JPH07245075A - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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Publication number
JPH07245075A
JPH07245075A JP3434094A JP3434094A JPH07245075A JP H07245075 A JPH07245075 A JP H07245075A JP 3434094 A JP3434094 A JP 3434094A JP 3434094 A JP3434094 A JP 3434094A JP H07245075 A JPH07245075 A JP H07245075A
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JP
Japan
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sample
sensor
capacitance
automatic focusing
electron beam
Prior art date
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Application number
JP3434094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norimichi Anazawa
紀道 穴澤
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Holon Co Ltd
Original Assignee
Holon Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH07245075A publication Critical patent/JPH07245075A/en
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Abstract

PURPOSE:To speedily and easily achieve focusing of a charged particle beam device at high precision by measuring capacity between a sensor disposed close to an optical axis of the charged particle beam and a sample, detecting height information, and performing automatic focusing. CONSTITUTION:A sensor 11 is a doughnut-shaped plate having a hole for a beam passage 12 of an electron beam 5, and it is fixed to face a sample 4 to be an electrode for measuring capacity to the sample 4. The capacity to the sample 4 is measured by a lead 13 connected to the sensor 11, a current at an objective lens 2 is changed in accordance with the measured capacity, and the beam 5 is controlled to be focused on the sample 4. Automatic focusing in a device such as a short focus and high resolution scan type electron microscope can be performed at high precision speedily.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子線を試料に焦
点合わせする自動焦点合わせ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focusing device for focusing a charged particle beam on a sample.

【0002】走査型電子顕微鏡などの荷電粒子を用いた
顕微鏡は、今日では研究や産業の多くの分野に使われて
いる。特に半導体産業では、加工の微細化に伴い、各種
の検査工程に従来の光学顕微鏡に代わって専用の走査型
電子顕微鏡が使用されるようになっている。そのため、
操作にあたっては専門に訓練を必要としないことが重要
で、できるかぎり自動化する必要があり、特に試料に対
する焦点を自動的に合わせる要求がある。
Microscopes using charged particles, such as scanning electron microscopes, are nowadays used in many fields of research and industry. In particular, in the semiconductor industry, with the miniaturization of processing, a dedicated scanning electron microscope has been used instead of a conventional optical microscope in various inspection processes. for that reason,
It is important that no special training is required for the operation, and it is necessary to automate it as much as possible, and in particular, there is a demand for automatically focusing the sample.

【0003】[0003]

【従来の技術】走査型電子顕微鏡で従来使われてきた自
動焦点合わせの方法は、大別して、電子ビーム自体を利
用するものと、それ以外のものとに分けられる。
2. Description of the Related Art Automatic focusing methods conventionally used in scanning electron microscopes are roughly classified into those using an electron beam itself and those other than that.

【0004】前者は、試料面の2次電子像から焦点情報
を得る、あるいは像としてではなくて線走査による2次
電子信号から焦点情報を得るようにしていた。電子ビー
ムが細く絞られて試料面を照射して走査されると、試料
面の2次電子像や2次電子信号の変化分が多くなるので
これを検出し、レンズに流す電流を制御して自動焦点を
結ぶようにしている。
In the former method, the focus information is obtained from the secondary electron image on the sample surface, or the focus information is obtained not from the image but from the secondary electron signal obtained by line scanning. When the electron beam is narrowed down and irradiated on the sample surface and scanned, the change in the secondary electron image and the secondary electron signal on the sample surface increases, so this is detected and the current flowing through the lens is controlled. I try to focus automatically.

【0005】後者は、電子ビーム以外の例えば光ビーム
を図5に示すように、試料に照射して反射する位置の高
さ情報を得て、対物レンズ32に流す電流を制御して焦
点を結ぶようにしている。以下図5の構成および動作を
簡単に説明する。
In the latter, as shown in FIG. 5, for example, a light beam other than an electron beam is obtained to obtain height information of a position where the sample is irradiated and reflected, and a current flowing through the objective lens 32 is controlled to focus the sample. I am trying. The configuration and operation of FIG. 5 will be briefly described below.

【0006】図5は、従来技術の説明図を示す。図5に
おいて、鏡筒31は、電子線を発生する電子銃などを内
部に設けたものである。
FIG. 5 shows an explanatory view of the prior art. In FIG. 5, the lens barrel 31 has an electron gun or the like for generating an electron beam provided therein.

【0007】対物レンズ32は、発生された電子線を試
料34上に焦点合わせするものである。試料室33は、
試料34を真空中に保持して移動させたりするための部
屋である。
The objective lens 32 focuses the generated electron beam on the sample 34. The sample chamber 33 is
This is a room for holding and moving the sample 34 in a vacuum.

【0008】試料34は、電子線ビームを照射して観察
しようとするものであって、例えば半導体のウェハであ
り、図示外の試料移動機構に乗せるものである。電子ビ
ーム35は、試料34を照射する電子ビームである。
The sample 34 is to be observed by irradiating it with an electron beam, and is, for example, a semiconductor wafer, which is placed on a sample moving mechanism (not shown). The electron beam 35 is an electron beam that irradiates the sample 34.

