JP2008198471A - Charged particle beam device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は試料からの荷電粒子ビームを検出する機構を備えた荷電粒子ビーム装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus having a mechanism for detecting a charged particle beam from a sample.
近年、半導体集積回路では回路パターンの微細化が一層進んでいる。これらの回路パターンを検査するために、低加速電圧で高分解能の荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)が用いられている。 In recent years, circuit patterns have been further miniaturized in semiconductor integrated circuits. In order to inspect these circuit patterns, a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope), which is a charged particle beam device with a low acceleration voltage and a high resolution, is used.
この様な走査型電子顕微鏡の中には、例えば、一次電子ビームを加速場でエネルギーを高く維持することにより色収差の影響を低減した状態で合焦点制御し、減速場で試料に入射する一次電子ビームのエネルギーを小さなものにして、低加速電圧で高分解能の試料観察を行うものがある。
図1はこの様な走査型電子顕微鏡の一概略例を示す図である。
In such a scanning electron microscope, for example, the primary electron beam is controlled in focus in a state in which the influence of chromatic aberration is reduced by maintaining high energy in the acceleration field, and the primary electrons incident on the sample in the deceleration field. There is a technique for observing a sample with a low acceleration voltage and a high resolution by reducing the beam energy.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic example of such a scanning electron microscope.
図中1は電子銃(図示せず)から放出された電子ビーム(一次電子ビーム)、2は該一次電子ビームを試料3上に集束させるための磁界を形成する磁界レンズ、4は前記一次電子ビーム1で前記試料3上をそれぞれX方向,Y方向に走査するための偏向場を形成する走査コイル、5は前記走査コイル4と前記磁界レンズ2に沿って設けら前記一次電子ビーム1を前記試料方向に加速させる電界を形成する円筒型の加速電極、6は該加速された一次電子ビーム1を試料直前で減速させる減速場を形成する減速電極、7は前記試料3を載置する試料ステージで、該ステージを傾斜する傾斜手段(図示せず)を備えている。
In the figure, 1 is an electron beam (primary electron beam) emitted from an electron gun (not shown), 2 is a magnetic lens that forms a magnetic field for focusing the primary electron beam on the
8は各種指令及び演算等を行う制御装置、9は該制御装置の指令に基づいて走査信号を作成し、該走査信号を前記走査コイル4に送る走査制御装置、10は前記制御装置8の指令に基づいて前記磁界レンズ2に励磁電流を送る磁界レンズ制御装置である。
8 is a control device that performs various commands and calculations, 9 is a scanning control device that creates a scanning signal based on the command from the control device, and sends the scanning signal to the
11は前記一次電子ビーム1による走査により前記試料3から放出された二次電子12を検出する二次電子検出器で、該二次電子検出器の出力信号は増幅器(図示せず)とAD変換器(図示せず)を介して前記制御装置8に送られる。
12は前記制御装置8に送られてきた二次電子信号に基づいて前記試料3上の観察領域に関する二次電子像を表示する表示装置である。
13、14は前記制御装置8の指令に基づいて前記加速電極5、前記減速電極6にそれぞれ正の電圧を印加する可変電源、15は前記試料3に負の電圧を印加する可変電源である。尚、Oは光軸(電子光学の中心軸)である。
この様な構成の装置において、一次電子ビーム1で試料3上を走査すると、該試料3から二次電子12が放出され、該二次電子は減速電極6と前記試料3の間に形成される正の電界により、該減速電極の開口部から前記加速電極5内に吸引され、前記磁界レンズ2の磁場によるレンズ作用を受けながら上昇し、二次電子検出器11に検出される。該二次電子検出器の出力信号(二次電子信号)は増幅器(図示せず)とAD変換器(図示せず)を介して制御装置8に送られ、表示装置12の表示画面に前記二次電子信号に基づく試料像が表示される。
In the apparatus having such a configuration, when the
所で、この様な構成の走査型電子顕微鏡において、取得される画像情報は試料の種類や観察条件に依存して変化する。 In the scanning electron microscope having such a configuration, the acquired image information changes depending on the type of sample and the observation conditions.
