(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線装置に関し、電子源から放出される電子の取り込み角を大きくしてコンデンサーレンズでのビームの広がりを小さくして収差を小とし、プローブ電流の増大を図ることを目的とする。【構成】荷電粒子源Ｅから放出される荷電粒子ビームを引き出す電圧を印加する引出電極Ｔと、引出電極Ｔにより引き出された荷電粒子ビームを減速あるいは加速する電圧を印加する中間電極Ｌと、中間電極Ｌにより減速あるいは加速された荷電粒子ビームを加速する高電圧を印加する加速電極Ａと、加速電極Ａにより加速された高電圧の荷電粒子ビームを細く絞ってあるいは集束した後に細く絞って、試料ＳＰに向けて照射する電子光学系と、電子光学系から試料ＳＰに向けて細く絞って照射される荷電粒子ビームを減速する電圧を印加する減速電極あるいは減速する電圧を印加する試料ＳＰとを備える。【選択図】        図１
2011192456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを加速して電子光学系に入射し、試料前方で減速して当該試料に照射し、ベルシェ効果を抑えて分解能を向上させる荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源Ｅと、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを引き出す電圧を印加する引出電極Ｔと、
前記引出電極Ｔにより引き出された荷電粒子ビームを減速あるいは加速する電圧を印加する中間電極Ｌと、
前記中間電極Ｌにより減速あるいは加速された荷電粒子ビームを加速あるいは減速する高電圧を印加する加速電極Ａと、
前記加速電極Ａにより加速された高電圧の荷電粒子ビームを細く絞ってあるいは集束した後に細く絞って、試料ＳＰに向けて照射する電子光学系と、
前記電子光学系から試料ＳＰに向けて細く絞って照射される荷電粒子ビームを減速する電圧を印加する減速電極あるいは減速する電圧を印加する試料ＳＰと、
を備えことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記減速あるいは加速のモードは、前記荷電粒子ビームが負の電荷の場合には前記中間電極Ｌの電位を、前記引出電極Ｔおよび前記加速電極Ａの両者の電位よりも低くして減速、あるいは高くして加速のモードとし、一方、前記荷電粒子ビームが正の電荷の場合には前記中間電極Ｌの電位を、前記引出電極Ｔおよび前記加速電極Ａの両者の電位より高くして減速、あるいは低くして加速のモードとしたことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記中間電極Ｌの電圧を調整し、前記荷電粒子源Ｅから所望の開角の荷電粒子ビームを前記電子光学系に入射させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記荷電粒子源Ｅから放出される荷電粒子ビームを、軸に近い部分に制限する電圧を印加するサプレッサ電極Ｓを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記荷電粒子ビームは、負あるいは正の荷電粒子ビームとしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子源から中間電極によって生成した減速電界あるいは加速電界により広開角の高輝度粒子線ビームを引き出した後、高電圧に加速した粒子線ビームを細く絞った後に減速して試料に照射する荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子銃から放出された電子線ビームを高電圧に加速した後、集束レンズおよび対物レンズにより当該電子線ビームを細く絞った後、試料の直前で減速電圧を印加して生成した低電圧の高輝度の電子線ビームを試料に照射することで、ベルシェ効果（空間電荷制限）による横方向への電子線ビームの広がりを少なくし、低電圧の高輝度の電子線ビームを試料に照射しつつ平面走査して高Ｓ／Ｎ比の２次電子画像を生成する技術がある（特許文献１，２）。
