JP6419849B2 - Charged particle beam equipment - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子線装置に関するものである。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus.
荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線を走査し、試料から放出される信号荷電粒子を検出器で検出し、検出された信号荷電粒子の信号で画像を形成するものである。この荷電粒子線装置において、一次荷電粒子線と信号荷電粒子が共に電子であるものは走査電子顕微鏡(SEM)と呼ばれる。 The charged particle beam apparatus scans a primary charged particle beam, detects signal charged particles emitted from a sample with a detector, and forms an image with the signal of the detected signal charged particles. In this charged particle beam apparatus, the primary charged particle beam and the signal charged particle are both electrons are called a scanning electron microscope (SEM).
SEMは、光学顕微鏡より高い空間分解能を有しており、その用途は、エレクトロニクスや機能性材料などの材料分野、あるいは、細胞、製薬などのバイオテクノロジー分野など広範にわたる。 The SEM has a higher spatial resolution than the optical microscope, and its application is wide-ranging in the field of materials such as electronics and functional materials, or the field of biotechnology such as cells and pharmaceuticals.
SEMでは、一次電子の試料への照射によって発生した信号電子を検出するが、検出される信号電子のエネルギーや放出角度により、得られるSEM画像のコントラストが変化する。様々な試料のSEM画像について最適なコントラストを得るため、試料から放出される信号電子の中で、コントラストに寄与する信号電子だけを選択して検出する技術に対する需要が高まっている。 In SEM, signal electrons generated by irradiating a specimen with primary electrons are detected. The contrast of the obtained SEM image changes depending on the energy and emission angle of the detected signal electrons. In order to obtain an optimal contrast for SEM images of various samples, there is an increasing demand for a technique for selecting and detecting only signal electrons that contribute to contrast among signal electrons emitted from the sample.
この信号電子は、通常50eV未満の低エネルギーの二次電子と、50eV以上の高エネルギーの後方散乱電子に大別される。二次電子は一次電子の非弾性散乱によって、試料内の自由電子が励起され、真空中に放出されたものである。広義の二次電子として一次電子の照射に起因して発生した全ての電子を二次電子と言うことがあるが、以下では、エネルギーが50eV未満の電子を二次電子と呼ぶ。 The signal electrons are roughly classified into low-energy secondary electrons of usually less than 50 eV and high-energy backscattered electrons of 50 eV or more. The secondary electrons are emitted from the free electrons in the sample by inelastic scattering of the primary electrons and emitted into vacuum. Although all electrons generated due to irradiation of primary electrons as secondary electrons in a broad sense are sometimes referred to as secondary electrons, in the following, electrons having an energy of less than 50 eV are referred to as secondary electrons.
二次電子はエネルギーが小さいため、試料内部で発生したものは試料中で吸収され、試料表面近くで発生したものだけが表面から試料外に放出される。そのため、二次電子を検出したSEM像では試料の表面形状や電位コントラストの情報が得られる。一方、後方散乱電子は一次電子が試料中において弾性散乱又は非弾性散乱する過程で、試料表面から再放出されたものであり、エネルギー範囲は、一次電子のエネルギーを最高値として広く分布する。また、後方散乱電子を検出したSEM像では、原子番号や結晶性に依存して、試料の組成や結晶方位の情報が得られる。 Since secondary electrons have low energy, those generated inside the sample are absorbed in the sample, and only those generated near the sample surface are released from the surface to the outside of the sample. Therefore, information on the surface shape and potential contrast of the sample can be obtained from the SEM image in which secondary electrons are detected. On the other hand, backscattered electrons are re-emitted from the surface of the sample in the process of the primary electrons being elastically scattered or inelastically scattered in the sample, and the energy range is widely distributed with the energy of the primary electrons as the maximum value. Further, in the SEM image in which backscattered electrons are detected, information on the composition and crystal orientation of the sample can be obtained depending on the atomic number and crystallinity.
また、特定の仰角範囲や方位角範囲に放出された信号電子を検出することによって、重要な情報が得られる場合がある。平坦な試料に一次電子が垂直に入射した場合の信号電子の発生量の分布は、仰角に対してはコサイン側に従い、方位角に対しては一様分布となる。このため、検出する信号電子の角度範囲を、試料面の法線方向付近に限定して検出することにより、高アスペクト構造の底部を強調したSEM画像が得られる。また、ある特定の方位角範囲に限定して検出することにより、陰影効果によってパターンの凹凸を強調したSEM画像が得られる。 In addition, important information may be obtained by detecting signal electrons emitted in a specific elevation range or azimuth range. When the primary electrons are vertically incident on a flat sample, the distribution of the generation amount of the signal electrons follows the cosine side with respect to the elevation angle and is uniform with respect to the azimuth angle. For this reason, an SEM image in which the bottom of the high aspect structure is emphasized can be obtained by limiting the angle range of the detected signal electrons to the vicinity of the normal direction of the sample surface. Further, by detecting only in a specific azimuth angle range, an SEM image in which the unevenness of the pattern is enhanced by the shadow effect is obtained.
さらに、SEMの高い空間分解能を維持したまま、試料から放出される信号電子の角度選択検出も行いたいというニーズが高まっている。一次電子の試料への入射エネルギーが低い状態で高空間分解能を得る手法として、リターディング法やブースティング法などがある。 Furthermore, there is an increasing need to perform angle-selective detection of signal electrons emitted from a sample while maintaining high SEM spatial resolution. There are a retarding method and a boosting method as a method for obtaining a high spatial resolution in a state where the incident energy of the primary electrons on the sample is low.
リターディング法は、試料台に負の電圧を印加することで試料に入射する電子を減速させる。試料台に印加された負の電圧によって試料と対物レンズとの間に静電レンズ(陰極レンズ)が形成される。その結果として球面収差と色収差を低減し、SEM画像の質が改善される。また、一次電子に対する減速電界は、試料から放出される二次電子に対しては加速電界となる。 In the retarding method, electrons incident on the sample are decelerated by applying a negative voltage to the sample stage. An electrostatic lens (cathode lens) is formed between the sample and the objective lens by the negative voltage applied to the sample stage. As a result, spherical aberration and chromatic aberration are reduced and the quality of the SEM image is improved. In addition, the deceleration electric field for the primary electrons is an acceleration electric field for the secondary electrons emitted from the sample.
また、ブースティング法は、カラム内部に正の電圧を印加する電極(ビームブースター)を挿入し、一次電子を加速した状態で対物レンズを通過させ、対物レンズ通過後に元の加速電圧まで減速させる。このビームブースターは対物レンズ終端付近で終わるため、対物レンズ終端と試料との間に静電レンズが生じる。リターディング法と同様に、この静電レンズは、一次電子に対しては減速電界として、試料から放出する信号電子に対しては加速電界として作用する。 In the boosting method, an electrode (beam booster) for applying a positive voltage is inserted inside the column, the primary electrons are accelerated and passed through the objective lens, and after passing through the objective lens, decelerated to the original acceleration voltage. Since this beam booster ends near the end of the objective lens, an electrostatic lens is generated between the end of the objective lens and the sample. Similar to the retarding method, this electrostatic lens acts as a decelerating electric field for primary electrons and as an accelerating electric field for signal electrons emitted from the sample.
試料から放出される信号荷電粒子の角度選択に対するニーズが存在するが、いくつかの要因によって信号荷電粒子の角度情報が失われることがある。その要因として、対物レンズの磁場の影響により信号荷電粒子が偏向して角度情報を失う場合や、リターディング電圧やリターディング電圧による電界に起因して信号荷電粒子が角度情報を失う場合などがある。 Although there is a need for angle selection of signal charged particles emitted from a sample, signal charged particle angle information may be lost due to several factors. This may be caused by the fact that the signal charged particles are deflected due to the influence of the magnetic field of the objective lens and lose the angle information, or the signal charged particles lose the angle information due to the retarding voltage or the electric field due to the retarding voltage. .
そこで、本発明は、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報(仰角及び方位角)を損失することなくその角度範囲を選択して検出する技術を提供する。 Therefore, the present invention provides a technique for selecting and detecting an angle range without losing angle information (elevation angle and azimuth angle) of signal charged particles emitted from an observation sample.
