KR20210046536A

KR20210046536A - 하전 입자 빔 장치, 복합 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔 장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR20210046536A
Application number: KR1020200112193A
Authority: KR
Inventors: 야스히코 스기야마; 고지 나가하라
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-04-28
Also published as: DE102020213108A1; CN112687508A; US11276555B2; JP2021068529A; JP7308581B2; TW202117781A; US20210118645A1

Abstract

(과제) 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환 또는 대물 렌즈를 구성하는 부스터 전극의 인가 전압의 변경을 한 경우, 전환 또는 변경 전과 동등한 변형이 없는 정확한 치수의 시료 표면의 주사상을 얻을 수 있는 하전 입자 빔 장치, 복합 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
(해결 수단) 하전 입자 빔 장치는, 하전 입자를 발생시키는 하전 입자원과, 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 방출되는 하전 입자에, 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극과, 복수의 주사 전극과 시료대 사이에 배치되며, 주사 전극에 의해 편향된 하전 입자 빔을 집속하는 정전 렌즈와, 측정 조건을 취득하고, 취득한 측정 조건에 의거하여, 복수의 주사 전극에 인가하는 주사 전압의 각각을 설정하는 처리부를 구비한다.

Description

하전 입자 빔 장치, 복합 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔 장치의 제어 방법{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS, COMPOSITE CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS, AND CONTROL METHOD FOR CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS}

본 발명은, 하전 입자 빔 장치, 복합 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

집속 이온 빔(FIB： Focused Ion Beam) 장치를 사용한 투과형 전자 현미경(TEM： Transmission Electron Microscope)의 시료 제작으로 대표되는 시료 형상의 가공에 있어서는, 이온 빔의 조사에 의한 시료에 대한 데미지를 최소한으로 억제하고 싶다는 요구가 있다. 그 때문에, 이온 빔의 가속 에너지를 수kV 이하로 내려서 시료를 가공하고 있다.

구체적으로는, 시료 형상의 가공에 관하여, 조(粗)가공을 30kV로 행하고, 마무리 가공을 10kV로 행하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 마무리 가공에 사용하는 이온 빔의 에너지를 낮게 함과 더불어, 시료에 대한 입사 각도를 시료 형상에 맞춰 최적화함으로써 효과적으로 데미지 층을 제거하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 또, 데미지 층을 줄이기 위해, 가속 전압을 낮게 하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

그러나, 집속 이온 빔의 가속 전압을 낮게 하면 색 수차에 의한 빔 흐림량의 증대나 쿨롬 상호 작용에 의한 빔 프로파일의 확산이 현저해진다. 즉, 가속 전압을 낮춰서 이용하면 색 수차가 증가하여 이온 빔을 충분히 좁힐 수 없게 된다. 이 때문에, 미세한 이온 프로브를 얻을 수 없다. 이 과제를 해결하기 위해, 가속 전압에 따라 가속 렌즈 동작과 감속 렌즈 동작을 선택적으로 작용시켜, 색 수차가 거의 변화하지 않도록 하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조).

또, 광학계의 중간부의 포텐셜 에너지를 올려서, 대물 렌즈에 의해 저하시키는 빔 부스터 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 5, 비특허문헌 1 참조).

일본국 특허 제3333731호 공보 일본국 특허 제5142240호 공보 일본국 특허 제5537050호 공보 일본국 특허공개 평5-35540호 공보 일본국 특허공개 2007-103108호 공보 일본국 특허 제3544438호 공보 일본국 특허 제5969229호 공보

Michael Rauscher and Erich Plies, 「Low Energy focused ion beam system design」, Journal of Vacuum Science & Technology A, American Vacuum Society, 2006, 24(4), p.1055-1066

집속 이온 빔은, 가공, 에칭 시에는 높은 가속 전압(예를 들면, 30kV)으로, 마무리 가공 시에는, 이 가공에 의한 데미지 층을 제거하기 위해, 가속 전압을 내려서(예를 들면 1kV~5kV), 사용되는 경우가 있다.

또, 가속 전압을 내림과 동시에, 감속 모드에서 가속 모드로, 광학계의 동작 모드가 전환되는 경우가 있다. 가속 전압을 내림과 동시에, 광학계의 모드가 전환된 경우에, 대물 렌즈의 주면(主面)이 변화한다.

또, 가속 전압을 내림과 동시에, 부스터 전위를 인가하는 경우가 있다. 가속 전압을 내림과 동시에, 부스터 전위를 인가한 경우에, 대물 렌즈의 주면이 변화한다.

여기서, 대물 렌즈의 주면의 변화에 대해서 설명한다.

도 1은, 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환에 의한 대물 렌즈의 주면의 이동을 설명하기 위한 모식도이다. 대물 렌즈(OL)는, 입사측 전극(IE)과, 중앙 전극(CE)과, 출사측 전극(OE)을 포함하여 구성된다. 가속 모드인 경우의 렌즈 주면은 가상 대물 렌즈 10a로 나타내어지고, 감속 모드인 경우의 렌즈 주면은 가상 대물 렌즈 10b로 나타내어진다. 가상 대물 렌즈는 이온 빔의 궤도를 설명하기 위해 편의상 이용하는 개념이다. 실제의 렌즈는 중앙 전극(CE)에 전압을 인가함으로써, 입사측 전극(IE)과, 중앙 전극(CE)과, 출사측 전극(OE) 사이에 발생하는 전계에 의해 형성되는 정전 렌즈이다. 시료(S)의 동일점에 초점을 맺히게 하는 경우에 있어서, 가속 모드와 감속 모드를 전환하면, 대물 렌즈(OL) 내의 이온 빔의 궤도가 변화한다. 구체적으로는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 감속 모드의 경우는, 가속 모드의 경우와 비교하여, 대물 렌즈(OL)의 하방에서의 궤도 변화가 크다. 그 결과, 가상 대물 렌즈 10b로 나타내어지는 감속 모드의 렌즈 주면은, 가상 대물 렌즈 10a로 나타내어지는 가속 모드의 렌즈 주면의 하방에 위치한다.

도 2는, 부스터 전압의 인가에 의한 대물 렌즈의 주면의 이동을 설명하기 위한 모식도이다. 대물 렌즈(OL)는, 입사측 전극(IE)과, 중앙 전극(CE)과, 출사측 전극(OE)을 포함하여 구성된다. 부스터 전압이 0인 경우의 렌즈 주면은 가상 대물 렌즈 10c로 나타내어지고, 부스터 전압을 인가한 경우의 렌즈 주면은 가상 대물 렌즈 10d로 나타내어진다. 시료(S)의 동일점에 초점을 맺히게 하는 경우에 있어서, 부스터 전압을 인가함으로써, 대물 렌즈(OL) 내의 이온 빔의 궤도가 변화한다. 구체적으로는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 부스터 전압을 인가한 경우에는, 인가하지 않은 경우와 비교하여, 대물 렌즈(OL)의 하방에서의 궤도 변화가 크다. 그 결과, 가상 대물 렌즈 10d로 나타내어지는 부스터 전압을 인가한 경우의 렌즈 주면은, 가상 대물 렌즈 10c로 나타내어지는 부스터 전압을 인가하지 않은 경우의 렌즈 주면의 하방에 위치한다.

빔 주사 전극으로서, 대물 렌즈(OL)의 전단(前段)에 설치한 2단의 주사 전극을 갖는 집속 이온 빔 장치에 대해서 설명한다. 여기에서는, 렌즈 주면의 이동을 수반하는 경우에 대해서 설명한다. 대물 렌즈(OL)의 전단에 2단의 주사 전극을 설치한 구성은 대물 렌즈(OL)를 시료(S)에 가깝게 하여 배치할 수 있기 때문에, 초점 거리를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 렌즈 수차에 의한 흐릿함을 억제할 수 있기 때문에, 일반적으로 이용되고 있다.

도 3은, 2단의 주사 전극을 이용한 경우의 빔의 주사의 예 1을 나타내는 도면이다. 도 3에는, 가상 대물 렌즈 10e와, 입사측 전극(IE)과, 중앙 전극(CE)과, 출사측 전극(OE)과, 제1 주사 전극(44)과 제2 주사 전극(45)이 나타나 있다. 도 3은, 부스터 전압을 인가하지 않은 경우에 대해서 나타낸다. 부스터 전압이 0인 경우의 렌즈 주면은 가상 대물 렌즈 10e로 나타내어진다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 2단의 주사 전극을 이용함으로써, 빔(B)이 광축 상의 렌즈 주면을 통과하도록 주사한다. 그러나, 대물 렌즈(OL)의 전단에 설치한 2단의 주사 전극을 이용하여, 대물 렌즈(OL) 너머로 빔을 주사하게 되기 때문에, 주사한 빔이 렌즈 작용을 받을 가능성이 있다.

도 4는, 2단의 주사 전극을 이용한 경우의 빔의 주사의 예 2를 나타내는 도면이다. 도 4에는, 가상 대물 렌즈 10f와, 입사측 전극(IE)과, 중앙 전극(CE)과, 출사측 전극(OE)과, 제1 주사 전극(44)과, 제2 주사 전극(45)이 나타나 있다. 도 4는, 부스터 전압을 인가한 경우에 대해서 나타낸다. 부스터 전압을 인가한 경우의 렌즈 주면은 가상 대물 렌즈 10f로 나타내어진다. 부스터 전압을 인가한 경우에는, 인가하지 않은 경우와 비교하여, 대물 렌즈(OL)의 하방에서의 궤도 변화가 크다. 그 결과, 가상 대물 렌즈 10f로 나타내어지는 부스터 전압을 인가한 경우의 렌즈 주면은, 도 3에 있어서, 가상 대물 렌즈 10e로 나타내어지는 부스터 전압을 인가하지 않은 경우의 렌즈 주면의 하방에 위치한다.

