JPH10269975A

JPH10269975A - 荷電粒子用軸合せ装置

Info

Publication number: JPH10269975A
Application number: JP9069457A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Mitamura; 茂宏三田村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ビーム方向と光軸方向の角度ずれ、およびビ
ームと光軸とのずれの二種類の軸ずれを調整する軸合せ
を行う。また、荷電粒子源の配置位置が２つのアパーチ
ャが通る光軸上からずれている場合であっても軸合せを
可能とする。【解決手段】少なくとも２つのアパーチャ５，６と、
該アパーチャの軸上において軸方向に配置した二段のビ
ーム偏向手段１（１１，１２）と、ビーム検出手段７を
備え、二段のビーム偏向手段のビームの偏向方向を互い
に逆方向とし、ビームの偏向比率を変更可能とすること
によって、ビーム方向と光軸方向の角度ずれ、およびビ
ームと光軸とのずれの二種類の軸ずれを調整する軸合せ
を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡や半導
体製造用装置等の荷電粒子を用いた装置において、荷電
粒子線の光軸を合わせる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡や半導体製造用装置等の荷電
粒子を用いた装置において、荷電粒子源からの放出され
た荷電粒子を試料や加工物上の照射位置に正確に照射す
るためには、荷電粒子のビームの軸合せが必要となる。

【０００３】荷電粒子のビームのずれには、荷電粒子の
出射方向の角度ずれにより生じるビーム方向と装置の光
軸方向のずれ、および荷電粒子源の設置位置のずれによ
り生じるビームの光軸上からのずれの２種類の軸ずれが
ある。また、上記のような荷電粒子を用いる装置は経路
上にアパーチャを備え、例えば、コンデンサ用アパーチ
ャと収束用アパーチャ等の少なくとも２つのアパーチャ
を備えた構成としている。そのため、上記のような少な
くとも２つのアパーチャを備えた装置においては、該２
つのアパーチャをビームが同時に通過するように、上記
２種類の軸ずれを調整するための軸合せを行う必要があ
る。

【０００４】従来、上記２種類の軸ずれにおいて、荷電
粒子源と２つのアパーチャが同じ軸上にある場合には、
光軸に沿って配置した二段の偏向器を用いることによっ
て、ビーム方向と装置の光軸方向とのずれを合わせてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、荷電
粒子源と２つのアパーチャが同じ軸上にある場合には、
ビーム方向と装置の光軸方向とのずれを合わせることは
できるが、２つのアパーチャが通る光軸に対して、荷電
粒子源の配置位置が軸上からずれている場合には、前記
偏光器による調整では軸合せを行うことができないとい
う問題点がある。この軸合せは、荷電粒子源あるいはア
パーチャを含む装置側を移動させることによって可能で
あるが、真空部分を含む装置を移動させる移動機構が必
要である。

【０００６】また、従来の荷電粒子用軸合せ装置では、
ビーム方向と光軸方向との角度ずれ、およびビームと光
軸とのずれの二種類の軸ずれを調整する軸合せを行うこ
とができない。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来の荷電粒子
用軸合せ装置の問題点を解決し、ビーム方向と光軸方向
の角度ずれ、およびビームと光軸とのずれの二種類の軸
ずれを調整する軸合せを行うことができ、荷電粒子源の
配置位置が２つのアパーチャが通る光軸上からずれてい
る場合であっても、軸合せが可能とすることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の荷電粒子用軸合
せ装置は、アパーチャの軸上に配置した二段のビーム偏
向手段の各段の偏向を調整することによって、上記二種
類の軸ずれを調整して軸合せを行うものである。

【０００９】本発明の荷電粒子用軸合せ装置は、少なく
とも２つのアパーチャと、該アパーチャの軸上において
軸方向に配置した二段のビーム偏向手段と、ビーム検出
手段を備え、二段のビーム偏向手段のビームの偏向方向
を互いに逆方向とし、ビームの偏向比率を変更可能とす
ることによって、ビーム方向と光軸方向の角度ずれ、お
よびビームと光軸とのずれの二種類の軸ずれを調整する
軸合せを可能とするものである。これによって、荷電粒
子源の配置位置が２つのアパーチャが通る光軸上からず
れている場合であっても、軸合せを行うができる。

