JP2001110350A

JP2001110350A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2001110350A
Application number: JP28231599A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Yamada; 田貴久山
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】２次電子検出器の蛍光面の劣化を抑えること
ができる荷電粒子線装置を提供すること。【解決手段】制御手段２６は、プローブ電流として１
（μＡ）が指示されているので、バイアス電圧が１００
（Ｖ）となるようにバイアス電源２５を制御する。この
結果、第２電極２０の電位Ｖ₂は−１００（Ｖ）とな
る。第１電極１９を通過した２次電子のうち、Ｅ_S＞１
００ｅＶのエネルギーの２次電子が第２電極２０を通過
する。この第２電極２０を通過する２次電子の量は、２
次電子像を得るのに十分な量であり、このような２次電
子が蛍光面４に入射しても、蛍光面の受けるダメージは
少ない。従って、蛍光面はほとんど劣化しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査形電子顕微
鏡やオージェマイクロプローブや電子プローブマイクロ
アナライザなどの荷電粒子線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査形電子顕微鏡や、試料の元素分布
を調べるオージェマイクロプローブや電子プローブマイ
クロアナライザは、２次電子検出器を備えており、試料
の２次電子像を表示画面上に表示させる機能を備えてい
る。

【０００３】図１は、従来の２次電子検出器を説明する
ために示した図である。

【０００４】図１に示すように、電子線１が試料２を照
射すると、その電子線照射により試料から２次電子が発
生するが、この２次電子は、高圧電源３によって＋１０
ｋＶ程度の電位が与えられた蛍光面４の方に加速され
て、蛍光面４に入射する。この２次電子の蛍光面への入
射によって蛍光面４は発光し、発生した光は、ライトガ
イド５によって光電子増倍管６に導かれる。

【０００５】光電子増倍管６に入射した光は、電流に変
換されかつ増倍作用を受ける。そして、光電子増倍管６
からの電流はプリアンプ７で増幅され、プリアンプ７の
出力は２次電子像表示手段８に送られる。２次電子像表
示手段８は、送られてくる信号に基づいて２次電子像を
表示装置（図示せず）の画面上に表示させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、試
料から発生した２次電子は蛍光面４に入射するが、この
入射によって蛍光面はダメージを受け、蛍光面は時間と
共に劣化する。このように蛍光面が劣化すると、蛍光量
の飽和が起こりやすくなったり、蛍光収率が減少したり
する等の問題が発生する。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、蛍光面の劣化を抑えることができる
荷電粒子線装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する本
発明の荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料に照射し、
該荷電粒子線照射により試料から発生した２次電子を２
次電子検出器で検出するようにした荷電粒子線装置にお
いて、前記２次電子検出器は、前記試料から発生した２
次電子を引き込む第１の電極と、該第１の電極を通過し
た２次電子のうち、特定のエネルギーの２次電子を選択
する第２の電極と、該第２の電極により選択された２次
電子を検出する検出部を備え、前記第２の電極への印加
電圧は、試料を照射する荷電粒子線の量に基づいて制御
されることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。

【００１０】図２は、本発明の一例として示した、走査
形電子顕微鏡の概略図である。

【００１１】まず、図２の装置構成について説明する
が、前記図１の構成と同じ構成には、図１と同じ番号が
付けられており、その説明を省略する。

【００１２】図２において、１０は鏡筒であり、この鏡
筒の内部には上から順に、電子銃１１、第１集束レンズ
１２、第２集束レンズ１３、絞り１４、偏向器１５、対
物レンズ１６が配置されている。なお、鏡筒の内部は排
気装置（図示せず）により排気されている。

【００１３】１７は、排気装置（図示せず）により排気
された試料室であり、この試料室には前記試料２が配置
されている。

【００１４】また、試料室１７には２次電子検出器１８
が配置されている。この２次電子検出器１８は、前記図
１の構成に追加して、メッシュ状の第１電極１９、メッ
シュ状の第２電極２０および円筒金属パイプ２１を備え
ている。この円筒金属パイプ２１の一端は、前記蛍光面
４をライトガイド５に固定するための蛍光面固定部２２
に取り付けられており、円筒金属パイプ２１の他端に
は、その端面を覆うように前記第１電極１９が取り付け
られている。また、円筒金属パイプ２１の内部のほぼ中
間位置には、電気絶縁部材２３を介して前記第２電極２
０が取り付けられている。なお、前記蛍光面４、ライト
ガイド５および光電子増倍管６で検出部が構成されてい
る。

