JP2003132828A - Scanning electron microscope with monochromator - Google Patents
Scanning electron microscope with monochromatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、走査形電子顕微鏡
に係り、特に、照射電子ビームのエネルギーを単色化す
るモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning electron microscope, and more particularly to a scanning electron microscope equipped with a monochromator for monoenergizing the energy of an irradiation electron beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、半
導体試料などの電子線の帯電防止を目的にして、照射電
子線の加速エネルギーを下げて使用する場合が増えてい
る。このような低加速ＳＥＭにおいては、照射電子のも
つエネルギー幅が加速エネルギーに対して大きいため、
いわゆる色収差によって十分に小さなスポット径が得ら
れなく、像分解能に限界が生じている。電子源に、従来
のフィラメント型の代わりにフィールドエミッション型
を用いて、エネルギー幅を２５％に低減しても、加速電
圧を２５％下げれば、色収差は同等になり像分解能は向
上しない。2. Description of the Related Art Recent scanning electron microscopes (SEMs) are increasingly used by lowering the acceleration energy of an irradiation electron beam for the purpose of preventing the electron beam of a semiconductor sample or the like from being charged. In such a low-acceleration SEM, the energy width of irradiation electrons is larger than the acceleration energy,
Due to so-called chromatic aberration, a sufficiently small spot diameter cannot be obtained, which limits the image resolution. Even if the field width type is used as the electron source instead of the conventional filament type and the energy width is reduced to 25%, if the acceleration voltage is reduced by 25%, the chromatic aberration becomes equal and the image resolution cannot be improved.
【０００３】そこで、従来、照射電子のもつエネルギー
幅をさらに縮小する方法として、単色化（モノクロ化）
とよばれる技法が提案されている。第１の方法は、例え
ば、特開平４−２３３１４５号公報に記載のように、４
つの半球状の静電極場よりなる単色化するエネルギーフ
ィルタを用いるものが知られている。このフィルター
は、フィルター内に対称平面を持ちその両側に対称に配
置された４つの半球上のコンデンサー電極構造を有し、
各々のコンデンサの外側と内側の半球電極に異なる電圧
を印加して電子ビームのエネルギーを分散し、対称面に
設置されたエネルギー選択スリットでエネルギー幅を制
限し、最終的には分散を打ち消して点収束させるもので
ある。Therefore, conventionally, as a method of further reducing the energy width of irradiation electrons, monochromaticization (monochromeization)
The technique called is proposed. The first method is, for example, as described in JP-A-4-233145,
It is known to use a monochromatic energy filter consisting of two hemispherical static electrode fields. This filter has four hemispherical capacitor electrode structures that have a plane of symmetry inside the filter and are symmetrically arranged on both sides of it.
Different voltages are applied to the outer and inner hemispherical electrodes of each capacitor to disperse the electron beam energy, and the energy selection slits placed on the symmetry plane limit the energy width and finally cancel the dispersion. It is to converge.
【０００４】第２の方法としては、例えば、特開２００
０−１００３６１号公報に記載されているように、２段
のウイーンフィルタを用いる方法が知られている。これ
は、粒子ビーム源より出たビームを第１のウイーンフィ
ルタでエネルギー分散させ、開口（アパーチャ）でエネ
ルギー幅を制限し、第２ウイーンフィルタで分散を相殺
して対物レンズに導き、試料表面上に点収束させるもの
である。A second method is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 200
As described in Japanese Patent Laid-Open No. 0-100361, a method using a two-stage Wien filter is known. This is because the beam emitted from the particle beam source is energy-dispersed by the first Wien filter, the energy width is limited by the aperture (aperture), and the dispersion is canceled by the second Wien filter and guided to the objective lens. The point is converged to.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−２３３１４５号公報に記載されている４つの半球上
の静電極を用いる方式では、全長が短くなるが、横方向
に大きな真空の空間が必要になり、真容器が大形化する
という問題があった。一般に、電子顕微鏡は、左右対称
な形状にして重力が均等に鏡体にかかるように設計する
が、この方式では、左右対称な形状にすることができ
ず、鏡体にかかる重力がアンバランスになるという問題
もあった。また、トロイダル状のコンデンサ電極面の精
密加工は、製作コスト大きくなるという問題もあった。However, in the method using the static electrodes on four hemispheres described in JP-A-4-233145, the total length is short, but a large vacuum space is required in the lateral direction. Therefore, there is a problem that the true container becomes large in size. Generally, an electron microscope is designed to have a bilaterally symmetric shape so that gravity is evenly applied to the mirror body.However, with this method, it is not possible to have a bilaterally symmetric shape and the gravity applied to the mirror body becomes unbalanced. There was also the problem of becoming. Further, the precision processing of the toroidal capacitor electrode surface has a problem that the manufacturing cost is increased.
【０００６】また、特開２０００−１００３６１号公報
に記載されている２段のウイーンフィルタの方式では、
ウイーンフィルタそのものに大きな課題がある。すなわ
ち、ウイーンフィルタは、狭い磁極の間に静電極を挿入
するので、ビームの進行方向（ｚ）に対して垂直な平面
内（ｘ，ｙ）では、ビームの広がりに対して十分な均一
電界，磁界が得られないものである。そのために、ビー
ムの周辺部が中心部に対して収束性が乱れて、分解能と
透過率が低下する傾向があり、これを補正する端縁電場
の処理が難しいという問題があった。Further, in the two-stage Wien filter method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100361,
The Vienna filter itself has a big problem. That is, in the Wien filter, since the static electrodes are inserted between the narrow magnetic poles, in the plane (x, y) perpendicular to the beam traveling direction (z), a uniform electric field sufficient for beam spreading, A magnetic field cannot be obtained. As a result, the peripheral part of the beam tends to have a poor convergence with respect to the central part, resulting in a decrease in resolution and transmittance, and there is a problem that it is difficult to process the edge electric field to correct this.
【０００７】即ち、特開平４−２３３１４５号公報，特
開２０００−１００３６１号公報に記載された方式で
は、必ずしも実用的でないという問題があった。That is, the methods described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-233145 and 2000-100361 have a problem that they are not always practical.
【０００８】本発明の目的は、照射電子ビームのエネル
ギーを単色化し、色収差を低減してスポット系を縮小す
ることにより、像分解能を高めることのできる実用的な
モノクロメータを備えた走査電子顕微鏡を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a scanning electron microscope equipped with a practical monochromator capable of increasing the image resolution by monochromaticizing the energy of the irradiation electron beam and reducing the chromatic aberration to reduce the spot system. To provide.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、電子ビームを発生し加速させる電
子銃と、上記電子ビームを収束させる第１集束レンズ
と、形成されたクロスオーバを縮小する第２集束レンズ
と、さらに縮小する対物レンズとからなる電子ビーム照
射系を有し、上記電子銃から発生した電子ビームを試料
に照射する走査電子顕微鏡において、上記第１集束レン
ズと上記第２集束レンズの間に配置され、前段２個と後
段２個の扇形磁場とスリットから構成され、上記スリッ
トは、上記前段の扇形磁場と上記後段の扇形磁場の中間
部の鏡対称面に配置され、上記前段の扇形磁場で上記第
１集束レンズのクロスオーバから発散した電子ビームの
異なるエネルギーを制限し、上記後段の扇形磁場は、発
散した電子ビームを再び空間的に点収束させるととも
に、上記エネルギー分散を非分散にして、上記第２集束
レンズの物点とする電子エネルギーモノクロメータを備
えるようにしたものである。かかる構成により、照射電
子ビームのエネルギーを単色化し、色収差を低減してス
ポット系を縮小することにより、像分解能を高めること
のできるモノクロメータを実用化し得るものとなる。(1) In order to achieve the above object, the present invention comprises an electron gun for generating and accelerating an electron beam, and a first focusing lens for converging the electron beam. A first focusing lens in a scanning electron microscope which has an electron beam irradiation system including a second focusing lens for reducing crossover and an objective lens for further reducing, and which irradiates a sample with an electron beam generated from the electron gun. And a second focusing lens, and is composed of two front-stage and two rear-stage fan-shaped magnetic fields and a slit, and the slit is a mirror symmetry plane at an intermediate portion of the front-stage fan-shaped magnetic field and the rear-stage fan-shaped magnetic field. And restricting different energies of the electron beam diverging from the crossover of the first focusing lens by the fan-shaped magnetic field of the preceding stage, and the fan-shaped magnetic field of the latter stage limits the diverged electron beam. Finely spatially together to the point converge in the non-dispersing the energy dispersion is obtained by such an electronic energy monochromator an object point of the second focusing lens. With such a configuration, it is possible to put a monochromator capable of monochromatic energy of the irradiation electron beam, reduce chromatic aberration, and reduce the spot system to practically use a monochromator capable of improving image resolution.
