JPH01107442A

JPH01107442A - 電子線装置

Info

Publication number: JPH01107442A
Application number: JP62266751A
Authority: JP
Inventors: Michio Okajima; 道生岡嶋; Masanori Watanabe; 正則渡辺; Satoshi Kitao; 智北尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子顕微鏡等の電子線装置にかかわるもので
ある。

従来の技術従来の電子線装置の例としては、走査型電子顕微鏡や、
ＥＰＭＡ、オージェ電子分析機、ＥＢテスター、ＥＢ露
光機等がある。これらの−代表例として、第５図に走査
型電子顕微鏡の本体部分の断面図を示す。

試料の電位に対して所定の負電位が印加された電子銃２
１で発生した熱電子を、電子光学鏡筒２２を通して収東
、加速し、偏向することにより、電子ビームプローブ２
３として照射する。電子ビームプローブ２３は、観察倍
率に応じて、試料２５の所定の領域を所定のスピードで
走査される。

電子ビームプローブ２３の照射により発生した二次電子
２４は、所定の正電位が印加された二次電子検出器２６
に、捕集される。

試料表面の傾斜角すなわち表面形状や、試料の構成元素
、電位などの違いに応じて、放出される二次電子量が変
化する。捕集された二次電子は、二次電子検出器で増倍
され、電気信号に変換される。前期の、試料の表面情報
に応じた二次電子検出器２６からの電気信号は、増幅さ
れ、電子ビームプローブ２３の走査と同期したＣＲＴに
、画像信号として入力される。ＣＲＴ上には、試料の表
面情報に応じたコントラストの二次電子像が表示される
。

電子銃２１の周囲、電子光学鏡筒２２および試料室２７
は、真空ポンプ２８により所定の低真空にイ＾たれる。

また、電子線装置の他の従来例として、第６図に示す平
板型画像表示装置がある。

第６図は従来の平板型画像表示装置の要部構成を示すも
のである。本平板型画像表示装置は、熱電子放射を利用
したものであり、走査線数の半分に分離されている垂直
走査電極５９により、線状カソード６０の電子放出を画
面の上から下へ順次コントロールすることによって垂直
走査を行う。

放出された電子ビームはグリッド電極６１によって引き
出され、それらを通り抜けた後水平偏向電極６２により
水下方向に振られる。水平偏向電極６２には、例えば中
心電圧５００Ｖ、Ｐ−Ｐ値５０Ｖの電圧が印加されてい
る。その後電子ビームは、ストライブ状にＲ，Ｇ、　　
Ｂに塗布された蛍光体を設けたアノード６３に衝突し所
望の色を発光させる。７ノード６３にはカソードに対し
て例えば５ＫＶの電圧が印加されている。グリッド電極
６１には、電子ビームが通過するための開孔部が設けら
れているが、第６図では省略している。

また、実際は真空外囲器によって各々の電極を内蔵した
構造が取られ、例えば第６図では、アノード６３、側板
６４、底板６５で真空外囲器を構成している。

発明が解決しようとする問題点近年、走査型電子顕微鏡は、ＬＳＩ等の半導体デバイス
の形状観察等で、さかんに使われるようになってきた。

また、放出二次電子エネルギーによって試料表面の電位
が定量化できるＥＢテスタや、直接、ａｍなパターンの
描画ができるＥＢＮ光機が実用化され始めた。これらの
半導体デバイスへの用途においては、以下の性能が要求
されている。

即ち、電子ビーム照射ダメージが少なく、絶縁体膜表面
に電子ビームを照射する場合でも、帯電せずに観察でき
なくてはならない。そのために、ダメージが少なく、観
察する試料の二次電子放出比がｌ程度となる、１ｋＶ程
度の低加速電圧領域で観察しなくてはならない。しかも
、この低加速電圧領域で、２０ｎｍ以下の高空間分解能
が要求される。

また、走査型電子顕微鏡を用いて、高精度の測長を行っ
たり、ＥＢ露光機において、大面積の領域を高精度に電
子ビームパターンニングする必要性が増して来ている。

更に、大面積ＴＦＴアレイの全面−括観察（特願昭６１
−１９３３２１号）等に代表される走査領域の大面積化
の要求も、近年著しい。そのためには、ワーキングデイ
スタンスを長くしたり、偏向角を大きくしなくてはなら
ない。例えば、約５０ｍｍＸ５０ｍｍの領域を走査する
ためには、ワーキングデイスタンスは、３００ｍｍ〜４
００ｍｍ程度必要となる。

