JP2001256914A

JP2001256914A - 荷電粒子線応用装置

Info

Publication number: JP2001256914A
Application number: JP2001077413A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kuroda; 勝広黒田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】１段目Ｅ×Ｂにより試料からの２次荷電粒子を
偏向し、その際に生じる第１の荷電粒子線への影響を少
なくして試料より高分解能の電子線像を得る。【解決手段】第１の荷電粒子線を試料に照射させるため
の対物レンズと、試料からの２次荷電粒子を検出器側に
偏向する第１の偏向器と、第１の荷電粒子線を調整する
第２の偏向器と、を有し前記対物レンズの物点と前記第
１の偏向器との距離をＳ、前記対物レンズの物点と前記
第２の偏向器との距離をＴと置くと、前記第２の偏向器
の偏向角βと前記第１の偏向器の偏向角αとの比が、Ｓ
とＴとの比に等しくなるように偏向器の強さを調整して
高分解能の電子線像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査形荷電粒子顕
微鏡及びその類似装置に係り、特に低加速領域において
高分解能でかつ二次電子の高検出効率に好適な荷電粒子
光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査形電子顕微鏡の分解能を向上させる
ために、特開昭６１−２９４７４６号に記載されている
ような光学系が用いられている。すなわち、輝度が高
く、エネルギ幅の小さな電界放射形（ＦＥ）電子銃と、
レンズの内部に試料を配置して収差を極力小さくしたイ
ンレンズ形対物レンズとを組合わせたものである。この
ような光学系においても低加速領域においては分解能は
低下する。

【０００３】一方、色収差を低減するために、特公昭６
３−３４５８８に記載されているような光学系が提案さ
れている。

【０００４】この光学系は、電子線が試料を照射する直
前まで高加速電圧とし、試料照射時に減速して低加速電
圧化するものである。この場合、レンズ通過時の電子線
のエネルギが高いので、レンズ収差を小さくできる。す
なわち、高分解能化が図れる。

【０００５】以上の観点から、低加速領域で従来以上の
高分解能を得るためには、上記両者の光学系を組合せれ
ば可能となる。すなわち、試料はレンズの内部に配置
し、この試料に負の電圧を印加して減速すればよい。

【０００６】ただ、この場合問題となるのは二次電子の
検出である。試料がレンズの外部にある従来の場合に
は、特公昭６３−３４５８８に示されているように、一
次電子線の減速電界で二次電子が加速されるまでに二次
電子検出器の電界で二次電子を検出するように構成すれ
ばよかった。しかし、試料をレンズの内部に配置したイ
ンレンズ形では、レンズの磁界が強いためにこの磁界に
二次電子が強く束縛されるばかりでなく、二次電子検出
器をレンズの内部に配置できないという問題が生じる。
また、一次電子線と二次電子とを分離することについて
は特開昭６２−３１９３３号に磁界のみで分離すること
が開示されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低加
速領域で高分解能化を図り、かつ二次電子の高検出感度
が得られる電子光学系を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】荷電粒子源と、前記荷電
粒子源から出た第１の荷電粒子線を絞って試料に照射す
る対物レンズ手段と、前記第１の荷電粒子線を走査偏向
器で試料上で走査させる走査偏向器と、前記第１の荷電
粒子線を減速するとともに試料から発生する第２の荷電
粒子を加速する減速手段と、前記減速手段で加速された
第２の荷電粒子を電界と磁界とで偏向する偏向手段と、
前記対物レンズと前記走査偏向器の間に配置され前記偏
向手段で偏向された前記第２の荷電粒子を検出する検出
手段を具備した荷電粒子線応用装置にある。。

【０００９】まず、試料照射の直前に電子線の減速を行
えば、低加速電圧でも高分解能が得られることは従来技
術からも分かる。

【００１０】一方、二次電子検出に関しては、Ｅ×Ｂ形
のフィルタを試料と検出器との間に用いているので、一
次電子線を直進するようにしてやれば、エネルギの異な
る二次電子は自然に偏向されることになる。すなわち、
図５に示すように電子線２の加速電圧Ｖ₀にたいして、
次式を満足するようにＥとＢを印加すれば、電子線２の
軌道に影響を与えない。

