JPH0636346B2 - Charged particle beam apparatus and sample observation method using the same - Google Patents
Charged particle beam apparatus and sample observation method using the sameInfo
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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。The present invention relates to a focused charged particle beam device using an objective lens composed of an electrostatic lens and a magnetic field type lens as an objective lens, and a sample observation method using this device.
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、生じ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、試料に集束するようにし
て、対物レンズの強度をほぼ一定に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。An objective lens consisting of an electrostatic lens and a magnetic field type lens is used to reduce the spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient of the electron probe irradiation system, and the generated secondary electrons are efficiently detected by passing through the hole of the electrostatic lens. I decided to do it. Further, in a charged particle beam device capable of selectively irradiating a sample with positive ions and electrons, an electron lens is focused on a sample by using an objective lens composed of an electrostatic lens and a magnetic field type lens, while By the electric field action of the electrostatic lens held in the same polarity as when the electrons are focused, the electrons are focused on the sample, and the positive ions and the electrons are placed on the same sample position while keeping the intensity of the objective lens substantially constant. I was able to focus.
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。このような
静電レンズは、一般的に、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能であり、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。Some charged particle beam devices such as electron microscopes use an electrostatic lens as an objective lens. Such an electrostatic lens generally has the advantages that the electron probe control time can be shortened as compared with the magnetic field type lens, an ultrahigh vacuum can be easily achieved, and the apparatus can be made compact. However, there are drawbacks such that the spherical aberration coefficient and the chromatic aberration coefficient become large, the resolution is likely to be lowered, and an electrical insulation problem is likely to occur when a high voltage is applied to the electrodes. Regarding the electrical insulation problem, in recent years, a low acceleration device having an accelerating voltage of 5 KV (kilovolt) or less has been attracting attention in the field of a scanning electron microscope, and the above problem has been greatly 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ェルレンズと呼ばれ
るもので、中央電極1と、この中央電極1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1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。FIG. 8 shows a conventional example of an electrostatic lens having such a feature. This electrostatic lens is called an Einzel lens, and is roughly composed of a central electrode 1 and ground electrodes 2 and 3 arranged in pairs on the upper and lower sides of the central electrode 1. The central electrode 1 and the ground electrodes 2 and 3 are insulated so that a high voltage can be applied.
このような静電レンズにおいて、中央電極1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。一般に静
電レンズにおいては、減速モードが多く使われている。
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ィスタンスという)の距離
にある試料5に集束されている。In such an electrostatic lens, a negative voltage (deceleration mode for electrons) or a positive voltage (acceleration mode for electrons) is applied to the central electrode 1, and the ground electrodes 2, 3
Is grounded and held at ground potential. Generally, in the electrostatic lens, the deceleration mode is often used.
The electron beam bundle 4 emitted from the electron beam source is focused on the sample 5 located at a distance of WD (this is called a working distance) from the lower ground electrode 3.
このアインツェルレンズについて、各部分の値として中
央電極の厚さTをT=0(mm)、中央電極1と上下側電
極2,3との距離SをS=4(mm)、中央電極1の穴径
D1と上下側電極の穴径D2をD1=D2=4(mm)とし、
球面収差係数Csと色収差係数Ccの値を示すと第9図
のようになる。ここに示されたグラフ中、Csd,Cc
d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
からわかる様に、加速モードにおける各収差係数Cs
a,Cca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Cs
d,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。Regarding this Einzel lens, the thickness T of the central electrode is T = 0 (mm), the distance S between the central electrode 1 and the upper and lower electrodes 2, 3 is S = 4 (mm), and the central electrode 1 The hole diameter D 1 and the hole diameter D 2 of the upper and lower electrodes are D 1 = D 2 = 4 (mm),
The values of the spherical aberration coefficient Cs and the chromatic aberration coefficient Cc are shown in FIG. In the graph shown here, Csd, Cc
d is a spherical aberration coefficient and a chromatic aberration coefficient in the deceleration mode, respectively, and Csa and Cca are a spherical aberration coefficient and a chromatic aberration coefficient in the acceleration mode, respectively. As can be seen from this graph, each aberration coefficient Cs in the acceleration mode
a, Cca It is considered to be about the same as the aberration coefficient in a normal magnetic field type lens, but each aberration coefficient Cs in the deceleration mode
d and Ccd have several times larger values than the acceleration mode of the electrostatic lens or the aberration coefficient of the magnetic field type lens. Therefore, it is understood that the resolution is likely to decrease in the electrostatic lens in the normal deceleration mode.
