JP4135221B2 - Mapping electron microscope - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを用いて試料面の観察、検査等を行うための写像型電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より微細化、高集積化した半導体素子等の観察、検査をするために、電子ビームを用いた電子顕微鏡が多く用いられている。電子顕微鏡の中には、写像光学系を用いた低エネルギー電子顕微鏡と呼ばれるものがある(K.Tsuno,Ultramicroscopy 55(1994)127-140「Simulation of a Wien filter as beam separator in a low energy electron microscope」)。
【0003】
図3にて、低エネルギー電子顕微鏡について簡単に説明する。電子銃1より発せられた照射用電子ビームSは、照明レンズ2、3によって整形された後、イー・クロス・ビー(E×B)4に入射する。イー・クロス・ビー4によって偏向された照射用電子ビームSは、開口絞り5を通過した後、カソードレンズ6を通過して試料7に落射照明される。
試料7に照射用電子ビームSが照射されると、試料7から2次電子、反射電子、後方散乱電子等が放出される。これらの電子のうち少なくとも1つが、写像用電子ビームKとなる。
【0004】
試料7から放出された写像用電子ビームKは、カソードレンズ6、開口絞り5を通過して、イー・クロス・ビー4に入射する。そして、ウィーン条件を満たすことにより、イー・クロス・ビー4を直進通過した写像用電子ビームKは、結像レンズ前群8、視野絞り9、結像レンズ後群10を通過した後に、MCP(Micro Channel Plate)等の電子ビーム検出器11上に結像する。ここで、照明レンズ2、3、カソードレンズ6、結像レンズ前群8、結像レンズ後群10は、アインツェルレンズ等の静電レンズである。
電子ビーム検出器11に写像用電子ビームKが入射すると、写像用電子ビームKは光に変換される。電子ビーム検出器11から放出された光、すなわち試料7の光学像は、リレーレンズ12を透過して、CCD等の撮像素子13に入射される。撮像素子13に入射した光は、光電信号に変換されて制御部14に伝達される。
【0005】
次に図4にて、イー・クロス・ビー4の構成について簡単に説明する。イー・クロス・ビー4は、主に、ヨーク20、電極21a、21b、コイル22a、22b等で構成される。ヨーク20は、接地されている。そして、電極21aには電圧(−V2)が印加されて、電極21bには電圧(+V2)が印加されて、コイル22a、22bには電流が流される。これにより、イー・クロス・ビー4の中央部において、X方向へは電場が発生し、Y方向へは磁場が発生する。
イー・クロス・ビー4は、その中心軸が、図3におけるカソードレンズ6及び結像レンズ前群8、結像レンズ後群10の光軸に一致するように配置され、更に前述した電場のベクトルが照射系入射面内に含まれるように配置される。
【0006】
こうして、イー・クロス・ビー4に斜入射した照射用電子ビームSは、偏向されて+Z方向ヘ進む。他方、試料7から放出された写像用電子ビームKは、写像用電子ビームKに対するウィーン条件が満たされることによって、−Z方向に直進する。このように、イー・クロス・ビー4は、いわゆるビームセパレータとしての機能をもつ。
ここで、ウィーン条件とは、写像用電子ビームKに対する運動方程式が、F=q・(E−vB)=0を満たす電磁場による直進条件をいう。照射用電子ビームSにおいては、イー・クロス・ビー4内での進行方向が、写像用電子ビームKの進行方向とは逆であるため、電場と磁場による力が同じ方向に働き、その合成された力により偏向される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の写像型電子顕微鏡は、非点隔差や倍率隔差が発生しており、精度の高い観察、検査の大きな妨げになっていた。これらの隔差の発生原因は、イー・クロス・ビーの電子ビームに対する電場方向(X方向)のパワーと、磁場方向(Y方向)のパワーとが異なることによる。すなわち、イー・クロス・ビーは、電場方向では凸パワーをもち、磁場方向ではノーパワーであった。
