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JP4721821B2 - Scanning electron microscope and signal detection method in scanning electron microscope - Google Patents

Scanning electron microscope and signal detection method in scanning electron microscope Download PDF

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JP4721821B2 JP2005240677A JP2005240677A JP4721821B2 JP 4721821 B2 JP4721821 B2 JP 4721821B2 JP 2005240677 A JP2005240677 A JP 2005240677A JP 2005240677 A JP2005240677 A JP 2005240677A JP 4721821 B2 JP4721821 B2 JP 4721821B2
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本発明は走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡における信号検出方法に関し、更に詳しくは非導電性試料の観察を行なう場合における走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡における信号検出方法に関する。 The present invention relates to a scanning electron microscope and a signal detection method in the scanning electron microscope, and more particularly to a scanning electron microscope and a signal detection method in the scanning electron microscope when observing a non-conductive sample.

非導電性試料への電子ビーム照射による帯電が画像に与える影響は、帯電電位により2次電子の軌道が変えられ、画像に異常なコントラストが発生してしまうことである。このコントラストを少なくするには、場の影響を受けにくいエネルギーの高い電子を集める必要がある。   The effect of charging the non-conductive sample by electron beam irradiation on the image is that the trajectory of the secondary electrons is changed by the charging potential, and abnormal contrast occurs in the image. To reduce this contrast, it is necessary to collect high-energy electrons that are not easily affected by the field.

図5は従来装置の構成概念図である。図において、1は試料、2は該試料1を保持する試料ホルダである。3はセミインレンズ型の対物レンズである。EBは試料に照射される電子ビーム、4は試料表面から放出される2次電子を検出する2次電子検出器である。該2次電子検出器4で検出された信号は、図示しない画像処理部で画像処理され、試料表面像が得られることになる。   FIG. 5 is a conceptual diagram of the configuration of a conventional apparatus. In the figure, 1 is a sample, and 2 is a sample holder for holding the sample 1. 3 is a semi-in-lens type objective lens. EB is an electron beam applied to the sample, and 4 is a secondary electron detector for detecting secondary electrons emitted from the sample surface. The signal detected by the secondary electron detector 4 is subjected to image processing by an image processing unit (not shown), and a sample surface image is obtained.

セミインレンズタイプの磁場配置では、試料1上に非常に強い磁場が発生している。この時、試料1から放出される電子は、磁場と電子のエネルギーに関連した回転(ラーマ)運動をする。図中に示すらせん運動の軌跡がラーマ運動を示している。この時のラーマ半径rcは次式で表わされる。 In the semi-in-lens type magnetic field arrangement, a very strong magnetic field is generated on the sample 1. At this time, the electrons emitted from the sample 1 perform a rotation (rama) motion related to the magnetic field and the energy of the electrons. The locus of the spiral motion shown in the figure indicates the rama motion. Larmor radius r c at this time is expressed by the following equation.

c∝v/B
ここで、vは荷電粒子の速度、Bは磁束密度である。ここで、ラーマ半径はイオンが磁力線に巻き付いて回転する時の円の半径をいう。
r c ∝v / B
Here, v is the velocity of charged particles, and B is the magnetic flux density. Here, the llama radius is the radius of a circle when ions are wound around magnetic field lines and rotate.

上記式のラーマ半径の速度依存性から、図5に示すような位置に配置された2次電子検出器4には、小さい回転半径で回転してしまうエネルギーの低い電子は届かず、回転半径が大きいために直線的な軌道を持つことができるエネルギーの高い電子のみが2次電子検出器4に到達することができる。   Due to the speed dependency of the llama radius in the above formula, the secondary electron detector 4 arranged at the position shown in FIG. Only high-energy electrons that can have a linear trajectory because they are large can reach the secondary electron detector 4.

図に示す装置のもう一つの特徴は、軌道が直線的であるため、放出角度が試料表面に対して小さい電子が検出される点である。一般的に、エネルギーの高い電子は、わずかな小角散乱で試料表面から放出される必要があるため、試料表面に対して放出角度の小さい電子は試料の浅い位置から放出される。このため、エネルギーが高く、放出角度が試料表面に対して小さい電子は試料表面の形状に依存した情報を持つことになる。   Another feature of the apparatus shown in the drawing is that electrons having a small emission angle with respect to the sample surface are detected because the trajectory is linear. In general, high-energy electrons need to be emitted from the sample surface with a small small-angle scattering, and thus electrons having a small emission angle with respect to the sample surface are emitted from a shallow position of the sample. For this reason, electrons having high energy and a small emission angle with respect to the sample surface have information depending on the shape of the sample surface.

