JP4752138B2 - Charged particle beam adjustment method and charged particle beam apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子線装置に係り、特に、荷電粒子光学系の光軸のずれを補正して、高分解能像を安定に得るのに好適な荷電粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上で走査して試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。このような荷電粒子線装置では、レンズに対し光軸にずれがあるとレンズ収差が発生し試料像の解像度が低下するため、分解能の高い試料像を得るためには高精度な軸調整が必要である。そのため従来の軸調整では対物レンズの励磁電流等を周期的に変化させ、そのときの動きを最小とするように軸調整用の偏向器（アライナー）の動作条件を手動で調整していた。また、このような調整を自動で行うための技術として特開２０００−１９５４５３号公報に開示の技術がある。この記載によれば対物レンズの２つの励磁条件間で変化する電子線照射位置の推移に基づいて、アライメントコイルの励磁設定値を変更する技術が開示されている。更に特開2000−３３１６３７号公報には、異なる光学条件で得られた２つの電子顕微鏡画像から両者の位置ずれ検出に基づいて焦点補正を行う技術が開示されている。
【０００３】
また、荷電粒子線の非点補正を行う非点補正器の中心からずれていると、非点収差の調整を行う際に視野が動き、調整が困難になる。そのため、非点収差補正器の動作に連動して荷電粒子の試料上での位置を制御する別のアライナー（偏向器）を設け、非点収差補正器の設定値（非点補正器）の変化に対する像の動きをキャンセルして、非点収差の調整時に観察像が動かないように視野補正している。このとき、視野ずれ補正用のアライナーには非点収差補正器の設定値に比例した信号が入力されるが、この比例係数は非点収差の調整時に像の動きがキャンセルされるように決めなければならない。この調整を行うには、非点収差補正器の設定値（電流など）を周期的に変化させて、このときの像の動きが最小となる比例係数を見つける作業を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように光軸の調整を手動で行うには、経験に裏打ちされた技術が必要であり、オペレータによって調整精度がばらついたり、調整に時間を要することがある。また上記自動化による調整も、光学条件により変化する調整用パラメータをその光学条件毎に記憶しておく必要があり、光学条件を替えて観察しようとする場合、その都度登録作業が必要である。また仮に同じ光学条件で使用する場合であっても光軸の経時変化によって、登録したパラメータに基づく調整が困難になるという問題がある。またオペレータは軸がずれていることに気が付かずに劣化した試料像に基づいて観察等を行う可能性もある。
【０００５】
本発明の目的は、光学条件を変更した場合や光軸の経時変化によって荷電粒子線の状態が変化しても、容易に光軸の調整を可能とする荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では荷電粒子線に影響を与える光学素子に対する前記荷電粒子線の軸調整をアライメント偏向器で行う際に、アライメント偏向器の偏向条件を第１の状態にしたときに、光学素子を少なくとも２つの状態に変化させ、そのときに得られる第１の試料像と第２の試料像間の第１のずれを検出し、アライメント偏向器の偏向条件を第２の状態にしたときに、光学素子を少なくとも２つの状態に変化させ、そのときに得られる第３の試料像と第４の試料像間の第２のずれを検出し、当該２つのずれの情報に基づいて、前記アライメント偏向器の動作条件を決定する荷電粒子線調整方法、及び荷電粒子線装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、荷電粒子線の光学条件に関わらず、精度の高い軸調整が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極１と第一陽極２の間には、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）４０で制御される高圧制御電源２０により電圧が印加され、所定のエミッション電流で一次電子線４が陰極１から引き出される。陰極１と第二陽極３の間には、ＣＰＵ４０で制御される高圧制御電源２０により加速電圧が印加され、陰極１から放出された一次電子線４が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線４は、レンズ制御電源２１で制御された収束レンズ５で収束され、絞り板８で一次電子線の不要な領域が除去された後に、レンズ制御電源２２で制御された収束レンズ６、および対物レンズ制御電源２３で制御された対物レンズ７により試料１０に微小スポットとして収束される。対物レンズ７は、インレンズ方式，アウトレンズ方式、およびシュノーケル方式（セミインレンズ方式）など、種々の形態をとることができる。また、試料に負の電圧を印加して一次電子線を減速させるリターディング方式も可能である。さらに、各々のレンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。
【００１０】
一次電子線４は、走査コイル９で試料１０上を二次元的に走査される。一次電子線の照射で試料１０から発生した二次電子等の二次信号１２は、対物レンズ７の上部に進行した後、二次信号分離用の直交電磁界発生装置１１により、一次電子と分離されて二次信号検出器１３に検出される。二次信号検出器１３で検出された信号は、信号増幅器１４で増幅された後、画像メモリ２５に転送されて像表示装置２６に試料像として表示される。
【００１１】
走査コイル９の近傍もしくは同じ位置に１段の偏向コイル５１が配置されており、対物レンズに対するアライナーとして動作する。また、対物レンズと絞り板との間には、ＸおよびＹ方向の非点を補正するための８極の非点補正コイル５２が配置される。非点補正コイルの近傍、もしくは同じ位置には非点補正コイルの軸ずれを補正するアライナー５３が配置される。
【００１２】
像表示装置２６には、試料像のほかに電子光学系の設定や走査条件の設定を行う種々の操作ボタンの他、軸条件の確認や自動軸合わせの開始を指示するボタンを表示させることができる。
【００１３】
一次電子線が対物レンズの中心からずれた位置を通過した状態（軸がずれた状態）でフォーカス調整を行うと、フォーカス調整に伴い視野の動きが生じる。オペレータが軸ずれに気が付いた場合、表示装置に表示された処理開始ボタンをマウスでクリックするなどの操作により軸合わせ処理の開始を指示することができる。オペレータから軸合わせの指令を受けると、制御ＣＰＵ４０は、図２や図４のフローに沿って処理を開始する。
【００１４】
なお、図１の説明は制御プロセッサ部が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次信号検出器１３で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００１５】
（実施例１）
図２の処理フローについて、以下に詳細に説明する。
【００１６】
第１ステップ：
対物レンズ７の現在の条件、あるいは、現在の条件に基づいて決められる（例えば、現在のフォーカス条件からフォーカスを少しずらした条件）を条件１として対物レンズ７に設定する。次に、アライナー５１の現在の条件、あるいは、予め決められた条件をアライナー５１の条件１として設定する。この対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。
【００１７】
第２ステップ：
アライナー５１の条件をそのままにして、対物レンズの条件のみを対物レンズ条件１に対して予め決められた値だけフォーカスのずれた第２のフォーカス条件を設定して画像２を取得する。
【００１８】
第３ステップ，第４ステップ：
アライナー５１の条件を条件１に対して予め決められた値だけずらした条件を条件２として、これをアライナー５１に設定する。そして、対物レンズの条件をステップ１とステップ２と同様に条件１、および条件２として、それぞれの画像（画像３，画像４）を取得する。
【００１９】
ステップ５：
画像１と同条件で再度画像を取得し、これを画像５として登録する。
【００２０】
ステップ６：
画像１と画像２の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１として登録する。画像間の視差は、例えば、画像１と画像２の画像を互いに画素単位でずらしながら画像相関を求め、画像相関値が最大になる画像のずらし量から検出することが可能である。その他、視差の検出が可能な画像処理ならば、本実施例に適用が可能である。
【００２１】
ステップ７：
画像１と画像２の視差を画像処理により検出して、これを視差２として登録する。
【００２２】
ステップ８：
画像１と画像５の視差を画像処理により検出して、これを視差３として登録する。画像１と画像５とは同一条件で取得したものであるから、これらの画像間にずれ（視差３）があれば、このずれは試料やビームのドリフトによって作られたものである。即ち、荷電粒子線の光学条件を或る状態（第１の状態）とし、次に光学条件を他の状態（第２の状態）とした後、再度第１の状態とするときに、上記２つの第１の状態でそれぞれ試料像を検出し、両者間のずれに基づいてドリフトを算出している。
【００２３】
ステップ９：
