WO1985004757A1 - Secondary electron detector - Google Patents

Description

明 細 書

2次電子検出装置

技術分野

本発明は 2次電子検出装置、 特に走査電子顕微鏡にお いて用いられるのに適した 2次電子検出装置に関する。 背景技術

近年、 走査電子顕微鏡は高分解能化が図られ、 特に半 導体の観察では電子線ダメイージを少なくするために低 加速電圧で使用されるこ とが多く なつてきている。

走査電子顕微鏡において用い られている通常の 2次鼋 子検出装置においては、 試料から放出される 2次電子は 試料を照射ない しは衝撃する電子ビームを集束するため の対物レンズ磁界を通して 2次電子検出器によって検出 される。 2次電子検出器と しては一般に光電子増倍形の 検出器が用いられる。 それは検出感度が髙いためである。 しかし、 2次電子検出器の前端には 2次電子を吸引する ための高電圧が印加される こ とから、 この高電圧が電子 ビームに儒向障害を与え、 電子ビームの軸がずれるとい う欠， がある。

この間題は 2次電子検出器を電子ビームから遠ざける ことによって解決される。 しかしこの場合は 2次電子を 効率よ く検出し得なく なる という問題が提供される。

発明の開示 本発明の目的は電子ビー厶に镉向障害を与えることな しに試料からの 2次電子を効率よく検出し得る 2次電子 検出装置を提供するこ と にある。

本発明によれば、 電子ビームを発生し、 かつ該鼋子ビ ームで試料を照射する手段一前記試料から、 該試料を基 準にして該試料の前記電子ビー厶による照射側に 2次鼋 子を発生させるよう に一と ； 前記電子ビームおよび前記 2次電子を第 1 の方向に偏向させる電界を発生する手段 と ； 前記 2次電子を第 1の方向に偏向すると ともに、 前 記第 1 の方向への前記電子ビームの偏向を実質的に打ち 消すよう に前記電子ビームを前記第 1 の方向に対して反 対の第 2の方向に偏向させる磁界を発生する手段と ； 前 記第 1 の方向に偏向された 2次電子を検出する手段とを 備えている 2次電子検出装置が提供される。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明にも とづく一実施例を示す 2次電子検 出装置の概略縱断面図、 第 2図は第 1 図の電子ビーム軸 - ずれ補正手段の平面図、 第 3図は第 2図の A— A断面図、 第 4図は第 2および 3図に示されている鼋搔の斜視図、 第 5図は第 2および 3図に示されているコイルの斜視図 である。

発明を実施するための最良の形態

第 1図を参照するに、 電子ビーム発生装置 1 によって 発生される低加速電子ビーム 2 は磁界形電子レ ンズ 3 に よって試料 4 に集束される。 試料 4 が電子ビーム 2 によ つて照射ないしは衝撃される と、 試料 4 からは 2次電子、 反射電子、 X—線などの、 試料 4 を特徴づける情報信号 が発生される。 これらのうちの、 試料 4 を基準にして試 料 4の電子ビームによる照射側に発生される 2次電子は 対物レンズ 3のレンズ磁界によ リ鼋子ビーム 2の軸に沿 つて蠓旋運動を しながら レンズ磁界を通過する。 通過し た 2次電子は光電子增倍形の 2次電子検出器 5 によって 検出される。 2次電子検出器 5 の出力信号は図示されて いない陰極線管八輝度変調信号と して導入される。

偏向装置 6 は電子ビ ム 2 を 2次元的に偏向し、 それ によって試料 4は電子ビーム 2でもって 2次元的に走査 される。 図示されていない陰極線管の陰極線は電子ビー ム 2 と同期して 2次元的に儒向される。 したがって、 陰 搔線管には試料 4 の走査領域の、 2次電子による像が表 示される。

'電子ビーム 2の軸の周り には、 電子ビーム 2 の軸ずれ を防止し、 かつ 2次電子を効率的に 2次電子検出器 5 に 指向するための電子ビーム軸ずれ補正手段 7 が配置され ている。 この補正丰段を第 2および 3図を参照して説明 するに、 電子ビームの軸の.周 り には矢印 7 1 の方向に電 界が生じるよう に等間隔に 4個の電搔 7 2〜 7 5 が配置 されている。 すなわち、 互いに対向する電極 7 2および 7 4 にはそれぞれ正および負の電圧が電源 7 6 から与え られ、 また同様に互いに対向する鼋接 7 3および 7 5は アースされている。 鼋搔 7 2および 7 4の背面には電磁 コイル 7 7が設置され、 このコイルには矢印 7 1 と直角 な矢印 7 8 の方向に磁界が生じるよう に電源 7 9 から鼋 流が供耠される。

