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JP2000011936A - Electron beam optical system - Google Patents

Electron beam optical system

Info

Publication number
JP2000011936A
JP2000011936A JP10192486A JP19248698A JP2000011936A JP 2000011936 A JP2000011936 A JP 2000011936A JP 10192486 A JP10192486 A JP 10192486A JP 19248698 A JP19248698 A JP 19248698A JP 2000011936 A JP2000011936 A JP 2000011936A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
observation
optical system
lens
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP10192486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Goto
明弘 後藤
Toru Takagi
徹 高木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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 Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP10192486A priority Critical patent/JP2000011936A/en
Priority to US09/337,131 priority patent/US6661008B2/en
Publication of JP2000011936A publication Critical patent/JP2000011936A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron beam optical system having high observation efficiency at low cost, while keeping a total optical path length and qualities related to observation such as an observation electron yield and resolution. SOLUTION: This system is provided with an irradiation means (an electron gun 1, illumination lenses 2, 3, a beam separator 4, an aperture restriction 5, a cathode lens 6) for irradiating an irradiating electron beam S on a sample surface 7, and an observation means (the cathode lens 6, the aperture restriction 5, the beam separator 4, an imaging lens front group 8, an imaging lens rear group 10) to image an observing electron beam K emitted from the sample surface 7 on an electron beam detection means 11, and is composed by forming a potential difference to accelerate the observing electron beam K between the sample surface 7 and an electrode 6a arranged at the nearest side of the observation means to the sample surface 7. In this case, a positive potential with respect to the ground potential is applied to the electrode 6a arranged at a side nearest the observation means to the sample surface 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを用い
て試料面の観察、検査等を行うための電子線光学系に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam optical system for observing and inspecting a sample surface using an electron beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より微細化、高集積化した半導体素
子等の観察、検査をするために、電子ビームを用いた電
子顕微鏡が多く用いられている。電子顕微鏡の中には、
低エネルギー電子顕微鏡と呼ばれるものがある(K.Tsun
o,Ultramicroscopy 55(1994)127-140「Simulation of a
Wien filter as beam separator in a low energy elec
tron microscope」)。図3にて、低エネルギー電子顕微
鏡について簡単に説明する。電子銃1にて10keV程
度に加速された電子ビーム(照射用電子ビームS)は、
照明レンズ2、3によって整形された後、ビームセパレ
ータ4に入射する。ビームセパレータ4によって偏向さ
れた電子ビームは、開口絞り5を通過した後、カソード
レンズ6を通過して試料7を照射する。ここで、カソー
ドレンズ6は、光軸方向に平行に配置された3枚の電極
6a、6b、6cからなり、そのうちの中央の電極6b
は負電位に印加され、両端の電極6a、6cは接地され
た電子レンズ、いわゆるアインツェルレンズである。こ
の中央の電極6bの電位は、−7〜−10kV程度の高
電位となっている。一方、試料7は−10kV程度に高
圧印加されており、カソードレンズ6の最も試料7側に
配置された第1電極6aとの間に電界を形成している。
この電界によって、照射電子ビームSは、10eV程度
まで減速されて試料7に入射する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electron microscope using an electron beam has been widely used for observing and inspecting miniaturized and highly integrated semiconductor devices. In the electron microscope,
There is something called a low energy electron microscope (K.Tsun
o, Ultramicroscopy 55 (1994) 127-140 `` Simulation of a
Wien filter as beam separator in a low energy elec
tron microscope "). FIG. 3 briefly describes the low energy electron microscope. The electron beam (irradiation electron beam S) accelerated by the electron gun 1 to about 10 keV
After being shaped by the illumination lenses 2 and 3, the light enters the beam separator 4. The electron beam deflected by the beam separator 4 passes through the aperture stop 5 and then passes through the cathode lens 6 to irradiate the sample 7. Here, the cathode lens 6 is composed of three electrodes 6a, 6b, and 6c arranged in parallel with the optical axis direction, of which the central electrode 6b
Is applied to a negative potential, and the electrodes 6a and 6c at both ends are grounded electron lenses, so-called Einzel lenses. The potential of the central electrode 6b is a high potential of about -7 to -10 kV. On the other hand, the sample 7 is applied with a high voltage of about −10 kV, and forms an electric field between the cathode lens 6 and the first electrode 6 a disposed closest to the sample 7.
By this electric field, the irradiation electron beam S is decelerated to about 10 eV and enters the sample 7.

