JPH09274880A - Beam separator and scanning electron microscope - Google Patents
Beam separator and scanning electron microscopeInfo
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- JPH09274880A JPH09274880A JP8083853A JP8385396A JPH09274880A JP H09274880 A JPH09274880 A JP H09274880A JP 8083853 A JP8083853 A JP 8083853A JP 8385396 A JP8385396 A JP 8385396A JP H09274880 A JPH09274880 A JP H09274880A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する分野】本発明は、走査電子顕微鏡等にお
いて一次電子ビームと２次電子とを分離するなどに使用
して好適な電子ビームセパレータおよび走査電子顕微鏡
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam separator and a scanning electron microscope suitable for use in, for example, separating a primary electron beam and a secondary electron in a scanning electron microscope or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】走査電子顕微鏡では、電子銃から発生し
た一次電子ビームを集束レンズや対物レンズ等で試料上
に細く集束し、更に、試料上の電子ビームの照射位置を
２次元的に走査している。そして、試料への一次電子ビ
ームの照射によって発生した２次電子を検出している。2. Description of the Related Art In a scanning electron microscope, a primary electron beam generated from an electron gun is finely focused on a sample by a focusing lens or an objective lens, and the irradiation position of the electron beam on the sample is two-dimensionally scanned. ing. Then, secondary electrons generated by irradiating the sample with the primary electron beam are detected.
【０００３】この２次電子を効率良く検出するため、お
よび対物レンズの収差を小さくすることを目的として、
対物レンズとして磁界イマージョン型対物レンズが用い
られている。この磁界イマージョン型対物レンズとして
は、インレンズ，スノーケル（Snorkel）レンズ，単磁
極レンズ等が良く知られている。In order to detect the secondary electrons efficiently and to reduce the aberration of the objective lens,
A magnetic field immersion type objective lens is used as the objective lens. As the magnetic field immersion type objective lens, an in-lens, a snorkel lens, a single-pole lens and the like are well known.
【０００４】この磁界イマージョン型対物レンズでは、
試料は対物レンズの磁場内に配置され、試料から発生し
た２次電子は、対物レンズの磁力線に巻き付くように螺
旋運動をしながら対物レンズ上方に巻き上がっていく。
対物レンズの上部には、２次電子検出器が光軸から離れ
て設けられており、対物レンズ上部に到達した２次電子
は、この２次電子検出器によって検出される。In this magnetic field immersion type objective lens,
The sample is placed in the magnetic field of the objective lens, and the secondary electrons generated from the sample roll up above the objective lens while making a spiral motion so as to wind around the magnetic field lines of the objective lens.
A secondary electron detector is provided above the objective lens away from the optical axis, and the secondary electrons reaching the upper part of the objective lens are detected by this secondary electron detector.
【０００５】上記２次電子検出器は、シンチレータに電
子が衝突したときの発光効率を大きくさせるためと、電
子の集光効率を高めるために、１０ｋＶ程度の高電圧が
印加されている。しかしながら、この検出器が作る電界
が光軸上に及ぶと、試料に照射される一次電子ビームの
軌道を偏向し、偏向収差によって電子ビームの照射径の
増大を招き、２次電子像の分解能が低下して好ましくな
い。The secondary electron detector is applied with a high voltage of about 10 kV in order to increase the light emission efficiency when electrons collide with the scintillator and to increase the electron collection efficiency. However, when the electric field generated by this detector extends on the optical axis, the trajectory of the primary electron beam with which the sample is irradiated is deflected, the deflection aberration causes an increase in the irradiation diameter of the electron beam, and the resolution of the secondary electron image is reduced. It is not preferable because it decreases.
【０００６】この現象を防ぐために、一次電子ビームの
光軸上にビームセパレータを配置し、一次電子ビームの
直進を保障した上で、２次電子のみの軌道を曲げて２次
電子検出器に向かわせることが行われている。このよう
に構成すると、検出器を光軸から遠ざけて高電圧が光軸
に影響を及ぼさないようにしても、２次電子の検出効率
が損なわれることはなくなる。In order to prevent this phenomenon, a beam separator is arranged on the optical axis of the primary electron beam to ensure the straight movement of the primary electron beam, and then the trajectory of only secondary electrons is bent to direct it to the secondary electron detector. It is being done. With this configuration, even if the detector is moved away from the optical axis so that the high voltage does not affect the optical axis, the detection efficiency of the secondary electrons is not impaired.
【０００７】上記した一次電子ビームを直進させ、２次
電子の進行方向だけを変えることができるビームセパレ
ータとしては、ウィーンフィルタが良く知られている。
このウィーンフィルタは、直交する電界と磁界を同一平
面内に配置するフィルタで、電界の強さをＥ、磁界の強
さをＢとした場合、Ｅ＝ｖＢなるウィーン条件を満足す
る速度ｖを有したビームを直進させる性質を持ってい
る。A Wien filter is well known as a beam separator capable of moving the primary electron beam straight and changing only the traveling direction of secondary electrons.
This Wien filter is a filter in which an electric field and a magnetic field which are orthogonal to each other are arranged in the same plane. When the electric field strength is E and the magnetic field strength is B, a speed v satisfying the Wien condition of E = vB It has the property of moving a straight beam.
