JP2011028934A

JP2011028934A - 電子線照射装置の電子線安定化方法及び装置

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Publication number: JP2011028934A
Application number: JP2009171863A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tsukamoto; 一徳塚本
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】本発明は電子線照射装置の電子線安定化方法及び装置に関し、フィールドエミッション形電子銃を用いた場合でも照射電流を安定化することができる電子線照射装置の電子線安定化方法及び装置を提供することを目的としている。
【解決手段】電流を検出可能な絞りを複数用意し、これら複数の絞りの絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係をテーブルとしてメモリ２１に記憶させておいて、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流をそれぞれ検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子線照射装置の電子線安定化方法及び装置に関し、更に詳しくはＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）、分析用ＳＥＭ、分析用ＴＥＭ、電子線描画装置など、安定した照射電流が必要な電子線照射装置の電子線安定化方法及び装置に関する。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や、電子線描画装置等では、安定な照射電流を試料に対して照射する必要がある。このため、照射電流を安定化させるためのフィードバック制御が行われる。

図３は従来装置の概念図である。図において、１は集束レンズ（ＣＬ）、２は対物レンズ、３は電子線、４，５は電子線を絞るための絞り、６は電流検出可能な絞りであり、微小電流計８で絞り検出電流を検出するようになっている。７は電子線３が照射されるターゲットである。該ターゲット７は、例えばウエハ等の試料である。照射電流は図の左から右に向かって増大するようになっている。このような構成の電子線照射装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

電子源（図示せず）から放射された電子線３を集束レンズ（ＣＬ）１で集束する。集束された電子線３は続く絞り４，５，６を通過し、対物レンズ２で再度集束させて、電子線３をターゲット７に照射する。ここで、集束レンズ１の励磁電流を変更すると、絞り６を通過する電流量が変わり、ターゲット７に照射する照射電流量が変わる。

電子線３の周辺部が絞り５で遮られる条件では、絞り６で検出する電流はグラフ１のように照射電流量に比例する。グラフ１はターゲット７への照射電流と絞り検出電流との関係を示す図である。αが照射電流−絞り検出電流特性を示す。この特性は、対物絞り６の特性を示している。

この絞り６で検出する電流を電流計８で測定し、この検出電流が一定になるように集束レンズ１の焦点位置のフィードバック制御を行なうことで、照射電流を一定に保つことができる。

従来のこの種の装置としては、電子銃と集束レンズとの間に放出電流を検出する検出器を配置すると共に、設定されたプローブ電流における検出器の初期値及び集束レンズの励磁補正データを記憶する手段を備え、初期値に対する検出器の出力の変化に応じて励磁補正データにより集束レンズ電流を補正するように構成したプローブ電流安定化装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、集束レンズの下方に電流検出スリットを配置して該電流検出スリットの周縁部にあたるビームを検出し、該検出した電流値を集束レンズにフィードバックすることによってビーム電流を一定に制御する電子ビームスタビライザにおいて、電流検出スリットにメッシュ付きホールを備え、電流検出スリットの周縁部とメッシュを介してビームを検出するように構成したことを特徴とする電子ビームスタビライザが知られている（例えば特許文献２参照）。

また、収束レンズと対物レンズの間であって、前記収束レンズによる電子ビームの収束点より対物レンズ側に、電子ビーム遮蔽用の第１絞りと、この第１絞りより対物レンズ側に、前記第１絞りより大きい開口を持つ第３絞りを上面に有し前記第１絞りより小さい開口を持ち、かつ、前記対物レンズにおける電子ビームの開き角を設定するための第２絞りを下面に有する箱状のビーム電流測定手段と、このビーム電流測定手段の検出した測定ビーム電流に基づいて前記収束レンズの強さを変更できるレンズ制御手段を備え、前記測定ビーム電流が一定となるように前記収束レンズの強さを制御することを特徴とする電子ビーム装置が知られている（例えば特許文献３参照）。

特開平１−１８３０４４号公報（第３頁左上欄第１行〜同頁右下欄第８行）特開平１−２９２７３３号公報（第２頁左下欄第１０行〜第１７行）。特許第３５２０１６５号（段落０００９〜００１４）。

タングステン（Ｗ）フィラメントなどを使用した熱電子放出形電子銃の場合は、光源から放出される電子量（電流）が多いため、絞り６でフィードバック制御するのに十分な電流がえられる。一方、高輝度高空間分解能の像を得るためには、フィールドエミッション形電子銃を用いる必要がある。

しかしながら、フィールドエミッション形電子銃から放出される電子量（電流）は少ないため、ターゲットに照射する放射電流をタングステンＷ，ＬＢＧなどの熱電子銃で得られる照射電流と同じ程度の値を得る条件では、フィードバックを行なうための検出電流が少なくなり、フィードバック制御するのに十分な電流を絞りで検出できないという問題がある。

