JPH1012176A

JPH1012176A - 形状観察装置

Info

Publication number: JPH1012176A
Application number: JP16457896A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Akama; 善昭赤間; Masakazu Hayashi; 正和林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、レンズ系の全てを電極である静電タ
イプに変換することによって、装置のより小型化を図る
とともに、他の装置への付加を容易化し、使用範囲の拡
大を得る形状観察装置を提供する。【解決手段】電子線を放出する電子銃１と、この電子銃
から放出された電子線を加速する加速レンズ２、加速さ
れた電子線を偏向する偏向レンズ３、かつ偏向された電
子線を被観察対象物Ｘの表面に収束する対物レンズ４
と、この被観察対象物の表面に収束する電子線によっ
て、被観察対象物から飛び出した二次電子の量を検出す
る二次電子検出器Ｋとを具備し、上記加速レンズ、偏向
レンズおよび対物レンズは、いずれも電界のみで電子の
挙動を操作する導電性電極からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を利用した
電子顕微鏡と同様の形状観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電子線を利用した形状観察装置
として、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）が代表的に扱われ
ている。この走査形電子顕微鏡は、透過形電子顕微鏡
（ＴＥＭ）のように、透過電子を用いて材料の内部組織
を、高い分解能で観察することはできないが、試料の表
面構造を立体的に、かつ細かいところまで観察できる特
性を備えている。

【０００３】このような走査形電子顕微鏡は、以下のよ
うな構成からなっている。すなわち、電子源である電子
銃から出た熱電子は加速レンズ（コンデンサレンズとも
呼ばれる）で１〜３０ｋＶ程度の高電圧で加速され、４
０μm 程度のスポットとなるよう収束される。

【０００４】この電子線は、偏向コイルで一旦焦点を結
ぶように偏向され、さらに対物レンズを通って被観察対
象物の表面上に再び焦点を結ぶ。このときのスポット径
は、数ｎm となる。

【０００５】被観察対象物の表面に入射した電子線は、
この被観察対象物を構成する物質中に存在している電子
にエネルギを供与することとなり、被観察対象物から電
子が外に飛び出す。

【０００６】このようにして飛び出た電子が二次電子で
あり、その発生領域は入射してきた電子線の拡散領域と
ほぼ同じ広がりを持つ。そして、被観察対象物内部から
脱出する二次電子のエネルギはごく低く、表面から１０
ｎm 以内で発生した二次電子が二次電子検出器で検出さ
れる。

【０００７】上記二次電子検出器は、二次電子の量を検
出し、その検出量信号がディスプレイに表示される。す
なわち、被観察対象物の表面から１０ｎm 以内で発生し
た二次電子だけが、試料から放出されて結像としての働
きをなす。このように、電子線を利用した走査型電子顕
微鏡である形状観察装置は、電子線を小さく絞れる利点
を備えており、高分解能化が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の走査
型電子顕微鏡は、電子の挙動を制御するレンズとして、
コイルを利用した磁界型レンズを収容するのが普通であ
る。この磁界型レンズは、磁界の作用によって電子線を
収束、結像するようになっていて、回転対称性を持つ磁
界は対称軸付近を通過する電子線に対してレンズ作用を
示す、という電子光学上の原理を応用している。

【０００９】しかしながら、このようなコイルからなる
磁界型レンズを収容する電子鏡筒は、必然的に大型化せ
ざるを得ない。走査型電子顕微鏡と対比される透過型電
子顕微鏡と比較し、小型であることは肯定されるが、よ
り小型化を得るまでには至っていない。

【００１０】そして走査型電子顕微鏡は、それ単体で使
用するよりも、たとえば分析装置に付加したり、半導体
製造装置における真空チャンバに取付けてサンプル表面
の形状観察に用いた方が使用上便利であり、使用範囲が
拡大する利点がある。

【００１１】しかしながら、従来の磁界型レンズを電子
鏡筒内に収容する構成では、電子鏡筒の小型化が阻まれ
ているところから、上述のごとき使用がほとんど無理で
あり、使用範囲が限定されている。そのため、コイルを
一切使用しないタイプのレンズ系の開発と、装置の小型
化が望まれている。

【００１２】本発明は、上述した事情に鑑みなされたも
のであり、その目的とするところは、レンズ系の全てを
電極である静電タイプに変換することによって、装置の
より小型化を図るとともに、他の装置への付加を容易化
し、使用範囲の拡大を得る形状観察装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、請求項１として、電子線を放出する電子銃
と、この電子銃から放出された電子線を加速する加速レ
ンズ、加速された電子線を偏向する偏向レンズ、かつ偏
向された電子線を被観察対象物の表面に収束する対物レ
ンズと、この被観察対象物の表面に収束する電子線によ
って、被観察対象物から飛び出した二次電子の量を検出
する二次電子検出器とを具備し、上記加速レンズ、偏向
レンズおよび対物レンズは、いずれも電界のみで電子の
挙動を操作する導電性電極からなることを特徴とする。

【００１４】請求項２として、請求項１記載の上記電子
銃と、上記加速レンズ、偏向レンズおよび対物レンズ
は、フランジ部を有する外筒内に着脱自在に装着され、
これらで電子鏡筒を構成することを特徴とする。

【００１５】請求項３として、請求項２記載の上記外筒
は、パーマロイやニューメタル他、磁場遮断効果のある
材料から構成されることを特徴とする。請求項４とし
て、請求項１記載の上記電子銃は、陽極と高温の陰極と
の間に高い電圧を印加したとき、陰極表面から熱電子が
飛び出す現象を利用した熱電界電子放出型の電子銃であ
ることを特徴とする。

【００１６】請求項５として、請求項１記載の上記電子
銃は、金属または半導体を加熱したとき、その表面から
電子が飛び出す現象を利用した熱電子放出型の電子銃で
あることを特徴とする。

【００１７】請求項６として、請求項１記載の上記電子
銃は、金属に高電圧を印加したとき、トンネル効果によ
ってその表面から電子が飛び出す現象を利用した電界電
子放出型の電子銃であることを特徴とする。

【００１８】請求項７として、請求項１記載の上記電子
銃は、被観察対象物の表面上から放出する二次電子の放
出効率が最大となるエネルギを持つ電子線となる電圧が
印加されることを特徴とする。

【００１９】請求項８として、請求項２記載の上記電子
銃は、上記外筒の電位をグランドレベルに設定したと
き、電子銃に与える電圧は任意の負の値とし、この電圧
の絶対値がエネルギである電子線を照射することを特徴
とする。

【００２０】請求項９として請求項２記載の上記電子銃
は、上記外筒に与える電圧よりも低い電位を有すること
を特徴とする。請求項１０として。請求項８および請求
項９記載の上記電子銃は、約−１ｋＶの電圧が与えられ
ることを特徴とする。

