JP5331073B2 - Electron beam equipment - Google Patents
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本発明は、電子線装置に関し、特に、プローブ電流値にかかわらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置に関する。 The present invention relates to an electron beam apparatus, and more particularly to an electron beam apparatus capable of suppressing contamination of a differential exhaust diaphragm regardless of a probe current value.
走査電子顕微鏡に代表される電子線装置では、各種の観察条件パラメータを、試料や観察条件などに合わせて設定し、試料の拡大像を観察する。観察条件パラメータには、例えば、加速電圧、電子銃のエミッション電流、収束レンズ条件、動作距離(working distance; 対物レンズと試料との距離)、試料観察像の信号検出系の条件、対物絞り開口径などが挙げられる。 In an electron beam apparatus typified by a scanning electron microscope, various observation condition parameters are set in accordance with a sample, an observation condition, and the like, and an enlarged image of the sample is observed. Observation condition parameters include, for example, acceleration voltage, electron gun emission current, convergence lens condition, working distance (distance between objective lens and sample), sample observation image signal detection system condition, objective aperture diameter Etc.
そのほか、電子線装置は、種々の分析装置と組み合わせることにより、試料上の微小領域の分析に利用される。分析法には、例えば、エネルギー分散形X線分析(EDX; energy-dispersive X-ray spectroscopy)法、波長分散型X線分析(WDX; wavelength-dispersive X-ray spectroscopy)法、後方散乱電子線回折パターン(EBSP; electron backscatter diffraction pattern)法がある。 In addition, the electron beam apparatus is used for analyzing a minute region on a sample by combining with various analysis apparatuses. Examples of analytical methods include energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), wavelength-dispersive X-ray spectroscopy (WDX), and backscattered electron diffraction. There is an electron backscatter diffraction pattern (EBSP) method.
EDX法は、試料から発生した特性X線を直接半導体検出器で検出し、電気信号に変えて分光分析する方法であり、検出した特性X線のエネルギーに比例したパルス電流を生じさせ、これを多チャンネル波高分析器で選別して測定を行う。 The EDX method is a method in which characteristic X-rays generated from a sample are directly detected by a semiconductor detector and converted into an electric signal for spectroscopic analysis. A pulse current proportional to the energy of the detected characteristic X-rays is generated, and this is generated. Select and measure with a multichannel wave height analyzer.
WDX法は、試料から発生する特性X線を、分光結晶でのブラッグ反射を利用し特定波長のX線を分離検出することにより、分光分析する方法であり、分光結晶によりブラッグ反射した特性X線の回折角度からX線の波長を測定し、元素の種類を同定する。 The WDX method is a method of performing spectroscopic analysis of characteristic X-rays generated from a sample by separating and detecting X-rays having a specific wavelength using Bragg reflection in the spectroscopic crystal. The X-ray wavelength is measured from the diffraction angle, and the type of element is identified.
EBSP法は、試料からの非弾性後方散乱電子によって作られる菊池図形(Kikuchi pattern)が試料の方位に依存して変化することから、入射電子プローブで試料を走査して、このパターンを解析し、多結晶性試料の結晶方位の分布像を得る方法である。 In the EBSP method, since the Kikuchi pattern created by inelastic backscattered electrons from the sample changes depending on the orientation of the sample, the pattern is analyzed by scanning the sample with an incident electron probe, This is a method for obtaining a crystal orientation distribution image of a polycrystalline sample.
これらの分析法を実施する場合、試料に照射する電子ビームの電流(プローブ電流Ip)値を、単に試料の拡大像を得るときよりも、大きくする必要がある。例えば、高分解能観察のためのプローブ電流Ipは、数[pA]〜数十[pA]でよいが、EDX法では数百[pA]、EBSP法では数[nA]、WDX法では数十[nA]程度にする必要がある。 When carrying out these analysis methods, it is necessary to make the current (probe current Ip) value of the electron beam irradiated to the sample larger than when simply obtaining an enlarged image of the sample. For example, the probe current Ip for high-resolution observation may be several [pA] to several tens [pA], but several hundred [pA] in the EDX method, several [nA] in the EBSP method, and several tens [in the WDX method] nA] or so.
一般に、照射された電子ビームの電荷が増えるほど、また、電子ビームが照射された部位の真空度が低い(残存する内部圧力が高い)ほど、各絞りなどの電子線装置内部の汚染(contamination)が増加しやすいと考えられる。つまり、試料の拡大像の観察を行うよりも、試料の分析を行うほうが、装置内部を汚染しやすい。 In general, the higher the charge of the irradiated electron beam, and the lower the degree of vacuum at the portion irradiated with the electron beam (the higher the remaining internal pressure), the more the contamination inside the electron beam apparatus such as each aperture. Is likely to increase. That is, it is easier to contaminate the inside of the apparatus by analyzing the sample than by observing an enlarged image of the sample.