【００１５】２４は高圧電源であり、この高圧電源２４
の正極側には、前記蛍光面４、円筒金属パイプ２１およ
び第１電極１９が電気的に接続されている。このため、
高圧電源２４の電圧印加により、蛍光面４と円筒金属パ
イプ２１と第１電極１９には正の同じ電位が与えられ
る。

【００１６】２５はバイアス電源であり、このバイアス
電源２５の正極側は、前記高圧電源２４の負極側に電気
的に接続されており、一方、バイアス電源２５の負極側
は、前記第２電極２０に電気的に接続されている。この
ため、バイアス電源２５の電圧印加により、第２電極２
０には負の電位が与えられる。

【００１７】前記バイアス電源２５は制御手段２６に接
続されており、この制御手段２６は、たとえばキーボー
ドなどの指示手段２７に接続されている。また、制御手
段２６は集束レンズ電源２８に接続されており、この集
束レンズ電源２８は前記第２集束レンズ１３に接続され
ている。

【００１８】以上、図２の装置構成について説明した
が、次にこの装置の動作について説明する。

【００１９】まず、電子銃１１からの電子線は、第１集
束レンズ１２および第２集束レンズ１３で集束される。
そして、絞り１４を通過した電子線は、対物レンズ１６
により試料２上に細く集束される。

【００２０】また、電子線は偏向器１５によりｘｙ方向
に偏向されるので、細く絞られた電子線は試料上を２次
元的に走査する。なお、偏向器１５は、制御手段２６か
らの偏向信号を受けて動作する偏向電源（図示せず）に
より制御される。

【００２１】このようにして、電子線は試料上を走査す
るが、試料を照射する電子線の量（プローブ電流）、す
なわち、前記絞り１４を通過する電子線の量は、前記第
２集束レンズ１３の励磁状態によって決まり、第２集束
レンズ１３の制御は次のようにして行われる。

【００２２】まず、オペレータは、指示手段２７により
プローブ電流Ｉ_p（たとえば５（ｎＡ））を指示する。
この指示が行われると、指示手段２７から制御手段２６
にそのプローブ電流指示信号が送られ、この指示信号を
受けた制御手段２６は、プローブ電流を５（ｎＡ）とす
るための励磁信号を集束レンズ電源２８に送る。集束レ
ンズ電源２８は、送られてくる励磁信号に基づいて第２
集束レンズ１３を制御するので、試料２を照射する電子
線の量は５（ｎＡ）となる。

【００２３】さて、電子線１が試料２を照射すると、そ
の電子線照射により試料から２次電子が発生するが、こ
の２次電子は、高圧電源２４によってＶ₁（たとえば＋
１０（ｋＶ））の電位が与えられた第１電極１９の方に
加速される。そして、その加速された２次電子はメッシ
ュ状の第１電極１９を通過するが、試料上でＥ_S（ｅ
Ｖ）のエネルギーで発生した２次電子が第１電極１９を
通過したとき、その運動エネルギーはほぼｅＶ₁＋Ｅ
_S（ｅＶ）となる。

【００２４】このようにして２次電子は第１電極１９を
通過するが、上述したように、第１電極１９の隣りに位
置する第２電極２０には、バイアス電源２５により負の
電位が与えられるように構成されている。このように第
２電極２０に負の電位が与えられると、第１電極１９を
通過した２次電子は第２電極２０を通過しにくくなる
が、以下に、バイアス電源２５の制御について説明す
る。

【００２５】バイアス電源２５は制御手段２６により制
御され、制御手段２６は、試料を照射する電子線の量
（プローブ電流）に基づいてバイアス電源２５を制御す
る。すなわち、制御手段２６は、指示手段２７から前記
プローブ電流指示信号を受けると、そのプローブ電流指
示信号に基づいてバイアス電源２５を制御する。

