JPS61294746A

JPS61294746A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPS61294746A
Application number: JP60136004A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kuroda; 勝広黒田; Shigeyuki Hosoki; 茂行細木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1985-06-24
Publication date: 1986-12-25
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JP2533478B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に係り、特に超
高分解能二次電子像ｗ４察に好適な電子光学系に関する
。

〔発明の背景〕

従来の二次電子像分解能は２０人が最高であり、その電
子光学系は文献（走査型電子顕微鏡の基礎と応用；共立
出版・、昭和５８年１２月、ページ１４、図２．７　（
ｂ））に記載のように、第１図た一次電子線８は加速レ
ンズ２．コンデンサレンズ３．対物レンズ４により約２
０人の電子線径に絞られて試料５に照射される。試料５
で励起された二次電子９は検出器６により検出される。

電子線８は偏向器７により試料９上を二次元的に走査　
　　　”される。

一方近年、前記文献の２４２９図３，１２のように試料
５を対物レンズ４の内部に挿入し、短焦点、低収差化を
はかり、電子線径を１５人に絞つった。

第１図の場合は、対物レンズ４が長焦点なために収差が
大きく電子線８を細く絞れないという欠点があった。ま
た、第２図の場合は熱電子銃のために、電子線８のエネ
ルギーの広がりが大きく、色収差が大きくなってやはり
電子線８を細く絞れないという欠点があった。

〔発明の目的〕

従って本発明の目的は、電子線径を従来以上に細く絞り
、二次電子を高効率で検出できる電子光学系を備えた走
査型電子顕微鏡を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明においては、電子銃と
して電界放射型電子銃を用い、試料を対物レンズの内部
に配置し、二次電子検出器を対物レンズに接近して電子
銃側に配置して走査型電子顕微鏡を構成したことを特徴
としている。つまり、本発明は下記の考え方を基礎にし
てなされたものである。

すなわち、電子線を出来る限り細く絞るためには、エネ
ルギーの広がりが小さな電子銃と低収差なレンズ系を用
いればよい、また、二次電子の検出効率を上げるために
は、二次電子の通路に遮蔽物を配置しないような構成と
すればよい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図により説明する。電子
銃１は電子線８のエネルギーの広がりの小さなＦＥ電子
銃を用い、低収差化をはかるために試料５は対物レンズ
４の内部に配置されている。

また、二次電子９の高検出効率化をはかるために、検出
器６は対物レンズ４に接近して配置する。そのために対
物レンズ４のレンズコイル４１は、試料５に対して検出
器６と反対側に配置している。

以上の構成以外は従来と同一であり、動作原理も従来と
同一である。

次に、上記対物レンズ４の磁極形状について、収差と二
次電子９の高検出効率化との観点より、その実用的な形
状について述べる。そのために。

対物レンズ４の磁極部分を拡大した一例を第４図に、そ
してそのレンズ磁場と２次電子の回転半径の一例を第５
図に示す、また、磁極形状によるレンズ特性を第６〜８
図に示す。

一般に、試料５１を保持する試料台５２は幅５１以上を
要す、二次電子像のａｍでは少なくとも３０°以上の傾
斜角を可能にしたいので、磁極４２．４３のギャップＳ
は３ｍ以上は必要となる。

一方、試料５１で励起された二次電子が磁極４２゜４３
に衝突されにくくするためには、第１磁極４２の穴径ｂ
１と第２磁極４３の穴径ｂ２にはｂｔ＞ｂｔの方がよい
、このような条件のもとに計算機シミュレーションで球
面収差係数Ｃａ９色収色収差係数Ｃ用使用励磁／〜ｒ−
等をもとめ第６〜８図に示した。ここで、工はレンズコ
イル電流。