視差３からドリフト成分を検出して、視差１と視差２に対してドリフト成分を補正（除去）する。例えば、画像１と画像５の取り込み間隔がｔ秒であれば、単位時間（秒）当たりのドリフト（ｄ）は、ｄ＝（視差３）／ｔで表される。一方、画像１と２、画像３と４の取り込み間隔がＴ１２，Ｔ３４とすれば、視差１と視差２には、それぞれ、ｄ×Ｔ１２、およびｄ×Ｔ３４のドリフト成分が含まれていることになるため、視差１，視差２からドリフト成分を差し引くことで、軸ずれに起因した正確な視差を算出することができる。
【００２４】
ステップ１０，ステップ１１：
ドリフト補正された視差１と視差２からアライナー５１の最適値を計算して、アライナーに設定する。
【００２５】
図２の処理フローは、動作の理解が容易な手順で記載したが、最初と最後の画像（ドリフト補正用）を除けば、画像の取り込み順番は処理に影響を与えない。実際の処理では、処理の高速化を図るために、例えば、対物レンズ条件７を条件１にして、画像１と画像３とを連続して取り込み、次に、対物レンズ条件７を条件２にして、画像２と画像４とを連続して取り込むことが可能である。電子顕微鏡の対物レンズは、通常磁界レンズで構成されるため、インダクタンスが大きいため、インダクタンスが小さく高速制御が可能なアライナーを連続制御する方法が実用上有効となる。
【００２６】
図２の処理フローで対物レンズに対する軸ずれが補正（修正）される原理を、図３により説明する。軸がずれた状態において、アライナー５１の位置(偏向面)でのビーム離軸量をＷＡＬ（複素変数：ＸＡＬ＋ｊ・ＹＡＬ、ｊ：虚数単位）、この位置で光軸に対するビームの傾きをＷＡＬ′（複素変数）とすると、電子光学理論（近軸理論）に基づく軌道計算が可能である。磁界形対物レンズの場合、レンズ電流値をＩ１からＩ２へとΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）だけ変化させたときに生じる像ずれ量（視差）をΔＷｉ（複素変数：ΔＸｉ＋ｊ・ΔＹｉ）とすると、軌道計算により、ΔＷｉは次のように表すことができる。
【００２７】
ΔＷｉ＝Ｋ・ΔＩ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ） （１）
ここで、Ｋ，Ａ，Ｂは、測定の際の軸ずれ状態と、対物レンズの動作条件（加速電圧や対物レンズの焦点距離、あるいは対物レンズの物点位置など）で決まるパラメータ（複素数）である。対物レンズに対して軸がずれた状態とは、式(１)においてΔＷｉが０以外の値を持つことを意味する。したがって、従来は、対物レンズの電流をΔＩだけ周期的に変化させて、このときの像ずれΔＷｉをオペレータが認識し、像ずれを無くすようにアライナーの条件を調整していた。すなわち、軸ずれが補正されるアライナーの最適値とは、式（１）の右辺がΔＩによらず０となる条件を指している。この条件を書き出すと、
（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ）＝０ （２）
となり、この条件を満たすアライナーの動作条件が最適値となる。軸ずれがあるとアライナー偏向面では入射ビームの傾きも伴うため、これをＷＡＬ０′とし、アライナーによる偏向角（制御値）をＷＡＬ１′とすると
ＷＡＬ′＝ＷＡＬ０′＋ＷＡＬ１′ （３）
で表される。よって、式（２）を満たすアライナーの条件ＷＡＬ１′（アライナーの最適値）を求めることが軸調整機能の目的となる。アライナーを電磁コイルで構成する場合には、偏向角ＷＡＬ１′はアライナーのコイル電流に比例する。
【００２８】
以上の関係から式（１）を書き直すと、
ΔＷｉ＝ΔＩ・（Ａ１＋ＷＡＬ１′・Ｂ１） （４）
が得られる。ここで、Ａ１，Ｂ１は以下の項をまとめたものである。
【００２９】
Ａ１＝Ｋ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ０′・Ｂ） （５）
Ｂ１＝Ｋ・Ｂ （６）
式（４）より、アライナーの最適値ＷＡＬ１′は
ＷＡＬ１′＝−Ａ１／Ｂ１ （７）
で与えられるため、Ａ１とＢ１を求めることにより、アライナーの最適値を計算することができる。式（４）において、ΔＩは対物レンズの電流変化量であるから、既知の値として予め決めることができる。したがって、アライナーを予め定めた任意の２条件に設定し、その各々においてΔＩに対する視差ΔＷｉを画像処理により検出すると、式（４）より未知数Ａ１，Ｂ１を求めるための方程式が得られる。この方程式からＡ１，Ｂ１を解くことができるため、アライナーの最適条件を式（７）から決定することができる。
【００３０】
即ち、アライナーを予め定めた任意の２条件に設定したときに得られる視差ΔＷｉが小さくなる（理想的にはゼロとなる）ような条件でＡ，Ｂのような未知数をｎ次方程式を解くことによって、電子光学系の動作条件に依存しない条件を導き出すことができる。この条件に基づいてアライナー条件（アライナーの励磁条件）を導き出すことができる。なお、アライナー５１は、少なくとも対物レンズ主面におけるビーム通過位置を二次元的に制御可能な配置、あるいは構造を有している。仮に、アライナーによるビームの偏向支点が対物レンズ主面近傍に存在すると、対物レンズに対する軸ずれの状態が制御できなくなるためである。即ち本発明実施例のように電磁コイルを用いたアライメント偏向器（アライナー）の場合、光学条件によって変化するコイルへの励磁電流（偏向信号）を検出することが可能になる。例えば対物レンズの励磁条件の変化や、試料に印加するリターディング電圧の大きさによって、変化する励磁電流を、観察時の光学条件に基づいて検出することができるので、光学条件ごとに異なるパラメータを登録しておく必要がなくなり、また経時変化により、ビームの条件が変化したとしても、その変化した状態における適正なアライメントコイルへの励磁電流を検出することが可能になる。
【００３１】
このように本発明実施例によれば、変化する軸ずれの状態や荷電粒子光学系の光学素子の動作条件（例えば、ビームエネルギーや焦点距離，光学倍率など）に対応が可能であり、軸調整の自動化を容易に実現することが可能になる。
【００３２】
なお、軸ずれの大きさは、ΔＩに対する視差ΔＷｉの大きさで定量化することができる。したがって、例えば、試料交換や電子光学系の条件変更など、軸ずれが発生する可能性を伴う操作を行ったときに、ΔＩによる視差ΔＷｉを検出する処理を実行すれば、軸ずれを未然に検出することができる。さらに、ΔＷｉがある所定の値を超えると、オペレータに軸調整が必要であることを伝えるメッセージを表示することができる。図５に、軸ずれを検出したときのメッセージ画面の一例を示す。オペレータは、このメッセージに従って、必要となれば、入力手段により軸調整処理を実行させることができる。入力手段は、例えば、メッセージ画面（例えば、図５）に表示されたアイコンやモニタに表示された他の専用アイコンをマウスでクリックしたり、あるいは、メニュー画面から処理コマンドを指定するなど、種々の形態をとることができる。
【００３３】
（実施例２）
一方、非点補正器５２についても、本実施例では自動軸調整が可能である。非点補正器では、光軸と直交する面内において、ビームを収束させる作用とビームを発散させる作用とが方向を異にして発生する。したがって、ビームが非点補正場の中心を通過していないと、非点補正場中心からのずれに対応した方向に偏向作用を受けることになる。このとき、非点収差の補正に連動して偏向作用も変化するため、非点収差の調整操作に連動して像が移動し、調整操作が困難になる。これを補正するために、従来は、非点補正器５２の信号（Ｘｓｔｇ，Ｙｓｔｇ）に連動した信号を別のアライナー５３に入力して、アライナー５３で発生する像の動きでもって非点補正器による像の動きをキャンセルするようにしている。このとき、アライナー５３に入力する信号（複素変数）をＷｓ１とすると、Ｗｓ１は次の式で表される。
【００３４】
Ｗｓ１＝Ｋｓｘ・Ｘｓｔｇ＋Ｋｓｙ・Ｙｓｔｇ （８）
ここで、Ｋｓｘ，Ｋｓｙは複素変数で表される係数である。いま、非点補正器の信号（Ｘｓｔｇ，Ｙｓｔｇ）をそれぞれΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇだけ別々に変化させたとすると、各々の変化に対応する観察像の動き（視差）ΔＷｉｘ，
ΔＷｉｙは、それぞれ次のようになる。
【００３５】
ΔＷｉｘ＝ΔＸｓｔｇ・（Ａｓｘ＋Ｂｘ・Ｋｓｘ） （９）
ΔＷｉｙ＝ΔＹｓｔｇ・（Ａｓｙ＋Ｂｙ・Ｋｓｙ） （１０）
ここで、Ａｓｘ，Ａｓｙは、非点補正器に対するビームの軸ずれに対応してその値が決まる複素変数である。Ｋｓｘ，Ｋｓｙは、装置で制御する軸調整パラメータ（複素変数）を表す。また、Ｂｘ，Ｂｙは、アライナーの位置や偏向感度，電子光学系の条件などで決まる複素変数である。従来は、非点補正器にそれぞれΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇの変調信号を加えて、そのときの像の動き（ΔＷｉｘ，ΔＷｉｙ)をオペレータが認識し、これを無くすようにパラメータＫｓｘ,Ｋｓｙの手動調整が行われていた。
【００３６】
これが、非点補正器に対する軸調整操作である。すなわち、非点補正器に対して軸を合わせる操作は、式（９）、および式（１０）において、ΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇによらずΔＷｉｘ，ΔＷｉｙが０となる係数Ｋｓｘ，Ｋｓｙを求めることに対応する。なお、ΔＷｉｘ，ΔＷｉｙはゼロになることが理想であるが、それには限られずゼロに近くなるようにΔＷを小さくするような条件で係数を求めるようにしても良い。式（９）および式（１０）の形式は、先に示した式(４)と全く同じであり、対物レンズの電流値変化（ΔＩ）を非点補正器の信号変化（ΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇ）に置き換えれば、視差検出とその演算処理によりアライナー５３に対する最適制御パラメータ（Ｋｓｘ，Ｋｓｙ）を求めることができる。このための処理フローを図４に示す。非点補正器による視野ずれを補正するアライナーは、試料上におけるビームの位置を補正するためのものであるから、試料上での位置が制御できる位置に配置されなければならない。
