JPH025337A - Charged particle beam device and sample observing method thereby - Google Patents

Charged particle beam device and sample observing method thereby

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JPH025337A
JPH025337A JP5530089A JP5530089A JPH025337A JP H025337 A JPH025337 A JP H025337A JP 5530089 A JP5530089 A JP 5530089A JP 5530089 A JP5530089 A JP 5530089A JP H025337 A JPH025337 A JP H025337A
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Abstract

PURPOSE:To improve resolution and image quality and enable stable operation by providing an objective lens formed from an einzel lens and a single pole magnetic lens and means for irradiating with ions and electrons along the same axis. CONSTITUTION:A composite electromagnetic lens 12 is formed from an einzel- type static lens 10 and a magnetic lens 11 and functions as an objective lens. The top face 13 of the magnetic lens 11 and the central axis of the static lens 10 is disposed coaxially, and an opening 33 is formed in that portion to pass an electron beam or electron beam flux 22. The ion or electron beam selectively irradiates a sample 5 along the same particle beam axis 25. Generated secondary electrons 24 are constrained in the vicinity of the particle beam axis 25 by the magnetic lens 11 and pass through the opening 23, then after moved along a spiral path by means of the static lens 10 enter a secondary electron detector 15 where they are detected efficiently. Stable operation is possible because positive ions and electrons can be focused at the same point by the electromagnetic field with the same polarity and the same strength.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対物レンズとして静電レンズと磁界型レンズ
よりなる対物レンズを用いた集束荷電粒子線装置及びこ
の装置による試料観察方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a focused charged particle beam device using an objective lens consisting of an electrostatic lens and a magnetic field type lens, and a sample observation method using this device.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

静電レンズと磁界型レンズとから成る動物レンズを用い
て、電子プローブ照射系の球面収差係数及び色収差係数
を低減させると共に、生した二次電子を静電レンズの穴
を通過させて効率よく検出するようにした。又、正イオ
ンと電子を選択的に試料に照射し得る荷電粒子線装置に
おいて、静電レンズと磁界型レンズとから成る対物レン
ズを用いて電子束を試料上に集束させる一方、正イオン
束と前記電子を集束させた場合と同じ極性に保持された
静電レンズの電界作用により、試料に集束保ちつつ正イ
オンと電子を同一の試料位置に集束することが出来るよ
うにした。
Using an animal lens consisting of an electrostatic lens and a magnetic field type lens, the spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient of the electron probe irradiation system are reduced, and the generated secondary electrons are efficiently detected by passing through the hole of the electrostatic lens. I decided to do so. In addition, in a charged particle beam device that can selectively irradiate a sample with positive ions and electrons, an objective lens consisting of an electrostatic lens and a magnetic field type lens is used to focus the electron flux onto the sample, while the positive ion flux and By the action of the electric field of the electrostatic lens, which maintains the same polarity as when focusing the electrons, positive ions and electrons can be focused on the same sample position while maintaining the focus on the sample.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電子顕微鏡のような荷電粒子線装置においては、対物レ
ンズとして静電レンズを用いるものがある。
Some charged particle beam devices such as electron microscopes use an electrostatic lens as an objective lens.

このような静電レンズは、−II的に、磁界型レンズに
比し電子プローブ制御時間の短縮化が可力旨であり、超
高真空が達成し易く、しかも装置のコンパクト化が可能
であるといった利点があるが、球面収差係数や色収差係
数が大きくなり、分解能が低下し易い事、及び電極に高
電圧をかけた時の電気的な絶縁問題が生じ易い等の欠点
もある。電気的な絶縁問題については、近年、走査型電
子顕微鏡の分野で加速電圧が5KV (キロボルト)以
下といった低加速の装置が注目されており、前記問題は
大幅に緩和されている。
In terms of -II, such an electrostatic lens can shorten the electronic probe control time compared to a magnetic field type lens, makes it easier to achieve an ultra-high vacuum, and makes it possible to make the device more compact. However, it also has disadvantages, such as increased spherical aberration coefficients and chromatic aberration coefficients, which tend to reduce resolution, and electrical insulation problems when applying high voltage to the electrodes. Regarding the electrical insulation problem, in recent years, in the field of scanning electron microscopes, low acceleration devices with an acceleration voltage of 5 KV (kilovolts) or less have been attracting attention, and the above problem has been significantly alleviated.

このような特色をもった静電レンズの一従来例を第8図
に示す、この静電レンズはアインツエルレンズと呼ばれ
るもので、中央電極lと、この中央電極lの上下両側に
対にして配置された接地電極2及び3とから概略構成さ
れている。中央電極lと、それぞれの接地電極2.3と
の間は、高電圧をかけられる様絶縁が施されている。
A conventional example of an electrostatic lens with such characteristics is shown in Fig. 8. This electrostatic lens is called an Einzel lens, and has a central electrode l and pairs of electrodes on both sides of the central electrode l. It is generally composed of ground electrodes 2 and 3 arranged. Insulation is provided between the center electrode 1 and each ground electrode 2.3 so that a high voltage can be applied thereto.

このような静電レンズにおいて、中央電極lには負(電
子については減速モード)、或いは正(同じく電子につ
いては加速モード)の電圧が印加され、接地電極2.3
はアースされていて接地電位に保たれている。−最に静
電レンズにおいては、減速モードが多く使われている。
In such an electrostatic lens, a negative (deceleration mode for electrons) or positive (acceleration mode for electrons) voltage is applied to the central electrode l, and the ground electrode 2.3
is grounded and held at ground potential. -Finally, the deceleration mode is often used in electrostatic lenses.

電子線源から照射された電子線束4は下側接地電極3よ
りWD(これをワーキングデイスタンスという)の距離
にある試料5に集束されている。
An electron beam flux 4 irradiated from an electron beam source is focused on a sample 5 located at a distance of WD (this is referred to as a working distance) from the lower ground electrode 3.

このアインツエルレンズについて、各部分の値として中
央電極の厚さTをT−0(am) 、中央電極1と上下
側電極2,3との距離Sを5=4(n)、中央電極1の
穴径り、と上下側電極の穴径り、をD+ =02 =4
 (1)m+)とし、球面収差係数Csと色収差係数C
cの値を示すと第9図のようになる。
Regarding this Einzel lens, as values for each part, the thickness T of the central electrode is T-0 (am), the distance S between the central electrode 1 and the upper and lower electrodes 2 and 3 is 5 = 4 (n), and the central electrode 1 The hole diameter and the hole diameter of the upper and lower electrodes are D+ =02 =4
(1) m+), spherical aberration coefficient Cs and chromatic aberration coefficient C
The value of c is shown in FIG. 9.

ここに示されたグラフ中、Csd、  Ccdはそれぞ
れ減速モードにおける球面収差係数及び色収差係数であ
り、Csa、  Ccaはそれぞれ加速モードにおける
球面収差係数及び色収差係数である。このグラフかられ
かる様に、加速モードにおける各収差係数Csa、  
Ccaは通常の磁界型レンズにおける収差係数と同程度
と考えられるが、減速モードにおける各収差係数Csd
、 Ccdは静電レンズの加速モードあるいは磁界型レ
ンズにおける収差係数に比し数倍大きな値となる。従っ
て、通常の減速モードの静電レンズにおいては、分解能
が低下しやすいことがわかる。
In the graph shown here, Csd and Ccd are the spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient, respectively, in the deceleration mode, and Csa and Cca are the spherical aberration coefficient and the chromatic aberration coefficient, respectively, in the acceleration mode. As can be seen from this graph, each aberration coefficient Csa in acceleration mode,
Cca is considered to be on the same level as the aberration coefficient in a normal magnetic field type lens, but each aberration coefficient Csd in deceleration mode
, Ccd has a value several times larger than the aberration coefficient in the acceleration mode of the electrostatic lens or the aberration coefficient in the magnetic field type lens. Therefore, it can be seen that the resolution tends to decrease in the electrostatic lens in the normal deceleration mode.

