JP2001319612A - Direct imaging electron microscope - Google Patents

Direct imaging electron microscope

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JP2001319612A
JP2001319612A JP2000136527A JP2000136527A JP2001319612A JP 2001319612 A JP2001319612 A JP 2001319612A JP 2000136527 A JP2000136527 A JP 2000136527A JP 2000136527 A JP2000136527 A JP 2000136527A JP 2001319612 A JP2001319612 A JP 2001319612A
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Japan
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sample
electron microscope
lens
objective lens
yoke
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Japanese (ja)
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Katsushige Tsuno
野 勝 重 津
Nobuo Iida
田 信 雄 飯
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct imaging electron microscope with small aberrations. SOLUTION: This is equipped with an electron gun 21, a condenser lens 22, a beam separator 23, a magnetic-field type objective lens 24, a specimen stage 25 that mounts a specimen 26 thereon, an intermediate lens 27, an energy analyzer 28, a projection lens 29 and a image detector 30; and constructed so that an electrostatic field is superposed with the lens magnetic field of the objective lens 24. The objective lens 24 consists of an upper yoke 31 connected with an upper magnetic pole 32 at the tip, a lower yoke 33 connected with a lower magnetic pole 34 at the tip, a cylindrical body 30 made of an insulating material, a coil 36 and a disk plate 38. The specimen 26 is kept connected to the ground potential and a positive voltage of +9 kV is kept applied to an upper yoke 35 of the objective lens 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、試料に高加速電圧で電
子を照射するように成した直接写像型電子顕微鏡に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct mapping electron microscope which irradiates a sample with electrons at a high accelerating voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンウエハの如き半導体ウエハ等の
上に形成されたパターンの欠陥や異物等を検査する場
合、ウエハ上を光で走査することによりパターンの画像
を取得し、これと、別の視野で取得した同種のパターン
の画像若しくは予め用意していた基準パターンの画像と
比較することによりパターンの欠陥等の有無等を検査し
ている。
2. Description of the Related Art When inspecting a pattern formed on a semiconductor wafer such as a silicon wafer for defects or foreign matters, an image of the pattern is obtained by scanning the wafer with light, and another image is obtained. The presence or absence of a pattern defect or the like is inspected by comparing the image of the same type of pattern acquired in the field of view or the image of the reference pattern prepared in advance.

【0003】しかし、この様に光を使用した光学顕微鏡
方式の検査装置では、空間分解能が不足しているために
微小な欠陥等については検出出来ない等の問題がある。
[0003] However, such an optical microscope type inspection apparatus using light has a problem that a minute defect cannot be detected due to insufficient spatial resolution.

【0004】そこで、近年、走査型電子顕微鏡を用いた
検査装置が開発された。該検査装置は、ウエハ上を電子
ビームで走査することにより検出された二次電子信号等
に基づくパターンの画像を取得し、これと、別の視野で
取得した同種のパターンの画像若しくは予め用意してい
た基準パターンの画像と比較することによりパターンの
欠陥等の有無等を検査するものである。この様な走査型
顕微鏡を用いた検査装置は、説明するまでもなく、電子
を使用していることから空間分解能は前記光学顕微鏡方
式の検査装置より遥かに高い。
[0004] In recent years, an inspection apparatus using a scanning electron microscope has been developed. The inspection apparatus acquires an image of a pattern based on a secondary electron signal or the like detected by scanning the wafer with an electron beam, and prepares an image of the same type of pattern acquired in a different field of view or a previously prepared image. The presence or absence of a pattern defect is inspected by comparing the image with the reference pattern image. Needless to say, the inspection apparatus using such a scanning microscope uses electrons, so that the spatial resolution is much higher than that of the optical microscope inspection apparatus.

