电子线装置的制作方法

本发明涉及具备用于使电子聚集于试料的磁场透镜或静电透镜、或者具备它们双方的电子线装置。

背景技术：

能够进行纳米级的观察的扫描式电子显微镜(SEM)在半导体领域、材料领域、生物领域等各种领域中使用。SEM由产生电子的电子源、以及使所产生的电子聚集在试料上的电磁透镜构成，SEM像的画质较大依赖于上述构成部件的性能。例如，从电子源产生的电子的量、即电子源的亮度对SEM像的SN(Signal-to-Noise)比产生影响，电磁透镜的性能对所获得的SEM像的空间分辨率产生影响。

专利文献1中公开了，通过成为从电子源释放高能量的电子、并使该高能量的电子在物镜与试料之间减速的结构，来提高电子源的亮度并且使之难以受到来自外部的影响。

另一方面，专利文献2中公开了，通过使高能量的电子在物镜下表面减速，从而即使在向试料照射低能量的电子的情况下，也能实现较高的空间分辨率。

此外，专利文献3中公开了，以即使在射线能量较低的情况下也具有较高的点分辨率的方式，在中间像的范围内配置从第一能量向更高的第二能量对电子进行加速的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-234993号公报

专利文献2：日本特开平5-36371号公报

专利文献3：日本特开2010-257855号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本申请发明人专心研究了SEM性能的结果，得到如下见解。

专利文献1中，需要对试料施加电压。因此，SEM性能较大地依赖于试料的形状、组成。另一方面，专利文献2中，能够将物镜与试料之间保持为同电位，同时能够实现高空间分辨率。因此，通过组合专利文献1和专利文献2，能够与试料无关地，实现高亮度并且实现高空间分辨率化。但是，该效果仅限于磁场不向试料侧泄漏的外部透镜类型的SEM。这是因为，专利文献2中假定为外部透镜。在能动地向试料泄漏磁场的半浸没透镜类型、单极透镜的SEM中，若在物镜下表面使电子减速，则空间分辨率变差。

本发明的目的在于难以受到外部干扰的影响，并且兼得高空间分辨率和高亮度。

用于解决课题的方案

本发明中，例如在产生电子线的电子源与使电子线聚集在试料上的物镜之间，在电子源侧配置高电压的射线管，并在物镜侧配置低电压的射线管。

发明效果

根据本发明，即使是具备能动地向试料泄漏磁场的类型的物镜的SEM，也能够维持空间分辨率，同时能够实现高亮度化。

附图说明

图1是实施例1的复合带电粒子线装置的简要结构图。

图2是表示射线管部的布线例1的图。

图3是表示射线管部的布线例2的图。

图4是表示减速部的构造例1的图。

图5是表示减速部的构造例2的图。

图6是表示减速部的构造例3的图。

图7是表示减速部的构造例4的图。

图8是表示减速部的构造例5的图。

图9是表示实施例2的复合带电粒子线装置的简要结构图。

图10是表示射线管的分割例1的图。

图11是表示射线管的分割例2的图。

具体实施方式

实施例中，公开一种电子线装置，其具备：电子源，其产生电子线；以及物镜，其使电子线聚集在试料上，在电子源与物镜下表面之间，在电子源侧配置能够设定电压的第一射线管，并在物镜侧配置与第一射线管不同的能够设定电压的第二射线管，并具备输入装置，该输入装置能够选择使第一射线管的电压比第二射线管的电压高的模式。

并且，实施例中，公开输入装置能够选择使第一射线管的电压与第二射线管的电压为同电位的模式。

并且，实施例中，公开物镜是向试料侧泄漏磁场的半浸没透镜类型或者单极透镜类型。并且，公开除半浸没透镜类型或者单极透镜类型的物镜之外，还具备不向试料侧泄漏磁场的外部透镜类型的物镜。并且，公开在使用半浸没透镜类型或者单极透镜类型的物镜的情况下，成为仅向第一射线管施加电压的模式，并在使用外部透镜类型的物镜的情况下，成为向第一以及第二射线管施加电压的模式。并且，公开在使用外部透镜类型的物镜的情况下，成为使第一射线管的电位与第二射线管的电位为同电位的模式。并且，公开具备向试料照射离子束的离子束装置。

