JP2004247321A - Scanning electron microscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning electron microscope that produces a scanning image of high spacial resolution in low acceleration voltage region. <P>SOLUTION: An acceleration cylinder 9 is placed in the electron beam path of an objective lens 8. The post stage acceleration voltage 10 for a primary electron beam is then applied. A deceleration electric field for the primary electron beam is formed between the acceleration cylinder 9 and the specimen 12 by applying a superimposed voltage 13 to a specimen 12. The secondary signal 23 of secondary electrons or reflected electrons or the like generated from the specimen 12 are attracted into the acceleration cylinder 9 by the electric field (the deceleration electric field ) in front of the specimen and detected by a secondary electron detector placed upper part than the acceleration cylinder 9. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、検査する試料表面に電子ビームを走査することで試料表面の形状あるいは組成等を表す二次元の走査像を得る走査形電子顕微鏡に関し、特に低加速電圧領域で分解能の高い走査像を得るのに好適な走査形電子顕微鏡に関する。   The present invention relates to a scanning electron microscope that obtains a two-dimensional scanning image representing the shape or composition of a sample surface by scanning an electron beam on the surface of a sample to be inspected, and particularly to a scanning electron microscope having a high resolution in a low acceleration voltage region. It relates to a scanning electron microscope suitable for obtaining.
走査形電子顕微鏡は、加熱形又は電界放出形の電子源から放出された電子を加速し、静電又は磁界レンズで細い電子ビーム(一次電子ビーム)とし、この一次電子ビームを走査偏向器を用いて観察する試料上に走査し、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又は反射電子等の二次信号を検出し、検出信号強度を一次電子ビーム走査と同期して走査されてい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。一般の走査形電子顕微鏡では、負電位を印加した電子源と接地電位にある陽極間で電子源から放出された電子を加速し、接地電位にある検査試料に電子ビームを走査している。   A scanning electron microscope accelerates electrons emitted from a heating type or field emission type electron source, converts the electrons into a thin electron beam (primary electron beam) with an electrostatic or magnetic lens, and uses the primary electron beam with a scanning deflector. Scans the sample to be observed, and detects secondary signals such as secondary electrons or reflected electrons secondary from the sample by primary electron beam irradiation, and scans the detected signal intensity in synchronization with the primary electron beam scanning A two-dimensional scanned image is obtained by using the brightness modulation input of the CRT. In a general scanning electron microscope, electrons emitted from an electron source are accelerated between an electron source to which a negative potential is applied and an anode at a ground potential, and an electron beam is scanned on a test sample at a ground potential.
走査形電子顕微鏡が半導体素子製作のプロセス又は完成後の検査(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結果、絶縁物を帯電なしに観察できる1000ボルト以下の低加速電圧で10nm以下の高分解能が要求されるようになってきた。   Scanning electron microscopes have been used for the process of semiconductor device fabrication or for inspection after completion (for example, dimension measurement by an electron beam or inspection of electrical operation). A high resolution of 10 nm or less at a low accelerating voltage has been required.
低加速電圧領域で高分解能化を阻害している要因は、電子源から放出される電子ビームのエネルギーのバラツキを原因とする色収差による電子ビームのぼけである。低加速電圧の走査形電子顕微鏡では、この色収差によるぼけを小さくするため、放出される電子ビームのエネルギーのバラツキの小さい電界放出形の電子源が主に用いられている。しかし、電界放出形の電子源をもってしても、500ボルトでの空間分解能は10〜15nmが限界で、ユーザの要求を満たせないものとなっている。   A factor that hinders high resolution in the low acceleration voltage region is blurring of the electron beam due to chromatic aberration due to variation in energy of the electron beam emitted from the electron source. In a scanning electron microscope with a low accelerating voltage, a field emission type electron source having a small variation in energy of an emitted electron beam is mainly used in order to reduce the blur caused by the chromatic aberration. However, even with a field-emission electron source, the spatial resolution at 500 volts is limited to 10 to 15 nm, and cannot meet user requirements.
この問題の解決策として、電子源と接地電位にある陽極間での一次電子ビームの加速は最終の加速電圧より高い電圧値に設定し、接地電位にある対物レンズと負電位を印加された検査試料の間で一次電子を減速することで最終の低加速電圧へ設定する方法がある(参照:アイ・トリプルイー,第9回アニュアルシンポジュウム オン エレクトロン イオン アンド レーザ テクノロジーのプロシーデング,176〜186頁,IEEE 9th
Annual Symposium on Electron, Ion and Laser Technology)。
As a solution to this problem, the acceleration of the primary electron beam between the electron source and the anode at the ground potential is set to a voltage value higher than the final acceleration voltage, and the inspection with the objective lens at the ground potential and the negative potential applied. There is a method of setting the final low acceleration voltage by decelerating the primary electrons between samples (see: I Triple E, 9th Annual Symposium on Electron Ion and Laser Technology Proceeding, pp. 176-186, IEEE 9th
Annual Symposium on Electron, Ion and Laser Technology).
この方法の効果はすでに実験で確認されているが、試料に高電圧が印加されているため、二次電子が減速電界で鏡体内に引き込まれ検出することが困難であること、絶縁性の高い試料ステージを必要とすることから、市販装置に採用された例はほとんどない。   The effect of this method has already been confirmed in experiments, but since a high voltage is applied to the sample, it is difficult for secondary electrons to be drawn into the mirror body by the deceleration electric field, and it is difficult to detect. Since a sample stage is required, there are few examples adopted in commercially available devices.
本発明は前述した課題に対するブレイクスルーを提供するものである。本発明では、対物レンズと試料との間に印加された電界で対物レンズの開口内に吸引された二次電子又は反射電子等の二次信号を対物レンズを通過した後に検出する手段を設けることで二次信号検出の問題を解決し、また、対物レンズ通路に後段加速手段を設けることで試料に印加する負電位を実用可能な値にまで低下させ、市販装置に採用できる構造としたものである。   The present invention provides a breakthrough for the aforementioned problems. In the present invention, there is provided means for detecting a secondary signal such as a secondary electron or a reflected electron attracted into an opening of the objective lens by an electric field applied between the objective lens and the sample after passing through the objective lens. In order to solve the problem of secondary signal detection, and to provide a post-acceleration means in the objective lens passage, the negative potential applied to the sample is reduced to a value that can be used practically. is there.
すなわち、本発明は、電子源と、電子源から発生した一次電子ビームを試料上に走査する走査偏向器と、一次電子ビームを収束する対物レンズと、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を含み、試料の二次元走査像を得る走査形電子顕微鏡において、対物レンズの電子ビーム通路に配置された加速円筒と、加速円筒に一次電子ビームの後段加速電圧を印加する手段と、加速円筒と試料の間に一次電子ビームに対する減速電界を形成する手段とを備え、二次信号検出器を加速円筒より電子源側の位置に配置したことを特徴とする。   That is, the present invention provides an electron source, a scanning deflector for scanning a primary electron beam generated from the electron source on a sample, an objective lens for converging the primary electron beam, and a secondary electron beam generated from the sample by irradiation of the primary electron beam. In a scanning electron microscope that includes a secondary signal detector that detects a secondary signal and obtains a two-dimensional scanning image of a sample, an accelerating cylinder arranged in an electron beam path of an objective lens, and a post-stage of a primary electron beam on the accelerating cylinder A means for applying an accelerating voltage and a means for forming a deceleration electric field for the primary electron beam between the accelerating cylinder and the sample are provided, and the secondary signal detector is arranged at a position closer to the electron source than the accelerating cylinder. I do.
本発明によれば、二次電子又は反射電子の検出が困難であった問題,試料に電圧が高い電位が印加されることに起因する取扱いの問題を解決することができ、低加速電圧の領域において色収差を軽減した走査形電子顕微鏡を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to solve the problem that the detection of secondary electrons or reflected electrons is difficult, and the problem of handling caused by the application of a high voltage to a sample. Thus, a scanning electron microscope with reduced chromatic aberration can be realized.
二次信号検出器は、一次電子ビームを通過させる開口を有する導電性の反射板と、前記反射板で発生した二次電子を吸引する吸引手段と、吸引した二次電子を検出する検出手段を含むことができる。吸引手段は電界とこれに直交する磁界で作り、電界による一次電子ビームの偏向を磁界によって打ち消すようにすることができる。この方式の二次信号検出法は、加速円筒を設けない場合、又は加速円筒を0V(接地電位)とした場合にも適用可能である。   The secondary signal detector includes a conductive reflecting plate having an opening through which the primary electron beam passes, a suction unit for sucking the secondary electrons generated by the reflecting plate, and a detecting unit for detecting the sucked secondary electrons. Can be included. The attraction means can be formed by an electric field and a magnetic field orthogonal thereto, so that the deflection of the primary electron beam by the electric field can be canceled by the magnetic field. The secondary signal detection method of this system is applicable even when no accelerating cylinder is provided or when the accelerating cylinder is set to 0 V (ground potential).
二次信号検出器は、一次電子ビームを通過させる開口を有するマルチチャンネルプレートで構成してもよいし、一次電子ビームを通過させる開口を有する蛍光体と螢光体の発光を検出する光検出器で構成してもよい。   The secondary signal detector may be constituted by a multi-channel plate having an opening for passing the primary electron beam, or a photodetector for detecting light emission of the phosphor and the phosphor having the opening for passing the primary electron beam. May be configured.
二次信号検出器の設置場所は、加速円筒と走査偏向器の間、走査偏向器と電子源の間のいずれか一方又はその両方とすることができる。2箇所に二次信号検出器を設けた場合には、そのいずれか一方の検出信号を用いて走査像を形成することもできるし、2つの検出器の検出信号を演算して走査像を形成することもできる。いずれの方法によって走査像を形成するかは、走査像倍率又は予め与えられた観察条件に応じて自動的に選択するようにしてもよい。この2個の二次信号検出器を用いる方式も、加速円筒が設けられていない場合、又は加速円筒を0V(接地電位)とした場合に適用可能である。   The location of the secondary signal detector may be between the accelerating cylinder and the scanning deflector, or between the scanning deflector and the electron source, or both. When two secondary signal detectors are provided, a scanning image can be formed using either one of the detection signals, or a scanning image is formed by calculating the detection signals of the two detectors. You can also. Which method is used to form a scan image may be automatically selected according to the scan image magnification or a given observation condition. The method using these two secondary signal detectors is also applicable when no accelerating cylinder is provided or when the accelerating cylinder is set to 0 V (ground potential).
