JP4790511B2 - Charged particle beam equipment - Google Patents

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Description

この発明は、荷電粒子ビームを試料に照射し、この試料から発生される２次電子を検出する荷電粒子ビーム装置に関する。   The present invention relates to a charged particle beam apparatus that irradiates a sample with a charged particle beam and detects secondary electrons generated from the sample.

近年、半導体集積回路では、回路パターンの微細化が一層進んでいる。これらの回路パターンを検査するために、高倍率、高分解能の荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭと略称される）が用いられる。また、半導体集積回路では、その表面に低誘電率膜を設けたり、あるいは石英ガラスウェハーを用いたりするので、電気的絶縁性の高い素材が多用される。   In recent years, circuit patterns have been further miniaturized in semiconductor integrated circuits. In order to inspect these circuit patterns, a scanning electron microscope (abbreviated as SEM), which is a charged particle beam device with high magnification and high resolution, is used. Further, in a semiconductor integrated circuit, since a low dielectric constant film is provided on the surface or a quartz glass wafer is used, a material having high electrical insulation is frequently used.

これら電気的絶縁性の高い素材に、走査型電子顕微鏡の電子ビームが照射されると、表面に電荷が蓄積される帯電（チャージアップ）という現象が生じる。この帯電現象は、ＳＥＭで取得される画像情報に影響を与える。例えば、照射される電子ビームを構成する１次電子線の軌道の変化、あるいは照射された試料から発生する２次電子線の軌道の変化等が生じ、ひいては分解能の低下等を生じる。   When these highly insulating materials are irradiated with an electron beam of a scanning electron microscope, a phenomenon of charge (charge up) in which charges are accumulated on the surface occurs. This charging phenomenon affects the image information acquired by the SEM. For example, a change in the trajectory of the primary electron beam constituting the irradiated electron beam, or a change in the trajectory of the secondary electron beam generated from the irradiated sample occurs, and as a result, the resolution decreases.

この帯電現象に起因する画像情報の劣化を小さなものとする手法として、減速場形成技術（以下、リターディング技術と称する）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。リターディング技術によれば、電子ビームを加速する加速場電極に加え、試料近傍に電子ビームを減速する減速場電極を設ける。そして、加速場の大きさを維持したまま、すなわち色収差の影響を低減した条件で合焦点制御したまま、減速場により、試料に入射する電子ビームのエネルギ―を小さなものとし、分解能を維持したまま試料の帯電の大きさを小さく抑える。   As a technique for minimizing the deterioration of image information due to this charging phenomenon, a deceleration field forming technique (hereinafter referred to as a retarding technique) is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to the retarding technique, in addition to the acceleration field electrode that accelerates the electron beam, a deceleration field electrode that decelerates the electron beam is provided in the vicinity of the sample. Then, while maintaining the size of the acceleration field, that is, while controlling the focal point under the condition that the influence of chromatic aberration is reduced, the energy of the electron beam incident on the sample is reduced by the deceleration field, and the resolution is maintained. Keep the charge of the sample small.

図１５は、リターディング技術が搭載された走査型電子顕微鏡１００の一例を示す概略断面図である。走査型電子顕微鏡１００は、試料１、電子検出部２４、信号検出器１７、走査コイル１３、加速場電極１４、磁界レンズ１５、減速場電極１６、可変電源１８〜２０、表示部２１および走査制御部２２等を含む。なお、試料１、電子検出部２４、信号検出器１７、走査コイル１３、加速場電極１４、磁界レンズ１５および減速場電極１６は、図示しない高真空の鏡筒内に配設される。   FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of a scanning electron microscope 100 equipped with a retarding technique. The scanning electron microscope 100 includes a sample 1, an electron detector 24, a signal detector 17, a scanning coil 13, an acceleration field electrode 14, a magnetic lens 15, a deceleration field electrode 16, variable power supplies 18 to 20, a display unit 21, and scanning control. Part 22 and the like. The sample 1, the electron detector 24, the signal detector 17, the scanning coil 13, the acceleration field electrode 14, the magnetic field lens 15, and the deceleration field electrode 16 are disposed in a high vacuum column (not shown).

試料１は、半導体集積回路が形成されたシリコンウェーハ等であり、走査コイル１３は、１次電子ビーム１１を試料１上で走査させる偏向場を形成し、加速場電極１４は、１次電子ビーム１１を試料１の方向に加速する静電界を形成し、磁界レンズ１５は、１次電子ビーム１１を試料１上で集束させる磁界を形成し、減速場電極１６は、１次電子ビーム１１を試料１の方向に減速させる静電界を形成し、電子検出部２４は検出した２次電子信号に応じた電気信号に変換する。そして、走査制御部２２は、１次電子ビーム１１を試料１上で走査するように走査コイル１３を制御し、表示部２１は、走査制御部２２からの走査信号および信号検出器１７からの電気信号に基づいて、試料１の走査領域の画像情報を形成し、表示する。   The sample 1 is a silicon wafer or the like on which a semiconductor integrated circuit is formed, the scanning coil 13 forms a deflection field for scanning the primary electron beam 11 on the sample 1, and the acceleration field electrode 14 is a primary electron beam. The magnetic field lens 15 forms a magnetic field that focuses the primary electron beam 11 on the sample 1, and the deceleration field electrode 16 forms the primary electron beam 11 on the sample. An electrostatic field that decelerates in the direction of 1 is formed, and the electron detector 24 converts it into an electrical signal corresponding to the detected secondary electron signal. The scanning control unit 22 controls the scanning coil 13 so as to scan the primary electron beam 11 on the sample 1, and the display unit 21 receives the scanning signal from the scanning control unit 22 and the electric signal from the signal detector 17. Based on the signal, image information of the scanning region of the sample 1 is formed and displayed.

ここで、可変電源１８〜２０は、加速場電極１４、減速場電極１６および試料１の電位を決定する電源で、例えば、可変電源１８は、１次電子ビーム１１を発生する電子銃に対して正の高電圧とされ、可変電源１９および２０は、接地電位とされる。   Here, the variable power sources 18 to 20 are power sources that determine the potential of the acceleration field electrode 14, the deceleration field electrode 16, and the sample 1. For example, the variable power source 18 is used for an electron gun that generates the primary electron beam 11. The positive high voltage is set, and the variable power supplies 19 and 20 are set to the ground potential.

一方、試料に照射される１次電子により、１次電子と反対方向に向かう２次電子が発生される。２次電子は、１次電子の減速場の存在により、鏡筒内に加速および吸入され、鏡筒内に配設される電子検出部２４および信号検出器１７により検出される。   On the other hand, secondary electrons traveling in a direction opposite to the primary electrons are generated by the primary electrons irradiated on the sample. The secondary electrons are accelerated and sucked into the lens barrel due to the presence of the deceleration field of the primary electrons, and are detected by the electron detector 24 and the signal detector 17 arranged in the lens barrel.

図１５には、鏡筒内での２次電子の飛行軌道を示す２次電子１２が図示されている。試料１から放射される２次電子１２は、放射角度に拡がり有し、１次電子ビーム１１のために形成される磁界および電界の影響を受け、進行方向と直交する方向に集束および発散を繰り返し電子検出部２４に達する。
国際公開第ＷＯ９９／４６７９８号パンフレット、（第５〜１１頁、図１） FIG. 15 shows the secondary electrons 12 indicating the flight trajectory of the secondary electrons in the lens barrel. The secondary electrons 12 radiated from the sample 1 are spread at a radiation angle, are affected by a magnetic field and an electric field formed for the primary electron beam 11, and repeatedly converge and diverge in a direction perpendicular to the traveling direction. The electron detection unit 24 is reached.
International Publication No. WO99 / 46798 pamphlet, (pages 5-11, FIG. 1)

しかしながら、上記背景技術によれば、取得される画像情報は、試料１の状態および撮影条件に依存し、変化するものとなる。すなわち、１次電子ビーム１１の制御の為に形成される鏡筒内の磁界および電界は、観察条件により変化し、これら磁界および電界の影響を受ける試料１の状態および２次電子１２も変化し、画像情報が変化する。   However, according to the above background art, the acquired image information changes depending on the state of the sample 1 and the imaging conditions. That is, the magnetic field and electric field in the lens barrel formed for controlling the primary electron beam 11 vary depending on the observation conditions, and the state of the sample 1 and the secondary electrons 12 affected by the magnetic field and electric field also vary. The image information changes.

例えば、試料１の表面が、電気的絶縁性の高い材料で広く覆われる際には、画像情報に像全体を明るくする成分を含むものとなる。加速電圧、即ち１次電子ビーム１１の加速電圧が試料１からの２次電子発生効率が１より小さい電圧の時、試料１の表面が負に帯電し、試料１の表面電位が、試料１のその他の位置と比較して、数十Ｖ（ボルト）程度低くなる。これにより、２次電子に含まれる１〜３ｅＶの低エネルギー成分は、試料１に引き戻されることなく、２次電子１２の一部として放出され、この成分が像全体を明るくする要因と考えられている。   For example, when the surface of the sample 1 is widely covered with a material having high electrical insulation, the image information includes a component that brightens the entire image. When the acceleration voltage, that is, the acceleration voltage of the primary electron beam 11 is a voltage at which the secondary electron generation efficiency from the sample 1 is smaller than 1, the surface of the sample 1 is negatively charged, and the surface potential of the sample 1 is Compared with other positions, it is about several tens of volts (volts) lower. Thereby, the low energy component of 1 to 3 eV contained in the secondary electrons is released as a part of the secondary electrons 12 without being pulled back to the sample 1, and this component is considered to be a factor that brightens the entire image. Yes.

また、試料１の観察条件が変化する場合の例として、例えば試料表面高さの変化等、加速場電極１４、磁界レンズ１５および減速場電極１６からなる対物レンズにより形成される電磁界が変化する場合が存在する。この場合、対物レンズにより形成される電磁界が変化することにより、２次電子１２の飛行軌道が、図１５に破線で示す２次電子１２′の様に変化する場合が存在する。これにより、電子検出部２４が有する２次電子１２′の検出効率が低下し、取得される画像情報の信号強度が低下する。   Further, as an example when the observation condition of the sample 1 changes, the electromagnetic field formed by the objective lens including the acceleration field electrode 14, the magnetic field lens 15, and the deceleration field electrode 16, such as a change in the sample surface height, changes. There are cases. In this case, when the electromagnetic field formed by the objective lens changes, the flight trajectory of the secondary electrons 12 may change like the secondary electrons 12 ′ indicated by broken lines in FIG. Thereby, the detection efficiency of the secondary electrons 12 ′ included in the electron detection unit 24 is reduced, and the signal intensity of the acquired image information is reduced.

また、他の例として、試料１の観察する表面を、入射する１次電子ビーム１１に対して大きく傾斜させる場合が存在する。この場合、減速場電極１６から試料１の方向に漏れ出る電界により、試料１の表面に電界歪みが生じる。この電界歪みにより、試料１から放射される２次電子は、飛行軌道が曲げられ,減速場電極１６の試料１側に存在する開口部に到達しなくなり、取得される画像情報の信号強度が低下する。   As another example, there is a case where the surface to be observed of the sample 1 is largely inclined with respect to the incident primary electron beam 11. In this case, an electric field that leaks from the deceleration field electrode 16 toward the sample 1 causes electric field distortion on the surface of the sample 1. Due to this electric field distortion, the secondary electrons emitted from the sample 1 are bent in the flight trajectory and do not reach the opening existing on the sample 1 side of the deceleration field electrode 16, and the signal intensity of the acquired image information is reduced. To do.

