JPH0766769B2 - 電子線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電界放射形電子源から放出された電子線を利
用する走査型電子顕微鏡（SEM）、透過型電子顕微鏡（T
EM）、電子線描画装置、測長SEM等の各種の電子線装置
に関するものである。

（従来の技術） 電界放射形電子源を備えた電子線装置においては、周知
のように、電子源の陰極と引出電極（陽極）との間に引
出電圧が印加されると電界放射による電子線が放射され
る。

電界放射形電子源の先端から引き出される電子線の量
は、電界放射形電子源の先端の曲率半径と引出電圧と表
面清浄度とによって決定される。

この曲率半径は、陰極に付着した汚れを除去するための
フラッシングを行うことによって変化するため、常に一
定の電子線量を得るためには、フラッシングを行うごと
に引出電圧を制御する必要がある。

ところで、引出電圧が変化すると加速管全体の電子レン
ズ作用が変化するため、後段のレンズ系から見た場合、
その仮想的な電子源位置が変化し、その結果、仮想的な
電子源の大きさが変化してしまう。

この仮想的な電子源位置は、電界放射形電子源の後段に
形成される電子レンズの強度（焦点距離）を変化させる
ことによって調整することができるが、電界放射形電子
源の位置と電子レンズの光軸とがずれていると、電子線
の照射対象物上での電子線によるスポット位置が電子レ
ンズの強度に応じて移動してしまうという問題が発生す
る。

第４図は、電子源１の位置と電子レンズ３の光軸とがず
れている状態で、引出電極２に印加する引出電圧を一定
にしてレンズ発生電極４に印加するレンズ発生電圧を変
化させたときの電子線の偏向状態を示した図である。

第５図はこのときに絞り18によって規定され、螢光板12
上に照射される電子線によるスポットの位置を表した図
であり、スポット51、52は、それぞれ電子レンズ３の強
度が弱い場合と強い場合、換言すれば、焦点距離が長い
場合と短かい場合とのスポット位置を表している。

なお、第４図において、電子源１は、電子源微動ネジ９
によって電子レンズ３の光軸と直交する方向に移動され
る電子源微動フランジ８に取り付けられている。

このように、電子源１の位置と光軸とが一致していない
状態で静電形電子レンズ３の強度を変化させると、スポ
ットの中心位置が電子レンズ強度に応じて距離ΔＲだけ
移動してしまう。

このような電子線のスポットのずれは、たとえば電子顕
微鏡においては観察位置のずれとなってしまう。

第２図は、引出電圧およびレンズ発生電圧を固定して静
電形電子レンズ３の強度を一定とし、電子源微動フラン
ジ８を調整して電子源１を電子レンズ３の光軸と直交す
る方向に平行移動したときの電子線の偏向状態を示した
図であり、第４図と同一の符号は同一または同等部分を
表している。

第３図はこのときの螢光板12上でのスポットの位置を表
した図であり、スポット31、32は、それぞれ電子源の光
軸と電子レンズの光軸とが一致している場合とずれてい
る場合とのスポット位置を表している。

このように、電子源１を電子源微動フランジ８によって
移動させると、螢光板上のスポットの位置は電子源１の
移動距離に応じた距離ΔＰだけ移動する。

このことから、静電形電子レンズ３の強度が変化した場
合に生じるスポットのずれを補正するためには、レンズ
発生電圧の変化によって生じたスポットのずれが補正さ
れる方向に電子源微動フランジ８を動かして電子源１を
移動すれば良いことが理解されるであろう。

そこで、従来技術の電子線装置における光軸調整は、初
めに電子レンズのレンズ強度を弱くした時のスポット位
置とレンズ強度を強くした時のスポット位置とを求め、
その後、レンズ強度をどのように変化させても、その時
のスポット位置が前記レンズ強度を強くした時の位置と
弱くした時の位置との間になるように、電子源１の位置
を電子源微動フランジ等の適宜の手段によって光軸と直
交する方向に平行移動することによって行われていた。

