JP6591681B2 - Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope - Google Patents

Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope Download PDF

Info

Publication number
JP6591681B2
JP6591681B2 JP2018531914A JP2018531914A JP6591681B2 JP 6591681 B2 JP6591681 B2 JP 6591681B2 JP 2018531914 A JP2018531914 A JP 2018531914A JP 2018531914 A JP2018531914 A JP 2018531914A JP 6591681 B2 JP6591681 B2 JP 6591681B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
objective lens
charged particle
particle beam
potential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018531914A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2018025849A1 (en
Inventor
和哉 熊本
和哉 熊本
定好 松田
定好 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Matsusada Precision Inc
Original Assignee
Matsusada Precision Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsusada Precision Inc filed Critical Matsusada Precision Inc
Publication of JPWO2018025849A1 publication Critical patent/JPWO2018025849A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6591681B2 publication Critical patent/JP6591681B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/18Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/20Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

本発明は、荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡に関する。   The present invention relates to a charged particle beam apparatus and a scanning electron microscope.

荷電粒子線装置としては、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、以下、「SEM」と略す。)、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)、電子ビーム溶接機、電子線描画装置、及びイオンビーム顕微鏡などが従来技術として知られている。   As a charged particle beam apparatus, a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM”), an EPMA (Electron Probe Micro Analyzer), an electron beam welding machine, an electron beam drawing apparatus, an ion beam microscope, and the like are conventionally used. Known as technology.

従来のSEM(特許文献1、2及び3)では、電子線の対物レンズにおける収差が大きくなり分解能が不足する。このため、高分解能観察のためには収差を抑える技術が必要となる。   In the conventional SEM (Patent Documents 1, 2 and 3), the aberration of the electron beam objective lens becomes large and the resolution is insufficient. For this reason, a technique for suppressing aberrations is necessary for high-resolution observation.

その技術として、試料と対物レンズの間に一次電子線を減速する電界を発生させるリターディング技術がある。通常は試料に負の電圧を印加する。この場合、対物レンズの収差が低減される。リターディング技術を用いることにより、低入射エネルギーでも高分解能観察が実現される。   As such a technique, there is a retarding technique for generating an electric field for decelerating a primary electron beam between a sample and an objective lens. Usually, a negative voltage is applied to the sample. In this case, the aberration of the objective lens is reduced. By using the retarding technique, high-resolution observation can be realized even at low incident energy.

日本国公開特許公報「特開平9−171791号公報(1997年6月30日公開)」Japanese Patent Publication “JP 9-171791 A” (published on June 30, 1997) 日本国公開特許公報「特開2000−133194号公報(2000年5月12日公開)」Japanese Patent Publication “JP 2000-133194 A (published on May 12, 2000)” 日本国公開特許公報「特開平8−68772号公報(1996年3月12日公開)」Japanese Patent Publication “JP-A-8-68772” (published March 12, 1996)

リターディング技術を用いる場合、試料に対して電子銃側の空間に電位板を配置し、電位板と試料との間に電位差が与えられる。通常、試料に負の電圧を印加するため、試料の、電位板側の表面に尖りがあると、尖りの周辺に強い電界が生じ、電位板と試料との間に放電が起こるという問題点がある。   When the retarding technique is used, a potential plate is arranged in the space on the electron gun side with respect to the sample, and a potential difference is given between the potential plate and the sample. Usually, since a negative voltage is applied to the sample, if there is a sharp point on the surface of the sample on the potential plate side, a strong electric field is generated around the sharp point, causing a problem that discharge occurs between the potential plate and the sample. is there.

例えば、埃などが試料表面に付着した状態でリターディング電圧を印加すると、埃が電界方向に立ち上がり、その結果、試料表面に尖りが発生する場合がある。特に、試料表面の尖りが鋭ければ鋭いほど、また、上記の電位差が大きければ大きいほど、尖りの周辺に生じる電界集中が一層増大し、上記問題点は深刻となる。電位板と試料との間の電位差を大きくすることができなくなり、リターディング技術を実現することが困難となる。   For example, when a retarding voltage is applied in a state where dust or the like is attached to the sample surface, the dust rises in the direction of the electric field, and as a result, sharpness may occur on the sample surface. In particular, the sharper the surface of the sample is, and the greater the potential difference is, the greater the concentration of electric field generated around the sharpness, and the above problem becomes more serious. It becomes impossible to increase the potential difference between the potential plate and the sample, and it becomes difficult to realize the retarding technique.

また、試料表面の電界集中により試料特性を劣化させてしまうという問題点もある。さらに、電子銃から放出された一次電子線の軌道が曲げられてしまうという問題点もある。   In addition, there is a problem that sample characteristics are deteriorated due to electric field concentration on the sample surface. Further, there is a problem that the trajectory of the primary electron beam emitted from the electron gun is bent.

このようなことは、上述した試料表面の尖りの他、例えば、(1)試料の、電位板側の表面に凹凸がある場合、(2)試料表面に傾斜があること及び試料が絶縁体であること等、電位板との間に生じる電界分布が試料台に平行とならない場合、であっても同様に起こり得る問題点である。   For example, in addition to the sharpness of the sample surface described above, for example, (1) when the surface of the sample on the potential plate side is uneven, (2) the sample surface is inclined and the sample is an insulator. Even if the electric field distribution generated between the electric potential plate and the potential plate is not parallel to the sample stage, there is a problem that may occur in the same manner.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リターディング技術を用いる荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡において、様々な試料に対し、試料表面に生じる電界を緩和し、リターディング技術の実効性に優れた荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to reduce the electric field generated on the sample surface for various samples in charged particle beam devices and scanning electron microscopes using a retarding technique. An object of the present invention is to realize a charged particle beam apparatus and a scanning electron microscope excellent in the effectiveness of the retarding technique.

また、本発明の目的は、試料から見て電子銃の反対側の空間に配置された下部対物レンズを備える荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡において、電位板及びシールド電極を、それぞれ、自由に配置可能な構成を実現することにより、高分解能な荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡を実現することにある。   Another object of the present invention is to freely arrange a potential plate and a shield electrode in a charged particle beam apparatus and a scanning electron microscope each having a lower objective lens disposed in a space opposite to an electron gun when viewed from a sample. By realizing a possible configuration, it is to realize a charged particle beam apparatus and a scanning electron microscope with high resolution.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、上記試料を載置する試料台と、上記荷電粒子線を通過させるシールド電極及び電位板とを備え、上記試料台側から、上記シールド電極及び電位板は、この順で配置されており、上記試料台と上記電位板との間には電位差が与えられ、上記シールド電極には、上記電位差により上記試料に生じる電界を緩和する電位が印加される。   In order to solve the above problems, a charged particle beam apparatus according to one embodiment of the present invention includes a charged particle source that emits a charged particle beam, and an objective that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source onto a sample. A lens, a sample stage on which the sample is placed, and a shield electrode and a potential plate that allow the charged particle beam to pass through. From the sample stage side, the shield electrode and the potential plate are arranged in this order. A potential difference is applied between the sample stage and the potential plate, and a potential that relaxes the electric field generated in the sample due to the potential difference is applied to the shield electrode.

本発明の一態様によれば、リターディング技術を用いる荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡において、様々な試料に対し、試料表面に生じる電界を緩和し、リターディング技術の実効性に優れた荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡を実現することができる。   According to one aspect of the present invention, in charged particle beam apparatuses and scanning electron microscopes that use a retarding technique, charged particles that reduce the electric field generated on the sample surface for various samples and are excellent in the effectiveness of the retarding technique. A line device and a scanning electron microscope can be realized.

また、本発明の一態様によれば、試料から見て電子銃の反対側に配置された下部対物レンズを備える荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡において、電位板及びシールド電極を、それぞれ、自由に配置可能な構成を実現することにより、高分解能な荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡を実現することができる。   Further, according to one aspect of the present invention, in a charged particle beam apparatus and a scanning electron microscope having a lower objective lens disposed on the opposite side of the electron gun as viewed from the sample, the potential plate and the shield electrode can be freely set. By realizing a configuration that can be arranged, a high-resolution charged particle beam apparatus and a scanning electron microscope can be realized.

本発明の実施形態1に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態7に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施形態8に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施形態9に係るSEMの構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of SEM concerning Embodiment 9 of this invention.

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面は模式的なものであり、寸法や縦横の比率は現実のものとは異なることに留意すべきである。また、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具現化するための装置や方法を例示するものである。本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following drawings are schematic and dimensions and aspect ratios are different from actual ones. The following embodiments of the present invention exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention does not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.

[実施形態1]
図1を参照して、本発明の実施形態1に係るSEMの概略構成を説明する。
[Embodiment 1]
With reference to FIG. 1, a schematic configuration of the SEM according to the first embodiment of the present invention will be described.

(SEMの基本構成)
このSEMは、電子源(荷電粒子源)11と、加速電源14と、コンデンサレンズ15と、対物レンズ絞り16と、二段偏向コイル17と、上部対物レンズ18と、下部対物レンズ26と、検出器20とを備えた電子線装置である。加速電源14は、電子源11から放出される一次電子線(荷電粒子線)12を加速する。コンデンサレンズ15は、加速された一次電子線12を集束する。対物レンズ絞り16は、一次電子線12の不要な部分を除く。二段偏向コイル17は、一次電子線12を試料23上で二次元的に走査する。上部対物レンズ18及び下部対物レンズ26は、一次電子線12を試料23上に集束させる。検出器20は、試料23から放出された信号電子21(二次電子21a、反射電子21b)を検出する。
(Basic configuration of SEM)
This SEM includes an electron source (charged particle source) 11, an acceleration power source 14, a condenser lens 15, an objective lens diaphragm 16, a two-stage deflection coil 17, an upper objective lens 18, a lower objective lens 26, and a detection. An electron beam apparatus provided with a vessel 20. The acceleration power source 14 accelerates a primary electron beam (charged particle beam) 12 emitted from the electron source 11. The condenser lens 15 focuses the accelerated primary electron beam 12. The objective lens stop 16 removes unnecessary portions of the primary electron beam 12. The two-stage deflection coil 17 scans the primary electron beam 12 on the sample 23 two-dimensionally. The upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 focus the primary electron beam 12 on the sample 23. The detector 20 detects the signal electrons 21 (secondary electrons 21a and reflected electrons 21b) emitted from the sample 23.

SEMは、上部対物レンズ18及び下部対物レンズ26からなる電磁レンズの制御部として、上部対物レンズ電源41と、下部対物レンズ電源42と、制御装置45とを備える。上部対物レンズ電源41は、上部対物レンズ18の強度を可変する。下部対物レンズ電源42は、下部対物レンズ26の強度を可変する。制御装置45は、上部対物レンズ電源41と下部対物レンズ電源42とを制御する。   The SEM includes an upper objective lens power source 41, a lower objective lens power source 42, and a control device 45 as an electromagnetic lens control unit including the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26. The upper objective lens power supply 41 varies the intensity of the upper objective lens 18. The lower objective lens power source 42 varies the intensity of the lower objective lens 26. The control device 45 controls the upper objective lens power source 41 and the lower objective lens power source 42.

制御装置45は、上部対物レンズ18の強度と下部対物レンズ26の強度とを、独立に制御できる。制御装置45は、両レンズを同時に制御できる。   The control device 45 can control the intensity of the upper objective lens 18 and the intensity of the lower objective lens 26 independently. The control device 45 can control both lenses simultaneously.

電子源11としては、熱電子放出型(熱電子源型)、電界放出型(ショットキー型、または冷陰極型)を用いることができる。本実施形態1では、電子源11に、熱電子放出型のLaB6などの結晶電子源、またはタングステンフィラメントが用いられている。電子源11とアノード板14d(接地電位)との間には、例えば加速電圧−0.5kVから−30kVが印加される。ウェーネルト電極13には、電子源11の電位よりも負の電位が与えられる。これにより、電子源11から発生した一次電子線12の量がコントロールされる。そして、電子源11のすぐ前方に、一次電子線12の一度目の最小径であるクロスオーバー径が作られる。この最小径が、電子源の大きさSoと呼ばれる。   As the electron source 11, a thermionic emission type (thermoelectron source type) or a field emission type (Schottky type or cold cathode type) can be used. In the first embodiment, a crystal electron source such as thermionic emission type LaB6 or a tungsten filament is used for the electron source 11. For example, an acceleration voltage of −0.5 kV to −30 kV is applied between the electron source 11 and the anode plate 14d (ground potential). A negative potential is applied to the Wehnelt electrode 13 more than the potential of the electron source 11. Thereby, the amount of the primary electron beam 12 generated from the electron source 11 is controlled. A crossover diameter that is the first minimum diameter of the primary electron beam 12 is formed immediately in front of the electron source 11. This minimum diameter is called the electron source size So.

加速された一次電子線12は、コンデンサレンズ15により集束される。これにより、電子源の大きさSoが縮小する。コンデンサレンズ15により、縮小率及び試料23に照射される電流(以下、プローブ電流と呼ぶ。)が調整される。そして、対物レンズ絞り16により、不用な軌道の電子が取り除かれる。対物レンズ絞り16の穴径に応じて、試料23に入射するビームの開き角αとプローブ電流とが調整される。   The accelerated primary electron beam 12 is focused by the condenser lens 15. Thereby, the size So of the electron source is reduced. The reduction ratio and the current applied to the sample 23 (hereinafter referred to as probe current) are adjusted by the condenser lens 15. The objective lens aperture 16 removes unnecessary orbital electrons. Depending on the hole diameter of the objective lens aperture 16, the opening angle α of the beam incident on the sample 23 and the probe current are adjusted.

対物レンズ絞り16を通過した一次電子線12は、走査用の二段偏向コイル17を通過した後、上部対物レンズ18を通過する。汎用SEMは、上部対物レンズ18を使って、一次電子線12の焦点を試料23上に合わせる。図1のSEMはこのような使い方もできる。   The primary electron beam 12 that has passed through the objective lens stop 16 passes through the upper objective lens 18 after passing through the scanning two-stage deflection coil 17. The general-purpose SEM uses the upper objective lens 18 to focus the primary electron beam 12 on the sample 23. The SEM of FIG. 1 can be used in this way.

図1において、電子源11から上部対物レンズ18までの構成により、一次電子線12を試料23に向けて射出する上部装置71が構成される。また、電位板22と、それよりも下に配置される部材とにより下部装置72が構成される。下部装置72に試料23は保持される。上部装置71は、その内部を通った一次電子線12が最終的に放出される孔部18cを有している。本実施形態1では、孔部18cは上部対物レンズ18に存在する。検出器20は、孔部18cの下に取り付けられている。検出器20も、一次電子線12が通過する開口部を有している。検出器20は、検出器20の開口部と孔部18cとが重なるように、上部対物レンズ18の下部に取り付けられる。上部対物レンズ18の下部に複数の検出器20が取り付けられてもよい。複数の検出器20は、一次電子線12の軌道をふさがないようにしつつ、検出器20の検出部を上部装置71の孔部18c以外にはできるだけ隙間がないようにして、上部装置71と下部装置72との間に取り付けられる。   In FIG. 1, the configuration from the electron source 11 to the upper objective lens 18 constitutes an upper device 71 that emits the primary electron beam 12 toward the sample 23. Further, the lower device 72 is configured by the potential plate 22 and members disposed below the potential plate 22. The sample 23 is held in the lower device 72. The upper device 71 has a hole 18c through which the primary electron beam 12 passing through the upper device 71 is finally emitted. In the first embodiment, the hole 18 c exists in the upper objective lens 18. The detector 20 is attached below the hole 18c. The detector 20 also has an opening through which the primary electron beam 12 passes. The detector 20 is attached to the lower part of the upper objective lens 18 so that the opening of the detector 20 and the hole 18c overlap. A plurality of detectors 20 may be attached to the lower part of the upper objective lens 18. The plurality of detectors 20 do not block the trajectory of the primary electron beam 12, and the detection unit of the detector 20 has no gap as much as possible except for the hole 18 c of the upper device 71, so that the upper device 71 and the lower device 20 It is attached between the device 72.

上部対物レンズ18を通過した一次電子線12は、下部対物レンズ26で縮小集束される。下部対物レンズ26は、試料23に近づくほど強い磁場分布を有する低収差レンズを実現している。また、上部対物レンズ18は、見やすい画像になるように、開き角αをコントロールすること、ならびに縮小率やレンズの形状、及び焦点深度を調整することに用いられる。すなわち、上部対物レンズ18は、これらの各制御値を最適化するのに用いられる。また、下部対物レンズ26のみで一次電子線12を集束しきれない場合には、上部対物レンズ18で一次電子線12を集束させるための補助を行うこともできる。   The primary electron beam 12 that has passed through the upper objective lens 18 is reduced and focused by the lower objective lens 26. The lower objective lens 26 realizes a low aberration lens having a stronger magnetic field distribution as it approaches the sample 23. The upper objective lens 18 is used to control the opening angle α and adjust the reduction ratio, lens shape, and depth of focus so that an easy-to-view image is obtained. That is, the upper objective lens 18 is used to optimize each of these control values. Further, when the primary electron beam 12 cannot be focused only by the lower objective lens 26, assistance for focusing the primary electron beam 12 by the upper objective lens 18 can be performed.

リターディングをしない場合には、電位板22は取り外してもよい。また、電位板22は取り外しが可能となっており、新たな電位板22に付け替えることも可能である。試料23はできるだけ下部対物レンズ26に近づくように設置するのが良い。より詳しくは、試料23は、下部対物レンズ26の上部(上面)からの距離が5mm以下になるように、下部対物レンズ26の上部に近づけて設置するのが好ましい。   When the retarding is not performed, the potential plate 22 may be removed. Further, the potential plate 22 can be removed, and can be replaced with a new potential plate 22. The sample 23 is preferably installed as close to the lower objective lens 26 as possible. More specifically, the sample 23 is preferably placed close to the upper part of the lower objective lens 26 so that the distance from the upper part (upper surface) of the lower objective lens 26 is 5 mm or less.

一次電子線12は、加速電源14で加速されたエネルギーで試料23上を走査する。そのとき二次電子21aは、下部対物レンズ26の磁場により磁束に巻きついて螺旋運動をしながら上昇する。二次電子21aは、試料23表面から離れると、急速に磁束密度が低下することにより旋回から振りほどかれて発散し、二次電子検出器19からの引込み電界により偏向されて二次電子検出器19に捕獲される。すなわち、二次電子検出器19は、二次電子検出器19から発生する電界が、荷電粒子によって試料から放出される二次電子を引き付けるように、配置される。このようにして、二次電子検出器19に入る二次電子21aを多くすることができる。   The primary electron beam 12 scans the sample 23 with energy accelerated by the acceleration power source 14. At that time, the secondary electrons 21 a are wound around the magnetic flux by the magnetic field of the lower objective lens 26 and rise while making a spiral motion. When the secondary electrons 21a move away from the surface of the sample 23, the magnetic flux density rapidly decreases, so that the secondary electrons 21a are unwound from the turn and diverge. The secondary electrons 21a are deflected by the drawn electric field from the secondary electron detector 19 to be secondary electron detectors. Captured by 19. That is, the secondary electron detector 19 is arranged such that the electric field generated from the secondary electron detector 19 attracts secondary electrons emitted from the sample by the charged particles. In this way, the number of secondary electrons 21a entering the secondary electron detector 19 can be increased.

下部対物レンズ26の、光軸上における磁束密度は、試料に近いほど強い分布をしているので、リターディングをする場合には、下部対物レンズ26は低収差レンズになる。そして、試料23に負の電位を与えると、一次電子線12は試料23に近づくほど減速する。一次電子線12は速度が遅いほど磁場の影響を受けやすくなるため、試料23に近いほど下部対物レンズ26が強いレンズになるといえる。そのため、試料23に負の電位を与えると、下部対物レンズ26はさらに低収差のレンズとなる。   Since the magnetic flux density on the optical axis of the lower objective lens 26 has a stronger distribution as it is closer to the sample, the lower objective lens 26 becomes a low aberration lens when retarding. When a negative potential is applied to the sample 23, the primary electron beam 12 is decelerated as it approaches the sample 23. Since the primary electron beam 12 is more susceptible to the influence of the magnetic field as the speed is lower, it can be said that the lower the objective lens 26 becomes a stronger lens as it is closer to the sample 23. Therefore, when a negative potential is applied to the sample 23, the lower objective lens 26 becomes a lens with further low aberration.

また、信号電子21は、試料23のリターディング電圧による電界で加速され、エネルギー増幅して検出器20に入る。そのため、検出器20は高感度となる。このような構成にすることで、高分解能な電子線装置を実現できる。   Further, the signal electrons 21 are accelerated by the electric field generated by the retarding voltage of the sample 23, and energy is amplified to enter the detector 20. Therefore, the detector 20 has high sensitivity. With such a configuration, a high-resolution electron beam apparatus can be realized.

また、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との距離は、10mmから200mmとされる。より好ましくは30mmから50mmとすることが望ましい。上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との距離が10mmより近いと、上部対物レンズ18の直下に置いた検出器20で反射電子21bが検出できる。しかし、リターディング時に二次電子21aが上部対物レンズ18の中に引きこまれやすくなる。上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との距離を10mm以上離すことで、二次電子21aは検出器20で検出されやすくなる。また、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との隙間が30mm程度ある場合には、試料23の出し入れがとても行いやすくなる。   The distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 is 10 mm to 200 mm. More preferably, the thickness is 30 mm to 50 mm. When the distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 is shorter than 10 mm, the reflected electrons 21b can be detected by the detector 20 placed immediately below the upper objective lens 18. However, the secondary electrons 21a are easily drawn into the upper objective lens 18 during the retarding. By separating the distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 by 10 mm or more, the secondary electrons 21 a are easily detected by the detector 20. Further, when there is a gap of about 30 mm between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26, the sample 23 can be put in and taken out very easily.

次に、各部品の構成について詳細に説明する。まず下部対物レンズ26の形状について、図1を参照して説明する。   Next, the configuration of each part will be described in detail. First, the shape of the lower objective lens 26 will be described with reference to FIG.

下部対物レンズ26を形成する磁極は、一次電子線12の理想光軸と中心軸が一致した中心磁極26aと、上部磁極26bと、筒形の側面磁極26cと、下部磁極26dとからなる。中心磁極26aは、上部ほど径が小さくなる形状である。中心磁極26aの上部は、例えば1段、多段または曲面の円錐台形状である。中心磁極26aの下部は、円柱形状である。中心磁極26aの下部の中心軸には、貫通孔がない。上部磁極26bは、中心に向かってテーパ状に中心磁極26aの重心に近い側が薄くなる、円盤形状である。上部磁極26bの中心には、開口径dの開口が空いている。中心磁極26aの先端径Dは、6mmより大きく14mmより小さい。開口径dと先端径Dとの関係は、d−D≧4mmとされる。   The magnetic pole forming the lower objective lens 26 includes a central magnetic pole 26a whose central axis coincides with the ideal optical axis of the primary electron beam 12, an upper magnetic pole 26b, a cylindrical side magnetic pole 26c, and a lower magnetic pole 26d. The center magnetic pole 26a has a shape with a smaller diameter at the top. The upper portion of the center magnetic pole 26a has, for example, a single-stage, multi-stage or curved truncated cone shape. The lower part of the center magnetic pole 26a has a cylindrical shape. There is no through hole in the central axis below the central magnetic pole 26a. The upper magnetic pole 26b has a disk shape in which the side close to the center of gravity of the central magnetic pole 26a is thinned toward the center. An opening having an opening diameter d is open at the center of the upper magnetic pole 26b. The tip diameter D of the central magnetic pole 26a is larger than 6 mm and smaller than 14 mm. The relationship between the opening diameter d and the tip diameter D is d−D ≧ 4 mm.