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。On the other hand, although such a conventional electrostatic lens has an advantage in terms of the above-mentioned aberration coefficient in the acceleration mode, the trapping efficiency of secondary electrons decreases when operating in this acceleration mode. There is a problem that it is easy to do.
即ち、この場合、中央電極1には正の電圧が印加される
為、特にワーキングディスタンス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,斉藤賢一他)。従って、特にワ
ーキングディスタンス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 central electrode 1, a part of the secondary electrons is drawn into the electrostatic lens hole especially when the working distance WD is small. For this reason,
It is difficult to capture all the secondary electrons by the usual method in which the detector is installed at the lateral position between the sample 5 and the electrostatic lens. Therefore, in the acceleration mode, it is desirable that secondary electrons be drawn above the electrostatic lens and detected by a detector installed above this electrostatic lens.In this case, the secondary electron capture rate is the hole diameter of the lens. , The voltage changes greatly depending on the applied voltage to the electrostatic lens (eg Autumn 1987, Japan Society of Applied Physics,
20a-G-9, NTT, Kenichi Saito and others). Therefore, especially when the working distance WD or the accelerating voltage greatly changes, it is difficult to put into practical use.
又、磁界型レンズにおいても、ワーキングディスタンス
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 in the magnetic field type lens, a secondary electron detector provided above the magnetic field type lens is used when the working distance WD is small, and a secondary electron detector provided on the side of the sample is used when the working distance WD is large. It had to be complicated.
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 by a single secondary electron detector provided on the side of the sample, the sample is viewed by illuminating it from an oblique direction, for example, when observing a VLSI pattern, the line profile is There was a drawback that it became asymmetric and the length measurement became inaccurate.
更に又、イオン集束装置(FIB)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
の質量が大きい為、磁界型レンズは用いられず、一般に
第8図に示した静電レンズが用いられる。近年、Ga+
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、例えば中央電極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、同じワーキングディスタンス
WDの位置に集束し、しかも同じ光学定数を持つ。Furthermore, in a sample observation device such as an ion focusing device (FIB) that uses ions as charged particles, a magnetic field type lens is not used because the mass of the ions is large, and the electrostatic field shown in FIG. 8 is generally used. A lens is used. In recent years, Ga +
There is an attempt to generate positive ions and electrons from the same particle source and focus the sample 5 on the sample 5 using a lens barrel that shares the particle beam axis. For example, in FIG. 8, for monovalent positive ions, for example, a positive voltage with an acceleration voltage of U is applied to the central electrode 1, and for electrons, a negative voltage of the same magnitude is applied. If so, they are focused at the same working distance WD and have 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 has to be switched, there is a problem in stability and operability of the operation of the device.
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 has been made in view of such conventional problems, and a first object thereof is to reduce the aberration coefficient and increase the capture efficiency of secondary electrons, and to improve the resolution of the scanning charged particle beam device. , It is to improve the image quality.
本発明の第2の目的は、地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、荷電粒子線装置の安定性,操作
性を向上させた試料観測方法を提供することである。A second object of the present invention is to make it possible to focus positive ions and electrons on the same sample position without switching the polarities of the feature lens and to make the intensities substantially the same, thereby improving the stability and operability of the charged particle beam device. It is to provide an improved sample observation method.
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-mentioned object, the present invention forms an objective lens by an electrostatic lens and a monopolar magnetic field type lens arranged coaxially with the electrostatic lens, and focuses the charged particle beam flux onto a sample by this objective lens. In addition, a secondary electron detector was provided above the objective lens, and the secondary electron was constrained by the objective lens near the particle beam axis, 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線
源と、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。Further, the invention of the present application is a particle beam source for generating ions and electrons, a means for selectively irradiating the sample with the ions or electrons along the same particle beam axis, an electrostatic lens and a magnetic field arranged coaxially with each other. The main gist is a charged particle beam device having an objective lens composed of a mold lens and a secondary electron detector arranged above the objective 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。Further, the invention of the present application, in the ion-electron focusing type charged particle beam apparatus, is characterized by the action of the electromagnetic field of the objective lens.