【０００３】
（１）特許文献１に記載された技術について：特許文献１には、陰極Ｋは−１ｋＶに、ウェーネルト電極Ｗは約−１．５ｋＶに、陽極Ａは＋１９ｋＶに電圧印加する。１次電子線ビームは最初高いエネルギーを持ってビーム路中を進み、試料ＰＲの直前に低いエネルギー値に制動する。その場合、ビーム路の少なくとも一部分とビーム交差点（焦点）は高いエネルギーを持って通過する。これによってベルシュ効果（空間電荷制限）の分解能に及ばす影響は著しく軽減される。ベルシュ効果（正確には横方向ベルシェ効果、以下同じ）の低減は、主として減速のための遅延装置が粒子光学ユニット中に設けられることによって達成する。
【０００４】
ここで、マスクやウェーハの走査型電子顕微鏡による観察、測長の際には、表面の帯電を防ぐ為、試料に入射する電子のエネルギーは、通常０．５〜２ｋＶに設定する。しかし、粒子エネルギーが低いと、ベルシェ効果の影響が大きくなり、輝度が低下する。このため、ビーム経路中では、数ＫＶ以上の高いエネルギーで走行させ、途中で２ＫＶ以下の低いエネルギーに減速して試料に入射させるようにすれば、ベルシェ効果の影響が低減し、輝度の低下を抑えて、分可能が向上する。
【０００５】
（２）特許文献２に記載された技術について：特許文献２には、ウェーネルト電極（Ｗ）と陽極（Ａ２）の間に設けられた吸引電極（Ａｌ）が陰極（Ｋ）の電位に対して正の第１電位に置かれ、陰極（Ｋ）の電位に対して正の第２電位に置くこと、この正の第２電位が吸引電極（Ａｌ）の第１正電位よりも高いことを特徴とする走査型電子顕微鏡が記載されている。
【０００６】
ベルシェ効果が少ない走査型電子顕微鏡は既に特許文献１などにより提案されているが、１次エネルギーが高いとビーム路の最初の部分（第１の交差点ＣＲ１）において電子のエネルギー分布が拡がるため、横方向ベルシェ効果の低減効果がエネルギーベルシェ効果の増大によって打ち消されてしまっていた。
【０００７】
そこで、電子を第１の交差点ＣＲ１において、低エネルギー（２ＫＶ程度）で通過するようにすると、この部分でのエネルギーベルシェ効果は著しく低減される。次いで陽極（Ａ２）通過後、例えば１０ｋｅＶ程度の高い１次エネルギーをもって電子光学系を通過させ、試料の直前で例えば１ｋｅＶ程度の低いエネルギーに減速することによってベルシェ効果（正確には横方向ベルシェ効果（空間電荷制限））を低減させることができる。
【特許文献１】特許第２６２７０６２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２０８７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ウェーハやマスク面の検査に、低加速電子ビームを用いた欠陥検査ＳＥＭや、ＣＤ−ＳＥＭが、使用されている。近年ウェーハやマスク面を高速で検査するため、試料入射ビームの大電流化（例えば１０ｎＡ以上）が求められるようになっている。低加速とするのは、試料の損傷やチャージを抑えるためであるが、低加速大ビーム電流の場合に問題となるのは、ベルシェ効果の増大、及び、光学系の収差の増大による、像分解能の劣化である。言い換えると、所要の像分解能を要求した時、検査時間の短縮に必要な大きな試料入射ビーム電流が得られないことである。
【０００９】
本発明では、ウェーネルト電極と加速電極との間に、引出電極及び中間電極を設け、これらの電極に適切な電圧を印加することにより、エネルギーベルシェ効果を低減させ、さらに、高電位の加速電極部を高エネルギーで通過させることにより横方向ベルシェ効果を低減させて、両者の影響を抑えることが可能となる。
【００１０】
