JPS6364255A

JPS6364255A - 粒子線照射装置

Info

Publication number: JPS6364255A
Application number: JP20932486A
Authority: JP
Inventors: Tadao Suganuma; 忠雄菅沼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1988-03-22

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】イ、産業上の利用分野本発明は、粒子線照射装置に関し、例えば、電子顕微鏡
−１ＰＸ線マイクロアナライザ等に使用される粒子線照
射装置に関する。

口、従来技術近年、物体の微細構造を精密に観察する手段として、走
査型電子顕微鏡やＸ線マイクロアナライザが、試料の１
片やレプリカ（複製）を必要とせず試料を直接観察でき
る等多くの利点を有するこ分野で注目され汎用されてい
る。

上述の装置においては、粒子線としての電子線で照射さ
れた試料から発生する信号を、適′当な検出器によって
検出し、画像として表示することにより、試料に関する
種々の情報を得ている。　走査型電子顕微鏡では、信号
として二次電子が最も一般的に用いられており、これに
より試料の微細な表面凹凸形状を観察することができる
。

上記のよ５な走査型電子顕微鏡の電子線照射部分（装置
）の作動原理を、第４図の模式断面図を用いて述べる。

図示しない電子銃より放射され、コンデンサレンズで集
束された電子線３は、対物レンズ６により更に集束され
、微小な直径をもつ電子ビームとなって試料２の表面２
ａに照射される。　電子線３の照射を受けた試料表面２
ａからは信号として二次電子４が放出され、この二次電
子４は検出器５によって検出される。

二次電子の放出量は試料表面の傾斜角に依存す形状を検
知することが可能である。　信号粒子のうちでも、とり
わけ二次電子はたかだか２０　ｅ　Ｖにピークをもつ低
エネルギーの電子なので、何らの処置をも講じないとき
は検出が困難となるため、二次電子検出の際には、検出
器５に高電圧を印加し、試料表面２ａから検出器５へ向
かう検出器電界（正の電界）を形成し、この検出器電界
により二次電子４の軌道を検出器５の方向へ曲げ、かつ
加速して検出器５で検出する。

本発明者は、検討の結果、上記の走査型電子顕微鏡の電
子線照射部分（装置）には、次のような問題が存在する
ことを見出した。

入射電子線３は、対物レンズ６により集束され、試料２
０表面２ａに照射されるのであるが、第５図（ａ）に破
線で示すように対物レンズ６の下部から磁界が漏洩し、
この漏洩磁界は試料２の近傍に迄及ぶ。　信号二次電子
線４は、上記漏洩磁界の影響を受けて二次電子線４と破
線で示す漏洩磁力線両６１とのＡ者に垂直な方向、即ち図の紙面に垂直な方向
に軌道を曲げられるような力を作げ、二次電子線の可成
りの部分が検出器５を外れてしまう。

この模様を検出器５及びその周辺の平面図である第５図
（ｂ）に模式的に示す。　第５図（ｂ）に於いて、４ａ
は検出器５によって検出される二次電子線、４ｂは検出
器５を外れて検出されない二次電子線である。　従って
、検出器５は二次電子のうちの一部だけを検出すること
となって検出効率の低下をきたす。　第５図（ａ）では
二次電子線を、同図（ｂ）では漏洩磁力線を夫々図示省
略しである。　而も、二次電子は低エネルギーであるの
で特に漏洩磁界の影響を受は易く、Ｓ／Ｎ比（信号対雑
音の比）が低下し、像が劣化してざらついた感じになり
、画像の解像度が低下する。

また、電子顕微鏡の解像力を上げるには、対物レンズ６
を強く励磁し、試料に入射する電子線３の直径を細く絞
る必要があるが、こうすると対物レンズ６は短焦点とな
るので、対物レンズ６と試料２の表面２ａとをより接近
させる必要がある。

然し、このとぎ対物レンズ６と試料表面２ａとが接近す
ることにより、試料表面２ａの周辺において漏洩磁界の
影響は増大し、また、対物レンズ６がより強く励磁され
ていることから、漏洩磁界の強さそのものも増大する。

　　このため、多くの信号二次電子４メが検出器５によ
り検出されなくなり、即ち検出効率が低下し、従って前
述したように画像が劣化し、像の解像度が低下する。　
このように、対物レンズ６かもの漏洩磁界が、電子顕微
鏡の解像力を上げることや前記のざらつきをなくして像
の品質を高める上でのネックとなっていた。

ハ９発明の目的本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、
対物レンズからの漏洩磁界に起因する上記の問題を解消
し、信号粒子線の検出効率を改善する粒子線照射装置を
提供することを目的としている。

二０発明の構成本発明は、対物レンズの漏洩磁界の方向に対してこの漏
洩磁界を打消すためふ向の磁界な形粒子線照射方向下流
側に設けられた粒子線照射装置に係る。

ホ、実施例以下、本発明の実施例について述べる。

第１勢は、電子線照射装置を示す部分の模式図である。

図示しない電子銃より放射され、コンデンサレンズで集
束された電子線３ば、対物レンズ６により更に集束され
、微小な直径をもつ電子ビームとなって試料２の表面２
ａに照射される。　電子線３の照射を受けた試料表面２
ａからは信号として二次電子４が放出され、この信号二
次電子４は検出器５によって検出され、検出された信号
は増櫂器１５により増幅され、モニタ（電流計）１６に
より出力検出信号として表示される。

対物レンズ６と試料２の表面２ａとの間には、対物レン
ズ６と同軸になるように補正コイル１が設けられている
。　図中三点鎖線で示す紛は、対物レンズ６及び補正コ
イル１の中心線りである。

偏向させて試料２の表面２．ダ上を走査させる。

第２図は、第１図の中心線り上の各位置における磁界の
強度分布を示す模式図である。

第１図、及び第２図において、一点鎖線で示すのは対物
レンズ６の中心位置、二点鎖線で示す位置は試料２の表
面２ａの位置である。

対物レンズ６の磁界の強さは曲線５０で示すような分布
をしており、曲線５０の右側すそ野の部分の曲線５０ａ
は、対物レンズ６の漏洩磁界の強度分布を示す。　第２
図から解るように、漏洩磁界は試料表面２ａの後方にま
で広がり、広範囲に分布し、従来技術の項で述べたよう
に、信号二次電子の軌道に影響を与え、検出効率を低下
させる。

曲線６０は補正コイル１の磁界の強度分布を示す。

補正コイル１のコイル電源は、補正コイル１の磁界方向
が対物レンズ６の磁界方向即ち漏洩磁界の方向と逆方向
となるよう接続されている。　また、補正コイル１はポ
ールピース（磁柩片）を有しない空芯の構造であり、こ
れにより発生する磁界は弱く、かつ比較的広範囲に分布
するので、補正コイル１の磁界強度を調節することによ
って試料近傍に於ける前記曲線５０ａと曲線ωとの絶対
値を略等しくするようにできる。　その結果、曲線５０
ａと曲線６０の和として第２図に示すような磁界強度分
布曲線５１が得られる。　即ち、曲線５１は、補正コイ
ル１の磁界によりて対物レンズ６からの漏洩磁界が効果
的に打消され、補正を受けた後の磁界強度分布を示して
おり、第１図中にも仮想線で示しである。　かくして、
試料２近傍の漏洩磁界は略完全に打消されて実質的に消
滅する。　これによって信号二次電子４に対する漏洩磁
界の影響が大幅に減少し、検出されるべき信号が漏洩磁
界によって軌道を曲げられ、検出器による捕捉を逃れ、
検出されなくなるようなことはほとんど無くなり、従っ
て検出効率が向上する。

補正コイルの磁界の強さを漏洩磁界を打ち消すのに最適
の条件とするには、増幅器１５により増幅され、モニタ
（電流計）１６により表示された出力検出信号の強さを
観測しながら、この出力検出信号が最大になるよう補正
コイル電源を調節すれは良い。　この出力検出信号が最
大となるときが、漏洩磁界が最も効果的に打ち消され、
信号二次電子４の検出効率が最大となった状態である。

　補正コイル１の設置位置は、その磁界強度分布の形状
及び強さによって適宜決定される。

なお、電子線３の焦点距離は、対物レンズ６の磁界の強
度分布即ち第２図に示す曲線５０の高さ及び形状に左右
される。　従って、前述したように補正コイル１の磁界
によって対物レンズ６の漏洩磁界が打ち消され、磁界の
強度分布が曲線５１に示すように補正されると、それだ
け対物レンズ６の焦点距離は長くなり、電子線３の焦点
はアンダフォーカス側即ち第１図において下方向へとず
れる。

この場合は、対物レンズ電源を微調整して焦点を合わせ
直せば良い。

第３図は、本発明に基づく電子線照射装置２０を用いた
走査世電子顕微鏡２１の、動作原理を説明するための模
式図である。

電子銃１０に高電圧が印加されると、電子銃１０かレン
ズ８及び対物レンズ６によって集束され、偏）旬向コイル７による偏渡を受けた上で、微小な直径をもつ
電子ビームとなって試料２を照射する。

電子線により照射された試料からは、信号二次電子が放
出されるが、これは検出器５によって検出され、増幅器
によって増幅された後、ブラウン管に供給されて、その
輝度を変調する。　このとき、走査回路からは鋸歯状波
が倍率変更手段を介して偏向コイル７に供給されており
、その結果、電子線はテレビと同様にラスター状に試料
面上の微小領域を走査するので、同時に走査回路からグ
ラ９ン管に信号波を送り、試料上の走査とブラウン管上
の走査を同期させれば、ブラウン管上には信号二次電子
による試料の拡大像、すなわち顕微鏡像が表示される。

倍率の変更は、走査回路から偏向コイル７に供給される
鋸歯状波の振幅を、倍率変更手段で増減し、偏向コイル
７を介し【電子線３の走査振幅を制御することにより、
容易に行うことができる。

Ｒ１？　Ｉ’Ｗ　壮＃Ｑｎ　Ｗ　ＩＪ　−−二十ｌ　　
＋　Ｗ　ｒ　−！　　ノ　ｐｖ　　Ｉ　　ＪＳ’ｈ　鯛
、二’ｘ−ｉ−ｈていて、これに対して補正コイル電源
が接続している。

以上述べてきた走査型電子顕微鏡２１において、電子線
露光装置加の奏する効果は次の通りである。

（１）信号二次電子に対する漏洩磁界の影響が大幅に減
少することにより、試料表面に関する情報を担った信号
二次電子の大部分が検出されるので、信号の検出効率が
増大し、Ｓ／Ｎ比が向上し、従って得られる像（顕微鏡
像）が劣化することがなく、像の解像度が向上する。

（２）電子顕微鏡の解像力を上げる目的で、対物レンズ
をより強く励磁し、試料に入射する電子線３の直径を細
く絞り、また、それに伴ない対物レンズ６と試料表面２
ａとを接近させても、（１）で述べた理由により、信号
の検出効率の低下、Ｓ／Ｎ比の低下、これによる像の劣
化、像の解像度の低下等が生じないので、電子顕微鏡の
解像力を上げ、しかも良質な像を形成することが可能と
なる。

（３）上記（１）〜（２）から、走査型電子顕微鏡やＸ
線マイクロアナライザに於いて、試料を従来よりも精度
良く、また高倍率にして観察、分析することができる。

なお、第３図に於いて、電子線３を対物レンズ６で集束
させ、試料２の表面２ａに焦点を結ばせるためには、電
子線３のエネルギーの平方根に比例した励磁電流で対物
レンズを励磁する必要がある。　従って、加速電圧を変
えたとぎは、それの平方根に比例して上記励磁電流を変
えなければならない。　このとぎ、加速用の高圧電源か
らの高電圧信号を対物レンズ電源に供給することにより
、対物レンズの励磁電流を上記加速電圧と連動させれば
、加速電圧を変えても、電子線３は常に微小な直径をも
つ電子ビームとして試料表面２ａに照射されることとな
る。　即ち、自動焦点合わせが行なわれ、対物レンズ電
源電圧の手動調節等の煩雑な操作は必要ない。

この場合、加速電圧の変化量に対応して、対物レンズ６
の磁界および漏洩磁界の強さも変化する。

従って、これに比例して補正コイル１の励磁電流を変え
、上記漏洩磁界の変化を打消す必要がある。

これは第３図に示すように高電圧信号を補正コイル電源
にも供給して対物レンズ６の励磁電流の変化に対応して
補正コイル１の励磁電流を変化させることにより達成さ
れる。　　このようにすることにより、前述したモニタ
観察に基いて一旦補正コイル１の磁界強度を上記漏洩磁
界強度に対応して調節しておけば、加速電圧を変化させ
ても補正コイル１の励磁電流が自動的罠最適値に設定さ
れ、これをその都度調節し直す必要がなくなりて操作が
簡略化される。

特に本発明は、例えば特公昭４０−１７９９９号公報に
記載のような、検出器を複数個設けてこれら検出器によ
って試料表面を観察する装置に適用して、極めて有効で
ある。　即ち、このような装置では、対物レンズからの
漏洩磁界によって二次電子の検出強度が複数の検出器の
間で不揃いになると、平坦な表面が凹凸のある表面とし
て観察されてしまう。　このような装置に上記補正コイ
ルを組込むことによって上記漏洩磁界を打消し、試料表
面の以上、本発明を走査型電子顕微鏡に適用した例につ
いて説明したが、そのほか、Ｘ線マイクロアナライザ、
集積回路のバターニングのだめの電子線露光装置等にも
本発明を適用することができる。

また、信号粒子線としては、二次電子線のほか、反射電
子線、或いは、〆次電子と反射電子との中間のエネルギ
ーを有する散乱電子線等を採用することができる。　更
に、照射粒子線としては、電子線のほか、イオンビーム
等が採用可能である。

へ０発明の効果レンズの粒子線照射方向下流側に設けているので、対物
レンズからの漏洩磁界が効果的に減少し、この漏洩磁界
によって信号粒子線の軌道が曲げられることが防止され
る。　その結果、信号粒子線が殆ど乃至総て検出される
ようになって信号粒子線の検出効率が向上し、この検出
結果に基いて観察される像の解像力や分析等の測定の精
度が改善さ

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示すものであって、第１図は走査型電子顕微鏡の電子線照射位置周辺を模式
的に示す概略断面図、第２図は第１図の対物レンズ及び補正コイルの磁界強度
分布を示すグラフ、第３図は走査型電子顕微鏡の各部分の制御動作を示すブ
ロック図である。第４図は走査型電子顕微鏡の原理を説明するための概略
部分断面図である。第５図（ａ）は従来の走査型電子顕微鏡に於げる対物レ
ンズからの漏洩磁界及び二次電子線の軌道を説明するた
めの概略部分断面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）の検
出器周辺の平面図である。なお、図面に示された符号に於いて、１・・・・・・・・・補正コイル２・・・・・・・・・試料２ａ・・・・・・・・・試料表面３・・・・・・・・・電子ビーム４・・・・・・・・・二次電子線４ａ・・・・・・・・・検出される二次電子線４ｂ・・
・・・・・・・検出されない二次電子線５・・・・・・
・・・検出器６・・・・・・・・・対物レンズ７・・・・・・・・・偏向コイル８・・・・・・・・・コンデンサレンズ１０・・・・・
・・・・電子ビーム射出部（電子銃）１５・・・・・・
・・・増幅器１６・・・・・・・・・モニタ２０・・・・・・・・・電子線照射装置２１・・・・・
・・・・走査型電子顕微鏡５０・・・・・・・・・対物
レンズの磁界強度５０ａ・・・・・・・・・対物レンズ
からの漏洩磁界強度５１・・・・・・・・・補正された
磁界強度ω・・・・・・・・・補正コイルの磁界強度６
１・・・・・・・・・漏洩磁力線である。代理人　弁理士　逢　坂　　　宏」１会Ｃぽヤ」第　４第５（ａ）図（ｂ）ｂ（自発）手続ネｉｌｉ正書昭和６１年１０月３１日特許庁長官　黒　１）明　雄　　殿　　　　　　　　８
゜１、事件の表示昭和６１年　特許願第２０９３２４号２、発明の名称粒子線照射装置３、？！正をする者事件との関係　特許出願人住　所　東京都八王子市八幡町３−２３４、代理人住　所　東京都立川市柴崎町２−４−１１　　ＦＩＮＥ
ビル置装Ｏ４２５−２４−５４１１１！や６、補正により増加する発明の数８、補正の内容（１）　　明細書第３頁第２０行の「作」を、「受」に
訂正します。（２）同第５頁第１８行の「の方向」を削除します。（３）同第１９行の「特に逆方向の」を削除します。 −以　上−

Claims

【特許請求の範囲】

１、対物レンズの漏洩磁界に対してこの漏洩磁界を打消
すための磁界を形成する磁界形成手段が、前記対物レン
ズの粒子線照射方向下流側に設けられた粒子線照射装置
。