【００１０】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記の電子エネルギーモノクロメータは、第１の扇形磁
場で電子ビームをほぼ９０度に偏向し、第２の扇形磁場
でほぼ１８０度に偏向されて再び上記第１の扇形磁場に
入射してほぼ９０度偏向し、はじめの入射方向と同じ角
度に出射されて、鏡対称面に方向収束するとともに、ス
リットでエネルギーを制限された後、第３の扇形磁場に
入射してほぼ９０度偏向し、第４の扇形磁場でほぼ１８
０度偏向され、再び上記第３の扇形磁場に入射してほぼ
９０度偏向し、初めの入射方向と同じ方向に出射して非
分散のクロスオ−バを形成し、第２集束レンズの物点と
するようにしたものである。(2) In the above (1), preferably,
The electron energy monochromator described above deflects the electron beam to approximately 90 degrees by the first sector magnetic field, deflects it by approximately 180 degrees by the second sector magnetic field, and re-enters the first sector magnetic field to approximately 90 degrees. Deflection is performed, the light is emitted at the same angle as the first incident direction, converges in the direction of the mirror symmetry plane, and after the energy is limited by the slit, it is incident on the third fan-shaped magnetic field and is deflected by about 90 degrees. Approximately 18 with a fan-shaped magnetic field of 4
The light beam is deflected by 0 °, again incident on the third sector magnetic field and deflected by about 90 °, and emitted in the same direction as the initial incident direction to form a non-dispersive crossover. And so on.
【００１１】（３）上記（２）において、好ましくは、
上記モノクロメータは、上記第１集束レンズの物点が上
記第１扇形磁場によって、上記第２扇形磁場の入り口に
ｘ方向（エネルギー分散方向）に収束され、上記第２扇
形磁場によってその出口にｘ方向に収束され、再び上記
第１扇形磁場によって、初めの物点と対称の位置にｘ方
向収束するとともに、ｙ方向（磁力線方向）にはほぼ並
行ビームとなり、エネルギー分散され、スリットでエネ
ルギー幅を縮小し、後段の上記第３，４扇形磁場では、
前段の扇形磁場と同じ径路の電子ビームの軌道を描い
て、中間鏡対称面（スリットの位置）に対して初めの物
点に対称な位置に非分散で点収束の収束性を有するよう
にしたものである。(3) In the above (2), preferably,
In the monochromator, the object point of the first focusing lens is converged in the x direction (energy dispersion direction) at the entrance of the second fan magnetic field by the first fan magnetic field, and x is exited at the exit thereof by the second fan magnetic field. Direction, and again by the first fan-shaped magnetic field, it converges in the x direction at a position symmetrical to the initial object point, becomes a substantially parallel beam in the y direction (direction of magnetic force line), energy is dispersed, and the energy width is changed by the slit. In the 3rd and 4th fan-shaped magnetic fields of
The trajectory of the electron beam along the same path as the fan-shaped magnetic field in the previous stage was drawn so that it had non-dispersive point-convergent convergence at a position symmetrical to the first object point with respect to the intermediate mirror symmetry plane (slit position). It is a thing.
【００１２】（４）上記（１）において、好ましくは、
上記モノクロメータは、上記前段の扇形磁場の中の第１
扇形磁場の入口磁極端面がビームの入射方向の垂直面に
対して偏向方向に入射角をもち、出射後ｙ方向（磁力線
の方向）にビームの中心軸（進行方向）に対して並行に
なり、上記後段の扇形磁場の中の第３扇形磁場の出射磁
極端面が第１扇形磁場の入射角と鏡対称の出射角をも
ち、出射後ｙ方向に対して、ｘ方向収束点に同時収束し
てクロスオーバを形成するようにしたものである。(4) In the above (1), preferably,
The monochromator is the first one in the fan-shaped magnetic field of the preceding stage.
The entrance magnetic pole end face of the fan-shaped magnetic field has an incident angle in the deflection direction with respect to a plane perpendicular to the beam incident direction, and becomes parallel to the central axis (traveling direction) of the beam in the y direction (direction of magnetic force lines) after emission, The exit magnetic pole end surface of the third sector magnetic field in the latter sector magnetic field has an exit angle that is mirror-symmetrical to the incident angle of the first sector magnetic field, and after exiting, simultaneously converges to the x-direction convergence point in the y direction. It is designed to form a crossover.
【００１３】（５）上記（１）において、好ましくは、
上記モノクロメータは、前段の扇形磁場を構成する第１
扇形磁場と第２扇形磁場および物点とスリットに対して
鏡対称面ｚ１をもち、また、後段扇形磁場を構成する第
３扇形磁場と第４扇形磁場およびスリットと点収束クロ
スオーバに対して鏡対称面ｚ３をもち、上記第１扇形磁
場と第２扇形磁場および物点とスリットとは、上記後段
扇形磁場を構成する第３扇形磁場と第４扇形磁場および
スリットと点収束クロスオーバとスリットを含む中間鏡
対称面ｚ２に対して、鏡対称形状となり、上記第３扇形
磁場のあとのクロスオーバ点で、エネルギー分散係数が
ゼロになる（非分散）とともにビームのｘ、ｙ方向の開
角αおよびβに関する２次収差係数を除去する収束特性
を有するようにしたものである。(5) In the above (1), preferably,
The above-mentioned monochromator has the first magnetic field forming the fan-shaped magnetic field of the first stage.
It has a mirror symmetry plane z1 with respect to the fan-shaped magnetic field and the second fan-shaped magnetic field and the object point and the slit, and also has a mirror with respect to the third fan-shaped magnetic field and the fourth fan-shaped magnetic field constituting the post-stage fan-shaped magnetic field and the slit-point converging crossover. The first sector magnetic field, the second sector magnetic field, the object point, and the slit having a plane of symmetry z3 are the third sector magnetic field, the fourth sector magnetic field, the slit, the point converging crossover, and the slit constituting the latter stage sector magnetic field. It has a mirror-symmetrical shape with respect to the intermediate mirror symmetry plane z2, and the energy dispersion coefficient becomes zero (non-dispersion) at the crossover point after the third sector magnetic field, and the opening angle α of the beam in the x and y directions. It has a converging characteristic of removing the second-order aberration coefficient relating to β and β.
【００１４】（６）上記（１）において、好ましくは、
上記モノクロメータは、上記前段の扇形磁場を構成する
第１および第２の扇形磁場を一体の磁路（ヨーク）で形
成し、上記後段の扇形磁場を構成する第３および第４の
扇形磁場を別の一体の磁路（ヨーク）で形成するように
したものである。(6) In the above item (1), preferably,
The monochromator forms the first and second fan-shaped magnetic fields forming the front-stage fan-shaped magnetic field by an integrated magnetic path (yoke), and generates the third and fourth fan-shaped magnetic fields forming the rear-stage fan-shaped magnetic field. It is formed by another integral magnetic path (yoke).
