JPH03108240A

JPH03108240A - 荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JPH03108240A
Application number: JP2241362A
Authority: JP
Inventors: Gottfried Mollenstedt; ゴトフリード　メレンシュテッド
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-09-15
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1991-05-08
Also published as: US5045705A; EP0417354A1

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、粒子ビームを発生し、レンズのレンズ磁界空
間に設置された試料を照射するための粒子源を具える荷
電粒子ビーム装置であって、前記粒子源が、前記粒子ビ
ーム装置の荷電粒子レンズ系の一部を形成する荷電粒子
ビーム装置に関するものである。

（従来の技術）電子ビーム装置の形態の、このような装置は、米国特許
明細書筒４．３０６，１４９号より既知である。

この論文では、対物レンズのレンズ磁界に発明の目的が
ある電子顕微鏡が開示されている。このレンズには、補
助レンズが設けられており、容易に種々の動作モードに
切り替えることができる。米国特許明細書筒４．８２０
．８９８号では、本願発明に応用可能なイオン・ビーム
装置が開示されている。

このような装置では、電気的に非導通な試料を試験する
場合、試料は帯電される。この試料の帯電によって、試
料周辺の空間に付加的な電界が生じ、このことは、対物
レンズの画像特性、さらには画質に影響を及ぼしうる。

過去においては、この欠点は無視されるか、あるいは、
容認されていた。その理由は、装置中を適度に真空状態
にすることで、試料表面の汚れにより、この欠点はすぐ
に解消するからである。この表面は電気的に導通となり
、帯電は消失する。試料を加熱する以外に、汚染をさけ
ることができないということは既知のことである。しか
しながら、試料表面のカーボン蒸着によっても画質が損
傷を受けやすい。すなわち電子ビーム発生器、若しくは
、イオン・ビーム注入装置のようなビーム放出装置にお
いて、正しいビーム到達位置をはずれる傾向にある。

生物学上の試料等の研究にとって必要な、相対的に高真
空の状態を実現できる最近の装置においては、実質的に
汚染は発生せず、帯電現象が種々の欠点を伴い発生する
。

試料の帯電を中和するためのある既知の方法としては、
補助電子源又は補助イオン源とは反対の電荷を有する低
速荷電粒子を発生させる方法がある。この低速荷電粒子
は、試料の電荷による静電界によって試料に引き付けら
れ、これによって試料の帯電が中和される。しかしなが
ら、この方法は、試料が強電界領域に設置されている場
合には応用できない。その理由は、ブツシュ（Ｂｕｓｃ
ｈ）理論によれば、低速粒子が光軸まわりの角運動量の
初期値に相当する特有の初期条件で補助源からスタート
しない場合には、低速粒子は強磁界に侵入できないから
である。荷電粒子の角運動・量の大きさが、ある一定の
限定領域を越える場合、この粒子は強電界によって戻さ
れる（「電磁ミラー」）。

荷電粒子が電子の場合、補助源から射出された荷電粒子
の角運動量の初期値の範囲を制限することは、実際上極
めて重要なことである。一方、荷電粒子がイオンの場合
には、粒子の質量が大きいため、実際上はとんどの初期
角運動量の値で、粒子は試料に到達することができる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、イオンで帯電した試料を中和することにより、
試験すべき試料の構成が変化してしまうという欠点が生
じる。

本発明の目的は、試料が設置されているレンズ磁界の付
近に位置する補助荷電粒子を用いて試料の帯電を中和す
ることにある。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、補助粒子源の電子的、幾何学的なパラ
メータを選択し、比較的低速な粒子が磁気レンズ磁界を
横切り、試料表面に射出することができるように、この
粒子の初期速度及び方向を決定する。

メイン電子ビームから生じる比較的高エネルギーの一次
電子の衝突で試料から生じる２次電子放出によって、主
に帯電現象が生じるので、試料は優先的に正に帯電する
。従って、本発明は、２次放出による電子の損失を補償
するために、試料表面に放出する電子を発生させるため
の手段を提供せんとするにある。電子を試料に放出し、
かつ、電子が試料に止まるように、電子を局部的な磁気
レンズ磁界に放出する補助電子源を用い、帯電を完全に
中和することができる。対物レンズ絞りからの２次電子
を利用することもでき、このメイン電子ビームの一部の
衝突によって、２次電子ビームは放出される。しかしな
がら、この方法では、対物レンズを含む重要領域中の装
置の幾何学的な形態を適合させる必要があるという欠点
がある。

このように、適合させるべきでない。その理由は、はと
んどの試験モードで、試料の視野をかなり制限してしま
うからである。

好適例においては、対物レンズのレンズ磁界それ自身を
、補助電子源から試料に電子ビームを射出するのに用い
る。このことを達成するため、補助電子源から生じる低
速電子の初速度と初期方向の値を、磁気ミラー効果を防
止するのに有効な範囲に設定する必要がある。初期条件
を正しく選定した場合、電子は磁束線を取り囲む渦巻状
曲線に沿って移動し、このような電子によって形成され
るフラッド・ビームは、試験中、試料の領域をカバーす
る。補助電子源の動作パラメータを、制御系を用い、メ
イン電子ビームと対応している特性、すなわち、メイン
電子ビームの電流の値に適合させることができ、既知の
場合には、試料の２次特性にも適合させることができる
。

