JPH0337260B2 - - Google Patents
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- JPH0337260B2 JPH0337260B2 JP55016534A JP1653480A JPH0337260B2 JP H0337260 B2 JPH0337260 B2 JP H0337260B2 JP 55016534 A JP55016534 A JP 55016534A JP 1653480 A JP1653480 A JP 1653480A JP H0337260 B2 JPH0337260 B2 JP H0337260B2
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- JP
- Japan
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- sample
- objective lens
- secondary electron
- detector
- magnetic field
- Prior art date
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 46
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 8
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 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
- H01J37/02—Details
- H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
-
- 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)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、走査型電子顕微鏡に係り、特に、電
子光学系において試料から放射される二次電子検
出手段を改良した走査型電子顕微鏡の改良に関す
る。
子光学系において試料から放射される二次電子検
出手段を改良した走査型電子顕微鏡の改良に関す
る。
一般に走査型電子顕微鏡は、第１図に示すよう
に、電子銃１より放出された電子線束を集束レン
ズ２，３によつて縮小すると共に、走査コイル
４，５を用いて二次元的に走査し、この電子線束
を対物レンズ６を通過させて試料台７上に載置さ
れた試料８に焦点を結ばせるように形成し、入射
電子が試料８に衝突した際に発生する二次電子を
上記試料台７の近傍に設けた二次電子検出器９に
よつて検出すると共に、この検出信号を増幅して
ブラウン管面上に電子線走査と同期した像として
再現するようにしたものである。尚、１０，１１
は集束レンズ２，３の絞り、１２は対物レンズ６
の絞りである。
に、電子銃１より放出された電子線束を集束レン
ズ２，３によつて縮小すると共に、走査コイル
４，５を用いて二次元的に走査し、この電子線束
を対物レンズ６を通過させて試料台７上に載置さ
れた試料８に焦点を結ばせるように形成し、入射
電子が試料８に衝突した際に発生する二次電子を
上記試料台７の近傍に設けた二次電子検出器９に
よつて検出すると共に、この検出信号を増幅して
ブラウン管面上に電子線走査と同期した像として
再現するようにしたものである。尚、１０，１１
は集束レンズ２，３の絞り、１２は対物レンズ６
の絞りである。
ところでこの種の走査型電子顕微鏡にあたつて
は、ワーキングデイスタンスｗ、即ち、対物レン
ズ６の下極面と試料面１４との距離が短い場合に
は、対物レンズ６の収差が小さくなつて上記走査
型電子顕微鏡の分解能が向上することになる、一
方ワーキングデイスタンスｗが極端に短くなつて
試料８が対物レンズ６の磁場中に位置するように
設定された場合には、入射電子プロープを試料８
に照射した際に試料８から放射される二次電子
は、対物レンズ６の磁場中でトラツプされてしま
い、対物レンズ６の下極面１３下に配置された二
次電子検出器９によつて上記二次電子を効率よく
検出することが困難になる場合がある。
は、ワーキングデイスタンスｗ、即ち、対物レン
ズ６の下極面と試料面１４との距離が短い場合に
は、対物レンズ６の収差が小さくなつて上記走査
型電子顕微鏡の分解能が向上することになる、一
方ワーキングデイスタンスｗが極端に短くなつて
試料８が対物レンズ６の磁場中に位置するように
設定された場合には、入射電子プロープを試料８
に照射した際に試料８から放射される二次電子
は、対物レンズ６の磁場中でトラツプされてしま
い、対物レンズ６の下極面１３下に配置された二
次電子検出器９によつて上記二次電子を効率よく
検出することが困難になる場合がある。
そこで、このような走査型電子顕微鏡の不具合
を解決する手段として、従来にあつては、例え
