JPH0542102B2 - - Google Patents

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JPH0542102B2
JPH0542102B2 JP58160089A JP16008983A JPH0542102B2 JP H0542102 B2 JPH0542102 B2 JP H0542102B2 JP 58160089 A JP58160089 A JP 58160089A JP 16008983 A JP16008983 A JP 16008983A JP H0542102 B2 JPH0542102 B2 JP H0542102B2
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JP
Japan
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electron beam
electron
scanning
objective lens
sample
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JP58160089A
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English (en)
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JPS6050850A (ja
Inventor
Akinari Ono
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Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
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Publication of JPS6050850A publication Critical patent/JPS6050850A/ja
Publication of JPH0542102B2 publication Critical patent/JPH0542102B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/295Electron or ion diffraction tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はビームロツキング機能を備えた走査電
子顕微鏡に関する。
[従来技術] 近時、走査電子顕微鏡を用いて電子チヤンネリ
ングパターンを観察することにより、バルク状試
料の表面の結晶解析が広く行なわれている。電子
チヤンネリングパターンは平行度の良い電子線を
用いて、試料上における電子線の照射位置を一点
に固定したまま、電子線の入射角θ及び方位角φ
を走査して所謂ビームロツキングすると共に、こ
の走査に伴なつて得られた反射電子、二次電子等
の検出信号をこの走査に同期走査される陰極線管
等の表示手段に供給することによつて得られる。
第1図a及びbは各々走査電子顕微鏡におい
て、通常の走査像と電子チヤンネリングパターン
を得る場合の光線図を示すためのもので、両図に
おいて1は電子銃であり、2は集束レンズ、3は
対物レンズ、4は試料である。6はX方向及びY
方向用の一対の偏向コイルより成る第1段の偏向
器であり、同様に7は一対の偏向コイルより成る
第2段の偏向器であり、EBは電子線を示してい
る。これらの図から明らかなように、走査像観察
モードの場合には集束レンズ2により電子銃1の
クロスオーバー像5が形成され、この像5を対物
レンズ3により試料面S上に投影すると共に、偏
向器6及び7によりこの投影点を試料面S上にお
いて走査する。一方電子チヤンネリングパターン
観察モードにおいては、集束レンズ2を電子銃の
クロスオーバー像が対物レンズ3の前方焦点面8
に形成されるように励磁し、平行な電子線が試料
4に照射されるようにする。そこで、第1段の偏
向器6により電子線EBを偏向すると、クロスオ
ーバー像5′は対物レンズ3の前記焦点面8を移
動するため、試料4に入射する電子線EBは試料
4への入射点を光軸C上の一点に固定した状態で
入射角θ及び方位角φを変化させることができ
る。しかしながら、このような従来装置において
