JP2003007238A

JP2003007238A - ビームセパレータおよび反射電子顕微鏡

Info

Publication number: JP2003007238A
Application number: JP2001189820A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Iida; 信雄飯田; Katsushige Tsuno; 勝重津野; Atsushi Matsumoto; 温松本
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】一次ビームと二次ビームの一方のビームを直
進させ、他方のビームを９０°曲げることができるビー
ムセパレータおよび反射電子顕微鏡を実現する。【解決手段】Ｚ方向から上部の２極子２４，２５を通
過してビームセパレータ内に入射した一次電子ビーム
は、重畳場内をほぼ直進し、下部の２極子２６，２７を
通過してビームセパレータから出射する。一方、下部の
２極子２６，２７を通過してビームセパレータ内に入射
した二次電子ビーム（反射電子ビーム）は、一次電子ビ
ームとエネルギーがほぼ等しい場合であっても、ビーム
セパレータ内の重畳場によりほぼ９０°曲げられ、ドー
ナツ状に形成された左側の４極子２８内を通過してビー
ムセパレータから出射するように、ビームセパレータ内
に磁界と電界の重畳場を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体検査装置と
してスループットの向上が大きく期待される反射電子顕
微鏡に用いて最適なビームセパレータおよび反射電子顕
微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、試料上に電子ビー
ムを細く集束すると共に、試料上の所定範囲を電子ビー
ムで走査するようにしている。試料に電子ビームを照射
することによって２次電子が発生するが、この２次電子
を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査と同期
した陰極線管に供給し、試料の走査像を表示するように
している。

【０００３】半導体検査装置のスループットを格段に向
上させるものとして期待されている。これに対して反射
電子顕微鏡は、電子銃から発生した一次電子ビームを被
検査試料の所定の領域に照射し、この照射領域から反射
された電子を結像し像として観察するものであり、この
反射電子顕微鏡には縦型と横型のものが考えられ、それ
ぞれについて図を参照して説明する。図１は縦型の反射
電子顕微鏡の一例を示したもので、電子銃１から発生し
た一次電子ビーム２はプローブフォーミングレンズ群３
に入射し、適宜な径のビームとされる。電子銃の種類と
しては、ＬaＢ６やタングステンフィラメントを使用し
たもの、あるいは、電界放射型電子銃を使用したものな
どいずれのタイプの電子銃を用いても良い。

【０００４】プローブフォーミングレンズ群３を出射し
た一次電子ビーム２は、ビームセパレータ４に入射す
る。一次電子ビーム２は、ビームセパレータ４によって
偏向され、垂直方向に９０°曲げられる。その進路を９
０°曲げられた一次電子ビーム２は、試料６の前面に所
定の径で照射される。なお、一次電子ビーム２は、対物
レンズ５によって試料６の前面に焦点が合わされる。

【０００５】試料６は移動ステージ７の上に載置されて
いるが、試料６には電源８より負の電圧が印加されてお
り、その結果、試料６の前面に焦点を合わされた一次電
子ビームは、試料６の表面に形成された電界により反射
される。反射電子は、試料表面の形状に基づいて形成さ
れている電界についての情報を含んでおり、この反射電
子は対物レンズ５によって上方に取り出される。なお、
ステージ７は駆動機構９によって２次元的に移動可能に
されており、駆動機構９は制御回路１０によって制御さ
れる。

【０００６】対物レンズ５の上方に取り出された反射電
子は、ビームセパレータ４内を直進し、中間レンズ群１
１によって試料の反射電子像が拡大される。試料表面の
形状の情報を含む反射電子は、アパーチャ１２を通って
オメガフィルタ１３に入射する。オメガフィルタ１３で
は、反射電子の内特定のエネルギーの反射電子のみがエ
ネルギー選択スリット１４を透過し、他のエネルギーの
反射電子はスリット１４によってカットされる。