一次電子ビームの走査偏向器は、静電偏向と磁界偏向を組合せることで、一次電子ビームに対しては所望の偏向を与えるが試料側から吸引された二次信号に対しては偏向を与えないようにすることができる。この静電偏向と磁界偏向を組合せる偏向方法は、加速円筒が設けられていない場合にも適用できる。   The scanning deflector for the primary electron beam, by combining electrostatic deflection and magnetic field deflection, gives the desired deflection for the primary electron beam but gives the deflection for the secondary signal sucked from the sample side. Can not be. This deflection method combining electrostatic deflection and magnetic field deflection can be applied even when no accelerating cylinder is provided.
加速円筒に印加する後段加速電圧と電子源に印加する電子銃電圧の比、及び試料に印加する電圧と電子源に印加する電子銃電圧の比を一定に保ちながら後段加速電圧及び試料印加電圧を制御すると、試料から発生した二次信号のクロスオーバー点を一定位置に維持することが可能である。   While maintaining a constant ratio between the post-acceleration voltage applied to the accelerating cylinder and the electron gun voltage applied to the electron source, and the ratio between the voltage applied to the sample and the electron gun voltage applied to the electron source, the post-acceleration voltage and the sample applied voltage are kept constant. When controlled, the crossover point of the secondary signal generated from the sample can be maintained at a fixed position.
対物レンズの磁界が作るレンズ中心と、加速円筒と試料の間に形成される静電レンズのレンズ中心を一致させることで、減速電界によって形成される静電レンズ作用による走査像の歪をなくすことができる。   Eliminating distortion of the scanned image due to the action of the electrostatic lens formed by the deceleration electric field by matching the lens center created by the magnetic field of the objective lens with the lens center of the electrostatic lens formed between the acceleration cylinder and the sample Can be.
対物レンズの上磁極を対物レンズの残部から電気的に絶縁し、それに後段加速電圧を印加することで上磁極に加速円筒を兼用させると、前記磁界レンズと静電レンズの中心を一致させることが容易になる。   When the upper magnetic pole of the objective lens is electrically insulated from the rest of the objective lens, and an acceleration cylinder is used as the upper magnetic pole by applying a post-acceleration voltage thereto, the center of the magnetic lens and the electrostatic lens can be matched. It will be easier.
本発明によれば、対物レンズ内を通過するときの一次電子ビームの加速電圧を最終の加速電圧より高くすることができ、対物レンズで発生する収差によるビームのぼけを少なくすることができる。また、電子ビーム通路内に反射板を設けることにより、これまで困難であった二次電子又は反射電子等の二次信号を効率良く検出することができる。   According to the present invention, the acceleration voltage of the primary electron beam when passing through the inside of the objective lens can be made higher than the final acceleration voltage, and the blur of the beam due to the aberration generated in the objective lens can be reduced. Further, by providing a reflector in the electron beam path, it is possible to efficiently detect a secondary signal such as a secondary electron or a reflected electron, which has been difficult so far.
図1は、本発明による走査形電子顕微鏡の実施例の概略図である。電界放出陰極1と引出電極2との間に引出電圧3を印加すると、放出電子4が放出される。放出電子4は、引出電極2と接地電位にある陽極5の間でさらに加速(減速の場合もある)される。陽極5を通過した電子ビームのエネルギー(加速電圧)は電子銃加速電圧6と一致する。本発明では、この陽極5を通過した一次電子ビーム7を、さらに対物レンズ8を貫通して設けられた加速円筒9で後段加速する。対物レンズ8内を通過するときの電子ビームのエネルギーは、電子銃加速電圧6と加速円筒9に印加される後段加速電圧10の和になる。この後段加速された一次電子ビーム11を試料12に印加した負の重畳電圧13で減速し、所望の加速電圧にする。この方法の実質の加速電圧は後段加速電圧10に関係なく、電子銃加速電圧6と重畳電圧13の差になる。   FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention. When an extraction voltage 3 is applied between the field emission cathode 1 and the extraction electrode 2, emitted electrons 4 are emitted. The emitted electrons 4 are further accelerated (or decelerated) between the extraction electrode 2 and the anode 5 at the ground potential. The energy (acceleration voltage) of the electron beam passing through the anode 5 coincides with the electron gun acceleration voltage 6. In the present invention, the primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 is further accelerated by an acceleration cylinder 9 provided through the objective lens 8. The energy of the electron beam when passing through the objective lens 8 is the sum of the electron gun acceleration voltage 6 and the post-stage acceleration voltage 10 applied to the acceleration cylinder 9. The post-accelerated primary electron beam 11 is decelerated by the negative superimposed voltage 13 applied to the sample 12 to a desired acceleration voltage. The actual acceleration voltage in this method is the difference between the electron gun acceleration voltage 6 and the superimposed voltage 13 irrespective of the post-stage acceleration voltage 10.
陽極5を通過した一次電子ビーム7はコンデンサレンズ14,上走査偏向器15,下走査偏向器16で走査偏向を受けた後、対物レンズ8の通路に設けられた加速円筒9でさらに後段加速電圧10の加速を受ける。後段加速された一次電子ビーム11は、対物レンズ8で試料12上に細く絞られる。対物レンズ8を通過した一次電子ビーム11は、対物レンズ8と試料12間に作られた減速電界17で減速され、試料12に到達する。   The primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 undergoes scanning deflection by the condenser lens 14, the upper scanning deflector 15, and the lower scanning deflector 16, and then is further accelerated by an acceleration cylinder 9 provided in the path of the objective lens 8. Get 10 acceleration. The primary electron beam 11 accelerated in the latter stage is narrowed down on the sample 12 by the objective lens 8. The primary electron beam 11 that has passed through the objective lens 8 is decelerated by the deceleration electric field 17 created between the objective lens 8 and the sample 12, and reaches the sample 12.
この構成によれば、対物レンズ8を通過するときの一次電子の加速電圧は、最終的な加速電圧よりも高くなっている。この結果、最終的な加速電圧の一次電子ビームを対物レンズ8に通す場合に比較すると、対物レンズでの色収差が減少し、より細い電子ビーム(高分解能)が得られる。対物レンズ8の一次電子ビームの開き角は、コンデンサレンズ14の下方に置かれた絞り18で決められる。絞り18のセンタリングは調整つまみ19で行う。図では機械的な調節を行っているが、絞り18の前後に静電又は磁界偏向器を設け、電子ビームを偏向させて調整してもよい。   According to this configuration, the acceleration voltage of the primary electrons when passing through the objective lens 8 is higher than the final acceleration voltage. As a result, compared with the case where the primary electron beam of the final acceleration voltage is passed through the objective lens 8, the chromatic aberration at the objective lens is reduced, and a finer electron beam (high resolution) can be obtained. The divergence angle of the primary electron beam of the objective lens 8 is determined by a stop 18 placed below the condenser lens 14. Centering of the aperture 18 is performed by an adjustment knob 19. Although the mechanical adjustment is performed in the figure, an electrostatic or magnetic field deflector may be provided before and after the stop 18 to deflect the electron beam to make adjustment.
対物レンズ8で細く絞られた電子ビームは上走査偏向器15と下走査偏向器16で試料12上を走査されるが、このとき上走査偏向器15と下走査偏向器16の偏向方向と強度は、走査した電子ビームが常に対物レンズ8の中央を通るように調整されている。試料
12は重畳電圧13が印加された試料ホルダ20の上に固定されている。試料ホルダ20は絶縁台21を介して試料ステージ22に載せられ、水平位置の調整が可能になっている。
The electron beam narrowed down by the objective lens 8 is scanned on the sample 12 by the upper scanning deflector 15 and the lower scanning deflector 16. At this time, the deflection direction and intensity of the upper scanning deflector 15 and the lower scanning deflector 16 are set. Is adjusted so that the scanned electron beam always passes through the center of the objective lens 8. The sample 12 is fixed on a sample holder 20 to which the superimposed voltage 13 is applied. The sample holder 20 is placed on a sample stage 22 via an insulating table 21 so that the horizontal position can be adjusted.
一次電子ビーム11が試料12を照射することで二次電子23が発生する。対物レンズ8と試料12間に作られた減速電界17は二次電子23に対しては加速電界として働くため、対物レンズ8の通路内に吸引され、対物レンズ8の磁界でレンズ作用を受けながら昇っていく。対物レンズ8内を通過した二次電子23は対物レンズ8と下走査偏向器16の間に置かれた吸引電極24の横方向電界で吸引され、吸引電極24のメッシュを透過した後、10kV(正電位)が印加されたシンチレータ25で加速され、シンチレータ25を光らせる。発光した光はライトガイド26で光電子増倍管27に導かれ電気信号に変換される。光電子増倍管27の出力はさらに増幅され、ブラウン管(図示せず)の輝度変調入力になる。   When the primary electron beam 11 irradiates the sample 12, secondary electrons 23 are generated. The decelerating electric field 17 created between the objective lens 8 and the sample 12 acts as an accelerating electric field for the secondary electrons 23, so that it is attracted into the passage of the objective lens 8 and undergoes lens action by the magnetic field of the objective lens 8. Going up. The secondary electrons 23 that have passed through the objective lens 8 are attracted by the transverse electric field of the suction electrode 24 placed between the objective lens 8 and the lower scanning deflector 16, and after passing through the mesh of the suction electrode 24, 10 kV ( (Positive potential) is accelerated by the scintillator 25 to which the scintillator 25 is applied, causing the scintillator 25 to emit light. The emitted light is guided to a photomultiplier tube 27 by a light guide 26 and is converted into an electric signal. The output of the photomultiplier tube 27 is further amplified and becomes the luminance modulation input of a cathode ray tube (not shown).
この構成の特徴は、コンデンサレンズ14,絞り18,対物レンズ8を通過するときの電子ビームの加速電圧は最終のエネルギーよりも高いことであり、特に色収差を支配する対物レンズ8を通過するときは更に後段加速が加わっていることである。典型的な例では、電子銃加速電圧:1000ボルト,後段加速電圧:1000ボルト,試料12への負の重畳電圧:500ボルトで、実質の加速電圧:500ボルトである。対物レンズ8を通過するときは2000ボルトになっているため色収差は約50%に減少し、加速電圧を500ボルトとした場合には15nmであったビーム径(分解能)が、7nmに改善される。   The feature of this configuration is that the accelerating voltage of the electron beam when passing through the condenser lens 14, the diaphragm 18, and the objective lens 8 is higher than the final energy, and especially when passing through the objective lens 8 which controls chromatic aberration. Further, the latter stage acceleration is added. In a typical example, the electron gun acceleration voltage is 1000 volts, the post-stage acceleration voltage is 1000 volts, the negative superimposed voltage on the sample 12 is 500 volts, and the actual acceleration voltage is 500 volts. When passing through the objective lens 8, the chromatic aberration is reduced to about 50% because the voltage is 2000 volts. When the acceleration voltage is set to 500 volts, the beam diameter (resolution) which was 15 nm is improved to 7 nm. .
