WO2015166849A1 - 電子線装置 - Google Patents

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恒典 野間口
寿英 揚村
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Definitions

  • the present invention relates to an electron beam apparatus including a magnetic lens or electrostatic lens for focusing electrons on a sample, or both.
  • SEM Scanning electron microscopes
  • the SEM is composed of an electron source that generates electrons and an electromagnetic lens that focuses the generated electrons on a sample, and the quality of the SEM image depends greatly on the performance of these components.
  • the amount of electrons generated from the electron source that is, the luminance of the electron source affects the SN (Signal-to-Noise) ratio of the SEM image
  • the performance of the electromagnetic lens affects the spatial resolution of the obtained SEM image.
  • Patent Document 1 high-energy electrons are emitted from an electron source, and the high-energy electrons are decelerated between the objective lens and the sample, thereby increasing the brightness of the electron source and reducing external influences. It has been shown to make it less susceptible.
  • Patent Document 2 shows that high spatial resolution can be realized even when low energy electrons are irradiated onto a sample by decelerating high energy electrons on the lower surface of the objective lens.
  • Patent Document 3 a device for accelerating electrons from the first energy to the higher second energy is arranged in the range of the intermediate image so as to have a high point resolution even when the beam energy is low. It is shown.
  • Patent Document 1 it is necessary to apply a voltage to a sample. For this reason, the SEM performance greatly depends on the shape and composition of the sample.
  • Patent Document 2 can achieve high spatial resolution while maintaining the same potential between the objective lens and the sample. Therefore, by combining Patent Document 1 and Patent Document 2, high brightness and high spatial resolution can be achieved regardless of the sample.
  • this effect is limited to an out-lens type SEM that does not leak a magnetic field to the sample side. This is because Patent Document 2 assumes an out lens. In a semi-in-lens type or single-pole lens SEM that actively leaks a magnetic field to the sample, if the electrons are decelerated on the lower surface of the objective lens, the spatial resolution deteriorates.
  • the object of the present invention is to make it less susceptible to disturbances and to achieve both high spatial resolution and high brightness.
  • the present invention provides, for example, a high-voltage beam tube on the electron source side and a low-voltage beam tube on the objective lens side between an electron source that generates an electron beam and an objective lens that focuses the electron beam on a sample. Related to the placement.
  • a SEM provided with an objective lens that actively leaks a magnetic field to a sample can achieve high brightness while maintaining spatial resolution.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a composite charged particle beam apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the wiring example 1 of a beam tube part. It is a figure which shows the wiring example 2 of a beam tube part. It is a figure which shows the structural example 1 in a deceleration part. It is a figure which shows the structural example 2 in a deceleration part. It is a figure which shows the structural example 3 in a deceleration part. It is a figure which shows the structural example 4 in a deceleration part. It is a figure which shows the structural example 5 in a deceleration part.
  • 6 is a schematic configuration diagram of a composite charged particle beam apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the division example 1 of a beam tube. It is a figure which shows the example 2 of a division
  • an electron source that generates an electron beam and an objective lens that focuses the electron beam on a sample are provided, and a first beam tube that can set a voltage between the electron source and the lower surface of the objective lens is an electron.
  • the input device can select a mode in which the voltage of the first beam tube and the voltage of the second beam tube are the same potential.
  • the objective lens is a semi-in lens type or a single pole lens type that leaks a magnetic field to the sample side. Further, it is disclosed that an out lens type objective lens that does not leak a magnetic field to the sample side is provided separately from the semi-in lens type or single pole lens type objective lens.
  • a semi-in lens type or single pole lens type objective lens When a semi-in lens type or single pole lens type objective lens is used, a voltage is applied only to the first beam tube. When an out lens type objective lens is used, the first and It is disclosed that a voltage is applied to the second beam tube. Further, it is disclosed that when an out-lens type objective lens is used, the first beam tube and the second beam tube have the same potential. Also disclosed is an ion beam apparatus that irradiates a sample with an ion beam.
  • the second beam tube is disposed inside the objective lens.
  • the potential of the second beam tube is a GND potential.
  • the creepage distance between the first beam tube and the second beam tube is 5 mm or more.
  • the embodiment includes an electron source that generates an electron beam, a deceleration unit that decelerates the electrons generated from the electron source, and an objective lens that focuses the electron beam on the sample.
  • an electron beam apparatus disposed between a magnetic pole of an objective lens.
  • the electrode shape in the speed reducing portion is a conical shape, a bowl shape, or a truncated cone shape.
  • the speed reduction unit includes two electrodes, and one electrode has a shape covering the other electrode.
  • the embodiment includes an electron source that generates an electron beam, a condenser lens that focuses the electron beam generated from the electron source, and an objective lens that focuses the electron beam that has passed through the condenser lens on the sample.
  • an electron beam apparatus including a first beam tube and a second beam tube that make the energy of an electron beam when passing through a condenser lens higher than the energy of the electron beam when passing through an objective lens.
  • the embodiment includes an electron source that generates an electron beam, and an objective lens that focuses the electron beam generated from the electron source onto a sample, a beam tube through which the electron beam generated from the electron source passes, and a beam An electron receiving surface through which the tube penetrates, a detector for detecting electrons emitted from the sample, and an electron beam generated from the electron source that passes through the beam tube through the objective lens
  • an electron beam apparatus comprising a first beam tube and a second beam tube that are higher than the energy of the electron beam at the time.