While the electron beam is focused on the sample, the polarity of the electrostatic lens is kept the same as when the electric field and the magnetic field are applied, and the ion flux is mainly focused on the sample by the electric field of the objective lens and the generated ion beam is generated. The main subject is a sample observation method in which secondary electrons are constrained near the optical axis and passed through an objective lens hole forward, and then detected by a secondary electron detector.
粒子線源から発射された電子線束は、対物レンズによっ
て磁界及び磁界作用を受け、試料上に集束される。The electron beam flux emitted from the particle beam source is subjected to a magnetic field and a magnetic field action by the objective lens and focused on the 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。The focusing of the electron beam flux causes an excitation action on the sample surface to generate secondary electrons. The secondary electrons are captured by the electric field and magnetic field of the objective lens, bound near the particle beam axis, and pass through the objective lens hole. Then, it is detected by the secondary electron detector arranged above the objective lens. Also, in a device in which a particle beam source emits both electrons and positive ions, the positive ions and electrons do not switch the lens polarities, the intensities are kept almost the same, each particle can be focused on the same sample position, and stability is improved. , Operability is improved.
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10との
間に配置され、この静電レンズ10と共に対物レンズ12を
構成する磁界型レンズ11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
は中央電極16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16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19と
を有するアインツェルレンズによって構成される。中央
電極16にはV(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11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及び各電極16,18,19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 apparatus according to this embodiment has an electrostatic lens 10 arranged in front of a sample 5 placed in a sample chamber 14, and a top surface 13 arranged between the sample 5 and the electrostatic lens 10. A magnetic field type lens 11 constituting an objective lens 12 together with the electrostatic lens 10 and a secondary electron detector 15 arranged in front of the objective lens 12. Electrostatic lens 10
Is a central electrode 16 and an upper electrode 18 and a lower electrode 19 arranged in pairs on the upper and lower sides of the central electrode 16 and insulated from each other by an insulating member 17 such as an insulator. It is composed of an Einzel lens. A positive voltage of V (volt) is applied to the central electrode 16, and the upper and lower electrodes 18, 19 are grounded. A unipolar magnetic field type lens is used as the magnetic field type lens 11. In this magnetic field type lens, the magnetic pole top surface 13 is arranged in the vicinity of the electrostatic lens 10 and the yoke 20 made of a magnetic material and the yoke 20. It is composed of an exciting coil 21 wound around and is installed coaxially with the electrostatic lens. A hole 23 for passing an electron beam or an electron beam bundle 22 is formed in the central surface of the top surface 13 and each of the electrodes 16, 18, 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 exciting coil 21 and the yoke portion 20a surrounding the exciting coil 21 are placed outside the vacuum so that they can be taken out when the lens barrel is burned out.
かかる構成において、磁界型レンズ11には起磁力J(A
T;アンペア・ターン)が印加される。電子線束22は、
静電レンズ10が作る電界と、磁界型レンズ11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11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10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。In such a configuration, the magnetomotive force J (A
T; ampere turn) is applied. The electron beam bundle 22 is
It 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 electronic probe is scanned on 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 restrained in the vicinity of the particle beam axis (hereinafter referred to as the optical axis for convenience) 25 by the magnetic field created by the magnetic field type lens 11, enter the lens hole 23, and further, the electrostatic field by the electrostatic lens 10 is generated. Is restrained in the vicinity of the optical axis 25 by the action of, and detected by the 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11の磁極頂面13に
よって静電レンズ10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11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 embodiment, the magnetic pole top surface 13 of the unipolar magnetic field type lens 11 constitutes the lower electrode of the electrostatic lens 10. The structure of the other parts is the same as that of the first embodiment.
The same applies to the operation. Since the lower electrode of the electrostatic lens 10 and the magnetic pole top surface of the magnetic field type lens 11 have a common structure, the structure is more compact than that of the first embodiment, and the electrostatic lens 10 and the sample are Since the distance between the objective lens 12 and the lens 5 is smaller, the optical characteristics of the objective lens 12 are further improved.
この実施例における単極磁界型レンズによる光軸Z方向
の磁界分布(B/Bo)の例、及び静電アインツェルレ
ンズによる光軸上の電位分布(V/Vo)の例を第10図
に示す。The tenth example of the magnetic field distribution (B / B o ) in the optical axis Z direction by the monopolar magnetic field type lens and the example of the electric potential distribution (V / V o ) on the optical axis by the electrostatic Einzel lens in this example. Shown in the figure.
