JPH09270242A - 電子線装置 - Google Patents
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- JPH09270242A JPH09270242A JP8080065A JP8006596A JPH09270242A JP H09270242 A JPH09270242 A JP H09270242A JP 8080065 A JP8080065 A JP 8080065A JP 8006596 A JP8006596 A JP 8006596A JP H09270242 A JPH09270242 A JP H09270242A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料の表面状態を高感度，高分解能で画像化観
察できる低エネルギー電子顕微鏡(ＬＥＥＭ)や反射型電
子顕微鏡(ＭＥＭ)の分解能を向上させること。 【解決手段】電磁型対物レンズ３０の構造を工夫し、試
料１を対物レンズ３０のレンズ磁界中に置けるようにす
る。具体的には、対物レンズ３０の磁路を構成する磁極
の一部を非導電性の強磁性体５で構成し、試料側の磁極
部分６をレンズ本体側の磁極部分３から電気的に絶縁し
て、この試料側磁極部分６の内側に試料１を挿入設置し
て、試料側磁極部分６を試料１と同じ負電位に置く。非
導電性強磁性体５としては、ＮｉＦｅ2Ｏ4が適してい
る。 【効果】低エネルギー電子顕微鏡(ＬＥＥＭ)や、反射型
電子顕微鏡(ＭＥＭ)の分解能の向上が図れる。
察できる低エネルギー電子顕微鏡(ＬＥＥＭ)や反射型電
子顕微鏡(ＭＥＭ)の分解能を向上させること。 【解決手段】電磁型対物レンズ３０の構造を工夫し、試
料１を対物レンズ３０のレンズ磁界中に置けるようにす
る。具体的には、対物レンズ３０の磁路を構成する磁極
の一部を非導電性の強磁性体５で構成し、試料側の磁極
部分６をレンズ本体側の磁極部分３から電気的に絶縁し
て、この試料側磁極部分６の内側に試料１を挿入設置し
て、試料側磁極部分６を試料１と同じ負電位に置く。非
導電性強磁性体５としては、ＮｉＦｅ2Ｏ4が適してい
る。 【効果】低エネルギー電子顕微鏡(ＬＥＥＭ)や、反射型
電子顕微鏡(ＭＥＭ)の分解能の向上が図れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを用い
て試料の表面状態を高感度，高分解能で、かつ、高速に
画像化して観察することのできる電子線装置に関する。
て試料の表面状態を高感度，高分解能で、かつ、高速に
画像化して観察することのできる電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】試料表面の微小領域の表面状態を高感
度，かつ高速に観察できる電子顕微鏡として、低エネル
ギー電子顕微鏡（Low-Energy Electron Microscopy；以
下略してLEEM）や反射型電子顕微鏡（Mirror Electron
Microscopy；以下略してMEM）がある。これらの顕微鏡
については、例えばウルトラマイクロスコピー 50 (199
3)第171〜178頁（Ultramicroscopy 50 (1993), pp. 171
-178）に記載されている。
度，かつ高速に観察できる電子顕微鏡として、低エネル
ギー電子顕微鏡（Low-Energy Electron Microscopy；以
下略してLEEM）や反射型電子顕微鏡（Mirror Electron
Microscopy；以下略してMEM）がある。これらの顕微鏡
については、例えばウルトラマイクロスコピー 50 (199
3)第171〜178頁（Ultramicroscopy 50 (1993), pp. 171
-178）に記載されている。
【０００３】これらの顕微鏡の構成を図５に示す。図５
において、電子源１１から放出された電子ビームｅ１
は、コンデンサレンズ１２によって収束され、対物レン
ズ３０の後焦点面１４上に焦点を結ぶ。ただし、この電
子ビームｅ１は、上記焦点を結ぶ前に、電磁偏向器１３
によって偏向を受けるようになっている。後焦点面１４
上で焦点を結んだ電子ビームｅ１は、次いで対物レンズ
３０によって平行ビームとされ、この平行ビームが試料
１の表面に照射される。試料１には、電子源１１の電位
−Ｖｅよりも僅かに小さい負の電位−Ｖｓ（Ｖｓ＜Ｖ
ｅ）または僅かに大きい負の電位−Ｖｌ（Ｖｌ＞Ｖｅ）
が印加されている。
において、電子源１１から放出された電子ビームｅ１
は、コンデンサレンズ１２によって収束され、対物レン
ズ３０の後焦点面１４上に焦点を結ぶ。ただし、この電
子ビームｅ１は、上記焦点を結ぶ前に、電磁偏向器１３
によって偏向を受けるようになっている。後焦点面１４
上で焦点を結んだ電子ビームｅ１は、次いで対物レンズ
３０によって平行ビームとされ、この平行ビームが試料
１の表面に照射される。試料１には、電子源１１の電位
−Ｖｅよりも僅かに小さい負の電位−Ｖｓ（Ｖｓ＜Ｖ
ｅ）または僅かに大きい負の電位−Ｖｌ（Ｖｌ＞Ｖｅ）
が印加されている。
【０００４】ここで、電子源電位−Ｖｅより僅かに小さ
い負電位−Ｖｓが試料１に印加される場合が、該顕微鏡
をＬＥＥＭとして使用する場合であり、電子ビームｅ１
は、試料１の直前で減速されて試料表面に衝突し、試料
１表面の構成原子によって散乱される。これらの散乱電
子ｅ２は、試料１表面の結晶構造を反映したＬＥＥＤ(L