【０００８】従って、一次電子ビームに対してウィーン
条件を満足するような電界と磁界の強さの比を選んでお
けば、一次電子ビームは常に直進し、偏向されることは
ない。これに対し、２次電子の速度は、一次電子ビーム
の速度に対して常に符号が反対であるため、電界と磁界
の両方によって偏向される。そこで、ウィーン条件を保
ったまま電界と磁界の強度を調整して、２次電子が丁度
検出器に入るような値を選べば良い。Therefore, if the ratio of the strengths of the electric field and the magnetic field that satisfies the Wien condition is selected for the primary electron beam, the primary electron beam will always go straight and will not be deflected. On the other hand, the velocity of the secondary electrons is always opposite in sign to the velocity of the primary electron beam and is therefore deflected by both the electric and magnetic fields. Therefore, the strength of the electric field and the magnetic field may be adjusted while maintaining the Wien condition, and a value may be selected so that the secondary electrons just enter the detector.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たウィーンフィルタ式電子ビームセパレータは、幾つか
の欠点を有している。その内の第１の欠点は、２次電子
の偏向される方向に電極があるため、電極を避けるよう
な角度しか偏向できないことである。２次電子を９０°
まで偏向させるために、電極をメッシュ状にした例もあ
るが、メッシュ電極を設計する上で穴の大きさや数に複
雑な計算が必要となる。However, the above Wien filter type electron beam separator has some drawbacks. The first drawback among them is that the electrodes are in the direction in which the secondary electrons are deflected, so that they can be deflected only at an angle that avoids the electrodes. 90 degree secondary electron
There is also an example in which the electrode is formed in a mesh shape in order to deflect up to, but a complicated calculation is required for the size and number of holes in designing the mesh electrode.
【００１０】第２の欠点は、電極の形と磁極の形が全く
同一でない限り、ビームの入口と出口、すなわち、フリ
ンジ領域でウィーン条件を満足させることができず、一
次電子ビームが偏向を受けることである。The second drawback is that unless the electrode shape and the magnetic pole shape are exactly the same, the Wien condition cannot be satisfied at the entrance and exit of the beam, that is, the fringe region, and the primary electron beam is deflected. That is.
【００１１】なお、電極と磁極の材料と形状を一致させ
てフリンジ場の形を同じにすることは可能であり、２つ
の方法が提案されている。第１の方法は、多数の電極、
磁極を設けてフリンジ場の形を同じにする方法である
が、この方法では、多数の電極、磁極のために多数の電
源と制御系が必要となる問題が生じる。It is possible to match the shape of the fringe field by making the materials of the electrodes and the magnetic poles the same, and two methods have been proposed. The first method involves multiple electrodes,
This is a method of providing magnetic poles to make the shape of the fringe field the same, but this method causes a problem that a large number of power supplies and control systems are required for a large number of electrodes and magnetic poles.
【００１２】２番目の方法は、電極と磁極の形をフリン
ジ場の形を同じにするように形成することであるが、こ
の場合には、繁雑な計算が必要で更には電極と磁極の形
状が極めて複雑となり、電極と磁極の加工精度に問題が
生じる。いずれにしても、この２つの方法は、高分解能
エネルギーアナライザ等の特殊な高級機に用いられるも
ので、走査電子顕微鏡等には高価となり用いることがで
きない。The second method is to form the shape of the electrode and the magnetic pole so that the shape of the fringe field is the same. In this case, however, complicated calculation is required, and the shape of the electrode and the magnetic pole is further increased. Becomes extremely complicated, which causes a problem in processing accuracy of the electrode and the magnetic pole. In any case, these two methods are used for a special high-grade machine such as a high resolution energy analyzer, and are expensive and cannot be used for a scanning electron microscope or the like.
【００１３】第３の欠点は、電極と磁極が同一面内にあ
る場合には、お互いの干渉のため、電極と磁極の設計に
自由度がないことである。このため、一様場を作り出す
形状にしようとすると、電極と磁極のギャップ長が大き
く異なる形とならざるを得ない。このことは、第２の欠
点を助長することになる。The third drawback is that when the electrode and the magnetic pole are in the same plane, there is no freedom in designing the electrode and the magnetic pole due to mutual interference. For this reason, in order to form a uniform field, the gap lengths of the electrodes and the magnetic poles must be greatly different. This promotes the second drawback.
【００１４】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、複雑な形状の電極と磁極を用いず
に、直進するビームの偏向収差を極めて小さくすること
ができるビームセパレータおよび走査電子顕微鏡を実現
するにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a beam separator capable of extremely reducing the deflection aberration of a beam traveling straight without using an electrode and a magnetic pole having a complicated shape. And to realize a scanning electron microscope.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
ビームセパレータは、荷電粒子ビームの光軸に沿って、
電界を発生する第１の一対の電極と、磁界を発生する一
対の磁極と、電界を発生する第２の一対の電極とを配置
し、上記電界と磁界の強さを荷電粒子ビームが直進する
条件に設定したことを特徴としている。A beam separator according to the invention of claim 1 comprises:
A first pair of electrodes that generate an electric field, a pair of magnetic poles that generate a magnetic field, and a second pair of electrodes that generate an electric field are arranged so that the charged particle beam travels straight through the strengths of the electric field and the magnetic field. The feature is that it is set in the condition.
