電子線装置およびその制御方法
【課題】 プローブ電流の大小に拘わらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置を提供する。
【解決手段】 電子線装置１０１は、内部空間が超高真空に保たれ一次電子ビーム３を発生する電子銃部３１と、内部空間が電子銃部３１よりも低い真空度に保たれ、電子銃部３１で発生した一次電子ビーム３を試料１２上に集束させた電子プローブにより試料１２の走査を行う鏡体部３２と、電子銃部３１と鏡体部３２との内部空間を連通させるとともに、一次電子ビーム３を通過させる差動排気絞り３３と、電子線装置１０１内の各部を制御するための制御部４０とを具備している。さらに、第二陽極４と第一収束レンズ６の間には、相異なる複数の開口径の絞りを持った絞り機構３４が配置され、この絞りによって、第一収束レンズ６方向へ進行する一次電子ビーム３のプローブ電流Ｉｐの最大値が決定される。
【解決手段】 電子線装置１０１は、内部空間が超高真空に保たれ一次電子ビーム３を発生する電子銃部３１と、内部空間が電子銃部３１よりも低い真空度に保たれ、電子銃部３１で発生した一次電子ビーム３を試料１２上に集束させた電子プローブにより試料１２の走査を行う鏡体部３２と、電子銃部３１と鏡体部３２との内部空間を連通させるとともに、一次電子ビーム３を通過させる差動排気絞り３３と、電子線装置１０１内の各部を制御するための制御部４０とを具備している。さらに、第二陽極４と第一収束レンズ６の間には、相異なる複数の開口径の絞りを持った絞り機構３４が配置され、この絞りによって、第一収束レンズ６方向へ進行する一次電子ビーム３のプローブ電流Ｉｐの最大値が決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置に関し、特に、プローブ電流値にかかわらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される電子線装置では、各種の観察条件パラメータを、試料や観察条件などに合わせて設定し、試料の拡大像を観察する。観察条件パラメータには、例えば、加速電圧、電子銃のエミッション電流、収束レンズ条件、動作距離（working distance; 対物レンズと試料との距離）、試料観察像の信号検出系の条件、対物絞り開口径などが挙げられる。
【０００３】
そのほか、電子線装置は、種々の分析装置と組み合わせることにより、試料上の微小領域の分析に利用される。分析法には、例えば、エネルギー分散形Ｘ線分析（EDX; energy-dispersive X-ray spectroscopy）法、波長分散型Ｘ線分析（WDX; wavelength-dispersive X-ray spectroscopy）法、後方散乱電子線回折パターン（EBSP; electron backscatter diffraction pattern）法がある。
【０００４】
ＥＤＸ法は、試料から発生した特性Ｘ線を直接半導体検出器で検出し、電気信号に変えて分光分析する方法であり、検出した特性Ｘ線のエネルギーに比例したパルス電流を生じさせ、これを多チャンネル波高分析器で選別して測定を行う。
【０００５】
ＷＤＸ法は、試料から発生する特性Ｘ線を、分光結晶でのブラッグ反射を利用し特定波長のＸ線を分離検出することにより、分光分析する方法であり、分光結晶によりブラッグ反射した特性Ｘ線の回折角度からＸ線の波長を測定し、元素の種類を同定する。
【０００６】
ＥＢＳＰ法は、試料からの非弾性後方散乱電子によって作られる菊池図形（Kikuchi pattern）が試料の方位に依存して変化することから、入射電子プローブで試料を走査して、このパターンを解析し、多結晶性試料の結晶方位の分布像を得る方法である。
【０００７】
これらの分析法を実施する場合、試料に照射する電子ビームの電流（プローブ電流Ｉｐ）値を、単に試料の拡大像を得るときよりも、大きくする必要がある。例えば、高分解能観察のためのプローブ電流Ｉｐは、数[pA]〜数十[pA]でよいが、ＥＤＸ法では数百[pA]、ＥＢＳＰ法では数[nA]、ＷＤＸ法では数十[nA]程度にする必要がある。
【０００８】
一般に、照射された電子ビームの電荷が増えるほど、また、電子ビームが照射された部位の真空度が低い（残存する内部圧力が高い）ほど、各絞りなどの電子線装置内部の汚染（contamination）が増加しやすいと考えられる。つまり、試料の拡大像の観察を行うよりも、試料の分析を行うほうが、装置内部を汚染しやすい。
【０００９】
電子線装置では、一般的に、試料の載置された鏡体部内部は高真空に保ち、電子を射出する陰極などを含む電子銃部内部は、鏡体部内部よりも低圧な超高真空状態に保つ。電子ビームを通過させるため、電子銃部内部と鏡体部内部とは、差動排気絞りと称される小開口により連通している。
【００１０】
したがって、差動排気絞りの開口径は、光学系へ影響を及ぼさず、かつ、気体等の物質の流出入を抑止する観点から、最小限の大きさとするのが好ましい。換言すれば、差動排気絞りの汚染は、電子線装置の光学性能を直ちに低下させる原因となりうる。
【００１１】
そこで、従来、一方のシャフトに長い絞り板を巻き付けておき、他方のシャフトを回転させこの絞り板を巻き取ると、絞り板の表面に穿設された絞り穴がケースにあけられた孔を横断することにより、１つの絞り穴が汚染されても、次の絞り穴に交代させることができる電子顕微鏡等用可動絞り装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
また、絞り板に当たった一次電子線の総電荷量が予め定めた基準値を超えたとき、絞り穴の汚れ（コンタミネーション）が像質に影響を与えない許容限度値を超えたと判断し、絞り穴をアクチュエータで切り替える荷電粒子線装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００１３】
また、絞り穴を有する絞り板と、穴部を有し絞り板に積層した厚板とを備え、電圧印加手段により絞り板に高電圧を加えてフラッシングを行い、絞り板に付着した汚染物質を除去する走査型電子顕微鏡が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２３３０５３号公報（段落００１２〜００１４、図２）
【特許文献２】特開２００４−９５４５９号公報（段落００２１、図２）
【特許文献３】特開２０００−２００５７４号公報（段落００１９、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記従来の電子顕微鏡等用可動絞り装置（特許文献１記載）では、ケースと絞り板とが摺動することとなるため、摺動箇所で気体等の漏れが生じやすく、差動排気絞りとして用いるのは適当ではないという問題点があった。
【００１６】
また、前記従来の荷電粒子線装置（特許文献２記載）では、絞り穴をアクチュエータで切り替える機構を備えている。この機構も切替箇所で気体等の漏れを生じる危険があるとともに、差動排気絞り部分の構造が複雑になるため、当該部分に用いるのは難しいという問題点があった。
【００１７】
また、前記従来の走査型電子顕微鏡（特許文献３記載）では、絞り板の汚染を効果的に防ぐには、厚板の厚さを大きくしなければならず、また、フラッシングのための高電圧を印加するため、絞り板の周囲を高絶縁構造にしなければならない。したがって、高真空雰囲気と超高真空雰囲気が接する箇所であるとともに、光学的にも精密な位置関係を保持する必要がある差動排気絞りにこのような構成を採用するのは難しい問題があった。
【００１８】