また、欠陥検査SEM等には、比較的高輝度でエミッションが安定な電子銃であるショットキー電子銃や、ＬａＢ６電子銃が用いられている。入射ビームを大電流化するには、これらの電子源から放出される電子の取込角を従来よりも大きくする必要がある。この場合、上述した特許文献1，2では、電子銃部での収束作用がないか、極めて小さいため、電子銃部から比較的離れて位置するコンデンサーレンズ部でのビーム拡がりが大きくなり、このコンデンサーレンズ部で発生する収差及び全光学系の収差の増大、それに伴う像分解能の劣化を生じ易い。すなわち、上述した特許文献１，２では、横方向ベルシェ効果及びエネルギーベルシェ効果によるプローブ径の増大を抑制することができるものの、全光学系の収差の増大によるプローブ径の増大を生じ易い。
【００１１】
さらに、開発されつつある単原子電子源は、今までにない微小な点光源として注目されているが、電子の放出領域が小さいためその放出角電流密度は小さくなりやすい。そのため、高分解能像観察に必要な入射ビーム電流をえるには、単原子電子源から放出される電子の取込角を大きくする必要があり、光学系の収差の増大、これに伴う像分解能の劣化を生じ易い。
【００１２】
本発明では、引出電極と加速電極の間に中間電極を設け、この中間電極の電位を引出電極および加速電極よりも低い電位に設定するか、あるいは両者の電位よりも高い電位に設定することによりこの部分にレンズ作用を発生させる。これにより、電子源から放出される電子の取り込み角を大きくし、コンデンサーレンズ部でのビームの拡がりを小さくして光学系の収差を小さくすることができ、像分解能劣化の抑制、入射ビーム電流の増大を図ることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、これらの問題を解決するため、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを加速して電子光学系に入射し、試料前方で減速して当該試料に照射し、ベルシェ効果を抑えて分解能を向上させる荷電粒子線装置において、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源Ｅと、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを引き出す電圧を印加する引出電極Ｔと、引出電極Ｔにより引き出された荷電粒子ビームを減速あるいは加速する電圧を印加する中間電極Ｌと、中間電極Ｌにより減速あるいは加速された荷電粒子ビームを加速あるいは減速する高電圧を印加する加速電極Ａと、加速電極Ａにより加速された高電圧の荷電粒子ビームを細く絞ってあるいは集束した後に細く絞って、試料ＳＰに向けて照射する電子光学系と、試料前方で荷電粒子ビームを減速する電圧を印加する減速電極あるいは減速する電圧を印加する試料ＳＰとを備える。
【００１４】
この際、減速あるいは加速のモードは、荷電粒子ビームが負の電荷の場合には中間電極Ｌの電位を、引出電極Ｔおよび加速電極Ａの両者の電位よりも低くして減速、あるいは高くして加速のモードとし、一方、荷電粒子ビームが正の電荷の場合には中間電極Ｌの電位を、引出電極Ｔおよび加速電極Ａの両者の電位より高くして減速、あるいは低くして加速のモードとするようにしている。
【００１５】
また、中間電極Ｌの電圧を調整し、荷電粒子源Ｅから所望の開角の荷電粒子ビームを電子光学系に入射させるようにしている。
【００１６】
また、荷電粒子源Ｅから放出される荷電粒子ビームを、軸に近い部分に制限する電圧を印加するサプレッサ電極Ｓを設けるようにしている。
【００１７】