【０００７】この例では反射電子のエネルギーの選択を
オメガフィルタを用いて行ったが、オメガフィルタは必
須の構成要素ではなく、他のフィルタを用いてもよく、
また、場合によってはフィルタを用いずとも良い。

【０００８】オメガフィルタ１３によってエネルギー選
択が行われた反射電子は、投影レンズ群１５に入射す
る。投影レンズ群１５は、エネルギー選択が行われた反
射電子をＣＣＤカメラ１６の受光面上に投影する。この
結果、試料６の反射電子像はＣＣＤカメラ１６によって
撮像される。カメラ１６によって得られた映像信号は、
イメージプロセッサ１７に供給され、像の解析処理が行
われる。なお、１８はイメージプロセッサ１７やステー
ジ７の駆動機構９を制御する制御回路１０を制御するた
めのコンピュータである。

【０００９】上述した図１の装置では、試料６の特定領
域に所定断面積の一次電子ビーム２を照射し、負の電圧
が印加された試料６によって反射された電子に基づく像
を拡大し、更にエネルギー選択を行ってＣＣＤカメラ１
６によってその像を撮像するようにしている。この得ら
れた像により、所定範囲の半導体試料表面の形状等の情
報が同時に得られ、この情報を処理することにより、高
いスループットで半導体試料の検査を行うことができ
る。

【００１０】図２は横型の反射電子顕微鏡を示してお
り、図１の縦型の反射電子顕微鏡と同一ないしは類似の
構成要素には同一番号を付してその詳細な説明は省略す
る。この図２の構成では、電子銃１からの一次電子ビー
ム２は試料６に対して垂直方向から照射され、そのため
一次電子ビーム２はビームセパレータ４を直進して試料
６に照射される。

【００１１】試料６への所定の径を有した一次電子ビー
ム２の照射によって得られた反射電子は、ビームセパレ
ータ４によってその進行方向を９０°曲げられる。９０
°曲げられた反射電子は、投影レンズ１５によってカメ
ラ１６の受光面に照射される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した反射電子顕微
鏡で重要な構成要素の一つとしてビームセパレータ４を
挙げることができる。このビームセパレータの重要な役
割としては、図２の横型反射電子顕微鏡では、一次電子
ビームに影響を及ぼさないようにして、反射電子を２次
側のビームとして曲げ、像形成を行えるようにすること
である。また、図１の縦型反射電子顕微鏡では、反射電
子に影響を及ぼさないようにして、一次電子ビームを曲
げ、試料に照射することである。

【００１３】従来、この種のビームセパレータとして
は、ウィーンフィルタが多く用いられている。しかしな
がら、ウィーンフィルタは、電極と磁極とが同一平面に
位置しているため、像形成のための反射電子を９０°方
向に曲げられない点や、電極形状を独立に決められない
欠点を有している。反射電子顕微鏡では、一次ビームの
照射系と二次ビームの結像系とが９０°の関係で結合さ
れていることが装置製作上有利な点が多い。例えば、投
影側のワーキングデスタンスを短くできるため、像の倍
率の設定に自由度が出るとか、収差を小さくできる等で
ある。

【００１４】また、先願の発明（特願平８−８３８５３
号）では、荷電粒子ビームの光軸に沿って、電界を発生
する第１の一対の電極と、磁界を発生する一対の磁極
と、電界を発生する第２の一対の電極とを配置し、電界
と磁界の強さを荷電粒子ビームが直進する条件に設定
し、二次ビームを曲げて一次ビームと二次ビームとをセ
パレートするようにしている。しかしながら、この先願
の発明では、二次ビームを９０°曲げられず二次ビーム
は斜め方向にしか取り出せない。

