JP4163393B2 - Focus adjustment method in particle beam apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒子線装置におけるフォーカス調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粒子線装置、とりわけ荷電粒子線を試料面上で走査して試料から発生するＸ線や２次的な電子などの２次線を検出し、試料表面形状の観察、組成分析、状態分析などを行う、走査型透過電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、電子プローブマイクロアナライザ、オージェ電子分光装置、イオンマイクロプローブなどの粒子線装置においては、試料表面の上下位置に対応して粒子線を集束するレンズ系の焦点距離を調整し、粒子線が試料面上で最小になるようにして微小域の観察や分析を行っている。
【０００３】
ところで、与えられた条件下で試料面における荷電粒子線（粒子プローブ）を最小にするなど、プローブのフォーカス状態を変化させる場合には、荷電粒子線を試料面上で走査して得られる走査像を観察したり、得られる走査像信号を自動処理したりして、電子やイオンなどの粒子線を収束するレンズ又は補助レンズの焦点距離を、手動又は自動的に変えることにより、調整操作が実施されている。
【０００４】
従来の粒子線装置においては、フォーカス状態を変化させる場合、観察倍率が低い場合には１回の調整操作におけるフォーカスの調整量が大きくなるように、すなわちレンズの焦点距離の変化が大きくなるように、また観察倍率が高い場合には１回の調整操作でフォーカス調整量が小さくなるように、(1) 観察倍率に応じて、フォーカス調整量に粗調や微調の専用つまみなどを設け、それらを使い分けたり、粗調や微調機構を切り換えて使用する手法、あるいは、(2) 観察倍率と連動して、自動的に１回の調整操作におけるフォーカス調整量を変化させる手法が用いられている。
【０００５】
これらの手法は、自動的に焦点を合わせる機能を有する場合でも、１回あたりのフォーカス調整量を最適に保つために有用である。なお、前記(2) の手法を自動焦点合わせ機能を備えた粒子線装置に適用した先行技術は、特願平１１−１４４３２１号において提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記(1) の手法により、１回の調整操作に対するフォーカス調整量の異なるつまみ等を配置する場合には、操作つまみの数が増え、画像を観察しているときには、どのつまみがどのフォーカス調整量に対応しているかなどを確認する必要があり、操作が煩雑になるという問題点がある。また、フォーカスつまみは一つであるが、一回のフォーカス調整操作に対するフォーカス調整量をボタンスイッチや操作継続時間などの自動認識等で切り換える場合にも、切り換えの回数は通常は２段階から多くても数段階が限度であるため、フォーカス調整の操作量を最小にすることは不可能である。
【０００７】
一方、(2) の手法を用いた場合には、１回の調整操作に対するフォーカス調整量が同じでも、加速電圧やプローブ電流の違いにより最小プローブ径が異なるため、観察倍率が比較的高い状態で、最小プローブ径が大きいような状態の場合には、フォーカス調整操作が多い割にはフォーカスの変化が少なく観察される。すなわち、プローブ径が細い場合には、僅かなフォーカス調整量でも認識できたフォーカスの変化が、プローブ径が大きくなるとフォーカスの変化は認識できなくなり、合焦位置を確認しにくいという問題があった。
【０００８】
本発明は、従来の粒子線位置のフォーカス調整方法における上記問題点を解消するためになされたもので、最小の操作量で最適なフォーカス状態が容易に得られるようにした粒子線位置におけるフォーカス調整方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、細く絞った電子やイオンの粒子線を試料に照射して試料から発生する２次線を検出する粒子線装置であって、試料面上に照射される粒子線のプローブ径を調整するフォーカス調整手段を備えた粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、該粒子線プローブの使用条件によって定まる粒子線プローブの最小プローブ径を算出し、該最小プローブ径に基づいて、所定のフォーカス調整操作に対する該粒子線のプローブ径の変化幅を算出し、該プローブ径の変化幅に基づいて、該粒子線プローブにおけるフォーカス位置の変化幅を算出し、該フォーカス位置の変化幅に基づいて、フォーカス調整手段によるフォーカス調整操作のフォーカス調整量を変化させることを特徴とするものである。
【００１０】
このように、粒子線プローブの使用条件によって定まる最小プローブ径に応じて、フォーカス調整手段の１回の操作に対するフォーカス調整量を自動的に変えるようにしているので、任意の粒子線プローブの使用条件に対して、最小の操作量で最適なフォーカス状態を容易に得ることが可能となる。
【００１１】
また請求項２に係る発明は、細く絞った電子やイオンの粒子線を試料に照射して試料から発生する２次線を検出する粒子線装置であって、試料面上に照射される粒子線のプローブ径を調整するフォーカス調整手段を備えた粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、該粒子線プローブの使用条件によって定まる粒子線プローブの最小プローブ径を算出し、該粒子線による走査像の表示倍率と該最小プローブ径とに基づいて、所定のフォーカス調整操作に対する該粒子線のプローブ径の変化幅を算出し、該プローブ径の変化幅に基づいて、該粒子線プローブにおけるフォーカス位置の変化幅を算出し、該フォーカス位置の変化幅に基づいて、フォーカス調整手段によるフォーカス調整操作のフォーカス調整量を変化させることを特徴とするものである。
【００１２】
このように、走査像の表示倍率と粒子線プローブの使用条件によって定まる最小プローブ径に応じて、フォーカス調整手段の一回の操作に対するフォーカス調整量を自動的に変えるようにしているので、任意の表示倍率と任意の粒子線プローブの使用条件に対して、最小の操作量で最適なフォーカス状態を容易に得ることが可能となる。
【００１３】
