JP2008047310A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 試料室内に、試料からの反射電子を当てて副次電子を生じさせるための反射板を設け、反射板の電位を接地電位にする。かつ、反射板と前記試料台の間隙に、正電位、典型的には+100〜+500 Vの正の電圧を印加した電界供給電極を設ける。更に、反射電子起因のイオン電流を検出する第1検出電極と、二次電子起因のイオン電流(厳密には二次電子起因と反射電子起因のイオン電流が混じった電流)を検出する第2検出電極とを設けることにより、同時分離検出を達成する。
【選択図】 図1
Description
そこで、本発明では、二次電子と反射電子の分離同時検出が可能な安価なVP-SEM用の電子検出器を提供することを目的とする。
(実施例1)
本実施例では、低真空二次電子画像と低真空反射電子像の両方が取得可能な走査電子顕微鏡のうち、反射電子検出電極が一次電子線の照射光軸近傍に配置された、いわゆる軸上検出型の反射電子検出電極を備え、かつ反射電子検出用電極と反射板とを兼用する方式の実施例について説明する。
対物レンズ4直下には、接地電位の円盤状の反射板16を設置する。本実施例の反射板16は、反射電子起因の誘導電流を検出する第1電子検出電極を兼用しており、電極底面(試料台に向いて配置される面)は試料から発生した反射電子が衝突する衝突面を形成している。さらにまた、当該衝突面は反射電子起因のイオン電流の検出面を兼ねるため、衝突面にはイオン電流検出用電極が形成されている。反射板16の形状は、一次電子線2の光軸に関して対称とする。反射板16の外径には制限は特に設けないが、試料室9内の構造物との干渉を避けるため、典型的には50 mmφ以下程度とする。反射板16の中心には、一次電子線2が通過するための円形の穴が設けられており、穴径は典型的には1〜5mmφ程度である。反射板16と試料台17の間隙には、ドーナツ状の円盤型の電界供給電極18を設置する。電界供給電極18の形状は、一次電子線2の光軸に関して対称とする。電界供給電極18には、電界供給電極用電源19によって+100〜+500 Vの正の電圧を印加する。反射板16と電界供給電極18の間隔は1 mm〜10 mm程度とする。ただし、この間隔が大きくなりすぎると、作動距離(working distance、 WD)を短くした場合の観察に支障をきたすことから、一般的には1 mm〜3 mmとする。電界供給電極18の外径は、一般的には反射板16の外径と同程度であり、内径は20 mm程度とする。試料から放出される反射電子7の角度検出範囲の最大値は、電界供給電極18の内径で決まっており、検出角度領域を大きくしたい場合は、電界供給電極18の内径を20 mmより大きくしてもよい。また、WDが短い場合(例えば WD = 5 mm)などでは、電界供給電極18の内径を小さくしても角度検出範囲を大きくとれることから、電界供給電極Xの内径を20 mmより小さくしてもよい。いずれの場合でも、電界供給電極18の外径は内径+10 mm〜30 mmとする。なお、反射板16の外径は、電界供給電極18の内径より小さくなってもよい。この場合、反射板16の外径で反射電子7の角度検出領域が決まる場合もある。いずれの場合にせよ、観察するWDに対応して所望の角度検出領域が確保できるように反射板16と電界供給電極18の大きさを決定する。
試料5から放出された反射電子7は、二次電子と比較して高エネルギー(約0.5 keV以上)であるため、低真空雰囲気中であっても反射板16の衝突面まで到達する。反射板16に衝突した反射電子7は衝突面と相互作用して、数eV程度の低エネルギーの副次電子20を放出させる。副次電子20は、電界供給電極18の供給する電界にしたがって加速される。この過程でガス増幅が起こり、電界供給電極18近傍で電子、イオンが増幅される。増幅された副次電子20起源のイオン21は、低電位である反射板16に向かってドリフトする。電位勾配は、接地電位である反射板16および同じく接地電位である試料台17と、唯一正の電圧を印加された電界供給電極18によって作られており、電界供給電極18より上方で作られる副次電子20起源のイオン21は、ほとんどが反射板16に向かってドリフトする。イオン21のドリフトによって反射板16には反射電子起源の正の誘導電流22が流れる。反射板16には誘導電流22を増幅するための反射電子検出用増幅器23が接続されており、所望の利得で電流信号を増幅する。
試料5から放出された数 eV程度のエネルギーを持つ二次電子8は、電界供給電極18の供給する電界にしたがって加速される。この過程でガス増幅が起こり、電界供給電極18近傍で電子、イオンが増幅される。増幅された二次電子8起源のイオン24のほとんどは、副次電子20起源のイオン21とは逆に、ほとんどが試料台17にむかってドリフトする。試料台17には、ドリフトしてくる二次電子起源の正の誘導電流25を検出するための第2検出電極が設けられており、第2検出電極で検出された誘導電流25は二次電子検出用増幅器26によって、所望の利得で増幅される。従って、本実施例においては、上記電界供給電極18が上記第1検出電極と第2検出電極の間に形成する電位差によって、反射電子ないし二次電子の分離効果および検出電極までのドリフト効果が実現される。
デジタル変換された各画素当たりの輝度を、反射電子信号および二次電子信号でそれぞれA、Bとすると、合成画像では、各画素につき、C = k ×A + l ×B の輝度の画像を出力する。ここで、k、l、はそれぞれ-1〜+1まで値をもつパラメータで、一枚の画像に対して定数である。または、k、l、は各画素の輝度に依存してもよく、例えば、k に関してはA の関数、l に関してはB の関数であっても良い。