【００１５】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、一次ビームと二次ビームの一方の
ビームを直進させ、他方のビームを９０°曲げることが
できるビームセパレータおよび反射電子顕微鏡を実現す
るにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
ビームセパレータは、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間におい
て、一対の磁極子をその形成される磁界の方向がＹ軸と
なるように配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにし
て２組の第１の電極対をその光軸の方向がＸ軸に沿うよ
うに配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組
の第２の電極対をその光軸の方向がＺ軸に沿うように配
置したビームセパレータであって、一方の第１の電極対
から入射した一次電子ビームがビームセパレータ内の磁
界と電界の重畳場内をほぼ直進して、他方の第１の電極
対から出射し、他方の第１の電極対から入射した二次電
子ビームがビームセパレータ内の重畳場によってほぼ９
０°曲げられ、第２の電極対の一方から出射するよう
に、磁界の向きと強さ、電界の向きと強さが調整されて
いることを特徴としている。

【００１７】請求項１の発明では、一対の磁極子が形成
する磁界と、第１の電極対と第２の電極対とが形成する
電界との重畳場により、エネルギーがほぼ等しい２種の
電子ビームの一方の一次電子ビームを直進させ、他方の
二次電子ビームをほぼ９０°曲げる。

【００１８】請求項２の発明に基づくビームセパレータ
は、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間において、一対の磁極子を
その形成される磁界の方向がＹ軸となるように配置し、
Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の第１の電極
対をその光軸の方向がＸ軸に沿うように配置し、Ｘ−Ｚ
平面に磁極子を挟むようにして２組の第２の電極対をそ
の光軸の方向がＺ軸に沿うように配置したビームセパレ
ータであって、一方の第２の電極対から入射した一次電
子ビームがビームセパレータ内の磁界と電界の重畳場内
でほぼ９０°曲げられ、他方の第１の電極対から出射
し、他方の第１の電極対から入射した二次電子ビームが
ビームセパレータ内の重畳場内をほぼ直進し、第１の電
極対の一方から出射するように、磁界の向きと強さ、電
界の向きと強さが調整されていることを特徴としてい
る。

【００１９】請求項２の発明では、一対の磁極子が形成
する磁界と、第１の電極対と第２の電極対とが形成する
電界との重畳場により、エネルギーがほぼ等しい２種の
電子ビームの一方の一次電子ビームを９０°曲げ、他方
の二次電子ビームをほぼ直進させる。

【００２０】請求項３の発明では、請求項１又は２記載
のビームセパレータにおいて、第１の電極対として４極
子あるいは４の整数倍の数の電極子を用いた。請求項４
の発明では、請求項１又は２記載のビームセパレータに
おいて、第２の電極対として２極子あるいは２の整数倍
の数の電極子を用いた。

【００２１】請求項５の発明では、請求項４記載のビー
ムセパレータにおいて、第２の電極対は２極子あるいは
２の整数倍の数の電極子であり、当該第２の電極対が２
段以上設けられていることを特徴としている。

【００２２】請求項６の発明では、請求項１又は２記載
のビームセパレータにおいて、一対の磁極子の光軸に面
する端面が球状に形成されていることを特徴としてい
る。請求項７の発明に基づく反射電子顕微鏡は、電子銃
と、電子銃からの一次電子ビームが入射するビームセパ
レータと、ビームセパレータを通過した一次電子ビーム
を集束するための対物レンズと、試料に負の電圧を印加
するための電源と、試料表面で反射された反射電子ビー
ムをビームセパレータに入射させ、ビームセパレータを
出射した反射電子ビームに基づいて反射電子像を形成す
るための手段とを備えており、ビームセパレータは、Ｘ
−Ｙ−Ｚの三次元空間において、一対の磁極子をその形
成される磁界の方向がＹ軸となるように配置し、Ｘ−Ｚ
平面に磁極子を挟むようにして２組の第１の電極対をそ
の光軸の方向がＸ軸に沿うように配置し、Ｘ−Ｚ平面に
磁極子を挟むようにして２組の第２の電極対をその光軸
の方向がＺ軸に沿うように配置されており、各電極対に
よって形成される電界と一対の磁極子によって形成され
る磁界の向きと強さは、一次電子ビームがビームセパレ
ータ内を直進し、反射電子ビームがビームセパレータ内
でほぼ９０°曲げられるように設定されたことを特徴と
している。