また、荷電粒子ビームは、負あるいは正の荷電粒子ビームとするようにしている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、陰極と加速電極との間に中間電極を設け、この中間電極の電位を引出電極および加速電極よりも低い減速モードあるいは高い加速モードの電圧に調整し、この部分で発生するエネルギーベルシェ効果の影響を低減させ、更に、その後に加速電極により高電位に加速して荷電粒子ビームを細く絞り、横方向ベルシェ効果（空間電荷制限）の影響を低減させて高分解能にすると共に、荷電粒子源から放出される荷電粒子の取込角（開角）を大きくして集束レンズでの荷電粒子ビームの広がりを小さくして収差を小としプローブ電流の増大を図り、高輝度な荷電粒子ビームを生成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、陰極と加速電極との間に設けた中間電極の電位を引出電極および加速電極よりも低い減速モードあるいは高い加速モードの電圧に調整し、この部分で発生するエネルギーベルシェ効果の影響を低減させ、更に、その後に加速電極により高電位に加速して荷電粒子ビームを細く絞り、横方向ベルシェ効果（空間電荷制限）の影響を低減させて高分解能にすると共に、荷電粒子源から放出される荷電粒子の取込角（開角）を大きくして集束レンズでの荷電粒子ビームの広がりを小さくして収差を小としプローブ電流の増大を図り、高輝度な荷電粒子ビームを生成することを実現した。
【実施例１】
【００２０】
図１および図２は、本発明の説明図を示す。
【００２１】
図１の（ａ）および図２の（ｃ）は本発明の説明図を示し、図１の（ｂ）および図２の（ｄ）は本発明との比較説明のための従来例を示す。図１および図２に図示の電子銃は、ショットキー電子銃を例として説明する。尚、電子の他に、イオン（正の電荷）を放出するイオン銃であってもよいが、ここでは、電子（負の電荷）を放出するショトキー電子銃を例に説明する。また、電子銃でもサプレッサＳが不要な電界型電子銃の場合には、当該サプレッサＳを省略する。
【００２２】
図１および図２において、Ｅは、陰極（エミッタ）であって、電子源となる部分である。
【００２３】
Ｓは、サプレッサ（サプレッサ電極）であって、陰極Ｅから放出される電子のうち、軸上の所望の部分のみに制限（所望の開角内の電子線ビームに制限）するためのものである。
【００２４】
Ｔは、引出電極であって、陰極Ｅから電子を引き出す電圧を印加するものである。
【００２５】
Ｌは、中間電極であって、本発明に係るものであり、陰極Ｅおよび陽極Ａの両者よりも低い電位（減速モード）、あるいは両者よりも高い電位（加速モード）を印加する電極である（図２から図９を用いて後述する）。中間電極Ｌは、できるだけ陰極Ｅの近くに配置することが望ましく、数ｍｍから数十ｍｍ（例えば１０ｍｍ前後）の距離の位置に配置する。
【００２６】
Ａは、加速電極であって、陰極Ｅから放出された電子線ビームを加速し、電子光学系１１に高加速の電子線ビームを入射させてベルシェ効果（空間電荷制限）による電子線ビームの横方向の広がりを抑止するためのものである。尚、加速電極Ａは、後述する図５の（ａ）、図６の（ａ）の減速モードの場合には電子線ビーム（あるいは正電荷のイオンビーム）を加速することになり問題はない。しかし、図５の（ｂ），図６の（ｂ）の加速モードの場合には電子線ビーム（あるいは正電荷のイオンビーム）を減速することになっても、試料ＳＰに入射する電子線ビームのエネルギーよりも高ければ、その高い分に相当して電子光学系１１における横方向のベルシェ効果（空間電荷制限）によるビームの広がりを抑制して小さいビームスポットを生成可能である。
【００２７】
ＣＬは、電子光学系を構成する集束レンズであって、電子光学系１１に入射した電子線ビームを集束するためのレンズである。
【００２８】
ＯＬは、電子光学系を構成する対物レンズであって、電子線ビームあるいはＣＬによって集束された電子線ビームを試料ＳＰ上に細く絞るためのものである。
【００２９】
Ｒは、減速電極であって、電子光学系１１を構成する対物レンズＯＬによって試料ＳＰに向けて細く絞られた電子線ビームのエネルギーを減速するためのものである。減速電極Ｒは、試料ＳＰが平な場合（例えばマスク、ウェハのように平な場合）には、省略してもよい。
【００３０】