【００１５】（７）上記（１）において、好ましくは、
上記モノクロメータは、上記前段の扇形磁場を構成する
第１および第２の扇形磁場と、上記後段の扇形磁場を構
成する第３および第４の扇形磁場を一体の磁路（ヨー
ク）で形成するようにしたものである。(7) In the above (1), preferably,
The monochromator forms the first and second fan-shaped magnetic fields forming the front-stage fan-shaped magnetic field and the third and fourth fan-shaped magnetic fields forming the rear-stage fan-shaped magnetic field in an integrated magnetic path (yoke). It was done like this.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を用いて、本発
明の一実施形態によるモノクロメータを備えた走査形電
子顕微鏡の構成について説明する。最初に、図１を用い
て、本実施形態によるモノクロメータを備えた走査形電
子顕微鏡の光学系について説明する。図１は、本発明の
一実施形態によるモノクロメータを備えた走査形電子顕
微鏡の光学系の構成図である。通常知られている走査電
子顕微鏡と同様に、本実施形態による走査電子顕微鏡
は、フィールドエミッション型電子源１と、第１集束レ
ンズ４と、第２集束レンズ１３と、走査用コイル１５，
１６と、対物レンズ１７と、２次電子検出器１９とを備
えている。さらに、本実施形態では、モノクロメータを
構成する第１扇形磁場６と、第２扇形磁場７と、エネル
ギー選択スリット８と、第３扇形磁場９と、第４扇形磁
場１０と、絞り１２とを備えている。なお、図中、符号
２は電子ビームの中心軸、３はビームの広がり、５はそ
のクロスオーバ、１１はそのクロスオーバ、１４はその
クロスオーバ、１８は試料、２２は２次電子ビームを示
している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of a scanning electron microscope equipped with a monochromator according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, the optical system of the scanning electron microscope including the monochromator according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of a scanning electron microscope including a monochromator according to an embodiment of the present invention. Similar to a commonly known scanning electron microscope, the scanning electron microscope according to the present embodiment has a field emission type electron source 1, a first focusing lens 4, a second focusing lens 13, a scanning coil 15,
16, an objective lens 17, and a secondary electron detector 19. Further, in the present embodiment, the first sector magnetic field 6, the second sector magnetic field 7, the energy selection slit 8, the third sector magnetic field 9, the fourth sector magnetic field 10, and the diaphragm 12 which configure the monochromator are provided. I have it. In the figure, reference numeral 2 is the central axis of the electron beam, 3 is the beam spread, 5 is its crossover, 11 is its crossover, 14 is its crossover, 18 is a sample, and 22 is a secondary electron beam. ing.
【００１７】次に、本実施形態のモノクロメータ付き走
査電子顕微鏡の動作原理について説明する。電子源１よ
り加速され出射された電子ビーム３は、第１集束レンズ
４でクロスオーバ５を結ばれる。その後、第１扇形磁場
６により９０度偏向され、第２扇形磁場７で１８０度偏
向され、再び第１扇形磁場６によって９０度偏向され、
スリット８の位置でｘ方向に収束され、エネルギー選択
される。その後、再び第３扇形磁場９と第４扇形磁場１
０によって類似の軌道を描いてクロスオーバ１１の位置
で点収束するとともに、前段（第１，２扇形磁場６，
７）で生じたエネルギー分散を相殺して非分散のクロス
オーバ１４を形成する。このモノクロ化されたクロスオ
ーバ１４を第２集束レンズ１３で縮小して、さらに対物
レンズ１７で縮小して、試料表面１８に微小なクロスオ
ーバを形成する。このビームは走査用コイル１５，１６
で走査され、発生された２次電子２２は検知器１９で検
出され、ＣＲＴに顕微鏡像として表示される。Next, the operating principle of the scanning electron microscope with a monochromator of this embodiment will be described. The electron beam 3 accelerated and emitted from the electron source 1 is connected to the crossover 5 by the first focusing lens 4. Then, the first sector magnetic field 6 deflects 90 degrees, the second sector magnetic field 7 deflects 180 degrees, and the first sector magnetic field 6 deflects 90 degrees again.
The energy is selected by converging in the x direction at the position of the slit 8. After that, again the third sector magnetic field 9 and the fourth sector magnetic field 1
0 draws a similar orbit and converges at the position of the crossover 11, and the previous stage (first, second sector magnetic field 6,
The energy dispersion generated in 7) is canceled to form a non-dispersed crossover 14. The monochromatic crossover 14 is reduced by the second focusing lens 13 and further reduced by the objective lens 17 to form a minute crossover on the sample surface 18. This beam is used for scanning coils 15 and 16
The secondary electrons 22 scanned and generated by are detected by the detector 19 and displayed as a microscope image on the CRT.
【００１８】次に、図２を用いて、本実施形態によるモ
ノクロメータ付き走査電子顕微鏡のモノクロメータの電
子光学系による電子ビームの軌道の詳細について説明す
る。図２は、本発明の一実施形態によるモノクロメータ
付き走査電子顕微鏡のモノクロメータの電子光学系によ
る電子ビームの軌道の詳細を示す説明図である。図２の
（Ａ）は、正面図であり、ｘ方向（磁力線に直交する方
向）のビームを示しており、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）
の側面図であり、ｙ方向（磁力線の方向）のビームの広
がりを示している。Next, the trajectory of the electron beam by the electron optical system of the monochromator of the scanning electron microscope with a monochromator according to this embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of the trajectory of the electron beam by the electron optical system of the monochromator of the scanning electron microscope with the monochromator according to the embodiment of the present invention. 2 (A) is a front view showing a beam in the x direction (direction orthogonal to the magnetic force lines), and FIG. 2 (B) is shown in FIG. 2 (A).
FIG. 4B is a side view of FIG. 4B, showing the spread of the beam in the y direction (direction of magnetic force lines).
【００１９】また、図中、点線で示す電子ビームの拡が
り３ａ，３ｂのエネルギーをＥとするとき、破線で示す
電子ビーム３Ａ，３Ｂのエネルギーは、Ｅ−ΔＥであ
り、電子ビーム３ａ，３ｂと電子ビーム３Ａ，３Ｂは、
エネルギー差ΔＥを有する電子ビームである。Further, in the figure, when the energy of the spread of the electron beams 3a, 3b shown by the dotted line is E, the energy of the electron beams 3A, 3B shown by the broken line is E-ΔE, which is the electron beams 3a, 3b. The electron beams 3A and 3B are
The electron beam has an energy difference ΔE.
【００２０】第１扇形磁場６及び第２扇形磁場７は、線
Ａ−Ａに対して対称に配置されており、図２（Ａ）に示
すように、第１集束レンズ４のクロスオーバ５から発し
た電子ビーム３ａは、ｘ方向には、第２扇形磁場７の入
り口と出口で収束した後、スリット８の位置２０で収束
する。一方、エネルギーの異なる電子ビーム３Ａは、図
中破線で示す軌道を描き、第１，２扇形磁場６，７によ
ってスリット８上で分散される。従って、スリット８の
スリット幅を小さくすることにより、所定のエネルギー
の電子ビームだけを選択して、モノクロ化される。The first sector magnetic field 6 and the second sector magnetic field 7 are arranged symmetrically with respect to the line A--A, and as shown in FIG. 2 (A), from the crossover 5 of the first focusing lens 4. The emitted electron beam 3a converges in the x direction at the entrance and exit of the second fan-shaped magnetic field 7 and then at the position 20 of the slit 8. On the other hand, the electron beams 3A having different energies draw the trajectories shown by the broken lines in the figure and are dispersed on the slit 8 by the first and second fan-shaped magnetic fields 6 and 7. Therefore, by making the slit width of the slit 8 small, only the electron beam having a predetermined energy is selected and monochromeization is performed.
【００２１】第３扇形磁場９及び第４扇形磁場１０も、
線Ａ’−Ａ’に対して対称に配置されている。また、線
Ｂ−Ｂに対して、第１扇形磁場６と第２扇形磁場７の組
みは、第３扇形磁場９と第４扇形磁場１０の組みと鏡対
称に配置されている。ここで、線Ｂ−Ｂを鏡対称面と称
する。また、線Ａ−Ａ及び線Ａ’−Ａ’も鏡対称面と称
する。また、線Ｂ−Ｂの鏡対称面を、線Ａ−Ａ及び線
Ａ’−Ａ’の鏡対称面と区別して中間鏡対称面とも称す
る。線Ａ−Ａ，線Ａ’−Ａ’，線Ｂ−Ｂは、それぞれ、
ｙ方向（磁力線の方向）の線である。The third sector magnetic field 9 and the fourth sector magnetic field 10 are also
They are arranged symmetrically with respect to the line A'-A '. Further, with respect to the line BB, the set of the first sector magnetic field 6 and the second sector magnetic field 7 is arranged in mirror symmetry with the set of the third sector magnetic field 9 and the fourth sector magnetic field 10. Here, the line B-B is called a mirror symmetry plane. Further, the line AA and the line A'-A 'are also called mirror symmetry planes. Further, the mirror symmetry plane of the line BB is also referred to as an intermediate mirror symmetry plane to distinguish it from the mirror symmetry planes of the lines AA and A′-A ′. Line A-A, line A'-A ', and line BB are respectively
It is a line in the y direction (direction of magnetic force lines).