【００１０】本発明の荷電粒子用軸合せ装置によれば、
二段のビーム偏向手段の各段の偏向比率を変更すること
によってビーム位置を移動し、これによって、ビームと
光軸上との軸ずれを調整し、また、二段のビーム偏向手
段の各段の偏向比率を固定したままで偏向の強度を変え
ることによってビームの角度を変え、これによって、ビ
ーム方向と光軸方向との角度ずれを調整する。なお、ビ
ームと光軸との軸ずれ調整およびビーム方向と光軸方向
の角度ずれ調整の調整順序は任意とすることができ、ま
た、両調整を交互に行って軸合わせの精度を向上させる
ことができる。

【００１１】本発明の実施態様の各段のビーム偏向手段
は、それぞれ２つのアパーチャが通過する光軸に対して
直交すると共に、互いに直交する二組の電極対を備え、
両段の同方向に配設された電極には互いに逆極性の電圧
を少なくとも一方の電極について調整可能に印加するも
のであり、これによって、二段のビーム偏向手段のビー
ムの偏向方向を互いに逆方向とし、ビームの偏向比率を
変更可能とすることができる。

【００１２】また、本発明の実施態様の各段のビーム偏
向手段は、それぞれ２つのアパーチャが通過する光軸に
対して直交すると共に、互いに直交する二組のコイル対
を備え、両段の同方向に配設されたコイルには互いに逆
極性の電流を少なくとも一方のコイルについて調整可能
に印加するものであり、これによって、二段のビーム偏
向手段のビームの偏向方向を互いに逆方向とし、ビーム
の偏向比率を変更可能とすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１の本発明の荷電粒子用軸合せ装置の
概略を説明するための概略ブロック線図を用いて説明す
る。

【００１４】発明の荷電粒子用軸合せ装置は、電子顕微
鏡や半導体製造用装置等の荷電粒子を用いる装置に適用
することができる装置であり、例えば、電子顕微鏡の場
合には電子源から出射された電子ビームを試料に照射し
て試料の表面分析を行う。なお、図１はこの軸合わせに
必要な構成部分を示し、その他の構成部分については省
略している。

【００１５】図１において、荷電粒子用軸合わせ装置
は、荷電粒子ビームを出射する荷電粒子源２と、荷電粒
子ビームを偏向して軸合わせを行う偏向器１と、コンデ
ンサレンズ３と、荷電粒子ビームを合焦させるための対
物レンズ４と、コンデンサレンズ３に設けたコンデンサ
レンズ用アパーチャ５および収束用アパーチャ６とを備
え、さらに軸合わせを行うための荷電粒子ビーム検出用
の検出器７およびアンプ８を備え、この検出信号は制御
装置９あるいは図示しない表示装置に送られる。制御装
置９は検出器からの検出信号や他の制御信号に基づいて
偏向器１やコンデンサレンズ５の制御を行う。

【００１６】偏向器１は、荷電粒子ビーム２０の軸方向
に対して上下の位置に設けた二段の偏向器１１，１２を
備え、磁界によって荷電粒子ビームを偏向させる磁場偏
向器あるいは電界によって荷電粒子ビームを偏向させる
電場偏向器を用いることができる。磁場偏向器で偏向器
１を構成する場合には、互いに直交する方向（Ｘ，Ｙ方
向）配置した二組のコイルによって、各段の偏向器１１
あるいは１２を構成し、これらの偏向器１１，１２を荷
電粒子ビーム２０の軸方向に対して上下の位置に設ける
ことによって偏向器を構成することができる。また、電
場偏向器で偏向器１を構成する場合には、互いに直交す
る方向（Ｘ，Ｙ方向）配置した二組の電極板によって、
各段の偏向器１１あるいは１２を構成し、これらの偏向
器１１，１２を荷電粒子ビーム２０の軸方向に対して上
下の位置に設けることによって偏向器を構成することが
できる。偏向器１による荷電粒子ビームの偏向は、コイ
ルに供給する電流あるいは電極板に印加する電圧を変更
することによって調整を行うことができる。