従来のこの種の装置としては、対物レンズ内に円筒状部材を設け、この円筒状部材の内側に、2次電子発生効率の高い面を設ける技術が知られている(例えば特許文献1参照)。また、インレンズタイプの対物レンズの電子源側に配置した検出器を有し、試料の面に対して小さな角度をなす方向に放出された反射電子を検出した試料像を形成する装置が知られている(例えば特許文献2参照)。
特開2001−57172号公報(段落0014〜0024、図1) 特開2001−110351号公報(段落0015〜0019、図1)
As a conventional device of this type, a technique is known in which a cylindrical member is provided in an objective lens, and a surface with high secondary electron generation efficiency is provided inside the cylindrical member (see, for example, Patent Document 1). . Also known is an apparatus that has a detector arranged on the electron source side of an in-lens type objective lens and forms a sample image by detecting reflected electrons emitted in a direction that makes a small angle with respect to the surface of the sample. (For example, refer to Patent Document 2).
JP 2001-57172 A (paragraphs 0014 to 0024, FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-110351 (paragraphs 0015 to 0019, FIG. 1)

低角度、高エネルギーの電子は、ほぼ直線的な運動をすると考えられるため、検出器の視野が作動距離(ワークディスタンス:WD)で決定されてしまう。ここで、低角度とは、試料1から電子が放出される角度のことをいい、例えば低角度であるとは試料から放出される電子の角度が試料よりわずかに立ち上がった角度をいう。つまり、試料からほぼ水平方向に反射されることになる。検出器の視野(作動距離)が短かくなれば、信号量が減るため像のコントラスト差が小さくなる。そこで、視野を大きくしようと作動距離を長くすると、ビームが絞れず高分解能での観察が困難になってしまう。   Since low-angle, high-energy electrons are considered to move substantially linearly, the field of view of the detector is determined by the working distance (work distance: WD). Here, the low angle means an angle at which electrons are emitted from the sample 1, and for example, the low angle means an angle at which the angle of electrons emitted from the sample rises slightly from the sample. That is, the light is reflected almost horizontally from the sample. If the field of view (working distance) of the detector is shortened, the signal amount is reduced and the contrast difference of the image is reduced. Therefore, if the working distance is lengthened to increase the field of view, the beam cannot be narrowed down and observation with high resolution becomes difficult.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、作動距離を短くした状態で低角度、高エネルギーの電子を集めることができる走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡における信号検出方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a scanning electron microscope capable of collecting electrons at a low angle and high energy in a state where the working distance is shortened, and a signal detection method in the scanning electron microscope. The purpose is that.

本発明では、試料の周囲に壁を作り、低角度、高エネルギーの電子を一度壁に当ててそこから再放出される2次電子をセミインレンズ検出器(2次電子検出器)で検出するようにしたものである。   In the present invention, a wall is formed around the sample, and low-angle, high-energy electrons are once applied to the wall, and secondary electrons re-emitted therefrom are detected by a semi-in-lens detector (secondary electron detector). It is what I did.

(1)請求項1記載の発明は、少なくとも対物レンズで集束した電子ビームを試料の表面に照射し、該試料表面から放出された2次電子を2次電子検出器で検出し、該検出された2次電子に基づいて試料表面の画像を得るようにした走査電子顕微鏡において、前記試料の表面に金、白金又は銅でできた壁を有する2次電子放出部材を配置すると共に、該部材は電圧を印加できる構成とし、該部材の壁から放出された2次電子を前記2次電子検出器に導くように構成したことを特徴とする。 (1) According to the first aspect of the present invention, at least the electron beam focused by the objective lens is irradiated onto the surface of the sample, and secondary electrons emitted from the sample surface are detected by the secondary electron detector. In the scanning electron microscope in which an image of the sample surface is obtained based on the secondary electrons, a secondary electron emission member having a wall made of gold, platinum or copper is arranged on the surface of the sample, The configuration is such that a voltage can be applied, and secondary electrons emitted from the wall of the member are guided to the secondary electron detector.

(2)請求項2記載の発明は、前記2次電子放出部材は格子状の形状をしていることを特徴とする。
(3)請求項3記載の発明は、前記2次電子放出部材の格子間隔は、試料の磁場分布と対物レンズ形状から決められることを特徴とする。
(2) According to a second aspect of the invention, the secondary electron emission member is characterized in that it Na lattice shape.
(3) The invention according to claim 3 is characterized in that the lattice spacing of the secondary electron emission member is determined from the magnetic field distribution on the sample and the shape of the objective lens.

(4)請求項4記載の発明は、前記対物レンズは、インレンズ型若しくはセミインレンズ型であることを特徴とする。
(5)請求項5記載の発明は、前記2次電子検出器は、対物レンズ中若しくは対物レンズの上方に配置されていることを特徴とする。
(4) The invention according to claim 4 is characterized in that the objective lens is an in-lens type or a semi-in-lens type .
(5) The invention according to claim 5 is characterized in that the secondary electron detector is arranged in the objective lens or above the objective lens .

