JP2934707B2 - Scanning electron microscope - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、走査電子顕微鏡に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a scanning electron microscope.
（従来の技術） 従来、電子線を高電圧で加速し、電子光学系を通過し
た後試料に負の高電圧印加することで電子線を減速し、
試料を低加速電圧の電子線で照射する走査電子顕微鏡が
知られていた。(Prior art) Conventionally, an electron beam is accelerated at a high voltage, and after passing through an electron optical system, a negative high voltage is applied to a sample to decelerate the electron beam.
A scanning electron microscope that irradiates a sample with an electron beam having a low acceleration voltage has been known.
このような走査電子顕微鏡によれば、電子線を高電圧
で加速することなく最初から低加速電圧で加速した電子
線として電子光学系を通過させる走査電子顕微鏡に比べ
て、電子光学系のレンズ収差を小さくでき、高分解能の
電子線が得られるという利点がある。According to such a scanning electron microscope, the lens aberration of the electron optical system is higher than that of a scanning electron microscope in which the electron beam is initially accelerated at a low acceleration voltage without passing through the electron optical system without being accelerated at a high voltage. And it is possible to obtain a high-resolution electron beam.
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き従来の技術においては、試
料に負の高電圧を印加する必要があるため、試料表面で
の放電が生じ易く、また試料に高周波や短パルス幅の電
圧を印加しながら観察する場合には、その電圧を発生さ
せる電源に、高電圧の耐圧特性が要求されるという問題
点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described conventional techniques, it is necessary to apply a high negative voltage to the sample, so that discharge on the surface of the sample is likely to occur, and high frequency or short When observing while applying a voltage having a pulse width, there is a problem that a power supply for generating the voltage is required to have a high withstand voltage characteristic.
そこで本発明は、試料をアース電位に保ったまま、減
速電界を用いた低加速電圧電子線を得ることを目的とす
る。Therefore, an object of the present invention is to obtain a low acceleration voltage electron beam using a deceleration electric field while keeping a sample at a ground potential.
（問題点を解決する為の手段） 試料をアース電位に保って、対物レンズと試料との間
に減速電界を作るには、必然的に電子光学系が正の高電
圧に印加される必要がある。(Means for solving the problem) In order to maintain the sample at the ground potential and create a deceleration electric field between the objective lens and the sample, the electron optical system must necessarily be applied to a positive high voltage. is there.
しかしながら、この場合であっても、電子光学系を構
成する部品の全体が高電圧に印加されている必要はな
く、電子線に静電力を及ぼす範囲内の部品が高電圧に印
加されていればよい。However, even in this case, it is not necessary that all the components constituting the electron optical system are applied to a high voltage, and if components within a range that applies an electrostatic force to the electron beam are applied to the high voltage. Good.
従って、本発明は、電子光学系と試料との間に、電子
に対する減速電界を形成してなる電子顕微鏡において、
試料をアース電位とし、電子光学系の内側に設けたライ
ナーチューブの内側面を正の高電圧とし、さらに電子銃
カソードに負の電圧を印加すると共に、試料に対向した
ライナーチューブの下端部と試料との間で電子に対して
減速電界を形成し、対物レンズでの開口半角を試料面で
の開口半角より小さくすることを特徴とする電子顕微鏡
であり、ライナーチューブとして、例えば絶縁物の内側
面の金属あるいは半導体をコーティングして形成したも
のを用いた場合には、コーティングした金属あるいは半
導体に前記高電圧を印加すればよいし、さらにコーティ
ングした金属あるいは半導体の端部を、絶縁物、あるい
は曲率半径の小さい突起を持たない金属で覆ったもので
ある。Therefore, the present invention provides an electron microscope in which a deceleration electric field for electrons is formed between an electron optical system and a sample.
The sample is set to ground potential, the inner surface of the liner tube provided inside the electron optical system is set to a positive high voltage, a negative voltage is applied to the electron gun cathode, and the lower end of the liner tube facing the sample and the sample An electron microscope that forms a deceleration electric field with respect to the electrons between them and makes the half angle of the opening at the objective lens smaller than the half angle of the opening at the sample surface. When a metal or semiconductor formed by coating is used, the high voltage may be applied to the coated metal or semiconductor, and the end of the coated metal or semiconductor may be insulated or curved. It is covered with metal having no small-radius protrusion.
