JPH0355751A - 電子ビーム装置 - 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！０） 本発明は、細く絞った電子ビームを試料に照射し、試料
の観察●分析●加工等を行なう走査型電子顕微鏡●Ｘ線
マイクロアナライザー●電子ビーム露光装置等に用いる
電子ビーム装置に関する。

（従来技術） 第８図に従来の、大型試料を傾斜させながら観察できる
特徴をもつインレンズ型対物レンズを持った走査型電子
顕微鏡の対物レンズ付近の構成を示す。

０は電子銃、ｌはインレンズ型対物レンズ、１０は光学
レンズに模して表されたこのインレンズ型対物レンズの
仮想図、ｌｌは電磁コイル、１２はインレンズ型対物レ
ンズの上側磁極（以下では上極）、１２１は上極の開口
、１２２（破線で囲まれた部分）は上極の内部空間、１
３はインレンズ型対物レンズの下側磁極（以下では下極
）、２はインレンズ型対物レンズの磁気継鉄を兼ねた試
料室、３は試料、４は２次電子、４１は２次電子検出器
、５は１次電子ビーム、５ｌは上極の内部空間に設けら
れる上段偏向器、５２は同じく下段偏向器である。

本装置の構造的な特徴としては、試料３が上極１２と下
極ｌ３の間に設置されるため、電磁フイルｌ１によって
発生し上極１２から下極１３に流れる磁束によって形成
されるインレンズ型対物レンズの蕉点距離は２〜３ｍｍ
あるいはそれ以下の非常に短いもの（通常の対物レンズ
では約１５ｍｍという長さである）となり、その結果諸
収差が小さくなり、ｌ次電子ビーム５を非常に細く絞る
ことができる。（例えば、インレンズ型対物レンズでは
加速電圧１ｋＶで約１００Ａであるのに対して、通常の
対物レンズでは約５０ＯＡの大きいものとなる）。この
種のレンズがインレンズと呼ばれるのは、このように、
仮想レンズ１０の中に試料を入れる形となるためである
。

本装置の動作原理は次の通りである。即ち、電子銃Ｏか
ら放出された１次電子ビーム５は、先ず上段偏向器５１
で偏向された後、下段偏向器５２で振り戻されて、上極
ｌ２と下極１３の間に形成されている仮想インレンズ型
対物レンズＩＯの中心を斜めに通過するよう？こなって
いる。上記の偏向をＸ＠Ｙ方向に行なう（走査する）と
、電子ビーム５は常にインレンズ型対物レンズ１０の中
心を通り、そのレンズ作用でフォーカスされて、細いビ
ームとなって試料３上をＸ−Ｙ方向に走査しながら照射
することになる。

電子ビーム５の明射によって試料３から発生した２次電
子４は、インレンズ型対物レンズの磁場によりラセン運
動を描きながら図のように磁束の流れに沿って土方へ移
動し上極の開口１２１から上極の内部空間１２２に入る
。この磁場による電子のラセン運動は、２次電子４の発
散を防ぎながら上極の開口１２１に導くことになるので
非常に効率のよい収集方式となっている。上極１２の上
方には２次電子検出器４ｌが設置されており、上極の内
部空間１２２に入った２次電子４は、この２次電子検出
器４１の引き込み電界により引き寄せられて検出される
。そして、こうして得られた検出信号を偏向器５Ｌ５２
に印加された走査信号に同期させて走査を行なうＣＲＴ
（図示されていない）に入力するとＣＲＴには試料の拡
大像である２次電子像が得られる。

本装置の全体形状は、大きな試料３を傾けたまま観察で
きるように上極１２、下極１３は図のように細長い形状
になっており、それぞれの先端部は鋭い円錐状となって
いる。また、磁気継鉄を兼ねた試料室２は、この大きな
試料の動きを制限することがないように大きな空間を持
つように作られている。特に、最近最も重要な適用例と
してｌｌ］］待されている半導体製造ライン用の装置で
は、試料（ウェハー）の大きさは通常５〜６″φの大き
さであり、且つ６０’　の傾斜状態でも試料の全面観察
が行なえることが必須条件とされている。このためには
、上ｉ１２、下極ｌ３の長さはそれぞれ１５０ｍｍ程度
、試料室２の大きさは３００ｍｍφ程度が必要となる。

