JP2012003909A - Charged particle beam device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam device capable of obtaining a charged particle beam image in which shape contrast and shade contrast are emphasized while maintaining a high SN ratio.SOLUTION: The charged particle beam device includes a metal plate for generating a tertiary electron by impacting a secondary electron or a reflection electron against the metal plate, between an electron source and a specimen. The metal plate comprises divided regions in each of which a voltage can be applied independently. In addition, a primary beam through hole provided in the metal plate is provided at a place adequately far from an electron beam optical axis.

Description

本発明は、荷電粒子線を試料に照射して二次的に発生した荷電粒子信号を検出する装置に関するものであり、特に電子ビームを試料上で走査しながら試料から二次的に発生した信号電子を検出して画像化あるいは組成分析を行う走査型電子顕微鏡に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for detecting a charged particle signal generated secondarily by irradiating a sample with a charged particle beam, and in particular, a signal generated secondarily from a sample while scanning an electron beam on the sample. The present invention relates to a scanning electron microscope that detects electrons and performs imaging or composition analysis.

荷電粒子線を試料に照射して二次的に発生した荷電粒子信号から試料画像形成あるいは試料分析を行う装置として、走査型電子顕微鏡がある。高精細な画像を得るためには、信号ノイズに対する信号振幅の比(SN比)を向上させる必要がある。信号取得に要する時間を長くすれば、累積信号量が多くなりSN比が向上する。しかし観察時間が長くなるため、応用上の制約となる。また、照射する電子線量を大きくすればSN比が向上するが、電子線源からの電子線取り込み角を多くしなければならず、レンズ収差が増大し空間分解能が劣化する。従って、観察時間と空間分解能を維持したままSN比を向上させるためには、検出信号量の最大化あるいは混入するノイズ量の最小化を行う必要がある。特許文献1にその一例が示されている。   There is a scanning electron microscope as an apparatus for performing sample image formation or sample analysis from a charged particle signal generated by irradiating a sample with a charged particle beam. In order to obtain a high-definition image, it is necessary to improve the ratio of signal amplitude to signal noise (SN ratio). If the time required for signal acquisition is lengthened, the accumulated signal amount increases and the SN ratio is improved. However, since the observation time becomes long, it becomes an application restriction. Further, if the electron dose to be irradiated is increased, the S / N ratio is improved, but the angle of taking in the electron beam from the electron beam source has to be increased, and the lens aberration is increased and the spatial resolution is deteriorated. Therefore, in order to improve the S / N ratio while maintaining the observation time and the spatial resolution, it is necessary to maximize the detection signal amount or minimize the amount of noise to be mixed. An example is shown in Patent Document 1.

一方、試料の形状,構造ないし材料を画像上で区別できるためには、異なる特徴を持つ部位からの信号量に十分な差異がなければならない。十分な差異がある状態をコントラストが大きいと呼ぶ。画像コントラストには、試料表面の形状をあらわす形状コントラスト,凹凸を強調した陰影コントラスト,試料表面の電位分布に対応した電位コントラスト,試料の組成を強調する材料コントラストなどが含まれる。例えば、陰影コントラストを強調するためには、文献L. Reimer, Scanning Electron Microscopy, 2nd Ed. (Springer Verlag, 1998), p. 191 に示されているとおり、異なる方向に放出した信号電子を、放出方向に応じて異なる検出効率で検出する方法が公表されている。信号の放出方向に応じた検出を行う場合、特定方向の信号電子を検出しないため、総信号量は低下し、従ってSN比も低下する。   On the other hand, in order to be able to distinguish the shape, structure, or material of the sample on the image, there must be a sufficient difference in the amount of signal from parts having different characteristics. A state where there is a sufficient difference is called high contrast. The image contrast includes a shape contrast that represents the shape of the sample surface, a shadow contrast that emphasizes the unevenness, a potential contrast that corresponds to the potential distribution on the sample surface, and a material contrast that enhances the composition of the sample. For example, in order to enhance shadow contrast, signal electrons emitted in different directions are emitted as shown in the document L. Reimer, Scanning Electron Microscopy, 2nd Ed. (Springer Verlag, 1998), p. 191. A method of detecting with different detection efficiencies depending on the direction has been published. When performing detection in accordance with the signal emission direction, signal electrons in a specific direction are not detected, so that the total signal amount decreases, and therefore the SN ratio also decreases.

形状コントラストあるいは陰影コントラストを向上させるため、信号電子を放出角度に応じて検出する方法については、特許文献2〜7に開示された方法が知られている。特開平8−273569号公報,特開2000−30654号公報,特開2006−228999号公報には、検出器を複数配置する方法が開示されている。WO00/19482号公報,特開2008−108592号公報,特開2008−186689号公報では、単一の検出器と複数の金属板を備え、信号電子の高速成分(反射電子または後方散乱電子)のうち様々な放出角度をもつ信号電子が異なる前記金属板に照射されるように前記金属板を配置する方法が開示されている。この方法によれば、金属板に印加する電圧を可変させることで検出できる放出角度範囲を制御することができる。   In order to improve the shape contrast or the shadow contrast, methods disclosed in Patent Documents 2 to 7 are known as methods for detecting signal electrons according to the emission angle. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-27369, 2000-30654, and 2006-228999 disclose methods of arranging a plurality of detectors. In WO00 / 19482, JP2008-108592, and JP2008-186589, a single detector and a plurality of metal plates are provided, and high-speed components of signal electrons (reflected electrons or backscattered electrons). Among them, a method is disclosed in which the metal plates are arranged so that signal electrons having various emission angles are irradiated onto the different metal plates. According to this method, it is possible to control the discharge angle range that can be detected by varying the voltage applied to the metal plate.

WO00/19482号公報に開示された方法では、金属板で信号電子を三次電子に変換する必要があるため、信号電子のうち、三次電子生成を行うのに十分な運動エネルギーを持っている高速成分のみが角度弁別の対象である。また特開2008−108592号公報,特開2008−186689号公報に開示された方法では、試料に負極性の高電圧が印加されているため、信号電子の低速成分(二次電子)であっても金属板位置で高い運動エネルギーをもつ。従って金属板から三次電子を発生させることができる。しかしこれらの特許文献では、前記高電圧により加速されてもその軌道が大きく変化しない信号電子の高速成分のみを角度弁別の対象としている。一方、信号電子の低速成分は加速電界と対物レンズ磁場により軌道が交錯し、角度弁別を行えるほど離れた位置に到着しない。   In the method disclosed in WO00 / 19482, since it is necessary to convert signal electrons to tertiary electrons with a metal plate, among the signal electrons, a high-speed component having sufficient kinetic energy to generate tertiary electrons. Only the object of angle discrimination. In the methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-108592 and 2008-186689, since a negative high voltage is applied to the sample, it is a low-speed component (secondary electrons) of signal electrons. Also has high kinetic energy at the metal plate position. Accordingly, tertiary electrons can be generated from the metal plate. However, in these patent documents, only high-speed components of signal electrons whose trajectories do not change greatly even when accelerated by the high voltage are targeted for angle discrimination. On the other hand, the low-speed components of the signal electrons do not arrive at positions that are far enough to perform angle discrimination because the trajectories intersect due to the acceleration electric field and the objective lens magnetic field.

