JPS62168324A - 電子線装置内の二次およびまたは後方散乱電子の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子線装置内の二次および（または）後方散
乱電子の検出装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の従来の装置は、特に一次線がたとえばｌｋＶの
比較的低い加速電圧で発生される場合に、一次線が二次
電子に対して設けられている電気的吸引場によりその方
向に影響されるという欠点を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、冒頭に記載したｆｆｆｉ類の装置であ
って、上記の問題が生じない装置を提供することである
つ 〔問題点を解決するための手段〕 この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載の装置により達成される。

本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲第２項ないし
第１１項にあげられている。

〔発明の効果〕

本発明により得られる利点は特に、−矢線の方向が低い
加速電圧においても二次電子の吸引のために設けられて
いる電場により取るに足るほど影響されないことである
。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図に概要図で示されている走査電子頭微鏡は、陰極
１ａ、ウェーネルト円ｍｉｂおよび陽極ＩＣから成る電
子線源１を含んでおり、陽極ＩＣと陰極１ａとの闇に加
速電圧ｕｐεが与えられている。陽極ＩＣの孔を通って
出る電子線２（以下では一次線と呼ぶ）はコンデンサレ
ンズ３および別の電子光学的レンズ（それらの・うち−
矢線経路内で最後に設けられている対物レンズ４のみが
示されている）により、試料台６の上に保持される試料
５、たとえば集積回路の１つの点１３に集束される。電
子光学系の軸線は符号７を付されている。対物レンズ４
は空隙９を含んでいる金属カバー８を設けられており、
この空隙を通って、コイル４ａから発生されたレンズ場
が−・矢線２に作用する。ラスター発生器１２により駆
動される２つの偏向コイル系１０および１１により一次
線２は並び合って位置する行内で試料表面の１つの範囲
にわたり偏向され得る。−・矢線の衝突の際に点１３に
おいて二次電子ＳＥおよび後方散乱電子が試料５から出
て、電気的吸引場を経てシンチレータ１（に到達する。

シンチレータ１４は光導波路１５を経て光電子増倍管１
６と接続されている。その出力端１７から、それぞれ−
矢線２により探索される試料表面の点１３に対して特徴
的な信号が取り出され得る。

信号処理装置１８を介して電気信号から、ＣＲＴディス
プレイ２０の輝度制御電極１９に供給される制御信号が
導き出される。ＣＲＴディスプレイ２０は陰極２０ａと
、陰極２０ａから出発する電子線に影響するための偏向
系２０ｂおよび２０Ｃと、スクリーン２０ｄとを含んで
いる。ＣＲＴディスプレイ２０の電子線が一次線２の偏
向に相当する仕方でスクリーン２Ｏｄ上を撮れると、−
矢線２により走査された試料５の点１３にそれぞれ相当
するスクリーン２０ｄ上の各点はそのつどの電気信号に
相当する明るさを得る。その際にスクリーン２０ｄ上に
試料表面の像が生ずる。部分１４ないし１７から成る装
置は後方散乱検出器とも呼ばれる。

対物レンズ４と試料５との間に軸線７に対して垂直な平
面内に２つの電極２１および２２が配評されており、そ
れらのうち第１の電極２１は電圧＋Ｕを、また第２の電
極２２は電圧−Ｕを与えられている。それによって両電
極の間に、電子に電極２１に向かう力を及ぼす電気的吸
引場が生ずる。

電極２１および２２の平面内にはさらに、第１図中に示
されている実施例では直方体状に構成されている２つの
磁極片２３．２４が位置しでいる。

第１図の紙面の前に位置する正の極である磁極片２４は
破線で示されており、紙面の後ろに位置する負の橋であ
る磁極片２３は実線で示されている。

両磁極片２３．２４の間には磁極片２４から磁楕片２３
へ向かう磁場ベクトルＢにより示されている強さの磁場
が存在する。磁場ベクトルＢ！上、両電極２１．２２０
間に存在する電場の強さを示ｒ電極２１から電極２２へ
向かう電場＼クトルＥと直交している。

