JPH08185823A - 走査形電子顕微鏡及びそれを用いた試料像観察方法 - Google Patents
走査形電子顕微鏡及びそれを用いた試料像観察方法Info
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- JPH08185823A JPH08185823A JP6327068A JP32706894A JPH08185823A JP H08185823 A JPH08185823 A JP H08185823A JP 6327068 A JP6327068 A JP 6327068A JP 32706894 A JP32706894 A JP 32706894A JP H08185823 A JPH08185823 A JP H08185823A
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- H01J2237/04735—Changing particle velocity accelerating with electrostatic means
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低加速電圧で高分解能観察を行う走査形電子
顕微鏡において、試料ステージを傾斜したり、試料に凹
凸や突起がある場合に、非点収差の増大を防いで高分解
能像観察を行う。 【構成】 対物レンズ６の磁極の電子線通路部に一次電
子線４が通過できる軸対称な電極１０ａ，１０ｂを配置
し、対物レンズ６を通過する一次電子線のエネルギーを
最終加速電圧より高くする。試料ステージ１３は試料の
傾斜角度を検出するセンサー２５を備え、試料傾斜角度
が大きいとき、制御手段１１により電極１０ａへの印加
電圧を小さな値又はゼロにする。
顕微鏡において、試料ステージを傾斜したり、試料に凹
凸や突起がある場合に、非点収差の増大を防いで高分解
能像観察を行う。 【構成】 対物レンズ６の磁極の電子線通路部に一次電
子線４が通過できる軸対称な電極１０ａ，１０ｂを配置
し、対物レンズ６を通過する一次電子線のエネルギーを
最終加速電圧より高くする。試料ステージ１３は試料の
傾斜角度を検出するセンサー２５を備え、試料傾斜角度
が大きいとき、制御手段１１により電極１０ａへの印加
電圧を小さな値又はゼロにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子線装置及びそれを用
いた試料像観察方法に係り、特に低加速電圧で高分解能
像を得るのに好適な走査形電子顕微鏡及びそれを用いた
試料像観察方法に関する。
いた試料像観察方法に係り、特に低加速電圧で高分解能
像を得るのに好適な走査形電子顕微鏡及びそれを用いた
試料像観察方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形電子顕微鏡は、電子源と、電子源
から放出された電子線を試料上に細いプローブとして集
束させるための集束レンズ系と、集束した電子線を試料
上で二次元的に走査するための偏向系と、電子線の照射
によって試料から発生した二次電子を検出する二次電子
検出器からなり、試料表面の微細構造等を高倍率にて高
分解能観察することのできる装置である。
から放出された電子線を試料上に細いプローブとして集
束させるための集束レンズ系と、集束した電子線を試料
上で二次元的に走査するための偏向系と、電子線の照射
によって試料から発生した二次電子を検出する二次電子
検出器からなり、試料表面の微細構造等を高倍率にて高
分解能観察することのできる装置である。
【０００３】近年、試料の帯電回避等の観点から５００
〜１０００Ｖ程度の低加速電圧で観察できる走査形電子
顕微鏡が求められている。低加速電圧で高分解能像を得
るためには、対物レンズの収差を小さくしてビーム径を
細く絞る必要がある。対物レンズの収差を小さくする方
法としては、内側磁極の下端面を外側磁極の下端面と同
程度あるいはそれより下方に突出させ、レンズ磁界を試
料側に発生させて対物レンズの焦点距離を短くする方法
がある。
〜１０００Ｖ程度の低加速電圧で観察できる走査形電子
顕微鏡が求められている。低加速電圧で高分解能像を得
るためには、対物レンズの収差を小さくしてビーム径を
細く絞る必要がある。対物レンズの収差を小さくする方
法としては、内側磁極の下端面を外側磁極の下端面と同
程度あるいはそれより下方に突出させ、レンズ磁界を試
料側に発生させて対物レンズの焦点距離を短くする方法
がある。
【０００４】対物レンズの収差を小さくする他の方法と
しては、米国特許第4,713,543 号に記載されているよう
に、電子銃から対物レンズ部までの電子線通路に軸対称
な電極を配置してその電極に高電圧を印加し、対物レン
ズを通過するときの一次電子線のエネルギーを試料に到
達するときのエネルギー（最終加速電圧）よりも高くす
る方法がある。このとき、電子線通路に配置した電極に
印加する電圧は、ある一定電圧もしくは一次電子線の加
速電圧に比例して変化させるのが普通である。
しては、米国特許第4,713,543 号に記載されているよう
に、電子銃から対物レンズ部までの電子線通路に軸対称
な電極を配置してその電極に高電圧を印加し、対物レン
ズを通過するときの一次電子線のエネルギーを試料に到
達するときのエネルギー（最終加速電圧）よりも高くす
る方法がある。このとき、電子線通路に配置した電極に
印加する電圧は、ある一定電圧もしくは一次電子線の加
速電圧に比例して変化させるのが普通である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】対物レンズの収差を小
さくして高分解能像を観察するために前記２つの方法を
併用し、対物レンズとしてレンズ磁界を試料側に発生さ
せるタイプのものを用い、かつ電子線通路に電極を設け
対物レンズ磁界を通過する電子線を高エネルギーに加速
することが考えられる。
さくして高分解能像を観察するために前記２つの方法を
併用し、対物レンズとしてレンズ磁界を試料側に発生さ
せるタイプのものを用い、かつ電子線通路に電極を設け
