JPH0432143A

JPH0432143A - 電子線装置

Info

Publication number: JPH0432143A
Application number: JP2136743A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Sato; 貢佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1992-02-04

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）本発明は走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡等の電子線装
置に係り、特に、制限視野電子チャネリングパターンの
観察に好適な電子線装置に関する。

（従来の技術）近年、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）の応用として、観察部のミクロな結晶構造が得ら
れることから制限視野電子チャネリングパターン（Ｓ　
Ａ　ＣＰ　：　５ｅｌｅｃｔｅｄ　ＡｒｅａＥｌｅｃｔ
ｒｏｎ　Ｃｈａｎｅｌｌｎｇ　Ｐａｔｔｅｒｎ）法が注
目されている。

５ＡＣＰ法とは、電子ビームを試料上の一点に固定し、
その入射角を変化させて走査（角度走査あるいはビーム
ロッキング）することにより、電子チャネリングパター
ン（Ｅ　ＣＰ　：　ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｈａｎｅｌｉｎ
ｇ　Ｐａｔｔｅｒｎ　）を得、得られた結晶方位から試
料の結晶構造、結晶歪などを解析する方法である。

以下に、図面を参照してＥＣＰの原理について簡単に説
明する。

第５図はＥＣＰ像を得るための従来技術のレンズ系を示
しており、第６図は、特に対物レンズ６の構造を示した
断面図である。

電子源１から照射された電子ビーム５は集束レンズ２に
よって集束され、その後、偏向器４によって偏向される
。対物レンズ６は、偏向器４によって光軸外に偏向され
た電子ビーム５を振り戻して角度走査させるための磁界
を形成する。

ところで、このようなＥＣＰ法では、ロッキング角が数
度から土数度と大幅に軸外に外れると、対物レンズ６の
球面収差のために電子ビーム５の照射位置が一点に固定
されずに照射領域が広がり、鮮明なＥＣＰ像が得られな
いという問題が発生する。

そこで、従来技術においては、第６図に示したように、
球面収差補正用のダイナミック補正コイル６３をヨーク
６１の空隙部に設け、電子ビームが軸外に外れると、走
査に同期して該補正コイルに補正電流を流し、動的に収
差補正を行う構造となっていた。

ところが、このように球面収差補正コイル６３をヨーク
６１の空隙部に設けると、対物レンズコイル６２によっ
て生じる磁路の影響を受けて、見掛上、コイル６３が有
芯コイルとして作用するためにインダクタンスが大きく
なってしまう。

したがって、偏向周波数が高くなると、このインダクタ
ンスのために補正コイル６３の電流波形が偏向信号に追
従できず、宕実にレンズ強度を応答させることが困難と
なり、早い角度走査ができないという問題があった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、例えば特
開昭５４−６８１５０号公報には、偏向成分が光軸に垂
直な面上で互いに直交するＸ成分、Ｙ成分である偏向器
を、対物レンズの入射電子線側に２段以上設け、該偏向
器への偏向信号を制御することによって球面収差を補正
する装置が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）上記したような、偏向成分が互いに直交するＸ成分およ
びＹ成分である偏向器を複数個設けて球面収差を補正し
ようとする構造では、各偏向器でのＸ成分とＹ成分との
直交度や、各偏向器のＸ成分およびＹ成分の方向を一致
させるための、各偏向器間での配置角度が常に正確に調
整されていることが必要不可欠である。

ところが、前記直交度や配置角度にはずれが生じ易く、
しかも、これらのずれの補正や調整が難しいために、球
面収差を正確に補正することが難しいという問題があっ
た。

本発明の目的は、上記した問題点を解決し、対物レンズ
の球面収差補正を高速かつ正確に行なうことが可能な電
子線装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために、本発明では、偏向器と
対物レンズとの相互作用によって電子線を試料上の一点
を中心にして角度走査する電子線装置において、以下の
ような手段を講じた。