(発明が解決しようとする課題〕 一方、このような従来の静電レンズにあっては、加速モ
ードにおいて上記のような収差係数の上での有利性はあ
るものの、この加速モードで動作させる場合に二次電子
の捕獲効率が低下し易いという問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) On the other hand, although such conventional electrostatic lenses have advantages in terms of aberration coefficients as described above in acceleration mode, when operated in this acceleration mode, However, there is a problem in that the secondary electron capture efficiency tends to decrease.

即ち、この場合、中央電極1には正の電圧が印加される
為、特にワーキングデイスタンスWDが小さい時、二次
電子の一部が静電レンズ穴に引き込まれる。このため、
試料5と静電レンズとの間の側方位置に検出器を設置す
る通常の方法では、全ての二次電子を捕獲することが難
しい。そこで加速モードの場合は、二次電子を静電レン
ズの上方に引き出し、この上方位置に設置された検出器
により検出することが望ましいが、この場合の二次電子
捕獲率は、レンズの穴径、静電レンズへの印加電圧等に
より大きく変化する(例えば1987年秋、応用物理学
会、20a−G−9,NTT、斉藤賢−他)。従って、
特にワーキングデイスタンスWD或いは加速電圧が大き
く変わる時は実用化が困難であった。
That is, in this case, since a positive voltage is applied to the center electrode 1, a part of the secondary electrons are drawn into the electrostatic lens hole, especially when the working distance WD is small. For this reason,
With the usual method of installing the detector at a lateral position between the sample 5 and the electrostatic lens, it is difficult to capture all the secondary electrons. Therefore, in the case of acceleration mode, it is desirable to extract the secondary electrons above the electrostatic lens and detect them with a detector installed above this. However, in this case, the secondary electron capture rate is determined by the hole diameter of the lens. , varies greatly depending on the voltage applied to the electrostatic lens, etc. (for example, Autumn 1987, Japan Society of Applied Physics, 20a-G-9, NTT, Ken Saito et al.). Therefore,
In particular, it has been difficult to put it into practical use when the working distance WD or acceleration voltage changes significantly.

又、磁界型レンズにおいても、ワーキングデイスタンス
WDが小さい場合は、磁界型レンズ上方に設けた二次電
子検出器、WDが大きい場合には試料の側方に設けられ
た二次電子検出器を用いなければならない等、煩雑さが
あった。
Also, for magnetic field type lenses, if the working distance WD is small, a secondary electron detector is installed above the magnetic field type lens, and if WD is large, a secondary electron detector is installed on the side of the sample. It was complicated, such as having to use it.

さらに、試料側方に設けられた一台の二次電子検出器で
二次電子を検出すると、試料を恰も斜め方向から照明を
あてて見ることになり、例えば超LSIパターン観察時
、ラインプロファイルが非対称になり、測長が不正確に
なるという欠点があった。
Furthermore, when secondary electrons are detected with a single secondary electron detector installed on the side of the sample, the sample must be illuminated obliquely, and for example, when observing a VLSI pattern, the line profile may change. This had the disadvantage that it became asymmetrical and the length measurement became inaccurate.

更に又、イオン集束装置(F I B>のような、荷電
粒子としてイオンを用いた試料観察装置においては、イ
オンの質■が大きい為、磁界型レンズは用いられず、−
Cに第8図に示した静電レンズが用いられる。近年、G
a゛等の正イオンと電子を同一の粒子源から発生させ、
粒子線軸を共用した鏡筒を用いて試料5をイオンと電子
を集束させる試みがある。例えば第8図において、1価
の正イオンに対しては、例えば中央電掻1に加速電圧の
大きさがUで正の電圧を印加し、電子に対しては同じ大
きさで負の電圧を印加すれば、同しワーキングデイスタ
ンスWDの位置に集束し、しかも同し光学定数を持つ。
Furthermore, in sample observation devices that use ions as charged particles, such as an ion focusing device (FIB), magnetic field type lenses are not used because the quality of the ions is large.
The electrostatic lens shown in FIG. 8 is used for C. In recent years, G.
Generate positive ions and electrons such as a from the same particle source,
There is an attempt to focus ions and electrons on the sample 5 using a lens barrel that shares the particle beam axis. For example, in Fig. 8, for monovalent positive ions, a positive voltage with an accelerating voltage of U is applied to the central electric scraper 1, and for electrons, a negative voltage of the same magnitude is applied. When applied, the light is focused at a position with the same working distance WD and has the same optical constant.

しかし、印加電圧の極性を切り換えなければならない為
、装置の動作の安定性や操作性の上で問題がある。
However, since the polarity of the applied voltage must be switched, there are problems in terms of stability and operability of the device's operation.

本発明はこのような従来の問題点を鑑みてなされたもの
で、その第1の目的は、収差係数を低減させると共に二
次電子の捕獲効率を増大させ、走査型の荷電粒子線装置
の分解能、像質を向上させることである。
The present invention was made in view of these conventional problems, and its first purpose is to reduce the aberration coefficient, increase the secondary electron capture efficiency, and improve the resolution of scanning charged particle beam devices. , to improve image quality.

本発明の第2の目的は、対物レンズの極性を切り換えず
かつ、強度をほぼ同一にして、正イオンと電子を同一試
料位置に集束可能とし、荷電粒子′4FA装置の安定性
、操作性を向上させた試料観測方法を堤供することであ
る。
The second object of the present invention is to make it possible to focus positive ions and electrons on the same sample position without changing the polarity of the objective lens and to make the intensity almost the same, thereby improving the stability and operability of the charged particle FA device. The objective is to provide improved sample observation methods.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は前記目的を達成するため、静電レンズと、当該
静電レンズと同軸に配置された単極磁界型レンズとで対
物レンズを構成し、この対物レンズによって荷電粒子線
束を試料上へ集束させ、又、対物レンズの上方に二次電
子検出器を設け、対物レンズによって二次電子を粒子線
軸付近に拘束し、静電レンズ穴を通過させて二次電子検
出器により検出するようにしたことを主たる要旨とする
In order to achieve the above object, the present invention configures an objective lens with an electrostatic lens and a monopolar magnetic field type lens arranged coaxially with the electrostatic lens, and focuses a charged particle beam onto a sample using the objective lens. In addition, a secondary electron detector was installed above the objective lens, and the secondary electrons were restrained near the particle beam axis by the objective lens, passed through the electrostatic lens hole, and detected by the secondary electron detector. This is the main point.

また、本願の発明はイオン及び電子を発生させる粒子!
l/jIaと、これらイオン又は電子を同一の粒子線軸
に沿って選択的に試料に照射する手段と、互いに同軸に
配置された静電レンズ及び磁界型レンズで構成された対
物レンズと、この対物レンズの上方に配置された二次電
子検出器とを有する荷電粒子線装置を主たる要旨とする
Moreover, the invention of this application is a particle that generates ions and electrons!
l/jIa, means for selectively irradiating the sample with these ions or electrons along the same particle beam axis, an objective lens composed of an electrostatic lens and a magnetic field type lens arranged coaxially with each other, and this objective. The main gist is a charged particle beam device having a secondary electron detector placed above a lens.

