JP2001283759A

JP2001283759A - 走査電子顕微鏡

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Publication number: JP2001283759A
Application number: JP2001016492A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ose; 洋一小瀬; Hideo Todokoro; 秀男戸所; Makoto Esumi; 真江角; Mitsugi Sato; 佐藤　　貢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2001-10-12
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: JP4006946B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、一次電子ビームの走査中心が中心軸
から外れるに従って、軸外収差の増大によって分解能が
低下することを防止するためのものである。【解決手段】そのために本発明では上下二段のイメージ
シフト偏向器のうち下段のイメージシフト偏向器を多極
子の静電偏向電極より構成し、かつ実効的な対物レンズ
の内部に配置した。【効果】これによりイメージシフトによる移動量が大き
い場合にも分解能および寸法測定精度が高い。従って、
大面積ウェハかつ超微細化された半導体素子のプロセス
において、高精度かつ高スループットの検査が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査する試料表面
に電子ビームを走査し、試料から発生する二次信号を検
出することで試料表面の形状あるいは組成等を表わす二
次元の走査像を得る走査電子顕微鏡に関し、特に半導体
ウェハ試料上の数十点の検査位置に高速に観察点を移動
し高スループットでかつ高分解能の走査像を得るのに好
適な走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと略す）
は、加熱形または電界放出形の電子源から放出された電
子を加速し、静電または磁界レンズを用いて細い電子ビ
ーム（一次電子ビーム）とし、この一次電子ビームを観
察する試料上に二次元状に走査し、一次電子ビーム照射
で試料から二次的に発生する二次電子または反射電子等
の二次信号電子を検出し、検出信号強度を一次電子ビー
ムの走査と同期して走査されるブラウン管の輝度変調入
力とすることで二次元の走査像を得る。

【０００３】近年、半導体産業の微細化が進んだことか
ら、ＳＥＭが光学顕微鏡に代わって、半導体素子製作の
プロセスまたはプロセス完成後の検査（例えば電子ビー
ムによる寸法測定や電気的動作の検査）に使われるよう
になった。絶縁物が使われている半導体産業の試料（ウ
ェハ）では、絶縁物を帯電することなく観察できる１ｋ
Ｖ以下の低加速電圧が必要である。しかし、一般のＳＥ
Ｍでは、低加速電圧１ｋＶの分解能は約１０ｎｍであっ
た。半導体の微細化に伴い、より高分解能が得られる低
加速電圧のＳＥＭが要求されるようになった。その解決
方法として、例えば、特開平9−171791 号記載のリター
ディング方式及びブースティング方式が開発され、最良
の観察条件では約３ｎｍの分解能が得られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体素子製作のプロ
セスまたはプロセス完成後の検査に用いるに当たって
は、半導体ウェハ上の数十点の検査位置に高速に観察点
を移動しスループットを向上することが必須である。こ
のため、高速移動可能な試料ステージが開発されている
が、その位置精度は数ミクロン程度である。機械的に試
料ステージをナノメートルオーダで制御することは、移
動速度と製作コストの面で実用的ではない。

【０００５】そこで、通常これ以上高精度な位置合わせ
は、電気的に一次電子の走査中心座標を移動するイメー
ジシフト方式が採用されているが、移動量が数ミクロン
に及ぶことがあるため、従来のＳＥＭに採用されている
イメージシフト方式は、移動量を大きくとると、分解能
が低下するという問題があった。

