JP2003229086A - 電子線照射装置及び走査型電子顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化された微小電子光学鏡筒において、電
子線を細く収束可能な微小静電レンズを有する微小電子
光学鏡筒を、試料に対する正確な位置設定可能な電子線
照射装置及び走査電子顕微鏡を提供すること。 【構成】 電子線源と、電子線源から放出された電子を
加速する加速電極と、加速された電子線を試料表面上に
収束する電子レンズから成る電子光学鏡筒部と、レンズ
及びミラーによる光学系から成る光学顕微鏡部とで構成
され、且つ、前記電子光学鏡筒部が前記光学顕微鏡に対
して試料側に光軸上に同軸配置して電子線照射装置を構
成する。又、電子光学鏡筒部と試料との相対位置を移動
させることによって電子線の試料上への照射位置を走査
する手段と、試料への電子線照射により発生した２次電
子及び反射電子を捕らえる手段を含んで走査型電子顕微
鏡装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線照射装置及
び走査型電子顕微鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は細く絞った
電子線を試料上に照射し、試料から発生する２次電子や
反射電子を検出して像を形成する装置であり、高分解能
で表面を観察する手段として幅広い分野で用いられてい
る。

【０００３】更に近年においては、試料を低真空中に保
持した状態で表面を観察可能な装置（低真空ＳＥＭ、或
は環境制御型ＳＥＭ）が開発され、食品や生物等の水分
を含む試料や絶縁試料の観察に応用されている。

【０００４】一般的な走査電子顕微鏡装置は、電子
銃、加速電極、コンデンサーレンズ、偏向レンズ、対物
レンズから成る電子光学鏡筒部分、試料ステージ、２
次電子検出器及び反射電子検出器から成るメインチャン
バ部分、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ、イオ
ンポンプ、ソープションポンプ等から成る真空排気部
分、電子光学制御回路、画像表示モニタ、操作パネル
から成る電気回路部分の主に４つの部分で構成されてお
り、実際に市販されている走査電子顕微鏡の設置面積は
機種により異なるが、通常は３ｍ×３ｍ程度であり、装
置の総重量は数百ｋｇから１ｔを超える大型装置であ
る。

【０００５】走査電子顕微鏡装置が大型化する最大の理
由は、高分解能を達成するために磁界型レンズを用い、
しかも２０〜３０ｋＶの高加速電圧を印加出来るように
構成されているためである。即ち、電子を高速に加速
し、収束及び走査するためのレンズ構成部品が大きくな
り、必然的に電子光学鏡筒が大型化する。又、電子光学
鏡筒と試料室を含む大容量の容器内を真空に維持するた
めに大型の排気システムも必要になる。

【０００６】そこで、走査電子顕微鏡を小型化し、操作
性や機能性を向上させる試みが幾つか提案されている。

【０００７】特開平０５−１８２６２７号公報に開示さ
れている方法を説明する。

【０００８】この発明の明細書によれば「基板上に形成
された電界放出冷陰極と、上記基板上に絶縁物を介して
被着及び形成され、上記冷陰極より電子線を引き出す引
出し電極とで形成される電子線源、上記引出し電極上に
絶縁物を介して被着及び形成され、上記電子線を加速す
る加速電極、上記加速電極上に直接若しくは絶縁物を介
して被着及び形成された検出器及び上記冷陰極と上記引
出し電極と上記加速電極と上記検出器に対し電気的に接
続された複数の接続線を備えた超小型表面センサー」と
し、これにより電子銃と加速電極と検出器とを含む表面
センサーの小型化を達成している。

【０００９】又、上記発明においては、電子線照射位置
を走査する機構として上記表面センサーをピエゾ素子上
に配置し、このピエゾ素子の駆動によって上記表面セン
サーを走査する方法を実施例として挙げている。

【００１０】又、特開平０５−２９９０４９号公報に開
示されている方法を説明する。

【００１１】この発明では、エミッタ電極、ベース電
極、アノード電極、走査電極を、絶縁層を介した多層薄
膜構造として基板上に形成した電子走査系と、電子線照
射によって発生した２次電子や反射電子等を検出する電
子検出系を近接して配置させた微小センサーを提案して
いる。