【００１６】請求項１の発明に基づくビームセパレータ
は、電界を発生する第１の一対の電極と、磁界を発生す
る一対の磁極と、電界を発生する第２の一対の電極とを
積み重ねて配置し、上記電界と磁界の強さを荷電粒子ビ
ームが直進する条件に設定する。In the beam separator according to the invention of claim 1, a first pair of electrodes for generating an electric field, a pair of magnetic poles for generating a magnetic field, and a second pair of electrodes for generating an electric field are stacked and arranged. Then, the strength of the electric field and the magnetic field is set to the condition that the charged particle beam travels straight.
【００１７】請求項２の発明に基づくビームセパレータ
は、電界の方向と磁界の方向とを直交させたことを特徴
としている。請求項２の発明に基づくビームセパレータ
は、電界の方向と磁界の方向とを直交させ、一次荷電粒
子ビームを直進させる。The beam separator according to the invention of claim 2 is characterized in that the direction of the electric field is orthogonal to the direction of the magnetic field. In the beam separator according to the second aspect of the present invention, the direction of the electric field and the direction of the magnetic field are made orthogonal to each other, and the primary charged particle beam is made to travel straight.
【００１８】請求項３の発明に基づくビームセパレータ
は、電界を発生させる電極間のギャップ長と磁界を発生
させる磁極間のギャップ長とを等しくさせたことを特徴
としている。A beam separator according to a third aspect of the invention is characterized in that the gap length between electrodes for generating an electric field and the gap length between magnetic poles for generating a magnetic field are made equal.
【００１９】請求項３の発明に基づくビームセパレータ
は、電界を発生させる電極間のギャップ長と磁界を発生
させる磁極間のギャップ長とを等しくさせ、一様電界と
一様磁界の発生を容易とする。In the beam separator according to the third aspect of the present invention, the gap length between the electrodes for generating the electric field and the gap length between the magnetic poles for generating the magnetic field are made equal to facilitate the generation of the uniform electric field and the uniform magnetic field. To do.
【００２０】請求項４の発明に基づくビームセパレータ
は、磁極の光軸に沿った高さをＬｍ、第１と第２の電極
の光軸に沿った高さをＬｅとすると、Ｌｍ＝２Ｌｅとし
たことを特徴としている。In the beam separator according to the present invention, Lm = 2Le, where Lm is the height of the magnetic pole along the optical axis and Le is the height of the first and second electrodes along the optical axis. It is characterized by having done.
【００２１】請求項４の発明に基づくビームセパレータ
は、磁極の光軸に沿った高さをＬｍ、第１と第２の電極
の光軸に沿った高さをＬｅとすると、Ｌｍ＝２Ｌｅと
し、直進する荷電粒子ビームの偏向収差をより小さくす
る。In the beam separator according to the present invention, Lm = 2Le, where Lm is the height of the magnetic pole along the optical axis and Le is the height of the first and second electrodes along the optical axis. , To further reduce the deflection aberration of the charged particle beam traveling straight.
【００２２】請求項５の発明に基づくビームセパレータ
は、第１の電極の上部と第２の電極の下部にシールド板
を配置したことを特徴としている。請求項５の発明に基
づくビームセパレータは、第１の電極の上部と第２の電
極の下部にシールド板を配置し、ビームセパレータの外
部による影響を防止する。A beam separator according to a fifth aspect of the invention is characterized in that a shield plate is arranged above the first electrode and below the second electrode. In the beam separator according to the invention of claim 5, a shield plate is arranged above the first electrode and below the second electrode to prevent the influence of the outside of the beam separator.
【００２３】請求項６に基づく走査電子顕微鏡は、一次
電子ビームを試料上に細く集束するための対物レンズ
と、対物レンズの上部において光軸に沿って配置され
た、電界を発生する第１の一対の電極と磁界を発生する
一対の磁極と電界を発生する第２の一対の電極とより成
るビームセパレータと、一対の磁極の間の空間の方向に
配置された２次電子検出器とを備えており、上記電界と
磁界の強さを一次電子ビームが直進し、対物レンズの磁
場によって拘束され、対物レンズ上部に取り出された２
次電子を２次電子検出器方向に偏向する条件に設定した
ことを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a scanning electron microscope in which an objective lens for focusing a primary electron beam finely on a sample and a first electric field generating electric field arranged above the objective lens along the optical axis. A beam separator including a pair of electrodes, a pair of magnetic poles for generating a magnetic field, and a second pair of electrodes for generating an electric field, and a secondary electron detector arranged in a space direction between the pair of magnetic poles. The primary electron beam goes straight to the strength of the electric field and the magnetic field, is restrained by the magnetic field of the objective lens, and is extracted above the objective lens.
The feature is that the condition is set such that the secondary electrons are deflected toward the secondary electron detector.
