WO2016084157A1 - 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法 - Google Patents

走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016084157A1
WO2016084157A1 PCT/JP2014/081222 JP2014081222W WO2016084157A1 WO 2016084157 A1 WO2016084157 A1 WO 2016084157A1 JP 2014081222 W JP2014081222 W JP 2014081222W WO 2016084157 A1 WO2016084157 A1 WO 2016084157A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
primary
electrons
electron
sample
objective lens
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/081222
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大輔 備前
英郎 森下
道夫 波田野
太田　洋也
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Priority to PCT/JP2014/081222 priority Critical patent/WO2016084157A1/ja
Priority to US15/529,281 priority patent/US10262830B2/en
Priority to JP2016561136A priority patent/JP6412952B2/ja
Publication of WO2016084157A1 publication Critical patent/WO2016084157A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/263—Contrast, resolution or power of penetration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/21—Means for adjusting the focus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/285—Emission microscopes, e.g. field-emission microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/047—Changing particle velocity
    • H01J2237/0473—Changing particle velocity accelerating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/047—Changing particle velocity
    • H01J2237/0475—Changing particle velocity decelerating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H01J2237/057—Energy or mass filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
    • H01J2237/1534—Aberrations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/24485—Energy spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2803—Scanning microscopes characterised by the imaging method
    • H01J2237/2806—Secondary charged particle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/282—Determination of microscope properties
    • H01J2237/2823—Resolution

Definitions

  • the present invention relates to a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) having an electron spectroscopy system and an electron trajectory adjusting method thereof.
  • SEM scanning electron microscope
  • SEM is widely used for observation of submicron to nanometer size samples.
  • an image is formed by irradiating a sample while scanning primary electrons emitted from an electron source and detecting secondary electrons generated in the sample.
  • the secondary electrons are classified into “true” secondary electrons characterized by having an energy of 50 eV or less, and backscattered electrons having an energy comparable to the incident energy of the primary electrons.
  • a contrast image reflecting differences in the shape, potential, work function, etc. of the pattern surface can be obtained.
  • a contrast image reflecting the difference in the composition and crystal orientation of the sample is obtained from the backscattered electrons.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for performing energy spectroscopy of secondary electrons.
  • Patent Document 1 As a method for performing energy spectroscopy of secondary electrons in the SEM, there is a method in which a spectroscope is installed between the objective lens of the SEM and the sample as disclosed in Patent Document 1.
  • a spectroscope is installed between the objective lens of the SEM and the sample as disclosed in Patent Document 1.
  • working distance the distance between the objective lens and the sample
  • Patent Document 2 there is a configuration disclosed in Patent Document 2 as a configuration for shortening the working distance and dispersing the secondary electrons that have passed through the objective lens.
  • Patent Document 2 secondary electrons spread by the electromagnetic field of the objective lens and enter the spectroscope, which causes a problem that the detection rate of secondary electrons decreases.
  • An object of the present invention is to provide a scanning electron microscope having an electron spectroscopy system that achieves both high spatial resolution and a high secondary electron detection rate, and a method for adjusting the electron trajectory thereof, particularly under conditions where the energy of primary electrons is low. .
  • an electron source An objective lens for focusing the primary electrons emitted from the electron source on the sample; Primary electron acceleration means for accelerating the primary electrons and passing through the objective lens; Primary electron decelerating means for decelerating the primary electrons and irradiating the sample; A secondary electron deflector that deflects secondary electrons from the sample generated by the primary electrons converged by the objective lens, out of the optical axis of the primary electrons; A spectrometer for separating the secondary electrons; A detector for detecting secondary electrons that have passed through the spectrometer; The objective lens, the primary electron accelerating means, and the primary electric power are converged at the entrance of the spectroscope by a lens formed by the objective lens, the primary electron accelerating means, and the primary electric decelerating means. A control unit for controlling a voltage applied to at least one of the deceleration means; A scanning electron microscope is provided.
  • the exciting current of the objective lens, the applied voltage to the primary electron accelerating means and the primary electric decelerating means are set so that the signal-to-noise ratio of the spectrum of the secondary electrons obtained by the detector is maximized.
  • the electronic orbit adjustment method is as follows.
  • An electron source An objective lens for focusing the primary electrons emitted from the electron source on the sample; Primary electron acceleration means for accelerating the primary electrons and passing through the objective lens; Primary electron decelerating means for decelerating the primary electrons and irradiating the sample; A secondary electron deflector that deflects secondary electrons from the sample generated by the primary electrons converged by the objective lens, out of the optical axis of the primary electrons; A spectrometer for separating the secondary electrons; A first detector for detecting the secondary electrons that have passed through the spectrometer; A second detector for detecting tertiary electrons generated by irradiation of the incident electrons of the spectrometer with the secondary electrons; A voltage applied to the secondary electron deflector is controlled so as to scan the secondary electrons on the incident slit, and a detection signal of the tertiary electrons detected by the second detector is used.
  • a control unit for obtaining a scanned image; A scanning electron microscope is provided.
  • a first step of applying a voltage to the primary electron acceleration means A second step of deflecting the secondary electrons toward the spectrometer by the secondary electron deflector; A third step of detecting the tertiary electrons with the second detector and obtaining a scanning image of an entrance slit of the spectrometer; A fourth step of calculating the sharpness of the scanned image; Repeating the fourth step from the first step; And a step of setting a voltage of the primary electron accelerating means having the highest sharpness as an applied voltage to the primary electron accelerating means.
  • the present invention it is possible to provide a scanning electron microscope having an electron spectroscopy system that achieves both high spatial resolution and a high secondary electron detection rate, and an electron trajectory adjustment method thereof.
  • FIG. 5 is a flowchart for determining an optimum convergence condition of secondary electrons included in the electron trajectory adjustment method in the SEM shown in FIG. 4. It is a figure for demonstrating the SEM image of the entrance slit in SEM shown in FIG. 4, (a) is the SEM image of the entrance slit when the secondary electron has not converged, (b) is the secondary electron converged.
  • (C) is a line profile in the x direction of the SEM image in (a), and (d) is a line profile in the x direction of the SEM image in (b).
  • FIG. 8 is a flowchart for obtaining optimum convergence conditions of primary electrons and secondary electrons included in the electron trajectory adjustment method in the SEM shown in FIG. 7. It is a figure for demonstrating the structure which does not use a conversion board in SEM which concerns on a 3rd Example.
  • a retarding method in which a negative voltage (hereinafter referred to as retarding voltage) V r ( ⁇ 0) is applied to the sample and the primary electrons are decelerated immediately above the sample. Is effective.
  • the retarding method typically a negative voltage is applied V r of a few kV to a sample.
  • a boosting method in which primary electrons are accelerated when passing through the objective lens and chromatic aberration in the objective lens is reduced is also effective in improving the spatial resolution of the primary electrons.