さらに、本願の発明は前記イオン、電子集束型の荷電粒
子線装置において、対物レンズの電磁界の作用により、
電子線を試料上に集束する一方、静電レンズの極性を前
記電界及び磁界の作用時と同じに保ち、主に前記対物レ
ンズの電界により、イオン束を試料上に集束すると共に
、生じた二次電子を光軸付近に拘束して対物レンズ穴を
前方に通過させた後、二次電子検出器により検出するよ
うにした試料観察方法を主たる要旨とする。
Furthermore, the invention of the present application provides the above-mentioned ion and electron focusing type charged particle beam device, in which, by the action of the electromagnetic field of the objective lens,
While focusing the electron beam on the sample, the polarity of the electrostatic lens is kept the same as when the electric and magnetic fields are applied, and the ion flux is focused on the sample mainly due to the electric field of the objective lens, and the generated two The main gist is a sample observation method in which secondary electrons are confined near the optical axis, passed forward through an objective lens hole, and then detected by a secondary electron detector.

〔作用〕[Effect]

粒子線源から発射された電子線束は、対物レンズによっ
て電界及び磁界作用を受け、試料上に集束される。
An electron beam emitted from a particle beam source is subjected to electric and magnetic field effects by an objective lens and is focused onto a sample.

この電子線束の集束によって、試料面上では励起作用が
起こり二次電子が発生する。この二次電子は対物レンズ
の電界及び磁界によって捕獲され、粒子線軸付近に拘束
されると共に対物レンズ穴を通過する。そして、対物レ
ンズの、上方に配置された二次電子検出器によって検出
される。又、粒子線源が電子と正イオンとの双方を発射
する装置では、正イオンと電子をレンズ極性を切り換え
ず、且つ強度をほぼ同じに保ち、同一試料位置に各粒子
を集束でき、安定性、操作性が向上する。
This focusing of the electron beam causes an excitation effect on the sample surface and generates secondary electrons. This secondary electron is captured by the electric field and magnetic field of the objective lens, is restrained near the particle beam axis, and passes through the objective lens hole. Then, it is detected by a secondary electron detector placed above the objective lens. In addition, in devices where the particle beam source emits both electrons and positive ions, it is possible to focus each particle on the same sample position without switching the lens polarity for positive ions and electrons, and to maintain almost the same intensity, resulting in stability. , improves operability.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本願第1発明による荷電粒子線装置の第1の実
施例を示す図である。この実施例に係わる荷電粒子線装
置は、試料室14内に設置された試料5の前方に配置さ
れた静電レンズ10と、頂面13が試料5と静電レンズ
lOとの間に配置され、この静電レンズlOと共に対物
レンズ12を構成する磁界型レンズ1)と、対物レンズ
12の前方に配置された二次電子検出器15とを備えて
成る。静電レンズ10は中東型i16と、この中央電極
16の上下両側に対になって配置され、且つ中央電極1
6との間が碍子のような絶縁部材17によって絶縁され
た上側電極18及び下側電極I9とを有するアインツエ
ルレンズによって構成される。中央電極16には■(ボ
ルト)の正電圧が印加され、上下側電極18.19は接
地されている。磁界型レンズ1)としては単極磁界型レ
ンズが用いられ、この磁界型レンズは、磁極頂面13が
静電レンズ10に近接して配置され、磁性材によって構
成されたヨーク20と、このヨーク20に巻装された励
磁コイル21とから成り、前記静電レンズと同軸になる
様設置される。又、頂面13及び各型4m16.18.
19の中心軸部分には電子線或いは電子線束22を通す
穴23が形成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a charged particle beam device according to the first invention of the present application. The charged particle beam device according to this embodiment includes an electrostatic lens 10 placed in front of a sample 5 installed in a sample chamber 14, and a top surface 13 placed between the sample 5 and the electrostatic lens lO. , a magnetic field type lens 1) which constitutes an objective lens 12 together with the electrostatic lens IO, and a secondary electron detector 15 disposed in front of the objective lens 12. The electrostatic lens 10 is arranged in pairs with a Middle East type i16 on both sides above and below the central electrode 16.
6 is constituted by an Einzel lens having an upper electrode 18 and a lower electrode I9 insulated by an insulating member 17 such as an insulator. A positive voltage of ■ (volts) is applied to the center electrode 16, and the upper and lower electrodes 18 and 19 are grounded. A single-pole magnetic field lens is used as the magnetic field lens 1), and this magnetic field lens has a magnetic pole top surface 13 disposed close to the electrostatic lens 10, and a yoke 20 made of a magnetic material, and this yoke. 20 and an excitation coil 21 wound around the electrostatic lens, and is installed coaxially with the electrostatic lens. Also, the top surface 13 and each mold 4m16.18.
A hole 23 through which the electron beam or electron beam bundle 22 passes is formed in the central axis portion of the electron beam 19 .

又、試料室14は非磁性材より成り、励磁コイル21及
びこれを取囲むヨーク部20aは真空外に設置されてお
り、鏡筒焼き出し時取り出し可能な構成になっている。
Further, the sample chamber 14 is made of a non-magnetic material, and the excitation coil 21 and the yoke portion 20a surrounding it are installed outside the vacuum and can be taken out when baking out the lens barrel.

かかる構成において、磁界型レンズ1)には起磁力J(
AT;アンペア・ターン)が印加される。
In such a configuration, the magnetic field type lens 1) has a magnetomotive force J(
AT (ampere turns) is applied.

電子線束22は、静電レンズ10が作る電界と、磁界型
レンズllが作る磁界により、試料5に集束される。こ
の電子プローブは、対物レンズ12よりも上方に設けら
れた二段の走査手段(図示してない)により、試料5上
に走査される。これによって生じた二次電子24は、磁
界型レンズ!■の作る磁界により粒子線軸(以下、便宜
上光軸という)25付近に拘束され、レンズ穴23内に
進入し、さらに静電レンズIOによる静電界の作用を受
けて光軸25付近に拘束され、静電レンズ10の上方に
設けられた二次電子検出器15により検出される。
The electron beam flux 22 is focused on the sample 5 by the electric field created by the electrostatic lens 10 and the magnetic field created by the magnetic field type lens 11. This electron probe is scanned onto the sample 5 by a two-stage scanning means (not shown) provided above the objective lens 12. The secondary electrons 24 generated by this are a magnetic field type lens! The particle beam is restrained near the axis 25 (hereinafter referred to as the optical axis for convenience) by the magnetic field created by (2), enters the lens hole 23, and is further restrained near the optical axis 25 by the action of the electrostatic field by the electrostatic lens IO. It is detected by a secondary electron detector 15 provided above the electrostatic lens 10.

第2図は、前記第1の実施例に係わる荷電粒子線装置の
構造を一部変更した第2の実施例を示す図である。この
実施例においては、単極磁界型レンズ1)の磁極頂面1
3によって静電レンズlOの下側電極が構成されている
。そして、他の部位・の構成は前記第1の実施例と同じ
である。又、作用についても同様である。なお、静電レ
ンズ10の下側電極と磁界型レンズ1)の磁極頂面とが
共通構造となっているから、前記第1の実施例よりは構
造がコンパクトになり、しかも静電レンズ10と試料5
との間の距離がより小さくなるため、対物レンズ12の
光学特性等が更によくなる。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment in which the structure of the charged particle beam device according to the first embodiment is partially modified. In this example, the magnetic pole top surface 1 of the monopolar magnetic field type lens 1)
3 constitutes the lower electrode of the electrostatic lens lO. The configuration of other parts is the same as that of the first embodiment. The same applies to the action. Note that since the lower electrode of the electrostatic lens 10 and the top surface of the magnetic pole of the magnetic field type lens 1) have a common structure, the structure is more compact than that of the first embodiment. Sample 5
Since the distance between the objective lens 12 and the objective lens 12 becomes smaller, the optical characteristics of the objective lens 12 are further improved.