지금, 도 3에 나타내는 2단의 주사 전극과 같은 전압을 사용하여, 빔(B)이 광축 상의 렌즈 주면을 통과하도록 주사하는 경우, 빔은 가상 대물 렌즈 10e의 주면이 있던 위치를 통과한다. 그러나 주면은 가상 대물 렌즈 10f로 이동하고 있기 때문에, 빔은 주면을 통과하지 못하고, 렌즈 작용을 받는다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 주사한 빔이 렌즈 작용을 받음으로써, 빔의 궤도가 굴절된다. 빔의 궤도가 굴절되고 있기 때문에 주사에 의한 원하는 빔 주사 폭을 얻을 수 없다. 예를 들면, 빔의 진폭에 대해서, 부스터 전압을 인가하지 않은 경우의 빔의 주사폭 w1에 대해, 부스터 전압을 인가한 경우의 빔의 주사폭 w2가 된다. 렌즈 작용의 영향이 큰 경우는, 변형이 있는 주사상(走査像)이 된다. 혹은 변형이 작은 경우여도 주사 거리의 선형성이 상실되어, 주사상의 치수 정밀도에 영향을 미친다.

즉, 렌즈의 모드를 변경한 경우는 빔 궤도가 변화함으로써, 렌즈의 주면이 이동하기 때문에, 빔이 광축 상의 렌즈 주면을 통과하도록 주사가 행해지지 않게 되는 경우가 있다. 그 결과, 주사의 선형성을 유지할 수 없는 경우가 있다. 주사의 선형성을 유지할 수 없음에 따라 시료 표면의 주사상에 변형이 생겨 정확한 치수의 시료 표면을 관찰할 수 없거나, 혹은 빔 주사에 의한 정확한 가공을 할 수 없는 경우가 있다.

본 과제에 특허문헌 6에 기재된 방법을 적용해도 해결책이 되지 않는다. 특허문헌 6에는 대물 렌즈에 대한 인가 전압을 컴퓨터에 기억해 두고, 복수개의 가공을 행하는 것이 기재되어 있다. 그러나 주사 전극의 위치가 대물 렌즈의 밑이 되고 있고, 주사 전극은 1단이기 때문에, 본원과 구성이 상이하다. 또 복수의 주사 전극의 제어에 대한 기재도 없다. 그 때문에 어떻게 과제가 발생하고, 어떻게 복수의 주사 전압을 설정하면 되는지를 유추할 수는 없다.

본 과제에 특허문헌 7에 기재된 방법을 적용해도 해결책이 되지 않는다. 특허문헌 7에 있어서의 제어 대상은 집속 렌즈의 집속 전압이며, 특허문헌 7에서는 집속 전압을 설정함으로써 빔 전류를 조정하는 것을 목적으로 하고 있다. 특허문헌 7에는 복수의 주사 전극의 기재가 없고, 대물 렌즈 너머로 빔을 주사하는 기재가 없다. 그 때문에 어떻게 과제가 발생하고, 어떻게 복수의 주사 전압을 설정하면 되는지를 유추할 수는 없다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 대물 렌즈(OL) 등의 정전 렌즈와, 정전 렌즈의 전단에 설치한 2단의 주사 전극을 구비하는 하전 입자 빔 장치에 있어서, 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환 또는 대물 렌즈를 구성하는 부스터 전극의 인가 전압의 변경을 한 경우, 전환 또는 변경 전과 동등한 변형이 없는 정확한 치수의 시료 표면의 주사상을 얻을 수 있는 하전 입자 빔 장치, 복합 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 양태를 채용했다.

(1) 본 발명의 일 양태에 따른 하전 입자 빔 장치는, 하전 입자를 발생시키는 하전 입자원과, 상기 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 방출되는 하전 입자에, 상기 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극과, 복수의 상기 주사 전극과 시료대 사이에 배치되며, 상기 주사 전극에 의해 편향된 상기 하전 입자 빔을 집속하는 정전 렌즈와, 측정 조건을 취득하고, 취득한 측정 조건에 의거하여, 복수의 상기 주사 전극에 인가하는 주사 전압의 각각을 설정하는 처리부를 구비한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 하전 입자 빔 장치에 있어서, 상기 처리부는, 측정 조건과, 복수의 상기 주사 전극의 각각이 인가하는 주사 전압을 특정하는 정보를 관련지은 주사 전압 정보로부터, 취득한 상기 측정 조건에 해당하는 주사 전압을 특정하는 정보를 복수 취득하고, 취득한 복수의 주사 전압을 특정하는 복수의 상기 정보에 의거하여, 복수의 상기 주사 전압의 각각을 설정하고, 상기 주사 전압 정보는, 측정 조건에 의거하여 도출된 것이다.

(3) 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 하전 입자 빔 장치에 있어서, 복수의 상기 주사 전극은, 상기 하전 입자 빔에, 제1 주사 전압을 인가하는 제1 주사 전극과, 상기 제1 주사 전극과 상기 시료대 사이에 배치되며, 상기 하전 입자 빔에, 제2 주사 전압을 인가하는 제2 주사 전극을 포함한다.

(4) 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 기재된 하전 입자 빔 장치에 있어서, 상기 측정 조건은, 가속 전압을 특정하는 정보와, 동작 모드를 특정하는 정보가 포함된다.

(5) 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 기재된 하전 입자 빔 장치에 있어서, 상기 하전 입자원과 상기 시료대 사이에 배치되며, 상기 하전 입자 빔에 빔 부스터 전압을 인가하는 빔 부스터 전압 인가부를 구비하고, 상기 측정 조건은, 가속 전압을 특정하는 정보와, 상기 빔 부스터 전압을 특정하는 정보가 포함된다.

(6) 상기 (5)에 기재된 하전 입자 빔 장치에 있어서, 상기 처리부는, 측정 조건과, 상기 빔 부스터 전압 인가부가 인가하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 관련지은 빔 부스터 전압 정보로부터, 취득한 상기 측정 조건에 해당하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 취득하고, 취득한 빔 부스터 전압 정보를 특정하는 상기 정보에 의거하여, 상기 빔 부스터 전압 정보를 설정한다.

(7) 상기 (5)에 기재된 하전 입자 빔 장치에 추가로 전자 빔 경통을 탑재한 복합 하전 입자 빔 장치로서, 상기 처리부는, 상기 가속 전압과, 상기 정전 렌즈가 집속시킨 상기 하전 입자 빔의 초점 거리와, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 조사부가 조사하는 전자 빔의 조사점에 의거하여, 상기 빔 부스터 전압을 설정한다.

(8) 상기 (7)에 기재된 복합 하전 입자 빔 장치에 있어서, 상기 정전 렌즈가 집속한 상기 하전 입자 빔의 초점과, 상기 전자 빔의 조사점은 일치한다.

(9) 상기 (7) 또는 상기 (8)에 기재된 복합 하전 입자 빔 장치에 있어서, 상기 처리부는, 측정 조건과, 상기 빔 부스터 전압 인가부가 인가하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 관련지은 빔 부스터 전압 정보로부터, 취득한 상기 측정 조건에 해당하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 취득하고, 취득한 빔 부스터 전압 정보를 특정하는 상기 정보에 의거하여, 상기 빔 부스터 전압을 설정한다.

(10) 본 발명의 일 양태에 따른 하전 입자 빔 장치의 제어 방법은, 하전 입자원이, 상기 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 하전 입자를 방출하는 단계와, 상기 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극에 인가하는 복수의 주사 전압의 각각을, 측정 조건을 취득하고, 취득한 측정 조건에 의거하여 설정하는 단계와, 설정한 복수의 상기 주사 전압의 각각에 의거하여 상기 복수의 주사 전극에 주사 전압을 인가하는 단계와, 복수의 상기 주사 전극과 시료대 사이에 배치된 정전 렌즈가, 상기 주사 전압에 의해 편향된 상기 하전 입자를 집속하는 단계를 갖는다.

본 발명에 의하면, 대물 렌즈(OL) 등의 정전 렌즈와, 정전 렌즈의 전단에 설치한 2단의 주사 전극을 구비하는 하전 입자 빔 장치에 있어서, 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환 또는, 대물 렌즈를 구성하는 부스터 전극의 인가 전압의 변경을 한 경우, 전환 또는 변경 전과 동등한 변형이 없는 정확한 치수의 시료 표면의 주사상을 얻을 수 있다.

도 1은, 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환에 의한 대물 렌즈의 주면의 이동을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는, 부스터 전압의 인가에 의한 대물 렌즈의 주면의 이동을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은, 2단의 주사 전극을 이용한 경우의 빔의 주사의 예 1을 나타내는 도면이다.
도 4는, 2단의 주사 전극을 이용한 경우의 빔의 주사의 예 2를 나타내는 도면이다.
도 5는, 제1 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은, 주사 전압 정보의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제1 전극과 제2 전극과 입사측 전극과 중간 전극과 출사측 전극의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 8에 나타내는 구성에 있어서의 이온 빔의 궤도의 일례를 나타낸다.
도 10은, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 11은, 본 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는, 주사 전압 정보의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은, 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 가속 전압값 Eacc와, 빔 부스터 전압값 Eb의 범위의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는, 이온 빔의 궤도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는, 이온 빔의 궤도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16은, 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 17은, 본 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은, 제1 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 19는, 제2 실시형태에 따른 복합 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.