【００２４】請求項６に基づく走査電子顕微鏡は、電界
を発生する第１の一対の電極と磁界を発生する一対の磁
極と電界を発生する第２の一対の電極とより成るビーム
セパレータを対物レンズの上部に配置し、一対の磁極の
間の空間の方向に２次電子検出器とを備え、上記電界と
磁界の強さを一次電子ビームが直進し、対物レンズ上部
に取り出された２次電子を２次電子検出器方向に偏向す
る条件に設定した。According to a sixth aspect of the present invention, in a scanning electron microscope, the objective lens is a beam separator comprising a first pair of electrodes for generating an electric field, a pair of magnetic poles for generating a magnetic field, and a second pair of electrodes for generating an electric field. And a secondary electron detector in the direction of the space between the pair of magnetic poles, and the primary electron beam goes straight to the strength of the electric field and the magnetic field, and the secondary electron taken out to the upper part of the objective lens. Was set to the condition of deflecting toward the secondary electron detector.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に基づくビー
ムセパレータを用いた走査電子顕微鏡の一例を示してい
る。１はセミインレンズタイプの対物レンズであり、対
物レンズ１は内側磁極２、外側磁極３、励磁コイル４よ
り構成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a scanning electron microscope using a beam separator according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a semi-in-lens type objective lens, and the objective lens 1 includes an inner magnetic pole 2, an outer magnetic pole 3, and an exciting coil 4.
【００２６】５は試料であり、試料５は対物レンズ１が
発生する磁場内に配置されている。対物レンズ１の内側
にはソレノイドコイル６が設けられ、また、ソレノイド
コイル６の内側には先端がほぼ円錐台状の電極７が設け
られている。Reference numeral 5 is a sample, and the sample 5 is arranged in the magnetic field generated by the objective lens 1. A solenoid coil 6 is provided inside the objective lens 1, and an electrode 7 having a substantially truncated cone tip is provided inside the solenoid coil 6.
【００２７】対物レンズ１の上部には、ビームセパレー
タ８が配置されるが、ビームセパレータ８は、光軸に沿
って配置された第１の一対の電極９、一対の磁極１０、
第２の一対の電極１１とより構成されている。第１の電
極９と第２の電極１１は、図面上左右に一対の電極が配
置されており、磁極１０は、一対の磁極が紙面に垂直方
向に配置されている。A beam separator 8 is arranged above the objective lens 1. The beam separator 8 includes a first pair of electrodes 9 and a pair of magnetic poles 10 arranged along the optical axis.
It is composed of a second pair of electrodes 11. The first electrode 9 and the second electrode 11 have a pair of electrodes arranged on the left and right in the drawing, and the magnetic pole 10 has a pair of magnetic poles arranged in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
【００２８】磁極１０の一対の磁極の間の空間方向に
は、２次電子検出器１２が設けられている。この２次電
子検出器１２は、詳細に図示していないが、２次電子を
収集するための収集電極が設けられ、この電極に、例え
ば、１０ｋＶの高電圧が印加されている。また、２次電
子検出器１２には、２次電子の入射によって発光するシ
ンチレータと、シンチレータの光を光電子に変化する光
電変換面、光電子を増倍する増倍手段などが設けられて
いる。なお、１３は２次電子検出器１２のシールド電極
である。A secondary electron detector 12 is provided in the space direction between the pair of magnetic poles of the magnetic pole 10. Although not shown in detail, the secondary electron detector 12 is provided with a collecting electrode for collecting secondary electrons, and a high voltage of, for example, 10 kV is applied to this electrode. Further, the secondary electron detector 12 is provided with a scintillator that emits light when secondary electrons are incident, a photoelectric conversion surface that changes the light of the scintillator into photoelectrons, a multiplication means that multiplies the photoelectrons. Incidentally, 13 is a shield electrode of the secondary electron detector 12.
【００２９】上記ビームセパレータ８の上部と下部に
は、他部からの漏洩磁場などにより、ビームセパレータ
内の電界と磁界が乱されないように、シールド板１４，
１５が設けられている。シールド板１４は前記した対物
レンズ１の内側に配置されている電極７に接続されてお
り、このシールド板１４と電極７には６０Ｖ程度の電圧
が印加されている。The shield plate 14 and the shield plate 14 are provided above and below the beam separator 8 so that the electric field and the magnetic field in the beam separator are not disturbed by a leakage magnetic field from other portions.
15 are provided. The shield plate 14 is connected to the electrode 7 arranged inside the objective lens 1 described above, and a voltage of about 60 V is applied to the shield plate 14 and the electrode 7.
【００３０】なお、図示していないが、ビームセパレー
タ８の上部には、一次電子ビームを発生し加速する電子
銃や、一次電子ビームを集束するコンデンサレンズや、
一次電子ビームを２次元的に走査するための偏向コイル
等が配置されている。このような構成の動作を次に説明
する。Although not shown, an electron gun for generating and accelerating the primary electron beam, a condenser lens for focusing the primary electron beam, and the like are provided above the beam separator 8.
A deflection coil and the like for two-dimensionally scanning the primary electron beam are arranged. The operation of such a configuration will now be described.