【0005】しかし、この様な走査型顕微鏡を用いた検
査装置においては実用的な検査速度を得るために高速に
パターンの画像を取得する必要があり、且つ、その画像
のS/N比は十分高いものでなければならないので、通
常の走査型電子顕微鏡に比べて100倍(10nA)以
上の大きなビーム電流が用いられている。しかし、電子
ビームを点状に絞り、該点状の電子ビームで試料上を二
次元的に走査しているので、高速化には自ずと限界があ
る。
However, in such an inspection apparatus using a scanning microscope, it is necessary to obtain a pattern image at a high speed in order to obtain a practical inspection speed, and the S / N ratio of the image is sufficient. Since it must be high, a large beam current of 100 times (10 nA) or more compared to a normal scanning electron microscope is used. However, since the electron beam is narrowed down to a point and the sample is two-dimensionally scanned on the sample by the point-like electron beam, there is a natural limitation in increasing the speed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】最近、電子ビームを使
用するが高速に画像が得られる低加速反射電子顕微鏡
(LEEM:Low Energy Electron reflection Microsc
ope)が開発されている。この様な装置においては、例
えば、図1に示す様に、電子銃1からの一次電子ビーム
は、10KV程度で加速され、照射系レンズ2によって
集束され、更にセパレータ3によって大きく偏向され、
電極5,6を通って試料4に向けて垂直に入射する。こ
こで、試料4及び電極5,6には電源7からそれぞれ所
定の電圧が印加されており、これによってエミッション
レンズ8が形成され、このエミッションレンズ8によっ
て一次電子ビームは減速され、100Vより低い加速電
圧で試料4に入射する。尚、照射レンズ系2には試料4
の所望の領域を一次電子ビームで走査するための偏向コ
イルを含むことを可とする。該一次電子ビームの入射に
よって試料4から発生した反射電子は前記エミッション
レンズ8によって加速され、セパレータ3を直進してウ
ィーンフィルタ9に入射し、ここでエネルギーの分離が
行われ、所定のエネルギーを有する反射電子のみが選別
される。該選別された反射電子は該ウィーンフィルタ9
を直進し、その反射電子に基づく像は結像レンズ系10
により所定の大きさに拡大されてスクリーン11に結像
され、所定のエネルギーを有する反射電子による像が得
られる。
Recently, a Low Energy Electron Reflection Microscope (LEEM) using an electron beam but capable of obtaining an image at a high speed has been developed.
ope) has been developed. In such an apparatus, for example, as shown in FIG. 1, the primary electron beam from the electron gun 1 is accelerated at about 10 KV, focused by the irradiation system lens 2, further largely deflected by the separator 3,
The light is vertically incident on the sample 4 through the electrodes 5 and 6. Here, a predetermined voltage is applied to the sample 4 and the electrodes 5 and 6 from the power source 7, thereby forming an emission lens 8 by which the primary electron beam is decelerated and accelerated below 100 V. The light enters the sample 4 at a voltage. The irradiation lens system 2 has a sample 4
Deflecting coil for scanning the desired area of the target with the primary electron beam. The reflected electrons generated from the sample 4 by the incidence of the primary electron beam are accelerated by the emission lens 8, go straight through the separator 3 and enter the Wien filter 9, where the energy is separated and has a predetermined energy. Only backscattered electrons are sorted out. The selected reflected electrons are transmitted to the Wien filter 9.
And the image based on the reflected electrons is formed by the imaging lens system 10.
Thus, an image is formed on the screen 11 after being enlarged to a predetermined size, and an image is obtained by reflected electrons having a predetermined energy.

【0007】さて、この様な低加速反射電子顕微鏡をパ
ターン検査装置として使用し、シリコンウエハ上に形成
されたパターンの欠陥等を検査した場合、シリコンウエ
ハに入射される電子ビームの加速電圧が100Vより小
さい電圧のために、電子はシリコンウエハの如き被検査
試料の中に深く潜り込むことがないので、被検査試料の
表面近傍(試料表面の数原子層)で反射し弾性散乱した
電子に基づく観察になってしまう。その為、低加速反射
電子顕微鏡を使用したパターン検査装置は、被検査試料
の表面の圧力が高い場合には試料周囲のガスと電子ビー
ムの相互作用により形成された生成物の影響を受けてし
まう。この様な影響を受けないようにするには被検査試
料を超高真空下に置かねばならず、その為に、観察が技
術的に難しいと共に、コストが可成りかかり、更に、観
察する試料が限られてしまう。
When such a low-acceleration reflection electron microscope is used as a pattern inspection apparatus to inspect a defect or the like of a pattern formed on a silicon wafer, the acceleration voltage of the electron beam incident on the silicon wafer is 100V. Because of the smaller voltage, the electrons do not go deeply into the sample to be inspected such as a silicon wafer. Therefore, the observation based on the electrons reflected and elastically scattered near the surface of the sample to be inspected (several atomic layers on the sample surface) Become. For this reason, the pattern inspection apparatus using the low-acceleration reflection electron microscope is affected by products formed by the interaction between the gas around the sample and the electron beam when the pressure on the surface of the sample to be inspected is high. . In order to avoid such effects, the sample to be inspected must be placed in an ultra-high vacuum, which makes it technically difficult to observe and costs considerably. It will be limited.

