JPS63221548A - 走査型顕微鏡の検出対物レンズ - Google Patents
走査型顕微鏡の検出対物レンズInfo
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- JPS63221548A JPS63221548A JP63021141A JP2114188A JPS63221548A JP S63221548 A JPS63221548 A JP S63221548A JP 63021141 A JP63021141 A JP 63021141A JP 2114188 A JP2114188 A JP 2114188A JP S63221548 A JPS63221548 A JP S63221548A
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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
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/14—Lenses magnetic
- H01J37/141—Electromagnetic lenses
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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。
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〕
この発明は走査型顕微鏡用の検出対物レンズに関するも
のである。
のである。
最近の集積微小デバイスとオプトエレクトロニクス・デ
バイスの電気特性は主としてその部分系の幾何学的寸法
の影響を受ける。従って最近のリソグラフィによって作
られる構造の幾何学的寸法がマイクロメータ乃至サブマ
イクロメータ領域内を動くとき、一定の物理・電気的特
性をもって機能デバイスを製作するためには狭い寸法許
容差を維持することが避けることのできない前提である
。
バイスの電気特性は主としてその部分系の幾何学的寸法
の影響を受ける。従って最近のリソグラフィによって作
られる構造の幾何学的寸法がマイクロメータ乃至サブマ
イクロメータ領域内を動くとき、一定の物理・電気的特
性をもって機能デバイスを製作するためには狭い寸法許
容差を維持することが避けることのできない前提である
。
集積微小デバイスとオプトエレクトロニクス・デバイス
の開発と製作の総ての領域において製作構造の工程に密
着した検査とその精確な測定を可能にする高分解投像系
に対する要求が増大した。
の開発と製作の総ての領域において製作構造の工程に密
着した検査とその精確な測定を可能にする高分解投像系
に対する要求が増大した。
この目的に対しては走査型電子顕微鏡が特に好適である
ことが実証され、これを使用してマイクロメータ乃至サ
ブマイクロメータ領域の構造を視覚判定し、欠陥と基準
サンプルからの偏差を決定し、長さ、幅、高さ又は傾斜
等のトポグラフィツクデータを捕捉し計量することがで
きる。走査型電子顕微鏡によってデバイスを調べる際に
は常に例えば汚染、放射損傷等によって生ずる基板の変
化が避けられるように注意しなければならない。
ことが実証され、これを使用してマイクロメータ乃至サ
ブマイクロメータ領域の構造を視覚判定し、欠陥と基準
サンプルからの偏差を決定し、長さ、幅、高さ又は傾斜
等のトポグラフィツクデータを捕捉し計量することがで
きる。走査型電子顕微鏡によってデバイスを調べる際に
は常に例えば汚染、放射損傷等によって生ずる基板の変
化が避けられるように注意しなければならない。
普通の走査型電子顕微鏡ではナノメーク程度の分解能は
約２０ｋＶ以上の高い加速電圧において達成されるが、
この加速電圧ではレジスト構造と回路が高速の電子によ
って損傷を受け、試料の非電導性又は不良電導性表面区
域が充電される。走査型電子顕微鏡による検査において
通常使用される分解能と投像の質の低下を防ぐ試料の金
属化は、微小デバイスとオプトエレクトロニクス・デバ