【００２６】たとえば制御手段２６は、プローブ電流が
数ｐＡ〜１０ｎＡ程度のときはバイアス電圧が０（Ｖ）
となるようにバイアス電源２５を制御し、プローブ電流
が１μＡ程度のときはバイアス電圧が１０（Ｖ）〜１０
０（Ｖ）程度となるようにバイアス電源２５を制御す
る。

【００２７】従って、この場合、プローブ電流として５
（ｎＡ）が指示されているので、制御手段２６はバイア
ス電圧が０（Ｖ）となるようにバイアス電源２５を制御
する。この結果、第２電極２０の電位Ｖ₂は０（Ｖ）と
なる。

【００２８】ところで、前記第１電極１９を通過した２
次電子が第２電極２０を通過したとき、その運動エネル
ギーはＥ_S−ｅＶ₂（ｅＶ）となる。この運動エネルギー
は負にはなり得ないので、第１電極１９を通過した２次
電子のうち第２電極２０を通過できるのは、Ｅ_S＞ｅＶ₂
の２次電子のみである。この場合、第２電極２０の電位
Ｖ₂は０（Ｖ）に設定されているので、第１電極１９を
通過した２次電子はすべて第２電極２０を通過する。

【００２９】第２電極２０を通過した２次電子は、高圧
電源２４によって＋１０ｋＶ程度の電位が与えられた蛍
光面４の方に加速されて、蛍光面４に入射する。この２
次電子の蛍光面への入射によって蛍光面４は発光し、発
生した光は、ライトガイド５によって光電子増倍管６に
導かれる。

【００３０】光電子増倍管６に入射した光は、電流に変
換されかつ増倍作用を受ける。そして、光電子増倍管６
からの電流はプリアンプ７で増幅され、プリアンプ７の
出力は２次電子像表示手段８に送られる。２次電子像表
示手段８は、送られてくる信号に基づいて２次電子像を
表示装置（図示せず）の画面上に表示させる。

【００３１】以上、プローブ電流が５（ｎＡ）に設定さ
れたときの動作について説明したが、このようにプロー
ブ電流が小さいときには、試料から発生する２次電子の
量はあまり多くなく、前記第１電極１９を通過する２次
電子の量もあまり多くない。しかし、第１電極１９を通
過する２次電子の量は、２次電子像を得るのに十分な量
であり、この２次電子がすべて第２電極２０を通過して
蛍光面４に入射しても、蛍光面の受けるダメージは少な
い。従って、蛍光面はほとんど劣化しない。

【００３２】次に、プローブ電流が１（μＡ）に設定さ
れる場合について説明する。

【００３３】その場合、オペレータは、指示手段２７に
よりプローブ電流として１（μＡ）を指示する。この指
示が行われると、制御手段２６は、プローブ電流を１
（μＡ）とするための励磁信号を集束レンズ電源２８に
送り、集束レンズ電源２８は、送られてくる励磁信号に
基づいて第２集束レンズ１３を制御する。この結果、試
料２を照射する電子線の量は１（μＡ）となる。

【００３４】このプローブ電流１（μＡ）の電子線照射
により、プローブ電流が５（ｎＡ）のときよりもかなり
多くの２次電子が試料から発生し、それらの２次電子
は、＋１０（ｋＶ）の電位が与えられた第１電極１９の
方に加速される。そして、その加速された２次電子は第
１電極１９を通過する。

【００３５】また、制御手段２６は、プローブ電流とし
て１（μＡ）が指示されているので、バイアス電圧が１
００（Ｖ）となるようにバイアス電源２５を制御する。
この結果、第２電極２０の電位Ｖ₂は−１００（Ｖ）と
なる。

【００３６】このように第２電極２０の電位Ｖ₂が−１
００（Ｖ）となると、第１電極１９を通過した２次電子
のうち、Ｅ_S＞１００ｅＶのエネルギーの２次電子が第
２電極２０を通過する。この第２電極２０を通過する２
次電子の量は、上述したプローブ電流が５（ｎＡ）の場
合とほぼ同じくらいで、２次電子像を得るのに十分な量
であり、このような２次電子が蛍光面４に入射しても、
蛍光面の受けるダメージは少ない。従って、蛍光面はほ
とんど劣化しない。