【0008】ごく最近、この様な問題を解決するため
に、高加速電圧(100V以上)の電子ビームで試料を
照射し、試料からの反射電子などに基づく画像表示を行
う直接写像型電子顕微鏡が提案されている(特開平11
−273610号)。この様な電子顕微鏡では電子が被
検査試料の中に深く潜り込むので、被検査試料を超高真
空に置く必要がなく、その為に、低真空で試料の観察が
出来、観察の為の技術が容易であると共に、安価で、観
察可能な試料が限定されない効果がある。
More recently, in order to solve such a problem, a direct mapping electron microscope which irradiates a sample with an electron beam having a high accelerating voltage (100 V or more) and displays an image based on reflected electrons from the sample has been developed. Has been proposed (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
-273610). In such an electron microscope, the electrons penetrate deeply into the sample to be inspected, so there is no need to place the sample to be inspected in an ultra-high vacuum. The effect is easy, inexpensive, and the number of observable samples is not limited.

【0009】本発明は、この様な直接写像型電子顕微鏡
に関しており、収差の少ない新規な直接写像型電子顕微
鏡を提供することを目的としたものである。
The present invention relates to such a direct-mapping electron microscope, and an object of the present invention is to provide a novel direct-mapping electron microscope having less aberration.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の直接写像型電子
顕微鏡は、電子ビーム発生手段、該電子ビーム発生手段
からの電子ビームを試料に照射させる磁界型対物レン
ズ、試料の前方に配置され、試料に照射される電子ビー
ム発生手段からの電子ビームと試料から発生される電子
を分離するビームセパレータ、試料から発生し該ビーム
セパレータを通過した電子により試料像を形成するレン
ズ系、該レンズ系によって形成された試料像を検出する
像検出器を備えた直接写像型電子顕微鏡において、前記
磁界型対物レンズのレンズ磁場に静電レンズ場を重畳さ
せるようにしたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a direct mapping electron microscope, comprising: an electron beam generating means; a magnetic field type objective lens for irradiating an electron beam from the electron beam generating means onto a sample; A beam separator that separates an electron beam from an electron beam generator that irradiates the sample with electrons generated from the sample, a lens system that forms a sample image by electrons generated from the sample and that has passed through the beam separator, and a lens system. In a direct mapping electron microscope provided with an image detector for detecting a formed sample image, an electrostatic lens field is superimposed on a lens magnetic field of the magnetic field type objective lens.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は、収差が少ないと同時
に、電子ビームの照射により試料がダメージを受けない
ように試料の手前で電子ビームを減速する様に成した直
接写像型電子顕微鏡を実現したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention realizes a direct-mapping electron microscope in which the aberration is reduced and the electron beam is decelerated in front of the sample so that the sample is not damaged by the irradiation of the electron beam. It was done.

【0012】その為に、直接写像型電子顕微鏡の対物レ
ンズに次の様な工夫を施している。
For this purpose, the objective lens of the direct-mapping electron microscope is modified as follows.

【0013】例えば、反射電子を直接写像によって観察
する場合、分解能を制限する因子は対物レンズの色収差
である。今、色収差係数をCc、対物レンズを通過する
電子の加速電圧をEo、対物レンズのスリットを通過す
る電子のエネルギー幅をΔE、対物レンズの開き角をβ
とすると、色収差で決まる空間分解能dcは、dc=C
c(ΔE/Eo)βの式で表される。
For example, when observing the reflected electrons by direct mapping, the factor limiting the resolution is the chromatic aberration of the objective lens. Now, the chromatic aberration coefficient is Cc, the acceleration voltage of electrons passing through the objective lens is Eo, the energy width of electrons passing through the slit of the objective lens is ΔE, and the opening angle of the objective lens is β.
Then, the spatial resolution dc determined by the chromatic aberration is dc = C
c (ΔE / Eo) β.

【0014】今、仮に、加速電圧を1KV、想定する空
間分解能を3nm、エネルギー幅を10Vと仮定した場
合、前記式から、開き角が1ミリラジアンの時に色収差
が0.3mmとなる。この様な小さな色収差を実現する
ためには、通常の磁界型対物レンズでは難しい。尚、前
記加速電圧値、空間分解能値、エネルギー幅値、開き角
値は全て対物レンズにおいて通常使用可能な数値であ
る。
If the acceleration voltage is assumed to be 1 KV, the assumed spatial resolution is assumed to be 3 nm, and the energy width is assumed to be 10 V, from the above equation, the chromatic aberration is 0.3 mm when the opening angle is 1 mrad. In order to realize such small chromatic aberration, it is difficult with a normal magnetic field type objective lens. The acceleration voltage value, the spatial resolution value, the energy width value, and the opening angle value are all values that can be normally used in an objective lens.

【0015】本発明は、磁界型対物レンズのレンズ磁場
に、静電レンズ場を重畳させる手段を設けることによ
り、色収差を小さくしている。
According to the present invention, chromatic aberration is reduced by providing means for superposing an electrostatic lens field on the lens magnetic field of the magnetic field type objective lens.

【0016】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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0017】図2は本発明の直接写像型電子顕微鏡の概
略例を示す。
FIG. 2 shows a schematic example of the direct-mapping electron microscope of the present invention.

