JPH0619960B2 - Electron beam apparatus having thermal field emission electron source - Google Patents

Electron beam apparatus having thermal field emission electron source

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JPH0619960B2
JPH0619960B2 JP61311801A JP31180186A JPH0619960B2 JP H0619960 B2 JPH0619960 B2 JP H0619960B2 JP 61311801 A JP61311801 A JP 61311801A JP 31180186 A JP31180186 A JP 31180186A JP H0619960 B2 JPH0619960 B2 JP H0619960B2
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lens
electron
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宏 澤良木
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Nihon Denshi KK
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電子線測長機や走査電子顕微鏡等に使用して
最適な熱電界放射型電子源を有した電子線装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron beam apparatus having a thermal field emission electron source which is optimal for use in an electron beam length measuring machine, a scanning electron microscope and the like.

[従来の技術] 電子線測長機や走査電子顕微鏡等においては、得られる
像のSN比を変えたり、試料によってはダメージやコン
タミネーションを少なくする必要があることから、試料
に応じ、試料に照射される電子線電流量を制御できるこ
とが望ましい。第5図は、走査電子顕微鏡の光学系の一
例を示しており、図中1は電子銃、2は収束レンズ、3
は対物レンズ、4は偏向コイル、5は絞り、6は試料で
ある。電子銃1からの電子線は破線で示すように、収束
レンズ2によって収束され、該電子銃1の仮想物点(ク
ロスオーバー)の像はP点に結像され、更に、該電子線
は対物レンズ3によって試料6上に細く収束される。な
お、試料上に照射される電子線の位置は、偏向コイル4
に印加される走査信号に応じて変えられ、試料6表面は
電子線によって走査されることになる。
[Prior Art] In an electron beam length measuring machine, a scanning electron microscope, etc., it is necessary to change the SN ratio of an image to be obtained, and to reduce damage and contamination depending on the sample. It is desirable to be able to control the amount of electron beam current applied. FIG. 5 shows an example of an optical system of a scanning electron microscope, in which 1 is an electron gun, 2 is a converging lens, and 3 is.
Is an objective lens, 4 is a deflection coil, 5 is a diaphragm, and 6 is a sample. An electron beam from the electron gun 1 is converged by a converging lens 2 as shown by a broken line, an image of a virtual object point (crossover) of the electron gun 1 is formed at a point P, and the electron beam is an objective. It is converged finely on the sample 6 by the lens 3. The position of the electron beam irradiated on the sample is determined by the deflection coil 4
The surface of the sample 6 is scanned by the electron beam, which is changed according to the scanning signal applied to the sample.

ここで、該試料6に照射される電子線の電流量を変える
場合、例えば、収束レンズ2の励磁が強くされ、クロス
オーバーの像の位置は、図中点線で示す如く、点Pから
点P′に移動する。この結果、絞り5によって制限され
る電子線の量が変化し、結果として試料6に照射される
電子線の電流量が変えられることになる。
Here, when changing the current amount of the electron beam with which the sample 6 is irradiated, for example, the excitation of the converging lens 2 is strengthened, and the position of the crossover image is changed from the point P to the point P as shown by the dotted line in the figure. Move to ′. As a result, the amount of electron beam limited by the diaphragm 5 changes, and as a result, the amount of current of the electron beam with which the sample 6 is irradiated is changed.