対物レンズ磁界を通過する電子線を高エネルギーに加速
することが考えられる。
【０００６】しかしながら、そのような構造を有する走
査形電子顕微鏡を試作したところ、試料ステージを水平
にして表面が平坦な試料を観察するときには高分解能観
察が可能であったが、試料を傾斜させたり、あるいは表
面に大きな突起やエッジがある試料を観察する場合、試
料像に収差が発生し、期待した高分解能像が得られない
ことが判明した。
査形電子顕微鏡を試作したところ、試料ステージを水平
にして表面が平坦な試料を観察するときには高分解能観
察が可能であったが、試料を傾斜させたり、あるいは表
面に大きな突起やエッジがある試料を観察する場合、試
料像に収差が発生し、期待した高分解能像が得られない
ことが判明した。
【０００７】本発明は、表面が平坦な試料や凹凸のある
試料、あるいは傾斜させた状態での試料観察等、試料の
表面状態や観察条件に応じてそれぞれ最適な装置条件に
て低加速電圧で高分解能観察を行うことのできる走査形
電子顕微鏡及び試料像観察方法を提供することを目的と
する。
試料、あるいは傾斜させた状態での試料観察等、試料の
表面状態や観察条件に応じてそれぞれ最適な装置条件に
て低加速電圧で高分解能観察を行うことのできる走査形
電子顕微鏡及び試料像観察方法を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、レンズ磁界
を試料側に発生させるタイプの対物レンズを用い、その
対物レンズ磁極の電子線通路に電極を設け、対物レンズ
磁界を通過する電子線を高エネルギーに加速する。電極
への印加電圧は、一次電子線の加速電圧に対して比例的
に連動制御してもよいし、一次電子線の加速電圧とは無
関係に一定電圧に制御してもよい。
を試料側に発生させるタイプの対物レンズを用い、その
対物レンズ磁極の電子線通路に電極を設け、対物レンズ
磁界を通過する電子線を高エネルギーに加速する。電極
への印加電圧は、一次電子線の加速電圧に対して比例的
に連動制御してもよいし、一次電子線の加速電圧とは無
関係に一定電圧に制御してもよい。
【０００９】この時、対物レンズと試料の間に強い減速
電界が発生する。平坦な表面を有する試料を傾斜させる
ことなく観察する場合には、この装置条件は対物レンズ
の収差を最小にする最適条件であり、低加速電圧で高分
解能観察を行うことができる。しかし、平坦な表面を有
する試料であっても試料ステージを傾斜させて観察する
場合、あるいは試料表面に大きな凹凸や突起がある導電
性試料を観察する場合には、試料ステージの傾斜あるい
は試料表面の凹凸の影響で、対物レンズと試料の間に形
成される減速電界が乱れてしまう。この減速電界の乱れ
は意図に反して逆に対物レンズの非点収差を増大させ、
高分解能観察を不可能にすることが明らかになった。
電界が発生する。平坦な表面を有する試料を傾斜させる
ことなく観察する場合には、この装置条件は対物レンズ
の収差を最小にする最適条件であり、低加速電圧で高分
解能観察を行うことができる。しかし、平坦な表面を有
する試料であっても試料ステージを傾斜させて観察する
場合、あるいは試料表面に大きな凹凸や突起がある導電
性試料を観察する場合には、試料ステージの傾斜あるい
は試料表面の凹凸の影響で、対物レンズと試料の間に形
成される減速電界が乱れてしまう。この減速電界の乱れ
は意図に反して逆に対物レンズの非点収差を増大させ、
高分解能観察を不可能にすることが明らかになった。
【００１０】本発明は、このような原因解明に基づいて
なされたものであり、試料ステージの傾斜角度や試料の
表面状態に応じて試料と対物レンズ間の電界強度を最適
制御し、どのような観察条件においても対物レンズの収
差を最小の状態とすることにより前記目的を達成するも
のである。すなわち、本発明は、一次電子線を細く絞っ
て試料に照射するための集束レンズ系と、一次電子線を
試料上で二次元的に走査するための電子線偏向手段と、
対物レンズと、試料を傾斜させる機構を備える試料ステ
ージとを含む走査形電子顕微鏡において、試料ステージ
に傾斜角度検出手段を設け、対物レンズの磁極の電子線
通路部に一次電子線が通過できる軸対称な電極を配置
し、電極への印加電圧を傾斜角度検出手段の出力により
試料ステージの傾斜角度に連動して制御する制御手段を
備えることを特徴とする。
なされたものであり、試料ステージの傾斜角度や試料の
表面状態に応じて試料と対物レンズ間の電界強度を最適
制御し、どのような観察条件においても対物レンズの収
差を最小の状態とすることにより前記目的を達成するも
のである。すなわち、本発明は、一次電子線を細く絞っ
て試料に照射するための集束レンズ系と、一次電子線を
試料上で二次元的に走査するための電子線偏向手段と、
対物レンズと、試料を傾斜させる機構を備える試料ステ
ージとを含む走査形電子顕微鏡において、試料ステージ
に傾斜角度検出手段を設け、対物レンズの磁極の電子線
通路部に一次電子線が通過できる軸対称な電極を配置
し、電極への印加電圧を傾斜角度検出手段の出力により
試料ステージの傾斜角度に連動して制御する制御手段を
備えることを特徴とする。
【００１１】制御手段は、試料ステージの傾斜角度が所
定値を超えるとき電極への印加電圧を試料ステージの傾
斜角度がゼロの時の印加電圧より小さな所定値又はゼロ
に切り換えるステップ的制御を行ってもよいし、試料ス
テージの傾斜角度に応じて印加電圧を連続的に変化させ
る制御を行ってもよい。対物レンズの磁極の電子線通路
部に配置する軸対称な電極は軸方向に離間させて複数個
配置し、その複数個の電極のうち試料に近い側の電極へ
の印加電圧を傾斜角度検出手段の出力により試料ステー
ジの傾斜角度に連動して制御する制御手段と、試料から
遠い側の電極に正の一定電圧を印加する手段を備えるこ
ともできる。この正の一定電圧は数十ボルトから百ボル
ト程度とするのが好ましい。
定値を超えるとき電極への印加電圧を試料ステージの傾
斜角度がゼロの時の印加電圧より小さな所定値又はゼロ
に切り換えるステップ的制御を行ってもよいし、試料ス
テージの傾斜角度に応じて印加電圧を連続的に変化させ
る制御を行ってもよい。対物レンズの磁極の電子線通路