次に、磁極の具体的な例を示す。中心磁極26aと上部磁極26bとの両者の試料側の上面は、同じ高さとされる。中心磁極26aの下部外径は60mmである。この外径が細いと、透磁率の低下を招くので好ましくない。   Next, a specific example of the magnetic pole is shown. The upper surfaces on the sample side of both the center magnetic pole 26a and the upper magnetic pole 26b have the same height. The lower outer diameter of the center magnetic pole 26a is 60 mm. A thin outer diameter is not preferable because it causes a decrease in magnetic permeability.

中心磁極26aがD=8mmの場合、上部磁極26bの開口径dは、12mmから32mmとすることが好ましい。より好ましくは、開口径dは、14mmから24mmである。開口径dが大きいほど、光軸上における磁束密度分布は山がなだらかになって幅が広がり、一次電子線12の集束に必要なAT(アンペアターン:コイル巻数N[T]と電流I[A]との積)を小さくすることができるというメリットがある。しかし、開口径dと先端径Dとの関係がd>4Dとなると、収差係数が大きくなる。ここでは上部磁極26bの開口径dは20mm、側面磁極26cの外径は150mmである。また、中心磁極26aの軸中心に貫通穴があってもよい。   When the center magnetic pole 26a has D = 8 mm, the opening diameter d of the upper magnetic pole 26b is preferably 12 mm to 32 mm. More preferably, the opening diameter d is 14 mm to 24 mm. As the aperture diameter d is larger, the magnetic flux density distribution on the optical axis becomes gentler and wider, and the AT (ampere turn: number of coil turns N [T] and current I [A] necessary for focusing the primary electron beam 12 is increased. ], The product can be reduced. However, when the relationship between the opening diameter d and the tip diameter D is d> 4D, the aberration coefficient increases. Here, the opening diameter d of the upper magnetic pole 26b is 20 mm, and the outer diameter of the side magnetic pole 26c is 150 mm. A through hole may be provided at the center of the central magnetic pole 26a.

ここで、例えば厚みが5mmの試料23に対し、30kVの高加速電圧でも一次電子線12を集束させる場合には、先端径Dは6mmより大きく14mmより小さくするのがよい。Dを小さくしすぎると、磁極が飽和し、一次電子線12が集束しない。一方で、Dを大きくすると性能が悪くなる。また、dとDとの大きさの差が4mmより小さいと、磁極が近すぎて飽和しやすくなり、一次電子線12が集束しない。また、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との距離が10mm以下になると、作業性が悪くなる。この距離が200mmより長すぎると、開き角αが大きくなりすぎる。この場合、収差を最適にするために、上部対物レンズ18を使ってαを小さくする調整が必要になり、操作性が悪くなる。   Here, for example, when the primary electron beam 12 is focused on the sample 23 having a thickness of 5 mm even at a high acceleration voltage of 30 kV, the tip diameter D is preferably larger than 6 mm and smaller than 14 mm. If D is too small, the magnetic pole is saturated and the primary electron beam 12 is not focused. On the other hand, when D is increased, performance is deteriorated. On the other hand, if the difference in size between d and D is smaller than 4 mm, the magnetic poles are too close to be saturated and the primary electron beam 12 is not focused. Further, when the distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 is 10 mm or less, workability is deteriorated. When this distance is longer than 200 mm, the opening angle α becomes too large. In this case, in order to optimize the aberration, adjustment using the upper objective lens 18 to reduce α is necessary, and the operability is deteriorated.

また例えば、5kV以下の加速電圧のみで使用し、試料23の厚みが薄い場合は、先端径Dは6mm以下にしてもよい。ただし、例えば加速電圧が5kVである場合において、Dを2mm、dを5mmにし、試料23の厚みを5mmにし、下部対物レンズ26のみを用いると、磁極が飽和してしまい、一次電子線12が集束しない。ただし、試料23を薄いものに制限すれば、レンズはさらに高性能化できる。   For example, when the acceleration voltage is 5 kV or less and the sample 23 is thin, the tip diameter D may be 6 mm or less. However, for example, when the acceleration voltage is 5 kV, if D is set to 2 mm, d is set to 5 mm, the thickness of the sample 23 is set to 5 mm, and only the lower objective lens 26 is used, the magnetic pole is saturated, and the primary electron beam 12 is Do not focus. However, if the sample 23 is limited to a thin one, the performance of the lens can be further improved.

試料23に電位を与える方法として、下部対物レンズ26の磁極の一部に電気的絶縁部を挟んで一部の磁極を接地電位から浮かし、試料23と磁極の一部にリターディング電圧を与えることもできる。ただし、この場合、磁気回路中に磁性体でないものを挟むと、磁気レンズが弱いものになる。また、リターディング電圧を高くすると放電が発生する。電気的絶縁部を厚くすると、さらに磁気レンズが弱いものになるという問題がある。   As a method for applying a potential to the sample 23, a part of the magnetic poles of the lower objective lens 26 is sandwiched by an electrically insulating portion and part of the magnetic poles are floated from the ground potential, and a retarding voltage is applied to the sample 23 and a part of the magnetic poles. You can also. However, in this case, if a non-magnetic material is sandwiched in the magnetic circuit, the magnetic lens becomes weak. Further, when the retarding voltage is increased, discharge occurs. If the electrical insulating part is thickened, there is a problem that the magnetic lens becomes weaker.

図1に示されるように、上部磁極26bと中心磁極26aとの間に、非磁性体で成るシール部26f(例えば銅やアルミニウムまたはモネル)を置くことが望ましい。シール部26fは、上部磁極26bと中心磁極26aとの間を、Oリングまたはロウ付けで真空気密にする。下部対物レンズ26では、上部磁極26bと、シール部26f及び中心磁極26aとにより、真空側と大気側とが気密分離される。上部磁極26bと真空容器とは、図には示していないが、Oリングで気密になるように結合されている。このようにすることで、下部対物レンズ26は、真空側の面を除いて、大気にさらすことができるようになる。そのため、下部対物レンズ26を冷却しやすくなる。   As shown in FIG. 1, it is desirable to place a seal portion 26f (for example, copper, aluminum, or monel) made of a non-magnetic material between the upper magnetic pole 26b and the central magnetic pole 26a. The seal part 26f makes the space between the upper magnetic pole 26b and the central magnetic pole 26a vacuum-tight with an O-ring or brazing. In the lower objective lens 26, the vacuum side and the atmosphere side are hermetically separated by the upper magnetic pole 26b, the seal portion 26f, and the central magnetic pole 26a. Although not shown in the drawing, the upper magnetic pole 26b and the vacuum vessel are coupled so as to be airtight by an O-ring. By doing so, the lower objective lens 26 can be exposed to the atmosphere except for the vacuum side surface. Therefore, it becomes easy to cool the lower objective lens 26.

真空容器の中に下部対物レンズ26を入れることもできるが、真空度が悪くなる。コイル部26eが真空側にあると、ガス放出源になるからである。また、このように真空側と大気側とを気密分離しないと、真空引きをしたときにガスが下部対物レンズ26と絶縁板25とが接しているところを通り、試料が動いてしまうという問題がある。   Although the lower objective lens 26 can be placed in the vacuum vessel, the degree of vacuum is deteriorated. This is because if the coil part 26e is on the vacuum side, it becomes a gas emission source. Further, if the vacuum side and the atmosphere side are not hermetically separated in this way, there is a problem that the gas moves through the place where the lower objective lens 26 and the insulating plate 25 are in contact with each other when vacuuming is performed. is there.

コイル部26eは、たとえば6000ATのコイル電流にすることができる。コイルが発熱して高温になると、それを原因として、巻線の被膜が融けてショートが発生することがある。下部対物レンズ26が大気にさらすことができるようになることにより、冷却効率が上がる。例えば下部対物レンズ26の下面の台をアルミニウム製にすることで、その台をヒートシンクとして利用することができる。そして、空冷ファンや水冷などで下部対物レンズ26を冷却できるようになる。このように気密分離することで、強励磁の下部対物レンズ26とすることが可能になる。   The coil portion 26e can be set to a coil current of 6000AT, for example. When the coil generates heat and becomes high temperature, the coating of the winding may melt and cause a short circuit. By allowing the lower objective lens 26 to be exposed to the atmosphere, the cooling efficiency is increased. For example, when the base of the lower surface of the lower objective lens 26 is made of aluminum, the base can be used as a heat sink. Then, the lower objective lens 26 can be cooled by an air cooling fan or water cooling. By performing airtight separation in this way, the lower objective lens 26 with strong excitation can be obtained.

図1を参照して、リターディング部を説明する。   The retarding unit will be described with reference to FIG.

下部対物レンズ26の上に、絶縁板25を置く。絶縁板25は、例えば0.1mmから0.5mm程度の厚みのポリイミドフイルムやポリエステルフイルム等あるいはフッ素樹脂やセラミックス板等である。リターディング電圧を高くしたい場合は絶縁板25の厚みを0.5mmから2mm程度まで厚くしてもよい。そして、その上に、磁性のない導電性のある試料台24を置く。試料台24は、例えば底面が250μm厚のアルミニウム板で、周縁が周縁端に近づくほど絶縁板25から離れる曲面形状に加工されたものである。試料台24は、さらに曲面部と絶縁板25との間の隙間に絶縁材31が充填されたものであってもよい。このようにすると、下部対物レンズ26と試料台24との間の耐電圧が上がり、安定して使うことができる。試料台24の平面形状は円形であるが、楕円、矩形など、どのような平面形状であってもよい。   An insulating plate 25 is placed on the lower objective lens 26. The insulating plate 25 is, for example, a polyimide film or a polyester film having a thickness of about 0.1 mm to 0.5 mm, or a fluororesin or a ceramic plate. In order to increase the retarding voltage, the thickness of the insulating plate 25 may be increased from about 0.5 mm to about 2 mm. Then, a non-magnetic conductive sample stage 24 is placed thereon. The sample table 24 is, for example, an aluminum plate having a bottom surface of 250 μm, and is processed into a curved shape that is separated from the insulating plate 25 as the peripheral edge approaches the peripheral edge. The sample table 24 may be further filled with an insulating material 31 in a gap between the curved surface portion and the insulating plate 25. In this way, the withstand voltage between the lower objective lens 26 and the sample stage 24 is increased, and it can be used stably. The planar shape of the sample stage 24 is circular, but may be any planar shape such as an ellipse or a rectangle.

試料台24の上に試料23が載置される。試料台24は、リターディング電圧を与えるために、リターディング電源27に接続される。リターディング電源27は、例えば0Vから−30kVまで印加できる出力が可変の電源とする。試料台24は、真空外部から位置移動ができるように絶縁物でできた試料台ステージ板29に接続されている。これにより、試料23の位置は変更可能である。試料台ステージ板29は、第2XY方向ステージ調整部56cに接続されており、真空外部から動かすことができる。   A sample 23 is placed on the sample table 24. The sample stage 24 is connected to a retarding power source 27 in order to give a retarding voltage. The retarding power source 27 is a power source whose output that can be applied from 0 V to −30 kV is variable, for example. The sample stage 24 is connected to a sample stage stage plate 29 made of an insulator so that the position can be moved from outside the vacuum. Thereby, the position of the sample 23 can be changed. The sample stage stage plate 29 is connected to the second XY direction stage adjustment unit 56c and can be moved from outside the vacuum.

試料23の上には円形の開口部のある電位板22が配置される。電位板22は、下部対物レンズ26の光軸に対し垂直に設置される。電位板22は、試料23に対して絶縁して配置される。電位板22は、電位板電源28に接続される。電位板電源28は、例えば0V及び−10kVから+10kVの出力が可変の電源である。電位板22の円形の開口部の直径は、2mmから20mm程度までであればよい。より好ましくは、開口部の直径は、4mmから12mmまでであればよい。あるいは、一次電子線12または信号電子21が通過する電位板22の部分を導電性のメッシュ状にしてもよい。メッシュの網部が電子が通過しやすいように細くされ、開口率が大きくなるようにするとよい。電位板22は、中心軸調整のために真空外部から位置を移動できるように、第1XY方向ステージ調整部56bに接続される。   A potential plate 22 having a circular opening is disposed on the sample 23. The potential plate 22 is installed perpendicular to the optical axis of the lower objective lens 26. The potential plate 22 is disposed so as to be insulated from the sample 23. The potential plate 22 is connected to a potential plate power source 28. The potential plate power supply 28 is a power supply whose output is variable, for example, from 0 V and −10 kV to +10 kV. The diameter of the circular opening of the potential plate 22 may be about 2 mm to 20 mm. More preferably, the diameter of the opening may be 4 mm to 12 mm. Alternatively, the portion of the potential plate 22 through which the primary electron beam 12 or the signal electrons 21 pass may be formed into a conductive mesh shape. The mesh portion of the mesh is preferably made thin so that electrons can easily pass therethrough so that the aperture ratio is increased. The potential plate 22 is connected to the first XY direction stage adjustment unit 56b so that the position can be moved from the outside of the vacuum for the central axis adjustment.

試料台24の周縁は電位板22側に厚みがある。例えば電位板22が平らであると、電位板22は試料台24周縁で試料台24に近くなる。そうなると放電しやすくなる。電位板22が、試料23の近く以外の場所では導電性試料台24から離れる形状を有していることで、試料台24との耐電圧を上げることができる。   The periphery of the sample stage 24 has a thickness on the potential plate 22 side. For example, when the potential plate 22 is flat, the potential plate 22 is close to the sample table 24 at the periphery of the sample table 24. Then, it becomes easy to discharge. Since the potential plate 22 has a shape away from the conductive sample stage 24 at a place other than the vicinity of the sample 23, the withstand voltage with respect to the sample stage 24 can be increased.

電位板22は、試料23から1mmから15mm程度の距離を離すことで、放電しないように配置されている。しかし、離しすぎないように配置されるのがよい。その目的は、下部対物レンズ26の作る磁場が強い位置に減速電界を重ねるためである。もし、電位板22が試料23から遠くに置かれた場合、あるいは電位板22が無い場合、一次電子線12が下部対物レンズ26で集束される前に減速してしまい、収差を小さくする効果が減少する。仮に電位板22の開口部が大きすぎ、試料23と電位板22との距離が近すぎる場合、等電位線が電位板22の開口部より電子銃側に大きくはみ出して分布する。この場合、一次電子が、電位板22に到着するまでに減速してしまうことがある。電位板22の開口径が小さいほど、電界のもれを減少させる効果がある。ただし、信号電子21が電位板22に吸収されないようにする必要がある。そのため、放電を起こさない範囲で試料23と電位板22との電位差を調整するとともに、試料23と電位板22との距離を調整することと、電位板22の開口径を適切に選ぶこととが大切となる。   The potential plate 22 is arranged so as not to be discharged by separating a distance of about 1 mm to 15 mm from the sample 23. However, it should be arranged so that it is not too far apart. The purpose is to overlap the deceleration electric field at a position where the magnetic field generated by the lower objective lens 26 is strong. If the potential plate 22 is placed far from the sample 23 or if the potential plate 22 is not present, the primary electron beam 12 is decelerated before being focused by the lower objective lens 26, and the effect of reducing aberrations is obtained. Decrease. If the opening of the potential plate 22 is too large and the distance between the sample 23 and the potential plate 22 is too short, the equipotential lines are distributed far beyond the opening of the potential plate 22 toward the electron gun. In this case, the primary electrons may be decelerated before reaching the potential plate 22. As the opening diameter of the potential plate 22 is smaller, there is an effect of reducing the leakage of the electric field. However, it is necessary to prevent the signal electrons 21 from being absorbed by the potential plate 22. Therefore, it is possible to adjust the potential difference between the sample 23 and the potential plate 22 within a range in which no discharge occurs, to adjust the distance between the sample 23 and the potential plate 22, and to appropriately select the opening diameter of the potential plate 22. It becomes important.

電位板22を試料23の近くに置くことにより、一次電子の速度は、電位板22近くまではあまり変わらない。そして、一次電子は、電位板22あたりから試料23に近づくほど速度が遅くなり、磁場の影響を受けやすくなる。下部対物レンズ26の作る磁場も試料23に近いほど強くなっているので、両方の効果が合わさって、試料23に近いほどさらに強いレンズになり、収差の小さいレンズになる。   By placing the potential plate 22 near the sample 23, the velocity of the primary electrons does not change so much until the potential plate 22 is close. The speed of the primary electrons decreases as the distance from the potential plate 22 approaches the sample 23, and the primary electrons are easily affected by the magnetic field. Since the magnetic field generated by the lower objective lens 26 is stronger as it is closer to the sample 23, both effects are combined, and the closer to the sample 23, the stronger the lens and the smaller the aberration.

加速電圧をできるだけ大きくしながら、リターディング電圧を加速電圧に近づけることができれば、照射電子エネルギーを小さくして、電子が試料23の中に入り込む深さを浅くすることができる。これによって、試料の表面形状の高分解能観察が可能になる。さらに収差も小さくできることで、高分解能でかつ低加速のSEMが実現できる。   If the retarding voltage can be brought close to the accelerating voltage while increasing the accelerating voltage as much as possible, the irradiation electron energy can be reduced and the depth at which the electrons enter the sample 23 can be reduced. This enables high-resolution observation of the surface shape of the sample. Furthermore, since the aberration can be reduced, an SEM with high resolution and low acceleration can be realized.

本実施形態1では、試料23と電位板22との耐圧を簡単に高くすることができる。上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との間は10mmから200mmの距離とすることができる。そのため、例えば平坦な試料23であれば、試料23と電位板22との間隔を5mm程度あければ、試料23と電位板22とに比較的簡単に10kV程度の電位差を印加することができる。尖った部分がある試料23の場合は放電しないように、距離や開口径を適切に選ぶ必要がある。   In the first embodiment, the breakdown voltage between the sample 23 and the potential plate 22 can be easily increased. The distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 can be 10 mm to 200 mm. Therefore, for example, in the case of the flat sample 23, if the distance between the sample 23 and the potential plate 22 is about 5 mm, a potential difference of about 10 kV can be applied to the sample 23 and the potential plate 22 relatively easily. In the case of the sample 23 having a sharp portion, it is necessary to appropriately select the distance and the opening diameter so as not to discharge.

本実施形態1における検出器20として、半導体検出器20、マイクロチャンネルプレート検出器20(MCP)、または蛍光体発光方式のロビンソン検出器20が用いられる。これらの少なくともいずれかが上部対物レンズ18の直下に配置される。二次電子検出器19は、二次電子21aを集めるように、電界が試料23の上方にかかるように配置される。   As the detector 20 in the first embodiment, a semiconductor detector 20, a microchannel plate detector 20 (MCP), or a phosphorson-type Robinson detector 20 is used. At least one of these is arranged directly below the upper objective lens 18. The secondary electron detector 19 is arranged so that the electric field is applied above the sample 23 so as to collect the secondary electrons 21a.

半導体検出器20、MCP検出器20またはロビンソン検出器20は、上部対物レンズ18の試料側に接し、光軸から3cm以内に配置される。より好ましくは、検出部の中心が光軸におかれ、その中心に一次電子が通過する開口部が設けられている検出器20が使用される。光軸から3cm以内に設置するのは、リターディングをした場合、信号電子は光軸近くを進むからである。   The semiconductor detector 20, the MCP detector 20, or the Robinson detector 20 is in contact with the sample side of the upper objective lens 18, and is disposed within 3 cm from the optical axis. More preferably, a detector 20 is used in which the center of the detection unit is placed on the optical axis and an opening through which primary electrons pass is provided at the center. The reason why it is set within 3 cm from the optical axis is that when retarding, signal electrons travel near the optical axis.

一次電子線12は、加速電源14で加速に用いられた加速電圧(Vacc)からリターディング電圧Vdecelを引いた値、すなわち−(Vacc−Vdecel)[V]に電子の電荷をかけたエネルギーで、試料23上を走査する。そのとき、試料23から信号電子21が放出される。加速電圧とリターディング電圧との値によって、電子の影響の受け方は異なる。反射電子21bは、下部対物レンズ26の磁場によって、回転する力を受けると同時に、試料23と電位板22との間の電界のために加速する。そのため、反射電子21bの放射角の広がりが狭まり、検出器20に入射しやすくなる。また、二次電子21aも下部対物レンズ26の磁場によって、回転する力を受けると同時に、試料23と電位板22との間の電界のために加速して、上部対物レンズ18の下にある検出器20に入射する。二次電子21aも反射電子21bも加速し、エネルギーが増幅されて検出器20に入射するため、信号が大きくなる。   The primary electron beam 12 has a value obtained by subtracting the retarding voltage Vdecel from the acceleration voltage (Vacc) used for acceleration by the acceleration power source 14, that is, energy obtained by multiplying − (Vacc−Vdecel) [V] by an electron charge, The sample 23 is scanned. At that time, signal electrons 21 are emitted from the sample 23. Depending on the values of the acceleration voltage and the retarding voltage, the way of being affected by electrons differs. The reflected electrons 21 b are subjected to a rotating force by the magnetic field of the lower objective lens 26 and at the same time are accelerated due to the electric field between the sample 23 and the potential plate 22. For this reason, the spread of the radiation angle of the reflected electrons 21b is narrowed, and it becomes easy to enter the detector 20. Further, the secondary electrons 21 a are also subjected to a rotating force by the magnetic field of the lower objective lens 26, and at the same time are accelerated due to the electric field between the sample 23 and the potential plate 22, and are detected under the upper objective lens 18. Incident on the vessel 20. Since both the secondary electrons 21a and the reflected electrons 21b are accelerated and the energy is amplified and enters the detector 20, the signal becomes large.

