JPH10321173A - ビーム位置補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビーム位置補正装置において、ビーム条件の
変更によるビーム位置の補正を行う。 【解決手段】 ビーム位置補正装置１は、ビームの補正
を行うために、ビーム位置を偏位させるビーム偏位手段
２３と、ビーム偏位手段２３のビーム偏位量を調整して
ビーム位置の補正を行う補正手段１０とを備えた構成と
し、補正手段１０は、ビーム条件とビーム位置補正量と
の関係に基づいて、ビーム条件に対応してビーム偏位量
を定めることによって、あらかじめ求めておいたビーム
条件とビーム位置補正量との関係に基づいてビームを偏
位させ、ビーム条件の変更によるビーム位置の補正を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡や半導
体製造装置等の荷電粒子のビームを用いた装置におい
て、荷電粒子ビームの光軸ずれを補正するビーム位置補
正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体分野や鉄鋼などの金属分野等で
は、荷電粒子ビームを用いた装置が使用されている。例
えば、試料表面の解析や異物解析等の表面分析は、試料
表面に荷電粒子ビームを照射して得られるＸ線や２次電
子を検出する電子顕微鏡が用いられており、また、加工
物の加工においても荷電粒子ビームを用いた装置が知ら
れている。

【０００３】荷電粒子ビームを用いた装置では、測定条
件や加工条件に応じて、荷電粒子源に供給する加速電圧
や荷電粒子ビームのビーム電流等のビーム条件の調整を
行っている。通常、このようにビーム条件を変更する
と、ビーム位置が移動してビームずれが生じる。

【０００４】図１０はビーム条件の変更によるビーム位
置の移動を説明するための図である。図１０において、
荷電粒子ビームを用いた装置は、荷電粒子源２４から放
出した荷電粒子ビームを、収束レンズ２２、対物しぼり
２６、走査レンズ２３、および対物レンズ２５を通過さ
せて、試料２１に照射している。なお、図１０は概略の
構成を示し、その他の構成要素は省略している。ビーム
条件は、荷電粒子源２４に印加する加速電圧や収束レン
ズ２２に印加するパワーの調整によって変更し、これら
を変更すると、ビームは図１０中で破線で示されるよう
にビーム位置が移動する。

【０００５】図１１はビーム条件の変更による走査範囲
の移動を説明するための図である。図１１（ａ）はビー
ム位置のずれがない場合の走査像を示し、図１１（ｂ）
はビーム位置がずれている場合の走査像を示している。
図１１（ａ）において、ビーム位置のずれが無い場合に
は、ビーム中心付近の像３１（実線の円で表示）は走査
画像の中心に表示される。これに対して、図１１（ｂ）
に示すようにビーム位置がずれると、ビーム中心付近の
像３２（破線の円で表示）は走査画像の中心からずれた
位置に表示される。

【０００６】ビーム位置がずれると、試料上の観察点や
加工位置がずれ、測定誤差が生じたり加工精度が低下
し、さらに、ずれ量が大きい場合にはビーム位置が観察
領域や加工領域からはずれることになる。このようなビ
ーム位置のずれに対して、従来は補正を行うことなく、
ビーム位置がずれたままの状態で測定や加工を行った
り、あるいは、試料や加工物を支持する支持部を移動さ
せてビーム位置の補正を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のように、ビーム
位置の補正を行わずに測定や加工を行うと、測定誤差や
加工精度の点で問題があり、また、試料や加工物を支持
する支持部を移動させてビーム位置の補正を行う場合に
は、このビーム位置の補正と観察点や加工点の移動に伴
うビーム位置の変更を共通の支持部の移動で行う必要が
あり、また、ビーム位置の補正とビーム位置の変更と
は、その移動量のレベルが大きく異なることもあって、
支持部の移動操作が複雑となるという問題点がある。

【０００８】また、従来のビーム位置の補正では、試料
上や加工物上のビーム位置を設定した後、ビーム条件を
変更する毎に支持部の移動操作を行う必要があり、ビー
ム位置の補正操作が煩雑であるという問題点がある。

【０００９】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決し、ビーム条件の変更によるビーム位置の補正を行
うことができるビーム位置補正装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のビーム位置補正
装置は、あらかじめ求めておいたビーム条件とビーム位
置補正量との関係に基づいてビームを偏位させることに
よって、ビーム条件の変更によるビーム位置の補正を行
うものである。

