JP3123861B2 - Electron beam equipment - Google Patents

Electron beam equipment

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JP3123861B2
JP3123861B2 JP05203967A JP20396793A JP3123861B2 JP 3123861 B2 JP3123861 B2 JP 3123861B2 JP 05203967 A JP05203967 A JP 05203967A JP 20396793 A JP20396793 A JP 20396793A JP 3123861 B2 JP3123861 B2 JP 3123861B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡あるいは電
子プローブマイクロアナライザ(以下、EPMAと称
す)等の電子線装置に係り、特に試料面上における電子
プローブ(以下、単にプローブと称す)の径及びプロー
ブ電流が調整可能となされている電子線装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam apparatus such as an electron microscope or an electron probe microanalyzer (hereinafter referred to as "EPMA"), and particularly to a diameter of an electron probe (hereinafter simply referred to as "probe") on a sample surface. And an electron beam apparatus whose probe current is adjustable.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、EPMA等の元素分析等の分析機
能を備える電子線装置においては、電子銃と、集束レン
ズ系と、対物絞りと、対物レンズと試料位置とがこの順
に配置された、いわゆる上方対物絞り方式が採用されて
おり、プローブ電流及び試料位置におけるプローブ径が
調整可能となされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an electron beam apparatus having an analysis function such as elemental analysis such as EPMA, an electron gun, a focusing lens system, an objective aperture, an objective lens and a sample position are arranged in this order. The so-called upper objective diaphragm method is adopted, and the probe current and the probe diameter at the sample position can be adjusted.

【0003】図1は上方対物絞り方式を採用した電子線
装置の概略構成例を示す図であり、図中、1は電子銃、
CL1 は第1集束レンズ、CL2 は第2集束レンズ、A
Pは対物絞り、OLは対物レンズ、2は試料、3は第1
集束レンズCL1 のコイル、4は第2集束レンズCL2
のコイル、5は対物レンズOLのコイル、6は制御部、
7は操作部、Oは光軸を示す。なお、図1において各レ
ンズはその主面のみを示し、各レンズのコイルは片側だ
けを示す。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of an electron beam apparatus employing an upper objective diaphragm system. In the figure, reference numeral 1 denotes an electron gun,
CL1 is the first focusing lens, CL2 is the second focusing lens, A
P is the objective aperture, OL is the objective lens, 2 is the sample, 3 is the first
The coil of the focusing lens CL1 and 4 are the second focusing lens CL2.
5 is a coil of the objective lens OL, 6 is a control unit,
Reference numeral 7 denotes an operation unit, and O denotes an optical axis. In FIG. 1, each lens shows only its main surface, and the coil of each lens shows only one side.

【0004】電子銃1からの電子線は、CL1 、CL2
で集束され、APを通過した電子線だけがOLによって
試料2の表面に照射される。
The electron beam from the electron gun 1 is divided into CL1 and CL2.
Only the electron beam that has been focused and passed through the AP is irradiated on the surface of the sample 2 by the OL.

【0005】さて、いまEPMAにおいて試料2の所望
の微小領域を分析する場合を考えると、この場合にはプ
ローブを細く絞る必要があり、そのために制御部6には
微小領域を分析するための分析モード(以下、この分析
モードを第1分析モードと称す)が備えられている。従
って、操作部7によって第1分析モードが指示される
と、制御部6は、設定されているプローブ電流、加速電
圧等に基づいて、開き角が最適開き角α、即ち、与えら
れた条件下でプローブ径が最小になるような開き角にな
るように、CL1 ,CL2 及びOLの励磁電流を決定
し、決定した励磁電流をコイル3、4、5に供給する。
Now, considering the case where a desired minute area of the sample 2 is to be analyzed by the EPMA, in this case, it is necessary to narrow the probe narrowly. Therefore, the control unit 6 performs analysis for analyzing the minute area. Mode (hereinafter, this analysis mode is referred to as a first analysis mode). Therefore, when the first analysis mode is instructed by the operation unit 7, the control unit 6 determines that the opening angle is the optimum opening angle α based on the set probe current, acceleration voltage, and the like, that is, the given condition. Then, the excitation currents of CL1, CL2 and OL are determined so that the opening angle becomes such that the probe diameter is minimized, and the determined excitation currents are supplied to the coils 3, 4, and 5.

【0006】この結果、プローブは、図1において符号
8で示すように、試料2に対して最適開き角をもって照
射するので、試料2上でのプローブ径は最小となり、微
小領域の分析を良好に行うことが可能となる。
As a result, the probe irradiates the sample 2 with an optimum opening angle as indicated by reference numeral 8 in FIG. 1, so that the probe diameter on the sample 2 is minimized, and the analysis of a minute area can be performed well. It is possible to do.

