JPH0234144B2 - - Google Patents
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- JPH0234144B2 JPH0234144B2 JP57030269A JP3026982A JPH0234144B2 JP H0234144 B2 JPH0234144 B2 JP H0234144B2 JP 57030269 A JP57030269 A JP 57030269A JP 3026982 A JP3026982 A JP 3026982A JP H0234144 B2 JPH0234144 B2 JP H0234144B2
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- JP
- Japan
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- objective lens
- particle beam
- charged particle
- scanning
- deflector
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は大型平面試料を任意の角度より高分解
能で観察可能にする走査電子顕微鏡等の電子光学
系に関するものである。
能で観察可能にする走査電子顕微鏡等の電子光学
系に関するものである。
一般に走査電子顕微鏡において、任意な角度か
らの試料像を観察する場合、試料室内に試料傾斜
及び若しくは回転機構をもつ試料ステージを組み
込んでいる。この様な傾斜ステージは試料が小さ
いときは何等問題がないが、半導体ウエハやIC
用マスクプレート等を観察する場合には種々な問
題を生ずる。即ち、第１に半導体ウエハ等は直径
が10cm以上あるので、これを所望の高角度に傾斜
するには機構があまりにも大型化し、高真空が要
求される試料室を著しく大きくしなければならな
くなる。第２に、その様な大型の傾斜装置を組み
込んだとしても、観察試料領域を固定した状態で
所望に傾斜角を変えることはできない。第３に高
い傾斜角を確保するには試料と対物レンズの距
離、つまりワーキングデイスタンスを長くせざる
を得ないので、高分解能走査像は観察できない。
らの試料像を観察する場合、試料室内に試料傾斜
及び若しくは回転機構をもつ試料ステージを組み
込んでいる。この様な傾斜ステージは試料が小さ
いときは何等問題がないが、半導体ウエハやIC
用マスクプレート等を観察する場合には種々な問
題を生ずる。即ち、第１に半導体ウエハ等は直径
が10cm以上あるので、これを所望の高角度に傾斜
するには機構があまりにも大型化し、高真空が要
求される試料室を著しく大きくしなければならな
くなる。第２に、その様な大型の傾斜装置を組み
込んだとしても、観察試料領域を固定した状態で
所望に傾斜角を変えることはできない。第３に高
い傾斜角を確保するには試料と対物レンズの距
離、つまりワーキングデイスタンスを長くせざる
を得ないので、高分解能走査像は観察できない。
上記の問題を解決しようとして試料上で一定角
度をもつて光軸が交叉する二つの電子光学カラム
を設け、選択的にいずれかのカラムを使用して試
料面の異つた角度の画像を得るようにした装置も
あるが、構造が大変複雑、大型化し、且つ極めて
高価になるという欠点の他に、両カラムは垂直線
に対し、傾斜して取付けねばならないので、傾斜
角が大きくなる程、その支持が厄介になり、機械
的精度の問題から電子光学系の性能低下は避けら
れない。更に充分に短いワーキングデイスタンス
が得られず高分解能観察は行えないという欠点を
有している。
度をもつて光軸が交叉する二つの電子光学カラム
を設け、選択的にいずれかのカラムを使用して試
料面の異つた角度の画像を得るようにした装置も
あるが、構造が大変複雑、大型化し、且つ極めて
高価になるという欠点の他に、両カラムは垂直線
に対し、傾斜して取付けねばならないので、傾斜
角が大きくなる程、その支持が厄介になり、機械
的精度の問題から電子光学系の性能低下は避けら
れない。更に充分に短いワーキングデイスタンス
が得られず高分解能観察は行えないという欠点を
有している。
本発明は上記従来例のもつ欠点を満足に解決し