電子線装置では、一般的に、試料の載置された鏡体部内部は高真空に保ち、電子を射出する陰極などを含む電子銃部内部は、鏡体部内部よりも低圧な超高真空状態に保つ。電子ビームを通過させるため、電子銃部内部と鏡体部内部とは、差動排気絞りと称される小開口により連通している。 Generally, in an electron beam apparatus, the inside of a body part on which a sample is placed is kept in a high vacuum, and the inside of an electron gun part including a cathode that emits electrons is lower in pressure than the inside of the body part. Keep in state. In order to pass the electron beam, the inside of the electron gun portion and the inside of the mirror body portion communicate with each other through a small opening called a differential exhaust diaphragm.
したがって、差動排気絞りの開口径は、光学系へ影響を及ぼさず、かつ、気体等の物質の流出入を抑止する観点から、最小限の大きさとするのが好ましい。換言すれば、差動排気絞りの汚染は、電子線装置の光学性能を直ちに低下させる原因となりうる。 Therefore, the opening diameter of the differential exhaust diaphragm is preferably set to a minimum size from the viewpoint of not affecting the optical system and suppressing the inflow and outflow of substances such as gas. In other words, contamination of the differential exhaust diaphragm can cause immediate deterioration of the optical performance of the electron beam apparatus.
そこで、従来、一方のシャフトに長い絞り板を巻き付けておき、他方のシャフトを回転させこの絞り板を巻き取ると、絞り板の表面に穿設された絞り穴がケースにあけられた孔を横断することにより、1つの絞り穴が汚染されても、次の絞り穴に交代させることができる電子顕微鏡等用可動絞り装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, when a long diaphragm plate is wound around one shaft and the other shaft is rotated to wind up this diaphragm plate, the throttle hole drilled in the surface of the diaphragm plate crosses the hole made in the case. Thus, there has been proposed a movable diaphragm device for an electron microscope or the like that can be replaced with the next diaphragm hole even if one diaphragm hole is contaminated (see, for example, Patent Document 1).
また、絞り板に当たった一次電子線の総電荷量が予め定めた基準値を超えたとき、絞り穴の汚れ(コンタミネーション)が像質に影響を与えない許容限度値を超えたと判断し、絞り穴をアクチュエータで切り替える荷電粒子線装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。 Also, when the total charge amount of the primary electron beam hitting the aperture plate exceeds a predetermined reference value, it is determined that the contamination of the aperture hole (contamination) has exceeded an allowable limit value that does not affect the image quality, A charged particle beam apparatus that switches an aperture hole with an actuator has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
また、絞り穴を有する絞り板と、穴部を有し絞り板に積層した厚板とを備え、電圧印加手段により絞り板に高電圧を加えてフラッシングを行い、絞り板に付着した汚染物質を除去する走査型電子顕微鏡が提案されている(例えば特許文献3参照)。 In addition, a diaphragm plate having a diaphragm hole and a thick plate having a hole portion and laminated on the diaphragm plate are subjected to flushing by applying a high voltage to the diaphragm plate by a voltage applying means to remove contaminants attached to the diaphragm plate. A scanning electron microscope to be removed has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、前記従来の電子顕微鏡等用可動絞り装置(特許文献1記載)では、ケースと絞り板とが摺動することとなるため、摺動箇所で気体等の漏れが生じやすく、差動排気絞りとして用いるのは適当ではないという問題点があった。 However, in the conventional movable diaphragm device for an electron microscope or the like (described in Patent Document 1), the case and the diaphragm plate slide, so that leakage of gas or the like is likely to occur at the sliding portion, and the differential exhaust diaphragm There is a problem that it is not appropriate to use as.
また、前記従来の荷電粒子線装置(特許文献2記載)では、絞り穴をアクチュエータで切り替える機構を備えている。この機構も切替箇所で気体等の漏れを生じる危険があるとともに、差動排気絞り部分の構造が複雑になるため、当該部分に用いるのは難しいという問題点があった。 Further, the conventional charged particle beam device (described in Patent Document 2) includes a mechanism for switching the aperture hole with an actuator. This mechanism also has a risk that gas or the like may leak at the switching portion, and the structure of the differential exhaust throttle portion is complicated, so that it is difficult to use for this portion.
また、前記従来の走査型電子顕微鏡(特許文献3記載)では、絞り板の汚染を効果的に防ぐには、厚板の厚さを大きくしなければならず、また、フラッシングのための高電圧を印加するため、絞り板の周囲を高絶縁構造にしなければならない。したがって、高真空雰囲気と超高真空雰囲気が接する箇所であるとともに、光学的にも精密な位置関係を保持する必要がある差動排気絞りにこのような構成を採用するのは難しい問題があった。 In the conventional scanning electron microscope (described in Patent Document 3), in order to effectively prevent the contamination of the diaphragm plate, the thickness of the thick plate must be increased, and a high voltage for flushing is required. Therefore, the periphery of the diaphragm plate must have a high insulation structure. Therefore, there is a problem that it is difficult to adopt such a configuration for the differential exhaust diaphragm which is a place where the high vacuum atmosphere and the ultra-high vacuum atmosphere are in contact with each other and also needs to maintain an optically precise positional relationship. .
