JPH0370340B2 - - Google Patents

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JPH0370340B2
JPH0370340B2 JP16527982A JP16527982A JPH0370340B2 JP H0370340 B2 JPH0370340 B2 JP H0370340B2 JP 16527982 A JP16527982 A JP 16527982A JP 16527982 A JP16527982 A JP 16527982A JP H0370340 B2 JPH0370340 B2 JP H0370340B2
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JP
Japan
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electron
anode
field emission
emission type
cathode
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JP16527982A
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JPS5954154A (ja
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Naotake Saito
Yasushi Nakaizumi
Hiroyoshi Mori
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電界放射形電子銃、特に、陰極と第
一陽極及び第二陽極とよりなる電界放射形電子銃
を有する粒子線装置に関するものである。
〔従来技術〕
電界放射形電子銃は、第1図に示すように、陰
極1と、第一陽極2と、第二陽極3とより構成さ
れ、陰極1と第一陽極2との間に電源4によつて
印加された電圧V1によつて陰極1から電子線5
を放射させ、この放射された電子線5を陰極1と
第二陽極3との間に電源6によつて印加された電
圧V0で加速するようになつている。従つて、第
一陽極2と第二陽極3との間にはV0−V1の電圧
が印加されるため、第一陽極2及び第二陽極3が
静電レンズ作用をもち、電子線5の収束条件は例
えば5から5′に変わるため、電子源は仮想電子
源7に変り、第一陽極2から電子源までの距離は
SからS′に大幅に変化する。
このため、このような特性を有する電界放射形
電子銃を電子源として使用する場合には、電子源
位置の変化に対応して、試料上における電子線の
収束状態が大幅に変わるため、電子レンズ系を大
きく動かして再調整しなければならず、操作を非
常に困難にする原因となつていた。
第2図は、このような場合の例として、電界放
射形電子銃を用いた走査形電子顕微鏡を示してい
る。第1図と同一部分には同一符号が付してあ
る。8は収束レンズ、9は対物レンズ、10は試
料を示している。この走査形電子顕微鏡におい
て、電子銃1より放射された電子線5は収束レン
ズ8と対物レンズ9によつて実線で示すように収
束され、試料10上に焦点を結ぶ。この走査形電
子顕微鏡で、電圧V0,V1の少なくとも一方を変
えると、電子源の位置は実線の位置から点線の仮
想電子源7の位置に変化するため、収束レンズ8
の収束点は11の位置から11′の位置に変り、
対物レンズ9の収束点は12の位置から12′の
位置に変化する。従つて、最初試料10上で焦点
を結んでいた場合には試料10上で焦点を結ばな
くなり、観察像は大幅にぼける結果となる。これ
を補正するためには、収束レンズ8と対物レンズ
9の焦点距離を変えて、焦点合せを行なわなけれ
ばならず、各電子レンズ8及び9の焦点距離を変
えると、電子レンズ8及び9の収差の補正もずれ
てしまうため、再調整が必要となる。
特に、走査形電子顕微鏡では、一般に、V1
3〜6kV、V0は1〜40kVまで変える必要があ
り、使用条件としては40倍変化するため、倍率を
変化させるごとに再調整を必要とすることは操作
性を阻害する大きな要因となつている。
〔発明の目的〕
本発明は、このような問題点を除去し、倍率を
変化させた場合にも再調整を必要としない操作性