また、前記したいずれの従来技術も、基本的に、絞り穴が汚染してから事後対策をとるものである。特に、プローブ電流が大きいと、差動排気絞りの汚染も増加するという問題があった。これらのため、絞り穴の開口径に過度の余裕を持たせることによる真空度の低下や光学性能の変動の回避、構造の簡略化、操作、保守および管理の容易性などを求める観点から、差動排気絞りが汚染されるごとに交換や除染を行うのではなく、当該絞りへの汚染物質の付着そのものを抑止する技術が希求されていた。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、このような従来技術の各問題点に鑑み、プローブ電流の大小に拘わらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記課題を解決するため、本発明の電子線装置は、電子源を有し一次電子線を発生する電子銃と、前記電子銃が収められた電子銃部と試料が収められた鏡体部とを連通させる差動排気絞りと、前記一次電子線を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍で一旦収束させる収束レンズと、を具備した電子線装置であって、前記電子源から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構と、前記収束レンズにより前記一次電子線が一旦収束したクロスオーバ点の位置に対応して前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替機構と、を具備したことを特徴とする。
【００２１】
また、前記課題を解決するため、本発明の電子線装置の制御方法は、電子源を有し一次電子線を発生する電子銃と、前記電子銃が収められた電子銃部と試料が収められた鏡体部とを連通させる差動排気絞りと、前記一次電子線を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍で一旦収束させる収束レンズと、を具備した電子線装置の制御方法であって、前記電子線装置はさらに、前記電子源から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構を具備し、前記収束レンズにより前記一次電子線が一旦収束したクロスオーバ点の位置に対応して前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替ステップ、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電子線装置およびその制御方法によれば、電子源と収束レンズとの間に開口径を切替可能な絞り機構を配置し、クロスオーバ点の位置に対応して開口径を切り替えるようにしたので、プローブ電流値にかかわらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】比較例の電子線装置においてプローブ電流を変化させたとき発生する問題点を説明した説明図である。
【図２】本発明による第１実施形態の電子線装置を示す構成ブロック図である。
【図３】図３は、クロスオーバ位置ｂ１とプローブ電流Ｉｐとの関係を示す部分光路説明図である。
【図４】第一収束レンズ６のクロスオーバ位置ｂ１に対するプローブ電流Ｉｐの変化を示すグラフ、および、クロスオーバ位置ｂ１に対する差動排気絞り３３の開口面上でのビームの広がりの変化を示すグラフである。
【図５】表示装置に表示される警告表示の一例を示す画面図である。
【図６】本発明による第２実施形態の電子線装置を示す構成ブロック図である。
【図７】本発明による第３実施形態の電子線装置を示す構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
まず、図１を参照し、比較例の電子線装置１０５において、プローブ電流Ｉｐを変化させたとき発生する問題点について説明する。
【００２５】
電子線装置１０５は、内部空間が高真空に保たれた鏡体部３２と、内部空間が鏡体部３２よりもさらに気圧が低い超高真空に保たれた電子銃部３１と、鏡体部３２の内部空間と、電子銃部３１の内部空間とを連通させる差動排気絞り３３とを含んでいる。
【００２６】
電子銃部３１は、電子源５１と、この電子源５１の直下に置いた絞り５３と、電子源５１から出射した一次電子ビーム３を収束するための収束レンズ（コンデンサレンズ）５５とを含んでいる。また、鏡体部３２は、プローブ電流量を制限するための対物絞り７を含んでいる。
【００２７】
電子線装置１０５では、電子源５１から出射した一次電子ビーム３束は、電子源５１直下の絞り５３を通過し、収束レンズ（コンデンサレンズ）５５によって一旦収束され、再び広がる。広がった一次電子ビーム３束が対物絞り７によって制限され、その一部が遮られることにより、対物絞り７を通過した後の一次電子ビーム３の電流値（≒プローブ電流Ｉｐ）が規定される。
【００２８】
収束レンズ５５により、一次電子ビーム３束が一旦収束される箇所、すなわち、クロスオーバ点（crossover point）５６は、収束レンズ５５の磁場コイル（図示せず）に流す電流量を調節することにより、光軸方向に沿って前後させることができる。
【００２９】
そこで、図１（ａ）に示すように、クロスオーバ点５６を対物絞り７（の開口面、以下、本段落において同じ）から遠ざけるほど、プローブ電流Ｉｐは小さくなる。そこから、図１（ｂ）に示すように、クロスオーバ点５６を対物絞り７に近づけるに従ってプローブ電流Ｉｐは大きくなり、クロスオーバ点５６と対物絞り７とが同一面内にあるとき、プローブ電流Ｉｐは、絞り５３を通過した一次電子ビーム３の電流値とほぼ等しくなる。このように、プローブ電流Ｉｐは、収束レンズ５５を制御し、クロスオーバ点５６を前後させて、調節できる。
【００３０】
電子線装置１０５の一種である走査電子顕微鏡では、「観察用モード」や「分析用モード」などと称される専用モードを選択可能な構成を有するものがある。この走査電子顕微鏡では、選択されたモードに従って、収束レンズ５５を制御することにより、適切なプローブ電流Ｉｐの値を設定している。例えば「観察用モード」に設定すると、収束レンズ５５の駆動電流を大きくするので、クロスオーバ点５６が対物絞り７から遠ざかり、試料観察用の小さいプローブ電流Ｉｐが得られる。また「分析モード」に設定すると、収束レンズ５５の電流を小さくするので、クロスオーバ点５６が対物絞り７に近づき、試料分析用の大きいプローブ電流Ｉｐが得られる。
【００３１】
さて、図１（ｃ）に示すように、クロスオーバ点５６を対物絞り７からさらに遠ざけると、差動排気絞り３３の開口面において、一次電子ビーム３束が差動排気絞り３３の開口径以上に広がり、一次電子ビーム３束の一部が差動排気絞り３３自身に差し掛かってしまう場合がある。一次電子ビーム３の照射を受けると、差動排気絞り３３に汚染が生じる。差動排気絞り３３の開口部が汚染されると、当該絞りの開口径が小さくなって、プローブ電流Ｉｐが減少したり、開口の形状が歪んで異常な非点収差が発生したりするなどの障害が起こり、電子線装置１０５の性能が低下することとなる。
【００３２】
なお、電子源５１直下の絞り５３は、一次電子ビーム３が照射されても、超高真空雰囲気中にあるため、汚染が生じにくい。また、対物絞り７は、一次電子ビーム３が照射されると汚染を生じるが、構造上、比較的交換が容易であり、また、加熱機構を具備して除染を行うこともできる。
【００３３】
しかし、差動排気絞り３３は、電子銃部３１よりも真空度の低い（残留圧力の大きい）鏡体部３２の内部空間に接しているため、一次電子ビーム３の照射により汚染を生じやすい。また、差動排気絞り３３の交換は、電子銃部３１全体を鏡体部３２から一旦取り外してから行うため、手間が掛かり作業が困難である。さらに、電子銃部３１と鏡体部３２との境界に介在しているため、除染のための加熱機構を具備することが困難である。このため、差動排気絞り３３を清浄に保つのが困難である問題点があった。
【００３４】
電子線装置１０５は、観察や分析などの使用目的によって、試料を走査する電子プローブのプローブ電流Ｉｐを、適切に設定する必要がある。また、プローブ電流Ｉｐの大小に拘わらず、差動排気絞り３３の汚染を抑止し、電子線装置１０５の性能低下を招かないようにする必要がある。
【００３５】
そこで、本願発明者は、差動排気絞り３３を清浄に保つには、一次電子ビーム３が差動排気絞り３３に照射されないようにすればよいことに着目した。一次電子ビーム３を差動排気絞り３３に当てないようにしつつ、プローブ電流Ｉｐを変化させるには、例えば次のことが考えられる。
【００３６】
（１）クロスオーバ点５６の位置の制御範囲を、一次電子ビーム３束が差動排気絞り３３の板上に差し掛からない範囲に制限する。
（２）電子源５１直下の絞り５３に小さい開口径のものを使用し、差動排気絞り３３の位置での一次電子ビーム３束の広がりを小さくする。
（３）差動排気絞り３３の開口径を大きくして、一次電子ビーム３束が広がっても、差動排気絞り３３に当たらないようにする。
【００３７】
