三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡
【課題】 低加速電圧を用いた高精度な三次元解析を行える走査型電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】 二次電子検出器１２よりも電子源側に、４分割された変換電極２１ａ〜２１ｄが配置されている。変換電極２１ａは対物レンズの下面（試料側）より上方に配置されており、その変換電極２１ａに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、変換電極２１ａの近傍の二次電子検出器１２ａに捕集される。同様にして、変換電極２１ｂに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｂにより捕獲され、変換電極２１ｃに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｃにより捕獲され、変換電極２１ｄに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、二次電子検出器１２ｄに捕集される。
【解決手段】 二次電子検出器１２よりも電子源側に、４分割された変換電極２１ａ〜２１ｄが配置されている。変換電極２１ａは対物レンズの下面（試料側）より上方に配置されており、その変換電極２１ａに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、変換電極２１ａの近傍の二次電子検出器１２ａに捕集される。同様にして、変換電極２１ｂに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｂにより捕獲され、変換電極２１ｃに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｃにより捕獲され、変換電極２１ｄに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、二次電子検出器１２ｄに捕集される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡に関し、より詳細には、検査対象試料から発生する信号に基づいて三次元形状解析を行う手法であって、特に低加速電圧反射電子情報を利用し、深さ(z)方向の測定精度を向上させる走査型電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、走査電子顕微鏡による三次元計測が行われている。この方法は、反射電子信号を利用し、４分割された反射電子検出器を用いて測定される。また走査電子顕微鏡では、反射電子を検出するために、二次電子検出器とは別の反射電子検出器を試料上部に配置して検出していた（特許文献１、図１参照）。
【０００３】
また、特許文献２では、試料の上方に電極を配置し、この電極に負電圧を印加して電子の軌道に直接作用することで電子を追い返して検出器に導く構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１５２０号公報
【特許文献２】特開平３−１７９６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、一次電子の加速電圧が５ｋＶ以下の低加速電圧になると、試料から発生する反射電子のエネルギーも一次電子のそれと同程度であるため、従来の検出器では十分な感度が得られないという問題点があった。さらに三次元形状計測におけるより精度の良い深さ(z)方向の計測のためには低加速電圧での測定がきわめて重要である。すなわち、三次元形状解析を行う手段を備えた走査電子顕微鏡において、試料最表面の微小形状の測定及びより高精度な深さ測定を可能にするためには、反射電子検出器では検出が困難な低加速電圧での反射電子情報の検出が必要となる。
【０００６】
また、特許文献２の技術では、一次電子とほぼ同等のエネルギーの反射電子を追い返すのに必要な電圧を光軸上で印加するため、高分解能なＳＥＭでは一次電子線への悪影響が発生する。
【０００７】
本発明の目的は、低加速電圧を用いた高精度な三次元解析を行える走査型電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、一次電子線を発生する電子源と、該電子源を集束し試料に照射する対物レンズと、前記電子線を試料上で走査する走査手段と、前記試料上における前記電子線の走査によって該試料から発生する二次信号に基づいて該試料の電子線画像を表示する電子線画像表示手段と、を有する走査型電子顕微鏡であって、試料より発生する二次信号のうちエネルギーが高い信号電子が反射する位置に設けられ、反射により前記エネルギーが高い信号電子をエネルギーの低い信号電子に変換する複数の信号変換手段と、前記試料から直接発生するエネルギーの低い二次電子信号と前記の信号変換手段により変換された前記信号電子とを検出可能な位置に複数設けられた複数の信号検出手段と、前記複数の信号検出手段により検出された信号を演算処理し前記試料の表面の三次元形状解析を行う三次元形状解析処理手段と、を有する走査電子顕微鏡が提供される。上記走査型電子顕微鏡によれば、反射電子を信号変換手段に衝突させて、信号変換手段から発生した二次電子を検出する。
【０００９】
前記信号検出手段は、前記電子線の光軸に軸対称に配置された少なくとも３つの二次電子信号検出器を含み、前記複数の信号変換手段は、前記二次電子信号検出器の上方に電気的に接地された状態で配置され、前記二次電子検出器のそれぞれに対応するように光軸に軸対称に配置され少なくとも前記二次電子検出器の数だけ分割された二次電子変換電極を含むことを特徴とする。反射電極を接地することで、光軸上には高い電圧を発生しないようにすることにより、例えば反射手段に負電圧を印加する手法に比べて一次電子線への影響が少なくなる。
【００１０】
試料からの電子が分割された二次電子変換電極により反射されて２次電子に変換され、それぞれ位置の異なる複数の検出器により信号を検出される。これにより、三次元形状解析の精度を向上させることができる。
【００１１】
従来の反射電子検出方法においては、加速電圧の高い高加速電圧を印加した一次電子で試料を走査し、加速電圧とほぼ同じエネルギーをもった反射電子を発生させ検出している。この方法では、一次電子線は試料の表面にとどまらず深部まで浸入し試料内部で散乱が生じるため、得られる反射電子像は発生領域が広がり、空間分解能が低下する。また、試料から直接発生したエネルギーの低い二次電子信号の検出量を制御し、エネルギーが高い信号電子のみを検出・処理することができる。
【００１２】
