(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を試料に収束させて照射するための単極磁界型インレンズ方式の電磁界レンズを備えた電子線装置において、前記電磁界レンズの磁気回路が、前記試料から遠い上側磁極と前記試料に近い下側磁極とを備えてなり、前記上側磁極と前記下側磁極との間に設けられたフェライトにより前記上側磁極と前記下側磁極との間の電気的絶縁を図りつつ磁極としての一体化を図り、前記下側磁極は前記上側磁極とを異なる電位に保ち、電極としての機能を兼用できるようになっていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記下側磁極が前記磁気回路のヨーク部の先端部に前記フェライトを介して取り付けられている請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
前記磁気回路のヨーク部の試料側端部に一体に形成された磁極部が、前記下側磁極と共に前記上側磁極がヨーク部に連続して延設され、前記上側磁極と下側磁極は先端が前記試料に向けて窄まる形状であって、前記上側磁極はアース電位に、前記下側磁極は負電位が印加される形態となっている請求項２に記載の電子線装置。
【請求項４】
前記下側磁極が前記上側磁極の外周面を囲むようにして設けられているラッパ状の部材であって、前記下側磁極の上端縁に前記フェライトが円環状部材として設けられている請求項３に記載の電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分解能観察可能な電子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、微細化電子デバイスの形状検査や観察のために、走査電子顕微鏡装置等の各種の電子線装置が従来から用いられてきており、特に、近年における電子デバイスの超微細化に伴って高分解能観察の必要性が高まっている。特開２００１−１８５０６６号公報には、磁気レンズの試料に近い磁極及び試料とに負の電位を印加するようにした電磁界複合レンズを備え、高分解能観察を可能とする電子線装置が提案されている。
【０００３】
ここで、セラミック等の電気的絶縁部材の位置と電位を印加する磁極の先端、すなわち試料に対向する面との距離が大きくなるに従って色収差係数Ｃｃは大きくなることが知られている。上述した特開２００１−１８５０６６号公報において提案されている電子線装置の電磁界複合レンズにあっては、先細状の磁極先端部に高電圧を維持させるための電気的絶縁材を磁極の試料に対向する面から離れた位置に設けた構成とされているため、セラミック等の電気的絶縁部材の位置と磁極の試料に対向する面との距離が大きくなっており、色収差係数Ｃｃが大きくなってしまうという不具合を有している。また、試料に近い磁極の試料対向面近傍に電子線の帯電を防止して電気的絶縁材を設置することは空間的に難しく、このため電気的絶縁部材による磁気的間隙に磁束が漏れてしまい、光軸上にサブのレンズ磁界が主のレンズ磁界と離れて存在するので、低加速電圧での像分解能が劣化し易いという不具合を有している。
【０００４】
この不具合を解消するため、特開２００１−１８５０６６号公報には、他の実施の形態として、電子源側に位置する磁極付近に形成される磁界内に試料が設置され、該電子源側磁極は試料から遠い磁極と試料に近い磁極とに分割されており、試料より遠い磁極の頂面が試料より遠い磁極と試料に近い磁極との間の電気的絶縁材よりも試料近くに位置するようにし、試料より遠い磁極と試料に近い磁極との間に生ずる磁界が試料に近い磁極の試料対向近傍に位置するため漏れ磁束を遮断することができるようにし、複合レンズの色収差係数Ｃｃをより小さくすることができる電子線装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１８５０６６号公報に提案されている電子線装置にあっては、両磁極は１ｋＶ以上もの高電圧で対向するため、間隙をあまり小さくすると放電を生じるという問題点を有している。