WO2021117182A1 - 荷電粒子線絞りへの入射角調整機構、および荷電粒子線装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a charged particle beam device that irradiates a sample with a charged particle beam.
- Charged particle beam devices such as scanning electron microscope (SEM) and focused ion beam device (FIB: Focused Ion Beam System) focus charged particle beams on a sample for nano-level observation, analysis, and processing. I do.
- SEM scanning electron microscope
- FFIB focused ion beam device
- These charged particle beam devices are widely used in the fields of semiconductors, materials, and biotechnology, which require nano-level observation, analysis, and processing. Further, in various fields, including the semiconductor field where miniaturization is advancing, further improvement in image resolution and processing accuracy are required.
- Patent Document 1 has an incident plate and an injection plate, one of which has a circular opening and the other has an annular opening, and a voltage is applied between the incident plate and the injection plate.
- a spherical aberration corrector that can be realized with a simple structure is disclosed by providing divergence that eliminates positive spherical aberration by an electric field formed in the ring opening.
- Non-Patent Document 1 shows that the depth of focus is improved by using an annular diaphragm.
- Patent Document 2 discloses a method of arranging a charged particle beam drawing having a ring shape at an appropriate position of a charged particle beam device.
- the diaphragm of the charged particle beam device generally has a circular hole-shaped opening, but a ring-shaped diaphragm is also known.
- Non-Patent Document 1 shows that the depth of focus is improved by using an annular diaphragm. Further, Patent Document 1 shows that a spherical aberration correction effect can be obtained by combining a ring-shaped electrode and a circular hole-shaped electrode and applying a voltage between the two electrodes.
- the depth of focus can be sufficiently improved or the spherical aberration can be eliminated. It was found that it may not be possible.
- the charged particle beam in the charged particle beam device does not travel along the ideal optical axis extending in the vertical direction, but actually deviates from the optical axis in the emission direction of the primary electron emitted from the charged particle beam source. Or, due to the influence of mounting misalignment of the lens, etc., it is moving in a direction deviated from the optical axis.
- the influence of the above-mentioned deviation is absorbed. Therefore, even if the charged particle beam is adjusted so as to pass through the center of the aperture or electrode having a ring-shaped slit, the charged particle beam is not vertically incident on the plane on which the aperture or electrode is formed. Occurs normally. In the case of a diaphragm or electrode having an annular slit, the central portion having the highest beam density is shielded, and only the peripheral portion having the lowest beam density passes through the annular slit.
- the present invention provides a charged particle beam apparatus capable of stably obtaining a depth of focus improving effect or a spherical aberration correction effect.
- the charged particle beam device is provided with a means for adjusting the angle of incidence of the charged particle beam on a throttle having a ring-shaped slit or an electrode having a ring-shaped slit.
- the incident angle at which the charged particle beam is incident on the diaphragm or electrode having a ring-shaped slit can be made closer to vertical, the effect of improving the depth of focus or the effect of correcting spherical aberration can be stably obtained.
- FIG. It is the schematic of the charged particle beam apparatus of Example 1.
- FIG. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam diaphragm. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam diaphragm. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam diaphragm. It is a flowchart which shows the adjustment procedure of the incident angle of the charged particle beam to the diaphragm which has a ring-shaped slit.
- FIG. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam electrode. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam electrode. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam electrode.
- FIG. It is a figure for demonstrating the structure of the charged particle beam electrode. It is the schematic of the charged particle beam apparatus of Example 3. FIG. It is a flowchart which shows the adjustment procedure of the incident angle of the charged particle beam to the electrode which has a ring-shaped slit.
- FIG. 1 shows an outline of the charged particle beam apparatus according to the first embodiment.
- the main part of the charged particle beam device is a charged particle beam source 101 that generates a charged particle beam, an accelerating electrode 102 that accelerates the charged particle beam emitted from the charged particle beam source 101, and an objective lens 105 from the accelerating electrode 102.
- the beam tube 112 arranged near the lower end, the first and second condenser lenses 103 and 104 that focus the charged particle rays emitted from the charged particle source 101, and the charged particles emitted from the charged particle source 101.
- a first charged particle beam drawing 118 having a ring-shaped slit that shields a part of the particle, and a second having a circular hole-shaped opening that shields a part of the charged particles emitted from the charged particle source 101.
- the aperture holder 120 that holds the first and second charged particle beam apertures 118, 119, the aperture inclination mechanism 121 that inclines the aperture holder 120, and the aperture position that moves the aperture holder 120 in parallel.
- a third deflector group 142 that scans the charged particle beam on the sample, an objective lens 105 that focuses the charged particle beam on the sample, a sample chamber 115 in which the sample 114 is placed, and a secondary charge emitted from the sample. It has a detector 116 that detects particles.
- the controllers for controlling each component of the charged particle optical system described above the charged particle source controller 151 for controlling the charged particle source 101, the accelerating electrode controller 152 for controlling the accelerating electrode 102, and the second Controls the first and second condenser lens controllers 153 and 154 that control the first and second condenser lenses 103 and 104, the aperture tilt mechanism controller 156 that controls the aperture tilt mechanism 121, and the aperture position adjustment mechanism 122.
- the aperture position adjustment mechanism controller 157 the first deflector group controller 161 that controls the first deflector group 140, and the second deflector group controller 162 that controls the second deflector group 141.
- These controllers are controlled by an integrated computer 170 that controls the operation of the entire charged particle beam device and constructs a charged particle beam image.
- the integrated computer 170 is connected to the controller (keyboard, mouse, etc.) 171, and the display 172.
- the operator inputs various instructions such as irradiation conditions and the position condition of the charged particle beam aperture from the controller 171, and the image acquired on the display 172. And the control screen can be displayed.
- the objective lens 105 includes a type of lens that does not leak the magnetic field outside the magnetic path, but may be a type that leaks the magnetic field outside the magnetic path, and includes both a type that leaks the magnetic field and a type that does not leak the magnetic field. It may be a composite objective lens.
- the condenser lenses 103, 104 and the objective lens 105 may be an electrostatic lens for the above-mentioned purpose, or may be an objective lens in which a magnetic field lens and an electrostatic lens are used in combination, such as a booster optical system and a retarding optical system.
- the type of lens does not matter for the purpose of focusing the charged particle beam on the sample 114.
- the detector 116 for detecting the secondary charged particles may be arranged in the sample chamber 115 as shown in FIG. 1, or may be arranged in the column on which the charged particle optical system is mounted. Further, it may be arranged both in the sample chamber 115 and in the column. For the purpose of detecting secondary charged particles, the number and location of the particles are not limited. Further, although FIG. 1 shows a charged particle beam device including one charged particle beam column, a composite charged particle beam device including a plurality of charged particle beam columns may also be used.
- FIG. 2A shows a state in which a first charged particle beam diaphragm 118 and a second charged particle beam diaphragm 119 are formed on one plate 180, and the plate 180 is held by the diaphragm holder 120.
- FIG. 2A shows a top view and a cross-sectional view taken along the line AA in the top view.
- the plate 180 is fixed to the aperture holder 120 by the holding plate 182.
- the first charged particle beam diaphragm 118 and the second charged particle beam diaphragm 119 may be formed on different plates. Further, the central portion of the ring of the first charged particle beam diaphragm 118 is supported by three support portions, but the number of support portions does not matter. Further, as long as the first charged particle beam diaphragm 118 and the second charged particle beam diaphragm 119 each have one or more, the number thereof does not matter.
- the plate 180 is covered with a chemically inactive conductor such as Pt in order to suppress charging due to irradiation with charged particle beams.
- the diaphragm holder 120 is connected to the diaphragm tilting mechanism 121 via the support member 183.
- the direction parallel to the optical axis is defined as the Z direction
- the plane perpendicular to the Z direction is defined as the XY plane.