また、前記したいずれの従来技術も、基本的に、絞り穴が汚染してから事後対策をとるものである。特に、プローブ電流が大きいと、差動排気絞りの汚染も増加するという問題があった。これらのため、絞り穴の開口径に過度の余裕を持たせることによる真空度の低下や光学性能の変動の回避、構造の簡略化、操作、保守および管理の容易性などを求める観点から、差動排気絞りが汚染されるごとに交換や除染を行うのではなく、当該絞りへの汚染物質の付着そのものを抑止する技術が希求されていた。 In addition, any of the above-described conventional techniques basically takes a countermeasure after the throttle hole is contaminated. In particular, when the probe current is large, there is a problem that the contamination of the differential exhaust throttle also increases. For these reasons, there is a difference from the viewpoint of obtaining a reduction in the degree of vacuum and fluctuations in optical performance by giving an excessive margin to the aperture diameter of the aperture, simplifying the structure, ease of operation, maintenance, and management. There has been a demand for a technique that suppresses the attachment of contaminants to the throttle instead of replacing or decontaminating the dynamic exhaust throttle each time it is contaminated.
そこで、本発明の目的は、このような従来技術の各問題点に鑑み、プローブ電流の大小に拘わらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electron beam apparatus that can suppress contamination of a differential exhaust diaphragm regardless of the magnitude of the probe current, in view of such problems of the prior art.
前記課題を解決するため、本発明の電子線装置は、電子源を有し一次電子線を発生する電子銃と、前記電子銃が収められた電子銃部と試料が収められた鏡体部とを連通させる差動排気絞りと、前記電子銃部に設けられ、前記一次電子線を収束させることにより、そのクロスオーバ点を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍に形成する収束レンズと、前記電子銃から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構と、前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替機構と、入力装置と表示装置に接続され少なくとも前記収束レンズを制御するコンピュータと、を備え、 前記コンピュータは、前記入力装置を介して選択された運転のモードに応じて、前記クロスオーバ点の位置を予め定められた範囲内に設定するとともに、前記一次電子線が前記差動排気絞りの開口の周縁部に照射されることのない大きさ以下に前記一次電子線の広がりを絞ることが可能な前記絞り機構の開口径が選択されることを促す表示を前記表示装置にすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electron beam apparatus of the present invention includes an electron gun that has an electron source and generates a primary electron beam, an electron gun part that contains the electron gun, and a mirror part that contains a sample. A differential exhaust diaphragm that communicates with each other, and a converging lens that is provided in the electron gun section and converges the primary electron beam to form a crossover point on or near the opening surface of the differential exhaust diaphragm. An aperture mechanism that is arranged in an optical path from the electron gun to the convergent lens and that can switch an aperture diameter; a switching mechanism that switches the aperture diameter of the aperture mechanism; and at least the convergent lens connected to an input device and a display device And a computer for controlling the position of the crossover point within a predetermined range in accordance with the mode of operation selected via the input device. The aperture diameter of the aperture mechanism capable of narrowing the extent of the primary electron beam to a size that does not irradiate the peripheral edge of the aperture of the differential exhaust aperture is selected. The display device is characterized in that a display for prompting is displayed.
本発明の電子線装置によれば、電子源と収束レンズとの間に開口径を切替可能な絞り機構を配置し、クロスオーバ点の位置に対応して開口径を切り替えるようにしたので、プローブ電流値にかかわらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる。 According to the electron beam equipment of the present invention, to place the switchable diaphragm mechanism opening diameter between the electron source and the converging lens, since to switch the opening diameter corresponding to the position of the cross-over point, Regardless of the probe current value, contamination of the differential exhaust throttle can be suppressed.