【００３７】
非点補正器に対する軸ずれの大きさは、非点補正器の信号にΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇの変化を与えたときの像ずれ（視差）により定量化できる。そのため、本実施例では、先に示した対物レンズに対する軸ずれの場合と同様、光軸の状態が変化する可能性のある操作（加速電圧の変化や試料交換，フォーカス位置の変更など）を行ったときに、視差検出を行い、オペレータに軸ずれの状態を表示して知らせることができる。オペレータは、この表示に従い、必要となれば、画面上に表示した入力手段により、非点補正器の軸合わせ処理の実行を指示することができる。入力手段は、例えば、モニタに表示された専用のアイコンをマウスでクリックしたり、あるいは、メニュー画面から処理を指定するなど、種々の形態をとることができる。
【００３８】
本発明の形態では、オペレータが不適切な画像の状態（フォーカスが著しくずれた状態や構造情報がほとんど含まれない画像の状態）で、誤って軸調整処理を指示した場合に、処理の誤動作を防止することができる。この機能の説明を図６の処理フローにより説明する。軸ずれの検出処理、あるいは、軸調整処理の開始が指示された場合、ＣＰＵ４０は、まず、現状の画像を取り込み、取り込んだ画像の定量化（画質定量化）処理を実行する。この定量化手段による処理は、画像に視差検出に必要な構造情報があるかどうかを定量化するものである。この処理の出力としては、例えば、画像をフーリエ変換し、この結果から次の式で計算される定量値Ｆｉを用いることができる。
【００３９】
Ｆｉ＝ΣΣ［Ｆ(ｆｘ，ｆｙ)・ｆｘⁿ・ｆｙⁿ］ （１１）
ここで、Ｆ(ｆｘ，ｆｙ)は画像の二次元フーリエ変換（ＦＦＴ）を表し、ｆｘ，ｆｙは空間周波数を表す。指数ｎとして１以上の実数や整数を用いることにより、画質の適切な定量化が可能になる。すなわち、画像に構造情報がないと、ｆｘ，ｆｙが０より大きい領域でＦ(ｆｘ，ｆｙ)が非常に小さい値になるため、式（１１）の計算結果から、画質に適切な構造情報があるか否かの判断が可能である。この定量値Ｆｉが予め決定された所定値以下、或いは未満の場合、アライメント信号演算に適さないという判断によって、警報を発生するようにすると良い。この警報は図５に示すような表示によるものや音によるものであっても良い。
【００４０】
（実施例３）
図７は、本発明の第３の実施例を説明するための図であり、像表示装置に表示される自動軸ずれ補正の環境を設定するための設定画面を示す図である。走査電子顕微鏡の操作者はこの画面から自動軸調の環境を設定する。本実施例の場合は、設定画面上で、ポインティングデバイス６０によって設定する例について説明する。まず、オペレータはアパーチャアライメントを自動的に実行するか否かを判断し、“視差検出に基づく補正”，“既定値補正”又は“しない”のいずれかを選択する。“視差検出に基づく補正”は、実施例１で説明したステップで軸ずれ補正を行うモードである。このモードを選択すれば一次電子線の経時変化によらず長時間安定した軸補正精度を得ることができる。“既定値補正”は、対物レンズの励磁条件や試料と対物レンズ間の距離（ワーキングディスタンス等の複数の光学条件）毎に発生する軸ずれを図示しないメモリに予め登録しておき、所定の光学条件が設定されたとき、登録された軸調整条件で軸調を行うようにするモードである。このモードは例えば経時的な軸ずれの変化が発生しないような場合や、光学条件を変化させてもほぼ同様の軸ずれが認められる場合に選択すると良い。この設定では既定値に基づいて補正を行うため、軸調整条件の検出、演算時間を必要とせず処理時間の向上が可能である。“しない”は軸調整を行わないモードであり、軸ずれが起きないような環境で選択することが望ましい。
【００４１】
以上のように、環境設定画面により複数の補正モードを選択できるようにしておけば、走査電子顕微鏡の使用条件や環境等に基づいて、適正な補正条件を選択することが可能になる。
【００４２】
次にオペレータは自動軸調タイミングを選択する。この選択は例えば軸ずれの頻度が高いような場合は、軸調の精度を考慮して“分析点毎”を設定し、測定個所毎に軸ずれ補正を行い、軸ずれがあまり発生しないようであれば、スループットを考慮して“ウェハ毎”を選択し、走査電子顕微鏡による測定対象であるウェハを交換するたびに軸ずれ補正を行うと良い。このような選択肢を設けることで、走査電子顕微鏡の使用条件や環境等に基づいて、適正な軸ずれ補正タイミングを選択することが可能になる。また“所定値を超えたとき”を選択すると、分析点毎或いはウェハ毎に対物レンズ電流変化量ΔＩに対する視差ΔＷｉを検出し、ΔＷｉが所定の値を超えたときに“視差検出に基づく補正”が行われる。ほかに“ユーザー設定”を選択すると予め別途登録された軸調タイミングで軸調が行われる。
【００４３】
次にオペレータは補正量グラフを登録するか、しないかを選択する。ここでいう補正量グラフとは図８（ａ）に示すような形で像表示装置に表示される。実施例１に示す技術では最終的に非点補正器用アライナー５３へのコイル電流を算出しているが、このコイル電流と補正前のコイル電流の大きさの違いは光軸からビームがどれだけずれていたかを表すものであり、この程度をプロットしグラフ化することで、軸ずれの程度の推移を判断することができる。もしこの軸ずれの推移がほぼ一定値を示すようであれば、その後の軸ずれの状態も同様であるとの判断のもとに、先の“既定値補正”に切り替えることで、“視差検出に基づく補正”に要する軸調整条件の検出時間，演算時間を削除でき、スループットを向上させることができる。このようなグラフを表示することで、オペレータに、適切な自動軸調を行うための判断を委ねることができ、適正な軸調条件を設定することができる。
【００４４】
図８（ｂ）に示すグラフは、図８（ａ）の補正量グラフに重畳して、半導体パターン幅の測長結果を表示した例である。半導体パターン幅の測長は、測長対象パターンがある半導体デバイス上に電子線を一次元的、或いは二次元的に走査して得られる二次電子や反射電子の検出量に基づいて形成されるラインプロファイルの幅を測ることで行われる。このようにして得られる対象パターンの測長結果と、設計情報に基づくパターン寸法の誤差を図８（ａ）に示す補正量グラフに重畳してプロットしている。
【００４５】
図８（ｂ）において、ａと記した個所は、視差ΔＷｉが或る定められた範囲を超えたため、或いは視差検出に必要な構造情報がなかったため（実施例２で説明した定量値Ｆｉが、或る値以下或いは未満の場合）、“視差検出に基づく補正”を行わない条件で測長を行った個所である。この部分は補正量がゼロの場合と区別できるように、色を変える等、他の部分と識別して表示することが望ましい。以下の説明では視差ΔＷｉが定められた範囲を超えたときは“視差検出に基づく補正”を行わずに測長を実行する場合について説明するが、これに限られず前述したようにオペレータに軸調整等を促すための警報を発生し自動測長を停止したりしても良い。なお、“視差検出に基づく補正”を行わなかったにも関わらず測長を続行する場合、得られた測長値が誤っている恐れがある。このような場合、後に目視で測長が正しく行われたか否かの確認をすべく、測長値と併せて測長の際に得られた試料像，ラインプロファイル、或いは電子顕微鏡の光学条件のうち少なくとも１つを記憶しておくと良い。オペレータはこれらの情報と共に得られた測長結果とを照らし合わせることで、測長の信頼度を判断することができる。
【００４６】
次にオペレータは視差ΔＷｉが或る定められた範囲を超えているとき、或いは設定値Ｆｉが或る値以下或いは未満の場合に、どのような処理を行うかを選択する。“測長停止”を選択すると自動的かつ連続的に実行されている測長が停止状態となり、電子線は図示しないブランキング機構で試料に照射されないようにブランキングされ待機状態となる。このとき像表示画面に、図５に示すようなメッセージを表示しても良い。この中で単なる“続行”は“視差検出に基づく補正”を行わないでそのまま測長を行うモードである。“試料像登録の上続行”は先に説明したように“視差検出に基づく補正”を行わないで得られた試料像等を測長結果と共に登録しておくモードである。“既定値補正に切替”は“視差検出に基づく補正”ができない場合であって軸ずれの状況がある程度判明している場合等に有効である。このモードでは予め登録された補正量に基づいて軸ずれが行われる。また測長を行わないで次の測頂点にスキップするようにしても良い。これまで説明してきた環境設定画面は当然スティグマアライメント用に適用することも可能である。
【００４７】
なお、本実施例で説明した自動軸調が適正に行われているか否かを判定するために、“視差検出に基づく補正”を行うのに供される少なくとも４枚の試料像を像表示画面にリアルタイムで表示するようにしても良い。また上記説明では対物レンズと非点補正器に対する軸調を行うことについて説明したが、これに限られることはなくアライメント偏向器を用いて光軸調整を行う必要のある荷電粒子線の光学素子全般に適用可能である。更に本発明は電子顕微鏡だけではなく、収束イオンビームや軸対称レンズシステムを用いて荷電粒子線を収束させる全ての荷電粒子線装置に適用が可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、荷電粒子線装置の光学条件に因らず精度の高い軸調整を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略処理フロー。
