JPH08138600A - 荷電粒子光学系 - Google Patents
荷電粒子光学系Info
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- JPH08138600A JPH08138600A JP6295912A JP29591294A JPH08138600A JP H08138600 A JPH08138600 A JP H08138600A JP 6295912 A JP6295912 A JP 6295912A JP 29591294 A JP29591294 A JP 29591294A JP H08138600 A JPH08138600 A JP H08138600A
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- Japan
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- charged particle
- lens
- condenser
- crossover point
- optical system
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的な動きを伴うことなく、電気的にビー
ム開き角を変更できるようにする。 【構成】 クロスオーバ点３２以降であって対物レンズ
２５以前に固定のアパーチャ２１を設け、コンデンサレ
ンズを２段の独立な電磁レンズである第１及び第２コン
デンサレンズ１７、１８により構成する。そして、両コ
ンデンサレンズを独立に制御することによりクロスオー
バ点３２を荷電粒子光学系の光軸上で移動させ、最終結
像点における荷電粒子ビームの開き角を変化させる。
ム開き角を変更できるようにする。 【構成】 クロスオーバ点３２以降であって対物レンズ
２５以前に固定のアパーチャ２１を設け、コンデンサレ
ンズを２段の独立な電磁レンズである第１及び第２コン
デンサレンズ１７、１８により構成する。そして、両コ
ンデンサレンズを独立に制御することによりクロスオー
バ点３２を荷電粒子光学系の光軸上で移動させ、最終結
像点における荷電粒子ビームの開き角を変化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型電子顕微鏡、電
子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、電子線リソグラ
フィ装置等の電子ビームを使用する装置やイオンビーム
リソグラフィ装置等のイオンを使用する装置（すなわ
ち、荷電粒子を使用する装置）であって電場・磁場レン
ズを備えた装置に関する。
子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、電子線リソグラ
フィ装置等の電子ビームを使用する装置やイオンビーム
リソグラフィ装置等のイオンを使用する装置（すなわ
ち、荷電粒子を使用する装置）であって電場・磁場レン
ズを備えた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばＥＰＭＡ装置の電子走査系で得ら
れる電子ビームの径は、ほとんど、最終段にある対物レ
ンズの性能によって決定される。そして、最終的に得ら
れる電子ビームの直径ｄは近似的に次のように表わされ
る(R. F. W. Pease and W. C.Nixon; J. Sci. Instru
m., 42, 81-85(1965))。 ｄ2＝ｄ0 2＋ｄL 2＋ｄs 2＋ｄc 2 （１） 式（１）においてｄ0はガウス像径であり、試料電流値
ｉ、電子ビームの輝度Ｂ、ビーム開き角αと次の関係式
を満たしている。 ｉ＝Ｂ・π2・（ｄ0／２）2・α2 （２）
れる電子ビームの径は、ほとんど、最終段にある対物レ
ンズの性能によって決定される。そして、最終的に得ら
れる電子ビームの直径ｄは近似的に次のように表わされ
る(R. F. W. Pease and W. C.Nixon; J. Sci. Instru
m., 42, 81-85(1965))。 ｄ2＝ｄ0 2＋ｄL 2＋ｄs 2＋ｄc 2 （１） 式（１）においてｄ0はガウス像径であり、試料電流値
ｉ、電子ビームの輝度Ｂ、ビーム開き角αと次の関係式
を満たしている。 ｉ＝Ｂ・π2・（ｄ0／２）2・α2 （２）