これらの要求を実現するためには、低加速電圧でも、ま
た、長いワーキングデイスタンスでも、低収差で、電子
ビームのランディングの直線性が高いことが、必要とな
る。

ところが、従来の構成の走査型電子顕ｍ鏡や、ＥＢテス
タ、ＥＢ露光機等では、地磁気や、試料ステージ移動用
のモーター３２からの漏洩磁界などにより、電子ビーム
プローブ２３が影響を受け、収差の増大、電子ビームの
ランディングの直線性の低下がおこり、高分解能化、高
測長精度化、走査領域の大面積化に限界があった。

また、表示装置においても、電子ビームが外部からの磁
気による影響を受は易く、外部磁界の強い環境での点灯
においては電子ビームが正確に蛍光体に当たらず、色ず
れを起こす場合がある。特に平板型画像表示装置の場合
は、ブラウン管におけるアノード電圧（例えば３０ＫＶ
）程度印加することは難しく、より低電圧の印加となり
、電子ビーム軌道上の電界強度が弱いため外部磁界の影
響を受は易く、更により低電圧駆動の蛍光表示管におい
ても同様の問題点がある。

問題点を解決するための手段電子ビーム軌道空部を覆うように、真空容器の外面もし
くは内部の全域もしくは一部分の領域に、超伝導物質よ
りなる外部磁界遮蔽層を設ける。

作用超伝導物質よりなる外部磁界遮蔽層により、電子ビーム
軌道空部から外乱磁界を排除する。

実施例実施例１本願発明の一実施例を、第１図に示す。これは、大面積
用走査型電子［微鏡の新面図である。

試料の電位に対して一１ｋＶの電位が印加された電界放
出型電子銃１で発生した電子を、電子光学鏡筒２２を通
して収束、加速し、偏向することにより、電子ビームプ
ローブ２３として照射する。

電子ビームプローブ２３のビーム電流量は、１０刊ａ〜
１０−”Ａである。本実施例では、約５０ｍｍ〜５０ｍ
ｍの試料頭載を走査する必要があるため、ワーキングデ
イスタンスは、３００ｍｍとっている。電子ビームプロ
ーブ２３の照射により発生した二次電子２４は、３ｋＶ
の正電位が印加された二次電子検出器２６に、捕集され
る。

必要に応じて、試料の表面形状やスケール、構成元素、
電位などの表面情報が、二次電子像として、ＣＲＴ上に
表示される。

電子銃部２の真空度は１Ｏ−７Ｐａ、試料室２７の真空
度は１Ｏ−３Ｐａである。

試料の迅速かつ正確な移動を行うため、試料ステージ２
９は、ステップモーター３により任意に移動できる。

電子銃部２、電子光学鏡Ｗ２２、試料室２７の外面には
、第１図に示すように、外部磁界遮蔽部４が設けられて
いる。外部磁界遮蔽部４は、超伝導層５が内面に被覆さ
れた断熱二重層６より成る。

断熱二重Ｎ６の間隙には、液体窒素７が常に充填される
。液体窒素７は、液体窒素タンク８より供給される。ス
テップモーター３の周囲にも、これを被覆するように、
外部磁界遮蔽部４が設けられている。本実施例では、外
部磁界遮蔽部４は、電子銃部２、電子光学鏡筒２２、試
料室２７の外面の全域を覆っているが、これらは、必要
に応じて、例えば試料室２７の外面部のみでもよい。

超伝導Ｆｊ５は、超伝導遷移温度（以降、Ｔｃと呼ぶ）
が、液体窒素温度（７７Ｋ）以上の、酸化物超伝導体よ
り成る。本実施例では、組成が、Ｂａ２Ｙｃｕ３０ｖ−
δ（６，７＜７−δ＜　６．９）　　のものを用いてい
る。超伝導相の結晶構造は、斜方晶系に属する第３図に
示す構造で、酸素欠損型３層ペロプスカイト構造と呼ば
れている。Ｔｃは、８５〜９５にである。

