JP2005276639A - Position adjusting method for objective lens diaphragm of scanning type electron beam device - Google Patents

Position adjusting method for objective lens diaphragm of scanning type electron beam device Download PDF

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JP2005276639A JP2004088646A JP2004088646A JP2005276639A JP 2005276639 A JP2005276639 A JP 2005276639A JP 2004088646 A JP2004088646 A JP 2004088646A JP 2004088646 A JP2004088646 A JP 2004088646A JP 2005276639 A JP2005276639 A JP 2005276639A
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Hitotsugu Yamazaki
仁嗣 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position adjusting method for an objective lens diaphragm of a scanning electron microscope, for example, that can automatically make the center position of selected one of openings of the objective lens diaphragm coincide with the center position of the objective lens. <P>SOLUTION: The objective lens diaphragm 19 converges an electron beam onto a target 20 through the objective lens 17 and has a plurality of openings. The objective lens diaphragm 19 is designed to select one of the plurality of openings having different sizes for use, and adjusts the spread angle or the current amount of the electron beam applied to the target 20. To make the center of the selected opening coincide with the center of the objective lens 17, the focusing state of the electron beam obtained by the objective lens 17 is switched among a plurality of stages, and a specific position such as ends of a knife edge or a center position of a cross mark provided on the target 20 is determined in each of the focusing states. The position of the objective lens diaphragm 19 is thus automatically adjusted in each of the focusing states to achieve coincidence of the determined specific positions. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、走査電子顕微鏡や、半導体デバイスの製造過程で、レジストが塗布されたウェハ上に所望のパターンを電子ビームを偏向させて描画したり、ステッパ用のマスクの製造時に、表面にレジストが塗布されたマスク乾板上で電子ビームを偏向移動させ、マスクパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置などの電子ビームを目標物上で移動（走査）する走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法に関する。   In the manufacturing process of a scanning electron microscope or a semiconductor device, the present invention draws a desired pattern by deflecting an electron beam on a resist-coated wafer, or a resist is formed on the surface when manufacturing a mask for a stepper. Adjusting the position of the objective lens diaphragm in a scanning electron beam device that moves (scans) an electron beam on a target, such as a charged particle beam drawing device that draws a mask pattern by deflecting and moving the electron beam on a coated mask dry plate Regarding the method.

電子ビーム描画装置は、表面にレジストが塗布されたウェハやマスク乾板上に電子ビームによって微細なパターンを描画し、描画部分のレジストを感光させる装置である。電子ビーム描画装置で所定のパターンの描画が終了すると、ウェハあるいはマスク乾板は、その後現像処理、エッチング処理等が行われ、ウェハ上に特定の回路が形成され、あるいは、マスク乾板に所望パターンのマスクが形成される。   The electron beam drawing apparatus is an apparatus that draws a fine pattern with an electron beam on a wafer or a mask dry plate having a resist coated on the surface, and exposes the resist in the drawing portion. When drawing of a predetermined pattern is completed with the electron beam drawing apparatus, the wafer or mask dry plate is thereafter subjected to development processing, etching processing, etc., and a specific circuit is formed on the wafer, or a mask having a desired pattern is formed on the mask dry plate. Is formed.

この電子ビーム描画装置は、超微細デバイスや量子細線などのナノメートル領域の超微細パターンの描画に不可欠な重要な技術である。この電子ビーム描画装置は、被描画材料に照射される電子ビームの形状によって、スポットビームタイプ、可変成形ビームタイプ、プロジェクションビームタイプに大別される。通常、スポットビームタイプの電子ビーム描画装置では、試料に照射される電子ビームの開き角を対物レンズ絞りの開口の大きさによって制限している。対物レンズ絞りは円形の開口を複数備えており、それらの項の径は相違しており、複数の径の異なった円形の開口を直線状に並べた絞り板を準備し、そのうちのいずれかの開口を電子ビーム装置の光軸上に配置する。   This electron beam drawing apparatus is an important technique indispensable for drawing ultrafine patterns in the nanometer region such as ultrafine devices and quantum wires. This electron beam drawing apparatus is roughly classified into a spot beam type, a variable shaped beam type, and a projection beam type depending on the shape of the electron beam irradiated to the drawing material. Usually, in a spot beam type electron beam drawing apparatus, the opening angle of the electron beam irradiated on the sample is limited by the size of the aperture of the objective lens stop. The objective lens diaphragm has a plurality of circular apertures, and the diameters of these terms are different. Prepare a diaphragm plate in which a plurality of circular apertures with different diameters are arranged in a straight line. The opening is disposed on the optical axis of the electron beam apparatus.

この対物レンズ絞りの径の異なった開口を変え、更に、対物レンズ絞りの上段に設けられたズームレンズ（コンデンサレンズ）の励磁強度を調整すれば、走査電子顕微鏡であれば試料上（結像面）でのビーム径や電流量を任意に変えることができる。また、電子ビーム描画装置では、被描画材料の表面（結像面）におけるビーム径や電流量を任意に変えることができる。   By changing the aperture of this objective lens aperture with a different diameter and adjusting the excitation intensity of the zoom lens (condenser lens) provided at the upper stage of the objective lens aperture, if it is a scanning electron microscope (on the imaging surface) ) Can be changed arbitrarily. In the electron beam drawing apparatus, the beam diameter and the amount of current on the surface (imaging plane) of the drawing material can be arbitrarily changed.

このようにして対物レンズ絞りの異なった径の開口を選択しているが、特定の径の開口を対物レンズ絞りとして用いた場合、常にその対物レンズ絞りの開口の中心を、光軸と一致させている対物レンズ中心と一致させなければならない。対物レンズやアパーチャ、コンデンサレンズ等の電子光学系の軸合わせを行っている例は多く、例えば、特許文献１を参照することができる。
特開平７−３３５１５８号公報 In this way, apertures with different diameters of the objective lens aperture are selected, but when an aperture with a specific diameter is used as the objective lens aperture, the center of the aperture of the objective lens aperture always matches the optical axis. Must coincide with the center of the objective lens. There are many examples in which the alignment of an electron optical system such as an objective lens, an aperture, and a condenser lens is performed. For example, Patent Document 1 can be referred to.
JP 7-335158 A

現在、光軸調整時における対物レンズ中心位置への対物レンズ絞りの開口中心位置調整（センタリング調整）は、走査電子顕微鏡画像の観察と、ウォブラー機能とを併せて行っている。なお、ここで使用されるウォブラー機能とは、対物レンズのレンズ値（励磁電流量）を正弦波で変調して、電子ビームのフォーカス状態を変調する機能である。   At present, the adjustment of the center position of the aperture of the objective lens stop (centering adjustment) to the center position of the objective lens during the optical axis adjustment is performed by observing the scanning electron microscope image and the wobbler function. The wobbler function used here is a function for modulating the focus state of the electron beam by modulating the lens value (excitation current amount) of the objective lens with a sine wave.

オペレータは、対物レンズ絞りの位置調整を行う場合、試料上の所望のマークを走査電子顕微鏡像で観察できるように、試料ステージを移動させる。マークが画面上に表示された段階で、適宜な精度で電子ビームのフォーカス合わせを行い、その後ウォブラー機能を動作させる。この機能が動作させられると、電子ビームはアンダーフォーカスの状態からオーバーフォーカスの状態との間でフォーカス状態が変化する。   When adjusting the position of the objective lens aperture, the operator moves the sample stage so that a desired mark on the sample can be observed with a scanning electron microscope image. When the mark is displayed on the screen, the electron beam is focused with appropriate accuracy, and then the wobbler function is activated. When this function is activated, the focus state of the electron beam changes from an underfocus state to an overfocus state.

