JP2003272549A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents
走査電子顕微鏡Info
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Abstract
ラスト付けで可能な走査電子顕微鏡を提供する。 【解決手段】 本発明は、試料室と、試料室の中に配置
された電子の検出器と、試料室の中に配置された、試料
ホルダを備える試料台とを備える走査電子顕微鏡に関す
る。試料ホルダに対して相対的に調節可能な、絞りを備
える絞りシステムが試料ホルダと検出器の間に設けられ
ている。本発明は、特に、従来式の走査電子顕微鏡の試
料台の上で受容可能な追加モジュールとして構成されて
いてよい。走査顕微鏡と追加ユニットからなるシステム
は、特別なコントラストを生成するのに用いられ、特に
透過式に暗視野コントラストを生成するのに用いられ
る。
Description
次電子ビームによって試料から発せられる二次電子およ
び/または後方散乱電子(BSE)を検証するために、
1つまたは複数の検出器を試料室に有している。画像を
生成するために後方散乱電子の強度に依拠するか、それ
とも二次電子(SE)の強度に依拠するかに応じて、試
料画像の異なるコントラストが生成される。
鏡によって、試料を透過した電子に基づいて画像を生成
することができる構成が記載されている。この構成は、
試料台の上に受容され、内部に試料ホルダが収容されて
いる円筒状の遮蔽ユニットを含んでいる。この遮蔽ユニ
ットは、電子ビームの入射側で試料から射出される電子
が、検出器に到達することができないように作用する。
そのために遮蔽ユニットは、走査電子顕微鏡の対物レン
ズの下側の磁極片の後にすぐ続いている。このような構
成によって可能なコントラストは、透過式での明視野コ
ントラストに相当しており、試料の中央領域の信号の検
出を可能にするにすぎない。なぜなら、試料から射出さ
れた電子が検出器に到達できる領域は、絞りの直径によ
って制限されるからである。
画像を生成することは、従来、いわゆる走査・透過電子
顕微鏡(STEM)に委ねられている。このSTEMと
は、多段階のコンデンサシステムを電子源と試料の間に
備え、かつ、同様に多段階構成であり、試料を拡大して
検出面に結像する電子光学的な結像システムを備えてい
る透過電子顕微鏡である。そしてSTEMモードのとき
には、コンデンサシステムが、電子源を縮小して試料に
結像するように制御される。
最後のコンデンサレンズとしても対物レンズとしても作
用するコンデンサ・対物レンズ・単フィールドレンズの
磁極片間隙の高さに位置しているので、入射する一次電
子ビームの光学軸に対して試料表面が傾斜している、す
なわち、試料の表面法線が光学軸に対して30°または
それ以上の角度をなしている、傾いた試料を使った検査
を透過電子顕微鏡で行うことは不可能である。このよう
な試料の傾きは、従来、走査電子顕微鏡でしか実現する
ことができていない。
copy,Vol 173,(1999)、219−2
25頁の論文
式での試料画像の生成が、異なるコントラスト付けで可
能な走査電子顕微鏡を提供することである。このとき本
発明は、試料室に収納されるべき、走査電子顕微鏡の追
加ユニットの形態で構成されるのが望ましい。
料室の中に配置された電子検出器と、試料室の中に配置
された、試料ホルダを備える試料台とを備える走査電子
顕微鏡において、試料ホルダに対して相対的に調節可能
な絞りを備える絞りシステムが試料ホルダと検出器の間
に設けられている。
り、試料室と、試料室の中に配置された電子の検出器
と、試料室の中に配置された、試料ホルダを備える試料
台とを有している。試料台に、試料ホルダに対して相対
的に調節可能な、絞りを備える絞りシステムが、試料ホ
ルダと検出器の間に受容されている。
りによって、画像記録のコントラストを変えることがで
きる。たとえば、走査電子顕微鏡の光学軸付近を延び
る、試料を透過した電子がフェードアウトされるように
絞りが設計、調節されていると、比較的大きな角度で散
乱した電子だけが画像生成に寄与し、その結果は暗視野
コントラストに相当する。このコントラスト付けは、た
とえばZコントラストをもつ試料の場合や、格子構造欠
陥または配列欠陥をもつ結晶質の試料の場合、あるいは
相転移をもつ試料の場合に、コントラストを高める。そ
