(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギー分散と球面収差の小さい電子ビームを形成する補正装置を備えた走査型電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子銃８から出射された電子線を、電流値制御用アパーチャ３を通してプリズム収差補正装置４に入射させ、プリズム５により生じる幾何収差を除去する。その後、電子線はプリズム５を通ってネルギー分散され、更に分散角増幅装置６によって分散増幅された後、コンデンサーレンズ９、ビーム径制御用アパーチャ１０、球面収差補正装置１１、ならびに、対物レンズ１を通って観察用試料２の上に焦点を結ぶ。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面収差補正装置を備えた走査型電子顕微鏡において、電子銃と該球面収差補正装置との間に、入射した電子線群を各電子線のエネルギーに対応して分散させるように作った電子線用のプリズムを備え、該電子銃と該プリズムとの間に、該プリズムが発生する電子線の幾何収差を除去するプリズム収差補正装置を備えたことを特徴とするエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡において該プリズムと対物レンズとの間に観察用試料を照射する電子ビームのビーム径を制御するビーム径制御用アパーチャ（絞り）を設け、該プリズムと該ビーム径制御用アパーチャとの間に、プリズムの電子線分散作用により発生した電子線軌道間の分散角を増幅し、かつ、走査型電子顕微鏡の光軸に関して対称的な形状を有する電子ビームを作成するように作用する分散角増幅装置を備えたことを特徴とするエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１に記載のエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡において電子源と該プリズム収差補正装置との間に細孔を有する電流値制御用アパーチャを設け、該細孔の孔径を選ぶことによって試料を照射する電子ビームの電流値を選ぶことが出来るようにしたことを特徴とするエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は従来の走査型電子顕微鏡に比べて高分解能で、かつ、大電流の電子ビーム照射による高品質のＳＥＭ像を提供する走査型電子顕微鏡を製作するための設計技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は局所の元素分析や局所の構造観察を行うには不可欠な装置である。  特に、１ｋｅＶ程度のエネルギーを持った電子ビームを観察用試料に照射する、通常は「低加速ＳＥＭ」と呼ばれているＳＥＭは、試料に損傷を与えにくい、また、試料を帯電させにくいなどの理由から、半導体素子の局所検査には不可欠の道具となっている。検査精度は使用するＳＥＭの分解能で決まり検査速度は試料を照射する電子ビームの電流値で決まる。  現在、市販されている低加速ＳＥＭのうちで最も高い分解能を与えるＳＥＭは分解能１．２ｎｍを提示している。  この分解能は、このＳＥＭが、現在利用できる電子顕微鏡用の電子銃のうちで最もエネルギーのバラツキ方（以下、エネルギー幅、あるいは、ΔＥと記す）の少ない電子ビームを発射する冷陰極フィールドエミッション電子銃を安定的に使いこなす技術を確立することによって得られた。  現在のところ、１．２ｎｍ以下の分解能値を与える低加速ＳＥＭが創れる可能性を伝える報告は見当たらない。  この装置が示すようにΔＥの小さい電子ビームを使うことはＳＥＭに限らず高分解能の電子顕微鏡を造るためには極めて重要な技術である。  透過型電子顕微鏡においては、観察用試料をΔＥの小さい電子ビームで照明するために、０．１ｅＶから０．２ｅＶの範囲のΔＥを持つ電子ビームを作る装置、すなわち、エネルギーフィルターと呼ぶ装置が開発されている。  