非点隔差や倍率隔差が生じないようにするために、上記従来のイー・クロス・ビーの電磁場に、更に4重極子成分を重畳させる方法が考えられている。具体的には、図5に示すように、ヨーク20には所定の電圧(−V4)を印加し、電極21a、21bには予め印加されている電圧(−V2、+V2)に加えて、ヨーク20に印加した電圧(−V4)と逆極性の電圧(+V4)を印加する。これにより、Y方向にも電場によるパワーが発生することになり、このパワーによって非点隔差と倍率隔差を補正することができる。
【0008】
このような方法によれば、イー・クロス・ビーにて発生する非点隔差と倍率隔差を補正することができる。しかし、写像型電子顕微鏡全体でみた非点隔差及び倍率隔差には、その他に、機械的公差から生じるものや、照射粒子の汚染等により経時で生じるもの等がある。これらの隔差の方向は、イー・クロス・ビーで発生する隔差が特定な方向であるのに対して、不特定な方向である。したがって、イー・クロス・ビー内で発生する特定方向の隔差のみを補正する方法、すなわち、4重極子成分を重畳したイー・クロス・ビーでは、不特定方向の隔差を充分に補正することはできない。
【0009】
これに加えて、4重極子成分を重畳したイー・クロス・ビーは、耐久性の面で問題がある。すなわち、前述したように、イー・クロス・ビーに4重極子成分を重畳するため、コイル22a、22bを巻いた強磁性体からなるヨーク20に、電圧を印加している。ところが、イー・クロス・ビーは、通常、密閉された真空槽内に設置されており、放熱がされにくい。このような状態で、接地されていないヨーク20にコイル電流が長時間流されると、ヨーク20の温度は次第に上昇していく。この温度上昇に伴いイー・クロス・ビーは熱変形し、新たな非点隔差や倍率隔差の要因となる。このような経時での耐久性の問題を解決するため、温度上昇を抑えるための冷却機構を設けたとしても、装置の拡大化や高コスト化といった別の問題を招くことになる。
【0010】
また、写像光学系にスティグメータを1つ設置する方法も考えられている。スティグメータとは、複数の静電極子又は複数の電磁極子で構成されたものをいう。一般的に、8極子を1段で用いたものや、2段の4極子が中心軸で45度回転しているもの等が用いられている。スティグメータは、その中心軸に直交する面内において、任意の方向に非点隔差を発生させることができる。そして、このようなスティグメータを写像光学系に1つ追加すれば、イー・クロス・ビー等で発生する非点隔差と逆の非点隔差を発生させて、全体の非点隔差を補正することができる。
実際に、走査型電子顕微鏡(SEM)等においては、1つの電磁型8極子のスティグメータを用いて、非点隔差を補正している。ところが、走査型電子顕微鏡の場合、その集光点が1点であるのに対して、写像型顕微鏡の場合、2次元上のあらゆる点を歪みなく集光させる必要があるため、1つのスティグメータでは充分な隔差補正はできない。すなわち、非点隔差は補正され、それによる分解能劣化は改善されるものの、非点隔差を補正した方向に倍率隔差が生じる。そして、この倍率誤差による像歪みが発生する。
したがって本発明は、いかなる非点隔差及び倍率隔差も補正可能で、低コストで高分解能な耐久性に優れた写像型顕微鏡を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、添付図面に付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、照射用電子線(S)を試料面(7)に照射させる照射手段と、試料面(7)から放出される写像用電子線(K)を電子線検出手段(11)に結像させる写像手段とを備えた写像型電子顕微鏡において、写像手段は、複数のスティグメータ(16、17)を有し、複数のスティグメータ(16、17)のうちの少なくとも2つのスティグメータ(16、17)は、互いに共役と異なる位置に配置されたことを特徴とする写像型電子顕微鏡である。
【0012】
また本発明は、照射線源(1)から発する照射用電子線(S)を照射光学系(2、3)を介して光路切換手段(4)に入射させ、光路切換手段(4)を通過した照射用電子線(S)を対物光学系(6)を介して試料面(7)に入射させ、試料面(7)から放出される写像用電子線(K)を対物光学系(6)を介して光路切換手段(4)に入射させ、光路切換手段(4)によって照射線源(1)に至る方向とは異なる方向に写像用電子線(K)を導き、光路切換手段(4)を通過した後の写像用電子線(K)を結像光学系(8、10)を介して電子線検出手段(11)に入射させる写像型電子顕微鏡において、結像光学系(8、10)は、複数のスティグメータ(16、17)を有し、複数のスティグメータ(16、17)のうちの少なくとも2つのスティグメータ(16、17)は、互いに共役と異なる位置に配置されたことを特徴とする写像型電子顕微鏡である。