本発明の反射電子検出技術においては、加速電圧を低くした状態においても、二次電子と反射電子との情報を分離し、低いエネルギー状態の反射電子のみに基づく試料像を形成することができる。加速電圧の低い一次電子は、試料表面の浅い部分にしか入り込まず、試料からの反射電子は浅い部分から放出されるため、そこから得られる反射電子信号は空間分解能の高いものとなる。よって、この状態の反射電子信号を使用して、三次元形状解析を行うことにより、より表面の形状を忠実に反映し、正確な深さ情報を得られることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、二次電子検出器を利用して、二次電子や反射電子による像観察から深さ方向の三次元形状解析まで行えるようになる。また、試料と対物レンズとの間に反射電子検出器を挿入することなく反射電子信号を取り込めることから、特に低加速電圧においても反射電子情報が得られ、より精度良く、試料表面の微細形態の深さ情報を得られるとともに、試料と対物レンズとを接近させることができるため、空間分解能も向上する。また、一次電子とほぼ同等のエネルギーの反射電子を追い返すのに必要な電圧を光軸上で印加する必要がないため、高分解能なＳＥＭでは一次電子線への悪影響が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態による三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡（以下、単に「走査型電子顕微鏡」とも称する。）について図面を参照しつつ説明を行う。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態による走査型電子顕微鏡の内部構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡においては、電子源内の陰極１と第一陽極２との間に、高圧制御電極１３により引き出し電圧が印加され、陰極１から一次電子ビーム４が放射される。一次電子ビーム４は高圧制御電源１３より、陰極１と第一陽極２よりも後段に設けられた第二陽極３との間に印加された電圧によりさらに加速され、さらに後段に配置されているレンズ系方向に進む。
【００１６】
このようにして形成された一次電子ビーム４は、その後に、Ｃ１レンズ制御電源１４によってクロスオーバー位置を制御される第一の集束レンズ５（Ｃ１レンズ）によって収束され、対物レンズ絞り６を通過する。次いで、この一次電子ビーム４は、Ｃ２レンズ制御電源１５によってクロスオーバー位置を制御する第二の集束レンズ７（Ｃ２レンズ）によって収束された後、対物レンズ９によって、試料１０上に収束されるように構成されている。この際、対物レンズ９は対物レンズ制御電源２０によって、一次電子ビーム４が試料１０上に焦点を結ぶように制御される。Ｃ２レンズ７と対物レンズ９との間には二段の偏向器８が配置されており、走査電源１６によって一次電子ビーム４を試料１０上で二次元的に走査することができる。
【００１７】
一次電子ビーム４が照射された試料１０から発生する二次電子のうちエネルギーの低い二次電子１１ａは、対物レンズ９の磁界により電子源側に引き上げられ、二次電子検出器１２によって検出される。ここで、対物レンズ近傍において一次電子ビーム４に対して軸対称であり、かつ、試料１０との間の位置に設けられた軸対称電極２２に対して負の電圧（例えば−１００Ｖ程度の電圧）が印加されると、試料１０から発生した二次電子１１ａは軸対称電極２２に印加される負電圧により軸対称電極２２を通過できないようになるため、二次電子検出器１２によって二次電子１１ａが検出されなくなる。尚、軸対称電極２２に印加される電圧は電極制御電源２４により制御されている。
【００１８】
図２も参照しつつ説明を続けると、二次電子検出器１２よりも電子源側には、例えば４分割（ｎ分割、ｎは３以上の整数）された変換電極２１(２１ａ〜２１ｄ)が配置されている。変換電極は例えば電気的に接地された状態で配置されている。尚、４分割された変換電極２１は、信号の混在を防止するために、それぞれの電極間を絶縁する必要があり、例えばスリット（図２（ｂ）の符号Ｓ１参照）を入れることにより区切られている。
【００１９】
変換電極２１に反射電子２３ａが衝突すると、二次電子２３ｂが発生する。すなわち、変換電極２１は、反射電子２３ａを反射させることで二次電子２３ｂに変換する機能を有する。４分割された電極２１の各電極２１ａ〜２１ｄまでのそれぞれにおいて反射電子から二次電子に変換された二次電子２３ｂをそれぞれ独立して検出できるように、各電極２１ａ〜２１ｄまでのそれぞれに対して１つずつ、合計４つの二次電子検出器１２（１２ａ〜１２ｄ）が設けられている。変換電極２１ａは対物レンズ９の下面（試料側）より上方に配置されており、その変換電極２１ａに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、変換電極２１ａの近傍の二次電子検出器１２ａに捕集される。同様にして、変換電極２１ｂに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｂにより捕獲され、変換電極２１ｃに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｃにより捕獲され、変換電極２１ｄに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、二次電子検出器１２ｄに捕集される(特に図２（ａ）参照)。
【００２０】
二次電子検出器１２ａ〜１２ｄは、それぞれ表面に約１０ｋＶ程度の高電圧が印加された二次電子捕集電極２８を有している。この二次電子捕集電極２８は、シンチレータとシンチレータとの発光を電気信号に変換するホトマルチプライアにより構成される。二次電子検出器１２の二次電子捕集電極２８の電圧は、一次電子ビームの軸対称性のずれを補正するための捕集電圧微調整機構１８により微調整される(図２（ｂ）参照)。
【００２１】
二次電子検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの信号出力は、捕集電圧微調整機構１８の制御によりそれぞれの変換プレートより二次電子検出器１２ａ〜１２ｄに捕集される信号強度が異なってくるため、それぞれの二次電子検出器１２ａ〜１２ｄの信号強度を可変増幅器２９によって増幅した後に信号解析システム１９において正規化した後に演算処理され、三次元情報に変換される。三次元情報はＣＰＵ２５によって制御される画像メモリ２７内に取り込まれるとともにＣＰＵ２５によって制御される像表示手段（表示モニタ）２６に三次元試料像情報が表示される。
【００２２】