(6)請求項6記載の発明は、少なくとも対物レンズで集束した電子ビームを試料の表面に照射し、該試料表面から放出された2次電子を2次電子検出器で検出し、該検出された2次電子に基づいて試料表面の画像を得るようにした走査電子顕微鏡における信号検出方法において、前記試料の表面に金、白金又は銅でできた壁を有する2次電子放出部材が配置されていると共に、該部材に電圧を印加し、該部材の壁から放出された2次電子を前記2次電子検出器に導くようにすることを特徴とする。 (6) The invention according to claim 6 irradiates the surface of the sample with an electron beam focused at least by the objective lens, and detects secondary electrons emitted from the surface of the sample with a secondary electron detector. In a signal detection method in a scanning electron microscope that obtains an image of a sample surface based on secondary electrons, a secondary electron emission member having a wall made of gold, platinum, or copper is disposed on the surface of the sample. In addition, a voltage is applied to the member to guide secondary electrons emitted from the wall of the member to the secondary electron detector.

(7)請求項7記載の発明は、前記2次電子放出部材は格子状の形状をなしていることを特徴とする。
(8)請求項8記載の発明は、前記2次電子放出部材の格子間隔は、試料上の磁場分布と対物レンズ形状から決められることを特徴とする。
(7) The invention according to claim 7 is characterized in that the secondary electron emission member has a lattice shape .
(8) The invention according to claim 8 is characterized in that the lattice spacing of the secondary electron emission member is determined from the magnetic field distribution on the sample and the shape of the objective lens .

(1)請求項1記載の発明によれば、2次電子放出率の高い金、白金又は銅でできた壁に試料からの放出電子を衝突させ、該壁から放出される2次電子を2次電子検出器で検出するようにしたので、作動距離を短かくした状態で低角度、高エネルギーの電子を集めることができる。 (1) According to the first aspect of the present invention, the electrons emitted from the sample collide with a wall made of gold, platinum or copper having a high secondary electron emission rate, and the secondary electrons emitted from the wall are reduced to 2 Since the secondary electron detector is used for detection, low-angle, high-energy electrons can be collected with a short working distance.

(2)請求項2記載の発明によれば、壁として格子状の形状を用いた結果、該壁に当たった電子を効率よく2次電子に変換することができ、2次電子検出像を効率よく検出することができる。
(3)請求項3記載の発明によれば、壁の間隔を最適なものに設定することができ、発生する2次電子を増やすことができる。
(2) According to the invention described in claim 2, as a result of using a lattice-like shape as a wall, electrons hitting the wall can be efficiently converted into secondary electrons, and the secondary electron detection image can be efficiently converted. Can be detected well .
(3) According to the invention described in claim 3, the interval between the walls can be set to an optimum value, and the generated secondary electrons can be increased .

(4)請求項4記載の発明によれば、対物レンズをインレンズ型若しくはセミインレンズ型のいずれの場合にも本発明を適用することができる。 (4) According to the invention described in claim 4 , the present invention can be applied to the case where the objective lens is either an in-lens type or a semi-in-lens type .

(5)請求項5記載の発明によれば、2次電子検出器を2次電子を効率よく捕獲することができる位置に設けるので、2次電子検出像を効率よく検出することができる。
(6)請求項6記載の発明によれば、試料表面に2次電子放出率の高い金、白金又は銅でできた壁を配置することで、この部材に電圧を印加し、該部材の壁から放出された2次電子を2次電子検出器に導くことができる。
(5) According to the invention described in claim 5, since the secondary electron detector is provided at a position where the secondary electrons can be efficiently captured, the secondary electron detection image can be detected efficiently.
(6) According to the invention described in claim 6, by arranging a wall made of gold, platinum or copper having a high secondary electron emission rate on the sample surface, a voltage is applied to this member, and the wall of the member The secondary electrons emitted from can be guided to the secondary electron detector.

(7)請求項7記載の発明によれば、壁として格子状の形状を用いた結果、該壁に当たった電子を効率よく2次電子に変換することができ、2次電子検出像を効率よく検出することができる。
(8)請求項8記載の発明によれば、壁の間隔を最適なものに設定することができ、発生する2次電子を増やすことができる。
(7) According to the invention described in claim 7, as a result of using the lattice-like shape as the wall, electrons hitting the wall can be efficiently converted into secondary electrons, and the secondary electron detection image can be efficiently converted. Can be detected well .
(8) According to the invention described in claim 8, the interval between the walls can be set to an optimum value, and the generated secondary electrons can be increased .