【００２３】請求項７の発明では、一次電子ビームをビ
ームセパレータ内を直進させて試料に照射し、試料から
の反射電子ビームをビームセパレータで９０°曲げ、セ
パレータから出射した反射電子ビームに基づいて反射電
子像を取得する。

【００２４】請求項８の発明に基づく反射電子顕微鏡
は、電子銃と、電子銃からの一次電子ビームが入射する
ビームセパレータと、ビームセパレータを通過した一次
電子ビームを集束するための対物レンズと、試料に負の
電圧を印加するための電源と、試料表面で反射された反
射電子ビームをビームセパレータに入射させ、ビームセ
パレータを出射した反射電子ビームに基づいて反射電子
像を形成するための手段とを備えており、ビームセパレ
ータは、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間において、一対の磁極
子をその形成される磁界の方向がＹ軸となるように配置
し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の第１の
電極対をその光軸の方向がＸ軸に沿うように配置し、Ｘ
−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の第２の電極対
をその光軸の方向がＺ軸に沿うように配置されており、
各電極対によって形成される電界と一対の磁極子によっ
て形成される磁界の向きと強さは、一次電子ビームがビ
ームセパレータ内でほぼ９０°曲げられ、反射電子ビー
ムがビームセパレータ内を直進するように設定されたこ
とを特徴としている。

【００２５】請求項８の発明では、一次電子ビームをビ
ームセパレータ内でほぼ９０°曲げて試料に照射し、試
料からの反射電子ビームをビームセパレータ内を直進さ
せ、セパレータから出射した反射電子ビームに基づいて
反射電子像を取得する。

【００２６】

【発明の実施の形態】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３は、本発明に基づくビ
ームセパレータの概念図であり、図２に示した横型の反
射電子顕微鏡に用いられる構造を有している。図中２１
は一対の磁極子であり、コイル２２，２３に所望の電流
＋Ｉ、−Ｉを流すことにより、所望の磁界が形成され
る。この磁界は、Ｙ軸（紙面に垂直方向）に形成される
が、図では一対の磁極子（磁極片）２１aのみ図示され
ており、他方の磁極子２１bは示されていない。

【００２７】Ｘ−Ｚ平面において、この磁極子２１を挟
むようにして、磁極子２１の上部には、第１と第２の２
極子２４，２５が配置され、また、磁極子２１の下部に
は、第１と第２の２極子２６，２７が配置されている。
それぞれの２極子２４，２５、２６，２７には、図に示
すように、所望の電圧＋Ｖ２、−Ｖ２が印加されるが、
各２極子の光軸はＺ軸（一次電子ビーム２の光軸）に一
致されている。なお、２極子は２段構成とされている。

【００２８】Ｘ−Ｚ平面において、この磁極子２１を挟
むようにして、左側に４極子２８が、右側には４極子２
９が配置される。それぞれの４極子２８，２９はリング
状に形成されており、各電極には、図に示すように、所
望の電圧＋Ｖ１、−Ｖ１が印加されるが、各４極子の光
軸はＺ軸と垂直なＸ軸（ビームセパレータによって９０
°曲げられたビームの光軸）に一致されている。

【００２９】ビームセパレータによって曲げられた反射
電子は、静電型のフォーカスレンズ３０によって収束さ
れ、投影レンズ群１５に向けられる。フォーカスレンズ
の真ん中の電極３０bは接地電位とされ、入射側の電極
３０aには電圧＋Ｖ３が印加され、出射側の電極３０cに
は電圧ーＶ４が印加される。投影レンズ群１５を構成す
る各コイル１５a、１５b、１５cにはそれぞれ電流Ｉ2,
Ｉ3,Ｉ4が流されている。