まず、試料台から信号を検出する必要がないため、試料台17を冷却するための、ステージクーリングシステム36と併用することが可能である。図1の構成例では、ステージクーリングシステムを用いると、試料台17に接続した増幅器がステージクーリングシステムからのノイズ信号を検出してしまい、像観察が困難であったが、図5の構成例では、検出電極から信号を検出するため、画像へのノイズの影響なくステージクーリングシステム36を併用できる。
実施例1では、軸上検出型の反射電子検出方式で、かつ反射電子検出用電極と反射板とを兼用する方式の実施例について説明したが、本実施例では、同じく軸状検出型で、かつ反射電子検出用電極と反射板とを兼用しない方式の実施例について説明する。
実施例1および2では、軸上検出方式の装置の類型について示したが、本実施例では、いわゆる軸外検出方式の走査電子顕微鏡に対して本発明を適用した実施例について説明する。なおここで、軸外検出とは軸上検出に対する技術用語であり、電子線2光軸から見込む仰角が比較的小さい方向に反射される反射電子(高角度反射電子)を検出する軸上検出に対し、仰角が大きい方向に反射される反射電子(低角度反射電子)を検出するために、検出器を光軸から傾けて配置し、軸外で検出する検出方式の意味である。
なお、図13に示す構成例において、反射板16、電界供給電極18は、試料台17の上下にともなって、各々と試料台17との相対距離を保存するように上下してもよい。この場合、反射板16、電界供給電極18の上下運動は、図示しない駆動装置によって行う。また、試料台17を固定したとき、反射板16と電界供給電極18のどちらか一方もしくは両者は、反射板16の中心軸と一次電子線2の光軸が一次電子線2の走査中心でおおむね一致する状態で、試料5に近づく方向もしくは遠ざかる方向に、図示しない駆動装置によって移動してもよい。
複数の電界供給電極40の電極は全て短絡されており、複数の電界供給電極40のいずれかには、正電位を印加するための電源19が接続されている。電界供給電極40と反射板16もしくは検出電極38との距離は1〜10 mm程度が好ましい。
軸上検出方式の装置構成においては、反射板兼第1検出電極が電子光学鏡筒の直下、あるいは対物レンズの直下に配置されることになるため、電界供給電極との間に形成される電位勾配が一次電子線の軌道に一部重なる。この影響をなくすため、対物レンズ直下に電場シールドを設けてもよい。図18には、反射板16の反射電子衝突面に電場シールドを設けた構成例について示した。電界供給電極18の作り出す電界は、接地電位である電場シールド64によって遮蔽される。電場シールド64は対物レンズ4と電気的に導通されていてもよい。電場シールド64は、磁性を帯びると一次電子線2に影響を与えるため、非磁性である必要がある。なお、電場シールド64は、差動排気のためのアパチャー65を備えてもよい。これによって、電場シールド64内の真空度を試料室内より高く保つことができ、電場シールド64内で起こる、ガス分子との散乱による一次電子線2の広がりを抑制できる。
66…観察条件制御部、101…特表2002−516647の実施例の試料室、102…特表2002−516647の実施例の試料、103…特表2002−516647の実施例の検出電極、104…特表2002−516647の実施例の反射板兼電界供給電極、105…特表2002−516647の実施例の電源、106…特表2002−516647の実施例の一次電子線、107…特表2002−516647の実施例の対物レンズ、108…特表2002−516647の実施例の反射電子、109…特表2002−516647の実施例の二次電子、110…特表2002−516647の実施例の試料台、111…特表2002−516647の実施例の副次電子、112…特表2002−516647の実施例の負の誘導電流、113…特表2002−516647の実施例の増幅器、114…特表2002−516647の実施例の円盤型検出電極、115…特表2002−516647の実施例の検出電極114用電源、116…特表2002−516647の実施例の反射板兼電界供給電極104用電源。
Claims (17)
- 電子線を試料に照射する照射光学系と、被観察試料を保持する試料台と、当該試料台を格納する試料室内とを備え、前記電子線照射によって試料から放出される荷電粒子を、試料室内のガス分子との相互作用によってガス増幅し、当該増幅された荷電粒子を正の誘導電流として検出する走査電子顕微鏡において、
前記試料から放出される荷電粒子のうち、少なくとも二種類の異なる荷電粒子に起因する二種類の誘導電流を分離して同時に検出する少なくとも二系統の検出手段を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査電子顕微鏡において、前記二系統の検出手段は、
ガス増幅用電界供給電圧と、
前記二種類の異なる荷電粒子の一方に起因する前記誘導電流を検出する第1の検出電極と、
該第1の検出電極に接続された第1の増幅器と、
もう一方の荷電粒子に起因する前記誘導電流を検出する第2の検出電極と、
該第2の検出電極に接続された第2の増幅器とを少なくとも備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 電子線を試料に照射する電子光学鏡筒と、被観察試料を保持する試料台と、当該試料台を格納する試料室内とを備え、前記電子線照射によって試料から放出される荷電粒子を、試料室内のガス分子との相互作用によってガス増幅し、当該増幅されたイオンを正の誘導電流として検出する走査電子顕微鏡において、