得る電子光学系を提案することを目的とするもの
で、その構成は一次荷電粒子線発生源、該発生源
からの荷電粒子線を集束する集束レンズ、対物レ
ンズ及び前記一次荷電粒子線を試料上で走査する
ための偏向手段を備えた装置において、前記対物
レンズとして広角集束性を有する大口径レンズを
使用し、この対物レンズの上方に一次荷電粒子線
の軌道変更用偏向器を設置し、この偏向器及び前
記集束レンズを用いて前記対物レンズの所望軸外
の微小領域に、光軸に平行に一次荷電粒子線を入
射する如くなし、該対物レンズにより偏向・集束
された一次荷電粒子線を高傾斜角で試料上に投射
する走査電子顕微鏡等の電子光学系に特徴をもつ
ものである。
得る電子光学系を提案することを目的とするもの
で、その構成は一次荷電粒子線発生源、該発生源
からの荷電粒子線を集束する集束レンズ、対物レ
ンズ及び前記一次荷電粒子線を試料上で走査する
ための偏向手段を備えた装置において、前記対物
レンズとして広角集束性を有する大口径レンズを
使用し、この対物レンズの上方に一次荷電粒子線
の軌道変更用偏向器を設置し、この偏向器及び前
記集束レンズを用いて前記対物レンズの所望軸外
の微小領域に、光軸に平行に一次荷電粒子線を入
射する如くなし、該対物レンズにより偏向・集束
された一次荷電粒子線を高傾斜角で試料上に投射
する走査電子顕微鏡等の電子光学系に特徴をもつ
ものである。
以下図面に示した実施例に基づき説明する。第
１図は本発明の一実施例の構成概略図であり、１
は電子銃である。この電子銃を出た電子線は集束
レンズ２に入射し、その絞り３を通過した電子線
は集束され平行ビームEBとして取出される。こ
の集束レンズからの平行ビームは対物レンズ４に
入射し集束されて試料５上に微小スポツトとして
照射される。この対物レンズとしては広角集束性
を有する大口径のレンズが使用され、平行電子ビ
ームEBはこの大口径対物レンズ磁場の任意軸外
領域に入射させられる。このため、対物レンズの
上方には２段の軌道変更用偏向器６ａ，６ｂが置
かれ、平行ビームEBを図の如く大きく偏向し、
光軸Ｚに平行又は略平行にして対物レンズ４の軸
外に入射できるようになしてある。入射した平行
ビームは集束と同時に偏向され、試料５上に角θ
で投射されることになる。この角θは大きくでき
る方が好ましく、例えば45度を確保するには大口
径対物レンズの穴径はワーキングデイスタンスの
２倍以上にする必要がある。前記偏向器６ａと６
ｂは夫々Ｘ、Ｙ両方向に任意に偏向でき、又両者
は関連して制御され、従つて、平行ビームEBは
対物レンズ４の任意な位置に光軸Ｚと平行を保つ
たまま入射させられ、結果として試料５に照射さ
れる電子線の入射角θ及び方位角ψを任意に設定
することができる。この入射角θ及び方位角ψを
保つたまま試料上で電子線を２次元的に走査する
ために前記軌道変更用の偏向器６ａと同一位置に
走査用偏向コイル７が設置され、これに図示外の
水平、垂直走査電源より２次元的走査信号が供給
される。第２図はその走査の光学図を示すもの
で、中心ビームEB1に対し、二点鎖線EB2、点線
EB3の如く入射角及び方位角を略保つたまま走査
される。
１図は本発明の一実施例の構成概略図であり、１
は電子銃である。この電子銃を出た電子線は集束
レンズ２に入射し、その絞り３を通過した電子線
は集束され平行ビームEBとして取出される。こ
の集束レンズからの平行ビームは対物レンズ４に
入射し集束されて試料５上に微小スポツトとして
照射される。この対物レンズとしては広角集束性
を有する大口径のレンズが使用され、平行電子ビ
ームEBはこの大口径対物レンズ磁場の任意軸外
領域に入射させられる。このため、対物レンズの
上方には２段の軌道変更用偏向器６ａ，６ｂが置
かれ、平行ビームEBを図の如く大きく偏向し、
光軸Ｚに平行又は略平行にして対物レンズ４の軸
外に入射できるようになしてある。入射した平行
ビームは集束と同時に偏向され、試料５上に角θ
で投射されることになる。この角θは大きくでき
る方が好ましく、例えば45度を確保するには大口
径対物レンズの穴径はワーキングデイスタンスの
２倍以上にする必要がある。前記偏向器６ａと６
ｂは夫々Ｘ、Ｙ両方向に任意に偏向でき、又両者
は関連して制御され、従つて、平行ビームEBは
対物レンズ４の任意な位置に光軸Ｚと平行を保つ