【０００６】本発明は分解能の低下を抑制しつつ、イメ
ージシフトを行うのに好適な走査電子顕微鏡の提供を目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、電子源と、当該電子源から放出され
る一次電子ビームの試料に対する照射位置を移動する二
段の偏向器から構成されるイメージシフト偏向器と、前
記一次電子ビームを収束する対物レンズを有する走査電
子顕微鏡において、前記対物レンズは前記試料に向かっ
てレンズギャップが開放され、且つ前記二段の偏向器の
内、前記試料側に配置される偏向器は前記対物レンズの
実効的なレンズ主面で偏向電界を形成するように形成さ
れていることを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に、本発明によるＳＥＭの実
施例を示す。陰極４と引出電極５との間に引出電圧６を
印加すると、電子が放出される。放出された電子は、引
出電極５と接地電圧にある陽極８の間でさらに加速（減
速の場合もある）される。陽極８を通過した一次電子ビ
ーム１の加速電圧は電子銃加速電圧７と一致する。陽極
８で加速された一次電子ビーム１はコンデンサレンズ９
で絞られる。一次電子ビーム１の開き角あるいはビーム
電流量は下流に置かれた絞り１１で決められる。絞り１
１のセンタリングはつまみ１２で行う。

【０００９】絞り１１を通過した一次電子ビーム１は、
走査偏向機能を兼ねたイメージシフト偏向器２０と３０
によってイメージシフトされると共に試料１３上を二次
元走査される。すなわち、偏向器２０と３０の偏向強度
は、対物レンズ１０内で一次電子ビーム１が直進するよ
うに調整されている。偏向制御電源４０によって偏向器
２０と３０の偏向強度を走査偏向成分とイメージシフト
偏向成分とを重畳して入力することにより走査偏向機能
とイメージシフト偏向機能を兼ね備えることができる。

【００１０】イメージシフトは、対物レンズ光軸から一
次電子ビームを大きくずらすように偏向するため、対物
レンズの収束磁場が、一次電子ビームを一次電子ビーム
の照射方向に対し垂直な方向に、偏向するように作用す
る。即ち一次電子ビームが偏向作用を受けることによる
軸外収差が発生する。このような軸外収差を抑制するに
は、対物レンズによる偏向を打ち消すように、一次電子
ビームを偏向する偏向器を設けると良いが、レンズ内に
他の偏向器を設けるには物理的な制約が大きいため、本
実施例装置によれば、レンズギャップが試料側に開放さ
れた対物レンズ、即ち対物レンズの下磁極の開口が上磁
極の開口より大きく形成され、対物レンズの最大収束磁
場が対物レンズより下に配置される試料近傍に形成され
るような対物レンズによって、対物レンズの実効的なレ
ンズ主面を、対物レンズとは異なる高さ、或いは対物レ
ンズの物理的な制約が少ない高さに位置づけることで、
静電偏向電極の配置を容易に実現している。なお、図１
のような構成によれば、コンデンサレンズ９と対物レン
ズ１０の間に一つの偏向器２０だけを配置すればよいの
で、光学系の全長を短くできる。

【００１１】一次電子ビーム１は、試料ステージ１４を
介して試料１３に印加した負のリターディング電圧１５
のため、対物レンズ１０と試料１３間の減速電界で減速
され、かつ対物レンズ１０のレンズ作用で試料１３上に
細く絞られる。

【００１２】本実施例では、上の偏向器２０は磁界偏
向、下の偏向器３０は静電偏向としているが、上の偏向
器２０を静電偏向にしてもよい。同様に下の偏向器３０
を磁界偏向とすることが可能であるが、対物レンズ１０
近傍のスペースが狭いことを考慮すれば、下の偏向器３
０は静電偏向とすることが適当である。

【００１３】偏向制御電源４０が上の偏向器２０に出力
するイメージシフトの偏向強度Ｉ_ISは、次式で与えられ
る。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、Ｋ₁ は偏向感度の換算係数、Ｍ
_SEMは観察倍率、Ｖ_accは一次電子ビーム１の加速電圧、
Ｌは上の偏向器２０から試料１３までの距離である。一
方、下の偏向器３０に出力するイメージシフトの偏向強
度Ｖ_ISは、次式で与えられる。

【００１６】

【数２】Ｖ_IS＝Ｋ₂Ｉ_IS ここで、Ｋ₂ は偏向感度の換算係数である。ただし、上
の磁界偏向器２０の磁界の方向と下の静電偏向器３０の
電界の方向はおおよそ９０度ずれている。対物レンズ１
０に前磁場がある場合にはこの角度は９０度からずれて
くるが、予め数値シミュレーションや実験から求めてお
くことができる。

