JP2001006591A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁的に絞り開口の選択を行う場合であって
も絞りの交換を可能とし、また、差動排気の絞りが存在
していても、電磁的な絞り開口の選択が可能な荷電粒子
ビーム装置を実現する。 【解決手段】 対物レンズ絞り５の開口のいずれかを選
択する場合、一次電子ビームＥＢは第１の偏向コイル２
６と第２の偏向コイル２７とによって２段偏向を受け、
差動排気用絞り２５の開口位置Ｐを偏向支点として偏向
される。絞り５の特定開口に偏向された電子ビームは、
第３の偏向コイル２０と第４の偏向コイルによって偏向
され、光軸Ｏ上に振り戻される。対物レンズ絞り５を汚
れにより交換する場合、絞り５には偏向コイル２０が一
体化されているため、偏向コイルが絞り位置に固定され
ている従来構成では困難であった絞りの交換を容易に行
うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡等
の荷電粒子ビーム装置に関し、特に、対物レンズ絞りの
開口の大きさを変えて試料に照射する荷電粒子ビームの
電流量を変化させるようにした荷電粒子ビーム装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、電子銃からの電子
ビームをコンデンサレンズ（収束レンズ）と対物レンズ
によって試料上に集束し、更に電子ビームを２次元的に
走査している。そして、試料への電子ビームの照射によ
って発生した２次電子等を検出し、検出信号を電子ビー
ムの走査に同期した陰極線管に供給し、試料の走査像を
得るようにしている。

【０００３】このように走査電子顕微鏡の機能は試料表
面の形態観察が主であるが、試料上の特定の点に一次電
子ビームを照射し、この照射点から発生したＸ線を検出
し、このＸ線検出信号をそのエネルギーに応じて分析す
ること（ＥＤＳ分析）が行われている。

【０００４】このような試料表面の形態観察や試料のＸ
線分析を行う際、試料に照射される一次電子ビームの電
流量を変化させ、観察や分析の各目的に適した条件に設
定している。この一次電子ビームの電流量を制御するた
めに、複数種の大きさの開口を有した対物レンズ絞りを
用い、目的に応じた大きさの開口を選択するようにして
いる。

【０００５】一般的に試料の表面の観察時には、分解能
の良い画像を得るために、対物レンズ絞り中の比較的小
さな開口を選択している。また、分析目的にためには、
試料への照射電流量を多くしたいために、大きな開口の
対物レンズ絞りを選択している。

【０００６】このような対物レンズ絞りの切り換えの構
成の一例を図１に基づいて説明する。図１において、電
子銃１から発生し加速された一次電子ビームＥＢは、収
束レンズ２と対物レンズ３によって試料４上に細く収束
される。図示していないが、一次電子ビームＥＢは走査
コイルによって偏向を受け、試料上の電子ビームの照射
位置は２次元的に走査される。

【０００７】観察モードのときには、試料４への一次電
子ビームＥＢの照射によって発生した２次電子は、図示
していない２次電子検出器によって検出され、その検出
信号は陰極線管に供給される。陰極線管上には試料の電
子ビームの走査範囲の２次電子像が表示されることにな
る。

【０００８】また、分析モードのときには、電子ビーム
ＥＢは試料上の特定の分析点に照射され、その分析点か
ら発生したＸ線はＥＤＳ検出器（図示せず）によって検
出される。Ｘ線検出器からの検出信号は、波高分析器を
含むＥＤＳ分析ユニットに供給され、Ｘ線分析が行われ
る。

【０００９】一次電子ビームＥＢの光軸を横切って、対
物レンズ絞り５が設けられている。この対物レンズ絞り
５には、複数の大きさの開口６ａ，６ｂ，６ｃが設けら
れており、開口切り換え機構７によって、絞り５の位置
を光軸と垂直な方向に移動させることにより、いずれか
の開口が光軸上に配置される。

【００１０】例えば、観察モードのときには、開口切り
換え機構７を駆動し、比較的小さな開口６ａが光軸上に
配置される。この際、絞り開口６ａを通過した電子ビー
ムが試料４上に細く収束されるよう、収束レンズ２の駆
動回路８と、対物レンズ３の駆動回路９が制御される。

【００１１】一方、分析モードのときには、開口切り換
え機構７を駆動し、比較的大きな開口６ｃが光軸上に配
置される。この際、絞り開口６ｃを通過した電子ビーム
が試料４上に細く収束されるよう、収束レンズ２の駆動
回路８と、対物レンズ３の駆動回路９が制御され、電子
ビームは図中実線で示されるように制御される。

