JP2000340160A - 写像型電子顕微鏡 - Google Patents
写像型電子顕微鏡Info
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- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料のチャージアップ量を、像観察に必要な
最低量と、試料自身を損傷させることなく、かつ、歪み
の少ない観察画像を得られる最大量の間になるように制
御の可能な写像型電子顕微鏡を提供する。 【解決手段】 照明鏡筒１１は光軸とθ１の角度、照明
鏡筒１２は光軸とθ２の角度をなして設けられ、ウィー
ンフィルター１３の中心に向けて電子ビームを放出して
いる。これらの電子ビームは、ウィーンフィルター１３
によって偏向され、ウィーンフィルター１３を出た２つ
の電子ビームは、その後カソードレンズ１４を介して、
リターディング電圧により減速され、試料面１５の所定
範囲を垂直に落射照明する。２つの電子ビームの電流量
とエネルギーに所定の関係を持たせることにより、試料
面の異なる絶縁体に、所定量のチャージアップ量を与え
ることができる。
最低量と、試料自身を損傷させることなく、かつ、歪み
の少ない観察画像を得られる最大量の間になるように制
御の可能な写像型電子顕微鏡を提供する。 【解決手段】 照明鏡筒１１は光軸とθ１の角度、照明
鏡筒１２は光軸とθ２の角度をなして設けられ、ウィー
ンフィルター１３の中心に向けて電子ビームを放出して
いる。これらの電子ビームは、ウィーンフィルター１３
によって偏向され、ウィーンフィルター１３を出た２つ
の電子ビームは、その後カソードレンズ１４を介して、
リターディング電圧により減速され、試料面１５の所定
範囲を垂直に落射照明する。２つの電子ビームの電流量
とエネルギーに所定の関係を持たせることにより、試料
面の異なる絶縁体に、所定量のチャージアップ量を与え
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子光学系を利用
して、被観察面を２次元的に観察することが可能な写像
型電子顕微鏡に関するものである。
して、被観察面を２次元的に観察することが可能な写像
型電子顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体欠陥検査において、コンタ
クト不良などの電気的な観察を行うにはＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）を用いるのが一般的である。ＳＥＭにおい
ては、周知のように、被観察面において点状となるよう
な電子ビームを照射し、被照射面から放出される二次電
子を加速して取り出し、検出器で受けることにより二次
電子の量を検出する。そして、電子ビームを２次元的に
走査することにより照射点を変え、被観察面全体からの
二次電子の量を、画像として組立てることにより、被観
察面の観察を行っている。
クト不良などの電気的な観察を行うにはＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）を用いるのが一般的である。ＳＥＭにおい
ては、周知のように、被観察面において点状となるよう
な電子ビームを照射し、被照射面から放出される二次電
子を加速して取り出し、検出器で受けることにより二次
電子の量を検出する。そして、電子ビームを２次元的に
走査することにより照射点を変え、被観察面全体からの
二次電子の量を、画像として組立てることにより、被観
察面の観察を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＥＭ
においては、被観察面の２次元的な走査が必要である関
係上、被観察面全体の像を得るまでに時間がかかるとい
う問題点がある。一方、半導体の欠陥検査においては、
高速性が要求されるので、ＳＥＭに代わり、電子光学系
を利用して被観察面を２次元的に観察することが可能な
写像型電子顕微鏡の使用が試みられていた。しかしなが
ら、写像型電子顕微鏡においては、さまざまな技術的な
課題が未解決のまま残されており、このため、ＳＥＭの
代用として使用することは困難とされてきた。
においては、被観察面の２次元的な走査が必要である関
係上、被観察面全体の像を得るまでに時間がかかるとい
う問題点がある。一方、半導体の欠陥検査においては、
高速性が要求されるので、ＳＥＭに代わり、電子光学系
を利用して被観察面を２次元的に観察することが可能な
写像型電子顕微鏡の使用が試みられていた。しかしなが
ら、写像型電子顕微鏡においては、さまざまな技術的な
課題が未解決のまま残されており、このため、ＳＥＭの
代用として使用することは困難とされてきた。
【０００４】その代表的な技術的課題として、被観察面
のチャージアップの問題がある。チャージアップとは、
絶縁体や浮遊導体などが存在する試料において、照明と
して入射する電子が有する電荷と二次電子として放出さ
れる電子が有する電荷が同じでないと、照明される部分
が正又は負に帯電してしまう現象である。チャージアッ
プは、絶縁体や浮遊導体などが存在する試料においては
避けられない現象であり、これが発生すると、被観察面
を等電位にできないばかりか、局所的な帯電により視野
内で電位が大きく異なる状況が生じてしまう。
のチャージアップの問題がある。チャージアップとは、
絶縁体や浮遊導体などが存在する試料において、照明と
して入射する電子が有する電荷と二次電子として放出さ
