JP3225961B2 - 荷電粒子線応用装置 - Google Patents
荷電粒子線応用装置Info
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- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査形荷電粒子顕
微鏡及びその類似装置に係り、特に低加速領域において
高分解能でかつ二次電子の高検出効率に好適な荷電粒子
光学系に関する。
微鏡及びその類似装置に係り、特に低加速領域において
高分解能でかつ二次電子の高検出効率に好適な荷電粒子
光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形電子顕微鏡の分解能を向上させる
ために、特開昭６１−２９４７４６号に記載されている
ような光学系が用いられている。すなわち、輝度が高
く、エネルギ幅の小さな電界放射形（ＦＥ）電子銃と、
レンズの内部に試料を配置して収差を極力小さくしたイ
ンレンズ形対物レンズとを組合わせたものである。この
ような光学系においても低加速領域においては分解能は
低下する。
ために、特開昭６１−２９４７４６号に記載されている
ような光学系が用いられている。すなわち、輝度が高
く、エネルギ幅の小さな電界放射形（ＦＥ）電子銃と、
レンズの内部に試料を配置して収差を極力小さくしたイ
ンレンズ形対物レンズとを組合わせたものである。この
ような光学系においても低加速領域においては分解能は
低下する。
【０００３】一方、色収差を低減するために、特公昭６
３−３４５８８に記載されているような光学系が提案さ
れている。
３−３４５８８に記載されているような光学系が提案さ
れている。
【０００４】この光学系は、電子線が試料を照射する直
前まで高加速電圧とし、試料照射時に減速して低加速電
圧化するものである。この場合、レンズ通過時の電子線
のエネルギが高いので、レンズ収差を小さくできる。す
なわち、高分解能化が図れる。
前まで高加速電圧とし、試料照射時に減速して低加速電
圧化するものである。この場合、レンズ通過時の電子線
のエネルギが高いので、レンズ収差を小さくできる。す
なわち、高分解能化が図れる。
【０００５】以上の観点から、低加速領域で従来以上の
高分解能を得るためには、上記両者の光学系を組合せれ
ば可能となる。すなわち、試料はレンズの内部に配置
し、この試料に負の電圧を印加して減速すればよい。
高分解能を得るためには、上記両者の光学系を組合せれ
ば可能となる。すなわち、試料はレンズの内部に配置
し、この試料に負の電圧を印加して減速すればよい。
【０００６】ただ、この場合問題となるのは二次電子の
検出である。試料がレンズの外部にある従来の場合に
は、特公昭６３−３４５８８に示されているように、一
次電子線の減速電界で二次電子が加速されるまでに二次
電子検出器の電界で二次電子を検出するように構成すれ
ばよかった。しかし、試料をレンズの内部に配置したイ
ンレンズ形では、レンズの磁界が強いためにこの磁界に
二次電子が強く束縛されるばかりでなく、二次電子検出
器をレンズの内部に配置できないという問題が生じる。
検出である。試料がレンズの外部にある従来の場合に
は、特公昭６３−３４５８８に示されているように、一
次電子線の減速電界で二次電子が加速されるまでに二次
電子検出器の電界で二次電子を検出するように構成すれ
ばよかった。しかし、試料をレンズの内部に配置したイ
ンレンズ形では、レンズの磁界が強いためにこの磁界に
二次電子が強く束縛されるばかりでなく、二次電子検出
器をレンズの内部に配置できないという問題が生じる。
【０００７】また、一次電子線と二次電子とを分離する
ことについては特開昭６２−３１９３３号に磁界のみで
分離することが開示されていた。
ことについては特開昭６２−３１９３３号に磁界のみで
分離することが開示されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低加
速領域で高分解能化を図り、かつ二次電子の高検出感度
が得られる電子光学系を提供することにある。
速領域で高分解能化を図り、かつ二次電子の高検出感度
が得られる電子光学系を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】荷電粒子源と、前記荷電
粒子源から出た第１の荷電粒子線を絞って試料に照射す
る対物レンズと、前記対物レンズと試料との間で第１の
荷電粒子線を減速させる減速手段と、第１の荷電粒子線
を試料に照射し、試料から発生する第２の荷電粒子を検
出する検出器と、第１の荷電粒子線と第２の荷電粒子と
を分離する第１の偏向器と、前記対物レンズの物点と前
記第１の偏向器との間に配置された第２の偏向器と、を
具備したことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
粒子源から出た第１の荷電粒子線を絞って試料に照射す
る対物レンズと、前記対物レンズと試料との間で第１の
荷電粒子線を減速させる減速手段と、第１の荷電粒子線
