JPH04209453A - 電子ビーム装置の光軸調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電子ビーム装置の光軸調整方法に関し、特に、立上げ時
などのように光軸のずれが著しく大きい場合でも、良好
な光軸調整結果を速やかに得ることを目的とし、 電子ビーム発生源と所定の試料との間に電子光学系を介
在し、該電子光学系によって電子ビームを偏向走査する
電子ビーム装置において、前記電子ビームの光軸を調整
するに際し、所定のｘ−ｙ領域を指定し、該領域内を走
査しながら、前記電子光学系を通過する電子ビームを検
出し、該通過電子ビームを検出した時点における前記領
域のＸ−ｙパラメータを光軸調整の初期値とすることを
特徴とし、 好ましくは、前記試料上の電子ビーム照射量を電気量に
変換し、該電気量のピーク値が所定値を越えたときに、
前記通過電子ビームを検出することを特徴とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム装置の光軸調整方法に関する。

ＳＥＭ　（走査型電子顕微鏡）　、ＳＴＥＭ　（透過型
電子顕微鏡）、ＥＢテスタあるいはＥＢ描画装置など、
収束電子ビームを使用する電子ビーム装置（以下、単に
、装置と略すこともある）は、電子ビームの発生源から
照射対象までの距離が長いこと、その間に複雑な電子光
学系が介在すること、それぞれの光学系によって形成さ
れるビーム通路が極めて狭いことなどを理由として極め
て精密な光軸調整が求められる。

また、装置を一時的に休止するいわゆるスタンバイ状態
では、電子銃を起動したままにして、再起動時の電子ビ
ーム不安定化を回避するが、かかる場合には、電子ビー
ムを大きく偏向したりして試料に電子ビームが照射され
ないようにするため、鏡筒内部が電子ビームに晒されて
帯電し、この帯電電荷によって光軸が曲げられるから、
装置の使用中にもしばしば光軸調整を行う必要がある。

〔従来の技術〕 従来の電子ビーム装置には、ガンアライメントと呼ばれ
る光軸調整機能が備えられている。

これは、電子銃と試料との間に介在する電子光学系（例
えばプリレンズ、コンデンサレンズ）の中心と光軸とを
一致させるためのもので、電子銃の直下に設けられた偏
向コイル（２段）を主要構成とする。

このコイルに与えるｘ−ｙ方向の偏向電流を調整するこ
とにより、光軸を調整（アライメント調整）する。

アライメント調整は、次の２つのモードからなる。

第１のモードは、５ＨＴＦＴ（シフト）モードと呼ばれ
るもので、第９図（ａ）に示すように、クロスオーバ（
電子源）の位置を変えることなく、電子ビームの光軸を
ｘ−ｙ方向に並行移動させることができる。移動量は、
コイルに与える偏向電流量に対応する。

第２のモードは、ＴＩＬＴ（チルト）モードと呼ばれる
もので、第９図（ｂ）に示すように、クロスオーバの虚
像の位置が変化する。すなわち、ある点（例えばプリア
パーチャ）を支点としてビームを偏向することができ、
プリアパーチャを通過する電子ビームの密度（すなわち
ビーム電流）が一定に保たれる。

実際のガンアライメントは、まず、アライメン１−Ｔ　
Ｉ　ＬＴを２次元的に走査する機能（アライメントスキ
ャン）を利用して、電子ビームの試料面に到達する偏向
条件を大まかに見つけた後、試料面に到達するビーム電
流が最大になるように精密な調整を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来の光軸調整では、オペレータ
の手動操作に依るところが大で、相当な手間がかかる上
、オペレータの負担が大きく、また、調整の精度が個人
差に左右されやすいといった不具合がある。

