JPH0218849A - 荷電ビーム装置 - 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１ 本発明は荷電粒子線を利用した。測定装置に係り、特に
荷電粒子線の照射により発生した二次電子の焦点位置の
変動を検出することにより試料表面の磁場、電位、形状
等を高分解能で二次元的に測定する装置に関する。

【従来の技術１ 荷電ビームを試料上に走査し、照射箇所から放出された
二次電子を検出して、試料表面の二次元像を作る走査顕
微鏡はよく知られている。特に照射ビームに電子ビーム
を用いる走査形電子顕微鏡は材料の研究等に広く用いら
れている。以後の説明は電子ビームで行なうが荷電ビー
ム一般に用いられることはもちろんである。 しかし、一般の走査形電子顕微鏡では、「走査形電子顕
微鏡の基礎と応用（日本電子顕微鏡学会関東支部会編）
、第３頁」に記載されているように、電子ビーム照射で
放出された二次電子の総量の照射箇所による変化を検出
し、その変化で二次元の像を得ている。特殊なものとし
ては二次電子のエネルギの差を検知し、材料分析や電位
測定を可能にしているものもある（特公昭４７−５１０
２４）。 （発明が解決しようとする課題１ 上述の走査形電子顕微鏡で試料の磁場分布を測定する場
合には、第２図に示すように試料１の上方に検出角制限
二次電子検出器３を置き、磁場による放出角の変化を検
出する方法を用いている（ジャーナル・オブ・サイエン
ティフィック・インスツルメント、１９６７、Ｖｏ　１
．４４．ｐ。 ８８９−８９２；Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　５ｃｉｅ
ｎｔｉｆｉｃ　　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、Ｖｏｌ。 ４４、ｐ、８８９−８９２）。−次電子ビーム４の照射
で発生した二次電子２が試料１の近傍にある磁場５で偏
向される結果、検出器に入る二次電子量が変化する。こ
の変化量から、磁場分布を得る方法である。しかし、二
次電子の放出角度が大きい（余弦分布をしている）こと
から、磁場による偏向に対して感度が低く、また定量的
な測定が難しい問題があり、はとんど実用になっていな
かった・ 【課題を解決するための手段】 本発明は前述の問題を解決する二次電子の測定方法を提
供する。放出された二次電子を加速し。 磁界又は静電等の電子レンズを用いて焦点を結ばせ、焦
点の位置変化を検出する。この方法を採用することによ
り、偏向に対する感度を向上でき。 しかも焦点位置の変化を定量測定することによって磁場
の強さや方向をも定量的に測定することが可能となる。 【作用ｌ 第１図に本発明の稿本的な構成を示した。−次電子ビー
ム４の照射で放出された二次電子２を二次電子加速電極
６で加速・吸引し電子レンズ７で収束し、焦点８を結ば
せる。この焦点８の位置を位置検出素子９で検出する。 ここで、試料１の乗っている試料走査ステージ１１をＸ
Ｙ定走査る。 このとき例えば、試料１の前面に磁場５が存在すると、
二次電子は偏向を受け、その焦点位置も８′のように移
動する。この焦点８′の位置変化、向きあるいはそれら
を演算処理した量を二次元表示装置１０で表示すると試
料１の前面に存在する磁場の強さ、向きを二次元でしか
も定量的に測定できる。 【実施例］ 第３図は本発明の一実施例である。−次電子ビーム４は
コイル１３および磁路１４で構成される対物レンズ１２
で試料１に収束され、走査コイル１５で試料上に走査さ
れる。まず、一般に用いられている二次電子検出器１６
で二次電子を検出し。 磁場観察を行なう箇所を選ぶ。二次電子検出器１旦は、
試料１から二次電子ビーム４の照射により放出された二
次電子２を吸引するための、吸引電圧１８が印加された
吸引電極１７．加速電圧２１が印加された加速電極１９
．シンチレータ２０゜ライトガイド２２．光電子増倍管
２３．増幅器２４で構成されている。走査コイル１５は
走査電源２５で駆動され、これは二次元表示装置２６と
連動している。この二次元表示装置２６の輝度変調に二
次電子検出器１６の信号を用いると走査像が得られる。 すでに述べたように、この像を見ながら、試料１の水平
移動、高さ、傾き２回転をステージ２７で行ないながら
観察箇所を選択する。 つぎに磁場をｆＲ察するが、このときには二次電子検出
器１６の吸引電圧１８．加速電圧２１を遮断し２位置検
出吸引電圧２９を位置検出吸引電極２８に印加し、二次