これらのことから、試料１の状態および観察条件に依存せず、安定して良好な画像情報を取得することができる荷電粒子ビーム装置をいかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、試料１の状態及び観察条件に依存せず、安定して良好な画像情報を取得することができる荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。 For these reasons, it is important how to realize a charged particle beam apparatus that can stably acquire good image information without depending on the state of the sample 1 and observation conditions.
The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the background art, and is a charged particle beam apparatus capable of stably acquiring good image information without depending on the state of the sample 1 and the observation conditions. The purpose is to provide.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームが照射される試料と、前記試料の試料電位を基準として、前記荷電粒子ビームの加減速を行う静電界を形成する静電界形成手段と、前記試料から、前記荷電粒子ビームの照射方向に発生される２次電子を検出する信号検出部と、を備える荷電粒子ビーム装置であって、前記静電界形成手段は、中央に前記荷電粒子ビームを通過させる空孔を有する円板状の基準静電電極、中央に前記荷電粒子ビームを通過させる空洞を有し、前記基準静電電極を前記通過の前後方向から挟む位置に配設される一対の円筒形フィルター電極および前記円筒形フィルター電極の電位を変化させる可変電源を有し、前記信号検出部は、基準静電電極の上方向及び下方向のうち、少なくとも１つの方向に配設されることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a charged particle beam apparatus according to the invention described in claim 1 is characterized in that the charged particle beam device is charged with reference to the sample irradiated with the charged particle beam and the sample potential of the sample. A charged particle beam apparatus comprising: an electrostatic field forming unit that forms an electrostatic field for accelerating and decelerating the particle beam; and a signal detection unit that detects secondary electrons generated in the irradiation direction of the charged particle beam from the sample. The electrostatic field forming means has a disk-shaped reference electrostatic electrode having a hole through which the charged particle beam passes and a cavity through which the charged particle beam passes at the center. A pair of cylindrical filter electrodes disposed at a position sandwiching the electric electrode from the front-rear direction of the passage and a variable power source for changing the potential of the cylindrical filter electrode, and the signal detection unit includes a reference electrostatic Of upward and downward, characterized in that it is arranged in at least one direction.

この請求項１に記載の発明では、静電界形成手段は、中央に荷電粒子ビームを通過させる空孔を有する円板状の基準静電電極、中央に荷電粒子ビームを通過させる空洞を有し、基準静電電極を荷電粒子ビームが通過する前後方向から挟む位置に配設される一対の円筒形フィルター電極および円筒形フィルター電極の電位を変化させる可変電源を有し、信号検出部を、荷電粒子ビームの通過を行う方向と直交する円筒形フィルター電極を囲む面内に配設する。   In the first aspect of the present invention, the electrostatic field forming means has a disk-shaped reference electrostatic electrode having a hole through which a charged particle beam passes in the center, and a cavity through which the charged particle beam passes. A pair of cylindrical filter electrodes disposed at positions sandwiching the reference electrostatic electrode from the front-rear direction through which the charged particle beam passes, and a variable power source that changes the potential of the cylindrical filter electrode, and the signal detection unit includes the charged particle It arrange | positions in the surface surrounding a cylindrical filter electrode orthogonal to the direction which passes the beam.

また、請求項２に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記円筒形フィルター電極が、円筒形の側面がメッシュ状の金網からなることを特徴とする。   A charged particle beam device according to a second aspect of the present invention is the charged particle beam device according to the first aspect, wherein the cylindrical filter electrode is formed of a metal mesh having a cylindrical side surface. And

この請求項２に記載の発明では、円筒形フィルター電極の側面を、容易に電子ビームが透過する。
また、請求項３に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記円筒形フィルター電極が、前記試料電位よりも高電位にされることを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, the electron beam easily passes through the side surface of the cylindrical filter electrode.
According to a third aspect of the present invention, in the charged particle beam device according to the first or second aspect, the cylindrical filter electrode is set to a potential higher than the sample potential. Features.

この請求項３に記載の発明では、２次電子の進行方向を、円筒形フィルター電極の側面に向かわせる。
また、請求項４に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記静電界形成手段が、前記基準静電電極の電位を変化させる可変電源を備えることを特徴とする。 According to the third aspect of the present invention, the traveling direction of the secondary electrons is directed to the side surface of the cylindrical filter electrode.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the charged particle beam apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the electrostatic field forming means is configured to provide a potential of the reference electrostatic electrode. It is characterized by comprising a variable power source for changing the power.

この請求項４に記載の発明では、２次電子を、電子が有するエネルギーにより選別する。
また、請求項５に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記信号検出部が、前記面内の異なる複数の方向に配設されることを特徴とする。 In the invention according to the fourth aspect, the secondary electrons are selected based on the energy of the electrons.
A charged particle beam device according to a fifth aspect of the present invention is the charged particle beam device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the signal detection unit has a plurality of different directions in the plane. It is arranged in that.

この請求項５に記載の発明では、円筒形フィルター電極の異なる方向の側面を透過した２次電子を検出する。
また、請求項６に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記静電界形成手段が、前記試料に荷電粒子ビームを射出する側に減速場電界を生成する際に、前記減速場電極および前記試料の間に、前記通過を行う方向を向く軸に対して非回転対称の形状を有する偏向電極を備えることを特徴とする。 According to the fifth aspect of the present invention, secondary electrons transmitted through side surfaces in different directions of the cylindrical filter electrode are detected.
A charged particle beam device according to a sixth aspect of the present invention is the charged particle beam device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the electrostatic field forming means applies a charged particle beam to the sample. When generating a deceleration field electric field on the exit side, a deflection electrode having a non-rotationally symmetric shape with respect to an axis oriented in the direction of passing is provided between the deceleration field electrode and the sample. To do.

この請求項６に記載の発明では、試料の表面から発生する２次電子の飛行軌道を補正する。
また、請求項７に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項６に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記偏向電極が、扇形の湾曲形状を有し、前記荷電粒子ビームを互いに異なる方向から囲む３つの偏向電極板を備えることを特徴とする。 In the invention described in claim 6, the flight trajectory of secondary electrons generated from the surface of the sample is corrected.
A charged particle beam device according to a seventh aspect of the present invention is the charged particle beam device according to the sixth aspect, wherein the deflection electrode has a fan-shaped curved shape, and the charged particle beams are directed in different directions. It comprises three deflection electrode plates surrounded by

この請求項７に記載の発明では、試料の表面から発生する２次電子の、概ね荷電粒子ビームの照射方向と直交する面内位置を補正する。
また、請求項８に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項７に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記偏向電極が、前記偏向電極板により、前記荷電粒子ビームを中心として前記荷電粒子ビームの走行方向と直交する周囲３６０度方向の内の４分の３以上の領域を占有することを特徴とする。 According to the seventh aspect of the invention, the in-plane position of the secondary electrons generated from the surface of the sample is substantially orthogonal to the irradiation direction of the charged particle beam.
The charged particle beam apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the charged particle beam apparatus according to the seventh aspect, wherein the charged electrode is centered on the charged particle beam by the deflection electrode plate. It occupies at least three-quarters of the 360-degree direction that is orthogonal to the beam traveling direction.

この請求項８に記載の発明では、２次電子の飛行軌道に、偏向電極板が存在しない方向で、大きな補正を行う。
また、請求項９に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項７または８に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビーム装置が、３つの前記偏向電極板に接続され、前記偏向電極板ごとに電位を変化させる３つの第３の可変電源を備えることを特徴とする。 According to the eighth aspect of the present invention, a large correction is performed in the direction in which the deflection electrode plate does not exist in the flight trajectory of the secondary electrons.
The charged particle beam device according to claim 9 is the charged particle beam device according to claim 7 or 8, wherein the charged particle beam device is connected to three deflection electrode plates, and the deflection is performed. Three third variable power sources for changing the potential for each electrode plate are provided.

この請求項９に記載の発明では、偏向電極板が存在しない方向で、大きな補正とする。
また、請求項１０に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記可変電源が、前記偏向電極板の電位を、前記２次電子の飛行軌道が前記荷電粒子ビームの飛行軌道に近づく方向に変化させることを特徴とする。 According to the ninth aspect of the invention, a large correction is made in the direction in which the deflection electrode plate does not exist.
The charged particle beam device according to claim 10 is the charged particle beam device according to claim 9, wherein the variable power source supplies the potential of the deflection electrode plate and the flight trajectory of the secondary electrons. The charged particle beam is changed in a direction approaching a flight trajectory.

この請求項１０に記載の発明では、２次電子が、荷電粒子ビームを集束させるレンズ系から受ける球面収差の影響を軽減する。
また、請求項１１に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビームが、前記基準静電電極と加速レンズ間で集束されることを特徴とする。 According to the tenth aspect of the present invention, the secondary electrons reduce the influence of the spherical aberration received from the lens system that focuses the charged particle beam.
The charged particle beam device according to claim 11 is the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 10, wherein the charged particle beam includes the reference electrostatic electrode and an acceleration lens. It is characterized by being focused between.

この請求項１１に記載の発明では、基準静電電極により形成される静電界が、荷電粒子ビームに与える影響を小さなものとする。
また、請求項１２に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１１に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビーム装置が、前記基準静電電極の前記荷電粒子ビームが通過する方向に配設される加速レンズを備えることを特徴とする。 According to the eleventh aspect of the present invention, the influence of the electrostatic field formed by the reference electrostatic electrode on the charged particle beam is small.
A charged particle beam device according to a twelfth aspect of the present invention is the charged particle beam device according to the eleventh aspect, in which the charged particle beam device passes the charged particle beam of the reference electrostatic electrode. And an accelerating lens disposed on the surface.

この請求項１２に記載の発明では、加速レンズにより、対物レンズをなす磁界レンズに、荷電粒子ビームを最適な開き角度で入射させる。
また、請求項１３に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビーム装置が、前記荷電粒子ビームが集束する位置で、前記２次電子を集束させる回転対称型レンズを備えることを特徴とする。 In the twelfth aspect of the present invention, the charged particle beam is incident on the magnetic field lens forming the objective lens at the optimum opening angle by the acceleration lens.
A charged particle beam device according to a thirteenth aspect of the present invention is the charged particle beam device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the charged particle beam device focuses the charged particle beam. A rotationally symmetric lens for focusing the secondary electrons at a position is provided.