【０００３】ｄLは回折による項であり、次のように表
わされる。 ｄL＝１．２２・（λ／α） （３） ここでλは電子の波長で、加速電圧Ｖ（volt単位）を用
いてλ＝１２．４／Ｖ1/2（単位はオングストローム）
で与えられる。ｄs及びｄcはそれぞれ対物レンズの球面
収差、色収差による項で、次式により与えられる。 ｄs＝（１／２）・Ｃs・α3 （４） ｄc＝Ｃc・（δＶ／Ｖ）・α （５） ここで、Ｃs及びＣcはそれぞれ球面収差係数及び色収差
係数と呼ばれる定数である。δＶは電子エネルギのばら
つきで、タングステン熱電子銃の場合、約１Ｖ程度であ
る。
わされる。 ｄL＝１．２２・（λ／α） （３） ここでλは電子の波長で、加速電圧Ｖ（volt単位）を用
いてλ＝１２．４／Ｖ1/2（単位はオングストローム）
で与えられる。ｄs及びｄcはそれぞれ対物レンズの球面
収差、色収差による項で、次式により与えられる。 ｄs＝（１／２）・Ｃs・α3 （４） ｄc＝Ｃc・（δＶ／Ｖ）・α （５） ここで、Ｃs及びＣcはそれぞれ球面収差係数及び色収差
係数と呼ばれる定数である。δＶは電子エネルギのばら
つきで、タングステン熱電子銃の場合、約１Ｖ程度であ
る。
【０００４】以上の式を用いると、式（１）は次のよう
に書き直される。 ｄ2＝Ｐ／α2＋Ｃ・α6＋Ｑ・α2 （６） ここで、 Ｐ＝（４／π2）・（ｉ／Ｂ）＋（１．２２・λ）2 （７）−１ Ｃ＝（１／２）2・Ｃs2 （７）−２ Ｑ＝Ｃc2・（δＶ／Ｖ）2 （７）−３ である。Ｂ、Ｃs、Ｃcは定数であるため、Ｖ、δＶが一
定であるとすると、試料電流値ｉが与えられるとＰ、
Ｃ、Ｑは決定される。このとき、電子ビーム径ｄを最小
にする最適開き角αoptが存在する。式（６）より、こ
の最適開き角αoptは次のように与えられる。 αopt 4＝｛（Ｑ2＋１２・Ｃ・Ｐ）1/2−Ｑ｝／（６・Ｃ） （８） 式（７）、（８）の両式より、最適開き角αoptは試料
電流値ｉに依存しており、電流値ｉが大きいほど最適ビ
ーム開き角αoptは大きくなることがわかる。ｉが十分
大きいときは、式（８）より次の近似が成り立つ。 αopt＝ｋ・ｉ1/8 （９）
に書き直される。 ｄ2＝Ｐ／α2＋Ｃ・α6＋Ｑ・α2 （６） ここで、 Ｐ＝（４／π2）・（ｉ／Ｂ）＋（１．２２・λ）2 （７）−１ Ｃ＝（１／２）2・Ｃs2 （７）−２ Ｑ＝Ｃc2・（δＶ／Ｖ）2 （７）−３ である。Ｂ、Ｃs、Ｃcは定数であるため、Ｖ、δＶが一
定であるとすると、試料電流値ｉが与えられるとＰ、
Ｃ、Ｑは決定される。このとき、電子ビーム径ｄを最小
にする最適開き角αoptが存在する。式（６）より、こ
の最適開き角αoptは次のように与えられる。 αopt 4＝｛（Ｑ2＋１２・Ｃ・Ｐ）1/2−Ｑ｝／（６・Ｃ） （８） 式（７）、（８）の両式より、最適開き角αoptは試料
電流値ｉに依存しており、電流値ｉが大きいほど最適ビ
ーム開き角αoptは大きくなることがわかる。ｉが十分
大きいときは、式（８）より次の近似が成り立つ。 αopt＝ｋ・ｉ1/8 （９）
【０００５】ＥＰＭＡ装置における試料電流値は、ＳＥ
Ｍ（二次電子顕微鏡）モードでのｉ＝１０-11Ａから特
性Ｘ線検出（分析）モードでのｉ＝１０-6Ａ程度まで、
試料電流値をおよそ５桁の範囲にわたって変化させる必
要がある。このとき、式（９）より、最適ビーム開き角
αoptは４倍以上変化する。このため、ＥＰＭＡ装置に
おいて上記モードの切り換えを行なう際は、対物レンズ
におけるビーム開き角αを何らかの方法で変化させなけ
ればならない。
Ｍ（二次電子顕微鏡）モードでのｉ＝１０-11Ａから特
性Ｘ線検出（分析）モードでのｉ＝１０-6Ａ程度まで、
試料電流値をおよそ５桁の範囲にわたって変化させる必
要がある。このとき、式（９）より、最適ビーム開き角
αoptは４倍以上変化する。このため、ＥＰＭＡ装置に
おいて上記モードの切り換えを行なう際は、対物レンズ
におけるビーム開き角αを何らかの方法で変化させなけ
ればならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】対物レンズにおけるビ
ーム開き角を変化させるため、従来は図１（ａ）に示す
ように、クロスオーバ点３２の後の電子ビーム１３の径
の絞り量を変化させていた。具体的には図２に示すよう
に、径の異なる複数の開口２８を有するアパーチャ板２
１を移動させることにより、電子ビーム１３の絞り径を