【００１１】本発明のビーム位置補正装置は、上記ビー
ムの補正を行うために、ビーム位置を偏位させるビーム
偏位手段と、ビーム偏位手段のビーム偏位量を調整して
ビーム位置の補正を行う補正手段とを備えた構成とし、
補正手段は、ビーム条件とビーム位置補正量との関係に
基づいて、ビーム条件に対応してビーム偏位量を定め
る。これによって、ビーム条件の変更によるビーム位置
の補正を行う。

【００１２】ビーム偏位手段は、ビーム源から放出され
たビームを、ビーム源と照射位置との間で偏位させる手
段であり、磁界発生手段あるいは電界発生手段により構
成することができ、該磁界発生手段あるいは電界発生手
段に印加するパワーを調整することによってビーム偏位
量を制御する。

【００１３】補正手段は、ビーム条件と該ビーム条件に
対応したビーム偏位手段のビーム位置補正量との関係を
マップやシフトラインや関数の形態で備え、ビーム条件
の変更に対応して前記関係からビーム位置補正量を定
め、ビーム偏位手段の偏位量を定める。

【００１４】本発明のビーム位置補正装置によれば、ビ
ーム条件と該ビーム条件によるビーム位置偏差量あるい
はビーム位置補正量との関係をあらかじめ求め、このビ
ーム条件とビーム位置補正量との関係をマップやシフト
ラインや関数の形態で補正手段に格納しておく。ビーム
条件が変更した場合には、補正手段は前記関係を用いて
変更したビーム条件に対応するビーム位置補正量を定め
る。ビーム偏位手段は、補正手段が定めたビーム位置補
正量を用いてビーム位置の補正を行う。ビーム位置補正
量の設定と該ビーム位置補正量によるビーム位置の補正
は、ビーム条件の変更に応じて連動で行う。これによっ
て、ビーム条件の変更によるビーム位置の連動補正を行
うことができる。

【００１５】本発明の実施態様は、ビーム条件を荷電粒
子ビーム源に供給する加速電圧、およびビームのビーム
電流とし、該ビーム電流はビーム偏位手段に供給するパ
ワーにより定めることができる。

【００１６】本発明の実施態様の補正手段は、ビーム条
件と該ビーム条件に対応したビーム偏位手段のビーム位
置補正量との関係を、加速電圧とビーム電流を変数とす
る２次元のマップやシフトラインや関数により求めて格
納し、該関係で定められるビーム位置補正量間の値はス
プライン関数で補間するものであり、これによって、任
意のビーム条件に対するビーム位置補正を行うことがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１の本発明のビーム位置補正装置の概
略構成図を用いて説明する。本発明のビーム位置補正装
置は、電子顕微鏡や半導体製造装置等の荷電粒子ビーム
を用いる装置に適用することができる装置であり、電子
顕微鏡では電子源から出射された電子ビームを試料に照
射して試料の表面分析を行い、また、半導体製造装置で
はイオンビーム等の荷電粒子ビームを加工物に照射して
加工を行う。なお、図１はこのビーム位置補正装置に必
要な構成部分と、電子顕微鏡の概略構成について示して
いる。

【００１８】図１において、電子顕微鏡等の荷電粒子ビ
ームを用いる装置は、荷電粒子ビームを出射する荷電粒
子ビーム源２４と、出射されたビームを収束させる収束
レンズ２２および対物しぼり２６と、ビームを走査させ
るための走査レンズ２３と、ビームを合焦させるための
対物レンズ２５を備え、試料２１から放出されたＸ線や
２次電子を図示しない検出器で検出する。

【００１９】荷電粒子ビーム源２４は、高圧電源１４か
ら加速電圧の供給を受けてビームを出射する。荷電粒子
ビーム源２４と試料２１との間に配置された各レンズは
コイルあるいは電極で構成することができ、収束レンズ
２２および対物レンズ２５はレンズ電源１２から供給さ
れる電流あるいは電圧によって制御を行い、走査レンズ
２３は走査電源１３から供給される電流あるいは電圧に
よってビームの走査を行う。

【００２０】高圧電源１４から供給する加速電圧を制御
することにより、荷電粒子ビーム源２４から出射される
ビームのビーム強度を変更し、また、レンズ電源１２の
電流あるいは電圧を調整してビーム電流を制御すること
により、ビームの焦点位置の調整を行う変更する。通
常、加速電圧やビーム電流が変更すると、ビームの軌跡
が偏位し、試料２１上においてビーム位置がずれる。

