JPH025337A - 荷電粒子線装置及びこれによる試料観察方法 - 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〕 本発明は、対物レンズとして静電レンズと磁界型レンズ
よりなる対物レンズを用いた集束荷電粒子線装置及びこ
の装置による試料観察方法に関する。

〔発明の概要〕

静電レンズと磁界型レンズとから成る動物レンズを用い
て、電子プローブ照射系の球面収差係数及び色収差係数
を低減させると共に、生した二次電子を静電レンズの穴
を通過させて効率よく検出するようにした。又、正イオ
ンと電子を選択的に試料に照射し得る荷電粒子線装置に
おいて、静電レンズと磁界型レンズとから成る対物レン
ズを用いて電子束を試料上に集束させる一方、正イオン
束と前記電子を集束させた場合と同じ極性に保持された
静電レンズの電界作用により、試料に集束保ちつつ正イ
オンと電子を同一の試料位置に集束することが出来るよ
うにした。

〔従来の技術〕

電子顕微鏡のような荷電粒子線装置においては、対物レ
ンズとして静電レンズを用いるものがある。

このような静電レンズは、−ＩＩ的に、磁界型レンズに
比し電子プローブ制御時間の短縮化が可力旨であり、超
高真空が達成し易く、しかも装置のコンパクト化が可能
であるといった利点があるが、球面収差係数や色収差係
数が大きくなり、分解能が低下し易い事、及び電極に高
電圧をかけた時の電気的な絶縁問題が生じ易い等の欠点
もある。電気的な絶縁問題については、近年、走査型電
子顕微鏡の分野で加速電圧が５ＫＶ　（キロボルト）以
下といった低加速の装置が注目されており、前記問題は
大幅に緩和されている。

このような特色をもった静電レンズの一従来例を第８図
に示す、この静電レンズはアインツエルレンズと呼ばれ
るもので、中央電極ｌと、この中央電極ｌの上下両側に
対にして配置された接地電極２及び３とから概略構成さ
れている。中央電極ｌと、それぞれの接地電極２．３と
の間は、高電圧をかけられる様絶縁が施されている。

このような静電レンズにおいて、中央電極ｌには負（電
子については減速モード）、或いは正（同じく電子につ
いては加速モード）の電圧が印加され、接地電極２．３
はアースされていて接地電位に保たれている。−最に静
電レンズにおいては、減速モードが多く使われている。

電子線源から照射された電子線束４は下側接地電極３よ
りＷＤ（これをワーキングデイスタンスという）の距離
にある試料５に集束されている。

このアインツエルレンズについて、各部分の値として中
央電極の厚さＴをＴ−０（ａｍ）　、中央電極１と上下
側電極２，３との距離Ｓを５＝４（ｎ）、中央電極１の
穴径り、と上下側電極の穴径り、をＤ＋　＝０２　＝４
　（１）ｍ＋）とし、球面収差係数Ｃｓと色収差係数Ｃ
ｃの値を示すと第９図のようになる。

ここに示されたグラフ中、Ｃｓｄ、　　Ｃｃｄはそれぞ
れ減速モードにおける球面収差係数及び色収差係数であ
り、Ｃｓａ、　　Ｃｃａはそれぞれ加速モードにおける
球面収差係数及び色収差係数である。このグラフかられ
かる様に、加速モードにおける各収差係数Ｃｓａ、　　
Ｃｃａは通常の磁界型レンズにおける収差係数と同程度
と考えられるが、減速モードにおける各収差係数Ｃｓｄ
、　Ｃｃｄは静電レンズの加速モードあるいは磁界型レ
ンズにおける収差係数に比し数倍大きな値となる。従っ
て、通常の減速モードの静電レンズにおいては、分解能
が低下しやすいことがわかる。

（発明が解決しようとする課題〕 一方、このような従来の静電レンズにあっては、加速モ
ードにおいて上記のような収差係数の上での有利性はあ
るものの、この加速モードで動作させる場合に二次電子
の捕獲効率が低下し易いという問題がある。