エネルギーフィルターは、種々のエネルギーを持った電子線の軌道をそのエネルギーに対応させて分散させる、いわゆる「電子線プリズム」と特定値のエネルギーを持った電子線のみを抽出する、「スリット」とで構成されている。  本発明でもこの技術を応用する。  ただし、本発明では、プリズムの発生する幾何収差がＳＥＭ像の分解能を低下させてはいけないのでプリズム収差を除去する装置を考案して搭載する。  また、０．１ｅＶ以下のΔＥを与えるエネルギーフィルターを作るため、プリズムとスリットとの間にプリズムの電子分散能力を高める装置を考案して設置する。【０００３】  ＳＥＭが大面積の半導体素子の複数箇所の検査に使われるようになった今、改良したい、もう一つのＳＥＭの技術項目として電子ビームの電流値の制御方法がある。  複数箇所の検査を短時間で終了させるには高速検査、すなわち、大電流の電子ビームを使う事が必要である。  大電流電子ビームを作成するために現在は、（１）電子源から電子を大量に放出するように電子銃を調節する方法と、（２）コンデンサーレンズを使って、ビーム径設定用アパーチャの細孔を通り抜ける電流量を大きくする方法とが重ねて使用されている。  （１）の方法によれば試料照射電子ビームのビーム径、すなわち、ＳＥＭ像の分解能を損なうことは無いが、電子源の電子放出能力には限界がある。  （２）の方法はコンデンサーレンズの焦点距離を長くして、ＳＥＭにおける電子源像の投影倍率を大きくしているので、ビーム径は電流値の平方根に比例して大きくなってしまう。  そこで、ＳＥＭの利用者は分解能と電流値とを比べながら利用目的に合わせてコンデンサーレンズの励起強度を選んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は０．１ｅＶより小さいエネルギー幅を有する電子ビームを作成し、その電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡を提供することを課題とする。【０００５】  本発明が解決しようとするもう一つの課題は、ＳＥＭを構成している全ての電子レンズの励起強度は変えずに、すなわち、電子源像の投影倍率は変えずに、試料を照射する電子ビームの電流値を選ぶことが出来る走査型電子顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記の第１の課題を解決するために請求項１、ならびに、請求項２記載のエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡では従来から使われてきた球面収差補正装置を備えた走査型電子顕微鏡を構成する種々の電子光学要素のほかに、「電子線プリズム」とそのプリズムが発生する幾何収差を除去する「プリズム収差補正装置」とプリズムが産み出した電子線軌道間の分散の程度を増幅する「分散角増幅装置」とを搭載するようにした。【０００７】  また、第２の課題を解決するために請求項３記載のエネルギー幅の小さい電子ビームを試料に照射する走査型電子顕微鏡では電子源とプリズム収差補正装置との間に細孔を有する「電流値制御用アパーチャ（絞り）」を設け、その細孔の大きさを変えることにより、走査型電子顕微鏡を構成する電子レンズ群の励起強度は変えずに試料照射電子ビームの電流値を変えることが出来るようにした。
【発明の効果】
【０００８】  本発明は従来のＳＥＭに比べてはるかに高分解能のＳＥＭ像を大電流の電子ビーム使用時においても提供するという効果を奏する。【０００９】  図１はワーキングデイスタンスが３ｍｍのシュノーケル型対物レンズとＺｒ−Ｏショットキー電子銃を使った球面収差補正装置付きの従来の、一つの、低加速ＳＥＭで作られる試料照射電子ビームと、本発明をこのＳＥＭに応用したときに作られる試料照射電子ビームとを、試料上での電子ビーム断面に沿った電流密度分布のグラフ、ならびにそれを基にして描いた電子ビームの形状において比較し、発明の効果を図で説明している。  電流密度は電子源から電子が１０μＡ／ｓｒの放出角電流密度で放出されている条件の下で計算されている。  