更に、フォーカス状態が変化すると共に、画面上のマークの位置がＸ、Ｙ方向に変化する。オペレータは、画面のマーク像を見ながら、対物レンズ絞りの位置をＸ方向に微動調整させ、画面上のマークがフォーカスの変化によらず、常にＸ方向の位置が変わらず固定された状態に調整する。更に、オペレータは、画面のマーク像を見ながら、対物レンズ絞りの位置をＹ方向に微動調整させ、画面上のマークがフォーカスの変化によらず、常にＹ方向の位置が変わらず固定された状態に調整する。   Further, the focus state changes, and the mark position on the screen changes in the X and Y directions. The operator finely adjusts the position of the objective lens aperture in the X direction while looking at the mark image on the screen, and adjusts the mark on the screen so that the position in the X direction is always fixed regardless of the focus change. To do. Furthermore, the operator finely adjusts the position of the objective lens aperture in the Y direction while watching the mark image on the screen, and the mark on the screen is always fixed without changing the position in the Y direction regardless of the focus change. Adjust to.

このようにして、観察画面上のマークの位置が、フォーカスの変化に対しても移動しないように対物レンズ絞り位置を調整すれば、対物レンズ絞りの内の選択された径の開口は、対物レンズ中心と一致させることができる。しかしながら、対物レンズ絞りの調整をオペレータによる走査電子顕微鏡像の観察に頼って行っているため、調整に対して個人差が生じ、常に一定の高い精度での位置合わせを行うことができない。   In this way, if the position of the objective lens aperture is adjusted so that the position of the mark on the observation screen does not move even with respect to the change in focus, the aperture of the selected diameter within the objective lens aperture becomes the objective lens. Can be matched with the center. However, since the adjustment of the objective lens aperture depends on the observation of the scanning electron microscope image by the operator, individual differences occur with respect to the adjustment, and it is impossible to always perform alignment with a constant high accuracy.

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目的は、対物レンズの中心位置に対物レンズ絞りの選択された開口の中心位置を自動的に一致させ、位置合わせの個人差をなくすと共に、高い精度での位置合わせを行うことができる走査電子顕微鏡等の走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法を実現するにある。   The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to automatically match the center position of the selected aperture of the objective lens aperture with the center position of the objective lens, thereby eliminating individual differences in alignment. At the same time, it is intended to realize a method for adjusting the position of the objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus such as a scanning electron microscope that can perform alignment with high accuracy.

請求項１の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、電子ビームを対物レンズによって目的物上に集束すると共に、複数の大きさの異なった開口を有した対物レンズ絞りを設け、対物レンズ絞りの複数の開口を選択して用いるようにし、電子ビームの目的物上の照射位置を電子ビームを偏向することによって移動させるようにした走査型電子ビーム装置において、対物レンズによる電子ビームのフォーカスの状態を複数の段階に切り換え、それぞれのフォーカスの状態において、目的物上に設けられた特定位置を測定し、それぞれのフォーカスの状態において、測定した特定位置が一致するように、対物レンズ絞りの位置を調整するようにしたことを特徴としている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein the electron beam is focused on an object by the objective lens and has a plurality of apertures of different sizes. In the scanning electron beam apparatus in which a plurality of apertures of the objective lens aperture are selected and used, and the irradiation position of the electron beam on the object is moved by deflecting the electron beam, Switch the focus state of the electron beam to a plurality of stages, measure the specific position provided on the object in each focus state, and match the measured specific position in each focus state, It is characterized in that the position of the objective lens aperture is adjusted.

請求項２の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、走査電子顕微鏡において対物レンズ絞りの位置調整を行うようにしたことを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein the position of the objective lens aperture is adjusted in a scanning electron microscope.

請求項３の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、電子ビーム描画装置において対物レンズ絞りの位置調整を行うようにしたことを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein the position of the objective lens aperture is adjusted in an electron beam drawing apparatus.

請求項４の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、目的物上に設けられた特定位置として、Ｘ方向とＹ方向の直交する端部を有したナイフエッジ位置を用い、それぞれのナイフエッジを横切って電子ビームを走査し、ナイフエッジ位置を求めるようにしたことを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein a knife edge position having end portions perpendicular to the X direction and the Y direction is set as a specific position provided on a target. It is characterized in that an electron beam is scanned across each knife edge to determine the knife edge position.

請求項５の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、目的物上に設けられた特定位置として、Ｘ方向とＸ方向に直交するＹ方向に伸びる帯状のマークの中心位置であり、それぞれの帯状マークを横切って電子ビームの走査を行い、走査に伴って得られた信号に基づいてそれぞれの帯状マークの中心位置を求めるようにしたことを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting a position of an objective lens diaphragm in a scanning electron beam apparatus, wherein the center of a band-shaped mark extending in the Y direction perpendicular to the X direction and the X direction is provided as a specific position provided on the object. This is characterized in that an electron beam is scanned across each band mark, and the center position of each band mark is obtained based on a signal obtained along with the scanning.

請求項１の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、電子ビームを対物レンズによって目的物上に集束すると共に、複数の大きさの異なった開口を有した対物レンズ絞りを設け、対物レンズ絞りの複数の開口を選択して用いるようにし、電子ビームの目的物上の照射位置を電子ビームを偏向することによって移動させるようにした走査型電子ビーム装置において、対物レンズによる電子ビームのフォーカスの状態を複数の段階に切り換え、それぞれのフォーカスの状態において、目的物上に設けられた特定位置を測定し、それぞれのフォーカスの状態において、測定した特定位置が一致するように、対物レンズ絞りの位置を調整するようにしたことを特徴としている。この結果、対物レンズ絞りの位置調整をオペレータが走査電子顕微鏡像を観察しながら行うことなく自動的に対物レンズの中心と対物レンズ絞りの開口の中心とを位置合わせすることができる。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein the electron beam is focused on an object by the objective lens and has a plurality of apertures of different sizes. In the scanning electron beam apparatus in which a plurality of apertures of the objective lens aperture are selected and used, and the irradiation position of the electron beam on the object is moved by deflecting the electron beam, Switch the focus state of the electron beam to a plurality of stages, measure the specific position provided on the object in each focus state, and match the measured specific position in each focus state, It is characterized in that the position of the objective lens aperture is adjusted. As a result, it is possible to automatically align the center of the objective lens and the center of the aperture of the objective lens aperture without the operator adjusting the position of the objective lens aperture while observing the scanning electron microscope image.

請求項２の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、走査電子顕微鏡において対物レンズ絞りの位置調整を行うようにしたことを特徴としている。その結果、オペレータが走査電子顕微鏡像を観察しながら絞り位置の調整をする必要がなくなり、走査電子顕微鏡のオペレータの負担が軽くなる。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein the position of the objective lens aperture is adjusted in a scanning electron microscope. As a result, it is not necessary for the operator to adjust the aperture position while observing the scanning electron microscope image, and the burden on the operator of the scanning electron microscope is reduced.

請求項３の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、電子ビーム描画装置において対物レンズ絞りの位置調整を行うようにしたことを特徴としている。その結果、オペレータが走査電子顕微鏡像を観察しながら絞り位置の調整をする必要がなくなり、電子ビーム描画装置のオペレータの負担が軽くなる。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein the position of the objective lens aperture is adjusted in an electron beam drawing apparatus. As a result, it becomes unnecessary for the operator to adjust the aperture position while observing the scanning electron microscope image, and the burden on the operator of the electron beam drawing apparatus is reduced.

請求項４の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、目的物上に設けられた特定位置として、Ｘ方向とＹ方向の直交する端部を有したナイフエッジ位置を用い、それぞれのナイフエッジを横切って電子ビームを走査し、ナイフエッジ位置を求めるようにしたことを特徴としている。この結果、対物レンズ絞り位置の調整の自動化が可能となる。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus, wherein a knife edge position having ends orthogonal to the X direction and the Y direction is set as a specific position provided on a target. It is characterized in that an electron beam is scanned across each knife edge to determine the knife edge position. As a result, the adjustment of the objective lens aperture position can be automated.