また請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、前記粒子線の最小プローブ径は、粒子線の加速電圧に応じて変化するように構成されていることを特徴とするものであり、また請求項４に係る発明は、同じく請求項１又は２に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、前記粒子線の最小プローブ径は、粒子線のプローブ電流に応じて変化するように構成されていることを特徴とするものであり、また請求項５に係る発明は、同じく請求項１又は２に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、前記粒子線の最小プローブ径は、粒子線源の種類、エミッション電流及び温度に基づき算出された粒子線源の輝度及び粒子線のエネルギー幅に応じて変化するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
このように、粒子線のプローブ径を、荷電粒子線の加速電圧、あるいは荷電粒子のプローブ電流に応じて、更には荷電粒子線源の種類、エミッション電流及び温度に基づき算出された粒子線源の輝度及び粒子線のエネルギー幅に応じて変化するようにしているので、最小プローブ径の値を指定する必要もなく、フォーカス合わせ操作を簡単に行うことが可能となる。
【００１５】
また請求項６に係る発明は、請求項１〜５に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、前記フォーカス調整手段によるフォーカス調整量に基づき、フォーカス合わせの作動距離範囲又はフォーカス合わせに要する時間を設定し、該時間内で自動的にフォーカス合わせを行うことを特徴とするものであり、また請求項７に係る発明は、請求項１〜６に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法において、前記フォーカス調整手段は、集束レンズ系及び又は対物レンズ系の制御手段、又は試料ステージの制御手段であることを特徴とするものである。
【００１６】
上記のように構成することにより、一定時間内の合焦位置探査では最も広い範囲を探査でき、また一定の探査範囲の合焦位置探査では最小の時間で実施可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法を実施するための粒子線装置におけるフォーカス調整装置の構成例を示す概略構成図で、粒子線装置の主たる分析・観察部分は省略して示している。図１において、１は操作表示部、２は演算処理部、３は制御プログラムによって各部の制御を行う制御部、４は熱電子放出型電子銃（粒子線源）の陰極、５は抑制電極、６は陰極より放出される電子（粒子）ビーム、７は陽極、８は集束レンズ系、９は対物絞り、10は電子（粒子）プローブの走査・偏向量を制御するための走査・偏向系、11は非点収差補正系、12は電子プローブを細く収束するための対物レンズ系、13は電子プローブの照射された試料14から放出される２次電子（２次粒子）を検出するための２次電子（２次粒子）検出器、15は２次電子検出器13からの検出信号を処理し、試料走査像を生成する信号処理部、16は試料ステージで試料ステージ制御部17によって駆動されるようになっており、そして試料ステージ16の位置の認識は試料ステージ制御部17でなされるが、認識位置の表示や移動命令は操作表示部１からなされるようになっている。
【００１８】
また、18は加速電圧電源、19は陰極加熱電源、20は抑制電圧電源、21は集束レンズ電源、22は走査偏向系電源、23は非点収差補正系電源、24は対物レンズ系電源である。
【００１９】
上記図１に示した構成例においては、熱電子放出型の電子銃（粒子線源）を用いたものを示したが、電界放出型又はショットキー放出型などの電子銃（粒子線源）を用いた場合は、図２に示すような構成となる。図２において、31は抑制電極、32は引出電極、33は抑制電圧電源、34は引出電圧電源である。
【００２０】
次に、まず上記構成例の動作に基づいて本発明の概要について説明する。操作表示部１には、図３に示すように、加速電圧電源18の加速電圧Ｖa の設定手段、抑制電圧電源20（又は引出電圧電源34）によるエミッション電流Ｉe の設定手段、集束レンズ電源21によるプローブ電流Ｉp の設定手段、走査・偏向系10及び走査偏向系電源22による表示倍率ＭR の設定手段、対物レンズ系12及び対物レンズ系電源24によるフォーカス調整手段、及び自動焦点実行開始ボタン等が配置されている。なお、図３において、１ａは試料面の高低の指標に用いられる試料と対物レンズ間の距離を示す作動距離（ＷＤ）の値を表す表示である。
【００２１】
そして、上記操作表示部１において、各設定手段で所定条件値を設定し、自動焦点実行の指示がなされると、演算処理部２において、上記操作表示部１において各設定手段で設定された条件の一部又は全部を考慮して、最小プローブ径ｄp を算出し、これに基づいて１回のフォーカス調整操作に対するプローブ径の変化幅ｄc を算出し、フォーカス位置の変化幅Δw を最終的に決定する。そして、この情報に基づいて、制御部３によりレンズ系及び走査系が制御され、従来の適当なフォーカス探査法を利用してフォーカス探査が実行される。
【００２２】
次に、上記演算処理部２における動作について、更に詳細に説明する。電子銃の種類（熱電子放出型、電界放出型、ショットキー放出型など）が決まり、電子銃の加速電圧（陰極４と陽極７との間の電圧）Ｖa ，陰極温度Ｔe ，エミッション電流Ｉe などの電子銃の動作条件が決まると、電子銃の輝度βや電子銃から放出される電子ビームのエネルギー幅ΔＥも決まる。この電子銃の輝度β及び電子ビームのエネルギー幅ΔＥから、装置に固有な常数を用いて、指定した加速電圧Ｖa とプローブ電流（試料に照射される電子の電流）Ｉp に対する最小プローブ径ｄp を求めることができる。この算出法は周知のものであるが、例えば特開平１−２３６５６３号公報などに開示されている。
【００２３】
このようにして求められた最小プローブ径ｄp に対して、走査像（２次電子像）を表示するディスプレイ（操作表示部１）上の表示倍率をＭR ，人間の目の分解能をδe （約0.2mm とされている）とすると、フォーカス調整時にディスプレイ上で許容される画像のぼけの幅δD は、次式（１）のように定義される。
δD ＝｛δe2＋（ｄp ・ＭR ）2 ｝1/2 ・・・・・・・・・・・・（１）
つまり、最小プローブ径ｄp によって、この表示倍率ＭR では、これ以上鮮明な像はフォーカスを調整しても得られないので、このぼけの幅δD を許容値とすることができる。
【００２４】
次に、ディスプレイ上のぼけ幅δD を、試料面上のプローブ径の許容値ｄに換算すると、次式（２）で表される。