【0003】試料7に電子ビームが照射されると、試料
から2次電子、反射電子、後方散乱電子等が放出され
る。これらの電子のうち少なくとも1つが、観察用電子
ビームKとなる。ここで、反射電子の速度は、10eV
程度である。試料7から放出された観察用電子ビームK
は、試料7と、カソードレンズ6の第1電極6aとの間
に形成された電界によって、再びI0keV程度に加速
される。その後、観察用電子ビームKは、カソードレン
ズ6のその他の電極6b、6cを通過し、更に開口絞り
5を通過して、ビームセパレータ4に入射する。そし
て、ウィーン条件を満たすことにより、ビームセパレー
タ4を直進通過した観察用電子ビームKは、結像レンズ
8、10を通過した後に、MCP(Micro Channel Plat
e)等の電子ビーム検出器11上に結像する。ここで、
照明レンズ2、3、結像レンズ8、10も、カソードレ
ンズ6と同様、アインツェルレンズであり、その中央電
極は−5〜−10kV程度の高電位となっている。
When a sample 7 is irradiated with an electron beam, secondary electrons, reflected electrons, backscattered electrons and the like are emitted from the sample. At least one of these electrons becomes the observation electron beam K. Here, the speed of the reflected electrons is 10 eV
It is about. Observation electron beam K emitted from sample 7
Is again accelerated to about 10 keV by an electric field formed between the sample 7 and the first electrode 6a of the cathode lens 6. Thereafter, the observation electron beam K passes through the other electrodes 6 b and 6 c of the cathode lens 6, further passes through the aperture stop 5, and enters the beam separator 4. Then, by satisfying the Wien condition, the observation electron beam K that has passed straight through the beam separator 4 passes through the imaging lenses 8 and 10, and then has an MCP (Micro Channel Platform).
The image is formed on the electron beam detector 11 as shown in e). here,
Similarly to the cathode lens 6, the illumination lenses 2, 3 and the imaging lenses 8, 10 are also Einzel lenses, and the central electrode has a high potential of about -5 to -10 kV.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電子線光学
系は、照明レンズ、カソードレンズ、結像レンズを通過
する際の電子ビームのエネルギーが高いために、色収差
が低くなるという利点ががあった。しかし、以下に述べ
る大きな2つの問題があった。その1つは、電子線光学
系のコストが非常に高いという点である。すなわち、前
述したように、照明レンズ、カソードレンズ、結像レン
ズとなるアインツェルレンズは、いずれも高圧印加をす
る必要があり、そのため非常にコストの高い高圧電源と
高耐圧型の電極とを用いていた。ここで、各アインツェ
ルレンズを高圧印加せずに比較的低圧印加とした場合、
すなわち、低コストの電源と電極を用いた場合、各アイ
ンツェルレンズの焦点距離は長くなり、その分、全体の
光路長も長くなってしまう。このように、電子線光学系
が大型化してしまうため、アインツェルレンズの低コス
ト化は難しい。もう1つの問題は、試料の高圧印加に伴
う昇圧に長時間を要する、すなわち、観察効率が低い点
である。前述したように、試料は高圧印加されるが、急
激に高圧印加すると試料はダメージを受け、破損に至る
場合がある。したがって、試料の昇圧は時間をかけて行
い、試料にダメージを与えないようにしていた。
The above-mentioned conventional electron beam optical system has an advantage that chromatic aberration is reduced because the energy of an electron beam passing through an illumination lens, a cathode lens, and an imaging lens is high. Was. However, there were two major problems described below. One is that the cost of the electron beam optics is very high. That is, as described above, the illumination lens, the cathode lens, and the Einzel lens serving as the imaging lens all need to apply a high voltage, and therefore use a very expensive high-voltage power supply and a high-voltage type electrode. I was Here, when applying a relatively low pressure without applying a high pressure to each Einzel lens,
That is, when a low-cost power supply and electrodes are used, the focal length of each Einzel lens becomes longer, and the entire optical path length becomes longer accordingly. As described above, since the size of the electron beam optical system is increased, it is difficult to reduce the cost of the Einzel lens. Another problem is that it takes a long time to increase the pressure due to the application of a high pressure to the sample, that is, the observation efficiency is low. As described above, the sample is applied with a high pressure. However, if a high pressure is applied rapidly, the sample may be damaged and may be damaged. Therefore, the pressure of the sample is increased over time so as not to damage the sample.

【0005】これらの問題は、2次電子を観察用電子ビ
ームとして用いた場合の方が、反射電子を観察用電子ビ
ームとして用いた場合に比べて、更に大きなものとなっ
ていた。それは以下の理由による。一般的に、反射電子
が試料から一方向に放出されるのに対して、2次電子は
試料から等方的に放出される。したがって、2次電子の
場合には、観察の精度(S/N)を向上するために、試
料からカソードレンズへの2次電子の引き上げ量、いわ
ゆる収量を大きくする必要があった。そのため、試料
と、カソードレンズの第1電極との間に形成する電界
を、その分強くしなければならなかった。結果的に、試
料、並びに、アインツェルレンズである照明レンズ、カ
ソードレンズ、結像レンズは、どれも高圧印加されるこ
とになり、上記2つの問題を助長していた。
[0005] These problems are even greater when secondary electrons are used as the observation electron beam than when reflected electrons are used as the observation electron beam. It is for the following reasons. Generally, reflected electrons are emitted from the sample in one direction, while secondary electrons are emitted isotropically from the sample. Therefore, in the case of secondary electrons, it is necessary to increase the amount of secondary electrons pulled from the sample to the cathode lens, that is, the so-called yield, in order to improve the observation accuracy (S / N). Therefore, the electric field formed between the sample and the first electrode of the cathode lens must be increased accordingly. As a result, the sample and the illumination lens, the cathode lens, and the imaging lens, which are Einzel lenses, are all subjected to high pressure, which has promoted the above two problems.

