JPS5946745A - 荷電粒子線装置における自動焦点合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装防に用いられ
る自動焦点合わせ装置の改良に関する。

走査電子顕微鏡においては第１図に示？ｌにうに電子銃
１から発生Ｊる電子線２を集中レンズ３゜４にＪ、っ゛
Ｃ試石５の表面上で微小イ「断面径を形成づるように集
束し、それど同時に該電子線２を偏向二１イル６Ｘ、６
Ｙに供給されるｆ＾仁ＹＪにＪ、って試料面１−に走査
し、該走査と間開したブラウン９′；７に試オ′≧１か
ら検出器８にＪ：って検出され、増幅器９で゛増幅され
た映像信号を輝度変調信号として供給りることにＪ、っ
Ｃ試料走査像を表示している。

この試Ｎ′＋１走音像の像倍率は前記偏向コイル６Ｘ。

６　Ｙどノノウン管の偏向：１イル１０Ｘ；　ＩＯＹに
水１（走査信号１−１ど垂直走査信号Ｖと供給づる走査
電源１１の出力端子と前記偏向」イル６Ｘ、６”Ｙどの
間（こ挿入されたｉｉＪ変増変器幅器１２幅度を変化さ
けることによ−〕（切り換えられる。即ち、試料面トに
お【）る電子線走査領域と該領域に相似なブラウン管画
面の面積比を変えることによって像倍率が調整される。

ブラウン管画面に表示される走査像の焦点合わせは集束
レンズの特に最終段集束レンズ（対物レンズ）４の励磁
電源１３の出力を調整して試料面上にお（プる電子線の
断面径を最小になることを確認覆ることによ７）　−Ｕ
　＜ｊｉつれるが、この調整は試料走査像の肉眼観察に
基づくものであるため、最近この調整を自動化りるため
の自動焦点合′わけ゛装置が実用化されている。第１図
中、１／Ｉで示リブロックはこのような自動焦点、含わ
Ｕを行うための自動焦点合わせ回路Ｃ′あり、走査電源
１１からの垂直走査信号をトリガー信号どじ−Ｃ励磁電
源１３の出力を順次変化さけると共に、増幅器９の出ツ
ノをモニターした結果に４１づ′い−（励磁電源１３の
適正な出力電流を決定覆る。

第２図及び第３図は自動焦点合わＵ回路１　／Ｉの原理
を説明づるためのもので、第２図（ａ）は光軸方向から
眺めた試料面上にある幅を持ったＩＭ　ｉ青１５と該構
造を横切る矢印１６の方向へ図（こ示す断面形状の電ｒ
　ｌ！ｉ！　１７を水平走査する様子を表わしく　ｉｌ
ｉす、このＪ、うな電子線走査にＪ：って試料から検出
される侶ｊ゛）波形を示づものが第２図（ｂ　）（：’
　ｄうろ０．第、′３図（Ｊｌ）は第２図（ａ　）ど同
じ試旧庄杏を異４ｉ、−，た１（ｊ１而径をイ］りる電
子線′１ε３で行うもの（゛、この走査にＪ、って得ら
れる信号波形を示しｌ、：ものが第３３図（１））であ
る。これらの図から、試１’ｉｌを走Ｉ″ＩＣＪる電子
線断面が小さい稈、信号波形の高さが高く、ピーク波形
の幅す狭い鋭い波形になることが分る。従来の自動焦５
気含ｔ〕ｉＪ装買はこ、のようイ１現象を利用りるもの
で、電ｆ“線の試利走゛白によつ−Ｃ検出される信号を
微分回路Ａゝ）フィルター回路を用いて高周波成分のみ
を取り出（）、高周波成分のビーク伯又はその梢（９飴
を電子線の断面径に対応りる信号とみなし、これらのピ
ーク値又は梢ｎ　ｌ＋ｒＪが最大ど４Ｔるように対物レ
ンズの励（鮭を設定づ−るものが大部分である。

第４図＋３１え１物レンズ電流の変化に対応さけて電子
線の断面径を表わづ前記ピーク１ｎ又は積算値どうの変
換信号の変化覆る様子を示す１〕ので、このような典型
的な関係が１１１られる弱含に【、Ｌ、変換１１１号が
最大１直を示づ対物レンズ電流舶にＪ３いてｊ［シい焦
点合ねけが行なわれる。