部に配置する軸対称な電極は軸方向に離間させて複数個
配置し、その複数個の電極のうち試料に近い側の電極へ
の印加電圧を傾斜角度検出手段の出力により試料ステー
ジの傾斜角度に連動して制御する制御手段と、試料から
遠い側の電極に正の一定電圧を印加する手段を備えるこ
ともできる。この正の一定電圧は数十ボルトから百ボル
ト程度とするのが好ましい。
【００１２】試料から遠い側の電極への印加電圧は、一
定電圧とせずに試料に近い側の電極への印加電圧に連動
させて制御してもよい。また、電極への印加電圧に連動
して対物レンズの励磁電流を制御する手段や、一次電子
線の走査幅を制御する手段を備えてもよい。対物レンズ
は、内側磁極が外側磁極より試料側に突出しているもの
とすることができ、対物レンズの上方に二次電子検出手
段を位置させることができる。
定電圧とせずに試料に近い側の電極への印加電圧に連動
させて制御してもよい。また、電極への印加電圧に連動
して対物レンズの励磁電流を制御する手段や、一次電子
線の走査幅を制御する手段を備えてもよい。対物レンズ
は、内側磁極が外側磁極より試料側に突出しているもの
とすることができ、対物レンズの上方に二次電子検出手
段を位置させることができる。
【００１３】本発明による試料像観察方法は、対物レン
ズの磁極の電子線通路部に一次電子線が通過できる軸対
称な電極を配置し、正電圧を印加した前記電極を通過し
た一次電子線で試料ステージ上に載置した試料を走査
し、試料から発生した二次電子を前記対物レンズの上方
に設けた二次電子検出器で検出して試料像を形成する走
査形電子顕微鏡による試料像観察方法において、電極に
印加する電圧を試料ステージの傾斜角度に連動させて制
御することを特徴とする。
ズの磁極の電子線通路部に一次電子線が通過できる軸対
称な電極を配置し、正電圧を印加した前記電極を通過し
た一次電子線で試料ステージ上に載置した試料を走査
し、試料から発生した二次電子を前記対物レンズの上方
に設けた二次電子検出器で検出して試料像を形成する走
査形電子顕微鏡による試料像観察方法において、電極に
印加する電圧を試料ステージの傾斜角度に連動させて制
御することを特徴とする。
【００１４】電極に印加する電圧の制御は、試料ステー
ジの傾斜角度が所定値を超えるとき試料ステージの傾斜
角度がゼロの時の印加電圧より小さな所定値又はゼロに
切り換える制御、あるいは記試料ステージの傾斜角度に
応じて連続的に変化させる制御とすることができ、試料
ステージに傾斜角度センサーを設けてそのセンサーの出
力に基づいて制御装置によって自動的に行うようにして
もよいし、手動で行うようにしてもよい。また、本発明
による試料像観察方法は、前記電極に印加する電圧を試
料表面の凹凸に応じて選択することを特徴とする。
ジの傾斜角度が所定値を超えるとき試料ステージの傾斜
角度がゼロの時の印加電圧より小さな所定値又はゼロに
切り換える制御、あるいは記試料ステージの傾斜角度に
応じて連続的に変化させる制御とすることができ、試料
ステージに傾斜角度センサーを設けてそのセンサーの出
力に基づいて制御装置によって自動的に行うようにして
もよいし、手動で行うようにしてもよい。また、本発明
による試料像観察方法は、前記電極に印加する電圧を試
料表面の凹凸に応じて選択することを特徴とする。
【００１５】
【作用】焦点距離が短く、収差の小さな対物レンズの使
用により、電子線のスポット径を小さくして高分解能像
を得ることができる。対物レンズ磁極内の電子線通路部
に電極を配置してレンズ磁界内を通過する電子線を加速
することにより、対物レンズの収差をさらに減少するこ
とができる。対物レンズ磁極内に配置した電極による電
界は、試料から発生した二次電子を二次電子検出器に導
く作用もする。こうして、試料ステージを傾斜させない
通常の観察条件下では、対物レンズの収差を最小にした
最適条件で高分解能像の観察が可能となる。
用により、電子線のスポット径を小さくして高分解能像
を得ることができる。対物レンズ磁極内の電子線通路部
に電極を配置してレンズ磁界内を通過する電子線を加速
することにより、対物レンズの収差をさらに減少するこ
とができる。対物レンズ磁極内に配置した電極による電
界は、試料から発生した二次電子を二次電子検出器に導
く作用もする。こうして、試料ステージを傾斜させない
通常の観察条件下では、対物レンズの収差を最小にした
最適条件で高分解能像の観察が可能となる。
【００１６】ここで、対物レンズ磁極内の電子線通路部
に配置する電極への印加電圧を一次電子線の加速電圧に
対して比例的に制御した場合、各加速電圧で等しい分解
能改善効果を期待することができる。一方、電極電圧を
一次電子線の加速電圧とは無関係に一定に制御すると、
分解能が低下する低加速電圧ほど、電極電圧による分解
能改善効果が大きくなる。
に配置する電極への印加電圧を一次電子線の加速電圧に
対して比例的に制御した場合、各加速電圧で等しい分解
能改善効果を期待することができる。一方、電極電圧を
一次電子線の加速電圧とは無関係に一定に制御すると、
分解能が低下する低加速電圧ほど、電極電圧による分解
能改善効果が大きくなる。
【００１７】一方、試料ステージを傾斜させた場合に
は、対物レンズの磁極内通路に配置した電極と試料の間
に発生される減速電界が試料ステージ傾斜の影響で乱
れ、逆に収差を増す結果となる。この場合には、電極に
印加する電圧を低く抑え、あるいはゼロとして電極の機
能を停止させる方が、かえって対物レンズの収差が小さ
くなり、最適条件下で高分解能観察が可能となる。
は、対物レンズの磁極内通路に配置した電極と試料の間
に発生される減速電界が試料ステージ傾斜の影響で乱
れ、逆に収差を増す結果となる。この場合には、電極に
印加する電圧を低く抑え、あるいはゼロとして電極の機
能を停止させる方が、かえって対物レンズの収差が小さ
くなり、最適条件下で高分解能観察が可能となる。
【００１８】対物レンズの磁極内通路に電極を多段に配
置した場合には、試料に近い側の電極に印加する電圧を
試料ステージの傾斜角度に応じて変化させ、対物レンズ
の収差増大を抑制する。このとき、試料から遠い側の電
極には、試料ステージの傾斜角度によらず常に数十ボル