請求項５の発明に基づく走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法は、目的物上に設けられた特定位置として、Ｘ方向とＸ方向に直交するＹ方向に伸びる帯状のマークの中心位置であり、それぞれの帯状マークを横切って電子ビームの走査を行い、走査に伴って得られた信号に基づいてそれぞれの帯状マークの中心位置を求めるようにしたことを特徴としている。この結果、対物レンズ絞りの位置の調整をマーク検出信号に基づいて自動的に行うことができる。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting a position of an objective lens diaphragm in a scanning electron beam apparatus, wherein the center of a band-shaped mark extending in the Y direction perpendicular to the X direction and the X direction is provided as a specific position provided on the object. This is characterized in that an electron beam is scanned across each band mark, and the center position of each band mark is obtained based on a signal obtained along with the scanning. As a result, the position of the objective lens aperture can be automatically adjusted based on the mark detection signal.

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。最初に本発明の原理について説明する。図１は、対物レンズ１と対物レンズ絞り２と、電子ビームのフォーカス状態の関係を示しており、上段のコンデンサレンズ（図示せず）によって集束された電子ビームＥＢは、対物レンズ絞り２の開口３を通過して対物レンズ１に入射し、対物レンズ１によって、通常試料が配置される位置に、試料に代えて配置されたナイフエッジ検出器４上にフォーカスされる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be described. FIG. 1 shows the relationship between the objective lens 1, the objective lens aperture 2, and the focus state of the electron beam. The electron beam EB focused by the upper condenser lens (not shown) is the aperture of the objective lens aperture 2. 3 enters the objective lens 1 and is focused on the knife edge detector 4 arranged in place of the sample at the position where the sample is usually arranged.

ナイフエッジ検出器４は、図２に示すようなナイフエッジ５と電子検出器として動作するファラデーカップ６とより成る。ナイフエッジ５は、図３の平面図に示すように、四角い開口（開口）７を有した金属製の板であり、開口７の端部は、高い精度で直線性が保たれており、Ｘ方向の端部ＸｔとＹ方向の端部Ｙｔとは正確に直角の関係とされている。なお、対物レンズ１の磁場内には、電子ビームの偏向器８が設けられている。   The knife edge detector 4 includes a knife edge 5 as shown in FIG. 2 and a Faraday cup 6 that operates as an electron detector. As shown in the plan view of FIG. 3, the knife edge 5 is a metal plate having a square opening (opening) 7, and the end portion of the opening 7 maintains linearity with high accuracy. The end portion Xt in the direction and the end portion Yt in the Y direction are exactly perpendicular to each other. An electron beam deflector 8 is provided in the magnetic field of the objective lens 1.

図１は、対物レンズ１の中心と、対物レンズ絞り２の開口３の中心とが一致しているケースであり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、対物レンズ１を制御してフォーカス状態を変化させても、検出器４のナイフエッジ５の表面上の電子ビームの中心位置は変化しない。すなわち、電子ビームの中心Ｃは常に光軸Ｏ上に位置する。なお、図１（ａ）は、電子ビームがアンダーフォーカスの状態、図１（ｂ）は、電子ビームがナイフエッジ検出器４のナイフエッジの表面にフォーカスされている状態、図１（ｃ）は、電子ビームがオーバーフォーカスの状態を示している。   FIG. 1 shows a case where the center of the objective lens 1 is coincident with the center of the opening 3 of the objective lens aperture 2, and as shown in FIGS. 1 (a), (b), and (c), the objective lens Even if the focus state is changed by controlling 1, the center position of the electron beam on the surface of the knife edge 5 of the detector 4 does not change. That is, the center C of the electron beam is always located on the optical axis O. 1A shows a state in which the electron beam is under-focused, FIG. 1B shows a state in which the electron beam is focused on the surface of the knife edge of the knife edge detector 4, and FIG. The electron beam shows an overfocus state.

図４は、対物レンズ１の中心と、対物レンズ絞り２の開口３の中心とがずれているケースであり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、対物レンズ１を制御してフォーカス状態を変化させると、検出器４のナイフエッジ５の表面上の電子ビームの中心Ｃの位置は、フォーカスの状態に応じて変化する。なお、図４（ａ）は、電子ビームがアンダーフォーカスの状態、図４（ｂ）は、電子ビームがナイフエッジ検出器４のナイフエッジの表面にフォーカスされている状態、図４（ｃ）は、電子ビームがオーバーフォーカスの状態を示している。   FIG. 4 shows a case where the center of the objective lens 1 and the center of the opening 3 of the objective lens aperture 2 are shifted. As shown in FIGS. 4 (a), (b), and (c), the objective lens 1 is shown. Is controlled to change the focus state, the position of the center C of the electron beam on the surface of the knife edge 5 of the detector 4 changes according to the focus state. 4A shows a state in which the electron beam is underfocus, FIG. 4B shows a state in which the electron beam is focused on the surface of the knife edge of the knife edge detector 4, and FIG. The electron beam shows an overfocus state.

この対物レンズ絞りの開口３の中心と対物レンズ１の中心とが一致していない場合、対物レンズ１を制御してフォーカス状態を変化させると、電子ビームの中心位置Ｃは、フォーカス状態の変化に対して光軸（対物レンズの中心位置）からずれていき、特定の方向に変化していく。図４の例では、電子ビームのフォーカス状態を、図４（ａ）のアンダーの状態から図４（ｃ）のオーバーの状態に変化させると、電子ビームの中心位置は、＋Ｘ方向に変化する。   When the center of the aperture 3 of the objective lens stop and the center of the objective lens 1 do not coincide with each other, when the focus state is changed by controlling the objective lens 1, the center position C of the electron beam changes to the focus state. On the other hand, it shifts from the optical axis (center position of the objective lens) and changes in a specific direction. In the example of FIG. 4, when the focus state of the electron beam is changed from the under state in FIG. 4A to the over state in FIG. 4C, the center position of the electron beam changes in the + X direction.

この場合に、ナイフエッジ法によって走査面内のナイフエッジ位置を測定すると、その位置は、フォーカス状態が異なると変化する。図４の例では、電子ビームのフォーカス状態を、図４（ａ）のアンダーの状態から図４（ｃ）のオーバーの状態に変化させると、走査面内のナイフエッジ位置は、電子ビームの中心位置Ｃの変化に対して逆方向の−Ｘ方向に変化することになる。したがって、この変化量がなくなるように対物レンズ絞りの位置を調整すると、対物レンズ絞りを対物レンズ中心に配置させることができる。   In this case, when the knife edge position in the scanning plane is measured by the knife edge method, the position changes depending on the focus state. In the example of FIG. 4, when the focus state of the electron beam is changed from the under state in FIG. 4 (a) to the over state in FIG. 4 (c), the knife edge position in the scanning plane is the center of the electron beam. It changes in the opposite -X direction with respect to the change in the position C. Therefore, if the position of the objective lens aperture is adjusted so that this amount of change is eliminated, the objective lens aperture can be arranged at the center of the objective lens.

したがって、本発明の一実施の形態では、対物レンズ１を制御してナイフエッジ検出器４上のフォーカス状態を変化させ、それぞれのフォーカス状態において、偏向器８を駆動し、例えば、ナイフエッジ５のＸ方向の端部Ｘｔを横切って電子ビームを走査する。この電子ビームの走査に伴って、最初はナイフエッジ５によって電子ビームは遮られ、ファラデーカップ６には電子ビームが検出されない。電子ビームが走査により移動し、ナイフエッジ５のＸ方向の端部Ｘｔ部に至ると、徐々に電子ビームが端部Ｘｔからはみ出し、ファラデーカップ６によって検出されるようになる。   Therefore, in one embodiment of the present invention, the objective lens 1 is controlled to change the focus state on the knife edge detector 4 and the deflector 8 is driven in each focus state. The electron beam is scanned across the end portion Xt in the X direction. As the electron beam is scanned, the electron beam is initially blocked by the knife edge 5, and no electron beam is detected by the Faraday cup 6. When the electron beam moves by scanning and reaches the end Xt of the knife edge 5 in the X direction, the electron beam gradually protrudes from the end Xt and is detected by the Faraday cup 6.

