JPH08148109A - 荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直線状あるいは島状に特徴部分が存在する試
料であっても、高い精度で焦点合わせを行うことができ
る荷電粒子ビームにおける焦点合わせ方法および装置を
実現する。 【解決手段】 試料４上での電子ビームの直線状の走査
は、まずＸ方向に行い、その後、Ｙ方向に行う。電子ビ
ームの走査により得られた検出信号はそれぞれ別個に信
号微分ユニット１５において微分処理される。更に微分
信号は絶対値反転ユニット１６において絶対値反転処理
が行われる。絶対値反転処理された信号は積分ユニット
１７において積分処理が行われる。ピーク値比較ユニッ
ト１８はこの２種の積分波形のピーク値の大きさを比較
し、大きなピーク値が得られた走査方向を選択し、選択
結果をコンピュータ５に知らせる。コンピュータ５はこ
の選択された走査方向に基づいて焦点合わせ動作を開始
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動的に荷電粒子
ビームの焦点合わせを行うことができる走査電子顕微鏡
などの荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、自動的な焦点合わ
せ機能が備えられている。この焦点合わせは、集束レン
ズの励磁をステップ状に変化させ、各励磁状態、すなわ
ち、電子ビームの各集束状態のときに試料の所定領域を
電子ビームで走査し、その際、検出器によって２次電子
や反射電子を検出し、各集束状態ごとに検出信号を積算
するようにしている。そして、各集束状態のときの検出
信号の積算値を比較し、最大値が得られたときの集束状
態を合焦点位置と判断し、その状態に集束レンズの励磁
を設定するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、焦点合わせ
において、試料の走査領域の全面に渡って凹凸が存在し
ていれば、電子ビームの走査に伴って得られる信号の変
化が大きく、精度の高い焦点合わせを実行することがで
きる。しかしながら、ＩＣパターンのような試料では、
直線状のパターンが多く存在し、焦点合わせの際に電子
ビームの走査を直線状のパターンに沿って行うと、凹凸
部分を電子ビームが横切らないために、得られる信号の
強度が小さくなる。その結果、焦点合わせのために用い
られる検出信号の積算値が、電子ビームの各集束状態に
よっても差が小さくなり、焦点合わせの精度が低下する
ことになる。

【０００４】図１は上記の問題点を更に詳しく説明する
ための図であり、この図１はＩＣパターンを示してい
る。図１（ａ）は縦パターンのＩＣパターンを示してお
り、図１（ｂ）は横パターンのＩＣパターンを示してお
り、図１（ｃ）は試料表面上の一部にのみ部分的にパタ
ーンが形成されている島パターンを示している。

【０００５】図中Ｑで示した部分が凸状に細長いパター
ンが形成されている領域、また、Ｒで示した部分は、例
えば、円状にホールが形成されている領域である。図１
（ａ）の場合、Ｘ方向に電子ビームを走査すると、電子
ビームは凹凸のあるパターンの境界部を横切るため、電
子ビームの走査に伴って高い強度の２次電子検出信号や
反射電子検出信号が得られる。

【０００６】一方、Ｙ方向に電子ビームを走査すると、
電子ビームは凹凸部分を横切らないために検出信号の強
度は極めて弱くなる。図１（ｂ）のケースでは、Ｘ方向
の電子ビームの走査では検出信号は弱く、Ｙ方向の電子
ビームの走査では検出信号の強度は強くなる。

【０００７】図１（ｃ）のケースでは、試料上の特徴部
分が一部に限られているため、試料全面を走査したので
は、対物レンズの各励磁ステップごとの信号量の変化が
小さく、正確な焦点合わせを行いにくい。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、直線状に、あるいは、一部にのみ
特徴部分が存在する試料であっても、高い精度で焦点合
わせを行うことができる荷電粒子ビームにおける焦点合
わせ方法および装置を実現するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法は、荷電粒
子ビームを試料上に集束するための集束レンズの強度を
ステップ状に変化させ、その変化の都度、試料上の荷電
粒子ビームの照射位置を走査し、この走査に伴って得ら
れた信号に基づき、最適集束レンズの強度を検出し、そ
の強度に集束レンズ強度の設定を行うようにした荷電粒
子ビーム装置における焦点合わせ方法において、焦点合
わせ動作の前に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査
し、この走査に伴って得られた信号を積算し、次に第１
の方向と異なった方向に荷電粒子ビームを走査し、この
走査に伴って得られた信号を積算し、２種の積算結果に
基づきより大きな積算強度が得られた走査方向を選択
し、選択した走査方向によって前記焦点合わせ動作を行
うようにしたことを特徴としている。