トから百ボルト程度の正電圧を印加しておくことで、レ
ンズ収差を増大することなく二次電子検出効率を向上さ
せることができる。試料から遠い側の電極に印加する電
圧を一定とせず、試料に近い側の電極に印加する電圧に
連動して制御する場合には、二次電子検出効率をさらに
向上させることができる。
置した場合には、試料に近い側の電極に印加する電圧を
試料ステージの傾斜角度に応じて変化させ、対物レンズ
の収差増大を抑制する。このとき、試料から遠い側の電
極には、試料ステージの傾斜角度によらず常に数十ボル
トから百ボルト程度の正電圧を印加しておくことで、レ
ンズ収差を増大することなく二次電子検出効率を向上さ
せることができる。試料から遠い側の電極に印加する電
圧を一定とせず、試料に近い側の電極に印加する電圧に
連動して制御する場合には、二次電子検出効率をさらに
向上させることができる。
【００１９】対物レンズ磁極内の電子線通路部に設けた
電極に印加する電圧を変化させると、一次電子線のフォ
ーカス作用及び試料上での一次電子線の走査幅が変化す
る。そこで、この電極への印加電圧に連動して対物レン
ズの励磁電流及び一次電子線の走査幅を制御することに
より、電極への印加電圧が変化しても常に同一の試料位
置にフォーカスを維持するとともに、倍率変化が生じな
いようにすることができる。
電極に印加する電圧を変化させると、一次電子線のフォ
ーカス作用及び試料上での一次電子線の走査幅が変化す
る。そこで、この電極への印加電圧に連動して対物レン
ズの励磁電流及び一次電子線の走査幅を制御することに
より、電極への印加電圧が変化しても常に同一の試料位
置にフォーカスを維持するとともに、倍率変化が生じな
いようにすることができる。
【００２０】また、試料のエッジ部分を観察するなど試
料表面に大きな凹凸や突起がある場合、特にその試料が
導電性を有する場合には、その凹凸や突起によって電界
が乱れ、レンズ収差がかえって大きくなることが生じ
る。そのため、このような試料の観察に当たっては、対
物レンズの磁極内通路に配置した電極に印加する電圧
を、平坦な表面を有する試料に対する印加電圧より小さ
な値、あるいはゼロにすることにより、レンズ収差が最
小の最適条件での観察が可能となる。
料表面に大きな凹凸や突起がある場合、特にその試料が
導電性を有する場合には、その凹凸や突起によって電界
が乱れ、レンズ収差がかえって大きくなることが生じ
る。そのため、このような試料の観察に当たっては、対
物レンズの磁極内通路に配置した電極に印加する電圧
を、平坦な表面を有する試料に対する印加電圧より小さ
な値、あるいはゼロにすることにより、レンズ収差が最
小の最適条件での観察が可能となる。
【００２１】この場合においても、電極を多段に配置
し、試料から遠い側の電極に数十ボルトから百ボルト程
度の低電圧を印加しておくことにより、試料付近に乱れ
た電界を発生して収差を増大させる心配なしに二次電子
補足効率を高めることができる。本発明によれば、試料
に大きな凹凸や突起がなく、かつ試料ステージの傾斜角
度が小さい場合には、対物レンズ磁極の電子線通路部に
設けた電極（電極を複数個設けた場合には、試料に近い
側の電極）への印加電圧を高くして対物レンズの収差を
最小にできる。そして、試料に大きな凹凸があったり、
試料ステージを高角度に傾斜して観察する場合には、前
記電極の電圧を下げるため、対物レンズと試料との間の
電界が弱められて、電界の乱れによる非点収差の増大が
防止される。したがって、常に試料の表面状態や観察条
件に最も適した高分解能条件で試料を観察することがで
きる。
し、試料から遠い側の電極に数十ボルトから百ボルト程
度の低電圧を印加しておくことにより、試料付近に乱れ
た電界を発生して収差を増大させる心配なしに二次電子
補足効率を高めることができる。本発明によれば、試料
に大きな凹凸や突起がなく、かつ試料ステージの傾斜角
度が小さい場合には、対物レンズ磁極の電子線通路部に
設けた電極（電極を複数個設けた場合には、試料に近い
側の電極）への印加電圧を高くして対物レンズの収差を
最小にできる。そして、試料に大きな凹凸があったり、
試料ステージを高角度に傾斜して観察する場合には、前
記電極の電圧を下げるため、対物レンズと試料との間の
電界が弱められて、電界の乱れによる非点収差の増大が
防止される。したがって、常に試料の表面状態や観察条
件に最も適した高分解能条件で試料を観察することがで
きる。
【００２２】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例の概略断面図である。陰極
１と第一陽極２に印加される例えば４ｋＶの電圧Ｖ１に
より陰極１から放射された一次電子線４は、第二陽極３
に印加される例えば１ｋＶの電圧Ｖacc に加速されて後
段のレンズ系に進行する。この一次電子線４は、レンズ
制御電源１６で制御された集束レンズ５と対物レンズ６
により試料７に微小スポットとして集束され、対物レン
ズ絞り１４で試料７に照射される一次電子の集束角（ビ
ーム開き角）を決められた後に、偏向コイル８で試料上
を二次元的に走査される。偏向コイル８の走査信号は、
観察倍率に応じて偏向制御回路１５により制御される。
る。図１は本発明の一実施例の概略断面図である。陰極
１と第一陽極２に印加される例えば４ｋＶの電圧Ｖ１に
より陰極１から放射された一次電子線４は、第二陽極３
に印加される例えば１ｋＶの電圧Ｖacc に加速されて後
段のレンズ系に進行する。この一次電子線４は、レンズ
制御電源１６で制御された集束レンズ５と対物レンズ６
により試料７に微小スポットとして集束され、対物レン
ズ絞り１４で試料７に照射される一次電子の集束角（ビ
ーム開き角）を決められた後に、偏向コイル８で試料上
を二次元的に走査される。偏向コイル８の走査信号は、
観察倍率に応じて偏向制御回路１５により制御される。
【００２３】対物レンズ６の電子線通路部には軸対称な
筒状の電極１０が配置され、電圧制御電源１１により正
の電圧Ｖａ、例えば５００Ｖが印加される。一次電子線
４は、電極１０に印加された電圧Ｖａで加速電圧Ｖacc
よりもさらに加速された後、対物レンズ６と試料７との