다음으로, 본 실시형태의 하전 입자 빔 장치, 복합 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔 장치의 제어 방법을, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서 설명하는 실시형태는 일례에 불과하며, 본 발명이 적용되는 실시형태는, 이하의 실시형태로 한정되지 않는다.

또한, 실시형태를 설명하기 위한 도면 전체에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일 부호를 이용하고, 반복되는 설명은 생략한다.

또, 본원에서 말하는 「XX에 의거하여」란, 「적어도 XX에 의거하는」것을 의미하고, XX에 더하여 다른 요소에 의거하는 경우도 포함한다. 또, 「XX에 의거하여」란, XX를 직접적으로 이용하는 경우에 한정되지 않고, XX에 대해 연산이나 가공이 행해진 것에 의거하는 경우도 포함한다. 「XX」는, 임의의 요소(예를 들면, 임의의 정보)이다.

(제1 실시형태)

도 5는, 제1 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.

하전 입자 빔 장치(D1)는, 하전 입자 빔 장치 본체(Da)와, 빔 부스터 제어부(6)와, 빔 부스터 전원부(7)와, 렌즈 전원부(8)와, 제어부(9)와, 탱크 제어 모듈(12)과, 호스트 PB부(13)와, 진공 제어부(14)와, 스테이지 제어부(15)와, 스캔 보드(16)와, 퍼스널 컴퓨터(PC： Personal Computer)(17)를 구비한다.

집속 이온 빔 장치 본체(Da)는, 이온원 제어부(1)와, 이온 이미터(E)와, 인출 전극(2)과, 콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)과, 부스터관(4a)과, 대물 렌즈 중앙 전극(5)을 구비한다. 집속 이온 빔 장치 본체(Da)는, 이온 빔(B)을, 가속 전압 Vacc로 가속한 후, 콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)과 인출 전극(2)과 부스터관(4a) 사이에 발생하는 전계로 구성되는 콘덴서 렌즈, 및 대물 렌즈 중앙 전극(5)과 부스터관과 접지 전극 사이에 발생하는 전계로 구성되는 대물 렌즈에 의해 집속시켜, 시료대 상의 시료(SP1)에 조사한다. 시료(SP1)는, 접지된 상태로 배치된다.

이온원 제어부(1)는, 하전 입자 빔의 방출을 제어한다. 하전 입자 빔의 일례는, 이온 빔(B)이다. 이하, 하전 입자 빔으로서, 이온 빔(B)을 적용한 경우에 대해서 설명을 계속한다. 이온원 제어부(1)는, 인출 전원(11)과, 가속 전원(10)을 구비한다.

이온 이미터(E)는, 하전 입자를 발생시키는 하전 입자원이다. 이온 이미터(E)는, 예리한 선단을 갖는 금속을 갖고, 이 금속의 선단을, 예를 들면 액체 금속 갈륨으로 적신 액체 금속 이온원으로 한다. 또, 이온 이미터(E)는, 액체 금속 대신에 헬륨, 네온, 산소, 질소, 수소 등의 가스를 공급하여 가스 전계 전리형 이온원으로 해도 된다. 또, 이온 이미터(E)는, 하전 입자 공급부로서 유도 결합 플라즈마 이온원이나 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 이온원 혹은 페닝 이온 게이지(PIG) 플라즈마 이온원을 이용할 수도 있다.

인출 전원(11)은, 이온 이미터(E)의 선단과, 인출 전극(2) 사이에 인출 전압 Vext를 인가함으로써, 이온 이미터(E)의 선단으로부터 하전 입자로서 갈륨 이온을 인출한다.

가속 전원(10)은, 이온 이미터(E)가 발생시키는 하전 입자에 가속 전압 Vacc을 인가함으로써, 이온 빔(B)을 형성하고, 형성한 이온 빔(B)을 가속시킨다. 가속 전압 Vacc의 일례는, 최대 30kV이다. 그러나, 이온 빔 조사에 의한 시료에 대한 데미지를 최소한으로 억제하기 위해, 집속 이온 빔의 가공 단계마다 가속 전압을 설정하여 사용해도 된다. 예를 들면, 조가공에서는 가속 전압을 30kV로 설정하고, 마무리 가공에서는 가속 전압을 1kV, 0.5kV로, 조가공보다 낮은 값으로 설정해도 된다.

콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)을 포함하는 콘덴서 렌즈는, 가속 전원(10)이 가속 전압 Vacc를 인가함으로써 가속시킨 이온 빔(B)을 집속시킨다. 여기서 콘덴서 렌즈는, 렌즈 전원부(8)의 콘덴서 렌즈 전원(80)이, 콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)에 콘덴서 렌즈 전압 Vcl을 인가함으로써 형성되는 전기장에 의해, 통과하는 이온 빔(B)을 집속시킨다.

부스터관(4a)은, 콘덴서 렌즈가 집속시킨 이온 빔(B)에 빔 부스터 전압 Vb을 인가한다. 부스터관(4a)은, 콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)과, 대물 렌즈 중앙 전극(5) 사이에 구비된다. 부스터관(4a)은, 콘덴서 렌즈를 통과한 이온 빔(B)의 포텐셜 에너지를 올림으로써, 색 수차에 의한 빔의 흐림량의 증대나, 쿨롬 상호 작용에 의한 빔 프로파일의 확산을 억제한다. 부스터관(4a)은, 빔 부스터(4b)를 구비하고 있다. 여기서, 빔 부스터(4b)는, 빔 부스터 전압 인가부의 일례이다. 빔 부스터(4b)는, 얼라이먼트 전극(41)과, 비점(非點) 보정 전극(42)과, 블랭킹 전극(43)과, 제1 주사 전극(44)과, 제2 주사 전극(45)을 구비한다.

얼라이먼트 전극(41)은, 콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)과 비점 보정 전극(42) 사이에 배치된다. 얼라이먼트 전극(41)은, 빔 부스터 제어부(6)의 얼라이먼트 전원(61)과 접속된다. 얼라이먼트 전극(41)은, 이온 빔(B)에 전압을 인가함으로써, 통과하는 이온 빔(B)의 광축의 어긋남을 수정한다.

비점 보정 전극(42)은, 얼라이먼트 전극(41)과 블랭킹 전극(43) 사이에 배치된다. 비점 보정 전극(42)은, 빔 부스터 제어부(6)의 비점 보정 전원(62)과 접속된다. 비점 보정 전극(42)은, 이온 빔(B)에 전압을 인가함으로써, 통과하는 이온 빔(B)의 단면 형상의 변형을 보정함으로써, 진원으로 한다.

블랭킹 전극(43)은, 비점 보정 전극(42)과 제1 주사 전극(44) 사이에 배치된다. 블랭킹 전극(43)은, 빔 부스터 제어부(6)의 블랭킹 전원(63)과 접속된다. 블랭킹 전극(43)은, 이온 빔(B)에 전압을 인가함으로써, 통과하는 이온 빔(B)이 시료(SP1)에 조사되지 않도록 편향시킨다.

제1 주사 전극(44)은, 블랭킹 전극(43)과 제2 주사 전극(45) 사이에 배치된다. 블랭킹 전극(43)은, 빔 부스터 제어부(6)의 디플렉션 전원(64)과 접속된다. 제1 주사 전극(44)은, 이온 빔(B)에 전압을 인가함으로써, 통과하는 이온 빔(B)을 시료(SP1) 상에 주사한다.

제2 주사 전극(45)은, 제1 주사 전극(44)과 대물 렌즈 중앙 전극(5) 사이에 배치된다. 제2 주사 전극(45)은, 빔 부스터 제어부(6)의 디플렉션 전원(64)과 접속된다. 제2 주사 전극(45)은, 이온 빔(B)에 전압을 인가함으로써, 통과하는 이온 빔(B)을 시료(SP1) 상에 주사한다.

대물 렌즈 중앙 전극(5)은, 제2 주사 전극(45)과 시료대 사이에 배치된다. 대물 렌즈는, 빔 부스터(4b)가 빔 부스터 전압 Vb를 인가한 이온 빔(B)을 집속시켜 시료(SP1)에 조사하게 한다. 여기서, 대물 렌즈는, 렌즈 전원부(8)에 포함되는 대물 렌즈 전원(81)이, 대물 렌즈 중앙 전극(5)에, 대물 렌즈 전압 Vol을 인가함으로써 형성되는 전기장에 의해, 통과하는 이온 빔(B)을 집속시킨다. 또, 대물 렌즈는, 빔 부스터의 전위 차분 이온 빔(B)을 감속시킨다.

빔 부스터 제어부(6)는, 빔 부스터(4b)를 제어한다. 빔 부스터 제어부(6)는, MCU(60)와, 얼라이먼트 전원(61)과, 비점 보정 전원(62)과, 블랭킹 전원(63)과, 디플렉션 전원(64)과, 고압 플로팅부(66)를 구비한다.

메모리 컨트롤 유닛(MCU： Memory Control Unit)(60)은, 빔 부스터 전원부(7)에 의해 설정되는 빔 부스터 전압 Vb에 의거하여, 얼라이먼트 전원(61)과, 비점 보정 전원(62)과, 블랭킹 전원(63)을 제어한다. MCU(60)는, 제어부(9)에 의해 설정되는 제1 주사 전극(44)에 인가하는 전압인 제1 전압 VdefU의 값인 제1 전압값 EdefU와, 제2 주사 전극(45)에 인가하는 전압인 제2 전압 VdefL의 값인 제2 전압값 EdefL에 의거하여, 디플렉션 전원(64)을 제어한다.