例えば、試料表面が電気的絶縁性の高い材料で覆われている場合、得られる画像情報に帯電に基づく像全体を明るくする成分が含まれる。 For example, when the sample surface is covered with a material having high electrical insulation, the obtained image information includes a component that brightens the entire image based on charging.
図2に示すように一次電子ビームに対する加速電圧が試料3からの二次電子発生効率が1より小さい電圧の範囲の場合、前記試料3の電子ビーム照射部分は負に帯電し、該部分の表面電位が、前記試料のその他の部分(電子ビーム非照射部分)と比較して、数V(ボルト)程度低くなる。これにより、前記試料3から放出される二次電子に含まれる1eV〜3eVの低エネルギー成分は前記試料3に引き戻されることなく、二次電子検出器11に取得され画像情報が劣化(前記像全体を明るく)する。
As shown in FIG. 2, when the acceleration voltage for the primary electron beam is in a voltage range where the secondary electron generation efficiency from the
又、例えば、磁界レンズ2、加速電極5及び減速電極6から成る対物系レンズにより形成される電磁界が変化すると(試料観察条件の変化の一例)、二次電子12の集束条件が変化し、これにより、二次電子検出器11にて取得される二次電子量が低下し、該二次電子信号に基づく画像情報が劣化する。
For example, when the electromagnetic field formed by the objective lens composed of the
又、例えば、入射する一次電子ビーム1に対して試料3を傾斜させて該試料の観察を行う場合(試料観察条件の変化の他の例)、図3に示す様に、減速電極6と前記試料3間から漏れる電界(漏洩電界)の形状が変形し(光軸Oに対して非対称な形状となる)、該漏洩電界により、前記試料3から放出された二次電子の軌道が12´に示す様に曲げられ、その結果、前記二次電子検出器11に取得される二次電子の量が低下し、該二次電子信号に基づく画像情報が劣化する。
For example, when the
本発明はこの様な問題を解決するために成されたもので、試料の種類や観察条件に依存せずに、安定した良好な二次電子信号を検出したり、或いは、所望のエネルギー帯の二次電子信号を検出することが出来る新規な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and can detect a stable and good secondary electron signal without depending on the type of sample and the observation conditions, or can detect a desired energy band. An object of the present invention is to provide a novel charged particle beam apparatus capable of detecting a secondary electron signal.
本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、該加速及び集束された荷電粒子ビームを減速して試料上に集束する減速集束レンズ系、該荷電粒子ビームで前記試料上を走査させるための走査レンズ系、前記減速集束レンズ系で加速及び集束され、前記加速集束レンズ系で減速及び集束された二次荷電粒子ビームの進行方向を変える第1方向変更レンズ系、該方向変更レンズ系により入って来る二次荷電粒子ビームをエネルギーに応じて進行方向を変える第2方向変更レンズ系、該第2方向変更レンズ系からの二次荷電粒子ビームを検出する二次荷電粒子ビーム検出器、及び、該検出された二次荷電粒子ビームに基づいて前記試料の二次荷電粒子ビーム像を表示する表示装置を備えている。 The charged particle beam apparatus of the present invention includes a charged particle beam source, an acceleration focusing lens system for accelerating and focusing the charged particle beam from the charged particle beam source, and decelerating the accelerated and focused charged particle beam onto a sample. A decelerating focusing lens system for focusing, a scanning lens system for scanning the sample with the charged particle beam, and a secondary charged particle accelerated and focused by the decelerating focusing lens system and decelerated and focused by the accelerating focusing lens system A first direction changing lens system for changing the traveling direction of the beam, a second direction changing lens system for changing the traveling direction of the secondary charged particle beam entering by the direction changing lens system according to energy, and the second direction changing lens system A secondary charged particle beam detector for detecting a secondary charged particle beam from the sample, and a secondary charged particle beam image of the sample based on the detected secondary charged particle beam And a display device for displaying.
