JP2934707B2

JP2934707B2 - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JP2934707B2
Application number: JP1156010A
Authority: JP
Inventors: 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH0322339A

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（実施例）図は本発明の実施例の電子光学鏡筒である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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α_１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α_２となる。

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α_１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α_２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。

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。

（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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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。
【請求項２】前記ライナーチューブを、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、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。
【請求項３】前記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ことを特徴とする請求項（２）に記
載の電子顕微鏡。