JPH03156848A

JPH03156848A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH03156848A
Application number: JP1294893A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋; Kenji Morita; 憲司守田; Hiroyasu Shimizu; 弘泰清水; Shohei Suzuki; 正平鈴木; Shintaro Kawada; 河田　眞太郎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1991-07-04

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］本発明は電子線照射に伴い試料表面より放出された２次
電子を増倍し２次電子検出電極によって検出するように
した走査型電子顕微鏡に関するものである。

［従来の技術］従来から、電子銃より出た電子線を電子光学系および偏
向器を経て試料に照射し、その照射面より放出された２
次電子を２次電子検出電極によって検出するようにした
走査型電子顕微鏡においては、前記試料室内に低圧ガス
を送り込み、このガス分子に前記２次電子を衝突させて
増倍することにより、大きな出力を得るようにしている
。この２次電子増倍用ガスとしては２次電子増倍係数の
大きい水蒸気ガスが用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ところで、走査型電子顕微鏡の２次電子検出電極とかア
パーチャは非常に汚れ易く、−度汚れると、−旦鏡筒内
の真空を落として新しいものと交換するか若しくは掃除
していた。そのため、その作業が面倒であり、また交換
若しくは掃除後、真空ポンプによって筐体内を真空排気
し、再度高い真空度にするには時間がかかる。さらにま
た、アパーチャに関しては電子線を走査してクリニング
することも行われてはいるが、この方法はアパーチャの
上面、すなわち電子銃側の面のみに限られ、試料側の下
面まではクリニングすることができないという欠点を有
している。

したがって、本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、２次電子の
増倍効果大で、しかも鏡筒の真空を落とすことなくアパ
ーチャの上下面および２次電子検出電極を効果的にクリ
ニングし得るようにした走査型電子顕微鏡を提供するこ
とにある。

Ｕ課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成するためになされたもので、そ
の第１の目的は、電子銃からの電子線を電子光学系及び
偏向器を通して、気体のコンダクタンスの小さいアパー
チャから気体の導入されている試料室内の試料に入射さ
せると共に、前記試料室内に、前記試料より射出された
２次電子を検出する２次電子検出電極を設けた走査型電
子顕微鏡において、前記試料室内に導入される気体とし
て酸素ガスあるいは酸素を主成分とするガスを用いたも
のである。

また、第２の発明は、前記２次電子検出電極に放電を起
こすに十分な電圧を印加する電源装置を設け、放電によ
って鏡筒白金属部品をクリニングしたものである。

また、第３の発明は、！素ガスの放電最低電圧より高い
電圧を２次電子検出電極に印加し、試料室圧力を最も放
電し易い圧力より低圧側の放電を起こさない圧力に制御
するガス導入制御装置を設けたものである。

［作用コ２次電子増倍用ガスに要求される性質としては、■放電
電圧が高く、高いバイアス電圧を２次電子検出電極に印
加できること、 ■電子と衝突した時にイオン−電子生成確率が高いこと
、 ■小さいｐａ積（試料室の圧力ｐと、試料−２次電子検
出電極間距ｗｌｄの積）で２次電子増倍作用が最大にな
ること、等が挙げられる。

そこで、Ｎ２０．０□、Ｎ２、Ｎ２、Ａ、、。

等のガスを比較すると、上記０項に対しては、Ｎ２０が
最も良く、５５０■程度の放電電圧を持っている０次い
で０２で４５０Ｖの放電電圧、Ｎ２、Ｎ２、Ｎｅ、Ａ、
Ｈｅ等では３００■とされる。

■項のイオン−電子生成確率については０２はＡに次い
で２番目によい生成確率を有する。０項のｄｐ積につい
ては、０２　　：　４．　１ｍ５４ｏｒｒ、空気：６、
　Ｏｍ［Ｔｏｒｒ　、　Ｎ２　：　６．３ｍｍ４ｏｒｒ
　＋Ｈ２：１２ｍｍ４ｏｒｒ　＋Ａ　：　２０ｍｍ°Ｔ
ｏｒｒ　＋Ｎ２　：　４０＋ｍ４ｏｒｒ　、Ｈ２０：〜
１０　朋４ｏｒｒで、０２が最もよい。

以上の点から０□はＮ２０と同様、２次電子増倍用ガス
に適しているといえる。また、２次電子検出電極に放電
を起こすに十分な電圧を印加すると、０２は２次電子検
出電極等に付着した汚れをスパッタリングし、クリニン
グ作用を発揮する。