  • primary electrons are accelerated by a positive voltage of several kV (hereinafter referred to as booster voltage) V b (> 0) and allowed to pass through the magnetic field of the objective lens.
  • the electromagnetic field formed on the optical axis by the objective lens to which the boosting method and the retarding method are applied contributes to the convergence of not only the primary electrons but also the secondary electrons passing through the objective lens. Therefore, when the boosting voltage, retarding voltage, and objective lens excitation are set to appropriate conditions, the primary electrons converge at the sample position, and at the same time, the secondary electrons that have passed through the objective lens are placed closer to the electron gun than the objective lens. It is possible to converge to the spectroscope position. In this case, both high spatial resolution and high secondary electron detection rate can be achieved.
  • the secondary electrons are deflected off the optical axis by the secondary electron deflector after passing through the objective lens, and enter the spectroscope.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the SEM according to the present embodiment.
  • primary electrons 102 generated by an electron source 101 pass through a secondary electron deflector 103, pass through a booster electrode 104 and an objective lens 105 for accelerating the primary electrons, and are irradiated on a sample 106.
  • a positive voltage is applied to the booster electrode 104 from the booster power source 107, and among the electric fields generated at the booster electrode 104, the electric field formed at the sample side end is superimposed on the magnetic field generated by the objective lens 105.
  • the configuration is as follows.
  • the voltage applied from the booster power source 107 is V b (> 0).
  • a case where a snorkel type in which the magnetic field of the objective lens leaks to the sample 106 is used as the configuration of the objective lens 105.
  • a leakage magnetic field is formed in the periphery of the sample. The same effect can be obtained with a single pole objective lens used as a part. Further, an out-lens objective lens in which the magnetic field does not leak into the sample 106 can obtain the same effect as in this embodiment.
  • the sample 106 is placed on the sample holder 108, and the sample 106 and the sample holder 108 are in electrical contact.
  • a retarding voltage can be applied to the sample holder 108 from a retarding power source 109, and the primary electrons 102 are decelerated by the retarding electric field and enter the sample 106.
  • the voltage applied from the retarding power source 109 is V r ( ⁇ 0).
  • the secondary electrons 110 generated due to the irradiation of the primary electrons 102 on the sample 106 are accelerated by the electric field generated by the booster voltage and the retarding voltage, and then the optical axis of the primary electrons 102 is obtained by the secondary electron deflector 103.
  • the secondary electron deflector 103 is an optical element in which an electric field and a magnetic field are orthogonal to each other, and the magnitude of the electric field and the magnetic field is such that the primary electrons 102 are not deflected by the secondary electron deflector 103 (hereinafter referred to as the Wien condition). Set.
  • the secondary electrons 110 incident on the secondary electron deflector 103 from the opposite direction to the primary electrons 102 are deflected off the optical axis by the secondary electron deflector 103.
  • the secondary electrons 110 deflected out of the optical axis enter the spectroscope 111.
  • a sector-type spectrometer was used.
  • Spectrometer 111 is characterized in that only secondary electrons 110 having a specific energy E p can pass.
  • the secondary electrons 110 that have passed through the spectroscope 111 are detected by the first detector 112.
  • the signal of the first detector 112 is displayed on the display unit 115 through the first signal processing unit 114 and can be confirmed by the user.
  • the voltage and current values of the secondary electron deflector 103, the objective lens 105, the booster power source 107, and the retarding power source 109 can be controlled by the control unit 116.
  • the voltage and current values applied to the secondary electron deflector 103, the objective lens 105, the booster power source 107, and the retarding power source 109 are displayed on the display unit 115 and can be confirmed by the user. Further, the voltage and current values of the secondary electron deflector 103, the objective lens 105, the booster power source 107, and the retarding power source 109 can be set to arbitrary values through the display unit 115 by the user.
  • the effect of the present embodiment can be obtained even if a spectroscope having another shape, for example, a hemispherical type is used. .
  • the effect of this embodiment can be obtained even with a deflecting spectroscope using a magnetic field instead of an electric field.
  • FIG. 2 shows the result of simulating the relationship between the booster voltage and the spatial resolution.
  • the acceleration voltage of the primary electrons 102 2.5 kV
  • V r is -1 kV.
  • the spatial resolution due to the application of V b it can be seen to improve. This is because the primary electrons 102 are accelerated by the booster electric field and pass through the objective lens 105, so that chromatic aberration and spherical aberration are reduced.
  • FIG. 3 shows the result of simulating the relationship between the booster voltage Vb and the convergence degree of the secondary electrons.
  • the degree of convergence of secondary electrons is defined as the variation in the arrival position of the secondary electrons 110 emitted from the sample 106 in the direction of 40 ° from the optical axis at an energy of 2 eV, at the entrance slit 113 of the spectroscope 111.
  • V r is ⁇ 1 kV.
  • FIG. 3 shows that the degree of convergence of secondary electrons is improved by several orders of magnitude by adjusting Vb .
  • the exciting current of the objective lens 105 by controlling the exciting current of the objective lens 105, the booster voltage and the retarding voltage applied by the booster power source 107 and the retarding power source 109 by the control unit 116, the primary electron 102 is used as the sample 106 and the secondary electron 110 is used as the secondary electron 110.
  • the light can converge at the entrance slit 113 simultaneously.
  • the excitation current, booster voltage, and retarding voltage of the objective lens may be set to values that maximize the signal-to-noise ratio of the spectrum obtained by the spectrometer 111.
  • the method of adjusting the convergence degree of the primary electrons with the excitation current of the objective lens 105 and the convergence degree of the secondary electrons with the voltage value of the booster power source 107 has been described.
  • the electrons may converge.
  • the convergence degree of the primary electrons may be adjusted by the voltage value of the retarding power source 109, and the convergence degree of the secondary electrons may be adjusted by the exciting current value of the objective lens 105.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the SEM according to this embodiment.
  • a second detector 401, a second signal processing unit 403, and an image processing unit 404 are added to the configuration of the first embodiment shown in FIG.
  • the second detector 401 is installed on the opposite side of the spectroscope 111 across the optical axis of the primary electrons 102, and the second detector 401 is a first tertiary electron 402 generated by the collision of the secondary electrons 110 with the incident slit 113. It is for detecting.
  • the signal of the second detector 401 is displayed on the display unit 115 through the second signal processing unit 403 and can be confirmed by the user.
  • the optimum convergence condition of the secondary electrons 110 can be easily determined.
  • the secondary electron deflector 103 scans the secondary electrons 110 on the entrance slit 113, and the first tertiary electrons 402 generated by the entrance slit 113 are detected by the second detector 401, whereby the SEM of the entrance slit 113 is detected. Get an image.
  • the optimum convergence condition is determined from the sharpness of the SEM image of the entrance slit 113.