図５はファラデーカップ６によって検出された電子ビームの検出信号であり、信号曲線Ｓｕは電子ビームがアンダーフォーカスの状態の時に得られた信号であり、信号曲線Ｓｏは電子ビームがオーバーフォーカスの状態の時に得られた信号である。この２種の信号のずれΔは、対物レンズ絞り２の開口３の中心位置と対物レンズ１の中心との間のずれ量に比例するものであり、このずれ量Δが０になるように対物レンズ絞り２の位置を機械的に移動させれば、絞り２の開口３の中心と対物レンズ１の中心とを一致させることができる。   FIG. 5 shows a detection signal of the electron beam detected by the Faraday cup 6. A signal curve Su is a signal obtained when the electron beam is in an underfocus state, and a signal curve So indicates that the electron beam is in an overfocus state. It is a signal obtained from time to time. The deviation Δ between the two types of signals is proportional to the deviation amount between the center position of the aperture 3 of the objective lens aperture 2 and the center of the objective lens 1, and the objective is set so that the deviation amount Δ becomes zero. If the position of the lens aperture 2 is mechanically moved, the center of the aperture 3 of the aperture 2 and the center of the objective lens 1 can be matched.

図６は本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示しており、１１は内部が真空に排気された真空筐体である。真空筐体１１の上部には、電子銃１２が配置されており、この電子銃１２は電子銃制御部１３によってその加速電圧やビーム電流量の調整がなされる。電子銃１２の下部には、電子ビームのブランキング電極１４が位置されている。ブランキング電極１４は、ブランキング制御部１５によって製御され、後述する電子ビームの走査に同期して、電子ビームをブランキングする。   FIG. 6 shows an example of a scanning electron microscope according to the present invention. Reference numeral 11 denotes a vacuum housing whose inside is evacuated. An electron gun 12 is disposed on the vacuum housing 11, and the acceleration voltage and beam current amount of the electron gun 12 are adjusted by the electron gun control unit 13. An electron beam blanking electrode 14 is positioned below the electron gun 12. The blanking electrode 14 is manufactured by the blanking control unit 15 and blanks the electron beam in synchronization with scanning of the electron beam described later.

ブランキング電極１４の下部には、ズームレンズ（コンデンサレンズ）１６が設けられ、ズームレンズ１６により電子ビームは集束される。このズームレンズ１６は、最終段のレンズである対物レンズ１７と共に、電子光学系制御部１８によって制御され、電子ビームを細く集束する作用を有すると共に、ズームレンズ１６の下部に設けられた対物レンズ絞り１９によって、試料２０ｓに照射される電子ビームの電流量の制御を行う。この試料２０ｓは、対物レンズ１７の中心と対物レンズ絞り１９の開口の中心とを一致させる動作の場合には、試料２０ｓに代えて図２に示すような、ナイフエッジ５とファラデーカップ６より成るナイフエッジ検出器２０ｄが配置される。なお、試料２０ｓとナイフエッジ検出器２０ｄとは、試料ステージ２６上に配置されており、試料の上面とナイフエッジ検出器のナイフエッジの表面とは、ほぼ同一高さに調整されている。   A zoom lens (condenser lens) 16 is provided below the blanking electrode 14, and the electron beam is focused by the zoom lens 16. The zoom lens 16 is controlled by the electron optical system control unit 18 together with the objective lens 17 which is the last stage lens, and has an action of focusing the electron beam finely, and an objective lens stop provided at the lower part of the zoom lens 16. The current amount of the electron beam irradiated to the sample 20 s is controlled by 19. The sample 20s is composed of a knife edge 5 and a Faraday cup 6 as shown in FIG. 2 in place of the sample 20s when the center of the objective lens 17 and the center of the aperture of the objective lens stop 19 are matched. A knife edge detector 20d is arranged. Note that the sample 20s and the knife edge detector 20d are disposed on the sample stage 26, and the upper surface of the sample and the surface of the knife edge of the knife edge detector are adjusted to substantially the same height.

なお、対物レンズ絞り１９の電子ビームの光軸に垂直なＸＹ平面の位置は、絞り駆動部２１によって移動させられる。絞り駆動部２１は、例えば、Ｘ、Ｙ方向に絞り１９を移動させるためのモータが備えられており、モーターの回転により、絞りの位置を精密に移動させることができる。絞り駆動系２１は、対物レンズ絞り制御系２２によって制御される。   The position of the XY plane perpendicular to the optical axis of the electron beam of the objective lens aperture 19 is moved by the aperture drive unit 21. The diaphragm drive unit 21 is provided with a motor for moving the diaphragm 19 in the X and Y directions, for example, and the position of the diaphragm can be moved precisely by the rotation of the motor. The aperture drive system 21 is controlled by an objective lens aperture control system 22.

対物レンズ１７の近傍には２段の静電型偏向器２３が設けられているが、偏向器２３に印加される偏向電圧は、ビーム走査制御系２４によって制御される。ナイフエッジ検出器２０からの検出信号は、信号検出系２５に供給される。ナイフエッジ検出器２０ｄ（試料２０ｓ）は、Ｘ、Ｙ移動ステージ２６上に載せられ、電子光学系の位置合わせを行う際にはナイフエッジ検出器２０ｄが光軸下に移動させられ、試料の走査像を観察する際には、試料２０ｓが光軸下に移動させられる。この移動ステージ２６は、移動ステージ制御系２７によってその移動が制御される。   A two-stage electrostatic deflector 23 is provided in the vicinity of the objective lens 17, and the deflection voltage applied to the deflector 23 is controlled by the beam scanning control system 24. A detection signal from the knife edge detector 20 is supplied to the signal detection system 25. The knife edge detector 20d (sample 20s) is placed on the X and Y moving stage 26, and when performing alignment of the electron optical system, the knife edge detector 20d is moved below the optical axis to scan the sample. When observing an image, the sample 20s is moved below the optical axis. The movement of the moving stage 26 is controlled by a moving stage control system 27.

上記した電子銃制御系１３，ビームブランキング制御系１５，電子光学制御系１８、対物レンズ絞り制御系２２，ビーム走査制御系２４，信号検出系２５，移動ステージ制御系２７は、制御ＣＰＵ２８によってコントロールされる。このような構成の動作を次に説明する。   The electron gun control system 13, beam blanking control system 15, electron optical control system 18, objective lens aperture control system 22, beam scanning control system 24, signal detection system 25, and moving stage control system 27 are controlled by a control CPU 28. Is done. The operation of such a configuration will be described next.

図６の走査電子顕微鏡における通常の走査像の観察時には、筐体１１内部は真空に排気され、制御ＣＰＵ２８は移動ステージ制御系２７を制御し、試料ステージ２６上に配置された試料部分２０ｓを電子ビームの光軸上に配置されるようにステージを移動させる。試料ステージ２６上には試料２０ｓが配置されると、電子銃１２から発生し加速された電子ビームは、ズームレンズ１６，対物レンズ１７によって試料２０ｓ上に細く集束される。更に電子ビームは偏向器２３への走査電圧の供給により偏向され、試料２０ｓの所望領域が細く絞られた電子ビームによって２次元的に走査されることになる。   At the time of observing a normal scanning image in the scanning electron microscope of FIG. 6, the inside of the housing 11 is evacuated, and the control CPU 28 controls the moving stage control system 27 so that the sample portion 20 s arranged on the sample stage 26 is electronic. The stage is moved so as to be arranged on the optical axis of the beam. When the sample 20 s is disposed on the sample stage 26, the accelerated electron beam generated from the electron gun 12 is finely focused on the sample 20 s by the zoom lens 16 and the objective lens 17. Further, the electron beam is deflected by supplying a scanning voltage to the deflector 23, and the desired region of the sample 20s is scanned two-dimensionally by the narrowed electron beam.