【００２１】請求項１１として、請求項２記載の上記電
子銃へ電流・電圧を導入する導入端子は、耐圧特性を有
する碍子の孔部に充填された導電性材料に連結され、か
つ上記碍子は上記外筒のフランジと連結されたジグを介
して上記外筒に支持されることを特徴とする。

【００２２】請求項１２として、請求項１１記載の上記
ジグおよび碍子は、その周面に上記外筒の側壁に螺挿さ
れる複数個のねじの先端部が当接され、これらねじの螺
挿深さを調整することにより傾いて、上記電子銃の先端
の傾きを外部から補正可能としたことを特徴とする。

【００２３】請求項１３として、請求項２記載の上記加
速レンズは、電子を引き出すための引き出し電極と、互
いの電位差を利用して電子の発散・収束を制御する２つ
の電極から構成され、この２つの電極のうちの一方は、
電圧が可変できる制御電極であり、他方は上記外筒の電
位と同じ電圧を有する電極であることを特徴とする。

【００２４】請求項１４として、請求項１３記載の上記
加速レンズを構成する引き出し電極は、上記電子銃と同
一の支持・固定部材によって上記外筒に支持・固定され
ることを特徴とする。

【００２５】請求項１５として、請求項１記載の上記偏
向レンズは、等分割された複数の電極から構成されるこ
とを特徴とする。請求項１６として、請求項１５記載の
上記偏向レンズは、８つの細長い円柱状の電極から構成
され、これら電極を所定の円周上に等間隔に配置し、そ
れぞれの電極に所定の電圧を与えて電子線を偏向させる
ことを特徴とする。

【００２６】請求項１７として、請求項１５および請求
項１６記載の上記偏向レンズは、電子線の放出方向に沿
って２段に配置され、電子線の偏向機能とともに、アラ
イナ（傾斜補正）機能や、スティグマトール（非点収
差）機能も備えることを特徴とする。

【００２７】請求項１８として、請求項１５および請求
項１６記載の上記偏向レンズを構成する複数の電極は、
それぞれの電極間に空隙を存して支持する支持部材によ
って固定・支持されることを特徴とする。

【００２８】請求項１９として、請求項１記載の上記対
物レンズは、導電性材料からなり絞り孔を有するオリフ
ィスと、所定の肉厚を有し、上記オリフィスの絞り孔よ
りも大径の孔部を有する３枚の電極板とから構成され、
上記オリフィスは、対物レンズにおける電子線の入射側
に配置され、上記３枚の電極板は電子線の出射側に互い
に所定間隔を存して配置されることを特徴とする。

【００２９】請求項２０として、請求項１９記載の上記
オリフィスの絞り孔は、その直径が１００μm 以下に設
定されることを特徴とする。請求項２１として、請求項
１９記載の上記対物レンズを構成するオリフィスと３枚
の電極板は、互いに一体に組み立てられることを特徴と
する。

【００３０】請求項２２として、請求項１９記載の上記
対物レンズを構成する３枚の電極板は、中間電極板を除
く両側の電極板の肉厚が同一であり、中間電極板の肉厚
は両側の電極板の肉厚の２倍であり、これら電極板相互
の隙間および各電極板の孔部の直径は、中間電極板の肉
厚とほぼ同一に設定されることを特徴とする。

【００３１】請求項２３として、請求項１９記載の上記
対物レンズを構成する３枚の電極板は、その両側の電極
板の電位をグランドレベルとし、中間電極板の電位を正
あるいは負の任意の電位を与えることを特徴とする。

【００３２】請求項２４として、請求項１記載の上記対
物レンズは、電子の収束位置を、対物レンズの終端から
１０mm以下の距離に設定したことを特徴とする。請求項
２５として、請求項１記載の上記電子銃と、加速レン
ズ、偏向レンズおよび対物レンズは、それぞれの間に電
界強度が１００ｋＶ／ｃm 以下である絶縁材が介在され
ることを特徴とする。

【００３３】請求項２６として、請求項１記載の上記二
次電子検出器は、シンチレータと光電子倍増管（ＰＭ
Ｔ）との組み合わせで構成されることを特徴とする。請
求項２７として、請求項２記載の上記外筒内に電子銃ほ
かの構成部材を装着してなる電子鏡筒および二次電流検
出器は、他の装置に着脱自在なアダプタに一体的に備え
られることを特徴とする。

【００３４】請求項２８として、請求項２７記載の上記
アダプタは、フランジと真空シールド用のＯリングの少
なくともいずれか一方を備えたことを特徴とする。請求
項２９として、請求項２記載の上記電子鏡筒は、その内
部に一つもしくは複数のオリフィスを備えるとともに、
電子銃とオリフィスとの間もしくはオリフィス相互間の
内部と連通し、これらの間をそれぞれ真空引きする一つ
もしくは複数の真空排気系が接続されることを特徴とす
る。

【００３５】請求項３０として、請求項２７記載の上記
アダプタは、真空排気系を備えた他の装置に取付けら
れ、かつこの装置と電子鏡筒とは中途部に粗引き用バル
ブを備えた補助真空排気系を介して連通され、上記他の
装置の真空排気系を利用して電子鏡筒内の粗引きをなす
ことを特徴とする。

【００３６】請求項３１として、請求項２７記載の上記
アダプタは、性能評価・収差補正・焦点合わせなどに利
用するＡｕアイランドなどの基準サンプル、電流検出用
のファラデーカップ、対物レンズの出射口を封止する真
空封止板が設けられ、かつこれらを軸方向と周方向に変
位自在な調整機構を備えたことを特徴とする。

【００３７】請求項３２として、請求項２７記載の上記
アダプタは、パーマロイやニューメタル他、磁場遮断効
果のある材料から構成されることを特徴とする。請求項
３３として、請求項２７記載の上記アダプタは、上下動
が可能な高さ変換用アダプタもしくはＺステージに取付
けられることを特徴とする。

【００３８】以上のごとき課題を解決する手段を備える
ことにより、請求項１ないし請求項２６の発明によれ
ば、電子の偏向や加速・収束などを司るレンズ系にコイ
ルなどを利用した磁界型レンズを一切使用することな
く、電界のみで操作する静電タイプの電界型レンズで構
成することにより、装置自体が小型化する。そして、請
求項２７ないし請求項３３の発明によれば、アダプタを
介して他の装置に容易に付加できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面にもとづいて説明する。図１は、形状観察装置におけ
る電子鏡筒Ｓの基本構成を模式的に示す。図において最
上部には電子を発生し、放出する電子銃１が配置され
る。この電子銃１の下部側である電子放出側には、放出
された電子を加速して電子のエネルギを決定する加速レ
ンズ（コンデンサレンズとも呼ばれる）２が配置され
る。