れる電子が有する電荷が同じでないと、照明される部分
が正又は負に帯電してしまう現象である。チャージアッ
プは、絶縁体や浮遊導体などが存在する試料においては
避けられない現象であり、これが発生すると、被観察面
を等電位にできないばかりか、局所的な帯電により視野
内で電位が大きく異なる状況が生じてしまう。
【０００５】一方、写像型電子顕微鏡は、特に二次電子
等の低エネルギー電子を加速し静電レンズで高倍率に拡
大投影する場合、デフォーカス（軸上色収差）のため結
像できるエネルギー幅が狭く、視野全体でのエネルギー
均一性に敏感である。よって、試料表面上の電位分布が
大きく異なると、その近傍で像が歪んだり、結像できな
かったりして、まともな観察ができなくなってしまうと
いう問題点がある。これに加え、試料が帯電しすぎると
放電や絶縁破壊を起こし試料そのものを損傷させること
もある。
等の低エネルギー電子を加速し静電レンズで高倍率に拡
大投影する場合、デフォーカス（軸上色収差）のため結
像できるエネルギー幅が狭く、視野全体でのエネルギー
均一性に敏感である。よって、試料表面上の電位分布が
大きく異なると、その近傍で像が歪んだり、結像できな
かったりして、まともな観察ができなくなってしまうと
いう問題点がある。これに加え、試料が帯電しすぎると
放電や絶縁破壊を起こし試料そのものを損傷させること
もある。
【０００６】チャージアップの発生は、二次電子発生効
率によって決定される。二次電子発生効率とは、発生す
る二次電子が有する電荷の量を、照明として入射する粒
子が有する電荷の量で割ったもので、二次電子発生効率
が１より大きい場合は、試料は正に帯電し、二次電子発
生効率が１より小さい場合は、試料は負に帯電する。よ
って、絶縁体や浮遊導体に対しては、極力二次電子の発
生効率が１に近くなるよう照明すれば前記のような問題
点を回避することができる。
率によって決定される。二次電子発生効率とは、発生す
る二次電子が有する電荷の量を、照明として入射する粒
子が有する電荷の量で割ったもので、二次電子発生効率
が１より大きい場合は、試料は正に帯電し、二次電子発
生効率が１より小さい場合は、試料は負に帯電する。よ
って、絶縁体や浮遊導体に対しては、極力二次電子の発
生効率が１に近くなるよう照明すれば前記のような問題
点を回避することができる。
【０００７】しかし、半導体のような試料上には、二次
電子発生効率の異なる複数種の絶縁体や浮遊導体が混在
する場合が多いので、これらを全てチャージアップさせ
ずに観察するのが非常に困難であった。また、電位コン
トラスト像など、わざとある程度チャージアップさせな
いと観察できない像もあり、このような場合には、チャ
ージアップの程度を制御するのが困難であった。
電子発生効率の異なる複数種の絶縁体や浮遊導体が混在
する場合が多いので、これらを全てチャージアップさせ
ずに観察するのが非常に困難であった。また、電位コン
トラスト像など、わざとある程度チャージアップさせな
いと観察できない像もあり、このような場合には、チャ
ージアップの程度を制御するのが困難であった。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、試料中の絶縁体や浮遊導体に対し、そのチャ
ージアップ量を、像観察に必要な最低量と、試料自身を
損傷させることなく、かつ、歪みの少ない観察画像を得
られる最大量の間になるように制御可能な写像型電子顕
微鏡を提供することを課題とする。
たもので、試料中の絶縁体や浮遊導体に対し、そのチャ
ージアップ量を、像観察に必要な最低量と、試料自身を
損傷させることなく、かつ、歪みの少ない観察画像を得
られる最大量の間になるように制御可能な写像型電子顕
微鏡を提供することを課題とする。
【０００９】
【問題を解決する手段】前記課題を解決するための第１
の手段は、電子源からの電子を被観察体の観察面に照射
する照明光学系と、観察面から発生する結像電子を撮像
面へと写像する電子結像光学系とを有し、照明光学系
は、被観察体の複数の所定部におけるチャージアップに
よる表面電位の変化を、それぞれの所定値にするような
機能を有することを特徴とする写像型電子顕微鏡（請求
項１）である。
の手段は、電子源からの電子を被観察体の観察面に照射
する照明光学系と、観察面から発生する結像電子を撮像
面へと写像する電子結像光学系とを有し、照明光学系
は、被観察体の複数の所定部におけるチャージアップに
よる表面電位の変化を、それぞれの所定値にするような
機能を有することを特徴とする写像型電子顕微鏡（請求
項１）である。
【００１０】本手段においては、照明光学系が、被観察
体の複数の所定部におけるチャージアップによる表面電
位の変化を、それぞれの所定値にするような機能を有す
るので、各絶縁体や浮遊導体に対して、チャージアップ
による表面電位の変化（Ｕs）を、像観察に必要な最低
量（Ｕmin）と、試料自身を損傷させることなく、か
つ、歪みの少ない観察画像を得られる最大量（Ｕmax）
の間になるように制御することができ、明瞭で歪みの無
い像が観察できる。
体の複数の所定部におけるチャージアップによる表面電
位の変化を、それぞれの所定値にするような機能を有す
るので、各絶縁体や浮遊導体に対して、チャージアップ
による表面電位の変化（Ｕs）を、像観察に必要な最低
量（Ｕmin）と、試料自身を損傷させることなく、か
つ、歪みの少ない観察画像を得られる最大量（Ｕmax）
の間になるように制御することができ、明瞭で歪みの無
い像が観察できる。