間で元のエネルギー（Ｖacc ）に減速されて試料７に照
射される。対物レンズ６の磁界は試料側に発生する構成
になっており、電極１０に正の電圧Ｖａが印加される
と、一次電子線４は対物レンズ磁界中をＶacc よりも高
いエネルギーで通過するため、レンズ収差が低減され
る。一次電子線４の照射により試料７から発生した二次
電子９は、対物レンズの磁界にトラップされて対物レン
ズ上方へ進行し、二次電子検出器２０で検出される。二
次電子検出器２０からの信号は像表示装置１７に入力さ
れ、像表示装置１７に試料の拡大像が表示される。な
お、本実施例では、電圧Ｖａを加速電圧Ｖacc に無関係
に一定に設定しているため、分解能の低下が著しい低加
速電圧ほど、分解能改善効果がある。
筒状の電極１０が配置され、電圧制御電源１１により正
の電圧Ｖａ、例えば５００Ｖが印加される。一次電子線
４は、電極１０に印加された電圧Ｖａで加速電圧Ｖacc
よりもさらに加速された後、対物レンズ６と試料７との
間で元のエネルギー（Ｖacc ）に減速されて試料７に照
射される。対物レンズ６の磁界は試料側に発生する構成
になっており、電極１０に正の電圧Ｖａが印加される
と、一次電子線４は対物レンズ磁界中をＶacc よりも高
いエネルギーで通過するため、レンズ収差が低減され
る。一次電子線４の照射により試料７から発生した二次
電子９は、対物レンズの磁界にトラップされて対物レン
ズ上方へ進行し、二次電子検出器２０で検出される。二
次電子検出器２０からの信号は像表示装置１７に入力さ
れ、像表示装置１７に試料の拡大像が表示される。な
お、本実施例では、電圧Ｖａを加速電圧Ｖacc に無関係
に一定に設定しているため、分解能の低下が著しい低加
速電圧ほど、分解能改善効果がある。
【００２４】対物レンズ６の励磁電流は、加速電圧Ｖac
c 及び電極電圧Ｖａが高いほど大きくなるようにＶacc
及びＶａ連動させて変化させる必要がある。これは例え
ば、電子線を同じ点にフォーカスさせるのに必要な加速
電圧Ｖacc 及び電極電圧Ｖａと対物レンズの励磁電流の
関係を予め実験やシミュレーションによって実験式ある
いはテーブルの形で求めておき、その実験式あるいはテ
ーブルに基づいて行われる。
c 及び電極電圧Ｖａが高いほど大きくなるようにＶacc
及びＶａ連動させて変化させる必要がある。これは例え
ば、電子線を同じ点にフォーカスさせるのに必要な加速
電圧Ｖacc 及び電極電圧Ｖａと対物レンズの励磁電流の
関係を予め実験やシミュレーションによって実験式ある
いはテーブルの形で求めておき、その実験式あるいはテ
ーブルに基づいて行われる。
【００２５】試料ステージ１３は、試料を水平（Ｘ，
Ｙ）方向及び垂直（Ｚ）方向に移動することができると
共に、試料を傾斜させることができ、その傾斜角度を検
出するセンサー２５が取り付けられている。また、試料
ステージ１３は導電性を有し、接地電位又は負の一定電
位に維持される。試料傾斜角度検出センサー２５は、試
料ステージ傾斜角度が予め設定された値、例えば３０゜
よりも大きくなると信号を発し、その信号により電圧制
御電源１１が働いて電極１０への印加電圧Ｖａをより小
さい値又はゼロに変更する。この制御動作により、対物
レンズ６と試料７の間の電界が弱められ、試料ステージ
が傾斜して電界が乱れることによる非点収差の増大が防
止される。
Ｙ）方向及び垂直（Ｚ）方向に移動することができると
共に、試料を傾斜させることができ、その傾斜角度を検
出するセンサー２５が取り付けられている。また、試料
ステージ１３は導電性を有し、接地電位又は負の一定電
位に維持される。試料傾斜角度検出センサー２５は、試
料ステージ傾斜角度が予め設定された値、例えば３０゜
よりも大きくなると信号を発し、その信号により電圧制
御電源１１が働いて電極１０への印加電圧Ｖａをより小
さい値又はゼロに変更する。この制御動作により、対物
レンズ６と試料７の間の電界が弱められ、試料ステージ
が傾斜して電界が乱れることによる非点収差の増大が防
止される。
【００２６】試料ステージの傾斜角度が何度になったと
き印加電圧Ｖａをどの様に変化させるべきかは、全ての
観察条件で非点収差が最小となるように、電極１０への
印加電圧Ｖａの値、加速電圧Ｖacc の値等に依存して決
定される。印加電圧Ｖａは試料の傾斜角度に応じてステ
ップ的に変化させてもよいし、連続的に変化させてもよ
い。
き印加電圧Ｖａをどの様に変化させるべきかは、全ての
観察条件で非点収差が最小となるように、電極１０への
印加電圧Ｖａの値、加速電圧Ｖacc の値等に依存して決
定される。印加電圧Ｖａは試料の傾斜角度に応じてステ
ップ的に変化させてもよいし、連続的に変化させてもよ
い。
【００２７】また、電圧制御電源１１は手動スイッチ１
２を備える。試料が導電性で表面に大きな突起部や凹凸
構造を有し、それによって電極１０と試料７の間に形成
される電界が乱れる場合には、手動スイッチ１２によ
り、試料ステージ傾斜角度センサー２５の信号とは独立
に電極１０への印加電圧を、より小さい値又はゼロに設
定して電界を弱める。このように、本実施例によると、
試料ステージの傾斜角度や試料の表面状態に応じて試料
と対物レンズ間の電界強度を最適制御し、どのような観
察条件においても対物レンズの収差が最小の状態を実現
し、試料の高分解能観察を行うことができる。
２を備える。試料が導電性で表面に大きな突起部や凹凸
構造を有し、それによって電極１０と試料７の間に形成
される電界が乱れる場合には、手動スイッチ１２によ
り、試料ステージ傾斜角度センサー２５の信号とは独立
に電極１０への印加電圧を、より小さい値又はゼロに設
定して電界を弱める。このように、本実施例によると、
試料ステージの傾斜角度や試料の表面状態に応じて試料
と対物レンズ間の電界強度を最適制御し、どのような観
察条件においても対物レンズの収差が最小の状態を実現
し、試料の高分解能観察を行うことができる。
【００２８】図２は、本発明の他の実施例の対物レンズ
付近の概略断面図である。本実施例の対物レンズ６は、
大形試料７を高角度傾斜できるように内側磁極６ａが外
側磁極６ｂより試料側に突出している。この結果、対物
レンズ下面と二次電子検出器２０との距離が長くなるた