【００２２】スリット８を通過した電子ビームは、線Ｂ
−Ｂで示される鏡対称面に対して鏡対称に設置された第
３，４の扇形磁場９，１０によって類似の電子軌道を描
くが、最終のクロスオーバ１１においては分散が打ち消
されて、ｘ収束される。The electron beam that has passed through the slit 8 is line B.
-B, similar electron trajectories are drawn by the third and fourth fan-shaped magnetic fields 9 and 10 installed symmetrically with respect to the plane of mirror symmetry, but the dispersion is canceled at the final crossover 11, and x Converged.
【００２３】一方、図２（Ｂ）に示すように、ｙ方向の
電子ビーム３ｂの軌道は、第１扇形磁場６の端縁磁場へ
のいわゆる、斜め入射の効果により入射後はｚ軸に対し
て並行ビームになるように適当な入射角を選択する。し
たがって、スリット８では、電子ビーム３ｂは細いライ
ン上になる。スリット８を通過後、並行ビームは、中間
鏡対称面（線Ｂ−Ｂ）に対して鏡対称に設置された第
３，４の扇形磁場９，１０によってクロスオーバ１１に
おいて収束される。したがって、クロスオーバ１１で
は、ｘ方向，ｙ方向の収束と非分散（分散がゼロ）の３
重収束が達成されるように、扇形磁場類のパラメータが
選択される。On the other hand, as shown in FIG. 2 (B), the orbit of the electron beam 3b in the y direction is relative to the z axis after the incidence due to the effect of so-called oblique incidence on the edge magnetic field of the first sector magnetic field 6. Select an appropriate angle of incidence so that the beam is parallel. Therefore, in the slit 8, the electron beam 3b is on a thin line. After passing through the slit 8, the parallel beams are converged at the crossover 11 by the third and fourth fan-shaped magnetic fields 9 and 10 arranged in mirror symmetry with respect to the intermediate mirror symmetry plane (line BB). Therefore, at the crossover 11, there are 3 cases of convergence in the x direction and y direction and non-dispersion (dispersion is zero).
The parameters of the sector magnetic fields are chosen so that double focusing is achieved.
【００２４】扇形磁場６，７，９，１０から構成される
モノクロメータの収束特性を計算するには、ＴＲＩＯ
（T.Matsuo,H.Matsuda et al.;Computer Program ‘'TR
IO''for Third Order Calculation of Ion Trajectory;
Mass Spectrometry 24 (1976),pp19-62）と呼ばれる軌
道計算プログラムを使用している。To calculate the convergence characteristics of a monochromator composed of fan-shaped magnetic fields 6, 7, 9, and 10, use TRIO.
(T.Matsuo, H.Matsuda et al .; Computer Program `` TR
IO '' for Third Order Calculation of Ion Trajectory;
An orbit calculation program called Mass Spectrometry 24 (1976), pp19-62) is used.
【００２５】ここで、図３を用いて、本実施形態による
モノクロメータ付き走査電子顕微鏡のモノクロメータの
軌道計算に用いるパラメータについて説明する。図３
は、本発明の一実施形態によるモノクロメータ付き走査
電子顕微鏡のモノクロメータの軌道計算に用いるパラメ
ータの説明図である。Here, the parameters used in the trajectory calculation of the monochromator of the scanning electron microscope with a monochromator according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Figure 3
FIG. 4 is an explanatory diagram of parameters used for trajectory calculation of the monochromator of the scanning electron microscope with the monochromator according to the embodiment of the present invention.
【００２６】第１扇形磁場６及び第２扇形磁場７とは、
第３扇形磁場９及び第４扇形磁場１０は、面ｚ２に対し
て鏡対称に配置されている。面ｚ２は、図２に示した線
Ｂ−Ｂの鏡対称面である。面ｚ０は、第１扇形磁場６に
対する物点の位置であり、図２のクロスオーバー５が形
成される面である。面ｚ４は、面ｚ２に対して、面ｚ０
と鏡対称に位置しており、第３扇形磁場８による物点が
形成される位置であり、図２のクロスオーバー１１が形
成される位置である。面ｚ１は、第１扇形磁場６と第２
扇形磁場７の鏡対称面（図２の線Ａ−Ａ）であり、面ｚ
０と面ｚ２は、面ｚ１に対して対称位置にある。面ｚ３
は、第３扇形磁場９と第４扇形磁場１０の鏡対称面（図
２の線Ａ’−Ａ’）であり、面ｚ２と面ｚ４は、面ｚ３
に対して鏡対称位置にある。The first sector magnetic field 6 and the second sector magnetic field 7 are
The third sector magnetic field 9 and the fourth sector magnetic field 10 are arranged in mirror symmetry with respect to the plane z2. The surface z2 is a mirror symmetric surface of the line BB shown in FIG. The surface z0 is the position of the object point with respect to the first sector magnetic field 6, and is the surface on which the crossover 5 of FIG. 2 is formed. The surface z4 is a surface z0 with respect to the surface z2.
Are mirror-symmetrical with each other, and are positions where an object point is formed by the third fan-shaped magnetic field 8, and positions where the crossover 11 of FIG. 2 is formed. The surface z1 has the first sector magnetic field 6 and the second sector magnetic field 6.
It is the plane of mirror symmetry of the fan-shaped magnetic field 7 (line AA in FIG. 2) and the plane z
0 and the surface z2 are symmetrical with respect to the surface z1. Surface z3
Is a mirror symmetry plane of the third sector magnetic field 9 and the fourth sector magnetic field 10 (line A′-A ′ in FIG. 2), and the planes z2 and z4 are planes z3.
It is in a mirror symmetric position with respect to.
【００２７】第１扇形磁場６に対する物点５から第１扇
形磁場６に対する電子ビームの入射位置までの自由空間
距離をＤＬ１とすると、第３扇形磁場９によって形成さ
れる物点から第３扇形磁場９の出射位置までの自由空間
距離も同じくＤＬ１である。第１扇形磁場６の出射位置
から第２扇形磁場７の入射位置までの自由空間距離、第
２扇形磁場７の出射位置から第１扇形磁場６の入射位置
までの自由空間距離は、それぞれ、ＤＬ２とする。同様
にして、第３扇形磁場９の出射位置から第４扇形磁場１
０の入射位置までの自由空間距離、第４扇形磁場１０の
出射位置から第３扇形磁場９の入射位置までの自由空間
距離も、それぞれ、ＤＬ２である。面ｚ２に対して、第
１扇形磁場６の出射位置からスリット８までの自由空間
距離をＤＬ３とすると、スリット８から第３扇形磁場９
の入射位置までの自由空間距離も同様に、ＤＬ３であ
る。If the free space distance from the object point 5 with respect to the first sector magnetic field 6 to the incident position of the electron beam with respect to the first sector magnetic field 6 is DL1, then from the object point formed by the third sector magnetic field 9 to the third sector magnetic field. The free space distance to the exit position of 9 is also DL1. The free space distance from the emission position of the first sector magnetic field 6 to the incidence position of the second sector magnetic field 7 and the free space distance from the emission position of the second sector magnetic field 7 to the incidence position of the first sector magnetic field 6 are DL2, respectively. And Similarly, from the emission position of the third sector magnetic field 9 to the fourth sector magnetic field 1
The free space distance to the incident position of 0 and the free space distance from the emission position of the fourth sector magnetic field 10 to the incidence position of the third sector magnetic field 9 are also DL2. If the free space distance from the emission position of the first sector magnetic field 6 to the slit 8 with respect to the surface z2 is DL3, the slit 8 to the third sector magnetic field 9
Similarly, the free space distance to the incident position of is DL3.
【００２８】また、第１扇形磁場６に対する入射角及び
第３扇形磁場９からの出射角は、それぞれ等しく、ＥＰ
１としている。また、第３扇形磁場９に対する入射角及
び第１扇形磁場６からの出射角は、それぞれ等しく、Ｅ
Ｐ２としている。The incident angle with respect to the first sector magnetic field 6 and the output angle from the third sector magnetic field 9 are equal to each other, and EP
1 is set. Further, the incident angle to the third sector magnetic field 9 and the exit angle from the first sector magnetic field 6 are equal to each other, and
It is P2.
【００２９】さらに、第１扇形磁場６，第３扇形磁場９
における偏向軌道半径はＡＭ１とし、第２扇形磁場７，
第４扇形磁場１０における偏向軌道半径はＡＭ２として
いる。Further, the first sector magnetic field 6 and the third sector magnetic field 9
The deflection orbit radius at is AM1 and the second sector magnetic field 7,
The deflection orbit radius in the fourth sector magnetic field 10 is AM2.