【００１２】一般的な走査電子顕微鏡装置における試料
の所望の観察場所を探す方法は、数ミリ角にカットした
試料を低倍率ＳＥＭ観察をしながら、試料を載せたホル
ダ或はステージを微動で動かす方法が一般的である。

【００１３】一方、Ｓｉウェハ等の大型の試料をカット
することなく試料をメインチャンバ内に導入し、所望の
観察場所を探す方法は、大容量真空ポンプと大型ステー
ジ、光学顕微鏡を備えた大型メインチャンバ内に直接導
入可能な装置の開発により実現されており、光学顕微鏡
像との画像の対応させることにより容易に可能となって
いる。

【００１４】このように、走査電子顕微鏡に光学顕微鏡
を組み合わせることによって、操作性や機能性を向上さ
せる試みが幾つか提案されており、これには次のような
ものがある。

【００１５】即ち、光学顕微鏡像と走査電子顕微鏡像
を対応させ、観察場所の位置決めに利用する提案（例え
ば特開平０６−０１３０１１号公報参照）、焦点深度
の浅い光学顕微鏡による試料表面の結像位置を走査電子
顕微鏡のユーセントリック位置に利用する提案（例え
ば、特開平１１−１８３１５４号公報参照）、光学顕
微鏡を用いて電子線照射により試料表面から発生した蛍
光の分析に利用する提案（例えば、特開平０５−１１３
４１８号公報参照）、試料観察用の光学顕微鏡の光学
系を用い、試料表面に特定の光の照射に利用する提案
（例えば、特開平１０−２２３１６８号公報参照）等。
特に、光学顕微鏡を用いた試料位置の高さ測定は、電子
ビームマイクロアナライザにおけるローランド円上への
設置にも応用されている（例えば、特開平０８−３６９
８６号公報参照）。

【００１６】又、光学顕微鏡を組み合わせる方法として
は、走査電子顕微鏡と光学顕微鏡とで試料ステージを
共有する方法（例えば、特開平０６−０１３０１１号公
報参照）、光学顕微鏡を走査電子顕微鏡のメインンチ
ャンバに共有させる方法（例えば、特開平０８−２７３
５７８号公報参照）、走査電子顕微鏡の電子光学系と
同軸に光学顕微鏡用のミラーやレンズを配置させる方法
（例えば、特開平０９−０５５１８１号公報参照）が提
案されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平０５−１８２６２７号公報に記載された表面センサ
ー及び特開平０５−２９９０４９号公報に記載されてい
る微小電子走査系は、装置の小型化については達成され
ているものの、電子線照射装置或いは走査電子顕微鏡と
しての性能は、充分に保持されているとは言い難い。
走査電子顕微鏡において充分な空間分解能を得
るには、１次電子線を充分細く絞って試料上に照射する
必要がある。一般に電子線源から放出された電子線は発
散傾向を持つため、この電子線を収束するためには何ら
かの電子レンズが必要となる。

【００１８】ところが、上記の表面センサーには電子線
を収束するための電子レンズが記述されていないので、
試料上で充分収束されたプローブを形成できないと考え
られる。

【００１９】又、小型化された微小電子光学鏡筒の簡易
な構造の電子レンズでは、遠くにある試料表面に電子線
を十分細く収束させるには無理があり、実際に電子線照
射装置或は走査電子顕微鏡として高い空間分解能を得る
ためには、微小電子光学鏡筒を試料に十分接近させ、且
つ、微小電子光学鏡筒を試料に衝突させることなく、試
料をユーセントリック位置に設定する必要がある。又、
このように微小電子光学鏡筒を試料に接近させることに
より、試料の正確な観察場所の設定も必要となってく
る。

【００２０】しかしながら、上記特開平０５−１８２６
２７号公報に記載された表面センサー及び特開平０５−
２９９０４９号公報に記載されている微小電子走査系に
おいて、このような問題について具体的な解決は提案さ
れていない。

【００２１】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、小型化された微小電子光学鏡
筒において、電子線を細く収束可能な微小静電レンズを
有する微小電子光学鏡筒を、試料に対する正確な位置設
定可能な電子線照射装置及び走査電子顕微鏡を提供する
ことにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電子線源と、電子線源から放出された電
子を加速する加速電極と、加速された電子線を試料表面
上に収束する電子レンズから成る電子光学鏡筒部と、レ
ンズ及びミラーによる光学系から成る光学顕微鏡部とで
構成され、且つ、前記電子光学鏡筒部が前記光学顕微鏡
に対して試料側に光軸上に同軸配置して電子線照射装置
を構成したことを特徴とする。