前述の実施例では、二次電子23を吸引電極24で電子通路外に取り出して検出していた。この方法は重畳電圧13が高くなると二次電子23のエネルギーが高くなるため、それに相応して吸引電極24に与える電圧を高くする必要がある。その結果、一次電子ビーム(陽極5を通過した一次電子ビーム7)をも偏向してしまう問題が生じる。   In the above-described embodiment, the secondary electrons 23 are taken out of the electron path by the suction electrode 24 and detected. In this method, as the superimposed voltage 13 increases, the energy of the secondary electrons 23 increases. Therefore, it is necessary to increase the voltage applied to the suction electrode 24 accordingly. As a result, there arises a problem that the primary electron beam (the primary electron beam 7 passing through the anode 5) is also deflected.
図2に示す反射板を用いた実施例は、上述の問題を解決し、高効率の検出を可能にする。本実施例では、電子線通路に中央孔28のある反射板29を設ける。反射板は、金,銀,白金等、電子照射によって二次電子を発生しやすい材料が表面にコーティングされている。陽極5を通過した一次電子ビーム7は反射板29の中央孔28を通過した後、加速円筒9に入る。中央孔28の径は、走査偏向器15,16で偏向した電子ビームが反射板
29に衝突しない大きさに設定される。試料12で発生し重畳電圧13で加速された二次電子23は、対物レンズ8のレンズ作用で発散しながら加速円筒9を通過し、反射板29の裏面に衝突する。二次電子と軌道は異なるが、試料12で発生した反射電子も同様に反射板29の裏面に衝突する。
The embodiment using the reflector shown in FIG. 2 solves the above-mentioned problem and enables highly efficient detection. In this embodiment, a reflection plate 29 having a central hole 28 is provided in the electron beam path. The surface of the reflection plate is coated with a material such as gold, silver, and platinum that easily generates secondary electrons by electron irradiation. The primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 passes through the central hole 28 of the reflection plate 29 and then enters the acceleration cylinder 9. The diameter of the central hole 28 is set so that the electron beam deflected by the scanning deflectors 15 and 16 does not collide with the reflecting plate 29. The secondary electrons 23 generated in the sample 12 and accelerated by the superimposed voltage 13 pass through the accelerating cylinder 9 while diverging due to the lens action of the objective lens 8 and collide with the back surface of the reflection plate 29. Although the trajectory is different from that of the secondary electrons, the reflected electrons generated in the sample 12 also collide with the back surface of the reflector 29.
反射板29の裏面で作られた二次電子30は吸引電極24の電界で吸引され、図1と同様にシンチレータ25,ライトガイド26,光電子増幅管27を経て電気信号に変換される。この方式の特長は、試料に印加する重畳電圧13が高く二次電子23の加速が高くなっても、検出しているのは加速を受けていない反射板29で作られた二次電子30であるため、吸引電極24に与える電圧が低くてよいことである。そのため、吸引電極24の発生する電界が陽極5を通過した一次電子ビーム7に与える影響を小さくすることができる。ここでは吸引された二次電子の検出にシンチレータ25を用いたが、チャンネルプレートやマルチチャンネルプレート等の電子検出増幅器を用いてもよい。   Secondary electrons 30 formed on the back surface of the reflecting plate 29 are attracted by the electric field of the attracting electrode 24, and are converted into electric signals through the scintillator 25, the light guide 26, and the photoelectron amplifier 27 as in FIG. The feature of this method is that even if the superimposed voltage 13 applied to the sample is high and the acceleration of the secondary electrons 23 is high, what is detected is the secondary electrons 30 made by the reflector 29 that has not been accelerated. Therefore, the voltage applied to the suction electrode 24 may be low. Therefore, the influence of the electric field generated by the suction electrode 24 on the primary electron beam 7 passing through the anode 5 can be reduced. Here, the scintillator 25 is used to detect the attracted secondary electrons, but an electron detection amplifier such as a channel plate or a multi-channel plate may be used.
図3は、反射板29で作られた二次電子30を吸引する電界Eと直交して磁界Bを印加した例である。この構造にすると、前述した吸引電界Eによる一次電子ビームの偏向を補正することができる。すなわち、陽極5を通過した一次電子ビーム7の偏向を磁界Bによる偏向で補正する。ここで31′,31″は吸引電界を作る電界偏向電極で、31″は二次電子30が透過できるようにメッシュになっている。32′,32″は直交磁場偏向コイルである(磁界Bを発生するコイル32′,32″は、図にはシンボリックに表示してある)。この直交磁場偏向コイル32′,32″が作る磁界Bは電界Eと直交し、磁界Bの強さは加速された電子ビーム7が受ける電界Eによる偏向を打ち消すように調整されている。この実施例では直交磁場偏向コイル32を一組としているが、直交磁場偏向コイルを角度を持って配置された二組とすれば、各組のコイルに流す電流等を調整することによって電界との直交度を厳密に調整することができる。直交磁場偏向コイル32を二組とする代わりに電界偏向電極を二組として電界の方向を調整しても、電界と磁界の直交度を厳密に調整することが可能であることは言うまでもない。   FIG. 3 shows an example in which a magnetic field B is applied orthogonal to an electric field E that attracts the secondary electrons 30 formed by the reflector 29. With this structure, it is possible to correct the deflection of the primary electron beam due to the attraction electric field E described above. That is, the deflection of the primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 is corrected by the deflection by the magnetic field B. Here, 31 'and 31 "are electric field deflection electrodes for generating an attraction electric field, and 31" is meshed so that the secondary electrons 30 can pass therethrough. Reference numerals 32 'and 32 "denote orthogonal magnetic field deflection coils (the coils 32' and 32" for generating the magnetic field B are shown symbolically in the figure). The magnetic field B generated by the orthogonal magnetic field deflection coils 32 'and 32 "is orthogonal to the electric field E, and the intensity of the magnetic field B is adjusted so as to cancel the deflection of the accelerated electron beam 7 due to the electric field E. In the example, the orthogonal magnetic field deflecting coils 32 are one set. However, if the orthogonal magnetic field deflecting coils are two sets arranged at an angle, the degree of orthogonality with the electric field can be adjusted by adjusting the current and the like flowing through each set of coils. Even if the direction of the electric field is adjusted by using two sets of electric field deflection electrodes instead of two sets of the orthogonal magnetic field deflection coils 32, the degree of orthogonality between the electric field and the magnetic field can be strictly adjusted. It goes without saying that it is possible.
なお、図2及び図3に示した反射板29を用いる二次信号検出法は、加速円筒9が設けられていない場合、あるいは加速円筒9を接地した場合にも有効に動作する。   The secondary signal detection method using the reflector 29 shown in FIGS. 2 and 3 works effectively even when the acceleration cylinder 9 is not provided or when the acceleration cylinder 9 is grounded.
図4は、二次信号検出器を上走査偏向器15の上方に設けた実施例を示す。図では二次信号検出器が上走査偏向器15と絞り18の間に設けられている。図2と同様に反射板
29に中央孔28が設けられているが、ここでは一次電子ビームはまだ走査偏向をされていないため、中央孔28の大きさは最小一次電子ビームの開口角を制限する絞り18と同じ径であっても良い。図の実施例では、絞り18の下方に直径0.1mm の中央孔28を持った反射板29が設置されている。絞り18と反射板29を共用することも可能である。
FIG. 4 shows an embodiment in which the secondary signal detector is provided above the upper scanning deflector 15. In the figure, a secondary signal detector is provided between the upper scanning deflector 15 and the diaphragm 18. As in FIG. 2, a central hole 28 is provided in the reflecting plate 29. However, since the primary electron beam has not been scanned and deflected yet, the size of the central hole 28 limits the minimum primary electron beam aperture angle. The diameter may be the same as the diameter of the stop 18 to be adjusted. In the embodiment shown in the figure, a reflector 29 having a central hole 28 having a diameter of 0.1 mm is provided below the diaphragm 18. The diaphragm 18 and the reflection plate 29 can be shared.
反射板29を走査偏向器の下方に設置した場合には、その中央孔28の径は偏向した電子ビームが衝突しない大きさに設定されていた。中央孔28の大きさを典型的な例で比較すると、下方に設置した場合は3〜4mmの大きさが必要であるが、上方に設置した場合には0.1mm 以下でよい。このように、反射板を走査偏向器の上方に設置すると反射板の中央孔を充分小さくできることから、二次電子の反射板による捕獲効率が向上する。   When the reflecting plate 29 is provided below the scanning deflector, the diameter of the central hole 28 is set to a size that does not cause the deflected electron beam to collide. Comparing the size of the central hole 28 with a typical example, a size of 3 to 4 mm is required when installed below, but may be 0.1 mm or less when installed above. As described above, when the reflector is provided above the scanning deflector, the central hole of the reflector can be made sufficiently small, so that the efficiency of capturing the secondary electrons by the reflector is improved.
図4の実施例では、試料12は対物レンズ8の磁極ギャップ内に置かれている。この配置は対物レンズ8の色収差係数を小さくするもので、より高分解能を追及する形状である。試料ステージ22も対物レンズ8内に設けられる。   In the embodiment of FIG. 4, the sample 12 is placed in the pole gap of the objective lens 8. This arrangement reduces the chromatic aberration coefficient of the objective lens 8 and has a shape pursuing higher resolution. The sample stage 22 is also provided in the objective lens 8.
図5は、走査偏向器の上方と下方の両位置に二次信号検出器を設けた実施例である。上走査偏向器15の上に上検出器33が、下走査偏向器16と加速円筒9の間に下検出器
34が設けられている。上検出器33及び下検出器34は、図3及び図4に示すように、それぞれ反射板29a,29b,電界偏向電極31a,31b,直交磁界偏向コイル32a,32b,シンチレータ25a,25b,ライトガイド26a,26b,光電子増倍管
27a,27bを備える。
FIG. 5 shows an embodiment in which secondary signal detectors are provided at both positions above and below the scanning deflector. An upper detector 33 is provided on the upper scanning deflector 15, and a lower detector 34 is provided between the lower scanning deflector 16 and the acceleration cylinder 9. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the upper detector 33 and the lower detector 34 include reflectors 29a and 29b, electric field deflection electrodes 31a and 31b, orthogonal magnetic field deflection coils 32a and 32b, scintillators 25a and 25b, and light guides, respectively. 26a, 26b and photomultiplier tubes 27a, 27b.