を試料に照射し、試料から発生する第２の荷電粒子を検
出する検出器と、第１の荷電粒子線と第２の荷電粒子と
を分離する第１の偏向器と、前記対物レンズの物点と前
記第１の偏向器との間に配置された第２の偏向器と、を
具備したことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【００１０】まず、試料照射の直前に電子線の減速を行
えば、低加速電圧でも高分解能が得られることは従来技
術からも分かる。
えば、低加速電圧でも高分解能が得られることは従来技
術からも分かる。
【００１１】一方、二次電子検出に関しては、Ｅ×Ｂ形
のフィルタを試料と検出器との間に用いているので、一
次電子線を直進するようにしてやれば、エネルギの異な
る二次電子は自然に偏向されることになる。すなわち、
図５に示すように電子線２の加速電圧Ｖ0にたいして、
次式を満足するようにＥとＢを印加すれば、電子線２の
軌道に影響を与えない。
のフィルタを試料と検出器との間に用いているので、一
次電子線を直進するようにしてやれば、エネルギの異な
る二次電子は自然に偏向されることになる。すなわち、
図５に示すように電子線２の加速電圧Ｖ0にたいして、
次式を満足するようにＥとＢを印加すれば、電子線２の
軌道に影響を与えない。
【００１２】
【数１】
【００１３】この時、検出すべき二次電子８のエネルギ
は減速電圧ＶＲでありかつ電子線２と方向が逆であるの
で、二次電子８の偏向角θは、
は減速電圧ＶＲでありかつ電子線２と方向が逆であるの
で、二次電子８の偏向角θは、
【００１４】
【数２】
【００１５】となる。
【００１６】この偏向方向を検出器の方向と一致させて
おけば、二次電子は検出器に向かって進むので、検出効
率の向上が図れることになる。
おけば、二次電子は検出器に向かって進むので、検出効
率の向上が図れることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１により説
明する。
明する。
【００１８】電子銃１からでた電子線２は、幾つかのレ
ンズ（本実施例では加速レンズ３、コンデンサレンズ
４、対物レンズ５）により細く絞られて試料６上を照射
する。
ンズ（本実施例では加速レンズ３、コンデンサレンズ
４、対物レンズ５）により細く絞られて試料６上を照射
する。
【００１９】この電子線２は偏向器７により試料６上で
二次元的に走査される。また、試料６からでてきた二次
電子８は、二次電子検出器９により検出されて映像信号
となる。
二次元的に走査される。また、試料６からでてきた二次
電子８は、二次電子検出器９により検出されて映像信号
となる。
【００２０】ここで、試料６は電子線２を減速するため
に負の電圧ＶＲが印加されている。
に負の電圧ＶＲが印加されている。
【００２１】このとき、出てきた二次電子はこの減速電
圧ＶＲにより逆に加速され、検出器９の電界のみでは十
分に検出器９の方に偏向できなくなる。
圧ＶＲにより逆に加速され、検出器９の電界のみでは十
分に検出器９の方に偏向できなくなる。
【００２２】そこで、出てきた二次電子８を検出器９の
方に偏向するために偏向器を配置すればよいが、電子線
２の軌道に影響のないように電界Ｅと磁界Ｂとを直交さ
せたいわゆるＥ×Ｂ形のフィルタ１０を対物レンズ５と
検出器９との間に配置している。このとき、（１）式の
ようにＥとＢを印加すれば、電子線２の軌道には影響を
与えずに二次電子８のみを検出器の方に偏向でき、検出
効率の向上が図れる。
方に偏向するために偏向器を配置すればよいが、電子線
２の軌道に影響のないように電界Ｅと磁界Ｂとを直交さ
せたいわゆるＥ×Ｂ形のフィルタ１０を対物レンズ５と
検出器９との間に配置している。このとき、（１）式の
ようにＥとＢを印加すれば、電子線２の軌道には影響を
与えずに二次電子８のみを検出器の方に偏向でき、検出
効率の向上が図れる。
【００２３】ただ、この場合、フィルタ１０による色収
差が問題になる。この色収差による偏向角βは、
差が問題になる。この色収差による偏向角βは、
【００２４】
【数３】
【００２５】で表わされる。ここで、ΔＶは電子線２の
エネルギ幅である。
エネルギ幅である。
【００２６】すなわち、図２に示すようにこの色収差に
より物点１２でＳβの拡がりを持つことになり、対物レ
ンズの倍率をＭとすると試料上ではＭＳβの拡がりを生
ずる。具体的数値の典型的な一例を示すと、θ＝３０
°、ΔＶ＝０.３ｅＶ、Ｖ0＝１ｋＶ、としてＶRに対す
るβは図３に示すものとなる。この図からβを大きく見
積もって５×１０-5とし、Ｓ＝２００ｍｍ，Ｍ＝１／５
０とすると、０.２μｍの拡がりとなる。この値は、電
子線２の所望の値（〜ｎｍ）より非常に大きい。
より物点１２でＳβの拡がりを持つことになり、対物レ
ンズの倍率をＭとすると試料上ではＭＳβの拡がりを生
ずる。具体的数値の典型的な一例を示すと、θ＝３０
°、ΔＶ＝０.３ｅＶ、Ｖ0＝１ｋＶ、としてＶRに対す
るβは図３に示すものとなる。この図からβを大きく見
積もって５×１０-5とし、Ｓ＝２００ｍｍ，Ｍ＝１／５
０とすると、０.２μｍの拡がりとなる。この値は、電