【0013】
以上の構成の写像型電子顕微鏡において、互いに共役でない位置に配置された少なくとも2つのスティグメータによって、非点隔差と倍率隔差を同時に補正することができる。
前述したようにスティグメータは、非点隔差に寄与するだけでなく、倍率隔差にも寄与する。そして、スティグメータを配置する光学的位置によって、それらの寄与の割合が異なってくる。すなわち、非点隔差と倍率隔差は、概ねトレードオフの関係にあり、スティグメータを非点隔差への寄与が大きい位置に配置すると倍率隔差への寄与は小さくなり、逆に、倍率隔差への寄与が大きい位置に配置すると非点隔差への寄与は小さくなる。したがって、非点隔差と倍率隔差を同時に補正するには、少なくとも2つのスティグメータを、光学的に共役でない位置に配置すれば良い。
【0014】
このように、スティグメータの配置位置によって、両隔差への寄与の割合が異なってくるのは以下のことに起因する。すなわち、スティグメータ内において、光軸から離れた位置を通過する電子ビームは、光軸に近い位置を通過する電子ビームに比べて、スティグメータから受ける偏角が大きくなる。しかし、その偏角が像に影響する度合いは、スティグメータの配置位置が、結像面又はその共役位置に近づくにつれて小さくなっていく。
【0015】
まず、スティグメータを開口絞り又はその共役位置に配置した場合、電子ビームの主光線は光軸近傍を通過するので倍率隔差への影響は小さいが、周辺光は開口絞りの開口面の全域に広がっているので非点隔差ヘの影響は大きくなる。すなわち、開口絞り近傍に配置したスティグメータは、非点隔差を効率良く補正することができる。
次に、スティグメータの配置位置を、開口絞り又はその共役位置から離していくと、次第に、主光線は軸外に広がるため倍率隔差ヘの影響は大きくなっていくが、周辺光は開口絞りの開口面に比べてそれ程広がることはないので、非点隔差への影響は小さくなるか殆ど変わらなくなる。すなわち、開口絞りと視野絞りの中間に配置したスティグメータは、倍率隔差を効率良く補正することができる。
【0016】
更に、スティグメータの配置位置を、視野絞り等の結像位置又はその共役位置に近づけると、次第に両隔差への影響は低減していく。そして、スティグメータを結像位置上、又はその共役位置上に配置したとき、両隔差への影響は殆どなくなる。
したがって、2つのスティグメータのうちの一方を、例えば、開口絞り近傍に配置し、他方を、開口絞りと視野絞りの中間に配置することによって、両隔差を効率良く補正することができる。すなわち、開口絞り近傍に配置したスティグメータは非点隔差を効率良く補正することができ、開口絞りと視野絞りの中間に配置したスティグメータは倍率隔差を効率良く補正することができる。
【0017】
また、イー・クロス・ビーを用いた写像型顕微鏡においては、前述したようにイー・クロス・ビー自体に非点隔差の発生要因があるため、2つのスティグメータのうちの一方を、イー・クロス・ビーの近傍、又はイー・クロス・ビーの共役点若しくはその近傍に配置させることで、より効率良く非点隔差を補正することができる。このとき、その他の原因で発生する非点隔差、すなわち、機械的公差や経時汚染等による非点隔差が無視できるものであれば、このスティグメータのみで、非点隔差の大半を補正できることになる。このような場合、イー・クロス・ビーで発生する非点隔差の方向は明らかであるので、スティグメータとして4極子を用いることができる。ただし、ズーム等で共役点が変動する写像型顕微鏡については、その限りではない。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図1は、本発明による写像型電子顕微鏡の一実施例を示す。電子銃1より発せられた照射用電子ビームSは、照明レンズ2、3によって整形された後、イー・クロス・ビー4に入射する。イー・クロス・ビー4によって偏向された照射用電子ビームSは、開口絞り5を通過した後、カソードレンズ6を通過して試料7に照射される。
試料7に照射用電子ビームSが照射されると、試料7から2次電子、反射電子、後方散乱電子等が放出される。これらの電子のうち少なくとも1つが、写像用電子ビームKとなる。