この実施例では、下検出器34の反射板29bの中央孔28bを通り抜けた二次電子又は反射電子を上検出器33で検出することができる。上検出器33で検出される二次信号は試料12から垂直方向に出射した二次電子と反射電子を多く含むことから、下検出器
34とはコントラストの異なった像が得られる。例えば、半導体素子の製造プロセスにおけるコンタクトホールの検査において、下検出器34を用いると周囲からコンタクトホールの部分を強調した像が得られ、上検出器33を用いるとコンタクトホールの底部の精細な像が得られる。また、両検出器33,34の信号を演算することにより試料の特徴を強調したコントラストを作ることも可能である。
In this embodiment, the upper detector 33 can detect secondary electrons or reflected electrons that have passed through the central hole 28b of the reflector 29b of the lower detector 34. Since the secondary signal detected by the upper detector 33 contains many secondary electrons and reflected electrons emitted from the sample 12 in the vertical direction, an image having a contrast different from that of the lower detector 34 is obtained. For example, in the inspection of a contact hole in a manufacturing process of a semiconductor element, an image in which a portion of the contact hole is emphasized from the periphery is obtained by using the lower detector 34, and a fine image of the bottom of the contact hole is obtained by using the upper detector 33. Is obtained. It is also possible to create a contrast that emphasizes the characteristics of the sample by calculating the signals of the detectors 33 and 34.
走査像を上下どちらの検出器の出力で作るかは、操作者の選択で行うこともできるが、予め決められた条件で自動的に選択するようにしても良い。例えば観察倍率が2000倍以下では下検出器34を選択し、それより高い倍率では上検出器33を選択する。また、観察する試料によって選択するようにしても良い。この場合には、観察する試料の種類を装置に入力する等の手続きを行う。例えば、半導体素子のコンタクトホールの観察が入力された場合には、ホール内部を強調する上検出器33を自動的に選択し、表面のレジストを観察する場合には下検出器34を選択する。   Which of the upper and lower detectors produces the scan image can be selected by the operator, but may be automatically selected under predetermined conditions. For example, when the observation magnification is 2000 times or less, the lower detector 34 is selected, and when the observation magnification is higher, the upper detector 33 is selected. Alternatively, the selection may be made according to the sample to be observed. In this case, a procedure such as inputting the type of the sample to be observed to the apparatus is performed. For example, when the observation of the contact hole of the semiconductor element is input, the upper detector 33 that emphasizes the inside of the hole is automatically selected, and when the resist on the surface is observed, the lower detector 34 is selected.
なお、図4又は図5に示した実施例において、加速円筒9を除去、あるいは加速円筒9を接地しても、その効果は大きく、十分実用的である。   In the embodiment shown in FIG. 4 or FIG. 5, even if the accelerating cylinder 9 is removed or the accelerating cylinder 9 is grounded, the effect is large and sufficiently practical.
図6は、マルチチャンネルプレート検出器を用いて二次信号を検出する実施例である。マルチチャンネルプレート35は円板状で、一次電子ビームを通す中央孔28が設けられている。また、マルチチャンネルプレート35の下方にはメッシュ37が設けられ、接地されている。このような構成において、陽極5を通過した一次電子ビーム7はマイクロチャンネルプレートの中央孔28を通過した後、対物レンズで収束されて試料に照射される。試料で発生した二次電子23は、メッシュ37を通過してチャンネルプレート35に入射する。チャンネルプレート35に入射した二次電子23は、チャンネルプレート35の両端に印加された増幅電圧38で加速,増幅される。増幅された電子39はアノード電圧40でさらに加速されてアノード41に捕獲される。捕獲された二次電子信号は増幅器
42で増幅された後、光変換回路43で光信号44に変換される。光信号44に変換するのは、増幅器42がチャンネルプレート本体35の増幅電圧38でフローテングになっているためである。光信号44は接地電位の電気変換回路45で再び電気信号に変換され、走査像の輝度変調信号として利用される。
FIG. 6 shows an embodiment in which a secondary signal is detected using a multi-channel plate detector. The multi-channel plate 35 has a disk shape and has a central hole 28 through which a primary electron beam passes. A mesh 37 is provided below the multi-channel plate 35 and is grounded. In such a configuration, the primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 passes through the central hole 28 of the microchannel plate, and is then converged by the objective lens and irradiated onto the sample. The secondary electrons 23 generated in the sample pass through the mesh 37 and enter the channel plate 35. The secondary electrons 23 incident on the channel plate 35 are accelerated and amplified by an amplification voltage 38 applied to both ends of the channel plate 35. The amplified electrons 39 are further accelerated by the anode voltage 40 and captured by the anode 41. After the captured secondary electron signal is amplified by the amplifier 42, it is converted into an optical signal 44 by the optical conversion circuit 43. The conversion into the optical signal 44 is because the amplifier 42 is floating with the amplified voltage 38 of the channel plate main body 35. The light signal 44 is converted again into an electric signal by the electric conversion circuit 45 of the ground potential, and is used as a luminance modulation signal of the scanned image.
ここで、アノード41を2分割あるいは4分割として二次電子23の放出方向の情報を得ることも可能である。この場合、増幅器42,光変換回路43,電気変換回路45が分割に相当する数だけ必要であること、分割された信号を演算する信号処理が行われることはいうまでもない。   Here, it is also possible to obtain information on the emission direction of the secondary electrons 23 by dividing the anode 41 into two or four parts. In this case, it is needless to say that the amplifiers 42, the optical conversion circuits 43, and the electric conversion circuits 45 are required in a number corresponding to the division, and signal processing for calculating the divided signals is performed.
図7は、単結晶シンチレータを利用して二次信号を検出する実施例である。図7において単結晶シンチレータ46は、例えば円柱状のYAG単結晶を斜めに切断し、その切断面に一次電子ビームを通過させるための開口部47を設けたものであり、その先端部には金属又はカーボン等の導電性薄膜48がコーティングされ、導電性薄膜48は接地されている。試料12から発生した二次電子23がシンチレータ46を照射することで発光した光は、斜め部分で反射し、円柱の部分が構成するライトガイドで光電子増倍管27に導かれ検出,増幅される。なお、本実施例ではシンチレータ46の発光部とライトガイドを共にYAG単結晶により構成するものとして説明したが、二次電子を検出する発光部のみを
YAG単結晶あるいは螢光体とし、ライトガイドをガラスや樹脂などの透明体で構成するようにしても良い。
FIG. 7 shows an embodiment in which a secondary signal is detected using a single crystal scintillator. In FIG. 7, a single crystal scintillator 46 is, for example, a cylinder-shaped YAG single crystal that is cut obliquely, and an opening 47 for passing a primary electron beam is provided on the cut surface. Alternatively, a conductive thin film 48 such as carbon is coated, and the conductive thin film 48 is grounded. Light emitted by irradiating the scintillator 46 with the secondary electrons 23 generated from the sample 12 is reflected at an oblique portion, guided to the photomultiplier tube 27 by a light guide formed by a cylindrical portion, and detected and amplified. . In the present embodiment, both the light emitting portion of the scintillator 46 and the light guide are described as being formed of a single crystal of YAG. However, only the light emitting portion for detecting secondary electrons is formed of a single crystal of YAG or a fluorescent material, and the light guide is formed. You may make it comprise a transparent body, such as glass and resin.
図7を用いて二次信号検出を効率的に行う制御法について述べる。二次信号(例えば二次電子)23は対物レンズ8の磁場内を通過するためレンズ作用を受け、二次電子のクロスオーバ49が作られる。もし、レンズ作用で二次電子がシンチレータ46の開口47に焦点を結ぶと、ほとんどの二次電子が開口47を通過してしまい検出できなくなる。そこで焦点を反射板前後に結ぶように調整し、検出効率を上げている。実施例では、加速電圧(実質の加速電圧)を変えたときに二次電子の焦点位置を変化させないように、後段加速電圧、試料に印加する重畳電圧を制御している。   A control method for efficiently detecting the secondary signal will be described with reference to FIG. Since the secondary signal (for example, secondary electrons) 23 passes through the magnetic field of the objective lens 8, it undergoes a lens action, and a crossover 49 of secondary electrons is created. If the secondary electrons are focused on the opening 47 of the scintillator 46 by the lens action, most of the secondary electrons pass through the opening 47 and cannot be detected. Therefore, the focus is adjusted so as to focus on the front and rear of the reflector, thereby increasing the detection efficiency. In the embodiment, the post-stage acceleration voltage and the superimposed voltage applied to the sample are controlled so that the focal position of the secondary electrons does not change when the acceleration voltage (substantial acceleration voltage) is changed.
磁界レンズの焦点距離は、レンズコイルに流す電流をI、コイルの巻数をN、レンズ磁界を通過するときの電子の加速電圧をVとして、変数I・N/V1/2 の関数である。一次電子がレンズ磁界を通過するときの加速電圧は、Voを電子銃加速電圧、Vbを加速円筒に印加する後段加速電圧とするとき、(Vo+Vb)である。試料位置(焦点距離)が一定であることから、I・N/(Vo+Vb)1/2 は常に一定値(=a)になる。二次電子がレンズ磁界を通過するときの加速電圧は、試料に印加する重畳電圧をVrとするとき、
(Vr+Vb)で、変数I・N/V1/2は次式で表される。
The focal length of the magnetic lens is a function of a variable IN / V1 / 2, where I is the current flowing through the lens coil, N is the number of turns of the coil, and V is the electron acceleration voltage when passing through the lens magnetic field. The acceleration voltage when the primary electrons pass through the lens magnetic field is (Vo + Vb) when Vo is the electron gun acceleration voltage and Vb is the post-acceleration voltage applied to the acceleration cylinder. Since the sample position (focal length) is constant, I / N / (Vo + Vb) 1/2 always takes a constant value (= a). The accelerating voltage when the secondary electrons pass through the lens magnetic field is given by:
In (Vr + Vb), the variable IN / V1 / 2 is expressed by the following equation.
I・N/V1/2=a(Vo+Vb)1/2/(Vr+Vb)1/2
=a{1+(Vb/Vo)}1/2/{(Vr/Vo)
+(Vb/Vo)}1/2
この式から、Vr/Vo,Vb/Vo比を一定で制御すれば、二次電子の焦点位置は一定になる。すなわち、Vr/Vo,Vb/Vo比を一定として後段加速電圧Vb及び試料の重畳電圧Vrを制御すれば、加速電圧(実質の加速電圧)に依存することなく二次電子の焦点位置を一定に制御できる。
I · N / V1 / 2 = a (Vo + Vb) 1/2 / (Vr + Vb) 1/2
= A {1+ (Vb / Vo)} 1/2 / {(Vr / Vo)
+ (Vb / Vo)} 1/2
From this equation, if the Vr / Vo and Vb / Vo ratios are controlled to be constant, the focal position of the secondary electrons will be constant. That is, if the Vr / Vo and Vb / Vo ratios are fixed and the post-acceleration voltage Vb and the superimposed voltage Vr of the sample are controlled, the focal position of the secondary electrons can be kept constant without depending on the acceleration voltage (substantial acceleration voltage). Can control.