たまま入射させられ、結果として試料５に照射さ
れる電子線の入射角θ及び方位角ψを任意に設定
することができる。この入射角θ及び方位角ψを
保つたまま試料上で電子線を２次元的に走査する
ために前記軌道変更用の偏向器６ａと同一位置に
走査用偏向コイル７が設置され、これに図示外の
水平、垂直走査電源より２次元的走査信号が供給
される。第２図はその走査の光学図を示すもの
で、中心ビームEB1に対し、二点鎖線EB2、点線
EB3の如く入射角及び方位角を略保つたまま走査
される。
上記の如く、対物レンズ４の軸外に電子線を入
射させても、各種の収差の影響は非常に少く微小
スポツトを試料上に投射できる。即ち、平行ビー
ムEBは大口径対物レンズの軸外に入射されるが、
該入射領域は集束レンズ２の働きによつて制約さ
れており、その大きさ（平行ビームの直径）は数
十μｍ〜数百μｍ程度の小さなものである。近軸
部分並びに軸外部分の電子線を全て集束する場合
と異なり、上記の如く、軸外の極微小領域のみを
通過する電子線は各種収差の影響が殆んどないの
で、試料上でのスポツトの拡がりは生じないので
ある。従つて、任意方位、任意角度からの試料観
察に当り、高分解能が保証されることになる。
射させても、各種の収差の影響は非常に少く微小
スポツトを試料上に投射できる。即ち、平行ビー
ムEBは大口径対物レンズの軸外に入射されるが、
該入射領域は集束レンズ２の働きによつて制約さ
れており、その大きさ（平行ビームの直径）は数
十μｍ〜数百μｍ程度の小さなものである。近軸
部分並びに軸外部分の電子線を全て集束する場合
と異なり、上記の如く、軸外の極微小領域のみを
通過する電子線は各種収差の影響が殆んどないの
で、試料上でのスポツトの拡がりは生じないので
ある。従つて、任意方位、任意角度からの試料観
察に当り、高分解能が保証されることになる。
第３図は第１図の変形であり、偏向コイル７に
代えて対物レンズ磁場内に静電偏向器８を設けた
ものである。この偏向器に走査信号を供給して電
子線を図の如く試料上で走査する。勿論、この偏
向器８を軌道変更用の補助偏向器として使用する
こともできる。
代えて対物レンズ磁場内に静電偏向器８を設けた
ものである。この偏向器に走査信号を供給して電
子線を図の如く試料上で走査する。勿論、この偏
向器８を軌道変更用の補助偏向器として使用する
こともできる。
第４図は更に他の変形で、２段の軌道変更用偏
向器６ａ，６ｂに代えて１段の偏向器６を用いた
ものである。この場合、該偏向器６と対物レンズ
主面（偏向器８）との間隔を充分長くとれば電子
ビームEBは光軸Ｚと略平行となり、対物レンズ
における偏向角はそれ程大きくならず、偏向によ
る収差を小さく抑えることができる。尚、偏向器
８を用いない場合でも同様な結果は得られる。こ
の場合、走査用偏向器は６に兼ねさせるか、第１
図のような偏向コイル７を用いれば良い。
向器６ａ，６ｂに代えて１段の偏向器６を用いた
ものである。この場合、該偏向器６と対物レンズ
主面（偏向器８）との間隔を充分長くとれば電子
ビームEBは光軸Ｚと略平行となり、対物レンズ
における偏向角はそれ程大きくならず、偏向によ
る収差を小さく抑えることができる。尚、偏向器
８を用いない場合でも同様な結果は得られる。こ
の場合、走査用偏向器は６に兼ねさせるか、第１
図のような偏向コイル７を用いれば良い。
第５図は更に他の変形で、対物レンズ内に第６
図に示す如き絞り板９を設けたものである。該絞
り板には中心部に１０ａの絞り孔を有する外、該
絞り孔１０ａを中心にした異なつた直径の円周に
沿つて夫々複数個の絞り孔１０ｂ並びに１０ｃを
設けてある。この内、例えば絞り孔１０ｂは傾斜
角θが30度となり、又１０ｃは45度となるように
設定しておく。而して、第５図からわかるように
この絞り孔を通過した電子線のみを集束、偏向せ
しめれば、所定の方位角、傾斜角を与えることが
できる。
図に示す如き絞り板９を設けたものである。該絞
り板には中心部に１０ａの絞り孔を有する外、該
絞り孔１０ａを中心にした異なつた直径の円周に
沿つて夫々複数個の絞り孔１０ｂ並びに１０ｃを
設けてある。この内、例えば絞り孔１０ｂは傾斜
角θが30度となり、又１０ｃは45度となるように
設定しておく。而して、第５図からわかるように