【0006】ここで、2次電子による観察の精度を向上
するため、前述したように試料と第1電極との間の電界
を強くする手法を取らずに、開口絞りの内径を大きくす
ることで2次電子の収量を多くする手法を取った場合、
上記問題と引き換えに、収差が悪化して、分解能が低下
するといった別の問題が生じる。したがって本発明は、
全光路長と、観察電子収量や分解能等の観察に係る品質
とを維持しつつ、低コストで、観察効率の高い電子線光
学系を提供することを課題とする。
Here, in order to improve the accuracy of observation by secondary electrons, the inner diameter of the aperture stop is increased without increasing the electric field between the sample and the first electrode as described above. If you take the method of increasing the yield of secondary electrons,
In exchange for the above problem, another problem such as deterioration of aberration and reduction of resolution occurs. Therefore, the present invention
It is an object of the present invention to provide a low-cost, high-observation-efficiency electron beam optical system while maintaining the total optical path length and the quality related to observation such as observation electron yield and resolution.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、添付図面に
付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、照射用
電子線(S)を試料面(7)に照射させる照射手段と、
試料面(7)から放出される観察用電子線(K)を電子
線検出手段(11)に結像させる観察手段とを備え、試
料面(7)と、観察手段の最も試料面(7)側に配置さ
れた電極(6a)との間に、観察用電子線(K)を加速
させる電位差を設けた電子線光学系において、観察手段
の最も試料面(7)側に配置された電極(6a)を、接
地電位に対して正電位に印加したことを特徴とする電子
線光学系である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem. That is, when the reference numerals in the accompanying drawings are added in parentheses, the present invention provides an irradiation electron beam (S). ) On the sample surface (7);
An observation means for forming an electron beam for observation (K) emitted from the sample surface (7) on the electron beam detection means (11); a sample surface (7); and the most sample surface (7) of the observation means. In the electron beam optical system in which a potential difference for accelerating the observation electron beam (K) is provided between the electrode (6a) and the electrode (6a) arranged on the side, the electrode ( 6a) is an electron beam optical system characterized by applying a positive potential to a ground potential.

【0008】また本発明は、照射線源(1)から発する
照射用電子線(S)を照射光学系(2、3)を介して光
路切換手段(4)に入射させ、光路切換手段(4)を通
過した照射用電子線(S)を対物光学系(6)を介して
試料面(7)に入射させ、試料面(7)から放出される
観察用電子線(K)を対物光学系(6)を介して光路切
換手段(4)に入射させ、光路切換手段(4)によって
照射線源(1)に至る方向とは異なる方向に観察用電子
線(K)を導き、光路切換手段(4)を通過した後の観
察用電子線(K)を結像光学系(8、10)を介して電
子線検出手段(11)に入射させ、試料面(7)と、対
物光学系(6)の最も試料面(7)側に配置された電極
(6a)との間に、観察用電子線(K)を加速させる電
位差を設けた電子線光学系において、対物光学系(6)
の最も試料面(7)側に配置された電極(6a)を、接
地電位に対して正電位に印加したことを特徴とする電子
線光学系である。
Further, according to the present invention, an irradiation electron beam (S) emitted from an irradiation beam source (1) is made incident on an optical path switching means (4) via an irradiation optical system (2, 3), and the light path switching means (4). ) Is passed through the objective optical system (6) to the sample surface (7) via the objective electron beam (S), and the observation electron beam (K) emitted from the sample surface (7) is passed through the objective optical system. The observation electron beam (K) is introduced into the optical path switching means (4) via (6), and guided by the optical path switching means (4) in a direction different from the direction reaching the irradiation source (1). The observation electron beam (K) after passing through (4) is incident on the electron beam detection means (11) via the imaging optical system (8, 10), and the sample surface (7) and the objective optical system ( Electrons having a potential difference for accelerating the observation electron beam (K) between the electrode (6a) disposed closest to the sample surface (7) in (6). In the optical system, an objective optical system (6)
An electron beam optical system characterized in that the electrode (6a) disposed closest to the sample surface (7) is applied with a positive potential with respect to the ground potential.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図1は、本発明による電子線光学系の第1
実施例を示す。電子銃1から発せられた照射用電子ビー
ムSは、照明レンズ2、3によって整形された後、ビー
ムセパレータ4に入射する。ここで、照射用電子ビーム
Sは、5keVに加速されている。また、照明レンズ
2、3は、3枚の電極(不図示)からなるアインツェル
レンズである。また、ビームセパレータ4には、例えば
ウィーンフィルターが用いられる。ビームセパレータ4
に入射して、偏向した照射用電子ビームSは、開口絞り
5の位置にてクロスオーバの像を形成した後、カソード
レンズ6を通過して、試料7をケーラー照明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first example of the electron beam optical system according to the present invention.
An example will be described. The irradiation electron beam S emitted from the electron gun 1 is shaped by the illumination lenses 2 and 3 and then enters the beam separator 4. Here, the irradiation electron beam S is accelerated to 5 keV. The illumination lenses 2 and 3 are Einzel lenses including three electrodes (not shown). The beam separator 4 is, for example, a Wien filter. Beam separator 4
The electron beam S for irradiation deflected to form a crossover image at the position of the aperture stop 5, passes through the cathode lens 6, and illuminates the sample 7 with Koehler illumination.

