JP2000228162A - 電子ビーム装置 - Google Patents

電子ビーム装置

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JP2000228162A
JP2000228162A JP11028467A JP2846799A JP2000228162A JP 2000228162 A JP2000228162 A JP 2000228162A JP 11028467 A JP11028467 A JP 11028467A JP 2846799 A JP2846799 A JP 2846799A JP 2000228162 A JP2000228162 A JP 2000228162A
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wien filter
filter
electron beam
wien
electrons
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JP11028467A
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English (en)
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Junichi Oyama
純一 大山
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2次収差の影響なく一次電子ビームのエネル
ギー幅を小さくして色収差を著しく小さくすることがで
きる電子ビーム装置を実現する。 【解決手段】 電子源1から発生し加速された一次電子
ビームEBは、第1のウィーンフィルター10に入射す
る。第1のウィーンフィルター10に入射した一次電子
ビームEBに含まれている電子のうち、特定速度の電子
だけが第1のウィーンフィルター内を直進することがで
き、その他のエネルギーを有した電子は偏向され、ウィ
ーンフィルター10の後方に配置されたスリット11に
遮られてその進行を阻止される。スリット11の後段に
は、第2のウィーンフィルター12が配置されている。
この第1と第2のウィーンフィルター10,12は、第
1のウィーンフィルター10の像面と第2のウィーンフ
ィルター12の物面とが一致されており、また、第1と
第2のウィーンフィルター10,12の光学特性は同一
とされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡等
の電子ビーム装置に関し、特に、集束レンズの色収差を
小さくすることができる電子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡では、電子銃からの電子
ビームをコンデンサレンズと対物レンズによって試料上
に集束し、更に電子ビームを2次元的に走査している。
そして、試料への電子ビームの照射によって発生した2
次電子等を検出し、検出信号を電子ビームの走査に同期
した陰極線管に供給し、試料の走査像を得るようにして
いる。
【0003】このような走査電子顕微鏡では、近年試料
に照射する電子ビームの低加速電圧化、高分解能化が要
求されるようになっている。電子ビームを試料上で細く
集束し、像の高分解能化を図るためには、レンズ、特に
対物レンズの各収差を小さくする必要がある。その収差
の中でも高分解能化のためには、色収差が最も大きな障
害となっている。
【0004】色収差を小さくするためには、第1にはレ
ンズ自体の色収差係数を小さくすれば良いが、それには
焦点距離との関係で一定の限界が存在する。色収差を小
さくする他の方法は、一次電子ビームのエネルギー幅を
小さくすることである。そのためには、電子レンズの前
にエネルギーアナライザを取り付け、特定の電子のみを
通過させ、電子レンズに導くようにすれば良い。
【0005】図1はエネルギーアナライザとしてウィー
ンフィルターを用いた電子ビーム装置を示している。1
は電子源であり、電子源1から発生し加速された一次電
子ビームEBは、ウィーンフィルター2に入射する。ウ
ィーンフィルター2は一対の電極と一対の磁極とから構
成されており、磁極と電極の向きを互いに直交するよう
に配置してある。
【0006】このウィーンフィルター2に入射した一次
電子ビームEBに含まれている電子のうち、磁極と電極
によって発生する磁界と電界のローレンツ力が釣り合う
速度を有した電子だけがウィーンフィルター内を直進す
ることができ、その他のエネルギーを有した電子は偏向
され、ウィーンフィルター2の後方に配置されたスリッ
ト3に遮られてその進行を阻止される。
【0007】図2はウィーンフィルター2の光軸と垂直
の断面方向の図であり、一対の電極4,5、一対の磁極
6,7より構成されており、電極4,5にはそれぞれ−
V、+Vの電圧が印加されている。図3はウィーンフィ
ルター2による電子の偏向の様子を示しており、特定速
度の電子E1はウィーンフィルター2を直進し、他の速
度の電子E2はウィーンフィルターで偏向を受けてスリ
ット3により進行を遮られる。ウィーンフィルター2を
直進し、スリット3の開口を通過した特定速度の電子
は、対物レンズ8に入射し、試料9上に細く集束され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記した電子ビーム装