電子２を二次電子位置検出器３２に引き込む、引き込ま
れた二次電子を位置検出加速電圧３１の印加された加速
円筒３０で加速する。加速された二次電子は磁界型の収
束レンズ３３で位置検出素子５５に収束される。静電型
のレンズを用いてもよいがここでは磁界型で説明する。 ５３は磁界型収束レンズ３３の駆動電源である。収束レ
ンズ３３は絶縁円筒３４で加速円筒３０と絶縁されてい
る。ここで試料１を試料走査ステージ１１で走査する。 試料走査ステージ１１は試料走査ステージ電源３６で駆
動され、二次元走査の切り替え回路３７を介して二次元
表示装置２６と連動されている。 位置検出素子５５は二次元のダイオード構造を持ったも
ので、照射された二次電子の重心位置の変化を検知でき
る。位置検出素子５５の出力は処理回路３５で方向、Ｅ
ｋを分離し、それぞれの信号あるいは演算した信号で二
次元表示装置２６の輝度を変調をする。３８は輝度変調
信号の選択回路である。この結果、二次元表示装置２６
に試料１の磁場分布を、磁場の方向を分離して表示する
ことが可能になる。 第４図は本発明の他の実施例である。この実施例では、
前述に実施例と同様に位に検出吸引電極２８で二次電子
２を吸引し２位置検出加速電極３０で加速し、収束レン
ズ３３で収束させるが、この実施例では、半導体検出器
でなく、絞り板３９と光電子像倍管４２の組み合わせで
位置検出を行なっている。この位置検出器では、絞り板
３９の開口を通過した二次電子がシンチレータ４０を光
らせる。この光をライトガイド４１を介して光電子像倍
管４２と増幅器４３を用いて増幅する。 絞り板３９は二次電子の焦点の大きさとほぼ同じにしで
あるので、二次電子２が試料１の磁場で偏向されると、
絞り板３９を通過する二次電子の量が変化し、増幅器４
３の出力が変化する。増幅器４３の出力は演算回路４４
．ｊ１度変調信号の選択回路３８を経て二次元表示装置
２６の輝度に変調を与える。演算回路４４では信号強度
から移動量の算出等を行なう等の演算をする。これらの
磁場測定の情報は計算機５４に転送され、さらに高度な
処理を行なう。４５は二次電子の偏向器で二次電子の焦
点８を絞り板３９の開口に合わせるのに使用する。この
偏向器４５は二次電子走査電源４６で走査することがで
き、絞り板３９の像が二次元表示装置２６に表示される
。ここで焦点位置とともに焦点の状態も確認できる。 第５図は絞り板３９の開口の形状の例である。 同図［Ａ］は最も単純な形状で、第４図の例はこれであ
る。同図［Ｂ］は複数個の開口を持った絞り板の例で、
偏向器４５を用いて開口の大きさを選択できる。最も大
きい開口では、焦点位置の変動があっても焦点が開口か
らはずれないので。 二次電子検出器１６の動作と同じになる。すなわち、二
次電子検出器と兼用することができる。 同図［Ｃ］の例は短冊状の開口を設けたもので。 焦点の方向を分離して検出できる。正方形の開口はａ、
ｂのエツジを用いて各方向の変動量を定量的に計るとき
に用いる。ａまたはｂのエツジに焦点を置き２例えば信
号量が半分になるようにする。 この信号量を維持するように偏向６４５（ａ又はｂの方
向に合った偏向方向）を制御する（フィードバック回路
９閣示せず）。試料１の走査とフィードバックしている
偏向量との関係を二次元デイスプレー２６に表示すると
、磁場分布の定量表示ができる。 第６図はシンチレータ４０の光をオプチカルファイバー
４７で真空外に引き出し、大気中に絞り板３９を置いて
第５図と同様の動作をさせた実施例である。絞り板３９
が大気中にあるため交換や選択も容易である。ファイバ
ー４７の代りに光学レンズを用いてもよい。また、二次
電子の焦点をマルチチャンネルプレートのような二次元
の電子増倍を用いることもできる。 第７図は一次電子ビームを絞る対物レンズ１２が二次電
子を絞る収束レンズとしても兼用さ九でいる実施例であ
る。−次電子ビーム４を対物レンズ１２に対して斜めに
入射させる。入射した一次電子ビーム４は対物レンズ１
２の上に置かれた磁界型の軸偏向器４８（４９は軸偏向
器電源）で対物レンズ１２の軸に一致するように偏向さ
れる。 試料ｌから放出された二次電子２は同軸加速電極５１で
吸引され、上に昇る。二次電子２も軸偏向器４８の偏向
を受けるが、偏向方向が反対になるので一次電子４と分
離される。分離された二次電子は位置検出器５ｏで検出
される。位置検出器５０は前述した実施例から収束レン
ズ３３を除いたものでよい。この場合、二次電子の焦点