【００４０】さらに加速レンズ２の下部側である電子放
出側には、加速レンズで加速された電子をここでは図示
しない被観察対象物に対して左右方向および上下方向に
走査する偏向レンズ３が配置される。

【００４１】そして、この偏向レンズ３の下部側には、
電子線を照射する被観察対象物の表面に対して電子を収
束させる対物レンズ４が配置される。上記電子銃１、加
速レンズ２、偏向レンズ３および対物レンズ４は全て外
筒５内に収容され、走査型電子顕微鏡である形状観察装
置の主構成部品としての電子鏡筒Ｓが構成される。

【００４２】後述するように、上記加速レンズ２、偏向
レンズ３および対物レンズ４は全て、円板状あるいは円
柱状の電極からなる、いわゆる静電タイプとなってい
る。つぎに、上記電子鏡筒Ｓの各構成要素について詳述
する。

【００４３】図２に示すように、上記電子銃１は、ここ
では熱電界電子放出型（ＴＦＥと呼ばれる）が用いられ
ていて、これは陽極と高温の陰極との間に高い電圧を印
加したとき、陰極表面から熱電子が飛び出す現象を応用
している。

【００４４】この電子銃１は、金属または半導体を加熱
したとき、その表面から電子が飛び出す現象を応用し
た、熱電子放出型の電子銃を用いてもよい。また電子銃
１は、金属に高電圧を印加したとき、トンネル効果によ
って表面から電子が飛び出す現象を応用した、電界電子
放出型の電子銃を用いてもよい。

【００４５】上記電子銃１は、ジグ６に支持される。す
なわち、電子銃１は電流・電圧を導入する電流・電圧導
入端子７を備えていて、この端子は耐圧特性を有する高
圧碍子８の導入端子９と連結されている。そして、高圧
碍子８は接触部１０を介して上記ジグ６に固定されてい
る。

【００４６】なお、高圧碍子８の導入端子９は、高圧碍
子に設けられる孔部にその一部が密に充填されていて、
真空漏れがないように一体化されている。また、高圧碍
子８はフランジ付き外筒１１に連結され、一体化されて
いるところから、高圧碍子８と連結した電子銃１を外筒
５上端の開口部から挿入する際に、外筒５の上部に形成
されるフランジ５ａと上記フランジ付き外筒１１とを連
結することにより、外筒５内部の真空封止がなされてい
る。

【００４７】図示しない外部の電気回路のケーブルと上
記電子銃１との電気的接続は、電子銃１の上部側である
高圧碍子８に連結される中間コネクタ１２を介してなさ
れる。この中間コネクタ１２上部には、高圧カバー１３
が被冠される。

【００４８】上記高圧碍子８とフランジ付き外筒１１と
の間にはヒンジ１４が設けられている一方、フランジ付
き外筒１１の周面に電子銃１の軸方向とは直交する方向
である、図において水平方向に複数の補正用ねじ１５が
放射状に螺挿される。

【００４９】したがって、必要な補正用ねじ１５の螺挿
深さを調整することにより、ヒンジ１５を介して中間コ
ネクタ１２および高圧碍子８と一体化された電子銃１が
軸方向に対して変位し、電子銃１の先端である電子線の
放出方向を調整できるようになっている。

【００５０】電子線のエネルギは、電子銃１と外筒５と
の電位差で決定される。たとえば、外筒５をグランドレ
ベルに設定した場合に、電子銃１に任意の負の電圧を与
えると、この負の値の符号が反対の正の電圧値、すなわ
ち負の電圧値の絶対値がエネルギとなる。

【００５１】上記加速レンズ２は、以下に述べるように
なっている。この加速レンズ２は、中央部である軸芯
に、所定の直径の孔部を有する３つの円板状電極２ａ，
２ｂ，２ｃから構成される。互いの電極は、軸芯に沿っ
て所定の間隔を存して配置されている。

【００５２】図において、最も上部に配置される電極２
ａは、上記電子銃１から電子を効率よく引き出すための
引き出し電極を構成する。この下部側と、最も下部側に
配置される電極２ｂ，２ｃは、運転初期の電子線の発散
あるいは収束状態を決定する電位分布を与えるため２つ
の電位差を持った電極である。特に、この上部側の電極
２ｂを、制御電極と呼ぶ。

【００５３】上記引き出し電極２ａは、電子銃１から効
率よく電子を引き出すため、電子銃先端と極めて近接し
た状態に配置されている。そのため、引き出し電極２ａ
は先に説明した電子銃１を固定するジグ６の先端部に取
付け固定される。

【００５４】さらに述べれば、上記ジグ６の周面には、
軸方向とは直交する方向である、図において水平方向に
複数の補正用ねじ１６が放射状に螺挿され、このねじの
先端部は引き出し電極２ａの周面に当接している。

【００５５】必要な部位の補正用ねじ１６の螺挿深さを
調整することにより、引き出し電極２ａの中心を電子銃
１の先端に合わせる調整できるようになっている。そし
て、上記ジグ６の上端部と高圧碍子８とが接触部１０を
介して互いに接触しているところから、高圧碍子８の導
入端子９から接触部１０とジグ６を介して上記引き出し
電極２ａに電圧を供給できるようになっている。

【００５６】上記加速レンズ２を構成する下部電極２ｃ
は、外筒５に直接取付け固定され、外筒と接触している
ので互いに同電位となる。外筒５および下部電極２ｃの
電位をグランドレベルとした場合に、制御電極２ｂに与
える電圧を可変することで加速レンズ２の電位分布を変
化できる。

【００５７】上記制御電極２ｂへの電圧供給は、高圧導
入端子１７からなされる。この高圧導入端子１７は、外
筒５側部に設けられるフランジ部１８に取付けられてい
て、外筒に対して真空漏れのない構成になっている。

【００５８】図３に、上記偏向レンズ３の基本構成を示
す。はじめに同図（Ａ）に示すように、所定の直径で、
かつ直径の数倍の全長に形成される円柱状をなす電極ａ
からなる。これら電極ａは、互いに軸方向に平行であ
り、所定のピッチ円で、等分割位置に配置される。ここ
では８本の電極ａが、上述の状態に配置される。

【００５９】そして、同図（Ｂ）に示すように、８本の
電極ａが電子線の放出方向Ｙに沿って上下に２段配置さ
れている。すなわち、上記偏向レンズ３は、上部電極ａ
1 と下部電極ａ2 との２段構成である。

【００６０】同図（Ｃ）に示すように、このような偏向
レンズ３を用いることにより、上部電極ａ1 で角度θ1
だけ偏向したあと、下部電極ａ2 で角度θ2 分だけ変更
させる動作をなすと、破線で示すような大きな変更をと
もなう場合でも、角度成分を変えることで、常に起点Ｍ
を通過させながら走査（Ｓｃａｎ）するようになってい
る。