【００２３】又、本発明は、電子光学鏡筒部と試料との
相対位置を移動させることによって電子線の試料上への
照射位置を走査する手段と、試料への電子線照射により
発生した２次電子及び反射電子を捕らえる手段を含んで
走査型電子顕微鏡装置を構成したことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２５】上記問題点を解決し電子線照射装置及び走
査電子顕微鏡装置の小型化を実現するため、本発明の電
子光学鏡筒は微小な電子線源と加速された電子線を収束
する微小な静電レンズとで構成されたものである。又、
試料表面上でのラスタースキャンは、電子光学鏡筒と試
料の相対位置を変化させることによって実現するもので
ある。

【００２６】上記の微小な電子光学鏡筒に収納される電
子放出源は熱電子放出のように高温加熱する必要がな
く、且つ、低真空でも安定に動作する方式が望ましい。
更に、高い空間分解能を得るには、電子放出源の放出面
積ができるだけ小さいことが望ましい。このような性質
を備える電子放出源として、例えばカーボンナノチュー
ブ或はカーボンナノファイバーからの電界放出を用いる
ことができる。又、上記の微小な電子光学鏡筒は静電レ
ンズの電極間に生じる放電を避けるために比較的低い加
速電圧が設定される。通常は加速電圧が低くなると空間
分解能が低下するという問題がある。

【００２７】しかし、本発明においては電子軌道を偏向
するによって電子線を走査する必要としないので電子線
の中心を常に光軸上に置けること、又、低加速電圧の下
で充分短い焦点距離を設定できること等の特徴から空間
分解能の低下を最小限に抑えている。

【００２８】電子光学鏡筒と試料の相対位置を走査する
方法としては、走査トンネル顕微鏡の場合と同様にピエ
ゾ素子の駆動を利用できる。即ち、上述した電子光学鏡
筒或は試料をピエゾ素子から成るスキャナー上に形成
し、このピエゾ素子を駆動することによって１次電子線
の照射位置を水平方向にスキャンする。

【００２９】上記手段によれば、観察範囲に拘らず電子
光学鏡筒と試料間（或は電子源と試料間）の距離を充分
小さくできるため、比較的単純かつ微小なレンズ構成に
よって電子線を試料上に充分収束できる。尚、本発明の
重要な特徴は収束レンズ系を含む電子光学鏡筒全体を機
械的に走査することであり、この点において収束レンズ
をその構成要素として含まない前記の特開平０５−２９
９０４９号公報とは明確に異なるものである。

【００３０】又、本発明は上記電子光学鏡筒の作製法に
ついて何ら制限を設けるものではないが、薄膜成長技
術、半導体プロセス技術、又、マイクロメカニクスやＦ
ＩＢ等による微細加工技術を複合することにより、微小
な電子光学鏡筒を作製することが可能である。

【００３１】更に、上記電子光学鏡筒を光学顕微鏡の対
物レンズ前、且つ、その光軸と同軸上に設置することに
より、試料に接近する必要のある微小電子光学鏡筒にお
いて、光学顕微鏡の試料表面の結像位置を利用した電子
光学鏡筒の最適なユーセントリック位置の設定と、光学
顕微鏡の広視野観察を利用した走査電子顕微鏡の観察場
所の設定を実現するものである。

【００３２】又、このような光学顕微鏡との組み合せに
より、以下のような利点も得られ、微小化した電子光学
鏡筒の性能支持だけでなく、高機能な利用が見込むこと
ができる。例えば、光学顕微鏡に分光器、受光素子を
組み合わせ、電子線照射により試料表面から発生した蛍
光を捕らえ蛍光分析への応用や、光学顕微鏡の光学系
を利用し、赤外ランプアニール等の試料表面に特定の光
の照射への応用等である。