ｄ＝δD ／ＭR ＝｛（δe ／ＭR ）2 ＋（ｄp ）2 ｝1/2 ・・・・（２）
フォーカス調整時には、試料面上で、このプローブ径の許容値ｄよりも充分小さな値でプローブ径が変化すれば、δe ／ＭR に相当する値で変化しない場合でも、実質的にはプローブ径の許容値が得られることになる。したがって、１以下の値をもつ適当な係数Ｃ（０＜Ｃ≦１）を用いて、次式（３）に示すプローブ径の変化ｄc でプローブ径が変化するようにすればよい。ここで、実用的にはＣ＝0.1 〜0.5 などが選ばれる。
ｄc ＝｛（δe ／ＭR ） 2 ＋（Ｃ・ｄp ）2 ｝1/2 ・・・・・・・・（３）
【００２５】
図４は、プローブ径変化の態様を本発明と従来例の場合を比較して示す図で、プローブ径が零に近くプローブ径を無視できる状態の場合は、フォーカスを僅かずらすだけでプローブ径が広がって行くので、フォーカスの変化がよくわかる。しかし、プローブ径が、ある程度の大きさがあり無視できない状態の場合は、従来の手法では、フォーカスの操作量を多くしても、ある径のプローブ径から変化して行くので、殆どプローブ径の変化が認識できないが、本発明においては、最小プローブ径に応じてフォーカス調整量を変化させるようにしているので、少ない操作量で短時間で合焦状態が得られる。
【００２６】
上記のようにして得られたプローブ径の変化ｄc を、フォーカス位置の変化幅（作動距離の幅）Δw に換算するには、試料面に入射するプローブの開き角（半項角）αを用いて、次式（４）で求められる。
Δw ＝ｄc ／２α ・・・・・・・・・・・・・（４）
【００２７】
すなわち、最小プローブ径ｄp を考慮するときは、次式（５）で示すこれを考慮しないときのフォーカス位置の変化幅（作動距離の幅）δw の代わりに、前記フォーカス位置の変化幅をΔw を用いればよいことがわかる。
δw ＝（δe ／ＭR ）／２α ・・・・・・・・（５）
【００２８】
このような作動距離の幅Δw からレンズ系の焦点距離ｆの変化を設定するには、次のようにして行えばよい。すなわち、フォーカス探査を行うレンズが対物レンズの場合、対物レンズ系としての物体距離をａ，像距離をｂとすると、その時点で設定されている対物レンズの焦点距離ｆは、次式（６）で表される。
ｆ＝ａｂ／（ａ＋ｂ） ・・・・・・・・・・・（６）
したがって、作動距離をΔw だけを変化させた場合の焦点距離ｆ1 は、次式（７）で求められる。
ｆ1 ＝ａ（ｂ＋Δw ）／｛ａ（ｂ＋Δw ）｝ ・・・・・・・・・・（７）
よって、この焦点距離ｆ1 に対応させて磁界型の対物レンズの場合には、励磁電流を調整させればよいことになる。
【００２９】
上記焦点距離ｆ，ｆ1 に対応する励磁電流をそれぞれＩ，Ｉ1 〔Ａ〕とすると、次式（８）で示すそれらの差分δＩの範囲内で励磁電流がずれても、フォーカスのずれは認識できないことになる。
δＩ＝｜Ｉ1 −Ｉ｜ ・・・・・・・・・・・・（８）
【００３０】
次に、焦点距離の調整のため対物レンズの励磁電流を調整した場合、応答の遅れにより理想的な磁場の応答から遅れて磁場が変化する。レンズの応答の遅れ時間をτ〔ｓ〕とすると、この応答遅れ時間τの間に変化する対物レンズの励磁電流が、前記励磁電流の差分±δＩ程度又はそれ以下であれば、すなわち全体として２δＩ以下であれば、応答の遅れの補正は必要ないことがわかる。すなわち、励磁電流の変化の速度Ｓは、次式（９）で示される程度か、又はそれ以下にすればよい。
Ｓ＝２δＩ／τ〔Ａ／ｓ〕 ・・・・・・・・・（９）
したがって、フォーカス探査時間をｔ〔ｓ〕に設定すると、フォーカス探査範囲に対応する励磁電流の可変範囲ΔＩを次式（10）で示す値又はそれ以下に設定すれば、応答の遅れの補正なしに合焦位置を検出できることになる。
ΔＩ＝Ｓｔ〔Ａ〕 ・・・・・・・・・・・・・（10）
この励磁電流の可変範囲ΔＩに対応して、対物レンズの焦点距離の可変範囲Δｆが定まり、また焦点距離の可変範囲Δｆが合焦位置の探査範囲に対応する作動距離の幅ΔＷＤに対応することになる。
【００３１】
上記動作説明では、フォーカス位置の変化幅（作動距離の幅）Δw を、プローブを集束するレンズ系を用いて段階的に設定するようにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、作動距離の幅Δw の変化を、試料ステージ16の試料ステージ制御部17による上下方向の位置の変化によって実現するように構成してもよく、同様の効果が得られる。
【００３２】
また、上記動作説明では、プローブ径の変化幅すなわち作動距離の幅Δw は、電子（粒子）プローブの開き角αを用いて求めるようにしたものを示したが、電子（粒子）プローブの開き角αを決める絞り径ｄAPに応じて、プローブ径の変化幅すなわち作動距離の幅Δw を求めるようにしてもよい。
【００３３】
また、上記動作説明では、粒子源として電子銃を用い、電子銃の種類及び電子銃の動作条件により、電子銃の輝度βや電子銃から放される電子ビームのエネルギー幅ΔＥを決めるようにしたものを示したが、電子銃の陰極の材質（Ｗ，Ｌa Ｂ6 など）をも考慮して電子銃の輝度βや電子ビームのエネルギー幅ΔＥを算出するようにしてもよい。また更には、粒子源としてイオン源を用い、イオン源のタイプ（プラズマトロン型、電界脱離型、電界電離型）、イオン源の温度Ｔなどに応じて粒子源（イオン源）の輝度βやエネルギー幅ΔＥを算出し設定するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粒子線プローブの使用条件によって定まる最小プローブ径に応じて、フォーカス調整量を自動的に変えるようにしているので、任意の粒子線プローブの使用条件に対して、最小の操作量で最適なフォーカス状態を容易に得ることが可能となる。また本発明は、粒子線による走査像の表示倍率と粒子線の最小プローブ径に応じてフォーカス調整量を自動的に変えるようにしているので、任意の表示倍率と任意の粒子線プローブの使用条件に対して、最小の操作量で最適なフォーカス状態を容易に得ることが可能となる。また本発明によれば、荷電粒子線の加速電圧、あるいは荷電粒子線のプローブ電流に応じて、更には荷電粒子線源の種類、エミッション電流及び動作温度に基づき算出された粒子線源の輝度及び粒子線源のエネルギー幅に応じて、粒子線の最小プローブ径を算出するようにしているので、最小プローブ径の値を指定する必要もなく、フォーカス合わせ操作を簡単に行うことが可能となる。また本発明によれば、フォーカス調整量に基づき、フォーカス合わせの作動距離範囲又はフォーカス合わせに要する時間を設定し、該時間内で自動的にフォーカス合わせを行うようにしているので、一定の時間内の合焦位置探査では最も広い範囲を探査でき、また一定の探査範囲の合焦位置探査では最小の時間で探査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る粒子線装置におけるフォーカス調整方法を実施するための粒子線装置におけるフォーカス調整装置の構成例を示す概略ブロック構成図である。