【図３】対物レンズに対する軸ずれを補正する原理図。
【図４】非点補正器に対する軸ずれを補正するための概略処理フロー。
【図５】軸ずれを検出したときのメッセージの一例。
【図６】画質判定処理を加えた軸ずれ検出処理の一例。
【図７】自動軸ずれ補正の環境を設定するための設定画面を示す図。
【図８】補正量グラフの表示例を示す図。
【符号の説明】
１…陰極、２…第一陽極、３…第二陽極、４…一次電子線、５…第一収束レンズ、６…第二収束レンズ、７…対物レンズ、８…絞り板、９…走査コイル、１０…試料、１１…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、１２…二次信号、１３…二次信号用検出器、１４ａ…信号増幅器、２０…高圧制御電源、２１…第一収束レンズ制御電源、２２…第二収束レンズ制御電源、２３…対物レンズ制御電源、２４…走査コイル制御電源、２５…画像メモリ、２６…像表示装置、３１…対物レンズ用アライナー制御電源、３２…非点補正器用制御電源、３３…非点補正器用アライナー制御電源、４０…制御ＣＰＵ、５１…対物レンズ用アライナー、５２…非点補正器、５３…非点補正器用アライナー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a charged particle beam apparatus suitable for correcting a deviation of an optical axis of a charged particle optical system and stably obtaining a high resolution image.
[0002]
[Prior art]
In a charged particle beam apparatus typified by a scanning electron microscope, desired information (for example, a sample image) is obtained from a sample by scanning a finely focused charged particle beam on the sample. In such a charged particle beam apparatus, if there is a deviation in the optical axis with respect to the lens, lens aberration occurs and the resolution of the sample image decreases, so high-precision axis adjustment is required to obtain a sample image with high resolution. It is. Therefore, in the conventional axis adjustment, the excitation current of the objective lens is periodically changed, and the operating conditions of the axis adjustment deflector (aligner) are manually adjusted so as to minimize the movement at that time. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-195453 discloses a technique for automatically performing such adjustment. According to this description, a technique for changing the excitation set value of the alignment coil based on the transition of the electron beam irradiation position that changes between two excitation conditions of the objective lens is disclosed. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-331637 discloses a technique for performing focus correction from two electron microscope images obtained under different optical conditions based on detection of positional deviation between the two.
[0003]
Moreover, if it deviates from the center of the astigmatism corrector that performs astigmatism correction of the charged particle beam, the field of view moves when adjusting astigmatism, and adjustment becomes difficult. Therefore, another aligner (deflector) that controls the position of charged particles on the sample in conjunction with the operation of the astigmatism corrector is provided, and the setting value (astigmatism corrector) of the astigmatism corrector changes. The field of view is corrected so that the observed image does not move when the astigmatism is adjusted by canceling the movement of the image with respect to. At this time, a signal proportional to the set value of the astigmatism corrector is input to the aligner for correcting field deviation, but this proportionality factor must be determined so that the image movement is canceled when adjusting astigmatism. I must. In order to perform this adjustment, an astigmatism corrector setting value (such as current) is periodically changed to find a proportional coefficient that minimizes image movement at this time.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to manually adjust the optical axis as described above, an experience-backed technique is required, and adjustment accuracy varies depending on the operator, and adjustment may take time. Also, in the above-described adjustment by automation, it is necessary to store adjustment parameters that change depending on the optical conditions for each optical condition, and registration work is required each time the optical conditions are changed. Further, even if the optical system is used under the same optical conditions, there is a problem that adjustment based on the registered parameters becomes difficult due to a change with time of the optical axis. There is also a possibility that the operator may perform observation or the like based on the deteriorated sample image without noticing that the axis is shifted.