【００１１】

【数１】

【００１２】この時、検出すべき二次電子８のエネルギ
は減速電圧ＶＲでありかつ電子線２と方向が逆であるの
で、二次電子８の偏向角θは、

【００１３】

【数２】となる。この偏向方向を検出器の方向と一致させておけ
ば、二次電子は検出器に向かって進むので、検出効率の
向上が図れることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１により説
明する。

【００１５】電子銃１からでた電子線２は、幾つかのレ
ンズ（本実施例では加速レンズ３、コンデンサレンズ
４、対物レンズ５）により細く絞られて試料６上を照射
する。この電子線２は偏向器７により試料６上で二次元
的に走査される。また、試料６からでてきた二次電子８
は、二次電子検出器９により検出されて映像信号とな
る。

【００１６】ここで、試料６は電子線２を減速するため
に負の電圧ＶＲが印加されている。このとき、出てきた
二次電子はこの減速電圧ＶＲにより逆に加速され、検出
器９の電界のみでは十分に検出器９の方に偏向できなく
なる。そこで、出てきた二次電子８を検出器９の方に偏
向するために偏向器を配置すればよいが、電子線２の軌
道に影響のないように電界Ｅと磁界Ｂとを直交させたい
わゆるＥ×Ｂ形のフィルタ１０を対物レンズ５と検出器
９との間に配置している。このとき、（１）式のように
ＥとＢを印加すれば、電子線２の軌道には影響を与えず
に二次電子８のみを検出器の方に偏向でき、検出効率の
向上が図れる。

【００１７】ただ、この場合、フィルタ１０による色収
差が問題になる。この色収差による偏向角βは、

【００１８】

【数３】

【００１９】で表わされる。ここで、ΔＶは電子線２の
エネルギ幅である。

【００２０】すなわち、図２に示すようにこの色収差に
より物点１２でＳβの拡がりを持つことになり、対物レ
ンズの倍率をＭとすると試料上ではＭＳβの拡がりを生
ずる。具体的数値の典型的な一例を示すと、θ＝３０
°、ΔＶ＝０.３ｅＶ、Ｖ₀＝１ｋＶ、としてＶ_Rに対す
るβは図３に示すものとなる。この図からβを大きく見
積もって５×１０^-5とし、Ｓ＝２００ｍｍ，Ｍ＝１／５
０とすると、０.２μｍの拡がりとなる。この値は、電
子線２の所望の値（〜ｎｍ）より非常に大きい。

【００２１】そこで、本発明では図４ならびに図１に示
すように、Ｅ×Ｂ形のフィルタ１１を配置してこの色収
差を自己消去できるようにした。すなわち、図４から分
かるようにΔＶのエネルギが拡がりを持つ電子線２があ
たかも物点１２の一点から出たかのようになるようにフ
ィルタ１１を動作させる。このフィルタ１１の偏向角β
は、

【００２２】

【数４】

【００２３】とすればよい。以上により、電子線２の
径を増大させることなく、二次電子８のみを検出器９の
方に偏向することが可能となる。すなわち、低加速領域
でも高分解能でかつ二次電子の高検出効率が得られるこ
とになる。

【００２４】図１に示す本発明を実施した結果のごく一
例を以下に示す。フィルタ１１を物点１２とフィルタ１
０とのほぼ中間に配置して電界Ｅと磁界Ｂとの作用長Ｌ
を約２０ｍｍとなるように構成し、Ｖ₀＝１ｋＶと固定
にしてＶＲ＝０〜９００Ｖと変化させた。このとき、フ
ィルタ１０、１１のそれぞれのＥとＢの強さをＥ＝０〜
２５Ｖ／ｍｍ，０〜５０Ｖ／ｍｍ，Ｂ＝０〜１４ガウス
（Gauss)，０〜２８GaussとＶＲに連動させて変化させ
たところ、４〜６ｎｍの高分解能が実現できた。