本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、該加速及び集束された荷電粒子ビームを減速して試料上に集束する減速集束レンズ系、該荷電粒子ビームで前記試料上を走査させるための走査レンズ系、前記減速集束レンズ系で加速及び集束され、前記加速集束レンズ系で減速及び集束された二次荷電粒子ビームの進行方向を変える第1方向変更レンズ系、該方向変更レンズ系により入って来る二次荷電粒子ビームを前記第1方向変更レンズ系とでエネルギーに応じて進行方向を変える第2方向変更レンズ系、該第2方向変更レンズ系からの二次荷電粒子ビームを検出する二次荷電粒子ビーム検出器、及び、該検出された二次荷電粒子ビームに基づいて前記試料の二次荷電粒子ビーム像を表示する表示装置を備えている。 The charged particle beam apparatus of the present invention includes a charged particle beam source, an acceleration focusing lens system for accelerating and focusing the charged particle beam from the charged particle beam source, and decelerating the accelerated and focused charged particle beam onto a sample. A decelerating focusing lens system for focusing, a scanning lens system for scanning the sample with the charged particle beam, and a secondary charged particle accelerated and focused by the decelerating focusing lens system and decelerated and focused by the accelerating focusing lens system A first direction changing lens system that changes the traveling direction of the beam, and a second direction changing lens that changes the traveling direction of the secondary charged particle beam that enters from the direction changing lens system according to energy with the first direction changing lens system A secondary charged particle beam detector for detecting a secondary charged particle beam from the second direction-changing lens system, and a front based on the detected secondary charged particle beam And a display device for displaying the secondary charged particle beam image of the sample.
本発明によれば、試料の種類や観察条件に依存せずに、安定に二次電子信号を検出したり、或いは、所望のエネルギー帯の二次電子信号を検出することが出来る。 According to the present invention, a secondary electron signal can be detected stably or a secondary electron signal in a desired energy band can be detected without depending on the type of sample and observation conditions.
以下に添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図4は本発明の荷電粒子ビーム装置の一例である走査型電子顕微鏡の一概略例を示している。尚、図4において、前記図1にて使用した記号と同一記号を付したものは同一構成要素を示す。 FIG. 4 shows a schematic example of a scanning electron microscope which is an example of the charged particle beam apparatus of the present invention. In FIG. 4, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same components.
図4において、21は電子銃(図示せず)からの一次電子ビームの量を所定の電子量に制限する制限絞り、22は該制限絞りの鉛直下方に配置され、前記一次電子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズである。 In FIG. 4, 21 is a limiting aperture for limiting the amount of primary electron beam from an electron gun (not shown) to a predetermined amount of electrons, 22 is arranged vertically below the limiting aperture, and the opening angle of the primary electron beam Is an opening angle control lens for controlling the angle.
