本發(fā)明涉及具備用于使電子聚集于試料的磁場透鏡或靜電透鏡、或者具備它們雙方的電子線裝置。

背景技術(shù)：

能夠進(jìn)行納米級的觀察的掃描式電子顯微鏡(SEM)在半導(dǎo)體領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、生物領(lǐng)域等各種領(lǐng)域中使用。SEM由產(chǎn)生電子的電子源、以及使所產(chǎn)生的電子聚集在試料上的電磁透鏡構(gòu)成，SEM像的畫質(zhì)較大依賴于上述構(gòu)成部件的性能。例如，從電子源產(chǎn)生的電子的量、即電子源的亮度對SEM像的SN(Signal-to-Noise)比產(chǎn)生影響，電磁透鏡的性能對所獲得的SEM像的空間分辨率產(chǎn)生影響。

專利文獻(xiàn)1中公開了，通過成為從電子源釋放高能量的電子、并使該高能量的電子在物鏡與試料之間減速的結(jié)構(gòu)，來提高電子源的亮度并且使之難以受到來自外部的影響。

另一方面，專利文獻(xiàn)2中公開了，通過使高能量的電子在物鏡下表面減速，從而即使在向試料照射低能量的電子的情況下，也能實現(xiàn)較高的空間分辨率。

此外，專利文獻(xiàn)3中公開了，以即使在射線能量較低的情況下也具有較高的點分辨率的方式，在中間像的范圍內(nèi)配置從第一能量向更高的第二能量對電子進(jìn)行加速的裝置。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2004-234993號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開平5-36371號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開2010-257855號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本申請發(fā)明人專心研究了SEM性能的結(jié)果，得到如下見解。

專利文獻(xiàn)1中，需要對試料施加電壓。因此，SEM性能較大地依賴于試料的形狀、組成。另一方面，專利文獻(xiàn)2中，能夠?qū)⑽镧R與試料之間保持為同電位，同時能夠?qū)崿F(xiàn)高空間分辨率。因此，通過組合專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2，能夠與試料無關(guān)地，實現(xiàn)高亮度并且實現(xiàn)高空間分辨率化。但是，該效果僅限于磁場不向試料側(cè)泄漏的外部透鏡類型的SEM。這是因為，專利文獻(xiàn)2中假定為外部透鏡。在能動地向試料泄漏磁場的半浸沒透鏡類型、單極透鏡的SEM中，若在物鏡下表面使電子減速，則空間分辨率變差。

本發(fā)明的目的在于難以受到外部干擾的影響，并且兼得高空間分辨率和高亮度。

用于解決課題的方案

本發(fā)明中，例如在產(chǎn)生電子線的電子源與使電子線聚集在試料上的物鏡之間，在電子源側(cè)配置高電壓的射線管，并在物鏡側(cè)配置低電壓的射線管。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，即使是具備能動地向試料泄漏磁場的類型的物鏡的SEM，也能夠維持空間分辨率，同時能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度化。

附圖說明

圖1是實施例1的復(fù)合帶電粒子線裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示射線管部的布線例1的圖。

圖3是表示射線管部的布線例2的圖。

圖4是表示減速部的構(gòu)造例1的圖。

圖5是表示減速部的構(gòu)造例2的圖。

圖6是表示減速部的構(gòu)造例3的圖。

圖7是表示減速部的構(gòu)造例4的圖。

圖8是表示減速部的構(gòu)造例5的圖。

圖9是表示實施例2的復(fù)合帶電粒子線裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。

圖10是表示射線管的分割例1的圖。

圖11是表示射線管的分割例2的圖。

具體實施方式

實施例中，公開一種電子線裝置，其具備：電子源，其產(chǎn)生電子線；以及物鏡，其使電子線聚集在試料上，在電子源與物鏡下表面之間，在電子源側(cè)配置能夠設(shè)定電壓的第一射線管，并在物鏡側(cè)配置與第一射線管不同的能夠設(shè)定電壓的第二射線管，并具備輸入裝置，該輸入裝置能夠選擇使第一射線管的電壓比第二射線管的電壓高的模式。