[0005]
An object of the present invention is to provide a charged particle beam device and a charged particle beam device that can easily adjust the optical axis even when the optical condition is changed or the state of the charged particle beam changes due to a change in the optical axis over time. It is to provide an adjustment method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, when the axis of the charged particle beam is adjusted with respect to the optical element that affects the charged particle beam by the alignment deflector, the deflection condition of the alignment deflector is set to the first state. In addition, the optical element is changed to at least two states, a first deviation between the first sample image and the second sample image obtained at that time is detected, and the deflection condition of the alignment deflector is set to the second state. In this case, the optical element is changed to at least two states, the second deviation between the third sample image and the fourth sample image obtained at that time is detected, and based on the information on the two deviations. Thus, a charged particle beam adjusting method and a charged particle beam apparatus for determining an operating condition of the alignment deflector are provided.
[0007]
According to such a configuration, highly accurate axis adjustment is possible regardless of the optical conditions of the charged particle beam.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope which is an example of the present invention. A voltage is applied between the cathode 1 and the first anode 2 by a high voltage control power source 20 controlled by a microprocessor (CPU) 40, and the primary electron beam 4 is drawn from the cathode 1 with a predetermined emission current. An acceleration voltage is applied between the cathode 1 and the second anode 3 by a high-voltage control power source 20 controlled by the CPU 40, and the primary electron beam 4 emitted from the cathode 1 is accelerated and proceeds to the subsequent lens system. The primary electron beam 4 is converged by the converging lens 5 controlled by the lens control power source 21, and after the unnecessary region of the primary electron beam is removed by the diaphragm plate 8, the converging lens 6 controlled by the lens control power source 22, And the objective lens 7 controlled by the objective lens control power source 23 is converged as a minute spot on the sample 10. The objective lens 7 can take various forms such as an in-lens system, an out-lens system, and a snorkel system (semi-in-lens system). A retarding method is also possible in which a negative voltage is applied to the sample to decelerate the primary electron beam. Furthermore, each lens may be composed of an electrostatic lens composed of a plurality of electrodes.
[0010]
The primary electron beam 4 is scanned two-dimensionally on the sample 10 by the scanning coil 9. The secondary signal 12 such as secondary electrons generated from the sample 10 by the irradiation of the primary electron beam travels to the upper part of the objective lens 7 and is then separated from the primary electrons by the orthogonal electromagnetic field generator 11 for secondary signal separation. And detected by the secondary signal detector 13. The signal detected by the secondary signal detector 13 is amplified by the signal amplifier 14 and then transferred to the image memory 25 and displayed on the image display device 26 as a sample image.
[0011]
A one-stage deflection coil 51 is arranged near or at the same position as the scanning coil 9 and operates as an aligner for the objective lens. Further, an octupole astigmatism correction coil 52 for correcting astigmatism in the X and Y directions is disposed between the objective lens and the diaphragm plate. An aligner 53 for correcting the axial deviation of the astigmatism correction coil is disposed in the vicinity of the astigmatism correction coil or at the same position.
[0012]
In addition to the sample image, the image display device 26 displays various operation buttons for setting the electron optical system and scanning conditions, as well as buttons for checking the axis conditions and instructing the start of automatic axis alignment. it can.
[0013]
When focus adjustment is performed in a state where the primary electron beam has passed a position deviated from the center of the objective lens (in a state where the axis is deviated), the field of view moves with the focus adjustment. When the operator notices an axis shift, the start of the axis alignment process can be instructed by an operation such as clicking a process start button displayed on the display device with a mouse. When receiving an axis alignment command from the operator, the control CPU 40 starts processing along the flow of FIG. 2 or FIG.
[0014]
In the description of FIG. 1, the control processor unit is described as being integrated with or equivalent to the scanning electron microscope. However, the control processor unit is not limited to this, and a control processor provided separately from the scanning electron microscope body is described below. Processing as described may be performed. In this case, a detection signal detected by the secondary signal detector 13 is transmitted to the control processor, or a signal is transmitted from the control processor to a lens or a deflector of the scanning electron microscope, and via the transmission medium. An input / output terminal for inputting / outputting a transmitted signal is required. Alternatively, a program for performing the processing described below may be registered in a storage medium, and the program may be executed by a control processor that has an image memory and supplies necessary signals to the scanning electron microscope.
[0015]
(Example 1)
The processing flow of FIG. 2 will be described in detail below.
[0016]
First step:
A current condition of the objective lens 7 or a condition determined based on the current condition (for example, a condition in which the focus is slightly shifted from the current focus condition) is set as the condition 1 in the objective lens 7. Next, the current condition of the aligner 51 or a predetermined condition is set as the condition 1 of the aligner 51. The image 1 is acquired under the objective lens condition 1 and the aligner condition 1.
[0017]
Second step:
With the condition of the aligner 51 as it is, an image 2 is acquired by setting a second focus condition in which only the objective lens condition is defocused by a predetermined value with respect to the objective lens condition 1.
[0018]
Third step, fourth step:
A condition obtained by shifting the condition of the aligner 51 by a predetermined value with respect to the condition 1 is set as the condition 2 and is set in the aligner 51. Then, the objective lens conditions are set to Condition 1 and Condition 2 in the same manner as in Steps 1 and 2, and the respective images (image 3 and image 4) are acquired.
[0019]
Step 5:
An image is acquired again under the same conditions as image 1 and is registered as image 5.
[0020]
Step 6:
The parallax (image shift) between the image 1 and the image 2 is detected by image processing, and this is registered as the parallax 1. The parallax between the images can be detected from, for example, the image shift amount that maximizes the image correlation value by obtaining the image correlation while shifting the images of the image 1 and the image 2 in units of pixels. In addition, any image processing capable of detecting parallax can be applied to the present embodiment.
[0021]
Step 7:
The parallax between image 1 and image 2 is detected by image processing and registered as parallax 2.
[0022]
Step 8:
The parallax between image 1 and image 5 is detected by image processing and registered as parallax 3. Since the image 1 and the image 5 are acquired under the same conditions, if there is a deviation (parallax 3) between these images, the deviation is created by a sample or beam drift. That is, when the optical condition of the charged particle beam is set to a certain state (first state) and then the optical condition is set to another state (second state), and then the first state is set again, the above 2 Sample images are detected in each of the first states, and the drift is calculated based on the deviation between the two.
[0023]
Step 9:
The drift component is detected from the parallax 3, and the drift component is corrected (removed) for the parallax 1 and the parallax 2. For example, if the capture interval between the images 1 and 5 is t seconds, the drift (d) per unit time (seconds) is expressed by d = (parallax 3) / t. On the other hand, if the capture intervals of the images 1 and 2 and the images 3 and 4 are T12 and T34, the parallax 1 and the parallax 2 include drift components of d × T12 and d × T34, respectively. Therefore, by subtracting the drift component from the parallax 1 and the parallax 2, it is possible to calculate an accurate parallax due to the axis deviation.
[0024]
Step 10 and Step 11:
The optimum value of the aligner 51 is calculated from the parallax 1 and the parallax 2 that have been drift-corrected, and set to the aligner.
[0025]
The processing flow of FIG. 2 is described in a procedure with which the operation can be easily understood. However, the order of capturing images does not affect the processing except for the first and last images (for drift correction). In actual processing, in order to speed up the processing, for example, the objective lens condition 7 is set to the condition 1 and the images 1 and 3 are successively captured, and then the objective lens condition 7 is set to the condition 2 Image 2 and image 4 can be captured continuously. Since the objective lens of an electron microscope is usually composed of a magnetic field lens, since the inductance is large, a method of continuously controlling an aligner that is small in inductance and capable of high-speed control is practically effective.
[0026]
The principle of correcting (correcting) the axial deviation with respect to the objective lens in the processing flow of FIG. 2 will be described with reference to FIG. In the state where the axis is deviated, the beam off-axis amount at the position (deflection surface) of the aligner 51 is WAL (complex variable: XAL + j · YAL, j: imaginary unit), and the tilt of the beam with respect to the optical axis at this position is WAL ′ ( (Complex variable), trajectory calculation based on electron optical theory (paraxial theory) is possible. In the case of a magnetic field type objective lens, if the image shift amount (parallax) generated when the lens current value is changed from I1 to I2 by ΔI (= I1−I2) is ΔWi (complex variable: ΔXi + j · ΔYi), the trajectory By calculation, ΔWi can be expressed as follows.