例えば、上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、一次荷電粒子線を放出する一次荷電粒子線源と、前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器と、前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズと、前記試料が搭載される試料台と、前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器と、前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも1つの開口部を有する絞りとを備え、前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成される、荷電粒子線装置が提供される。 For example, in order to solve the above-mentioned problem, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, a primary charged particle beam source that emits a primary charged particle beam, a deflector for scanning the primary charged particle beam, An objective lens for focusing the primary charged particle beam on a sample, a sample stage on which the sample is mounted, a detector for detecting signal charged particles emitted from the sample, the primary charged particle beam and the signal charged particles A diaphragm having at least one opening through which the aperture passes, the diaphragm being positioned between the objective lens and the sample stage, and the aperture depending on a detection angle range of the signal charged particles Provided is a charged particle beam device configured to change at least one of the shape of the portion and the height of the diaphragm.
本発明によれば、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報を損失することなくその角度範囲を選択して検出することができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 According to the present invention, the angle range can be selected and detected without losing the angle information of the signal charged particles emitted from the observation sample. Further features related to the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Further, problems, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following examples.
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings show specific embodiments in accordance with the principle of the present invention, but these are for the understanding of the present invention, and are never used to interpret the present invention in a limited manner. is not.
以下の実施例は、一次荷電粒子線を走査して試料から放出される信号荷電粒子を検出器で検出し、検出された信号荷電粒子の信号で画像を形成する荷電粒子線装置に関するものである。以下、一次荷電粒子線及び信号荷電粒子として電子を用いるSEMを例に挙げて説明するが、本発明の適用範囲はSEMに限定されず、他の荷電粒子線装置にも適用可能である。例えば、一次荷電粒子線としてヘリウムイオンを用いるヘリウムイオン顕微鏡でも、本発明の効果を得ることができる。 The following embodiments relate to a charged particle beam apparatus that scans a primary charged particle beam, detects signal charged particles emitted from a sample with a detector, and forms an image with the signal of the detected signal charged particles. . Hereinafter, the SEM using electrons as the primary charged particle beam and the signal charged particle will be described as an example. However, the scope of application of the present invention is not limited to the SEM, and can be applied to other charged particle beam apparatuses. For example, the effect of the present invention can be obtained even with a helium ion microscope using helium ions as the primary charged particle beam.
なお、上述したように、広義の二次電子として一次電子の照射に起因して発生した全ての電子を二次電子と言うことがあるが、以下では、エネルギーが50eV未満の電子を二次電子と呼ぶ。なお、二次電子と後方散乱電子の境界を50eV以外に定義した場合も本発明の効果を得ることができる。 As described above, all electrons generated due to irradiation of primary electrons as secondary electrons in a broad sense are sometimes referred to as secondary electrons. Hereinafter, electrons having an energy of less than 50 eV are referred to as secondary electrons. Call it. In addition, the effect of this invention can be acquired also when the boundary of a secondary electron and a backscattered electron is defined in other than 50 eV.
[第1実施例]
図1は、本実施例に関するSEMの全体構成を示す。SEMは、一次電子(一次荷電粒子線)102を放出する電子源(一次荷電粒子線源)101と、一次電子102を走査するための偏向器117と、ブースター電極103と、一次電子102を試料106上に収束させる対物レンズ104と、試料106が搭載される試料台107と、試料106から放出する二次電子(信号荷電粒子)108を検出する検出器109と、一次電子102及び二次電子108が通過するための開口部(孔)を有する絞り105と、を備える。[First embodiment]
FIG. 1 shows the overall configuration of the SEM relating to the present embodiment. The SEM includes an electron source (primary charged particle beam source) 101 that emits primary electrons (primary charged particle beam) 102, a
検出器109は、信号処理部110を備える。また、絞り105は、絞り制御機構113を備える。また、SEMは、各種構成要素の電源として、ブースター電源111と、対物レンズ電源112と、リターディング制御電源114と、偏向器用電源118とを備える。 The
情報処理部115は、信号処理部110、絞り制御機構113、ブースター電源111、対物レンズ電源112、リターディング制御電源114、及び偏向器用電源118に接続される。情報処理部115は、これらの構成要素を制御するとともに、各種情報処理を実行する。画像表示端末116は、情報処理部115への入力を行う入力部(マウス、キーボードなど)、及び情報処理部115からの出力を表示する表示部(ディスプレイなど)を備えるものである。 The
上述した信号処理部110及び情報処理部115は、汎用のコンピュータを用いて実現されてもよく、コンピュータ上で実行されるプログラムの機能として実現されてもよい。コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサと、メモリなどの記憶部と、ハードディスクなどの記憶装置を少なくとも備える。信号処理部110及び情報処理部115の処理は、プログラムコードとしてメモリに格納し、プロセッサが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。なお、信号処理部110及び情報処理部115の一部が、専用の回路基板などのハードウェアによって構成されてもよい。 The
図1において、電子源101で生成された一次電子102は、ブースター電極103、偏向器117、対物レンズ104を通過する。一次電子102は、試料台107上に置かれている試料106に照射され、それにより、二次電子108が発生する。 In FIG. 1,