얼라이먼트 전원(61)은, 얼라이먼트 전극(41)에 전압을 인가한다. 비점 보정 전원(62)은, 비점 보정 전극(42)에 전압을 인가한다. 블랭킹 전원(63)은, 블랭킹 전극(43)에 전압을 인가한다. 디플렉션 전원(64)는, 제1 주사 전극(44), 및 제2 주사 전극(45)에 전압을 인가한다.

고압 플로팅부(66)는, 스캔 보드(16)에 의해 제어되어 주사 신호를 디플렉션 전원(64)에 공급한다. 당해 주사 신호는, 이온 빔(B)의 시료(SP1)에 조사되는 위치를 조정하기 위한 신호이다. 고압 플로팅부(66)는, 스캔 보드(16)과 함께 주사계(SS)를 구성한다.

빔 부스터 전원부(7)는, 제어부(9)의 제어에 의거하여, 빔 부스터 전압 Vb을 설정한다.

렌즈 전원부(8)는, 콘덴서 렌즈 전원(80)과, 대물 렌즈 전원(81)을 구비한다. 콘덴서 렌즈 전원(80)은, 콘덴서 렌즈 중앙 전극(3)에 전압을 인가한다. 대물 렌즈 전원(81)은, 대물 렌즈 중앙 전극(5)에 전압을 인가한다.

제어부(9)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압 Vacc의 가속 전압값 Eacc에 의거하여, 빔 부스터 전원부(7)를 제어한다. 여기서, 가속 전압값 Eacc는, PC(17)로부터 호스트 PB(13)를 통해 제어부(9)에 공급된다. 제어부(9)의 상세한 사항에 대해서는 후술한다.

PC(17)는, 하전 입자 빔 장치(D1)의 사용자로부터의 각종 조작을 접수한다. PC(17)는, 탱크 제어 모듈(12)을 통해 이온원 제어부(1)에 조작 신호를 공급한다. PC(17)는, 호스트 PB(13)를 통해 빔 부스터 제어부(6) 및 제어부(9)에 조작 신호를 공급한다. 여기서, 조작 신호에는, 예를 들면, 가속 전압 Vacc의 값인 가속 전압값 Eacc를 나타내는 정보가 포함된다. 또, PC(17)는, 하전 입자 빔 장치(D1)의 진공 상태를 제어하는 진공 제어부(14), 및 시료(SP1)가 재치(載置)되는 스테이지를 제어하는 스테이지 제어부(15)를 제어한다.

본 실시형태에서는, 일례로서, 빔 부스터 전원부(7)가 설정하는 빔 부스터 전압 Vb가 0인 경우에 대해서 설명을 계속한다.

빔 부스터(4b)에 포함되는 얼라이먼트 전극(41)과, 비점 보정 전극(42)과, 블랭킹 전극(43)이 생략되어도 된다. 또, 빔 부스터 제어부(6)에 포함되는 얼라이먼트 전원(61)과, 비점 보정 전원(62)과, 블랭킹 전원(63)이 생략되어도 된다. 빔 부스터 전원부(7)가 생략되어도 된다.

다음으로, 제어부(9)의 구성의 상세한 사항에 대해서 설명한다.

도 6은, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제어부(9)는, 처리부(90)와, 기억부(91)를 구비한다. 기억부(91)는, 주사 전압 정보(92)를 기억한다.

처리부(90)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 동작 모드를 나타내는 정보와, 기억부(91)로부터 읽어낸 주사 전압 정보(92)에 의거하여, 제1 전압 VdefU의 값인 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압 VdefL의 값인 제2 전압값 EdefL을 도출한다. 처리부(90)는, 도출한 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압값 EdefL을, MCU(60)에 출력한다.

주사 전압 정보(92)는, 가속 전압 Vacc의 값인 가속 전압값 Eacc마다, 동작 모드와, 제1 전압 VdefU의 값인 제1 전압값 EdefU, 및 제2 전압 VdefL의 값인 제2 전압값 EdefL을 특정하는 정보를 관련지어 기억한다.

도 7은, 주사 전압 정보의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7에 나타나는 예에서는, 주사 전압 정보(92)는, 가속 전압값 Eacc가 5kV, 10kV, 30kV인 각각에 대해서, 동작 모드와, 제1 전압값 EdefU와 제2 전압값 EdefL의 비와, 제1 전압값 EdefU가 관련지어져 있다. 여기서, 동작 모드는, 가속 모드와 감속 모드가 포함된다.

가속 모드는, 대물 렌즈 안에서, 이온 빔(B)을 렌즈 입사 전보다 가속하여 집속시키는 동작 모드이다. 감속 모드는, 대물 렌즈 안에서, 이온 빔(B)을 렌즈 입사 전보다 감속하여 집속시키는 동작 모드이다. 모두 출사 시에는 입사와 같은 속도가 된다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 주사 전압 정보(92)에서는, 가속 전압값 「30kV」와, 동작 모드 「가속 모드」와, 제1 전압값과 제2 전압값의 비 「1：0.953」과, 제1 전압값 「210V」가 관련지어지고, 가속 전압값 「30kV」와, 동작 모드 「감속 모드」와, 제1 전압값과 제2 전압값의 비 「1：0.942」와, 제1 전압값 「228V」가 관련지어져 있다. 여기에서는, 일례로서, 가속 전압값 Eacc가, 5kV, 10kV, 30kV인 것에 대해서 나타냈지만, 이 예에 한정되지 않고, 가속 전압값 Eacc가, 5kV, 10kV, 및 30kV 이외여도 된다. 또 제1 전압값은 시료 상에서 특정 주사폭을 부여하는 값이며, 예를 들면 0.5mm 주사하는 경우의 값이다.

여기서, 이온 빔(B)을, 광축 상의 대물 렌즈의 주면을 통과시키는 처리에 대해서 설명한다.

도 8은, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제1 주사 전극과 제2 주사 전극과 대물 렌즈를 구성하는 입사측 전극과 중간 전극과 출사측 전극의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8에는, 부스터관(4a)과, 제1 주사 전극(44)과, 제2 주사 전극(45)과, 입사측 전극(5c)과, 중간 전극(5b)과, 출사측 전극(5a)이 나타나 있다. 도 8에 있어서는, 부스터관(4a)의 단변(短邊) 방향을 X축으로 하고, 부스터관(4a)의 길이 방향을 Z축으로 한다. 또, Z축에 있어서, 이온 빔(B)이 입사하는 방향에서, 출사하는 방향을 정방향으로 한다.

다음으로, 이온 빔(B)의 궤도에 대해서 설명한다.

도 9에, 도 8에 나타내는 구성에 있어서의 이온 빔의 궤도의 일례를 나타낸다. 도 9에 있어서, X축과 Z축은, 도 8에 나타낸 바와 같다. 도 9에는, 동작 모드가 가속 모드(가속 렌즈계)이고, 가속 전압이 5kV이며, 빔 부스터(4b)가 없는 경우(빔 부스터 전압값이 0[V])에 대해서 나타난다. 도 9에는, Z축의 값이 -120mm~-110mm의 영역에는 제1 주사 전극에 의한 편향 전기장, Z축의 값이 -90mm~-70mm의 영역에는 제2 주사 전극에 의한 편향 전기장, Z축의 값이 -40mm~-5mm의 영역에는 대물 렌즈에 의한 집속 전기장이 형성되어 있으나 도시하지 않고, 제1 주사 전극 입사로부터, 시료 표면에 도달할 때까지의 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과를 나타낸다.

도 9의 좌측 도면에 의하면, 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)에 회귀 직선을 적용시킨 결과는, 상면(像面)에서 교차함을 알 수 있다.

도 9의 우측 도면는, 도 9의 좌측 도면에 있어서, 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과가, Z=0[mm]가 되는 부분의 확대도를 나타낸다. 도 9의 우측 도면에 의하면, 시료 표면 Z=0[mm]에서, X=0.5mm가 된다. 이온 빔(B)은 Z축 좌표 -40mm~-5mm의 영역에 있는 대물 렌즈의 집속 전계를 통과하면서도, 그 궤도는 직선이라고 간주할 수 있다. 따라서, 이온 빔(B)은 대물 렌즈의 작용을 거의 받지 않고 시료 표면에 도달한다.

렌즈의 광축 상의 주면을 통과하는 빔은 직진하기 때문에, 도 9에 나타내는 이온 빔(B)의 궤도는 대물 렌즈의 주면을 통과한다고 생각해도 된다. 이 때의, 제1 전압값 EdefH와 제2 전압값 EdefL의 비(DEF의 상하단 비)(제1 전압값 EdefH：제2 전압값 EdefL)는, 1：0.953이다.

제1 전압값 EdefH=35[V], 제2 전압값 EdefL=-33.36[V]로 하면 이온 빔(B)의 궤도의 X축 방향의 진폭이 0.5[mm]가 된다. 여기서 주의해야 할 것은 제1 전압값과 제2 전압값의 극성을 반전시키는 것이 필요하다는 것이다.

또, 도시하지 않지만 지면(紙面) 수직 방향인 Y축 방향에 대해서도 X축과 동일한 제1 주사 전극과 제2 주사 전극을 이용하여 각각에 제1 전압값과 제2 전압값을 인가함으로써 주사할 수 있다. 래스터 주사함으로써 XY면의 주사가 가능하다. 제1 전압값과 제2 전압값의 극성을 반전시키면 각 축의 반대 방향으로의 주사가 된다.

제1 전압값 EdefH=35[V], 제2 전압값 EdefL=-33.36[V]로 시료 상+0.5mm를 주사한다.

제1 전압값 EdefH=-35[V], 제2 전압값 EdefL=33.36[V]로 시료 상-0.5mm를 주사한다.

상기 예에서는, ±0.5mm의 영역 즉 1mm□의 주사가 된다.