【００１０】請求項１の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせにおいては、焦点合わせ動作の前
に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に
伴って得られた信号を積算し、次に第１の方向と異なっ
た方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に伴って得
られた信号を積算し、２種の積算結果に基づきより大き
な積算強度が得られた走査方向を選択する。そして、こ
の選択した走査方向によって所定の焦点合わせ動作を行
う。

【００１１】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせ方法は、荷電粒子ビームを試料上
に集束するための集束レンズの強度をステップ状に変化
させ、その変化の都度、試料上の荷電粒子ビームの照射
位置を走査し、この走査に伴って得られた信号に基づ
き、最適集束レンズの強度を検出し、その強度に集束レ
ンズ強度の設定を行うようにした荷電粒子ビーム装置に
おける焦点合わせ方法において、焦点合わせ動作の前
に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に
伴って得られた信号を各走査位置ごとに積算し、各走査
位置に応じたピークプロファイルを得、次に第１の方向
と異なった方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に
伴って得られた信号を各走査位置ごとに積算し、各走査
位置に応じたピークプロファイルを得、２種のピークプ
ロファイルのピーク大きさとピークプロファイル分布幅
に基づき特定の走査方法を選択し、選択した走査方法で
前記焦点合わせ動作を行うようにしたことを特徴として
いる。

【００１２】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせにおいては、焦点合わせ動作の前
に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に
伴って得られた信号を積算してピークプロファイルを
得、次に第１の方向と異なった方向に荷電粒子ビームを
走査し、この走査に伴って得られた信号を積算してピー
クプロファイルを得、２種のピークプロファイルのピー
ク大きさとピークプロファイル分布幅に基づき特定の走
査方法を選択する。そして、選択した走査方法で所定の
焦点合わせ動作を行う。

【００１３】請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせ装置は、荷電粒子ビームを試料上
に集束するための集束レンズと、集束レンズの強度をス
テップ状に変化させるための手段と、集束レンズ強度の
各ステップ状変化の都度、試料上の荷電粒子ビームの照
射位置を２次元的に走査するための走査手段と、試料へ
の荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検出す
る検出器と、集束レンズ強度の各ステップ状変化に応じ
た検出器からの信号に基づいて、集束レンズの強度を設
定するための手段とを備えた荷電粒子ビーム装置におけ
る焦点合わせ装置において、荷電粒子ビームを試料上で
異なった第１と第２の方向に走査するための走査手段
と、第１と第２の方向の荷電粒子ビームの走査に伴って
得られた信号をそれぞれ積算して記憶する記憶手段と、
記憶手段に記憶された信号強度に基づいていずれかの走
査方向を選択する手段とを備えており、この選択した走
査方向で焦点合わせ動作を行うようにしたことを特徴と
している。

【００１４】請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせにおいては、焦点合わせ動作の前
に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に
伴って得られた信号を積算し、次に第１の方向と異なっ
た方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に伴って得
られた信号を積算し、２種の積算結果に基づきより大き
な積算強度が得られた走査方向を選択する。そして、こ
の選択した走査方向によって所定の焦点合わせ動作を行
う。

【００１５】請求項４の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせ装置は、荷電粒子ビームを試料上
に集束するための集束レンズと、集束レンズの強度をス
テップ状に変化させるための手段と、集束レンズ強度の
各ステップ状変化の都度、試料上の荷電粒子ビームの照
射位置を２次元的に走査するための走査手段と、試料へ
の荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検出す
る検出器と、集束レンズ強度の各ステップ状変化に応じ
た検出器からの信号に基づいて、集束レンズの強度を設
定するための手段とを備えた荷電粒子ビーム装置におけ
る焦点合わせ装置において、荷電粒子ビームを試料上で
異なった第１と第２の方向に走査するための走査手段
と、第１と第２の方向の荷電粒子ビームの走査に伴って
得られた信号をそれぞれ各走査位置ごとに積算してピー
クプロファイルを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶
されたピークプロファイルに基づいて特定の走査方法を
選択する手段とを備えており、この選択した走査方法で
焦点合わせ動作を行うようにしたことを特徴としてい
る。