【００１１】本手段において、視野内を均一な照明条件
で照明することが好ましい。これにより、部分的なチャ
ージアップや、視野内での照明むらに基づく像の明暗が
なくなり、明確な像を観察できる。
で照明することが好ましい。これにより、部分的なチャ
ージアップや、視野内での照明むらに基づく像の明暗が
なくなり、明確な像を観察できる。
【００１２】なお、本明細書中において「結像電子」と
は、電子の照射に伴い被観察体あるいは観察面から放出
される反射電子、二次電子、後方散乱電子等の電子をい
う。
は、電子の照射に伴い被観察体あるいは観察面から放出
される反射電子、二次電子、後方散乱電子等の電子をい
う。
【００１３】前記課題を解決するための第２の手段は、
電子源からの電子を被観察体の観察面に照射する照明光
学系と、観察面から発生する結像電子を撮像面へと写像
する電子結像光学系とを有し、照明光学系は電子源を複
数有し、複数の電子源からの照明により被観察体を同時
に照明でき、各電子源からの電流量と入射エネルギーを
独立に制御可能なものであることを特徴とする写像型電
子顕微鏡（請求項２）である。
電子源からの電子を被観察体の観察面に照射する照明光
学系と、観察面から発生する結像電子を撮像面へと写像
する電子結像光学系とを有し、照明光学系は電子源を複
数有し、複数の電子源からの照明により被観察体を同時
に照明でき、各電子源からの電流量と入射エネルギーを
独立に制御可能なものであることを特徴とする写像型電
子顕微鏡（請求項２）である。
【００１４】前述のように、試料面におけるチャージア
ップによる表面電位の変化（Ｕs）を、像観察に必要な
最低量（Ｕmin）と、試料自身を損傷させることなく、
かつ、歪みの少ない観察画像を得られる最大量
（Ｕmax）の間になるように制御することができれば、
すなわち Ｕmin＜Ｕs＜Ｕmax …（１） を満たせば、絶縁体試料を良好なる結像状態で観察する
ことができる。
ップによる表面電位の変化（Ｕs）を、像観察に必要な
最低量（Ｕmin）と、試料自身を損傷させることなく、
かつ、歪みの少ない観察画像を得られる最大量
（Ｕmax）の間になるように制御することができれば、
すなわち Ｕmin＜Ｕs＜Ｕmax …（１） を満たせば、絶縁体試料を良好なる結像状態で観察する
ことができる。
【００１５】一般的に試料表面から放出される二次電子
の発生効率は照明電子のエネルギー、試料の材質、構
造、置かれている環境などに依存し、半導体プロセスで
使用される材質の殆どでは、入射電子100ｅＶ〜１ｋｅ
Ｖ程度の領域で二次電子発生効率が１を越え、それ以外
の領域で１を下回る。そのため浮遊導体や絶縁体に長時
間照射を行うとチャージアップして電位が変ってしま
う。試料上の浮遊導体や絶縁体が一種類、しかも均一な
材質であれば、その材質に対して二次電子発生効率が１
になるエネルギーで照明すればいいが、半導体のように
多種の材質で構成されているものでは、構成する材質毎
に二次電子発生効率が１になるエネルギーが異なるの
で、一種類の照明では、全ての材質についてこのような
条件を満たすことができない。
の発生効率は照明電子のエネルギー、試料の材質、構
造、置かれている環境などに依存し、半導体プロセスで
使用される材質の殆どでは、入射電子100ｅＶ〜１ｋｅ
Ｖ程度の領域で二次電子発生効率が１を越え、それ以外
の領域で１を下回る。そのため浮遊導体や絶縁体に長時
間照射を行うとチャージアップして電位が変ってしま
う。試料上の浮遊導体や絶縁体が一種類、しかも均一な
材質であれば、その材質に対して二次電子発生効率が１
になるエネルギーで照明すればいいが、半導体のように
多種の材質で構成されているものでは、構成する材質毎
に二次電子発生効率が１になるエネルギーが異なるの
で、一種類の照明では、全ての材質についてこのような
条件を満たすことができない。
【００１６】たとえば、具体的な絶縁体の観察試料とし
て図１のような断面構造を有する試料について考える。
図１で１はシリコン基板で導体、２、３は別種の絶縁体
Ａ及びＢであり、これらは照明系によって同一照野内の
像として結像される。試料表面はＣＭＰ等のプロセスで
平坦化されているために、光学顕微鏡観察では勿論のこ
と、通常のエッジ強調型のＳＥＭ観察でも像コントラス
トが低く、良好な観察像を得ることができない。
て図１のような断面構造を有する試料について考える。
図１で１はシリコン基板で導体、２、３は別種の絶縁体
Ａ及びＢであり、これらは照明系によって同一照野内の
像として結像される。試料表面はＣＭＰ等のプロセスで
平坦化されているために、光学顕微鏡観察では勿論のこ
と、通常のエッジ強調型のＳＥＭ観察でも像コントラス
トが低く、良好な観察像を得ることができない。
【００１７】この試料をランディングエネルギー（入射
エネルギー）がＶ１の電子４で照明すると、チャージア
ップが起こりランディングエネルギーがシフトする。リ
ーク電流が無い限り、そのシフト量は、絶縁体Ａ及びＢ
の二次電子発生効率を表す図２におけるａ、ｂまで達
し、そこで平衡状態となる。その結果チャージアップ電
位はそれぞれＵs/A（＝ａ−Ｖ１）及びＵs/B（＝ｂ−Ｖ
１）だけ上昇する。
エネルギー）がＶ１の電子４で照明すると、チャージア
ップが起こりランディングエネルギーがシフトする。リ
ーク電流が無い限り、そのシフト量は、絶縁体Ａ及びＢ
の二次電子発生効率を表す図２におけるａ、ｂまで達
し、そこで平衡状態となる。その結果チャージアップ電
位はそれぞれＵs/A（＝ａ−Ｖ１）及びＵs/B（＝ｂ−Ｖ
１）だけ上昇する。
