JP3966350B2 - Scanning electron microscope - Google Patents

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JP3966350B2
JP3966350B2 JP2005354293A JP2005354293A JP3966350B2 JP 3966350 B2 JP3966350 B2 JP 3966350B2 JP 2005354293 A JP2005354293 A JP 2005354293A JP 2005354293 A JP2005354293 A JP 2005354293A JP 3966350 B2 JP3966350 B2 JP 3966350B2
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秀男 戸所
真 江角
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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 the surface of the sample to be inspected, and in particular, a scanning image with high resolution in a low acceleration voltage region. The present invention 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。
The scanning electron microscope accelerates electrons emitted from a heating type or field emission type electron source, and forms a thin electron beam (primary electron beam) with an electrostatic or magnetic lens, and this primary electron beam is scanned using a scanning deflector. Scan the sample to be observed, detect secondary signals such as secondary electrons or reflected electrons secondary generated from the sample by irradiation with the primary electron beam, and scan the detected signal intensity in synchronization with the primary electron beam scan. A two-dimensional scanning image is obtained by using the luminance modulation input of the cathode ray tube. 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 an inspection sample at the 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。
As a result of scanning electron microscopes being used in the process of semiconductor device fabrication or post-finish inspection (eg, dimensional measurement with an electron beam or inspection of electrical operation), the insulation can be observed without being charged. A high resolution of 10 nm or less has been required at a low acceleration voltage.
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。
The factor that hinders high resolution in the low acceleration voltage region is the blurring of the electron beam due to chromatic aberration caused by variations in the energy of the electron beam emitted from the electron source. In a scanning electron microscope with a low acceleration voltage, a field emission type electron source with a small variation in energy of an emitted electron beam is mainly used in order to reduce the blur due to the chromatic aberration. But,
Even with a field emission electron source, the spatial resolution at 500 volts is limited to 10 to 15 nm, which does not satisfy the user's 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 objective lens at the ground potential and a negative potential are applied. There is a method to set the final low acceleration voltage by decelerating the primary electrons between the samples (see: Eye Triple E, 9th Annual Symposium on Electron Ion and Laser Technology Procedure, 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。
Although the effect of this method has already been confirmed by experiments, since a high voltage is applied to the sample, secondary electrons are pulled into the mirror body by a deceleration electric field and are difficult to detect, and have high insulation properties. Since a sample stage is required, there are almost no examples adopted in commercial 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 secondary electrons or reflected electrons sucked into the aperture 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 by providing a post-acceleration means in the objective lens path, the negative potential applied to the sample is reduced to a practical value, and it can be used in a commercially available device. 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 relates to an electron source, a scanning deflector that scans the sample with a primary electron beam generated from the electron source, an objective lens that converges the primary electron beam, and a secondary electron beam generated from the sample by irradiation with the primary electron beam. In a scanning electron microscope including a secondary signal detector for detecting a secondary signal and obtaining a two-dimensional scanning image of a sample, an accelerating cylinder disposed in an electron beam path of an objective lens, and a stage subsequent to the primary electron beam in the accelerating cylinder A means for applying an accelerating voltage; a means for forming a decelerating electric field for the primary electron beam between the accelerating cylinder and the sample; and a secondary signal detector arranged at a position closer to the electron source than the accelerating cylinder, To 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 it is difficult to detect secondary electrons or reflected electrons, and the handling problem caused by applying a high potential to the sample. 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 reflector having an aperture through which a primary electron beam passes, suction means for sucking secondary electrons generated by the reflector, and detection means for detecting the sucked secondary electrons. Can be included. The attraction means can be made of an electric field and a magnetic field perpendicular to the electric field, so that the deflection of the primary electron beam due to the electric field can be canceled by the magnetic field. This type of secondary signal detection method can also be applied when no acceleration cylinder is provided or when the acceleration 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 composed of a multi-channel plate having an aperture through which the primary electron beam passes, or a photodetector that detects the light emission of the phosphor and phosphor having the aperture through which the primary electron beam passes. You may comprise.
