JP3123861B2 - 電子線装置 - Google Patents
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Description
子プローブマイクロアナライザ(以下、EPMAと称
す)等の電子線装置に係り、特に試料面上における電子
プローブ(以下、単にプローブと称す)の径及びプロー
ブ電流が調整可能となされている電子線装置に関する。
能を備える電子線装置においては、電子銃と、集束レン
ズ系と、対物絞りと、対物レンズと試料位置とがこの順
に配置された、いわゆる上方対物絞り方式が採用されて
おり、プローブ電流及び試料位置におけるプローブ径が
調整可能となされている。
装置の概略構成例を示す図であり、図中、1は電子銃、
CL1 は第1集束レンズ、CL2 は第2集束レンズ、A
Pは対物絞り、OLは対物レンズ、2は試料、3は第1
集束レンズCL1 のコイル、4は第2集束レンズCL2
のコイル、5は対物レンズOLのコイル、6は制御部、
7は操作部、Oは光軸を示す。なお、図1において各レ
ンズはその主面のみを示し、各レンズのコイルは片側だ
けを示す。
で集束され、APを通過した電子線だけがOLによって
試料2の表面に照射される。
の微小領域を分析する場合を考えると、この場合にはプ
ローブを細く絞る必要があり、そのために制御部6には
微小領域を分析するための分析モード(以下、この分析
モードを第1分析モードと称す)が備えられている。従
って、操作部7によって第1分析モードが指示される
と、制御部6は、設定されているプローブ電流、加速電
圧等に基づいて、開き角が最適開き角α、即ち、与えら
れた条件下でプローブ径が最小になるような開き角にな
るように、CL1 ,CL2 及びOLの励磁電流を決定
し、決定した励磁電流をコイル3、4、5に供給する。
8で示すように、試料2に対して最適開き角をもって照
射するので、試料2上でのプローブ径は最小となり、微
小領域の分析を良好に行うことが可能となる。
の平均組成を分析したい場合、あるいは試料2の表面に
比較的大きな凹凸があると予測される場合、または強度
の大きなプローブを照射すると試料2が破損してしまう
ことが予測される場合には試料2の表面におけるプロー
ブ径を数μm〜数百μmに広げて照射することが行われ
る。なお、本明細書中においては、プローブ径はプロー
ブの半径の値とする。
分析するための分析モード(以下、この分析モードを第
2分析モードと称す)も備えられており、操作部7によ
って第2分析モードが指示されると、制御部6は、設定
されているプローブ電流、加速電圧等に基づいて、例え
ば図1において符号9で示すように、試料2上でのプロ
ーブ径が設定された値になるようにOLの焦点距離を制
御することによってプローブの集束位置を変更する。
においては、従来から分析モードの選択とは全く独立に
プローブ電流を任意に変化させることができるようにな
されているのが通常であり、操作部7からプローブ電流
の変更を指示すると、制御部6は設定されたプローブ電
流を与えるように電子銃1を制御する。
流を変更することは可能なのであるが、第2分析モード
時にプローブ電流を変更すると試料2上におけるプロー
ブ径が変わってしまうという問題があった。
図1のOL、試料2の近傍の光線図を拡大して示す図で
あり、いまプローブ電流はIP0に設定されているとし、
このときOL主面上でのビーム径はR0 であるとする。
なお、OL主面上のビーム径Rはプローブ電流IP の関
数であり、これをR(IP) と表すことにする。そして
電子銃1及び集束レンズCL1 ,CL2 の特性、APの
径、OLの特性は既知であるから、結局関数R(IP)
の方程式は既知である。
合には、制御部6は図2の一点鎖線11で示すようにプ
ローブが最適開き角αで試料2に照射するようにCL1
,CL2 及びOLの励磁電流を決定する。
は、制御部6は、試料2上におけるプローブ径が指定さ
れた値rになるようにOLの焦点距離を延ばす。これに
よって、電子線はOLによって実線12で示すように点
Uに集束されるようになるので、試料2上ではプローブ
径はrとなる。
増加されたとすると最適開き角も増加するため、プロー
ブ電流の増加に伴ってOL主面上でのビーム径が大きく
なるが、いまOL主面上でのビーム径がR0 からR′に
なったとすると、この場合にはOLの焦点距離は変更さ
れないから、電子線は破線13で示すように点Uに集束
するようになされ、従って試料2上におけるプローブ径
は線分QSとなり、予め設定されているプローブ径rよ
り大きくなってしまう。
る方式を採用すれば上述したような問題は生じないが、
その場合には絞り数は制限されているため、最適開き角
から大きくずれてしまうプローブ電流領域が存在するこ
とになる。そこで、図1に示すような上方対物絞り方式