【００１７】制御装置９からの制御信号により各段のコ
イルに供給する電流比率を変更したり、あるいは各段の
電極板に印加する電圧比率を変更すると、各段における
荷電粒子ビームの偏向角が変わり、アパーチャに対する
軸ずれを調整することができる。また、制御信号により
各段のコイルに供給する電流の大きさを変更したり、あ
るいは各段の電極板に印加する電圧の大きさを変更する
と、各段における荷電粒子ビームの偏向の程度が変わ
り、荷電粒子ビームの出射方向を調整することができ
る。さらに、制御装置９から走査信号を入力することに
よって、荷電粒子びをｘ，ｙ方向に振り、ビームパター
ンを形成して走査像を得ることができる。

【００１８】コンデンサレンズ３は、対物レンズ４に対
して荷電粒子ビーム２０を合焦させるものであり、コン
デンサ用アパーチャ５と収束用アパーチャ６を荷電粒子
ビーム２０の軸方向に備えている。

【００１９】荷電粒子ビーム２０の出射状態の検出は、
対物レンズ４の下流側に設けたビーム電流計や二次電子
検出器によってその強度を検出し、図示しない表示装置
に表示することができる。

【００２０】図２は偏向強度の一構成例を説明するため
の概略図である。図２において、第１の偏向器１１は、
ｘ軸方向およびＹ軸方向に荷電粒子ビームを挟んで対向
させた二つのコイルあるいは電極板（図中のｘ１ｆ，ｘ
１ｂ，ｙ１ｆ，ｙ１ｂ）により構成し、第２の偏向器１
２は、ｘ軸方向およびＹ軸方向に荷電粒子ビームを挟ん
で対向させた二つのコイルあるいは電極板（図中のｘ２
ｆ，ｘ２ｂ，ｙ２ｆ，ｙ２ｂ）により構成し、両偏向器
１１，１２を荷電粒子ビームの軸方向に沿って配置す
る。各段の偏向器において、ｘ軸方向およびｙ軸方向に
対向して配置したコイルあるいは電極板は、荷電粒子ビ
ームをそれぞれｘ軸方向およびｙ軸方向に偏向させる。

【００２１】また、第１の偏向器１１と第２の偏向器１
２は、ｘ軸方向およびｙ軸方向において荷電粒子ビーム
を両段で互いに逆方向に偏向させるものであり、第１の
偏向器１１と第２の偏向器１２に供給する電流あるいは
印加する電圧の極性を各軸方向で反対方向となるよう制
御を行ったり、コイルの巻き線方向を逆向きとすること
によって行うことができる。

【００２２】また、偏向器１による荷電粒子ビームの偏
向において、第１の偏向器１１と第２の偏向器１２の偏
向比率を変更したり、該偏向比率を一定としたまま偏向
の程度を変更することができる。この偏比率および偏向
の程度は、コイルや電極板に印加する電流や電圧の大き
さを制御することにより行うことができる。

【００２３】次に、本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の
動作について図３〜図１１を用いて説明する。なお、図
３〜図８は検出電流によって軸合わせを行う場合を示
し、図９〜図１１は走査像によって軸合わせを行う場合
を示している。

【００２４】はじめに、検出電流によって軸合わせを行
う場合について説明する。図３，４は本発明の荷電粒子
用軸合わせ装置の調整図、およびこのときの出力電流図
であり、図５は本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の調整
を説明するためのフローチャートである。

【００２５】荷電粒子源２から荷電粒子ビーム２０を出
射し試料に照射させる場合、この荷電粒子ビームは必ず
しも二つのアパーチャ５，６および対物レンズ４に対し
て良好な合焦状態にあるとは限らない。そこで、本発明
の荷電粒子用軸合わせ装置によって荷電粒子ビームの軸
合わせを行うためには、はじめにコンデンサレンズの強
度調整によって、収束用アパーチャ６に対して荷電粒子
ビームが最適な状態となるよう調整を行う。図３，４は
このコンデンサレンズの調整を表している。コンデンサ
レンズの調整はコンデンサレンズ３の強度調整によって
行うことができ、検出器７で検出される出力電流Ｉｓが
最大となるようにコンデンサレンズ３の強度調整を行
う。図３において、コンデンサレンズの強度を変化させ
ると、収束用アパーチャ６に対する荷電粒子ビームの収
束状態が変化し、この変化に応じて図４中に示す出力電
流Ｉｓが変化する。この出力電流Ｉｓの変化において、
最大となるコンデンサレンズ強度ＣＬを求め、このとき
のコンデンサレンズの強度ＣＬが最適な強度となり、荷
電粒子ビーム２０は収束用アパーチャ６に対して最適な
状態となる（ステップＳ１，２）。