【００２１】ビーム位置補正装置１（図１中の破線部
分）は、レンズ電源１２を制御するフォーカスビーム制
御部２と、走査電源１３を制御する走査制御部３と、高
圧電源１４を制御する高圧電源制御部４とを備え、高圧
電源制御部４はフォーカスビーム制御部２によって制御
される。また、本発明のビーム位置補正装置１は、ビー
ム位置の補正を行う補正部１０を備え、補正電源１１を
介してビーム偏位手段を制御し、ビーム条件の変更に伴
うビーム偏位の補正を行う。なお、図１は、ビーム偏位
手段として走査レンズ２３を用いた場合の構成を示して
いるが、収束レンズ２２と試料２１との間に別のコイル
を設け、このコイルによってビーム偏位手段を構成する
こともできる。

【００２２】図１に示す構成では、補正部１０はフォー
カスビーム制御部２から加速電圧やビーム電流等のビー
ム条件を受け取り、このビーム条件に対応するビーム位
置補正量をあらかじめ求めておいた関係から定め、定め
たビーム位置補正量に応じて、補正電源１１が走査レン
ズ２３に供給する走査信号のレベルを変える。この走査
信号の調整をｘ方向およびｙ方向について行うことによ
って、走査レンズ２３の走査範囲をｘｙ方向に偏位さ
せ、ビーム条件によるビーム偏位を補正する。

【００２３】ビーム偏位手段を走査レンズ２３と別のレ
ンズで構成する場合には、補正部１０のビーム位置補正
量に対応する電圧あるいは電流を補正電源１１で生成
し、この電圧あるいは電流をレンズに供給し、単独でビ
ーム位置の補正を行う。

【００２４】補正部１０は、ビーム条件とビーム偏位量
あるいはビーム位置補正量との関係を求めて格納する構
成として、フォーカスビーム制御部２からビーム条件を
受け取り、走査制御部からビーム位置補正量を受け取る
構成、あるいは、フォーカスビーム制御部２からビーム
条件を受け取り、走査制御部３からビーム偏位量を受け
取る構成をとることができる。

【００２５】Ｘ線検出器や２次電子検出器で測定する測
定信号やデータ処理装置からのデータ等は、信号選択表
示制御部６を介して表示部７で表示される。なお、上記
フォーカスビーム制御部２、走査制御部３、高圧電源制
御部４、および信号選択表示制御部６は、制御装置５に
よって制御が行われる。

【００２６】次に、本発明のビーム位置補正装置の動作
について、図２〜図６を用いて説明する。図２は補正手
段からの補正信号によるビーム位置の補正を示す概略図
である。なお、図２に示すビーム位置補正は、走査レン
ズ２３によってビームを偏位させる場合を示している。
図２において、荷電粒子ビーム源２４の加速電圧を変更
したり、収束レンズ２２に供給するパワーの変更によっ
てビーム電流を変更すると、図示するようにビームは偏
位する。このとき、補正部からの指令によって、補正電
源からビーム位置を補正する補正電圧あるいは補正電流
等の補正信号が出力し、走査信号と重畳して走査レンズ
２３に印加する。

【００２７】走査レンズ２３は、補正信号によってビー
ムをｘ、ｙ方向に所定量だけ偏位させる。このとき、補
正信号による偏位量が、ビーム条件の変化により生じる
ビーム偏位量と逆方向で同量である場合には、ビーム条
件の変化により生じるビーム偏位は補正され、試料２１
に照射するビーム位置を所定位置に補正することができ
る。補正部内に、ビーム条件と該ビーム条件におけるビ
ーム位置の偏位量あるいはビーム位置の偏位を補正する
補正量との関係をあらかじめ求めて格納しておき、ビー
ム条件を変更する毎にそのビーム条件に対応するビーム
位置補正量を定め、このビーム位置補正量を補正信号と
して走査レンズに印加することによって、各ビーム条件
に対応した補正を行うことができる。

【００２８】このとき、補正部がビーム条件とビーム条
件におけるビーム位置の偏位量との関係を格納している
場合には、補正部は該関係で定まるビーム偏位量を用い
てビーム位置を所定位置に補正するビーム位置補正量を
演算する。