ば、第２図に示すように、試料８に直接電圧を印
加すると共に、この試料８の近傍には正電位を有
するラツパ状の電極１５を配置し、試料８と電極
１５との間に所定の電位差を設けて試料８から放
射された二次電子Ｓを電極１５を介して強制的に
二次電子検出器９に導くように形成したものや、
第３図に示すように、高分解能の二次電子像を形
成するために、予め試料８を対物レンズ６の磁場
中に配置すると共に、試料８から放射された二次
電子Ｓを二次電子検出器９によつて検出できるよ
うに形成したものがある。
を解決する手段として、従来にあつては、例え
ば、第２図に示すように、試料８に直接電圧を印
加すると共に、この試料８の近傍には正電位を有
するラツパ状の電極１５を配置し、試料８と電極
１５との間に所定の電位差を設けて試料８から放
射された二次電子Ｓを電極１５を介して強制的に
二次電子検出器９に導くように形成したものや、
第３図に示すように、高分解能の二次電子像を形
成するために、予め試料８を対物レンズ６の磁場
中に配置すると共に、試料８から放射された二次
電子Ｓを二次電子検出器９によつて検出できるよ
うに形成したものがある。
然しながら、このような従来の走査型電子顕微
鏡において、第２図に示す前者のタイプにあつて
は、試料８の近傍にラツパ状の電極１５を設ける
必要があるので、試料微動装置（図示せず）によ
る試料８の傾斜あるいは試料８の移動時等におい
て試料８の傾斜角あるいはその移動範囲が大幅に
制限されてしまうばかりでなく、試料８から放射
される二次電子以外のもの、例えば、反射電子
や、第３図に示す、Ｘ線Ｘ等を検出するための検
出器１７を設置する上で設置個所に自由度が無い
という問題があり、又、第３図に示す後者のタイ
プにあつては、試料８は対物レンズ６の磁場内に
配置されることになるので、試料８自体の大きさ
や試料８の移動範囲および傾斜角度範囲が大幅に
制限されてしまうという使用する上で重要な問題
があつた。
鏡において、第２図に示す前者のタイプにあつて
は、試料８の近傍にラツパ状の電極１５を設ける
必要があるので、試料微動装置（図示せず）によ
る試料８の傾斜あるいは試料８の移動時等におい
て試料８の傾斜角あるいはその移動範囲が大幅に
制限されてしまうばかりでなく、試料８から放射
される二次電子以外のもの、例えば、反射電子
や、第３図に示す、Ｘ線Ｘ等を検出するための検
出器１７を設置する上で設置個所に自由度が無い
という問題があり、又、第３図に示す後者のタイ
プにあつては、試料８は対物レンズ６の磁場内に
配置されることになるので、試料８自体の大きさ
や試料８の移動範囲および傾斜角度範囲が大幅に
制限されてしまうという使用する上で重要な問題
があつた。
本発明の目的は、試料の大きさや移動範囲が制
限されることなく、かつワーキングデイスタンス
の長短に拘らず試料から放射された二次電子を確
実に検出できるようにした走査型電子顕微鏡を提
供することにある。
限されることなく、かつワーキングデイスタンス
の長短に拘らず試料から放射された二次電子を確
実に検出できるようにした走査型電子顕微鏡を提
供することにある。
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明
する。
する。
第４図に示す第一実施例に於いて対物レンズ６
の下方には試料室２０が形成されていて、この試
料室２０内には試料８を載置するための試料台
（図示せず）が配置されている。そして、対物レ
ンズ６の磁場を挟んで上下には一対の二次電子検
出器９，２１が配置されている。即ち、対物レン
ズ６の下極面１３の下方近傍にあつて、かつ試料
８の近傍には第一の二次電子検出器９が配置され
ると共に、対物レンズ６の上磁極２２の上方には
第二の二次電子検出器２１が配置されている。
の下方には試料室２０が形成されていて、この試
料室２０内には試料８を載置するための試料台
（図示せず）が配置されている。そして、対物レ
ンズ６の磁場を挟んで上下には一対の二次電子検
出器９，２１が配置されている。即ち、対物レン
ズ６の下極面１３の下方近傍にあつて、かつ試料
８の近傍には第一の二次電子検出器９が配置され
ると共に、対物レンズ６の上磁極２２の上方には
第二の二次電子検出器２１が配置されている。
そして、これらの二次電子検出器９，２１によ
つて検出された信号は、夫々増幅器２３，２４を
介して加算器２５に入力され、この加算器２５で
合成された出力信号は増幅器２６を介してブラウ
ン管２７面上に電子ビーム走査と同期した像とし
て再現されるようになつている。第５図はワーキ
ングデイスタンスｗに対する二次電子検出器の出
力のグラフである。第一の検出器９の出力を３３
で示し、第二の検出器２１の出力を３４で示し、
加算器２５の出力を３５で示してある。
つて検出された信号は、夫々増幅器２３，２４を
介して加算器２５に入力され、この加算器２５で
合成された出力信号は増幅器２６を介してブラウ
ン管２７面上に電子ビーム走査と同期した像とし
