JPH01502225A - 二次電子検出方法 - 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】 ガス状の大気中で用いられる２次電子検出ＲＨ発明の背景 電子顕微鏡により標本のイメージを得るには、標本を電子ビームにより走査し標 本から反射もしくは放出される電子を検出する。通常、標本は真空中で走査して 電子光学系の完全真空度を維持し電子検出器を作動させる。

真空中で電子ビームにより標本を走査すると、さまざまな問題が生じる。生物学 的標本は正確なイメージを得るのに必要な時間だけ真空中で生存することができ ない。

湿った標本は正確なイメージが得られないうちに、その流体成分が真空中で蒸発 する。高真空度においてガス抜けする物体には特殊な配慮が必要である。非導電 性標本には表面電荷が蓄積し、それによって標本表面の詳細が不明瞭となり得ら れるイメージの解像度が低下する。電荷蓄積の問題を避けるには、標本に金属薄 層を被覆して電荷を導出することができる。しかしながら、金属被覆は半導体等 の標本を破損することがあり、従って非破壊試験を行える可能性がなくなること が多い。

環境顕微鏡の早期の研究（走査電子顕微鏡／１９７０年、第４３−４８頁のダブ リュー・シー・レーンの論文“環境管理段階″）において、レーンはエバーハー トーソーンリーシステム（バイアスシンチレータ／ホトマルチプライア）を使用 してガス状環境において標本から放出される電子を走査電子顕微鏡により検出し た。彼は標本の表面から放出される２次電子がカバーガス（水蒸気）をイオン化 して自由゛電子を発生しそれを１バーハートーソーンリー検出器で集めることを 主張した。彼はこの機構により、１バーハートーソンリー検出器においてシンチ レーションが生じる前にガスにより２次電子信号が増幅されたと結論した。

彼の実験装置では２次電子信号を有用に増幅することは不可能であるため、レー ンの主張及び結論は正当ではない。水の両成分、水素と酸素、のイオン化エネル ギー（閾値）は放出される２次電子によりイオン化するには高過ぎるし、増幅プ ロセスは相当のガス圧がある標本直上の領域でしか生じない。エバーハートーソ ーンリーシステムのバイアス電界は２次電子信号増幅を行うのに充分なだけ２次 電子エネル１シーを高めることはできない。

２次電子はガス充填領域においてもガスをイオン化するのに充分なエネルギーを 得なければならず、標本周りの金属カラーによりこの領域内のバイアス電界強度 が低下する。また、ガス充填領域は検出器と標本間の垂直距離の極めて小部分を 占めるにすぎず、従って２次電子はガス充填領域を離れる前に検出器と標本間の 最大電位差の極めて小部分しか得ることができない。従って、カラー内側のガス をイオン化するのに充分な高いレベルまで電子エネルギーを高めることができな い。

レーンが観察したガス誘起信り増幅とは恐らく高エネルギー放出後方散乱電子が カラー内のガスをイオン化したものと思われる。その結果イオン化されたもの（ 電子及び／もしく（、ｔイオン）がシンチレータにより検出されたものと思われ る。

ダニラトス、マイクロッド及びマイクロスコバ　アクタ１４　（４）：３０７− ３１８　（１９８３年）には従来の検出器を使用してガスが検出媒体として作用 することができく前記レーンの論文を引用）、低バイアスもしくは全くバイアス なしに、電荷キャリアを検出器に集めることができると開示されている。ダニラ トスは次のように４つている。

“ガス状検出器装四の範囲と効率は（２）ガスの性質、（ハ）ガス圧、（φガス 温度、＠電極構成、（ｅ）電極バイアス、（ｆ）加速電圧、（ロ）１次ビーム電 流強度、０走査速度、（ｉ）標本の性質、等の多数の変数に依存する。′ダイラ トスはシステム内のさまざまなイオン対現象を理解するには詳細研究が必要であ ると結論している。