  • FIG. 5 shows a flow for determining a specific optimum convergence condition included in the electron trajectory adjustment method in the SEM shown in FIG.
  • the booster voltage Vb is applied (S501)
  • the secondary electrons 110 are deflected by the secondary electron deflector 103, and scanned on the entrance slit 113 (S502).
  • an SEM image of the entrance slit 113 is obtained by detecting the first tertiary electrons 402 generated at the entrance slit 113 with the second detector 401 (S503).
  • S503 an example of the SEM image of the entrance slit 113 is shown in FIG. FIGS.
  • 6A and 6B are SEM images of the entrance slit 113 at the booster voltage V b1 where the secondary electrons are not converged and at the booster voltage V b2 where the secondary electrons are converged.
  • the reason why the left and right sides of the SEM image are bright is that secondary electrons 110 collide with the entrance slit 113 and many first tertiary electrons 402 are generated.
  • the reason why the central portion of the SEM image is dark is that most of the secondary electrons 110 pass through the opening of the entrance slit 113 and the first tertiary electrons 402 are hardly generated.
  • the convergence of the secondary electrons 110 is evaluated by obtaining the sharpness from the SEM image of FIG. be able to.
  • the line profile is created in the x direction for the SEM images shown in FIGS. 6A and 6B (FIGS. 6C and 6D), and the maximum value of the line profile is 100% and minimum. The value is 0%, and the reciprocal of the width w of 30% and 70% is defined as sharpness.
  • S504 the sharpness of the SEM image acquired in S503 is calculated. Then, S501 to S504 are repeated for different booster voltages Vb (S505).
  • the booster voltage Vb having the highest sharpness is set (S506).
  • the above flow can be obtained Busute voltage V b for most secondary electrons 110 have converged.
  • the step of calculating the sharpness from the SEM image is performed by the image processing unit 404.
  • the above-described sharpness is not necessarily limited to the definition of the present embodiment, and may be an index representing the sharpness of the SEM image.
  • the maximum value of the slope of the line profile may be used as the sharpness.
  • the flow shown in FIG. 5 may be changed booster voltage V b to the retarding voltage V r.
  • the incident energy to the spectrometer 111 of the incident energy and the secondary electrons 110 into the sample 106 of the retarding voltage V r alter the primary electrons 102 varies, it is desirable to vary the booster voltage V b.
  • the primary electrons are converged by the excitation current of the objective lens, and the secondary electrons are high by setting the booster voltage with a high sharpness of the SEM image of the entrance slit 113 according to the flow shown in FIG.
  • the secondary electron detection rate could be improved while maintaining the spatial resolution.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the energy spectrum of the secondary electron can be acquired after confirming the convergence degree of the secondary electron. .
  • the collection efficiency of secondary electrons and the reliability of the energy spectrum are improved.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the SEM according to this example.
  • a conversion plate 701 and a deflector 703 for deflecting the primary electrons 102 are added to the configuration of the second embodiment shown in FIG.
  • the conversion plate 701 is installed on the opposite side of the spectroscope 111 across the optical axis of the primary electrons 102, and generates second tertiary electrons 702 when the secondary electrons 110 collide.
  • the second tertiary electrons 702 are detected by the second detector 401 in the same manner as the first tertiary electrons 402.
  • the deflector 703 is used to scan the primary electrons 102 on the sample 106 and obtain an SEM image of the sample 106.
  • the spectroscope 111 is an optical element that allows electrons having specific energy to pass therethrough, only a small part of the secondary electrons 110 emitted from the sample 106 reach the first detector 112. Therefore, if an SEM image of the sample 106 is acquired using the first detector 112, an image with a very low signal-to-noise ratio is obtained.
  • the secondary electron 110 when the shape of the sample 106 is observed as a normal SEM, the secondary electron 110 is deflected to the conversion plate 701 side using the secondary electron deflector 103, and the spectrum of the sample 106 is acquired. Uses the secondary electron deflector 103 to deflect the secondary electrons 110 toward the spectroscope 111 side. Thereby, both the use of observing the sample shape as a normal SEM and the use of acquiring the secondary electron spectrum can be realized under the same irradiation conditions of the primary electrons 102. Note that when acquiring the spectrum, the secondary electron 110 is converged on the entrance slit 113 using the method disclosed in the second embodiment.
  • FIG. 8 shows a specific measurement flow for explaining a sample measurement procedure using the SEM shown in FIG.
  • the secondary electrons 110 are deflected toward the conversion plate 701 (S801), and an SEM image of the sample 106 is acquired (S802).
  • the acquired SEM image is displayed on the display unit 115.
  • the user designates a spectrum measurement location from the displayed SEM image (S803).
  • a plurality of spectrum measurement locations can be designated by the user using a GUI or the like as indicated by points A and B shown in FIG.
  • the primary electron 102 is irradiated to the designated place using the deflector 703 (S804).
  • the secondary electrons 110 are deflected toward the spectroscope 111 (S805), and a secondary electron spectrum is acquired (S806).
  • the acquired secondary electron spectrum is displayed on the display unit 115 similarly to the SEM image (FIG. 9).
  • FIG. 10 shows a flow for obtaining the optimum convergence condition of the primary electrons 102 and the secondary electrons 110.
  • the secondary electrons 110 are deflected toward the conversion plate 701 (S1001), the excitation current value of the objective lens is set (S1002), and the SEM image of the sample 106 is acquired by the second detector 401 (S1003).
  • the sharpness of the acquired image is calculated (S1004).
  • the sharpness of the image is obtained by the same method as described in the second embodiment. Steps S1001 to S1004 are repeated until the image sharpness reaches a maximum (S1005), and the excitation current value of the objective lens that maximizes the sharpness is set (S1006).
  • the secondary electrons 110 are deflected toward the spectroscope 111 (S1007), a booster voltage is set (S1008), and the SEM image of the entrance slit 113 is acquired by the second detector 401 (S1009). Similar to S1004, the sharpness of the SEM image of the entrance slit 113 is obtained (S1010), and S1008 to S1010 are repeated until the sharpness reaches the maximum (S1011). Then, the booster voltage at which the sharpness is maximized is set (S1012). When the booster voltage is changed, the convergence degree of the primary electrons changes. Therefore, until the objective lens current value and the booster voltage value converge, the flow from S1001 to S1012 is repeated to determine the optimum convergence condition.
  • the SEM image of the sample 106 is obtained by detecting the second tertiary electrons 702 generated by the conversion plate 701 by the second detector 401.
  • the third detector 1101 such as a semiconductor detector
  • the secondary electrons 110 generated in the sample 106 are directly detected by the third detector 1101
  • the same effects as in the present embodiment can be obtained.
  • the scanning image of the entrance slit 113 is acquired by the second detector 401.