ＳＰは、試料であって、低速電子線ビームを照射しつつ、図示外の２段偏向系により平面走査し、そのときに２次電子、反射電子、光などを放出する被観察対象の試料（例えばマスク、ウェハなど）である。図示しないが、試料ＳＰから放出された２次電子、反射電子、光などは、図示外の検出器により検出され、増幅して表示装置上に周知の２次電子画像などとして表示する。
【００３１】
ここで、図１および図２の実施例では、各電極の電位は、アース電位を基準として、例えば以下のように設定する。
【００３２】
Ｅ＝−１ＫＶ
Ｓ＝−１．３ＫＶ
Ｔ＝＋１ＫＶ
Ｌ＝−０．１ＫＶ
Ａ＝＋５ＫＶ
Ｒ＝０ＫＶ
ＳＰ＝０ＫＶ
このようにアース電子を基準に各電極に電圧を設定すると、陰極Ｅを基準とした場合には、各場所における電子線ビームの電圧（エネルギー）は下記（減速モード）のようになる。
【００３３】
Ｅ＝０ＫＶ
Ｓ＝−０．３ＫＶ
Ｔ＝＋２ＫＶ
Ｌ＝＋０．９ＫＶ
Ａ＝＋６ＫＶ
Ｒ＝＋１ＫＶ
ＳＰ＝＋１ＫＶ
この時の各電極に印加した電位の模式図を図５の（ａ）の減速モード例に示す。本発明に係る中間電極Ｌの電位は、引出電極Ｔと陽極Ａの両電極の電位より低い電位に設定されている（減速モード）。中間電極Ｌの電位を、引出電極Ｔと陽極Ａの両電極の電位より高い電位に設定してもよい（図５の（ｂ）の加速モード例）。
【００３４】
また、試料ＳＰの電位はアース電位でなくてもよい。例えば、
Ｅ＝−２ＫＶ
Ｓ＝−２．３ＫＶ
Ｔ＝０ＫＶ
Ｌ＝−１．１ＫＶ
Ａ＝＋４ＫＶ
Ｒ＝−１ＫＶ
ＳＰ＝−１ＫＶ
と設定してもよい。この時の各電極での電子のエネルギーは、陰極Ｅを０ＫＶとすると、下記のようになる。
【００３５】
Ｅ＝０ＫＶ
Ｓ＝−０．３ＫＶ
Ｔ＝＋２ＫＶ
Ｌ＝＋０．９ＫＶ
Ａ＝＋６ＫＶ
Ｒ＝＋１ＫＶ
ＳＰ＝＋１ＫＶ
ここで、減速電極Ｒと試料ＳＰ電位を異ならせ、
Ｅ＝−２ＫＶ
Ｓ＝−２．３ＫＶ
Ｔ＝０ＫＶ
Ｌ＝−１．１ＫＶ
Ａ＝＋５ＫＶ
Ｒ＝０ＫＶ
ＳＰ＝−１ＫＶ
としてもよい。
【００３６】
その他、各請求項に対応する各電極の印加電位例を図６に模式的に示す（図６参照）。
【００３７】
次に、図１の（ａ）および図２の（ｃ）の本発明の構成について順次説明する。
【００３８】
（１）図１の（ａ）および図２の（ｃ）において、電子線ビームの軌道例の概略を点線で示す。陰極Ｅの先端から放出された電子線ビームは、引出電極Ｔを通過後、中間電極Ｌにより収束され、加速電極Ａで加速されて電子光学系１１に入射し、クロスオーバーを形成した後に発散し、対物レンズＯＬで収束し、減速電極Ｒにより減速された後、試料ＳＰに照射される。この例では、集束レンズＣＬは励磁していない。
【００３９】
比較のため、図１の（ｂ）および図２の（ｄ）に従来例の軌道例を示す。図１の（ｂ）および図２の（ｄ）において、各電極の電位は、アース電位を基準として、図１の（ａ）および図２の（ｃ）と同様に、以下のように設定する。
【００４０】
Ｅ＝−１ＫＶ
Ｓ＝−１．３ＫＶ
Ｔ＝＋１ＫＶ
（Ｌ＝  なし  ）
Ａ＝＋５ＫＶ
Ｒ＝０ＫＶ
ＳＰ＝０ＫＶ
そして、集束レンズＣＬは、陰極Ｅの先端との距離６０ｍｍに設置されているとした。
【００４１】
（２）本発明の図１の（ａ）および図２の（ｃ）と、従来例の図１の（ｂ）および図２の（ｄ）とにおいて、いずれにおいても、電子光学系１１，５１内を、試料ＳＰへの入射電圧ＩＫＶより大きなエネルギー６ＫＶの電子線ビームが走行するため、ベルシェ効果（正確には横方向ベルシェ効果（空間電荷制限））による、ビーム径の増大は小さく抑えることができる。しかし、図１の（ｂ）および図２の（ｄ）の従来例では、電子光学系５１の収差が大きくなりやすく、これにより分解能の劣化を招き易い。このことを以下に説明する。
【００４２】
