JP2001312986A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は，静電レンズの電界と電磁レ
ンズの磁界を重畳させた磁界重畳型電子銃を小型かつ安
定に動作させることである。 【解決手段】 磁界重畳型電子銃の電磁レンズを形成す
る磁極を，接地電位である固定磁極と電子銃軸調整で動
かすことができる高電圧が印加された可動磁極とに空間
を隔てて分割する 【効果】 接地電位である固定磁極と高電圧が印加され
た可動磁極の内径を小さくし，固定磁極と可動磁極の間
を耐電圧に十分な空間を空け，その空間で磁気結合させ
ることにより，コイルの励磁を必要以上に大きくするこ
となく，軸上に強い磁界を発生させることができる。そ
の結果，電子銃の小型化かつ安定動作を達成することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，静電レンズに電磁
レンズを重畳させた磁界重畳型電子銃に関するものであ
り，磁界重畳型電子銃の小型化，かつ安定動作の構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】静電レンズの電界と電磁レンズの磁界を
重畳させた磁界重畳型電子銃は，静電レンズのみにより
構成される静電型電子銃と比較し，収差係数が小さく，
短焦点化が可能などの特徴を持つ。磁界重畳型電子銃の
従来例を以下に示す。

【０００３】Optik 57 , NO.3 (1980) p401に記載され
ている電子銃の構成図を図５に示す。電子銃は電子銃ヘ
ッド部１，接地されたアノード電極２，真空容器３で構
成されている。ここで電子銃ヘッド部１はタングステン
チップで形成された電子源４と電磁レンズ部６，支柱２
５で構成されており，高電圧が印加された電子源４及び
電磁レンズ部６が支柱２５に釣り下がる構造になってい
る。また，電磁レンズ部６はコイル７，磁極２３で構成
されており，磁極２３の一部は引き出し電極５を兼ねた
構造になっている。 電子銃の機械的軸調整は，電子銃
ヘッド部１が上記構造となっているため，支柱２５を動
かすことにより，電子源４及び電磁レンズ部６をアノー
ド電極２に対して相対的に動かして行われる。また，電
磁レンズ部６に対する電子源４の軸調整は機械的な組み
立て精度で決まる。Optik 57 , NO.3 (1980) p401に記
載されている電子銃の電子銃ヘッド部１近傍の構成と軸
上電位分布，軸上磁界分布及び電子ビーム８軌道の模式
図を図６に示す。電子源４に所望の加速電圧 -V0を印加
し，引き出し電極５及び磁極２３に電圧 -V0+V1を印加
することにより，電子源４の先端から電子ビーム８が放
出される。引き出し電極５及び磁極２３は磁性体で構成
されており，コイル７に電流を流すことにより軸上に磁
界を発生させる。そして，電子源４より放出された電子
ビーム８は軸上に発生した磁界により収束される。

【０００４】特開平２−２９７８５２に記載されている
電子銃を図７に示す。電子銃は電子銃ヘッド部１，電磁
レンズ部６，アノード電極２で構成されている。ここ
で，電子銃ヘッド部１は電子源４，サプレッサ電極９，
支柱２５により構成されており，電子源４とサプレッサ
電極９が支柱２５に釣り下がる構造となっている。電磁
レンズ部６はコイル７，磁極a１０，磁極b１１，磁極c
１２，非磁性金属１３，碍子２４で構成されており，非
磁性金属１３はコイル７より発生した磁界の影響で，磁
極a１０，磁極b１１間に引力が働く際，磁極の変形を防
ぐために置かれている。また，磁極b１１，磁極c１２間
は碍子２４で隔てられており，磁極c１２は引き出し電
圧が印加され，引き出し電極５としての役割を果たして
いる。電子銃の機械的軸調整は，電子銃ヘッド部１が上
記構造をとっているため，支柱２５を動かすことによ
り，電子源４及びサップレッサ電極９が磁極c１２に対
して相対的に動かして行われる。特開平２−２９７８５
２に記載されている電子銃の電子源４近傍の構成，及び
軸上電位分布，軸上磁界分布と電子ビーム８の軌道の模
式図を図８に示す。電子源４に加速電圧V0を印加し磁極
c１２に引き出し電圧-V0+V1を印加することにより，電
子源４の先端から電子ビーム８が放出される。コイル７
に電流を流すことにより引き出し電極５兼磁極c１２と
磁極a１０の間に収束磁界を発生させる。この電子銃
は，電磁レンズ部６により形成される軸上磁界分布が最
大となる位置より下方に電子源４先端を配置する構造を
特徴としている。