なお、この際、走査制御系からの走査信号に同期して、ビームブランキング制御系１５が制御され、例えば、電子ビームの２次元走査における帰線期間、ビームの試料への照射を停止するようにブランキング電極１４にブランキング電圧を印加する。試料２０ｓへの電子ビームの照射によって、試料から発生した、例えば２次電子は、図示していない２次電子検出器によって検出される。検出された２次電子信号は、図示していないディスプレイに供給される。このディスプレイには、走査制御系２４からの走査信号が同期信号として供給されることから、ディスプレイ上には、試料２０ｓの走査２次電子像が表示されることになる。次に対物レンズ１７の中心と対物レンズ絞り１９の開口の中心とを一致させる動作について説明する。   At this time, the beam blanking control system 15 is controlled in synchronization with the scanning signal from the scanning control system, and, for example, the irradiation of the beam to the sample is stopped during the blanking period in the two-dimensional scanning of the electron beam. A blanking voltage is applied to the blanking electrode 14. For example, secondary electrons generated from the sample by irradiation of the sample 20s with the electron beam are detected by a secondary electron detector (not shown). The detected secondary electron signal is supplied to a display (not shown). Since this display is supplied with a scanning signal from the scanning control system 24 as a synchronizing signal, a scanning secondary electron image of the sample 20s is displayed on the display. Next, an operation for making the center of the objective lens 17 coincide with the center of the aperture of the objective lens aperture 19 will be described.

まず、対物レンズ絞りと対物レンズとの位置合わせの動作を実行する前に、制御ＣＰＵ２８に必要なパラメータの入力を行う。入力パラメータとしては、電子ビームのフォーカスの変更幅、ナイフエッジ位置許容値などが含まれる。このフォーカス変更幅とは、フォーカスをアンダー、オーバーフォーカス状態にするときの対物レンズ１７に流す電流の±の変化量を設定するものであり、ナイフエッジ位置許容値は、自動センタリング調整時の収束条件である。これらの入力パラメータは、あらかじめ経験的に決定した値を設定する。   First, necessary parameters are input to the control CPU 28 before performing the operation of aligning the objective lens aperture and the objective lens. The input parameters include an electron beam focus change width, a knife edge position allowable value, and the like. The focus change width is for setting a ± amount of change in the current passed through the objective lens 17 when the focus is set to under or over focus, and the knife edge position allowable value is a convergence condition during automatic centering adjustment. It is. These input parameters are set to empirically determined values in advance.

このパラメータの入力が終了後、最初に、制御ＣＰＵ２８からの指令により、移動ステージ制御系がコントロールされ、移動ステージが移動されて、ステージ２６上の電子ビーム光軸上には、試料２０ｓに代えてナイフエッジ検出器２０ｄが配置される。次に、対物レンズ絞り制御系２２がコントロールされ、絞り駆動部２１により絞り１９を移動させ、対物レンズ絞り１９を対物レンズ１７の中心付近に配置しておく。このような状態で、電子光学制御系１８はコントロールされ、電子ビームが検出器２０ｄのナイフエッジ部表面上付近にアンダーフォーカスされるように、ズームレンズ１６と対物レンズ１７は制御される。   After the input of this parameter is finished, first, the moving stage control system is controlled by the command from the control CPU 28, the moving stage is moved, and the electron beam optical axis on the stage 26 is replaced with the sample 20s. A knife edge detector 20d is arranged. Next, the objective lens aperture control system 22 is controlled, the aperture drive unit 21 moves the aperture 19, and the objective lens aperture 19 is arranged near the center of the objective lens 17. In such a state, the electron optical control system 18 is controlled, and the zoom lens 16 and the objective lens 17 are controlled so that the electron beam is under-focused near the surface of the knife edge portion of the detector 20d.

上記した状態で、ビーム走査制御系２４をコントロールし、偏向器２３によって電子ビームをナイフエッジ検出器（ナイフエッジ法測定器）２０ｄ上で走査する。このナイフエッジ１９の表面上をＸ方向に走査することによって、ナイフエッジ検出器２０ｄから電流検出信号が得られ、この電流検出信号は、信号検出系２５を介して制御ＣＰＵ２８に供給される。この電流検出信号をプロットすると、図５に示す信号が得られる。図５の検出信号のグラフの横軸は電子ビームの走査位置であり、縦軸は検出信号強度を示している。   In the state described above, the beam scanning control system 24 is controlled, and the deflector 23 scans the electron beam on the knife edge detector (knife edge method measuring instrument) 20d. By scanning the surface of the knife edge 19 in the X direction, a current detection signal is obtained from the knife edge detector 20d, and this current detection signal is supplied to the control CPU 28 via the signal detection system 25. When this current detection signal is plotted, the signal shown in FIG. 5 is obtained. The horizontal axis of the detection signal graph in FIG. 5 represents the scanning position of the electron beam, and the vertical axis represents the detection signal intensity.

この図から明らかなように、走査の初期段階では、電子ビーム全部がナイフエッジを構成する金属板部分によって遮蔽され、電子ビームは検出されない。電子ビームの走査により電子ビームの照射位置が移動して、ナイフエッジ部分に到達すると、徐々に電子ビームはナイフエッジの開口を通過して、ナイフエッジ下部に設けられたファラデーカップによって検出される。電子ビームが更に移動され、電子ビームの全てがナイフエッジの金属板によって遮蔽されず、ファラデーカップに入射して検出される。   As is clear from this figure, in the initial stage of scanning, the entire electron beam is shielded by the metal plate portion constituting the knife edge, and the electron beam is not detected. When the irradiation position of the electron beam is moved by the scanning of the electron beam and reaches the knife edge portion, the electron beam gradually passes through the opening of the knife edge and is detected by a Faraday cup provided under the knife edge. The electron beam is further moved so that all of the electron beam is not shielded by the knife-edge metal plate but is incident on the Faraday cup and detected.

この関係は、次の誤差関数として表すことができる。
ｆ（ｘ）＝ａ０・ｅｒｆ｛（ｘ−ａ１）／ａ２）＋ａ３
ここでｅｒｆは誤差関数を表す。上式において、ａ１が電子ビームの中心位置を表し、この位置をナイフエッジ位置とする。すなわち、ナイフエッジ位置Ｘｕ、Ｙｕの測定は、制御ＣＰＵ２８に取り込んだデータを数値解析（データを上式でフィッティングする）し、上式のａ１を求めるものである。この際、データを１階、２階、・・・微分として数値計算を行い、フィッティングを行っても良い。このような測定をＸ、Ｙ方向に対してそれぞれ行い、ナイフエッジ位置Ｘｕ、Ｙｕをそれぞれ決定する。なお、Ｘ、Ｙ方向の測定順序は逆にしても良い。 This relationship can be expressed as the following error function:
f (x) = a0 · erf {(x−a1) / a2) + a3
Here, erf represents an error function. In the above formula, a1 represents the center position of the electron beam, and this position is defined as the knife edge position. In other words, the knife edge positions Xu and Yu are measured by numerically analyzing the data fetched into the control CPU 28 (fitting the data with the above equation) to obtain a1 in the above equation. At this time, the numerical calculation may be performed by using the data as the first floor, the second floor,. Such measurement is performed in the X and Y directions, respectively, and the knife edge positions Xu and Yu are determined. Note that the measurement order in the X and Y directions may be reversed.