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態例の要部の構成例を示す図である。図5と同一のものは、同一の符号を付して示す。(a)は試料1を上から見た図、(b)は(a)のA−A断面図である。図において、1は試料、2は該試料1を保持する試料ホルダである。6は試料1を覆う壁としてのメッシュである。該メッシュ6は2次電子放出率の高い材料でできている。例えば金や白金が用いられる。しかしながら、2次電子放出率は材質によりそれほど変わるものではなく、その他の材質例えば銅等を用いることができる。メッシュの格子の形状は、丸、三角等任意の形状であってよい。以下にメッシュ6の取り付け工程を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a main part of the first embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. (A) is the figure which looked at the sample 1 from the top, (b) is AA sectional drawing of (a). In the figure, 1 is a sample, and 2 is a sample holder for holding the sample 1. Reference numeral 6 denotes a mesh as a wall covering the sample 1. The mesh 6 is made of a material having a high secondary electron emission rate. For example, gold or platinum is used. However, the secondary electron emission rate does not vary so much depending on the material, and other materials such as copper can be used. The shape of the mesh lattice may be any shape such as a circle or a triangle. Below, the attachment process of the mesh 6 is demonstrated.

先ず、メッシュ6を試料1の上からかぶせる。次に、メッシュ6を試料ホルダ2に固定する。この時、メッシュ6が試料ホルダ2から電気的に浮かないようにする。つまり、メッシュ6と試料ホルダ2は電気的に同電位となるようにする。この結果、試料ホルダ2に電圧をかけるとメッシュ6にも同じ電圧がかかることになる。   First, the mesh 6 is placed over the sample 1. Next, the mesh 6 is fixed to the sample holder 2. At this time, the mesh 6 is prevented from electrically floating from the sample holder 2. That is, the mesh 6 and the sample holder 2 are made to have the same electric potential. As a result, when a voltage is applied to the sample holder 2, the same voltage is also applied to the mesh 6.

メッシュ6の格子間隔Wの決定には2つの条件がある。一つは、エネルギーの高い電子(反射電子)のラーマ半径以下にすることである。この条件を満たすことができなければ、電子を壁に当てることができない。もう一つの条件は、壁から再放出される2次電子が対物レンズ3の内壁に衝突しないように格子の間隔Wを十分小さくする必要がある。   There are two conditions for determining the lattice spacing W of the mesh 6. One is to make it less than the llama radius of high energy electrons (reflected electrons). If this condition cannot be met, electrons cannot hit the wall. Another condition is that the lattice interval W needs to be made sufficiently small so that secondary electrons re-emitted from the wall do not collide with the inner wall of the objective lens 3.

このことは、試料真上では磁場が強く、対物レンズ3内に入っていくことで磁場が急激に弱くなっていくような磁場配位の時に重要になる。この時、必要な格子間隔Wは対物レンズ形状及び試料上の磁場分布に依存するため、装置の磁場分布及び対物レンズ形状に対する電子軌道を計算する必要がある。   This is important when the magnetic field configuration is such that the magnetic field is strong directly above the sample and the magnetic field suddenly weakens as it enters the objective lens 3. At this time, since the necessary lattice interval W depends on the objective lens shape and the magnetic field distribution on the sample, it is necessary to calculate the electron trajectory for the magnetic field distribution of the apparatus and the objective lens shape.

格子の高さHはどの放出角までの電子を当てるかで決まるが、格子の間隔Wの半分程度が必要とされる。ここで、試料ホルダ2に電圧を印加する。7は試料ホルダ2に印加される電源である。該電源7の電圧は可変できるようになっている。このように構成されたものの動作を説明すれば、以下の通りである。   The height H of the lattice is determined by which emission angle the electron is applied to, but about half of the lattice interval W is required. Here, a voltage is applied to the sample holder 2. Reference numeral 7 denotes a power source applied to the sample holder 2. The voltage of the power source 7 can be varied. The operation of the above configuration will be described as follows.

電子銃(図示せず)から出射された電子ビームEBは、試料1に照射される。この時、試料1から放出された高エネルギーの電子は、ほぼ直線的に運動し、メッシュ6の内壁に衝突する。メッシュ6の内壁に衝突した電子は、メッシュ内壁から2次電子を放出させる。次に、試料ホルダ2に所定の電圧を電源7から印加すると、メッシュ内壁から放出された2次電子が2次電子検出器4(図5参照)によって検出される。   The sample 1 is irradiated with an electron beam EB emitted from an electron gun (not shown). At this time, the high-energy electrons emitted from the sample 1 move substantially linearly and collide with the inner wall of the mesh 6. The electrons colliding with the inner wall of the mesh 6 cause secondary electrons to be emitted from the inner wall of the mesh. Next, when a predetermined voltage is applied to the sample holder 2 from the power source 7, secondary electrons emitted from the inner wall of the mesh are detected by the secondary electron detector 4 (see FIG. 5).