が採用されているのであり、この方式によれば、プロー
ブを最適開き角で試料2上に照射させることができるの
であるが、上述した問題が生じてくるのである。
いて説明したが、プローブ電流が減少された場合には、
最適開き角がプローブ電流と共に減少する限り、同様の
議論によって試料2上におけるプローブ径は予め設定さ
れているプローブ径より小さくなる。
って、試料上におけるプローブ径を広げて分析する場合
において、プローブ電流が変更された場合にも試料上に
おけるプローブ径が変化することのない電子線装置を提
供することを目的とするものである。
めに、本発明の電子線装置は、電子銃と、集束レンズ系
と、対物絞りと、対物レンズと試料位置とがこの順に配
置されてなり、プローブ電流及び試料位置におけるプロ
ーブ径が調整可能となされている電子線装置において、
試料上におけるプローブ径が所定の値に設定されている
状態においてプローブ電流が変更された場合には、変更
されたプローブ電流値と、当該設定されている試料上に
おけるプローブ径と、対物レンズの主面と試料との距離
等に基づいて試料上でのプローブ径が変化しないように
対物レンズの焦点距離を変更する制御手段を備えること
を特徴とする。
の値に設定されている状態においてプローブ電流が変更
されると、変更されたプローブ電流値と、当該設定され
ている試料上におけるプローブ径と、対物レンズの主面
と試料との距離等に基づいて試料上でのプローブ径が変
化しないように対物レンズの焦点距離を変化させる。
場合にも試料上におけるプローブ径は変化しないので、
良好に試料の分析等を行うことができる。
本発明に係る電子線装置の全体としての構成は図1に示
すと同様であるが、制御部6の動作が異なっている。以
下、制御部6の動作について説明するが、まず制御部6
がどのような動作を行えば上述した目的が達成できる
か、その原理について説明する。
き、図2に示すように、OL主面上でのビーム径はR0
であり、プローブは点Uに集束され、これによって試料
2上におけるプローブ径はrになされているとする。そ
して、この状態においてプローブ電流がIP′ に増加さ
れ、OL主面上でのビーム径がR′になったとする。プ
ローブ電流が変更されたときにOLの焦点距離が変更さ
れない場合には試料2上でのプローブ径が設定値rから
ずれるのであるが、図2の実線14で示すように、OL
主面上でのビーム径がR′になったときにはプローブが
点Vにフォーカスするようにすれば試料2上でのプロー
ブ径を設定値であるrに保つことができる。
rに設定されたとき、試料2上でのプローブ径は厳密に
は設定プローブ径rと最小プローブ径rP が合成された
値となる。ここで、最小プローブ径rP とは、電子銃1
の輝度、OLの収差、あるいは回折効果等によって制限
されるプローブ径の最小値である。
径は
m以下であるのに対して、rは通常 1μm以上であり、
しかも最小プローブ径rP の 2倍以上はあるのが通常で
あるから、rは最小プローブ径rP に対して十分大きい
とすることができ、従って(1)式の値はrに等しいとす
ることができる。
に対して、OL主面上でのビーム径をR(IP) 、プロ
ーブが最適開き角αで試料2上に集束しているときのO
Lの焦点距離はf(0,R)と表記することとし、また、
プローブが図3で試料2の後方にフォーカスしていると
き、即ち、OL主面上でのビーム径がRであるときに試
料2上でのプローブ径が設定された値rになるようにフ
ォーカスしているときのOLの焦点距離はf(r,R)
と表記することとする。また、f(0,R),f(r,
R)における像距離をそれぞれw,w+△wとする。
性質から
一定であるので、与えられたプローブ電流IP に対し
て、次の(4) 式が一般的に成り立つ。
が成り立つことになる。
から、(6) 式にr=r,R=R′を代入すれば、OL主
面上におけるビーム径がR′で、試料2上におけるプロ
ーブ径がrとなる焦点距離を求めることができることが
分かる。即ち、上述したように、R′はプローブ電流I
P′ の値から求めることができ、図1においてAPの位
置と口径が固定されているので、f(0,R′)はOL主
面上でのビーム径R′から一義的に定まり、rは設定さ
れた値であり、wは規定値であるから、f(r,R′)
は(6) 式から求めることができるのである。
ブ径rが設定されているときにプローブ電流が変更され
た場合には(6) 式によりOLの焦点距離を求め、その焦
点距離を達成する励磁電流をOLのコイル5に供給する
処理を行う。なお、OLの励磁電流と焦点距離との関係
は既知であるから、その関係をROM等に記憶し、焦点
距離の値を入力アドレスとして励磁電流を出力するよう
にしておけばよい。
えば図2においてプローブ電流が増加されてOL主面上
でのビーム径がR0 からR′に増大したとしても、OL