【0010】ここで、カソードレンズ6は、カソードレ
ンズ第1電極6a、カソードレンズ第2電極6b、カソ
ードレンズ第3電極6cの3枚の電極で構成されてい
る。そして、カソードレンズ第1電極6aは,第1電極
電源15aにて、+16kVに印加されている。カソー
ドレンズ第2電極6bは,第2電極電源15bにて、−
1.3kVに印加されている。カソードレンズ第3電極
6cは、接地されている。このように、カソードレンズ
6は、その両端電極が接地されているアインツェルレン
ズとは異なる構成となっている。また試料7は、試料電
源14にて、−4kVに印加されている。このようにし
て、試料7とカソードレンズ第1電極6aとの間には電
界(以後、第1電界と呼ぶ。)が形成される。この第1
電界によって、照射電子ビームSは、1keVまで減速
して試料7に入射する。ここでは、電子銃1、照明レン
ズ2、3、ビームセパレータ4、開口絞り5、カソード
レンズ6が、照射手段となっている。
Here, the cathode lens 6 is composed of three electrodes: a first electrode 6a of the cathode lens, a second electrode 6b of the cathode lens, and a third electrode 6c of the cathode lens. The cathode electrode first electrode 6a is applied with +16 kV by the first electrode power supply 15a. The cathode lens second electrode 6b is connected to the second electrode power supply 15b by a negative voltage.
It is applied to 1.3 kV. The cathode lens third electrode 6c is grounded. As described above, the cathode lens 6 has a different configuration from the Einzel lens in which both electrodes are grounded. The sample 7 is applied with -4 kV by the sample power supply 14. Thus, an electric field (hereinafter, referred to as a first electric field) is formed between the sample 7 and the cathode lens first electrode 6a. This first
The irradiation electron beam S is decelerated to 1 keV by the electric field and is incident on the sample 7. Here, the electron gun 1, the illumination lenses 2, 3, the beam separator 4, the aperture stop 5, and the cathode lens 6 are irradiation means.

【0011】試料7からは、エネルギーが1〜2eV程
度の2次電子が放出されて、これが観察用電子ビームK
として用いられる。この観察用電子ビームKは、第1電
界によって引き上げられて、カソードレンズ第1電極6
aを通過するとき、約20keVに加速される。カソー
ドレンズ第1電極6aを通過した観察用電子ビームK
は、カソードレンズ第2電極6b、カソードレンズ第3
電極6cを通過した後、4keVまで減速される。カソ
ードレンズ6を通過した観察用電子ビームKは、開口絞
り5を通過して、ビームセパレータ4に入射する。ウィ
ーン条件を満たすことにより、ビームセパレータ4を直
進通過した観察用電子ビームKは、結像レンズ前群8を
通過した後に、中間像結像位置9に、一旦試料7の中間
像を形成する。ここで、結像レンズ前群8は、アインツ
ェルレンズであり、結像レンズ前群第1電極8a、結像
レンズ前群第2電極8b、結像レンズ前群第3電極8c
の3枚の電極で構成される。そして、その両端電極であ
る結像レンズ前群第1電極8a及び結像レンズ前群第3
電極8cは接地され、中央電極である結像レンズ前群第
2電極8bは−1.8kVに印加されている。
From the sample 7, secondary electrons having an energy of about 1 to 2 eV are emitted, and this is emitted by the observation electron beam K.
Used as The observation electron beam K is pulled up by the first electric field, and the cathode electrode first electrode 6
When passing through a, it is accelerated to about 20 keV. Observation electron beam K that has passed cathode electrode first electrode 6a
Are the cathode lens second electrode 6b and the cathode lens third electrode
After passing through the electrode 6c, the speed is reduced to 4 keV. The observation electron beam K that has passed through the cathode lens 6 passes through the aperture stop 5 and enters the beam separator 4. By satisfying the Wien condition, the observation electron beam K that has passed straight through the beam separator 4 passes through the front group 8 of the imaging lens, and then forms an intermediate image of the sample 7 once at the intermediate image forming position 9. Here, the imaging lens front group 8 is an Einzel lens, and the imaging lens front group first electrode 8a, the imaging lens front group second electrode 8b, and the imaging lens front group third electrode 8c.
And three electrodes. The first electrode 8a of the imaging lens front group and the third electrode of the imaging lens front group,
The electrode 8c is grounded, and the central electrode, ie, the second electrode 8b of the front lens group of the imaging lens, is applied with -1.8 kV.