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 installation location of the secondary signal detector may be between the acceleration cylinder and the scanning deflector, between the scanning deflector and the electron source, or both. When secondary signal detectors are provided at two locations, a scanning image can be formed using 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 the scanned image may be automatically selected according to the scanned image magnification or the observation conditions given in advance. The method using the two secondary signal detectors can also be applied when the acceleration cylinder is not provided or when the acceleration 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 combines electrostatic deflection and magnetic field deflection to give the desired deflection to the primary electron beam but to the secondary signal sucked from the sample side. Can not be. This deflection method combining electrostatic deflection and magnetic field deflection can also be applied when no acceleration 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 the ratio of the post-acceleration voltage applied to the acceleration cylinder to the electron gun voltage applied to the electron source, and the ratio of the voltage applied to the sample to 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。
By aligning the center of the lens created by the magnetic field of the objective lens with the center of the electrostatic lens formed between the accelerating cylinder and the sample, the distortion of the scanned image due to the electrostatic lens action formed by the deceleration electric field is eliminated. Can do.
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 the acceleration voltage is applied to the upper magnetic pole by applying a subsequent acceleration voltage thereto, the center of the magnetic lens and the electrostatic lens can be matched. It becomes easy.
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 objective lens can be made higher than the final acceleration voltage, and the blurring 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, secondary signals such as secondary electrons or reflected electrons, which have been difficult until now, can be detected efficiently.
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 (sometimes decelerated) between the extraction electrode 2 and the anode 5 at the ground potential. Anode 5
The energy (acceleration voltage) of the electron beam that has passed through the electron gun 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 so as to penetrate 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 subsequent acceleration voltage 10 applied to the acceleration cylinder 9. The post-accelerated primary electron beam 11 is decelerated by a negative superimposed voltage 13 applied to the sample 12 to obtain a desired acceleration voltage. The actual acceleration voltage of this method is the difference between the electron gun acceleration voltage 6 and the superimposed voltage 13 regardless 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 is subjected to scanning deflection by the condenser lens 14, the upper scanning deflector 15, and the lower scanning deflector 16, and then further accelerated by the acceleration cylinder 9 provided in the path of the objective lens 8. Receive 10 accelerations. The primary electron beam 11 accelerated later is narrowed down onto 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, as 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 thinner electron beam (high resolution) is obtained. The opening angle of the primary electron beam of the objective lens 8 is determined by the condenser lens 14.
It is determined by the diaphragm 18 placed below. The diaphragm 18 is centered by the adjustment knob 19. In the figure, mechanical adjustment is performed, but electrostatic or magnetic deflectors are provided before and after the diaphragm 18,
The adjustment may be performed by deflecting the electron beam.
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 scanned. Is adjusted so that the scanned electron beam always passes through the center of the objective lens 8. The sample 12 is fixed on the sample holder 20 to which the superimposed voltage 13 is applied. Sample holder 20
Is placed on the sample stage 22 via the 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 deceleration 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 path of the objective lens 8 and receives the 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 lateral electric field of the suction electrode 24 placed between the objective lens 8 and the lower scanning deflector 16, pass through the mesh of the suction electrode 24, and then 10 kV ( The scintillator 25 is accelerated by the scintillator 25 to which a positive potential is applied, and the scintillator 25 is illuminated. The emitted light is guided to the photomultiplier tube 27 by the light guide 26 and converted into an electrical signal. The output of the photomultiplier tube 27 is further amplified and becomes a 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 acceleration voltage of the electron beam when passing through the condenser lens 14, the aperture stop 18 and the objective lens 8 is higher than the final energy, and particularly when passing through the objective lens 8 governing chromatic aberration. Furthermore, the latter stage acceleration is added. In a typical example, the electron gun acceleration voltage is 1000 volts, the rear 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. Since it is 2000 volts when passing through the objective lens 8, the chromatic aberration is reduced to about 50% and the acceleration voltage is set to 500.
In the case of bolts, 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, since the energy of the secondary electrons 23 increases as the superimposed voltage 13 increases, 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 that has passed 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-described problem and enables highly efficient detection. In this embodiment, a reflecting plate 29 having a central hole 28 is provided in the electron beam passage. The reflecting plate is coated with a material such as gold, silver, platinum, or the like, which 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 reflector 29 and then enters the acceleration cylinder 9. The diameter of the central hole 28 is set such that the electron beam deflected by the scanning deflectors 15 and 16 does not collide with the reflection 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 by the lens action of the objective lens 8, and are reflected by the reflecting plate 29.