この請求項１３に記載の発明では、２次電子が、荷電粒子ビームを集束させるレンズ系から受ける球面収差の影響を軽減する。
また、請求項１４に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１３に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記回転対称型レンズが、前記位置に磁界を形成する磁界コイルを備えることを特徴とする。 In the thirteenth aspect of the invention, the secondary electrons reduce the influence of spherical aberration received from the lens system that focuses the charged particle beam.
The charged particle beam device according to claim 14 is the charged particle beam device according to claim 13, wherein the rotationally symmetric lens includes a magnetic field coil that forms a magnetic field at the position. And

この請求項１４に記載の発明では、磁界により、２次電子の飛行軌道を変化させる。
また、請求項１５に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１３に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記回転対称型レンズが、前記位置に電界を形成する静電電極板を有し、前記静電電極板は、前記基準静電電極および前記加速レンズの電位の中間電位を有することを特徴とする。 In the invention described in claim 14, the flight trajectory of the secondary electrons is changed by the magnetic field.
The charged particle beam device according to claim 15 is the charged particle beam device according to claim 13, wherein the rotationally symmetric lens includes an electrostatic electrode plate that forms an electric field at the position. The electrostatic electrode plate has an intermediate potential between the reference electrostatic electrode and the acceleration lens.

この請求項１５に記載の発明では、磁界により２次電子の飛行軌道を変化させる。
また、請求項１６に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１３ないし１５のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記回転対称型レンズは、前記位置が前記基準静電電極の空孔である際に、前記空孔近傍に前記２次電子を集束させることを特徴とする。 In the fifteenth aspect of the invention, the flight trajectory of the secondary electrons is changed by the magnetic field.
The charged particle beam device according to claim 16 is the charged particle beam device according to any one of claims 13 to 15, wherein the rotationally symmetric lens has the position of the reference electrostatic electrode. When it is a hole, the secondary electrons are focused in the vicinity of the hole.

この請求項１６記載の発明では、前記空孔近傍に２次電子を集束させる。
また、請求項１７に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし１６のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記基準静電電極は少なくとも４個以上の電極に分割され、分割されたそれぞれの電極に電圧を印加し、試料から放射された２次電子の飛行方向を調整することを特徴とする。 In this invention, the secondary electrons are focused in the vicinity of the holes.
The charged particle beam device according to claim 17 is the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 16, wherein the reference electrostatic electrode is divided into at least four electrodes. A voltage is applied to each of the divided electrodes to adjust the flight direction of secondary electrons emitted from the sample.

この請求項１７記載の発明では、基準静電電極を多極構造とすることにより、２次電子の飛行方向を調整する。
また、請求項１８に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、請求項１ないし１７のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、前記試料から放射される２次電子のうち、帯電情報のみを持つ低エネルギーの２次電子を検出する信号検出部を加速レンズの下方に配設することを特徴とする。 In this invention, the flight direction of the secondary electrons is adjusted by making the reference electrostatic electrode a multipolar structure.
A charged particle beam device according to an invention described in claim 18 is the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 17, wherein only charged information is included in secondary electrons emitted from the sample. A signal detection unit for detecting low energy secondary electrons is provided below the acceleration lens.

この請求項１８記載の発明では、低エネルギーの電子を検出することができる。
また、請求項１９に記載の発明にかかる荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子ビームの荷電粒子が電子であることを特徴とする。 In the invention of claim 18, low energy electrons can be detected.
The charged particle beam apparatus according to claim 19 is characterized in that in the charged particle beam apparatus, the charged particles of the charged particle beam are electrons.

この請求項１９記載の発明では、荷電粒子ビームとして電子ビームを使用する。   In the invention described in claim 19, an electron beam is used as the charged particle beam.

本発明によれば、試料と概ね同電位の基準静電電極およびこの基準静電電極を挟む一対の円筒形フィルター電極を、荷電粒子ビームである１次電子ビームの飛行軌道に沿って配設し、試料から発生される２次電子を、発生の際のエネルギーに基づいて選別および検出することとしているので、試料に電気的絶縁性の高い材料を用いる場合、２次電子から所望のエネルギーの電子のみを検出し、ひいては試料１の状態および撮影条件に依存せず、安定して良好な画像情報の取得を行うことができる。   According to the present invention, a reference electrostatic electrode having substantially the same potential as the sample and a pair of cylindrical filter electrodes sandwiching the reference electrostatic electrode are disposed along the flight trajectory of the primary electron beam that is a charged particle beam. Since the secondary electrons generated from the sample are selected and detected based on the energy at the time of generation, when a material having high electrical insulation is used for the sample, electrons of a desired energy from the secondary electrons are used. Thus, it is possible to stably acquire good image information without depending on the state of the sample 1 and the photographing conditions.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる荷電粒子ビーム装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡１０の全体構成について説明する。図１は、走査型電子顕微鏡１０の鏡筒部分の断面およびその他の制御部分を含む構成図である。走査型電子顕微鏡１０は、試料１、電子銃３０、制限絞り２、開き角制御レンズ３、基準静電電極４および４′、円筒形フィルター電極５および５′、加速レンズ６、走査コイル１３、加速場電極１４、磁界レンズ１５、減速場電極１６、電子銃制御部８、信号検出部４０および４０′、走査制御部２２、磁界レンズ制御部７、制御部９、表示部２１、可変電源１８〜２０、３２、３３および電源３４を含む。 The best mode for carrying out a charged particle beam apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
(Embodiment 1)
First, the overall configuration of the scanning electron microscope 10 that is the charged particle beam apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram including a cross section of a lens barrel portion of a scanning electron microscope 10 and other control portions. The scanning electron microscope 10 includes a sample 1, an electron gun 30, a limiting aperture 2, an opening angle control lens 3, reference electrostatic electrodes 4 and 4 ', cylindrical filter electrodes 5 and 5', an acceleration lens 6, a scanning coil 13, Acceleration field electrode 14, magnetic field lens 15, deceleration field electrode 16, electron gun control unit 8, signal detection units 40 and 40 ′, scanning control unit 22, magnetic field lens control unit 7, control unit 9, display unit 21, variable power supply 18 -20, 32, 33 and power supply 34.

ここで、試料１、走査コイル１３、加速場電極１４、磁界レンズ１５、減速場電極１６、可変電源１８〜２０、表示部２１および走査制御部２２は、背景技術の欄で述べたものと全く同様であるので、説明を省略する。また、開き角制御レンズ３、基準静電電極４および４′、円筒形フィルター電極５および５′、加速レンズ６、加速場電極１４、減速場電極１６、可変電源１８〜２０、３２〜３４および電源３４は、静電界形成手段をなす。   Here, the sample 1, the scanning coil 13, the acceleration field electrode 14, the magnetic lens 15, the deceleration field electrode 16, the variable power sources 18 to 20, the display unit 21, and the scanning control unit 22 are exactly the same as those described in the background art section. Since it is the same, description is abbreviate | omitted. Further, the opening angle control lens 3, the reference electrostatic electrodes 4 and 4 ', the cylindrical filter electrodes 5 and 5', the acceleration lens 6, the acceleration field electrode 14, the deceleration field electrode 16, variable power supplies 18 to 20, 32 to 34 and The power source 34 forms an electrostatic field forming unit.

電子銃３０は、試料１の方向である鉛直下方に向かって、荷電粒子ビームである１次電子ビーム３１を発生する。この発生は、電子銃３０に接続される電子銃制御部８により制御される。   The electron gun 30 generates a primary electron beam 31 that is a charged particle beam toward a vertically downward direction that is the direction of the sample 1. This generation is controlled by the electron gun control unit 8 connected to the electron gun 30.

制限絞り２は、電子銃３０の鉛直下方に配設され、１次電子ビーム３１の総量を、所定の電子量に制限する絞りである。開き角制御レンズ３は、制限絞り２の鉛直下方に配設され、後続するレンズおよび電極に対して、鉛直方向に適正な開き角度で１次電子ビーム３１が入射される様に開き角度を制御するレンズである。   The limiting aperture 2 is a diaphragm that is disposed vertically below the electron gun 30 and limits the total amount of the primary electron beam 31 to a predetermined amount of electrons. The opening angle control lens 3 is disposed vertically below the limiting diaphragm 2 and controls the opening angle so that the primary electron beam 31 is incident on the subsequent lens and electrode at an appropriate opening angle in the vertical direction. It is a lens to do.

基準静電電極４′および４は、開き角制御レンズ３の鉛直下方に配設され、中心部分に円形の空孔を有する円板状の電極である。１次電子ビーム３１は、電極板の円形空孔部分を、試料１に向かって通過する。なお、基準静電電極４′および４の電位は、図示しない可変電源により、試料１と同電位にされる。   The reference electrostatic electrodes 4 ′ and 4 are disc-shaped electrodes that are disposed vertically below the opening angle control lens 3 and have a circular hole in the center. The primary electron beam 31 passes through the circular hole portion of the electrode plate toward the sample 1. The potentials of the reference electrostatic electrodes 4 ′ and 4 are set to the same potential as that of the sample 1 by a variable power source (not shown).

円筒形フィルター電極５および５′は、側面がメッシュ状の電気導体からなる円筒形の電極であり、円筒の中心に位置する空洞部分を、１次電子ビーム３１が通過する。円筒形フィルター電極５は基準静電電極４′の鉛直下方に配設され、円筒形フィルター電極５′は、基準静電電極４を挟んで、円筒形フィルター電極５の鉛直下方に配設される。ここで、円筒形フィルター電極５および５′には、可変電源３２および３３が接続され、円筒形フィルター電極５および５′の電位を変化させることができる。   The cylindrical filter electrodes 5 and 5 'are cylindrical electrodes whose side surfaces are made of an electric conductor having a mesh shape, and the primary electron beam 31 passes through a hollow portion located at the center of the cylinder. The cylindrical filter electrode 5 is disposed vertically below the reference electrostatic electrode 4 ′, and the cylindrical filter electrode 5 ′ is disposed vertically below the cylindrical filter electrode 5 with the reference electrostatic electrode 4 interposed therebetween. . Here, variable power sources 32 and 33 are connected to the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ', and the potentials of the cylindrical filter electrodes 5 and 5' can be changed.

信号検出部４０および４０′は、円筒形フィルター電極５および５′の水平方向に配設され、円筒形状を有するメッシュ状の円筒形フィルター電極５および５′の側壁を通過して、空洞内から放出される電子を検出し、電圧信号に変換する。ここで、信号検出部４０および４０′は、円筒形フィルター電極５および５′の側壁から放出される電子の総量を検出する様に、例えば、図示しない円筒形フィルター電極５および５′を囲む円筒形状のシンチレータおよび光ガイド等を含むようにすることもできる。   The signal detectors 40 and 40 'are disposed in the horizontal direction of the cylindrical filter electrodes 5 and 5', pass through the side walls of the cylindrical cylindrical filter electrodes 5 and 5 'having a cylindrical shape, and from inside the cavity. The emitted electrons are detected and converted into voltage signals. Here, the signal detectors 40 and 40 'detect, for example, a cylinder surrounding the cylindrical filter electrodes 5 and 5' (not shown) so as to detect the total amount of electrons emitted from the side walls of the cylindrical filter electrodes 5 and 5 '. A shape scintillator, a light guide, and the like can also be included.

加速レンズ６は、円筒形フィルター電極５′の鉛直下方に配設される、レンズ作用を有する電極板である。加速レンズ６は、電源３４と接続され、正電位にされる。これにより、加速レンズ６は、加速場電極１４との間で、円筒形フィルター電極５′を通過した１次電子ビーム３１に集束を加える電界分布を形成する。   The acceleration lens 6 is an electrode plate having a lens action, which is disposed vertically below the cylindrical filter electrode 5 ′. The acceleration lens 6 is connected to a power source 34 and is set to a positive potential. As a result, the acceleration lens 6 forms an electric field distribution that focuses the primary electron beam 31 that has passed through the cylindrical filter electrode 5 ′ with the acceleration field electrode 14.