【０００５】特開平５−２１１８４８では，静電レンズ
における収差が最も顕著になる位置に，電磁レンズによ
り形成される磁束密度分布が最大となる位置を重畳する
構造，及び重畳するよう電磁レンズの位置を制御する技
術が開示されている。

【０００６】特開平１０−１８８８６８では，引き出し
電極とアノード電極の間の減速電界に磁界を重畳させる
構造を開示している。

【０００７】特開平７−１９２６７４では，イオンポン
プの磁石により形成される磁界を用いた磁界重畳型電子
銃が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】磁界重畳型電子銃にお
いて低収差化及び短焦点化は，電子源近傍に磁極を配置
し，その形状を小型化すること，さらに電磁レンズの励
磁を大きくすることで達成される。また，電子銃の機械
的軸調整機構は，電磁レンズの中心に対して電子源の軸
を合わせる調整機構が必要である。

【０００９】Optik 57 , NO.3 (1980) p401に示された
電子銃のように，電磁レンズ部６を高電圧が印加された
電子源４と一体化させた場合，真空容器３内を超高真空
に保つためにはコイル７を密閉する必要がある。また，
コイル７の発熱が電子源４近傍の局所的な真空度の劣化
を招き，電子源４の電子放出特性の不安定化，放電など
の問題を引き起こす可能性がある。電子銃の機械的軸調
整機構については，電子銃ヘッド部１が一体となってい
るため，アノード電極２に対する電子銃ヘッド部１の軸
調整のみが可能となる。電磁レンズに対する電子源４の
軸調整は機械的な組み立て精度のみで決定されることに
なる。

【００１０】一方，特開平２−２９７８５２に示された
電子銃のように，磁極と電子源４を分離させた場合，高
電圧印加された電子銃ヘッド部１と接地された磁極a１
０との耐電圧を保証するため，磁極a１０の内径を十分
大きくしなければならない。また，この電子銃では電磁
レンズが作り出す軸上磁界の最大となる位置より下方に
電子源４を配置することを特徴としていることから，所
望の焦点距離を得るためには，コイル７を約10000[AT]
もの励磁で使用する必要があり，コイル７の大型化は避
けられない。また，冷却水を流すスペースを必要とする
ことから電子銃自体が大きなものとなってしまう。電子
銃の機械的軸調整の機構は，電子銃ヘッド部１が前記で
示した構造をとるため，引き出し電極５を兼ねた磁極c
１２に対して電子銃ヘッド部１を相対的に移動させる機
構となる。この軸調整機構では，電子源４と引き出し電
極５間で高い電界強度が発生しているため，放電の危険
性は免れない。

【００１１】これらの理由から，従来の技術による磁界
重畳型電子銃では，電子源近傍の真空度劣化による電子
放出の不安定及び放電の危険性，軸調整時の放電の危険
性などの安定性に関する問題と，電子銃の大型化という
問題が発生する。

【００１２】本発明の課題は，磁界重畳型電子銃におい
て小型かつ安定に動作する，磁界重畳型電子銃を実現す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために，電磁レンズを形成する磁極を複数に分割
し，固定磁極と電子銃軸調整で動かすことが可能な可動
磁極とに分割した。そして，固定磁極を接地電位とし，
可動磁極を高電圧が印加された引き出し電極と，もしく
は電子源と一体化し，可動磁極を小型化できるようにし
た。電子銃ヘッド部では，電子源に対して引き出し電極
と可動磁極が一体となって相対的に移動させる調整機構
を設けた。そして，電子銃ヘッド部が水平移動，もしく
は傾斜のうち少なくとも1種類の移動する機構を設ける
ことにより，高電圧が印加された電子源，引き出し電
極，可動磁極が下磁極に対して相対的に水平移動，傾斜
する構造にした。また，コイルを脱着可能の構造にし，
電子銃ベーキング時にコイルが外せるようにし，電磁レ
ンズを形成する固定磁極と下磁極の間を非磁性金属で充
填した。