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
まず、図1を参照し、比較例の電子線装置105において、プローブ電流Ipを変化させたとき発生する問題点について説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a problem that occurs when the probe current Ip is changed in the
電子線装置105は、内部空間が高真空に保たれた鏡体部32と、内部空間が鏡体部32よりもさらに気圧が低い超高真空に保たれた電子銃部31と、鏡体部32の内部空間と、電子銃部31の内部空間とを連通させる差動排気絞り33とを含んでいる。
The
電子銃部31は、電子源51と、この電子源51の直下に置いた絞り53と、電子源51から出射した一次電子ビーム3を収束するための収束レンズ(コンデンサレンズ)55とを含んでいる。また、鏡体部32は、プローブ電流量を制限するための対物絞り7を含んでいる。
The
電子線装置105では、電子源51から出射した一次電子ビーム3束は、電子源51直下の絞り53を通過し、収束レンズ(コンデンサレンズ)55によって一旦収束され、再び広がる。広がった一次電子ビーム3束が対物絞り7によって制限され、その一部が遮られることにより、対物絞り7を通過した後の一次電子ビーム3の電流値(≒プローブ電流Ip)が規定される。
In the
収束レンズ55により、一次電子ビーム3束が一旦収束される箇所、すなわち、クロスオーバ点(crossover point)56は、収束レンズ55の磁場コイル(図示せず)に流す電流量を調節することにより、光軸方向に沿って前後させることができる。
The point where the bundle of
そこで、図1(a)に示すように、クロスオーバ点56を対物絞り7(の開口面、以下、本段落において同じ)から遠ざけるほど、プローブ電流Ipは小さくなる。そこから、図1(b)に示すように、クロスオーバ点56を対物絞り7に近づけるに従ってプローブ電流Ipは大きくなり、クロスオーバ点56と対物絞り7とが同一面内にあるとき、プローブ電流Ipは、絞り53を通過した一次電子ビーム3の電流値とほぼ等しくなる。このように、プローブ電流Ipは、収束レンズ55を制御し、クロスオーバ点56を前後させて、調節できる。
Therefore, as shown in FIG. 1A, the probe current Ip decreases as the
電子線装置105の一種である走査電子顕微鏡では、「観察用モード」や「分析用モード」などと称される専用モードを選択可能な構成を有するものがある。この走査電子顕微鏡では、選択されたモードに従って、収束レンズ55を制御することにより、適切なプローブ電流Ipの値を設定している。例えば「観察用モード」に設定すると、収束レンズ55の駆動電流を大きくするので、クロスオーバ点56が対物絞り7から遠ざかり、試料観察用の小さいプローブ電流Ipが得られる。また「分析モード」に設定すると、収束レンズ55の電流を小さくするので、クロスオーバ点56が対物絞り7に近づき、試料分析用の大きいプローブ電流Ipが得られる。
Some scanning electron microscopes, which are a kind of
さて、図1(c)に示すように、クロスオーバ点56を対物絞り7からさらに遠ざけると、差動排気絞り33の開口面において、一次電子ビーム3束が差動排気絞り33の開口径以上に広がり、一次電子ビーム3束の一部が差動排気絞り33自身に差し掛かってしまう場合がある。一次電子ビーム3の照射を受けると、差動排気絞り33に汚染が生じる。差動排気絞り33の開口部が汚染されると、当該絞りの開口径が小さくなって、プローブ電流Ipが減少したり、開口の形状が歪んで異常な非点収差が発生したりするなどの障害が起こり、電子線装置105の性能が低下することとなる。
As shown in FIG. 1C, when the
なお、電子源51直下の絞り53は、一次電子ビーム3が照射されても、超高真空雰囲気中にあるため、汚染が生じにくい。また、対物絞り7は、一次電子ビーム3が照射されると汚染を生じるが、構造上、比較的交換が容易であり、また、加熱機構を具備して除染を行うこともできる。
The
しかし、差動排気絞り33は、電子銃部31よりも真空度の低い(残留圧力の大きい)鏡体部32の内部空間に接しているため、一次電子ビーム3の照射により汚染を生じやすい。また、差動排気絞り33の交換は、電子銃部31全体を鏡体部32から一旦取り外してから行うため、手間が掛かり作業が困難である。さらに、電子銃部31と鏡体部32との境界に介在しているため、除染のための加熱機構を具備することが困難である。このため、差動排気絞り33を清浄に保つのが困難である問題点があった。
However, since the
電子線装置105は、観察や分析などの使用目的によって、試料を走査する電子プローブのプローブ電流Ipを、適切に設定する必要がある。また、プローブ電流Ipの大小に拘わらず、差動排気絞り33の汚染を抑止し、電子線装置105の性能低下を招かないようにする必要がある。
The
そこで、本願発明者は、差動排気絞り33を清浄に保つには、一次電子ビーム3が差動排気絞り33に照射されないようにすればよいことに着目した。一次電子ビーム3を差動排気絞り33に当てないようにしつつ、プローブ電流Ipを変化させるには、例えば次のことが考えられる。
Therefore, the inventor of the present application paid attention to prevent the
(1)クロスオーバ点56の位置の制御範囲を、一次電子ビーム3束が差動排気絞り33の板上に差し掛からない範囲に制限する。
(2)電子源51直下の絞り53に小さい開口径のものを使用し、差動排気絞り33の位置での一次電子ビーム3束の広がりを小さくする。
(3)差動排気絞り33の開口径を大きくして、一次電子ビーム3束が広がっても、差動排気絞り33に当たらないようにする。
(1) The control range of the position of the
(2) A
(3) The opening diameter of the
例えば、前記(1)では、プローブ電流Ipのダイナミックレンジが極めて制限されるため、所望の観察や分析方法が採れないという問題点がある。また、前記(2)では、プローブ電流Ipの最大値が小さく制限されるという問題点がある。また、前記(3)では、鏡体部32から電子銃部31への気体等の物質の漏れが大きくなるという問題点がある。
For example, in the above (1), the dynamic range of the probe current Ip is extremely limited, so that there is a problem that a desired observation and analysis method cannot be taken. Further, in (2), there is a problem that the maximum value of the probe current Ip is limited to be small. Further, in the above (3), there is a problem that leakage of substances such as gas from the
図2は、本発明による第1実施形態の電子線装置101を示す構成ブロック図である。
電子線装置101がショットキー放出形電子銃を搭載した走査電子顕微鏡である場合について説明するが、電子線装置および電子銃の形式とも、他の形式であってもよい。例えば、電子線装置は、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope: TEM)のほか、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope: SEM)または走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope: STEM)などの形式とすることもできる。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electron beam apparatus 101 according to the first embodiment of the present invention.
