JPH0887973A - 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】 【目的】 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。 【構成】 前記したように、積分ユニット１７によって
積分されて得られたピーク値を比較し、最大ピークが得
られたときの焦点位置を合焦点位置として焦点合わせを
行うが、この際、ピークカウンタ１８より送られたカウ
ント数ｎｐを比較して、合焦点ラインの前後のラインの
カウント数ｎｐが同一であれば、得られた合焦点位置は
有効とするが、前後のラインのカウント値が一致してい
ない場合には、得られた合焦点位置は無効とする。無効
と判定された場合には、対物レンズ３のフォーカスオフ
セットを再設定し、前後のラインのカウント数ｎｐが同
一となる合焦点位置を見付け出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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、ＩＣパター
ンのような試料では、試料の走査領域の全面に渡って凹
凸が存在しておらず、直線状のパターンが多く存在す
る。図１はＩＣパターンを示しており、図１（ａ）は縦
パターンのＩＣパターンを示している。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であ
る。このようなパターンの試料について焦点合わせを行
う場合、試料の所定領域を垂直方向に多数分割し（Ａ〜
Ｅ領域）、各分割した領域ごとに電子ビームの集束状態
を変化させている。そして各分割された領域ごとの電子
ビームの走査に基づいて得られた信号を検出して積算
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。

【０００４】このような焦点合わせにおいて、ＩＣの直
線状のパターンが図１（ａ）の場合のように縦方向に均
一に分布している場合には、正確な焦点合わせ動作を行
うことができるが、図１（ｂ）の場合のようにパターン
の形状が途中で変化している場合には問題が生じる。す
なわち、例えば、ＡやＢ領域では電子ビームは必ず凹凸
パターンを横切って走査されるが、ＤやＥ領域では凹凸
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、電子ビームの集束状態以外
の要因によって変化することになり、焦点合わせの精度
が低下することになる。

【０００５】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、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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本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
の試料上の走査領域を垂直方向に複数に分割し、各分割
領域の電子ビームの走査ごとに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、各分割領域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、各分割領域における荷
電粒子ビームの走査によって検出された信号の内所定強
度以上のピークの数をカウントし、各領域のカウント値
に応じて焦点合わせ動作の有効あるいは無効を判定する
ようにしたことを特徴としている。

【０００７】また、本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
位置を垂直方向に移動させて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
変化に応じて検出器から得られた信号に基づいて、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、各走査領
域の検出信号の内所定強度以上のピークの数をカウント
するカウント手段を設け、カウント手段のカウント値に
基づいて焦点合わせ動作の有効あるいは無効を判定する
手段とを備えたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本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、荷電粒子ビームの走査によって検
出された信号の内所定強度以上のピークの数をカウント
し、各領域のカウント値に応じて焦点合わせ動作の有効
あるいは無効を判定する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図２は本発明の一実施例である走査電子顕
微鏡を示しており、１は電子銃である。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。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。

【００１０】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。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
はコンピュータ５に供給される。また、絶対値反転ユニ
ット１６からの信号は、ピークカウンタ１８に供給さ
れ、ピークカウンタ１８のカウント値はコンピュータ５
に供給される。このような構成の動作を次に説明する。

【００１１】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。

【００１２】次に、電子ビームの自動焦点合わせ動作に
ついて説明するが、この自動焦点合わせにおいては、試
料の所定領域を垂直方向に多数分割し、各分割した領域
ごとに電子ビームの集束状態を変化させている。そして
各分割された領域ごとの電子ビームの走査に基づいて得
られた信号を検出して積算し、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。例えば、図３に示し
た試料５に対して、仮想的に垂直方向に８領域（Ａ〜
Ｈ）に分割させられる。

【００１３】上記した焦点合わせのため、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４の８領域（Ａ〜Ｈ）
を順々に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。

【００１４】試料４の走査によって試料から発生した２
次電子は、検出器１２によって検出される。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、累計加算ユニット１４に供給される。
このユニット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。