（３）本発明の図１の（ａ）および図２の（ｃ）の電子光学系１１と、従来例の図１の（ｂ）および図２の（ｄ）の電子光学系５１とにおける球面収差係数Ｃｓおよび色収差係数Ｃｃをシミュレーションにより求め、これらからプローブ径を求める。ＺｒＯ／Ｗショットキー電子銃を用い、試料ＳＰの面上で例えばプローブ電流３０ｎＡを得るには、放出角電流密度０．３ｍＡ／ｓｒとすれば、電子銃の取込角は、αg＝５．６×１０−３ｒａｄが必要となる。ＺｒＯ／Ｗショットキー電子銃の放出角度分布の拡がりは、１×１０−１ｒａｄ（図８）で十分大きいので、上記αgの値に設定して、プローブ電流３０ｎＡを得ることが可能である。この電子銃の取込角αgの値を一定として、図２の（ａ）に示したように、中間電極Ｌの電位および対物レンズＯＬの強度を変えることにより、図２の（ａ）の軌道ａ、軌道ｂ等が得られる。同様に、従来の図２の（ｄ）では、集束レンズＣＬおよび対物レンズＯＬの強度を変え、軌道ｃ、軌道ｄ等が得られる。これにより、試料ＳＰの面上のプローブの開き角αo（光軸と電子線プローブの最外電子線ビームとのなす角）が決定される。これらの電子光学系における試料上のプローブ径ｄは、良く知られた下記の式（１）により求められる。
【００４３】
ｄ２＝ｄｇ２＋ｄｓ２＋ｄｃ２＋ｄｄ２・・・・・・・・・・式（１）
ここで、式（１）中の例えば”ｄ２”はｄの二乗を示し、他も同様である。また、ｄｇは電子銃の輝度、ｄｓは電子光学系の球面収差、ｄｃは電子光学系の色収差、ｄｄは回折収差に関する項で、各項は、プローブの開き角αoに依存する。試料ＳＰの面上のプローブの開き角αoに対するプローブ径の計算例を図７に示す。この例では、プローブの開き角αoが０．０２ｒａｄ付近で、プローブ径ｄは最小となる。従来例の図２の（ｄ）では、ｄが約１００ｎｍ程度であるの対し、本発明の図２の（ｃ）では、減速モードでｄが約３４ｎｍ程度、加速モードでｄが約３３ｎｍ程度と、プローブ径は約１／３になり、分解能が改善される。また、従来例の図２の（ｄ）にて、本発明例の図２の（ｃ）と同様のプローブ径を得るには、プローブ電流は、約１／３の１０ｎＡに低減することも求められる。
【００４４】
以上のように、図２の（ｃ）の本発明の電子光学系１１の軌道ａ、ｂに対し、図２の（ｄ）の従来の電子光学系５１では、軌道ｃ，ｄとなる。つまり、従来の図２の（ｄ）の電子光学系５１中の集束レンズＣＬ、対物レンズＯＬに大きな開角度で電子線ビームが入射／出射するために輝度の高い電子線ビームを得られないが、本発明の図２の（ｃ）では中間電極Ｌに減速モードあるいは加速モードの電圧を印加して陰極Ｅに対して、より近い場所で電子線ビームを集束させるために、結果として図２の（ｃ）の軌道ａ、ｂのようになり、電子光学系１１中の集束レンズＣＬ，対物レンズＯＬに小さな開角度で電子線ビームが入射／出射するために輝度の高い電子線ビームを得ることが可能となります。
【００４５】
図３および図４は、本発明の他の説明図を示す。
【００４６】
図３の（ｅ）は、本発明の他の実施例を示す。電子源として、ＬａＢ６あるいは、Ｗヘアピン型熱電子銃を採用した場合であって、熱電子放出面は、ウェーネルトＷの手前にあり、ウェーネルトＷと引出電極Ｔとの間にクロスオーバーを形成している（図９参照）。図１と同様、中間電極Ｌが従来例に追加されている。
【００４７】
図３の（ｆ）は、３段の磁界型レンズに本発明を適用した例を示す。
【００４８】
図３の（ｇ）は、収差補正器を電子光学系１１に組み込んだ他の実施例を示す。各電極電位は、図１の実施例と同様に下記のように設定する。
【００４９】
Ｅ＝−１ＫＶ
Ｓ＝−１．３ＫＶ
Ｔ＝＋１ＫＶ
Ｌ＝−０．１ＫＶ
Ａ＝５ＫＶ
Ｒ＝０ＫＶ
ＳＰ＝０ＫＶ
ここで、減速は集束レンズＣＬ１と集束レンズＣＬ２との間で行われる。減速電極Ｒを通過した後の電子のエネルギー１ＫＶで、集束レンズＣＬ２により電子ビームは、平行にされ、収差補正器に入射する。収差補正器を通過した電子ビームは、対物レンズＯＬにより試料ＳＰの面上に収束される。本実施例では、ベルシェ効果によるビームの拡がりを抑えると共に、電子光学系１１で発生する球面収差および色収差を、収差補正器によって、より効果的に補正することができるので、大きなプローブ電流時における分解能が向上する。
【００５０】
