JP2582151B2 - 電子ビーム中心軸自動調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、走査型電子顕微鏡や電子ビームテスタ等の
電子ビーム装置に用いられ、電子銃から放出された電子
ビームの中心軸を自動調整する電子ビーム中心軸自動調
整装置に関する。

［従来の技術］ 例えば電子ビームテスタでは、立ち上げ時において、
電子銃から放出される電子ビームの中心軸が安定するの
に１時間程度も要する。これは、真空中に配置された電
子銃のフィラメントが熱せられると、このフィラメント
を覆うグリッドが熱せられ、さらに陽極およびグリッド
を覆うハウジングが熱せられるが、これらの温度が熱的
平衡状態にならないとフィラメントもその影響を受けて
熱的平衡状態にならず、フィラメントの長さや熱電子の
エネルギー分布が変化するためである。

電子ビームが安定するまでその中心軸を調整せずに放
置しておくと、中心軸が大きくずれて電子ビームが鏡筒
内壁面や電子レンズ等に衝突し、イオン吸着等によりそ
の部分が汚れるので、これを避ける必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、電子ビームの中心軸を電子光学系の中心軸に
合わせても、熱平衡状態に至る過程では時間の経過とと
もに中心軸がずれるので、中心軸調整を繰り返し長時間
にわたって行わなければならず煩雑であり、また、中心
軸を目視することができないので調整に熟練を要する。
この煩雑さを避けるために常時電子ビームテスタの電源
を入りにしておけば、無駄な電力が消費されるととも
に、電子銃の寿命が短くなる。

電子ビーム中心軸を自動調整する装置は、特開昭62−
143351号公報に開示されている。

しかし、この装置は、電子銃をオンにしてから電子ビ
ームが安定するまでの時間を考慮していないので、この
時間が約１時間であるとすると、余裕をみて例えば、電
子銃をオンにしてから１時間15分経過後に、アラインメ
ンを開始しなければならず、電子銃をオンにしてからア
ラインメント完了までの時間が長くなる。これを短くす
るために例えば１時間経過後にアラインメンを開始する
と、電子ビームが安定せずに調整がずれるおそれがあ
る。しかも、電子銃をオンにしてから調整開始までの間
において、上記のよう電子ビーム衝突部が汚れ、チャー
ジアップにより電子ビームドリフトが生じて、電子ビー
ム照射位置精度が低下する。また、この汚れにより、内
部が真空である電子ビーム装置を分解してチャージアッ
プ源である汚れを除去する周期が短くなる。

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、電子ビー
ムの中心軸調整を速やかにかつ正確に行うことができ、
しかも、中心軸調整完了前に電子ビームが部材に衝突し
て衝突部が汚れるのを防止することが可能な電子ビーム
中心軸自動調整装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明に係る電子ビーム中心軸自動調整装置
の原理構成を示すブロック図である。

図中、１は電子銃であり、電子ビームを放出する。

２はアラインメント手段であり、コイルまたは偏向板
を用いて構成され、この電子ビームにローレンツ力を加
えて電子ビームの中心軸を調整する。

３は中心軸一致量検出手段、例えば電子光学系中心軸
上に配置されるファラデーカップでこの電子ビームのう
ち電子光学系中心軸を通るものを捕らえてその電流値を
検出する構成であり、調整された電子ビーム中心軸の電
子光学系中心軸に対する一致量（例えば該電流値）を検
出する。

４はアラインメント完了判定手段であり、該中心軸一
致量が所定時間内に所定量以上低下した場合にはアライ
ンメント未完と判定し、該所定時間内に該所定量以上低
下しなかった場合にはアラインメント完了と判定する。

５はアラインメント制御手段であり、該アラインメン
ト未完と判定された場合に、検出された該中心軸一致量
が最大になるようにアラインメント手段２を制御する。

該アラインメント完了が判定されるまでアラインメン
ト完了判定手段４による判定とアラインメント制御手段
５による制御とが交互に繰り返し行われる。

［作用及び効果］ 本発明によれば、アラインメント完了が判定されるま
で、アラインメント完了判定手段４による判定とアライ
ンメント制御手段５による制御とが交互に繰り返し行わ
れるので、電子ビームが安定するのを予測して安定後に
アラインメントを行う装置よりも、アラインメンを速や
かに且つ正確に行うことができ、しかも、電子銃をオン
にしてから電子ビームが安定するまでの間に電子ビーム
が部材に衝突してイオン吸着等により衝突部が汚れるの
を防止できるという効果を奏する。