【００３０】図４〜図６は、図３に示したビームセパレ
ータの概念図をより詳細に示したもので、図４は上面
図、図５は正面図、図６は側面図である。これらの図か
ら明らかなように、一次電子ビーム２の照射によって試
料から反射された２次の反射電子ビームと平行に配置さ
れている磁極対の形状が、箱形ではなく、端面が球状に
えぐられている。このような工夫を施した理由は、ビー
ムの収束を磁極の端部近傍でも取りやすくするためであ
る。

【００３１】さて、上記した磁極子２１による磁界の強
さ、２極子２４〜２７に印加する電圧の値Ｖ1、４極子
２８，２９に印加する電圧の値Ｖ2を適宜選択すること
により、ビームセパレータ内には磁界と電界の重畳場が
形成される。ここで、Ｚ方向から上部の２極子２４，２
５を通過してビームセパレータ内に入射した一次電子ビ
ームは、重畳場内をほぼ直進し、下部の２極子２６，２
７を通過してビームセパレータから出射する。

【００３２】一方、下部の２極子２６，２７を通過して
ビームセパレータ内に入射した二次電子ビーム（反射電
子ビーム）は、一次電子ビームとエネルギーがほぼ等し
い場合であっても、ビームセパレータ内の重畳場により
ほぼ９０°曲げられ、ドーナツ状に形成された左側の４
極子２８内を通過してビームセパレータから出射する。

【００３３】この一次電子ビームがビームセパレータ内
で直進し、二次電子ビームが９０°曲げられる理由は、
ビームの進行方向に対しての磁界と電界の向きによる。
また、一次電子ビームを直進させ、二次電子ビームを９
０°曲げるためには、磁界の強さと電界の強さの調整が
必要となる。

【００３４】図３および図４〜図６に示したビームセパ
レータを構成する磁極子（磁極片）、２極子、４極子の
位置関係と、このビームセパレータによる一次ビームと
二次ビームのセパレーションの状態を図７と図８のシミ
ュレーション図に示す。この図７と図８のシミュレーシ
ョン図は、横型の反射電子顕微鏡に適用した場合であ
り、図７はＺ−Ｘ平面における状態、図８はＸ−Ｙ平面
における状態である。これらの図において、ビームセパ
レータ領域を囲むようにして、シールド板３２が配置さ
れている。

【００３５】このシミュレーション図において、一次の
電子ビーム２と試料からの二次の反射電子ビームＲは、
ビームセパレータ内でほぼ９０°異なる方向の軌道を有
している。また、図７のＺ−Ｘ平面、図８のＸ−Ｙ平面
のいずれにおいても、各ビームのフォーカスが取れてい
る。

【００３６】ここで再度図７，図８を用いてビームセパ
レータを構成する各要素の配置とそれらの動作について
述べる。一次電子ビーム２の光軸をＺ方向とすると、そ
れに対して水平方向および垂直方向に設けた電極対（２
極子および４極子）が存在する。この水平方向（Ｘ軸方
向）に設けられた電極対が４極子２８，２９であり、垂
直方向（Ｚ軸方向）に設けられた電極対が２極子２４，
２６である。更に、Ｘ軸方向に対称に磁極対２１a、２
１bが設けられている。

【００３７】これらの構成要素は、ビームの出入り穴を
除いてシールド板で囲まれている。また、電極対（２極
子および４極子）は、それぞれ円筒形を分割したドーナ
ツ状の形状とされている。

【００３８】さて、上記したビームセパレータの構造
は、先願の発明（特願平８−８３８５３号）の構造に比
べて、横の両側に４極子を配置している点と、反射電子
の検出側にフォーカス用のレンズを設けている点で異な
る。このような新規な構成とすることにより、先願の発
明では二次ビームを斜め方向にして曲げられないもの
が、９０°方向に曲げることが可能となる。