【0018】図中21は電子銃、22は磁界型コンデン
サレンズである。23はビームセパレータで、例えば、
電界(E)と磁界(B)とを直交して重畳するE×B或
いはウィーンフィルタビームセレクタが用いられてい
る。このウィーンフィルタセパレータは45°より大き
い偏向角度、図示例では90°で用いられている。
In the figure, reference numeral 21 denotes an electron gun, and 22 denotes a magnetic condenser lens. 23 is a beam separator, for example,
An E × B or Wien filter beam selector that superimposes an electric field (E) and a magnetic field (B) orthogonally is used. The Wien filter separator is used at a deflection angle larger than 45 °, in the illustrated example, 90 °.

【0019】24は対物レンズ、25は試料26を載置
するためのステージ、27は磁界型の中間レンズであ
る。28はエネルギアナライザで、例えば、オメガフィ
ルタが用いられている。その場合、オメガフィルタ等の
二次収差の極めて少ないフィルタが用いられており、T
EMやSEM並の質の良いエネルギフイルタ像が得られ
るようにしている。29は投影レンズ、30は像検出器
で、例えば、CCDカメラが用いられている。
Reference numeral 24 denotes an objective lens, 25 denotes a stage on which a sample 26 is mounted, and 27 denotes a magnetic field type intermediate lens. An energy analyzer 28 uses, for example, an omega filter. In this case, a filter having an extremely small secondary aberration such as an omega filter is used.
An energy filter image as good as EM or SEM can be obtained. 29 is a projection lens, 30 is an image detector, for example, a CCD camera is used.

【0020】尚、前記磁界型の中間レンズ27は前記エ
ネルギアナライザ28の前後の少なくとも一方に配設す
ることも出来る。
It should be noted that the magnetic field type intermediate lens 27 can be disposed at least one of before and after the energy analyzer 28.

【0021】図3は前記図2で示されている対物レンズ
24の一概略を示している。図3において、31は上側
ヨークで、その先端部に上側磁極32が繋がっている。
33は下側ヨークで、その先端部に下側磁極34が繋が
っている。上側ヨーク31と下側ヨーク33の間には絶
縁材料製の円筒体35が配置されており、該円筒体と上
側ヨーク31の間にコイル36が配置されている。
FIG. 3 schematically shows the objective lens 24 shown in FIG. In FIG. 3, an upper yoke 31 is connected to an upper magnetic pole 32 at a tip end thereof.
A lower yoke 33 is connected to a lower magnetic pole 34 at the tip. A cylinder 35 made of an insulating material is arranged between the upper yoke 31 and the lower yoke 33, and a coil 36 is arranged between the cylinder and the upper yoke 31.

【0022】前記下側磁極34の先端には中心部に電子
ビーム通過孔37を有する円板状のプレート38が取り
付けられており、前記上側ヨーク31と該プレート38
の間に電源(図示せず)から電圧が印加されるように成
っている。
A disk-shaped plate 38 having an electron beam passage hole 37 at the center is attached to the tip of the lower magnetic pole 34, and the upper yoke 31 and the plate 38
During this time, a voltage is applied from a power supply (not shown).

【0023】この様な構成の直接写像型電子顕微鏡にお
いて、例えば、試料26をアースに落としておき、電子
銃21の電子放出部に加速電源(図示せず)からマイナ
スの1KVを印加する。
In the direct-mapping electron microscope having such a configuration, for example, the sample 26 is grounded, and a negative power of 1 KV is applied to the electron emission portion of the electron gun 21 from an acceleration power supply (not shown).

【0024】そして、対物レンズ24の上側ヨーク31
と下側磁極24に繋がったプレート38との間に電源
(図示せず)からプラス9KVを印加する(尚、下側磁
極34に接続されたプレート38をアースに落としてお
き、上側ヨーク31にプラス9KVを印加する)。尚、
前記コンデンサレンズ22,ビームセパレータ23及び
磁界型中間レンズ27にアースに対しプラス9KVを印
加し、前記コンデンサレンズ22,ビームセパレータ2
3及び磁界型中間レンズ27をアースからプラス9KV
上に浮かしておく。
Then, the upper yoke 31 of the objective lens 24
A voltage of +9 KV is applied from a power source (not shown) to the upper yoke 31 while the plate 38 connected to the lower magnetic pole 34 is grounded. +9 KV is applied). still,
A voltage of +9 KV is applied to the condenser lens 22, the beam separator 23, and the magnetic field type intermediate lens 27 with respect to the ground.
3 and magnetic field type intermediate lens 27 plus 9 KV from ground
Float on top.

【0025】尚、エネルギアナライザ28,投影レンズ
29及び像検出器3は全てアース電位上に置く。
Incidentally, the energy analyzer 28, the projection lens 29 and the image detector 3 are all placed on the ground potential.