図３に三次元情報を得るための信号解析例の概略図を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、４分割された二次電子変換電極２１ａ〜２１ｄに衝突した反射電子信号２３ａは試料１０側（図の下側）に配置された二次電子検出器１２ａから１２ｄに捕集され正規化された後、解析システム１９により演算処理され、三次元情報に変換される。図３（ａ）に示すように、４分割された変換電極２１ａから２１ｄ（図２）に衝突した反射電子信号は二次電子信号に変換された後、放出方向ごとに異なる二次電子検出器２１ａから２１ｄ（図２）に捕集される。検出器１２ａで検出される信号をＡとし、検出器１２ｂで検出される信号をＢとし、検出器１２ｃで検出される信号をＣとし、検出器１２ｄで検出される信号をＤとすると、各検出器１２ａから１２ｄ（図２）で検出された二次電子信号Ａ〜Ｄまでを用いてｘ，ｙ方向で図３（ｂ）に示すような２次元的な積分を行い、下記（１）式により基準点Ｐ１点に対する試料の現在走査位置である任意の位置Ｐ３の高さＺ（Ｐ３）を求める。
【００２３】
【数１】
【００２４】
このように、二次電子検出器１２ａから１２ｄによって検出された信号をｘ，ｙ各方向に積分演算することにより、試料表面上の各点におけるＺ方向の情報が得られる。試料に照射する電子線を走査しながら、上記式（１）の演算を連続して行うことにより、試料表面の高さ分布を求めることができる。従って、走査電子顕微鏡に設けられた像表示手段（表示モニタ）２６における表示画面上の任意の位置における断面プロファイルの作成、粗さパラメータの測定や斜視図（鳥瞰図）の作成・表示が可能である。
【００２５】
図４は、走査電子顕微鏡で測定した場合に得られる表示例を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）ともに、測定対象はＳｉウェハー上のレジストパターンである。ここで、図４（ａ）は反射電子を検出するための二次電子検出器とは別の反射電子検出器を設けた従来の装置を用い、試料に対して一般的な加速電圧である１５ｋＶの条件で電子線を照射して反射電子像情報を取り込み、上記の三次元形状解析を行った場合の測定結果の表示例を示す図である。図４（ａ）に示すように、上部に帯状の２次元パターンＰＴ１が、下部にこの２次元パターンの高さ方向ｚの分布が表示されている。このように、ｚ方向の分布を見ると、エッジＥＤ１がだれており、正確なエッジを特定することが難しく、精度の良い三次元解析ができない。
【００２６】
図４（ｂ）は本実施の形態による走査型電子顕微鏡を用いて加速電圧３ｋＶの低加速電圧で反射電子像情報を取り込み、三次元形状解析を行った場合の測定結果の表示例を示す図である。図４（ｂ）に示すように、上部に帯状の２次元パターンＰＴ２が、下部にこの２次元パターンの高さ方向ｚの分布が表示されている。このように、ｚ方向の分布を見ると、エッジＥＤ２の切れが良くなっており、エッジを精度良く特定することができ、精度の良い三次元解析が可能となっていることがわかる。すなわち、両者のラインプロファイルを比較した場合、加速電圧が低い図４（ｂ）の条件で測定できる本実施の形態による走査型電子顕微鏡の方が、試料形状をより忠実に反映し、より精度の良い高さ情報を得ることができることがわかる。
【００２７】
すなわち、従来の反射電子検出方法においては、加速電圧５ｋＶ以上の高加速電圧を印加した一次電子で試料を走査し、加速電圧とほぼ同じエネルギーをもった反射電子を発生させ検出している。この方法では、一次電子線は試料の表面にとどまらず深部まで浸入し試料内部で散乱が生じるため、得られる反射電子像は発生領域が広がり、空間分解能が低下していた。
【００２８】
これに対して、本実施の形態による反射電子検出方法においては、従来の反射電子の発生方法と異なり、加速電圧を低くした状態においても、二次電子と反射電子との情報を分離し、低いエネルギー状態の反射電子のみに基づく試料像を形成することが可能である。加速電圧の低い一次電子は、試料表面の浅い部分にしか入り込まず、試料からの反射電子は浅い部分から放出されるため、そこから得られる反射電子信号は空間分解能の高いものとなる。よって、この状態の反射電子信号を使用して、三次元形状解析を行うことにより、より表面の形状を忠実に反映し、正確な深さ情報を得られることとなる。
【００２９】
図５は、本実施の形態による走査電子顕微鏡上で三次元形状解析を行う際の表示方法および表示機能の例を示す図である。図５に示す表示部兼ＳＥＭ操作部には、三次元計測切り替えボタン３０と、ＳＥＭ操作画面３１と、三次元計測用表示画面３２と、三次元計測用機能選択用ボタン３３と、検出器選択ウィンドウ３４と、が設けられている。ＳＥＭ操作画面３１には、例えば半導体のパターンの２次元画面が表示され、ストライプ状のパターン部分３７とパターンがない部分３５とが表示される。
【００３０】
三次元計測切り替えボタン３０を押すと、加速電圧が低くなり、二次電子が検出器まで届かなくなるため、検出する電子としては反射電子が支配的になるとともに、三次元計測用表示機能が起動し、図５に示すように三次元計測用表示画面３２に例えば試料の斜視図などの３次元情報に基づく３次元表示が行われる。ここでは、パターン部分３７に対応するパターンの斜視図４０が表示され、画面３１と画面３２のパターンとは同じ符号の部分が対応しているため、操作者にもわかりやすい。併せて、３次元解析により得られた断面構造のラインプロファイルを表示することもできる（下図参照）。この際、上図の斜視図からどの切り口で切ったラインプロファイルにするかを決定し（符号Ｌ０）、この符号Ｌ０のラインで切った断面を下図に表示させることができる。図４（ｂ）に示すようにパターンの両方エッジＬ１、Ｌ２を操作により確定することで、パターン幅Ｗ１を求めることも可能である。
【００３１】
尚、三次元計測用表示画面３２は、図に示すように三次元計測用機能選択用ボタン３３と重複して表示させないようにしても良いし、自動的にいずれか一方の表示に切り替わり、重複表示されないようにしたり、並列表示されるようにしたりすることも可能である。あるいはＳＥＭ像表示と三次元計測用表示画面のみが重複しないようにも表記しても良い。
【００３２】
また、三次元計測表示画面(32)はＳＥＭ操作画面(31)中にＳＥＭ機能の一部として表示させても良いし、図5に示すようにＳＥＭ操作画面とは別個に独立操作画面として表示しても良い。独立操作画面として表示する場合は、ＳＥＭ操作画面中から三次元計測用切り替えボタン(30)をクリックすることで、三次元計測用表示画面が立ち上がっても良く、あるいは独立ソフトとして別個に立ち上げても良い。その三次元計測用表示画面上には機能選択用ボタン３３が並んでいる。
【００３３】
それらのボタンは以下の機能を持つことを特徴とする。
(1)分割電極信号演算指示画面(三次元測定方向指示機能、凹凸像表示機能付)。
(2)画像と三次元計測測定結果のラインプロファイルを表示する機能。この場合、ラインは画像上に表示するか、画像とは別個に表示するか選択可能とする。また画像上の描画位置も指定できると良い。