【００２６】上記コンデンサレンズの強度調整の後、検
出器の出力Ｉｓが最大となるように偏向の調整を行う
（ステップＳ３，４）。

【００２７】以下、本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の
偏向器の調整によって行う軸合わせについて説明する。
図６は本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の偏向器の動作
を説明するためのフローチャートであり、図７，８は本
発明の荷電粒子用軸合わせ装置の偏向器による軸合わせ
の調整図、およびこのときの出力電流図である。

【００２８】偏向器による軸合わせは、軸ずれ調整と出
射方向調整の二つの軸合わせ調整によって行う。なお、
以下に説明する調整では、はじめに軸ずれ調整を行った
後に出射方向調整を行う場合を示しているが、逆順序あ
るいは、両調整を交互に行うこともできる。

【００２９】荷電粒子ビームと光軸上との軸ずれ調整
は、二段のビーム偏向１の各段の偏向器１１，１２の偏
向比率を変更することによってビーム位置を移動して行
う。図７（ａ），図８（ａ）において、第１の偏向器１
１の出力をａとし第２の偏向器１２の出力をｂとする
と、この偏向器出力の比は比率ａ／ｂで表すことができ
る。この比率ａ／ｂを変化させると、図７（ａ）におい
て、荷電粒子ビーム２０のコンデンサレンズ用アパーチ
ャ５に対する位置が変化する。この変化は、検出器７の
出力電流Ｉｓによって観察することができ、この出力電
流Ｉｓが最大となるように比率ａ／ｂを変化させること
によって、荷電粒子ビームと光軸との軸ずれを調整する
ことができる。なお、上記偏向器の比率の変更は、磁場
偏向器の場合にはそのコイルに流す電流の比率を調整
し、電場偏向器の場合にはその電極板に印加する電圧の
比率を調整する（ステップＳ１０，１１）。

【００３０】次に、前記工程で設定した二段のビーム偏
向器の各段の偏向比率を固定したままとし（ステップＳ
１２）、この偏向比率で偏向の強度を変えてビームの角
度を変え、これによってビーム方向と光軸方向の角度ず
れを調整する。図７（ｂ），図８（ｂ）において、第１
の偏向器１１と第２の偏向器１２の出力比を比率ａ／ｂ
に固定し、それぞれの偏向器の偏向の強度を変化させる
と、図７（ｂ）において、荷電粒子ビーム２０の光軸に
対する出射角度が変化する。この角度変化は、検出器７
の出力電流Ｉｓによって観察することができ、この出力
電流Ｉｓが最大となるように偏向器強度を変化させるこ
とによって、荷電粒子ビームと光軸との軸ずれを調整す
ることができる。図８（ｂ）において、偏向器強度を
Ｐ１からＰ２に変化させると出力電流Ｉｓは増加する。
この出力電流Ｉｓが最大となるように偏向器強度を調整
することによって、荷電粒子ビームの出射方向の調整を
行うことができる。

【００３１】なお、上記偏向器の強度の変更は、磁場偏
向器の場合にはそのコイルに流す電流の大きさを調整
し、電場偏向器の場合にはその電極板に印加する電圧の
大きさを調整する（ステップＳ１３，１４）。

【００３２】本発明の荷電粒子軸合わせ装置は、上記説
明のように、検出器の出力電流Ｉｓを観察することによ
って軸合わせを行う他に、走査像の観察によっても行う
ことができる。図９〜図１２は走査像によって軸合わせ
を行う場合を示している。前記コンデンサレンズの調整
の後、図９に示すフローチャートに従って走査像の観察
調整により軸合わせを行う。