Although the case where the electron beam apparatus 101 is a scanning electron microscope equipped with a Schottky emission electron gun will be described, the electron beam apparatus and the electron gun may be of other types. For example, the electron beam apparatus includes a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), and a scanning transmission electron microscope (STEM). You can also
また、例えば、電子銃は、ショットキー型電子銃(Schottky-type electron gun)のほか、電界放出型電子銃(FEG: field-emission electron gun)、熱陰極電界放出型電子銃(thermal (thermally assisted) field-emission electron gun)、熱電子放出型電子銃(thermionic-emission electron gun)、冷陰極電界放出型電子銃(cold (cathode)field-emission electron gun)などを用いてもよい。 For example, in addition to Schottky-type electron guns, field-emission electron guns (FEG), hot cathode field-emission electron guns (thermally thermally assisted) ) A field-emission electron gun), a thermionic-emission electron gun, a cold cathode field emission electron gun (cold (cathode) field-emission electron gun), or the like may be used.
電子線装置101は、内部空間が超高真空に保たれ一次電子ビーム3を発生する電子銃部31と、内部空間が電子銃部31よりも低い真空度に保たれ、電子銃部31で発生した一次電子ビーム3を試料12上に集束させた電子プローブにより試料12の走査を行う鏡体部32と、電子銃部31と鏡体部32との内部空間を連通させるとともに、一次電子ビーム3を通過させる差動排気絞り33と、電子線装置101内の各部を制御するための制御部40とを具備している。
The electron beam apparatus 101 includes an
電子線装置101では、陰極1と第一陽極2との間に印加される引出電圧V1によって一次電子ビーム3が放出され、さらに、第二陽極4に印加される加速電圧Vaccに加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。なお、サプレッサ電極5は、陰極1を保持しているフィラメントに加熱電流Ifを流すことによって放出される不要な熱電子を抑制するための電極であり、負のサプレッサ電圧Vsが印加されている。高電圧制御回路21は、コンピュータ28の制御により、加速電圧Vacc、引出電圧V1、およびサプレッサ電圧Vsを発生させる機能を有する。
In the electron beam apparatus 101, the
第一収束レンズ6は、第一収束レンズ制御回路22の制御に基づき、一次電子ビーム3を一旦収束する。一次電子ビーム3は、収束後、再度発散する。対物絞り7は、一次電子ビーム3の照射角を制限する。第二収束レンズ8は、第二収束レンズ制御回路23の制御に基づき、発散した一次電子ビーム3を再び収束する。対物レンズ11は、対物レンズ制御回路25の制御に基づき、一次電子ビーム3を細く絞り、電子プローブとする。さらに、二段偏向コイルを構成する上段偏向コイル9および下段偏向コイル10は、倍率制御回路24の制御に基づき、電子プローブを偏向させ、試料12を走査する。
The first converging
ここで、試料12は試料微動制御回路27に制御されている試料微動装置13上に載置されている。試料12の一次電子ビーム3の照射点から発生する信号のうち、比較的浅い角度で放出されるエネルギーの高い反射電子信号14は、検出器17に検出されて増幅器18で増幅される。またエネルギーの低い二次電子信号15は、対物レンズ11の磁場によって巻き上げられて、対物レンズ11上部に配置された直交電磁界(EXB)装置16によって一次電子ビーム3に軸ずれを起こすことなく検出器19に検出され、増幅器20で増幅される。増幅器18および20の出力信号(検出信号)は、信号制御回路26へ入力される。
Here, the
コンピュータ28は、高電圧制御回路21、第一収束レンズ制御回路22、第二収束レンズ制御回路23、倍率制御回路24、対物レンズ制御回路25、信号制御回路26および試料微動制御回路27を制御するとともに、増幅された二次電子及び反射電子の信号を処理して、表示装置29の画面に試料12の拡大像として表示させる。
The
前記した「観察モード」や「分析モード」などのモード設定は、入力装置30を介して、コンピュータ28に選択または設定することができる。すると、コンピュータ28の制御に基づき、選択されたモードに対する第一収束レンズ6の電流が第一収束レンズ制御回路22によって設定されて、クロスオーバ点が制御され、目的のプローブ電流Ipが設定される。
Mode settings such as “observation mode” and “analysis mode” described above can be selected or set in the
前記したように、電子銃部31と鏡体部32の間には、差動排気絞り33が配置されている。さらに、第二陽極4と第一収束レンズ6の間には、相異なる複数の開口径(例えば直径0.5[mm]および直径0.1[mm])の絞りを持った絞り機構34が配置され、この絞りによって、第一収束レンズ方向へ進行する一次電子ビーム3のプローブ電流Ipの最大値が決定される。
As described above, the
図3は、クロスオーバ位置b1とプローブ電流Ipとの関係を示す部分光路説明図である。
ここで、第一収束レンズ6の主点からクロスオーバ点までの距離をクロスオーバ位置b1、プローブ電流をIp、差動排気絞り33上でのビームの広がりをdsとする。
FIG. 3 is a partial optical path explanatory diagram showing the relationship between the crossover position b1 and the probe current Ip.