れに対して、ちょうど光学軸の付近で射出された電子、
および光学軸に対して少ない角度で射出された電子が絞
りを透過し、それによって画像生成に寄与するように絞
りが構成、調節されていると、このコントラストは明視
野コントラストに相当する。
ットを含めて、走査電子顕微鏡の光学軸に対して垂直方
向へスライドさせ、それと同時に絞りを反対方向に位置
調節することによって、広い試料範囲の連続的な画像、
あるいは試料全体の連続的な画像を所望のコントラスト
で生成することができる。
が好ましく、絞りは、試料ホルダと反対を向いている方
の側で遮蔽ユニットに受容される。そうすれば遮蔽ユニ
ットは、試料から射出される電子のうち、絞り開口部を
通過したものだけが検出器に到達できるように働く。こ
のような遮蔽ユニットは、電子に対して透過性でない円
筒状の管として構成されていてよく、この管の断面形状
をどうするかは重要ではない。遮蔽体は、対物レンズの
方を向いている側にリングを有しているのが望ましく、
このリングによって、対物レンズの磁極片のすぐ後に続
いている領域が電子の射出に対して密閉され、そのよう
にして、後方散乱した電子、または一次電子ビームで照
射された試料面から射出された二次電子が、検出器に達
することが防止される。
よび/または一次電子のエネルギーに匹敵するエネルギ
ーを有している電子を検出するように構成されていてよ
い。
れると1以上の収量で二次電子を放出する変換部材を有
している。この変換部材は絞りのすぐ後方に配置される
のが好ましく、それにより、絞り開口部を透過するすべ
ての電子が、この変換部材に対して入射するようにな
る。
に選択的に挿入可能な、異なる絞り開口部をもつ複数の
絞りを有しているのが好ましい。それにより、コントラ
ストの種類を簡単に変えることができる。格別に有利に
は、絞り交換のためのモータ駆動装置が設けられるのが
望ましく、それによって、試料室に手で介入する必要が
なくなる。駆動装置が、絞り調節のために十分に長い調
節距離を備えていれば、この駆動装置を同時に絞りの切
換にも利用することができる。
り、または絞りの1つは、電子に対して透過性でない中
央領域を有しているのが望ましい。
対して垂直な軸を中心として傾動可能であるのが好まし
く、この場合、試料ホルダの表面法線と光学軸との間で
30°またはこれ以上の傾動角が可能であるのが望まし
い。
追加ユニットとして構成されていてよい。このような追
加ユニットは、試料台の上に受容可能な円筒状の遮蔽ユ
ニットと、遮蔽ユニットに配置された試料ホルダと、試
料台の方を向いている側で遮蔽ユニットを密閉する、試
料ホルダに対して相対的に調節可能な、絞りを備える絞
りホルダとを有している。このような追加ユニットによ
って、および絞りホルダの調節駆動のために必要な制御
部によって、通常の走査電子顕微鏡で暗視野コントラス
ト画像を生成することが簡単なやり方で可能である。
電子検出器を取り囲んでおり、遮蔽ユニットの入射開口
部は、交換可能な絞りによって閉じられている。そし
て、さらに遮蔽ユニットには、絞りに対して相対的に調
節可能、ないし絞りホルダに対して相対的に調節可能な
試料ホルダが受容されている。
態を参照しながら、本発明のさらに詳細な事項について
詳しく説明する。
支柱、符号(2)でその試料室がそれぞれ示されてい
る。走査電子顕微鏡そのものは、電子源としての役目を
する陰極(4)と、その後に続く抽出電極(5)と、陰
極(4)から射出された電子を支柱エネルギーまで加速
させる加速電極(6)とを備える従来式の構造を有して
いてよい。
開口が調整される磁気的なコンデンサレンズ(6)と、
対物レンズ(9)とが続いている。対物レンズは、コイ
ルと磁極片を備える純粋に磁気的なレンズであってよ
く、もしくは、静電レンズと磁気レンズの組み合わせで
あってよい。なお、コンデンサレンズ(6)は加速電極
でもある。図示した実施形態ではさらに、陽極(7)か
ら光学軸(OA)に沿って対物レンズ(9)の磁極片間
隙の高さまで達し、必要に応じて試料電位とは異なる電
位に設定されるビームガイド管(8)が設けられてい
る。それにより、ビームガイド管からの出口と試料との
間の静電的な遅延場によって、対物レンズの磁場で生成
されるレンズ作用に少なくとも部分的に空間的に重ね合
わされる静電レンズが形成される。
は、さらに偏向システム(10)のコイルが配置されて