ow Energy Electron Diffraction) パターンを対物レン
ズ３０の後焦点面１４上に形成し、次いで、電磁偏向器
１３の中心部で試料表面のガウス像ＧＩを形成し、さら
に、中間レンズ１５を通った後にコントラストアパーチ
ャ１６上で再びＬＥＥＤパターンを形成する。このコン
トラストアパーチャ１６の開口を通して特定の回折ビー
ムのみが選択的に後方に引き出され、該特定の回折ビー
ムにより形成される像１７が投射レンズ１８，１９によ
って拡大・投射されて、試料表面の結晶構造を反映した
顕微鏡像２０が得られる。
い負電位−Ｖｓが試料１に印加される場合が、該顕微鏡
をＬＥＥＭとして使用する場合であり、電子ビームｅ１
は、試料１の直前で減速されて試料表面に衝突し、試料
１表面の構成原子によって散乱される。これらの散乱電
子ｅ２は、試料１表面の結晶構造を反映したＬＥＥＤ(L
ow Energy Electron Diffraction) パターンを対物レン
ズ３０の後焦点面１４上に形成し、次いで、電磁偏向器
１３の中心部で試料表面のガウス像ＧＩを形成し、さら
に、中間レンズ１５を通った後にコントラストアパーチ
ャ１６上で再びＬＥＥＤパターンを形成する。このコン
トラストアパーチャ１６の開口を通して特定の回折ビー
ムのみが選択的に後方に引き出され、該特定の回折ビー
ムにより形成される像１７が投射レンズ１８，１９によ
って拡大・投射されて、試料表面の結晶構造を反映した
顕微鏡像２０が得られる。
【０００５】また、試料１に電子源電位−Ｖｅより僅か
に大きい負電位−Ｖｌが印加される場合が、該顕微鏡を
ＭＥＭとして使用する場合であり、電子ビームｅ１は試
料１表面に衝突する寸前で反射される。この反射電子ｅ
２は、試料表面の微小な凹凸や試料表面の電界分布に敏
感である。この反射電子ビームを図５の電子光学系で結
像させ、さらに投射レンズ１８，１９で拡大・投射させ
ることによって、試料表面の微細な凹凸や表面電位分布
などに関する試料表面情報が得られる。
に大きい負電位−Ｖｌが印加される場合が、該顕微鏡を
ＭＥＭとして使用する場合であり、電子ビームｅ１は試
料１表面に衝突する寸前で反射される。この反射電子ｅ
２は、試料表面の微小な凹凸や試料表面の電界分布に敏
感である。この反射電子ビームを図５の電子光学系で結
像させ、さらに投射レンズ１８，１９で拡大・投射させ
ることによって、試料表面の微細な凹凸や表面電位分布
などに関する試料表面情報が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したようにＬＥＥ
ＭやＭＥＭでは、試料１に高い負電圧を印加する必要が
ある。従来装置における対物レンズ３０の構造を図６に
示す。対物レンズ３０はコイル２と磁極３とからなり、
そのレンズ・ギャップ４は試料１表面からかなり離れた
位置に形成されている。従って、通常は電子光学軸上で
のレンズ磁界分布のピーク位置はレンズ・ギャップ４内
に存在するので、試料１表面からはかなり離れてしまっ
ている。これは、試料１に高電位を印加するので、試料
１−磁極３間での放電を防止するために、接地電位にあ
る磁極３と高電位にある試料１との間の距離を数ｍｍ以
上に離す必要があったためである。このため、試料１を
対物レンズ３０の内部空間内に入れて、対物レンズ３０
の焦点距離を短くして、対物レンズ収差を極限まで小さ
くしようとする所謂インレンズ構造を採用することがで
きなかった。これがため、従来のＬＥＥＭ装置では１０
ｎｍ程度、ＭＥＭ装置では１００ｎｍ程度の分解能しか
得ることができないと云う問題があった。
ＭやＭＥＭでは、試料１に高い負電圧を印加する必要が
ある。従来装置における対物レンズ３０の構造を図６に
示す。対物レンズ３０はコイル２と磁極３とからなり、
そのレンズ・ギャップ４は試料１表面からかなり離れた
位置に形成されている。従って、通常は電子光学軸上で
のレンズ磁界分布のピーク位置はレンズ・ギャップ４内
に存在するので、試料１表面からはかなり離れてしまっ
ている。これは、試料１に高電位を印加するので、試料
１−磁極３間での放電を防止するために、接地電位にあ
る磁極３と高電位にある試料１との間の距離を数ｍｍ以
上に離す必要があったためである。このため、試料１を
対物レンズ３０の内部空間内に入れて、対物レンズ３０
の焦点距離を短くして、対物レンズ収差を極限まで小さ
くしようとする所謂インレンズ構造を採用することがで
きなかった。これがため、従来のＬＥＥＭ装置では１０
ｎｍ程度、ＭＥＭ装置では１００ｎｍ程度の分解能しか
得ることができないと云う問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るためには、ＬＥＥＭ装置やＭＥＭ装置に用いられる対
物レンズの構造を工夫することにより、試料が対物レン
ズ磁界中に置かれ得るようにすればよい。
るためには、ＬＥＥＭ装置やＭＥＭ装置に用いられる対
物レンズの構造を工夫することにより、試料が対物レン
ズ磁界中に置かれ得るようにすればよい。
【０００８】従って、本発明の目的は、ＬＥＥＭ装置や
ＭＥＭ装置に代表されるような電子線装置において、被
分析試料を対物レンズ磁界中に設置し得るような対物レ
ンズ構造を提供することである。
ＭＥＭ装置に代表されるような電子線装置において、被
分析試料を対物レンズ磁界中に設置し得るような対物レ
ンズ構造を提供することである。
【０００９】上記の目的を達成するため、本発明におい