対物レンズ104は対物レンズ電源112によって駆動し、偏向器117は偏向器用電源118によって駆動する。また、ブースター電極103にはブースター電源111により正極性のブースター電圧が印加される。また、試料台107にはリターディング制御電源114より負極性のリターディング電圧が印加される。上記ブースター電源111及びリターディング制御電源114により印加する電圧は、接地電位を基準とする。なお、二次電子108はリターディング電圧によって加速される。 The
絞り105は、偏向器117と試料106との間で、かつ、対物レンズ104と試料106との間に設置されている。これを言い換えれば、絞り105は、軌道修正のための偏向器117より下側で、かつ、対物レンズ104より下側に配置される。 The
加速された二次電子108は、絞り105の孔を通過した後に、ブースター電極103においてさらに加速される。その後、加速された二次電子108は、偏向器117によって偏向され、検出器109によって検出される。検出器109で検出された信号は信号処理部110によって処理され、情報処理部115が、信号処理部110からの情報から画像を形成し、その画像を画像表示端末116に表示する。これにより、検出器109で検出された信号で形成された画像を使用者が確認することができる。 The accelerated
なお、ブースター電源111によってブースター電極103に正極性の電圧(ブースター電圧)を印加し、一次電子102を対物レンズ104通過時に加速する方法をブースティング法と呼ぶ。また、リターディング制御電源114によって試料106に負極性の電圧(リターディング電圧)を印加することで、一次電子102を試料106直上で減速する方法をリターディング法と呼ぶ。 A method of applying a positive voltage (booster voltage) to the
ブースティング法とリターディング法は、一次電子102を試料106の直前で減速することで、試料106と対物レンズ104との間に静電レンズが形成され、一次電子102の収差を軽減し、高い空間分解能を実現することができる手法である。 In the boosting method and the retarding method, by decelerating the
なお、ブースター電極103の形態は図1の構成に限定されない。図3は、別の形態のブースター電極103を備えるSEMの全体構成を示す。図3において、ブースター電極103以外の構成は図1と同様である。図1では、ブースター電極103が対物レンズ104近傍の空間に設置されている。一方、図3では、ブースター電極103が電子源101から対物レンズ104までの空間に設置されている。本発明の効果は、図1及び図3の両方の構成において得ることができる。 The form of the
ここで、ブースター電圧とリターディング電圧によって形成される電界は、二次電子108に対しては加速電界として作用する。つまり、ブースター電圧及び/又はリターディング電圧を変えると、一次電子102の軌道だけでなく二次電子108の軌道にも影響を与える。典型的には、ブースター電圧とリターディング電圧は、それぞれ、正極性と負極性の数kVの電圧でよい。ただし、前述の電圧の絶対値はあくまで典型的な値であり、これに限定されない。 Here, the electric field formed by the booster voltage and the retarding voltage acts as an accelerating electric field for the
図2は、二次電子108の仰角(θ)と方位角(φ)の定義を説明する図である。二次電子108の仰角(θ)については、試料面に対して法線方向を90度、水平方向を0度とし、以降は、仰角90度付近を高角、仰角0度付近を底角、高角と底角との間の中間帯の45度付近を中角とする。また、方位角(φ)は試料106の水平面内における角度を表すものであり、方位角の範囲は0度から360度である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of the elevation angle (θ) and the azimuth angle (φ) of the
図1の対物レンズ104は、二次電子108の仰角情報が保存されるアウトレンズ型の対物レンズであることが望ましい。仰角情報が保存される理由は、アウトレンズ型の対物レンズは、試料上への漏れ磁場が抑制されているので、二次電子108の軌道に影響を与えないからである。ただし、対物レンズ方式はアウトレンズ型に限らない。例えば、焦点距離を短くしアウトレンズより球面収差係数、色収差係数が非常に小さく高分解能観察が可能なシュノーケル型対物レンズや、インレンズ型対物レンズも使用することができる。ただし、シュノーケル型対物レンズとインレンズ型対物レンズは、強い漏れ磁場の影響で二次電子軌道を大きく変化させる。この課題は、絞り105と試料106との間の距離を極めて小さくし、二次電子108の軌道が変化する前に角度選択を行うことで解決できる。 The
図1に示した検出器109の構成として、対物レンズ104の上部に位置したEverhart Thornley(ET)型の検出器を用いた。ET型検出器は、高電圧が印加されたシンチレータと、信号荷電粒子をシンチレータに衝突させて光子に変換し、光子を内部で増倍して電気信号に変える光電子増倍管とから構成されている。検出器109で得られた信号は、信号処理部110で処理される。信号処理部110での処理の結果として得られる情報は、情報処理部115を介して画像表示端末116で走査像(SEM画像)として表示される。なお、画像表示の際、使用者は情報処理部115の入力部を用いて適切な情報を選択し、選択した情報を画像表示端末116に表示させることができる。 As a configuration of the
なお、検出器109は、ET型検出器に限定されず、半導体検出器、Micro Channel Plate(MCP)であってもよい。また、検出器109の設置場所は、電子源101と偏向器117との間に限定されず、対物レンズ104と偏向器117との間に設置されてもよい。また、検出器109は、対物レンズ104より試料台107側で、かつ、絞り105よりも上側の位置に設置されてもよい。 The
試料106から放出された二次電子108の角度選択検出を行うために、対物レンズ104と試料106の間に絞り105が設置されている。絞り105を対物レンズ104と試料106の間に設置することで、試料106から放出された二次電子108の電子軌道が対物レンズ104の磁場等の要因によって収束されない状態で、絞り105の孔を通過する二次電子(すなわち、角度範囲が選択された二次電子)108だけを検出器109で検出するという仕組みとなる。 In order to perform angle selection detection of the
絞り105は、二次電子108の検出角度に応じて、(1)絞りの孔(開口部)の形状(形だけでなくその大きさも含む)、及び、(2)絞り105の高さの少なくとも一方を変化できるように構成される。より具体的には、使用者は、絞り105の孔径、形状、及び、絞り105と試料106との間の距離の少なくとも1つを変化させることで、検出器109で検出される二次電子108の角度範囲を選択することができる。 Depending on the detection angle of the
図4A〜図4Eは、絞り105の例であり、孔の形状が固定された絞りを示す図である。絞り401〜404は、仰角及び方位角の少なくとも一方の範囲を規定する孔(開口部)を有する。この例では、検出角度範囲に応じて絞り401〜404を適宜取り替えてSEM画像を取得することができる。 FIG. 4A to FIG. 4E are diagrams showing an example of the
絞り401〜404は、それぞれ、薄板状の部材であり、一次電子102及び二次電子108が通過するための孔を有する。絞り401〜404の厚さはできるだけ薄い(例えば0.1mm程度)ことが望ましい。なぜなら、絞り401〜404の孔の側壁で散乱された二次電子108が検出されうるからである。 Each of the
また、絞りの大きさ(すなわち、平面視で見たときのサイズ)は観察対象の試料106よりも大きいことが望ましい。図4Aには、絞り401の平面視サイズが試料106の平面視サイズよりも大きい例が示されている。この理由は、絞り401の大きさが小さいと絞り401の孔を通過する二次電子108だけではなく、絞り401の外側を通過した二次電子108が検出器109で検出される可能性があるからである。 Further, it is desirable that the size of the diaphragm (that is, the size when viewed in plan view) is larger than that of the
また、一次電子102及び二次電子108の絞り105への衝突に起因する帯電を防ぐため、絞り105の材料は金属であることが望ましい。本実施例では絞り105の材料としてモリブデンを用いるが、他の金属であっても本発明の効果を得ることができる。 Further, in order to prevent charging due to the collision of the
また、絞り105の孔(開口部)の中心付近を通過する二次電子108と、絞り105の孔の端付近を通過する二次電子108とでは、それぞれ、絞り105の開口部を通過する角度が異なる。従って、SEM画像の倍率が低い場合は、画像の中心と端で検出している角度が異なる事になる。これを防ぐためには、SEM画像の視野は絞り105の孔の1%程度であることが望ましい。具体的には、絞り105に孔径R1.1 mmの孔がある場合、視野は11μm程度であることが望ましい。 Further, the
図4Aに示す絞り401は、厚さが十分に薄い板であり、その中心に任意の孔径Rの孔401aを有する。絞り401は、試料106から距離Dだけ離れた場所に設置されている。なお、図示を省略しているが、絞り401の上方には、対物レンズ104が存在する。 A
一次電子102及び二次電子108は、孔401aを通過することになる。絞り401の場合、距離Dと孔径Rとから幾何学的に決まる一つの角度範囲で二次電子108の検出角度を選択することになる。具体的には、対物レンズ104と試料106との間の距離が4 mm、絞り401と試料106との間の距離が1.5 mm、孔径Rが1.1 mmの場合、仰角が70度から90度までの二次電子108が孔401aを通過する。他の角度範囲を検出したい場合は、別の大きさの孔径R’を有する絞り401を測定毎にSEMに挿入してもよい。仰角の下限の値だけを調節するならば、絞り401をz軸方向に移動し、絞り401と試料106との間の距離を小さくしてもよい。 The
本実施例では、絞り制御機構113が、絞り401の位置を調整して、絞り401の孔401aの重心位置と一次電子102の光軸とを一致させることができる。図5A及び図5Bは、絞り制御機構113の例を示す。 In this embodiment, the
