JPH01264153A - 電子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、＊小な試料表面付近の磁界を観察、測定する
装置に係り、試料の表面形状や材質等のコントラストに
影響を受けることのない電子線装置に関する。

〔従来の技術〕

走査型電子顕微鏡で試料の漏洩磁界のコントラストを得
る方法としては、漏洩磁界により二次電子が偏向される
ことを利用するものが知られている。

これについてはブリティッシュ・ジャーナル・アプライ
ドフィジックス１９６９．２．２　　第１３６７頁から
第１３７２頁（ＢＲＩＴ　Ｊ、＾ＰＰＬ　Ｐｌ＋’／Ｓ
。

１９６９、５ＥＲ２Ｖｏ　Ｑ　２　ｐ１３６７〜ｐ１３
７２）がある、ここでは２次電子検出器の前面に小さな
穴をあけた金属の板をおき検出器の二次電子捕集電圧の
影響範囲をせばめて２次電子の軌道を選別することによ
り磁気のコントラストを得ている。

また、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス４
２　（１９７１）１２　　第５１５６頁から第５１５９
頁（Ｊｏｕｒｎａｌ　ＯＦ　ＡＰＰＬＴＥＤ　ＰＩ（Ｙ
ＳＩＣ３ＶｏＱ４２．　Ｎａ１２１９７１　ｐ５１５６
〜ｐ５１５９）では、試料を検出器に対して、反対側に
傾ける方法が報告されている。さらにジャーナル・オブ
・サイエンスインスッルメント１９６７．４４　　第８
８９頁から第８９２頁（Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｓｃｉ、ＩＮ
ＳＴＲＵＭ　１９６７、Ｖｏ　Ｑ　４４ｐ８８９〜Ｐ９
０２）では試料の周囲に電極を設置して二次電子軌道の
選別能力を上げ、磁気のコントラストを向上させている
。

しかしこれらはいずれも、試料表面の凹凸や。

材質のちがいによるコントラストも同時に［１されてし
まい、それらから磁気のコントラストのみを抽出するの
は困蔑であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、磁気によるコントラストが得られる反
面、試料の凹凸のコントラストを強調する働きもある。

したがって微弱な磁気のコントラストは、凹凸のコント
ラストに埋もれてしまい、磁気のコントラストと凹凸の
コントラストの識別が難しいなどの問題があった。

本発明の目的は、磁気のコントラストを凹凸のコントラ
ストから分離することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、特定の方向に散乱してきた二次電子のみを
検出する二次電子検出器と、その検出器に入る二次電子
のエネルギ幅を制御できるアナライザを設け、低いエネ
ルギの二次電子信号と高エネルギの二次電子信号に分け
て、それらを定数倍しその差信号で結像せしめることに
より達成される。

〔作用〕

第２図は、本発明の詳細な説明する図である。

試料２は、微小な磁化領域を持っており、表面にはＨで
示すような漏洩磁界５が存在している。さらに表面は平
滑ではなく、例えば図のような突起があるとする。電子
ビーム１をこの試料２に照射すると、試料２上のＡ点で
は、等方に放出された二次電子が、試料の表面の漏洩磁
界でローレンツ力をうけて左側に偏向される。一方Ｃ点
では漏洩磁界の向きが逆のため右へ偏向される。又８点
では、試料面が左側に面しているため、放出される二次
電子の角度分布は左側に傾き、Ｄ点では右側に傾むく。

この時、中心より右側に進んだ二次電子のみを検出する
ように二次電子検出器４を配置し電子ビームをラインス
キャンするとこの検出器の出力信号は第２図すの波形の
ようになる。このｂ図の波形ではコントラストが漏洩磁
界によるものか、試料の凹凸によるものか判別できない
。

ところが、放出される二次電子のエネルギは、ＯｅＶ〜
数１０ａＶに分布しており、ローレンツ力により偏向さ
れる量は、低いエネルギの二次電子はど大きく、高いエ
ネルギの二次電子では小さくなる。一方、試料面の傾斜
による二次電子の放出角度分布の変化は、二次電子エネ
ルギに対する依存性はない。したがって、低いエネルギ
の二次電子を検出した場合の波形は凹凸のコントラスト
と磁界のコントラストの両方を含み１図Ｃの如き波形に
なる。また、高いエネルギの二次電子のみを検出した場
合は凹凸のコントラストのみとなり。