(3)画像に対して複数のラインプロファイルを表示可能な機能。
(4)斜視図（鳥瞰図）表示機能(鳥瞰方向指定機能付)。
【００３４】
(5)凹凸像情報を得るために、どの方向に陰影をつけるかを変更できるように、４つの検出器の中から利用する検出器を選択することができるウインドウ３４を有する。このウィンドウ３４にＡ，Ｂ、Ｃ、Ｄの選択ボタンが設けられており、この選択ボタンによりＡからＤまでのいずれの検出器を利用してどの方向に陰影を付けるかを変更することができる。
【００３５】
(6)画像およびそこに付随する三次元情報を拡大表示できる機能。
(7)三次元計測により得られたラインプロファイルに対して、その任意の幅を測長可能な機能(Ｘ、Ｙ方向とも可能)。測長に際し、手動あるいは自動測長(測長パラメータ選択機能付)が切り替えられる機能を有する。
(8)得られたラインプロファイルに対して近似接線を計測し、角度が求められる機能(手動角度測定機能と切り替え可能)。
【００３６】
(9)三次元計測表示画面上への文字入力機能。
(10)試料表面の粗さ計測し、そのラフネス度を求めることが可能な機能。
(11)試料の真円度およびその直径を求める機能。
(12)それぞれの検出器から検出される信号に対して別の色を擬似的につけ、カラー表示させる機能。
【００３７】
以上に説明したように、本実施の形態による三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡によれば、低加速電圧で三次元解析が可能なため、精度の高い三次元解析を行うことができるという利点がある。また、一次電子とほぼ同等のエネルギーの反射電子を追い返すのに必要な電圧を光軸上で印加する必要がないため、高分解能なＳＥＭでは一次電子線への悪影響が生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡によれば、反射電子信号を変換電極板により二次電子信号に変換して捕集し、三次元形状解析を実施することから、従来法に比べより低加速電圧での形状解析が可能となる。従って、電子ビームによるダメージに弱い生物系の試料から、最新の半導体の分野におけるシュリンクしやすいパターンの形状解析まで、幅広い分野において、高精度に三次元形状解析が行えるため、応用分野は広い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態による三次元形状解析手段を備えた走査電子顕微鏡の一構成例を示す概略図である。
【図２】反射電子を二次電子信号に変換して検出する検出手段の構成例を示す概略図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は上方から見た図である。
【図３】三次元解析のための画像演算処理の概略を示す図であり、図３（ａ）は基準点Ｐ１に対した場合に、走査している任意の点Ｐ３を示す図であり、図３（ｂ）は、ｘ軸に対する高さ方向の軸ｚ方向における点Ｐ３の求め方を示す図である。
【図４】加速電圧を変えた際に得られる反射電子像とそのラインプロファイルであり、図４（ａ）は加速電圧１５ｋＶ、図４（ｂ）は加速電圧３ｋＶの際の図である。
【図５】本実施の形態による走査電子顕微鏡に適用できる画面表示例の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・陰極、2・・・第一陽極、3・・・第二陽極、4・・・一次電子ビーム、5・・・C1レンズ、6・・・対物レンズ絞り、7・・・C2レンズ、8・・・偏向コイル、9・・・対物レンズ、10・・・試料、11・・・二次電子、12・・・二次電子検出器、13・・・高電圧制御電源、14・・・C1レンズ制御電源、15・・・C2レンズ制御電源、16・・・走査電源、17・・・ホトマル電圧制御電源、18・・・捕集電圧微調整機構、19・・・信号解析システム、20・・・対物レンズ制御電源、21・・・電極(4分割)、22・・・軸対称電極、23a・・・反射電子、23b・・・反射電子の衝突により発生した二次電子、24・・・電極電圧制御電源、25 ・・・CPU、26・・・像表示装置、27・・・画像メモリ、28・・・二次電子捕集電圧、29・・・可変増幅器、30・・・三次元計測切り替えボタン、31・・・SEM観察画面、32・・・三次元計測用表示画面、33・・・三次元計測用機能選択用ボタン、34・・・検出器選択ウィンドウ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡に関し、より詳細には、検査対象試料から発生する信号に基づいて三次元形状解析を行う手法であって、特に低加速電圧反射電子情報を利用し、深さ(z)方向の測定精度を向上させる走査型電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、走査電子顕微鏡による三次元計測が行われている。この方法は、反射電子信号を利用し、４分割された反射電子検出器を用いて測定される。また走査電子顕微鏡では、反射電子を検出するために、二次電子検出器とは別の反射電子検出器を試料上部に配置して検出していた（特許文献１、図１参照）。
【０００３】
また、特許文献２では、試料の上方に電極を配置し、この電極に負電圧を印加して電子の軌道に直接作用することで電子を追い返して検出器に導く構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１５２０号公報
【特許文献２】特開平３−１７９６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、一次電子の加速電圧が５ｋＶ以下の低加速電圧になると、試料から発生する反射電子のエネルギーも一次電子のそれと同程度であるため、従来の検出器では十分な感度が得られないという問題点があった。さらに三次元形状計測におけるより精度の良い深さ(z)方向の計測のためには低加速電圧での測定がきわめて重要である。すなわち、三次元形状解析を行う手段を備えた走査電子顕微鏡において、試料最表面の微小形状の測定及びより高精度な深さ測定を可能にするためには、反射電子検出器では検出が困難な低加速電圧での反射電子情報の検出が必要となる。
【０００６】
また、特許文献２の技術では、一次電子とほぼ同等のエネルギーの反射電子を追い返すのに必要な電圧を光軸上で印加するため、高分解能なＳＥＭでは一次電子線への悪影響が発生する。
【０００７】