  • the signal of the third detector 1101 is displayed on the display unit 115 through the third signal processing unit 1102 and can be confirmed by the user, like other detectors.
  • the primary electrons and the secondary electrons are converged and the secondary electron spectrum is acquired.
  • Secondary electron detection is performed while maintaining high spatial resolution.
  • the desired location of the sample can be easily identified, so the secondary electron spectrum at the desired location could be acquired in a short time.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

　一次電子のエネルギーが低い条件において、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡を提供するために、対物レンズ（１０５）と、一次電子（１０２）を加速する一次電子加速手段（１０４）と、一次電子を減速して試料（１０６）に照射する一次電子減速手段（１０９）と、試料からの二次電子（１１０）を一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器（１０３）と、二次電子を分光する分光器（１１１）と、二次電子を分光器の入口に収束させるように、対物レンズ、一次電子加速手段および一次電子減速手段への印加電圧を制御する制御部（１１６）と、を有する走査電子顕微鏡とする。

Description

走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法
　電子分光系を有する走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下、ＳＥＭ）およびその電子軌道調整方法に関する。
　現在、サブミクロン（submicron）からナノメートル（nanometer）サイズの試料観察にはＳＥＭが広く用いられている。ＳＥＭでは電子源から放出された一次電子を走査しながら試料に照射し、試料で発生した二次電子を検出することで画像を形成している。ここで、二次電子は５０ｅＶ以下のエネルギーを持つことを特徴とする“真の”二次電子と、一次電子の入射エネルギーと同程度のエネルギーを持つ後方散乱電子とに分けられる。“真の”二次電子からはパターン表面の形状、電位、仕事関数等の違いを反映したコントラスト像が得られる。一方、後方散乱電子からは試料の組成や結晶方位の違いを反映したコントラスト像が得られる。
　近年、各社から製品化されているＳＥＭには複数の検出器が装備されており、多様なコントラストの画像が得られるようになった。その一方、画像コントラストの解釈が難しくなり、各条件で検出されている二次電子のエネルギーを定量的に分析することへの要望が高まっている。加えて、試料極表面の観察や一次電子照射に伴う試料ダメージおよび帯電による像障害を低減するため、一次電子の照射エネルギーが低い条件で二次電子のエネルギー分析を行うことが求められている。二次電子のエネルギー分光を行う技術については、例えば、特許文献１、２に開示されている。
特開２００１－２３６９１６号公報 特開２００１－３１９６１２号公報
　ＳＥＭにおいて二次電子のエネルギー分光を行う方法として、特許文献１で開示されているように、ＳＥＭの対物レンズと試料の間に分光器を設置する方法がある。しかし、特許文献１の構成では対物レンズと試料間の距離（以下、ワーキングディスタンス）を短くすることが難しく、その結果、一次電子の空間分解能が劣化するという課題がある。
　一方、ワーキングディスタンスを短くし、対物レンズを通過した二次電子を分光する構成として、特許文献２で開示されている構成がある。しかし、特許文献２の構成では、対物レンズの電磁場によって二次電子は広がって分光器に入射するため、二次電子の検出率が低下するという課題がある。
　本発明は、特に一次電子のエネルギーが低い条件において、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための一実施形態として、電子源と、
  前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、
  前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、
  前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、
  前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、
  前記二次電子を分光するための分光器と、
  前記分光器を通過した二次電子を検出する検出器と、
  前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段の中の少なくとも一者への印加電圧を制御する制御部と、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡とする。
　また、この走査電子顕微鏡を用いた電子軌道調整方法において、
  前記検出器で得られる前記二次電子のスペクトルの信号雑音比が最大となるように前記対物レンズの励磁電流、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする電子軌道調整方法とする。
　また、電子源と、
  前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、
  前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、
  前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、
  前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、
  前記二次電子を分光するための分光器と、
  前記分光器を通過した前記二次電子を検出する第一の検出器と、
  前記二次電子の前記分光器の入射スリットへの照射によって生じる三次電子を検出する第二の検出器と、
  前記二次電子を前記入射スリット上で走査するように前記二次電子偏向器への印加電圧を制御し、前記第二の検出器によって検出された前記三次電子の検出信号を用い前記入射スリットの走査像を得るための制御部と、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡とする。
　また、この走査電子顕微鏡における電子軌道調整方法において、
  前記一次電子加速手段に電圧を印加する第１の工程と、
  前記二次電子偏向器で前記二次電子を前記分光器側へ偏向させる第２の工程と、
  前記三次電子を前記第二の検出器で検出し、前記分光器の入射スリットの走査像を取得する第３の工程と、
  前記走査像の鮮鋭度を算出する第４の工程と、
  前記第１の工程から前記第４の工程を繰り返す工程と、
  最も鮮鋭度が高くなる前記一次電子加速手段の電圧を、前記一次電子加速手段への印加電圧として設定する工程と、を有することを特徴とする電子軌道調整方法とする。
　本発明によれば、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法を提供することができる。
本発明の第一の実施例に係るＳＥＭの全体構成図である。 ブースター電圧の空間分解能への影響を説明するための図である。 ブースター電圧の二次電子への影響を説明するための図である。 本発明の第二の実施例に係るＳＥＭの全体構成図である。 図４に示すＳＥＭにおける電子軌道調整方法に含まれる二次電子の最適収束条件を決定するためのフロー図である。 図４に示すＳＥＭにおける入射スリットのＳＥＭ画像を説明するための図であり、（ａ）は二次電子が収束していない場合の入射スリットのＳＥＭ画像、（ｂ）は二次電子が収束している場合の入射スリットのＳＥＭ画像、（ｃ）は（ａ）のＳＥＭ画像のｘ方向のラインプロファイル、（ｄ）は（ｂ）のＳＥＭ画像のｘ方向のラインプロファイルである。 本発明に係る第三の実施例に係るＳＥＭの全体構成図である。 図７に示すＳＥＭを用いた試料の測定手順を説明するためのフロー図である。 図７に示すＳＥＭの画像表示部を説明するための図である。 図７に示すＳＥＭにおける電子軌道調整方法に含まれる一次電子と二次電子の最適収束条件を求めるためのフロー図である。 第三の実施例に係るＳＥＭにおいて変換板を用いない構成を説明するための図である。
　一次電子のエネルギーが低い条件で高い空間分解能を得る方法として、試料に負極性の電圧（以下、リターディング電圧）Ｖｒ（＜０）を印加し、試料直上で一次電子を減速するリターディング法が有効である。リターディング法では、典型的には数ｋＶの負電圧Ｖｒを試料に印加する。