この絞り孔を通過した電子線のみを集束、偏向せ
しめれば、所定の方位角、傾斜角を与えることが
できる。
この様な絞り板を用いるとθ、ψが絞り板、ワ
ーキングデイスタンスなどの幾何学的形状で定ま
り、偏向器６ａ，６ｂによる偏向の精度はあまり
問題にならないという効果がある。この場合、絞
り板９への入射ビームの直径は各絞り孔１０ａ，
１０ｂ，１０ｃより大きくする必要がある。尚、
この実施例に限り、走査用偏向器は絞り板９の下
側に設置することが必要である。
ーキングデイスタンスなどの幾何学的形状で定ま
り、偏向器６ａ，６ｂによる偏向の精度はあまり
問題にならないという効果がある。この場合、絞
り板９への入射ビームの直径は各絞り孔１０ａ，
１０ｂ，１０ｃより大きくする必要がある。尚、
この実施例に限り、走査用偏向器は絞り板９の下
側に設置することが必要である。
以上詳述した如く本発明では大口径対物レンズ
を使用し、その軸外の微小領域に平行電子ビーム
を入射せしめ、該ビームを該対物レンズにより集
束、偏向して試料上に投射するようになしてある
ので、大形試料を全く傾斜することなしに任意方
位角、傾斜角で観察することが可能であり、且つ
傾斜機構や複数の電子光学カラムを必要とせず、
従つて、構造は簡単で安価になる。又、軸外の微
小領域を用いており、且つワーキングデイスタン
スを充分に小さくできるので各種収差の影響は少
く高分解能観察が可能である。
を使用し、その軸外の微小領域に平行電子ビーム
を入射せしめ、該ビームを該対物レンズにより集
束、偏向して試料上に投射するようになしてある
ので、大形試料を全く傾斜することなしに任意方
位角、傾斜角で観察することが可能であり、且つ
傾斜機構や複数の電子光学カラムを必要とせず、
従つて、構造は簡単で安価になる。又、軸外の微
小領域を用いており、且つワーキングデイスタン
スを充分に小さくできるので各種収差の影響は少
く高分解能観察が可能である。
尚、上記は本発明の例示であり、実際には種々
の変形が可能である。例えば、各実施例におい
て、偏向器は静電型であつても電磁型であつても
全く差し支えない。又、軌道偏向用の偏向器と走
査用の偏向器を兼用することも可能である。更
に、上記は一次粒子線として電子を用いたもので
あるが、該粒子線としてイオンを用いるものでも
良い。この場合、第１図の実施例において、電子
銃１がイオン銃に変更される。
の変形が可能である。例えば、各実施例におい
て、偏向器は静電型であつても電磁型であつても
全く差し支えない。又、軌道偏向用の偏向器と走
査用の偏向器を兼用することも可能である。更
に、上記は一次粒子線として電子を用いたもので
あるが、該粒子線としてイオンを用いるものでも
良い。この場合、第１図の実施例において、電子
銃１がイオン銃に変更される。
第１図は本発明の一実施例を示す構成概略図、
第２図は第１図の一部作用を説明する図、第３図
乃至第５図は夫々第１図の変形を示す図、第６図
は第５図の一部を示す平面図である。 １：電子銃、２：集束レンズ、３：絞り、
EB：平行ビーム、４：対物レンズ、５：試料、
６ａ，６ｂ：偏向器、７：走査用偏向コイル。
第２図は第１図の一部作用を説明する図、第３図
乃至第５図は夫々第１図の変形を示す図、第６図
は第５図の一部を示す平面図である。 １：電子銃、２：集束レンズ、３：絞り、
EB：平行ビーム、４：対物レンズ、５：試料、
６ａ，６ｂ：偏向器、７：走査用偏向コイル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一次荷電粒子線発生源、該発生源からの荷電
粒子線を集束する集束レンズ、対物レンズ及び前
記一次荷電粒子線を試料上で走査するための偏向
手段を備えた装置において、前記対物レンズとし
て広角集束性を有する大口径レンズを使用し、こ
の対物レンズの上方に一次荷電粒子線の軌道変更
用偏向器を設置し、この偏向器及び前記集束レン
ズを用いて前記対物レンズの所望軸外の微小領域
に、光軸に平行に一次荷電粒子線を入射する如く
なし、該対物レンズにより偏向・集束された一次
荷電粒子線を高傾斜角で試料上に投射することを
特徴とする走査電子顕微鏡等の電子光学系。 ２ 前記軌道変更用の偏向器は一段である特許請
求の範囲第１項記載の走査電子顕微鏡等の電子光
学系。 ３ 前記軌道変更用の偏向器は二段である特許請