并且，实施例中，公开第二射线管配置在物镜的内部。

并且，实施例中，公开第二射线管的电位是GND电位。

并且，实施例中，公开第一射线管和第二射线管的沿面距离是5mm以上。

并且，实施例中，公开一种电子线装置，其具备：电子源，其产生电子线；减速部，其使从电子源产生的电子减速；以及物镜，其使电子线聚集在试料上，减速部配置在电子源与物镜的磁极之间。

并且，实施例中，公开减速部中的电极形状是圆锥形状、碗形状、或者圆锥台形状。

并且，实施例中，公开减速部具备两个电极，并形成为一个电极覆盖另一个电极的形状。

并且，实施例中，公开一种电子线装置，其具备：电子源，其产生电子线；聚光透镜，其使从电子源产生的电子线聚集；以及物镜，其使通过聚光透镜后的电子线聚集在试料上，还具备第一射线管以及第二射线管，它们使通过聚光透镜时的电子线的能量比通过物镜时的电子线的能量高。

并且，实施例中，公开一种电子线装置，其具备：电子源，其产生电子线；以及物镜，其使从电子源产生的电子线聚集在试料上，还具备：检测器，其具有供从电子源产生的电子线通过的射线管、以及供射线管贯通的电子受光面，该检测器对从试料释放出的电子进行检测；以及第一射线管及第二射线管，它们使从电子源产生的电子线的通过射线管时的能量比通过物镜时的电子线的能量高。

并且，实施例中，公开一种电子线装置，其具备：电子源，其产生电子线；射线管，其供从电子源产生的电子线通过；物镜，其使从电子源产生的电子线聚集在试料上；检测器，其对从试料释放出的电子进行检测，并配置在光轴外；以及偏转器，其使从试料释放出的电子向配置在光轴外的检测器的一方偏转，并具备第一射线管以及第二射线管，它们使从电子源产生的电子线的通过射线管时的能量比通过偏转器以及物镜时的电子线的能量高。

以下，参照附图对上述以及其它的本发明的新的特征和效果进行说明。附图是专门用于理解发明的，并不对保护范围进行限制。

实施例1

图1中表示具备本实施例的电子线装置和离子束装置的复合带电粒子线装置的简要结构。复合带电粒子线装置具备：产生电子线的电子源101；控制电子源的电子源控制器151；对从电子源释放出的电子线进行加速的加速电极102；控制加速电极的加速电极控制器152；使从电子源释放出的电子线聚集的第一、第二聚光透镜103、104；控制第一、第二聚光透镜的第一、第二聚光透镜控制器153、154；使电子线聚集于试料的物镜的磁路105；驱动半浸没透镜类型的物镜的半浸没透镜线圈106；控制半浸没透镜线圈的半浸没透镜控制器156；驱动外部透镜类型的物镜的外部透镜线圈107；控制外部透镜线圈的外部透镜控制器157；在柱外检测从试料释放出的电子的试料室检测器118；控制试料室检测器的试料室检测器控制器168；在柱内检测从试料释放出的电子的柱内检测器108；控制柱内检测器的柱内检测器控制器158；使从试料释放出的电子向柱内检测器偏转的偏转器109；控制偏转器的偏转器控制器159；从加速电极配置至第二聚光透镜附近的第一射线管110；向第一射线管供给电压的第一射线管用电源111；控制第一射线管用电源的第一射线管用电源控制器161；从形成物镜的磁路上端配置至物镜下端附近的第二射线管112；向第二射线管供给电压的第二射线管用电源113；控制第二射线管用电源的第二射线管控制器163；配置观察试料114的试料室115；向试料照射离子束的离子束柱116；控制离子束柱的离子束柱控制器166；控制装置整体的动作以及进行电子线像的构建的综合计算机170；供操作人员输入照射条件、电极的电压条件、位置条件等各种指示等的操控器(键盘、鼠标等)171；以及显示所取得的图像、控制画面的显示器172。除此之外，电子线装置具备用于使电子线扫描、转移的偏转系统等电子线装置所需要的所有结构。并且，各控制器以及运算器相互能够通信，由综合计算机170来控制。

本实施例中，控制器171能够从几个模式中选择预定的模式。根据来自控制器171的输入，综合计算机170将第一射线管110、第二射线管112等的状态设为预定的状态，从而使装置为预定的模式。

此外，本实施例中，具备两个聚光透镜，但在操控向物镜入射的电子的目的中，聚光透镜的个数没有要求。并且，若半浸没透镜类型的物镜是能动地向试料侧泄漏磁场的类型的透镜，则磁路105的形状没有要求。例如，也可以是仅具有一个磁极的单极透镜。并且，图1中，加速电极下端与第一射线管接触，但加速电极下端无需与第一射线管接触，也无需是同电位。

