JP2008010151A

JP2008010151A - 荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JP2008010151A
Application number: JP2006175979A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kazumori; 森啓悦数
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】絶縁材料製試料の種類等に応じて完全な中和が出来るようにした荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】走査電子顕微鏡に備えられた除電機構は、ガスボンベに繋がったガス流量調整弁１８、開閉弁１７、コロナ放電器１９、ガス導入管１５及びメモリ２０を備える。ガス流量調整弁１８は、回転羽１８Ｄを取り付けた回転軸１８Ｅがその中心軸方向に設けられた円筒体１８Ａと、回転軸１８Ｅに対して円筒体１８Ａ壁の対向する位置に開けられた一方の孔に繋がった接続管１８Ｂと、他方の孔に繋がった接続管１８Ｃから成る。メモリ２０は、絶縁材料製試料の種類及び観察条件によって変わる試料表面の帯電状況に応じた導入ガス量に関するデータが格納されている
【選択図】図２

Description

本発明は除電装置を備えた荷電粒子ビーム装置に関する。

走査型電子顕微鏡は解像度の高い画像を得ることが可能であるが、観察される試料によって帯電現象に基づく画質の低下という問題を抱えている。即ち、試料が絶縁性材料から成る場合、電子線照射により試料表面が帯電してしまう。この様な帯電により、試料の二次電子放出が低下し、結果的に二次電子像の画質が低下してしまう。

このような問題に対処するために、観察すべき試料表面近傍にガスを導入し、試料表面に照射される一次電子ビームによりこのガスをイオン化させ、このイオンにより試料表面に帯電した電子を中和させる除電機構を備えた走査型電子顕微鏡が開示（特開２００２−１３４０５７号公報参照）されている。

図１は、この様な走査電子顕微鏡の一概略例を示したものである。
図中１は電子銃、２，３は、前記電子銃１からの電子ビーム４を試料５上に集束させるための集束レンズ、対物レンズである。

図中６は、走査信号発生器７からの二次元的走査信号により、電子ビームで前記試料５表面上を二次元的に走査させる偏向器である。尚、偏向器は１個しか示さなかったが、実際には、Ｘ方向偏向用のものと，Ｙ方向偏向用の偏向器が備えられている。

図中８は前記試料５から発生した二次電子９を検出する二次電子検出器で、該二次電子検出器の出力は増幅器１０を介して制御装置１１に送られる。

該制御装置１１は、送られて来た二次電子信号に所定の信号処理を施して陰極線管１２に送り、その画面上に前記試料５の二次電子像を表示させたり、前記走査信号発生回路７に走査指令を送る等、各種処理や各種指令を行うものである。

尚、前記電子銃１，集束レンズ２，対物レンズ３，偏向器６等は電子光学鏡筒100内に設けられている。

図中１３は前記試料５を載置するための試料台で、該試料台13はステージ１４上に取り付けられている。

図中１５は前記試料５表面近傍にガス（例えば、窒素ガス）を送るためのガス導入管で、その先端は試料表面近傍に位置し、反対側端部は試料室１０１の外部に設けられたガスボンベ（図示せず）に繋がれており、前記試料室１０１壁に取り付けられた支持体１６に支持されている。このガス導入管の試料室外部側には、ガスボンベ（図示せず）に繋がる開閉弁１７が設けられており、この開閉弁１７とガスボンベ（図示せず）との間にはガス導入圧力調整用のニードルバルブ（図示せず）が配置されている。

尚、前記試料５，二次電子検出器８、試料台１３，及びステージ１４は前記試料室101内に設けられており、前記鏡筒100は前記試料室101上に載置されている。
上記の様に構成された走査型電子顕微鏡は以下の様に動作する。

電子銃１から発生した電子ビーム４は集束レンズ２と対物レンズ３により試料５上に集束される。この電子ビーム４は偏向器６により試料表面上を二次元的に走査する。

この走査により、前記試料５から発生した二次電子９は二次電子検出器８で検出され、該検出器の出力信号は増幅器１０を介して制御装置１１に送られる。

該制御装置１１は送られて来た二次電子信号に所定の信号処理を施し、陰極線管１２に送るので、該陰極線管１２の画面上には前記試料５の二次電子像が表示させる。

さて、前記試料５が絶縁材料から成る場合には、該試料５表面近傍にガス導入管１５を介してガスが導入される。その為、前記試料５上に照射される電子ビーム４は、試料表面近傍において前記ガスと衝突する。この衝突によりガス分子は、外殻電子が外に弾き出されて正イオン化する。従って、試料表面上に電子が照射されると、該試料表面は負に帯電する筈であるが、この正イオン化したガス分子により、前記試料５表面が電荷的に中和の状態となる。