は、対物レンズの球面収差の影響及び対物レンズ
の物面が偏向器6の偏向主面と一致しないため、
電子線をロツキングすると、電子線の試料面上に
おける照射位置が実際には数10μm移動してしま
い、そのため試料の微小部分の解析をすることが
できなかつた。このような欠点を解決するため、
例えば、対物レンズに電子線の偏向角に応じた補
正電流を流すことが考えられるが、インダクタン
スの大きい対物レンズに直接補正電流を流すやり
方では対物レンズが高速の角度走査に応答しきれ
ず、このため球面収差の補正を充分に行えない。
また、別のやり方として、対物レンズの近傍に小
インダクタンスの補助レンズを配置し、この補助
レンズの励磁強度を電子線の偏向角に応じて変化
させ、電子線の試料への入射点が固定されるよう
にすることも考えられるが、補助レンズと対物レ
ンズの軸ずれの補正が繁雑であるばかりでなく、
補助レンズを設置することにより装置の製作費用
も高くなる。
[発明の目的] 本発明はこのような従来の欠点を解決すべくな
されたもので、ビームロツキングに伴なう電子線
の照射位置の変動を防ぐことのできる操作性が良
く比較的構造簡単で製作コストの低廉な装置を提
供することを目的としている。
[発明の構成] 本発明は、偏向器を制御して走査像と電子線ロ
ツキングによる電子チヤンネリングパターンを切
換えて観察できるようにした走査電子顕微鏡であ
つて、前記電子線ロツキングにおいては電子線の
試料に対する入射角θと方位角φを走査するよう
にした走査電子顕微鏡において、その電子線ロツ
キング状態における前記入射角θの最大値αを表
わす信号に基づいて、電子チヤンネリングパター
ン観察モードにおいて電子線を最大に傾斜させた
際に形成された最小錯乱円の位置を試料面の位置
に一致させる手段を具備したことを特徴としてい
る。
[発明の作用] 以下、本発明において基本となつている考えを
第1図と同一の構成要素に対しては同一番号が付
された第2図及び第3図に基づいて説明する。
第2図に示すように、走査像観察モードにおい
ては、対物レンズ3は光路L1で示すように前記
クロスオーバー像5の像を試料面S上に結像する
ように励磁されている。従つて、電子チヤンネリ
ングパターン観察モードに移行した際に対物レン
ズ3の励磁がそのままであるとすれば、第1の偏
向器6の偏向主面9はクロスオーバー像5より下
に配置されているから、第1の偏向器6によりロ
ツキングを行なうと、電子線は光路L2に示すよ
うに試料面SによりΔf下側の点10を中心とし
てロツキングするはずであり、そのため、試料面
S上では電子線の入射点が変動する。更に、第2
図においては対物レンズ3の球面収差を考慮しな
かつたが、実際には球面収差があるため、ロツキ
ングに伴なう入射点の変動はより大きなものとな
る。即ち第3図に示すように、第1の偏向器6の
偏向主面9と光軸Cとの交点から発した近軸光線
L2、L2′は試料面Sより下の前記点10に集
束するが、高次軌道L3,L3′の光線は対物レ
ンズ3の球面収差のため試料面Sより上方の点
Cmに集束し、この点Cmにロツキングの際に照
射位置の動きの最も少ない点(最小錯乱円)がで
きる。従つて、試料面Sの位置をこの点Cmに合
せることができれば、電子線照射位置のロツキン
グに伴なう変動を最小にすることができる。
いま、試料面Sと最小撹乱円が形成される点
Cmとの距離をΔF、Csを対物レンズ3の球面収
差係数、αを前記θの最大値であるロツキング角
度、Z0、Z0′をクロスオーバー像5と対物レンズ
3及び第1の偏向器6と対物レンズ3との距離、
Zi、Zi′を各々対物レンズ3と試料面Sとの距離
及び対物レンズ3と前記偏向主面9の像10との
距離、dを最小錯乱円の直径とすれば、 1/Z0+1Zi=1/Z0′+1/Zi′ Zi′−Zi=Δf 一方 ΔF+Δf=3/4・Cs・α2 d=1/2・Cs・α3 であるから、 ΔF=3/4Csα2−Zi2(Z0−Z0′)/Z0Z0′+Z
0′Zi−Z0Zi……(1) となる。電子線プローブ電流を一定として時、(1)
式の第2項は定数となり、又対物レンズ3の励磁
強度を変化させた際の球面収差係数Csの変化も
無視できる程小さいため、ΔFは実用上ロツキン
グ角αのみに依存すると見なし得る。そこで、観
察モードを走査像モードから電子チヤンネリング
パターンモードに切換えるのに伴なつて対物レン
ズ3の焦点と試料面Sとの距離を前記(1)式で与え
られるΔFに相当する分だけ変化させるようにす
れば、ロツキングに伴なう電子線照射点の移動を
