JP5210088B2 - 電子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は電子ビーム装置に関し、電子レンズと偏向器の干渉を避けるようにした電子ビーム装置に関する。

図５は電子ビーム装置の従来装置の構成例を示す図である。電子銃であるエミッタ１から放出された電子ビーム６は、グリッド２及びアノード３からなる引き出し機構により引き出される。このようにしてエミッタ１から出射された電子ビーム６は、電子レンズ４で収束された後、続く偏向器５で発生した磁場により曲げられ、図の破線で示す範囲で偏向され、試料７上に細かく絞って照射される。この時、電子ビーム６は、試料７を２次元方向に照射し、反射された２次電子、反射電子等の電子は、図示しない検出器により検出された後、画像処理され、図示しない表示部に２次電子像又は反射電子像として表示されるようになっている。

ここで、ハイパワーの電子銃や、ビームの走査幅が広い電子銃は、偏向器５の内径を大きくとる必要がある。そのような電子銃においては、偏向器の偏向コイルに大きな起磁力が必要となる。電子レンズと偏向器の位置決めに関する技術は、知られていない。類似の技術として、色収差や球面収差を小さくするために、焦点距離を短かくして電子レンズの励磁を強くすると下部磁極片にも磁界が形成されてしまうため、２次電子の検出効率が低下するのを防ぐため、下部磁極片の外周に光軸に対して回転対象な磁界を発生させる補償コイルを設けるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−２２５９３６号公報（段落０００６〜０００８、図１）

電子レンズの位置はビームの収束倍率を下げるため、なるべく収束位置に近づけた方がよい。一方、電子ビーム偏向器も、コイルを通った後のビームは大きく広がるため、電子銃鏡筒のビーム出口に近い位置に配置した方がよい。従って、収束電子レンズと偏向器はどちらも電子銃鏡筒の出口付近に配置され、互いの距離が小さくなってしまう。そのような場合、これら収束電子レンズと偏向器は互いに干渉する。

特に収束電子レンズには磁場を集中させるため、磁性体のヨークを用いることが多いが、そのヨークにビーム偏向用の磁場が吸収され、結果としてビーム偏向角度が小さくなってしまう。ビームの偏向角度を大きくとるには、更に大きな磁束が必要となり、偏向器形状を大きくするか、電流を増やさなければならない。形状が大きくなると、重量だけでなくコイル抵抗が増えるため、電源も容量の大きなものが必要となる。また、電流を増やした場合はコイルの発熱が大きくなり、冷却機構もそれに伴い大きくなるという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、電子レンズと偏向器の形状を小型化することができる電子ビーム装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、電子銃から出射された電子ビームを試料上に照射する電子ビーム装置であって、電子レンズによりビームを収束し、偏向器によってビームを偏向するようにした電子ビーム装置において、前記電子レンズは、励磁コイルを包むヨーク部と、励磁コイルを含まないヨーク部とからなり、励磁コイルを含まないヨーク部が偏向器側に位置するようにし、励磁コイルを含まないヨーク部に前記電子ビームを中心とした放射状のスリットを形成したことを特徴とする電子ビーム装置。

（２）請求項２記載の発明は、前記偏向器に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より薄くしたことを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、前記電子レンズは円錐状の形状であることを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記電子レンズのヨーク部の肉厚は偏向器に近づくほど薄くなっていることを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、励磁コイルを含まないヨーク部が偏向器側に位置するようにし、励磁コイルを含まないヨーク部に前記電子ビームを中心とした放射状のスリットを形成したので、偏向器から発生する磁束が電子レンズ側を通過しにくくし、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができ、小型でありながら、広い走査幅と小さなスポットサイズを得られる電子銃を持つ電子ビーム装置を提供することができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、偏向器に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より小さくしたので、磁気抵抗が増え、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、電子レンズの形状を円錐状とすることにより、電子レンズと偏向器とを離すことができ、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、電子レンズのヨーク部の肉厚を偏向器に近づくほど薄くすることにより、この部分の磁気抵抗を増やすことができ、電子レンズと偏向器との干渉を小さくすることができる。

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１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す構成は、電子銃から出射された電子ビームを試料上に照射する電子ビーム装置であって、電子レンズによりビームを収束し、偏向器によってビームを偏向するようにした電子ビーム装置の要部を示している。（ａ）は全体の構成を、（ｂ）は電子レンズヨークの構成を示している。

図において、１５は電子レンズ、５は該電子レンズ１５の下段に配置された偏向器である。電子レンズ１５は、電子レンズヨーク１０と、電子レンズヨーク１０の内部に設けられた励磁コイル１０ａと、電子レンズヨーク１０の下部に形成されたスリット部１０ｂと、該スリット部１０ｂに形成されたスリット１０ｃから構成されている。スリット１０ｃは（ｂ）に示すように、電子レンズヨーク１０の下部に放射状に形成されている。６は鏡筒９内を通過する電子ビームである。図に示すように、偏向器５に近づくに従って電子レンズヨーク（以下単にヨークと呼ぶ）１０を偏向器５から遠ざける構成となっている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