試料7から放出された写像用電子ビームKは、カソードレンズ6、開口絞り5を通過して、イー・クロス・ビー4に入射する。そして、ウィーン条件を満たすことにより、イー・クロス・ビー4を直進通過した写像用電子ビームKは、第1スティグメータ16、結像レンズ前群8、第2スティグメータ17の順に通過した後、視野絞り9上に中間結像を形成する。視野絞り9を通過した写像用電子ビームKは、更に結像レンズ後群10を通過して、電子ビーム検出器11上に拡大投影像を形成する。
【0019】
ここで、第1スティグメータ16、第2スティグメータ17は、例えば、静電型8極子である。そして、第1スティグメータ16は、イー・クロス・ビー4の近傍に配置されており、非点隔差を効率良く補正する。他方、第2スティグメータ17は、結像レンズ前群8と視野絞り9の中間に配置されており、倍率隔差を効率良く補正する。
また、照明レンズ2、3、カソードレンズ6、結像レンズ前群8、結像レンズ後群10は、アインツェルレンズ等の静電レンズである。
電子ビーム検出器11に写像用電子ビームKが入射すると、写像用電子ビームKは光に変換される。電子ビーム検出器11から放出された光、すなわち試料7の光学像は、リレーレンズ12を透過して、CCD等の撮像素子13に入射される。撮像素子13に入射した光は、光電信号に変換されて制御部14に伝達される。
なお、本実施例においては、電子銃1、照明レンズ2、3、イー・クロス・ビー4、カソードレンズ6が照射手段となっており、カソードレンズ6、イー・クロス・ビー4、結像レンズ前群8、結像レンズ後群10が写像手段となっている。
【0020】
次に図2にて、本発明による写像型電子顕微鏡の写像手段の一実施例を示す。同図は、写像手段を通過する電子ビームの軌道を、X方向(電場方向)とY方向(磁場方向)に分けて表した図である。更に、試料7から放出される写像用電子ビームを、実線で示す主光線K1と、破線で示す周辺光K2とに分けて表した。ここで周辺光K2は、開口絞り5より無限遠系で射出された軸上周辺光である。以下同図にて、第1スティグメータ16と第2スティグメータ17による非点隔差及び倍率隔差の補正について詳しく説明する。試料7から放出された電子ビームは、カソードレンズ6、開口絞り5を通過した後、イー・クロス・ビー4に入射する。前述したように、イー・クロス・ビー4内の電子ビームは、イー・クロス・ビー電場方向4Xでは凸パワーを受け、イー・クロス・ビー磁場方向4Yではノーパワーである。これにより、電場方向に対し磁場方向に非点隔差及び倍率隔差が発生する。イー・クロス・ビー4を通過した電子ビームは、以後、第1スティグメータ16、結像レンズ前群8、第2スティグメータ17の順に通過した後、中間結像面Mに像を形成する。この中間結像面Mは、視野絞り9の位置である。
【0021】
ここで、第1スティグメータ16はイー・クロス・ビー4の近傍に配置され、第2スティグメータ17は結像レンズ前群8と中間結像面Mの間に配置されている。そのため、第1スティグメータ16位置での主光線K1の入射高と周辺光K2の入射高との隔たりと、第2スティグメータ17位置での主光線K1と周辺光K2との隔たりとは大きく異なる。こうして、イー・クロス・ビー4で発生した両隔差のうち、非点隔差については主に第1スティグメータ16で効率良く補正し、倍率隔差については主に第2スティグメータ17で効率良く補正することができる。
【0022】
具体的には、第1スティグメータ16において、周辺光K2の非点隔差を補正するように、第1スティグメータ電場方向16Xに凹パワーが発生し、第1スティグメータ磁場方向16Yに凸パワーが発生するような電圧を印加する。このとき、主光線K1については、過剰補正となるため、電場方向に拡大された倍率隔差が生じる。この倍率隔差は、所定条件に基づく数値解析によれば、磁場方向の倍率を1としたとき、電場方向の倍率は1.2となる。
このように第1スティグメータ16で発生した過剰補正された主光線K1を更に補正するために、第2スティグメータ17では、第2スティグメータ電場方向17Xに凸パワーが発生し、第2スティグメータ磁場方向17Yに凹パワーが発生するような電圧を印加する。
【0023】
以上のように本実施例では、第1スティグメータ16による補正と、第2スティグメータ17による補正のバランスをとることによって、非点隔差と倍率隔差を同時に効率良く補正することができる。
なお、本実施例では、イー・クロス・ビー4にて発生する隔差の補正について述べたが、その他の原因で発生する隔差、すなわち、機械的公差や経時汚染等による隔差についても、第1スティグメータ16、第2スティグメータ17の印加電圧を調整することによって、容易に補正することができる。
【0024】
