JP2685603B2 - 電子線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、実現すべき任意のプローブ電流値に対して
最適開き角の電子線を試料に照射して試料の観察が可能
な電子線装置に関する。

［従来の技術］ 電子線プローブを試料に照射して試料の観察、分析を
行なう走査電子顕微鏡等の電子線装置においては、加速
電圧とプローブ電流Ipを種々切換えて試料の観察が行わ
れている。

加速電圧またはプローブ電流を切換えた場合、分解能
が高く且つコントラストの高い良質な像が得られるよう
に、試料に照射される電子線プローブの開き角αoptを
調整するため、開き角制御が行なわれている。例えば従
来は、１段または２段の集束レンズと対物レンズの間に
配置された対物絞りの径を変えたり、一定の対物絞り径
に対して集束レンズによりビームの結像位置を集束レン
ズと対物絞りとの間で変えて粗い近似的な開き角制御を
行なったり、特公昭56−10740号公報に示されるような
開き角制御が行われていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記対物絞り径を変える方式では、目
的に応じてその都度絞り径を変える必要があるため面倒
であり、プローブ電流に対し、第１と第２の集束レンズ
の連動比が一定かまたはあまり変化しない２段集束レン
ズ系において対物絞り径を一定にしておく方式では、全
プローブ電流域（例えば10^-12〜10^-5A）に対して、開き
角を理想的な値にするのは実現が困難である。また、特
公昭56−10740号公報に示されるような開き角制御を行
なう場合には、絞りの位置が第２集束レンズの主面ある
いは主面近傍にあるため、絞りの光源側に分布するレン
ズ磁場が存在し、開き角制御レンズのレンズ強度を変え
ると、前記絞りを通過する電流（照射電流）が変化して
しまう。そのため、照射電流を一定に保って開き角だけ
を変化させ、その最適値を探すという操作ができない不
都合があった。

本発明は、上記問題点を考慮し、簡単な操作で実現す
べき任意の加速電圧やプローブ電流値を有するプローブ
を設定できると共に、自動的に最適の開き角で電子線プ
ローブを試料に照射することのできる電子線装置を提供
することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、電子銃と、第１
及び第２の集束レンズと、対物レンズと、前記第２集束
レンズと対物レンズとの間に設けられた絞りと、前記電
子銃から放出された電子線が前記各レンズによって集束
されて照射される試料とを備えた電子線装置において、
前記対物レンズと前記絞りとの間に配置された開き角制
御用レンズと、プローブ電流値と加速電圧値をそれぞれ
指定する手段と、それぞれ複数段階に設定できるプロー
ブ電流値と加速電圧値のすべての組み合わせについて必
要となる前記第1,第２集束レンズの励磁電流値に関する
データを格納したテーブルと、プローブ電流値と加速電
圧値のすべての組み合わせについて電子線を試料上に最
適な開き角で集束して照射するための前記開き角制御用
レンズの強度及び対物レンズの励磁電流値に関するデー
タを格納したテーブルと、指定されたプローブ電流値と
加速電圧値に基づいて前記テーブルから前記第1,第２集
束レンズの励磁電流値に関するデータ及び開き角制御用
レンズの強度及び対物レンズの励磁電流値に関するデー
タを読み出す手段と、読み出されたデータに基づいて各
レンズの励磁電流値及び強度を設定するためのレンズ電
源とを備えたことを特徴としている。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図
である。

第１図において、１は第１集束レンズ、２は第２の集
束レンズ、３は対物レンズ、４は試料、５は絞り、６は
開き角制御用集束レンズ（静電形レンズ）、７は電子
銃、８は操作卓、９は制御部、10乃至13はレンズ電源、
14は二次電子検出器、15は増幅器、16はCRT、17はメモ
リである。

第１図において電子銃７から電子ビームが放出される
と、このビームが第１集束レンズ１、第２集束レンズ
２、開き角制御レンズ６及び対物レンズ３によって試料
４に照射される。ここで、前記開き角制御レンズ６は試
料４に電子線が照射される際の開き角θを制御するため
のもので、ヒステリシスが無く焦点距離設定の再現性の
良い静電形レンズであることが望ましい。