例えば、特開昭５８−１６１２３５号公報の第８図など
にこの種の例が示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来の装置には以下に示すような問題
点があった。

第１に、インレンズ型対物レンズは無点距離が非常に短
いため、試料３の上での電子ビーム５の走査幅は非常に
短いものとなってしまう。即ち、低倍率の画像を見るこ
とができない。（例えば、最低倍率は約１　０００倍が
限界となる。）第２に、上極１２が細長いため、２次電
子検出器４１用の引き込み電界が充分に上極１２の内部
空間１２２の全体に及ばない。そのため、上極の開口１
２１を通った後の２次電子４が、上極の内部空間１２２
で融逸して損失を生じ、２次電子検出器４１に効率よく
検出されない。即ち、画像が鮮明でなくなる。

第３に、磁気継鉄を兼ねた試料室２が大きいため、組立
に当たって上極１２と下極１３の軸精度を出すことが困
難で、１次電子ビーム５を充分に絞れない。即ち、高倍
率の画像がシャープでなくなる。

そこで、上記第ｌの低倍率の問題を解決しようとして、
試料の位置を下げ焦点距離を長くすると、インレンズ型
対物レンズの諸収差が大きくなりビームが絞れなくなる
。また、１次電子ビームの走査を、インレンズ型対物レ
ンズの中心でなく、その上方を通るようにして行なうと
、インレンズ型対物レンズの周辺部の影響を受けてビー
ムのボケや振り戻しが発生する。

第２の２次電子検出効率の問題を解決しようとして、２
次電子検出器の引き込み電界を強くすると、その強い電
界が１次電子ビームにも悪影響を与えてしまう。また、
２次電子検出器の位置を図よりも下方へ移動し、上極の
横に穴を明けるなどの構成にすると、磁束の均一性が乱
されてしまう。

そしてこれらはいずれも非点収差の原因になって１次電
子ビームが絞れなくなる。ちなみに、２次電子検出器を
上極と下極の間の空間、即ち試料の横（斜め上）に設置
すると試料と検出器の間の距離は短くなるが、磁場によ
る前記のラセン運動があるため、かえって２次電子検出
の効率は悪くなる。

第３の上極、下極の軸合わせの問題を解決しようとしで
、磁気継鉄を兼ねた試料室を小さくすると試料のサイズ
が制限されることになるし、大きいままでその板厚を厚
くして堅牢にすると非常に高価で且つ装置全体が重いも
のになってしまう。

（発明の目的） 本発明はこれらの問題を解決し、従来通り太きな試料を
充分に傾斜させ得る上、低倍率から高倍率までの画像を
解明で且つシャープに観察し、あるいは更にその試料の
分折一加工もできる新現な構成の電子ビーム装置を提供
することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 上記目的達成のために、本発明は、電子銃と、インレン
ズ型対物レンズと、偏向器と、２次電子検出器と、これ
らの制御電源を仔し、且つ、該インレンズ型対物レンズ
が上極と下極と電磁コイルを脊して２次電子像を観察す
ることのできる電子ビーム装置において、該上極の内部
空間に別の内蔵レンズを設置し、観察する倍率に応じて
この２つのレンズを切り替えて使用するよろにしたもの
である。

内蔵レンズを使用している時に、電磁コイルを弱く励磁
させること、 インレンズ用の上極の開口と試料間の空間において、略
１０ガウス以上の磁場を発生させること、インレンズ型
対物レンズを使用している時と該内蔵レンズを使用しで
いる時のそれぞれの状態で、該制御電源の条件を予め調
整●設定しておき、この２つのレンズを切り替えた時に
、２次電子像の倍率●視野●方向・フォーカス・明るさ
が大幅に変化しないようにすること、は相応の効果をあ
げる。

