JPH0799682B2

JPH0799682B2 - 電子線装置

Info

Publication number: JPH0799682B2
Application number: JP2234356A
Authority: JP
Inventors: 征四郎佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPH04115448A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、走査電子顕微鏡や電子線測長装置等のよう
に、対物レンズで収束された電子線を偏向しながら試料
に照射し、試料観察やパターン長の測定などを行う電子
線装置に関するものである。

（従来技術）各種の電子線装置において、電子銃から照射された電子
線を収束して試料上で径の小さいスポットビームを得る
ためには、焦点合わせおよび対物レンズの非点収差補正
を正確に行う必要がある。

従来から、焦点合わせについては種々の研究がなされ、
最近では自動焦点合わせ装置も出現している。しかし、
このような装置は高価であるため高級機にしか使用でき
ず、普及型や簡易型では、未だオペレータによる手動焦
点合わせが主流である。

従来の手動焦点合わせは、電子線の走査とは非同期にオ
ペレータが対物レンズ電流を連続的に加減し、観察像の
全体が最もシャープに表示されるときの電流値を合焦点
での電流値としたり、映像信号を振幅変調によって画面
上に波形として表示し、対物レンズ電流を連続的に加減
して波高値が最大になるときの電流値を合焦点での電流
値としたりしていた。

また、従来の非点収差補正は、電子線の走査とは非同期
にＸ方向およびＹ方向の非点収差補正コイルへの電流を
連続的に加減し、オペレータが観察像のシャープさから
最適電流を判断していた。

ところが、上記した従来技術では、対物レンズ電流を加
減したときの波高値やシャープさの僅かな変化をオペレ
ータが視覚的にとらえなければならず、オペレータに熟
練を要するという問題があった。

このような問題点を解決するものとしては、例えば特開
昭63−307652号公報に記載されるように、Ｙ方向走査信
号に同期させて対物レンズ電流を変化させる技術が提案
されている。

このように、Ｙ方向走査信号に同期させて対物レンズ電
流を変化させると、合焦点をはさみ、焦点位置が連続的
に変化する画像を表示させることができるので、この合
焦点位置での対物レンズ電流を求めることによって合焦
点電流が求められる。

（発明が解決しようとする課題）上記した従来技術では、対物レンズ電流を変化させて視
覚的にとらえた合焦点位置での対物レンズ電流を求める
ために、画面上にカーソルを表示させたり、カーソル位
置から合焦点での対物レンズ電流を計算したりしなけれ
ばならないために構成が複雑になり、操作が繁雑である
という問題があった。

本発明の目的は、上記した問題点を解決して、簡単な構
成で、熟練を要することなく正確かつ素早く焦点合わせ
や非点収差補正を行うことが可能な電子線装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために、本発明では、偏向器お
よび対物レンズなどを備えた電子線装置において、以下
のような手段を講じた点に特徴がある。

（１）走査信号に同期したダミー電流を形成する手段
と、ダミー電流に応じて電子線の焦点位置を光軸上で変
化させる手段と、ダミー電流を変化させたときの画情報
上での合焦点位置が２カ所から１カ所となるように対物
レンズ電流を制御する手段とを具備した。

（作用）上記した（１）の構成によれば、ダミー電流を変化させ
たときの画情報上での合焦点位置が２カ所から１カ所と
なるように対物レンズ電流を制御し、その後、ダミー電
流の供給を停止すれば対物レンズの焦点合わせが終了す
る。

（実施例）第１図は本発明の一実施例である走査電子顕微鏡のブロ
ック図である。

同図において、Ｘ方向走査信号発生器1XおよびＹ方向走
査信号発生器1Yは相互に同期し、それぞれＸ方向の走査
信号S_XおよびＹ方向の走査信号S_Yを発生する。

電子線Ｘ方向偏向器4X、電子線Ｙ方向偏向器4Yは、それ
ぞれ走査信号S_X、S_Yに応じた偏向信号をＸ方向偏向コイ
ル12X、Ｙ方向偏向コイル12Yに出力して電子線17を偏向
する。

CRT:X方向偏向器5X、CRT:Y方向偏向器5Yは、それぞれ走
査信号S_X、S_Yに応じた偏向信号をＸ方向偏向コイル6X、
Ｙ方向偏向コイル6Yに出力してCRT7の電子ビームを偏向
する。