他の例においては、２次電子源を、たとえばｐ−ｎエミ
ッタのような、種々の種類のエミッタとする。このよう
なエミッタは、米国特許明細書第４．３０３．９３０号
で開示されており、補助電子ビーム中の電子の初期方向
及び初期エネルギーを制御するための追加電子光学手段
と、電流制御手段とを有している。

局在電界を中和するための例では、補助電子銃にはメイ
ンビームの走査系と結合した走査システムを設け、メイ
ンビームの瞬間的な衝突点と交差するように焦点を合わ
せている中和補助粒子ビームを照射することができる。

（実施例）以下図面を参照して本発明を実施例につき説明するに、
図中に示した電子顕微鏡は、エミッタ２及びアノード３
を有する電子源ｌと、コンデンサ絞り５を有するコンデ
ンサ４と、前置試料ビーム偏向系６と、第１極片８及び
第２極片９を有する対物レンズ系７と、後置試料ビーム
偏光系１０と、拡大レンズ系１１と、差動ポンプ絞り１
２と、走査系透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）として動作す
る検出システムを具えている。すべての構成要素を、電
子銃から発生し、かつ、メイン電子ビームとして示され
ている電子ビーム１５の周囲に配置する。対物レンズ系
７の第１磁極片８は、コイル２０と、ヨーク２１と、走
査コイル２２と、真空チューブ２３と、補助レンズ系２
４とを具えており、この補助レンズ系２４では、強磁性
ヨーク中のギャップ２６とともに、コイル２５を示して
いる。

第２磁極片９は、通常実質的に第１磁極片８と同様のも
のであり、偏向コイル及び補助レンズとは離れている。

しかし、偏向コイル及び補助レンズは第２磁極片にもま
た用いることができる。この第２磁極片の前側に、対物
レンズ絞り２８を配置する。この対物レンズ絞りは通常
移動可能であり、サイズも交換できる。この２つの磁極
片間に、試験すべき試料２９を配置する。

すでにある動作形態で示したように、メイン・ビームに
よって対物レンズ絞り２８から２次的な電子が発生する
可能性がある。蓄積電荷を中和するため、ある条件下、
試料によって、これらの２次的な電子を集束させること
ができる。さらにこの装置は、エミッタ３２、アノード
３４及び電子ビーム集束系３６を有する電子銃の形態の
補助電子源３０を具えている。例えば、このような補助
電子銃は米国特許明細書第３，７３１，０９４号に記載
されており、ここでは、空間電荷効果を中和するために
用いられている。補助電子銃の対応する素子を、対物レ
ンズ領域４２に射出される補助電子ビーム４０を制御す
るための制御ユニット３８に接続する。制御ユニット３
８を、メイン制御ビームを制御する制御ユニット４４に
接続し、メイン・ビームのパラメータを補助ビームの制
御システムに伝達することができ、また、適切ならば、
その逆も可能としている。

船釣に、補助電子ビームを試料に照射できるように、補
助電子ビームを対物レンズのレンズ磁界に適合させ、試
料の対応する全区域を電子で照射し、これら電子は、２
次放出がほとんど生じない程低速なものとし、試料が正
に帯電している場合、試料で吸収される。局部的な帯電
現象の結果である、試料に近い局部領域のために、補助
ビームの電子は高電位の位置に移動する。従って、これ
らの位置は中和されることになる。適切な場合には、対
物レンズのヨークの一部に電子源を組み入れることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電子顕微鏡の縦方向断面を示す
線図である。１・・・電子源２・・・エミッタ３・・・アノード４・・・コンデンサ５・・・コンデンサ絞り６・・・前置試料ビーム偏向系７・・・対物レンズ系８・・・第１磁極片９・・・第２磁極片ｌＯ・・・後置試料ビーム偏向系１１・・・拡大レンズ系１２・・・差動ポンプ絞り１５・・・電子ビーム２０・・・コイル２１・・・ヨーク２２・・・走査コイル２３・・・真空チューブ２４・・・補助レンズ系２５・・・コイル２６・・・ギャップ２８・・・対物レンズ絞り２９・・・試料３０・・・補助電子源３２・・・エミッタ３４・・・アノード３６・・・電子ビーム集束系３８・・・制御ユニット４０・・・補助電子ビーム４２・・・対物レンズ領域４４・・・制御ユニット

Claims

【特許請求の範囲】１、粒子ビームを発生し、レンズのレンズ磁界空間に設
置された試料を照射するための粒子源を具える荷電粒子
ビーム装置であって、前記粒子源が、前記粒子ビーム装
置の荷電粒子レンズ系の一部を形成する荷電粒子ビーム
装置において、前記レンズの磁界空間の付近に、補助粒子源を設け、この補助粒子源がレンズの磁界空間に射出さ
れ、かつ、メイン粒子ビームで用いられているのと同じ
領域で、試料空間に射出される、比較的低エネルギーの
粒子ビームを発生することを特徴とする荷電粒子ビーム
装置。２、前記補助粒子源の前記粒子ビームを、磁束線を取り
囲む渦巻状曲線を通り、対物レンズ有効領域に設置され
た試料表面に射出することを特徴とする請求項１に記載
の荷電粒子ビーム装置。３、制御系を設け、前記メイン粒子ビームに関して前記
補助粒子ビームを制御できるようになっていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム装置。４、補助粒子ビーム用の制御系に、試験される試料の２
次放出特性に関する情報を送るようになっていることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒
子ビーム装置。５、前記補助粒子源を、エミッタ、アノード及びビーム
制御システムを設けた粒子銃として構成していることを
特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒
子ビーム装置。