また、電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子
検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上極
と下極を有して、２次電子像を観察することのできる電
子ビーム装置において、上極の内部空間に別の補助電磁
コイルを設置し、２次電子像観察の際に該補助電磁コイ
ルを弱く励磁させて２次電子の検出効率を改善させる構
成も採用できる。

電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子検出器
を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上極と下極
を有して、２次電子像を観察することのできる電子ビー
ム装置において、該上極の内部空間にドリフトチューブ
を設置し、該電子銃から放出された電子ビームが該ドリ
フトチューブ内を通過して該２次電子検出器の影響がＭ
電子ビームに及ばないようにする構成も採用できる。

電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子検出器
を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上極と下極
を存して、２次電子像を観察することのできる電子ビー
ム装置において、該上極の内部空間に、２次電子の検出
効率を改善させる２次電子検出器を設置する摺成も採用
できる。

その場合、上極の軸に対して軸対称状の２次電子検出器
を使用し効果をあげ得る。

このほか、電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次
電子検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが
上極と下極を有して２次電子像を観察することのできる
電子ビーム装置において、該上極に均一ギャップを設け
て、２次電子の検出効率を改善させる２次電子検出器を
該均一ギャップ付近に設置した｛１゜４成。

７ａ子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子検出
器を有し、ｄつ、該インレンズ型対物レンズが上極と下
極と電磁コイルを有して、２次電子像を観察することの
できる電子ビーム装置において箋該下極を、中心部に穴
を設けず且つ先端部をフラットな先端部をそなえるもの
にした構成。も効果がある。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例であり、低倍率も充分に
観察できるようにしたものである。■はインレンズ型対
物レンズ、１０は光学レンズに模して表されたインレン
ズ型対物レンズの仮想図、１１はインレンズ型対物レン
ズ用（以下ではインレンズ用）の電磁コイル、１２はイ
ンレンズ用の上側磁極（以下では上極）ｘ　　１２１は
上極の開口、１２２（破線で囲まれた部分）は上極の内
部空間、ｌ３はインレンズ用の下側磁極（以下では下極
）、２はインレンズ用の磁気継鉄を兼ねた試料室、３は
試料、４は２次電子、４１は２次電子検出器、５は１次
電子ビーム、５ｌは上段偏向器、５２は下段偏向器であ
る。以上は従来の第８図と変ゎらない。

新しく設けられたものとして、１′は上極の内部空間１
２１に設置された内蔵レンズ、１０′は光学レンズに模
して表されたこの内蔵レンズの仮想図、１１′は内蔵レ
ンズ用の電磁コイル、１２′は内蔵レンズ用の上側磁極
（以下では、上側極）１３″は内蔵レンズ用の下側磁極
（下側極）である。

高倍率での試料観察を行なう場合には、内蔵レンズ用の
電磁コイル１１’には電流を流さず、即ち動作させず、
インレンズ用の電磁コイル１１のみを動作させる。従っ
て、インレンズ型対物レンズｌのみが機能して従来例と
全く同じ動作を行なう。

次に、低倍率での試料奴察を行なろ場合には、逆にイン
レンズ用の電磁コイル１ｌは動作させず、内蔵レンズ用
の電磁コイル１１′のみを動作させる。従ってインレン
ズ型対物レンズ１ｌは機能せず、内蔵レンズ１′のみが
ａ能する。即ち、内蔵レンズ用の電磁コイル１１’によ
り発生した磁束がインレンズ用の上極１２の一部を通過
し、内蔵レンズ用の上側ｔＪｌｉ　１　２　’　と内蔵
レンズ用の下側極１３′の間で軸対称の磁場を形成して
１次電子ビーム５に対し磁気レンズとして動作する。

また、上段偏向器５１は動作させず、下段偏向器５２の
みを動作させるようにする。第１図の１次電子ビームは
この動作状態を表している。

このようにすると、１次電子ビーム５は内蔵レンズ１′
　（仮想内蔵レンズｌＯ′）の中心を通ってそのフォー
カス作用を受けた後、下段偏向器５２により偏向されて
そのまま試料３に照射される。