ては、ＬＥＥＭ装置やＭＥＭ装置等の電子線装置におけ
る対物レンズを電磁レンズで構成した場合において、該
電磁レンズの構造を工夫することによって、該電磁レン
ズのレンズ・ギャップを試料表面に近接・対面させて構
成し、該レンズ・ギャップ内に形成されるレンズ磁界中
に被分析試料の表面を配置できるように構成してなるこ
とを特徴としている。
ては、ＬＥＥＭ装置やＭＥＭ装置等の電子線装置におけ
る対物レンズを電磁レンズで構成した場合において、該
電磁レンズの構造を工夫することによって、該電磁レン
ズのレンズ・ギャップを試料表面に近接・対面させて構
成し、該レンズ・ギャップ内に形成されるレンズ磁界中
に被分析試料の表面を配置できるように構成してなるこ
とを特徴としている。
【００１０】より具体的には、対物レンズの磁極をレン
ズ・ギャップを挟んで上磁極と下磁極とに分離して両者
間を電気的に絶縁して構成し、この分離された磁極間に
形成されるレンズ・ギャップ内に試料を挿入配置し、電
子ビームの入射方向とは逆の側の磁極(上磁極)に上記試
料に印加すべき電位と同じ電位を与える。特に、この場
合、電子ビームの入射方向とは逆の側の磁極(上磁極)を
試料と接触させて試料と共に移動できるような構造を採
用することができ、そのようにした場合には、上記磁極
(上磁極)の構成材料をフェライトとするのが良い。
ズ・ギャップを挟んで上磁極と下磁極とに分離して両者
間を電気的に絶縁して構成し、この分離された磁極間に
形成されるレンズ・ギャップ内に試料を挿入配置し、電
子ビームの入射方向とは逆の側の磁極(上磁極)に上記試
料に印加すべき電位と同じ電位を与える。特に、この場
合、電子ビームの入射方向とは逆の側の磁極(上磁極)を
試料と接触させて試料と共に移動できるような構造を採
用することができ、そのようにした場合には、上記磁極
(上磁極)の構成材料をフェライトとするのが良い。
【００１１】また、対物レンズ磁極の磁路に沿った一部
分を電気絶縁性を有する強磁性材料で構成し、該電気絶
縁性部分によって電気的に分離された両磁極部分のうち
試料側に存在する磁極部分に、上記試料と同じ負電位を
与える。上記の電気絶縁性を有する強磁性材料として
は、特にＮｉＦｅ2Ｏ4が適している。この場合、該電気
絶縁性材料部分は、レンズ内を通過する電子ビームの軌
道上から直接見込めないような場所に設けるのが望まし
い。
分を電気絶縁性を有する強磁性材料で構成し、該電気絶
縁性部分によって電気的に分離された両磁極部分のうち
試料側に存在する磁極部分に、上記試料と同じ負電位を
与える。上記の電気絶縁性を有する強磁性材料として
は、特にＮｉＦｅ2Ｏ4が適している。この場合、該電気
絶縁性材料部分は、レンズ内を通過する電子ビームの軌
道上から直接見込めないような場所に設けるのが望まし
い。
【００１２】上記したように、対物レンズのレンズ・ギ
ャップ部分が試料側に面するように配置構成することに
より、レンズ磁極と試料との間の距離は放電のおそれが
ない程度に保った状態で、レンズ磁界は試料表面に到達
するような構造とすることができる。また、対物レンズ
磁極のうち試料近傍の部分のみを電気的に絶縁された構
造とすることによって、試料を対物レンズのレンズ・ギ
ャップに近づけるか、さらにはレンズ・ギャップ内に入
れられるようにすることができる。電磁レンズの収差は
ほぼその焦点距離に比例する。したがって、試料をでき
るだけレンズ・ギャップに近づけ、場合によってはレン
ズ内・ギャップ内に挿入することで収差を非常に小さく
でき、その結果分解能が向上する。
ャップ部分が試料側に面するように配置構成することに
より、レンズ磁極と試料との間の距離は放電のおそれが
ない程度に保った状態で、レンズ磁界は試料表面に到達
するような構造とすることができる。また、対物レンズ
磁極のうち試料近傍の部分のみを電気的に絶縁された構
造とすることによって、試料を対物レンズのレンズ・ギ
ャップに近づけるか、さらにはレンズ・ギャップ内に入
れられるようにすることができる。電磁レンズの収差は
ほぼその焦点距離に比例する。したがって、試料をでき
るだけレンズ・ギャップに近づけ、場合によってはレン
ズ内・ギャップ内に挿入することで収差を非常に小さく
でき、その結果分解能が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面を参照して詳細に説明する。
き、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】図２に、本発明の第１の実施例を示す。図
２は本発明になる対物レンズの構造を示しており、該対
物レンズ３０は、レンズを励磁するためのコイル２と磁
路を構成するための磁極３とから成っている。磁極３は
パーマロイ，鉄等の強磁性体でかつ導電性のある材料で
構成されている。本実施例では、レンズ磁界を形成する
ためのレンズ・ギャップ４が、試料１側に対面した構造
となっている。これにより、レンズ磁界分布のピーク位
置を、試料１の表面に十分に接近させることができる。
従って、該対物レンズ３０は、短い焦点距離で、すなわ
ち収差の小さい状態で使用することができる。かかる構
造の対物レンズを用いることによって、ＬＥＥＭ，ＭＥ
Ｍ装置における観察像の分解能を向上させることができ
る。
２は本発明になる対物レンズの構造を示しており、該対
物レンズ３０は、レンズを励磁するためのコイル２と磁
路を構成するための磁極３とから成っている。磁極３は
