(57)【要約】【課題】  低加速電圧での高分解能観察が可能な対物レンズを備えた走査電子顕微鏡において、高加速電圧においても、高分解能観察が可能な走査電子顕微鏡を提供する。【解決手段】  試料へ電子ビームを照射して発生する二次信号から試料の画像を得る走査電子顕微鏡であって、電子源の陰極と第二陽極との間に加速電圧を印加する高電圧制御電源と、下磁極開放型であって薄肉部を有する対物レンズと、対物レンズのコイルに流れる電流を変えて励磁強度を変更する対物レンズ制御電源とを備え、予め定められた加速電圧よりも高い加速電圧が印加される場合は、対物レンズ制御電源は、対物レンズのコイルに流れる電流を増加させる構成とする。【選択図】図１
2009205936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料へ電子ビームを照射して発生する二次信号から試料の画像を得る走査電子顕微鏡であって、電子源の陰極と第二陽極との間に加速電圧を印加する高電圧制御電源と、前記電子ビームを細く絞るための下磁極開放型であって薄肉部を有する対物レンズと、該対物レンズのコイルに流れる電流を変えて励磁強度を変更する対物レンズ制御電源とを備え、予め定められた加速電圧よりも高い加速電圧が印加される場合は、前記対物レンズ制御電源は、前記対物レンズのコイルに流れる電流を増加させることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記予め定められた加速電圧よりも高い加速電圧が印加される場合は、前記対物レンズの主面位置が前記試料から離れる方向へ移動することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記予め定められた加速電圧よりも高い加速電圧が印加される場合は、前記対物レンズの主面位置が前記対物レンズに設けられた薄肉部へ移動することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記対物レンズの薄肉部は、前記対物レンズのコイルに流れる電流が予め定められた値以上になると磁場が漏洩するように形状が決められることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に電子ビームを照射して得られた二次信号から試料の画像を生成する走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、電子源から発生した電子ビームを、集束レンズおよび対物レンズにて細く絞り、二次元的に試料上を走査しながら照射することにより試料から発生した二次電子や反射電子などの二次信号を検出し、その検出信号と電子ビームの走査とを同期させた信号から試料の走査像を形成する装置である。
【０００３】
走査電子顕微鏡において、近年、２ｋＶ以下の低い加速電圧での高分解能観察の要求が高く、そのために、試料を対物レンズに近づけて対物レンズの主面との距離を短くすることが行われている。一方、Ｘ線を用いた試料の元素分析を行うときは、試料からＸ線を放出させるために高い加速電圧とする必要がある。しかしながら、対物レンズの主面と試料との距離が短い場合、対物レンズ磁路の飽和のために、フォーカスに必要な磁界強度が得られなくなり、試料と対物レンズとの距離を長くしなければならない。
【０００４】
低い加速電圧での高分解能観察の場合は、試料を対物レンズに近づけるように、高い加速電圧での元素分析の場合は、試料を対物レンズから遠ざけるように、試料を上下に動かすことで実現は可能である。しかしながら、試料を上または下へ移動させている待ち時間が長く、また、移動させた後にフォーカスなどの調整が必要となるため、さらに時間がかかる。半導体デバイスが形成された半導体ウェーハを試料として観察または欠陥検査する場合は、製造歩留り向上のため、検査装置に対しても高いスループットの要求があるため、試料の上下動の機構は採用を見送らざるを得ない。
【０００５】
一方、走査電子顕微鏡のフォーカスの高速性を実現する技術として、高分解能観察とＸ線分析の両立を目的として、Ｘ線分析時の高い加速電圧では、対物レンズのコイルに流れる電流をＯＦＦまたは少なくして励磁をＯＦＦまたは弱励磁とし、対物レンズよりも電子源側に配置された集束レンズ、または高加速電圧専用の対物レンズを設けて、フォーカスを行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、上記手法では、高加速電圧の観察条件において、試料とフォーカスさせるレンズの主面との距離、または焦点距離が、低加速電圧の観察条件におけるそれと大きく異なることで、分解能が大きく低下してしまう。近年は、高加速電圧条件でＸ線分析だけでなく試料の観察像の分解能向上も求められており、上記手法ではこれに対応することができない。