동작 모드가 감속 모드이고, 가속 전압값 Eacc가 5kV이며, 빔 부스터(4b)가 없는 경우(빔 부스터 전압값이 0[V])에 대해서도, 이온 빔의 궤도를 도출했다. 제1 전압값 EdefH와 제2 전압값 EdefL의 비(DEF의 상하단 비)(제1 전압값 EdefH：제2 전압값 EdefL)는, 1：0.942로 한 경우에 시료 표면 상에서 회귀 직선과 일치하는 것을 알았다. 이온 빔(B)의 궤도의 X축 방향의 진폭을 0.5[mm](주사상의 시야：1[mm]□)로 하기 위해서는, 제1 전압값 EdefH=38[V]로 한다.

이상으로부터, 도 7에 나타나는 주사 전압 정보(92)가 도출된다.

다음으로, 하전 입자 빔 장치의 동작에 대해서, 가속 전압과 동작 모드에 의거하여, 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압값 EdefL을 설정하는 처리에 대해서 설명한다.

도 10은, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.

(단계 S1)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90)는, PC(17)로부터 가속 전압값 Eacc와, 동작 모드를 나타내는 정보를 취득한다.

(단계 S2)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90)는, 기억부(91)로부터, 주사 전압 정보(92)를 읽어낸다. 처리부(90)는, 읽어낸 주사 전압 정보(92)로부터, 취득한 가속 전압값 Eacc와, 동작 모드를 나타내는 정보의 조합에 관련지어져 있는 제1 전압값과 제2 전압값의 비와, 제1 전압값을 취득한다.

(단계 S3)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90)는, 취득한 제1 전압값과 제2 전압값의 비와, 제1 전압값에 의거하여, 제2 전압값을 도출한다.

(단계 S4)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90)는, 제1 전압값과, 도출한 제2 전압값을, MCU(60)에 설정한다. 여기서 주의해야 할 것은 제1 전압값과 제2 전압값의 극성을 반전시키는 것이 필요하다는 것이다.

또, 제1 전압값은 시료 상에서 특정 주사폭을 부여하는 값이며, 예를 들면 0.5mm 주사하는 경우의 값이다. 또 제1 전압값 및 제2 전압값의 극성을 반전시키면 반대 방향으로 주사한다.

(단계 S4)의 실시 이후는 임의의 주사폭으로 변경이 가능하다. 예를 들면 0.1mm를 주사하는 경우는, 제1 전압값과 제2 전압값을 1/5로 감소시키면 된다. 제1 전압값과 제2 전압값의 비에 의거하여, 제1 전압값과 제2 전압값을 변경하기 때문에, 변형이 없는 정확한 주사상을 얻을 수 있다.

상술한 실시형태에서는, 주사 전압 정보(92)에, 가속 전압값과, 동작 모드를 나타내는 정보와, 제1 전압값과 제2 전압값의 비를 나타내는 정보와, 제1 전압값이 관련지어져 기억되는 경우에 대해서 설명했는데, 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 주사 전압 정보(92)에, 가속 전압값과, 동작 모드를 나타내는 정보와, 제1 전압값과 제2 전압값의 비를 나타내는 정보와, 제2 전압값이 관련지어져 기억되어도 되고, 주사 전압 정보(92)에, 가속 전압값과, 동작 모드를 나타내는 정보와, 제1 전압값과, 제2 전압값이 관련지어져 기억되어도 된다.

상술한 실시형태에서는, 제어부(9)가 기억부(91)를 구비하는 경우에 대해서 설명했는데, 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기억부(91)가, 하전 입자 빔 장치(D1)의 외부에 구비되어도 된다. 기억부(91)가 하전 입자 빔 장치(D1)의 외부에 구비되는 경우, 예를 들면, 기억부(91)는, 외부 기억장치나, 클라우드 서버로서 구비되어도 된다.

또, 기억부(91)가, 주사 전압 정보(92)를 기억하는 대신에, 기억부(91)에 가속 전압값 Eacc와 동작 모드를 나타내는 정보에 의거하여, 제1 주사 전압 VdefU와, 제2 주사 전압 VdefL을 도출하는 연산식을 기억해도 된다. 이 경우, 제어부(9)는, 이들 연산식에 의거하여, 제1 주사 전압 VdefU와, 제2 주사 전압 VdefL을 도출하여 설정해도 된다.

상술한 실시형태에 있어서, 주사 전압 정보(92)에 포함되는 정보 중에서, 일부의 정보가 생략되어도 된다. 예를 들면, 가속 전압이 5[kV]이며, 또한 동작 모드가 감속 모드인 것은, 거의 사용되는 일이 없기 때문에, 생략해도 된다. 반대로, 주사 전압 정보(92)에, 정보를 추가해도 된다.

본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(D1)에 의하면, 하전 입자를 발생시키는 하전 입자원(실시형태에서는, 이온 이미터(E))과, 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 방출되는 하전 입자에, 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극과, 복수의 주사 전극과 시료대 사이에 배치되며, 주사 전압에 의해 주사된 하전 입자 빔을 집속하는 정전 렌즈(실시형태에서는, 대물 렌즈)와, 측정 조건(여기에서는, 가속 전압값 Eacc와 동작 모드)을 취득하고, 취득한 측정 조건에 의거하여, 복수의 주사 전압의 각각을 설정하는 처리부를 구비한다.

이와 같이 구성함으로써, 대물 렌즈(OL) 등의 정전 렌즈와, 정전 렌즈의 전단에 설치한 2단의 주사 전극을 구비하는 하전 입자 빔 장치에 있어서, 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환이 행해진 경우에, 전환 전과 동등한 변형이 없는 정확한 치수의 시료 표면의 주사상을 얻을 수 있다. 또, 측정 조건이 변경되어, 정전 렌즈의 주면의 위치가 변경된 경우여도, 변경된 측정 조건(여기에서는, 동작 모드)에 의거하여, 복수의 주사 전압의 각각을 설정할 수 있기 때문에, 이온 빔(B)의 궤도를 변경할 수 있다. 이 때문에, 주사한 빔이 받는 렌즈 작용을 저감할 수 있다.

(제1 실시형태의 변형예 1)

제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성은, 도 5를 적용할 수 있다. 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치는, 제1 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(D1)와 비교하여, 이온 빔(B)에, 빔 부스터 전압 Vb가 인가되는 점에서 상이하다. 즉, 도 5를 참조하여 설명한 하전 입자 빔 장치의 구성에 있어서, 빔 부스터(4b)에 포함되는 얼라이먼트 전극(41)과, 비점 보정 전극(42)과, 블랭킹 전극(43)은 생략되지 않는다. 또, 빔 부스터 제어부(6)에 포함되는 얼라이먼트 전원(61)과, 비점 보정 전원(62)과, 블랭킹 전원(63)은 생략되지 않는다. 빔 부스터 전원부(7)는 생략되지 않는다. 단, 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치는, 동작 모드의 변경은 행해지지 않는다. 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치는, 제어부(9) 대신에, 제어부(9a)를 구비한다.

제어부(9a)의 구성의 상세한 사항에 대해서 설명한다.

도 11은, 본 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제어부(9a)는, 처리부(90a)와, 기억부(91a)를 구비한다. 기억부(91a)에는, 주사 전압 정보(92a)와, 빔 부스터 전압 정보(93a)가 기억된다.

처리부(90a)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 기억부(91a)로부터 읽어내는 빔 부스터 전압 정보(93a)에 의거하여, 빔 부스터 전압 Vb의 값인 빔 부스터 전압값 Eb를 도출한다. 처리부(90)는, 산출한 빔 부스터 전압값 Eb를 빔 부스터 전원부(7)에 공급한다.

처리부(90a)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 도출한 빔 부스터 전압값 Eb에 의거하여, 제1 전압 VdefU의 값인 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압 VdefL의 값인 제2 전압값 EdefL을 도출한다. 처리부(90)는, 도출한 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압값 EdefL을, MCU(60)에 출력한다.

주사 전압 정보(92a)는, 가속 전압값 Eacc와, 빔 부스터 전압값 Eb와, 제1 전압값 EdefU와 제2 전압값 EdefL의 비를 나타내는 정보와, 제1 전압값 EdefU를 관련지은 테이블 형식의 정보이다.

도 12는, 주사 전압 정보의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12에 나타나는 예에서는, 주사 전압 정보(92a)는, 가속 전압값 Eacc[kV]와, 빔 부스터 전압값 Eb[kV]와, 제1 전압값 EdefU와 제2 전압값 EdefL의 비를 나타내는 정보와, 제1 전압값 EdefU[V]에 더하여, 동작 모드를 나타내는 정보와, 주면의 위치를 나타내는 정보가 관련지어져 있다. 여기서, 주면의 위치는, 주면의 Z축에 있어서의 위치이다. 도 12에 나타나는 바와 같이, 주사 전압 정보(92a)에서는, 가속 전압값 「30kV」와, 동작 모드 「감속 모드」와, 빔 부스터 전압값 「0V」와, 주면의 위치 「-24.6mm」와, 제1 전압과 제2 전압의 비 「1：0.942」와, 제1 전압 「228V」가 관련지어져 있다. 또, 주사 전압 정보(92a)에서는, 가속 전압값 「1kV」와, 동작 모드 「가속 모드」와, 빔 부스터 전압값 「-5V」와, 주면의 위치 「-29.0mm」와, 제1 전압과 제2 전압의 비 「1：0.986」과, 제1 전압 「35.5V」가 관련지어져 있다. 또, 주사 전압 정보(92a)에서는, 가속 전압값 「5kV」와, 동작 모드 「가속 모드」와, 빔 부스터 전압값 「-5V」와, 주면의 위치 「-23.7mm」와, 제1 전압과 제2 전압의 비 「1：0.937」와, 제1 전압 「80V」가 관련지어져 있다. 도 12에 있어서, 주사 전압 정보(92a)에 포함되는 정보 중에서, 주면의 위치는, 생략되어도 된다.