（１）偏向器と対物レンズとの間にレンズ手段を設け、
該レンズ手段の焦点距離を調整することによって対物レ
ンズの球面収差を補正するようにした。

（２）対物レンズ内に静電レンズを設け、該静電レンズ
のレンズ作用を調整することによって対物レンズの球面
収差を補正するようにした。

（作用）レンズ系は回転対称形であるために、レンズ作用を利用
して球面収差を補正するようにすれば、偏向器を用いた
場合のような、直交度や配置角度の調整が不要であり、
常に正確な球面収差補正が可能になる。

また、球面収差補正用のレンズ系を、偏向器と対物レン
ズとの間に設けたので、補正用レンズ系は対物レンズの
磁場の影響を受けずに低いインダクタンスを維持できる
。したがって、偏向周波数が高くなっても、その電流波
形が偏向信号に追従でき、高速な球面収差補正が可能に
なる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図および第４図は、本発明の基本概念を説明するた
めの図である。

第３図において、偏向器４で偏向された電子ビーム５は
対物レンズ６で振り戻されて、理想的には試料面１０上
の一点を軸として角度走査される。

ところが、現実には対物レンズ６の球面収差のために、
電子ビーム５の振り戻される位置が偏向角α　に応じて
光軸上でΔｚｏだけずれ、その結果、試料面１０上では
ロッキング位置がΔｒだけずれてしまう。

このときのずれ量ΔＺｏは、次式（１）で表わされる。

２　　　　・・・（１） Δｚｏ−Ａ−Ｃ５・Ｃ１但し、Ａ：比例定数Ｃ８二対物レンズの球面収差係数一方、対物レンズにおいて、物点と対物レンズ主面との
距離をａ、対物レンズ主面と像面との距離をｂ１対物レ
ンズの焦点距離をｆ。とすると、これらの間には、レン
ズ公式として知られる以下の関係（２）が成立する。

１／ｆ　　−１／ａ＋１／ｂ　　　　　−（２）したが
って、対物レンズ６の球面収差によって距離すがΔＺｏ
だけ長く（短く）なった場合、距離ａをΔＺ１だけ長く
（短く）すればΔＺｏをキャンセルすることができ、こ
のときのΔＺ１は次式（３）で表わされる。

ΔＺ　　−（ｂｌａ）２・ΔＺ −Ａ−Ｃｓ・（ｂｌａ）　　・ａ　　２−　＜３＞■ 上記した（３）式によれば、ΔＺ１は偏向角α　２に比
例しているので、定数Ａ、Ｃｓ、および（ｂｌａ）２を
適宜に設定すれば、球面収差を補正できるようになる。

そこで、本発明では距離Δｚ１を調整するために、第４
図に示したように、対物レンズ６と偏向器４との間に球
面収差の補正用レンズ３を設け、この補正電流を制御し
て補正用レンズ３の焦点距離を制御し、これによって距
離ΔＺｉを調整するようにした。

このときの補正用レンズ３の焦点距離ｆｃは、該補正用
レンズ主面と物点との距離をＣとすれば、次式（４）で
表わされる。

１／ｆｃ−１／ｃ＋１／　（ｃ＋ΔＺ、）・・・（４）
そして、上記（４）式を満足する焦点距離ｆｃは非常に
長いので、弱いレンズ作用、換言すれば、インダクタン
スの小さいコイルによるレンズ作用で十分であり、ＴＶ
走査のような高い偏向周波数にも十分追従することがで
きる。

しかも、磁界レンズは回転対称形であるために、従来技
術において問題となっていた配置角度や直交度のずれと
いった問題が生じない。

第１図は本発明の一実施例のレンズ系を示した図であり
、前記と同一の符号は同一または同等部分を表わしてい
る。

同図において、電子源１から照射された電子ビーム５は
集束レンズ２によって対物レンズ６の前側焦点９に集束
され、その後、平行なビームとなって試料７上に照射さ
れる。このとき、電子ビーム５は偏向器４によって偏向
され、偏向された電子ビーム５は対物レンズ６で振り戻
されて試料７上の一点を軸として角度走査される。