の焦点距離が変更されることによってプローブは点Vに
フォーカスされるようになるので、試料2上でのプロー
ブ径はrのままであり、試料2上におけるプローブ径は
変化することはない。
合には制御部6は(6) 式に基づいてOLの焦点距離を変
更するのであるが、上述したようにRはプローブ電流I
P の関数であり、f(0,R)はRの関数、即ちプローブ
電流IP の関数であるので、結局、制御部6は設定され
ている試料2上でのプローブ径rとプローブ電流IP及
びOL主面と試料2との距離wに基づいて焦点距離を求
めるのである。
いて説明したが、プローブ電流が減少された場合にも制
御部6は(6) 式の演算を行ってOLの焦点距離を制御す
るので、試料2上におけるプローブ径はプローブ電流が
変更される前と変わらないものである。
が、次に他の実施例について説明する。上記の実施例で
はプローブ電流が変更されたときには制御部6は(6) 式
を演算してOLの焦点距離を求めるものとしたが、この
実施例ではOLの励磁パラメータを用いることによっ
て、より簡単な演算でOLの焦点距離を求めようとする
ものである。
ま、図1において、OLのコイル5のコイル巻数をN、
コイル電流をI、相対論的な加速電圧をV* とすると、
OLの励磁パラメータJは次の式で表されることが知ら
れている。
いて近似的に表されることも知られている。そこで、い
ま励磁パラメータJが焦点距離fを用いて
てプローブが試料2に対してr= 0で照射するとき(な
お、以下においてはr= 0のときのOLの焦点距離をf
0 と略記する)、つまり、f=f(r,R)=f(0,
R)=f0 のときの励磁パラメータをJ0(=J
(f0))とおけば、プローブ電流が変更されたことに
伴ってOLの焦点距離をf0 からfに変化させるために
必要な励磁パラメータの変化量△Jは次の式で表すこと
ができる。
は(9) 式で与えられる量だけOLの励磁パラメータを補
正すれば試料2上におけるプローブ径は変化しないこと
になる。
と、
且つ試料2上におけるプローブ径rはOL主面上におけ
るビーム径Rより十分小さいが、いま例えば、f0 /w
=0.9,r/R=0.3 とすると
について1次まで展開して近似したときの誤差は最大で
も 5%程度であることが分かる。なお、r/R=0.3 と
いう値はr/Rの最大値に近い値であり、通常ではr/
R=0.01〜0.1 程度であるので誤差はより小さいもので
ある。
IP0であるときのOL主面上におけるビーム半径、即ち
R(IP0)をR0 と表し、試料2上でのプローブ径が予
め定められている基準プローブ径r0 であるときにプロ
ーブ電流IP を変更したとする。このとき
(R(IP))=f0(IP),f0(R(IP0))=f0
(IP0)とおいて次の式で表される。
0(IP0) の値は1次近似の範囲内ではほぼ 1であると
考えられる(実際にもプローブ電流が10-12 〜10-5Aの
範囲ではf0 の変化は約 3%以下である)ので、(15)式
と(16)式から
と同じであるから、プローブ電流を変更した場合には(1
7)式の左辺の演算で求められる量だけOLの励磁パラメ
ータを補正すれば試料2上でのプローブ径は変化しない
ようにすることができる。
大きく異なってf0(IP)/f0(IP0)の値が1次近
似の範囲内ではほぼ 1と仮定できない場合も考えられる
が、プローブ電流を変化させたときに物体距離が大きく
変動する場合であってもOLの焦点距離を集束レンズの
励磁に連動させて合焦位置(r= 0)における合焦状態
を一定に保つ手段は公知であるので、ここではf
0(IP)/f0(IP0) の値は1次近似の範囲内ではほ
ぼ 1であると考えることにする。
味を考えると、△J(r,R0) はプローブ電流IP が
基準プローブ電流IP0であり、OL主面上でのビーム径
がR0 であるときに試料2上でのプローブ径をrに変更
する場合に補正すべき励磁パラメータの補正量を意味し
ている。また、△J(r0,R) は、プローブ電流IP
を変更してOL主面上でのビーム径Rを変化させた場合
にも試料2上でのプローブ径を基準プローブ径r0 に保
つために補正すべき励磁パラメータの補正量を意味して
おり、特に、△J(r0,R0)は、△J(r0,R) の
補正量においてR=R0 である場合の値である。
IP0とし、OL主面上でのビーム径がR0 であるときに
試料2上でのプローブ径を任意のrにするために必要な
励磁パラメータの補正量△J(r,R0 )を各プローブ
径rについて理論的あるいは実験的に求めてテーブル化
し(以下、このテーブルを第1テーブルと称す)、更に
プローブ電流IP を任意に変更した場合にも試料2上で
のプローブ径を基準プローブ径r0 に保つために必要な
励磁パラメータの補正量△J(r0 ,R)を各プローブ
電流IP について理論的あるいは実験的に求めてテーブ