この実施例における単種磁界型レンズによる光軸Z方向
の磁界分布(B / B zo)の例、及び静電アイン
ツエルレンズによる光軸上の電位分布(V/V、)の例
を第10図に示す。
An example of the magnetic field distribution (B / B zo) in the optical axis Z direction due to the single magnetic field type lens in this example and an example of the potential distribution (V / V, ) on the optical axis due to the electrostatic Einzel lens are shown in the 10th example. As shown in the figure.

但し、Be、Voはそれぞれの最大値を示し、■はアー
ス電位を0ボルトとしている。
However, Be and Vo indicate their respective maximum values, and ■ indicates that the ground potential is 0 volts.

第10図で示されるように、単極磁界型分布の磁界分布
は2>0の方向(第2図にて試料の方向)になだらかに
減衰し、Z〈0の方向(第2図にて静電レンズのある方
向)に急速に減衰する方向を有しており、単極磁界型レ
ンズの磁界と静電アインツエルレンズのつくる電界との
場の重なりは殆どない。
As shown in Fig. 10, the magnetic field distribution of the unipolar magnetic field type distribution gradually attenuates in the direction of 2>0 (the direction of the sample in Fig. 2), and decreases in the direction of Z<0 (in the direction of the sample in Fig. 2). The magnetic field of the monopolar magnetic field type lens and the electric field created by the electrostatic Einzel lens hardly overlap.

従って、荷電粒子は複合電磁界の作用を受けず、電界と
磁界の作用を別々に受けることになる。これが本発明の
対物レンズの特長でもある。
Therefore, the charged particles are not affected by the combined electromagnetic field, but are affected by the electric field and the magnetic field separately. This is also a feature of the objective lens of the present invention.

第3図は、前記2つの実施例における二次電子の軌道を
説明するもので、対物レンズ12の静電レンズ10に正
の電圧を印加し、磁界型レンズ1)の起磁力を0とした
場合の二次電子の軌道が第3図falに示されている。
FIG. 3 explains the trajectory of the secondary electrons in the above two examples, in which a positive voltage was applied to the electrostatic lens 10 of the objective lens 12, and the magnetomotive force of the magnetic field type lens 1) was set to 0. The orbits of the secondary electrons in this case are shown in Figure 3 fal.

この場合は、試料5から大きな角度で出た二次電子24
はほぼ直進し、静電レンズ10の穴23を通過せずに磁
極にiii突する。第3図fblは、静電レンズ10の
印加電圧をOとし、磁界型レンズの起磁力を数百(AT
)印加した場合の二次電子24の軌道を示す、二次電子
24は、光軸付近に拘束されるが、磁界型レンズ1)の
穴径が小さい時は、穴壁面に当たり、二次電子検出器1
5に到達しなかったりする。第3図[C1は静電レンズ
10に正、磁界型レンズ1)に適当な起磁力を印加した
場合の二次電子24の動きを示す、二次電子24は磁界
により光軸25付近に拘束され、更に静電レンズ10内
では電界の拘束作用を受け、レンズ穴23を通して静電
レンズ10より上に取り出される。
In this case, the secondary electrons 24 emitted from the sample 5 at a large angle
travels almost straight and collides with the magnetic pole without passing through the hole 23 of the electrostatic lens 10. In Fig. 3 fbl, the voltage applied to the electrostatic lens 10 is O, and the magnetomotive force of the magnetic field type lens is several hundreds (AT
) The secondary electrons 24 are restrained near the optical axis, but when the hole diameter of the magnetic field type lens 1) is small, they hit the hole wall and the secondary electrons are detected. Vessel 1
It may not reach 5. Figure 3 [C1 shows the movement of the secondary electrons 24 when a positive magnetomotive force is applied to the electrostatic lens 10 and an appropriate magnetomotive force is applied to the magnetic field type lens 1).The secondary electrons 24 are restrained near the optical axis 25 by the magnetic field. It is further subjected to the restraining action of an electric field within the electrostatic lens 10, and is taken out above the electrostatic lens 10 through the lens hole 23.

二次電子をレンズ穴23に浸入させる為の、磁界型レン
ズの起磁力のおおよその条件は次の通りである。
Approximate conditions for the magnetomotive force of the magnetic field type lens for allowing secondary electrons to enter the lens hole 23 are as follows.

均一磁界Bに角度θで進入した速度Qの電子は半径が、 moυsinθ e の螺旋運動をする。An electron with velocity Q entering a uniform magnetic field B at an angle θ has a radius of moυsinθ e make a spiral movement.

従って、第1図及び第2図に示した実施例においては、
二次電子24がレンズ穴23に進入するためには、 (1)試料5位置く即ち、頂面13からWDの距離)に
おいて、 2γ≦DO なる条件を満足する必要がある。ここでDOは磁界型レ
ンズ1)の頂面13の直径である。さらに又、(2)磁
界型レンズ1)の頂面13の位置において、2T≦DI なる条件を満足する必要がある。ここでDIは頂面13
に設けられた穴の径である。
Therefore, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2,
In order for the secondary electrons 24 to enter the lens hole 23, it is necessary to satisfy the following condition: (1) 2γ≦DO at the sample 5 position (ie, the distance from the top surface 13 to the WD). Here, DO is the diameter of the top surface 13 of the magnetic field type lens 1). Furthermore, (2) it is necessary to satisfy the condition 2T≦DI at the position of the top surface 13 of the magnetic field type lens 1). Here DI is the top surface 13
This is the diameter of the hole provided in the hole.

上記の2条件のうち、条件(1)は二次電子24を光軸
25付近に拘束するための条件であり、条件(2)はレ
ンズ穴23に二次電子24が進入するための条件である
Of the above two conditions, condition (1) is a condition for restraining the secondary electrons 24 near the optical axis 25, and condition (2) is a condition for the secondary electrons 24 to enter the lens hole 23. be.

磁束密度Bの分布についての弐を使って前記各条件を求
めると、条件fl)として、 WD が成立し、条件(2)として、 DI が成立する。
When each of the above conditions is determined using the second equation regarding the distribution of magnetic flux density B, WD holds true as condition fl), and DI holds true as condition (2).

さらに、成る試料位置(即ち、成るWD)における磁界
型レンズ1)のみのフォーカス励磁力を30とすると、
静電レンズ10によりフォーカス制御するためには、磁
界型レンズ1)に印加すべき起磁力Jは、 J<JO−・・−・・・・−(31 を満たす必要がある。
Furthermore, if the focus excitation force of only the magnetic field type lens 1) at the sample position (that is, the WD) is 30, then
In order to perform focus control using the electrostatic lens 10, the magnetomotive force J to be applied to the magnetic field type lens 1) needs to satisfy the following equation: J<JO-...-(31).

以上の3条件を満足する起磁力Jを磁界型レンズ1)に
印加することにより、ワーキングデイスタンスWDの如
何によらず常に二次電子24の殆どをレンズ穴23を通
して上方へ導き、二次電子検出器15によって検出する
ことが出来、且つフォーカス制御を静電レンズにより行
うことが出来る。このため、従来磁界型レンズを用いた
場合において、WDに応じて複数の二次電子検出器を設
けなければならない不都合がなくなる。
By applying a magnetomotive force J that satisfies the above three conditions to the magnetic field type lens 1), most of the secondary electrons 24 are always guided upward through the lens hole 23 regardless of the working distance WD, and the secondary electrons Detection can be performed by the detector 15, and focus control can be performed by an electrostatic lens. This eliminates the inconvenience of having to provide a plurality of secondary electron detectors depending on the WD when conventional magnetic field type lenses are used.