最小に抑えて微小領域の解析をすることができ
る。
[実施例] 本発明は上述した考えに基づきもので、以下、
図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
第4図は本発明の一実施例を示すためのもの
で、第4図においては第1図と同一の構成要素に
対しては同一番号が付されている。
図中11は走査信号発生回路であり、この回路
11よりの走査信号は各々増幅率可変増幅器12
及び13を介して第1及び第2の偏向器6,7に
供給できるようになつていると共に、陰極線管1
4に偏向コイルDに供給されている。15は観察
モードを走査像観察モードと電子チヤンネリング
パターン観察モードとの間で切換えるに伴なつ
て、走査信号の第2の偏向器7への供給を制御す
るためのスイツチ回路である。16は電子チヤン
ネリングパターンを観察する際に、電子線のロツ
キング角度を指定するための信号を発生するロツ
キング角度指定信号発生回路であり、この回路1
6よりの信号は増幅率可変増幅器12に供給され
ている。17及び18は各々集束及び対物レンズ
2,3の励磁電源である。対物レンズ励磁電源1
8は励磁制御回路19よりの制御信号に基づいて
制御される。励磁制御回路19は走査像観察用の
励磁指定信号を発生する第1の回路19aと電子
チヤンネリングパターン観察用の励磁指定信号を
発生する第2の回路19bと、回路19よりの出
力信号をこれら2つの回路19a,19bの出力
信号間で切換えるためのスイツチ回路19cとよ
り成つている。回路19bには前記ロツキング角
度指定信号発生回路16によりのロツキング角度
αを表わす信号が供給されており、この回路19
bはこの回路16よりの指定信号に基づいて、回
路19aが指定する位置より第(1)式のΔFだけ遠
い位置に最小錯乱円Cmを形成するように対物レ
ンズ3を励磁するための信号を発生する。又、前
記スイツチ回路15とスイツチ19cとは連動す
るようになつている。20は電子線EBの試料4
への照射によつて、試料4より発生した反射電子
等を検出するための検出器であり、この検出器2
0よりの出力信号は増幅器21を介して前記陰極
線管14に輝度信号として供給されている。
このような構成において、まず走査線を観察し
ようとする際には、スイツチ回路15及び19c
を第4図の点線のように接続すると共に、励磁電
源17を切換えて集束レンズ2により電子銃1の
像が第1図aの点5に形成されるようにする。そ
のため、対物レンズ3はクロスオーバー像5の像
を試料面S上に結像するように励磁される。又、
増幅器可変増幅器12,13の増幅率を図示外の
制御手段により走査像観察用の所定の値に切換え
る。そこで、走査信号発生回路11より鋸歯状の
走査信号を発生すれば、電子線は試料面上を二次
元的に走査し、この走査に伴なつて検出器20よ
り得られた検出信号は陰極線管14に供給される
ため、陰極線管14には通常の走査像が表示され
る。次に電子チヤンネリングパターンを観察しよ
うとする際には、スイツチ回路19cを第4図に
おいて実線で示すように接続すると共に、スイツ
チ回路15を非導通状態に切換える。更に、集束
レンズ2を第1図bに示すように、電子銃1のク
ロスオーバー像が対物レンズの前方焦点面8に形
成するように励磁する。又、対物レンズの励磁電
源18は第2の励磁指定信号発生回路19よりの
励磁指定信号に基づいて励磁されるため、対物レ
ンズ3は最小錯乱円Cmが第1図に示す場合より
前記ΔFだけ遠い位置に来るように励磁される。
そこで、走査信号発生回路1より走査信号を供給
すれば、この走査信号は第1の偏向器6に供給さ
れ、その結果、電子銃1のクロスオーバー像5′
が対物レンズの前方焦点面8を走査するため、電
子線に試料4への入射点を固定した状態で入射角
θ及び方位角φが走査される。そこで、検出器2
0より出力信号に基づいて陰極線管14には電子
チヤンネリングパターンが表示されるが、対物レ
ンズ3の焦点距離は、走査像観察モードの場合よ
りも前記ΔFに相当する分だけ長くされているた
め、前記最小錯乱円が形成される点CmもΔFだけ
移動して、丁度試料面Sの位置と一致することに
なる。従つて、試料面Sにおける電子線入射点の
移動の最小に抑えることができる。
尚、上述した実施例は、本発明の一実施例に過
ぎず、幾多の他の態様で実施しても良い。
例えば、上述した実施例においては、対物レン
ズの焦点距離を変化させるようにしたが、観察モ