【００１６】請求項４の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置における焦点合わせにおいては、焦点合わせ動作の前
に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査し、この走査に
伴って得られた信号を積算してピークプロファイルを
得、次に第１の方向と異なった方向に荷電粒子ビームを
走査し、この走査に伴って得られた信号を積算してピー
クプロファイルを得、２種のピークプロファイルのピー
ク大きさとピークプロファイル分布幅に基づき特定の走
査方法を選択する。そして、選択した走査方法で所定の
焦点合わせ動作を行う。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図２は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の一例を示しているが、この実施の形態は、
直線状に特徴パターンが形成されている試料に対して有
効である。図中１は電子銃であり、電子銃１から発生し
た電子ビームＥＢは、集束レンズ２と対物レンズ（最終
段集束レンズ）３によって試料４上に細く集束される。

【００１８】対物レンズ３にはコンピュータ５から対物
レンズ制御ユニット６を介して励磁電流が供給される。
また、電子ビームＥＢは、偏向器７によって偏向され、
試料４上の電子ビームの照射位置は走査される。偏向器
７にはコンピュータ５から電子ビーム偏向ユニット８、
増幅器９を介して走査信号が供給される。また、１０は
ダイナミックフォーカスレンズであり、このレンズ１０
にはコンピュータ５からダイナミックフォーカスレンズ
制御ユニット１１を介してダイナミックフォーカスレン
ズ電流が供給される。

【００１９】試料４への電子ビームの照射によって発生
した２次電子は、２次電子検出器１２によって検出され
る。検出器１２の検出信号は、増幅器１３によって増幅
された後、累計加算ユニット１４に供給される。累計加
算ユニット１４は、電子ビーム偏向ユニット８からの信
号に基づいて、電子ビームの繰り返しの走査に基づいて
検出された信号の累計加算を実行する。

【００２０】累計加算ユニット１４からの信号は信号微
分ユニット１５に供給されて微分処理が行われる。信号
微分ユニット１５からの信号は絶対値反転ユニット１６
を介して積分ユニット１７に供給され積分処理される。
積分ユニット１７の出力信号はピーク値比較ユニット１
８に供給される。このような構成の動作を次に説明す
る。

【００２１】通常の２次電子像を観察する場合、コンピ
ュータ５は電子ビーム偏向ユニット８を制御し、このユ
ニット８から所定の２次元走査信号を偏向器７に供給す
る。その結果、試料４上の任意の２次元領域が電子ビー
ムＥＢによってラスター走査される。試料４への電子ビ
ームの照射によって発生した２次電子は、検出器１２に
よって検出される。その検出信号は、増幅器１３を介し
て偏向器５への走査信号と同期した陰極線管（図示せ
ず）に供給され、陰極線管には試料の任意の領域の２次
電子像が表示される。

【００２２】次に、電子ビームの自動焦点合わせ動作を
行う前の走査方向の決定動作について説明する。まず自
動焦点合わせを行うために試料４を任意の観察位置にセ
ットする。そしてコンピュータ５に焦点合わせモードの
指示を行うと、コンピュータ５は対物レンズ制御ユニッ
ト６を介して対物レンズに３に基準となるレンズ値を設
定する。

【００２３】更にコンピュータ５はダイナミックフォー
カスレンズ制御ユニット１１を介してダイナミックフォ
ーカスレンズ１０にデータサンプリングするためのダイ
ナミックフォーカス値を設定する。

【００２４】次にコンピュータ５は電子ビーム偏向ユニ
ット８から、試料４上で電子ビームを直線状に走査する
走査信号を発生させる。この走査信号は増幅器９を介し
て偏向器７に供給される。その結果、試料４上の特定の
直線部分で、例えば、Ｘ方向に電子ビームが繰り返し走
査される。この試料４上での電子ビームの走査に基づい
て試料４からは２次電子が発生する。発生した２次電子
は２次電子検出器１２によって検出される。

【００２５】２次電子検出器１２の検出信号は増幅器１
３によって増幅された後、累計加算ユニット１４に供給
される。累計加算ユニット１４においては電子ビーム偏
向ユニット８からの参照信号に基づき、電子ビームの走
査座標位置に対応したメモリアドレスに検出信号を記憶
させ、試料上での同一直線領域の走査に基づく検出信号
をメモリアドレス上で累計加算する。この動作によって
検出信号のＳＮ比を向上させる。