め、試料７から発生した二次電子９を効率よく検出する
には、二次電子９を加速して二次電子検出器２０側に進
行させる必要がある。このため、対物レンズ磁極の電子
線通路には２個の独立した軸対称電極１０ａ及び１０ｂ
を設け、上方の電極１０ｂにある一定の正電圧Ｖｂを印
加して、二次電子９を二次電子検出器側に加速してい
る。試料７に近い側の電極１０ａには正の電圧Ｖａを印
加し、一次電子線４をＶacc よりも高いエネルギーに加
速して対物レンズ磁界中を進行させる。試料ステージ１
３が傾斜していない場合、あるいは傾斜していても傾斜
角度が小さい場合には、この動作状態で対物レンズの収
差が最小となり、高分解能像観察を行うことができる。
付近の概略断面図である。本実施例の対物レンズ６は、
大形試料７を高角度傾斜できるように内側磁極６ａが外
側磁極６ｂより試料側に突出している。この結果、対物
レンズ下面と二次電子検出器２０との距離が長くなるた
め、試料７から発生した二次電子９を効率よく検出する
には、二次電子９を加速して二次電子検出器２０側に進
行させる必要がある。このため、対物レンズ磁極の電子
線通路には２個の独立した軸対称電極１０ａ及び１０ｂ
を設け、上方の電極１０ｂにある一定の正電圧Ｖｂを印
加して、二次電子９を二次電子検出器側に加速してい
る。試料７に近い側の電極１０ａには正の電圧Ｖａを印
加し、一次電子線４をＶacc よりも高いエネルギーに加
速して対物レンズ磁界中を進行させる。試料ステージ１
３が傾斜していない場合、あるいは傾斜していても傾斜
角度が小さい場合には、この動作状態で対物レンズの収
差が最小となり、高分解能像観察を行うことができる。
【００２９】下側電極１０ａに電圧Ｖａを印加したまま
で試料ステージ１３を傾斜させると、図２に等電位線３
０で示すように、電極１０ａと試料７の間に形成される
電界が乱れ、軸対称でなくなって収差が発生する。従っ
て、試料ステージ１３を傾斜した場合には、試料傾斜角
度センサー２５の信号により電圧制御電源１１で電極１
０ａの電圧をゼロ又は小さな値に制御して、対物レンズ
と試料との間の軸非対称な電界による非点収差の発生を
防止する。
で試料ステージ１３を傾斜させると、図２に等電位線３
０で示すように、電極１０ａと試料７の間に形成される
電界が乱れ、軸対称でなくなって収差が発生する。従っ
て、試料ステージ１３を傾斜した場合には、試料傾斜角
度センサー２５の信号により電圧制御電源１１で電極１
０ａの電圧をゼロ又は小さな値に制御して、対物レンズ
と試料との間の軸非対称な電界による非点収差の発生を
防止する。
【００３０】また、試料に大きな凹凸や突起がある場合
には、手動スイッチ１２により、試料傾斜角度センサー
２５の信号とは独立に電極１０ａの電圧をゼロ又は小さ
な値に設定して、対物レンズと試料との間の軸非対称な
電界の発生を防止する。電極１０ａ，１０ｂへの印加電
圧は、図示しない制御ＣＰＵで読み込み可能であり、こ
の印加電圧に連動してレンズ系制御回路１６及び偏向制
御回路１５が制御され、対物レンズ６の励磁電流及び偏
向コイル８の走査信号が制御される。対物レンズ６の励
磁電流及び偏向コイル８の走査信号は、電極の印加電圧
変化に対してフォーカス条件及び倍率の変化が見かけ上
無くなるように、予め実験あるいはシミュレーションで
求めた制御式、又はテーブルからの読み出しデータで制
御される。
には、手動スイッチ１２により、試料傾斜角度センサー
２５の信号とは独立に電極１０ａの電圧をゼロ又は小さ
な値に設定して、対物レンズと試料との間の軸非対称な
電界の発生を防止する。電極１０ａ，１０ｂへの印加電
圧は、図示しない制御ＣＰＵで読み込み可能であり、こ
の印加電圧に連動してレンズ系制御回路１６及び偏向制
御回路１５が制御され、対物レンズ６の励磁電流及び偏
向コイル８の走査信号が制御される。対物レンズ６の励
磁電流及び偏向コイル８の走査信号は、電極の印加電圧
変化に対してフォーカス条件及び倍率の変化が見かけ上
無くなるように、予め実験あるいはシミュレーションで
求めた制御式、又はテーブルからの読み出しデータで制
御される。
【００３１】本実施例によると、下側電極１０ａの電圧
がゼロ又は小さな値の場合でも、上側電極１０ｂにはあ
る一定の電圧Ｖｂが印加されているため、試料７から発
生した二次電子９は電極１０ｂの印加電圧Ｖｂで加速さ
れて二次電子検出器２０へ進行できる。従って、二次電
子検出器２０による二次電子検出効率を高く維持したま
ま、対物レンズ６の収差を常に最小にすることができ
る。
がゼロ又は小さな値の場合でも、上側電極１０ｂにはあ
る一定の電圧Ｖｂが印加されているため、試料７から発
生した二次電子９は電極１０ｂの印加電圧Ｖｂで加速さ
れて二次電子検出器２０へ進行できる。従って、二次電
子検出器２０による二次電子検出効率を高く維持したま
ま、対物レンズ６の収差を常に最小にすることができ
る。
【００３２】ここでは、上側電極１０ｂへの印加電圧Ｖ
ｂを一定としたが、Ｖｂを下側電極１０ａへの印加電圧
Ｖａに連動させて制御するようにすることもできる。そ
の場合、各電極電圧Ｖａに対して二次電子の検出効率が
低下しないようなＶｂの関係を予め実験又はシミュレー
ションで求めておき、その関係に基づいてＶｂをＶａに
連動して制御するとよい。
ｂを一定としたが、Ｖｂを下側電極１０ａへの印加電圧
Ｖａに連動させて制御するようにすることもできる。そ
の場合、各電極電圧Ｖａに対して二次電子の検出効率が
低下しないようなＶｂの関係を予め実験又はシミュレー
ションで求めておき、その関係に基づいてＶｂをＶａに
連動して制御するとよい。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、試料ステージの傾斜角
度や試料の表面状態に応じて試料と対物レンズ間の電界
強度を最適制御し、どのような観察条件においても対物
レンズの収差を最小の状態として高分解能像を観察する
ことができる。
度や試料の表面状態に応じて試料と対物レンズ間の電界
強度を最適制御し、どのような観察条件においても対物
レンズの収差を最小の状態として高分解能像を観察する
ことができる。
【図１】本発明の一実施例の説明図。