【００１４】さらに，電子銃ヘッド部に内部ヒータを設
けることにより，ベーキング時に電子源近傍の温度が十
分上がるようにした。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の第１の実施
例を図を用いて説明する。 図１は本発明の実施形態に
おける電子銃全体構成を説明するための断面図，図２は
その平面図である。図は電子銃ヘッド部１，脱着可能コ
イル部２６，固定磁極１５，下磁極１９，電子銃ヘッド
部水平移動ネジ１７，電子銃ヘッド部傾斜ネジ１８，水
平駆動部３０，傾斜駆動部３１，外部ヒータ２０で構成
される。ここで電子銃ヘッド部１は電子源４，サプレッ
サ電極９，引き出し電極５，可動磁極１４，碍子２４，
内部ヒータ１６で構成されており，電子源４，サップレ
ッサ電極９，引き出し電極５，可動磁極１４，内部ヒー
タ１６が碍子２４に釣り下られる構造になっている。ま
た，脱着可能コイル部２６は，コイル７，磁極２３，コ
イル固定金具２７で構成されており，コイル７はコイル
固定金具２７により磁極２３に固定されている。そし
て，脱着可能コイル２６はベーキングの際，電子銃から
取り外すことができる構造になっている。可動磁極１４
と固定磁極１５は空間を隔てて配置されている。

【００１６】電子銃ヘッド部１は傾斜駆動部３１に固定
され，さらに傾斜駆動部３１が水平駆動部３０の曲面に
乗る構造になっている。電子銃ヘッド部傾斜ネジ１８は
水平駆動部３０に取り付けられ，電子銃ヘッド部傾斜ネ
ジ１８は脱着可能コイル２６の磁極２３に取り付けられ
ている。電子銃ヘッド部水平移動ネジ１７は，水平駆動
部３０を押すことにより，電子銃ヘッド部１を下磁極１
９に対して相対的に水平方向に移動させる。また，電子
銃ヘッド部傾斜ネジ１８は，傾斜駆動部３１を押すこと
により，電子源４を支点として電子銃ヘッド部１を傾斜
させる構造になっている。

【００１７】次に，電子銃ヘッド部１における電子源４
と引き出し電極５の軸調整法を説明するため，電子銃ヘ
ッド部を説明するための断面図を図３に，その平面図を
図４に示す。図は電子源４，サプレッサ電極９，引き出
し電極５，可動磁極１４，碍子２４，軸調整ネジ２１，
サプレッサ電極台座２８，電子源加熱用支柱２９で構成
されている。電子源４は電子源加熱用支柱２９に固定さ
れ，サプレッサ電極９はサプレッサ電極台座２８に固定
されている。また，引き出し電極５，可動磁極１４は碍
子２４と一体になっており，サップレッサ電極台座２８
に取り付けられた軸調整ネジ２１が碍子２４を固定する
構造になっている。電子源４に対する引き出し電極５の
軸調整は，電子源４を装着する際に碍子２４を軸調整ネ
ジ２１で押すことにより，碍子２４と一体化した可動磁
極１４及び引き出し電極５を電子源４に対して相対的に
平行移動させて中心を合わせた後に固定することで実施
する。電子銃の機械的軸調整は，電子源４を装着する際
行う，電子源４と引き出し電極及び可動磁極１４の軸調
整と，電子ビームを引き出した状態で行う，電子銃ヘッ
ド部１とアノード電極２及び下磁極１９の軸調整とを併
用することにより行う。上記２つの軸調整を併用するこ
とにより，電磁レンズに対する電子源４の軸調整はより
精密に行うことができる。

【００１８】可動磁極１４と固定磁極１５の間は耐電圧
に十分な距離を確保する必要があるが，それらの距離を
離しすぎると強い軸上磁界を発生できなくなり，電子銃
の光学条件を同じにするためには，強い励磁が必要にな
る。