【0026】この様な状態において、電子銃21から発
生された電子は1KVで加速されてコンデンサレンズ2
2に向かう。コンデンサレンズ22に印加されている9
KVにより加速され、10KVの加速エネルギーが与え
られる。即ち、電子銃21からの電子はコンデンサレン
ズ22に入ると10KVの加速エネルギーが与えられ、
ビームセパレータ23に入り、ここで試料26方向に偏
向されて試料26に向かう。更に、該電子は、対物レン
ズ24により集束されてアース電位の試料25に垂直に
照射されるが、この時、該電子は試料25に達するまで
に1KV迄減速される。この様に、電子銃21からの1
KVの加速電圧で加速された電子ビームはコンデンサレ
ンズ22から対物レンズ24の間では10KVの加速エ
ネルギーに保たれ、試料25には1KVに減速されて照
射される。図5は対物レンズ24における電子の加速電
圧Vrと色収差係数Ccの関係を示したもので、対物レ
ンズ24での電子の加速電圧が10KVの時、色収差は
0.3mm前後と極めて小さい値となっている。この様
に、対物レンズ24のレンズ磁場に静電レンズ場を重畳
して形成することにより対物レンズの色収差が極めて小
さくなる。
In such a state, the electrons generated from the electron gun 21 are accelerated at 1 KV and
Head to 2. 9 applied to the condenser lens 22
It is accelerated by KV, and acceleration energy of 10 KV is given. That is, when the electrons from the electron gun 21 enter the condenser lens 22, acceleration energy of 10 KV is given,
The beam enters the beam separator 23, where it is deflected in the direction of the sample 26 and travels toward the sample 26. Further, the electrons are focused by the objective lens 24 and irradiate the sample 25 at the ground potential perpendicularly. At this time, the electrons are decelerated to 1 KV before reaching the sample 25. In this way, the one from the electron gun 21
The electron beam accelerated by the acceleration voltage of KV is maintained at an acceleration energy of 10 KV between the condenser lens 22 and the objective lens 24, and is irradiated to the sample 25 at a reduced speed of 1 KV. FIG. 5 shows the relationship between the electron acceleration voltage Vr in the objective lens 24 and the chromatic aberration coefficient Cc. When the electron acceleration voltage in the objective lens 24 is 10 KV, the chromatic aberration is a very small value of about 0.3 mm. ing. As described above, the chromatic aberration of the objective lens is extremely reduced by forming the electrostatic lens field so as to overlap the lens magnetic field of the objective lens 24.

【0027】該試料に高加速で照射された電子は試料表
面から或る程度内部に潜り込んだ後反射するので、反射
電子が試料26の垂直方向に飛び出すようになる。この
際、反射電子は1KV前後の電圧に対応したエネルギー
を有する。
Electrons irradiated to the sample at a high acceleration enter the interior of the sample to some extent and then reflect, so that the reflected electrons fly out in the vertical direction of the sample 26. At this time, the reflected electrons have energy corresponding to a voltage of about 1 KV.

【0028】該反射電子は対物レンズ24において再び
10KV前後に加速されてビームセパレータ23に向か
う。この際、ビームセパレータ23は10KV前後に加
速された反射電子を直進させるように設定されているの
で、反射電子はビームセパレータ23をそのまま直進し
て中間レンズ27を介してエネルギーアナライザ28に
進入する。この時、反射電子は1KV前後に減速されて
いる。この反射電子のエネルギーは入射電子ビームのエ
ネルギーから0までの広い範囲でブロードに分布してい
る。そこで、このエネルギーアナライザ28において、
広い範囲でブロードに分布している反射電子のエネルギ
ーの内、或る狭い幅のエネルギーが選別され、そのエネ
ルギー幅に対応した電子に基づく像を得ることが出来
る。そして、この像が投影レンズ29によってCCDカ
メラの如き像検出器30に投影されて撮影される。
The reflected electrons are again accelerated to about 10 KV by the objective lens 24 and travel toward the beam separator 23. At this time, since the beam separator 23 is set so that the reflected electrons accelerated to around 10 KV go straight, the reflected electrons go straight through the beam separator 23 and enter the energy analyzer 28 via the intermediate lens 27. At this time, the reflected electrons are decelerated to about 1 KV. The energy of the reflected electrons is broadly distributed over a wide range from the energy of the incident electron beam to zero. Therefore, in this energy analyzer 28,
Among the energies of the reflected electrons distributed over a wide range, the energy of a certain narrow width is selected, and an image based on the electrons corresponding to the energy width can be obtained. Then, this image is projected onto an image detector 30 such as a CCD camera by a projection lens 29 and photographed.

