JP2010049836A - Electron beam apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron beam apparatus in which the shapes of an electron lens and a deflector are reduced in size. <P>SOLUTION: In the electron beam apparatus which irradiates an electron beam 6 emitted from an electron gun on a sample, and in which the beam 6 is converged by the electron lens and the beam is deflected by the deflector 5, the electron lens 15 comprises a yoke part surrounding an exciting coil 10a and a yoke part not including the exciting coil 10a, and are each constituted so that the yoke part not including the exciting coil is positioned on the deflector 5 side. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は電子ビーム装置に関し、電子レンズと偏向器の干渉を避けるようにした電子ビーム装置に関する。   The present invention relates to an electron beam apparatus, and more particularly to an electron beam apparatus that avoids interference between an electron lens and a deflector.

図５は電子ビーム装置の従来装置の構成例を示す図である。電子銃であるエミッタ１から放出された電子ビーム６は、グリッド２及びアノード３からなる引き出し機構により引き出される。このようにしてエミッタ１から出射された電子ビーム６は、電子レンズ４で収束された後、続く偏向器５で発生した磁場により曲げられ、図の破線で示す範囲で偏向され、試料７上に細かく絞って照射される。この時、電子ビーム６は、試料７を２次元方向に照射し、反射された２次電子、反射電子等の電子は、図示しない検出器により検出された後、画像処理され、図示しない表示部に２次電子像又は反射電子像として表示されるようになっている。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional apparatus of an electron beam apparatus. The electron beam 6 emitted from the emitter 1, which is an electron gun, is drawn out by a drawing mechanism including a grid 2 and an anode 3. The electron beam 6 emitted from the emitter 1 in this way is converged by the electron lens 4, bent by the magnetic field generated by the subsequent deflector 5, deflected within the range indicated by the broken line in the figure, and is applied to the sample 7. Irradiated with fine squeezing. At this time, the electron beam 6 irradiates the sample 7 in a two-dimensional direction, and reflected secondary electrons, reflected electrons, and the like are detected by a detector (not shown) and then image-processed to display a display unit (not shown). Are displayed as secondary electron images or reflected electron images.

ここで、ハイパワーの電子銃や、ビームの走査幅が広い電子銃は、偏向器５の内径を大きくとる必要がある。そのような電子銃においては、偏向器の偏向コイルに大きな起磁力が必要となる。電子レンズと偏向器の位置決めに関する技術は、知られていない。類似の技術として、色収差や球面収差を小さくするために、焦点距離を短かくして電子レンズの励磁を強くすると下部磁極片にも磁界が形成されてしまうため、２次電子の検出効率が低下するのを防ぐため、下部磁極片の外周に光軸に対して回転対象な磁界を発生させる補償コイルを設けるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−２２５９３６号公報（段落０００６〜０００８、図１） Here, a high-power electron gun or an electron gun having a wide beam scanning width needs to have a large inner diameter of the deflector 5. In such an electron gun, a large magnetomotive force is required for the deflection coil of the deflector. Techniques for positioning the electron lens and the deflector are not known. As a similar technique, in order to reduce chromatic aberration and spherical aberration, if the focal length is shortened and the excitation of the electron lens is increased, a magnetic field is also formed in the lower magnetic pole piece, which lowers the detection efficiency of secondary electrons. In order to prevent this, a technique is known in which a compensation coil for generating a magnetic field to be rotated with respect to the optical axis is provided on the outer periphery of the lower magnetic pole piece (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-5-225936 (paragraphs 0006 to 0008, FIG. 1)

電子レンズの位置はビームの収束倍率を下げるため、なるべく収束位置に近づけた方がよい。一方、電子ビーム偏向器も、コイルを通った後のビームは大きく広がるため、電子銃鏡筒のビーム出口に近い位置に配置した方がよい。従って、収束電子レンズと偏向器はどちらも電子銃鏡筒の出口付近に配置され、互いの距離が小さくなってしまう。そのような場合、これら収束電子レンズと偏向器は互いに干渉する。   The position of the electron lens is preferably as close to the convergence position as possible in order to lower the beam convergence magnification. On the other hand, the electron beam deflector is also preferably arranged at a position near the beam exit of the electron gun barrel because the beam after passing through the coil is greatly expanded. Accordingly, both the converging electron lens and the deflector are disposed near the exit of the electron gun barrel, and the distance between them becomes small. In such a case, the converging electron lens and the deflector interfere with each other.