“・・・直接比較する２次電子イメージを得ることはできない。替りに、ある種 の弾道コントラストが存在することがある。さらに、外部バイアスは加えられず 、またどの程度まで標本及び付属電極を自己バイアスできるかは判らない。得ら れた結果により新システムの付加情報が得られたが、この情報のｖＩ密な性質に ついてはさらに研究する必要がある。” 発明の要約 本発明は標本の表面から２次電子を発生し、増幅し検出する装置に関する。本装 置は制圧開口を有する真空容器、真空容器内に配置され°Ｃ帯電粒子ビームを放 出することができる帯電粒子ビーム源、真空容器内に配置されて帯電粒子ビーム 源から放出される帯電粒子ビームを１１圧開口へ指向させることができるフォー カス手段、真空容器の外側に配置されて少くともＱ、Ｑ５ｔｏｒｒ圧力のガスに 取り囲まれている標本を制圧開口と合せて標本の表面を帯電粒子ビーム源から放 出され制圧開口へ指向される帯電粒子に露呈させることができる標本台手段、真 空容器の外側で標本台手段からおよそ１〜２００ａｓ以内に配置されて標本台手 段上に配置され帯電粒子ビーム源から放出される帯電粒子に露呈される標本の表 面から放出される２次電子が接触することのできる゛電極、及び電極と電気的接 地との間に接続されて電極と標本合手段間の電位差をおよそ５０Ｖよりも高くお よそ２０００Ｖよりも低く維持する電圧源を具備し、電極の電位は標本台手段の 電位に対して正とされて標本台手段上に配置された標本の表面から放出される２ 次電子を充分な強さの電界により加速し放出される２次電子をガス分子と衝突さ せて負電荷キャリアを発生しそれが他のガス分子との多重衝突によりさらに負電 荷キャリアを発生して元の２次電子数に比例してそれよりも多い多数の負電荷キ ャリアを発生し、電界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避けるのに充分な低さ とされ、電流増幅器が電極及び電流増幅器と接地間に接続された電流検出手段に 接続されている。

本発明はまた、制圧開口を有する真空容器と、真空容器内に配置されて°電子ビ ームを放出することができる電子ビーム源と、真空容器内に配置されて電子ビー ム源から放出される電子ビームを制圧開口へ指向させることができるフォーカス 手段と、真空容器内に配置されて電子ビーム源により放出される°電子ビームを 制圧開口の直径にわたって走査させることができる電子ビーム走査手段と、真空 容器の外側に配置されて少くでも０．０５ｔｏｒｒの圧力のガスに包囲された標 本を制圧開口に合せて標本の表面が電子ビーム源から放出され１１１１間［」中 へ指向される電子ビームに露呈されるようにされた標本台手段と、真空容器の外 側で・標本台手段のおよそ１〜２００履以内に配置され、標本台手段上に配置さ れて電子ビーム源から放出される電子ビームにＢシされる標本の表面から放出さ れる２次電子がそれと接触できるようにされた電極と、電極と電気的接地間に接 続され電極と標本合手段間の電位差をおよそ５０Ｖよりも高くおよそ２０００Ｖ よりも低く維持することができる電圧源とを具備し、電極電位は標本台手段の電 位に対して正とされ、標本台手段上に配置された標本の表面から放出される２次 電子を充分な強さの電界により加速して放出された２次電子がガス分子と衝突し て負電荷キャリアを発生し、それが他のガス分子と多重衝突してさらに負電荷キ ャリアを発生し元の２次電子数に比例しそれよりも多い多数の負電荷キャリアを 生じ、電界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避けるのに充分低くされ、さらに 電極及び電流増幅器と接地間に接続された電流検出手段に主流増幅器が接続され ている。

本発明はまた、標本の表面から放出される２次電子の発生、増幅及び検出方法に も関連している。本方法は標本の表面から２次電子を放出するのに充分なエネル ギを有する帯電粒子ビームにより適切なガス圧の元で、標本の表面を走査するこ とからなっている。２次電子は充分な強さの電界により加速されガス分子と衝突 して負電荷キャリアを発生し、それは他のガス分子と多重衝突してさらに負電荷 キャリアを発生し元の２次電子数に比例しそれよりも多い多数の負電荷キャリア を生じ、電界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避けるように充分低くされてい る。電子及びイオン化ガス分子から生じる電流が検出され、標本の表面から放出 される２次電子数に比例する信号を検出する。