絞り制御機構113は、絞り401を取付けるための支持部501と、x軸ねじ502と、y軸ねじ504と、z軸ねじ503とを備える。絞り401の端部が、支持部501に取付けられ、絞り401がxy平面上に配置される。x軸ねじ502、y軸ねじ504及びz軸ねじ503を回転させることにより、支持部501を、x軸、y軸及びz軸方向に動かすことができる。なお、図5A及び図5Bで説明した絞り制御機構113は、図4B〜4Dで示した他の絞り402〜404の形態にも適用することができる。また、絞り制御機構113の支持部501は、検出角度範囲に応じて、絞り401〜404を適宜着脱可能に構成される。 The
図4Aの絞り401の場合、光軸と近い仰角90度からある角度までの二次電子108しか絞り401の孔401aを通過できない。使用者が仰角の特定の角度範囲を検出したい場合は、図4Bに示す絞り402のような形を使用してもよい。 In the case of the
図4Bの絞り402は、第1の孔402aと第2の孔402bとを有する。第1の孔402aは、絞り402の中心にあり、一次電子102が通過するための孔である。第2の孔402bは、第1の孔402aの外側にあるリング状の孔である。この第2の孔402bの空間を通過した二次電子108が検出器109で検出される。厳密に言えば、検出器109では第1の孔402aを通過する二次電子108も検出されうるが、検出器109で得られる結果は、実質的に第2の孔402bで規定される角度範囲の情報とみなすことができる。 The
例えば、対物レンズ104と試料106との間の距離が4 mm、絞り402と試料106との間の距離が1.5 mmの場合、第2の孔402bを規定するリングの内径が1.7 mm、そのリングの外径が5.2 mmにすると、仰角が30度から60度までの二次電子108を第2の孔402bで通過させることができる。絞り402の場合でも、検出する角度範囲を変えるために、測定毎に、別の大きさの孔径を有する絞り402と交換してもよい。また、別の例として、絞り401をz軸方向に移動し、絞り401と試料106との間の距離を変化させて、検出する角度範囲を変化させてもよい。図4Bの絞り402は、二次電子108が特定の仰角の範囲で放出される傾向にある試料106を観察する際に有効である。 For example, when the distance between the
上記で説明した絞り401と絞り402は、二次電子108の仰角を選択する形の絞りだが、方位角を選択する絞りの形態を用いてもよい。図4C及び図4Dは、方位角を選択する絞り403、404を示す。 The
図4Cの絞り403は、第1の孔403aと第2の孔403bとを有する。第1の孔403aは、絞り403の中心にあり、一次電子102が通過するための孔である。第2の孔403bは、第1の孔402aを中心として配置された2つの扇形の孔で構成される。第2の孔403bの空間を、ある方位角の範囲内の二次電子108が通過し、それら二次電子108を検出器109で検出することができる。図4Cの絞り403は、二次電子108が特定の方位角の範囲で放出される傾向にある、例えば凹凸を有する試料106などを観察する際に有効である。 The
図4Dの絞り404は、第1の孔404aと第2の孔404bとを有する。第1の孔404aは、絞り404の中心にあり、一次電子102が通過するための孔である。絞り404の第2の孔404bは、第1の孔404aを中心として配置された1つの扇形の孔である。図4Cの絞り403と異なり、第2の孔404bは、一方の方位角範囲の二次電子108を通過させることができる。絞り404を用いることにより、微小な凹凸を有する試料106において、横から光を当てたような陰影コントラストを強調したSEM画像を得ることが可能である。 The
図6Aは、孔径を選択できる絞りの例を示す。板状の絞り601は、径の異なる複数の孔601a〜601dを有する。絞り制御機構113を利用して所望の孔径Rを選択し、孔径の中心と試料106の中心とを合わせる。これにより、複数の検出角度の範囲から所望の範囲を選択して観察を行うことができる。 FIG. 6A shows an example of a diaphragm that can select the hole diameter. The plate-
具体的には、対物レンズ104と試料106との間の距離が4 mm、絞り601と試料106との間の距離が1.5 mmにおいて、第1の孔601aの孔径Rが1.1 mm、第2の孔601bの孔径Rが1.7 mm、第3の孔601cの孔径Rが3.6 mm、第4の孔601dの孔径Rが8.2 mmとする。この場合、第1の孔601aを通過する二次電子108の仰角は70度から90度となり、第2の孔601bを通過する二次電子108の仰角は60度から90度となり、第3の孔601cを通過する二次電子108の仰角は40度から90度となり、第4の孔601dを通過する二次電子108の仰角は20度から90度となる。 Specifically, when the distance between the
ここで、図6Bに示すように、絞り601は、4つの孔601a〜601dのうち3つの孔を遮蔽するための遮蔽板602を備える。遮蔽板602は、絞り601の上側に配置されるものである。遮蔽板602には、平面視で見たときに一部分に切欠き部602aが設けられている。切欠き部602aは、4つの孔601a〜601dが露出するような形状及び平面サイズで形成されていればよい。 Here, as shown in FIG. 6B, the
図7A及び図7Bは、孔径を選択できる図6A及び図6Bの絞りに用いられる絞り制御機構113の例である。絞り制御機構113は、複数の孔601a〜601dのうち所望の孔径Rを有する孔を選択するための回転機構を備える。図7A及び図7Bでは、図5A及び図5Bと同じ構成要素には同じ番号が付されている。 7A and 7B are examples of the
絞り制御機構113は、支持部501と、x軸ねじ502と、y軸ねじ504と、z軸ねじ503と、回転軸701と、φ軸ねじ702とを備える。絞り601は、回転軸701に取付けられ、XY平面上に配置される。回転軸701は、φ軸ねじ702に接続されている。また、遮蔽板602の端部が支持部501に取付けられ、遮蔽板602が絞り601の上方に配置される。上記構成によれば、φ軸ねじ702を回すことによって絞り601がXY平面上で回転軸701を中心に回転する。絞り601が回転すると、4つの孔601a〜601dのうちの1つの孔が遮蔽板602の切欠き部602aに順次露出することになる。使用者は、所望の孔径Rを有する孔が遮蔽板602の切欠き部602aに露出した時点で、φ軸ねじ702の回転を止めればよい。 The
また、x軸ねじ502、y軸ねじ504及びz軸ねじ503を回転させることにより、支持部501を、x軸、y軸及びz軸方向に動かすことができ、これにより、絞り601及び遮蔽板602をx軸、y軸及びz軸方向に動かすことができる。 Further, by rotating the
絞り601の利点は、図4Aに示す絞り401のように孔径Rを変えるために試料室を大気開放する必要はない点である。すなわち、絞り601を用いることにより、試料室を大気開放することなく、複数の異なる孔径から所望の孔径Rを選択することができる。しかし、孔径Rの1つの孔の中心を観察対象の試料106の中心に合わせた時、隣の孔を通過した二次電子108が検出される可能性がある。この課題は、遮蔽板602によって解決することができる。遮蔽板602を用いることにより、1つの孔が選択されたときに、残りの複数の孔が塞がれることになる。したがって、隣接する複数の孔を二次電子108が通過することを防ぐことができる。 The advantage of the
例えば、図6Bに示すように、第4の孔601dを使用する場合、第4の孔601dを通過する二次電子108は検出器109で検出されるが、第1〜第3の孔601a〜601cは遮蔽板602で塞がれるため、二次電子108はこれらを通過することができない。なお、絞り601の形状は四角に限定されない。絞りとしては、板状の部材に複数の異なる孔径を有する孔(開口部)が設けてあればよい。また、別の例として、絞り601が支持部501に取付けられ、遮蔽板602が回転軸701に取付けられてもよい。この場合、遮蔽板602が回転することになる。また、遮蔽板602が絞り601よりも試料106側に配置されてもよい。 For example, as shown in FIG. 6B, when the
図8A〜図8Cは、絞りの位置を固定した状態で孔径を変更することが可能な絞りの例を示す。絞り制御機構113が図8A〜図8Cの絞り801〜803を制御することにより、絞り801〜803の位置を固定した状態で、検出角度範囲に応じて希望する孔径Rに変更することができる。図8A〜図8Cの絞り801〜803の利点は、孔径Rを変化させながらSEM画像を取得できることであり、使用者は孔径Rを変化に応じたSEM画像の変化を画面上で確認することができる。 FIG. 8A to FIG. 8C show examples of a diaphragm that can change the hole diameter while the position of the diaphragm is fixed. The
図8Aの絞り801は、相互に重なり合うように配置された第1の板部材801a及び第2の板部材801bを備える。第1の板部材801a及び第2の板部材801bは、それぞれ四角形状であり、その一辺に切欠き部を備える。第1の板部材801a及び第2の板部材801bの切欠き部で囲まれる部分が孔径Rを有する四角形の孔となる。 8A includes a
絞り801では、第1の板部材801aと第2の板部材801bを利用して孔径Rの大きさを変える。第1の板部材801aと第2の板部材801bがお互い近づくことで孔径Rが小さくなり、また、第1の板部材801aと第2の板部材801bがお互いに離れることで孔径Rが大きくなる。第1の板部材801aと第2の板部材801bの両方が動いて孔径Rの大きさを調節することができるが、片方だけが動いて孔径Rの大きさを調節してもよい。 In the
図9は、絞り801を駆動するための絞り制御機構113の例である。図9では、図5A及び図5Bと同じ構成要素には同じ番号が付されている。 FIG. 9 is an example of the
絞り制御機構113は、第1の板部材801aと第2の板部材801bを動かすための駆動機構を備える。図9の例では、支持部501をX方向(図面上の左方向)に延長し、その延長した部分に逆ねじ902が取付けられている。逆ねじ902は、二種類のテーパ部分902a、902bを有し、φ軸ねじ901に接続されている。第1の板部材801aは、逆ねじ902の第1のテーパ部分902aに接続され、第2の板部材801bは、逆ねじ902の第2のテーパ部分902bに接続されている。 The
例えば、φ軸ねじ901を回転すると、第1の板部材801aは左に移動し、第2の板部材801bは右に移動する。これと逆にφ軸ねじ901を回転させると、第1の板部材801aは右に移動し、第2の板部材801bは左に移動する。従って、φ軸ねじ901を回転するだけで絞り801の孔の重心位置を変えずに、孔径Rのみを変えることができる。また、絞り801の位置は、x軸ねじ502、y軸ねじ504及びz軸ねじ503を回転させることにより、x軸、y軸及びz軸方向に動かすことができる。 For example, when the φ-