おり、このコイルによって、対物レンズ(9)で生成さ
れる電子フォーカスを光学軸(OA)に対して垂直方向
へ、試料の走査のために偏向可能である。
へ、すなわち光学軸(OA)に対して垂直にも平行にも
モータでスライド可能であるとともに光学軸(OA)に
対して垂直な軸(26)を中心として傾動可能なSEM
試料台(16)が配置されている。なお、この試料台
(16)の傾動と共に本体(11)と絞りホルダー(1
5)も共に傾動する。これに伴ってリング(13)と対
物レンズ(9)とが衝突する恐れがあるが、その場合、
試料台(16)光軸方向に調整して当たらないようにす
ることが望ましい。それに伴ってレンズ(9)の焦点距
離も調整する。
ユニットが設置されている。この追加ユニットは、広が
って膨らんでいる内部空間(14)と、それぞれ互いに
同軸に配置された2つの開口部とを備える円筒状の本体
(11)を主として備え、それぞれの開口部は円筒状の
本体(11)のそれぞれ両端にある。本体(11)は遮
蔽ユニットを構成している。対物レンズ(9)の方を向
いている開口部は、一般的な透過電子顕微鏡で試料ホル
ダとして利用される試料ホルダを備えている。対物レン
ズ側で本体(11)に続いているのが、対物レンズ側の
開口部を同軸に取り囲む遮蔽リング(13)であり、こ
の遮蔽リングは、対物レンズ(9)の出口側の端部と試
料との間の中間スペースをほぼ閉止している。試料台が
傾動しても対物レンズと本体(11)の間に中間スペー
スができないようにするために、遮蔽リングを金属ベロ
ーズとして構成することが望ましい。
1)の後に絞りシステムの絞りホルダ(15)とそこに
設けられている複数の絞り開口部(19,20,21)
を備える絞りが続いている。光学軸(OA)に対する絞
り開口部の位置は、圧電駆動装置を介して両方向に、光
学軸(OA)に対して垂直な平面で調節可能である。さ
らに絞りはモータで切換可能であり、すなわち、絞り開
口部が光学軸(OA)に位置するように、3つの絞り開
口部の各々を選択的に1つの位置に切り換えることがで
きる。絞り切換のため、および絞りの調節のためのモー
タ駆動装置は図1では符号(18)で示されている。載
置台すなわち試料台(16)のための駆動装置は図1で
は符号(17)で示されている。
とも1つの絞り(20)は、暗視野コントラストのため
の電子に対して透過性でない中央領域を有しており、す
なわち絞り開口部が環状になっている。
の変換部材(22)が載っている。変換部材(22)
は、たとえば銅、真鍮、金のような原子番号の大きい材
料でできており、電子で照射されると、入射した電子よ
りも多くの電子を再び放出するという特性を有してい
る。
が配置されており、この電子検出器は、図示した実施形
態ではEverhard−Thornley検出器とし
て構成されており、加速電極(23)と、シンチレータ
(24)を備えるガラス棒(25)とを有している。
出された電子は対物レンズ(9)によって、試料ホルダ
(12)の上に置かれた試料に焦点合わせされる。遮蔽
リング(13)によって、対物レンズ側で試料から射出
された電子(後方散乱電子または二次電子)が検出器
(23,24,25)に到達できないことが保証され
る。
(11)の側にある絞りによって、光路に合わせて切り
換えられた絞り開口部(19,20,21)を通過した
電子だけが画像生成に寄与することが保証される。電子
に対して透過性でない中央領域をもつ絞り(20)が合
わされている場合には、その結果として、試料に当って
相応の角度で散乱した電子だけがこの絞りを通って変換
部材に入射することになる。小さすぎる角度または大き
すぎる角度で散乱した他のすべての電子は、本体(1
1)の壁に吸収されるか、または絞りの透過性でない領
域によって吸収される。このように本体の膨らんだ構成
は、試料に当って強く散乱しすぎた電子に対するビーム
トラップとしての役目も果たす。すなわち、本体は遮蔽
リングなどと共に遮蔽ユニットとして働く。
変換部材で二次電子放出によってわずかに増幅され、次
いで、変換部材から射出された電子が検出器(23,2
4,25)で検出される。試料の完全な画像を生成する
ために、偏向システム(10)によって一次電子ビーム
を連続的に試料全体にわたってスキャニングし、その都
度のスキャンと同期して検出器でその都度の信号を検出
する。このようにして連続的に画像全体を構築する。一
