JP2008153090A

JP2008153090A - 荷電粒子ビーム装置

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Publication number: JP2008153090A
Application number: JP2006340781A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ikeo; 尾信行池
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】反射電子検出器を備えた荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】電子銃１、電子銃１からの電子ビーム４を試料５上に集束する集束レンズ２及び対物レンズ３、電子ビーム４で試料５上の所定領域を走査させる走査用偏向コイル６、電子ビーム４を通過させる開口を有し、試料５から発生した反射電子を検出する反射電子検出器８、及び、反射電子検出器８の下面に、電子ビーム４を通過させることが出来る開口を有し、開口の径が可変な可変絞り体１３を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は反射電子検出器を備えた荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法に関する。

走査型電子顕微鏡や電子線マイクロアナライザ等の荷電粒子ビーム装置では、試料に電子ビームを照射することにより、該試料から発生した反射電子を反射電子検出器で検出し、該検出した反射電子に基づいて試料の組成情報や試料表面の凹凸情報を得ている。

図１は、反射電子検出器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。

図中１は電子銃、２、３は、それぞれ、該電子銃からの電子ビーム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は走査用偏向コイルで、走査信号発生器７から二次元的走査信号が供給されることにより、電子ビームで試料５表面上を二次元的に走査させるものである。

図中８は試料５から発生した反射電子９を検出する反射電子検出器で、例えば、中心部に前記電子銃１からの電子ビームを通過させる開口を有するドーナツ状のもので、半導体の検出素子が用いられたもの、或いは、チャンネルプレート型のものが用いられている。

この様な反射電子検出器８の出力は増幅器１０を介して制御装置１１に送られる。

該制御装置は、送られて来た反射電子信号に所定の信号処理を施して表示装置１２に送り、その画面上に試料の反射電子像を表示させたり、前記走査信号発生器７に走査指令を発信する等、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，走査用偏向コイル６等は電子光学鏡筒（図示せず）内に設けられており、前記試料５，反射電子検出器８等は試料室（図示せず）内に設けられており、前記鏡筒（図示せず）は前記試料室（図示せず）上に載置されている。

この様な走査型電子顕微鏡において、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。この電子ビームは走査用偏向コイル６が形成する偏向磁場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、試料５から発生した反射電子は反射電子検出器８に検出される。この反射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。

該制御装置は送られて来た反射電子信号に所定の信号処理を施し、表示装置１２に送り、該表示装置の画面上に試料の反射電子像を表示させる。

特開２００２− ４２７１１号公報特開平１１−２７３６０８号公報特開平７− ６７２６号公報

さて、前記の如き走査型電子顕微鏡に於いては、前記試料５に対し直接上方に配置された反射電子検出器８で前記試料５からの反射電子を検出する様に構成されているので、試料・反射検出器間の距離と該反射検出器の検出面の大きさとで決まる反射電子取り込み角度（図１のθ）内における色々な反射電子取り込み角度からの反射電子が検出されている。即ち、得られる反射電子信号は、色々な反射電子取り込み角度の平均的な反射電子に基づくものとなり、特定の反射電子取り込み角度の反射電子信号が得られない。該特定の反射電子取り込み角度の反射電子信号が得られれば、走査電子顕微鏡による試料の分析等の応用幅が著しく拡大することが予想される。
又、試料に依っては、反射電子検出器に向かって来る反射電子の量が多すぎて、例えば、前記増幅器１０が飽和してしまい、その結果、反射電子像のコントラストや明るさが飽和してしまう。
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、新規な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に集束する集束手段、該荷電粒子ビームを該被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射する偏向手段、及び、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させる開口を有し、前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を検出する反射電子検出手段を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記該被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る開口を有し、該開口の径が可変な可変絞り体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、該荷電粒子ビームを該被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射する偏向手段、及び、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させる開口を有し、前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を検出する反射電子検出手段を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記該被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る径の異なる開口を複数有し、スライドさせることにより前記荷電粒子ビームを通過させる開口が選択可能な多孔絞り体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における反射電子像取得方法は、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と同時に、偏向手段により前記荷電粒子ビームを前記被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射することによって前記前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を反射電子検出手段で検出し、該検出した反射電子に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にした荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法において、前記被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る開口を有し、該開口の径が可変な可変絞り体を設け、該可変絞り体の開口径を少なくとも２種類変え、その都度、前記反射電子検出手段で検出した反射電子の差分に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にしたことを特徴とする。

本発明の荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法は、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と同時に、偏向手段により前記荷電粒子ビームを前記被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射することによって前記前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を反射電子検出手段で検出し、該検出した反射電子に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にした荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法において、前記被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る径の異なる開口を複数有し、スライドさせることにより前記荷電粒子ビームを通過させる開口が選択可能な多孔絞り体を設け、該多孔絞り体の開口を少なくとも２種類選択し、その選択の都度、前記反射電子検出手段で検出した反射電子の差分に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にしたことを特徴とする。

本発明によれば、試料面の垂線から任意の反射角からの特定の反射電子取り込み角度の反射電子像を得ることが出来る。又、反射電子像のコントラスト、明るさの飽和を避けることが出来る。

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、試料５と反射電子検出器８の間に、可変絞り体１３を配置したことにある。該可変絞り体は、例えば、アイリス絞りの様に開口径が連続的に可変出来る構造を有しており、制御装置１１からの指令に基づいて作動する可変絞り体駆動機構１４により開口径が変えられる様に成っている。尚、図中１５は画像演算装置で、前記制御装置１１の指令に従って、或る反射電子取り込み角で検出された反射電子信号と別の反射電子取り込み角で検出された反射電子信号との差分を取る装置である。