て再現されるようになつている。第５図はワーキ
ングデイスタンスｗに対する二次電子検出器の出
力のグラフである。第一の検出器９の出力を３３
で示し、第二の検出器２１の出力を３４で示し、
加算器２５の出力を３５で示してある。
従つて、この実施例に係る走査型電子顕微鏡に
よれば、ワーキングデイスタンスｗが長い場合に
は、第５図に示すように、試料８から放射される
二次電子Ｓはその大部分が第一の二次電子検出器
９によつて出力信号３３として検出されることに
なり、又、高分解能の二次電子像を形成するため
に、試料台を対物レンズ６の下極面１３に接近さ
せてワーキングデイスタンスｗを短くした場合に
は、試料８から放射された二次電子Ｓの一部は第
一の二次電子検出器９によつて出力信号３３とし
て検出されると共に、他の部分は対物レンズ６の
主軸に沿つて上磁極２２の孔２８内を上昇移動
し、第二の二次電子検出器２１によつて出力信号
３４として検出されることになり、二次電子検出
器９，２１によつて検出された夫々の信号３３，
３４は、加算器２５により合成されて所定強さの
第５図に示す出力信号３５になる。更に、試料８
が対物レンズ６の磁場中に位置するように配置さ
れた場合、即ち、ワーキングデイスタンスｗが負
の値をとる場合には試料８から放射される二次電
子Ｓの大部分は、対物レンズ６の磁場中でトラツ
プされると共に、対物レンズ６の主軸に沿つて上
昇移動し、第二の二次電子検出器２１によつて検
出されることになる。それ故、ワーキングデイス
タンスＷの長短に拘らず、試料８から放射される
二次電子Ｓは、第一及び第二の二次電子検出器９
及び２１によつて略完全に検出されることにな
る。
よれば、ワーキングデイスタンスｗが長い場合に
は、第５図に示すように、試料８から放射される
二次電子Ｓはその大部分が第一の二次電子検出器
９によつて出力信号３３として検出されることに
なり、又、高分解能の二次電子像を形成するため
に、試料台を対物レンズ６の下極面１３に接近さ
せてワーキングデイスタンスｗを短くした場合に
は、試料８から放射された二次電子Ｓの一部は第
一の二次電子検出器９によつて出力信号３３とし
て検出されると共に、他の部分は対物レンズ６の
主軸に沿つて上磁極２２の孔２８内を上昇移動
し、第二の二次電子検出器２１によつて出力信号
３４として検出されることになり、二次電子検出
器９，２１によつて検出された夫々の信号３３，
３４は、加算器２５により合成されて所定強さの
第５図に示す出力信号３５になる。更に、試料８
が対物レンズ６の磁場中に位置するように配置さ
れた場合、即ち、ワーキングデイスタンスｗが負
の値をとる場合には試料８から放射される二次電
子Ｓの大部分は、対物レンズ６の磁場中でトラツ
プされると共に、対物レンズ６の主軸に沿つて上
昇移動し、第二の二次電子検出器２１によつて検
出されることになる。それ故、ワーキングデイス
タンスＷの長短に拘らず、試料８から放射される
二次電子Ｓは、第一及び第二の二次電子検出器９
及び２１によつて略完全に検出されることにな
る。
また、高分解能の二次電子像を形成するために
は対物レンズ６の球面収差係数Csを小さくする
ことが必要になるが、この実施例に於いては球面
収差係数Csを大幅に小さくすることが可能にな
る。即ち、 対物レンズ６の球面収差係数Csは近似式(1)で
表される。
は対物レンズ６の球面収差係数Csを小さくする
ことが必要になるが、この実施例に於いては球面
収差係数Csを大幅に小さくすることが可能にな
る。即ち、 対物レンズ６の球面収差係数Csは近似式(1)で
表される。
Cs＝Z0 3／4d2（１＋Z0／Z1）……(1)
ここで、第１図に示すように、Z0は対物レンズ
６の中心から試料面１４までの距離、Z1は対物レ
ンズ６の中心から最終段の集束レンズ３のクロス
オーバーまでの距離、ｄは対物レンズ６の磁極間
距離ｌと電子線の通路を形成する孔径ｈとの関数
であつて、対物レンズ６の主軸上磁場の半値幅で
ある。(1)式によると、ワーキングデイスタンスｗ
が一定の場合にはZ0が一定であり、球面収差係数
Csはｄが大きい程減少することを意味するが、
このｄが大きいということは、同時に対物レンズ
６の磁極間距離ｌ及び磁極の孔径ｈが大きいこと
を意味する。それ故、対物レンズ６の磁極間距離
ｌを大きくすると共に、対物レンズ６の下磁極２
９における孔径ｈを大きくすることにより、対物
レンズ６の球面収差係数Csを小さくすることが
できるのである。このとき、対物レンズ６の下磁
極２９における孔３０から対物レンズ６の磁場試
料室２０側へはみ出した事態を生じているが、試
料８から放射される二次電子Ｓのうち対物レンズ
６の磁場にトラツプされたものは対物レンズ６の
主軸に沿つて上磁極１９の孔２８内を上昇移動し
た後第二の二次電子検出器２１によつて検出され
ることになるので、試料室２０にはみ出した磁場
の影響で二次電子Ｓの検出効率が低下するという
ことはない。
６の中心から試料面１４までの距離、Z1は対物レ
ンズ６の中心から最終段の集束レンズ３のクロス