さて、この試料に照射されるプローブ電流Ipは加速電
圧が与えられた場合、半径ｒapの絞り５と第１集束レン
ズ１及び第２集束レンズ２の励磁強度によって決められ
ている。ここで、第１及び第２集束レンズの焦点距離を
調節すると、絞り５を通過する電子ビームの強度を任意
の値に調整することができる。この場合、該絞り５より
後方のレンズ系（開き角制御レンズ６の主面後方）には
何等絞りが配置されていないため、前記第１及び第２集
束レンズの焦点距離を調節した場合であっても、前記絞
り５を通過する電子ビームのみによってプローブ電流が
決定されることになる。

加速電圧はVlからVmまでｍ段階に切換えられるように
なっている。又、プローブ電流はIlからInまでｎ段階に
切換えられるようになっている。メモリ17にはプローブ
電流をIlからInまでの任意の値に設定するために必要な
レンズ1,2の励磁値を表すデータが記憶されている。こ
れらデータはVlからVmまでのいずれの加速電圧が設定さ
れた場合にも対応できるようにテーブルとして記憶され
ている。

又、メモリ17には加速電圧とプローブ電流の種々の組
み合わせが選択された夫々の場合に対して、最適な開き
角で電子線EBが試料に照射されるのに必要な開き角制御
レンズ６のレンズ電圧指定データが記憶されている。

更に又、メモリ17には開き角制御レンズ６の指定され
たレンズ強度に対して、電子線を試料上にフォーカスす
るために必要な対物レンズの励磁電流を指定するデータ
が記憶されている。このデータも設定される加速電圧値
とプローブ電流値の全ての組み合わせに対応できるよう
テーブルとして記憶されている。

次に、開き角制御レンズ６の電圧値を指定するデータ
と対物レンズ３の励磁値を指定するデータをどのように
作成するか説明する。

プローブ電流を指定するための集束レンズ1,2の励磁
指定データを作成した後、加速電圧をある値Vi,プロー
ブ電流をある値Ijに設定して、開き角制御レンズ６のレ
ンズ電圧値を種々の値に設定し、設定の都度対物レンズ
３の励磁電流を調整して焦点合わせを行い、高分解能で
S/N比の良い像が観察できるレンズ６の電圧値とレンズ
３の励磁電流値の組み合わせを捜し出す。この高分解能
でS/N比の良い像が観察できる状態においては、試料４
に照射される電子線の径ｒ方向の電流密度分布は第２図
（ａ）に示すようなフリンジ部に殆ど密度分布を生じな
いものとなる。尚、第２図（ｂ）はレンズ６の開き角が
適切でない場合の電流密度分布を示している。この作業
により、高分解能でS/N比の良い像が観察できたら、そ
の場合におけるレンズ６の電圧値LVijをメモリ17に記憶
させる。又、このときのレンズ３の励磁電流値Dijをメ
モリ17に記憶させる。同様にして加速電圧とプローブ電
流の全ての組み合わせに対して最適なレンズ６の電圧値
とレンズ３の励磁電流値を求めて記憶させる。第３図は
このようにして記憶されたレンズ６の最適なレンズ電圧
値テーブルを示しており、第４図は対物レンズ３の最適
な励磁電流値テーブルを示している。

このような構成において、操作者が操作卓８を用いて
加速電圧を例えばVu,プローブ電流をIvにするよう指示
すると、制御部９は指示された加速電圧Vuで電子線が加
速されるように電子銃７に制御信号を送ると共に、制御
部９はメモリ17に記憶されている第1,第２集束レンズ1,
2の励磁電流を指示するデータのうち加速電圧Vu,プロー
ブ電流Ivに対応するデータを読み出し、これら読み出さ
れたデータに基づいて第1,第２集束レンズ1,2の励磁電
源10,11を制御する。従って、第1,第２の集束レンズ1,2
は加速電圧Vuのもとで、プローブ電流がIvになるように
励磁される。更に、制御部９はメモリ17に記憶されてい
る開き角制御レンズ６の電圧値を指示するデータのう
ち、加速電圧Vu,プローブ電流Ivに対応するデータLVuv
を読み出し、このデータに基づいてレンズ電源12よりレ
ンズ６に電圧を与えると共に、加速電圧Vu,プローブ電
流Ivに対応するレンズ３の励磁指定データDuvを読み出
し、このデータに基づいてレンズ３を励磁する。その結
果、加速電圧Vuのもとで、電流値Ivを有する電子線が最
適な開き角で試料４に照射される。従って、二次電子検
出器14よりの検出信号に基づいて試料像をCRT16に表示
すれば、自動的に高分解能でS/N比の良い像を観察する
ことが可能となる。

