JPS5954154A - 電界放射形電子銃を有する粒子線装置 - Google Patents

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】 〔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−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によって印加された電圧ｖ１に
よって陰極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によって
印加された電圧Ｖｏで加速するようになっている。従っ
て、第一陽極２と第二陽極３との間にはＶｏ　　Ｖｒ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に変シ、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。

このだめ、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っていた。

第２図は、このような場合の例とし１、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である。

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によっ
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Ｖｏ　、Ｖｌ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′の位置に変シ、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。従って、最初試料１０上で焦点を結んでいた場合に
は試料１０上で焦点を結ば々くなシ、観察像は大幅にぼ
ける結果となる。これを補正するだめには、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、Ｖｌは３〜６ｋ
Ｖ、Ｖｏ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
因となっている。

〔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−陽極及び第二陽極とよシなる電界放
射形電子銃と、この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）Ｖｌ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）Ｖｏ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ｖ１１加速電圧ｖ
Ｏ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■１と加速電圧ｖＯ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ＶＯ’／Ｖｌ　、　Ｓ（ｗ＋＋）が
示しである。

また、収束レンズの焦点距離は ここに、ｆＣＯｎ：収束レンズ焦点距離ｖｏ　：加速電
圧 ■ｅ　：収束レンズ電流 Ｎ　：収束レンズ巻数 に１　、　Ｋ２　、　Ｋ３　＊　Ｋ４　：定数によって
求められ、第４図は、とれらの関係を、横軸、縦軸にそ
れぞれ、■。Ｎ／ＶＷ−（ＡＴ／訃）。

Ｉｃｏｎ（ｍｍ）をとって示しである。

本発明は、引出し電圧Ｖ１と加速電圧Ｖｏ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ｉ　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、これによって、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」二の収
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％式％ 〔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ック図を示
すもので、第１図及び第２図と同一部分には同一符号が
付しである。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ュータを用いており、本
体部Ａ、、電源部Ｂ１ＣＰＵ部Ｃ及び操作パネル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３及
び第二陽極４よシなる電子銃部、陰極１よシ放射された
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Ｖｏ）、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、操作部りのＶｏ
設定回路１５、Ｖ＋設定回路１６、グローブ電流設定回
路１７及び自動焦点スイッチ１８の操作によって制御さ
れる。

ＣＰＵ部Ｃ内には、第一陽極３から仮想電子源７までの
距離Ｓを求める手段１９．１ｃｏｎ　（収束レンズ焦点
距離）の計算手段２０、ＩＣ０ｎ（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シ、操作
部りにおける条件設定によって動作するようになってい
る。

この実施例の走査形電子顕微鏡の操作に当っては、電圧
Ｖｏ及びｖＩが操作部りのＶｏ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によって陰極１と第一陽極２及び第二陽極３
との間にそれぞれ電圧Ｖｏ及びｖｌ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によって収束レンズ８電流が
設定されると、ＣＰＵ５ＣのＩｃｏｎの設定手段２１を
介して収束レンズ電源１３によって収束レンズ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
ッチ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（９） 介して対物レンズ電源１４によって対物レンズ９が収束
点１１の像を試料１０」二の収束点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Ｖｏ又はｖｌのいずれかをＶｏ
設定回路１５又はｖ１設定回路１Ｇによって変化させる
と、加速電圧電源６及び引出し電圧電源４によって陰極
１と第−Ｉｓ極２及び第二陽極３との間の電圧が変えら
れ、これと同時に、ＣＰＵ部Ｃの８計算手段によってＳ
の計算が行なわれ、Ｓの変化に対してｆｃｏｎ計算手段
２ｏ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ｆ　ｃｏｎが計算され、この計算
ニヨッ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ＶＯ又はＶｌを変え
ても、常に（１０） 焦点の合った像観察が可能となった。

寸だ、対物レンズは変化させないため最終像に影響を力
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。

なお、実際には、収束レンズ及び対物レンズには電磁石
を用いているため、焦点距離１ｃｏｎ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
部りの自動焦点合せスイッチ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
。

寸だ、収束レンズの収束点１１の位置を、グローブ電流
設定回路１７によ、！７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
、ｖｏ／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
の動作範囲は十分（１１） カバーできる範囲を持っている。

このように、実施例の走査形電子顕微鏡は、電圧Ｖｏ　
、Ｖｌ、グ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、常に焦点の合っ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
の犬なるものである。

【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だめの線図、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ック線図である。 １・・・陽極、２・・・第一陽極、３・・・第二陽極、
４・・・加（１２） 速電圧電源、５・・・電子線、６・・・引出し電圧電源
、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・・・Ｖｏ設定回路、１６・・・
Ｖ１設定回路、１７・・・プローブ電流設定回路、１８
・・・自動焦点スイッチ、１９・・・Ｓ計算手段、２０
・・・ｆ　ｃｏｎ計算手段、２１・・・Ｉｃｏｎ設定手
段、２２・・・対物レンズの自動焦点合せ手段、Ａ・・
・本体部、Ｂ・・・電源部、Ｃ・・・ＣＰＵ部、Ｄ・・
・操作パネル。 代理人　弁理士　長崎博男 （ほか１名） （１３） 第　ｌ　　国 第　２　ロ ア□・ ／ハ ロ′−＼Ｊ 、ＳＣ７【ど−７２ ２１乙＼、８ ／／’ ／／ ９７２・ ／Ｑ−／２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陰極と第−陽極及び第二陽極とよシ々る電界放射形
   電子銃と、該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と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、前記電子レンズが、収束レンズと対物レンズよりな
   り、該収束レンズ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
   加される電圧によって制御され、該対物レンズが前記陰
   極と前記第二陽極との間に印加される電圧によって制御
   され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、前記電子レンズ及び前記電子レンズ系制御電源が、
   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。 ５、　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４項記載の電界放射形電子銃を有す
   る粒子線装置。