　加えて、一次電子を対物レンズ通過時に加速させ、対物レンズにおける色収差を低減するブースティング法も一次電子の空間分解能を向上させる上で有効である。ブースティング法では、典型的には数ｋＶの正極性の電圧（以下、ブースター電圧）Ｖｂ（＞０）で一次電子を加速し、対物レンズの磁場を通過させる。
　ブースティング法およびリターディング法を適用した対物レンズで光軸上に形成される電磁場は、一次電子だけでなく対物レンズを通過する二次電子の収束にも寄与する。従って、ブースティング電圧、リターディング電圧、対物レンズ励磁を適切な条件に設定すると、一次電子を試料位置に収束すると同時に、対物レンズを通過した二次電子を、対物レンズより電子銃側に設置された分光器位置に収束することが可能になる。この場合、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立できる。なお、二次電子は対物レンズ通過後に二次電子偏向器により光軸外に偏向されて分光器に入射する構成とする。
　以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
　（第一の実施例）
　本発明の第一の実施例について、図１から図３を用いて説明する。図１は本実施例に係るＳＥＭの構成を示す図である。図１において、電子源１０１で生成された一次電子１０２は、二次電子偏向器１０３を通過した後、一次電子を加速するためのブースター電極１０４および対物レンズ１０５を通過し試料１０６に照射される。ここで、ブースター電極１０４にはブースター電源１０７より正極性の電圧が印加されており、ブースター電極１０４で生じる電場のうち、試料側端部に形成される電場は、対物レンズ１０５によって生じる磁場に重畳されている構成とする。以下、ブースター電源１０７より印加する電圧をＶｂ（＞０）とする。
　本実施例では、対物レンズ１０５の構成として対物レンズの磁場が試料１０６まで漏れているシュノーケル型を用いた場合について説明するが、同じく試料周辺部に漏洩磁界を形成する、試料室を磁路の一部として利用するシングルポール型の対物レンズでも同様の効果が得られる。また、磁場が試料に試料１０６に漏れないアウトレンズ型対物レンズでも本実施例と同等の効果を得ることができる。
　試料１０６は試料ホルダ１０８上に置かれており、試料１０６と試料ホルダ１０８間は電気的に接触している。試料ホルダ１０８にはリターディング電源１０９よりリターディング電圧を印加することができ、一次電子１０２はリターディング電界によって減速されて試料１０６に入射する。以下、リターディング電源１０９より印加する電圧をＶｒ（＜０）とする。
　一次電子１０２の試料１０６への照射に起因して発生した二次電子１１０は、ブースター電圧およびリターディング電圧によって生じた電界で加速された後、二次電子偏向器１０３で一次電子１０２の光軸外に偏向される。ここで、二次電子偏向器１０３は電場と磁場が直交した光学素子であり、その電場と磁場の大きさは一次電子１０２が二次電子偏向器１０３において偏向されない条件（以下、ウィーン条件）に設定する。
　ウィーン条件下では、一次電子１０２とは反対方向から二次電子偏向器１０３に入射する二次電子１１０は、二次電子偏向器１０３によって光軸外に偏向される。光軸外に偏向された二次電子１１０は、分光器１１１に入射する。ここではセクター型分光器を用いた。分光器１１１は、特定のエネルギーＥｐを持つ二次電子１１０のみが通過できるという特徴を持つ。分光器１１１を通過した二次電子１１０は第一検出器１１２で検出される。第一検出器１１２の信号は第一信号処理部１１４を通して、表示部１１５で表示され、ユーザーが確認することができる。
　二次電子偏向器１０３、対物レンズ１０５、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９の電圧および電流値は制御部１１６より制御することができる。また、二次電子偏向器１０３、対物レンズ１０５、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９に印加する電圧および電流値は表示部１１５に表示され、ユーザーが確認することができる。また、二次電子偏向器１０３、対物レンズ１０５、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９の電圧および電流値は表示部１１５を通して、ユーザーが任意の値に設定することができる。
　本実施例では、分光器１１１の構成として二枚の円筒電極を用いた場合について説明するが、他の形状の分光器、例えば半球型などを用いても本実施例の効果を得る事ができる。また、電場ではなく、磁場を用いた偏向型の分光器でも本実施例の効果を得る事ができる。
　ブースター電圧およびリターディング電圧を印加することによって電界によるレンズ作用が発生するため、電圧を印加しない場合と比べて対物レンズが短焦点化されるため、一次電子１０２の空間分解能を向上させる効果がある。具体的な例として、図２にブースター電圧と空間分解能の関係をシミュレーションした結果を示す。ここで、一次電子１０２の加速電圧は２．５ｋＶ、Ｖｒは－１ｋＶである。図２より、Ｖｂの印加に伴い空間分解能が向上することが分かる。これは、一次電子１０２がブースター電界によって加速されて対物レンズ１０５を通過するため、色収差および球面収差が低減するためである。
　前述した通り、ブースター電界およびリターディング電界は、二次電子１１０に対しても収束効果がある。図３に、ブースター電圧Ｖｂと二次電子の収束度の関係をシミュレーションした結果を示す。ここで二次電子の収束度とは、エネルギー２ｅＶで光軸から４０°の方向に試料１０６から出射した二次電子１１０の、分光器１１１の入射スリット１１３での到達位置のばらつきと定義する。図２と同様、Ｖｒは－１ｋＶである。図３より、Ｖｂの調整により二次電子の収束度が数桁向上することが分かる。二次電子が収束するほど入射スリット１１３の開口部を通過する電子数が増えるので、Ｖｂを７．３ｋＶに設定することで、より多くの二次電子１１０が入射スリット１１３を通過することになる（数桁向上）。その結果、分光器１１１で得られるスペクトルの信号雑音比が向上する。
　つまり、対物レンズ１０５の励磁電流、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９によって印加されるブースター電圧とリターディング電圧を制御部１１６より制御することで、一次電子１０２を試料１０６に、二次電子１１０を入射スリット１１３に、それぞれ同時に収束できる。具体的には、対物レンズの励磁電流、ブースター電圧およびリターディング電圧は、分光器１１１で得られるスペクトルの信号雑音比が最大となる値に設定すればよい。
　なお、本実施例では一次電子の収束度は対物レンズ１０５の励磁電流、二次電子の収束度はブースター電源１０７の電圧値で調整する方法について述べたが、他の組合せで一次電子および二次電子を収束してもよい。たとえば、一次電子の収束度はリターディング電源１０９の電圧値、二次電子の収束度は対物レンズ１０５の励磁電流値で調整しても良い。
　図１に示すＳＥＭを用い、一次電子は対物レンズの励磁電流で収束し、二次電子はブースター電の電圧値を調整して収束させることにより、高い空間分解能を維持したまま、二次電子検出率の向上を図ることができた。
　以上本実施例によれば、一次電子のエネルギーが低い条件において、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法を提供することができる。
　（第二の実施例）
　本発明の第二の実施例について、図４から図６を用いて説明する。なお、第一の実施例に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
　図４は本実施例に係るＳＥＭの構成を示す図である。本実施例は、図１に示す第一の実施例の構成に、第二検出器４０１、第二信号処理部４０３および画像処理部４０４を加えたものである。第二検出器４０１は一次電子１０２の光軸を挟んで分光器１１１の反対側に設置され、第二検出器４０１は二次電子１１０の入射スリット１１３への衝突によって生じる第一の三次電子４０２を検出するためのものである。第二検出器４０１の信号は第二信号処理部４０３を通して、表示部１１５で表示され、ユーザーが確認することができる。
　第一の実施例で示した構成では、二次電子１１０が収束されて入射スリット１１３の中心を通過しているかどうかを判別することが難しい。本実施例で開示する構成では、二次電子１１０の最適収束条件を簡便に決定することができる。即ち、二次電子偏向器１０３により二次電子１１０を入射スリット１１３上で走査し、入射スリット１１３で発生する第一の三次電子４０２を第二検出器４０１で検出することで入射スリット１１３のＳＥＭ画像を得る。次に、入射スリット１１３のＳＥＭ画像の鮮鋭度から最適収束条件を決定する。