この場合には、偏向されてから試料に至るまでの距離が
長く、またインレンズ型対物レンズ１は機能していない
のでこれによる振り戻しなどの影響を受けることがない
。従って試料上での走査幅は非常に大きくなり、充分な
低倍率で観察が行なえるようになる。

内蔵レンズ１′の照点距離は、インレンズ型対物レンズ
１に比べてかなり長大なものになるため、諸収差が大き
くなって１次雷子ビームは充分に絞れなくなるが、もと
もと低倍率で観察しているのであまり問題とならない。

ＣＲＴの画素相当径よりもビーム径が小さければ原理的
にも全く支障はない。

当然のことながら、内蔵レンズ１′をあまり上方に位置
させると低倍率でも問題となる程にビームが太くなって
しまう。

具体的には、インレンズ型対物レンズｌの最低倍率であ
る約ｉｏｏｏ倍でも問題とならないようにするためには
、ＣＲＴの画素の大きさから約２０００Ａのビーム径で
あればよいことになる。このビーム径は通常の対物レン
ズのビーム径（約５００Ａ）の４倍なので、照点距離も
概ね通常の対物レンズの約１５ｍｍの４倍の大きさまで
許容できる。従って、内蔵レンズ１′の位置は、およそ
試料から６０ｍｍ以内とすべきことになる。従って、約
８０ｍｍ以上の大きさの試料を大きく傾けて観察できる
ようなインレンズ型対物レンズの場合であれば、内蔵レ
ンズ１′は必ず上極の内部空間１２２に位置させなけれ
ばならないということになる。最も重要な適用分野であ
る半導体製造ライン用の装置では、試料（ウェハー）の
大きさは少なくとも５”’　　（１２７ｍｍ）φ以上は
あるので、内蔵レンズ１′を上極の内部空間１２２に設
置するという条件は必須のものとなる。

尚、内蔵レンズ１′はその黒点距離が長いため、磁力と
しては弱くてもよいので、小型化が容易であり、上極の
内部空間１２２に設置することに実際上の問題はない。

以上のようにすると、低倍率から高倍率までの幅広い倍
率範囲をカバーできるようになり、従来の欠点を解決す
ることが可能になる。

しかし、次のような機能をこれに付加するとその価値が
さらに増加する。

付加するものの第１は、内蔵レンズ１′を用いる低倍率
観察時に、インレンズ用の電磁コイル１ｌを全く動作さ
せないのではなく、非常に弱く動作させるものである。

この状態を第１図ではインレンズ型対物レンズの仮想図
として破線で表している。このようにすると、試料３か
ら放出された２次電子４は、上極ｌ２と下極１３との間
に形成される弱い磁場に拘束されてラセン軌道を描くの
で発融を抑えられ効率よくインレンズ用の上極の開口１
２１に入っていく。２次電子４のエネルギーは１０ｅＶ
程度であるので非常に弱い磁場でもその発散を抑えられ
るが、１次電子ビーム５の方のエネルギーは１　０００
　ｅＶ以上なので悪影響は殆んどない。

上記の条件を尚足する磁場の大きさは、これを以下のよ
うに見積ることができる。蕉点距離を短＜シ、かつ試料
を大きく傾斜させるためにはインレンズ用の上極の開口
１２１の直径は必然的に１０ｍｍ以下となる。この間口
１２１をラセン運動した２次電子が通過するためには、
ラセン運動の最大直径は１０ｍｒｎ以下でなければなら
ない。このラセン運動の最大直径を取る電子は、軸に対
しほぼ直角方向に敢出され、且つ最大エネルギーを持っ
た２次電子である。その２次電子の最大エネルギーを２
０ｅＶとし軸に対し直角方向に放出された電子が１０ｍ
ｍの直径の円運動をする磁場の大きさはと言えば、電磁
気学の公式より計算して略３０ガウスと求められる。実
際には試料から放出される２次電子は余弦法則に従う。