この時、アパーチャの試料室側の面がクリニングされる
。

ガス導入制御装置によって酸素ガスあるいは酸素を主成
分とするガスの分圧をハイドロカーボンの分圧よりも大
きくすると、ハイドロカーボンからのカーボンが付着す
る速度より６０２ガスによるカーボンのスッパタ速度が
大きくなりクリニング効果は増大する。

［実施例］以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る走査型電子顕微鏡の一実施例を示
す概略構成図である。同図において、走査型電子顕微鏡
は、コンデンサレンズ２、ビーム偏向コイル（偏向器）
３および対物レンズ４を含む鏡筒１と、電子銃６を有し
て前記鏡筒１の上に設けられた電子銃室５と、試料８が
載置される試料台９と２次電子検出電極１０を有して前
記鏡筒１の下に設けられた試料室７とを備えている。

鏡筒１と電子銃室５との境、鏡筒１の途中及びＭ筒１と
試料室７との境にはそれぞれ気体のコンダクタンスの小
さい圧力制限アパーチャ１１．１２．１３が設けられ、
個々独立に真空排気されるように構成されている。

この場合、鏡筒１のアパーチャ１２より上の室１４はイ
オンポンプ１５によって真空排気され、アパーチャ１１
の下面側においてＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ、アパーチ
ャ１２の上面側においてＩ　Ｘ　Ｌ　Ｏ−’Ｔｏｒｒと
される。一方、鏡筒１のアパーチャ１２．１３間の室１
６はターボ分子ボン１１７によって真空排気され、アパ
ーチャ１２の下面側において約ＩＸ　１０−４Ｔｏｒｒ
、アパーチャ１３の上面側において約Ｑ、１Ｔｏｒｒと
される。また、この室１６にはバルブ１８の切替操作に
よって０２ガスの供給源（図示せず）に接続されるよう
に構成されている。

電子銃室１５はイオンポンプ２０によって真空排気され
、アパーチャ１１の上面側においてＩＸ　１０−９Ｔｏ
ｒｒとされる。

試料室７はバルブ２１を介して０２ガスの供給源（ガス
導入制御装置）２２に接続されて０２ガス〈あるいは０
２を主成分とするガス）の供給を受けると同時に、バル
ブ２３を介してロータリポンプ２４に接続され真空排気
されることにより、ＥＳＥＭ（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ａｌ　　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　　Ｅｔｅｃｔｒｏｎ　　Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）動作に最適な圧力（数Ｔｏｒｒ）
に制御されている。

したがって、長時間使用時に汚れが発生するのは２次電
子検出電極１０と圧力制限アパーチャ１３の上下面とさ
れる。

２次電子検出電ｆｉ１０は絶縁材料からなるスペーサ２
６を介して試料室７内に配設され、スイッチ２７．２８
の切替操作によってクリニング用電源２つと増幅器３０
に選択的に接続されるように構成されている。そして、
増幅器３０は表示装置３１に接続されている。

なお、３２は絶縁材料からなるスペーサである。

このような構成において、試料８の観察に際しては前記
各ポンプ１５．１７．２０．２４によって鏡筒１、電子
銃室５および試料室７内を真空排気し、上記値の真空度
に設定保持する。この時、試料室７には０２ガス供給源
２２より０□ガスが供給される。そして、２次電子検出
電極１０はスイッチ２８によって増幅器３０に接続され
、スイッチ２８はＯＦＦとされる。

電子ｊＩ６から放射された電子線は、アパーチャ１１．
１２．１３を通って試料室７に入射する際、コンデンサ
レンズ２と対物レンズ４によって細く絞られ、ビーム偏
向コイル３によって偏向されることで試料８の表面を走
査する。電子線を試料表面に照射すると、試料表面から
２次電子が放出され、この２次電子は試料室７内の０□
ガス分子と衝突して増倍され、２次電子検出電極１０に
よって検出され電気信号に変換される。そして、２次電
子検出電極１０による検出信号は増幅器３０によってさ
らに増幅され、表示装置３１に波形やＳＥＭ像として表
示される。

この場合、０２ガスは上記した通り２次電子増倍作用を
有し、Ｈ２０ガスを用いた場合と同程度のＳ／Ｎ比の画
像が得られる。また、カーボンが付着する速度よりも酸
素ガスによりカーボンがスッパヴタエッチされる速度が
速いため試料表面を汚す恐れがない。