オーバーまでの距離、ｄは対物レンズ６の磁極間
距離ｌと電子線の通路を形成する孔径ｈとの関数
であつて、対物レンズ６の主軸上磁場の半値幅で
ある。(1)式によると、ワーキングデイスタンスｗ
が一定の場合にはZ0が一定であり、球面収差係数
Csはｄが大きい程減少することを意味するが、
このｄが大きいということは、同時に対物レンズ
６の磁極間距離ｌ及び磁極の孔径ｈが大きいこと
を意味する。それ故、対物レンズ６の磁極間距離
ｌを大きくすると共に、対物レンズ６の下磁極２
９における孔径ｈを大きくすることにより、対物
レンズ６の球面収差係数Csを小さくすることが
できるのである。このとき、対物レンズ６の下磁
極２９における孔３０から対物レンズ６の磁場試
料室２０側へはみ出した事態を生じているが、試
料８から放射される二次電子Ｓのうち対物レンズ
６の磁場にトラツプされたものは対物レンズ６の
主軸に沿つて上磁極１９の孔２８内を上昇移動し
た後第二の二次電子検出器２１によつて検出され
ることになるので、試料室２０にはみ出した磁場
の影響で二次電子Ｓの検出効率が低下するという
ことはない。
次に、第６図に示す第二実施例について説明す
る。
る。
この実施例に於いて、一対の二次電子検出器
９，２１が対物レンズ６の磁場を挟んで上下に配
設されているのは上記第一実施例と同様である
が、第一実施例と異なり、対物レンズ６の磁極２
２，２９を形成するケーシング３１は上下方向に
短寸なものとして形成されており、この対物レン
ズ６の上磁極２２の孔２８は上方に向けて拡開す
るテーパ面３２として形成されている。尚、４，
５は第二の二次電子検出器２１の上方に設けられ
た走査コイルである。
９，２１が対物レンズ６の磁場を挟んで上下に配
設されているのは上記第一実施例と同様である
が、第一実施例と異なり、対物レンズ６の磁極２
２，２９を形成するケーシング３１は上下方向に
短寸なものとして形成されており、この対物レン
ズ６の上磁極２２の孔２８は上方に向けて拡開す
るテーパ面３２として形成されている。尚、４，
５は第二の二次電子検出器２１の上方に設けられ
た走査コイルである。
従つて、この実施例に係る走査型電子顕微鏡に
よれば、第一実施例と同様に二次電子Ｓの検出が
確実になる。
よれば、第一実施例と同様に二次電子Ｓの検出が
確実になる。
尚、上述した各実施例においては、第一の二次
電子検出器９及び第二の二次電子検出器２１で検
知した二次電子の信号は加算器２５を介して加算
処理されているが、必ずしもこれに限定されるも
のではなく、所望の演算器を適当に組合わせて加
算処理を行つても本発明は成立するものである。
電子検出器９及び第二の二次電子検出器２１で検
知した二次電子の信号は加算器２５を介して加算
処理されているが、必ずしもこれに限定されるも
のではなく、所望の演算器を適当に組合わせて加
算処理を行つても本発明は成立するものである。
以上説明してきたように、本発明の走査型電子
顕微鏡によれば、対物レンズの磁場を挟んで上下
に一対の二次電子検出器を配置し、これらの二次
電子検出器によつて夫々検出した信号を加算器等
の演算器を用いて同時に加算処理するようにした
ので、試料から放出された二次電子のうち対物レ
ンズの磁場にトラツプされたものも対物レンズの
磁場の上方に設けた第二の二次電子検出器によつ
て検出されて第一の二次電子検出器によつて検出
された信号と加算され二次電子全部が検出される
こととなり、ワーキングデイスタンスの長短に拘
らず、試料から放出された二次電子は確実に検出
され、二次電子の検出効率の減少を防ぐことがで
きるため超高分解能の二次電子像を得ることがで
きる。
顕微鏡によれば、対物レンズの磁場を挟んで上下
に一対の二次電子検出器を配置し、これらの二次
電子検出器によつて夫々検出した信号を加算器等
の演算器を用いて同時に加算処理するようにした
ので、試料から放出された二次電子のうち対物レ
ンズの磁場にトラツプされたものも対物レンズの
磁場の上方に設けた第二の二次電子検出器によつ
て検出されて第一の二次電子検出器によつて検出
された信号と加算され二次電子全部が検出される
こととなり、ワーキングデイスタンスの長短に拘
らず、試料から放出された二次電子は確実に検出
され、二次電子の検出効率の減少を防ぐことがで
きるため超高分解能の二次電子像を得ることがで
きる。
そのため、試料の設置位置や移動の範囲が制限
されず、検出器の設置位置の自由度がある。
されず、検出器の設置位置の自由度がある。
また、対物レンズの磁場中に試料を配置しない
ので、試料の大きさや傾斜角度範囲が制限されな
い。
ので、試料の大きさや傾斜角度範囲が制限されな
い。
第１図は走査型電子顕微鏡の一般的構成を示す
縦断面図、第２図及び第３図は夫々従来の走査型
電子顕微鏡における二次電子の検出手段を示す説
明図、第４図は本発明に係る走査型電子顕微鏡の
一実施例を示す縦断面図、第５図はワーキングデ
イスタンスの長短と第一及び第二の二次電子検出
器における二次電子の検出効率との相関関係を示