并且，本实施例中，具备第一射线管用电源和第二射线管用电源，但也考虑不具备第二射线管用电源的情况。例如，也可以如图2所示，通过将第二射线管连接于GND，来使第二射线管的电位总是为GND电位。并且，例如，也可以如图3所示，通过具备电压切换开关201和控制电压切换开关的开关控制器251，能够将第二射线管的电位切换为第一射线管的电位或GND电位。并且，本实施例中，在第二聚光透镜与物镜的磁路之间分割出第一射线管和第二射线管，但第一射线管和第二射线管的分割位置例如也可以如图10所示地比第二聚光透镜下表面靠电子枪侧，并且例如也可以如图11所示地在物镜的磁路内部。

并且，柱内检测器108在检测从试料释放出的电子的目的中，其结构没有要求。可以是直接对电子进行计数的结构，也可以是将电子一次变换为光、用光电探测器来检测。

根据本实施例，即使在使用半浸没透镜类型的物镜的情况下，也能够难以受到外部干扰的影响，并且能够得到高亮度。即，能够兼得高空间分辨率和高亮度。照射于试料的电子线的能量越来越低，容易受到外部干扰的影响，并且难以得到高亮度、高空间分辨率。但是，随着半导体的高集成化所产生的试料最表面信息的取得需求、生物体试料或有机功能性材料的电子线照射损伤减少需求，进一步优选电子线的低能量化。因此，通过将第一射线管设为高电压、并将第二射线管设为低电压(或者GND电位)，能够实现较高的外部干扰耐性、高亮度、高空间分辨率，从而能够响应上述需求。

另外，在具备半浸没透镜类型的物镜和外部透镜类型的物镜的复合物镜的情况下，能够实现控制工序的简化、以及易用性的提高。在外部透镜类型的情况下，以高能量在物镜下端附近通过的话，能够实现高空间分辨率。即，通过将本实施例中的第一、第二射线管均设为高电压，能够实现高亮度、高空间分辨率。另一方面，在半浸没透镜类型的情况下，通过将第一射线管设为高电压、并将第二射线管设为低电压(或者GND电位)，除了能够实现与以外部透镜类型驱动的情况相同程度的亮度之外，还能够实现比以外部透镜类型驱动的情况更高的空间分辨率。并且，在以任意透镜类型驱动的情况下，都同样地高能量的电子线在比物镜靠电子源侧通过，从而物镜以外的控制可以相同。由此，也不需要光轴的再调整等，从而从操作性观点看便利。这样的复合物镜在照射聚集离子束(FIB)的FIB柱和SEM设置于相同的试料室的FIB-SEM装置中非常有效。若在离子束的光轴上存在磁场，则离子束因该磁场而偏转。而且，由于磁场所产生的偏转量根据离子的质量而不同，所以包括同位体的离子束无法在试料上聚集于一点，而是分离的。因此，在同时采用离子束和电子线的情况下，不优选半浸没透镜类型的物镜，而优选外部透镜类型的物镜。但是，有时根据试料不同，即使牺牲吞吐量也需求半浸没透镜类型的高空间分辨率。该情况下，切换离子束照射和半浸没透镜类型的电子线照射来使用。此时，如本实施例那样，若能够仅切换物镜的模式来使用，则能够减轻用户的负担。另外，若能够使用操控器或者GUI画面来以单触摸来进行模式的切换，则更加便利。

此外，对于第一射线管与第二射线管之间的减速部而言，可以如图1所示地保持原样地利用第一射线管与第二射线管之间的间隙部所作出的减速电场，但也可以如图4所示，在第一射线管的下端设置向物镜侧变宽的圆锥形状的减速部电极301a，并在第二射线管的上端设置向电子源侧变宽的圆锥形状的减速部电极301b，来构成减速部。由此，能够缓和形成于减速部的静电透镜作用。也可以仅设置减速部电极301a和减速部电极301b中一方来构成减速部。

同样，也可以如图5所示，在第一射线管的下端设置向物镜侧变宽的碗形状的减速部电极302a，并在第二射线管的上端设置向电子源侧变宽的碗形状的减速部302b，来构成减速部。也可以仅设置减速部电极302a和减速部电极302b中一方来构成减速部。