　図４に示すＳＥＭにおける電子軌道調整方法に含まれる具体的な最適収束条件の決定フローを図５に示す。まず、ブースター電圧Ｖｂを印加し（Ｓ５０１）、二次電子偏向器１０３により二次電子１１０を偏向し入射スリット１１３上で走査する（Ｓ５０２）。次に、入射スリット１１３で発生する第一の三次電子４０２を第二検出器４０１で検出することで入射スリット１１３のＳＥＭ画像を得る（Ｓ５０３）。ここで、入射スリット１１３のＳＥＭ画像の例を図６に示す。図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、二次電子が収束していないブースター電圧Ｖｂ１、二次電子が収束しているブースター電圧Ｖｂ２における入射スリット１１３のＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像の左右が明るい理由は、入射スリット１１３に二次電子１１０が衝突し、多くの第一の三次電子４０２が発生しているためである。一方、ＳＥＭ画像の中心部が暗くなっている理由は、二次電子１１０の大部分が入射スリット１１３の開口部を通過し、第一の三次電子４０２がほとんど発生しないためである。二次電子１１０が収束するほど、入射スリット１１３と入射スリット１１３の開口部間の境界は先鋭になるため、図６のＳＥＭ画像から鮮鋭度を求めることで二次電子１１０の収束性を評価することができる。本実施例では、鮮鋭度は図６（ａ）（ｂ）に示すＳＥＭ画像についてｘ方向にラインプロファイルを作成し（図６（ｃ）（ｄ））、ラインプロファイルの最大値を１００％および最小値を０％とし、３０％と７０％の幅ｗの逆数を鮮鋭度と定義する。Ｓ５０４ではＳ５０３で取得したＳＥＭ画像の鮮鋭度を計算する。そして、異なるブースター電圧ＶｂについてＳ５０１からＳ５０４を繰り返す（Ｓ５０５）。最後に、最も鮮鋭度が高いブースター電圧Ｖｂに設定する（Ｓ５０６）。以上のフローにより、最も二次電子１１０が収束したブーステー電圧Ｖｂを求めることができる。なお、ＳＥＭ画像から鮮鋭度を計算する工程は画像処理部４０４で行われる。
　前述の鮮鋭度は必ずしも本実施例の定義に限るものではなく、ＳＥＭ画像の鮮鋭度を表す指標であればよい。例えば、ラインプロファイルの傾きの最大値を鮮鋭度としてもよい。また、図５に示したフローにおいて、ブースター電圧Ｖｂをリターディング電圧Ｖｒに変えても良い。ただし、リターディング電圧Ｖｒを変えると一次電子１０２の試料１０６への入射エネルギーおよび二次電子１１０の分光器１１１への入射エネルギーも変化してしまうので、ブースター電圧Ｖｂを変える方が望ましい。
　図４に示すＳＥＭを用い、一次電子は対物レンズの励磁電流で収束し、二次電子は図５に示すフローに従って入射スリット１１３のＳＥＭ画像の鮮鋭度が高いブースター電圧に設定することにより、高い空間分解能を維持したまま、二次電子検出率の向上を図ることができた。
　以上本実施例によれば、第一の実施例と同様の効果を得ることができる。また、二次電子起因の、分光器の入射スリットからの三次電子によるＳＥＭ画像を取得することにより、二次電子の収束度を確認した上で、二次電子のエネルギースペクトルを取得することができる。これにより、二次電子の収集効率およびエネルギースペクトルの信頼性が向上する。
　（第三の実施例）
　本発明の第三の実施例について、図７から図１１を用いて説明する。なお、第一又は第二の実施例に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
　図７は本実施例に係るＳＥＭの構成を示す図である。本実施例は、図４に示す第二の実施例の構成に、変換板７０１および一次電子１０２を偏向するための偏向器７０３を加えたものである。変換板７０１は一次電子１０２の光軸を挟んで分光器１１１の反対側に設置され、二次電子１１０が衝突すると第二の三次電子７０２を生成する。第二の三次電子７０２は第一の三次電子４０２と同様に第二検出器４０１で検出される。偏向器７０３は一次電子１０２を試料１０６上で走査し、試料１０６のＳＥＭ画像を得るために用いる。
　分光器１１１は特定のエネルギーを持つ電子を通過させる光学素子であるため、試料１０６から放出された二次電子１１０のごく一部しか第一検出器１１２には到達しない。従って、仮に第一検出器１１２を用いて試料１０６のＳＥＭ画像を取得すると、非常に信号雑音比の低い画像になる。
　本実施例では、通常のＳＥＭとして試料１０６の形状を観察する際には二次電子偏向器１０３を用いて変換板７０１側に二次電子１１０を偏向し、試料１０６のスペクトルを取得する際には二次電子偏向器１０３を用いて分光器１１１側に二次電子１１０を偏向する。これにより、通常のＳＥＭとして試料形状を観察する用途と、二次電子スペクトルを取得する用途の両方を同一の一次電子１０２の照射条件において実現できる。なお、スペクトル取得の際には、第二の実施例で開示した方法を用いて、二次電子１１０は入射スリット１１３に収束している構成とする。
　図７に示すＳＥＭを用いた試料の測定手順を説明するための具体的な測定フローを図８に示す。まず、二次電子１１０を変換板７０１側に偏向し（Ｓ８０１）、試料１０６のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ８０２）。取得したＳＥＭ画像は表示部１１５に表示される。表示されたＳＥＭ画像からスペクトル測定個所をユーザーが指定する（Ｓ８０３）。ここで、スペクトル測定個所は図９に示す点Ａおよび点Ｂのように、ユーザーがＧＵＩ等を用いて複数指定できる構成とする。次に、偏向器７０３を用いて、指定された個所に一次電子１０２を照射する（Ｓ８０４）。その後、二次電子１１０を分光器１１１側に偏向し（Ｓ８０５）、二次電子スペクトルを取得する（Ｓ８０６）。取得した二次電子スペクトルはＳＥＭ画像と同様に表示部１１５に表示される（図９）。
　試料１０６の観察の際に、例えば対物レンズ１０５の励磁電流やブースター電圧を変化させると、一次電子１０２だけではなく二次電子１１０の収束性も変化する。本実施例では、図７に示すＳＥＭを用いて、一次電子１０２と二次電子１１０の最適収束条件を求めるための方法を示す。
　図１０に一次電子１０２と二次電子１１０の最適収束条件を求めるためのフローを示す。まず、二次電子１１０を変換板７０１側に偏向し（Ｓ１００１）、対物レンズの励磁電流値を設定し（Ｓ１００２）、第二検出器４０１で試料１０６のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１００３）。そして、取得した画像の鮮鋭度を算出する（Ｓ１００４）。ここで、画像の鮮鋭度は第二の実施例で述べた方法と同じ方法で求める。画像の鮮鋭度が最大となるまでＳ１００１－Ｓ１００４を繰り返し（Ｓ１００５）、鮮鋭度が最大となる対物レンズの励磁電流値に設定する（Ｓ１００６）。次に、二次電子１１０を分光器１１１側に偏向し（Ｓ１００７）、ブースター電圧を設定し（Ｓ１００８）、第二検出器４０１で入射スリット１１３のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１００９）。Ｓ１００４と同様に、入射スリット１１３のＳＥＭ画像の鮮鋭度を求め（Ｓ１０１０）、鮮鋭度が最大となるまでＳ１００８からＳ１０１０までを繰り返す（Ｓ１０１１）。そして、鮮鋭度が最大となるブースター電圧に設定する（Ｓ１０１２）。ブースター電圧を変更すると一次電子の収束度が変化するので、対物レンズ電流値およびブースター電圧値が収束するまで、Ｓ１００１からＳ１０１２のフローを繰り返し、最適収束条件を決定する。
　図１０のフローにおいて、Ｓ１００２で変更する変数をリターディング電圧、Ｓ１００８で変更する変数を対物レンズの励磁電流とするなど、リターディング電圧、ブースター電圧および対物レンズの励磁電流のうち異なる２つの変数を組み合わせれば本実施例と同等の効果を得ることができる。
　本実施例では、試料１０６のＳＥＭ画像は変換板７０１で発生した第二の三次電子７０２を第二検出器４０１で検出することで得るが、図１１に示すように、変換板７０１の代わりに半導体検出器等の第三検出器１１０１を置き、試料１０６で発生した二次電子１１０を直接、第三検出器１１０１で検出する場合でも、本実施例と同等の効果を得ることができる。この場合、入射スリット１１３の走査像は第二検出器４０１で取得することになる。第三検出器１１０１の信号は、他の検出器と同様、第三信号処理部１１０２を通して、表示部１１５で表示され、ユーザーが確認することができる。
　図７に示すＳＥＭと、図８および図１０に示すフロー図に従って、一次電子および二次電子を収束し、二次電子のスペクトルを取得したところ、高い空間分解能を維持したまま、二次電子検出率の向上を図ると共に、試料の所望の箇所を容易に特定できるため、所望の箇所の二次電子スペクトルを短時間で取得することができた。
　以上本実施例によれば、第一および第二の実施例と同様の効果を得ることができる。また、試料上の所望の箇所を確認した上で、二次電子のスペクトルを取得することができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１０１…電子源、１０２…一次電子、１０３…二次電子偏向器、１０４…ブースター電極、１０５…対物レンズ、１０６…試料、１０７…ブースター電源、１０８…試料ホルダ、１０９…リターディング電源、１１０…二次電子、１１１…分光器、１１２…検出器（第一検出器）、１１３…入射スリット、１１４…信号処理部（第一信号処理部）、１１５…表示部、１１６…制御部、４０１…第二検出器、４０２…三次電子（第一の三次電子）、４０３…第二信号処理部、４０４…画像処理部、７０１…変換板、７０２…第二の三次電子、７０３…偏向器、１１０１…第三検出器、１１０２…第三信号処理部。