【００３９】上記した本発明の実施の形態において、セ
パレートされたビームの収差の影響を確認するために、
光軸に平行に丸くビームを入射させた場合のビームセパ
レータからの出射ビームの形状のシミュレーション結果
を図９に示す。この図９から明らかなように、ビームセ
パレータを通過した一次電子ビーム２の断面形状Ｆ2は
ほとんど変形しないことが分かる。また、二次反射電子
ビームＲとしてフォーカスレンズを出射後のビーム形状
Ｆrもほぼ丸に近く、歪みの少ない像形成が可能である
ことが理解できる。

【００４０】以上の本発明の実施の形態の説明は、ビー
ムセパレータを図２の横型の反射電子顕微鏡に適用した
場合を例にして行ったが、本発明のビームセパレータ
は、図１に示すような縦型の反射電子顕微鏡にも適用が
可能である。図１０に図７から一次電子ビーム側と反射
電子側とを入れ替えた場合のビームセパレーションのシ
ミュレーション図を示す。

【００４１】この場合、前記したように、磁極子２１に
よる磁界の強さ、２極子２４〜２７に印加する電圧の値
Ｖ1、４極子２８，２９に印加する電圧の値Ｖ2を適宜選
択することにより、ビームセパレータ内には磁界と電界
の重畳場が形成される。ここで、Ｘ方向から左側の４極
子２８を通過してビームセパレータ内に入射した一次電
子ビームは、重畳場内でほぼ９０°曲げられ、下部の２
極子２６，２７を通過してビームセパレータから出射す
る。

【００４２】一方、下部の２極子２６，２７を通過して
ビームセパレータ内に入射した二次電子ビーム（反射電
子ビーム）は、一次電子ビームとエネルギーがほぼ等し
い場合であっても、ビームセパレータ内の重畳場内をほ
ぼ直進し、上部の２極子２４，２５を通過してビームセ
パレータから出射する。

【００４３】この一次電子ビームがビームセパレータ内
で９０°曲げられ、二次電子ビームがほぼ直進する理由
は、ビームの進行方向に対しての磁界と電界の向きによ
る。また、一次電子ビームを９０°曲げ、二次電子ビー
ムを直進させるためには、磁界の強さと電界の強さの調
整が必要となる。

【００４４】この図１０のシミュレーション図から明ら
かなように、一次電子ビームと反射電子ビームＲとは確
実に分離され、本発明に基づくビームセパレータが縦型
の反射電子顕微鏡にも使用可能であることが証明され
る。なお、この図１１のケースでは、二次側の反射電子
ビームはビームセパレータ内を直進し、一次電子ビーム
２が９０°曲げられる。この反射電子ビームが直進する
ことにより、反射電子に基づく像形成の際に収差が少な
くなり、低収差像の形成には縦型の反射電子顕微鏡が有
利であるといえる。

【００４５】なお、一次電子ビームを９０°曲げ、二次
反射電子ビームＲを直進させる条件は、図５に示した横
型の構成要素の配置に対して、次の３つの動作が必要と
なる。まず第１にフォーカスレンズの電圧を遮断するこ
とである。第２に磁極の磁場の向きを反転させることで
ある。第３に４極子と２極子の電圧比を変化させること
である。しかしながら、これらの全ては電気的な調整の
みで可能であり、機械的な変更は一切必要とならない。

【００４６】以上本発明の実施の形態を説明したが、各
シミュレーションにおいて、一次電子ビーム２と二次反
射電子ビームのエネルギーは両者共に３keVであり、各
電極へ印加される電圧は４から５kV程度を用いた。ま
た、本発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、
ビームセパレータにおける各ビームの収差をより小さく
するために、電極対を２極子や４極子以外に、それらの
整数倍である６極子や８極子などを用いることができ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、一対の磁極子が形成する磁界と、第１の電極対と第
２の電極対とが形成する電界との重畳場により、エネル
ギーがほぼ等しい２種の電子ビームの一方の一次電子ビ
ームを直進させ、他方の二次電子ビームをほぼ９０°曲
げるように構成した。その結果、二次電子ビームの収差
を著しく小さくすることができると共に、各種電極形状
を独立に決定することができる効果を有する。