【００３０】なお、第１，３扇形磁場６，９の偏向角Ｗ
Ｍ１は９０度とし、第２，４扇形磁場７，１０の偏向角
ＷＭ２は１８０度に設定しているが、必ずしもそれらの
値には限る必要はないものである。例えば、第１，３扇
形磁場６，９の偏向角ＷＭ１は８０度とし、第２，４扇
形磁場７，１０の偏向角ＷＭ２を２００度に設定するこ
とも可能である。この場合、第１扇形磁場６と第２扇形
磁場７間が平行の時は入出射が斜め入出射となり、第３
扇形磁場９と第４扇形磁場１０間の入出射も斜め入出射
となり、端縁磁場効果により、ｙ方向にレンズ作用を有
することになる。それに対して、第１，３扇形磁場６，
９の偏向角ＷＭ１は９０度とし、第２，４扇形磁場７，
１０の偏向角ＷＭ２は１８０度に設定した場合には、第
１扇形磁場６と第２扇形磁場７間の入出射も、第３扇形
磁場７と第４扇形磁場１０間の入出射も直角入出射とな
るため、ｙ方向の収束性がなく、設計，製造，調整が容
易になる。The deflection angle W of the first and third sector magnetic fields 6 and 9 is
Although M1 is set to 90 degrees and the deflection angle WM2 of the second and fourth fan-shaped magnetic fields 7 and 10 is set to 180 degrees, it is not necessarily limited to these values. For example, the deflection angle WM1 of the first and third sector magnetic fields 6 and 9 can be set to 80 degrees, and the deflection angle WM2 of the second and fourth sector magnetic fields 7 and 10 can be set to 200 degrees. In this case, when the first fan-shaped magnetic field 6 and the second fan-shaped magnetic field 7 are parallel to each other, the entrance and exit are oblique entrance and exit, and
Incoming and outgoing between the fan-shaped magnetic field 9 and the fourth fan-shaped magnetic field 10 are also obliquely incoming and outgoing, and due to the edge magnetic field effect, a lens action is exerted in the y direction. On the other hand, the first and third sector magnetic fields 6,
The deflection angle WM1 of 9 is 90 degrees, and the second and fourth fan-shaped magnetic fields 7,
When the deflection angle WM2 of 10 is set to 180 degrees, both the input and output between the first sector magnetic field 6 and the second sector magnetic field 7 and the input and output between the third sector magnetic field 7 and the fourth sector magnetic field 10 are at right angles. Since the light is emitted, there is no convergence in the y direction, which facilitates designing, manufacturing, and adjustment.
【００３１】以上のようにして、本実施形態のモノクロ
メータでは、第１，２扇形磁場による軌道パラメータ
と、第３，４扇形磁場による軌道パラメータは、面ｚ２
でのｘｙ面に対して鏡対称に設定する。As described above, in the monochromator of the present embodiment, the trajectory parameters based on the first and second sector magnetic fields and the trajectory parameters based on the third and fourth sector magnetic fields are on the surface z2.
The mirror symmetry is set with respect to the xy plane in.
【００３２】クロスオーバでの電子ビームの大きさ（ｘ
１，ｙ１）が無視できるほど小さいとき、エネルギー分
散の方向をｘとする直交ｘｙ軸に関して、ビームの広が
り角を２αと２βとし、エネルギー幅をδ（＝ΔＥ／
Ｅ）とした場合、モノクロメータのレンズ系を通過後
の、ｘ方向のビーム幅ｘ２は、２次近似で、次の式
（１）で表される。
ｘ２＝A×α＋D×δ＋AD×αδ＋DD×δ２＋AA×α２＋BB×β２ …（１）
ここで、Aはｘ方向収差係数、Dはエネルギー分散係数、
AD，DD，AA，BBはそれぞれのビームのエネルギ−の広が
りと空間の広がり角に関する２次収差係数である。Electron beam size at crossover (x
1 and y 1 ) are so small that they can be ignored, the beam divergence angles are 2α and 2β and the energy width is δ (= ΔE /) with respect to the orthogonal xy axes with the direction of energy dispersion being x.
In the case of E), the beam width x 2 in the x direction after passing through the lens system of the monochromator is represented by the following equation (1) in a quadratic approximation. x 2 = A × α + D × δ + AD × αδ + DD × δ 2 + AA × α 2 + BB × β 2 (1) where A is the x-direction aberration coefficient, D is the energy dispersion coefficient,
AD, DD, AA, and BB are second-order aberration coefficients related to the spread of energy of each beam and the spread angle of space.
【００３３】また、ｙ方向のビーム幅ｙ２は、次の式
（２）、
ｙ２＝B×β＋BA×βα …（２）
で与えられるここで、図４及び図５を用いて、本実施形
態によるモノクロメータの収束条件について説明する。
図４は、本発明の一実施形態によるモノクロメータの１
次収差係数Ａ，Ｂ，Ｄのモノクロメータ内での変化を示
す図である。図５は、本発明の一実施形態によるモノク
ロメータの２次収差係数ＡＡ，ＢＢ，ＢＡのモノクロメ
ータ内での変化を示す図である。The beam width y 2 in the y direction is given by the following equation (2), y 2 = B × β + BA × βα (2) Here, the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The convergence condition of the monochromator according to the form will be described.
FIG. 4 illustrates a monochromator according to an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the change in the monochromatic meter of the secondary aberration coefficient A, B, and D. FIG. 5 is a diagram showing changes in the secondary aberration coefficients AA, BB, and BA of the monochromator according to the embodiment of the present invention in the monochromator.
【００３４】図４，図５は、図３に示したパラーメータ
である偏向軌道半径AM1,AM2、磁場への入出射角EP1,EP
2、自由空間距離DL1,DL2,DL3を次のように定めて、モノ
クロメータの収束性を求めている。4 and 5 are deflection orbit radii AM1 and AM2, which are the parameters shown in FIG. 3, and entrance and exit angles EP1 and EP to and from the magnetic field.
2. The free space distances DL1, DL2, DL3 are set as follows to obtain the convergence of the monochromator.
【００３５】
偏向軌道半径AM1：０．０１５
偏向軌道半径AM2：０．００５
第１扇形磁場への入射角EP1：１６．５
第１扇形磁場への入射角EP2：１６．５
自由空間距離DL1：０．０３
自由空間距離DL2：０．０１２
自由空間距離DL3：０．０３
なお、パラメータの単位は、MKS単位である。最初に、
図４を用いて、モノクロメータ内でのビームの１次収差
係数Ａ，Ｂ，Ｄの変化について説明する。図４におい
て、横軸はビームの進行方向ｚ軸を表している。左端の
ゼロがクロスオーバ５を表し、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４
はそれぞれ第１，２，３，４の扇形磁場６，７，９，１
０を表し、中間がスリット８で、右端がモノクロ収束点
１１を表している。図４の縦軸は、それぞれの位置での
１次収差係数Ａ，Ｂ，Ｄである。Deflection orbit radius AM1: 0.015 Deflection orbit radius AM2: 0.005 Incidence angle EP1: 16.5 to first sector magnetic field EP2: 16.5 Free space distance DL1: 0.03 Free space distance DL2: 0.012 Free space distance DL3: 0.03 The unit of the parameter is the MKS unit. At first,
Changes in the first-order aberration coefficients A, B, and D of the beam in the monochromator will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the z-axis of the beam traveling direction. The zero at the left end represents crossover 5, and M1, M2, M3, M4
Are the first, second, third, and fourth fan-shaped magnetic fields 6, 7, 9, 1, respectively.
The slit 8 is in the middle, and the monochrome convergence point 11 is in the right end. The vertical axis of FIG. 4 represents the first-order aberration coefficients A, B and D at the respective positions.
【００３６】図４より明らかなように、スリットの位置
でｘ方向が収束（Ａ＝０）しており、エネルギー分散係
数Ｄが０．０４である。ｙ方向のビームはＭ１を出射
後、スリットおよびＭ３入射までｚ軸に対して並行（Ｂ
＝０．１８）であるが、後段のＭ３を出射後は右端の位
置１１でｘ方向とｙ方向が同時に収束しており、しかも
分散も相殺されている。As is apparent from FIG. 4, the x direction is converged (A = 0) at the slit position, and the energy dispersion coefficient D is 0.04. The beam in the y-direction is parallel to the z-axis (B
However, after exiting M3 in the subsequent stage, the x direction and the y direction are simultaneously converged at the position 11 at the right end, and the dispersion is canceled out.