【0012】更に、中間像結像位置9を通過した観察用
電子ビームKは、結像レンズ後群10を通過した後、電
子ビーム検出器11上に、試料7の拡大投影像を形成す
る。ここでは、カソードレンズ6、開口絞り5、ビーム
セパレータ4、結像レンズ前群8、結像レンズ後群10
が、観察手段となっている。ここで、結像レンズ後群1
0は、結像レンズ前群8と同様、アインツェルレンズで
あり、結像レンズ後群第1電極10a、結像レンズ後群
第2電極10b、結像レンズ後群第3電極10cの3枚
の電極で構成される。そして、結像レンズ後群第1電極
10a及び結像レンズ後群第3電極10cは接地され、
結像レンズ後群第2電極10bは−3.6kVに印加さ
れている。以上のように、本第1実施例では、試料7の
印加電位を比較的低くできるため、その昇圧に要する時
間を短くでき、観察効率を向上することができる。そし
て試料電源14に加えて、照明レンズ2、3の電源、結
像レンズ前群電源17、結像レンズ後群電源18から供
給する電位も、比較的低くできるため装置全体のコスト
を低くすることができる。また、カソードレンズ第1電
極6aは、正電位が印加されているため、正イオンであ
る不純物が付着しにくい構成となっている。
Further, the observation electron beam K passing through the intermediate image forming position 9 passes through the rear group 10 of the imaging lens, and then forms an enlarged projection image of the sample 7 on the electron beam detector 11. Here, a cathode lens 6, an aperture stop 5, a beam separator 4, an imaging lens front group 8, and an imaging lens rear group 10
Are the observation means. Here, the imaging lens rear group 1
Reference numeral 0 denotes an Einzel lens, similar to the front lens group 8, and three first electrodes 10a, rear lens groups 10b, and third electrodes 10c. Electrodes. Then, the imaging lens rear group first electrode 10a and the imaging lens rear group third electrode 10c are grounded,
The voltage of -3.6 kV is applied to the second electrode 10b of the rear group of the imaging lens. As described above, in the first embodiment, since the applied potential of the sample 7 can be made relatively low, the time required for boosting the voltage can be shortened, and the observation efficiency can be improved. In addition to the power supply for the sample 14, the power supply for the illumination lenses 2 and 3, the power supply 17 for the front lens unit of the imaging lens, and the electric potential supplied from the power supply 18 for the rear unit of the imaging lens can be made relatively low. Can be. In addition, since the cathode lens first electrode 6a is applied with a positive potential, the cathode lens first electrode 6a is configured such that impurities as positive ions hardly adhere thereto.

【0013】なお、本第1実施例では、カソードレンズ
6と結像レンズ前群8とによる光学系、いわゆる両側テ
レセントリック光学系にて一旦中間像を形成して、その
中間像を結像レンズ後群10によって電子ビーム検出器
11上に拡大投影しているが、この結像レンズ後群10
を除去して中間結像位置9に電子ビーム検出器11を配
置することもできる。また、本第1実施例では、カソー
ドレンズ6と結像レンズ前群8によって両側テレセント
リック光学系を構成する場合について説明したが、両側
テレセントリック光学系を構成しなくても良い。また、
本第1実施例では、観察用電子ビームKとして、2次電
子を用いたが、その代わりに、反射電子や後方散乱電子
を用いても良い。その際、各レンズへの印加電圧を変更
すれば良い。
In the first embodiment, an intermediate image is once formed by an optical system composed of the cathode lens 6 and the front lens unit 8 of the imaging lens, that is, a so-called double-sided telecentric optical system, and the intermediate image is formed after the imaging lens. The group 10 projects the image on the electron beam detector 11 in an enlarged manner.
Can be removed and the electron beam detector 11 can be arranged at the intermediate imaging position 9. Further, in the first embodiment, the case has been described where the double-sided telecentric optical system is configured by the cathode lens 6 and the imaging lens front group 8, but the double-sided telecentric optical system need not be configured. Also,
In the first embodiment, secondary electrons are used as the observation electron beam K, but reflected electrons or backscattered electrons may be used instead. At this time, the voltage applied to each lens may be changed.