特開2000−11939号公報JP 2000-11939 A 特開平8−273569号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-27369 特開2000−30654号公報JP 2000-30654 A 特開2006−228999号公報JP 2006-228999 A WO00/19482号公報WO00 / 19482 特開2008−108592号公報JP 2008-108592 A 特開2008−186689号公報JP 2008-186689 A 特開2006−332038号公報JP 2006-332038 A

L. Reimer, Scanning Electron Microscopy, 2nd Ed. (Springer Verlag, 1998), p. 191L. Reimer, Scanning Electron Microscopy, 2nd Ed. (Springer Verlag, 1998), p. 191

ところが、走査型電子顕微鏡にて頻繁に使用される一次電子線の照射エネルギー領域(100eVから3000eV)では、信号電子の高速成分は低速成分に比べその発生量が1/3から1/20と小さいことが知られている。従って、WO00/19482号公報,特開2008−108592号公報,特開2008−186689号公報で開示されている方法はいずれも総信号量が少ない高速成分を角度弁別しているため、コントラストは高くてもSN比の低下が避けられない。また、特開平8−273569号公報,特開2000−30654号公報,特開2006−228999号公報に開示された方法では、弁別する角度領域の数だけ検出器が必要となり、様々な試料に対して検出角度を最適化するためには非常に多くの検出器が必要になり、装置の製造コストが増大する。さらに、特開2006−332038号公報に開示された方法のように、二次信号を電磁場により偏向する方法では、一次電子線の光軸曲がりを抑える方法(直交電磁界発生器、あるいはExBフィールド発生器)などが知られているが、一次ビームの偏向色収差を増大させるため、空間分解能の劣化が生じる。   However, in the irradiation energy region (100 eV to 3000 eV) of the primary electron beam frequently used in the scanning electron microscope, the generated amount of the high speed component of the signal electrons is as small as 1/3 to 1/20 compared to the low speed component. It is known. Accordingly, the methods disclosed in WO 00/19482, JP 2008-108592 A, and JP 2008-186689 all have high contrast because angle discrimination is performed on high-speed components with a small total signal amount. However, the SN ratio is inevitable. Further, in the methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-27369, 2000-30654, and 2006-228999, detectors are required as many as the number of angular regions to be distinguished, and various samples are used. In order to optimize the detection angle, a very large number of detectors are required, and the manufacturing cost of the apparatus increases. Further, as in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-332038, in the method of deflecting the secondary signal by an electromagnetic field, a method of suppressing the optical axis bending of the primary electron beam (orthogonal electromagnetic field generator or ExB field generation) However, since the deflection chromatic aberration of the primary beam is increased, the spatial resolution is deteriorated.

本発明で解決すべき第一の課題は、高いSN比を維持しつつ形状コントラストや陰影コントラストを強調した荷電粒子線画像が得られる荷電粒子線装置を提供することにある。第二の課題は、第一の課題を、製造コストを抑えつつ解決する方法を提供することにある。さらに第三の課題は、第一と第二の課題を、高い空間分解能を維持したまま解決することにある。   A first problem to be solved by the present invention is to provide a charged particle beam apparatus capable of obtaining a charged particle beam image in which shape contrast and shadow contrast are enhanced while maintaining a high S / N ratio. The second problem is to provide a method for solving the first problem while suppressing the manufacturing cost. A third problem is to solve the first and second problems while maintaining a high spatial resolution.

第一の課題を解決するために、電子源から放出した一次電子線を試料上で走査する一次電子線照射系と、試料から発生した二次電子が前記電子源の方向に加速される加速電場とを備え、前記電子源と前記試料の間に複数に分割された金属板を備えた構成を用いる。前記金属板には、分割された領域に各々独立に電圧を印加する電源と電源制御手段が接続されている。さらに前記金属板には、前記一次ビームを試料へ導く通路となる通過穴をあける必要があるが、前記分割された領域のもっとも主要な部分あるいは中心は前記通過穴から十分離れた場所に設けることを特徴とする。またさらに前記金属板には、前記加速された二次電子が衝突し、金属板から発生した三次電子を検出器により検出する構成を用いる。前記分割を十分細かく行うことで、前記加速電場が存在しても信号電子の低速成分を角度ごとに分離することができる。従って高速成分で弁別するよりもSN比を向上できる。さらに、前記分割した金属板のうち、検出しない信号電子の角度成分が衝突する部位に前記電源と前記電源制御手段によって正の電圧を印加することにより、前記三次電子の発生を抑制することができ、角度弁別を行うことができる。前記試料から発生した信号電子の低速成分の中心が、前記分割中心やその他所望の分割部分に衝突させるために、信号電子を偏向させる偏向手段を備える。あるいは、前記信号電子の低速成分の中心位置に追従するように、前記分割した金属板の電圧配置を前記電源制御手段によって制御する。   In order to solve the first problem, a primary electron beam irradiation system that scans a sample with a primary electron beam emitted from an electron source, and an accelerating electric field in which secondary electrons generated from the sample are accelerated in the direction of the electron source. And a configuration including a metal plate divided into a plurality of portions between the electron source and the sample is used. The metal plate is connected to a power source and a power source control means for independently applying a voltage to the divided areas. Further, it is necessary to make a through hole in the metal plate as a passage for guiding the primary beam to the sample, but the most main part or center of the divided region is provided at a location sufficiently away from the through hole. It is characterized by. Furthermore, the said metal plate uses the structure which the said secondary electron collides and detects the tertiary electron which generate | occur | produced from the metal plate with a detector. By performing the division sufficiently finely, the low speed component of the signal electrons can be separated for each angle even in the presence of the acceleration electric field. Therefore, the SN ratio can be improved as compared with the discrimination by the high speed component. Furthermore, the generation of the tertiary electrons can be suppressed by applying a positive voltage by the power source and the power source control means to the portion of the divided metal plate where the angle component of the signal electrons that are not detected collides. Angle discrimination can be performed. The center of the low speed component of the signal electrons generated from the sample is provided with a deflecting means for deflecting the signal electrons so as to collide with the division center or other desired division part. Alternatively, the power supply control means controls the voltage arrangement of the divided metal plates so as to follow the center position of the low-speed component of the signal electrons.

第二の課題を解決するためには、上記分割した金属板の分割領域の数にくらべ、前記検出器の数を少なくすればよい。角度制御は前記金属板で行うため、検出器は一つであっても、異なる分割に電圧を印加することで、異なるコントラストをもつ画像を取得できる。従って、検出器や増幅アンプ,信号処理回路などの数を大幅に減らすことができ、コスト低減になる。   In order to solve the second problem, the number of detectors may be reduced as compared with the number of divided regions of the divided metal plate. Since the angle control is performed by the metal plate, images having different contrasts can be acquired by applying voltages to different divisions even if there is only one detector. Therefore, the number of detectors, amplifiers, signal processing circuits, etc. can be greatly reduced, resulting in cost reduction.