変化させていた。
ーム開き角を変化させるため、従来は図１（ａ）に示す
ように、クロスオーバ点３２の後の電子ビーム１３の径
の絞り量を変化させていた。具体的には図２に示すよう
に、径の異なる複数の開口２８を有するアパーチャ板２
１を移動させることにより、電子ビーム１３の絞り径を
変化させていた。
【０００７】しかし、このようにアパーチャ板２１を機
械的に移動させる方法では、移動後に開口２８の中心を
正しく電子光学系の光軸３０に一致させるための調整作
業が必要となる。これは、もしこのような調整を行なわ
ず、開口２８の中心が電子光学系の光軸３０の中心から
ズレた状態で電子ビーム１３を照射すると、電子ビーム
のボケがひどくなり、像の分解能が低下するという問題
が生じるためである。このように、従来のＥＰＭＡ装置
ではＳＥＭ観察モードからＥＰＭＡ分析モードへの切り
換えや逆方向への切り換えが面倒であり、かつ、時間が
かかるという問題があった。
械的に移動させる方法では、移動後に開口２８の中心を
正しく電子光学系の光軸３０に一致させるための調整作
業が必要となる。これは、もしこのような調整を行なわ
ず、開口２８の中心が電子光学系の光軸３０の中心から
ズレた状態で電子ビーム１３を照射すると、電子ビーム
のボケがひどくなり、像の分解能が低下するという問題
が生じるためである。このように、従来のＥＰＭＡ装置
ではＳＥＭ観察モードからＥＰＭＡ分析モードへの切り
換えや逆方向への切り換えが面倒であり、かつ、時間が
かかるという問題があった。
【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、機械的な動きを伴うことなく、電
気的にビーム開き角を変更することのできる荷電粒子光
学系を提供するものである。
成されたものであり、機械的な動きを伴うことなく、電
気的にビーム開き角を変更することのできる荷電粒子光
学系を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、荷電粒子源で生成される荷電粒子
を電磁レンズであるコンデンサレンズにより収束してク
ロスオーバ点で一旦結像した後、更に同じく電磁レンズ
である対物レンズにより収束して所定位置にある最終結
像点に結像する荷電粒子光学系において、 a)クロスオーバ点以降であって対物レンズ以前に固定の
アパーチャを設けると共に、 b)コンデンサレンズを２段の独立な電磁レンズである第
１及び第２コンデンサレンズにより構成し、 c)両コンデンサレンズを制御することによりクロスオー
バ点を荷電粒子光学系の光軸上で移動させ、最終結像点
における荷電粒子ビームの開き角を変化させるコンデン
サレンズ制御部を設けた、ことを特徴とする。
に成された本発明は、荷電粒子源で生成される荷電粒子
を電磁レンズであるコンデンサレンズにより収束してク
ロスオーバ点で一旦結像した後、更に同じく電磁レンズ
である対物レンズにより収束して所定位置にある最終結
像点に結像する荷電粒子光学系において、 a)クロスオーバ点以降であって対物レンズ以前に固定の
アパーチャを設けると共に、 b)コンデンサレンズを２段の独立な電磁レンズである第
１及び第２コンデンサレンズにより構成し、 c)両コンデンサレンズを制御することによりクロスオー
バ点を荷電粒子光学系の光軸上で移動させ、最終結像点
における荷電粒子ビームの開き角を変化させるコンデン
サレンズ制御部を設けた、ことを特徴とする。
【００１０】
【作用】荷電粒子源で生成された荷電粒子のビームは、
第１及び第２コンデンサレンズにより収束され、クロス
オーバ点において一旦結像する。その後、荷電粒子は発
散するが、アパーチャにより所定の立体角に制限された
荷電粒子ビームのみが対物レンズにより再び収束され、
最終結像点に結像する。ここで、コンデンサレンズ制御
部は、第１及び第２コンデンサレンズを制御することに
より、図１（ｂ）に示すようにクロスオーバ点３２を荷
電粒子光学系の光軸（荷電粒子源と最終結像点３３とを
結ぶ直線）３０上で移動させるが、アパーチャ２１及び
最終結像点３３は固定されているため、クロスオーバ点
３２が光軸３０上で移動すると、（対物レンズ２５を適
切に調節することにより）荷電粒子ビーム１３は最終結
像点３３で結像すると共に、そこにおける荷電粒子ビー
ム１３の開き角αが変化する。本発明に係る荷電粒子光
学系では第１及び第２の２段の独立のコンデンサレンズ