【0014】また、本第1実施例で用いた照射用電子ビ
ームS及び観察用電子ビームKの代わりに、正電荷を持
つイオンビームを用いることも可能である。その際、カ
ソードレンズ第1電極6aは、接地電位に対して負に印
加することになる。また、本第1実施例では、カソード
レンズ6として、3枚の電極からなる静電型の電子レン
ズを用いたが、第1電界を形成できれば良いので、カソ
ードレンズ第2電極6bとカソードレンズ第3電極6c
を除去して、カソードレンズ第1電極6aと磁場型レン
ズとによる構成としても良い。
Further, instead of the irradiation electron beam S and the observation electron beam K used in the first embodiment, an ion beam having a positive charge can be used. At that time, the cathode lens first electrode 6a is applied negatively with respect to the ground potential. In the first embodiment, an electrostatic electron lens composed of three electrodes is used as the cathode lens 6, but it is sufficient that the first electric field can be formed. Therefore, the cathode lens second electrode 6b and the cathode lens 3 electrode 6c
May be removed to form a structure including the cathode lens first electrode 6a and the magnetic field type lens.

【0015】次に表1にて、本第1実施例の電子線光学
系による分解能及び倍率のシミュレーション結果を示
す。但し、シミュレーションは、簡単のため、カソード
レンズ6、結像レンズ前群8による中間結像位置9での
分解能及び倍率とした。実際のシミュレーションは、2
次の有限要素法によるものである。すなわち、カソード
レンズ6、結像レンズ前群8における静電場をそれぞれ
求めて、その静電場での運動方程式を数値的に解くこと
によって電子ビームの軌跡を求めた。そして、第1実施
例による効果を確認するために、カソードレンズ6にア
インツェルレンズを用いた従来技術との比較を行った。
従来技術における各レンズの印加電圧は、第1実施例と
同等の分解能を得るために必要な電位を見積もった。
Next, Table 1 shows simulation results of resolution and magnification by the electron beam optical system of the first embodiment. However, for the sake of simplicity, the simulation was performed with the resolution and magnification at the intermediate imaging position 9 by the cathode lens 6 and the imaging lens front group 8. The actual simulation is 2
This is based on the following finite element method. That is, the trajectories of the electron beam were obtained by obtaining the electrostatic fields in the cathode lens 6 and the imaging lens front group 8, respectively, and numerically solving the equations of motion in the electrostatic fields. Then, in order to confirm the effect of the first embodiment, a comparison was made with a conventional technique using an Einzel lens for the cathode lens 6.
With respect to the voltage applied to each lens in the prior art, the potential required to obtain the same resolution as in the first embodiment was estimated.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】なお、上記シミュレーションは、以下の条
件にて行った。 観察視野 :200μm×200μm 2次電子収量 :試料から発生した2次電子の1% 2次電子色分散 :1eV 全長 :400mm 更に、色収差は主に第1電界の強さで決まるので、第1
実施例と従来技術における第1電界の強さを同じとし
た。ここで、2次電子色分散は、観察用電子ビームKで
ある2次電子のエネルギー分散を示す。エネルギーの異
なる電子ビームは、異なる軌道を通過するので、収差が
生じる。この収差が、一般に、電子線光学系における色
収差とされている。また、全長は、試料7と中間結像位
置9の距離を示す。
The above simulation was performed under the following conditions. Observation field: 200 μm × 200 μm Secondary electron yield: 1% of secondary electrons generated from the sample Secondary electron chromatic dispersion: 1 eV Overall length: 400 mm Furthermore, since chromatic aberration is mainly determined by the intensity of the first electric field, the first
The intensity of the first electric field in the example and the prior art was the same. Here, the secondary electron chromatic dispersion indicates the energy dispersion of the secondary electrons that are the observation electron beam K. Since electron beams having different energies pass through different trajectories, aberration occurs. This aberration is generally regarded as chromatic aberration in the electron beam optical system. The total length indicates the distance between the sample 7 and the intermediate imaging position 9.

【0018】表1による分解能と倍率のシミュレーショ
ン結果より、以下の効果の確認ができる。第1に、カソ
ードレンズ6にて同等の2次電子収量を得て、同等の分
解能を達成しようとする場合、従来技術では試料7へ−
20kVの印加が必要であるのに対して、第1実施例で
は−4kVの印加で可能である。すなわち、試料電源1
4による昇圧時間を短くすることができる。第2に、結
像レンズ前群第2電極8bへの印加電圧が大幅に低減で
きる。すなわち、結像レンズ前群電源17を低コスト化
できる。一方、第1実施例によるカソードレンズ第1電
極6aの電位と、従来技術によるカソードレンズ第2電
極6bの電位とがほぼ等しいことから、第1実施例のカ
ソードレンズ電源15は、従来技術のカソードレンズ電
源15と同等のコストとすることができる。ここで、第
1実施例におけるカソードレンズ第2電極6bには、−
1.3kVの印加が必要となるが、このために従来技術
には無い電源を追加する必要はない。すなわち、カソー
ドレンズ第2電極6bの電位は低電位であり、カソード
レンズ第1電極6aと共通のカソードレンズ電源15か
ら抵抗等を介して供給することができるので、カソード
レンズ電源15のコストは、従来技術とほぼ同等とな
る。このように、装置全体として、低コスト化すること
ができる。
The following effects can be confirmed from the simulation results of resolution and magnification shown in Table 1. First, in a case where the cathode lens 6 obtains the same secondary electron yield and achieves the same resolution, the conventional technique requires the sample 7-
While application of 20 kV is required, application of -4 kV is possible in the first embodiment. That is, the sample power supply 1
4 can reduce the boosting time. Second, the voltage applied to the second electrode 8b of the front lens unit of the imaging lens can be significantly reduced. That is, the cost of the front lens group power supply 17 can be reduced. On the other hand, since the potential of the cathode lens first electrode 6a according to the first embodiment is substantially equal to the potential of the cathode lens second electrode 6b according to the prior art, the cathode lens power supply 15 according to the first embodiment includes The cost can be made equivalent to that of the lens power supply 15. Here, the cathode lens second electrode 6b in the first embodiment has-
Although 1.3 kV needs to be applied, it is not necessary to add a power supply which does not exist in the related art. That is, the potential of the cathode lens second electrode 6b is low and can be supplied from the cathode lens power supply 15 common to the cathode lens first electrode 6a via a resistor or the like. It is almost equivalent to the prior art. Thus, the cost of the entire apparatus can be reduced.

