JPH05205688A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、試料がチャージアップされても、こ
のチャージアップを除去して同一領域を安定して測定す
る。 【構成】電子ビームのビーム電流をビーム検出器(16)に
より検出すると共に試料(7) から放出される二次電子に
よる電流を二次電子検出器(8) により検出する。これら
ビーム電流と二次電子による電流とに基づいて加速電圧
算出手段(18)により試料(7) における正負電荷の蓄積状
態が判断され、この蓄積状態に応じて試料(7) における
極性を中性にする電子銃(2) の加速電圧が求められる。
そして、この求められた加速電圧が電子銃(2) に印加さ
れる。これにより、試料(7) の蓄積電荷は中性化され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型電子顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は走査型電子顕微鏡の構成図であ
る。顕微鏡本体１にはその上部に電子銃２が設けられ、
この電子銃２から下方に向かって電子ビーム絞り用の第
１陽極３、第２陽極４及び第１電磁レンズ（コンデンサ
レンズ５）、第２電磁レンズ（対物レンズ）６が配置さ
れている。そして、顕微鏡本体１の下部に試料７が例え
ば角度45度をもって傾斜して配置されている。なお、こ
の角度は任意に設定可能となっている。又、この試料７
の近傍には二次電子検出器８が配置されている。なお、
図示しないが顕微鏡本体１には電子ビームを試料７上に
走査させるための偏向板及びアライメント調整用のコイ
ルが配置されている。

【０００３】かかる構成であれば、電子銃２から電子ビ
ームが出力されると、この電子ビームは試料７上に照射
されるが、このとき電子ビームは偏向板により試料７上
の所望領域に走査される。電子ビームが試料７に照射さ
れると、試料７からは二次電子が放出される。二次電子
検出器８はこれら二次電子を電流として検出し、この電
流に応じた検出信号を出力する。しかるに、この検出信
号を処理することにより試料７の表面形状が画像として
測定される。

【０００４】ところが、電子ビームを試料７に照射し、
その照射時間が同一走査領域に対して長くなると、試料
７における走査領域は正極又は負極に帯電、つまりチャ
ージアップされる。このチャージアップの極性は電子銃
２に印加される加速電圧によって決まり、例えば加速電
圧１ｋＶ以上では図５に示すように負極「−」にチャー
ジアップされる。このように試料７が正極又は負極にチ
ャージアップされると、試料表面の画像はその画質が低
下し、ひどい場合には試料表面の画像が現れなくなる。

【０００５】このようにチャージアップが生じた場合、
図６に示すように試料７における走査領域をＱ１からＱ
２に変更したり、オペレータの手動操作により加速電圧
を低下している。従って、走査領域を変更したり、加速
電圧を低下する場合、いずれの方法をとったとしても試
料７の表面形状は測定されなくなる。

【０００６】又、チャージアップを除去するために、顕
微鏡本体１に形成された試料室内を低真空状態にし、電
子ビームにより帯電した分子を利用して試料７の表面上
にチャージした電子を中和する方向がある。しかしなが
ら、この方法では二次電子を検出することができず、反
射電子を検出することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように試料７が
チャージアップされると、継続して同一領域を測定する
ことができず、測定領域を変更したり、加速電圧を低下
するなどして対処している。

【０００８】そこで本発明は、試料がチャージアップさ
れても、このチャージアップを除去して同一領域を安定
して測定できる走査型電子顕微鏡を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子銃から出
力された電子ビームを試料に照射し、この試料から放出
される二次電子を捕えて試料に対する表面測定を行う走
査型電子顕微鏡において、電子ビームのビーム電流を検
出するビーム検出器と、二次電子による電流を検出する
二次電子検出器と、ビーム検出器により検出されたビー
ム電流と二次電子検出器により検出された電流とに基づ
いて試料における正負電荷の蓄積状態を判断し、この蓄
積状態に応じて試料における極性を中性にする電子銃の
加速電圧を求める加速電圧算出手段と、この加速電圧算
出手段により求められた加速電圧を電子銃に印加する電
圧制御手段とを備えて上記目的を達成しようとする走査
型電子顕微鏡である。

【００１０】

【作用】このような手段を備えたことにより、電子ビー
ムのビーム電流がビーム検出器により検出されると共に
試料から放出される二次電子による電流が二次電子検出
器により検出される。これらビーム電流と二次電子によ
る電流とに基づいて加速電圧算出手段により試料におけ
る正負電荷の蓄積状態が判断され、この蓄積状態に応じ
て試料における極性を中性にする電子銃の加速電圧が求
められる。そして、この求められた加速電圧が電子銃に
印加される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。なお、図４と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。

【００１２】図１は走査型電子顕微鏡の構成図である。
二次電子検出器８にはプリアンプ１０、切替スイッチ１
１を介してＣＲＴディスプレイ１２が接続されている。
切替スイッチ１１はａ接点及びｂ接点を有し、通常はａ
接点に接続されている。そして、プリアンプ１０の出力
端子と切替スイッチ１１のｂ接点との間には画像遅延部
１３が接続されている。