ル化して(以下、このテーブルを第2テーブルと称
す)、制御部6がこれら二つのテーブルを管理するよう
にする。また制御部6は△J(r0 ,R0 )の値を保持
している。
ブ径rが設定されているときにプローブ電流が変更され
た場合には、設定されているプローブ径rに基づいて第
1テーブルから△J(r,R0 )の補正量を求めると共
に、変更されたプローブ電流IP に基づいて第2テーブ
ルから△J(r0 ,R)を求め、更に△J(r0 ,R
0 )の値とから(17)式の右辺の演算を行い、OLの励磁
パラメータの補正量を求める。
の補正量から焦点距離をどのように変更すべきかを(9)
式から求め、それに基づいてOLのコイル5に供給すべ
き励磁電流を(7) 式と(8) 式の関係から求めて、その求
めた励磁電流をコイル5に供給する。
の関係は(9) 式から一義的に定まり、焦点距離と励磁電
流の関係もコイル巻数Nは一定であるから相対論的な加
速電圧が決まれば(7) 式と(8) 式の関係から一義的に定
まるので、上述したように(9) 式及び(7) ,(8) を用い
て演算するのではなく、励磁パラメータの補正量と励磁
電流の関係を予め求めてテーブル化しておき、求めた励
磁パラメータの補正量から直接励磁電流を求めることが
できるようにすることも可能である。
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変形が可能であることは当業者に明かである。
によれば、プローブ電流を変更しても試料上でのプロー
ブ径は自動的に一定に保たれるので、試料の分析を良好
に行うことができ、また操作性も向上する。
の図である。
図である。
束レンズ、AP…対物絞り、OL…対物レンズ、2…試
料、3…第1集束レンズCL1 のコイル、4…第2集束
レンズCL2 のコイル、5…対物レンズOLのコイル、
6…制御部、7…操作部、O…光軸。
Claims (1)
- 【請求項1】電子銃と、集束レンズ系と、対物絞りと、
対物レンズと試料位置とがこの順に配置されてなり、プ
ローブ電流及び試料位置におけるプローブ径が調整可能
となされている電子線装置において、 試料上におけるプローブ径が所定の値に設定されている
状態においてプローブ電流が変更された場合には、変更
されたプローブ電流値と、当該設定されている試料上に
おけるプローブ径と、対物レンズの主面と試料との距離
等に基づいて試料上でのプローブ径が変化しないように
対物レンズの焦点距離を変更する制御手段を備えること
を特徴とする電子線装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05203967A JP3123861B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 電子線装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05203967A JP3123861B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 電子線装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0757680A JPH0757680A (ja) | 1995-03-03 |
JP3123861B2 true JP3123861B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=16482608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05203967A Expired - Fee Related JP3123861B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 電子線装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3123861B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
WO1999009582A1 (fr) | 1997-08-19 | 1999-02-25 | Nikon Corporation | Dispositif et procede servant a observer un objet |
-
1993
- 1993-08-18 JP JP05203967A patent/JP3123861B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH0757680A (ja) | 1995-03-03 |
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