【0007】しかし、試料2の比較的広い領域の範囲内
の平均組成を分析したい場合、あるいは試料2の表面に
比較的大きな凹凸があると予測される場合、または強度
の大きなプローブを照射すると試料2が破損してしまう
ことが予測される場合には試料2の表面におけるプロー
ブ径を数μm〜数百μmに広げて照射することが行われ
る。なお、本明細書中においては、プローブ径はプロー
ブの半径の値とする。
However, when it is desired to analyze the average composition within a relatively large area of the sample 2, when it is expected that the surface of the sample 2 has relatively large irregularities, or when a probe having a high intensity is irradiated, When it is predicted that the sample 2 will be damaged, the irradiation is performed by expanding the probe diameter on the surface of the sample 2 to several μm to several hundred μm. In this specification, the probe diameter is a value of the radius of the probe.

【0008】従って、制御部6にはプローブ径を広げて
分析するための分析モード(以下、この分析モードを第
2分析モードと称す)も備えられており、操作部7によ
って第2分析モードが指示されると、制御部6は、設定
されているプローブ電流、加速電圧等に基づいて、例え
ば図1において符号9で示すように、試料2上でのプロ
ーブ径が設定された値になるようにOLの焦点距離を制
御することによってプローブの集束位置を変更する。
Accordingly, the control unit 6 is also provided with an analysis mode (hereinafter, this analysis mode is referred to as a second analysis mode) for analyzing the probe while expanding the probe diameter. When instructed, the control unit 6 sets the probe diameter on the sample 2 to a set value based on the set probe current, acceleration voltage, and the like, for example, as indicated by reference numeral 9 in FIG. The focal position of the probe is changed by controlling the focal length of the OL.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子線装置
においては、従来から分析モードの選択とは全く独立に
プローブ電流を任意に変化させることができるようにな
されているのが通常であり、操作部7からプローブ電流
の変更を指示すると、制御部6は設定されたプローブ電
流を与えるように電子銃1を制御する。
By the way, in the electron beam apparatus, conventionally, it is usual that the probe current can be arbitrarily changed completely independently of the selection of the analysis mode. When the change of the probe current is instructed from the unit 7, the control unit 6 controls the electron gun 1 so as to give the set probe current.

【0010】従って、第2分析モード時にもプローブ電
流を変更することは可能なのであるが、第2分析モード
時にプローブ電流を変更すると試料2上におけるプロー
ブ径が変わってしまうという問題があった。
Therefore, although the probe current can be changed even in the second analysis mode, there is a problem that changing the probe current in the second analysis mode changes the probe diameter on the sample 2.

【0011】それを説明すると次のようである。図2は
図1のOL、試料2の近傍の光線図を拡大して示す図で
あり、いまプローブ電流はIP0に設定されているとし、
このときOL主面上でのビーム径はR0 であるとする。
なお、OL主面上のビーム径Rはプローブ電流IP の関
数であり、これをR(IP) と表すことにする。そして
電子銃1及び集束レンズCL1 ,CL2 の特性、APの
径、OLの特性は既知であるから、結局関数R(IP
の方程式は既知である。
This will be described as follows. FIG. 2 is an enlarged view of the ray diagram in the vicinity of the OL and the sample 2 in FIG. 1. Assuming that the probe current is now set to I P0 ,
At this time, the beam diameter on the OL main surface is R 0 .
Note that the beam diameter R on the OL main surface is a function of the probe current I P , which is represented as R (I P ). Since the characteristics of the electron gun 1 and the focusing lenses CL 1 and CL 2 , the diameter of the AP, and the characteristics of the OL are known, the function R (I P ) is eventually obtained.
Is known.

【0012】さて、分析が第1分析モードで行われる場
合には、制御部6は図2の一点鎖線11で示すようにプ
ローブが最適開き角αで試料2に照射するようにCL1
,CL2 及びOLの励磁電流を決定する。
When the analysis is performed in the first analysis mode, the control unit 6 controls the CL1 so that the probe irradiates the sample 2 at the optimum opening angle α as shown by the dashed line 11 in FIG.
, CL2 and OL are determined.

【0013】また、第2分析モードが設定された場合に
は、制御部6は、試料2上におけるプローブ径が指定さ
れた値rになるようにOLの焦点距離を延ばす。これに
よって、電子線はOLによって実線12で示すように点
Uに集束されるようになるので、試料2上ではプローブ
径はrとなる。
When the second analysis mode is set, the controller 6 extends the focal length of the OL so that the probe diameter on the sample 2 becomes the designated value r. As a result, the electron beam is focused on the point U by the OL as shown by the solid line 12, so that the probe diameter becomes r on the sample 2.