即ち、この場合、中央電極１には正の電圧が印加される
為、特にワーキングデイスタンスＷＤが小さい時、二次
電子の一部が静電レンズ穴に引き込まれる。このため、
試料５と静電レンズとの間の側方位置に検出器を設置す
る通常の方法では、全ての二次電子を捕獲することが難
しい。そこで加速モードの場合は、二次電子を静電レン
ズの上方に引き出し、この上方位置に設置された検出器
により検出することが望ましいが、この場合の二次電子
捕獲率は、レンズの穴径、静電レンズへの印加電圧等に
より大きく変化する（例えば１９８７年秋、応用物理学
会、２０ａ−Ｇ−９，ＮＴＴ、斉藤賢−他）。従って、
特にワーキングデイスタンスＷＤ或いは加速電圧が大き
く変わる時は実用化が困難であった。

又、磁界型レンズにおいても、ワーキングデイスタンス
ＷＤが小さい場合は、磁界型レンズ上方に設けた二次電
子検出器、ＷＤが大きい場合には試料の側方に設けられ
た二次電子検出器を用いなければならない等、煩雑さが
あった。

さらに、試料側方に設けられた一台の二次電子検出器で
二次電子を検出すると、試料を恰も斜め方向から照明を
あてて見ることになり、例えば超ＬＳＩパターン観察時
、ラインプロファイルが非対称になり、測長が不正確に
なるという欠点があった。

更に又、イオン集束装置（Ｆ　Ｉ　Ｂ＞のような、荷電
粒子としてイオンを用いた試料観察装置においては、イ
オンの質■が大きい為、磁界型レンズは用いられず、−
Ｃに第８図に示した静電レンズが用いられる。近年、Ｇ
ａ゛等の正イオンと電子を同一の粒子源から発生させ、
粒子線軸を共用した鏡筒を用いて試料５をイオンと電子
を集束させる試みがある。例えば第８図において、１価
の正イオンに対しては、例えば中央電掻１に加速電圧の
大きさがＵで正の電圧を印加し、電子に対しては同じ大
きさで負の電圧を印加すれば、同しワーキングデイスタ
ンスＷＤの位置に集束し、しかも同し光学定数を持つ。

しかし、印加電圧の極性を切り換えなければならない為
、装置の動作の安定性や操作性の上で問題がある。

本発明はこのような従来の問題点を鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、収差係数を低減させると共に二
次電子の捕獲効率を増大させ、走査型の荷電粒子線装置
の分解能、像質を向上させることである。

本発明の第２の目的は、対物レンズの極性を切り換えず
かつ、強度をほぼ同一にして、正イオンと電子を同一試
料位置に集束可能とし、荷電粒子′４ＦＡ装置の安定性
、操作性を向上させた試料観測方法を堤供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するため、静電レンズと、当該
静電レンズと同軸に配置された単極磁界型レンズとで対
物レンズを構成し、この対物レンズによって荷電粒子線
束を試料上へ集束させ、又、対物レンズの上方に二次電
子検出器を設け、対物レンズによって二次電子を粒子線
軸付近に拘束し、静電レンズ穴を通過させて二次電子検
出器により検出するようにしたことを主たる要旨とする
。

また、本願の発明はイオン及び電子を発生させる粒子！
ｌ／ｊＩａと、これらイオン又は電子を同一の粒子線軸
に沿って選択的に試料に照射する手段と、互いに同軸に
配置された静電レンズ及び磁界型レンズで構成された対
物レンズと、この対物レンズの上方に配置された二次電
子検出器とを有する荷電粒子線装置を主たる要旨とする
。

さらに、本願の発明は前記イオン、電子集束型の荷電粒
子線装置において、対物レンズの電磁界の作用により、
電子線を試料上に集束する一方、静電レンズの極性を前
記電界及び磁界の作用時と同じに保ち、主に前記対物レ
ンズの電界により、イオン束を試料上に集束すると共に
、生じた二次電子を光軸付近に拘束して対物レンズ穴を
前方に通過させた後、二次電子検出器により検出するよ
うにした試料観察方法を主たる要旨とする。