【図２】 図１に示した構成例の電子銃部分の他の構成例を示す図である。
【図３】 図１に示した構成例における操作表示部、演算処理部の動作を説明するための説明図である。
【図４】 本発明と従来例におけるプローブ径の変化の態様を示す図である。
【符号の説明】
１ 操作表示部
２ 演算処理部
３ 制御部
４ 陰極
５ 抑制電極
６ 電子ビーム
７ 陽極
８ 集束レンズ系
９ 対物絞り
10 走査・偏向系
11 非点収差補正系
12 対物レンズ系
13 ２次電子検出器
14 試料
15 信号処理部
16 試料ステージ
17 試料ステージ制御部
18 加速電圧電源
19 陰極加熱電源
20 抑制電圧電源
21 集束レンズ電源
22 走査偏向系電源
23 非点収差補正系電源
24 対物レンズ系電源
31 抑制電極
32 引出電極
33 抑制電圧電源
34 引出電圧電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focus adjustment method in a particle beam apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a particle beam device, especially a charged particle beam, is scanned over the sample surface to detect secondary rays such as X-rays and secondary electrons generated from the sample, observation of the sample surface shape, composition analysis, and state analysis. In particle beam devices such as scanning transmission electron microscopes, scanning electron microscopes, electron probe microanalyzers, Auger electron spectrometers, and ion microprobes, the particle beam is focused according to the vertical position of the sample surface. The focal length of the lens system is adjusted so that the particle beam is minimized on the sample surface to observe and analyze the micro area.
[0003]
By the way, when changing the focus state of the probe, such as minimizing the charged particle beam (particle probe) on the sample surface under a given condition, a scanning image obtained by scanning the charged particle beam on the sample surface. Adjustment is performed by changing the focal length of the lens or auxiliary lens that converges the electron beam or ion particle beam manually or automatically by observing the image or automatically processing the obtained scanning image signal. Has been.
[0004]
In the conventional particle beam apparatus, when the focus state is changed, when the observation magnification is low, the focus adjustment amount in one adjustment operation is increased, that is, the change in the focal length of the lens is increased. In addition, when the observation magnification is high, the focus adjustment amount is reduced by one adjustment operation. (1) Depending on the observation magnification, a dedicated knob for coarse adjustment or fine adjustment is provided for the focus adjustment amount. A method of using differently or switching between coarse adjustment and fine adjustment mechanisms, or (2) a method of automatically changing the focus adjustment amount in one adjustment operation in conjunction with the observation magnification is used.
[0005]