【0009】レーザビーム36は、レーザ発生装置37
から試料34に向けて照射されたレーザビームである。
レーザビーム36’は、試料34から反射されたレーザ
ビームである。
The laser beam 36 is generated by a laser generator 37.
Is a laser beam emitted toward the sample 34 from.
The laser beam 36 ′ is the laser beam reflected from the sample 34.

【0010】検出器38は、試料34によって反射され
たレーザビーム36’を検出するものである。増幅器3
9は、試料34上で反射されて検出器38によって検出
された信号の変化、ここでは、試料34の高さが代わっ
たことに対応する信号の変化を増幅するものである。
The detector 38 detects the laser beam 36 'reflected by the sample 34. Amplifier 3
9 is for amplifying the change in the signal reflected on the sample 34 and detected by the detector 38, here the change in the signal corresponding to the change in the height of the sample 34.

【0011】対物レンズ電源40は、増幅器39からの
信号をもとに、試料34の面が高くなったときに、検出
器38および増幅器39によって検出・増幅された信号
をもとに対物レンズ32に供給する電流を増大させた
り、逆に試料34の面が低くなったときに電流を減少さ
せたりするものである。
The objective lens power supply 40 is based on the signal from the amplifier 39, and when the surface of the sample 34 is raised, the objective lens 32 is detected and amplified by the detector 38 and the amplifier 39. To increase the current supplied to, or conversely decrease the current when the surface of the sample 34 becomes low.

【0012】次に、動作を簡単に説明する。図示外の試
料移動機構上に乗せた試料34に対して、レーザ発生装
置37からレーザビーム36を当該試料34の面上に照
射し、試料34から反射したレーザビーム36’を検出
器38で検出し、検出した信号を増幅器39で増幅し、
この増幅した制御信号をもとに対物レンズ電源40を制
御し、対物レンズ32に供給する電流を制御する。例え
ば試料34を移動して当該試料34の面が高くなったと
き、例えば試料34である半導体のウェアの面が高くな
った場合、当該ウェハから反射したレーザビーム36’
の高さ方向の位置が変化するのでこの高さ方向の変化を
検出器38で検出し、検出した信号を増幅器39で増幅
して制御信号を対物レンズ電源40に供給し、対物レン
ズ32に供給する電流を増大させる。一方、半導体のウ
ェハの面が低くなった場合、対物レンズ32に供給する
電流を減少させる。これらにより、電子ビーム35が結
像した状態で常に試料34の面上を走査し、2次電子像
を常に焦点合わせされた状態で観察することが可能とな
る。
Next, the operation will be briefly described. The surface of the sample 34 is irradiated with the laser beam 36 from the laser generator 37 on the sample 34 placed on the sample moving mechanism (not shown), and the laser beam 36 ′ reflected from the sample 34 is detected by the detector 38. Then, the detected signal is amplified by the amplifier 39,
The objective lens power supply 40 is controlled based on this amplified control signal, and the current supplied to the objective lens 32 is controlled. For example, when the surface of the sample 34 is raised by moving the sample 34, for example, when the surface of the semiconductor wear, which is the sample 34, is raised, the laser beam 36 ′ reflected from the wafer.
Since the position in the height direction of the object changes, the change in the height direction is detected by the detector 38, the detected signal is amplified by the amplifier 39, and the control signal is supplied to the objective lens power supply 40 and supplied to the objective lens 32. To increase the current. On the other hand, when the surface of the semiconductor wafer becomes low, the current supplied to the objective lens 32 is reduced. As a result, it becomes possible to always scan the surface of the sample 34 with the electron beam 35 in the imaged state, and observe the secondary electron image in the always focused state.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上述した前者の電子ビ
ームを試料34に照射して得た2次電子像や線走査して
得た信号から焦点情報を得て、対物レンズ32の電流を
制御して常に焦点が試料34面上に合うように自動調整
する場合、電子ビームを使うので分解能が優れており、
原理的には精度の高い焦点合わせを行うことが可能とな
る。
The focus information is obtained from the secondary electron image obtained by irradiating the sample 34 with the above-mentioned electron beam or the signal obtained by line scanning, and the current of the objective lens 32 is controlled. And when adjusting automatically so that the focus is always on the surface of the sample 34, the electron beam is used, so the resolution is excellent,
In principle, highly accurate focusing can be performed.

