JPH02142045A - 荷電粒子線応用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野１ 本発明は、走査形荷電粒子顕微鏡及びその類似装置に係
り、特に低加速領域において高分解能でかつ二次電子の
高検出効率に好適な荷電粒子光学系に関する。 【従来の技術】 走査形電子顕微鏡の分解能を向上させるために、特願昭
６０−１３６００４に記載されているような光学系が用
いられている。すなわち、輝度が高く、エネルギ幅の小
さな電界放射形（ＦＥ）電子銃と、レンズの内部に試料
を配置して収差を極力小さくしたインレンズ形対物レン
ズとを組合わせたものである。このような光学系におい
ても低加・速領域においては分解能は低下する。 一方、色収差を低減するために、特公昭６３−３４５８
８に記載されているような光学系が提案されている。 この光学系は、電子線が試料を照射する直前まで高加速
電圧とし、試料照射時に減速して低加速電圧化するもの
である。この場合、レンズ通過時の電子線のエネルギが
高いので、レンズ収差を小さくできる。すなわち、高分
解能化が図れる。 以上の観点から、低加速領域で従来以上の高分解能を得
るためには、上記両者の光学系を組合せれば可能となる
。すなわち、試料はレンズの内部に配置し、この試料に
負の電圧を印加して減速すればよい。 ただ、この場合問題となるのは二次電子の検出である。 試料がレンズの外部にある従来の場合には、特公昭６３
−３４５８８に示されて、いるように、−次層子線の減
速電界で二次電子が加速されるまでに二次電子検出器の
電界で二次電子を検出するように構成すればよかった。 しかし、試料をレンズの内部に配置したインレンズ形で
は、レンズの磁界が強いためにこの磁界に二次電子が強
く束縛されるばかりでなく、二次電子検出器をレンズの
内部に配置できないという問題が生じる。

【発明が解決しようとする課題１ 本発明の目的は、低加速領域で高分解能化を図り、かつ
二次電子の高検出感度が得られる電子光学系を提供する
ことにある。 ［課題を解決するための手段１ 低加速電圧で高分解能を得るためには、試料をレンズの
内部に配置したインレンズ形でかつこの試料に負の電圧
を印加して一次電子線を減速させればよいことはすでに
述べた。この光学系で、二次電子の高検出効率化を図る
ために、−次層子線の減速電界で加速された二次電子を
レンズ通過後検出器の方に偏向させればよい。ただこの
場合、−次層子線には影響しないように二次電子のみを
検出器の方に偏向する必要がある。そのためには、電界
（Ｅ）と磁界（Ｂ）とを直行させたいわゆるＥＸＢ形の
フィルタを用いれば可能となる。 【作用１ まず、試料照射の直前に電子線の減速を行えば、低加速
電圧でも高分解能が得られることは従来技術からも分か
る。 一方、二次電子検出に関しては、ＥＸＢ形のフィルタを
試料と検出器との間に用いているので。 −次層子線を直進するようにしてやれば、エネルギの異
なる二次電子は自然に偏向されることになる。すなわち
、第５図に示すように電子線２の加速電圧Ｖ。にたいし
て１次式を満足するようにＥとＢを印加すれば、電子線
２の軌道に影響を与えない。 Ｅ／Ｖ、＝２ｋＢ　　　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・（１，）ここで・　ｋ＝φフ２ｍＶ、　　ｒ
ｅ／ｍ：電子の電荷／質量である。 この時、検出すべき二次電子８のエネルギは減速電圧Ｖ
Ｒでありかつ電子線２と方向が逆であるので、二次電子
８の偏向角θは、 ｔａｎθ＝ＥＬ　ｏ＋、／Ｖフ耳Ｕ可■　・・・・・・
・・・・・・（２）となる。 この偏向方向を検出器の方向と一致させておけば、二次
電子は検出器に向かって進むので、検出効率の向上が図
れることになる。 【実施例】 本発明の一実施例を第１図により説明する。 電子銃１からでた電子１１Ａ２は、幾つかのレンズ（本
実施例では加速レンズ３、コンデンサレンズ４、対物レ
ンズ５）により細く絞られて試料６上を照射する。この
電子ＩｗＩ２は偏向器７により試料６上で二次元的に走
査される。また、試料６からでてきた二次電子８は、二
次電子検出器９により検出されて映像信号となる。 ここで、試料６は電子線２を減速するために負の電圧Ｖ
Ｒが印加されている。このとき、出てきた二次電子はこ
の減速電圧ＶＲにより逆に加速され、検出器９の電界の
みでは十分に検出器９の方に偏向できなくなる。 そこで、出てきた二次電子８を検出器９の方に偏向する
ために偏向器を配置すればよいが、電子線２の軌道に影
響のないように電界Ｅと磁界Ｂとを直行させたいわゆる
ＥＸＢ形のフィルター０を対物レンズ５と検出器９との
間に配置している。 このとき、（１）式のようにＥとＢを印加すれば、電子
線２の軌道には影響を与えずに二次電子８のみを検出器
の方に偏向でき、検出効率の向上が図れる。 ただこの場合、フィルター０による色収差が問題になる
。この色収差による偏向角βは、β＝ΔＶＥＬ／４Ｖ。 ＝ｔａｎ　θＡＶＶＲ／　２　Ｖｏ　（１＋　ｎｍ）−
・−・−（３）で表わされる。ここで、ΔＶは電子線２
のエネルギ帳である。 すなわち、第２図に示すようにこの色収差により物点１
２でＳβの拡がりを持つことになり、対物レンズの倍率
をＭとすると試料上ではＭＳβの拡がりを生ずる。具体
的数値の典型的な一例を示すと、θ＝３０＠、　ΔＶ＝
０，３ｅＶ、Ｖｏ＝１．に■、としてＶＲに対するβは
第３図に示すものとなる。この図からβを大きく見積も
って５×１０＋５とし、Ｓ＝２００ｍｍ、Ｍ＝１１５０
とすると、０．２μｍの拡がりとなる。この値は、電子
線２の所望の値（〜ｎｍ）より非常に大きい。 そこで１本発明では第４図ならびに第１図に示すように
、ＥＸＢ形のフィルタ１１を配置してこの色収差を自己
消去できるようにした。すなわち、第４図から分かるよ
うにΔＶのエネルギ拡がりを持つ電子線２があたかも物
点１２の一点から出たかのようになるようにフィルタ１
１を動作させる。 このフィルタ１１の偏向角β′は。 β’＝ｓβ／Ｔ　　　　　　・・・・・・・・・・・・
・（４）とすればよい。 以上により、電子線２の径を増大させることなく、二次
電子８のみを検出器９の方に偏向することが可能となる
。すなわち、低加速領域でも高分解能でかつ二次電子の
高検出効率が得られることになる。 第１図に示す本発明を実施した結果のごく一例を以下に
示す。フィルタ１１を物点１２とフィルタ１０とのほぼ
中間に配置して電界Ｅと磁界Ｂとの作用長を約２０ｍｍ
となるように構成し、Ｖ０＝１ｋＶと固定にしてｖＲ＝
Ｏ〜９００ｖと変化させた。このとき、フィルタ１０．
１１のそれぞれのＥとＢの強さをＥ＝０〜２５ｖ／ｍｍ
、０〜５０Ｖ／ｍｍ、Ｂ＝Ｏ〜１４ガウス（Ｇａｕｓｓ
）　、　０〜２８ＧａｕｓｓとＶＲに連動させて変化さ
せたところ、４〜６ｎｍの高分解能が実現できた。 本発明は、１ｋＶ以下の低加速電圧でｎｍオーダの分解
能を得ることを目的になされたため、フィルタを２段に
したが、目的によっては１段で構成しても二次電子の高
検出効率化は可能であることは、本実施例で述べた通り
である。 また、本実施例では試料がレンズの内部に配置したが、
レンズの外側に配置された構成の光学系にたいしても実
施することができる。なおこの場合、二次電子検出器は
試料と対物レンズとの間にあってもよいし、第１図のよ
うに対物レンズの−Ｌ側にあってもよいことはいうまで
もない。要は、試料と二次電子検出器との間にＥＸＢ形
のフィルタがあれば実現できる。 さらに１本発明は走査形電子顕微鏡に対して述べたが、
これに限ることなく類似の電子線応用装置一般に適用で
きるし、さらにイオン線のような荷電粒子線応用装置一
般に適用できることは言うまでもない。ただ、正の電荷
を持っている荷電粒子線の場合には、減速電圧は正の値
にする必要がある。