These methods are useful in order to keep the focus adjustment amount per time optimal even when having the function of automatically focusing. The prior art in which the method (2) is applied to a particle beam apparatus having an automatic focusing function has been proposed in Japanese Patent Application No. 11-144321.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the knobs with different focus adjustment amounts for one adjustment operation are arranged by the method of (1) above, the number of operation knobs is increased, and when the image is observed, which knob is which focus. It is necessary to check whether it corresponds to the adjustment amount, and there is a problem that the operation becomes complicated. Also, although there is only one focus knob, the number of times of switching is usually increased from two stages even when the focus adjustment amount for one focus adjustment operation is switched by automatic recognition such as a button switch or operation duration. However, since the number of steps is the limit, it is impossible to minimize the amount of focus adjustment.
[0007]
On the other hand, when the method (2) is used, even if the focus adjustment amount for one adjustment operation is the same, the minimum probe diameter varies depending on the acceleration voltage and probe current, so the observation magnification is relatively high. In a state where the minimum probe diameter is large, a change in focus is observed with a small focus adjustment operation. That is, when the probe diameter is thin, the focus change that can be recognized even with a small focus adjustment amount cannot be recognized when the probe diameter is increased, and it is difficult to confirm the in-focus position.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the conventional particle beam position focus adjustment method . The focus adjustment at the particle beam position is such that an optimum focus state can be easily obtained with a minimum operation amount. It aims to provide a method .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems, the invention provides a particle beam apparatus for detecting secondary lines by irradiating a particle beam finely focused electron or ion in a sample generated from the sample according to claim 1, the sample In a focus adjustment method in a particle beam apparatus having a focus adjustment means for adjusting a probe diameter of a particle beam irradiated on a surface, a minimum probe diameter of the particle beam probe determined by use conditions of the particle beam probe is calculated, Based on the minimum probe diameter, calculate the change width of the probe diameter of the particle beam for a predetermined focus adjustment operation, and based on the change width of the probe diameter, calculate the change width of the focus position in the particle beam probe, The focus adjustment amount of the focus adjustment operation by the focus adjustment unit is changed based on the change width of the focus position.