【0014】しかし、電子ビームを試料34に照射して
得た2次電子の信号のS/N比を高めるためにある程度
の情報の蓄積時間が必要となってしまい、高速に焦点合
わせするときの障害となってしまうという問題があっ
た。即ち、走査型電子顕微鏡によって得た像は、光源顕
微鏡によって得た像に比べるとS/N比が劣っており、
電子ビームの強度を高めると試料を照射したときにダメ
ージを受けてしまうので、むやみに強くできなく、どう
しても信号を蓄積してS/N比を改善する必要がある。
However, in order to increase the S / N ratio of the secondary electron signal obtained by irradiating the sample 34 with the electron beam, a certain amount of information storage time is required, so that high-speed focusing is required. There was the problem of becoming an obstacle. That is, the image obtained by the scanning electron microscope is inferior in S / N ratio to the image obtained by the light source microscope,
If the intensity of the electron beam is increased, it will be damaged when the sample is irradiated, so that it cannot be unnecessarily strong, and it is absolutely necessary to accumulate signals to improve the S / N ratio.

【0015】一方、上述した後者の図5の構成によれ
ば、レーザビーム36を試料34に照射し、試料面の高
さの変化に対応して反射したレーザビーム36’の位置
のずれを検出して高さの変化を求め、試料34が高い方
向に移動したときは対物レンズ32の電流を増大し、一
方、試料34が低い方向に移動したときは対物レンズ3
2の電流を減少させ、自動焦点合わせすることができ
る。
On the other hand, according to the latter configuration of FIG. 5 described above, the deviation of the position of the laser beam 36 'which irradiates the sample 34 with the laser beam 36 and is reflected in response to the change in the height of the sample surface is detected. The height change is obtained by increasing the current of the objective lens 32 when the sample 34 moves in the high direction, and the objective lens 3 increases when the sample 34 moves in the low direction.
Two currents can be reduced for autofocus.

【0016】しかし、走査型電子顕微鏡の高分解能化が
進むに伴い、対物レンズと試料面との間の距離(作動距
離)が小さくなり、レーザビームの光路をとるスペース
がなくなってしまう。また、高分解能化に伴い、電子顕
微鏡の焦点深度が浅くなり、図5に示すような方法では
十分な高さの変化が検出できなく、焦点がずれてしまう
という問題もある。
However, as the resolution of the scanning electron microscope becomes higher, the distance (working distance) between the objective lens and the sample surface becomes smaller, and the space for taking the optical path of the laser beam is lost. Further, as the resolution becomes higher, the depth of focus of the electron microscope becomes shallower, and the method shown in FIG. 5 cannot detect a sufficient change in height, resulting in defocusing.

【0017】本発明は、これらの問題を解決するため、
荷電粒子線の光軸の近傍に配置したセンサと試料(ある
いは試料に対応する平板など)との間の容量を測定して
高さ情報を検出し、荷電粒子線の自動焦点合わせを行
い、短焦点高分解能の電子顕微鏡などの装置の自動焦点
合わせを高精度、迅速かつ簡単な構成で実現することを
目的としている。
The present invention solves these problems.
The height between the sensor and the sample (or the flat plate corresponding to the sample) placed near the optical axis of the charged particle beam is measured to detect the height information, and the charged particle beam is automatically focused. Focus The objective is to realize automatic focusing of a device such as a high-resolution electron microscope with high precision, speed and simple structure.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】図1を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図1において、センサ1
1は、試料4あるいは試料4の移動に連動する部分に固
定した平板に対向して配置し、試料4の高さに対応する
容量を測定するためのものである。
[Means for Solving the Problems] Means for solving the problems will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the sensor 1
Reference numeral 1 is for facing the flat plate fixed to the sample 4 or a portion interlocked with the movement of the sample 4 to measure the capacity corresponding to the height of the sample 4.

【0019】試料4は、荷電粒子線を自動焦点合わせす
る対象の試料である。
The sample 4 is a sample to be automatically focused on the charged particle beam.

【0020】[0020]

【作用】本発明は、図1に示すように、荷電粒子線の光
軸の周りに、試料4に対向して固定し配置したセンサ1
1を設け、試料4とセンサ11との間の容量を測定し、
測定した容量に対応した予め測定しておいた電流あるい
は電圧に制御回路が制御し、自動焦点合わせするように
している。
According to the present invention, as shown in FIG. 1, the sensor 1 fixed and arranged around the optical axis of the charged particle beam so as to face the sample 4.
1, the capacitance between the sample 4 and the sensor 11 is measured,
The control circuit controls the current or voltage measured in advance corresponding to the measured capacitance for automatic focusing.

【0021】この際、センサ11として、光軸の周り
に、当該光軸の部分に穴のある1つのドーナツ状のセン
サ11を固定して配置、あるいは光軸の部分に穴のある
複数に分割したセンサ11をそれぞれ固定し、これらと
試料との間の容量を測定し、自動焦点合わせするように
している。
At this time, as the sensor 11, one donut-shaped sensor 11 having a hole around the optical axis is fixedly arranged or divided into a plurality of holes having a hole at the optical axis. The sensors 11 are fixed, the capacitance between them and the sample is measured, and automatic focusing is performed.