【００３３】この微小電子光学鏡筒を設置する光学顕微
鏡に特に限定はないが、試料の広視野観察や、観察場所
の正確なユーセントリック位置決定を行う上で、低倍率
から約１０００倍までのズームタイプが望ましい。又、
レンズやミラーの構成についても特に限定はなく、レン
ズ群による一般的な光学顕微鏡や、前面に補正レンズ板
を備えたミラーレンズタイプの光学顕微鏡が挙げられ
る。

【００３４】又、電子光学鏡筒を誤って試料に接触させ
ないという点では、試料に対面する対物レンズやミラ
ー、補正板、保護ガラス板等が稼動しないものが望まし
く、例えばインナーフォーカスタイプのズームレンズに
よる光学顕微鏡が有効である。又、蛍光分析や赤外線ラ
ンプアニールなど特定の光を扱う場合は、波長依存によ
る光のロス等を考慮しミラーレンズタイプの光学顕微鏡
等が有効である。

【００３５】又、微小電子光学鏡筒を光学顕微鏡に配置
する方法としては、使用する光学顕微鏡の種類にもよる
が、レンズを用いた光学顕微鏡では、対物レンズ表面や
光学顕微鏡レンズ群の前面に配置した光学保護ガラス表
面、又、ミラーレンズタイプの光学顕微鏡では、補正レ
ンズ板の表面に配置する方法が挙げられる。又、電子光
学鏡筒とそれを制御する配線は、設置した光学ガラス表
面に電極形成する方法や、レンズやミラーに穴をあけ、
光軸上に取り出す方法が可能である。

【００３６】又、光学顕微鏡を利用した走査電子顕微鏡
観察位置決定や電子光学鏡筒のユーセントリック位置決
定の方法としては、試料表面の光学顕微鏡像をＣＣＤ等
の受光素子による撮像とコンピューターへの画像データ
の取り込み、それを用いた光学顕微鏡のオートフォーカ
ス機構や電子光学鏡筒の電子レンズ駆動及び試料ステー
ジへのフィードバックを組み合わせることで可能とな
る。

【００３７】そして、光学顕微鏡を電子線照射による蛍
光分析に利用する方法では、分光器として回折格子や特
定の光を透過させる光学フィルターを用い、検出器とし
て光学像を撮像するＣＣＤ等を冷却しＳ／Ｎの高い受光
素子を利用することで可能である。又、電子線を試料表
面でラスタースキャンすることによって、蛍光のマッピ
ング像を得ることも可能である。

【００３８】又、市販の走査電子顕微鏡では、鏡筒から
試料までの距離は通常数ｍｍ〜数ｃｍのオーダーである
のに対して、本発明では光学顕微鏡を用い、鏡筒から試
料までの距離を１μｍ以下にすることも容易である。特
に、小型化を実現する上で排気系の大きさに制限を受
け、高真空の得難い走査型電子顕微鏡装置にとって有効
である。

【００３９】低真空下での走査電子顕微鏡観察を阻害す
る大きな要因は、１次電子が試料に到達するまでの経路
でガス分子に散乱され、その結果、１次電子線の信号強
度の低下や強度分布の広がりが生じてしまうことであ
る。一定の真空圧力下で１次電子線がガス分子と衝突す
る確率を小さくするには、１次電子線が低真空下を通過
する距離をできるだけ短くすることが効果的である。

【００４０】本発明に係る走査電子顕微鏡は低真空雰囲
気となる電子光学鏡筒から試料までの距離を非常に短く
できるため、電子とガス分子の衝突確率を低く抑えるこ
とができる。同一の雰囲気と加速電圧の下で比較すれ
ば、本発明の走査電子顕微鏡における入射電子の散乱確
率は一般の装置に比べて３桁以上小さくなる。これより
大気圧下であっても信号強度が高く充分収束された電子
線を照射することが可能になる。

【００４１】以下、実施例を用いて詳細に本発明を説明
するが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、
微小電子光学鏡筒の電子レンズや光学顕微鏡のレンズ及
びミラーの構成は自由に変えることが可能である。又、
試料と電子光学鏡筒との相対位置を変化させる圧電体の
設置場所においても、走査が可能であれば特に限定はし
ない。更に、電子光学鏡筒と光学顕微鏡の同軸配置の設
置方法においても厳密に設定する必要はなく、光学顕微
鏡視野内に電子光学鏡筒が設置されていれば、以下に説
明する実施例に限定されない。