Collide with the back of the. Although the trajectories are different from the secondary electrons, the reflected electrons generated in the sample 12 also collide with the back surface of the reflecting plate 29 in the same manner.
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 reflector 29 are attracted by the electric field of the suction electrode 24 and converted into an electrical signal through the scintillator 25, the light guide 26, and the photoelectron amplifier tube 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, the detected secondary electrons 30 are made of a reflector 29 that is not accelerated. For this reason, 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 that has passed 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 the magnetic field B is applied perpendicular to the electric field E that attracts the secondary electrons 30 made of the reflector 29. With this structure, the deflection of the primary electron beam due to the above-described attractive electric field E can be corrected. 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 attractive electric field, and 31" is meshed so that the secondary electrons 30 can pass through. Reference numerals 32 'and 32 "denote orthogonal magnetic field deflection coils (the coils 32' and 32" for generating the magnetic field B are symbolically shown in the figure). The magnetic field B created by the orthogonal magnetic field deflection coils 32 ′ and 32 ″ is orthogonal to the electric field E, and the magnetic field B
Is adjusted so as to cancel the deflection due to the electric field E received by the accelerated electron beam 7. In this embodiment, the orthogonal magnetic field deflection coil 32 is set as one set. However, if the orthogonal magnetic field deflection coils are set to two sets arranged at an angle, the electric current flowing through each set of coils can be adjusted to adjust the electric field. The orthogonality can be adjusted precisely. It goes without saying that the orthogonality between the electric field and the magnetic field can be strictly adjusted by adjusting the direction of the electric field by using two sets of electric field deflection electrodes instead of using two sets of the orthogonal magnetic field deflection coils 32.
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 operates 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 reflector 29. However, since the primary electron beam is not yet deflected by scanning, the size of the central hole 28 limits the aperture angle of the minimum primary electron beam. The same diameter as the diaphragm 18 to be used may be used. 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. It is also possible to share the diaphragm 18 and the reflection plate 29.
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 installed below the scanning deflector, the diameter of the central hole 28 is set to a size that prevents the deflected electron beam from colliding. 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 0.1 mm or less may be used when installed above. As described above, when the reflecting plate is installed above the scanning deflector, the central hole of the reflecting plate can be made sufficiently small, so that the efficiency of capturing secondary electrons by the reflecting plate 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 magnetic pole gap of the objective lens 8. This arrangement reduces the chromatic aberration coefficient of the objective lens 8 and has a shape that pursues higher resolution. A 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 the upper and lower positions of 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 FIGS. 3 and 4, the upper detector 33 and the lower detector 34 are
Reflectors 29a and 29b, electric field deflection electrodes 31a and 31b, and orthogonal magnetic field deflection coil 32a, respectively.
32b, scintillators 25a and 25b, light guides 26a and 26b, and photomultiplier tubes 27a and 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 28 b of the reflecting plate 29 b of the lower detector 34. Since the secondary signal detected by the upper detector 33 includes 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 a contact hole inspection in a semiconductor device manufacturing process, when the lower detector 34 is used, an image in which the contact hole portion is emphasized is obtained from the periphery, and when the upper detector 33 is used, a fine image of the bottom of the contact hole is obtained. Is obtained. It is also possible to create a contrast that emphasizes the characteristics of the sample by calculating the signals of both 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。
The operator can select whether the scanned image is produced by the output of the upper or lower detector,
You may make it select automatically on the conditions decided beforehand. For example, the lower detector 34 is selected when the observation magnification is 2000 times or less, and the upper detector 33 is selected when the observation magnification is higher than that. Also,
You may make it select according to the sample to observe. In this case, a procedure such as inputting the type of sample to be observed into the apparatus is performed. For example, when the observation of the contact hole of the semiconductor element is input, the upper detector 33 that highlights 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, the acceleration cylinder 9 is removed or the acceleration cylinder 9 is removed.
Even if grounded, the effect is large and practical enough.