（作用） 本発明によれば、試料をアース電位としているので試
料表面での放電が生じにくく、しかも、電子光学系のラ
イナチューブの内側面を正の高電圧になすと共に、電子
銃カソードに負の電圧を印加しているので、電子線は高
電圧で加速され、その結果、ライナチューブ内のレンズ
の位置を通過する電子線は、高エネルギーを持つため回
折や色収差は小さく、また、レンズ位置では開口が小さ
いため球面収差も小さく電子線を小さく絞れる。また、
ライナチューブの内面と試料との間は減速電界であるの
で、試料に入射する電子線は減速され、試料に電子線が
与えられる放射線損傷は小さくなる。(Operation) According to the present invention, since the sample is set to the ground potential, discharge on the sample surface is unlikely to occur. In addition, the inner surface of the liner tube of the electron optical system is made to have a high positive voltage, and the electron gun cathode is negatively charged. Is applied, the electron beam is accelerated at a high voltage. As a result, the electron beam passing through the position of the lens in the liner tube has high energy, so that diffraction and chromatic aberration are small, and the position of the lens is small. Since the aperture is small, the spherical aberration is small and the electron beam can be narrowed down. Also,
Since the decelerating electric field is applied between the inner surface of the liner tube and the sample, the electron beam incident on the sample is decelerated, and the radiation damage to the sample by the electron beam is reduced.
さらに、ライナチューブの内面のみに正の高電圧を印
加しているので、ライナチューブの外側に配設されるレ
ンズ、偏向器、非点補正コイル、軸合わせコイル等はア
ース電位とすることができ、これらの駆動電源には通常
のものが使える。Furthermore, since a positive high voltage is applied only to the inner surface of the liner tube, lenses, deflectors, astigmatism correction coils, axis alignment coils, etc. disposed outside the liner tube can be set to the ground potential. Normally, these drive power supplies can be used.
さらにまた、ライナチューブとして絶縁物の材料を用
い、その内面のみを金属あるいは半導体にてコーティン
グし、このコーティングした金属あるいは半導体の端部
を絶縁物、あるいは曲率半径の小さい突起を持たない金
属で覆ったので、端部での放出を防止することができ
る。Furthermore, an insulating material is used for the liner tube, and only the inner surface thereof is coated with metal or semiconductor, and the end of the coated metal or semiconductor is covered with an insulating material or metal having no projection with a small radius of curvature. Therefore, release at the end can be prevented.
（実施例） 図は本発明の実施例の電子光学鏡筒である。(Embodiment) The figure shows an electron optical barrel according to an embodiment of the present invention.
電子銃カソード１には負の電源1aにより、−100Vから
−1000V程度の負の電圧が印加されている。電子銃カソ
ード１から放電された電子は、ウェーネルト電極２の開
口を射出し、電子銃室外囲器３の外部の正の高電圧源６
にリード線５、高圧導入端子を介して接続されるアノー
ド19に向かって加速される。正の高電圧源６は9900Vか
ら9000V程度の正の電圧をアノード19に与えており、ア
ノード19の開口を通る電子線は、例えば、10KeV程度の
エネルギーを持つ電子線となる。A negative voltage of about -100 V to -1000 V is applied to the electron gun cathode 1 by a negative power supply 1a. Electrons discharged from the electron gun cathode 1 emit through the opening of the Wehnelt electrode 2 and a positive high voltage source 6 outside the electron gun chamber 3.
Is accelerated toward the anode 19 connected to the lead wire 5 via the high-voltage introduction terminal. The positive high voltage source 6 applies a positive voltage of about 9900 V to 9000 V to the anode 19, and the electron beam passing through the opening of the anode 19 is, for example, an electron beam having an energy of about 10 KeV.
アノード19の開口を通った電子線は、真空シール用Ｏ
リング７を介して電子銃外囲器３の結合したライナチュ
ーブ９に入る。ライナチューブ９は、アルミナ等の丈夫
な絶縁物の内側面をニッケルの無電界メッキでメタライ
ズして金属面22としたものである。ニッケルメッキは非
磁性であるから、ニッケルメッキが電子線に非点収差を
発生させるようなことはない。また、ライナチューブ９
の外側面も内側面22のニッケルの絶縁された状態で適当
な金属によりメタライズして金属面23としている。The electron beam passing through the opening of the anode 19 is
It enters the liner tube 9 to which the electron gun envelope 3 is connected via the ring 7. The liner tube 9 is a metal surface 22 formed by metalizing the inner surface of a durable insulator such as alumina by electroless plating of nickel. Since nickel plating is non-magnetic, nickel plating does not cause astigmatism in the electron beam. In addition, the liner tube 9
The outer surface of the inner surface 22 is also metalized with an appropriate metal in a state where nickel is insulated from the inner surface 22 to form a metal surface 23.
そして、ライナチューブ９の内側面のニッケルメッキ
面22はアノード19と同電位になるように、アノード19に
接続されており、また、ライナチューブ９の外側面の金
属面23は接地されている。The nickel plating surface 22 on the inner surface of the liner tube 9 is connected to the anode 19 so as to have the same potential as the anode 19, and the metal surface 23 on the outer surface of the liner tube 9 is grounded.