〔作用〕

粒子線源から発射された電子線束は、対物レンズによっ
て電界及び磁界作用を受け、試料上に集束される。

この電子線束の集束によって、試料面上では励起作用が
起こり二次電子が発生する。この二次電子は対物レンズ
の電界及び磁界によって捕獲され、粒子線軸付近に拘束
されると共に対物レンズ穴を通過する。そして、対物レ
ンズの、上方に配置された二次電子検出器によって検出
される。又、粒子線源が電子と正イオンとの双方を発射
する装置では、正イオンと電子をレンズ極性を切り換え
ず、且つ強度をほぼ同じに保ち、同一試料位置に各粒子
を集束でき、安定性、操作性が向上する。

〔実施例〕

第１図は本願第１発明による荷電粒子線装置の第１の実
施例を示す図である。この実施例に係わる荷電粒子線装
置は、試料室１４内に設置された試料５の前方に配置さ
れた静電レンズ１０と、頂面１３が試料５と静電レンズ
ｌＯとの間に配置され、この静電レンズｌＯと共に対物
レンズ１２を構成する磁界型レンズ１）と、対物レンズ
１２の前方に配置された二次電子検出器１５とを備えて
成る。静電レンズ１０は中東型ｉ１６と、この中央電極
１６の上下両側に対になって配置され、且つ中央電極１
６との間が碍子のような絶縁部材１７によって絶縁され
た上側電極１８及び下側電極Ｉ９とを有するアインツエ
ルレンズによって構成される。中央電極１６には■（ボ
ルト）の正電圧が印加され、上下側電極１８．１９は接
地されている。磁界型レンズ１）としては単極磁界型レ
ンズが用いられ、この磁界型レンズは、磁極頂面１３が
静電レンズ１０に近接して配置され、磁性材によって構
成されたヨーク２０と、このヨーク２０に巻装された励
磁コイル２１とから成り、前記静電レンズと同軸になる
様設置される。又、頂面１３及び各型４ｍ１６．１８．
１９の中心軸部分には電子線或いは電子線束２２を通す
穴２３が形成されている。

又、試料室１４は非磁性材より成り、励磁コイル２１及
びこれを取囲むヨーク部２０ａは真空外に設置されてお
り、鏡筒焼き出し時取り出し可能な構成になっている。

かかる構成において、磁界型レンズ１）には起磁力Ｊ（
ＡＴ；アンペア・ターン）が印加される。

電子線束２２は、静電レンズ１０が作る電界と、磁界型
レンズｌｌが作る磁界により、試料５に集束される。こ
の電子プローブは、対物レンズ１２よりも上方に設けら
れた二段の走査手段（図示してない）により、試料５上
に走査される。これによって生じた二次電子２４は、磁
界型レンズ！■の作る磁界により粒子線軸（以下、便宜
上光軸という）２５付近に拘束され、レンズ穴２３内に
進入し、さらに静電レンズＩＯによる静電界の作用を受
けて光軸２５付近に拘束され、静電レンズ１０の上方に
設けられた二次電子検出器１５により検出される。

第２図は、前記第１の実施例に係わる荷電粒子線装置の
構造を一部変更した第２の実施例を示す図である。この
実施例においては、単極磁界型レンズ１）の磁極頂面１
３によって静電レンズｌＯの下側電極が構成されている
。そして、他の部位・の構成は前記第１の実施例と同じ
である。又、作用についても同様である。なお、静電レ
ンズ１０の下側電極と磁界型レンズ１）の磁極頂面とが
共通構造となっているから、前記第１の実施例よりは構
造がコンパクトになり、しかも静電レンズ１０と試料５
との間の距離がより小さくなるため、対物レンズ１２の
光学特性等が更によくなる。

この実施例における単種磁界型レンズによる光軸Ｚ方向
の磁界分布（Ｂ　／　Ｂ　ｚｏ）の例、及び静電アイン
ツエルレンズによる光軸上の電位分布（Ｖ／Ｖ、）の例
を第１０図に示す。

但し、Ｂｅ、Ｖｏはそれぞれの最大値を示し、■はアー
ス電位を０ボルトとしている。

第１０図で示されるように、単極磁界型分布の磁界分布
は２＞０の方向（第２図にて試料の方向）になだらかに
減衰し、Ｚ〈０の方向（第２図にて静電レンズのある方
向）に急速に減衰する方向を有しており、単極磁界型レ
ンズの磁界と静電アインツエルレンズのつくる電界との
場の重なりは殆どない。