【００１７】一次電子ビーム１が試料１３を照射すると
二次信号電子２が発生する。ここで考慮する二次信号電
子２は二次電子と反射電子である。対物レンズ１０と試
料１３間に作られている電界は、発生した二次信号電子
２に対しては加速電界として作用するため、対物レンズ
１０の電子ビーム通過孔内に吸引され、対物レンズ１０
の磁界でレンズ作用を受けながら上昇する。上昇した二
次信号電子２は変換電極１６に高エネルギーで衝突し、
新たな二次電子３を発生する。この二次電子３は正の約
１０ｋＶの高電圧を印加したシンチレータ１７に吸引
（偏向）され、シンチレータ１７に衝突した際、光を発
生する。このように二次電子を検出する二次電子検出器
は、図示していないが、この光をライトガイドで光電子
増倍管に導き、電気信号に変換し、増幅した後、この出
力でブラウン管の輝度変調を行う。

【００１８】次に図２，図９、および図１０を用いて、
本実施例装置の原理及び利点をより詳細に説明する。図
９は一般的な半導体ウェハ検査用ＳＥＭの構成と二次電
子の軌道を示す図である。イメージシフトのない高倍率
観察条件では、一次電子ビーム１が試料１３を照射する
位置は、光軸に極めて近い。このため高エネルギに加速
された二次電子２は変換電極１６の上でも光軸近傍に衝
突することになる。変換電極１６の近傍は一次電子ビー
ム１が通過する開口を有するため、一部の二次電子２ａ
は開口を通過し、検出されないため、画像に明るさ斑が
発生する。一方、図１０はイメージシフトした状態での
高倍率観察を示している。イメージシフトした位置で発
生した二次電子２は図示しないリターディング電界と対
物レンズ１０を通過後、光軸から僅かに外れて飛行し、
開口を避けて変換電極１６に到達させることができる。

【００１９】但し、一次電子ビームの偏向範囲が制限さ
れるため、変換電極１６の開口をあまり小さく形成する
ことはできず、例えば３mmφの開口が必要である。更に
対物レンズの光学倍率が例えば５０倍であるという条件
を勘案すると、開口を避けて二次電子を変換電極１６に
到達させるには、例えば６０ミクロン程度のイメージシ
フト量が必要になる。その一方で、一般的なイメージシ
フトでは、イメージシフト量が１０ミクロンを越える
と、軸外収差によって分解能が低下するためイメージシ
フトした状態での高分解能観察を実現することが困難で
あった。

【００２０】本発明実施例装置では以上のような問題を
解決し、イメージシフト量が大きい場合であっても、分
解能の低下を抑制しつつ二次電子の高効率検出を実現す
ることを可能とすべく、上下二段のイメージシフト偏向
器の内、下段のイメージシフト偏向器を多極子の静電偏
向器により構成し、かつこの静電偏向器を対物レンズの
実効的な主面に形成する。図１に示す本実施例装置で
は、試料近傍に対物レンズ１０による磁界レンズと、試
料１３に印加されるリターディング電圧１５によって形
成される静電レンズが存在する。図２では両レンズを上
下に分離して示しているが、実際上は概ね重畳してい
る。（１）は軸外を通る一次電子がそれぞれのレンズか
ら受ける偏向力を示している。対物レンズの偏向力ＦＢ
０は回転方向、静電レンズの偏向力ＦＥ０は径方向であ
る。なお偏向力の大きさを比較すると、常にＦＢ０＞Ｆ
Ｅ０となる。（２）は上記のレンズ電界と磁界に、横向
きの偏向電界ＦＥ１と磁界ＦＢ１を重畳して偏向力を打
ち消す、所謂、移動対物レンズを示している。ＦＢ０＋
ＦＢ１＝０，ＦＥ０＋ＦＥ１＝０と独立して偏向力が打
ち消されるので軸外収差の発生が最小に抑えられる。一
方、（３）は偏向電界の重畳だけで偏向力を打ち消す方
式である。一次電子に対しては、ＦＢ０＋ＦＥ２＝０，
ＦＥ０＋ＦＢ１と打ち消されるが、二次電子に対して
は、飛行方向が逆転するため、磁界による偏向力も逆転
する。概ね、ＦＢ０＋ＦＥ２＝２×ＦＥ０，ＦＥ０＋Ｆ
Ｅ１＝０となって比較的大きな偏向力が残る。（４）は
偏向磁界の重畳だけで偏向力を打ち消す方式である。一
次電子に対しては、ＦＢ０＋ＦＢ１＝０，ＦＥ０＋ＦＢ
２＝０と打ち消されるが、二次電子に対しては飛行方向
が逆転するため磁界による偏向力も逆転する。概ね、Ｆ
Ｂ０＋ＦＥ２＝０，ＦＥ０＋ＦＢ２＝２×ＦＥ０となっ
て比較的小さな偏向力が残る。以上のことから、一次電
子の軸外収差の除去と二次電子の偏向を両立するために
は（３）の偏向電界の重畳が有利であることが判る。