Here, it is assumed that the distance from the principal point of the first focusing
対物絞り7の開口を第一収束レンズ6によって絞り機構34の開口面上に投影したときに与えられる一次電子ビーム3の開き半角αgから、投影径内を通過するプローブ電流Ipは、次式で与えられる。ここで、αgmaxは最大プローブ電流Ipmaxが得られるビーム開き角であり、絞り機構34の開口径に依存する。最大プローブ電流Ipmaxが100[nA]を基準とした場合について例示するが、最大プローブ電流Ipmaxの値はこれより増減させてよい。
From the opening half angle αg of the
また、絞り機構34の開口径dca、第一収束レンズ6の主点と絞り機構34の開口面との距離Lca、は陰極1と第一収束レンズ6との距離a1から、ビーム開き角αgmaxは、次式で与えられる。
Further, the aperture diameter dca of the
ここで、絞り機構34の開口径dca,距離Lca,距離a1を変化させると、最大プローブ電流Ipmaxが変化する。そこで、基準となる最大プローブ電流Ipmaxとして100[nA]を得ると仮定したときと、寸法変更後の開口径dca,距離Lca,距離a1を比較し、最大プローブ電流Ipmaxを再計算する必要がある。ビーム開き角αgを対物絞り7で制限したビーム開き角αg1は、次式で与えられる。なお、M1は第一収束レンズ6の縮小率、raは対物絞りの7の開口半径、L1は第一収束レンズ6と対物絞り7との距離である。
Here, when the aperture diameter dca, distance Lca, and distance a1 of the
αgは各クロスオーバ位置b1条件で、対物絞り7で制限されないビーム開き角αgmaxと対物絞り7で制限されたビーム開き角αg1とを比較して、小さい方の条件を選択する。すなわち、min(X,Y)を、X,Yのうち小さい方を選択する演算子とすると、実効的なビーム開き角αgは、次式で与えられる。
αg is the condition of each crossover position b1 and the beam opening angle αgmax not limited by the
このビーム開き角αgを用いて、クロスオーバ位置b1とプローブ電流Ipの関係が式(1)より求まる。 Using this beam opening angle αg, the relationship between the crossover position b1 and the probe current Ip is obtained from the equation (1).
ここで、差動排気絞り33上でのビーム径dsは、第一収束レンズ6と差動排気絞り33間の距離Lsから、次式で与えられる。
Here, the beam diameter ds on the
図4(a)は、第一収束レンズ6のクロスオーバ位置b1に対するプローブ電流Ipの変化を示すグラフであり、図4(b)は、クロスオーバ位置b1に対する差動排気絞り33の開口面上でのビームの広がりの変化を示すグラフである。
絞り機構34は、開口径が0.5[mm]および0.1[mm]の絞りを備え、その他の条件は、次の通りとした。
4A is a graph showing a change in the probe current Ip with respect to the crossover position b1 of the first converging
The
Ipmax 100[nA]
a1 40[mm]
b1 10〜150[mm]
ra 0.025[mm]
L1 150[mm]
dca 0.5[mm]
Lca 20[mm]
Ls 100[mm]
Ipmax 100 [nA]
a1 40 [mm]
b1 10-150 [mm]
ra 0.025 [mm]
L1 150 [mm]
dca 0.5 [mm]
Lca 20 [mm]
Ls 100 [mm]
図4(a)に示すように、プローブ電流Ipを0.001[nA](1[pA])から100[nA]まで変化させたとき、差動排気絞り33の開口径を0.5[mm]とした場合は、クロスオーバ位置b1を10[mm]から145[mm]まで変化させたことで実現できたが、差動排気絞り33の開口径を0.1[mm]とした場合は、クロスオーバ位置b1が120[mm]のとき4 [nA]となり、それ以上のプローブ電流Ipを得ることはできなかった。
As shown in FIG. 4A, when the probe current Ip is changed from 0.001 [nA] (1 [pA]) to 100 [nA], the opening diameter of the
一方、差動排気絞り33の開口径を0.5[mm]としたとき、差動排気絞り33そのものにビームが照射されないようにするためには、ビームの広がりdsを0.5[mm]以下にする必要がある。このとき、図4(b)より、絞り機構34の開口径が0.5[mm]のときは、クロスオーバ位置b1を70[mm]以上にする必要があり、また絞り機構34の開口径が0.1[mm]のときは、クロスオーバ位置b1を30[mm]以上にする必要がある。
On the other hand, when the opening diameter of the
したがって、前記した「観察モード」用の小さいプローブ電流Ipを得るときは、クロスオーバ位置b1を30[mm]〜120[mm]の範囲で設定し、かつ絞り機構34の開口径を0.1[mm]に選択する。また「分析モード」用の大きいプローブ電流Ipを得るときは、クロスオーバ位置b1を70[mm]〜145[mm]の範囲で設定し、かつ絞り機構34の開口径を0.5[mm]に選択すれば、差動排気絞り33にビームが照射されて汚染されることなく、20[pA]から100[nA]までのダイナミックレンジの広いプローブ電流Ipを得ることができる。なお、プローブ電流設定モードが2つである場合について説明したが、プローブ電流設定モードを3つ以上にしてもよい。
Therefore, when obtaining a small probe current Ip for the “observation mode” described above, the crossover position b1 is set in the range of 30 [mm] to 120 [mm], and the aperture diameter of the
図5は、表示装置29に表示される警告表示の一例を示す画面図である。
電子線装置101は、操作者が入力装置30を操作し「観察モード」や「分析モード」などのモード選択をしたとき、コンピュータ28の制御により、図5に示すような、操作者に対して絞り機構34において適切な開口径の絞りの選択することを促す警告ウィンドウ(ダイアログボックス)61を、表示装置29に表示させるようにしてもよい。