[0027]
ΔWi = K · ΔI · (WAL · A + WAL ′ · B) (1)
Here, K, A, and B are parameters (complex numbers) that are determined by the off-axis state at the time of measurement and the operating conditions of the objective lens (acceleration voltage, focal length of the objective lens, object point position of the objective lens, etc.). is there. The state in which the axis is deviated with respect to the objective lens means that ΔWi has a value other than 0 in Equation (1). Therefore, conventionally, the current of the objective lens is periodically changed by ΔI, the operator recognizes the image shift ΔWi at this time, and the aligner conditions are adjusted so as to eliminate the image shift. That is, the optimum value of the aligner for correcting the axial deviation indicates a condition in which the right side of the equation (1) is 0 regardless of ΔI. If you export this condition,
(WAL · A + WAL '· B) = 0 (2)
Thus, the operating condition of the aligner that satisfies this condition is the optimum value. If there is an axis misalignment, the aligner deflection surface is also accompanied by the tilt of the incident beam. If this is WAL0 ', the deflection angle (control value) by the aligner is WAL1'.
WAL '= WAL0' + WAL1 '(3)
It is represented by Therefore, the purpose of the axis adjustment function is to obtain the aligner condition WAL1 ′ (the optimum value of the aligner) that satisfies the equation (2). When the aligner is composed of electromagnetic coils, the deflection angle WAL1 'is proportional to the coil current of the aligner.
[0028]
From the above relationship, rewriting equation (1)
ΔWi = ΔI · (A1 + WAL1 ′ · B1) (4)
Is obtained. Here, A1 and B1 summarize the following terms.
[0029]
A1 = K ・ (WAL ・ A + WAL0 ′ ・ B) (5)
B1 = KB (6)
From equation (4), the optimum value WAL1 ′ of the aligner is
WAL1 '=-A1 / B1 (7)
Therefore, the optimum value of the aligner can be calculated by obtaining A1 and B1. In Expression (4), ΔI is the current change amount of the objective lens and can be determined in advance as a known value. Therefore, if the aligner is set to two predetermined conditions and the parallax ΔWi with respect to ΔI is detected by image processing in each of them, an equation for obtaining the unknowns A1 and B1 is obtained from the equation (4). Since A1 and B1 can be solved from this equation, the optimum condition of the aligner can be determined from Equation (7).
[0030]
That is, an n-order equation is solved for unknowns such as A and B under the condition that the parallax ΔWi obtained when the aligner is set to two predetermined conditions is small (ideally zero). Thus, a condition that does not depend on the operating condition of the electron optical system can be derived. Based on this condition, an aligner condition (aligner excitation condition) can be derived. Note that the aligner 51 has an arrangement or structure capable of two-dimensionally controlling a beam passing position on at least the main surface of the objective lens. If the deflection fulcrum of the beam by the aligner exists in the vicinity of the main surface of the objective lens, the state of the axial deviation with respect to the objective lens cannot be controlled. That is, in the case of an alignment deflector (aligner) using an electromagnetic coil as in the embodiment of the present invention, it becomes possible to detect an excitation current (deflection signal) to the coil that changes depending on optical conditions. For example, since the excitation current that changes depending on the change in the excitation condition of the objective lens and the magnitude of the retarding voltage applied to the sample can be detected based on the optical conditions at the time of observation, different parameters are set for each optical condition. It is not necessary to register, and even if the beam condition changes due to changes over time, it becomes possible to detect the excitation current to the appropriate alignment coil in the changed state.
[0031]
As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to cope with the changing state of the axis deviation and the operating conditions of the optical element of the charged particle optical system (for example, beam energy, focal length, optical magnification, etc.) Can be easily realized.
[0032]
The magnitude of the axis deviation can be quantified by the magnitude of the parallax ΔWi with respect to ΔI. Therefore, for example, when an operation with the possibility of causing an axis deviation such as a sample exchange or a change in conditions of the electron optical system is performed, the axis deviation can be detected in advance by executing a process for detecting the parallax ΔWi due to ΔI. can do. Further, when ΔWi exceeds a predetermined value, a message can be displayed informing the operator that the axis adjustment is necessary. FIG. 5 shows an example of a message screen when axis deviation is detected. The operator can execute the axis adjustment process by the input means according to this message, if necessary. For example, the input means can click on an icon displayed on the message screen (for example, FIG. 5) or another dedicated icon displayed on the monitor with a mouse, or specify a processing command from the menu screen. Can take form.
[0033]
(Example 2)
On the other hand, the astigmatism corrector 52 can also be automatically adjusted in this embodiment. In the astigmatism corrector, the action of converging the beam and the action of diverging the beam occur in different directions in a plane orthogonal to the optical axis. Therefore, if the beam does not pass through the center of the astigmatism correction field, it will be deflected in a direction corresponding to the deviation from the center of the astigmatism correction field. At this time, since the deflection action also changes in conjunction with the correction of astigmatism, the image moves in conjunction with the adjustment operation of astigmatism, making the adjustment operation difficult. In order to correct this, conventionally, a signal linked to the signals (Xstg, Ystg) of the astigmatism corrector 52 is inputted to another aligner 53, and the astigmatism corrector is detected by the image movement generated by the aligner 53. The movement of the image due to is canceled. At this time, if the signal (complex variable) input to the aligner 53 is Ws1, Ws1 is expressed by the following equation.
[0034]
Ws1 = Ksx · Xstg + Ksy · Ystg (8)
Here, Ksx and Ksy are coefficients represented by complex variables. Assuming that the signals (Xstg, Ystg) of the astigmatism corrector are changed separately by ΔXstg and ΔYstg, respectively, the motion (parallax) of the observation image corresponding to each change ΔWix,
ΔWiy is as follows.
[0035]
ΔWix = ΔXstg · (Asx + Bx · Ksx) (9)
ΔWiy = ΔYstg · (Asy + By · Ksy) (10)
Here, Asx and Asy are complex variables whose values are determined in accordance with the axial deviation of the beam with respect to the astigmatism corrector. Ksx and Ksy represent axis adjustment parameters (complex variables) controlled by the apparatus. Bx and By are complex variables determined by the position of the aligner, the deflection sensitivity, the conditions of the electron optical system, and the like. Conventionally, modulation signals of ΔXstg and ΔYstg are respectively added to the astigmatism corrector, and the operator recognizes the image movement (ΔWix, ΔWiy) at that time, and manual adjustment of the parameters Ksx, Ksy is performed so as to eliminate this. It was broken.
[0036]
This is the axis adjustment operation for the astigmatism corrector. That is, the operation of aligning the axis with the astigmatism corrector corresponds to obtaining the coefficients Ksx and Ksy at which ΔWix and ΔWiy are 0 regardless of ΔXstg and ΔYstg in the equations (9) and (10). . It should be noted that ΔWix and ΔWiy are ideally zero, but the present invention is not limited to this, and the coefficient may be obtained under the condition that ΔW is small so as to be close to zero. The forms of the equations (9) and (10) are exactly the same as the equation (4) shown above, and the current value change (ΔI) of the objective lens is changed to the signal changes (ΔXstg, ΔYstg) of the astigmatism corrector. In other words, the optimal control parameters (Ksx, Ksy) for the aligner 53 can be obtained by parallax detection and its calculation processing. A processing flow for this is shown in FIG. The aligner for correcting the visual field shift by the astigmatism corrector is for correcting the position of the beam on the sample, and must be disposed at a position where the position on the sample can be controlled.
[0037]
The magnitude of the axis deviation with respect to the astigmatism corrector can be quantified by image deviation (parallax) when a change in ΔXstg and ΔYstg is given to the signal of the astigmatism corrector. For this reason, in this embodiment, as in the case of the axis deviation with respect to the objective lens described above, operations that may change the state of the optical axis (change in acceleration voltage, sample exchange, change in focus position, etc.) are performed. In this case, parallax detection can be performed to display and notify the operator of the state of the axis deviation. According to this display, the operator can instruct execution of the axis alignment processing of the astigmatism corrector by using the input means displayed on the screen, if necessary. The input means can take various forms, for example, by clicking a dedicated icon displayed on the monitor with a mouse or designating processing from a menu screen.