電場の強さの大きさをＥで、また磁場の強さの大きさを
Ｂで表せば、−・矢線２の軸線７の付１）ｙに位置する
電子には電場により電極２２から電＋５２１へ向かう向
きに作用する力ｑ　−ｔｃ　＜ここに（１は電子の素電
荷）が及ぼされる。しかし、同時に、下方に試料５に向
かって速度■で運動する電子には、電極２Ｉから電極２
２へ同かう向きに作用する大きさｑ−ｖ−Ｂを有するい
わゆるローレンツ力が及ぼされる。大きさＥ、Ｂおよび
Ｖが関係式ｖ−Ｅ／Ｂを満足すれば、−火線２の電子は
電極２１と電極２２との間の吸引場により影響されない
。すなわち、軸線７に対してほぼ平行に延びている電子
の運動軌道から偏向させられない。それに対して、試料
から上方に運動する二次電子または上方への速度成分を
育する二次電子は磁場により、電極２２から電極２１へ
向かう向きのローレンツ力を受けるので、吸引作用はそ
れにより一層強められる。吸引された二次電子は電極２
１の格子を通ってシンチレータ１４に到達する。二次電
子と共に一般に後方散乱電子、すなわち点１３において
再び出た一次電子もシンチレータ１４に到達する。それ
によって部分２１ないし２４により、またそれらの間に
作用する交叉した電気−磁気的双極場の選定により、−
火線２の方向に取るに足るぼどの影響を与えることなく
、二次電子ＳＥの非常に効率的な吸引が達成される。

第２図には、点１３において試料５から出て、電極２１
に向かう方向に運動する二次電子の運動軌道が示されて
いる。このことは、符号２５を付して示されているよう
に先ず電極２２に向かう方向に運動する二次電子にも当
てはまる。

第３図には、本発明の他の実施例において、第１図の電
極２１．２２および磁極片２３．２４が、同一の平面内
に配置されている他の構成の電極および磁極片により置
換され得ることが平面図で示されている。この場合、４
つの電極２６ないし２９はそれぞれ、ほぼ電子光学的軸
線７上に中心点を有する図示されていない正方形の側線
に沿って配置されている。この軸線に対してほぼ対称に
配置されている電極２６および２８は＋Ｕを、また電極
２７および２９は−Ｕを与えられている。電極２６およ
び２９と電極２６および２７との間には、電子をそれぞ
れ電極２６へ向けて吸引する吸引場が存在し、また電極
２８および２７と電極２８および２９との間には、電子
をそれぞれ電極２８へ向けて吸引する吸引場が存在する
。１！極２６および２８は光学的軸線７のほうを向いた
範囲内で格子状に構成されており、吸引された電子はこ
の格子を通ってシンチレータ３０および３１に到達する
。これらのシンチレータは光導波路３２および３３を経
て光電子増倍管３４および３５と接続されている。これ
らの光電子増倍管の出力端３６および３７は加算および
減算回路の入力端に供給される。この加算および減算回
路の出力端が第１図の出力端１７に相当する。

さらに、それぞれ電極２６ないし２９の間に位置する４
つの磁極片３８ないし４１が設けられている。軸線７に
対してほぼ対称に配置されている磁極片３８および４０
は磁気的北極を表し、磁極片３９および４１は磁気的南
極を表している。それによって、磁極片３８と磁極片４
１との間に、電極２６に対して有効な吸引場（磁力線４
３）と直交する磁力線４２により示されている磁場が存
在する。同じく磁極片４０と磁極片３９との間には、電
極２日に対して有効な吸引場と直交する磁場が存在する
。第３図に示されているように、磁極片３８ないし４１
は軸線７から見て部分的に電極の後ろに位置し、または
、電極がほぼ１に等しい透磁率μを有する材料（たとえ
ば黄ｗ４）から成っているならば、電極よりも遠くに軸
線７から離されていてよい。電Ｗｓ２６ないし２９が磁
極片３８乃至４１と間様にそれぞれ軸線７から等しい距
離を有することは目的にかなっている。その際、電極か
らの磁極片の間隔は異なっていてよいが、異なっていな
くてもよい。第１図による電気−磁気的四極配置の電気
−磁気釣場の強さは、−火線２へのそれらの作用が互い
に補償するように選定される。電子は非常に効率的に電
極２６および２８に向けて吸引され、その際に電気的お
よび磁気釣場の作用は強くなる。第３図には、電極２６
から吸引され、電極２７に向かう方向の出発速度の成分
を有する二次電子の軌道が符号４４を付して示されてい
る。

第３図による装置では、高いほうの次数の色収差および
幾何学的収差は、位置分解能が高い場合にも、−火線２
にごくわずかしか影響しない。従って、このような装置
は特に、１ｋＶよりも小さい加速電圧ＵＳＥを有する電
子線装置において、また０、　１μｍよりも小さい分解
能限界において使用するのに適している。

第４図の実施例では、投影レンズ４′と試料５との間の
作動距離が、第１図による電気−磁気的検出器領域がも
はやこれらの部分の間に配置され得ないほどに小さい。

投影レンズの巻線４３′は、同様に再びコイル領域によ
り一次線２に影響するための空隙を有する金属カバー８
′により包囲されている。この空隙内に電極２１’およ
び２２′が設けられており、それらのうち電極２１′は
電圧＋Ｕを、また電極２２′は電圧−Ｕを与えられてい
る。シンチレータ１４′、光導波路１５’および光電子
増倍管１６’から成る検出器は格子状に構成された電極
２１′の後ろに設けられている。