并且，實施例中，公開輸入裝置能夠選擇使第一射線管的電壓與第二射線管的電壓為同電位的模式。

并且，實施例中，公開物鏡是向試料側(cè)泄漏磁場的半浸沒透鏡類型或者單極透鏡類型。并且，公開除半浸沒透鏡類型或者單極透鏡類型的物鏡之外，還具備不向試料側(cè)泄漏磁場的外部透鏡類型的物鏡。并且，公開在使用半浸沒透鏡類型或者單極透鏡類型的物鏡的情況下，成為僅向第一射線管施加電壓的模式，并在使用外部透鏡類型的物鏡的情況下，成為向第一以及第二射線管施加電壓的模式。并且，公開在使用外部透鏡類型的物鏡的情況下，成為使第一射線管的電位與第二射線管的電位為同電位的模式。并且，公開具備向試料照射離子束的離子束裝置。

并且，實施例中，公開第二射線管配置在物鏡的內(nèi)部。

并且，實施例中，公開第二射線管的電位是GND電位。

并且，實施例中，公開第一射線管和第二射線管的沿面距離是5mm以上。

并且，實施例中，公開一種電子線裝置，其具備：電子源，其產(chǎn)生電子線；減速部，其使從電子源產(chǎn)生的電子減速；以及物鏡，其使電子線聚集在試料上，減速部配置在電子源與物鏡的磁極之間。

并且，實施例中，公開減速部中的電極形狀是圓錐形狀、碗形狀、或者圓錐臺形狀。

并且，實施例中，公開減速部具備兩個電極，并形成為一個電極覆蓋另一個電極的形狀。

并且，實施例中，公開一種電子線裝置，其具備：電子源，其產(chǎn)生電子線；聚光透鏡，其使從電子源產(chǎn)生的電子線聚集；以及物鏡，其使通過聚光透鏡后的電子線聚集在試料上，還具備第一射線管以及第二射線管，它們使通過聚光透鏡時的電子線的能量比通過物鏡時的電子線的能量高。

并且，實施例中，公開一種電子線裝置，其具備：電子源，其產(chǎn)生電子線；以及物鏡，其使從電子源產(chǎn)生的電子線聚集在試料上，還具備：檢測器，其具有供從電子源產(chǎn)生的電子線通過的射線管、以及供射線管貫通的電子受光面，該檢測器對從試料釋放出的電子進(jìn)行檢測；以及第一射線管及第二射線管，它們使從電子源產(chǎn)生的電子線的通過射線管時的能量比通過物鏡時的電子線的能量高。

并且，實施例中，公開一種電子線裝置，其具備：電子源，其產(chǎn)生電子線；射線管，其供從電子源產(chǎn)生的電子線通過；物鏡，其使從電子源產(chǎn)生的電子線聚集在試料上；檢測器，其對從試料釋放出的電子進(jìn)行檢測，并配置在光軸外；以及偏轉(zhuǎn)器，其使從試料釋放出的電子向配置在光軸外的檢測器的一方偏轉(zhuǎn)，并具備第一射線管以及第二射線管，它們使從電子源產(chǎn)生的電子線的通過射線管時的能量比通過偏轉(zhuǎn)器以及物鏡時的電子線的能量高。