これを回避するため両磁極の間隙を大きくすると生じるサブの磁界も大きくなってしまい、このため色収差係数Ｃｃが大きくなり易いという別の問題点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる電子線装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、電子線を試料に収束させて照射するための電磁界レンズを備えた電子線装置において、前記電磁界レンズの磁気回路が、前記試料から遠い上側磁極と前記試料に近い下側磁極とを備えてなり、前記上側磁極と前記下側磁極との間に設けられたフェライトにより前記上側磁極と前記下側磁極との間の電気的絶縁を図りつつ磁極としての一体化を図り、前記上側磁極と前記下側磁極とを異なる電位に保つことができるようになっていることを特徴とする電子線装置が提案される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【０００９】
図１は、図示しない電子線装置に設けられた本発明による電磁界重畳型レンズの実施の形態の一例を示す断面図である。電磁界重畳型レンズ１は、微細化電子デバイスの形状検査や観察のために用いられる走査電子顕微鏡装置等の電子線装置の対物レンズとして構成されており、光軸Ｘに沿って進入してくる電子線（図示せず）に対し、磁界の集束作用を与えると共に減速電界を該磁界に重畳させてレンズの収差係数を低減させ、高分解能像観察を可能とするように構成された静電磁気複合レンズとなっている。
【００１０】
電磁界重畳型レンズ１は、磁気回路２１に励磁コイル２２が設けられており、磁気回路２１は、ヨーク部２１１と磁極部２１２とを一体に形成して備えている。ヨーク部２１１は、光軸Ｘに沿って進入してくる電子線の進入側に設けられており、電子線を通過させる円筒状の通路Ｙを形成する円筒状の本体部２１１Ａの一端縁２１１Ａａに断面Ｌ字形の張出部２１１Ｂを径方向外側に向かって一体に延設して成っている。そして、本体部２１１Ａと張出部２１１Ｂとによって囲まれる環状空間内に励磁コイル２２が収容されている。
【００１１】
一方、磁極部２１２は、略すり鉢状に形成されており、その一端部である大径開口縁部２１２Ａがヨーク部２１１の本体部２１１Ａに固定されている。磁極部２１２は、試料３から遠い上側磁極２１３と試料３に近い下側磁極２１４とに分割されており、これら２つの磁極２１３、２１４は、電気的絶縁材料であるフェライトから成る絶縁体２１５を介して接続して形成されている。
【００１２】
絶縁体２１５は磁極部２１２の大径開口縁部２１２Ａの寸法形状に応じた円環状の部材であり、絶縁体２１５を介して、下側磁極２１４が磁極部２１２の大径開口縁部２１２Ａと一体となっている。上側磁極２１３の頂面２１３ａは上側磁極２１３と下側磁極２１４との間の絶縁体２１５よりも試料３の近くに位置するように構成されており、上側磁極２１３の頂面２１３ａ、下側磁極２１４の頂面２１４ａにより、電子線を通過させるための通過孔２１２Ｃが光軸Ｘと同軸に設けられている。
【００１３】
電磁界重畳型レンズ１は以上のように構成されているので、励磁コイル２２に電流を流すと下側磁極頂面２１４ａ付近に集束用磁界を形成することができるので、図示しない電子銃から光軸Ｘに沿って電磁界重畳型レンズ１に進入してきた電子線は、この磁界による集束作用を受けることとなる。
【００１４】
上側磁極２１３は接地され、下側磁極２１４には高圧電源４によって負電位ＶＬ（例えば、−１ｋＶ）が印加され、試料３には高圧電源５によって負電位ＶＳ（例えば、−１ｋＶ）が印加されている。したがって、上側磁極２１３と下側磁極２１４との間には減速電界が生じることとなり、これにより、電磁界重畳型レンズ１による集束作用磁界に減速電界を重畳することができる電磁界重畳形レンズが構成されている。
【００１５】
電磁界重畳型レンズ１の接地電位部は、接地電位の試料室（図示せず）に接続されており、負電位が印加される下側磁極２１４及び試料３は、真空に保たれた試料室内に置かれている。図示しない電子銃から生じ、光軸Ｘに沿って入射した電子線は、電磁界重畳型レンズ１により生じる磁界による集束作用と上側磁極２１３と下側磁極２１４とにより生じる減速電界の作用とを受け、試料３上に集束されるとともに、図示していない走査偏向器により試料３の観察面上を走査する。試料３から生じた二次電子は、電磁界重畳型レンズ１の上方に置かれた二次電子検出器６によって検出される。ここで、下側磁極２１４への印加負電位ＶＬを試料３への印加負電位ＶＳと等しくすることができるので、試料３を傾斜させることによる電界のみだれが生ぜず、試料３を大角度に傾斜しても高分解能観察が可能である。
【００１６】
