JP2007287561A

Movatterモバイル変換

Info

Publication number: JP2007287561A
Application number: JP2006115909A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kazumori; 啓悦数森
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】本発明は荷電粒子線装置に関し、試料の凹凸が激しい場合でも、試料の前面にわたって正確な試料像を得ることができる荷電粒子線装置を提供することを目的としている。
【解決手段】試料上を３次元的に走査して試料からの２次的粒子を検出器で検出して試料像を得るようにした荷電粒子線装置において、各走査位置でのＺ方向のフォーカス位置が記述されたフォーカスパターン記憶部１３と、対物レンズ３に近接して配置され、試料のＺ方向のフォーカスを微調整するフォーカス微調整コイル６と、を有し、走査コイル５で２次元的に走査すると共に、試料２上の走査位置に応じて、前記フォーカスパターン記憶部１３に記憶されたデータに基づき、前記フォーカス微調整コイル６でＺ方向の位置を調整しながら３次元走査を行なうように構成する。
【選択図】図１The present invention relates to a charged particle beam apparatus, and an object thereof is to provide a charged particle beam apparatus capable of obtaining an accurate sample image over the front surface of a sample even when the unevenness of the sample is severe.
In a charged particle beam apparatus that scans a sample three-dimensionally and detects a secondary particle from the sample by a detector to obtain a sample image, focus in the Z direction at each scanning position A focus pattern storage unit 13 in which the position is described, and a focus fine adjustment coil 6 that is arranged in the vicinity of the objective lens 3 and finely adjusts the focus in the Z direction of the sample. 3D scanning is performed while adjusting the position in the Z direction by the focus fine adjustment coil 6 based on the data stored in the focus pattern storage unit 13 according to the scanning position on the sample 2. Configure.
[Selection] Figure 1

Description

Translated fromJapanese

本発明は荷電粒子線装置に関し、更に詳しくは試料を３次元的に走査する場合のＺ方向のフォーカス調整に改良を加えた荷電粒子線装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a charged particle beam apparatus obtained by improving the Z-direction focus adjustment when a sample is scanned three-dimensionally.

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて試料の画像を得る場合、電子ビームを試料面上にプローブ径が細かくなるように焦点（フォーカス）が合わされる。その電子ビームを試料面上で２次元的に走査し、試料から放出される２次電子等を信号として検出する。この信号を増幅し、画像処理ボードを通してディスプレイ上に走査像を表示している。 When an image of a sample is obtained using a scanning electron microscope (SEM), the electron beam is focused on the sample surface so that the probe diameter becomes fine. The electron beam is scanned two-dimensionally on the sample surface, and secondary electrons emitted from the sample are detected as signals. This signal is amplified and a scanned image is displayed on a display through an image processing board.

また、分解能の選択により作動距離（ＷＤ：ＷｏｒｋＤｉｓｔａｎｃｅ）を可変している。画像を高分解能で観察する場合には、短ＷＤを使用する。一方で、試料全体を把握する場合には、低倍で観察するため、長ＷＤを使用する。また、最小プローブ径を得るためには、対物レンズの収差係数に依存するが、最適開き角が存在する。その開き角により焦点の合っている深さ（焦点深度）は変化する。 Further, the working distance (WD: Work Distance) is varied by selecting the resolution. When observing an image with high resolution, a short WD is used. On the other hand, when grasping the whole sample, long WD is used for observation at a low magnification. In order to obtain the minimum probe diameter, there is an optimum opening angle, depending on the aberration coefficient of the objective lens. The depth of focus (depth of focus) varies depending on the opening angle.

また、その焦点深度が変化すると、試料の凹凸により焦点が合う場所とぼける場所が混在することになる。通常、オペレータが、それらの最適な条件を考慮して形態観察及び写真撮影等の記録を実施する。 Further, when the depth of focus changes, a place where the focal point is in focus and a place where it is blurred are mixed due to the unevenness of the sample. Usually, an operator performs recording such as morphological observation and photography in consideration of these optimum conditions.