光導波路１５′は金属カバー８′の孔４６を通してレン
ズの内部空間から導き出されて、レンズの外側に位置す
る光電子増倍管１６′に導かれている。光電子増倍管１
６′の出力導線４５は端子１７′に通じている。電極２
２′は導線４７を経て電圧−Ｕを与えられており、導線
４７はカバー８′の孔４８のなかに布設されている。符
号４９を付されているのは開口絞りである。偏向コイル
系１０′および１１′はレンズ４゛の内部空間、詳細に
はコイル巻！！４ａ’の範囲内に位置するのが目的にか
なっている。符号に“′”記号を付されている部分は第
１図中の同一の符号を付されている部分に対応付けられ
ている。

電極２１′と電極２２′との間に存在する電気的吸引場
に対して垂直に同じ（、紙面の後ろに位置する磁極片５
０　（負の磁極）により示されている磁場が存在してい
る。紙面の前には、正の磁極をなす１つの別の（図示さ
れていない）＆＃楔片が位置している。これらの磁極片
の間に存在する磁場は、紙面に向けられているベクトル
の記号５１ａにより示されている。−火線２の電子に対
して電極２１′と電極２２′との間に存在する電気的吸
引場および磁場５１ａの作用が相互に補償されるために
、部分２１′、２２′および５０がカバー８′の空隙の
なかに位置するとしても、−火線２の電子はその方向に
ｒ６’ｉＪを受けない。電子、すなわち特に二次電子の
吸引は磁場の作用により前記の仕方で助成される。検出
器が電子スペクトロメータの枠内で使用されるべきであ
れば、金属カバー８′の下側の水平に延びている部分の
孔のなかに配置されているスペクトロメータ格子５１．
５２が設けられていてよい。その際にたとえば電子を吸
引するため制動電界形スペクトロメータ内に使用される
格子５１は＋６００Ｖの電圧にあり、電子をフィルタリ
ングするための格子５２は一４■の電圧にあり、また電
極２１′は１２０Ｖの電圧にある。この種のスペクトロ
メータはスキャンニング・エレクトロン・マイクロスコ
ピー（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ）／　ｌ　９７９　／　Ｉ　％　Ｓ　ＥＭ
　　Ｉｎｃ、ＡＭＦ　　Ｏ’Ｈａｒｅ、■１１６０６０
６、ＵＳＡの第２８５〜２９６頁、特に第５図に記載さ
れている。カバー８′の空隙内に挿入される双極場は、
高いほうの次数の色収差および幾何学的収差を排除する
ため、第３図による電気−磁気的四極場により置換され
得る。

第５図には、第り図による電気−磁気的双極場（２１な
いし２３）および後方散乱検出器（１４ないし１７）が
投影レンズ４″の試料５とは反り・）の側に設けられて
いる実施例が示されている。投影レンズ４＃は浸漬レン
ズとして構成されている。

−火線は破線５３により示されている、二次電子５４は
浸漬レンズにより加速され、また双極場により電極２１
に向けて吸引される。この場合にも、二次電子を吸引す
るため第３図Ｇこよる電気−磁気的四極場の使用が可焼
である。