例えば、前記（１）では、プローブ電流Ｉｐのダイナミックレンジが極めて制限されるため、所望の観察や分析方法が採れないという問題点がある。また、前記（２）では、プローブ電流Ｉｐの最大値が小さく制限されるという問題点がある。また、前記（３）では、鏡体部３２から電子銃部３１への気体等の物質の漏れが大きくなるという問題点がある。
【００３８】
図２は、本発明による第１実施形態の電子線装置１０１を示す構成ブロック図である。
電子線装置１０１がショットキー放出形電子銃を搭載した走査電子顕微鏡である場合について説明するが、電子線装置および電子銃の形式とも、他の形式であってもよい。例えば、電子線装置は、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope: TEM）のほか、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope: SEM）または走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope: STEM）などの形式とすることもできる。
【００３９】
また、例えば、電子銃は、ショットキー型電子銃（Schottky-type electron gun）のほか、電界放出型電子銃（FEG: field-emission electron gun）、熱陰極電界放出型電子銃（thermal （thermally assisted） field-emission electron gun）、熱電子放出型電子銃（thermionic-emission electron gun）、冷陰極電界放出型電子銃（cold （cathode）field-emission electron gun）などを用いてもよい。
【００４０】
電子線装置１０１は、内部空間が超高真空に保たれ一次電子ビーム３を発生する電子銃部３１と、内部空間が電子銃部３１よりも低い真空度に保たれ、電子銃部３１で発生した一次電子ビーム３を試料１２上に集束させた電子プローブにより試料１２の走査を行う鏡体部３２と、電子銃部３１と鏡体部３２との内部空間を連通させるとともに、一次電子ビーム３を通過させる差動排気絞り３３と、電子線装置１０１内の各部を制御するための制御部４０とを具備している。
【００４１】
電子線装置１０１では、陰極１と第一陽極２との間に印加される引出電圧Ｖ１によって一次電子ビーム３が放出され、さらに、第二陽極４に印加される加速電圧Ｖａｃｃに加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。なお、サプレッサ電極５は、陰極１を保持しているフィラメントに加熱電流Ｉｆを流すことによって放出される不要な熱電子を抑制するための電極であり、負のサプレッサ電圧Ｖｓが印加されている。高電圧制御回路２１は、コンピュータ２８の制御により、加速電圧Ｖａｃｃ、引出電圧Ｖ１、およびサプレッサ電圧Ｖｓを発生させる機能を有する。
【００４２】
第一収束レンズ６は、第一収束レンズ制御回路２２の制御に基づき、一次電子ビーム３を一旦収束する。一次電子ビーム３は、収束後、再度発散する。対物絞り７は、一次電子ビーム３の照射角を制限する。第二収束レンズ８は、第二収束レンズ制御回路２３の制御に基づき、発散した一次電子ビーム３を再び収束する。対物レンズ１１は、対物レンズ制御回路２５の制御に基づき、一次電子ビーム３を細く絞り、電子プローブとする。さらに、二段偏向コイルを構成する上段偏向コイル９および下段偏向コイル１０は、倍率制御回路２４の制御に基づき、電子プローブを偏向させ、試料１２を走査する。
【００４３】
ここで、試料１２は試料微動制御回路２７に制御されている試料微動装置１３上に載置されている。試料１２の一次電子ビーム３の照射点から発生する信号のうち、比較的浅い角度で放出されるエネルギーの高い反射電子信号１４は、検出器１７に検出されて増幅器１８で増幅される。またエネルギーの低い二次電子信号１５は、対物レンズ１１の磁場によって巻き上げられて、対物レンズ１１上部に配置された直交電磁界（ＥＸＢ）装置１６によって一次電子ビーム３に軸ずれを起こすことなく検出器１９に検出され、増幅器２０で増幅される。増幅器１８および２０の出力信号（検出信号）は、信号制御回路２６へ入力される。
【００４４】
コンピュータ２８は、高電圧制御回路２１、第一収束レンズ制御回路２２、第二収束レンズ制御回路２３、倍率制御回路２４、対物レンズ制御回路２５、信号制御回路２６および試料微動制御回路２７を制御するとともに、増幅された二次電子及び反射電子の信号を処理して、表示装置２９の画面に試料１２の拡大像として表示させる。
【００４５】
前記した「観察モード」や「分析モード」などのモード設定は、入力装置３０を介して、コンピュータ２８に選択または設定することができる。すると、コンピュータ２８の制御に基づき、選択されたモードに対する第一収束レンズ６の電流が第一収束レンズ制御回路２２によって設定されて、クロスオーバ点が制御され、目的のプローブ電流Ｉｐが設定される。
【００４６】
前記したように、電子銃部３１と鏡体部３２の間には、差動排気絞り３３が配置されている。さらに、第二陽極４と第一収束レンズ６の間には、相異なる複数の開口径（例えば直径０．５[mm]および直径０．１[mm]）の絞りを持った絞り機構３４が配置され、この絞りによって、第一収束レンズ方向へ進行する一次電子ビーム３のプローブ電流Ｉｐの最大値が決定される。
【００４７】
図３は、クロスオーバ位置ｂ１とプローブ電流Ｉｐとの関係を示す部分光路説明図である。
ここで、第一収束レンズ６の主点からクロスオーバ点までの距離をクロスオーバ位置ｂ１、プローブ電流をＩｐ、差動排気絞り３３上でのビームの広がりをｄｓとする。
【００４８】
対物絞り７の開口を第一収束レンズ６によって絞り機構３４の開口面上に投影したときに与えられる一次電子ビーム３の開き半角αｇから、投影径内を通過するプローブ電流Ｉｐは、次式で与えられる。ここで、αｇｍａｘは最大プローブ電流Ｉｐｍａｘが得られるビーム開き角であり、絞り機構３４の開口径に依存する。最大プローブ電流Ｉｐｍａｘが１００[nA]を基準とした場合について例示するが、最大プローブ電流Ｉｐｍａｘの値はこれより増減させてよい。
【００４９】
【数１】
【００５０】
また、絞り機構３４の開口径ｄｃａ、第一収束レンズ６の主点と絞り機構３４の開口面との距離Ｌｃａ、は陰極１と第一収束レンズ６との距離ａ１から、ビーム開き角αｇｍａｘは、次式で与えられる。
【００５１】
【数２】
【００５２】
ここで、絞り機構３４の開口径ｄｃａ，距離Ｌｃａ，距離ａ１を変化させると、最大プローブ電流Ｉｐｍａｘが変化する。そこで、基準となる最大プローブ電流Ｉｐｍａｘとして１００[nA]を得ると仮定したときと、寸法変更後の開口径ｄｃａ，距離Ｌｃａ，距離ａ１を比較し、最大プローブ電流Ｉｐｍａｘを再計算する必要がある。ビーム開き角αｇを対物絞り７で制限したビーム開き角αｇ１は、次式で与えられる。なお、Ｍ１は第一収束レンズ６の縮小率、ｒａは対物絞りの７の開口半径、Ｌ１は第一収束レンズ６と対物絞り７との距離である。
【００５３】
【数３】
【００５４】
αｇは各クロスオーバ位置ｂ１条件で、対物絞り７で制限されないビーム開き角αｇｍａｘと対物絞り７で制限されたビーム開き角αｇ１とを比較して、小さい方の条件を選択する。すなわち、min（Ｘ，Ｙ）を、Ｘ，Ｙのうち小さい方を選択する演算子とすると、実効的なビーム開き角αｇは、次式で与えられる。
【００５５】
【数４】
【００５６】
このビーム開き角αｇを用いて、クロスオーバ位置ｂ１とプローブ電流Ｉｐの関係が式（１）より求まる。
【００５７】
ここで、差動排気絞り３３上でのビーム径ｄｓは、第一収束レンズ６と差動排気絞り３３間の距離Ｌｓから、次式で与えられる。
【００５８】
【数５】
【００５９】
図４（ａ）は、第一収束レンズ６のクロスオーバ位置ｂ１に対するプローブ電流Ｉｐの変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は、クロスオーバ位置ｂ１に対する差動排気絞り３３の開口面上でのビームの広がりの変化を示すグラフである。
絞り機構３４は、開口径が０．５[mm]および０．１[mm]の絞りを備え、その他の条件は、次の通りとした。
【００６０】
Ｉｐｍａｘ １００[nA]
ａ１ ４０[mm]