イスの場合機能を妨害しあるいは許されない程度に変化
させるのでこれらのデバイスには適していない。
約２０ｋＶ以上の高い加速電圧において達成されるが、
この加速電圧ではレジスト構造と回路が高速の電子によ
って損傷を受け、試料の非電導性又は不良電導性表面区
域が充電される。走査型電子顕微鏡による検査において
通常使用される分解能と投像の質の低下を防ぐ試料の金
属化は、微小デバイスとオプトエレクトロニクス・デバ
イスの場合機能を妨害しあるいは許されない程度に変化
させるのでこれらのデバイスには適していない。
この発明の目的は走査型顕微鏡、特に走査型電子’ｉ１
４＠鏡の低い一次電圧においての分解能と検出効率を著
しく高めることができる検出対物レンズを提供すること
である。
４＠鏡の低い一次電圧においての分解能と検出効率を著
しく高めることができる検出対物レンズを提供すること
である。
この目的は請求項１に記載した検出対物レンズによって
達成される。
達成される。
この発明によって得られる利点は、断面積が小さい粒子
線プローブが低い一次電圧においても作られることであ
る。更に非電導性又は不良電導性の試料のほぼ無充電で
高分解能の検査も確実に実施される。
線プローブが低い一次電圧においても作られることであ
る。更に非電導性又は不良電導性の試料のほぼ無充電で
高分解能の検査も確実に実施される。
図面においてこの発明の実施例を詳細に説明する。
第１図に図式的に示した走査型電子顕微鏡は、電子ビー
ム発生器例えば電界放出型線源Ｑ、陰橿Ｋから放出され
て陽極Ａに向って加速される一次電子ＰＥをビーム軸Ｏ
Ａ中に結ばれる電子源の中間像ＺＰにフォーカッシング
するコンデンサレンズＫＬ、投像レンズの球面収差と色
収差を補正する少くとも４個の８極又は１２ｉ要素Ｋ
Ｅ ＋乃至ＫＥ４を備える補正レンズ系ＫＯ，補正レン
ズの直後のビーム路中に設けられた２段階偏向系ＡＥお
よび対物レンズＯＬの直後において支持体上に設けられ
た試料ＰＲに線源の中間像ＺＰＪＩｒ：縮小投像する静
電対物レンズＯＬから構成される。偏向系ＡＥは図面に
示されていない信号発生器によって制御される円筒形又
は板状の構造ＡＥ、とＡＥ。
ム発生器例えば電界放出型線源Ｑ、陰橿Ｋから放出され
て陽極Ａに向って加速される一次電子ＰＥをビーム軸Ｏ
Ａ中に結ばれる電子源の中間像ＺＰにフォーカッシング
するコンデンサレンズＫＬ、投像レンズの球面収差と色
収差を補正する少くとも４個の８極又は１２ｉ要素Ｋ
Ｅ ＋乃至ＫＥ４を備える補正レンズ系ＫＯ，補正レン
ズの直後のビーム路中に設けられた２段階偏向系ＡＥお
よび対物レンズＯＬの直後において支持体上に設けられ
た試料ＰＲに線源の中間像ＺＰＪＩｒ：縮小投像する静
電対物レンズＯＬから構成される。偏向系ＡＥは図面に
示されていない信号発生器によって制御される円筒形又
は板状の構造ＡＥ、とＡＥ。
を備える。この発明によれば静電対物レンズとして中間
電極ＫＳ、を侍つ界浸レンズＯＬが使用され、陽極電極
Ｕ３に置かれる線源側の電極はビーム軸ＯＡに同軸に設
けられて試料ＰＲに向って延びる中空円筒ＨＺを持つ絞
りＲＢを備えている。
電極ＫＳ、を侍つ界浸レンズＯＬが使用され、陽極電極
Ｕ３に置かれる線源側の電極はビーム軸ＯＡに同軸に設
けられて試料ＰＲに向って延びる中空円筒ＨＺを持つ絞
りＲＢを備えている。
この発明により制御電極として作用し可変正電位Ｕｌｌ
（Ｕ＠ ＞ＴＪ’、 ）が加えられる中間電極ＫＳ
。
（Ｕ＠ ＞ＴＪ’、 ）が加えられる中間電極ＫＳ
。
と界浸レンズＯＬの試料電位に置かれる試料側型ｉＫｓ
、は、円錐台形に作られビーム軸ＯＡに同軸に設けられ
る。試料を傾斜状態においても調べ投像するため試料Ｐ
Ｒに向って細くなった電極ＫＳ１又はＫ Ｓ ｔの側面
はビーム軸ＯＡに対して３０°から７０＠の間の角度で
傾斜させるのがを利である。
、は、円錐台形に作られビーム軸ＯＡに同軸に設けられ
る。試料を傾斜状態においても調べ投像するため試料Ｐ
Ｒに向って細くなった電極ＫＳ１又はＫ Ｓ ｔの側面
はビーム軸ＯＡに対して３０°から７０＠の間の角度で
傾斜させるのがを利である。
一次電子ＰＥによって試料ＰＲから放出された二次電子