【００４２】［実施例］ ＜実施例１＞本実施例は、光学顕微鏡の対物レンズ表面
に設置した電子光学鏡筒において、圧電体による微動機
構を備え、その圧電体による微動機構により電子光学鏡
筒と試料との相対位置を変化させることによって走査を
行う走査電子顕微鏡の一例である。

【００４３】図１に全体像を示す。１は圧電体微動機構
を備えた電子光学鏡筒、光学顕微鏡鏡筒による顕微鏡ユ
ニット、２は試料、３はＸＹＺθ微動可能な試料ステー
ジ、４はソープションポンプ、５はフレーム、６は各駆
動装置のコントロールＢＯＸ、７はカメラ及び照明駆動
ユニット、８は圧電体微動機構駆動ユニット、９は光学
顕微鏡駆動ユニット、１０は電子光学鏡筒駆動ユニッ
ト、１１は試料ステージ駆動ユニット、１２は制御用Ｐ
Ｃである。本実施例の走査電子顕微鏡は、制御用ＰＣ１
２をユーザーインターフェイスとして使用し、コントロ
ールＢＯＸ６内の各部の駆動ユニットを通じて試料ステ
ージ３、電子光学鏡筒２３、光学顕微鏡２７、圧電体微
動機構２４、カメラ２９及び照明２８の制御を行うもの
である。

【００４４】制御用ＰＣ１２の画面上では、光学顕微鏡
像及び走査電子顕微鏡像のリアルタイム表示、各駆動部
の状態及び設定変更、真空状態の監視を行うものであ
る。

【００４５】図３に図１に示した顕微鏡ユニット１の詳
しい構成を示す。

【００４６】２３は電子光学鏡筒、２４は電子光学鏡筒
全体を微動させて試料との相対位置を変化させる為のＸ
ＹＺ微動可能な圧電体素子、２５は対物レンズ表面、２
６は２次電子検出器用プリアンプ、２７は光学顕微鏡鏡
筒、２８は照明ユニット、２９はシャッター及びＣＣＤ
素子によるカメラユニットである。

【００４７】本実施例の走査電子顕微鏡に備えた光学顕
微鏡２７は、５０倍から１０００倍までのズームレンズ
で構成されており、インナーフォーカスタイプの光学顕
微鏡である。従って、対物レンズ及び対物レンズ表面２
５に設置された電子光学鏡筒２３は、光学レンズのフォ
ーカス及び倍率を変化させても試料２との距離に変化が
なく、電子光学鏡筒２３が誤って試料２に接触すること
を防ぐようになっている。

【００４８】又、光学顕微鏡駆動ユニット９によりオー
トフォーカスの駆動機構を備え、試料表面の観察をカメ
ラ２９のＣＣＤ受光素子で撮像し、制御ＰＣ１２の画面
上で観察することを可能とした。更に、電子光学鏡筒２
３による走査電子顕微鏡像観察時には電子光学鏡筒２３
を試料表面に近づけるために、試料２への照明は、光学
顕微鏡鏡筒内部から試料表面に光を照射する方法を採用
し、照明ユニット２８を光学顕微鏡鏡筒２７とカメラユ
ニット２９の間に設けた。

【００４９】照明ユニット２８は光源に発光ダイオー
ド、撮像系の光路分離のためのハーフミラーにより構成
し、照射系レンズとして光学顕微鏡のレンズを利用した
ものである。

【００５０】図２に図３に示した電子光学鏡筒２３の詳
しい構成を示す。

【００５１】１３はカソード電極、１４は電子源チップ
としてのカーボンナノチューブ、１５は引出し電極、１
６は加速電極、１７は電子線を収束させるためのアイン
ツェルレンズの電極、１８は各電極を絶縁する絶縁体、
１９は電子線照射によって試料表面から発生した２次電
子及び反射電子を電流信号として検出する外周電極、２
０は絶縁体基板、２１は電子光学鏡筒の配線（不図示）
の電極端子、２２は電子光学鏡筒と圧電体素子を接続す
る接続部である。尚、収束レンズはアインツェルレンズ
に限るものではなく、どのような静電レンズであっても
構わない。