特に収束電子レンズには磁場を集中させるため、磁性体のヨークを用いることが多いが、そのヨークにビーム偏向用の磁場が吸収され、結果としてビーム偏向角度が小さくなってしまう。ビームの偏向角度を大きくとるには、更に大きな磁束が必要となり、偏向器形状を大きくするか、電流を増やさなければならない。形状が大きくなると、重量だけでなくコイル抵抗が増えるため、電源も容量の大きなものが必要となる。また、電流を増やした場合はコイルの発熱が大きくなり、冷却機構もそれに伴い大きくなるという問題がある。   In particular, a magnetic yoke is often used to concentrate the magnetic field on the converging electron lens, but the magnetic field for beam deflection is absorbed by the yoke, resulting in a smaller beam deflection angle. In order to increase the deflection angle of the beam, a larger magnetic flux is required, and the shape of the deflector must be increased or the current must be increased. As the shape increases, not only the weight but also the coil resistance increases, so a power source with a large capacity is required. Further, when the current is increased, there is a problem that the heat generation of the coil increases and the cooling mechanism increases accordingly.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、電子レンズと偏向器の形状を小型化することができる電子ビーム装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electron beam apparatus capable of reducing the size of the electron lens and the deflector.

（１）請求項１記載の発明は、電子銃から出射された電子ビームを試料上に照射する電子ビーム装置であって、電子レンズによりビームを収束し、偏向器によってビームを偏向するようにした電子ビーム装置において、前記電子レンズは、励磁コイルを包むヨーク部と、励磁コイルを含まないヨーク部とからなり、励磁コイルを含まないヨーク部が偏向器側に位置するようにしたことを特徴とする。   (1) The invention according to claim 1 is an electron beam apparatus for irradiating a sample with an electron beam emitted from an electron gun, wherein the beam is converged by an electron lens and deflected by a deflector. In the electron beam apparatus, the electron lens includes a yoke portion that encloses an exciting coil and a yoke portion that does not include the exciting coil, and the yoke portion that does not include the exciting coil is positioned on the deflector side. To do.

（２）請求項２記載の発明は、前記偏向器に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より薄くしたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記電子レンズのヨーク部に放射状のスリットを形成したことを特徴とする。 (2) The invention described in claim 2 is characterized in that the thickness of the yoke portion near the deflector is made thinner than that of the other yoke portions.
(3) The invention described in claim 3 is characterized in that a radial slit is formed in the yoke portion of the electron lens.

（４）請求項４記載の発明は、前記電子レンズは円錐状の形状であることを特徴とする。 （５）請求項５記載の発明は、前記電子レンズのヨーク部の肉厚は偏向器に近づくほど薄くなっていることを特徴とする。   (4) The invention according to claim 4 is characterized in that the electron lens has a conical shape. (5) The invention according to claim 5 is characterized in that the thickness of the yoke portion of the electron lens becomes thinner toward the deflector.

（６）請求項６記載の発明は、前記偏向器付近のヨーク部を遠ざけたことを特徴とする。   (6) The invention according to claim 6 is characterized in that the yoke near the deflector is kept away.

（１）請求項１記載の発明によれば、励磁コイルを含まないヨーク部が偏向器側に位置するようにしたので、偏向器から発生する磁束が電子レンズ側を通過しにくくし、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができ、小型でありながら、広い走査幅と小さなスポットサイズを得られる電子銃を持つ電子ビーム装置を提供することができる。   (1) According to the first aspect of the invention, since the yoke portion not including the exciting coil is positioned on the deflector side, the magnetic flux generated from the deflector is less likely to pass through the electron lens side, and the electron lens Therefore, it is possible to provide an electron beam apparatus having an electron gun that can reduce the interference with the deflector and can obtain a wide scanning width and a small spot size while being small.

（２）請求項２記載の発明によれば、偏向器に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より小さくしたので、磁気抵抗が増え、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。   (2) According to the invention described in claim 2, since the thickness of the yoke portion closer to the deflector is made smaller than that of the other yoke portions, the magnetic resistance increases and the interference between the electron lens and the deflector is reduced. be able to.