- the XY plane is a plane stretched by an X-axis passing through the center of the first charged particle beam drawing 118, the center of the second charged particle beam drawing 119, and a Y-axis perpendicular to the X-axis.
- the diaphragm tilting mechanism 121 tilts the plate 180 about the support member 183.
- first charged particle beam diaphragm 118 and the second charged particle beam diaphragm 119 are inclined about the X axis.
- the configuration of FIG. 2B has one tilt axis (X-axis), whereas the configuration of FIG. 2C has two tilt axes (X-axis and Y-axis). This enables more precise tilt control.
- the first drawing tilt mechanism 121a tilts the first charged particle beam drawing 118 and the second charged particle beam drawing 119 about the X axis
- the second drawing tilting mechanism 121b has the Y axis as the axis.
- the 1st charged particle beam drawing 118 and the 2nd charged particle beam drawing 119 are tilted.
- the aperture tilt mechanism 121 (121a) is connected to the aperture position adjusting mechanism 122 as shown in FIG. 2C.
- the aperture position adjusting mechanism 122 allows the plate 180 to be translated.
- the directions in which translation is possible are preferably two or more directions (in this example, the X-axis direction and the Y-axis direction).
- the diaphragm tilting mechanism 121 and the diaphragm position adjusting mechanism 122 may be driven manually or may be electrically driven with a stepping motor or a piezo element.
- the adjustment method of the charged particle beam diaphragm having a ring-shaped slit will be described.
- the adjustment necessary for acquiring the charged particle beam image including the optical axis adjustment of the charged particle beam.
- a circular-hole-shaped aperture diaphragm is a general shape of a charged particle beam diaphragm, this adjustment is an operation normally performed by a user with a general charged particle beam device.
- the second charged particle beam diaphragm 119 having a circular hole-shaped opening is changed to the first charged particle beam diaphragm 118 having a ring-shaped slit.
- the first charged particle beam diaphragm 118 is arranged at the position where the second charged particle beam diaphragm 119 was arranged.
- the resolution is evaluated between the image acquired by arranging the first charged particle beam aperture 118 and the image acquired by arranging the second charged particle beam aperture 119, and the first charged particle beam aperture is evaluated. Adjust the tilt of 118. The specific adjustment procedure will be described below. In these adjustment procedures, each controller of the charged particle optical system is controlled by the integrated computer 170.
- the second charged particle beam diaphragm 119 having a circular hole-shaped opening is moved to the vicinity of the optical axis of the charged particle beam (step S31).
- the charged particle beam is scanned on the sample by the third deflector group 142 while periodically changing the excitation of the objective lens 105 (step S32). At that time, if the optical axis does not pass through the center of the objective lens 105, the center of the displayed image moves in synchronization with the excitation fluctuation of the objective lens 105.
- the path of the charged particle beam is adjusted so that the movement of the image is stopped by using the second deflector group 141 arranged on the sample side of the charged particle beam diaphragm (step S33).
- the state in which the movement of the image is stopped corresponds to the charged particle beam passing through the center of the objective lens 105.
- the above procedure is an optical axis adjustment performed in a general charged particle beam device. After the optical axis adjustment is completed, the charged particle beam is scanned on the sample by the third deflector group 142 to acquire an image (step S34).
- the first charged particle beam diaphragm 118 having the annular slit is moved to the vicinity of the optical axis (step S35). Similar to step S32, the charged particle beam is scanned on the sample while periodically changing the excitation of the objective lens 105 (step S36). The position of the first charged particle beam diaphragm 118 is adjusted by using the diaphragm position adjusting mechanism 122 so that the movement of the image is stopped (step S37). This corresponds to the fact that the optical axis of the charged particle beam in the state where the second charged particle beam diaphragm 119 is inserted is adjusted to pass through the center of the first charged particle beam diaphragm 118. After that, an image is acquired in the same manner as in step S34 (step S38).
- step S32 and S36 described above instead of periodically changing the excitation of the objective lens 105, the acceleration electrode controller 152 periodically changes the acceleration voltage of the charged particle beam to perform the same adjustment. It can also be done (steps S32a and S36a).
- step S39 the resolutions of the images acquired in step S34 and step S38 are compared.
- the resolution of the image acquired in step S38 is equal to or higher than the resolution of the image acquired in step S34, the adjustment is terminated.
- the tilt angle of the first charged particle beam diaphragm 118 is adjusted by using the diaphragm tilt mechanism 121 while scanning on the sample with the third deflector group (step S40). ).
- the steps following step S36 (S36a) are repeatedly executed as necessary, and when the resolution of the image acquired in step S38 is equal to or higher than the resolution of the image acquired in step S34, the adjustment is terminated.
- the improvement in resolution is due to the fact that the angle of incidence of the charged particle beam on the first charged particle beam aperture 118 is adjusted, and the verticality between the optical axis of the charged particle beam and the first charged particle beam aperture 118 is improved.
- the inclination of the charged particle beam aperture may be adjusted once every time the charged particle beam device is installed and then the charged particle beam source 101 is replaced. This is because when exchanging a charged particle beam source, the emission directions of the charged particle beam source and the charged particle beam before the exchange cannot be completely matched.
- the optical axis of the charged particle beam can be incident perpendicular to the center of the diaphragm.
- the density of the charged particle beam passing through the annular slit becomes uniform, and the charged particle beam divided by the slit in the drawing is focused at the same place on the sample.
- the effect of improving the depth of focus by the diaphragm having the annular slit can be stably obtained.
- FIG. 4 shows an outline of the charged particle beam apparatus according to the second embodiment.
- the configuration common to the charged particle beam apparatus according to the first embodiment is designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
- the first charged particle beam electrode 401 having a ring-shaped slit
- the second charged particle beam electrode 402 having a circular hole-shaped opening
- the first charged particle is held in the electrode holder 405.
- An insulating member 403 for electrically insulating the wire electrode 401 and the second charged particle beam electrode 402, and a charged particle beam drawing 404 having a circular hole-shaped opening are held in the electrode holder 405.
- the first charged particle beam electrode 401 is the first charged particle beam drawing 118 of the first embodiment
- the second charged particle beam electrode 402 and the charged particle beam drawing 404 are the second charged particle beam drawing 119 of the first embodiment.
- the element has the same structure.
- the electrode power supply 410 for applying a voltage to the second charged particle beam electrode 402 and the electrode power supply controller 431 for controlling the electrode power supply 410 are provided.
- the first charged particle beam electrode 401 is electrically connected to the beam tube 112, and a different voltage is applied to the second charged particle beam electrode 402.
- the charged particle beam electrode 402 may be electrically connected to the beam tube 112 and different voltages may be applied to the first charged particle beam electrode 401, or the first charged particle beam electrode 401 and the second charged particle may be applied. Both the wire electrode 402 may be configured so that a voltage different from that of the beam tube 112 can be applied. In this case, a power source for applying a voltage is provided to each of the first charged particle beam electrode 401 and the second charged particle beam electrode 402.
- FIG. 5A shows a top view of the electrode holder
- FIG. 5B shows a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 5A.
- the electrode unit 501a in which the first and second charged particle beam electrodes 401 and 402 are housed and the electrode unit 501b in which the charged particle beam drawing 404 is housed are held in the electrode holder 405.
- the number of electrode units held by the electrode holder 405 may be two or more.
- FIG. 5B shows a state in which the electrode unit 501b is fixed to the electrode holder 405.
- the electrode unit 501 is fixed to the electrode holder 405 by a holding screw 516 via a holding plate 406, and can be attached to and detached from the electrode holder 405 in unit units.
- the unit-by-unit replaceable configuration facilitates replacement when the charged particle beam electrode or charged particle beam aperture is contaminated, or when the user desires a combination of multiple charged particle beam electrodes. ..
- the configuration of the electrode unit will be explained.
- the electrode unit 501a in which the charged particle beam electrode is housed is housed in a cylindrical insulating case 515 having an outer diameter corresponding to a hole for holding the electrode unit of the electrode holder 405.