第三の課題は、第一の課題と同時に解決している。なぜなら、本発明の信号弁別は、前記金属板から発生した三次電子に対して行うのであって、三次電子は加速場を持たないために高々数10Vの印加電圧でその発生を抑制することができる。このため、数keVの運動エネルギーを有する一次電子線への悪影響(収差増大や軸曲がり)は無視できる。   The third problem is solved simultaneously with the first problem. This is because the signal discrimination of the present invention is performed on the tertiary electrons generated from the metal plate, and since the tertiary electrons do not have an accelerating field, the generation can be suppressed with an applied voltage of several tens of volts at most. . For this reason, the adverse effect (aberration increase and axial bending) on the primary electron beam having a kinetic energy of several keV can be ignored.

本発明により、製造コストを抑えつつ、高い空間分解能を維持したまま、高SNを維持しつつ形状コントラストや陰影コントラストを強調した荷電粒子線画像が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a charged particle beam image in which the shape contrast and the shadow contrast are enhanced while maintaining a high SN while maintaining a high spatial resolution while suppressing a manufacturing cost.

本発明が適用される走査電子顕微鏡の一構成例。1 shows a configuration example of a scanning electron microscope to which the present invention is applied. 信号電子のエネルギー分布。Energy distribution of signal electrons. TSEとBSEの放出効率。Release efficiency of TSE and BSE. 実施例1の荷電粒子線装置の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a charged particle beam apparatus according to Embodiment 1. FIG. 二次電子の放出角の概念説明図。The conceptual explanatory drawing of the emission angle of a secondary electron. 金属板の説明図。Explanatory drawing of a metal plate. 分割電極が形成する電位分布と3次電子の関係を示す概念図。The conceptual diagram which shows the relationship between the electric potential distribution which a divided electrode forms, and a tertiary electron. 二次電子偏向手段の調整フロー図。The adjustment flowchart of a secondary electron deflection | deviation means. 取得画像の模式図。The schematic diagram of an acquisition image. 二次電子偏向量の調整フロー図。The secondary electron deflection amount adjustment flowchart. 二次電子偏向量の調整に用いる標準試料の模式図。The schematic diagram of the standard sample used for adjustment of the amount of secondary electron deflection. 実施例2の分割電極の形状を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating the shape of a divided electrode according to Example 2. 実施例3の分割電極が形成する電位分布と3次電子の関係を示す概念図。The conceptual diagram which shows the electric potential distribution which the division | segmentation electrode of Example 3 forms, and the relationship of a tertiary electron. 実施例4の二次電子偏向手段の調整フロー図。FIG. 6 is an adjustment flowchart of secondary electron deflecting means according to the fourth embodiment. 二次電子偏向量を決めるための格子を示す模式図。The schematic diagram which shows the grating | lattice for determining the amount of secondary electron deflection. 実施例5の分割電極を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram showing a divided electrode of Example 5. 本実施例の角度選択検出の説明図。Explanatory drawing of the angle selection detection of a present Example.

図1は、本発明を適用した走査型電子顕微鏡であって、特に半導体ウェハや露光用マスク上に形成された回路パターンやレジストパターンを観察,寸法計測,形状計測,検査,欠陥レビューを行う電子線検査装置を示している。電子顕微鏡鏡筒1には電子放出源101が取り付けられており、電子源制御部201により制御され、一次電子線102の放出を行う。前記一次電子線は、レンズ制御部202により制御された一つ以上の集束レンズ103と電流制限絞り104によりその直径が最適化されたのち、同じくレンズ制御部202により制御された対物レンズ105により試料106上に焦点を結ぶ。前記一次電子線102は、偏向制御部203により制御された偏向器107により試料106上を走査され、その結果試料106から発生した二次電子線108を検出器109にて検出する。検出信号は増幅器204にて増幅され、表示部205に表示される。試料106には一次電子線を減速して試料上の照射エネルギーを制御する高圧電源206が接続されている。前記各制御部は中央制御部207によって統合的に制御される。制御値や調整値は記憶手段208に保存される。   FIG. 1 shows a scanning electron microscope to which the present invention is applied. In particular, an electron for observing, measuring dimensions, measuring shapes, inspecting, and reviewing defects on a circuit pattern or a resist pattern formed on a semiconductor wafer or an exposure mask. 1 shows a line inspection apparatus. An electron emission source 101 is attached to the electron microscope column 1 and is controlled by an electron source control unit 201 to emit a primary electron beam 102. The diameter of the primary electron beam is optimized by one or more converging lenses 103 controlled by the lens control unit 202 and the current limiting diaphragm 104, and then the sample is sampled by the objective lens 105 controlled by the lens control unit 202. Focus on 106. The primary electron beam 102 is scanned on the sample 106 by the deflector 107 controlled by the deflection control unit 203, and as a result, the secondary electron beam 108 generated from the sample 106 is detected by the detector 109. The detection signal is amplified by the amplifier 204 and displayed on the display unit 205. The sample 106 is connected to a high voltage power source 206 that controls the irradiation energy on the sample by decelerating the primary electron beam. Each control unit is controlled by the central control unit 207 in an integrated manner. Control values and adjustment values are stored in the storage unit 208.

図2に、信号電子のエネルギー分布を模式的に示す。信号電子108の低速成分は運動エネルギーが50eVよりも小さい信号と定義され、真の二次電子(True secondary electron,TSE)と称される。図2において108aで示される領域の信号である。TSEはエネルギーが数eVに大きなピークをもつ。50eVよりも高い運動エネルギーを持つものは高速成分と定義し、後方散乱電子(Backscattered electron,BSE)と称される。図2において108bで示される。BSEのエネルギー分布は試料の平均原子番号に強く依存し、大きい平均原子番号(Z1)を有する試料は、一次電子線102の入射エネルギーとほぼ等しいエネルギーにピークを持つ弾性散乱的な分布を示すのに対し、小さい平均原子番号(Z2)を有する試料は一次電子線102の入射エネルギーの半分程度のエネルギーにピークを持つ。   FIG. 2 schematically shows the energy distribution of signal electrons. The low-speed component of the signal electron 108 is defined as a signal having a kinetic energy smaller than 50 eV, and is referred to as a true secondary electron (TSE). It is the signal of the area | region shown by 108a in FIG. TSE has a large peak in energy at several eV. Those having a kinetic energy higher than 50 eV are defined as high-speed components, and are called backscattered electrons (BSE). This is indicated by 108b in FIG. The energy distribution of BSE strongly depends on the average atomic number of the sample, and a sample having a large average atomic number (Z1) exhibits an elastic scattering distribution having a peak at an energy substantially equal to the incident energy of the primary electron beam 102. On the other hand, a sample having a small average atomic number (Z2) has a peak at an energy about half of the incident energy of the primary electron beam 102.