切換スイッチ２は、走査信号S_X、S_Yのいずれか一方を選
択的にダミー電流発生器３に出力する。ダミー電流発生
器３は、後に詳述するように、入力される走査信号S_X、
S_Yに同期したダミー電流I_D（I_DXまたはI_DY）を発生す
る。

３つの接点14a、14b、14cを有するスイッチ14は、ダミ
ー電流発生器３で形成されたダミー電流I_Dの、ダミー対
物レンズ電流形成器15、ダミー補正コイル電流形成器19
X、19Yへの出力を制御する。

ダミー対物レンズ電流形成器15は、対物レンズ電流調整
器16から得られる対物レンズ電流I_f1に前記ダミー電流I
_Dを重畳し、重畳後のダミー対物レンズ電流I_f2を対物レ
ンズ11に出力する。

ダミー補正コイル電流形成器19Xは、補正コイル電流調
整器20Xから得られる補正コイル電流I_X1に前記ダミー電
流I_D（I_DX）を重畳し、重畳後のダミー補正コイル電流I
_X2をＸ方向非点収差補正コイル18Xに出力する。

同様に、ダミー補正コイル電流形成器19Yは、補正コイ
ル電流調整器20Yから得られる補正コイル電流I_Y1にダミ
ー電流I_D（I_DY）を重畳し、重畳後のダミー補正コイル
電流I_Y2をＹ方向非点収差補正コイル18Yに出力する。

電子銃13から放出された電子線17が照射されて試料10か
ら発生した二次信号は、信号検出器９で検出されてビデ
オ信号増幅器８に出力される。ビデオ信号増幅器８は入
力信号を増幅してCRT7へ出力する。

以下、このような構成の走査電子顕微鏡における焦点合
わせ、および焦点合わせ後の非点収差補正について説明
する。

焦点合わせにおいて、第２図（ａ）に示したように、走
査エリア41で観察される試料のパターンが縦方向パター
ン42である場合には、切換スイッチ２を操作してＹ方向
走査信号発生器1Yとダミー電流発生器３とを接続する。

Ｙ方向走査信号発生器1Yからダミー電流発生器３へは、
第４図（ａ）示したようなのこぎり歯状の走査信号S_Yが
出力される。走査信号S_Yの１周期はCRT7上での１フレー
ムに相当する。

ダミー電流発生器３は、第３図に示したように、例えば
フリップフロップ31と波形反転回路32とによって構成さ
れ、走査信号S_Yを１周期ごとに反転して第４図（ｂ）に
示したような三角波信号S_Aを形成し、これをダミー電流
I_DYとして出力する。

一方、ダミー対物レンズ電流形成器15には対物レンズ電
流I_f1が入力され、スイッチ14の接点14aを閉じると、ダ
ミー対物レンズ電流形成器15は該対物レンズ電流I_f1に
ダミー電流I_DYを重畳し、重畳して得られたダミー対物
レンズ電流I_f2を対物レンズ11に出力する。

このとき、前記対物レンズ電流I_f1が合焦点での対物レ
ンズ電流I_f0よりも高め方向にずれていると、第４図
（ｃ）に示したように、電流I_f2（＝I_f1＋I_DY）が時刻T
1からT2までのフレームｎの前寄り位置（イ）、および
時刻T2からT3までのフレーム（ｎ＋１）の後寄り位置
（ロ）の２点で合焦点電流I_f0と一致する。

したがって、位置（イ）および位置（ロ）の２点では小
さな径のスポット81が得られるが、その前後ではスポッ
ト径が大きくなってしまう。

この結果、CRT上では、第２図（ｂ）に示したように、
画面上方位置（イ）および画面下方位置（ロ）の２点の
みで鮮明な映像が得られ、その他の位置の映像はぼけて
しまう。

ここで、オペレータが対物レンズ電流調整器16を調整し
て対物レンズ電流I_f1を焦点電流I_f0に近付けると、２つ
の焦点位置（イ）、（ロ）が共にフレーム中央へ移動す
る。そして、電流I_f1と合焦点電流I_f0とが一致すると、
第４図（ｄ）に示したようにフレーム中央の１カ所
（ハ）のみで電流I_f0と電流I_f2とが一致する。

このとき、CRT上では、第２図（ｃ）に示したように、
画面中央位置の１カ所（ハ）のみで鮮明な映像が得ら
れ、その他の位置の映像はぼけて見えるので、焦点が合
っているか否かの確認が容易に行えるようになる。