以下，參照附圖對上述以及其它的本發(fā)明的新的特征和效果進(jìn)行說明。附圖是專門用于理解發(fā)明的，并不對保護(hù)范圍進(jìn)行限制。

實施例1

圖1中表示具備本實施例的電子線裝置和離子束裝置的復(fù)合帶電粒子線裝置的簡要結(jié)構(gòu)。復(fù)合帶電粒子線裝置具備：產(chǎn)生電子線的電子源101；控制電子源的電子源控制器151；對從電子源釋放出的電子線進(jìn)行加速的加速電極102；控制加速電極的加速電極控制器152；使從電子源釋放出的電子線聚集的第一、第二聚光透鏡103、104；控制第一、第二聚光透鏡的第一、第二聚光透鏡控制器153、154；使電子線聚集于試料的物鏡的磁路105；驅(qū)動半浸沒透鏡類型的物鏡的半浸沒透鏡線圈106；控制半浸沒透鏡線圈的半浸沒透鏡控制器156；驅(qū)動外部透鏡類型的物鏡的外部透鏡線圈107；控制外部透鏡線圈的外部透鏡控制器157；在柱外檢測從試料釋放出的電子的試料室檢測器118；控制試料室檢測器的試料室檢測器控制器168；在柱內(nèi)檢測從試料釋放出的電子的柱內(nèi)檢測器108；控制柱內(nèi)檢測器的柱內(nèi)檢測器控制器158；使從試料釋放出的電子向柱內(nèi)檢測器偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器109；控制偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)器控制器159；從加速電極配置至第二聚光透鏡附近的第一射線管110；向第一射線管供給電壓的第一射線管用電源111；控制第一射線管用電源的第一射線管用電源控制器161；從形成物鏡的磁路上端配置至物鏡下端附近的第二射線管112；向第二射線管供給電壓的第二射線管用電源113；控制第二射線管用電源的第二射線管控制器163；配置觀察試料114的試料室115；向試料照射離子束的離子束柱116；控制離子束柱的離子束柱控制器166；控制裝置整體的動作以及進(jìn)行電子線像的構(gòu)建的綜合計算機170；供操作人員輸入照射條件、電極的電壓條件、位置條件等各種指示等的操控器(鍵盤、鼠標(biāo)等)171；以及顯示所取得的圖像、控制畫面的顯示器172。除此之外，電子線裝置具備用于使電子線掃描、轉(zhuǎn)移的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)等電子線裝置所需要的所有結(jié)構(gòu)。并且，各控制器以及運算器相互能夠通信，由綜合計算機170來控制。

本實施例中，控制器171能夠從幾個模式中選擇預(yù)定的模式。根據(jù)來自控制器171的輸入，綜合計算機170將第一射線管110、第二射線管112等的狀態(tài)設(shè)為預(yù)定的狀態(tài)，從而使裝置為預(yù)定的模式。

此外，本實施例中，具備兩個聚光透鏡，但在操控向物鏡入射的電子的目的中，聚光透鏡的個數(shù)沒有要求。并且，若半浸沒透鏡類型的物鏡是能動地向試料側(cè)泄漏磁場的類型的透鏡，則磁路105的形狀沒有要求。例如，也可以是僅具有一個磁極的單極透鏡。并且，圖1中，加速電極下端與第一射線管接觸，但加速電極下端無需與第一射線管接觸，也無需是同電位。

并且，本實施例中，具備第一射線管用電源和第二射線管用電源，但也考慮不具備第二射線管用電源的情況。例如，也可以如圖2所示，通過將第二射線管連接于GND，來使第二射線管的電位總是為GND電位。并且，例如，也可以如圖3所示，通過具備電壓切換開關(guān)201和控制電壓切換開關(guān)的開關(guān)控制器251，能夠?qū)⒌诙渚€管的電位切換為第一射線管的電位或GND電位。并且，本實施例中，在第二聚光透鏡與物鏡的磁路之間分割出第一射線管和第二射線管，但第一射線管和第二射線管的分割位置例如也可以如圖10所示地比第二聚光透鏡下表面靠電子槍側(cè)，并且例如也可以如圖11所示地在物鏡的磁路內(nèi)部。

并且，柱內(nèi)檢測器108在檢測從試料釋放出的電子的目的中，其結(jié)構(gòu)沒有要求?？梢允侵苯訉﹄娮舆M(jìn)行計數(shù)的結(jié)構(gòu)，也可以是將電子一次變換為光、用光電探測器來檢測。

根據(jù)本實施例，即使在使用半浸沒透鏡類型的物鏡的情況下，也能夠難以受到外部干擾的影響，并且能夠得到高亮度。即，能夠兼得高空間分辨率和高亮度。照射于試料的電子線的能量越來越低，容易受到外部干擾的影響，并且難以得到高亮度、高空間分辨率。但是，隨著半導(dǎo)體的高集成化所產(chǎn)生的試料最表面信息的取得需求、生物體試料或有機功能性材料的電子線照射損傷減少需求，進(jìn)一步優(yōu)選電子線的低能量化。因此，通過將第一射線管設(shè)為高電壓、并將第二射線管設(shè)為低電壓(或者GND電位)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的外部干擾耐性、高亮度、高空間分辨率，從而能夠響應(yīng)上述需求。