ｂ１ １０〜１５０[mm]
ｒａ ０．０２５[mm]
Ｌ１ １５０[mm]
ｄｃａ ０．５[mm]
Ｌｃａ ２０[mm]
Ｌｓ １００[mm]
【００６１】
図４（ａ）に示すように、プローブ電流Ｉｐを０．００１[nA]（１[pA]）から１００[nA]まで変化させたとき、差動排気絞り３３の開口径を０．５[mm]とした場合は、クロスオーバ位置ｂ１を１０[mm]から１４５[mm]まで変化させたことで実現できたが、差動排気絞り３３の開口径を０．１[mm]とした場合は、クロスオーバ位置ｂ１が１２０[mm]のとき４ [nA]となり、それ以上のプローブ電流Ｉｐを得ることはできなかった。
【００６２】
一方、差動排気絞り３３の開口径を０．５[mm]としたとき、差動排気絞り３３そのものにビームが照射されないようにするためには、ビームの広がりｄｓを０．５[mm]以下にする必要がある。このとき、図４（ｂ）より、絞り機構３４の開口径が０．５[mm]のときは、クロスオーバ位置ｂ１を７０[mm]以上にする必要があり、また絞り機構３４の開口径が０．１[mm]のときは、クロスオーバ位置ｂ１を３０[mm]以上にする必要がある。
【００６３】
したがって、前記した「観察モード」用の小さいプローブ電流Ｉｐを得るときは、クロスオーバ位置ｂ１を３０[mm]〜１２０[mm]の範囲で設定し、かつ絞り機構３４の開口径を０．１[mm]に選択する。また「分析モード」用の大きいプローブ電流Ｉｐを得るときは、クロスオーバ位置ｂ１を７０[mm]〜１４５[mm]の範囲で設定し、かつ絞り機構３４の開口径を０．５[mm]に選択すれば、差動排気絞り３３にビームが照射されて汚染されることなく、２０[pA]から１００[nA]までのダイナミックレンジの広いプローブ電流Ｉｐを得ることができる。なお、プローブ電流設定モードが２つである場合について説明したが、プローブ電流設定モードを３つ以上にしてもよい。
【００６４】
図５は、表示装置２９に表示される警告表示の一例を示す画面図である。
電子線装置１０１は、操作者が入力装置３０を操作し「観察モード」や「分析モード」などのモード選択をしたとき、コンピュータ２８の制御により、図５に示すような、操作者に対して絞り機構３４において適切な開口径の絞りの選択することを促す警告ウィンドウ（ダイアログボックス）６１を、表示装置２９に表示させるようにしてもよい。
【００６５】
この場合、操作者は、絞り機構３４の開口径が適切に選択されていることを確認してから、入力装置３０（ポインティングデバイスを含むものとする。）を操作して、表示装置２９の画面上でポインタ６２を動かし、確認ボタン６３を押下する。すると、コンピュータ２８は、確認ボタン６３が押下されるのを待って、次の処理を実行する。このため、操作者が絞り機構３４の設定を変更し忘れることがなくなり、確実に選択したモードに応じて絞り機構３４において適切な開口径の絞りの選択が行われることとなる。
【００６６】
図６は、本発明による第２実施形態の電子線装置１０２を示す構成ブロック図である。 この第２実施形態の電子線装置１０２は、絞り機構３４に付設された開口径読取機構３５を具備したほかは、第１実施形態の電子線装置１０１と同様の構成でよい。開口径読取機構３５は、絞り機構３４において選択されている絞りの開口径、または、選択した絞りを識別する設定番号などを表す絞り情報を読み取る機能を有する。開口径読取機構３５は、読み取った絞り情報を、接続されているコンピュータ２８へ転送する。そして、コンピュータ２８は、絞り機構３４において設定されている絞りの開口径または設定番号に応じて、適切なプローブ電流設定モードの選択を行う。こうして、第一収束レンズ６の電流が、差動排気絞り３３に汚染を生じない範囲に、第一収束レンズ制御回路２２によって設定される。
【００６７】
この電子線装置１０２によれば、操作者が不用意に絞り機構３４の絞りを異なる開口径のものに切り替えても、開口径読取機構３５が、選択された絞りの開口径などを読み取り、コンピュータ２８が、読み取られた開口径に応じたプローブ電流モードを選択することにより、差動排気絞り３３を汚染させるようなプローブ電流モードの設定を自動で回避することができる。
【００６８】
図７は、本発明による第３実施形態の電子線装置１０３を示す構成ブロック図である。 この第３実施形態の電子線装置１０３は、絞り機構３４に機械的または電気的に接続された駆動機構３６と、この駆動機構３６に接続されコンピュータ２８によって制御される駆動機構制御回路３７とを具備したほかは、第１実施形態の電子線装置１０１と同様の構成でよい。
【００６９】
操作者がプローブ電流設定モードを変更すると、設定変更された旨がコンピュータ２８に転送される。そして、変更された後のプローブ電流モードに対して、絞り機構３４の開口径の設定が適切な状態になるように、駆動機構制御回路３７によって駆動機構３６が働き、絞りの開口径が自動で切り替えられる。
【００７０】
この電子線装置１０３によれば、プローブ電流モードが変更されても、差動排気絞り３３を汚染させるような絞り機構３４の開口径の使用を回避し、常にプローブ電流モードに対応した絞り機構３４の開口径を設定することができる。
【００７１】
このように、本実施形態の電子線装置１０１〜１０３によれば、陰極１と第一収束レンズ６との間に異なる開口径の複数の絞りを有する絞り機構３４を具備し、第一収束レンズ６による一次電子線の収束位置（クロスオーバ点）に対応して、絞り機構３４の絞りの開口径を選択して使用できるようにした。このため、差動排気絞り３３上での一次電子ビーム３の広がりを抑制し、電子線装置１０１〜１０３の機能低下の原因となる絞り開口の汚染を防止しつつ、種々の観察や分析に利用するダイナミックレンジの広いプローブ電流Ｉｐを得ることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 陰極
２ 第一陽極
３ 一次電子ビーム
４ 第二陽極
５ サプレッサ電極
６ 第一収束レンズ
７ 対物絞り
８ 第二収束レンズ
９ 上段偏向コイル
１０ 下段偏向コイル
１１ 対物レンズ
１２ 試料
１３ 試料微動装置
１４ 反射電子信号
１５ 二次電子信号
１６ 直交電磁界（ＥＸＢ）装置
１７，１９ 検出器
１８，２０ 増幅器
２１ 高電圧制御回路
２２ 第一収束レンズ制御回路
２３ 第二収束レンズ制御回路
２４ 倍率制御回路
２５ 対物レンズ制御回路
２６ 信号制御回路
２７ 試料微動制御回路
２８ コンピュータ
２９ 表示装置
３０ 入力装置
３１ 電子銃部
３２ 鏡体部
３３ 差動排気絞り
３４ 絞り機構
３５ 開口径読取機構
３６ 駆動機構
３７ 駆動機構制御回路
４０ 制御部
５１ 電子源
５５ 収束レンズ
５６ クロスオーバ点
６２ ポインタ
６３ 確認ボタン
１０１，１０２，１０３，１０５ 電子線装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置に関し、特に、プローブ電流値にかかわらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される電子線装置では、各種の観察条件パラメータを、試料や観察条件などに合わせて設定し、試料の拡大像を観察する。観察条件パラメータには、例えば、加速電圧、電子銃のエミッション電流、収束レンズ条件、動作距離（working distance; 対物レンズと試料との距離）、試料観察像の信号検出系の条件、対物絞り開口径などが挙げられる。
【０００３】
そのほか、電子線装置は、種々の分析装置と組み合わせることにより、試料上の微小領域の分析に利用される。分析法には、例えば、エネルギー分散形Ｘ線分析（EDX; energy-dispersive X-ray spectroscopy）法、波長分散型Ｘ線分析（WDX; wavelength-dispersive X-ray spectroscopy）法、後方散乱電子線回折パターン（EBSP; electron backscatter diffraction pattern）法がある。
【０００４】
ＥＤＸ法は、試料から発生した特性Ｘ線を直接半導体検出器で検出し、電気信号に変えて分光分析する方法であり、検出した特性Ｘ線のエネルギーに比例したパルス電流を生じさせ、これを多チャンネル波高分析器で選別して測定を行う。
【０００５】