【００３１】まず、図示していない電子銃から発生し加
速された一次電子ビームは、コンデンサレンズと対物レ
ンズ１とによって試料５上に細く集束される。また、一
次電子ビームは、偏向コイルによって試料上で２次元的
に走査される。この際、一次電子ビームはビームセパレ
ータ８内を通過するが、ビームセパレータ８では、第１
の一対の電極９と一対の磁極１０と第２の一対の電極１
１とによって電界と磁界が発生されている。この電界と
磁界の強さは、一次電子ビームが直進する条件に設定さ
れている。First, the primary electron beam generated from an electron gun (not shown) and accelerated is finely focused on the sample 5 by the condenser lens and the objective lens 1. Further, the primary electron beam is two-dimensionally scanned on the sample by the deflection coil. At this time, the primary electron beam passes through the inside of the beam separator 8.
A pair of electrodes 9, a pair of magnetic poles 10, and a second pair of electrodes 1
An electric field and a magnetic field are generated by 1. The strengths of the electric field and the magnetic field are set under the condition that the primary electron beam travels straight.
【００３２】試料５への一次電子ビームの照射によって
２次電子が発生するが、２次電子は対物レンズ１の磁場
によって拘束され、対物レンズ内部を螺旋運動をしなが
ら上方に向かう。この時、ソレノイドコイル６による磁
界は、２次電子を光軸方向に集束するように機能し、螺
旋運動をしながら対物レンズ１内を上方に向かう２次電
子が、発散して対物レンズの壁部に衝突して吸収される
ことを防ぐ役割を有している。Secondary electrons are generated by irradiating the sample 5 with the primary electron beam, but the secondary electrons are restrained by the magnetic field of the objective lens 1 and move upward while making a spiral motion inside the objective lens. At this time, the magnetic field generated by the solenoid coil 6 functions to focus the secondary electrons in the optical axis direction, and the secondary electrons that move upward in the objective lens 1 while making a spiral motion are diverged to cause a wall of the objective lens. It also has a role of preventing it from being collided with and absorbed by the part.
【００３３】また、先端がほぼ円錐台状の電極７には６
０Ｖ程度の電圧が印加されている。この結果、円筒状電
極７の先端の電界により、試料５から発生し広範囲の角
度で放出される２次電子を光軸方向に集めることがで
き、効率良く２次電子を対物レンズ１の光軸に沿って上
方に導くことに効果がある。In addition, the electrode 7 having a truncated cone shape has 6
A voltage of about 0 V is applied. As a result, due to the electric field at the tip of the cylindrical electrode 7, secondary electrons generated from the sample 5 and emitted at a wide range of angles can be collected in the optical axis direction, and the secondary electrons can be efficiently transferred to the optical axis of the objective lens 1. It is effective to guide upward along the.
【００３４】対物レンズ１の磁場によって拘束され、対
物レンズ１の上部に取り出された２次電子は、ビームセ
パレータ８に入射する。この２次電子の進む向きは、一
次電子ビームの進行する向きと逆になっており、したが
って、一次電子ビームが直進する条件下では、２次電子
はビームセパレータ８によって偏向される。The secondary electrons which are restrained by the magnetic field of the objective lens 1 and are taken out above the objective lens 1 enter the beam separator 8. The traveling direction of the secondary electrons is opposite to the traveling direction of the primary electron beam. Therefore, under the condition that the primary electron beam travels straight, the secondary electrons are deflected by the beam separator 8.
【００３５】すなわち、一次電子ビームの直進の条件
が、電界の強さをＥ、磁界の強さをＢ、一次電子ビーム
の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢとなるが、２次電子の
速度は、−ｖｅとなり、ビームセパレータ８の直進の条
件を満足せず、ある方向に偏向される。That is, when the condition of straight traveling of the primary electron beam is E of electric field strength, B of magnetic field strength, and v of primary electron beam velocity, E = vB, but speed, -v e next, does not satisfy the conditions of the rectilinear beam separator 8, it is deflected in a certain direction.
【００３６】ビームセパレータ８における電界の強さＥ
と磁界の強さＢとを選ぶことにより、一次電子ビームが
ビームセパレータ８内を直進し、２次電子を偏向して一
対の磁極１０の間の空間方向に向けることが可能とな
る。一対の磁極１０の間の空間方向に向かった２次電子
は、２次電子検出器１２に引き寄せられて検出される。Electric field strength E in the beam separator 8
By selecting the magnetic field strength B and the magnetic field strength B, it becomes possible for the primary electron beam to go straight through the beam separator 8 and to deflect the secondary electrons to be directed in the space direction between the pair of magnetic poles 10. Secondary electrons that have gone in the space direction between the pair of magnetic poles 10 are attracted to the secondary electron detector 12 and detected.
【００３７】このように、上記した構成では、一次電子
ビームをビームセパレータ８内で直進させ、２次電子を
ビームセパレータ８によって偏向させ、２次電子検出器
１２方向に導くことができるので、２次電子検出器１２
を一次電子ビームの光軸から離して配置でき、一次電子
ビームが２次電子検出器１２に印加される高電圧の影響
を受けず、そのため、一次電子ビームの偏向収差をほと
んどなくすことができる。As described above, in the above-mentioned structure, the primary electron beam can be made to go straight within the beam separator 8 and the secondary electrons can be deflected by the beam separator 8 to be guided to the secondary electron detector 12; Secondary electron detector 12
Can be placed away from the optical axis of the primary electron beam, and the primary electron beam is not affected by the high voltage applied to the secondary electron detector 12, so that the deflection aberration of the primary electron beam can be almost eliminated.