【0014】そして、この状態においてプローブ電流が
増加されたとすると最適開き角も増加するため、プロー
ブ電流の増加に伴ってOL主面上でのビーム径が大きく
なるが、いまOL主面上でのビーム径がR0 からR′に
なったとすると、この場合にはOLの焦点距離は変更さ
れないから、電子線は破線13で示すように点Uに集束
するようになされ、従って試料2上におけるプローブ径
は線分QSとなり、予め設定されているプローブ径rよ
り大きくなってしまう。
If the probe current is increased in this state, the optimum opening angle is also increased, so that the beam diameter on the OL main surface increases with the increase in the probe current. Assuming that the beam diameter changes from R 0 to R ′, in this case, since the focal length of the OL is not changed, the electron beam is focused on the point U as shown by the broken line 13, and thus the probe on the sample 2 The diameter becomes the line segment QS, which is larger than the preset probe diameter r.

【0015】これに対して、APをOL主面上に配置す
る方式を採用すれば上述したような問題は生じないが、
その場合には絞り数は制限されているため、最適開き角
から大きくずれてしまうプローブ電流領域が存在するこ
とになる。そこで、図1に示すような上方対物絞り方式
が採用されているのであり、この方式によれば、プロー
ブを最適開き角で試料2上に照射させることができるの
であるが、上述した問題が生じてくるのである。
On the other hand, if the method of arranging the AP on the OL main surface is adopted, the above-mentioned problem does not occur.
In that case, since the number of apertures is limited, there is a probe current region that greatly deviates from the optimum opening angle. Therefore, an upper objective diaphragm system as shown in FIG. 1 is employed. According to this system, the probe can be irradiated onto the sample 2 at an optimum opening angle, but the above-described problem occurs. Come.

【0016】以上、プローブ電流が増加された場合につ
いて説明したが、プローブ電流が減少された場合には、
最適開き角がプローブ電流と共に減少する限り、同様の
議論によって試料2上におけるプローブ径は予め設定さ
れているプローブ径より小さくなる。
The case where the probe current is increased has been described above. When the probe current is decreased,
As long as the optimum opening angle decreases with the probe current, the probe diameter on the sample 2 becomes smaller than the preset probe diameter by the same argument.

【0017】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、試料上におけるプローブ径を広げて分析する場合
において、プローブ電流が変更された場合にも試料上に
おけるプローブ径が変化することのない電子線装置を提
供することを目的とするものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and when analyzing by expanding the probe diameter on the sample, the probe diameter on the sample may be changed even when the probe current is changed. It is intended to provide an electron beam device.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電子線装置は、電子銃と、集束レンズ系
と、対物絞りと、対物レンズと試料位置とがこの順に配
置されてなり、プローブ電流及び試料位置におけるプロ
ーブ径が調整可能となされている電子線装置において、
試料上におけるプローブ径が所定の値に設定されている
状態においてプローブ電流が変更された場合には、変更
されたプローブ電流値と、当該設定されている試料上に
おけるプローブ径と、対物レンズの主面と試料との距離
等に基づいて試料上でのプローブ径が変化しないように
対物レンズの焦点距離を変更する制御手段を備えること
を特徴とする。
To achieve the above object, an electron beam apparatus according to the present invention comprises an electron gun, a focusing lens system, an objective aperture, an objective lens and a sample position arranged in this order. In an electron beam apparatus in which the probe diameter at the probe current and the sample position is adjustable,
If the probe current is changed while the probe diameter on the sample is set to a predetermined value, the changed probe current value, the set probe diameter on the sample, and the main It is characterized by comprising control means for changing the focal length of the objective lens so that the probe diameter on the sample does not change based on the distance between the surface and the sample.

【0019】[0019]

【作用】制御手段は、試料上におけるプローブ径が所定
の値に設定されている状態においてプローブ電流が変更
されると、変更されたプローブ電流値と、当該設定され
ている試料上におけるプローブ径と、対物レンズの主面
と試料との距離等に基づいて試料上でのプローブ径が変
化しないように対物レンズの焦点距離を変化させる。
When the probe current is changed in a state where the probe diameter on the sample is set to a predetermined value, the control means determines the changed probe current value and the set probe diameter on the sample. The focal length of the objective lens is changed based on the distance between the main surface of the objective lens and the sample so that the probe diameter on the sample does not change.

【0020】これによって、プローブ電流が変更された
場合にも試料上におけるプローブ径は変化しないので、
良好に試料の分析等を行うことができる。
Thus, even when the probe current is changed, the probe diameter on the sample does not change.
Sample analysis can be performed well.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
本発明に係る電子線装置の全体としての構成は図1に示
すと同様であるが、制御部6の動作が異なっている。以
下、制御部6の動作について説明するが、まず制御部6
がどのような動作を行えば上述した目的が達成できる
か、その原理について説明する。
Embodiments will be described below with reference to the drawings.
Although the overall configuration of the electron beam apparatus according to the present invention is the same as that shown in FIG. 1, the operation of the control unit 6 is different. Hereinafter, the operation of the control unit 6 will be described.
The principle of how the above-described object can be achieved by performing the following operations will be described.