最後に説明した実施例をごく部分的に示す第１図および
第５図はそれぞれ第１図中に追加的に示されている部分
により補足され得る。

本発明は、特に電子線リソグラフィ装置、電子線測定装
置および走査電子顕微鏡に応用可能であり、なかんずく
第４図による実施例は、試料と投影レンズとの間の小さ
い作動間隔または投影レンズの短い焦点距離、従ってま
た非常に拡がった試料においても試料表面の高い位置分
解能ならびに申し分のない電子検出を保証する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は第１
図による配置において生ずる二次電子の軌道を示す図、
第３図は加速電圧が極端に低い場合に適した第２の実施
例を示す図、第４図は電子が対物レンズの内部空間で検
出される第３の実施例を示す図、第５図は電子が対物レ
ンズの試料とは反対の側で検出される第４の実施例を示
す図である。 １・・・電子線源、２・・・−火線、３・・・コンデン
サレンズ、４・・・投影レンズ、５・・・試料、８・・
・金属カバー、９・・・空隙、１０．１１・・・偏向コ
イル系、１２・・・ラスター発生器、１４・・・シンチ
レータ、１５・・・光導波路、１６・・・光電子増倍管
、１８・・・信号処理装置、１９・・・輝度制御電極、
２０・・・ＣＲＴディスプレイ、２１．２２・・・電極
、２３．２４・・・磁極片、２６〜２９・・・電極、３
０，３１・・・シンチレータ、３２．３３・・・光導波
路、３４．３５・・・光電子増倍管、３８〜４１・・・
磁極片、５０・・・磁極片、５１．５２・・・スペクト
ロメータ格子。 ｆｌｉｌ＋８１代ダ０人ヲＦｊ！（Ｈ士冨村　潔ＩＧ　
Ｉ Ｌ、、、、−ｕ ＦＩＧ　３ 一〇 ＦＩＧ　４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対物レンズ（４）により収束された一次電子線（２
   ）が試料の１つの点（１３）に、または順次に一連の点
   に向けられ、また点から出る二次電子（ＳＥ）および（
   または）後方散乱電子が電気的吸引場を通過して検出器
   （１４ないし１７）に到達する電子線装置内の二次およ
   び（または）後方散乱電子の検出装置において、電子光
   学的軸線（７）に対して垂直な１つの平面内に２つの電
   極（２１、２２）が配置されており、それらの間に二次
   電子および（または）後方散乱電子を一方の電極（２１
   ）へ吸引する電場が存在しており、検出器がこの電極の
   後ろに位置しており、前記平面内に２つの磁極片（２３
   、２４）が設けられており、それらの間に電場に対して
   垂直な磁場が存在しており、また磁場の方向および強さ
   が、一次線（２）の電子には、電場によりー次線（２）
   の電子に及ぼされる力を補償する力を及ぼすように、し
   かし二次電子（ＳＥ）および（または）後方散乱電子に
   は、検出器への二次電子（ＳＥ）および（または）後方
   散乱電子の吸引を助ける力を及ぼすように選定されてい
   ることを特徴とする電子線装置内の二次および（または
   ）後方散乱電子の検出装置。 ２）前記平面内に４つの電極（２６ないし２９）がそれ
   ぞれ、ほぼ電子光学的軸線（７）上に中心点を有する１
   つの正方形の側線に沿って配置されており、これらの電
   極のうちこの軸線に対してほぼ対称に位置する２つの電
   極（２６、２８）は第１の電位を与えられており、他の
   ２つの電極（２７、２９）は第１の電位にくらべて負の
   第２の電位にあり、それぞれ２つの互いに隣接する電極
   の間に、二次電子を第１の電位にある電極（２６）へ吸
   引する電気的吸引場が存在し、第１の電位にある両電極
   （２６、２８）の後ろにそれぞれ１つの検出器が設けら
   れており、４つの磁極片（３８ないし４１）が設けられ
   ており、それらのうちそれぞれ１つは２つの互いに隣接
   する電極の間に配置されており、電子光学的軸線に対し
   てほぼ対称に位置するそれぞれ２つの磁極片と同一の極
   性を有し、また第１の電位にある電極（２６）の両側に
   配置されているそれぞれ２つの互いに隣接する磁極片（
   ３８、４１）の間に、この電極（２６）に対して有効な
   吸引場と直交する１つの磁場が存在していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）磁極片（３８ないし４１）が電極（２６ないし２９
   ）よりも電子光学的軸線から遠い位置に配置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４）電極（２６ないし２９）透磁率μ≒１を有する材料
   から成っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれか１項に記載の装置。 ５）電極（２１、２６）が格子状に構成されており、そ
   の後ろに検出器（１４ないし１７；３０、３２、３４、
   ３６）が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の装置。 ６）検出器がシンチレータ（１４）およびこれと光導波
   路（１５）を介して接続されている光電子増倍管（１６
   ）から成っており、その出力端（１７）から電気信号が
   取り出され得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第５項のいずれか１項に記載の装置。 ７）電極（２１、２２）および磁極片（２３、２４）が
   対物レンズ（４）と試料（５）との間に配置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項の
   いずれか１項に記載の装置。 ８）電極（２１′、２２′）および磁極片（５０）が投
   影レンズ（４′）の内部に、またはその金属カバー（８
   ′）の空隙の中またはその付近に配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
   か１項に記載の装置。 ９）投影レンズ（４′）の金属カバー（８′）が１つの
   孔（４６）を有し、それを通してシンチレータ（１４′
   ）、光導波路（１５′）および光電子増倍管（１６′）
   から成る検出器の光導波路（１５′）が投影レンズの内
   部から導き出されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第８項記載の装置。 １０）投影レンズ（４′）の金属カバー（８′）の中ま
   たはその付近にスペクトロメータ格子（５１、５２）が
   配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   または第９項記載の装置。 １１）電極（２１、２２）および磁極片（２３）が投影
   レンズ（４″）の試料（５）とは反対の側に位置し、ま
   たこの投影レンズが浸漬レンズとして構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のい
   ずれか１項に記載の装置。