【0029】尚、電磁界重畳型対物レンズとしては図3
のものに限定されない。例えば、図4の如き構造のもの
を使用しても良い。図4において、39はヨークで、そ
の内側の先端部に上側磁極40が繋がっており、その外
側の先端部に下側磁極41が繋がっている。そして、ヨ
ーク39の内側にコイル42が配置されている。又、ヨ
ーク39の内側には該ヨークとの間に空間をおいて円筒
状の電極43が配置されており、この電極に電源(図示
せず)からプラスの9KVが印加されるようになってい
る。
FIG. 3 shows an electromagnetic field superimposed type objective lens.
Is not limited to For example, a structure as shown in FIG. 4 may be used. In FIG. 4, reference numeral 39 denotes a yoke, an upper magnetic pole 40 is connected to an inner end thereof, and a lower magnetic pole 41 is connected to an outer end thereof. The coil 42 is arranged inside the yoke 39. A cylindrical electrode 43 is disposed inside the yoke 39 with a space between the yoke 39 and a positive 9 KV from a power supply (not shown). I have.

【0030】又、前記例ではコンデンサレンズ22,中
間レンズ27,ビームセパレータ23及び対物レンズ2
4の上側ヨーク31或いは円筒状電極43を、アースに
対してプラス9KVの高電位に配置するように成した
が、収差低減の為には対物レンズ24内のレンズ磁場に
重畳させて静電レンズ場を発生させることが必要となる
ので、対物レンズ24の上側ヨーク31或いは筒状電極
43にだけにプラスの高電圧を印加するようにし、他の
ものはアース電位に置くようにしても良い。この様にす
れば、電源の製作及びそのコントロールが楽になる。
In the above example, the condenser lens 22, the intermediate lens 27, the beam separator 23 and the objective lens 2
The upper yoke 31 or the cylindrical electrode 43 of FIG. 4 is arranged at a high potential of +9 KV with respect to the ground. However, in order to reduce aberration, the electrostatic lens is superimposed on the lens magnetic field in the objective lens 24. Since it is necessary to generate a field, a positive high voltage may be applied only to the upper yoke 31 or the cylindrical electrode 43 of the objective lens 24, and the others may be set to the ground potential. In this way, the production and control of the power supply becomes easier.

【0031】又、前記例では試料26をアースに落とす
ようにしたが、若干のマイナス高電位に浮かすようにし
ても良く、その様にすれば、対物レンズ24の電極のア
ースに対する電位が大きくなるので、図5に示す様に、
更に収差の低減が計られる。但し、前記浮かす高電圧値
が大きいと試料ステージ25全体を高電圧に浮かす為の
装置が大がかりになり、操作が厄介になるので、マイナ
ス1KV程度に留めた方が良い。
In the above-described example, the sample 26 is dropped to the ground. However, the sample 26 may be floated to a slightly negative high potential. In such a case, the potential of the electrode of the objective lens 24 with respect to the ground increases. So, as shown in FIG.
Further, the aberration can be reduced. However, if the floating high voltage value is large, a device for floating the entire sample stage 25 to a high voltage becomes large and operation becomes troublesome. Therefore, it is better to keep the value at about -1 KV.

【0032】又、前記例で試料26へ電子ビームを照射
した時に1KV前後のエネルギーを有する反射電子と共
に数Vから数10Vのエネルギーを持つ二次電子も発生
する。そこで、ビームセパレータ23をこの様な二次電
子を直進させるように設定しておけば、前記反射電子は
偏向されてビームセパレータ23の壁に衝突して吸収さ
れるが、前記二次電子は直進して、二次電子像を得るこ
とが出来る。但し、この様に、二次電子像を得ようとす
る場合、二次電子のエネルギーが失われないように、試
料26を数100V程度のマイナスの高電位に浮かして
おくか、或いは、前記投影レンズ29を試料26より高
電位の状態にする。
In the above example, when the sample 26 is irradiated with an electron beam, secondary electrons having an energy of several volts to several tens of volts are generated together with reflected electrons having an energy of about 1 KV. Therefore, if the beam separator 23 is set so that such secondary electrons travel straight, the reflected electrons are deflected and collide with the wall of the beam separator 23 and are absorbed. However, the secondary electrons travel straight. Thus, a secondary electron image can be obtained. However, when a secondary electron image is to be obtained in this way, the sample 26 is floated to a negative high potential of about several hundred volts so that the energy of the secondary electrons is not lost, or The lens 29 is set at a higher potential than the sample 26.