ＷＤＸ法は、試料から発生する特性Ｘ線を、分光結晶でのブラッグ反射を利用し特定波長のＸ線を分離検出することにより、分光分析する方法であり、分光結晶によりブラッグ反射した特性Ｘ線の回折角度からＸ線の波長を測定し、元素の種類を同定する。
【０００６】
ＥＢＳＰ法は、試料からの非弾性後方散乱電子によって作られる菊池図形（Kikuchi pattern）が試料の方位に依存して変化することから、入射電子プローブで試料を走査して、このパターンを解析し、多結晶性試料の結晶方位の分布像を得る方法である。
【０００７】
これらの分析法を実施する場合、試料に照射する電子ビームの電流（プローブ電流Ｉｐ）値を、単に試料の拡大像を得るときよりも、大きくする必要がある。例えば、高分解能観察のためのプローブ電流Ｉｐは、数[pA]〜数十[pA]でよいが、ＥＤＸ法では数百[pA]、ＥＢＳＰ法では数[nA]、ＷＤＸ法では数十[nA]程度にする必要がある。
【０００８】
一般に、照射された電子ビームの電荷が増えるほど、また、電子ビームが照射された部位の真空度が低い（残存する内部圧力が高い）ほど、各絞りなどの電子線装置内部の汚染（contamination）が増加しやすいと考えられる。つまり、試料の拡大像の観察を行うよりも、試料の分析を行うほうが、装置内部を汚染しやすい。
【０００９】
電子線装置では、一般的に、試料の載置された鏡体部内部は高真空に保ち、電子を射出する陰極などを含む電子銃部内部は、鏡体部内部よりも低圧な超高真空状態に保つ。電子ビームを通過させるため、電子銃部内部と鏡体部内部とは、差動排気絞りと称される小開口により連通している。
【００１０】
したがって、差動排気絞りの開口径は、光学系へ影響を及ぼさず、かつ、気体等の物質の流出入を抑止する観点から、最小限の大きさとするのが好ましい。換言すれば、差動排気絞りの汚染は、電子線装置の光学性能を直ちに低下させる原因となりうる。
【００１１】
そこで、従来、一方のシャフトに長い絞り板を巻き付けておき、他方のシャフトを回転させこの絞り板を巻き取ると、絞り板の表面に穿設された絞り穴がケースにあけられた孔を横断することにより、１つの絞り穴が汚染されても、次の絞り穴に交代させることができる電子顕微鏡等用可動絞り装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
また、絞り板に当たった一次電子線の総電荷量が予め定めた基準値を超えたとき、絞り穴の汚れ（コンタミネーション）が像質に影響を与えない許容限度値を超えたと判断し、絞り穴をアクチュエータで切り替える荷電粒子線装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００１３】
また、絞り穴を有する絞り板と、穴部を有し絞り板に積層した厚板とを備え、電圧印加手段により絞り板に高電圧を加えてフラッシングを行い、絞り板に付着した汚染物質を除去する走査型電子顕微鏡が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２３３０５３号公報（段落００１２〜００１４、図２）
【特許文献２】特開２００４−９５４５９号公報（段落００２１、図２）
【特許文献３】特開２０００−２００５７４号公報（段落００１９、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記従来の電子顕微鏡等用可動絞り装置（特許文献１記載）では、ケースと絞り板とが摺動することとなるため、摺動箇所で気体等の漏れが生じやすく、差動排気絞りとして用いるのは適当ではないという問題点があった。
【００１６】
また、前記従来の荷電粒子線装置（特許文献２記載）では、絞り穴をアクチュエータで切り替える機構を備えている。この機構も切替箇所で気体等の漏れを生じる危険があるとともに、差動排気絞り部分の構造が複雑になるため、当該部分に用いるのは難しいという問題点があった。
【００１７】
また、前記従来の走査型電子顕微鏡（特許文献３記載）では、絞り板の汚染を効果的に防ぐには、厚板の厚さを大きくしなければならず、また、フラッシングのための高電圧を印加するため、絞り板の周囲を高絶縁構造にしなければならない。したがって、高真空雰囲気と超高真空雰囲気が接する箇所であるとともに、光学的にも精密な位置関係を保持する必要がある差動排気絞りにこのような構成を採用するのは難しい問題があった。
【００１８】
また、前記したいずれの従来技術も、基本的に、絞り穴が汚染してから事後対策をとるものである。特に、プローブ電流が大きいと、差動排気絞りの汚染も増加するという問題があった。これらのため、絞り穴の開口径に過度の余裕を持たせることによる真空度の低下や光学性能の変動の回避、構造の簡略化、操作、保守および管理の容易性などを求める観点から、差動排気絞りが汚染されるごとに交換や除染を行うのではなく、当該絞りへの汚染物質の付着そのものを抑止する技術が希求されていた。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、このような従来技術の各問題点に鑑み、プローブ電流の大小に拘わらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる電子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記課題を解決するため、本発明の電子線装置は、電子源を有し一次電子線を発生する電子銃と、前記電子銃が収められた電子銃部と試料が収められた鏡体部とを連通させる差動排気絞りと、前記一次電子線を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍で一旦収束させる収束レンズと、を具備した電子線装置であって、前記電子源から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構と、前記収束レンズにより前記一次電子線が一旦収束したクロスオーバ点の位置に対応して前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替機構と、を具備したことを特徴とする。
【００２１】
また、前記課題を解決するため、本発明の電子線装置の制御方法は、電子源を有し一次電子線を発生する電子銃と、前記電子銃が収められた電子銃部と試料が収められた鏡体部とを連通させる差動排気絞りと、前記一次電子線を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍で一旦収束させる収束レンズと、を具備した電子線装置の制御方法であって、前記電子線装置はさらに、前記電子源から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構を具備し、前記収束レンズにより前記一次電子線が一旦収束したクロスオーバ点の位置に対応して前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替ステップ、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電子線装置およびその制御方法によれば、電子源と収束レンズとの間に開口径を切替可能な絞り機構を配置し、クロスオーバ点の位置に対応して開口径を切り替えるようにしたので、プローブ電流値にかかわらず、差動排気絞りの汚染を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】比較例の電子線装置においてプローブ電流を変化させたとき発生する問題点を説明した説明図である。
【図２】本発明による第１実施形態の電子線装置を示す構成ブロック図である。
【図３】図３は、クロスオーバ位置ｂ１とプローブ電流Ｉｐとの関係を示す部分光路説明図である。
【図４】第一収束レンズ６のクロスオーバ位置ｂ１に対するプローブ電流Ｉｐの変化を示すグラフ、および、クロスオーバ位置ｂ１に対する差動排気絞り３３の開口面上でのビームの広がりの変化を示すグラフである。
【図５】表示装置に表示される警告表示の一例を示す画面図である。
【図６】本発明による第２実施形態の電子線装置を示す構成ブロック図である。
【図７】本発明による第３実施形態の電子線装置を示す構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