次電子ビームをこのようにスキャニングしているとき、
絞りは定置に保たれる。より広い試料視野を検出するた
めに、部分画像を記録するたびに試料台をスライドさせ
ることよって試料をスライドさせ、それと同時に絞りを
反対方向へ本体(11)に対して変位させることができ
る。
りの選択と調節に応じて、異なるコントラストを生成す
ることができ、特に、電子に対して透過性でない中央領
域をもつ絞りが光路に合わされているときには、暗視野
コントラストを生成することができる。
ては図1の実施形態に対応しているので、その関連につ
いては図1についての上の説明を参照されたい。
ーション検出器(23,24,25)として構成されて
いてよい検出器がSEM試料台(16)の上に直接載っ
ている。この検出器は、対物レンズ側の入射開口部をも
つ円筒状の遮蔽ユニット(30)で取り囲まれている。
異なる開口部をもつ複数の絞りを含んでいる絞りホルダ
(31)が、遮蔽ユニットの入射開口部を閉じている。
図1の実施形態とは異なり、絞りホルダ(31)はこの
実施形態では調節可能ではなく、切換可能であるにすぎ
ず、絞り開口部の1つを中央の切換位置へ切り換えるこ
とができ、それによって、その絞り開口部が遮蔽ユニッ
トの開口部の上に位置するようになる。電子顕微鏡の光
学軸に対して相対的な絞りの調節は、試料台(16)の
駆動装置を通じて行われる。
ポーネントおよび特に絞りホルダに対して調節可能なよ
うに、試料ホルダ(33)が受容されている。このとき
試料ホルダ(33)は圧電駆動装置(36)を通じて、
光学軸(OA)に対して直角方向で絞りホルダに対して
相対的に調節可能である。所望のコントラストの生成
は、この実施形態では、このような絞りに対する相対的
な試料の調節を通じて行われる。
検出器を使用することによって、より優れた信号対雑音
比が実現される。
図である。
ある。
Claims (11)
- 【請求項1】 試料室と、試料室の中に配置された電子
検出器と、試料室の中に配置された、試料ホルダを備え
る試料台とを備える走査電子顕微鏡において、試料ホル
ダに対して相対的に調節可能な絞りを備える絞りシステ
ムが試料ホルダと検出器の間にくるように試料台に設け
られている走査電子顕微鏡。 - 【請求項2】 試料ホルダが遮蔽ユニットに配置されて
おり、絞りは、試料ホルダと反対を向いている方の側で
遮蔽ユニットに受容されている請求項1に記載の走査電
子顕微鏡。 - 【請求項3】 遮蔽ユニットが、電子に対して透過性で
ない円筒状の管として構成されている請求項2に記載の
走査電子顕微鏡。 - 【請求項4】 検出器が二次電子を検出するように構成
されている請求項1から3までのいずれか1項に記載の
走査電子顕微鏡。 - 【請求項5】 検出器が、一次電子エネルギーに近似的
に相当するエネルギーの電子を検出するように構成され
ている請求項1から3までのいずれか1項に記載の走査
電子顕微鏡。 - 【請求項6】 検出器が、電子で照射されると1よりも
大きい収量で二次電子を放出する変換部材を有している
請求項4に記載の走査電子顕微鏡。 - 【請求項7】 絞りシステムが、試料ホルダと検出器の
間に選択的に挿入可能な、異なる絞り開口部をもつ複数
の絞りを有している請求項1から6までのいずれか1項
に記載の走査電子顕微鏡。 - 【請求項8】 絞りまたは絞りの1つが電子に対して透
過性でない中央領域を有している請求項1から7までの
いずれか1項に記載の走査電子顕微鏡。 - 【請求項9】 試料台が、走査電子顕微鏡の光学軸に対
して垂直な軸を中心として傾動可能である請求項1から
8までのいずれか1項に記載の走査電子顕微鏡。 - 【請求項10】 試料台の上で受容可能な円筒状の遮蔽
ユニットと、遮蔽ユニットの内部に配置された試料ホル
ダと、試料台の方を向いている側で遮蔽ユニットを閉止
する、試料ホルダに対して相対的に調節可能な絞りホル
ダとを備える、走査電子顕微鏡のための追加ユニット。 - 【請求項11】 試料台の上で受容可能な円筒状の遮蔽
ユニットと、遮蔽ユニットの内部に配置された検出器
と、遮蔽ユニットの開口部を閉止する絞りと、遮蔽ユニ
ットまたは絞りに対して相対的に、光学軸に対して垂直
方向へ微調節可能な試料ホルダとを備える、走査電子顕
微鏡のための追加ユニット。
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