但し、Bo,Voはそれぞれの最大値を示し、Vはアース
電位を0ボルトとしている。However, B o and V o indicate the respective maximum values, and V has a ground potential of 0 volt.
第10図で示されるように、単極磁界型分布の磁界分布は
Z>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分
布)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ェ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 is gradually attenuated in the direction of Z> 0 (the direction of the sample in FIG. 2), and the direction of Z <0 (the direction of FIG. 2). The distribution of the electrostatic lens) has a direction of rapid attenuation, and there is almost no field overlap between the magnetic field of the unipolar magnetic lens and the electric field created by the electrostatic Einzel lens.
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 composite electromagnetic field, but are separately affected by the electric field and the magnetic field. 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11の起磁力を0とした場合の
二次電子の軌道が第3図(a)に示されている。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衝突する。
第3図(b)は、静電レンズ10の印加電圧を0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11の穴径が小さい時は、穴壁面に当
たり、二次電子検出器15に到達しなかったりする。第3
図(c)は静電レンズ10に正、磁界型レンズ11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。FIG. 3 illustrates the trajectories of secondary electrons in the above-mentioned two examples, in the case where a positive voltage is applied to the electrostatic lens 10 of the objective lens 12 and the magnetomotive force of the magnetic field type lens 11 is zero. The orbits of the secondary electrons of are shown in Fig. 3 (a). In this case, the secondary electrons 24 emitted from the sample 5 at a large angle travel almost straight and collide with the magnetic pole without passing through the hole 23 of the electrostatic lens 10.
FIG. 3B shows the trajectory of the secondary electrons 24 when the applied voltage to the electrostatic lens 10 is 0 and the magnetomotive force of the magnetic field type lens is applied to several hundred (AT). The secondary electrons 24 are bound near the optical axis, but when the hole diameter of the magnetic field type lens 11 is small, they hit the wall surface of the hole and may not reach the secondary electron detector 15. Third
FIG. 3C 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 11. The secondary electrons 24 are constrained by the magnetic field near the optical axis 25, and are further constrained by the electric field in the electrostatic lens 10, and are 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。The approximate conditions of the magnetomotive force of the magnetic field type lens for injecting secondary electrons into the lens hole 23 are as follows.
均一磁界Bに角度θで進入した速度υの電子は半径が、 の螺旋運動をする。The radius of the electron with velocity ν entering the uniform magnetic field B at the angle θ is Make a spiral motion.
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(即ち、頂面13からWDの距離)におい
て、 2γ≦D0 なる条件を満足する必要がある。ここでD0は磁界型レ
ンズ11の頂面13の直径である。さらに又、 (2)磁界型レンズ11の頂面13の位置において、 2γ≦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, (1) it is necessary to satisfy the condition of 2γ ≦ D0 at the sample 5 position (that is, the distance from the top surface 13 to WD). Here, D0 is the diameter of the top surface 13 of the magnetic field type lens 11. Furthermore, (2) it is necessary to satisfy the condition of 2γ ≦ DI at the position of the top surface 13 of the magnetic field type lens 11. Here, DI is the diameter of the hole provided on the top surface 13.
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, the condition (1) is a condition for restraining the secondary electrons 24 near the optical axis 25, and the condition (2) is the lens hole 23.
This is a condition for the secondary electron 24 to enter into.
磁束密度Bの分布についての式を使って前記各条件を求
めると、条件(1)として、 が成立し、条件(2)として、 が成立する。When the above-mentioned respective conditions are obtained by using the formula for the distribution of the magnetic flux density B, the condition (1) is Holds, and as condition (2), Is established.
さらに、或る試料位置(即ち、或るWD)における磁界
型レンズ11のみのフォーカス励磁力をJ0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11に印加すべき起磁力Jは、 J<J0……(3) を満たす必要がある。Further, assuming that the focus excitation force of only the magnetic field type lens 11 at a certain sample position (that is, a certain WD) is J 0 , in order to perform focus control by the electrostatic lens 10, the magnetic field type lens 11 should be applied with a focus. The magnetic force J must satisfy J <J 0 (3).