【００２５】本発明は、１ｋＶ以下の低加速電圧でｎｍ
オーダの分解能を得ることを目的になされたため、フィ
ルタを２段にしたが、目的によっては１段で構成しても
二次電子の高検出効率化は可能であることは、本実施例
で述べた通りである。

【００２６】また、本実施例では試料がレンズの内部に
配置したが、レンズの外側に配置された構成の光学系に
たいしても実施することができる。なおこの場合、二次
電子検出器は試料と対物レンズとの間にあってもよい
し、図１のように対物レンズの上側にあってもよいこと
はいうまでもない。要は、試料と二次電子検出器との間
にＥ×Ｂ形のフィルタがあれば実現できる。

【００２７】さらに、本発明は走査形電子顕微鏡に対し
て述べたが、これに限ることなく類似の電子線応用装置
一般に適用できるし、さらにイオン線のような荷電粒子
線応用装置一般に適用できることは言うまでもない。た
だ、正の電荷を持っている荷電粒子線の場合には、減速
電圧は正の値にする必要がある。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、低加速領域でも荷電粒
子線径を増大させることなく二次荷電粒子を検出器の方
に偏向することが可能となるので、高分解能でかつ二次
荷電粒子の高検出効率が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す荷電粒子光学系の縦断
面図。

【図２】Ｅ×Ｂ形フィルタの色収差に関する説明図。

【図３】Ｅ×Ｂ形フィルタの色収差により生じる偏向角
と試料に印加した減速電圧との関係曲線図。

【図４】フィルタの色収差を自己打消しさせるための基
本光学系の縦断面図。

【図５】Ｅ×Ｂ形フィルタによる一次電子線と二次電子
の軌道を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・電子銃、２・・・電子線、３・・・加速レン
ズ、４・・・コンデンサレンズ、５・・・対物レンズ、
６・・・試料、７・・・偏向器、８・・・二次電子、９
・・・二次電子検出器、１０，１１・・・Ｅ×Ｂ形フィ
ルタ、１２・・・物点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子源と、前記荷電粒子源から出た第
１の荷電粒子線を絞って試料に照射する対物レンズ手段
と、前記第１の荷電粒子線を走査偏向器で試料上で走査
させる走査偏向器と、前記第１の荷電粒子線を減速する
とともに試料から発生する第２の荷電粒子を加速する減
速手段と、前記減速手段で加速された第２の荷電粒子を
電界と磁界とで偏向する偏向手段と、前記対物レンズと
前記走査偏向器の間に配置され前記偏向手段で偏向され
た前記第２の荷電粒子を検出する検出手段を具備したこ
とを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項２】前記第１の荷電粒子線が一次荷電粒子線で
あり、第２の荷電粒子が二次荷電粒子であることを特徴
とする請求項１記載の荷電粒子線応用装置。
【請求項３】前記第１の荷電粒子線は前記荷電粒子源か
ら試料へ向う電子線であり、第２の荷電粒子は前記試料
から前記荷電粒子源へ向う電子線であることを特徴する
請求項１から２のいずれか記載の荷電粒子線応用装置。
【請求項４】前記偏向手段は電極と磁極との組み合わせ
た手段からなることを特徴する請求項１から３のいずれ
か記載の荷電粒子線応用装置。
【請求項５】前記電極と磁極との組み合わせた手段とし
て前記電界と磁界が交叉することを特徴する請求項４記
載の荷電粒子線応用装置。
【請求項６】前記偏向手段はＥ×Ｂフィルタであること
を特徴する請求項１から５のいずれか記載の荷電粒子線
応用装置。
【請求項７】前記第１の荷電粒子線が試料に入射するエ
ネルギーが１ＫｅＶ以下であることを特徴とする請求項
１から６のいずれか記載の荷電粒子線応用装置。