【0019】第3に、中間像位置9における拡大倍率
は、従来技術に比べて、第1実施例の方が大きくでき
る。これは、従来技術に比べて第1実施例では、電子ビ
ームのもつエネルギーが低く、カソードレンズ6を射出
した後の屈折率が低くなるためである。これにより、カ
ソードレンズ6と結像レンズ前群8によって両側テレセ
ン光学系を構成する場合、その分見かけの後側焦点距離
が短くなり、中間結像位置9における拡大倍率が向上す
る。なお、電子線光学系の屈折率は、一般的に、電子エ
ネルギーの平方根で見積もることができる。なお、上記
シミュレーションは、カソードレンズ6と結像レンズ前
群8による中間結像位置9でのものであったが、これに
結像レンズ後群10を含めても同様の結果を導くことが
できる。すなわち、2次電子収量及び分解能を悪化する
ことなく、又試料7と電子ビーム検出器11との距離を
長くすることなく、結像レンズ後群10の印加電圧を低
減することができる。また、照明レンズ2、3に関して
も同様の結果を導くことができる。
Third, the magnification at the intermediate image position 9 can be made larger in the first embodiment than in the prior art. This is because, in the first embodiment, the energy of the electron beam is lower than that of the prior art, and the refractive index after emitting the cathode lens 6 is lower. As a result, when a two-sided telecentric optical system is configured by the cathode lens 6 and the imaging lens front group 8, the apparent rear focal length is reduced by that amount, and the magnification at the intermediate imaging position 9 is improved. Incidentally, the refractive index of the electron beam optical system can be generally estimated by the square root of the electron energy. Although the above simulation was performed at the intermediate imaging position 9 by the cathode lens 6 and the front lens group 8, the same result can be obtained by including the rear lens group 10 in this. . That is, the voltage applied to the rear group 10 of the imaging lens can be reduced without deteriorating the secondary electron yield and resolution and without increasing the distance between the sample 7 and the electron beam detector 11. Similar results can be obtained for the illumination lenses 2 and 3.