（３）請求項３記載の発明によれば、電子レンズのヨーク部に放射状のスリットを形成したので、この部分の磁気抵抗を大きくすることができ、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。   (3) According to the invention described in claim 3, since the radial slit is formed in the yoke portion of the electron lens, the magnetic resistance of this portion can be increased, and the interference between the electron lens and the deflector is reduced. be able to.

（４）請求項４記載の発明によれば、電子レンズの形状を円錐状とすることにより、電子レンズと偏向器とを離すことができ、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。   (4) According to the invention described in claim 4, by making the shape of the electron lens conical, the electron lens and the deflector can be separated, and interference between the electron lens and the deflector can be reduced. it can.

（５）請求項５記載の発明によれば、電子レンズのヨーク部の肉厚を偏向器に近づくほど薄くすることにより、この部分の磁気抵抗を増やすことができ、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。   (5) According to the invention described in claim 5, by reducing the thickness of the yoke part of the electron lens as it approaches the deflector, the magnetic resistance of this part can be increased. Interference can be reduced.

（６）請求項６記載の発明によれば、偏向器付近のヨーク部を遠ざけたことで電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。   (6) According to the invention described in claim 6, the interference between the electron lens and the deflector can be reduced by moving away the yoke near the deflector.

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１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す構成は、電子銃から出射された電子ビームを試料上に照射する電子ビーム装置であって、電子レンズによりビームを収束し、偏向器によってビームを偏向するようにした電子ビーム装置の要部を示している。（ａ）は全体の構成を、（ｂ）は電子レンズヨークの構成を示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The configuration shown in the figure is an electron beam apparatus that irradiates a sample with an electron beam emitted from an electron gun, which is an essential part of an electron beam apparatus that converges the beam with an electron lens and deflects the beam with a deflector. Shows the part. (A) shows the overall configuration, and (b) shows the configuration of the electron lens yoke.

図において、１５は電子レンズ、５は該電子レンズ１５の下段に配置された偏向器である。電子レンズ１５は、電子レンズヨーク１０と、電子レンズヨーク１０の内部に設けられた励磁コイル１０ａと、電子レンズヨーク１０の下部に形成されたスリット部１０ｂと、該スリット部１０ｂに形成されたスリット１０ｃから構成されている。スリット１０ｃは（ｂ）に示すように、電子レンズヨーク１０の下部に放射状に形成されている。６は鏡筒９内を通過する電子ビームである。図に示すように、偏向器５に近づくに従って電子レンズヨーク（以下単にヨークと呼ぶ）１０を偏向器５から遠ざける構成となっている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。   In the figure, 15 is an electron lens, and 5 is a deflector arranged at the lower stage of the electron lens 15. The electron lens 15 includes an electron lens yoke 10, an excitation coil 10a provided inside the electron lens yoke 10, a slit portion 10b formed in the lower portion of the electron lens yoke 10, and a slit formed in the slit portion 10b. 10c. The slits 10c are formed radially at the lower part of the electron lens yoke 10 as shown in FIG. Reference numeral 6 denotes an electron beam that passes through the lens barrel 9. As shown in the figure, an electron lens yoke (hereinafter simply referred to as a yoke) 10 is moved away from the deflector 5 as it approaches the deflector 5. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.

偏向器５の偏向磁場は、偏向器５の両脇に大きく広がっている。図２は本発明の第１の実施の形態の磁束の様子を示す図である。２０が偏向器５の両脇に大きく広がった磁束である。このような場合、偏向磁束経路に磁性体があると、磁束はその磁性体を通るようになり、偏向器中央付近の電子軌道上の磁場が弱くなってしまう。図２に示すように、偏向器５に近い場所にヨークの存在しない電子レンズ１５の形状は、電子ビーム軌道上の偏向磁場を大きく妨げない。   The deflection magnetic field of the deflector 5 is greatly spread on both sides of the deflector 5. FIG. 2 is a diagram showing a state of magnetic flux according to the first embodiment of the present invention. Reference numeral 20 denotes a magnetic flux that spreads widely on both sides of the deflector 5. In such a case, if there is a magnetic material in the deflection magnetic flux path, the magnetic flux passes through the magnetic material, and the magnetic field on the electron orbit near the center of the deflector becomes weak. As shown in FIG. 2, the shape of the electron lens 15 having no yoke near the deflector 5 does not greatly disturb the deflection magnetic field on the electron beam trajectory.