つまり、上極の開口１２１の方向へのエネルギー成分を
持っている２次電子が多いので３０ガウスの数分の１も
あれば磁束密度は充分である。従っておよそ１０ガウス
程度以上の弱い磁場が上極の開口１２１と試料３の間に
存在していれば、上記の条件を満足することになる。

付加するものの第２は、高倍率と低倍率の切り替えのと
きに画像が連続的につながるようにする機能である。イ
ンレンズ型対物レンズ（高倍率）と内蔵レンズ（低倍率
）では、同じ大きさの走査信号でも倍率が異なるのは既
述の通り当然なことであるが（それが低倍率まで観察で
きるようになった理由でもあった）これ以外に、主磁気
レンズの特質上、レンズが異なれば像の視野（位置）お
よび像の方向（回転角）も異なってしまう。また当然そ
れぞれのレンズのフォーカス条件も異なるし、電子ビー
ムの！１ク１射電流量も異なるので像の明るさも異なっ
てしまう。そこで低倍率と高倍率とで、 ■　倍率即ち走査信号の大きさ、 ■　像の視野即ち走査信号のオフセット、■　像の方向
即ち走査成分（ＸＸ　Ｙ成分）の混合比率、 ■　フォーカス条件即ちレンズ強度（電磁コイル電流）
、 ■　像の明るさ即ち２次電子検出器の増幅率、などをそ
れぞれに適した条件に制御することをしなければ、切り
替え時にｆ象が大きく異なってしまう。

そこで、インレンズ型対物レンズ１と内蔵レンズ１′と
の切り替え点付近の状態で、両者の画像がその倍率、視
舒、方向、フォーカス、明るさ、において全く同じとな
るように、走査信号の大きさ、オフセット、走査成分（
Ｘ，　　Ｙ成分）の混合比率、レンズ強度（電磁コイル
電流）、２次電子検出器の増幅率などを、事前の調整で
その値を決定しておく。そして低倍率、高倍率、その中
間の各倍率に対しては、この決められた諸条件の値を基
準にプリセットしておく。このようにすると同一条件の
画像のままで倍率のみを低倍率から高倍率まで連続的に
可変とすることができる。

以上のような動作をするための制御電源のブロック図の
一例を第２図に示す。図の各切り替えスイッチは上側が
すべて内蔵レンズを機能させる場合即ち低倍率の場合、
下側がインレンズ型対物レンズを機能させる場合即ち高
倍率の場合を示している。即ち偏向器について言えば、
内蔵レンズを機能させる場合は下段の偏向器のみを動作
させている。インレンズ型対物レンズを機能させる場合
は、上段●下段の両方を動作させるとともに、ビームの
照射位置の違いを相殺させるために下段の走査信号にオ
フセットを印加させ、且つ、レンズを通過する際のビー
ムの回転（像の方向回転）を相殺させるためにＸ＃Ｙ信
号の混合器を動作させている。また、伺向に用いる信号
（電流）をはじめ、２次電子検出に用いる信号、電磁コ
イルに用いる信号も内蔵レンズ用、インレンズ用それぞ
れ独立にその大きさを調整し切り替えによる像の変化が
発生しないようにしている。即ちそれぞれは増幅器のフ
ィードバック抵抗（オフセットは可変電源）の大きさを
低倍率、高倍率それぞれの場合で独立して設定できるよ
うにし且つ互いにその値を関連させるようにしている。

さて次に、本発明の実施例は、必ずしも以上説明した第
１図のものに限定されない。例えば、内蔵レンズ用の上
側極１２’および下側極１３’は必ずしも上極１２に接
合している必要はなく、単独の継鉄を持っていてもよい
し、継鉄を持っていなくてもよい。また、内蔵レンズの
下側極１３’は上極ｌ２の一部で兼用されていてもよい
。更に、偏向器５１、５２の位置もこれを変更すること
ができるし、低倍率観察時の場合の動作条件も変更する
ことができる。また更に、電磁コイル１ｌの位置も、例
えば、継鉄を兼ねた試料室の内壁に移すことができる。