【0022】いま、プローブ電流はIP0とし、このと
き、図2に示すように、OL主面上でのビーム径はR0
であり、プローブは点Uに集束され、これによって試料
2上におけるプローブ径はrになされているとする。そ
して、この状態においてプローブ電流がIP′ に増加さ
れ、OL主面上でのビーム径がR′になったとする。プ
ローブ電流が変更されたときにOLの焦点距離が変更さ
れない場合には試料2上でのプローブ径が設定値rから
ずれるのであるが、図2の実線14で示すように、OL
主面上でのビーム径がR′になったときにはプローブが
点Vにフォーカスするようにすれば試料2上でのプロー
ブ径を設定値であるrに保つことができる。
Now, the probe current is I P0, and at this time, as shown in FIG. 2, the beam diameter on the OL main surface is R 0.
And the probe is focused on the point U, whereby the probe diameter on the sample 2 is assumed to be r. In this state, it is assumed that the probe current is increased to I P ′ and the beam diameter on the OL main surface becomes R ′. If the focal length of the OL is not changed when the probe current is changed, the probe diameter on the sample 2 will deviate from the set value r, but as shown by the solid line 14 in FIG.
If the beam diameter on the main surface becomes R ', the probe diameter on the sample 2 can be kept at the set value r by making the probe focus on the point V.

【0023】ところで、試料2上におけるプローブ径が
rに設定されたとき、試料2上でのプローブ径は厳密に
は設定プローブ径rと最小プローブ径rP が合成された
値となる。ここで、最小プローブ径rP とは、電子銃1
の輝度、OLの収差、あるいは回折効果等によって制限
されるプローブ径の最小値である。
When the probe diameter on the sample 2 is set to r, the probe diameter on the sample 2 is strictly a value obtained by combining the set probe diameter r and the minimum probe diameter r P. Here, the minimum probe diameter r P is the electron gun 1
Is the minimum value of the probe diameter which is limited by the luminance, OL aberration, diffraction effect and the like.

【0024】従って、試料2上での実際のプローブの直
径は
Therefore, the actual probe diameter on sample 2 is

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】となるが、最小プローブ径rP は通常 1μ
m以下であるのに対して、rは通常 1μm以上であり、
しかも最小プローブ径rP の 2倍以上はあるのが通常で
あるから、rは最小プローブ径rP に対して十分大きい
とすることができ、従って(1)式の値はrに等しいとす
ることができる。
The minimum probe diameter r P is usually 1 μm.
m, while r is usually 1 μm or more,
Moreover since there are more than twice the minimum probe diameter r P is the normal, r is can be sufficiently large relative to the smallest probe diameter r P, therefore (1) value is equal to r be able to.

【0027】次に、任意に与えられたプローブ電流IP
に対して、OL主面上でのビーム径をR(IP) 、プロ
ーブが最適開き角αで試料2上に集束しているときのO
Lの焦点距離はf(0,R)と表記することとし、また、
プローブが図3で試料2の後方にフォーカスしていると
き、即ち、OL主面上でのビーム径がRであるときに試
料2上でのプローブ径が設定された値rになるようにフ
ォーカスしているときのOLの焦点距離はf(r,R)
と表記することとする。また、f(0,R),f(r,
R)における像距離をそれぞれw,w+△wとする。
Next, the arbitrarily given probe current I P
In contrast, the beam diameter on the OL main surface is R (I P ), and the beam diameter O when the probe is focused on the sample 2 at the optimum opening angle α
The focal length of L is expressed as f (0, R), and
When the probe is focused behind the sample 2 in FIG. 3, that is, when the beam diameter on the OL main surface is R, the probe diameter on the sample 2 is adjusted so as to have a set value r. The focal length of the OL is f (r, R)
It will be described as follows. Also, f (0, R), f (r,
Let the image distance in R) be w, w + △ w, respectively.

【0028】さて、図3において、一般的に幾何学的な
性質から
Now, referring to FIG.

【0029】[0029]

【数2】 (Equation 2)

【0030】が成り立ち、これはHolds, which is

【0031】[0031]

【数3】 (Equation 3)

【0032】と変形される。Is transformed.

【0033】また、物体距離はOLの励磁とは無関係に
一定であるので、与えられたプローブ電流IP に対し
て、次の(4) 式が一般的に成り立つ。
Further, since the object distance is constant regardless of the excitation of the OL, for a given probe current I P, the following equation (4) is generally established.

【0034】[0034]

【数4】 (Equation 4)

【0035】従って、(3) 式及び(4) 式から次の(5) 式
が成り立つことになる。
Therefore, the following expression (5) is established from the expressions (3) and (4).