【0022】また、試料4を移動させる移動機構の平坦
な1部分あるいは試料4の近傍に配置してほぼ等しい高
さに連結した平板とセンタ11との間の容量を測定し、
自動焦点合わせするようにしている。
Further, the capacitance between a flat plate and a center 11 which are arranged at a flat portion of a moving mechanism for moving the sample 4 or near the sample 4 and connected to substantially the same height,
I try to focus automatically.

【0023】また、荷電粒子線として、電子ビームと
し、当該電子ビームを試料4上に自動焦点合わせするよ
うにしている。従って、荷電粒子線の光軸の近傍に配置
したセンサ11と試料4(あるいは試料4に対応する平
板など)との間の容量を測定して高さ情報を検出し、荷
電粒子線の自動焦点合わせを行うことにより、短焦点高
分解能の走査型電子顕微鏡などの荷電粒子線装置の自動
焦点合わせを高精度、迅速かつ簡単な構成で実現するこ
とが可能となる。
An electron beam is used as the charged particle beam, and the electron beam is automatically focused on the sample 4. Therefore, the height information is detected by measuring the capacitance between the sensor 11 arranged near the optical axis of the charged particle beam and the sample 4 (or the flat plate corresponding to the sample 4) to automatically focus the charged particle beam. By performing the adjustment, it becomes possible to realize automatic focusing of a charged particle beam device such as a scanning electron microscope having a short focus and high resolution with high accuracy, speed and simple structure.

【0024】[0024]

【実施例】次に、図1から図4を用いて本発明の実施例
の構成および動作を順次詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the construction and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0025】図1は、本発明の1実施例構成図を示す。
図1において、電子ビーム5は、図示外の電子銃から放
射され、対物レンズ2に図示外の制御回路から電流を流
して試料4上に焦点合わせするものである。この焦点合
わせされた電子ビームを面走査してそのときに発生した
2次電子を収集し、ディスプレイ上に同期して走査する
共に輝度変調することにより、いわゆる2次電子像が表
示される。
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an electron beam 5 is emitted from an electron gun (not shown), and a current is passed through an objective lens 2 from a control circuit (not shown) to focus on the sample 4. A so-called secondary electron image is displayed by surface-scanning the focused electron beam, collecting secondary electrons generated at that time, scanning in synchronization with the display, and performing brightness modulation.

【0026】対物レンズ2は、電子ビーム5を試料4上
に焦点合わせするものであって、図示外の制御回路から
電流を流して磁界レンズの強さを調整することによって
電子ビーム5を試料4上に焦点合わせするものである。
The objective lens 2 focuses the electron beam 5 on the sample 4, and a current is supplied from a control circuit (not shown) to adjust the strength of the magnetic lens to adjust the electron beam 5 to the sample 4. Focus on above.

【0027】ビーム通路12は、電子ビーム5を通過さ
せる通路である。これら通路12および試料室内の試料
4の周囲は、真空排気されて真空にされている。試料4
は、電子ビーム5を焦点合わせした状態で面走査し、そ
のときに発生する例えば2次電子を収集して2次電子像
を表示させて観察する対象の試料であって、例えばウェ
ハである。
The beam passage 12 is a passage through which the electron beam 5 passes. The passage 12 and the periphery of the sample 4 in the sample chamber are evacuated to a vacuum. Sample 4
Is a sample to be surface-scanned while the electron beam 5 is focused, and collects, for example, secondary electrons generated at that time to display a secondary electron image and observes the sample, which is, for example, a wafer.

【0028】センサ11は、電子ビーム5のビーム通路
12に穴があいたドーナツ上の板であって、試料4に対
向して固定したものであり、試料4との間の容量を測定
するための電極となるものである。このセンサ11と試
料4との間の距離によって測定される容量が変化するの
で、この容量に対応づけて対物レンズ2の電流を変化さ
せ、常に電子ビーム5が試料4上に焦点合わせされるよ
うに、図示外の制御回路が制御する(図2、図3を用い
て後述する)。
The sensor 11 is a donut-shaped plate having a hole in the beam passage 12 of the electron beam 5 and is fixed so as to face the sample 4 and is used to measure the capacity between the sensor 4 and the sample 4. It becomes an electrode. Since the measured capacitance changes depending on the distance between the sensor 11 and the sample 4, the current of the objective lens 2 is changed corresponding to this capacitance so that the electron beam 5 is always focused on the sample 4. In addition, a control circuit (not shown) controls (described later with reference to FIGS. 2 and 3).

【0029】リード線13は、センサ11から導線を外
部に引き出し、試料4との間の容量を測定するためのも
のである。次に、図2および図3を用いて、図1の構成
でセンサ11と試料4との間の容量を測定し、電子ビー
ム5を試料4上に自動焦点合わせするときの動作を詳細
に説明する。
The lead wire 13 is for drawing out a conducting wire from the sensor 11 to the outside and measuring the capacitance between the lead wire 13 and the sample 4. Next, the operation when the capacitance between the sensor 11 and the sample 4 is measured and the electron beam 5 is automatically focused on the sample 4 in the configuration of FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. To do.