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１３５０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、低加速電圧での高分解能観察が可能な対物レンズを備えた走査電子顕微鏡において、高加速電圧においても、高分解能観察が可能な走査電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、試料へ電子ビームを照射して発生する二次信号から試料の画像を得る走査電子顕微鏡であって、電子源の陰極と第二陽極との間に加速電圧を印加する高電圧制御電源と、下磁極開放型であって薄肉部を有する対物レンズと、対物レンズのコイルに流れる電流を変えて励磁強度を変更する対物レンズ制御電源とを備え、予め定められた加速電圧よりも高い加速電圧が印加される場合は、対物レンズ制御電源は、対物レンズのコイルに流れる電流を増加させる構成としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施態様によれば、低加速電圧での高分解能観察が可能な対物レンズを備えた走査電子顕微鏡において、高加速電圧においても、高分解能観察が可能な走査電子顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、走査電子顕微鏡の主要部の構成を示す縦断面図で、外気と遮断するための真空カラムと試料室は省略されている。電子ビームを発生する電子源は、陰極１と、第一陽極２と、第二陽極３とから構成されている。陰極１と第一陽極２の間には、高電圧制御電源３０により引出電圧が印加され、所定のエミッション電流の電子ビーム４が陰極１から引き出される。陰極１と第二陽極３の間には、高電圧制御電源３０により加速電圧が印加されるため、陰極１から放出された電子ビーム４は、加速されて、後段のレンズ系に進行する。
【００１２】
低加速電圧による観察の場合は、予め定められた電圧値よりも低い加速電圧を印加し、高加速電圧による観察またはＸ線分析の場合は、予め定められた電圧値よりも高い加速電圧を印加する。
【００１３】
電子ビーム４は、絞り板５により電子ビーム４の外周に近い不要なエネルギー領域が制限され、集束レンズ制御電源３１により励磁強度が制御された集束レンズ６で集束される。その後、電子ビーム４は、下磁極開放型の対物レンズ制御電源３４で制御された対物レンズ７により、試料８に対して細く絞られる。一方、細く絞られた電子ビーム４を試料８の表面で走査するため、観察倍率に応じた走査幅になるように走査偏向器制御電源３３により制御された走査偏向器１０で、電子ビーム４が偏向される。
【００１４】
高電圧制御電源３０，集束レンズ制御電源３１，走査偏向器制御電源３３，対物レンズ制御電源３４は、マイクロプロセッサを含む制御部５０により、制御される。
【００１５】
電子ビーム４の照射によって試料８から発生した二次電子１１は、検出器９により検出される。検出信号は、信号増幅器３２にて増幅され、制御部５０にて電子ビーム４の走査と同期した信号処理がなされ、像表示装置３５に試料像として表示される。
【００１６】
図１および図２に示すように、対物レンズ７には、レンズギャップ１３の近傍に、磁極の一部分を薄肉化した薄肉部１２が設けられ、高加速電圧での観察における対物レンズ７の磁場の分布において、薄肉部１２から磁場漏洩が生じるようにする。対物レンズ７のコイルに流れる電流が、予め定められた値以上になると、磁場漏洩が生じるように薄肉部１２の形状を決める。薄肉部１２の肉厚は、低加速電圧での観察における対物レンズ７の磁場の分布においては、薄肉部１２からの磁場漏洩がないまたは少なくなるように決める。
【００１７】
図２は、図１に示した対物レンズを拡大した縦断面図であり、対物レンズ７の中心軸における軸上磁場分布１４を示す。図２（ａ）は、低加速電圧の観察のときの対物レンズ７の中心軸における軸上磁場分布１４を示し、対物レンズ７の主面位置１５ａは、対物レンズ７が下磁極開放型であるため、試料８に近い位置に存在する。また、図２（ｂ）は、高加速電圧の観察のときの対物レンズ７の中心軸における軸上磁場分布１４を示し、対物レンズ７のコイルの電流がある一定値以上になり、対物レンズ７の薄肉部１２から磁場が漏洩すると、対物レンズ７の主面位置１５ｂは、試料８から離れた方向の薄肉部１２の位置に存在する。対物レンズ７の主面位置１５ｂが試料８から離れていると、電子ビーム４の試料８へのフォーカスが容易であり、フォーカスずれの可能性が低くなるので、フォーカス合わせの時間が短縮できる。
【００１８】
また、対物レンズ７の薄肉部１２に主面位置１５ｂを作るように構成したので、低加速電圧の観察のときと、高加速電圧の観察のときとで、対物レンズ７の主面位置の移動を小さくでき、試料から少しだけ離れるだけなので、像の分解能の劣化を少なくすることができる。
【００１９】
図３は、図２と同じく、図１に示した対物レンズを拡大した縦断面図である。対物レンズ７に設ける薄肉部１２は、図２では、試料８の上面に対して、垂直な面と水平な面とを有する切り欠きの形状としたが、図３に示すように、垂直な面のかわりに対物レンズ７の磁極先端まで薄肉である形状でも、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】走査電子顕微鏡の主要部の構成を示す縦断面図。
【図２】図１に示した対物レンズを拡大した縦断面図。
【図３】図１に示した対物レンズを拡大した縦断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  陰極
２  第一陽極
３  第二陽極
４  電子ビーム
５  絞り板
６  集束レンズ
７  対物レンズ
８  試料
９  検出器
１０  走査偏向器
１１  二次電子
１２  薄肉部
１３  レンズギャップ
１４  軸上磁場分布
１５ａ，１５ｂ  主面位置
３０  高電圧制御電源
３１  集束レンズ制御電源
３２  信号増幅器
３３  走査偏向器制御電源
３４  対物レンズ制御電源
３５  像表示装置
５０  制御部
【図１】
2009205936.tif 000003
【図２】
2009205936.tif 000004
【図３】
2009205936.tif 000005