  • an electron source that generates an electron beam, a beam tube through which the electron beam generated from the electron source passes, an objective lens that focuses the electron beam generated from the electron source on the sample, and emitted from the sample
  • An electron generated from an electron source comprising: a detector disposed outside the optical axis for detecting the emitted electrons; and a deflector deflecting electrons emitted from the sample toward the detector disposed outside the optical axis.
  • an electron beam apparatus comprising a first beam tube and a second beam tube that causes the energy of the beam to pass through the beam tube to be higher than the energy of the electron beam when passing through the deflector and the objective lens.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a composite charged particle beam apparatus including an electron beam apparatus and an ion beam apparatus according to the present embodiment.
  • the composite charged particle beam apparatus controls an electron source 101 that generates an electron beam, an electron source controller 151 that controls the electron source, an acceleration electrode 102 that accelerates an electron beam emitted from the electron source, and an acceleration electrode.
  • Acceleration electrode controller 152 first and second condenser lenses 103 and 104 for focusing an electron beam emitted from an electron source, and first and second condenser lenses for controlling the first and second condenser lenses Controllers 153 and 154, a magnetic path 105 of an objective lens that focuses an electron beam on a sample, a semi-in lens coil 106 that drives a semi-in lens type objective lens, and a semi-in lens control that controls the semi-in lens coil 156, an out lens coil 107 for driving an out lens type objective lens, and an out lens controller 157 for controlling the out lens coil
  • a sample chamber detector 118 that detects electrons emitted from the sample outside the column, a sample chamber detector controller 168 that controls the sample chamber detector, and an in-column detector that detects electrons emitted from the sample within the column.
  • a detector 108 an in-column detector controller 158 for controlling the in-column detector, a deflector 109 for deflecting electrons emitted from the sample toward the in-column detector, and a deflector control for controlling the deflector.
  • a first beam tube 110 disposed from the acceleration electrode to the vicinity of the second condenser lens, a first beam tube power source 111 for supplying a voltage to the first beam tube, and a first beam tube power source
  • a voltage is applied to the first beam tube power supply controller 161, the second beam tube 112 arranged from the upper end of the magnetic path forming the objective lens to the vicinity of the lower end of the objective lens, and the second beam tube.
  • a controller (keyboard, mouse, etc.) 171 for inputting various instructions and the like, and a display 172 for displaying acquired images and control screens are provided.
  • the electron beam apparatus has all the components necessary for the electron beam apparatus, such as a deflection system for scanning and shifting the electron beam.
  • Each controller and computing unit can communicate with each other and are controlled by the integrated computer 170.
  • the controller 171 can select a predetermined mode from several modes.
  • the integrated computer 170 sets the state of the first beam tube 110, the second beam tube 112, etc. as a predetermined state, and sets the apparatus in a predetermined mode.
  • the number of condenser lenses is not limited for the purpose of controlling electrons incident on the objective lens.
  • the shape of the magnetic path 105 does not matter if the semi-in-lens type objective lens is a lens that actively leaks a magnetic field to the sample side.
  • a single pole lens having only one magnetic pole may be used.
  • the lower end of the accelerating electrode and the first beam tube are in contact, but the lower end of the accelerating electrode and the first beam tube do not need to be in contact with each other and need not be at the same potential.
  • the first beam tube power source and the second beam tube power source are provided.
  • the second beam tube power source may not be provided.
  • the potential of the second beam tube may always be set to the GND potential by connecting the second beam tube to GND.
  • the potential of the second beam tube is changed to the potential of the first beam tube and the GND potential. You may enable it to switch to.
  • the first beam tube and the second beam tube are divided between the second condenser lens and the magnetic path of the objective lens, but the first beam tube and the second beam tube are divided.
  • the tube may be divided on the electron gun side from the lower surface of the second condenser lens, or may be inside the magnetic path of the objective lens, for example, as shown in FIG.
  • the configuration of the in-column detector 108 is not limited for the purpose of detecting electrons emitted from the sample.
  • a configuration in which electrons are directly counted may be used, or electrons may be converted into light once and detected by a photodetector.
  • the present embodiment even when a semi-in-lens type objective lens is used, it is difficult to be affected by disturbance and high brightness can be obtained. That is, both high spatial resolution and high luminance can be achieved.
  • further reduction in energy of the electron beam is desired. Therefore, by setting the first beam tube to a high voltage and the second beam tube to a low voltage (or GND potential), high disturbance resistance, high brightness, and high spatial resolution can be realized to meet these needs. it can.
  • the control process can be simplified and the usability can be improved.
  • high spatial resolution can be realized by passing through the vicinity of the lower end of the objective lens with high energy. That is, high brightness and high spatial resolution can be realized by setting both the first and second beam tubes in this embodiment to a high voltage.
  • the first beam tube is set to a high voltage and the second beam tube is set to a low voltage (or a GND potential), so that the luminance is about the same as that of the out-lens type.
  • Such a compound objective lens is very effective in an FIB-SEM apparatus in which a FIB column for irradiating a focused ion beam (FIB) and an SEM are provided in the same sample chamber. If there is a magnetic field on the optical axis of the ion beam, the ion beam is deflected by the magnetic field.
  • FIB focused ion beam
  • the ion beam containing the isotope is not focused on one point on the sample but separated. Therefore, when using an ion beam and an electron beam together, an out-lens type objective lens is preferred over a semi-in lens type objective lens.
  • a high spatial resolution of a semi-in-lens type may be required even at the expense of throughput. In that case, ion beam irradiation and electron beam irradiation by a semi-in-lens type are switched and used. At this time, if only the objective lens mode can be switched and used as in this embodiment, the burden on the user can be reduced. Furthermore, it is more convenient if the mode can be switched with one touch using the controller or the GUI screen.
  • the deceleration portion between the first beam tube and the second beam tube may use the deceleration electric field generated by the gap between the first beam tube and the second beam tube as shown in FIG.
  • a conical deceleration portion electrode 301a extending toward the objective lens is provided at the lower end of the first beam tube, and a conical shape extending toward the electron source is provided at the upper end of the second beam tube.
  • the speed reduction part electrode 301b may be provided to constitute the speed reduction part. Thereby, the electrostatic lens effect
  • a bowl-shaped decelerating part electrode 302a extending toward the objective lens is provided at the lower end of the first beam tube, and a bowl shape extending toward the electron source side at the upper end of the second beam tube.
  • the speed reduction part 302b may be provided to constitute the speed reduction part. Only one of the deceleration unit electrode 302a and the deceleration unit electrode 302b may be provided to constitute the deceleration unit.
  • a truncated cone-shaped deceleration portion electrode 303a extending toward the objective lens is provided at the lower end of the first beam tube, and a cone extending toward the electron source side at the upper end of the second beam tube.
  • a trapezoidal reduction part electrode 303b may be provided to constitute a reduction part.
  • the upper and lower speed-reducing part electrodes have the same size.
  • the end part is cylindrical at the lower end of the first beam tube.
  • a substantially frustoconical deceleration electrode portion 304d extending toward the objective lens side having a shape is provided, and a substantially frustoconical deceleration electrode portion 305d having a cylindrical end at the upper end of the second beam tube.
  • the deceleration electrode portion 304d is made larger than the cylindrical shape of the deceleration electrode portion 305d, and the deceleration electrode portion 304d provided on the first beam tube side is provided with the deceleration electrode portion provided on the second beam tube side. It is good also as a shape which covers 305d. Thereby, the influence of the deceleration part electrode exterior can be reduced.
  • a bowl-shaped deceleration electrode 305e extending toward the objective lens is provided at the lower end of the first beam tube, and a bowl shape extending toward the electron source side at the upper end of the second beam tube.
  • the speed reduction part 304e is provided, the opening of the speed reduction part electrode 305e is made smaller than the opening of the speed reduction part electrode 304e, and the speed reduction electrode part 304e provided on the first beam tube side is provided on the second beam tube side. It is good also as a shape which covers the deceleration electrode part 305e.
  • the mounting position of the in-column detector will be described.
  • a semi-in-lens type objective lens is used, most of the electrons emitted from the sample travel into the SEM column due to the magnetic field leaking to the sample side. Therefore, it is necessary to detect electrons inside the SEM column.
  • a method for this a method of detecting at a position deviating from the optical axis of the electron beam as in the present embodiment can be considered.
  • the method of detecting at a position deviating from the optical axis has an advantage of being able to detect electrons emitted from directly above the sample (toward the tip of the electron source).
  • FIG. 9 shows a basic configuration of the composite charged particle beam apparatus according to the present embodiment.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the structure and mounting position of the in-column detector that detects electrons emitted from the sample in the column are different.
  • the difference from the first embodiment will be mainly described.
  • the detector in this embodiment includes a scintillator 401 that converts electrons into light, a photo detector 402 that detects light emitted from the scintillator, a photo detector controller 452 that controls the photo detector, and light emitted from the scintillator to the photo detector. It comprises a light guide 403 for guiding and a third beam tube 404 penetrating the scintillator and the light guide, and is mounted between the first beam tube and the second beam tube. The third beam tube and the scintillator are at the same potential as the first beam tube.
  • the semi-in-lens type objective lens can realize high disturbance resistance, high luminance, and high spatial resolution. Furthermore, in this embodiment, a high voltage is applied to the potential of the third beam tube and scintillator, which are constituent elements of the in-column detector, regardless of the objective lens mode (semi-in-lens type and out-lens type).
  • a high voltage is applied to the potential of the third beam tube and scintillator, which are constituent elements of the in-column detector, regardless of the objective lens mode (semi-in-lens type and out-lens type).
  • the potential of the scintillator equal to the potential of the first beam tube, there is an advantage that it is not necessary to prepare a new power source and a voltage introduction path for applying a voltage to the scintillator.

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Abstract

　電子線装置において、外乱による影響を受けにくくし、かつ、高空間分解能と高輝度を両立する。電子線装置において、例えば、電子線を発生する電子源（１０１）と、電子線を試料（１１４）上に集束する対物レンズとの間に、高電圧のビーム管（１１０）を電子源（１０１）側に、低電圧のビーム管（１１２）を対物レンズ側に配置することに関する。これにより、例え試料に積極的に磁場を漏らすタイプの対物レンズを備えたＳＥＭであっても、空間分解能を維持しつつ、高輝度化を図ることができる。

Description

電子線装置
　本発明は、電子を試料に集束させるための磁場レンズもしくは静電レンズ、またはその両方を備える電子線装置に関する。
　ナノレベルの観察が可能な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、半導体分野や材料分野、バイオ分野など様々な分野で用いられている。ＳＥＭは、電子を発生させる電子源や、発生した電子を試料上に集束する電磁レンズによって構成され、SEM像の質は、それら構成部品の性能に大きく依存する。例えば、電子源から発生する電子の量、すなわち電子源の輝度は、ＳＥＭ像のＳＮ(Signal-to-Noise)比に影響を与え、電磁レンズの性能は、得られるＳＥＭ像の空間分解能に影響を与える。
　特許文献１では、電子源から高エネルギーの電子を放出し、この高エネルギーの電子を対物レンズと試料との間で減速させる構成とすることで、電子源の輝度を高めかつ外部からの影響を受けにくくすることが示されている。
　一方、特許文献２では、高エネルギーの電子を対物レンズ下面で減速させることで、低エネルギーの電子を試料に照射する場合においても、高い空間分解能を実現することが示されている。
　なお、特許文献３では、ビームエネルギーが低い場合にも高い点解像度を有するように、中間像の範囲内に第１のエネルギーから一層高い第２のエネルギーへ電子を加速する装置を配置することが示されている。
特開２００４－２３４９９３号公報 特開平５－３６３７１号公報 特開２０１０－２５７８５５号公報
　本願発明者が、ＳＥＭ性能について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
　特許文献１は、試料に電圧を印加する必要がある。このため、ＳＥＭ性能は、試料の形状や組成に大きく依存する。一方、特許文献２は、対物レンズと試料の間を同電位に保ちつつ、高空間分解能を図ることができる。従って、特許文献１と特許文献２を組み合わせることにより、試料に関係なく、高輝度かつ高空間分解能化を図ることができる。しかし、この効果は、磁場を試料側に漏らさないアウトレンズタイプのＳＥＭに限られる。これは、特許文献２が、アウトレンズを想定しているためである。試料に積極的に磁場を漏らすセミインレンズタイプやシングルポールレンズのＳＥＭでは、対物レンズ下面で電子を減速すると、空間分解能が劣化してしまう。
　本発明の目的は、外乱による影響を受けにくくし、かつ、高空間分解能と高輝度を両立することに関する。
　本発明は、例えば、電子線を発生する電子源と、電子線を試料上に集束する対物レンズとの間に、高電圧のビーム管を電子源側に、低電圧のビーム管を対物レンズ側に配置することに関する。
　本発明によれば、例え試料に積極的に磁場を漏らすタイプの対物レンズを備えたＳＥＭであっても、空間分解能を維持しつつ、高輝度化を図ることができる。
実施例１にかかる複合荷電粒子線装置の概略構成図である。 ビーム管部の配線例１を示す図である。 ビーム管部の配線例２を示す図である。 減速部における構造例１を示す図である。 減速部における構造例２を示す図である。 減速部における構造例３を示す図である。 減速部における構造例４を示す図である。 減速部における構造例５を示す図である。 実施例２にかかる複合荷電粒子線装置の概略構成図である。 ビーム管の分割例１を示す図である。 ビーム管の分割例２を示す図である。
　実施例では、電子線を発生する電子源と、電子線を試料上に集束する対物レンズと、を備え、電子源と対物レンズ下面との間に、電圧を設定できる第一のビーム管を電子源側に、第一のビーム管とは異なる電圧を設定できる第二のビーム管を対物レンズ側に配置し、第一のビーム管の電圧を、第二のビーム管の電圧よりも高くするモードを選択できる入力装置を備える電子線装置を開示する。
　また、実施例では、入力装置が、第一のビーム管の電圧と、第二のビーム管の電圧を同電位とするモードを選択できることを開示する。
　また、実施例では、対物レンズが、磁場を試料側に漏らすセミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプであることを開示する。また、セミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプの対物レンズとは別に、磁場を試料側に漏らさないアウトレンズタイプの対物レンズを備えることを開示する。また、セミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプの対物レンズが用いられる場合には第一のビーム管にのみ電圧が印加されるモードとなり、アウトレンズタイプの対物レンズが用いられる場合には第一および第二のビーム管に電圧が印加されるモードとなることを開示する。また、アウトレンズタイプの対物レンズが用いられる場合には第一のビーム管の電位と第二のビーム管の電位を同電位とするモードとなることを開示する。また、試料にイオンビームを照射するイオンビーム装置を備えることを開示する。
　また、実施例では、第二のビーム管は、対物レンズの内部に配置されることを開示する。
　また、実施例では、第二のビーム管の電位が、ＧＮＤ電位であることを開示する。
　また、実施例では、第一のビーム管と第二のビーム管との沿面距離が５ｍｍ以上あることを開示する。
　また、実施例では、電子線を発生する電子源と、電子源から発生した電子を減速する減
速部と、電子線を試料上に集束する対物レンズと、を備え、減速部が、電子源と対物レン
ズの磁極との間に配置される電子線装置を開示する。
　また、実施例では、減速部における電極形状が、円錐形状、お椀形状、または円錐台形状であることを開示する。
　また、実施例では、減速部が２つの電極を備え、一方の電極が、他方の電極を覆う形状をしていることを開示する。
　また、実施例では、電子線を発生する電子源と、電子源から発生した電子線を集束するコンデンサーレンズと、コンデンサーレンズを通過してきた電子線を試料上に集束する対物レンズと、を備え、コンデンサーレンズを通過するときの電子線のエネルギーを、対物レンズを通過するときの電子線のエネルギーよりも高くする第一のビーム管および第二のビーム管を備える電子線装置を開示する。
　また、実施例では、電子線を発生する電子源と、電子源から発生した電子線を試料上に集束する対物レンズと、を備え、電子源から発生した電子線が通過するビーム管と、ビーム管が貫通する電子受光面と、を有し、試料から放出された電子を検出する検出器と、電子源から発生した電子線が、ビーム管を通過するときのエネルギーを、対物レンズを通過するときの電子線のエネルギーよりも高くする第一のビーム管および第二のビーム管を備える電子線装置を開示する。
　また、実施例では、電子線を発生する電子源と、電子源から発生した電子線が通過するビーム管と、電子源から発生した電子線を試料上に集束する対物レンズと、試料から放出された電子を検出する光軸外に配置された検出器と、試料から放出された電子を光軸外に配置された検出器の方へ偏向する偏向器と、を備え、電子源から発生した電子線が、ビーム管を通過するときのエネルギーを、偏向器および対物レンズを通過するときの電子線のエネルギーよりも高くする第一のビーム管および第二のビーム管を備える電子線装置を開示する。
　以下、上記およびその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。図面は専ら発明を理解するために用いるものであり、権利範囲を限縮するものではない。
　図１に、本実施例にかかる電子線装置とイオンビーム装置を備えた複合荷電粒子線装置の概略構成を示す。複合荷電粒子線装置は、電子線を発生する電子源１０１と、電子源を制御する電子源制御器１５１と、電子源から放出された電子線を加速する加速電極１０２と、加速電極を制御する加速電極制御器１５２と、電子源から放出された電子線を集束する第一、第二のコンデンサーレンズ１０３，１０４と、第一と第二のコンデンサーレンズを制御する第一、第二のコンデンサーレンズ制御器１５３，１５４と、電子線を試料に集束する対物レンズの磁路１０５と、セミインレンズタイプの対物レンズを駆動するセミインレンズコイル１０６と、セミインレンズコイルを制御するセミインレンズ制御器１５６と、アウトレンズタイプの対物レンズを駆動するアウトレンズコイル１０７と、アウトレンズコイルを制御するアウトレンズ制御器１５７と、試料から放出された電子をカラム外で検出する試料室検出器１１８と、試料室検出器を制御する試料室検出器制御器１６８と、試料から放出された電子をカラム内で検出するカラム内検出器１０８と、カラム内検出器を制御するカラム内検出器制御器１５８と、試料から放出された電子をカラム内検出器の方へ偏向する偏向器１０９と、偏向器を制御する偏向器制御器１５９と、加速電極から第二のコンデンサーレンズ近傍にかけて配置された第一のビーム管１１０と、第一のビーム管に電圧を供給する第一のビーム管用電源１１１と、第一のビーム管用電源を制御する第一のビーム管用電源制御器１６１と、対物レンズを形成する磁路上端から対物レンズ下端近傍にかけて配置された第二のビーム管１１２と、第二のビーム管に電圧を供給する第二のビーム管用電源１１３と、第二のビーム管用電源を制御する第二のビーム管制御器１６３と、観察試料１１４を配置する試料室１１５と、試料にイオンビームを照射するイオンビームカラム１１６と、イオンビームカラムを制御するイオンビームカラム制御器１６６と、装置全体の動作を制御および電子線像の構築を行う統合コンピュータ１７０と、オペレータが照射条件や電極の電圧条件や位置条件といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）１７１と、取得した像や制御画面を表示するディスプレイ１７２と、を備えている。その他、電子線装置は、電子線を走査、シフトするための偏向系など、電子線装置に必要な構成を全て備えている。また、各制御器および演算器は互いに通信可能であり、統合コンピュータ１７０によってコントロールされる。
　本実施例では、コントローラ１７１はいくつかのモードの中から所定のモードを選択することができる。コントローラ１７１からの入力に従って、統合コンピュータ１７０は、第一のビーム管１１０や第二のビーム管１１２などの状態を所定のものとして、装置を所定のモードとする。
　なお、本実施例では、２つのコンデンサーレンズを備えるが、対物レンズに入射する電子をコントロールする目的においてコンデンサーレンズの数は問わない。また、セミインレンズタイプの対物レンズは、試料側に積極的に磁場を漏らすタイプのレンズであれば磁路１０５の形状は問わない。例えば、磁極を一つしかもたないシングルポールレンズでも構わない。また、図１では、加速電極下端と第一のビーム管は接触しているが、加速電極下端と第１のビーム管は接触している必要はなく、同電位である必要もない。
　また、本実施例では、第一のビーム管用電源と第二のビーム管用電源を備えているが、第二のビーム管用電源を備えていない場合も考えられる。例えば、図２に示すように、第二のビーム管をＧＮＤに接続することにより、第二のビーム管の電位を常にＧＮＤ電位としてもよい。また、例えば、図３に示すように、電圧切り替えスイッチ２０１と、電圧切り替えスイッチを制御するスイッチ制御器２５１を備えることにより、第二のビーム管の電位を第一のビーム管の電位とGND電位とに切り替えることができるようにしてもよい。また、本実施例では、第一のビーム管と第二のビーム管を第二のコンデンサーレンズと対物レンズの磁路との間で分割しているが、第一のビーム管と第二のビーム管の分割位置は、例えば、図１０に示すように、第二のコンデンサーレンズ下面より電子銃側でも構わないし、また、例えば、図１１に示すように、対物レンズの磁路内部でも構わない。
　また、カラム内検出器１０８は、試料から放出された電子を検出する目的において、その構成は問わない。直接電子をカウントする構成でもよいし、電子を一度光に変換し、フォトディテクタで検出しても構わない。
　本実施例によれば、セミインレンズタイプの対物レンズを用いる場合においても、外乱による影響を受けにくく、かつ高輝度を得ることができる。すなわち、高空間分解能と高輝度を両立することができる。試料に照射する電子線のエネルギーが低ければ低いほど、外乱による影響を受け易く、また高輝度、高空間分解能を得ることが難しい。しかし、半導体の高集積化による試料最表面情報の取得ニーズや、生体試料や有機機能性材料における電子線照射損傷低減ニーズに伴い、電子線の低エネルギー化がより一層望まれている。そこで、第一のビーム管を高電圧、第二のビーム管を低電圧（またはＧＮＤ電位）とすることで、高い外乱耐性、高輝度、高空間分解能を実現し、これらのニーズに応えることができる。
　さらに、セミインレンズタイプの対物レンズとアウトレンズタイプの対物レンズを備えた複合対物レンズの場合、制御プロセスの単純化、およびユーザビリティの向上を図ることができる。アウトレンズタイプの場合には、対物レンズ下端近傍まで高エネルギーで通過する方が、高空間分解能を実現することができる。すなわち、本実施例における第一、第二のビーム管を共に高電圧とすることにより、高輝度、高空間分解能を実現することができる。一方、セミインレンズタイプの場合には、第一のビーム管を高電圧、第二のビーム管を低電圧（またはＧＮＤ電位）とすることにより、アウトレンズタイプで駆動する場合と同程度の輝度に加え、アウトレンズタイプで駆動する場合よりもさらに高い空間分解能を実現することができる。また、対物レンズよりも電子源側は、どちらのレンズタイプで駆動する場合も同じ高エネルギーの電子線が通過するため、対物レンズ以外の制御は同じでよい。これにより、光軸の再調整等も必要なく操作性の観点からも好都合である。このような複合対物レンズは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射するＦＩＢカラムとＳＥＭを同じ試料室に備えたＦＩＢ－ＳＥＭ装置において非常に有効である。イオンビームの光軸上に磁場があると、その磁場によってイオンビームは偏向される。その上、磁場による偏向量は、イオンの質量によって異なるため、同位体を含むイオンビームは、試料上で一点に集束せず、分離してしまう。従って、イオンビームと電子線を併用する場合は、セミインレンズタイプの対物レンズではなく、アウトレンズタイプの対物レンズが好まれる。ただし、試料によっては、スループットを犠牲にしてでも、セミインレンズタイプの高空間分解能が求められることがある。その場合、イオンビーム照射とセミインレンズタイプによる電子線照射を切り替えて使用する。その際、本実施例のように、対物レンズのモードだけを切り替えて使用できれば、ユーザの負担を軽くすることができる。さらに、コントローラまたはＧＵＩ画面を用いてワンタッチでモードの切り替えができればより便利である。
　なお、第一のビーム管と第二のビーム管の間の減速部は、図１のように、第一のビーム管と第二のビーム管の間隙部がつくる減速電界をそのまま利用してもよいが、図４に示すように、第一のビーム管の下端に、対物レンズ側に広がる円錐形状の減速部電極３０１ａを設け、第二のビーム管の上端に、電子源側に広がる円錐形状の減速部電極301bを設けて、減速部を構成してもよい。これにより、減速部に形成される静電レンズ作用を緩和することができる。減速部電極３０１ａと減速部電極３０１ｂの一方のみを設けて、減速部を構成してもよい。
　同様に、図５に示すように、第一のビーム管の下端に、対物レンズ側に広がるお椀形状の減速部電極３０２ａを設け、第二のビーム管の上端に、電子源側に広がるお椀形状の減速部３０２ｂを設けて、減速部を構成してもよい。減速部電極３０２ａと減速部電極３０２ｂの一方のみを設けて、減速部を構成してもよい。
　同様に、図６に示すように、第一のビーム管の下端に、対物レンズ側に広がる円錐台形状の減速部電極３０３ａを設け、第二のビーム管の上端に、電子源側に広がる円錐台形状の減速部電極３０３ｂを設け、減速部を構成してもよい。
　また、図４～図６においては、上下の減速部電極が同じ大きさであるが、これに限られず、例えば、図７に示すように、第一のビーム管の下端に、端部が円筒形状となっている対物レンズ側に広がる略円錐台形状の減速電極部３０４ｄを設け、第二のビーム管の上端に、端部が円筒形状となっている略円錐台形状の減速電極部３０５ｄを設け、減速電極部３０４ｄの円筒形状を減速電極部３０５ｄの円筒形状より大きくし、第一のビーム管側に設けられた減速電極部３０４ｄが、第二のビーム管側に設けられた減速電極部３０５ｄを覆うような形状としてもよい。これにより、減速部電極外部の影響を軽減することができる。
　同様に、図８に示すように、第一のビーム管の下端に、対物レンズ側に広がるお椀形状の減速部電極３０５ｅを設け、第二のビーム管の上端に、電子源側に広がるお椀形状の減速部３０４ｅを設け、減速部電極３０５ｅの開口を減速部電極３０４ｅの開口より小さくして、第一のビーム管側に設けられた減速電極部３０４ｅが、第二のビーム管側に設けられた減速電極部３０５ｅに覆うような形状としてもよい。
　次にカラム内検出器の搭載位置について述べる。セミインレンズタイプの対物レンズを使用した場合、試料側に漏れ出た磁場によって、試料から放出された電子の殆どが、ＳＥＭカラム内部へ進む。従って、ＳＥＭカラム内部で、電子を検出する必要がある。その方法として、本実施例のように、電子線の光軸から外れたところで検出する方法が考えられる。光軸から外れたところで検出する手法は、試料から真上（電子源先端に向かって）に放出された電子も検出できる利点がある。試料から真上に放出された電子を選択的に検出することにより、試料の組成情報を強く反映した像を取得することができる。ただし、光軸から外れたところで電子を検出するためには、電子を偏向する必要がある。その際、必要な偏向強度は、電子のエネルギーによって決まる。従って、高電圧が印加されている第一のビーム管ではなく、より電子のエネルギーが低い第二のビーム通過時に偏向する方が、偏向器を設計し易い。
　図９に、本実施例にかかる複合荷電粒子線装置の基本構成を示す。本実施例では、試料から放出された電子をカラム内で検出するカラム内検出器の構造および搭載位置が異なる点が、実施例１と相違する。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。
　本実施例における検出器は、電子を光に変換するシンチレータ４０１と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタ４０２と、フォトディテクタを制御するフォトディテクタ制御器４５２と、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くライトガイド４０３と、シンチレータおよびライトガイドを貫通する第三のビーム管４０４から構成され、第一のビーム管と第二のビーム管の間に搭載される。また、第三のビーム管およびシンチレータは、第一のビーム管と同電位である。
　本実施例によれば、実施例1と同様に、セミインレンズタイプの対物レンズにおいても、高い外乱耐性、高輝度、高空間分解能を実現できる。更に、本実施例では、カラム内検出器の構成要素である第三のビーム管およびシンチレータの電位を、対物レンズのモード（セミインレンズタイプとアウトレンズタイプ）に関係なく高電圧が印加される第一のビーム管と同じにすることにより、対物レンズのモード切り替えても、検出器の設定を変更する必要がないといった利点がある。これにより、ユーザは、セミインレンズタイプとアウトレンズタイプの切り替えを、よりシームレスに行うことができる。また、シンチレータの電位と第一のビーム管の電位を同一にすることにより、シンチレータに電圧を印加するための新たな電源および電圧導入経路を用意する必要がないといった利点もある。
１０１　電子源
１０２　加速電極
１０３　第一のコンデンサーレンズ
１０４　第二のコンデンサーレンズ
１０５　磁路
１０６　セミインレンズコイル
１０７　アウトレンズコイル
１０８　カラム内検出器
１０９　偏向器
１１０　第一のビーム管
１１１　第一のビーム管用電源
１１２　第二のビーム管
１１３　第二のビーム管用電源
１１４　観察試料
１１５　試料室
１１６　イオンビームカラム
１１８　試料室検出器
１５１　電子源制御器
１５２　加速電極制御器
１５３　第一のコンデンサーレンズ制御器
１５４　第二のコンデンサーレンズ制御器
１５６　セミインレンズコイル制御器
１５７　アウトレンズコイル制御器
１５８　カラム内検出器制御器
１５９　偏向器制御器
１６１　第一のビーム管用電源制御器
１６３　第二のビーム管用電源制御器
１６６　イオンビームカラム制御器
１６８　試料室検出器制御器
１７０　統合コンピュータ
１７１　コントローラ（キーボード、マウスなど）
１７２　ディスプレイ
２０１　電圧切り替えスイッチ
２５１　スイッチ制御器
３０１ａ,３０１ｂ,３０２ａ,３０２ｂ,３０３ａ,３０３ｂ,３０４ｄ,３０４ｅ,３０５ｄ,３０５ｅ　減速部電極
４０１　シンチレータ
４０２　フォトディテクタ
４０３　ライトガイド
４０４　第三のビーム管
４５２　フォトディテクタ制御器

Claims (22)

  1. 　電子線を発生する電子源と、
    　電子線を試料上に集束する対物レンズと
    を備える電子線装置であって、
    　前記電子源と前記対物レンズ下面との間に、電圧を設定できる第一のビーム管を電子源側に、前記第一のビーム管とは異なる電圧を設定できる第二のビーム管を対物レンズ側に配置し、
    　前記第一のビーム管の電圧を、前記第二のビーム管の電圧よりも高くするモードを選択できる入力装置を備えることを特徴とする電子線装置。
  2. 　請求項１に記載の電子線装置において、
    　前記入力装置が、前記第一のビーム管の電圧と、前記第二のビーム管の電圧を同電位とするモードを選択できることを特徴とする電子線装置。
  3. 　請求項１に記載の電子線装置において、
    　前記対物レンズが、磁場を試料側に漏らすセミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプであることを特徴とする電子線装置。
  4. 　請求項３に記載の電子線装置において、
    　前記セミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプの対物レンズとは別に、磁場を試料側に漏らさないアウトレンズタイプの対物レンズを備えることを特徴とする電子線装置。
  5. 　請求項４に記載の電子線装置において、
    　前記セミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプの対物レンズが用いられる場合には前記第一のビーム管にのみ電圧が印加されるモードとなり、前記アウトレンズタイプの対物レンズが用いられる場合には前記第一および第二のビーム管に電圧が印加されるモードとなることを特徴とする電子線装置。
  6. 　請求項５に記載の電子線装置において、
    　前記アウトレンズタイプの対物レンズが用いられる場合には前記第一のビーム管の電位と前記第二のビーム管の電位を同電位とするモードとなることを特徴とする電子線装置。
  7. 　請求項３に記載の電子線装置において、
    　試料にイオンビームを照射するイオンビーム装置を備えることを特徴とする電子線装置。
  8. 　請求項１に記載の電子線装置において、
    　前記第二のビーム管は、前記対物レンズの内部に配置されることを特徴とする電子線装置。
  9. 　請求項１に記載の電子線装置において、
    　前記第二のビーム管の電位が、ＧＮＤ電位であることを特徴とする電子線装置。
  10. 　請求項１に記載の電子線装置において、
    　前記第一のビーム管と前記第二のビーム管との沿面距離が５ｍｍ以上あることを特徴とする電子線装置。
  11. 　電子線を発生する電子源と、
    　前記電子源から発生した電子を減速する減速部と、
    　電子線を試料上に集束する対物レンズと
    を備える電子線装置であって、
    　前記減速部が、前記電子源と前記対物レンズの磁極との間に配置されることを特徴とする電子線装置。
  12. 　請求項１１に記載の電子線装置において、
    　前記減速部における電極形状が、円錐形状、お椀形状、または円錐台形状であることを特徴とする電子線装置。
  13. 　請求項１１に記載の電子線装置において、
    　前記減速部が２つの電極を備え、一方の電極が、他方の電極を覆う形状をしていることを特徴とする電子線装置。
  14. 　電子線を発生する電子源と、
    　前記電子源から発生した電子線を集束するコンデンサーレンズと、
    　前記コンデンサーレンズを通過してきた電子線を試料上に集束する対物レンズと
    を備える電子線装置であって、
    　前記コンデンサーレンズを通過するときの電子線のエネルギーを、前記対物レンズを通過するときの電子線のエネルギーよりも高くする第一のビーム管および第二のビーム管を備えることを特徴とする電子線装置。
  15. 　電子線を発生する電子源と、
    　前記電子源から発生した電子線を試料上に集束する対物レンズと
    を備えた電子線装置であって、
    　前記電子源から発生した電子線が通過するビーム管と、前記ビーム管が貫通する電子受光面と、を有し、試料から放出された電子を検出する検出器と、
    　前記電子源から発生した電子線が、前記ビーム管を通過するときのエネルギーを、前記対物レンズを通過するときの電子線のエネルギーよりも高くする第一のビーム管および第二のビーム管とを備えることを特徴とする電子線装置。
  16. 　請求項１５に記載の電子線装置において、
    　前記対物レンズが、磁場を試料側に漏らすセミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプであることを特徴とする電子線装置。
  17. 　請求項１６に記載の電子線装置において、
    　前記セミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプの対物レンズとは別に、磁場を試料側に漏らさないアウトレンズタイプの対物レンズを備えることを特徴とする電子線装置。
  18. 　請求項１６に記載の電子線装置において、
    　試料にイオンビームを照射するイオンビーム装置を備えることを特徴とする電子線装置。
  19. 　電子線を発生する電子源と、
    　前記電子源から発生した電子線が通過するビーム管と、
    　前記電子源から発生した電子線を試料上に集束する対物レンズと、
    　試料から放出された電子を検出する光軸外に配置された検出器と、
    　前記試料から放出された電子を前記光軸外に配置された検出器の方へ偏向する偏向器と
    を備え、
    　前記電子源から発生した電子線が、前記ビーム管を通過するときのエネルギーを、前記偏向器および前記対物レンズを通過するときの電子線のエネルギーよりも高くする第一のビーム管および第二のビーム管を備えることを特徴とする電子線装置。
  20. 　請求項１９に記載の電子線装置において、
    　前記対物レンズが、磁場を試料側に漏らすセミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプであることを特徴とする電子線装置。
  21. 　請求項２０に記載の電子線装置において、
    　前記セミインレンズタイプまたはシングルポールレンズタイプの対物レンズとは別に、
    磁場を試料側に漏らさないアウトレンズタイプの対物レンズを備えることを特徴とする電子線装置。
  22. 　請求項２０に記載の電子線装置において、
    　試料にイオンビームを照射するイオンビーム装置を備えることを特徴とする電子線装置。
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