【0033】又、前記図3に示す例では下側磁極の先端
に電子ビーム通過孔37を有するプレート38を取り付
け、このプレートをアースに接続するようにしたが、該
プレートを設けずに、下側磁極34をアースに接続し、
上側ヨーク31にプラスの高電圧を印加するようにして
も良い。
In the example shown in FIG. 3, a plate 38 having an electron beam passage hole 37 is attached to the tip of the lower magnetic pole, and this plate is connected to the ground. Connect the side pole 34 to ground,
A high positive voltage may be applied to the upper yoke 31.

【0034】又、前記対物レンズ24の下側ヨークの先
端部に、中心部に電子ビーム通過孔を有する磁性材料又
は非磁性材料の円盤を取り付ければ、対物レンズ内に発
生している電界が試料に影響を与えることを防止するこ
とが出来る。尚、この円盤が磁性材料の場合、更に対物
レンズで発生している磁界が試料に影響を与えることを
防止することが出来る。
If a disk made of a magnetic material or a non-magnetic material having an electron beam passage hole in the center is attached to the tip of the lower yoke of the objective lens 24, the electric field generated in the objective lens will cause a sample to be generated. Can be prevented. When the disk is made of a magnetic material, it is possible to further prevent the magnetic field generated by the objective lens from affecting the sample.

【0035】又、ビームセパレータ23として、電界,
磁界,電界をこの順序で電子ビーム光軸に沿って形成し
た型のフィルタを用いても良い。
An electric field,
A filter in which a magnetic field and an electric field are formed in this order along the electron beam optical axis may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 低加速反射電子顕微鏡の1概略例を示してい
る。
FIG. 1 shows a schematic example of a low acceleration reflection electron microscope.

【図2】 本発明の直接写像型電子顕微鏡の概略例を示
す。
FIG. 2 shows a schematic example of a direct mapping electron microscope of the present invention.

【図3】 図2で使用されている対物レンズの一概略例
を示している。
FIG. 3 shows a schematic example of an objective lens used in FIG.

【図4】 図2で使用されている対物レンズの他の概略
例を示している。
FIG. 4 shows another schematic example of the objective lens used in FIG.

【図5】 本発明で使用されている対物レンズの色収差
特性を表したものである。
FIG. 5 shows chromatic aberration characteristics of the objective lens used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子銃 2…照射レンズ系 3…セパレータ 4…試料 5,6…電極 7…電源 8…エミッションレンズ 9…ウィーンフィルタ 10…投影レンズ 11…スクリーン 21…スクリーン 22…コンデンサレンズ 23…ビームセパレータ 24…対物レンズ 25…試料ステージ 26…試料 27…中間レンズ 28…エネルギーアナライザ 29…投影レンズ 30…像検出器 31…上側ヨーク 32…上側磁極 33…下側ヨーク 34…下側磁極 35…円筒体 36…コイル 37…電子ビーム通過孔 38…プレート 39…ヨーク 40…上側磁極 41…下側磁極 42…コイル 43…円筒状電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun 2 ... Irradiation lens system 3 ... Separator 4 ... Sample 5, 6 ... Electrode 7 ... Power supply 8 ... Emission lens 9 ... Wien filter 10 ... Projection lens 11 ... Screen 21 ... Screen 22 ... Condenser lens 23 ... Beam separator 24 ... Objective lens 25 ... Sample stage 26 ... Sample 27 ... Intermediate lens 28 ... Energy analyzer 29 ... Projection lens 30 ... Image detector 31 ... Upper yoke 32 ... Upper magnetic pole 33 ... Lower yoke 34 ... Lower magnetic pole 35 ... Cylinder 36 ... Coil 37 ... Electron beam passage hole 38 ... Plate 39 ... Yoke 40 ... Upper magnetic pole 41 ... Lower magnetic pole 42 ... Coil 43 ... Cylindrical electrode