汎用SEMでは、上部対物レンズ18のような、試料に対して電子銃側の空間に配置された対物レンズで電子を集束するのが通常である。上部対物レンズ18は、通常、試料23を上部対物レンズ18に近づけるほど高分解能になるように設計されている。しかし、半導体検出器20などには厚みがあり、その厚み分は上部対物レンズ18から試料23を離す必要がある。また、試料23を上部対物レンズ18に近づけすぎると、二次電子21aが、上部対物レンズ18の外にある二次電子検出器19に入りにくくなる。そのため汎用SEMでは、上部対物レンズ18直下の位置に配置され、一次電子が通過する開口部がある厚みの薄い半導体検出器20が用いられる。試料23は、検出器20にぶつからないように少し隙間をあけて置かれる。したがって、試料23と上部対物レンズ18とは少し離れてしまい、高性能化が難しくなる。   In a general-purpose SEM, electrons are usually focused by an objective lens such as the upper objective lens 18 that is disposed in a space on the electron gun side with respect to the sample. The upper objective lens 18 is usually designed to have a higher resolution as the sample 23 is closer to the upper objective lens 18. However, the semiconductor detector 20 has a thickness, and it is necessary to separate the sample 23 from the upper objective lens 18 by the thickness. If the sample 23 is too close to the upper objective lens 18, the secondary electrons 21 a will not easily enter the secondary electron detector 19 outside the upper objective lens 18. Therefore, in the general-purpose SEM, a thin semiconductor detector 20 that is disposed at a position directly below the upper objective lens 18 and has an opening through which primary electrons pass is used. The sample 23 is placed with a slight gap so as not to hit the detector 20. Therefore, the sample 23 and the upper objective lens 18 are slightly separated from each other, and it is difficult to improve the performance.

本実施形態1では、下部対物レンズ26を主レンズとして使う場合、試料23を下部対物レンズ26に近づけて設置することができる。そして、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との間の距離を離すことができる。例えば30mm離せば、10mm程度の厚みのあるMCP検出器20を上部対物レンズ18の直下に置くことが可能になる。また、ロビンソン型の検出器20や半導体検出器20を置くことも当然にできる。反射板を置いて、信号電子21を反射板にあてて、そこから発生または反射した電子を第2の二次電子検出器で検出する方法もある。同等の作用を持つ様々な信号電子の検出器20を設置することができる。   In the first embodiment, when the lower objective lens 26 is used as a main lens, the sample 23 can be placed close to the lower objective lens 26. Then, the distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 can be increased. For example, if the distance is 30 mm, the MCP detector 20 having a thickness of about 10 mm can be placed immediately below the upper objective lens 18. Naturally, a Robinson type detector 20 or a semiconductor detector 20 can also be provided. There is also a method in which a reflecting plate is placed, the signal electrons 21 are applied to the reflecting plate, and electrons generated or reflected therefrom are detected by a second secondary electron detector. Various signal electron detectors 20 having the same function can be installed.

次に、本実施形態1における装置の様々な使い方の具体例を示す。   Next, specific examples of various usages of the apparatus according to the first embodiment will be shown.

例えば、加速電圧Vaccを−4kV、試料23を−3.9kVにして、照射電圧Vi=100Vとすることもできる。加速電圧とリターディング電圧の比が1に近いほど、収差係数を小さくすることができる。また、上記では下部対物レンズ26の磁極について、D=8mm、d=20mmとした場合を示したが、D=2mm、d=6mm等にすれば、試料高さや加速電圧の制限はあるが、より性能をよくすることができる。   For example, the acceleration voltage Vacc can be set to −4 kV, the sample 23 can be set to −3.9 kV, and the irradiation voltage Vi can be set to 100V. The closer the ratio of the acceleration voltage and the retarding voltage is to 1, the smaller the aberration coefficient. In the above description, the case where D = 8 mm and d = 20 mm is shown for the magnetic pole of the lower objective lens 26. However, if D = 2mm, d = 6mm, etc., the sample height and the acceleration voltage are limited. The performance can be improved.

また、加速電圧を−10kVとしてリターディング無しの場合、二次電子検出器19で二次電子21aを検出できるが、半導体検出器20では検出できない。しかし、加速電圧を−20kVとし、リターディング電圧を−10kVとすれば約10keVのエネルギーで二次電子21aが半導体検出器20に入り、検出可能である。   Further, when the acceleration voltage is −10 kV and there is no retarding, the secondary electron 21 a can be detected by the secondary electron detector 19, but cannot be detected by the semiconductor detector 20. However, if the acceleration voltage is −20 kV and the retarding voltage is −10 kV, the secondary electrons 21 a enter the semiconductor detector 20 with an energy of about 10 keV and can be detected.

また、加速電圧を−10.5kVとし、リターディング電圧を−0.5kVとしたとき、二次電子21aは半導体検出器20では感度よく検出できない。しかしこのとき、二次電子検出器19で二次電子21aを検出することができる。すなわち、二次電子21aはリターディング電圧が低いときは二次電子検出器19で捕らえることができ、リターディング電圧を徐々に上げていくと半導体検出器20側で検出できる量が増えていく。このように、二次電子検出器19は、焦点を合わせながらリターディング電圧を上げていく調整時にも役立つ。   Further, when the acceleration voltage is set to -10.5 kV and the retarding voltage is set to -0.5 kV, the secondary electrons 21a cannot be detected with high sensitivity by the semiconductor detector 20. However, at this time, the secondary electrons 21 a can be detected by the secondary electron detector 19. That is, the secondary electrons 21a can be captured by the secondary electron detector 19 when the retarding voltage is low, and the amount that can be detected by the semiconductor detector 20 increases as the retarding voltage is gradually increased. As described above, the secondary electron detector 19 is also useful during adjustment in which the retarding voltage is raised while focusing.

下部対物レンズ26は、Z=−4.5mmで30keVの一次電子を集束できるように設計してある。試料位置が下部対物レンズ26に近づけば、例えばZ=−0.5mmの位置では、100keVの一次電子も集束させることができる。リターディングをしない場合は、絶縁板25(絶縁フイルム)を下部対物レンズ26の上に置かなくてもよい。そのため、この場合には、下部対物レンズ26は、加速電圧が−100kVの一次電子線12を十分に集束できる。好ましくは、下部対物レンズ26は、加速電源を−30kVから−10kVのいずれかにして加速された荷電粒子線を、下部対物レンズ26の磁極の試料に最も近いところから見て、0mmから4.5mmのいずれかの高さの位置に集束可能であるように設計される。   The lower objective lens 26 is designed so that primary electrons of 30 keV can be focused at Z = −4.5 mm. If the sample position is close to the lower objective lens 26, for example, at the position of Z = −0.5 mm, primary electrons of 100 keV can also be focused. When the retarding is not performed, the insulating plate 25 (insulating film) may not be placed on the lower objective lens 26. Therefore, in this case, the lower objective lens 26 can sufficiently focus the primary electron beam 12 having an acceleration voltage of −100 kV. Preferably, the lower objective lens 26 has a charged particle beam accelerated with an accelerating power source set to any one of −30 kV to −10 kV, as viewed from a position closest to the magnetic pole sample of the lower objective lens 26, and from 0 mm to 4. It is designed to be focusable at any height of 5 mm.

加速電圧は−15kVとし、試料23は−5kVとし、電位板22に−6kVをかけた場合について説明する。一次電子は、試料23に当たるときには、10keVになる。試料23から放出される二次電子21aのエネルギーは、100eV以下である。電位板22の電位は試料23の電位よりも1kV低いため、二次電子21aは電位板22を超えることができない。そのため、二次電子21aは検出できない。試料23から放出された1keV以上のエネルギーを持っている反射電子21bは、電位板22を通過することができる。さらに電位板22と上部対物レンズ18下の検出器20との間に6kVの電位差があり、反射電子21bは加速され検出器20に入る。このように電位板22の電圧を調整できるようにすることによって、電位板22をエネルギーフィルタとして使うこともでき、さらに信号電子21を加速させることで感度を上げることも可能になる。   The case where the acceleration voltage is −15 kV, the sample 23 is −5 kV, and −6 kV is applied to the potential plate 22 will be described. The primary electrons are 10 keV when they hit the sample 23. The energy of the secondary electrons 21a emitted from the sample 23 is 100 eV or less. Since the potential of the potential plate 22 is 1 kV lower than the potential of the sample 23, the secondary electrons 21 a cannot exceed the potential plate 22. Therefore, the secondary electrons 21a cannot be detected. The reflected electrons 21 b having an energy of 1 keV or more emitted from the sample 23 can pass through the potential plate 22. Further, there is a potential difference of 6 kV between the potential plate 22 and the detector 20 below the upper objective lens 18, and the reflected electrons 21 b are accelerated and enter the detector 20. By making the voltage of the potential plate 22 adjustable in this way, the potential plate 22 can be used as an energy filter, and the sensitivity can be increased by further accelerating the signal electrons 21.

次に、試料の高さが例えば7mmある場合について説明する。   Next, a case where the height of the sample is 7 mm, for example, will be described.

このとき、リターディングをする場合でも、上部磁極26bから絶縁板25と試料台24の厚みを含めて、例えばZ=−7.75mm程度の位置において測定が行われる。この場合、下部対物レンズ26のみでは30keVの一次電子線12を集束させることはできない。しかし、加速電圧を下げなくても上部対物レンズ18の助けを借りれば、一次電子線12を集束可能である。   At this time, even when the retarding is performed, the measurement is performed at a position of about Z = −7.75 mm including the thickness of the insulating plate 25 and the sample stage 24 from the upper magnetic pole 26b. In this case, the primary electron beam 12 of 30 keV cannot be focused only by the lower objective lens 26. However, the primary electron beam 12 can be focused with the help of the upper objective lens 18 without lowering the acceleration voltage.

また、試料23の高さによっては、上部対物レンズ18のみで集束させた方が性能良く観察できる場合もある。このように、試料23によって最適な使い方を選ぶことができる。   In addition, depending on the height of the sample 23, it may be possible to observe with better performance by focusing with the upper objective lens 18 alone. Thus, the optimal usage can be selected depending on the sample 23.

上記では、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との間隔を40mmとする場合について述べたが、この距離は固定式でも可動式にしてもよい。上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との距離を離すほど、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26とが作るレンズの縮小率は小さい値になる。そして開き角αは大きくできる。この方法でαを調整することができる。   In the above description, the case where the distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 is 40 mm has been described, but this distance may be fixed or movable. As the distance between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 increases, the reduction ratio of the lens formed by the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 decreases. The opening angle α can be increased. Α can be adjusted by this method.

また、リターディング電圧が高いと信号電子21は光軸の近くを通って、検出器20の一次電子が通るための開口部に入りやすくなる。そのため検出器20の開口部は小さい程よい。検出器20の開口部はΦ1からΦ2mm程度にしておくと、感度がよい。電位板22の開口径や高さを調整し、電位板22の位置を光軸から少しずらすことで、信号電子21が検出器20に当たるように信号電子21の軌道を調整して感度をよくする方法がある。また、上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との間に電場と磁場を直行させて印加するイークロスビー(ExB)を入れ、信号電子21を少し曲げるのもよい。一次電子の進行方向と信号電子21の進行方向とは逆なので、少し信号電子21を曲げるのに、弱い電場と磁場とを設けてもよい。少し曲がれば検出器20中心の開口部に入らず、検出できるようになる。また、単に上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との間に電界を光軸に対して横からかけてもよい。このようにしても、一次電子は影響を受けにくいし、横ずれだけであれば画像への影響は少ない。例えば二次電子検出器19のコレクタ電極などによる電界を使って、信号電子21の軌道をコントロールすることも可能である。   Further, when the retarding voltage is high, the signal electrons 21 easily pass through the vicinity of the optical axis and enter the opening for the primary electrons of the detector 20 to pass. Therefore, the smaller the opening of the detector 20, the better. Sensitivity is good when the opening of the detector 20 is about Φ1 to Φ2 mm. By adjusting the aperture diameter and height of the potential plate 22 and slightly shifting the position of the potential plate 22 from the optical axis, the trajectory of the signal electrons 21 is adjusted to improve the sensitivity so that the signal electrons 21 hit the detector 20. There is a way. In addition, it is also possible to insert an ecrosby (ExB) to be applied by directing an electric field and a magnetic field between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26, and the signal electrons 21 may be bent slightly. Since the traveling direction of the primary electrons and the traveling direction of the signal electrons 21 are opposite, a weak electric field and magnetic field may be provided to bend the signal electrons 21 slightly. If it is slightly bent, it can be detected without entering the opening at the center of the detector 20. Alternatively, an electric field may be applied between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 from the side with respect to the optical axis. Even if it does in this way, a primary electron is hard to be influenced, and if it is only a lateral shift, there will be little influence on an image. For example, the trajectory of the signal electrons 21 can be controlled using an electric field generated by the collector electrode of the secondary electron detector 19 or the like.

本実施形態1では、下部対物レンズ26を主レンズとして使っている。試料台24が接地電位の場合、二次電子21aは二次電子検出器19で検出される。反射電子21bは半導体検出器20またはロビンソン検出器20などで検出される。試料23と検出器20とが10mmから20mm程度離れているときは、感度よく検出できる。しかし、40mm程度離れると、検出器20に入らない反射電子21bが増え、反射電子21bの検出量が少なくなる。このときに試料23にリターディング電圧を与えると、二次電子21aは半導体検出器20またはロビンソン検出器20などで検出されるようになる。また、リターディング電圧を与えることで、反射電子21bの広がりは抑えられ、半導体検出器20またはロビンソン検出器20などにおいて高感度で検出できるようになる。このように電位板22がない場合もリターディングは使用可能である。   In the first embodiment, the lower objective lens 26 is used as a main lens. When the sample stage 24 is at the ground potential, the secondary electrons 21 a are detected by the secondary electron detector 19. The reflected electrons 21b are detected by the semiconductor detector 20, the Robinson detector 20, or the like. When the sample 23 and the detector 20 are separated from each other by about 10 mm to 20 mm, they can be detected with high sensitivity. However, if the distance is approximately 40 mm, the number of reflected electrons 21b that do not enter the detector 20 increases, and the amount of reflected electrons 21b detected decreases. At this time, when a retarding voltage is applied to the sample 23, the secondary electrons 21a are detected by the semiconductor detector 20, the Robinson detector 20, or the like. Further, by applying the retarding voltage, the spread of the reflected electrons 21b can be suppressed, and the semiconductor detector 20 or the Robinson detector 20 can be detected with high sensitivity. Thus, retarding can be used even when the potential plate 22 is not provided.

本実施形態1では、試料23が分厚い場合、対物レンズとして上部対物レンズ18を使ってもよい。電位板22を動かす電位板ステージ61及び第1XY方向ステージ調整部56bを活用して、試料ステージとして使用することができる。第1XY方向ステージ調整部56bは、上部対物レンズ18に近づける方向にも移動できる(Z方向ステージ調整部56a)。これにより、汎用SEMのように装置が使用される。反射電子21bは半導体検出器20またはロビンソン検出器20などで検出され、二次電子21aは二次電子検出器19で検出される。通常、試料23は接地電位であるが、簡易的にリターディングもできる(電位板22なしでリターディングを行うことができる)。   In the first embodiment, when the sample 23 is thick, the upper objective lens 18 may be used as the objective lens. The potential plate stage 61 for moving the potential plate 22 and the first XY direction stage adjustment unit 56b can be utilized to be used as a sample stage. The first XY direction stage adjustment unit 56b can also move in the direction approaching the upper objective lens 18 (Z direction stage adjustment unit 56a). Thereby, the apparatus is used like a general-purpose SEM. The reflected electrons 21b are detected by the semiconductor detector 20 or the Robinson detector 20, and the secondary electrons 21a are detected by the secondary electron detector 19. Usually, the sample 23 is at the ground potential, but it can be simply retarded (retarding can be performed without the potential plate 22).

下部対物レンズ電源42のみを使うときには、上部対物レンズ18と試料測定面との距離よりも、下部対物レンズ26と試料測定面との距離の方が近くなるように装置が構成され、上部対物レンズ電源41のみを使うときには、下部対物レンズ26と試料測定面との距離よりも、上部対物レンズ18と試料測定面との距離の方が近くなるように装置が構成される。なお、高い測定性能が要求されず、比較的低性能の測定の場合であれば、上部対物レンズ電源41のみを使うときであっても、下部対物レンズ26と試料測定面との距離よりも、上部対物レンズ18と試料測定面との距離の方が近くなるようにする必要はない。上部対物レンズ18と試料測定面との距離よりも、下部対物レンズ26と試料測定面との距離の方が近くなるようにしてもよい。つまり、試料23が上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との間に配置されていればよい。例えば低倍率の測定の場合であれば、下部対物レンズ26の近くに試料23を配置し、上部対物レンズ電源41を用いて上部対物レンズ18のみを使えばよい。   When only the lower objective lens power source 42 is used, the apparatus is configured such that the distance between the lower objective lens 26 and the sample measurement surface is closer than the distance between the upper objective lens 18 and the sample measurement surface. When only the power supply 41 is used, the apparatus is configured such that the distance between the upper objective lens 18 and the sample measurement surface is closer than the distance between the lower objective lens 26 and the sample measurement surface. If high measurement performance is not required and the measurement is relatively low performance, even when only the upper objective power supply 41 is used, the distance between the lower objective lens 26 and the sample measurement surface is larger than the distance between the lower objective lens 26 and the sample measurement surface. It is not necessary to make the distance between the upper objective lens 18 and the sample measurement surface closer. The distance between the lower objective lens 26 and the sample measurement surface may be shorter than the distance between the upper objective lens 18 and the sample measurement surface. That is, the sample 23 may be disposed between the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26. For example, in the case of measurement at a low magnification, the sample 23 may be disposed near the lower objective lens 26 and only the upper objective lens 18 may be used using the upper objective lens power supply 41.

図1でリターディングをした場合、試料23の電位が負になる。試料23をGNDレベルにしたまま電位板22に正の電圧を印加することも可能である(この手法を、ブースティング法と呼ぶ)。試料23に負の電圧を印加して、電位板22に正の電位をかけて、低加速SEMとしてさらに性能をよくすることも可能である。例として、上部対物レンズ18は接地電位とし、電位板22に+10kVを印加し、試料23は接地電位にする場合を説明する。加速電圧は−30kVとする。一次電子は上部対物レンズ18を通過するときは30keVであり、上部対物レンズ18から電位板22にむけて加速され、電位板22あたりから試料23にむけて減速する。   When the retarding is performed in FIG. 1, the potential of the sample 23 becomes negative. It is also possible to apply a positive voltage to the potential plate 22 while keeping the sample 23 at the GND level (this method is called a boosting method). It is also possible to apply a negative voltage to the sample 23 and apply a positive potential to the potential plate 22 to further improve the performance as a low acceleration SEM. As an example, a case will be described in which the upper objective lens 18 is set to the ground potential, +10 kV is applied to the potential plate 22, and the sample 23 is set to the ground potential. The acceleration voltage is -30 kV. The primary electrons are 30 keV when passing through the upper objective lens 18, are accelerated toward the potential plate 22 from the upper objective lens 18, and decelerate toward the sample 23 around the potential plate 22.

信号電子21は、試料23と電位板22との間では加速されるが、電位板22と検出器20との間では減速される。検出器20が半導体検出器20である場合に反射電子21bを検出できるが、半導体検出器20は接地電位であるため、二次電子21aは減速し、検出できない。二次電子21aは二次電子検出器19で検出できる。リターディング電圧を試料23に印加すれば、半導体検出器20で二次電子21aも検出可能になる。   The signal electrons 21 are accelerated between the sample 23 and the potential plate 22, but are decelerated between the potential plate 22 and the detector 20. When the detector 20 is the semiconductor detector 20, the reflected electrons 21b can be detected. However, since the semiconductor detector 20 is at the ground potential, the secondary electrons 21a are decelerated and cannot be detected. The secondary electrons 21 a can be detected by the secondary electron detector 19. If the retarding voltage is applied to the sample 23, the semiconductor detector 20 can also detect the secondary electrons 21a.

次に、二段偏向コイル17の調整によって偏向軌道の交点を移動させることについて説明する。二段偏向コイル17で試料23上を二次元的に走査する。二段偏向コイル17の電子源側を上段偏向コイル17a、試料側を下段偏向コイル17bと呼ぶ。   Next, moving the intersection of the deflection trajectories by adjusting the two-stage deflection coil 17 will be described. The two-stage deflection coil 17 scans the sample 23 two-dimensionally. The electron source side of the two-stage deflection coil 17 is called an upper stage deflection coil 17a, and the sample side is called a lower stage deflection coil 17b.

図1に示されるように、二段偏向コイル17は、上段偏向コイル17aの強度を可変する上段偏向電源43と、下段偏向コイル17bの強度を可変する下段偏向電源44と、上段偏向電源43と下段偏向電源44とを制御する制御装置45とにより制御される。   As shown in FIG. 1, the two-stage deflection coil 17 includes an upper stage deflection power source 43 that varies the strength of the upper stage deflection coil 17a, a lower stage deflection power source 44 that varies the strength of the lower stage deflection coil 17b, and an upper stage deflection power source 43. It is controlled by a control device 45 that controls the lower deflection power source 44.

上段偏向コイル17aと下段偏向コイル17bは、上部対物レンズ18の内部から見て一次電子線12が飛来してくる側の空間に設置される(上部対物レンズ18のレンズ主面より上流に設置、またはレンズ主面の位置に下段の偏向部材を置く場合には外側磁極18b)より上流に設置される)。上段偏向電源43と下段偏向電源44との使用電流比は、制御装置45によって可変となっている。   The upper deflection coil 17a and the lower deflection coil 17b are installed in a space on the side where the primary electron beam 12 comes in as viewed from the inside of the upper objective lens 18 (installed upstream from the lens main surface of the upper objective lens 18, Or, when the lower deflection member is placed at the position of the lens main surface, it is installed upstream of the outer magnetic pole 18b). The use current ratio between the upper deflection power supply 43 and the lower deflection power supply 44 is variable by the control device 45.

二段の偏向コイル17によって、電子は光軸と上部対物レンズ18の主面の交点近くを通過する軌道になっている。上部対物レンズ18を主レンズとして使う場合には、このように設定される。下部対物レンズ26を主レンズとして使う場合には、上段偏向コイル17aと下段偏向コイル17bの強度比が、電子が下部対物レンズ26の主面と光軸との交点近くを通過する軌道になるように調整される。調整は、上段偏向電源43と下段偏向電源44の使用電流比を調整する制御装置45によって行われる。このようにすることで、画像の歪は減少する。なお、使用電流比を調整することで偏向軌道の交点(クロス点)をずらすのではなく、巻き数の異なるコイルをリレーなどで切り替える方式(巻数の異なるコイルを複数設け、用いるコイルを制御装置で選ぶ方式)や、静電レンズの場合は電圧を切り替える方式(使用電圧比を可変する方式)を採用してもよい。   The two-stage deflection coil 17 forms an orbit where electrons pass near the intersection of the optical axis and the main surface of the upper objective lens 18. When the upper objective lens 18 is used as a main lens, the setting is performed as described above. When the lower objective lens 26 is used as the main lens, the intensity ratio of the upper deflection coil 17a and the lower deflection coil 17b is such that the electrons pass through the intersection of the main surface of the lower objective lens 26 and the optical axis. Adjusted to The adjustment is performed by a control device 45 that adjusts a use current ratio between the upper deflection power supply 43 and the lower deflection power supply 44. By doing so, image distortion is reduced. Instead of shifting the intersection (cross point) of the deflection trajectory by adjusting the current ratio used, a method of switching coils with different numbers of turns using a relay or the like (providing a plurality of coils with different numbers of turns and using the coil with a controller) In the case of an electrostatic lens, a method of switching the voltage (a method of changing the working voltage ratio) may be employed.