【００３７】このように、１次近似の軌道計算では、本
実施形態のモノクロメータのモノクロ収束点では、空間
的にもエネルギー的にも３重収束（Ａ＝Ｂ＝Ｄ＝０）さ
れている。次に、図５を用いて、モノクロメータ内での
ビームの２次収差係数ＡＡ，ＢＢ，ＢＡの変化について
説明する。図５においても、図４と同様に、横軸はビー
ムの進行方向ｚ軸を表している。左端のゼロがクロスオ
ーバ５を表し、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４はそれぞれ第
１，２，３，４の扇形磁場６，７，９，１０を表し、中
間がスリット８で、右端がモノクロ収束点１１を表して
いる。図５の縦軸は、それぞれの位置での２次収差係数
ＡＡ，ＢＢ，ＢＡである。As described above, in the trajectory calculation of the first-order approximation, triple convergence (A = B = D = 0) is spatially and energy-wise converged at the monochrome convergence point of the monochromator of this embodiment. . Next, changes in the secondary aberration coefficients AA, BB, BA of the beam in the monochromator will be described with reference to FIG. In FIG. 5, as in FIG. 4, the horizontal axis represents the z-axis of the beam traveling direction. The zero at the left end represents the crossover 5, M1, M2, M3 and M4 represent the first, second, third and fourth fan-shaped magnetic fields 6, 7, 9 and 10, respectively, the middle is the slit 8 and the right end is the monochrome convergence. It represents point 11. The vertical axis of FIG. 5 represents the secondary aberration coefficients AA, BB, BA at the respective positions.
【００３８】図５に示すように、２次近似の収差係数に
おいても、式（１）、（２）の空間の広がりに関する２
次収差係数ＡＡ，ＢＢ，ＢＡは、最終のモノクロ収束点
で３つとも除去されている（ＡＡ＝ＢＢ＝ＢＡ＝０）。
これは、モノクロメータのスリット位置での鏡対称性に
よる効果である。As shown in FIG. 5, even in the quadratic approximation aberration coefficient, it is 2 with respect to the space expansion of the equations (1) and (2).
All the three next-order aberration coefficients AA, BB, and BA are removed at the final monochrome convergence point (AA = BB = BA = 0).
This is due to the mirror symmetry at the slit position of the monochromator.
【００３９】以上述べたように、本実施形態のモノクロ
メータを走査形電子顕微鏡の第１集束レンズの下に配置
すれば、エネルギー制限スリットでモノクロ化したの後
に、１次と２次の収差係数Ａ，Ｂ，Ｄ，ＡＡ，ＢＢ，Ｂ
Ａのすべてが収束したモノクロ収束点が得られる。これ
を第２集束レンズの物点にして、対物レンズで縮小すれ
ば、色収差の無いスポットが得られ、分解能が向上す
る。As described above, if the monochromator of this embodiment is arranged below the first focusing lens of the scanning electron microscope, the first and second-order aberration coefficients are obtained after the monochromatization by the energy limiting slit. A, B, D, AA, BB, B
A monochrome convergence point where all of A are converged is obtained. If this is used as the object point of the second focusing lens and reduced by the objective lens, a spot without chromatic aberration is obtained, and the resolution is improved.
【００４０】次に、図６を用いて、本発明の一実施形態
による走査形電子顕微鏡に用いるモノクロメータの具体
的な第１の構成について説明する。 図６は、本発明の
一実施形態による走査形電子顕微鏡に用いるモノクロメ
ータの第１の構成を示しており、図６（Ａ）は、中心軌
道軸ｚを含んだ正面断面図であり、図６（Ｂ）は、側面
断面図である。なお、図２と同一符号は同一部分を示し
ている。Next, with reference to FIG. 6, a specific first construction of the monochromator used in the scanning electron microscope according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a first configuration of a monochromator used in a scanning electron microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 (A) is a front sectional view including a central trajectory axis z. 6 (B) is a side sectional view. The same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same parts.
【００４１】本実施形態では、モノクロメータは、２つ
の部分から構成され、いわば、２体化されている。ヨー
ク４０には、励磁コイル４２，５３及び第１磁極４３，
第２磁極５４が取り付けられており、図２に示した第
１，第２の扇形磁場６，７の磁路を形成している。第１
磁場と第２磁場の間には、通路４９が設けられている。
また、第１磁場の入口には、入射口４５が設けられ、第
１磁場の出口には、出射口４６が設けられている。以上
の構成によって、モノクロメータの第１の部分を構成し
ている。In the present embodiment, the monochromator is composed of two parts, so to speak, it is made into two parts. The yoke 40 includes an exciting coil 42, 53 and a first magnetic pole 43,
The second magnetic pole 54 is attached and forms the magnetic paths of the first and second fan-shaped magnetic fields 6 and 7 shown in FIG. First
A passage 49 is provided between the magnetic field and the second magnetic field.
An entrance 45 is provided at the entrance of the first magnetic field, and an exit 46 is provided at the exit of the first magnetic field. The above configuration constitutes the first portion of the monochromator.
【００４２】また、ヨーク４１には、励磁コイル５６，
５７及び第３磁極４４，第４磁極５５が取り付けられて
おり、図２に示した第３，第４の扇形磁場９，１０の磁
路を形成している。第３磁場と第４磁場の間には、通路
５０が設けられている。また、第３磁場の入口には、入
射口４７が設けられ、第３磁場の出口には、出射口４８
が設けられている。以上の構成によって、モノクロメー
タの第２の部分を構成している。Further, the yoke 41 has an exciting coil 56,
57, the third magnetic pole 44, and the fourth magnetic pole 55 are attached to form the magnetic paths of the third and fourth fan-shaped magnetic fields 9 and 10 shown in FIG. A passage 50 is provided between the third magnetic field and the fourth magnetic field. An entrance port 47 is provided at the entrance of the third magnetic field, and an exit port 48 is provided at the exit of the third magnetic field.
Is provided. The above configuration constitutes the second portion of the monochromator.
【００４３】モノクロメータの第１の部分及び第２の部
分は、基本的にはまったく同形で鏡対称であるのが望ま
しいものである。It is desirable that the first and second parts of the monochromator are essentially identical and mirror symmetric.
【００４４】本例では、ＳＥＭのビーム軸にそれぞれを
独立に微調して合わせるが容易に行えるものである。In this example, it is easy to finely adjust the beam axes of the SEM independently of each other.
【００４５】次に、図７を用いて、本発明の一実施形態
による走査形電子顕微鏡に用いるモノクロメータの具体
的な第２の構成について説明する。 図７は、本発明の
一実施形態による走査形電子顕微鏡に用いるモノクロメ
ータの第２の構成を示しており、図７（Ａ）は、中心軌
道軸ｚを含んだ正面断面図であり、図７（Ｂ）は、側面
断面図である。なお、図２と同一符号は同一部分を示し
ている。Next, the second specific construction of the monochromator used in the scanning electron microscope according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a second configuration of the monochromator used in the scanning electron microscope according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 (A) is a front sectional view including the central orbital axis z. 7 (B) is a side sectional view. The same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same parts.
【００４６】本実施形態では、モノクロメータは、１つ
の部分から構成され、いわば、１体化されている。ヨー
ク５１には、励磁コイル４２，５３及び第１磁極４３と
第２の磁極５４が取り付けられており、図２に示した第
１，第２の扇形磁場６，７の磁路を形成している。第１
磁場と第２磁場の間には、通路４９が設けられている。
また、同じくヨーク５１には、励磁コイル５６，５７及
び第３磁極４５と第４の磁極５５が取り付けられてお
り、図２に示した第３，第４の扇形磁場９，１０の磁路
を形成している。第３磁場と第４磁場の間には、通路５
０が設けられている。In the present embodiment, the monochromator is composed of one part and is, so to speak, integrated. Exciting coils 42, 53 and a first magnetic pole 43 and a second magnetic pole 54 are attached to the yoke 51 to form the magnetic paths of the first and second fan-shaped magnetic fields 6, 7 shown in FIG. There is. First
A passage 49 is provided between the magnetic field and the second magnetic field.