を使用するため荷電粒子の収束に２個の自由度を持ち、
後に詳述するように、このクロスオーバ点３２の移動の
際に倍率を変化させることがない。
第１及び第２コンデンサレンズにより収束され、クロス
オーバ点において一旦結像する。その後、荷電粒子は発
散するが、アパーチャにより所定の立体角に制限された
荷電粒子ビームのみが対物レンズにより再び収束され、
最終結像点に結像する。ここで、コンデンサレンズ制御
部は、第１及び第２コンデンサレンズを制御することに
より、図１（ｂ）に示すようにクロスオーバ点３２を荷
電粒子光学系の光軸（荷電粒子源と最終結像点３３とを
結ぶ直線）３０上で移動させるが、アパーチャ２１及び
最終結像点３３は固定されているため、クロスオーバ点
３２が光軸３０上で移動すると、（対物レンズ２５を適
切に調節することにより）荷電粒子ビーム１３は最終結
像点３３で結像すると共に、そこにおける荷電粒子ビー
ム１３の開き角αが変化する。本発明に係る荷電粒子光
学系では第１及び第２の２段の独立のコンデンサレンズ
を使用するため荷電粒子の収束に２個の自由度を持ち、
後に詳述するように、このクロスオーバ点３２の移動の
際に倍率を変化させることがない。
【００１１】なお、荷電粒子ビーム１３は、クロスオー
バ点３２で結像する前に第１コンデンサレンズと第２コ
ンデンサレンズの間で一旦結像してもよいし、両コンデ
ンサレンズ間では結像することなく、クロスオーバ点３
２で初めて結像するようにしてもよい。
バ点３２で結像する前に第１コンデンサレンズと第２コ
ンデンサレンズの間で一旦結像してもよいし、両コンデ
ンサレンズ間では結像することなく、クロスオーバ点３
２で初めて結像するようにしてもよい。
【００１２】
【実施例】本発明をＥＰＭＡ装置に適用した例を説明す
る。ＥＰＭＡ装置の電子光学系は図３に示すように、電
子銃１１、照射光学系１５、アパーチャ板２１、スキャ
ナ２２、対物レンズ２５等から構成されている。照射光
学系１５には第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７及び
第２コンデンサレンズ（ＣＬ2）１８の２段のコンデン
サレンズが備えられている。なお、照射光学系１５には
その他に、上下のデフレクタ１６、２０及び非点補正コ
イル１９が含まれる。
る。ＥＰＭＡ装置の電子光学系は図３に示すように、電
子銃１１、照射光学系１５、アパーチャ板２１、スキャ
ナ２２、対物レンズ２５等から構成されている。照射光
学系１５には第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７及び
第２コンデンサレンズ（ＣＬ2）１８の２段のコンデン
サレンズが備えられている。なお、照射光学系１５には
その他に、上下のデフレクタ１６、２０及び非点補正コ
イル１９が含まれる。
【００１３】電子銃１１のフィラメント１２で生成され
た電子ビーム１３は、第１及び第２コンデンサレンズ１
７、１８により収束され、一旦結像する。この結像点を
クロスオーバ点（ＣＯ）３２と呼ぶ。その後、電子ビー
ム１３は発散し、アパーチャ板２１の開口により制限さ
れた後、対物レンズ２５により再び収束されて試料２６
の表面に結像する。なお、上下のデフレクタ１６、２０
は電子ビーム１３の光軸３０からのズレを補正し、非点
補正コイル１９は非点収差を補正する。また、スキャナ
２２は電子ビーム１３を試料２６の表面で走査させるた
めのものである。
た電子ビーム１３は、第１及び第２コンデンサレンズ１
７、１８により収束され、一旦結像する。この結像点を
クロスオーバ点（ＣＯ）３２と呼ぶ。その後、電子ビー
ム１３は発散し、アパーチャ板２１の開口により制限さ
れた後、対物レンズ２５により再び収束されて試料２６
の表面に結像する。なお、上下のデフレクタ１６、２０
は電子ビーム１３の光軸３０からのズレを補正し、非点
補正コイル１９は非点収差を補正する。また、スキャナ
２２は電子ビーム１３を試料２６の表面で走査させるた
めのものである。
【００１４】電子源３１とクロスオーバ点３２との間の
光学系を模式的に図４に示す。固定電子源３１の結像点
であるクロスオーバ点（ＣＯ1、ＣＯ2）３２を光軸３０
上で移動させ、しかもその倍率をそれとは無関係に任意
に変化させるためには、少なくとも２つの自由度が必要
である。そこで、本実施例のＥＰＭＡ装置では、第１
（ＣＬ1）及び第２（ＣＬ2）の２個のコンデンサレンズ