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 is provided with a central hole 28 through which the primary electron beam passes. A mesh 37 is provided below the multichannel plate 35 and is grounded. In such a configuration, the primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 passes through the center 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 the 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. The captured secondary electron signal is amplified by an amplifier 42 and then converted to an optical signal 44 by an optical conversion circuit 43. The reason for the conversion to the optical signal 44 is that the amplifier 42 is floated by the amplified voltage 38 of the channel plate body 35. The optical signal 44 is converted again into an electric signal by the electric conversion circuit 45 of the ground potential,
This 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. In this case, it is needless to say that the amplifiers 42, the optical conversion circuits 43, and the electrical conversion circuits 45 are required in the number corresponding to the division, and the 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 obtained by, for example, cutting a cylindrical YAG single crystal obliquely and providing an opening 47 for allowing a primary electron beam to pass through the cut surface. Alternatively, a conductive thin film 48 such as carbon is coated, and the conductive thin film 48 is grounded. Light emitted when the secondary electrons 23 generated from the sample 12 irradiate the scintillator 46 is reflected at an oblique portion, and is guided to the photomultiplier tube 27 by a light guide formed by a cylindrical portion, and is detected and amplified. . In this embodiment, the light emitting part and the light guide of the scintillator 46 are described as being composed of a YAG single crystal. However, only the light emitting part for detecting secondary electrons is a YAG single crystal or phosphor, and the light guide is used as a light guide. You may make it comprise with transparent bodies, 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 performing secondary signal detection 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 receives 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 detection efficiency is increased by adjusting the focal point before and after the reflector. In the embodiment, the rear stage acceleration voltage and the superimposed voltage applied to the sample are controlled so as not to change the focal position of the secondary electrons 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 the variable I · N / 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 acceleration voltage of electrons when passing through the lens magnetic field. The acceleration voltage when the primary electrons pass through the lens magnetic field is (Vo + Vb), where Vo is the electron gun acceleration voltage and Vb is the subsequent acceleration voltage applied to the acceleration cylinder. Since the sample position (focal length) is constant, I · N / (Vo + Vb) 1/2 is always a constant value (= a). The acceleration voltage when the secondary electrons pass through the lens magnetic field is Vr when the superimposed voltage applied to the sample is Vr.
In (Vr + Vb), the variable I · N / 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 post-acceleration voltage Vb and the superimposed voltage Vr of the sample are controlled with the Vr / Vo and Vb / Vo ratios being constant, the focal position of the secondary electrons is made constant without depending on the acceleration voltage (actual acceleration voltage). Can be controlled.
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 thereto. The control electrode 36 has a hole through which an electron beam passes. The control electrode 36 controls the electric field strength 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。
Further, it is 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 back surface of the sample (wafer) are covered with an insulator, electrical connection for lettering cannot be made. 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 objective lens 8 at the ground potential with the superimposed voltage 13 applied to the sample holder 20.
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, the element is damaged or the wafer floats from the potential of the sample holder 20. Can be prevented. In this case, the control electrode 36 is sufficiently large so as 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 when 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 same potential metal, and the wafer has the same potential as the surrounding metal. Strictly speaking, the penetration of the electric field from the opening 59 through which the primary electron beam 7 that has passed through the anode 5 passes becomes an error from the metal potential. This error is roughly the area of the sample (wafer) 12 and the opening 59.
Is the ratio of the area. 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 configuration as described above, the same potential as the potential 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。
As a result, it is possible to apply a voltage for lettering even when the wafer is such that the front and back surfaces 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 below 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 when 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 installed 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. As described above, even if the sample (wafer) 12 is covered with the insulating film, the superimposed voltage is applied. The voltage of 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 generally circular, but can be other than circular. The size of the opening 59 is set so as not to obstruct the visual field to be observed. In this embodiment, the opening 59 has a diameter of 4 mm. Since the distance between the control electrode 60 and the sample (wafer) 12 is 1 mm, the field of view has 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, these conditions are better, and astigmatism occurs. Visual field shift 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 place on the sample (wafer) 12.
Here, when the observation target is a position greatly deviated from the center point of the sample (wafer) 12, it is necessary to move the sample (wafer) 12 greatly. Sample (wafer) at this time
When 12 deviates from the control electrode 60, the potential of the sample (wafer) 12 changes, and a constant lettering voltage cannot be applied.
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, the sample (wafer) 12 is moved by the stage 22.
Even if the position changes, a constant lettering voltage can be applied, 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 arrange a control electrode having a size larger than the moving range of the wafer. Specifically, the diameter of the control electrode for observing the entire surface of the 8-inch wafer is set to a diameter of 400 mm. No matter how the wafer is moved by this configuration,
The voltage applied to the wafer can be kept constant.