同図ｄのような波形になる。したがって図Ｃの波形から
図ｄの波形をひくと漏洩磁界による信号の変化のみが残
る。したがって低いエネルギの二次電子信号と高いエネ
ルギの二次電子信号の差信号で像を形成すれば、磁界に
よるコントラストとして同図ｅの如き波形のみが表示さ
れる。

実際にこの方法で磁気のコントラストのみを得るには、
高エネルギと低エネルギの境を、どこに決めるかという
問題がある。（以後、この境となるエネルギーをＥｅと
表わすことにする。）このＥｅは磁界の存在しない試料
を観察したときに高エネルギ側と低エネルギ側の信号量
が等しくなるように決めないと、両者の差をとっても、
試料の凹凸のコントラストが残ってしまう。この問題は
。

高エネルギの２次電子の信号量と低エネルギの二次電子
の信号量の比較を行ない、その結果をフィードバックし
て、両者が常に等しくなるようなＥｅを自動的に設定で
きるようにすれば良い、このときＥｅの変化は、磁気の
コントラストの成分のみを含んでいる。

この理由を第３図を用いて説明する。

第３図ａ−ｃは、第２図に示した指向性を持った検出器
４で検出される二次電子のエネルギ分布を表わしたもの
である０分布１は試料に凹凸も磁界も存在しない場合の
分布である。このとき高エネルギ側と低エネルギ側の信
号量が等しくなるエネルギＥｅがＥｌであるとする。次
に試料に凹凸が存在する場合を考える。例えば試料の凹
凸が検出器と反対側に向いており磁界が存在しない場合
は、検出器に入る二次電子はエネルギに関して一様に減
少するため、分布２のようになるが、このとき分布形状
は変化しない。したがってＥｅは変化しない。

次に磁界が存在する場合を考える。磁界の影響は低エネ
ルギの二次電子はど大きくあられれるため、分布は例え
ば第３図の分布３のように点線の部分が減少する。した
がってＥ。はＥｓよりも高エネルギ側のＥｌに移動する
。逆方向の磁界では逆に低エネルギ側に移動する。した
がってＥｅの変化は試料の磁界の強さのみを反映してい
ることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第１図により説明する。

真空中におかれた試料２をおおう金属製の半球メツシュ
３の電位は、アース電位、又は負電位のどちらかをスイ
ッチ５により選択できる。

また中心には二次電子ビーム１を通す穴が形成され、ａ
画板１０は金属製で半球メツシュの外部を、電子ビーム
の経路を中心として左右２つに分離するように配置され
ている。二次電子検出器４は、例えば、シンチレータと
光電子増倍管によって構成される。電子ビーム１は、走
査信号発生器１３の信号を偏向器１２に加えることで試
料上を走査する。二次電子検出器４の信号はアンプ６を
介して、走査信号発生器１３と同期させた２枚の画像メ
モリ７にとり込まれる。２枚の画像メモリは。

それぞれアンプ８．アンプ９を介し画像処理装置１１に
入り、処理画像を画像表示袋［１２によって表示する構
成となっている。

まずスイッチ５をアース側にして、電子ビーム１を試料
２上に走査し、二次電子信号による画像を画像メモリ７
の１枚目にとり込む０次にスイッチ５を切り替え、半球
グリッド３に負の電位を与える。この状態で、二次電子
信号による像を画像メモリ７の２枚目にとり込む。１枚
目の画像信号のゲインに対し、２枚目の画像信号のゲイ
ンを２倍にし、１枚目の画像信号から２枚目の画像信号
の差信号を画像処理装置１１により作る。１枚目の画像
は、高エネルギ側と低エネルギ側の両方の二次電子によ
る像である。一方、２枚目は、半球メツシュ３に与えた
電位より高いエネルギを持った二次電子による像である
。したがって２枚目の画像信号のゲインを２倍にして、
１枚目の信号からひくと、低エネルギの二次電子信号か
ら高エネルギの二次電子信号を差しひいたものになる。