【００５２】本装置により試料の光学顕微鏡観察及び光
学顕微鏡観察により指定した場所の走査電子顕微鏡観察
を次のような手順を行った。

【００５３】先ず、各装置の接続と電源の投入後、制御
ＰＣ１２を起動し装置をモニターする。フレーム５内を
排気する前に試料２を試料ステージ３に載せる。そし
て、ソープションポンプ４に液体窒素を投入し、排気バ
ルブ（不図示）を開けることにより、電子光学鏡筒２３
の内部及びフレーム５の内部の排気を行い、電子光学鏡
筒２３による電子線照射の動作可能な雰囲気にさせる。
このとき、雰囲気は制御ＰＣ１２によりモニターする。
尚、目的に応じて排気を電子光学鏡筒２３の内部のみと
し、試料周りの領域は大気状態或いは適当なガスを置換
した雰囲気であっても構わない。

【００５４】次に、照明ユニット２８により試料２を照
明し、光学顕微鏡２７による試料表面の観察を行い、走
査電子顕微鏡観察を行う場所を特定する。所望の観察場
所が特定できると、光学顕微鏡２７の倍率を最大倍率に
し、フォーカスポイントを電子光学鏡筒２３のユーセン
トリック位置に設定する。

【００５５】光学顕微鏡観察により試料表面が結像する
まで試料２を試料ステージ３により電子光学鏡筒２３に
接近させ、所望の試料表面を電子光学鏡筒２３のユーセ
ントリック位置に設定させる。尚、試料ステージ３の移
動による接近の精度が不十分な場合、電子光学鏡筒２３
を接続している圧電素子２４による高さ方向の微動も合
わせて行った。

【００５６】そして、充分に電子光学鏡筒２３内部が排
気された後、引出し電極１５に電圧を印加してカーボン
ナノチューブ１４より電子を放出させ、加速電極１６、
収束レンズ用のアインツェルレンズ１７を動作すること
により、試料２上に細く絞った電子線を照射する。この
とき電子線照射により試料表面から発生した２次電子及
び反射電子を、電子光学鏡筒２３の外周電極１９によっ
て電流信号として検出する。この動作を行いながら、圧
電素子２４により電子光学鏡筒２３の試料に対する相対
位置を変化させることによって、電子線を試料表面で走
査する。

【００５７】外周電極１９によって検出した電流信号は
顕微鏡ユニット１の側面に設置したプリアンプ２６によ
って増幅し、コントロールＢＯＸ内において位置情報と
しての圧電素子２４の駆動信号との処理により、走査電
子顕微鏡像を得る。

【００５８】このとき、電子光学鏡筒２３の外周電極１
９或は対物側のアインツェルレンズの電極１７と試料２
との電位差は自由に設定できる。対物側のアインツェル
レンズの電極１７と外周電極１９を同電位に設定し、こ
の電位と試料３を同電位に設定した場合は、通常の走査
電子顕微鏡と同様であり、電子はこの空間内を直線的に
運動する。

【００５９】一方、試料２に対して上記電位をプラスに
設定すると、電子光学鏡筒２３〜試料２の間にほぼ一様
な電場が形成される。この状況は低速電子顕微鏡（ＬＥ
ＥＭ）や光電子放射顕微鏡（ＰＥＥＭ）の場合と類似し
ており、電子光学鏡筒２３〜試料２の空間も一種の電子
レンズとして作用し、電子は放物線軌道を描いて減速し
ながら試料上に収束する。試料上に照射される電子の運
動エネルギーを数えｅＶ以下に設定することも容易であ
り、従って、２次電子は殆ど発生せず、検出される信号
は実質的に反射電子のみである。

【００６０】本発明の走査電子顕微鏡は試料上で電子線
を充分収束させるために電子光学鏡筒〜試料間の距離は
通常の走査電子顕微鏡に比べて可成り短く、標準的な使
用条件としては数１００ｎｍから数１０μｍ程度であ
る。従って、試料表面の大きな凹凸があると、電子線の
照射位置によってフォーカス条件を変える必要が生じ
る。このような場合は、フォーカス条件を変えた複数の
走査像を取得し、画像処理によりフォーカスの合った領
域を繋ぎ合わせることにより、全体にフォーカスの合っ
た像を取得するとともに試料表面の形状を計測する。
尚、フォーカスは収束レンズ２５の設定値、或は圧電素
子２４を駆動して試料をＺ方向に移動させるか、或はそ
の両方を組み合わせることによって行う。