また、その他にも、スポットの輝度が最も高くなるよう
に電子源１の位置を光軸と直交する方向に平行移動する
方法があった。

（発明が解決しようとする課題） 上記した従来技術では、次のような問題点を有してい
た。

（１）レンズ強度を強くした時のスポット位置と弱くし
た時のスポット位置とに基づいて光軸調整を行う方法で
は、光軸調整に長時間を要し、作業効率が悪かった。

（２）スポットの輝度に基づいて光軸調整を行う方法で
は、正確に光軸調整をすることが困難であった。

本発明の目的は、以上に述べた問題点を解決し、簡単か
つ正確に光軸調整を行うことが可能な電子線装置を提供
することである。

（課題を解決するための手段） 前記の問題点を解決するために、本発明は、電界放射形
電子源を有する電子線装置において、仮想電子源位置を
変化させるための電子レンズの焦点距離を任意の周期で
変化させる手段と、前記電界放射形電子源を、電子レン
ズの光軸と直交する方向に平行移動させる手段とを具備
した点に特徴がある。

（作用） 電子レンズの焦点距離を任意の周期で変化させると、電
界放射形電子源の位置と電子レンズの光軸とが一致して
いない場合には、電子線照射面上でのスポットの中心位
置が前記任意の周期で移動してしまう。

ところが、電子源の位置と光軸とが一致している場合に
は、スポットの中心位置が一定で、その径が周期的に変
化するのみである。

したがって、電子レンズの焦点距離を変化させたときに
スポットの中心位置が周期的に移動するようであれば、
その移動方向に応じて電界放射形電子源を光軸と直交す
る方向に平行移動してスポットの中心位置が一定となる
ようにすれば、軸調整が行われたことになる。

（実施例） 以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。第１
図は本発明の一実施例である電子線装置の主要部の構成
を示した図である。

同図において、加速電圧発生電源14で発生した加速電圧
V0は電界放射形電子源１に印加され、引出電圧発生電源
16で発生した引出電圧V1は陽極２（第１陽極）に印加さ
れる。

電界放射形電子源１には、これをフラッシングするため
のフラッシング電源15が接続されている。

静電形電子レンズ発生電源17で発生したレンズ発生電圧
V2は振幅変調手段19に供給される。振幅変調手段19はス
イッチ20によって制御され、スイッチ20がオフ状態の場
合には入力されたレンズ発生電圧V2をそのまま電子レン
ズ発生電極４（第２陽極）に出力し、スイッチ20がオン
状態の場合には、周期的にレンズ発生電圧V2を変調して
出力する。

電子レンズ発生電極４にレンズ発生電圧V2が印加される
と、陽極２と電子レンズ発生電極４との間に静電形電子
レンズ３が発生する。静電形電子レンズ３は仮想光源の
位置を一定にするためのものであり、そのレンズ強度は
レンズ発生電圧V2と引出電圧V1との電位差によって決定
される。

加速電圧V0からレンズ発生電圧V2を引いた差電圧（V0−
V2）は高電圧分割抵抗７で分割され、絶縁碍子５によっ
て互いに絶縁された電極６に印加される。

電界放射形電子源１が取り付けられている電子源微動フ
ランジ８は、陽極２に対して平行方向へ移動可能となっ
ており、電子源微動ネジ９を回すことによって移動ある
いは固定することができる。

ハウジング11の内部には不活性ガス10が充填される一
方、電極６、絶縁碍子５、陽極２等の内部は図示しない
真空ポンプによってほぼ真空状態に保たれている。

電界放射形電子源１の先端を鋭く尖らせて引出電圧V1を
印加すると、電界放射によって電界放射形電子源１の先
端から電子が引き出される。

電界放射形電子源１の先端で引き出された電子は加速電
圧V0によって加速されて電子線となり、絞り18で照射角
を制限される。

照射角を制限された電子線は螢光板12に塗布された螢光
物質を光らせる。螢光板上に写ったスポットは観察窓13
を通して観察することができる。

以下に、このような構成を有する電子顕微鏡の光軸合わ
せ方法について説明する。

始めにスイッチ20をオンにして電子レンズ３の強度を周
期的に変化させると、静電形電子レンズ３の光軸に対し
て電子源１の位置がずれている場合には、螢光板上での
スポットが前記周期に従って連続的に移動し、そのスポ
ットは第６図（ａ）に示すような略楕円形状となる。