その後、オペレータは接点14aを開いて対物レンズ電流I
_f1（＝I_f0）のみを対物レンズに供給するようにして焦
点合わせを終了する。

ただし、第２図（ｄ）に示したように、走査エリア41で
観察される試料のパターンが横方向パターン43であると
上記した方法での焦点合わせは難しいので、このような
場合には、初めに切換スイッチ２を操作してＸ方向走査
信号発生器1Xとダミー電流発生器３とを接続し、以後、
前記と同様にして走査信号S_Xに応じたダミー電流I_DXを
対物レンズ電流I_f1に重畳する。

第４図（ｅ）に示したように、走査信号S_Xは前記走査信
号S_Yとは異なり、走査エリアのＸ方向への１走査期間
（時刻ｔn〜ｔ（ｎ＋１））を１周期とするので、焦点
位置がずれていると第２図（ｅ）に示したように、時刻
t1からt2までの１走査期間の前寄り位置（ニ）、および
時刻t2からt3までの１走査期間の後寄り位置（ホ）の２
点、すなわち、CRT7上での画面左方位置（ニ）および画
面右方位置（ホ）の２点のみで鮮明な映像が得られ、そ
の他の位置の映像はぼけてしまう。

ここで、前記同様オペレータが対物レンズ電流調整器16
を調整して対物レンズ電流I_f1を合焦点電流I_f0に近付け
ると、２つの焦点位置（ニ）、（ホ）が共に１走査期間
の中央へ移動し、両者が一致すると、第２図（ｆ）に示
したように、画面中央位置の１カ所（ヘ）のみで鮮明な
映像が得られ、その他の位置の映像はぼけて見えるよう
になる。

本実施例によれば、ダミー電流の重畳された対物レンズ
電流を供給したときに、合焦点位置が２カ所から１カ所
になるように対物レンズ電流を調整すれば、そのときの
対物レンズ電流が合焦点電流となるので、簡単な構成で
操作性に優れ、かつ個人差のない焦点合わせが可能にな
る。

一方、以上のようにして焦点合わせを終了して非点収差
を補正する場合、Ｘ軸方向の非点収差補正では、前記第
２図（ａ）に示したような縦方向パターン42が観察され
るようにし、切換スイッチ２を操作してＹ方向走査信号
発生器1Yとダミー電流発生器３とを接続する。

さらに、スイッチ14の接点14bのみを閉じると、ダミー
補正コイル電流形成器19Yがダミー電流I_DとＹ方向非点
収差補正電流I_Y1とを重畳し、重畳して得られたダミー
補正コイル電流I_Y2がＹ方向補正コイル18Yに出力され
る。

このとき、前記非点収差補正電流I_Y1が非点収差補正終
了時の電流I_Y0よりも高め方向にずれていると、第５図
（ａ）に示したように、電流I_Y2が時刻T1からT2までの
フレームｎの前寄り位置（ヘ）、および時刻T2からT3ま
でのフレーム（ｎ＋１）の後寄り位置（ト）の２点で電
流I_Y0と一致する。

したがって、位置（ヘ）および位置（ト）の２点では小
さな径のスポット82が得られるが、その前後ではスポッ
ト径がＸ軸方向に大きくなってしまう。

この結果CRT上では、前記同様、画面上方位置および画
面下方位置の２点のみで鮮明な映像が得られ、その他の
位置の映像はぼけてしまう。

ここで、オペレータが補正コイル電流調整器20Yを調整
して補正電流I_Y1を非点収差補正終了時の電流I_Y0に近付
けると、２つの焦点位置（ヘ）、（ト）が共にフレーム
中央へ移動する。そして、電流I_Y0と焦点電流I_Y1とが一
致すると、第５図（ｂ）に示したようにフレーム中央の
１カ所（チ）のみで両者が一致する。

このとき、CRT上では、前記同様、画面中央位置の１カ
所のみで鮮明な映像が得られ、その他の位置の映像はぼ
けて見えるようになる。

その後、オペレータは接点14bを開いて非点収差補正電
流I_Y1（＝I_Y0）のみを対物レンズに供給するようにして
Ｙ方向の非点収差補正を終了する。

また、Ｘ方向の非点収差を補正する場合は、前記第２図
（ｄ）に示したような横方向パターン43が観察されるよ
うにし、切換スイッチ２を操作してＸ方向走査信号発生
器1Xとダミー電流発生器３とを接続する。