以上の3条件を満足する起磁力Jを磁界型レンズ11に印
加することにより、ワーキングディスタンス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 satisfying the above three conditions to the magnetic field type lens 11, most of the secondary electrons 24 are always guided upward through the lens hole 23 regardless of the working distance WD, and the secondary electron detector It can be detected by 15, and focus control can be performed by an electrostatic lens. Therefore, in the case of using the conventional magnetic field type lens, there is no inconvenience of providing a plurality of secondary electron detectors according to WD.
又、試料位置での磁束密度Bを大きくしたくない場合、
又は或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(1)〜(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。If you do not want to increase the magnetic flux density B at the sample position,
Alternatively, it is convenient when a certain fixed magnetic flux density is desired (for example, observation of a magnetic material). That is, the magnetomotive force J satisfying the above conditions (1) to (3) can be selected to obtain the required magnetic flux density B on the sample 5. 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10と同軸に配置され、且つ静電レン
ズ10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の上方に設けられた二次電子検出器15とか
ら成る。静電レンズ10は記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28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。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 embodiment is
An electrostatic lens 10 provided above the sample 5, a magnetic field type lens 26 arranged below the sample 5 coaxially with the electrostatic lens 10 and forming an objective lens 27 together with the electrostatic lens 10.
The secondary electron detector 15 is provided above the electrostatic lens 10. The electrostatic lens 10 has the same configuration as described.
A unipolar magnetic field type lens is used for the magnetic field type lens 26, and this unipolar magnetic field type lens has a yoke 28 having a pole top surface at the center.
And an exciting coil 29 wound around the yoke 28, and is installed at a position of 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15により検出され
る。In such a configuration, a high voltage is applied to the central electrode 16 of the electrostatic lens 10, and the magnetomotive force J (AT) is applied to the magnetic field type lens 26.
Is applied. As a result, the electron beam flux 22 is moved to the sample 5 by the action of the electromagnetic field as in the first and second embodiments.
Be focused on. The secondary electrons 24 emitted from the sample 5 are subjected to the action of the magnetic field generated by the monopolar magnetic field type lens 26, and the lens hole 23
And is focused by the action of the electrostatic field created by the electrostatic lens, and then detected by the secondary electron detector 15.
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D2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、 となる。ここでD0は頂面28の直径である。The trajectory of this secondary electron can be explained by the same theoretical formula as described above in 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 above conditions (1) and (2). In the third embodiment, when the diameter of the lens hole 23 is D 2 , the condition of the magnetomotive force J of the magnetic field type lens 26 for the secondary electrons to enter the lens hole 23 (the above condition ( 2)
Is equivalent to) Becomes Here, D 0 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。The condition corresponding to the condition (1) at the sample position is
In the arrangement of this embodiment, since the magnetic flux density B on the sample 5 is larger than the magnetic flux density B in the lens hole 23, it is naturally satisfied if the expression (4) is satisfied.
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 expression (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 to 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Cs及び色収差係数Ccに
ついて述べる。Next, the spherical aberration coefficient Cs and the chromatic aberration coefficient Cc of the objective lenses 12 and 27 shown as the first, second and third examples will be described.
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.
ここで y:光軸zからの変位 :電位 Bz:光軸z方向の磁束密度 e:電子の電荷 mo:電子の静止質量 である。 Here, y: displacement from the optical axis z: potential Bz: magnetic flux density in the optical axis z direction e: electron charge m o : static mass of electron.
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 zi:像面位置o :物面での電位 U:加速電圧 であり、またL,M,N,Gは下記の式で表されるもの
である。 Here, z o : object surface position z i : image surface position o : potential on object surface U: acceleration voltage, and L, M, N, and G are represented by the following equations.
第5図は、前記第2の実施例について(5)式〜(11)式に
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(mm) S=4(mm) D1=D2=4(mm) とし、磁界型レンズ11について、 D0=12(mm) とした。また、磁界型レンズ11の起磁力Jは、 となる一定値とした。 FIG. 5 is a graph showing the values of Cs and Cc obtained from the equations (5) to (11) for the second embodiment. However,
In this case, the dimensions of the electrostatic lens 10 are: T = 4 (mm) S = 4 (mm) D 1 = D 2 = 4 (mm), and for the magnetic field type lens 11, D 0 = 12 (mm) . Further, the magnetomotive force J of the magnetic field type lens 11 is Was set to a constant value.