一方、偏向器５と電子レンズ１５が発生する磁束の方向を考えた時、電子レンズ１５は、電子ビーム６の軌道に平行な磁束を発生させるのに対し、偏向器５は電子ビーム軌道に垂直な方向の磁束を発生させる。ヨーク１０の放射状のスリット１０ｃは、レンズ磁場への影響は小さく、偏向磁場については磁気抵抗を大きくし、偏向器中央部を通る磁束２０を増やす。   On the other hand, when considering the direction of the magnetic flux generated by the deflector 5 and the electron lens 15, the electron lens 15 generates a magnetic flux parallel to the trajectory of the electron beam 6, whereas the deflector 5 is perpendicular to the electron beam trajectory. Generate magnetic flux in any direction. The radial slit 10c of the yoke 10 has little influence on the lens magnetic field, increases the magnetic resistance for the deflection magnetic field, and increases the magnetic flux 20 passing through the center of the deflector.

ヨーク１０に付けられるスリット１０ｃは、偏向器５のレンズ磁場への影響をなるべくなくすため、幅は小さいほどよく、偏向磁場の磁気抵抗を大きくするため、放射状に均等に設けられ、数は多い方がよい。   The slits 10c attached to the yoke 10 are preferably as narrow as possible so as to minimize the influence of the deflector 5 on the lens magnetic field, and are provided in a uniform radial manner in order to increase the magnetic resistance of the deflecting magnetic field. Is good.

第１の実施の形態によれば、励磁コイル１０ａを含まないヨーク部が偏向器５側に位置するようにしたので、偏向器５から発生する磁束が電子レンズ１５側を通過しにくくし、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができ、小型でありながら、広い走査幅と小さなスポットサイズを得られる電子銃を持つ電子ビーム装置を提供することができる。   According to the first embodiment, since the yoke portion not including the exciting coil 10a is positioned on the deflector 5 side, the magnetic flux generated from the deflector 5 is less likely to pass the electron lens 15 side, and the electron It is possible to provide an electron beam apparatus having an electron gun that can reduce the interference between the lens 15 and the deflector 5 and can obtain a wide scanning width and a small spot size while being small.

また、この実施の形態によれば、電子レンズ１５のヨーク部１０に放射状のスリット１０ｃを形成したので、この部分の磁気抵抗を大きくすることができ、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。   Further, according to this embodiment, since the radial slit 10c is formed in the yoke portion 10 of the electron lens 15, the magnetic resistance of this portion can be increased, and the interference between the electron lens 15 and the deflector 5 can be reduced. Can be small.

また、図１に示す実施の形態を見ると、（ｂ）に示すように電子レンズ１５の形状を円錐状としている。この結果、電子レンズ１５と偏向器５とを離すことができ、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。更に、本発明によれば、電子レンズ１５のヨーク部の肉厚を偏向器５に近づくほど薄くすることができる。このようにすれば、この部分の磁気抵抗を増やすことができ、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。   Further, when viewing the embodiment shown in FIG. 1, the shape of the electron lens 15 is conical as shown in FIG. As a result, the electron lens 15 and the deflector 5 can be separated, and interference between the electron lens 15 and the deflector 5 can be reduced. Furthermore, according to the present invention, the thickness of the yoke portion of the electron lens 15 can be reduced as it approaches the deflector 5. In this way, the magnetic resistance of this portion can be increased, and interference between the electron lens 15 and the deflector 5 can be reduced.

図３は本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２５は電子レンズ、１７は電子レンズヨーク、１７ａは励磁コイルである。電子レンズ２５は、電子レンズヨーク１７と励磁コイル１７ａから構成されている。５は電子レンズ２５から離して設けられた偏向器である。   FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, 25 is an electron lens, 17 is an electron lens yoke, and 17a is an exciting coil. The electron lens 25 includes an electron lens yoke 17 and an excitation coil 17a. A deflector 5 is provided apart from the electron lens 25.