のよい電界放射形電子銃を有する粒子線装置の提
供を可能とすることを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は陰極と第一陽極及び第二陽極とよりな
る電界放射形電子銃と、電界放射形電子銃用電源
と、電子レンズ系及びこの電子レンズ系の制御用
電源とを有する装置において、電界放射形電子銃
用電源の設定値を入力とし仮想電子源の位置を出
力とする仮想電子源位置決定手段と、この仮想電
子源位置決定手段により求めた仮想電子源の位置
に基づき電子線が試料上に一定の収束条件で収束
するように電子レンズ系制御用電源を自動的に制
御する手段とを有することを第1の特徴とし、陰
極と第一陽極及び第二陽極とよりなる電界放射形
電子銃と、電界放射形電子銃用電源と、収束レン
ズと対物レンズからなる電子レンズ系及び該電子
レンズ系の制御用電源とを有する装置において、
前記電界放射形電子銃用電源の設定値としての前
記陰極と前記第一陽極との間に印加される電圧、
及び前記陰極と前記第二陽極との間に印加される
電圧とを入力とし仮想電子源の位置を出力とする
仮想電子源位置決定手段と、電子線が試料上に一
定の収束条件で収束するように、前記収束レンズ
の制御用電源を前記仮想電子源の位置及び前記陰
極と前記第二陽極との間に印加される電圧によつ
て制御し、前記対物レンズの制御用電源を前記陰
極と前記第二陽極との間に印加される電圧によつ
て制御する手段とを有することを第2の特徴とす
るものである。
電界放射形電子銃においては、陰極1と第一陽
極2との間に印加される電圧(引出し電圧)V1
と陰極1と第二陽極3との間に印加される電圧
(加速電圧)V0が変ると第一陽極2と第二陽極3
の静電レンズ作用により仮想光源までの距離が変
るが、引出し電圧V1、加速電圧V0及び仮想光源
までの距離の間には第3図に示すような関係があ
り、引出し電圧V1と加速電圧V0との値が分ると
仮想光源までの距離が求められる。第3図の横
軸、縦軸には、それぞれV0/V1、S(mm)が示し
てある。
また、収束レンズの焦点距離は ここに、 con:収束レンズ焦点距離 V0:加速電圧 Ic:収束レンズ電流 N:収束レンズ巻数 K1,K2,K3,K4:定数 によつて求められ、第4図は、これらの関係を、
横軸、縦軸にそれぞれ、IcN/√0(AT/
V1/2)、con(mm)をとつて示してある。
本発明は、引出し電圧V1と加速電圧V0が決ま
ると、Sを第3図の関係から求め、次に、このS
の変化に応じて収束レンズの焦点距離conを変
え収束レンズ8による収束点11が変らないよう
にすることが可能な点に着目してなされたもの
で、これによつて、電子レンズ系の焦点距離を自
動的に調整して、常に試料面上の収束状態を一定
にすることを可能とするものである。すなわち、
電子レンズ系の制御を、電子銃側に位置する収束
レンズを主体とし、試料側に位置する対物レンズ
の条件をくずさずに制御できるので、収差には変
化を生ぜず、分解能等の低下も生じない制御方式
とすることができる。
〔発明の実施例〕
以下、実施例について説明する。
第5図は一実施例の走査形電子顕微鏡のブロツ
ク図を示すもので、第1図及び第2図と同一部分
には同一符号が付してある。この実施例では、電
子銃の制御及び電子レンズ系の制御にマイクロコ
ンピユータを用いており、本体部A、電源部B、
CPU部C及び走査部Dより構成されている。
本体部Aは、第2図と同様に、陰極1と、第一
陽極2及び第二陽極3よりなる電子銃部、陰極1
より放射された電子線5を収束する収束レンズ8
と対物レンズ9よりなり、電子線が試料10の表
面で丁度焦点を結ぶように操作される。
電源部Bは、加速電圧電源6(電圧V0)、引出
し電圧電源4(電圧V1)、収束レンズ電源13及
び対物レンズ電源14より構成され、各電源は、
操作部DのV0設定回路15、V1設定回路16、
プローブ電流設定回路17及び自動焦点スイツチ
18の操作によつて制御される。
CPU部C内には、第一陽極2から仮想電子源
7までの距離Sを求めるS計算手段19、con
(収束レンズ焦点距離)の計算手段20、Icon(収
束レンズ電流)の設定手段21、及び対物レンズ
自動焦点合せ手段22を構成するプログラム及び
データが記憶させてあり、操作部Dにおける条件
設定によつて動作するようになつている。