第5図から明らかなように、WD5(mm)において、
Cs75(mm),Cc9.5(mm)であり、充分小さな
収差係数が得られている。又、WDの値が大きなことろ
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, in WD5 (mm),
Cs75 (mm) and Cc9.5 (mm), and a sufficiently small aberration coefficient is obtained. Further, it can be seen that when the value of WD is large, the spherical aberration coefficient Cs is particularly small as compared with the conventional one.
なお、ここでは磁界と磁界が複合して存在する場合の式
(5)〜(11)を用いて計算したが、本発明の実施例、特に
第1図および第2図においては、磁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。In addition, here is the equation when the magnetic field and the magnetic field exist in combination.
Calculations were made using (5) to (11), but in the embodiments of the present invention, particularly in FIGS. 1 and 2, since the magnetic field and the magnetic field exist almost independently, the respective dimensions for the electric field and the magnetic field are calculated. Similar values are obtained by calculating and combining using.
又、静電レンズ10の印加電圧、磁界型レンズ11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。The values of Cs and Cc can be obtained in the same manner as described above for other arbitrary combinations of the voltage applied to the electrostatic lens 10 and the magnetomotive force of the magnetic field type lens 11. The values of Cs and Cc can be obtained in the same manner as in the above 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11,26の起磁力Jを前記(1)〜(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 devices according to the first to third embodiments, when the accelerating voltage is changed with the sample position kept the same, the magnetomotive force J of the magnetic field type lenses 11 and 26 is set to the above (1) to ( Four)
Focus control can be performed by changing the voltage applied to the electrostatic lens 10 with a constant value that satisfies the expression.
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, when the electrostatic lens is weakly applied with voltage to strongly excite the monopolar magnetic field lens, or the electrostatic lens is strongly applied with voltage to excite the monopolar magnetic lens weakly, respectively. Has a special effect.
今、第2図の実施例において、 T=4mm,S=4mm 単極レンズポールピースの厚さ4mm D1=D2=DI=4mm,D0=12mmの場合について、
Cs,Ccを求める。Now, in the embodiment of FIG. 2, in the case where T = 4 mm, S = 4 mm, the thickness of the monopole lens pole piece is 4 mm, D 1 = D 2 = D I = 4 mm, and D 0 = 12 mm,
Find Cs and Cc.
第11図に、WDに対するCs,第12図にWDに対するC
cを示す。Figure 11 shows Cs for WD, and Figure 12 shows Cs for WD.
c is shown.
第11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。Cseは静電レンズ強
度を静電レンズのみによりWDを10mm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Csの変化を示す(E点でJ=0)。In FIG. 11, Cs represents Cs when only the electrostatic lens (acceleration mode) is operated, and Cs M represents Cs when only the unipolar magnetic field type lens is operated. Cse shows the change in Cs with respect to WD when the electrostatic lens strength is kept at a value that allows WD to be focused to 10 mm only by the electrostatic lens and the magnetomotive force T of the unipolar magnetic field type lens is increased (J at the point E). = 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=10mm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(M点でアインツェルレンズ中央電極の印加電圧V1
=0ボルト)。Csm shows the change in Cc with respect to WD when the monopolar magnetic field type lens strength is kept at a value at which WD = 10 mm is focused only by this lens and the electrostatic lens strength is increased (Einzel lens at point M). Applied voltage V 1 to the central electrode
= 0 volts).
第12図に色収差係数Ccについて同様に示す。第11図,
第12図により、単極磁界型レンズのみのCs,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。Similarly, FIG. 12 shows the chromatic aberration coefficient Cc. Fig. 11,
It can be seen from FIG. 12 that Cs and Cc of only the monopolar magnetic field type lens are the smallest, but there is a disadvantage that the secondary electron cannot be detected effectively as described above only with this lens.
そこで、この不都合を解消するため、静電アインツェル
レンズを弱く電圧印加する。例えば、V=+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Cs,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 voltage is weakly applied to the electrostatic Einzel lens. For example, V = + 50 V is applied. This voltage acts only weakly on the primary electron beam of -500 V or more, and its Cs and Cc are the same as those of the monopolar magnetic 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。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適である。However, the secondary electron (about -5V) has a strong lens action, and due to its focusing effect, the secondary electron is taken out above the electrostatic lens and detected. This case is suitable for high-precision measurement by high-resolution observation and secondary electron detection from above, but is not suitable for high-speed automatic length measurement due to hysteresis peculiar to the magnetic field type lens.