図3に、TSEとBSEの放出効率を模式的に示す。BSEの放出効率は試料の平均原子番号が大きいほど大きくなり、一次電子線の入射エネルギーにはほとんど依存しない。その大きさは、炭素やシリコンなどの軽元素で0.1から0.2、金などの重元素で0.4程度である。一方、TSEは一次電子線の入射エネルギーに大きく依存し、数100eVから3000eVの範囲でTSEの放出効率が1.0を上回る。   FIG. 3 schematically shows the release efficiency of TSE and BSE. The emission efficiency of BSE increases as the average atomic number of the sample increases, and hardly depends on the incident energy of the primary electron beam. The size is about 0.1 to 0.2 for light elements such as carbon and silicon, and about 0.4 for heavy elements such as gold. On the other hand, TSE greatly depends on the incident energy of the primary electron beam, and TSE emission efficiency exceeds 1.0 in the range of several hundred eV to 3000 eV.

ここで述べる発明を実施するための最良の形態では、半導体ウェハや露光用マスク上に形成された回路パターンやレジストパターンを試料106と想定しているが、これらの材料を用いる場合、試料損傷や試料帯電を避ける目的で上記数100eVから3000eV程度の入射エネルギーが使用されることが一般的である。さらに窒素やシリコンなどの軽元素でこれらの材料が形成されていることが多い。従って、図3から導かれる結論として、TSEを検出信号の主成分とするほうが、BSEを主成分とするよりも多くの信号量を得ることができ、高いSN比が実現できる。以下では、さらに詳細に実施の形態を述べる。   In the best mode for carrying out the invention described here, a circuit pattern or resist pattern formed on a semiconductor wafer or an exposure mask is assumed to be the sample 106. However, when these materials are used, In general, incident energy of about several hundred eV to about 3000 eV is used for the purpose of avoiding sample charging. Further, these materials are often formed of light elements such as nitrogen and silicon. Therefore, as a conclusion derived from FIG. 3, it is possible to obtain a larger signal amount when TSE is the main component of the detection signal than when BSE is the main component, and a high S / N ratio can be realized. In the following, embodiments will be described in more detail.

(実施例1)
第一の実施の形態を、図4〜図7を参照して述べる。電子源101,一次電子線102,試料106,偏向器107については、図1と同様の構成である。試料106には、高圧電源206により負電圧が印加されており、一次電子線は100eVから3000eVまで減速され、前記試料106に衝突する。前記一次電子線は、偏向器107により試料106上を走査され、その結果、試料からは信号電子としてTSE108aとBSE108bが放出されるが、前記負電圧と鏡体1の接地電圧の間に電子にとっての加速電界が形成されるため、TSE108aとBSE108bは試料から電子源側へと加速される。本実施例では、試料に負電圧が印加されて鏡体が設置されている場合について述べたが、試料と鏡体の間の電界が信号電子にとって加速電界を形成すればよく、本実施例で述べた電圧配置と異なる電圧配置であっても本発明の効果に違いはない。
Example 1
The first embodiment will be described with reference to FIGS. The electron source 101, the primary electron beam 102, the sample 106, and the deflector 107 have the same configuration as in FIG. A negative voltage is applied to the sample 106 by a high-voltage power source 206, and the primary electron beam is decelerated from 100 eV to 3000 eV and collides with the sample 106. The primary electron beam is scanned on the sample 106 by the deflector 107. As a result, TSE 108a and BSE 108b are emitted from the sample as signal electrons, but for the electrons between the negative voltage and the ground voltage of the mirror 1 Thus, the TSE 108a and the BSE 108b are accelerated from the sample toward the electron source. In the present embodiment, the case where a negative voltage is applied to the sample and the mirror is installed has been described. However, the electric field between the sample and the mirror only needs to form an accelerating electric field for the signal electrons. Even if the voltage arrangement is different from the voltage arrangement described, there is no difference in the effect of the present invention.

放出されるTSE,BSEは様々な放出角度をもって試料106から出射するが、図5に示すように、試料面に平行な方向から測った電子放出方向θを仰角と定義したとき、仰角の大きい信号ほど、信号電子の光軸に近い軌道を飛行し、仰角が小さい信号ほど、信号電子の光軸から離れた軌道を飛行する。また、エネルギーの高い信号電子(BSE)ほど信号電子の光軸から離れた軌道を飛行し、エネルギーの低い信号電子(TSE)ほど信号電子の光軸から離れた軌道を飛行する。   The emitted TSE and BSE are emitted from the sample 106 with various emission angles. As shown in FIG. 5, when the electron emission direction θ measured from the direction parallel to the sample surface is defined as the elevation angle, the signal having a large elevation angle is emitted. As the signal electron flies in an orbit closer to the optical axis of the signal electron, the smaller the elevation angle, the more the signal electron flies in the orbit away from the optical axis. Further, a signal electron (BSE) having higher energy flies on a trajectory farther from the optical axis of the signal electron, and a signal electron (TSE) having lower energy flies on a trajectory farther from the optical axis of the signal electron.

前記試料と前記電子源の間には、複数に分割された金属板300が配置されている。また、前記金属板と試料の間には二次電子軌道を一次電子軌道から離軸させるため、制御手段303によって制御される二次電子偏向手段112が備えられている。   A divided metal plate 300 is disposed between the sample and the electron source. Further, a secondary electron deflection unit 112 controlled by the control unit 303 is provided between the metal plate and the sample in order to separate the secondary electron orbit from the primary electron orbit.

金属板300の形状を図6に示す。金属板はA点を中心に同軸上に分割されており、A点とは異なる場所B点に前記一次電子線を試料へ導くための通路となる穴があいている。各分割領域300a,300b,300c・・・に対して独立に電圧源301a,301b,301c・・・がそれぞれ接続され、電源制御手段302によってその出力値が制御される。   The shape of the metal plate 300 is shown in FIG. The metal plate is divided coaxially with respect to the point A, and a hole serving as a passage for guiding the primary electron beam to the sample is provided at a point B different from the point A. The voltage sources 301a, 301b, 301c,... Are connected to the divided regions 300a, 300b, 300c,... Independently, and the output values are controlled by the power supply control means 302.

図4に示す通り、試料から発生し加速されたTSE108aは、前記二次電子偏向手段112により離軸され、金属板300に衝突する。このとき、TSEの金属板上での到達位置分布の中心が、図6で示したA点とほぼ一致するように前記二次電子偏向手段112を調整しておく。この調整方法に関しては、詳しく後述する。この調整により、金属板300の中心の分割300aには、主にTSEが集中して衝突し、TSEのなかでも仰角の大きい成分が選択的に衝突する。実験によれば、仰角が60°よりも大きいTSE成分のみを選択的に分割300aに衝突させるには、分割領域の大きさを直径1mmから2mm程度まで小さくする必要があった。一方、一次電子線を通過させる穴も、光軸調整を容易に行う観点からその穴径を1mm程度確保する必要があり、上述したB点をA点から遠ざける構成は高い仰角のTSEを選択するためには本質的である。   As shown in FIG. 4, the TSE 108 a generated from the sample and accelerated is deaxiald by the secondary electron deflecting means 112 and collides with the metal plate 300. At this time, the secondary electron deflection means 112 is adjusted so that the center of the arrival position distribution of the TSE on the metal plate substantially coincides with the point A shown in FIG. This adjustment method will be described later in detail. By this adjustment, the TSE mainly concentrates and collides with the central division 300a of the metal plate 300, and a component having a large elevation angle selectively collides with the TSE. According to experiments, in order to selectively collide only the TSE component having an elevation angle larger than 60 ° with the division 300a, it is necessary to reduce the size of the divided area from about 1 mm to 2 mm in diameter. On the other hand, it is necessary to secure a hole diameter of about 1 mm for the hole through which the primary electron beam passes, from the viewpoint of easily adjusting the optical axis, and a configuration in which the above-described B point is away from the A point selects a TSE with a high elevation angle. It is essential for that.