- the charged particle beam electrode 401, the middle spacer 512, the insulating member 403, the upper spacer 511, the second charged particle beam electrode 402, and the electrode retainer 514 are arranged in this order. It is desirable that the insulating member 403 is arranged so as not to be seen from the path of the charged particle beam in order to prevent charging. Therefore, as shown in FIG.
- the insulating member 403 is arranged between the upper spacer 511 having a small inner diameter and the middle spacer 512 having a large inner diameter, and the charged particle beam passes through the opening of the upper spacer 511.
- the side surface of the insulating member 403 is covered by the inner wall of the upper spacer 511, and the insulating member 403 is hidden from the path of the charged particle beam.
- the spacers 511 to 513, the electrodes 401, 402, and the electrode retainer 514 are conductors, and the first charged particle beam electrode 401 is electrically connected to the electrode holder 405 via the lower spacer 513, and the electrode holder 405 is a beam.
- the first charged particle beam electrode 401 has the same potential (ground potential) as the beam tube 112.
- the second charged particle beam electrode 402 is connected to the electrode power supply 410 via the electrode retainer 514, and the voltage generated by the electrode power supply 410 is applied.
- the electrode unit 501b in which the charged particle beam diaphragm 404 is housed has the same configuration as the electrode unit 501a. That is, in the insulating case 515, the lower spacer 513, the charged particle beam diaphragm 404, the middle spacer 512, the insulating member 403, the upper spacer 511, and the electrode retainer 514 are arranged in this order from the bottom.
- the electrode holder 405 is connected to the electrode tilting mechanism 421 via the support member 521.
- the direction parallel to the optical axis is defined as the Z direction
- the plane perpendicular to the Z direction is defined as the XY plane.
- the XY plane is a plane stretched by an X-axis passing through the center of the first charged particle beam electrode 401 and the center of the charged particle beam drawing 404, and a Y-axis perpendicular to the X-axis.
- the electrode tilting mechanism 421 tilts the electrode holder 405 around the support member 521. That is, the electrode unit 501a and the electrode unit 501b are inclined about the X axis.
- FIG. 5C has one tilt axis (X-axis), whereas the configuration of FIG. 5D has two tilt axes (X-axis and Y-axis). This enables more precise tilt control.
- the first electrode tilting mechanism 421a tilts the electrode units 501a and 501b about the X-axis, and the second electrode tilting mechanism 421b tilts the electrode units 501a and 501b about the Y-axis.
- the electrode tilting mechanism 421 (421a) is connected to the electrode position adjusting mechanism 422 as shown in FIG. 5D.
- the electrode position adjusting mechanism 422 allows the electrode holder 405 to be translated.
- the parallel movable direction is preferably two or more directions (in this example, the X-axis direction and the Y-axis direction).
- the electrode tilting mechanism 421 and the electrode position adjusting mechanism 422 may be driven manually or may be electrically driven with a stepping motor or a piezo element.
- the electrode tilting mechanism 421 is controlled by the electrode tilting mechanism controller 432, and the electrode position adjusting mechanism 422 is controlled by the electrode position adjusting mechanism controller 433.
- step S31 the charged particle beam diaphragm 404 is moved near the optical axis
- step S35 the charged particle beam electrodes 401 and 402 are moved near the optical axis. Further, the subsequent adjustment is performed in a state where a predetermined voltage is applied between the first charged particle beam electrode 401 and the second charged particle beam electrode 402 in order to correct the aberration of the charged particle beam.
- the images to be compared in step S39 are the image before aberration correction acquired in step S34 and the image after aberration correction by the charged particle beam electrode acquired in step S38. Therefore, in step S39, the inclination of the electrode holder is adjusted depending on whether or not the resolution of the image acquired before the aberration correction is equal to or greater than the expected value of the resolution obtained by adding the improvement expected by the aberration correction. This is performed to determine whether or not to adjust the angle of incidence of the charged particle beam on the first charged particle beam electrode 401.
- the inclination of the charged particle beam electrode may be adjusted once every time the charged particle beam device is installed and then the charged particle beam source 101 is replaced. This is because when exchanging a charged particle beam source, the emission directions of the charged particle beam source and the charged particle beam before the exchange cannot be completely matched.
- the optical axis of the charged particle beam can be incident perpendicular to the center of the electrode.
- the density of the charged particle beam passing through the annular slit becomes uniform, and the correction action given to the charged particle beam divided by the slit at the electrode becomes uniform.
- the spherical aberration correction effect of the electrode having the annular slit can be stably obtained.
- FIG. 6 shows an outline of the charged particle beam apparatus according to the third embodiment.
- the configuration common to the charged particle beam apparatus according to the second embodiment is shown with the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
- the first is arranged on the charged particle beam source 101 side of the charged particle beam electrode and changes the angle of the charged particle beam incident on the charged particle beam electrode.
- the correction deflector group 601 of the above and the second correction deflector group 602 for changing the angle of the charged particle beam passing through the charged particle beam electrode are provided.
- the first and second correction deflector groups 601, 602 are controlled by the first and second correction deflector group controllers 611 and 612, respectively.
- the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 are adjusted so that the amount of deflection is the same and the charged particle beam is deflected in opposite directions.
- the first and second correction deflector groups 601, 602 may use an electric field or a magnetic field.
- Steps S71 to S74 are carried out in the same manner as in steps S31 to S34 in Example 1 or 2 shown in FIG.
- the first and second correction deflector group controllers 611, 612 using the first and second correction deflector group controllers 611, 612, the amount of deflection of the charged particle beam by the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 and The direction of deflection is adjusted (step S75).
- the charged particle beam is scanned by the first deflector group 140.
- a circular charged particle beam image is displayed on the display 172.
- the charged particle beam is deflected by using the upper stage deflector 601a of the first correction deflector group 601.
- the position of the circular charged particle beam image moves, so the charged particle beam is deflected using the lower deflector 601b so as to return to the position before deflection.
- the upper and lower stage deflection ratios of the first correction deflector group 601 are determined.
- the charged particle beam is scanned on the sample using the third deflector group 142 while periodically changing the excitation of the objective lens 105.
- the optical axis does not pass through the center of the objective lens, the center of the image displayed on the display 172 moves in synchronization with the excitation fluctuation of the objective lens 105. Therefore, the path of the charged particle beam is adjusted so that the movement of the image is stopped by using the second correction deflector group 602.
- the upper and lower stage deflection ratios of the second correction deflector group 602 are set to be equal to the upper and lower stage deflection ratios of the first correction deflector group 601.
- the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 In the output ratio of the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 when the movement of the image is stopped, the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 601 It is adjusted so that the amount of deflection is the same as that of 602 and the charged particle beams are deflected in opposite directions. Instead of periodically changing the excitation of the objective lens 105, the acceleration voltage of the charged particle beam may be changed periodically.
- FIG. 6 shows an example in which the correction deflector group is each composed of upper and lower two-stage deflectors, each may be composed of one-stage deflector.
- the adjustment method in this case will be described.
- the charged particle beam is scanned by the first deflector group 140.
- a circular charged particle beam image is displayed on the display 172.
- the charged particle beam is deflected by using the first correction deflector group 601.
- the position of the charged particle beam aperture 404 is adjusted by the electrode position adjusting mechanism 422 so that the charged particle beam image becomes the brightest.
- the charged particle beam is scanned on the sample using the third deflector group 142 while periodically changing the excitation of the objective lens 105.
- the optical axis does not pass through the center of the objective lens, the center of the image displayed on the display 172 moves in synchronization with the excitation fluctuation of the objective lens 105. Therefore, the path of the charged particle beam is adjusted so that the movement of the image is stopped by using the second correction deflector group 602.
- the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 In the output ratio of the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 when the movement of the image is stopped, the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 601 It is adjusted so that the amount of deflection is the same as that of 602 and the charged particle beams are deflected in opposite directions. Instead of periodically changing the excitation of the objective lens 105, the acceleration voltage of the charged particle beam may be changed periodically.