【００６１】尚、本実施例は走査電子顕微鏡としての用
途の他に、電子線露光装置等の電子線照射装置としても
用いることができる。

【００６２】＜実施例２＞本実施例は、電子光学鏡筒を
対物レンズ表面に設置した光学顕微鏡鏡筒において、圧
電体による微動機構を備え、その圧電体による微動機構
により電子光学鏡筒と試料との相対位置を変化させるこ
とによって走査を行う走査電子顕微鏡の一例である。

【００６３】全体像は実施例１と同様で図１の通りであ
る。実施例１では電子光学鏡筒２３のみを圧電素子２４
で微動を行っていたのに対し、本実施例では電子光学鏡
筒２３を固定した光学顕微鏡鏡筒全体を圧電素子３０で
微動させるものである。又、試料２への光照射系を用い
た赤外線ランプアニールによる試料表面処理方法及び電
子線照射により試料表面から発生した蛍光観測について
も説明する。

【００６４】図４に図１に示した顕微鏡ユニット１の詳
しい構成を示す。

【００６５】２３は電子光学鏡筒、２４は対物レンズ表
面、２６は２次電子検出器用プリアンプ、２７は光学顕
微鏡鏡筒、２８は照明ユニット、２９はシャッター及び
ＣＣＤ素子によるカメラユニット、３０は試料と電子光
学鏡筒との相対位置を変化させる為の圧電素子である。
この光学顕微鏡２７の照明ユニット２８を利用し、試料
表面の赤外線ランプアニールを行うため、照明ユニット
２８に赤外線ランプの光源と可動式のミラーを備えた。

【００６６】更に、この光学顕微鏡２７を利用した蛍光
観測を行うため、照明ユニット２８におけるハーフミラ
ーも可動式として光のロスを極力抑え、撮像カメラ用の
ＣＣＤ受光素子も２段のペルチェ素子による冷却を行い
Ｓ／Ｎの向上を図った。そして、特定波長の蛍光観察を
行うために、可動式の光学フィルターも設けた。

【００６７】又、使用した電子光学鏡筒２３の詳しい構
成は実施例１と同様で、図２に示す通りである。本実施
例では、この電子光学鏡筒２３を接続部２２を介して対
物レンズ表面に直接固定した。

【００６８】本実施例における試料の光学顕微鏡観察及
び光学顕微鏡観察により指定した場所の走査電子顕微鏡
観察の手順は、基本的に実施例１と同様である。大きく
異なる点は、走査電子顕微鏡像を得る際の走査方法とし
て、試料と電子光学鏡筒との相対位置の変化を顕微鏡ユ
ニット全体を圧電素子で駆動するものである。これによ
り、実施例１よりも広範囲の走査が可能となる。又、必
要ならば、実施例１と同様に電子光学鏡筒と対物レンズ
の間に圧電素子を設置しても構わない。

【００６９】本実施例では、試料表面のコンタミ除去の
ための赤外線ランプアニール及び電子線照射による蛍光
観測の手順を詳しく述べる。

【００７０】試料表面のコンタミ除去のための赤外線ラ
ンプアニールは、フレーム内を排気し、試料を光学顕微
鏡観察可能な状態にて行った。先ず、所望の場所及び領
域を試料ステージ及び光学顕微鏡で設定する。次に、試
料の光学顕微鏡観察用のハーフミラーを光学顕微鏡の光
軸から外した後、赤外線照射用のミラーを光学顕微鏡の
光軸上にセットし、所望の照射時間及び出力をセットす
る。そして、赤外線ランプを試料への照射を行う。但
し、電子光学鏡筒及びその配線等を保護するために、試
料を電子光学鏡筒から数ｃｍ離れた場所に設置し、光学
顕微鏡のフォーカス位置をその試料表面に合わせ、電子
光学鏡筒になるべく赤外線が集中しないようにする必要
がある。