また、電磁界重畳型レンズ１にあっては、先細状の下側磁極２１４の頂面２１４ａから離れた位置には絶縁体２１５を容易に設けることができ、上側磁極２１３と下側磁極２１４との間に生ずる磁界は下側磁極２１４の試料対向面近傍に位置するため、電磁界重畳型レンズ１の色収差係数Ｃｃを小さくすることができる。
【００１７】
そして、電磁界重畳型レンズ１は、絶縁体２１５として従来ではセラミックが用いられるところフェライトが用いられて構成されている。セラミックの体積抵抗率ρは１０１０Ω・ｍ前後と大きいが、比透磁率は真空と同程度に小さくなっており、セラミックを用いた場合には、電気的絶縁性は良いが、この電気的絶縁部材による磁気的間隙に磁束が漏れ易くなってしまう。しかし、電磁界重畳型レンズ１で用いられているフェライトの体積抵抗率ρは１Ω・ｍ以下〜１０5Ω・ｍ以上であるので電気的絶縁性の良いものがあり、また、比透磁率は数１００〜数万あるので磁束の漏れを防ぐことができ、この結果、色収差係数Ｃｃの低減を図ることができるので、高分解能像を観察することができる。
【００１８】
図２には、図１に示した電磁界重畳型レンズ１の絶縁体２１５としてフェライト碍子を用いた電子線装置、及び絶縁体２１５としてセラミック碍子を用いた電磁界重畳型レンズを設けた電子線装置のそれぞれにおける光軸Ｘに沿った距離Ｚ（ｍｍ）に対する磁束密度Ｂ（ｍＴ）の分布が示されている。
【００１９】
フェライト碍子を用いたレンズとセラミック碍子を用いたレンズとのいずれの場合においても、上側磁極２１３と下側磁極２１４との間隙が２ｍｍで、その間隙中心と下側磁極２１４の試料３に対向する面との距離Ｌを２ｍｍとし、磁界レンズ強度を１２６０ＡＴとした。セラミック碍子を用いた場合には、サブのＢｚピーク（左側Ｚ＝２ｍｍ）が若干存在しているが、フェライト碍子を用いた場合には、サブのＢｚピークが殆どなくなり、主ピーク（左側Ｚ＝５ｍｍ）が増えていることが判る。したがって、サブのＢｚピークが殆どないため、色収差係数Ｃｃを小さくし、高分解能にすることができる。
【００２０】
図３には、図１に示した電磁界重畳型レンズ１及び電磁界重畳型レンズ１の絶縁体２１５にセラミック碍子を用いた電磁界重畳型レンズを設けた電子線装置についての低加速電圧における像分解能に支配的な色収差係数ＣｃのＷＤ（：下側磁極２１４の頂面２１４ａから試料３までの距離）に対する計算値例が示されている。電磁界重畳場における電子軌道を求め、図２に示したＢｚ分布を用いて色収差係数Ｃｃを計算した。但し、電子銃電圧を２ｋＶ、下側磁極２１４と試料３との間の電圧は−１ｋＶとした。ここではいずれのレンズの場合も図２に示した場合と同じ条件が用いられており、また、試料入射電圧を１ｋＶとしている。
【００２１】
図３に示した線図によれば、フェライト碍子を用いた場合の方が、セラミック碍子を用いた場合よりも色収差係数Ｃｃが小さくなっているので、像分解能が向上していることが判る。
【００２２】
図４は本発明による図示しない電子線装置に設けられた電磁界重畳型レンズの他の実施の形態を示す断面図である。図４に示した電磁界重畳型レンズ１’は、上側磁極２１３’の頂面が、絶縁体２１５’位置よりも下側磁極２１４’の方に延びていない点においてのみ、図１に示した場合と異なっている。したがって、図４の各部のうち図１の各部に対応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００２３】
図５には、図４に示した絶縁体２１５’としてフェライト碍子を用いた電磁界重畳型レンズ１’を設けた電子線装置、及び電磁界重畳型レンズ１’の絶縁体２１５’にセラミック碍子を用いて電磁界重畳型レンズを設けた電子線装置のそれぞれにおける光軸Ｘに沿ったそれぞれの距離Ｚ（ｍｍ）に対する磁束密度Ｂ（ｍＴ）の分布が示されている。
【００２４】
フェライト碍子を用いたレンズとセラミック碍子を用いたレンズとのいずれの場合においても、上側磁極２１３’と下側磁極２１４’との間隙が２ｍｍで、その間隙中心と下側磁極２１４’の試料３に対向する面との距離Ｌを２ｍｍとし、磁界レンズ強度を１２６０ＡＴとした。これによれば、絶縁体２１５’としてセラミック碍子を用いた場合には、サブのＢｚピーク（左側Ｚ＝２ｍｍ）が主のＢｚピーク（左側Ｚ＝５ｍｍ）より大きく、フェライト碍子を用いた場合には、サブのＢｚピーク（左側Ｚ＝２ｍｍ）が低下し、主のＢｚピーク（左側Ｚ＝５ｍｍ）が増えることが判る。