従来のこの種の装置としては、Ｚ軸情報の異なる走査像を取り込むために、電子線のフォーカス位置の設定および変更ができる手段と、各Ｚ軸情報に対する走査像を記憶する画像メモリを設け、この画像メモリのデータを基に各Ｚ軸情報に対応した試料の断面輪郭像を抽出し、各Ｚ軸情報に対応した断面輪郭像とＺ軸情報とから３次元像を生成する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−２９９０４８号公報（段落００２０〜００３１、図１〜図４）As a conventional apparatus of this type, in order to capture scanned images with different Z-axis information, means for setting and changing the focus position of the electron beam and an image memory for storing the scanned images for each Z-axis information are provided. A technique for extracting a cross-sectional contour image of a sample corresponding to each Z-axis information based on the data in the image memory and generating a three-dimensional image from the cross-sectional contour image corresponding to each Z-axis information and the Z-axis information is known. (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-5-299048 (paragraphs 0020 to 0031, FIGS. 1 to 4)

従来技術の場合、特に高分解能観察のために短ＷＤに設定すると、使用する開き角が大きくなるために焦点深度が浅くなる。また、その位置で低倍観察をすると走査角度を大きくしなければならず、歪み等が発生しやすくなる。従って、倍率を同じレンズ条件のまま、低くすることができない。 In the case of the prior art, when the short WD is set particularly for high-resolution observation, the opening angle to be used becomes large and the depth of focus becomes shallow. Also, if low magnification observation is performed at that position, the scanning angle must be increased, and distortion and the like are likely to occur. Therefore, the magnification cannot be lowered while maintaining the same lens conditions.

また、近年、超高分解能観察をするために使用される強磁界型低収差レンズ（セミインレンズ）の場合、短ＷＤで磁場の漏れが大きく数千ガウスある。その影響により、低倍での歪みも大きい。また、画像の周辺のぼけが大きくなる。その理由は、周辺を電子ビームが走査する際に、磁界により偏向され試料より上面に焦点が移動する。 In recent years, in the case of a strong magnetic field type low-aberration lens (semi-in lens) used for ultra-high resolution observation, the leakage of a magnetic field is large with a short WD of several thousand gauss. Due to the influence, distortion at low magnification is also large. In addition, blur around the image becomes large. The reason for this is that when the electron beam scans the periphery, it is deflected by the magnetic field and the focal point moves from the sample to the upper surface.

また、試料の凹凸が激しい場合に写真上にて焦点の合わない部分が増加する。更に、全体でバランスをとると開き角を小さくする必要があり、プローブ径が大きくなってしまう。 Moreover, when the unevenness | corrugation of a sample is intense, the part which cannot focus on a photograph increases. Furthermore, if the balance is achieved as a whole, it is necessary to reduce the opening angle, which increases the probe diameter.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料の凹凸が激しい場合でも、試料の前面にわたって正確な試料像を得ることができる荷電粒子線装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus capable of obtaining an accurate sample image over the front surface of a sample even when the unevenness of the sample is severe. .

（１）請求項１記載の発明は、試料上を３次元的に走査して試料からの２次的粒子を検出器で検出して試料像を得るようにした荷電粒子線装置において、各走査位置でのＺ方向のフォーカス位置が記述されたフォーカスパターン記憶部と、対物レンズに近接して配置され、試料のＺ方向のフォーカスを微調整するフォーカス微調整コイルと、を有し、走査コイルで２次元的に走査すると共に、試料上の走査位置に応じて、前記フォーカスパターン記憶部に記憶されたデータに基づき、前記フォーカス微調整コイルでＺ方向の位置を調整しながら３次元走査を行なうことを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、時間変化に対して追従するようにフォーカスパターンを変化させることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、試料のホールを観察する場合、試料の深さに応じて前記検出器のゲインを変えるようにしたことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、未知の試料に対してフォーカス微調整コイルを連続的に可変して画像を取得し、フォーカスパターンを作成することを特徴とする。(1) In the charged particle beam apparatus according to the first aspect of the present invention, in the charged particle beam apparatus in which the sample is scanned three-dimensionally and secondary particles from the sample are detected by a detector to obtain a sample image. A focus pattern storage unit in which the Z-direction focus position at the position is described, and a focus fine adjustment coil that is arranged close to the objective lens and finely adjusts the Z-direction focus of the sample. Perform two-dimensional scanning, and perform three-dimensional scanning while adjusting the position in the Z direction by the focus fine adjustment coil based on the data stored in the focus pattern storage unit according to the scanning position on the sample. It is characterized by.
(2) The invention according toclaim 2 is characterized in that the focus pattern is changed so as to follow a change with time.
(3) The invention described inclaim 3 is characterized in that when observing a hole in a sample, the gain of the detector is changed in accordance with the depth of the sample.
(4) The invention described in claim 4 is characterized in that a focus fine adjustment coil is continuously varied with respect to an unknown sample to acquire an image and create a focus pattern.