【００１５】累計加算ユニット１４で累計加算された検
出信号は信号微分ユニット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。図４は
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４（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４
（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４（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４（ｄ）の信号
が得られる。この図４（ｄ）の最終積分値がピーク値Ｐ
となる。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、コンピュータ
５に供給される。

【００１６】コンピュータ５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。コンピュータ５は、各積
分値の最大ピークが得られたときのダイナミックフォー
カスレンズの励磁強度を判定する。そして、対物レンズ
制御ユニット６を制御し、最大ピークが得られた時のダ
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。

【００１７】さて、上記焦点合わせ処理において、絶対
値反転ユニット１６で絶対値反転処理された信号（図４
（ｂ））は、ピークカウンタ１８にも供給される。ピー
クカウンタ１８においては、図４（ｂ）に示すように所
定のレベルＬを設定し、レベルＬ以上のピーク値につい
ては図４（ｃ）に示すように方形波を作成した上でその
数をカウントする。ピークカウンタ１８でのカウント値
ｎｐは、コンピュータ５に供給される。

【００１８】さて、前記したように、積分ユニット１７
によって積分されて得られたピーク値を比較し、最大ピ
ークが得られたときの焦点位置を合焦点位置として焦点
合わせを行うが、この際、ピークカウンタ１８より送ら
れたカウント数ｎｐを比較して、合焦点ラインの前後の
ラインのカウント数ｎｐが同一であれば、得られた合焦
点位置は有効とするが、前後のラインのカウント値が一
致していない場合には、得られた合焦点位置は無効とす
る。無効と判定された場合には、対物レンズ３のフォー
カスオフセットを再設定し、前後のラインのカウント数
ｎｐが同一となる合焦点位置を見付け出す。

【００１９】上記の動作を図４を用いて説明すると、分
割された領域Ｆ〜Ｇ内で合焦点位置が得られた場合に
は、その前後の領域のカウント値は等しいので、その合
焦点位置は有効となる。一方、領域Ｂ〜Ｄで合焦点位置
が得られた場合には、その前後の領域のカウント値は異
なるので、その合焦点位置は無効となる。すなわち、こ
れらの領域では電子ビームの走査によって横切るパター
ンの数が相違し、この数の変化によって積分値が影響さ
れたためである。この場合、領域Ｅ〜Ｈで合焦点が得ら
れるように、対物レンズ３のフォーカスオフセットの再
設定を行う。なお、ピークカウンタ１８のカウント値が
０でピーク値が取れない場合には、測定不可能としてコ
ンピュータに測定不可能の信号を送る。

【００２０】以上本発明の一実施例を詳述したが、本発
明はこの実施例に限定されない。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、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、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、走査電
子顕微鏡などの電子ビーム装置を例に説明したが、イオ
ンビーム装置にも本発明を適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム装置における焦点合わせにおいては、荷電
粒子ビームの走査によって検出された信号の内所定強度
以上のピークの数をカウントし、各領域のカウント値に
応じて焦点合わせ動作の有効あるいは無効を判定するよ
うに構成した。その結果、荷電粒子ビームの走査領域中
に異なったパターンの領域が存在していても、正確な焦
点合わせ動作を行うことができる。

【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】本発明の一実施例である走査電子顕微鏡を示す
図である。

【図３】自動焦点合わせのために試料の走査領域を分割
する様子を示す図である。

【図４】図２の実施例における動作信号波形を示す図で
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 ピークカウンタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームの試料上の走査領域を垂
   直方向に複数に分割し、各分割領域の電子ビームの走査
   ごとに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、各分割領域の走査
   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、各分割領域における荷電粒子ビームの走査によっ
   て検出された信号の内所定強度以上のピークの数をカウ
   ントし、各領域のカウント値に応じて焦点合わせ動作の
   有効あるいは無効を判定する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垂直方
   向に移動させて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て検
   出器から得られた信号に基づいて、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、検出信号の内所定強度以
   上のピークの数をカウントするカウント手段を設け、カ
   ウント手段のカウント値に基づいて焦点合わせ動作の有
   効あるいは無効を判定する手段とを備えたことを特徴と
   する荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ装置。