Claims (12)

  1. 　電子源と、
      前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、
      前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、
      前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、
      前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、
      前記二次電子を分光するための分光器と、
      前記分光器を通過した二次電子を検出する検出器と、
      前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段の中の少なくとも一者への印加電圧を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  2. 　請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記分光器は、セクター型分光器であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
  3. 　電子源と、
      前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、
      前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、
      前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、
      前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、
      前記二次電子を分光するための分光器と、
      前記分光器を通過した前記二次電子を検出する第一の検出器と、
      前記二次電子の前記分光器の入射スリットへの照射によって生じる三次電子を検出する第二の検出器と、
      前記二次電子を前記入射スリット上で走査するように前記二次電子偏向器への印加電圧を制御し、前記第二の検出器によって検出された前記三次電子の検出信号を用い前記入射スリットの走査像を得るための制御部と、
    を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  4. 　請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記入射スリットの走査像の鮮鋭度を算出する処理部を更に有し、
      前記制御部は、最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られるように前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  5. 　請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記一次電子を偏向させるための偏向器と、
      前記一次電子の光軸を挟んで前記分光器と反対側に配置され前記二次電子を衝突させるための変換版と、を更に有し、
      前記第二の検出器は、前記二次電子の前記変換板への照射によって生じる三次電子の検出にも用いられ、
      前記制御部は、前記試料の走査像を得る場合は前記二次電子を前記変換板側に偏向するように、前記試料の二次電子スペクトルを得る場合には前記二次電子を前記分光器側に偏向するように、前記二次電子偏向器への印加電圧を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  6. 　請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記制御部は、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段の中の少なくとも一者への印加電圧を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  7. 　請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
      表示された前記試料の走査像における任意の点を指定し、指定した前記任意の点に前記一次電子を照射して得られる二次電子スペクトルを表示する表示部を更に有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  8. 　請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記試料の走査像の鮮鋭度と前記入射スリットの走査像の鮮鋭度とを算出する処理部を有し、
      前記制御部は、最も鮮鋭な前記試料の走査像が得られる前記対物レンズの励磁電流値と、 最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られる前記一次電子加速手段もしくは前記一次電子減速手段に印加する電圧値を算出し、前記電流値および前記電圧値を出力することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  9. 　請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記試料の走査像の鮮鋭度と前記入射スリットの走査像の鮮鋭度とを算出する処理部を有し、
      前記制御部は、最も鮮鋭な前記試料の走査像が得られる前記一次電子加速手段もしくは前記一次電子減速手段に印加する電圧値と、最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られる前記対物レンズの励磁電流値を算出し、前記電流値および前記電圧値を出力することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  10. 　請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
      前記一次電子を偏向させるための偏向器と、
      前記一次電子の光軸を挟んで前記分光器と反対側に前記二次電子を検出するための第三の検出器とを有し、
      前記制御部は、前記試料の走査像を得る場合は前記二次電子を前記第三の検出器側に偏向するように、前記試料の二次電子スペクトルを得る場合は前記二次電子を前記分光器側に偏向するように、前記二次電子偏向器への印加電圧を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  11. 　請求項１に記載の走査電子顕微鏡を用いた電子軌道調整方法において、
      前記検出器で得られる前記二次電子のスペクトルの信号雑音比が最大となるように前記対物レンズの励磁電流、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする電子軌道調整方法。
  12. 　請求項３に記載の走査電子顕微鏡における電子軌道調整方法において、
      前記一次電子加速手段に電圧を印加する第１の工程と、
      前記二次電子偏向器で前記二次電子を前記分光器側へ偏向させる第２の工程と、
      前記三次電子を前記第二の検出器で検出し、前記分光器の入射スリットの走査像を取得する第３の工程と、
      前記走査像の鮮鋭度を算出する第４の工程と、
      前記第１の工程から前記第４の工程を繰り返す工程と、
      最も鮮鋭度が高くなる前記一次電子加速手段の電圧を、前記一次電子加速手段への印加電圧として設定する工程と、を有することを特徴とする電子軌道調整方法。
PCT/JP2014/081222 2014-11-26 2014-11-26 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法 WO2016084157A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/081222 WO2016084157A1 (ja) 2014-11-26 2014-11-26 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法
US15/529,281 US10262830B2 (en) 2014-11-26 2014-11-26 Scanning electron microscope and electron trajectory adjustment method therefor
JP2016561136A JP6412952B2 (ja) 2014-11-26 2014-11-26 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/081222 WO2016084157A1 (ja) 2014-11-26 2014-11-26 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016084157A1 true WO2016084157A1 (ja) 2016-06-02