この中和と試料表面での電子ビーム走査が同時に行われているので、試料が絶縁材料から成る場合、帯電による二次電子像の画質の低下はない。

特開２００２−１３４０５７号公報

所で、試料が絶縁材料から成る場合、その絶縁材料の種類や試料観察条件等により絶縁試料表面の帯電状態が変化するので、前記絶縁材料の種類や観察条件等に拘わらず一定量のガスを供給すると、中和が充分に行われずに、試料表面が負の帯電の状態になったり、逆に、正に帯電の状態になったりする。
その為、試料を成す絶縁材料試料の種類や観察条件等に応じて適切な量のガスが導入されなければならないのであるが、この様なガス導入流量の調整は、ニードルバルブ（図示せず）を人手によりコントロールして行っていた。
しかし、この様な調整では中和のためのガス導入量のコントロールを正確に行うのが難しく、絶縁材料製試料表面の中和を充分に行うことが困難であった。
本発明は、この様な問題点を解決するために成されたもので、絶縁材料製試料の種類や観察条件等に応じて試料が充分に中和され且つを応答性良く中和可能な新規な除電機構を備えた荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とするものである。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生手段、該荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射する照射手段、イオン化用ガス発生手段、及び、該イオン化用ガス発生手段からのガスを前記被ビーム照射物質表面近傍に導くガス導入管を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記イオン化用ガス発生手段とガス導入管の間に、予め絶縁材料製被ビーム照射物質の材質及び／若しくは形状及び／若しくは加速電圧等の観察条件に応じて設定されたガス流量に基づいてガス流量をコントロールするガス流量調整手段、及び、前記イオン化用ガス発生手段からのガスをイオン化するイオン化手段を設けたことを特徴とする。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生手段、該荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを被ビーム照射物質表面に集束する集束手段、該荷電粒子ビームで該被ビーム照射物質表面の所定領域を走査させるための偏向手段、該走査により被ビーム照射物質表面から発生した二次的荷電粒子を検出する検出手段、該検出手段の出力信号に基づいて二次的荷電粒子像を表示する表示手段、イオン化用ガス発生手段、及び、該イオン化用ガス発生手段からのガスを前記被ビーム照射物質表面近傍に導くガス導入管を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記イオン化用ガス発生手段とガス導入管の間に、予め絶縁材料製被ビーム照射物質の材質及び／若しくは形状及び／若しくは加速電圧等の観察条件に応じて設定されたガス流量に基づいてガス流量をコントロールするガス流量調整手段、及び、前記イオン化用ガス発生手段からのガスをイオン化するイオン化手段を設けたことを特徴とする

本発明によれば、絶縁材料製被ビーム照射物質の種類や観察条件に応じて被ビーム照射物質表面を充分に中和を行うためのガス量を正確に且つ、応答性良く被ビーム照射物質に送ることが出来るので、絶縁材料製被ビーム照射物質の種類や観察条件に拘わらず、絶縁材料製被ビーム照射物質の被ビーム面を充分に中和することが出来る。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の荷電粒子ビーム装置の一実施形態に係わる走査電子顕微鏡の１概略例を示したものである。図中、図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図２に示す走査電子顕微鏡が図１に示す走査電子顕微鏡に対して構成上異なる点は除電機構の構成にある。

図２に示す例においては、前記図１に示す除電機構で使用されていたガス導入圧力調整用のニードルバルブは使用せず、ガスボンベ（図示せず）からのガス（例えば、窒素ガス）の流量を自動的に調整して開閉弁１７に送るガス流量調整弁１８を使用する。

このガス流量調整弁１８は、中央部の本体は円筒体１８Ａを成し、その対向する左右部の壁面にそれぞれ接続管１８Ｂ，１８Ｃに繋がる孔が開けられている。図３は、前記円筒体１８Ａの中心軸に垂直な前記ガス流量調整弁１８の断面を表したものである。
前記円筒体１８Ａには、その中心軸に重なる様に回転羽１８Ｄが取り付けられた回転軸１８Ｅが設けられている。
前記接続管１８Ｂの反円筒体側にはガスボンベ（図示せず）が繋がれており、前記接続管１８Ｃの反円筒体側には開閉弁１７が繋がっている。尚、この例では回転羽として２枚のものを上げたが、３枚羽のものでも、それ以上の羽から成るものでも良い。又、中心部の本体は円筒体１８Ａで成したが、球体で成しても良い。

