(57)【要約】【課題】ビーム電流安定化装置において、ビーム軸調整と対象物への荷電粒子ビームの照射を同時に行う。【解決手段】ビーム電流安定化装置１は、荷電粒子ビーム源２からの荷電粒子ビームを電界又は磁界により偏向する電磁偏向器３と、荷電粒子ビームのビーム経路内に配置したビーム電流検出電極５とを備えた構成とし、光軸上にアパーチャ５ａを備えた電極５を配置し、この電極５により荷電粒子ビームの周辺部の状態をモニタしながら荷電粒子ビームを偏向させて走査させることによりビームの出射方向分布を求め、この出射方向分布からビームと光軸との位置ずれを検出し、検出した位置ずれに基づいて荷電粒子ビームのビーム軸調整を行う。【選択図】　図１
2004134300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを電界又は磁界により偏向する電磁偏向器と、
荷電粒子ビームのビーム経路内に配置されると共に、中央部に主ビームを通すアパーチャを有し、荷電粒子ビームの周辺部を検出する検出面を有するビーム電流検出電極とを備え、
前記電磁偏向器は、荷電粒子ビームを二次元で偏向してビーム電流検出電極上を走査し、
前記ビーム電流検出電極は、前記走査で検出される荷電粒子ビームの検出強度分布により得られる荷電粒子ビームの出射方向分布から荷電粒子ビームと光軸との位置ずれを検出し、当該検出した位置ずれを電磁偏向器にフィードバックし、前記電磁偏向器に前記位置ずれを補償するバイアス量を設定することにより光軸ずれを補償するように構成したことを特徴とするビーム電流安定化装置。
【請求項２】
前記バイアス量は、ビーム電流検出電極の検出電流が最大となる位置と光軸位置とのずれ量を補償する電流値であることを特徴とする、請求項１に記載のビーム電流安定化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のビーム電流安定化装置を備えた荷電粒子ビーム装置であって、
前記ビーム電流検出電極への荷電粒子ビームの走査と、対象物への荷電粒子ビームの照射とを同時に行うことにより、対象物に照射する荷電粒子のビーム電流の安定化と、荷電粒子ビームの対象物への照射とを並行して行うことを特徴とする、荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子を用いて分析、計測、観察、製造を行う装置に関し、特に、試料に照射する荷電粒子のビーム電流を安定化する装置、及びビーム電流安定化装置を備えた荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子ビームを対象物に照射することにより、対象物の分析、計測、あるいは観察を行う装置や、対象物の加工を行う製造装置において、分析、計測、観察の精度や加工精度を高めるには、対象物に照射する荷電粒子のビーム電流を安定させる必要がある。
【０００３】
ビーム電流の安定化を妨げる一要因として、荷電粒子ビームの光軸からの光軸ずれがあり、ビーム軸調整を行うことにより光軸ずれを補償する装置が提案されている。
【０００４】
ビーム軸調整としては、例えば、試料に照射した荷電粒子ビームにより試料に流れる試料電流を測定したり、ビーム経路内に置いたファラデーカップを使って荷電粒子ビームのビーム電流を測定したり、あるいは荷電粒子ビームの照射により試料から発生する二次電子を測定するなどによって荷電粒子ビームの光軸からのずれ量を求め、このずれ量に基づいて荷電粒子ビームの軸合わせを行う装置が知られている。
【０００５】
このようなビーム軸調整では、試料電流やビーム電流あるいは試料からの信号を測定する必要があるため、分析や観察あるいは加工を一時的に中断する必要があるという問題がある。
【０００６】
また、電子顕微鏡等の分析装置におけるプローブ電流安定化装置に、自動軸合わせ装置を設けたものが提案されている。図６は、従来の自動軸合わせ装置の一構成例を説明するための図である。
【０００７】