[0038]
In the embodiment of the present invention, when the operator erroneously instructs the axis adjustment process in an inappropriate image state (a state in which the focus is significantly shifted or an image state that includes almost no structural information), a malfunction of the process is caused. Can be prevented. This function will be described with reference to the processing flow of FIG. When instructed to start the axis misalignment detection process or the axis adjustment process, the CPU 40 first captures the current image and executes a process of quantifying the captured image (image quality quantification). This processing by the quantification means quantifies whether there is structural information necessary for parallax detection in the image. As an output of this processing, for example, the image can be subjected to Fourier transform, and a quantitative value Fi calculated by the following expression from the result can be used.
[0039]
Fi = ΣΣ [F (fx, fy) · fx ⁿ ・ Fy ⁿ ] (11)
Here, F (fx, fy) represents a two-dimensional Fourier transform (FFT) of the image, and fx, fy represents a spatial frequency. By using a real number or an integer of 1 or more as the index n, it is possible to appropriately quantify the image quality. That is, if there is no structural information in the image, F (fx, fy) becomes a very small value in a region where fx, fy is greater than 0. Therefore, structural information appropriate for the image quality is obtained from the calculation result of Expression (11). It is possible to determine whether or not there is. If the quantitative value Fi is less than or less than a predetermined value, an alarm may be generated based on a determination that the quantitative value Fi is not suitable for the alignment signal calculation. This alarm may be by display or sound as shown in FIG.
[0040]
(Example 3)
FIG. 7 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, and is a diagram showing a setting screen for setting an automatic axis deviation correction environment displayed on the image display device. The operator of the scanning electron microscope sets the automatic axis adjustment environment from this screen. In the case of the present embodiment, an example of setting with the pointing device 60 on the setting screen will be described. First, the operator determines whether or not aperture alignment is to be automatically performed, and selects one of “correction based on parallax detection”, “predetermined value correction”, and “no”. “Correction based on parallax detection” is a mode in which axis deviation correction is performed in the steps described in the first embodiment. If this mode is selected, it is possible to obtain a stable axis correction accuracy for a long time regardless of the temporal change of the primary electron beam. “Default value correction” is a pre-registered memory that is not shown in the figure, which stores the axial deviation that occurs for each objective lens excitation condition and the distance between the sample and the objective lens (a plurality of optical conditions such as working distance). In this mode, when conditions are set, the axis is adjusted with the registered axis adjustment conditions. This mode may be selected, for example, when no change in axis deviation occurs over time or when almost the same axis deviation is recognized even when the optical conditions are changed. In this setting, correction is performed based on a default value, so that detection time for axis adjustment conditions and calculation time are not required, and processing time can be improved. “No” is a mode in which the axis is not adjusted, and it is desirable to select it in an environment in which no axis deviation occurs.
[0041]
As described above, if a plurality of correction modes can be selected on the environment setting screen, it is possible to select appropriate correction conditions based on the use conditions, environment, and the like of the scanning electron microscope.
[0042]
Next, the operator selects automatic axis adjustment timing. For example, if the frequency of axis misalignment is high, set “every analysis point” in consideration of the accuracy of the axis tones and correct the axis misalignment at each measurement point so that the axis misalignment does not occur much. If there is, it is preferable to select “every wafer” in consideration of the throughput, and to correct the axis deviation every time the wafer to be measured by the scanning electron microscope is replaced. By providing such options, it is possible to select an appropriate axis deviation correction timing based on the use conditions, environment, etc. of the scanning electron microscope. If “when a predetermined value is exceeded” is selected, the parallax ΔWi with respect to the objective lens current change amount ΔI is detected for each analysis point or for each wafer, and when ΔWi exceeds a predetermined value, “correction based on parallax detection”. Is done. In addition, when “user setting” is selected, the axis adjustment is performed at an axis adjustment timing separately registered in advance.
[0043]
Next, the operator selects whether or not to register the correction amount graph. The correction amount graph here is displayed on the image display device in the form as shown in FIG. In the technique shown in the first embodiment, the coil current to the astigmatism corrector aligner 53 is finally calculated. The difference between the coil current and the coil current before correction is how much the beam is deviated from the optical axis. By plotting this degree and graphing it, it is possible to determine the transition of the degree of axis deviation. If the transition of this axis deviation shows a substantially constant value, it is determined that the state of the subsequent axis deviation is also the same, and by switching to the “default value correction” above, “parallax detection” The detection time and calculation time of the axis adjustment condition required for “correction based on” can be eliminated, and the throughput can be improved. By displaying such a graph, it is possible to entrust the operator to make a determination for performing appropriate automatic axis adjustment, and to set appropriate axis adjustment conditions.
[0044]
The graph shown in FIG. 8B is an example in which the measurement result of the semiconductor pattern width is displayed superimposed on the correction amount graph of FIG. The measurement of the semiconductor pattern width is formed based on the detected amount of secondary electrons or reflected electrons obtained by scanning an electron beam one-dimensionally or two-dimensionally on a semiconductor device having a pattern to be measured. This is done by measuring the width of the line profile. The length measurement result of the target pattern thus obtained and the pattern dimension error based on the design information are plotted superimposed on the correction amount graph shown in FIG.
[0045]
In FIG. 8 (b), the part indicated by a is because the parallax ΔWi exceeds a predetermined range or there is no structural information necessary for parallax detection (the quantitative value Fi described in the second embodiment is If the value is less than or less than a certain value), the length is measured under the condition that “correction based on parallax detection” is not performed. It is desirable to distinguish and display this part from other parts such as by changing the color so that it can be distinguished from the case where the correction amount is zero. In the following description, a case where length measurement is performed without performing “correction based on parallax detection” when the parallax ΔWi exceeds a predetermined range will be described, but the present invention is not limited to this. It is also possible to generate an alarm for prompting, etc. and stop automatic length measurement. In addition, when length measurement is continued even though “correction based on parallax detection” is not performed, the obtained length measurement value may be incorrect. In such a case, in order to confirm whether or not the length measurement was correctly performed later, the sample image obtained at the time of length measurement along with the length measurement value, the line profile, or the optical conditions of the electron microscope It is good to store at least one of them. The operator can judge the reliability of the length measurement by comparing the length measurement result obtained together with the information.
[0046]
Next, the operator selects what processing is to be performed when the parallax ΔWi exceeds a predetermined range, or when the set value Fi is less than or less than a certain value. When “stop length measurement” is selected, the length measurement that is being performed automatically and continuously is stopped, and the electron beam is blanked by a blanking mechanism (not shown) so as to be in a standby state. At this time, a message as shown in FIG. 5 may be displayed on the image display screen. Of these, “continue” is a mode in which length measurement is performed without performing “correction based on parallax detection”. “Continue with sample image registration” is a mode for registering a sample image and the like obtained without performing “correction based on parallax detection” together with the length measurement result as described above. “Switch to default value correction” is effective when “correction based on parallax detection” cannot be performed and the state of the axis deviation is known to some extent. In this mode, the axis deviation is performed based on a correction amount registered in advance. Further, it may be possible to skip to the next vertex without performing length measurement. Naturally, the environment setting screen described so far can also be applied for stigma alignment.
[0047]
In addition, in order to determine whether or not the automatic axis adjustment described in this embodiment is properly performed, at least four sample images used for performing “correction based on parallax detection” are displayed on an image display screen. It may be displayed in real time. In the above description, the axis adjustment for the objective lens and the astigmatism corrector has been described. However, the present invention is not limited to this, and general optical elements for charged particle beams that need to be adjusted with an alignment deflector. It is applicable to. Furthermore, the present invention can be applied not only to an electron microscope but also to all charged particle beam apparatuses that focus a charged particle beam using a focused ion beam or an axially symmetric lens system.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform highly accurate axis adjustment regardless of the optical conditions of the charged particle beam apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope which is an example of the present invention.