このように構成すれば、偏向器付近のヨーク部を遠ざけたことで、電子レンズ２５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。
図４は本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２６は電子レンズ、１８は電子レンズヨーク、１８ａは励磁コイルである。電子レンズ２６は、電子レンズヨーク１８と励磁コイル１８ａから構成されている。５は電子レンズ２５から離して設けられた偏向器である。この実施の形態は、偏向器５付近のヨークの肉厚を薄くしている。 With this configuration, the interference between the electron lens 25 and the deflector 5 can be reduced by moving away the yoke near the deflector.
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. In the figure, 26 is an electron lens, 18 is an electron lens yoke, and 18a is an exciting coil. The electron lens 26 includes an electron lens yoke 18 and an excitation coil 18a. A deflector 5 is provided apart from the electron lens 25. In this embodiment, the thickness of the yoke near the deflector 5 is reduced.

本発明の第３の実施の形態によれば、図４に示すように、偏向器５に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より薄くしている。この結果、この部分の磁気抵抗が増え、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。   According to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the thickness of the yoke part near the deflector 5 is made thinner than the other yoke parts. As a result, the magnetic resistance of this portion increases, and the interference between the electron lens 15 and the deflector 5 can be reduced.

なお、図３に示す第２の実施の形態と図４に示す第３の実施の形態は、偏向器５から電子レンズ方向へ向かう偏向磁場を中央部まで届きやすくした構造である。この結果、電子ビーム６の偏向を広い範囲で行なうことができる。   Note that the second embodiment shown in FIG. 3 and the third embodiment shown in FIG. 4 have a structure in which the deflection magnetic field from the deflector 5 toward the electron lens easily reaches the central portion. As a result, the electron beam 6 can be deflected over a wide range.

以上説明したように、本発明によれば、電子レンズのヨークを偏向器から遠ざける形状及びヨークに放射状のスリットを入れることから、偏向器と電子レンズを遠ざける構造が可能になったため、小型でありながら広い走査幅と小さなスポットサイズが得られる電子銃を作ることができる。   As described above, according to the present invention, since the shape of moving the yoke of the electron lens away from the deflector and the radial slit in the yoke, a structure for moving the deflector and the electron lens away from each other is possible. However, it is possible to make an electron gun that can obtain a wide scanning width and a small spot size.

本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態の磁束の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the magnetic flux of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd Embodiment of this invention. 従来装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a conventional apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ エミッタ
２ グリッド
３ アノード
４ 電子レンズ
５ 偏向器
６ 電子ビーム
１０ 電子レンズヨーク
１０ａ 励磁コイル
１０ｂ スリット部
１０ｃ スリット
１５ 電子レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Emitter 2 Grid 3 Anode 4 Electron lens 5 Deflector 6 Electron beam 10 Electron lens yoke 10a Excitation coil 10b Slit part 10c Slit 15 Electron lens

Claims (6)

電子銃から出射された電子ビームを試料上に照射する電子ビーム装置であって、電子レンズによりビームを収束し、偏向器によってビームを偏向するようにした電子ビーム装置において、
前記電子レンズは、励磁コイルを包むヨーク部と、励磁コイルを含まないヨーク部とからなり、励磁コイルを含まないヨーク部が偏向器側に位置するようにしたことを特徴とする電子ビーム装置。 In an electron beam apparatus that irradiates a sample with an electron beam emitted from an electron gun, the beam is converged by an electron lens, and the beam is deflected by a deflector.
2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the electron lens includes a yoke portion that encloses the excitation coil and a yoke portion that does not include the excitation coil, and the yoke portion that does not include the excitation coil is positioned on the deflector side. 前記偏向器に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より薄くしたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。   2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the yoke portion closer to the deflector is made thinner than that of the other yoke portions. 前記電子レンズのヨーク部に放射状のスリットを形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム装置。   The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a radial slit is formed in a yoke portion of the electron lens. 前記電子レンズは円錐状の形状であることを特徴とする請求項３記載の電子ビーム装置。   4. The electron beam apparatus according to claim 3, wherein the electron lens has a conical shape. 前記電子レンズのヨーク部の肉厚は偏向器に近づくほど薄くなっていることを特徴とする請求項２記載の電子ビーム装置。   3. The electron beam apparatus according to claim 2, wherein the thickness of the yoke portion of the electron lens becomes thinner as it approaches the deflector. 前記偏向器付近のヨーク部を遠ざけたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。   2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a yoke portion in the vicinity of the deflector is moved away.
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