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走査形電子顕微鏡 - 株式会社日立製作所
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発明の名称 走査形電子顕微鏡
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−267477
公開日 平成6年(1994)9月22日
出願番号 特願平5−53570
出願日 平成5年(1993)3月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 佐藤 貢
要約 目的
本発明の目的は、ワーキングディスタンスが比較的短い状態で極低倍の観察ができる走査形電子顕微鏡を提供することにある。

構成
一次電子線を細く絞って試料に照射するための集束レンズ系と、一次電子線を試料上で二次元的に走査するために光軸上の二箇所に配置した二段偏向器を具備した電子光学系、および、試料から発生する二次電子を検出して試料の拡大像を表示する表示手段とからなる走査形電子顕微鏡において、二段の偏向器による偏向支点の位置を偏向器より下部(試料側)で少なくとも二段階に切り換えて使用する走査形電子顕微鏡。
特許請求の範囲
【請求項1】一次電子線を細く絞って試料に照射するための集束レンズ系と、該一次電子線を試料上で二次元的に走査するために光軸上の二箇所に配置した二段偏向器を具備した電子光学系、および、試料から発生する二次電子を検出して試料の拡大像を表示する表示手段とからなる走査形電子顕微鏡において、二段の偏向器による偏向支点の位置を偏向器より下部(試料側)で少なくとも二段階に切り換えて使用することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項2】請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記偏向支点を切り換えるために、二段偏向器の少なくとも一方の偏向器に偏向支点切り換え用の補助偏向器を設けていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項3】請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、二段偏向器各段の駆動回路を各々独立回路とし、二段偏向器への供給電流または、供給電圧の比を切り換えることにより、二段偏向器の偏向支点を切り換えることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項4】請求項1,2又は3項記載の走査形電子顕微鏡において、二段偏向器の偏向支点の切り換えに連動して、最終段の集束レンズ(対物レンズ)の励磁条件を切り換えることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子線装置に係り、特に極低倍率像を得るのに好適な走査電子顕微鏡及びその類似装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、走査電子顕微鏡では低倍率観察における像の歪を防ぐために、対物レンズの上部(電子源側)に二段の偏向コイルを配置して、一次電子線の偏向支点が対物レンズ主面近傍になるように二段偏向コイルの巻き数比(偏向比)を設定している。一般に、走査電子顕微鏡における像倍率は、試料上での一次電子線の偏向量に反比例する。したがって、試料上での一次電子線偏向量が大きい程、低倍率観察ができる。しかし、偏向支点を対物レンズ主面近傍に設定しているため、偏向量は対物レンズの主面から試料までの距離、即ち、対物レンズの焦点距離で決まってしまう。そのため、例えば、数十倍以下の極低倍率の像を表示するには、試料と対物レンズの距離(ワーキングディスタンス)を30mm〜40mmと、かなり長くして使用する必要があった。一方、試料をレンズ磁界中に配置する、いわゆるインレンズ方式の走査電子顕微鏡では、Scanning Microscopy(Vol.1,No.3,1987年,901−909頁)に記載のように、対物レンズの焦点距離が非常に短いため、通常の二段偏向方式では、250倍以下の低倍率が得られない。そのため、低倍率像を表示するときには、対物レンズの励磁をOFFまたは、弱励磁状態にして、偏向コイルを一段で用いて試料上での偏向量を大きくしていた。しかし、この場合においても、対物レンズの磁極の穴で視野が制限され、極低倍が得られない問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述した従来技術の欠点をなくし、ワーキングディスタンスが比較的短い状態で極低倍の観察ができる走査電子顕微鏡を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では通常の高倍率で使用するときと極低倍率で使用するときとで偏向支点の位置を変えて、極低倍率を得るときには、偏向支点を通常の使用位置(対物レンズの主面近傍)より電子源側に移動させた最適条件にする。偏向支点を変えるには、二段偏向器の偏向比を変える必要があるが、このために、二段偏向器のいずれか一方の偏向器に補助偏向器を付加するか、あるいは、二段偏向器の駆動回路を独立にして、各偏向器の偏向信号比を可変にしている。前述の如く偏向支点を電気的に変更できる手段を有することで、通常の高分解能観察に適した偏向支点と、極低倍率に適した偏向支点を電気的に容易に切り換えることができる。一方、極低倍率を得るための偏向支点の位置は対物レンズの主面近傍でないため、対物レンズが通常の励磁状態(試料にフォーカスできる励磁状態)では、像歪を生じてしまう。そのため、極低倍観察を行う条件では、対物レンズを弱励磁状態にするか、または、OFF状態にする。このとき、一次電子線のフォーカスに、対物レンズ上部(電子源側)に配置した集束レンズを用いる。