走査コイル１３、加速場電極１４および減速場電極１６は、背景技術の欄で述べたものと同様の構造を有し、走査コイル１３は、１次電子ビーム３１を走査する磁界を形成し、加速場電極１４は、可変電源１８により、正の４ｋＶ〜１６ｋＶ程度の電圧が印加され、加速場電極１４および減速場電極１６の間に、１次電子ビーム３１を集束させる電界レンズを形成する。   The scanning coil 13, the acceleration field electrode 14, and the deceleration field electrode 16 have the same structure as that described in the background art section. The scanning coil 13 forms a magnetic field for scanning the primary electron beam 31, and accelerates it. The field electrode 14 is applied with a positive voltage of about 4 kV to 16 kV by the variable power source 18, and forms an electric field lens that focuses the primary electron beam 31 between the acceleration field electrode 14 and the deceleration field electrode 16.

磁界レンズ制御部７は、磁界レンズ１５に流される電流を制御し、荷電粒子ビームである１次電子ビーム３１を試料１の表面に結像させる磁界を形成する。
制御部９は、電子銃制御部８、走査制御部２２、磁界レンズ制御部７および可変電源１８〜２０、３２、３３を制御し、１次電子ビーム３１の試料１への照射および走査を行い、さらに試料１から発生される２次電子を信号検出部４０及び４０´で検出し、試料１の画像情報を取得する。なお、この画像情報は、表示部２１に表示される。 The magnetic lens control unit 7 controls the current flowing through the magnetic lens 15 to form a magnetic field that forms an image of the primary electron beam 31 that is a charged particle beam on the surface of the sample 1.
The control unit 9 controls the electron gun control unit 8, the scan control unit 22, the magnetic lens control unit 7, and the variable power supplies 18 to 20, 32, and 33 to perform irradiation and scanning of the sample 1 with the primary electron beam 31. Further, secondary electrons generated from the sample 1 are detected by the signal detectors 40 and 40 ', and image information of the sample 1 is acquired. This image information is displayed on the display unit 21.

ここで、電子銃３０で発生される１次電子ビーム３１の発生方向は、鉛直下方を中心として、放射状に拡がっている。１次電子ビーム３１は、後述する絞り、レンズおよび電極等の影響により、進行方向と直交する水平方向に集束および発散を繰り返す。図１に破線で示す１次電子ビーム３１′は、この集束および発散を行う鉛直方向位置を示している。特に、基準静電電極４および加速レンズ６間の、加速レンズ６寄りの位置には、１次電子ビーム３１′が一点に集束するクロスオーバーポイント４１が存在する。また、加速場電極１４および減速場電極１６の間では、電磁界レンズの効果により、１次電子ビーム３１′が再集束させられる。なお、１次電子ビーム３１′を示す破線の水平方向位置は、集束および発散の鉛直方向位置を模式的に分かり易く示したものであり、１次電子ビーム３１の実際の飛行軌道を現すものではない。   Here, the generation direction of the primary electron beam 31 generated by the electron gun 30 spreads radially around the vertical downward direction. The primary electron beam 31 repeats focusing and divergence in the horizontal direction orthogonal to the traveling direction due to the influence of a diaphragm, a lens, and an electrode, which will be described later. A primary electron beam 31 'indicated by a broken line in FIG. 1 indicates a vertical position where the focusing and divergence are performed. In particular, a crossover point 41 where the primary electron beam 31 ′ is focused on one point exists between the reference electrostatic electrode 4 and the acceleration lens 6 and close to the acceleration lens 6. Further, the primary electron beam 31 ′ is refocused between the acceleration field electrode 14 and the deceleration field electrode 16 by the effect of the electromagnetic field lens. The horizontal position of the broken line indicating the primary electron beam 31 'schematically shows the vertical position of focusing and divergence in an easy-to-understand manner, and does not represent the actual flight trajectory of the primary electron beam 31. Absent.

つづいて、本実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡１０で発生される２次電子の動作について説明する。なお、本動作では、試料１の電位が接地電位とされる場合について説明する。しかし、試料１の電位は、加速場電極１４、加速レンズ６、円筒形フィルター電極５および５′、並びに、基準静電電極４および４′等との相対電位が維持されていれば、接地電位に限定されず、任意の電位とすることができる。   Next, the operation of secondary electrons generated by the scanning electron microscope 10 according to the first embodiment will be described. In this operation, the case where the potential of the sample 1 is set to the ground potential will be described. However, the potential of the sample 1 is the ground potential as long as the relative potential with respect to the acceleration field electrode 14, the acceleration lens 6, the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ', the reference electrostatic electrodes 4 and 4', and the like is maintained. However, the potential is not limited to, and can be any potential.

図２および図３は、図１で示した走査型電子顕微鏡１０の１次電子ビーム３１により発生される２次電子、特にその飛行軌道を示す説明図である。なお、図２および図３では、２次電子５０の飛行軌道を決定する電極およびレンズ等のみを図示し、その他の制御部分は、図示を省略する。   2 and 3 are explanatory views showing secondary electrons generated by the primary electron beam 31 of the scanning electron microscope 10 shown in FIG. 2 and 3, only the electrodes and lenses that determine the flight trajectory of the secondary electrons 50 are shown, and the other control portions are not shown.

図２は、円筒形フィルター電極５および５′の電位が、制御部９により、基準静電電極４の電位と同一にされる場合の、２次電子５０の飛行軌道を示す説明図である。試料１は、荷電粒子ビームである１次電子ビーム３１の照射により、２次電子５０を発生する。２次電子５０は、減速場電極１６からの漏洩電界により、加速場電極１４内に加速および吸入される。加速場電極１４内に吸入された２次電子５０は、加速場電極１４、磁界レンズ１５および減速場電極１６により形成される電磁界の影響を受け、集束および発散を行いつつ、鏡筒内の鉛直上方に存在する加速レンズ６および円筒形フィルター電極５′の方向へ進む。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the flight trajectory of the secondary electrons 50 when the potentials of the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ′ are made equal to the potential of the reference electrostatic electrode 4 by the control unit 9. The sample 1 generates secondary electrons 50 by irradiation of a primary electron beam 31 that is a charged particle beam. The secondary electrons 50 are accelerated and sucked into the acceleration field electrode 14 by the leakage electric field from the deceleration field electrode 16. The secondary electrons 50 sucked into the accelerating field electrode 14 are affected by the electromagnetic field formed by the accelerating field electrode 14, the magnetic lens 15, and the deceleration field electrode 16, and are focused and diverged, Proceeding in the direction of the acceleration lens 6 and the cylindrical filter electrode 5 'existing vertically above.

２次電子５０は、加速レンズ６の位置に達すると減速され、強い集束作用を受ける。そして、２次電子５０は、集束および発散を行いつつ基準静電電極４の方向へ進む。
ここで、円筒形フィルター電極５′の電位は、基準静電電極４の電位と同一にされているので、２次電子５０は、加速レンズ６を通過し、円筒形フィルター電極５′に入力する際に、強く減速され進行方向を反転する。この進行方向が反転した２次電子５０は、水平方向の速度成分を有する際には、場合によっては加速レンズ６に衝突し、また、場合によっては、加速レンズ６との衝突を免れ、加速場電極１４により形成される加速電界の影響で、加速場電極１４の方向へ向かう。これにより、２次電子５０が、信号検出部４０および４０′に到達することが防止される。 When the secondary electrons 50 reach the position of the acceleration lens 6, they are decelerated and receive a strong focusing action. The secondary electrons 50 travel in the direction of the reference electrostatic electrode 4 while focusing and diverging.
Here, since the potential of the cylindrical filter electrode 5 ′ is the same as the potential of the reference electrostatic electrode 4, the secondary electrons 50 pass through the acceleration lens 6 and enter the cylindrical filter electrode 5 ′. At that time, it is decelerated strongly and reverses the direction of travel. The secondary electrons 50 whose traveling direction has been reversed collide with the acceleration lens 6 in some cases when having a velocity component in the horizontal direction. Under the influence of the accelerating electric field formed by the electrode 14, it goes in the direction of the acceleration field electrode 14. This prevents the secondary electrons 50 from reaching the signal detectors 40 and 40 ′.

図３は、円筒形フィルター電極５および５′の電位が、制御部９により、基準静電電極４の電位に対して正電位にされる場合の、２次電子５１の飛行軌道を示す説明図である。上述した図２の場合と全く同様に、２次電子５１は、試料１に照射された１次電子ビーム３１により発生され、加速レンズ６の位置に達する。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the flight trajectory of the secondary electrons 51 when the potential of the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ′ is set to a positive potential with respect to the potential of the reference electrostatic electrode 4 by the control unit 9. It is. Just like the case of FIG. 2 described above, the secondary electrons 51 are generated by the primary electron beam 31 irradiated on the sample 1 and reach the position of the acceleration lens 6.

２次電子５１は、加速レンズ６の位置に達すると減速される。しかし、円筒形フィルター電極５′の電位は、図２の場合と比較して高い電位に保たれているので、２次電子５１が受ける減速効果は、小さなものとなる。   The secondary electrons 51 are decelerated when they reach the position of the acceleration lens 6. However, since the potential of the cylindrical filter electrode 5 ′ is maintained at a higher potential than in the case of FIG. 2, the deceleration effect received by the secondary electrons 51 is small.

ここで、２次電子５１は、試料１から発生される際に、図４に示す様な電子エネルギーの分布を有する。ここで縦軸は２次電子数、横軸は電子エネルギーである。２次電子は、概ね３〜４ｅＶ以下の低エネルギー帯の２次電子と、３〜４ｅＶを越えるエネルギー帯のものとからなる。なお、低エネルギー帯の２次電子は、背景技術の欄で述べた様に、図１〜３に示す減速場電極１６を有する走査型電子顕微鏡１０を用いる際に、２次電子５１の一部として鏡筒内に吸入される。   Here, the secondary electrons 51 have an electron energy distribution as shown in FIG. Here, the vertical axis represents the number of secondary electrons, and the horizontal axis represents the electron energy. The secondary electrons are generally composed of secondary electrons in a low energy band of 3 to 4 eV or less and those in an energy band exceeding 3 to 4 eV. The secondary electrons in the low energy band are part of the secondary electrons 51 when using the scanning electron microscope 10 having the deceleration field electrode 16 shown in FIGS. Is sucked into the lens barrel.

