JP3517596B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents
走査電子顕微鏡Info
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Description
ムを2次元的に走査し、試料からの2次電子を効率良く
検出して試料の走査像を得るようにした走査電子顕微鏡
に関する。
加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズ
によって集束し、試料上に照射すると共に、試料上で電
子ビームを2次元的に走査し、試料から発生した2次電
子や反射電子を検出し、検出信号を陰極線管に供給して
試料の走査像を得るようにしている。
に収差の小さな電子ビームを照射して高い分解能の像を
観察すること、そして、試料から発生した2次電子を効
率良く2次電子検出器に導くことは重要であり、そのた
めの改良が種々行われている。
願の発明においては、試料の上に第1の磁界型対物レン
ズを配置し、更にその磁界型対物レンズの形成する磁場
内に複数の電極より成る静電型対物レンズを配置してい
る。このように磁界型対物レンズと静電型対物レンズの
形成する磁場と電場によってビームを集束することによ
り、低い加速電圧の一次電子ビームであってもを小さな
収差係数とすることができる。
に磁界型電子レンズを配置し、一次電子ビームの集束作
用を高めると共に、試料から発生した2次電子を光軸上
に集束させ、多くの2次電子を対物レンズの上部に設け
た2次電子検出器に導くように構成している。
おいては、一次電子ビームの収差係数を小さくできると
共に2次電子の検出効率を高めることが可能ではある
が、試料の上部に磁界型電子レンズと静電型電子レンズ
の組み合わせを配置し、試料の下部に更に磁界型電子レ
ンズを配置する複雑な構成となっており、装置が高価と
なる欠点を有している。
もので、その目的は、簡単な構成で2次電子の検出効率
を高めることができる走査電子顕微鏡を実現するにあ
る。
電子顕微鏡は、電子銃からの電子ビームを対物レンズに
よって試料上に細く集束すると共に、試料上で電子ビー
ムを2次元的に走査し、この走査に基づいて試料から得
られた信号に基づいて試料像を陰極線管上に表示するよ
うにした走査電子顕微鏡において、対物レンズを磁界型
対物レンズと磁界型対物レンズの形成する磁場内に配置
された静電型対物レンズとにより構成された複合レンズ
とし、複合対物レンズの上部に2次電子検出器を配置
し、磁界型対物レンズの下部磁極内径を上部磁極内径よ
り大きくすると共に、静電型対物レンズを接地電位の上
部電極と負電位の下部電極とより構成し、この上部電極
の内径を下部電極の内径より大きくして試料からの2次
電子の検出効率を向上させる。
1の発明において、磁界型対物レンズの下部磁極内径と
上部磁極内径との比を1.2〜2.0の範囲としたこと
を特徴としている。
1の発明において、静電型対物レンズの上部電極内径と
下部電極内径との比を3〜12の範囲としたことを特徴
としている。
1の発明において、磁界型対物レンズの下部磁極内径と
上部磁極内径との比を1.2〜2.0の範囲とし、静電
型対物レンズの上部電極内径と下部電極内径との比を3
〜12の範囲としたことを特徴としている。
施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の対物レンズ部分を示しており、対物レンズ
1は磁界型対物レンズ2と静電型対物レンズ3との複合
対物レンズとなっている。磁界型対物レンズ2は上部磁
極4と下部磁極5と励磁コイル6とより構成されてお
り、励磁コイル6には図示していない励磁電源より励磁
電流が供給される。
電極8とより構成されており、上部電極7は接地電位
に、下部電極8には電源9より負電位が印加されるよう
に構成されている。複合対物レンズ1の下部には、試料
10が配置されており、試料10には電源9から負電位
が印加される。
の2次電子検出器11が配置されており、検出器11の