ＳＥを検出する検出器ＤＴは、図示の実施例では界浸レ
ンズＯＬの内部において線源側の電極ＲＢ／ＨＺと中間
電極ＫＳ、の間にビーム軸ＯＡに同軸に設けられる。こ
の検出器は環状の電子感応部分で構成し、界浸レンズＯ
Ｌの線源側の電極の中空円筒Ｈｚの中心孔内に絶縁して
設けるのが有利である０種々の異ったコントラストを達
成するためには検出器ＤＴ−ｔ−複数のセグメントに分
割しこれらのセグメントで発生した信号を所定の形式で
組合せる０例えば２つの半環状検出器で発生した信号の
差を作るか一方の信号を打消す等の組合せが考えられる
。中空円筒ＨＺは界浸レンズＯＬの中間電極Ｋ Ｓ ＋
よりもいくらか低い正電位Ｕ、に置かれるから、特にビ
ーム軸ＯＡに小さい角度で交わる二次電子ＳＥが検出器
ＤＴに向って偏向され検出される。中空円筒ｆ（Ｚはこ
の外に二次電子ＳＥの後段加速のため検出器ＤＴに加え
られる例えば１０ｋＶの高電圧を遮蔽する役目を持つ、
検出器ＤＴとしては例えば文献１フイリツプス・テヒニ
ツシェ・ルントシャウ（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｔｅｃｈｎｉ
ｓｃｈｅ Ｒｕｎｄｓｃｈａｕ） Ｊ １２号、１９６
６年、３２３〜３３７頁に記載されている半導体検出器
が挙げられる。この検出器の粒子感応区域は必要に応じ
てセグメントに分割され金属半導体接合又はｐｎ接合を
形成する。シンチレータと光導波路の組合せ又はチャネ
ル板も二次電子検出器として使用し得ることは自明であ
る。環状の検出器は界浸レンズＯＬの回転対称電界によ
って試料ＰＲから引き出された二次電子ＳＨのほとんど
総てを捕捉し検定できるという利点を示す。
ＳＥを検出する検出器ＤＴは、図示の実施例では界浸レ
ンズＯＬの内部において線源側の電極ＲＢ／ＨＺと中間
電極ＫＳ、の間にビーム軸ＯＡに同軸に設けられる。こ
の検出器は環状の電子感応部分で構成し、界浸レンズＯ
Ｌの線源側の電極の中空円筒Ｈｚの中心孔内に絶縁して
設けるのが有利である０種々の異ったコントラストを達
成するためには検出器ＤＴ−ｔ−複数のセグメントに分
割しこれらのセグメントで発生した信号を所定の形式で
組合せる０例えば２つの半環状検出器で発生した信号の
差を作るか一方の信号を打消す等の組合せが考えられる
。中空円筒ＨＺは界浸レンズＯＬの中間電極Ｋ Ｓ ＋
よりもいくらか低い正電位Ｕ、に置かれるから、特にビ
ーム軸ＯＡに小さい角度で交わる二次電子ＳＥが検出器
ＤＴに向って偏向され検出される。中空円筒ｆ（Ｚはこ
の外に二次電子ＳＥの後段加速のため検出器ＤＴに加え
られる例えば１０ｋＶの高電圧を遮蔽する役目を持つ、
検出器ＤＴとしては例えば文献１フイリツプス・テヒニ
ツシェ・ルントシャウ（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｔｅｃｈｎｉ
ｓｃｈｅ Ｒｕｎｄｓｃｈａｕ） Ｊ １２号、１９６
６年、３２３〜３３７頁に記載されている半導体検出器
が挙げられる。この検出器の粒子感応区域は必要に応じ
てセグメントに分割され金属半導体接合又はｐｎ接合を
形成する。シンチレータと光導波路の組合せ又はチャネ
ル板も二次電子検出器として使用し得ることは自明であ
る。環状の検出器は界浸レンズＯＬの回転対称電界によ
って試料ＰＲから引き出された二次電子ＳＨのほとんど
総てを捕捉し検定できるという利点を示す。
少くとも４個の８掻又は１２極要素ＫＥ、乃至ＫＥ、か
ら成り補正器と呼ばれているレンズ系ＫＯは、文献「オ
プチク（Ｏｐｔｉｋ） Ｊ ３４、〔３〕、１９７１年
、２８５−３１１頁および「第９回国際電子顕微鏡会議
（９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅ
ｓｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
）Ｊ トロント、１９７８年、第３巻、１８５〜１
９６真に記載され公知である。この補正器は２段階偏向
要素ＡＥの上のビーム路中に設けられ、検出対物レンズ
ＯＬの開口収差と色収差の補正に使用される。補正器Ｋ