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビーム発生手段、該電子ビーム発生
手段からの電子ビームを試料に照射させる磁界型対物レ
ンズ、試料の前方に配置され、試料に照射される電子ビ
ーム発生手段からの電子ビームと試料から発生される電
子を分離するビームセパレータ、試料から発生し該ビー
ムセパレータを通過した電子により試料像を形成するレ
ンズ系、該レンズ系によって形成された試料像を検出す
る像検出器を備えた直接写像型電子顕微鏡において、前
記磁界型対物レンズのレンズ磁場に静電レンズ場を重畳
させるようにしたことを特徴とする直接写像型電子顕微
鏡。
An electron beam generating means, a magnetic field type objective lens for irradiating the sample with the electron beam from the electron beam generating means, an electron beam from the electron beam generating means disposed in front of the sample and irradiating the sample. A beam separator for separating electrons generated from the sample, a lens system for forming a sample image by electrons generated from the sample and passing through the beam separator, and an image detector for detecting a sample image formed by the lens system. A direct-mapping electron microscope, wherein an electrostatic lens field is superimposed on a lens magnetic field of the magnetic field-type objective lens.
【請求項2】前記磁界型対物レンズの電子ビーム通路上
に電極が配置されており、該電極に試料に対して正の電
圧を印加することにより静電レンズ場を発生させるよう
にしたことを特徴とする請求項1記載の直接写像型電子
顕微鏡。
2. An apparatus according to claim 1, wherein an electrode is arranged on an electron beam path of said magnetic field type objective lens, and an electrostatic lens field is generated by applying a positive voltage to said electrode to a sample. The direct-mapping electron microscope according to claim 1, wherein:
【請求項3】磁界型対物レンズの上側磁極と下側磁極が
絶縁されており、両者の間に電圧を印加することにより
静電レンズ場を発生させるようにしたことを特徴とする
請求項1記載の直接写像型電子顕微鏡。
3. The magnetic field type objective lens according to claim 1, wherein an upper magnetic pole and a lower magnetic pole are insulated, and an electrostatic lens field is generated by applying a voltage between them. Direct mapping electron microscope as described.
【請求項4】 前記試料に照射される電子ビームの加速
電圧が100ボルト以上であることを特徴とする請求項
1記載の直接写像型電子顕微鏡。
4. The direct mapping electron microscope according to claim 1, wherein an acceleration voltage of the electron beam applied to the sample is 100 volts or more.
【請求項5】 前記ビームセパレータは、電界と磁界と
を直交して重畳するE×B、或いは電界と磁界と電界を
この順序で電子ビーム光軸に沿って形成した型のフィル
タ、或いはウィンフィルタビームセパレータであること
を特徴とする請求項1記載の直接写像型電子顕微鏡。
5. The filter according to claim 1, wherein the beam separator is an E × B in which an electric field and a magnetic field are superimposed orthogonally, or a filter or a Win filter in which an electric field, a magnetic field, and an electric field are formed in this order along the optical axis of the electron beam. 2. The direct mapping electron microscope according to claim 1, wherein the electron microscope is a beam separator.
【請求項6】 エネルギアナライザが試料像を形成する
前記レンズ系の間に設けられていることを特徴とする請
求項1記載の直接写像型電子顕微鏡。
6. The direct mapping electron microscope according to claim 1, wherein an energy analyzer is provided between said lens systems forming a sample image.
【請求項7】 前記対物レンズは、先端部が上側磁極を
形成している上側ヨーク、先端部が下側磁極を形成して
いる下側ヨーク、上側ヨークと下側ヨークの間に挿入さ
れた絶縁部材、上側ヨークと絶縁部材との間に配設され
たコイル及び前記下側磁極に取り付けられ、中心部に電
子ビーム通過孔を有するプレートから成り、前記上側ヨ
ークと該プレートの間に電圧が印加されるように成され
ている請求項1記載の直接写像型電子顕微鏡。
7. The objective lens is inserted between an upper yoke having an upper magnetic pole at a distal end, a lower yoke having a lower magnetic pole at a distal end, and an upper yoke and a lower yoke. An insulating member, a coil disposed between the upper yoke and the insulating member, and a plate attached to the lower magnetic pole and having an electron beam passage hole in a center portion, wherein a voltage is applied between the upper yoke and the plate. The direct-mapping electron microscope according to claim 1, wherein the direct-mapping electron microscope is adapted to be applied.
【請求項8】 前記対物レンズは、先端部が上側磁極を
形成している上側ヨーク、先端部が下側磁極を形成して
いる下側ヨーク、上側ヨークと下側ヨークとの間に配設
されたコイル及び前記上側ヨークの内側に該ヨークに対
して空間を有して取り付けられた筒状の電極から成り、
該電極に電圧が印加されるように成されている請求項1
記載の直接写像型電子顕微鏡。
8. The objective lens is provided with an upper yoke having a distal end forming an upper magnetic pole, a lower yoke having a distal end forming a lower magnetic pole, and disposed between the upper yoke and the lower yoke. Consisting of a cylindrical electrode mounted inside the upper yoke with a space with respect to the yoke,
2. The method according to claim 1, wherein a voltage is applied to said electrode.
Direct mapping electron microscope as described.
【請求項9】 試料から発生される電子は反射電子であ
る請求項1記載の直接写像型電子顕微鏡。
9. The direct mapping electron microscope according to claim 1, wherein the electrons generated from the sample are reflected electrons.
【請求項10】 試料から発生される電子は二次電子で
ある請求項1記載の直接写像型電子顕微鏡。
10. The direct mapping electron microscope according to claim 1, wherein the electrons generated from the sample are secondary electrons.
【請求項11】 試料をマイナスの電位にした請求項9
記載の直接写像型電子顕微鏡。
11. The sample according to claim 9, wherein the sample has a negative potential.
Direct mapping electron microscope as described.
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