開口部12を通って一次電子ビームEBが照射される。
このような構成の動作を次に説明する。
れた一次電子ビームは、コンデンサレンズ(図示せず)
と複合対物レンズ1とによって試料10上に細く集束さ
れる。この際、一次電子ビームEBは、複合対物レンズ
1の磁界型対物レンズ2と静電型対物レンズ3とによっ
て集束され、収差の小さな電子ビームが試料10に照射
される。
は接地電位とされ、下部電極8と試料10には電源9か
ら負電位が印加されている。例えば、一次電子ビームの
加速電圧が10kVの場合、下部電極8と試料10には
それぞれ−9kVが印加される。この結果、上部電極7
と下部電極8との間には一次電子ビームEBに対して減
速電界が形成され、試料10には結果として加速電圧1
kVの一次電子ビームが照射される。
子ビームは高い加速電圧で集束作用を受けることから、
一次電子ビームを収差が小さい状態で細く集束させるこ
とが可能となると共に、試料10には低い加速電圧で一
次電子ビームが照射されることから、試料10が半導体
や絶縁物試料の場合には、試料の帯電を著しく少なくす
ることができる。もちろん、試料に照射される一次電子
ビームの加速電圧が低くされていることから、試料の一
次電子ビームによるダメージも小さくすることができ
る。
は図示していない偏向器によって2次元的に走査され
る。試料10への一次電子ビームの照射によって発生し
た2次電子13は、上部電極7と下部電極8との間の電
界によって加速され、磁界型対物レンズ2と静電型対物
レンズ3のレンズ作用により集束作用を受けて光軸方向
に集められ、対物レンズ1の中心部を通って上方に導か
れる。
子13は、ドーナツ状の2次電子検出器11によって検
出される。検出器11の検出信号は、図示していない陰
極線管に供給されることから、陰極線管上には走査2次
電子像が表示される。
ンズ1では、一次電子ビームEBを小さな収差で細く集
束することができると共に、試料10からの2次電子を
効率良く集めて2次電子検出器11に導くことができ
る。
を構成する磁界型対物レンズ2、静電型対物レンズ3の
形状について種々検討を加えたところ、磁界型対物レン
ズ2を構成する上部磁極4の内径と下部磁極5の内径と
の比、静電型対物レンズ3を構成する上部電極7の内径
と下部電極8の内径との比が、2次電子検出器11にお
ける2次電子検出効率に大きな影響を与えることを見出
だした。
電子検出器11を配置し、磁界型対物レンズ2の下部磁
極5の内径を上部磁極4の内径より大きくすると共に、
接地電位の上部電極7と負電位の下部電極8とより構成
される静電型対物レンズ3の上部電極7の内径を下部電
極8の内径より大きくすることにより、2次電子の検出
効率を高めることができることを見出だした。
ンズ2の上部磁極4の内径をDM1、下部磁極5の内径
をDM2、静電型対物レンズ3の上部電極7の内径をD
E1、下部電極8の内径をDE2とし、コンピュータシ
ミュレーションにより各内径の値を変化させて2次電子
検出器11における2次電子の検出効率を求めた。DE
1/DE2の値が3〜12における結果の一例を図3の
表に示す。
/DE2の値が1.0でDM2/DM1の値が2.1の
時、2次電子の検出効率は46%であった。bのケース
では、DE1/DE2の値が1.0でDM2/DM1の
値が3.0の時、2次電子の検出効率は48%であっ
た。cのケースではDE1/DE2の値が2.4でDM
2/DM1の値が2.1の時、2次電子の検出効率は5
0%であった。
が3.0でDM2/DM1の値が2.1の時、2次電子
の検出効率は64%であった。eのケースではDE1/
DE2の値が4.0でDM2/DM1の値が2.1の
時、2次電子の検出効率は65%であった。fのケース
ではDE1/DE2の値が1.25でDM2/DM1の
値が2.1の時、2次電子の検出効率は66%であっ
た。
が4.0でDM2/DM1の値が1.5の時、2次電子
の検出効率は72%であった。hのケースではDE1/
DE2の値が4.0でDM2/DM1の値が1.3の
時、2次電子の検出効率は74%であった。iのケース