この実施例の走査形電子顕微鏡の操作に当つて
は、電圧V0及びV1が操作部DのV0設定回路15
及びV1設定回路16に設定されると、加速電圧
電源6及び引出し電圧電源4によつて陰極1と第
一陽極2及び第二陽極3との間にそれぞれ電圧
V1及びV0が印加されると同時に、CPU部Cにお
いてSの計算が行なわれる。また、プローブ電流
設定回路17によつて収束レンズ8電流が設定さ
れると、CPU部CのIconの設定手段21を介し
て収束レンズ電源13によつて収束レンズ8が励
磁される。電子線5は収束点11に収束し、自動
焦点スイツチ18が操作されると、CPU部Cの
対物レンズ自動焦点合せ手段22を介して対物レ
ンズ電源14によつて対物レンズ9が収束点11
の像を試料10上の収束点12に結像させる。そ
して、この状態で電子レンズの各種の収差の補正
が行なわれる。
次に、この状態で、電圧V1をV1設定回路16
によつて変化させると、引出し電圧電源4によつ
て陰極1と第一陽極2との間の電圧が変えられ、
これと同時に、CPU部CのS計算手段によつて
Sの計算が行なわれ、Sの変化に対してcon計
算手段20において収束レンズ8の収束点11が
一定になる収束レンズ8の焦点距離conが計算
され、この計算によつて得られた焦点距離になる
ように収束レンズ8のIcon設定手段21を動作さ
せて収束レンズ電源13を駆動するので、電子線
が実線の状態5から点線の状態5′に変化しても、
収束レンズ8の収束点11は常に一定であり、ま
た対物レンズ9による試料10上の収束点12に
は変化は生じないので、電圧V1を変えても、常
に焦点の合つた像観察が可能となつた。
そして、対物レンズは変化させないため最終像
に影響を与える対物レンズの収差補正を改めて実
施する必要はなくなり、操作性が著しく向上す
る。また、電圧V0をV0設定回路15によつて変
化させると、加速電圧電源6によつて陰極1と第
二陽極3との間の電圧が変えられ、これと同時
に、CPU部CのS計算手段19によつてSの計
算が行なわれ、電圧V1を変化した場合と同じよ
うに、収束レンズ8の収束点11は常に一定に制
御される。すなわち、電圧V0が変わると第3図
においてV0/V1が変わりSも変わる。第3図か
らSが求まれば、第5図の仮想電子源7を収束レ
ンズ8により収束点11に収束するための収束レ
ンズ8の焦点距離fconが求まる。
次に第4図によつてfconよりIcN/√V0を求め
てIcを求めることができるので、収束レンズ8に
このIcを流せば収束点11に収束することが出来
る。つまりV0を変化させても収束点11は変化
しない。ただし、電圧V0を変化させると電子線
5のエネルギーが変化するため、対物レンズ9に
流す電流は対物レンズ9の焦点距離が一定になる
ように制御する。具体的には√V0に比例する電
流を流す。この場合も対物レンズ9の焦点距離は
変化しないため、対物レンズの収差補正を改めて
実施する必要はなく、操作性が著しく向上する。
なお、実際には、収束レンズ及び対物レンズに
は電磁石を用いるため、焦点距離conを変えた
場合には、ヒステリシスの分だけわずか焦点がず
れるのが高倍率の観察の際には認められる場合が
あるが、これは、操作部Dの自動焦点合せスイツ
チ18の操作又はIconの設定手段21の動作終了
後に自動的に自動焦点合せ手段22を動作させ
て、対物レンズ電源14を動作させるようにして
おけば、自動的に焦点合せをすることができる。
また、収束レンズの収束点11の位置を、プロ
ーブ電流設定回路17により目的に応じて任意に
設定できるようにした場合にも、新たに設定され
た収束点の位置は、V0/V1を変化させた時にも
維持され、また任意に設定された収束点の変化距
離に対し、自動焦点合せ手段22の動作範囲は十
分カバーできる範囲を持つている。
このように、実施例の走査形電子顕微鏡は、電
圧V0,V1、プローブ電流等の操作条件のいずれ
を変えても、試料上への電子線の収束条件を変ら
ないように制御出来、常に焦点の合つた像観察を
可能とするので、性能、操作性を大幅に向上した
装置を提供することができる。
〔発明の効果〕
以上の如く、本発明は、倍率を変化させた場合
にも再調整を必要としない操作性のよい電界放射
形電子銃を有する粒子線装置の提供を可能とする
もので、産業上の効果の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は電界放射形電子銃の原理説明図、第2