置では、一次電子ビームEBをウィーンフィルター2に
入射させ、特定速度(エネルギー)の電子のみを対物レ
ンズ8に導くようにしたので、対物レンズ8の色収差を
著しく小さくすることができる。
【0009】しかしながら、この場合の問題点として
は、一般にエネギーアナライザー(ウィーンフィルタ
ー)は大きな2次収差を有しており、ウィーンフィルタ
ーの2次収差はそのまま対物レンズ8の像面に加わるこ
とになる。その結果、色収差は著しく小さくなるもの
の、試料9上の電子ビームのプローブ径が大きくなって
しまう。
【0010】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、2次収差の影響なく一次電子ビー
ムのエネルギー幅を小さくして色収差を著しく小さくす
ることができる電子ビーム装置を実現するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の発明に基づく電子
ビーム装置は、電子源からの一次電子ビームが入射する
一対の電極と一対の磁極とより成る第1のウィーンフィ
ルターと、第1のウィーンフィルターで偏向された電子
を遮蔽するスリットと、第1のウィーンフィルターを直
進し、スリットを通過した電子が入射する一対の電極と
一対の磁極とより成る第2のウィーンフィルターと、第
2のウィーンフィルターを通過した電子を試料上に集束
するための集束レンズとを備えており、第1と第2のウ
ィーンフィルターを同じ形状としたことを特徴としてい
る。
【0012】第1の発明では、電子ビームのエネルギー
を選択するフィルターとして2段構成のウィーンフィル
ターを設け、2つのウィーンフィルターの光学条件を同
一にすることにより、ウィーンフィルターの2次収差の
影響を除去する。
【0013】第2の発明に基づく電子ビーム装置は、請
求項1の発明において、第1のウィーンフィルターの像
面と第2のウィーンフィルターの物面とを一致させる。
第3の発明に基づく電子ビーム装置は、請求項1の発明
において、第1のウィーンフィルターと第2のウィーン
フィルターの物面距離および像面距離を同一とした。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図4は本発明に基づく電子
ビーム装置の一例を示す図であり、図1の従来装置と同
一ないしは類似の構成要素には同一番号が付されてい
る。図4において、1は電子源であり、電子源1から発
生し加速された一次電子ビームEBは、第1のウィーン
フィルター10に入射する。第1のウィーンフィルター
10は一対の電極と一対の磁極とから構成されており、
磁極と電極の向きを互いに直交するように配置してあ
る。
【0015】この第1のウィーンフィルター10に入射
した一次電子ビームEBに含まれている電子のうち、磁
極と電極によって発生する磁界と電界のローレンツ力が
釣り合う速度を有した電子だけが第1のウィーンフィル
ター内を直進することができ、その他のエネルギーを有
した電子は偏向され、ウィーンフィルター10の後方に
配置されたスリット11に遮られてその進行を阻止され
る。
【0016】スリット11の後段には、第2のウィーン
フィルター12が配置されている。第2のウィーンフィ
ルター12は、第1のウィーンフィルター10と同様
に、一対の電極と一対の磁極とから構成されており、磁
極と電極の向きを互いに直交するように配置してある。
【0017】この第2のウィーンフィルター12に入射
した一次電子ビームEBに含まれている電子のうち、磁
極と電極によって発生する磁界と電界のローレンツ力が
釣り合う速度を有した電子だけがウィーンフィルター内
を直進することができる。
【0018】この第1と第2のウィーンフィルター1
0,12は、第1のウィーンフィルター10の像面と第
2のウィーンフィルター12の物面とが一致されてお
り、また、第1と第2のウィーンフィルター10,12
の光学特性は同一とされている。
【0019】すなわち、第1のウィーンフィルター10
の一対の電極および磁極と、第2のウィーンフィルター
12の一対の電極および磁極の大きさと形状は同一とさ
れている。また、電極に印加される電圧も2つのウィー
ンフィルターは同じにされ、更に、励磁条件が同じにさ
れ、磁極による磁界の強さも同一とされている。第2の
ウィーンフィルター12を通過した電子は、対物レンズ
8に入射し、試料9上に細く集束される。なお、この図
4の光学系で、レンズ系の動作条件は、第2のウィーン
フィルター12の像面にフォーカスを合わせるようにし
ている。
【0020】この図4の構成で、第1のウィーンフィル
ター10の像面と第2のウィーンフィルター12の物面
は一致させられており、スリット11は第1のウィーン
フィルター10の像面、すなわち、第2のウィーンフィ
ルター12の物面に配置されている。また、第1のウィ
ーンフィルター10から第1のウィーンフィルターの物
面および像面までの距離はLとされ、更に、第2のウィ
ーンフィルター12から第2のウィーンフィルターの物
面および像面までの距離もLとされている。
【0021】ここで、ウィーンフィルターの2次収差
は、ウィーン条件のもとでは、像面において一般に次の
ように表される。 X1=M・X0+A・X02+B・Y02+C・X0´2
+D・Y0´2+E・X0・X0´+F・Y0・Y0´ Y1=m・Y0+a・X0・Y0+b・X0´・Y0+