そこで、高速自動測長を目的とするためには、単極磁界
レンズの起磁力を小さく、静電レンズの印加電圧Vを大
きくする。例えば、WD=10mm、J=60ATとする。こ
の起磁力は−500v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。
Cs,Ccは静電レンズのみのCs,Ccと変わらな
い。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20nm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た後検出される。Therefore, for the purpose of high-speed automatic length measurement, the magnetomotive force of the unipolar magnetic lens is reduced and the applied voltage V of the electrostatic lens is increased. For example, WD = 10 mm and J = 60 AT. This magnetomotive force acts only weakly for primary electron beams of -500 V or more, but acts as a strong magnetic field lens for secondary electrons and restrains the secondary electrons near the optical axis.
Cs and Cc are the same as Cs and Cc of the electrostatic lens only. Therefore, although the resolution is lower than that when the monopolar magnetic field type lens is strongly operated, the resolution of about 20 nm can be obtained even at a low accelerating voltage by combining with the field emission electron gun. It is possible to measure with high precision. The value of J = 60AT is the constraint condition expression (1),
Since (2) is satisfied, 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 is no problem of hysteresis associated with the accelerating voltage change.
It works well for the above purposes.
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=0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。Further, when it is desired to observe a magnetic substance such as a magnetic disk without a magnetic field, the magnetomotive force J of the unipolar magnetic field type lens is set to J = 0. In this case, a secondary electron detector is provided 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。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
の作用によって単極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,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10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。It is also possible to change the third embodiment and replace the exciting coil 29 with a permanent magnet. FIG. 6 is a diagram showing an example of such a change. In this modified example, the outer portion of the yoke 31 of the magnetic field type lens 30 is composed of a permanent magnet 32 magnetized to an N pole and an S pole.
By the action of, a magnetic field is formed in front of the top surface 33 of the monopolar magnetic field type lens. In addition, this magnetic field type lens
The arrangement, configuration and function of the sample 5, the electrostatic lens 10 and the secondary electron detector 15 above the 30 are the same as those described above in the third embodiment. The same applies to the point that the objective lens 34 is configured together.
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。With respect to the charged particle beam devices according to the first to third embodiments (including modified examples) having the above-described configurations and operations, the particle beam source was improved to irradiate the sample 5 with electrons and positive ions. If possible, the function 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11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。中央電極16には正の印加電圧V(≒0.6|U
|)(Volt)磁界型レンズ11には起磁力J (AT)が印加されている。正のイオン35に対しては、
前記(5)式において、e/m0の項が電子に比し数桁小さ
く、殆ど無視できるため、磁界による集束は行われない
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WD≒15mmの位置に集束している。FIG. 7 shows the voltage of the electrostatic lens 10 and the magnetomotive force of the unipolar magnetic field type lens 11 in the charged particle beam device in which electrons or positive ions can be selectively irradiated from the particle beam source side. It is a figure which shows that the positive ion beam 35 and the electron beam 22 are focusing on the same sample position (namely, the same WD) as the same. A positive applied voltage V (≈0.6 | U
|) (Volt) The magnetic field type lens 11 has a magnetomotive force J (AT) is applied. For positive ions 35,
In the equation (5), the term of e / m 0 is several orders of magnitude smaller than that of electrons and can be neglected. Therefore, focusing by the magnetic field is not performed, but the positive applied voltage V acts as a deceleration electric field and is relatively low. It is focused on the position of WD ≈ 15 mm by the 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、e/m0がイオンの場合に比し
充分大きく、電界と磁界の両作用により、同一試料位置
(即ち、WD≒15mm)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,
Ccdで示され、電子軌道に対する収差係数は第5図のC
s,Ccに示されている。On the other hand, for the electron 22 having a negative charge, the positive applied voltage V having the same magnitude as in the case of the positive ion acts as an accelerating electric field, and is not a voltage sufficient to focus it at the same sample position. I can not say. However, e / m 0 is sufficiently larger than in the case of ions, and both the electric field and the magnetic field can be used for focusing at the same sample position (that is, WD≈15 mm). In these cases, the aberration coefficient for the ion trajectory is, for example, Csd,
It is shown by Ccd, and the aberration coefficient for the electron orbit is C in FIG.
s, Cc.