【００４８】請求項２の発明では、一対の磁極子が形成
する磁界と、第１の電極対と第２の電極対とが形成する
電界との重畳場により、エネルギーがほぼ等しい２種の
電子ビームの一方の一次電子ビームを９０°曲げ、他方
の二次電子ビームをほぼ直進させるように構成した。そ
の結果、一次電子ビームと二次電子ビームの収差を共に
著しく小さくすることができると共に、各種電極形状を
独立に決定することができる効果を有する。

【００４９】請求項３の発明では、請求項１〜２記載の
ビームセパレータにおいて、第１の電極対として４極子
あるいは４の整数倍の数の電極子を用いたので請求項１
および２と同様の効果が達成できる。

【００５０】請求項４の発明では、請求項１〜２記載の
ビームセパレータにおいて、第２の電極対として２極子
あるいは２の整数倍の数の電極子を用いたので請求項１
および２と同様の効果が達成できる。

【００５１】請求項５の発明では、請求項４記載のビー
ムセパレータにおいて、第２の電極対は２極子あるいは
２の整数倍の数の電極子であり、当該第２の電極対が２
段以上設けられていることを特徴としており、請求項４
と同様の効果が達成される。

【００５２】請求項６の発明では、請求項１〜２記載の
ビームセパレータにおいて、一対の磁極子の光軸に面す
る端面が球状に形成されていることを特徴としており、
請求項１および２の発明と同様の効果が達成される。

【００５３】請求項７の発明では、一次電子ビームをビ
ームセパレータ内を直進させて試料に照射し、試料から
の反射電子ビームをビームセパレータで９０°曲げ、セ
パレータから出射した反射電子ビームに基づいて反射電
子像を取得するように構成したので、反射電子像の収差
による影響を著しく低減することができる。また、反射
電子像の結像系の構成を一次電子ビームの照射系に対し
て９０°の関係で結合させることができるため、装置製
作が容易となる。

【００５４】請求項８の発明では、一次電子ビームをビ
ームセパレータ内でほぼ９０°曲げて試料に照射し、試
料からの反射電子ビームをビームセパレータ内を直進さ
せ、セパレータから出射した反射電子ビームに基づいて
反射電子像を取得するように構成したので、反射電子像
の収差による影響を著しく低減することができる。ま
た、反射電子像の結像系の構成を一次電子ビームの照射
系に対して９０°の関係で結合させることができるた
め、装置製作が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】縦型の反射電子顕微鏡の一例を示す図である。