また、本実施例では、偏向器４と対物レンズ６との間に
補正用の空芯トロイダルコイル３を設け、該空芯トロイ
ダルコイル３による磁界レンズによって対物レンズ６の
球面収差を補正する。

具体的には、前記（３）式で算出されたΔＺ、が前記（
４）式を満足するように、空芯コイル３への補正電流を
、図示しない焦点船離調整手段によって前記角度走査に
同期して調整する。

なお、同図では偏向器４の内側に空芯トロイダルコイル
３が配置されているが、偏向器４を空芯トロイダルコイ
ル３内に挿入した形で構成するようにしても良い。

また、偏向器４と対物レンズ６との間に設ける補正用レ
ンズは磁界レンズに限らず、高い偏向周波数に追従でき
るレンズ系であれば、例えば静電レンズであっても良い
。

本実施例によれば、インダクタンスの低い空芯コイルあ
るいは静電レンズといった、高い偏向周波数に追従でき
るレンズ手段によって対物レンズの球面収差を補正する
ので、球面収差補正を高速かつ正確に行えるようになる
。

また、本発明によれば、対物レンズ内に補正用レンズを
設ける必要がないので、インレンズ型の装置にも適用す
ることができる。

第２図は本発明の他の実施例のレンズ系を示した図であ
り、前記と同一の符号は同一または同等部分を表してい
る。

本実施例では、対物レンズ６の内部に、電子ビーム５を
囲むように静電レンズ８を設け、図示しないレンズ作用
調整手段によって静電レンズ８によるレンズ強度を調整
し、トータルでのレンズ作用を調整して球面収差補正を
行うようにした点に特徴がある。

本実施例によれば、前記した実施例の場合と同様に、従
来技術に比べて球面収差補正を高速かつ正確に行えるよ
うになる。

なお、対物レンズ内には通常、散乱防止用の固定絞りが
設けられているので、これを対物レンズと絶縁して任意
の電圧が印加できるようにすれば、該固定絞りを静電レ
ンズとして用いることができる。したがって、新たに静
電レンズを設けることなく、上記した本発明の効果を達
成することができるようになる。

（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、次の
ような効果が達成される。

（１）偏向器と対物レンズとの間に空芯コイルあるいは
静電レンズといった、高い偏向周波数に追従できるレン
ズ手段を設け、該レンズ手段によって対物レンズの球面
収差を補正するようにしたので、球面収差補正を高速か
つ正確に行えるようになる。

（２）対物レンズ内に静電レンズを設け、該静電レンズ
によって対物レンズの球面収差を補正するようにしたの
で、球面収差補正を高速かつ正確に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレンズ系を示した図、第２
図は本発明の他の実施例のレンズ系を示した図、第３．
４図は本発明の基本概念を説明するための図、第５図は
従来技術のレンズ系を示した図、第６図は補正レンズを
内臓した対物レンズの断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子線を試料上の一点に照射すると共に、偏向器
と対物レンズとを併用して電子線を前記一点を中心にし
て角度走査する電子線装置において、前記偏向器と対物
レンズとの間に設けられたレンズ手段と、対物レンズの球面収差を補正するように、前記レンズ手
段の焦点距離を前記角度走査に同期して調整する焦点距
離調整手段とを具備したことを特徴とする電子線装置。
（２）前記レンズ手段は、空芯コイルおよび静電レンズ
のいずれか一方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。
（３）電子線を試料上の一点に照射すると共に、偏向器
と対物レンズとを併用して電子線を前記一点を中心にし
て角度走査する電子線装置において、対物レンズ内に設
けられた静電レンズと、対物レンズの球面収差を補正するように、前記静電レン
ズのレンズ作用を前記角度走査に同期して調整するレン
ズ作用調整手段とを具備したことを特徴とする電子線装
置。
（４）前記静電レンズは、任意の電圧が印加可能なよう
に対物レンズ内に設けられた散乱防止用の固定絞りであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電子線
装置。