【００３８】次に、ビームセパレータ８についてより詳
細に説明する。図１に示したように、電界と磁界が光軸
に沿って直列に積み重なっている。そして、ビームセパ
レータ８の中心面上に磁極１０と２次電子検出器１２が
配置され、その上下に電極９と１１が設けられている。Next, the beam separator 8 will be described in more detail. As shown in FIG. 1, an electric field and a magnetic field are stacked in series along the optical axis. A magnetic pole 10 and a secondary electron detector 12 are arranged on the center surface of the beam separator 8 and electrodes 9 and 11 are provided above and below the magnetic pole 10.
【００３９】更に、電極９の上部と電極１１の下部に
は、それぞれシールド板１４，１５が配置されている。
このようにビームセパレータ８の全体の系は、中心面に
対して対称となっており、この結果、一次ビームの軌道
を中心軸上中心線に平行に出射させることができる。Further, shield plates 14 and 15 are arranged above the electrode 9 and below the electrode 11, respectively.
Thus, the entire system of the beam separator 8 is symmetrical with respect to the center plane, and as a result, the trajectory of the primary beam can be emitted parallel to the center line on the center axis.
【００４０】更に、電極９，１１および磁極１０が形成
する電界、磁界は一様でなければならない。この条件は
比較的容易に満足させることができる。なぜならば、電
極９，１１と磁極１０とは、それぞれ独立に存在するの
で、自由にその形状を設計できるからである。Further, the electric field and magnetic field formed by the electrodes 9 and 11 and the magnetic pole 10 must be uniform. This condition can be satisfied relatively easily. This is because the electrodes 9 and 11 and the magnetic pole 10 exist independently of each other, so that their shapes can be freely designed.
【００４１】図２は、数値計算に基づく、図１の紙面に
垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）における電界分布を示してい
る。この図で点線が電界分布を示している。また、図３
は同じく数値計算に基づく、Ｘ−Ｙ平面における磁界分
布を示している。この図で一点鎖線が磁界分布を示して
いる。これらの図では、２次電子検出器に１０ｋＶの電
圧を印加した場合を示しているが、検出器の非対称な電
界分布にも拘らず、中心付近において一様な場が形成さ
れていることが分かる。FIG. 2 shows an electric field distribution on a plane (XY plane) perpendicular to the paper surface of FIG. 1 based on numerical calculation. In this figure, the dotted line shows the electric field distribution. Also, FIG.
Shows the magnetic field distribution in the XY plane based on the same numerical calculation. In this figure, the alternate long and short dash line shows the magnetic field distribution. In these figures, the case where a voltage of 10 kV is applied to the secondary electron detector is shown, but a uniform field is formed near the center despite the asymmetric electric field distribution of the detector. I understand.
【００４２】また、電極９，１１のそれぞれの対向する
電極間のギャップ長Ｓｅと、一対の磁極１０の対向する
磁極間のギャップ長Ｓｍとは、Ｓｍ＝Ｓｅの関係とされ
ている。このことにより、一様電界と一様磁界を実現す
ることが容易となる。The gap length Se between the opposing electrodes of the electrodes 9 and 11 and the gap length Sm between the opposing magnetic poles of the pair of magnetic poles 10 have a relationship of Sm = Se. This facilitates realizing a uniform electric field and a uniform magnetic field.
【００４３】更に、電極９，１１のそれぞれの電極の光
軸に沿った長さＬｅと、磁極１０の光軸に沿った長さＬ
ｍとは、Ｌｍ＝２Ｌｅの関係とされている。このことに
より、一次ビームの直進の条件であるＥ＝ｖＢを満足さ
せることができる。また、Ｌｍ＝２Ｌｅ≦Ｓｍ＝Ｓｅと
されており、この条件とすることにより、一次電子ビー
ムの偏向を最小限にすることができる。Further, the length Le of each of the electrodes 9 and 11 along the optical axis and the length L of the magnetic pole 10 along the optical axis.
The relation m is Lm = 2Le. As a result, it is possible to satisfy the condition of E = vB, which is the condition for the linear movement of the primary beam. Further, Lm = 2Le ≦ Sm = Se, and by setting this condition, the deflection of the primary electron beam can be minimized.
【００４４】図４は、数値計算に基づく、図１のＸ−Ｚ
平面（Ｚは光軸方向）における電界と磁界ポテンシャル
分布と、一次電子ビームＥＢおよび２次電子ｓｅの軌道
を示している。この図においても電界は点線で示されて
おり、また、磁界は一点鎖線で示されている。一次電子
ビームＥＢは、直径２ｍｍの幅の全体においてほぼ直線
の軌道を描いており、また、２次電子検出器１２の電界
によって引っ張られることはない。また、２次電子ｓｅ
は、２５°を越えない角度範囲で放射された場合に、全
て２次電子検出器１２に達している。FIG. 4 shows the XZ of FIG. 1 based on numerical calculation.