図8は、試料面に印加される電界を制御する制御電極を付加した例である。対物レンズ8と試料12の間に制御電極36が設けられ、これに制御電圧50が印加されている。この制御電極36には電子ビームが通過する孔が開いている。この制御電極36で、加速円筒9と試料12の間で試料12の表面に加わる電界強度を制御する。この構成は、試料に強い電界が印加されると不都合な場合に有効である。例えば、半導体集積回路の形成されたウェーハの強電界による素子破損の問題がある場合である。   FIG. 8 shows an example in which a control electrode for controlling the electric field applied to the sample surface is added. A control electrode 36 is provided between the objective lens 8 and the sample 12, and a control voltage 50 is applied to the control electrode 36. The control electrode 36 has a hole through which an electron beam passes. The control electrode 36 controls the electric field intensity applied to the surface of the sample 12 between the acceleration cylinder 9 and the sample 12. This configuration is effective when it is inconvenient if a strong electric field is applied to the sample. For example, there is a case where there is a problem of element damage due to a strong electric field of a wafer on which a semiconductor integrated circuit is formed.
またウェーハ周辺が酸化膜で覆われている場合の試料ホルダ20との電気的非接触の問題に有効である。より具体的には試料(ウェーハ)の側面,裏面が絶縁体で覆われてしまうような場合、レターディングのための電気的な接続をすることが出来ない。また試料
(ウェーハ)12は、試料ホルダ20と対物レンズ8の間で作られた電界中にあり、制御電極がない場合、試料ホルダ20に印加した重畳電圧13と接地電位にある対物レンズ8の中間の電位しか印加されないため、正常な観察が出来なくなるからである。
It is also effective for the problem of electrical non-contact with the sample holder 20 when the periphery of the wafer is covered with an oxide film. More specifically, when the side surface and the back surface of the sample (wafer) are covered with an insulator, electrical connection for lettering cannot be performed. Also, the sample (wafer) 12 is in an electric field created between the sample holder 20 and the objective lens 8, and when there is no control electrode, the superimposed voltage 13 applied to the sample holder 20 and the potential of the objective lens 8 at the ground potential This is because normal observation cannot be performed because only an intermediate potential is applied.
また制御電極36の電位を重畳電圧13が印加された試料ホルダ20の電位と同電位あるいは試料ホルダ20より数十ボルト正電位とすることで、素子の破損やウェーハが試料ホルダ20の電位から浮いてしまうことを防ぐことができる。この場合、制御電極36が常に試料(ウェーハ)を覆うような充分な大きさにする。   Further, by setting the potential of the control electrode 36 to the same potential as the potential of the sample holder 20 to which the superimposed voltage 13 is applied or a positive potential of several tens of volts from the sample holder 20, breakage of the element and the floating of the wafer from the potential of the sample holder 20 are achieved. Can be prevented. In this case, the control electrode 36 is made large enough to always cover the sample (wafer).
図9は制御電極を付加した場合の1例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing an example in which a control electrode is added.
試料(ウェーハ)12の上方に一次電子線が通過する開口59を持った制御電極60を設け、該制御電極60に試料ホルダ20に印加する重畳電圧13と同一の電圧を印加する。試料ホルダ20と同一電位の制御電極60を試料(ウェーハ)12上に設置すると、ウェーハは同一電位の金属で囲まれることになり、該ウェーハは囲んでいる金属の電位と同電位になる。厳密には陽極5を通過した一次電子ビーム7を通す開口59からの電界の侵入が金属の電位との誤差になる。この誤差は概略、試料(ウェーハ)12の面積と開口59の面積の割合である。例えばウェーハが8インチで開口59の直径が10mmであると、面積比は1/400で電位の誤差は1%となり十分小さな値となる。   A control electrode 60 having an opening 59 through which a primary electron beam passes is provided above the sample (wafer) 12, and the same voltage as the superimposed voltage 13 applied to the sample holder 20 is applied to the control electrode 60. When the control electrode 60 having the same potential as the sample holder 20 is placed on the sample (wafer) 12, the wafer is surrounded by the metal having the same potential, and the wafer has the same potential as the potential of the surrounding metal. Strictly speaking, the intrusion of the electric field from the opening 59 through which the primary electron beam 7 passed through the anode 5 causes an error with the potential of the metal. This error is roughly the ratio of the area of the sample (wafer) 12 to the area of the opening 59. For example, if the wafer is 8 inches and the diameter of the opening 59 is 10 mm, the area ratio is 1/400 and the potential error is 1%, which is a sufficiently small value.
以上のような構成ではウェーハを囲んでいる金属が有する電位と、同じ電位をウェーハに印加することが可能となる。   With the above configuration, the same potential as that of the metal surrounding the wafer can be applied to the wafer.
これにより、表裏面が絶縁膜で覆われているようなウェーハであって、試料ステージなどと電気的な接続ができない場合であっても、レターディングのための電圧を印加することが可能となる。   This makes it possible to apply a voltage for lettering even when the front and back surfaces of the wafer are covered with an insulating film and cannot be electrically connected to a sample stage or the like. .
尚、この実施の形態では試料ホルダ20の内、少なくとも試料(ウェーハ)12の下部に位置する部分を重畳電圧13を印加するための導電体で形成することで、上述の如くウェーハは同一電位の金属で囲まれることになる。試料ホルダはそのものが導電体であっても良く、また試料ホルダ内に導電体を挿入しても良い。   In this embodiment, at least a portion of the sample holder 20 located under the sample (wafer) 12 is formed of a conductor for applying the superimposed voltage 13, so that the wafer has the same potential as described above. It will be surrounded by metal. The sample holder itself may be a conductor, or a conductor may be inserted into the sample holder.
図10は制御電極を付加した場合の他の1例である。   FIG. 10 shows another example in which a control electrode is added.
試料(ウェーハ)12と対物レンズ8との間に制御電極60が設置され、該制御電極
60には試料ホルダ20に印加される重畳電圧13と同じ電圧が印加されている。これにより、試料(ウェーハ)12は同一電圧の印加された試料ホルダ20と制御電極60で囲まれることになり、前述したように試料(ウェーハ)12が絶縁膜で覆われていても、重畳電圧13の電圧を試料(ウェーハ)に印加させることが出来る。
A control electrode 60 is provided between the sample (wafer) 12 and the objective lens 8, and the same voltage as the superimposed voltage 13 applied to the sample holder 20 is applied to the control electrode 60. As a result, the sample (wafer) 12 is surrounded by the sample holder 20 and the control electrode 60 to which the same voltage is applied. Even if the sample (wafer) 12 is covered with the insulating film as described above, 13 can be applied to the sample (wafer).
該制御電極60の開口59は通常は円形であるが、円形以外でも可能である。該開口
59の大きさは観察しようとする視野を妨げない大きさとする。この実施の態様では開口59の大きさは直径4mmである。制御電極60と試料(ウェーハ)12との間隔が1mmなので、直径4mmの視野があることになる。また減速電界が開口59を通して、ウェーハまで到達しているため、二次電子を効率よく対物レンズ8上に引き上げることが出来る。開口径を小さくした場合は、減速電界が試料(ウェーハ)12に到達しないが、ウェーハを傾斜したり、試料に凹凸がある場合にはこのような条件の方がよく、非点収差の発生や視野ずれを低減することが出来る。
The opening 59 of the control electrode 60 is usually circular, but may be other than circular. The size of the opening 59 does not disturb the visual field to be observed. In this embodiment, the size of the opening 59 is 4 mm in diameter. Since the distance between the control electrode 60 and the sample (wafer) 12 is 1 mm, there is a visual field with a diameter of 4 mm. Further, since the deceleration electric field reaches the wafer through the opening 59, the secondary electrons can be efficiently lifted onto the objective lens 8. When the aperture diameter is reduced, the deceleration electric field does not reach the sample (wafer) 12. However, when the wafer is tilted or the sample has irregularities, such a condition is better. The visual field displacement can be reduced.
試料(ウェーハ)12の任意の場所を観察するためにステージ22が設けられている。ここでもし、試料(ウェーハ)12の中心点から大きく外れたところを観察対象としたとき、試料(ウェーハ)12を大きく移動させる必要がある。このとき試料(ウェーハ)
12が、制御電極60から外れると、試料(ウェーハ)12の電位が変化し、一定のレターディング電圧を印加することが出来なくなる。
A stage 22 is provided for observing an arbitrary position of the sample (wafer) 12. In this case, when a position largely deviated from the center point of the sample (wafer) 12 is to be observed, the sample (wafer) 12 needs to be largely moved. At this time, the sample (wafer)
When the electrode 12 comes off the control electrode 60, the potential of the sample (wafer) 12 changes, and it becomes impossible to apply a constant lettering voltage.
この事態に対処するため、この実施の態様では試料(ウェーハ)12の移動軌道に沿って制御電極を形成している。この構成によりステージ22によって試料(ウェーハ)12の位置が変化しても一定のレターディング電圧を印加でき、更に対物レンズ8と試料(ウェーハ)12間に生ずる電界による素子破壊を防止できる。   In order to cope with this situation, in this embodiment, the control electrode is formed along the movement trajectory of the sample (wafer) 12. With this configuration, a constant lettering voltage can be applied even if the position of the sample (wafer) 12 is changed by the stage 22, and further, element destruction due to an electric field generated between the objective lens 8 and the sample (wafer) 12 can be prevented.
また、この実施の態様ではウェーハの移動範囲以上の大きさを持つ制御電極を配置することが望ましい。具体的には8インチウェーハの全面を観察するための制御電極の直径は直径400mmの大きさにする。このような構成によってウェーハを如何に移動させても、ウェーハに印加される電圧を一定に保つことができる。   In this embodiment, it is desirable to dispose a control electrode having a size larger than the movement range of the wafer. Specifically, the diameter of the control electrode for observing the entire surface of the 8-inch wafer is 400 mm in diameter. With this configuration, the voltage applied to the wafer can be kept constant regardless of how the wafer is moved.