また更に、継鉄は必ずしも試料室を兼ねている必要もな
い。

第３図は、本廓の第２の発明の実施例であり、２次電子
検出の効率を改善したものである。第１図と同じ部材に
は同じ符号を付して説明を省略する。１１１は新しく設
けられた補助電磁コイルであり、上極の内部空間１２２
に上極の軸に対して軸対称に取り付けられている。

電磁コイル１１１は非常に弱く動作させている。

このようにすると電磁コイル１１１による軸対称の弱い
磁場が、上極の内部空間１２２の全体に及ぶため、試料
からインレンズ用の上極の開口ｌ２ｌに入った後の２次
電子４はその発散を抑えられてラセン運動をしながら上
方の２次電子検出器４１付近まで移動する。その結果２
次電子４は上極の内部空間１２２で損失を起こすことな
く、効率よく２次電子検出器４ｌに検出される。１次電
子ビーム５は高いエネルギーを持っているので、それに
対してはこの弱い磁場の影響は殆んど無視することがで
きる。もし仮に影響があったとしても軸対称形の磁場な
ので単に極めて弱いレンズとしてのみ働くだけなのでビ
ームの絞りには問題がない。

第４図は、本聞の第３の発明の実施例であり、同じく２
次電子検出の効率を改善したものである。

第３図と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する
。６はドリフトチューブであり、非磁性の導電性物質で
作られており、２次電子検出器４１の位置より見て上下
に延びており、下は上極の内部空間１２２に達している
。

２次電子検出Ｒ４１の引き込み電界は比較的強く設定さ
れているが、ドリフトチューブ６の電界シールド効果に
より１次電子ビーム５に対する２次電子検出器４１の影
響即ち引き込み電界によるビームの偏向、広がりなどは
非常に小さなものとなっている。また試料３から上極の
開口１２１に入った後の２次電子は、上極ｌ２と下極１
３の間の磁気レンズから上極の内部空間１２２の下部に
までしみ込んだ允融状の磁束に沿ってラセン運動をしな
がら図のように僅かに外側へ山がって、広がって行き、
軸上に設置されているドリフトチューブ６には衝突せず
、損失することが殆んどない。

また、ドリフトチューブ６は非磁性体のため、磁力を用
いる偏向器の動作には全く影響しない。このようにする
と、１次電子ビーム５への影響を顧慮することなく、２
次電子検出器４ｌの引き込み電界を充分に大きくするこ
とができる。その結果、２次電子４は上極の内部空間１
２２で損失を起こすことなく、効率よく２次電子検出器
に検出される。

第５図は本願の第４の発明の実施例であり、同じく２次
電子検出の効率を改善したものである。

第４図と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する
。

２次電子検出器４１は上極の上方にではなく上極の内部
空間１２２に設置されている。そのため、当然ながら２
次電子検出器４ｌと上極の開口ｌ２ｌの距離を非常に短
くすることができる。また、インレンズ用の上極ｌ２自
体には切欠きゃ穴を用意する必要がないので、非点収差
を発生することもなく、ビームの絞りに対する悪影響も
ない。上積の開口１２１を通過した２次電子４は、すぐ
近くに設置されている２次電子検出器の強い引き込み電
界を受けて、上極の内部空間１２２で旧失を起こすこと
なく、効率よく２次電子検出器に検出される。

本実施例の変形としては、例えば、マルチチャンネルプ
レー｝　（ＭＣＰ）などを利用して２次電子検出器４ｌ
を回転体状のものにし、それを上極１２の軸上に設置す
ること、即ち、上極ｌ２の軸に対して軸対称性の２次電
子検出器を使用すること、および、第３図の実施例で使
用したものと同じドリフトチューブを設置することなど
がある。