【００１９】固定磁極１５と可動磁極１４の耐電圧を考
えると，それらの距離をS[mm]，電子銃ヘッド部１の水
平移動量を+1[mm]，傾斜を+100[mrad]とした場合，軸調
整により電子銃ヘッド部１の可動磁極１４が最も固定磁
極１５に近づいた距離は約(S-1.5)[mm]となり，空間に
おける耐電圧の保証値を5[kV/mm]とすると，可動磁極１
４と固定磁極１５の空間の耐電圧は5(S-1.5)[kV]保証さ
れることになる。

【００２０】次に固定磁極１５と可動磁極１４の位置関
係と，コイルの励磁の関係を考える。図１２は，可動磁
極１４と固定磁極１５の間の距離Sとコイルの消費電力
の関係を示しており，加速電圧10[kV]で，電子源４から
160[mm]の位置にクロスオーバを形成したときの計算結
果である。可動磁極１４と固定磁極１５の距離Sを離す
ことにより，コイルの消費電力が大きくなる。コイルの
消費電力が17[W]以上になる条件では，コイルの発熱に
よる電子銃の長期安定性に問題があるため，消費電力が
17[W]以下になるよう距離Sを調整する必要がある。従っ
てこの場合，可動磁極１４と固定磁極１５の間の距離は
10[mm]以下にすることが必要となる。また，図１３は可
動磁極１４と固定磁極１５の高さ方向の相対的距離tを
変えた場合の計算結果であり，加速電圧10[kV]で，電子
源４から160[mm]の位置にクロスオーバを形成したとき
の計算結果である。この計算結果よりt>0の条件，つま
り可動磁極１４を固定磁極１５より相対的に高くするこ
とにより少ない消費電力で同じ光学条件を実現すること
ができる。

【００２１】図１０は上記の電子銃構造において，1000
[T]のコイル７に1[A]を流した場合の磁界分布の計算結
果で，電子源４近傍を拡大したものである。計算結果の
図は可動磁極１４，固定磁極１５，下磁極１９で構成さ
れており，計算結果として等磁力線を示している。ま
た，可動磁極１４及び下磁極の内径はF14[mm]で，可動
磁極１４と下磁極１９の距離は8[mm]で計算を行った。
この結果より，可動磁極１４と固定磁極１５の距離を8
[mm]とした場合においても，その空間で磁気結合するこ
とにより，軸上に強い磁界を発生させることが可能であ
ることがわかる。図１１は図１０と同条件の計算結果で
軸上磁界分布を示したものである。電磁レンズの主面の
位置で約0.07[Teslas]の磁界が発生することがわかる。
特開平２−２９７８５２に示された電子銃では，高電圧
が印加された電子源４と磁極a１０との間の耐電圧をも
たせるため，磁極a１０の内径を大きくしている。ま
た，軸上磁界分布が最大となる位置より下方に電子源４
を配置していることから，電磁レンズの主面の位置で0.
1[Teslas]の磁界を発生させるために，10000[AT]以上も
の励磁を用いる必要がある。また，本発明の電子銃で上
記条件におけるコイル７の発熱量は約15[W]で冷却水を
使用する必要はない。