另外，在具備半浸沒透鏡類型的物鏡和外部透鏡類型的物鏡的復(fù)合物鏡的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)控制工序的簡化、以及易用性的提高。在外部透鏡類型的情況下，以高能量在物鏡下端附近通過的話，能夠?qū)崿F(xiàn)高空間分辨率。即，通過將本實施例中的第一、第二射線管均設(shè)為高電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度、高空間分辨率。另一方面，在半浸沒透鏡類型的情況下，通過將第一射線管設(shè)為高電壓、并將第二射線管設(shè)為低電壓(或者GND電位)，除了能夠?qū)崿F(xiàn)與以外部透鏡類型驅(qū)動的情況相同程度的亮度之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)比以外部透鏡類型驅(qū)動的情況更高的空間分辨率。并且，在以任意透鏡類型驅(qū)動的情況下，都同樣地高能量的電子線在比物鏡靠電子源側(cè)通過，從而物鏡以外的控制可以相同。由此，也不需要光軸的再調(diào)整等，從而從操作性觀點看便利。這樣的復(fù)合物鏡在照射聚集離子束(FIB)的FIB柱和SEM設(shè)置于相同的試料室的FIB-SEM裝置中非常有效。若在離子束的光軸上存在磁場，則離子束因該磁場而偏轉(zhuǎn)。而且，由于磁場所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)量根據(jù)離子的質(zhì)量而不同，所以包括同位體的離子束無法在試料上聚集于一點，而是分離的。因此，在同時采用離子束和電子線的情況下，不優(yōu)選半浸沒透鏡類型的物鏡，而優(yōu)選外部透鏡類型的物鏡。但是，有時根據(jù)試料不同，即使?fàn)奚掏铝恳残枨蟀虢]透鏡類型的高空間分辨率。該情況下，切換離子束照射和半浸沒透鏡類型的電子線照射來使用。此時，如本實施例那樣，若能夠僅切換物鏡的模式來使用，則能夠減輕用戶的負(fù)擔(dān)。另外，若能夠使用操控器或者GUI畫面來以單觸摸來進(jìn)行模式的切換，則更加便利。

此外，對于第一射線管與第二射線管之間的減速部而言，可以如圖1所示地保持原樣地利用第一射線管與第二射線管之間的間隙部所作出的減速電場，但也可以如圖4所示，在第一射線管的下端設(shè)置向物鏡側(cè)變寬的圓錐形狀的減速部電極301a，并在第二射線管的上端設(shè)置向電子源側(cè)變寬的圓錐形狀的減速部電極301b，來構(gòu)成減速部。由此，能夠緩和形成于減速部的靜電透鏡作用。也可以僅設(shè)置減速部電極301a和減速部電極301b中一方來構(gòu)成減速部。

同樣，也可以如圖5所示，在第一射線管的下端設(shè)置向物鏡側(cè)變寬的碗形狀的減速部電極302a，并在第二射線管的上端設(shè)置向電子源側(cè)變寬的碗形狀的減速部302b，來構(gòu)成減速部。也可以僅設(shè)置減速部電極302a和減速部電極302b中一方來構(gòu)成減速部。

同樣，也可以如圖6所示，在第一射線管的下端設(shè)置向物鏡側(cè)變寬的圓錐臺形狀的減速部電極303a，并在第二射線管的上端設(shè)置向電子源側(cè)變寬的圓錐臺形狀的減速部電極303b，來構(gòu)成減速部。

并且，圖4～圖6中，上下的減速部電極是相同的大小，但并不限定于此，例如，也可以如圖7所示，在第一射線管的下端，設(shè)置端部成為圓筒形狀且向物鏡側(cè)變寬的大致圓錐臺形狀的減速電極部304d，并在第二射線管的上端設(shè)置端部成為圓筒形狀的大致圓錐臺形狀的減速電極部305d，使減速電極部304d的圓筒形狀比減速電極部305d的圓筒形狀大，且設(shè)于第一射線管側(cè)的減速電極部304d形成為對設(shè)于第二射線管側(cè)的減速電極部305d進(jìn)行覆蓋那樣的形狀。由此，能夠減輕減速部電極外部的影響。

同樣，也可以如圖8所示，在第一射線管的下端設(shè)置向物鏡側(cè)變寬的碗形狀的減速部電極305e，并在第二射線管的上端設(shè)置向電子源側(cè)變寬的碗形狀的減速部304e，使減速部電極305e的開口比減速部電極304e的開口小，且設(shè)于第一射線管側(cè)的減速電極部304e形成為由設(shè)于第二射線管側(cè)的減速電極部305e覆蓋那樣的形狀。