制御部９は、円筒形フィルター電極５′に印加される正の電位を、低エネルギー帯の２次電子が有する電子エネルギーが零となる３〜４Ｖ程度に設定する。これにより、円筒形フィルター電極５′の鉛直方向位置に到達した低エネルギー帯の２次電子は、円筒形フィルター電極５′および加速場電極１４間に形成される電界による集束効果と相俟って、円筒形フィルター電極５′に向かう２次電子５１ａを形成する。そして、２次電子５１ａは、メッシュ状の円筒形フィルター電極５′の側面を透過し、信号検出部４０′において検出され、電気信号に変換される。   The control unit 9 sets the positive potential applied to the cylindrical filter electrode 5 ′ to about 3 to 4 V where the electron energy of secondary electrons in the low energy band becomes zero. Thereby, the secondary electrons in the low energy band that have reached the vertical position of the cylindrical filter electrode 5 ′ are combined with the focusing effect due to the electric field formed between the cylindrical filter electrode 5 ′ and the acceleration field electrode 14. Secondary electrons 51a directed to the cylindrical filter electrode 5 'are formed. The secondary electrons 51a are transmitted through the side surface of the mesh-shaped cylindrical filter electrode 5 ', detected by the signal detection unit 40', and converted into an electrical signal.

一方、３〜４ｅＶを越えるエネルギー帯の２次電子は、円筒形フィルター電極５′および基準静電電極４を鉛直上方に向かって通過し、２次電子５１ａと同様の集束効果により、円筒形フィルター電極５に向かう２次電子５１ｂを形成する。そして、２次電子５１ｂは、メッシュ状の円筒形フィルター電極５の側面を透過し、信号検出部４０において検出され、電気信号に変換される。   On the other hand, secondary electrons having an energy band exceeding 3 to 4 eV pass through the cylindrical filter electrode 5 'and the reference electrostatic electrode 4 vertically upward, and the cylindrical filter has a focusing effect similar to that of the secondary electrons 51a. Secondary electrons 51b directed to the electrode 5 are formed. The secondary electrons 51b pass through the side surface of the mesh-shaped cylindrical filter electrode 5, are detected by the signal detection unit 40, and are converted into electrical signals.

その後、制御部９は、信号検出部４０′および４０において検出された電気信号を、走査制御部２２で形成される同期信号に同期させて、表示部２１に表示する。この際、制御部９は、信号検出部４０′および４０から出力される電気信号を選択し、一方のみをＳＥＭ画像として表示部２１に表示する。また、制御部９は、これら２つの電気信号を、画像処理的手法を用いて合成したＳＥＭ画像の表示を行うこともできる。   Thereafter, the control unit 9 displays the electrical signals detected by the signal detection units 40 ′ and 40 on the display unit 21 in synchronization with the synchronization signal formed by the scanning control unit 22. At this time, the control unit 9 selects the electrical signals output from the signal detection units 40 ′ and 40 and displays only one of them on the display unit 21 as an SEM image. The control unit 9 can also display an SEM image obtained by combining these two electrical signals using an image processing method.

上述してきたように、本実施の形態１では、円筒形フィルター電極５および５′、並びに、基準静電電極４および４′を、電子銃３０および加速場電極１４の間に設け、円筒形フィルター電極５および５′に正の電位を印加し、さらに制御部９によりこの電位を調整することにより、試料１で発生された２次電子の発生の際のエネルギーの大きさにより、２次電子５１を分離検出することとしているので、低エネルギー帯の２次電子を除去することができ、ひいてはＳＥＭ画像に含まれる像全体を明るくする成分を除去することができる。   As described above, in the first embodiment, the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ′ and the reference electrostatic electrodes 4 and 4 ′ are provided between the electron gun 30 and the acceleration field electrode 14, and the cylindrical filter By applying a positive potential to the electrodes 5 and 5 ′ and further adjusting the potential by the control unit 9, the secondary electrons 51 are adjusted depending on the magnitude of energy when the secondary electrons generated in the sample 1 are generated. Therefore, secondary electrons in the low energy band can be removed, and as a result, a component that brightens the entire image included in the SEM image can be removed.

また、本実施の形態１では、２次電子５１に含まれる低エネルギー帯の２次電子を除去する場合を例示したが、同時に加速レンズ６、開き角制御レンズ３の電位を調整することにより、１次電子ビーム３１の飛行軌道を最適化し、分解能を向上することもできる。   Further, in the first embodiment, the case where the secondary electrons in the low energy band included in the secondary electrons 51 are removed is exemplified, but by adjusting the potentials of the acceleration lens 6 and the opening angle control lens 3 at the same time, The flight trajectory of the primary electron beam 31 can be optimized to improve the resolution.

また、本実施の形態１では、２次電子５１は、基準静電電極４の近傍位置で、２次電子のエネルギーを最小とし、２次電子の速さが最小となるが、２次電子５１を吸引する円筒形フィルター電極５および５′に印加する電位が小さな条件で２次電子５１に含まれる電子のエネルギーに基づいた選別を可能とできるため、高精度な２次電子選択を可能とすることができる。   In the first embodiment, the secondary electrons 51 are minimized in the vicinity of the reference electrostatic electrode 4 so that the energy of the secondary electrons is minimized and the speed of the secondary electrons is minimized. Can be selected based on the energy of the electrons contained in the secondary electrons 51 under the condition that the potential applied to the cylindrical filter electrodes 5 and 5 'is small. be able to.

また、本実施の形態１では、基準静電電極４および４′は、図示しない可変電源により、試料１と同電位にされることとしたが、基準静電電極４および４′の試料１に対する電位を変化させることにより、２次電子５１に含まれる電子のエネルギーに基づいた選別を、より適正で高精度なものとすることもできる。   In the first embodiment, the reference electrostatic electrodes 4 and 4 ′ are set to the same potential as the sample 1 by a variable power source (not shown), but the reference electrostatic electrodes 4 and 4 ′ with respect to the sample 1 are used. By changing the potential, sorting based on the energy of electrons contained in the secondary electrons 51 can be made more appropriate and highly accurate.

また、本実施の形態１では、信号検出部４０および４０′は、円筒形フィルター電極５および５′の側面に１つずつ配設されたが、円筒形フィルター電極５および５′を囲む様に複数個の信号検出部を配設し、異なる方向に透過する２次電子を別個に検出することもできる。   In the first embodiment, the signal detectors 40 and 40 ′ are arranged one by one on the side surfaces of the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ′, but surround the cylindrical filter electrodes 5 and 5 ′. A plurality of signal detectors may be provided to separately detect secondary electrons that are transmitted in different directions.

また、本実施の形態１では、１次電子ビーム３１の集束条件、例えば可変電源１８〜２０等の電圧を変更する際に、電界が変化するので試料１から発生される２次電子５３の水平方向の拡がりも変化する。そして、この変化は、同時に円筒形フィルター電極５および５′による、２次電子５３の分離検出機能も変化させる。   In the first embodiment, when the focusing condition of the primary electron beam 31, for example, the voltage of the variable power sources 18 to 20 is changed, the electric field changes, so that the secondary electrons 53 generated from the sample 1 are horizontal. The spread of direction also changes. This change also changes the function of separating and detecting the secondary electrons 53 by the cylindrical filter electrodes 5 and 5 '.

図５は、１次電子ビーム３１の集束条件を変化させた場合に生じる、２次電子５３ａの飛行軌道の変化を示す説明図である。１次電子ビーム３１の集束条件を変化させた場合に、２次電子５３ａは、試料１からの射出角度により、２次電子５３ａの様に加速場電極１４が存在する鉛直方向位置近傍で、水平方向に位置ずれを生じる。この水平方向の位置により、加速レンズ６が有する球面収差の影響が異なるので、２次電子５３ａは、同一の電子エネルギーを有する場合にも、図５に示す様に異なる鉛直方向位置で水平方向に向かう飛行軌道の変化を生じる。また、これは２次電子５３ａを分離検出する際の、エネルギー分解能を低下させる。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in the flight trajectory of the secondary electrons 53a that occur when the focusing condition of the primary electron beam 31 is changed. When the focusing condition of the primary electron beam 31 is changed, the secondary electrons 53a are arranged horizontally in the vicinity of the vertical position where the acceleration field electrode 14 exists like the secondary electrons 53a depending on the emission angle from the sample 1. Deviation occurs in the direction. Since the influence of spherical aberration of the accelerating lens 6 varies depending on the position in the horizontal direction, even when the secondary electrons 53a have the same electron energy, as shown in FIG. This causes a change in the flight trajectory toward. This also reduces the energy resolution when separating and detecting the secondary electrons 53a.

ここで、制御部９は、減速場電極１６に印加する可変電源１９の電圧を変更し、試料１から発生される２次電子５３の射出方向の開き角度を狭くし、ひいては２次電子５３の加速場電極１４が存在する鉛直方向位置近傍での水平方向位置ずれを小さなものとすることにより、エネルギー分解能の低下を防止することができる。   Here, the control unit 9 changes the voltage of the variable power source 19 applied to the deceleration field electrode 16 to narrow the opening angle in the emission direction of the secondary electrons 53 generated from the sample 1, and consequently the secondary electrons 53. By reducing the horizontal displacement in the vicinity of the vertical position where the acceleration field electrode 14 exists, it is possible to prevent a reduction in energy resolution.

図６は、図５と同様の１次電子ビーム３１を集束させる条件のもとで、可変電源１９の電圧を図５の場合と比較してより最適化した場合に、２次電子５３ｂが示す飛行軌道の説明図である。減速場電極１６および試料１の間には、図５の場合と比較してより最適化された電位が印加されるので、試料１で発生された２次電子５３は、射出角度の拡がりが小さなものとなる。これにより、２次電子５３ｂは、加速場電極１４が存在する鉛直方向位置近傍での水平方向の位置ずれが小さなものとなり、球面収差の影響も小さなものとなるので、２次電子のばらつきが小さくなる。   FIG. 6 shows the secondary electrons 53b when the voltage of the variable power source 19 is further optimized as compared with the case of FIG. 5 under the condition for focusing the primary electron beam 31 similar to FIG. It is explanatory drawing of a flight orbit. Since a more optimized potential is applied between the deceleration field electrode 16 and the sample 1 as compared with the case of FIG. 5, the secondary electrons 53 generated in the sample 1 have a small emission angle spread. It will be a thing. As a result, the secondary electrons 53b have a small horizontal displacement near the vertical position where the acceleration field electrode 14 is present, and the influence of spherical aberration is also small. Become.

また、水平方向に拡がりを有する２次電子５３ａに対する、加速レンズ６が有する球面収差の影響を軽減するために、１次電子ビーム３１′が集束するクロスオーバーポイント４１近傍の水平方向位置に回転対称型レンズである磁界コイル７１を設けることもできる。   Further, in order to reduce the influence of the spherical aberration of the accelerating lens 6 on the secondary electrons 53a spreading in the horizontal direction, the rotational symmetry of the horizontal position in the vicinity of the crossover point 41 where the primary electron beam 31 'converges. A magnetic field coil 71 which is a mold lens can also be provided.

図７は、１次電子ビーム３１′にクロスオーバーポイント４１を形成させる加速レンズ６の水平方向横に、回転対称型レンズである磁界コイル７１および磁界コイル制御部４４を設けた構成図である。なお、磁界コイル制御部４４は、制御部９に電気接続される。磁界コイル７１は、１次電子ビーム３１′のクロスオーバーポイント４１に鉛直方向を向く磁界を形成する。クロスオーバーポイント４１において、１次電子ビーム３１′は集束して、概ね進行方向と磁界方向とが一致するので、磁界コイル７１の磁界が１次電子ビーム３１′に与える影響は小さなものとなる。   FIG. 7 is a configuration diagram in which a magnetic field coil 71 and a magnetic field coil control unit 44, which are rotationally symmetric lenses, are provided beside the acceleration lens 6 that forms the crossover point 41 in the primary electron beam 31 ′. The magnetic field coil control unit 44 is electrically connected to the control unit 9. The magnetic field coil 71 forms a magnetic field in the vertical direction at the crossover point 41 of the primary electron beam 31 '. At the crossover point 41, the primary electron beam 31 'is converged and the traveling direction and the magnetic field direction substantially coincide with each other. Therefore, the influence of the magnetic field of the magnetic field coil 71 on the primary electron beam 31' is small.