［実施例］ 《１》一実施例 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第２図は電子ビームテスタに適用した電子ビーム中心
軸自動調整装置を示す。

軸方向が垂直方向に配置された鏡筒10の上端部には、
電子銃12が配設されている。電子銃12は、そのフィラメ
ント、グリット及び陽極に印加された電圧に応じたエネ
ルギー及び電流の電子ビームを下方へ放出する。電子銃
12の下方には、この電子ビームの中心軸を不図示の電子
光学系の中心軸に合わせるための軸合わせコイル14及び
16が鏡筒10の長手方向に沿って２段に設けられている。
軸合わせコイル14及び16はいずれも、Ｘ軸方向及びＹ軸
方向に電子ビームの中心軸を曲げるコイルで構成されて
いる。ここにＸ軸及びＹ軸は、電子ビーム光学系の中心
軸に直交する面内において互いに直交する軸である。

鏡筒10の下端は、試料室18に接続されている。この試
料室18内には、ステージ20上に試料24、例えばLSIが載
置されている。

電子銃12から放出された電子ビームは、電子光学系及
び電子ビーム走査系により、試料24の所望の位置の配線
上に直径0.5μｍ程度に収束されて照射され、照射点か
ら放出される２次電子が検出されてその配線電位が測定
される。

この電子ビームテスタの立ち上げ時においては、電子
銃12が熱的に安定するまでに１時間程度かかり、この
間、電子ビームの中心軸が不安定であるため、電子ビー
ムが鏡筒10の内壁等に衝突しないように、この電子ビー
ムの中心軸を電子光学系の中心軸に合わせる必要があ
る。この立ち上げの際には、可動ファラデーカップ26が
電子光学系の中心軸上の位置へ移動され、軸合わせコイ
ル14及び16を通った電子ビームのうちこの中心軸を通っ
たものが可動ファラデーカップ26で捕らえられ、その電
流値Ｉが検出される。

制御装置28は、この電流値Ｉ及び設定器30で設定され
た後述の設定値に基づいて、電子ビームのアライメント
が完了したかどうかを判定し、アライメントが完了して
いないと判定した場合には、自動軸合わせ装置32へアラ
イメント未完信号を供給する。自動軸合わせ装置32は、
この信号に応答して、電流値Ｉが最大値になるように、
軸合わせコイル14及び16の各Ｘ軸合わせコイル及び各Ｙ
軸合わせコイルに電流を供給する。

次に、第３図及び第４図に基づいて、電子ビーム中心
軸自動調整の処理手順を説明する。

（50）設定器30を操作して後述するＰ及びT₀の値を設
定する。

（52）軸合わせコイル14及び16へ予め定められた電流
を供給して、初期軸合わせを行う。また、可動ファラデ
ーカップ26を電子光学系中心軸上へ移動させる。

（54）この可動ファラデーカップ26により検出される
電流値Ｉが最大になるように、軸合わせコイル14及び16
へ供給する電流値を変化させる。この処理は、軸合わせ
コイル14のＸ軸合わせコイル、Ｙ軸合わせコイル及び軸
合わせコイル16のＸ軸合わせコイル及びＹ軸合わせコイ
ルの各々について、この順に行う。各軸合わせコイルに
供給する電流ｉの変化のさせかたは共通であり、これを
第４図に示す。

（540）フラグＦをリセットし、 （542）軸合わせコイルへ供給する電流ｉを小量Δだ
け増加させる。

（544）これにより、可動ファラデーカップ26で検出
された電流Ｉの値が変化しなければ極大状態と判断して
処理を終了する。電流Ｉの値が増加した場合には、 （548）フラグＦをセットし、ステップ542へ戻る。

ステップ544で電流Ｉの値が減少したと判定した場合
には、 （550）フラグＦの値に応じて分岐する。すなわち、
フラグＦの値が“1"であれば１つ前の状態が極大状態で
あると判断し、 （552）軸合わせコイルに供給する電流ｉの値をΔだ
け小さくして処理を終了する。

ステップ550でフラグＦの値が“0"であれば、すなわ
ち、ステップ542の処理を一回行って電流Ｉの値が減少
した場合には、 （554）軸合わせコイルに供給する電流ｉの値をΔだ
け小さくし、 （556）これにより可動ファラデーカップ26で検出さ
れた電流Ｉの値が増加したかどうかを判定する。Ｉの値
が増加しておれば、ステップ554へ戻る。