特に、装置の立上げ時では光軸のずれが著しく大きいの
で、かかる場合の光軸合わせムこは、高度な熟練が求め
られ、３償れなオペレータでは装置を立ち上げることが
できないか、あるいは立ち上げることができたとしても
相当に長い時間を要するといった問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
特に、立上げ時などのように光軸のずれが著しく大きい
場合でも、良好な光軸調整結果を速やかに得ることを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、電子ビーム発生
源と所定の試料との間に電子光学系を介在し、該電子光
学系によって電子ビームを偏向走査する電子ビーム装置
において、前記電子ビームの光軸を調整するに際し、所
定のｘ−ｙ領域を指定し、該領域内を走査しながら、前
記電子光学系を通過する電子ビームを検出し、該通過電
子ビームを検出した時点における前記領域のｘ−ｙパラ
メータを光軸調整の初期値とすることを特徴とし、好ま
しくは、前記試料上の電子ビーム照射量を電気量に変換
し、該電気量のピーク値が所定値を越えたときに、前記
通過電子ビームを検出することを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、所定のｘ　−ｙ　９Ｍ域を走査しながら、
電子光学系を通過する電子ビームの経路が探索され、そ
の経路を表す大まかなパラメータが求められる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜８図は本発明に係る電子ビーム装置の光軸調整方
法の一実施例を示す図である。

第２図において、ｌＯは電子ビーム装置であり、電子ビ
ーム装置１０は、鏡筒部１０ａと制御部１０ｂとに分け
られる。

鏡筒部１０ａは、オン／オフ信号Ｓ１に従って電子ビー
ムＥを発射したり止めたりする電子銃１１と、電子銃１
１の直近（図では直下）に位置し、光軸調整電流ｉａの
大きさに応じた磁界を発生して電子ビームＥの光軸を調
整する光軸調整コイル（またはアライメントコイル）１
２と、ブリアパーチャ１３と、ブランキングプレート１
４と、対物アパーチャ１５と、電子ビームＥのビーム電
流の大きさに応じた信号Ｓ３を発生する可動式のファラ
デーカップ１６と、偏向電流ｉｂの大きさに応じた磁界
を発生して電子ビームＥの光軸を偏向走査する偏向コイ
ル１７と、試料（例えばＬＳＩ）１８を載置してＸ−Ｙ
方向に移動可能なステージ１９と、分析器２０と、試料
１８からの反射電子（例えば２次電子）の量に応した信
号Ｓ２を発生する検出器２１と、を備える。

一方、制御部１０ｂは、制御用計算機（以下、計算機）
２２、表示装置（またはＣＲＴ）２３、電子銃制御回路
２４、アライメントコイル駆動回路２５、アライメント
コイル制御回路２６、ブランキングプレート制御回路２
７、ファラデーカップ制御回路２８、偏向器制御回路２
９、信号処理回路３０、ピークホールド回路３１、メモ
リ装置３２、分析器駆動装置３３などを備え、計算機２
２からの指示に従って、例えば試料１８に対する所定の
分析処理を実行したり、あるいは、必要に応じて「光軸
調整処理」を実行したりする。

ここで、アライメントコイル制御回路２６は、光軸調節
に際してＴＩＬＴモード用のｘ−ｙ偏向信号（ＡＴＸ、
ＡＴＶ）と、Ｓ　Ｉ　ＦＴモード用のＸ−ｙ偏向信号（
ＡＳＸ、ＡＳＹ）を発生するが、調整の初期段階では、
以下の手順で各偏向信号を発生し、以後の光軸調整の初
期値に使用するためのＡＳＸ、ＡＳＹの値を大まかに求
める。

すなわち、アライメントスキャンを動作させた状態で、
ＣＲＴ画面上にクロスオーバ像が現れる条件をラフに求
める。このとき、ＡＴＸ、ＡＴＶは、ＡＳＸ、ＡＳＹの
動作に無関係にハードウェアで２次元的にスキャンさせ
ておく。

ＡＳＸ、ＡＳＹによって所定のｘ　−ｙ　ｅＩ域（Ｘ軸
の長さをＡＳＸ、ｙ軸の長さをＡＳＹとする領域）を指
定し、この領域内を２次元的に走査しながら、試料１８
からの２次電子量をモニタし、その２次電子量に対応す
る電気信号Ｓ２のピーク値をピークホールド回路３１で
検出する。そして、所定の基準値を越えるような大きな
ピーク値を検出すると、ピークホールド回路３１から信
号Ｓ４を出力し、アライメントコイル制御回路２６で、
そのときのＡＳＸ、ＡＳＹの値をホールドする。