ここで、オペレータが電子源微動ネジ９を回すことによ
って略楕円の長軸と平行方向へ電界放射形電子源１を移
動すると、スポットは同図（ｂ）に示すように徐々に略
円形となり、光軸が一致すると、同図（ｃ）に示すよう
な円形となる。

このように、本発明によれば、光軸がずれている場合の
電子源微動フランジ８の移動方向を容易にみつけ出すこ
とが可能になり、また、光軸が一致したか否かの確認が
容易に行えるようになる。

なお、上記した実施例においては、仮想的な電子源位置
を変化させるための電子レンズが電界形電子レンズであ
るものとして説明したが、これは磁界形電子レンズであ
っても良い。ただし、この場合は、電子レンズの焦点距
離を変化させるためには、電圧の代わりに電流を変化さ
せるようにする必要がある。

また、上記した実施例においては、本発明を電子顕微鏡
に適用した場合を例にして説明したが、本発明はこれの
みに限定されるものではなく、電界放射形電子源を具備
した電子線装置であれば、電子線描画装置、測長SEM等
にも適用できる。

さらに、電子レンズの焦点距離を変化させるための電圧
（電流）の変調方法は、第７図に示したように、連続
的な変調、非連続的な変調のいずれでも良く、また、
その周期も必ずしも一定である必要は無く、変調の結
果、電子レンズの焦点距離の変化によるスポット形状な
いしはスポット位置の変化をオペレータが認識できるの
であれば、どのような変調方法であっても良い。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電界
放射形電子源の位置と電子レンズの光軸とがずれている
場合に、これを容易に一致させられるようになり、ま
た、光軸が一致したか否かの確認が容易に行えるように
なるので、軸調整を簡単かつ正確に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電子線装置の主要部の
構成を示した図である。 第２図は電子レンズ強度一定で、電子源を移動したとき
の電子線の偏向状態を示した図である。 第３図は第２図における螢光板上でのスポットの位置を
表した図である。 第４図は光軸がずれている状態で電子レンズの焦点距離
を変化させたときの電子線の偏向状態を示した図であ
る。 第５図は第４図における螢光板上でのスポットの位置を
表した図である。 第６図は電子レンズの焦点距離を周期的に変化させたと
きのスポット形状を表した図である。 第７図はレンズ発生電圧（電流）の変調方法を説明する
ための図である。 １……電界放射形電子源、２……陽極、３……静電形電
子レンズ、４……電子レンズ発生電極、５……絶縁碍
子、６……電極、７……高電圧分割抵抗、８……電子源
微動フランジ、９……電子源微動ネジ、11……ハウジン
グ、12……螢光板、13……観察窓、14……加速電圧発生
電源、15……フラッシング電源、16……引出電圧発生電
源、17……静電形電子レンズ発生電源、18……絞り、19
……振幅変調手段、20……スイッチ、31……電子レンズ
の軸上に電子源があるときのスポット位置、32……電子
レンズの軸からずれた位置に電子源があるときのスポッ
ト位置、51……電子レンズの焦点距離を長くしたときの
スポット位置、52……電子レンズの焦点距離を短くした
ときのスポット位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−150959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−49376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−32845（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電界放射形電子源から放出された電子線を
   物体に照射し、該物体の観察、加工、測量等を行う電子
   線装置において、 陰極および第１陽極によって構成された電界放射形電子
   源と、 第１陽極の後段に設けられ、仮想電子源位置を変化させ
   るための電子レンズを前記第１陽極との間に発生させる
   第２陽極と、 前記陰極および第１陽極間の電位差を一定に保ったま
   ま、前記電子レンズの焦点距離を任意の周期で変化させ
   る手段と、 前記電界放射形電子源を、前記電子レンズの光軸と直交
   する方向に平行移動させる手段とを具備したことを特徴
   とする電子線装置。
2. 【請求項２】前記電子レンズの焦点距離を変化させる手
   段は、第２陽極に印加する電圧の振幅を変調する手段で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子
   線装置。