Ｏの８極要素Ｋ Ｅ ｉ （ｉ ＝ １ 、・・・・
・・、４）の１つを図式的に第２図に示す、この要素は
陽極電位Ｕ。
ら成り補正器と呼ばれているレンズ系ＫＯは、文献「オ
プチク（Ｏｐｔｉｋ） Ｊ ３４、〔３〕、１９７１年
、２８５−３１１頁および「第９回国際電子顕微鏡会議
（９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅ
ｓｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
）Ｊ トロント、１９７８年、第３巻、１８５〜１
９６真に記載され公知である。この補正器は２段階偏向
要素ＡＥの上のビーム路中に設けられ、検出対物レンズ
ＯＬの開口収差と色収差の補正に使用される。補正器Ｋ
Ｏの８極要素Ｋ Ｅ ｉ （ｉ ＝ １ 、・・・・
・・、４）の１つを図式的に第２図に示す、この要素は
陽極電位Ｕ。
に置かれる８個の内部磁極片ＰＩから成り、これらの磁
極片は励磁コイルＳＰを備え、地電位に置かれる外部磁
極片ＰＡから円筒系絶縁体Ｉｓによって分離されている
。各要素ＫＥ１によって検出対物レンズＯＬの開口収差
を補正する４極磁場と８掻磁場が作られる。色収差の補
正には内部電極Ｐ！に加えられている補助電位を使用し
て補正器ＫＯの中間要素ＫＥ、とＫＥ、に発生させた４
極電場を使用する。
極片は励磁コイルＳＰを備え、地電位に置かれる外部磁
極片ＰＡから円筒系絶縁体Ｉｓによって分離されている
。各要素ＫＥ１によって検出対物レンズＯＬの開口収差
を補正する４極磁場と８掻磁場が作られる。色収差の補
正には内部電極Ｐ！に加えられている補助電位を使用し
て補正器ＫＯの中間要素ＫＥ、とＫＥ、に発生させた４
極電場を使用する。
試料側の補正器要素Ｋ Ｅ ４に一次電子ビームの予備
偏向用の双極電場を付加的に発生させると、線源側の偏
向要素ＡＥ’＋を除くことができる。
偏向用の双極電場を付加的に発生させると、線源側の偏
向要素ＡＥ’＋を除くことができる。
検出対物レンズの開口収差と色収差の補正には４個の８
橿又は１２極要素ＫＥ、乃至ＫＥ、で充分である。しか
し５個の要素を使用すると対物レンズの軸外収差をも補
正することが可能となる。
橿又は１２極要素ＫＥ、乃至ＫＥ、で充分である。しか
し５個の要素を使用すると対物レンズの軸外収差をも補
正することが可能となる。
この結像収差はしかし２段階偏向要素ＡＥを使用する走
査型電子顕微鏡では無視できる程小さいから第５の補正
要素は一般に除かれる。３次の開口収差は８極要素ＫＥ
、乃至ＫＥ、で補正可能であるから、分解能は補正器Ｋ
Ｏと検出対物レンズ間の間隔と共に増大する５次の開口
収差によって限定される。この影響は補正器ＫＯに１２
極要素を使用することにより低次の収差が補正を妨害す
ることなく著しく減少させることができる。
査型電子顕微鏡では無視できる程小さいから第５の補正
要素は一般に除かれる。３次の開口収差は８極要素ＫＥ
、乃至ＫＥ、で補正可能であるから、分解能は補正器Ｋ
Ｏと検出対物レンズ間の間隔と共に増大する５次の開口
収差によって限定される。この影響は補正器ＫＯに１２
極要素を使用することにより低次の収差が補正を妨害す
ることなく著しく減少させることができる。
補正器ＫＯと界浸レンズＯＬの間の間隔と共に増大する
５次の開口収差を更に減少させるには、第３ａ図と第３
ｂ図に示すように２段階偏向要素をこの発明に従って検
出対物レンズＯＬの線源側電桟に集積する。即ち中空円
筒ＨＺを環状絞りＲＢに対して絶縁し、ビーム軸ＯＡに
垂直な平面内で分割し、上方と下方の円筒部分ＨＺ１と
ＨＺ゜を第３ｂ図に示すように更に４個又は８個の扇形
部分Ｓ１乃至Ｓ４に分割する。これらの陽極電位Ｕ、に
置かれるセグメントＳ、乃至Ｓ４には一次電子ビームＰ
Ｅを試料ＰＲに向けあるいはそれを走査するため適当な
補助偏向電圧Ｕ、”、ＵヨＶが加えられる。検出対物レ
ンズＯＬに偏向系を集束することの別の利点は、更に大
きな偏向角が調整され（偏向系とレンズ場間の間隔が小
さいことによる）それによって試料ＰＲのより大きな表
面区域が走査できることである。−次電子ビームＰＥが
２段階偏向要素内で総ての偏向角において対物レンズＯ