いずれも１次電子ビーム５に対する２次電子検出器４１
の引き込み電界の悪影饗を極めて低減することが可能と
なる。

第６図は、本廓の第５の発明の実施例であり、同じく２
次電子検出の効率を改善したものである。

第２図と同符号のものは同じ部材であって、説明を省略
する。７は等間隔で且つ軸対称に、上極の一部に全周に
渡って設けられているすきま即ち均一ギャップである。

上極はこの均一ギャップのため、上下２つに分割される
ことになる。この均一ギャップにより磁束は磁極をそれ
て空間に広がるが、すぐに対向している磁極に収集され
る。ギャップが均一であるため磁束の軸対称性は保持さ
れる。即ち、全体として磁束の流れはギャップのない時
と同様になり、レンズ作用に悪影響は与えない。　　な
お、この均一ギャップの働きについては、本願と同一出
願人の出願になる、特願昭６３−２４２６９９号「電子
ビーム装置」の明細書に詳しい記載がある。

２次電子検出器４１は上極ｌ２の外側からこの均一ギャ
ップ７を貫通して上極１２の内部空間ｌ２２に達するよ
うに設置されている。上極１２には主磁気レンズを形成
するための磁束が流れており、一部に切欠き、穴を用意
すると、そこで磁場の均一性が乱されて非点収差が大き
くなるが、本実施例では軸対称で均一なギャップが用意
されているため、磁気抵抗も全周に渡って均一となり、
磁束の均一性はｊＩＣ持され、ビームの絞りに対して問
題がない。従ってこの均一ギャップ７は、１次電子ビー
ム５に対する影響を顧慮することなく、その設置位置を
かなり下の方（開口１２１に近い所）にすることができ
る。そうすると、試料から上極の開口１２１に入った後
の２次電子はすぐ近くに設置されている２次電子検出器
４１による強い引き込み電界により損失を起こすことな
く効率よく２次電子検出器に検出される。

第７図は本願の第６の発明の実施例であり、上極と下極
の軸合わせの問題を解決したものである。

第１図と同符号のものは同じ部材であり、説明を省略す
る。１３１は円錐状の穴なし下極であり中心部に穴がな
く且つその上而（上極に対向する面）がフラットとなっ
ている。

インレンズ型対物レンズでは、レンズの仮想図の中心面
（主面）を試料より僅かに上方に設定して短い焦点距離
を達成するものである。従ってレンズの特性を決めるの
は試料と上極の間における磁場分布となる。そのため、
上極についてはその先端部の形状が非常に重要となるも
のの下極についてはその先端部の形状はあまり重要では
ない。

つまり、下極は強い磁場密度を作るために上極になるべ
く接近していればよく、その先端部形状でレンズの特性
が左右されることは少ない。そこで、勿論下極について
は中心部にビームが通る必要もないことから、下極の中
心部の穴を廃止し、上面をフラットにすることができる
。このように下極の上面をフラットにすると、上極から
の磁束を下極はいわば面で受けることになり、下極の位
＠精度の許容度が大幅に緩和されることになる。

即ち、面で受けているため、下極の位置が多少ずれても
ビームが通過する軸上における磁場分布は殆んど変化し
ないのである。

なお、下極の形状として円錐状としたが、必ずしも厳密
な円錐状に限定される訳ではない。

例えば、円柱状であったり、テーパ一部が曲面であった
りしてもかまわない。しかしながら上極、下極間の距離
を短くしつつ、試料を大きく傾斜させようとすると、最
も効率的な形状として円錐状となるのは当然である。