ではDE1/DE2の値が4.0でDM2/DM1の値
が1.44の時、2次電子の検出効率は76%であっ
た。
の値が6.0でDM2/DM1の値が1.44の時、2
次電子の検出効率は71%であった。kのケースではD
E1/DE2の値が10.8でDM2/DM1の値が
1.27の時、2次電子の検出効率は71%であった。
2/DM1とし、上記した各シミュレーションの結果を
プロットしたものである。この図3、図4から下部磁極
の内径は上部磁極の内径より大きいこと、特に、下部磁
極の内径DM2は、上部磁極の内径DM1の1.2倍程
度乃至1.5倍程度であれば、顕著に2次電子の検出効
率が向上することが導かれる。なお、DM2/DM1の
値があまり大きくなってもそれ程の効果が得られないこ
とも判明した。
内径DE1は、下部電極8の内径DE2より大きいこ
と、特に、その比が3倍以上であれば、顕著に2次電子
の検出効率が向上することが導かれる。
電子銃からの電子ビームを対物レンズによって試料上に
細く集束すると共に、試料上で電子ビームを2次元的に
走査し、この走査に基づいて試料から得られた信号に基
づいて試料像を陰極線管上に表示するようにした走査電
子顕微鏡において、対物レンズを磁界型対物レンズと磁
界型対物レンズの形成する磁場内に配置された静電型対
物レンズとにより構成された複合レンズとし、複合対物
レンズの上部に2次電子検出器を配置し、磁界型対物レ
ンズの下部磁極内径を上部磁極内径より大きくすると共
に、静電型対物レンズを接地電位の上部電極と負電位の
下部電極とより構成し、この上部電極の内径を下部電極
の内径より大きくした。この結果、簡単な構成で試料か
らの2次電子の検出効率を向上させることができる。
1の発明において、磁界型対物レンズの下部磁極内径と
上部磁極内径との比を1.2〜2.0の範囲としたこと
を特徴としており、試料からの2次電子の検出効率を向
上させることができる。
1の発明において、静電型対物レンズの上部電極内径と
下部電極内径との比を3〜12の範囲としたことを特徴
としており、試料からの2次電子の検出効率を向上させ
ることができる。
1の発明において、磁界型対物レンズの下部磁極内径と
上部磁極内径との比を1.2〜2.0の範囲とし、静電
型対物レンズの上部電極内径と下部電極内径との比を3
〜12の範囲としたことを特徴としており、試料からの
2次電子の検出効率を向上させることができる。
である。
大図である。
ション結果を示す表である。
DE2、横軸をDM2/DM1としたグラフ上にプロッ
トした結果を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 電子銃からの電子ビームを対物レンズに
よって試料上に細く集束すると共に、試料上で電子ビー
ムを2次元的に走査し、この走査に基づいて試料から得
られた信号に基づいて試料像を陰極線管上に表示するよ
うにした走査電子顕微鏡において、対物レンズを磁界型
対物レンズと磁界型対物レンズの形成する磁場内に配置
された静電型対物レンズとにより構成された複合レンズ
とし、複合対物レンズの上部に2次電子検出器を配置
し、磁界型対物レンズの下部磁極内径を上部磁極内径よ
り大きくすると共に、静電型対物レンズを接地電位の上
部電極と負電位の下部電極とより構成し、この上部電極
の内径を下部電極の内径より大きくしたことを特徴とす
る走査電子顕微鏡。 - 【請求項2】 磁界型対物レンズの下部磁極内径と上部
磁極内径との比が1.2〜2.0の範囲であることを特
徴とする請求項1記載の走査電子顕微鏡。 - 【請求項3】 静電型対物レンズの上部電極内径と下部
電極内径との比が3〜12の範囲であることを特徴とす
る請求項1記載の走査電子顕微鏡。 - 【請求項4】 磁界型対物レンズの下部磁極内径と上部
磁極内径との比が1.2〜2.0の範囲であり、静電型
対物レンズの上部電極内径と下部電極内径との比が3〜
12の範囲であることを特徴とする請求項1記載の走査
電子顕微鏡。
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