빔 부스터 전압 정보(93a)는, 가속 전압값 Eacc마다 설정되어 있다. 가령, 집속 이온 빔과 전자 빔으로 복합 하전 입자 빔 장치를 구성한 경우에 있어서는, 양쪽 빔(집속 이온 빔과 전자 빔)의 교차점(코인시던스 포인트)에서 빔을 포커싱시키기 위해, 가속 전압마다 부스터 전압값이 제한된다. 일례를 도 13에 나타낸다. 도 13에는, 가속 전압값[kV]와, 부스터 전압값[kV]의 관계가 나타난다. 가속 전압이 낮아짐에 따라 부스터 전압값도 작아진다. 단, 싱글 빔 장치의 경우는 이 제한은 없어진다.

처리부(90a)는, 가속 전압 Vacc의 가속 전압값 Eacc가 전환된 경우에는, 빔 부스터 전압 정보(93a)가 나타내는 빔 부스터 전압 설정값 TEb 이하의 전압값으로, 빔 부스터 전압값 Eb를 변경한다. 빔 부스터 전압 정보(93a)에는, 빔 부스터 전압 Vb의 상한이 기억되어 있다. 처리부(90a)는, 빔 부스터 전압값 Eb를 설정한 후에, 빔 부스터 전압 정보(93a)에, 가속 전압값 Eacc와 설정한 빔 부스터 전압값 Eb를 관련지어 기억해도 된다. 처리부(90a)는, 차회(次回)에 빔 부스터 전압 Vb를 설정할 때에, 가속 전압값 Eacc에 관련지어 기억한 빔 부스터 전압값 Eb에 의거하여, 빔 부스터 전압값 Eb를 도출해도 된다.

다음으로, 이온 빔(B)의 궤도에 대해서 설명한다.

도 14는, 이온 빔의 궤도의 일례를 나타내는 도면이다. 도 14에 있어서, X축과 Z축은, 도 8에 나타낸 바와 같다. 도 14에는, 가속 전압값 Eacc가 5kV이고, 빔 부스터 전압값 Eb가 5kV인 것에 대해서 나타난다. 빔 부스터 전압값 Eb가 5kV이기 때문에, 부스터관 내에 있어서의 이온 빔의 가속 에너지는 10keV이다. 주사 전압은, 빔 부스터 전압이 0[V]일 때의 2배로 설정했다. 여기에서는, 일례로서, 제1 주사 전압값 EdefU=70[V], 제2 주사 전압값 EdefL=66.71로 했다. 이 경우, 제1 주사 전압값 EdefU：제2 주사 전압값 EdefL=1：0.953이 된다. 이 비는 빔 부스터 전압이 0[V]인 경우에 이온 빔(B)이 대물 렌즈의 주면을 통과한다고 간주할 수 있는 궤도를 부여한다.

도 14에는, 도 9와 마찬가지로, 제1 주사 전극 입사로부터, 시료 표면에 도달할 때까지의 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과를 나타낸다.

도 14의 좌측 도면에 의하면, 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과가, 상면에서 일치하지 않는다. 이는 이온 빔(B)이 대물 렌즈의 전계 안에서 렌즈 작용을 받았기 때문에 직선 궤도로부터 벗어났다고 생각된다. 렌즈의 광축 상의 주면을 통과하는 빔은 직진하는데, 이 예에서는 직선 궤도로부터 벗어나 있기 때문에 이온 빔(B)이 대물 렌즈의 주면을 통과하지 않는다고 생각된다.

이는, 빔 부스터 전압 Vb를 변화시킨 경우에는, 주면의 위치가 어긋나는 것을 나타내고 있다.

도 14의 우측 도면는, 도 14의 좌측 도면에 있어서, 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과가, Z=0[mm]가 되는 부분의 확대도를 나타낸다. 도 14의 우측 도면에 의하면, 이온 빔(B)의 궤도는, 시료 표면 Z=0[mm]에서, X=0.45mm가 되고 있다. 즉, 이온 빔(B)의 궤도의 X축 방향의 진폭이 0.5[mm]보다 작다. 이는, 렌즈 작용에 의한 되돌림이 원인이라고 상정된다. 즉, 이 경우, 렌즈 작용에 의해, 주사폭이 10% 부족해져, 주사상의 치수를 계측해도, 그 값은 부정확함을 나타내고 있다.

본 실시형태의 변형예 1에서는, 부스터 전압 Vb를 변화시킨 것에 의해 발생하는 주면의 위치의 어긋남에 의한 렌즈 작용의 영향을 저감하기 위해, 주사 전압값 Edef를 조정한다.

도 15는, 이온 빔의 궤도의 일례를 나타내는 도면이다. 도 15에 있어서, X축과 Z축은, 도 8에 나타낸 바와 같다. 도 15에는, 동작 모드가 가속 모드이고, 가속 전압값 Eacc가 5kV이며, 빔 부스터 전압값 Eb가 5[kV]인 경우에 대해서 나타난다.

여기에서는, 일례로서, 제1 주사 전압값 EdefU=80[V], 제2 주사 전압값 Ede fL=74.94로 한다. 이 경우, 제1 주사 전압값 EdefU：제2 주사 전압값 Ede fL=1：0.937이 된다.

도 15에는, 도 9와 마찬가지로, 제1 주사 전극 입사로부터, 시료 표면에 도달할 때까지의 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과를, 주사 전압값 Edef의 조정 전후에 대해서 나타낸다.

도 15의 좌측 도면에 의하면, 이온 빔(B)의 궤도와, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과는, 상면에서 교차함을 알 수 있다. 즉, 이온 빔(B)의 궤도는 직선으로 근사할 수 있으며, 렌즈 작용의 관여가 없다고 생각되기 때문에, 주면을 통과한다고 간주할 수 있다.

도 15의 우측 도면은, 도 15의 좌측 도면에 있어서, 주사 전압값 Edef의 조정 전후에 대해서, 주면을 비교한 결과를 나타낸다. 주사 전압값 Edef의 조정 전은 Z=-26.4[mm]가 되는 것에 비하여, 주사 전압값 Edef의 조정 후는 Z=-23.7[mm]가 된다. 즉, 부스터 전압값 5[kV]를 인가함으로써, 부스터 전압 Vb를 인가하지 않은 경우와 비교하여, 주면이 2.7[mm] 정도 어긋나는 것을 알 수 있다. 이상으로부터, 부스터 전압 Vb를 변경하면 주면이 어긋나기 때문에, 제1 주사 전압값 EdefU와 제2 주사 전압값 EdeU의 비, 제1 주사 전압값 EdefU와 제2 주사 전압값 EdefL의 크기의 조정이 필요하다는 것을 알 수 있다.

도 15의 우측 도면은, 도 15의 좌측 도면에 있어서, 이온 빔(B)의 궤도에 회귀 직선을 적용시킨 결과가, Z=0[mm]가 되는 부분의 확대도를 나타낸다. 도 15의 우측 도면에 의하면, 주사 전압값 Edef의 조정 후는, X=0.5mm에서, Z=0[mm]가 되는 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 도 12에 나타나는 주사 전압 정보(92a)가 도출된다.

다음으로, 하전 입자 빔 장치의 동작에 대해서, 빔 부스터 전압값 Eb와, 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압값 EdefL을 설정하는 처리에 대해서 설명한다.

도 16은, 제1 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.

(단계 S11)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90a)는, PC(17)로부터 가속 전압값 Eacc 를 취득한다.

(단계 S12)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90a)는, 기억부(91a)로부터, 빔 부스터 전압 정보(93a)를 읽어낸다. 처리부(90a)는, 읽어낸 빔 부스터 전압 정보(93a)로부터, 취득한 가속 전압값 Eacc에 관련지어져 있는 빔 부스터 전압값 Eb를 취득한다.

(단계 S13)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90a)는, 기억부(91a)로부터, 주사 전압 정보(92a)를 읽어낸다. 처리부(90a)는, 읽어낸 주사 전압 정보(92a)로부터, 가속 전압값 Eacc와, 취득한 빔 부스터 전압값 Eb의 조합에 관련지어져 있는 제1 전압값과 제2 전압값의 비와, 제1 전압값을 취득한다.

(단계 S14)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90a)는, 취득한 제1 전압값과 제2 전압값의 비와, 제1 전압값에 의거하여, 제2 전압값을 도출한다.

(단계 S15)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90a)는, 제1 전압값과, 도출한 제2 전압값을, MCU(60)에 설정한다. 여기서 주의해야 할 것은 제1 전압값과 제2 전압값의 극성을 반전시키는 것이 필요하다는 것이다.

(단계 S15)에서 제1 전압값과 제2 전압값을 MCU(60)에 설정한 후에는, 제1 전압값과 제2 전압값의 비에 의거하여, 제1 전압값과 제2 전압값을 변경함으로써 임의의 주사 범위로 변경하는 것이 가능하다. 제1 전압값과 제2 전압값의 비에 의거하여, 제1 전압값과 제2 전압값을 변경하기 때문에, 변형이 없는 정확한 주사상을 얻을 수 있다.