【００１８】これらＵs/A、Ｕs/Bが、それぞれ、 Ｕmin＜Ｕs/A＜Ｕmax …（２） Ｕmin＜Ｕs/B＜Ｕmax …（３） なる２つの不等式を同時に満足すればよいが、図２でＶ
１の位置を変えても一般には達成できない場合が多い。
１の位置を変えても一般には達成できない場合が多い。
【００１９】そこで、図３に示すように、この試料を、
ランディングエネルギーがＶ１の電子４に加え、ランデ
ィングエネルギーがＶ２の電子５でも照明する。ここ
で、Ｖ１及びＶ２は、図４に示すように、絶縁体Ａ及び
Ｂの平衡点ａ及びｂの両側に位置するように選ぶ。
ランディングエネルギーがＶ１の電子４に加え、ランデ
ィングエネルギーがＶ２の電子５でも照明する。ここ
で、Ｖ１及びＶ２は、図４に示すように、絶縁体Ａ及び
Ｂの平衡点ａ及びｂの両側に位置するように選ぶ。
【００２０】２つの異なるエネルギーを持つ電子で照明
されたそれぞれの絶縁体Ａ及びＢのチャージアップ電位
を求めるには次のようにする。照射電子のエネルギーＶ
に対する絶縁体Ａ及びＢの二次電子発生効率曲線をそれ
ぞれＦＡ（Ｖ）及びＦＢ（Ｖ）とする。又、試料面上の
ランディングエネルギーＶ１及びＶ２の照射電子密度を
それぞれＩ１及びＩ２とする。これら２つのエネルギー
照射により、各絶縁体表面から放出される二次電子量は
それぞれ、 I1*FA(V1)+I2*FA(V2) …（４） 及び I1*FB(V1)+I2*FB(V2) …（５） である。
されたそれぞれの絶縁体Ａ及びＢのチャージアップ電位
を求めるには次のようにする。照射電子のエネルギーＶ
に対する絶縁体Ａ及びＢの二次電子発生効率曲線をそれ
ぞれＦＡ（Ｖ）及びＦＢ（Ｖ）とする。又、試料面上の
ランディングエネルギーＶ１及びＶ２の照射電子密度を
それぞれＩ１及びＩ２とする。これら２つのエネルギー
照射により、各絶縁体表面から放出される二次電子量は
それぞれ、 I1*FA(V1)+I2*FA(V2) …（４） 及び I1*FB(V1)+I2*FB(V2) …（５） である。
【００２１】一般に式（４）及び（５）の値は、照明電
子量 I1+I2 …（６） と同じではない。その結果、チャージアップが起こり、
それぞれの絶縁体でＵs/ A及びＵs/Bだけ表面電位の変化
が生じた後に、平衡状態 I1+I2 = I1*FA(V1+Us/A)+I2*FA(V2+Us/A) …（７） 及び I1+I2 = I1*FB(V1+Us/B)+I2*FB(V2+Us/B) …（８） に達する。
子量 I1+I2 …（６） と同じではない。その結果、チャージアップが起こり、
それぞれの絶縁体でＵs/ A及びＵs/Bだけ表面電位の変化
が生じた後に、平衡状態 I1+I2 = I1*FA(V1+Us/A)+I2*FA(V2+Us/A) …（７） 及び I1+I2 = I1*FB(V1+Us/B)+I2*FB(V2+Us/B) …（８） に達する。
【００２２】さらに式（７）及び（８）は、 I1/(I1+I2)＝α …（９） と置いて、 1 = α*FA(V1+Us/A)+(1-α)*FA(V2+Us/A) …（１０） 及び 1 = α*FB(V1+Us/B)+(1-α)*FB(V2+Us/B) …（１１） と書ける。
【００２３】Ｕs/A及びＵs/Bを不等式（２）及び（３）
を満たす特定の値に決め、Ｖ１、Ｖ２及び照射総電流密
度に対するＩ１の比αの内の１つを規定値とし、式（１
０）及び（１１）が同時に成立するように残り２つを求
めて設定すれば、絶縁体試料を良好なる結像状態で観察
することができる。その上で、照射総電流密度を変え
て、最も好ましい照射条件で照明を行うことができる。
を満たす特定の値に決め、Ｖ１、Ｖ２及び照射総電流密
度に対するＩ１の比αの内の１つを規定値とし、式（１
０）及び（１１）が同時に成立するように残り２つを求
めて設定すれば、絶縁体試料を良好なる結像状態で観察
することができる。その上で、照射総電流密度を変え
て、最も好ましい照射条件で照明を行うことができる。
【００２４】なお、以上より明らかなように、式（１
０）、（１１）中のＶ１、Ｖ２及び照射総電流密度に対
する比αのすべてを変数として求めれば、３種の絶縁体
にまで対応できる。さらに照射電子エネルギーを１種増
す毎に、新たなＶとＩの２つの変数が増すので対応でき
る絶縁体は２種づつ増えていく。
０）、（１１）中のＶ１、Ｖ２及び照射総電流密度に対
する比αのすべてを変数として求めれば、３種の絶縁体
にまで対応できる。さらに照射電子エネルギーを１種増
す毎に、新たなＶとＩの２つの変数が増すので対応でき
る絶縁体は２種づつ増えていく。
【００２５】以上説明したように、本手段においては、
照明光学系は、複数の電子源からの照明により被観察体
を同時に照明でき、各電子源からの電流量と入射エネル
ギーを独立にコントロールできものであるので、各絶縁
体又は浮遊導体のチャージアップによる表面電位の変化
を、それぞれ目標値にするように電流量と入射エネルギ
ーを定めることができる。よって、各絶縁体又は浮遊導
体のチャージアップによる表面電位の変化（Ｕs）を、
像観察に必要な最低量（Ｕmin）と、試料自身を損傷さ
せることなく、かつ、歪みの少ない観察画像を得られる
最大量（Ｕmax）の間になるように制御することがで
き、明瞭で歪みの無い像が観察できる。
照明光学系は、複数の電子源からの照明により被観察体
を同時に照明でき、各電子源からの電流量と入射エネル
ギーを独立にコントロールできものであるので、各絶縁
体又は浮遊導体のチャージアップによる表面電位の変化