接下來對柱內(nèi)檢測器的安裝位置進(jìn)行說明。在使用了半浸沒透鏡類型的物鏡的情況下，因向試料側(cè)泄漏出的磁場，從試料釋放出的電子基本進(jìn)入SEM柱內(nèi)部。因此，需要在SEM柱內(nèi)部檢測電子。作為其方法，考慮如本實施例那樣在從電子線的光軸偏離時進(jìn)行檢測的方法。在從光軸偏離時進(jìn)行檢測的方法，有也能夠檢測從試料向正上方(朝向電子源前端)釋放出的電子的優(yōu)點。通過選擇性地檢測從試料向正上方釋放出的電子，能夠取得有力地反映出試料的組成信息的圖像。但是，為了在從光軸偏離時對電子進(jìn)行檢測，需要使電子偏轉(zhuǎn)。此時，需要的偏轉(zhuǎn)強度由電子的能量來決定。因此，不是在正被施加高電壓的第一射線管偏轉(zhuǎn)，而是在電子的能量更低的第二射線通過時偏轉(zhuǎn)的話，容易設(shè)計偏轉(zhuǎn)器。

實施例2

圖9表示本實施例的復(fù)合帶電粒子線裝置的基本結(jié)構(gòu)。本實施例中，在柱內(nèi)檢測從試料釋放出的電子的柱內(nèi)檢測器的構(gòu)造以及搭載位置不同的方面，與實施例1不同。以下，以與實施例1的不同方面為中心進(jìn)行說明。

本實施例中的檢測器由將電子變換為光的閃爍器401、檢測從閃爍器釋放出的光的光電探測器402、控制光電探測器的光電探測器控制器452、將從閃爍器釋放出的光引導(dǎo)至光電探測器的光導(dǎo)403、以及貫通閃爍器以及光導(dǎo)的第三射線管404構(gòu)成，且該檢測器搭載在第一射線管與第二射線管之間。并且，第三射線管以及閃爍器與第一射線管同電位。

根據(jù)本實施例，與實施例1相同，即使在半浸沒透鏡類型的物鏡中，也能夠?qū)崿F(xiàn)較高的外部干擾耐性、高亮度、高空間分辨率。另外，本實施例中，通過將作為柱內(nèi)檢測器的構(gòu)成要素的第三射線管以及閃爍器的電位設(shè)為與物鏡的模式(半浸沒透鏡類型和外部透鏡類型)無關(guān)地被施加高電壓的第一射線管相同，從而有即使物鏡的模式切換也不需要變更檢測器的設(shè)定的優(yōu)點。由此，用戶能夠更加無縫地進(jìn)行半浸沒透鏡類型與外部透鏡類型的切換。并且，通過使閃爍器的電位與第一射線管的電位相同，也有不需要準(zhǔn)備用于向閃爍器施加電壓的新的電源以及電壓導(dǎo)入路徑的優(yōu)點。

符號說明

101—電子源，102—加速電極，103—第一聚光透鏡，104—第二聚光透鏡，105—磁路，106—半浸沒透鏡線圈，107—外部透鏡線圈，108—柱內(nèi)檢測器，109—偏轉(zhuǎn)器，110—第一射線管，111—第一射線管用電源，112—第二射線管，113—第二射線管用電源，114—觀察試料，115—試料室，116—離子束柱，118—試料室檢測器，151—電子源控制器，152—加速電極控制器，153—第一聚光透鏡控制器，154—第二聚光透鏡控制器，156—半浸沒透鏡線圈控制器，157—外部透鏡線圈控制器，158—柱內(nèi)檢測器控制器，159—偏轉(zhuǎn)器控制器，161—第一射線管用電源控制器，163—第二射線管用電源控制器，166—離子束柱控制器，168—試料室檢測器控制器，170—綜合計算機，171—操控器(鍵盤、鼠標(biāo)等)，172—顯示器，201—電壓切換開關(guān)，251—開關(guān)控制器，301a、301b、302a、302b、303a、303b、304d、304e、305d、305e—減速部電極，401—閃爍器，402—光電探測器，403—光導(dǎo)，404—第三射線管，452—光電探測器控制器。