することができる。また、走査電子
顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを試料に照射
し、2次電子信号や2次イオンを検出するような装置に
本発明を用いても良い。更に、焦点合わせを試料の表面
の傾斜に応じてダイナミックに行うため、焦点の補正信
号を補助レンズに供給するようにしたが、補助レンズを
用いず、対物レンズの励磁電流を試料の傾斜に応じて変
化させるように構成し、ダイナミックな焦点合わせを行
うようにしても良い。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム装置は、試料の走査領域中の傾斜角度の異
なった2種の面に、その面の傾斜角度に応じた焦点合わ
せ信号を作成し、この信号により焦点合わせを荷電粒子
ビームの走査位置に応じてダイナミックに行うように構
成したので、部分的に異なった傾斜を有した試料であっ
ても全走査領域に渡って焦点の合った荷電粒子ビームを
照射し、精密な像を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく走査電子顕微鏡の基本構成を示
す図である。
【図2】図1の走査電子顕微鏡に用いられる補助レンズ
制御回路の一例を示す図である。
【図3】電子ビームによって走査される試料を示す図で
ある。
【図4】図1,図2の実施例の動作波形を示す図であ
る。
【図5】本発明の他の実施例を示す図である。
【図6】本発明の他の実施例を示す図である。
【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 偏向器 6 補助レンズ 9 陰極線管 10 走査信号発生回路 11 倍率制御回路 12 補助レンズ制御回路 13 対物レンズ制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源
    からの荷電粒子ビームを集束するための集束手段と、荷
    電粒子ビームを試料上で2次元的に走査するための偏向
    手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得ら
    れた信号に基づいて、試料の走査像を表示するための表
    示手段と、試料上の荷電粒子ビームの焦点合わせを行う
    ためのレンズと、試料の第1の表面に対する荷電粒子ビ
    ームの焦点合わせの信号と試料の第2の表面に対する荷
    電粒子ビームの焦点合わせの信号とを発生する焦点合わ
    せ信号発生手段と、2種の焦点合わせの信号を荷電粒子
    ビームの走査位置に応じて切り換えて焦点合わせ用レン
    ズに供給する手段とを備えた荷電粒子ビーム装置。
JP5025150A 1993-02-15 1993-02-15 荷電粒子ビーム装置 Withdrawn JPH06243811A (ja)

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Effective date: 20000509