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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
The charged particle beam device according to
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
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
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
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
The charged particle beam apparatus according to
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
The
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
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
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
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
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
Here, since the potential of the cylindrical filter electrode 5 ′ is the same as the potential of the reference electrostatic electrode 4, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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 '.
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。
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。
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
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
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
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
Claims (19)
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.
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