すグラフ、第６図は本発明に係る他の一実施例を
示す縦断面図である。 Ｓ……二次電子、６……対物レンズ、８……試
料、９……第一の二次電子検出器、１２……絞
り、１３……下極面、２０……試料室、２１……
第二の二次電子検出器、２５……加算器。
縦断面図、第２図及び第３図は夫々従来の走査型
電子顕微鏡における二次電子の検出手段を示す説
明図、第４図は本発明に係る走査型電子顕微鏡の
一実施例を示す縦断面図、第５図はワーキングデ
イスタンスの長短と第一及び第二の二次電子検出
器における二次電子の検出効率との相関関係を示
すグラフ、第６図は本発明に係る他の一実施例を
示す縦断面図である。 Ｓ……二次電子、６……対物レンズ、８……試
料、９……第一の二次電子検出器、１２……絞
り、１３……下極面、２０……試料室、２１……
第二の二次電子検出器、２５……加算器。
Claims (1)
- １ 走査型電子顕微鏡の電子光学系に於いて、対
物レンズより下方に試料台がおかれ、対物レンズ
の磁場を挟んで上下に、試料からの二次電子を検
出する少なくとも一対の二次電子検出器を配置
し、これらの二次電子検出器からの夫々検出した
複数の信号を加算処理することを特徴とする走査
型電子顕微鏡。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1653480A JPS56114269A (en) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | Scanning type electronic microscope |
| GB8104621A GB2071403B (en) | 1980-02-15 | 1981-02-13 | Secondary electron detector system for scanning electron microscope |
| US06/234,790 US4426577A (en) | 1980-02-15 | 1981-02-17 | Electron microscope of scanning type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1653480A JPS56114269A (en) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | Scanning type electronic microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56114269A JPS56114269A (en) | 1981-09-08 |
| JPH0337260B2 true JPH0337260B2 (ja) | 1991-06-05 |
Family
ID=11918925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1653480A Granted JPS56114269A (en) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | Scanning type electronic microscope |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4426577A (ja) |
| JP (1) | JPS56114269A (ja) |
| GB (1) | GB2071403B (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57143562U (ja) * | 1981-03-03 | 1982-09-09 | ||
| JPS58186148A (ja) * | 1982-04-23 | 1983-10-31 | Jeol Ltd | 走査電子顕微鏡 |
| US4864228A (en) * | 1985-03-15 | 1989-09-05 | Fairchild Camera And Instrument Corporation | Electron beam test probe for integrated circuit testing |
| FR2584234B1 (fr) * | 1985-06-28 | 1988-12-09 | Cameca | Testeur de circuit integre a faisceau d'electrons |
| US4912405A (en) * | 1985-08-16 | 1990-03-27 | Schlumberger Technology Corporation | Magnetic lens and electron beam deflection system |
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