この構成では、電子銃軸合わせコイル１４の下側に二対の電極をそれぞれスリットの方向を直交させてた検出スリット１５を配置し、カソード１２やアノード１３からなる電子銃からの電子ビームが各検出スリット１５を照射する量を検出し、自動軸合わせ回路１７及び軸合わせコイル電源１８を介して電子銃軸合わせコイル１４に負帰還することにより、軸合わせを行う。上記の自動軸合わせ装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−１８３０４４号公報（第３頁右下欄〜第４頁左下欄）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した自動軸合わせ装置は、ｘ方向及びｙ方向について、それぞれ一対の電極で検出される電流の差を和で除した比率が一定となるように負帰還制御を行っている。しかしながら、この構成による自動軸合わせでは、互いに直交する二対のスリットを光軸方向に重ねて配置しているため、下側に配置された一対の電極に照射されるビームは、上側に配置された一対の電極の陰となるため、充分なビームを検出することができない構成である。そのため、この構成を用いて正確な軸合わせを行うには、光軸上に電極対を交互に入れ替えることによりｘ方向及びｙ方向の光軸ずれを測定する必要がある。
【００１０】
このとき、ｘ方向の光軸ずれを検出したときと、ｙ方向の光軸ずれの検出したときでは、試料に照射する電子ビームの状態が変わるため、軸合わせと分析を同時に行うことは難しく、軸合わせと分析は別に行う必要があると推察される。
【００１１】
したがって、従来知られている自動軸合わせ装置を用いた場合であっても、ビーム軸調整と対象物への荷電粒子ビームの照射を同時に行うことができないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、ビーム電流安定化装置及びこのビーム電流安定化装置を備えた荷電粒子ビーム装置において、ビーム軸調整と対象物への荷電粒子ビームの照射を同時に行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光軸上にアパーチャを備えた電極を配置し、この電極により荷電粒子ビームの周辺部の状態をモニタしながら荷電粒子ビームを偏向させて走査させることによりビームの出射方向分布を求め、この出射方向分布からビームと光軸との位置ずれを検出し、検出した位置ずれに基づいて荷電粒子ビームのビーム軸調整を行う。
【００１４】
本発明のビーム電流安定化装置は、荷電粒子ビームのビーム経路内に配置されると共に、中央部に主ビームを通すアパーチャを有し、荷電粒子ビームの周辺部を検出する検出面を有するビーム電流検出電極とを備えた構成とする。
【００１５】
電磁偏向器は、荷電粒子ビームを二次元で偏向する。これにより、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビーム源におけるビーム傾斜で定まるビーム位置を中心にしてビーム電流検出電極上を走査する。
【００１６】
この走査において、荷電粒子ビームの主ビームは、ビーム電流検出電極の中央部のアパーチャを通って対象物を照射する。一方、ビーム電流検出電極のアパーチャを囲む検出面は、荷電粒子ビームの周辺部を検出する。荷電粒子ビームの周辺部が検出面を走査すると、ビームの出射方向に応じたビーム強度分布が得られる。この出射方向分布の強度中心は荷電粒子ビームのビーム位置を表し、ビーム電流検出電極で検出される検出量により求めることができる。
【００１７】
ビーム電流検出電極の検出量から求めたビーム位置と光軸との位置ずれは光軸ずれを表しており、この位置ずれを電磁偏向器にフィードバックする。このフィードバックにより位置ずれを補償するバイアス量を電磁偏向器に設定する。この電磁偏向器のバイアス量の設定により、ビーム軸調整を行って光軸ずれを補償する。
【００１８】
バイアス量は、ビーム電流検出電極の検出電流の最大位置と光軸位置とのずれ量を補償する電流値である。
【００１９】