【００６１】そして、同図（Ｄ）に示すように、電子銃
１から放出された電子線が、その中心軸から傾いて入射
した場合でも、２段構成の偏向レンズ３を用いることに
より、所定の電圧を与えることによって再び正しく中心
軸に戻す、傾斜（Ａｌｉｇ）補正ができる。

【００６２】さらに、同図（Ｅ）に示すように、上記電
子銃１の先端が加工上の問題で真円でなく、楕円に近い
状態になっていて、電子線の断面形状もその形状で放出
されてきても、２段構成の偏向レンズ３を用いることに
より正規の真円形状に補正する、いわゆる非点収差（Ｓ
ｔｉｇ）の補正をなす。

【００６３】このように、２段構成で、かつ静電タイプ
の偏向レンズ３を備えたから、電子線の偏向ばかりでな
く、傾斜補正や非点収差補正も可能な利点を有する。再
び図２に示すように、上記偏向レンズ３は加速レンズ２
と対物レンズ４との間に位置している。実際の組み立て
にあたっては、対物レンズ４を取付ける以前に、外筒５
の下端開口部から挿入して、取付けることとなる。

【００６４】外筒５下部の周面には高圧導入端子１９が
設けられていて、ここと偏向レンズ３とが接続され電圧
が供給されるようになっている。図４に、偏向レンズ３
の具体的な構成を示す。

【００６５】すなわち、偏向レンズ３は、軸方向である
上下方向に沿って２分割され、かつ互いに連結される絶
縁性材料からなる外筒２０ａ，２０ｂを備えている。上
部側の外筒２０ａにはフランジ部２１が一体に設けられ
ていて、ここでは図示しない碍子を介して外筒に取付け
固定される。

【００６６】このフランジ部２１を備えた上部側外筒２
０ａ周面には、所定間隔を存して絶縁材からなる複数の
カラー（ここでは８こ）２２が取り付けられる。これら
カラー２２は軸芯に向かって放射状に取り付けられてお
り、それぞれに導電性材料からなるピン２３が嵌着され
る。

【００６７】各ピン２３はカラー２２の端面から軸芯側
に突出しており、この突出部分は円錐台状をなす。そし
て、それぞれのピン２３の先端部に上，下部電極ａ1 ，
ａ2が取り付けられる。各電極ａ1 ，ａ2 は外筒５の軸
芯に沿って平行に延出され、かつ互いに軸方向長さが同
一であり、これらで上部レンズ３ａが構成される。

【００６８】下部側外筒２０ｂも同様に、この周面には
所定間隔を存して絶縁材からなる複数のカラー（ここで
は８こ）２２が軸芯に向かって放射状に取り付けられ、
それぞれに導電性材料からなるピン２３が嵌着される。

【００６９】各ピン２３はカラー２２端面から軸芯側に
突出しており、この突出部分は円錐台状をなし、それぞ
れの先端部には電極ａ2 が取り付けられる。下部電極ａ
2 は外筒２０ｂの軸芯に沿って平行に延出され、かつ互
いに軸方向長さが同一であり、これらで下部レンズ３ｂ
が構成される。

【００７０】このように偏向レンズ３は、上部レンズ３
ａおよび下部レンズ３ｂともに、実質的にレンズを構成
する上，下部電極ａ1 ，ａ2 相互間には何らの介在物も
存在しない。すなわち、各電極ａ1 ，ａ2 相互間は空間
であり、それぞれの電極は完全に絶縁された状態となっ
ている。

【００７１】上記偏向レンズ３として適用される静電レ
ンズにとって、必要な条件は、電子の軌道が正規の位置
からずれて曲がってしまう、いわゆるチャージアップ現
象を防ぐことにある。

【００７２】しかるに、静電レンズの中でも、ここで用
いられるようなオクタポール型の偏向レンズ３は、電極
ａ1 ，ａ2 を放射状に配置して保持する構成上、互いの
電極が帯電し易く、チャージアップし易い。

【００７３】従来、帯電防止を得るため、電極相互をＳ
ｉＣなどの高抵抗特性を有する絶縁性材料の保持具で保
持したり、保持具の表面に導電性塗料を塗布して薄い厚
さの抵抗膜（約１００ＫΩ程度）を形成し、帯電しそう
な電気を外に逃がすようにしていたが、そのいずれも効
果が不十分であり、長期使用に不安があった。

【００７４】しかるに、上述構成の偏向レンズ３を採用
することにより、上，下部電極ａ1，ａ2 相互間は空気
絶縁されているところから、完全絶縁化され、チャージ
アップ現象を確実に防止でき、高い信頼性を得る。

【００７５】再び図２に示すように、上記対物レンズ４
は、上記加速レンズ２と同様、軸方向である上下方向に
沿って配置される３板の電極板４ａ，４ｂ，４ｃから構
成される。

【００７６】特に上部電極板４ａのみ、その上面に導電
性材料からなり、軸芯に極く小さな直径の絞り孔２４を
有するオリフィス２５が載設される。上記絞り孔２４の
直径は、１００μm 以下に設定しなければならない。こ
こでは、約５０μm に設定してある。

【００７７】上記オリフィス２５は、対物レンズ４にお
ける電子線の入射側に配置され、３枚の電極板は出射側
に位置する。そして、これらオリフィス２５と各電極板
４ａ，４ｂ，４ｃは、全て一体に組み立てられる。

【００７８】上部電極板４ａと、中間電極板４ｂおよび
下部電極板４ｃとも、その軸芯に絞り孔２４よりも直径
の大なる孔部２６を有している。これら孔部２６の直径
は、中間電極板４ｂの肉厚とほぼ同等に設定されてい
る。

【００７９】上，下部電極板４ａ，４ｃの肉厚は互いに
等しく、中間電極板４ｂの肉厚は上下部電極板４ａ，４
ｃの肉厚の約２倍である。また、各電極板４ａ，４ｂ，
４ｃ相互の隙間は、中間電極板４ｂの肉厚と同等となる
よう絶縁材である碍子Ｇを介して配置される。

【００８０】ここでは、オリフィス２５を備えた上部電
極板４ａおよび下部電極板４ｃを外筒５に直接もしくは
間接的に取付けて、外筒５電位と同電位であるグランド
レベルとする。

【００８１】中間電極板４ｂのみ、正あるいは負の所定
の電圧を、この周面に接続される導入端子２７から供給
される。そして、供給電圧を適宜調整することにより、
対物レンズ４の焦点位置を変更できるようになってい
る。

【００８２】ここでは、電子銃１先端の位置から電子線
が被観察対象物Ｘ表面に到達する位置、すなわち対物レ
ンズ４によって収束される焦点位置を、対物レンズ４の
終端からの距離ｌが１０mm以下になるよう設定してあ
る。

【００８３】一方、電子銃１と、加速レンズ２、偏向レ
ンズ３および対物レンズ４相互間は、絶縁材である碍子
Ｇによって絶縁されている。この碍子Ｇは、絶縁破壊さ
れることのないように、電極間隔（すなわち、碍子の長
さ）を適正に設定したり、碍子のエッジに丸みを設けた
りして、電界強度が１００ｋＶ／cm以下となるようにし
た。

【００８４】この場合は、電子線のパス長が７６mmとな
り、したがって電子鏡筒Ｓとして小型軽量化が得られ
る。図５に示すように、本発明の形状観察装置は、上記
電子鏡筒Ｓと二次電子検出器Ｋとから構成される。

【００８５】上記二次電子検出器Ｋは、電子鏡筒Ｓとと
もに固定ジグ２８に支持固定されるが、二次電子検出器
Ｋのみ先に説明した被観察対象物に対して所定角度傾斜
した状態で取付けられることは言うまでもない。

【００８６】この二次電子検出器Ｋは、碍子Ｇを介して
配置されるシンチレータ２９と光増倍管（ＰＭＴ）３０
とから構成される。そして、上記固定ジグ２８には中間
コネクタ３１が取付けられていて、この中間コネクタを
介して上記シンチレータ２９への電圧印加と、光増倍管
３０に対する出力を行うようになっている。

【００８７】つぎに、図６にもとづいて、以上説明した
形状観察装置に対する電圧供給を具体的に説明する。特
に、被観察対象物Ｘの表面に電子衝撃を与えないこと
や、絶縁表面の形状観察も可能なように、電子の加速エ
ネルギを低く設定（一次電子の量＝二次電子の発生量）
してある。

【００８８】これは、絶縁表面に比較的高いエネルギの
電子を与えると、その表面から放出される電子（二次電
子）よりも与えられる電子の方が多くなり、これが蓄積
されてぼやけて見えなくなることによる。

【００８９】すなわち、装置自体に接触しても安全性を
確保するところから、外筒５をグランドレベルとし、電
子銃１に負の電圧（Ｖａ）を与えて被観察対象物Ｘ表面
に到達する電子のエネルギを決定している。ここでは、
電子銃１に与える負の電圧として、約１ｋＶを基準とし
ている。

【００９０】上記加速レンズ２においては、引き出し電
極２ａに正の電圧（Ｖｅｘ）を与えて電子を引き出した
あと、この引き出し電極と制御電極２ｂの電圧（Ｖｃ）
との電位差、および制御電極２ａと下部電極２ｃとの電
位差で形成される電界分布によるレンズアクションにて
電子の挙動を制御する。

【００９１】ここでは、引き出し電極２ａの電圧（Ｖｅ
ｘ）を５ｋＶとする一方、制御電極２ｂの電圧（Ｖｃ）
は約１ｋＶに設定し、下部電極２ｃの電圧はグランドレ
ベルとしてある。

【００９２】上記偏向レンズで３は、上部レンズ３ａと
下部レンズ３ｂには別々に走査（Ｓｃａｎ）用の電圧が
供給される。そして、傾斜（Ａｌｉｇ）補正用の電圧
や、非点収差（Ｓｔｉｇ）補正用の電圧も別系統の回路
から供給される。

【００９３】たとえば、傾斜補正用の電圧を±１０Ｖ、
非点収差補正用の電圧を±１４Ｖとし、走査用の電圧範
囲として±８０Ｖ程度とると、被観察対象物Ｘの表面上
の走査範囲は１mm角程度となる。

【００９４】上記対物レンズ４においては、オリフィス
２５と上部電極板４ａおよび下部電極板４ｃをグランド
レベルとし、中間電極板４ｂに所定範囲（−２．０〜＋
５．０ｋＶ）の電圧（ＶOL) を与えることで、電子線を
被観察対象物Ｘ表面で収束させる。

【００９５】上記中間電極板４ｂに供給する電圧（ＶO
L) を負とした場合、電子の放出速度を減速させる減速
型となり、正の電圧を供給する場合は電子の放出速度を
加速する加速型になる。

【００９６】先に説明したように、電子銃１先端から対
物レンズ４による電子線の収束位置までの距離を７６mm
とした場合、中間電極４ｂに与える電圧（ＶOL) は約
１．２ｋＶとなる。

【００９７】つぎに、図７および図８に示すように、外
筒５に電子銃１をはじめとする各レンズなど構成部品を
収容した電子鏡筒Ｓと二次電子検出器Ｋは、後述するア
ダプタ３０に一体に取付け固定される。

【００９８】このアダプタ３０は、他の装置と着脱自在
に連結可能とするため、フランジ３１を下面に有する板
体からなっている。上記フランジに代えて、真空シール
ド用のＯリングを備えた板体であってもよい。

【００９９】上記電子銃１から電子線を放出するため電
子鏡筒Ｓ内は真空状態を保持しなければならない。この
種の装置の基本構成として、上記アダプタ３０を介して
取付けられる他の装置は真空排気系を備えることが必須
の条件であり、この装置の真空排気系を利用して電子鏡
筒Ｓ内の真空排気をなす。

【０１００】しかるに、上記したような熱電界放出型の
電子銃を用いたり、あるいは電界放出型の電子銃を用い
た場合は、１×６^-6Paよりも低い圧力が必要となる。他
の装置の真空排気系の排気能力が、それより以下のとき
には、別途、電子銃１回りを高真空状態に保持するため
の真空排気系を備える。

【０１０１】この真空排気系を、先に説明した図２と、
図７ないし図９に示す。すなわち、上記電子鏡筒Ｓには
第１の真空排気系３２および第２の真空排気系３３が接
続される。

【０１０２】上記第１の真空排気系３２は、外筒５周面
の電子銃１と対向する部位に一端開口部が接続され、こ
の端部から電子鏡筒Ｓに対して斜めに傾斜して延出さ
れ、かつ電子鏡筒の軸方向と平行に折曲される第１の真
空配管３４と、この真空配管の上端部に一体に設けられ
たフランジ部３５に取付けられる第１の真空ポンプ３６
とから構成される。

【０１０３】上記第２の真空排気系３３は、外筒５周面
の偏向レンズ３と対向する部位に一端開口部が接続さ
れ、この端部から電子鏡筒Ｓの軸方向に対して直交する
方向に延出され、かつ電子鏡筒の軸方向と平行に折曲さ
れる第２の真空配管３７と、この真空配管の上端部に一
体に設けられたフランジ部３８に取付けられる第２の真
空ポンプ３９とから構成される。

【０１０４】上記第１の真空ポンプ３６は、その排気速
度が２０l/S のものが用いられ、第２の真空ポンプ３９
は、その排気速度が１l/S のものが用いられており、い
ずれも小型ポンプの範疇に入る。

【０１０５】一方、電子鏡筒Ｓ内部の加速レンズ２と偏
向レンズ３との間には第１のオリフィス４０が介設さ
れ、さらに偏向レンズ３と対物レンズ４との間には上記
第２のオリフィス２５が介設される。この第２のオリフ
ィス２５は、先に説明した対物レンズ４を構成する上部
電極板４ａの上面に載設されるものである。

【０１０６】第１のオリフィス４０の絞り孔４１の孔径
を２００μm とし、第２のオリフィス２５の絞り孔２４
の孔径を５０μm に設定する。当然、それぞれのオリフ
ィス４０，２５の絞り孔４１，２４は電子線の透過に支
障のない位置および孔径を有している。

【０１０７】先に述べた第１，第２の真空ポンプ３６，
３９を動作させると、各オリフィス４０，２５の存在か
ら、第１の真空排気系３２は電子銃１回りの真空引きを
なし、第２の真空排気系３３は偏向レンズ３回りの真空
引きをなす。したがって、電子鏡筒Ｓに対して２段の差
動排気系が作用することとなる。

【０１０８】被観察対象物Ｘ周辺の真空環境が、たとえ
ば１×１０^-3Paよりも高くとも、電子銃１回りの真空度
を１×１０^-6Pa以下に維持することが可能となり、電子
銃として電界放出型や、熱電界放出型のものを用いるこ
とに何らの支障もない。

【０１０９】特に第２のオリフィス２５については、コ
ンダクタンス（耐真空環境）を向上させる機能であるア
パーチャとしての機能と、電子線の形状を矯正して対物
レンズ４の分解能を上げるのに必要な機能を兼ね備える
ことになる。

【０１１０】ところで、上述のごとき第１，第２の真空
排気系３２，３３を電子鏡筒Ｓに付加すると、動作起動
は高い圧力からできない。そのため、これら真空排気系
３２，３３の起動前に電子鏡筒Ｓ内はある程度真空圧を
上げた状態にしなければならない。

【０１１１】すなわち、ここでは電子鏡筒Ｓおよび二次
電流検出器Ｋを一体的に備えたアダプタ３０は、専用の
真空排気系を備えた他の装置に着脱自在に取付けるもの
とする。そして、第１，第２の真空排気系３２，３３の
動作前に、この装置専用の真空排気系を利用して、電子
鏡筒Ｓ内の粗引きを行う。

【０１１２】ただし、この粗引きをなすにあたって、電
子鏡筒Ｓ内に先に説明した第１のオリフィス４０と、第
２のオリフィス２５を取り付けているため、これらの絞
り孔４１，２４が障害となって、特に電子銃１を備えた
部分の圧力を容易に下げることができない。

【０１１３】そこで本装置においては、図７，図８およ
び図１０に示すように、補助真空排気系４０を備えてい
る。この補助真空排気系４０は、一端開口部が電子銃１
に対向する外筒５の周面部位に接続され、他端開口部が
アダプタ３０に接続される粗引き用配管４１と、この粗
引き用配管の中途部に設けられる手動で開閉されるバル
ブ、あるいは電磁バルブである粗引き用バルブ４２とか
らなる。

【０１１４】装置の動作起動時には補助真空排気系４０
を動作する。すなわち、はじめに粗引き用バルブ４２を
開放し、アダプタ３０を介して取付けられる他の装置Ｚ
の図示しない真空排気系を利用して電子鏡筒Ｓ内の粗引
きをなす。

【０１１５】そして、適度な真空度に到達した後は、上
記粗引き用バルブ４２を閉成し、第１，第２の真空排気
系３２，３３それぞれの真空ポンプ３６，３９を駆動す
る。このことにより、容易に高真空引き状態が得られ
る。

【０１１６】なお、この形状観察装置を用いるにあたっ
て、初期の調整を必ず行わなければならないし、使用後
は所定期間を存してメンテナンスも必要である。これら
初期調整およびメンテナンスの作業として、放出される
電子線の軸合わせや、焦点合わせ、あるいは収差補正な
どがあり、これらの調整は、極く容易に、短時間で行え
ることが理想である。

【０１１７】そこで本装置においては、図７，図８およ
び図１１に示すように、上記アダプタ３０に調整機構４
３を備えている。この調整機構４３は、支持筒体４４
と、この支持筒体内に収容され、かつその上端部と下端
部が支持筒体から突出する調整筒体４５およびこの調整
筒体の下端部に取付け固定される回転ステージ４６とか
ら構成される。

【０１１８】上記支持筒体４４はアダプタ３０のフラン
ジ３１に設けられる取付け孔４７に嵌合する部分と、フ
ランジ上面から突出する部分とからなっていて、この突
出部周面には軸方向に沿ってガイド孔４８が設けられ
る。このガイド孔４８の下端部には、周方向に沿って約
９０°の範囲で下部位置決め用長孔４９，５０が連設さ
れる。

【０１１９】上記調整筒体４５は、支持筒体４４の上端
部から突出する部分が摘み部４５ａとして形成される。
支持筒体４４内に収容される部分は、この筒体の内周壁
に摺接自在に嵌合する嵌合部４５ｂ，４５ｃを上下に２
か所有している。

【０１２０】上部側の嵌合部４５ｂには、上記ガイド孔
４８および上，下部位置決め用長孔４９，５０に変位自
在に掛合するピン５１が設けられる。下部側の嵌合部４
５ｃには複数のＯリング５２が設けられていて、支持筒
体４４との間で真空シールが保持される。

【０１２１】このことから、調整筒体４５の摘み部４５
ａを持って、調整筒体４５をガイド孔４８の範囲で上下
方向に変位自在であり、かつ上，下部位置決め用長孔４
９，５０の範囲で周方向に変位自在となっている。

【０１２２】支持筒体４４の下端部から突出する調整筒
体４５の下端部もまた、上記アダプタ３０下面から突出
しており、ここに上記回転ステージ４６の一端部が取付
け固定され、調整筒体４５と一体に上下動もしくは回動
変位する。

【０１２３】この回転ステージ４６は矩形の板体であ
り、他端部上面にはＡｕアイランド５３ａおよびメッシ
ュ５３ｂなどの基準サンプル５４と、ファラデーカップ
５５が取付けられている。

【０１２４】さらに、回転ステージ４６の端部一側に
は、回転ステージの長手方向とは直交する方向に真空封
止板５６が突設されるとともに、反対側の側部から予備
試料台５７が突設される。

【０１２５】このようにして構成される調整機構４３で
あって、初期の調整には摘み部４５ａを持って調整筒体
４５をガイド孔５１に沿って押し下げ、かつ下部位置決
め用長孔５０に沿って回動する。