まず、図１を参照し、比較例の電子線装置１０５において、プローブ電流Ｉｐを変化させたとき発生する問題点について説明する。
【００２５】
電子線装置１０５は、内部空間が高真空に保たれた鏡体部３２と、内部空間が鏡体部３２よりもさらに気圧が低い超高真空に保たれた電子銃部３１と、鏡体部３２の内部空間と、電子銃部３１の内部空間とを連通させる差動排気絞り３３とを含んでいる。
【００２６】
電子銃部３１は、電子源５１と、この電子源５１の直下に置いた絞り５３と、電子源５１から出射した一次電子ビーム３を収束するための収束レンズ（コンデンサレンズ）５５とを含んでいる。また、鏡体部３２は、プローブ電流量を制限するための対物絞り７を含んでいる。
【００２７】
電子線装置１０５では、電子源５１から出射した一次電子ビーム３束は、電子源５１直下の絞り５３を通過し、収束レンズ（コンデンサレンズ）５５によって一旦収束され、再び広がる。広がった一次電子ビーム３束が対物絞り７によって制限され、その一部が遮られることにより、対物絞り７を通過した後の一次電子ビーム３の電流値（≒プローブ電流Ｉｐ）が規定される。
【００２８】
収束レンズ５５により、一次電子ビーム３束が一旦収束される箇所、すなわち、クロスオーバ点（crossover point）５６は、収束レンズ５５の磁場コイル（図示せず）に流す電流量を調節することにより、光軸方向に沿って前後させることができる。
【００２９】
そこで、図１（ａ）に示すように、クロスオーバ点５６を対物絞り７（の開口面、以下、本段落において同じ）から遠ざけるほど、プローブ電流Ｉｐは小さくなる。そこから、図１（ｂ）に示すように、クロスオーバ点５６を対物絞り７に近づけるに従ってプローブ電流Ｉｐは大きくなり、クロスオーバ点５６と対物絞り７とが同一面内にあるとき、プローブ電流Ｉｐは、絞り５３を通過した一次電子ビーム３の電流値とほぼ等しくなる。このように、プローブ電流Ｉｐは、収束レンズ５５を制御し、クロスオーバ点５６を前後させて、調節できる。
【００３０】
電子線装置１０５の一種である走査電子顕微鏡では、「観察用モード」や「分析用モード」などと称される専用モードを選択可能な構成を有するものがある。この走査電子顕微鏡では、選択されたモードに従って、収束レンズ５５を制御することにより、適切なプローブ電流Ｉｐの値を設定している。例えば「観察用モード」に設定すると、収束レンズ５５の駆動電流を大きくするので、クロスオーバ点５６が対物絞り７から遠ざかり、試料観察用の小さいプローブ電流Ｉｐが得られる。また「分析モード」に設定すると、収束レンズ５５の電流を小さくするので、クロスオーバ点５６が対物絞り７に近づき、試料分析用の大きいプローブ電流Ｉｐが得られる。
【００３１】
さて、図１（ｃ）に示すように、クロスオーバ点５６を対物絞り７からさらに遠ざけると、差動排気絞り３３の開口面において、一次電子ビーム３束が差動排気絞り３３の開口径以上に広がり、一次電子ビーム３束の一部が差動排気絞り３３自身に差し掛かってしまう場合がある。一次電子ビーム３の照射を受けると、差動排気絞り３３に汚染が生じる。差動排気絞り３３の開口部が汚染されると、当該絞りの開口径が小さくなって、プローブ電流Ｉｐが減少したり、開口の形状が歪んで異常な非点収差が発生したりするなどの障害が起こり、電子線装置１０５の性能が低下することとなる。
【００３２】
なお、電子源５１直下の絞り５３は、一次電子ビーム３が照射されても、超高真空雰囲気中にあるため、汚染が生じにくい。また、対物絞り７は、一次電子ビーム３が照射されると汚染を生じるが、構造上、比較的交換が容易であり、また、加熱機構を具備して除染を行うこともできる。
【００３３】
しかし、差動排気絞り３３は、電子銃部３１よりも真空度の低い（残留圧力の大きい）鏡体部３２の内部空間に接しているため、一次電子ビーム３の照射により汚染を生じやすい。また、差動排気絞り３３の交換は、電子銃部３１全体を鏡体部３２から一旦取り外してから行うため、手間が掛かり作業が困難である。さらに、電子銃部３１と鏡体部３２との境界に介在しているため、除染のための加熱機構を具備することが困難である。このため、差動排気絞り３３を清浄に保つのが困難である問題点があった。
【００３４】
電子線装置１０５は、観察や分析などの使用目的によって、試料を走査する電子プローブのプローブ電流Ｉｐを、適切に設定する必要がある。また、プローブ電流Ｉｐの大小に拘わらず、差動排気絞り３３の汚染を抑止し、電子線装置１０５の性能低下を招かないようにする必要がある。
【００３５】
そこで、本願発明者は、差動排気絞り３３を清浄に保つには、一次電子ビーム３が差動排気絞り３３に照射されないようにすればよいことに着目した。一次電子ビーム３を差動排気絞り３３に当てないようにしつつ、プローブ電流Ｉｐを変化させるには、例えば次のことが考えられる。
【００３６】
（１）クロスオーバ点５６の位置の制御範囲を、一次電子ビーム３束が差動排気絞り３３の板上に差し掛からない範囲に制限する。
（２）電子源５１直下の絞り５３に小さい開口径のものを使用し、差動排気絞り３３の位置での一次電子ビーム３束の広がりを小さくする。
（３）差動排気絞り３３の開口径を大きくして、一次電子ビーム３束が広がっても、差動排気絞り３３に当たらないようにする。
【００３７】
例えば、前記（１）では、プローブ電流Ｉｐのダイナミックレンジが極めて制限されるため、所望の観察や分析方法が採れないという問題点がある。また、前記（２）では、プローブ電流Ｉｐの最大値が小さく制限されるという問題点がある。また、前記（３）では、鏡体部３２から電子銃部３１への気体等の物質の漏れが大きくなるという問題点がある。
【００３８】
図２は、本発明による第１実施形態の電子線装置１０１を示す構成ブロック図である。
電子線装置１０１がショットキー放出形電子銃を搭載した走査電子顕微鏡である場合について説明するが、電子線装置および電子銃の形式とも、他の形式であってもよい。例えば、電子線装置は、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope: TEM）のほか、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope: SEM）または走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope: STEM）などの形式とすることもできる。
【００３９】
また、例えば、電子銃は、ショットキー型電子銃（Schottky-type electron gun）のほか、電界放出型電子銃（FEG: field-emission electron gun）、熱陰極電界放出型電子銃（thermal （thermally assisted） field-emission electron gun）、熱電子放出型電子銃（thermionic-emission electron gun）、冷陰極電界放出型電子銃（cold （cathode）field-emission electron gun）などを用いてもよい。
【００４０】
電子線装置１０１は、内部空間が超高真空に保たれ一次電子ビーム３を発生する電子銃部３１と、内部空間が電子銃部３１よりも低い真空度に保たれ、電子銃部３１で発生した一次電子ビーム３を試料１２上に集束させた電子プローブにより試料１２の走査を行う鏡体部３２と、電子銃部３１と鏡体部３２との内部空間を連通させるとともに、一次電子ビーム３を通過させる差動排気絞り３３と、電子線装置１０１内の各部を制御するための制御部４０とを具備している。
【００４１】
電子線装置１０１では、陰極１と第一陽極２との間に印加される引出電圧Ｖ１によって一次電子ビーム３が放出され、さらに、第二陽極４に印加される加速電圧Ｖａｃｃに加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。なお、サプレッサ電極５は、陰極１を保持しているフィラメントに加熱電流Ｉｆを流すことによって放出される不要な熱電子を抑制するための電極であり、負のサプレッサ電圧Ｖｓが印加されている。高電圧制御回路２１は、コンピュータ２８の制御により、加速電圧Ｖａｃｃ、引出電圧Ｖ１、およびサプレッサ電圧Ｖｓを発生させる機能を有する。
【００４２】