[発明が解決しようとする問題点] 上記したように、電子線の電流量を変える場合には、収
束レンズ2の励磁が変えられ、クロスオーバーの位置が
変化させられるため、その都度、対物レンズ3の励磁強
度を変えて焦点を合さなければならない。又、対物レン
ズ3の前段に、電子線走査系である偏向コイルが位置し
ていると、対物レンズの励磁強度の変化によって像の回
転、すなわち、試料面での電子線の走査方向の回転が生
じ、好ましくない。特に、電子線測長機において、測定
しようとするパターンに対して、電子線の偏向の方向が
変化すると、充分な測定精度が得られなくなる。この問
題を解決するために、第6図に示すように、3段レンズ
系を用いる方法がある。第6図において、第5図と同一
構成要素には同一番号が付されているが、この図の構成
と第5図の構成と異なる点は、単一の収束レンズ2に代
え、2段の収束レンズ7,8を用いた点である。すなわ
ち、対物レンズ3の前のクロスオーバーの位置をP点に
固定した状態で、試料6に照射される電子線の電流量を
制御するため、2段の収束レンズ7,8のレンズ強度が
連動して変えられる。図中電子線の経路I1は比較的電
流量を多くする場合、経路I2は電流量が少ない状態で
ある。ここで、電子銃1としてタングステンフィラメン
トやLa6等を用いた熱電子放射型の電子銃を用いた場
合、電子銃の角度電流密度が大きく、又、電子銃のクロ
スオーバー(仮想物点)が非常に大きいため、収束レン
ズ7,8による像の縮小率を大きくしなければならず、
収束レンズとして磁界型レンズを用いる必要がある。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, when the current amount of the electron beam is changed, the excitation of the converging lens 2 is changed and the crossover position is changed, so that the objective lens is changed each time. The excitation strength of 3 must be changed to focus. Further, if a deflection coil, which is an electron beam scanning system, is positioned in front of the objective lens 3, the image rotation, that is, the rotation of the electron beam in the scanning direction on the sample surface, is caused by the change in the excitation intensity of the objective lens. It is not desirable. Particularly, in the electron beam length measuring machine, when the deflection direction of the electron beam changes with respect to the pattern to be measured, sufficient measurement accuracy cannot be obtained. In order to solve this problem, there is a method of using a three-stage lens system as shown in FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, but the difference between the configuration of this figure and the configuration of FIG. This is the point where the converging lenses 7 and 8 are used. That is, with the crossover position in front of the objective lens 3 fixed at point P, the amount of current of the electron beam with which the sample 6 is irradiated is controlled, so that the lens strengths of the two-stage convergent lenses 7 and 8 are interlocked. Can be changed. In the figure, when the electron beam path I 1 has a relatively large current amount, the path I 2 has a small current amount. Here, when a thermionic emission type electron gun using a tungsten filament or L a B 6 is used as the electron gun 1, the angular current density of the electron gun is large, and the electron gun crossover (virtual object point) is used. ) Is very large, the image reduction rate by the converging lenses 7 and 8 must be increased,
It is necessary to use a magnetic field type lens as the converging lens.

ここで、電界放出型電子銃を用い場合、電子銃の角度電
流密度は小さく、又、仮想物点の径は著しく小さいた
め、収束レンズは倍率として1〜数倍程度で用いられ
る。従って、第6図の第1と第2の収束レンズ7,8の
中間に仮想物点の像(クロスオーバー)を形成する光学
系では、2つのレンズ収差が加算されるため、収束レン
ズが1段の場合に比べて収束度が悪化する.又、第6図
の構成では、電子銃の加速部分と第1と第2の収束レン
ズの3つの部分が分離されるため、系全体が長くなり、
電子線の収束特性を劣化させる。更に、2段の収束レン
ズが磁界型であると、レンズの冷却等により、レンズ系
が大型化すると共に、電子光学光路が長くなり、電子線
が外部磁場の影響を受けやすくなり、特に、電子の加速
電圧が低い場合には、得られる像の分解能や測長精度に
悪い影響を与える。
Here, when the field emission type electron gun is used, since the angular current density of the electron gun is small and the diameter of the virtual object point is extremely small, the converging lens is used at a magnification of about 1 to several times. Therefore, in the optical system that forms the image (crossover) of the virtual object point in the middle of the first and second converging lenses 7 and 8 in FIG. The convergence is worse than in the case of stages. Further, in the configuration of FIG. 6, since the acceleration part of the electron gun and the three parts of the first and second converging lenses are separated, the entire system becomes long,
The electron beam converging property is deteriorated. Further, if the two-stage converging lens is a magnetic field type, the lens system becomes large due to cooling of the lens and the electron optical optical path becomes long, and the electron beam is easily affected by an external magnetic field. If the accelerating voltage is low, the resolution and length measurement accuracy of the obtained image are adversely affected.