- Steps S76 to S79 are carried out in the same manner as steps S35 to S38 in Example 2.
- step S80 when the resolution of the image acquired in step S79 is less than the expected value of the resolution obtained by adding the improvement expected by the aberration correction to the resolution of the image acquired in step S74, the first and first steps are taken.
- the angle of incidence of the charged particle beam on the first charged particle beam electrode 401 is adjusted by using the correction deflector groups 601, 602 of 2 (step S81) so that the image resolution is improved.
- the output ratios of the first correction deflector group 601 and the second correction deflector group 602 maintain the output ratio adjusted in step S75. As a result, even if the inclination of the charged particle beam is changed, the charged particle beam passes through the center of the objective lens.
- step S77 (S77a) are repeatedly executed as necessary, and when the resolution of the image acquired in step S79 is equal to or higher than the expected value of the image resolution, the adjustment is terminated.
- the improvement in resolution is due to the improvement in the verticality between the optical axis of the charged particle beam and the first charged particle beam electrode 401.
- the optical axis of the charged particle beam can be incident perpendicular to the center of the electrode by adjusting the angle of incidence of the charged particle beam on the electrode having the annular slit.
- the density of the charged particle beam passing through the annular slit becomes uniform, and the correction action given to the charged particle beam divided by the slit at the electrode becomes uniform.
- the spherical aberration correction effect of the electrode having the annular slit can be stably obtained.
- the angle of incidence of the charged particle beam on the charged particle beam electrode may be adjusted once when the charged particle beam device is installed and then every time the charged particle beam source 101 is replaced. This is because when exchanging a charged particle beam source, the emission directions of the charged particle beam source and the charged particle beam before the exchange cannot be completely matched.
- the first correction deflector group 601 and the first in the third embodiment It is also possible to adjust the angle of incidence of the charged particle beam on the first charged particle beam aperture 118 by using the correction deflector group 602 of 2. In this case, as in the first embodiment, the effect of improving the depth of focus by the diaphragm having the annular slit can be stably obtained.
- 101 Charged particle source
- 102 Acceleration electrode
- 103 First condenser lens
- 104 Second condenser lens
- 105 Objective lens
- 112 Beam tube
- 114 Sample
- 115 Sample chamber
- 116 Detection Vessel
- 118 1st charged particle beam aperture
- 119 2nd charged particle beam aperture
- 120 Aperture holder
- 121 Aperture tilt mechanism
- 122 Aperture position adjustment mechanism
- 140 1st deflector group
- 141 Second deflector group
- 142 Third deflector group
- 151 Charged particle source controller
- 152 Acceleration electrode controller
- 153 First condenser lens controller
- 154 Second condenser lens Controller
- 155 Objective lens controller
- 156 Aperture tilt mechanism controller
- 157 Aperture position adjustment mechanism controller
- 161 First deflector group controller
- 162 Second deflector group controller
- 163 Third deflector group controller
- 168 Detector controller
Landscapes
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Abstract
焦点深度向上効果または球面収差補正効果を安定して得ることが可能な荷電粒子線装置を提供する。荷電粒子線装置は、円環形状のスリットを有する絞りまたは円環形状のスリットを有する電極を備えるとともに、絞りまたは電極に対して荷電粒子線が入射する入射角度を調整する手段を設ける。円環形状のスリットを有する絞りまたは電極へ荷電粒子線が入射する入射角度をより垂直に近づけることができるため、焦点深度向上効果または球面収差補正効果を安定して得ることができる。
Description
本発明は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関する。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Focused Ion Beam System）といった荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料に集束することで、ナノレベルの観察や解析、加工を行う。これら荷電粒子線装置は、ナノレベルの観察や解析、加工が求められる半導体分野や材料分野、バイオ分野で幅広く用いられている。そして、微細化が進む半導体分野を筆頭に、様々な分野で、さらなる像分解能の向上や加工精度の向上が求められている。
特許文献１には、入射プレートと射出プレートとを有し、そのいずれか一方に円形開孔を形成し、他方に円環開孔を形成し、入射プレートと射出プレートとの間に電圧を加えることで円環開孔に形成される電場により正の球面収差を解消する発散をもたらすことにより、簡単な構造で実現可能な球面収差補正器が開示されている。また、非特許文献１には、円環形状の絞りを用いることで、焦点深度が向上されることが示されている。