【００２６】試料４上での電子ビームの直線状の走査
は、図３に示すように試料４上でまずＸ方向Ｓｘに行
い、その後、Ｙ方向Ｓｙに行う。このＸ方向の電子ビー
ムの走査により図４（ａ）に示すような検出信号が得ら
れ、Ｙ方向の電子ビームの走査により図４（ｂ）に示す
検出信号が得られる。この図４（ａ），（ｂ）で縦軸は
検出信号強度、横軸は走査座標位置である。この図４
（ａ），（ｂ）に示した検出信号はそれぞれ累計加算ユ
ニット１４で累計加算される。

【００２７】累計加算ユニット１４で累計加算された
Ｘ，Ｙ方向の検出信号はそれぞれ別個に信号微分ユニッ
ト１５において微分処理される。更に微分信号は絶対値
反転ユニット１６において絶対値反転処理が行われる。
絶対値反転処理された信号は積分ユニット１７において
積分処理が行われる。

【００２８】図５はＸ方向の電子ビーム走査によって検
出された信号についての上記処理結果を示している。図
５（ａ）は検出され累計加算された信号であり、この信
号は微分処理されて図５（ｂ）の実線で示す信号とな
る。微分処理された信号は絶対値反転ユニット１６で絶
対値反転処理されるが、この処理により、微分信号の内
の負の信号は、図５（ｂ）の点線で示すように反転され
る。絶対値反転された信号は積分ユニット１７で積分処
理され、図５（ｃ）の信号が得られる。この図５（ｃ）
の最終積分値がピーク値となる。

【００２９】上記した各処理はＸ方向の走査とＹ方向の
走査の２種によって行われ、その結果、図４（ｃ），
（ｄ）に示すように２種の積分結果が得られる。図４
（ｃ）はＸ方向走査に基づく積分結果であり、そのピー
ク値はＰｘである。図４（ｄ）はＹ方向走査に基づく積
分結果であり、そのピーク値はＰｙである。ピーク値比
較ユニット１８はこの両ピーク値Ｐｘ，Ｐｙの大きさを
比較し、大きなピーク値が得られた走査方向を選択し、
選択結果をコンピュータ５に知らせる。コンピュータ５
はこの選択された走査方向に基づいて焦点合わせ動作を
開始させる。

【００３０】実際の焦点合わせ動作においては、コンピ
ュータ５はダイナミックフォーカスレンズ制御ユニット
１１と電子ビーム偏向ユニット８とを制御する。この結
果、ダイナミックフォーカスレンズ制御ユニット１１は
ダイナミックフォーカスレンズ１０にステップ状に変化
する励磁電流を供給し、電子ビーム偏向ユニット８はス
テップ状の励磁電流の変化の都度、試料の所定領域の２
次元走査を行うための走査信号を偏向器７に供給する。

【００３１】このときの２次元走査は、前記したＸ方向
とＹ方向の走査の選択動作によって決定した特定の方向
（前記した場合ではＸ方向）に電子ビームをラスター走
査することによって行われる。

【００３２】各ステップ状の励磁電流によるフォーカス
の状態における検出器１２によって検出された２次電子
信号は、増幅器１３によって増幅された後、信号微分ユ
ニット１５に供給される。微分された信号は絶対値反転
ユニット１６において負の信号が反転された後、積分ユ
ニット１７で積分処理が行われる。この積分処理は、対
物レンズ３の各励磁ステップごとの１回の電子ビームの
２次元走査に基づく信号に対して行われる。積分ユニッ
ト１７の積分値は、ピーク値比較ユニット１８に供給さ
れる。

【００３３】ピーク値比較ユニット１７においては、ダ
イナミックフォーカスレンズ１０の各励磁ステップごと
に積分ユニット１６の積分値を記憶する。ピーク値比較
ユニット１７は、信号量積分値変化のピークの時の対物
レンズ３の励磁強度を検出し、その値をコンピュータ５
に供給する。

【００３４】コンピュータ５は、対物レンズ制御ユニッ
ト８を制御し、ピークの時のダイナミックフォーカスレ
ンズの励磁強度を加算した励磁強度に対物レンズ３を設
定し、このようにして焦点合わせ動作が行われる。この
焦点合わせの動作は、電子ビームの走査が試料上の直線
状のパターンを横切って行われるため、電子ビームの走
査に伴って検出される信号の強度が大きく、大きな信号
に基づいて合焦点位置の検出が行え、その結果、正確な
焦点合わせを行うことができる。

