(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源から放出された電子線を試料上に走査する手段と、
前記電子線を試料上へ集束させるための対物レンズと、
前記電子線走査によって発生した二次電子あるいは反射電子を検出するための検出手段と、
前記対物レンズと試料との間に電子線を減速するための減速電界を形成するための減速電界形成手段と、
前記減速電界に入射する電子線の光軸調整を行なうためのアライナとを備え、
該アライナは前記対物レンズと減速電界形成手段との間に配置されたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、
前記減速電界形成手段は、前記試料と対物レンズとの間に配置された減速レンズであることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子線装置において、
前記検出手段と前記試料との間に配置されたEXB偏向器を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記対物レンズと試料との間に配置された対向電極と、
該対向電極と前記試料間に電位差を供給するための可変電圧源を備えたことを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子線装置に係り、低加速電圧で高分解能が得られる電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低加速電圧で高分解能が得られる電子線装置としては、特公昭63−34588に記載されているように、電子線が対物レンズなどの電子レンズを通過する間は高加速電圧とし、電子線を試料に入射する直前で電子線を減速する光学系が提示されている。
【０００３】
図３にその一般的な構成を示す。同図において1は電子源、2は電子銃レンズ、3はコンデンサレンズ、5は対物レンズ、6は試料、8は減速レンズ、12は加速電圧電源、15は対物レンズ電源、16は減速レンズ電源、101は電子線である。
【０００４】
レンズの軸ずれに伴う収差を低減するためには、電子線101がレンズ2、3、5の中心を通過するような光軸調整が必要となる。通常の電子顕微鏡の使用条件では対物レンズ5の収差が支配的になるので、対物レンズ5の中心に光軸をあわせることによって高分解能にすることができる。
【０００５】
対物レンズ5が磁界レンズで構成されている場合、対物レンズ電源15から供給する励磁電流を周期的に変動させて像が動かないように制御を行う、いわゆる電流中心を求める調整により、対物レンズ5の中心に光軸をあわせることが実現できる。
【０００６】
しかし、対物レンズ5だけでなく他のレンズ収差が無視できない場合には、対物レンズ5の中心のみに光軸を合わせるだけでは不十分である。例えば図３に示すように、減速レンズ8に斜めに電子線が入射すると減速レンズ8の収差が大きくなり、試料6上に微細な電子線プローブを形成することが困難になる。
【０００７】
ここで、電子源1に印加する加速電圧電源12に供給する電圧を周期的に変動させて像が動かないように制御を行う、いわゆる電圧中心を求める調整でレンズ全体の光軸をあわせることは可能であるが、この調整は減速レンズ8単独に対してだけでなく、他のレンズの光軸との関係にも大きく依存する。したがって、従来の方法では、減速レンズ単独に対して独立に光軸を調整することができないという欠点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、対物レンズに対する光軸調整と減速レンズに対する光軸調整をそれぞれ独立に行うことができ、複雑な光軸調整を迅速、かつ正確に行うことを可能とした電子線装置を実現し、特に低加速電圧で高分解能な電子線装置を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図４に示すように減速レンズ電源16に印加する電圧を変化させる手段を設けることにより、減速レンズ8単独に対する軸調整を行なえるようにするものである。電圧変動に対して像の移動量を小さくするように減速レンズ用アライナ25で偏向される電子線を調整することにより、減速レンズ8に対してまっすぐに電子線を入射させることができる。減速レンズ用アライナ25の配置は対物レンズ5と減速レンズ8の間にあれば、減速レンズ用アライナ25により対物レンズ5の電流中心を変動させることがなく、減速レンズ8に対する調整を独立に行うことができる。