金属板の各分割領域からは、TSEの衝突により三次電子113が発生するが、前記三次電子113が検出器109に到達できるかどうかは、電圧源301a,301b,301c・・・の出力値によって変化する。例えば、中心の分割領域に接続された電圧源301aのみ0Vに設定し、その他の電圧を正電位に設定すると、図7(a)に示されるように分割300a以外から発生した3次電子は電位障壁を乗り越えることができず検出器109に到達できない。その結果、高い仰角をもったTSEのみ(実際は高い仰角のTSE発生数に比例した数の三次電子)が検出される。TSEはBSEに比べ発生数が多いため、本実施例で述べられた方法により、高い信号SNを維持したまま、放出角度に依存した高いコントラストの走査型電子顕微鏡画像が得られる。また、金属板から発生する三次電子も、50eV以下の低エネルギー電子が大半を占めるため、電源301b等に印加する電圧は数10V以下、多くの場合数V以下でよく、一次電子線へ与える影響は無視できる。その結果、高い空間分解能を維持できる。選択的に検出する仰角領域は高い角度に限られない。例えば、分割領域300bに接続された電圧源301bのみ0Vに設定し、その他の電圧を正電位に設定すると、図7(b)に示されるように分割300b以外から発生した3次電子は電位障壁を乗り越えることができず検出器109に到達できない。その結果、ある仰角範囲をもったTSEの放出量に比例した数の三次電子が検出される。   From each divided area of the metal plate, the tertiary electrons 113 are generated by the collision of TSE. Whether the tertiary electrons 113 can reach the detector 109 depends on the output values of the voltage sources 301a, 301b, 301c. Change. For example, when only the voltage source 301a connected to the central divided region is set to 0V and other voltages are set to positive potentials, the tertiary electrons generated from other than the divided 300a are potentials as shown in FIG. The barrier 109 cannot be overcome and the detector 109 cannot be reached. As a result, only TSE with a high elevation angle (actually, the number of tertiary electrons proportional to the number of TSE occurrences with a high elevation angle) is detected. Since TSE occurs more frequently than BSE, a high-contrast scanning electron microscope image depending on the emission angle can be obtained by the method described in this embodiment while maintaining a high signal SN. In addition, since most of the tertiary electrons generated from the metal plate are low-energy electrons of 50 eV or less, the voltage applied to the power supply 301b or the like may be several tens of volts or less, and in many cases, several volts or less, and the influence on the primary electron beam. Can be ignored. As a result, high spatial resolution can be maintained. The elevation angle region that is selectively detected is not limited to a high angle. For example, when only the voltage source 301b connected to the divided region 300b is set to 0V and the other voltages are set to positive potentials, the tertiary electrons generated from other than the divided 300b are potential barriers as shown in FIG. 7B. Cannot be overcome and the detector 109 cannot be reached. As a result, the number of tertiary electrons proportional to the amount of TSE emitted with a certain elevation angle range is detected.

このように、分割領域を適当な寸法で設計し、その中心を一次電子線用の通過穴から離して設置すれば、任意の仰角範囲に放出されたTSEによる画像を得ることができる。分割領域の寸法を決定する方法は容易である。あらかじめ試料から金属板までの空間の電磁場を電磁場シミュレータ等で計算しておき、その電磁場中のTSE軌道を算出し、検出したい放出仰角を持ったTSEが金属板のどの位置に到着するか調べればよい。   In this way, if the divided area is designed with an appropriate size and the center thereof is set apart from the passage hole for the primary electron beam, an image by TSE emitted in an arbitrary elevation angle range can be obtained. The method for determining the dimensions of the divided areas is easy. If the electromagnetic field in the space from the sample to the metal plate is calculated in advance using an electromagnetic field simulator, etc., the TSE trajectory in the electromagnetic field is calculated, and the position of the TSE with the emission elevation angle to be detected arrives on the metal plate. Good.

前記二次電子偏向手段112の調整フローについて図8を参照して述べる。以下では、磁場による偏向作用を二次電子に及ぼす形態を有する二次電子偏向手段について説明する。電場による偏向作用を有する構成や、電場と磁場双方を有する構成などであっても、調整方法は同様である。本調整作業は、観察に用いる一次電子光学系の条件(加速電圧,プローブ電流量など)ごとに実施する必要がある。   The adjustment flow of the secondary electron deflecting means 112 will be described with reference to FIG. Hereinafter, a secondary electron deflecting unit having a configuration in which a deflection action by a magnetic field is exerted on secondary electrons will be described. The adjustment method is the same even in a configuration having a deflection action by an electric field or a configuration having both an electric field and a magnetic field. This adjustment work must be performed for each condition (acceleration voltage, probe current amount, etc.) of the primary electron optical system used for observation.

まずステップ801にて、調整用の試料を試料室に搬送する。次にステップ802にて、一次電子光学系の条件を設定する。次にステップ803にて、中心の分割領域300aに接続された電圧源301aのみ0Vに設定し、その他の電圧を正電位+100Vに設定する。ステップ804にて、画像取得領域(視野)を100μm×100μmに設定する。ステップ805にて、二次電子偏向手段112の偏向強度(ΔX,ΔY)を設定する。設定する偏向強度(ΔX,ΔY)は、あらかじめ経験的に得られている値でもよいし、未知であれば(0,0)、すなわち二次電子偏向しない、という設定でもよい。ステップ806にて、前記視野全体のSEM画像を取得する。この視野の広さは通常の画像観察領域よりも十分広い範囲である。従って、前記視野の特定部分以外では、試料から放出した信号電子が仰角によらず分割領域300aに到達する電子の数が少なくなる。従って、取得した画像は図9に示されるように当該部分のみ信号強度が強い(明るい)領域901が存在する画像となる。ステップ807にて、前記明るい領域901の中心と、視野の中心902との距離ΔLを測定する。判定808にて、ΔLが許容値よりも小さければ、二次電子偏向量が最適であると判断し、上記偏向強度(ΔX,ΔY)を記憶手段208に記憶し(ステップ810)、調整作業を終了する。判定808にて、ΔLが許容値よりも大きければ、ステップ809にて二次電子偏向量を(ΔX+δx,ΔY+δy)に変更し、ステップ806〜ステップ808を繰り返す。複数回の繰り返しののち、判定808にて、ΔLが許容値よりも小さければ、二次電子偏向量が最適であると判断し、上記偏向強度を記憶手段208に記憶し(ステップ810)、調整作業を終了する。   First, in step 801, the adjustment sample is transported to the sample chamber. Next, in step 802, conditions for the primary electron optical system are set. Next, in step 803, only the voltage source 301a connected to the central divided region 300a is set to 0V, and the other voltages are set to a positive potential + 100V. In step 804, the image acquisition area (field of view) is set to 100 μm × 100 μm. In step 805, the deflection intensity (ΔX, ΔY) of the secondary electron deflection means 112 is set. The deflection intensity (ΔX, ΔY) to be set may be a value empirically obtained in advance, or may be set to (0, 0), that is, no secondary electron deflection if unknown. In step 806, an SEM image of the entire field of view is acquired. The field of view is sufficiently wider than the normal image observation area. Accordingly, the number of electrons, which are emitted from the sample, reach the divided region 300a regardless of the elevation angle, except for the specific portion of the visual field. Therefore, as shown in FIG. 9, the acquired image is an image in which only the portion has a strong (bright) region 901 with high signal intensity. In step 807, a distance ΔL between the center of the bright area 901 and the center 902 of the visual field is measured. If it is determined in step 808 that ΔL is smaller than the allowable value, it is determined that the secondary electron deflection amount is optimal, the deflection intensity (ΔX, ΔY) is stored in the storage means 208 (step 810), and adjustment work is performed. finish. If ΔL is larger than the allowable value in decision 808, the secondary electron deflection amount is changed to (ΔX + δx, ΔY + δy) in step 809, and steps 806 to 808 are repeated. After a plurality of repetitions, if ΔL is smaller than the allowable value in determination 808, it is determined that the amount of secondary electron deflection is optimal, and the deflection intensity is stored in storage means 208 (step 810) for adjustment. Finish the work.