본 실시형태의 변형예 1에 따른 하전 입자 빔 장치(D1)에 의하면, 하전 입자를 발생시키는 하전 입자원(실시형태에서는, 이온 이미터(E))과, 상기 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 방출되는 하전 입자에, 상기 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극과, 복수의 주사 전극과 시료대 사이에 배치되며, 주사 전압에 의해 주사된 하전 입자 빔을 집속하는 정전 렌즈(실시형태에서는, 대물 렌즈)와, 측정 조건(여기에서는, 가속 전압값 Eacc와 부스터 전압값 Eb)을 취득하고, 취득한 측정 조건과 정전 렌즈의 주면의 위치를 특정하는 정보에 의거하여, 복수의 주사 전압의 각각을 설정하는 처리부를 구비한다.

이와 같이 구성함으로써, 대물 렌즈(OL) 등의 정전 렌즈와, 정전 렌즈의 전단에 설치한 2단의 주사 전극을 구비하는 하전 입자 빔 장치에 있어서, 대물 렌즈를 구성하는 부스터 전극의 인가 전압의 변경을 한 경우, 변경 전과 동등한 변형이 없는 정확한 치수의 시료 표면의 주사상을 얻을 수 있다. 또, 측정 조건(여기에서는, 부스터 전압값 Eb)이 변경되어, 정전 렌즈의 주면의 위치가 변경된 경우여도, 변경된 측정 조건에 의거하여, 복수의 주사 전압의 각각을 설정할 수 있기 때문에, 이온 빔(B)의 궤도를 변경할 수 있다. 이 때문에, 주사한 빔이 받는 렌즈 작용을 저감할 수 있다.

(제1 실시형태의 변형예 2)

제1 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성은, 도 5를 적용할 수 있다. 제1 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치는, 제1 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(D)와 비교하여, 이온 빔(B)에, 빔 부스터 전압 Vb가 인가되는 점에서 상이하다. 즉, 도 5를 참조하여 설명한 하전 입자 빔 장치의 구성에 있어서, 빔 부스터(4b)에 포함되는 얼라이먼트 전극(41)과, 비점 보정 전극(42)과, 블랭킹 전극(43)은 생략되지 않는다. 또, 빔 부스터 제어부(6)에 포함되는 얼라이먼트 전원(61)과, 비점 보정 전원(62)과, 블랭킹 전원(63)은 생략되지 않는다. 빔 부스터 전원부(7)은 생략되지 않는다. 제1 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치는, 제어부(9) 대신에, 제어부(9b)를 구비한다.

제어부(9b)의 구성의 상세한 사항에 대해서 설명한다.

도 17은, 본 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부(9b)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제어부(9b)는, 처리부(90b)와, 기억부(91b)를 구비한다. 기억부(91b)에는, 주사 전압 정보(92b)와, 빔 부스터 전압 정보(93b)가 기억된다.

처리부(90b)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 기억부(91a)로부터 읽어내는 빔 부스터 전압 정보(93b)에 의거하여, 빔 부스터 전압 Vb의 값인 빔 부스터 전압값 Eb를 도출한다. 처리부(90b)는, 산출한 빔 부스터 전압값 Eb를 빔 부스터 전원부(7)에 공급한다.

처리부(90b)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 동작 모드를 나타내는 정보와, 도출한 빔 부스터 전압값 Eb에 의거하여, 제1 전압 VdefU의 값인 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압 defL의 값인 제2 전압값 EdefL을 도출한다. 처리부(90b)는, 도출한 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압값 EdefL을, MCU(60)에 출력한다.

주사 전압 정보(92b)는, 가속 전압값 Eacc와, 동작 모드를 나타내는 정보와, 빔 부스터 전압값 Eb와, 제1 전압값 EdefU와 제2 전압값 EdefL의 비를 나타내는 정보와, 제1 전압값 EdefU를 관련지은 테이블 형식의 정보이다.

주사 전압 정보(92b)의 일례는 주사 전압 정보(92a)를 적용할 수 있고, 빔 부스터 전압 정보(93b)는 빔 부스터 전압 정보(93a)를 적용할 수 있다.

도 18은, 제1 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.

(단계 S21)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90b)는, PC(17)로부터 가속 전압값 Eacc 와, 동작 모드를 나타내는 정보를 취득한다.

(단계 S22)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90b)는, 기억부(91b)로부터, 빔 부스터 전압 정보(93b)를 읽어낸다. 처리부(90b)는, 읽어낸 빔 부스터 전압 정보(93b)로부터, 취득한 가속 전압값 Eacc에 관련지어져 있는 빔 부스터 전압값 Eb를 취득한다.

(단계 S23)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90b)는, 기억부(91b)로부터, 주사 전압 정보(92b)를 읽어낸다. 처리부(90b)는, 읽어낸 주사 전압 정보(92b)로부터, 가속 전압값 Eacc와, 동작 모드를 나타내는 정보와, 취득한 빔 부스터 전압값 Eb의 조합에 관련지어져 있는 제1 전압값과 제2 전압값의 비와, 제1 전압값을 취득한다.

(단계 S24)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90b)는, 취득한 제1 전압값과 제2 전압값의 비와, 제1 전압값에 의거하여, 제2 전압값을 도출한다.

(단계 S25)

하전 입자 빔 장치(D1)에 있어서, 처리부(90b)는, 제1 전압값과, 도출한 제2 전압값을, MCU(60)에 설정한다. 여기서 주의해야 할 것은 제1 전압값과 제2 전압값의 극성을 반전시키는 것이 필요하다는 것이다.

(단계 S25)에서 제1 전압값과 제2 전압값을 MCU(60)에 설정한 후에는, 제1 전압값과 제2 전압값의 비에 의거하여, 제1 전압값과 제2 전압값을 변경함으로써 임의의 주사 범위로 변경하는 것이 가능하다. 제1 전압값과 제2 전압값의 비에 의거하여, 제1 전압값과 제2 전압값을 변경하기 때문에, 변형이 없는 정확한 주사상을 얻을 수 있다.

본 실시형태의 변형예 2에 따른 하전 입자 빔 장치(D1)에 의하면, 하전 입자를 발생시키는 하전 입자원(실시형태에서는, 이온 이미터(E))과, 상기 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 방출되는 하전 입자에, 상기 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극과, 복수의 주사 전극과 시료대 사이에 배치되며, 주사 전압에 의해 주사된 하전 입자 빔을 집속하는 정전 렌즈(실시형태에서는, 대물 렌즈)와, 측정 조건(여기에서는, 가속 전압값 Eacc와 부스터 전압값 Eb와 동작 모드를 나타내는 정보)을 취득하고, 취득한 측정 조건과, 정전 렌즈의 주면의 위치를 특정하는 정보에 의거하여, 복수의 주사 전압의 각각을 설정하는 처리부를 구비한다.

이와 같이 구성함으로써, 대물 렌즈(OL) 등의 정전 렌즈와, 정전 렌즈의 전단에 설치한 2단의 주사 전극을 구비하는 하전 입자 빔 장치에 있어서, 대물 렌즈의 가속 모드와 감속 모드의 전환 또는 대물 렌즈를 구성하는 부스터 전극의 인가 전압의 변경을 한 경우, 전환 또는 변경 전과 동등한 변형이 없는 정확한 치수의 시료 표면의 주사상을 얻을 수 있다. 또, 측정 조건(여기에서는, 가속 전압값 Eacc와 부스터 전압값 Eb와 동작 모드를 나타내는 정보)이 변경되어, 정전 렌즈의 주면의 위치가 변경된 경우여도, 변경된 측정 조건에 의거하여, 복수의 주사 전압의 각각을 설정할 수 있기 때문에, 이온 빔(B)의 궤도를 변경할 수 있다. 이 때문에, 주사한 빔이 받는 렌즈 작용을 저감할 수 있다.

(제2 실시형태)

제2 실시형태에 따른 복합 하전 입자 빔 장치(D)는, 도 5를 참조하여 설명한 하전 입자 빔 장치(D1)에, 전자 빔 경통 등의 주사형 전자 현미경(D2)(도시 없음)을 구비한다. 단, 빔 부스터(4b)에 포함되는 얼라이먼트 전극(41)과, 비점 보정 전극(42)과, 블랭킹 전극(43)은 생략되지 않는다. 또, 빔 부스터 제어부(6)에 포함되는 얼라이먼트 전원(61)과, 비점 보정 전원(62)과, 블랭킹 전원(63)은 생략되지 않는다. 빔 부스터 전원부(7)는 생략되지 않는다.

주사형 전자 현미경(D2)은, 전자 빔을 시료(SP1)에 조사하고, 시료(SP1)로부터 방출되는 2차 전자나 반사 전자를 검출함으로써 시료(SP1)의 표면이나 단면을 관찰한다.

제2 실시형태에 따른 복합 하전 입자 빔 장치(D)는, 전자 빔과 집속 이온 빔을, 시료 상의 동일점에 조사한다. 전자 빔과 집속 이온 빔을, 시료 상의 동일점에 조사하려면, 전자 빔의 초점과 집속 이온 빔의 초점이 시료 상의 동일점(조사점)에 맞는 것이 요구된다. 전자 빔과 집속 이온 빔이 조사되는 시료 상의 동일점을 코인시던스 포인트(Coincidence Point： CP)라고 한다.

제2 실시형태에 따른 복합 하전 입자 빔 장치는, 제어부(9) 대신에, 제어부(9c)를 구비한다.

제어부(9c)의 구성의 상세한 사항에 대해서 설명한다.

도 19는, 제2 실시형태에 따른 복합 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어부(9c)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제어부(9c)는, 처리부(90c)와, 기억부(91c)를 구비한다. 기억부(91c)에는, 주사 전압 정보(92c)와, 빔 부스터 전압 정보(93c)가 기억된다.