図面の簡単な説明 第１図は本発明を特定形状で具現する装置の略断面図である。

発明の詳細な説明 本発明は標本の表面から２次電子を発生、増幅及び検出する装置を提供する。第 １図を参照として、本発明は制圧開口２を有する真空容器１と、真空容器内に配 置され帯電粒子ビームを放出することができる帯電粒子ビーム源３と、真空容器 内に配置され帯電粒子ビーム源から放出される帯電粒子を制圧開口中へ指向させ ることができるフォーカス手段４と、真空容器の外側に配置され少くとも０．０ ５ｔｏｒｒの圧力のガスに包囲された標本を制圧開口と合せて標本の表面が帯電 粒子ビーム源から放出され制圧開口中へ指向される帯電粒子に露Ｖされるように する標本台手段６と、真空容器の外側で標本台手段からおよそ１〜２００ｍ以内 に配置されて、標本台手段上に配置され帯電粒子ビーム源から放出される帯電粒 子に露呈される標本の表面から放出される２次電子がそれと接触できるようにさ れた電極７と、電極及び電気的接地間に接続され電極と標本合手段間の電位差を およそ５０■よりも高くおよそ２０００Ｖよりも低く維持することができる電圧 源８とを具備し、電極電位は標本台手段の電位に対して正として標本台手段上に 配置された標本の表面から放出される２次電子を充分な強さの電界により加速し 、放出された２次電子がガス分子と衝突して負電荷キャリアを発生しそれが他の ガス分子と多重衝突してさらに負電荷キャリアを発生し元の２次電子数に比例し てそれよりも多い多数の負電荷キャリアを生じ、電界の強さは激烈な放電すなわ ち発弧を避けるのに充分低くされ、且つ電極及び電流増幅器と接地間に接続され た電流検出手段１ｏに電流増幅器９が接続されている。本出願において、負電荷 キャリアにはイオン化ガス分子及び自由電子が含まれる。

本発明の一実施例において、帯電粒子ビーム源は電子ビーム源である。別の実施 例において、電極は標本台手段からおよそ１０ａｍの位置に配置されている。さ らにもう一つの実茄例において、電圧源は調整可能である。

本発明はまた、走査電子顕微鏡を提供する。特に第１図を参照として、走査電子 顕微鏡は制圧開口２を有する真空容器１と、真空容器内に配置され゛Ｃ電子ど− ムを放出することができる電子ビーム源３と、真空容器内に配置されて電子ビー ム源から放出される電子ビームをｉｌ＋圧開口開口中向させることができるフォ ーカス手段４と、真空容器内に配置されて電子ビーム源から放出される電子を制 圧開口の直径にわたって走査させることができる電子ビーム走査手段と、真空容 器の外側に配置されて少くとも０．０５ｔｏｒｒ圧のガスに包囲された標本を制 圧開口と合せて標本の表面を電子ビーム源から放出された１ｉ１１圧開口中へ指 向される電子ビームに露呈させることができる標本台手段６と、真空容器の外側 で標本台手段のおよそ１〜２００ａｍ以内に配置されて、標本台手段上に配置さ れ電子ビーム源から放出される電子に露呈される標本の表面から放出される２次 電子がそれと接触することができる電極７と、電極及び接地間に接続されて電極 と標本合手段間の電位差をおよそ５０Ｖよりも高くおよそ２０００Ｖよりも低く 維持することができる電圧源８とを具備し、Ｅ　Ｖｊ電位は標本台手段の゛電位 に対して正として標本台手段上に配置された標本の表面から放出される２次電子 を充分な強さの電界により加速し放出された２次電子がガス分子と衝突して負電 荷キャリアを発生し、それが他のガス分子と多重衝突してざらに口電荷キャリア を発生し元の２次電子数に比例してそれよりも多い多数の負電荷キャリアを生じ 、電界の強さは激烈な放°電すなわち発弧を避けるのに充分低くされ、電流増幅 器９が電極で電流増幅器及び接地間に接続された電流検出手段１０へ接続されて いる。