又、試料位置での磁束密度Bを大きくしたくない場合、
又は成る決まった磁束密度にしたい場合(例えば磁性材
の観察等)は好都合である。即ち、前記条件fil〜(
3)を満足する起磁力Jを選択して、試料5の上にて必
要な磁束密度Bを得ることができる。この時、フォーカ
スは静電レンズ10の印加電圧を制御することによって
調節する。
Also, if you do not want to increase the magnetic flux density B at the sample position,
It is convenient when a fixed magnetic flux density is desired (for example, when observing a magnetic material). That is, the condition fil~(
By selecting the magnetomotive force J that satisfies 3), the required magnetic flux density B above the sample 5 can be obtained. At this time, the focus is adjusted by controlling the voltage applied to the electrostatic lens 10.

第4図は本発明による荷電粒子線装置の第3の実施例を
示す図である。この実施例に係わる荷電粒子線装置は、
試料5の上方に設けられた静電レンズ10と、試料5の
下方に前記静電レンズ1oと同軸に配置され、且つ静電
レンズlOと共に対物レンズ27を構成する磁界型レン
ズ26と、静電レンズ10の北方に設けられた二次電子
検出器15とから成る。
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the charged particle beam device according to the present invention. The charged particle beam device according to this example is
An electrostatic lens 10 is provided above the sample 5, a magnetic field type lens 26 is provided below the sample 5 coaxially with the electrostatic lens 1o, and constitutes an objective lens 27 together with the electrostatic lens 1O; A secondary electron detector 15 is provided north of the lens 10.

静電レンズ10は前述したと同様の構成を持つ。磁界型
レンズ26には単極磁界型レンズが用いられ、この単極
磁界型レンズは、中心に磁極頂面を有するヨーク28と
、このヨーク2日に巻装された励磁コイル29とから成
り、静電レンズ10の下側接地電極19より下方へ距離
lの位置に設置されている。
The electrostatic lens 10 has the same configuration as described above. A unipolar magnetic field lens is used as the magnetic field lens 26, and this unipolar magnetic field lens consists of a yoke 28 having a magnetic pole top surface at the center, and an excitation coil 29 wound around the yoke 28. It is installed at a distance l below the lower ground electrode 19 of the electrostatic lens 10.

かかる構成において、静電レンズ10の中央電極16に
は高電圧が印加され、磁界型レンズ26には起磁力J 
(AT)が印加される。これにより電子線束22は前記
第1及び第2の実施例におけると同様、電磁界の作用に
より試料5に集束される。試料5から出た二次電子24
は、単極磁界型レンズ26のつくる磁界の作用を受けつ
つ、レンズ穴23を通過し、さらに、静電レンズのつく
る静電界の作用により集束された後、二次電子検出器1
5により検出される。
In this configuration, a high voltage is applied to the center electrode 16 of the electrostatic lens 10, and a magnetomotive force J is applied to the magnetic field type lens 26.
(AT) is applied. As a result, the electron beam 22 is focused on the sample 5 by the action of the electromagnetic field, as in the first and second embodiments. Secondary electron 24 emitted from sample 5
passes through the lens hole 23 while being affected by the magnetic field created by the unipolar magnetic field type lens 26, and is further focused by the action of the electrostatic field created by the electrostatic lens, and then passes through the secondary electron detector 1.
Detected by 5.

この二次電子の軌道については、先に第1及び第2の実
施例について述べたと同様の理論式によって説明するこ
とが出来る。従って、二次電子24をレンズ穴23に進
入させるためには前記条件(1)及び条件(2)を満足
させてやればよい。この第3の実施例にあっては、レン
ズ穴23の径をDよとした時、このレンズ穴23に二次
電子が進入するための磁界型レンズ26の起磁力Jの条
件(前記条件(2)に相当する)は、 D t           D 。
The orbits of the secondary electrons can be explained using the same theoretical formula as described above for the first and second embodiments. Therefore, in order to allow the secondary electrons 24 to enter the lens hole 23, it is sufficient to satisfy the conditions (1) and (2). In this third embodiment, when the diameter of the lens hole 23 is D, the conditions for the magnetomotive force J of the magnetic field type lens 26 for the secondary electrons to enter this lens hole 23 (the above-mentioned condition ( 2)) is D t D .

となる。ここでDoは頂面28の直径である。becomes. Here, Do is the diameter of the top surface 28.

又、試料位置における前記条件(1)に対応する条件は
、この実施例における配置では、試料5上における磁束
密度Bの方がレンズ穴23における磁束密度Bよりも大
きいため、前記(4)式が満足されれば自ずと満足され
る。
In addition, the condition corresponding to the above condition (1) at the sample position is the above equation (4) because in the arrangement in this example, the magnetic flux density B on the sample 5 is larger than the magnetic flux density B in the lens hole 23. If you are satisfied, you will be satisfied automatically.

さらに又、この実施例においても、前記(3)式の条件
を満足する必要がある。
Furthermore, also in this embodiment, it is necessary to satisfy the condition of the above-mentioned formula (3).

以上の各条件を満足することによって、試料5から出た
二次電子24をレンズ穴23を通して対物レンズ27の
上方へ導き、二次電子検出器15によって検出すること
ができる。
By satisfying each of the above conditions, the secondary electrons 24 emitted from the sample 5 can be guided above the objective lens 27 through the lens hole 23 and detected by the secondary electron detector 15.

次に、前記第1.第2.第3の実施例として示した対物
レンズ12.27の球面収差係数C5及び色収差係数C
cについて述べる。
Next, the first. Second. Spherical aberration coefficient C5 and chromatic aberration coefficient C of objective lens 12.27 shown as the third example
Let's talk about c.

軸対称電磁界内における電子の近軸軌道は次の式で表さ
れる。
The paraxial orbit of an electron in an axisymmetric electromagnetic field is expressed by the following equation.

であり、またり、M、N、Gは下記の式で表さここで y : 光軸2からの変位 φ ; 電位 Bz: 光軸2方向の磁束密度 e : 電子の電荷 mo : 電子の静止質量 である。, and M, N, and G are expressed by the following formula, where y: Displacement from optical axis 2 φ; Potential Bz: Magnetic flux density in two directions of optical axis e: Electron charge mo: Rest mass of electron It is.

電磁レンズの球面収差係数Cs及び色収差係数Ccはそ
れぞれ次の式で表される。
The spherical aberration coefficient Cs and the chromatic aberration coefficient Cc of the electromagnetic lens are respectively expressed by the following equations.

ここで、 zo : 物面位置 z、: 像面位置 φ0 : 物面での電位 U : 加速電圧 一φ”’  −B z B ’ z ]   −−(8
)N=    FT I 第5図は、前記第2の実施例について(5)式〜at+
弐により求めたCs、Ccの値を示すグラフである。但
し、この場合において静電レンズ10の寸法は、 T=4(n) S=4(n) DI=oz = 4 (龍) とし、磁界型レンズ1)について、 o、 −t2 (m) とした、また、磁界型レンズ1)の起磁力Jは、J/、
r百 =5 (AT/V七) となる一定値とした。
Here, zo: object plane position z,: image plane position φ0: potential at the object plane U: acceleration voltage - φ”' −B z B' z ] −−(8
) N= FT I FIG. 5 shows the equation (5) ~at+ for the second embodiment.
2 is a graph showing the values of Cs and Cc determined by 2. However, in this case, the dimensions of the electrostatic lens 10 are T = 4 (n) S = 4 (n) DI = oz = 4 (dragon), and for the magnetic field type lens 1), o, -t2 (m). Moreover, the magnetomotive force J of the magnetic field type lens 1) is J/,
A constant value of r100 = 5 (AT/V7) was set.