Ｌのコマ無しの点を中心として偏向されるから、１段階
偏向要素の場合に生ずる軸外収差が避けられる。
５次の開口収差を更に減少させるには、第３ａ図と第３
ｂ図に示すように２段階偏向要素をこの発明に従って検
出対物レンズＯＬの線源側電桟に集積する。即ち中空円
筒ＨＺを環状絞りＲＢに対して絶縁し、ビーム軸ＯＡに
垂直な平面内で分割し、上方と下方の円筒部分ＨＺ１と
ＨＺ゜を第３ｂ図に示すように更に４個又は８個の扇形
部分Ｓ１乃至Ｓ４に分割する。これらの陽極電位Ｕ、に
置かれるセグメントＳ、乃至Ｓ４には一次電子ビームＰ
Ｅを試料ＰＲに向けあるいはそれを走査するため適当な
補助偏向電圧Ｕ、”、ＵヨＶが加えられる。検出対物レ
ンズＯＬに偏向系を集束することの別の利点は、更に大
きな偏向角が調整され（偏向系とレンズ場間の間隔が小
さいことによる）それによって試料ＰＲのより大きな表
面区域が走査できることである。−次電子ビームＰＥが
２段階偏向要素内で総ての偏向角において対物レンズＯ
Ｌのコマ無しの点を中心として偏向されるから、１段階
偏向要素の場合に生ずる軸外収差が避けられる。
電子ビームで走査された表面区域の充電状態は充電過程
を決定する収率Ｓ（照射−次電子１個当りの二次電子お
よび後方散乱電子放出数）が１と異るとき変化すること
は公知である。従って非導電性乃至不良導電性の試料を
走査型電子顕微鏡で無充電状態で検査することは、−次
電子のエネルギーＥＰ！が試料物質に関係する中性点エ
ネルギー已□に一致するときに限って可能である。中性
点エネルギーＥＮＦは少数の例外を除いて０．５ｋｅＶ
から４ ｋｅＶの間であるから、従来の走査型電子顕微
鏡は低い加速電圧で操作しなければならない。このよう
な運転条件の下では試料上で達成可能な最小プローブ直
径がフォーカッシングを妨害するベルシュ効果と投像レ
ンズの軸方向色収差によって限定される。従って線源と
試料の間のビーム路の全体で作用する電子間のクーロン
反発力によってそれらの間の間隔が増大し、それによっ
てプローブ直径が大きくなる。更に電流密度が大きい区
域特に電子線発生器Ｑとビーム交差点（例えば第１図の
ＺＰ）において−次電子のエネルギー分布が拡がり、間
接的に対物レンズの色収差を通してプローブ直径を大き
くする。分解能を決定する試料上のプローブ直径ｄは次
式： ％式％） で与えられる。ここでｄｏはビーム発生器と試料の間で
電子のクーロン反発力により拡大された空間的光学的プ
ローブ直径であり、ｄ、は投像レンズの色収差によって
作られた色収差円盤の直径である。このｄ７は次式： ％式％ で定義され、ここでＣｒは投像レンズの色収差定数、ｅ
Ｕは一次電子エネルギー（Ｕは加速電圧、ｅは電気素量
）、ｅΔＵは電子のエネルギー分布の幅を表わす、第１
図の走査型電子顕微鏡のこれ以上の分解能の改善は、特
にビーム発生器中と電子光学鏡筒中の横方向エネルギー
的ベルシュ効果の低下によって達成される。
を決定する収率Ｓ（照射−次電子１個当りの二次電子お
よび後方散乱電子放出数）が１と異るとき変化すること
は公知である。従って非導電性乃至不良導電性の試料を
走査型電子顕微鏡で無充電状態で検査することは、−次
電子のエネルギーＥＰ！が試料物質に関係する中性点エ
ネルギー已□に一致するときに限って可能である。中性
点エネルギーＥＮＦは少数の例外を除いて０．５ｋｅＶ
から４ ｋｅＶの間であるから、従来の走査型電子顕微
鏡は低い加速電圧で操作しなければならない。このよう
な運転条件の下では試料上で達成可能な最小プローブ直
径がフォーカッシングを妨害するベルシュ効果と投像レ
ンズの軸方向色収差によって限定される。従って線源と
試料の間のビーム路の全体で作用する電子間のクーロン
反発力によってそれらの間の間隔が増大し、それによっ
てプローブ直径が大きくなる。更に電流密度が大きい区
域特に電子線発生器Ｑとビーム交差点（例えば第１図の
ＺＰ）において−次電子のエネルギー分布が拡がり、間
接的に対物レンズの色収差を通してプローブ直径を大き
くする。分解能を決定する試料上のプローブ直径ｄは次
式： ％式％） で与えられる。ここでｄｏはビーム発生器と試料の間で
電子のクーロン反発力により拡大された空間的光学的プ