調整は同軸加速電極５１の電圧３１を調整して行なう。 第８図は一次電子ビームを絞る対物レンズと二次電子を
絞る収束レンズを共用した他の実施例である。ここでは
磁界型の軸偏向器４８と直行した静電偏向器５２を追加
したものである。両偏向器は一次電子ビーム４に対して
はお互いに打ち消すように作られている。二次電子２に
対しては、加算されるようになるので軸からはずれ位置
検出器５ｏに入射する・ 【発明の効果１ 本発明を実施することにより、これまで困難であった試
料上の磁場を高感度でしかも定量的に測定でき、磁気メ
モリ媒体等の評価を定量的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理の説明図、第２図は従来の二
次電子検出系の説明図、第３図、第４図は本発明の実施
例になる荷電ビーム装置の要部縦断面と信号処理系のブ
ロック図、第５図は第４図の実施例に用いられる絞り板
の開口の例を示す平面図、第６図はオプチカルファイバ
ーを用いた位置検出器の構造を示す縦断面図、第７図、
第８図は本発明の他の実施例の荷電ビーム装置を示す縦
断面図である。 符号の説明 １：試料、２：二次電子、４ニ一次電子ビーム。 １１：試料走査ステージ、１２：対物レンズ、２８：位
置検出吸引電極、３０：加速円筒、３３：第 ？ 目 第４目 第 〕 目 第 り 目 ＡＥ ｃ町 〔ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電ビームの発生源と、該荷電ビームの収束系と、
   該収束荷電ビームを走査、偏向する走査偏向系と、試料
   を三次元的に移動できるステージと、該ステージに乗っ
   た試料走査系と、該試料から放出された二次電子を加速
   し、焦点を作る二次電子結像系と、該二次電子の焦点位
   置を検知する位置検出素子と、該位置検出素子の検出信
   号を一次元または二次元的に表示する表示装置で構成さ
   れたことを特徴とする荷電ビーム装置。 ２、位置検出素子に一次元または二次元のダイオード構
   造の半導体検出器を用いたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の荷電ビーム装置。 ３、二次電子の焦点位置に円、短冊状または正方形の開
   口を持った絞り板を置き、これを通り抜けた二次電子を
   検出することで二次電子の焦点位置の変化を測定するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム
   装置。 ４、絞り板に大きさの異なる複数個の円、短冊状または
   正方形の開口を設け、二次電子の経路に設けた偏向器に
   より使用する開口を選択するようにした特許請求の範囲
   第３項記載の荷電ビーム装置。 ５、二次電子の焦点を、光学像に変換し、該光学像内の
   焦点の変動を光位置検出器、または絞り板で検出し、焦
   点位置の変動を検出するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム装置。 ６、照射する荷電ビームを最終的に収束させる対物レン
   ズが二次電子の収束をも兼ねていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム装置。 ７、対物レンズを貫通して二次電子の加速電極を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の荷電ビー
   ム装置。 ８、対物レンズの前方で、かつ二次電子の加速電界内に
   偏向器を設け、斜めに入射した照射荷電ビームを対物レ
   ンズの中央を通るように偏向し、対物レンズ中央を通っ
   てきた二次電子は照射荷電ビームと逆の方向に偏向する
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の荷電ビーム装置。 ９、対物レンズの前方に、照射荷電ビームに対しては偏
   向を打ち消し、二次電子に対しては偏向を与える電場と
   磁場を直交させた偏向器を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の荷電ビーム装置。 １０、二次電子の焦点位置の測定時には、試料ステージ
   上に置かれた試料走査系を用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の荷電ビーム装置。