第5図から明らかなように、WDχ5(mW)において
、C3χ75 (ms) 、  Ccχ9.5(1m)
であり、充分小さな収差係数が得られている。又、WD
の値が大きなところでは、従来と比較して特に球面収差
係数Csが小さくなっていることがわかる。
As is clear from Fig. 5, at WDχ5 (mW), C3χ75 (ms), Ccχ9.5 (1m)
, and a sufficiently small aberration coefficient is obtained. Also, W.D.
It can be seen that where the value of is large, the spherical aberration coefficient Cs is particularly small compared to the conventional case.

なお、ここでは電界と磁界が複合して存在する場合の式
(5)〜00を用いて計算したが、本発明の実施例、特
に第4図においては、電界と磁界がほぼ独立して存在す
るので、電界及び磁界に対する各々の寸法を用いて計算
し合成しても同様の値を得る。
Note that calculations were made here using equations (5) to 00 for the case where the electric field and magnetic field exist in combination, but in the embodiments of the present invention, especially in FIG. 4, the electric field and the magnetic field exist almost independently. Therefore, similar values can be obtained by calculating and combining the dimensions for the electric field and magnetic field.

又、静電レンズ10の印加電圧、磁界型レンズ1)の起
磁力の他の任意の組み合わせについても、前述したと同
様にしてCs、Ccの値を求めることが可能であり、第
1及び第3の実施例についても同様にCs、Ccの値を
求めることができる。
Furthermore, for any other combination of the voltage applied to the electrostatic lens 10 and the magnetomotive force of the magnetic field type lens 1), it is possible to obtain the values of Cs and Cc in the same manner as described above. The values of Cs and Cc can be determined in the same manner for the third embodiment.

なお、第1乃至第3の実施例に係わる荷電粒子線装置に
おいて、試料位置を同一にしておいて加速電圧を変更す
る場合、磁界型レンズ1).26の起磁力jを前記il
l〜(4)式を満足する一定値とし、フォーカス制御を
、静電レンズ10の印加電圧を変化させることにより行
うことができる。
In the charged particle beam apparatuses according to the first to third embodiments, when changing the acceleration voltage while keeping the sample position the same, the magnetic field type lens 1). The magnetomotive force j of 26 is the above il
The focus can be controlled by changing the voltage applied to the electrostatic lens 10 with a constant value that satisfies equations 1 to (4).

さらに、第1乃至第3の実施例において、静電レンズを
弱く電圧印加し、単極磁界レンズを強く励磁するか、あ
るいは静電レンズを強く電圧印加し、単極磁界レンズを
弱く励磁すると各々特別の効果を奏する。
Furthermore, in the first to third embodiments, if a voltage is weakly applied to the electrostatic lens and the unipolar magnetic field lens is strongly excited, or if a voltage is strongly applied to the electrostatic lens and the unipolar magnetic field lens is weakly excited, each Produces a special effect.

今、第2図の実施例において、 T−4m++、S=4wm 単極レンズポールピースの厚さ4fl D+ =Dz =D+ =4taφ、  Do =12
mmφの場合について、Cs、Ccを求める。
Now, in the example of Fig. 2, T-4m++, S=4wm, thickness of monopolar lens pole piece 4fl, D+ =Dz =D+ =4taφ, Do =12
For the case of mmφ, find Cs and Cc.

第1)図に、WDに対するCs、第12図にWDに対す
るCcを示す。
Fig. 1) shows Cs with respect to WD, and Fig. 12 shows Cc with respect to WD.

第1)図において、Csは静電レンズ(加速モード)の
み作動させたときのCsを、Csmは単極磁界型レンズ
のみ作動させた場合のCsを表す。
In Figure 1), Cs represents Cs when only the electrostatic lens (acceleration mode) is operated, and Csm represents Cs when only the unipolar magnetic field type lens is operated.

Cseは静電レンズ強度を静電レンズのみによりWDを
10mにフォーカスする値に保ち、単極磁界型レンズの
起磁力Tを増していった時のWDに対するC3の変化を
示す(E点でJ=0)。
Cse shows the change in C3 with respect to WD when the electrostatic lens strength is maintained at a value that focuses the WD at 10 m using only the electrostatic lens, and the magnetomotive force T of the monopolar magnetic field type lens is increased (at point E, J =0).

Csmは、単極磁界型レンズ強度を、このレンズのみに
よりWD=10鰭にフォーカスする値に保ち、静電レン
ズ強度を増していったときのWDに対するCcの変化を
示す(間点でアインツエルレンズ中央電極の印加電圧■
1=0ボルト)。
Csm indicates the change in Cc with respect to WD when the monopolar magnetic field type lens strength is maintained at a value that allows focusing on WD = 10 fins only with this lens, and the electrostatic lens strength is increased. Applied voltage of lens center electrode■
1 = 0 volts).

第12図に色収差係数Ccについて同様に示す。FIG. 12 similarly shows the chromatic aberration coefficient Cc.

第1)図、第12図より、単極磁界型レンズのみのC5
Ccが最も小さいことが分かるが、このレンズのみでは
、前述のように二次電子を効果的に検出できないという
不都合がある。
From Figure 1) and Figure 12, C5 with only a single-pole magnetic field type lens
It can be seen that Cc is the smallest, but this lens alone has the disadvantage that secondary electrons cannot be detected effectively as described above.

そこで、この不都合を解消するため、静電アインツエル
レンズを弱←電圧印加する0例えば、■=+50ボルト
に印加する。この電圧は−500ボルト以上の一次電子
線に対しては極めて弱くしか作用せず、そのC3,CC
は単極磁界レンズのそれと変わらない。
Therefore, in order to eliminate this inconvenience, a weak voltage is applied to the electrostatic Einzel lens. For example, a voltage of +50 volts is applied. This voltage has an extremely weak effect on the primary electron beam of -500 volts or more, and its C3, CC
is no different from that of a single-pole magnetic field lens.

しかし、二次電子(−5v程度)に対しては、強いレン
ズ作用を持ち、その集束効果により二次電子は静電レン
ズ上方に取り出され、検出される。
However, it has a strong lens effect on secondary electrons (approximately -5V), and due to its focusing effect, the secondary electrons are taken out above the electrostatic lens and detected.

この場合は、高分解能観察や上方からの二次電子検出に
よる高精度測長には、良好であるが磁界型レンズ特有の
ヒステリシスの為、高速自動測長には不通である。
In this case, it is suitable for high-resolution observation and high-precision length measurement by detecting secondary electrons from above, but it is not suitable for high-speed automatic length measurement due to the hysteresis peculiar to magnetic field type lenses.

そこで、高速自動測長を目的とするためには、単種磁界
レンズの起磁力を小さく、静電レンズの印加電圧Vを太
き(する0例えば、WD−10m、J=60ATとする
。この起磁力は一500■以上の一次電子線に対しては
極めて弱くしか作用しないが、二次電子に対しては、強
い磁界レンズとして作用し、二次電子を光軸付近に拘束
する。C5Ccは静電レンズのみのCs、’Ccと変わ
らない。
Therefore, in order to achieve high-speed automatic length measurement, the magnetomotive force of the single magnetic field lens should be small, and the applied voltage V of the electrostatic lens should be large (for example, WD - 10 m, J = 60 AT. The magnetomotive force acts only extremely weakly on primary electron beams of 1,500 mm or more, but acts as a strong magnetic field lens on secondary electrons, confining them near the optical axis.C5Cc It is no different from Cs and 'Cc with only electrostatic lenses.