【００２１】本実施例装置は以上の原理に基づいて、一
定移動量以上イメージシフトした状態で像観察する条件
において、二次電子２は光軸より離れて飛行させ、変換
電極１６の開口をおおよそ避けて二次電子２を衝突させ
ることで、イメージシフトに基づく軸外収差の抑制と二
次電子の検出効率向上の両立を可能としている。特にリ
ターディング技術を採用したＳＥＭではイメージシフト
偏向を行った方が、二次電子検出効率が向上する場合が
あり、それを意識した観察点の設定を行うことが望まし
い。

【００２２】なお、本実施例装置には図示しない制御装
置が設けられ、その制御装置からの命令によって上記各
制御が行われる。本実施例装置は、特に半導体ウェハ上
に半導体製造装置（ステッパ等）で形成したパターンが
適正に形成されているかを検査する半導体検査装置に有
効な技術である。半導体検査装置は半導体ウェハ上に形
成されたパターンを複数観察することがあり、この複数
の観察点の移動にイメージシフトが用いられる。即ち半
導体検査装置では、光軸直下以外の個所で検査を行うこ
とが多い。本発明の二次電子検出効率の観点から見れ
ば、このような条件下にある半導体検査装置は、本発明
の適用によって優れた効果を得ることができる。本発明
実施例装置では、観察個所や装置の稼動条件の情報をレ
シピとして上記制御装置に登録しておくことも可能であ
り、このレシピに登録された情報に基づいて試料ステー
ジの移動やイメージシフトによる観察領域設定が行われ
る。

【００２３】さらに、変換電極の手前に多層メッシュ状
のエネルギフィルタ６０を設置した構成では、変換電極
１６と同様に中心開口部を避けることができ、エネルギ
弁別性能が向上する。なお、本実施例装置では、図示し
ない二次電子検出器をエネルギフィルタ６０と対物レン
ズ１０との間に配置することができ、これによってエネ
ルギフィルタ６０のメッシュ電極に衝突し、変換電極１
６に到達しない二次電子を漏れなく捉えることができ
る。

【００２４】更に、リターディング電界がないか、或い
は十分小さい条件では、反射電子のみが対物レンズ１０
の電子ビーム通過孔を通過する。反射電子は加速エネル
ギが高く、試料から放出された際の角度とエネルギに依
存して、変換電極１６への入射位置が決定される。よっ
て、開口フィルタ６２を変換電極１６の手前に設置すれ
ば、選択された反射電子の持つ情報を高感度に捉えるこ
とができる。特にほぼ垂直に反射した反射電子を選択す
ると、高分解能でかつ特定の原子番号を持つ試料を高コ
ントラストに観察することが可能になる。従来のＳＥＭ
ではこの反射電子は一次電子軌道と重なるため検出が困
難であった。