なお、本実施例では制御電極を平板状の電極としたが、メッシュ状,多数の孔あるいはスリットが形成された形状のものとすることによって、真空排気性を向上させることもできる。この場合、孔径,スリット幅はウェーハと制御電極の間隔よりも小さいことが望ましい。   In this embodiment, the control electrode is a plate-like electrode. However, the control electrode may be formed in a mesh shape, a shape in which a large number of holes or slits are formed, and the evacuation property can be improved. In this case, it is desirable that the hole diameter and the slit width are smaller than the distance between the wafer and the control electrode.
図10では、一次電子63cが制御電極60の開口59を通過し、試料(ウェーハ)
12に照射されると、二次電子62が発生する。発生した二次電子62は一次電子63cに対する減速電界で逆に加速されて対物レンズ8の上方に導かれる。この際対物レンズ8の磁界によって、レンズ作用を受けるため図に示すように焦点を作りながら対物レンズ8上に導かれる。
In FIG. 10, the primary electron 63c passes through the opening 59 of the control electrode 60, and the sample (wafer)
When irradiating 12, secondary electrons 62 are generated. The generated secondary electrons 62 are inversely accelerated by the deceleration electric field with respect to the primary electrons 63c, and are guided above the objective lens 8. At this time, since the lens acts as a lens due to the magnetic field of the objective lens 8, it is guided onto the objective lens 8 while making a focal point as shown in the figure.
導かれた二次電子62は反射板29に衝突し、二次電子30を発生させる。この二次電子30は対向して置かれた負電位の印加された偏向電極31′と正電位の印加された偏向電極31″の作る電界で偏向される。偏向電極31″はメッシュで作られているので二次電子30はメッシュを通過してシンチレータ25で検出される。32″,32′は偏向コイルであり、偏向電極31′,31″の作る電界と直交した磁界を作り、偏向電極31′,31″の作る電界による一次電子線ビーム63bの偏向作用を相殺している。   The guided secondary electrons 62 collide with the reflecting plate 29 and generate secondary electrons 30. The secondary electrons 30 are deflected by the electric field created by the negative electrode deflecting electrode 31 'and the positive electrode deflecting electrode 31 "placed opposite to each other. The deflecting electrode 31" is made of a mesh. Therefore, the secondary electrons 30 pass through the mesh and are detected by the scintillator 25. Reference numerals 32 "and 32 'denote deflecting coils, which generate a magnetic field orthogonal to the electric field generated by the deflecting electrodes 31' and 31" and cancel the deflecting action of the primary electron beam 63b by the electric field generated by the deflecting electrodes 31 'and 31 ". ing.
なお、図示していないが制御電極64を冷却することで一次電子ビーム63cを試料に走査することにより発生する汚染(コンタミネーション)を減少させることも可能である。   Although not shown, it is also possible to reduce contamination caused by scanning the sample with the primary electron beam 63c by cooling the control electrode 64.
図11は制御電極を付加した場合の更に他の1例である。   FIG. 11 shows still another example in which a control electrode is added.
電界放射陰極1,引出電極2,陽極5,コンデンサレンズ14,対物レンズ8,試料
12,試料ホルダ20,絶縁台21,試料ステージ22等の構成要素は真空筐体66に納められている。尚、真空排気系は図示を省略している。
Components such as a field emission cathode 1, an extraction electrode 2, an anode 5, a condenser lens 14, an objective lens 8, a sample 12, a sample holder 20, an insulating table 21, and a sample stage 22 are contained in a vacuum housing 66. The illustration of the vacuum exhaust system is omitted.
ここで試料12に負の重畳電圧が印加されている状態では、試料交換機構67による試料交換作業や、真空筐体66内を大気にすることを避けなければならない。換言すれば、電子ビームを試料12上に走査させているときだけ重畳電圧13を印加するようにすればよい。   Here, in a state where a negative superimposed voltage is applied to the sample 12, it is necessary to avoid a sample exchange operation by the sample exchange mechanism 67 and to keep the inside of the vacuum housing 66 at atmospheric pressure. In other words, the superimposed voltage 13 may be applied only when the electron beam is scanned on the sample 12.
そこでこの実施の態様では試料の装着・交換時の準備動作であるスイッチ68が閉じて加速電圧6が印加されている第1の条件と、電界放射陰極1と試料12の間に設けられたバルブ69,バルブ70の両者が開いている第2の条件と、試料交換機構67が試料12を試料ステージ22に乗せるために通過するバルブ71が閉じている第3の条件とが全て満たされたときのみ、スイッチ72が閉じて試料12に重畳電圧13が印加される制御が行われている。   Therefore, in this embodiment, the first condition in which the switch 68 is closed and the accelerating voltage 6 is applied, which is a preparatory operation for mounting and replacing the sample, and the valve provided between the field emission cathode 1 and the sample 12 When both the second condition in which both the valve 69 and the valve 70 are open and the third condition in which the valve 71 through which the sample exchange mechanism 67 passes to place the sample 12 on the sample stage 22 are closed are satisfied. Only in this case, control is performed in which the switch 72 is closed and the superimposed voltage 13 is applied to the sample 12.
また、試料ホルダ20と試料ステージ22は放電抵抗73を介して電気的に接続されており、スイッチ72が開放されると試料12にチャージされた電荷は試料ホルダ20,放電抵抗73,試料ステージ22(試料ステージ22は接地されている)を介して一定の時定数のもとに速やかに放電され、試料12の電位が下がるようになっている。放電抵抗は重畳電圧13の電源に内蔵しても良い。   Further, the sample holder 20 and the sample stage 22 are electrically connected via a discharge resistor 73, and when the switch 72 is opened, the charges charged in the sample 12 are transferred to the sample holder 20, the discharge resistor 73, and the sample stage 22. (The sample stage 22 is grounded.) The discharge is quickly performed under a constant time constant, and the potential of the sample 12 is reduced. The discharge resistor may be built in the power supply of the superimposed voltage 13.
尚、電界放射陰極1の周囲の真空が設定値以下であるという条件のもとに、陽極5から加速電圧の印加が可能となり、更に真空筐体66の真空が設定値以上のときのみバルブ
69,70が開放されるようなシーケンスが組み込まれていることは言うまでもない。
Under the condition that the vacuum around the field emission cathode 1 is equal to or lower than the set value, the acceleration voltage can be applied from the anode 5 and the valve 69 is provided only when the vacuum of the vacuum housing 66 is equal to or higher than the set value. , 70 are released.
またこの実施の態様では、上述の3つの条件の全ての条件を満足したときに重畳電圧
13が印加されるものとして説明したが、これらのうちの1つ或いは2つの条件が満たされたときにスイッチ72が閉じるようにしても良い。
In this embodiment, the superimposed voltage 13 is described as being applied when all of the above three conditions are satisfied. However, when one or two of these conditions are satisfied, The switch 72 may be closed.
図12は制御電極を付加した場合の更に他の1例であり、試料を傾斜することの出来る試料ステージ22を持った走査型電子顕微鏡に適用したものである。この実施の態様では制御電極76は試料75内の上部上面を覆うように取り付けられている。また見方によっては対物レンズの形状に沿って配置されているともいえる。対物レンズの形状は試料12の移動を妨げないように形成されており、図12のように傾斜装置を備えたような装置の場合、試料12に向かって先鋭的な形状を有している。このような条件下で形成された対物レンズに沿って制御電極を形成することによって、試料の移動を妨げることなく制御電極を配置することが可能となる。   FIG. 12 shows still another example in which a control electrode is added, which is applied to a scanning electron microscope having a sample stage 22 capable of tilting a sample. In this embodiment, the control electrode 76 is attached so as to cover the upper surface of the sample 75. Also, depending on the viewpoint, it can be said that they are arranged along the shape of the objective lens. The shape of the objective lens is formed so as not to hinder the movement of the sample 12. In the case of an apparatus having a tilting device as shown in FIG. 12, the objective lens has a sharp shape toward the sample 12. By forming the control electrodes along the objective lens formed under such conditions, it is possible to arrange the control electrodes without hindering the movement of the sample.
またこの場合試料(ウェーハ)12がどの位置,どの傾斜角にあっても試料(ウェーハ)12が試料ホルダ20と制御電極76に包囲されるようになっている。この構成によれば試料(ウェーハ)12の表面に電界が生じない。20aは試料(ウェーハ)12が傾いた状態を示している。74は試料ステージ22に組み込まれた傾斜機構である。この実施の態様では傾斜したときに制御電極76と試料(ウェーハ)12の間で作る電界が変化しないように制御電極76の開口65の直径は、開口65と試料12の距離より小さくすることが望ましい。なお、制御電極76に印加する電圧を試料12に印加する電圧より、数十V正電位とすることで二次電子の検出効率を向上することが出来る。   In this case, the sample (wafer) 12 is surrounded by the sample holder 20 and the control electrode 76 regardless of the position and the inclination angle of the sample (wafer) 12. According to this configuration, no electric field is generated on the surface of the sample (wafer) 12. 20a shows a state where the sample (wafer) 12 is inclined. Reference numeral 74 denotes a tilting mechanism incorporated in the sample stage 22. In this embodiment, the diameter of the opening 65 of the control electrode 76 may be smaller than the distance between the opening 65 and the sample 12 so that the electric field created between the control electrode 76 and the sample (wafer) 12 does not change when tilted. desirable. The efficiency of detecting secondary electrons can be improved by setting the voltage applied to the control electrode 76 to several tens of volts more positive than the voltage applied to the sample 12.
この際、レターディング用の電圧を試料に印加するという目的上、試料に印加される電圧と、制御電極に印加される電圧に基づく複合的な電界の作用を考慮し、所望の電位が試料に印加されるように、試料と制御電極のそれぞれに印加される電圧を設定することが望ましい。   At this time, for the purpose of applying a voltage for lettering to the sample, a desired potential is applied to the sample in consideration of the effect of a composite electric field based on the voltage applied to the sample and the voltage applied to the control electrode. It is desirable to set the voltage applied to each of the sample and the control electrode so that the voltage is applied.
また開口径を大きくし二次電子を吸引する電界を試料12に与えることも可能である。この場合は傾斜することにより観察位置ずれが生じるが、予め傾斜角とずれの量を計測し、電子ビームを偏向する。あるいは試料ステージ22を水平移動させる等の補正を行うことにより、このずれをなくすことも可能である。この実施の形態での制御電極76は対物レンズ8の特性に影響を与えないように非磁性体の材料で作られている。   It is also possible to increase the aperture diameter and apply an electric field to the sample 12 for attracting secondary electrons. In this case, the observation position shifts due to the tilt, but the tilt angle and the amount of the shift are measured in advance to deflect the electron beam. Alternatively, this shift can be eliminated by performing a correction such as moving the sample stage 22 horizontally. The control electrode 76 in this embodiment is made of a non-magnetic material so as not to affect the characteristics of the objective lens 8.