なお、Rの最大値は第1の板部材801aと第2の板部材801bの大きさに依存するため、使用者が必要とされる角度範囲とRをあらかじめ計算し、第1の板部材801aと第2の板部材801bを設計する必要がある。 Since the maximum value of R depends on the size of the
図8Bの絞り802は、相互に重なり合うように配置された、第1の板部材802a、第2の板部材802b、第3の板部材802c、及び第4の板部材802dを備える。第1〜第4の板部材802a〜802dは、四角形の1つの頂点部分が切欠いた形状であり、それらの切欠き部で囲まれる部分が孔径Rを有する四角形の孔となる。絞り802の利点は、第1〜第4の板部材802a〜802dのそれぞれを独立にx方向及びy方向に移動させることにより、正方形以外の任意の長方形の孔を形成することができる点である。 The
絞り802用の絞り制御機構113は、図9と同様の構成で実装することができる。例えば、絞り制御機構113は、第1〜第4の板部材802a〜802dのそれぞれを独立にx方向及びy方向に移動させる駆動機構を備える。具体的には、図9と同様の構成で、複数のθ軸ねじを支持部501に取付け、第1〜第4の板部材802a〜802dのそれぞれを各θ軸ねじに接続する方法が考えられる。 The
なお、観察対象の試料106の中心からの二次電子108だけではなく、必要によっては、第1〜第3の板部材802a〜802cを固定した状態で、第4の板部材802dのみを動かすことで観察試料の中心から半分の二次電子108だけを検出することが可能である。この場合、第1〜第4の板部材802a〜802dの平面視でのサイズは、観察試料よりも充分に大きい必要がある。 In addition to the
図8Cの絞り803は、相互に重なり合うように配置された5つの絞り羽部材803a〜803eを備える。この構成によれば、5つの絞り羽部材803a〜803eをカメラの絞りのように動かすことで、孔径Rを変化させることができる。絞り羽部材803a〜803eは、少なくとも内縁に曲線部を有しており、それらの曲線部で囲まれる部分が孔径Rを有する実質的な円又は楕円となる。なお、図8Cに示す通り、絞り羽部材803a〜803eの外縁も曲線部であってもよい。 The
なお、5つの絞り羽部材803a〜803eの内縁の曲線部で形成される形状は完全な円形とはならない。したがって、図4Aに示す絞り401に比べて角度分解能は落ちる場合もあるが、図8Cの構成によれば、円形に近い形状を維持しながら連続的なSEM画像を取得できるという利点がある。 Note that the shape formed by the curved portions of the inner edges of the five
図8Cの絞り803は、5つの絞り羽部材803a〜803eを備えているが、羽部材の数は5つに限定されない。また、羽部材の数が多いほど、それらの内縁で形成される孔の形状が円形に近づく。 The
また、絞り803用の絞り制御機構113は、カメラの絞りを動かす機構と同様の機構となる。例えば、5つの絞り羽部材803a〜803eは、リング状の基板上に配置される。基板には、各羽部材の運動軌跡に沿ってガイド溝が設けられており、各羽部材とガイド溝とがピンなどのガイド部材で連結される。そして、基板に設けた駆動用リングによって各羽部材を動かすことにより、各羽部材の開閉動作を行うことができる。なお、絞り羽部材を駆動する機構はこれに限定されず、他の公知のシャッタ機構を適用してもよい。 The
図4A〜4D、図6A、図8A〜8Cに示した絞りを通過する二次電子108の角度は、Working distance(WD,試料106と対物レンズ104の距離)と距離D(絞り105と試料106の距離)をある一定値に固定して状態にして選択されてもよい。上記の説明では、任意の検出角度を設定するために絞り105の孔径Rを変化させる方法を使ったが、孔径Rを固定し、距離Dを変化させることでも同じ効果が得られる。例えば、図4Aの絞り401において、WDを一定値に固定して距離Dを小さくすれば、絞りを通過する二次電子108は高角から低角までの範囲を選択することができる。具体的には、孔径Rが1.7 mmの場合、Dを0.1 mmから5.0 mmまで変化させると、絞りの孔を通過する二次電子108の最小の仰角は7度から80度まで変化する(最大の仰角は常に90度)。このような効果は上記に列挙した全ての絞りの形に適応される。また、上記の効果を得るために、絞り制御機構113は、絞り105の位置を一次電子102の光軸と同じ方向(z方向)に動かして距離Dを変えるための駆動機構を有している。 The angles of the
図1に示す検出器109は、絞り105を通過した二次電子108を検出する必要がある。ブースティング法を用いる場合、絞り105を通過した二次電子108はブースター電極103と絞り105との間の電界によって加速され、対物レンズ104を通過する。従って、対物レンズ104に対して電子源101側に検出器109を設置する必要がある。 The
この場合、Everhart Thornley(ET)型の検出器を用いることができる。ET型検出器は、正極性の高電圧が印加されたシンチレータと、信号荷電粒子がシンチレータに衝突することで発生する光子を取り出すためのライトガイドと、光子を電気信号に変換する光電子増倍管とから構成されている。対物レンズ104を通過した二次電子108は、正極性の電圧が印加されたシンチレータに引き寄せられ、検出される。 In this case, an Everhart Thornley (ET) type detector can be used. The ET type detector includes a scintillator to which a positive high voltage is applied, a light guide for taking out photons generated when signal charged particles collide with the scintillator, and a photomultiplier tube for converting photons into electric signals. It consists of and. The
ただし、上記の場合、シンチレータに印加された正極性の電圧によって生じた電界で一次電子102が偏向されることが考えられる。この課題は、ExB偏向器を用いることで解決できる。 However, in the above case, it is conceivable that the
図10A及び図10Bは、ExB偏向器を用いた検出器の例を示す。ExB偏向器1001は電場と磁場を直交させた光学素子であり、一次電子102が偏向されないように電場と磁場の大きさは設定される。この時、一次電子102と反対方向に進行する二次電子108は前述の電場及び磁場から偏向作用を受け、検出器109側に偏向される。グリッド1002に正極性の電圧を印加することで、接地した対向電極1003との間に電界を発生させ、磁場はコイル1004に電流を流すことで発生させる。 10A and 10B show examples of detectors using ExB deflectors. The
図11は、変換板を用いた検出器の構成を示す。変換板1101は、検出器109の上方に配置され、一次電子102を通過させるための孔を有する。この構成によれば、二次電子108の変換板1101への衝突に起因して発生する三次電子1102をExB偏向器1001によって検出器109へ引き込む。図10A及び図10Bと同様に、ExB偏向器1001の電場と磁場の大きさは一次電子102が偏向されない条件に設定するが、一次電子102と比較して三次電子1102のエネルギーは小さいため、検出器109側に偏向される。図11に示す構成は、二次電子108のエネルギーが高い場合、例えばリターディング法を用いた場合に有効である。 FIG. 11 shows a configuration of a detector using a conversion plate. The
なお、検出器109はET型検出器に限らず、半導体検出器、Micro Channel Plate(MCP)であってもよい。また、検出器109の設置場所は、電子源101と偏向器117との間に限定せず、対物レンズ104と偏向器117との間や、対物レンズ104に対して試料台107側に設置されてもよい。また、変換板1101の代わりに半導体検出器やMCPを設置してもよい。 The
検出器109で得られた信号は、信号処理部110で処理される。処理によって得られた画像信号は、情報処理部115を介して画像表示端末116に表示される。画像表示の際、使用者は情報処理部115の入力部を用いて適切な情報を選択し、選択した情報を画像表示端末116に表示させることができる。 The signal obtained by the
図12は、絞り105を用いて試料106から放出する二次電子108の角度を絞り105の孔径Rを変化させながらSEM画像を撮るフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart for taking an SEM image while changing the hole diameter R of the
まず、試料106をSEMの中に導入する(S1201)。次に、SEM画像を見ながら所望の観察位置に試料106を移動し、フォーカス調整や非点調整を行い、WDと距離Dを設定する(S1202)。この状態で試料106のSEM画像を取得する(S1203)。その後、絞り105を試料106と対物レンズ104との間に挿入する(S1204)。次に、フォーカス調整や非点調整を行う(S1205)。次に、SEM画像を見ながら、絞り制御機構113を用いて絞り105の中心と観察位置の中心とを合わせる(S1206)。その後、SEM画像を取得する(S1207)。次に、絞り105を取り出す(S1208)。ここまでの流れにより、絞り105を入れていない状態でのSEM画像と、絞り105を入れた状態(すなわち、角度選択を行った状態)でのSEM画像とを比較することができる。最後に、WD又は距離Dの設定を変えて、再度SEM画像を撮りたい場合は、ステップS1202に戻ってWD又は距離Dを変更した後で残りのステップを実行する。これにより、検出角度範囲の変更前と変更後のSEM画像を比較することができる。なお、WDと距離Dを変えない場合は、そのまま観察を終了する(S1209)。 First, the
図13は、使用者が角度選択検出を行うために必要な設定を行うGUI画面の一例を示す。図13のGUI画面は、画像表示端末116に表示されるものであり、使用者は、入力部(マウス、キーボードなど)を用いて、GUI画面上で設定を行うことができる。 FIG. 13 shows an example of a GUI screen for making settings necessary for the user to perform angle selection detection. The GUI screen of FIG. 13 is displayed on the
GUI画面1301は、各種パラメータを設定及び表示する部分と、画像を表示する部分とに大別される。まず、試料106がSEMの中に導入された後、加速電圧等の基本条件を光学条件入力部1304に入力する。その後の設定は、使用者が距離Dを動かして角度選択を行うか、孔径Rを変化させて角度選択を行うかで異なる。 The