Family

ID=56073781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/081222 WO2016084157A1 (ja) 2014-11-26 2014-11-26 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10262830B2 (ja)
JP (1) JP6412952B2 (ja)
WO (1) WO2016084157A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10770262B1 (en) * 2018-05-30 2020-09-08 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Apparatus, method and system for imaging and utilization of SEM charged particles
JP7091263B2 (ja) * 2019-01-22 2022-06-27 株式会社日立ハイテク 電子顕微鏡及び３次元構造の深さ算出方法
EP4002420A1 (en) * 2020-11-12 2022-05-25 FEI Company Method of determining an energy width of a charged particle beam
JP2022112137A (ja) * 2021-01-21 2022-08-02 株式会社日立ハイテク 荷電粒子ビーム装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002042712A (ja) * 2000-07-21 2002-02-08 Hitachi Ltd 電子線を用いたパターン検査方法及びその装置
JP2002139464A (ja) * 2000-11-02 2002-05-17 Hitachi Ltd 半導体装置の検査方法および検査装置
JP2002260574A (ja) * 2001-03-05 2002-09-13 Jeol Ltd 粒子ビーム装置
WO2010070837A1 (ja) * 2008-12-16 2010-06-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線装置およびそれを用いた電子線応用装置
JP2014146526A (ja) * 2013-01-30 2014-08-14 Hitachi High-Technologies Corp 電子ビーム装置、及び電子ビーム観察方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236916A (ja) 2000-02-22 2001-08-31 Jeol Ltd 電子線装置
JP2001319612A (ja) 2000-05-10 2001-11-16 Jeol Ltd 直接写像型電子顕微鏡
US7928381B1 (en) * 2006-05-19 2011-04-19 Apparati, Inc. Coaxial charged particle energy analyzer
GB0700754D0 (en) * 2007-01-15 2007-02-21 Oxford Instr Analytical Ltd Charged particle analyser and method
DE112014002951B4 (de) * 2013-08-02 2020-08-06 Hitachi High-Technologies Corporation Rasterelektronenmikroskop

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002042712A (ja) * 2000-07-21 2002-02-08 Hitachi Ltd 電子線を用いたパターン検査方法及びその装置
JP2002139464A (ja) * 2000-11-02 2002-05-17 Hitachi Ltd 半導体装置の検査方法および検査装置
JP2002260574A (ja) * 2001-03-05 2002-09-13 Jeol Ltd 粒子ビーム装置
WO2010070837A1 (ja) * 2008-12-16 2010-06-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線装置およびそれを用いた電子線応用装置
JP2014146526A (ja) * 2013-01-30 2014-08-14 Hitachi High-Technologies Corp 電子ビーム装置、及び電子ビーム観察方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016084157A1 (ja) 2017-07-13
US20170263415A1 (en) 2017-09-14
US10262830B2 (en) 2019-04-16
JP6412952B2 (ja) 2018-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7947951B2 (en) Multi-beam ion/electron spectra-microscope
US7960697B2 (en) Electron beam apparatus
US8378299B2 (en) Twin beam charged particle column and method of operating thereof
US6787772B2 (en) Scanning electron microscope
JP4460542B2 (ja) 高空間分解能および多視点結像用の荷電粒子ビーム装置
CN111837214A (zh) 一种扫描电子显微镜物镜***及样品探测方法
JP4920385B2 (ja) 荷電粒子ビーム装置、走査型電子顕微鏡、及び試料観察方法
CN110945621B (zh) 用于补偿单束或多束设备中的分束器的色散的***和方法
JP5948083B2 (ja) 走査電子顕微鏡
NL2012618B1 (en) Scanning Particle Microscope having an Energy Selective Detector System.
EP2804199B1 (en) Scanning charged particle microscope, image acquisition method, and electron detection method
JP6412952B2 (ja) 走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法
US9443696B2 (en) Electron beam imaging with dual Wien-filter monochromator
JP2017199606A (ja) 荷電粒子線装置
CN208256614U (zh) 一种扫描电子显微镜物镜***
US20180005797A1 (en) Scanning electron microscope
JP2023110072A (ja) 走査型電子顕微鏡および走査型電子顕微鏡の２次電子検出方法
WO2019187118A1 (ja) 荷電粒子線応用装置
JP6266467B2 (ja) 電子顕微鏡、およびモノクロメーターの調整方法
EP2219204A1 (en) Arrangement and method for the contrast improvement in a charged particle beam device for inspecting a specimen
US10014160B2 (en) Scanning electron microscope and method for controlling same
US9354188B2 (en) Particle beam device and method for operating a particle beam device
US9543115B2 (en) Electron microscope
WO2017131132A1 (ja) 試料分析装置及び試料分析装置用集光ミラーユニット
US9024275B2 (en) Specimen holder for charged-particle beam apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14907018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016561136

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15529281

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14907018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1