【００２５】
図６には、図５に示したフェライト碍子を用いたレンズとセラミック碍子を用いたレンズとの場合の低加速電圧における像分解能に支配的な色収差係数ＣｃのＷＤ（：下側磁極２１４’の頂面２１４’ａから試料３までの距離）に対する計算値例がそれぞれ示されている。電磁界重畳場における電子軌道を求め、図５に示したＢｚ分布を用いて色収差係数Ｃｃを計算した。但し、電子銃電圧を２ｋＶ、上側電極７及び上側磁極２１３’の電位はアース電位、下側磁極２１４’と試料３との電子は−１ｋＶとした。ここではいずれのレンズの場合も図５に示した場合と同じ条件が用いられており、また、試料入射電圧を１ｋＶとしている。
【００２６】
図６に示した線図によれば、フェライト碍子を用いた場合の方が、セラミック碍子を用いた場合よりも色収差係数Ｃｃが小さくなっており、像分解能が向上していることが判る。
【００２７】
図７には、図４に示した電磁界重畳型レンズ１’の絶縁体２１５’にフェライト硝子及びセラミック碍子を用いた場合の電磁界重畳型レンズについての距離Ｌに対する色収差係数ＣｃをＷＤをパラメータとして示した線図が示されている。ここでは、いずれのレンズの場合も図６に示した場合と同じ条件が用いられている。
【００２８】
図７に示した線図によれば、セラミック碍子を用いた場合では、碍子の位置を示す距離Ｌの値を大きくすると、色収差係数Ｃｃの値が大きくなってしまう。これを回避するため距離Ｌを２（ｍｍ）以下としようとしても、空間的にその実現は困難である。一方、フェライト碍子を用いた場合では、色収差係数Ｃｃの値は距離Ｌの値に依存していないことがわかる。すなわち、フェライト碍子を用いた場合には、距離Ｌを大きくしても色収差係数Ｃｃの値は大きくならず、したがって、距離Ｌを大きくしても像分解能が劣化しないことが判る。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁界重畳型レンズを構成している磁界型レンズの下側磁極の頂面から離れた位置に、電気的絶縁性が良く、且つ比透磁率の大きいフェライトから成る絶縁体を設けるようにしたので、磁界型レンズにおいて磁気を透過させることができるため磁束が漏れるのを防ぐことができる。したがって電磁界重畳型レンズの色収差係数Ｃｃを小さくすることができ、高分解能像を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電磁界重畳型レンズの実施の形態の一例を示す断面図。
【図２】図１に示した電磁界重畳型レンズの絶縁体としてフェライト碍子を用いた場合とセラミック碍子を用いた場合とのそれぞれにおける光軸に沿った距離に対する磁束密度の分布を示すグラフ。
【図３】図１に示した電磁界重畳型レンズの絶縁体にフェライト碍子を用いた場合とセラミック碍子を用いた場合との色収差係数特性の計算値例を示すグラフ。
【図４】本発明による電磁界重畳型レンズの他の実施の形態を示す断面図。
【図５】図４に示した電磁界重畳型レンズの絶縁体としてフェライト碍子を用いた場合とセラミック碍子を用いた場合とのそれぞれにおける光軸に沿った距離に対する磁束密度の分布を示すグラフ。
【図６】図４に示した電磁界重畳型レンズの絶縁体にフェライト碍子を用いた場合とセラミック碍子を用いた場合との色収差係数特性の計算値例を示すグラフ。
【図７】図４に示した電磁界重畳型レンズの絶縁体にフェライト碍子を用いた場合とセラミック碍子を用いた場合との下側磁極頂面と絶縁体間の距離に対する色収差係数特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１’、１’’  電磁界重畳型レンズ
８  磁界型レンズ
３、１１  試料
４、５、４’、１０  高圧電源
２１、８１  磁気回路
２２、８２  励磁コイル
９１  アース電極
２１１、８１１  ヨーク部
２１２、２１２’、８１２  磁極部
２１５、２１５’、８１３  絶縁体
Ｇ  磁気ギャップ
Ｘ、Ｘ’  光軸
Ｙ，Ｙ’  通路
【図１】
0004005411.tif 000002
【図２】
0004005411.tif 000003
【図３】
0004005411.tif 000004
【図４】
0004005411.tif 000005
【図５】
0004005411.tif 000006
【図６】
0004005411.tif 000007
【図７】
0004005411.tif 000008