このように、本発明によれば、メッシュ6の内壁に試料1からの放出電子を当て、該内壁から放出される2次電子を2次電子検出器4で検出するようにしたので、作動距離を短かくした状態で低角度、高エネルギーの電子を集めることができる。また、壁としてメッシュ条の形状を用いた結果、該壁に衝突した電子を効率よく2次電子に変換することができ、2次電子検出像を効率よく検出することができる。また、本発明によれば、格子の間隔を最適なものに設定することができ、発生する2次電子を増やすことができる。ここで、2次電子放出部材(メッシュ)の格子間隔は、試料近傍の磁場分布と対物レンズ形状から決めることができる。これによれば、壁の間隔を最適なものに設定することができ、発生する2次電子を増やすことができる。   As described above, according to the present invention, the emitted electrons from the sample 1 are applied to the inner wall of the mesh 6 and the secondary electrons emitted from the inner wall are detected by the secondary electron detector 4. Electrons with a low angle and high energy can be collected in a short state. Further, as a result of using the mesh strip shape as the wall, the electrons colliding with the wall can be efficiently converted into secondary electrons, and the secondary electron detection image can be detected efficiently. In addition, according to the present invention, the lattice spacing can be set to an optimum value, and the generated secondary electrons can be increased. Here, the lattice interval of the secondary electron emission member (mesh) can be determined from the magnetic field distribution near the sample and the shape of the objective lens. According to this, the space | interval of a wall can be set to the optimal thing and the secondary electron which generate | occur | produces can be increased.

図2は本発明の第2の実施の形態例を示す構成図である。図5と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、1は試料、2は該試料1を保持する試料ホルダ、3は対物レンズ、4は2次電子検出器である。10は対物レンズ3の内壁にはめ込まれた2次電子放出率の高い材料でできたパイプである。11は該パイプ10の中心に穿たれた電子ビーム及び電子通過用の穴である。7はパイプ10に電圧を印加する電源である。   FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. In the figure, 1 is a sample, 2 is a sample holder for holding the sample 1, 3 is an objective lens, and 4 is a secondary electron detector. Reference numeral 10 denotes a pipe made of a material having a high secondary electron emission rate, which is fitted into the inner wall of the objective lens 3. Reference numeral 11 denotes an electron beam and an electron passage hole formed in the center of the pipe 10. A power source 7 applies a voltage to the pipe 10.

図3はパイプの構成例を示す図である。図2と同一のものは、同一の符号を付して示す。(a)はパイプを下から見た図、(b)はそのA−A断面図である。図において、11は電子ビーム及び電子通過用穴、12〜14はパイプ10の底部に穿たれた穴である。これら穴12〜14は、対物レンズ内壁部を高真空に引く時に空気抵抗(コンダクタンス)を低減するための穴である。15,16はパイプ10の両端に設けられたパイプが上下に移動するためのつめである。このようなパイプの取り付け手順を説明すれば、以下の通りである。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a pipe. The same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. (A) is the figure which looked at the pipe from the bottom, (b) is the AA sectional drawing. In the figure, 11 is an electron beam and electron passage hole, and 12 to 14 are holes drilled in the bottom of the pipe 10. These holes 12 to 14 are holes for reducing air resistance (conductance) when the inner wall of the objective lens is pulled to a high vacuum. 15 and 16 are pawls for moving the pipes provided at both ends of the pipe 10 up and down. The procedure for attaching such a pipe will be described as follows.

先ず、金属のパイプ10を対物レンズ3の内壁にはめ込む(S1)。この場合において、パイプ10が壁の役割をする。観察する際には、パイプ10を試料1に接触させて使用する。低角の反射電子を壁に当てるために、試料とパイプ間の隙間を開けない方が効率的だからである。パイプ10の材質は、2次電子放出率の高いものを使用する。パイプ10の直径の決定には図1に示したものと同様に、二つの条件がある。   First, the metal pipe 10 is fitted into the inner wall of the objective lens 3 (S1). In this case, the pipe 10 serves as a wall. When observing, the pipe 10 is used in contact with the sample 1. This is because it is more efficient not to open a gap between the sample and the pipe in order to apply low-angle reflected electrons to the wall. The pipe 10 is made of a material having a high secondary electron emission rate. The determination of the diameter of the pipe 10 has two conditions, similar to that shown in FIG.

一つはエネルギーの高い電子(反射電子)のラーマ半径以下にすることである。この条件を満たさなければ、電子を壁に当てることはできない。もう一つは、壁から再放出される2次電子が対物レンズ3の内壁に衝突しないようにパイプの直径を十分小さくする必要がある。これは、試料1の真上では磁場が強く対物レンズ3内に入っていくことで磁場が急激に弱くなっていくような磁場配位の時に重要になる。この時、必要な直径は、対物レンズ形状及び試料上の磁場分布に依存するため、装置の磁場分布及び対物レンズ形状に対する電子軌道を計算する必要がある。   One is to make it less than the llama radius of high energy electrons (reflected electrons). If this condition is not satisfied, electrons cannot hit the wall. The other is that the diameter of the pipe needs to be sufficiently small so that secondary electrons re-emitted from the wall do not collide with the inner wall of the objective lens 3. This is important when the magnetic field configuration is such that the magnetic field is strong just above the sample 1 and enters the objective lens 3 so that the magnetic field suddenly weakens. At this time, since the required diameter depends on the objective lens shape and the magnetic field distribution on the sample, it is necessary to calculate the electron trajectory for the magnetic field distribution of the apparatus and the objective lens shape.