従って、荷電粒子は複合電磁界の作用を受けず、電界と
磁界の作用を別々に受けることになる。これが本発明の
対物レンズの特長でもある。

第３図は、前記２つの実施例における二次電子の軌道を
説明するもので、対物レンズ１２の静電レンズ１０に正
の電圧を印加し、磁界型レンズ１）の起磁力を０とした
場合の二次電子の軌道が第３図ｆａｌに示されている。

この場合は、試料５から大きな角度で出た二次電子２４
はほぼ直進し、静電レンズ１０の穴２３を通過せずに磁
極にｉｉｉ突する。第３図ｆｂｌは、静電レンズ１０の
印加電圧をＯとし、磁界型レンズの起磁力を数百（ＡＴ
）印加した場合の二次電子２４の軌道を示す、二次電子
２４は、光軸付近に拘束されるが、磁界型レンズ１）の
穴径が小さい時は、穴壁面に当たり、二次電子検出器１
５に到達しなかったりする。第３図［Ｃ１は静電レンズ
１０に正、磁界型レンズ１）に適当な起磁力を印加した
場合の二次電子２４の動きを示す、二次電子２４は磁界
により光軸２５付近に拘束され、更に静電レンズ１０内
では電界の拘束作用を受け、レンズ穴２３を通して静電
レンズ１０より上に取り出される。

二次電子をレンズ穴２３に浸入させる為の、磁界型レン
ズの起磁力のおおよその条件は次の通りである。

均一磁界Ｂに角度θで進入した速度Ｑの電子は半径が、 ｍｏυｓｉｎθ ｅ の螺旋運動をする。

従って、第１図及び第２図に示した実施例においては、
二次電子２４がレンズ穴２３に進入するためには、 （１）試料５位置く即ち、頂面１３からＷＤの距離）に
おいて、 ２γ≦ＤＯ なる条件を満足する必要がある。ここでＤＯは磁界型レ
ンズ１）の頂面１３の直径である。さらに又、（２）磁
界型レンズ１）の頂面１３の位置において、２Ｔ≦ＤＩ なる条件を満足する必要がある。ここでＤＩは頂面１３
に設けられた穴の径である。

上記の２条件のうち、条件（１）は二次電子２４を光軸
２５付近に拘束するための条件であり、条件（２）はレ
ンズ穴２３に二次電子２４が進入するための条件である
。

磁束密度Ｂの分布についての弐を使って前記各条件を求
めると、条件ｆｌ）として、 ＷＤ が成立し、条件（２）として、 ＤＩ が成立する。

さらに、成る試料位置（即ち、成るＷＤ）における磁界
型レンズ１）のみのフォーカス励磁力を３０とすると、
静電レンズ１０によりフォーカス制御するためには、磁
界型レンズ１）に印加すべき起磁力Ｊは、 Ｊ＜ＪＯ−・・−・・・・−（３１ を満たす必要がある。

以上の３条件を満足する起磁力Ｊを磁界型レンズ１）に
印加することにより、ワーキングデイスタンスＷＤの如
何によらず常に二次電子２４の殆どをレンズ穴２３を通
して上方へ導き、二次電子検出器１５によって検出する
ことが出来、且つフォーカス制御を静電レンズにより行
うことが出来る。このため、従来磁界型レンズを用いた
場合において、ＷＤに応じて複数の二次電子検出器を設
けなければならない不都合がなくなる。

又、試料位置での磁束密度Ｂを大きくしたくない場合、
又は成る決まった磁束密度にしたい場合（例えば磁性材
の観察等）は好都合である。即ち、前記条件ｆｉｌ〜（
３）を満足する起磁力Ｊを選択して、試料５の上にて必
要な磁束密度Ｂを得ることができる。この時、フォーカ
スは静電レンズ１０の印加電圧を制御することによって
調節する。