アンダーフォーカス状態でのナイフエッジ位置の測定後、制御ＣＰＵ２８から電子光学制御系１８がコントロールされ、対物レンズ１７に流す電流を入力パラメータのフォーカス変更幅にしたがって変更し、電子ビームのフォーカスをオーバーフォーカスの状態とする。そして、前記アンダーフォーカスの状態で測定したと同様の方法でオーバーフォーカスの状態におけるナイフエッジ位置Ｘo、Ｙoを測定する。なお、アンダーフォーカス状態とオーバーフォーカス状態のナイフエッジ位置の測定順序は逆にしても良い。   After measuring the knife edge position in the underfocus state, the control CPU 28 controls the electro-optic control system 18 to change the current passed through the objective lens 17 in accordance with the focus change width of the input parameter, thereby changing the focus of the electron beam. State. Then, the knife edge positions Xo and Yo in the overfocus state are measured by the same method as that measured in the underfocus state. Note that the measurement order of the knife edge position in the underfocus state and the overfocus state may be reversed.

アンダーフォーカス状態とオーバーフォーカス状態のナイフエッジ位置の測定後、Ｘ、Ｙそれぞれの方向でアンダーフォーカス状態とオーバーフォーカス状態のナイフエッジ位置の差ΔＸ、ΔＹが算出される。   After measuring the knife edge position in the underfocus state and the overfocus state, the difference ΔX, ΔY between the knife edge position in the underfocus state and the overfocus state is calculated in the X and Y directions.

ΔＸ＝Ｘｕ−Ｘｏ
ΔＹ＝Ｙｕ−Ｙｏ
この差は、対物レンズ１７の中心に対して、対物レンズ絞り１９の位置がずれていることによって生じることは前に述べた。図１を参照して説明したとおり、対物レンズ絞り１９が対物レンズ１７の中心に配置されているとき、対物レンズを制御してフォーカス状態を変化させても、電子ビームの中心位置は変化しない。したがって、この場合にナイフエッジ法によって走査面内のナイフエッジ位置を測定しても、その位置はフォーカス状態が異なっても変化せず、一定である。 ΔX = Xu−Xo
ΔY = Yu-Yo
As described above, this difference is caused by the shift of the position of the objective lens diaphragm 19 with respect to the center of the objective lens 17. As described with reference to FIG. 1, when the objective lens stop 19 is arranged at the center of the objective lens 17, the center position of the electron beam does not change even if the focus state is changed by controlling the objective lens. Therefore, in this case, even if the knife edge position in the scanning plane is measured by the knife edge method, the position does not change even if the focus state is different and is constant.

しかしながら、図４に示すように、対物レンズ絞りが対物レンズの中心に配置されていない場合には、対物レンズを制御してフォーカス状態を変化させると、電子ビームの中心位置は、フォーカス状態の変化に対応して特定の方向に移動していく。図４の場合では、アンダーからオーバーへフォーカス状態が変化すると、電子ビームの中心位置は、＋Ｘ方向に変化している。   However, as shown in FIG. 4, when the objective lens stop is not arranged at the center of the objective lens, if the focus state is changed by controlling the objective lens, the center position of the electron beam changes in the focus state. It moves in a specific direction corresponding to. In the case of FIG. 4, when the focus state changes from under to over, the center position of the electron beam changes in the + X direction.

この場合に、ナイフエッジ法によって走査面内のナイフエッジ位置を測定すると、その位置は、フォーカス状態が異なると変化する。図４のケースでは、アンダーからオーバーへフォーカスが変化すると、走査面内のナイフエッジ位置は、電子ビームの中心位置とは逆方向の−Ｘ方向に変化する。したがって、アンダーとオーバーフォーカス時のナイフエッジ位置に変化が生じる。   In this case, when the knife edge position in the scanning plane is measured by the knife edge method, the position changes depending on the focus state. In the case of FIG. 4, when the focus changes from under to over, the knife edge position in the scanning plane changes in the −X direction opposite to the center position of the electron beam. Therefore, a change occurs in the knife edge position during under and over focus.

制御ＣＰＵ２８は、ΔＸ、ΔＹの算出後、ΔＸ、ΔＹの絶対値│ΔＸ│、│ΔＹ│を入力パラメータによって設定したナイフエッジ位置許容値と比較し、共にナイフエッジ位置許容値以内であれば、調整を終了する。このとき、│ΔＸ│、│ΔＹ│のどちらか一方でもナイフエッジ位置許容値以上であれば、制御ＣＰＵ２８から対物レンズ絞り制御系２２をコントロールし、対物レンズ絞り駆動部２１を駆動して、対物レンズ絞り１９の位置を調整する。   After calculating ΔX and ΔY, the control CPU 28 compares the absolute values | ΔX | and | ΔY | of ΔX and ΔY with the knife edge position allowable value set by the input parameter, and if both are within the knife edge position allowable value, Finish the adjustment. At this time, if either one of | ΔX | and | ΔY | is equal to or greater than the knife edge position allowable value, the objective lens aperture control system 22 is controlled from the control CPU 28, and the objective lens aperture drive unit 21 is driven. The position of the lens diaphragm 19 is adjusted.

上記したように、│ΔＸ│、│ΔＹ│のどちらか一方でもナイフエッジ位置許容値以上であれば、制御ＣＰＵ２８から対物レンズ絞り制御系２２をコントロールし、対物レンズ絞り駆動部２１を駆動して、対物レンズ絞り１９の位置を調整するが、この調整時の対物レンズ絞り１９の移動方向と移動量は、ΔＸ、ΔＹから経験的に決定する。例えば、それらが線形関係にしたがうとすると、対物レンズ絞りの移動量Ｌ１，Ｌ２は、次の関係式によって決定される。なお、移動量Ｌ１，Ｌ２の方向は直交する。   As described above, if either one of | ΔX | and | ΔY | is equal to or larger than the knife edge position allowable value, the control CPU 28 controls the objective lens aperture control system 22 to drive the objective lens aperture drive unit 21. The position of the objective lens diaphragm 19 is adjusted. The moving direction and the moving amount of the objective lens diaphragm 19 at the time of this adjustment are determined empirically from ΔX and ΔY. For example, if they follow a linear relationship, the movement amounts L1 and L2 of the objective lens aperture are determined by the following relational expression. The directions of the movement amounts L1 and L2 are orthogonal.

Ｌ１＝ａΔＸ＋ｂΔＹ
Ｌ２＝ｃΔＸ、ｄΔＹ
対物レンズ絞りの調整後、再びアンダーとオーバーフォーカス状態のナイフエッジ位置を測定し、ΔＸ、ΔＹの絶対値│ΔＸ│、│ΔＹ│を、設定したナイフエッジ位置許容値と比較する。ΔＸ、ΔＹの絶対値│ΔＸ│、│ΔＹ│が設定したナイフエッジ位置許容値以内に収まるまで、調整を繰り返すことによって、対物レンズ絞りを対物レンズ中心に自動的に配置することが可能となる。
この検出信号の変曲点の中間位置Ｃがナイフエッジ位置である。このナイフエッジ位置Ｃは、相対的には電子ビームのビーム中心位置と等しい。その後、電子光学系制御系１４をコントロールして、対物レンズ１７により電子ビームのフォーカス状態をナイフエッジ検出器２０ｄの表面上でアンダーフォーカスおよびオーバーフォーカスの状態とする。このアンダーフォーカスの状態とオーバーフォーカスの状態とのそれぞれの状態で、ビーム走査制御系２４をコントロールし、偏向器２３によって電子ビームをナイフエッジ検出器（ナイフエッジ法測定器）２０ｄ上でＸ方向に走査する。 L1 = aΔX + bΔY
L2 = cΔX, dΔY
After adjusting the objective lens aperture, the knife edge positions in the under and overfocus states are measured again, and the absolute values | ΔX | and | ΔY | of ΔX and ΔY are compared with the set knife edge position allowable values. By repeating the adjustment until the absolute values | ΔX | and | ΔY | of ΔX and ΔY fall within the set knife edge position tolerance, it becomes possible to automatically position the objective lens stop at the center of the objective lens. .
The intermediate position C of the inflection point of this detection signal is the knife edge position. The knife edge position C is relatively equal to the beam center position of the electron beam. Thereafter, the electron optical system control system 14 is controlled, and the focus state of the electron beam is changed to the under focus and over focus states on the surface of the knife edge detector 20d by the objective lens 17. The beam scanning control system 24 is controlled in each of the underfocus state and the overfocus state, and the electron beam is directed in the X direction on the knife edge detector (knife edge method measuring instrument) 20d by the deflector 23. Scan.