23は前記開き角制御レンズ22の鉛直下方に配置され、中央に円形の開口部を有する、例えば、漏斗状の筒体から成る基準電位電極、24は該基準電位電極の鉛直下方に配置され、試料3からの二次電子を一次電子ビームの軌道軸外に集束及び発散させる収集電極である。
23 is arranged vertically below the opening
25、26は、それぞれ、前記基準電位電極23と前記収集電極24との間に互いに接触しないように空間を有して対向配置され、前記収集電極24によって集束及び発散された二次電子をエネルギー分散するための分散作用を成す第1分散電極、第2分散電極で、共にドーナツ形状を成している。前記第1分散電極25は、前記試料3に対向している面が前記電子銃側に凹状に湾曲しており、前記第2分散電極26は前記電子銃側に対向している面が前記試料3側に凹状に湾曲しているので、該両分散電極を全体から見ると、両サイドに大きな隙間を有し、内部に大きな空間を有する円環状体を成している。
25 and 26 are opposed to each other with a space between the
27は前記収集電極24の鉛直下方に配置され、中央が円形の開口部を有したすり鉢形状をした第1加速電極、28は加速電極5の上端に固定された中央が円形の開口部を有したすり鉢形状をした第2加速電極である。
27 is a first accelerating electrode having a mortar shape that is arranged vertically below the collecting
29は前記第1分散電極25の凹状湾曲面と前記第2分散電極26の凹状湾曲面との間に形成される空間部を通過する二次電子を検出する二次電子検出器で、該二次電子検出器の出力(二次電子信号)は増幅器(図示せず)とAD変換器(図示せず)を介して制御装置8に送られる。
29 is a secondary electron detector for detecting secondary electrons passing through a space formed between the concave curved surface of the
30は前記制御装置8の指令に基づいて前記第1分散電極25と前記第2分散電極26に電圧を印加する分散電極制御装置である。
32は前記制御装置8の指令に基づいてレンズ制御信号を前記開き角制御レンズ22に送る開き角レンズ制御装置である。
An open angle
33は前記制御装置8の指令に基づいて前記基準電位電極23に電圧を印加する可変電源、34は前記制御装置8の指令に基づいて前記収集電極24に電圧を印加する可変電源、35は前記制御装置8の指令に基づいて前記第1加速電極30に電圧を印加する可変電源である。
33 is a variable power source that applies a voltage to the
この様に構成された走査型電子顕微鏡において、電子銃から放出され、前記制限絞り21及び開き角制御レンズ22を通過した一次電子ビームは、1´に示す様に、前記基準電位電極23、前記第1加速電極27及び前記第2加速電極28から形成される加速場レンズ36により加速及び集束され(点Aに集束する)、前記加速電極5,減速電極6及び試料3から形成される減速場レンズ系により形成される減速場レンズ20により減速され、該減速場レンズに前記磁界レンズ2が形成する磁場から成る電磁界レンズにより前記試料3上に集束する。
In the scanning electron microscope configured in this way, the primary electron beam emitted from the electron gun and passed through the
この際、前記制御装置8からの指令に基づいて、前記走査制御装置9は前記走査コイル4に走査信号を供給するので、前記一次電子ビーム1´は前記試料3上を走査する。
At this time, the
該一次電子ビーム1´の照射により、前記試料3から二次電子が放出され、該二次電子は前記加速電極5、前記減速電極6及び前記試料3から形成される加速場レンズ20(前記一次電子ビームに対して減速場として作用する前記減速場レンズ20は二次電子から見ると加速場レンズとして作用する)により加速されて前記減速電極6の開口部に吸引され、更に、該加速場レンズ20と前記磁界レンズ2の磁場とで形成される電磁界により集束されて、図5において37に示す様に、前記加速電極5内を光軸Oに沿って上昇する。
By irradiation of the
この二次電子は前記基準電位電極23、前記第1加速電極27及び前記第2加速電極28から形成される減速場レンズ36(前記一次電子ビームに対して加速場として作用する前記加速場レンズ36は二次電子に対しては減速場レンズとして作用する)により減速され、点Bに集束する。尚、この集束点は、前記基準電位電極23に印加する電圧によってコントロールすることが出来るので、前記集束点が固定されるように、前記可変電源33からの印加電圧を調整するようにしている。
The secondary electrons are a
この様に集束する位置が固定された二次電子は前記第1分散電極25と第2分散電極26との間の空間方向に導かれる様に、前記収集電極24によって一次電子ビームの軌道軸外に集束・発散される。尚、この集束・発散の程度は可変電源34から収集電極24へ印加する電圧によってコントロールすることが出来る。この際、前記二次電子の開き角θは前記基準電位電極23と前記第1加速電極27とで形成される電界によって決まるので、出来るだけ前記空間に二次電子が導かれる様な電圧が、前記可変電源33から前記基準電位電極23に、前記可変電源35から前記第1加速電極27に印加される。
The secondary electrons whose focusing position is fixed in this way are guided by the collecting