【発明の効果】

本発明によれば、低加速領域でも荷電粒子線径を増大さ
せることなく二次荷電粒子を検出器の方に偏向すること
が可能となるので、高分解能でかつ二次荷電粒子の高検
出効率が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す荷電粒子光学系の縦断
面図、第２図はＥＸＢ形フィルタの色収差に関する説明
図、第３図はＥＸＢ形フィルタの色収差により生じる偏
向角と試料に印加した減速電圧との関係曲線図、第４図
はフィルタの色収差を自己打消しさせるための基本光学
系の縦断面図、第５図はＥＸＢ形フィルタによる一次電
子線と二次電子の軌道を示す説明図である。 符号の説明 １：電子銃、２：電子線、３：加速レンズ、４：コンデ
ンサレンズ、５：対物レンズ、６：試料。 ７：偏向器、８：二次電子、９：二次電子検出器。 １０．１１：ＥＸＢ形フイ／Ｌ／夕、１２：物点′指 第７回 第２目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子銃と、該電子源からでた電子線を細く絞って試
   料に照射するレンズ手段、該電子線を該試料上で二次元
   的に走査する走査手段、該試料からでてくる二次電子を
   検出する検出手段とからなる装置において、該試料には
   負の電圧を印加し、かつ該試料と該検出手段との間なら
   びに該検出手段に対して該電子源側にそれぞれ電界（Ｅ
   ）と磁界（Ｂ）を直行させたいわゆるＥＸＢ形フィルタ
   を配置したことを特徴とする走査形電子顕微鏡及びその
   類似装置。 ２、荷電粒子源と、該荷電粒子源からでた荷電粒子線を
   細く絞って試料に照射するレンズ手段、該荷電粒子線を
   該試料上で二次元的に走査する走査手段、該試料からで
   てくる二次荷電粒子を検出する検出手段とからなる装置
   において、該試料には上記荷電粒子が負の荷電粒子であ
   るとき負の電圧を、上記荷電粒子が正の荷電粒子である
   とき正の電圧を印加し、かつ該試料と該検出手段との間
   ならびに該検出手段に対して該荷電粒子源側にそれぞれ
   電界（Ｅ）と磁界（Ｂ）を直行させたいわゆるＥＸＢ形
   フィルタを配置したことを特徴とする走査形荷電粒子顕
   微鏡及びその類似装置。 ３、試料配置部が、レンズの内部に配設されたことを特
   徴とする請求項第１項記載の走査形荷電粒子顕微鏡及び
   その類似装置。 ４、上記ＥＸＢ形フィルタの電界の方向を、検出手段の
   方向と一致させたことを特徴とする請求項第１項もしく
   は第２項のいずれかに記載の走査形荷電粒子顕微鏡及び
   その類似装置。