第一収束レンズ６は、第一収束レンズ制御回路２２の制御に基づき、一次電子ビーム３を一旦収束する。一次電子ビーム３は、収束後、再度発散する。対物絞り７は、一次電子ビーム３の照射角を制限する。第二収束レンズ８は、第二収束レンズ制御回路２３の制御に基づき、発散した一次電子ビーム３を再び収束する。対物レンズ１１は、対物レンズ制御回路２５の制御に基づき、一次電子ビーム３を細く絞り、電子プローブとする。さらに、二段偏向コイルを構成する上段偏向コイル９および下段偏向コイル１０は、倍率制御回路２４の制御に基づき、電子プローブを偏向させ、試料１２を走査する。
【００４３】
ここで、試料１２は試料微動制御回路２７に制御されている試料微動装置１３上に載置されている。試料１２の一次電子ビーム３の照射点から発生する信号のうち、比較的浅い角度で放出されるエネルギーの高い反射電子信号１４は、検出器１７に検出されて増幅器１８で増幅される。またエネルギーの低い二次電子信号１５は、対物レンズ１１の磁場によって巻き上げられて、対物レンズ１１上部に配置された直交電磁界（ＥＸＢ）装置１６によって一次電子ビーム３に軸ずれを起こすことなく検出器１９に検出され、増幅器２０で増幅される。増幅器１８および２０の出力信号（検出信号）は、信号制御回路２６へ入力される。
【００４４】
コンピュータ２８は、高電圧制御回路２１、第一収束レンズ制御回路２２、第二収束レンズ制御回路２３、倍率制御回路２４、対物レンズ制御回路２５、信号制御回路２６および試料微動制御回路２７を制御するとともに、増幅された二次電子及び反射電子の信号を処理して、表示装置２９の画面に試料１２の拡大像として表示させる。
【００４５】
前記した「観察モード」や「分析モード」などのモード設定は、入力装置３０を介して、コンピュータ２８に選択または設定することができる。すると、コンピュータ２８の制御に基づき、選択されたモードに対する第一収束レンズ６の電流が第一収束レンズ制御回路２２によって設定されて、クロスオーバ点が制御され、目的のプローブ電流Ｉｐが設定される。
【００４６】
前記したように、電子銃部３１と鏡体部３２の間には、差動排気絞り３３が配置されている。さらに、第二陽極４と第一収束レンズ６の間には、相異なる複数の開口径（例えば直径０．５[mm]および直径０．１[mm]）の絞りを持った絞り機構３４が配置され、この絞りによって、第一収束レンズ方向へ進行する一次電子ビーム３のプローブ電流Ｉｐの最大値が決定される。
【００４７】
図３は、クロスオーバ位置ｂ１とプローブ電流Ｉｐとの関係を示す部分光路説明図である。
ここで、第一収束レンズ６の主点からクロスオーバ点までの距離をクロスオーバ位置ｂ１、プローブ電流をＩｐ、差動排気絞り３３上でのビームの広がりをｄｓとする。
【００４８】
対物絞り７の開口を第一収束レンズ６によって絞り機構３４の開口面上に投影したときに与えられる一次電子ビーム３の開き半角αｇから、投影径内を通過するプローブ電流Ｉｐは、次式で与えられる。ここで、αｇｍａｘは最大プローブ電流Ｉｐｍａｘが得られるビーム開き角であり、絞り機構３４の開口径に依存する。最大プローブ電流Ｉｐｍａｘが１００[nA]を基準とした場合について例示するが、最大プローブ電流Ｉｐｍａｘの値はこれより増減させてよい。
【００４９】
【数１】
【００５０】
また、絞り機構３４の開口径ｄｃａ、第一収束レンズ６の主点と絞り機構３４の開口面との距離Ｌｃａ、は陰極１と第一収束レンズ６との距離ａ１から、ビーム開き角αｇｍａｘは、次式で与えられる。
【００５１】
【数２】
【００５２】
ここで、絞り機構３４の開口径ｄｃａ，距離Ｌｃａ，距離ａ１を変化させると、最大プローブ電流Ｉｐｍａｘが変化する。そこで、基準となる最大プローブ電流Ｉｐｍａｘとして１００[nA]を得ると仮定したときと、寸法変更後の開口径ｄｃａ，距離Ｌｃａ，距離ａ１を比較し、最大プローブ電流Ｉｐｍａｘを再計算する必要がある。ビーム開き角αｇを対物絞り７で制限したビーム開き角αｇ１は、次式で与えられる。なお、Ｍ１は第一収束レンズ６の縮小率、ｒａは対物絞りの７の開口半径、Ｌ１は第一収束レンズ６と対物絞り７との距離である。
【００５３】
【数３】
【００５４】
αｇは各クロスオーバ位置ｂ１条件で、対物絞り７で制限されないビーム開き角αｇｍａｘと対物絞り７で制限されたビーム開き角αｇ１とを比較して、小さい方の条件を選択する。すなわち、min（Ｘ，Ｙ）を、Ｘ，Ｙのうち小さい方を選択する演算子とすると、実効的なビーム開き角αｇは、次式で与えられる。
【００５５】
【数４】
【００５６】
このビーム開き角αｇを用いて、クロスオーバ位置ｂ１とプローブ電流Ｉｐの関係が式（１）より求まる。
【００５７】
ここで、差動排気絞り３３上でのビーム径ｄｓは、第一収束レンズ６と差動排気絞り３３間の距離Ｌｓから、次式で与えられる。
【００５８】
【数５】
【００５９】
図４（ａ）は、第一収束レンズ６のクロスオーバ位置ｂ１に対するプローブ電流Ｉｐの変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は、クロスオーバ位置ｂ１に対する差動排気絞り３３の開口面上でのビームの広がりの変化を示すグラフである。
絞り機構３４は、開口径が０．５[mm]および０．１[mm]の絞りを備え、その他の条件は、次の通りとした。
【００６０】
Ｉｐｍａｘ １００[nA]
ａ１ ４０[mm]
ｂ１ １０〜１５０[mm]
ｒａ ０．０２５[mm]
Ｌ１ １５０[mm]
ｄｃａ ０．５[mm]
Ｌｃａ ２０[mm]
Ｌｓ １００[mm]
【００６１】
図４（ａ）に示すように、プローブ電流Ｉｐを０．００１[nA]（１[pA]）から１００[nA]まで変化させたとき、差動排気絞り３３の開口径を０．５[mm]とした場合は、クロスオーバ位置ｂ１を１０[mm]から１４５[mm]まで変化させたことで実現できたが、差動排気絞り３３の開口径を０．１[mm]とした場合は、クロスオーバ位置ｂ１が１２０[mm]のとき４ [nA]となり、それ以上のプローブ電流Ｉｐを得ることはできなかった。
【００６２】
一方、差動排気絞り３３の開口径を０．５[mm]としたとき、差動排気絞り３３そのものにビームが照射されないようにするためには、ビームの広がりｄｓを０．５[mm]以下にする必要がある。このとき、図４（ｂ）より、絞り機構３４の開口径が０．５[mm]のときは、クロスオーバ位置ｂ１を７０[mm]以上にする必要があり、また絞り機構３４の開口径が０．１[mm]のときは、クロスオーバ位置ｂ１を３０[mm]以上にする必要がある。
【００６３】
したがって、前記した「観察モード」用の小さいプローブ電流Ｉｐを得るときは、クロスオーバ位置ｂ１を３０[mm]〜１２０[mm]の範囲で設定し、かつ絞り機構３４の開口径を０．１[mm]に選択する。また「分析モード」用の大きいプローブ電流Ｉｐを得るときは、クロスオーバ位置ｂ１を７０[mm]〜１４５[mm]の範囲で設定し、かつ絞り機構３４の開口径を０．５[mm]に選択すれば、差動排気絞り３３にビームが照射されて汚染されることなく、２０[pA]から１００[nA]までのダイナミックレンジの広いプローブ電流Ｉｐを得ることができる。なお、プローブ電流設定モードが２つである場合について説明したが、プローブ電流設定モードを３つ以上にしてもよい。
【００６４】
図５は、表示装置２９に表示される警告表示の一例を示す画面図である。
電子線装置１０１は、操作者が入力装置３０を操作し「観察モード」や「分析モード」などのモード選択をしたとき、コンピュータ２８の制御により、図５に示すような、操作者に対して絞り機構３４において適切な開口径の絞りの選択することを促す警告ウィンドウ（ダイアログボックス）６１を、表示装置２９に表示させるようにしてもよい。
【００６５】
この場合、操作者は、絞り機構３４の開口径が適切に選択されていることを確認してから、入力装置３０（ポインティングデバイスを含むものとする。）を操作して、表示装置２９の画面上でポインタ６２を動かし、確認ボタン６３を押下する。すると、コンピュータ２８は、確認ボタン６３が押下されるのを待って、次の処理を実行する。このため、操作者が絞り機構３４の設定を変更し忘れることがなくなり、確実に選択したモードに応じて絞り機構３４において適切な開口径の絞りの選択が行われることとなる。
【００６６】