さて、前記試料3からの二次電子を前記二次電子検出器29に検出する際、エネルギーに選別することなく検出する場合には、例えば、前記分散電極制御装置30から前記第1分散電極25と前記第2分散電極26に、二次電子エネルギーの平均的エネルギーに相当する負の電位を印加する。
When the secondary electrons from the
すると、前記二次電子中、前記収集電極24に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、前記第2分散電極26で反射され、図5において37aに示す様に、前記二次電子検出器29に導かれ、前記二次電子中、前記第1分散電極25に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、該第1分散電極で反射されて飛行し、図5において37bに示す様に、前記二次電子検出器29に導かれる。
Then, the secondary electrons having low energy flying in the orbit close to the collecting
該二次電子検出器の出力(二次電子信号)は増幅器(図示せず)とAD変換器を介して前記制御装置8に送られ、表示装置12の表示画面に前記試料3の二次電子像が表示される。
The output (secondary electron signal) of the secondary electron detector is sent to the
次に、例えば、二次電子像全体を明るくする成分である試料帯電域から放出される低エネルギーの二次電子をカットし、高エネルギー二次電子を選別して検出する場合には次の様に操作する。 Next, for example, when cutting low-energy secondary electrons emitted from the charged region of the sample, which is a component that brightens the entire secondary electron image, and selecting and detecting high-energy secondary electrons: To operate.
前記制御装置8の指令に基づいて前記分散電極制御装置30から、前記第1分散電極25には前記と同様に負の電位が印加され、第2分散電極26には、例えば零電位或いは正電位が印加される。
Based on the command of the
すると、前記二次電子中、前記収集電極24に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、図6において37a´に示す様に、前記第2分散電極26に引きつけられ、前記二次電子検出器29に達せず、前記二次電子中、前記第1分散電極25に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、該第1分散電極で反射されて飛行し、図6において37b´に示す様に、前記二次電子検出器29に導かれる。
Then, the secondary electrons having low energy flying in the orbit close to the collecting
従って、前記二次電子検出器29にはエネルギーの高い二次電子のみが検出され、前記表示装置12の表示画面には、前記試料3上の観察領域中、帯電域から発生した低エネルギーの二次電子に基づく画像情報が除去された、高エネルギーの二次電子に基づく二次電子像が表示される。
Therefore, only the secondary electrons with high energy are detected by the
逆に、高エネルギーの二次電子をカットし、低エネルギーの二次電子を選別して検出する場合には次の様に操作する。 Conversely, when high energy secondary electrons are cut and low energy secondary electrons are selected and detected, the following operation is performed.
前記制御装置8の指令に基づいて前記分散電極制御装置30から、前記第1分散電極25には零又は正の電位が印加され、第2分散電極26には負の電位が印加される。
Based on a command from the
すると、前記二次電子中、前記収集電極24に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、該第2分散電極26で反射されて飛行し、図7において37a´´に示す様に、前記二次電子検出器29に導かれ、前記二次電子中、前記第1分散電極25に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、図7において37b´´に示す様に、前記第1分散電極25に引きつけられ、前記二次電子検出器29に達しない。
Then, the secondary electrons with low energy flying in the orbit close to the collecting
従って、前記二次電子検出器29にはエネルギーの低い二次電子のみが検出され、前記表示装置12の表示画面には、前記試料3上の観察領域中で、高エネルギーの二次電子に基づく画像情報が除去された、いわゆる、帯電域から発生した低エネルギーの二次電子に基づく二次電子像が表示される。
Accordingly, only secondary electrons with low energy are detected by the
次に、試料観察条件が変化した場合の対処について説明する。 Next, how to deal with changes in sample observation conditions will be described.