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
ディスタンスWDによらず、試料から生じた二次電子を
対物レンズの光軸付近に拘束して導き、一基の二次電子
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,像質が向上する。As described above, according to the present invention, a small spherical aberration coefficient and a small chromatic aberration coefficient are obtained by using the objective lens composed of the electrostatic lens and the magnetic field type lens, and the sample is generated regardless of the working distance WD. Since the secondary electrons can be guided while being constrained near the optical axis of the objective lens and can be efficiently detected by a single secondary electron detector, the resolution and image quality are improved.
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。Further, when observing the VLSI, the line profile of the pattern can be obtained symmetrically, and the length measurement accuracy is improved. Furthermore, when observing the sample, the excitation of the magnetic field type lens part is fixed and the focus can be controlled only by the electrostatic lens.
The response speed is improved compared to the magnetic field type lens control, which is advantageous for automated measurement.
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, positive ions and electrons are switched to the sample and irradiated,
When obtaining an image, positive ions and electrons can be focused on the same point by an electric field and a magnetic field having the same polarity and the same magnitude, and stability and operability are improved.
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)〜(c)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
レ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10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11図は静電レンズのみによるCs、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11
図と同様の図を示す。 10……静電レンズ 11,26,30……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. c) is a diagram showing secondary electron trajectories associated with a change in the operation of the objective lens in the second embodiment,
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the charged particle beam device according to the present invention, FIG. 5 is a graph showing spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient of the objective lens in the embodiment, and FIG. 6 is a magnetic field type lens. A modified example of the third embodiment using a permanent magnet, FIG. 7 is a view showing a focused state of a particle beam when ions and electrons are switched and irradiated, and FIG. 8 is an example of a conventional electrostatic lens. And FIG. 9 is a graph showing spherical aberration and chromatic aberration of the conventional electrostatic lens and magnetic field type lens, respectively. FIG. 10 is a diagram showing an example of the potential distribution on the optical axis in the electrostatic lens and the magnetic field distribution on the optical axis in the monopolar magnetic field type lens, and FIG. 11 is Cs by the electrostatic lens only, the monopolar magnetic field type lens. Fig. 12 is a diagram showing Cs when only both lenses are actuated at the same time, and Fig. 12 is the 11th diagram for Cc.
A figure similar to the figure is shown. 10 …… Electrostatic lens 11,26,30 …… Magnetic field type lens 12,27,34 …… Objective lens 13 …… Top surface 15 …… Secondary electron detector
Claims (7)
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 a sample, and a single unit disposed between the electrostatic lens and the sample, coaxial with the electrostatic lens and having a magnetic pole top surface close to the electrostatic lens. A charged particle beam device comprising an objective lens composed of a polar magnetic field type lens and a secondary electron detector arranged in front of the objective lens.
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 electrostatic lens is an Einzel lens,
The charged particle beam device according to claim 1, wherein the lower electrode is composed of a magnetic pole top surface of a unipolar magnetic field type lens.
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 composed of an electrostatic lens installed in front of the sample, and a monopolar magnetic field type lens having a magnetic pole top surface arranged coaxially with the electrostatic lens and behind the sample, and A charged particle beam device having a secondary electron detector arranged in front of an electrostatic lens.
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. A particle beam source for generating ions and electrons,
Claims (1) to (3) having means for selectively irradiating the sample with these ions or electron beams along the same particle beam axis
Charged particle beam device as described.
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 action of the electric field and the magnetic field of the objective lens, and the ion flux is maintained at the same polarity as that of the action of the electric field and the magnetic field. Then, it is focused on the sample by the electric field of the objective lens, the secondary electrons generated thereby are restrained in the vicinity of the particle beam axis and passed through the objective lens hole, and then detected by the secondary electron detector. Claims characterized by
(4) A method for observing a sample using the charged particle beam device according to the above.
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. An electrostatic lens is applied with a weak voltage, a monopole magnetic lens is strongly excited, and the electron beam flux is focused on the sample mainly by the magnetic field action of the monopole magnetic lens. The charged particle beam device according to claim 1, which is characterized in that:
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. The electrostatic lens is strongly applied with a voltage, the monopolar magnetic lens is weakly excited, and the charged particle beam flux is focused on the sample mainly by the action of the electric field of the electrostatic lens. The charged particle beam device according to claim 1, which is characterized in that:
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