また、特許文献２には円環形状を有する荷電粒子線絞りを荷電粒子線装置の適切な位置に配置する方法が開示されている。
Momoyo Enyama, Koichi Hamada, Muneyuki Fukuda and Hideyuki Kazumi, "Method of improving image sharpness for annular-illumination scanning electron microscopes," Japanese Journal of Applied Physics 55, 06GD02 (2016)
荷電粒子線装置の絞りとしては円孔形状の開孔を有するものが一般的であるが、円環形状の絞りについても知られている。非特許文献１には、円環形状の絞りを用いることで、焦点深度が向上されることが示されている。また、特許文献１には、円環形状の電極と円孔形状の電極とを組み合わせ、２つの電極間に電圧を印加することで球面収差補正効果を得ることが示されている。
発明者らの検討において、荷電粒子線の光軸が円環形状のスリットを有する絞りあるいは電極の中心を通過するように配置しても、焦点深度の十分な向上、あるいは球面収差の解消が得られない場合があることが見出された。荷電粒子線装置における荷電粒子線は鉛直方向に延びる理想的な光軸に沿って進行するのではなく、実際には、荷電粒子線源から放出される一次電子の放出方向の光軸からのずれ、あるいはレンズなどの取り付けずれなどの影響により、光軸とずれた方向に進行している。これを光学系の偏向器等の作用により一次電子の軌道を補正することにより、上記のようなずれの影響を吸収している。したがって、荷電粒子線が円環形状のスリットを有する絞りあるいは電極の中心を通るように調整しても、絞りあるいは電極が形成されている平面に対して荷電粒子線が垂直入射していないことが普通に生じる。円環形状のスリットを有する絞りあるいは電極の場合、最もビーム密度の高い中心部は遮蔽され、ビーム密度の低い周辺部のみが円環スリットを通過する。このため、精確に垂直入射されていないと、円環スリットを通過する荷電粒子線の荷電粒子線密度が不均一になり、試料上の同じ場所に集束することができず、ビーム径が広がることによって所望の性能が得られなくなる。本発明は、焦点深度向上効果または球面収差補正効果を安定して得ることが可能な荷電粒子線装置を提供するものである。
荷電粒子線装置に、荷電粒子線の円環形状のスリットを有する絞りまたは円環形状のスリットを有する電極への入射角度を調整する手段を設ける。
円環形状のスリットを有する絞りまたは電極へ荷電粒子線が入射する入射角度をより垂直に近づけることができるため、焦点深度向上効果または球面収差補正効果を安定して得ることができる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本発明の実施の形態につき、図面を参照しながら説明する。ただし、本実施の形態は本発明を実現する一例に過ぎない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
図１に実施例１に係る荷電粒子線装置の概略を示す。荷電粒子線装置はその主要部に、荷電粒子線を発生する荷電粒子線源101と、荷電粒子線源101から放出された荷電粒子線を加速する加速電極102と、加速電極102から対物レンズ105下端近傍にかけて配置されたビーム管112と、荷電粒子線源101から放出された荷電粒子線を集束する第１、第２のコンデンサーレンズ103, 104と、荷電粒子線源101から放出される荷電粒子の一部を遮蔽する円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線絞り118と、荷電粒子線源101から放出される荷電粒子の一部を遮蔽する円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線絞り119と、第１及び第２の荷電粒子線絞り118, 119を保持する絞りホルダー120と、絞りホルダー120を傾斜させる絞り傾斜機構121と、絞りホルダー120を平行移動させる絞り位置調整機構122と、荷電粒子線絞りよりも荷電粒子線源101側に配置される第１の偏向器群140と、荷電粒子線絞りよりも試料側に配置される第２の偏向器群141と、試料上で荷電粒子線を走査する第３の偏向器群142と、荷電粒子線を試料に集束する対物レンズ105と、試料114を配置する試料室115と、試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器116とを有している。また、前述した荷電粒子光学系の各構成要素を制御する制御器として、荷電粒子線源101を制御する荷電粒子線源制御器151と、加速電極102を制御する加速電極制御器152と、第１、第２のコンデンサーレンズ103, 104を制御する第１、第２のコンデンサーレンズ制御器153, 154と、絞り傾斜機構121を制御する絞り傾斜機構制御器156と、絞り位置調整機構122を制御する絞り位置調整機構制御器157と、第１の偏向器群140を制御する第１の偏向器群制御器161と、第２の偏向器群141を制御する第２の偏向器群制御器162と、第３の偏向器群142を制御する第３の偏向器群制御器163と、対物レンズ105を制御する対物レンズ制御器155と、検出器116を制御する検出器制御器168とを有している。これらの制御器は、荷電粒子線装置全体の動作の制御および荷電粒子線像の構築を行う統合コンピュータ170により制御される。統合コンピュータ170はコントローラ（キーボード、マウスなど）171、ディスプレイ172と接続されており、オペレータはコントローラ171から照射条件や荷電粒子線絞りの位置条件といった各種指示等を入力し、ディスプレイ172に取得した像や制御画面を表示させることができる。
なお、図１の例では、２つのコンデンサーレンズ103, 104を備えているが、対物レンズ105に入射する荷電粒子線をコントロールする目的においてコンデンサーレンズの数は問わない。対物レンズ105は、磁路の外に磁場を漏らさないタイプのレンズを備えているが、磁路の外に磁場を漏らすタイプのレンズでもよいし、磁場を漏らすタイプと漏らさないタイプの両方を備える複合対物レンズでもよい。また、コンデンサーレンズ103, 104および対物レンズ105は、前述した目的において、静電レンズでもよく、ブースター光学系やリターディング光学系などのように磁場レンズと静電レンズを併用する対物レンズでもよく、試料114に荷電粒子線を集束する目的においてレンズのタイプは問わない。
また、二次荷電粒子を検出する検出器116は、図１のように試料室115に配置されてもよいし、荷電粒子光学系が実装されるカラム内に配置されてもよい。また、試料室115とカラム内との両方に配置されてもよい。二次荷電粒子を検出する目的において、その数と配置場所は問わない。また、図１は、荷電粒子線カラムを１つ備える荷電粒子線装置であるが、複数の荷電粒子線カラムを備える複合荷電粒子線装置でも構わない。
図２Ａ～Ｃを用いて荷電粒子線絞りの構成について説明する。図２Ａは、１枚のプレート180上に第１の荷電粒子線絞り118と第２の荷電粒子線絞り119が形成され、プレート180が絞りホルダー120により保持された状態を示している。図２Ａには、上面図及び上面図中のＡ－Ａ線に沿った断面図を示している。プレート180は押さえ板182により絞りホルダー120に固定されている。
なお、第１の荷電粒子線絞り118と第２の荷電粒子線絞り119とは、それぞれ別のプレートに形成されてもよい。また、第１の荷電粒子線絞り118の円環中心部は３本の支持部で支持されているが、支持部の本数は問わない。また、第１の荷電粒子線絞り118と第２の荷電粒子線絞り119はそれぞれ１つ以上有していれば、その数は問わない。プレート180は、荷電粒子線の照射による帯電を抑制するため、Ｐｔ等の化学的に不活性な導電体で覆われている。
図２Ｂに示されるように、絞りホルダー120は支持部材183を介して、絞り傾斜機構121に接続される。ここで、光軸に平行な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面をＸＹ平面とする。また、ＸＹ平面は第１の荷電粒子線絞り118の中心と第２の荷電粒子線絞り119の中心を通るＸ軸と、Ｘ軸と垂直なＹ軸とにより張られる平面とする。図２Ｂの例では、絞り傾斜機構121は、支持部材183を軸としてプレート180を傾斜させる。すなわち、第１の荷電粒子線絞り118及び第２の荷電粒子線絞り119は、Ｘ軸を軸として傾斜する。図２Ｂの構成では傾斜軸（Ｘ軸）が１本であるのに対し、図２Ｃの構成では２本の傾斜軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を有する。これにより、より精密な傾斜制御が可能になる。第１の絞り傾斜機構121aは、Ｘ軸を軸として第１の荷電粒子線絞り118及び第２の荷電粒子線絞り119を傾斜させ、第２の絞り傾斜機構121bは、Ｙ軸を軸として第１の荷電粒子線絞り118及び第２の荷電粒子線絞り119を傾斜させる。
さらに、絞り傾斜機構121（121a）は図２Ｃに示されるように、絞り位置調整機構122と接続されている。絞り位置調整機構122により、プレート180は平行移動することが可能である。図に示すように、平行移動可能な方向は２方向以上が好ましい（この例では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向）。絞り傾斜機構121及び絞り位置調整機構122は、手動による駆動でもよいし、ステッピングモータやピエゾ素子を備えた電動駆動でもよい。