FIG. 5 is a screen diagram illustrating an example of a warning display displayed on the
When the operator operates the
この場合、操作者は、絞り機構34の開口径が適切に選択されていることを確認してから、入力装置30(ポインティングデバイスを含むものとする。)を操作して、表示装置29の画面上でポインタ62を動かし、確認ボタン63を押下する。すると、コンピュータ28は、確認ボタン63が押下されるのを待って、次の処理を実行する。このため、操作者が絞り機構34の設定を変更し忘れることがなくなり、確実に選択したモードに応じて絞り機構34において適切な開口径の絞りの選択が行われることとなる。
In this case, the operator operates the input device 30 (including a pointing device) after confirming that the aperture diameter of the
図6は、本発明による第2実施形態の電子線装置102を示す構成ブロック図である。 この第2実施形態の電子線装置102は、絞り機構34に付設された開口径読取機構35を具備したほかは、第1実施形態の電子線装置101と同様の構成でよい。開口径読取機構35は、絞り機構34において選択されている絞りの開口径、または、選択した絞りを識別する設定番号などを表す絞り情報を読み取る機能を有する。開口径読取機構35は、読み取った絞り情報を、接続されているコンピュータ28へ転送する。そして、コンピュータ28は、絞り機構34において設定されている絞りの開口径または設定番号に応じて、適切なプローブ電流設定モードの選択を行う。こうして、第一収束レンズ6の電流が、差動排気絞り33に汚染を生じない範囲に、第一収束レンズ制御回路22によって設定される。
FIG. 6 is a configuration block diagram showing an electron beam apparatus 102 according to the second embodiment of the present invention. The electron beam apparatus 102 according to the second embodiment may have the same configuration as the electron beam apparatus 101 according to the first embodiment, except that the aperture diameter reading mechanism 35 attached to the
この電子線装置102によれば、操作者が不用意に絞り機構34の絞りを異なる開口径のものに切り替えても、開口径読取機構35が、選択された絞りの開口径などを読み取り、コンピュータ28が、読み取られた開口径に応じたプローブ電流モードを選択することにより、差動排気絞り33を汚染させるようなプローブ電流モードの設定を自動で回避することができる。
According to this electron beam apparatus 102, even if an operator inadvertently switches the aperture of the
図7は、本発明による第3実施形態の電子線装置103を示す構成ブロック図である。 この第3実施形態の電子線装置103は、絞り機構34に機械的または電気的に接続された駆動機構36と、この駆動機構36に接続されコンピュータ28によって制御される駆動機構制御回路37とを具備したほかは、第1実施形態の電子線装置101と同様の構成でよい。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the electron beam apparatus 103 according to the third embodiment of the present invention. The electron beam apparatus 103 according to the third embodiment includes a drive mechanism 36 mechanically or electrically connected to the
操作者がプローブ電流設定モードを変更すると、設定変更された旨がコンピュータ28に転送される。そして、変更された後のプローブ電流モードに対して、絞り機構34の開口径の設定が適切な状態になるように、駆動機構制御回路37によって駆動機構36が働き、絞りの開口径が自動で切り替えられる。
When the operator changes the probe current setting mode, the fact that the setting has been changed is transferred to the
この電子線装置103によれば、プローブ電流モードが変更されても、差動排気絞り33を汚染させるような絞り機構34の開口径の使用を回避し、常にプローブ電流モードに対応した絞り機構34の開口径を設定することができる。
According to the electron beam apparatus 103, even when the probe current mode is changed, the use of the aperture diameter of the
このように、本実施形態の電子線装置101〜103によれば、陰極1と第一収束レンズ6との間に異なる開口径の複数の絞りを有する絞り機構34を具備し、第一収束レンズ6による一次電子線の収束位置(クロスオーバ点)に対応して、絞り機構34の絞りの開口径を選択して使用できるようにした。このため、差動排気絞り33上での一次電子ビーム3の広がりを抑制し、電子線装置101〜103の機能低下の原因となる絞り開口の汚染を防止しつつ、種々の観察や分析に利用するダイナミックレンジの広いプローブ電流Ipを得ることができる。
Thus, according to the electron beam apparatuses 101 to 103 of the present embodiment, the first converging lens includes the
1 陰極
2 第一陽極
3 一次電子ビーム
4 第二陽極
5 サプレッサ電極
6 第一収束レンズ
7 対物絞り
8 第二収束レンズ
9 上段偏向コイル
10 下段偏向コイル
11 対物レンズ
12 試料
13 試料微動装置
14 反射電子信号
15 二次電子信号
16 直交電磁界(EXB)装置
17,19 検出器
18,20 増幅器
21 高電圧制御回路
22 第一収束レンズ制御回路
23 第二収束レンズ制御回路
24 倍率制御回路
25 対物レンズ制御回路
26 信号制御回路
27 試料微動制御回路
28 コンピュータ
29 表示装置
30 入力装置
31 電子銃部
32 鏡体部
33 差動排気絞り