ローブ直径であり、ｄ、は投像レンズの色収差によって
作られた色収差円盤の直径である。このｄ７は次式： ％式％ で定義され、ここでＣｒは投像レンズの色収差定数、ｅ
Ｕは一次電子エネルギー（Ｕは加速電圧、ｅは電気素量
）、ｅΔＵは電子のエネルギー分布の幅を表わす、第１
図の走査型電子顕微鏡のこれ以上の分解能の改善は、特
にビーム発生器中と電子光学鏡筒中の横方向エネルギー
的ベルシュ効果の低下によって達成される。
この発明による検出対物レンズは、ベルシュ効果が低い
粒子エネルギーと高い電流密度において分解能を限定す
る低電圧走査型電子顕微鏡に対して有利である。横方向
ベルシュ効果の影響は運動エネルギーｅＵの増大と共に
線源試料間の走行時間の短縮により低減され、−次電子
のエネルギー分布ｅΔＵの幅はエネルギーに関するベル
シュ効果のため確実に増大するから、電子は第１のビー
ム交差点を低いエネルギーをもって通過した後高いエネ
ルギーに加速され、試料に当る直前に所望の低いエネル
ギーに制動される必要がある。第１図の走査型電子顕微
鏡において０．２乃至５ ｋｅＶの電子エネルギーに対
する有害なベルシュ効果の影響を最低にするためには、
ビーム発生器の電極ＫＡと検出対物レンズＯＬに例えば
次の電圧を印加する。
粒子エネルギーと高い電流密度において分解能を限定す
る低電圧走査型電子顕微鏡に対して有利である。横方向
ベルシュ効果の影響は運動エネルギーｅＵの増大と共に
線源試料間の走行時間の短縮により低減され、−次電子
のエネルギー分布ｅΔＵの幅はエネルギーに関するベル
シュ効果のため確実に増大するから、電子は第１のビー
ム交差点を低いエネルギーをもって通過した後高いエネ
ルギーに加速され、試料に当る直前に所望の低いエネル
ギーに制動される必要がある。第１図の走査型電子顕微
鏡において０．２乃至５ ｋｅＶの電子エネルギーに対
する有害なベルシュ効果の影響を最低にするためには、
ビーム発生器の電極ＫＡと検出対物レンズＯＬに例えば
次の電圧を印加する。
電子ビーム発生器Ｑ
陰極Ｋ Ｕ、−−０，２乃至−５ｋＶ陽極Ａ
Ｕ、−＋１０乃至＋３０ｋＶ検出対物レンズＯＬ 線源側１！極ＨＺ／ＲＢ Ｕ １１２− Ｕ ＊ｗ
−Ｕ ｓ中間電極Ｋ Ｓ ＩＵ＊ｔＩ−１゜Ｉ Ｕｓ
乃至２．５ ｕ。
Ｕ、−＋１０乃至＋３０ｋＶ検出対物レンズＯＬ 線源側１！極ＨＺ／ＲＢ Ｕ １１２− Ｕ ＊ｗ
−Ｕ ｓ中間電極Ｋ Ｓ ＩＵ＊ｔＩ−１゜Ｉ Ｕｓ
乃至２．５ ｕ。
試料側電極ＫＳｔ Ｕｗｓｔ −ＯＶ試料ＰＲＵ□
−ＯＶ この発明が図示の実施例に限定されないことは自明であ
る。例えば検出対物レンズＯＬの電極ＫＳ２と試料ＰＲ
は必ずしも等しい電位に置く必要はない。−次電子をビ
ーム発生器の外で初めて高い運動エネルギーに加速でき
ることも自明である。
−ＯＶ この発明が図示の実施例に限定されないことは自明であ
る。例えば検出対物レンズＯＬの電極ＫＳ２と試料ＰＲ
は必ずしも等しい電位に置く必要はない。−次電子をビ
ーム発生器の外で初めて高い運動エネルギーに加速でき
ることも自明である。
この場合検出対物レンズの線源側の電極ＲＢ、ＨＺは一
次電子加速用の電極装置の電位に置くのが有利である。
次電子加速用の電極装置の電位に置くのが有利である。
後方散乱電子ＲＥを検出するためには検出対物レンズに
第２の検出器ＤＲを追加し、例えば第１図に示したよう
に試ｆＡＰＲの横上方に配置する。
第２の検出器ＤＲを追加し、例えば第１図に示したよう
に試ｆＡＰＲの横上方に配置する。
更にこの第２検出器を二次電子検出器の代わりに検出対
物レンズ内に設けることも可能である。
物レンズ内に設けることも可能である。
−次電子又は二次粒子としては当然イオンその他の荷電
粒子も考えられる。
粒子も考えられる。
第１図はこ発明の検出対物レンズを備える走査型電子顕
微鏡の構成の概略を示し、第２図は検出対物レンズの球
面収差と色収差を補正する８極要素を示し、第３ａ図と
第３ｂ図は集積された偏向要素を含むこの発明による検
出対物レンズを示す。 第１図において、Ｋ・・・陰極、Ａ・・・陽極、ＫＬ・
・・コンデンサレンズ、ＰＥ・・・−次電子、ｚＰ・・