１７、１８を直列に配置し、これらを独立に制御可能と
している。なお、これらのコンデンサレンズ１７、１８
は、磁気レンズ又はアインツェルレンズ等の電子を加減
速しないレンズを用いる。
光学系を模式的に図４に示す。固定電子源３１の結像点
であるクロスオーバ点（ＣＯ1、ＣＯ2）３２を光軸３０
上で移動させ、しかもその倍率をそれとは無関係に任意
に変化させるためには、少なくとも２つの自由度が必要
である。そこで、本実施例のＥＰＭＡ装置では、第１
（ＣＬ1）及び第２（ＣＬ2）の２個のコンデンサレンズ
１７、１８を直列に配置し、これらを独立に制御可能と
している。なお、これらのコンデンサレンズ１７、１８
は、磁気レンズ又はアインツェルレンズ等の電子を加減
速しないレンズを用いる。
【００１５】図４において、第１コンデンサレンズ（Ｃ
Ｌ1）１７の焦点距離をｆ1、第２コンデンサレンズ（Ｃ
Ｌ2）１８の焦点距離をｆ2とする。また、電子源３１と
第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７との間の距離を
ａ、第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７と第２コンデ
ンサレンズ（ＣＬ2）１８との間の距離をＬ、第２コン
デンサレンズ（ＣＬ2）１８とクロスオーバ点（ＣＯ1、
ＣＯ2）３２ａ、３２ｂとの間の距離をｚ1、ｚ2とす
る。
Ｌ1）１７の焦点距離をｆ1、第２コンデンサレンズ（Ｃ
Ｌ2）１８の焦点距離をｆ2とする。また、電子源３１と
第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７との間の距離を
ａ、第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７と第２コンデ
ンサレンズ（ＣＬ2）１８との間の距離をＬ、第２コン
デンサレンズ（ＣＬ2）１８とクロスオーバ点（ＣＯ1、
ＣＯ2）３２ａ、３２ｂとの間の距離をｚ1、ｚ2とす
る。
【００１６】いま、議論を簡単にするため、レンズは薄
肉レンズであるとする。最近のＥＰＭＡ装置に用いる磁
気レンズでは、ポールピースの径やギャップが小さく、
軸上磁場分布が狭い範囲に収まっているため、薄肉レン
ズは良い近似で成立する。レンズの１次特性のみを問題
にしているため、次の遷移行列がこのレンズ系の特性
（クロスオーバ点の位置ｚ、倍率Ｍ）を表わすのに必要
かつ十分である(MiklosSzilagyi; Electron and Ion Op
tics, p.178, Plenum Press, New York and London(198
8))。
肉レンズであるとする。最近のＥＰＭＡ装置に用いる磁
気レンズでは、ポールピースの径やギャップが小さく、
軸上磁場分布が狭い範囲に収まっているため、薄肉レン
ズは良い近似で成立する。レンズの１次特性のみを問題
にしているため、次の遷移行列がこのレンズ系の特性
（クロスオーバ点の位置ｚ、倍率Ｍ）を表わすのに必要
かつ十分である(MiklosSzilagyi; Electron and Ion Op
tics, p.178, Plenum Press, New York and London(198
8))。
【数１】 クロスオーバ点３２では遷移行列の（１，２）成分がゼ
ロになるはずであるから、式（１０）より、ｚは次のよ
うに計算される。
ロになるはずであるから、式（１０）より、ｚは次のよ
うに計算される。
【数２】 また、このときのｚの値を（１，１）成分に代入するこ
とにより、倍率Ｍが次のように得られる。
とにより、倍率Ｍが次のように得られる。
【数３】
【００１７】一例として、ａ＝１５６（mm）、Ｌ＝６５
（mm）としたとき、両コンデンサレンズ（ＣＬ1）１
７、（ＣＬ2）１８の焦点距離ｆ1、ｆ2の逆数１／ｆ1、
１／ｆ2の各種値に対してクロスオーバ点の位置ｚがど
のように変化するかを図５及び図６に示す。図５におい
ては、−２０≦ｚ≦１００（mm）の範囲で５（mm）間隔
の等高線を示している。図６は図５の１／ｆ1＜０．０
５の部分を拡大表示したものである。図５及び図６よ
り、１／ｆ1が０．０２５（１／mm）の点を境に、両コ
ンデンサレンズ（ＣＬ1）１７、（ＣＬ2）１８の動作モ
ードが変化していることがわかる。すなわち、１／ｆ1
＜０．０２５の場合は、図４の１３ｂで示すように第１
コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７による実像が形成され
ず、直接クロスオーバ点（ＣＯ2）３２ｂで結像するの
に対し、１／ｆ1＞０．０２５の場合は、１３ａで示す
ように第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７と第２コン
デンサレンズ（ＣＬ2）１８との間に一旦実像が形成さ
れ、この実像が第２コンデンサレンズ（ＣＬ2）１８に
よりクロスオーバ点（ＣＯ1）３２ａに再結像される。
以下、両コンデンサレンズ間で結像する場合をモード
１、結像しない場合をモード２と呼ぶ。
（mm）としたとき、両コンデンサレンズ（ＣＬ1）１
７、（ＣＬ2）１８の焦点距離ｆ1、ｆ2の逆数１／ｆ1、
１／ｆ2の各種値に対してクロスオーバ点の位置ｚがど
のように変化するかを図５及び図６に示す。図５におい
ては、−２０≦ｚ≦１００（mm）の範囲で５（mm）間隔
の等高線を示している。図６は図５の１／ｆ1＜０．０
５の部分を拡大表示したものである。図５及び図６よ
り、１／ｆ1が０．０２５（１／mm）の点を境に、両コ
ンデンサレンズ（ＣＬ1）１７、（ＣＬ2）１８の動作モ
ードが変化していることがわかる。すなわち、１／ｆ1
＜０．０２５の場合は、図４の１３ｂで示すように第１
コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７による実像が形成され
ず、直接クロスオーバ点（ＣＯ2）３２ｂで結像するの
に対し、１／ｆ1＞０．０２５の場合は、１３ａで示す
ように第１コンデンサレンズ（ＣＬ1）１７と第２コン
デンサレンズ（ＣＬ2）１８との間に一旦実像が形成さ
れ、この実像が第２コンデンサレンズ（ＣＬ2）１８に
よりクロスオーバ点（ＣＯ1）３２ａに再結像される。
以下、両コンデンサレンズ間で結像する場合をモード
１、結像しない場合をモード２と呼ぶ。
【００１８】本電子ビーム光学系の場合、図５及び図６
より、モード１及びモード２の場合とも、両コンデンサ
レンズの焦点距離ｆ1及びｆ2を調整することによりクロ
スオーバ点３２を移動させることができることがわか
る。
より、モード１及びモード２の場合とも、両コンデンサ
レンズの焦点距離ｆ1及びｆ2を調整することによりクロ
スオーバ点３２を移動させることができることがわか
る。
【００１９】次に、式（１２）により、倍率Ｍの焦点距
離（１／ｆ1、１／ｆ2）依存性について同様に計算した
結果を図７及び図８に示す。これらの図において等高線
は、Ｍ＝−０．１，−０．０５，−０．０２，−０．０
１，−０．００５，−０．００２，−０．００１，０．
０１，０．０２，０．０５，０．１の各値について描い
た。これらの図より、モード１ではＭ＞０、モード２で
はＭ＜０となることがわかる。図５及び図６をこれらの
図と重ね合わせると、クロスオーバ点の位置ｚを一定に
保持した状態で、倍率Ｍをかなりの範囲で変化させるこ
とができることがわかる。すなわち本実施例のＥＰＭＡ
装置では、２段直列に配置したコンデンサレンズ１７、
１８を独立に制御し、それぞれの焦点距離ｆ1、ｆ2を適
切な値に設定することにより、試料２６表面における電
子ビーム１３の開き角αが試料電流値ｉに応じた最適開
き角αoptとなるようにクロスオーバ点３２を移動させ
ることができると同時に、倍率Ｍも自由に変化させるこ
とができる。
離（１／ｆ1、１／ｆ2）依存性について同様に計算した
結果を図７及び図８に示す。これらの図において等高線
は、Ｍ＝−０．１，−０．０５，−０．０２，−０．０
１，−０．００５，−０．００２，−０．００１，０．
０１，０．０２，０．０５，０．１の各値について描い
た。これらの図より、モード１ではＭ＞０、モード２で
はＭ＜０となることがわかる。図５及び図６をこれらの
図と重ね合わせると、クロスオーバ点の位置ｚを一定に
保持した状態で、倍率Ｍをかなりの範囲で変化させるこ
とができることがわかる。すなわち本実施例のＥＰＭＡ
装置では、２段直列に配置したコンデンサレンズ１７、
１８を独立に制御し、それぞれの焦点距離ｆ1、ｆ2を適
切な値に設定することにより、試料２６表面における電
子ビーム１３の開き角αが試料電流値ｉに応じた最適開
き角αoptとなるようにクロスオーバ点３２を移動させ
ることができると同時に、倍率Ｍも自由に変化させるこ
とができる。
【００２０】なお、ここでは電子ビームを使用するＥＰ