距離Dを動かして角度選択を行う場合、使用者は、SEMの中に挿入されている絞り105の孔径RとWDの値をそれぞれ孔径入力部1305とWD入力部1307に入力し、検出したい角度範囲を検出角度入力部1306に入力する。このとき、情報処理部115が、入力された情報に基づいて適切な距離Dを決定する。情報処理部115は、決定した距離Dの情報を絞り制御機構113に入力し、絞り制御機構113は、決定した距離Dの位置に絞り105を移動させる。この条件で取得されたSEM画像がSEM画像表示部1303に表示される。 When the angle D is selected by moving the distance D, the user inputs the values of the hole diameter R and WD of the
孔径Rが変化可能な絞り105を用いて孔径Rを変化させて角度選択を行う場合、使用者は、WD及び距離Dの値をそれぞれWD入力部1307及び距離D入力部1308に入力し、検出したい角度範囲を検出角度入力部1306に入力する。情報処理部115は、入力された情報に基づいて適切な孔径Rを決定する。情報処理部115は、決定した孔径Rの情報を絞り制御機構113に入力し、絞り制御機構113は、決定された孔径Rとなるように絞り105を制御する。この条件で取得されたSEM画像がSEM画像表示部1303に表示される。 When selecting the angle by changing the hole diameter R using the
なお、WD、距離D、及び孔径Rは、GUI画面1301上のWD入力部1307、距離D入力部1308、孔径入力部1305、及び、位置関係表示部1302に表示され、これらの表示を使用者が確認することができる。 The WD, the distance D, and the hole diameter R are displayed on the
したがって、GUI画面1301を用いることにより、GUI画面1301に入力された情報に応じて、絞り105の開口部の形状及び絞り105の高さの少なくとも一方を変更することができる。また、使用者は、検出角度範囲を変更しながら、その選択した検出角度範囲のSEM画像を確認することができる。 Therefore, by using the
本実施例によれば、対物レンズを通過する前に、信号荷電粒子の角度を絞り105により制限することにより、特定の角度範囲の二次電子108のみを検出することができる。例えば、対物レンズの内部や対物レンズの上側の位置では、対物レンズの磁場の影響などにより特定の角度範囲の二次電子を弁別することができない。これに対して、本実施例は、対物レンズを通過する前に角度の弁別を行うため、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報(仰角及び方位角)を損失することなく、その角度範囲を選択して検出することができる。 According to the present embodiment, by limiting the angle of the signal charged particles by the
本実施例は、信号荷電粒子、特に低エネルギーの二次電子108を高い角度分解能で選択検出することと、高い空間分解能を両立するSEMを提供することができる。一次電子の試料への入射エネルギーが低い状態で高空間分解能を得る手法として、リターディング法やブースティング法などがあるが、本実施例は、これらの方法に対して特に効果がある。 The present embodiment can provide an SEM that can selectively detect signal charged particles, in particular, low-energy
上述の通り、高空間分解能を得るためにはブースティング法が有効であるが、ブースター電圧によって生じた電界は二次電子108に対して収束作用を及ぼす。つまり、絞り105を用いない場合、二次電子108がブースター電圧によって加速されると試料106から放出されたときの角度情報を失う可能性がある。しかし、対物レンズ104と試料106との間に絞り105を設置する場合は、絞り105を通過した二次電子108は、すでに放出角度が既知であるため、ブースター電圧によって加速されても角度選択性能には影響を及ぼさない。 As described above, the boosting method is effective for obtaining a high spatial resolution, but the electric field generated by the booster voltage exerts a convergence action on the
また、本実施例は、リターディング法に関しても高空間分解能を得ることができる。リターディング電圧によって一次電子102が減速されると同時に二次電子108が加速される。従って、絞り105に電圧を印加しない場合は、絞り105と試料106との間で二次電子108が偏向され、角度情報を失う可能性がある。したがって、この課題に関して、絞り105と試料106に同じ極性の電圧を印加することが望ましい。なお、絞り105と試料106に印加する電圧は同じ極性の電圧であることに限定されない。 In addition, this embodiment can obtain a high spatial resolution with respect to the retarding method. The
図14は、ブースティング法とリターディング法を使用しないSEMの概略を示す全体構成図である。図14に示すように、リターディング電圧とブースター電圧が適応されていないSEMでも、対物レンズ104と試料106の間に絞り105を設置することによって効果が得られる。この場合は一次電子102の空間分解能は劣化することになるが、二次電子108の角度選択を行うことができる。対物レンズ104を通過した信号荷電粒子はレンズ磁場によって、そのエネルギーに応じた回転運動を伴って収束されるため、信号荷電粒子は角度情報を失う場合が多い。この構成によれば、対物レンズ104を通過する前に角度弁別を行うことができ、角度弁別されたSEM画像を得ることができる。 FIG. 14 is an overall configuration diagram showing an outline of an SEM that does not use the boosting method and the retarding method. As shown in FIG. 14, an effect can be obtained by installing a
[第2実施例]
図15は、本実施例に関するSEMの全体構成を示す。なお、第1実施例に記載され、本実施例に記載されてない事項は第1実施例と同様である。[Second Embodiment]
FIG. 15 shows the overall configuration of the SEM relating to the present embodiment. The matters described in the first embodiment and not described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
情報処理部115は、SEM画像を記憶する画像記憶部1501を備える。使用者は、絞り105の第1の条件(形状、孔径R、絞り105と試料106との間の距離Dなど)を設定し、この第1の条件でSEM画像を取得する。第1の条件で取得された第1のSEM画像は画像記憶部1501に保存される。 The
次に、使用者は、第1の条件とは異なる、絞り105の第2の条件を設定し、この第2の条件でSEM画像を取得する。第2の条件で取得された第2のSEM画像は画像記憶部1501に保存される。情報処理部115は、画像記憶部1501に保存された複数のSEM画像に対して演算処理を実施することができる。具体的には、複数のSEM画像の差分画像、又は合成画像を作成することができる。なお、ここでの演算処理は、差分処理、合成処理に限定されず、その他の加工処理が実施されてもよい。 Next, the user sets a second condition for the
図16は、角度選択検出を行うために必要な設定、及び、SEM画像の演算処理設定を行うGUI画面の一例を示す。GUI画面1301は、第1の条件で取得された第1の画像及び第2の条件で取得された第2の画像を表示するSEM画像表示部1601を備える。また、GUI画面1301は、第1の画像及び第2の画像に対して演算処理(減算処理や加算処理)を行った画像を表示する演算SEM画像表示部1602を備える。なお、演算SEM画像表示部1602は、演算の種類を設定するための演算設定部1603を備える。演算設定部1603は、例えば、プルダウンの形態の設定部であり、差分画像(A−B)、合成画像(A+B)など、第1の画像及び第2の画像に対して実行する演算処理の種類を選択できる設定部である。 FIG. 16 shows an example of a GUI screen for performing settings necessary for performing angle selection detection and SEM image calculation processing settings. The
図16の例では、角度範囲Aで取得された第1の画像と、角度範囲Bで取得された第2の画像がSEM画像表示部1601に表示されている。演算設定部1603には、差分画像(A−B)が設定されている。この場合、角度範囲A、Bが仰角に関する設定ならば、減算処理によって、図4Bに示す絞り402で得られるような特定の仰角範囲を選択した画像を表示させることができる。角度範囲A、Bが方位角に関する設定ならば、減算処理によって、図4C、Dに示す絞り403、404で得られるような特定の方位角範囲を選択した画像を表示させることができる。 In the example of FIG. 16, the first image acquired in the angle range A and the second image acquired in the angle range B are displayed on the SEM
加算処理の場合は、例えば、角度範囲Aの第1の画像と角度範囲Bの第2の画像との合成画像となり、複数の角度範囲を選択した画像を表示させることができる。 In the case of the addition process, for example, a composite image of the first image in the angle range A and the second image in the angle range B is obtained, and an image in which a plurality of angle ranges are selected can be displayed.