従って、単極磁界型レンズを強く作動させた場合よりも
分解能は低下するが、電界放射電子銃との組合わせによ
り、低加速電圧においても例えば20關程度の分解能と
することができ、サブミクロンパターンの高精度測長が
可能である。J−60ATの値は、拘束条件式[1),
!2]を満たすので効果的に静電レンズ穴に進入し、静
電レンズにより集束されな後検出される。
Therefore, the resolution is lower than when a single-pole magnetic field type lens is operated strongly, but by combining it with a field emission electron gun, it is possible to obtain a resolution of, for example, about 20 degrees even at a low accelerating voltage, and submicron Highly accurate length measurement of patterns is possible. The value of J-60AT is determined by the constraint condition formula [1],
! 2], it effectively enters the electrostatic lens hole and is detected after being focused by the electrostatic lens.

この起磁力J=60ATを加速電圧に無関係に固定して
おけば、加速電圧変化に伴うヒステリシスの問題はなく
、上記目的にも良好に作動する。
If this magnetomotive force J=60AT is fixed regardless of the accelerating voltage, there will be no problem of hysteresis due to changes in the accelerating voltage, and the device will work well for the above purpose.

さらに、磁気ディスク等の磁性体を無磁場観察したい場
合には、単極磁界型レンズの起磁力J=Oとすることに
なるが、この場合は、試料側方に二次電子検出器を設け
る必要がある。
Furthermore, if you want to observe a magnetic material such as a magnetic disk without a magnetic field, the magnetomotive force of the unipolar magnetic field type lens should be J = O, but in this case, a secondary electron detector is installed on the side of the sample. There is a need.

又、前記第3の実施例を変更して、励磁コイル29を永
久磁石で置き換えることも可能である。第6図はこのよ
うな変更を施した例を示す図である。
It is also possible to modify the third embodiment and replace the excitation coil 29 with a permanent magnet. FIG. 6 is a diagram showing an example of such a change.

この変更例では、磁界型レンズ30のヨーク31の外側
部分がN極及びS極に帯磁された永久磁石32によって
構成され、この永久磁石32の作用によって単種磁界型
レンズの頂面33前方に磁界が形成されるようになって
いる。なお、この磁界型レンズ30の上方における試料
5、静電レンズ10並びに二次電子検出器15の配置及
び構成1機能は第3の実施例について上に述べたのと同
じであり、磁界型レンズ30が静電レンズlOと共に対
物レンズ34を構成する点についても同様である。
In this modified example, the outer part of the yoke 31 of the magnetic field type lens 30 is constituted by a permanent magnet 32 magnetized to N and S poles, and the action of this permanent magnet 32 causes the top surface 33 of the single magnetic field type lens to move forward. A magnetic field is created. Note that the arrangement and configuration 1 function of the sample 5, electrostatic lens 10, and secondary electron detector 15 above this magnetic field type lens 30 are the same as described above for the third embodiment, and the magnetic field type lens The same applies to the point that 30 constitutes the objective lens 34 together with the electrostatic lens IO.

以上のような構成及び作用を持つ第1乃至第3の実施例
(変更例も含む)に係わる荷電粒子線装置について、粒
子線源に改良を加え、試料5に対して電子及び正イオン
を照射出来るようにすると、この荷電粒子線装置の機能
が更に拡大される。
Regarding the charged particle beam devices according to the first to third embodiments (including modified examples) having the configuration and operation as described above, the particle beam source is improved, and the sample 5 is irradiated with electrons and positive ions. If this is possible, the functionality of this charged particle beam device will be further expanded.

第7図は、粒子線源側から電子又は正イオンを選択的に
試料5に照射出来るようにした荷電粒子線装置において
、静電レンズ10の電圧、及び単極磁界型レンズ1)の
起磁力を同一として正イオン線35と電子線22とが同
一の試料位置(即ち、同一のWD)に集束していること
を示す図である。中央型i16には正の印加電圧V (
#0.6  l IJ 1)(Volt)磁界型レンズ
1)には起磁力J (= 7 xE■)  (AT)が
印加されている。正のイオン35に対してはは行われな
いが、正の印加電圧Vが減速電界として働き、比較的低
い電圧でWDζ15鰭の位置に集束している。
Figure 7 shows the voltage of the electrostatic lens 10 and the magnetomotive force of the monopolar magnetic field type lens 1) in a charged particle beam device that can selectively irradiate the sample 5 with electrons or positive ions from the particle beam source side. FIG. 3 is a diagram showing that the positive ion beam 35 and the electron beam 22 are focused on the same sample position (that is, the same WD), assuming that the positive ion beam 35 and the electron beam 22 are the same. A positive applied voltage V (
#0.6 l IJ 1) (Volt) A magnetomotive force J (=7 xE■) (AT) is applied to the magnetic field type lens 1). Although this is not applied to the positive ions 35, the positive applied voltage V acts as a deceleration electric field, and the ions are focused at the position of the WDζ15 fin at a relatively low voltage.

他方、負の電荷を持つ電子22に対しては、前記正イオ
ンの場合と同一の大きさを持つ正の印加電圧Vは加速電
界として働き、同一試料位置に集束させるには充分な電
圧とは言えない、しかし、□がイオンの場合に比し充分
大きく、電界とI=I15鶴)に集束できる。これらの
場合、イオン軌道に対する収差係数は、例えば、第9図
のCsd。
On the other hand, for negatively charged electrons 22, a positive applied voltage V having the same magnitude as that for positive ions acts as an accelerating electric field, and the voltage is sufficient to focus them on the same sample position. However, it is sufficiently large compared to the case where □ is an ion, and it can be focused to the electric field and I=I15). In these cases, the aberration coefficient for the ion trajectory is, for example, Csd in FIG.

Ccdで示され、電子軌道に対する収差係数は第5図の
Cs、Ccに示されている。
The aberration coefficient for the electron trajectory is shown as Cs and Cc in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば静電レンズと磁界
型レンズによって構成された対物レンズを用いて、小さ
な球面収差係数、色収差係数を得ると共に、ワーキング
デイスタンスWDによらず、試料から生じた二次電子を
複合電磁レンズの光軸付近に拘束して導き、−基の二次
電子検出器によって効率良く検出することができるので
、分解能。
As explained above, according to the present invention, small spherical aberration coefficients and chromatic aberration coefficients can be obtained by using an objective lens constituted by an electrostatic lens and a magnetic field type lens. The secondary electrons are confined and guided near the optical axis of the composite electromagnetic lens, and can be efficiently detected by the secondary electron detector, which improves resolution.

像質が向上する。Image quality improves.

又、超LSI観察に際して、パターンのラインプロファ
イルを対称に得ることが出来、測長精度が向上する。更
に試料観察を行う際、磁界型レンズ部分の励磁を固定し
ておき、静電レンズのみでフォーカス制御できるので、
磁界型レンズ制御に比し応答速度が向上し、自動化測定
に有利である。
Furthermore, during VLSI observation, the line profile of the pattern can be obtained symmetrically, and the length measurement accuracy is improved. Furthermore, when observing a sample, the excitation of the magnetic field type lens is fixed and the focus can be controlled using only the electrostatic lens.
The response speed is improved compared to magnetic field type lens control, which is advantageous for automated measurements.