１枚目の画像には磁気のコントラストと凹凸のコントラ
ストの両方が含まれている。しかし２枚目の方は凹凸の
コントラストのみになっている。

したがって上記の差信号には磁界によるコントラストの
みが残る。又両者の信号の比をとることでも同様の効果
が得られる。

この実施例で画像メモリ７と画像処理装置１１にテレビ
周波数で動作するものを用いれば、はとんどリアルタイ
ムで磁界のコントラストのみの像を観察できる。

第４図は第２の実施例を示す図である。本例では、二次
電子検出器４ａ、４ｂの２つのを向かい合うように配置
する。アンプ６ａ、アンプ６ｂはそれぞれ二次電子検出
器４ａ、４ｂの信号Ａ、Ｂを増幅し差動増幅器１４によ
り両者の差Ａ−Ｂをとる。その他の構成及び画像のとり
方は第１の実施例と全く同様である。この実施例によれ
ば二次電子検出器４ａと二次電子検出器４ｂの差をとる
ことで、凹凸や漏洩磁界によって、左右に偏向された二
次電子信号成分のみがとり出されるため。

これらのコントラストが強調される効果がある。

第３の実施例として差動増幅器１．４のかわりに演算処
理装置を設け（Ａ−Ｂ）／　（Ａ＋８）を出力するよう
にする。これにより、照射する電子ビーム１の時間的変
動や、試料から発生する二次電子量の変化による信号の
変化が補正される効果がある。

第５図は、第４の実施例を示す図である。試料２とほぼ
同一面に試料２をとり囲むようにメツシュ１８を設け、
これに正の電位を与える。このメツシュ１８の下方は、
左右に分離され、それぞれに、二次電子検出器４ｃ、４
ｄが設けられている。

これらの検出器４ｃ、４ｄによって、半球グリッド３を
透過できなかった低いエネルギの二次電子は、メツシュ
１８を透過した後その放出方向によって左右に分離して
検出され、アンプ１５ａ。

１５ｂを介して差動増幅器１６に入り、左右の差がとら
れる。−右半球状メッシュ３を透過した高エネルギの二
次電子は、二次電子検出器４ａ、二次電子検出器４ｂに
左右分離して検出され、アンプ６ａ、６ｂを介して差動
増幅器１４に入る。差動増幅器１７は、高エネルギの二
次電子による信号を低エネルギの二次電子による信号か
ら差し引いた信号をつくり、電子ビームの走査と同期し
た画像表示袋［１２、例えばブラウン管へ輝度信号とし
て入力する。この実施例によれば、画像メモリが必要な
く、リアルタイムで磁気コントラストのみの像を得るこ
とができる。

また、第５の実施例を第６図により説明する。

試料２から放出された二次電子のうち、半球メツシュ３
に印加した負電位よりも大きなエネルギを持ったものは
検出器４ａ又は４ｂに検出される。

又半球状メツシュ３を透過できながった低エネルギの二
次電子は正電位を印加したメツシュ１８を透過して検出
器４Ｃ又は４ｄに検出される。これらの信号は、第５の
実施例と同様に左右の検出器の差信号がつくられる。高
エネルギの二次電子信号の左右の差信号と、低エネルギ
の二次電子の左右の差信号は、差動増幅器２２で差がと
られたのち、その差信号がコンパレータ２０によって設
定信号と比較される。この設定信号は通常０である。

コンパレータ２０の出力はアンプ２１で直流電位Ｖｏを
重畳されたのち半球状メツシュ３に印加される。これに
より低エネルギの二次電子信号と高エネルギの二次電子
信号が常に等しくなるように半球状メツシュ３の電位が
制御される。

前述のように、高エネルギ側と低エネルギ側の二次電子
の量を等分する。高エネルギと低エネルギの境界のエネ
ルギＥｅの変化は試料上の滉洩磁界の変化を反映してい
る。したがって半球状メツシュ３に印加される電位を、
電子ビームの走査と同期させた画像表示装置！１２に表
示されることで、磁気のコントラストのみの画像を得る
ことができる。

第１〜第５の実施例では、低エネルギと高エネルギの境
界のエネルギＥｅの設定を適切な値に選ばないと凹凸の
コントラストが消えない場合があった。しかし本実施例
によれば境界のエネルギＥｅは自動的に制御され、その
制御されたエネルギＥｅを用いて像を表示するので凹凸
によるコントラストは完全に消すことができる。