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、対物レ
ンズの制御を伴なわず、又、電子線の収束特性を劣化さ
せることなく、試料に照射される電子線の電流量を制御
することができると共に、コンパクトな構成の熱電界放
射型電子源を有した電子線装置を提供することを目的と
している。
The present invention has been made in view of the above points, and controls the current amount of the electron beam with which the sample is irradiated without controlling the objective lens and without deteriorating the convergence characteristic of the electron beam. It is an object of the present invention to provide an electron beam apparatus having a thermal field emission electron source having a compact structure.

[問題点を解決するための手段] 本発明に基づく熱電界放射型電子源を有した電子線装置
は、電界放射エミッターと、該エミッターからの電子線
を引出すための引出し電極と、該引出された電子を加速
するための加速電極と、該引出し電極と加速電極との間
に各々独自のレンズ電源に繋がった第1と第2の静電型
収束レンズ電極とを備え、前記第2の静電型収束レンズ
電極の後段に電子線制限用絞りを設け、前記独自の各レ
ンズ電源により前記第1と第2の収束レンズ電極に夫々
印加される電圧強度を変えて電子線電流量を変えると共
に、該第1と第2の収束レンズ電極の印加電圧強度は、
前記引出し電極と前記加速電極との間に形成される各収
束レンズによって形成されるクロスオーバー像の位置
が、常に一定になるように加速電圧と電子線電流量に応
じて連動して変えられるように構成されていることを特
徴としている。
[Means for Solving Problems] An electron beam apparatus having a thermal field emission type electron source according to the present invention includes a field emission emitter, an extraction electrode for extracting an electron beam from the emitter, and the extraction electrode. And an acceleration electrode for accelerating electrons, and first and second electrostatic converging lens electrodes connected to their own lens power sources between the extraction electrode and the acceleration electrode. An electron beam limiting diaphragm is provided in the subsequent stage of the electric focusing lens electrode, and the electron beam current amount is changed by changing the voltage intensity applied to each of the first and second focusing lens electrodes by each of the original lens power supplies. , The applied voltage intensity of the first and second converging lens electrodes is
The position of the crossover image formed by each converging lens formed between the extraction electrode and the acceleration electrode can be changed in conjunction with the acceleration voltage and the electron beam current amount so that the position is always constant. It is characterized by being configured in.

[実施例] 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳細する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明に基づく、熱電界放射型電子銃を備えた
走査電子顕微鏡を示しており、11は電界放射エミッタ
ー、12は該エミッター11を保持するフィラメント、
13は該フィラメント12に加熱電流を供給する加熱電
源、14は熱電子抑圧電極、15は該エミッター11と
熱電子抑圧電極14間に抑圧電圧を印加するための抑圧
電圧電源、16は引出し電極、17は該エミッター11
と引出し電極16との間に引出し電圧を印加するための
引出し電圧電源、18は接地電位の加速電極、19はエ
ミッター11と加速電極18の間に加速電圧を印加する
ための加速電圧電源、20,21は第1と第2の静電型
収束レンズ電極、22は第1の静電型収束レンズ電極2
0の電源、23は第2の静電型収束レンズ電極21の電
源、24は電流量を制限するための絞り、25はクロス
オーバー点Pに配置された絞り、26は電子線を偏向
するための偏向コイル、27は対物レンズ、28は試
料、29は試料28への電子線の照射に伴なって発生す
る反射電子を検出するための検出器、30はディジタル
走査信号発生回路、31は該走査信号発生回路30を制
御したり、該検出器29からの信号と該走査信号とに基
づて試料の被測定パターンの長さを測定するためのコン
ピュータの如き制御装置、32は検出器29からの検出
信号と走査信号発生回路30からの走査信号が供給され
る陰極線管、33はマイクロプロセッサーの如き制御装
置、34はメモリ、35は加速電圧指示手段、36は電
子線電流設定手段である。なお、電界放射エミッター1
1,引出し電極16,加速電極18,第1の静電型収束
レンズ電極20,第2の静電型収束レンズ電極21の具
体的な構成を第2図に示す。
FIG. 1 shows a scanning electron microscope equipped with a thermal field emission electron gun according to the present invention, 11 is a field emission emitter, 12 is a filament holding the emitter 11,
13 is a heating power supply for supplying a heating current to the filament 12, 14 is a thermoelectron suppression electrode, 15 is a suppression voltage power supply for applying a suppression voltage between the emitter 11 and the thermoelectron suppression electrode 14, 16 is an extraction electrode, 17 is the emitter 11
And an extraction electrode 16, an extraction voltage power supply for applying an extraction voltage, 18 is an acceleration electrode having a ground potential, 19 is an acceleration voltage power supply for applying an acceleration voltage between the emitter 11 and the acceleration electrode 18, 20 , 21 are the first and second electrostatic converging lens electrodes, and 22 is the first electrostatic converging lens electrode 2.
0 is a power source, 23 is a power source for the second electrostatic converging lens electrode 21, 24 is a diaphragm for limiting the amount of current, 25 is a diaphragm arranged at the crossover point P 0 , and 26 is an electron beam deflector. For deflection, 27 is an objective lens, 28 is a sample, 29 is a detector for detecting backscattered electrons generated by irradiation of the sample 28 with an electron beam, 30 is a digital scanning signal generating circuit, and 31 is A control device such as a computer for controlling the scanning signal generating circuit 30 and measuring the length of the measured pattern of the sample based on the signal from the detector 29 and the scanning signal, 32 is a detector A cathode ray tube to which the detection signal from 29 and the scanning signal from the scanning signal generating circuit 30 are supplied, 33 is a control device such as a microprocessor, 34 is a memory, 35 is an acceleration voltage instructing means, and 36 is an electron beam current setting means. is there. The field emission emitter 1
FIG. 2 shows specific configurations of the extraction electrode 16, the acceleration electrode 18, the first electrostatic converging lens electrode 20, and the second electrostatic converging lens electrode 21.