同样，也可以如图6所示，在第一射线管的下端设置向物镜侧变宽的圆锥台形状的减速部电极303a，并在第二射线管的上端设置向电子源侧变宽的圆锥台形状的减速部电极303b，来构成减速部。

并且，图4～图6中，上下的减速部电极是相同的大小，但并不限定于此，例如，也可以如图7所示，在第一射线管的下端，设置端部成为圆筒形状且向物镜侧变宽的大致圆锥台形状的减速电极部304d，并在第二射线管的上端设置端部成为圆筒形状的大致圆锥台形状的减速电极部305d，使减速电极部304d的圆筒形状比减速电极部305d的圆筒形状大，且设于第一射线管侧的减速电极部304d形成为对设于第二射线管侧的减速电极部305d进行覆盖那样的形状。由此，能够减轻减速部电极外部的影响。

同样，也可以如图8所示，在第一射线管的下端设置向物镜侧变宽的碗形状的减速部电极305e，并在第二射线管的上端设置向电子源侧变宽的碗形状的减速部304e，使减速部电极305e的开口比减速部电极304e的开口小，且设于第一射线管侧的减速电极部304e形成为由设于第二射线管侧的减速电极部305e覆盖那样的形状。

接下来对柱内检测器的安装位置进行说明。在使用了半浸没透镜类型的物镜的情况下，因向试料侧泄漏出的磁场，从试料释放出的电子基本进入SEM柱内部。因此，需要在SEM柱内部检测电子。作为其方法，考虑如本实施例那样在从电子线的光轴偏离时进行检测的方法。在从光轴偏离时进行检测的方法，有也能够检测从试料向正上方(朝向电子源前端)释放出的电子的优点。通过选择性地检测从试料向正上方释放出的电子，能够取得有力地反映出试料的组成信息的图像。但是，为了在从光轴偏离时对电子进行检测，需要使电子偏转。此时，需要的偏转强度由电子的能量来决定。因此，不是在正被施加高电压的第一射线管偏转，而是在电子的能量更低的第二射线通过时偏转的话，容易设计偏转器。

实施例2

图9表示本实施例的复合带电粒子线装置的基本结构。本实施例中，在柱内检测从试料释放出的电子的柱内检测器的构造以及搭载位置不同的方面，与实施例1不同。以下，以与实施例1的不同方面为中心进行说明。

本实施例中的检测器由将电子变换为光的闪烁器401、检测从闪烁器释放出的光的光电探测器402、控制光电探测器的光电探测器控制器452、将从闪烁器释放出的光引导至光电探测器的光导403、以及贯通闪烁器以及光导的第三射线管404构成，且该检测器搭载在第一射线管与第二射线管之间。并且，第三射线管以及闪烁器与第一射线管同电位。

根据本实施例，与实施例1相同，即使在半浸没透镜类型的物镜中，也能够实现较高的外部干扰耐性、高亮度、高空间分辨率。另外，本实施例中，通过将作为柱内检测器的构成要素的第三射线管以及闪烁器的电位设为与物镜的模式(半浸没透镜类型和外部透镜类型)无关地被施加高电压的第一射线管相同，从而有即使物镜的模式切换也不需要变更检测器的设定的优点。由此，用户能够更加无缝地进行半浸没透镜类型与外部透镜类型的切换。并且，通过使闪烁器的电位与第一射线管的电位相同，也有不需要准备用于向闪烁器施加电压的新的电源以及电压导入路径的优点。

符号说明

101—电子源，102—加速电极，103—第一聚光透镜，104—第二聚光透镜，105—磁路，106—半浸没透镜线圈，107—外部透镜线圈，108—柱内检测器，109—偏转器，110—第一射线管，111—第一射线管用电源，112—第二射线管，113—第二射线管用电源，114—观察试料，115—试料室，116—离子束柱，118—试料室检测器，151—电子源控制器，152—加速电极控制器，153—第一聚光透镜控制器，154—第二聚光透镜控制器，156—半浸没透镜线圈控制器，157—外部透镜线圈控制器，158—柱内检测器控制器，159—偏转器控制器，161—第一射线管用电源控制器，163—第二射线管用电源控制器，166—离子束柱控制器，168—试料室检测器控制器，170—综合计算机，171—操控器(键盘、鼠标等)，172—显示器，201—电压切换开关，251—开关控制器，301a、301b、302a、302b、303a、303b、304d、304e、305d、305e—减速部电极，401—闪烁器，402—光电探测器，403—光导，404—第三射线管，452—光电探测器控制器。