第４図は本発明による荷電粒子線装置の第３の実施例を
示す図である。この実施例に係わる荷電粒子線装置は、
試料５の上方に設けられた静電レンズ１０と、試料５の
下方に前記静電レンズ１ｏと同軸に配置され、且つ静電
レンズｌＯと共に対物レンズ２７を構成する磁界型レン
ズ２６と、静電レンズ１０の北方に設けられた二次電子
検出器１５とから成る。

静電レンズ１０は前述したと同様の構成を持つ。磁界型
レンズ２６には単極磁界型レンズが用いられ、この単極
磁界型レンズは、中心に磁極頂面を有するヨーク２８と
、このヨーク２日に巻装された励磁コイル２９とから成
り、静電レンズ１０の下側接地電極１９より下方へ距離
ｌの位置に設置されている。

かかる構成において、静電レンズ１０の中央電極１６に
は高電圧が印加され、磁界型レンズ２６には起磁力Ｊ　
（ＡＴ）が印加される。これにより電子線束２２は前記
第１及び第２の実施例におけると同様、電磁界の作用に
より試料５に集束される。試料５から出た二次電子２４
は、単極磁界型レンズ２６のつくる磁界の作用を受けつ
つ、レンズ穴２３を通過し、さらに、静電レンズのつく
る静電界の作用により集束された後、二次電子検出器１
５により検出される。

この二次電子の軌道については、先に第１及び第２の実
施例について述べたと同様の理論式によって説明するこ
とが出来る。従って、二次電子２４をレンズ穴２３に進
入させるためには前記条件（１）及び条件（２）を満足
させてやればよい。この第３の実施例にあっては、レン
ズ穴２３の径をＤよとした時、このレンズ穴２３に二次
電子が進入するための磁界型レンズ２６の起磁力Ｊの条
件（前記条件（２）に相当する）は、 Ｄ　ｔ　　　　　　　　　　　Ｄ　。

となる。ここでＤｏは頂面２８の直径である。

又、試料位置における前記条件（１）に対応する条件は
、この実施例における配置では、試料５上における磁束
密度Ｂの方がレンズ穴２３における磁束密度Ｂよりも大
きいため、前記（４）式が満足されれば自ずと満足され
る。

さらに又、この実施例においても、前記（３）式の条件
を満足する必要がある。

以上の各条件を満足することによって、試料５から出た
二次電子２４をレンズ穴２３を通して対物レンズ２７の
上方へ導き、二次電子検出器１５によって検出すること
ができる。

次に、前記第１．第２．第３の実施例として示した対物
レンズ１２．２７の球面収差係数Ｃ５及び色収差係数Ｃ
ｃについて述べる。

軸対称電磁界内における電子の近軸軌道は次の式で表さ
れる。

であり、またり、Ｍ、Ｎ、Ｇは下記の式で表さここで ｙ　：　光軸２からの変位 φ　；　電位 Ｂｚ：　光軸２方向の磁束密度 ｅ　：　電子の電荷 ｍｏ　：　電子の静止質量 である。

電磁レンズの球面収差係数Ｃｓ及び色収差係数Ｃｃはそ
れぞれ次の式で表される。

ここで、 ｚｏ　：　物面位置 ｚ、：　像面位置 φ０　：　物面での電位 Ｕ　：　加速電圧 一φ”’　　−Ｂ　ｚ　Ｂ　’　ｚ　］　　　−−（８
）Ｎ＝　　　　ＦＴ Ｉ 第５図は、前記第２の実施例について（５）式〜ａｔ＋
弐により求めたＣｓ、Ｃｃの値を示すグラフである。但
し、この場合において静電レンズ１０の寸法は、 Ｔ＝４（ｎ） Ｓ＝４（ｎ） ＤＩ＝ｏｚ　＝　４　（龍） とし、磁界型レンズ１）について、 ｏ、　−ｔ２　（ｍ） とした、また、磁界型レンズ１）の起磁力Ｊは、Ｊ／、
ｒ百　＝５　（ＡＴ／Ｖ七） となる一定値とした。

第５図から明らかなように、ＷＤχ５（ｍＷ）において
、Ｃ３χ７５　（ｍｓ）　、　　Ｃｃχ９．５（１ｍ）
であり、充分小さな収差係数が得られている。又、ＷＤ
の値が大きなところでは、従来と比較して特に球面収差
係数Ｃｓが小さくなっていることがわかる。