【００７１】又、電子線照射による蛍光観測は、試料の
走査電子顕微鏡像の得られる状態において行う。電子線
照射による蛍光は微弱なものである。そのため、蛍光観
測を行う場合は、試料の光照射ユニットの可動式ハーフ
ミラーを光軸上から外し、更に撮像用のＣＣＤカメラの
受光素子を２段のペルチェ素子によって−３０℃まで冷
却し、暗電流を抑えてＳ／Ｎを向上させることによっ
て、感度を上げ蛍光観測を行う。従って、蛍光観測を撮
像用のＣＣＤを利用するため、光学顕微鏡像の同時観察
はできない。

【００７２】尚、蛍光観察において、電子線照射は圧電
体駆動による走査を行っても良く、その場合は走査電子
顕微鏡像と共に蛍光強度のマッピングを得ることができ
る。又、所望の波長の蛍光観測を行うために照射ユニッ
ト部分に設けた可動式の光学フィルターを使用すること
も可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、小型で操作性が高い電子線照射装置を得ること
ができる。又、走査電子顕微鏡として用いることによ
り、試料表面のアニール処理や蛍光観察ができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子照射装置及び走査電子顕微鏡
装置の全体の構成を示す図である。

【図２】本発明に係る電子光学鏡筒の構成を示す図であ
る。

【図３】本発明に係る電子光学鏡筒に圧電体微動機構を
備えた光学顕微鏡ユニットを示す図である。

【図４】本発明に係る圧電体微動機構を備えた顕微鏡ユ
ニットの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電体微動機構、電子光学鏡筒、光学顕微鏡鏡筒
を備えたユニット ２ 試料 ３ 試料ステージ ４ ソープションポンプ ５ フレーム ６ コントロールＢＯＸ ７ カメラ及び照明駆動ユニット ８ 圧電体微動機構駆動ユニット ９ 光学顕微鏡駆動ユニット １０ 電子光学鏡筒駆動ユニット １１ 試料ステージ駆動ユニット １２ 制御ＰＣ １３ カソード電極 １４ カーボンナノチューブ １５ 引出し電極 １６ 加速電極 １７ アインツェルレンズの電極 １８ 絶縁体 １９ 外周電極 ２０ 絶縁体基板 ２１ 電極端子 ２２ 接続部 ２３ 電子光学鏡筒 ２４ 圧電体素子 ２５ 対物レンズ表面 ２６ プリアンプ ２７ 光学顕微鏡鏡筒 ２８ 照明ユニット ２９ カメラユニット ３０ 圧電体素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H052 AA09 AB05 AC04 AC27 AC33 AD02 AD09 AD31 AF07 AF10 AF14 4M106 AA01 AA02 BA02 CA38 DB01 5C033 UU01 UU02 UU03 UU10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線源と、電子線源から放出された電
   子を加速する加速電極と、加速された電子線を試料表面
   上に収束する電子レンズから成る電子光学鏡筒部と、レ
   ンズ及びミラーによる光学系から成る光学顕微鏡部とで
   構成され、且つ、前記電子光学鏡筒部が前記光学顕微鏡
   に対して試料側に光軸上に同軸配置されたことを特徴と
   する電子線照射装置。
2. 【請求項２】 電子光学鏡筒部と試料との相対位置を移
   動させることによって電子線の試料上への照射位置を走
   査する手段と、試料への電子線照射により発生した２次
   電子及び反射電子を捕らえる手段を備えたことを特徴と
   する走査型電子顕微鏡装置。
3. 【請求項３】 前記電子光学鏡筒部において、電子線を
   収束する電子レンズが静電レンズであり、この静電レン
   ズを構成する電極に印加する電圧を変えることによって
   レンズの焦点距離を選択或は調整できることを特徴とす
   る請求項２記載の走査電子顕微鏡装置。
4. 【請求項４】 前記光学顕微鏡部の光学観察手段によっ
   て、前記電子光学鏡筒部による電子線収束に対する適正
   な試料高さの位置決定の手段を備えたことを特徴とする
   請求項２記載の走査電子顕微鏡装置。
5. 【請求項５】 前記光学顕微鏡部において、分光器を備
   えることによって、前記電子光学鏡筒部による試料への
   電子線照射によって試料から発生した蛍光を分析する手
   段を備えたことを特徴とする請求項２記載の走査電子顕
   微鏡装置。