図は電界放射形電子銃を有する走査形電子顕微鏡
の説明図、第3図及び第4図は本発明の電界放射
形電子銃を有する粒子線装置の原理を説明するた
めの線図、第5図は同じく一実施例である走査形
電子顕微鏡のブロツク線図である。 1……陰極、2……第一陽極、3……第二陽
極、4……引出し電圧電源、5……電子線、6…
…加速電圧電源、7……仮想電子源、8……収束
レンズ、9……対物レンズ、10……試料、11
……収束点、12……収束点、13……収束レン
ズ電源、14……対物レンズ電源、15……V0
設定回路、16……V1設定回路、17……プロ
ーブ電流設定回路、18……自動焦点スイツチ、
19……S計算手段、20……con計算手段、
21……Icon設定手段、22……対物レンズ自動
焦点合せ手段、A……本体部、B……電源部、C
……CPU部、D……操作部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 陰極と第一陽極及び第二陽極とよりなる電界
    放射形電子銃と、電界放射形電子銃用電源と、電
    子レンズ系及び該電子レンズ系の制御用電源とを
    有する装置において、前記電界放射形電子銃用電
    源の設定値を入力とし仮想電子源の位置を出力す
    る仮想電子源位置決定手段と、該仮想電子源位置
    決定手段により求めた仮想電子源の位置に基づき
    前記電子線が試料上に一定の収束条件で収束する
    ように前記電子レンズ系制御用電源を自動的に制
    御する手段とを有することを特徴とする電界放射
    形電子銃を有する粒子線装置。 2 前記電界放射形電子銃用電源の設定値が、前
    記陰極と前記第一陽極との間に印加される電圧、
    及び前記陰極と前記第二陽極との間に印加される
    電圧である特許請求の範囲第1項記載の電界放射
    形電子銃を有する粒子線装置。 3 前記電子レンズ系及び前記電子レンズ系の制
    御用電源が、電子線の収束条件を使用目的に応じ
    て任意に設定する手段を有する特許請求の範囲第
    1項記載の電界放射形電子銃を有する粒子線装
    置。 4 前記電子線の収束条件を使用目的に応じて任
    意に設定する手段が、前記収束レンズの設定条件
    を変える手段と、該手段による前記収束レンズの
    収束条件設定後に動作させる前記対物レンズの自
    動焦点合せ手段とからなる特許請求の範囲第3項
    記載の電界放射形電子銃を有する粒子線装置。 5 陰極と第一陽極及び第二陽極とよりなる電界
    放射形電子銃と、電界放射形電子銃用電源と、収
    束レンズと対物レンズからなる電子レンズ系及び
    該電子レンズ系の制御用電源とを有する装置にお
    いて、前記電界放射形電子銃用電源の設定値とし
    ての前記陰極と前記第一陽極との間に印加される
    電圧、及び前記陰極と前記第二陽極との間に印加
    される電圧とを入力とし仮想電子源の位置を出力
    とする仮想電子源位置決定手段と、電子線が試料
    上に一定の収束条件で収束するように、前記収束
    レンズの制御用電源を前記仮想電子源の位置及び
    前記陰極と前記第二陽極との間に印加される電圧
    によつて制御し、前記対物レンズの制御用電源を
    前記陰極と前記第二陽極との間に印加される電圧
    によつて制御する手段とを有することを特徴とす
    る電界放射形電子銃を有する粒子線装置。
JP16527982A 1982-09-21 1982-09-21 電界放射形電子銃を有する粒子線装置 Granted JPS5954154A (ja)

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JPS60205952A (ja) * 1984-03-30 1985-10-17 Hitachi Ltd 電子顕微鏡
JPS61139562U (ja) * 1985-02-21 1986-08-29
JPH0766766B2 (ja) * 1989-03-30 1995-07-19 株式会社日立製作所 電子顕微鏡

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