なお、ここでは電界と磁界が複合して存在する場合の式
（５）〜００を用いて計算したが、本発明の実施例、特
に第４図においては、電界と磁界がほぼ独立して存在す
るので、電界及び磁界に対する各々の寸法を用いて計算
し合成しても同様の値を得る。

又、静電レンズ１０の印加電圧、磁界型レンズ１）の起
磁力の他の任意の組み合わせについても、前述したと同
様にしてＣｓ、Ｃｃの値を求めることが可能であり、第
１及び第３の実施例についても同様にＣｓ、Ｃｃの値を
求めることができる。

なお、第１乃至第３の実施例に係わる荷電粒子線装置に
おいて、試料位置を同一にしておいて加速電圧を変更す
る場合、磁界型レンズ１）．２６の起磁力ｊを前記ｉｌ
ｌ〜（４）式を満足する一定値とし、フォーカス制御を
、静電レンズ１０の印加電圧を変化させることにより行
うことができる。

さらに、第１乃至第３の実施例において、静電レンズを
弱く電圧印加し、単極磁界レンズを強く励磁するか、あ
るいは静電レンズを強く電圧印加し、単極磁界レンズを
弱く励磁すると各々特別の効果を奏する。

今、第２図の実施例において、 Ｔ−４ｍ＋＋、Ｓ＝４ｗｍ 単極レンズポールピースの厚さ４ｆｌ Ｄ＋　＝Ｄｚ　＝Ｄ＋　＝４ｔａφ、　　Ｄｏ　＝１２
ｍｍφの場合について、Ｃｓ、Ｃｃを求める。

第１）図に、ＷＤに対するＣｓ、第１２図にＷＤに対す
るＣｃを示す。

第１）図において、Ｃｓは静電レンズ（加速モード）の
み作動させたときのＣｓを、Ｃｓｍは単極磁界型レンズ
のみ作動させた場合のＣｓを表す。

Ｃｓｅは静電レンズ強度を静電レンズのみによりＷＤを
１０ｍにフォーカスする値に保ち、単極磁界型レンズの
起磁力Ｔを増していった時のＷＤに対するＣ３の変化を
示す（Ｅ点でＪ＝０）。

Ｃｓｍは、単極磁界型レンズ強度を、このレンズのみに
よりＷＤ＝１０鰭にフォーカスする値に保ち、静電レン
ズ強度を増していったときのＷＤに対するＣｃの変化を
示す（間点でアインツエルレンズ中央電極の印加電圧■
１＝０ボルト）。

第１２図に色収差係数Ｃｃについて同様に示す。

第１）図、第１２図より、単極磁界型レンズのみのＣ５
Ｃｃが最も小さいことが分かるが、このレンズのみでは
、前述のように二次電子を効果的に検出できないという
不都合がある。

そこで、この不都合を解消するため、静電アインツエル
レンズを弱←電圧印加する０例えば、■＝＋５０ボルト
に印加する。この電圧は−５００ボルト以上の一次電子
線に対しては極めて弱くしか作用せず、そのＣ３，ＣＣ
は単極磁界レンズのそれと変わらない。

しかし、二次電子（−５ｖ程度）に対しては、強いレン
ズ作用を持ち、その集束効果により二次電子は静電レン
ズ上方に取り出され、検出される。

この場合は、高分解能観察や上方からの二次電子検出に
よる高精度測長には、良好であるが磁界型レンズ特有の
ヒステリシスの為、高速自動測長には不通である。

そこで、高速自動測長を目的とするためには、単種磁界
レンズの起磁力を小さく、静電レンズの印加電圧Ｖを太
き（する０例えば、ＷＤ−１０ｍ、Ｊ＝６０ＡＴとする
。この起磁力は一５００■以上の一次電子線に対しては
極めて弱くしか作用しないが、二次電子に対しては、強
い磁界レンズとして作用し、二次電子を光軸付近に拘束
する。Ｃ５Ｃｃは静電レンズのみのＣｓ、’Ｃｃと変わ
らない。