本発明の一実施例において、電極は標本台手段からおよそ１０ａｍに配置されて いる。別の実施例において、電圧源は可調整である。さらにもう一つの実施例に おいて、電子ビーム源はおよそ１Ｋｅ１．ｖからおよそ４０にｅｌ、Ｖの間開の エネルギーを有する電子ビームを放出することができる。

本発明はまた標本の表面から２次電子を発生、増幅及び検出する方法にも関連し ている。本方法は標本の表面から２次電子を放出させるのに充分なエネルギーを 有する帯電粒子ビームにより、適切なガス圧の元で標本の表面を走査することか らなっている。２次電子は充分な強さの電界により加速し、ガス分子と衝突して 負電荷キャリアを発生しそれが他のガス分子との多重衝突によりさらに負電荷キ ャリアを発生して元の２次電子数に比例してそれよりも多い多数の負電荷キャリ アを生じ、電界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避けるのに充分低くされてい る。電子及びイオン化ガス分子から生じるＮ流が検出されて、標本の表面から放 出される２次電子数に比例する信号を検出する。

本発明の一実施例において、帯電粒子ビームは電子ビームである。別の実施例に おいて、電子ビームはおよそ１にｅｌＪからおよそ４０　Ｋｅｌ、Ｖの範囲のエ ネルギーをイイしている。さらにもう一つの実施例において、ガス圧はおよそ０ ．０５ｔｏｒｒから２０　ｔｏｒｒの範囲である。さらにもう一つの実施例にお いて、電界は少くとも５０Ｖでおよそ２０００Ｖよりも低い電位を有している。