この２つの状態で電子ビームをナイフエッジ部を横切って走査し、アンダーフォーカスの状態とオーバーフォーカスの状態とのそれぞれの状態におけるナイフエッジ位置を測定する。この場合、ファラデーカップからの電流検出信号は信号検出系２５を介して制御ＣＰＵ２８に供給されるが、信号検出系２５は、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換器等で構成されている。   In these two states, the electron beam is scanned across the knife edge portion, and the knife edge position in each of the underfocus state and the overfocus state is measured. In this case, the current detection signal from the Faraday cup is supplied to the control CPU 28 via the signal detection system 25, and the signal detection system 25 is configured by a preamplifier, an A / D converter, and the like.

図５のグラフにおけるファラデーカップにより検出された信号強度の曲線の内、曲線Ｓｕは、電子ビームがアンダーフォーカスの状態で得られた検出信号、曲線Ｓｏは、電子ビームがオーバーフォーカスの状態で得られた信号である。制御ＣＰＵ２８は、２種の曲線が重なり合うように、対物レンズ絞り制御系２２をコントロールし、絞り駆動部２１によって対物レンズ絞り１９の位置を移動させる。この絞りの位置を移動させる際、ナイフエッジを横切っての電子ビームの走査をフォーカスの状態を変えながら行い、２種の曲線から求められるナイフエッジの位置が一致する方向に、対物レンズ絞り１９の位置を自動的に移動させる。このような走査を行うことにより、電子ビームのフォーカス状態が変化しても、常にナイフエッジの位置は同じ位置として検出される。このようにして対物レンズ絞り１９の位置を調整することにより、対物レンズ絞り１９の中心と、対物レンズの中心とは位置合わせされることになる。   Among the signal intensity curves detected by the Faraday cup in the graph of FIG. 5, the curve Su is a detection signal obtained when the electron beam is under focus, and the curve So is obtained when the electron beam is over focus. Signal. The control CPU 28 controls the objective lens aperture control system 22 so that the two types of curves overlap, and the aperture drive unit 21 moves the position of the objective lens aperture 19. When moving the position of the diaphragm, scanning of the electron beam across the knife edge is performed while changing the focus state, and the objective lens diaphragm 19 is moved in a direction in which the positions of the knife edges determined from the two types of curves coincide. Move position automatically. By performing such scanning, the position of the knife edge is always detected as the same position even if the focus state of the electron beam changes. By adjusting the position of the objective lens aperture 19 in this way, the center of the objective lens aperture 19 and the center of the objective lens are aligned.

なお、上記した実施の形態では、電子ビームのフォーカスをアンダー、オーバーの２種類に変化させ、得られる２種の曲線に基づくナイフエッジの位置を一致させるようにしたが、電子ビームのフォーカス状態は、アンダーとオーバーの２種類の組み合わせに限定されない。例えば、アンダーとオーバーに加えて、ジャストフォーカスの際のナイフエッジ位置の検出信号も用いて３種類の曲線に基づき、ナイフエッジの位置を一致させるようにしても良い。更には、アンダーとジャストフォーカス、あるいは、ジャストとオーバーフォーカスの組み合わせでも良い。   In the above-described embodiment, the focus of the electron beam is changed to two types of under and over, and the position of the knife edge based on the two types of curves obtained is matched, but the focus state of the electron beam is It is not limited to two types of combinations of under and over. For example, in addition to under and over, a knife edge position detection signal at the time of just focus may be used to match the positions of the knife edges based on three types of curves. Further, a combination of under and just focus, or just and over focus may be used.

また、上記した位置合わせは、Ｘ方向の対物レンズ絞りの開口中心と対物レンズの中心との位置合わせを行ったが、Ｘ方向の対物レンズ絞り１９の位置合わせを行った後、同様な方法でＹ方向の位置合わせを行うことになる。すなわち、Ｘ、Ｙの両方向の位置合わせを行うことにより、対物レンズ絞り１９の開口中心と、対物レンズ１７の中心とを一致させることができる。   The above-described alignment is performed by aligning the center of the objective lens aperture in the X direction and the center of the objective lens. After the alignment of the objective lens aperture 19 in the X direction, the same method is used. Positioning in the Y direction is performed. That is, by performing alignment in both the X and Y directions, the center of the aperture of the objective lens diaphragm 19 and the center of the objective lens 17 can be matched.

図７は本発明の他の実施の形態を示しており、図６の実施の形態で説明した走査電子顕微鏡と同一ないしは類似の構成要素には同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。図７の実施の形態と図６に示した実施の形態との相違点は、ナイフエッジ検出器に代え、図７では、試料３０の表面に図８に示すクロスマークＭを設けたことである。すなわち、電子ビームのフォーカスの状態を変化させ、それぞれのフォーカス状態でクロスマークＭを走査している。   FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. The same or similar components as those in the scanning electron microscope described in the embodiment of FIG. . The difference between the embodiment of FIG. 7 and the embodiment shown in FIG. 6 is that a cross mark M shown in FIG. 8 is provided on the surface of the sample 30 in FIG. 7 instead of the knife edge detector. . That is, the focus state of the electron beam is changed, and the cross mark M is scanned in each focus state.

クロスマークＭは、図８に示すように、シリコン（Ｓｉ）基盤３１の表面に金（Ａｕ）などの金属をクロス状に蒸着したパターンである。この場合、位置の測定は、ナイフエッジ位置に代わって、クロスマークＭの中心位置とする。このクロスマークＭの中心位置の測定の一例を次に説明する。まず、制御ＣＰＵ２８からビーム走査制御系２４をコントロールし、偏向器２３に走査電圧信号を印加して、Ｘ方向の走査を行う。この電子ビームの走査に伴い、クロスマーク領域から反射電子が発生し、この反射電子は検出器３１によって検出される。この反射電子の発生量は、試料表面の物質に応じて相違する。   As shown in FIG. 8, the cross mark M is a pattern in which a metal such as gold (Au) is vapor-deposited on the surface of the silicon (Si) substrate 31 in a cross shape. In this case, the position is measured at the center position of the cross mark M instead of the knife edge position. An example of the measurement of the center position of the cross mark M will be described next. First, the control CPU 28 controls the beam scanning control system 24, applies a scanning voltage signal to the deflector 23, and performs scanning in the X direction. As the electron beam scans, reflected electrons are generated from the cross mark region, and the reflected electrons are detected by the detector 31. The amount of reflected electrons generated varies depending on the material on the sample surface.