34 絞り機構
35 開口径読取機構
36 駆動機構
37 駆動機構制御回路
40 制御部
51 電子源
55 収束レンズ
56 クロスオーバ点
62 ポインタ
63 確認ボタン
101,102,103,105 電子線装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記一次電子線を絞って電子プローブを形成する対物レンズが収められた鏡体部と、
前記電子銃部と前記鏡体部とを連通させる差動排気絞りと、
前記電子銃部に設けられ、前記一次電子線を収束させることにより、そのクロスオーバ点を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍に形成する収束レンズと、
前記電子銃から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構と、
前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替機構と、
入力装置と表示装置に接続され少なくとも前記収束レンズを制御するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータは、前記入力装置を介して選択された運転のモードに応じて、前記クロスオーバ点の位置を予め定められた範囲内に設定するとともに、前記一次電子線が前記差動排気絞りの開口の周縁部に照射されることのない大きさ以下に前記一次電子線の広がりを絞ることが可能な前記絞り機構の開口径が選択されることを促す表示を前記表示装置にすること
を特徴とする電子線装置。 An electron gun section containing an electron gun that generates a primary electron beam;
A mirror body portion containing an objective lens for focusing the primary electron beam to form an electron probe;
A differential exhaust throttle for communicating the electron gun part and the mirror part;
A converging lens provided in the electron gun unit and forming the crossover point on or near the opening surface of the differential exhaust diaphragm by converging the primary electron beam;
An aperture mechanism that is arranged in the optical path from the electron gun to the converging lens and that can switch an aperture diameter;
A switching mechanism for switching the opening diameter of the aperture mechanism;
A computer connected to the input device and the display device for controlling at least the convergent lens;
With
The computer sets the position of the crossover point within a predetermined range according to the mode of operation selected via the input device, and the primary electron beam opens the opening of the differential exhaust throttle. The display device has a display that prompts the user to select an aperture diameter of the aperture mechanism that can limit the spread of the primary electron beam to a size that does not irradiate the peripheral portion of the aperture. An electron beam device.
前記絞り機構の開口径を読み取る開口径読み取り機構を備えたことを特徴とする電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 1,
An electron beam apparatus comprising an aperture diameter reading mechanism for reading an aperture diameter of the aperture mechanism.
前記クロスオーバ点における前記一次電子線のビーム電流値または前記収束レンズの制御電流値を、前記開口径読み取り機構により読み取られた開口径に応じて、前記差動排気絞りに汚染を生じない範囲に設定するコンピュータを備えたことを特徴とする電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 2,
The beam current value of the primary electron beam at the crossover point or the control current value of the converging lens is set within a range in which the differential exhaust diaphragm is not contaminated according to the aperture diameter read by the aperture diameter reading mechanism. An electron beam apparatus comprising a computer for setting.
前記コンピュータの設定した値に応じて前記収束レンズを制御する収束レンズ制御回路を備えたことを特徴とする電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 3,
An electron beam apparatus comprising: a converging lens control circuit that controls the converging lens according to a value set by the computer.
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