【図２】横型の反射電子顕微鏡の一例を示す図である。

【図３】本発明に基づくビームセパレータの概念図であ
る。

【図４】本発明に基づくビームセパレータの上面図であ
る。

【図５】本発明に基づくビームセパレータの正面図であ
る。

【図６】本発明に基づくビームセパレータの側面図であ
る。

【図７】本発明に基づくビームセパレータによる一次ビ
ームと二次ビームの分離の状態のシミュレーション図で
ある。

【図８】本発明に基づくビームセパレータによる一次ビ
ームと二次ビームの分離の状態のシミュレーション図で
ある。

【図９】本発明に基づくビームセパレータを通過したビ
ームの形状のシミュレーション図である。

【図１０】本発明に基づくビームセパレータを縦型の反
射電子顕微鏡に適用した場合の一次ビームと二次ビーム
の分離の状態のシミュレーション図である。

【符号の説明】

２１磁極子２４，２５，２６，２７２極子２８，２９４極子３０フォーカスレンズ

フロントページの続き (72)発明者松本温東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号日本電子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間において、一対
の磁極子をその形成される磁界の方向がＹ軸となるよう
に配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の
第１の電極対をその光軸の方向がＸ軸に沿うように配置
し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の第２の
電極対をその光軸の方向がＺ軸に沿うように配置したビ
ームセパレータであって、一方の第１の電極対から入射
した一次電子ビームがビームセパレータ内の磁界と電界
の重畳場内をほぼ直進して、他方の第１の電極対から出
射し、他方の第１の電極対から入射した二次電子ビーム
がビームセパレータ内の重畳場によってほぼ９０°曲げ
られ、第２の電極対の一方から出射するように、磁界の
向きと強さ、電界の向きと強さが調整されていることを
特徴とするビームセパレータ。
【請求項２】Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間において、一対
の磁極子をその形成される磁界の方向がＹ軸となるよう
に配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の
第１の電極対をその光軸の方向がＸ軸に沿うように配置
し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組の第２の
電極対をその光軸の方向がＺ軸に沿うように配置したビ
ームセパレータであって、一方の第２の電極対から入射
した一次電子ビームがビームセパレータ内の磁界と電界
の重畳場内でほぼ９０°曲げられ、他方の第１の電極対
から出射し、他方の第１の電極対から入射した二次電子
ビームがビームセパレータ内の重畳場内をほぼ直進し、
第１の電極対の一方から出射するように、磁界の向きと
強さ、電界の向きと強さが調整されていることを特徴と
するビームセパレータ。
【請求項３】第１の電極対は４極子あるいは４の整数
倍の数の電極子である請求項１又は２記載のビームセパ
レータ。
【請求項４】第２の電極対は２極子あるいは２の整数
倍の数の電極子である請求項１又は２記載のビームセパ
レータ。
【請求項５】第２の電極対は２極子あるいは２の整数
倍の数の電極子であり、当該第２の電極対が２段以上設
けられている請求項４記載のビームセパレータ。
【請求項６】一対の磁極子の光軸に面する端面が球状
に形成されている請求項１又は２記載のビームセパレー
タ。
【請求項７】電子銃と、電子銃からの一次電子ビーム
が入射するビームセパレータと、ビームセパレータを通
過した一次電子ビームを集束するための対物レンズと、
試料に負の電圧を印加するための電源と、試料表面で反
射された反射電子ビームをビームセパレータに入射さ
せ、ビームセパレータを出射した反射電子ビームに基づ
いて反射電子像を形成するための手段とを備えており、
ビームセパレータは、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間におい
て、一対の磁極子をその形成される磁界の方向がＹ軸と
なるように配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにし
て２組の第１の電極対をその光軸の方向がＸ軸に沿うよ
うに配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組
の第２の電極対をその光軸の方向がＺ軸に沿うように配
置されており、各電極対によって形成される電界と一対
の磁極子によって形成される磁界の向きと強さは、一次
電子ビームがビームセパレータ内を直進し、反射電子ビ
ームがビームセパレータ内でほぼ９０°曲げられるよう
に設定された反射電子顕微鏡。
【請求項８】電子銃と、電子銃からの一次電子ビーム
が入射するビームセパレータと、ビームセパレータを通
過した一次電子ビームを集束するための対物レンズと、
試料に負の電圧を印加するための電源と、試料表面で反
射された反射電子ビームをビームセパレータに入射さ
せ、ビームセパレータを出射した反射電子ビームに基づ
いて反射電子像を形成するための手段とを備えており、
ビームセパレータは、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元空間におい
て、一対の磁極子をその形成される磁界の方向がＹ軸と
なるように配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにし
て２組の第１の電極対をその光軸の方向がＸ軸に沿うよ
うに配置し、Ｘ−Ｚ平面に磁極子を挟むようにして２組
の第２の電極対をその光軸の方向がＺ軸に沿うように配
置されており、各電極対によって形成される電界と一対
の磁極子によって形成される磁界の向きと強さは、一次
電子ビームがビームセパレータ内でほぼ９０°曲げら
れ、反射電子ビームがビームセパレータ内を直進するよ
うに設定された反射電子顕微鏡。