Ｆ工ＧＵＲＥ　１ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．標本の表面から２次電子を発生、増幅及び検出する装置において、該装置は 、 ａ）制圧開口を有する真空容器と、 ｂ）真空容器内に配置されて帯電粒子ビームを放出することができる帯電粒子ビ ーム源と、ｃ）真空容器内に配置されて帯電粒子ビーム源から放出される帯電粒 子ビームを制圧開口中へ指向させることができるフォーカス手段と、 ｄ）真空容器の外側に配置されて、少くとも０．０５ｔｏｒｒ圧のガスにより包 囲された標本を制圧開口と合せて標本の表面を帯電粒子ビーム源から放出されて 制圧開口中へ指向される帯電粒子に露呈することができるようにされた標本台手 段と、 ｅ）真空容器の外側で標本台手段からおよそ１〜２００ｍｍ以内に配置されて、 標本台手段上に配置され帯電粒子ビーム源から放出される帯電粒子ビームに露呈 される標本の表面から放出される２次電子が接触することができる電極と、 ｆ）電極と接地間に接続されて、電極と標本台手段間の電位差をおよそ５０Ｖよ りも高くおよそ２０００Ｖよりも低く維持できる電圧源であって、電極電位を標 本台手段の電位に対して正として標本台手段上に配置された標本の表面から放出 される２次電子を充分な強さの電界により加速して、放出された２次電子がガス 分子と衝突して負電荷キャリアを発生し、それが他のガス分子との多重衝突によ りさらに負電荷キャリアを発生して元の２次電子数に比例してそれよりも多い多 数の負電荷キャリアを生じ、電界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避げるよう に充分低くされている電圧源と、ｇ）電極に接続された電流増幅器と、 ｈ）電流増幅器と接地間に接続された電流検出手段、とを具備する２次電子発生 、増幅及び検出装置。 ２．請求項１記載の装置において、帯電粒子ビーム源は電子ビーム源である２次 電子発生、増幅及び検出装置。 ３，請求項１記載の装置において、電極は標本台手段からおよそ１０ｍｍに配置 されている２次電子発生、増幅及び検出装置。 ４．請求項１記載の装置において、電圧源は可調整である２次電子発生、増幅及 び検出装置。 ５．走査電子顕微鏡であって、 （ａ）制圧開口を有する真空容器と、 （ｂ）真空容器内に配置されて電子ビームを放出することができる電子ビーム源 と、 （ｃ）真空容器内に配置されて、電子ビーム源から放出される電子ビームを制圧 開口中へ指向させることができるフォーカス手段と、 （ｄ）真空容器内に配置されて、電子ビーム源から放出された電子ビームを制圧 開口の直径にわたって走査させることができる電子ビーム走査手段と、（ｅ）真 空容器の外側に配置されて、少くとも０．０５ｔｏｒｒ圧のガスに包囲された標 本を制圧開口と合せて標本の表面が電子ビーム源から放出されて制圧開口中へ指 向される電子ビームに露呈されるようにする標本台手段と、 （ｆ）真空容器の外側で標本台手段のおよそ１〜２００ｍｍ以内に配置されて、 標本台手段上に配置され電子ビーム源から放出される電子ビームに露呈される標 本の表面から放出される２次電子が接触することができる電極と、 （ｇ）電極及び接地間に接続されて、電極と標本台手段間の電位差をおよそ５０ Ｖよりも高くおよそ２０００Ｖよりも低く維持することができる電圧源であって 、電極の電位は標本台手段の電位に対して正に維持されていて、２次電子を充分 な強さの電界により加速して標本から放出される２次電子がガス分子に衝突して 負電荷キヤリアを発生し、それが他のガス分子との多重衝突によりさらに負電荷 キヤリアを発生することができ、元の２次電子数に比例してそれよりも多い多数 の負電荷キヤリアを生じ、電界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避けるのに充 分低くされている電圧源と、 （ｎ）電極に接続された電流増幅器と、（ｉ）電流増幅器と接地間に接続された 電流検出手段、とを具備する走査電子顕微鏡。 ６．請求項５記載の走査電子領徴鏡において、電極は標本台手段からむよそ１０ ｍｍに配置されている走査電子顕微鏡。 ７．請求項５記載の走査電子顕微鏡において、電圧源は可調整である走査電子顕 微鏡。 ８．請求項５記載の走査電子顕微鏡において、電子ビーム源はおよそ１Ｋｅｌ． Ｖからおよそ４０Ｋｅｌ．Ｖの範囲のエネルギーの電子ビームを放出することが できる走査電子顕微鏡。 ９．標本の表面から２次電子と発生、増幅及び検出する方法において、該方法は 、 （ａ）適切なガス圧の元で標本の表面から２次電子を放出するのに充分なエネル ギーを行ずる帯電粒子ビームにより標本の表面を走査し、 （ｂ）２次電子を充分な電界により加速しガス分子と衝突させて負電荷キヤリア を発生し、それが他のガス分子との多重衝突によりさらに負電荷キヤリアを発生 して元の２次電子数に比例してそれよりも多い多数の負電荷キヤリアを生じ、電 界の強さは激烈な放電すなわち発弧を避けるのに充分低くされており、 （ｃ）電子及びガス分子から生じる電流を検出して、標本の表面から放出される ２次電子数に比例する信号を検出する、 ステツプからなる２次電子発生、増幅及び検出方法。 １０．請求項９記載の方法において、帯電粒子ビームは電子ビームである２次電 子発生、増幅及び検出方法。 １１．請求項１０記載の方法において、電子ビームはむよそ１Ｋｅｌ．Ｖからお よそ４０Ｋｅｌ．Ｖの範囲のエネルギーを有する２次電子発生、増幅及び検出方 法。 １２．請求項９記載の方法において、ガス圧はおよそ０．０５ｔｏｒｒからおよ そ２０ｔｏｒｒ　の範囲内である２次電子発生、増幅及び検出方法。 １３．請求項９記載の方法において、電界は少くともおよそ５０Ｖでおよそ２０ ００Ｖよりも低い電位を有する２次電子発生、増幅及び検出方法。