前記電子線照射により、前記被観察試料から放出される荷電粒子のうち反射電子起因の誘導電流を検出する第1検出電極と、
前記電子線照射により、前記被観察試料から放出される荷電粒子のうち二次電子起因の誘導電流を検出する第2検出電極と、
前記反射電子によってガス増幅されたイオンと、前記二次電子によってガス増幅したイオンとを、分離して前記第1検出電極と前記第2検出電極へ移動させる手段を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項3に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極は、前記反射電子の衝突面を備え、
前記ガス増幅したイオンの移動手段として、ガス増幅用の電界供給電極を備え、
当該電界供給電極が、前記試料台と前記第1検出電極との間に配置されたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項4に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極が、角度成分の異なる反射電子が衝突する複数の反射電子衝突面を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項5に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極は、前記反射電子の高角度成分が衝突する第1の衝突面と、前記反射電子の低角度成分が衝突する第2の衝突面とを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項3に記載の走査電子顕微鏡において、
前記ガス増幅したイオンの移動させる手段として、前記試料台と前記第1検出電極との間に配置されたガス増幅用の電界供給電極を備え、
当該第1検出電極は、前記電子光学鏡筒下面と前記試料台との空間において前記照射電子線光軸から一定距離離れた位置に、前記衝突面が前記試料台を向くように配置されたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項3に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極と前記電子光学鏡筒の底面との間に配置された、反射電子の衝突する衝突面を備えた反射板を備え、当該反射板が接地されたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項4に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極は、前記電子光学鏡筒底面の下部に配置され、かつ、方位角の異なる反射電子が衝突する領域に分割された複数の衝突面を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項3から9のいずれか1項に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料台が前記第2検出電極を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項4から9のいずれか1項に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第2検出電極が、前記電界供給電極と前記試料台との間に配置されたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項7に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極は、円盤状電極により構成され、
前記第2検出電極は、前記衝突面の中心軸に対して軸対称な位置に配置された円筒状電極により構成され、
前記電界供給電極は、前記円筒内部に配置されたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査電子顕微鏡において、
前記電界供給電極は、前記円筒状電極の内壁面に設けられた複数の半球面状電極により構成されることを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項8に記載の走査電子顕微鏡において、
前記反射板は、一次電子線通過用開口の下部に形成された、電子線の光軸に関して対称な形状、かつ非磁性の材質からなる電場シールドを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項14に記載の走査電子顕微鏡において、
前記電場シールドの内部に形成された差動排気用アパーチャを有することを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項3から15のいずれか1項に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極に替えて、反射電子検出器を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 - 請求項3から16のいずれか1項に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第1検出電極または第2検出電極から検出される誘導電流の信号に対して、所定の演算を施し、一つの画像に合成して出力する画像処理装置を備えた走査電子顕微鏡。
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