また同様に、先端部をフラットとしているが必ずしも＠
密な平面が出ていることに限定される訳ではない。例え
ば、先端が多少曲面であったり、多少の凹凸が存在して
もかまわない。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、大きな試料を傾斜させ
得る状態で、低倍率から高倍率までの画像を鮮明で且つ
シャープに観察し、あるいは更に分析●加工できる電子
ビーム装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の第１の発明の実施例の対物レンズ付近の
図。第２図はその制御電源の図。 第３図は本願の第２の発明の実施例の対物レンズ付近の
図。 第４図は本願の第３の発明の実施例の対物レンズ付近の
図。 第５図は本願の第４の発明の実施例の対物レンズ付近の
図。 第６図は零廓の第５の究明の実施例の対物レンズ付近の
図。 第７図は本願の第６の発明の実施例の対物レンズ付近の
図。 第８図は本願の第７の発明の実施例の対物レンズ付近の
図である。 ０・・・電子銃、１・・・インレンズ型対物レンズ、１
ｌ・・・インレンズ用の電磁コイル、１２・・・インレ
ンズ用の上側磁極（上極）、１３・・・インレンズ用の
下側磁極（下極）、１２２・・・上極の内部空間、４・
・・２次電子、４１・・・２次電子検出器、５・・・電
子ビーム、５１．５２・・・偏向器、１″・・・内蔵レ
ンズ、１１１・・・補助電磁コイル、６・・・ドリフト
チューブ、７・・・均一ギャップ、１３１・・・円錐状
の穴なし下極、である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子銃と、インレンズ型対物レンズと、偏向器と
   、２次電子検出器と、これらの制御電源を有し、且つ、
   該インレンズ型対物レンズが上側磁極と下側磁極と電磁
   コイルを有して２次電子像を観察することのできる電子
   ビーム装置において、該上側磁極の内部空間に別の内蔵
   レンズを設置し、観察する倍率に応じてこの２つのレン
   ズを切り替えて使用することを特徴とする電子ビーム装
   置。
2. （２）該内蔵レンズを使用している時に、インレンズ用
   の該電磁コイルを弱く励磁させることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電子ビーム装置。
3. （３）インレンズ用の上側磁極の開口と試料の間の空間
   において、略１０ガウス以上の磁場を発生させることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子ビーム装置
   。
4. （４）該インレンズ型対物レンズを使用している時と該
   内蔵レンズを使用している時のそれぞれの状態で、該制
   御電源の条件を予め調整・設定しておき、この２つのレ
   ンズを切り替えた時に、２次電子像の倍率・視野・方向
   ・フォーカス・明るさが大幅に変化しないようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム
   装置。
5. （５）電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子
   検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上側
   磁極と下側磁極を有して、２次電子像を観察することの
   できる電子ビーム装置において、上側磁極の内部空間に
   別の補助電磁コイルを設置し、２次電子像観察の際に該
   補助電磁コイルを弱く励磁させて２次電子の検出効率を
   改善させたことを特徴とする電子ビーム装置。
6. （６）電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子
   検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上側
   磁極と下側磁極を有して、２次電子像を観察することの
   できる電子ビーム装置において、該上側磁極の内部空間
   にドリフトチューブを設置し、該電子銃から放出された
   電子ビームをして該ドリフトチューブの内部を通過せし
   め、該２次電子検出器の影響が該電子ビームに及ばない
   ようにしたことを特徴とする電子ビーム装置。
7. （７）電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子
   検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上側
   磁極と下側磁極を有して、２次電子像を観察することの
   できる電子ビーム装置において、該上側磁極の内部空間
   に、２次電子検出器を設置することで２次電子の検出効
   率を改善したことを特徴とする電子ビーム装置。
8. （８）上側磁極の軸に対して軸対称状の２次電子検出器
   を使用したことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の電子ビーム装置。
9. （９）電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電子
   検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上側
   磁極と下側磁極を有して２次電子像を観察することので
   きる電子ビーム装置において、該上側磁極に均一ギャッ
   プを設け、２次電子検出器を該均一ギャップ付近に設置
   することで２次電子の検出効率を改善させたことを特徴
   とする電子ビーム装置。
10. （１０）電子銃と、インレンズ型対物レンズと、２次電
    子検出器を有し、且つ、該インレンズ型対物レンズが上
    側磁極と円錐状の下側磁極と電磁コイルを有して、２次
    電子像を観察することのできる電子ビーム装置において
    、該下側磁極を、その中心部に穴を設けず且つフラット
    な先端部をそなえるものにしたことを特徴とする電子ビ
    ーム装置。