円環形状のスリットを有する荷電粒子線絞りの調整方法について説明する。本実施の形態においては、まず、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線絞り119に対して、荷電粒子線の光軸調整を含む荷電粒子線像を取得するために必要な調整を行う。円孔形状の開孔の絞りは荷電粒子線絞りの一般的な形状であるから、この調整は一般的な荷電粒子線装置でユーザーが通常行う操作である。次に、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線絞り119から、円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線絞り118に変更する。このとき、第１の荷電粒子線絞り118を第２の荷電粒子線絞り119が配置されていた位置に配置する。最後に、第１の荷電粒子線絞り118を配置して取得した画像と第２の荷電粒子線絞り119を配置して取得した画像との間で分解能を評価し、第１の荷電粒子線絞り118の傾きを調整する。具体的な調整手順を以下に説明する。これらの調整手順においては、統合コンピュータ170により荷電粒子光学系の各制御器が制御されて実施される。
図３を用いて実施例１の荷電粒子線装置における絞りへの荷電粒子線の入射角度の調整手順を説明する。まず、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線絞り119を荷電粒子線の光軸近傍に移動する（ステップＳ３１）。対物レンズ105の励磁を周期的に変動させながら、第３の偏向器群142により試料上で荷電粒子線を走査する（ステップＳ３２）。その際、光軸が対物レンズ105の中心を通過していない場合には、表示される画像の中心が対物レンズ105の励磁変動に同期して移動する。そこで、荷電粒子線絞りより試料側に配置された第２の偏向器群141を用いて、画像の移動が停止するように荷電粒子線の経路を調整する（ステップＳ３３）。画像の移動が停止した状態は、荷電粒子線が対物レンズ105の中心を通過していることに相当する。以上の手順は、一般的な荷電粒子線装置において実施される光学軸調整である。光学軸調整が終了後、第３の偏向器群142により試料上で荷電粒子線を走査し、画像を取得する（ステップＳ３４）。
次に、円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線絞り118を光軸近傍に移動する（ステップＳ３５）。ステップＳ３２と同様に、対物レンズ105の励磁を周期的に変動させながら、試料上で荷電粒子線を走査する（ステップＳ３６）。画像の移動が停止するように、絞り位置調整機構122を用いて第１の荷電粒子線絞り118の位置を調整する（ステップＳ３７）。これは、第２の荷電粒子線絞り119が挿入されていた状態における荷電粒子線の光軸が、第１の荷電粒子線絞り118の中心を通過するよう調整されたことに相当する。その後、ステップＳ３４と同様に、画像を取得する（ステップＳ３８）。
なお、前述したステップＳ３２およびＳ３６において、対物レンズ105の励磁を周期的に変化させる代わりに、加速電極制御器152により、荷電粒子線の加速電圧を周期的に変化させることで、同様の調整を行うこともできる（ステップＳ３２ａおよびＳ３６ａ）。
その後、ステップＳ３４とステップＳ３８で取得した画像の分解能を比較する（ステップＳ３９）。ステップＳ３８で取得した画像の分解能が、ステップＳ３４で取得した画像の分解能と同等以上の場合には、調整を終了する。これに対して、同等未満の場合には、第３の偏向器群で試料上を走査しながら、絞り傾斜機構121を用いて第１の荷電粒子線絞り118の傾斜角度を調整する（ステップＳ４０）。その後、ステップＳ３６（Ｓ３６ａ）以下のステップを必要に応じて繰り返し実行し、ステップＳ３８で取得した画像の分解能が、ステップＳ３４で取得した画像の分解能と同等以上の場合には、調整を終了する。分解能の向上は、荷電粒子線の第１の荷電粒子線絞り118への入射角度が調整され、荷電粒子線の光軸と第１の荷電粒子線絞り118との垂直性が向上したことによる。
なお、荷電粒子線絞りの傾き調整は荷電粒子線装置の据え付け時、その後は荷電粒子線源101の交換の度に１度行えばよい。荷電粒子線源を交換する際、交換前の荷電粒子線源と荷電粒子線の放出方向を完全に一致させることはできないためである。
このように、円環形状のスリットを有する絞りの傾斜を調整することで、荷電粒子線の光軸を絞りの中心に対して垂直に入射させることができる。これにより、円環スリットを通過する荷電粒子線の密度が均一になり、絞りにおいてスリットで分割された荷電粒子線は試料上の同じ場所に集束する。これにより、円環形状のスリットを有する絞りによる焦点深度向上効果を安定して得ることができる。
図４に実施例２に係る荷電粒子線装置の概略を示す。なお、実施例１に係る荷電粒子線装置と共通の構成については同じ符号を付して示すとともに、重複する説明については省略する。実施例２に係る荷電粒子線装置においては、円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線電極401、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線電極402、第１の荷電粒子線電極401と第２の荷電粒子線電極402とを電気的に絶縁するための絶縁部材403、及び円孔形状の開孔を有する荷電粒子線絞り404が電極ホルダー405に保持されている。第１の荷電粒子線電極401は実施例１の第１の荷電粒子線絞り118と、第２の荷電粒子線電極402及び荷電粒子線絞り404は実施例１の第２の荷電粒子線絞り119と、素子としては同じ構造を有している。また、第２の荷電粒子線電極402に電圧を印加するための電極電源410と、電極電源410を制御する電極電源制御器431を備える。
なお、図４の例では、第１の荷電粒子線電極401がビーム管112と電気的につながり、第２の荷電粒子線電極402に異なる電圧が印加される構成となっているが、第２の荷電粒子線電極402がビーム管112と電気的につながり、第１の荷電粒子線電極401に異なる電圧が印加される構成でも構わないし、第１の荷電粒子線電極401と第２の荷電粒子線電極402ともに、ビーム管112と異なる電圧が印加できる構成としてもよい。この場合、第１の荷電粒子線電極401と第２の荷電粒子線電極402のそれぞれに、電圧が印加するための電源を設ける。
図５Ａ～Ｄを用いて荷電粒子線電極の構成について説明する。図５Ａには電極ホルダーの上面図、図５Ｂには図５ＡのＢ－Ｂ線に沿った断面図を示している。電極ホルダー405には、第１、第２の荷電粒子線電極401, 402が収納された電極ユニット501aと荷電粒子線絞り404が収納された電極ユニット501bとが電極ホルダー405に保持されている。電極ホルダー405が保持する電極ユニットの数は２以上であってもよい。
図５Ｂに、電極ユニット501bが、電極ホルダー405に固定された状態を示している。電極ユニット501は、押さえ板406を介して押さえネジ516により電極ホルダー405に固定されており、ユニット単位で電極ホルダー405に着脱可能である。ユニット単位で交換可能な構成とすることで、荷電粒子線電極または荷電粒子線絞りが汚染された場合の交換や、ユーザーが複数の荷電粒子線電極の組み合わせを望んだ場合の交換が容易になる。
電極ユニットの構成について説明する。荷電粒子線電極が収納される電極ユニット501aは、電極ホルダー405の電極ユニットを保持する孔に応じた外径を有する円筒状の絶縁ケース515内に、下から順に、下段スペーサ513、第１の荷電粒子線電極401、中段スペーサ512、絶縁部材403、上段スペーサ511、第２の荷電粒子線電極402、電極押さえ514の順に配置されている。絶縁部材403は、帯電を防ぐために荷電粒子線の経路から見えないように配置することが望ましい。そこで、図５Ｂに示すように、絶縁部材403は内径が小さい上段スペーサ511と内径が大きい中段スペーサ512との間に配置され、荷電粒子線は上段スペーサ511の開口部を通過する。絶縁部材403の側面は上段スペーサ511の内壁によって覆われ、絶縁部材403は荷電粒子線の経路から見えなくされている。
スペーサ511～513、電極401, 402、電極押さえ514は導電体であり、第１の荷電粒子線電極401は、下段スペーサ513を介して電極ホルダー405に電気的に接続され、電極ホルダー405がビーム管112と電気的に接続されることにより、第１の荷電粒子線電極401はビーム管112と等電位（接地電位）とされる。一方、第２の荷電粒子線電極402は電極押さえ514を介して、電極電源410と接続され、電極電源410が発生させる電圧が印加される。
荷電粒子線絞り404が収納される電極ユニット501bも、電極ユニット501aと同様の構成とする。すなわち、絶縁ケース515内に、下から順に、下段スペーサ513、荷電粒子線絞り404、中段スペーサ512、絶縁部材403、上段スペーサ511、電極押さえ514の順に配置されている。
図５Ｃに示されるように、電極ホルダー405は支持部材521を介して、電極傾斜機構421に接続される。ここで、光軸に平行な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面をＸＹ平面とする。また、ＸＹ平面は第１の荷電粒子線電極401の中心と荷電粒子線絞り404の中心を通るＸ軸と、Ｘ軸と垂直なＹ軸とにより張られる平面とする。図５Ｃの例では、電極傾斜機構421は、支持部材521を軸として電極ホルダー405を傾斜させる。すなわち、電極ユニット501a及び電極ユニット501bは、Ｘ軸を軸として傾斜する。図５Ｃの構成では傾斜軸（Ｘ軸）が１本であるのに対し、図５Ｄの構成では２本の傾斜軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を有する。これにより、より精密な傾斜制御が可能になる。第１の電極傾斜機構421aは、Ｘ軸を軸として電極ユニット501a, 501bを傾斜させ、第２の電極傾斜機構421bは、Ｙ軸を軸として電極ユニット501a, 501bを傾斜させる。