電子ビームは電子ビーム軸ずれ補正手段を通過すると き矢印 7 1 の方向の電界によってこれと反対の矢印 8 0 方向の力を受け、 また矢印 7 8の方向の磁界によって矢 印 7 1方向の力を受ける。 しかし、 矢印 7 1 および 8 0 の方向の力は互いに等し く設定されてある。 したがって、 電子ビームは偏向されない。

一方、 試料 4 からの 2次電子は電子ビームと反対方向 に進行するので、 電子ビーム軸ずれ補正手段を通過する とき電界および磁界の雨方によって矢印 8 1方向の力を 受ける。 したがって、 2次電子は矢印 8 0の方向に指向 されるため、 2次鼋子検出器 5 によって効果的に検出さ れるよう になる。 このよう に、 2次電子を効果的に検出 できるよう になると、 2次電子検出器 5 を電子ビームの 軸から遠く に離すことができるよう になるため、 2次鼋 子検出器 5 の前端面に印加されている高電圧の電子ビー ムへの影響、 すなおち電子ビームの傷向が防止される。 電搔 7 2〜 7 5は第 4図に示されるよ うな形状のもの であってもよい。 また、 偏向コイル 7 7は、 第 5図に示 されるよう に、 フ レキシブルなプリ ン ト板 8 0上に形成 されてもよい。 このコイル 7 7が形成されたフ レキシブ ルなプリ ン ト板 8 0 を第 4図の電極の外面に巻きつけれ ば、 第 2および 3図を参照して説明したよ う な、 鼋子ビ ーム 2の軸ずれを防止しつつ 2次電子を 2次電子検出器 5に効率的に指向させる電子ビーム軸ずれ補正手段が提 供されることになる。

いま電子ビームの加速電圧を l k Vと し、 2次電子の 偏向角を 3 0 ° (第 3図における 0 ) 、 偏向電極の内径 を 1 6 mm (第 3図における d ) 、 懾向電極の長さ を 1 4 軀 （第 3図における L) 、 さ らに偏向コイルの径を 2 0 腿 （第 3図における D) 、 偏向コイルの長さ を 1 0鲫 (第 3図における β ) 、 偏向コイルの中心からの角度を 1 2 0 ° (第 2図における とする と、 各 2次電子の エネルギーに対して電界， 磁界および偏向板の電圧差、 磁界の強さが計算でき第 1表の如く なる。

す'なおち 5 e Vの 2次電子を 3 0 ° だけ 2次電子検出 器の方向に曲げる電圧は 9.9 2 V 、 偏向コイルは 0.5 9アンペアターンであればよいという結果となる。 前述したよ う に、 このよう な関係を選べば電子ビームに 対しては偏向作用がなく 、 2次電子のみを 2次電子検出 器側に軌道を曲げて指向させることができる。 2次電子 のエネルギーは〜 2 e Vをピーク と してせいぜい 5 e V 程度までで 2次電子の 9 0 %以上であ り、 第 1表に示す よう に前述したような具体的数値に設定するこ と によ り 2次鼋子のほとんどを 2次電子検 器に導く ことができ る。

したがって、 2次電子検出器は電子ビームの軸よ り十 分に離れた位置に配置すること が出来るので電子ビーム が低加速電圧で加速される場合でも偏向されることが い α

本発明の一実施例を集束レンズの上部よ リ 2次電子を 検出する場合について逑べたが、 集束レンズ下部におい て 2次電子を検出する場合においても同様の効果を期待 することができる。

Claims

請求の ¾ Si

1 . 電子ビームを発生し、 かつ該電子ビームで試料を照 射する手段一前記試料から、 該試料を基準にして該試料 の前記電子ビームによる照射側に 2次電子を発生させる よ う に一と ； 前記電子ビームおよび前記 2次電子を第 1 の方向に偏向させる電界を発生する手段と ； 前記 2次電 子を第 1 の方向に偏向すると ともに、 前記第 1 の方向へ の前記電子ビームの偏向を実質的に打ち消すよ う に前記 電子ビームを前記第 1 の方向に対して反対の第 2の方向 に偏向させる磁界を発生する手段と ； 前記第 1 の方向に 偏向された 2次電子を検出する手段と を備えている 2次 電子検出装置。

2 . 前記電界と磁界は実賓的に直交している請求の範囲 第 1項に記載された 2次電子検出装置。

3 . 前記電子ビームを前記試料に集束する磁界形電子レ ンズを備え， 前記 2次電子は前記磁界形電子レンズの レ ンズ磁場を通り、 更に前記電界および磁界によって前記 第 1 の方向に偏向される請求の範囲第 1項に記載された 2次電子検出装置。