【００３５】図６は本発明の他の実施の形態を示してお
り、図２の走査電子顕微鏡と同一部分には同一番号を付
し、その詳細な説明は省略する。この実施の形態では、
積分ユニット１７で積分された値は、ピークプロファイ
ル記憶ユニット１９に供給される。ピークプロファイル
記憶ユニット１９は、電子ビームの走査の各走査位置ご
との積分ユニット１７で積分された値を記憶する。

【００３６】プークプロファイル記憶ユニット１９に記
憶されたピークプロファイルは、プロファイル値比較ユ
ニット２０とピークプロファイルの分布幅を求める分布
値算出ユニット２１に供給される。プロファイル値比較
ユニット２０と分布値算出ユニット２１の値は、コンピ
ュータ５に供給される。

【００３７】このような構成で、ピークプロファイル記
憶ユニット１９には、各走査位置に応じたピークプロフ
ァイルが記憶される。図７（ａ）は、Ｙ方向に連続した
パターンが形成された試料を示しており、この試料に対
してＸ方向に走査を行うと、図７（ｂ）に示すピークプ
ロファイルが得られる。また、Ｙ方向に走査を行うと、
図７（ｃ）に示すピークプロファイルが得られる。

【００３８】図８（ａ）は、Ｘ方向に連続したパターン
が形成された試料を示しており、この試料に対してＸ方
向に走査を行うと、図８（ｂ）に示すピークプロファイ
ルが得られる。また、Ｙ方向に走査を行うと、図８
（ｃ）に示すピークプロファイルが得られる。

【００３９】図９（ａ）は、試料の一部に島パターンが
形成された試料を示しており、この試料に対してＸ方向
に走査を行うと、図９（ｂ）に示すピークプロファイル
が得られる。また、Ｙ方向に走査を行うと、図９（ｃ）
に示すピークプロファイルが得られる。

【００４０】ピークプロファイル記憶ユニット１９に記
憶されたピークプロファイル値は、プロファイル値比較
ユニット２０に供給されてＸ方向の走査とＹ方向の走査
によるピークプロファイルの大きさを比較する。この比
較結果は、コンピュータ５に供給される。

【００４１】また、ピークプロファイル記憶ユニット１
９に記憶されたピークプロファイルの分布幅は、分布値
算出ユニット２１によって求められ、その値はコンピュ
ータ５に供給される。

【００４２】コンピュータ５は、ピークプロファイル値
比較ユニット１９と分布値算出ユニット２１からのピー
クの大きさとピークプロファイルの分布幅に応じて、試
料上のパターンがどのタイプかを判断する。例えば、Ｘ
方向の電子ビームの走査によるピークの大きさが大き
く、Ｙ方向の走査によるピークの大きさが小さい場合で
あって、ピークプロファイルの分布が両走査共に小さい
場合は、Ｙ方向の連続したパターンと判断する。

【００４３】また、Ｙ方向の電子ビームの走査によるピ
ークの大きさが小さく、Ｙ方向の走査によるピークの大
きさが大きい場合であって、ピークプロファイルの分布
が両走査共に小さい場合は、Ｘ方向の連続したパターン
と判断する。

【００４４】更に、Ｙ方向とＸ方向の電子ビームの走査
によるピークの大きさは任意であるが、ピークプロファ
イルの分布が両走査共に大きい場合は、島パターンと判
断する。

【００４５】コンピュータ５は、上記ステップで判断し
た試料上のパターンの種類に応じて、焦点合わせ時の走
査方法を決定し、この走査方法に応じて焦点合わせ動作
を実行する。すなわち、コンピュータ５はダイナミック
フォーカスレンズ制御ユニット１１と電子ビーム偏向ユ
ニット８とを制御する。

【００４６】この結果、ダイナミックフォーカスレンズ
制御ユニット１１はダイナミックフォーカスレンズ１０
にステップ状に変化する励磁電流を供給し、電子ビーム
偏向ユニット８はステップ状の励磁電流の変化の都度、
試料の所定領域の２次元走査を行うための走査信号を偏
向器７に供給する。このときの２次元走査は、試料上の
パターンがＹ方向に連続したパターンであれば、Ｘ方向
に電子ビームをラスター走査することによって行われ
る。