一方、２次電子５３ａは、磁界コイル７１の磁界により、中心軸方向に集束され、水平方向の拡がりは小さなものとなる。そして、水平方向の拡がりを有する際に生じる加速レンズ６が有する球面収差の影響は、限定されたものとなり、ひいては２次電子５３ａの集束位置のばらつきを軽減することができる。   On the other hand, the secondary electrons 53a are focused in the direction of the central axis by the magnetic field of the magnetic field coil 71, and the spread in the horizontal direction is small. And the influence of the spherical aberration which the acceleration lens 6 has when it has the expansion of a horizontal direction becomes a limited thing, and the dispersion | variation in the converging position of the secondary electron 53a can be reduced by extension.

また、図７では、回転対称型レンズとして磁界コイル７１を用いた例を示したが、磁界コイル７１の代わりに回転対称構造の静電電極板を配設し、この静電電極板が形成する静電界により２次電子を中心軸方向に集束させることもできる。この際、静電電極板の電位は、基準静電電極４および加速レンズ６の電位の中間電位にされ、１次電子ビーム３１′への影響が小さなものとされる。   FIG. 7 shows an example in which the magnetic field coil 71 is used as a rotationally symmetric lens. However, instead of the magnetic field coil 71, an electrostatic electrode plate having a rotationally symmetric structure is provided, and this electrostatic electrode plate is formed. Secondary electrons can be focused in the central axis direction by an electrostatic field. At this time, the potential of the electrostatic electrode plate is set to an intermediate potential between the potentials of the reference electrostatic electrode 4 and the acceleration lens 6, and the influence on the primary electron beam 31 'is small.

図８は基準静電電極の構成例を示す図である。図８は基準静電電極をＺ方向から見た図を示している。ここでは、基準電極４を４ａ〜４ｄの偏向電極に分割した場合を示している。図では、４分割しているが、４分割に限るものではなく、任意の数の偏向電極に分割することができる。９０は基準電極電源、９１ａ〜９１ｄはそれぞれの偏向電極に電圧を与える電源である。これら電源９０と９１ａ〜９１ｄはその電圧を可変することができるようになっている。基準電極電源９０と電源９１ａ〜９１ｄは接続されており、それぞれの電源９１ａ〜９１ｄに基準電極電源９０の電圧がオフセットとして与えられている場合であり、それぞれの偏向電極９１ａ〜９１ｄに電圧が印加されている例を示している。基準電極を２極以上に分割することで、２次電子分散させる際の分散方向を制御可能としている。   FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the reference electrostatic electrode. FIG. 8 shows the reference electrostatic electrode viewed from the Z direction. Here, the case where the reference electrode 4 is divided into the deflection electrodes 4a to 4d is shown. Although the figure is divided into four parts, it is not limited to four parts and can be divided into any number of deflection electrodes. Reference numeral 90 is a reference electrode power source, and 91a to 91d are power sources for applying voltages to the respective deflection electrodes. These power supplies 90 and 91a to 91d can change their voltages. The reference electrode power supply 90 and the power supplies 91a to 91d are connected, and the voltage of the reference electrode power supply 90 is applied as an offset to each of the power supplies 91a to 91d, and the voltage is applied to each of the deflection electrodes 91a to 91d. An example is shown. By dividing the reference electrode into two or more poles, the dispersion direction when the secondary electrons are dispersed can be controlled.

図９は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図１，図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、４は図８に示す基準静電電極である。９５は該基準静電電極４に電圧を印加させる基準電極電源であり、図８の電源９０と９１ａ〜９１ｄを含んだものである。９７は磁界レンズ１５を制御する磁界レンズ制御部である。その他の構成は、図１，図２に示すものと同一である。   FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. 1 and 2 are designated by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 4 denotes a reference electrostatic electrode shown in FIG. Reference numeral 95 is a reference electrode power source for applying a voltage to the reference electrostatic electrode 4, and includes the power sources 90 and 91a to 91d of FIG. A magnetic lens control unit 97 controls the magnetic lens 15. Other configurations are the same as those shown in FIGS.

図８に示したように、分割した電極に印加する電圧を制御することで、２次電子５０の飛行方向毎（軸上回転方向）に２次電子フィルターの効果を変化させることができる。
上述の実施の形態では、信号検出部を基準静電電極４の上下にそれぞれ１つずつ合計２つを設けた場合を示したが、信号検出部は基準静電電極４の上方向又は下方向に１つ設けるようにしてもよい。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１では、試料１の表面が１次電子ビーム３１の照射方向に対して直交する場合を示したが、荷電粒子ビームである１次電子ビーム３１の照射方向に対して、試料１を直交する方向から大きく傾いた斜め方向に傾かせ、試料１の表面を観察する場合が存在する。図１６は、図１５の走査型顕微鏡１００と同様の構成を有する際に、水平方向に対して傾けられた試料１から発生される２次電子１１０の飛行軌道を例示している。２次電子１１０は、試料１の傾きに応じて、その飛行軌道が、１次電子ビーム３１の存在する中心軸からずれた歪んだものとなる。これは、図１６に破線で示す減速場電極１６の試料１側に形成される漏洩電界１１１の分布が、傾いた試料１の影響で１次電子ビーム１１の中心軸に対して非軸対称の分布となることによる。 As shown in FIG. 8, by controlling the voltage applied to the divided electrodes, the effect of the secondary electron filter can be changed for each flight direction of the secondary electrons 50 (axial rotation direction).
In the above-described embodiment, the case where a total of two signal detection units are provided on the upper and lower sides of the reference electrostatic electrode 4 has been shown. However, the signal detection unit is directed upward or downward in the reference electrostatic electrode 4. One may be provided.
(Embodiment 2)
By the way, in the first embodiment, the case where the surface of the sample 1 is orthogonal to the irradiation direction of the primary electron beam 31 is shown, but with respect to the irradiation direction of the primary electron beam 31 that is a charged particle beam, There is a case in which the surface of the sample 1 is observed by tilting the sample 1 in an oblique direction greatly inclined from the orthogonal direction. FIG. 16 illustrates the flight trajectory of the secondary electrons 110 generated from the sample 1 tilted with respect to the horizontal direction when it has the same configuration as the scanning microscope 100 of FIG. The secondary electrons 110 are distorted so that the flight trajectory thereof deviates from the central axis where the primary electron beam 31 exists in accordance with the inclination of the sample 1. This is because the distribution of the leakage electric field 111 formed on the sample 1 side of the deceleration field electrode 16 shown by the broken line in FIG. 16 is non-axisymmetric with respect to the central axis of the primary electron beam 11 due to the tilted sample 1. By becoming a distribution.

また、図１２は、図１の走査型顕微鏡１０と同様の構成を有する際に、水平方向に対して傾けられた試料１から発生される２次電子１２０の飛行軌道を例示する説明図である。図１２では、２次電子１２０が加速レンズ６に衝突したり、あるいは、円筒形フィルター電極５′を透過するはずのものが、円筒形フィルター電極５を透過したりしている。   FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating the flight trajectory of the secondary electrons 120 generated from the sample 1 tilted with respect to the horizontal direction when it has the same configuration as the scanning microscope 10 of FIG. . In FIG. 12, the secondary electrons 120 collide with the acceleration lens 6, or those that should pass through the cylindrical filter electrode 5 ′ pass through the cylindrical filter electrode 5.

そこで、本実施の形態２では、減速場電極１６と試料１の間に形成される漏洩電界１１１の分布を整形し、２次電子１２０が中心軸に沿った飛行軌道を描く様にする場合を示すことにする。   Therefore, in the second embodiment, the distribution of the leakage electric field 111 formed between the deceleration field electrode 16 and the sample 1 is shaped so that the secondary electrons 120 draw a flight trajectory along the central axis. I will show you.

ここで、本実施の形態２（図１１）にかかる走査型電子顕微鏡６０は、減速場電極１６の試料１側に設けられる偏向電極を構成する偏向電極板８１〜８３および可変電源８６〜８８を省いて、走査型電子顕微鏡１０の構成と全く同様であるので、同様の部分の説明を省略し、偏向電極板８１〜８３および可変電源８６〜８８についてのみ説明する。   Here, the scanning electron microscope 60 according to the second embodiment (FIG. 11) includes deflection electrode plates 81 to 83 and variable power sources 86 to 88 that constitute deflection electrodes provided on the sample 1 side of the deceleration field electrode 16. Since the configuration is completely the same as that of the scanning electron microscope 10, a description of the same parts is omitted, and only the deflection electrode plates 81 to 83 and the variable power sources 86 to 88 are described.

図１０は、減速場電極１６の試料１側に配設される偏向電極板８１〜８３および偏向電極板８１〜８３の電位を決定する可変電源８６〜８８を示す図である。図１０（ａ）は、減速場電極１６に配設される偏向電極板８１〜８３を、試料１側から荷電粒子ビームである１次電子ビーム３１の中心軸方向から見た図である。扇形の湾曲した形状を有する３枚の偏向電極板８１〜８３は、コーン状の減速場電極１６の側面に、試料１が近接配置される側が、偏向電極板の空き状態となる様に配列される。   FIG. 10 is a diagram showing the deflection electrode plates 81 to 83 disposed on the sample 1 side of the deceleration field electrode 16 and variable power sources 86 to 88 for determining the potentials of the deflection electrode plates 81 to 83. FIG. 10A is a view of the deflection electrode plates 81 to 83 disposed on the deceleration field electrode 16 as viewed from the central axis direction of the primary electron beam 31 that is a charged particle beam from the sample 1 side. The three deflection electrode plates 81 to 83 having a fan-shaped curved shape are arranged on the side surface of the cone-shaped deceleration field electrode 16 so that the side on which the sample 1 is disposed is in an empty state of the deflection electrode plate. The

また、偏向電極板８１〜８３には、可変電源８６〜８８が接続され、減速場電極１６に印加される電位に対して負の電位とされる。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す減速場電極１６および偏向電極板８１のＡＡ′断面を、試料１を含めて示した断面図である。試料１は、偏向電極板８１〜８３が存在しない空き状態の減速場電極１６の側面で、減速場電極１６に近づく様な傾きを有する。この傾きを有する試料１、並びに、減速場電極１６および偏向電極板８１〜８３の間に形成される漏洩電界１１２の形状は、電気力線を用いて、模式的に図１０（ｂ）中の破線で示されている。   In addition, variable power sources 86 to 88 are connected to the deflection electrode plates 81 to 83 so as to have a negative potential with respect to the potential applied to the deceleration field electrode 16. FIG. 10B is a cross-sectional view showing the AA ′ cross section of the deceleration field electrode 16 and the deflection electrode plate 81 shown in FIG. The sample 1 has an inclination such that it approaches the deceleration field electrode 16 on the side surface of the empty deceleration field electrode 16 in which the deflection electrode plates 81 to 83 do not exist. The shape of the leakage electric field 112 formed between the sample 1 having this inclination and the deceleration field electrode 16 and the deflection electrode plates 81 to 83 is schematically shown in FIG. It is indicated by a broken line.