このとき、ライナチューブ９の内側面のニッケルメッ
キ面22の端部は放電し易いので、接着剤８や、金属製の
円弧上ガードリング16でカバーされ、高電界が発生しな
いようになっている。At this time, since the end of the nickel-plated surface 22 on the inner surface of the liner tube 9 is easily discharged, it is covered with the adhesive 8 or the guard ring 16 made of a metal arc so that a high electric field is not generated. .
ライナチューブ９の外側には、ライナチューブ９を囲
むようにコンデンサレンズ10、軸合わせコイル11、走査
コイル12、非点補正コイル13、対物レンズ14が設けら
れ、また、対物レンズ内部には、電子線制限用のアパー
チャ20がアパーチャホルダ21によって保持されている。Outside the liner tube 9, a condenser lens 10, an alignment coil 11, a scanning coil 12, a stigmator coil 13, and an objective lens 14 are provided so as to surround the liner tube 9. An aperture 20 for line restriction is held by an aperture holder 21.
従って、ライナチューブ９に入った電子線は、10KeV
のエネルギーにてライナチューブ９内を進み、コンデン
サレンズ10、アパーチャ20、対物レンズ14により適切な
電流値と径に絞られると共に、軸合わせコイル11で軸合
わせがなされ、かつ非点補正コイル13にて非点補正され
て、試料室18に入る。Therefore, the electron beam entering the liner tube 9 is 10 KeV
In the liner tube 9 with the energy of, the current is reduced to an appropriate current value and diameter by the condenser lens 10, the aperture 20, and the objective lens 14, the axis is adjusted by the axis adjustment coil 11, and the astigmatism correction coil 13 The sample enters the sample chamber 18 after being corrected for astigmatism.
試料室18は、Ｏリング15によって真空シールされてラ
イナチューブ９に結合している。試料室18には、試料17
が不図示の適当な支持手段により支持されており、その
表面はアースされている。The sample chamber 18 is vacuum-sealed by the O-ring 15 and connected to the liner tube 9. Sample 17 contains sample 17
Are supported by suitable support means (not shown), and the surface thereof is grounded.
試料室18に入った電子線は、試料17に入射し、走査コ
イル12により、試料17上を２次元的に走査される。The electron beam entering the sample chamber 18 is incident on the sample 17 and is scanned two-dimensionally on the sample 17 by the scanning coil 12.
このような構成であるから、電子銃カソード１から射
出した電子線は、電子銃カソード１とアノード19との間
の高電圧により加速され、ライナチューブ９に入る。ラ
イナチューブ９はその内側面のニッケルメッキ面23がア
ノード19と等電位であるから、電子線は、アノード19の
開口に入射した時のエネルギーをそのまま維持してライ
ナチューブ９から射出する。すなわち、ライナチューブ
９から射出した直後の電子線は高エネルギー状態を維持
している。従ってライナチューブ９から射出した直後の
電子線の軌道23は図に半径方向に拡大して書き表したよ
うに、開口半角α１は小さい。しかしながら、ライナチ
ューブ９の下端部と試料17との間には電子線に対して減
速電界がかかっており、電子線は軸方向に減速されるた
め、徐々に低エネルギー状態となり、試料17に入射する
時の開口半角はα２となる。With such a configuration, the electron beam emitted from the electron gun cathode 1 is accelerated by the high voltage between the electron gun cathode 1 and the anode 19 and enters the liner tube 9. Since the nickel plating surface 23 on the inner surface of the liner tube 9 has the same potential as the anode 19, the electron beam is emitted from the liner tube 9 while maintaining the energy at the time of entering the opening of the anode 19. That is, the electron beam immediately after being emitted from the liner tube 9 maintains a high energy state. Thus track 23 of the electron beam immediately after emerging from the liner tube 9 as Kakiarawashi expanded radially in the figure, the opening half-angle alpha 1 is small. However, a decelerating electric field is applied to the electron beam between the lower end of the liner tube 9 and the sample 17, and the electron beam is decelerated in the axial direction. opening half-angle of when is the α 2.
つまり、対物レンズ14を通る時の電子線は開口半角が
ほぼα１で小さいため収差が小さくなり、他方、試料17
に入射する電子線は開口半角がα２で大きいため電流値
Ｉ（＝πα2 2B、Ｂは電子銃輝度）は大きくなる。In other words, the electron beam when passing through the objective lens 14 is aberration is reduced for small aperture half angle almost alpha 1, while a sample 17
Current value I for the electron beam incident is greater in aperture half angle alpha 2 in (= πα 2 2 B, B is an electron gun luminance) becomes greater.