Similarly, exciting coils 56 and 57, a third magnetic pole 45 and a fourth magnetic pole 55 are attached to the yoke 51, and the magnetic paths of the third and fourth sector magnetic fields 9 and 10 shown in FIG. Is forming. A passage 5 is provided between the third magnetic field and the fourth magnetic field.
0 is provided.
【００４７】第１磁場の入口には、入射口４５が設けら
れ、第１磁場の出口には、出射口４６が設けられてい
る。また、第３磁場の入口には、入射口４７が設けら
れ、第３磁場の出口には、出射口４８が設けられてい
る。An entrance 45 is provided at the entrance of the first magnetic field, and an exit 46 is provided at the exit of the first magnetic field. An entrance port 47 is provided at the entrance of the third magnetic field, and an exit port 48 is provided at the exit of the third magnetic field.
【００４８】さらに、スリット収容用の穴５２が設けら
れており、この穴５２にスリット８が収容される。Further, a slit accommodating hole 52 is provided, and the slit 8 is accommodated in this hole 52.
【００４９】本例では、４つの磁極が一つの磁路の中に
収納されているので、相対位置が機械加工精度で保証さ
れるので、優れた対称性を有するモノクロメータが作成
でき、部品点数も少なくすることができる。In this example, since the four magnetic poles are housed in one magnetic path, the relative position is guaranteed by the machining accuracy, so that a monochromator having excellent symmetry can be produced and the number of parts can be increased. Can be reduced.
【００５０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、照射電子ビームのエネルギーを単色化し、色収差を
低減してスポット系を縮小することにより、走査電子顕
微鏡の像分解能を高めることができるモノクロメータを
実用化できる。As described above, according to the present embodiment, the energy of the irradiation electron beam is monochromatic, the chromatic aberration is reduced, and the spot system is reduced, whereby the image resolution of the scanning electron microscope can be increased. A meter can be put to practical use.
【００５１】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、照射電子ビームのエネ
ルギーを単色化し、色収差を低減してスポット系を縮小
することにより、像分解能を高めることができるモノク
ロメータを実用化できる。According to the present invention, it is possible to put into practical use a monochromator capable of enhancing the image resolution by monochromaticizing the energy of the irradiation electron beam, reducing chromatic aberration and reducing the spot system.
【図１】本発明の一実施形態によるモノクロメータを備
えた走査形電子顕微鏡の光学系の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of a scanning electron microscope including a monochromator according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施形態によるモノクロメータの電
子光学系による電子ビームの軌道の詳細を示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of a trajectory of an electron beam by the electron optical system of the monochromator according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施形態によるモノクロメータの軌
道計算に用いるパラメータの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of parameters used for trajectory calculation of the monochromator according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施形態による１次収差係数Ａ，
Ｂ，Ｄのモノクロメータ内での変化を示す図である。FIG. 4 illustrates a first-order aberration coefficient A according to an embodiment of the present invention,
It is a figure which shows the change in the monochromator of B and D.
【図５】本発明の一実施形態による２次収差係数ＡＡ，
ＢＢ，ＢＡのモノクロメータ内での変化を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a second-order aberration coefficient AA according to an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the change in a monochromator of BB and BA.
【図６】本発明の一実施形態による走査形電子顕微鏡に
用いるモノクロメータの第１の構成図である。FIG. 6 is a first configuration diagram of a monochromator used in the scanning electron microscope according to the embodiment of the present invention.
【図７】本発明の一実施形態による走査形電子顕微鏡に
用いるモノクロメータの第２の構成図である。FIG. 7 is a second configuration diagram of the monochromator used in the scanning electron microscope according to the embodiment of the present invention.
１…フィールドエミッション型電子源 ２…電子ビームの中心軸 ３…ビームの広がり ４…第１集束レンズ ５，１４…クロスオーバ ６…第１扇形磁場（Ｍ１） ７…第２扇形磁場（Ｍ２） ８…エネルギー選択スリット ９…第３扇形磁場（Ｍ３） １０…第４扇形磁場（Ｍ４） １１…クロスオーバ（モノクロ収束点） １２…絞り １３…第２集束レンズ １５，１６…走査用コイル １７…対物レンズ １８…試料 １９…２次電子検出器 ２０…中間収束点 ２１…中間鏡対称面 ２２…２次電子 ４０，４１，５１…ヨーク ４２，５３…励磁コイル ４３…第１磁極 ４４…第３磁極 ４５，４７…入射口 ４６，４８…出射口 ４９，５０…通路 ５２…スリット収容用の穴 ５４…第２磁極 ５５…第４磁極 ５６，５７…励磁コイル 1. Field emission type electron source 2 ... Central axis of electron beam 3… Beam spread 4 ... First focusing lens 5,14 ... Crossover 6 ... 1st sector magnetic field (M1) 7 ... Second sector magnetic field (M2) 8 ... Energy selection slit 9 ... Third sector magnetic field (M3) 10 ... Fourth sector magnetic field (M4) 11 ... Crossover (monochrome convergence point) 12 ... Aperture 13 ... Second focusing lens 15, 16 ... Scanning coil 17 ... Objective lens 18 ... Sample 19 ... Secondary electron detector 20 ... Intermediate convergence point 21 ... Intermediate mirror symmetry plane 22 ... Secondary electron 40, 41, 51 ... York 42, 53 ... Excitation coil 43 ... 1st magnetic pole 44 ... Third magnetic pole 45, 47 ... Entrance 46, 48 ... Ejection port 49, 50 ... passage 52 ... Hole for accommodating slit 54 ... Second magnetic pole 55 ... Fourth magnetic pole 56, 57 ... Excitation coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者 大高 正 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部那珂事業所内 (72)発明者 小原 篤 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部那珂事業所内 (72)発明者 小瀬 洋一 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部那珂事業所内 (72)発明者 戸所 秀男 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部那珂事業所内 Ｆターム(参考） 2G132 AA00 AF13 AL00 4M106 AA01 BA02 CA08 DB05 DB18 5C033 AA03 AA05 JJ01 JJ07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/66 G01R 31/28 L (72) Inventor Tadashi Otaka 882 Ichige Ichige, Hitachinaka City, Ibaraki Stock Association Hitachi High-Technologies Corporation Design / Manufacturing Headquarters Naka Operations (72) Inventor Atsushi Obara 882 Ichige, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture Stock Company Hitachi High-Technologies Design and Manufacturing Headquarters Naka Operations (72) Inventor Yoichi Kose Ibaraki Prefecture 882 Ichimo, Hitachinaka City, Hitachi High-Technologies Corporation, Design and Manufacturing Headquarters, Naka Plant (72) Inventor Hideo Tokoro, Hitachinaka City, Ichige, 882, Hitachi, Ltd. F term (reference) 2G132 AA00 AF13 AL00 4M106 AA01 B A02 CA08 DB05 DB18 5C033 AA03 AA05 JJ01 JJ07
Claims (7)
上記電子ビームを収束させる第１集束レンズと、形成さ
れたクロスオーバを縮小する第２集束レンズと、さらに
縮小する対物レンズとからなる電子ビーム照射系を有
し、上記電子銃から発生した電子ビームを試料に照射す
る走査電子顕微鏡において、 上記第１集束レンズと上記第２集束レンズの間に配置さ
れ、 前段２個と後段２個の扇形磁場とスリットから構成さ
れ、 上記スリットは、上記前段の扇形磁場と上記後段の扇形
磁場の中間部の鏡対称面に配置され、上記前段の扇形磁
場で上記第１集束レンズのクロスオーバから発散した電
子ビームの異なるエネルギーを制限し、 上記後段の扇形磁場は、発散した電子ビームを再び空間
的に点収束させるとともに、上記エネルギー分散を非分
散にして、上記第２集束レンズの物点とする電子エネル
ギーモノクロメータを備えたモノクロメータ付走査形電
子顕微鏡。1. An electron gun for generating and accelerating an electron beam,
An electron beam emitted from the electron gun, which has an electron beam irradiation system including a first focusing lens that converges the electron beam, a second focusing lens that reduces the formed crossover, and an objective lens that further reduces the crossover. In a scanning electron microscope for irradiating a sample with a sample, it is arranged between the first focusing lens and the second focusing lens, and is composed of two front-stage and two rear-stage fan-shaped magnetic fields and slits. The fan-shaped magnetic field is arranged in the mirror symmetry plane between the fan-shaped magnetic field and the fan-shaped magnetic field in the latter stage, and limits the different energies of the electron beams diverging from the crossover of the first focusing lens by the fan-shaped magnetic field in the preceding stage. Is an electron energy source that makes the diverging electron beam point-wise spatially again and makes the energy dispersion non-dispersive to be the object point of the second focusing lens. Scanning electron microscope with monochromator equipped with Ruggy monochromator.