また、本実施例の写像手段では、イー・クロス・ビー4、第1スティグメータ16、第2スティグメータ17による合成の凸パワーが発生するが、結像レンズ前群8の焦点距離、すなわち、凸パワーの調整によって、狙いの倍率と全長を確保することができる。そして、このように倍率と全長が最適に確保された写像手段を用いれば、収差の少ないテレセントリック光学系を構成することもできる。
また、本実施例の写像型顕微鏡では、非点隔差を発生させずに、縦横比の等しい像を形成したが、予め定めた縦横比の異なる像を形成することもできる。
【0025】
【発明の効果】
以上のように本発明では、いかなる非点隔差及び倍率隔差も補正可能で、低コストで高分解能な耐久性に優れた写像型顕微鏡を提供することができる。
すなわち、製造が容易な低コストタイプのイー・クロス・ビーを使用しても、そこで発生する非点隔差と倍率隔差を容易且つ確実に同時補正できる写像型電子顕微鏡を提供することができる。また、製造誤差等の機械的要因で発生する非点隔差と倍率隔差も同時補正できるので、装置全体の機械公差が緩く、製作が容易な写像型電子顕微鏡を提供することができる。また、照射粒子等の汚染で発生する非点隔差と倍率隔差も同時補正できるので、経時変化に対する耐久性の高い写像型電子顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による写像型電子顕微鏡を示す図である。
【図2】本発明の一実施例による写像手段を示す図である。
【図3】従来の写像型電子顕微鏡を示す図である。
【図4】従来のイー・クロス・ビーを示す図である。
【図5】4重極子成分を重畳させたイー・クロス・ビーを示す図である。
【符号の説明】
1…電子銃 2、3…照明レンズ
4…イー・クロス・ビー 5…開口絞り
6…カソードレンズ 7…試料
8…結像レンズ前群 9…視野絞り
10…結像レンズ後群
11…電子ビーム検出器 12…リレーレンズ
13…撮像素子 14…制御部
16…第1スティグメータ
17…第2スティグメータ
20…ヨーク 21a、21b…電極
22a、22b…コイル
S…照射用電子ビーム K…写像用電子ビーム
M…中間結像面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mapping electron microscope for observing, inspecting, and the like of a sample surface using an electron beam.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electron microscope using an electron beam is often used to observe and inspect semiconductor elements and the like that are miniaturized and highly integrated. Some electron microscopes are called low-energy electron microscopes using a mapping optical system (K. Tsuno, Ultramicroscopy 55 (1994) 127-140 “Simulation of a Wien filter as beam separator in a low energy electron microscope. ").
[0003]
The low energy electron microscope will be briefly described with reference to FIG. The irradiation electron beam S emitted from the electron gun 1 is shaped by the
When the sample 7 is irradiated with the irradiation electron beam S, secondary electrons, reflected electrons, backscattered electrons, and the like are emitted from the sample 7. At least one of these electrons becomes a mapping electron beam K.