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 the present embodiment, the control electrode is a flat electrode. However, the evacuation property can be improved by using a mesh shape or a shape in which a large number of holes or slits are formed. In this case, it is desirable that the hole diameter and 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 electrons 63c pass through the opening 59 of the control electrode 60, and the sample (wafer).
When 12 is irradiated, secondary electrons 62 are generated. The generated secondary electrons 62 are primary electrons 63c.
Is accelerated by a decelerating electric field against the objective lens 8 and guided upward. At this time, the objective lens 8
The objective lens 8 is focused while being focused as shown in FIG.
Led up.
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 an electric field formed by a deflecting electrode 31 'to which a negative potential is applied and a deflecting electrode 31 "to which a positive potential is applied. The deflection 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 deflection coils, which generate a magnetic field orthogonal to the electric field formed by the deflection electrodes 31 ′ and 31 ″,
, 31 ″ cancels the deflection action of the primary electron beam 63b by the electric field.
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 (contamination) generated 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 the field emission cathode 1, the extraction electrode 2, the anode 5, the condenser lens 14, the objective lens 8, the sample 12, the sample holder 20, the insulating table 21, and the sample stage 22 are housed in a vacuum housing 66. Note that the vacuum exhaust system is not shown.
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 the sample exchange operation by the sample exchange mechanism 67 and the atmosphere inside the vacuum housing 66. In other words,
The superimposed voltage 13 may be applied only when the sample 12 is scanned with the electron beam.
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 which is a preparatory operation at the time of mounting and exchanging the sample is closed and the acceleration voltage 6 is applied, and a valve provided between the field emission cathode 1 and the sample 12 are provided. 69, the second condition that both valves 70 are open, and the sample exchange mechanism 67 is
Only when all of the third conditions in which the valve 71 that passes therethrough to close the sample stage 22 is closed are satisfied, 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。
The sample holder 20 and the sample stage 22 are electrically connected via a discharge resistor 73. When the switch 72 is opened, the charge charged in the sample 12 is changed to the sample holder 20, the discharge resistor 73, and the sample stage 22. (The sample stage 22 is grounded) and is discharged quickly under a constant time constant, so that the potential of the sample 12 is lowered. The discharge resistor may be built in the power source 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。
It is to be noted that an acceleration voltage can be applied from the anode 5 under the condition that the vacuum around the field emission cathode 1 is equal to or lower than a set value, and only when the vacuum of the vacuum casing 66 is equal to or higher than the set value, the valve 69 is used. Needless to say, a sequence in which the.
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 superposition voltage 13 is 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, and is applied to a scanning electron microscope having a sample stage 22 that can tilt the sample. In this embodiment, the control electrode 76 is attached so as to cover the upper upper surface in the sample 75. It can also be said that the lens is arranged along the shape of the objective lens depending on how it is viewed. The shape of the objective lens is sample 12
In the case of an apparatus provided with a tilting device as shown in FIG. 12, it has a sharp shape toward the sample 12. By forming the control electrode along the objective lens formed under such conditions, the control electrode can be arranged 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 can be located at any position and at any inclination angle.
12 is surrounded by the sample holder 20 and the control electrode 76. According to this configuration, an electric field is not generated on the surface of the sample (wafer) 12. Reference numeral 20a denotes a state in which the sample (wafer) 12 is tilted. Reference numeral 74 denotes an inclination 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 generated between the control electrode 76 and the sample (wafer) 12 does not change when tilted. desirable. Note that the detection efficiency of secondary electrons can be improved by setting the voltage applied to the control electrode 76 to a positive potential of several tens V from 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 lettering voltage to the sample, a desired electric potential is applied to the sample in consideration of the action of a complex 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 as to be 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 give the sample 12 an electric field that attracts secondary electrons by increasing the aperture diameter.
In this case, the observation position shifts by tilting, but the tilt angle and the amount of shift are measured in advance to deflect the electron beam. Alternatively, this deviation can be eliminated by performing correction such as horizontally moving the sample stage 22. 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.
