JP2001126655A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents
走査電子顕微鏡Info
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Abstract
による二次電子増幅法と吸収電流を利用して画像を形成
する方法が試みられており、これによる画像は二次電子
像と酷似しているため微細な表面構造や立体像の観察が
低真空雰囲気において可能となっている。この特徴から
低真空SEM利用者に需要が出てきており、低コスト・簡
単な操作性・良好な像質等が要求されている。 【解決手段】高真空時の観察に用いている二次電子検出
器の二次電子コレクタ電極を、本発明の基となっている
基本原理に適用した低真空走査電子顕微鏡。また試料微
動ステージにリング状電極を設置し収量増大・像質向上
を目的として構成される低真空走査電子顕微鏡。またそ
れら電極構造において、像観察する際の観察条件自動設
定機能を用いた低真空走査電子顕微鏡。
Description
観察手法に属し、具体的には試料周辺の残留ガス分子に
よる二次電子増幅法と吸収電流を利用して画像を形成す
る方法を基本原理としている。これの実用化に向けた電
極構造と、この電極構造を用いて像観察する際の観察条
件自動設定機能を用いる事に関する。
試料周辺の残留気体分子を利用して二次電子を増幅させ
吸収電流として取り込む方法が数々試みられている。こ
の種の原理に関する内容については、セコンダリー エ
レクトロン イメージング インザ バリアブル プレッシ
ャー スキャニング エレクトロン マイクロスコープ、
スキャニング20、436−441(1998)の論文(Secondary Ele
ctron Imaging In the Variable Pressure Scanning El
ectron Microscope.Scannig20 ,436−441(1998)にお
いて挙げられている。具体的にはまず、試料より飛び出
した二次電子を陽極の電極で残留気体分子と衝突・増幅
させる。この時発生した(+)イオンは試料方向にドリフ
トされ試料に吸収、その後吸収電流として検出される。
発生した(+)イオンは二次電子の情報を持っていること
から、この吸収電流から得られた画像は二次電子観察像
となる。
る問題点としては、上記の吸収電流が画像形成に依存す
ることから電極でより多くの(+)イオンを発生させ、吸
収電流の収量を増やす為に様々な電極構造が試みられて
いる。しかし、実用化を考慮した最適な電極構造はまだ
見出されておらず、また上記の原理を簡略化した機構構
造がない為製品化には装置の改造、部品の追加などが考
えられ多くの問題点を抱えている。更に、この吸収電流
の収量は試料室真空度と電極の印加電圧値や試料位置
(作動距離:ワーキングデイスタンス(W.D.))などで
変動することから最適条件での像観察の際には操作性上
の問題がある。
発ならびに吸収電流の収量増加を目的とした電極構造の
開発をし、更にこれらの装置構成に於いて像観察する際
の操作性向上を図ることである。
原理を簡略した電極構造を挙げているが、この課題を解
決する為に高真空時の観察に用いている二次電子検出器
の二次電子コレクタ電極を低真空時にも併用し、さきに
挙げた論文の電極による二次電子増幅法と同等の効果を
得ることで解決できる。試料上方に電極を設置するとい
うことに関しては論文と同様であるが、通常の走査電子
顕微鏡に標準で搭載されている二次電子検出器のコレク
タ電極を、低真空時においても印加電圧を切断せずにそ
のまま印加させておくことで、前述した試料上方の電極
と等価的な効果をもたせることで二次電子増幅法にその
まま利用できる。これにより、二次電子を増幅させる為
の特別な装置の改良や部品の追加などを施す必要がない
という点で有効な手段である。更にこの手法だと通常の
試料室内配置構造に何ら変更がいらないため、本手法を
取扱うことに際して特に試料移動や傾斜といった制限が
不要である。
た電極構造を挙げているが、この課題は試料近傍のリン
グ電極を微動ステージに固定設置することで解決でき
る。低真空SEMの二次電子観察手法において、その吸収
電流の収量は試料上に印加される電界の強さに依存する
が、従来のリング電極は試料室の空きポートより挿入さ
れていて、作動距離:ワーキングデイスタンス(W.D.)