求の範囲第１項記載の走査電子顕微鏡等の電子光
学系。 ４ 前記軌道変更用偏向器とは別に走査偏向手段
が設けられる特許請求の範囲第１項乃至第３項の
いずれかに記載の走査電子顕微鏡等の電子光学
系。 ５ 前記走査用偏向手段は対物レンズ磁場内に組
み込まれている特許請求の範囲第１項記載の走査
電子顕微鏡等の電子光学系。 ６ 前記対物レンズに所望軸外部に相当する位置
に微小開口を有する絞り板を設置し、該微小開口
を通過した一次荷電粒子線を集束・偏向して試料
上に投射する特許請求の範囲第１項記載の走査電
子顕微鏡等の電子光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57030269A JPS58147948A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 走査電子顕微鏡等の電子光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57030269A JPS58147948A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 走査電子顕微鏡等の電子光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58147948A JPS58147948A (ja) | 1983-09-02 |
| JPH0234144B2 true JPH0234144B2 (ja) | 1990-08-01 |
Family
ID=12298977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57030269A Granted JPS58147948A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 走査電子顕微鏡等の電子光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58147948A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0233843A (ja) * | 1988-07-25 | 1990-02-05 | Hitachi Ltd | 走査電子顕微鏡 |
| US6614026B1 (en) * | 1999-04-15 | 2003-09-02 | Applied Materials, Inc. | Charged particle beam column |
| US6452175B1 (en) * | 1999-04-15 | 2002-09-17 | Applied Materials, Inc. | Column for charged particle beam device |
| US6787772B2 (en) | 2000-01-25 | 2004-09-07 | Hitachi, Ltd. | Scanning electron microscope |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52124873A (en) * | 1976-04-13 | 1977-10-20 | Rikagaku Kenkyusho | Method of deflecting charged particle beam |
-
1982
- 1982-02-26 JP JP57030269A patent/JPS58147948A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52124873A (en) * | 1976-04-13 | 1977-10-20 | Rikagaku Kenkyusho | Method of deflecting charged particle beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58147948A (ja) | 1983-09-02 |
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