【0030】図2は、本発明の距離と容量の関係説明図
を示す。これは、図1の中心に電子ビーム5が通過する
穴を空けたドーナツ状の平板であるセンサ11と、試料
4、例えばウェハとの間の距離と、容量の関係を表すも
のである。横軸はセンサ11と試料4との距離を表し、
縦軸はセンサ11と試料4との間の測定した容量を表
す。
FIG. 2 is an explanatory view of the relationship between distance and capacity according to the present invention. This represents the relationship between the distance between the sensor 11, which is a donut-shaped flat plate having a hole through which the electron beam 5 passes in the center of FIG. 1, and the sample 4, for example, the wafer, and the capacitance. The horizontal axis represents the distance between the sensor 11 and the sample 4,
The vertical axis represents the measured capacitance between the sensor 11 and the sample 4.

【0031】ここで、センサ11と試料4との距離がh
(mm)のとき、測定した容量がCh(ファラッド)と
する。このときの距離hが図示のように前後にΔh変化
すると、容量ChがΔCだけ変化すると予め測定してお
く。この関係から容量ChがΔC変化したと測定された
とき、試料4はΔhだけ高さが変化したことが検出でき
る。そして、高さの変化Δhに相当する分だけ、対物レ
ンズ2に流す電流(図3を用いて求めた電流)を調整す
ることにより、常に電子ビーム5を試料4上に焦点合わ
せすることが可能となる。
Here, the distance between the sensor 11 and the sample 4 is h
When it is (mm), the measured capacity is Ch (farad). It is preliminarily measured that the capacitance Ch changes by ΔC when the distance h changes by Δh back and forth as shown in the figure. From this relationship, when it is measured that the capacitance Ch has changed by ΔC, it can be detected that the height of the sample 4 has changed by Δh. Then, the electron beam 5 can always be focused on the sample 4 by adjusting the current flowing through the objective lens 2 (current calculated using FIG. 3) by an amount corresponding to the height change Δh. Becomes

【0032】図3は、本発明の容量と焦点電流の関係説
明図を示す。これは、図1の中心に電子ビーム5が通過
する穴を空けたドーナツ状の平板であるセンサ11と、
試料4、例えばウェハとの間の容量と、電子ビーム5を
試料4上に焦点合わせするときに対物レンズ2に流す電
流iとの関係を表すものである。横軸は対物レンズ2に
流す電子ビーム5を試料4上に焦点合わせするときの焦
点電流iを表し、縦軸はセンサ11と試料4との間の容
量を表す。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the capacity and the focus current of the present invention. This is a sensor 11 which is a donut-shaped flat plate having a hole through which the electron beam 5 passes in the center of FIG.
The relationship between the capacitance between the sample 4, for example, a wafer, and the current i flowing through the objective lens 2 when the electron beam 5 is focused on the sample 4 is shown. The horizontal axis represents the focus current i when the electron beam 5 flowing through the objective lens 2 is focused on the sample 4, and the vertical axis represents the capacitance between the sensor 11 and the sample 4.

【0033】ここで、センサ11と試料4との容量がC
hのとき、電子ビーム5を試料4上に焦点合わせする焦
点電流がi0と予め測定しておくと、容量ChがΔCだ
け変化した場合、当該ΔCに対応して焦点電流をΔi変
化させれば電子ビーム5が試料4上に焦点合わせされる
こととなる。従って、センサ11と試料4との間の測定
した容量Cと、そのときの電子ビーム5を試料4上に焦
点合わせさせたときの焦点電流iとの関係を予め求め、
図示のような曲線を関数にして記憶、あるいはテーブル
に設定しておく。そして、センサ11と試料4との間の
容量Cを測定したときに、記憶しておいた関数に代入し
て焦点電流iを算出したり、あるいはテーブルを参照し
て焦点電流iを読みだしたりし、当該焦点電流iを対物
レンズ2に制御回路が供給し、試料4の高さが変化して
も容量の変化として検出し、自動的に電子ビーム5を試
料4上に自動焦点合わせすることが可能となる。例えば
容量の測定は、センサ11と試料4(例えばウェハ)と
の間の精度は、0.1%程度の分解能(精度)で検出で
きるので、センサ11と試料4との距離の基準値hを2
mmとすれば、高さ方向の精度は、 2mm×0.1%=2μm として検出できる。この高さ方向の検出精度(分解能)
の2μmは、走査型電子顕微鏡にとって自動焦点合わせ
として充分実用となる値である。更に、高さ方向の検出
精度を高めるには、容量の測定精度を0.1%よりも向
上させれば、それに伴い、高さ方向の自動焦点合わせの
精度は更に良好となる。
Here, the capacitance between the sensor 11 and the sample 4 is C
When h, the focus current for focusing the electron beam 5 on the sample 4 is measured as i0 in advance, and when the capacitance Ch changes by ΔC, if the focus current is changed by Δi corresponding to the ΔC, The electron beam 5 will be focused on the sample 4. Therefore, the relationship between the measured capacitance C between the sensor 11 and the sample 4 and the focus current i when the electron beam 5 at that time is focused on the sample 4 is obtained in advance,
The curve shown in the figure is stored as a function or set in a table. Then, when the capacitance C between the sensor 11 and the sample 4 is measured, the focus current i is calculated by substituting it into a stored function, or the focus current i is read out by referring to a table. Then, the control circuit supplies the focus current i to the objective lens 2, and even if the height of the sample 4 changes, it is detected as a change in capacitance, and the electron beam 5 is automatically focused on the sample 4. Is possible. For example, in the capacitance measurement, the accuracy between the sensor 11 and the sample 4 (for example, a wafer) can be detected with a resolution (accuracy) of about 0.1%. Therefore, the reference value h of the distance between the sensor 11 and the sample 4 is set. Two
If it is mm, the accuracy in the height direction can be detected as 2 mm × 0.1% = 2 μm 2. Detection accuracy (resolution) in this height direction
2 μm is a value that is sufficiently practical for automatic focusing for a scanning electron microscope. Further, in order to improve the detection accuracy in the height direction, if the measurement accuracy of the capacitance is improved to more than 0.1%, the accuracy of the automatic focusing in the height direction is further improved accordingly.