本発明の目的は、低加速電圧を用いた高精度な三次元解析を行える走査型電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、一次電子線を発生する電子源と、該電子源を集束し試料に照射する対物レンズと、前記電子線を試料上で走査する走査手段と、前記試料上における前記電子線の走査によって該試料から発生する二次信号に基づいて該試料の電子線画像を表示する電子線画像表示手段と、を有する走査型電子顕微鏡であって、試料より発生する二次信号のうちエネルギーが高い信号電子が反射する位置に設けられ、反射により前記エネルギーが高い信号電子をエネルギーの低い信号電子に変換する複数の信号変換手段と、前記試料から直接発生するエネルギーの低い二次電子信号と前記の信号変換手段により変換された前記信号電子とを検出可能な位置に複数設けられた複数の信号検出手段と、前記複数の信号検出手段により検出された信号を演算処理し前記試料の表面の三次元形状解析を行う三次元形状解析処理手段と、を有する走査電子顕微鏡が提供される。上記走査型電子顕微鏡によれば、反射電子を信号変換手段に衝突させて、信号変換手段から発生した二次電子を検出する。
【０００９】
前記信号検出手段は、前記電子線の光軸に軸対称に配置された少なくとも３つの二次電子信号検出器を含み、前記複数の信号変換手段は、前記二次電子信号検出器の上方に電気的に接地された状態で配置され、前記二次電子検出器のそれぞれに対応するように光軸に軸対称に配置され少なくとも前記二次電子検出器の数だけ分割された二次電子変換電極を含むことを特徴とする。反射電極を接地することで、光軸上には高い電圧を発生しないようにすることにより、例えば反射手段に負電圧を印加する手法に比べて一次電子線への影響が少なくなる。
【００１０】
試料からの電子が分割された二次電子変換電極により反射されて２次電子に変換され、それぞれ位置の異なる複数の検出器により信号を検出される。これにより、三次元形状解析の精度を向上させることができる。
【００１１】
従来の反射電子検出方法においては、加速電圧の高い高加速電圧を印加した一次電子で試料を走査し、加速電圧とほぼ同じエネルギーをもった反射電子を発生させ検出している。この方法では、一次電子線は試料の表面にとどまらず深部まで浸入し試料内部で散乱が生じるため、得られる反射電子像は発生領域が広がり、空間分解能が低下する。また、試料から直接発生したエネルギーの低い二次電子信号の検出量を制御し、エネルギーが高い信号電子のみを検出・処理することができる。
【００１２】
本発明の反射電子検出技術においては、加速電圧を低くした状態においても、二次電子と反射電子との情報を分離し、低いエネルギー状態の反射電子のみに基づく試料像を形成することができる。加速電圧の低い一次電子は、試料表面の浅い部分にしか入り込まず、試料からの反射電子は浅い部分から放出されるため、そこから得られる反射電子信号は空間分解能の高いものとなる。よって、この状態の反射電子信号を使用して、三次元形状解析を行うことにより、より表面の形状を忠実に反映し、正確な深さ情報を得られることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、二次電子検出器を利用して、二次電子や反射電子による像観察から深さ方向の三次元形状解析まで行えるようになる。また、試料と対物レンズとの間に反射電子検出器を挿入することなく反射電子信号を取り込めることから、特に低加速電圧においても反射電子情報が得られ、より精度良く、試料表面の微細形態の深さ情報を得られるとともに、試料と対物レンズとを接近させることができるため、空間分解能も向上する。また、一次電子とほぼ同等のエネルギーの反射電子を追い返すのに必要な電圧を光軸上で印加する必要がないため、高分解能なＳＥＭでは一次電子線への悪影響が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態による三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡（以下、単に「走査型電子顕微鏡」とも称する。）について図面を参照しつつ説明を行う。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態による走査型電子顕微鏡の内部構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡においては、電子源内の陰極１と第一陽極２との間に、高圧制御電極１３により引き出し電圧が印加され、陰極１から一次電子ビーム４が放射される。一次電子ビーム４は高圧制御電源１３より、陰極１と第一陽極２よりも後段に設けられた第二陽極３との間に印加された電圧によりさらに加速され、さらに後段に配置されているレンズ系方向に進む。
【００１６】
このようにして形成された一次電子ビーム４は、その後に、Ｃ１レンズ制御電源１４によってクロスオーバー位置を制御される第一の集束レンズ５（Ｃ１レンズ）によって収束され、対物レンズ絞り６を通過する。次いで、この一次電子ビーム４は、Ｃ２レンズ制御電源１５によってクロスオーバー位置を制御する第二の集束レンズ７（Ｃ２レンズ）によって収束された後、対物レンズ９によって、試料１０上に収束されるように構成されている。この際、対物レンズ９は対物レンズ制御電源２０によって、一次電子ビーム４が試料１０上に焦点を結ぶように制御される。Ｃ２レンズ７と対物レンズ９との間には二段の偏向器８が配置されており、走査電源１６によって一次電子ビーム４を試料１０上で二次元的に走査することができる。
【００１７】
一次電子ビーム４が照射された試料１０から発生する二次電子のうちエネルギーの低い二次電子１１ａは、対物レンズ９の磁界により電子源側に引き上げられ、二次電子検出器１２によって検出される。ここで、対物レンズ近傍において一次電子ビーム４に対して軸対称であり、かつ、試料１０との間の位置に設けられた軸対称電極２２に対して負の電圧（例えば−１００Ｖ程度の電圧）が印加されると、試料１０から発生した二次電子１１ａは軸対称電極２２に印加される負電圧により軸対称電極２２を通過できないようになるため、二次電子検出器１２によって二次電子１１ａが検出されなくなる。尚、軸対称電極２２に印加される電圧は電極制御電源２４により制御されている。
【００１８】
図２も参照しつつ説明を続けると、二次電子検出器１２よりも電子源側には、例えば４分割（ｎ分割、ｎは３以上の整数）された変換電極２１(２１ａ〜２１ｄ)が配置されている。変換電極は例えば電気的に接地された状態で配置されている。尚、４分割された変換電極２１は、信号の混在を防止するために、それぞれの電極間を絶縁する必要があり、例えばスリット（図２（ｂ）の符号Ｓ１参照）を入れることにより区切られている。
【００１９】