を、それぞれ目標値にするように電流量と入射エネルギ
ーを定めることができる。よって、各絶縁体又は浮遊導
体のチャージアップによる表面電位の変化（Ｕs）を、
像観察に必要な最低量（Ｕmin）と、試料自身を損傷さ
せることなく、かつ、歪みの少ない観察画像を得られる
最大量（Ｕmax）の間になるように制御することがで
き、明瞭で歪みの無い像が観察できる。
【００２６】なお、本手段においても、視野内を均一な
照明条件で照明することが好ましい。これにより、部分
的なチャージアップや、視野内での照明むらに基づく像
の明暗がなくなり、明確な像を観察できる。
照明条件で照明することが好ましい。これにより、部分
的なチャージアップや、視野内での照明むらに基づく像
の明暗がなくなり、明確な像を観察できる。
【００２７】前記課題を解決するための第３の手段は、
電子源からの電子を被観察体の観察面に照射する照明光
学系と、観察面から発生する結像電子を撮像面へと写像
する電子結像光学系とを有し、照明光学系は、少なくと
も一つの電子源からの電流量と入射エネルギーとを、時
分割的に制御可能なものであることを特徴とする写像型
電子顕微鏡（請求項３）である。
電子源からの電子を被観察体の観察面に照射する照明光
学系と、観察面から発生する結像電子を撮像面へと写像
する電子結像光学系とを有し、照明光学系は、少なくと
も一つの電子源からの電流量と入射エネルギーとを、時
分割的に制御可能なものであることを特徴とする写像型
電子顕微鏡（請求項３）である。
【００２８】前記第２の手段においては、複数の照明光
源を設けることにより、各絶縁体又は浮遊導体のチャー
ジアップによる表面電位の変化を、それぞれ目標値にし
ている。これに対し、本手段においては、少なくとも一
つの電子源からの電流量と入射エネルギーとを時分割的
に切り換えて照明し、あたかも電流量と入射エネルギー
が異なる複数の電子源があるかのような効果を持たせ
る。チャージアップにおていは、時間的、空間的な重ね
合わせが成り立つので、このようにしても、前記第２の
手段と同様の作用を奏することができる。
源を設けることにより、各絶縁体又は浮遊導体のチャー
ジアップによる表面電位の変化を、それぞれ目標値にし
ている。これに対し、本手段においては、少なくとも一
つの電子源からの電流量と入射エネルギーとを時分割的
に切り換えて照明し、あたかも電流量と入射エネルギー
が異なる複数の電子源があるかのような効果を持たせ
る。チャージアップにおていは、時間的、空間的な重ね
合わせが成り立つので、このようにしても、前記第２の
手段と同様の作用を奏することができる。
【００２９】この場合、二次電子を受光して電気信号に
変える検出器には、二次電子−光変換器とＣＣＤ等の光
電変換器を組合せて使用し、時分割的に切り換えて照射
される照明の１周期分の電荷をＣＣＤに蓄えた上で取り
出すことにより、全ての異なる照明光に対する出力を加
え合わせたものを出力とすることができ、前記第２の手
段と同様の結果を得ることができる。
変える検出器には、二次電子−光変換器とＣＣＤ等の光
電変換器を組合せて使用し、時分割的に切り換えて照射
される照明の１周期分の電荷をＣＣＤに蓄えた上で取り
出すことにより、全ての異なる照明光に対する出力を加
え合わせたものを出力とすることができ、前記第２の手
段と同様の結果を得ることができる。
【００３０】なお、本手段においても、視野内を均一な
照明条件で照明することが好ましい。これにより、部分
的なチャージアップや、視野内での照明むらに基づく像
の明暗がなくなり、明確な像を観察できる。
照明条件で照明することが好ましい。これにより、部分
的なチャージアップや、視野内での照明むらに基づく像
の明暗がなくなり、明確な像を観察できる。
【００３１】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第３の手段であって、照明光学系と
電子結像光学系の光路を、ウィーンフィルタを用いて結
合・一致させていることを特徴とするもの（請求項４）
である。
前記第１の手段から第３の手段であって、照明光学系と
電子結像光学系の光路を、ウィーンフィルタを用いて結
合・一致させていることを特徴とするもの（請求項４）
である。
【００３２】ウィーンフィルターを使用することによ
り、照明を垂直照明にすることができ、斜め照明の場合
に比して均一な照明としやすい。特にウィーンフィルタ
ーの後に絞りを置き、カソードレンズの焦点を絞り位置
に合わせることによりケーラー照明条件を作ることがで
き、このようにすれば、均一な照明を容易に得ることが
できる。
り、照明を垂直照明にすることができ、斜め照明の場合
に比して均一な照明としやすい。特にウィーンフィルタ
ーの後に絞りを置き、カソードレンズの焦点を絞り位置
に合わせることによりケーラー照明条件を作ることがで
き、このようにすれば、均一な照明を容易に得ることが
できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図５は本発明の第１の実施の形態
を示す概要図である。図５において、１１、１２は照明
鏡筒、１３はウィーンフィルター、１４はカソードレン
ズ、１５は試料面、１６は結像電子光学系、１７は検出
面（結像面）である。なお、以下の図において、同一の
構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図を用いて説明する。図５は本発明の第１の実施の形態
を示す概要図である。図５において、１１、１２は照明