さらに、電極傾斜機構421（421a）は図５Ｄに示されるように、電極位置調整機構422と接続されている。電極位置調整機構422により、電極ホルダー405は平行移動することが可能である。図に示すように、平行移動可能な方向は２方向以上が好ましい（この例では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向）。電極傾斜機構421及び電極位置調整機構422は、手動による駆動でもよいし、ステッピングモータやピエゾ素子を備えた電動駆動でもよい。電極傾斜機構421は電極傾斜機構制御器432により、電極位置調整機構422は電極位置調整機構制御器433により制御される。
実施例２の荷電粒子線装置における第１の荷電粒子線電極401への荷電粒子線の入射角度の調整手順は実施例１における絞りへの荷電粒子線の入射角度の調整手順と同様である。このため、相違点についてのみ説明を加える。ステップＳ３１においては、荷電粒子線絞り404を光軸近傍に移動し、ステップＳ３５においては、荷電粒子線電極401, 402を光軸近傍に移動する。また、以降の調整は荷電粒子線の収差を補正するため第１の荷電粒子線電極401と第２の荷電粒子線電極402との間に所定の電圧を印加した状態で行う。したがって、ステップＳ３９で比較する画像は、ステップＳ３４で取得した収差補正前である画像とステップＳ３８で取得した荷電粒子線電極による収差補正後の画像である。このため、ステップＳ３９においては、収差補正前に取得した画像の分解能に対して、収差補正により期待される向上分を加えた分解能の期待値以上であるか否かで、電極ホルダーの傾き調整を行い、荷電粒子線の第１の荷電粒子線電極401への入射角度を調整するか否かを判断する。
なお、荷電粒子線電極の傾き調整は荷電粒子線装置の据え付け時、その後は荷電粒子線源101の交換の度に１度行えばよい。荷電粒子線源を交換する際、交換前の荷電粒子線源と荷電粒子線の放出方向を完全に一致させることはできないためである。
このように、円環形状のスリットを有する電極の傾斜を調整することで、荷電粒子線の光軸を電極の中心に対して垂直に入射させることができる。これにより、円環スリットを通過する荷電粒子線の密度が均一になり、電極においてスリットで分割された荷電粒子線に与えられる補正作用も均一となる。これにより、円環形状のスリットを有する電極による球面収差補正効果を安定して得ることができる。
図６に実施例３に係る荷電粒子線装置の概略を示す。なお、実施例２に係る荷電粒子線装置と共通の構成については同じ符号を付して示すとともに、重複する説明については省略する。実施例３に係る荷電粒子線装置においては、電極傾斜機構421に代えて、荷電粒子線電極より荷電粒子線源101側に配置され荷電粒子線電極に入射する荷電粒子線の角度を変える第１の補正用偏向器群601と荷電粒子線電極を通過した荷電粒子線の角度を変える第２の補正用偏向器群602とを備える。第１、第２の補正用偏向器群601, 602はそれぞれ第１、第２の補正用偏向器群制御器611, 612によって制御される。第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602とは偏向量が等しく、かつ互いに逆方向に荷電粒子線を偏向するように調整される。なお、第１、第２の補正用偏向器群601, 602は、電場を用いたものでも、磁場を用いたものであってもよい。
図７を用いて実施例３の荷電粒子線装置における円環形状のスリットを有する電極への荷電粒子線の入射角度の調整手順について説明する。ステップＳ７１からステップＳ７４までは、図３に示す実施例１または実施例２におけるステップＳ３１からステップＳ３４までと同様に実施する。次に、第１、第２の補正用偏向器群制御器611, 612を用いて、第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602による荷電粒子線の偏向量及び偏向の向きを調整する（ステップＳ７５）。
補正用偏向器群の調整方法について説明する。まず、第１の偏向器群140により荷電粒子線を走査させる。荷電粒子線が荷電粒子線絞り404上で走査されることにより、ディスプレイ172に円形の荷電粒子線像が表示される。この状態で第１の補正用偏向器群601の上段偏向器601aを用いて荷電粒子線を偏向する。これにより、円形の荷電粒子線像の位置が移動するため、偏向前の位置に戻るように下段偏向器601bを用いて荷電粒子線を偏向させる。こうして、第１の補正用偏向器群601の上下段偏向比を決定する。続いて、対物レンズ105の励磁を周期的に変動させながら、第３の偏向器群142を用いて試料上で荷電粒子線を走査させる。このとき、光軸が対物レンズの中心を通過していない場合には、ディスプレイ172に表示される画像の中心は対物レンズ105の励磁変動に同期して移動する。そこで、第２の補正用偏向器群602を用いて画像の移動が停止するように荷電粒子線の経路を調整する。このとき、第２の補正用偏向器群602の上下段偏向比は、第１の補正用偏向器群601の上下段偏向比と等しく設定する。画像の移動が停止したときの第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602の出力比において、第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602とは偏向量が等しく、かつ互いに逆方向に荷電粒子線を偏向するよう調整されている。なお、対物レンズ105の励磁を周期的に変動させる代わりに、荷電粒子線の加速電圧を周期的に変化させてもよい。
なお、図６では補正用偏向器群がそれぞれ上下２段の偏向器で構成される例を示したが、それぞれ１段の偏向器で構成されていてもよい。この場合の調整方法について説明する。まず、第１の偏向器群140により荷電粒子線を走査させる。荷電粒子線が荷電粒子線絞り404上で走査されることにより、ディスプレイ172に円形の荷電粒子線像が表示される。この状態で第１の補正用偏向器群601を用いて荷電粒子線を偏向させる。このとき、円形の荷電粒子線像が暗くなった場合には、荷電粒子線像が最も明るくなるように、電極位置調整機構422により荷電粒子線絞り404の位置を調整する。続いて、対物レンズ105の励磁を周期的に変動させながら、第３の偏向器群142を用いて試料上で荷電粒子線を走査させる。このとき、光軸が対物レンズの中心を通過していない場合には、ディスプレイ172に表示される画像の中心は対物レンズ105の励磁変動に同期して移動する。そこで、第２の補正用偏向器群602を用いて画像の移動が停止するように荷電粒子線の経路を調整する。画像の移動が停止したときの第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602の出力比において、第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602とは偏向量が等しく、かつ互いに逆方向に荷電粒子線を偏向するよう調整されている。なお、対物レンズ105の励磁を周期的に変動させる代わりに、荷電粒子線の加速電圧を周期的に変化させてもよい。
ステップＳ７６からステップＳ７９までは、実施例２におけるステップＳ３５からステップＳ３８までと同様に実施する。その結果、ステップＳ８０において、ステップＳ７９で取得した画像の分解能が、ステップＳ７４で取得した画像の分解能に収差補正により期待される向上分を加えた分解能の期待値未満の場合は、第１、第２の補正用偏向器群601, 602を用いて画像の分解能が向上するように第１の荷電粒子線電極401に対する荷電粒子線の入射角度を調整する（ステップＳ８１）。この調整において、第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602の出力比は、ステップＳ７５において調整した出力比を維持する。これにより、荷電粒子線の傾きが変更された場合でも、荷電粒子線は対物レンズの中心を通過することになる。
その後、ステップＳ７７（Ｓ７７ａ）以下のステップを必要に応じて繰り返し実行し、ステップＳ７９で取得した画像の分解能が、画像の分解能の期待値と同等以上の場合には、調整を終了する。分解能の向上は、荷電粒子線の光軸と第１の荷電粒子線電極401との垂直性が向上したことによる。
本実施例においては、円環形状のスリットを有する電極への荷電粒子線の入射角度を調整することで、荷電粒子線の光軸を電極の中心に対して垂直に入射させることができる。これにより、円環スリットを通過する荷電粒子線の密度が均一になり、電極においてスリットで分割された荷電粒子線に与えられる補正作用も均一となる。これにより、円環形状のスリットを有する電極による球面収差補正効果を安定して得ることができる。
なお、荷電粒子線の荷電粒子線電極への入射角度調整は荷電粒子線装置の据え付け時、その後は荷電粒子線源101の交換の度に１度行えばよい。荷電粒子線源を交換する際、交換前の荷電粒子線源と荷電粒子線の放出方向を完全に一致させることはできないためである。
なお、実施例１の構成に対して、荷電粒子線の光軸と第１の荷電粒子線絞り118との垂直性を向上させるため、実施例３の第１の補正用偏向器群601と第２の補正用偏向器群602とを用いて、荷電粒子線の第１の荷電粒子線絞り118への入射角度を調整することも可能である。この場合、実施例１と同様に、円環形状のスリットを有する絞りによる焦点深度向上効果を安定して得ることができる。