上述した如き構成において、フィラメント12は、加熱
電源13からの加熱電流の供給によって加熱され、その
結果、該フィラメント12に支持されたエミッター11
は間接的に加熱されることになる。該加熱の程度は、前
記エミッターが、例えば、Zr/O/Wの場合には、該
エミッターが1800゜C程度に加熱される程度であ
る。該エミッターをこの温度に維持した下で、前記エミ
ッタ先端と引出し電極の距離に対して最適なエミッショ
ンの放射を維持するための引出し電圧が一義的に決まる
ので、この様な引出し電圧を、引出し電圧電源17から
引出し電極16と前記エミッター11の間に印加する。
この様な引出し電圧により前記該エミッター11から電
子が引出される。ここで、該エミッター11からは加熱
に伴なって熱電子も発生するが、該熱電子は抑圧電極1
4に印加された抑圧電圧によって抑えられ、結局、主と
して引出し電極16を介して電界放射に基づく電子のみ
が得られることになる。該引出された電子は、加速電極
18によって加速されると共に、引出し電極16と加速
電極18の間に形成される各収束レンズ、即ち、引出し
電極16と収束レンズ電極20,収束レンズ電極20と
21,及び収束レンズ電極21と加速電極18の各間に
形成される収束レンズと、対物レンズ27とによって試
料28表面に細く収束されることになる。該試料28の
電子線の照射位置は、走査信号発生回路30からの走査
信号によって2次元的あるいはライン状に走査される。
該走査に伴なって発生した反射電子および2次電子は検
出器29によって検出され、その検出信号は走査信号が
供給されている陰極線管32に送られ、試料の反射電子
像,2次電子像やラインプロフアイルが表示される。
又、検出信号は制御信号31に供給され、該制御装置に
よって試料上のパターンの幅等の測長が行なわれる。該
測長結果は陰極線管32の画面上に表示されたり、図示
しないが、レコーダ等の記録手段によって記録される。
In the configuration as described above, the filament 12 is heated by the supply of the heating current from the heating power source 13, so that the emitter 11 supported by the filament 12 is heated.
Will be indirectly heated. The degree of heating is such that when the emitter is, for example, Zr / O / W, the emitter is heated to about 1800 ° C. With the emitter maintained at this temperature, the extraction voltage for maintaining optimal emission radiation is uniquely determined with respect to the distance between the emitter tip and the extraction electrode. A voltage is applied from the power source 17 between the extraction electrode 16 and the emitter 11.
Electrons are extracted from the emitter 11 by such an extraction voltage. Here, thermoelectrons are also generated from the emitter 11 with heating, but the thermoelectrons are generated.
It is suppressed by the suppression voltage applied to No. 4, and eventually only electrons based on field emission are mainly obtained through the extraction electrode 16. The extracted electrons are accelerated by the accelerating electrode 18, and each converging lens formed between the extracting electrode 16 and the accelerating electrode 18, that is, the extracting electrode 16, the converging lens electrode 20, and the converging lens electrodes 20 and 21. , And the converging lens formed between each of the converging lens electrode 21 and the accelerating electrode 18, and the objective lens 27 finely converges on the surface of the sample 28. The electron beam irradiation position of the sample 28 is two-dimensionally or linearly scanned by the scanning signal from the scanning signal generating circuit 30.
The backscattered electrons and secondary electrons generated by the scanning are detected by the detector 29, and the detection signal is sent to the cathode ray tube 32 to which the scanning signal is supplied, and the backscattered electron image and the secondary electron image of the sample. Or line profile is displayed.
Further, the detection signal is supplied to the control signal 31, and the controller measures the width of the pattern on the sample and the like. The length measurement result is displayed on the screen of the cathode ray tube 32 or is recorded by a recording device such as a recorder (not shown).

第3図は第1図に示した走査電子顕微鏡の光学概念図で
あり、エミッター11から放射される電子線は、引出し
電極16と加速電極18の間に形成される各収束レン
ズ、即ち、引出し電極16と収束レンズ電極20,収束
レンズ電極20と21,及び収束レンズ電極21と加速
電極18の各間に形成される収束レンズ(実際には前記
した様に3段の収束レンズが形成されているが、説明の
便宜上何れかの2段の収束レンズA,Bを示した)によ
って点Pにクロスオーバー像を結ぶが、前記第1の収
束レンズ電極20に印加される電圧強度は、前記各収束
レンズ間にクロスオーバー像が形成されない程度の強さ
とされている。ここで、第1図において、電子線の加速
電圧は、加速電圧設定手段35によって設定され、制御
装置33は該設定手段35からの信号に応じて加速電極
19を制御し、所望の加速電圧をエミッター11に加速
電極18の間に印加する。又、試料28に照射される電
子線の電流量は、電流設定手段36から入力され、この
設定手段36からの信号によって制御装置33は、メモ
リ34から第1と第2の収束レンズ電極20,21への
印加電圧強度に関連した信号を読み出す。該メモリ34
には、各加速電圧に応じ、第1と第2の収束レンズ電極
への印加電圧強度の組合わせが記憶されている。この組
合せは、電子線電流量を変えるために前記各収束レンズ
電極への印加電圧強度を変化させても、クロスオーバー
像が常にPに結ばれる値となっており、特定の加速電
圧においては、第1の収束レンズ電極20への印加電圧
強度Vと第2の収束レンズ電極21への印加電圧強度
は、例えば、第4図に示すような関係となってい
る。なお、この図において、第1の収束レンズ電極20
への印加電圧強度Vは、所望の電子線電流量に対応し
ている。このメモリ34から読み出された印加電圧強度
に関係した信号に基いて、制御装置33は、第1の収束
レンズ電極20と第2の収束レンズ電極21に所望の電
圧が印加されるように、該該収束レンズ電極の電源22
と23を制御する。なお、メモリ34に記憶されている
収束レンズ電極への印加電圧強度に関係したデータは、
メモリの容量の関係上、飛び飛びの組合わせとなってい
るが、その中間の電子線電流量が必要な場合には、制御
装置33が補間法によって所望の組合わせの信号を演算
し、その演算結果に基いて各収束レンズ電極の電源を制
御すれば良い。
FIG. 3 is an optical conceptual diagram of the scanning electron microscope shown in FIG. 1, in which the electron beam emitted from the emitter 11 is a converging lens formed between the extraction electrode 16 and the acceleration electrode 18, that is, the extraction electrode. The converging lens formed between each of the electrode 16 and the converging lens electrode 20, the converging lens electrodes 20 and 21, and the converging lens electrode 21 and the accelerating electrode 18 (actually, three converging lenses are formed as described above. However, for convenience of description, a crossover image is formed at a point P 0 by either of the two stages of the converging lenses A and B. However, the voltage intensity applied to the first converging lens electrode 20 is The strength is such that a crossover image is not formed between the converging lenses. Here, in FIG. 1, the accelerating voltage of the electron beam is set by the accelerating voltage setting means 35, and the control device 33 controls the accelerating electrode 19 according to the signal from the setting means 35 to set a desired accelerating voltage. It is applied to the emitter 11 between the acceleration electrodes 18. Further, the current amount of the electron beam with which the sample 28 is irradiated is input from the current setting means 36, and the control device 33 causes the memory 34 to output the first and second convergent lens electrodes 20, by a signal from the current setting means 36. The signal related to the strength of the voltage applied to 21 is read out. The memory 34
In the table, a combination of voltage intensities applied to the first and second converging lens electrodes is stored according to each acceleration voltage. This combination has a value such that the crossover image is always tied to P 0 even when the voltage intensity applied to each of the converging lens electrodes is changed in order to change the electron beam current amount, and at a specific acceleration voltage. , the applied voltage intensity V 1 of the the first converging lens electrode 20 applied voltage intensity V 2 to the second focusing lens electrode 21 has, for example, a relationship as shown in Figure 4. In this figure, the first converging lens electrode 20
The applied voltage intensity V 1 to V corresponds to the desired electron beam current amount. Based on the signal related to the applied voltage intensity read from the memory 34, the control device 33 causes the desired voltage to be applied to the first converging lens electrode 20 and the second converging lens electrode 21. Power source 22 for the converging lens electrode
And control 23. The data related to the applied voltage intensity to the converging lens electrode stored in the memory 34 is
Although the combinations are discontinuous in relation to the capacity of the memory, when an electron beam current amount in the middle is required, the control device 33 calculates a signal of a desired combination by the interpolation method, and the calculation is performed. The power supply of each converging lens electrode may be controlled based on the result.