【0020】次に図2にて、本発明による電子線光学系
の第2実施例を示す。本第2実施例は、前記第1実施例
におけるビームセパレータ4を除去した構成となってい
る。そして、第2実施例では、電子銃1より発した照射
用電子ビームSを、照明レンズ2、3を通過させた後、
直接試料7に入射させる。その後、試料7より放出され
た観察用電子ビームKが、電子ビーム検出器11に至る
までの過程は、ビームセパレータ4を経由しない点以外
は、第1実施例と同様である。ここでは、電子銃1、照
明レンズ2、3が、照射手段となっている。そして、カ
ソードレンズ6、開口絞り5、結像レンズ前群8、結像
レンズ後群10が、観察手段となっている。本第2実施
例においても、第1実施例と同様、試料7の印加電位を
比較的低くできるため、その昇圧に要する時間を短くで
き、観察効率を向上することができる。そして試料電源
14に加えて、照明レンズ2、3の電源、結像レンズ前
群電源17、結像レンズ後群電源18から供給する電位
も、比較的低くできるため装置全体のコストを低くする
ことができる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the electron beam optical system according to the present invention. The second embodiment has a configuration in which the beam separator 4 in the first embodiment is removed. In the second embodiment, after the irradiation electron beam S emitted from the electron gun 1 passes through the illumination lenses 2 and 3,
The light is directly incident on the sample 7. Thereafter, the process until the observation electron beam K emitted from the sample 7 reaches the electron beam detector 11 is the same as that of the first embodiment except that the observation electron beam K does not pass through the beam separator 4. Here, the electron gun 1 and the illumination lenses 2 and 3 are irradiation means. The cathode lens 6, the aperture stop 5, the front group 8 of the imaging lens, and the rear group 10 of the imaging lens constitute an observation unit. Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, since the applied potential of the sample 7 can be made relatively low, the time required for boosting the voltage can be shortened, and the observation efficiency can be improved. In addition to the power supply for the sample 14, the power supply for the illumination lenses 2 and 3, the power supply 17 for the front lens unit of the imaging lens, and the electric potential supplied from the power supply 18 for the rear unit of the imaging lens can be made relatively low. Can be.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のように本発明では、全光路長を維
持し、観察電子収量と分解能を維持しつつ、観察倍率を
向上して、低コストで、観察効率の高い電子線光学系を
提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the observation magnification while maintaining the total optical path length, the observation electron yield and the resolution, and realize a low-cost and high observation efficiency electron beam optical system. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例による電子線光学系を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing an electron beam optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例による電子線光学系を示す
図である。
FIG. 2 is a view showing an electron beam optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の電子線光学系を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a conventional electron beam optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子銃 2、3…照明レンズ 4…ビームセパレータ 5…開口絞り 6…カソードレンズ 6a…カソードレンズ第1電極 6b…カソードレンズ第2電極 6c…カソードレンズ第3電極 7…試料 8…結像レンズ前群 8a…結像レンズ前群第1電極 8b…結像レンズ前群第2電極 8c…結像レンズ前群第3電極 9…中間結像位置 10…結像レンズ後群 10a…結像レンズ後群第1電極 10b…結像レンズ後群第2電極 10c…結像レンズ後群第3電極 11…電子ビーム検出器 14…試料電源 15…カソードレンズ電源 15a…第1電極電源 15b…第2電極電
源 17…結像レンズ前群電源 18…結像レンズ後
群電源 S…照射用電子ビーム K…観察用電子ビー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun 2, 3 ... Illumination lens 4 ... Beam separator 5 ... Aperture stop 6 ... Cathode lens 6a ... Cathode lens first electrode 6b ... Cathode lens second electrode 6c ... Cathode lens third electrode 7 ... Sample 8 ... Image formation Lens front group 8a: imaging lens front group first electrode 8b: imaging lens front group second electrode 8c: imaging lens front group third electrode 9: intermediate imaging position 10: imaging lens rear group 10a: imaging Lens rear group first electrode 10b ... imaging lens rear group second electrode 10c ... imaging lens rear group third electrode 11 ... electron beam detector 14 ... sample power supply 15 ... cathode lens power supply 15a ... first electrode power supply 15b ... Two-electrode power supply 17: Power supply for front group of imaging lens 18: Power supply for rear group of imaging lens S: Electron beam for irradiation K: Electron beam for observation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】照射用電子線を試料面に照射させる照射手
段と、 前記試料面から放出される観察用電子線を電子線検出手
段に結像させる観察手段とを備え、 前記試料面と、前記観察手段の最も試料面側に配置され
た電極との間に、前記観察用電子線を加速させる電位差
を設けた電子線光学系において、 前記観察手段の最も試料面側に配置された電極を、接地
電位に対して正電位に印加したことを特徴とする電子線
光学系。
An irradiation means for irradiating the sample surface with an electron beam for irradiation; and an observation means for forming an image of the observation electron beam emitted from the sample surface on an electron beam detection means. In an electron beam optical system provided with a potential difference for accelerating the observation electron beam between the electrode disposed on the most sample side of the observation means, the electrode disposed on the most sample side of the observation means. An electron beam optical system, wherein the electron beam optical system is applied to a positive potential with respect to a ground potential.
【請求項2】照射線源から発する照射用電子線を照射光
学系を介して光路切換手段に入射させ、該光路切換手段
を通過した前記照射用電子線を対物光学系を介して試料
面に入射させ、該試料面から放出される観察用電子線を
前記対物光学系を介して前記光路切換手段に入射させ、
該光路切換手段によって前記照射線源に至る方向とは異
なる方向に前記観察用電子線を導き、前記光路切換手段
を通過した後の前記観察用電子線を結像光学系を介して
電子線検出手段に入射させ、 前記試料面と、前記対物光学系の最も試料面側に配置さ
れた電極との間に、前記観察用電子線を加速させる電位
差を設けた電子線光学系において、 前記対物光学系の最も試料面側に配置された電極を、接
地電位に対して正電位に印加したことを特徴とする電子
線光学系。
2. An irradiation electron beam emitted from an irradiation source is made incident on an optical path switching means via an irradiation optical system, and the irradiation electron beam passing through the optical path switching means is projected onto a sample surface via an objective optical system. Incident, the observation electron beam emitted from the sample surface is incident on the optical path switching means via the objective optical system,
The observation electron beam is guided by the light path switching means in a direction different from the direction reaching the irradiation beam source, and the observation electron beam after passing through the light path switching means is detected by an electron beam through an imaging optical system. An electron beam optical system provided with a potential difference for accelerating the observation electron beam between the sample surface and an electrode disposed closest to the sample surface of the objective optical system. An electron beam optical system, wherein an electrode disposed closest to a sample surface of the system is applied with a positive potential with respect to a ground potential.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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