【００２５】また開口フィルタ６２を用いるという手法
以外に、変換電極１６の一部のみから二次電子が放出さ
れるようにしてもほぼ同じ効果を得ることができる。こ
の場合、変換電極１６の任意の一部のみを残して二次電
子発生効率の少ないカーボンなどでコーティングすると
良い。

【００２６】図３は本発明の他の実施例を説明する図で
ある。先の実施例では二次電子２に対する偏向力を発生
するため、僅かに対物レンズ１０の軸外収差が残ってい
る。高分解能観察では本軸外収差が問題になる。本実施
例装置ではこの問題を回避するために、対物レンズ１０
の軸外収差を打ち消すように調整されたウィーンフィル
タ６２を変換電極１６よりも電子源側に配置している。

【００２７】図４は本発明の他の実施例である。この実
施例では、一般的なＳＥＭにある二段の走査偏向器１８
と１９をそのまま流用し、本発明のイメージシフト偏向
器２０と３０を追加した構成としている。すなわち、絞
り１１を通過した一次電子ビーム１は、走査偏向器１８
と１９で試料１３上を二次元走査される。偏向制御電源
４０は、イメージシフト用の上の偏向器２０には移動量
に応じた偏向強度Ｉ_ISと、下の偏向器３０には対物レン
ズ１０内で一次電子ビーム１が直進するように調整され
た偏向強度Ｖ_ISを出力している。

【００２８】この構成によれば、容易に一般的なＳＥＭ
に組み込んでイメージシフト機能を向上し、分解能と寸
法測定精度を向上することができる。

【００２９】次に、イメージシフト偏向器２０および３
０の詳細を図４と図５を用いて説明する。上の偏向器２
０は従来の走査偏向器と同じ構成である。一次電子の通
過する光軸近傍の偏向磁場の均一性を確保するため、走
査コイル２１乃至２４はいわゆるコサイン分布巻きを採
用している。この走査コイルを９０度毎に４個組み合わ
せ、電子ビームの偏向方向と走査コイルの配置角度φの
コサインでコイル電流を調整することにより、任意の方
向への偏向を行う。通常、対向する走査コイル２１と２
３は電流の絶対値が等しく、向きだけが逆なので、結線
を逆にすると一つの電源で両方の走査コイルに電流を流
すことができる。走査コイル２２と２４についても同様
である。

【００３０】一方、下の偏向器３０は八極子静電偏向電
極である。先に述べた対物レンズと試料との狭い隙間に
挿入するため、円盤形状としている。１／８セクタの電
極を組み合わせて八極子静電偏向電極とすることも可能
であるが、組立精度の確保と組立コストの削減のため、
以下のような制作方法を採用する。数mm厚の絶縁性の円
盤に電子ビーム通過孔と通過孔より放射状の絶縁スリッ
トを設ける。電子ビーム通過孔の周囲の正面裏面，電子
ビーム通過孔及び絶縁スリット側面は、導電性物質の蒸
着或いはメッキ等により導電性を施すことにより、八極
子静電偏向電極３１〜３８を実現する。任意の方向へ任
意移動量だけ偏向できるように各電極の電圧は電子ビー
ムの偏向方向と各電極の配置角度θのコサインで電圧を
印加する。角度ずれΔφは上の偏向器２０と下の偏向器
３０の間のレンズ磁場による一次電子ビームの回転角度
に相当する。