【００２２】上記の電子銃構造を用いることにより，磁
界重畳型電子銃を小型にし，なお且つ安定に動作させる
ことができた。

【００２３】（実施例２）本発明の第２の実施例を図を
用いて説明する。図９は本発明の電子銃のベーキング時
の形態を説明するための断面図で，電子銃ヘッド部１，
アノード電極２，下磁極１９，固定磁極１５，非磁性金
属１３，外部ヒータ２０，プレートヒータ２２，脱着可
能コイル部２６，水平駆動部３０，傾斜駆動部３１で構
成され，非磁性金属１３は固定磁極１５と下磁極１９の
間に充填されている。ここで，電子銃ヘッド部１は可動
磁極１４，引き出し電極５，サプレッサ電極９，電子源
４，内部ヒータ１６，碍子２４で構成されており，可動
磁極１４，引き出し電極５，サプレッサ電極９，電子源
４，内部ヒータ１６が碍子２４に釣り下げられる構造に
なっている。脱着可能コイル部２６はコイル７，コイル
固定金具２７，磁極２３で構成されており，コイル７は
コイル固定金具２７により磁極２３に固定されている。
電子銃ベーキングの際は，脱着可能コイル部２６を外し
プレートヒータ２２を取り付け，外部ヒータ２０，プレ
ートヒータ２２，内部ヒータ１６によりベーキングを行
う。ベーキングでは，内部ヒータ１６による電子銃ヘッ
ド部１のベーキングを行うことにより，電子銃ヘッド部
１は十分加熱される。また，固定磁極１５と下磁路の間
を非磁性金属１３で充填することにより，外部ヒータ２
０とプレートヒータ２２の熱を効率良く電子銃に行き渡
らすことができる。これらの構成を用いることにより，
ベーキングを効率的に行うことができ，電子銃の到達真
空度の向上，電子源近傍の真空度の向上などの理由か
ら，電子銃を安定に動作させることができる。

【００２４】尚，本実施例は上記本発明の実施の形態で
示した電子銃の構造にそのまま適応でき，発明の効果を
全く損なうものではない。

【００２５】（実施例３）本発明の第３の実施例を図を
用いて説明する。図１４は本発明の電子銃の機械的軸調
整をモータ駆動で行う場合の構成を示したもので，電子
銃部４２とモータ制御部４１で構成されている。ここで
電子銃部４２は，電子銃ヘッド部１，水平駆動部３０，
脱着可能コイル部２６，モータ固定金具３２，水平駆動
モータa３３，水平駆動モータb３４，水平駆動モータc
３５，水平駆動モータd３６，傾斜駆動モータa３７，傾
斜駆動モータb３８，傾斜駆動モータc３９，傾斜駆動モ
ータd４０で構成されている。また，図１５はその断面
図を示したもので，脱着可能コイル２６，電子銃ヘッド
部１，水平駆動部３０，傾斜駆動部３１，水平駆動モー
タa３３，水平駆動モータc３５，傾斜駆動モータa３
７，傾斜駆動モータc３９で構成されており，脱着可能
コイル２６はコイル７磁極２３，コイル固定金具２７で
構成されている。ここで，それぞれのモータは電子銃の
機械的軸調整のときのみ駆動し，水平駆動部３０及び傾
斜駆動部３１を動かし，それ以外のときは水平駆動部３
０及び傾斜駆動部３１が動かないよう固定した状態で停
止しているものとする。電子銃の機械的軸調整は，それ
ぞれのモータが水平駆動部３０，傾斜駆動部３１を押す
ことにより行われる。モータの制御はモータ制御部４１
により行われる。その制御は，水平駆動モータa３３が
時計方向に回転する場合，それと１８０°の位相関係に
ある水平駆動モータc３５が反時計方向に回転し，なお
且つそれぞれのモータが同一の回転速度で駆動すること
により水平駆動部３０を一定の力で押すように行われ
る。また，その他のモータについても上記と同様の制御
を行うものとする。この構成では，電子銃の機械的軸調
整を手動でなく電気的制御行なうことができるため，よ
り簡単に機械的軸調整ができるようになる。

【００２６】尚，本実施例は上記本発明の実施の形態で
示した電子銃の構造にそのまま適応でき，発明の効果を
全く損なうものではない。

【００２７】（実施例４）本発明の第４の実施例を図を
用いて説明する。図１６は本発明の電子銃を欠陥レビュ
ー機能付きのSEM式回路パターン外観検査装置に搭載し
た場合の構成図である。図は電子銃部４２，鏡体部６
０，ステージ部５８，画像処理部５７，画像表示装置５
９，偏向制御部５４，レンズ制御部５５，リターディン
グ電源５６，電子銃電源５３で構成されている。