ードを切換えるに際して、逆に試料の方を光軸方
向にΔFだけ自動的に移動させるように構成して
も良い。
[効果] 本発明の走査電子顕微鏡は、電子線ロツキング
状態における前記入射角θの最大値αを表わす信
号に基づいて、電子チヤンネリングパターン観察
モードにおいて電子線を最大に傾斜させた際に形
成された最小錯乱円の位置を試料面の位置に一致
させる手段を具備しているので、電子線の入射点
をほとんど移動させることなく電子線をロツキン
グして、微小領域の電子チヤンネリングパターン
を観察することができ、補助レンズを設置しない
ので、補助レンズと対物レンズの軸合わせを行う
必要がなくなり、操作性が向上する。また、補助
レンズを設置しないので、比較的構造が簡単で製
作コストの低い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図a及びbは従来装置における各々、走査
像観察モード及び電子チヤンネリングパターン観
察モードの光線図、第2図及び第3図は本発明の
基本的考えを説明するための図、第4図は本発明
の一実施例を示すための図である。 1:電子銃、2:集束レンズ、3:対物レン
ズ、4:試料、5:走査像観察モードにおける電
子銃のクロスオーバー像、5′:電子チヤンネリ
ングパターン観察モードにおける電子銃のクロス
オーバー像、6,7:偏向器、11:走査信号発
生回路、12,13:増幅率可変増幅器、14:
陰極線管、15,19c:スイツチ回路、16:
ロツキング角度指定信号発生回路、17,18:
励磁電源、19:励磁制御回路、19a,19
b:励磁指定信号発生回路、20:検出器、C:
光軸、Cm:最小錯乱円が存在する点、S:試料
面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 偏向器を制御して走査像と電子線ロツキング
    による電子チヤンネリングパターンを切換えて観
    察できるようにした走査電子顕微鏡であつて、前
    記電子線ロツキングにおいては電子線の試料に対
    する入射角θと方位角φを走査するようにした走
    査電子顕微鏡において、その電子線ロツキング状
    態における前記入射角θの最大値αを表わす信号
    に基づいて、電子チヤンネリングパターン観察モ
    ードにおいて電子線を最大に傾斜させた際に形成
    される最小錯乱円の位置を試料面の位置に一致さ
    せる手段を具備したことを特徴とする走査電子顕
    微鏡。 2 前記電子線ロツキング状態における前記入射
    角θの最大値αを表わす信号に基づいて、電子チ
    ヤンネリングパターン観察モードにおいて電子線
    を最大に傾斜させた際に形成される最小錯乱円の
    位置を試料面の位置に一致させる手段は、対物レ
    ンズの焦点距離を変化させる手段から成る特許請
    求の範囲第1項記載の走査電子顕微鏡。 3 前記電子線ロツキング状態における前記入射
    角θの最大値αを表わす信号に基づいて、電子チ
    ヤンネリングパターン観察モードにおいて電子線
    を最大に傾斜させた際に形成される最小錯乱円の
    位置を試料面の位置に一致させる手段は、試料を
    光軸に沿つて機械的に移動させる手段から成る特
    許請求の範囲第1項記載の走査電子顕微鏡。
JP58160089A 1983-08-31 1983-08-31 走査電子顕微鏡 Granted JPS6050850A (ja)

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JPS6050850A JPS6050850A (ja) 1985-03-20
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5945173B2 (ja) * 1979-10-05 1984-11-05 株式会社日立製作所 走査電子顕微鏡
JPS5765656A (en) * 1980-10-08 1982-04-21 Hitachi Ltd Limited view diffraction image device

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JPS6050850A (ja) 1985-03-20

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