【図２】本発明の他の実施例の説明図。
１…陰極、２…第一陽極、３…第二陽極、４…一次電子
線、５…集束レンズ、６…対物レンズ、６ａ…内側磁
極、６ｂ…外側磁極、７…試料、８…偏向コイル、９…
二次電子、１０，１０ａ，１０ｂ…電極、１１…電圧制
御電源、１２…手動スイッチ、１３…試料ステージ、１
４…対物レンズ絞り、１５…偏向制御回路、１６…レン
ズ系制御回路、１７…像表示装置、２０…二次電子電子
検出器、２５…試料傾斜角度センサー
線、５…集束レンズ、６…対物レンズ、６ａ…内側磁
極、６ｂ…外側磁極、７…試料、８…偏向コイル、９…
二次電子、１０，１０ａ，１０ｂ…電極、１１…電圧制
御電源、１２…手動スイッチ、１３…試料ステージ、１
４…対物レンズ絞り、１５…偏向制御回路、１６…レン
ズ系制御回路、１７…像表示装置、２０…二次電子電子
検出器、２５…試料傾斜角度センサー
Claims (15)
- 【請求項１】 一次電子線を細く絞って試料に照射する
ための集束レンズ系と、前記一次電子線を試料上で二次
元的に走査するための電子線偏向手段と、対物レンズ
と、試料を傾斜させる機構を備える試料ステージとを含
む走査形電子顕微鏡において、 前記試料ステージに傾斜角度検出手段を設け、前記対物
レンズの磁極の電子線通路部に一次電子線が通過できる
軸対称な電極を配置し、前記電極への印加電圧を前記傾
斜角度検出手段の出力により試料ステージの傾斜角度に
連動して制御する制御手段を備えることを特徴とする走
査形電子顕微鏡。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記試料ステージの傾
斜角度が所定値を超えるとき、前記電極への印加電圧を
試料ステージの傾斜角度がゼロの時の印加電圧より小さ
な所定値又はゼロに切り換える制御を行うことを特徴と
する請求項１記載の走査形電子顕微鏡。 - 【請求項３】 前記制御手段は、前記試料ステージの傾
斜角度に応じて前記電極への印加電圧を連続的に変化さ
せる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の走査形
電子顕微鏡。 - 【請求項４】 前記電極への印加電圧に連動して前記対
物レンズの励磁電流を制御する手段を備えることを特徴
とする請求項１、２又は３記載の走査形電子顕微鏡。 - 【請求項５】 前記電極への印加電圧に連動して前記一
次電子線の走査幅を制御する手段を備えることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項記載の走査形電子顕微
鏡。 - 【請求項６】 一次電子線を細く絞って試料に照射する
ための集束レンズ系と、前記一次電子線を試料上で二次
元的に走査するための電子線偏向手段と、対物レンズ
と、試料を傾斜させる機構を備える試料ステージとを含
む走査形電子顕微鏡において、 前記試料ステージに傾斜角度検出手段を設け、前記対物
レンズの磁極の電子線通路部に一次電子線が通過できる
軸対称な電極を軸方向に離間させて複数個配置し、前記
複数個の電極のうち試料に近い側の電極への印加電圧を
前記傾斜角度検出手段の出力により試料ステージの傾斜
角度に連動して制御する制御手段と、試料から遠い側の
電極に正の一定電圧を印加する手段を備えることを特徴
とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項７】 一次電子線を細く絞って試料に照射する
ための集束レンズ系と、前記一次電子線を試料上で二次
元的に走査するための電子線偏向手段と、対物レンズ
と、試料を傾斜させる機構を備える試料ステージとを含
む走査形電子顕微鏡において、 前記試料ステージに傾斜角度検出手段を設け、前記対物
レンズの磁極の電子線通路部に一次電子線が通過できる
軸対称な電極を軸方向に離間させて複数個配置し、前記
複数個の電極のうち試料に近い側の電極への印加電圧を
前記傾斜角度検出手段の出力により試料ステージの傾斜
角度に連動して制御する第１の制御手段と、試料から遠
い側の電極への印加電圧を前記試料に近い側の電極への
印加電圧に連動して制御する第２の制御手段とを備える
ことを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項８】 前記複数個の電極への印加電圧に連動し
て前記対物レンズの励磁電流を制御する手段を備えるこ
とを特徴とする請求項６又は７記載の走査形電子顕微
鏡。 - 【請求項９】 前記複数個の電極への印加電圧に連動し
て前記一次電子線の走査幅を制御する手段を備えること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の走査形
電子顕微鏡。 - 【請求項１０】 前記対物レンズは、内側磁極が外側磁
極より試料側に突出していることを特徴とする請求項１
〜９のいずれか１項記載の走査形電子顕微鏡。 - 【請求項１１】 前記対物レンズの上方に二次電子検出
手段が位置することを特徴とする請求項１〜１０のいず
れか１項記載の走査形電子顕微鏡。 - 【請求項１２】 対物レンズの磁極の電子線通路部に一
次電子線が通過できる軸対称な電極を配置し、正電圧を
印加した前記電極を通過した一次電子線で試料ステージ
上に載置した試料を走査し、試料から発生した二次電子
を前記対物レンズの上方に設けた二次電子検出器で検出
して試料像を形成する走査形電子顕微鏡による試料像観
察方法において、 前記電極に印加する電圧を試料ステージの傾斜角度に連
動して制御することを特徴とする走査形電子顕微鏡によ
る試料像観察方法。 - 【請求項１３】 前記試料ステージの傾斜角度が所定値
を超えるとき前記電極への印加電圧を試料ステージの傾
斜角度がゼロの時の印加電圧より小さな所定値又はゼロ
に切り換えることを特徴とする請求項１２記載の走査形
電子顕微鏡による試料像観察方法。 - 【請求項１４】 前記試料ステージの傾斜角度に応じて
前記電極への印加電圧を連続的に変化させることを特徴
とする請求項１２記載の走査形電子顕微鏡による試料像
観察方法。 - 【請求項１５】 対物レンズの磁極の電子線通路部に一
次電子線が通過できる軸対称な電極を配置し、正電圧を