尚、通常の画像取得領域(視野)は5μm×5μm以下であり、上述した画像内の明るさ不均一901は存在せず、画質劣化を招かない。また、上述した視野の大きさ100μm×100μm,5μm×5μmは共に電子線装置の一例について述べているに過ぎず、装置によって大きく変更となる値である。これらの絶対値は発明の実施にとって本質的ではない。前記100μm×100μm視野に相当する値が、当該装置の通常の画像取得領域よりも十分大きければ、発明の効果に違いはない。   Note that the normal image acquisition area (field of view) is 5 μm × 5 μm or less, and the above-described brightness non-uniformity 901 in the image does not exist, and the image quality does not deteriorate. In addition, the above-mentioned visual field sizes of 100 μm × 100 μm and 5 μm × 5 μm are merely described as examples of the electron beam apparatus, and are values that vary greatly depending on the apparatus. These absolute values are not essential to the practice of the invention. If the value corresponding to the 100 μm × 100 μm field of view is sufficiently larger than the normal image acquisition area of the apparatus, there is no difference in the effect of the invention.

ところで上述した二次電子偏向量の調整方法は、次の二点の仮定が共に成立する場合のみ有効である。一つには通常観察領域よりも十分広い領域を観察する手段を備えていること、二つ目は、領域の異なる点から放出した電子であれば、放出角が同じであっても金属板300上の異なる領域に衝突すること、である。これらの二つの仮定が成立しない場合に、二次電子偏向量の調整を行う方法について図10を用いて説明する。   By the way, the method for adjusting the amount of secondary electron deflection described above is effective only when both of the following two assumptions hold. One is a means for observing an area sufficiently wider than the normal observation area, and the second is that the metal plate 300 has the same emission angle as long as the electrons are emitted from different points in the area. To collide with different areas above. A method of adjusting the secondary electron deflection amount when these two assumptions are not satisfied will be described with reference to FIG.

まずステップ1001にて、図11に示す円筒状または球状、あるいは半球状の突起を平面上に配置した試料を搬送する。次にステップ1002にて、一次電子光学系の条件を設定する。次にステップ1003にて、中心の分割領域300aに接続された電圧源301aのみ0Vに設定し、その他の電圧を正電位+100Vに設定する。ステップ1004にて、二次電子偏向手段112の偏向強度(ΔX,ΔY)を設定する。設定する偏向強度(ΔX,ΔY)は、あらかじめ経験的に得られている値でもよいし、未知であれば(0,0)、すなわち二次電子偏向しない、という設定でもよい。ステップ1005にて、前記試料上突起のSEM画像を取得する。ステップ1006にて取得した画像における前記突起物の外周部の明るさを測定し、その全周にわたる明るさのばらつきσを求める。判定1007にて、σが許容値よりも小さければ、二次電子偏向量が最適であると判断し、上記偏向強度(ΔX,ΔY)を記憶手段208に記憶し(ステップ1008)、調整作業を終了する。判定1507にて、σが許容値よりも大きければ、ステップ1009にて二次電子偏向量を(ΔX+δx,ΔY+δy)に変更し、ステップ1005〜ステップ1007を繰り返す。複数回の繰り返しののち、判定1007にて、ΔLが許容値よりも小さければ、二次電子偏向量が最適であると判断し、上記偏向強度を記憶手段208に記憶し(ステップ1008)、調整作業を終了する。   First, in step 1001, a sample in which cylindrical, spherical, or hemispherical protrusions shown in FIG. Next, in step 1002, conditions for the primary electron optical system are set. Next, in step 1003, only the voltage source 301a connected to the central divided region 300a is set to 0V, and other voltages are set to a positive potential + 100V. In step 1004, the deflection intensity (ΔX, ΔY) of the secondary electron deflection means 112 is set. The deflection intensity (ΔX, ΔY) to be set may be a value empirically obtained in advance, or may be set to (0, 0), that is, no secondary electron deflection if unknown. In step 1005, an SEM image of the protrusion on the sample is acquired. The brightness of the outer periphery of the protrusion in the image acquired in step 1006 is measured, and the brightness variation σ over the entire periphery is obtained. If it is determined in decision 1007 that σ is smaller than the allowable value, it is determined that the amount of secondary electron deflection is optimum, the deflection intensity (ΔX, ΔY) is stored in the storage means 208 (step 1008), and adjustment work is performed. finish. If it is determined in step 1507 that σ is larger than the allowable value, the secondary electron deflection amount is changed to (ΔX + δx, ΔY + δy) in step 1009 and steps 1005 to 1007 are repeated. After multiple iterations, if it is determined in decision 1007 that ΔL is smaller than the allowable value, it is determined that the amount of secondary electron deflection is optimum, and the deflection intensity is stored in the storage means 208 (step 1008) for adjustment. Finish the work.

(実施例2)
第二の実施の形態を、図12を参照して述べる。第一の実施例と相違する点は、金属板300の分割方法である。その他共通する部分の説明は省略する。図12には、金属板300の分割方法を示している。分割は中心点Aから放射状に行っていることが特徴であり、TSEの放出方位角φに応じて衝突する金属板が異なるように設計してある。ここでも、一次電子線の通過穴はA点から十分離れたB点に備える。点線で示した領域1201は、TSEが到達する範囲を示している。B点は領域1201よりも外側に配置する。実施した実験から、TSEの全仰角成分を検出する場合でも金属板300上の広がりは直径3mm程度と小さかった。従って、距離1.5mm以上A点とB点を離しておかないと、特定方位角成分をもつTSEの検出効率が下がることとなり、コントラストの低下を招く。従ってB点をA点から遠ざける構成は、方位角に応じたTSEを選択するためにも本質的である。
(Example 2)
A second embodiment will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is the method for dividing the metal plate 300. Description of other common parts is omitted. FIG. 12 shows a method for dividing the metal plate 300. The feature is that the division is performed radially from the center point A, and the colliding metal plates are designed differently according to the emission azimuth angle φ of the TSE. Here too, the passage hole for the primary electron beam is provided at point B sufficiently away from point A. A region 1201 indicated by a dotted line indicates a range where the TSE reaches. The point B is arranged outside the region 1201. From the experiment conducted, the spread on the metal plate 300 was as small as about 3 mm in diameter even when the total elevation angle component of TSE was detected. Therefore, if the points A and B are not separated by a distance of 1.5 mm or more, the detection efficiency of TSE having a specific azimuth angle component is lowered, leading to a decrease in contrast. Therefore, the configuration in which the point B is moved away from the point A is essential for selecting the TSE corresponding to the azimuth angle.