【００１２】なお、収束レンズ駆動回路８は、ＣＰＵ１
０内の収束レンズ制御ユニット１１によって制御され、
対物レンズ駆動回路９は、ＣＰＵ１０内の対物レンズ制
御ユニット１２によって制御される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、観察
モードと分析モードとでは、対物レンズ絞り５の開口を
手動で選択する必要があった。また、絞り５の開口を切
り換えた際、機械的な公差により、光軸にずれが生じ、
軸合わせの再調整が必要となる。このような理由から、
観察モードと分析モードとの間の切り換えの際には、手
動の開口切り換えと軸調整の面倒な作業が伴うことにな
る。

【００１４】このような観点から、機械的な絞り開口の
選択を行わず、電磁的に絞り開口を切り換える方式も考
えられている。図２はこの方式を説明するための図であ
り、図１と同一ないしは類似の構成要素には同一番号が
付されている。

【００１５】一次電子ビームＥＢは、第１の偏向コイル
１３によって偏向を受けるが、この第１の偏向コイル１
３は、絞り５の開口６ａ〜６ｃの内のいずれかの開口を
選択するために用いられる。すなわち、開口６ｃを選択
する場合は、開口６ｃ上に一次電子ビームＥＢを偏向す
る。

【００１６】対物レンズ絞り５の位置には、第２の偏向
コイル１４が設けられ、更にその下部には第３の偏向コ
イル１５が設けられている。第２の偏向コイル１４と第
３の偏向コイル１５は、第１の偏向コイル１３によって
光軸Ｏから外された電子ビームＥＢを光軸上に振り戻す
動作を行う。詳細に図示していないが、これら第１〜３
の偏向コイルは連動して制御される。

【００１７】この図に示した方式では、機械的な絞り開
口の切り換えを行わず、電磁的に絞り開口を選択するよ
うにしているので、機械的な誤差による軸ずれは生じな
い。しかしながら、この方式では、絞り５を真空中に固
定しなければならず、絞りの交換ができない欠点を有す
る。

【００１８】更に、偏向された電子ビームの光路の途中
に、差動排気のための絞りのような、電子ビームの進行
を妨げる構成要素が存在すると、実現できないことにな
る。本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、
その目的は、電磁的に絞り開口の選択を行う場合であっ
ても絞りの交換を可能とし、また、差動排気の絞りが存
在していても、電磁的な絞り開口の選択が可能な荷電粒
子ビーム装置を実現するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に基づく荷電
粒子ビーム装置は、試料上に収束レンズと対物レンズと
によって荷電粒子ビームを細く収束し、試料への荷電粒
子ビームの電流量を対物レンズ上部の絞りの開口の大き
さを変えることによって変化させるようにした荷電粒子
ビーム装置において、大きさの異なった複数の開口を有
した絞り上部に設けられた荷電粒子ビームの第１の偏向
手段と、絞りと一体化された第２の偏向手段と、絞りの
下部に設けられた第３の偏向手段とを備え、第１の偏向
手段によって荷電粒子ビームを複数の開口のいずれかに
偏向し、第２の偏向手段と第３の偏向手段によって第１
の偏向手段によって偏向された電子ビームを光軸に平行
に振り戻すようにしたことを特徴としている。

【００２０】第１の発明では、絞りと一体化された第２
の偏向手段と、絞りの下部に設けられた第３の偏向手段
とによって、第１の偏向手段によって荷電粒子ビームを
複数の開口のいずれかに偏向し、第２の偏向手段と第３
の偏向手段によって第１の偏向手段によって偏向された
電子ビームを光軸に平行に振り戻すようにし、電磁的に
絞り開口の選択を行う場合であっても絞りの交換を可能
とする。

【００２１】第２と第３の発明に基づく荷電粒子ビーム
装置は、第１の発明において、第１の偏向手段を少なく
とも２種の偏向手段より構成し、絞り上部の特定点を偏
向支点として荷電粒子ビームを偏向するようにしたの
で、差動排気用絞りが設けられていても、荷電粒子ビー
ムの進行が邪魔されることはない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図３は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の一例を示す図であり、図１と同一ないしは
類似の構成要素には同一番号が付されている。図３にお
いて、電子銃１から発生し加速された一次電子ビームＥ
Ｂは、収束レンズ２と対物レンズ３によって試料４上に
細く収束される。図示していないが、一次電子ビームＥ
Ｂは走査コイルによって偏向を受け、試料上の電子ビー
ムの照射位置は２次元的に走査される。