偏向電極板８１は、可変電源８６により、減速場電極１６の電位よりも低電位とされる。これにより、漏洩電界１１２は、図１６または図１２に示す漏洩電界１１１よりも、１次電子ビーム３１の飛行軌道をなす中心軸に対して、軸対称な形状に近似し、歪みが減少する。   The deflection electrode plate 81 is set to a potential lower than the potential of the deceleration field electrode 16 by the variable power source 86. As a result, the leakage electric field 112 approximates an axisymmetric shape with respect to the central axis that forms the flight trajectory of the primary electron beam 31 and the distortion is reduced as compared with the leakage electric field 111 shown in FIG. 16 or FIG.

図１１は、偏向電極板８１〜８３および可変電源８６〜８８を有する走査型電子顕微鏡６０の２次電子５４が描く飛行軌道を示す図である。漏洩電界１１２は、偏向電極板８１〜８３の存在により、中心軸に対して軸対称な形状に近似し、歪みの少ないものとなるので、１次電子ビーム３１および２次電子５４に与える漏洩電界の影響が小さなものとなる。   FIG. 11 is a diagram showing a flight trajectory drawn by the secondary electrons 54 of the scanning electron microscope 60 having the deflection electrode plates 81 to 83 and the variable power sources 86 to 88. The leakage electric field 112 approximates to an axially symmetric shape with respect to the central axis due to the presence of the deflection electrode plates 81 to 83, and is less distorted. Therefore, the leakage electric field applied to the primary electron beam 31 and the secondary electrons 54 The effect of is small.

この結果、２次電子５４は、中心軸に沿った飛行軌道を描き、図３に示した様な、試料１の表面が水平に配置される場合に発生される２次電子５１と同様の飛行軌道を描く。そして、加速レンズ６および基準静電電極４により減速された２次電子５４は、実施の形態１の場合と同様に、円筒形フィルター電極５あるいは５′を透過し、信号検出部４０あるいは４０′で検出される。   As a result, the secondary electrons 54 draw a flight trajectory along the central axis, and the flight similar to the secondary electrons 51 generated when the surface of the sample 1 is horizontally arranged as shown in FIG. Draw a trajectory. Then, the secondary electrons 54 decelerated by the accelerating lens 6 and the reference electrostatic electrode 4 are transmitted through the cylindrical filter electrode 5 or 5 ', as in the case of the first embodiment, and the signal detector 40 or 40'. Is detected.

上述してきたように、本実施の形態２では、試料１の表面が１次電子ビーム３１の進行方向と直交する水平方向に対して傾きを有する際に、減速場電極１６の試料１側に、傾き方向に非対称となる様に偏向電極板８１〜８３を配設し、偏向電極板８１〜８３の減速場電極１６に対する電位を制御し、漏洩電界１１２を中心軸に対して軸対称な形状に近似することとしているので、２次電子５４の飛行軌道を中心軸に沿ったものとし、加速レンズ６、基準静電電極４、円筒形フィルター電極５および５′を用いた２次電子５４のエネルギーによる選別を精度の高いものとし、ひいては取得される試料１の画像情報を、試料１の傾きにかかわらず安定して取得することができる。   As described above, in the second embodiment, when the surface of the sample 1 has an inclination with respect to the horizontal direction orthogonal to the traveling direction of the primary electron beam 31, on the sample 1 side of the deceleration field electrode 16, The deflecting electrode plates 81 to 83 are disposed so as to be asymmetric in the tilt direction, the potential of the deflecting electrode plates 81 to 83 with respect to the deceleration field electrode 16 is controlled, and the leakage electric field 112 has an axisymmetric shape with respect to the central axis. Since the approximation is made, the flight trajectory of the secondary electrons 54 is assumed to be along the central axis, and the energy of the secondary electrons 54 using the acceleration lens 6, the reference electrostatic electrode 4, and the cylindrical filter electrodes 5 and 5 'is used. Therefore, the image information of the sample 1 to be acquired can be stably acquired regardless of the inclination of the sample 1.

また、本実施の形態２では、偏向電極板８１〜８３の電位を決定する可変電源８６〜８８は、同様に制御することとしたが、可変電源８６〜８８を個別に制御し、試料１の表面の傾き方向と直交する方向で、漏洩電界の歪みを補正することもできる。この歪みは、中心軸に対して回転対称の構造を有する減速場電極１６の加工精度に起因する誤差、あるいは偏向電極板８１〜８３を有する減速場電極１６と試料１との相対位置の誤差等により発生し、特に減速場電極１６に高電圧を印加した場合に大きくなるものである。
（実施の形態３）
図１３は本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。図１，図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、３１は１次電子ビーム、２は制限絞り、３は開き角制御レンズ、４´は第２の基準静電電極、４は第１の基準静電電極である。５は第１の円筒形フィルター電極、５´は第２の円筒形フィルター電極である。基準静電電極４は円筒形フィルター電極５と５´の間に設けられている。３２は円筒形フィルター５に印加する電圧を与える可変電源、３３は円筒形フィルター５´に印加する電圧を与える可変電源である。５０は試料１から放出される２次電子である。 In the second embodiment, the variable power sources 86 to 88 that determine the potentials of the deflection electrode plates 81 to 83 are controlled in the same manner. However, the variable power sources 86 to 88 are individually controlled, and It is also possible to correct the distortion of the leakage electric field in a direction orthogonal to the surface tilt direction. This distortion is an error caused by the processing accuracy of the deceleration field electrode 16 having a rotationally symmetric structure with respect to the central axis, or an error in the relative position between the deceleration field electrode 16 having the deflection electrode plates 81 to 83 and the sample 1. And is particularly large when a high voltage is applied to the deceleration field electrode 16.
(Embodiment 3)
FIG. 13 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. 1 and 2 are designated by the same reference numerals. In the figure, 31 is a primary electron beam, 2 is a limiting aperture, 3 is an opening angle control lens, 4 'is a second reference electrostatic electrode, and 4 is a first reference electrostatic electrode. Reference numeral 5 denotes a first cylindrical filter electrode, and 5 'denotes a second cylindrical filter electrode. The reference electrostatic electrode 4 is provided between the cylindrical filter electrodes 5 and 5 '. Reference numeral 32 denotes a variable power source for applying a voltage to be applied to the cylindrical filter 5, and 33 denotes a variable power source for applying a voltage to be applied to the cylindrical filter 5 '. Reference numeral 50 denotes secondary electrons emitted from the sample 1.

４０は基準静電電極４の上部に配置された第１の２次電子信号検出部、４０´は基準静電電極４と加速レンズ６の間に設けられた第２の２次電子信号検出部、４０´´は加速場電極１４に追加された第３の２次電子信号検出部である。１３は走査コイル、２２は該走査コイル１３に走査制御信号を与える走査制御部である。２１は各信号検出部で検出された信号を画像として表示する表示部である。   Reference numeral 40 denotes a first secondary electron signal detector disposed above the reference electrostatic electrode 4, and 40 ′ denotes a second secondary electron signal detector provided between the reference electrostatic electrode 4 and the acceleration lens 6. , 40 ″ are third secondary electron signal detectors added to the acceleration field electrode 14. Reference numeral 13 denotes a scanning coil, and reference numeral 22 denotes a scanning control unit that gives a scanning control signal to the scanning coil 13. Reference numeral 21 denotes a display unit that displays signals detected by the signal detection units as images.

１４は加速場電極、１８は該加速場電極１４に電圧を印加する可変電源、１５は磁界レンズ、７は該磁界レンズ１５に与える電流を制御する磁界レンズ制御部である。１は試料、２０は試料１に電位を与える可変電源、４１は磁界レンズ１５と試料１との間に配置された減速レンズ、１９は該減速レンズ４１に電位を与える可変電源である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。   Reference numeral 14 denotes an accelerating field electrode, 18 denotes a variable power source for applying a voltage to the accelerating field electrode 14, 15 denotes a magnetic lens, and 7 denotes a magnetic lens control unit that controls a current applied to the magnetic lens 15. Reference numeral 1 denotes a sample, 20 denotes a variable power source that applies a potential to the sample 1, 41 denotes a deceleration lens disposed between the magnetic lens 15 and the sample 1, and 19 denotes a variable power source that applies a potential to the deceleration lens 41. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.

この実施の形態は、低いエネルギーを有する２次電子の総量を信号検出部４０´´で検出するようにしたものである。図４に示したように、エネルギーの低い１〜３ｅＶ領域の２次電子は、試料１表面での帯電情報を保有している。これらの２次電子は、電子エネルギーが低いため、円筒形フィルター電極５´で選択されなかった場合、加速場電極１４で加速される。そして、信号検出部４０´´で検出することにより、帯電情報を有する信号のみを検出することができる。   In this embodiment, the total amount of secondary electrons having low energy is detected by the signal detection unit 40 ″. As shown in FIG. 4, secondary electrons in the 1 to 3 eV region having low energy have charging information on the surface of the sample 1. These secondary electrons are accelerated by the accelerating field electrode 14 when they are not selected by the cylindrical filter electrode 5 ′ because of their low electron energy. And only the signal which has charging information is detectable by detecting with the signal detection part 40 ''.

図１３では試料１から放出された２次電子をその持つエネルギー帯に分けて検出する。そのため、第１の信号検出部４０、第２の信号検出部４０´、第３の信号検出部４０´´でそれぞれ検出している。即ち、一番エネルギーの高い２次電子は第１の信号検出部４０で、その次のエネルギーを持つ２次電子は第２の信号検出部４０´で、エネルギーの最も低い２次電子は第３の信号検出部４０´´で検出するようにしている。   In FIG. 13, secondary electrons emitted from the sample 1 are detected by dividing them into energy bands. Therefore, the first signal detection unit 40, the second signal detection unit 40 ′, and the third signal detection unit 40 ″ detect each of them. That is, the secondary electron having the highest energy is the first signal detection unit 40, the secondary electron having the next energy is the second signal detection unit 40 ', and the secondary electron having the lowest energy is the third signal. The signal detector 40 ″ detects the signal.

しかしながら、帯電電子と２次電子を分離するだけであるならば、円筒形フィルター電極５´及び信号検出部４０´は無くした構成であってもよい。図１４は実施の形態３の他の構成例を示す図である。図１３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図１３との比較で分かるように、図１４に示す実施の形態では、円筒形フィルター電極５´及び信号検出部４０´が無い構成となっている。その他の構成は、図１３に示す構成と同じである。   However, if only charged electrons and secondary electrons are separated, the cylindrical filter electrode 5 'and the signal detection unit 40' may be omitted. FIG. 14 is a diagram illustrating another configuration example of the third embodiment. The same components as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals. As can be seen from comparison with FIG. 13, the embodiment shown in FIG. 14 has a configuration without the cylindrical filter electrode 5 ′ and the signal detection unit 40 ′. Other configurations are the same as those shown in FIG.

荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡の全体構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the scanning electron microscope which is a charged particle beam apparatus. 実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡の２次電子の飛行軌道を示す説明図である（その１）。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a flight trajectory of secondary electrons of the scanning electron microscope according to the first embodiment (part 1); 実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡の２次電子の飛行軌道を示す説明図である（その２）。FIG. 6 is an explanatory diagram of a flight trajectory of secondary electrons of the scanning electron microscope according to the first embodiment (No. 2). 試料から発生される２次電子の、エネルギー分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows energy distribution of the secondary electron generate | occur | produced from a sample. 実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡の２次電子の飛行軌道を示す説明図である（その３）。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a flight trajectory of secondary electrons of the scanning electron microscope according to the first embodiment (part 3); 実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡の２次電子の飛行軌道を示す説明図である（その４）。FIG. 6 is an explanatory diagram of a flight trajectory of secondary electrons of the scanning electron microscope according to the first embodiment (No. 4). 実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡の２次電子の飛行軌道を示す説明図である（その５）。FIG. 6 is an explanatory diagram of a flight trajectory of secondary electrons of the scanning electron microscope according to the first embodiment (No. 5). 基準静電電極の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a reference | standard electrostatic electrode. 本発明の一実施の形態例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one embodiment of this invention. 実施の形態２にかかる走査型電子顕微鏡に配設される偏向電極の詳細な構成を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a detailed configuration of a deflection electrode disposed in a scanning electron microscope according to a second embodiment. 実施の形態２にかかる走査型電子顕微鏡において、試料１を傾斜させた場合に発生される２次電子の飛行軌道を示す説明図である。In the scanning electron microscope concerning Embodiment 2, it is explanatory drawing which shows the flight trajectory of the secondary electron generated when the sample 1 is inclined. 実施の形態１にかかる走査型電子顕微鏡において、試料１を傾斜させた場合に発生される２次電子の飛行軌道を示す説明図である。In the scanning electron microscope according to the first embodiment, it is an explanatory diagram showing a flight trajectory of secondary electrons generated when the sample 1 is tilted. 本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態３の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of Embodiment 3 of this invention. 従来の走査型電子顕微鏡の構成および２次電子の飛行軌道を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the conventional scanning electron microscope, and the flight trajectory of a secondary electron. 従来の走査型電子顕微鏡の構成において、試料１を傾斜させた場合に発生される２次電子の飛行軌道を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flight trajectory of the secondary electron generated when the sample 1 is inclined in the structure of the conventional scanning electron microscope.

符号の説明Explanation of symbols

１ 試料
３ 開き角制御レンズ
４、４′ 基準静電電極
５、５′ 円筒形フィルター電極
６ 加速レンズ
７ 磁界レンズ制御部
８ 電子銃制御部
９ 制御部
１０、６０、１００ 走査型電子顕微鏡
１１、３１、３１′ １次電子ビーム
１２ ２次電子
１３ 走査コイル
１４ 加速場電極
１５、７１ 磁界レンズ
１６ 減速場電極
１７ 信号検出器
１８〜２０ 可変電源
２１ 表示部
２２ 走査制御部
２４ 電子検出部
３０ 電子銃
３２〜３４ 可変電源
４０、４０′、４０´´ 信号検出部
４１ クロスオーバーポイント
４４ 磁界レンズ制御部
５０、５１、５３、５４ ２次電子
８１〜８３ 偏向電極板
８６〜８８ 可変電源
１１０、１２０ ２次電子
１１１、１１２ 漏洩電界 1 Sample 3 Opening angle control lens 4, 4 ′ Reference electrostatic electrode 5, 5 ′ Cylindrical filter electrode 6 Acceleration lens 7 Magnetic lens control unit 8 Electron gun control unit 9 Control unit 10, 60, 100 Scanning electron microscope 11, 31, 31 'Primary electron beam 12 Secondary electron 13 Scanning coil 14 Acceleration field electrode 15, 71 Magnetic field lens 16 Deceleration field electrode 17 Signal detector 18-20 Variable power source 21 Display unit 22 Scan control unit 24 Electron detection unit 30 Electron Guns 32 to 34 Variable power sources 40, 40 ', 40''Signal detector 41 Crossover point 44 Magnetic lens control units 50, 51, 53, 54 Secondary electrons 81-83 Deflection electrode plates 86-88 Variable power sources 110, 120 Secondary electrons 111, 112 Leakage electric field

Claims (19)

荷電粒子ビームが照射される試料と、
前記試料の試料電位を基準として、前記荷電粒子ビームの加減速を行なう静電界形成手段と、
前記試料から、前記荷電粒子ビームの照射方向に発生される２次電子を検出する信号検出部と、
を備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記静電界形成手段は、中央に前記荷電粒子ビームを通過させる空孔を有する円板状の基準静電電極、中央に前記荷電粒子ビームを通過させる空洞を有し、前記基準静電電極を前記通過の前後方向から挟む位置に配設される一対の円筒形フィルター電極及び前記円筒形フィルター電極の電位を変化させる可変電源を有し、
前記信号検出部は、前記基準静電電極の上方向及び下方向のうち、少なくとも１つの方向に配設されることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 A sample irradiated with a charged particle beam;
An electrostatic field forming means for accelerating / decelerating the charged particle beam with reference to the sample potential of the sample;
A signal detection unit for detecting secondary electrons generated in the irradiation direction of the charged particle beam from the sample;
A charged particle beam device comprising:
The electrostatic field forming means has a disk-shaped reference electrostatic electrode having a hole that allows the charged particle beam to pass through in the center, and a cavity that allows the charged particle beam to pass through in the center. A pair of cylindrical filter electrodes disposed at positions sandwiched from the front-rear direction of passage and a variable power source for changing the potential of the cylindrical filter electrodes;
The charged particle beam device according to claim 1, wherein the signal detection unit is disposed in at least one of an upward direction and a downward direction of the reference electrostatic electrode. 前記円筒形フィルター電極は、円筒形の側面がメッシュ状の金網からなることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。   2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the cylindrical filter electrode is formed of a metal net having a cylindrical side surface. 前記円筒形フィルター電極は、前記試料電位よりも高電位にされることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the cylindrical filter electrode is set to a potential higher than the sample potential. 前記静電界形成手段は、前記基準静電電極の電位を変化させる可変電源を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the electrostatic field forming unit includes a variable power source that changes a potential of the reference electrostatic electrode. 前記信号検出部は、前記面内の異なる複数の方向に配設されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   5. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the signal detection unit is arranged in a plurality of different directions in the plane. 前記静電界形成手段は、前記試料に荷電粒子ビームを射出する側に減速場電界を生成する際に、前記減速場電極及び前記試料の間に、前記通過を行なう方向を向く軸に対して非回転対称の形状を有する偏向電極を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   The electrostatic field forming means is configured to generate a deceleration field electric field on the side where the charged particle beam is emitted to the sample, with respect to an axis that faces the direction in which the passage is performed between the deceleration field electrode and the sample. 6. The charged particle beam apparatus according to claim 1, further comprising a deflection electrode having a rotationally symmetric shape. 前記偏向電極は、扇形の湾曲形状を有し、前記荷電粒子ビームを互いに異なる方向から囲む３つの偏向電極を備えることを特徴とする請求項６記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 6, wherein the deflection electrode has a fan-shaped curved shape and includes three deflection electrodes that surround the charged particle beam from different directions. 前記偏向電極は、前記偏向電極板により、前記荷電粒子ビームを中心として前記荷電粒子ビームの走行方向と直交する周囲３６０度方向の内の４分の３の領域を占有することを特徴とする請求項７記載の荷電粒子ビーム装置。   The deflection electrode occupies a three-quarter region in a 360-degree direction around the charged particle beam and perpendicular to the traveling direction of the charged particle beam by the deflection electrode plate. Item 8. A charged particle beam device according to Item 7. 前記荷電粒子ビーム装置は、３つの前記偏向電極に接続され、前記偏向電極板毎に電位を変化させる３つの可変電源を備えることを特徴とする請求項７又は８記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 7 or 8, further comprising three variable power supplies connected to the three deflection electrodes and changing a potential for each of the deflection electrode plates. 前記可変電源は、前記偏向電極板の電位を、前記２次電子の飛行軌道が前記荷電粒子ビームの飛行軌道に近づく方向に変化させることを特徴とする請求項９記載の荷電粒子ビーム装置。   10. The charged particle beam apparatus according to claim 9, wherein the variable power source changes the potential of the deflection electrode plate in a direction in which the flight trajectory of the secondary electrons approaches the flight trajectory of the charged particle beam. 前記荷電粒子ビームは、前記基準静電電極と加速レンズ間で集束されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the charged particle beam is focused between the reference electrostatic electrode and an acceleration lens. 前記荷電粒子ビーム装置は、前記基準静電電極の前記荷電粒子ビームが通過する方向に配設される加速レンズを備えることを特徴とする請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 11, further comprising an acceleration lens disposed in a direction in which the charged particle beam of the reference electrostatic electrode passes. 前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子ビームが集束する位置で、前記２次電子を集束させる回転対称型レンズを備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   13. The charged particle beam apparatus according to claim 1, further comprising a rotationally symmetric lens that focuses the secondary electrons at a position where the charged particle beam is focused. . 前記回転対称型レンズは、前記位置に磁界を形成する磁界コイルを備えることを特徴とする請求項１３記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam device according to claim 13, wherein the rotationally symmetric lens includes a magnetic field coil that forms a magnetic field at the position. 前記回転対称型レンズは、前記位置に電界を形成する静電電極板を有し、前記静電電極板は、前記基準静電電極及び前記加速レンズの電位の中間電位を有することを特徴とする請求項１３記載の荷電粒子ビーム装置。   The rotationally symmetric lens includes an electrostatic electrode plate that forms an electric field at the position, and the electrostatic electrode plate has an intermediate potential between the potentials of the reference electrostatic electrode and the acceleration lens. The charged particle beam apparatus according to claim 13. 前記回転対称型レンズは、前記位置が前記基準静電電極の空孔である際に、前記空孔近傍に前記２次電子を集束させることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   16. The rotationally symmetric lens focuses the secondary electrons in the vicinity of the hole when the position is a hole of the reference electrostatic electrode. Charged particle beam device. 前記基準静電電極は回転対称方向に少なくとも４個以上の電極に分割され、分割されたそれぞれの電極に電圧を印加し、試料から放射された２次電子の飛行方向を調整することを特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   The reference electrostatic electrode is divided into at least four electrodes in a rotationally symmetric direction, and a voltage is applied to each of the divided electrodes to adjust the flight direction of secondary electrons emitted from the sample. The charged particle beam apparatus according to claim 1. 前記試料から放射される２次電子のうち、帯電情報のみを持つ低エネルギーの２次電子を検出する信号検出部を加速レンズの下方に配設することを特徴とする請求項１乃至１７の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   18. The signal detection unit for detecting low-energy secondary electrons having only charging information among secondary electrons emitted from the sample is disposed below the acceleration lens. A charged particle beam device according to claim 1. 前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子ビームの荷電粒子が電子であることを特徴とする請求項１乃至１８の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the charged particles of the charged particle beam are electrons.
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