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。この電子ビームは走査用
偏向コイル６が形成する偏向磁場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、試料７から発生した反射電子は反射電子検出器８に検出される。該反射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。

さて、この様な装置に於いて、試料面の垂線から任意の反射角θｓから特定の反射電子取り込み角度θｐの反射電子信号を得る場合、前記制御装置１１の指令を可変絞り体駆動機構１４に送り、可変絞り体１３の絞り径をｄｓとする。すると、図３の（ａ）に示す様に、試料面の垂線に対する反射角θｏから（θｓ−θｏ）の取り込み角で反射電子を反射電子検出器８で検出される。該反射電子検出器の出力は増幅器１０及び制御装置１１を介して画像演算装置１４に送られる。

次に、前記制御装置１１の指令を可変絞り体駆動機構１４に送り、可変絞り体１３の絞り径をｄ１とする。すると、図３の（ｂ）に示す様に、試料面の垂線に対する反射角θｏから（θ１−θｏ）の取り込み角で反射電子を反射電子検出器８で検出される。該反射電子検出器の出力は増幅器１０及び制御装置１１を介して画像演算装置１４に送られる。

前記画像演算装置１４は、試料面の垂線に対する反射角θｏから（θｓ−θｏ）の取り込み角で検出された反射電子信号と、試料面の垂線に対する反射角θｏから（θ１−θｏ）の取り込み角で検出された反射電子信号との差を取ることにより、試料面の垂線に対する反射角θｏからθｐ（＝θ１−θｓ）の取り込み角で検出された反射電子信号算出し、前記制御装置１１に送る。該制御装置は、送られて来た反射電子信号に所定の信号処理を施し、表示装置１２に送り、該表示装置の画面上に、反射角θｏからθｐ（＝θ１−θｓ）の取り込み角で検出された試料の反射電子像を表示させる。

この例の様にすれば、試料面の垂線から任意の反射角から特定の反射電子取り込み角度の反射電子像を得ることが出来る。

尚、前記可変絞り体１３は開口径が変えられるので、試料に依っては、反射電子検出器に向かって来る反射電子の量が多すぎて、前記増幅器１０が飽和してしまう場合には、前記開口径を適宜絞ることにより、この様な問題を避けることが出来、その結果、反射電子像のコントラストや明るさの飽和を避けることが出来る。又、試料を電子ビームでスパッタする様な場合には、スパッタ飛沫が反射電子検出器８の検出面に入射することにより該検出面を汚してしまうので、この様な場合、前記開口径を最小にすることにより、この世な検出面の汚染を避けることが出来る。又、反射電子像を観察しない場合においても、試料からの反射電子が反射電子検出器８の検出面に入射しない様に、前記開口径を最小にする。

尚、前記例では、可変絞り体１３としてアイリス絞りを用いる様にしたが、複数の径の異なる孔が開けられた多孔絞り体を用い、該多孔絞り体をスライドさせることにより任意の大きさの径の孔が選択される様に成しても良い。

又、前記例では反射電子検出器として、ドーナツ状のもので、半導体の検出素子が用いられたもの、或いは、チャンネルプレート型のものを用いることを説明したが、シンチレータ方式のものでも良い。
又、本発明の荷電粒子ビーム装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明したが、本発明は、他の荷電粒子ビーム装置、例えば、電子線マイクロアナライザ、電子ビーム描画装置、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。

反射検出器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動作の説明をするために用いた図である。

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…走査用偏向コイル
７…走査信号発生器
８…反射電子検出器
９…反射電子
１０…増幅器
１１…制御装置
１２…表示装置
１３…可変絞り体
１４…可変絞り体駆動機構
１５…画像演算装置

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に集束する集束手段、該荷電粒子ビームを該被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射する偏向手段、及び、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させる開口を有し、前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を検出する反射電子検出手段を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記該被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る開口を有し、該開口の径が可変な可変絞り体を設けたことを特徴とする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、該荷電粒子ビームを該被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射する偏向手段、及び、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させる開口を有し、前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を検出する反射電子検出手段を備えた荷電粒子ビーム装置において、前記該被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る径の異なる開口を複数有し、スライドさせることにより前記荷電粒子ビームを通過させる開口が選択可能な多孔絞り体を設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
前記反射電子検出器は、ドーナツ状の形状を成している請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
前記可変絞り体の開口の中心と前記反射電子検出器の開口の中心が一致する様に、前記可変絞り体が前記反射電子検出器の下面に配置されている請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
前記多孔絞り体で選択された開口の中心と前記反射電子検出器の開口の中心が一致する様に、前記多孔絞り体が前記反射電子検出器の下面に接触する様に配置されている請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。
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と同時に、偏向手段により前記荷電粒子ビームを前記被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射することによって前記前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を反射電子検出手段で検出し、該検出した反射電子に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にした荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法において、前記被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る開口を有し、該開口の径が可変な可変絞り体を設け、該可変絞り体の開口径を少なくとも２種類変え、その都度、前記反射電子検出手段で検出した反射電子の差分に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法。
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と同時に、偏向手段により前記荷電粒子ビームを前記被ビーム照射物質表面の所定箇所に照射することによって前記前記被ビーム照射物質から発生した反射電子を反射電子検出手段で検出し、該検出した反射電子に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にした荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法において、前記被ビーム照射物質と反射電子検出手段との間に、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを通過させることが出来る径の異なる開口を複数有し、スライドさせることにより前記荷電粒子ビームを通過させる開口が選択可能な多孔絞り体を設け、該多孔絞り体の開口を少なくとも２種類選択し、その選択の都度、前記反射電子検出手段で検出した反射電子の差分に基づいて前記被ビーム照射物質に関する反射電子像を得る様にしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置における反射電子像取得方法。