大きなピーク値を検出したときは、電子ビームのかなり
の部分が試料上に到達したときであり、複雑な電子光学
系をくぐり抜けて電子ビームが通過したときである。

従って、そのときの偏向信号（ＡＳＸ、ＡＳＹ）の値を
ｘ−ｙパラメータとして保持し、これを以下に述べるガ
ンアライメントの初期値として使用することにより、荒
い光軸調整から精密な調整へとスムーズに移行すること
ができる。

第２図は上記のピーク検出処理を含む光軸調整処理の全
体フロー図であり、（イ）はピーク検出処理部、（ロ）
はラフアライメント処理部、（ハ）はファインアライメ
ント処理部である。

ピーク検出処理部（イ）で保持されたＡＳＸ。

ＡＳＹの値は、ラフアライメント処理部（ロ）に渡され
る。

ラフアライメント処理部では、ＡＴＸ、ＡＴＶによって
クロスオーバ像をＣＲＴ画面の中央に持ってきた後、電
子銃１１（略号ＧＵＮ）のフィラメント電流を小さくし
、ピーク検出処理部イから渡されたＡＳＸ、ＡＳＹによ
ってクロスオーバ像の対称性を均一化して、アライメン
トスキャンを終了し、ＧＵＮのフィラメント電流を元に
戻すといった一連の処理を行う。

なお、フィラメント電流を小さくする理由は次の通りで
ある。

アライメントコイルのＡＴＸ、ＡＴＶを調節スることに
よってＣＲＴ画面上にクロスオーバ像を表示させること
ができる。そして、このクロスオーバ像の対称性から光
軸のずれを知ることができる。この対称性を観測する際
に、フィラメント電流を下げると精密な観測が可能にな
る。すなわち、第３図において、同図（ａ）（ｂ）（ｃ
）の順にフィラメント電流を下げていくと、同図（ｃ）
で、クロスオーバ像の分離像が観測される。対称性は各
分離部分の面積バランスに現れる。バランスがとれてい
れば、光軸の一致度合が高い。従って、ピーク検出処理
部イから渡されたＡＳＸ、ＡＳＹを微調整し、対称性を
良くすることにより、光軸調整の精度を高めることがで
きる。

第４図、第５図はラフアライメント処理の詳細フロー図
である。

まず、４つのアライメントコイル制御パラメータＡＳＸ
、ＡＳＹ、ＡＴＸ、ＡＴＶの可変範囲を設定する（ステ
ップ５ｈｏ）。ここでは、可変範囲の初期値をフルレン
ジとする。

次に、アライメントスキャンを起動しくステップＳ＋＋
）　、コイル制御パラメータの初期値における画像デー
タを取得する（ステップＳ１□）。第６図は画像データ
の例であり、４角の枠は画像取得範囲、取得範囲内の丸
に近い図形はクロスオーバ像を含む画像である。画像の
周辺分布は、電子ビームの電流密度分布に対応し、画像
周辺になるに従って徐々に落ち込む。第７図は第６図の
画像データをマツプデータ化したものである。升目内の
数字は画像の強さ（２次電子量の大きさ）を表し、ＰＲ
Ｆ　（Ｙ）、ＰＲＦ　（Ｘ）は周辺分布データである。

この周辺分布から画像の重心座標を求めることができる
（ステップ５１３）。例えば、Ｘ軸での重心位置（座標
）をＰｘ、Ｙ軸での重心位置（座標）をｐｙとすると、 で求めることができる。

ここで、ＡＴＶの関数として評価量Ｔ　（ＡＴＶ）を導
入する。但し、ＣＲＴ画面上にクロスオーバ像が現れな
いときの評価量Ｔ　（ＡＴＶ）は、ＣＲＴ画面の中央座
標から最も離れた位置の値に等しいものとする。評価量
Ｔ　（ＡＴＸ、ＡＴＶ）は、Ｔ　（ＡＴＸ、ＡＴＶ）＝ （Ｘｏ−ＰＲＦ　（ｘ））”　＋ （Ｙｏ−ＰＲＦ　Ｏ’）　）　２ ・・・・・・■ で与えられる。ここで、Ｘｏ、ＹｏはＣＲＴ画面の中央
座標である。