【００２３】観察モードのときには、試料４への一次電
子ビームＥＢの照射によって発生した２次電子は、図示
していない２次電子検出器によって検出され、その検出
信号は陰極線管に供給される。陰極線管上には試料の電
子ビームの走査範囲の２次電子像が表示されることにな
る。

【００２４】また、分析モードのときには、電子ビーム
ＥＢは試料上の特定の分析点に照射され、その分析点か
ら発生したＸ線はＥＤＳ検出器（図示せず）によって検
出される。Ｘ線検出器からの検出信号は、波高分析器を
含むＥＤＳ分析ユニットに供給され、Ｘ線分析が行われ
る。

【００２５】一次電子ビームＥＢの光軸を横切って、対
物レンズ絞り５が設けられている。この対物レンズ絞り
５には、複数の大きさの開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが
設けられており、更に絞り５には偏向コイル２０が取り
付けられている。図４はこの絞り５部分の詳細を示して
おり、偏向コイル２０が取り付けられた絞り５には交換
棒２１が固定されている。この交換棒２１は、鏡筒壁２
２に設けられた開口部２３を突き抜けて配置されてい
る。この開口部２３にはフランジ２４が取り付けられて
おり、絞り５を交換する際には、このフランジ２４が取
り外され、交換棒２１を引き抜くことによって絞り５を
真空外に取り出すことができる。

【００２６】図３に戻って、絞り５の上部には、差動排
気用の絞り２５が設けられている。この差動排気用の絞
り２５は、その上部と下部との間の真空度の差を維持す
るために設けられている。差動排気用絞り２５の上部に
は、第１と第２の偏向コイル２６，２７が設けられてい
る。この第１と第２の偏向コイル２６，２７は、一次電
子ビームＥＢを差動排気用絞り２５の開口部位置を偏向
支点として偏向するように動作する。

【００２７】この第１と第２の偏向コイル２６，２７に
よる電子ビームの偏向により、対物レンズ絞り５の開口
６ａ〜６ｄのいずれかの位置に電子ビームを照射する。
すなわち、第１と第２の偏向コイル２６，２７は絞り開
口の選択を行う。

【００２８】対物レンズ絞り５に取り付けられた偏向コ
イル２０は第３の偏向コイルとして動作し、対物レンズ
絞り５の下部に設けられた第４の偏向コイル２８と共
に、第１と第２の偏向コイル２６，２７で光軸Ｏから外
された一次電子ビームＥＢを光軸Ｏに振り戻す動作を行
う。

【００２９】第１の偏向コイル２６は駆動回路２９によ
って駆動され、第２の偏向コイル２７は駆動回路３０に
よって駆動される。また、第３の偏向コイル２０は駆動
回路３１によって駆動され、第４の偏向コイル２８は駆
動回路３２によって駆動される。各駆動回路２９，３
０，３１，３２は、ＣＰＵ内の対物絞り偏向制御ユニッ
ト３３によって制御される。対物レンズ絞り選択ユニッ
ト３３にはメモリー３４が接続されており、メモリー３
４に記憶されているデータに基づいて、各偏向コイルの
駆動回路を制御する。このような構成の動作を次に説明
する。

【００３０】対物レンズ絞り５の開口のいずれかを選択
する場合、一次電子ビームＥＢは第１の偏向コイル２６
と第２の偏向コイル２７とによって２段偏向を受け、電
子ビームは選択された開口部分に照射されることにな
る。この第１と第２の偏向コイルによる２段偏向は、Ｃ
ＰＵ１０内の対物レンズ絞り偏向制御ユニット３３の制
御により行われるが、電子ビームＥＢは、常に第１と第
２の偏向コイルにより、差動排気用絞り２５の開口位置
Ｐを偏向支点として偏向される。

【００３１】絞り５の特定開口に偏向された電子ビーム
は、第３の偏向コイル２０と第４の偏向コイルによって
偏向される。すなわち、第１と第２の偏向コイル２６，
２７によって光軸Ｏ外に偏向された電子ビームは、第３
と第４の偏向コイル２０，２８によって光軸Ｏ上に振り
戻される。

【００３２】このような絞り５の開口選択のための、第
１と第２の偏向コイル２６，２７によるＰ点を偏向支点
とした電子ビームの偏向と、偏向された電子ビームを光
軸に振り戻すための偏向を実現するため、メモリー３４
には選択した絞り開口位置に応じた各偏向コイルによる
偏向量のデータがあらかじめ記憶されている。