パイプ10を上下に移動させるための機構が必要である(S2)。パイプ10は、通常は対物レンズ内部に収めておいて、スキャンスピードを遅くした時にパイプ10を試料1と接触する位置まで下げるようにする。パイプ10には、電源7から電圧を印加する。この印加電圧は可変できるようにしておく。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。   A mechanism for moving the pipe 10 up and down is required (S2). The pipe 10 is usually housed inside the objective lens, and the pipe 10 is lowered to a position where it comes into contact with the sample 1 when the scanning speed is lowered. A voltage is applied to the pipe 10 from the power supply 7. This applied voltage is made variable. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.

先ず、観察位置、作動距離を決める。次に、パイプ10を試料に接触するまで下げる。パイプ10と試料1とが接触した状態で試料ホルダ2に電源7から(試料ホルダ2とパイプ10は接触しているので、電源7を印加すると試料ホルダ2にも印加されることになる)電圧を印加する。この結果、電子ビームEBが試料1に照射され、試料1から放出される電子は穴11を通ってパイプ10の内壁に衝突し、2次電子に変換される。この変換された2次電子が電源7からの電圧印加により、2次電子検出器4にて検出される。   First, the observation position and working distance are determined. Next, the pipe 10 is lowered until it contacts the sample. Voltage from the power source 7 to the sample holder 2 in a state in which the pipe 10 and the sample 1 are in contact (the sample holder 2 and the pipe 10 are in contact with each other, so when the power source 7 is applied, voltage is also applied to the sample holder 2) Apply. As a result, the sample 1 is irradiated with the electron beam EB, and electrons emitted from the sample 1 collide with the inner wall of the pipe 10 through the hole 11 and are converted into secondary electrons. The converted secondary electrons are detected by the secondary electron detector 4 by applying a voltage from the power source 7.

この実施の形態例によれば、インレンズ若しくはセミインレンズ型の対物レンズの内壁に2次電子放出率の高い材料でできたパイプをはめ込むことで、該パイプ内壁に衝突して2次電子に変換される効率を向上させることができ、作動距離を短かくした状態で低角度、高エネルギーの電子を集めることができる。   According to this embodiment, by fitting a pipe made of a material having a high secondary electron emission rate into the inner wall of an in-lens or semi-in-lens type objective lens, it collides with the inner wall of the pipe and becomes secondary electrons. The conversion efficiency can be improved, and low-angle, high-energy electrons can be collected with a short working distance.

図4は本発明の第3の実施の形態例の要部を示す構成図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、20は試料1(図示せず)を覆うメッシュである。2は試料1を保持する試料ホルダである。9は試料ホルダ2の上部に設けられた試料台である。(a)は試料を上から見た図、(b)はそのA−A断面図である。この場合、メッシュ20が壁の役割を果たす。格子の形状は丸,四角,三角等、任意の観察領域を囲んでいればどのような形状でもよい。メッシュ20の材質としては、2次電子放出率の高い物質を使用する。   FIG. 4 is a block diagram showing the main part of the third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 20 denotes a mesh covering the sample 1 (not shown). Reference numeral 2 denotes a sample holder for holding the sample 1. Reference numeral 9 denotes a sample table provided on the upper portion of the sample holder 2. (A) is the figure which looked at the sample from the top, (b) is the AA sectional drawing. In this case, the mesh 20 serves as a wall. The shape of the lattice may be any shape as long as it surrounds an arbitrary observation region such as a circle, square, or triangle. A material having a high secondary electron emission rate is used as the material of the mesh 20.

メッシュ20を試料台9と固定する。この時、メッシュ20が試料台9から浮かないようにする。即ち、試料ホルダ2に電源7から電圧を印加した時、試料台9を介してメッシュ20にも電圧が印加されるようにする。また、3点以上でメッシュ20を試料台9に固定することで、メッシュの位置を変えられるようにする。   The mesh 20 is fixed to the sample table 9. At this time, the mesh 20 is prevented from floating from the sample stage 9. That is, when a voltage is applied to the sample holder 2 from the power source 7, the voltage is also applied to the mesh 20 via the sample stage 9. Further, the mesh 20 is fixed to the sample table 9 at three or more points so that the position of the mesh can be changed.