次に、ＣＲＴ画面中心位置とクロスオーバ像の重心位置
との差分を今回の評価量Ｔ　（ＡＴＶ）と　　　゛して
求め（ステップ３１４）　、ＡＴＶを更新して（ステッ
プＳ１．）再び画像データを取得しくステップ５１６）
、これをＡＴＶ−ａ　　（ＡＴＶの走査終了）まで繰り
返す（ステップＳｌ？）。

次に、繰返しごとに得られた評価量Ｔ　（ＡＴＶ）の最
小値を求め、この最小値とこの値を与えるＡＴＸ、ＡＴ
Ｖの値をＴ、、ｖ　（ＡＴＸ、ＡＴＶ）に保存する（ス
テップＳ’ｓ）。

次に、ＡＴＸを更新しくステップ３１９）、ＡＴＹを走
査してＴ、、ｖ　（ＡＴＸ、ＡＴＶ）を求める。

ＡＴＸの走査を終了したら（ステップ５２８）、Ｔ、、
ｖ　（ＡＴＸ、ＡＴＶ）の最小値Ｔｍ１ｎを求め（ステ
・７プ５２Ｉ）、そのＴｍ１ｎが所定の収束値ＴＳｏよ
りも大きければ（ステップＳ２□）、更新ステップを小
さ（して（ステップ５２３）以上のステップ（クロスオ
ーバ像の探索動作）を繰り返す。

探索動作は初期状態で荒く、フルレンジで行われるよう
に設定されており、探索ごとに取得したＡＴＸ、ＡＴＶ
の値を中心に探索範囲を狭め、同時に更新ステップをき
め細かくしていく　（ステ、７ブ５２４）。これにより
、探索時間の短縮化を図ることができる。

以上の処理は、Ｔｍ１ｎが収束値ＴＳｏを下回ったとき
に完了し、そのときのＡＴＸ、ＡＴＶの値を保存して（
ステップ５２５）、次のＡＳＸ、Ａｓｙの探索処理に進
む。

第５図はその探索処理のフロー閣である。上記のＡＴＸ
、ＡＴＶの調整によって、クロスオーバ像がＣＲＴ画面
上に現れているので、この像の対称性を観測するために
フィラメント電流を徐々に下げていく　（ステップＳ　
３ｏ）。第３図のようなりロスオーバ像の分離像が観測
されるようになったら、ＡＳＸ、ＡＳＹを調整して像の
対称性を良くする。具体的には、先のＡＴＸ、ＡＴＶの
処理と同様に（対応するステップにダッシュ付きの同一
番号を付す）、重心位置と画面中心とが一致するように
ＡＳＸ、ＡＳＹを微調整していく。評価量Ｓｓ、、（Ａ
ＳＸ、ＡＳＹ）が所定の収束値ＴＳ。

以下になったと判定したとき、調整を完了する（ステッ
プ５３１）　− 以上のようにして、ＡＳＸ、ＡＳＹ、ＡＴＸ。

ＡＴＶのラフな調整を実行した後、次のファインアライ
メント処理を実行する。

第８図はその処理フロー図であり、まず、フィラメント
電流を元に戻して（ステップ５４１）アライメントスキ
ャンを終了しくステップＳ４□）、次に、先のラフアラ
イメントで求めた４つのパラメータ、すなわちＡＳＸ、
、、、ＡＳＹ、、、ｖ、ＡＴＸｓａｖ　＋　Ａ　Ｔ　Ｙ
　ｓｍｖを初期値に設定して（ステップ５４３）、これ
らのパラメータを微妙に調整しながら、試料面に到達す
るビーム電流の最大点を求めるアルゴリズムを実行する
（ステップ５４４）。