【００２８】電子銃部４２は脱着可能コイル２６，コイ
ル７，固定磁極１５，アノード電極２，下磁極１９，可
動磁極１４，引き出し電極５，サップレッサ電極９，電
子源４で構成されている。ここで，電子源４は電子銃電
源５３より電子源加熱電流Ifが供給され，所望の加速電
圧V0が印加できる構造とする。さらに，電子源４に対し
て逆バイアスの電圧Vsがサプレッサ電極９に，正バイア
スの電圧V1が引き出し電極５にそれぞれ印加できる構造
となっていることとする。

【００２９】鏡体部６０は可動絞り４３，ブランキング
プレート４４，ファラデーカップ４５，コンデンサレン
ズ４７，半導体検出器４９，検出器７１，偏向器４６，
対物レンズ４８，ExB６２，反射板６３で構成されてい
る。ここで半導体検出器４９は１０MHz〜２００MHzのサ
ンプリング周波数で動作するものとし，試料５０から発
生した二次電子を半導体検出器４９に吸引するため，高
電圧が印加できる構造になっている。また，検出器７１
は〜１０MHz程度のサンプリング周波数で動作する検出
器であり，半導体検出器４９と同様に高電圧が印加でき
る構造になっている。また，ExB６２は検査条件とレビ
ュー条件とで，ExB６２の静電偏向器及び電磁偏向器の
極性が反転できるようになっている。

【００３０】ステージ部５８は，試料５０，試料ホルダ
５１，碍子２４，ステージ駆動装置５２，試料室６１で
構成されている。ここで，試料５０及び試料ホルダ５１
とステージ駆動装置５２は，碍子２４で電気的に絶縁さ
れており，リターディング電圧Vrが印加可能な構造にな
っている。

【００３１】電子ビーム８は，V0の電圧が印加された電
子源４に電子源加熱電流Ifを供給し，電子源４に対して
正バイアスのV1を引き出し電極５に，逆バイアスのVsを
サプレッサ電極９にそれぞれ印加することにより，V0の
エネルギーで放出される。

【００３２】検査の条件において，放出された電子ビー
ム８は電子銃部４２の脱着可能コイル２６より発生され
る磁界により収束され，ブランキングプレート４４にク
ロスオーバを形成する。そして，光学系の総合倍率が0.
5〜1.5倍になるよう，コンデンサレンズ４７の励磁を調
整し，対物レンズ４８で試料５０にフォーカスさせられ
る。ここで，電子ビーム８のプローブ電流は可動絞り４
３の絞り径と電子ビーム８の放射角電流密度で決まり，
20[nA]〜200[nA]まで調整可能となっている。また，試
料５０にはリターディング電源５６からリターディング
電圧Vrが印加されており，その印加電圧を調整すること
により，電子ビーム８の入射エネルギーを調整できるも
のとする。

【００３３】偏向制御部５４では偏向信号として１０kH
z〜２００kHzの鋸状波を発生し，偏向器４６で電子ビー
ム８を偏向させる。また，偏向制御部５４は電子ビーム
を偏向する方向に対して直行する方向にステージ５１を
動かし，試料５０に対して電子ビーム８が二次元的に走
査するようステージ駆動装置５２を制御するものとす
る。また，偏向制御部５４では試料５０に電子ビーム８
を試料５０に照射しない場合にファラデーカップ４５で
電子ビーム８を遮るようブランキングプレート４４に電
圧を印加できるものとする。

【００３４】試料５０から発生した二次電子６５は，試
料５０から発生した二次電子６５のみ光軸から分離させ
るよう調整されたExB６２で反射板６３に当てられ半導
体検出器４９に吸引される。半導体検出器４９で検出さ
れた二次電子６５はADコンバータ６４でデジタル信号に
変換され画像処理部５７で画像化される。

【００３５】画像処理部５７では，最初に取り込んだ基
準画像６６と，ウェーハ上の基準画像６６と異なる箇所
で取り込んだ比較画像６７との差画像を計算し，その差
画像を欠陥画像６８として画像表示装置５９へ送る。ま
た，画像処理部５７は画像中に欠陥が存在する比較画像
を画像表示装置５９へ送ることができる。