前記した様に、例えば、前記磁界レンズ2,加速電極5及び減速電極6から成る対物系レンズにより形成される電磁界が変化すると、前記試料3からの二次電子の軌道が、例えば、図8において38に示す様に、広がって、例えば、前記第2加速電極28に衝突してしまう。
As described above, for example, when the electromagnetic field formed by the objective lens composed of the
この様な場合、前記減速電極6と加速電極5とが作る電界で前記試料3からの二次電子の放出方向の開き具合をコントロールすることが出来るので、前記可変電源14から前記減速電極6へ供給される電圧及び/若しくは前記可変電源13から前記加速電極5へ供給される電圧を調整することにより、前記試料3から放出される二次電子が前記第2加速電極28の下面に衝突せずに、該第2加速電極の中心孔内を通過する様にし、試料3からの二次電子を効率的に前記二次電子検出器29に導くことが出来る。
In such a case, since the degree of opening of the secondary electrons from the
又、別の対策として、図9に示す様に、前記第1加速電極27と第2加速電極28を取り囲む様に、回転対称レンズである磁界コイル39を設け、前記制御装置8の指令を受けて作動する磁界コイル制御装置40から最適な励磁電流が該磁界コイルに供給される様に成す。
As another countermeasure, as shown in FIG. 9, a
この様に成せば、前記磁界コイル39は、前記第1加速電極27及び前記第2加速電極28から成るレンズ系により形成される減速場レンズ36(一次電子に対して加速場レンズとして作用するが、二次電子に対しては減速場レンズとして作用する)近傍に光軸方向に向く磁界を形成する。該磁界は前記一次電子ビームに影響を与えることなく二次電子を集束点B近傍に集束させるので、前記試料3から放出される二次電子が前記第2加速電極28の下面に衝突せずに、該第2加速電極の中心孔内を通過する。従って、前記試料3からの二次電子を効率的に前記二次電子検出器29に導くことが出来る。
In this way, the
次に、入射する一次電子ビーム1に対して試料3を傾斜させて該試料の観察を行う場合、減速電極6と前記試料3間からの漏洩電界の形状が変形(電界歪)し、該電界歪により、前記試料3から放出された二次電子の軌道が曲げられ、前記二次電子検出器11に取得される二次電子の量が低下する点について既に述べた(図3参照)が、図4に示す装置においても試料を傾斜させると同様な軌道変化が発生し、前記試料3からの二次電子が、例えば、前記収集電極24や第2加速電極28に衝突し(図10参照)、前記二次電子検出器29に取得される二次電子の量が低下する。
Next, when the
この様な場合、図11に示す様に、前記減速電極6の近傍に、前記試料3を傾斜させることにより発生する該減速電極と前記試料3の間にからの漏洩電界の歪みを矯正する歪み矯正用電極板41A,41B,41C(41B,41Cは図示されていない)を配置する。
In such a case, as shown in FIG. 11, distortion that corrects the distortion of the leakage electric field between the
図12の(a)は前記減速電極6と前記歪み矯正用電極板41A,41B,41Cを試料側から見た図であり、図12の(b)は光軸に垂直な方向から見た図である。
12A is a view of the
前記歪み矯正用電極板41A,41B,41Cは、光軸Oを含む方向の断面が円錐台形状を成している減速電極6を該減速電極に沿って三方から取り囲む様に光軸Oを中心に配置されており、それぞれ扇状の形状を成している。
尚、歪み矯正用電極板は試料傾斜方向の上位置側には設けられていない。これにより、試料をより高傾斜させることが可能である。
前記各三枚の歪み矯正用電極板41A,41B,41Cには、それぞれ、前記制御装置8の指令で作動する可変電源42a,42b,42cから歪み矯正用制御電圧が印加される様に成っている。
The distortion correcting
The strain correction electrode plate is not provided on the upper side of the sample tilt direction. This makes it possible to tilt the sample at a higher angle.