以上述べたように、本実施例によれば、ラフアライメン
トに先立ち、ＡＳＸ、ＡＳＹを２次元的に走査させなが
ら、試料１８からの２次電子量をモニタして、その２次
電子量に対応する電気信号Ｓ２のピーク値をピークホー
ルド回路３１で検出し、所定の基準値を越えるような大
きなピーク値を検出したときに、ピークホールド回路３
１から信号Ｓ４を出力し、アライメントコイル制御回路
２６で、そのときのＡＳＸ、ＡＳＹの値をホールドする
ようにしたので、大きなピーク値が出現する場合は、電
子ビームのかなりの部分が試料上に到達した場合であり
、狙いどおりの光軸経路に沿って複雑な電子光学系を（
ぐり抜けた場合であるから、そのときの偏向信号（ＡＳ
Ｘ、ＡＳＹ）の値を、ラフアライメントの初期値として
使用することにより、荒い光軸調整から精密な調整へと
スムーズに移行することができ、特に、装置の立上げ時
などのように光軸のずれが大きい場合でも良好な光軸調
整結果を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子ビームの光軸を調整するに際し、
所定のＸ　−ｙ　領域を指定し、該領域内を走査しなが
ら、前記電子光学系を通過する電子ビームを検出し、該
通過電子ビームを検出した時点における前記領域のｘ−
ｙパラメータを光軸調整の初期値としたので、荒い光軸
調整から精密な調整へとスムーズに移行することができ
、特に、装置の立上げ時などのように光軸のずれが大き
い場合でも良好な光軸調整結果を速やかに得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明に係る電子ビーム装置の光軸調
整方法の一実施例を示す図であり、第１図はその構成図
、 第２図はそのアライメント調整全体のフロー図、第３図
はそのフィラメント電流を下げた場合のクロスオーバ像
変化を示す図、 第４図はそのラフアライメントのうちＡＴＸ。 ＡＴＶによる調整フロー図、 第５図はそのラフアライメントのうちＡＳＸ。 ＡＳＹによる調整フロー図、 第６図はその取り込んだ画像データを示す図、第７図は
その画像データのマツプ図、 第８図はそのファイン調整フロー図である。 第９図は従来例を示すそのガンアライメントの２つのモ
ードの説明図である。 ｌＯ・・・・・・電子ビーム装置、 １１・−・・・−電子銃、 １２・・・・・・光軸調整コイル、 １３・・・・・・プリアパーチャ、 １４・・・・・・ブランキングプレート、１５・・・・
・・対物アパーチャ、 １６・・・・・・ファラデーカップ、 １７・・・・・・偏向コイル、 １８・・・・・・試料、 １９・・・・−・ステージ、 ２０・・・・・・分析器、　　゛ ２１・・・・・・検出器、 ２２・・・・・・制御用計算機、 ２３・・・・・・表示装置、 ２４・・・・・・電子銃制御回路、 ２５・・・・・・アライメントコイル駆動回路、２６・
・・−・・アライメントコイル制御回路、２７・・・・
・・ブランキングプレート制ａｌｌｌ　ＨＢ、２８・・
・・・・ファラデーカップ制御回路、２９・・・・・・
偏向器制御回路、 ３０・・・・・・信号処理回路、 ３１・・・・・・ピークホールド回路、３２・・・・・
・メモリ装置、 ３３・・・・・・分析器駆動装置。 ゝ−ミニ−′ クロスオーバ像 （ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）第３図 面像 一実施例の取り込んだ画像データを示す図第６図 ＰＲＦ　（Ｘ） 一実施例の画像データのマツプ図 第７図 一実施例のファイン調整フロー図 第８図 従来例を示すそのガンアライメントの２つのモードの説
明図第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビーム発生源と所定の試料との間に電子光学
   系を介在し、該電子光学系によって電子ビームを偏向走
   査する電子ビーム装置において、前記電子ビームの光軸
   を調整するに際し、 所定のｘ−ｙ領域を指定し、 該領域内を走査しながら、前記電子光学系を通過する電
   子ビームを検出し、 該通過電子ビームを検出した時点における前記領域のｘ
   −ｙパラメータを光軸調整の初期値とすることを特徴と
   する電子ビーム装置の光軸調整方法。
2. （２）前記試料上の電子ビーム照射量を電気量に変換し
   、 該電気量のピーク値が所定値を越えたときに、前記通過
   電子ビームを検出することを特徴とする請求項（１）記
   載の電子ビーム装置の光軸調整方法。