This arrangement is not necessarily required. That is, it is only necessary to form the sample along the moving range of the sample, and the sample is surrounded by the sample holder and the control electrode even with such a configuration. Although the sample holder has been described as a conductor in the present invention so far, for example, the conductor may be arranged on or below the sample holder. In the case of the embodiment described above, by forming a conductor larger than the sample, the sample (wafer) is almost surrounded by the control electrode and the conductor, and it is possible to apply a constant lettering voltage. Yes.
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 the exciting coil 78, the upper magnetic path 77, and the lower magnetic path 79.
In the objective lens 8 constituted by the above, the lower magnetic path 79 at the position facing the sample 12 is electrically insulated from the upper magnetic path 77, and the superimposed voltage 13 is applied thereto. It is also possible to efficiently introduce secondary electrons onto the objective lens 8 by setting the potential applied to the lower magnetic path 79 as a positive potential from the sample 12.
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 for explaining an electron beam scanning deflector combining an electric field and a magnetic field. When the secondary electron detector is provided on the scanning deflector, the secondary electrons generated in the sample are deflected by the scanning deflector when passing through the scanning deflector. For this reason, when the scanning deflection angle of the electron beam becomes large, the deflection of the secondary electrons also becomes large at the time of low magnification, which may collide with the inner wall of the electron beam path and cannot be detected. The present embodiment solves this problem. The scanning deflector includes 8-pole electrostatic deflectors 51a to 51h and magnetic field 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。
Considering the deflection in the x-axis direction, the electrodes 51h and 51a out of the 8-pole electrostatic deflector.
, 51b and a negative potential are applied to 51d, 51e, 51f to create a deflection electric field Ex.
Here, as shown in FIG. 14, a potential of Vx is applied to the electrodes 51a, 51e, and a potential of 1/21/2 is applied to the electrodes 51h, 51b, 51d, 51f on both sides thereof. Apply. This is a well-known method for producing a uniform electric field. Simultaneously with the electric field, a current Ix is passed through the coils 52a and 52c of the magnetic deflector 52 to create a magnetic field Bx in a direction orthogonal to the electric field Ex as shown. The electric field Ex and the magnetic field Bx work to cancel the deflection with respect to the secondary electrons coming from below and to strengthen 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 / 2BxL / Vr1 / 2
Here, L is the working distance between the electric field and the magnetic field, 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 and Bx is expressed 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 = (2 m / 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. In the equation, Vo is an 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
Accordingly, the deflection angle θ (o) under the condition where the secondary electrons are not deflected is expressed by the following equation.
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 potentials of the electrodes 51b and 51d are set to Vy / 21/2,
A deflection electric field Ey in the y-axis direction is generated by setting the potential of the electrode 51g to -Vy and the potentials of the electrodes 51f and 51h to -Vy / 21/2. At the same time, the current Iy is applied to the coils 52b and 52d of the magnetic 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 so as to cancel the deflection with respect to the secondary electrons coming from below and to strengthen 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。
Actually, a combination of deflection in the x-axis direction and deflection in the y-axis direction is performed. Accordingly, 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, as shown in FIG. In an actual apparatus, this deflector has two stages of an upper scanning deflector and a lower scanning deflector so that the deflected primary electrons pass through the center of the objective lens.
Then, the scanning of the desired primary electron beam is realized on the sample by changing the potentials Vx and Vy of the deflection electrode and the deflection coil currents Ix and Iy with time while maintaining the above relationship.
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 for explaining a problem when the center CB of the magnetic field 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 post-accelerated primary electron beam 11 is deflected so as to pass through the center CB of the magnetic lens, but passes 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 action 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 the sample 12 on which the electrostatic lens is formed is formed.
And the center of both lenses are made to coincide with each other by creating a magnetic field between the acceleration cylinder 9 and the acceleration cylinder 9. As a result, since the post-accelerated primary electron beam 11 is not subjected to the lens action of the electrostatic lens, a scan image without distortion could 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 the objective lens 8 that more effectively realizes the coincidence of the centers of the magnetic lens and the electrostatic lens.