前記図２において、１９は、前記ガス流量調整弁１８及び開閉弁１７を介して送られてくるガスをイオン化するコロナ放電器である。

前記ガス流量調整弁１８，開閉弁１７及びコロナ放電器１９は、何れも、制御装置１１の指令に従って作動する。
前記図２において、２０は、絶縁材料製試料の種類（試料の材質や形状等）、及び／若しくは、一次電子の加速電圧及び走査速度等に基づく観察条件によって変わる試料表面の帯電状況に応じたガス流量に関するデータが格納されたメモリ２０である。実際には、ガス流量は、前記ガス流量調整弁１８の回転軸１８Ｅの回転数で決まるので、該回転軸の駆動用モーター（図示せず）の回転数と回転時間等のデータが格納されており、前記制御装置１１の指令により絶縁材料製試料の種類や観察条件に合った回転数などのデータが読み出され、駆動モーター（図示せず）に与えられる様に成っている。

この様な構成の装置において、電子銃１から発生した電子ビーム４は集束レンズ２と対物レンズ３により試料５上に集束される。この電子ビーム４は、偏向器６により試料５表面上を二次元的に走査する。

この走査により、前記試料５から発生した二次電子９は二次電子検出器８で検出され、この二次電子検出器８の出力信号は、増幅器１０を介して制御装置１１に送られる。

制御装置１１は送られて来た二次電子信号に所定の信号処理を施し、陰極線管１２に送る。該陰極線管１２は画面上に試料の二次電子像を表示する。

さて、絶縁材料製試料を観察する場合、制御装置１１は、開閉弁１７とコロナ放電器１９に作動指令を発する。

又、同時に、前記制御装置１１は、ガス流量調整弁１８を作動させる指令、即ち、観察すべき絶縁材料製試料の種類や観察条件に対応した駆動モータ（図示せず）の回転数と動作時間を設定するデータをメモリ２０から読み出し、このデータをガス流調整弁１８の駆動モータ（図示せず）に与える。

すると、ガスボンベ（図示せず）からのガス（例えば、窒素ガス）が接続管１８Ｂを通じて円筒体１８Ａ内に流入する。この際、前記ガス流量調整弁１８の回転軸１８Ｅは、前記設定された回転数で回転するので、観察すべき絶縁材料製試料の充分な中和に適するガス量が接続管１８Ｃを通じて開閉弁１７に供給される。

この様に該開閉弁１７に送られてきたガスは、コロナ放電器１９に流入し、ここでイオン化される。該イオン化されたガスは、ガス導入管１５を通じて絶縁材料製試料５上に噴射される。

この時、該試料５表面上の所定領域が電子ビーム４で走査される、該走査された試料表面領域は負に帯電しょうとするが、前記試料５上にイオン化ガスが噴射されているので、前記試料表面領域は負に帯電することなく、電荷的に中和の状態となる。従って、電子ビームは帯電のない状態の絶縁材料製試料の表面を走査することになり、該走査に基づいて得られる二次電子像に帯電に基づく画質の低下は発生しない。

絶縁材料製試料の観察が終了したら、前記回転時間に基づいて前記駆動用モータ（図示せず）は作動停止するので、該流量調整弁１８の回転羽１８Ｄは停止し、更に、前記制御装置１１からの指令により前記開閉弁１７及びコロナ放電器１９も作動停止する。

尚、前記ガス導入管１５内壁を導電性の材料で形成すると、前記コロナ放電器１９でイオン化したガスの一部が該ガス導入管１５内壁に付着し、試料表面に送るべきガス量が減少する恐れがあるので、前記ガス導入管１５の内壁を非導電性材料でコーティング処理したり、該ガス導入管１５自体を非導電性材料することが好ましい。

尚、前記例ではガスをイオン化する手段としてコロナ放電器を挙げて説明したが、これに限定されることはなく、例えば、アーク放電器，グロー放電器，或いは、マイクロ波発振器等をイオン化手段として使用しても良い。