パーマロイ，鉄等の強磁性体でかつ導電性のある材料で
構成されている。本実施例では、レンズ磁界を形成する
ためのレンズ・ギャップ４が、試料１側に対面した構造
となっている。これにより、レンズ磁界分布のピーク位
置を、試料１の表面に十分に接近させることができる。
従って、該対物レンズ３０は、短い焦点距離で、すなわ
ち収差の小さい状態で使用することができる。かかる構
造の対物レンズを用いることによって、ＬＥＥＭ，ＭＥ
Ｍ装置における観察像の分解能を向上させることができ
る。
【００１５】図３に、本発明の第２の実施例を示す。本
実施例においては、パーマロイ，鉄などの導電性を有す
る強磁性体からなる磁極３が、下側磁極部分３ａと上側
磁極部分３ｂとに分離されており、両磁極部分３ａ，３
ｂ間には、磁性体も導電体も存在しない間隙部(間隙長
ｄ)が設けられている。試料１は、上側磁極部分３ｂの
下面に接して設けられており、下側磁極部分３ａの試料
１の表面に対向する側にには、磁性体の存在しない空隙
部(空隙長ｇ)が設けられている。従って、レンズの磁路
は、下側磁極部分３ａから間隙長ｄなる間隙部を介して
上側磁極部分３ｂへとつながり、試料１表面に対向して
形成されたレンズ・ギャップ４内にレンズ磁界が形成さ
れる。ここで、レンズ・ギャップ４内に必要なレンズ作
用を得るに十分なレンズ磁界を形成できるようにするた
めには、上記間隙長ｄを上記空隙長ｇよりも小さく設定
することによって、十分な量の磁束が下側磁極部分３ａ
から間隙長ｄを通して上側磁極部分３ｂに回り込むよう
にする必要がある。さらに、上側磁極部分３ｂの材質
は、下側磁極部分３ａと同じパーマロイや鉄等の強磁性
体としても良いが、さらに、フェライト等の酸化物系の
強磁性体等を用いることができる。上側磁極部分３ｂを
フェライトで構成する場合の利点は、該上側磁極部分３
ｂと共に試料１の移動を行なう場合に、渦電流の影響を
受けにくいということである。フェライトは、パーマロ
イや鉄などに比べて電気抵抗が高いため、強磁界中を移
動させる場合に発生する渦電流を小さく抑えることがで
き、この渦電流により生じる磁界によって入射電子ビー
ムが受ける擾乱作用を抑制することができる。ただし、
試料１と上側磁極部分３ｂには高い負の電位を印加して
入射電子ビームを減速させる必要があることから、上側
磁極部分３ｂに完全な絶縁体を使うことはできない。こ
のような条件から、上側磁極部分３ｂの構成材料として
は、比抵抗ρ(Ωｍ)が１０の二乗のオーダであるＺｎＦ
ｅ2Ｏ4やＬｉＦｅ2Ｏ4が適当であった。
実施例においては、パーマロイ，鉄などの導電性を有す
る強磁性体からなる磁極３が、下側磁極部分３ａと上側
磁極部分３ｂとに分離されており、両磁極部分３ａ，３
ｂ間には、磁性体も導電体も存在しない間隙部(間隙長
ｄ)が設けられている。試料１は、上側磁極部分３ｂの
下面に接して設けられており、下側磁極部分３ａの試料
１の表面に対向する側にには、磁性体の存在しない空隙
部(空隙長ｇ)が設けられている。従って、レンズの磁路
は、下側磁極部分３ａから間隙長ｄなる間隙部を介して
上側磁極部分３ｂへとつながり、試料１表面に対向して
形成されたレンズ・ギャップ４内にレンズ磁界が形成さ
れる。ここで、レンズ・ギャップ４内に必要なレンズ作
用を得るに十分なレンズ磁界を形成できるようにするた
めには、上記間隙長ｄを上記空隙長ｇよりも小さく設定
することによって、十分な量の磁束が下側磁極部分３ａ
から間隙長ｄを通して上側磁極部分３ｂに回り込むよう
にする必要がある。さらに、上側磁極部分３ｂの材質
は、下側磁極部分３ａと同じパーマロイや鉄等の強磁性
体としても良いが、さらに、フェライト等の酸化物系の
強磁性体等を用いることができる。上側磁極部分３ｂを
フェライトで構成する場合の利点は、該上側磁極部分３
ｂと共に試料１の移動を行なう場合に、渦電流の影響を
受けにくいということである。フェライトは、パーマロ
イや鉄などに比べて電気抵抗が高いため、強磁界中を移
動させる場合に発生する渦電流を小さく抑えることがで
き、この渦電流により生じる磁界によって入射電子ビー
ムが受ける擾乱作用を抑制することができる。ただし、
試料１と上側磁極部分３ｂには高い負の電位を印加して
入射電子ビームを減速させる必要があることから、上側
磁極部分３ｂに完全な絶縁体を使うことはできない。こ
のような条件から、上側磁極部分３ｂの構成材料として
は、比抵抗ρ(Ωｍ)が１０の二乗のオーダであるＺｎＦ
ｅ2Ｏ4やＬｉＦｅ2Ｏ4が適当であった。
【００１６】図４に、本発明の第３の実施例を示す。本
実施例においては、レンズ磁極３の磁路を横断する一部
に非導電性の強磁性体５を用いている。これにより、レ
ンズの試料１側の磁極部分６は、コイル２や磁極３とは
電気的に絶縁されかつ磁気的には接続された状態とな
り、試料１をレンズ３０内に完全に挿入することができ
る。その結果、レンズ収差の非常に小さい条件での使用
が可能となる。ただし、上記の非導電性強磁性体５は、
いわゆる絶縁物であるので、これを電子ビームの経路か
ら直接見込める位置に配置すると、この絶縁物強磁性体
５の影響で、電子ビームの軌道が乱されるおそれがあ
る。そこで、本実施例では、さらに非強磁性の導電体
(金属)からなるシールド体７を設けて、絶縁物強磁性体
５の部分を電子ビーム経路から直接見込めないように遮
蔽している。なお、絶縁物強磁性体５の構成材料として
は、酸化物系の強磁性体を用いるのが適当である。具体