・ビーム源の中間像、ＫＯ・・・補正器、ＡＥ・・・２
段階偏向要素、ＯＬ・・・対物レンズ、ＰＲ・・・試料
、ＳＥ・・・二次電子、ＲＥ・・・後方散乱電子。 （ド：２９．ヤ
微鏡の構成の概略を示し、第２図は検出対物レンズの球
面収差と色収差を補正する８極要素を示し、第３ａ図と
第３ｂ図は集積された偏向要素を含むこの発明による検
出対物レンズを示す。 第１図において、Ｋ・・・陰極、Ａ・・・陽極、ＫＬ・
・・コンデンサレンズ、ＰＥ・・・−次電子、ｚＰ・・
・ビーム源の中間像、ＫＯ・・・補正器、ＡＥ・・・２
段階偏向要素、ＯＬ・・・対物レンズ、ＰＲ・・・試料
、ＳＥ・・・二次電子、ＲＥ・・・後方散乱電子。 （ド：２９．ヤ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）中間電極（ＫＳ＿１）を持つ界浸レンズ（ＯＬ）を
備え、一次粒子ビーム（ＰＥ）によって試料（ＰＲ）の
表面から放出された二次粒子（ＳＥ）又は後方散乱粒子
（ＲＥ）を検出する検出系（ＤＴ、ＤＲ）が走査型顕微
鏡のビーム軸（ＯＡ）に同軸に界浸レンズ内に設けられ
ていることを特徴とする走査型顕微鏡の検出対物レンズ
。 ２）界浸レンズ（ＯＬ）のビーム源側の電極（ＲＢ、Ｈ
Ｚ）が第１正電位（Ｕ＿ｓ）に置かれ、界浸レンズの中
間電極（ＫＳ＿１）がそれより高い第２正電位（Ｕ＿ｍ
）を加えられることを特徴とする請求項１記載の検出対
物レンズ。 ３）界浸レンズ（ＯＬ）のビーム源側の電極（ＨＺ、Ｒ
Ｂ）が走査型顕微鏡の粒子加速電極（Ａ）の電位（Ｕ＿
ｓ）に置かれることを特徴とする請求項１又は２記載の
検出対物レンズ。 ４）界浸レンズ（ＯＬ）の試料側の電極（ＫＳ＿２）と
試料（ＰＲ）が等しい電位に置かれていることを特徴と
する請求項１ないし３の１つに記載の検出対物レンズ。 ５）中間電極（ＫＳ＿１）と試料側の電極（ＫＳ＿２）
がそれぞれ円錐台形に作られていることを特徴とする請
求項１ないし４の１つに記載の検出対物レンズ。 ６）界浸レンズ（ＯＳ）の中間電極（ＫＳ＿１）と試料
側の電極（ＫＳ＿２）の錐面が走査型顕微鏡のビーム軸
（ＯＡ）と３０°から７０°の間の角度を保つことを特
徴とする請求項１ないし５の１つに記載の検出対物レン
ズ。 ７）界浸レンズ（ＯＬ）のビーム源側の電極（ＨＺ、Ｒ
Ｂ）がビーム軸（ＯＡ）に同軸に置かれた環状部分（Ｒ
Ｂ）とその中心孔内に置かれてビーム方向に拡がる中空
円筒部分（ＨＺ）を備えることを特徴とする請求項１な
いし６の１つに記載の検出対物レンズ。 ８）検出系（ＤＴ）が環状に作られ、ビーム源側の電極
（ＨＺ、ＲＢ）と中間電極（ＫＳ＿１）の間に置かれて
いることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の
検出対物レンズ。 ９）一次粒子ビーム（ＰＥ）の位置決め用の偏向系（Ａ
Ｅ）が界浸レンズ（ＯＬ）のビーム源側の電極（ＨＺ、
ＲＢ）に集積されていることを特徴とすると請求項１な
いし８の１つに記載の検出対物レンズ。 １０）界浸レンズ（ＯＬ）のビーム源側の電極（ＨＺ、
ＲＢ）の中空円筒（ＨＺ）が絶縁して設けられ、ビーム
軸（ＯＡ）に垂直な平面内で分割されていること、中空
円筒の上部と下部（ＨＺ＿１、ＨＺ＿２）がそれぞれ４
個又は８個のセグメント（Ｓ＿１乃至Ｓ＿４）から構成
されていることを特徴とする請求項９記載の検出対物レ
ンズ。 １１）ビーム発生部（Ｑ）、粒子ビーム（ＰＥ）を集束
する第１レンズ系（ＫＬ）、粒子ビーム（ＰＥ）を試料
（ＰＲ）上にフォーカッシングする第２レンズ系、偏向
系（ＡＥ）および試料から放出された二次粒子（ＳＥ）
又は後方散乱された粒子（ＲＥ）を検出する検出系（Ｄ
Ｔ、ＤＲ）を備え、第２レンズ系が中間電極（ＫＳ＿１
）を持つ界浸レンズ（ＯＬ）を対物レンズとして備える
こと、検出系（ＤＴ、ＤＲ）が界浸レンズ（ＯＬ）の内
部に設けられていること、少くとも４個の８極又は１２
極要素（Ｋ１乃至Ｋ４）から成る第３レンズ系（ＫＯ）
が第１レンズ系（ＫＬ）と界浸レンズ（ＯＬ）の間のビ
ーム路に設けられていることを特徴とする走査型顕微鏡
。 １２）第３レンズ系（ＫＯ）が５個の８極又は１２極要
素から成ることを特徴とする請求項１１記載の走査型顕