光軸ずれの検出のために荷電粒子ビームを二次元で偏向して走査した場合であっても、荷電粒子ビームはビーム電流検出電極が備えるアパーチャを通して試料に照射されるため、電極によりビーム電流を検出しながら同時に試料に荷電粒子ビームを照射することができる。なお、光軸ずれを検出するために荷電粒子ビームを走査すると、試料に照射される荷電粒子ビーム強度は変動するが、走査範囲を絞ることにより荷電粒子ビーム強度の変動量を抑え、分析中等におけるビーム電流変動を許容範囲とすることができる。
【００２０】
また、本発明のビーム電流安定化装置は、電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザー等の分析，計測，観察等を行う装置や、電位線描画装置，イオン加工装置等の加工を行う装置など荷電粒子ビームを用いた装置に適用することができる。本発明のビーム電流安定化装置を備えた荷電粒子ビーム装置は、ビーム電流検出電極への荷電粒子ビームの走査と、対象物への荷電粒子ビームの照射とを同時に行うことにより、対象物に照射する荷電粒子のビーム電流の安定化と、荷電粒子ビームの対象物への照射とを並行して行う。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明のビーム電流安定化装置を説明するための概略ブロック図である。
図１において、ビーム電流安定化装置１は、荷電粒子ビーム源２と、荷電粒子ビーム源２からの荷電粒子ビームを電界又は磁界により偏向する電磁偏向器３（３ａ，３ｂ）と、荷電粒子ビームのビーム経路内に配置したビーム電流検出電極５とを備える。
【００２３】
ビーム電流検出電極５で検出した検出信号は、増幅器８を介して制御電源９に入力される。制御電源９はに鋸歯状電圧を印加して、荷電粒子ビームをｘ方向及びｙ方向の２次元に偏向させる電源であり、ビーム電流検出電極５からフィードバックされた検出信号により鋸歯状電圧のバイアス電圧を制御する。図２はビーム電流検出電極５に印加する鋸歯状電圧の一例であり、バイアス電圧Ｖｂにより正方向あるいは負方向の偏向量を調整することができる。電磁偏向器３は、ｘ方向及びｙ方向に対応して例えば２段の電磁コイルを備え、荷電粒子ビームを二次元に偏向することができる。
【００２４】
荷電粒子ビーム源２から出射された荷電粒子ビームは所定の出射方向分布を持ち、コンデンサレンズ（集光レンズ）４により集光された後、ビーム電流検出電極５に達する。ビーム電流検出電極５の光軸にはアパーチャ５ａが形成されている。ビーム電流検出電極５に達した荷電粒子ビームの内で光軸上を通過したビームは、アパーチャ５ａを通り対物レンズ７により試料Ｓ上を集光される。一方、ビーム電流検出電極５に達した荷電粒子ビームの内で光軸の周囲のビームは、ビーム電流検出電極５上を照射し、検出電流として制御電源９にフィードバックされる。
【００２５】
なお、ビーム電流検出電極５と対物レンズ７との間に走査レンズ６（６ａ，６ｂ）を配置し、この走査レンズ６でビーム電流検出電極５のアパーチャ５ａを通過した荷電粒子ビームを２次元で偏向することにより試料Ｓ上を走査し、走査像を得ることができる。
【００２６】
出射された荷電粒子ビームの出射方向が光軸と一致している場合には、荷電粒子ビームの出射方向分布の内でビーム強度が最も強いビーム部分がアパーチャ５ａを通過して試料Ｓ上を照射する。一方、出射方向が光軸と一致していない場合には、荷電粒子ビームの出射方向分布の内でビーム強度が弱いビーム部分がアパーチャ５ａを通過して試料Ｓ上を照射する。
【００２７】
電磁偏向器３は、制御電源９から印加されるバイアス電圧によりビーム軸の軸位置を調整し、出射方向分布の内でビーム強度が強い部分をアパーチャ５ａを通過させて試料Ｓ上を照射させる。
【００２８】
本発明のビーム電流安定化装置は、電磁偏向器３をビーム軸の軸位置の調整に用いるだけでなく、ビーム軸と光軸とのずれの検出に用いる。ビーム軸と光軸とのずれの検出は、電磁偏向器３によって荷電粒子ビームをビーム軸を中心にしてｘ方向及びｙ方向の二次元で偏向させ、この偏向によってビーム電流検出電極５上に形成される荷電粒子ビームの出射方向分布を形成することにより行う。
【００２９】