鏡筒、１３はウィーンフィルター、１４はカソードレン
ズ、１５は試料面、１６は結像電子光学系、１７は検出
面（結像面）である。なお、以下の図において、同一の
構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】照明鏡筒１１、１２は、電子源からの電子
線を加速し、所定断面積を持ったビーム状とするもの
で、照明鏡筒１１は光軸とθ１の角度、照明鏡筒１２は
光軸とθ２の角度をなして設けられ、ウィーンフィルタ
ー１３の中心に向けて電子ビームを放出している。これ
らの電子ビームは、ウィーンフィルター１３によって偏
向され、ウィーンフィルター１３を出た２つの電子ビー
ムは、試料面１５に垂直な光軸上を進むようになってい
る。電子ビームは、その後カソードレンズ１４を介し
て、リターディング電圧により減速され、試料面１５の
所定範囲を垂直に落射照明する。
線を加速し、所定断面積を持ったビーム状とするもの
で、照明鏡筒１１は光軸とθ１の角度、照明鏡筒１２は
光軸とθ２の角度をなして設けられ、ウィーンフィルタ
ー１３の中心に向けて電子ビームを放出している。これ
らの電子ビームは、ウィーンフィルター１３によって偏
向され、ウィーンフィルター１３を出た２つの電子ビー
ムは、試料面１５に垂直な光軸上を進むようになってい
る。電子ビームは、その後カソードレンズ１４を介し
て、リターディング電圧により減速され、試料面１５の
所定範囲を垂直に落射照明する。
【００３５】なお、図示しないが、ウィーンフィルター
１３とカソードレンズ１４との間に絞りを置き、この絞
りの位置をカソードレンズ１４の焦点に位置されること
によって、試料面１５をケーラー照明することができ
る。
１３とカソードレンズ１４との間に絞りを置き、この絞
りの位置をカソードレンズ１４の焦点に位置されること
によって、試料面１５をケーラー照明することができ
る。
【００３６】照明鏡筒１１、１２からウィーンフィルタ
ー１３に入るビームのエネルギーをそれぞれＶ10、Ｖ20
とし、それらのランディングエネルギーをＶ１、Ｖ２、
リターディング電圧をＶret（試料面を基準にして正負
を決定し、通常は正の値）とすると、 V10 = V1+Vret …（１２） V20 = V2+Vret …（１３） となる。
ー１３に入るビームのエネルギーをそれぞれＶ10、Ｖ20
とし、それらのランディングエネルギーをＶ１、Ｖ２、
リターディング電圧をＶret（試料面を基準にして正負
を決定し、通常は正の値）とすると、 V10 = V1+Vret …（１２） V20 = V2+Vret …（１３） となる。
【００３７】照明鏡筒１１、１２からの電子線のランデ
ィングエネルギーＶ１、Ｖ２及び、その電流量をＩ１、
Ｉ２とするとき、Ｖ１、Ｖ２、及びα＝I1/(I1+I2)は、
（１０）式、（１１）式を満たすようにされている。
ィングエネルギーＶ１、Ｖ２及び、その電流量をＩ１、
Ｉ２とするとき、Ｖ１、Ｖ２、及びα＝I1/(I1+I2)は、
（１０）式、（１１）式を満たすようにされている。
【００３８】また、それぞれの照明系の偏向角θ１、θ
２は、ウィーンフィルター１３の実効厚さをＬ、リター
ディング電圧Ｖretで加速された二次電子に対するウィ
ーン条件を満たす磁場Ｂとの間で、 L = (sinθ1/eB)*(2m)1/2*V10/{(V10)1/2+(Vret)1/2} …（１４） L = (sinθ2/eB)*(2m)1/2*V20/{(V20)1/2+(Vret)1/2} …（１５） を同時に満たす様に配置する。ランディングエネルギー
が決まっている場合にはそれぞれの偏向角度の関係は、 sinθ1/sinθ2 = V20*{(V10)1/2+(Vret)1/2}/[V10*{(V20)1/2+(Vret)1/2}] … （１６） を満たせば、任意に選択位置できる。偏向角が決まって
いれば、ランディングエネルギーは、式（１６）を満た
すことを条件として任意に選択できる。それぞれの照射
電流密度は、電子銃及び照明系のパラメーターを変える
ことにより任意に変更可能である。
２は、ウィーンフィルター１３の実効厚さをＬ、リター
ディング電圧Ｖretで加速された二次電子に対するウィ
ーン条件を満たす磁場Ｂとの間で、 L = (sinθ1/eB)*(2m)1/2*V10/{(V10)1/2+(Vret)1/2} …（１４） L = (sinθ2/eB)*(2m)1/2*V20/{(V20)1/2+(Vret)1/2} …（１５） を同時に満たす様に配置する。ランディングエネルギー
が決まっている場合にはそれぞれの偏向角度の関係は、 sinθ1/sinθ2 = V20*{(V10)1/2+(Vret)1/2}/[V10*{(V20)1/2+(Vret)1/2}] … （１６） を満たせば、任意に選択位置できる。偏向角が決まって
いれば、ランディングエネルギーは、式（１６）を満た
すことを条件として任意に選択できる。それぞれの照射
電流密度は、電子銃及び照明系のパラメーターを変える
ことにより任意に変更可能である。
【００３９】図６は、本発明の第２の実施の形態を示す
概要図である。図６において、１８は第２のウィーンフ
ィルターである。この実施の形態においては、照明鏡筒
１１からの照明電子と、照明鏡筒１２からの照明電子
は、それぞれ別々のウィーンフィルター１３、１８を通
過する。従って、式（１４）及び（１５）の磁場Ｂはそ
れぞれ独立となり、各照明系の電子エネルギーを完全独
立に変えることができる。それぞれの照射電流密度は電
