JP4801573B2

JP4801573B2 - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JP4801573B2
Application number: JP2006332747A
Authority: JP
Inventors: 直正鈴木; 博之伊藤; 一郎立花
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: US20080135755A1; US7619219B2; JP2008147013A

Description

本発明は走査電子顕微鏡、特に試料から発生する電子の検出効率の低下を防止した走査電子顕微鏡に関する。

走査電子顕微鏡は、電子源で発生した一次電子を集束レンズおよび対物レンズにて細く絞り、試料上を走査しながら照射することにより試料から二次電子を発生させ、発生した二次電子を検出し、その検出信号を電子ビームの走査と同期して画像化処理することで試料の走査像を形成する装置である。

この走査電子顕微鏡において、二次電子の検出効率は試料像のＳ／Ｎ（信号ノイズ比）をあげる上で重要な要因である。二次電子の検出効率を上げるには、試料から放出される電子のうち、検出する電子の量を増やすことが必要である。

試料から放出される電子は、様々なエネルギーをもっている。一般的に５０ｅＶよりエネルギーの低い電子を二次電子、高い電子を反射電子と呼ぶ。検出器には、試料から放出された電子（特にエネルギーの低い二次電子）を引き込むために１０ｋＶ程度の正の引き込み電圧が印加されている。

一方、走査電子顕微鏡では、試料像の分解能向上のための施策の一つとして、対物レンズの磁界を通る一次電子を加速させる方法がある。一次電子を加速させるために、対物レンズ内に電極を設ける方法のほかに、対物レンズの磁極の一部を電気的に絶縁させて正電圧を印加する方法がある。この方法の場合、対物レンズが作る磁界と、電圧を印加させたことによる電界のズレが少なくなり、分解能向上につながる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながらこの場合には、電気的に絶縁させた間隙は磁気的にも絶縁されており、この間隙より磁場が漏洩してしまう。この漏洩した磁場が試料と検出器の間に存在すると、試料から発生した電子が検出器の方向へ進行する途中で、上記漏洩磁場により検出器へ向かう電子の軌道を曲げてしまい、検出器に到達する電子の量が少なくなってしまう。このため、試料像のＳ／Ｎが悪くなってしまうという問題があった。

特開平９−１７１７９１号公報

本発明は、対物レンズの間隙からの漏洩磁場が試料から発生した電子に影響が出ないようにして、検出器で検出される電子の検出効率を低下させないようにすることを目的とする。

本発明の実施態様によれば、電子源で発生した一次電子を加速させる磁極兼電極と、該磁極兼電極を含み磁極兼電極と他の磁極との間が電気的および磁気的に絶縁された間隙とを有し、該間隙と、電子の検出器の検出面との中間位置に、対物レンズと同心となる補助コイルを配置し、補助コイルに対物レンズコイルに流れる電流とは逆向きの電流を流す構成としたものである。

本発明によれば、対物レンズの間隙からの漏洩磁場が試料から発生した電子に影響が出ないため、検出器で検出される電子の検出効率の低下を防止することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第一実施例を示し、走査電子顕微鏡の構成を表す略縦断面図であり、真空カラムは省略している。各構成機器はマイクロプロセッサ５０により制御される。電子源である陰極１と第一陽極２の間には、マイクロプロセッサ５０で制御される高電圧制御電源３０により引出電圧が印加され、所定のエミッション電流の一次電子４が陰極１から引き出される。陰極１と第二陽極３の間にはマイクロプロセッサ５０で制御される高電圧制御電源３０により加速電圧が印加されるため、陰極１から放出された一次電子４は加速されて後段のレンズ系に進行する。

一次電子４は、第一集束レンズ制御電源３１で制御された第一集束レンズ５で集束され、絞り板６により一次電子４の不要な領域が制限される。その後、一次電子４は第二集束レンズ制御電源３２で制御された第二集束レンズ７、および、対物レンズ制御電源３６で制御された対物レンズコイル１２を有する対物レンズ１１により試料１３に対して細く絞られる。また、マイクロプロセッサ５０で発生された観察倍率に応じた走査信号を、走査偏向器制御電源３３により制御して走査偏向器８に与えることにより、試料１３は一次電子４で二次元的に走査される。

対物レンズ１１の磁極には、電気的および磁気的に絶縁された間隙１１ａを介して磁極兼電極１１ｂが設けられている。磁極兼電極１１ｂには加速電極制御電源３７により制御された正電圧が印加され、対物レンズ１１を通る一次電子４を加速させる。対物レンズ
１１と第二集束レンズ７との間であって間隙１１ａに隣接して、補助コイル１０が配置されている。補助コイル１０に流れる電流は、補助コイル制御電源３５により制御される。

一次電子４の照射により試料１３から発生した二次電子１４は検出器９に印加された正電圧により検出器９に引き込まれ、検出される。その検出信号を走査偏向器制御電源３３による一次電子４の走査と同期してマイクロプロセッサ５０にて処理し、像表示装置３４に試料像として表示される。

図２は図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図であるが、図１とは補助コイル１０が設けられていない点が異なり、本発明に対する従来技術を示すものである。また、図３は図２を第二集束レンズ７側の上方から見た平面図である。対物レンズ１１に間隙１１ａがある場合、その間隙１１ａで対物レンズ１１の磁場が漏洩する。図では漏洩磁場２０の磁束線を模式的に表わしている。試料１３から発生した二次電子１４の軌道がこの漏洩磁場２０の位置と重なるため、図３に示すように、二次電子１４の軌道は本来破線のようになるべきところを実線のように曲げられてしまい、二次電子１４が検出器９から外れ、検出効率が低下してしまう。