荷電粒子ビームの走査において、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度が最大となる位置は光軸位置である。したがって、ビーム軸をこのビーム強度が最大となる位置に位置合わせすることにより、ビーム軸調整を行うことができる。なお、ビーム軸の位置は、偏向によるアライメント走査範囲の中心である。
【００３０】
図３，図４は、本発明によるビーム軸と光軸のずれ検出を説明するための図であり、図３は荷電粒子ビームを一方向に偏向した場合を示し、図４は荷電粒子ビームをｘ方向及びｙ方向の二次元に偏向した場合を示しいる。なお、図３，図４において、楕円形状は荷電粒子ビームを偏向して得られる出射方向分布を示し、矩形はビーム電流検出電極を示している。また、斜線部分はビーム電流検出電極上に照射される出射方向分布を示し、ビーム電流検出電極で検出されるビーム強度に対応している。
【００３１】
図３（ａ）〜（ｄ）はビーム軸と光軸が一致している場合を示し、図３（ｅ）〜（ｈ）はビーム軸と光軸が一致していない場合を示している。
【００３２】
ビーム軸と光軸が一致している場合、電磁偏向器３による偏向を行わない状態では、図３（ａ）に示すように出射方向分布の中心とビーム電流検出電極５の中心とは一致しており、ビーム軸は光軸上を通過する。このとき、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度は、図３（ｄ）中のａで示すように最大となる。
【００３３】
この状態から、電磁偏向器３により荷電粒子ビームを一方向（図３（ｂ）の左方向（矢印で示す方向））に偏向させると、図３（ｂ）に示すように出射方向分布の中心はビーム電流検出電極５の中心からずれた位置に移動し、ビーム軸は光軸上を通過しなくなる。このとき、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度は、図３（ｄ）中のｂで示すように低下する。
【００３４】
また、電磁偏向器３により荷電粒子ビームを逆方向（図３（ｃ）の右方向（矢印で示す方向））に偏向させると、図３（ｃ）に示すように出射方向分布の中心はビーム電流検出電極５の中心から反対側にずれた位置に移動し、ビーム軸は光軸上を通過しなくなる。このとき、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度は、図３（ｄ）中のｃで示す値となる。
【００３５】
図３（ｄ）に示すビーム強度が最大となる位置は光軸位置であり、光軸ずれがない場合には、この光軸位置とアライメントの走査範囲の中心（出射方向分布の中心）とは一致する。
【００３６】
一方、図３（ｅ）〜（ｈ）はビーム軸と光軸が一致していない場合を示している。このビーム軸と光軸が一致していない場合には、電磁偏向器３による偏向を行わない状態では、図３（ｅ）に示すように出射方向分布の中心とビーム電流検出電極５の中心とは一致しておらず、ビーム軸は光軸上を通過しない。このとき、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度は、図３（ｈ）中のｅで示す値とる。この状態から、電磁偏向器３により荷電粒子ビームを一方向（図３（ｆ）の左方向（矢印で示す方向））に偏向させると、図３（ｆ）に示すように出射方向分布の中心はビーム電流検出電極５の中心からさらにずれた位置に移動し、ビーム軸は光軸上からさらに遠くなる。このとき、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度は、図３（ｈ）中のｆで示すように低下する。
【００３７】
また、電磁偏向器３により荷電粒子ビームを逆方向（図３（ｇ）の右方向（矢印で示す方向））に偏向させると、図３（ｇ）に示すように出射方向分布の中心はビーム電流検出電極５の中心に向かって移動し、移動の途中でビーム軸が光軸上を通過する。このとき、ビーム電流検出電極５で検出されるビーム強度は、図３（ｈ）中のｇで示す最大となり、さらに、偏向するとビーム強度は低下する。
【００３８】