２次電子検出電極１０およびアパーチャ１３が試料８や
装置内壁面から放出された分子や粒子さらには真空排気
時の空気やオイル中に含まれている各種分子や粒子によ
って汚染された場合は、バルブ２１を開いて試料室７内
に０２ガスを供給してその圧力をクリニングに適した圧
力まで上昇させると共に、スイッチ２７をＯＮにしてス
イッチ２８をクリニング用電源２９側に切替え、２次電
子検出電極１０に放電を起こすに十分な電圧を一定時間
印加すればよい、電圧の印加方向は被りリニング物であ
る２次電子検出電極１０とアパーチャ１３に０２ガスの
イオンが入射する方向あるいは交番電圧とされる。この
時、ｏ２ガスの分圧をクリニングすべきハイドロカーボ
ンの分圧より大きく設定すると、クリニング効果を増大
させることができる。また、ｏ２ガスによるクリニング
は、電圧印加のみで行えるため、−旦真空を落とす必要
がなく、作業が簡単で、しかもＨ２０ガスに比べてクリ
ニング効果が大きく遥かに長時間クリニングの必要がな
いと云う利点を有する。

第２図は放電電圧の（圧力）　（距離）積（ｐｄ槓）依
存性であるＰａ５ｃｈｅｎの曲線とＥＳＥＭの動作条件
（圧力）（試料−２次電子検出電極間距ｗ１）積と、２
次電子検出電極１０に与えるバイアス電圧との関係を示
す図である。同図において、ＡはＨ２０ガスを用いた場
合の従来のＥＳＥＭの動作条件、Ｂは０□ガスを用いた
場合の本発明の動作条件、Ｃは本発明での放電によるク
リユング時の動作条件をそれぞれ示す。

この図から明らかなように、０２ガスを従来のＨ２０ガ
スの代わりに２次電子増倍用ガスとして使用すると、放
電電圧が小さくなるが、動作電圧を第２図に示したよう
に高真空側にずらすことによって放電電圧を上昇させ、
大きいバイアス電圧での使用が可能である。

なお、アパーチャ１３の上面をクリニングする場合は、
バルブ１８を開いて鏡筒１の下室１６内に０２ガス若し
くは０２ガスを主成分とするガスを導入して２次電子検
出電極１０に高電圧を印加し、放電を起こさせるか、電
子線でアパーチャ上面を走査すればよい。

［発明の効果コ以上説明したように本発明に係る走査型電子顕微鏡によ
れば、従来の水蒸気ガスの代わりに酸素ガスまたは酸素
ガスを主成分とするガスを試料室内に導入するようにし
たので、２次電子増倍効果とクリニング効果に優れ、特
に水蒸気ガスと比較して長時間の使用に耐え、また真空
を落としたりすることなく、ガスの圧力変化と放電電圧
の印加のみで２次電子検出電極とアパーチャのクリニン
グが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る走査型電子顕微鏡の一実施例を示
す概略構成図、第２図は放電電圧のく圧力）（距離）積
（ρｄ積）依存性であるＰａ５ｃｈｅｎの曲線とＥＳＥ
Ｍの動作束＃（圧力）（試料−２次電子検出電極間距離
）積と２次電子検出を極１０に与えるバイアス電圧との
関係を示す図である。１・・・鏡筒、２・・・コンデンサレンズ、３・・・ビ
ーム偏向コイル、４・・・対物レンズ、５・・・電子銃
室、６・・・電子銃、７・・・試料室、８・・・試料、
１０・・・２次電子検出電極、１１．１２．１３・・・
アパーチャ、２９・・・クリニング用電源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃からの電子線を電子光学系及び偏向器を通
して、気体のコンダクタンスの小さいアパーチャから気
体の導入されている試料室内の試料に入射させると共に
、前記試料室内に、前記試料より射出された２次電子を
検出する２次電子検出電極を設けた走査型電子顕微鏡に
おいて、前記試料室内に導入される気体として酸素ガスあるいは
酸素を主成分とするガスを用いたことを特徴とする走査
型電子顕微鏡。
（２）電子銃からの電子線を電子光学系及び偏向器を通
して、気体のコンダクタンスの小さいアパーチャから気
体の導入されている試料室内の試料に入射させると共に
、前記試料室内に、前記試料より射出された２次電子を
検出する２次電子検出電極を設けた走査型電子顕微鏡に
おいて、前記２次電子検出電極に放電を起こすに十分な電圧を印
加する電源装置を設け、試料室あるいは鏡筒内に酸素ガ
スを導入し、放電によつて鏡筒内金属部品をクリニング
するたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
（３）請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、酸素
ガスの放電最低電圧より高い電圧を２次電子検出電極に
印加し、試料室圧力を最も放電し易い圧力より低圧側の
放電を起こさない圧力に制御するガス導入制御装置を設
けたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。