偏向コイル17は、上部対物レンズ18内の隙間に配置してもよい。偏向コイル17は、上部対物レンズ18内にあってもよいし、図1のようにそれよりもさらに荷電粒子線の上流側に位置してもよい。静電偏向を採用する場合には、偏向コイルに代えて偏向電極が採用される。   The deflection coil 17 may be disposed in a gap in the upper objective lens 18. The deflection coil 17 may be in the upper objective lens 18 or may be positioned further upstream of the charged particle beam as shown in FIG. When electrostatic deflection is employed, a deflection electrode is employed instead of the deflection coil.

(シールド電極)
本実施形態1に係るSEMにおいては、図1に示すように、電位板22と試料台24との間に、より具体的には、電位板22と試料台24に載置された試料23との間に、シールド電極51が配置される。試料台24側から見れば、シールド電極51及び電位板22は、この順で配置される。
(Shield electrode)
In the SEM according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, more specifically, between the potential plate 22 and the sample table 24, more specifically, the sample 23 placed on the potential plate 22 and the sample table 24 Between these, the shield electrode 51 is arrange | positioned. When viewed from the sample stage 24 side, the shield electrode 51 and the potential plate 22 are arranged in this order.

シールド電極51は、絶縁碍子52を挟むようにして、電位板22と接続される。シールド電極51は、絶縁碍子52を介した電位板22との接続により、試料23の上方に固定される。また、絶縁碍子52は絶縁体であるので、シールド電極51は電位板22と電気的に絶縁される。図1では、電位板22の、試料23の近くの場所に絶縁碍子52を設けているが、電位板22は、試料23の近く以外の場所では試料台24から離れる形状を有しているので、電位板22の、試料23の近く以外の場所、すなわち、後述する図2に示すように、試料台24から、より離れた場所に絶縁碍子52を設けてももちろん構わない。   The shield electrode 51 is connected to the potential plate 22 with the insulator 52 interposed therebetween. The shield electrode 51 is fixed above the sample 23 by connection with the potential plate 22 via the insulator 52. Further, since the insulator 52 is an insulator, the shield electrode 51 is electrically insulated from the potential plate 22. In FIG. 1, the insulator 52 is provided at a location near the sample 23 on the potential plate 22, but the potential plate 22 has a shape away from the sample stage 24 at a location other than near the sample 23. Of course, the insulator 52 may be provided at a location other than the vicinity of the sample 23 on the potential plate 22, that is, at a location further away from the sample stage 24 as shown in FIG.

また、シールド電極51は、開口部を有する。シールド電極51及び電位板22の各開口部の中心軸同士は、実質的に一致しており、それら2つの開口部を、一次電子線12及び信号電子21(二次電子21a、反射電子21b)が通過する。要は、一次電子線12及び信号電子21の通過が妨げられないように、シールド電極51及び電位板22の各開口部の中心軸同士が一致していればよい。   The shield electrode 51 has an opening. The central axes of the openings of the shield electrode 51 and the potential plate 22 substantially coincide with each other, and the two openings are connected to the primary electron beam 12 and the signal electrons 21 (secondary electrons 21a and reflected electrons 21b). Pass through. In short, it is only necessary that the central axes of the openings of the shield electrode 51 and the potential plate 22 coincide with each other so that the passage of the primary electron beam 12 and the signal electrons 21 is not hindered.

ここで注目すべきは、シールド電極51は、配線53を介して、試料台24に電気的に接続される、つまり、シールド電極51は、試料台24と同電位となる点である。以下、試料台24と同電位となるシールド電極51を配置することによる効果について説明する。   It should be noted here that the shield electrode 51 is electrically connected to the sample stage 24 via the wiring 53, that is, the shield electrode 51 has the same potential as the sample stage 24. Hereinafter, the effect by arranging the shield electrode 51 having the same potential as the sample stage 24 will be described.

まず、リターディングするとき、試料23に強い電界をかけたくない場合に有効である。従来であれば、電位板22と試料台24との間に電位差が与えられた結果、試料23の表面に強電界が生じると、試料23の表面と電位板22との間で放電してしまう。この放電は、試料23の特性劣化を招いたり、試料23にダメージを与えたりするおそれがある。一方、シールド電極51の配置により、電位板22と試料台24との間に与えた電位差を電位板22とシールド電極51との間に与えることができる。つまり、電位板22とシールド電極51との間に電界を生じさせ、試料23の表面に生じる電界を緩和することが可能となる。このことは、試料23が半導体素子等、微細な構造を有するが故に電界発生を嫌う試料に特に有効である。   First, it is effective when it is not desired to apply a strong electric field to the sample 23 during the retarding. Conventionally, if a strong electric field is generated on the surface of the sample 23 as a result of applying a potential difference between the potential plate 22 and the sample stage 24, a discharge occurs between the surface of the sample 23 and the potential plate 22. . This discharge may cause deterioration of the characteristics of the sample 23 or damage the sample 23. On the other hand, the potential difference applied between the potential plate 22 and the sample stage 24 can be applied between the potential plate 22 and the shield electrode 51 by arranging the shield electrode 51. That is, an electric field is generated between the potential plate 22 and the shield electrode 51, and the electric field generated on the surface of the sample 23 can be relaxed. This is particularly effective for a sample that does not generate an electric field because the sample 23 has a fine structure such as a semiconductor element.

また、試料23が絶縁体である場合、リターディング電圧の電位を試料23の表面に印加することができない。一方、シールド電極51の配置により、試料23の表面近傍を試料台24と同電位とすることができる。このことにより、試料23が絶縁体であっても、試料23の表面を試料台24に与えた電位とすることが可能となる。   Further, when the sample 23 is an insulator, the retarding voltage potential cannot be applied to the surface of the sample 23. On the other hand, the arrangement of the shield electrode 51 allows the vicinity of the surface of the sample 23 to have the same potential as the sample table 24. As a result, even if the sample 23 is an insulator, the surface of the sample 23 can be set at the potential applied to the sample table 24.

さらに、電位板22と試料台24との間に与えられた電位差により静電レンズが形成される。試料23の表面に尖りや凹凸がある場合や、試料23の表面に傾斜を持つ形状である場合、あるいは、試料23が円柱形状であり、円柱の端のあたりを観察したい場合等では、試料23の表面に電界が生じるため、静電レンズになる等電位線が光軸に対して回転対称とはならず、静電レンズが大きな収差を持つ。一方、シールド電極51の配置により、試料23の表面に生じる電界が緩和され、静電レンズを光軸に対して回転対称とすることが可能となる。   Further, an electrostatic lens is formed by the potential difference given between the potential plate 22 and the sample stage 24. When the surface of the sample 23 has sharp edges or irregularities, or when the surface of the sample 23 has an inclined shape, or when the sample 23 has a cylindrical shape and it is desired to observe the vicinity of the end of the cylinder, the sample 23 Since an electric field is generated on the surface, the equipotential lines that become the electrostatic lens are not rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the electrostatic lens has a large aberration. On the other hand, the arrangement of the shield electrode 51 alleviates the electric field generated on the surface of the sample 23 and makes the electrostatic lens rotationally symmetric with respect to the optical axis.

さらに、照射電圧を1keV程度以下にすれば、絶縁体でも帯電しにくくなることが知られている。リターディングをして照射電圧を1keV程度にする場合に、シールド電極51を配置し、試料台24とシールド電極51とを同電位にすることにより、帯電しにくい状態で絶縁体を観察することができる。   Further, it is known that if the irradiation voltage is set to about 1 keV or less, even an insulator becomes difficult to be charged. When the irradiation voltage is set to about 1 keV by retarding, the insulator can be observed in a state where it is difficult to be charged by arranging the shield electrode 51 and setting the sample stage 24 and the shield electrode 51 to the same potential. it can.

ここで、下部対物レンズ26の、光軸上における磁束密度は、試料23に近いほど強い分布をしているので、下部対物レンズ26は低収差レンズになる。試料23に負の電位を与えると、試料23に近いほど強いレンズになり、下部対物レンズ26はさらに低収差レンズになる。試料23のリターディング電圧による電界で、信号電子21は加速され、エネルギー増幅して検出器20に入るため、検出器20は高感度となる。   Here, since the magnetic flux density on the optical axis of the lower objective lens 26 has a stronger distribution as it is closer to the sample 23, the lower objective lens 26 becomes a low aberration lens. When a negative potential is applied to the sample 23, the closer to the sample 23, the stronger the lens, and the lower objective lens 26 becomes a further low aberration lens. The signal electrons 21 are accelerated by the electric field generated by the retarding voltage of the sample 23, and the energy is amplified and enters the detector 20. Therefore, the detector 20 has high sensitivity.

さらに、シールド電極51に負の電位を与えると一次電子線12はシールド電極51に近づくほど速度は減速するので、下部対物レンズ26によって曲がりやすくなり、シールド電極51に近づくほど、下部対物レンズ26は強いレンズになる。また、シールド電極51近くでは一次電子線12がほとんど減速し終わり、試料23との間では、ほんの少しの減速が起こるようになる(試料台24とシールド電極51とが同電位である場合)。   Further, when a negative potential is applied to the shield electrode 51, the speed of the primary electron beam 12 decreases as it approaches the shield electrode 51. Therefore, the lower objective lens 26 is more likely to bend. Become a strong lens. In addition, the primary electron beam 12 is almost decelerated near the shield electrode 51, and only slight deceleration occurs between the sample 23 (when the sample stage 24 and the shield electrode 51 are at the same potential).

下部対物レンズ26の、光軸上における磁束密度は、試料23に近いほど強い分布をしている。シールド電極51と試料23との間は試料23に近いほど強いレンズを構成し、シールド電極51のない場合よりも、シールド電極51と試料23との間の強いレンズになる幅の分が多くなり、狭い幅で強いレンズにすることが可能である。   The magnetic flux density on the optical axis of the lower objective lens 26 has a stronger distribution as it is closer to the sample 23. A stronger lens is formed between the shield electrode 51 and the sample 23 as it is closer to the sample 23, and the width of the stronger lens between the shield electrode 51 and the sample 23 is larger than that without the shield electrode 51. It is possible to make a strong lens with a narrow width.

なお、シールド電極51の電位は、別電源により試料台24とは異なる別電位をあたえてもよい。二次電子21aがシールド電極51を通過しない電位、例えば試料23の電位より200V低い電位をシールド電極51にあたえればシールド電極51を通過する信号電子21は反射電子21bのみにすることができ、反射電子21bのみによる像が得られる。また、電位板22としては、シールド電極51と一体化されたもの、シールド電極51とは別体の、電位板22単体のもの、あるいは、第1の検出器720または第2の検出器820が取り付けられたものなどがある。さらに、各種の電位板22を付け替えることができるようになっている。   The potential of the shield electrode 51 may be provided with a different potential different from that of the sample table 24 by a separate power source. If the shield electrode 51 is given a potential at which the secondary electrons 21a do not pass through the shield electrode 51, for example, a potential 200V lower than the potential of the sample 23, the signal electrons 21 that pass through the shield electrode 51 can be limited to the reflected electrons 21b. An image by only the reflected electrons 21b is obtained. The potential plate 22 is integrated with the shield electrode 51, the potential plate 22 is separate from the shield electrode 51, or the first detector 720 or the second detector 820 is provided. There is something attached. Furthermore, various potential plates 22 can be replaced.

(軸合わせ)
本実施形態1に係るSEMにおいては、図1に示すように、補正器54a、補正器54b、補正器54c、補正器54d、補正器54e及び補正器54fが設けられる。補正器54a〜補正器54fは、表示装置57に表示された収差のある画像を調整するための補正器である。補正器54a〜補正器54dは、補正器電源55に接続されており、制御装置45が補正器電源55を制御する。補正器54a〜補正器54dは、例えば、補正器54b及び補正器54dをアライメント偏向器とし、補正器54a及び補正器54cを非点補正器とすればよい。あるいは、補正器54aに非点補正器とアライメント偏向器を配置し、補正器54cをアライメント偏向器としてもよい。補正器54e及び補正器54fは、上部装置71の光軸と下部対物レンズ26の光軸とを合わせるのに用い、例えばネジを用いて移動させることができる。
(Axis alignment)
In the SEM according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, a corrector 54a, a corrector 54b, a corrector 54c, a corrector 54d, a corrector 54e, and a corrector 54f are provided. The correctors 54 a to 54 f are correctors for adjusting an image with aberration displayed on the display device 57. The correctors 54 a to 54 d are connected to the corrector power supply 55, and the control device 45 controls the corrector power supply 55. In the correctors 54a to 54d, for example, the corrector 54b and the corrector 54d may be alignment deflectors, and the corrector 54a and the corrector 54c may be astigmatism correctors. Alternatively, an astigmatism corrector and an alignment deflector may be arranged in the corrector 54a, and the corrector 54c may be an alignment deflector. The corrector 54e and the corrector 54f are used to align the optical axis of the upper device 71 and the optical axis of the lower objective lens 26, and can be moved using, for example, screws.

さらに、一次電子線12の軌道を上部装置71の光軸から下部対物レンズ26の光軸に移動させて正確に合わせるには、例えばアライメント偏向器として、補正器54cを用いるとよい。表示装置57は、検出器20から出る電気信号を走査信号と同期して二次元的に表示させる。表示装置57の画像を見ながら、アライメント偏向器54cで一次電子線12の軌道を偏向させ、下部対物レンズ26の光軸に合わせることで収差の少ない画像になるように調整される。アライメント偏向器はこのように1段でも可能であるが、さらに軸を調整するために、2段のアライメント偏向器を用いてもよい。例えば、補正器54b及び補正器54dをアライメント偏向器とすることで軌道を平行移動、傾斜、またはその組み合わせができるようになる。   Furthermore, in order to move the trajectory of the primary electron beam 12 from the optical axis of the upper device 71 to the optical axis of the lower objective lens 26 and accurately match it, for example, a corrector 54c may be used as an alignment deflector. The display device 57 displays the electrical signal output from the detector 20 two-dimensionally in synchronization with the scanning signal. While viewing the image on the display device 57, the alignment deflector 54c deflects the trajectory of the primary electron beam 12 and adjusts it to the optical axis of the lower objective lens 26 so that an image with less aberration is obtained. Although the alignment deflector can be formed in one stage as described above, a two-stage alignment deflector may be used to further adjust the axis. For example, by using the corrector 54b and the corrector 54d as alignment deflectors, the trajectory can be translated, tilted, or a combination thereof.

軸調整方法としてウォブラ法を用いてもよい。ウォブラ法は焦点距離を周期的に変動させる機能で軸合わせを容易にするために用いられる。ウォブラ法は画像の動きを見て等方的な動きになるように対物レンズ絞り16や偏向器54で調整する方法である。ウォブラ法は走査速度を速くする必要があり、高倍率で調整しようとする場合には、信号量が少なくなり、像が見えにくくなるため、調整が難しいことがある。下部対物レンズ26の光軸を探す目的と非点補正を容易にするために、下部対物レンズ26のレンズ状態を画像化させて調整するとよい。   The wobbler method may be used as the axis adjustment method. The wobbler method is a function that periodically varies the focal length and is used to facilitate axis alignment. The wobbler method is a method in which the objective lens diaphragm 16 and the deflector 54 are adjusted so as to obtain an isotropic movement by looking at the movement of the image. In the wobbler method, it is necessary to increase the scanning speed. When adjustment is to be performed at a high magnification, adjustment is sometimes difficult because the signal amount is small and the image is difficult to see. In order to find the optical axis of the lower objective lens 26 and to facilitate astigmatism correction, the lens state of the lower objective lens 26 may be imaged and adjusted.

試料23の画像が見えるように下部対物レンズ26の強度を調整する。その後、下部対物レンズ26に対して二次元的に走査し、収差を発生させる偏向器17(54)に制御装置45で切り替え、用いる。例えば、上段偏向コイル17aのみで下部対物レンズ26に対して二次元的に走査させる。すなわち、偏向支点を下部対物レンズ26の主面近くではなく、下部対物レンズ26の物点から下部対物レンズ26の主面の手前までの間になるようにする。この場合は上段偏向コイル17aの位置が偏向支点となる。   The intensity of the lower objective lens 26 is adjusted so that the image of the sample 23 can be seen. Thereafter, the lower objective lens 26 is two-dimensionally scanned and switched to the deflector 17 (54) that generates aberration by the controller 45 and used. For example, the lower objective lens 26 is scanned two-dimensionally only by the upper deflection coil 17a. That is, the deflection fulcrum is not near the main surface of the lower objective lens 26 but between the object point of the lower objective lens 26 and the front of the main surface of the lower objective lens 26. In this case, the position of the upper deflection coil 17a becomes the deflection fulcrum.

表示装置57は、検出器20から出る電気信号を走査信号と同期して二次元的に表示させる。表示装置57には歪収差のある画像が現れる。表示装置57に表示された収差のある画像を中心対称な歪の画像になるように補正器54a〜補正器54fを用いて軸合わせ及び非点補正を行う。例えば、補正器54e及び補正器54fを用いて粗い調整を行い、補正器54a〜補正器54dを用いて細かい調整を行えばよい。   The display device 57 displays the electrical signal output from the detector 20 two-dimensionally in synchronization with the scanning signal. An image having distortion aberration appears on the display device 57. Axis alignment and astigmatism correction are performed using the correctors 54a to 54f so that an image with aberration displayed on the display device 57 becomes an image having a symmetrical distortion with respect to the center. For example, coarse adjustment may be performed using the corrector 54e and the corrector 54f, and fine adjustment may be performed using the correctors 54a to 54d.

具体的な例を示す。補正器54b及び補正器54dをアライメント偏向器として用いた場合、偏向強度を調整することで歪の中心を表示画面の中央に移動させるとよい。歪が中央に対して回転対象でなくひずんでいる場合は、非点補正器として例えば補正器54cを用い、非点補正をすると中心対称な歪にできる。また、電位板22やシールド電極51を移動させることで軸を調整してもよい。そして、通常の画像を見る状態(すなわち偏向支点が下部対物レンズ26の主面近くにある)にすると収差が補正できた画像が得られる。   A specific example is shown. When the corrector 54b and the corrector 54d are used as alignment deflectors, the center of distortion may be moved to the center of the display screen by adjusting the deflection intensity. If the distortion is distorted rather than being rotated with respect to the center, for example, the corrector 54c is used as the astigmatism corrector, and astigmatism correction can be made to have a center-symmetric distortion. Further, the axis may be adjusted by moving the potential plate 22 or the shield electrode 51. When an ordinary image is viewed (that is, the deflection fulcrum is near the main surface of the lower objective lens 26), an image with corrected aberration can be obtained.

下部対物レンズ26に対して二次元的に走査する収差を発生させる偏向器として、例えば上段偏向コイル17aと下段偏向コイル17bを用いて、強度比を変化させて偏向支点を調整して下部対物レンズ26に対して二次元的に走査させてもよい。このことにより、倍率にあった歪像を見ることができる。例えば偏向支点を下部対物レンズ26の物点(コンデンサレンズ15bのクロスオーバー点)に近づけると高倍率時に歪画像が見やすくできる。以上の方法は上部対物レンズ18を主レンズとする場合にも利用できる。   For example, an upper deflection coil 17a and a lower deflection coil 17b are used as deflectors for generating aberrations for two-dimensional scanning with respect to the lower objective lens 26, and the deflection fulcrum is adjusted by changing the intensity ratio. 26 may be scanned two-dimensionally. As a result, a distorted image suitable for the magnification can be seen. For example, when the deflection fulcrum is brought close to the object point of the lower objective lens 26 (crossover point of the condenser lens 15b), the distorted image can be easily seen at high magnification. The above method can also be used when the upper objective lens 18 is a main lens.

また、下部対物レンズ26を主に使う場合、及びリターディング時の収差を調整する場合には、特に有効である。歪像から軸合わせ及び非点補正をプログラムで自動修正できるようにしてもよい。表示装置57に表示された歪の画像の中心が表示画面の中央にくるように二段偏向コイル17及び対物レンズ絞り16を用いて調整し、その後、補正器54a〜補正器54fを用いて歪像が点対称に近づくようにするとよい。   This is particularly effective when the lower objective lens 26 is mainly used and when aberrations during retarding are adjusted. Axis alignment and astigmatism correction may be automatically corrected from the distorted image by a program. Adjustment is performed using the two-stage deflection coil 17 and the objective lens diaphragm 16 so that the center of the distortion image displayed on the display device 57 is at the center of the display screen, and then the distortion is corrected using the correctors 54a to 54f. It is preferable that the image approaches point symmetry.

さらに、本実施形態1に係るSEMにおいては、ウォブラ法も利用できるようにしてもよい。ウォブラ法では下部対物レンズ26の電流量を変化させてもよいし、加速電圧やリターディング電圧及び電位板電圧を変化させてもよい。ウォブラ法を用いて二段偏向コイル17を用いて軸調整をしてもよい。   Further, in the SEM according to the first embodiment, the wobbler method may be used. In the wobbler method, the current amount of the lower objective lens 26 may be changed, or the acceleration voltage, the retarding voltage, and the potential plate voltage may be changed. The axis may be adjusted using the two-stage deflection coil 17 using a wobbling method.

(移動機構)
本実施形態1に係るSEMにおいては、図1に示すように、電位板22及び試料台24をXYZ方向に移動させる移動機構を備える。SEMの下部装置72の上面側の空間は、真空壁60で囲まれている。これにより、上部対物レンズ18や、二次電子検出器19、検出器20や、試料23等は、真空環境におかれる。移動機構は、具体的には、Z方向ステージ調整部56a、第1XY方向ステージ調整部56b、第2XY方向ステージ調整部56c、電位板ステージ61及び試料台ステージ板29から構成される。Z方向ステージ調整部56a、第1XY方向ステージ調整部56b及び第2XY方向ステージ調整部56cは、真空外部に配置されており、ユーザにより操作される。電位板ステージ61は、Z方向ステージ調整部56a及び第1XY方向ステージ調整部56bを用いたユーザによる操作により、XYZ方向に移動する。電位板ステージ61の移動に伴い、電位板22のXYZ方向の移動が実現される。同様に、試料台ステージ板29は、第2XY方向ステージ調整部56cを用いたユーザによる操作により、XY方向に移動する。XYステージの移動に伴い、試料台ステージ板29の移動に伴い、試料台24のXY方向の移動が実現される。
(Movement mechanism)
As shown in FIG. 1, the SEM according to the first embodiment includes a moving mechanism that moves the potential plate 22 and the sample stage 24 in the XYZ directions. The space on the upper surface side of the lower device 72 of the SEM is surrounded by the vacuum wall 60. As a result, the upper objective lens 18, the secondary electron detector 19, the detector 20, the sample 23, and the like are placed in a vacuum environment. Specifically, the moving mechanism includes a Z direction stage adjustment unit 56a, a first XY direction stage adjustment unit 56b, a second XY direction stage adjustment unit 56c, a potential plate stage 61, and a sample stage stage plate 29. The Z direction stage adjustment unit 56a, the first XY direction stage adjustment unit 56b, and the second XY direction stage adjustment unit 56c are disposed outside the vacuum and are operated by the user. The potential plate stage 61 moves in the XYZ directions by a user operation using the Z direction stage adjustment unit 56a and the first XY direction stage adjustment unit 56b. With the movement of the potential plate stage 61, the movement of the potential plate 22 in the XYZ directions is realized. Similarly, the sample stage stage plate 29 moves in the XY directions by a user operation using the second XY direction stage adjustment unit 56c. With the movement of the XY stage, the movement of the sample stage 24 in the XY direction is realized with the movement of the sample stage stage plate 29.