再び第3図において、各収束レンズA,Bを透過した電
子線は、絞り24によってその電子線電流量が制限され
るが、収束レンズ電極20と第2収束レンズ電極への印
加電圧強度を変えることによって電子線のクロスオーバ
ーが点Pに結像された状態で電子線電流量が変えられ
る。例えば、大電流の場合は、Iに示す経路の電子線
が試料に照射され、I,Iになるほど、絞り24に
よって遮断される電子線の量が増加し、結果として試料
28に照射される電子線の電流量は少くなる。このよう
に、どのような加速電圧や電子線の電流量を選択して
も、クロスオーバーの像を常に点Pに結ぶことができ
る。
Referring again to FIG. 3, the electron beam passing through each of the converging lenses A and B has its electron beam current amount limited by the diaphragm 24, but the voltage intensity applied to the converging lens electrode 20 and the second converging lens electrode is changed. As a result, the electron beam current amount is changed in a state where the electron beam crossover is imaged at the point P 0 . For example, in the case of a large current, the electron beam in the path indicated by I 3 is irradiated on the sample, and the amount of the electron beam blocked by the diaphragm 24 increases as I 4 and I 5, and as a result, the sample 28 is irradiated. The amount of current of the generated electron beam is small. In this way, no matter what acceleration voltage or electron beam current amount is selected, the crossover image can always be formed at the point P 0 .