微鏡。 １３）偏向系（ＡＥ）が第２レンズ系（ＯＬ）と第３レ
ンズ系（ＫＯ）の間のビーム路に設けられていることを
特徴とする請求項１１又は１２記載の走査型顕微鏡。 １４）偏向系（ＡＥ）が界浸レンズ（ＯＬ）のビーム源
側の電極（ＲＢ、ＨＺ）に集積されていることを特徴と
する請求項１１ないし１３の１つに記載の走査型顕微鏡
。 １５）界浸レンズのビーム源側の電極（ＲＢ、ＨＺ）が
走査型顕微鏡の粒子加速電極（Ａ）の電位（Ｕ＿ｓ）に
置かれていることを特徴とする請求項１１ないし１４の
１つに記載の走査型顕微鏡。 １６）第１レンズ系（ＫＬ）が少くとも１つの磁気レン
ズを備えていることを特徴とする請求項１１ないし１５
の１つに記載の走査型顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3703029.9 | 1987-02-02 | ||
| DE3703029 | 1987-02-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63221548A true JPS63221548A (ja) | 1988-09-14 |
Family
ID=6320041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63021141A Pending JPS63221548A (ja) | 1987-02-02 | 1988-01-28 | 走査型顕微鏡の検出対物レンズ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4896036A (ja) |
| EP (1) | EP0281743B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63221548A (ja) |
| DE (1) | DE3888712D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005043227A (ja) * | 2003-07-22 | 2005-02-17 | Kobe Steel Ltd | 分析装置用磁場発生装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4962306A (en) * | 1989-12-04 | 1990-10-09 | Intenational Business Machines Corporation | Magnetically filtered low loss scanning electron microscopy |
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-
1988
- 1988-01-22 EP EP88100968A patent/EP0281743B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-01-22 DE DE88100968T patent/DE3888712D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-01-28 JP JP63021141A patent/JPS63221548A/ja active Pending
- 1988-01-29 US US07/150,245 patent/US4896036A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| EP0281743A3 (en) | 1990-01-31 |
| DE3888712D1 (de) | 1994-05-05 |
| EP0281743B1 (de) | 1994-03-30 |
| US4896036A (en) | 1990-01-23 |
| EP0281743A2 (de) | 1988-09-14 |
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