【０１２６】すると、回転ステージ４６の端部に設けら
れるＡｕアイランド５３ａもしくはメッシュ５３ｂなど
の基準サンプル５４が上記対物レンズ４の焦点位置に位
置する。そこで、この基準サンプル５４に対する形状観
察をなすことにより、軸合わせや焦点合わせおよび収差
補正などの一連の調整作業と、これにともなう分解能評
価、耐環境性評価などが極めて容易に行える。

【０１２７】上記ファラデーカップ５５は、電子銃１か
ら放出される電子量のチェックを実行する。すなわち、
このファラデーカップ５５は、上面に直径６００μm 程
度の極く小さな孔部が設けられ、さらにこの孔部と連通
する、孔部よりも直径が大きく、かつ有底の空洞部が連
設されてなる。

【０１２８】孔部から侵入する放出電子は空洞部に取り
込まれ、空洞部に設けられるコネクタから上記調整筒体
４５の軸芯に沿って形成される中空部４５ｄを介して、
この上端部に設けられる電流検出用端子５８から検出さ
れることとなる。

【０１２９】上記予備試料台５７は、任意の試料を載せ
て形状の観察をなす際に用いられる。また上記真空封止
板５６は、被観察対象物Ｘ周辺の真空環境が悪化したと
き、一旦調整筒体４５をガイド孔４８に沿って引き上
げ、さらに上部位置決め長孔４９に沿って回動して、対
物レンズ４の下部電極板４ｃに形成される孔部である出
射孔２６を閉塞するために用いられる。このことによ
り、電子鏡筒Ｓ内は完全に封止され、内部の真空度が保
持される。

【０１３０】なお、このようにして上記アダプタ３０を
介して形状観察装置を他の装置Ｚに取付け、有効な利用
を図るところから、この装置は耐環境性に優れていなけ
ればならない。

【０１３１】他の装置Ｚとして、たとえば半導体デバイ
スのプロセス装置を適用する場合には、特に磁場の影響
が大きい。最も影響を受け易いのは上記電子銃１であっ
て、電子の起動が湾曲したり、変動するなどの可能性が
高い。

【０１３２】このような磁場対策として、電子鏡筒Ｓを
構成する外筒５や、これを取付ける上記アダプタ３０
を、パーマロイやニューメタルなどの透磁性の高い材料
を選択する。この種の材料によれば、磁場遮断効果を有
しているところから、その影響を受け難くなる。

【０１３３】そして、図１２に示すように、被観察対象
物Ｘとの距離が最適になるように、所定の高さｈに変換
するための高さ変換用アダプタ６０を介して他の装置Ｚ
に取付けが可能であるとともに、その位置でさらに微調
整可能なようにＺステージを介して取付けることも可能
である。

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、請求項１
ないし請求項２６の発明によれば、電子の偏向や加速・
収束などを司るレンズ系として、電界のみで操作する静
電タイプの電界型レンズで構成したので、小型化を図る
ことができ、操作性の向上を図れ、しかも高い信頼性を
確保する。

【０１３５】そして、請求項２７ないし請求項３３の発
明によれば、アダプタを介して他の装置に取り付けるよ
うにしたので、使用範囲が拡大して、他の装置との併用
が容易になるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す、形状観察装置に
おける電子鏡筒の基本構成を示す説明図。