[0004]
The mapping electron beam K emitted from the sample 7 passes through the
When the mapping electron beam K is incident on the
[0005]
Next, the configuration of the
The
[0006]
Thus, the irradiation electron beam S obliquely incident on the
Here, the Wien condition means a straight traveling condition by an electromagnetic field in which the equation of motion for the mapping electron beam K satisfies F = q · (E−vB) = 0. In the irradiation electron beam S, the traveling direction in the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional mapping electron microscope generates astigmatic difference and magnification difference, which has been a major obstacle to highly accurate observation and inspection. The cause of the difference is that the power in the electric field direction (X direction) and the power in the magnetic field direction (Y direction) with respect to the electron beam of E. cross bee are different. That is, e-Cross Bee had a convex power in the electric field direction and no power in the magnetic field direction.
In order to prevent the astigmatic difference and the magnification difference from occurring, a method of further superimposing a quadrupole component on the electromagnetic field of the conventional e-cross bee has been considered. Specifically, as shown in FIG. 5, a predetermined voltage (−V 4 ) is applied to the
[0008]
According to such a method, the astigmatic difference and the magnification difference generated in the e-cross bee can be corrected. However, the astigmatism difference and the magnification difference as seen in the entire mapping electron microscope include those caused by mechanical tolerances and those caused by the contamination of irradiated particles over time. The direction of these gaps is an unspecified direction, whereas the gap generated in e-cross bee is a specific direction. Therefore, the method of correcting only the specific direction difference generated in the e-cross bee, that is, the e-cross bee in which the quadrupole component is superimposed, cannot sufficiently correct the non-specific direction difference. .
[0009]
In addition to this, the e-cross bee in which the quadrupole component is superimposed has a problem in terms of durability. That is, as described above, in order to superimpose the quadrupole component on the e-cross bee, a voltage is applied to the
[0010]
A method of installing one stigmator in the mapping optical system is also considered. The stigmator is a unit composed of a plurality of electrostatic electrodes or a plurality of electromagnetic poles. In general, an octupole is used in one stage, or a two-stage quadrupole is rotated 45 degrees around the central axis. The stigmator can generate an astigmatic difference in an arbitrary direction within a plane orthogonal to its central axis. If one such stigmator is added to the mapping optical system, an astigmatic difference opposite to that generated by e-cross bee or the like is generated, and the entire astigmatic difference is corrected. Can do.
In fact, in a scanning electron microscope (SEM) or the like, the astigmatic difference is corrected by using one electromagnetic octupole stigmator. However, in the case of a scanning electron microscope, the number of condensing points is one, whereas in the case of a mapping type microscope, it is necessary to condense all the two-dimensional points without distortion, so one stigmator. However, sufficient gap correction is not possible. That is, although the astigmatic difference is corrected and the resolution degradation caused thereby is improved, a magnification difference is generated in the direction in which the astigmatic difference is corrected. Then, image distortion due to this magnification error occurs.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a mapping microscope that can correct any astigmatism difference and magnification difference, is low-cost, and has high resolution and excellent durability.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems. That is, when the reference numerals in the attached drawings are added in parentheses, the present invention irradiates the sample surface (7) with the irradiation electron beam (S). In the mapping type electron microscope comprising: an irradiating means that causes the imaging electron beam (K) emitted from the sample surface (7) to form an image on the electron beam detecting means (11); A plurality of stigmeters (16, 17), and at least two of the plurality of stigmeters (16, 17) are arranged at positions different from conjugate to each other. This is a mapping electron microscope.
[0012]
In the present invention, the irradiation electron beam (S) emitted from the irradiation source (1) is incident on the optical path switching means (4) through the irradiation optical system (2, 3), and passes through the optical path switching means (4). The irradiated electron beam (S) is incident on the sample surface (7) via the objective optical system (6), and the mapping electron beam (K) emitted from the sample surface (7) is incident on the objective optical system (6). Is incident on the optical path switching means (4), and the optical path switching means (4) guides the mapping electron beam (K) in a direction different from the direction reaching the irradiation source (1), and the optical path switching means (4). In the mapping electron microscope in which the mapping electron beam (K) after passing through the beam enters the electron beam detecting means (11) via the imaging optical system (8, 10), the imaging optical system (8, 10) Has a plurality of stigmeters (16, 17), and at least one of the plurality of stigmeters (16, 17). One stigmator (16, 17) is a mapping electron microscope, characterized in that disposed at a conjugate position different from each other.
[0013]
In the mapping electron microscope having the above configuration, the astigmatic difference and the magnification difference can be simultaneously corrected by at least two stigmeters arranged at positions that are not conjugated with each other.