さらにまた、正イオンと電子を試料に切り換え照射し、
像を得る場合において、正イオンと電子を同じ極性で同
じ大きさの電界と磁界により、同一点にフォーカスさせ
ることが出来、安定性、操作性が向上する。
Furthermore, the sample is irradiated with positive ions and electrons,
When obtaining an image, positive ions and electrons can be focused on the same point by using electric and magnetic fields of the same polarity and the same magnitude, improving stability and operability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による荷電粒子線装置の第1の実施例を
示す図、第2図は本発明による荷電粒子線装置の第2の
実施例を示す図、第3図(a)〜(clは前記2実施例
において対物レンズの動作変化に伴う二次電子軌道を示
す図、第4図は本発明による荷電粒子線装置の第3の実
施例を示す図、第5図は前記実施例における対物レンズ
の球面収差係数及び色収差係数を示すグラフ、第6図は
磁界型しンズに永久磁石を用いた、前記第3の実施例の
変形例図、第7図はイオンと電子を切り換え照射した場
合の粒子線の集束状態を示す図、第8図は従来の静電レ
ンズの一例を示す概略構成図、第9図は従来の静電レン
ズ及び磁界型レンズの球面収差と色収差をそれぞれ示す
グラフである。第1O図は静電レンズにおける光軸上の
電位分布、及び単極磁界型レンズにおける光軸上の磁場
分布の例を示す図、第1)図は静電レンズのみによるC
s、単極磁界型レンズのみによるCs及び両レンズを同
時に作動させた場合のCsを示す図、第12図はCcに
対する第1)図と同様の図を示す。 10・・・・・・静電レンズ 1).26.30・・・磁界型レンズ 12.27.34・・・対物レンズ 13・・・・・・頂面 15・・・・・・二次電子検出器 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士  林   敬 之 助二次電子の軌道
を説明1図 第3図(α) 二ン欠電チの軌道を13ト□W訂6図 第3図(b) ニ、ZV千の軌1嘴撃ム羽する図 第3図(C) 永久産毛て8I成した更滴Iす杢示ti第6図 フ!!IJ・1の夏未面ダ又りLイ虐惨r(Cs)、色
ダ7差イ系喀r(Ccり乏斤ぐず図穫東の疎面坂井とf
!!坂井葎軟訃ブ図第9図 (−m−へ一一一一ノ 娶 う 図
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a charged particle beam device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of a charged particle beam device according to the present invention, and FIGS. cl is a diagram showing secondary electron trajectories accompanying changes in the operation of the objective lens in the above two embodiments, FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the charged particle beam device according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the above embodiment. A graph showing the spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient of the objective lens in FIG. 6 is a diagram of a modification of the third embodiment in which a permanent magnet is used for the magnetic field type lens, and FIG. 7 is a graph showing the irradiation by switching between ions and electrons. Fig. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional electrostatic lens, and Fig. 9 shows the spherical aberration and chromatic aberration of a conventional electrostatic lens and a magnetic field type lens, respectively. These are graphs. Figure 1O is a diagram showing an example of the potential distribution on the optical axis in an electrostatic lens and the magnetic field distribution on the optical axis in a monopolar magnetic field type lens.
s, a diagram showing Cs with only a single-pole magnetic field type lens, and Cs when both lenses are operated simultaneously, and FIG. 12 is a diagram similar to the first) diagram for Cc. 10... Electrostatic lens 1). 26.30...Magnetic field type lens 12.27.34...Objective lens 13...Top surface 15...Secondary electron detector and above Applicant: Seiko Electronics Co., Ltd. Agent Patent attorney Keiyuki Hayashi Explanation of the orbit of secondary electrons Figure 1 Figure 3 (α) Orbit of two missing electrons Figure 13 □ W edition Figure 6 Figure 3 (b) D, ZV thousand orbits 1 beak Fig. 3 (C) shows the permanent downy hair and the heather is shown in Fig. 6 (F)! ! IJ・1's Natsumimen da matari L i brutality r (Cs), color da 7 difference i series r (Cc ri Hōkiguzuzukihigashi's sparse side Sakai and f
! ! Figure 9 of Sakai's late death (1111 marriage to -m-)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料の前方に設置された静電レンズと、この静電
レンズと試料との間において、静電レンズと同軸で且つ
磁極頂面が静電レンズに近接して配置された単極磁界型
レンズとにより構成された対物レンズ、及びこの対物レ
ンズの前方に配置された二次電子検出器を備えた荷電粒
子線装置。
(1) An electrostatic lens installed in front of the sample, and a monopolar magnetic field coaxial with the electrostatic lens and with the top surface of the magnetic pole placed close to the electrostatic lens between the electrostatic lens and the sample. A charged particle beam device comprising: an objective lens constituted by a mold lens; and a secondary electron detector disposed in front of the objective lens.
(2)静電レンズがアインツェルレンズであり、その下
側電極が単極磁界型レンズの磁極頂面により構成されて
いる請求項(1)記載の荷電粒子線装置。
(2) The charged particle beam device according to claim (1), wherein the electrostatic lens is an Einzel lens, and the lower electrode thereof is constituted by the top surface of a magnetic pole of a monopolar magnetic field type lens.
(3)試料の前方に設置された静電レンズと、この静電
レンズと同軸で且つ試料の後方に磁極頂面が配置された
単極磁界型レンズとにより構成された対物レンズ、及び
静電レンズの前方に配置された二次電子検出器を備えた
荷電粒子線装置。
(3) An objective lens consisting of an electrostatic lens placed in front of the sample, a unipolar magnetic field type lens coaxial with the electrostatic lens and with the top surface of the magnetic pole placed behind the sample, and an electrostatic lens. A charged particle beam device equipped with a secondary electron detector placed in front of the lens.
(4)イオン及び電子を発生させる粒子線源と、これら
イオン又は、電子線を同一の粒子線軸に沿って選択的に
試料に照射する手段とを有する請求項(1)乃至(3)
記載の荷電粒子線装置。
(4) Claims (1) to (3) comprising a particle beam source that generates ions and electrons, and means for selectively irradiating the sample with these ions or electron beams along the same particle beam axis.
The charged particle beam device described.
(5)電子線については、対物レンズの電界及び磁界作
用により、試料上に集束させ、また、イオン束について
は静電レンズの極性を前記電界及び磁界の作用時と同じ
に保ち、主に前記対物レンズの電界により、試料上に集
束させ、これにより生じた二次電子を粒子線軸付近に拘
束して対物レンズ穴を通過させた後、二次電子検出器に
より検出するようにしたことを特徴とする請求項(4)
記載の荷電粒子線装置による試料観察方法。
(5) The electron beam is focused on the sample by the electric and magnetic fields of the objective lens, and the ion flux is focused by keeping the polarity of the electrostatic lens the same as when the electric and magnetic fields are applied. The electric field of the objective lens is used to focus the secondary electrons on the sample, and the resulting secondary electrons are restrained near the particle beam axis, passed through the objective lens hole, and then detected by a secondary electron detector. Claim (4)
Sample observation method using the charged particle beam device described.
(6)静電レンズを弱く電圧印加し、単極磁界レンズを
強く励磁し、主に、前記単極磁界型レンズの磁界作用に
より、電子線束を試料上に集束するようにしたことを特
徴とする請求項(1)ないし(3)記載の荷電粒子線装
置。
(6) A weak voltage is applied to the electrostatic lens, and the unipolar magnetic field lens is strongly excited, so that the electron beam flux is focused on the sample mainly by the magnetic field action of the unipolar magnetic field type lens. A charged particle beam device according to any one of claims (1) to (3).
(7)静電レンズを強く電圧印加し、単極磁界レンズを
弱く励磁し、主に、前記静電レンズの電界の作用により
、荷電粒子線束を試料上に集束するようにしたことを特
徴とする請求項(1)ないし(3)記載の荷電粒子線装
置。
(7) A strong voltage is applied to the electrostatic lens, a monopolar magnetic field lens is weakly excited, and the charged particle beam is focused on the sample mainly by the action of the electric field of the electrostatic lens. A charged particle beam device according to any one of claims (1) to (3).
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