また、図４に示すように、絞り６で検出する電流を増やすために、絞り５や４の径を大きくした場合、I→II→…IV→Vとターゲット７に照射する照射電流を多くすると、電子
線３の周辺部が絞り５で遮られなくなり、ある照射電流以上は、絞り６で検出する電流が照射電流と比例しなくなる。

グラフ２にそのことを示す。グラフ２に示す特性は、照射電流がＩ１になるまでは、照射電流は絞り検出電流と比例関係にあるが、照射電流がＩ１より大きくなると、特性αは絞り検出電流と比例しなくなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、フィールドエミッション形電子銃を用いた場合でも照射電流を安定化することができる電子線照射装置の電子線安定化方法及び装置を提供することを目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。
（１）請求項１記載の発明は、電流を検出可能な絞りを複数用意し、これら複数の絞りの絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係をテーブルとしてメモリに記憶させておいて、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流をそれぞれ検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、電子線照射装置の全体の動作を制御する制御装置を用いて、前記メモリに記憶されている絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係を用いて、電子線照射電流が小さい領域では、複数の絞り検出電流を加算したものを検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流を検出電流として、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうことを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、電流を検出可能な複数の絞りと、各絞りに流れる電流を検出する絞り検出電流検出手段と、これら複数の絞りの絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係をテーブルとして記憶するメモリと、全体の各構成要素の動作制御を行なう制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記メモリを参照し、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流を検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流をそれぞれ検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたので、フィールドエミッション形電子銃を用いた場合でも、常に安定なフィードバック制御を行なうことができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、電子線装置の全体の動作を制御する制御装置を用いて、フィールドエミッション形電子銃を用いた場合でも、常に安定なフィードバック制御を行なうことができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流をそれぞれ検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたので、フィールドエミッション形電子銃を用いた場合でも、常に安定なフィードバック制御を行なうことができる。

本発明の構成例を示す図である。本発明装置の動作概念図である。従来装置の動作概念図である。従来装置の他の動作概念図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、３は電子線、１は電子線３を集束する集束レンズ（ＣＬ）、２は電子線３をターゲット上に細かく絞って照射するための対物レンズ（ＯＬ）である。

４は第１の絞り、５は第２の絞り、６は第３の絞りである。これら絞りのうち、５と６は電流検出可能な絞りであり、６は対物絞りを兼ねてもよい。７はターゲット（試料）である。８は第２の絞り５の検出した電流を測定する電流計、９は第３の絞り６の検出した電流を測定す電流計である。

１３はこれら２つの電流計８，９の電流計の出力を加算する加算器である。ＳＷは電流計９の出力をａ接点に、加算器１３の出力をｂ接点に受けるスイッチである。２０は装置の各構成要素を制御すると共に全体の動作を制御する制御装置である。該制御装置２０としては、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。２１は該コンピュータ２０と接続され、各種の情報を記憶するメモリである。該メモリ２１としては、例えばＲＡＭやハードディスク装置が用いられる。

２２は制御装置２０からの制御信号を受けて集束レンズ１を駆動するアンプである。該アンプ２２としては、例えば出力可変の電源が用いられる。前記スイッチＳＷの共通接点ｃは制御装置２０に入っている。これにより、制御装置２０からスイッチＳＷの接点をａかｂか選択することができる。１０は電子線照射電流を測定する電流計であり、その出力は制御装置２０に入力されている。

図２は本発明装置の動作概念図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図のグラフ３について説明する。グラフ３において、横軸は電子線照射電流、縦軸は絞り検出電流である。電子線照射電流はターゲット７に照射される電流、絞り検出電流は、絞り５と６の検出電流を示している。αは絞り５の特性であり、βは絞り６の特性である。α＋βは特性αと特性βを加算した特性を示す。

絞り５の特性αは電子線照射電流値がＩ１のところから検出電流特性が非線形になっている。照射電流がＩ１になる領域までは、特性α＋βをフィードバック制御に用いる。照射電流がＩ１より大きい領域では特性βをフィードバック制御に用いる。そこで、グラフ３に太い実線で示す特性をメモリ２１に記憶しておく。制御装置２０はこの特性を用いてフィードバック制御を行なう。

電子線３を集束レンズ１で集束して、絞り４〜６を通過させて、対物レンズ２でもう一度集束させて、電子線３をターゲット７に照射する。集束レンズ１の焦点位置を変更すると、絞り６を通過する電流量が変わり、ターゲット７に照射する照射電流量が変わる。

集束レンズ１は、磁界レンズや電界レンズ、電磁重畳レンズなどであり、励磁電流や印加電圧を変更して、電子線３の焦点位置を変更することができる。絞り５と６は、電流検出が可能な絞りである。ここでは、簡単のために電流検出可能な絞りを２つとして説明するが、絞り４と絞り６の間に更に電流検出可能な絞りを設ける場合も考えられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