断熱二重層６の間隙に充填された液体窒素７により、超
伝導層５は、超伝導状態に保持される。

超伝導層５は、そのマイスナー効果により、完全反磁性
体となり、外部からの磁束を全く侵入させない。従って
、本実施例の構成により、ステップモーター３からの漏
れ磁界や、地磁気などの外部の磁界は、電子ビーム軌道
領域に及ばない。

以上の作用により、電子は、１ｋＶの低い加速電圧で、
しかもワーキングデイスタンス３００ｍｍの長い電子ビ
ーム軌道でありながら、外乱磁界によって歪曲すること
なく試料表面に到達する。

本実施例では、走査線の歪曲率が、試料面走査距離の１
１５−０００以下と、高精度の走査直線性を得ることが
できた。また、試料面ビームスポット径も、中央で約１
μｍ、内辺部で約４μｍであった。これは、加速電圧を
あげれば、もっと−絞ることができる。

本実施例では、超伝導層５は、第２図に示すような、所
定の形状の基板タイル９上に形成された超伝導材料薄膜
１０よりなる超伝導タイル１１を複合したものである。

基板タイル９は、石英ガラスや、ジルコニア薄板等より
成る。超伝導タイル１１１１０は、以下の様にして形成
する。基板タイル９上に、Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｃｕ
Ｏ１ｉ＆粉末を、スラリー塗布する。これを大気中もし
くは酸素雰囲気中で仮焼したのち、同じく大気中もしく
は酸素雰囲気中で、９５０℃〜１０００℃で焼成する。

その後、やはり酸素雰囲気中で約５５０℃まで冷却した
後、しばらく保持して超伝導結晶相へ結晶構造変態させ
る。その後、室温まで徐冷する。以上の様にして作成し
た超伝導タイル１１を、ステンレス製の断熱層に張り付
けた後、第１図に示す断熱二重層６を完成する。超伝導
層５の表面には、耐湿性を高めるため、テフロン樹脂を
コートする。

超伝導層５は、ステアリン酸イツトリウム、ナフテン酸
バリウム、ナフテン酸銅等の、金属有機酸塩を出発物質
として、それらの混合溶液に浸せきして焼成しても、同
様に作成できる。また、スパッタ法、プラズマスプレー
法を用いて作成してもよい。この場合、分割された超伝
導タイル１１を複合して超伝導層５を形成するのではな
く、前記断熱層に直接、超伝導材ｆ４薄膜を形成してや
ってもよい。

本願発明により、絶縁物表面を観察する場合でもチャー
ジアップによる異常コントラストを生じない、高解像度
の大視野走査型電子顕微鏡が実現できた。また、本願発
明の走査直線性の良さを、ＥＢ露光機に応用することに
より、微細パターンの大面積電子ビームパターンニング
が実現できる。

また、同様の効果により、高解像度で大視野の、ＥＰＭ
Ａや、オージェ電子分析機が、実現できる。

実施例２本発明の第２の実施例として、平板型画像表示装置につ
いて説明する。第４図は本発明の一実施例である平板型
画像表示装置の要部構成を示すものである。本平板型画
像表示装置は、熱電子放射を利用したものであり、走査
線数の半分に分離されている垂直走査電極５１により、
線状カソード５２の電子放出を画面の上から下へ順次コ
ントロールすることによって垂直走査を行う。放出され
た電子ビームはグリッド電極５３によって引き出され、
それらを通り抜けた後水平偏向電極５４により水平方向
に据られる。水平偏向電極５４には、例えば中心電圧５
００Ｖ、Ｐ−ＰＩ直５０Ｖ（７）電圧が印加されている
。その後電子ビームは、ストライブ状にＲ，Ｇ、　　Ｂ
に塗布された蛍光体を設けたアノード５５に衝突し所望
の色を発光させる。アノード５５にはカソードに対して
例えば５ＫＶの電圧が印加されている。グリッド電極６
１には、電子ビームが通過するための開孔部が設けられ
ているが、第４図では省略している。