（１）請求項１記載の発明によれば、走査コイルによるＸ，Ｙ方向の２次元走査に、予め２次元走査位置に対応するＺ方向のフォーカスパターンによりＺ方向のフォーカス位置をフォーカス微調整コイルで調整するため、試料の全面にわたってフォーカスが合った画像を得ることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、フォーカスパターンの時間変化を作成することにより、試料移動或いは形態変化に対応することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、試料のホールを観察する場合、試料の深さに応じて増幅器のゲインを変えることにより、試料像の暗い部分を明るくして見やすくした画像を得ることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、未知の試料に対しても有効なフォーカスパターンを作成することができる。(1) According to the invention described in claim 1, in the two-dimensional scanning in the X and Y directions by the scanning coil, the focus position in the Z direction is set in advance by the focus pattern in the Z direction corresponding to the two-dimensional scanning position. Therefore, an image in focus can be obtained over the entire surface of the sample.
(2) According to the second aspect of the present invention, it is possible to cope with the sample movement or the shape change by creating the time change of the focus pattern.
(3) According to the invention described inclaim 3, when observing the hole of the sample, by changing the gain of the amplifier in accordance with the depth of the sample, an image that makes the dark part of the sample image bright and easy to see is obtained. be able to.
(4) According to the invention described in claim 4, an effective focus pattern can be created even for an unknown sample.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図において、１は１次電子線、５は該１次電子線を偏向走査する偏向コイル（走査コイル）、３は１次電子線を試料上に焦点合わせするための対物レンズ、２は試料である。４は試料２から放出される２次電子を検出する２次電子検出器、７は該２次電子検出器４で検出された画像信号をディジタルデータに変換した後、所定の画像処理を行なう画像処理ボード、８は画像処理ボード７の出力を受けて画像を表示する表示部である。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a primary electron beam, 5 is a deflection coil (scanning coil) for deflecting and scanning the primary electron beam, 3 is an objective lens for focusing the primary electron beam on the sample, and 2 is a sample. is there. 4 is a secondary electron detector that detects secondary electrons emitted from thesample 2, and 7 is an image that performs predetermined image processing after converting the image signal detected by the secondary electron detector 4 into digital data. Aprocessing board 8 is a display unit that receives the output of theimage processing board 7 and displays an image.

６は対物レンズの内側に配置されたＺ軸方向のフォーカス位置を微調整するフォーカス微調整コイルである。９は偏向コイル５を励磁する電源、１０は対物レンズ３を励磁する電源、１１はフォーカス微調整コイル６を励磁する電源である。２０はこれら電源９〜１１の出力を制御するＣＰＵである。１２はこれら電源９〜１１とＣＰＵ２０間を接続するバスである。１３は、試料の２次元平面の各座標位置におけるフォーカスパターンが記憶されたフォーカスパターン記憶部である。該フォーカスパターン記憶部１３としては、例えばハードディスク装置が用いられる。 Reference numeral 6 denotes a focus fine adjustment coil that finely adjusts the focus position in the Z-axis direction disposed inside the objective lens. 9 is a power source for exciting thedeflection coil 5, 10 is a power source for exciting theobjective lens 3, and 11 is a power source for exciting the focusfine adjustment coil 6. ACPU 20 controls the outputs of thesepower supplies 9 to 11. A bus 12 connects thepower supplies 9 to 11 and theCPU 20. A focuspattern storage unit 13 stores a focus pattern at each coordinate position on the two-dimensional plane of the sample. As the focuspattern storage unit 13, for example, a hard disk device is used.

ここで、フォーカスパターンとは、１次電子線が常にＸＹ平面のどの位置でもフォーカスが合うようにフォーカス微調整コイル６に流す電流値のことである。ここでは、試料のＸＹ平面の各位置において試料上に焦点が合うようなフォーカス微調整コイル６に流す励磁電流の値が予め測定され、フォーカスパターン記憶部１３に記憶されているものとする。このフォーカスパターンを記憶する方法としては、従来技術の範囲内でどのような方法を採用してもかまわない。この場合において、加速電圧、ＷＤおよびレンズ条件等に対応して予めフォーカスパターンを記憶しておく。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。 Here, the focus pattern is a current value that flows through the focusfine adjustment coil 6 so that the primary electron beam is always focused at any position on the XY plane. Here, it is assumed that the value of the excitation current passed through the focusfine adjustment coil 6 that is focused on the sample at each position on the XY plane of the sample is measured in advance and stored in the focuspattern storage unit 13. As a method for storing the focus pattern, any method may be employed within the scope of the prior art. In this case, a focus pattern is stored in advance corresponding to the acceleration voltage, WD, lens conditions, and the like. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.

基本動作としては、先ず試料２上にフォーカスされた１次電子線１を偏向コイル５で走査する。その時において、走査される位置（仮にデジタル走査した場合、各ピクセルに相当）毎に、ＣＰＵ２０がフォーカスパターン記憶部１３から順次フォーカスパターンデータを読み出してフォーカス微調整コイル６にデータを送り、フォーカス値を可変させる。即ち、本発明によれば、試料２の平面をＸ，Ｙの２次元走査すると共に、ＸＹ面の位置に対応したフォーカスパターンデータでＺ軸方向にフォーカス微調整コイル６によりフォーカス合わせを行なう３次元的な走査を行なう。 As a basic operation, first, the primary electron beam 1 focused on thesample 2 is scanned by thedeflection coil 5. At that time, for each scanning position (corresponding to each pixel in the case of digital scanning), theCPU 20 sequentially reads the focus pattern data from the focuspattern storage unit 13, sends the data to the focusfine adjustment coil 6, and sets the focus value. Make it variable. That is, according to the present invention, the plane of thesample 2 is two-dimensionally scanned in the X and Y directions, and the focus is adjusted by the focusfine adjustment coil 6 in the Z-axis direction with focus pattern data corresponding to the position of the XY plane. A typical scan.

このようにして、試料２に焦点が合った状態で１次電子線が照射されると、試料２の表面からは２次電子が放出される。この２次電子は２次電子検出器４により検出され、画像処理ボード７に入る。該画像処理ボード７では、検出した信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換した後、所定の画像処理を行なった後、表示部８に表示させる。本発明によれば、試料の全面にわたりフォーカスが合った画像が得られる。 In this way, when the primary electron beam is irradiated while thesample 2 is in focus, secondary electrons are emitted from the surface of thesample 2. The secondary electrons are detected by the secondary electron detector 4 and enter theimage processing board 7. In theimage processing board 7, the detected signal is converted into digital data by an A / D converter, subjected to predetermined image processing, and then displayed on thedisplay unit 8. According to the present invention, an image in focus over the entire surface of the sample can be obtained.

例えば、使用するフォーカス値は、低倍、短ＷＤ、セミインレンズを使用する場合には、周辺においてはフォーカスを強くし、中心部は弱くするようなパターンとする。その結果、試料２の全面にわたり焦点が合わされる。従って、周辺のみが回転しているような歪み画像となるようなことは無くなる。 For example, when a low magnification, a short WD, and a semi-in lens are used, the focus value to be used is a pattern in which the focus is increased in the periphery and the center is decreased. As a result, the entire surface of thesample 2 is focused. Therefore, the distorted image in which only the periphery is rotated is eliminated.

また、試料の傾斜が２方向ある時も、試料に大きな段差がある場合でも、フォーカスパターンが記憶されていれば、試料全面に焦点を合わすことが可能となる。このように、本発明によれば、走査（偏向）コイル５によるＸ，Ｙ方向の２次元走査に、予め２次元走査位置に対応するＺ方向のフォーカスパターンによりＺ方向のフォーカス位置をフォーカス微調整コイル６で調整するため、試料２の全面にわたってフォーカスが合った画像を得ることができる。 Further, even when the sample has two directions of inclination, even when there is a large step in the sample, if the focus pattern is stored, the entire surface of the sample can be focused. As described above, according to the present invention, in the two-dimensional scanning in the X and Y directions by the scanning (deflection)coil 5, the focus position in the Z direction is finely adjusted in advance by the focus pattern in the Z direction corresponding to the two-dimensional scanning position. Since adjustment is performed by thecoil 6, an image in focus over the entire surface of thesample 2 can be obtained.

また、本発明によれば、フォーカスパターンの時間変化を作成することにより、試料移動或いは形態変化に対応することができる。また、本発明によれば、試料に形成されたホールを観察する場合、試料の深さに応じて増幅器（画像処理ボード７の前段に設けられた増幅器）のゲインを変えることにより、試料像の暗い部分を明るくして見やすくした画像を得ることができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to cope with a sample movement or a shape change by creating a temporal change of the focus pattern. In addition, according to the present invention, when observing a hole formed in a sample, the gain of an amplifier (an amplifier provided at the front stage of the image processing board 7) is changed according to the depth of the sample, thereby It is possible to obtain an image in which dark portions are brightened for easy viewing.

また、予めフォーカスパターンが無い場合に、フォーカス微調整コイル６の励磁を上下に可変し、各Ｚフォーカス位置での画像を取得して、解析することにより、フォーカスパターンを作成することができる。例えば、試料からの２次電子は、焦点が合った場合に最も強くなるので、２次電子検出器４の検出出力が最も高い時におけるフォーカス微調整コイルの励磁電流をその位置におけるフォーカスパターンとする。このような操作を試料の全面にわたり行なうことで、試料のフォーカスパターンを作成することができ、次回以降は、この作成したフォーカスパターンを用いてＳＥＭ画像を得ることができる。このように、未知の試料に対しても有効なフォーカスパターンを作成することができる。 Further, when there is no focus pattern in advance, the focus pattern can be created by varying the excitation of the focusfine adjustment coil 6 up and down, and acquiring and analyzing images at the respective Z focus positions. For example, the secondary electrons from the sample are the strongest when focused, so the excitation current of the focus fine adjustment coil when the detection output of the secondary electron detector 4 is the highest is the focus pattern at that position. . By performing such an operation over the entire surface of the sample, a focus pattern of the sample can be created. From the next time onward, an SEM image can be obtained using the created focus pattern. Thus, an effective focus pattern can be created for an unknown sample.

本発明によれば、試料の凹凸が激しい場合でも、試料全面にフォーカスを合わせることができ、高分解能観察が可能となる。
上述の実施の形態例では、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に本発明を適用した場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、イオンビーム等の粒子線を用いた走査型の装置に等しく適用することができる。また、前述の実施の形態例は、試料観察位置が確定し、固定された状態でのものである。しかしながら、形態観察の応用としては、時間で位置及び形状が変化する場合、それに追従してフォーカスする必要も出てくる。その場合、時間変化と共に予想或いは予め設定したフォーカスパターン群を使用して常に試料全面にフォーカスすることが考えられる。According to the present invention, even when the unevenness of the sample is severe, the entire surface of the sample can be focused, and high-resolution observation is possible.
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a scanning electron microscope (SEM) is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and a scanning type using a particle beam such as an ion beam is used. It can be equally applied to the device. In the above-described embodiment, the sample observation position is fixed and fixed. However, as an application of morphological observation, when the position and shape change with time, it becomes necessary to focus following the change. In that case, it is conceivable to always focus on the entire surface of the sample using a focus pattern group that is predicted or set in advance with time.

また、上述の実施の形態例では、２次的粒子として２次電子を用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、図示されていない他のそれぞれの検出器を用いて反射電子、光、Ｘ線、イオンを検出する場合にも同様に適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where secondary electrons are used as secondary particles is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and other detectors not shown are used. The present invention can be similarly applied to the case of detecting reflected electrons, light, X-rays, and ions.

本発明の一実施の形態例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１次電子線
２試料
３対物レンズ
４２次電子検出器
５偏向コイル
６フォーカス微調整コイル
７画像処理ボード
８表示部
９電源
１０電源
１１電源
１２バス
１３フォーカスパターン記憶部
２０ＣＰＵDESCRIPTION OF SYMBOLS 1Primary electron beam 2Sample 3 Objective lens 4Secondary electron detector 5Deflection coil 6 Focusfine adjustment coil 7Image processing board 8Display unit 9Power source 10Power source 11 Power source 12Bus 13 Focuspattern storage unit 20 CPU

Claims

Translated fromJapanese

試料上を３次元的に走査して試料からの２次的粒子を検出器で検出して試料像を得るようにした荷電粒子線装置において、
各走査位置でのＺ方向のフォーカス位置が記述されたフォーカスパターン記憶部と、
対物レンズに近接して配置され、試料のＺ方向のフォーカスを微調整するフォーカス微調整コイルと、
を有し、走査コイルで２次元的に走査すると共に、試料上の走査位置に応じて、前記フォーカスパターン記憶部に記憶されたデータに基づき、前記フォーカス微調整コイルでＺ方向の位置を調整しながら３次元走査を行なうことを特徴とする荷電粒子線装置。In a charged particle beam apparatus in which a sample image is obtained by scanning a sample three-dimensionally and detecting secondary particles from the sample with a detector.
A focus pattern storage unit in which the focus position in the Z direction at each scanning position is described;
A focus fine adjustment coil that is arranged close to the objective lens and finely adjusts the focus in the Z direction of the sample;
And the two-dimensional scanning with the scanning coil, and the position in the Z direction is adjusted with the focus fine adjustment coil based on the data stored in the focus pattern storage unit according to the scanning position on the sample. A charged particle beam apparatus characterized by performing three-dimensional scanning.

時間変化に対して追従するようにフォーカスパターンを変化させることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the focus pattern is changed so as to follow a time change.

試料のホールを観察する場合、試料の深さに応じて前記検出器のゲインを変えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。 2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein when observing a hole in the sample, the gain of the detector is changed in accordance with the depth of the sample.

未知の試料に対してフォーカス微調整コイルを連続的に可変して画像を取得し、フォーカスパターンを作成することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the focus fine adjustment coil is continuously changed with respect to an unknown sample to acquire an image and create a focus pattern.