を変えるとリング電極と試料の距離が一定ではない為リ
ング電極による電界の効果を十分に得ることができな
い。本発明によって、リング電極を試料と共に可動させ
ることで常に試料とリング電極の距離が一定に保たれ均
一な最適電界を作用させることが可能となる。
いては、吸収電流収量が最大収量になるような印可電圧
値と試料室真空度を自動設定する機能を設けることで解
決できる。もちろん請求項1の場合は、その自動設定条
件にW.D.も含まれる。
実施の形態について、具体的に説明する。
リング電極4を示す。電子ビーム1は対物レンズ12に
よって低真空雰囲気中(例えば1〜3000Pa)にお
かれた試料6に収束されると同時に偏向装置7によって
試料6上を走査する。電子ビーム1によって照射された
試料6からは二次電子2が発生する。二次電子2は電極
4に印加された(+)電界によって電極4方向に加速され
る。加速された二次電子2は低真空雰囲気中の残留気体
分子9と衝突し+イオンが発生する。(イオン化現象)
残留気体分子9との衝突後の二次電子2は電極4の電界
によって更に加速され再び残留気体分子9と衝突し+イ
オンが発生する(階層的に増幅される)。
速、衝突を繰り返しながら電極4方向へと移動していく
が、この際に発生した+イオンは、電極4に印加された
(+)電位に反発して上方へは上がらず、アース16に接
続されている試料6の方向へドリフトしていく。その
後、試料台6に吸収され、吸収電流11として検出され
増幅器14経由で画像形成される。この吸収電流11は
二次電子2と等価なコントラスト成分を持っていること
から、二次電子観察のような画像形成が可能となる。
成するのに必要となる電極4が通常高真空時に利用して
いる二次電子検出器のコレクタ電極4と併用することに
ある。
いらないため、本手法を取扱うことに際して特に試料移
動や傾斜といった制限が不要であることは言うまでもな
い。
子検出器のコレクタ電極に使われている、板状タイプの
プレート形やボックス形やメッシュ状電極またはそれと
同等な効果を出せる電極構造である。
吸収電流11を取り込めるかが問題となっている。吸収
電流11の収量は電極4からの電界に依存する。図2に
更に効率よく吸収電流11を取込む手法を説明する。前
述で説明した本開発手法も含めて従来の方法では一般的
には試料室13の空きポートよりリング電極5を試料6
の上方に挿入するためW.D.17を変えるとそれに伴っ
て電極4やリング状電極5と試料6の距離も変わってし
まい、試料に一定の最適電界を作用させることができな
い。具体的にはW.D.17が大きく(長く)なれば電極
4・5が固定されているため試料6上の電界強度は弱く
なる。しかし、本発明ではリング状電極5を試料6と共
に可動させることができる構造とした。これにより、常
に試料とリング電極の距離が一定に保たれ均一な最適電
界を作用させることが可能となる。
れによってより多くの吸収電流を取り込むことが可能と
なった。ここで取扱うリング状電極5の構造は円形タイ
プのリング状や円盤状、またはそれと同等な効果を出せ
る電極構造である。
あるが、次にその操作性に関する発明を記述する。前述
した低真空SEMの二次電子観察手法においては、どの条
件でも吸収電流をいかに効率良く収集するかにかかって
いる。しかし、本手法のパラメータは電極電圧・試料室
真空度・W.D.と多岐にわたっており、その最適化を手
動で求めるのは難しい。ポイントとなるのはガス増幅の
原理より真空度である。
定例を示す。縦軸が吸収電流の量を示しており、横軸が
試料室真空度を示す。任意の電子ビーム1量に対して電
極4・5のバイアス電圧を0V〜50V程度として試料
室真空度を可変させて吸収電流をトレースすると初期値
マイナスだった吸収電流値が反転してプラスに転じるポ
イントがある、このときの試料室真空度がその条件にお
ける最適な試料室真空度となる。この試料室真空度をχ
Paとして条件により必要となる係数αを用いることで
必要な最適試料室真空度を求めることができ、その試料
室真空度において電極印加電圧を放電しないレベルで最
大値を印加させてあげれば最大収量値となる。係数αは
加速電圧やW.D.などにより可変するため、任意に変更
できる。図3はそれらをフローにしたものである。決め
られた操作メニューより、自動制御を実行すると、まず
電極4・5へ印加するバイアス電圧を0〜50V程度に
設定し、試料室真空度をその装置が所有している最大圧
力に設定する。その後吸収電流11を測定しながら試料
室真空度を1ステップ毎に変更更新していく。吸収電流
が0Aとなったところで、その試料室真空度Vacに係数
αを足したものを必要試料室真空度とする。
為の機能が、電極4・5の印加電圧値と試料室真空度を
自動設定する機能である。
辺の構造状態、加速電圧、W.D.、試料室真空度、電極
4・5の印加電圧など各種パラメータにより変化する。
従って少しでも簡単にパラメータを設定できるようにす
るため、ポイントとなる電極の印加電圧値と試料室真空
度の全ての組み合わせにおいて、測定された吸収電流値
の結果を基にパラメータの最適値を自動選出する機能で
操作性の向上を図った。
子を利用して二次電子を増幅させ吸収電流として取り込
む方法として、簡易的な電極構造などで実現でき、試料
台固定式のリング状電極の採用により更に像質向上が実
現される。またこれらの最も必要となるパラメータのひ
とつである試料室真空度と電極印加電圧を自動制御する
機能によって操作性の向上も実現される。
図である。
図である。
ー概略図である。
次電子検出器)、4…SEコレクタ電極、5…リング状電
極、6…試料・試料台、7…偏向装置、8…試料微動ス
テージ、9…ガス分子・残留気体分子、10…+イオ
ン、11…吸収電流、12…対物レンズ、13…試料
室、14…増幅器・AMP、15…外部電源、16…GND・
アース、17…作動距離:ワーキングデイスタンス(W.
D.)、G…二次電子のガス増幅作用。
Claims (3)
- 【請求項1】 低真空形走査電子顕微鏡 (以下低真空SE
M)の二次電子観察法に於いて、試料周辺のガスを利用し
た二次電子増幅法と吸収電流を利用して画像を形成する
時に必要となる電界供給源として、高真空時に二次電子
検出器の補助電極として使用している二次電子コレクタ
電極を併用することで簡易的に低真空SEMの二次電子像
観察ができる走査電子顕微鏡。 - 【請求項2】 低真空形SEMの二次電子観察法に於い
て、試料周辺のガスを利用した二次電子増幅法と吸収電
流を利用して画像を形成する時に必要となる電界供給源
として、試料近傍に吸収電流の収量増加を考慮したリン
グ電極を設けることで低真空SEMの二次電子観察の像質
向上を図った走査電子顕微鏡。 - 【請求項3】 これらの装置に於いて試料近傍の電極の
バイアス電圧値と試料室真空度の最適値を自動設定する
オート機能を備え、像観察において操作性の向上を図っ
た請求項1及び請求項2記載の走査電子顕微鏡。
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