シールド電極51は、電位板22に接続されているため、ユーザは、Z方向ステージ調整部56a及び第1XY方向ステージ調整部56bを用いて、電位板22及びシールド電極51をXYZ方向に移動させることができるので、電位板22及びシールド電極51の各開口部を位置調整することができる。   Since the shield electrode 51 is connected to the potential plate 22, the user moves the potential plate 22 and the shield electrode 51 in the XYZ directions using the Z direction stage adjustment unit 56a and the first XY direction stage adjustment unit 56b. Therefore, the positions of the openings of the potential plate 22 and the shield electrode 51 can be adjusted.

また、移動機構を、上述した補正器の1つとして用いることにより、電位板22及びシールド電極51を移動させて静電レンズの軸を調整することもできる。この調整の際、上部対物レンズ18を用いて一次電子線12の焦点を調整し、シールド電極51の開口部を観察しながら位置調整してもよい。   Further, by using the moving mechanism as one of the above-described correctors, the axis of the electrostatic lens can be adjusted by moving the potential plate 22 and the shield electrode 51. In this adjustment, the focus of the primary electron beam 12 may be adjusted using the upper objective lens 18, and the position may be adjusted while observing the opening of the shield electrode 51.

リターディングをしている場合は、リターディングによる静電レンズの歪により収差が大きくなる、さらに、静電レンズと磁気レンズとの軸ずれも起こる。静電レンズと磁気レンズとの軸ずれに関しては、電位板ステージ61による軸ずれ調整をするとよい。電位板ステージ61は、上述した通り、試料23の高さによって高さ(Z方向)を調整し、左右前後方向(XY方向)に移動させることができる。   When the retarding is performed, the aberration increases due to the distortion of the electrostatic lens due to the retarding, and further, the axial deviation between the electrostatic lens and the magnetic lens also occurs. Regarding the axial deviation between the electrostatic lens and the magnetic lens, the axial deviation adjustment by the potential plate stage 61 may be performed. As described above, the potential plate stage 61 can be adjusted in height (Z direction) according to the height of the sample 23 and moved in the left-right front-rear direction (XY direction).

静電レンズの歪により収差が大きくなることに関しては、シールド電極51により静電レンズを軸対称にできるものの、たとえば試料23の傾きなどにより、少し磁気レンズとずれることがある。電位板ステージ61により微調整することで収差を調整できる。   Regarding the increase in aberration due to the distortion of the electrostatic lens, although the electrostatic lens can be made axially symmetric by the shield electrode 51, it may slightly deviate from the magnetic lens due to the inclination of the sample 23, for example. Aberration can be adjusted by fine adjustment with the potential plate stage 61.

シールド電極51の開口部の中心を光軸に合わせる方法として、下部対物レンズ26をOFFし、上部対物レンズ18を用いてシールド電極51に焦点を合わせて、シールド電極51の開口部の中心が表示装置57の表示画面の中央にくるように第1XY方向ステージ調整部56bを操作して調整すればよい。これにより、静電レンズと下部対物レンズ26の軸合わせを行うことができる。試料23についても、同様に、第2XY方向ステージ調整部56cを操作して調整すればよい。   As a method of aligning the center of the opening of the shield electrode 51 with the optical axis, the lower objective lens 26 is turned off and the upper objective lens 18 is used to focus on the shield electrode 51 so that the center of the opening of the shield electrode 51 is displayed. What is necessary is just to operate and adjust the 1st XY direction stage adjustment part 56b so that it may become the center of the display screen of the apparatus 57. FIG. Thereby, axial alignment of the electrostatic lens and the lower objective lens 26 can be performed. Similarly, the sample 23 may be adjusted by operating the second XY direction stage adjustment unit 56c.

(ガス導入機構)
本実施形態1に係るSEMにおいては、図1に示すように、ガス導入機構58を備える。電位板22から試料23側の空間(以下、「下部空間」と称す。)と、電位板22から上部対物レンズ18側の空間(以下、「上部空間」と称す。)とは、電位板ステージ61及びスライド板62を用いて、真空的に分離される。ガス導入機構58は、下部空間に各種ガスを導入し、下部空間内を低真空にしたり、試料23の表面近傍にガスを滞留させたりする。
(Gas introduction mechanism)
The SEM according to the first embodiment includes a gas introduction mechanism 58 as shown in FIG. A space on the sample 23 side from the potential plate 22 (hereinafter referred to as “lower space”) and a space on the upper objective lens 18 side from the potential plate 22 (hereinafter referred to as “upper space”) are a potential plate stage. 61 and slide plate 62 are used to separate them in a vacuum. The gas introduction mechanism 58 introduces various gases into the lower space, makes the inside of the lower space a low vacuum, or causes the gas to stay near the surface of the sample 23.

例えば、試料23が絶縁物である場合、導電性物質でコーティングするのが通常であるものの、導電性物質のコーティングなしで観察を行う場合もある。このような場合に用いられる方法として、試料が帯電しないように試料室を低真空にする方法が知られている。   For example, when the sample 23 is an insulator, it is usually coated with a conductive material, but observation may be performed without coating the conductive material. As a method used in such a case, a method is known in which the sample chamber is set to a low vacuum so that the sample is not charged.

そこで、図1のSEMにおいては、ガス導入機構58を用いて、下部空間にガスを導入することにより、下部空間内を低真空にする。また、ガス導入機構58を用いて導入される微少量のガスまたはイオンを試料23に吹きかけることにより、試料23を除電してもよい。   Therefore, in the SEM of FIG. 1, a gas is introduced into the lower space by using the gas introduction mechanism 58 to make the inside of the lower space a low vacuum. Alternatively, the sample 23 may be neutralized by spraying a small amount of gas or ions introduced using the gas introduction mechanism 58 onto the sample 23.

一方、上部空間内は高真空に保つことにより、一次電子線12の散乱率を減らすことができるので、高真空時に近い性能を発揮することができる。   On the other hand, since the scattering rate of the primary electron beam 12 can be reduced by maintaining a high vacuum in the upper space, performance close to that in a high vacuum can be exhibited.

なお、低真空にすると、シールド電極51と電位板22との間の耐電圧不良が発生しやすくなる。このため、後述する図2に示すように、試料台24から、より離れた場所に絶縁碍子52を設けることにより、絶縁碍子52の沿面距離を長くし、絶縁碍子52の耐電圧を大きくなるようにしてもよい。   Note that when the vacuum is reduced, a withstand voltage failure between the shield electrode 51 and the potential plate 22 is likely to occur. Therefore, as shown in FIG. 2, which will be described later, by providing the insulator 52 at a location further away from the sample stage 24, the creeping distance of the insulator 52 is increased, and the withstand voltage of the insulator 52 is increased. It may be.

なお、ガス導入機構58に代えて、下部空間内を排気する排気口を狭めることにより、下部空間内を低真空にすることも可能である。   Instead of the gas introduction mechanism 58, it is also possible to make the inside of the lower space a low vacuum by narrowing the exhaust port for exhausting the inside of the lower space.

[実施形態2]
図2を参照して、本発明の実施形態2に係るSEMの概略構成を説明する。以下、本発明の実施形態1と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 2]
With reference to FIG. 2, a schematic configuration of the SEM according to the second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the same parts as those of the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態2のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、電位板22の下面に、反射電子21bを検出する第1の検出器720及び特性X線121を検出する第2の検出器(電磁波の検出器)820を設けた点である。また、上述したように、絶縁碍子52を、試料台24から、より離れた場所に設けた点である。   The difference between the SEM of the second embodiment of the present invention and the SEM of the first embodiment of the present invention is that the first detector 720 for detecting the reflected electrons 21b and the characteristic X-ray 121 are detected on the lower surface of the potential plate 22. The second detector (electromagnetic wave detector) 820 is provided. In addition, as described above, the insulator 52 is provided at a location further away from the sample table 24.

第1の検出器720としては、例えば、マイクロチャンネルプレートや、ロビンソン検出器や、半導体検出器等が用いられる。第1の検出器720及び第2の検出器820は、互いに組み合わされて構成された検出ユニットとして構成されている。検出ユニットは、例えば、下部対物レンズ26側から見た一部の領域に第1の検出器720が配置され、他の領域に第2の検出器820が配置されたものである。検出ユニットには、一次電子線12や二次電子21aが通過する孔部が設けられている。なお、第1の検出器720と第2の検出器820とは、別々に、または一方のみ電位板22の下面に取り付けられていてもよい。   As the first detector 720, for example, a microchannel plate, a Robinson detector, a semiconductor detector, or the like is used. The first detector 720 and the second detector 820 are configured as a detection unit configured to be combined with each other. In the detection unit, for example, the first detector 720 is arranged in a part of the region viewed from the lower objective lens 26 side, and the second detector 820 is arranged in the other region. The detection unit is provided with a hole through which the primary electron beam 12 and the secondary electron 21a pass. Note that the first detector 720 and the second detector 820 may be attached to the lower surface of the potential plate 22 separately or only one of them.

第1の検出器720及び第2の検出器820は、比較的試料23に近い位置に配置される。すなわち、第1の検出器720に信号電子21が入射する位置と、第2の検出器820に特性X線121が入射する位置とは、一次電子線12が試料23に入射する入射位置から同じ程度離れている。そのため、第1の検出器720及び第2の検出器820に入射する反射電子21bや特性X線121の立体角が大きくなる。したがって、第1の検出器720では、反射電子21bの検出感度が向上するので、より高い感度で試料23の観察を行うことができる。また、高い分解能で試料23の観察を行えるようにしつつ、第2の検出器820によってEDX分析を効率的に行うことができる。第2の検出器820は、第1の検出器720による反射電子21bの検出を妨げないように配置されており、反射電子21bを検出することによる試料23の観察と、EDX分析とは、同時に行うことができる。   The first detector 720 and the second detector 820 are arranged at positions relatively close to the sample 23. That is, the position where the signal electrons 21 are incident on the first detector 720 and the position where the characteristic X-rays 121 are incident on the second detector 820 are the same from the incident position where the primary electron beam 12 is incident on the sample 23. It is far away. For this reason, the solid angle of the reflected electrons 21b and the characteristic X-rays 121 incident on the first detector 720 and the second detector 820 increases. Therefore, in the first detector 720, the detection sensitivity of the reflected electrons 21b is improved, so that the sample 23 can be observed with higher sensitivity. Further, the EDX analysis can be efficiently performed by the second detector 820 while enabling the sample 23 to be observed with high resolution. The second detector 820 is arranged so as not to interfere with the detection of the reflected electrons 21b by the first detector 720, and the observation of the sample 23 by detecting the reflected electrons 21b and the EDX analysis are performed simultaneously. It can be carried out.

なお、第2の検出器820として、他の種の検出器が設けられていてもよい。また、電位板22の上方に、検出器20が配置されていてもよい。第1の検出器720または第2の検出器820の孔部の寸法は、一次電子線12が通過する程度に小さくてもよい。例えば、孔部は、円形の貫通孔であって、その直径がたとえば1ミリメートルから2ミリメートル程度が好ましい。このように孔部を小さくすることにより、反射電子21bのほとんどは電位板22より上方に通過することができなくなる。したがって、二次電子検出器19または検出器20に入射する信号電子21のほとんどが二次電子21aとなるため、反射電子像との混合でない、鮮明な二次電子像を得ることができる。   Note that another type of detector may be provided as the second detector 820. In addition, the detector 20 may be disposed above the potential plate 22. The size of the hole of the first detector 720 or the second detector 820 may be small enough to pass the primary electron beam 12. For example, the hole is a circular through hole, and its diameter is preferably about 1 to 2 millimeters, for example. By making the hole small in this way, most of the reflected electrons 21b cannot pass above the potential plate 22. Therefore, since most of the signal electrons 21 incident on the secondary electron detector 19 or the detector 20 become the secondary electrons 21a, a clear secondary electron image that is not mixed with the reflected electron image can be obtained.

[実施形態3]
図3は、本発明の実施形態3に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1及び2と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of the device configuration of the SEM according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those in Embodiments 1 and 2 of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態3のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、試料23から放出された特性X線121を検出する第2の検出器(電磁波の検出器)110を備えた点である。   The difference between the SEM according to the third embodiment of the present invention and the SEM according to the first embodiment of the present invention includes a second detector (electromagnetic wave detector) 110 that detects the characteristic X-ray 121 emitted from the sample 23. It is a point.

図3に示されるように、SEMの下部装置の上面側の空間は、真空壁60で囲まれている。これにより、上部対物レンズ18や、第1の検出器19、20や、試料23等は、真空環境におかれる。試料23は、絶縁板25を介して下部対物レンズ26の上面に配置された試料台24に配置されている。信号電子21を検出する検出器20は、上部対物レンズ18の下端部に配置されている。二次電子21aを検出する二次電子検出器19は、上部対物レンズ18の側部に配置されている。   As shown in FIG. 3, the space on the upper surface side of the lower device of the SEM is surrounded by a vacuum wall 60. Thereby, the upper objective lens 18, the first detectors 19 and 20, the sample 23 and the like are placed in a vacuum environment. The sample 23 is arranged on a sample table 24 arranged on the upper surface of the lower objective lens 26 via an insulating plate 25. The detector 20 that detects the signal electrons 21 is disposed at the lower end of the upper objective lens 18. The secondary electron detector 19 that detects the secondary electrons 21 a is disposed on the side of the upper objective lens 18.

ここで、図3に示されるSEMには、試料23から放出された特性X線121を検出する第2の検出器110が配置される。第2の検出器110は、エネルギー分散型X線(EDX(EDSということもある))分析装置である。第2の検出器110は、SEMに付帯する装置として取り付けられている。このSEMでは、信号電子21を検出することによる試料23の観察に伴って、試料23のEDX分析を行うことができる。第2の検出器110は、第1の検出器19、20による信号電子21の検出を妨げないように配置されており、信号電子21の検出と、特性X線121の検出とは、同時に(並行して)行うことができるが、これに限られるものではない。   Here, in the SEM shown in FIG. 3, the second detector 110 that detects the characteristic X-ray 121 emitted from the sample 23 is arranged. The second detector 110 is an energy dispersive X-ray (EDX (sometimes referred to as EDS)) analyzer. The second detector 110 is attached as a device attached to the SEM. In this SEM, the EDX analysis of the sample 23 can be performed with the observation of the sample 23 by detecting the signal electrons 21. The second detector 110 is arranged so as not to interfere with the detection of the signal electrons 21 by the first detectors 19 and 20, and the detection of the signal electrons 21 and the detection of the characteristic X-ray 121 are performed simultaneously ( Can be done in parallel), but is not limited to this.

第2の検出器110は、腕部113が、真空壁60の外側に配置された本体部から、真空壁60の内側に、略直線状に伸びるような構造を有している。腕部113は、真空壁60で囲まれた真空部に差し込まれている。腕部113の先端部には、板状に形成された板状部114が設けられている。腕部113及び板状部114は、金属製であって、導電性を有している。   The second detector 110 has a structure in which the arm portion 113 extends substantially linearly from the main body portion arranged outside the vacuum wall 60 to the inside of the vacuum wall 60. The arm portion 113 is inserted into a vacuum portion surrounded by the vacuum wall 60. A plate-like portion 114 formed in a plate shape is provided at the distal end portion of the arm portion 113. The arm part 113 and the plate-like part 114 are made of metal and have conductivity.

マウント部65は、Oリング等を用いて、真空壁60に、気密を維持するようにして取り付けられている。第2の検出器110は、マウント部65に、複数個の調整ボルト67及びナット等を用いて固定されている。調整ボルト67及びナット等を調整することによりマウント部65や調整ボルト67の固定位置等が調整される。これにより、第2の検出器110の試料23に対する位置を微調整することができる。第2の検出器110の大きな移動方向は、上下方向(図の矢印Z方向;一次電子線12の入射方向)や、腕部113の長手方向(図の矢印Y方向)である。このように第2の検出器110の位置を調整することにより、腕部113の先端の位置、すなわち板状部114の位置を変更することができる。試料23に対する板状部114の位置、すなわち一次電子線12が通過する位置に対する板状部114の位置を、変更することができる。このことにより、上部対物レンズ18を用いて一次電子線12を集束させる場合にも高さ調整及び前後左右の調整が可能になる。第2の検出器110、板状部114は、使用しないときは、腕部113の長手方向(図の矢印Y方向)に大きく移動させて保管することができる。   The mount 65 is attached to the vacuum wall 60 using an O-ring or the like so as to maintain airtightness. The second detector 110 is fixed to the mount portion 65 using a plurality of adjustment bolts 67 and nuts. By adjusting the adjustment bolt 67 and the nut, the mounting position of the mount portion 65 and the adjustment bolt 67 and the like are adjusted. Thereby, the position of the second detector 110 with respect to the sample 23 can be finely adjusted. The large moving direction of the second detector 110 is the vertical direction (the arrow Z direction in the figure; the incident direction of the primary electron beam 12) and the longitudinal direction of the arm portion 113 (the arrow Y direction in the figure). By adjusting the position of the second detector 110 in this way, the position of the tip of the arm 113, that is, the position of the plate-like portion 114 can be changed. The position of the plate-like portion 114 with respect to the sample 23, that is, the position of the plate-like portion 114 with respect to the position through which the primary electron beam 12 passes can be changed. Thus, even when the primary electron beam 12 is focused using the upper objective lens 18, height adjustment and front / rear / left / right adjustment are possible. When not in use, the second detector 110 and the plate-like portion 114 can be moved and stored in the longitudinal direction of the arm portion 113 (in the direction of arrow Y in the figure).

板状部114は、一次電子線12の出射方向(以下、光軸ということがある。)に対して略垂直になるように配置される。板状部114には、孔部114aが設けられている。板状部114の位置は、孔部114aを一次電子線12が通過するように調整される。板状部114の試料23側の面(図において下面)には、X線検知部120が配置されている。X線検知部120は、例えばシリコンドリフト検出器(SDD)や超伝導遷移端センサ(TES)である。X線検知部120には、一次電子線12の入射に伴い試料23から放出された特性X線121が入射する。第2の検出器110は、X線検知部120に特性X線121が入射されたとき、入射した特性X線121を検知する。   The plate-like portion 114 is disposed so as to be substantially perpendicular to the emission direction of the primary electron beam 12 (hereinafter sometimes referred to as an optical axis). The plate-like portion 114 is provided with a hole portion 114a. The position of the plate-like portion 114 is adjusted so that the primary electron beam 12 passes through the hole portion 114a. An X-ray detector 120 is disposed on the surface of the plate-like portion 114 on the sample 23 side (the lower surface in the figure). The X-ray detector 120 is, for example, a silicon drift detector (SDD) or a superconducting transition edge sensor (TES). The characteristic X-ray 121 emitted from the sample 23 with the incidence of the primary electron beam 12 enters the X-ray detection unit 120. The second detector 110 detects the incident characteristic X-ray 121 when the characteristic X-ray 121 is incident on the X-ray detector 120.

なお、X線検知部120は、特性X線121を検知可能な部位と、他の信号電子や電磁波等を検知可能な部位とに分割されていてもよい。X線検知部120の試料側の面には、有機薄膜やベリリウム薄膜等が配置されていてもよい。これにより、試料23から放出される二次電子21aや反射電子21bがX線検知部120に入射せずに止まるようにし、X線検知部120がそれらの信号電子21等の影響を受けないようにすることができる。   The X-ray detection unit 120 may be divided into a part capable of detecting the characteristic X-ray 121 and a part capable of detecting other signal electrons, electromagnetic waves, and the like. An organic thin film, a beryllium thin film, or the like may be disposed on the surface of the X-ray detection unit 120 on the sample side. Thereby, the secondary electrons 21a and reflected electrons 21b emitted from the sample 23 are stopped without entering the X-ray detection unit 120, and the X-ray detection unit 120 is not affected by the signal electrons 21 and the like. Can be.

第2の検出器110の板状部114は、リターディングを行う場合の電位板としても機能する。すなわち、リターディング電源27は、試料台24に接続されており、板状部114は、腕部113を介して、例えば接地電位に接続される。板状部114は、上述の実施の形態における電位板22と同様に機能する。そのため、電位板22を別途設けることなく、電位板22を設けている場合と同様の効果を得ることができる。なお、板状部114には、接地電位に限られず、正の電位、又は負の電位が与えられるようにしてもよい。   The plate-like portion 114 of the second detector 110 also functions as a potential plate when performing retarding. That is, the retarding power source 27 is connected to the sample stage 24, and the plate-like portion 114 is connected to, for example, the ground potential via the arm portion 113. The plate-like portion 114 functions in the same manner as the potential plate 22 in the above-described embodiment. Therefore, the same effect as when the potential plate 22 is provided can be obtained without providing the potential plate 22 separately. Note that the plate-like portion 114 is not limited to the ground potential, and may be given a positive potential or a negative potential.

板状部114の位置は、上述のように適宜変更可能である。上部対物レンズ18と下部対物レンズ26との制御や、リターディング電圧の制御が行われることで、上述の実施の形態と同様に、試料23を高分解能で観察できるようになる。また、それに合わせて、試料23のEDX分析を行うことができ、多様な分析及び観察を行うことができる。   The position of the plate-like portion 114 can be appropriately changed as described above. By controlling the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 and controlling the retarding voltage, the sample 23 can be observed with high resolution as in the above-described embodiment. In accordance with this, EDX analysis of the sample 23 can be performed, and various analyzes and observations can be performed.

第2の検出器110は、リターディングが行われるときに電位板22として機能するものに限られない。第2の検出器110は、単に、特性X線121等を検出するX線検知部を備えているものであればよい。   The second detector 110 is not limited to the one that functions as the potential plate 22 when the retarding is performed. The second detector 110 only needs to include an X-ray detection unit that detects the characteristic X-ray 121 and the like.

[実施形態4]
図4は、本発明の実施形態4に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1、2及び3と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of the device configuration of the SEM according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those of Embodiments 1, 2, and 3 of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態4のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、EDX分析用の第2の検出器210とともに、WDX分析用の第2の検出器610が設けられた点である。   The difference between the SEM according to Embodiment 4 of the present invention and the SEM according to Embodiment 1 of the present invention is that a second detector 610 for WDX analysis is provided together with a second detector 210 for EDX analysis. It is.

WDX分析用の第2の検出器610は、ポリキャピラリ617を用いたものであり、WDXによる分析をより高感度で行うことができる。   The second detector 610 for WDX analysis uses a polycapillary 617 and can perform analysis by WDX with higher sensitivity.

EDX分析用の第2の検出器210の先端部には、リターディングに用いられる電位板422が設けられている。電位板422は、第2の検出器210の筐体に取り付けられた電位板固定部218を介して、試料23の近傍に位置するように配置されている。   A potential plate 422 used for retarding is provided at the tip of the second detector 210 for EDX analysis. The potential plate 422 is disposed so as to be positioned in the vicinity of the sample 23 via a potential plate fixing portion 218 attached to the housing of the second detector 210.

電位板422は、一次電子線12や信号電子21等が通過する孔部を有しており、試料23の近傍に位置するように配置されている。孔部は、試料23から出射される特性X線121が第2の検出器210のコリメータ214及びX線透過窓220aに入射するような位置に配置されている。また、下部対物レンズ26の上部には、絶縁板25、試料台24、絶縁材31等が配置されている。試料台24はリターディング電源27に接続されており、電位板422は、電位板電源28に接続されている。このような構成を有していることにより、このSEMでは、上述の第1の実施の形態と同様に、リターディングが行われる。   The potential plate 422 has a hole through which the primary electron beam 12, the signal electrons 21, and the like pass, and is arranged so as to be positioned in the vicinity of the sample 23. The hole is arranged at a position where the characteristic X-ray 121 emitted from the sample 23 enters the collimator 214 and the X-ray transmission window 220a of the second detector 210. In addition, an insulating plate 25, a sample table 24, an insulating material 31, and the like are disposed above the lower objective lens 26. The sample stage 24 is connected to the retarding power source 27, and the potential plate 422 is connected to the potential plate power source 28. By having such a configuration, retarding is performed in this SEM, as in the first embodiment described above.

このように、図4に示される装置では、各第2の検出器210、610を試料23に近づけることができるため、EDX分析及びWDX分析の検出効率を高くしつつ、高い解像度で試料23を観察することができる。また、リターディングが行われることによる効果が得られ、照射電子エネルギーを小さくして、一次電子線12の電子が試料23の中に入り込む深さを浅くすることができる。これによって、試料の表面形状の高分解能観察が可能になる。さらに、電位板422を試料23に近づけることで収差を小さくできるので、高分解能でかつ低加速のSEMが実現できる。   As described above, in the apparatus shown in FIG. 4, each of the second detectors 210 and 610 can be brought close to the sample 23, so that the detection efficiency of the EDX analysis and the WDX analysis is increased, and the sample 23 is obtained with high resolution. Can be observed. Moreover, the effect by performing retarding is acquired, irradiation electron energy can be made small and the depth which the electron of the primary electron beam 12 enters in the sample 23 can be made shallow. This enables high-resolution observation of the surface shape of the sample. Further, since the aberration can be reduced by bringing the potential plate 422 closer to the sample 23, a high resolution and low acceleration SEM can be realized.

図4に示されるSEMにおいて、EDX分析用の第2の検出器210やWDX分析用の第2の検出器610を構成する部材等の位置は、微調整可能である。電位板422は、EDX分析用の第2の検出器210とは接続されずに独立に動かせるようにしてもよい。   In the SEM shown in FIG. 4, the positions of the members constituting the second detector 210 for EDX analysis and the second detector 610 for WDX analysis can be finely adjusted. The potential plate 422 may be moved independently without being connected to the second detector 210 for EDX analysis.

なお、電位板422は、WDX分析用の第2の検出器610側に取り付けられていてもよい。例えば、ポリキャピラリ617の先端部近傍に、電位板422が取り付けられていてもよい。また、電位板422は、ポリキャピラリ617とは接続されずに、独立に動かせるようにしてもよい。   Note that the potential plate 422 may be attached to the second detector 610 side for WDX analysis. For example, a potential plate 422 may be attached near the tip of the polycapillary 617. Further, the potential plate 422 may be moved independently without being connected to the polycapillary 617.

ここで、電位板422に電子やX線が当たると、蛍光X線が出射される。そうすると、EDX分析やWDX分析を行う際、試料23から出射されたX線と電位板422から出射されたX線とが合わせて分析される。この電位板422から出射されるX線が分析結果に及ぼす影響を軽減するため、電位板422は、軽元素の薄膜(例えば、ベリリウム薄膜、有機薄膜、シリコンナイトライド薄膜などであるが、これに限られない)であることが好ましい。電位板422が軽元素の薄膜で構成される場合には、X線が、電位板422を通過しやすくなる。なお、電位板422が軽元素の薄膜で構成される場合には、電位板422の孔部が小さい場合であっても、X線が電位板422を通過し、検出器に入射しやすくなる。   Here, when electrons or X-rays hit the potential plate 422, fluorescent X-rays are emitted. Then, when performing EDX analysis or WDX analysis, the X-rays emitted from the sample 23 and the X-rays emitted from the potential plate 422 are analyzed together. In order to reduce the influence of the X-rays emitted from the potential plate 422 on the analysis result, the potential plate 422 is a light element thin film (for example, beryllium thin film, organic thin film, silicon nitride thin film, etc.). It is preferable that it is not limited. When the potential plate 422 is formed of a light element thin film, X-rays easily pass through the potential plate 422. Note that when the potential plate 422 is formed of a light element thin film, X-rays easily pass through the potential plate 422 and enter the detector even if the hole of the potential plate 422 is small.

また、電位板422から出射されるX線が分析結果に及ぼす影響を軽減するため、電位板422の材料として、例えば分析対象の試料23とは検出ピークが異なる組成の材料が用いられるようにしてもよい。これにより、分析結果において電位板422の影響を除去しやすくなる。   Further, in order to reduce the influence of the X-rays emitted from the potential plate 422 on the analysis result, for example, a material having a composition having a detection peak different from that of the sample 23 to be analyzed is used as the material of the potential plate 422. Also good. Thereby, it becomes easy to remove the influence of the potential plate 422 in the analysis result.

[実施形態5]
図5は、本発明の実施形態5に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1、2、3及び4と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 5]
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of an apparatus configuration of an SEM according to the fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those of Embodiments 1, 2, 3, and 4 of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態5のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、カソードルミネッセンス(CL)321を検出する第2の検出器410が設けられた点である。   The difference between the SEM according to the fifth embodiment of the present invention and the SEM according to the first embodiment of the present invention is that a second detector 410 for detecting the cathode luminescence (CL) 321 is provided.

第2の検出器410は、放物面鏡(光学素子の一例)420と、検出器本体310aと、光学レンズ411とを有している。放物面鏡420の鏡面420bは、試料23からCL321が放出される点を焦点とする曲面形状を有している。鏡面420bに入射したCL321は、平行光となって光学レンズ411に入射する。CL321は光学レンズ411で屈折して集光され、検出器本体310aに入射する。これにより、検出器本体310aで、CL321が効率的に検出される。   The second detector 410 includes a parabolic mirror (an example of an optical element) 420, a detector main body 310a, and an optical lens 411. The mirror surface 420b of the parabolic mirror 420 has a curved surface shape with the point where the CL 321 is emitted from the sample 23 as a focal point. The CL 321 incident on the mirror surface 420b becomes parallel light and enters the optical lens 411. The CL 321 is refracted and condensed by the optical lens 411 and enters the detector main body 310a. Thereby, CL321 is efficiently detected by the detector main body 310a.

放物面鏡420の下部には、導電性板である電位板422が取り付けられている。電位板422は、一次電子線12や信号電子21等が通過する孔部を有しており、試料23の近傍に位置するように配置されている。また、下部対物レンズ26の上部には、絶縁板25、試料台24、絶縁材31等が配置されている。試料台24はリターディング電源27に接続されており、電位板422は、電位板電源28に接続されている。このような構成を有していることにより、このSEMでは、上述の第1の実施の形態と同様に、リターディングが行われる。   A potential plate 422 which is a conductive plate is attached to the lower part of the parabolic mirror 420. The potential plate 422 has a hole through which the primary electron beam 12, the signal electrons 21, and the like pass, and is arranged so as to be positioned in the vicinity of the sample 23. In addition, an insulating plate 25, a sample table 24, an insulating material 31, and the like are disposed above the lower objective lens 26. The sample stage 24 is connected to the retarding power source 27, and the potential plate 422 is connected to the potential plate power source 28. By having such a configuration, retarding is performed in this SEM, as in the first embodiment described above.

なお、放物面鏡420に設けられている一次電子線12等が通過する孔部の大きさは、適宜設定される。すなわち、孔部が比較的小さければ、反射電子21bの通過量は少なくなるが、CL321の光量は増加する。他方、孔部が比較的大きければ、CL321の光量は少なくなるが、反射電子21bの通過量は多くなる。なお、放物面鏡420を楕円鏡にしてCL321を検出してもよい。また、放物面鏡420の代わりに反射ミラーを配置し、光学レンズ411、検出器本体310aの位置に光学顕微鏡、蛍光顕微鏡を取り付けて観察できるようにしてもよい。二次電子検出器19、半導体検出器20による画像と第2の検出器410による画像を同時に観察するようにしてもよい。さらに、信号電子21による画像と第2の検出器410による画像を重ねて表示するようにしてもよい。   Note that the size of the hole through which the primary electron beam 12 or the like provided in the parabolic mirror 420 passes is appropriately set. That is, if the hole portion is relatively small, the amount of reflected electrons 21b passing through decreases, but the light amount of CL 321 increases. On the other hand, if the hole is relatively large, the amount of light of CL321 decreases, but the amount of passage of the reflected electrons 21b increases. Note that CL321 may be detected by using a parabolic mirror 420 as an elliptical mirror. Further, a reflecting mirror may be arranged in place of the parabolic mirror 420, and an optical microscope and a fluorescence microscope may be attached to the optical lens 411 and the detector main body 310a for observation. You may make it observe the image by the secondary electron detector 19 and the semiconductor detector 20, and the image by the 2nd detector 410 simultaneously. Furthermore, the image by the signal electrons 21 and the image by the second detector 410 may be displayed in an overlapping manner.

[実施形態6]
図6は、本発明の実施形態6に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1〜5と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 6]
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of an apparatus configuration of an SEM according to the sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those in the first to fifth embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態6のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、シールド電極51、絶縁碍子52及び配線53に代えて、開放型ケース700を備えた点である。   The difference between the SEM according to the sixth embodiment of the present invention and the SEM according to the first embodiment of the present invention is that an open type case 700 is provided instead of the shield electrode 51, the insulator 52, and the wiring 53.

開放型ケース700は、試料23を覆うようにして、試料台24上に配置される。開放型ケース700は、その上面部701がシールド電極51と同一の機能を担うものであり、その側面部702が配線53と同一の機能を担うものである。具体的には、上面部701は、側面部702を介して、試料台24に電気的に接続される。これにより、上面部701は、試料台24と同電位となる。   The open case 700 is arranged on the sample stage 24 so as to cover the sample 23. The open-type case 700 has an upper surface portion 701 having the same function as the shield electrode 51, and a side surface portion 702 having the same function as the wiring 53. Specifically, the upper surface portion 701 is electrically connected to the sample table 24 via the side surface portion 702. As a result, the upper surface portion 701 has the same potential as the sample table 24.

開放型ケース700は、留め具等を用いて試料台24に固定されてもよい。また、上部と下部とに分離可能とし、SEMの外部で高さ調整を簡単に行えるようにしてもよい。調整後、試料台24上に配置するようにすれば、試料23と上面部701との距離を容易に調整可能となる。   The open case 700 may be fixed to the sample table 24 using a fastener or the like. Alternatively, the upper part and the lower part can be separated so that the height can be easily adjusted outside the SEM. If it is arranged on the sample stage 24 after the adjustment, the distance between the sample 23 and the upper surface portion 701 can be easily adjusted.

例えば、上面部701は、非磁性体であり、導電性を有する。試料台24に接する側面部702の端部は止めねじの先になっている。止めねじを回すことで高さが調整できる。試料台24に導電性の止めねじが接しているので、上面部701は試料台24と同電位になる。   For example, the upper surface portion 701 is a nonmagnetic material and has conductivity. The end of the side surface portion 702 that contacts the sample table 24 is the tip of a set screw. The height can be adjusted by turning the set screw. Since the conductive set screw is in contact with the sample stage 24, the upper surface portion 701 has the same potential as the sample stage 24.

上面部701は、試料23を覆うように配置され、一次電子線12が走査する部分に開口がある。試料台24にリターディング電圧がかけられると、電位板22との間に電位差が発生する。尖りのある試料23の場合、上面部701がない場合、電位板22との間で放電が発生しやすい。上面部701が試料23の尖りを覆うことで放電を防止できる。   The upper surface portion 701 is disposed so as to cover the sample 23 and has an opening at a portion where the primary electron beam 12 scans. When a retarding voltage is applied to the sample table 24, a potential difference is generated between the sample plate 24 and the potential plate 22. In the case of the sample 23 having a sharp point, when there is no upper surface portion 701, discharge is likely to occur between the potential plate 22 and the sample. Discharge can be prevented by the upper surface portion 701 covering the sharpness of the sample 23.

試料23に凹凸があると上面部701がない場合、凹凸により静電レンズが乱れ、高解像にできない場合がある。上面部701を取り付けることで、電位が安定し、静電レンズが乱れないようにできる。   If the sample 23 is uneven, if the upper surface portion 701 is absent, the electrostatic lens may be disturbed by the unevenness, and high resolution may not be achieved. By attaching the upper surface portion 701, the potential can be stabilized and the electrostatic lens can be prevented from being disturbed.

なお、本発明の実施形態6のSEMでは、本発明の実施形態1のSEMとは異なり、絶縁板25と絶縁材31とが一体化された絶縁部710を備えている点についても留意すべきである。   It should be noted that the SEM according to the sixth embodiment of the present invention includes an insulating portion 710 in which the insulating plate 25 and the insulating material 31 are integrated, unlike the SEM according to the first embodiment of the present invention. It is.

[実施形態7]
図7は、本発明の実施形態7に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1〜6と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 7]
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of an apparatus configuration of an SEM according to the seventh embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those in the first to sixth embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態7のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、シールド電極51、絶縁碍子52及び配線53に代えて、密閉型ケース800を備えた点である。   The difference between the SEM according to the seventh embodiment of the present invention and the SEM according to the first embodiment of the present invention is that a sealed case 800 is provided instead of the shield electrode 51, the insulator 52, and the wiring 53.

密閉型ケース800は、開放型ケース700とは異なり、試料23を収納するものである。また、密閉型ケース800は、その内部が密閉空間となっている。密閉型ケース800は、その上面部801がシールド電極51と同一の機能を担うものであり、その側面部802が配線53と同一の機能を担うものである。具体的には、上面部801は、側面部802を介して、試料台24に電気的に接続される。これにより、上面部801は、試料台24と同電位となる。   Unlike the open-type case 700, the sealed case 800 stores the sample 23. The sealed case 800 has a sealed space inside. The sealed case 800 has an upper surface portion 801 that has the same function as the shield electrode 51, and a side surface portion 802 that has the same function as the wiring 53. Specifically, the upper surface portion 801 is electrically connected to the sample stage 24 via the side surface portion 802. As a result, the upper surface portion 801 has the same potential as the sample table 24.

上面部801に開口部を設け、導電薄膜803を用いて開口部を塞ぐことにより、密閉型ケース800の内部に密閉空間を実現する。導電薄膜803を種々選択することにより、一次電子、反射電子、電磁波等を、導電薄膜803を介して、透過させる。また、開口部は平坦となるので、試料台24を移動させても、電位板22及び試料台24から構成される静電レンズの形状は変わらず、その結果、電位板22と上面部801との間の軸合わせは不要となる。   By providing an opening in the upper surface portion 801 and closing the opening using the conductive thin film 803, a sealed space is realized in the sealed case 800. By selecting the conductive thin film 803 variously, primary electrons, reflected electrons, electromagnetic waves, and the like are transmitted through the conductive thin film 803. Since the opening is flat, even if the sample stage 24 is moved, the shape of the electrostatic lens composed of the potential plate 22 and the sample stage 24 does not change. As a result, the potential plate 22 and the upper surface 801 Axis alignment between the two is unnecessary.

密閉型ケース800の内部には、その密閉性により、ガスまたは液体を導入することができる。このため、試料23としては、液体、生物、細胞等、高真空では観察不可能であったものも、取り扱うことが可能となる。   Gas or liquid can be introduced into the sealed case 800 due to its sealing property. For this reason, as the sample 23, it is possible to handle liquids, organisms, cells, and the like that cannot be observed under high vacuum.

密閉型ケース800も、開放型ケース700と同様、留め具等を用いて試料台24に固定されてもよい。また、上部と下部とに分離可能とし、SEMの外部で高さ調整を簡単に行えるようにしてもよい。調整後、試料台24上に配置するようにすれば、試料23と上面部801との距離を容易に調整可能となる。   The sealed case 800 may also be fixed to the sample stage 24 using a fastener or the like, like the open type case 700. Alternatively, the upper part and the lower part can be separated so that the height can be easily adjusted outside the SEM. If it is arranged on the sample stage 24 after the adjustment, the distance between the sample 23 and the upper surface portion 801 can be easily adjusted.

導電薄膜803と上面部801とはできるだけ同一面にするのが好ましい。このことによって、試料台24を動かした場合にも、電位板との間の電界を乱れないようにできる。導電薄膜803は30nmから1μm程度のもので、有機薄膜、カーボン薄膜、金属薄膜、SiN、SiC、ポリイミド、グラフェン、酸化シリコンなどを用いることができる。導電薄膜803は薄いので、光やX線などの電磁波を通過させることができる。従って、図3、図4、図5のように第1の検出器19、20と第2の検出器110、210、610、410を同様に配置して信号電子21と電磁波121、321及び光を同時に検出することができる。   It is preferable that the conductive thin film 803 and the upper surface portion 801 be as flush as possible. Thus, even when the sample stage 24 is moved, the electric field between the potential plate and the electric potential plate can be prevented from being disturbed. The conductive thin film 803 has a thickness of about 30 nm to 1 μm, and an organic thin film, a carbon thin film, a metal thin film, SiN, SiC, polyimide, graphene, silicon oxide, or the like can be used. Since the conductive thin film 803 is thin, electromagnetic waves such as light and X-rays can pass therethrough. Accordingly, the first detectors 19 and 20 and the second detectors 110, 210, 610, and 410 are similarly arranged as shown in FIGS. 3, 4, and 5, and the signal electrons 21, the electromagnetic waves 121, 321 and the light are arranged. Can be detected simultaneously.

密閉型ケース800には、真空にすると蒸発して形が変形してしまうような試料を収納することができる。例えば、生物や液体中にある試料などに適している。密閉型ケース800内に高さ調整用の台を置き、液中の試料を導電薄膜803に接するようにしてもよい。導電薄膜803と試料23との間にガスがあるように設置してもよい。ガスは大気、ヘリウム、水素、窒素、アルゴンなどでもよい。圧力は大気圧でも減圧してもよい。密閉型ケース800はOリングなどでガスが漏れないようにする。   The sealed case 800 can store a sample that evaporates and deforms when evacuated. For example, it is suitable for organisms and samples in liquids. A height adjustment base may be placed in the sealed case 800 so that the sample in the liquid is in contact with the conductive thin film 803. You may install so that gas may exist between the conductive thin film 803 and the sample 23. FIG. The gas may be air, helium, hydrogen, nitrogen, argon or the like. The pressure may be atmospheric or reduced. The sealed case 800 is made to prevent gas from leaking through an O-ring or the like.

密閉型ケース800に排気口を設けてもよいし、蓋をするときに外気を減圧して密閉してもよい。ガスを封入するようにして密閉してもよい。   The sealed case 800 may be provided with an exhaust port, or when the lid is covered, the outside air may be decompressed and sealed. You may seal so that gas may be enclosed.

なお、本発明の実施形態7のSEMでも、本発明の実施形態1のSEMとは異なり、絶縁板25と絶縁材31とが一体化された絶縁部810を備えている点についても留意すべきである。ただし、本発明の実施形態6のSEMとは異なり、絶縁板25に相当する部分が、本発明の実施形態1と同様、装置外部に向けて延在する点に留意すべきである。これにより、試料台24の絶縁耐圧の向上が図られている。   It should be noted that the SEM according to the seventh embodiment of the present invention also includes the insulating portion 810 in which the insulating plate 25 and the insulating material 31 are integrated, unlike the SEM according to the first embodiment of the present invention. It is. However, it should be noted that, unlike the SEM of the sixth embodiment of the present invention, the portion corresponding to the insulating plate 25 extends toward the outside of the apparatus, as in the first embodiment of the present invention. Thereby, the withstand voltage of the sample stage 24 is improved.

[実施形態8]
図8は、本発明の実施形態8に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1〜7と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 8]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of the device configuration of the SEM according to the eighth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those in the first to seventh embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態8のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、試料23を、試料台24上に載置することに代えて、電位板22上に載置した点である。つまり、本発明の実施形態8のSEMは、試料23を載置する試料台として、電位板22を用いたものである。   The difference between the SEM of Embodiment 8 of the present invention and the SEM of Embodiment 1 of the present invention is that the sample 23 is placed on the potential plate 22 instead of being placed on the sample stage 24. is there. That is, the SEM of the eighth embodiment of the present invention uses the potential plate 22 as a sample stage on which the sample 23 is placed.

図8に示すように、試料23は、電位板22上に配置された試料台座904上に載置されている。上部対物レンズ18の磁極(例えば接地電位、または電位を与える)18dは、電位板22と同一の機能を担うものである。シールド電極900は、配線903を介して、試料台としての電位板22と電気的に接続される。この接続により、シールド電極900と電位板22とが同電位となる。   As shown in FIG. 8, the sample 23 is placed on a sample base 904 disposed on the potential plate 22. A magnetic pole (for example, a ground potential or a potential) 18 d of the upper objective lens 18 has the same function as the potential plate 22. The shield electrode 900 is electrically connected to the potential plate 22 as a sample stage via a wiring 903. With this connection, the shield electrode 900 and the potential plate 22 have the same potential.

試料台座904は、試料23とシールド電極900との距離を調整するためのものである。試料台座904の高さを調整することにより、試料23とシールド電極900との距離を調整することができる。   The sample base 904 is for adjusting the distance between the sample 23 and the shield electrode 900. By adjusting the height of the sample base 904, the distance between the sample 23 and the shield electrode 900 can be adjusted.

シールド電極900は、シールド電極900をXYZ方向に移動させるシールド電極移動機構901に接続されている。シールド電極移動機構901は上述の実施形態1の移動機構と同様の機能も備えるものであることから、ここでは、説明を省略する。   The shield electrode 900 is connected to a shield electrode moving mechanism 901 that moves the shield electrode 900 in the XYZ directions. Since the shield electrode moving mechanism 901 also has the same function as the moving mechanism of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.

なお、図8のSEMでは、上部対物レンズ18としてシュノーケルレンズを用いる。信号電子21は、上部対物レンズ18の中を進んでいき、上部対物レンズ18の中や上部に配置された検出器に検出される。   In the SEM of FIG. 8, a snorkel lens is used as the upper objective lens 18. The signal electrons 21 travel through the upper objective lens 18 and are detected by a detector arranged in or on the upper objective lens 18.

本発明は、荷電粒子線装置であるEPMA、電子ビーム溶接機、電子線描画装置、及びイオンビーム顕微鏡などに容易に適用できることが理解できる。たとえば、荷電粒子線装置の一種であるミラー電子顕微鏡の対物レンズに下部対物レンズ26を用いることができる。試料23に一次電子線12の加速電圧よりもわずかに大きい負の電位を与え、一次電子線12を試料23に当てず、反射させる。この場合、信号電子21は一次電子線12が反射されたものとなる。試料表面の微小な凹凸や電位分布の情報を得ることができる。また、移動機構を備えたシールド電極51を配置し、位置を調整できるようにしてもよい。シールド電極51に電位を与え、試料23との電位差を調整できるようにしてもよい。   It can be understood that the present invention can be easily applied to EPMA, which is a charged particle beam apparatus, an electron beam welding machine, an electron beam drawing apparatus, and an ion beam microscope. For example, the lower objective lens 26 can be used as an objective lens of a mirror electron microscope which is a kind of charged particle beam apparatus. A negative potential slightly higher than the acceleration voltage of the primary electron beam 12 is applied to the sample 23, and the primary electron beam 12 is not applied to the sample 23 and reflected. In this case, the signal electrons 21 are reflected from the primary electron beam 12. Information on minute irregularities and potential distribution on the sample surface can be obtained. Further, a shield electrode 51 having a moving mechanism may be arranged so that the position can be adjusted. A potential may be applied to the shield electrode 51 so that the potential difference from the sample 23 can be adjusted.

[実施形態9]
図9は、本発明の実施形態9に係るSEMの装置構成の概要例を示す断面図である。以下、本発明の実施形態1〜7と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Embodiment 9]
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic example of an apparatus configuration of an SEM according to the ninth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those in the first to seventh embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本発明の実施形態9のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、EDX分析用の第2の検出器210及びWDX分析用の第2の検出器610が設けられた点である。EDX分析用の第2の検出器210及びWDX分析用の第2の検出器610については、本発明の実施形態4と同様の部分であるので、ここでは説明を行わない。   The difference between the SEM of the ninth embodiment of the present invention and the SEM of the first embodiment of the present invention is that a second detector 210 for EDX analysis and a second detector 610 for WDX analysis are provided. is there. Since the second detector 210 for EDX analysis and the second detector 610 for WDX analysis are the same as those in the fourth embodiment of the present invention, they will not be described here.

なお、図9には、図1等に記載された電位板22及びシールド電極51が記載されてはいない。しかしながら、図9に示したSEMに図1等に記載された電位板22及びシールド電極51が設けられても良いことは言うまでもない。   Note that FIG. 9 does not show the potential plate 22 and the shield electrode 51 described in FIG. However, it goes without saying that the SEM shown in FIG. 9 may be provided with the potential plate 22 and the shield electrode 51 described in FIG.

また、本発明の実施形態9のSEMと本発明の実施形態1のSEMとで異なる点は、走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope、以下、「SPM」と称する。)500及びマニピュレータ504が設けられた点である。   The difference between the SEM of the ninth embodiment of the present invention and the SEM of the first embodiment of the present invention is that a scanning probe microscope (hereinafter referred to as “SPM”) 500 and a manipulator 504 are provided. It is a point.

まず、SPM500の構成及びその機能について説明する。   First, the configuration and function of the SPM 500 will be described.

SPM500は、上部装置71と下部対物レンズ26との間に配置される。また、SPM500は、図1に示した電位板ステージ61上に配置されても良い。さらに、SPM500は、下部対物レンズ26の上部に配置されても良い。   The SPM 500 is disposed between the upper device 71 and the lower objective lens 26. Further, the SPM 500 may be disposed on the potential plate stage 61 shown in FIG. Further, the SPM 500 may be disposed on the lower objective lens 26.

SPM500は、カンチレバー(板バネ)501と、SPM用検出器502と、SPM用レーザ503を有する。カンチレバー501の先端には探針(SPM探針)501aが設けられている。SPM500は、探針501aと試料23との間に加わる力の変化をカンチレバー501のたわみや振動の変化量として検知する。この変化量の検知は、SPM用検出器502がSPM用レーザ503から出射されるレーザ光を検知することにより行われる。SPM500、試料23又は試料台24には、XYZの各方向に伸縮可能な圧電素子が設けられている。圧電素子によって、SPM500、試料23又は試料台24は、XYZ方向に移動可能である。   The SPM 500 includes a cantilever (plate spring) 501, an SPM detector 502, and an SPM laser 503. A probe (SPM probe) 501 a is provided at the tip of the cantilever 501. The SPM 500 detects a change in force applied between the probe 501a and the sample 23 as a change amount of deflection or vibration of the cantilever 501. The amount of change is detected when the SPM detector 502 detects the laser beam emitted from the SPM laser 503. The SPM 500, the sample 23, or the sample stage 24 is provided with a piezoelectric element that can be expanded and contracted in each direction of XYZ. The SPM 500, the sample 23 or the sample stage 24 can be moved in the XYZ directions by the piezoelectric element.

また、焦点深度の合成(自動的に焦点位置を移動しながら複数枚の撮影をして、画像を合成することで被写界深度の深い画像を得る手法)の方法を利用した3次元画像を得ながら、カンチレバー501の探針501aを操作しても良い。   In addition, a three-dimensional image using a method of synthesizing depth of focus (a method of automatically capturing multiple images while moving the focal position and synthesizing images to obtain an image with a deep depth of field) The probe 501a of the cantilever 501 may be operated while obtaining it.

SPM500の移動範囲は狭い。このため、SPM500を用いた観察だけでは、試料23上においては、広範囲にわたり、目的の測定位置を探すことにはかなりの時間を要することが予想される。本実施形態のSEMでは、試料23のSEM像を、リアルタイムに、且つ、広範囲に、観察することができるので、SPM500の測定位置を素早く探し出すことができる。そして、カンチレバー501の先端にある探針501aを、第2XY方向ステージ調整部56c又は圧電素子によって、目的の測定位置に確実に設置することができる。   The movement range of the SPM 500 is narrow. For this reason, it is expected that it takes a considerable time to search for the target measurement position over a wide range on the sample 23 only by observation using the SPM 500. In the SEM of this embodiment, the SEM image of the sample 23 can be observed in real time and in a wide range, so that the measurement position of the SPM 500 can be quickly found. Then, the probe 501a at the tip of the cantilever 501 can be reliably installed at the target measurement position by the second XY direction stage adjustment unit 56c or the piezoelectric element.

また、上部対物レンズ18のみを使用し、試料23を観察する場合、上部対物レンズ18と試料23とを近づける必要がある。そのため、カンチレバー501のたわみや振動の変化量を検知する光学系(ここでは、SPM用検出器502及びSPM用レーザ503)を、上部対物レンズ18の直下に配置することが困難になることが予想される。   When only the upper objective lens 18 is used and the sample 23 is observed, it is necessary to bring the upper objective lens 18 and the sample 23 closer to each other. Therefore, it is expected that it will be difficult to dispose the optical system (here, the SPM detector 502 and the SPM laser 503) that detects the deflection or vibration variation of the cantilever 501 directly below the upper objective lens 18. Is done.

また、歪抵抗を有する自己検知型カンチレバーを用いれば、上述の光学系は不要とはなるものの、そもそも、カンチレバー501を操作させるためには、上部対物レンズ18と試料23との間にカンチレバー部を入れる必要がある。   In addition, if a self-detecting cantilever having strain resistance is used, the above-described optical system becomes unnecessary, but in order to operate the cantilever 501, a cantilever portion is provided between the upper objective lens 18 and the sample 23 in the first place. It is necessary to put in.

このように、上部対物レンズ18のみを使用する場合、試料23を上部対物レンズ18から離間させて(ワーキングディスタンスを大きくして)、試料23の観察を行う必要がある。ワーキングディスタンスの拡大は、SEMの分解能を低下させるものである。本実施形態のSEMでは、上部対物レンズ18に加え、下部対物レンズ26も使用することにより、試料23の厚みがおよそ5mm以下のものであれば、試料23を高分解能で観察しつつ、SPM500を使用して試料23を測定したり、操ったりすることが可能となる。   Thus, when only the upper objective lens 18 is used, it is necessary to observe the sample 23 by separating the sample 23 from the upper objective lens 18 (increasing the working distance). The expansion of the working distance reduces the resolution of the SEM. In the SEM of the present embodiment, by using the lower objective lens 26 in addition to the upper objective lens 18, if the thickness of the sample 23 is approximately 5 mm or less, the SPM 500 is observed while observing the sample 23 with high resolution. It is possible to measure and manipulate the sample 23 by using it.

さらに、試料23を低倍率で観察する場合には、上部対物レンズ18を使用して一次電子線12を集束すれば良い。また、上部対物レンズ18及び下部対物レンズ26を使用して一次電子線12の開き角αの最適化を行うことも可能である。当然のことながら、ワーキングディスタンスを大きくしても、SEMの分解能の低下を回避することができるので、上述の光学系を上部対物レンズ18の直下に配置することが容易となる。   Further, when observing the sample 23 at a low magnification, the upper objective lens 18 may be used to focus the primary electron beam 12. It is also possible to optimize the opening angle α of the primary electron beam 12 using the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26. Naturally, even if the working distance is increased, it is possible to avoid a reduction in the resolution of the SEM, so that the above-described optical system can be easily disposed immediately below the upper objective lens 18.

次に、マニピュレータ504を用いた、試料23の測定及び試料23の操作について説明する。   Next, measurement of the sample 23 and operation of the sample 23 using the manipulator 504 will be described.

まず、試料23の測定について説明する。   First, the measurement of the sample 23 will be described.

図9には、1つのマニピュレータ504のみが示されているが、本実施形態のSEMは、複数のマニピュレータ504を備えていても良い。   Although only one manipulator 504 is shown in FIG. 9, the SEM of the present embodiment may include a plurality of manipulators 504.

マニピュレータ504の探針504aを試料23に接触させることにより、試料23の電気特性を計測することができる。計測可能な電気特性としては、例えば、試料23の抵抗値、試料23の導電率、試料23に流れる電流値、試料23に印加される印加電圧、試料23の絶縁性、試料23のシート抵抗が挙げられる。   By bringing the probe 504a of the manipulator 504 into contact with the sample 23, the electrical characteristics of the sample 23 can be measured. The electrical characteristics that can be measured include, for example, the resistance value of the sample 23, the conductivity of the sample 23, the current value flowing through the sample 23, the applied voltage applied to the sample 23, the insulation of the sample 23, and the sheet resistance of the sample 23. Can be mentioned.

また、マニピュレータ504を用いて、試料23に電子ビームを照射したときに流れる電流、すなわち電子線励起電流(EBIC)を測定することができる。本実施形態のSEMでは、測定された電子線励起電流を基に試料23の内部構造を画像化することも可能である。これにより、試料23の内部に形成されたp−n接合の可視化や、試料23の結晶欠陥の観察が可能となる。   Further, the manipulator 504 can be used to measure the current that flows when the sample 23 is irradiated with the electron beam, that is, the electron beam excitation current (EBIC). In the SEM of this embodiment, the internal structure of the sample 23 can be imaged based on the measured electron beam excitation current. This makes it possible to visualize the pn junction formed inside the sample 23 and observe the crystal defects of the sample 23.

さらに、電子ビームとマニピュレータ504の探針504aとの間を流れる吸収電流(電子線吸収電流(EBAC))を測定して試料23の局部抵抗を測定することも可能である。   Further, the local resistance of the sample 23 can be measured by measuring an absorption current (electron beam absorption current (EBAC)) flowing between the electron beam and the probe 504a of the manipulator 504.

次に、試料23の操作について説明する。   Next, the operation of the sample 23 will be described.

マニピュレータ504の探針504aを試料23に接触させることにより、試料23を操作することができる。様々な形状の探針504aを用意し、試料23の一部を操作、加工(切断、剥離、穿孔、移動、接合)することができる。例えば、探針504aを用いて、試料23の一部をつかみ、移動させ、試料23の別の位置に接合させることができる。また、試料23の引張り測定、応力測定も可能になる。   The sample 23 can be manipulated by bringing the probe 504 a of the manipulator 504 into contact with the sample 23. Various shapes of the probe 504a are prepared, and a part of the sample 23 can be manipulated and processed (cut, peeled, punched, moved, joined). For example, by using the probe 504 a, a part of the sample 23 can be grasped, moved, and joined to another position of the sample 23. Further, the tensile measurement and stress measurement of the sample 23 can be performed.

マニピュレータ504にガス又は液体を供給する機構を設けても良い。その機構から供給されるガス又は液体を探針504aから試料23に供給することにより、試料23の表面に薄膜を堆積する、試料23の表面にマーキングする、試料23の表面をエッチングする、試料23の表面で化学反応を起こす、といったことが可能となる。   A mechanism for supplying gas or liquid to the manipulator 504 may be provided. A gas or liquid supplied from the mechanism is supplied from the probe 504a to the sample 23, thereby depositing a thin film on the surface of the sample 23, marking on the surface of the sample 23, etching the surface of the sample 23, sample 23 It is possible to cause a chemical reaction on the surface of the material.

さらに、探針504aに、加熱機構や、高周波振動可能なカッターを設けることにより、試料23を用いて行う実験のバリエーションを増やすことができる。   Furthermore, by providing the probe 504a with a heating mechanism and a cutter capable of high-frequency vibration, variations in experiments performed using the sample 23 can be increased.

なお、リターディングする場合には、探針504aをマニピュレータ504から絶縁することが好ましい。   In the case of retarding, the probe 504a is preferably insulated from the manipulator 504.

本実施形態のSEMには、図9に示したとおり、加熱用レーザ601、集束イオンビーム(FIB)602、物理蒸着装置(PVD)603及び光学カメラ604がさらに設けられている。   As shown in FIG. 9, the SEM of this embodiment is further provided with a heating laser 601, a focused ion beam (FIB) 602, a physical vapor deposition apparatus (PVD) 603, and an optical camera 604.

加熱用レーザ601は、試料23にレーザ光を照射することにより、試料23を加熱したり、試料23の一部を昇華・蒸発させたりするものである。本実施形態のSEMでは、レーザ光照射による試料23の状態変化を、リアルタイムで、且つ、高分解能で、観察することができる。加熱用レーザ601は、図4に示された、ポリキャピラリ617の位置に配置してもよい。また、加熱用レーザ601は、リターディングした状態で使用することも可能である。さらに、加熱用レーザ601の放出口は、上部装置71と下部対物レンズ26との間に配置することが好ましい。   The heating laser 601 is for heating the sample 23 or sublimating / evaporating a part of the sample 23 by irradiating the sample 23 with laser light. In the SEM of this embodiment, the state change of the sample 23 caused by laser light irradiation can be observed in real time and with high resolution. The heating laser 601 may be disposed at the position of the polycapillary 617 shown in FIG. Further, the heating laser 601 can be used in a retarded state. Furthermore, it is preferable to arrange the emission port of the heating laser 601 between the upper device 71 and the lower objective lens 26.

集束イオンビーム602は、試料23に細く絞ったイオンを照射することにより、試料23を切削・加工するものである。本実施形態のSEMでは、集束イオンビーム602を用いて、試料23を切削・加工することができる。下部対物レンズ26を使用する場合であれば、集束イオンビーム602の鏡筒を上部対物レンズ18と干渉させることなく、試料23の近傍に配置することができる。   The focused ion beam 602 cuts and processes the sample 23 by irradiating the sample 23 with finely focused ions. In the SEM of the present embodiment, the sample 23 can be cut and processed using the focused ion beam 602. If the lower objective lens 26 is used, the lens barrel of the focused ion beam 602 can be disposed in the vicinity of the sample 23 without interfering with the upper objective lens 18.

物理蒸着装置603は、試料23の表面に金属等の薄膜を蒸着するものである。本実施形態のSEMでは、薄膜蒸着による試料23の状態変化を、リアルタイムで、且つ、高分解能で、観察することができる。   The physical vapor deposition device 603 deposits a thin film of metal or the like on the surface of the sample 23. In the SEM of this embodiment, the state change of the sample 23 due to thin film deposition can be observed in real time and with high resolution.

本実施形態のSEMでは、光学カメラ604を用いて、カンチレバー501及びマニピュレータ504の各位置を確認することも可能である。   In the SEM of the present embodiment, it is also possible to check the positions of the cantilever 501 and the manipulator 504 using the optical camera 604.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

例えば、SEMから電位板22を取り外してもよい。電位板22又はシールド電極51は必要に応じてSEMに取り付けられる。電位板22又はシールド電極51は、SEMへの取り付け及びSEMからの取り外しが可能である。リターディングをする場合であっても、電位板22及びシールド電極51を取り外してもよい。また、それらを取り付ける場合であれば、電位板22及びシールド電極51の各孔部が、マニピュレータ504の探針504a又はカンチレバー501より上方に位置するように配置すれば良い。   For example, the potential plate 22 may be removed from the SEM. The potential plate 22 or the shield electrode 51 is attached to the SEM as necessary. The potential plate 22 or the shield electrode 51 can be attached to and detached from the SEM. Even when retarding, the potential plate 22 and the shield electrode 51 may be removed. In the case of attaching them, the holes of the potential plate 22 and the shield electrode 51 may be arranged so as to be positioned above the probe 504a or the cantilever 501 of the manipulator 504.

電位板22及びシールド電極51の形状は、一次電子線12の光軸に対して回転対称であればよく、板状に限られるものではない。例えばリング形状でもよいし、下に凸の円錐形状で先端に孔を有するものでもよい。試料23に対する処理を行うための空間が確保されるように、上記試料の上部における、電位板22及びシールド電極51の配置構成が決定される。   The shape of the potential plate 22 and the shield electrode 51 may be rotationally symmetric with respect to the optical axis of the primary electron beam 12, and is not limited to a plate shape. For example, a ring shape may be sufficient, and the thing which has a hole at the front-end | tip by the cone shape convex downward may be sufficient. The arrangement configuration of the potential plate 22 and the shield electrode 51 in the upper part of the sample is determined so that a space for processing the sample 23 is secured.

また、試料23は、上部装置71から20mm以上、好ましくは30mm以上、より好ましくは40mm以上離すことが好ましい。   The sample 23 is preferably separated from the upper device 71 by 20 mm or more, preferably 30 mm or more, more preferably 40 mm or more.

また、試料23を低倍率で観察する場合には、上部対物レンズ18を用いて一次電子線12を集束させることが好ましい。一方、試料23を高倍率、高分解能で観察する場合には、下部対物レンズ26を使用することが好ましい。また、上部対物レンズ18及び下部対物レンズ26を同時に使用し、SEMの開き角αを最適化することが好ましい。   Further, when observing the sample 23 at a low magnification, it is preferable to focus the primary electron beam 12 using the upper objective lens 18. On the other hand, when the sample 23 is observed with high magnification and high resolution, it is preferable to use the lower objective lens 26. Further, it is preferable that the upper objective lens 18 and the lower objective lens 26 are simultaneously used to optimize the SEM opening angle α.

本発明の一態様に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、上記試料を載置する試料台と、上記荷電粒子線を通過させるシールド電極及び電位板とを備え、上記試料台側から、上記シールド電極及び電位板は、この順で配置されており、上記試料台と上記電位板との間には電位差が与えられ、上記シールド電極には、上記電位差により上記試料に生じる電界を緩和する電位が印加される。   A charged particle beam apparatus according to an aspect of the present invention mounts a charged particle source that emits a charged particle beam, an objective lens that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source onto the sample, and the sample. A sample stage, and a shield electrode and a potential plate that allow the charged particle beam to pass through.From the sample stage side, the shield electrode and the potential plate are arranged in this order, and the sample stage, the potential plate, A potential difference is applied between them, and a potential that relaxes the electric field generated in the sample due to the potential difference is applied to the shield electrode.

上記シールド電極及び電位板を移動させる移動機構を備えることが好ましい。   It is preferable to provide a moving mechanism for moving the shield electrode and the potential plate.

上記対物レンズは、上記試料に対して上記荷電粒子線が入射する側の反対側に配置された下部対物レンズを含むことが好ましい。   It is preferable that the objective lens includes a lower objective lens disposed on the opposite side to the side on which the charged particle beam is incident on the sample.

上記対物レンズは、上記試料に対して上記荷電粒子線が入射する側に配置された上部対物レンズを含み、上記上部対物レンズの強度を可変する上部対物レンズ電源と、上記下部対物レンズの強度を可変する下部対物レンズ電源とを備え、上記上部対物レンズ電源のみを用いるとき、上記試料は、上記上部対物レンズと上記下部対物レンズとの間に配置され、上記下部対物レンズ電源のみを用いるとき、上記下部対物レンズと測定試料面との距離が上記上部対物レンズと測定試料面との距離よりも近くされることが好ましい。   The objective lens includes an upper objective lens disposed on the side on which the charged particle beam is incident on the sample, and an upper objective power supply that varies the intensity of the upper objective lens, and an intensity of the lower objective lens. When using only the upper objective lens power source, the sample is disposed between the upper objective lens and the lower objective lens, and when using only the lower objective lens power source. It is preferable that the distance between the lower objective lens and the measurement sample surface is closer than the distance between the upper objective lens and the measurement sample surface.

上記シールド電極は、絶縁体を挟むようにして、上記電位板に接続され、上記シールド電極及び電位板は、それぞれ、上記荷電粒子線を通過させる開口部を有し、各開口部の中心軸同士は実質的に一致することが好ましい。   The shield electrode is connected to the potential plate so as to sandwich an insulator. The shield electrode and the potential plate each have an opening through which the charged particle beam passes, and the central axes of the openings are substantially the same. Preferably match.

上記電位板及び試料台を含む空間内にガスを導入することにより、上記試料の近傍に当該ガスを滞留させるガス導入機構を備えることが好ましい。   It is preferable to provide a gas introduction mechanism that retains the gas in the vicinity of the sample by introducing the gas into a space including the potential plate and the sample stage.

上記電位板の、上記シールド電極との対向面に、上記電位板の開口部を塞がないように配置され、上記試料から放出される信号電子または電磁波を検出する検出器を備えることが好ましい。   It is preferable that a detector for detecting signal electrons or electromagnetic waves emitted from the sample is provided on the surface of the potential plate facing the shield electrode so as not to block the opening of the potential plate.

上記シールド電極は、導電体を挟むようにして、上記試料台に接続され、且つ、上記導電体を介して、上記試料台と同電位となることが好ましい。   The shield electrode is preferably connected to the sample stage so as to sandwich a conductor, and has the same potential as the sample stage via the conductor.

上記シールド電極及び上記導電体は、上記試料を覆うようにして上記試料台に載置される試料ケースを構成することが好ましい。   The shield electrode and the conductor preferably constitute a sample case that is placed on the sample stage so as to cover the sample.

上記試料ケースは、密閉容器であり、上記シールド電極の開口部を塞ぐように薄膜部材が設けられており、上記薄膜部材は、上記荷電粒子線及び上記試料から放出される信号電子または電磁波を通過させる材料から構成されることが好ましい。   The sample case is a sealed container, and a thin film member is provided so as to block the opening of the shield electrode, and the thin film member passes the charged particle beam and signal electrons or electromagnetic waves emitted from the sample. It is preferable that it is comprised from the material to make.

上記電位板は、上記上部対物レンズの、上記シールド電極と対向する磁極であることが好ましい。   The potential plate is preferably a magnetic pole of the upper objective lens facing the shield electrode.

本発明の一態様に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、試料に対して上記荷電粒子線が入射する側の反対側に配置され、上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を上記試料に集束させる下部対物レンズと、上記試料を載置する試料台と、上記荷電粒子線を通過させるシールド電極及び電位板と、上記シールド電極及び電位板を移動させる移動機構と、上記電位板及び試料台を含む空間内にガスを導入することにより、上記試料の近傍に当該ガスを滞留させるガス導入機構とを備え、上記試料台側から、上記シールド電極及び電位板は、この順で配置されている。   A charged particle beam device according to one embodiment of the present invention is disposed on the opposite side of a charged particle beam that emits a charged particle beam and the side on which the charged particle beam is incident on a sample, and is emitted from the charged particle source. A lower objective lens that focuses the charged particle beam on the sample, a sample stage on which the sample is placed, a shield electrode and a potential plate that pass the charged particle beam, and a moving mechanism that moves the shield electrode and the potential plate And a gas introduction mechanism for retaining the gas in the vicinity of the sample by introducing a gas into a space including the potential plate and the sample stage. From the sample stage side, the shield electrode and the potential plate are Are arranged in this order.

上記下部対物レンズの上部に、上記試料に対する操作、加工又は測定のいずれか一つを少なくとも含む、上記試料に対する処理を行うための空間が確保されるように、上記試料の上部の配置構成が決定されることが好ましい。   The arrangement configuration of the upper portion of the sample is determined so that a space for performing processing on the sample including at least one of operation, processing, or measurement on the sample is secured on the lower objective lens. It is preferred that

本発明の一態様に係る走査電子顕微鏡は、上記荷電粒子線装置を備える。   The scanning electron microscope which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the said charged particle beam apparatus.

11 電子源(荷電粒子源)、12 一次電子線(荷電粒子線)、13 ウェーネルト電極、14 加速電源、14d アノード板、15 コンデンサレンズ、16 対物レンズ絞り、17 二段偏向コイル、17a 上段偏向コイル、17b 下段偏向コイル、18 上部対物レンズ、18b 外側磁極、18c 孔部、18d 磁極、19 二次電子検出器(第1の検出器)、20 検出器(第1の検出器)(半導体検出器、MCP検出器又はロビンソン検出器)、21 信号電子、21a 二次電子、21b 反射電子、22、422 電位板、23 試料、24 試料台、25 絶縁板、26 下部対物レンズ、26a 中心磁極、26b 上部磁極、26c 側面磁極、26d 下部磁極、26e コイル部、26f シール部、27 リターディング電源、28 電位板電源、29 試料台ステージ板、31 絶縁材、41 上部対物レンズ電源、42 下部対物レンズ電源、43 上段偏向電源、44 下段偏向電源、45 制御装置、51、900 シールド電極、52 絶縁碍子、53、903 配線、54a、54b、54c、54d、54e、54f 補正器、55 補正器電源、56a Z方向ステージ調整部、56b 第1XY方向ステージ調整部、56c 第2XY方向ステージ調整部、57 表示装置、58 ガス導入機構、60 真空壁、61 電位板ステージ、62 スライド板、65 マウント部、67 調整ボルト、71 上部装置、72 下部装置、110、210、410、610、820 第2の検出器(電磁波の検出器)、113 腕部、114 板状部、114a 孔部、120 X線検知部、121 特性X線、214 コリメータ、218 電位板固定部、220 X線検出素子、220a X線透過窓、310a 検出器本体、321 CL、411 光学レンズ、420 放物面鏡、420b 鏡面、500 SPM、501 カンチレバー、501a 探針(SPM探針)、502 SPM用検出器、503 SPM用レーザ、504 マニピュレータ、504a 探針、601 加熱用レーザ、602 集束イオンビーム、603 物理蒸着装置、604 光学カメラ、 617 ポリキャピラリ、700 開放型ケース、701、801 上面部、702、802 側面部、710、810 絶縁部、720 電位板に設けられた第1の検出器(半導体検出器、MCP検出器又はロビンソン検出器)、800 密閉型ケース、803 導電薄膜、901 シールド電極移動機構、904 試料台座   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Electron source (charged particle source), 12 Primary electron beam (charged particle beam), 13 Wehnelt electrode, 14 Acceleration power supply, 14d Anode plate, 15 Condenser lens, 16 Objective lens aperture, 17 Two-stage deflection coil, 17a Upper stage deflection coil 17b Lower deflection coil, 18 Upper objective lens, 18b Outer magnetic pole, 18c Hole, 18d Magnetic pole, 19 Secondary electron detector (first detector), 20 Detector (first detector) (semiconductor detector) , MCP detector or Robinson detector), 21 signal electrons, 21a secondary electrons, 21b reflected electrons, 22, 422 potential plates, 23 samples, 24 sample stands, 25 insulating plates, 26 lower objective lens, 26a central magnetic pole, 26b Upper magnetic pole, 26c Side magnetic pole, 26d Lower magnetic pole, 26e Coil part, 26f Seal part, 27 Retarding Source, 28 Potential plate power supply, 29 Sample stage stage plate, 31 Insulating material, 41 Upper objective lens power supply, 42 Lower objective lens power supply, 43 Upper deflection power supply, 44 Lower deflection power supply, 45 Controller, 51, 900 Shield electrode, 52 Insulator, 53, 903 wiring, 54a, 54b, 54c, 54d, 54e, 54f Corrector, 55 corrector power supply, 56a Z direction stage adjustment unit, 56b First XY direction stage adjustment unit, 56c Second XY direction stage adjustment unit, 57 display device, 58 gas introduction mechanism, 60 vacuum wall, 61 potential plate stage, 62 slide plate, 65 mounting portion, 67 adjustment bolt, 71 upper device, 72 lower device, 110, 210, 410, 610, 820 second Detector (electromagnetic wave detector), 113 arm, 114 plate-like part, 114a hole, 20 X-ray detection unit, 121 characteristic X-ray, 214 collimator, 218 potential plate fixing unit, 220 X-ray detection element, 220a X-ray transmission window, 310a detector body, 321 CL, 411 optical lens, 420 parabolic mirror, 420b Mirror surface, 500 SPM, 501 cantilever, 501a probe (SPM probe), 502 SPM detector, 503 SPM laser, 504 manipulator, 504a probe, 601 heating laser, 602 focused ion beam, 603 physical vapor deposition device , 604 optical camera, 617 polycapillary, 700 open-type case, 701, 801 top surface portion, 702, 802 side surface portion, 710, 810 insulation portion, 720 first detector (semiconductor detector, MCP) provided on the potential plate Detector or Robinson detector), 800 sealed case 803 Conductive thin film 901 Shield electrode moving mechanism 904 Sample base

Claims (13)

荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、
上記試料を載置する試料台と、
上記荷電粒子線を通過させるシールド電極及び電位板と、
上記シールド電極及び電位板を移動させる移動機構と、
上記シールド電極が有する、上記荷電粒子線を通過させる開口部の画像を表示する表示装置と
を備え、
上記試料台側から、上記シールド電極及び電位板は、この順で配置されており、
上記試料台と上記電位板との間には電位差が与えられ、
上記シールド電極には、上記電位差により上記試料に生じる電界を緩和する電位が印加されることを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source that emits a charged particle beam;
An objective lens that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source onto the sample;
A sample stage on which the sample is placed;
A shield electrode and a potential plate for passing the charged particle beam;
A moving mechanism for moving the shield electrode and the potential plate;
A display device that displays an image of an opening that allows the charged particle beam to pass through the shield electrode;
From the sample stage side, the shield electrode and the potential plate are arranged in this order,
A potential difference is given between the sample stage and the potential plate,
A charged particle beam device, wherein a potential that relaxes an electric field generated in the sample due to the potential difference is applied to the shield electrode.
荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、
上記試料を載置する試料台と、
上記荷電粒子線を通過させるシールド電極及び電位板と
を備え、
上記試料台側から、上記シールド電極及び電位板は、この順で配置されており、
上記試料台と上記電位板との間には電位差が与えられ、
上記シールド電極には、上記電位差により上記試料に生じる電界を緩和する電位が印加され、
上記対物レンズは、上記試料に対して上記荷電粒子線が入射する側の反対側に配置された下部対物レンズであることを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source that emits a charged particle beam;
An objective lens that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source onto the sample;
A sample stage on which the sample is placed;
A shield electrode that allows the charged particle beam to pass therethrough and a potential plate;
From the sample stage side, the shield electrode and the potential plate are arranged in this order,
A potential difference is given between the sample stage and the potential plate,
A potential that relaxes the electric field generated in the sample due to the potential difference is applied to the shield electrode,
The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the objective lens is a lower objective lens disposed on a side opposite to a side on which the charged particle beam is incident on the sample.
上記試料に対して上記荷電粒子線が入射する側に配置され、上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に集束させる上部対物レンズをさらに備え、
上記上部対物レンズの強度を可変する上部対物レンズ電源と、
上記下部対物レンズの強度を可変する下部対物レンズ電源と
を備え、
上記上部対物レンズ電源のみを用いるとき、上記試料は、上記上部対物レンズと上記下部対物レンズとの間に配置され、
上記下部対物レンズ電源のみを用いるとき、上記下部対物レンズと測定試料面との距離が上記上部対物レンズと測定試料面との距離よりも近くされることを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子線装置。
An upper objective lens that is arranged on the side where the charged particle beam is incident on the sample and focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source onto the sample;
An upper objective lens power source for varying the intensity of the upper objective lens;
A lower objective lens power source for varying the intensity of the lower objective lens,
When using only the upper objective power supply, the sample is placed between the upper objective lens and the lower objective lens,
3. The charging according to claim 2, wherein when only the lower objective lens power source is used, the distance between the lower objective lens and the measurement sample surface is made shorter than the distance between the upper objective lens and the measurement sample surface. Particle beam device.
上記電位板は、上記荷電粒子線を通過させる開口部を有し、
上記電位板の開口部は、上記下部対物レンズに最近接した位置にあり、
上記電位板に絶縁体が接続され、当該絶縁に上記シールド電極が接続され、
上記シールド電極と、上記電位板の、上記絶縁体が接続された箇所との距離は、上記シールド電極と、上記電位板の開口部との距離よりも離れており、
上記シールド電極及び上記電位板の各開口部の中心軸同士は実質的に一致することを特徴とする請求項2又は3に記載の荷電粒子線装置。
The potential plate has an opening through which the charged particle beam passes,
The opening of the potential plate is at a position closest to the lower objective lens,
Insulator is connected to the potential plate, the shield electrode is connected to the insulator,
The distance between the shield electrode and the potential plate where the insulator is connected is greater than the distance between the shield electrode and the opening of the potential plate.
The charged particle beam apparatus according to claim 2 or 3 , wherein the central axes of the openings of the shield electrode and the potential plate substantially coincide with each other.
上記電位板から上記上部対物レンズ側の空間である上部空間と、
上記電位板から上記試料側の空間である下部空間と、
上記上部空間と上記下部空間とを真空的に分離する機構と、
上記下部空間にガスを導入することにより、上記試料の近傍に当該ガスを滞留させるガス導入機構と
を備えることを特徴とする請求項に記載の荷電粒子線装置。
An upper space which is a space on the upper objective lens side from the potential plate;
A lower space which is a space on the sample side from the potential plate;
A mechanism for vacuum-separating the upper space and the lower space;
The charged particle beam apparatus according to claim 3 , further comprising a gas introduction mechanism that retains the gas in the vicinity of the sample by introducing the gas into the lower space.
上記電位板の、上記シールド電極との対向面に、上記電位板の開口部を塞がないように配置され、上記試料から放出される信号電子または電磁波を検出する検出器を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の荷電粒子線装置。 It is disposed on the surface of the potential plate facing the shield electrode so as not to block the opening of the potential plate, and includes a detector for detecting signal electrons or electromagnetic waves emitted from the sample. The charged particle beam apparatus according to any one of claims 1 to 4 . 上記シールド電極は、上記試料台に接続された導電体に接続されることを特徴とする請求項2、及びのいずれか1項に記載の荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to any one of claims 2, 3 , 5, and 6 , wherein the shield electrode is connected to a conductor connected to the sample stage. 上記シールド電極及び上記導電体は、上記試料を覆うようにして上記試料台に載置される試料ケースを構成することを特徴とする請求項に記載の荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 7 , wherein the shield electrode and the conductor constitute a sample case placed on the sample stage so as to cover the sample. 上記試料ケースは、密閉容器であり、
上記シールド電極の開口部を塞ぐように薄膜部材が設けられており、
上記薄膜部材は、上記荷電粒子線及び上記試料から放出される信号電子または電磁波を通過させる材料から構成されることを特徴とする請求項に記載の荷電粒子線装置。
The sample case is a sealed container,
A thin film member is provided so as to close the opening of the shield electrode,
9. The charged particle beam apparatus according to claim 8 , wherein the thin film member is made of a material that allows the signal electrons or electromagnetic waves emitted from the charged particle beam and the sample to pass therethrough.
上記電位板は、上記上部対物レンズの、上記シールド電極と対向する磁極であることを特徴とする請求項に記載の荷電粒子線装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 3 , wherein the potential plate is a magnetic pole of the upper objective lens facing the shield electrode. 上記下部対物レンズの上部に、上記試料に対する操作、加工又は測定のいずれか一つを少なくとも含む、上記試料に対する処理を行うための空間が確保されるように、上記試料の上部の配置構成が決定されることを特徴とする請求項2、及びのいずれか1項に記載の荷電粒子線装置。 The arrangement configuration of the upper portion of the sample is determined so that a space for performing processing on the sample including at least one of operation, processing, or measurement on the sample is secured on the lower objective lens. The charged particle beam device according to any one of claims 2, 3, and 5 , wherein 荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
上記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、
上記試料を載置する試料台と、
上記荷電粒子線を通過させるシールド電極及び電位板と
を備え、
上記試料台側から、上記シールド電極及び電位板は、この順で配置されており、
上記試料台と上記電位板との間には電位差が与えられ、
上記シールド電極には、上記電位差により上記試料に生じる電界を緩和する電位が印加され、
上記対物レンズは、
上記試料に対して上記荷電粒子線が入射する側の反対側に配置された下部対物レンズと、
上記対物レンズとは別の、上記試料に対して上記荷電粒子線が入射する側に配置された上部対物レンズとを含み、
上記上部対物レンズの下部に配置され、上記試料に上記荷電粒子線が照射されて上記試料から放出する信号電子を検出する検出器をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source that emits a charged particle beam;
An objective lens that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source onto the sample;
A sample stage on which the sample is placed;
A shield electrode that allows the charged particle beam to pass therethrough and a potential plate;
From the sample stage side, the shield electrode and the potential plate are arranged in this order,
A potential difference is given between the sample stage and the potential plate,
A potential that relaxes the electric field generated in the sample due to the potential difference is applied to the shield electrode,
The objective lens is
A lower objective lens disposed on the opposite side of the charged particle beam to the sample;
An upper objective lens disposed on the side on which the charged particle beam is incident on the sample, different from the objective lens,
A charged particle beam apparatus, further comprising a detector that is disposed below the upper objective lens and detects signal electrons emitted from the sample when the charged particle beam is irradiated on the sample.
請求項1から12のいずれか1項に記載の荷電粒子線装置を備える、走査電子顕微鏡。 A scanning electron microscope comprising the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 12 .
JP2018531914A 2016-08-02 2017-08-01 Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope Active JP6591681B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016152199 2016-08-02
JP2016152199 2016-08-02
PCT/JP2017/027864 WO2018025849A1 (en) 2016-08-02 2017-08-01 Charged particle beam device and scanning electron microscope

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019169627A Division JP7182281B2 (en) 2016-08-02 2019-09-18 Charged particle beam device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018025849A1 JPWO2018025849A1 (en) 2019-06-13
JP6591681B2 true JP6591681B2 (en) 2019-10-16

Family

ID=61073451

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018531914A Active JP6591681B2 (en) 2016-08-02 2017-08-01 Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope
JP2019169627A Active JP7182281B2 (en) 2016-08-02 2019-09-18 Charged particle beam device
JP2022149445A Active JP7302916B2 (en) 2016-08-02 2022-09-20 Charged particle beam device

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019169627A Active JP7182281B2 (en) 2016-08-02 2019-09-18 Charged particle beam device
JP2022149445A Active JP7302916B2 (en) 2016-08-02 2022-09-20 Charged particle beam device

Country Status (2)

Country Link
JP (3) JP6591681B2 (en)
WO (1) WO2018025849A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022058424A1 (en) * 2020-09-17 2022-03-24 Carl Zeiss Smt Gmbh Apparatus for analysing and/or processing a sample with a particle beam and method

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019212766A (en) * 2018-06-05 2019-12-12 株式会社ニューフレアテクノロジー Charged particle beam drawing device and charged particle beam drawing method
JP7072457B2 (en) * 2018-07-12 2022-05-20 株式会社堀場製作所 Sample analyzer, electron microscope, and condensing mirror unit
WO2020141091A2 (en) * 2018-12-31 2020-07-09 Asml Netherlands B.V. Apparatus for obtaining optical measurements in a charged particle apparatus
JP7306955B2 (en) * 2019-10-18 2023-07-11 株式会社巴川製紙所 Carbon film for electron beam equipment
JP7294981B2 (en) * 2019-10-18 2023-06-20 株式会社荏原製作所 Electron beam device and electrode
EP3823004A3 (en) * 2019-10-23 2021-07-07 Gatan Inc. System and method for alignment of cathodoluminescence optics
US11335608B2 (en) * 2020-04-15 2022-05-17 Kla Corporation Electron beam system for inspection and review of 3D devices
US11239043B2 (en) * 2020-05-19 2022-02-01 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Charged particle beam device and method for inspecting and/or imaging a sample
CN114646995A (en) 2020-12-17 2022-06-21 清华大学 Electron beam detection device and detection method
CN114646689A (en) 2020-12-17 2022-06-21 清华大学 Secondary electron probe and secondary electron detector
CN114644335B (en) * 2020-12-17 2023-07-18 清华大学 Electron black body cavity and secondary electron detection device
DE102020134488A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Helmut Fischer GmbH Institut für Elektronik und Messtechnik X-ray source and method of operation therefor
JP2024089039A (en) * 2022-12-21 2024-07-03 株式会社ニューフレアテクノロジー Inspection device for electron beam mask

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5237947B2 (en) * 1974-02-22 1977-09-26
JPH0374035A (en) * 1988-09-28 1991-03-28 Anelva Corp Electron beam device
US4933552A (en) * 1988-10-06 1990-06-12 International Business Machines Corporation Inspection system utilizing retarding field back scattered electron collection
JPH04318403A (en) * 1991-04-17 1992-11-10 Hitachi Constr Mach Co Ltd Combination type scanning tunnel microscope
JPH06181041A (en) * 1992-12-15 1994-06-28 Hitachi Ltd Scanning electron microscope
JPH09222738A (en) * 1996-02-16 1997-08-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Changed particle beam device
JPH10154481A (en) * 1997-11-27 1998-06-09 Hitachi Ltd Scanning microscope applied device
JP3661592B2 (en) * 1998-03-27 2005-06-15 株式会社日立製作所 Pattern inspection device
JP3712559B2 (en) * 1999-03-26 2005-11-02 日本電子株式会社 Cathode lens
US6452175B1 (en) * 1999-04-15 2002-09-17 Applied Materials, Inc. Column for charged particle beam device
SG102573A1 (en) 2000-05-04 2004-03-26 Univ Singapore A lens for a scanning electron microscope
JP2003123679A (en) * 2001-10-15 2003-04-25 Ebara Corp Electron beam equipment and device-manufacturing method using same electron beam equipment
JP2004363085A (en) * 2003-05-09 2004-12-24 Ebara Corp Inspection apparatus by charged particle beam and method for manufacturing device using inspection apparatus
JP4519567B2 (en) * 2004-08-11 2010-08-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ Scanning electron microscope and sample observation method using the same
JP4686385B2 (en) * 2006-03-14 2011-05-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ Scanning electron microscope
JP2007265931A (en) * 2006-03-30 2007-10-11 Hitachi High-Technologies Corp Inspection device and inspection method
EP2002459B1 (en) * 2006-03-31 2014-11-26 Fei Company Improved detector for charged particle beam instrument
DE102006043895B9 (en) * 2006-09-19 2012-02-09 Carl Zeiss Nts Gmbh Electron microscope for inspecting and processing an object with miniaturized structures
JP6282030B2 (en) * 2012-10-12 2018-02-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ Ion beam equipment
JP6132907B2 (en) * 2013-05-14 2017-05-24 株式会社日立製作所 Specimen holder and focused ion beam processing apparatus having the same
WO2016117099A1 (en) * 2015-01-23 2016-07-28 株式会社 日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device, charged particle beam device optical element, and charged particle beam device member production method
US9601303B2 (en) * 2015-08-12 2017-03-21 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Charged particle beam device and method for inspecting and/or imaging a sample

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022058424A1 (en) * 2020-09-17 2022-03-24 Carl Zeiss Smt Gmbh Apparatus for analysing and/or processing a sample with a particle beam and method
JP7546153B2 (en) 2020-09-17 2024-09-05 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Apparatus and method for analyzing and/or processing a sample with a particle beam - Patents.com

Also Published As

Publication number Publication date
JP7302916B2 (en) 2023-07-04
JP7182281B2 (en) 2022-12-02
WO2018025849A1 (en) 2018-02-08
JPWO2018025849A1 (en) 2019-06-13
JP2022174283A (en) 2022-11-22
JP2020009779A (en) 2020-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6591681B2 (en) Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope
JP6626936B2 (en) Charged particle beam device and scanning electron microscope
US10541106B2 (en) Charged particle beam device and scanning electron microscope
US20130087704A1 (en) Gas field ionization ion source, scanning charged particle microscope, optical axis adjustment method and specimen observation method
JPWO2018179115A1 (en) Charged particle beam equipment
JP6204388B2 (en) Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope
JP6462729B2 (en) Charged particle beam apparatus and scanning electron microscope
JPH05266854A (en) Scanning electronic microscope and operation method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190118

A529 Written submission of copy of amendment under article 34 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A5211

Effective date: 20190118

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190118

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190820

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190918

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6591681

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250