また、実際は真空外囲器によって各々の電極を内蔵した
構造が取られ、例えば第４図では、アノード５５、側板
５６、底板５７で真空外囲器を構成している。真空外囲
器の周囲を帯状にとりまく形で防磁帯５８が固定されて
いる。防磁帯５８は超伝導物質で形成されており、ここ
では実施例１同様Ｙ−Ｂａ系鋼酸化物を使用しているが
、他の組成の超伝導物質を使用しても、平板型画像表示
装置の使用温度での臨界磁場が同程度なら、同様の効果
が得られる。ただし使用する超伝導物質の臨界磁場は大
きいことが望ましく、少なくとも、本発明である表示装
置を使用する地域の地磁気以上である必要がある。

本実施例では、真空外囲器の外周をとりまくように防磁
帯５８を設置したが、真空外囲器の内側に設置した場合
においても同様の効果がある。

また蛍光表示管においても同様の効果が得られた。

更に別な一実施例として７ノード電圧３０ＫＶの２１イ
ンチのＣＲＴにおいて実験した結果、同様の効果が得ら
れた。よって現在使用している消磁コイルを使用する事
なく、より低価格なＣＲＴを供給できる。

発明の効果本発明によれば、超伝導物質よりなる外部磁界遮蔽層に
より、電子ビーム軌道空部から外乱磁界を排除すること
ができ、精度の高い電子線装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電子線装置の一実施例の構成を示す
断面図、第２図は、同実施例における超伝導タイルを示
す概念図、第３図は、同実施例に於て使用される超伝導
材料の結晶構造を表す概念図、第４図は、本発明の他の
実施例における平板型画像表示装置の一部を切り欠いた
斜視図、第５図は、従来の電子線装置を示す断面図、第
６図は、従来の平板型画像表示装置の一部を切り欠いた
斜視図である。４・・・外部磁界遮蔽部、５・・・超伝導層、６・・・
断熱二重層、７・・・液体窒素、８・・・液体窒素タン
ク、９・−・基板タイル、１０・・・超伝導材料薄膜、
１１・・・超伝導タイル、５１．５９−・・垂直走査電
極、５２゜６０・・・線状カソード、５３，６１・・・
グリッド電極、５４．６２・・・水平偏向電極、５５．
６３・・・アノード、５６，６４−・・側板、５７．６
５・・・・・・底板、　６８・・・・・・防磁帯。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名ｌ　−・　
電界放出型電子銃１　　１　１　　＼ｊ　５７乙ｎ−−問題伝導ダイル第２１１！Ｊ第３図 ■−（低Ｉ！Ｉ翁牽）第４図２Ｉ−電子銃２−ｍ−モーター第５図第　６　図６５底板

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空容器内に電子ビーム照射手段を備えた電子線
装置において、前記真空容器の外面もしくは内部の全域
もしくは一部分の領域に、超伝導物質よりなる外部磁界
遮蔽層を設けたことを特徴とする電子線装置。
（２）Ｃｕを含有する酸化物超伝導体を外部磁界遮蔽層
として使用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の電子線装置。
（３）酸化物超伝導体がＢａ−Ｌｎ−Ｃｕ−Ｏ系であっ
て、Ｌｎの構成元素として、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ
、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのいずれかの内の一種類もしくは複
数の元素を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の電子線装置。
（４）酸化物超伝導体の組成がＢａ＿２ＬｎＣｕ＿３Ｏ
＿７＿−δであって、かつ酸素の組成範囲が、６＜７−
δ＜７であることを特徴とする特許請求の範囲第３項に
記載の電子線装置。
（５）真空容器内に電子ビーム照射手段を有する電子線
装置が、電子ビームを試料に照射することによって生ず
る電子その他の粒子、電流、電磁波、熱の何れかを検出
もしくは利用する装置であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の電子線装置。
（６）真空容器内に電子ビーム照射手段を有する電子線
装置が、電子顕微鏡もしくはオージエ電子分析機もしく
はエックス線マイクロアナリシス装置もしくは電子線回
折装置もしくは電子ビームテスターもしくは電子ビーム
描画装置もしくはこれらに類する装置であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の電子線装置。
（７）電子線装置が平板型画像表示装置であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子線装置。
（８）真空容器内に電子ビーム照射手段を有する電子線
装置において、電子ビームのスポット径が１００ｎｍ以
下であるか、もしくは電子ビームを走査する際、その歪
曲率が試料面走査距離の１／１０００以下であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子線装置。