Each of the three distortion correcting
而して、前記図10に示す様に、入射する一次電子ビームに対して前記試料ステージ7を傾けることにより前記試料3を光軸Oに対して傾斜させると、前記減速電極6と前記試料3間からの漏洩電界の形状が図12の(b)の43に示す様に変形し、光軸Oに対して非軸対称なものとなる。
Thus, as shown in FIG. 10, when the
ここで、前記制御装置8の指示に基づいて前記可変電源42a,42b,42cから前記偏向電極板41A,41B,41Cに、前記漏洩電界が光軸Oに対して対称(図12の(b)の44に示す)に成る様に、例えば、前記減速電極6に印加している電圧より前記試料に印加している電圧に近い電圧を印加する。
Here, the leakage electric field is symmetric with respect to the optical axis O from the
この様に前記漏洩電界が光軸Oに対して対象な形状になるように矯正されると、前記試料3から放出された二次電子は、図11に示す様に、光軸Oに沿った軌道となり、前記第2加速電極28や収集電極24に衝突することなく前記二次電子検出器29に効率良く検出される。
When the leakage electric field is corrected so as to have a target shape with respect to the optical axis O in this way, secondary electrons emitted from the
尚、前記例では、二次電子検出器は1個だけ設けたが、光軸Oに対して前記二次電子検出器29の対向位置に別の二次電子検出器を設け、該2つの二次電子検出器で検出した二次電子の信号に基づいて前記試料3表面の凹凸像を前記表示装置12の表示画面に表示させるように成しても良い。尚、二次電子検出器を光軸Oの軸対称位置に4個以上設けても良い。
In the above example, only one secondary electron detector is provided. However, another secondary electron detector is provided at a position opposite to the
又、二次電子検出器の代わりにマイクロチャンネルプレートの如き平板状電子検出器を設けても良い。 In addition, a flat electron detector such as a microchannel plate may be provided instead of the secondary electron detector.
図13は前記二次電子検出器29の代わりに平板状電子検出器を設けた場合の一例を示すもので、前記図4にて使用された記号と同一記号が付されたものは同一構成要素である。
FIG. 13 shows an example in which a flat electron detector is provided in place of the
この例の場合では、前記第2分散電極26が削除され、該第2分散電極が配置されていた位置に平板状電子検出器45が配置され、その中心孔内に、鍔部の無い筒状の収集電極24´が配置される。尚、前記平板状電子検出器45は増幅器(図示せず)とAD変換器(図示せず)を介して前記制御装置8に接続されている。
In the case of this example, the
而して、該二次電子は前記加速電極5、前記減速電極6及び前記試料3から形成される加速場レンズ20(一次電子に対して減速場として作用する前記減速場レンズ20は二次電子に対して加速場レンズとして作用する)により加速されて前記減速電極6の開口部に吸引され、更に、該加速場レンズ20と前記磁界レンズ2の磁場とで形成される電磁界により集束されて、図5において37に示す様に、前記加速電極5内を光軸Oに沿って上昇する。
Thus, the secondary electrons are the
この二次電子は前記基準電位電極23、前記第1加速電極27及び前記第2加速電極28から形成される減速場レンズ36(一次電子に対して加速場として作用する前記加速場レンズ36は二次電子に対して減速場レンズとして作用する)により減速され、点Bに集束する。
The secondary electrons are a
該二次電子は前記収集電極24´によって一次電子ビームの軌道軸外に集束・発散され、前記第1分散電極25と前記収集電極24´との間の空間方向に導かれる。
The secondary electrons are focused and diverged out of the orbital axis of the primary electron beam by the collecting electrode 24 ', and are guided in the spatial direction between the