【００２９】図２に示す補正信号（Ｖｘ，Ｖｙ）は、ｘ
方向の走査信号に対してＶｘを加算して補正を行い、ｙ
方向の走査信号に対してＶｙを加算して補正を行う場合
を示しており、図３はこのときのｘ方向の走査信号、補
正信号、および補正後の走査信号を表し、図４は走査像
を表している。

【００３０】図３（ａ）の破線で示すきょ歯状波は、ｘ
方向の走査信号の一例である。ビーム位置がモニターの
座標中心に設定されている場合には、この走査信号で走
査を行うと図４中の実線で示す走査像３１が得られる。
このビーム位置の設定の後、ビーム条件を変更するとビ
ーム位置が偏位する。この偏位したビーム位置は、モニ
ター上では座標中心からずれた位置となり、この偏位し
たビームによって図３（ａ）の走査信号で走査像を求め
ると、ビーム位置設定時にモニターの座標中心位置にあ
る像は、例えば図４中の破線の円で示されるような偏位
した走査像３２となる。この走査像はモニターの中心座
標からビーム偏位量だけずれた位置に表示される。同様
に、ｙ方向についてもビーム偏位量だけずれた位置に表
示される。

【００３１】このビーム偏位量に対して、ビームを逆方
向に同量だけ偏位させるビーム位置補正量Ｖｘを求め、
図３（ｂ）に示すような補正信号を生成し、図３（ａ）
の走査信号に重畳する。図３（ｂ）は、補正信号を重畳
した走査信号を示しており、ビーム位置補正量Ｖｘだけ
バイアスを加えた走査信号となる。ビームはビーム位置
補正量Ｖｘだけ偏位し、この走査信号を用いて走査像を
求めると図４中の走査像３１となり、ビーム偏位の補正
を行うことができる。なお、ｙ方向はｘ方向と同様であ
る。

【００３２】次に、補正部が格納するビーム位置補正量
について、図５および図６を用いて説明する。補正部
は、ビーム条件に対応するビーム位置補正量をマップや
シフトラインの形態で格納することができ、ビーム条件
に応じて読み出すことができる。図５に示す図表は、ビ
ーム条件とビーム位置補正量との関係を表すマップの一
例であり、ビーム源に印加する加速電圧と収束レンズに
供給するパワー比の二つのビーム条件に対するビーム位
置補正量Ｖｘ，Ｖｙを表している。なお、パワー比は、
収束レンズに印加する最大パワーを１００％としたとき
の比率を表している。

【００３３】図５に示すマップは、加速電圧が１５ｋＶ
で供給パワーが４０％のビーム条件を基準としてビーム
位置を所定位置に設定し、このビーム条件と異なる条件
によって生じるビーム偏差を補正するために要するビー
ム位置補正量Ｖｘ，Ｖｙを求めて格納する。なお、図５
のマップでは、加速電圧が５ｋＶ，１０ｋＶ，１５ｋ
Ｖ，２０ｋＶの場合について求め、供給パワーが４０
％，３０％，２０％，１０％の場合について求めた場合
を示している。したがって、ビーム条件に対するビーム
位置補正量は、図５のマップにおいて加速電圧とパワー
比のビーム条件に対応するビーム位置補正量Ｖｘ，Ｖｙ
を読み出すことによって定めることができる。

【００３４】図６はビーム条件とビーム位置補正量との
関係を表すシフトラインの一例であり、図６に示すビー
ム位置補正量線図は、加速電圧が１５ｋＶで供給パワー
が４０％のビーム条件を基準としてビーム位置を所定位
置に設定し、このビーム条件と異なる条件によって生じ
るビーム偏差を補正するために要するビーム位置補正量
Ｖｘ，Ｖｙを求めて格納する。なお、図５のマップで
は、加速電圧が５ｋＶ，１０ｋＶ，１５ｋＶ，２０ｋＶ
の場合のビーム位置補正量Ｖｘ，Ｖｙのシフトライン
と、供給パワーが４０％，３０％，２０％，１０％の場
合のビーム位置補正量Ｖｘ，Ｖｙのシフトラインとを示
している。したがって、ビーム条件に対するビーム位置
補正量は、図６のビーム位置補正量線図において加速電
圧とパワー比のビーム条件に対応するビーム位置補正量
Ｖｘ，Ｖｙを読み出すことによって定めることができ
る。また、ビーム条件とビーム位置補正量との関係を関
数で定めることもできる。