【0036】[0036]

【数5】 (Equation 5)

【0037】よって、Therefore,

【0038】[0038]

【数6】 (Equation 6)

【0039】となるが、この(6) 式は一般的に成り立つ
から、(6) 式にr=r,R=R′を代入すれば、OL主
面上におけるビーム径がR′で、試料2上におけるプロ
ーブ径がrとなる焦点距離を求めることができることが
分かる。即ち、上述したように、R′はプローブ電流I
P′ の値から求めることができ、図1においてAPの位
置と口径が固定されているので、f(0,R′)はOL主
面上でのビーム径R′から一義的に定まり、rは設定さ
れた値であり、wは規定値であるから、f(r,R′)
は(6) 式から求めることができるのである。
However, since this equation (6) generally holds, by substituting r = r and R = R 'into equation (6), the beam diameter on the OL main surface is R' and the sample It can be seen that the focal length at which the probe diameter on r is r can be obtained. That is, as described above, R 'is the probe current I
Since the position and aperture of the AP are fixed in FIG. 1, f (0, R ′) is uniquely determined from the beam diameter R ′ on the OL main surface, and r Is a set value and w is a specified value, so that f (r, R ')
Can be obtained from equation (6).

【0040】そこで、制御部6は、試料2上でのプロー
ブ径rが設定されているときにプローブ電流が変更され
た場合には(6) 式によりOLの焦点距離を求め、その焦
点距離を達成する励磁電流をOLのコイル5に供給する
処理を行う。なお、OLの励磁電流と焦点距離との関係
は既知であるから、その関係をROM等に記憶し、焦点
距離の値を入力アドレスとして励磁電流を出力するよう
にしておけばよい。
Therefore, when the probe current is changed while the probe diameter r on the sample 2 is set, the control unit 6 obtains the focal length of the OL according to the equation (6), and determines the focal length of the OL. A process of supplying the achieved exciting current to the OL coil 5 is performed. Since the relationship between the OL exciting current and the focal length is known, the relationship may be stored in a ROM or the like, and the exciting current may be output using the value of the focal length as an input address.

【0041】以上の処理が実行されることによって、例
えば図2においてプローブ電流が増加されてOL主面上
でのビーム径がR0 からR′に増大したとしても、OL
の焦点距離が変更されることによってプローブは点Vに
フォーカスされるようになるので、試料2上でのプロー
ブ径はrのままであり、試料2上におけるプローブ径は
変化することはない。
By performing the above processing, for example, even if the probe current is increased and the beam diameter on the OL main surface is increased from R 0 to R ′ in FIG.
Is changed, the probe is focused on the point V, so that the probe diameter on the sample 2 remains at r, and the probe diameter on the sample 2 does not change.

【0042】このように、プローブ電流が変更された場
合には制御部6は(6) 式に基づいてOLの焦点距離を変
更するのであるが、上述したようにRはプローブ電流I
P の関数であり、f(0,R)はRの関数、即ちプローブ
電流IP の関数であるので、結局、制御部6は設定され
ている試料2上でのプローブ径rとプローブ電流IP
びOL主面と試料2との距離wに基づいて焦点距離を求
めるのである。
As described above, when the probe current is changed, the control unit 6 changes the focal length of the OL based on the equation (6).
Is a function of P, f (0, R) is a function of R, that is, a function of probe current I P, after all, the probe radius r and the probe current I on the sample 2 by the control unit 6 is set The focal length is obtained based on P and the distance w between the OL main surface and the sample 2.

【0043】以上、プローブ電流を増加させた場合につ
いて説明したが、プローブ電流が減少された場合にも制
御部6は(6) 式の演算を行ってOLの焦点距離を制御す
るので、試料2上におけるプローブ径はプローブ電流が
変更される前と変わらないものである。
As described above, the case where the probe current is increased has been described. Even when the probe current is decreased, the control unit 6 performs the operation of the equation (6) to control the focal length of the OL. The probe diameter above is the same as before the probe current was changed.

【0044】以上、本発明の一実施例について説明した
が、次に他の実施例について説明する。上記の実施例で
はプローブ電流が変更されたときには制御部6は(6) 式
を演算してOLの焦点距離を求めるものとしたが、この
実施例ではOLの励磁パラメータを用いることによっ
て、より簡単な演算でOLの焦点距離を求めようとする
ものである。
While one embodiment of the present invention has been described above, another embodiment will now be described. In the above embodiment, when the probe current is changed, the control unit 6 calculates equation (6) to obtain the focal length of the OL. In this embodiment, the control unit 6 uses the excitation parameter of the OL to make it easier. It is intended to obtain the focal length of OL by a simple calculation.

【0045】まず、演算の原理について説明する。い
ま、図1において、OLのコイル5のコイル巻数をN、
コイル電流をI、相対論的な加速電圧をV* とすると、
OLの励磁パラメータJは次の式で表されることが知ら
れている。
First, the principle of the operation will be described. Now, in FIG. 1, the number of coil turns of the OL coil 5 is N,
If the coil current is I and the relativistic acceleration voltage is V * ,
It is known that the OL excitation parameter J is represented by the following equation.