【００３３】ＣＰＵ１０に対してキーボード等により選
択したい開口を指示すると、メモリー３４からその開口
位置に電子ビームを偏向するためのデータが読み出さ
れ、対物レンズ絞り偏向制御ユニット３３に供給され
る。ユニット３３は、メモリー３４からのデータに基づ
いて、第１〜第４の偏向コイルの駆動回路２９，３０，
３１，３２を制御する。

【００３４】この結果、例えば、開口６ｂを選択する
と、一次電子ビームＥＢは第１と第２の偏向コイル２
６，２７により、Ｐ点を支点として偏向され、開口６ｂ
の位置に照射される。電子ビームは更に、開口６ｂの位
置で第３の偏向コイル２０によって偏向され、第４の偏
向コイル２８によって更に偏向されて、光軸に振り戻さ
れる。

【００３５】このように、電子ビームの光軸上に差動排
気用の絞り２５が配置されていても、その絞り位置を偏
向支点として電子ビームを偏向するようにしたので、絞
り開口選択のために電子ビームを偏向しても、電子ビー
ムが差動排気用絞りによってその進行を妨げられること
は防止される。

【００３６】ところで、対物レンズ絞り５は汚れにより
交換する必要がある。その場合、図４に示すようにフラ
ンジ２４を取り外し、交換棒２１によって絞り５を鏡筒
外に取り出すことができる。この際、絞り５には偏向コ
イル２０が一体化されているため、偏向コイルが絞り位
置に固定されている図２の従来構成では困難であった絞
りの交換を容易に行うことができる。

【００３７】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、走査電子顕微
鏡を例にして説明したが、イオンビームを走査して試料
の走査像を得る装置にも本発明を適用することができ
る。また、２次電子を検出するようにしたが、反射電子
を検出しても良い。更に、電子ビームを偏向するために
偏向コイルを用いたが、静電の偏向器を用いても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明では、
絞りと一体化された第２の偏向手段と、絞りの下部に設
けられた第３の偏向手段とによって、第１の偏向手段に
よって荷電粒子ビームを複数の開口のいずれかに偏向
し、第２の偏向手段と第３の偏向手段によって第１の偏
向手段によって偏向された電子ビームを光軸に平行に振
り戻すようにしたので、電磁的に絞り開口の選択を行う
場合であっても絞りの交換を可能とする。

【００３９】第２と第３の発明に基づく荷電粒子ビーム
装置は、第１の発明において、第１の偏向手段を少なく
とも２種の偏向手段より構成し、絞り上部の特定点を偏
向支点として荷電粒子ビームを偏向するようにしたの
で、差動排気用絞りが設けられていても、荷電粒子ビー
ムの進行が邪魔されることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の走査電子顕微鏡の一例を示す図である。

【図２】従来の走査電子顕微鏡の他の例を示す図であ
る。

【図３】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図
である。

【図４】図３の走査電子顕微鏡の対物レンズ絞り部分の
詳細を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 収束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 対物レンズ絞り ６ 開口 ８ 収束レンズ駆動回路 ９ 対物レンズ駆動回路 １０ ＣＰＵ １１ 収束レンズ制御ユニット １２ 対物レンズ制御ユニット ２０，２６，２７，２８ 偏向コイル ２５ 差動排気用絞り ２９，３０，３１，３２ 偏向コイル駆動回路 ３３ 対物レンズ絞り偏向制御ユニット ３４ メモリー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料上に収束レンズと対物レンズとによ
   って荷電粒子ビームを細く収束し、試料への荷電粒子ビ
   ームの電流量を対物レンズ上部の絞りの開口の大きさを
   変えることによって変化させるようにした荷電粒子ビー
   ム装置において、大きさの異なった複数の開口を有した
   絞り上部に設けられた荷電粒子ビームの第１の偏向手段
   と、絞りと一体化された第２の偏向手段と、絞りの下部
   に設けられた第３の偏向手段とを備え、第１の偏向手段
   によって荷電粒子ビームを複数の開口のいずれかに偏向
   し、第２の偏向手段と第３の偏向手段によって第１の偏
   向手段によって偏向された電子ビームを光軸に平行に振
   り戻すようにした荷電粒子ビーム装置。
2. 【請求項２】 第１の偏向手段は少なくとも２種の偏向
   手段より構成され、絞り上部の特定点を偏向支点として
   荷電粒子ビームを偏向するようにした請求項１記載の荷
   電粒子ビーム装置。
3. 【請求項３】 偏向支点位置に差動排気用の絞りが設け
   られた請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。