以上詳述した実施例においては、引出し電極と加速電極
の間に2段の静電型収束レンズ電極を配置し、該2段の
収束レンズ電極への印加電圧強度を加速電圧と所望とす
る電子線の電流量に応じて変化させ、常に引出し電極と
加速電極の間に形成される各収束レンズによって形成さ
れるクロスオーバー像の位置を一定としているため、加
速電圧や電子線電流量の変化によっても対物レンズの調
整を行う必要がなくなる。従って、対物レンズによる像
の回転が無くなり、電子線の走査方向を一定に維持する
ことができる。この結果、電子線測長機であれば、試料
に応じて加速電圧や電子線電流量を変えても、被測定パ
ターンに対する電子線の走査方向は変化せず、精度の高
い測定を行うことができる。又、静電型収束レンズ電極
を電界放射エミッター11と加速電極18の間に配置し
たので、装置をコンパクトにすることができ、外部磁場
の影響を受けにくい構造とすることができると共に、光
路長を短くすることができるので、電子線の収束特性を
向上させることができる。更に、引出し電極と加速電極
の間に形成される各収束レンズ間にクロスオーバーを形
成しないようにしたので、複数段の収束レンズが形成さ
れても実質的に1段の収束レンズとして動作せることが
でき、レンズの収差は加算されることがなく、収差によ
る電子線の収束特性は悪化しない。
In the embodiments described in detail above, two stages of electrostatic focusing lens electrodes are arranged between the extraction electrode and the accelerating electrode, and the voltage intensity applied to the two stages of the focusing lens electrode is the acceleration voltage and the desired electron. The position of the crossover image formed by each converging lens formed between the extraction electrode and the accelerating electrode is always constant because it is changed according to the amount of current in the line, so that the amount of accelerating voltage or electron beam current changes Also, it is not necessary to adjust the objective lens. Therefore, the image is not rotated by the objective lens, and the scanning direction of the electron beam can be kept constant. As a result, with the electron beam length measuring machine, even if the accelerating voltage or the electron beam current amount is changed according to the sample, the scanning direction of the electron beam with respect to the measured pattern does not change, and highly accurate measurement can be performed. it can. Further, since the electrostatic type converging lens electrode is arranged between the field emission emitter 11 and the acceleration electrode 18, the device can be made compact and the structure is not easily affected by the external magnetic field, and the optical path length can be reduced. Can be shortened, so that the electron beam converging characteristic can be improved. Further, since no crossover is formed between the converging lenses formed between the extraction electrode and the accelerating electrode, even if a plurality of converging lenses are formed, the converging lens can be operated substantially as one stage. Therefore, the aberration of the lens is not added, and the convergence characteristic of the electron beam due to the aberration is not deteriorated.

なお,電子線発生源の仮想物点の位置から各収束レンズ
によって形成されるクロスオーバー像の位置間での距離
は、従来の磁界型収束レンズを用いた場合では160m
m程度あっが、第2図の構成によれば、その距離を80
mmと短くする事ができた。又、収束レンズ電極自体の
光軸方向の長さも、従来の110mmの長さから40m
mとすることができ、コンパクトな構成とすることがで
きた。
The distance between the position of the virtual object point of the electron beam generation source and the position of the crossover image formed by each converging lens is 160 m in the case of using the conventional magnetic field type converging lens.
However, according to the configuration of FIG.
I was able to shorten it to mm. Also, the length of the converging lens electrode itself in the optical axis direction is 40 m from the conventional length of 110 mm.
m, and a compact structure can be achieved.