子銃及び照明系のパラメーターを変えることにより任意
に変更可能である。
概要図である。図６において、１８は第２のウィーンフ
ィルターである。この実施の形態においては、照明鏡筒
１１からの照明電子と、照明鏡筒１２からの照明電子
は、それぞれ別々のウィーンフィルター１３、１８を通
過する。従って、式（１４）及び（１５）の磁場Ｂはそ
れぞれ独立となり、各照明系の電子エネルギーを完全独
立に変えることができる。それぞれの照射電流密度は電
子銃及び照明系のパラメーターを変えることにより任意
に変更可能である。
【００４０】図７は、本発明の第３の実施の形態を示す
概要図である。この実施の形態においては、照明鏡筒１
１からの照明電子と、照明鏡筒１２からの照明電子は、
結像系の光軸の外側より、斜めに照射される。よって、
各照明系の電子エネルギーを完全独立に変えることがで
きる。それぞれの照射電流密度は電子銃及び照明系のパ
ラメーターを変えることにより任意に変更可能である。
しかしその反面、図５、図６に示したような垂直照明系
に比して、視野全体を均一に照明することが困難とな
る。
概要図である。この実施の形態においては、照明鏡筒１
１からの照明電子と、照明鏡筒１２からの照明電子は、
結像系の光軸の外側より、斜めに照射される。よって、
各照明系の電子エネルギーを完全独立に変えることがで
きる。それぞれの照射電流密度は電子銃及び照明系のパ
ラメーターを変えることにより任意に変更可能である。
しかしその反面、図５、図６に示したような垂直照明系
に比して、視野全体を均一に照明することが困難とな
る。
【００４１】以上の実施の形態においては、照明鏡筒を
２個としているが、照明鏡筒をさらに増やすことによ
り、試料面１５に多数の絶縁体がある場合に、各々の絶
縁体において適正なチャージアップによる表面電位の変
化を与えることができる。
２個としているが、照明鏡筒をさらに増やすことによ
り、試料面１５に多数の絶縁体がある場合に、各々の絶
縁体において適正なチャージアップによる表面電位の変
化を与えることができる。
【００４２】また、図示しないが、照明鏡筒を１個と
し、時分割により電流量と入射エネルギーを変化させる
ことにより、あたかも複数の照明鏡筒から並列に照射を
受けているのと同じ効果を持たせることができる。これ
は、チャージアップが、時間的、空間的に重ね合わせが
成り立つ現象であるからである。
し、時分割により電流量と入射エネルギーを変化させる
ことにより、あたかも複数の照明鏡筒から並列に照射を
受けているのと同じ効果を持たせることができる。これ
は、チャージアップが、時間的、空間的に重ね合わせが
成り立つ現象であるからである。
【００４３】なお、以上の実施の形態の説明を始めとし
て本明細書中においては、被観察体の照明手段として電
子線を用いたが、他の荷電粒子線を用い、荷電粒子線に
より発生する結像電子を用いてもよく、このようなもの
は本願発明と均等なものであることは言うまでもない。
て本明細書中においては、被観察体の照明手段として電
子線を用いたが、他の荷電粒子線を用い、荷電粒子線に
より発生する結像電子を用いてもよく、このようなもの
は本願発明と均等なものであることは言うまでもない。
【図１】絶縁体の観察試料の断面構造の例を示す図であ
る。
る。
【図２】ランディングエネルギーと二次電子発生効率の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】絶縁体の観察試料の断面構造の例を示す図であ
る。
る。
【図４】ランディングエネルギーと二次電子発生効率の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す概要図であ
る。
る。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す概要図であ
る。
る。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す概要図であ
る。
る。
１…シリコン基板 ２、３…絶縁体 ４、５…照明電子 １１、１２…照明鏡筒 １３…ウィーンフィルター １４…カソードレンズ １５…試料面 １６…結像電子光学系 １７…検出面（結像面） １８…ウィーンフィルター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F067 AA03 AA43 AA45 AA46 AA53 EE03 EE09 EE16 HH06 JJ05 KK04 LL00 QQ02 QQ03 UU32 4M106 AA01 BA02 CA38 DB05 DB30 5C033 AA02 AA05
Claims (4)
- 【請求項１】 電子源からの電子を被観察体の観察面に
照射する照明光学系と、観察面から発生する結像電子を
撮像面へと写像する電子結像光学系とを有し、照明光学
系は、被観察体の複数の所定部におけるチャージアップ
による表面電位の変化を、それぞれの所定値にするよう
な機能を有することを特徴とする写像型電子顕微鏡。 - 【請求項２】 電子源からの電子を被観察体の観察面に
照射する照明光学系と、観察面から発生する結像電子を
撮像面へと写像する電子結像光学系とを有し、照明光学
系は電子源を複数有し、複数の電子源からの照明により
被観察体を同時に照明でき、各電子源からの電流量と入
射エネルギーを独立に制御可能なものであることを特徴
とする写像型電子顕微鏡。 - 【請求項３】 電子源からの電子を被観察体の観察面に
照射する照明光学系と、発生する結像電子を撮像面へと