The structure of is shown. In the embodiment shown so far, the acceleration cylinder 9 is inserted into the electron beam path of the objective lens 8. In this case, if the axial centers of the electrostatic lens formed by the acceleration cylinder and the magnetic lens formed by the objective lens are deviated, the resolution is lowered. Therefore, it is necessary to accurately match the mechanical centers of the two. This embodiment pays attention to this point, and the upper magnetic pole 53 of the objective lens 8 protrudes to the end level of the lower magnetic pole 54 and faces the sample 12. Further, the upper magnetic pole 53 is electrically insulated from the remainder of the objective lens by the insulating plate 55, and the post 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 post-acceleration electrode are shared, the above-described deviation between the electrostatic lens and the magnetic lens does not occur. In addition, since the upper magnetic pole 53 of the magnetic lens directly faces the sample 12 and a subsequent acceleration voltage is applied thereto, not only the axial center but also the positions of the electrostatic lens and the magnetic lens are matched. Can be made.
本発明の一実施例の概略図。1 is a schematic diagram of an 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。Explanatory drawing of the Example which used the reflecting plate for the detection of the 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。Explanatory drawing of the Example which prevented the deflection | deviation of the primary electron using the reflecting plate for detection of the secondary signal, and also using the electric field and magnetic field which are orthogonal to attraction | suction of a secondary electron. 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。Schematic of the Example which put the secondary signal detector above the 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。The schematic of the Example which provided the secondary signal detector in two places above and the downward direction of 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。Explanatory drawing of the Example which used the channel plate for the detection of the 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。Explanatory drawing of the Example which used the scintillator for the detection of the 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。The schematic of the Example which controlled the electric field strength applied to a sample. 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。Explanatory drawing of the Example which used the scanning deflector as the 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。Explanatory drawing of the Example which matched the lens center of the magnetic field lens and the electrostatic lens. 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。Explanatory drawing of the Example which shared the magnetic pole and acceleration cylinder of the magnetic lens.
符号の説明Explanation of symbols
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 acceleration voltage, 7 ... Primary electron beam which passed the anode 5, 8 ... Objective lens, 9 ... Accelerating cylinder,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Later stage acceleration voltage, 11 ... Primary electron beam accelerated in the latter stage, 12 ... Sample, 13 ... Superposition voltage, 14 ... Condenser lens, 15 ... Upper scanning deflector, 16 ... Lower scanning deflector, 17 ... Deceleration electric field, 18 DESCRIPTION OF REFERENCE SIGNS ... Aperture, 19 ... Adjustment knob, 20 ... Sample holder, 21 ... Insulating base, 22 ... Sample stage, 23 ... Secondary electron, 24 ... Suction electrode, 25 ... Scintillator, 26 ... Light guide,
27 ... Photoelectron amplifier tube, 28 ... Central hole, 29 ... Reflector, 30 ... Secondary electrons made of the reflector,
31 ... Electric field deflection electrode, 32 ... Orthogonal magnetic field deflection coil, 33 ... Upper detector, 34 ... Lower detector,
35 ... Channel plate body, 36 ... Control electrode, 37 ... Mesh, 39 ... Amplified electron, 40 ... Anode voltage, 41 ... Anode, 42 ... Amplifier, 43 ... Optical conversion circuit, 44 ... Optical signal, 45 ... Electric 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 (13)

  1. 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、
    前記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、
    前記電子源から放出された電子ビームを加速するための加速手段と、
    前記対物レンズの電子ビーム通路に配置され、前記加速手段によって加速された前記電子ビームを、更に加速する正電圧が印加される加速円筒と、
    前記試料に負電圧を印加する負電圧印加手段と
    当該負電圧印加手段と、前記加速円筒に印加される電圧によって形成される電界によって加速される前記二次信号、或いは当該二次信号が導電性の反射板に衝突することで発生する二次電子を検出する二次信号検出器を備えたことを特徴とする走査形電子顕微鏡。
    An electron source,
    A scanning deflector for scanning a sample with a primary electron beam generated from an electron source;
    An objective lens for converging the primary electron beam;
    A scanning electron microscope including a secondary signal detector for detecting a secondary signal generated from the sample by irradiation of the primary electron beam, and obtaining a two-dimensional scanning image of the sample,
    Accelerating means for accelerating the electron beam emitted from the electron source;
    An accelerating cylinder disposed in the electron beam path of the objective lens and applied with a positive voltage for further accelerating the electron beam accelerated by the accelerating means ;
    And negative voltage applying means for applying a negative voltage to the sample,
    The secondary signal accelerated by the electric field formed by the negative voltage applying means and the voltage applied to the accelerating cylinder, or secondary electrons generated when the secondary signal collides with a conductive reflector. A scanning electron microscope provided with a secondary signal detector for detecting a signal .