変換電極２１に反射電子２３ａが衝突すると、二次電子２３ｂが発生する。すなわち、変換電極２１は、反射電子２３ａを反射させることで二次電子２３ｂに変換する機能を有する。４分割された電極２１の各電極２１ａ〜２１ｄまでのそれぞれにおいて反射電子から二次電子に変換された二次電子２３ｂをそれぞれ独立して検出できるように、各電極２１ａ〜２１ｄまでのそれぞれに対して１つずつ、合計４つの二次電子検出器１２（１２ａ〜１２ｄ）が設けられている。変換電極２１ａは対物レンズ９の下面（試料側）より上方に配置されており、その変換電極２１ａに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、変換電極２１ａの近傍の二次電子検出器１２ａに捕集される。同様にして、変換電極２１ｂに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｂにより捕獲され、変換電極２１ｃに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換されて二次電子検出器１２ｃにより捕獲され、変換電極２１ｄに衝突した反射電子２３ａは二次電子２３ｂに変換され、二次電子検出器１２ｄに捕集される(特に図２（ａ）参照)。
【００２０】
二次電子検出器１２ａ〜１２ｄは、それぞれ表面に約１０ｋＶ程度の高電圧が印加された二次電子捕集電極２８を有している。この二次電子捕集電極２８は、シンチレータとシンチレータとの発光を電気信号に変換するホトマルチプライアにより構成される。二次電子検出器１２の二次電子捕集電極２８の電圧は、一次電子ビームの軸対称性のずれを補正するための捕集電圧微調整機構１８により微調整される(図２（ｂ）参照)。
【００２１】
二次電子検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの信号出力は、捕集電圧微調整機構１８の制御によりそれぞれの変換プレートより二次電子検出器１２ａ〜１２ｄに捕集される信号強度が異なってくるため、それぞれの二次電子検出器１２ａ〜１２ｄの信号強度を可変増幅器２９によって増幅した後に信号解析システム１９において正規化した後に演算処理され、三次元情報に変換される。三次元情報はＣＰＵ２５によって制御される画像メモリ２７内に取り込まれるとともにＣＰＵ２５によって制御される像表示手段（表示モニタ）２６に三次元試料像情報が表示される。
【００２２】
図３に三次元情報を得るための信号解析例の概略図を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、４分割された二次電子変換電極２１ａ〜２１ｄに衝突した反射電子信号２３ａは試料１０側（図の下側）に配置された二次電子検出器１２ａから１２ｄに捕集され正規化された後、解析システム１９により演算処理され、三次元情報に変換される。図３（ａ）に示すように、４分割された変換電極２１ａから２１ｄ（図２）に衝突した反射電子信号は二次電子信号に変換された後、放出方向ごとに異なる二次電子検出器２１ａから２１ｄ（図２）に捕集される。検出器１２ａで検出される信号をＡとし、検出器１２ｂで検出される信号をＢとし、検出器１２ｃで検出される信号をＣとし、検出器１２ｄで検出される信号をＤとすると、各検出器１２ａから１２ｄ（図２）で検出された二次電子信号Ａ〜Ｄまでを用いてｘ，ｙ方向で図３（ｂ）に示すような２次元的な積分を行い、下記（１）式により基準点Ｐ１点に対する試料の現在走査位置である任意の位置Ｐ３の高さＺ（Ｐ３）を求める。
【００２３】
【数１】
【００２４】
このように、二次電子検出器１２ａから１２ｄによって検出された信号をｘ，ｙ各方向に積分演算することにより、試料表面上の各点におけるＺ方向の情報が得られる。試料に照射する電子線を走査しながら、上記式（１）の演算を連続して行うことにより、試料表面の高さ分布を求めることができる。従って、走査電子顕微鏡に設けられた像表示手段（表示モニタ）２６における表示画面上の任意の位置における断面プロファイルの作成、粗さパラメータの測定や斜視図（鳥瞰図）の作成・表示が可能である。
【００２５】
図４は、走査電子顕微鏡で測定した場合に得られる表示例を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）ともに、測定対象はＳｉウェハー上のレジストパターンである。ここで、図４（ａ）は反射電子を検出するための二次電子検出器とは別の反射電子検出器を設けた従来の装置を用い、試料に対して一般的な加速電圧である１５ｋＶの条件で電子線を照射して反射電子像情報を取り込み、上記の三次元形状解析を行った場合の測定結果の表示例を示す図である。図４（ａ）に示すように、上部に帯状の２次元パターンＰＴ１が、下部にこの２次元パターンの高さ方向ｚの分布が表示されている。このように、ｚ方向の分布を見ると、エッジＥＤ１がだれており、正確なエッジを特定することが難しく、精度の良い三次元解析ができない。
【００２６】
図４（ｂ）は本実施の形態による走査型電子顕微鏡を用いて加速電圧３ｋＶの低加速電圧で反射電子像情報を取り込み、三次元形状解析を行った場合の測定結果の表示例を示す図である。図４（ｂ）に示すように、上部に帯状の２次元パターンＰＴ２が、下部にこの２次元パターンの高さ方向ｚの分布が表示されている。このように、ｚ方向の分布を見ると、エッジＥＤ２の切れが良くなっており、エッジを精度良く特定することができ、精度の良い三次元解析が可能となっていることがわかる。すなわち、両者のラインプロファイルを比較した場合、加速電圧が低い図４（ｂ）の条件で測定できる本実施の形態による走査型電子顕微鏡の方が、試料形状をより忠実に反映し、より精度の良い高さ情報を得ることができることがわかる。
【００２７】
すなわち、従来の反射電子検出方法においては、加速電圧５ｋＶ以上の高加速電圧を印加した一次電子で試料を走査し、加速電圧とほぼ同じエネルギーをもった反射電子を発生させ検出している。この方法では、一次電子線は試料の表面にとどまらず深部まで浸入し試料内部で散乱が生じるため、得られる反射電子像は発生領域が広がり、空間分解能が低下していた。
【００２８】
これに対して、本実施の形態による反射電子検出方法においては、従来の反射電子の発生方法と異なり、加速電圧を低くした状態においても、二次電子と反射電子との情報を分離し、低いエネルギー状態の反射電子のみに基づく試料像を形成することが可能である。加速電圧の低い一次電子は、試料表面の浅い部分にしか入り込まず、試料からの反射電子は浅い部分から放出されるため、そこから得られる反射電子信号は空間分解能の高いものとなる。よって、この状態の反射電子信号を使用して、三次元形状解析を行うことにより、より表面の形状を忠実に反映し、正確な深さ情報を得られることとなる。
【００２９】
図５は、本実施の形態による走査電子顕微鏡上で三次元形状解析を行う際の表示方法および表示機能の例を示す図である。図５に示す表示部兼ＳＥＭ操作部には、三次元計測切り替えボタン３０と、ＳＥＭ操作画面３１と、三次元計測用表示画面３２と、三次元計測用機能選択用ボタン３３と、検出器選択ウィンドウ３４と、が設けられている。ＳＥＭ操作画面３１には、例えば半導体のパターンの２次元画面が表示され、ストライプ状のパターン部分３７とパターンがない部分３５とが表示される。