【００３１】図６及び図７は対物レンズ１０の主面が対
物レンズ１０の底面より上、即ちビーム通過孔内部に存
在する場合に適する下段のイメージシフト偏向器３０の
構造を示す。対物レンズ１０のビーム通過孔に上から挿
入する図７の実施例では、偏向器３０の絶縁基盤はロー
ト形状とし、先頭部分は８分割され、上述した方法で導
電性を施されている。シールド電極３９は、偏向器３０
の絶縁部分からの帯電影響の防止と対物レンズ磁場の無
い領域への偏向電界の生成を防止している。一方、図８
は対物レンズ１０のビーム通過孔に下から挿入する実施
例である。偏向器３０の絶縁基盤はビーム通過孔周辺が
円筒状になった円盤とし、円筒部分及びこの周辺部分は
８分割され、上述した方法で導電性を施されている。な
お、対物レンズ磁場の分布形状に応じて円筒部分は対物
レンズ１０の方向だけでなく、試料１３側に延長する場
合もある。偏向制御電源４０は通常接地電位を基準に電
圧を印加し、電子ビームの偏向を行うが、基準電位を電
源４９でオフセットすることにより、試料１３の表面電
界を調整することができる。これは、絶縁物試料の観察
において、帯電や表面電位の調整に有効である。また、
レーザ光線を用いた試料の高さ検出手段を備える場合に
も、以下のように本偏向器３０を容易に取り付けること
ができる。すなわち、レーザ発光素子５１がレーザ光線
５２を試料１３に対して斜めに照射すると、試料１３で
反射されてポジションセンサ５３で検出されるレーザ光
線５２の位置は試料１３の高さに応じて変化する。そこ
で、ポジションセンサ５３を用いて反射レーザ光線の位
置変化を測定することにより、試料１３の高さ変化を測
定する。照射及び反射のレーザ光線５２が八極子偏向電
極３０の絶縁スリットを透過するように配置すること
は、八極子偏向電極３０の構造からして容易であること
が分かる。

【００３２】本発明実施例装置によるイメージシフト
は、対物レンズのローレンツ力を考慮し、第１段目の偏
向器で軸外に電子線を偏向し、対物レンズのローレンツ
力による軸ずれを抑制し、且つ試料に電子線が直進する
ように第２の偏向器によって静電偏向を行っているの
で、電子線の偏向角度が大きくなることによる軸外収差
を抑制することができ、分解能を向上させることができ
る。

【００３３】また下磁極開放形の対物レンズの下磁極と
試料との間に第２段目の偏向器に静電偏向器を採用して
いるので、短焦点化を実現する目的のもとに形成された
レンズの焦点を増大することなく上記偏向を行うことが
できる。

【００３４】以上本発明実施例装置によれば、対物レン
ズの焦点を短くすることによる収差低減と、イメージシ
フトの際の偏向角の抑制による軸外収差低減を両立でき
る走査電子顕微鏡の提供が可能になる。

【００３５】図１１は本発明の他の実施例を説明する図
である。図１１はイメージシフトの偏向範囲１０１を模
式的に示したものである。図１に示すようなＳＥＭは図
示しない制御装置を備えており、この制御装置で観察位
置、倍率等の諸設定を行い、それに基づいてＳＥＭの鏡
体を制御する。特に半導体検査を行うＳＥＭは半導体ウ
ェハの表面上の多数点を観察する必要があり、その多数
点の観察条件を予めレシピに設定したり、或いは手動設
定する。