The electric field and magnetic field potential distributions in the plane (Z is the optical axis direction) and the trajectories of the primary electron beam EB and the secondary electrons se are shown. Also in this figure, the electric field is shown by a dotted line, and the magnetic field is shown by a chain line. The primary electron beam EB draws a substantially linear trajectory over the width of 2 mm, and is not pulled by the electric field of the secondary electron detector 12. In addition, the secondary electron se
All reach the secondary electron detector 12 when emitted in an angular range not exceeding 25 °.
【００４５】以上本発明の一実施の形態例を詳述した
が、本発明はこの実施の形態例に限定されない。例え
ば、走査電子顕微鏡における一次電子ビームと２次電子
とのビームセパレータを例に説明したが、ビームを分離
する必要のある他の電子ビーム装置や荷電粒子ビーム装
置にも本発明を適用することができる。また、走査電子
顕微鏡の対物レンズとしてセミインレンズ形式のものを
用いたが、単磁極レンズ等の試料を対物レンズ磁場内に
配置する形式の対物レンズであれば、どのような形式の
ものも使用することができる。Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the beam separator of the primary electron beam and the secondary electron in the scanning electron microscope has been described as an example, but the present invention can be applied to other electron beam devices and charged particle beam devices that require beam separation. it can. Also, the semi-in-lens type was used as the objective lens of the scanning electron microscope, but any type of objective lens such as a single-pole lens can be used as long as the sample is placed in the magnetic field of the objective lens. can do.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
基づくビームセパレータは、電界を発生する第１の一対
の電極と、磁界を発生する一対の磁極と、電界を発生す
る第２の一対の電極とを積み重ねて配置し、上記電界と
磁界の強さを荷電粒子ビームが直進する条件に設定し
た。その結果、電極と磁極の形状を複雑にすることなし
に一次荷電粒子ビームを偏向収差を生じることなく直進
させることができる。また、電極と磁極が同一平面にな
いので、電極と磁極の設計に自由度を持たせることがで
きる。As described above, the beam separator according to the first aspect of the invention has the first pair of electrodes for generating an electric field, the pair of magnetic poles for generating a magnetic field, and the second pair of magnetic fields for generating an electric field. A pair of electrodes were stacked and arranged, and the strength of the electric field and the magnetic field was set to the condition that the charged particle beam travels straight. As a result, the primary charged particle beam can be made to travel straight without causing deflection aberration without complicating the shapes of the electrode and the magnetic pole. Further, since the electrode and the magnetic pole are not on the same plane, the electrode and the magnetic pole can be designed with a certain degree of freedom.
【００４７】請求項２の発明に基づくビームセパレータ
は、電界の方向と磁界の方向とを直交させるようにした
ので、一次荷電粒子ビームを偏向収差を生じることなく
直進させることができる。In the beam separator according to the second aspect of the invention, the direction of the electric field and the direction of the magnetic field are made orthogonal to each other, so that the primary charged particle beam can be made to go straight without causing deflection aberration.
【００４８】請求項３の発明に基づくビームセパレータ
は、電界を発生させる電極間のギャップ長と磁界を発生
させる磁極間のギャップ長とを等しくさせるようにした
ので、一様電界と一様磁界の発生を容易とすることがで
きる。In the beam separator according to the third aspect of the present invention, the gap length between the electrodes for generating the electric field and the gap length between the magnetic poles for generating the magnetic field are made equal. It can be easily generated.
【００４９】請求項４の発明に基づくビームセパレータ
は、磁極の光軸に沿った高さをＬｍ、第１と第２の電極
の光軸に沿った高さをＬｅとすると、Ｌｍ＝２Ｌｅとし
たので、直進する荷電粒子ビームの偏向収差をより小さ
くすることができる。In the beam separator according to the invention of claim 4, Lm = 2Le, where Lm is the height of the magnetic pole along the optical axis and Le is the height of the first and second electrodes along the optical axis. Therefore, the deflection aberration of the charged particle beam traveling straight can be further reduced.
【００５０】請求項５の発明に基づくビームセパレータ
は、第１の電極の上部と第２の電極の下部にシールド板
を配置するように構成したので、ビームセパレータの外
部による影響を防止することができる。In the beam separator according to the fifth aspect of the present invention, since the shield plate is arranged above the first electrode and below the second electrode, the influence of the outside of the beam separator can be prevented. it can.
【００５１】請求項６の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、電界を発生する第１の一対の電極と磁界を発生する
一対の磁極と電界を発生する第２の一対の電極とより成
るビームセパレータを対物レンズの上部に配置し、一対
の磁極の間の空間の方向に２次電子検出器とを備え、上
記電界と磁界の強さを一次電子ビームが直進し、対物レ
ンズの磁場によって拘束され、対物レンズ上部に取り出
された２次電子を２次電子検出器方向に偏向する条件に
設定したので、一次電子ビームの偏向収差をほとんど生
じることがなく、また、２次電子を効率良く検出するこ
とができる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a scanning electron microscope which comprises a beam separator including a first pair of electrodes for generating an electric field, a pair of magnetic poles for generating a magnetic field, and a second pair of electrodes for generating an electric field. The secondary electron detector is arranged on the upper part of the objective lens, and the secondary electron detector is provided in the direction of the space between the pair of magnetic poles. Since the secondary electron extracted above the objective lens is set to deflect to the secondary electron detector direction, almost no deflection aberration of the primary electron beam occurs and the secondary electron can be detected efficiently. You can
【図１】本発明に基づくビームセパレータを用いた走査
電子顕微鏡の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope using a beam separator according to the present invention.