【0034】図4は、本発明のセンサの形状例を示す。
図1から図3では、センサ11は、中心に円形の穴を持
ったドーナツ状の平板であったが、これはウェハのよう
に平らな試料4に対しては極めて都合が良く、実用的に
精度良好に電子ビーム5を常に試料4上に焦点合わせす
ることができるが、試料4の表面に凹凸がある場合に
は、あるいは局所的に凹や凸の部分がある場合、試料4
の表面の形状に対応した以下に示す最適なセンサ11を
選択すればよい。
FIG. 4 shows an example of the shape of the sensor of the present invention.
1 to 3, the sensor 11 is a donut-shaped flat plate having a circular hole in the center, but this is extremely convenient for a flat sample 4 such as a wafer, and is practically used. The electron beam 5 can always be focused on the sample 4 with good accuracy, but if the surface of the sample 4 has irregularities, or if there are locally concave or convex portions,
The following optimum sensor 11 corresponding to the shape of the surface of 1 may be selected.

【0035】図4の(a)は、既述した中心に電子ビー
ム5の通路となる穴を設けたドーナツ状の平板のセンサ
11の例を示す。斜線の部分がセンサ11であって、こ
の斜線の部分と、試料4との間の容量を測定し、測定し
た容量に対応した焦点電流を対物レンズ2に流し、電子
ビーム5を常に試料4上に焦点合わせすることが可能と
なる。この形状のセンサ11は、特にウェハなどの平面
が平らな試料4に適切なものである。
FIG. 4A shows an example of the doughnut-shaped flat plate sensor 11 in which the hole which becomes the passage of the electron beam 5 is provided at the center described above. The shaded portion is the sensor 11, and the capacitance between the shaded portion and the sample 4 is measured, and the focus current corresponding to the measured capacitance is passed through the objective lens 2 so that the electron beam 5 is always on the sample 4. It becomes possible to focus on. The sensor 11 having this shape is particularly suitable for the sample 4 having a flat surface such as a wafer.

【0036】図4の(b)は、中心に電子ビーム5の通
路となる部分を避け、円状の3つのセンサ11を対象に
設けたものであって、この斜線の各部分と、試料4との
間の容量をそれぞれ測定し、それぞれ測定した容量をも
とに焦点電流を対物レンズ2に流し、電子ビーム5を常
に試料4上に焦点合わせするようにしたものである。こ
の3分割の形状のセンサ11は、試料4の異なる位置の
容量をそれぞれ測定し、 測定した3つの容量の平均値の容量を採用して、平
均的な高さの位置に対応する焦点電流を対物レンズ2に
流し、電子ビームを試料4上の凹凸があったときに平均
的な位置に焦点合わせしたり、 測定した3つの容量のうちの最大(あるいは最小)
の容量を採用して、最大(あるいは最小)の高さの位置
に対応する焦点電流を対物レンズ2に流し、電子ビーム
を試料4上の凹凸があったときに一番凸(あるいは一番
凹)の位置に焦点合わせしたり、 更に、ととの間の任意の位置に焦点合わせした
り、することが可能となる。
FIG. 4B shows a structure in which three circular sensors 11 are provided in the center of the sample 4 while avoiding a part which is a passage for the electron beam 5 in the center. And the focus current is passed through the objective lens 2 so that the electron beam 5 is always focused on the sample 4. The three-divided sensor 11 measures the capacitances at different positions of the sample 4, adopts the average capacitance of the three measured capacitances, and determines the focus current corresponding to the average height position. The electron beam is made to flow through the objective lens 2 to focus the electron beam on an average position when there is unevenness on the sample 4, and the maximum (or minimum) of the three measured capacities.
By adopting the above capacity, the focus current corresponding to the position of maximum (or minimum) height is made to flow through the objective lens 2 and the electron beam is most convex (or most concave) when there is unevenness on the sample 4. ), And further, it is possible to focus on any position between and.