図３（ｈ）に示すビーム強度が最大となる位置は光軸位置であり、光軸ずれがある場合には、この光軸位置とアライメントの走査範囲の中心（出射方向分布の中心）とは一致せず、このずれ量ｄが偏向方向において光軸とビーム軸とのずれ量表す。図３で示した光軸とビームとのずれ量は、ｘ方向及びｙ方向で検出することができる
【００３９】
ビーム軸と光軸との二次元のずれ量は、図４に示すようにｘ方向及びｙ方向の検出し、ｘ方向のずれ量ｄｘ及びｙ方向のずれ量ｄｙを求めることができる。
【００４０】
ビーム軸の調整は、求めたｘ方向のずれ量ｄｘ及びｙ方向のずれ量ｄｙを用いて、電磁偏向器３に印加する走査電圧のバイアス値を調整することにより行う。バイアス値は、ずれ量を補償する電圧値である。図５はビーム軸調整を説明するために概略図であり、図５（ａ）に示すようにビーム軸が光軸からｘ方向にずれ量ｄｘ、ｙ方向にずれ量ｄｙでずれている場合には、このずれ量を補償するバイアス量を算出することにより、あるいは予め求めておいたバイアス値の読み出すことにより求め、このバイアス値を電磁偏向器３に印加する。このバイアス値による補償を行うことによりビーム軸と光軸は一致し、出射方向分布の中心とビーム電流検出電極５の中心は５（ｂ）に示すように一致することになる。
【００４１】
本発明では、ビーム軸を偏向させるため、ビーム電流検出電極５のアパーチャ５ａを通過して試料を照射する荷電粒子ビームのビーム強度は変化する。このビーム強度変化により、例えば、試料の分析では検出信号が変化するが、荷電粒子ビームの偏向量を微小としたり、ビーム電流検出電極の大きさと、ビーム電流検出電極上に照射される出射方向分布の大きさを調整することにより、検出信号の変化を低減することができる。
【００４２】
本発明のビーム電流安定化装置は、荷電粒子ビームの偏向を、試料に荷電粒子ビームを照射しながら行うことができるため、ビーム軸調整と試料への荷電粒子ビームの照射を同時に行うことができる。
【００４３】
本発明のビーム電流安定化装置は、電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザー等の分析，計測，観察等を行う装置や、電位線描画装置，イオン加工装置等の加工を行う装置など荷電粒子ビームを用いた装置に適用することができ、ビーム電流安定化装置を適用することにより、ビーム軸調整と各装置の対象物への荷電粒子ビームの照射とを同時に行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のビーム電流安定化装置、及び荷電粒子ビーム装置によれば、ビーム軸調整と対象物への荷電粒子ビームの照射を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のビーム電流安定化装置を説明するための概略ブロック図である。
【図２】ビーム電流検出電極に印加する鋸歯状電圧の一例である。
【図３】本発明によるビーム軸と光軸のずれ検出を説明するための図である。
【図４】本発明によるビーム軸と光軸のずれ検出を説明するための図である。
【図５】本発明のビーム軸調整を説明するために概略図である。
【図６】従来の自動軸合わせ装置の一構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…ビーム電流安定化装置、２…荷電粒子ビーム源、３，３ａ，３ｂ…電磁偏向器、４…コンデンサレンズ、５…ビーム電流検出電極、５ａ…アパーチャ、６，６ａ，６ｂ…走査レンズ、７…対物レンズ、８…増幅器、９…制御電源、１０…画像処理手段、Ｓ…試料、１２…カソード、１３…アノード、１４…電子銃軸合わせコイル、１５…検出スリット、１７…自動軸合わせ回路、１８…コイル電源。
【図１】
2004134300.tif 000003
【図２】
2004134300.tif 000004
【図３】
2004134300.tif 000005
【図４】
2004134300.tif 000006
【図５】
2004134300.tif 000007
【図６】
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