【００４７】また、試料上のパターンがＸ方向に連続し
たパターンであれば、Ｙ方向に電子ビームをラスター走
査することによって行われる。また、試料上のパターン
が島パターンであれば、特徴部分が存在する走査範囲の
み電子ビームの走査が行われる。例えば、図９（ａ）で
は、Ｙ方向の走査範囲ｙ１からｙ２までがＸ方向に走査
される。この場合、Ｙ方向の走査範囲をｙ１〜ｙ２、Ｘ
方向の走査範囲をｘ１〜ｘ２までに限定することは好ま
しい。

【００４８】上記のようにして焦点合わせ動作の際の電
子ビームの走査が行われるが、この焦点合わせの動作
は、直線状のパターンが形成されている場合には、電子
ビームの走査が試料上の直線状のパターンを横切って行
われるため、電子ビームの走査に伴って検出される信号
の強度が大きく、大きな信号に基づいて合焦点位置の検
出が行え、その結果、正確な焦点合わせを行うことがで
きる。また、特徴部分が試料の一部にしか存在していな
い島パターンの場合には、その特徴部分に限定して電子
ビームの走査が行われるので、電子ビームの走査に伴っ
て検出される信号の強度が大きく、大きな信号に基づい
て合焦点位置の検出が行え、その結果、正確な焦点合わ
せを行うことができる。

【００４９】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこれらの形態に限定されない。例えば、２次電子
を検出したが、反射電子を検出してもよい。また、実施
例では、ＸとＹの２方向に予め電子ビームを走査し、両
方向のいずれかを選択するように構成したが、電子ビー
ムを３方向以上に走査し、各方向の走査で最も大きな信
号強度が得られた方向を実際の焦点合わせの際の走査方
向とするようにしても良い。

【００５０】更に、焦点合わせ動作の際にダイナミック
フォーカスレンズの励磁を変化させたが、ダイナミック
フォーカスレンズを用いず対物レンズの励磁をステップ
状に変化させるようにしても良い。更にまた、焦点合わ
せの際、１走査ごとに検出信号を積算し、積算信号を比
較して最適焦点位置を得るように構成したが、検出信号
の最大の振幅値（ピークツーピーク値）を検出するよう
にしても良い。更にまた、実施例では走査電子顕微鏡な
どの電子ビーム装置を例にして説明したが、本発明をイ
オンビーム装置にも適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
および３に基づく荷電粒子ビーム装置における焦点合わ
せにおいては、焦点合わせ動作の前に、第１の方向に荷
電粒子ビームを走査し、この走査に伴って得られた信号
を積算し、次に第１の方向と異なった方向に荷電粒子ビ
ームを走査し、この走査に伴って得られた信号を積算
し、２種の積算結果に基づきより大きな積算強度が得ら
れた走査方向を選択する。そして、この選択した走査方
向によって所定の焦点合わせ動作を行うようにした。

【００５２】その結果、試料上の凹凸パターンが直線上
にならんでいる場合などでは、信号強度が大きくなる走
査方向で荷電粒子ビームの走査が行われるため、より正
確な自動焦点合わせを実行することができる。

【００５３】また、請求項２および４の発明に基づく荷
電粒子ビーム装置における焦点合わせにおいては、焦点
合わせ動作の前に、第１の方向に荷電粒子ビームを走査
し、この走査に伴って得られた信号を積算してピークプ
ロファイルを得、次に第１の方向と異なった方向に荷電
粒子ビームを走査し、この走査に伴って得られた信号を
積算してピークプロファイルを得、２種のピークプロフ
ァイルのピーク大きさとピークプロファイル分布幅に基
づき特定の走査方法を選択する。そして、選択した走査
方法で所定の焦点合わせ動作を行うようにした。

【００５４】その結果、試料上の凹凸パターンが直線上
にならんでいる場合、あるいは、試料上の一部にのみ特
徴部分が存在する島パターンの場合などでは、信号強度
が大きくなる走査方向で荷電粒子ビームの走査が行わ
れ、あるいは、特徴部分に限定して荷電粒子ビームの走
査が行われるため、より正確な自動焦点合わせを実行す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩＣパターンを示した図である。