(実施例3)
第三の実施の形態を、図13を参照して述べる。本実施例は、第一,第二の実施例で生じうる不都合を回避する方法を述べるものである。図7(a),(b)に示す通り、TSEの角度に応じた信号選択は、金属板300a,300b・・・に印加された電圧により形成された電位分布によって実現される。分割された金属板が大きい場合、図13(a)に示すように正電圧が印加された分割領域1301,1302からの三次電子は検出を妨げられ、0Vが設定された分割領域1303全体にわたり三次電子は高効率で検出される。一方、TSEの広がりが小さいために金属板の分割寸法は1mm以下となる場合がある。このとき、図13(b)に示すように分割領域1301、1302が形成する電場分布が分割領域1303の一部あるいは全体にせり出し、前記分割領域1303から発生する三次電子信号の検出効率が低下することがあった。そこで図13(c)に示すように、0Vを印加した多孔金属メッシュ1304を分割された金属板300a,300b・・・の試料側に配置することで、前記電場分布のせり出しを抑制することができる。さらにこの構成にすると、一次電子へ悪影響を及ぼすB点近傍の電界強度を低減することができ、空間分解能の劣化を一層弱めることができる。
(Example 3)
A third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment describes a method for avoiding inconveniences that may occur in the first and second embodiments. As shown in FIGS. 7A and 7B, the signal selection according to the angle of TSE is realized by the potential distribution formed by the voltages applied to the metal plates 300a, 300b. When the divided metal plate is large, as shown in FIG. 13A, the tertiary electrons from the divided regions 1301 and 1302 to which a positive voltage is applied are prevented from being detected, and the tertiary is distributed over the entire divided region 1303 where 0V is set. Electrons are detected with high efficiency. On the other hand, since the spread of TSE is small, the division dimension of the metal plate may be 1 mm or less. At this time, as shown in FIG. 13B, the electric field distribution formed by the divided regions 1301 and 1302 protrudes to a part or the whole of the divided region 1303, and the detection efficiency of the tertiary electron signal generated from the divided region 1303 decreases. There was a thing. Therefore, as shown in FIG. 13C, by arranging a porous metal mesh 1304 to which 0 V is applied on the sample side of the divided metal plates 300a, 300b,..., The protrusion of the electric field distribution can be suppressed. it can. Further, with this configuration, the electric field strength in the vicinity of point B that adversely affects the primary electrons can be reduced, and the deterioration of the spatial resolution can be further reduced.

(実施例4)
第四の実施の形態を、図4を再度参照して述べる。第一の実施例で述べた二次電子偏向手段112の偏向量は、図8ないし図10の手順に従い電子光学条件を決定すれば唯一に定まるものであった。しかし、イメージシフト偏向器110が金属板300と試料106の間に配置されている場合、観察領域を移動するためにイメージシフト偏向器110を使用すると、一次電子線だけでなく信号電子線の軌道も偏向されるため、二次電子偏向手段112の偏向量を再設定する必要がある。図14に、イメージシフト偏向器を使用した場合に正しく角度弁別検出が行えるように二次電子偏向手段112を調整するフロー図を示す。
(Example 4)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. 4 again. The amount of deflection of the secondary electron deflecting means 112 described in the first embodiment is uniquely determined if the electron optical conditions are determined according to the procedure shown in FIGS. However, when the image shift deflector 110 is disposed between the metal plate 300 and the sample 106, if the image shift deflector 110 is used to move the observation region, the trajectory of not only the primary electron beam but also the signal electron beam. Therefore, it is necessary to reset the deflection amount of the secondary electron deflecting means 112. FIG. 14 is a flow chart for adjusting the secondary electron deflecting means 112 so that angle discrimination detection can be performed correctly when an image shift deflector is used.

まずステップ1401にて、調整用の試料を試料室に搬送する。次にステップ1402にて、一次電子光学系の条件を設定する。次にステップ1403にて、イメージシフト偏向器の使用量を(0,0)に設定する。ここで、かっこ内の数値は、それぞれx,y方向の単位視野移動量δIに乗ずる係数である。次にステップ1404にて、当該イメージシフト使用量に対する二次電子偏向量を決定する。本ステップの内容は、図8のステップ803〜ステップ810あるいは図10のステップ1003〜ステップ1009と同一である。次にステップ1405にて、イメージシフト偏向器の使用量(前記係数)を(1,0)に変更し、ステップ1404を繰り返す。この作業を図15に示す25点(n=1からn=25)に対して繰り返す。その結果得られたイメージシフト偏向量と二次電子偏向強度の対応関係を数表として記憶手段208に記憶し(ステップ1406)、調整作業を終了する。   First, in step 1401, the adjustment sample is transferred to the sample chamber. Next, in step 1402, conditions for the primary electron optical system are set. In step 1403, the usage amount of the image shift deflector is set to (0, 0). Here, the numerical values in parentheses are coefficients by which the unit visual field movement amount δI in the x and y directions is multiplied. Next, in step 1404, a secondary electron deflection amount with respect to the image shift usage amount is determined. The contents of this step are the same as steps 803 to 810 in FIG. 8 or steps 1003 to 1009 in FIG. Next, in step 1405, the usage amount (the coefficient) of the image shift deflector is changed to (1, 0), and step 1404 is repeated. This operation is repeated for 25 points (n = 1 to n = 25) shown in FIG. The correspondence relationship between the image shift deflection amount and the secondary electron deflection intensity obtained as a result is stored in the storage means 208 as a numerical table (step 1406), and the adjustment operation is terminated.

各イメージシフト量に対する正しい二次電子偏向量を得ることができる。また、上記25点以外のイメージシフト移動量についても、上記25点の結果を内挿することで、算出される。   A correct secondary electron deflection amount for each image shift amount can be obtained. Further, the image shift movement amount other than the 25 points is also calculated by interpolating the results of the 25 points.

同様に、一次ビーム偏向器107に二次電子偏向量を追従させることも可能である。あらかじめイメージシフト偏向器110使用量と偏向器107使用量の感度比を求めておけば、図14のフローで得られたデータに基づき、偏向器使用量毎に最適な二次電子偏向量を得ることができる。   Similarly, it is possible to cause the primary beam deflector 107 to follow the amount of secondary electron deflection. If the sensitivity ratio between the usage amount of the image shift deflector 110 and the usage amount of the deflector 107 is obtained in advance, the optimum secondary electron deflection amount is obtained for each usage amount of the deflector based on the data obtained in the flow of FIG. be able to.