図４の（ｈ）は、電子銃にＣｏｌｄ−ＦＥ（冷陰極電界放出型電子銃）や、最近開発されつつある単原子電子源銃を採用した場合の実施例を示す。図１の（ａ）と異なる所は、サプレッサ電極Ｓが不要であること、集束レンズＣＬを若干励磁していることである。集束レンズＣＬを適正に励磁することにより、必要なプローブ電流の大きさに対して、絞りの径に応じて最小のプローブ径が得られる最適開き角αoに設定することが可能である。これにより、冷陰極電界放出型電子銃や単原子電子源銃において、プローブ径の増大を抑えて、比較的大きなプローブ電流を得ることが可能である。
【００５１】
図４の（ｉ）は、ＦＩＢ（フォーカスイオンビーム）に本発明を適用した例を示す。図１と異なり、磁場レンズを静電アインツェルレンズで置き換えている。
【００５２】
図４の（ｊ）は、ＦＩＢの他の実施例を示す。図４の（ｉ）の実施例に対してサプレッサ電極Ｓが追加されている。各電極には、アース電位を基準として、例えば次のように電位を印加する。
【００５３】
Ｅ＝＋２ＫＶ
Ｓ＝＋３ＫＶ
Ｔ＝−２ＫＶ
Ｌ＝−１ＫＶ
Ａ＝−３ＫＶ
Ｒ＝０ＫＶ
ＳＰ＝０ＫＶ
この設定では、図４の（ｉ）の例に比べ、サプレッサ電極Ｓの電位により、エミッション電流の安定化を図ることができる。
【００５４】
尚、上記例では、減速電極Ｒを設けたが、ウェハやマスク等の平らな試料の場合などには、減速電極Ｒを設けず、試料ＳＰの面を減速面としてもよい。
【００５５】
図５は、本発明の電極電位例（その１）を示す。各電位は、エミッタEの電位を基準（：ゼロ）として示されている。グラフ上、二つの電位で、（＋）側にある方を高い電位、（−）側にある方を低い電位としており、実際に印加される電圧（アース基準）の大きさを表しているわけではない。図示の例は、既述した図１の（ａ）、図２の（ｃ）、図３、および図４において、中間電極Ｌに対して、引出電極Ｔの電圧および陽極Ａの電圧の両者よりも低い電圧を印加する減速モード、および両者よりも高い電圧を印加する加速モードのときの各電極の電位の例を模式的に示したものであり、荷電粒子線ビームが負の電荷を有する場合の例を示す。
【００５６】
図５の（ａ）は、減速モードの例を示す。減速モードの場合には、中間電極Ｌには、
引出電極Ｔの電位および加速電極Ａの電位よりも低い電位を印加すると共に、ベルシェ効果（空間電荷制限）による電子線ビームの横方向広がりを少なくするために、試料ＳＰに入射する電子線ビームの電位よりも加速陽極Ａにおける印加電位を大幅に高くする。以上の条件を満たすようにしたものを図５の（ａ）の直線の点線を連結した折れ線で模式的に示す。尚、折れ線は、実際は、各電極の形状、配置位置に対応した形状となる。
【００５７】
図５の（ｂ）は、加速モードの例を示す。加速モードの場合には、中間電極Ｌには、引出電極Ｔの電位および加速電極Ａの電位よりも高い電子を印加すると共に、ベルシェ効果（空間電荷制限）による電子線ビームの横方向広がりを少なくするために、試料ＳＰに入射する電子線ビームの電位よりも加速電極Ａにおける印加電位よりも大幅に高くする。以上の条件を満たすようにしたものを図５の（ｂ）の直線の点線で連結した折れ線で模式的に示す。尚、折れ線は、実際は、各電極の形状、配置位置に対応した形状となる。
【００５８】
図６は、本発明の電極電位例（その２）を示す。図示の例は、荷電粒子線が正の電荷を有する場合の例を示し、他は図５と同じである。
【００５９】
図６の（ｃ）は、減速モードの例を示す。減速モードの場合には、中間電極Ｌには、引出電極Ｔの電位おおび加速電極Ａの電位よりも高い電圧を印加すると共に、ベルシェ効果（空間電荷制限）による電子線ビームの横方向広がりを少なくするために、試料ＳＰに入射する電子線ビームの電位よりも加速電極Ａにおける印加電位を大幅に高くする。以上の条件を満たすようにしたものを図６の（ｃ）の直線の点線を連結した折れ線で模式的に示す。尚、折れ線は、実際は、各電極の形状、配置位置に対応した形状となる。
【００６０】