【図２】同実施の形態の、具体的な電子鏡筒の縦断面
図。

【図３】（Ａ）ないし（Ｅ）は同実施の形態の、偏向レ
ンズの基本構成と作用を説明する図。

【図４】（Ａ）ないし（Ｃ）は同実施の形態の、具体的
な偏向レンズの構成図。

【図５】同実施の形態の、電子鏡筒とともに形状観察装
置を構成する二次電子検出器の縦断面図。

【図６】同実施の形態の、電子鏡筒の電気回路図。

【図７】同実施の形態の、アダプタと、このアダプタに
取り付けられる電子鏡筒ほかの斜視図。

【図８】同実施の形態の、アダプタと、このアダプタに
取り付けられる電子鏡筒ほかの下部側からの斜視図。

【図９】同実施の形態の、真空排気系を説明するアダプ
タの上面図。

【図１０】同実施の形態の、電子鏡筒と補助真空排気系
の縦断面図。

【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は同実施の形態の、調整
機構の上面図と縦断面図。

【図１２】同実施の形態の、形状観察装置の高さ調整を
なす模式図。

【符号の説明】

１…電子銃、２…加速レンズ、３…偏向レンズ、４…対物レンズ、Ｋ…二次電子検出器、５…外筒、Ｓ…電子鏡筒、８…高圧碍子、６…ジグ、１５…補助調整用ねじ、２ａ…引き出し電極、２ｂ…制御電極、２ｃ…電極、３ａ…上部レンズ、３ｂ…下部レンズ、２３…支持部材（ピン）、２４…絞り孔、２５…第２のオリフィス、４ａ…上部電極板、４ｂ…中間電極板、４ｃ…下部電極板、３０…アダプタ、３１…フランジ、４０…第１のオリフィス、３２…第１の真空排気系、３３…第２の真空排気系、４３…補助真空排気系、４２…粗引き用バルブ、５４…基準サンプル、５５…ファラデーカップ、５６…真空封止板、４３…調整機構、６０…高さ変換用アダプタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線を放出する電子銃と、この電子銃から放出された電子線を加速する加速レン
ズ、加速された電子線を偏向する偏向レンズ、かつ偏向
された電子線を被観察対象物の表面に収束する対物レン
ズと、この被観察対象物の表面に収束する電子線によって、被
観察対象物から飛び出した二次電子の量を検出する二次
電子検出器とを具備し、上記加速レンズ、偏向レンズおよび対物レンズは、いず
れも電界のみで電子の挙動を操作する導電性電極からな
ることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２】請求項１記載の上記電子銃と、上記加速レ
ンズ、偏向レンズおよび対物レンズは、フランジ部を有
する外筒内に着脱自在に装着され、これらで電子鏡筒を
構成することを特徴とする形状観察装置。
【請求項３】請求項２記載の上記外筒は、パーマロイや
ニューメタル他、磁場遮断効果のある材料から構成され
ることを特徴とする形状観察装置。
【請求項４】請求項１記載の上記電子銃は、陽極と高温
の陰極との間に高い電圧を印加したとき、陰極表面から
熱電子が飛び出す現象を利用した熱電界電子放出型の電
子銃であることを特徴とする形状観察装置。
【請求項５】請求項１記載の上記電子銃は、金属または
半導体を加熱したとき、その表面から電子が飛び出す現
象を利用した熱電子放出型の電子銃であることを特徴と
する形状観察装置。
【請求項６】請求項１記載の上記電子銃は、金属に高電
圧を印加したとき、トンネル効果によってその表面から
電子が飛び出す現象を利用した電界電子放出型の電子銃
であることを特徴とする形状観察装置。
【請求項７】請求項１記載の上記電子銃は、被観察対象
物の表面上から放出する二次電子の放出効率が最大とな
るエネルギを持つ電子線となる電圧が印加されることを
特徴とする形状観察装置。
【請求項８】請求項２記載の上記電子銃は、上記外筒の
電位をグランドレベルに設定したとき、電子銃に与える
電圧は任意の負の値とし、この電圧の絶対値がエネルギ
である電子線を照射することを特徴とする形状観察装
置。
【請求項９】請求項２記載の上記電子銃は、上記外筒に
与える電圧よりも低い電位を有することを特徴とする形
状観察装置。
【請求項１０】請求項８および請求項９記載の上記電子
銃は、約−１ｋＶの電圧が与えられることを特徴とする
形状観察装置。
【請求項１１】請求項２記載の上記電子銃へ電流・電圧
を導入する導入端子は、耐圧特性を有する碍子の孔部に
充填された導電性材料に連結され、かつ上記碍子は上記
外筒のフランジと連結されたジグを介して上記外筒に支
持されることを特徴とする形状観察装置。
【請求項１２】請求項１１記載の上記ジグおよび碍子
は、その周面に上記外筒の側壁に螺挿される複数個のね
じの先端部が当接され、これらねじの螺挿深さを調整す
ることにより傾いて、上記電子銃の先端の傾きを外部か
ら補正可能としたことを特徴とする形状観察装置。
【請求項１３】請求項２記載の上記加速レンズは、電子
を引き出すための引き出し電極と、互いの電位差を利用
して電子の発散・収束を制御する２つの電極から構成さ
れ、この２つの電極のうちの一方は、電圧が可変できる
制御電極であり、他方は上記外筒の電位と同じ電圧を有
する電極であることを特徴とする形状観察装置。
【請求項１４】請求項１３記載の上記加速レンズを構成
する引き出し電極は、上記電子銃と同一の支持・固定部
材によって上記外筒に支持・固定されることを特徴とす
る形状観察装置。
【請求項１５】請求項１記載の上記偏向レンズは、等分
割された複数の電極から構成されることを特徴とする形
状観察装置。
【請求項１６】請求項１５記載の上記偏向レンズは、８
つの細長い円柱状の電極から構成され、これら電極を所
定の円周上に等間隔に配置し、それぞれの電極に所定の
電圧を与えて電子線を偏向させることを特徴とする形状
観察装置。
【請求項１７】請求項１５および請求項１６記載の上記
偏向レンズは、電子線の放出方向に沿って２段に配置さ
れ、電子線の偏向機能とともに、アライナ（傾斜補正）
機能や、スティグマトール（非点収差）機能も備えるこ
とを特徴とする形状観察装置。
【請求項１８】請求項１５および請求項１６記載の上記
偏向レンズを構成する複数の電極は、それぞれの電極間
に空隙を存して支持する支持部材によって固定・支持さ
れることを特徴とする形状観察装置。
【請求項１９】請求項１記載の上記対物レンズは、導電
性材料からなり絞り孔を有するオリフィスと、所定の肉
厚を有し、上記オリフィスの絞り孔よりも大径の孔部を
有する３枚の電極板とから構成され、上記オリフィスは、対物レンズにおける電子線の入射側
に配置され、上記３枚の電極板は電子線の出射側に互い
に所定間隔を存して配置されることを特徴とする形状観
察装置。
【請求項２０】請求項１９記載の上記オリフィスの絞り
孔は、その直径が１００μm 以下に設定されることを特
徴とする形状観察装置。
【請求項２１】請求項１９記載の上記対物レンズを構成
するオリフィスと３枚の電極板は、互いに一体に組み立
てられることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２２】請求項１９記載の上記対物レンズを構成
する３枚の電極板は、中間電極板を除く両側の電極板の
肉厚が同一であり、中間電極板の肉厚は両側の電極板の
肉厚の２倍であり、これら電極板相互の隙間および各電
極板の孔部の直径は、中間電極板の肉厚とほぼ同一に設
定されることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２３】請求項１９記載の上記対物レンズを構成
する３枚の電極板は、その両側の電極板の電位をグラン
ドレベルとし、中間電極板の電位を正あるいは負の任意
の電位を与えることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２４】請求項１記載の上記対物レンズは、電子
の収束位置を、対物レンズの終端から１０mm以下の距離
に設定したことを特徴とする形状観察装置。
【請求項２５】請求項１記載の上記電子銃と、加速レン
ズ、偏向レンズおよび対物レンズは、それぞれの間に電
界強度が１００ｋＶ／ｃm 以下である絶縁材が介在され
ることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２６】請求項１記載の上記二次電子検出器は、
シンチレータと光電子倍増管（ＰＭＴ）との組み合わせ
で構成されることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２７】請求項２記載の上記外筒内に電子銃ほか
の構成部材を装着してなる電子鏡筒および二次電流検出
器は、他の装置に着脱自在なアダプタに一体的に備えら
れることを特徴とする形状観察装置。
【請求項２８】請求項２７記載の上記アダプタは、フラ
ンジと真空シールド用のＯリングの少なくともいずれか
一方を備えたことを特徴とする形状観察装置。
【請求項２９】請求項２記載の上記電子鏡筒は、その内
部に一つもしくは複数のオリフィスを備えるとともに、
電子銃とオリフィスとの間もしくはオリフィス相互間の
内部と連通し、これらの間をそれぞれ真空引きする一つ
もしくは複数の真空排気系が接続されることを特徴とす
る形状観察装置。
【請求項３０】請求項２７記載の上記アダプタは、真空
排気系を備えた他の装置に取付けられ、かつこの装置と
電子鏡筒とは中途部に粗引き用バルブを備えた補助真空
排気系を介して連通され、上記他の装置の真空排気系を
利用して電子鏡筒内の粗引きをなすことを特徴とする形
状観察装置。
【請求項３１】請求項２７記載の上記アダプタは、性能
評価・収差補正・焦点合わせなどに利用するＡｕアイラ
ンドなどの基準サンプル、電流検出用のファラデーカッ
プ、上記対物レンズの出射口を封止する真空封止板が設
けられ、かつこれらを軸方向と周方向に変位自在な調整
機構を備えたことを特徴とする形状観察装置。
【請求項３２】請求項２７記載の上記アダプタは、パー
マロイやニューメタル他、磁場遮断効果のある材料から
構成されることを特徴とする形状観察装置。
【請求項３３】請求項２７記載の上記アダプタは、上下
動が可能な高さ変換用アダプタもしくはＺステージに取
付けられることを特徴とする形状観察装置。