子線２の所望の値（〜ｎｍ）より非常に大きい。
【００２７】そこで、本発明では図４ならびに図１に示
すように、Ｅ×Ｂ形のフィルタ１１を配置してこの色収
差を自己消去できるようにした。すなわち、図４から分
かるようにΔＶのエネルギが拡がりを持つ電子線２があ
たかも物点１２の一点から出たかのようになるようにフ
ィルタ１１を動作させる。このフィルタ１１の偏向角
β′は、
すように、Ｅ×Ｂ形のフィルタ１１を配置してこの色収
差を自己消去できるようにした。すなわち、図４から分
かるようにΔＶのエネルギが拡がりを持つ電子線２があ
たかも物点１２の一点から出たかのようになるようにフ
ィルタ１１を動作させる。このフィルタ１１の偏向角
β′は、
【００２８】
【数４】
【００２９】とすればよい。
【００３０】以上により、電子線２の径を増大させるこ
となく、二次電子８のみを検出器９の方に偏向すること
が可能となる。すなわち、低加速領域でも高分解能でか
つ二次電子の高検出効率が得られることになる。
となく、二次電子８のみを検出器９の方に偏向すること
が可能となる。すなわち、低加速領域でも高分解能でか
つ二次電子の高検出効率が得られることになる。
【００３１】図１に示す本発明を実施した結果のごく一
例を以下に示す。フィルタ１１を物点１２とフィルタ１
０とのほぼ中間に配置して電界Ｅと磁界Ｂとの作用長Ｌ
を約２０ｍｍとなるように構成し、Ｖ0＝１ｋＶと固定
にしてＶＲ＝０〜９００Ｖと変化させた。このとき、フ
ィルタ１０、１１のそれぞれのＥとＢの強さをＥ＝０〜
２５Ｖ／ｍｍ，０〜５０Ｖ／ｍｍ，Ｂ＝０〜１４ガウス
（Gauss)，０〜２８GaussとＶＲに連動させて変化させ
たところ、４〜６ｎｍの高分解能が実現できた。
例を以下に示す。フィルタ１１を物点１２とフィルタ１
０とのほぼ中間に配置して電界Ｅと磁界Ｂとの作用長Ｌ
を約２０ｍｍとなるように構成し、Ｖ0＝１ｋＶと固定
にしてＶＲ＝０〜９００Ｖと変化させた。このとき、フ
ィルタ１０、１１のそれぞれのＥとＢの強さをＥ＝０〜
２５Ｖ／ｍｍ，０〜５０Ｖ／ｍｍ，Ｂ＝０〜１４ガウス
（Gauss)，０〜２８GaussとＶＲに連動させて変化させ
たところ、４〜６ｎｍの高分解能が実現できた。
【００３２】本発明は、１ｋＶ以下の低加速電圧でｎｍ
オーダの分解能を得ることを目的になされたため、フィ
ルタを２段にしたが、目的によっては１段で構成しても
二次電子の高検出効率化は可能であることは、本実施例
で述べた通りである。
オーダの分解能を得ることを目的になされたため、フィ
ルタを２段にしたが、目的によっては１段で構成しても
二次電子の高検出効率化は可能であることは、本実施例
で述べた通りである。
【００３３】また、本実施例では試料がレンズの内部に
配置したが、レンズの外側に配置された構成の光学系に
たいしても実施することができる。なおこの場合、二次
電子検出器は試料と対物レンズとの間にあってもよい
し、図１のように対物レンズの上側にあってもよいこと
はいうまでもない。要は、試料と二次電子検出器との間
にＥ×Ｂ形のフィルタがあれば実現できる。
配置したが、レンズの外側に配置された構成の光学系に
たいしても実施することができる。なおこの場合、二次
電子検出器は試料と対物レンズとの間にあってもよい
し、図１のように対物レンズの上側にあってもよいこと
はいうまでもない。要は、試料と二次電子検出器との間
にＥ×Ｂ形のフィルタがあれば実現できる。
【００３４】さらに、本発明は走査形電子顕微鏡に対し
て述べたが、これに限ることなく類似の電子線応用装置
一般に適用できるし、さらにイオン線のような荷電粒子
線応用装置一般に適用できることは言うまでもない。た
だ、正の電荷を持っている荷電粒子線の場合には、減速
電圧は正の値にする必要がある。
て述べたが、これに限ることなく類似の電子線応用装置
一般に適用できるし、さらにイオン線のような荷電粒子
線応用装置一般に適用できることは言うまでもない。た
だ、正の電荷を持っている荷電粒子線の場合には、減速
電圧は正の値にする必要がある。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、低加速領域でも荷電粒
子線径を増大させることなく二次荷電粒子を検出器の方
に偏向することが可能となるので、高分解能でかつ二次
荷電粒子の高検出効率が得られる効果がある。
子線径を増大させることなく二次荷電粒子を検出器の方
に偏向することが可能となるので、高分解能でかつ二次
荷電粒子の高検出効率が得られる効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す荷電粒子光学系の縦断
面図。
面図。
【図２】Ｅ×Ｂ形フィルタの色収差に関する説明図。
【図３】Ｅ×Ｂ形フィルタの色収差により生じる偏向角
と試料に印加した減速電圧との関係曲線図。
と試料に印加した減速電圧との関係曲線図。
【図４】フィルタの色収差を自己打消しさせるための基
本光学系の縦断面図。
本光学系の縦断面図。
【図５】Ｅ×Ｂ形フィルタによる一次電子線と二次電子
の軌道を示す説明図である。
の軌道を示す説明図である。
１…電子銃、２…電子線、３…加速レンズ、４…コンデ