[0010]
Thus, in accordance with the minimum probe diameter determined by use conditions of the particle beam probe, since the focus adjustment amount to automatically change in response to one operation of the focus adjusting means, the use of any particle beam probe It is possible to easily obtain an optimum focus state with a minimum operation amount with respect to conditions.
[0011]
Particles The invention according to
[0012]
Thus, in accordance with the minimum probe diameter determined by use conditions of the display magnification and the particle beam probe of the scanning image, since to automatically vary the focus adjustment amount for a single operation of the focus adjusting means, optionally It is possible to easily obtain an optimum focus state with a minimum operation amount with respect to the display magnification and the use condition of an arbitrary particle beam probe.
[0013]
The invention according to
[0014]
Thus, the particle beam probe diameter is calculated based on the charged particle beam acceleration voltage or the charged particle probe current, and further based on the charged particle beam source type, emission current and temperature. since the change according to the energy width of the brightness and particle beam, there is no need to specify the value of the minimum probe diameter, it is possible to easily perform focusing operation.
[0015]
The invention according to claim 6, set in the focus adjustment method in a particle beam apparatus according to claims 1 to 5, the basis of the focus adjustment amount by the focus adjusting means, the working distance range or the time required for focusing the focusing and is intended, characterized in that intends row automatically focusing within said time, also the invention according to
[0016]
By configuring as described above, the widest range can be searched for in-focus position search within a fixed time, and the in-focus position search within a fixed search range can be performed in the minimum time.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments will be described. Figure 1 is a schematic diagram illustrating an example of the structure of a focus adjusting apparatus in a particle beam apparatus for carrying out the focus adjustment method in a particle beam apparatus according to the present invention, primary analysis and observation portion of the particle beam apparatus is omitted Show. In FIG. 1, 1 is an operation display unit, 2 is an arithmetic processing unit, 3 is a control unit that controls each unit according to a control program, 4 is a cathode of a thermionic emission electron gun (particle beam source), 5 is a suppression electrode, 6 is an electron (particle) beam emitted from the cathode, 7 is an anode, 8 is a focusing lens system, 9 is an objective aperture, 10 is a scanning / deflection system for controlling the scanning / deflection amount of the electron (particle) probe, 11 is an astigmatism correction system, 12 is an objective lens system for finely converging the electron probe, and 13 is 2 for detecting secondary electrons (secondary particles) emitted from the
[0018]
18 is an acceleration voltage power supply, 19 is a cathode heating power supply, 20 is a suppression voltage power supply, 21 is a focusing lens power supply, 22 is a scanning deflection system power supply, 23 is an astigmatism correction system power supply, and 24 is an objective lens system power supply. .
[0019]
In the configuration example shown in FIG. 1, a thermal electron emission type electron gun (particle beam source) is used. However, an electron gun (particle beam source) such as a field emission type or a Schottky emission type is used. When used, the configuration is as shown in FIG. In FIG. 2, 31 is a suppression electrode, 32 is an extraction electrode, 33 is a suppression voltage power source, and 34 is an extraction voltage power source.
[0020]
Next, the outline of the present invention will be described based on the operation of the above configuration example . As shown in FIG. 3, the operation display unit 1 includes an acceleration voltage Va setting means for the acceleration
[0021]
Then, in the operation display unit 1, a predetermined condition value is set by each setting unit, and when an instruction to execute automatic focus is given, the condition set by each setting unit in the operation display unit 1 is calculated in the
[0022]
Next, the operation in the
[0023]
With respect to the minimum probe diameter dp thus obtained, the display magnification on the display (operation display unit 1) for displaying the scanning image (secondary electron image) is M R , and the resolution of the human eye is δe (about Assuming that it is 0.2 mm, the blur width δ D of the image that is allowed on the display at the time of focus adjustment is defined as the following equation (1).
δ D = {δe 2 + (dp · M R ) 2 } 1/2 (1)
In other words, because of the minimum probe diameter dp, a sharper image cannot be obtained with this display magnification M R even if the focus is adjusted, and the blur width δ D can be set as an allowable value.