As described above, the stigmator not only contributes to the astigmatic difference but also contributes to the magnification difference. The contribution ratio varies depending on the optical position where the stigmator is arranged. In other words, the astigmatic difference and the magnification difference are generally in a trade-off relationship, and if the stigmator is placed at a position where the contribution to the astigmatic difference is large, the contribution to the magnification difference becomes small, and conversely, the contribution to the magnification difference. If the position is large, the contribution to the astigmatic difference becomes small. Therefore, in order to simultaneously correct the astigmatic difference and the magnification difference, at least two stigmeters may be arranged at positions that are not optically conjugate.
[0014]
As described above, the ratio of contribution to the difference between the stigmeters varies depending on the following points. That is, in the stigmator, an electron beam passing through a position away from the optical axis has a larger deflection angle from the stigmator than an electron beam passing through a position close to the optical axis. However, the degree of influence of the declination on the image becomes smaller as the arrangement position of the stigmator approaches the imaging plane or its conjugate position.
[0015]
First, when the stigmator is arranged at the aperture stop or its conjugate position, the principal ray of the electron beam passes near the optical axis, so the influence on the magnification difference is small, but the ambient light spreads over the entire aperture surface of the aperture stop. Therefore, the influence on the astigmatic difference becomes large. That is, the stigmometer disposed near the aperture stop can efficiently correct the astigmatic difference.
Next, when the position of the stigmator is moved away from the aperture stop or its conjugate position, the chief ray gradually spreads off-axis, so the influence on the magnification difference increases. Since it does not spread as much as the opening surface, the effect on the astigmatic difference is reduced or almost unchanged. That is, the stigmometer disposed between the aperture stop and the field stop can efficiently correct the magnification difference.
[0016]
Furthermore, when the arrangement position of the stigmator is brought close to the imaging position such as the field stop or its conjugate position, the influence on the difference between the two is gradually reduced. When the stigmator is disposed on the image forming position or its conjugate position, the influence on the difference between the two is almost eliminated.
Accordingly, by arranging one of the two stigmeters in the vicinity of the aperture stop and arranging the other between the aperture stop and the field stop, for example, the difference between the two can be efficiently corrected. That is, the stigmometer disposed near the aperture stop can efficiently correct the astigmatic difference, and the stigmometer disposed between the aperture stop and the field stop can efficiently correct the magnification difference.
[0017]
In addition, in the mapping microscope using the e-cross bee, as described above, the e-cross bee itself has a cause of astigmatism, so one of the two stigmeters is connected to the e-cross bee. Astigmatism difference can be corrected more efficiently by arranging it near the bee, or at or near the conjugate point of the e-cross bee. At this time, if the astigmatism caused by other causes, that is, the astigmatism due to mechanical tolerance, contamination with time, etc. can be ignored, most of the astigmatism can be corrected only by this stigmator. . In such a case, since the direction of the astigmatism generated in the e-cross bee is clear, a quadrupole can be used as a stigmator. However, this is not the case for a mapping type microscope whose conjugate point fluctuates due to zooming or the like.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a mapping electron microscope according to the present invention. The irradiation electron beam S emitted from the electron gun 1 is shaped by the
When the sample 7 is irradiated with the irradiation electron beam S, secondary electrons, reflected electrons, backscattered electrons, and the like are emitted from the sample 7. At least one of these electrons becomes a mapping electron beam K.
The mapping electron beam K emitted from the sample 7 passes through the
[0019]
Here, the
The
When the mapping electron beam K is incident on the
In this embodiment, the electron gun 1, the
[0020]
Next, FIG. 2 shows an embodiment of the mapping means of the mapping electron microscope according to the present invention. The figure shows the trajectory of the electron beam passing through the mapping means divided into the X direction (electric field direction) and the Y direction (magnetic field direction). Further, the mapping electron beam emitted from the sample 7 is divided into a principal ray K1 indicated by a solid line and an ambient light K2 indicated by a broken line. Here, the ambient light K2 is on-axis ambient light emitted from the
[0021]
Here, the
[0022]
Specifically, in the
In this way, in order to further correct the overcorrected principal ray K1 generated in the
[0023]
As described above, in this embodiment, the astigmatic difference and the magnification difference can be efficiently and efficiently corrected by balancing the correction by the
In this embodiment, the correction of the gap generated in the
[0024]
Further, in the mapping means of the present embodiment, a combined convex power is generated by the
In the mapping microscope according to the present embodiment, images having the same aspect ratio are formed without generating astigmatism, but images having different predetermined aspect ratios can also be formed.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a mapping microscope that can correct any astigmatism difference and magnification difference, is low-cost, and has high-resolution durability.