【００３６】例えば，このSEM式回路パターン外観検査
装置で0.1[mm]のパターン寸法のウェーハを検査する場
合，試料５０におけるプローブサイズは0.1[mm]以下で
あることが好ましい。

【００３７】対物レンズ４８の焦点距離が30〜40[mm]，
かつプローブ電流が50〜150[nA]の条件で上記検査を行
う場合，対物レンズ４８の色収差を抑えるため光学系の
総合倍率を0.5〜1.5倍で使用することが必然となり，電
子銃の収差を抑える必要がある。静電型の電子銃でこの
条件の検査を行う場合，物面側に定義した電子銃の色収
差が45〜60[nm]，球面収差が35〜50[nm]と大きいため，
試料５０におけるプローブサイズは0.15〜0.3[mm]とな
ってしまう。ここで，本発明の電子銃を加速電圧10[k
V]，励磁800〜1000[AT]で使用することにより，物面側
に換算した電子銃の焦点距離として8〜11[mm]を達成す
ることができ，物面側に定義した電子銃の色収差は15〜
20[nm]，球面収差は1〜2[nm]となり，試料５０における
プローブサイズは0.05〜0.1[mm]を達成することができ
る。また，本発明の電子銃を5〜10倍の倍率で使用し，
コンデンサレンズ４７と対物レンズ４８で0.1〜0.5に縮
小する光学系を採用することにより，ブランキングプレ
ート４４，可動絞り４３，ファラデーカップ４５に付着
したコンタミネーションの影響を緩和することができ
る。例えば，全てのレンズを１倍の倍率で使用した場合
のコンタミネーションによる像ドリフト量を0.5[mm]と
すると，上記光学条件を採用することにより，そのドリ
フトは0.05〜0.1[mm]まで減らすことができる。

【００３８】一方，検出した回路パターン上の欠陥を高
分解能で鮮明な画像で確認するためには，光学条件をレ
ビューの条件にして欠陥画像の観察を行う。レビューの
条件においては，コイル７の励磁を，電子ビーム６９が
可動絞りより上方にクロスオーバをつくり，かつプロー
ブ電流が100[pA]〜5[nA]になるよう調整する。そして，
光学系の総合倍率が0.2〜0.3になるようコンデンサレン
ズ４７の励磁を調整し，対物レンズ４８で試料５０にフ
ォーカスされる。試料５０から発生した二次電子７０
は，ExB６２を検査の調整に対して反転した極性で使用
することにより検出器７１で検出される。

【００３９】そして，検出された二次電子７０は画像表
示装置５９で画像化される。

【００４０】本発明の電子銃をレビュー機能付きSEM式
回路パターン外観検査装置に搭載し，電子銃を上記のよ
うに調整することにより検査条件とレビュー条件を瞬時
に切り替え，なお且つ大電流で安定な検査装置を実現す
ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上に述べたように，本発明によれば静
電レンズの電界と電磁レンズの磁界を重畳させた電子銃
を小型かつ安定に動作させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における電子銃全体構成を説
明するための断面図。