【0046】[0046]

【数7】 (Equation 7)

【0047】また、励磁パラメータJは焦点距離fを用
いて近似的に表されることも知られている。そこで、い
ま励磁パラメータJが焦点距離fを用いて
It is also known that the excitation parameter J is approximately expressed using the focal length f. Therefore, the excitation parameter J is now calculated using the focal length f.

【0048】[0048]

【数8】 (Equation 8)

【0049】と近似できるものとすると、(8) 式におい
てプローブが試料2に対してr= 0で照射するとき(な
お、以下においてはr= 0のときのOLの焦点距離をf
0 と略記する)、つまり、f=f(r,R)=f(0,
R)=f0 のときの励磁パラメータをJ0(=J
(f0))とおけば、プローブ電流が変更されたことに
伴ってOLの焦点距離をf0 からfに変化させるために
必要な励磁パラメータの変化量△Jは次の式で表すこと
ができる。
If the probe irradiates the sample 2 at r = 0 in the equation (8) (hereinafter, the focal length of the OL when r = 0 is f
0 ), that is, f = f (r, R) = f (0,
R) = f 0 , the excitation parameter is J 0 (= J
(F 0 )), the change ΔJ of the excitation parameter required to change the focal length of the OL from f 0 to f with the change of the probe current can be expressed by the following equation. it can.

【0050】[0050]

【数9】 (Equation 9)

【0051】つまり、プローブ電流が変更されたときに
は(9) 式で与えられる量だけOLの励磁パラメータを補
正すれば試料2上におけるプローブ径は変化しないこと
になる。
That is, when the probe current is changed, the probe diameter on the sample 2 does not change if the OL excitation parameter is corrected by the amount given by the equation (9).

【0052】さて、ここで、(9) 式に(6) 式を代入する
と、
Now, when substituting equation (6) into equation (9),

【0053】[0053]

【数10】 (Equation 10)

【0054】となるが、Where

【0055】[0055]

【数11】 [Equation 11]

【0056】であるから、Therefore,

【0057】[0057]

【数12】 (Equation 12)

【0058】であり、従って(10)式はTherefore, equation (10) is

【0059】[0059]

【数13】 (Equation 13)

【0060】となる。ここで、通常はf0 ≒wであり、
且つ試料2上におけるプローブ径rはOL主面上におけ
るビーム径Rより十分小さいが、いま例えば、f0 /w
=0.9,r/R=0.3 とすると
Is as follows. Here, usually f 0通常 w,
And probe diameter r on the sample 2 is sufficiently smaller than the beam diameter R on the OL principal surface, but now for example, f 0 / w
= 0.9, r / R = 0.3

【0061】[0061]

【数14】 [Equation 14]

【0062】となり、この(14)式から、(10)式をr/R
について1次まで展開して近似したときの誤差は最大で
も 5%程度であることが分かる。なお、r/R=0.3 と
いう値はr/Rの最大値に近い値であり、通常ではr/
R=0.01〜0.1 程度であるので誤差はより小さいもので
ある。
From the equation (14), the equation (10) is changed to r / R
It can be seen that the error when developing and approximating to the first order is at most about 5%. The value of r / R = 0.3 is a value close to the maximum value of r / R.
Since R = about 0.01 to 0.1, the error is smaller.

【0063】従って、この誤差の範囲内でTherefore, within this error range,

【0064】[0064]

【数15】 (Equation 15)

【0065】とすることができる。Can be obtained.

【0066】ここで、プローブ電流が基準プローブ電流
P0であるときのOL主面上におけるビーム半径、即ち
R(IP0)をR0 と表し、試料2上でのプローブ径が予
め定められている基準プローブ径r0 であるときにプロ
ーブ電流IP を変更したとする。このとき
Here, when the probe current is the reference probe current I P0 , the beam radius on the OL main surface, that is, R (I P0 ) is represented as R 0, and the probe diameter on the sample 2 is predetermined. It is assumed that the probe current I P is changed when the reference probe diameter r 0 is present. At this time

【0067】[0067]

【数16】 (Equation 16)

【0068】の値を考えると、この値は(15)式からf0
(R(IP))=f0(IP),f0(R(IP0))=f0
(IP0)とおいて次の式で表される。
Given the value of f 0 , this value is given by f 0 from equation (15).
(R (I P)) = f 0 (I P), f 0 (R (I P0)) = f 0
(I P0 ) and is represented by the following equation.