的には、Ｎｉ系のフェライトが、抵抗率が非常に高くほ
ぼ完全な電気絶縁物として扱えるので、ここではＮｉＦ
ｅ2Ｏ4のフェライトを用いた。
実施例においては、レンズ磁極３の磁路を横断する一部
に非導電性の強磁性体５を用いている。これにより、レ
ンズの試料１側の磁極部分６は、コイル２や磁極３とは
電気的に絶縁されかつ磁気的には接続された状態とな
り、試料１をレンズ３０内に完全に挿入することができ
る。その結果、レンズ収差の非常に小さい条件での使用
が可能となる。ただし、上記の非導電性強磁性体５は、
いわゆる絶縁物であるので、これを電子ビームの経路か
ら直接見込める位置に配置すると、この絶縁物強磁性体
５の影響で、電子ビームの軌道が乱されるおそれがあ
る。そこで、本実施例では、さらに非強磁性の導電体
(金属)からなるシールド体７を設けて、絶縁物強磁性体
５の部分を電子ビーム経路から直接見込めないように遮
蔽している。なお、絶縁物強磁性体５の構成材料として
は、酸化物系の強磁性体を用いるのが適当である。具体
的には、Ｎｉ系のフェライトが、抵抗率が非常に高くほ
ぼ完全な電気絶縁物として扱えるので、ここではＮｉＦ
ｅ2Ｏ4のフェライトを用いた。
【００１７】次に、上記実施例で述べた対物レンズ構造
を採用したＬＥＥＭ，ＭＥＭ装置の構成を図１に示す。
対物レンズ３０以外の構成は、図５に示した従来の装置
構成と同様である。なお、ここでは、対物レンズ３０と
して、図４に示したのとほぼ同様のレンズ構造を採用し
ている。加速電源２３によって高い負電位(−Ｖｅ)が与
えられた電子源１１から放出した電子ビームｅ１は、コ
ンデンサレンズ１２によって収束され、対物レンズ３０
の後焦点面１４上に焦点を結ぶ。ただし、この入射電子
ビームｅ１は、上記焦点を結ぶ前に、電磁偏向器１３に
よって偏向を受ける。電磁偏向器１３は、入射電子ビー
ムｅ１光路と試料１表面から散乱または反射(反跳)され
た電子ビームｅ２の光路とを分離するためのものであ
る。上記の後焦点面１４上で焦点を結んだ電子ビームｅ
１は、対物レンズ３０によって平行ビームとされて、試
料１表面に照射される。対物レンズ３０は、そのレンズ
磁極３の一部にレンズ磁路を横切って非導電性の強磁性
体５が用いられており、この非導電性強磁性体５によっ
て、試料１側の磁極部分６はコイル２や磁極３と磁気的
には接続された状態で、かつ電気的には絶縁された状態
とされている。これにより、試料１および試料固定台２
１と試料側磁極部分６とを互いに接触させて、これら３
者に電源２２からの高い負電位(−Ｖｓまたは−Ｖｌ)を
印加することができる。すなわち、高電圧印加されるべ
き試料１を完全に対物レンズ３０の内部に挿入して使用
することができる。つまり、試料１と対物レンズ３０間
での放電等の心配をすることなく、試料１表面に対物レ
ンズ３０を十分に近づけることができるので、対物レン
ズ３０をそのレンズ収差を十分に小さくできる短焦点距
離条件の下で使用することができ、高感度，高分解能で
の試料表面の観察が可能となる。
を採用したＬＥＥＭ，ＭＥＭ装置の構成を図１に示す。
対物レンズ３０以外の構成は、図５に示した従来の装置
構成と同様である。なお、ここでは、対物レンズ３０と
して、図４に示したのとほぼ同様のレンズ構造を採用し
ている。加速電源２３によって高い負電位(−Ｖｅ)が与
えられた電子源１１から放出した電子ビームｅ１は、コ
ンデンサレンズ１２によって収束され、対物レンズ３０
の後焦点面１４上に焦点を結ぶ。ただし、この入射電子
ビームｅ１は、上記焦点を結ぶ前に、電磁偏向器１３に
よって偏向を受ける。電磁偏向器１３は、入射電子ビー
ムｅ１光路と試料１表面から散乱または反射(反跳)され
た電子ビームｅ２の光路とを分離するためのものであ
る。上記の後焦点面１４上で焦点を結んだ電子ビームｅ
１は、対物レンズ３０によって平行ビームとされて、試
料１表面に照射される。対物レンズ３０は、そのレンズ
磁極３の一部にレンズ磁路を横切って非導電性の強磁性
体５が用いられており、この非導電性強磁性体５によっ
て、試料１側の磁極部分６はコイル２や磁極３と磁気的
には接続された状態で、かつ電気的には絶縁された状態
とされている。これにより、試料１および試料固定台２
１と試料側磁極部分６とを互いに接触させて、これら３
者に電源２２からの高い負電位(−Ｖｓまたは−Ｖｌ)を
印加することができる。すなわち、高電圧印加されるべ
き試料１を完全に対物レンズ３０の内部に挿入して使用
することができる。つまり、試料１と対物レンズ３０間
での放電等の心配をすることなく、試料１表面に対物レ
ンズ３０を十分に近づけることができるので、対物レン
ズ３０をそのレンズ収差を十分に小さくできる短焦点距
離条件の下で使用することができ、高感度，高分解能で
の試料表面の観察が可能となる。
【００１８】既に説明したように、本実施例(図１)の装
置をＬＥＥＭとして使用する場合には、電源２２によっ
て電子源電位−Ｖｅよりも僅かに小さい負電位−Ｖｓを
試料１に印加する。この場合には、入射電子ビームｅ１
は、試料１に印加された上記負電位−Ｖｓによって試料
表面に到達する直前で減速され、十分に低エネルギーと
なって試料１表面に衝突し、試料表面原子によって散乱
される。これらの散乱電子ｅ２は、試料表面の結晶構造
を反映したＬＥＥＤパターンを対物レンズの後焦点面１
４上に形成し、また、電磁偏向器１３の中心部で試料１
表面のガウス像ＧＩを形成し、さらに、中間レンズ１５