c・X0・Y0´+d・X0´・Y0´ 上式において、X0,Y0,X0´,Y0´は各々物面
での座標と傾斜のX,Y成分を表している。また、M,
mは倍率、A〜F、a〜dは収差係数を表している。
【0022】上の関係を用いて、像面の座標、傾斜X
1,Y1,X1´,Y1´およびそれらの積を物面の対
応する量の2次の範囲で表すと、マトリックス形式で例
えば、次のようになる。
【0023】
【数1】
【0024】第1のウィーンフィルター10に関し、上
のマトリックスの左辺、右辺のベクトルを各々XB1,
XB0、マトリックスをM1と代表させると次の式にな
る。 XB1=M1・XB0 …… (1) 次に2段目のウィーンフィルター12に関しては、同様
に次の式となる。
【0025】XB2=M2・XB1 …… (2) ただし、2段目の第2のウィーンフィルター12におい
ては、1段目の第1のウィーンフィルター10の出射の
量のベクトルXB1が、入射の量のベクトルとなってい
る。そして、2段目の出射の量のベクトルをXB2とし
た。
【0026】ここで、第2のウィーンフィルター12の
形状および光学条件を第1のウィーンフィルター10と
まったく同じにする(電極、磁極を同じ形状とし、印加
電圧、励磁条件を同じとし、更に、両者の物面、像面距
離を全て同じ長さLとする)と、2つのウィーンフィル
ターのマトリックスは同一となり、M2=M1となる。
すなわち、(2)式は次の式になる。
【0027】XB2=M1・XB1 …… (3) (1)式を(3)式に代入すると、次の式が導かれる。 XB2=M1・M1・XB0 次にM1とM1との掛け算を実行すると次のようにな
る。
【0028】
【数2】
【0029】このマトリックス式は、2次の範囲での2
つのフィルター全体の収差の関係を表している。この第
1行の式を取り出すと、X2=X0となり、2つのウィ
ーンフィルターを出射した後の像面座標X2は、物面の
座標および傾斜の2次の量に全く無関係になり、物面座
標X0と1対1の関係になる。Y成分も同様になる。結
局、ウィーンフィルターを2段構成にすることにより、
2次の収差が消去されたことになる。このことにより、
試料9上の電子ビームのプローブ径に対するウィーンフ
ィルターの2次収差の影響を零にすることができる。
【0030】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、2段のウィー
ンフィルターの後段に対物レンズが設けられているが、
2段のウィーンフィルターの後段にコンデンサレンズと
対物レンズを設けるようにしても良い。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明では、
電子ビームのエネルギーを選択するフィルターとして2
段構成のウィーンフィルターを設け、2つのウィーンフ
ィルターの光学条件を同一にしたので、ウィーンフィル
ターの2次収差の影響を除去することができ、電子レン
ズの色収差を著しく小さくできると共に、ウィーンフィ
ルターの2次収差の影響を除去でき、電子レンズで電子
ビームを細く絞ることができる。
【0032】第2の発明に基づく電子ビーム装置は、第
1の発明において、第1のウィーンフィルターの像面と
第2のウィーンフィルターの物面とを一致させるように
したので、第1の発明と同様な効果が達成される。
【0033】第3の発明に基づく電子ビーム装置は、第
1の発明において、第1のウィーンフィルターと第2の
ウィーンフィルターの物面距離および像面距離を一定と
したので、第1の発明と同様な効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のウィーンフィルターを用いた電子ビーム
装置を示す図である。
【図2】ウィーンフィルターの断面を示す図である。
【図3】ウィーンフィルターにおける電子のエネルギー
の選別を示す図である。
【図4】本発明に基づく電子ビーム装置を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 電子源 8 対物レンズ 9 試料 10 第1のウィーンフィルター 11 スリット 12 第2のウィーンフィルター

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子源からの一次電子ビームが入射する
    一対の電極と一対の磁極とより成る第1のウィーンフィ
    ルターと、第1のウィーンフィルターで偏向された電子
    を遮蔽するスリットと、第1のウィーンフィルターを直
    進し、スリットを通過した電子が入射する一対の電極と
    一対の磁極とより成る第2のウィーンフィルターと、第
    2のウィーンフィルターを通過した電子を試料上に集束
    するための集束レンズとを備えており、第1と第2のウ
    ィーンフィルターを同じ形状としたことを特徴とする電
    子ビーム装置。
  2. 【請求項2】 第1のウィーンフィルターの像面と第2
    のウィーンフィルターの物面とを一致させるようにした
    請求項1記載の電子ビーム装置。
  3. 【請求項3】 第1のウィーンフィルターと第2のウィ
    ーンフィルターの物面距離および像面距離を同一とした
    請求項1記載の電子ビーム装置。
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