That is, it is possible to provide a mapping electron microscope that can easily and reliably simultaneously correct an astigmatic difference and a magnification difference even when a low-cost e-cross bee that is easy to manufacture is used. In addition, since the astigmatic difference and the magnification difference generated due to mechanical factors such as manufacturing errors can be corrected simultaneously, a mapping type electron microscope can be provided which is easy to manufacture because the mechanical tolerance of the entire apparatus is loose. In addition, since the astigmatism difference and the magnification difference caused by contamination of irradiated particles or the like can be corrected simultaneously, a mapping electron microscope having high durability against changes with time can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a mapping electron microscope according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing mapping means according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a conventional mapping electron microscope.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional e-cross bee.
FIG. 5 is a diagram showing an e-cross bee in which quadrupole components are superimposed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (5)
前記照射用電子線の光路を切り替える光路切替手段と、
前記照射用電子線及び前記試料面から放出される写像用電子線が通過する開口絞りと、
前記写像用電子線が中間結像を形成する視野絞りと、
前記写像用電子線を電子線検出手段に結像させる写像手段とを備えた写像型電子顕微鏡において、
前記写像手段は、複数のスティグメータを有し、
該複数のスティグメータのうちの少なくとも2つのスティグメータは、前記開口絞り、前記視野絞り、前記光路切替手段又はこれらの共役位置と、前記開口絞り、前記視野絞り、前記光路切替手段又はこれらの共役位置と異なる位置とにそれぞれ配置されたことを特徴とする写像型電子顕微鏡。An irradiation means for irradiating the sample surface with an electron beam for irradiation;
An optical path switching means for switching an optical path of the irradiation electron beam;
An aperture stop through which the irradiation electron beam and the mapping electron beam emitted from the sample surface pass;
A field stop in which the mapping electron beam forms an intermediate image;
In a mapping type electron microscope comprising mapping means for forming an image on the mapping electron beam on an electron beam detection means,
The mapping means has a plurality of stigmators,
At least two of the plurality of stigmeters include the aperture stop, the field stop, the optical path switching unit or a conjugate position thereof, and the aperture stop, the field stop, the optical path switching unit, or a conjugate thereof. mapping electron microscope, characterized in that disposed respectively to the position different from the position.
前記結像光学系は、複数のスティグメータを有し、
該複数のスティグメータのうちの少なくとも2つのスティグメータは、前記開口絞り、前記視野絞り、前記光路切替手段又はこれらの共役位置と、前記開口絞り、前記視野絞り、前記光路切替手段又はこれらの共役位置と異なる位置とにそれぞれ配置されたことを特徴とする写像型電子顕微鏡。An irradiation electron beam emitted from the irradiation source is made incident on the optical path switching means through the irradiation optical system, and the irradiation electron beam that has passed through the optical path switching means and the aperture stop is made incident on the sample surface through the objective optical system. The electron beam for mapping emitted from the sample surface is incident on the aperture stop and the optical path switching means via the objective optical system, and the optical path switching means causes the electron beam to travel in a direction different from the direction reaching the irradiation source. A mapping electron beam is guided, an intermediate image is formed on the mapping electron beam after passing through the optical path switching means by a field stop, and the mapping electron beam is detected through an imaging optical system. In a mapping electron microscope that is incident on the means,
The imaging optical system has a plurality of stigmators,
At least two of the plurality of stigmeters include the aperture stop, the field stop, the optical path switching unit or a conjugate position thereof, and the aperture stop, the field stop, the optical path switching unit, or a conjugate thereof. mapping electron microscope, characterized in that disposed respectively to the position different from the position.
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