【００３６】ところで本実施例装置ではイメージシフト
偏向器２０，３０の偏向範囲１０１において、複数の高
倍率観察領域１０３を設定することができるが、イメー
ジシフト偏向範囲中心１０２、即ち一次電子ビーム１の
光軸中心では、先に説明したように二次電子２が変換電
極１６の開口を通過する確率が高くなり、試料像に斑が
発生することがあるので、偏向範囲中心１０２に高倍率
観察領域１０３を設定しようとした場合、それを阻止す
るようなシーケンスを備えることが望ましい。例えば低
倍像の中から所望の高倍観察領域を設定するようなシー
ケンスが組まれているＳＥＭの場合、偏向範囲中心１０
２への高倍率観察領域１０３の設定ができないようにし
たり、或いは、設定しようとした場合、一旦試料ステー
ジを移動した上で再設定を行うように警告を発生するよ
うにすると、先の問題を未然に防ぐことができる。ま
た、あらかじめレシピを組んで多点観察を行うＳＥＭの
場合、レシピ設定時に高倍観察領域１０２が偏向範囲中
心に来ないような試料ステージ制御を行うようにするこ
とが望ましく、レシピ設定時にもそのような設定がなさ
れたときは、警告を発生したり、或いはそのような設定
を阻止するように制御することが望ましい。また図１１
に示すようなイメージシフト偏向器の偏向範囲１０１を
模式的に示した図を、図示しない表示装置に表示すれ
ば、オペレータは警告等に頼らずとも偏向範囲中心を外
して、高倍率観察領域設定を行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明実施例装置によれば、イメージシ
フトによる移動量が大きい場合にも分解能および寸法測
定精度が高いＳＥＭを実現できる。特に大面積ウェハか
つ超微細化された半導体素子のプロセスにおいて、高精
度かつ高スループットの検査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】下段のイメージシフト偏向器が静電偏向電極よ
り構成された本発明の走査電子顕微鏡の全体構成図であ
る。