Ｎはレンズコイルの巻き数、Ｅは加速電圧である。

第６〜８図は、試料５１をレンズ中心に配設し、ｂ、と
ｂ２をｂｘ＞ｂｚの条件のもとに変化させて。

（ｂ１＋ｂ、）／２で規格化したときの平均値で糸しで
ある。これらの特性図より、実用性も考慮し用いれば、
Ｃ’＜３園、Ｃ’＜３ｍｍとなるような対物レンズ４を
作ることが可能となる。このようなと対物レンズ４を用いれば、加速電圧Ｅｆｆｉ２０ＫＶで
電子線８を数Å以下に絞ることができ、極めて高い分解
能を有す、る２次電子像が得られる。

ここで、代表的な対物レンズ（Ｓ＝＝８国、ｂ１＝＝８
ｍｍ、　ｂ２＝２ｎｏ）、加速電圧２０Ｋｖに対する軸
上磁場分布１２とｒ＝□（ここでｒは二次電子の回転半
径９ｍは電子の質量、ｅは電子の電荷、■は２次電子エ
ネルギー、Ｂはレンズ磁場を示す）式による二次電子９
の回転半径（ｒ）１３を第第５図に示す。磁極４２がこ
の回転半径１３より軸外にあれば二次電子９は磁極４２
に衝突す二次電子９は広がっておらず、検出器６の方に
引き寄せられる。従って実用的には、磁極４２の開き角
θは３０″以上あれば特に問題はない、このような磁極
４２では高効率な二次電子検出が可能となる。

第５〜８図は、試料５１を対物レンズ４中心に配置した
ものに対して示したが、対物レンズ４中にあれば上記し
た条件で低収差、高検出効率なレンズであることが計算
機シミュレーションで分かつている。従って、試料５は
対物レンズ４中にあればよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子線エネルギーの広がりが小さく、
かつ低収差なレンズが実現できるので。

極めて細く電子線を絞ることができ１．走査型電子顕微
鏡の分解能を向上できる効果がある。

また、二次電子の検出効率を高めることができるので、
Ｓ／Ｎ改善２画質向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は、従来のＳＥＭの電子光学系の基本構成を
示した図、第３図は１本発明のＳＥＭの電子光学系の基
本構成を示した図、第４図は、本発明の対物レンズ磁極
形状を示す図、第５図はレンズ磁極に対するレンズ磁場
と二次電子の回転半径を示す図、第６〜８図は、本発明
のレンズ特性を示すもので、それぞれ球面２色収差係数
、レンズ励磁の特性を示す図である。１・・・電界放射型電子銃、２・・・加速レンズ、３・
・・コンデンサレンズ、４・・・対物レンズ、５・・・
試料、６・・・検出器、７・・・偏向器、８・・・−吹
型子線、９・・・二次電子、１１・・・熱電子銃、１２
・・・レンズ磁場、１３・・・二次電子の回転半径、４
１・・・レンズコイル、４２・・・第一磁極、４３・・
・第二磁極、５１・・・試料、菖　１　図　　　　　　
　石２　図夏　３　図遁　４　図ｆＪ　７　図２　　　　と塾飢ノ百　３　図

Claims

【特許請求の範囲】１、電子銃から取り出して細く絞つた電子線を試料上で
二次元的に走査し、上記試料内で励起された二次電子を
検出してブラウン管上に表示する走査型電子顕微鏡にお
いて、上記電子銃として電界放射型電子銃を用い、上記
試料は対物レンズの内部に配置し、上記試料から出てく
る二次電子を検出する検出器は上記対物レンズに接近し
て上記電子銃側に配置してなることを特徴とする走査型
電子顕微鏡。２、上記対物レンズは、そのレンズコイルが上記試料に
対して上記検出器とは逆側になるように配置され、レン
ズ磁路の磁極形状がギャップＳを３ｍｍ≦Ｓ≦１２ｍｍ
、上記電子銃側の第１磁極径ｂ＿１と上記レンズコイル
側の磁極径ｂ＿２に対してｂ＿１＞ｂ＿２、２ｍｍ≦（
ｂ＿１＋ｂ＿２）／２≦１６ｍｍ、上記第１磁極の半開
口角θ＿１をθ＿１≧３０°とされてなることを特徴と
する第１項記載の走査型電子顕微鏡。