図４および図５は、図２と同じく図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図であり、本発明の補助コイル１０を設けたものである。漏洩磁場２０の磁束線を実線、補助コイル１０による発生磁場の磁束線を破線で表している。

対物レンズ１１の間隙１１ａが上方、すなわち第二集束レンズ７側にある場合、漏洩磁場２０は上方に向かうので、二次電子１４が検出器９に向かう軌道に対して大きく影響する。したがって、補助コイル１０を、間隙１１ａと検出器９の検出面９ａとの中間位置に設けることによって、漏洩磁場２０の影響を低減させる。対物レンズコイル１２に流れる電流とは逆向きの電流を、補助コイル１０に流すことにより、補助コイル１０による磁場２１が発生する。この磁場２１と対物レンズ１１の漏洩磁場２０とが打ち消しあって、図５に示すように、漏洩磁場２０を減少させることができる。これにより、二次電子１４の軌道に対する漏洩磁場２０の影響をなくすことができるため、検出器９による二次電子
１４の検出効率の低下を防止することができる。

対物レンズ１１の間隙１１ａで漏洩する漏洩磁場２０の強度は、対物レンズ１１のコイル１２を流れる電流に比例して増加する。そのため、この漏洩磁場２０を打ち消すためには、補助コイル１０の電流も対物レンズコイル１２の電流に比例して制御する。

図６は、対物レンズコイル１２および補助コイル１０に流す電流を対物レンズ制御電源３６で制御する場合の概略構成図である。対物レンズ１１の漏洩磁場２０を打ち消すために必要な補助コイル１０にて発生させる磁場２１を、対物レンズコイル１２と同じ電流を補助コイル１０に流した時に発生できるように、補助コイル１０の巻き数を決定しておく。そして、図６に示すように、対物レンズコイル１２と補助コイル１０とを直列に接続し、電流の向きが逆になるように電流を流す。このような構成により、対物レンズコイル
１２と補助コイル１０とを、対物レンズ制御電源３６のみで制御することが可能となり、補助コイル制御電源３５は不要となる。

図７は本発明の第二実施例を示すもので、図２と同様に、図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図であるが、新たに反射板１６を設けている。

試料１３から発生した反射電子１５を反射板１６に衝突させ、そこから発生した二次電子１４を検出器９で検出する構成においても、対物レンズ１１からの漏洩磁場２０の影響を防止するために、補助コイル１０を設けることが有効である。なお、反射電子１５のかわりに二次電子を反射板１６に衝突させる構成であっても同様である。

対物レンズ１１の間隙１１ａが上方、すなわち第二集束レンズ７側にある場合には、漏洩磁場２０は上方に向かうので、反射電子１５の軌道よりも、反射板１６に衝突した後で発生する二次電子１４が検出器９に向かう軌道への影響が大きい。したがって、補助コイル１０を、間隙１１ａと検出器９の検出面９ａとの中間位置に設けることによって、漏洩磁場２０の影響を大きく低減することが可能となる。

以上述べたように、対物レンズに磁気的な間隙がある場合には、電子の検出効率を低下させないために、その間隙からの漏洩磁場を試料から発生した電子の軌道に影響を与えないようにする必要がある。本発明の実施態様によれば、該間隙と検出器の電子線検出面との中間位置に、漏洩磁場の磁束の方向とは逆方向の磁束を有する磁場を発生させるような補助コイルを配置することで、試料から発生した電子の軌道に影響を与えないようにでき、電子線の検出効率の低下を防止することができる。

走査電子顕微鏡の構成を表す略縦断面図。図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図。図２を第二集束レンズ７側の上方から見た平面図。図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図。図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図。対物レンズコイル１２および補助コイル１０に流す電流を対物レンズ制御電源３６で制御する場合の概略構成図。図１の対物レンズ１１まわりの部分を拡大した断面図。

符号の説明

４一次電子
９検出器
１０補助コイル
１１対物レンズ
１１ａ間隙
１１ｂ磁極兼電極
１２対物レンズコイル
１３試料
１４二次電子
１５反射電子
１６反射板
２０漏洩磁場
２１磁場
３５補助コイル制御電源
３６対物レンズ制御電源
５０マイクロプロセッサ

Claims

電子源で発生した一次電子を加速させる磁極兼電極と、当該磁極兼電極とは異なる他の磁極とを備え、当該磁極兼電極の一端と他の磁極との間に、当該磁極兼電極と他の磁極を電気的および磁気的に絶縁する第１の間隙を有すると共に、当該第１の間隙に対して試料側に位置し、当該磁極兼電極の他端と他の磁極との間に、当該磁極兼電極と他の磁極を電気的および磁気的に絶縁し、前記一次電子を集束する漏洩磁場を生じさせる第２の間隙を有する対物レンズと、
前記一次電子が前記試料に照射されて該試料から発生する電子を検出する検出器と、
該検出器の検出面と前記第１の間隙との中間位置に設けられ、前記対物レンズのコイルと同心であって、前記第１の間隙で発生する漏洩磁場を打ち消す磁場を発生する補助コイルと
を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１の記載において、
前記対物レンズのコイルに流す電流の向きと前記補助コイルに流す電流の向きが反対であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１の記載において、
前記補助コイルに流れる電流は、前記対物レンズのコイルに流れる電流に比例するように制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１の記載において、
前記補助コイルと前記対物レンズコイルは同一の電源から電流が供給されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１の記載において、
前記補助コイルと前記対物レンズコイルは電気的に直列に接続され、電流が互いに逆向きに流れるように構成したことを特徴とする走査電子顕微鏡。