写像する電子結像光学系とを有し、照明光学系は、少な
くとも一つの電子源からの電流量と入射エネルギーと
を、時分割的に制御可能なものであることを特徴とする
写像型電子顕微鏡。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか１
項に記載の電子顕微鏡であって、前記照明光学系と前記
電子結像光学系の光路を、ウィーンフィルタを用いて結
合・一致させていることを特徴とする写像型電子顕微
鏡。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14743099A JP4066078B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 写像型電子顕微鏡 |
| US09/583,001 US6717145B1 (en) | 1999-05-27 | 2000-05-26 | Mapping electron microscopes exhibiting improved imaging of specimen having chargeable bodies |
| US10/779,323 US20040227077A1 (en) | 1999-05-27 | 2004-02-13 | Electron microscopes exhibiting improved imaging of specimen having chargeable bodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14743099A JP4066078B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 写像型電子顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340160A true JP2000340160A (ja) | 2000-12-08 |
| JP4066078B2 JP4066078B2 (ja) | 2008-03-26 |
Family
ID=15430153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14743099A Expired - Lifetime JP4066078B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 写像型電子顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6717145B1 (ja) |
| JP (1) | JP4066078B2 (ja) |
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| JP2006349384A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | National Institute For Materials Science | 絶縁物試料の帯電又は電位歪みを抑制した放射電子顕微鏡装置及び試料観察方法 |
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| US7034297B2 (en) * | 2003-03-05 | 2006-04-25 | Applied Materials, Israel, Ltd. | Method and system for use in the monitoring of samples with a charged particle beam |
| JP4578875B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2010-11-10 | 株式会社荏原製作所 | 写像型電子顕微鏡 |
| US7928381B1 (en) * | 2006-05-19 | 2011-04-19 | Apparati, Inc. | Coaxial charged particle energy analyzer |
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| US4785182A (en) * | 1987-05-21 | 1988-11-15 | Electroscan Corporation | Secondary electron detector for use in a gaseous atmosphere |
| JP2563134B2 (ja) * | 1989-01-25 | 1996-12-11 | 日本電子株式会社 | 走査透過型位相差電子顕微鏡 |
| CA1317035C (en) * | 1989-01-25 | 1993-04-27 | Matthias Brunner | Method for examining a specimen in a particle beam instrument |
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| JP2810797B2 (ja) | 1991-01-11 | 1998-10-15 | 日本電子株式会社 | 反射電子顕微鏡 |
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