印加した前記電極を通過した一次電子線で試料ステージ
上に載置した試料を走査し、試料から発生した二次電子
を前記対物レンズの上方に設けた二次電子検出器で検出
して試料像を形成する走査形電子顕微鏡による試料像観
察方法において、 前記電極に印加する電圧を試料表面の凹凸に応じて選択
することを特徴とする走査形電子顕微鏡による試料像観
察方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32706894A JP3323021B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 走査形電子顕微鏡及びそれを用いた試料像観察方法 |
| KR1019950058264A KR100384727B1 (ko) | 1994-12-28 | 1995-12-27 | 주사형전자현미경및그것을이용한시료상관찰방법 |
| DE19549022A DE19549022C2 (de) | 1994-12-28 | 1995-12-28 | Rasterelektronenmikroskop und Probenbetrachtungsverfahren mittels eines solchen |
| US08/579,756 US5670782A (en) | 1994-12-28 | 1995-12-28 | Scanning electron microscope and speciman observation method thereby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32706894A JP3323021B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 走査形電子顕微鏡及びそれを用いた試料像観察方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08185823A true JPH08185823A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3323021B2 JP3323021B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=18194940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32706894A Expired - Fee Related JP3323021B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 走査形電子顕微鏡及びそれを用いた試料像観察方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5670782A (ja) |
| JP (1) | JP3323021B2 (ja) |
| KR (1) | KR100384727B1 (ja) |
| DE (1) | DE19549022C2 (ja) |
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| US7351971B2 (en) | 2005-07-01 | 2008-04-01 | Jeol Ltd. | Charged-particle beam instrument and method of detection |
| JP2011253729A (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-15 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査電子顕微鏡装置 |
| JP2020053272A (ja) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6037589A (en) * | 1997-01-16 | 2000-03-14 | Seiko Instruments Inc. | Electron beam device |
| JP3514070B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2004-03-31 | 株式会社日立製作所 | 走査電子顕微鏡 |
| JP2002507045A (ja) | 1998-03-10 | 2002-03-05 | エッサーズ、エリック | 走査型電子顕微鏡 |
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| KR100416791B1 (ko) * | 2001-03-19 | 2004-01-31 | 삼성전자주식회사 | 반도체 웨이퍼 검사용 현미경장치 및 그 검사방법 |
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| JP4636897B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2011-02-23 | 株式会社日立ハイテクサイエンスシステムズ | 走査電子顕微鏡 |
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| JP4997013B2 (ja) * | 2007-07-31 | 2012-08-08 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子分光器を備えた電子顕微鏡 |
| EP2811506B1 (en) * | 2013-06-05 | 2016-04-06 | Fei Company | Method for imaging a sample in a dual-beam charged particle apparatus |
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