【図２】本発明の実施形態における電子銃全体構成を説
明するための平面図。

【図３】本発明の電子銃の電子銃ヘッド部構成を説明す
るための断面図。

【図４】本発明の電子銃の電子銃ヘッド部構成を説明す
るための平面図。

【図５】従来の磁界重畳型電子銃の構成を説明するため
の図。

【図６】従来の磁界重畳型電子銃の電子源近傍の軸上電
位分布，軸上磁界分布，電子ビーム軌道を説明するため
の図。

【図７】従来の磁界重畳型電子銃の構成を説明するため
の図。

【図８】従来の磁界重畳型電子銃の電子源近傍の軸上電
位分布，軸上磁界分布，電子ビーム軌道を説明するため
の図。

【図９】本発明の電子銃のベーキング時の形態を説明す
るための断面図。

【図１０】本発明の電子銃の磁界分布計算結果を説明す
るための図。

【図１１】本発明の電子銃の軸上磁界分布計算結果を説
明するための図。

【図１２】本発明電子銃の可動磁極と固定磁極間の距離
とコイル消費電力の関係を説明するための図。

【図１３】本発明電子銃の可動磁極と固定磁極の相対的
な高さ関係とコイル消費電力の関係を説明するための
図。

【図１４】本発明電子銃のモータによる機械的軸調整の
方法を説明するための平面図。

【図１５】本発明電子銃のモータによる機械的軸調整の
方法を説明するための断面図。

【図１６】本発明の電子銃を欠陥レビュー機能付きSEM
式回路パターン外観検査装置に適応させた場合の図。

【符号の説明】

１…電子銃ヘッド部１，２…アノード電極２，３…真空
容器３，４…電子源４，５…引き出し電極５，６…電磁
レンズ部６，７…コイル７，８…電子ビーム８，９…サ
プレッサ電極９，１０…磁極a１０，１１…磁極b１１，
１２…磁極c１２，１３…非磁性金属１３ １４…可動磁極１４，１５…固定磁極１５，１６…内部
ヒータ１６，１７…電子銃ヘッド部水平移動ネジ１７，
１８…電子銃ヘッド部傾斜ネジ１８，１９…下磁極１
９，２０…外部ヒータ２０，２１…軸調整ネジ２１，２
２…プレートヒータ２２，２３…磁極２３，２４…碍子
２４，２５…支柱２５，２６…脱着可能コイル２６，２
７…コイル固定金具２７，２８…サップレッサ電極台座
２８，２９…電子源加熱用支柱２９，３０…水平駆動部
３０，３１…傾斜駆動部３１，３２…モータ固定金具３
２，３３…水平駆動モータa３３，３４…水平駆動モー
タb３４，３５…水平駆動モータc３５，３６…水平駆動
モータd３６，３７…傾斜駆動モータa３７，３８…傾斜
駆動モータb３８，３９…傾斜駆動モータc３９，４０…
傾斜駆動モータd４０，４１…モータ制御部４１，４２
…電子銃部４２，４３…可動絞り４３，４４…ブランキ
ングプレート４４，４５…ファラデーカップ４５，４６
…偏向器４６，４７…コンデンサレンズ４７，４８…対
物レンズ４８，４９…半導体検出器４９，５０…試料５
０，５１…試料ホルダ５１，５２…ステージ駆動装置５
２，５３…電子銃電源５３，５４…偏向制御部５４，５
５…レンズ制御部５５，５６…リターディング電源５
６，５７…画像処理部５７，５８…ステージ部５８，５
９…画像表示装置５９，６０…鏡体部６０，６１…試料
室６１，６２…ExB６２，６３…反射板６３，６４…AD
コンバータ６４，６５…二次電子６５，６６…基準画像
６６，６７…取得画像６７，６８…欠陥画像６８，６９
…レビュー条件での電子ビーム６９，７０…レビュー条
件での二次電子７０，７１…検出器７１。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 豊 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 村越 久弥 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 谷元 憲史 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グル−プ内 Ｆターム(参考） 5C030 BB01 BB05 BB07 BB17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子源より放出される電子ビームを静電レ
   ンズと該静電レンズに近接させた電磁レンズを用いて制
   御する電子銃において，該電磁レンズを構成する磁極を
   複数に分割し，その分割された該磁極のうち，少なくと
   も1つの該磁極がその他の固定磁極に対して相対的に動
   かすことのできる可動磁極であること特徴とする電子
   銃。
2. 【請求項２】前記可動磁極を駆動させる手段として手動
   もしくは，モータによる駆動を特徴とする請求項１記載
   の電子銃。
3. 【請求項３】前記電磁レンズを構成する該可動磁極に高
   電圧が印加され，該固定磁極が接地電位であることを特
   徴とする請求項１記載の電子銃。
4. 【請求項４】前記固定磁極と下磁極の空間が非磁性の金
   属で充填されていることを特徴とする電子銃。
5. 【請求項５】電子源と前記電子源の周囲に配置された第
   １の磁極と、前記第の磁極の周囲でかつ離間した位置に
   配置された第２の磁極と、前記第２の磁極を構成する磁
   路に磁界を供給する側の端部に着脱可能にした第３の磁
   極と、を具備したことを特徴する電子銃。