【００３５】図５のマップや図６のビーム位置補正量線
図中に示されないビーム条件の場合には、近傍のビーム
位置補正量Ｖｘ，Ｖｙを用い、これらのビーム位置補正
量の間を補間することによって求めることができる。補
間方法としては、例えば、スプライン関数を用いた補間
を使用することができる。

【００３６】次に、ビーム条件とビーム位置補正量との
関係を求める方法について説明する。第１の方法は、図
１に示すビーム位置補正装置１において、表示装置７に
走査像を表示しながら、該走査像が所定位置となるよう
に走査制御部３を調節し、該調節量をビーム位置補正量
として求め、補正部１０に格納するものである。

【００３７】第２の方法は、図１に示すビーム位置補正
装置１において、表示装置７に走査像を表示し、ビーム
位置の偏位によって偏位した走査像の位置をモニター上
で指定してビーム偏位量を求め、このビーム偏位量から
ビーム位置補正量を求め、補正部１０に格納するもので
ある。

【００３８】図７，８はビーム条件とビーム位置補正量
との関係を求める第２の方法を説明するための図であ
る。図７に示すように、走査像はｘｙ方向にビームを走
査することによって得ることができ、ビーム位置が偏位
している場合には、走査像はモニター上においてビーム
偏位量だけずれた位置に表示される。また、図８はｘ方
向およびｙ方向の走査信号を表している。この走査信号
の信号値は、モニター上の位置に対応しており、モニタ
ー上の位置からそのとき印加されている走査信号の信号
値を求めることができる。したがって、モニター上の走
査像の位置を指定すると、このときの走査信号の信号値
（図８（ａ）中のＶＸ、図８（ｂ）中のＶＹ）からビー
ム偏位量を求めることができる。ビーム位置補正量（Ｖ
ｘ，Ｖｙ）は、求めたビーム偏位量（ＶＸ，ＶＹ）を基
にして、ビーム位置を所定位置に補正する値を演算する
ことによって求めることができる。

【００３９】図９は、本発明のビーム位置補正装置の他
の構成例を示す図である。図１に示す構成例は、ビーム
偏向手段として走査コイルとビーム位置補正コイルを兼
用した構成であるが、図９に示す構成例は、ビーム偏向
手段として走査コイルとは別個にビーム位置補正コイル
２７を設けた構成である。ビーム位置補正コイル２７は
補正電源１１から駆動電流の供給を受け、ビーム位置の
補正を行う。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のビーム位
置補正装置によれば、ビーム条件の変更によるビーム位
置の補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のビーム位置補正装置の概略構成図であ
る。

【図２】本発明の補正手段からの補正信号によるビーム
位置の補正を示す概略図である。

【図３】本発明のｘ方向の走査信号、補正信号、および
補正後の走査信号図である。

【図４】本発明の補正手段による走査像を説明するため
の図である。

【図５】本発明のビーム条件とビーム位置補正量との関
係を表す図表である。

【図６】本発明のビーム条件とビーム位置補正量との関
係を表すビーム位置補正量線図である。

【図７】本発明のビーム条件とビーム位置補正量との関
係を求める方法を説明するための図である。

【図８】本発明のビーム条件とビーム位置補正量との関
係を求める方法を説明するための走査信号図である。

【図９】本発明のビーム位置補正装置の他の構成例を説
明するための図である。

【図１０】ビーム条件の変更によるビーム位置の移動を
説明するための図である。

【図１１】ビーム条件の変更による走査範囲の移動を説
明するための図である。

【符号の説明】

１…ビーム位置補正装置、２…フォーカスビーム制御
部、３…走査制御部、４…高圧電源制御部、５…制御装
置、６…信号表示制御部、７…表示部、１０…補正部、
１１…補正電源、１２…レンズ電源、１３…走査電源、
１４…高圧電源、２１…試料、２２…収束レンズ、２３
…走査レンズ、２４…荷電粒子源、２５…対物レンズ、
２６…対物しぼり、２７…ビーム位置補正コイル、３
１，３２，３３…走査像。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビーム位置を偏位させるビーム偏位手段
   と、前記ビーム偏位手段のビーム偏位量を調整してビー
   ム位置の補正を行う補正手段とを備え、前記補正手段
   は、ビーム条件とビーム位置補正量との関係に基づい
   て、ビーム条件に対応してビーム偏位量を定めることを
   特徴とするビーム位置補正装置。