なお、図16には図示していないが、情報処理部115は、前述の演算処理をする際、各SEM画像(第1の画像、第2の画像)に任意の重みをつけて演算してもよい。また、図16では2枚のSEM画像を演算処理する例について説明したが、絞り105に関する3つ以上の条件で取得した3つ以上のSEM画像について演算処理を行ってもよい。なお、WD、R、Dの値とそれらの位置関係は位置関係表示部1302で確認できる。 Although not shown in FIG. 16, the
本実施例によれば、絞り105に関する複数の条件で複数の画像を取得して保存しておくことで、使用者が複数の画像から任意の組み合わせを選択して、それらの組み合わせに対して任意の演算処理を実行させることができる。したがって、あらかじめ複数の条件で画像を取得しておくことで、使用者が適宜角度範囲を変更しながら画像を確認することができる。 According to the present embodiment, by acquiring and storing a plurality of images under a plurality of conditions related to the
[第3実施例]
図17は、本実施例に関するSEMの全体構成を示す。なお、上述の実施例に記載され、本実施例に記載されてない事項は上述の実施例と同様である。[Third embodiment]
FIG. 17 shows the overall configuration of the SEM relating to the present embodiment. Note that the matters described in the above-described embodiment and not described in the present embodiment are the same as those in the above-described embodiment.
本実施例で用いるブースティング法は空間分解能を向上させる効果がある。ブースティング法を用いる場合、対物レンズ104と試料106との間に位置する絞り105の孔径Rを大きくする、又は絞り105と試料106の間の距離Dを小さくすると、二次電子108の電子軌道はブースター電圧の影響を受ける可能性が生じる。この影響を回避するための手段として、SEMは、先端電極1701と、先端電極用電源1702とを備える。先端電極1701は、ブースター電極103と絞り105との間に位置する。先端電極用電源1202は、先端電極1701に任意の電圧を印加することができる。 The boosting method used in this embodiment has an effect of improving the spatial resolution. When the boosting method is used, if the hole diameter R of the
絞り105の孔径Rが小さい時は、ブースター電圧によって生じる電界が絞り105によって遮蔽されるために、低エネルギーの二次電子108であっても絞り105の孔径Rより広い角度の二次電子108は通過しない。しかし、絞り105の孔径Rが大きくなるにつれてエネルギーが小さい二次電子108であるほど、二次電子108は絞り105の孔から漏れるブースター電界によって収束され、絞り105を通過することになる。これは、シュノーケル型対物レンズで起こる現像と似ており、絞り105を用いた角度選択機構が影響を受ける要因になる。 When the aperture diameter R of the
この課題は、絞り105と近い位置に配置された先端電極1701に負極性の電圧を印加し、絞り105の孔付近に形成される電界を制御することで解決できる。先端電極1701に印加する電圧は、絞り105の孔径R、絞り105と対物レンズ104との間の距離、及びブースター電極の電圧に依存する。従って、先端電極1701に印加する電圧は、絞り105の孔径R、絞り105と対物レンズ104との間の距離、及びブースター電極の関数として装置製造者があらかじめ設定していることが望ましい。 This problem can be solved by applying a negative voltage to the
図18は、使用者が角度選択検出を行うために必要な設定を行うGUI画面の一例を示す。GUI画面1301は、先端電極電圧入力部1801を備える。図18に示すように、先端電極1701に印加する電圧は、使用者がGUI画面1301における先端電極電圧入力部1801に任意の値を入力してもよい。なお、先端電極1701の電圧が0kVであっても、絞り105の角度選択機構は成立する。 FIG. 18 shows an example of a GUI screen for making settings necessary for the user to perform angle selection detection. The
なお、絞り105の孔径Rに応じて先端電極1701に印加する電圧を変化させてもよい。また、絞り105の孔径Rは固定して、先端電極1701に印加する電圧だけを変化させて孔径Rを通過する二次電子108の角度を選択することも可能である。例えば、同じ絞り105の孔径Rの条件下で、先端電極1701の電圧を小さくすると二次電子108の仰角が高角まで検出できるが、先端電極1701の電圧を大きくすると中角まで検出することができる。 Note that the voltage applied to the
以上、3つの実施例について述べてきたが、装置構成の数値等はほんの一例であり、これに限定されるものではない。 Although the three embodiments have been described above, the numerical values of the apparatus configuration are merely examples, and the present invention is not limited to these.
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. The above embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. Moreover, the structure of another Example can also be added to the structure of a certain Example. Further, with respect to a part of the configuration of each embodiment, another configuration can be added, deleted, or replaced.
上述した信号処理部110及び情報処理部115の処理は、それらの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 The processing of the
ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できる。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスが使用可能である。ここで述べた処理を実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。つまり、上述した信号処理部110及び情報処理部115の一部が、例えば集積回路等の電子部品を用いたハードウェアにより実現されてもよい。 The processes and techniques described herein are not inherently related to any particular apparatus and can be implemented by any suitable combination of components. In addition, various types of devices for general purpose can be used. In some cases, it may be beneficial to build a dedicated device to perform the processing described here. That is, a part of the
さらに、上述の実施例において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。 Furthermore, in the above-described embodiments, control lines and information lines are those that are considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines on the product are necessarily shown. All the components may be connected to each other.
101 :電子源
102 :一次電子
103 :ブースター電極
104 :対物レンズ
105 :絞り
106 :試料
107 :試料台
108 :二次電子
109 :検出器
110 :信号処理部
111 :ブースター電源
112 :対物レンズ電源
113 :絞り制御機構
114 :リターディング制御電源
115 :情報処理部
116 :画像表示端末
117 :偏向器
118 :偏向器用電源
401、402、403、404 :絞り
501 :支持部
502 :x軸ねじ
503 :z軸ねじ
504 :y軸ねじ
601 :絞り
602 :遮蔽板
602a :切欠き部
701 :回転軸
702 :φ軸ねじ
801、802、803 :絞り
901 :φ軸ねじ
902 :逆ねじ
1001 :ExB偏向器
1002 :グリッド
1003 :対向電極
1004 :コイル
1101 :変換板
1102 :三次電子
1202 :先端電極用電源
1301 :GUI画面
1302 :位置関係表示部
1303 :SEM画像表示部
1304 :光学条件入力部
1305 :孔径入力部
1306 :検出角度入力部
1307 :WD入力部
1308 :距離D入力部
1501 :画像記憶部
1601 :SEM画像表示部
1602 :演算SEM画像表示部
1603 :演算設定部
1701 :先端電極
1702 :先端電極用電源
1801 :先端電極電圧入力部DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Electron source 102: Primary electron 103: Booster electrode 104: Objective lens 105: Diaphragm 106: Sample 107: Sample stand 108: Secondary electron 109: Detector 110: Signal processing part 111: Booster power supply 112: Objective lens power supply 113 : Diaphragm control mechanism 114: retarding control power supply 115: information processing unit 116: image display terminal 117: deflector 118: deflector power supply 401, 402, 403, 404: diaphragm 501: support unit 502: x-axis screw 503: z Shaft screw 504: y-axis screw 601: aperture 602: shielding plate 602a: notch 701: rotating shaft 702: φ-axis screw 801, 802, 803: iris 901: φ-axis screw 902: reverse screw 1001: ExB deflector 1002 : Grid 1003: Counter electrode 1004: Coil 1101: Conversion plate 1 102: Tertiary electron 1202: Power supply for tip electrode 1301: GUI screen 1302: Position relation display unit 1303: SEM image display unit 1304: Optical condition input unit 1305: Hole diameter input unit 1306: Detection angle input unit 1307: WD input unit 1308: Distance D input unit 1501: Image storage unit 1601: SEM image display unit 1602: Calculation SEM image display unit 1603: Calculation setting unit 1701: Tip electrode 1702: Tip electrode power supply 1801: Tip electrode voltage input unit
Claims (12)
前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器と、
前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズと、
前記試料が搭載される試料台と、
前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器と、
前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも1つの開口部を有する絞りと
を備える荷電粒子線装置であって、
前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記試料から前記絞りまでの高さを変更できるように構成されており、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を設定する画面を表示する表示部を備え、
前記画面は、前記開口部の形状と、前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離と、前記試料から前記絞りまでの高さとを入力する入力部を備え、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記開口部の形状と前記試料から前記絞りまでの高さとのうち少なくともいずれかを制御する情報処理部を備え、
前記情報処理部は、前記入力部に対して入力された前記検出角度範囲、前記入力部に対して入力された前記試料と前記対物レンズとの間の距離、および前記入力部に対して入力された前記開口部の形状にしたがって、前記試料から前記絞りまでの高さを制御することにより、前記検出器が検出する前記信号荷電粒子の角度範囲を制御し、
前記情報処理部は、前記入力部に対して入力された前記検出角度範囲、前記入力部に対して入力された前記試料と前記対物レンズとの間の距離、および前記入力部に対して入力された前記試料から前記絞りまでの高さにしたがって、前記開口部の形状を制御することにより、前記検出器が検出する前記信号荷電粒子の角度範囲を制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 A primary charged particle beam source that emits a primary charged particle beam; and
A deflector for scanning the primary charged particle beam;
An objective lens for focusing the primary charged particle beam on the sample;
A sample stage on which the sample is mounted;
A detector for detecting signal charged particles emitted from the sample;
A charged particle beam apparatus Ru and a diaphragm having at least one opening for the primary charged particle beam and the signal charged particles to pass through,
The diaphragm is positioned between said sample stage and said objective lens, and to be able to change the height of the diaphragm from said shape and said sample of said opening in response to the detection angle range of the signal charged particles is configured to,
The charged particle beam device further includes a display unit that displays a screen for setting at least one of a shape of the opening of the diaphragm and a height of the diaphragm,
The screen includes an input unit for inputting the shape of the opening, the detection angle range, the distance between the sample and the objective lens, and the height from the sample to the diaphragm,
The charged particle beam device further includes an information processing unit that controls at least one of a shape of the opening and a height from the sample to the diaphragm,
The information processing section is input to the detection angle range input to the input section, a distance between the sample and the objective lens input to the input section, and input to the input section. Further, according to the shape of the opening, by controlling the height from the sample to the diaphragm, the angle range of the signal charged particles detected by the detector is controlled,
The information processing section is input to the detection angle range input to the input section, a distance between the sample and the objective lens input to the input section, and input to the input section. The charged particle beam apparatus , wherein the angular range of the signal charged particles detected by the detector is controlled by controlling the shape of the opening according to the height from the sample to the diaphragm .
前記絞りの前記開口部は、前記信号荷電粒子の仰角及び方位角の少なくとも一方の範囲を規定することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the aperture of the diaphragm defines at least one of an elevation angle and an azimuth angle of the signal charged particles.
前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を制御する絞り制御機構をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1,
A charged particle beam apparatus, further comprising a diaphragm control mechanism that controls at least one of a shape of the opening of the diaphragm and a height of the diaphragm.
前記絞りは、形状が異なる複数の開口部を有し、
前記絞りの前記複数の開口部のうち1つの開口部を露出させる切欠き部を有する遮蔽部材をさらに備え、
前記絞り制御機構は、前記絞り又は前記遮蔽部材を回転し、前記複数の開口部のうちの1つの開口部を前記切欠き部から順次露出させるように構成されること特徴とする荷電粒子線装置。 In the charged particle beam device according to claim 3,
The diaphragm has a plurality of openings having different shapes,
A shielding member having a notch that exposes one of the plurality of openings of the diaphragm;
The aperture control mechanism is configured to rotate the aperture or the shielding member to sequentially expose one of the plurality of apertures from the notch. .
前記絞りは、相互に重なり合うように配置された複数の部材を備え、前記開口部は、前記複数の部材に囲まれた部分であり、
前記絞り制御機構は、前記複数の部材の少なくとも1つを移動させて、前記開口部の形状を変更するように構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。 In the charged particle beam device according to claim 3,
The diaphragm includes a plurality of members arranged so as to overlap each other, and the opening is a portion surrounded by the plurality of members,
The charged particle beam device according to claim 1, wherein the aperture control mechanism is configured to change the shape of the opening by moving at least one of the plurality of members.
前記絞り制御機構は、前記画面に入力された情報に応じて前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。 In the charged particle beam device according to claim 3,
Before SL diaphragm control mechanism, a charged particle beam apparatus characterized by controlling at least one of the shape and the aperture of the height of the opening of the throttle in accordance with the information entered on the screen.
前記情報処理部は、前記検出器からの情報から画像を形成し、前記表示部は、前記画像を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1,
Wherein the information processing unit, the image formed of the information from the detector, the display unit, the charged particle beam apparatus characterized by that displays the image.
前記絞りの複数の条件で取得された複数の画像を格納する画像記憶部をさらに備え、
前記情報処理部は、前記複数の画像に対して演算処理を実行し、前記演算処理された画像を前記表示部に表示することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 7 ,
An image storage unit for storing a plurality of images acquired under a plurality of conditions of the aperture;
The charged particle beam apparatus, wherein the information processing unit performs a calculation process on the plurality of images and displays the calculated image on the display unit.
前記一次荷電粒子線を加速又は減速させる手段をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The charged particle beam apparatus further comprising means for accelerating or decelerating the primary charged particle beam.
前記手段は、前記試料台に電圧を印加して、前記一次荷電粒子線を前記試料の直前で減速させる手段であり、
前記試料及び前記絞りに同じ極性の電圧を印加することを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 9 , wherein
The means is means for applying a voltage to the sample stage and decelerating the primary charged particle beam immediately before the sample,
A charged particle beam apparatus, wherein a voltage having the same polarity is applied to the sample and the diaphragm.
前記手段は、少なくとも前記対物レンズ近傍の空間に電圧を印加して、前記一次荷電粒子線を加速させる手段であり、
前記絞りと前記加速させる手段との間には電圧を印加するための先端電極が設置されることを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 9 , wherein
The means is means for applying a voltage to at least a space near the objective lens to accelerate the primary charged particle beam,
A charged particle beam apparatus, wherein a tip electrode for applying a voltage is provided between the aperture and the acceleration means.
前記先端電極の前記電圧は、前記開口部の形状、前記絞りと前記対物レンズとの間の距離、及び、前記加速させる手段の前記電圧に応じて設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。 The charged particle beam device according to claim 11 ,
The charged particle beam device characterized in that the voltage of the tip electrode is set according to the shape of the opening, the distance between the diaphragm and the objective lens, and the voltage of the accelerating means .
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