子顕微鏡において、 上記の電子エネルギーモノクロメータは、 第１の扇形磁場で電子ビームをほぼ９０度に偏向し、 第２の扇形磁場でほぼ１８０度に偏向されて再び上記第
１の扇形磁場に入射してほぼ９０度偏向し、はじめの入
射方向と同じ角度に出射されて、鏡対称面に方向収束す
るとともに、 スリットでエネルギーを制限された後、第３の扇形磁場
に入射してほぼ９０度偏向し、第４の扇形磁場でほぼ１
８０度偏向され、再び上記第３の扇形磁場に入射してほ
ぼ９０度偏向し、初めの入射方向と同じ方向に出射して
非分散のクロスオ−バを形成し、第２集束レンズの物点
とすることを特徴とするモノクロメータ付走査形電子顕
微鏡。2. The scanning electron microscope with a monochromator according to claim 1, wherein the electron energy monochromator deflects the electron beam to approximately 90 degrees by a first sector magnetic field and substantially by a second sector magnetic field. It is deflected by 180 degrees and again enters the first sector magnetic field, is deflected by about 90 degrees, is emitted at the same angle as the first incident direction, converges in the direction of the mirror symmetry plane, and the energy is limited by the slit. After that, it is incident on the third fan-shaped magnetic field and deflected by about 90 degrees, and is almost 1 by the fourth fan-shaped magnetic field.
After being deflected by 80 degrees, it is again incident on the third fan-shaped magnetic field and deflected by about 90 degrees, and is emitted in the same direction as the initial incident direction to form a non-dispersive crossover, and the object point of the second focusing lens. The scanning electron microscope with a monochromator characterized in that
子顕微鏡において、 上記モノクロメータは、 上記第１集束レンズの物点が上記第１扇形磁場によっ
て、上記第２扇形磁場の入り口にｘ方向（エネルギー分
散方向）に収束され、上記第２扇形磁場によってその出
口にｘ方向に収束され、再び上記第１扇形磁場によっ
て、初めの物点と鏡対称の位置にｘ方向収束するととも
に、 ｙ方向（磁力線方向）にはほぼ並行ビームとなり、エネ
ルギー分散され、スリットでエネルギー幅を縮小し、 後段の上記第３，４扇形磁場では、前段の扇形磁場と同
じ鏡対称の径路で電子ビームの軌道を描いて、中間鏡対
称面（スリットの位置）に対して初めの物点に鏡対称な
位置に非分散で点収束の収束性を有することを特徴とす
るモノクロメータ付走査形電子顕微鏡。3. The scanning electron microscope with a monochromator according to claim 2, wherein in the monochromator, the object point of the first focusing lens is the first fan-shaped magnetic field to cause an entrance of the second fan-shaped magnetic field in the x direction. (Energy dispersion direction), is converged in the x direction at the exit by the second fan-shaped magnetic field, and again is converged in the x-direction by the first fan-shaped magnetic field to a position symmetrical with the initial object point and the y-direction. In the (direction of magnetic field), the beam becomes almost parallel, energy is dispersed, and the energy width is reduced by the slit. In the subsequent third and fourth fan-shaped magnetic fields, the electron beam trajectories follow the same mirror-symmetrical path as the front fan-shaped magnetic field. It is characterized by the fact that it has a non-dispersive point-converging convergent characteristic at a position symmetrical to the first object point with respect to the intermediate mirror symmetry plane (slit position). Child microscope.
子顕微鏡において、 上記モノクロメータは、 上記前段の扇形磁場の中の第１扇形磁場の入口磁極端面
がビームの入射方向の垂直面に対して偏向方向に入射角
をもち、出射後ｙ方向（磁力線の方向）にビームの中心
軸（進行方向）に対して並行になり、 上記後段の扇形磁場の中の第３扇形磁場の出射磁極端面
が第１扇形磁場の入射角と鏡対称の出射角をもち、出射
後ｙ方向に対して、ｘ方向収束点に同時収束してクロス
オーバを形成することを特徴とするモノクロメータ付走
査形電子顕微鏡。4. The scanning electron microscope with a monochromator according to claim 1, wherein in the monochromator, the entrance pole end face of the first sector magnetic field in the preceding sector magnetic field is perpendicular to the plane perpendicular to the beam incident direction. Has an incident angle in the deflection direction, is parallel to the central axis (traveling direction) of the beam in the y direction (direction of magnetic force lines) after emission, and is the output magnetic pole end face of the third sector magnetic field in the latter sector magnetic field. Has a first fan-shaped magnetic field incident angle and a mirror-symmetrical exit angle, and simultaneously converges at the x-direction convergence point with respect to the y-direction after the exit to form a crossover. microscope.
子顕微鏡において、 上記モノクロメータは、 前段の扇形磁場を構成する第１扇形磁場と第２扇形磁場
および物点とスリットに対して鏡対称面ｚ１をもち、 また、後段扇形磁場を構成する第３扇形磁場と第４扇形
磁場およびスリットと点収束クロスオーバに対して鏡対
称面ｚ３をもち、 上記第１扇形磁場と第２扇形磁場および物点とスリット
とは、上記後段扇形磁場を構成する第３扇形磁場と第４
扇形磁場およびスリットと点収束クロスオーバとスリッ
トを含む中間鏡対称面ｚ２に対して、対称形状となり、 上記第３扇形磁場のあとのクロスオーバ点で、エネルギ
ー分散係数がゼロになる（非分散）とともにビームの
ｘ、ｙ方向の開角αおよびβに関する２次収差係数を除
去する収束特性を有することを特徴とするモノクロメー
タ付走査形電子顕微鏡。5. The scanning electron microscope with a monochromator according to claim 1, wherein the monochromator is mirror symmetric with respect to the first sector magnetic field and the second sector magnetic field forming the sector magnetic field of the preceding stage and the object point and the slit. Has a surface z1 and has a mirror symmetry surface z3 with respect to the third sector magnetic field and the fourth sector magnetic field forming the post-stage sector magnetic field and the slit and the point converging crossover, and has the first sector magnetic field and the second sector magnetic field. The object point and the slit are the third fan-shaped magnetic field and the fourth fan-shaped magnetic field forming the latter fan-shaped magnetic field.
It has a symmetrical shape with respect to the intermediate mirror symmetry plane z2 including the sector magnetic field, the slit, the point-converging crossover, and the slit, and the energy dispersion coefficient becomes zero at the crossover point after the third sector magnetic field (non-dispersion). A scanning electron microscope with a monochromator, which has a converging characteristic for removing the secondary aberration coefficient concerning the open angles α and β in the x and y directions of the beam.
子顕微鏡において、 上記モノクロメータは、上記前段の扇形磁場を構成する
第１および第２の扇形磁場を一体の磁路（ヨーク）で形
成し、上記後段の扇形磁場を構成する第３および第４の
扇形磁場を別の一体の磁路（ヨーク）で形成したことを
特徴とするモノクロメータ付査電子電子顕微鏡。6. The scanning electron microscope with a monochromator according to claim 1, wherein the monochromator forms first and second fan-shaped magnetic fields constituting the fan-shaped magnetic field of the preceding stage by an integrated magnetic path (yoke). Then, the inspection electron microscope with a monochromator, wherein the third and fourth fan-shaped magnetic fields constituting the fan-shaped magnetic field in the latter stage are formed by separate integral magnetic paths (yokes).
子顕微鏡において、 上記モノクロメータは、上記前段の扇形磁場を構成する
第１および第２の扇形磁場と、上記後段の扇形磁場を構
成する第３および第４の扇形磁場を一体の磁路（ヨー
ク）で形成したことを特徴とするモノクロメータ付査電
子電子顕微鏡。7. The scanning electron microscope with a monochromator according to claim 1, wherein the monochromator constitutes first and second fan-shaped magnetic fields forming the front-stage fan-shaped magnetic field and the rear-stage fan-shaped magnetic field. An inspection electron microscope with a monochromator, wherein the third and fourth fan-shaped magnetic fields are formed by an integrated magnetic path (yoke).
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