FIG. 2 is a schematic processing flow for correcting an axis deviation with respect to an objective lens.
FIG. 3 is a principle diagram for correcting an axial deviation with respect to an objective lens.
FIG. 4 is a schematic processing flow for correcting an axis deviation with respect to an astigmatism corrector.
FIG. 5 shows an example of a message when an axis deviation is detected.
FIG. 6 shows an example of axis misalignment detection processing to which image quality determination processing is added.
FIG. 7 is a diagram showing a setting screen for setting an environment for automatic axis deviation correction.
FIG. 8 is a view showing a display example of a correction amount graph.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... First anode, 3 ... Second anode, 4 ... Primary electron beam, 5 ... First convergent lens, 6 ... Second convergent lens, 7 ... Objective lens, 8 ... Diaphragm plate, 9 ... Scanning coil DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sample, 11 ... Orthogonal electromagnetic field (EXB) generator for secondary signal separation, 12 ... Secondary signal, 13 ... Detector for secondary signal, 14a ... Signal amplifier, 20 ... High-voltage control power supply, 21 ... First One converging lens control power source, 22 ... second converging lens control power source, 23 ... objective lens control power source, 24 ... scanning coil control power source, 25 ... image memory, 26 ... image display device, 31 ... objective lens aligner control power source, 32 ... astigmatism corrector control power supply, 33 ... astigmatism corrector aligner control power supply, 40 ... control CPU, 51 ... objective lens aligner, 52 ... astigmatism corrector, 53 ... astigmatism corrector aligner.

Claims (5)

荷電粒子源から放出された荷電粒子線の非点補正を行う非点補正器と、当該非点補正器によって補正された前記荷電粒子線の試料への照射によって、当該試料から放出される二次荷電粒子を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置であって、An astigmatism corrector that performs astigmatism correction of the charged particle beam emitted from the charged particle source, and a secondary emitted from the sample by irradiation of the charged particle beam corrected by the astigmatism corrector. A charged particle beam apparatus for detecting charged particles to form a sample image,
前記非点補正器に対する軸調整をアライメント偏向器で行う荷電粒子線調整方法において、In the charged particle beam adjustment method in which the axis adjustment for the astigmatism corrector is performed by an alignment deflector,
前記アライメント偏向器の偏向条件を第１の状態にしたときに、前記非点補正器の補正条件を２つの状態に変化させ、そのときに得られる第１の試料像と第２の試料像間の第１のずれを検出し、When the deflection condition of the alignment deflector is set to the first state, the correction condition of the astigmatism corrector is changed to two states, and the first sample image and the second sample image obtained at that time are changed. Detecting the first deviation of
前記アライメント偏向器を第２の状態にしたときに、前記非点補正器の補正条件を少なくとも２つの状態に変化させ、そのときに得られる第３の試料像と第４の試料像間の第２のずれを検出し、When the alignment deflector is in the second state, the correction condition of the astigmatism corrector is changed to at least two states, and the third sample image and the fourth sample image obtained at that time are changed. 2 is detected,
上記第１のずれと第２のずれの情報を、アライメント条件の変化に対する試料像のずれを導く方程式に当てはめて、前記荷電粒子線の光学条件によって変動する未知数を算出し、By applying the information of the first deviation and the second deviation to an equation that leads to the deviation of the sample image with respect to the change of the alignment condition, an unknown that varies depending on the optical condition of the charged particle beam is calculated,
当該算出された未知数と前記非点補正器の補正条件を２つに変化させたときの像ずれが小さくなる条件からアライメント条件を得ることを特徴とする荷電粒子線調整方法。A charged particle beam adjustment method, characterized in that an alignment condition is obtained from a condition in which the calculated unknown quantity and the correction condition of the astigmatism corrector are changed to two to reduce an image shift. 荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線の非点補正を行う非点補正器と、当該非点補正器に対して前記荷電粒子線の軸調整を行うアライメント偏向器と、前記荷電粒子線の照射によって試料から放出される二次荷電粒子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて試料像を形成する荷電粒子線装置において、A charged particle source, an astigmatism corrector that performs astigmatism correction of the charged particle beam emitted from the charged particle source, an alignment deflector that adjusts the axis of the charged particle beam with respect to the astigmatism corrector, In a detector that detects secondary charged particles emitted from a sample by irradiation of the charged particle beam, and a charged particle beam device that forms a sample image based on the output of the detector,
前記アライメント偏向器の偏向条件を第１の状態としたときに前記非点補正器の補正条件を２つの状態に変化させて得られる第１の試料像と第２の試料像と、前記アライメント偏向器の偏向条件を第２の状態としたときに前記非点補正器の補正条件を２つの状態に変化させて得られる第３の試料像と第４の試料像を記憶するメモリと、A first sample image and a second sample image obtained by changing the correction condition of the astigmatism corrector into two states when the deflection condition of the alignment deflector is in the first state, and the alignment deflection A memory for storing a third sample image and a fourth sample image obtained by changing the correction condition of the astigmatism corrector into two states when the deflection condition of the device is in the second state;
前記第１の試料像と第２の試料像間の第１のずれと前記第３と第４の試料像間の第２のずれに基づいて、前記アライメント偏向器のアライナー条件を演算する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。A control device for calculating an aligner condition of the alignment deflector based on a first shift between the first sample image and the second sample image and a second shift between the third and fourth sample images. A charged particle beam apparatus comprising: 請求項２において、In claim 2,
前記制御装置は、前記非点補正器の条件を２つの状態に変化させて得られる試料像のずれが小さくなる条件に基づいて、前記アライナー条件を演算することを特徴とする荷電粒子線装置。The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the controller calculates the aligner condition based on a condition that a deviation of a sample image obtained by changing the condition of the astigmatism corrector to two states is reduced. 請求項２において、In claim 2,
前記制御装置は、前記少なくとも４つの試料像を取得した後、再度前記第１の試料像を取得したときの光学条件に戻し、両者のずれに基づいてドリフト量を算出することを特徴とする荷電粒子線装置。The control device acquires the at least four sample images, returns to the optical condition when the first sample image is acquired again, and calculates a drift amount based on the deviation between the two. Particle beam device. 荷電粒子源から放出された荷電粒子線を変化させる光学素子と、当該光学素子によって変化した前記荷電粒子線の試料への照射によって、当該試料から放出される二次荷電粒子を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置であって、An optical element that changes a charged particle beam emitted from a charged particle source, and a sample image obtained by detecting secondary charged particles emitted from the sample by irradiating the sample with the charged particle beam changed by the optical element. A charged particle beam device for forming
前記光学素子に対する前記荷電粒子線の軸調整をアライメント偏向器で行う荷電粒子線調整方法において、In a charged particle beam adjustment method in which an axis adjustment of the charged particle beam with respect to the optical element is performed by an alignment deflector,
前記アライメント偏向器の偏向条件を第１の状態にしたときに、前記光学素子を少なくとも２つの状態に変化させ、そのときに得られる第１の試料像と第２の試料像間の第１のずれを検出し、When the deflection condition of the alignment deflector is set to the first state, the optical element is changed to at least two states, and a first sample image obtained between the first sample image and the second sample image is obtained. Detect the deviation,
前記アライメント偏向器の偏向条件を第２の状態にしたときに、前記光学素子を少なくとも２つの状態に変化させ、そのときに得られる第３の試料像と第４の試料像間の第２のずれを検出し、当該２つのずれの情報に基づいて、前記アライメント偏向器の動作条件を決定することを特徴とする荷電粒子線調整方法。When the deflection condition of the alignment deflector is set to the second state, the optical element is changed to at least two states, and a second sample image obtained between the third sample image and the fourth sample image is obtained. A charged particle beam adjusting method, wherein a deviation is detected, and an operating condition of the alignment deflector is determined based on information on the two deviations.

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