ここで、メッシュ20の格子点間の間隔の決定には二つの条件がある。一つは、エネルギーの高い電子(反射電子)のラーマ半径以下にすることである。これを満たさなければ、電子を壁に衝突させることができない。もう一つは、壁から再放出される2次電子が対物レンズ3の内壁に衝突しないように格子間隔を十分小さくする必要がある。これは、試料真上では磁場が強く、対物レンズ3内に入っていくことで磁場が急激に弱くなっていくような磁場配位の時に重要になる。この時、必要な格子間隔は対物レンズ3及び試料1上の磁場分布に依存するため、装置の磁場分布及び対物レンズ形状に対する電子軌道を計算する必要がある。   Here, there are two conditions for determining the interval between the lattice points of the mesh 20. One is to make it less than the llama radius of high energy electrons (reflected electrons). If this is not satisfied, electrons cannot collide with the wall. The other is that the lattice spacing needs to be sufficiently small so that secondary electrons re-emitted from the wall do not collide with the inner wall of the objective lens 3. This is important when the magnetic field configuration is such that the magnetic field is strong just above the sample and the magnetic field suddenly weakens as it enters the objective lens 3. At this time, since the necessary lattice spacing depends on the magnetic field distribution on the objective lens 3 and the sample 1, it is necessary to calculate the electron trajectory for the magnetic field distribution of the apparatus and the objective lens shape.

格子の高さは、どの放出角までの電子を衝突させるかで決まる。それには格子の間隔の半分程度が必要となる。また、試料台9に印加する電圧は可変できるようにしておく。また、メッシュ20は、不良の際に交換できるように脱着可能な方法(例えばネジ止め等)で固定する。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。   The height of the lattice is determined by which emission angle the electrons collide with. This requires about half of the grid spacing. Further, the voltage applied to the sample stage 9 is made variable. Further, the mesh 20 is fixed by a detachable method (for example, screwing or the like) so that it can be replaced when it is defective. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.

試料1から放出された高エネルギーの電子は、ほぼ直線的に運動し、メッシュ20の内壁に衝突する。メッシュ20の内壁に衝突した電子は、メッシュ内壁から2次電子を放出させる。ここで、電源7から適当な電圧を印加すると、メッシュ内壁から放出された2次電子が2次電子検出器4(図2参照)で検出される。   High-energy electrons emitted from the sample 1 move substantially linearly and collide with the inner wall of the mesh 20. The electrons colliding with the inner wall of the mesh 20 cause secondary electrons to be emitted from the inner wall of the mesh. Here, when an appropriate voltage is applied from the power source 7, secondary electrons emitted from the inner wall of the mesh are detected by the secondary electron detector 4 (see FIG. 2).

この実施の形態例によっても、内壁に試料からの放出電子を衝突させ、該内壁から放出される2次電子を2次電子検出器で検出するようにしたので、作動距離を短かくした状態で低角度、高エネルギーの電子を集めることができる。   Also in this embodiment, since the electrons emitted from the sample collide with the inner wall and the secondary electrons emitted from the inner wall are detected by the secondary electron detector, the working distance is shortened. Low angle, high energy electrons can be collected.

以上、説明した実施の形態例1〜3の構成・動作について比較説明する。
(実施の形態例1)
本発明の効果を効率的に得るために最も簡単と思われる方法である。この方法は安価で構成も単純であるが、壁や試料は再利用できない。
(実施の形態例2)
本発明の効果を効率的に得るために、SEMそのもの(対物レンズ)に改良を加えたものである。実施の形態例1の方法では、メッシュと重なった部分の観察は行えないが、この方法では、試料を動かすことで観察位置を変えることができるため、試料の全面観察可能である。また、観察時の試料作成(メッシュのはりつけ)が不要である。
(実施の形態例3)
本発明の効果を効率的に得るために、試料ホルダに改良を加える方法である。この方法では、新しく対物レンズを作成する必要がなく、これまでの装置に応用可能である。メッシュは再利用することができ、試料を取り出した時にメッシュを動かすことで、試料の全面観察可能である。
The configuration and operation of Embodiments 1 to 3 described above will be described in comparison.
(Embodiment 1)
This is the simplest method for efficiently obtaining the effects of the present invention. This method is inexpensive and simple in construction, but walls and samples cannot be reused.
(Embodiment 2)
In order to efficiently obtain the effects of the present invention, the SEM itself (objective lens) is improved. In the method of the first embodiment, the portion overlapping the mesh cannot be observed, but in this method, the observation position can be changed by moving the sample, so that the entire surface of the sample can be observed. Moreover, it is not necessary to prepare a sample (meshing a mesh) during observation.
(Embodiment 3)
In order to efficiently obtain the effects of the present invention, the sample holder is improved. In this method, it is not necessary to create a new objective lens, and it can be applied to conventional apparatuses. The mesh can be reused, and the entire surface of the sample can be observed by moving the mesh when the sample is taken out.