ところで、走査電子顕微鏡の電子〉に学系（ごは一般に
非点収差が存右りるのＣ１この、月点収Ｘ苓抽正ηる〕
こめのｘｙ　３’、ｊ非Ｊｊ１補正駅百が相み込Ｊ：れ
でいる。この非点補正装置を正しく調”Ｊ＋ρしく：１
１貞収差の影響を取り除かないと対物レンズ電流と変換
信号どの関係は第５５図に示りＪ、うなものとなってし
まい、図中１−Ｐｌ、　Ｌ、Ｉ’）２に示す二つの対物
電流値のいずれかにｄ３いη変換信号の最大ｌｉｌ′ｔ
　／＋’：牛り゛ることになる。しかしながら、このＩ
＋）１．１１）２のいずれかに設定しても正しい焦点は
１１ノられず、従来の自動焦点合わＵ゛装四ｄ’５いて
（ま市しい非点収差補正が行われてい４１いと＋Ｉ−Ｌ
／　＜　ｔｉｔ！能し／、ｆい傷合がしばしばあった。

本発明は非点収差補正が正（イ「に補１１され（いない
状態においても、正しい焦点合、Ｐ）　Ｌ！をｉＪうこ
と、更には対物レンズ以外にステイグメータを（Ｊ４＞
めた厳密な意味での焦点合４つＩ！を自動的に１１つこ
とをＩ］的とづるちのＣ゛、前電粒子線汎；から発生す
る粒子線を東栄レンズにより試わ１面一１ｃ微小なビー
ム径が形成されるように照射し、偏向手段によっ（試オ
″１１面」−の一定領域を走査し、該走査と同期して前
記集束レンズのレンズ強度を変化ざＵると共に試料から
１５）られる映像信号より前記粒子線の試料面上にお（
）るじ−ム径に対応覆る変換信号を検出し、該変換信号
の最大値よりも所定量イ］（い値の変換信号に対応する
二つのレンズ強度（１，−１，１−の饋に設定づること
を特徴どづる（）の（゛ある。

以下、本発明の１６１理と実施例・技Ｆｌを図面に基づ
いＣ１説りる。

非点収Ｊイの１要＜Ｅ原因は第６図に小り如く電工レン
ズの焦１ｊ：（距ｌｉ１．Ｉｔが直交する方向ｖ′−′
Ｉｉ／、１イ）たメチある。同図に（１３いで、×、ｙ
軸の交」ｊ３【にレンズ主面が通っているどηるとＸ方
向の焦点面に焦線Ｃが又ｙ方向の焦点面に焦線１三が人
々形成され、Ｃ２［の中間に最小！ｊ１乱円１）が形成
される。このＤ点が非点収差が補ｊｌされたどきの焦点
位置に相当する。Ｃ［の間隔はいわゆる非点隔〉イへ「
である。

いま、第７図（ａ　）に示り−ように、ｘ軸と角度αを
なリベク１ヘルΔ１：で表されるレンズ非点収差を４極
２対型の電磁非点補正装置（いわゆる×ｙ型′Ｊｌ魚補
正装置）ににつて補ＩＦづることを考える。図中ＳＸは
○印で示される×輔及びｙＩＩｌｌ上に位置する４極レ
ンズにｊ：つて牛ヂる非魚補ｉ［ベタ１〜ルを表し、Ｓ
ｙはＸ軸及びｙ軸と４５°回転さＵた・二！（・示され
る位置に設【〕られた他の／ｌ　０ルンス゛にＪ、って
生ずる非点補正ベタ１〜ルを表１．．こＪで、これらの
ベタ１〜ル関係の考察を容易にでするため各ベクトルが
Ｘ軸となす角度を全て２倍にして第７図（１））に示り
如く　Δ［−１Ｓ×、Ｓｙとりる、。

第７図（１））においてΔＦはΔ）二×とΔ「ｙとの×
ｙ軸方向へり］ヘルに分割され、△「は次式６表される
。

ＡＦ　＝Ｊ醪Ｔ弓 又、最小１（１乱円の直径δは非点隔差△１−に比例し
、５；ｋ・ΔＦ　−−〜−−・−一−・−−−−（１）
どなる。こ（ニーて゛、Ｋは電子線の試料に対する聞き
角αに関りる係数である。

第７図（Ｃ）中△［′は非点補正装置を動作さけたと２
′！の合成、ｉ１１点ベクトルを示し、△「′に対応り
るＪ［点隔差へＦ−’４ま次式で表される。

ΔＬ′・Ｆ肩；Ｎ百−叡−・・−・−（すしたがり−Ｕ
　（１）式からこのときの最小錯乱円の１径は次のよう
（ごなる。

ｃ’＝ｙＪ７ヱ罷野−Ｊ母ヱー・−−・・（３）：Ｊ　
ν ｊス−１から、最小１１１乱円の状態で非点収Ｚ補１１
−装四の２絹の／Ｉ局レンズを夫々独１°ｆに走査しδ
′が順次最小ｈｉｔ　ｌごイ「ろまうに制御りれば△ｌ
”）０即ちδ′　ンＯに／ｊしｉｑ、非点収差不完全に
浦１１（・さることがう）る、。