  2. 前記二次信号検出器は、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を特徴とする走査形電子顕微鏡。   The secondary signal detector includes a conductive reflector having an aperture through which a primary electron beam passes, a suction unit that sucks secondary electrons generated by the reflector, and a detection unit that detects sucked secondary electrons. A scanning electron microscope comprising:
  3. 前記吸引手段は、電界とこれに直交する磁界で作られ、前記電界による一次電子ビームの偏向を前記磁界によって打ち消すことを特徴とする請求項2に記載の走査形電子顕微鏡。   3. The scanning electron microscope according to claim 2, wherein the attraction means is made of an electric field and a magnetic field perpendicular to the electric field, and cancels deflection of the primary electron beam caused by the electric field by the magnetic field.
  4. 前記二次信号検出器は、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あることを特徴とする請求項1に記載の走査形電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the secondary signal detector is a multi-channel plate having an aperture through which a primary electron beam passes.
  5. 前記二次電子検出器は、一次電子ビームを通過させる開口を有する蛍光体と、当該蛍光体の発光を検出する光検出器で構成されたことを特徴とする請求項1に記載の走査形電子顕微鏡。 Said secondary electron detector, phosphor and scanning form according to claim 1, characterized in that it is constituted by an optical detector for detecting light emission of the fluorescent body having an opening for passing the primary electron beam electronic microscope.
  6. 前記加速円筒と前記走査偏向器の間に前記二次信号検出器が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の走査形電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the secondary signal detector is provided between the acceleration cylinder and the scanning deflector.
  7. 前記走査偏向器と前記電子源の間に前記二次信号検出器が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の走査形電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the secondary signal detector is provided between the scanning deflector and the electron source.
  8. 前記加速円筒と前記走査偏向器の間に第1の二次信号検出器が設けられ、前記走査偏向器と前記電子源の間に第2の二次信号検出器が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の走査形電子顕微鏡。   A first secondary signal detector is provided between the acceleration cylinder and the scanning deflector, and a second secondary signal detector is provided between the scanning deflector and the electron source. The scanning electron microscope according to any one of claims 1 to 5.
  9. 前記第1又は第2の二次信号検出器の検出信号を用いて、あるいは前記第1及び第2の二次信号検出器の検出信号を演算して走査像を形成することを特徴とする請求項8に記載の走査形電子顕微鏡。   The scan image is formed by using a detection signal of the first or second secondary signal detector or by calculating a detection signal of the first and second secondary signal detectors. Item 9. A scanning electron microscope according to Item 8.
  10. 前記第1又は第2の二次信号検出器の検出信号を単独で用いるか、あるいは前記第1及び第2の二次信号検出器の検出信号を演算して用いるのかの選択を、走査倍率又はあらかじめ与えられた観察条件に応じて自動的に選択することを特徴とする請求項9に記載の走査形電子顕微鏡。   The selection of whether to use the detection signal of the first or second secondary signal detector alone or to calculate and use the detection signal of the first and second secondary signal detectors is based on the scanning magnification or 10. The scanning electron microscope according to claim 9, wherein the scanning electron microscope is automatically selected according to observation conditions given in advance.
  11. 前記走査偏向器が静電偏向と磁界偏向の組み合わせであり、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調整されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の走査形電子顕微鏡。   The scanning deflector is a combination of electrostatic deflection and magnetic field deflection, and is adjusted to give the desired deflection to the primary electron beam but not to the secondary signal sucked from the sample side. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the scanning electron microscope is provided.
  12. 前記対物レンズの磁界が作るレンズ中心と、前記加速円筒と試料との間に形成される静電レンズのレンズ中心が一致していることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の走査形電子顕微鏡。The lens center created by the magnetic field of the objective lens and the lens center of the electrostatic lens formed between the acceleration cylinder and the sample coincide with each other. The scanning electron microscope as described.
  13. 前記対物レンズの上磁極を残部から電気的に絶縁し、前記絶縁した上磁極を前記加速円筒に変えて用いることを特徴とする請求項1に記載の走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the upper magnetic pole of the objective lens is electrically insulated from the remainder, and the insulated upper magnetic pole is used instead of the acceleration cylinder.

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