(実施例5)
第五の実施の形態を、図16を参照して述べる。第五の実施例では、第一から第四の実施例にて懸念される次の欠点を補う一つの形態を説明する。すなわち第一から第四の実施例では、試料から分割された金属板300の間を飛行する信号電子、特にTSEに対して、二次電子偏向手段によりその軌道を変化させる。二次電子偏向手段の配置,構成によっては一次電子線に与える影響が大きくなる場合があり、画像の空間分解能劣化の原因になる。この欠点を補うには、図16に示す構成をとればよい。すなわち、図6や図12で示した分割された金属板の大きさに比べ十分小さい大きさの微小金属板の集合体400を前記金属板300の代わりに配置する。金属板400を構成する微小金属板400a,400b,400c・・・はそれぞれ電圧印加手段501a,501b,501c・・・に接続されており、前記電圧印加手段は電圧制御手段502によりその出力電圧が制御される。第一から第四の実施例では、信号電子の軌道をあらかじめ定められた金属板300上へ導くように図8,図10,図14のフローに従い二次電子偏向手段112の使用量を調整した。本実施例では、二次電子を偏向する代わりに二次電子の金属板集合体400上の到達位置に応じて、前記電圧印加手段501a,501b,501c・・・の出力分布を移動させる方法をとる。
(Example 5)
A fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, one mode that compensates for the following drawbacks which are concerned in the first to fourth embodiments will be described. That is, in the first to fourth embodiments, the trajectory of the signal electrons, particularly TSE, flying between the metal plates 300 divided from the sample is changed by the secondary electron deflection means. Depending on the arrangement and configuration of the secondary electron deflection means, the influence on the primary electron beam may become large, which causes deterioration of the spatial resolution of the image. In order to compensate for this drawback, the configuration shown in FIG. That is, an assembly 400 of minute metal plates having a sufficiently smaller size than the divided metal plates shown in FIGS. 6 and 12 is arranged instead of the metal plate 300. The metal plates 400a, 400b, 400c,... Constituting the metal plate 400 are connected to voltage application means 501a, 501b, 501c,..., Respectively. Be controlled. In the first to fourth embodiments, the usage amount of the secondary electron deflecting means 112 is adjusted in accordance with the flow of FIGS. 8, 10, and 14 so as to guide the trajectory of the signal electrons onto the predetermined metal plate 300. . In the present embodiment, instead of deflecting the secondary electrons, a method of moving the output distribution of the voltage applying means 501a, 501b, 501c,... According to the arrival position of the secondary electrons on the metal plate assembly 400. Take.

本実施例にて図7(a)に相当する角度選択検出を行う場合を図17に示す。黒く塗りつぶされた分割は0Vに維持されており、当該分割から発生した3次電子は検出器109に検出される。一方、白く塗られた分割には正電圧が印加されており、検出信号に寄与しない。集合体400の左上に信号電子の中心分布が衝突する場合(図17(a))、中心に衝突する場合(図17(b))、右下に衝突する場合(図17(c))で分割に印加する電圧配置が異なる。この電圧配置を、図8,図10、あるいは図14のフロー図で二次電子偏向強度を求めた場合と同様な手順で定めれば、二次電子を偏向することなく、すなわち一次電子線に悪影響を与えることなくコントラストを強調した画像を取得することができる。   FIG. 17 shows a case where angle selection detection corresponding to FIG. 7A is performed in this embodiment. The division filled in black is maintained at 0 V, and the tertiary electrons generated from the division are detected by the detector 109. On the other hand, a positive voltage is applied to the white-painted division, which does not contribute to the detection signal. When the center distribution of signal electrons collides with the upper left of the aggregate 400 (FIG. 17A), when colliding with the center (FIG. 17B), when colliding with the lower right (FIG. 17C). The voltage arrangement applied to the division is different. If this voltage arrangement is determined by the same procedure as the case where the secondary electron deflection intensity is obtained in the flow chart of FIG. 8, FIG. 10, or FIG. 14, the secondary electrons are not deflected, that is, the primary electron beam. An image with enhanced contrast can be acquired without adversely affecting the image.

Claims (8)

一次荷電粒子線を試料に照射して得られる二次荷電粒子線を検出して前記試料の顕微鏡画像を得る荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線源と前記試料との間に配置され、かつ二個以上に分割された金属板と、
前記分割された金属板の各々に独立に電圧が印加できる電圧印加手段とを備え、
前記分割された金属板には前記二次荷電粒子線が衝突することを特徴とする荷電粒子線装置。
In a charged particle beam apparatus for obtaining a microscopic image of the sample by detecting a secondary charged particle beam obtained by irradiating the sample with a primary charged particle beam,
A metal plate disposed between the charged particle beam source and the sample and divided into two or more;
Voltage applying means capable of independently applying a voltage to each of the divided metal plates,
The charged particle beam apparatus, wherein the secondary charged particle beam collides with the divided metal plate.
請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記分割された金属板は同心円状に分割され、その中心は前記一次荷電粒子線の光軸とは一致しないことを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The divided metal plate is divided into concentric circles, and the center thereof does not coincide with the optical axis of the primary charged particle beam.
請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記分割された金属板は放射状に分割され、その中心は前記一次荷電粒子線の光軸とは一致しないことを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The divided metal plate is divided radially, and the center thereof does not coincide with the optical axis of the primary charged particle beam.
請求項1から3のいずれか記載の荷電粒子線装置において、
前記試料は試料台に保持され、前記試料台には前記二次荷電粒子線を試料から前記金属板の方向へ加速させる電圧が印加されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
In the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 3,
The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the sample is held on a sample stage, and a voltage for accelerating the secondary charged particle beam from the sample toward the metal plate is applied to the sample stage.
請求項1から4のいずれか記載の荷電粒子線装置において、
前記二次荷電粒子線を加速して前記金属板に衝突させる目的で、前記試料と前記金属板の間に電界が印加されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
In the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 4,
A charged particle beam apparatus, wherein an electric field is applied between the sample and the metal plate for the purpose of accelerating the secondary charged particle beam to collide with the metal plate.
請求項1から5のいずれか記載の荷電粒子線装置において、
前記二次荷電粒子線は電子線であることを特徴とする荷電粒子線装置。
In the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 5,
The charged particle beam apparatus, wherein the secondary charged particle beam is an electron beam.
請求項1から5のいずれか記載の荷電粒子線装置において、
前記一次荷電粒子線,二次荷電粒子線は共に電子線であることを特徴とする荷電粒子線装置。
In the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 5,
The charged particle beam apparatus, wherein both the primary charged particle beam and the secondary charged particle beam are electron beams.
請求項1から7のいずれか記載の荷電粒子線装置において、
前記分割された金属板と、前記試料の間に、二次荷電粒子線を偏向する手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
In the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 7,
A charged particle beam apparatus comprising means for deflecting a secondary charged particle beam between the divided metal plate and the sample.
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