電流密度分布曲線の半価幅を試料照射電子ビームの太さ、すなわち、ビーム径と定義すると５０ｐＡの試料照射電子ビームを作った時には、従来のＳＥＭのビーム径は２．８ｎｍであったのに対して、本発明を使用して作成したＳＥＭは０．５７ｎｍと約１／４の寸法の微細なビーム径を与えている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本発明の効果を示した図である。従来の球面収差補正装置付き低加速ＳＥＭの１つが与えるＳＥＭ像観察用走査ビームのビーム形状、ならびに、試料上でのビーム断面に沿った電流密度分布と、このＳＥＭに本発明を使用して得たＳＥＭの与える走査ビームのビーム形状、ならびに、電流密度分布を並べて描き、発明の効果を説明している。
【図２】  プリズムとスリットとを使ってエネルギー幅の小さい電子ビームを作成する装置、すなわち、エネルギーフィルターの動作原理を説明した図である。
【図３】  エネルギーの異なった電子線に対しては、プリズムはそれらの電子線軌道を分散させる。その分散程度を分散角増幅装置によって増幅する方法を説明した図である。プリズムのすぐ後に設置した磁界レンズをレンズの設置位置で決まる特定値の励起強度（この構成では１８Ａ／√Ｖ）で励起することにより、ＳＥＭの光軸に関して対称的な形状を有する電子ビームを作ることが出来る。
【図４】  図２に示したプリズムの前方、ｚ＝−６０ｍｍの位置に置いた物点から０．２ｒａｄの傾角で電子を飛ばし、その軌道を計算により求めて、プリズムが物点の虚像と幾何収差とを産み出す凹レンズとして作用することを定量的に説明した図である。
【図５】  プリズムの産む幾何収差の量、δＹｏｂｊ、をプリズム収差補正装置の励起条件（励起強度）に対して描いた図である。プリズム収差補正装置を３．８８Ａ／√Ｖ、あるいは、４．４９Ａ／√Ｖに励起するとＹｏｂｊはゼロとなる。
【図６】  プリズム収差補正装置を３．８８Ａ／√Ｖの強度で励起してプリズム収差を除去したときの電子線の軌道を描いている。
【図７】  プリズム収差補正装置を４．４９Ａ／√Ｖの強度で励起してプリズム収差を除去したときの電子線の軌道を描いている。
【図８】  従来のＳＥＭにおいて、試料を照射する電子ビームの電流値を制御する方法を描いた図である。コンデンサーレンズの励起強度を変えてビーム径制御用アパーチャの細孔を通り抜ける電子線量を変化させ電流値を変更する。
【図９】  本発明のＳＥＭにおいて、試料を照射する電子ビームの電流値を制御する方法を描いた図である。ビーム径制御用アパーチャとは別個に設けた電流値制御用アパーチャの細孔の孔径を変えて電流値を変更する。
【図１０】  本発明の１つの実施例を描いた図である。本発明を使用するに必要な構成要素と電子源から観察用試料に至るまでの電子ビームの形状を描いた図である。
【図１１】  図１０に示した本発明のＳＥＭを使って２ｐＡ、あるいは、５０ｐＡの試料照射電子ビームを得るように装置の動作条件を設定したときに得られる試料表面での電流密度分布をそれぞれ図１１（ａ）と図１１（ｂ）に描いた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  高分解能の電子顕微鏡を造るには球面収差補正装置の搭載が不可欠である。  本発明のＳＥＭを造るには、球面収差補正装置を備えたＳＥＭが有する種々の電子光学要素、たとえば、電子レンズや非点隔差補正装置などの他に、電子線用のプリズム、プリズム収差補正装置、分散角増幅装置、電流値制御用アパーチャの搭載を必要とする。  このうち、分散角増幅装置は、もし、本発明を応用する目的が０．９ｎｍ以下の分解能を持つ低加速ＳＥＭを作ることでなければ大きなサイズのプリズムを使用することで代用できる。
【００１２】  まず、これらの要素の必要性の理由とそれらの動作原理を説明する。