を介してその焦点面に設けられたコントラストアパーチ
ャ１６上で再びＬＥＥＤパターンを形成する。このコン
トラストアパーチャ１６の開口を通して特定の回折ビー
ムのみが選択的に引き出されて、該特定の回折ビームに
より形成される像１７が、投射レンズ１８，１９によっ
て拡大・投射されて、試料表面の結晶構造を反映した顕
微鏡像２０が得られる。
置をＬＥＥＭとして使用する場合には、電源２２によっ
て電子源電位−Ｖｅよりも僅かに小さい負電位−Ｖｓを
試料１に印加する。この場合には、入射電子ビームｅ１
は、試料１に印加された上記負電位−Ｖｓによって試料
表面に到達する直前で減速され、十分に低エネルギーと
なって試料１表面に衝突し、試料表面原子によって散乱
される。これらの散乱電子ｅ２は、試料表面の結晶構造
を反映したＬＥＥＤパターンを対物レンズの後焦点面１
４上に形成し、また、電磁偏向器１３の中心部で試料１
表面のガウス像ＧＩを形成し、さらに、中間レンズ１５
を介してその焦点面に設けられたコントラストアパーチ
ャ１６上で再びＬＥＥＤパターンを形成する。このコン
トラストアパーチャ１６の開口を通して特定の回折ビー
ムのみが選択的に引き出されて、該特定の回折ビームに
より形成される像１７が、投射レンズ１８，１９によっ
て拡大・投射されて、試料表面の結晶構造を反映した顕
微鏡像２０が得られる。
【００１９】また、本実施例(図１)の装置をＭＥＭとし
て使用する場合には、電源２２から電子源電位−Ｖｅよ
りも僅かに大きな負電位−Ｖｌが試料１に印加される。
この場合には、入射電子ビームｅ１は、試料１表面に衝
突する寸前で反射(反跳)されてくる。この反射電子ｅ２
は、試料１表面の微小な凹凸や試料１表面の電界分布に
対して敏感である。この反射電子ビームｅ２を上記と同
様の電子光学系で結像させ、投射レンズ１８，１９で拡
大・投射させる。これによって、試料１表面の微細な凹
凸や表面電位分布などに関する情報が得られる。
て使用する場合には、電源２２から電子源電位−Ｖｅよ
りも僅かに大きな負電位−Ｖｌが試料１に印加される。
この場合には、入射電子ビームｅ１は、試料１表面に衝
突する寸前で反射(反跳)されてくる。この反射電子ｅ２
は、試料１表面の微小な凹凸や試料１表面の電界分布に
対して敏感である。この反射電子ビームｅ２を上記と同
様の電子光学系で結像させ、投射レンズ１８，１９で拡
大・投射させる。これによって、試料１表面の微細な凹
凸や表面電位分布などに関する情報が得られる。
【００２０】上記実施例に示したレンズ構造を採用した
場合と従来のレンズ構造を採用した場合とにおけるレン
ズ収差を計算し、かつそれらのレンズ構造を用いたＬＥ
ＥＭ装置によって得られるＬＥＥＭ像の分解能を計算に
より求めた。その結果を図７に示す。図の横軸は、対物
レンズ３０の後焦点面１４上に置いた絞り開口により決
定されるところの、対物レンズ３０内に入射される電子
ビームｅ１の開き角である。この値が大きいほど明るい
像が得られる。また、回折収差はこの開き角が大きいほ
ど小さくなり、レンズ構造には依存しない。一方、色収
差は対物レンズの焦点距離にほぼ比例しているので、本
発明のレンズ構造では従来のレンズ構造に比べて約１桁
も色収差が小さくなっている。最終的な分解能は、上記
回折収差と上記色収差との和となり、従来のレンズ構造
を用いたＬＥＥＭ装置では約１５ｎｍであるのに対し、
本発明のレンズ構造を用いたＬＥＥＭ装置では約５ｎｍ
と小さくなっており、分解能が約３倍にも向上している
ことが判る。
場合と従来のレンズ構造を採用した場合とにおけるレン
ズ収差を計算し、かつそれらのレンズ構造を用いたＬＥ
ＥＭ装置によって得られるＬＥＥＭ像の分解能を計算に
より求めた。その結果を図７に示す。図の横軸は、対物
レンズ３０の後焦点面１４上に置いた絞り開口により決
定されるところの、対物レンズ３０内に入射される電子
ビームｅ１の開き角である。この値が大きいほど明るい
像が得られる。また、回折収差はこの開き角が大きいほ
ど小さくなり、レンズ構造には依存しない。一方、色収
差は対物レンズの焦点距離にほぼ比例しているので、本
発明のレンズ構造では従来のレンズ構造に比べて約１桁
も色収差が小さくなっている。最終的な分解能は、上記
回折収差と上記色収差との和となり、従来のレンズ構造
を用いたＬＥＥＭ装置では約１５ｎｍであるのに対し、
本発明のレンズ構造を用いたＬＥＥＭ装置では約５ｎｍ
と小さくなっており、分解能が約３倍にも向上している
ことが判る。
【００２１】なお、図１の実施例では、対物レンズ３０
として、図４に示したのとほぼ同様の対物レンズ構造を
採用した場合について示したが、図２や図３のレンズ構
造を採った場合にも、それとほぼ同様の機能および効果
が得られる。
として、図４に示したのとほぼ同様の対物レンズ構造を
採用した場合について示したが、図２や図３のレンズ構
造を採った場合にも、それとほぼ同様の機能および効果
が得られる。
【００２２】
【発明の効果】以上詳記したところから明らかなよう
に、本発明によれば、低エネルギー電子顕微鏡(ＬＥＥ
Ｍ)や反射型電子顕微鏡(ＭＥＭ)における電磁型対物レ
ンズを短焦点距離で使用することができ、試料表面像の
分解能の向上が実現され得る。
に、本発明によれば、低エネルギー電子顕微鏡(ＬＥＥ
Ｍ)や反射型電子顕微鏡(ＭＥＭ)における電磁型対物レ
ンズを短焦点距離で使用することができ、試料表面像の
分解能の向上が実現され得る。
【図１】本発明の一実施例になる電子線装置の概略構成