【0037】図4の(c)は、中心に電子ビーム5の通
路となる部分を避け、図4の(a)のドーナツ状の平板
を4分割した例であって、この斜線の各部分と、試料4
との間の容量をそれぞれ測定し、それぞれ測定した容量
をもとに焦点電流を対物レンズ2に流し、電子ビーム5
を常に試料4上に焦点合わせするようにしたものであ
る。この4分割の形状のセンサ11は、試料4の異なる
位置の容量を測定し、図4の(b)の、、と同様
な一番凸の位置、平均的な位置、一番凹の位置、あるい
はこれらのうちの任意の位置に対応する焦点電流を流
し、それぞれに対応する位置に電子ビーム5を焦点合わ
せすることが可能となる。更に、軸対象であるため、4
分割した各対応するセンサ11の部分の測定した容量の
違いにより、試料4上の傾きが判明し、この傾きに対応
した方向に焦点電流を動的に変化させ、試料4が傾斜し
ていても自動的に当該傾斜に合わせて焦点合わせするこ
とも可能となる。
FIG. 4 (c) shows an example in which the donut-shaped flat plate of FIG. 4 (a) is divided into four parts, avoiding the part which becomes the passage of the electron beam 5 in the center, and the parts of the diagonal lines. , Sample 4
The capacitance between and is measured, and the focusing current is caused to flow through the objective lens 2 based on the measured capacitance.
Is always focused on the sample 4. The four-divided sensor 11 measures the capacitances at different positions of the sample 4, and is the most convex position, the average position, the most concave position, as in (b) of FIG. Alternatively, it becomes possible to pass a focus current corresponding to an arbitrary position of these and focus the electron beam 5 at a position corresponding to each. Furthermore, because it is an axis object, 4
Due to the difference in the measured capacitances of the respective divided sensor 11 portions, the inclination on the sample 4 is found, and the focus current is dynamically changed in the direction corresponding to this inclination, even if the sample 4 is inclined. It is also possible to automatically focus on the tilt.

【0038】図4の(d)は、配線例を示す。これは、
各センサ11を複数に分割した場合に、図示のように各
分割したセンサ11からリード線をシールドして外部に
それぞれ引出し(図中は1本にまとめて記載してあるが
実際は分割数に等しい数の信号線を引出し)、制御回路
によって容量をそれぞれ測定し、予め求めておいた容量
対焦点電流の関数あるいはテーブルをもとに、焦点電流
を決め、対物レンズ2に流し、自動焦点合わせするため
のものである。
FIG. 4D shows an example of wiring. this is,
When each sensor 11 is divided into a plurality of parts, as shown in the figure, the lead wires are shielded from each of the divided sensors 11 and drawn out to the outside (in the figure, they are collectively shown as one, but the number is actually equal to the number of divisions). The number of signal lines is drawn), and the capacitance is measured by the control circuit, and the focus current is determined based on the function or table of the capacitance-focus current obtained in advance, and the focus current is passed to the objective lens 2 for automatic focusing. It is for.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
荷電粒子線の光軸の近傍に配置したセンサ11と試料4
(あるいは試料4に対応する平板など)との間の容量を
測定して高さ情報を検出し、荷電粒子線の自動焦点合わ
せを行う構成を採用しているため、短焦点高分解能の走
査型電子顕微鏡などの荷電粒子線装置の自動焦点合わせ
を高精度、迅速かつ簡単な構成で実現することができ
る。特に、試料4と固定したセンサ11との間の容量を
測定して高さ情報を検出し、自動焦点合わせする本願発
明は、従来の2次電子画像の信号を微分してその大きさ
最大となる焦点電流に調整して自動焦点合わせしたりす
る装置に比し、容量を検出して自動焦点合わせを極めて
高速に行うとができると共に、構成および制御が簡単で
ある。
As described above, according to the present invention,
Sensor 11 and sample 4 arranged near the optical axis of the charged particle beam
(Or a flat plate corresponding to the sample 4) The height information is detected by measuring the capacitance and the automatic focusing of the charged particle beam is adopted. Automatic focusing of a charged particle beam device such as an electron microscope can be realized with high precision, speed and simple structure. In particular, according to the present invention in which the height information is detected by measuring the capacitance between the sample 4 and the fixed sensor 11 and automatic focusing is performed, the signal of the conventional secondary electron image is differentiated to obtain the maximum size. It is possible to detect the capacitance and perform automatic focusing at an extremely high speed, and to simplify the configuration and control, as compared with a device that adjusts the focus current to achieve automatic focusing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の1実施例構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の距離と容量の関係説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the relationship between distance and capacity according to the present invention.