以上の実施例において、二次電子検出器をマルチチャネ
ルプレートにすることで検出器の大きさを小さくできる
。また、シンチレータと光電子増倍管を使用した場合約
１０ｋＶの高電圧が必要だが、マルチチャネルプレート
では約１ｋＶでよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、走査型電子顕微鏡像で磁気によるコン
トラストと凹凸のコントラストの混在した像から、磁気
によるコントラストのみをとり出してｗｔ察することが
できるので、磁区構造や漏洩磁界分布などを高感度で正
確に観察することがｒｉ（能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部断面図及び回路ブ
ロック図、第２図は本発明の詳細な説明するための電子
線照射部断面図および二次電子信号波形図、第３図は本
発明の詳細な説明するための二次電子エネルギ分布図、
第４図乃至第６図は本発明の他の実施例の断面図及び回
路ブロック図である。 １・・・電子ビーム、２・・・試料、３・・・半球メツ
シュ、４・・・二次電子検出器、５・・・スイッチ、７
・・・画像メモリ、１０・・・遮蔽板、１１・・・画像
処理装置、１２・・・画像表示装置、１４・・・差動増
幅器、１６・・・差動増幅器、１７・・・差動増幅器、
１８・・・グリッド。 坪　）図 茅２図 （ａ） θ□ ＋り 警　４図 第　５　図 −／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細く絞つた電子線と、該電子線を試料上に走査する
   走査手段を備えた電子線装置において、前記電子線の照
   射により試料から放出された二次電子を、指向性を持つ
   て検出する二次電子検出手段と、該二次電子検出手段と
   試料との間に、該二次電子を低エネルギのものと高エネ
   ルギのものに分離するエネルギ分析手段とを設け、該低
   エネルギの二次電子による信号と、該高エネルギの二次
   電子による信号の差あるいは比の信号で像を表示するこ
   とを特徴とした電子線装置。 ２、前記エネルギの分析手段は、試料上に配置した金属
   性の半球状メッシュと、該半球状メッシュに任意の電位
   を与える手段により構成され、かつ前記二次電子検出手
   段は、該半球状メッシュの外部を放射状に２つ以上の領
   域に分離する遮蔽板と、分離された領域それぞれに配置
   された螢光体又はシンチレータとホトマルチプライヤに
   よる検出器と、該遮蔽板により分離された相対する二つ
   の領域の該検出器の信号の差をとる回路により構成され
   たことを特徴とする第１項記載の電子線装置。 ３、前記エネルギ分析手段は、試料上に配置した金属性
   の半球状メッシュと該半球状メッシュに任意の電位を与
   える手段により構成され、かつ前記二次電子検出手段は
   、該半球状メッシュの上方に配置した放射状に２つ以上
   の領域に分割されたマルチチャネルプレートと、分割さ
   れた該マルチチャネルプレートの相対する２つの領域か
   ら得られた信号の差をとる回路により構成されたことを
   特徴とする第１項記載の電子線装置。 ４、試料の周囲の試料面とほぼ同一面に正の電位を与え
   た金属性のメッシュを配置し、該メッシュの下方を放射
   状に２つ以上の領域に分離する遮蔽板を設け、それぞれ
   の領域に螢光体又はシンチレータとホトマルチプライヤ
   による検出器と、該遮蔽板により分離された相対する二
   つの領域に配置された該検出器の信号の差をとる回路と
   からなる第２の二次電子検出手段を備え、かつ、第２の
   二次電子検出手段による信号と二次電子検出手段による
   信号の差信号で像を表示することを特徴とした第２項記
   載の電子線装置。 ５、試料の周囲の試料面とほぼ同一面に正の電位を与え
   た金属性のメッシュを配置し、該メッシュの下方に、放
   射状に２つ以上の領域に分割したマルチチャネルプレー
   トと、分割された該マルチチャネルプレートの相対する
   ２つの領域から得られた信号の差をとる回路とからなる
   第２の二次電子検出手段を備え、かつ第２の二次電子検
   出手段による信号と、二次電子検出手段による信号の差
   信号で像を表示することを特徴とした第３項記載の電子
   線装置。 ６、磁界の存在しない試料に電子ビームを照射した場合
   に高エネルギの二次電子による信号が、全二次電子信号
   の１／２となるように、前記半球状メッシュに与える電
   位を設定したことを特徴とする特許請求の範囲第２乃至
   第５項記載の電子線装置。 ７、前記半球状メッシュ上方の二次電子検出手段により
   得られた高エネルギの二次電子信号と、前記試料台周囲
   のメッシュ下方の二次電子検出手段により得られた低エ
   ネルギの二次電子信号の差信号を、該半球状メッシュに
   与える電位にフィードバックし該差信号を常に一定とす
   る回路を設け、該半球状メッシュに与える電位の変化に
   より像を表示することを特徴とする特許請求の範囲第５
   項、第６項記載の電子線装置。