【0069】[0069]

【数17】 [Equation 17]

【0070】ところで、(16)式の右辺のf0(IP)/f
0(IP0) の値は1次近似の範囲内ではほぼ 1であると
考えられる(実際にもプローブ電流が10-12 〜10-5Aの
範囲ではf0 の変化は約 3%以下である)ので、(15)式
と(16)式から
By the way, f 0 (I P ) / f on the right side of the equation (16)
The value of 0 (I P0 ) is considered to be approximately 1 within the range of the first-order approximation (actually, when the probe current is in the range of 10 −12 to 10 −5 A, the change of f 0 is about 3% or less. So) From the formulas (15) and (16),

【0071】[0071]

【数18】 (Equation 18)

【0072】となる。この(17)式の右辺は(9) 式の左辺
と同じであるから、プローブ電流を変更した場合には(1
7)式の左辺の演算で求められる量だけOLの励磁パラメ
ータを補正すれば試料2上でのプローブ径は変化しない
ようにすることができる。
Is obtained. Since the right side of equation (17) is the same as the left side of equation (9), if the probe current is changed, (1
The probe diameter on the sample 2 can be kept unchanged by correcting the OL excitation parameter by the amount obtained by the calculation on the left side of the equation (7).

【0073】なお、f0(IP)とf0(IP0)との差が
大きく異なってf0(IP)/f0(IP0)の値が1次近
似の範囲内ではほぼ 1と仮定できない場合も考えられる
が、プローブ電流を変化させたときに物体距離が大きく
変動する場合であってもOLの焦点距離を集束レンズの
励磁に連動させて合焦位置(r= 0)における合焦状態
を一定に保つ手段は公知であるので、ここではf
0(IP)/f0(IP0) の値は1次近似の範囲内ではほ
ぼ 1であると考えることにする。
Note that the difference between f 0 (I P ) and f 0 (I P0 ) is so different that the value of f 0 (I P ) / f 0 (I P0 ) is almost 1 within the range of the first-order approximation. Can be assumed, but even when the object distance greatly changes when the probe current is changed, the focal length of the OL is linked to the excitation of the focusing lens at the focus position (r = 0). Since means for keeping the in-focus state constant is known, here, f
The value of 0 (I P) / f 0 (I P0) is to be considered as within the scope of first-order approximation is approximately 1.

【0074】そして、(17)式の左辺の各項の物理的な意
味を考えると、△J(r,R0) はプローブ電流IP
基準プローブ電流IP0であり、OL主面上でのビーム径
がR0 であるときに試料2上でのプローブ径をrに変更
する場合に補正すべき励磁パラメータの補正量を意味し
ている。また、△J(r0,R) は、プローブ電流IP
を変更してOL主面上でのビーム径Rを変化させた場合
にも試料2上でのプローブ径を基準プローブ径r0 に保
つために補正すべき励磁パラメータの補正量を意味して
おり、特に、△J(r0,R0)は、△J(r0,R) の
補正量においてR=R0 である場合の値である。
Considering the physical meaning of each term on the left side of the equation (17), △ J (r, R 0 ) indicates that the probe current IP is the reference probe current I P0 , and that Means the correction amount of the excitation parameter to be corrected when the probe diameter on the sample 2 is changed to r when the beam diameter is R 0 . △ J (r 0 , R) is the probe current I P
Is changed to change the beam diameter R on the OL main surface, it means the correction amount of the excitation parameter to be corrected to keep the probe diameter on the sample 2 at the reference probe diameter r 0. In particular, △ J (r 0 , R 0 ) is a value when R = R 0 in the correction amount of △ J (r 0 , R).

【0075】従って、プローブ電流を基準プローブ電流
P0とし、OL主面上でのビーム径がR0 であるときに
試料2上でのプローブ径を任意のrにするために必要な
励磁パラメータの補正量△J(r,R0 )を各プローブ
径rについて理論的あるいは実験的に求めてテーブル化
し(以下、このテーブルを第1テーブルと称す)、更に
プローブ電流IP を任意に変更した場合にも試料2上で
のプローブ径を基準プローブ径r0 に保つために必要な
励磁パラメータの補正量△J(r0 ,R)を各プローブ
電流IP について理論的あるいは実験的に求めてテーブ
ル化して(以下、このテーブルを第2テーブルと称
す)、制御部6がこれら二つのテーブルを管理するよう
にする。また制御部6は△J(r0 ,R0 )の値を保持
している。
Therefore, the probe current is set to the reference probe current I P0, and the excitation parameter required to make the probe diameter on the sample 2 arbitrary r when the beam diameter on the OL main surface is R 0 . When the correction amount △ J (r, R 0 ) is theoretically or experimentally determined for each probe diameter r and tabulated (hereinafter, this table is referred to as a first table), and the probe current IP is arbitrarily changed. In addition, the correction amount ΔJ (r 0 , R) of the excitation parameter necessary for keeping the probe diameter on the sample 2 at the reference probe diameter r 0 is obtained theoretically or experimentally for each probe current I P and a table is obtained. (Hereinafter, this table is referred to as a second table), and the control unit 6 manages these two tables. The control unit 6 holds the value of △ J (r 0 , R 0 ).