[0024]
Next, when the blur width δ D on the display is converted into an allowable value d of the probe diameter on the sample surface, it is expressed by the following equation (2).
d = δ D / M R = {(δ e / M R ) 2 + (d p) 2 } 1/2 (2)
During focus adjustment, on the sample surface, if the probe diameter is changed sufficiently smaller than the allowable value d of the probe diameter, even if no change in value corresponding to .delta.e / M R, is substantially the probe diameter An acceptable value will be obtained. Accordingly, the probe diameter may be changed by the probe diameter change dc shown in the following equation (3) using an appropriate coefficient C (0 <C ≦ 1) having a value of 1 or less. Here, C = 0.1 to 0.5 is selected practically.
dc = {(δe / M R ) 2 + (C · dp) 2 } 1/2 (3)
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing how the probe diameter changes in comparison with the case of the present invention and the conventional example. When the probe diameter is close to zero and the probe diameter can be ignored, the probe diameter can be changed by slightly shifting the focus. As it spreads out, you can clearly see the change in focus. However, if the probe diameter is a certain size and cannot be ignored, the conventional method will change from a certain probe diameter even if the amount of focus operation is increased. Although the change cannot be recognized, in the present invention , since the focus adjustment amount is changed according to the minimum probe diameter, a focused state can be obtained in a short time with a small operation amount.
[0026]
In order to convert the change dc of the probe diameter obtained as described above into the change width (working distance width) Δw of the focus position, the open angle (half-term angle) α of the probe incident on the sample surface is used. Thus, it is obtained by the following equation (4).
Δw = dc / 2α (4)
[0027]
That is, when the minimum probe diameter dp is taken into consideration, the change width of the focus position is set to Δw instead of the change width (working distance width) δw of the focus position when this is not taken into consideration as shown in the following equation (5). It can be seen that it should be used.
δw = (δe / M R ) / 2α (5)
[0028]
In order to set the change in the focal length f of the lens system from such a working distance width Δw, the following operation may be performed. That is, when the objective lens is an objective lens for focus search, if the object distance as the objective lens system is a and the image distance is b, the focal length f of the objective lens set at that time is expressed by the following equation (6). It is represented by
f = ab / (a + b) (6)
Therefore, the focal length f 1 when the working distance is changed only by Δw is obtained by the following equation (7).
f 1 = a (b + Δw) / {a (b + Δw)} (7)
Therefore, in the case of a magnetic field type objective lens corresponding to this focal length f 1 , the excitation current may be adjusted.
[0029]
Assuming that the excitation currents corresponding to the focal lengths f and f 1 are I and I 1 [A], respectively, even if the excitation current is deviated within the range of the difference δI shown in the following equation (8), the focus deviation is not. It will not be recognized.
δI = | I 1 −I | (8)
[0030]
Next, when the excitation current of the objective lens is adjusted to adjust the focal length, the magnetic field changes with a delay in response from an ideal magnetic field response. When the delay time of the lens response is τ [s], if the excitation current of the objective lens that changes during the response delay time τ is about ± δI or less than the difference of the excitation current, that is, 2δI as a whole. If it is below, it will be understood that there is no need to correct the response delay. That is, the change rate S of the excitation current may be set to the level indicated by the following equation (9) or less.
S = 2δI / τ [A / s] (9)
Therefore, if the focus exploration time is set to t [s], if the excitation current variable range ΔI corresponding to the focus exploration range is set to a value represented by the following equation (10) or less, the response delay can be corrected. The in-focus position can be detected.
ΔI = St [A] (10)
Corresponding to this exciting current variable range ΔI, the focal length variable range Δf of the objective lens is determined, and the focal length variable range Δf corresponds to the working distance width ΔWD corresponding to the in-focus position search range. become.
[0031]
In the above description, the variation width (the width of the working distance) [Delta] w focus position, showed those to set stepwise by using a lens system for focusing the probe, the present invention is not limited to this, The change in the working distance width Δw may be realized by the change in the vertical position by the sample
[0032]
In the above description of the operation , the change width of the probe diameter, that is, the working distance width Δw is obtained by using the opening angle α of the electron (particle) probe. depending on the aperture diameter d AP to determine the alpha, may be obtained width Δw of the change width or the working distance of the probe diameter.