【図２】数値計算に基づく、図１の紙面に垂直な平面
（Ｘ−Ｙ平面）における電界分布を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an electric field distribution in a plane (XY plane) perpendicular to the paper surface of FIG. 1 based on numerical calculation.
【図３】数値計算に基づく、Ｘ−Ｙ平面における磁界分
布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a magnetic field distribution in an XY plane based on numerical calculation.
【図４】数値計算に基づく、図１のＸ−Ｚ平面（Ｚは光
軸方向）における電界と磁界ポテンシャル分布と、一次
電子ビームおよび２次電子の軌道を示す図である。4 is a diagram showing electric field and magnetic field potential distributions in the XZ plane (Z is an optical axis direction) of FIG. 1 and orbits of primary electron beams and secondary electrons based on numerical calculation.
１ 対物レンズ ２ 内側磁極 ３ 外側磁極 ４ 励磁コイル ５ 試料 ６ ソレノイドコイル ７ 円筒状電極 ８ ビームセパレータ ９ 第１の一対の電極 １０ 一対の磁極 １１ 第２の一対の電極 １２ ２次電子検出器 １３ ２次電子検出器のシールド電極 １４，１５シールド板 1 Objective Lens 2 Inner Magnetic Pole 3 Outer Magnetic Pole 4 Excitation Coil 5 Sample 6 Solenoid Coil 7 Cylindrical Electrode 8 Beam Separator 9 First Pair of Electrodes 10 Pair of Magnetic Pole 11 Second Pair of Electrodes 12 Secondary Electron Detector 13 2 Shield electrode for secondary electron detector 14, 15 Shield plate
Claims (6)
発生する第１の一対の電極と、磁界を発生する一対の磁
極と、電界を発生する第２の一対の電極とを配置し、上
記電界と磁界の強さを荷電粒子ビームが直進する条件に
設定したビームセパレータ。1. A first pair of electrodes for generating an electric field, a pair of magnetic poles for generating a magnetic field, and a second pair of electrodes for generating an electric field are arranged along the optical axis of the charged particle beam. , A beam separator in which the strength of the electric field and the magnetic field is set to a condition that a charged particle beam travels straight.
ることを特徴とする請求項１記載のビームセパレータ。2. The beam separator according to claim 1, wherein the electric field direction and the magnetic field direction are orthogonal to each other.
磁界を発生させる磁極間のギャップ長とが等しい請求項
１および２記載のビームセパレータ。3. The beam separator according to claim 1, wherein the gap length between electrodes for generating an electric field and the gap length between magnetic poles for generating a magnetic field are equal.
第２の電極の光軸に沿った高さをＬｅとすると、Ｌｍ＝
２Ｌｅとした請求項１〜３のいずれかに記載のビームセ
パレータ。4. If the height of the magnetic pole along the optical axis is Lm and the height of the first and second electrodes along the optical axis is Le, then Lm =
The beam separator according to claim 1, which is 2 Le.
シールド板を配置した請求項１〜４のいずれかに記載の
ビームセパレータ。5. The beam separator according to claim 1, wherein shield plates are arranged above the first electrode and below the second electrode.
ための対物レンズと、対物レンズの上部において光軸に
沿って配置された、電界を発生する第１の一対の電極と
磁界を発生する一対の磁極と電界を発生する第２の一対
の電極とより成るビームセパレータと、一対の磁極の間
の空間の方向に配置された２次電子検出器とを備えてお
り、上記電界と磁界の強さを一次電子ビームが直進し、
対物レンズの磁場によって拘束され、対物レンズ上部に
取り出された２次電子を２次電子検出器方向に偏向する
条件に設定した走査電子顕微鏡。6. An objective lens for finely focusing a primary electron beam on a sample, a first pair of electrodes for generating an electric field, which are arranged along the optical axis above the objective lens, and generate a magnetic field. A beam separator including a pair of magnetic poles and a second pair of electrodes for generating an electric field, and a secondary electron detector arranged in the direction of the space between the pair of magnetic poles are provided. The strength of the primary electron beam goes straight,
A scanning electron microscope in which the secondary electron, which is bound by the magnetic field of the objective lens and is taken out above the objective lens, is deflected toward the secondary electron detector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8083853A JPH09274880A (en) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | Beam separator and scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8083853A JPH09274880A (en) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | Beam separator and scanning electron microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09274880A true JPH09274880A (en) | 1997-10-21 |
Family
ID=13814261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8083853A Withdrawn JPH09274880A (en) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | Beam separator and scanning electron microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09274880A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7164139B1 (en) * | 2005-02-01 | 2007-01-16 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Wien filter with reduced chromatic aberration |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP8083853A patent/JPH09274880A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7164139B1 (en) * | 2005-02-01 | 2007-01-16 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Wien filter with reduced chromatic aberration |
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