偏向器５の偏向磁場は、偏向器５の両脇に大きく広がっている。図２は本発明の第１の実施の形態の磁束の様子を示す図である。２０が偏向器５の両脇に大きく広がった磁束である。このような場合、偏向磁束経路に磁性体があると、磁束はその磁性体を通るようになり、偏向器中央付近の電子軌道上の磁場が弱くなってしまう。図２に示すように、偏向器５に近い場所にヨークの存在しない電子レンズ１５の形状は、電子ビーム軌道上の偏向磁場を大きく妨げない。

一方、偏向器５と電子レンズ１５が発生する磁束の方向を考えた時、電子レンズ１５は、電子ビーム６の軌道に平行な磁束を発生させるのに対し、偏向器５は電子ビーム軌道に垂直な方向の磁束を発生させる。ヨーク１０の放射状のスリット１０ｃは、レンズ磁場への影響は小さく、偏向磁場については磁気抵抗を大きくし、偏向器中央部を通る磁束２０を増やす。

ヨーク１０に付けられるスリット１０ｃは、偏向器５のレンズ磁場への影響をなるべくなくすため、幅は小さいほどよく、偏向磁場の磁気抵抗を大きくするため、放射状に均等に設けられ、数は多い方がよい。

第１の実施の形態によれば、励磁コイル１０ａを含まないヨーク部が偏向器５側に位置するようにしたので、偏向器５から発生する磁束が電子レンズ１５側を通過しにくくし、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができ、小型でありながら、広い走査幅と小さなスポットサイズを得られる電子銃を持つ電子ビーム装置を提供することができる。

また、この実施の形態によれば、電子レンズ１５のヨーク部１０に放射状のスリット１０ｃを形成したので、この部分の磁気抵抗を大きくすることができ、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。

また、図１に示す実施の形態を見ると、（ｂ）に示すように電子レンズ１５の形状を円錐状としている。この結果、電子レンズ１５と偏向器５とを離すことができ、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。更に、本発明によれば、電子レンズ１５のヨーク部の肉厚を偏向器５に近づくほど薄くすることができる。このようにすれば、この部分の磁気抵抗を増やすことができ、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。

図３は本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２５は電子レンズ、１７は電子レンズヨーク、１７ａは励磁コイルである。電子レンズ２５は、電子レンズヨーク１７と励磁コイル１７ａから構成されている。５は電子レンズ２５から離して設けられた偏向器である。

このように構成すれば、偏向器付近のヨーク部を遠ざけたことで、電子レンズ２５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。
図４は本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２６は電子レンズ、１８は電子レンズヨーク、１８ａは励磁コイルである。電子レンズ２６は、電子レンズヨーク１８と励磁コイル１８ａから構成されている。５は電子レンズ２５から離して設けられた偏向器である。この実施の形態は、偏向器５付近のヨークの肉厚を薄くしている。

本発明の第３の実施の形態によれば、図４に示すように、偏向器５に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より薄くしている。この結果、この部分の磁気抵抗が増え、電子レンズ１５と偏向器５との干渉を小さくすることができる。

なお、図３に示す第２の実施の形態と図４に示す第３の実施の形態は、偏向器５から電子レンズ方向へ向かう偏向磁場を中央部まで届きやすくした構造である。この結果、電子ビーム６の偏向を広い範囲で行なうことができる。

以上説明したように、本発明によれば、電子レンズのヨークを偏向器から遠ざける形状及びヨークに放射状のスリットを入れることから、偏向器と電子レンズを遠ざける構造が可能になったため、小型でありながら広い走査幅と小さなスポットサイズが得られる電子銃を作ることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態の磁束の様子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。 本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。 従来装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ エミッタ
２ グリッド
３ アノード
４ 電子レンズ
５ 偏向器
６ 電子ビーム
１０ 電子レンズヨーク
１０ａ 励磁コイル
１０ｂ スリット部
１０ｃ スリット
１５ 電子レンズ

Claims (4)

1. 電子銃から出射された電子ビームを試料上に照射する電子ビーム装置であって、電子レンズによりビームを収束し、偏向器によってビームを偏向するようにした電子ビーム装置において、
   前記電子レンズは、励磁コイルを包むヨーク部と、励磁コイルを含まないヨーク部とからなり、励磁コイルを含まないヨーク部が偏向器側に位置するようにし、励磁コイルを含まないヨーク部に前記電子ビームを中心とした放射状のスリットを形成したことを特徴とする電子ビーム装置。
2. 前記偏向器に近い側のヨーク部の肉厚を他のヨーク部より薄くしたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。
3. 前記電子レンズは円錐状の形状であることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。
4. 前記電子レンズのヨーク部の肉厚は偏向器に近づくほど薄くなっていることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。

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