さて、前記第1分散電極25には、前記分散電極制御装置30から正又は負の電位が、前記収集電極24´には、前記可変電源34から、正の電圧が印加されており、前記第1分散電極25と前記収集電極24´の形成される電界により、入ってくる二次電子をエネルギー分散させ、結果的に、前記平板状電子検出器45へ到達する二次電子をエネルギーに関して選別するようにしている。
A positive or negative potential is applied to the first distributed
例えば、前記第1分散電極25に負の電位を印加しておけば、前記二次電子中、前記収集電極24´、に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、前記収集電極24´、に引きつけられるので、46aに示す様に、前記平板状電子検出器45の中心孔部分に導かれ、前記二次電子中、前記第1分散電極25に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、前記第1分散電極25で反射され、46bに示す様に、前記平板状電子検出器45の検出面部分に導かれる。該平板状電子検出器の検出面部分で検出された二次電子の信号は増幅器(図示せず)とAD変換器を介して前記制御装置8に送られるので、表示装置12の表示画面に前記試料3の二次電子像が表示される。
For example, if a negative potential is applied to the
尚、前記平板状電子検出器45として、図14に示す様に、中央に一次電子ビームや二次電子が通過出来、且つ、前記収集電極24´が配置される中心孔45aを有し、例えば、該中心孔周囲の電子検出面が周囲方向に2分割、放射方向に3分割された構造のものを使用すれば、2分割各部分で検出された二次電子に基づいて試料表面の凸凹情報が得られ、又、一番中側の検出部分45b、一番外側の検出部分45c、中側検出面80b、中間の検出部分45dで、それぞれ異なったエネルギーの二次電子を検出することが出来る。
As shown in FIG. 14, the flat-
又、前記例では第1分散電極25と第2分散電極26としてドーナツ状のものを使用し、両電極で円環状のエネルギー分散体を形成するようにしたが、例えば、二次電子検出器が1個の場合は、該1個の二次電子検出器だけに二次電子が検出されれば良いので、円環状の分散体でなくても良く、該二次電子検出器の前に、前記円環状のエネルギー分散体を周方向に一部分取り出したようなエネルギー分散体を用いるようにしても良い。
In the above example, the
又、第1分散電極25と第2分散電極26、第1加速電極27と第2加速電極28等は、前記例に示す如き形状に限定されないことは言うまでもない。
Needless to say, the
又、図9で示した二次電子を集束点B近傍に集束させる磁界コイル39の代わりに、同じ様に、二次電子を集束点B近傍に集束させる作用をする電界を形成する電極を用いても良い。
Further, instead of the
又、前記例では、本発明を走査型電子顕微鏡に応用したものを示したが、他の荷電粒子ビーム装置、例えば、集束イオンビーム等にも応用可能である。 In the above example, the present invention is applied to a scanning electron microscope. However, the present invention can be applied to other charged particle beam devices such as a focused ion beam.
又、前記例では試料から発生する二次電子を検出する装置を示したが、試料から発生するイオンを検出する装置にも応用可能であることは言うまでもない。 In the above example, an apparatus for detecting secondary electrons generated from a sample is shown, but it goes without saying that the apparatus can also be applied to an apparatus for detecting ions generated from a sample.
1、1´、1a…一次電子ビーム
2…磁界レンズ
3…試料
4…走査コイル
5…円筒型の加速電極
6…減速電極
7…試料ステージ
8…制御装置
9…走査制御装置
10…磁界レンズ制御装置
11、29…二次電子検出器
12…表示装置
13、14、15、33、34、35…可変電極
20…減速場レンズ、加速場レンズ
21…制限絞り
22…開き角制御レンズ
23…基準電圧電極
24、24´…収集電極
25…第1分散電極
26…第2分散電極
27…第1加速電極
28…第2加速電極
30…分散電極制御装置
36…加速場レンズ、減速場レンズ
41A、41B、41C…歪み矯正用電極板
43、44…漏洩電界
45…平板状電子検出器
12、12´、37、37´、37a、37b、37a´37b´、37a´´37b´´、38、46a、46b…二次電子
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