【図２】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図
である。

【図３】走査方向の決定のための事前走査の方向を説明
するための図である。

【図４】Ｘ，Ｙ方向の走査によって得られた検出信号と
その検出信号の積分結果とを示す図である。

【図５】各信号処理波形を示す図である。

【図６】本発明に基づく走査電子顕微鏡の他の例を示す
図である。

【図７】Ｙ連続パターンとＸ，Ｙ方向の電子ビーム走査
に伴うピークプロファイルを示す図である。

【図８】Ｘ連続パターンとＸ，Ｙ方向の電子ビーム走査
に伴うピークプロファイルを示す図である。

【図９】島パターンとＸ，Ｙ方向の電子ビーム走査に伴
うピークプロファイルを示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 集束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ コンピュータ ６ 対物レンズ制御ユニット ７ 偏向器 ８ 電子ビーム偏向ユニット ９ 増幅器 １０ ダイナミックフォーカスレンズ １１ ダイナミックフォーカスレンズユニット １２ ２次電子検出器 １３ 増幅器 １４ 累計加算ユニット １５ 信号微分ユニット １６ 絶対値反転ユニット １７ 積分ユニット １８ ピーク値比較ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズの強度をステップ状に変化させ、その変化
   の都度、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を走査し、
   この走査に伴って得られた信号に基づき、最適集束レン
   ズの強度を検出し、その強度に集束レンズ強度の設定を
   行うようにした荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ
   方法において、焦点合わせ動作の前に、第１の方向に荷
   電粒子ビームを走査し、この走査に伴って得られた信号
   を積算し、次に第１の方向と異なった方向に荷電粒子ビ
   ームを走査し、この走査に伴って得られた信号を積算
   し、２種の積算結果に基づきより大きな積算強度が得ら
   れた走査方向を選択し、選択した走査方向によって前記
   焦点合わせ動作を行うようにしたことを特徴とする荷電
   粒子ビーム装置における焦点合わせ方法。
2. 【請求項２】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズの強度をステップ状に変化させ、その変化
   の都度、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を走査し、
   この走査に伴って得られた信号に基づき、最適集束レン
   ズの強度を検出し、その強度に集束レンズ強度の設定を
   行うようにした荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ
   方法において、焦点合わせ動作の前に、第１の方向に荷
   電粒子ビームを走査し、この走査に伴って得られた信号
   を各走査位置ごとに積算し、各走査位置に応じたピーク
   プロファイルを得、次に第１の方向と異なった方向に荷
   電粒子ビームを走査し、この走査に伴って得られた信号
   を各走査位置ごとに積算し、各走査位置に応じたピーク
   プロファイルを得、２種のピークプロファイルのピーク
   大きさとピークプロファイル分布幅に基づき特定の走査
   方法を選択し、選択した走査方法で前記焦点合わせ動作
   を行うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置
   における焦点合わせ方法。
3. 【請求項３】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズと、集束レンズの強度をステップ状に変化
   させるための手段と、集束レンズ強度の各ステップ状変
   化の都度、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を２次元
   的に走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビー
   ムの照射によって得られた信号を検出する検出器と、集
   束レンズ強度の各ステップ状変化に応じた検出器からの
   信号に基づいて、集束レンズの強度を設定するための手
   段とを備えた荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ装
   置において、荷電粒子ビームを試料上で異なった第１と
   第２の方向に走査するための走査手段と、第１と第２の
   方向の荷電粒子ビームの走査に伴って得られた信号をそ
   れぞれ積算して記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶さ
   れた信号強度に基づいていずれかの走査方向を選択する
   手段とを備えており、この選択した走査方向で焦点合わ
   せ動作を行うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビー
   ム装置における焦点合わせ装置。
4. 【請求項４】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズと、集束レンズの強度をステップ状に変化
   させるための手段と、集束レンズ強度の各ステップ状変
   化の都度、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を２次元
   的に走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビー
   ムの照射によって得られた信号を検出する検出器と、集
   束レンズ強度の各ステップ状変化に応じた検出器からの
   信号に基づいて、集束レンズの強度を設定するための手
   段とを備えた荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ装
   置において、荷電粒子ビームを試料上で異なった第１と
   第２の方向に走査するための走査手段と、第１と第２の
   方向の荷電粒子ビームの走査に伴って得られた信号をそ
   れぞれ各走査位置ごとに積算してピークプロファイルを
   記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶されたピークプロ
   ファイルに基づいて特定の走査方法を選択する手段とを
   備えており、この選択した走査方法で焦点合わせ動作を
   行うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置に
   おける焦点合わせ装置。