図６は、本発明による第２実施形態の電子線装置１０２を示す構成ブロック図である。 この第２実施形態の電子線装置１０２は、絞り機構３４に付設された開口径読取機構３５を具備したほかは、第１実施形態の電子線装置１０１と同様の構成でよい。開口径読取機構３５は、絞り機構３４において選択されている絞りの開口径、または、選択した絞りを識別する設定番号などを表す絞り情報を読み取る機能を有する。開口径読取機構３５は、読み取った絞り情報を、接続されているコンピュータ２８へ転送する。そして、コンピュータ２８は、絞り機構３４において設定されている絞りの開口径または設定番号に応じて、適切なプローブ電流設定モードの選択を行う。こうして、第一収束レンズ６の電流が、差動排気絞り３３に汚染を生じない範囲に、第一収束レンズ制御回路２２によって設定される。
【００６７】
この電子線装置１０２によれば、操作者が不用意に絞り機構３４の絞りを異なる開口径のものに切り替えても、開口径読取機構３５が、選択された絞りの開口径などを読み取り、コンピュータ２８が、読み取られた開口径に応じたプローブ電流モードを選択することにより、差動排気絞り３３を汚染させるようなプローブ電流モードの設定を自動で回避することができる。
【００６８】
図７は、本発明による第３実施形態の電子線装置１０３を示す構成ブロック図である。 この第３実施形態の電子線装置１０３は、絞り機構３４に機械的または電気的に接続された駆動機構３６と、この駆動機構３６に接続されコンピュータ２８によって制御される駆動機構制御回路３７とを具備したほかは、第１実施形態の電子線装置１０１と同様の構成でよい。
【００６９】
操作者がプローブ電流設定モードを変更すると、設定変更された旨がコンピュータ２８に転送される。そして、変更された後のプローブ電流モードに対して、絞り機構３４の開口径の設定が適切な状態になるように、駆動機構制御回路３７によって駆動機構３６が働き、絞りの開口径が自動で切り替えられる。
【００７０】
この電子線装置１０３によれば、プローブ電流モードが変更されても、差動排気絞り３３を汚染させるような絞り機構３４の開口径の使用を回避し、常にプローブ電流モードに対応した絞り機構３４の開口径を設定することができる。
【００７１】
このように、本実施形態の電子線装置１０１〜１０３によれば、陰極１と第一収束レンズ６との間に異なる開口径の複数の絞りを有する絞り機構３４を具備し、第一収束レンズ６による一次電子線の収束位置（クロスオーバ点）に対応して、絞り機構３４の絞りの開口径を選択して使用できるようにした。このため、差動排気絞り３３上での一次電子ビーム３の広がりを抑制し、電子線装置１０１〜１０３の機能低下の原因となる絞り開口の汚染を防止しつつ、種々の観察や分析に利用するダイナミックレンジの広いプローブ電流Ｉｐを得ることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 陰極
２ 第一陽極
３ 一次電子ビーム
４ 第二陽極
５ サプレッサ電極
６ 第一収束レンズ
７ 対物絞り
８ 第二収束レンズ
９ 上段偏向コイル
１０ 下段偏向コイル
１１ 対物レンズ
１２ 試料
１３ 試料微動装置
１４ 反射電子信号
１５ 二次電子信号
１６ 直交電磁界（ＥＸＢ）装置
１７，１９ 検出器
１８，２０ 増幅器
２１ 高電圧制御回路
２２ 第一収束レンズ制御回路
２３ 第二収束レンズ制御回路
２４ 倍率制御回路
２５ 対物レンズ制御回路
２６ 信号制御回路
２７ 試料微動制御回路
２８ コンピュータ
２９ 表示装置
３０ 入力装置
３１ 電子銃部
３２ 鏡体部
３３ 差動排気絞り
３４ 絞り機構
３５ 開口径読取機構
３６ 駆動機構
３７ 駆動機構制御回路
４０ 制御部
５１ 電子源
５５ 収束レンズ
５６ クロスオーバ点
６２ ポインタ
６３ 確認ボタン
１０１，１０２，１０３，１０５ 電子線装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子線を発生する電子銃が収められた電子銃部と、
前記一次電子線を絞って電子プローブを形成する対物レンズが収められた鏡体部と、
前記電子銃部と前記鏡体部とを連通させる差動排気絞りとを備えた電子線装置において、
前記鏡体部は、前記一次電子線を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍で一旦収束させることによりクロスオーバ点を形成する収束レンズを備え、
更に電子線装置は、
前記電子銃から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構と、
前記クロスオーバ点の位置に対応して前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替機構と、
前記絞り機構の開口径を選択する選択画面が表示される表示装置と、を備え、
前記切替機構は、前記選択画面の操作に従って、前記絞り機構の前記開口径を変更することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記絞り機構の開口径を読み取る開口径読み取り機構を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子線装置において、
前記クロスオーバ点における前記一次電子線のビーム電流値または前記収束レンズの制御電流値を、前記開口径読み取り機構により読み取られた開口径に応じて、前記差動排気絞りに汚染を生じない範囲に設定するコンピュータを備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子線装置において、
前記コンピュータの設定した値に応じて前記収束レンズを制御する収束レンズ制御回路を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項１】
一次電子線を発生する電子銃が収められた電子銃部と、
前記一次電子線を絞って電子プローブを形成する対物レンズが収められた鏡体部と、
前記電子銃部と前記鏡体部とを連通させる差動排気絞りとを備えた電子線装置において、
前記鏡体部は、前記一次電子線を前記差動排気絞りの開口面上またはその近傍で一旦収束させることによりクロスオーバ点を形成する収束レンズを備え、
更に電子線装置は、
前記電子銃から前記収束レンズへの光路中に配置され開口径を切替可能な絞り機構と、
前記クロスオーバ点の位置に対応して前記絞り機構の前記開口径を切り替える切替機構と、
前記絞り機構の開口径を選択する選択画面が表示される表示装置と、を備え、
前記切替機構は、前記選択画面の操作に従って、前記絞り機構の前記開口径を変更することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記絞り機構の開口径を読み取る開口径読み取り機構を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子線装置において、
前記クロスオーバ点における前記一次電子線のビーム電流値または前記収束レンズの制御電流値を、前記開口径読み取り機構により読み取られた開口径に応じて、前記差動排気絞りに汚染を生じない範囲に設定するコンピュータを備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子線装置において、
前記コンピュータの設定した値に応じて前記収束レンズを制御する収束レンズ制御回路を備えたことを特徴とする電子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２８２９７７（Ｐ２０１０−２８２９７７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０３８９０（Ｐ２０１０−２０３８９０）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【分割の表示】特願２００５−２６６９３１（Ｐ２００５−２６６９３１）の分割
【原出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【分割の表示】特願２００５−２６６９３１（Ｐ２００５−２６６９３１）の分割
【原出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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