電子線３の周辺部が絞り５で遮られる条件I〜Vでは、絞り６で検出する電流はグラフ
３のβのように照射電流の全領域で比例する。同様に、電子線３の周辺部が絞り４で遮られる条件（I〜II）では、絞り６で検出する電流はグラフ３のＩ１より左側の領域では、
照射電流量に比例する。しかしながら、電子線３の周辺部が絞り４で遮られない条件（II
〜V）では、絞り５で検出する電流は特性αに示すように照射電流には比例しない。

制御装置２０は、電流計１０の出力をモニタしており、この出力が電流値Ｉ１を超えない領域では、スイッチＳＷの共通接点ｃをｂ接点側に接続し、絞り５と６で検出した電流を合計した電流である特性α＋βを用いて、電子線照射電流が一定となるように制御信号をアンプ２２に出力する。アンプ２２では、集束レンズ１に制御信号を印加する。ここで、集束レンズ１が磁界レンズの場合には励磁電流を、集束レンズ１が電界レンズの場合には電圧をそれぞれ集束レンズ１に与えることになる。

このようなフィードバック制御を行なうことで、電子線照射電流が一定となるような制御を行なうことができる。また、電子線照射電流を電流計１０でモニタしていた制御装置２０は、電子線照射電流がＩ１を越えた場合には、共通接点ｃをａ側に接続し、特性βを用いて、電子線照射電流が一定となるようなフィードバック制御を行なう。

このように、本発明によれば、電子線照射電流領域I〜Vまでの全領域で直線の絞り検
出電流特性を用いて電子線照射電流が一定となるようなフィードバック制御を行なうことができる。特に、電子線照射電流がα＋βを用いてフィードバック制御を行なう場合には、絞り電流値が大きな領域でフィードバック制御を行なうため、ＳＮ比のよい制御を行なうことができる。このような一連のフィードバック制御において、制御装置２０はメモリ２１に記憶されている値を参照している。α＋β又はβがメモリ２１に記憶されているデータ値を越えた場合又はデータ値に達しない場合には、フィードバック制御に異常があるものとして異常処理を行なうことができる。本発明では、グラフ３の太い実線で示す特性を用いてフィードバック制御を行なうことになる。

本発明によれば、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流をそれぞれ検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたので、フィールドエミッション形電子銃を用いた場合でも、常に安定なフィードバック制御を行なうことができる。

上述の実施例では、電子線照射電流をモニタして、電子線照射電流がＩ１を超えたかどうかでフィードバックの切り替えを行なう場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限るものではない。スイッチＳＷの共通接点ｃを接点ａ又はｂに接続しておいて、絞り検出電流が小さい領域Ａでは、スイッチＳＷの共通接点ｃをｂ接点に接続し、α＋βの特性を用いてフィードバック制御を行なう。制御装置２０は、メモリ２１に記憶されているグラフ３の特性を参照して、加算器１３の出力であるα＋βが最大値に達したことを検出したら、スイッチＳＷに選択信号を送り、共通接点ｃをａ接点に切り替え、βの特性を用いてフィードバック制御を行なうようにしてもよい。このような制御を用いると、電流計１０は不要になる。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、電流を検出可能な絞りを複数使用して、各照射電流値にて、照射電流と検出した電流が比例関係にある絞りで検出した電流を合計して、集束レンズのフィードバック制御に使用することができる。本発明によれば、フィールドエミッション形電子銃などの光源からの電子放出量の少ない電子銃でも、照射電流の大小によらず、集束レンズをフィードバック制御するのに十分な検出電流が得られる。

１集束レンズ
２対物レンズ
３電子線
４絞り
５絞り
６対物絞り
７ターゲット
８電流計
９電流計
１０電流計
１３加算器
２０制御装置
２１メモリ
２２アンプ
ＳＷスイッチ

Claims

電流を検出可能な絞りを複数用意し、
これら複数の絞りの絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係をテーブルとしてメモリに記憶させておいて、
電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流をそれぞれ検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたことを特徴とする電子線照射装置の電子線安定化方法。
電子線照射装置の全体の動作を制御する制御装置を用いて、前記メモリに記憶されている絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係を用いて、電子線照射電流が小さい領域では、複数の絞り検出電流を加算したものを検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流を検出電流として、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の電子線照射装置の電子線安定化方法。
電流を検出可能な複数の絞りと、
各絞りに流れる電流を検出する絞り検出電流検出手段と、
これら複数の絞りの絞り検出電流と、対応する電子線照射電流との関係をテーブルとして記憶するメモリと、
全体の各構成要素の動作制御を行なう制御装置と、
を具備し、
前記制御装置は、前記メモリを参照し、電子線照射電流が小さい領域では、前記複数の絞り検出電流を加算したものを絞り検出電流とし、電子線照射電流が大きい領域では、前記複数の絞りのうち、特定の絞りの検出電流を検出電流として用いて、電子線照射電流のフィードバック制御を行なうようにしたことを特徴とする電子線照射装置の電子線安定化装置。