なお、この実施の態様では制御電極を試料室の内部を覆うようにして配置しているが、必ずしもこのように配置する必要はない。即ち最低限、試料の移動範囲に沿って形成されていればよく、このような構成によっても試料が、試料ホルダと制御電極に包囲されることになる。なおこれまで試料ホルダを、本願発明で言うところの導電体として説明してきたが、例えば導電体を試料ホルダ上或いは下に配置するようにしても良い。また上述してきた実施の態様の場合、試料以上に導電体を大きく形成することで、試料(ウェーハ)が制御電極と導電体にほぼ包囲され、一定のレターディング電圧を印加することを可能ならしめている。   In this embodiment, the control electrode is arranged so as to cover the inside of the sample chamber, but it is not always necessary to arrange it in this way. That is, it is sufficient that the sample is formed at least along the moving range of the sample. Even with such a configuration, the sample is surrounded by the sample holder and the control electrode. Although the sample holder has been described as a conductor in the present invention, for example, the conductor may be arranged above or below the sample holder. Further, in the case of the above-described embodiment, by forming the conductor larger than the sample, the sample (wafer) is substantially surrounded by the control electrode and the conductor, and it becomes possible to apply a constant lettering voltage. I have.
図13は制御電極を付加した場合の更に他の1例である。この例では制御電極を対物レンズ8と試料12の間に接地するのではなく、励磁コイル78,上磁路77,下磁路79から構成される対物レンズ8のなかで、試料12に対向する位置にある下磁路79を上磁路77と電気的に絶縁し、これに重畳電圧13を印加している。下磁路79に印加する電位を試料12より正電位として二次電子を効率よく対物レンズ8上に導くことも可能である。   FIG. 13 shows still another example in which a control electrode is added. In this example, the control electrode is not grounded between the objective lens 8 and the sample 12, but is opposed to the sample 12 in the objective lens 8 including the excitation coil 78, the upper magnetic path 77, and the lower magnetic path 79. The lower magnetic path 79 at the position is electrically insulated from the upper magnetic path 77, and the superimposed voltage 13 is applied thereto. The potential applied to the lower magnetic path 79 can be made more positive than the sample 12 to efficiently guide the secondary electrons onto the objective lens 8.
図14は、電界と磁界を組合せた電子ビームの走査偏向器を説明する図である。走査偏向器の上に二次電子検出器を設ける場合には、試料で発生した二次電子が走査偏向器を通過するときに走査偏向器で偏向される。このため電子ビームの走査偏向角が大きくなる低倍率時に二次電子の偏向も大きくなり、電子ビーム通路の内壁に衝突してしまい検出できなくなる可能性がある。本実施例はこの問題を解決したものである。走査偏向器は8極の静電偏向器51a〜51hと、磁界偏向器52a〜52dで構成されている。   FIG. 14 is a diagram illustrating an electron beam scanning deflector combining an electric field and a magnetic field. When a secondary electron detector is provided on the scanning deflector, secondary electrons generated in the sample are deflected by the scanning deflector when passing through the scanning deflector. For this reason, the deflection of the secondary electrons also increases at a low magnification when the scanning deflection angle of the electron beam becomes large, and the electron beam may collide with the inner wall of the electron beam path and become undetectable. The present embodiment has solved this problem. The scanning deflector comprises eight-pole electrostatic deflectors 51a to 51h and magnetic deflectors 52a to 52d.
いま、x軸方向の偏向について考えると、8極の静電偏向器のうち電極51h,51a,51bに正電位を、51d,51e,51fに負電位を印加して偏向電界Exを作る。ここで、図14に示すように、電極51a,51eには大きさVxの電位を印加し、その両側の電極51h,51b,51d,51fにはその1/21/2 の大きさの電位を印加する。これは均一な電界を作る方法として良く知られた方法である。電界と同時に、磁界偏向器52のコイル52a,52cに電流Ixを流し、図示するように電界Exと直交する方向の磁界Bxを作る。この電界Exと磁界Bxは下方から来る二次電子に対しては偏向を打ち消し、上方からの一次電子に対しては強めあうように働く。   Now, considering the deflection in the x-axis direction, a positive electric potential is applied to the electrodes 51h, 51a, 51b and a negative electric potential is applied to 51d, 51e, 51f in the eight-electrode electrostatic deflector to generate a deflection electric field Ex. Here, as shown in FIG. 14, a potential of magnitude Vx is applied to the electrodes 51a and 51e, and a potential of 1/2 1/2 thereof is applied to the electrodes 51h, 51b, 51d and 51f on both sides thereof. Apply. This is a well-known method for producing a uniform electric field. At the same time as the electric field, a current Ix is supplied to the coils 52a and 52c of the magnetic field deflector 52 to generate a magnetic field Bx in a direction orthogonal to the electric field Ex as shown. The electric field Ex and the magnetic field Bx cancel the deflection of the secondary electrons coming from below, and act to reinforce the primary electrons from above.
下方から来る二次電子に対する偏向θ(S)は、下式のように磁界による偏向θ(B)と電界による偏向θ(E)の差となる。   The deflection θ (S) for the secondary electrons coming from below is the difference between the deflection θ (B) due to the magnetic field and the deflection θ (E) due to the electric field as shown in the following equation.
θ(S)=θ(B)−θ(E)
=L/8・Ex/Vr−(e/2m)1/2BxL/Vr1/2
ここで、Lは電界と磁界の作用距離、eとmはそれぞれ電子の電荷と質量、Vrは二次電子が走査偏向器を通過するときの加速電圧である。ExとBxの比を下式とすると、下方から来る二次電子は偏向を受けないことになる。
θ (S) = θ (B) −θ (E)
= L / 8.Ex / Vr- (e / 2m) 1/2 BxL / Vr1 / 2
Here, L is the working distance of the electric and magnetic fields, e and m are the charge and mass of the electrons, respectively, and Vr is the acceleration voltage when the secondary electrons pass through the scanning deflector. If the ratio of Ex to Bx is given by the following equation, secondary electrons coming from below will not be deflected.
Bx/Ex=(2m/e)1/2/8Vr1/2
一方、一次電子の偏向に関しては、磁界偏向に電界偏向が加算され、下式のようになる。式中、Voは電子銃加速電圧である。
Bx / Ex = (2m / e) 1/2 / 8Vr1 / 2
On the other hand, regarding the deflection of the primary electrons, the electric field deflection is added to the magnetic field deflection, and the following equation is obtained. Where Vo is the electron gun acceleration voltage.
θ(o)=θ(B)+θ(E)
=(e/2m)1/2BxL/Vo1/2+L/8・Ex/Vo1/2
従って、二次電子を偏向しない条件での偏向角θ(o)は下式のようになる。
θ (o) = θ (B) + θ (E)
= (E / 2m) 1 / 2BxL / Vo1 / 2 + L / 8.Ex / Vo1 / 2
Therefore, the deflection angle θ (o) under the condition that the secondary electrons are not deflected is as follows.
θ(o)=(e/2m)1/2BxL{1+(Vr/Vo)1/2}/Vo1/2
ここまではx軸方向への偏向について説明した。y軸方向への偏向も同様にして行う。すなわち、電極51cの電位をVyに、電極51b,51dの電位をVy/21/2 にし、電極51gの電位を−Vyに、電極51f,51hの電位を−Vy/21/2 にして、y軸方向の偏向電界Eyを発生する。同時に、磁界偏向器のコイル52b,52dに電流Iyを流して電界Eyと直交する磁界Byを発生する。この電界Eyと磁界Byは、前述と同様に、下方から来る二次電子に対しては偏向を打ち消し、上方から来る一次電子に対しては強め合うような大きさとされる。
θ (o) = (e / 2m) 1 / 2BxL {1+ (Vr / Vo) 1/2} / Vo1 / 2
So far, the deflection in the x-axis direction has been described. The deflection in the y-axis direction is performed in the same manner. That is, the potential of the electrode 51c is set to Vy, the potential of the electrodes 51b and 51d is set to Vy / 21/2, the potential of the electrode 51g is set to -Vy, and the potentials of the electrodes 51f and 51h are set to -Vy / 21/2. An axial deflection electric field Ey is generated. At the same time, a current Iy flows through the coils 52b and 52d of the magnetic field deflector to generate a magnetic field By orthogonal to the electric field Ey. As described above, the electric field Ey and the magnetic field By are sized to cancel the deflection of the secondary electrons coming from below and reinforce the primary electrons coming from above.
実際にはx軸方向への偏向とy軸方向への偏向とを組み合わせた偏向を行う。従って各偏向電極の電位は、図14に図示したように、x軸方向への偏向電位とy軸方向への偏向電位を足し合わせたものとなる。なお、実際の装置では、この偏向器を上走査偏向器と下走査偏向器の2段とし、偏向した一次電子が対物レンズのレンズ中心を通るようにする。そして、偏向電極の電位Vx,Vy及び偏向コイル電流Ix,Iyを上記の関係を維持しながら時間変化させることにより試料上で所望の一次電子ビームの走査が実現される。   In practice, deflection is performed by combining deflection in the x-axis direction and deflection in the y-axis direction. Accordingly, as shown in FIG. 14, the potential of each deflection electrode is the sum of the deflection potential in the x-axis direction and the deflection potential in the y-axis direction. In an actual apparatus, this deflector has two stages of an upper scanning deflector and a lower scanning deflector so that deflected primary electrons pass through the center of the objective lens. Then, by changing the potentials Vx, Vy of the deflecting electrodes and the deflecting coil currents Ix, Iy with time while maintaining the above relationship, the desired primary electron beam can be scanned on the sample.
次に、磁界形対物レンズのレンズ中心と、加速円筒と試料の間で作られる静電レンズのレンズ中心の関係について説明する。図15(a)は、磁界形対物レンズ8の中心CBと加速円筒9と試料12の間に形成される静電レンズの中心CEが一致していない場合の問題点を説明する図である。この場合、後段加速された一次電子ビーム11は磁界レンズの中心CBを通るように偏向されるが、静電レンズの中心CEからは距離dだけずれて通過する。ずれ量dが大きくなると静電レンズのレンズ作用に球面収差が加わり、走査像が歪んでしまう。   Next, the relationship between the lens center of the magnetic field type objective lens and the lens center of the electrostatic lens formed between the acceleration cylinder and the sample will be described. FIG. 15A is a diagram illustrating a problem when the center CB of the magnetic field type objective lens 8 and the center CE of the electrostatic lens formed between the acceleration cylinder 9 and the sample 12 do not match. In this case, the primary electron beam 11 accelerated in the latter stage is deflected so as to pass through the center CB of the magnetic lens, but passes through with a distance d from the center CE of the electrostatic lens. When the shift amount d increases, spherical aberration is added to the lens function of the electrostatic lens, and the scanned image is distorted.