【図3】本発明の容量と焦点電流の関係説明図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the capacitance and the focus current according to the present invention.

【図4】本発明のセンサの形状例である。FIG. 4 is an example of the shape of the sensor of the present invention.

【図5】従来技術の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2:対物レンズ 4:試料 5:電子ビーム 11:センサ 12:ビーム通路 13:リード線 2: Objective lens 4: Sample 5: Electron beam 11: Sensor 12: Beam passage 13: Lead wire

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】荷電粒子線を試料に焦点合わせする自動焦
点合わせ装置において、 荷電粒子線の光軸の周りに、試料(4)に対向して固定
し配置したセンサ(11)と、 試料(4)と上記センサ(11)との間の容量を測定
し、測定した容量に対応した予め測定しておいた電流あ
るいは電圧に制御し、荷電粒子線を試料(4)に焦点合
わせする制御回路とを備えたことを特徴とする自動焦点
合わせ装置。
1. An automatic focusing device for focusing a charged particle beam on a sample, comprising: a sensor (11) fixed and arranged to face the sample (4) around an optical axis of the charged particle beam; Control circuit for measuring the capacitance between the sensor (11) and the sensor (11), controlling the current or voltage measured in advance corresponding to the measured capacitance, and focusing the charged particle beam on the sample (4). An automatic focusing device comprising:
【請求項2】上記センサ(11)として、光軸の周り
に、当該光軸の部分に穴のある1つのドーナツ状のセン
サ(11)を固定して配置、あるいは当該光軸の部分に
穴のある複数に分割したセンサ(11)をそれぞれ固定
して配置したことを特徴とする請求項1に記載の自動焦
点合わせ装置。
2. As the sensor (11), one donut-shaped sensor (11) having a hole around the optical axis is fixedly arranged, or a hole is provided around the optical axis. 2. The automatic focusing device according to claim 1, wherein the plurality of divided sensors (11) are fixedly arranged.
【請求項3】上記試料(4)と上記センサ(11)との
間の容量を測定する代わりに、当該試料(4)を移動さ
せる移動機構の平坦な1部分あるいは上記試料(4)の
近傍に配置してほぼ等しい高さに連結した平板との間の
容量を測定することを特徴とする請求項1あるいは請求
項2に記載の自動焦点合わせ装置。
3. A flat part of a moving mechanism for moving the sample (4) or the vicinity of the sample (4) instead of measuring the capacitance between the sample (4) and the sensor (11). The automatic focusing device according to claim 1 or 2, wherein the capacitance between the flat plates connected to each other at substantially the same height is measured.
【請求項4】上記荷電粒子線を電子ビームとしたことを
特徴とする請求項1から請求項3に記載の自動焦点合わ
せ装置。
4. The automatic focusing device according to claim 1, wherein the charged particle beam is an electron beam.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310223A (en) * 2005-05-02 2006-11-09 Ebara Corp Sample inspection device
DE102005061687A1 (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Carl Zeiss Nts Gmbh Method and device for distance measurement
US7514683B2 (en) 2006-01-20 2009-04-07 Hitachi High-Technologies Corporation Scanning electron microscope
US8049189B2 (en) 2005-10-20 2011-11-01 Carl Zeiss Sms Gmbh Charged particle system
CN108526675A (en) * 2018-03-28 2018-09-14 河北众航高能科技有限公司 A kind of autofocus and method of electron beam equipment
KR20210151679A (en) * 2020-06-05 2021-12-14 주식회사 히타치하이테크 Electron microscope and focus adjusting method thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310223A (en) * 2005-05-02 2006-11-09 Ebara Corp Sample inspection device
WO2006120917A1 (en) * 2005-05-02 2006-11-16 Ebara Corporation Sample inspection device
US7964844B2 (en) 2005-05-02 2011-06-21 Ebara Corporation Sample inspection apparatus
US8049189B2 (en) 2005-10-20 2011-11-01 Carl Zeiss Sms Gmbh Charged particle system
DE102005061687A1 (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Carl Zeiss Nts Gmbh Method and device for distance measurement
DE102005061687B4 (en) * 2005-12-21 2008-04-10 Carl Zeiss Nts Gmbh Method and device for distance measurement and use of the method and device for topography determination
EP1801844A3 (en) * 2005-12-21 2008-07-02 Carl Zeiss NTS GmbH Method and apparatus for distance measurement
US7521677B2 (en) 2005-12-21 2009-04-21 Carl Zeiss Nts Gmbh Method and device for distance measurement
US7514683B2 (en) 2006-01-20 2009-04-07 Hitachi High-Technologies Corporation Scanning electron microscope
CN108526675A (en) * 2018-03-28 2018-09-14 河北众航高能科技有限公司 A kind of autofocus and method of electron beam equipment
KR20210151679A (en) * 2020-06-05 2021-12-14 주식회사 히타치하이테크 Electron microscope and focus adjusting method thereof

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