【００３３】荷電粒子ビームと光軸との軸ずれ調整は、
二段のビーム偏向１の各段の偏向器１１，１２の偏向比
率を変更してビーム位置を移動し（ステップＳ２０）、
これによる荷電粒子ビームの移動を走査像で観察するこ
とによって行う。はじめに、この走査像を得るために、
図１１に示すような走査信号を偏向器に印加する。この
走査像の形成において、第１の偏向器１１と第２の偏向
器１２の偏向器出力の比を比率ａ／ｂとし、この比率を
維持しながら図１１（ａ），（ｂ）の走査波形の走査信
号を偏向器に印加すると、図１０（ａ）に示すような像
が得られる。このとき、荷電粒子ビームは光軸と軸ずれ
があるため、像はモニター上において中心からずれた位
置となる（ステップＳ２１）。

【００３４】ここで、比率ａ／ｂを変化させながら走査
像を観察して象の面積が大きくなるようにする（図１０
（ｂ））（ステップＳ２２）。モニター上に表示される
走査像の面積が大きくなるように比率を調整することに
よって、荷電粒子ビームと光軸上との軸ずれを調整する
ことができる。

【００３５】なお、上記偏向器の比率の変更は、前記特
性同様に、磁場偏向器の場合にはそのコイルに流す電流
の比率を調整し、電場偏向器の場合にはその電極板に印
加する電圧の比率を調整する。

【００３６】次に、前記工程で設定した二段のビーム偏
向器の各段の偏向比率を固定したままとし（ステップＳ
２３）、この偏向比率で偏向の強度を変えてビームの角
度を変え、これによってビーム方向と光軸方向の角度ず
れを調整する。第１の偏向器１１と第２の偏向器１２の
出力比を比率ａ／ｂに固定し、それぞれの偏向器の偏向
の強度を変化させる（ステップＳ２４）とともに、走査
を行う（ステップＳ２５）。偏向器の強度の変更は、こ
の走査において、図１２に示すように各段の偏向器に印
加する走査信号にバイアス分ｃを加えることによって行
うことができる。これによって、荷電粒子ビーム２０の
光軸に対する出射角度が変化し、この角度変化は、図１
０（ｃ）に示すように、モニター上の像の位置によって
観察することができ、この像がモニター上で中央位置に
移動するように偏向器強度を変化させることによって、
荷電粒子ビームと光軸との軸ずれを調整することができ
る（ステップＳ２６）。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の荷電粒子
用軸合せ装置によれば、ビーム方向と光軸方向の角度ず
れ、およびビームと光軸とのずれの二種類の軸ずれを調
整する軸合せを行うことができ、荷電粒子源の配置位置
が２つのアパーチャが通る光軸上からずれている場合で
あっても、軸合せを行うができることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の荷電粒子用軸合せ装置の概略を説明す
るための概略ブロック線図である。

【図２】本発明の荷電粒子用軸合せ装置の偏向強度の一
構成例を説明するための概略図である。

【図３】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の調整図であ
る。

【図４】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の出力電流図
である。

【図５】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の調整を説明
するためのフローチャートである。

【図６】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の偏向器の動
作を説明するためのフローチャートである。

【図７】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の偏向器によ
る軸合わせの調整図である。

【図８】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の偏向器によ
る軸合わせの出力電流図である。

【図９】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の軸合わせを
走査像により行う場合のフローチャートである。

【図１０】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の軸合わせ
を走査像により行う場合のモニター像である。

【図１１】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の軸合わせ
を走査像により行う場合の走査波形である。

【図１２】本発明の荷電粒子用軸合わせ装置の軸合わせ
を走査像により行う場合の走査波形である。

【符号の説明】

１，１１，１２…偏向器、２…荷電粒子源、３…コンデ
ンサレンズ、４…対物レンズ、５…コンデンサレンズ用
アパーチャ、６…収束用アパーチャ、７…検出器、８…
アンプ、９…制御装置、１０…光軸、２０…荷電粒子ビ
ーム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つのアパーチャと、該アパ
ーチャの軸上において軸方向に配置した二段のビーム偏
向手段と、ビーム検出手段を備え、前記二段のビーム偏
向手段のビームの偏向方向は互いに逆方向であり、ビー
ムの偏向比率は変更可能であることを特徴とする荷電粒
子用軸合せ装置。