従って、単極磁界型レンズを強く作動させた場合よりも
分解能は低下するが、電界放射電子銃との組合わせによ
り、低加速電圧においても例えば２０關程度の分解能と
することができ、サブミクロンパターンの高精度測長が
可能である。Ｊ−６０ＡＴの値は、拘束条件式［１），
！２］を満たすので効果的に静電レンズ穴に進入し、静
電レンズにより集束されな後検出される。

この起磁力Ｊ＝６０ＡＴを加速電圧に無関係に固定して
おけば、加速電圧変化に伴うヒステリシスの問題はなく
、上記目的にも良好に作動する。

さらに、磁気ディスク等の磁性体を無磁場観察したい場
合には、単極磁界型レンズの起磁力Ｊ＝Ｏとすることに
なるが、この場合は、試料側方に二次電子検出器を設け
る必要がある。

又、前記第３の実施例を変更して、励磁コイル２９を永
久磁石で置き換えることも可能である。第６図はこのよ
うな変更を施した例を示す図である。

この変更例では、磁界型レンズ３０のヨーク３１の外側
部分がＮ極及びＳ極に帯磁された永久磁石３２によって
構成され、この永久磁石３２の作用によって単種磁界型
レンズの頂面３３前方に磁界が形成されるようになって
いる。なお、この磁界型レンズ３０の上方における試料
５、静電レンズ１０並びに二次電子検出器１５の配置及
び構成１機能は第３の実施例について上に述べたのと同
じであり、磁界型レンズ３０が静電レンズｌＯと共に対
物レンズ３４を構成する点についても同様である。

以上のような構成及び作用を持つ第１乃至第３の実施例
（変更例も含む）に係わる荷電粒子線装置について、粒
子線源に改良を加え、試料５に対して電子及び正イオン
を照射出来るようにすると、この荷電粒子線装置の機能
が更に拡大される。

第７図は、粒子線源側から電子又は正イオンを選択的に
試料５に照射出来るようにした荷電粒子線装置において
、静電レンズ１０の電圧、及び単極磁界型レンズ１）の
起磁力を同一として正イオン線３５と電子線２２とが同
一の試料位置（即ち、同一のＷＤ）に集束していること
を示す図である。中央型ｉ１６には正の印加電圧Ｖ　（
＃０．６　　ｌ　ＩＪ　１）（Ｖｏｌｔ）磁界型レンズ
１）には起磁力Ｊ　（＝　７　ｘＥ■）　　（ＡＴ）が
印加されている。正のイオン３５に対してはは行われな
いが、正の印加電圧Ｖが減速電界として働き、比較的低
い電圧でＷＤζ１５鰭の位置に集束している。

他方、負の電荷を持つ電子２２に対しては、前記正イオ
ンの場合と同一の大きさを持つ正の印加電圧Ｖは加速電
界として働き、同一試料位置に集束させるには充分な電
圧とは言えない、しかし、□がイオンの場合に比し充分
大きく、電界とＩ＝Ｉ１５鶴）に集束できる。これらの
場合、イオン軌道に対する収差係数は、例えば、第９図
のＣｓｄ。

Ｃｃｄで示され、電子軌道に対する収差係数は第５図の
Ｃｓ、Ｃｃに示されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば静電レンズと磁界
型レンズによって構成された対物レンズを用いて、小さ
な球面収差係数、色収差係数を得ると共に、ワーキング
デイスタンスＷＤによらず、試料から生じた二次電子を
複合電磁レンズの光軸付近に拘束して導き、−基の二次
電子検出器によって効率良く検出することができるので
、分解能。

像質が向上する。

又、超ＬＳＩ観察に際して、パターンのラインプロファ
イルを対称に得ることが出来、測長精度が向上する。更
に試料観察を行う際、磁界型レンズ部分の励磁を固定し
ておき、静電レンズのみでフォーカス制御できるので、
磁界型レンズ制御に比し応答速度が向上し、自動化測定
に有利である。