【００３７】以上、図２の装置について説明したが、こ
の装置においては、第１電極１９と第２電極２０と蛍光
面４でエネルギーフィルタ（ハイパスフィルタ）が形成
されている。そして、このような構成の装置を用いれ
ば、蛍光面の劣化を抑えることができ、長時間にわたっ
て、蛍光量の飽和や蛍光収率の減少等の問題を発生させ
ずに良好な２次電子像を得ることができる。

【００３８】また、図２の装置においては、第２電極２
０は、第１電極１９および蛍光面４の電位と同電位の円
筒金属パイプ２１で囲まれているので、第２電極２０の
電位を変化させても、検出器まわりの電場は変化しな
い。このため、第２電極２０の電位を変化させても、電
子線の試料照射位置のずれは生じない。

【００３９】以上、走査形電子顕微鏡を例にあげて本発
明を説明したが、本発明はこの例に限定されるものでは
ない。

【００４０】たとえば、オージェマイクロプローブなど
は、試料のクリーニングのためにイオンビーム照射装置
を備えているが、このイオンビームの電流量は多く、当
然発生する２次電子の量も多いので、２次電子検出器の
蛍光面の劣化は著しい。そこで、本発明をこのイオンビ
ーム照射装置に適用し、前記同様に、前記第２電極２０
の電位を試料を照射するイオンビームの量に応じて制御
するようにすれば、蛍光面の劣化を抑えることができ
る。なお、２次電子像からイオンビーム照射位置を決め
た後に、２次電子検出器の電源をオフしてイオンビーム
照射を行えば、蛍光面の劣化を完全に抑えることができ
るが、２次電子検出器の電源をオフすると検出器まわり
の電場が変化し、所定位置にイオンビームが照射されな
いという問題が発生する。

【００４１】また、上記例では、蛍光面と光電子増倍管
を使用した２次電子検出器について説明したが、チャン
ネルトロンを使用したものでも同様の効果が得られる。

【００４２】また、上記例では、メッシュ電極を用いた
ハイパスフィルタを備えた２次電子検出器を例にあげた
が、従来の２次電子検出器の前面に２次電子引き込み電
極と、静電形偏向器または磁界形偏向器を配置し、試料
を照射する荷電粒子線の量に応じて偏向器の偏向量を変
え、特定のエネルギーの２次電子を蛍光面に入射させる
ようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の２次電子検出器を説明するために示し
た図である。

【図２】本発明の荷電粒子線装置の一例として示し
た、走査形電子顕微鏡の概略図である。

【符号の説明】

１…電子線、２…試料、３、２４…高圧電源、４…蛍光
面、５…ライトガイド、６…光電子増倍管、７…プリア
ンプ、８…２次電子像表示手段、１０…鏡筒、１１…電
子銃、１２…第１集束レンズ、１３…第２集束レンズ、
１４…絞り、１５…偏向器、１６…対物レンズ、１７…
試料室、１８…２次電子検出器、１９…第１電極、２０
…第２電極、２１…円筒金属パイプ、２２…蛍光面固定
部、２３…電気絶縁部材、２５…バイアス電源、２６…
制御手段、２７…指示手段、２８…集束レンズ電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子線を試料に照射し、該荷電粒子
線照射により試料から発生した２次電子を２次電子検出
器で検出するようにした荷電粒子線装置において、前記
２次電子検出器は、前記試料から発生した２次電子を引
き込む第１の電極と、該第１の電極を通過した２次電子
のうち、特定のエネルギーの２次電子を選択する第２の
電極と、該第２の電極により選択された２次電子を検出
する検出部を備え、前記第２の電極への印加電圧は、試
料を照射する荷電粒子線の量に基づいて制御されること
を特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】前記第２の電極は、特定のレベル以上の
エネルギーの２次電子を通過させ、該第２の電極を通過
した２次電子は前記検出部で検出されることを特徴とす
る請求項１記載の荷電粒子線装置。