ンサレンズ、５…対物レンズ、６…試料、７…偏向器、
８…二次電子、９…二次電子検出器、１０，１１…Ｅ×
Ｂ形フィルタ、１２…物点。
ンサレンズ、５…対物レンズ、６…試料、７…偏向器、
８…二次電子、９…二次電子検出器、１０，１１…Ｅ×
Ｂ形フィルタ、１２…物点。
Claims (6)
- 【請求項１】 荷電粒子源と、前記荷電粒子源から出た第
１の荷電粒子線を絞って試料に照射させる対物レンズ
と、前記対物レンズと試料との間で第１の荷電粒子線を
減速させる減速手段と、第１の荷電粒子線を試料に照射
し、試料から発生する第２の荷電粒子を検出する検出器
と、第１の荷電粒子線と第２の荷電粒子とを分離させる
第１の偏向器と、前記対物レンズの物点と前記第１の偏
向器との間に配置された第２の偏向器と、を具備したこ
とを特徴とする荷電粒子線応用装置。 - 【請求項２】 前記第１の偏向器と第２の偏向器は電界と
磁界が交叉する如く配置されていることを特徴とする請
求項１記載の荷電粒子線応用装置。 - 【請求項３】 前記第１と第２の偏向器はＥ×Ｂフィルタ
であることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線応用
装置。 - 【請求項４】 第１の荷電粒子線が試料に入射するエネル
ギーが１ＫｅＶ以下であることを特徴とする請求項１か
ら３いずれか記載の荷電粒子線応用装置。 - 【請求項５】 荷電粒子源と、前記荷電粒子源から出た第
１の荷電粒子線を絞って試料に照射する対物レンズ手段
と、第１の荷電粒子線を減速するとともに、試料への第
１の荷電粒子線の照射により試料から発生する第２の荷
電粒子を加速する減速手段と、第１の荷電粒子線と第２
の荷電粒子線を分離する電界及び磁界を用いた第１の偏
向器と、前記第１の偏向器により発生する第１の荷電粒
子線への影響を補正する、電界及び磁界を用いて配置さ
れた第２の偏向器と、前記第１の偏向器の偏向角をα、
前記第２の偏向器の偏向角をβと置き、前記対物レンズ
の物点と前記第１の偏向器との距離Ｓおよび前記対物レ
ンズの物点と前記第２の偏向器との距離Ｔとした時に、
ＳのＴに対する比がβのαに対する比に等しくなるよう
に前記第１と第２の偏向器を配置させたことを特徴とす
る荷電粒子線応用装置。 - 【請求項６】 前記荷電粒子源が電子源、第１の荷電粒子
線が１次電子線、第２の荷電粒子が二次電子であること
を特徴とする請求項１または５記載の荷電粒子線応用装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194888A JP3225961B2 (ja) | 1988-11-24 | 2000-06-23 | 荷電粒子線応用装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194888A JP3225961B2 (ja) | 1988-11-24 | 2000-06-23 | 荷電粒子線応用装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10362129A Division JP3139484B2 (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 荷電粒子線顕微方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001077413A Division JP2001256914A (ja) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 荷電粒子線応用装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001043820A JP2001043820A (ja) | 2001-02-16 |
| JP3225961B2 true JP3225961B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=18693645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000194888A Expired - Lifetime JP3225961B2 (ja) | 1988-11-24 | 2000-06-23 | 荷電粒子線応用装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3225961B2 (ja) |
-
2000
- 2000-06-23 JP JP2000194888A patent/JP3225961B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001043820A (ja) | 2001-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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