図15(b)は、磁界形対物レンズ8のレンズ中心CBと、加速円筒9と試料12の間で作られる静電レンズのレンズ中心CEを一致させた例を示す。本実施例は、対物レンズ8の上磁極53を試料12に対面するように突出させ、静電レンズの形成される試料12と加速円筒9の間に磁界を作ることで両レンズの中心を一致させたものである。この結果、後段加速された一次電子ビーム11が静電レンズのレンズ作用を受けることがないため、歪のない走査像を得ることができた。   FIG. 15B shows an example in which the lens center CB of the magnetic field type objective lens 8 and the lens center CE of the electrostatic lens formed between the acceleration cylinder 9 and the sample 12 are matched. In this embodiment, the upper magnetic pole 53 of the objective lens 8 is projected so as to face the sample 12, and a magnetic field is created between the sample 12 on which the electrostatic lens is formed and the accelerating cylinder 9 so that the centers of both lenses coincide. It was made. As a result, since the primary electron beam 11 accelerated in the subsequent stage is not affected by the lens action of the electrostatic lens, a scan image without distortion can be obtained.
図16は、磁界レンズと静電レンズの中心の一致をより効果的に実現する対物レンズ8の構造を示す。これまで示した実施例では、対物レンズ8の電子ビーム通路内部に加速円筒9を挿入していた。この場合、加速円筒が作る静電レンズと対物レンズの作る磁界レンズの軸中心がずれると分解能の低下を招くため、両者の機械的中心を精度良く合わせる必要がある。この実施例はこの点に着目したもので、対物レンズ8の上磁極53を下磁極
54の端部レベルまで突出させて、試料12に対面させる。さらに、上磁極53を絶縁板55で対物レンズの残部から電気的に絶縁し、これに後段加速電圧10を印加している。
FIG. 16 shows a structure of the objective lens 8 that more effectively realizes the coincidence of the centers of the magnetic lens and the electrostatic lens. In the embodiments described so far, the acceleration cylinder 9 is inserted inside the electron beam path of the objective lens 8. In this case, if the axial centers of the electrostatic lens formed by the accelerating cylinder and the magnetic lens formed by the objective lens deviate, the resolution is reduced. Therefore, it is necessary to precisely match the mechanical centers of the two. In this embodiment, attention is paid to this point, and the upper magnetic pole 53 of the objective lens 8 is protruded to the end level of the lower magnetic pole 54 to face the sample 12. Further, the upper magnetic pole 53 is electrically insulated from the rest of the objective lens by the insulating plate 55, and the post-stage acceleration voltage 10 is applied thereto.
本実施例によると、対物レンズ8のレンズ中心を決定している上磁極と後段加速電極が兼用となっているため、前述したような静電レンズと磁界レンズのずれを生じることがない。また、磁界レンズの上磁極53が試料12に直接対面し、しかもこれに後段加速電圧が印加されていることから、軸中心ばかりでなく、静電レンズと磁界レンズのレンズ中心の位置をも一致させることができる。   According to the present embodiment, since the upper magnetic pole that determines the lens center of the objective lens 8 and the latter-stage acceleration electrode are also used, the above-described displacement between the electrostatic lens and the magnetic field lens does not occur. In addition, since the upper magnetic pole 53 of the magnetic lens directly faces the sample 12 and the post-acceleration voltage is applied thereto, not only the axial center but also the positions of the lens centers of the electrostatic lens and the magnetic lens coincide. Can be done.
本発明の一実施例の概略図。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention. 二次信号の検出に反射板を用いた実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment using a reflector for detecting a secondary signal. 二次信号の検出に反射板を用い、さらに二次電子の吸引に直交する電界と磁界を用いて一次電子の偏向を防止した実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment in which a reflector is used for detecting a secondary signal, and the deflection of primary electrons is prevented by using an electric field and a magnetic field that are orthogonal to the attraction of secondary electrons. 二次信号検出器を走査偏向器の上方に置いた実施例の概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment in which a secondary signal detector is placed above a scanning deflector. 走査偏向器の上方と下方の2箇所に二次信号検出器を設けた実施例の概略図。FIG. 4 is a schematic diagram of an embodiment in which secondary signal detectors are provided at two positions above and below a scanning deflector. 二次信号の検出にチャンネルプレートを用いた実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment using a channel plate for detecting a secondary signal. 二次信号の検出にシンチレータを用いた実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment using a scintillator for detecting a secondary signal. 試料へ印加される電界強度を制御した実施例の概略図。FIG. 4 is a schematic diagram of an embodiment in which the electric field intensity applied to the sample is controlled. 試料上に制御電極を備えた実施例の一例を示す図。The figure which shows an example of the Example provided with the control electrode on the sample. 制御電極を備えた荷電粒子顕微鏡の一例を示す図。The figure which shows an example of the charged particle microscope provided with the control electrode. 制御電極を備えた荷電粒子顕微鏡の他の一例を示す図。The figure which shows another example of the charged particle microscope provided with the control electrode. 試料室内面に沿って制御電極が形成された荷電粒子顕微鏡の一例を示す図。The figure which shows an example of the charged particle microscope in which the control electrode was formed along the sample chamber inner surface. 対物レンズ磁路の一部を制御電極とした例を示す図。The figure which shows the example which used a part of objective lens magnetic path as a control electrode. 走査偏向器を電界と磁界の組合せとした実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment in which a scanning deflector is a combination of an electric field and a magnetic field. 磁界レンズと静電レンズのレンズ中心を一致させた実施例の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of an embodiment in which the lens centers of a magnetic field lens and an electrostatic lens are matched. 磁界レンズの磁極と加速円筒を共用した実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory view of an embodiment in which the magnetic pole of the magnetic lens and the acceleration cylinder are shared.
符号の説明Explanation of reference numerals
1…電界放出陰極、2…引出電極、3…引出電圧、4…放出電子、5…陽極、6…電子銃加速電圧、7…陽極5を通過した一次電子ビーム、8…対物レンズ、9…加速円筒、
10…後段加速電圧、11…後段加速された一次電子ビーム、12…試料、13…重畳電圧、14…コンデンサレンズ、15…上走査偏向器、16…下走査偏向器、17…減速電界、18…絞り、19…調整つまみ、20…試料ホルダ、21…絶縁台、22…試料ステージ、23…二次電子、24…吸引電極、25…シンチレータ、26…ライトガイド、
27…光電子増幅管、28…中央孔、29…反射板、30…反射板で作られた二次電子、31…電界偏向電極、32…直交磁界偏向コイル、33…上検出器、34…下検出器、
35…チャンネルプレート本体、36…制御電極、37…メッシュ、39…増幅された電子、40…アノード電圧、41…アノード、42…増幅器、43…光変換回路、44…光信号、45…電気変換回路、46…単結晶シンチレータ、47…開口、48…導電性コーティング、49…二次電子のクロスオーバ、50…制御電圧、51a〜51h…静電偏向電極、52a〜52d…磁界偏向コイル、53…上磁極、54…下磁極、55…絶縁板。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Field emission cathode, 2 ... Extraction electrode, 3 ... Extraction voltage, 4 ... Emission electron, 5 ... Anode, 6 ... Electron gun accelerating voltage, 7 ... Primary electron beam passing through anode 5, 8 ... Objective lens, 9 ... Accelerating cylinder,
10: Post-acceleration voltage, 11: Primary electron beam accelerated in the post-stage, 12: Sample, 13: Superimposed voltage, 14: Condenser lens, 15: Upper scanning deflector, 16: Lower scanning deflector, 17: Deceleration electric field, 18 ... Aperture, 19 ... Adjustment knob, 20 ... Sample holder, 21 ... Insulating table, 22 ... Sample stage, 23 ... Secondary electron, 24 ... Suction electrode, 25 ... Scintillator, 26 ... Light guide,
27: Photoelectron amplification tube, 28: Central hole, 29: Reflector, 30: Secondary electron made of reflector, 31: Electric field deflection electrode, 32: Orthogonal magnetic field deflection coil, 33: Upper detector, 34: Lower Detector,
35 channel body, 36 control electrode, 37 mesh, 39 amplified electrons, 40 anode voltage, 41 anode, 42 amplifier, 43 optical conversion circuit, 44 optical signal, 45 electrical conversion Circuit, 46 single crystal scintillator, 47 opening, 48 conductive coating, 49 secondary electron crossover, 50 control voltage, 51a to 51h electrostatic deflection electrode, 52a to 52d magnetic field deflection coil, 53 ... upper magnetic pole, 54 ... lower magnetic pole, 55 ... insulating plate.

Claims (6)

  1. 荷電粒子源から放出された荷電粒子線を試料上に照射し、当該試料から発生する二次信号に基づいて試料像を得る荷電粒子顕微鏡において、前記試料下に負の電位を印加するための導電体を配置すると共に、前記試料上には前記負の電位と同電位、或いは該電位より正の側の電位を印加するための電極が備えられていることを特徴とする荷電粒子顕微鏡。   In a charged particle microscope that irradiates a charged particle beam emitted from a charged particle source onto a sample and obtains a sample image based on a secondary signal generated from the sample, a conductive material for applying a negative potential under the sample is used. A charged particle microscope, wherein a body is arranged and an electrode for applying the same potential as the negative potential or a potential on the positive side from the potential is provided on the sample.
  2. 前記電極は、前記試料の移動軌道に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子顕微鏡。   The charged particle microscope according to claim 1, wherein the electrode is formed along a movement trajectory of the sample.
  3. 前記電極は、前記試料の移動領域を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の荷電粒子顕微鏡。   The charged particle microscope according to claim 1, wherein the electrode is formed so as to cover a moving area of the sample.
  4. 前記電極は前記荷電粒子源下に配置された対物レンズ形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の荷電粒子顕微鏡。   4. The charged particle microscope according to claim 1, wherein the electrode is formed along a shape of an objective lens arranged under the charged particle source. 5.
  5. 前記電極は、前記試料を包囲する試料室の内面に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子顕微鏡。   The charged particle microscope according to claim 1, wherein the electrode is formed along an inner surface of a sample chamber surrounding the sample.
  6. 前記試料下に位置する導電体は、前記試料と同等、或いはそれ以上の大きさを有することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子顕微鏡。
    The charged particle microscope according to claim 1, wherein the conductor located under the sample has a size equal to or larger than the sample.
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