【００１０】
本発明の電子線装置によれば、対物レンズ5に対する光軸調整と減速レンズ8に対する光軸調整をそれぞれ独立に行うことができ、複雑な光軸調整を迅速かつ正確に行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１により説明する。図１は電子光学系を横からみた図である。電子源1から放出された一次電子線101は、電子銃レンズ2、コンデンサレンズ3、対物レンズ5により集束レンズ作用をうけたのち、減速レンズ8で減速されて試料6上を集束照射する。一次電子線101の照射により試料6から反射した反射電子あるいは試料内で二次的に発生した二次電子102は減速レンズ8の電界により加速された後、検出器9で検出される。検出された信号は増幅されて表示装置31に供給され、輝度変調信号となる。
【００１２】
電子線の偏向走査は制御部32により、偏向増幅器14を介して送られる走査信号を走査偏向器4に供給することによって電子線を制御することによって行われる。同時に表示装置31には電子線走査と同期した偏向信号が供給され、試料走査像が表示装置31に表示される。以上が電子光学系の基本構成である。
【００１３】
次に、本発明による電子線の光軸調整について説明する。光軸調整では、電子源1、コンデンサレンズ3および可動アパーチャ10を機械的に動かすことができる。また、電子銃レンズ2とコンデンサレンズ3の間に配置された第１アライナ 21、コンデンサレンズ3と対物レンズ5の間に配置された第２アライナ23 、および対物レンズ5と減速レンズ7の間に配置された減速レンズ用アライナ25により電気的な電子線の調整が可能である。各アライナは電磁型あるいは静電型どちらでもよく、互いに90°回転して配置された2組の2極、4極あるいはそれ以上の電磁極による構成で電子線を任意の方向に偏向させる機能をもつ。
【００１４】
最初に、対物レンズ5の中心に一次電子線101の光軸を合わせる調整を行う。まず、対物レンズ5と電子銃レンズ2を駆動させて、試料6上に一次電子線101を集束させる。次に、対物レンズ5に供給する励磁電流を周期的に変動させて、電子源1の位置あるいは第１アライナ21に供給する量を調整することによって像の動きが最小になるように調整を行う。
【００１５】
次にコンデンサレンズ3を所定の励磁に設定して、再度対物レンズ5に供給する励磁電流を周期的に変動させて、コンデンサレンズ3の位置あるいは第１アライナ21および第２アライナ23を調整することによって像の動きが最小になるように調整を行う。最後に、光軸上に可動アパーチャ10を挿入して、再度、対物レンズ5に供給する励磁電流を周期的に変動させて、可動アパーチャ10の位置を調整することによって像の動きが最小になるように調整を行う。以上が、対物レンズ5に対する電流中心を求める調整である。
【００１６】
次に、減速レンズ8に対する光軸調整を行う。減速レンズ8は試料6および試料6に対向して配置された対向電極7により構成されている。試料電位は対向電極の電位より負電位に設定されている。例えば加速電源12により10keVに加速された一次電子線101は、アース電位に設定された対向電極7と−9.5 kVに設定された試料6との間で形成させる減速電界により減速され、試料6には0.5keVのエネルギーで照射される。ここで一次電子線101がこの減速電界に対して垂直に入射すれば、減速電界が変動しても一次電子線101の軌道は変化しないが、減速電界に対して斜めに入射すれば減速電界の変動に対して一次電子線101の軌道が変化して、試料上の別地点を照射することになる。
【００１７】
したがって、減速レンズ電源16から減速レンズ8に供給する電圧を変動させれば、減速レンズ8に電子線が斜めに入射すると、電圧変動により像は大きく移動するが、減速レンズ用アライナ25を調整することによって、電圧を変動させても像が同じ位置でぼけるようになれば、減速レンズ8に一次電子線101が垂直入射する条件となり、減速レンズ8の収差が最小になる。
【００１８】
減速レンズ電源16に供給する変動電圧信号は変動幅が一定であれば、鋸歯状波信号、正弦波信号あるいはそれらに類似した信号の何れでもよい。減速レンズ用アライナ25の配置は減速レンズ用アライナ25が対物レンズ5上か対物レンズ5と減速レンズ8の間にあれば、対物レンズ5の電流中心を変化させることなく、独立に減速レンズ8に対する光軸調整をすることができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施例を図２に示す。減速レンズ用アライナ25は走査偏向器4とともに対物レンズ5のレンズ主面近傍に配置されている。この場合、走査偏向器4および減速レンズ用アライナ25は電子線を偏向させるという同一の機能を持つので、単一の走査偏向器4で代用してもよい。
【００２０】
すなわち、走査偏向器4には偏向増幅器14を介した走査信号と減速レンズ用アライナ電源26を介した偏向信号が供給される構成となる。また、本実施例では検出系にE×B偏向器17を設けている。電子光学系に一次電子線を減速させる減速レンズ8を設けると、二次電子や反射電子102も減速レンズ8で加速されるため、E×B偏向器17で二次電子や反射電子102を検出器方向に偏向させて検出効率を向上させている。
【００２１】
このような構成では、減速レンズ用アライナ25はE×B偏向器17と対物レンズ5の間にあれば、効率よく二次電子を検出することができる。すなわち、二次電子や反射電子102は減速レンズ用アライナ25を通過することなく検出器9で検出されるので、二次電子や反射電子102の軌道に全く影響を与えることなく、減速レンズ用アライナ25を調整して、光軸を合わせることができる。
【００２２】
なお、上記の実施例では対物レンズ5は磁界レンズで構成されていたが、対物レンズが静電レンズで構成されている場合にも、対物レンズ5の電極に印加する電圧を変動させて対物レンズの光軸を合わせる調整とは独立に、対物レンズ5と減速レンズ8の間に配置された減速レンズ用アライナ25を用いて減速レンズに対する光軸調整を行うことができ、本発明の目的を達成することができる。
【００２３】
また、上記の実施例では試料6は負電位に設定されていたが、試料6を接地した場合でも試料と他の電極との相対電位を本実施例と同じように設定すれば、本発明の目的を達成することができる。
【００２４】
また、上記の実施例は試料6と対向電極7の間で減速レンズ8を形成していたが、試料6と対向電極7との間に試料6と同電位の電極を設け、試料6と同電位の電極と対向電極7との間で主に減速レンズ作用を形成する構成としても、本発明の目的を達成することができる。
【００２５】
さらに、上記の実施例は検出器9あるいは検出器9およびE×B偏向器17が対物レンズ5より試料2側にある場合について説明したが、検出器9あるいは検出器9およびE×B偏向器17が対物レンズ5より電子源1側に配置されている場合にも、試料2への一次電子線101の照射エネルギーが小さく、減速レンズ用アライナ25が減速レンズ8と対物レンズ5の間にあれば、本発明の目的を達成することができる。
【００２６】
すなわち、減速レンズ8による一次電子線101の減速率が大きく試料照射エネルギーが小さくなる条件では、減速レンズ8により二次電子や反射電子102が一次電子線101のエネルギー近くまで加速されるので、二次電子や反射電子102が減速レンズ用アライナ25により偏向される割合は一次電子線101より多少大きくなるだけであり、対物レンズ5より電子源1側に配置されている検出器9に効率よく二次電子や反射電子102を検出させることが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子線装置では対物レンズに対する光軸調整と減速レンズに対する光軸調整をそれぞれ独立に行うことができ、複雑な光軸調整を迅速、かつ正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電子線装置の構成図。
【図２】本発明の第２実施例を示す電子線装置の構成図。
【図３】従来例の電子線装置の構成図。
【図４】本発明の原理を示す電子線装置要部の構成図。
【符号の説明】
1…電子源、2…電子銃レンズ、3…コンデンサレンズ、4…走査偏向器4…対物レンズ、6…試料、7…対向電極、8…減速レンズ、9…検出器、10… 可動絞り、11…引出し電源、12…加速電圧電源、13…コンデンサレンズ電源、14…偏向増幅器、15…対物レンズ電源、16…減速レンズ電源、17…E×B偏向器、19…増幅器、21…第１アライナ 、22…第１アライナ電源、23…第２アライナ 、24…第２アライナ電源、25…減速レンズ用アライナ 、26…減速レンズ用アライナ電源 、31…表示装置 、32…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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