さらにまた、正イオンと電子を試料に切り換え照射し、
像を得る場合において、正イオンと電子を同じ極性で同
じ大きさの電界と磁界により、同一点にフォーカスさせ
ることが出来、安定性、操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による荷電粒子線装置の第１の実施例を
示す図、第２図は本発明による荷電粒子線装置の第２の
実施例を示す図、第３図（ａ）〜（ｃｌは前記２実施例
において対物レンズの動作変化に伴う二次電子軌道を示
す図、第４図は本発明による荷電粒子線装置の第３の実
施例を示す図、第５図は前記実施例における対物レンズ
の球面収差係数及び色収差係数を示すグラフ、第６図は
磁界型しンズに永久磁石を用いた、前記第３の実施例の
変形例図、第７図はイオンと電子を切り換え照射した場
合の粒子線の集束状態を示す図、第８図は従来の静電レ
ンズの一例を示す概略構成図、第９図は従来の静電レン
ズ及び磁界型レンズの球面収差と色収差をそれぞれ示す
グラフである。第１Ｏ図は静電レンズにおける光軸上の
電位分布、及び単極磁界型レンズにおける光軸上の磁場
分布の例を示す図、第１）図は静電レンズのみによるＣ
ｓ、単極磁界型レンズのみによるＣｓ及び両レンズを同
時に作動させた場合のＣｓを示す図、第１２図はＣｃに
対する第１）図と同様の図を示す。 １０・・・・・・静電レンズ １）．２６．３０・・・磁界型レンズ １２．２７．３４・・・対物レンズ １３・・・・・・頂面 １５・・・・・・二次電子検出器 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助二次電子の軌道
を説明１図 第３図（α） 二ン欠電チの軌道を１３ト□Ｗ訂６図 第３図（ｂ） ニ、ＺＶ千の軌１嘴撃ム羽する図 第３図（Ｃ） 永久産毛て８Ｉ成した更滴Ｉす杢示ｔｉ第６図 フ！！ＩＪ・１の夏未面ダ又りＬイ虐惨ｒ（Ｃｓ）、色
ダ７差イ系喀ｒ（Ｃｃり乏斤ぐず図穫東の疎面坂井とｆ
！！坂井葎軟訃ブ図第９図 （−ｍ−へ一一一一ノ 娶 う 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料の前方に設置された静電レンズと、この静電
   レンズと試料との間において、静電レンズと同軸で且つ
   磁極頂面が静電レンズに近接して配置された単極磁界型
   レンズとにより構成された対物レンズ、及びこの対物レ
   ンズの前方に配置された二次電子検出器を備えた荷電粒
   子線装置。
2. （２）静電レンズがアインツェルレンズであり、その下
   側電極が単極磁界型レンズの磁極頂面により構成されて
   いる請求項（１）記載の荷電粒子線装置。
3. （３）試料の前方に設置された静電レンズと、この静電
   レンズと同軸で且つ試料の後方に磁極頂面が配置された
   単極磁界型レンズとにより構成された対物レンズ、及び
   静電レンズの前方に配置された二次電子検出器を備えた
   荷電粒子線装置。
4. （４）イオン及び電子を発生させる粒子線源と、これら
   イオン又は、電子線を同一の粒子線軸に沿って選択的に
   試料に照射する手段とを有する請求項（１）乃至（３）
   記載の荷電粒子線装置。
5. （５）電子線については、対物レンズの電界及び磁界作
   用により、試料上に集束させ、また、イオン束について
   は静電レンズの極性を前記電界及び磁界の作用時と同じ
   に保ち、主に前記対物レンズの電界により、試料上に集
   束させ、これにより生じた二次電子を粒子線軸付近に拘
   束して対物レンズ穴を通過させた後、二次電子検出器に
   より検出するようにしたことを特徴とする請求項（４）
   記載の荷電粒子線装置による試料観察方法。
6. （６）静電レンズを弱く電圧印加し、単極磁界レンズを
   強く励磁し、主に、前記単極磁界型レンズの磁界作用に
   より、電子線束を試料上に集束するようにしたことを特
   徴とする請求項（１）ないし（３）記載の荷電粒子線装
   置。
7. （７）静電レンズを強く電圧印加し、単極磁界レンズを
   弱く励磁し、主に、前記静電レンズの電界の作用により
   、荷電粒子線束を試料上に集束するようにしたことを特
   徴とする請求項（１）ないし（３）記載の荷電粒子線装
   置。