この電流Ｉの値が減少しておれば、 （558）軸合わせコイルに供給する電流ｉの値をΔだ
け増加して処理を終了する。

ステップ556において、電流Ｉの値が変化していなけ
れば処理を終了する。

以上のような処理を４つの軸合わせコイルについて独
立に順次行う。通常はこれを２、３サイクル繰り返し行
うことにより可動ファラデーカップ26の電流値が最大と
なり、第３図に示すステップ54の処理が終了する。

（56）次に、可動ファラデーカップ26で電子ビーム電
流Ｉを測定し、この値を軸合わせ時の電流値I₁として記
憶しておく。また、この時点の時刻をT₁として記憶して
おく。

（58）上記同様に、可動ファラデーカップ26で電子ビ
ーム電流値を測定し、この値を現電流値I₂として記憶
し、かつ、現時刻をT₂として記憶しておく。

（60）（T₂−T₁）の値がステップ50で設定されたT₀以
下であれば、 （62）I₂/I₁の値とステップ50で設定された値Ｐとを
比較する。

I₂/I₁≧Ｐであれば、ステップ58へ戻る。

I₂/I₁＜Ｐとなれば、すなわち、自動軸合わせ後設定
時間T₀経過前に電子ビームの中心時が大きく乱れて可動
ファラデーカップ26により捕らえられる電流値が100P％
低下した場合には、ステップ54へ戻り再度自動軸合わせ
を行う。この時間T₀内に電流値Ｉが100P％低下しなかっ
た場合には、すなわち、電子ビームの中心軸が安定すれ
ば、処理を終了する。

《２》試験例 第５図は上記実施例装置を用いて電子ビーム中心軸自
動調整を行った試験例を示す。縦軸は可動ファラデーカ
ップ26で検出された電流値（nA）であり、横軸は装置の
立ち上げ開始後の経過時間（分）である。

設定器30による設定値は、T₀＝15分、Ｐ＝0.8であ
る。

この試験例から、本発明に係る装置を用いて電子ビー
ム中心軸を自動的かつ適性に電子光学系中心軸に合わせ
ることができることが解る。

《３》拡張 なお、本発明には他にも種々の変形例が含まれる。

例えば、上記実施例では電子光学系中心軸を通る電子
ビーム電流の減少量が設定時間内に所定％以上になれば
再度自動軸合わせを行う場合を説明したが、設定時間内
に、この電流の減少量がある値以上になりまたはこの電
流値がある値以下になれば自動軸合わせを再度行う構成
であってもよい。

またこの電子ビーム電流値の時間に対する傾きの平均
値を求め、この傾きに応じて再度軸合わせを行うかどう
かを判定する構成であってもよい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理構成を示すブロック図である。 第２図乃至第４図は本発明の一実施例に係り、 第２図は電子ビームテスタに適用した電子ビーム中心軸
自動調整装置の構成を示すブロック図、 第３図は電子ビーム中心軸自動調整の処理手順を示すフ
ローチャート、 第４図は１つの軸合わせコイルについての、自動軸合わ
せ装置32での処理手順を示すフローチャートである。 第５図はこの実施例装置を用いた試験例に係り、ファラ
デカップで検出された電子ビーム電流の時間に対する変
化を示す図である。 図中、 10は鏡筒 12は電子銃 14、16は軸合わせコイル 18は試料室 20はステージ 24は試料 26は可動ファラデカップ 28は制御装置 30は設定器 32は自動軸合わせ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大窪 和生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 安部 貴之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−143351（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを放出する電子銃と、 該電子ビームにローレンツ力を加えて該電子ビームの中
   心軸を調整するアラインメント手段と、 調整された該電子ビーム中心軸の電子光学系中心軸に対
   する一致量を検出する中心軸一致量検出手段と、 を備えた装置において、 該中心軸一致量が所定時間内に所定量以上低下した場合
   にはアラインメント未完と判定し、該所定時間内に該所
   定量以上低下しなかった場合にはアラインメント完了と
   判定するアラインメント完了判定手段と、 該アラインメント未完と判定された場合に、検出された
   該中心軸一致量が最大になるように該アラインメント手
   段を制御するアラインメント制御手段と、 を有し、該アラインメント完了が判定されるまで該アラ
   インメント完了判定手段による判定と該アラインメント
   制御手段による制御とが交互に繰り返し行われることを
   特徴とする電子ビーム中心軸自動調整装置。