【図２】イメージシフト時の偏向力と偏向力打ち消しの
概念を説明する図である。

【図３】対物レンズの軸外色収差を打ち消すウィーンフ
ィルタを有するＳＥＭの全体構成図である。

【図４】二段走査偏向方式に本発明のイメージシフト偏
向器を追加した走査電子顕微鏡の全体構成図である。

【図５】本発明の上段のイメージシフト偏向器の上面図
である。

【図６】下段のイメージシフト偏向器である八極子静電
偏向電極の上面図である。

【図７】下段のイメージシフト偏向器の第２の実施例の
構造図である。

【図８】下段のイメージシフト偏向器の第３の実施例の
構造図である。

【図９】ＳＥＭで高倍率観察した場合の明るさ斑の問題
点を説明する図である。

【図１０】ＳＥＭでイメージシフトした場合の二次電子
軌道を説明する図である。

【図１１】イメージシフト偏向器の偏向範囲を模式的に
示した図である。

【符号の説明】

１…一次電子ビーム、２…二次信号電子、３…変換電極
で発生した二次電子、４…陰極、５…引出電極、６…引
出電圧、７…電子銃加速電圧、８…陽極、９…コンデン
サレンズ、１０…対物レンズ、１１…絞り、１２…調整
つまみ、１３…試料、１４…試料ステージ、１５…リタ
ーディング電圧、１６…変換電極、１７…シンチレー
タ、１８…上走査偏向器、１９…下走査偏向器、２０…
上イメージシフト偏向器、２１〜２４…走査コイル、３
０…八極子偏向電極、３１〜３８…イメージシフト偏向
電極、３９…シールド電極、４０…偏向制御電源、４９
…偏向制御電源のオフセット電源、５１…レーザ発光素
子、５２…レーザ光線、５３…ポジションセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江角真茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者佐藤貢茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子源と、当該電子源から放出される一次
電子ビームの試料に対する照射位置を移動する二段の偏
向器から構成されるイメージシフト偏向器と、前記一次
電子ビームを収束する対物レンズを有する走査電子顕微
鏡において、前記対物レンズは前記試料に向かってレン
ズギャップが開放され、且つ前記二段の偏向器の内、前
記試料側に配置される偏向器は前記対物レンズの実効的
なレンズ主面で偏向を行うように形成されていることを
特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】請求項１において、前記下段に配置される偏向器は、前記対物レンズが発生
する磁界による前記一次電子線の軸ずれを抑制するよう
な電界を発生することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】請求項１において、前記イメージシフト偏向器は、前記一次電子線を試料上
で走査する走査偏向器を兼ねることを特徴とする走査電
子顕微鏡。
【請求項４】請求項１において、前記静電偏向電極は、八極子偏向器であることを特徴と
する走査電子顕微鏡。
【請求項５】請求項４において、前記八極子偏向器は、絶縁性の基板に前記一次電子ビー
ムの通過開口と、当該通過開口より放射状に切られた絶
縁スリットを有し、前記通過開口の周囲は導電性である
ことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】請求項５において、前記絶縁性の基板は、前記一次電子線の通過開口周囲に
円筒状の導電部を備え、前記対物レンズの一次電子ビー
ム通過口内に挿入されることを特徴とする走査電子顕微
鏡。
【請求項７】請求項４において、前記八極子偏向器は、その一部を前記対物レンズの一次
電子ビーム通過口内に挿入する構造であると共に、前記
八極子偏向器の偏向電界を部分的に遮断するシールド電
極を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】請求項１において、前記試料から発生した二次信号を検出する二次信号検出
器を備え、当該二次信号検出器は、前記試料に対する一
次電子ビームの照射に起因して発生する高加速の電子を
二次電子に変換する二次電子変換電極を含むことを特徴
とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】請求項１において、前記試料に対する一次電子ビームの照射に起因して放出
される電子の衝突によって、二次電子を発生する変換電
極と、当該変換電極から発生する二次電子を前記一次電
子ビームの軸外に偏向して検出する二次電子検出器を備
えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】請求項９において、前記変換電極は、特定の一部に前記電子が衝突した際
に、前記二次電子を発生するように構成されていること
を特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】請求項１において、前記対物レンズの軸
外色収差を抑制するウィーンフィルタを備えたことを特
徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】電子源と、当該電子源から放出される一
次電子ビームの試料に対する照射位置を移動する二段の
偏向器から構成されるイメージシフト偏向器と、前記一
次電子ビームを収束する対物レンズを有する走査電子顕
微鏡において、試料と対物レンズとの間に、前記一次電子ビームに対す
る減速電界を形成する手段を備え、前記対物レンズは前
記試料に向かってレンズギャップが開放され、且つ前記
二段の偏向器の内、前記試料側に配置される偏向器は前
記対物レンズと前記試料との間に配置されていることを
特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】請求項１２において、前記試料に対する一次電子ビームの照射に起因して放出
される電子の衝突によって、二次電子を発生する変換電
極と、当該変換電極から発生する二次電子を前記一次電
子ビームの軸外に偏向して検出する二次電子検出器を備
えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】請求項１３において、前記変換電極と前記試料との間にエネルギを弁別するエ
ネルギフィルタを配置したことを特徴とする走査電子顕
微鏡。
【請求項１５】電子源と、電子源から発生した一次電子
ビームを収束する対物レンズと、前記一次電子ビームを
試料上に走査する走査偏向手段と、前記走査中心を移動
するイメージシフト偏向手段と、一次電子ビームの照射
により試料から発生する二次信号を検出する二次信号検
出器と、レーザ光線による試料の高さ検出手段を含み、
試料の二次元走査像を得る走査電子顕微鏡において、該イメージシフト偏向手段は多極子の静電偏向電極より
構成され、該レーザ光線は該多極子間の絶縁スリット部
を透過することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１６】電子源と、当該電子源から放出される一
次電子ビームの試料に対する照射位置を移動する二段の
偏向器から構成されるイメージシフト偏向器と、前記一
次電子ビームを収束する対物レンズを有する走査電子顕
微鏡において、前記対物レンズは下磁極の開口が上磁極
の開口より大きく形成され、且つ前記二段の偏向器の
内、前記試料側に配置される偏向器が前記対物レンズと
試料との間に配置されていることを特徴とする走査電子
顕微鏡。
【請求項１７】電子源と、当該電子源から放出される一
次電子ビームの試料に対する照射位置を移動する二段の
偏向器から構成されるイメージシフト偏向器と、前記一
次電子ビームを収束する対物レンズを有する走査電子顕
微鏡において、前記イメージシフト偏向器の偏向位置を設定する設定手
段と、当該設定手段によって設定される偏向位置が、前記イメ
ージシフト偏向器の偏向範囲中心を含む特定領域に位置
づけられた際に、その設定を阻止、或いは警告を発生す
る手段を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。