尚、上述した実施例は本発明の一実施例に過ぎず、変
形して実施することができる。

例えば、上述した実施例においては、開き角制御レン
ズとして静電形レンズを用いたが、これに代えて磁界形
レンズを用いることができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明においては、
電子銃と、第１及び第２の集束レンズと、対物レンズ
と、前記第２集束レンズと対物レンズとの間に設けられ
た絞りと、前記電子銃から放出された電子線が前記各レ
ンズによって集束されて照射される試料とを備えた電子
線装置において、前記対物レンズと前記絞りとの間に配
置された開き角制御用レンズと、プローブ電流値と加速
電圧値をそれぞれ指定する手段と、それぞれ複数段階に
設定できるプローブ電流値と加速電圧値のすべての組み
合わせについて必要となる前記第1,第２集束レンズの励
磁電流値に関するデータを格納したテーブルと、プロー
ブ電流値と加速電圧値のすべての組み合わせについて電
子線を試料上に最適な開き角で集束して照射するための
前記開き角制御用レンズの強度及び対物レンズの励磁電
流値に関するデータを格納したテーブルと、指定された
プローブ電流値と加速電圧値に基づいて前記テーブルか
ら前記第1,第２集束レンズの励磁電流値に関するデータ
及び開き角制御用レンズの強度及び対物レンズの励磁電
流値に関するデータを読み出す手段と、読み出されたデ
ータに基づいて各レンズの励磁電流値及び強度を設定す
るためのレンズ電源とを備えるようにしたため、加速電
圧とプローブ電流を任意に設定した場合に、簡単に最適
な開き角で電子線プローブを試料に照射して、高分解能
でS/N比の良い像を常に観察することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図
であり、第２図は試料照射電子線の開き角とこの電子線
の電流密度分布との関係を説明するための図、第３図は
開き角制御レンズのレンズ電圧を指示するデータのテー
ブルを示す図、第４図は対物レンズの励磁値を指示する
データのテーブルを示す図である。 1:第１集束レンズ、2:第２の集束レンズ 3:対物レンズ、4:試料 5:絞り、6:開き角制御レンズ 7:電子銃、8:操作卓 9:制御部 10,11,12,13:レンズ電源 15:増幅器、16:CRT 17:メモリ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子銃と、第１及び第２の集束レンズと、
   対物レンズと、前記第２集束レンズと対物レンズとの間
   に設けられた絞りと、前記電子銃から放出された電子線
   が前記各レンズによって集束されて照射される試料とを
   備えた電子線装置において、前記対物レンズと前記絞り
   との間に配置された開き角制御用レンズと、プローブ電
   流値と加速電圧値をそれぞれ指定する手段と、それぞれ
   複数段階に設定できるプローブ電流値と加速電圧値のす
   べての組み合わせについて必要となる前記第1,第２集束
   レンズの励磁電流値に関するデータを格納したテーブル
   と、プローブ電流値と加速電圧値のすべての組み合わせ
   について電子線を試料上に最適な開き角で集束して照射
   するための前記開き角制御用レンズの強度及び対物レン
   ズの励磁電流値に関するデータを格納したテーブルと、
   指定されたプローブ電流値と加速電圧値に基づいて前記
   テーブルから前記第1,第２集束レンズの励磁電流値に関
   するデータ及び開き角制御用レンズの強度及び対物レン
   ズの励磁電流値に関するデータを読み出す手段と、読み
   出されたデータに基づいて各レンズの励磁電流値及び強
   度を設定するためのレンズ電源とを備えたことを特徴と
   する電子線装置。