[0033]
In the above description of the operation , an electron gun is used as the particle source, and the brightness β of the electron gun and the energy width ΔE of the electron beam emitted from the electron gun are determined according to the type of the electron gun and the operation conditions of the electron gun. Although shown, the electron gun brightness β and the electron beam energy width ΔE may be calculated in consideration of the electron gun cathode material (W, La B 6, etc.). Still further, an ion source is used as the particle source, and the brightness β of the particle source (ion source) depends on the ion source type (plasmatron type, field desorption type, field ionization type), ion source temperature T, and the like. The energy width ΔE may be calculated and set.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the focus adjustment amount is automatically changed according to the minimum probe diameter determined by the use conditions of the particle beam probe. On the other hand, it is possible to easily obtain an optimum focus state with a minimum operation amount. In the present invention, the focus adjustment amount is automatically changed according to the display magnification of the scanned image by the particle beam and the minimum probe diameter of the particle beam. On the other hand, it is possible to easily obtain an optimum focus state with a minimum operation amount. Further, according to the present invention, the brightness of the particle beam source calculated based on the acceleration voltage of the charged particle beam or the probe current of the charged particle beam, and further based on the type of the charged particle beam source, the emission current and the operating temperature, and Since the minimum probe diameter of the particle beam is calculated according to the energy width of the particle beam source, it is not necessary to specify the value of the minimum probe diameter, and the focusing operation can be easily performed. According to the invention, based on the focus adjustment amount, and set the working distance range or the time required for focusing the focusing, since the automatic focusing within said time so that intends row for a period of time In the in-focus position search, the widest range can be searched, and in the in-focus position search in a certain search range, the search can be performed in a minimum time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of a focus adjustment device in a particle beam device for carrying out a focus adjustment method in the particle beam device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the electron gun portion of the configuration example shown in FIG. 1;
[3] operation display unit in the configuration example shown in FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the operation of the arithmetic processing unit.
FIG. 4 is a diagram showing how the probe diameter changes in the present invention and a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Scanning / deflection system
11 Astigmatism correction system
12 Objective lens system
13 Secondary electron detector
14 samples
15 Signal processor
16 Sample stage
17 Sample stage controller
18 Accelerating voltage power supply
19 Cathode heating power supply
20 Suppressed voltage power supply
21 Focusing lens power supply
22 Scanning deflection power supply
23 Astigmatism correction power supply
24 Objective lens system power supply
31 Suppression electrode
32 Extraction electrode
33 Suppressed voltage power supply
34 Extraction voltage power supply
Claims (7)
該粒子線プローブの使用条件によって定まる粒子線プローブの最小プローブ径を算出し、該最小プローブ径に基づいて、所定のフォーカス調整操作に対する該粒子線のプローブ径の変化幅を算出し、該プローブ径の変化幅に基づいて、該粒子線プローブにおけるフォーカス位置の変化幅を算出し、該フォーカス位置の変化幅に基づいて、フォーカス調整手段によるフォーカス調整操作のフォーカス調整量を変化させることを特徴とする粒子線装置におけるフォーカス調整方法。A thin squeezed particle beams, electrons or ions in a particle beam device for detecting secondary lines by irradiating the sample generated from the sample, focus adjustment for adjusting the probe diameter of the particle beam to be irradiated onto the sample surface In a focus adjustment method in a particle beam apparatus comprising means,
The minimum probe diameter of the particle beam probe determined by the use conditions of the particle beam probe is calculated, and based on the minimum probe diameter, the change width of the probe diameter of the particle beam with respect to a predetermined focus adjustment operation is calculated, and the probe diameter The focus position change width of the particle beam probe is calculated based on the change width of the focus position, and the focus adjustment amount of the focus adjustment operation by the focus adjustment unit is changed based on the focus position change width. Focus adjustment method in particle beam apparatus.
該粒子線プローブの使用条件によって定まる粒子線プローブの最小プローブ径を算出し、該粒子線による走査像の表示倍率と該最小プローブ径とに基づいて、所定のフォーカス調整操作に対する該粒子線のプローブ径の変化幅を算出し、該プローブ径の変化幅に基づいて、該粒子線プローブにおけるフォーカス位置の変化幅を算出し、該フォーカス位置の変化幅に基づいて、フォーカス調整手段によるフォーカス調整操作のフォーカス調整量を変化させることを特徴とする粒子線装置におけるフォーカス調整方法。A thin squeezed particle beams, electrons or ions in a particle beam device for detecting secondary lines by irradiating the sample generated from the sample, focus adjustment for adjusting the probe diameter of the particle beam to be irradiated onto the sample surface In a focus adjustment method in a particle beam apparatus comprising means,
The minimum probe diameter of the particle beam probe determined by the use conditions of the particle beam probe is calculated, and the particle beam probe for a predetermined focus adjustment operation is calculated based on the display magnification of the scanned image by the particle beam and the minimum probe diameter. The change width of the diameter is calculated, the change width of the focus position in the particle beam probe is calculated based on the change width of the probe diameter, and the focus adjustment operation by the focus adjustment unit is calculated based on the change width of the focus position. A focus adjustment method in a particle beam apparatus, characterized by changing a focus adjustment amount.
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