さらに、スイッチ14の接点14cのみを閉じてダミー電流I
_DとＸ方向非点収差補正電流I_X1とを重畳し、重畳して得
られたダミー補正コイル電流I_X2をＸ方向補正コイル18X
に出力する。

このとき、前記非点収差補正電流I_X1が非点収差補正終
了時の電流I_X0よりも高め方向にずれていると、第５図
（ｃ）に示したように、電流I_X2が時刻t1からt2までの
Ｘ方向への１走査期間の前寄り位置（リ）、および時刻
t2からt3までの１走査期間の後寄り位置（ヌ）の２点で
電流I_X0と一致する。

したがって、位置（リ）および位置（ヌ）の２点では小
さな径のスポット83が得られるが、その前後ではスポッ
ト径がＹ方向に大きくなってしまう。

この結果、CRT上では、前記同様、画面左方位置および
画面右方位置の２点のみで鮮明な映像が得られ、その他
の位置の映像はぼけてしまう。

ここで、オペレータが補正コイル電流調整器20Xを調整
して補正電流I_x1を非点収差補正終了時の電流I_X0に近付
けると、２つの焦点位置（チ）、（リ）が共にＸ方向へ
の１走査期間の中央へ移動する。そして、電流I_X0と焦
点電流I_X1とが一致すると、第５図（ｄ）に示したよう
に１走査期間の中央の１カ所（ル）のみで両者が一致す
る。

このとき、CRT上では前記同様、画面中央位置の１カ所
のみで鮮明な映像が得られ、その他の位置の映像はぼけ
て見えるようになる。

本実施例によれば、ダミー電流の重畳された非点収差補
正電流を供給したときに、合焦点位置が２カ所から１カ
所になるように非点収差補正電流を調整すれば、そのと
きの非点収差補正電流が非点収差補正終了時の電流とな
るので、簡単な構成で操作性に優れ、かつ個人差のない
非点収差補正が可能になる。

なお、上記した実施例では、ダミー電流発生器３は走査
信号を１周期ごとに時間軸に対して反転して形成された
三角波電流を発生するものとして説明したが、本発明は
これのみに限定されるものではなく、以下の〜の条
件を満足する信号であれば、例えば第６図（ａ）に示し
たコサイン波や、同図（ｂ）、（ｃ）に示した疑似三角
波でも同等の効果が得られる。

Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号のいずれかに同
期すること。

前記いずれかの走査信号の１周期を半周期とするこ
と。

半周期の開始時の信号レベルが−α、終了時の信号レ
ベルがα（但し、α≠０）であること。

１周期の前半周期と後半周期とが時間軸に対して対称
であること。

半周期内では信号レベルが連続的に上昇または降下す
ること。

ただし、疑似三角波のダミー電流を用いた場合には、ダ
ミー電流の重畳された状態での合焦点時の画面上での合
焦点位置が画面中央部の１点とはならず、画面の上方
（左方）や下方（右方）での１点となる。

また、上記した各実施例では、対物レンズコイルや非点
収差補正コイルの励磁電流にダミー電流を加えるものと
して説明したが、第７図に示したように、これらとは別
に補助対物レンズ30や補助非点収差補正コイル（図示せ
ず）を別に設け、該補助レンズや補助コイルにダミー電
流I_Dのみを加えるようにしても良い。

あるいは、対物レンズコイルや非点収差コイルにタップ
を設け、既存コイルの１部分を補助コイルとして用いる
ようにしても良い。

さらに、上記した各実施例では、対物レンズを電磁レン
ズであるものとして説明したが、静電レンズであっても
同等の効果が得られる。

次いで、本発明を自動焦点合わせに応用した場合の実施
例について説明する。

例えば、前記第２図（ｄ）に示したパターンを観察しな
がら焦点合わせを行うときのように、走査信号S_Yに同期
したダミー信号I_DYを対物レンズ電流に重畳する場合に
は、第８図（ａ）に示したように、CRT7の画面上の１走
査線71上での映像信号の輝度を求める。

このとき、焦点が合っていなければ同図に示したように
輝度が２カ所でピーク値を示すが、焦点が合うと同図
（ｂ）に示したように１カ所でピーク値を示すようにな
る。

したがって、ピーク値の個数が１カ所となるようにコン
ピュータ等により対物レンズ電流を制御することによっ
て自動焦点合わせが可能になる。

そして、このような自動焦点合わせによれば、焦点合わ
せに熟練が要求されず、未熟な操作者であっても簡単か
つ正確に焦点合わせが行えるようになる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の
ような効果が達成される。