所で゛、第０レロＪお【ノる対物電流１＋１ｉ　＋−１
）ｌ　、　１．　Ｐ２は夫ノＺ盲′１６図【に、１ハノ
る焦線Ｃ，ｌ−にス・１応しくおり、ｉＩジノい焦点合
４つμ即ら最小１１１乱円１）が形成されるようにりる
ためには対物１ノンズ電流の値をＬ１ヤし２ λ　　に設定りれぽＪ、いが、この最適値の求め方を第
８図に承り本発明の実施例装置に阜づいて説明する。

第８図中第１図と同一７１号を付したものは同一構成要
素を表わしている。第８図の装面には２対の４極レンズ
１５ｘ、１５ｙ及びイれらへ励磁電流を供給する非点補
正電源゛１Ｇからなる×ｙ型非点補正装置が絹み込まれ
てＪ３す、各４４ｆｉレンズへの電流値は電流制御回路
１７の出力によって調整される。又、対物レンズの励磁
電源１３も電流制御回路１８の出力によって調整される
。これらの電流制御回路１７．１８はスデッゾぎり変則
路１９の出力によっ−Ｃｆｌｉ制御される。試料５から
発生りる２次電子等の（、′；号は検出器８により映像
イハ弓どしＣ検出された後増幅器９を介して自８に］１
度二１ン１−ラス１〜調整回路２０に供給され、該回路
におい（映像信号の信号レベルが所定の藺に又映像信号
の：１ン１〜ンス１〜が所定範囲に収；ＬるＪ、うに自
動調整さける。自動輝度コン１〜ラスト調整回路２ｏの
出力の一部はブラ「クン管７の輝度変調信′：Ｊどしく
用いられると同時に前記スデッｆ可変回路′１９にらＩ
（給される。スデップ可変回路゛１９は入力２Ｓれた１
１９４像化５−）に早づいＣその高周波成分の強度信号
に対応りる電子線ｔｔＪｉ面径を表づ変換信号を発生し
、該変換イトラが最大１１ｒ１と４【るＪ：うにぞの出
力制御信号をステップ状に増減さｌる。中央制御回路２
１は垂直ルＰｉ　Ｉｔ”ｉ号をタイミング信）シどして
２つの電流調整回路１７，１ε３．ステップ角変回路１
９及びスイッチＳｉ’、Ｓ２．３３に制御信号を供給り
る。

今、仮に非点補正装置を使用Ｕず対物レンズ電流ど変換
化６の関係が非点収差の影響で第０図に示１ような波形
で表されるものとづる。この場合に第８図の装置にｉ１
５　ＬＪる自動焦点合わせ装置を作動さｌるど、先ず中
央制御回路２１がスイッチＳ１、Ｓ２をＡンの状態どし
、電流調整回路１７の出力によって４１モレンズ１５ｘ
、１５ｙへの励磁電流を零に設定りる。次にスイッチ５
う３が端子ａ側にＩＪＪり換えられてステップ可変回路
・１９の出力が電流調整回路１８へ供給され、ス・１物
１ノンズ電流が第１０図に示１如く低い電流レベルｈ目
うステップ状に順次増加りる。このスデッノ用変の時間
幅ｔ（，１垂直走査の周期と一致しく（１３す、電流の
変化幅Δ１１．Δ■２は調整段階に応じＣ切り白λられ
るが初めの段階では大きい可変幅に設定される。

第１０図の場合には対物１ノンズ電流の１１「ｉが初め
の低い値から大ぎな変化幅Δ■１で増加し、変（β信号
が予め定められたＬレベルを越えるとルベルに電流値を
設定し、新たに小さな変化幅△Ｉ２で電流を増加さＵつ
つ常に１９られた変操信号の最大値を求めそれよりも２
０％減の値Ｓを５１怖しく記憶し、値Ｓど等しい変換信
号が１９られるまで電流のスーアップ増加を行う（第９
図には変換信号が実際の最大値Ｐに達した後のＰどＳの
１直が示されている。〉このようにしてレベルＳに対応
りるレンズ電流Ｌ　２に達Ｊると、ステップ可変回路′
１９ｔまレンズ電流１．、２　（又は−ぞれに対応Ｊる
信号）を記憶覆ると同時に、再びレンズ電流をｌ　ｓに
戻してＳの変換（ｉ号が得られるまで微小スｊ−ツゾ幅
の電流増加を行ないレンズ電流（１（又はぞれにヌ・１
応する信号）の値を求める。次にスｉ゛ツゾｉｉＪ変回
路１−１　＋Ｌ乙　　　　　　　　Ｌｌ−）Ｌ２１９は
一丁一の値を演算し、　　２　　の出力゛電流が得られ
るような制御信号を電流÷１１Ｊ整回路１８へ供給りる
１、従っ°η第８図の装置ｊ’？に、１３い−４は非点
収差が存白りる状態であってｂ最小錯乱円の状態に電ｆ
−線を集束さＵることがぐさるのＣ・、従来Ｊ、すｂ信
頼度の高い自動焦点合わＵを行うことができる。