図６の（ｄ）は、加速モードの例を示す。加速モードの場合には、中間電極Ｌには、引出電極Ｔの電位および加速電極Ａの電子よりも低い電圧を印加すると共に、ベルシェ効果（空間電荷制限）による電子線ビームの横方向広がりを少なくするために、試料ＳＰに入射する電子線ビームの電位よりも加速電極Ａにおける印加電位を大幅に高くする。以上の条件を満たすようにしたものを図６の（ｄ）の直線の点線で連結した折れ線で模式的に示す。尚、折れ線は、実際は、各電極の形状、配置位置に対応した形状となる。
【００６１】
図７は、本発明のプローブ径の計算例（プローブ電流１０ｎＡ、試料入射電圧１ＫＶ）を示す。横軸は開角度α０（ｒａｄ）を示し、縦軸は電子線ビームのスポット径ｄ（ｎｍ）を示す。図中の上段の点線は図２の（ｄ）の従来例のものを示し、下段の実線（減速モード）および点線（加速モード）は図２の（ｃ）の本発明のものを示す。
【００６２】
図８は、本発明の放出角電流密度測定例を示す。図示の曲線は、陰極から放出される電子線ビームの放出角度の密度測定例であって、横軸は陰極から放出される電子線ビームの放出角度（ＡＮＧＬＥ（ＤＥＧＲＥＥＳ））を示し、縦軸は角電流密度（ｍＡ／ｓｒ）を示す。
【００６３】
図９は、本発明のショトキー電子銃とＬａＢ６／Ｗ熱電子銃例を示す。
【００６４】
図９の（ａ）は、ショトキー電子銃を構成する陰極Ｅの先端部分の電子線ビームを放出する部分を模式的に示したものである。
【００６５】
図９の（ｂ）は、図９の（ａ）のショトキー電子銃の場合において、サプレッサ（Ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）Ｓと、陽極Ａ（Ａｎｏｄｅ）と、電子線ビームのバーチャルソースとの関係を分かりやすく模式的に表したものである。電子線ビームは、図示のバーチャルソースと記載した部分から放出（図示では右側に放出）されているように、電子光学系１１に向けて放出される。
【００６６】
図９の（ｃ）は、ＬａＢ６やＷを用いた熱陰極型電子銃の場合において、Ｗｅｈｎｅｌｔ（サプレッサＳに相当する）と、陽極Ａ（Ａｎｏｄｅ）と、電子線ビームのリアルソースとの関係を分かりやすく模式的に表したものである。電子線ビームは、図示のＲｅａｌ  Ｓｏｕｒｃｅと記載した部分から放出（図示では右側に放出）されているように、電子光学系１１に向けて放出される。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、引出電極と加速電極との間に設けた中間電極の電位を引出電極および加速電極よりも低い電位（減速モード）あるいは高い電位（加速モード）に調整し、この部分で発生するエネルギーベルシェ効果の影響を低減させ、更に、その後に加速電極により高電位に加速して荷電粒子ビームを細く絞り、横方向ベルシェ効果（空間電荷制限）の影響を低減させて高分解能にすると共に、荷電粒子源から放出される荷電粒子の取込角（開角）を大きくして集束レンズでの荷電粒子ビームの広がりを小さくして収差を小としプローブ電流の増大を図り、高輝度な荷電粒子ビームを生成する荷電粒子線装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の説明図（その１）である。
【図２】本発明の説明図（その２）である。
【図３】本発明の他の説明図（その１）である。
【図４】本発明の他の説明図（その２）である。
【図５】本発明の電極電位例（その１）である。
【図６】本発明の電極電位例（その２）である。
【図７】本発明のプローブ径の計算例）である。
【図８】本発明の放出角電流密度測定例である。
【図９】本発明のショトキー電子銃とＬａＢ６／Ｗ熱電子銃例である。
【符号の説明】
【００６９】
１１、５１：電子光学系
Ｅ：陰極
Ｓ：サプレッサ（サプレッサ電極）
Ｔ：引出電極
Ｌ：中間電極
Ａ：陽極（アノード電極）
Ｒ：減速電極
ＳＰ：試料
ＣＬ：集束レンズ
ＯＫ：対物レンズ
【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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