（１）ダミー電流の重畳された対物レンズ電流を供給し
たときに、合焦点位置が２カ所から１カ所になるように
対物レンズ電流を調整すれば、そのときの対物レンズ電
流が合焦点電流となるので、簡単な構成で操作性に優
れ、かつ個人差のない焦点合わせが可能になる。

（２）ダミー電流の重畳された非点収差補正電流を供給
したときに、合焦点位置が２カ所から１カ所になるよう
に非点収差補正電流を調整すれば、そのときの非点収差
補正電流が非点収差補正終了時の電流となるので、簡単
な構成で操作性に優れ、かつ個人差のない非収差補正が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作を説明するための図、第３図はダミー電流発生
器の一実施例のブロック図、第４、５図は第１図のタイ
ミングチャート、第６、７、８図は本発明の他の実施例
を説明するための図である。 1X、1Y……走査信号発生器、３……ダミー電流発生器、
4X、4Y……電子線偏向器、5X、5Y……CRT偏向器、11…
…対物レンズ、12X、12Y……偏向コイル、13……電子
銃、15……ダミー対物レンズ電流形成器、16……対物レ
ンズ電流調整器、17……電子線、18X、18Y……非点収差
補正コイル、19X、19Y……ダミー補正コイル電流形成
器、20X、20Y……補正コイル電流調整器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号に応
じて電子線をＸ方向およびＹ方向に偏向する偏向器と、電子線の焦点位置を光軸上で変化させる対物レンズと、電子線の照射された試料から放出される二次信号に基づ
いて画情報を表示するCRTとを備えた電子線装置におい
て、以下の（イ）〜（ホ）の条件を満足するダミー電流を形
成するダミー電流形成手段と、対物レンズ電流にダミー電流を重畳してダミー対物レン
ズ電流を出力するダミー対物レンズ電流形成手段と、対物レンズにダミー対物レンズ電流を供給して得られる
画情報の、走査線上での輝度信号のピーク位置を検出す
る手段と、検出されるピーク位置が、合焦点時の対物レンズ電流で
は１か所、非合焦点時の対物レンズ電流では２か所にな
ることを利用して、検出されたピーク位置が１カ所とな
るように対物レンズ電流を制御する対物レンズ電流制御
手段とを具備したことを特徴とする電子線装置。（イ）Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号のいずれか
に同期すること。（ロ）前記いずれかの走査信号の１周期を半周期とする
こと。（ハ）半周期の開始時の信号レベルが−α、終了時の信
号レベルがα（但し、α≠０）であること。（ニ）１周期の前半周期と後半周期とが時間軸に対して
対称であること。（ホ）半周期内では信号レベルが連続的に上昇または降
下すること。
【請求項２】Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号に応
じて電子線をＸ方向およびＹ方向に偏向する偏向器と、電子線の焦点位置を光軸上で変化させる対物レンズと、電子線の照射された試料から放出される二次信号に基づ
いて画情報を表示するCRTとを備えた電子線装置におい
て、以下の（イ）〜（ホ）の条件を満足するダミー電流を形
成するダミー電流形成手段と、ダミー電流に応じて電子線の焦点位置を光軸上で変化さ
せる補助対物レンズと、補助対物レンズにダミー対物レンズ電流を供給して得ら
れる画情報の、走査線上での輝度信号のピーク位置を検
出する手段と、検出されるピーク位置が、合焦点時の対物レンズ電流で
は１か所、非合焦点時の対物レンズ電流では２か所にな
ることを利用して、検出されたピーク位置が１カ所とな
るように対物レンズ電流を制御する対物レンズ電流制御
手段とを具備したことを特徴とする電子線装置。（イ）Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号のいずれか
に同期すること。（ロ）前記いずれかの走査信号の１周期を半周期とする
こと。（ハ）半周期の開始時の信号レベルが−α、終了時の信
号レベルがα（但し、α≠０）であること。（ニ）１周期の前半周期と後半周期とが時間軸に対して
対称であること。（ホ）半周期内では信号レベルが連続的に上昇または降
下すること。
【請求項３】前記ダミー電流は、三角波電流、コサイン
波電流、および疑似三角波電流のいずれかであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
電子線装置。