【0005】
【作用】上記した本発明の特徴的構成によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、極低倍率を必要としない通常の高分解能観察では、図2に示す軌道で一次電子線を偏向する。このときの偏向支点は、対物レンズの主面近傍に設定されているため、対物レンズで通常のフォーカス作用をさせても像に歪が生じない。極低倍率観察時には、対物レンズの励磁をOFF状態にして、図3に示す軌道で一次電子線を偏向すると、通常の観察における最低倍率よりさらに低い極低倍率を容易に実現できる。極低倍率に最適な偏向支点の位置は、対物レンズの上下磁極の穴径と偏向コイルの位置とから作図で容易に求めることができる。図3の例では、下部偏向コイルの内壁と対物レンズ下部磁極の内壁とを結んだ直線が、光軸と交わる点を偏向支点にすれば最も低い倍率が実現できる。さらに、一次電子線を集束レンズで試料上にフォーカスするため、集束角が非常に小さくなり、深い焦点深度で観察できる効果がある。
【0006】
【実施例】図1は本発明の一実施例の概略断面図である。陰極1と第一陽極2に印加される電圧V1により陰極1から放射された一次電子線4は、第二陽極3に印加される電圧Vacc に加速されて後段のレンズ系に進行する。この一次電子線4は、レンズ制御電源15で制御された集束レンズ5と対物レンズ6により試料7に微小スポットとして集束され、二段の偏向コイル8および9で試料上を二次元的に走査される。偏向コイル8,9の走査信号は、観察倍率に応じて偏向制御回路14により制御される。一方、試料7の一次電子線照射点から発生した二次電子11は、二次電子検出器12で検出されて電気信号(二次電子信号)に変換される。この二次電子信号と偏向制御回路14の走査信号は、像表示装置18に入力され、試料の拡大像(二次電子像)が表示される。
【0007】偏向コイル8と9の巻き数比は、偏向制御回路14の走査信号が両偏向コイルに同じ電流で流れたときに、一次電子線の偏向支点が対物レンズ6のレンズ主面になるように設定されている。一方、補助偏向コイル10が偏向コイル9と同位置に巻かれており、偏向支点切換スイッチ16で偏向信号のON/OFFができるようになっている。さらに、対物レンズ6も励磁電流切換スイッチ17でON/OFFができる構成になっている。
【0008】図2は、通常の高分解能観察条件における切換スイッチ16および17の状態と、一次電子線4の偏向軌道(実線および点線)を表している。通常の観察条件では、切換スイッチ16がOFF状態であるため、補助偏向コイル10は動作しない状態にある。したがって、一次電子線4は、図2の如く、対物レンズの主面を支点として偏向される。また、切換スイッチ17はON状態であり、対物レンズには一次電子線を試料にフォーカスするに適した励磁電流が流される。
【0009】図3は、極低倍観察を行うときの切換スイッチ16および17の状態と一次電子線の偏向軌道(実線および点線)を表している。極低倍率での観察を行う場合には切換スイッチ16がON状態となり、補助偏向コイル10が励磁状態になる。したがって、偏向コイル9および10の合成作用により、下側偏向コイルによる一次電子線の偏向量は、通常の条件(図2の条件)より大きくなる。その結果、偏向支点が図2の状態よりも上部に移動するため、図3から明らかなように、試料上での偏向量が通常の偏向(図2の状態)よりも大きくなり、より低倍率の表示が可能になる。また、対物レンズ6の励磁がOFF(切換スイッチ17がOFF状態)であるため、偏向支点が対物レンズ主面位置からずれていても歪が発生しない。このとき、一次電子線は集束レンズ5で試料上にフォーカスされる。
【0010】図4は、本発明の他の実施例を表す概略断面図である。本実施例では、補助偏向コイルを用いる代わりに、偏向コイル8、および9をそれぞれ独立の駆動回路19および20で制御している。駆動回路20は、その利得が可変設定できる構成であり、極低倍率の条件にしたいときと通常の観察条件のときとで偏向支点の切り換えができる。図4の構成によれば、偏向コイルの代わりに静電形の偏向器を用いても、駆動回路(この場合は、電圧制御回路)の利得変更によって偏向支点を任意に変えることができるため、極低倍率の観察が可能になる。
【0011】
【発明の効果】本発明の特徴的構成によれば、通常の偏向で得られる最低倍率よりも更に低い、極低倍率の観察が行える効果がある。




 

 


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