又、前記例では、ガスとして窒素を使用する場合を挙げて説明したが、他のガス、例えば、酸素ガス等を使用しても良い。

又、前記例では、ガスボンベ（図示せず）からのガスをガス流量調整弁１８，開閉弁１７，コロナ放電器１９の順に配設し、前記ガス導入管１５にイオン化したガスを導く様に成したが、前記ガス流量調整弁１８，開閉弁１７，コロナ放電器１９の配置順序をどの様に変えても構わない。

又、本発明は走査型電子顕微鏡に応用した例を挙げて説明したが、本発明は他の荷電粒子ビーム装置、例えば、電子ビーム描画装置や集束イオンビーム装置等にも応用可能であることは言うまでもない。

除電機構を備えた走査電子顕微鏡の一概略例を示したものである。本発明の荷電粒子ビーム装置の一実施形態に係わる走査電子顕微鏡の１概略例を示したものである。図２に示す走査電子顕微鏡の一部詳細図である。

符号の説明

１…電子銃
２…集束レンズ
３…対物レンズ
４…電子ビーム
５…試料
６…偏向器
７…走査信号発生器
８…二次電子検出器
９…二次電子
１０…増幅器
１１…制御装置
１２…陰極線管
１３…試料台
１４…ステージ
１６…ガス導入管
１６…支持体
１７…開閉弁
１８…ガス流量調整弁
１８Ａ…円筒体
１８Ｂ…接続管
１８Ｃ…接続管
１８Ｄ…回転羽
１８Ｅ…回転軸
１９…コロナ放電器
２０…メモリ
１００…電子光学鏡筒
１０１…試料室

Claims

荷電粒子ビーム発生手段、該荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射する照射手段、イオン化用ガス発生手段、及び、該イオン化用ガス発生手段からのガスを前記被ビーム照射物質表面近傍に導くガス導入管を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記イオン化用ガス発生手段とガス導入管の間に、予め絶縁材料製被ビーム照射物質の材質及び／若しくは形状及び／若しくは加速電圧等の観察条件に応じて設定されたガス流量に基づいてガス流量をコントロールするガス流量調整手段、及び、前記イオン化用ガス発生手段からのガスをイオン化するイオン化手段を設けた荷電粒子ビーム装置。
荷電粒子ビーム発生手段、該荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを被ビーム照射物質表面に集束する集束手段、該荷電粒子ビームで該被ビーム照射物質表面の所定領域を走査させるための偏向手段、該走査により被ビーム照射物質表面から発生した二次的荷電粒子を検出する検出手段、該検出手段の出力信号に基づいて二次的荷電粒子像を表示する表示手段、イオン化用ガス発生手段、及び、該イオン化用ガス発生手段からのガスを前記被ビーム照射物質表面近傍に導くガス導入管を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記イオン化用ガス発生手段とガス導入管の間に、予め絶縁材料製被ビーム照射物質の材質及び／若しくは形状及び／若しくは加速電圧等の観察条件に応じて設定されたガス流量に基づいてガス流量をコントロールするガス流量調整手段、及び、前記イオン化用ガス発生手段からのガスをイオン化するイオン化手段を設けた荷電粒子ビーム装置。
ガス流量調整手段は、対向する位置にそれぞれイオン化用ガス流入用接続管とイオン化ガス流出用接続管が繋がれた円筒体から成り、該円筒体の中心軸に平行に回転羽を取り付けた回転軸が設けられている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
ガス流量調整手段は、対向する位置にそれぞれイオン化用ガス流入用接続管とイオン化ガス流出用接続管が繋がれた球筒体から成り、該球筒体の中心軸に平行に回転羽を取り付けた回転軸が設けられている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
前記回転軸の回転数を調整することによりガス流量をコントロールする様に成した請求項３若しくは４記載の荷電粒子ビーム装置。
前記絶縁材料製被ビーム照射物質の材質及び／若しくは形状及び／若しくは加速電圧等の観察条件に応じたガス流量データは、予め、テーブル化して記憶手段に記憶されており、該記憶手段から被ビーム照射物質の材質及び／若しくは形状及び／若しくは加速電圧等の観察条件に応じたガス流量データは読み出されて、前記ガス流量調整手段が制御されるように成した請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
前記ガス導入管の少なくとも内壁が非導電性材料から成る請求項１若しくは２の記載の荷電粒子ビーム装置。