以にのように１ノで第ε３図の装置−にお（）る一応の
焦点合わｌが完了づると、中央制御回路２１はスインＳ
３を１）側端子へ、又スイッチＳ１をＡン状態どしＵ　
／ｌ極レンズ１５ｘへの最適励磁電流強度を求める動作
を開始さ１！る。／Ｉ極レンズ１５×又Ｇ；Ｌ　１５　
ｙへのＩｊｌＩＩｉｉ＆電流を連続的に可変させた場合
の変換伏目変化は第４図に類似の波形を承りので、ステ
ップｉｉＪ変回路１０は４極レンズ１５×への励磁電流
をＩＦ；　ＩＬＬ　ｔｌ＋’＋　／Ｊ曹ら順次ス′ｊツ
ブ状に微小幅で増加さけ、８スフ−ツブにおいて検出さ
れる変換信号が最大（「１承り励磁用流値の値（又はこ
・れに対応する信号）を検出１ノ、この値を記憶１ノて
ｌ〜１ノンズ１５×への励磁電流をこの顧に固定りる１
１次に中火制御回路１９からの制御信号がスイッチ＄２
をＡン状（７１にし−Ｕ　／ｌ　ｉｉｊレンズ１６ｙｌ
Ｎの励磁電流を４極レンズ１５×の場合と同様にして順
次スアーツブ状に増加させて変換化ｆＪが最大値を示Ｊ
励磁電流を検出して、その値を保持り−る。

このにうにして、電子線を最小錯乱円に保−）だ状態で
×ｙ型型態点収差補正装置調整されるので、対物レンズ
その他の光学系に起因する非点収差の正確な補正が行わ
れる。又この状態′ｃ４；Ｌ対物レンズ電流値と変換信
号どの関係が第５図のＪ：うに二つのピーク値を右りる
波形から第４図のよう４１甲−のピーク値を有する波形
に変化し−（いるので、中火制御回路２１はスイッチＳ
３をＦＵび”ａ　１１１＋１端了に接続して、ステップ
可変回路１つにＪ、る２回目の焦点合わし調整を行う。

この２回ト１の焦点合わｌ調整は前述した１回目の方式
にＪ、る焦点合わＵであって−ｂよいが、従来の方式即
ら変換イバン）がＪｒＡ人値を示すときの３・１物レン
ズ電流ｔｌご設定りる方式のものであっＣも差し支えな
い。

以十のようにしく第８図の実施例装置によれば非点収差
の補正をも含めたｉ’ａ％儒４１が、味にお（）る自動
焦点合わμが行われるので、走査電子粕微鏡を最適系１
′１で使用りるために必要’：ｉ：　；ＩＬ！Ｊ整１＠
　ｆｌが従来に比較しＣ′著しく軒減される。

尚、本発明は第８３図の実施例’Ａ　ｆｌＪに限定され
るものｒ　ｔ、Ｌなく、例えば土）ホし／、−２１ｉ’
ｉ＋　１１の焦点合わけ調整が完了したｔνに再度非点
収差補正の調整を打つ（もＪ、く、逆に２回目の焦点合
わｔ！調整を省略したり、自動輝度コン１ヘラス］〜調
整回路２０を設置ノずに省略したりりることも１り能で
ある。成るいは非Ｊ：ａ収差補ｊｌ−装買に夕・ｊする
調整Ｉ幾構を設【ノずλ・ｊ物しンスに対する調整機構
のみを設けた装置であっても従来の焦点合わせ装動上す
し正確な焦点合わＩ！を行うく二とが′Ｃ′さる。又、
実メ廟例装詔の変換信号どして映１５！信号に含Ｊｊれ
るｌ：ｌｉ周波成分の最大値又ＬＬ梢梓１１０を用いた
が、ｊｌ−シい焦点では映像信号のピーク圃が高くなる
ことに着目して、映像イｎ＠の１極１ノ１又は負イセ性
への変化分を一定時間にねたっ゛（積算した１１１１を
用いることもできる。更にスアップ可変回Ｖ８１９は対
物レンズ又ｔ；Ｌ　４極レンズへの励磁電流をステップ
状に増減させているが、連続的に増減さｌ！る方式のも
のを採用−りることも容易である。