図２は［実施例］の部分に示す本発明のＳＥＭに使用したプリズムの構造と光軸上、すなわち、ｚ−軸上のｚ＝−１５ｍｍの位置から、ｚ−軸に対して１ｍｒａｄの角度で発射されたエネルギーが７ｋｅＶ，８ｋｅＶ，ならびに９ｋｅＶの電子線の電子軌道を描いている。それらの軌道は図ではそれぞれＹ７ｋｅＶ、Ｙ８ｋｅＶ、Ｙ９ｋｅＶと記号付けされている。  プリズムは２組の磁極板の対で造られており、それぞれ１０ｍＷｂ／ｍ２，２０ｍＷｂ／ｍ２の磁束密度を発生するように励起されている。  エネルギーが８ｋｅＶの電子線は１０ｍＷｂ／ｍ２の磁束中では半径３０ｍｍの円運動を行ない、２０ｍＷｂ／ｍ２の磁束中では半径１５ｍｍの円運動を行う。  エネルギーの違った電子線は違った回転半径でプリズムの中を走るので、プリズムの出口では図２に示されているように進行方向が違ってくる。  すなわち電子軌道が分散される。  本発明に使用したプリズムではエネルギーが７ｋｅＶと９ｋｅＶの電子線とでは０．２５ｒａｄの角度をなして分散している。  そこで、図２が描いているようにｚ＝５０ｍｍの位置に直径０．３８μｍの細孔を有する金属板（アパーチャ）を設置するとその細孔は（８ｋｅＶ−０．０５ｅＶ）から（８ｋｅＶ＋０．０５ｅＶ）の範囲にあるエネルギーの電子線のみを通過させることが出来るのでアパーチャの後方には、８ｋｅＶのエネルギーをその中心値として、±０．０５ｅＶより小さいエネルギーのバラツキを持った、すなわち、０．１ｅＶのΔＥを持った電子ビームが引き出される。しかしながら、直径０．３８μｍの細孔は製作したとしても使用を重ねると電子汚染などの問題点が発生する。  ［背景技術］の部分で述べた透過型電子顕微鏡用の０．１ｅＶのΔＥを与えるエネルギーフィルターはもっと大きなサイズのプリズムを使っている。  このエネルギーフィルターの方法で０．０１ｅＶのΔＥの電子ビームを作ろうとすると極めて大きいサイズのフィルターを作る必要が発生し実用的でない。  そこで、本発明では、大きいサイズのフィルターを準備するのではなく、プリズムの産んだ分散角を増幅する装置を作ってそれをプリズムとアパーチャとの間に装着することにした。
【００１３】  図３はプリズムの後方に２つの磁界レンズを設置して分散角を約１２倍に増幅した分散角増幅装置の例である。  分散角の増幅はプリズムの後方に任意の電子レンズを設けることにより出来る。  しかしながら、この電子レンズはエネルギーの種々に異なる電子線を屈折しようとするので、特定値以外の強度で電子レンズを励起したのでは、分散角増幅装置を出た、エネルギーが（Ｅ±０．５ΔＥ）の２つの電子線の軌道はｚ−軸に関して対称的な形状にはならない。  したがって対称形状を持つエネルギー幅がΔＥの電子ビームを作るには、電子レンズを特定値の強度で励起する必要がある。
図３では、分散角増幅装置を２つの電子レンズで構成し、プリズムのすぐ後ろに置いた磁界レンズは１８Ａ／√Ｖに励起してｚ−軸に関してほぼ対称的な形状を持つ電子ビームを作るようにしている。  その後ろに置いた磁界レンズは１０Ａ／√Ｖに励起されている。  このレンズの励起強度は特定値の強度である必要はなく強い強度で励起するほど分散角は大きく増幅される。  このレンズの後方に更に別の電子レンズを設けると、分散角は更に大きな角度に増幅される。  後に示す本発明の実施例では、３つの磁界レンズを使った分散角増幅装置を使っている。  その分散角増幅装置では、最前部に設置されたレンズは１．４Ａ／√Ｖの強度で励起してｚ−軸に関して対称的な形状の電子ビームを作り、他の２つのレンズは３０Ａ／√Ｖの強度で励起して、プリズムが与えた分散角を２９００倍の分散角に増幅している。
【００１４】  ＳＥＭの光学系にプリズムを組み込む際に考慮しなくてはいけない事柄は、プリズムを設置したことにより発生する幾何収差の量である。  ＳＥＭは電子源の像を試料上に投影する装置であるから、光学系が発生する幾何収差は極力小さくする必要がある。  対物レンズの幾何収差をゼロにする装置が開発されたことによって透過型電子顕微鏡の分解能は著しく向上した。
【００１５】  電子光学要素であるプリズムも、電子を種々の方向に飛び出させる物点をプリズムの外部に設けると、丁度、通常の電子レンズが為す様に、その物点の像をプリズムの像面に作る。  ただし、プリズムの作る像は、回転対称構造の電子レンズが作る像とは全く違って線状の像であり、かつ、焦点は結ばない虚像である。  すなわち、プリズムは電子線を集束するのではなく発散させる凹レンズとして作用する。  同時にプリズムはその像面に色収差や幾何収差を発生する。  プリズムの発生する色収差を利用してエネルギーフィルターではΔＥの小さい電子ビームを作っている。  一方、幾何収差は無用の収差である。  すなわち、ＳＥＭの試料上に投影された電子源の像をぼかしたり、像を歪ませたりしてビーム径を増大させる。  しかしながら幾何収差はガラス光学においても電子光学においても凸レンズと凹レンズとを組み合わせたシステムを作ることによって除去できる。  電子顕微鏡の対物レンズの球面収差を除くには、対物レンズが凸レンズであり、しかも、回転対称構造の電子レンズでは凸レンズしか作れないので、多数の磁極子を光軸の周りに配置して実質的には凹レンズとして機能する球面収差補正装置を作る必要があった。  一方、プリズムが回転対称構造ではないが凹レンズであることを考慮すると、凸レンズ、すなわち、現在普通に使っている電子レンズをプリズムに接続すれば、プリズムの発生する幾何収差を除去することが出来るはずである。
【００１６】    まず、図２に描いたプリズムの光学特性、すなわち、像面位置と投影倍率、ならびに、発生する幾何収差の量を計算する。図４はｚ＝−６０ｍｍの位置に置いた点電子源から０．２ｒａｄの傾角で発射された電子線の軌道を計算により求め、描いている。  電子線はプリズムから光軸に対して０．２４ｒａｄの角度をなしてプリズムを出てゆく。  この電子線はｚ＝−３０ｍｍの位置から０．２４ｒａｄの傾角で飛び出してゆく電子線のように見える。すなわち、プリズムはｚ＝−３０ｍｍの位置を像面としてそこに電子源の虚像を倍率０．８３で投影している。  図４が記しているように、その像面には−１．７ｍｍの大きさの虚の幾何収差、δＹｉｍｇが発生している。  この幾何収差を電子源側で定義する収差、δＹｏｂｊ、に換算するとδＹｏｂｊは図４に記入しているよう、−２．０ｍｍである。
【００１７】  δＹｏｂｊをゼロにする収差補正装置を作るため、後に図６に描くように、プリズムの前方、５０ｍｍの位置に磁極径３ｍｍ、磁極間隔３ｍｍの磁界レンズを設置する。
ｚ＝−６０ｍｍの位置から、傾角０．１ｒａｄで発射された電子線に対してプリズムが発生する収差、δＹｏｂｊ、を設置した磁界レンズの励起強度に対して計算した。計算結果を図５に示す。  図５は磁界レンズを、３．８８Ａ／√Ｖ、あるいは、４．４９Ａ／√Ｖに励起すると、δＹｏｂｊが０．０μｍとなる、すなわち、収差が除去されることを示している。  磁界レンズがプリズム収差の補正装置として機能している。  このプリズム収差補正装置を３．８８Ａ／√Ｖに励起して収差を除去したときの電子源から傾角±０．２ｒａｄで発射された電子線の軌道を図６に示す。電子線はプリズム収差補正装置を出るとｚ−軸に対して平行に進む。  図７はプリズム収差補正装置を４．４９Ａ／√Ｖに励起して収差を除去したときの電子線の軌道を示す。  プリズム収差補正装置を出た電子線はプリズムの入り口の近くに焦点を結ぶ。後に図１０に描く実施例では、図６に描いたところの、プリズムを出た電子ビームがｚ−軸に平行に進む収差補正モードを採るようにプリズム収差補正装置を励起する。
【００１８】  本特許願で技術の権利化を請求するもう１つの項目は、微小なビーム径を保ったままで大電流の試料照射電子ビームを作成するビーム電流の制御方法である。  従来のＳＥＭではビーム径を決めるために設けたビーム径制御用アパーチャの細孔を通り抜ける電流量を制御するため、図８に示すようにコンデンサーレンズを設けてその励起強度を変えて試料を照射する電子ビームの電流値を制御している。  大電流を得ようとして電子源から大きい傾斜角で出た電子線をビーム径制御用アパーチャの細孔を通すように取り込もうとすれば、コンデンサーレンズの励起強度を弱くして電子源の試料上への投影倍率を図８の太い点線で描いたように大きくする必要があった。  投影倍率を大きくすれば電子源像は拡大し、ビーム径は、投影倍率に比例して大きくなる。  この不具合を無くすため、本発明のＳＥＭでは、図９に描くように、ビーム径制御用アパーチャとは別個に、試料を照射する電流値を制御するための電流値制御用アパーチャを電子銃とプリズム収差補正装置の間に設置した。  ＳＥＭを構成する電子レンズ群の励起強度は一切変えない。  電流値制御用アパーチャの細孔の大きさを変えることで試料照射電子ビームの電流値を制御する。  この方法によって、ＳＥＭの投影倍率は一定値に保ったままで試料照射ビームの電流値を変えることが出来るようになった。  この電流値制御方法が使用できた理由は、後に［実施例］の部分で示すように、本発明では、ビーム径制御用アパーチャの細孔の縁を通る電子線はプリズムで分散された電子線であるという本発明の特徴による。  すなわち、従来のＳＥＭでは図８に示したように、ビーム径制御用アパーチャの細孔の縁を通る電子線はエネルギーがＥの電子線であったのに対して、本発明では、図９に描いたように、ビーム径制御用アパーチャの細孔の縁を通る電子線はエネルギーがＥの電子線ではなくてエネルギーがＥ±０．５ΔＥの電子線である。本発明ではエネルギーがＥの電子線は図９の太い実線が示すように、ほぼ光軸上、すなわち、細孔の中心部を走る。  小さい細孔の電流値制御用アパーチャを使う時と大きい細孔のアパーチャを使うときとでＳＥＭを構成する電子レンズ群の励起強度は全く変えていないので、電子源像の投影倍率は変化せず、大きい細孔のアパーチャを使えば、図９の太い点線で描かれた電子軌道のように、電子源から大きな立体角で放出された大電流の電子ビームを使っても、試料照射電子ビームにおける電子源像の大きさは変わらない。  すなわち、微小なビーム径を保ったまま、大電流の試料照射電子ビームを作る事が出来る。
【実施例】
【００１９】  図１０は試料を１ｋｅＶのエネルギーの電子ビームで走査する低加速ＳＥＭに応用した本発明の実施例である。  本発明を実施するに必要な電子光学要素とその配置方法とを描き、要素を構成する各磁界レンズの励起強度を記している。  各レンズは接地電位に保たれている。  対物レンズ１には試料のワーキングデイスタンスが３ｍｍのシュノーケル型磁界レンズを用いている。  他の６つの回転対称レンズは、全て、磁極間隔が３ｍｍ、磁極孔径が３ｍｍの磁界レンズである。  観察用試料２にはビーム減速用の電圧、−７ｋＶが印加されている。  電子ビーム走査器や非点隔差補正器など、従来のＳＥＭに装備されている要素の図示は省略している。  先に図１に示したような本発明の効果を得るに必要な、また、本発明の特徴とする構成要素は、電流値制御用アパーチャ３、プリズム収差補正装置４、プリズム５、分散角増幅装置６である。【００２０】  図１０においては３には、直径０．１ｍｍの細孔を有する金属板を用いている。  ４は、４を出た８ｋｅＶの電子線がｚ−軸のごく近傍をｚ−軸に平行して走るようにするため、２つの磁界レンズで構成している。  図１０は電子源から開き角±２．５ｍｒａｄの範囲内に放出された電子線群が形成する電子ビームの形状も描いている。  電子源７には放出する電子群のエネルギー幅が０．６ｅＶと見積もられるＺｒＯ−ショットキーエミッタを使用している。  先端の曲率半径が０．５μｍのエミッタに５ｋＶの電子引き出し電圧を印加して１０μＡ／ｓｒの角電流密度で電子線を引き出している。  引き出された電子線群は電子銃８によって（８ｋ−０．３）ｅＶ＜Ｅ＜（８ｋ＋０．３）ｅＶのエネルギーに加速され、かつ、ｚ−軸に平行に走る電子ビームとなって３を照射する。  ３の細孔を通り抜ける電子ビームの電流値は０．２ｎＡである。この電子ビームは４によってｚ−軸のごく近傍をｚ−軸に平行に走る電子ビームに整形され、５に入る。  ５は（８ｋ−０．３）ｅＶのエネルギーを持つ電子線の軌道と（８ｋ＋０．３）ｅＶのエネルギーを持つ電子線の軌道との間に７５μｒａｄの分散角を発生させる。この分散角は６によって２９００倍に増幅される。【００２１】    図１０では、エネルギーが８ｋｅＶの電子線の軌道を太い実線で、エネルギーが（８ｋ±３．１ｍ）ｅＶの電子線の軌道を細い実線で描いている。  ６を出て発散する電子線はコンデンサーレンズ９によりｚ−軸に平行して進む電子ビームに整形され、直径０．１４ｍｍの細孔を有するビーム径制御用アパーチャ１０を照射する。  １０を照射する電子ビームの電流値は０．２ｎＡであり、１０の細孔を通り抜ける電子ビームの電流値は２ｐＡである。  １０を通り抜けた電子ビームは球面収差補正装置１１に入り、１で発生する球面収差をゼロにする。１は７４．２Ａ／√Ｖの磁界強度で励起されており、鏡筒中を（８ｋ−３．１ｍ）ｅＶのエネルギーで走ってきた電子線を試料上にフォーカスさせる。  従来のＳＥＭではエネルギーの中央値、すなわち、鏡筒中を８ｋｅＶで走ってきた電子線を試料上にフォーカスさせるように対物レンズが励起されていた。本発明のＳＥＭでは（８ｋ−３．１ｍ）ｅＶで走ってきた電子線が試料上にフォーカスされ、  ８ｋｅＶで走ってきた電���線は試料上で０．６ｎｍの色収差を発生している。  以上に記述したように、この実施例では０．００６２ｅＶのエネルギー幅の電子ビームが試料を照射している。
試料上での電子ビームの太さ、すなわち、ビーム径は、ビームの試料上での断面に沿った電流密度分布を計算すればその分布曲線の半価幅で与えられる。  また、ＳＥＭの分解能をＳＥＭ像において識別可能な試料上の２点の最短距離と定義して、かつ、電流密度分布を３角形の形状に近似すれば分解能もこの半価幅で定量化される。【００２２】  図１１（ａ）には直径０．１０ｍｍの細孔を有する電流値制御用アパーチャを使用しているところの図１０の実施例の与える電流密度分布を、図１１（ｂ）には、直径０．７８ｍｍの細孔を有する電流値制御用アパーチャを使用した場合の電流密度分布を計算して求めた結果を示す。０．１０ｍｍアパーチャを使えば、ビーム電流が２ｐＡでビーム径が０．３１ｎｍの試料照射電子ビームが、また、０．７８ｍｍアパーチャを使えばビーム電流が５０ｐＡでビーム径が０．５７ｎｍの電子ビームが得られている。  それぞれ、０．３１ｍｍ，０．５７ｎｍの分解能のＳＥＭ像を与える。
【産業上の利用可能性】
【００２３】  走査型電子顕微鏡は、試料観察を行うとともに局所の元素分析も出来るので、ナノメートルサイズの材料研究には欠かせない。  特に、低加速ＳＥＭは観察試料を損傷しない、また、観察試料の帯電が少ないなどの利点があるのでＬＳＩの非破壊検査や非導電性物質の局所研究には必ず低加速ＳＥＭが使われている。現在市販されている低加速ＳＥＭのうちで最も高い分解能を与える低加速ＳＥＭの分解能は［背景技術］の部分で述べたように１．２ｎｍである。  本発明の［実施例］は分解能０．３ｎｍの低加速ＳＥＭの制作方法を記した。このＳＥＭを利用すれば、従来に比べて１／４程度に小さい部分まで調査できる可能性がある。【００２４】  また、大電流の低加速ＳＥＭは、ウエーハなどの大型試料の複数箇所の局所寸法を測ったり、素子欠陥を見つけたりする検査装置として使われる。  複数箇所を調べるには大電流ビームを使った高速度の検査が必要である。  検査精度を高めるには微小ビーム径の電子ビームが必要である。  ［発明の効果］の部分で示したように本発明を使用すれば、エミッタから１０μＡ／ｓｒの条件で電子放出させたとき、たとえば、５０ｐＡの大電流と０．６ｎｍの微細ビーム径を備えた電子ビームが得られる。  エミッタから１００μＡ／ｓｒの条件で電子放出させると、（０．５ｎＡ，０．６ｎｍ）の電子ビームが得られる。  この大電流、かつ、微細ビーム径の電子ビームは、高速、かつ、高精度の検査を行う手段としてＬＳＩ製造産業で利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００２５】１…対物レンズ  ２…観察用試料  ３…電流値制御用アパーチャ  ４…プリズム収差補正装置  ５…プリズム  ６…分散角増幅装置  ７…電子源  ８…電子銃  ９…コンデンサーレンズ  １０…ビーム径制御用アパーチャ  １１…球面収差補正装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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