ＭＡ装置を例示したが、イオンを使用するビームリソグ
ラフィ装置についても本発明は同様に適用することがで
きる。
ＭＡ装置を例示したが、イオンを使用するビームリソグ
ラフィ装置についても本発明は同様に適用することがで
きる。
【００２１】
【発明の効果】本発明に係る荷電粒子光学系では、荷電
粒子ビームの開き角を変化させる為にビーム絞りを変更
するのではなく、コンデンサレンズによりクロスオーバ
点の位置を変化させる。このため、機械的に動作する部
分がなく、中心軸調整等が不要となるため、開き角の変
更を極めて容易に行なうことができる。これにより、例
えばＥＰＭＡ装置では、ＳＥＭ（二次電子顕微鏡）モー
ドと特性Ｘ線検出（分析）モードとの間のモード切り換
えが容易かつ迅速となる。また、そのコンデンサレンズ
として、独立に制御可能な２段のコンデンサレンズを用
いているため、倍率とクロスオーバ点を独立に制御する
ことができる。
粒子ビームの開き角を変化させる為にビーム絞りを変更
するのではなく、コンデンサレンズによりクロスオーバ
点の位置を変化させる。このため、機械的に動作する部
分がなく、中心軸調整等が不要となるため、開き角の変
更を極めて容易に行なうことができる。これにより、例
えばＥＰＭＡ装置では、ＳＥＭ（二次電子顕微鏡）モー
ドと特性Ｘ線検出（分析）モードとの間のモード切り換
えが容易かつ迅速となる。また、そのコンデンサレンズ
として、独立に制御可能な２段のコンデンサレンズを用
いているため、倍率とクロスオーバ点を独立に制御する
ことができる。
【図１】 従来のビーム開き角調整方法（ａ）と本発明
によるビーム開き角調整方法（ｂ）の違いを説明する説
明図。
によるビーム開き角調整方法（ｂ）の違いを説明する説
明図。
【図２】 従来のビーム開き角調整の際に用いる可変開
口アパーチャ板の平面図。
口アパーチャ板の平面図。
【図３】 本発明の一実施例であるＥＰＭＡ装置の電子
光学系の概略構成図。
光学系の概略構成図。
【図４】 実施例のＥＭＡ装置の電子光学系のクロスオ
ーバ点までの電子光学系の拡大図。
ーバ点までの電子光学系の拡大図。
【図５】 実施例の電子光学系で、両コンデンサレンズ
の焦点距離ｆ1、ｆ2を変化させたときのクロスオーバ点
の座標ｚの変化の様子を示すグラフ。
の焦点距離ｆ1、ｆ2を変化させたときのクロスオーバ点
の座標ｚの変化の様子を示すグラフ。
【図６】 図５のグラフの１／ｆ1＜０．０５（１／m
m）の部分の拡大図。
m）の部分の拡大図。
【図７】 実施例の電子光学系で、両コンデンサレンズ
の焦点距離ｆ1、ｆ2を変化させたときの倍率Ｍの変化の
様子を示すグラフ。
の焦点距離ｆ1、ｆ2を変化させたときの倍率Ｍの変化の
様子を示すグラフ。
【図８】 図７のグラフの１／ｆ1＜０．０５（１／m
m）の部分の拡大図。
m）の部分の拡大図。
１１…電子銃 １２…フィラメント １３…荷電粒子ビーム １５…照射光学系 １６、２０…デフレクタ １７…第１コンデンサレンズ（ＣＬ1） １８…第２コンデンサレンズ（ＣＬ2） １９…非点補正コイル ２１…アパーチャ板 ２８…開口 ２２…スキャナ ２５…対物レンズ ２６…試料 ３０…光軸 ３１…荷電粒子源（電子源） ３２…クロスオーバ点 ３３…最終結像点
Claims (1)
- 【請求項１】 荷電粒子源で生成される荷電粒子を電磁
レンズであるコンデンサレンズにより収束してクロスオ
ーバ点で一旦結像した後、更に同じく電磁レンズである
対物レンズにより収束して所定位置にある最終結像点に
結像する荷電粒子光学系において、 a)クロスオーバ点以降であって対物レンズ以前に固定の
アパーチャを設けると共に、 b)コンデンサレンズを２段の独立な電磁レンズである第
１及び第２コンデンサレンズにより構成し、 c)両コンデンサレンズを独立に制御することによりクロ
スオーバ点を荷電粒子光学系の光軸上で移動させ、最終
結像点における荷電粒子ビームの開き角を変化させるコ
ンデンサレンズ制御部を設けた、ことを特徴とする荷電