처리부(90c)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 기억부(91a)로부터 읽어내는 빔 부스터 전압 정보(93c)에 의거하여, 빔 부스터 전압 Vb의 값인 빔 부스터 전압값 Eb를 도출한다. 처리부(90c)는, 산출한 빔 부스터 전압값 Eb를 빔 부스터 전원부(7)에 공급한다.

처리부(90c)는, PC(17)로부터 공급되는 가속 전압값 Eacc와, 도출한 빔 부스터 전압값 Eb에 의거하여, 제1 전압 VdefU의 값인 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압 VdefL의 값인 제2 전압값 EdefL을 도출한다. 처리부(90c)는, 도출한 제1 전압값 EdefU와, 제2 전압값 EdefL을, MCU(60)에 출력한다.

주사 전압 정보(92c)는, 가속 전압값 Eacc와, 빔 부스터 전압값 Eb와, 제1 전압값 EdefU와 제2 전압값 EdefL의 비를 나타내는 정보와, 제1 전압값 EdefU를 관련지은 테이블 형식의 정보이다.

주사 전압 정보(92c)의 일례는, 도 12를 참조하여 설명한 주사 전압 정보(92a)를 적용할 수 있다.

빔 부스터 전압 정보(93c)는, 가속 전압값 Eacc와, 원하는 초점 거리에 따라 미리 산출된 빔 부스터 전압 설정값 TEb를 관련지은 테이블 형식의 정보이다. 빔 부스터 전압 설정값 TEb는, 가속 전압값 Eacc를 인가한 경우에 있어서, 전자 빔과 집속 이온 빔이, 시료 상의 동일점 즉 CP에 초점 맞춤 가능한 전압값이다. 복합 하전 입자 빔 장치(D)에서는, 빔 부스터 전압 정보(93c)에 의거하여, 빔 부스터 전압 설정값 TEb가 설정됨으로써, 이온 빔(B)과, 전자 빔이 시료(SP1) 상의 동일한 점에 조사된다.

초점 맞춤 가능한 빔 부스터 전압 Vb의 범위에 대해서는, 도 13에 나타냈으므로, 여기서의 설명은 생략한다.

제2 실시형태에 따른 복합 하전 입자 빔 장치(D)에 의하면, 가속 전압값 Eacc와, 대물 렌즈가 집속시킨 하전 입자 빔의 초점 거리와, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 조사부가 조사하는 전자 빔의 초점 거리에 의거하여, 빔 부스터 전압값 Eb를 도출할 수 있기 때문에, 하전 입자 빔을, CP에 초점 맞춤 할 수 있다. 즉, 하전 입자 빔(이온 빔(B))에 인가하는 가속 전압에 따라, 집속 이온 빔을 CP에 초점 맞춤 가능한 부스터관(4a)의 빔 부스터 전압 Vb의 값(빔 부스터 전압값 Eb)을 설정할 수 있다.

상술한 실시형태에 있어서의 하전 입자 빔 장치(D1), 복합 하전 입자 빔 장치(D)의 일부, 예를 들면, 제어부(9(9, 9a, 9b, 9c))를 컴퓨터로 실현하도록 해도 된다. 그 경우, 이 제어 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록하고, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템으로 하여금 읽어들이게 하여 실행함으로써 실현되어도 된다. 또한, 여기서 말하는 「컴퓨터 시스템」이란, 하전 입자 빔 장치(D1), 복합 하전 입자 빔 장치(D)에 내장된 컴퓨터 시스템으로서, OS나 주변 기기 등의 하드웨어를 포함하는 것으로 한다. 또, 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」란, 플렉서블 디스크, 광자기 디스크, ROM, CD-ROM 등의 가반(可搬) 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 말한다. 또한 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 통해 프로그램을 송신하는 경우의 통신선과 같이, 단시간, 동적으로 프로그램을 유지하는 것, 그 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리와 같이, 일정 시간 프로그램을 유지하고 있는 것도 포함해도 된다. 또 상기 프로그램은, 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 되고, 또한 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것이어도 된다.

또, 상술한 실시형태에 있어서의 제어부(9)의 일부, 또는 전부를, LSI(Large Scale Integration) 등의 집적 회로로서 실현해도 된다. 제어부(9)의 각 기능 블록은 개별적으로 프로세서화해도 되고, 일부, 또는 전부를 집적하여 프로세서화해도 된다. 또, 집적 회로화의 수법은 LSI에 한정하지 않고 전용 회로, 또는 범용 프로세서로 실현해도 된다. 또, 반도체 기술의 진보에 의해 LSI를 대체하는 집적 회로화 기술이 출현한 경우, 당해 기술에 의한 집적 회로를 이용해도 된다.

이상, 도면을 참조하여 이 발명의 일 실시형태에 대해서 상세하게 설명했는데, 구체적인 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 이 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 설계 변경 등을 하는 것이 가능하다.

D: 복합 하전 입자 빔 장치
D1: 하전 입자 빔 장치
D2: 주사형 전자 현미경
1: 이온원 제어부
10: 가속 전원
3: 콘덴서 렌즈 중앙 전극
4b: 빔 부스터
5: 대물 렌즈 중앙 전극
9, 9a, 9b, 9c: 제어부
90, 90a, 90b, 90c: 처리부
91, 91a, 91b, 91c: 기억부
92, 92a, 92b, 92c: 주사 전압 정보
93, 93a, 93b, 93c: 빔 부스터 전압 정보
41: 얼라이먼트 전극
42: 비점 보정 전극
43: 블랭킹 전극
44: 제1 주사 전극
45: 제2 주사 전극
60: MCU

Claims

하전 입자를 발생시키는 하전 입자원과,
상기 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 방출되는 하전 입자에, 상기 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극과,
복수의 상기 주사 전극과 시료대 사이에 배치되며, 상기 주사 전극에 의해 편향된 하전 입자 빔을 집속하는 정전 렌즈와,
측정 조건을 취득하고, 취득한 측정 조건에 의거하여, 복수의 상기 주사 전극에 인가하는 주사 전압의 각각을 설정하는 처리부를 구비하는, 하전 입자 빔 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 처리부는, 측정 조건과, 복수의 상기 주사 전극의 각각이 인가하는 주사 전압을 특정하는 정보를 관련지은 주사 전압 정보로부터, 취득한 상기 측정 조건에 해당하는 주사 전압을 특정하는 정보를 복수 취득하고, 취득한 복수의 주사 전압을 특정하는 복수의 상기 정보에 의거하여, 복수의 상기 주사 전압의 각각을 설정하고,
상기 주사 전압 정보는, 측정 조건에 의거하여 도출된 것인, 하전 입자 빔 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
복수의 상기 주사 전극은,
상기 하전 입자 빔에, 제1 주사 전압을 인가하는 제1 주사 전극과,
상기 제1 주사 전극과 상기 시료대 사이에 배치되며, 상기 하전 입자 빔에, 제2 주사 전압을 인가하는 제2 주사 전극을 포함하는, 하전 입자 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 조건은, 가속 전압을 특정하는 정보와, 동작 모드를 특정하는 정보가 포함되는, 하전 입자 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하전 입자원과 상기 시료대 사이에 배치되며, 상기 하전 입자 빔에 빔 부스터 전압을 인가하는 빔 부스터 전압 인가부를 구비하고,
상기 측정 조건은, 가속 전압을 특정하는 정보와, 상기 빔 부스터 전압을 특정하는 정보가 포함되는, 하전 입자 빔 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 처리부는, 측정 조건과, 상기 빔 부스터 전압 인가부가 인가하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 관련지은 빔 부스터 전압 정보로부터, 취득한 상기 측정 조건에 해당하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 취득하고, 취득한 빔 부스터 전압 정보를 특정하는 상기 정보에 의거하여, 상기 빔 부스터 전압 정보를 설정하는, 하전 입자 빔 장치.
청구항 5에 기재된 하전 입자 빔 장치에 추가로 전자 빔 경통을 탑재한 복합 하전 입자 빔 장치로서,
상기 처리부는, 상기 가속 전압과, 상기 정전 렌즈가 집속시킨 상기 하전 입자 빔의 초점 거리와, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 조사부가 조사하는 전자 빔의 조사점에 의거하여, 상기 빔 부스터 전압을 설정하는, 복합 하전 입자 빔 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 정전 렌즈가 집속한 상기 하전 입자 빔의 초점과, 상기 전자 빔의 조사점이 일치하는, 복합 하전 입자 빔 장치.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 처리부는, 측정 조건과, 상기 빔 부스터 전압 인가부가 인가하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 관련지은 빔 부스터 전압 정보로부터, 취득한 상기 측정 조건에 해당하는 빔 부스터 전압을 특정하는 정보를 취득하고, 취득한 빔 부스터 전압 정보를 특정하는 상기 정보에 의거하여, 상기 빔 부스터 전압 정보를 설정하는, 복합 하전 입자 빔 장치.
하전 입자원이, 상기 하전 입자원에 가속 전압을 인가하고, 하전 입자를 인출하는 인출 전극에 인출 전압을 인가함으로써 하전 입자를 방출하는 단계와,
상기 하전 입자를 편향시키기 위한 전기장을 발생시키는 복수의 주사 전극에 인가하는 복수의 주사 전압의 각각을, 측정 조건을 취득하고, 취득한 측정 조건에 의거하여 설정하는 단계와,
설정한 복수의 상기 주사 전압의 각각에 의거하여 상기 복수의 주사 전극에 주사 전압을 인가하는 단계와,
복수의 상기 주사 전극과 시료대 사이에 배치된 정전 렌즈가, 상기 주사 전압에 의해 편향된 상기 하전 입자를 집속하는 단계를 갖는, 하전 입자 빔 장치의 제어 방법.