を示す図。
を示す図。
【図２】本発明の一実施例になる対物レンズ構造を示す
図。
図。
【図３】本発明の他の一実施例になる対物レンズ構造を
示す図。
示す図。
【図４】本発明のさらに他の一実施例になる対物レンズ
構造を示す図。
構造を示す図。
【図５】本発明と対比される従来装置の概略構成を示す
図。
図。
【図６】従来装置における対物レンズ構造を示す図。
【図７】本発明装置と従来装置とで得られる分解能を比
較して示す図。
較して示す図。
１…試料，２…コイル，３…磁極，４…レンズ・ギャッ
プ，５…非導電性強磁性体，６…試料側磁極部分，７…
シールド体，１１…電子源，１２…コンデンサレンズ，
１３…電磁偏向器，１４…対物レンズの後焦点面，１５
…中間レンズ，１６…コントラストアパーチャ，１７…
像，１８…投射レンズ，１９…投射レンズ，２０…像，
２１…試料固定台，２２…電源，２３…加速電源，３０
…対物レンズ。
プ，５…非導電性強磁性体，６…試料側磁極部分，７…
シールド体，１１…電子源，１２…コンデンサレンズ，
１３…電磁偏向器，１４…対物レンズの後焦点面，１５
…中間レンズ，１６…コントラストアパーチャ，１７…
像，１８…投射レンズ，１９…投射レンズ，２０…像，
２１…試料固定台，２２…電源，２３…加速電源，３０
…対物レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 勝広 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (9)
- 【請求項１】電子源から放出された電子を加速して電子
ビームとし、試料近傍に配置された電磁型対物レンズに
より上記電子ビームを方向の揃った平行電子ビームとし
て上記試料の表面に照射する際、上記試料に負電位を印
加して上記電子ビームが上記試料表面に到る直前の位置
に逆電界を形成して、上記電子ビームを減速してから上
記試料表面に照射することによって得られる反射電子ま
たは上記逆電界により上記試料に到達せずに反跳された
電子を電子光学系を用いて結像させ、上記試料表面の拡
大像を得るようにした電子線装置において、上記試料の
表面が上記対物レンズのレンズ磁界中に置かれてなるこ
とを特徴とする電子線装置。 - 【請求項２】上記対物レンズのレンズ・ギャップが上記
試料表面に対面して形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の電子線装置。 - 【請求項３】上記対物レンズの磁路を構成する磁極が、
上記試料に近い側の第１磁極部分と上記対物レンズの本
体側に近い第２磁極部分とに分離されて上記両磁極部分
間を電気的に絶縁して構成されており、上記試料は上記
第１磁極部分の上記第２磁極部分に対面する側に挿入設
置され、上記第１磁極部分には上記試料に印加される上
記負電位と同じ負電位が与えられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の電子線装置。 - 【請求項４】上記試料は、上記第１磁極部分に接触して
設置されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
に記載の電子線装置。 - 【請求項５】上記試料と上記第１磁極部分とが互いに接
触したままの状態で一緒に移動し得るように構成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の電
子線装置。 - 【請求項６】上記第１磁極部分を構成する材料がフェラ
イトであることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
載の電子線装置。 - 【請求項７】上記対物レンズの磁路をなす磁極の一部分
が非導電性の強磁性体で構成されており、該非導電性強
磁性体により電気的に分離された磁極部分のうち上記試
料側の磁極部分に試料と同じ負電位を与えてなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子線装置。 - 【請求項８】上記の非導電性強磁性体がＮｉＦｅ2Ｏ4か
らなっていることを特徴とする特許請求の範囲第７項に
記載の電子線装置。 - 【請求項９】上記の非導電性強磁性体からなる磁極部分
が上記対物レンズ内を通過する電子ビームの軌道から直
接見込めない場所に設けられていることを特徴とする特
許請求の範囲第７項または第８項に記載の電子線装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8080065A JPH09270242A (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電子線装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8080065A JPH09270242A (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電子線装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09270242A true JPH09270242A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=13707837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8080065A Pending JPH09270242A (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電子線装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09270242A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999009582A1 (en) * | 1997-08-19 | 1999-02-25 | Nikon Corporation | Object observation device and object observation method |