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
1)低角度、高エネルギーの電子を検出器に取り込むことで、信号量を増やすことができる。
2)低角度、高エネルギーの電子は表面形状の情報を持っているため、SEM像の表面コントラストを強調することができる。
3)試料が非導電性の場合、低角度、高エネルギーの電子が表面コントラストを強調することで、帯電による異常コントラストを緩和することができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
1) The amount of signals can be increased by incorporating low-angle, high-energy electrons into the detector.
2) Since low-angle, high-energy electrons have surface shape information, the surface contrast of the SEM image can be enhanced.
3) When the sample is non-conductive, the low-angle, high-energy electrons enhance the surface contrast, thereby reducing abnormal contrast due to charging.

本発明の第1の実施の形態例の要部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the principal part of the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施の形態例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd Example of this invention. パイプの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a pipe. 本発明の第3の実施の形態例の要部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the principal part of the 3rd Example of this invention. 従来装置の構成概念図である。It is a composition conceptual diagram of the conventional device.

符号の説明Explanation of symbols

1 試料
2 試料ホルダ
6 メッシュ
7 電源
1 Sample 2 Sample holder 6 Mesh 7 Power supply

Claims (8)

少なくとも対物レンズで集束した電子ビームを試料の表面に照射し、該試料表面から放出された2次電子を2次電子検出器で検出し、該検出された2次電子に基づいて試料表面の画像を得るようにした走査電子顕微鏡において、
前記試料の表面に金、白金又は銅でできた壁を有する2次電子放出部材を配置すると共に、該部材は電圧を印加できる構成とし、該部材の壁から放出された2次電子を前記2次電子検出器に導くように構成したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
At least an electron beam focused by an objective lens is irradiated on the surface of the sample, secondary electrons emitted from the sample surface are detected by a secondary electron detector, and an image of the sample surface is based on the detected secondary electrons. In a scanning electron microscope designed to obtain
A secondary electron emission member having a wall made of gold, platinum, or copper is disposed on the surface of the sample, and the member is configured to be able to apply a voltage. Secondary electrons emitted from the wall of the member are A scanning electron microscope characterized by being guided to a secondary electron detector.
前記2次電子放出部材は格子状の形状をなしていることを特徴とする請求項1記載の走査電子顕微鏡。   2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the secondary electron emission member has a lattice shape. 前記2次電子放出部材の格子間隔は、試料上の磁場分布と対物レンズ形状から決められることを特徴とする請求項2記載の走査電子顕微鏡。   3. The scanning electron microscope according to claim 2, wherein the lattice spacing of the secondary electron emission member is determined from a magnetic field distribution on the sample and an objective lens shape. 前記対物レンズは、インレンズ型若しくはセミインレンズ型であることを特徴とする請求項1記載の走査電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the objective lens is an in-lens type or a semi-in-lens type. 前記2次電子検出器は、対物レンズ中若しくは対物レンズの上方に配置されていることを特徴とする請求項1記載の走査電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the secondary electron detector is disposed in the objective lens or above the objective lens. 少なくとも対物レンズで集束した電子ビームを試料の表面に照射し、該試料表面から放出された2次電子を2次電子検出器で検出し、該検出された2次電子に基づいて試料表面の画像を得るようにした走査電子顕微鏡における信号検出方法において、
前記試料の表面に金、白金又は銅でできた壁を有する2次電子放出部材が配置されていると共に、該部材に電圧を印加し、該部材の壁から放出された2次電子を前記2次電子検出器に導くようにすることを特徴とする走査電子顕微鏡における信号検出方法。
At least an electron beam focused by an objective lens is irradiated on the surface of the sample, secondary electrons emitted from the sample surface are detected by a secondary electron detector, and an image of the sample surface is based on the detected secondary electrons. In a signal detection method in a scanning electron microscope in which
A secondary electron emission member having a wall made of gold, platinum, or copper is disposed on the surface of the sample, and a voltage is applied to the member so that secondary electrons emitted from the wall of the member are A signal detection method in a scanning electron microscope, characterized in that the signal is guided to a secondary electron detector.
前記2次電子放出部材は格子状の形状をなしていることを特徴とする請求項6記載の走査電子顕微鏡における信号検出方法。   7. The signal detection method in a scanning electron microscope according to claim 6, wherein the secondary electron emission member has a lattice shape. 前記2次電子放出部材の格子間隔は、試料上の磁場分布と対物レンズ形状から決められることを特徴とする請求項7記載の走査電子顕微鏡における信号検出方法。   8. A signal detection method in a scanning electron microscope according to claim 7, wherein the lattice spacing of the secondary electron emission member is determined from the magnetic field distribution on the sample and the shape of the objective lens.
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