粒子光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6295912A JPH08138600A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 荷電粒子光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6295912A JPH08138600A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 荷電粒子光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138600A true JPH08138600A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17826756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6295912A Pending JPH08138600A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 荷電粒子光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08138600A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7186975B2 (en) | 2000-10-12 | 2007-03-06 | Hitachi, Ltd. | Scanning charged-particle microscope |
| JP2007109431A (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-26 | Shimadzu Corp | 電子ビーム制御装置 |
| US7397031B2 (en) | 1999-09-01 | 2008-07-08 | Hitachi, Ltd. | Method of inspecting a circuit pattern and inspecting instrument |
| JP2013214402A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Shimadzu Corp | 電子ビーム装置の調整方法とそのように調整された電子ビーム装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610740B2 (ja) * | 1975-04-23 | 1981-03-10 | ||
| JPS63276856A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-11-15 | Jeol Ltd | 電界放射電子源を有した電子線装置 |
| JPH02100252A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-04-12 | Jeol Ltd | 電子線装置における開き角制御装置 |
| JPH03110742A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-05-10 | Jeol Ltd | 電子顕微鏡 |
| JPH0562629A (ja) * | 1991-01-11 | 1993-03-12 | Jeol Ltd | 電子顕微鏡におけるフオーカス調整方式 |
| JPH0594798A (ja) * | 1991-05-21 | 1993-04-16 | Jeol Ltd | 焦点深度切り換え可能な電子顕微鏡等の電子光学観察装置 |
| JPH05258699A (ja) * | 1992-03-13 | 1993-10-08 | Jeol Ltd | 粒子線装置 |
| JPH06236743A (ja) * | 1991-09-20 | 1994-08-23 | Jeol Ltd | 電子線装置のプローブ電流設定方式 |
-
1994
- 1994-11-04 JP JP6295912A patent/JPH08138600A/ja active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2013214402A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Shimadzu Corp | 電子ビーム装置の調整方法とそのように調整された電子ビーム装置 |
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