| WO2001080280A1 (fr) * | 2000-04-13 | 2001-10-25 | Nikon Corporation | Procede destine a observer la surface d'un echantillon, procede destine a observer la surface d'un echantillon au moyen d'un microscope electronique, et procede de fabrication d'un dispositif a semi-conducteur |
| JP2002056794A (ja) * | 2000-08-08 | 2002-02-22 | National Institute For Materials Science | 電子顕微鏡用対物レンズ |
| JP2002075266A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Horon:Kk | 電子ビーム画像生成装置 |
| US7022986B2 (en) | 2002-01-09 | 2006-04-04 | Hitachi High-Technologies Corporation | Apparatus and method for wafer pattern inspection |
-
1996
- 1996-04-02 JP JP8080065A patent/JPH09270242A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999009582A1 (en) * | 1997-08-19 | 1999-02-25 | Nikon Corporation | Object observation device and object observation method |
| US6479819B1 (en) | 1997-08-19 | 2002-11-12 | Nikon Corporation | Object observation apparatus and object observation |
| USRE40221E1 (en) | 1997-08-19 | 2008-04-08 | Nikon Corporation | Object observation apparatus and object observation |
| USRE41665E1 (en) | 1997-08-19 | 2010-09-14 | Nikon Corporation | Object observation apparatus and object observation |
| WO2001080280A1 (fr) * | 2000-04-13 | 2001-10-25 | Nikon Corporation | Procede destine a observer la surface d'un echantillon, procede destine a observer la surface d'un echantillon au moyen d'un microscope electronique, et procede de fabrication d'un dispositif a semi-conducteur |
| JP2002056794A (ja) * | 2000-08-08 | 2002-02-22 | National Institute For Materials Science | 電子顕微鏡用対物レンズ |
| JP2002075266A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Horon:Kk | 電子ビーム画像生成装置 |
| US7022986B2 (en) | 2002-01-09 | 2006-04-04 | Hitachi High-Technologies Corporation | Apparatus and method for wafer pattern inspection |
| US7982188B2 (en) | 2002-01-09 | 2011-07-19 | Hitachi High-Technologies Corporation | Apparatus and method for wafer pattern inspection |
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