以十のＪ、うに、本発明にＪ、れば、ル杏電子顕微鏡、
イＡンマイクロアノーライ１アー、電子ビーム露光装置
装防のように荷電粒子線を細く集束さＵだ状態で使用す
る荷電粒子線装置の焦点合わ（！操作を高い信頼度で自
動化することが可能と４１す、荷電粒子線装置の操作上
の白土に大きな効果が１５１られる。

【図面の簡単な説明】

第１゛図は従来の自動焦点合わｉ！装置を１品えたン［
査電子顕微鏡を示す略図、第２図乃至第１図は自動焦点
合わＵの原理を説明するだめの略図、第５図乃至第７図
は非点収差の影響とその補正方法を説明するだめの略図
、第８図は本発明の一実施例装動を示Ｊ略図、第９図及
び第１０図は第８図の装置の動作を説明覆るＩこめの略
図である。 １：電子銃、３，４：集束レンズ、８：検出ｊ！：Ｓ、
１１：走査電源、１２：可変増幅器、１３：励｛公電源
、１４：自動焦点合わけ回路、１！ｉＸ，’１５ｙ：ｌ
１４１レンズ、１６：非点補■回路、１７．１Ｅ３＝電
流１．■整回路、１９：スデップ用変回路、２０：自動
輝石−１ン１・ラス｛・調整回路、２１：中央制御回路
。 特γ１出願人 株式会着１二１電子デクニクス 代表者　太　［Ｔｌ　　　　　進 ｆ）灸イ言号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．４Ｘｌ電粒子線源から発生する粒子線を集束レンズ
   により試Ｆｉ１面十で微小なビーム径が形成されるよう
   に無口・１りると共に試料面」を走査し、該走査と同期
   した像表示手段に試料か［）検出された映像信号を用い
   た走査像を表示づる装置にｄ３いで、前記粒子線の試１
   ′＋１面十におけるビーム径に対応する変換信号を前記
   映像信号に基づいて１りる手段と、前記集束１ノンズの
   レンズ強度を順次変化させたとさに１りｌうれる前記変
   換信号の最大伯、しりも所定帛低い変換信号が１ｑられ
   る前記集束レンズのレンズ強１１Ｊ−（＋−１，１２）
   を求める手段と、前記集束レンズのレンズ強度を　Ｌ’
   ｌ±Ｌ２　　に設、ヒ゛リ−る手段を具備りる荷電粒子
   線装置にお（プる自動焦点合わ、ｌ装置。 ２、前記粒子線の試料面一ににＪ３ｔＪるビーム径に対
   応りる変換信号を前記映像信号に基づいて得る手段に、
   前記映像信号のレベルとコントラスト定のｑし回内に自
   動設定りる回路を組み込Δ，だ’１７＋　ａ’１請求の
   範囲第′１項記載の前電粒子線装巨にＪ３　１Ｊる自動
   焦点合わｔ！装置。 ３、荷電粒子線源から発生する粒子線を集束レンズ及び
   ｘｙ型非点補正装貿にｊ、り試料面．１で微小４「ビー
   ム径が形成されるように照Ｑ’ｌ　するど共に、該粒子
   線ににって試料面上を走査し、該走査と同期した像表示
   手段に試ｌｉｔから検出され・ｌ、二映像悄′；５を供
   給して走査像を表示Ｊる装置に（１′）いて、前記粒子
   線の試料面上におりるビーム径にス・ｊ応りる変換信号
   を前記映像信号に基づい′Ｃ得る手段ど、前記集束レン
   ズのレンス′強度を順次変化さＬＩＩＪときに得られる
   前記変換信号の最大値より一ｔ）所定Ｇ１少い変換信号
   が得られる前記集束レンズのレンズ強度（Ｌ．１．１２
   ）を求める手段と、前記集束レンズのレンズ強度を　Ｌ
   １＋Ｌ２　　に設定するＪ一段ど、前乙 記×ｙ型非点補正装勧にお（プる二つの補正信号弾１１
   を順次変化させて前記変換信号が最大どなるように設定
   する非点補正制御手段を具備したことを９″１徴どする
   侑７ｆｉ　ｆｌ’ｌ　ｒ−線負買にお【ノる自動焦点合
   わせ装置。