【００３０】
三次元計測切り替えボタン３０を押すと、加速電圧が低くなり、二次電子が検出器まで届かなくなるため、検出する電子としては反射電子が支配的になるとともに、三次元計測用表示機能が起動し、図５に示すように三次元計測用表示画面３２に例えば試料の斜視図などの３次元情報に基づく３次元表示が行われる。ここでは、パターン部分３７に対応するパターンの斜視図４０が表示され、画面３１と画面３２のパターンとは同じ符号の部分が対応しているため、操作者にもわかりやすい。併せて、３次元解析により得られた断面構造のラインプロファイルを表示することもできる（下図参照）。この際、上図の斜視図からどの切り口で切ったラインプロファイルにするかを決定し（符号Ｌ０）、この符号Ｌ０のラインで切った断面を下図に表示させることができる。図４（ｂ）に示すようにパターンの両方エッジＬ１、Ｌ２を操作により確定することで、パターン幅Ｗ１を求めることも可能である。
【００３１】
尚、三次元計測用表示画面３２は、図に示すように三次元計測用機能選択用ボタン３３と重複して表示させないようにしても良いし、自動的にいずれか一方の表示に切り替わり、重複表示されないようにしたり、並列表示されるようにしたりすることも可能である。あるいはＳＥＭ像表示と三次元計測用表示画面のみが重複しないようにも表記しても良い。
【００３２】
また、三次元計測表示画面(32)はＳＥＭ操作画面(31)中にＳＥＭ機能の一部として表示させても良いし、図5に示すようにＳＥＭ操作画面とは別個に独立操作画面として表示しても良い。独立操作画面として表示する場合は、ＳＥＭ操作画面中から三次元計測用切り替えボタン(30)をクリックすることで、三次元計測用表示画面が立ち上がっても良く、あるいは独立ソフトとして別個に立ち上げても良い。その三次元計測用表示画面上には機能選択用ボタン３３が並んでいる。
【００３３】
それらのボタンは以下の機能を持つことを特徴とする。
(1)分割電極信号演算指示画面(三次元測定方向指示機能、凹凸像表示機能付)。
(2)画像と三次元計測測定結果のラインプロファイルを表示する機能。この場合、ラインは画像上に表示するか、画像とは別個に表示するか選択可能とする。また画像上の描画位置も指定できると良い。
(3)画像に対して複数のラインプロファイルを表示可能な機能。
(4)斜視図（鳥瞰図）表示機能(鳥瞰方向指定機能付)。
【００３４】
(5)凹凸像情報を得るために、どの方向に陰影をつけるかを変更できるように、４つの検出器の中から利用する検出器を選択することができるウインドウ３４を有する。このウィンドウ３４にＡ，Ｂ、Ｃ、Ｄの選択ボタンが設けられており、この選択ボタンによりＡからＤまでのいずれの検出器を利用してどの方向に陰影を付けるかを変更することができる。
【００３５】
(6)画像およびそこに付随する三次元情報を拡大表示できる機能。
(7)三次元計測により得られたラインプロファイルに対して、その任意の幅を測長可能な機能(Ｘ、Ｙ方向とも可能)。測長に際し、手動あるいは自動測長(測長パラメータ選択機能付)が切り替えられる機能を有する。
(8)得られたラインプロファイルに対して近似接線を計測し、角度が求められる機能(手動角度測定機能と切り替え可能)。
【００３６】
(9)三次元計測表示画面上への文字入力機能。
(10)試料表面の粗さ計測し、そのラフネス度を求めることが可能な機能。
(11)試料の真円度およびその直径を求める機能。
(12)それぞれの検出器から検出される信号に対して別の色を擬似的につけ、カラー表示させる機能。
【００３７】
以上に説明したように、本実施の形態による三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡によれば、低加速電圧で三次元解析が可能なため、精度の高い三次元解析を行うことができるという利点がある。また、一次電子とほぼ同等のエネルギーの反射電子を追い返すのに必要な電圧を光軸上で印加する必要がないため、高分解能なＳＥＭでは一次電子線への悪影響が生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の三次元形状解析機能を有する走査型電子顕微鏡によれば、反射電子信号を変換電極板により二次電子信号に変換して捕集し、三次元形状解析を実施することから、従来法に比べより低加速電圧での形状解析が可能となる。従って、電子ビームによるダメージに弱い生物系の試料から、最新の半導体の分野におけるシュリンクしやすいパターンの形状解析まで、幅広い分野において、高精度に三次元形状解析が行えるため、応用分野は広い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態による三次元形状解析手段を備えた走査電子顕微鏡の一構成例を示す概略図である。
【図２】反射電子を二次電子信号に変換して検出する検出手段の構成例を示す概略図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は上方から見た図である。
【図３】三次元解析のための画像演算処理の概略を示す図であり、図３（ａ）は基準点Ｐ１に対した場合に、走査している任意の点Ｐ３を示す図であり、図３（ｂ）は、ｘ軸に対する高さ方向の軸ｚ方向における点Ｐ３の求め方を示す図である。
【図４】加速電圧を変えた際に得られる反射電子像とそのラインプロファイルであり、図４（ａ）は加速電圧１５ｋＶ、図４（ｂ）は加速電圧３ｋＶの際の図である。
【図５】本実施の形態による走査電子顕微鏡に適用できる画面表示例の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・陰極、2・・・第一陽極、3・・・第二陽極、4・・・一次電子ビーム、5・・・C1レンズ、6・・・対物レンズ絞り、7・・・C2レンズ、8・・・偏向コイル、9・・・対物レンズ、10・・・試料、11・・・二次電子、12・・・二次電子検出器、13・・・高電圧制御電源、14・・・C1レンズ制御電源、15・・・C2レンズ制御電源、16・・・走査電源、17・・・ホトマル電圧制御電源、18・・・捕集電圧微調整機構、19・・・信号解析システム、20・・・対物レンズ制御電源、21・・・電極(4分割)、22・・・軸対称電極、23a・・・反射電子、23b・・・反射電子の衝突により発生した二次電子、24・・・電極電圧制御電源、25 ・・・CPU、26・・・像表示装置、27・・・画像メモリ、28・・・二次電子捕集電圧、29・・・可変増幅器、30・・・三次元計測切り替えボタン、31・・・SEM観察画面、32・・・三次元計測用表示画面、33・・・三次元計測用機能選択用ボタン、34・・・検出器選択ウィンドウ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子線を発生する電子源と、該電子源を集束し試料に照射する対物レンズと、前記電子線を試料上で走査する走査手段と、前記試料上における前記電子線の走査によって該試料から発生する二次信号に基づいて該試料の電子線画像を表示する電子線画像表示手段と、を有する走査型電子顕微鏡であって、