【0076】そして、制御部6は、試料2上でのプロー
ブ径rが設定されているときにプローブ電流が変更され
た場合には、設定されているプローブ径rに基づいて第
1テーブルから△J(r,R0 )の補正量を求めると共
に、変更されたプローブ電流IP に基づいて第2テーブ
ルから△J(r0 ,R)を求め、更に△J(r0 ,R
0 )の値とから(17)式の右辺の演算を行い、OLの励磁
パラメータの補正量を求める。
When the probe current is changed while the probe diameter r on the sample 2 is being set, the control unit 6 determines from the first table based on the set probe diameter r. J (r, R 0) with obtaining the correction amount of, calculated from the second table △ J (r 0, R) based on the modified probe current I P, further △ J (r 0, R
From the value of ( 0 ), the right side of the equation (17) is calculated, and the correction amount of the OL excitation parameter is obtained.

【0077】そして、制御部6は、この励磁パラメータ
の補正量から焦点距離をどのように変更すべきかを(9)
式から求め、それに基づいてOLのコイル5に供給すべ
き励磁電流を(7) 式と(8) 式の関係から求めて、その求
めた励磁電流をコイル5に供給する。
Then, the control unit 6 determines how to change the focal length based on the correction amount of the excitation parameter (9).
The excitation current to be supplied to the OL coil 5 is determined from the relationship between the expressions (7) and (8) based on the expression, and the determined excitation current is supplied to the coil 5.

【0078】なお、励磁パラメータの補正量と焦点距離
の関係は(9) 式から一義的に定まり、焦点距離と励磁電
流の関係もコイル巻数Nは一定であるから相対論的な加
速電圧が決まれば(7) 式と(8) 式の関係から一義的に定
まるので、上述したように(9) 式及び(7) ,(8) を用い
て演算するのではなく、励磁パラメータの補正量と励磁
電流の関係を予め求めてテーブル化しておき、求めた励
磁パラメータの補正量から直接励磁電流を求めることが
できるようにすることも可能である。
The relationship between the correction amount of the excitation parameter and the focal length is uniquely determined from the equation (9), and the relationship between the focal length and the excitation current is determined by the relativistic acceleration voltage since the number of coil turns N is constant. For example, since it is unambiguously determined from the relationship between Eqs. (7) and (8), instead of using Eq. (9) and Eqs. (7) and (8) as described above, the It is also possible to determine the relationship between the exciting currents in advance and make a table, so that the exciting current can be directly obtained from the obtained correction amount of the exciting parameter.

【0079】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変形が可能であることは当業者に明かである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, it is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications are possible.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、プローブ電流を変更しても試料上でのプロー
ブ径は自動的に一定に保たれるので、試料の分析を良好
に行うことができ、また操作性も向上する。
As is apparent from the above description, according to the present invention, even if the probe current is changed, the probe diameter on the sample is automatically kept constant, so that the sample analysis can be performed well. And operability is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】 発明が解決しようとする課題を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a problem to be solved by the invention.

【図3】 プローブ径に対する一般式を説明するための
図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a general formula for a probe diameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子銃、CL1 …第1集束レンズ、CL2 …第2集
束レンズ、AP…対物絞り、OL…対物レンズ、2…試
料、3…第1集束レンズCL1 のコイル、4…第2集束
レンズCL2 のコイル、5…対物レンズOLのコイル、
6…制御部、7…操作部、O…光軸。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, CL1 ... 1st focusing lens, CL2 ... 2nd focusing lens, AP ... Object stop, OL ... Objective lens, 2 ... Sample, 3 ... Coil of 1st focusing lens CL1, 4 ... 2nd focusing lens CL2 Coil of the objective lens OL,
6: control unit, 7: operation unit, O: optical axis.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子銃と、集束レンズ系と、対物絞りと、
対物レンズと試料位置とがこの順に配置されてなり、プ
ローブ電流及び試料位置におけるプローブ径が調整可能
となされている電子線装置において、 試料上におけるプローブ径が所定の値に設定されている
状態においてプローブ電流が変更された場合には、変更
されたプローブ電流値と、当該設定されている試料上に
おけるプローブ径と、対物レンズの主面と試料との距離
等に基づいて試料上でのプローブ径が変化しないように
対物レンズの焦点距離を変更する制御手段を備えること
を特徴とする電子線装置。
An electron gun, a focusing lens system, an objective diaphragm,
In an electron beam apparatus in which the objective lens and the sample position are arranged in this order, and the probe current and the probe diameter at the sample position can be adjusted, when the probe diameter on the sample is set to a predetermined value. When the probe current is changed, the probe diameter on the sample is determined based on the changed probe current value, the set probe diameter on the sample, the distance between the main surface of the objective lens and the sample, and the like. An electron beam apparatus comprising: a control unit that changes a focal length of an objective lens so that the focal length does not change.
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