101：荷電粒子線源、102：加速電極、103：第１のコンデンサーレンズ、104：第２のコンデンサーレンズ、105：対物レンズ、112：ビーム管、114：試料、115：試料室、116：検出器、118：第１の荷電粒子線絞り、119：第２の荷電粒子線絞り、120：絞りホルダー、121：絞り傾斜機構、122：絞り位置調整機構、140：第１の偏向器群、141：第２の偏向器群、142：第３の偏向器群、151：荷電粒子線源制御器、152：加速電極制御器、153：第１のコンデンサーレンズ制御器、154：第２のコンデンサーレンズ制御器、155：対物レンズ制御器、156：絞り傾斜機構制御器、157：絞り位置調整機構制御器、161：第１の偏向器群制御器、162：第２の偏向器群制御器、163：第３の偏向器群制御器、168：検出器制御器、170：統合コンピュータ、171：コントローラ、172：ディスプレイ、180：プレート、182：押さえ板、183：支持部材、401：第１の荷電粒子線電極、402：第２の荷電粒子線電極、403：絶縁部材、404：荷電粒子線絞り、405：電極ホルダー、406：押さえ板、410：電極電源、421：電極傾斜機構、422：電極位置調整機構、431：電極電源制御器、432：電極傾斜機構制御器、433：電極位置調整機構制御器、501：電極ユニット、511：上段スペーサ、512：中段スペーサ、513：下段スペーサ、514：電極押さえ、515：絶縁ケース、516：押さえネジ、601：第１の補正用偏向器群、602：第２の補正用偏向器群、611：第１の補正用偏向器群制御器、612：第２の補正用偏向器群制御器。
Claims (16)
- 荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線絞りと、
前記第１の荷電粒子線絞りを保持する絞りホルダーと、
前記絞りホルダーを第１軸と前記第１軸と直交する第２軸で張られる平面上で移動させる絞り位置調整機構と、
前記荷電粒子線の前記第１の荷電粒子線絞りへの入射角度を調整する絞り傾斜機構とを有する荷電粒子線装置。 - 請求項１において、
前記絞り傾斜機構は、前記第１軸を軸として前記絞りホルダーに保持された前記第１の荷電粒子線絞りを傾斜させる第１の絞り傾斜機構と、前記第２軸を軸として前記絞りホルダーに保持された前記第１の荷電粒子線絞りを傾斜させる第２の絞り傾斜機構とを含み、
前記第１の荷電粒子線絞りの中心は前記第１軸上に位置する荷電粒子線装置。 - 請求項２において、
前記絞りホルダーは、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線絞りを保持し、
前記第１の荷電粒子線絞りの中心及び前記第２の荷電粒子線絞りの中心は、前記第１軸上に位置する荷電粒子線装置。 - 請求項３において、
前記荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づき画像を形成するコンピュータとを有し、
前記絞り傾斜機構は、前記荷電粒子線に前記第１の荷電粒子線絞りを通過させて取得した第１の画像の分解能が、前記荷電粒子線に前記第２の荷電粒子線絞りを通過させて取得した第２の画像の分解能と同等以上となるように調整される荷電粒子線装置。 - 荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線電極と、
前記第１の荷電粒子線電極と対向して配置され、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線電極と、
前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を保持する電極ホルダーと、
前記第１の荷電粒子線電極と前記第２の荷電粒子線電極との間に電圧を印加する電極電源と、
前記電極ホルダーを第１軸と前記第１軸と直交する第２軸で張られる平面上で移動させる電極位置調整機構と、
前記荷電粒子線の前記第１の荷電粒子線電極への入射角度を調整する電極傾斜機構とを有する荷電粒子線装置。 - 請求項５において、
前記電極傾斜機構は、前記第１軸を軸として前記電極ホルダーに保持された前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を傾斜させる第１の電極傾斜機構と、前記第２軸を軸として前記電極ホルダーに保持された前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を傾斜させる第２の絞り傾斜機構とを含み、
前記第１の荷電粒子線電極の中心は前記第１軸上に位置する荷電粒子線装置。 - 請求項６において、
前記電極ホルダーは、円孔形状の開孔を有する荷電粒子線絞りを保持し、
前記第１の荷電粒子線電極の中心及び前記荷電粒子線絞りの中心は、前記第１軸上に位置する荷電粒子線装置。 - 請求項７において、
前記荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づき画像を形成するコンピュータとを有し、
前記電極傾斜機構は、前記荷電粒子線に前記第１の荷電粒子線電極と前記第２の荷電粒子線電極との間に前記電極電源から所定の電圧を印加した状態で前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を通過させて取得した第１の画像の分解能が、前記荷電粒子線に前記荷電粒子線絞りを通過させて取得した第２の画像の分解能に基づく期待値と同等以上となるように調整される荷電粒子線装置。 - 荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線絞りと、
前記第１の荷電粒子線絞りを保持する絞りホルダーと、
前記絞りホルダーを第１軸と前記第１軸と直交する第２軸で張られる平面上で移動させる絞り位置調整機構と、
前記第１の荷電粒子線絞りに入射する前記荷電粒子線を偏向させる第１の偏向器群と、
前記第１の偏向器群により前記荷電粒子線を偏向させることにより、前記第１の荷電粒子線絞りへの入射角度を調整する荷電粒子線装置。 - 請求項９の荷電粒子線装置において、
前記第１の荷電粒子線絞りを通過した前記荷電粒子線を偏向させる第２の偏向器群と、
前記第１の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量と前記第２の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量とは等しく、かつ互いの偏向方向が逆方向とされる荷電粒子線装置。 - 請求項１０において、
前記絞りホルダーは、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線絞りを保持し、
前記第１の荷電粒子線絞りの中心及び前記第２の荷電粒子線絞りの中心は、前記第１軸上に位置する荷電粒子線装置。 - 請求項１１において、
前記荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づき画像を形成するコンピュータとを有し、
前記第１の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量及び前記第２の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量は、前記荷電粒子線に前記第１の荷電粒子線絞りを通過させて取得した第１の画像の分解能が、前記荷電粒子線に前記第２の荷電粒子線絞りを通過させて取得した第２の画像の分解能と同等以上となるように調整される荷電粒子線装置。 - 荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
円環形状のスリットを有する第１の荷電粒子線電極と、
前記第１の荷電粒子線電極と対向して配置され、円孔形状の開孔を有する第２の荷電粒子線電極と、
前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を保持する電極ホルダーと、
前記第１の荷電粒子線電極と前記第２の荷電粒子線電極との間に電圧を印加する電極電源と、
前記電極ホルダーを第１軸と前記第１軸と直交する第２軸で張られる平面上で移動させる電極位置調整機構と、
前記第１の荷電粒子線電極に入射する前記荷電粒子線を偏向させる第１の偏向器群と、
前記第１の偏向器群により前記荷電粒子線を偏向させることにより、前記第１の荷電粒子線電極への入射角度を調整する荷電粒子線装置。 - 請求項１３の荷電粒子線装置において、
前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を通過した前記荷電粒子線を偏向させる第２の偏向器群と、
前記第１の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量と前記第２の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量とは等しく、かつ互いの偏向方向が逆方向とされる荷電粒子線装置。 - 請求項１４において、
前記電極ホルダーは、円孔形状の開孔を有する荷電粒子線絞りを保持し、
前記第１の荷電粒子線電極の中心及び前記荷電粒子線絞りの中心は、前記第１軸上に位置する荷電粒子線装置。 - 請求項１５において、
前記荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づき画像を形成するコンピュータとを有し、
前記第１の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量及び前記第２の偏向器群による前記荷電粒子線の偏向量は、前記荷電粒子線に前記第１の荷電粒子線電極と前記第２の荷電粒子線電極との間に前記電極電源から所定の電圧を印加した状態で前記第１の荷電粒子線電極及び前記第２の荷電粒子線電極を通過させて取得した第１の画像の分解能が、前記荷電粒子線に前記荷電粒子線絞りを通過させて取得した第２の画像の分解能に基づく期待値と同等以上となるように調整される荷電粒子線装置。
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Legal Events
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
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| ENP | Entry into the national phase |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19955444 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |