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JP2005019001A - Electrostatic deflector and charged particle beam apparatus equipped with electrostatic deflector - Google Patents

Electrostatic deflector and charged particle beam apparatus equipped with electrostatic deflector Download PDF

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JP2005019001A
JP2005019001A JP2003177946A JP2003177946A JP2005019001A JP 2005019001 A JP2005019001 A JP 2005019001A JP 2003177946 A JP2003177946 A JP 2003177946A JP 2003177946 A JP2003177946 A JP 2003177946A JP 2005019001 A JP2005019001 A JP 2005019001A
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Japan
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deflector
electrostatic deflector
charged particle
voltage
particle beam
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Application number
JP2003177946A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Sakaguchi
清志 坂口
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam device and an FIB (focused ion beam) device excellent in performance by reducing an influence on an ion beam by a noise component included in an electrostatic deflection power source. <P>SOLUTION: The influence by a noise component is reduced by changing deflection sensitivity (transformation distance of deflection/deflection voltage) by changing over the effective area of an electrostatic deflector applied according to a scanning magnification factor by dividing the electrostatic deflector into multiple stages. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、詳しくは２段偏向の静電型偏向器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、最も一般的な集束イオンビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ， ＦＩＢ）装置を説明する図である。図１において、１はイオンビームを放射する液体金属イオン源のエミッタ、２はイオンの放射を制御するためのサプレッサ電極、３はイオンをエミッタから引き出すための引き出し電極、４はイオンを加速するための加速電極、５はコンデンサレンズ、６はイオンビーム電流を制限するための絞り、Ｗは試料、７はイオンビームを試料Ｗにフォーカスさせるための対物レンズ、８は試料Ｗを載置する試料ステージである。コンデンサレンズ５および対物レンズ７は、例えば、３枚の電極から成る静電型のレンズが用いられる。更に、１０はイオンビームを静電的に偏向して、イオンビームを試料Ｗ上で二次元的に走査するための偏向器、１１は偏向器１０に走査電圧を印加するための偏向電源、１２は偏向電源１１を制御するための制御コンピュータである。なお、エミッタ１から試料Ｗ直前までを、一般にイオン光学系あるいはイオン照射系と呼び、真空容器中に配置される。
【０００３】
次に、このような構成の動作について簡単に説明する。まず、図示しない加速電圧電源から加速電圧Ｖａｃｃ（例えば５０ｋＶ）が供給され、エミッタ１とアース間に印加される。同じくエミッタ１から見て負の電圧（例えば−５ｋＶ）が図示しない引き出し電圧電源から供給され、引き出し電極３に印加され、エミッタ１からイオンビームを引き出す。このとき、同じく図示しないサプレッサ電圧電源からエミッタ１と同程度の電圧（例えば±１ｋＶ）が供給され、サプレッサ電極２に印加され、エミッタ１から引き出されるイオンビームＩＢの放出量（エミッション電流）を制御する。更に、アース電位にある加速電極４によって、イオンビームＩＢは所定のエネルギ（例えば５０ｋｅＶ）が与えられる。
【０００４】
続いて、同じく図示しないコンデンサレンズ電源から所定の電圧がコンデンサレンズ５に供給され、コンデンサレンズ５はイオンビームＩＢを集束する。この印加する電圧を適当に選ぶことによって、絞り６の絞りの穴径と相まって、イオンビーム電流の値が決定される。更に、図示しない対物レンズ電源からは対物レンズ７に所定の電圧が供給・印加され、対物レンズ７はイオンビームを試料Ｗ上にフォーカスさせて照射する。
【０００５】
このようなイオンビームＩＢは、偏向器１０によって偏向され、試料Ｗ上の所望の位置に照射される。即ち、制御コンピュータ１２は、所望の走査倍率や所望のシフト量に従って、偏向電源１１に指令を出す。偏向電源１１は、制御コンピュータ１２からの指令に従って、所定の電圧を偏向器１０に印加する。偏向器１０は、その印加電圧に従って、イオンビームＩＢを偏向させて、試料Ｗ上の所望の位置に照射する。
【０００６】
なお、ここで走査倍率（あるいは単に倍率）とは、イオンビームＩＢを試料Ｗ上で２次元的に走査して、このとき試料Ｗから発生する信号を検出して形成する走査顕微鏡像を表示する際の像の表示幅Ｄとその表示幅に対応する試料上のイオンビームＩＢの走査幅Ｌの比で表される（図６参照）。偏向器１０に印加する走査のための電圧は、通常、図７（ａ）および図７（ｂ）の如き鋸歯状波を用いる。ここで、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。試料Ｗ上のＸ−Ｙ平面の一方向（例えばＹ方向）には図７（ａ）の鋸歯状波、もう一方向には図７（ｂ）の鋸歯状波を用いて、テレビのラスタの如く試料Ｗ上の一定の範囲（面積）の平面を走査する。走査の間、印加電圧は−ＶからＶまで周期的に変化するが、走査のための印加電圧という場合の電圧は、ピーク値のＶ（場合によってはピークツーピーク値の２・Ｖ）を指す。
【０００７】
また、シフト（あるいはイメージシフト）とは、走査顕微鏡像の視野を偏向器によって２次元的に移動させることをいう。図７（ｃ）および（ｄ）に示すように、走査のための鋸歯状波に、ある電圧Ｖｓｙ、Ｖｓｘを重畳させて偏向器に印加すればよい。一般に、偏向器１０は、上記の如き走査機能とシフト機能を合わせて行わせることができる。
【０００８】
試料Ｗは、図示しない試料交換室を通して装置外部から装置内部に持ち込まれ、試料ステージ８に載置される。試料ステージ８は、例えば少なくとも水平面内でＸおよびＹ方向に試料Ｗを駆動・移動させることができるようになっている。このように試料ステージ８を駆動して、試料Ｗ上の任意の位置をイオンビームＩＢの照射位置に移動させることができる。そして一般には、おおよその位置決めには試料ステージ８を駆動して行い、細かな位置決めはシフト機能即ち偏向器１０によって行う。
【０００９】
図２および図３は従来の偏向器の近傍の構成と動作を説明するための図である。図４は偏向器を構成する偏向子（あるいは偏向電極）を説明するための図である。図５は２段偏向方式の偏向器の動作を説明するための図である。図２は、対物レンズ７の下流側（以下、イオン源側を上流と呼び、試料側を下流と呼ぶ）に偏向器１０が配置した１段偏向方式の偏向器の例である。図２において、１０は偏向器である。対物レンズ７の主面の中心を通過したイオンビームＩＢは偏向器１０によって偏向され、試料Ｗ上で、イオンビームＩＢの照射位置が距離Ｌだけ移動する。図３は、対物レンズ７の上流側に偏向器１０を配置した例であって、２段偏向方式の偏向器の例である。図３において、１０Ｕは上流側の偏向器であって上段偏向器と呼び、１０Ｌは下流側の偏向器であって下段偏向器と呼ぶ。イオンビームＩＢは上段偏向器１０Ｕで偏向され、続いて下段偏向器１０Ｌで上段偏向器１０Ｕでの偏向方向とは逆方向に偏向される。このとき、イオンビームＩＢが常に対物レンズ７の主面の中心を通過するように、上段偏向器１０Ｕの偏向量と下段偏向器１０Ｌの偏向量の比率を調整しておく。この調整によって、下段偏向器１０Ｌの偏向量の絶対値は、上段偏向器１０Ｕでの偏向量の絶対値の２倍前後の比率となる。従って、偏向されたイオンビームＩＢは対物レンズ７の主面の中心を通りかつ主面に対して傾いて照射されるので、試料Ｗ上で、イオンビームＩＢの照射位置が距離Ｌだけ移動する。
【００１０】
図４（ａ）は静電４極子型の偏向器１０をイオンビームの光軸方向から見た図である。図４（ａ）において、ｘはＸ−Ｙ平面のＸ方向の軸を表し、ｙはＹ方向の軸を表す。Ｘ１は光軸中心から見てＸ方向に配置された偏向子（偏向電極）、Ｘ２は光軸中心から見てＸの逆方向に配置された偏向子、Ｙ１は光軸中心から見てＹ方向に配置された偏向子、Ｙ２は光軸中心から見てＹの逆方向に配置された偏向子である。このように、静電４極子型の場合の偏向器１０は、４つの偏向子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から成っている。偏向電源１１からＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の各偏向子に、それぞれＶｘ、−Ｖｘ、Ｖｙ、−Ｖｙの電圧を印加する。このように、互いに対向する偏向子（Ｘ１とＸ２あるいはＹ１とＹ２）には電圧の絶対値は同じで極性が異なる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、イオンビームＩＢは印加電圧ＶｘおよびＶｙに対応して偏向される。
【００１１】
図４（ｂ）は静電８極子型の偏向器１０をイオンビームの光軸方向から見た図である。図４（ｂ）において、ｘはＸ−Ｙ平面のＸ方向の軸を表し、ｙはＹ方向の軸を表す。Ｘ１は光軸中心から見てＸ方向に配置された偏向子、Ｘ２は光軸中心から見てＸの逆方向に配置された偏向子、Ｙ１は光軸中心から見てＹ方向に配置された偏向子、Ｙ２は光軸中心から見てＹの逆方向に配置された偏向子であり、ＸＹ１は光軸中心から見てＸとＹの中間の方向に配置された偏向子、ＸＹ２は光軸中心から見て上記ＸＹ１の逆方向に配置された偏向子、ＹＸ１は光軸中心から見てＹと−Ｘの中間方向に配置された偏向子、ＹＸ２は光軸中心から見て上記ＹＸ１の逆方向に配置された偏向子である。このように、静電８極子型の場合の偏向器１０は、８つの偏向子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、ＸＹ１、ＸＹ２、ＹＸ１、ＹＸ２から成っている。偏向電源１１からＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、ＸＹ１、ＸＹ２、ＹＸ１、ＹＸ２の各偏向子に、それぞれＶｘ、−Ｖｘ、Ｖｙ、−Ｖｙ、（Ｖｘ＋Ｖｙ）／√２、（−Ｖｘ−Ｖｙ）／√２、（−Ｖｘ＋Ｖｙ）／√２、（Ｖｘ−Ｖｙ）／√２の偏向電圧を印加する。この場合も、互いに対向する偏向子には電圧の絶対値は同じで極性が異なる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、イオンビームＩＢは印加電圧ＶｘおよびＶｙに対応して偏向される。
【００１２】
図５は、図３の２段偏向方式の偏向器の場合のイオンビームＩＢの軌道を説明する一例である。図５において、横軸はイオンビームＩＢの光軸に沿った距離Ｚを表しており、上段偏向器１０Ｕの上流側の端部を原点としている。縦軸はイオンビームＩＢの光軸を中心として、例えばＸ方向の距離を表している。この例では、まず、イオンビームＩＢの光軸の−１０ｍｍの位置に絞り６が配置されている。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕ、下段偏向器１０Ｌ共に内径を３ｍｍ、上段偏向器１０Ｕおよび下段偏向器１０ＬのＺ方向の長さを共に２０ｍｍとし、両者の間隔を１０ｍｍ空けて配置されている。また、下段偏向器１０Ｌの下流側の端部から１０ｍｍ離れた位置に対物レンズ７の主面がくるように配置し、更に、１０ｍｍ下流側に試料Ｗが配置されている。上段偏向器１０Ｕに印加する電圧をＶｕｐｐｅｒ、下段偏向器１０Ｌに印加する電圧をＶｌｏｗｅｒと表すものとする。
【００１３】
まず、図５の例において、イオンビームＩＢが光軸の中心を通って上段偏向器１０Ｕに垂直に入射した場合について考える。この例においては、
Ｒｔｉｌｔ＝Ｖｌｏｗｅｒ／Ｖｕｐｐｅｒ＝−２．５０ （１−１）
を満たすとき、図５で「ｔｉｌｔ」と表した軌道をとる。この軌道は、光軸の中心を通って上段偏向器１０Ｕに垂直に入射したイオンビームＩＢが上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受け、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ２倍の偏向を受けて振り戻され、対物レンズ７の主面の位置で光軸と交差するようになっている。このようにして、イオンビームＩＢは試料Ｗ上で光軸の中心位置から所定の距離Ｌだけ離れた位置に照射されることになる。この「ｔｉｌｔ」軌道を用いることによって、走査機能とシフト機能とを実施することができる。これが２段偏向方式の偏向器の場合の基本的な動作である。このような偏向方式を「振り戻し式の偏向方式」ということがある。
【００１４】
次に、イオンビームＩＢが光軸とある傾斜角をもって上段偏向器１０Ｕに斜めに入射した場合について考える。この例においては、
Ｒａｌｉｇｎ＝Ｖｌｏｗｅｒ／Ｖｕｐｐｅｒ＝−０．６６７ （１−２）
を満たすとき、図５で「ａｌｉｇｎ」と表した軌道をとる。この軌道は、斜めに上段偏向器１０Ｕに入射したイオンビームＩＢが上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受け、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ１／２程度の偏向を受けて振り戻され、対物レンズ７の主面の位置で光軸と一致するようになっている。この「ａｌｉｇｎ」軌道を用いることによって、偏向器１０より上流のイオン光学系の光学軸と偏向器１０より下流のイオン光学系の光学軸との不一致を調整することができる。
【００１５】
そこで一般には、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌの印加する偏向電圧ＶｕｐｐｅｒとＶｌｏｗｅｒは、上記走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎとシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎとを重畳するようにする。即ち、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｖｓｃａｎ＋Ｖｓｈｉｆｔ＋Ｖａｌｉｇｎ （１−３）
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｒｔｉｌｔ・（Ｖｓｃａｎ＋Ｖｓｈｉｆｔ）＋Ｒａｌｉｇｎ・Ｖａｌｉｇｎ （１−４）
である。
【００１６】
また、静電型偏向器では、偏向器の感度ｆを定義することができる。感度ｆは、偏向器に印加する単位電圧当りの試料Ｗ上でのイオンビームＩＢの変移の距離で表される。印加する電圧をＶ、試料Ｗ上で偏向される距離をＬと表せば、
ｆ＝Ｌ／Ｖ （１−５）
である。更に、走査に用いる鋸歯状波のピークツーピークの電圧をＶｐ−ｐ、試料Ｗ上での走査幅をＬｐ−ｐとすれば、
ｆ＝Ｌ／Ｖ＝Ｌｐ−ｐ／Ｖｐ−ｐ （１−６）
である。従って、走査像の表示幅をＤ、倍率をＭと表せば、Ｍ＝Ｄ／Ｌｐ−ｐであるから、
ｆ＝Ｄ／（Ｍ・Ｖｐ−ｐ） （１−７）
となる。あるいは、
Ｖｐ−ｐ＝Ｄ／（ｆ・Ｍ） （１−８）
である。ただし、以下の記載においては、走査幅を単にＬと表し、電圧Ｖｐ−ｐあるいはＶｐ−ｐ／２を単にＶと表す。
【００１７】
さて、このようにして試料Ｗ上に照射されるイオンビームＩＢは、コンデンサレンズや対物レンズによって、細く絞られその太さは１０ｎｍ以下に達する。このような装置において、偏向器１０に印加する偏向電源１１の印加電圧にノイズ成分が含まれていると、イオンビームＩＢはノイズ成分に比例して変動してしまう。感度ｆの偏向器において、ピークツーピークで表される電圧ノイズΔＶの影響によってイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が見掛け上太くなる）量Δｄは、おおよそ
Δｄ＝ｆ・ΔＶ／√２ （１−９）
で表されるといってよい。従って、電圧ノイズΔＶによるイオンビームＩＢのビーム径の劣化を軽減するには、偏向器の感度ｆを低くすればよいことが分かる。しかし、単に感度ｆを低くしただけでは、低倍率の走査像が実現できなくなるとか、低倍率の走査像の場合に異常に高い偏向電圧を用いなければならい等の問題があり、何らかの工夫が要求される。
【００１８】
ただし、このような偏向電源１１の印加電圧に含まれる電圧ノイズΔＶによるイオンビームＩＢのビーム径の劣化は、高倍率のときには問題となるが、低倍率のときには問題とはならない。例えば、劣化が１ｎｍ程度であって、画素数が１０００×１０００である走査像を１００ｍｍ角に表示したとすると、倍率がさほど高くはない１０００倍のとき１画素当りの試料上の大きさは１００ｎｍ×１００ｎｍであり、１ｎｍ程度の劣化は画素内に埋もれてしまうので十分無視できる。しかし、倍率が高倍の１０万倍になれば、１画素の大きさと劣化の度合いとが同等の大きさとなり無視できなくなる。
【００１９】
このようなノイズ成分によるイオンビームＩＢの変動は、イオン光学系の性能向上即ちイオンビームＩＢが細く絞られるに伴って無視できなくなり、ＦＩＢ装置の総合的な性能向上の隘路となってきた。
【００２０】
そこで、本件発明者は、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）において、荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試料上で走査するための静電偏向器とを備える荷電粒子ビーム装置において、前記静電偏向器は、荷電粒子ビームの軸に沿って複数段配置され、前記静電偏向器のうちの少なくとも１段を選択する選択手段と、前記選択された静電偏向器に所定の電圧を印加する電源手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置を提案した。
【００２１】
更に、前記選択手段は、荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査倍率の値あるいは走査幅の値に依存して、使用する静電偏向器を選択するようになしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置であった。
【００２２】
例えば、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）の実施の形態３を引用すると以下の如くである。
【００２３】
図９は、先願の発明を、振り戻し方式の２段偏向方式の偏向器に応用した場合の構成と動作を説明する図である。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュータ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、走査の倍率Ｍのある値を閾値Ｍｔとして、状態「ｌｏｗ」と状態「ｈｉｇｈ」とに切換えられるように制御コンピュータ１２によって制御される。状態「ｌｏｗ」は、Ｍ≦Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この状態における感度ｆはｆｌｏｗである。状態「ｈｉｇｈ」は、Ｍ＞Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに落とされている状態である。この状態における感度ｆはｆｈｉｇｈであって、
ｆｌｏｗ＞ｆｈｉｇｈ （２−１）
の関係にある。
【００２４】
このような構成の動作について説明する。図９において、制御コンピュータ１２は、倍率値Ｍと閾値Ｍｔとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍｔ以下であれば、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｌｏｗ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２は、状態が「ｌｏｗ」であることと倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、状態が「ｌｏｗ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加電圧Ｖｕｐｐｅｒは、感度ｆを考慮して、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｄ／（ｆｌｏｗ・Ｍ） （２−２）
である。ただし、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎは説明の都合上無視している。
【００２５】
同様に、この情報を基に下段偏向電源１１Ｌは、状態が「ｌｏｗ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加電圧Ｖｌｏｗｅｒは、感度ｆを考慮して、
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｌｏｗ）／（ｆｌｏｗ・Ｍ） （２−３）
である。ここでＲｔｉｌｔ（ｌｏｗ）は、２段偏向方式において、状態「ｌｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であって、偏向器の寸法によって決まる。なお、上式では、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎは説明の都合上無視している。
【００２６】
この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向器１０Ｌとして動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００２７】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｌｏｗは、おおよそ
Δｄｌｏｗ＝ｆｌｏｗ・ΔＶ／√２ （２−４）
である。
【００２８】
次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場合の動作について説明する。図９において、制御コンピュータ１１は、倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていることを認識すると、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｈｉｇｈ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２は、状態が「ｈｉｇｈ」であることと倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、状態が「ｈｉｇｈ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子に印加し、同様にこの情報を基に下段偏向電源１１Ｌは、状態が「ｈｉｇｈ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子に印加する。走査のための印加電圧ＶｕｐｐｅｒとＶｌｏｗｅｒは、感度ｆを考慮して、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｄ／（ｆｈｉｇｈ・Ｍ） （２−５）
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）／（ｆｈｉｇｈ・Ｍ） （２−６
）
である。ここでもＲｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）は、２段偏向方式において、状態「ｈｉｇｈ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であって、偏向器の寸法によって決まる。また、上式では、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎは説明の都合上無視している。
【００２９】
この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００３０】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｈｉｇｈは、おおよそ
Δｄｈｉｇｈ＝ｆｈｉｇｈ・ΔＶ／√２ （２−７）
である。
【００３１】
感度ｆはｆｌｏｗ＞ｆｈｉｇｈの関係にあるから、スイッチＳＷを状態「ｈｉｇｈ」から状態「ｌｏｗ」に切換えることによって、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量は、
Δｄｌｏｗ＞ Δｄｈｉｇｈ （２−８）
となり、感度ｆに比例して軽減することができる。
【００３２】
【特許文献１】
特開２００２−１１７７９６号公報
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）の装置は所期の目的を達することができたが、下記の問題があることが分かってきた。
【００３４】
すなわち、まず第１に、走査の倍率値によって偏向器の感度を切り替えると、光学軸調整がずれてしまうという問題がある。第２に、上記問題とは別に、設計の誤差等により、走査の中心の位置や設定されたイメージシフト量や光軸調整量が正確に切り換えの前後で正確に再現されるとは限らない。第３に、走査の倍率が閾値Ｍｔより低い倍率から閾値Ｍｔより高い倍率に変更したときには、閾値Ｍｔを境にして、偏向器の感度ｆは高い感度から低い感度に切り替えられるが、その結果、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔや光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎが比較的大きな場合には感度不足に陥り、所定のシフトあるい光学軸調整ができなくなることがある。
【００３５】
本発明は、かかる状況に対処すべくなされたものであって、より性能を向上させた荷電粒子ビーム照射系およびＦＩＢ照射系を提供することを目的としている。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試料上で走査するための機能と軸合わせのための機能とを兼ね備えた静電偏向器とを備える荷電粒子ビーム装置において、
（１）前記静電偏向器は、荷電粒子ビームの軸に沿って上段と下段の２段の静電偏向器からなり、これら上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）前記選択のための基準値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記選択基準値と前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて、選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、
（５）前記算出された電圧値に基づいて各静電偏向器に印加する電圧を発生する電源手段とを備えたことを特徴とする。
【００３７】
更に、前記選択のための基準値は、荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査倍率あるいは走査幅が所定の値であって、前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、前記荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査幅の値を決定する走査のための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、前記荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量を決定する軸合わせのための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする。
【００３８】
また、前記記憶手段は、（ａ）荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査の位置と（ｂ）荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量と（ｃ）走査する範囲の中心位置を試料上で所望の距離だけ移動する移動量の内の少なくとも１つに関して、前記選択に伴う動作の前後でのずれ量を予め記憶し、前記演算手段は、前記記憶手段の前記ずれ量を参照し、補正するようにすることを特徴とする。
【００３９】
更にまた、前記記憶手段は、静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値を記憶し、上記荷電粒子ビーム装置は、前記算出された電圧値がこれを超えた場合には、前記静電偏向器の選択を変更するよう判断する判断手段を備えたことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の装置は、荷電粒子ビームの軸に沿って上段の偏向器と下段の静電偏向器の２段からなる静電型偏向器であって、
（１）上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、
（５）前記算出された電圧値と前記印加可能な最大印加電圧値とを比較し前記算出された電圧値が前記印加可能な最大印加電圧値を超えずかつ最も近くなるように前記選択手段を制御する制御手段と、
（６）その結果に基づいて算出された電圧を発生し各静電偏向器に印加する電源手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４１】
前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置に対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置を所望の距離だけ移動するための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームに対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの傾きを所望の傾きだけ傾けるための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）本発明の第１の実施の形態を図を用いて説明する。図８は本発明に係る２段偏向方式の偏向器の一例を説明する図である。
【００４３】
先に図５を用いて説明した如く、５図において「ｔｉｌｔ」と記した軌道は、上段偏向器１０Ｕにおいてある量の偏向を受けた後、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ２倍の偏向を受けて振り戻される。一方、「ａｌｉｇｎ」と記した軌道は、上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受けた後、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ１／２程度の偏向を受けて振り戻される。このように、「ｔｉｌｔ」軌道と「ａｌｉｇｎ」軌道とでは、上段偏向器と下段偏向器に印加する偏向電圧の比率は変えなければならないことが分かる。なお、走査のための偏向は「ｔｉｌｔ」のための偏向と同じように考えてよい。
【００４４】
ところで、荷電粒子ビーム装置の光学軸の調整は、一般には、光学系の加工や組み立ての精度などのずれを調節するものであるから、走査倍率に依存しないはずのものである。従って、走査倍率に依存して偏向器１０の感度を切り換える際には、「ａｌｉｇｎ」軌道すなわち光学軸調整のための偏向量は、前記切り替えが行われた後においても、正確に再現されることが必要である。
【００４５】
更に、偏向器１０の感度を低い方に切り換えた場合には、感度不足のために、切り替え前の光学軸調整のための偏向量が切り替え後に再現できないとか、異常に高い電圧を印加する必要が生じる場合も装置の調整の具合によってはある得る。また、イメージシフトについては、シフトの量をシフトの絶対量で働かせるようにしている装置の場合は、切り替えの前後で、シフトの量を再現される必要がある。逆に、シフトの量をシフトの絶対量ではなく走査倍率に対する比率で働かせるようにしている装置の場合は、切り替えの前後で、シフトの量を再現される必要はない。
【００４６】
以上のことから、本発明は、
（１）事前に、（ａ）偏向器１０の感度切り換えの閾値と、各状態での、（ｂ）走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｃ）同じく走査のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｄ）光学軸調整のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｅ）同じく光学軸調整のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数とを第１のメモリに記憶しておき、
（２）光学軸調整のための偏向量を第２のメモリに記憶しておき、
（３）偏向器１０の感度を切り換える際には、第２のメモリに記憶されている光学軸調整のための偏向量を参照し、
（４）かつ、（ａ）前記切り換えに対応した状態での、（ｂ）走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｃ）同じく走査のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｄ）光学軸調整のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｅ）同じく光学軸調整のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、を用いて印加電圧を決定するようにしている。
【００４７】
更に、イメージシフトの量をシフトの絶対量で働かせるようにしている装置の場合は、
（５）上記（２）において、シフトの偏向量を第２のメモリに記憶しておき、
（６）上記（３）において、シフトの偏向量を参照し、
（７）上記（４）において、（ａ）前記切り換えに対応した状態での、（ｂ）走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｃ）同じく走査のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、を用いて印加電圧を決定し、加算するようにしている。
【００４８】
更にまた、
（８）上記（１）において、偏向器の最大印加電圧を第１のメモリに記憶しておき、
（９）上記（３）において、最大印加電圧を参照して、印加電圧がこれを超えないようにしている。
【００４９】
図８は、本発明を、振り戻し方式の２段偏向方式の偏向器に応用した場合の構成と動作を説明する図である。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュータ、１３はスイッチコントローラ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、スイッチコントローラ１３を介して、状態「ｌｏｗ」と状態「ｈｉｇｈ」とに切換えられるように制御コンピュータ１２によって制御される。
【００５０】
２０は、切換えを行う際の走査の倍率の閾値Ｍｔと、各状態での偏向器１０の感度、すなわち、走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じく走査のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、光学軸調整のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じく光学軸調整のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘを記憶しているメモリである。３０は、光学軸調整のための偏向量Ｔおよびシフトの絶対量Ｓを記憶しているメモリである。このうち、メモリ２０に記憶されている内容は、装置の設計によって決まり、メモリ３０に記憶されている内容のうちの偏向量Ｔは装置の光軸調整の結果決まり、シフトの絶対量Ｓはオペレータによって任意に決められる。
【００５１】
状態「ｌｏｗ」は、原則としては、Ｍ≦Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この「ｌｏｗ」の状態において、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの試料上でのビームの変位、すなわち、「ｔｉｌｔ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔである。同様に、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角に対する出射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｌｏｗ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒである。
【００５２】
一方、状態「ｈｉｇｈ」は、原則としては、Ｍ＞Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに落とされている状態である。この「ｈｉｇｈ」の状態において、上段偏向器１０Ｕ（すなわち１０Ｕ２）に印加する単位印加電圧当たりの試料上でのビームの変位、すなわち、「ｔｉｌｔ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔである。同様に、上段偏向器１０Ｕ（すなわち１０Ｕ２）に印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角に対する出射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｈｉｇｈ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒである。
【００５３】
ここで、
ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ＞ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ、ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎ＞ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎ、
ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ（３−１）
の関係にある。
【００５４】
このような構成の動作について説明する。ここで、説明の都合で、メモリ２０および３０には先に説明した値が記憶されているものとする。図８において、制御コンピュータ１２は、メモリ２０を参照して、メモリ２０に記憶されている切換えを行う際の走査の倍率の閾値Ｍｔと走査の倍率値Ｍとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍｔ以下であれば、上段偏向器１０Ｕに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｕ＝Ｄ／（ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ・Ｍ） （３−２）
である。
【００５５】
実は、先願においては、最終的な結論には影響がないので、「ｔｉｌｔ」軌道の感度と「ａｌｉｇｎ」軌道の感度とビーム径の劣化の感度を区別せずに、また、上記上段偏向器の感度を偏向器全体の感度の如くに見なして記述したが、本願においては、シフトのための印加電圧と光学軸調整のための印加電圧とを考慮する記述とするため、説明の都合で先願とは異なる記載としている。
【００５６】
更に、メモリ３０を参照して、上段偏向器１０Ｕに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｕと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｕを上式（３−２）に加算する。すなわち、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｖｓｃａｎｕ ＋ Ｖｓｈｉｆｔｕ ＋ Ｖａｌｉｇｎｕ （３−３）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｕ＝Ｓ／ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ （３−４）
Ｖａｌｉｇｎｕ＝Ｔ／ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎ （３−５）
である。
【００５７】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｌ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｌｏｗ）／（ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ・Ｍ） （３−６）
である。ここでＲｔｉｌｔ（ｌｏｗ）は、２段偏向方式の「ｔｉｌｔ」軌道において、状態「ｌｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００５８】
更に、メモリ３０を参照して、下段偏向器１１Ｌに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｌと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｌを上式（３−３）に加算する。すなわち、
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｖｓｃａｎｌ ＋ Ｖｓｈｉｆｔｌ ＋ Ｖａｌｉｇｎｌ （３−７）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｌ＝Ｓ・Ｒｔｉｌｔ（ｌｏｗ）／ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ （３−８）
Ｖａｌｉｇｎｌ＝Ｔ・Ｒａｌｉｇｎ（ｌｏｗ）／ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎ （３−９）
である。ここで、Ｒａｌｉｇｎ（ｌｏｗ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｌｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００５９】
この結果に基づいて、制御コンピュータ１２は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｌｏｗ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【００６０】
この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向器１０Ｌとして動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００６１】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｌｏｗは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｌｏｗと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｌｏｗとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｌｏｗ ＝ （Δｄ（Ｕ）ｌｏｗ２＋Δｄ（Ｌ）ｌｏｗ２）１／２ （３−１０）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｌｏｗ＝ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （３−１１）
Δｄ（Ｌ）ｌｏｗ＝ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （３−１２）
である。
【００６２】
次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場合の動作について説明する。制御コンピュータ１２は、メモリ２０を参照して、メモリ２０に記憶されている切換えを行う際の走査の倍率の閾値Ｍｔと走査の倍率値Ｍとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていれば、上段偏向器１０Ｕに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｕ＝Ｄ／（ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ・Ｍ） （３−１３）
である。
【００６３】
実は、先願においては、最終的な結論には影響がないので、「ｔｉｌｔ」軌道の感度と「ａｌｉｇｎ」軌道の感度とビーム径の劣化の感度を区別せずに、また、上記上段偏向器の感度を偏向器全体の感度の如くに見なして記述したが、本願においては、シフトのための印加電圧と光学軸調整のための印加電圧とを考慮する記述とするため、説明の都合で先願とは異なる記載としている。
【００６４】
更に、メモリ３０を参照して、上段偏向器１０Ｕに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｕと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｕを上式（３−１３）に加算する。すなわち、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｖｓｃａｎｕ ＋ Ｖｓｈｉｆｔｕ ＋ Ｖａｌｉｇｎｕ （３−１４）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｕ＝Ｓ／ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ （３−１５）
Ｖａｌｉｇｎｕ＝Ｔ／ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎ （３−１６）
である。
【００６５】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｌ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）／（ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ・Ｍ） （３−１７）
である。ここでＲｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）は、２段偏向方式の「ｔｉｌｔ」軌道において、状態「ｈｉｇｈ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００６６】
更に、メモリ３０を参照して、下段偏向器１１Ｌに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｌと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｌを上式（３−１７）に加算する。すなわち、
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｖｓｃａｎｌ ＋ Ｖｓｈｉｆｔｌ ＋ Ｖａｌｉｇｎｌ （３−１８）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｌ＝Ｓ・Ｒｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）／ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ （３−１９）
Ｖａｌｉｇｎｌ＝Ｔ・Ｒａｌｉｇｎ（ｈｉｇｈ）／ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎ （３−２０）
である。ここで、Ｒａｌｉｇｎ（ｈｉｇｈ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｈｉｇｈ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００６７】
更に続いて、メモリ２０を参照して、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較し、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒが共に最大印加電圧Ｖｍａｘ以下であれば、次に移る。
【００６８】
すなわち、上記の結果に基づいて、制御コンピュータ１１は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｈｉｇｈ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【００６９】
この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００７０】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｈｉｇｈは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｈｉｇｈと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｈｉｇｈとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｈｉｇｈ ＝ （Δｄ（Ｕ）ｈｉｇｈ２＋Δｄ（Ｌ）ｈｉｇｈ２）１／２ （３−２１）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｈｉｇｈ＝ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （３−２２）
Δｄ（Ｌ）ｈｉｇｈ＝ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （３−２３）
である。
【００７１】
ビーム径の劣化の感度ｆは、ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒの関係にあるから、スイッチＳＷを状態「ｈｉｇｈ」から状態「ｌｏｗ」に切換えることによって、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量は、
Δｄｌｏｗ＞ Δｄｈｉｇｈ （３−２４）
となり、感度ｆにおおよそ比例して軽減することができる。
【００７２】
更にまた、前記の如き感度の切り換えに際しては、設計の誤差等により、走査の中心の位置や設定されたイメージシフト量や光軸調整量が正確に切り換え前の状態に再現されるとは限らない。そこで、感度の切り換えに際しての誤差を事前に測定しておき、これをメモリ２０に記憶しておき、切り換えに際しては、メモリ２０中のこの値を参照して、補正するようにするとよい。
【００７３】
続いて、制御コンピュータ１１がメモリ２０を参照して偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較した結果、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒのうちの何れかが最大印加電圧Ｖｍａｘを超えている場合について述べる。
【００７４】
このような場合には、制御コンピュータ１１は、走査の倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていても、走査の倍率値Ｍが閾値Ｍｔ以下であると見なして、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒを算出し、その結果に基づいてスイッチコントローラ１３、上段偏向電源１１Ｕ、下段偏向電源１１Ｌを制御する。ただし、この場合には、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化を軽減することはできなくなってしまうが、印加可能な電圧を超えてしまうという不都合な事態は回避できる。
【００７５】
以上は、切り換えを２段に行う例であるが、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）の実施の形態４のように３段以上の多段に切り換える場合にも、上記の考え方が応用できることはいうまでもない。
【００７６】
ところで、上記の最大印加電圧Ｖｍａｘと印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒの記載は、走査の倍率の変更に伴って、感度を大幅に、例えば１／１０〜１／１００に変更した場合にも対応できることを想定したものである。しかし、本発明を実際の装置に適用してみると、感度を１／２〜１／３にしただけでも、ビーム径の劣化分が１／２〜１／３になるのであるから、実用的には十分な効果があることが分かる。別の言い方をすれば、ビーム径の劣化が問題になるような高倍においてのみ、感度を１／２〜１／３にするだけでも相当な効果が得られるということである。
【００７７】
このようなときには、走査の幅は十分に小さいから、走査のための印加電圧も十分に小さい。一方、最低倍における走査幅に比べて、シフトの量を数分の１以下に小さくなるよう制限した設計とすると共に、同じく最低倍における走査幅に比べて、光学軸調整の量も適当に小さくなるような組み立て精度を持たせれば、感度を１／２〜１／３に下げても、高倍においては、三者の合計電圧値を最大印加電圧Ｖｍａｘ内に納めることができることが分かる。すなわち、低倍時には、合計電圧値の大部分が走査のための印加電圧であるが、走査のための印加電圧が無視できるような高倍になれば、感度を１／２〜１／３に下げても、シフトと光学軸調整のための印加電圧が最大印加電圧Ｖｍａｘを超えないようにできるわけである。
【００７８】
このような設定にすれば、上記の偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘの設定や、最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとの比較や、その結果に基づく制御は必要なくなる。
【００７９】
（実施の形態２）ところで上記の実施の形態１の偏向器は、（ａ）走査幅と（ｂ）走査位置のシフトと（ｃ）軸の傾きに対する調整の３つの機能を兼ねさせている。このような偏向器から（ａ）の走査の機能を除いた偏向器は、荷電粒子ビームの軸調整装置（ビームアライナ）としても荷電粒子ビーム装置のいろいろな部分に応用できる。ただし、上記（ｂ）については、実施の形態１とは若干異なる機能を要する。
【００８０】
すなわち、図１１に示すように、光軸と平行であるが光軸からＬだけ離れて偏向器１０に入射したビームを上段偏向器１０Ｕで光軸方向にある偏向量で偏向し、次いで下段偏向器１０Ｌで先の偏向量と同じ偏向量で逆方向に振り戻して、ビームを光軸に平行かつ光軸上に持ってくる機能である。このような軌道を「ｓｈｉｆｔ」軌道と呼ぶことにする。これによって、荷電粒子ビームの軸に平行なビームの移動が可能である。なお、ビームの傾きについては前記（ｃ）の軸調整の機能を用いればよい。このような２つの機能を有する偏向器は軸調整装置（ビームアライナ）として利用できるが、この場合にも、偏向器に適当な電圧を印加して軸の調整が行われるわけだから、偏向器の感度に依存して電圧ノイズΔＶによってビームの劣化が起こる。ただし、この劣化に影響を与える度合いは、軸調整装置（ビームアライナ）を荷電粒子ビーム装置のどの部分に挿入するかによって大きく異なる。
【００８１】
例えば、図１の装置において、加速電極４とコンデンサレンズ５との組み立てずれを調整するために、この間に軸調整装置（ビームアライナ）を挿入した場合には、ビームの劣化の度合いは、図１の光学系が縮小系であるので劣化の影響も縮小されるため、ほとんど問題にならない。一方、絞り６と対物レンズ７との間に、例えば収差補正装置を挿入した場合に、絞り６と収差補正装置との間の組み立てずれを調整するために、絞り６と収差補正装置との間に軸調整装置（ビームアライナ）を挿入した場合には、従来の技術として記載したと同様に大きく影響される。
【００８２】
図１０は、本発明を、振り戻し方式の２段偏向方式の偏向器を軸調整装置（ビームアライナ）として応用した場合の構成と動作を説明する図である。ＩＢはイオンビーム、５はコンデンサレンズ、６は絞りである。これらコンデンサレンズ５および絞り６は、図示しないが機械的に光軸に垂直な面内でそれぞれ独立に移動できるようになっている。更に、Ｃは例えば収差補正装置である。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュータ、１３はスイッチコントローラ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、スイッチコントローラ１３を介して、状態「ｗｉｄｅ」（実施の形態１の状態「ｌｏｗ」に相当）と状態「ｎａｒｒｏｗ」（実施の形態１の状態「ｈｉｇｈ」に相当）とに切換えられるように制御コンピュータ１２によって制御される。
【００８３】
２０は、各状態での偏向器１０の感度と、図１１に示したビームの平行移動のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じくビームの平行移動のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、ビームの傾き補正のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じくビームの傾き補正のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘを記憶しているメモリである。３０は、図１１に示した光軸からの距離Ｌの補正量Ｓとビームの傾きθの補正量Ｔを記憶しているメモリである。このうち、メモリ２０に記憶されている内容は、装置の設計によって決まり、メモリ３０に記憶されている内容は、装置の光軸調整の結果決まる量である。
【００８４】
状態「ｗｉｄｅ」は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この「ｗｉｄｅ」の状態において、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの光軸に垂直な面内でのビームの変位、すなわち、「ｓｈｉｆｔ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔである。同様に、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｗｉｄｅ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒである。
【００８５】
一方、状態「ｎａｒｒｏｗ」は、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに落とされている状態である。この「ｎａｒｒｏｗ」の状態において、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの光軸に垂直な面内でのビームの変位、すなわち、「ｓｈｉｆｔ」軌道における上段偏向器（すなわち１０Ｕ２）の感度ｆは、ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔである。同様に、上段偏向器（すなわち１０Ｕ２）に印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｎａｒｒｏｗ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｎａｒｒｏｗ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒである。
【００８６】
ここで、
ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔ＞ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔ、ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎ＞ｆｎａｒｒｏｗ，ａｌｉｇｎ
ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ、
ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ （４−１）
の関係にある。
【００８７】
このような構成の動作について説明する。ところで、最もプリミティブな軸の調整法は、装置のオペレータが装置から得られる何らかの情報、例えば走査像を見ながら、図示しない入力装置を介して、制御コンピュータ１２にビームの移動（図１１に示した機能による）や傾き変更（図５に示したｓｈｉｆｔ機能による）を指示し、その指示に基づいて制御コンピュータ１２が装置を駆動し、その結果の情報をオペレータが見て軸の善し悪しを判断し、より良く軸が合うように試行錯誤しながら装置の状態を変えて行く。そして、最終的に最良の状態にまで持っていく。更には、上記方法を、自動的に行うように、制御コンピュータ１２に「軸自動調整プログラム」を組み込むこともできる。
【００８８】
このような軸合わせそのものの方法は本発明とは直接の関係がないので、ここでは制御コンピュータ１２の指示（光軸からの距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔ）と、指示に従ってビームの移動や傾きを決める偏向器への印加電圧値と偏向器の感度の切り換えに限って説明する。また、コンデンサレンズ５と絞り６とは、それぞれ図示しない機械的光軸調整機構によって事前に十分に軸合わせ調整がなされているものとする。
【００８９】
オペレータまたは「軸自動調整プログラム」は、光軸調整のための光軸からの距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔを制御コンピュータ１２に示し、制御コンピュータ１２は距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔとをメモリ３０に記憶する。ここで、メモリ２０には先に説明した値が既に記憶されているものとする。
【００９０】
図１０において、制御コンピュータ１２は、オペレータまたは「軸自動調整プログラム」が決めた補正量Ｓと傾きの補正量Ｔに基づいて、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｕと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｕ＝Ｓ／ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔ （４−２）
Ｖｔｕ＝Ｔ／ｆｎａｒｒｏｗ，ａｌｉｇｎ （４−３）
である。
【００９１】
以上から、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｕｐｐｅｒは、
Ｖｕｐｐｅｒ ＝ Ｖｓｕ ＋ Ｖｔｕ （４−４）
である。
【００９２】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｌ＝Ｓ・Ｒｓ（ｎａｒｒｏｗ）／ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔ （４−５）
Ｖｔｌ＝Ｔ・Ｒｔ（ｎａｒｒｏｗ）／ｆｎａｒｒｏｗ，ｔｉｌｔ （４−６）
である。ここでＲｓ（ｎａｒｒｏｗ）は、図１１で示した２段偏向方式の「ｓｈｉｆｔ」軌道において、状態「ｎａｒｒｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。図１０において、上段偏向器１０Ｕの偏向器１０Ｕ２の感度と下段偏向器１０Ｌの偏向器１０Ｌ２の感度とが同じであれば、Ｒｓ（ｎａｒｒｏｗ） ＝−１である。同じく、Ｒｔ（ｎａｒｒｏｗ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｎａｒｒｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００９３】
従って、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌを加算した印加電圧Ｖｌｏｗｅｒは、
Ｖｌｏｗｅｒ ＝ Ｖｓｌ ＋ Ｖｔｌ （４−７）
である。
【００９４】
続いて、メモリ２０を参照して、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較し、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒが共に最大印加電圧Ｖｍａｘ以下であれば、次に移る。
【００９５】
すなわち、上記の結果に基づいて、制御コンピュータ１１は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｎａｒｒｏｗ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【００９６】
この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、光軸上で光軸に平行に出射される。
【００９７】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｎａｒｒｏｗは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｎａｒｒｏｗ ＝ （Δｄ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ２＋Δｄ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ２）１／２ （４−８）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ＝ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （４−９）
Δｄ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ＝ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （４−１０）
である。
【００９８】
一方、メモリ２０を参照して、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較し、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒの何れかが最大印加電圧Ｖｍａｘを超えていれば、次に移る。
【００９９】
図１０において、制御コンピュータ１２は、オペレータまたは「軸自動調整プログラム」が決めた光軸からの距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔに基づいて、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｕと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｕ＝Ｓ／ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔ （４−１１）
Ｖｔｕ＝Ｔ／ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎ （４−１２）
である。
【０１００】
以上から、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｕｐｐｅｒは、
Ｖｕｐｐｅｒ ＝ Ｖｓｕ ＋ Ｖｔｕ （４−１３）
である。
【０１０１】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｌ＝Ｓ・Ｒｓ（ｗｉｄｅ）／ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔ （４−１４）
Ｖｔｌ＝Ｔ・Ｒｔ（ｗｉｄｅ）／ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎ （４−１５）
である。ここでＲｓ（ｗｉｄｅ）は、図１１で示した２段偏向方式の「ｓｈｉｆｔ」軌道において、状態「ｗｉｄｅ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。図１０において、上段偏向器１０Ｕの感度と下段偏向器１０Ｌの感度とが同じであれば、Ｒｓ（ｗｉｄｅ） ＝−１である。同じく、Ｒｔ（ｗｉｄｅ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｗｉｄｅ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【０１０２】
従って、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌを加算した印加電圧Ｖｌｏｗｅｒは、
Ｖｌｏｗｅｒ ＝ Ｖｓｌ ＋ Ｖｔｌ （４−１６）
である。
【０１０３】
この結果に基づいて、制御コンピュータ１２は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｗｉｄｅ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【０１０４】
この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向器１０Ｌとして動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、光軸上で光軸に平行に出射される。
【０１０５】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｗｉｄｅは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｗｉｄｅと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｗｉｄｅとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｗｉｄｅ ＝ （Δｄ（Ｕ）ｗｉｄｅ２＋Δｄ（Ｌ）ｗｉｄｅ２）１／２ （４−１７）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｗｉｄｅ＝ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （４−１８）
Δｄ（Ｌ）ｗｉｄｅ＝ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２ （４−１９）
である。
【０１０６】
ビーム径の劣化の感度ｆは、ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒの関係にあるから、スイッチＳＷを状態「ｗｉｄｅ」から状態「ｎａｒｒｏｗ」に切換えることができた場合には、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量は、
Δｄｗｉｄｅ＞ Δｄｎａｒｒｏｗ （４−２０）
となり、感度ｆにおおよそ比例して軽減することができる。
【０１０７】
すなわち、加工精度、組み立て精度、機械的な軸合わせの精度がよい場合には、感度を下げたｆｎａｒｒｏｗの状態で軸合わせができるから、ビーム径の劣化を軽減できる。一方、装置の稼働に伴って光学系に汚れが蓄積するなどして、機械的な軸合わせの精度が悪くなった場合には、感度を上げてｆｗｉｄｅの状態にすれば、少なくとも軸合わせはできるから、装置が使用不能に陥ることが回避できる。
【０１０８】
なお、上記は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌとは、それぞれ２段に分割した例であるが、それぞれ３以上の多段に分割した場合には、印加電圧ＶｕｐｐｅｒとＶｌｏｗｅｒとが最大印加電圧Ｖｍａｘを超えない限りにおいて、感度ｆは最小となるように偏向器を選択するとよい。
【０１０９】
以上のごとく本発明について第１の実施の形態と第２の実施の形態とを詳細に記載したが、本発明は上記記載に限定されるものではない。例えば、上記では、円筒形の静電偏向器について説明したが、平行平板形の静電偏向器であってもよい。
【０１１０】
また、例えば実施の形態１においては、説明の都合で、倍率が高くなるに伴って分割された偏向器を上流から順に偏向電源から切離してアースに落とすように記述しているが、このような偏向器の選択（偏向器を偏向電源と接続するかアースに落とすかの選択）は、上記の逆の順番でもランダムな選択方法であってもよい。同様に、偏向器の選択を倍率Ｍと閾値Ｍｔとの比較で行うように説明したが、走査幅Ｌと走査幅Ｌに基づいた閾値Ｌｔとの比較で行うようにしてもよい。
【０１１１】
また、実施の形態１、２共に、説明の都合で、偏向器１０を上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌとに分割した上で、更にこれらを多段に分割し、上段偏向器として動作する偏向器は分割された上段偏向器１０Ｕから選択し、下段偏向器として動作する偏向器は分割された下段偏向器１０Ｌから選択している。これに対して別案として、偏向器１０を全体として多段に分割し、このなかから任意に選択した２組の偏向器または偏向器群のうちの上流側の偏向器または偏向器群を上段偏向器１０Ｕとし、下流側の偏向器または偏向器群を下段偏向器１０Ｌとする方法でもよい。
【０１１２】
更に、上記では、イオンビームを用いた装置の静電偏向器について述べたが、電子ビームを用いた電子顕微鏡、電子ビーム描画機などの装置であっても静電型の偏向器であれば同様に応用できる。
【０１１３】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＦＩＢ装置の一例を説明する図
【図２】従来の静電偏向器の一例を説明する図
【図３】従来の静電偏向器の他の一例を説明する図
【図４】静電偏向器を構成する偏向子の例を説明する図
【図５】２段偏向型静電偏向器の軌道を説明する図
【図６】倍率を説明する図
【図７】走査のために印加する電圧を説明する図
【図８】本発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の例を説明する図
【図９】先願の発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の例を説明する図
【図１０】本発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の他の例を説明する図
【図１１】２段偏向型静電偏向器の軌道の他の例を説明する図
【符号の説明】
１…エミッタ、２…サプレッサ電極、３…引き出し電極、４…加速電極、５…コンデンサレンズ、６…絞り、７…対物レンズ、８…試料ステージ、１０…偏向器、Ｗ…試料、１１…偏向電源、１２…制御コンピュータ、ＳＷ…スイッチ、１３…スイッチコントローラ、１０Ｕ…上段偏向器、１０Ｌ…下段偏向器、１１Ｕ…上段偏向電源、１１Ｌ…下段偏向電源、ＳＷＵ…スイッチ、ＳＷＬ…スイッチ、２０、３０…メモリ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam apparatus such as a focused ion beam apparatus, and more particularly to a two-stage deflection electrostatic deflector.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a diagram for explaining a most general focused ion beam (FIB) apparatus. In FIG. 1, 1 is an emitter of a liquid metal ion source that emits an ion beam, 2 is a suppressor electrode for controlling the emission of ions, 3 is an extraction electrode for extracting ions from the emitter, and 4 is for accelerating ions. Accelerating electrodes, 5 is a condenser lens, 6 is a stop for limiting the ion beam current, W is a sample, 7 is an objective lens for focusing the ion beam on the sample W, and 8 is a sample stage on which the sample W is placed. It is. For the condenser lens 5 and the objective lens 7, for example, an electrostatic lens composed of three electrodes is used. Further, 10 is a deflector for electrostatically deflecting the ion beam to scan the ion beam two-dimensionally on the sample W, 11 is a deflection power source for applying a scanning voltage to the deflector 10, and 12 Is a control computer for controlling the deflection power supply 11. A portion from the emitter 1 to immediately before the sample W is generally called an ion optical system or an ion irradiation system, and is arranged in a vacuum vessel.
[0003]
Next, the operation of such a configuration will be briefly described. First, an acceleration voltage Vacc (for example, 50 kV) is supplied from an acceleration voltage power supply (not shown) and applied between the emitter 1 and the ground. Similarly, when viewed from the emitter 1, a negative voltage (for example, −5 kV) is supplied from an extraction voltage power supply (not shown), applied to the extraction electrode 3, and an ion beam is extracted from the emitter 1. At this time, a voltage (for example, ± 1 kV) similar to that of the emitter 1 is supplied from a suppressor voltage power source (not shown), applied to the suppressor electrode 2, and the emission amount (emission current) of the ion beam IB extracted from the emitter 1 is controlled. To do. Further, the ion beam IB is given a predetermined energy (for example, 50 keV) by the acceleration electrode 4 at the ground potential.
[0004]
Subsequently, a predetermined voltage is supplied to the condenser lens 5 from a condenser lens power source (not shown), and the condenser lens 5 focuses the ion beam IB. By appropriately selecting the applied voltage, the value of the ion beam current is determined in combination with the aperture diameter of the aperture of the aperture 6. Further, a predetermined voltage is supplied and applied to the objective lens 7 from an objective lens power source (not shown), and the objective lens 7 focuses and irradiates the ion beam on the sample W.
[0005]
Such an ion beam IB is deflected by the deflector 10 and irradiated to a desired position on the sample W. That is, the control computer 12 issues a command to the deflection power supply 11 according to a desired scanning magnification and a desired shift amount. The deflection power supply 11 applies a predetermined voltage to the deflector 10 in accordance with a command from the control computer 12. The deflector 10 deflects the ion beam IB according to the applied voltage and irradiates a desired position on the sample W.
[0006]
Here, the scanning magnification (or simply magnification) indicates a scanning microscope image formed by scanning the ion beam IB two-dimensionally on the sample W and detecting a signal generated from the sample W at this time. This is represented by the ratio of the display width D of the image at that time and the scanning width L of the ion beam IB on the sample corresponding to the display width (see FIG. 6). As a voltage for scanning applied to the deflector 10, a sawtooth wave as shown in FIGS. 7A and 7B is usually used. Here, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. The sawtooth wave of FIG. 7A is used in one direction (for example, Y direction) on the sample W, and the sawtooth wave of FIG. 7B is used in the other direction. In this way, a plane within a certain range (area) on the sample W is scanned. During scanning, the applied voltage periodically changes from −V to V, but the voltage in the case of the applied voltage for scanning indicates a peak value V (in some cases, a peak-to-peak value of 2 · V). .
[0007]
The shift (or image shift) means that the field of view of the scanning microscope image is moved two-dimensionally by a deflector. As shown in FIGS. 7C and 7D, the voltages Vsy and Vsx may be superimposed on the sawtooth wave for scanning and applied to the deflector. In general, the deflector 10 can perform the scanning function and the shift function as described above.
[0008]
The sample W is brought into the apparatus from outside the apparatus through a sample exchange chamber (not shown) and placed on the sample stage 8. The sample stage 8 can drive and move the sample W in the X and Y directions at least in a horizontal plane, for example. Thus, the sample stage 8 can be driven to move any position on the sample W to the irradiation position of the ion beam IB. In general, the sample stage 8 is driven for the approximate positioning, and the fine positioning is performed by the shift function, that is, the deflector 10.
[0009]
2 and 3 are diagrams for explaining the configuration and operation in the vicinity of a conventional deflector. FIG. 4 is a diagram for explaining a deflector (or a deflection electrode) constituting the deflector. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the deflector of the two-stage deflection method. FIG. 2 shows an example of a one-stage deflection type deflector in which a deflector 10 is arranged on the downstream side of the objective lens 7 (hereinafter, the ion source side is called upstream and the sample side is called downstream). In FIG. 2, 10 is a deflector. The ion beam IB that has passed through the center of the main surface of the objective lens 7 is deflected by the deflector 10, and the irradiation position of the ion beam IB moves on the sample W by a distance L. FIG. 3 shows an example in which the deflector 10 is disposed on the upstream side of the objective lens 7 and is an example of a two-stage deflection type deflector. In FIG. 3, 10U is an upstream deflector and is called an upper deflector, and 10L is a downstream deflector and is called a lower deflector. The ion beam IB is deflected by the upper deflector 10U, and then deflected by the lower deflector 10L in the direction opposite to the deflection direction by the upper deflector 10U. At this time, the ratio of the deflection amount of the upper deflector 10U and the deflection amount of the lower deflector 10L is adjusted so that the ion beam IB always passes through the center of the main surface of the objective lens 7. By this adjustment, the absolute value of the deflection amount of the lower deflector 10L becomes a ratio of about twice the absolute value of the deflection amount of the upper deflector 10U. Accordingly, since the deflected ion beam IB is irradiated through the center of the main surface of the objective lens 7 and tilted with respect to the main surface, the irradiation position of the ion beam IB moves on the sample W by the distance L.
[0010]
FIG. 4A is a view of the electrostatic quadrupole deflector 10 as seen from the optical axis direction of the ion beam. In FIG. 4A, x represents an axis in the X direction on the XY plane, and y represents an axis in the Y direction. X1 is a deflector (deflection electrode) disposed in the X direction when viewed from the optical axis center, X2 is a deflector disposed in the opposite direction of X when viewed from the optical axis center, and Y1 is the Y direction when viewed from the optical axis center. Y2 is a deflector arranged in the direction opposite to Y when viewed from the center of the optical axis. As described above, the deflector 10 in the case of the electrostatic quadrupole type includes the four deflectors X1, X2, Y1, and Y2. Voltages Vx, -Vx, Vy, and -Vy are applied from the deflection power supply 11 to the deflectors X1, X2, Y1, and Y2, respectively. In this way, voltages having the same absolute voltage value but different polarities are applied to the deflectors (X1 and X2 or Y1 and Y2) facing each other. When such a voltage is applied, the ion beam IB is deflected corresponding to the applied voltages Vx and Vy.
[0011]
FIG. 4B is a diagram of the electrostatic octupole type deflector 10 as seen from the optical axis direction of the ion beam. In FIG. 4B, x represents an axis in the X direction on the XY plane, and y represents an axis in the Y direction. X1 is a deflector disposed in the X direction when viewed from the center of the optical axis, X2 is a deflector disposed in the opposite direction of X when viewed from the center of the optical axis, and Y1 is disposed in the Y direction when viewed from the center of the optical axis. Deflector Y2 is a deflector disposed in the opposite direction of Y as viewed from the optical axis center, XY1 is a deflector disposed in the middle of X and Y as viewed from the optical axis center, and XY2 is an optical axis Deflector disposed in the opposite direction of XY1 as viewed from the center, YX1 is a deflector disposed in the intermediate direction between Y and -X as viewed from the center of the optical axis, and YX2 is the reverse of YX1 as viewed from the center of the optical axis. It is a deflector arranged in a direction. As described above, the deflector 10 in the case of the electrostatic octupole type includes eight deflectors X1, X2, Y1, Y2, XY1, XY2, YX1, and YX2. From the deflection power source 11 to each of the deflectors X1, X2, Y1, Y2, XY1, XY2, YX1, and YX2, Vx, −Vx, Vy, −Vy, (Vx + Vy) / √2, (−Vx−Vy) / A deflection voltage of √2, (−Vx + Vy) / √2, and (Vx−Vy) / √2 is applied. In this case as well, voltages having the same absolute voltage value but different polarities are applied to the deflecting elements facing each other. When such a voltage is applied, the ion beam IB is deflected corresponding to the applied voltages Vx and Vy.
[0012]
FIG. 5 is an example for explaining the trajectory of the ion beam IB in the case of the two-stage deflection type deflector of FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents the distance Z along the optical axis of the ion beam IB, and the upstream end of the upper deflector 10U is the origin. The vertical axis represents the distance in the X direction, for example, with the optical axis of the ion beam IB as the center. In this example, first, a diaphragm 6 is arranged at a position of −10 mm on the optical axis of the ion beam IB. The upper deflector 10U and the lower deflector 10L have an inner diameter of 3 mm, the upper deflector 10U and the lower deflector 10L both have a length in the Z direction of 20 mm, and the distance between them is 10 mm. The main surface of the objective lens 7 is disposed at a position 10 mm away from the downstream end of the lower deflector 10L, and the sample W is further disposed 10 mm downstream. The voltage applied to the upper deflector 10U is represented as Vupper, and the voltage applied to the lower deflector 10L is represented as Vlower.
[0013]
First, in the example of FIG. 5, consider the case where the ion beam IB passes through the center of the optical axis and enters the upper deflector 10U perpendicularly. In this example,
Rtilt = Vlower / Vupper = -2.50 (1-1)
When the condition is satisfied, the trajectory represented as “tilt” in FIG. 5 is taken. In this trajectory, the ion beam IB incident perpendicularly to the upper deflector 10U through the center of the optical axis receives an amount of deflection equivalent to that of the upper deflector 10U, and the lower deflector 10L deflects almost twice as much in the reverse direction. The light is received and turned back to intersect the optical axis at the position of the main surface of the objective lens 7. In this way, the ion beam IB is irradiated onto the sample W at a position separated by a predetermined distance L from the center position of the optical axis. By using this “tilt” trajectory, a scanning function and a shift function can be implemented. This is the basic operation in the case of a two-stage deflection type deflector. Such a deflection method is sometimes referred to as a “backward deflection method”.
[0014]
Next, consider a case where the ion beam IB is obliquely incident on the upper deflector 10U with a certain tilt angle with respect to the optical axis. In this example,
Ralign = Vlower / Vupper = −0.667 (1-2)
When the condition is satisfied, the trajectory represented as “align” in FIG. 5 is taken. The trajectory of the ion beam IB obliquely incident on the upper deflector 10U is deflected by an amount equivalent to that of the upper deflector 10U, and the lower deflector 10L receives a deflection of about ½ in the reverse direction and is turned back. The main surface of the objective lens 7 coincides with the optical axis. By using this “align” orbit, the mismatch between the optical axis of the ion optical system upstream of the deflector 10 and the optical axis of the ion optical system downstream of the deflector 10 can be adjusted.
[0015]
In general, therefore, the deflection voltages Vupper and Vlower applied by the upper deflector 10U and the lower deflector 10L are the applied voltage Vscan for scanning, the applied voltage Vshift for shifting, and the applied voltage Valign for adjusting the optical axis. Are superimposed. That is,
Vupper = Vscan + Vshift + Valign (1-3)
Vlower = Rtilt. (Vscan + Vshift) + Ralign.Valign (1-4)
It is.
[0016]
In the electrostatic deflector, the sensitivity f of the deflector can be defined. Sensitivity f is represented by the distance of transition of the ion beam IB on the sample W per unit voltage applied to the deflector. If the applied voltage is expressed as V and the distance deflected on the sample W is expressed as L,
f = L / V (1-5)
It is. Furthermore, if the peak-to-peak voltage of the sawtooth wave used for scanning is Vp-p and the scanning width on the sample W is Lp-p,
f = L / V = Lp-p / Vp-p (1-6)
It is. Therefore, if the display width of the scanned image is represented by D and the magnification is represented by M, M = D / Lp-p.
f = D / (M · Vp−p) (1-7)
It becomes. Or
Vp−p = D / (f · M) (1-8)
It is. However, in the following description, the scanning width is simply expressed as L, and the voltage Vp-p or Vp-p / 2 is simply expressed as V.
[0017]
Now, the ion beam IB irradiated onto the sample W in this way is narrowed down by a condenser lens or an objective lens, and its thickness reaches 10 nm or less. In such an apparatus, when a noise component is included in the applied voltage of the deflection power supply 11 applied to the deflector 10, the ion beam IB fluctuates in proportion to the noise component. In the deflector with sensitivity f, the amount Δd of the beam diameter degradation (the beam diameter apparently increases) of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV represented by peak-to-peak is approximately
Δd = f · ΔV / √2 (1-9)
It can be said that Therefore, it can be seen that the sensitivity f of the deflector should be lowered in order to reduce the deterioration of the beam diameter of the ion beam IB due to the voltage noise ΔV. However, there is a problem that a low-magnification scan image cannot be realized simply by reducing the sensitivity f, or that an unusually high deflection voltage must be used in the case of a low-magnification scan image. Is done.
[0018]
However, the deterioration of the beam diameter of the ion beam IB due to the voltage noise ΔV included in the applied voltage of the deflection power supply 11 becomes a problem at a high magnification, but does not become a problem at a low magnification. For example, assuming that a scan image having a deterioration of about 1 nm and a pixel number of 1000 × 1000 is displayed on a 100 mm square, when the magnification is not so high, the size on the sample per pixel is 100 nm. X100 nm, and deterioration of about 1 nm is buried in the pixel and can be ignored sufficiently. However, when the magnification is 100,000 times higher, the size of one pixel and the degree of deterioration become the same size and cannot be ignored.
[0019]
Such fluctuations in the ion beam IB due to noise components cannot be ignored as the ion optical system improves in performance, that is, the ion beam IB is narrowed down, and has become a bottleneck for improving the overall performance of the FIB apparatus.
[0020]
Therefore, the present inventor, in the prior application (Japanese Patent Application No. 2000-310026, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-117796), includes a charged particle source that generates and extracts a charged particle beam, and an acceleration unit that gives energy to the generated and extracted charged particle beam. A charged particle beam apparatus comprising: a lens for focusing an accelerated charged particle beam and irradiating the sample on the sample; and an electrostatic deflector for scanning the charged particle beam on the sample. A plurality of stages arranged along the axis of the charged particle beam and selecting means for selecting at least one of the electrostatic deflectors; and power supply means for applying a predetermined voltage to the selected electrostatic deflectors A charged particle beam apparatus characterized by comprising:
[0021]
Further, the selection means selects an electrostatic deflector to be used depending on a scanning magnification value or a scanning width value when a charged particle beam is scanned on the sample. It was a charged particle beam device.
[0022]
For example, quoting Embodiment 3 of the prior application (Japanese Patent Application No. 2000-310026, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-117796) is as follows.
[0023]
FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration and operation when the invention of the prior application is applied to a swing-back type two-stage deflection type deflector. The deflector 10 includes an upper stage deflector 10U and a lower stage deflector 10L, and the upper stage deflector 10U and the lower stage deflector 10L are each divided into two deflectors. That is, 10U1 is a divided upstream deflector of the upper deflector 10U, 10U2 is a divided downstream deflector of the upper deflector 10U, 10L1 is a divided upstream deflector of the lower deflector 10L, Reference numeral 10L2 denotes a divided downstream deflector of the lower deflector 10L. 11U is an upper deflection power source for applying a deflection voltage to the upper deflector, 11L is a lower deflection power source for applying a deflection voltage to the lower deflector, 12 is a control computer, and SWU and SWL are switches. The switches SWU and SWL are controlled by the control computer 12 so as to be switched between the state “low” and the state “high” with a certain value of the scanning magnification M as a threshold Mt. The state “low” is a case where M ≦ Mt, and both the deflector 10U1 and the deflector 10U2 are connected to the upper deflection power supply 11U, and the deflector 10L1 and the deflector 10L2 are both connected to the lower deflection power supply 11L. It is a state that has been. The sensitivity f in this state is flow. The state “high” is a case where M> Mt, and the deflector 10U2 is connected to the upper deflection power supply 11U, but the deflector 10U1 is disconnected from the upper deflection power supply 11U and grounded, and the deflector 10L2 is connected to the lower deflection power supply 11L, but the deflector 10L1 is disconnected from the lower deflection power supply 11L and grounded. The sensitivity f in this state is fhigh,
flow> high (2-1)
Are in a relationship.
[0024]
The operation of such a configuration will be described. In FIG. 9, the control computer 12 compares the magnification value M with the threshold value Mt. If the magnification value M is less than or equal to the threshold value Mt, the control computer 12 tilts both the switches SWU and SWL to the “low” side and The deflector 10U2 is connected, and the deflector 10L1 and the deflector 10L2 are connected. Further, the control computer 12 transmits the state “low” and the magnification value or voltage value to the upper deflection power supply 11U and the lower deflection power supply 11L. Based on this information, the upper deflection power supply 11U generates a deflection voltage corresponding to the magnification value when the state is “low” and applies it to each deflector of the deflector 10U1 and each deflector of the deflector 10U2. To do. The applied voltage Vupper for scanning considers the sensitivity f,
Vupper = D / (flow · M) (2-2)
It is. However, the applied voltage Vshift for shifting and the applied voltage Valign for adjusting the optical axis are ignored for convenience of explanation.
[0025]
Similarly, based on this information, the lower deflection power supply 11L generates a deflection voltage corresponding to a magnification value when the state is “low”, and each deflector of the deflector 10L1 and each deflector of the deflector 10L2. And apply to. The applied voltage Vlower for scanning considers the sensitivity f,
Vlower = D · Rtilt (low) / (flow · M) (2-3)
It is. Here, Rtilt (low) is a constant for accurately deflecting the beam deflected by the upper deflector when the state is “low” in the two-stage deflection method. Depends on dimensions. In the above equation, the applied voltage Vshift for shifting and the applied voltage Valign for adjusting the optical axis are ignored for convenience of explanation.
[0026]
This state represents that the deflector 10U1 and the deflector 10U2 operate as one upper deflector 10U, and the deflector 10L1 and the deflector 10L2 operate as one lower deflector 10L. In accordance with the voltage thus applied, the ion beam IB is deflected and irradiated on a predetermined position on the sample W.
[0027]
The amount Δdlow of the beam diameter degradation (the beam diameter becomes thicker) of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV at this time is approximately
Δdlow = flow · ΔV / √2 (2-4)
It is.
[0028]
Next, an operation when the scanning magnification M exceeds the threshold Mt will be described. In FIG. 9, when the control computer 11 recognizes that the magnification value M exceeds the threshold value Mt, both the switches SWU and SWL are brought to the “high” side to separate the deflector 10U1 and the deflector 10U2. Each deflector of the deflector 10U1 is dropped to the ground, the deflector 10L1 and the deflector 10L2 are disconnected, and each deflector of the deflector 10L1 is dropped to the ground. Further, the control computer 12 notifies the state of “high” and the magnification value or voltage value to the upper deflection power supply 11U and the lower deflection power supply 11L. Based on this information, the upper deflection power supply 11U generates a deflection voltage corresponding to the magnification value when the state is “high” and applies it to each deflector of the deflector 10U2, and similarly, based on this information. The lower deflection power supply 11L generates a deflection voltage corresponding to the magnification value when the state is “high”, and applies the deflection voltage to each deflector of the deflector 10L2. The applied voltages Vupper and Vlower for scanning consider the sensitivity f,
Vupper = D / (fhigh · M) (2-5)
Vlower = D · Rtilt (high) / (fhigh · M) (2-6
)
It is. Here again, Rtilt (high) is a constant for accurately deflecting the beam deflected by the upper deflector in the state of “high” in the two-stage deflection system. Depends on dimensions. In the above equation, the applied voltage Vshift for shifting and the applied voltage Valign for adjusting the optical axis are ignored for convenience of explanation.
[0029]
In this state, the deflector 10U1 or the deflector 10L1 is a simple cylinder having a ground potential (this cylinder has a ground potential and does not affect the ion beam IB), and the downstream deflector 10U2 or the deflector 10L2 is It represents that each operates as one deflector. In accordance with the voltage thus applied, the ion beam IB is deflected and irradiated on a predetermined position on the sample W.
[0030]
The amount Δdhigh of the beam diameter degradation (the beam diameter becomes thicker) of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV at this time is approximately
Δdhigh = fhigh · ΔV / √2 (2-7)
It is.
[0031]
Since the sensitivity f has a relationship of flow> fhigh, switching the switch SW from the state “high” to the state “low” causes deterioration of the beam diameter of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV (the beam diameter increases). The amount is
Δdlow> Δdhigh (2-8)
And can be reduced in proportion to the sensitivity f.
[0032]
[Patent Document 1]
JP 2002-117796 A
[0033]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, the device of the prior application (Japanese Patent Application No. 2000-310026, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-117796) has been able to achieve its intended purpose, but has been found to have the following problems.
[0034]
That is, first, there is a problem in that the optical axis adjustment is shifted when the sensitivity of the deflector is switched according to the scanning magnification value. Secondly, apart from the above problem, the position of the center of scanning, the set image shift amount, and the optical axis adjustment amount are not always accurately reproduced before and after switching due to design errors or the like. Third, when the scanning magnification is changed from a magnification lower than the threshold value Mt to a magnification higher than the threshold value Mt, the sensitivity f of the deflector is switched from high sensitivity to low sensitivity at the threshold value Mt. If the applied voltage Vshift for shifting or the applied voltage Valign for adjusting the optical axis is relatively large, the sensitivity may be insufficient, and a predetermined shift or optical axis adjustment may not be possible.
[0035]
The present invention has been made to cope with such a situation, and an object thereof is to provide a charged particle beam irradiation system and an FIB irradiation system with improved performance.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the charged particle beam apparatus of the present invention comprises:
A charged particle source that generates and extracts a charged particle beam; an acceleration means that applies energy to the generated and extracted charged particle beam; a lens that focuses the irradiated charged particle beam and irradiates the sample; In a charged particle beam apparatus comprising an electrostatic deflector having both a function for scanning on a sample and a function for axis alignment,
(1) The electrostatic deflector includes upper and lower electrostatic deflectors along the axis of the charged particle beam, and the upper electrostatic deflector and the lower electrostatic deflector are respectively charged particle beams. Is further divided into a plurality of stages along the axis of
(2) selection means for selecting at least one of the upper electrostatic deflectors and at least one of the lower electrostatic deflectors;
(3) A memory for storing the reference value for the selection, the first coefficient and the second coefficient related to the selected upper electrostatic deflector, and the third and fourth coefficients related to the selected lower electrostatic deflector. Means,
(4) An arithmetic means for calculating a voltage value to be applied to each selected electrostatic deflector using the selection reference value, the first and second coefficients, and the third and fourth coefficients;
(5) Power supply means for generating a voltage to be applied to each electrostatic deflector based on the calculated voltage value is provided.
[0037]
Further, the reference value for the selection is a predetermined value of a scanning magnification or a scanning width when the charged particle beam is scanned on the sample, and the first coefficient of the selected upper stage electrostatic deflector is used. And the third coefficient of the selected lower stage electrostatic deflector indicates the relationship between the deflection amount for scanning and the applied voltage for determining the value of the scanning width when scanning the charged particle beam on the sample. The second coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the fourth coefficient of the selected lower electrostatic deflector are incident values on which the charged particle beam is incident on the electrostatic deflector. It is a coefficient value indicating the relationship between the deflection amount for axis alignment for determining the deflection amount for correcting the angle and the applied voltage.
[0038]
The storage means includes (a) a scanning position when scanning the charged particle beam on the sample, and (b) a deflection for correcting an incident angle at which the charged particle beam is incident on the electrostatic deflector. A displacement amount before and after the operation associated with the selection is stored in advance with respect to at least one of the amount and (c) a movement amount that moves the center position of the scanning range by a desired distance on the sample; Is characterized in that the shift amount of the storage means is referred to and corrected.
[0039]
Furthermore, the storage means stores a maximum applied voltage value that can be applied to the electrostatic deflector, and the charged particle beam device is configured to store the electrostatic voltage when the calculated voltage value exceeds this value. Judgment means for judging to change the selection of the deflector is provided.
[0040]
The apparatus of the present invention is an electrostatic deflector comprising two stages of an upper deflector and a lower electrostatic deflector along the axis of the charged particle beam,
(1) The upper electrostatic deflector and the lower electrostatic deflector are each further divided into a plurality of stages along the axis of the charged particle beam,
(2) selection means for selecting at least one of the upper electrostatic deflectors and at least one of the lower electrostatic deflectors;
(3) The maximum applied voltage value that can be applied to the electrostatic deflector, the first coefficient and the second coefficient related to the selected upper electrostatic deflector, and the third and fourth related to the selected lower electrostatic deflector. Storage means for storing the coefficients of
(4) An arithmetic means for calculating a voltage value to be applied to each electrostatic deflector selected using the first and second coefficients and the third and fourth coefficients;
(5) Comparing the calculated voltage value with the maximum applicable voltage value that can be applied, and the selecting means so that the calculated voltage value does not exceed the maximum applicable voltage value that can be applied and is closest. Control means for controlling;
(6) A power supply means for generating a voltage calculated based on the result and applying the voltage to each electrostatic deflector is provided.
[0041]
The first coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the third coefficient of the selected lower electrostatic deflector are in a plane perpendicular to the optical axis of the charged particle beam incident on the electrostatic deflector. A coefficient value indicating the relationship between the deflection amount and the applied voltage for moving the position in the plane perpendicular to the optical axis of the charged particle beam emitted from the electrostatic deflector to the position by a desired distance. And the second coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the fourth coefficient of the selected lower electrostatic deflector are electrostatic deflection with respect to the charged particle beam incident on the electrostatic deflector. It is a coefficient value indicating the relationship between the amount of deflection and the applied voltage for tilting the charged particle beam exiting the vessel by a desired tilt.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1) A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a two-stage deflection type deflector according to the present invention.
[0043]
As described above with reference to FIG. 5, the trajectory indicated as “tilt” in FIG. 5 undergoes a certain amount of deflection in the upper deflector 10U and is then deflected approximately twice in the reverse direction by the lower deflector 10L. And is turned back. On the other hand, the trajectory indicated as “align” is deflected by the upper deflector 10U by a certain amount of deflection, and then is deflected by the lower deflector 10L by being deflected by about ½ in the reverse direction. Thus, it can be seen that the ratio of the deflection voltage applied to the upper deflector and the lower deflector must be changed between the “tilt” orbit and the “align” orbit. The deflection for scanning may be considered in the same way as the deflection for “tilt”.
[0044]
By the way, the adjustment of the optical axis of the charged particle beam apparatus generally adjusts a deviation such as the accuracy of processing and assembly of the optical system, and therefore should not depend on the scanning magnification. Therefore, when the sensitivity of the deflector 10 is switched depending on the scanning magnification, the “align” orbit, that is, the deflection amount for adjusting the optical axis, is accurately reproduced even after the switching is performed. is required.
[0045]
Furthermore, when the sensitivity of the deflector 10 is switched to a lower one, the deflection amount for optical axis adjustment before switching cannot be reproduced after switching because of insufficient sensitivity, or an abnormally high voltage needs to be applied. It may occur depending on how the device is adjusted. As for the image shift, in the case of an apparatus that works the shift amount by the absolute amount of shift, the shift amount needs to be reproduced before and after switching. On the other hand, in the case of an apparatus in which the amount of shift is made to work at a ratio to the scanning magnification instead of the absolute amount of shift, it is not necessary to reproduce the amount of shift before and after switching.
[0046]
From the above, the present invention
(1) In advance, (a) a sensitivity switching threshold value of the deflector 10, (b) a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for scanning in each state, and (c) Similarly, a coefficient for determining the voltage value applied to the lower deflector 10L for scanning, (d) a coefficient for determining the voltage value applied to the upper deflector 10U for optical axis adjustment, and (e) the same. A coefficient for obtaining a voltage value applied to the lower deflector 10L for optical axis adjustment is stored in the first memory, and
(2) The deflection amount for adjusting the optical axis is stored in the second memory,
(3) When switching the sensitivity of the deflector 10, refer to the deflection amount for optical axis adjustment stored in the second memory,
(4) And (a) in a state corresponding to the switching, (b) a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for scanning, and (c) lower deflection for the same scanning. A coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the detector 10L, (d) a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for adjusting the optical axis, and (e) a lower part for adjusting the optical axis. The applied voltage is determined using a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the deflector 10L.
[0047]
Furthermore, in the case of a device that allows the amount of image shift to work with the absolute amount of shift,
(5) In the above (2), the shift deflection amount is stored in the second memory,
(6) In the above (3), referring to the shift deflection amount,
(7) In (4) above, (a) in a state corresponding to the switching, (b) a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for scanning, and (c) For this purpose, the applied voltage is determined and added using a coefficient for obtaining the voltage value applied to the lower deflector 10L.
[0048]
Furthermore,
(8) In (1) above, the maximum applied voltage of the deflector is stored in the first memory,
(9) In the above (3), the maximum applied voltage is referred to so that the applied voltage does not exceed this.
[0049]
FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration and operation when the present invention is applied to a swing-back two-stage deflection type deflector. The deflector 10 includes an upper stage deflector 10U and a lower stage deflector 10L, and the upper stage deflector 10U and the lower stage deflector 10L are each divided into two deflectors. That is, 10U1 is a divided upstream deflector of the upper deflector 10U, 10U2 is a divided downstream deflector of the upper deflector 10U, 10L1 is a divided upstream deflector of the lower deflector 10L, Reference numeral 10L2 denotes a divided downstream deflector of the lower deflector 10L. 11U is an upper deflection power source for applying a deflection voltage to the upper deflector, 11L is a lower deflection power source for applying a deflection voltage to the lower deflector, 12 is a control computer, 13 is a switch controller, and SWU and SWL are switches. is there. The switches SWU and SWL are controlled by the control computer 12 through the switch controller 13 so as to be switched between the state “low” and the state “high”.
[0050]
20 is a scanning magnification threshold Mt for switching, the sensitivity of the deflector 10 in each state, that is, a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for scanning, and the same scanning. For obtaining the voltage value to be applied to the lower deflector 11L, the coefficient for obtaining the voltage value to be applied to the upper deflector 10U for optical axis adjustment, and the lower deflection for the optical axis adjustment. This is a memory storing a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the device 11L and a maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector. A memory 30 stores a deflection amount T and an absolute shift amount S for adjusting the optical axis. Of these, the content stored in the memory 20 is determined by the design of the device, the deflection amount T of the content stored in the memory 30 is determined as a result of the optical axis adjustment of the device, and the absolute amount S of the shift is the operator It is decided arbitrarily by.
[0051]
The state “low” is, in principle, a case where M ≦ Mt, in which both the deflector 10U1 and the deflector 10U2 are connected to the upper deflection power supply 11U, and both the deflector 10L1 and the deflector 10L2 are deflected in the lower stage. It is in a state where it is connected to the power supply 11L. In this “low” state, the displacement of the beam on the sample per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U, that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “tilt” trajectory is flow, tilt. Similarly, the change of the emission angle with respect to the beam incident angle to the deflector per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U, that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “align” orbit is flow, align. Further, in the “low” state, the sensitivity f to the deterioration of the beam diameter per fluctuating voltage of the applied voltage of the upper stage deflector and the lower stage deflector is f (U) low, blur, and f (L) low, blur, respectively. is there.
[0052]
On the other hand, the state “high” is, in principle, a case where M> Mt, and the deflector 10U2 is connected to the upper deflection power supply 11U, but the deflector 10U1 is disconnected from the upper deflection power supply 11U and grounded. The deflector 10L2 is connected to the lower deflection power supply 11L, but the deflector 10L1 is disconnected from the lower deflection power supply 11L and grounded. In this “high” state, the displacement of the beam on the sample per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U (ie, 10U2), that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “tilt” trajectory is fhigh, tilt. It is. Similarly, the change in the emission angle with respect to the beam incident angle to the deflector per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U (that is, 10U2), that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “align” orbit is fhigh, align. It is. Further, in the “high” state, the sensitivity f to the deterioration of the beam diameter per fluctuating voltage of the applied voltage of the upper stage deflector and the lower stage deflector is f (U) high, blur, f (L) high, blur, respectively. is there.
[0053]
here,
flow, tilt> fhigh, til, flow, align> fhigh, align,
f (U) low, blur> f (U) high, blur, f (L) low, blur> f (L) high, blur (3-1)
Are in a relationship.
[0054]
The operation of such a configuration will be described. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the values described above are stored in the memories 20 and 30. In FIG. 8, the control computer 12 refers to the memory 20 and compares the scanning magnification threshold value Mt stored in the memory 20 with the scanning magnification value M, and the magnification value M is the threshold value. If Mt or less, the applied voltage Vscan for scanning to be applied to the upper deflector 10U is determined in consideration of the sensitivity f.
Vscan = D / (flow, tilt · M) (3-2)
It is.
[0055]
Actually, in the prior application, there is no influence on the final conclusion. Therefore, the sensitivity of the “tilt” trajectory, the sensitivity of the “align” trajectory, and the sensitivity of beam diameter degradation are not distinguished, and the upper deflector However, in this application, the description is made in consideration of the applied voltage for shifting and the applied voltage for adjusting the optical axis. The description is different from the request.
[0056]
Further, referring to the memory 30, the applied voltage Vshifttu for shift to be applied to the upper deflector 10U and the applied voltage Valignnu for optical axis adjustment are added to the above equation (3-2). That is,
Vupper = Vscan + Vshift + Valignu (3-3)
It is. here,
Vshift = S / flow, tilt (3-4)
Valignu = T / flow, align (3-5)
It is.
[0057]
Similarly, the applied voltage Vscan for scanning to be applied to the lower deflector 11L takes the sensitivity f into consideration,
Vscan = D.Rtilt (low) / (flow, tilt.M) (3-6)
It is. Here, Rtilt (low) is a lower stage deflection in the “tilt” orbit of the two stage deflection method, because the beam deflected by the upper stage deflector is accurately “backed” by the lower stage deflector in the state “low”. This is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the device 10L, and is represented by the ratio of the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector.
[0058]
Further, referring to the memory 30, the applied voltage Vshiftl for shift to be applied to the lower deflector 11L and the applied voltage Valignnl for optical axis adjustment are added to the above equation (3-3). That is,
Vlower = Vscan + Vshift + Valignl (3-7)
It is. here,
Vshift = S · Rtilt (low) / flow, tilt (3-8)
Valignn = T · Ralign (low) / flow, align (3-9)
It is. Here, Ralign (low) is a two-stage deflection type “align” orbit, so that the beam deflected by the upper deflector in the state “low” is accurately “returned” by the lower deflector. This is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the deflector 10L, and is expressed by the ratio of the voltage applied to the upper deflector to the voltage applied to the lower deflector.
[0059]
Based on this result, the control computer 12 tilts both the switches SWU and SWL to the “low” side via the switch controller 13 to connect the deflector 10U1 and the deflector 10U2, and the deflector 10L1. The deflector 10L2 is connected. Further, the control computer 12 transmits the voltage value Vupper to the upper deflection power supply 11U and the voltage value Vlower to the lower deflection power supply 11L. Based on this information, the upper deflection power supply 11U generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10U1 and each deflector of the deflector 10U2. Similarly, the lower deflection power supply 11L generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10L1 and each deflector of the deflector 10L2.
[0060]
This state represents that the deflector 10U1 and the deflector 10U2 operate as one upper deflector 10U, and the deflector 10L1 and the deflector 10L2 operate as one lower deflector 10L. In accordance with the voltage thus applied, the ion beam IB is deflected and irradiated on a predetermined position on the sample W.
[0061]
The amount Δdlow of the beam diameter degradation (the beam diameter becomes thicker) due to the influence of the voltage noise ΔV at this time is applied to the sensitivity f (U) low and blue of the upper deflector and the upper deflector. Degradation of beam diameter Δd (U) low obtained from voltage noise ΔV (U), sensitivity f (L) low, blur of lower deflector and voltage noise ΔV (L) applied to lower deflector And the beam diameter degradation Δd (L) low obtained from Voltage noise is random, and if the voltage noise is equal to about ΔV in both upper and lower stages,
Δdlow = (Δd (U) low 2 + Δd (L) low 2 ) 1/2 (3-10)
here,
Δd (U) low = f (U) low, blur · ΔV / √2 (3-11)
Δd (L) low = f (L) low, blur · ΔV / √2 (3-12)
It is.
[0062]
Next, an operation when the scanning magnification M exceeds the threshold Mt will be described. The control computer 12 refers to the memory 20 and compares the scanning magnification threshold value Mt when performing the switching stored in the memory 20 with the scanning magnification value M, and the magnification value M exceeds the threshold value Mt. Then, the applied voltage Vscan for scanning to be applied to the upper deflector 10U is determined in consideration of the sensitivity f.
Vscan = D / (fhigh, tilt · M) (3-13)
It is.
[0063]
Actually, in the prior application, there is no influence on the final conclusion. Therefore, the sensitivity of the “tilt” trajectory, the sensitivity of the “align” trajectory, and the sensitivity of beam diameter degradation are not distinguished, and the upper deflector However, in this application, the description is made in consideration of the applied voltage for shifting and the applied voltage for adjusting the optical axis. The description is different from the request.
[0064]
Further, referring to the memory 30, the applied voltage Vshifttu for shift to be applied to the upper deflector 10U and the applied voltage Valignu for optical axis adjustment are added to the above equation (3-13). That is,
Vupper = Vscan + Vshift + Valignu (3-14)
It is. here,
Vshift = S / fhigh, tilt (3-15)
Valignu = T / fhigh, align (3-16)
It is.
[0065]
Similarly, the applied voltage Vscan for scanning to be applied to the lower deflector 11L takes the sensitivity f into consideration,
Vscan = D.Rtilt (high) / (fhigh, tilt.M) (3-17)
It is. Here, Rtilt (high) is the lower stage deflection in the “tilt” orbit of the two stage deflection method, because the beam deflected by the upper stage deflector is accurately “backed” by the lower stage deflector in the state “high”. This is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the device 10L, and is represented by the ratio of the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector.
[0066]
Further, referring to the memory 30, the applied voltage Vshiftl for shift to be applied to the lower deflector 11L and the applied voltage Valignnl for optical axis adjustment are added to the above equation (3-17). That is,
Vlower = Vscan + Vshift + Valignn (3-18)
It is. here,
Vshift = 1 = S.Rtilt (high) / fhigh, tilt (3-19)
Valignl = T.Ralign (high) / fhigh, align (3-20)
It is. Here, Align (high) is a two-stage deflection type “align” orbit, so that the beam deflected by the upper deflector in the state “high” is accurately “backed” by the lower deflector. This is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the deflector 10L, and is represented by the ratio of the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector.
[0067]
Subsequently, referring to the memory 20, the maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector is compared with the applied voltages Vupper and Vlower. If the applied voltages Vupper and Vlower are both equal to or lower than the maximum applied voltage Vmax, Then move on.
[0068]
That is, based on the above result, the control computer 11 tilts both the switches SWU and SWL to the “high” side via the switch controller 13 to separate the deflector 10U1 and the deflector 10U2 from each other, thereby deflecting the deflector 10U1. The deflectors 10L1 and 10L2 are separated from each other, and the deflectors 10L1 are grounded. Further, the control computer 12 transmits the voltage value Vupper to the upper deflection power supply 11U and the voltage value Vlower to the lower deflection power supply 11L. Based on this information, the upper deflection power supply 11U generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10U2. Similarly, the lower deflection power supply 11L generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10L2.
[0069]
In this state, the deflector 10U1 or the deflector 10L1 is a simple cylinder having a ground potential (this cylinder has a ground potential and does not affect the ion beam IB), and the downstream deflector 10U2 or the deflector 10L2 is It represents that each operates as one deflector. In accordance with the voltage thus applied, the ion beam IB is deflected and irradiated on a predetermined position on the sample W.
[0070]
The amount Δdhigh of the beam diameter degradation (the beam diameter becomes thicker) due to the influence of the voltage noise ΔV at this time is applied to the sensitivity f (U) high, blur of the upper deflector and the upper deflector. Degradation of beam diameter Δd (U) high obtained from voltage noise ΔV (U), sensitivity f (L) high, blur of lower deflector and voltage noise ΔV (L) applied to lower deflector This is a combination with the beam diameter degradation Δd (L) high obtained from Voltage noise is random, and if the voltage noise is equal to about ΔV in both upper and lower stages,
Δdhigh = (Δd (U) high 2 + Δd (L) high 2 ) 1/2 (3-21)
here,
Δd (U) high = f (U) high, blur · ΔV / √2 (3-22)
Δd (L) high = f (L) high, blur · ΔV / √2 (3-23)
It is.
[0071]
Since the sensitivity f of the beam diameter degradation is in the relationship of f (U) low, blur> f (U) high, blur, f (L) low, blur> f (L) high, blur, the switch SW is in the state. By switching from “high” to the state “low”, the amount of deterioration (the beam diameter becomes thicker) of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV is
Δdlow> Δdhigh (3-24)
And can be reduced approximately in proportion to the sensitivity f.
[0072]
Furthermore, when switching the sensitivity as described above, the position of the center of scanning, the set image shift amount, and the optical axis adjustment amount are not always accurately reproduced in the state before the switching due to a design error or the like. . Therefore, it is preferable to measure an error at the time of switching the sensitivity in advance and store it in the memory 20 and to correct it by referring to this value in the memory 20 at the time of switching.
[0073]
Subsequently, as a result of the control computer 11 comparing the maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector with reference to the memory 20 and the applied voltages Vupper and Vlower, one of the applied voltages Vupper and Vlower is applied to the maximum. A case where the voltage Vmax is exceeded will be described.
[0074]
In such a case, even if the scanning magnification value M exceeds the threshold value Mt, the control computer 11 considers that the scanning magnification value M is equal to or less than the threshold value Mt, calculates the applied voltages Vupper and Vlower, Based on the result, the switch controller 13, the upper deflection power supply 11U, and the lower deflection power supply 11L are controlled. However, in this case, the deterioration of the beam diameter of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV cannot be reduced, but an inconvenient situation of exceeding the applicable voltage can be avoided.
[0075]
The above is an example in which the switching is performed in two stages. However, even when switching to three or more stages as in the fourth embodiment of the prior application (Japanese Patent Application No. 2000-310026, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-117796), Needless to say, the idea can be applied.
[0076]
By the way, the description of the maximum applied voltage Vmax and the applied voltages Vupper and Vlower assumes that the sensitivity can be dealt with greatly when the scanning magnification is changed, for example, 1/10 to 1/100. It is a thing. However, when the present invention is applied to an actual apparatus, the beam diameter deterioration is reduced to 1/2 to 1/3 even if the sensitivity is reduced to 1/2 to 1/3. It can be seen that there is a sufficient effect. In other words, a significant effect can be obtained only by reducing the sensitivity to 1/2 to 1/3 only at a high magnification where deterioration of the beam diameter becomes a problem.
[0077]
In such a case, since the scanning width is sufficiently small, the applied voltage for scanning is also sufficiently small. On the other hand, the design is such that the amount of shift is limited to less than a fraction of the scanning width at the lowest magnification, and the amount of optical axis adjustment is also suitably smaller than the scanning width at the lowest magnification. It can be seen that with such assembly accuracy, the total voltage value of the three can be kept within the maximum applied voltage Vmax at high magnification even if the sensitivity is reduced to 1/2 to 1/3. That is, at low magnification, most of the total voltage value is applied voltage for scanning, but if the applied voltage for scanning is high enough to be ignored, the sensitivity is reduced to 1/2 to 1/3. However, the applied voltage for shift and optical axis adjustment can be prevented from exceeding the maximum applied voltage Vmax.
[0078]
With this setting, it is not necessary to set the maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector, to compare the maximum applied voltage Vmax with the applied voltages Vupper and Vlower, and to perform control based on the result.
[0079]
(Embodiment 2) The deflector of Embodiment 1 described above has three functions of (a) scanning width, (b) shift of scanning position, and (c) adjustment with respect to the tilt of the axis. The deflector excluding the scanning function (a) from such a deflector can be applied to various parts of the charged particle beam apparatus as a charged particle beam axis adjusting device (beam aligner). However, the above (b) requires a slightly different function from that of the first embodiment.
[0080]
That is, as shown in FIG. 11, a beam that is parallel to the optical axis but is separated from the optical axis by L and is incident on the deflector 10 is deflected by the upper deflector 10U with a deflection amount in the optical axis direction, and then the lower deflection. This is a function to bring back the beam parallel to the optical axis and on the optical axis by swinging back in the opposite direction with the same deflection amount as the previous deflection amount by the device 10L. Such a trajectory will be referred to as a “shift” trajectory. Thereby, the movement of the beam parallel to the axis of the charged particle beam is possible. As for the beam inclination, the axis adjusting function (c) may be used. Such a deflector having two functions can be used as an axis adjusting device (beam aligner). However, in this case as well, the axis is adjusted by applying an appropriate voltage to the deflector. Depending on the sensitivity, beam degradation is caused by voltage noise ΔV. However, the degree of influence on the deterioration varies greatly depending on which part of the charged particle beam device the axis adjusting device (beam aligner) is inserted into.
[0081]
For example, in the apparatus shown in FIG. 1, when an axis adjusting device (beam aligner) is inserted between the accelerating electrode 4 and the condenser lens 5 in order to adjust the assembly displacement, the degree of beam deterioration is as shown in FIG. Since this optical system is a reduction system, the influence of deterioration is also reduced, so there is almost no problem. On the other hand, when an aberration correction device is inserted between the diaphragm 6 and the objective lens 7, for example, between the diaphragm 6 and the aberration correction device in order to adjust the assembly displacement between the diaphragm 6 and the aberration correction device. When a shaft adjusting device (beam aligner) is inserted into the main body, it is greatly affected as described in the prior art.
[0082]
FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration and operation when the present invention is applied to a swing-back type two-stage deflection type deflector as an axis adjusting device (beam aligner). IB is an ion beam, 5 is a condenser lens, and 6 is a diaphragm. Although not shown, the condenser lens 5 and the diaphragm 6 can be moved independently in a plane mechanically perpendicular to the optical axis. Further, C is an aberration correction device, for example. The deflector 10 includes an upper stage deflector 10U and a lower stage deflector 10L, and the upper stage deflector 10U and the lower stage deflector 10L are each divided into two deflectors. That is, 10U1 is a divided upstream deflector of the upper deflector 10U, 10U2 is a divided downstream deflector of the upper deflector 10U, 10L1 is a divided upstream deflector of the lower deflector 10L, Reference numeral 10L2 denotes a divided downstream deflector of the lower deflector 10L. 11U is an upper deflection power source for applying a deflection voltage to the upper deflector, 11L is a lower deflection power source for applying a deflection voltage to the lower deflector, 12 is a control computer, 13 is a switch controller, and SWU and SWL are switches. is there. The switches SWU and SWL are switched to a state “wide” (corresponding to the state “low” in the first embodiment) and a state “narrow” (corresponding to the state “high” in the first embodiment) via the switch controller 13. It is controlled by the control computer 12 to be switched.
[0083]
Reference numeral 20 denotes the sensitivity of the deflector 10 in each state, a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for the parallel movement of the beam shown in FIG. 11, and also for the parallel movement of the beam. A coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the lower deflector 11L, a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to the upper deflector 10U for correcting the beam tilt, and a lower deflector for correcting the beam tilt. This is a memory that stores a coefficient for obtaining a voltage value to be applied to 11L and a maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector. Reference numeral 30 denotes a memory that stores the correction amount S of the distance L from the optical axis and the correction amount T of the beam inclination θ shown in FIG. Of these, the content stored in the memory 20 is determined by the design of the device, and the content stored in the memory 30 is an amount determined as a result of optical axis adjustment of the device.
[0084]
The state “wide” is a state in which the deflector 10U1 and the deflector 10U2 are both connected to the upper deflection power supply 11U, and the deflector 10L1 and the deflector 10L2 are both connected to the lower deflection power supply 11L. In this “wide” state, the displacement of the beam in a plane perpendicular to the optical axis per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U, that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “shift” orbit is fwide, shift. Similarly, the change in the beam incident angle to the deflector per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U, that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “align” orbit is fwide and align. Further, in the “wide” state, the sensitivity f to the beam diameter deterioration per fluctuating voltage of the applied voltage of the upper stage deflector and the lower stage deflector is f (U) wide, blur, f (L) wide, and blur, respectively. is there.
[0085]
On the other hand, in the state “narrow”, the deflector 10U2 is connected to the upper deflection power supply 11U, but the deflector 10U1 is disconnected from the upper deflection power supply 11U and grounded, and the deflector 10L2 is connected to the lower deflection power supply 11L. Although connected, the deflector 10L1 is disconnected from the lower deflection power supply 11L and is grounded. In this “narrow” state, the displacement of the beam in a plane perpendicular to the optical axis per unit applied voltage applied to the upper deflector 10U, that is, the sensitivity f of the upper deflector (ie, 10U2) in the “shift” orbit. Is fnarrow, shift. Similarly, the change of the beam incident angle to the deflector per unit applied voltage applied to the upper deflector (ie, 10U2), that is, the sensitivity f of the upper deflector in the “align” orbit is fnarrow, align. Further, in the “narrow” state, the sensitivity f to the deterioration of the beam diameter per fluctuation voltage of the applied voltage of the upper stage deflector and the lower stage deflector is f (U) narrow, blur, f (L) narrow, and blur, respectively. is there.
[0086]
here,
fwide, shift> fnarrow, shift, fide, align> fnarrow, align
f (U) wide, blur> f (U) narrow, blur,
f (L) wide, blur> f (L) narrow, blur (4-1)
Are in a relationship.
[0087]
The operation of such a configuration will be described. By the way, the most primitive axis adjustment method is that the operator of the apparatus moves the beam to the control computer 12 via an input device (not shown) while viewing some information obtained from the apparatus, for example, a scanning image (shown in FIG. 11). Function) and tilt change (by the shift function shown in FIG. 5), the control computer 12 drives the apparatus based on the instruction, the operator sees the information of the result and judges whether the axis is good or bad, Change the state of the device through trial and error to better align the axis. And finally take it to the best. Furthermore, an “axis automatic adjustment program” can be incorporated into the control computer 12 so that the above method is automatically performed.
[0088]
Since such a method of axis alignment itself is not directly related to the present invention, according to the instruction from the control computer 12 (the correction amount S of the distance L from the optical axis and the correction amount T of the inclination θ) and the instruction. Only the switching of the applied voltage value to the deflector that determines the movement and tilt of the beam and the sensitivity of the deflector will be described. In addition, it is assumed that the condenser lens 5 and the diaphragm 6 are sufficiently aligned in advance by a mechanical optical axis adjusting mechanism (not shown).
[0089]
The operator or the “axis automatic adjustment program” indicates the correction amount S of the distance L from the optical axis and the correction amount T of the inclination θ to the control computer 12 for the optical axis adjustment, and the control computer 12 corrects the correction amount S of the distance L. And the correction amount T of the inclination θ are stored in the memory 30. Here, it is assumed that the value described above is already stored in the memory 20.
[0090]
In FIG. 10, the control computer 12 corrects the distance from the optical axis to be applied to the upper deflector 10U based on the correction amount S and the inclination correction amount T determined by the operator or the “automatic axis adjustment program”. The applied voltage Vsu and the applied voltage Vtu for correcting the inclination are determined in consideration of the sensitivity f.
Vsu = S / fnarrow, shift (4-2)
Vtu = T / fnarrow, align (4-3)
It is.
[0091]
From the above, the applied voltage Vupper for correcting the distance from the optical axis to be applied to the upper deflector 10U is
Vupper = Vsu + Vtu (4-4)
It is.
[0092]
Similarly, the applied voltage Vsl for correcting the distance from the optical axis to be applied to the lower deflector 11L and the applied voltage Vtl for correcting the inclination are set in consideration of the sensitivity f.
Vsl = S · Rs (narrow) / fnarrow, shift (4-5)
Vtl = T · Rt (narrow) / fnarrow, tilt (4-6)
It is. Here, Rs (narrow) is accurately “back-turned” by the lower deflector in the “shift” orbit shown in FIG. 11 when the beam is deflected by the upper deflector in the state “narrow”. Therefore, it is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the lower deflector 10L, and is represented by the ratio between the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector. In FIG. 10, if the sensitivity of the deflector 10U2 of the upper deflector 10U and the sensitivity of the deflector 10L2 of the lower deflector 10L are the same, Rs (narrow) = − 1. Similarly, in the “align” orbit of the two-stage deflection method, Rt (narrow) is a lower stage deflection because the beam deflected by the upper stage deflector is accurately “returned” by the lower stage deflector in the state “narrow”. This is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the device 10L, and is represented by the ratio of the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector.
[0093]
Therefore, the applied voltage Vlower obtained by adding the applied voltage Vsl for correcting the distance from the optical axis to be applied to the lower deflector 11L and the applied voltage Vtl for correcting the tilt is:
Vlower = Vsl + Vtl (4-7)
It is.
[0094]
Subsequently, referring to the memory 20, the maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector is compared with the applied voltages Vupper and Vlower. If the applied voltages Vupper and Vlower are both equal to or lower than the maximum applied voltage Vmax, Move on.
[0095]
That is, based on the above result, the control computer 11 tilts both the switches SWU and SWL to the “narrow” side via the switch controller 13 to separate the deflector 10U1 and the deflector 10U2 from each other, thereby deflecting the deflector 10U1. The deflectors 10L1 and 10L2 are separated from each other, and the deflectors 10L1 are grounded. Further, the control computer 12 transmits the voltage value Vupper to the upper deflection power supply 11U and the voltage value Vlower to the lower deflection power supply 11L. Based on this information, the upper deflection power supply 11U generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10U2. Similarly, the lower deflection power supply 11L generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10L2.
[0096]
In this state, the deflector 10U1 or the deflector 10L1 is a simple cylinder having a ground potential (this cylinder has a ground potential and does not affect the ion beam IB), and the downstream deflector 10U2 or the deflector 10L2 is It represents that each operates as one deflector. In accordance with the voltage thus applied, the ion beam IB is deflected and emitted on the optical axis parallel to the optical axis.
[0097]
The amount Δdnarrow of the beam diameter of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV at this time (the beam diameter becomes thicker) is applied to the sensitivity f (U) narrow, blur of the upper deflector and the upper deflector. Deterioration of beam diameter Δd (U) narrow obtained from voltage noise ΔV (U), sensitivity f (L) narrow, blur of lower deflector and voltage noise ΔV (L) applied to lower deflector This is a combination with the beam diameter degradation Δd (L) narrow obtained from Voltage noise is random, and if the voltage noise is equal to about ΔV in both upper and lower stages,
Δdnarrow = (Δd (U) narrow 2 + Δd (L) narrow 2 ) 1/2 (4-8)
here,
Δd (U) narrow = f (U) narrow, blur · ΔV / √2 (4-9)
Δd (L) narrow = f (L) narrow, blur · ΔV / √2 (4-10)
It is.
[0098]
On the other hand, referring to the memory 20, the maximum applied voltage Vmax that can be applied to the deflector is compared with the applied voltages Vupper and Vlower, and if any of the applied voltages Vupper and Vlower exceeds the maximum applied voltage Vmax. Then move on.
[0099]
In FIG. 10, the control computer 12 determines the light to be applied to the upper deflector 10U based on the correction amount S of the distance L from the optical axis and the correction amount T of the inclination θ determined by the operator or the “automatic axis adjustment program”. The applied voltage Vsu for correcting the distance from the axis and the applied voltage Vtu for correcting the inclination are determined in consideration of the sensitivity f.
Vsu = S / fwide, shift (4-11)
Vtu = T / fwide, align (4-12)
It is.
[0100]
From the above, the applied voltage Vupper for correcting the distance from the optical axis to be applied to the upper deflector 10U is
Vupper = Vsu + Vtu (4-13)
It is.
[0101]
Similarly, the applied voltage Vsl for correcting the distance from the optical axis to be applied to the lower deflector 11L and the applied voltage Vtl for correcting the inclination are set in consideration of the sensitivity f.
Vsl = S · Rs (wide) / fwide, shift (4-14)
Vtl = T · Rt (wide) / fwide, align (4-15)
It is. Here, Rs (wide) is accurately “back-turned” by the lower deflector in the “shift” orbit shown in FIG. 11 when the beam is deflected by the upper deflector in the state “wide”. Therefore, it is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the lower deflector 10L, and is represented by the ratio between the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector. In FIG. 10, if the sensitivity of the upper deflector 10U and the sensitivity of the lower deflector 10L are the same, Rs (wide) = − 1. Similarly, in the “align” orbit of the two-stage deflection method, Rt (wide) is a lower stage deflection because the beam deflected by the upper stage deflector is accurately “backed” by the lower stage deflector in the state “wide”. This is a coefficient for calculating the voltage to be applied to the device 10L, and is represented by the ratio of the voltage applied to the upper deflector and the voltage applied to the lower deflector.
[0102]
Therefore, the applied voltage Vlower obtained by adding the applied voltage Vsl for correcting the distance from the optical axis to be applied to the lower deflector 11L and the applied voltage Vtl for correcting the tilt is:
Vlower = Vsl + Vtl (4-16)
It is.
[0103]
Based on this result, the control computer 12 causes the switches SWU and SWL to be brought to the “wide” side via the switch controller 13 to connect the deflector 10U1 and the deflector 10U2, and the deflector 10L1. The deflector 10L2 is connected. Further, the control computer 12 transmits the voltage value Vupper to the upper deflection power supply 11U and the voltage value Vlower to the lower deflection power supply 11L. Based on this information, the upper deflection power supply 11U generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10U1 and each deflector of the deflector 10U2. Similarly, the lower deflection power supply 11L generates the deflection voltage and applies it to each deflector of the deflector 10L1 and each deflector of the deflector 10L2.
[0104]
This state represents that the deflector 10U1 and the deflector 10U2 operate as one upper deflector 10U, and the deflector 10L1 and the deflector 10L2 operate as one lower deflector 10L. In accordance with the voltage thus applied, the ion beam IB is deflected and emitted on the optical axis parallel to the optical axis.
[0105]
The amount Δdwide of the beam diameter of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV at this time (the beam diameter becomes thicker) is applied to the sensitivity f (U) wide, blur of the upper deflector and the upper deflector. Degradation Δd (U) wide of the beam diameter obtained from the voltage noise ΔV (U), sensitivity f (L) wide, blur of the lower deflector, and voltage noise ΔV (L) applied to the lower deflector This is a combination with the beam diameter degradation Δd (L) wide obtained from Voltage noise is random, and if the voltage noise is equal to about ΔV in both upper and lower stages,
Δdwide = (Δd (U) wide 2 + Δd (L) wide 2 ) 1/2 (4-17)
here,
Δd (U) wide = f (U) wide, blur · ΔV / √2 (4-18)
Δd (L) wide = f (L) wide, blur · ΔV / √2 (4-19)
It is.
[0106]
Since the sensitivity f of the beam diameter degradation is in the relationship of f (U) wide, blur> f (U) narrow, blur, f (L) wide, blur> f (L) narrow, blur, the switch SW is in the state. When the state can be switched from “wide” to “narrow”, the amount of deterioration (the beam diameter becomes thicker) of the ion beam IB due to the influence of the voltage noise ΔV is
Δdwide> Δdnarrow (4-20)
And can be reduced approximately in proportion to the sensitivity f.
[0107]
That is, when machining accuracy, assembly accuracy, and mechanical axis alignment accuracy are good, since the axis alignment can be performed in a fnarrow state with reduced sensitivity, deterioration of the beam diameter can be reduced. On the other hand, if the accuracy of mechanical alignment deteriorates due to dirt accumulated in the optical system with the operation of the device, at least alignment can be performed by increasing the sensitivity to the fwide state. Therefore, it is possible to avoid the device becoming unusable.
[0108]
In the above example, the upper deflector 10U and the lower deflector 10L are each divided into two stages. However, when each of the upper deflector 10U and the lower deflector 10L is divided into three or more stages, the applied voltages Vupper and Vlower are the maximum applied voltage Vmax. As long as it does not exceed, the deflector should be selected so that the sensitivity f is minimized.
[0109]
As mentioned above, although 1st Embodiment and 2nd Embodiment were described in detail about this invention, this invention is not limited to the said description. For example, in the above description, a cylindrical electrostatic deflector has been described, but a parallel plate electrostatic deflector may be used.
[0110]
Further, for example, in the first embodiment, for convenience of explanation, it is described that the divided deflectors are sequentially separated from the deflection power source from the upstream and dropped to the ground as the magnification increases. The selection of the deflector (selection of connecting the deflector to the deflection power source or dropping to the ground) may be the reverse order described above or a random selection method. Similarly, it has been described that the selection of the deflector is performed by comparing the magnification M and the threshold value Mt. However, the deflector may be selected by comparing the scanning width L and the threshold value Lt based on the scanning width L.
[0111]
In both the first and second embodiments, for convenience of explanation, the deflector 10 is divided into the upper stage deflector 10U and the lower stage deflector 10L, and these are further divided into multiple stages to operate as an upper stage deflector. The device is selected from the divided upper deflector 10U, and the deflector operating as the lower deflector is selected from the divided lower deflector 10L. As an alternative, the deflector 10 is divided into multiple stages as a whole, and an upstream deflector or deflector group of two sets of deflectors or deflector groups arbitrarily selected from these is deflected to the upper stage. Alternatively, a method may be used in which a lower deflector 10L is used as the downstream deflector or deflector group.
[0112]
Further, in the above description, the electrostatic deflector of the apparatus using an ion beam has been described. However, even an apparatus such as an electron microscope or an electron beam drawing machine using an electron beam is the same as long as it is an electrostatic deflector. It can be applied to.
[0113]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a conventional FIB apparatus
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a conventional electrostatic deflector
FIG. 3 is a diagram for explaining another example of a conventional electrostatic deflector.
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a deflector constituting an electrostatic deflector.
FIG. 5 is a diagram for explaining the trajectory of a two-stage deflection electrostatic deflector.
FIG. 6 is a diagram for explaining a magnification.
FIG. 7 is a diagram illustrating a voltage applied for scanning
FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a two-stage deflection type electrostatic deflector according to the present invention;
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a two-stage deflection type electrostatic deflector according to the invention of the prior application;
FIG. 10 is a diagram for explaining another example of a two-stage deflection type electrostatic deflector according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining another example of the trajectory of the two-stage deflection electrostatic deflector.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Emitter, 2 ... Suppressor electrode, 3 ... Extraction electrode, 4 ... Acceleration electrode, 5 ... Condenser lens, 6 ... Aperture, 7 ... Objective lens, 8 ... Sample stage, 10 ... Deflector, W ... Sample, 11 ... Deflection Power supply, 12 ... Control computer, SW ... Switch, 13 ... Switch controller, 10U ... Upper stage deflector, 10L ... Lower stage deflector, 11U ... Upper stage deflection power supply, 11L ... Lower stage deflection power supply, SWU ... Switch, SWL ... Switch, 20, 30 ... Memory

Claims (8)

荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試料上で走査するための機能と軸合わせのための機能とを兼ね備えた静電偏向器とを備える荷電粒子ビーム装置において、
（１）前記静電偏向器は、荷電粒子ビームの軸に沿って上段と下段の２段の静電偏向器からなり、これら上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）前記選択のための基準値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記選択基準値と前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて、選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、（５）前記算出された電圧値に基づいて各静電偏向器に印加する電圧を発生する電源手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。A charged particle source that generates and extracts a charged particle beam; an acceleration means that applies energy to the generated and extracted charged particle beam; a lens that focuses the irradiated charged particle beam and irradiates the sample; In a charged particle beam apparatus comprising an electrostatic deflector having both a function for scanning on a sample and a function for axis alignment,
(1) The electrostatic deflector includes upper and lower electrostatic deflectors along the axis of the charged particle beam, and the upper electrostatic deflector and the lower electrostatic deflector are respectively charged particle beams. Is further divided into a plurality of stages along the axis of
(2) selection means for selecting at least one of the upper electrostatic deflectors and at least one of the lower electrostatic deflectors;
(3) A memory for storing the reference value for the selection, the first coefficient and the second coefficient related to the selected upper electrostatic deflector, and the third and fourth coefficients related to the selected lower electrostatic deflector. Means,
(4) An arithmetic means for calculating a voltage value to be applied to each selected electrostatic deflector using the selection reference value, the first and second coefficients, and the third and fourth coefficients; (5) A charged particle beam apparatus comprising: power supply means for generating a voltage to be applied to each electrostatic deflector based on the calculated voltage value. 前記選択のための基準値は、荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査倍率あるいは走査幅が所定の値であるように設定したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the reference value for the selection is set so that a scanning magnification or a scanning width when the charged particle beam is scanned on the sample is a predetermined value. . 前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、前記荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査幅の値を決定する走査のための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、前記荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量を決定する軸合わせのための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。The first coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the third coefficient of the selected lower electrostatic deflector determine the value of the scan width when scanning the charged particle beam on the sample. A coefficient value indicating a relationship between a deflection amount for scanning and an applied voltage, and the second coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the fourth coefficient of the selected lower electrostatic deflector are A coefficient value indicating a relationship between an applied voltage and a deflection amount for axis alignment that determines a deflection amount for correcting an incident angle at which a charged particle beam is inclined and incident on an electrostatic deflector. Item 3. A charged particle beam apparatus according to Item 2. 前記記憶手段は、前記静電偏向器を用いて走査する範囲の中心位置を試料上で所望の距離だけ移動する移動量を記憶し、前記演算手段は、前記移動量と前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数の値とを用いて走査する範囲の中心位置を所望の距離だけ試料上で移動することを特徴とする請求項３記載の荷電粒子ビーム装置。The storage means stores a movement amount for moving a center position of a range to be scanned using the electrostatic deflector by a desired distance on the sample, and the computing means stores the movement amount and the selected upper stage static value. The center position of the scanning range is moved on the sample by a desired distance by using the first coefficient of the electric deflector and the value of the third coefficient of the selected lower electrostatic deflector. Item 4. A charged particle beam apparatus according to Item 3. 前記記憶手段は、（ａ）前記荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査の位置と（ｂ）前記荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量と（ｃ）前記走査する範囲の中心位置を試料上で所望の距離だけ移動する移動量の内の少なくとも１つに関して、前記選択に伴う動作の前後でのずれ量を予め記憶し、前記演算手段は、前記憶手段の前記ずれ量を参照し、補正するようにすることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム装置。The storage means includes (a) a scanning position when the charged particle beam is scanned on the sample, and (b) deflection for correcting an incident angle at which the charged particle beam is incident on the electrostatic deflector. A displacement amount before and after the operation associated with the selection is stored in advance for at least one of the amount and (c) a movement amount that moves the center position of the scanning range by a desired distance on the sample, and the calculation 5. The charged particle beam apparatus according to claim 4, wherein the means refers to the deviation amount of the pre-storage means and corrects the deviation amount. 前記記憶手段は、静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値を記憶し、更に、上記荷電粒子ビーム装置は、前記算出された電圧値がこれを超えた場合には、前記静電偏向器の選択を変更するよう判断する判断手段を備えたことを特徴とする請求項３乃至５の１つに記載の荷電粒子ビーム装置。The storage means stores a maximum applied voltage value that can be applied to the electrostatic deflector, and the charged particle beam device further includes the electrostatic deflection device when the calculated voltage value exceeds the value. 6. The charged particle beam apparatus according to claim 3, further comprising determination means for determining to change the selection of the vessel. 荷電粒子ビームの軸に沿って上段の偏向器と下段の静電偏向器の２段からなる静電型偏向器であって、
（１）上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、
（５）前記算出された電圧値と前記印加可能な最大印加電圧値とを比較し前記算出された電圧値が前記印加可能な最大印加電圧値を超えずかつ最も近くなるように前記選択手段を制御する制御手段と、
（６）その結果に基づいて算出された電圧を発生し各静電偏向器に印加する電源手段と、を備えたことを特徴とする静電型偏向器。An electrostatic deflector comprising two stages of an upper deflector and a lower electrostatic deflector along the axis of the charged particle beam,
(1) The upper electrostatic deflector and the lower electrostatic deflector are each further divided into a plurality of stages along the axis of the charged particle beam,
(2) selection means for selecting at least one of the upper electrostatic deflectors and at least one of the lower electrostatic deflectors;
(3) The maximum applied voltage value that can be applied to the electrostatic deflector, the first coefficient and the second coefficient related to the selected upper electrostatic deflector, and the third and fourth related to the selected lower electrostatic deflector. Storage means for storing the coefficients of
(4) An arithmetic means for calculating a voltage value to be applied to each electrostatic deflector selected using the first and second coefficients and the third and fourth coefficients;
(5) Comparing the calculated voltage value with the maximum applicable voltage value that can be applied, and the selecting means so that the calculated voltage value does not exceed the maximum applicable voltage value that can be applied and is closest. Control means for controlling;
(6) An electrostatic deflector comprising: power supply means for generating a voltage calculated based on the result and applying the voltage to each electrostatic deflector. 前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置に対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置を所望の距離だけ移動するための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームに対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの傾きを所望の傾きだけ傾けるための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする請求項７記載の静電型偏向器。The first coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the third coefficient of the selected lower electrostatic deflector are in a plane perpendicular to the optical axis of the charged particle beam incident on the electrostatic deflector. A coefficient value indicating the relationship between the amount of deflection and the applied voltage for moving the position in the plane perpendicular to the optical axis of the charged particle beam emitted from the electrostatic deflector by a desired distance. And the second coefficient of the selected upper electrostatic deflector and the fourth coefficient of the selected lower electrostatic deflector are electrostatic deflection with respect to the charged particle beam incident on the electrostatic deflector. 8. The electrostatic deflector according to claim 7, wherein the electrostatic deflector is a coefficient value indicating a relationship between a deflection amount and an applied voltage for tilting the charged particle beam exiting the device by a desired tilt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006216299A (en) * 2005-02-02 2006-08-17 Jeol Ltd Charged particle beam apparatus and method of aligning aberration corrector in charged particle beam apparatus
JP2007080790A (en) * 2005-09-16 2007-03-29 Hitachi High-Technologies Corp Electrostatic deflection control circuit and electrostatic deflection control method for electron beam measuring apparatus
JP2013054908A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Hitachi High-Technologies Corp Scanning electron microscope

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006216299A (en) * 2005-02-02 2006-08-17 Jeol Ltd Charged particle beam apparatus and method of aligning aberration corrector in charged particle beam apparatus
JP2007080790A (en) * 2005-09-16 2007-03-29 Hitachi High-Technologies Corp Electrostatic deflection control circuit and electrostatic deflection control method for electron beam measuring apparatus
JP2013054908A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Hitachi High-Technologies Corp Scanning electron microscope

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