[効果] 以上詳説した如く、本発明は、引出し電極と加速電極と
の間に各々独自のレンズ電源に繋がった第1と第2の静
電型収束レンズ電極を備え、第2の静電型収束レンズ電
極の後段に電子線制限用絞りを設け、前記独自の各レン
ズ電源により前記第1と第2の収束レンズ電極に夫々印
加される電圧強度が変えて電子線電流量を変えると共
に、該第1と第2の収束レンズ電極の印加電圧強度は、
前記引出し電極と前記加速電極との間に形成される各収
束レンズによって形成されるクロスオーバー像の位置
が、常に一定になるように加速電圧と電子線電流量に応
じて連動して変えられるように構成されているので、加
速電圧や電子線電流量の変化によっても対物レンズの調
整を行う必要がなくなり、その為に、対物レンズによる
像の回転が無くなると共に、前記各収束レンズの間にク
ロスオーバー像を形成しない事から、複数段の収束レン
ズであっても、実質的には1段の収束レンズとして動作
させることが出来ることから、レンズの収差は加算され
ることがなく、その為に、収差による電子線の収束特性
は悪化しない。
[Effect] As described in detail above, the present invention includes the first and second electrostatic converging lens electrodes connected to their own lens power sources between the extraction electrode and the accelerating electrode. An electron beam limiting diaphragm is provided in the subsequent stage of the converging lens electrode, and the voltage intensity applied to each of the first and second converging lens electrodes is changed by each of the unique lens power supplies to change the electron beam current amount. The applied voltage strengths of the first and second converging lens electrodes are
The position of the crossover image formed by each converging lens formed between the extraction electrode and the acceleration electrode can be changed in conjunction with the acceleration voltage and the electron beam current amount so that the position is always constant. It is not necessary to adjust the objective lens even if the accelerating voltage or the electron beam current amount is changed, so that the image is not rotated by the objective lens, and the crossing between the converging lenses is eliminated. Since an over image is not formed, even a multi-stage converging lens can be operated as a single-stage converging lens, so that the aberration of the lens is not added. , The convergence characteristic of the electron beam due to aberration does not deteriorate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に基づく走査電子顕微鏡を示す図、第2
図は各電極と収束レンズ電極の具体的構造を示す断面
図、第3図は第1図の走査電子顕微鏡の電子光学概念
図、第4図は収束レンズ電極に印加する電圧の関係を示
す図、第5図および第6図は従来の走査電子顕微鏡の光
学系の一例を示す図である。 11……エミッター、12……フィラメント 13……加熱電源、14……熱電子抑圧電極 15……抑圧電圧電源、16……引出し電極 17……引出し電圧電源、18……加速電極 19……加速電圧電源 20,21……静電型収束レンズ電極 22……収束レンズ電極20の電源 23……収束レンズ電極21の電源 24,25……絞り、26……偏向コイル 27……対物レンズ、28……試料 29……検出器 30……ディジタル走査信号発生回路 31……制御装置、32……陰極線管 33……制御装置、34……メモリ 35……加速電圧指示手段 36……電子線電流量設定手段。
FIG. 1 is a diagram showing a scanning electron microscope according to the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a sectional view showing a specific structure of each electrode and a converging lens electrode, FIG. 3 is an electron optical conceptual diagram of the scanning electron microscope of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing a relationship between voltages applied to the converging lens electrode. 5 and 6 are views showing an example of an optical system of a conventional scanning electron microscope. 11 ... Emitter, 12 ... Filament 13 ... Heating power supply, 14 ... Thermoelectron suppression electrode 15 ... Suppression voltage power supply, 16 ... Extraction electrode 17 ... Extraction voltage power supply, 18 ... Acceleration electrode 19 ... Acceleration Voltage power source 20, 21 ... Electrostatic converging lens electrode 22 ... Converging lens electrode 20 power source 23 ... Converging lens electrode 21 power source 24, 25 ... Aperture, 26 ... Deflection coil 27 ... Objective lens, 28 ...... Sample 29 ...... Detector 30 ...... Digital scanning signal generation circuit 31 ...... Control device, 32 ...... Cathode ray tube 33 ...... Control device, 34 ...... Memory 35 ...... Acceleration voltage indicating means 36 ...... Electron beam current Quantity setting means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電界放射エミッターと、該エミッターから
の電子線を引出すための引出し電極と、該引出された電
子を加速するための加速電極と、該引出し電極と加速電
極との間に各々独自のレンズ電源に繋がった第1と第2
の静電型収束レンズ電極とを備え、前記第2の静電型収
束レンズ電極の後段に電子線制限用絞りを設け、前記独
自の各レンズ電源により前記第1と第2の収束レンズ電
極に夫々印加される電圧強度を変えて電子線電流量を変
えると共に、該第1と第2の収束レンズ電極の印加電圧
強度は、前記引出し電極と前記加速電極との間に形成さ
れる各収束レンズによって形成されるクロスオーバー像
の位置が、常に一定になるように加速電圧と電子線電流
量に応じて連動して変えられるように構成されている熱
電界放射型電子源を有した電子線装置。
1. A field emission emitter, an extraction electrode for extracting an electron beam from the emitter, an acceleration electrode for accelerating the extracted electrons, and an independent electrode between the extraction electrode and the acceleration electrode. First and second connected to the lens power supply
Electrostatic converging lens electrode, and an electron beam limiting diaphragm is provided in the latter stage of the second electrostatic converging lens electrode, and the first and second converging lens electrodes are provided by the respective individual lens power sources. The applied voltage intensity of each of the first and second converging lens electrodes is changed by changing the applied voltage intensity of each electron beam current amount, and the convergent lens formed between the extraction electrode and the accelerating electrode. Electron beam apparatus having a thermal field emission electron source configured so that the position of the crossover image formed by .
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