検出器３１からの電流検出信号は信号検出系２５を介して制御ＣＰＵ２８に供給されるが、信号検出系２５は、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換器等で構成されている。このとき、走査座標に対して反射電子検出器３１からの電流をプロットすると、図９の信号が得られる。制御ＣＰＵ２８は、このデータに対して数値計算を行い、クロスマークＭの中心位置Ｘ、Ｙを算出する。   The current detection signal from the detector 31 is supplied to the control CPU 28 via the signal detection system 25. The signal detection system 25 is configured by a preamplifier, an A / D converter, and the like. At this time, when the current from the backscattered electron detector 31 is plotted against the scanning coordinates, the signal of FIG. 9 is obtained. The control CPU 28 performs numerical calculation on this data to calculate the center positions X and Y of the cross mark M.

Ｘ方向の中心位置を求める場合、数値計算は、最初に図９のデータを走査座標に対して微分して図１０に示す微分信号ｇ（ｘ）を得る。クロスマークＭの中心位置Ｘは、この微分信号ｇ（ｘ）に基づいた次式に示す自己相関関数Ｇ（ｘ）を用いて計算する。   When obtaining the center position in the X direction, the numerical calculation first differentiates the data of FIG. 9 with respect to the scanning coordinates to obtain a differential signal g (x) shown in FIG. The center position X of the cross mark M is calculated using an autocorrelation function G (x) shown in the following equation based on the differential signal g (x).

Figure 2005276639
Figure 2005276639

上式でτは図１０に示した微分値ｇ（ｘ）の±ピーク間距離である。このときの自己相関関数Ｇ（Ｘ）の−ピークの位置（図１１を参照）をクロスマークの中心位置Ｘする。このようにして、Ｘ方向のクロスマークの中心位置を求めたら、同様な手法により、クロスマークのＹ方向の中心位置を求める。このようなクロスマークの中心位置の測定を電子ビームのフォーカス状態を変化させて行い、異なったフォーカス状態でも電子ビームの走査によって検出したクロスマークの位置が常に一致するように、対物レンズ絞り１９の位置の調整を自動的に行う。   In the above equation, τ is the ± peak distance of the differential value g (x) shown in FIG. The position of the -peak of the autocorrelation function G (X) at this time (see FIG. 11) is set as the center position X of the cross mark. When the center position of the cross mark in the X direction is obtained in this way, the center position of the cross mark in the Y direction is obtained by the same method. The center position of the cross-mark is measured by changing the focus state of the electron beam, and the position of the cross-mark detected by scanning the electron beam is always matched even in different focus states. Adjust the position automatically.

以上本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、走査電子顕微鏡を例に説明したが、電子ビーム描画装置に本発明を適用しても良い。検出する試料位置としてクロスマークを用いたが、Ｌ字状のマークであっても良い。また、マーク部分からの反射電子を検出したが、２次電子を検出しても良い。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, although a scanning electron microscope has been described as an example, the present invention may be applied to an electron beam drawing apparatus. Although a cross mark is used as a sample position to be detected, an L-shaped mark may be used. Further, although reflected electrons from the mark portion are detected, secondary electrons may be detected.

本発明は、半導体デバイスの製造やステッパー用マスクを作成する半導体製造分野に利用される。   The present invention is used in the field of semiconductor manufacturing for manufacturing semiconductor devices and creating stepper masks.

電子ビームのフォーカスの相違による電子ビームの中心位置と光軸との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the center position of an electron beam by the difference in focus of an electron beam, and an optical axis. ナイフエッジ検出器を示す図である。It is a figure which shows a knife edge detector. ナイフエッジの平面図を示す図である。It is a figure which shows the top view of a knife edge. 電子ビームのフォーカスの相違による電子ビームの中心位置と光軸との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the center position of an electron beam by the difference in focus of an electron beam, and an optical axis. ナイフエッジ検出器で検出された信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform detected with the knife edge detector. 本発明に基づく方法を実施するための電子ビーム装置を示す図である。1 shows an electron beam device for carrying out the method according to the invention. 本発明に基づく方法を実施するための電子ビーム装置を示す図である。1 shows an electron beam device for carrying out the method according to the invention. クロスマークを示す図である。It is a figure which shows a cross mark. マーク検出信号を示す図である。It is a figure which shows a mark detection signal. 微分波形を示す図である。It is a figure which shows a differential waveform. 自己相関関数波形を示す図である。It is a figure which shows an autocorrelation function waveform.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 真空筐体
１２ 電子銃
１３ 電子銃制御系
１４ ブランキング電極
１５ ブランキング制御系
１６ ズームレンズ
１７ 対物レンズ
１８ 電子光学系制御系
１９ 対物レンズ絞り
２０ 試料（ナイフエッジ検出器）
２１ 対物レンズ絞り駆動部
２２ 対物レンズ絞り駆動制御系
２３ 偏向器
２４ ビーム偏向制御系
２５ 信号検出系
２６ 移動ステージ
２７ ステージ制御系
２８ 制御ＣＰＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vacuum housing 12 Electron gun 13 Electron gun control system 14 Blanking electrode 15 Blanking control system 16 Zoom lens 17 Objective lens 18 Electro-optic system control system 19 Objective lens aperture 20 Sample (knife edge detector)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Objective lens aperture drive part 22 Objective lens aperture drive control system 23 Deflector 24 Beam deflection control system 25 Signal detection system 26 Moving stage 27 Stage control system 28 Control CPU

Claims (5)

電子ビームを対物レンズによって目的物上に集束すると共に、複数の大きさの異なった開口を有した対物レンズ絞りを設け、対物レンズ絞りの複数の開口を選択して用いるようにし、電子ビームの目的物上の照射位置を電子ビームを偏向することによって移動させるようにした走査型電子ビーム装置において、対物レンズによる電子ビームのフォーカスの状態を複数の段階に切り換え、それぞれのフォーカスの状態において、目的物上に設けられた特定位置を測定し、それぞれのフォーカスの状態において、測定した特定位置が一致するように、対物レンズ絞りの位置を調整するようにした走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法。   The electron beam is focused on the object by the objective lens, and an objective lens aperture having a plurality of different sizes of apertures is provided, and a plurality of apertures of the objective lens aperture are selected and used. In a scanning electron beam apparatus that moves the irradiation position on the object by deflecting the electron beam, the focus state of the electron beam by the objective lens is switched to a plurality of stages. The position of the objective lens stop in the scanning electron beam apparatus in which the specific position provided above is measured, and the position of the objective lens stop is adjusted so that the measured specific position matches in each focus state Adjustment method. 走査型電子ビーム装置は走査電子顕微鏡である請求項１記載の走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法。   2. The method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus according to claim 1, wherein the scanning electron beam apparatus is a scanning electron microscope. 走査型電子ビーム装置は電子ビーム描画装置である請求項１記載の走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法。   2. The method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus according to claim 1, wherein the scanning electron beam apparatus is an electron beam drawing apparatus. 目的物上に設けられた特定位置は、Ｘ方向とＹ方向の直交する端部を有したナイフエッジ位置であり、それぞれのナイフエッジを横切って電子ビームを走査し、ナイフエッジ位置を求めるようにした請求項１〜３記載の走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法。   The specific position provided on the object is a knife edge position having ends orthogonal to the X direction and the Y direction, and the electron beam is scanned across each knife edge so as to obtain the knife edge position. A method for adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus according to claim 1. 目的物上に設けられた特定位置は、Ｘ方向とＸ方向に直交するＹ方向に伸びる帯状のマークの中心位置であり、それぞれの帯状マークを横切って電子ビームの走査を行い、走査に伴って得られた信号に基づいてそれぞれの帯状マークの中心位置を求めるようにした請求項１〜３記載の走査型電子ビーム装置における対物レンズ絞りの位置調整方法。   The specific position provided on the object is the center position of the band-shaped mark extending in the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction, and the electron beam is scanned across each band mark. 4. A method of adjusting the position of an objective lens aperture in a scanning electron beam apparatus according to claim 1, wherein the center position of each band mark is obtained based on the obtained signal.
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