そして試料17に入射する電子線は100Vから1000Vのエ
ネルギーに相当する速度で試料に入射するが、このエネ
ルギは通常用いられる5KVから20KVのエネルギーに比べ
て低エネルギーであるため、試料に与える放射線損傷は
小さく、また、絶縁物試料のチャージアップのないよう
なエネルギーも容易に選択できる。The electron beam incident on the sample 17 is incident on the sample at a speed corresponding to an energy of 100 V to 1000 V. However, this energy is lower than the energy of 5 KV to 20 KV which is usually used, so that radiation damage to the sample is Is small, and energy that does not cause charge-up of the insulator sample can be easily selected.
（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、 （１） 試料をアースした状態で、減速場を利用した低
加速電圧の電子線が得られる、 （２） 電子線がレンズを通る時は高エネルギーを持っ
ているため回折や色収差は小さく、レンズ位置では開口
が小さいので球面収差も小さく、電子線を細く絞れる、 （３） 電子線が試料に入射する時の開口は減速場のた
め、レンズ位置での開口に比べてかなり大きくなる。従
って、電子線が試料に入射する時には大きな電流値が得
られる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, (1) an electron beam having a low acceleration voltage using a deceleration field can be obtained in a state where a sample is grounded, and (2) an electron beam passes through a lens. At the time, diffraction and chromatic aberration are small due to high energy. At the lens position, the aperture is small, so the spherical aberration is small, and the electron beam can be narrowed down. (3) The aperture when the electron beam enters the sample is the deceleration field. Therefore, it becomes considerably larger than the aperture at the lens position. Therefore, when the electron beam enters the sample, a large current value is obtained.
また、ライナチューブ内側のみ高電圧とし、端面に放
電対策を行なうことにより、安定動作が得られる。ライ
ナチューブの外側をアースすることにより、レンズ、偏
向器、非点補正コイル、軸合せコイル等をアース電位に
することができるため、これらの駆動電源には通常のも
のが使える。In addition, a stable operation can be obtained by applying a high voltage only inside the liner tube and taking measures against discharge at the end face. By grounding the outside of the liner tube, the lens, the deflector, the astigmatism correction coil, the axis alignment coil, and the like can be set to the ground potential, so that a normal power supply can be used for these drive power supplies.
図は、本発明の実施例の電子光学鏡筒を示す断面図であ
る。 （主要部分の符号の説明） １……電子銃カソード、1a……負の電源、 ６……正の高圧電源、 ８……接着剤、 ９……ライナチューブ、 14……対物レンズ、 16……金属製ガードリング、 17……試料。FIG. 1 is a sectional view showing an electron optical lens barrel according to an embodiment of the present invention. (Explanation of reference numerals of main parts) 1 ... Electron gun cathode, 1a ... Negative power supply, 6 ... Positive high voltage power supply, 8 ... Adhesive, 9 ... Liner tube, 14 ... Objective lens, 16 ... ... metal guard ring, 17 ... sample.
Claims (3)
減速電界を形成してなる電子顕微鏡において、 前記試料をアース電位とし、前記電子光学系の内側に設
けたライナーチューブの内側面を正の高電圧とし、さら
に電子銃カソードに負の電圧を印加すると共に、前記試
料に対向した前記ライナーチューブの下端部と前記試料
との間で前記電子に対して減速電界を形成し、前記対物
レンズでの開口半角を前記試料面での開口半角より小さ
くすることを特徴とする電子顕微鏡。1. An electron microscope in which a decelerating electric field for electrons is formed between an electron optical system and a sample, wherein the sample is set to a ground potential, and an inner side surface of a liner tube provided inside the electron optical system is adjusted. A positive high voltage, a negative voltage is further applied to the electron gun cathode, and a deceleration electric field is formed for the electrons between the lower end of the liner tube facing the sample and the sample. An electron microscope characterized in that the half angle of the opening in the lens is smaller than the half angle of the opening in the sample surface.
の金属あるいは半導体をコーティングして形成し、前記
コーティングした金属あるいは半導体に前記高電圧を印
加することを特徴とする請求項（１）記載の電子顕微
鏡。2. The liner tube according to claim 1, wherein the liner tube is formed by coating a metal or semiconductor on the inner surface of an insulator, and the high voltage is applied to the coated metal or semiconductor. Electron microscope.
の端部を、絶縁物、あるいは曲率半径の小さい突起を持
たない金属で覆ったことを特徴とする請求項（２）に記
載の電子顕微鏡。3. The electron microscope according to claim 2, wherein an end of the coated metal or semiconductor is covered with an insulator or a metal having no projection having a small radius of curvature.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15601089A JP2934707B2 (en) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | Scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15601089A JP2934707B2 (en) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | Scanning electron microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0322339A JPH0322339A (en) | 1991-01-30 |
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Family
ID=15618353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15601089A Expired - Lifetime JP2934707B2 (en) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | Scanning electron microscope |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2934707B2 (en) |
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|---|---|---|---|---|
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