試料より発生する信号のうちエネルギーが高い信号電子が反射する位置に設けられ、反射により前記エネルギーが高い信号電子をエネルギーの低い信号電子に変換する複数の信号変換手段と、前記試料から直接発生するエネルギーの低い二次電子信号と前記の信号変換手段により変換された前記信号電子とを検出可能な位置に複数設けられた複数の信号検出手段と、前記複数の信号検出手段により検出された信号を演算処理し前記試料の表面の三次元形状解析を行う三次元形状解析処理手段と、を有する走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記信号検出手段は、前記電子線の光軸に軸対称に配置された少なくとも３つの二次電子信号検出器を含み、
前記複数の信号変換手段は、前記二次電子信号検出器の上方に電気的に接地された状態で配置され、前記二次電子検出器のそれぞれに対応するように光軸に軸対称に配置され少なくとも前記二次電子検出器の数だけ分割された二次電子変換電極を含むことを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記二次電子検出器のそれぞれは表面に高電圧が印加された二次電子捕集電極とシンチレータと該シンチレータからの発光を電気信号に変換するホトマルチプライアとにより構成され、
前記二次電子捕集電極は、電子線に印加された加速電界によって生じる軸対称性のずれを補正する捕集電圧微調整機構を有していることを特徴とする請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記信号検出手段により検出される前記二次電子信号の量を制御する信号量制御手段を備え、該信号量制御手段は、前記二次電子変換電極と前記試料との間に前記電子線の軸に沿う方向に形成される軸対称電極と、該軸対称電極に対して電圧を印加する電極電圧制御電源と、を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
さらに、試料から放出される電子を前記一次電子線の軸外に偏向する電界を発生させる電界発生器と、
前記試料から放出される電子を該電界発生器の方向に偏向する磁界を発生する磁界発生器と、を備えたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項６】
さらに、三次元計測切り替えボタンと、三次元計測用表示画面と、三次元計測用の機能を選択する三次元計測用機能選択ボタンと、を有しており、
前記三次元計測切り替えボタンを押す操作に連動して、前記一次電子線の加速電圧を低下させるとともに、前記信号検出手段による検出される主な信号を前記反射電子に切り替え、前記三次元計測用表示機能を起動させて三次元計測用表示画面に３次元表示が行われることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項１】
一次電子線を発生する電子源と、該電子源を集束し試料に照射する対物レンズと、前記電子線を試料上で走査する走査手段と、前記試料上における前記電子線の走査によって該試料から発生する二次信号に基づいて該試料の電子線画像を表示する電子線画像表示手段と、を有する走査型電子顕微鏡であって、
試料より発生する信号のうちエネルギーが高い信号電子が反射する位置に設けられ、反射により前記エネルギーが高い信号電子をエネルギーの低い信号電子に変換する複数の信号変換手段と、前記試料から直接発生するエネルギーの低い二次電子信号と前記の信号変換手段により変換された前記信号電子とを検出可能な位置に複数設けられた複数の信号検出手段と、前記複数の信号検出手段により検出された信号を演算処理し前記試料の表面の三次元形状解析を行う三次元形状解析処理手段と、を有する走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記信号検出手段は、前記電子線の光軸に軸対称に配置された少なくとも３つの二次電子信号検出器を含み、
前記複数の信号変換手段は、前記二次電子信号検出器の上方に電気的に接地された状態で配置され、前記二次電子検出器のそれぞれに対応するように光軸に軸対称に配置され少なくとも前記二次電子検出器の数だけ分割された二次電子変換電極を含むことを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記二次電子検出器のそれぞれは表面に高電圧が印加された二次電子捕集電極とシンチレータと該シンチレータからの発光を電気信号に変換するホトマルチプライアとにより構成され、
前記二次電子捕集電極は、電子線に印加された加速電界によって生じる軸対称性のずれを補正する捕集電圧微調整機構を有していることを特徴とする請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記信号検出手段により検出される前記二次電子信号の量を制御する信号量制御手段を備え、該信号量制御手段は、前記二次電子変換電極と前記試料との間に前記電子線の軸に沿う方向に形成される軸対称電極と、該軸対称電極に対して電圧を印加する電極電圧制御電源と、を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
さらに、試料から放出される電子を前記一次電子線の軸外に偏向する電界を発生させる電界発生器と、
前記試料から放出される電子を該電界発生器の方向に偏向する磁界を発生する磁界発生器と、を備えたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項６】
さらに、三次元計測切り替えボタンと、三次元計測用表示画面と、三次元計測用の機能を選択する三次元計測用機能選択ボタンと、を有しており、
前記三次元計測切り替えボタンを押す操作に連動して、前記一次電子線の加速電圧を低下させるとともに、前記信号検出手段による検出される主な信号を前記反射電子に切り替え、前記三次元計測用表示機能を起動させて三次元計測用表示画面に３次元表示が行われることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１７２９１９（Ｐ２００６−１７２９１９Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６４２３９（Ｐ２００４−３６４２３９）
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]