【００１３】又、メインコントローラ１４が備えられ、
このメインコントローラ１４から電子銃２の加速電圧の
設定指令値s1、電子ビームに対する制御電圧の設定指令
値s2及び各電磁レンズ５、６に対するレンズ系電圧の設
定指令値s3が電圧制御部１５に送られている。

【００１４】一方、顕微鏡本体１における第２陽極４と
コンデンサレンズ５との間にはビーム検出器１６が配置
されている。このビーム検出器１６は電子銃２から出力
される電子ビームによるビーム電流を検出し、そのビー
ム電流に応じた検出信号を出力する機能を有している。

【００１５】このビーム検出器１６の出力端子にはプリ
アンプ１７が接続され、このプリアンプ１７と前記プリ
アンプ１０との各出力端子にはチャージアップ除去算出
部１８が接続されている。

【００１６】このチャージアップ除去算出部１８は、図
２に示すチャージアップ除去流れ図に従って試料７の表
面上におけるチャージアップ発生を判断し、チャージア
ップが発生したと判断した場合にその旨を示すチャージ
アップ信号ｇを電圧制御部１５に送り、かつチャージア
ップを除去する電子銃２の加速電圧を算出してこの加速
電圧に変更する加速電圧指令b1を電圧制御部１５に送
り、これと共に変更する加速電圧に応じたビーム電流の
制御電圧b2、レンズ系電圧指令b3を電圧制御部１５に送
る機能を有している。

【００１７】電圧制御部１５は、各設定指令値s1、s2、
s3を受け、これら指令値s1、s2、s3に従って電子銃２に
加速電圧を印加し、かつ第１陽極３に制御電圧、各電磁
レンズ５、６にレンズ系電圧を印加する機能を有するも
ので、チャージアップ信号ｇが入力し、かつ加速電圧指
令b1、制御電圧指令b2及びレンズ系電圧指令b3が入力さ
れると、切替スイッチ１１に切替信号ｋを送出すると共
にこれら指令b1、b2及びb3に従って加速電圧、制御電圧
及びレンズ系電圧を変更する機能を有している。次に上
記の如く構成された装置の作用について説明する。

【００１８】電圧制御部１５は、メインコントローラ１
４からの各設定指令値s1、s2、s3を受け、これら指令値
s1、s2、s3に従って電子銃２に加速電圧を印加し、かつ
第１陽極３に制御電圧、各電磁レンズ５、６にレンズ系
電圧を印加する。この場合、電子銃２の加速電圧は例え
ば図３に示すＶa である。

【００１９】これにより、電子銃２から電子ビームが出
力され、この電子ビームは試料７上に照射される。この
電子ビームは偏向板により試料７上の所望領域に走査さ
れる。電子ビームが試料７に照射されると、試料７から
は二次電子が放出される。二次電子検出器８はこれら二
次電子を電流として検出し、この電流に応じた検出信号
を出力する。しかるに、この検出信号はプリアンプ１０
で増幅され、切替スイッチ１１を通ってＣＲＴディスプ
レイ１２に送られる。かくして、ＣＲＴディスプレイ１
２において画像処理が行われ、試料７の表面形状が画像
として映し出される。

【００２０】この状態にビーム検出器１６は、電子ビー
ムによるビーム電流を検出し、そのビーム電流に応じた
検出信号を出力する。このビーム検出器１６の検出信号
及び二次電子検出器８の検出信号は、各プリアンプ１
７、１０を通ってチャージアップ除去算出部１８に送ら
れる。

【００２１】このチャージアップ除去算出部１８は、ス
テップ＃１においてビーム電流に応じた検出信号を取り
込み、ステップ＃２において二次電子の電流に応じた検
出信号を取り込み、次のステップ＃３においてビーム電
流と二次電子の電流との比δつまり、 δ＝（二次電子電流／ビーム電流）×α αはＳＴＭの構造によって可変 を求め、この比δが第１所定値以上であればステップ＃
４において試料７の表面上に（＋）のチャージアップが
発生していると判断し、逆に比δが第１所定値よりも小
さい第２所定値以下であれば試料７の表面上に（−）の
チャージアップが発生していると判断する。

【００２２】この判断の結果、チャージアップが発生し
ていれば、チャージアップ除去算出部１８はチャージア
ップ信号ｇを電圧制御部１５に送り、続いてステップ＃
５に移ってチャージアップを除去する電子銃２の加速電
圧を算出し、その加速電圧指令b1を電圧制御部１５に送
る。

【００２３】この加速電圧は、現在の加速電圧に対して
予め設定された値が記憶されており、その加速電圧に変
更設定される。なお、図３に示す加速電圧に対する二次
電子放出率の関係から二次電子放出率が「１」以上とな
る加速電圧では試料７は正極にチャージされ、「１」以
下の加速電圧では試料７は負極にチャージされる。従っ
て、加速電圧Ｖａにおいてチャージアップが生じた場
合、加速電圧は例えばＶｂに変更設定される。逆に加速
電圧Ｖｂにおいてチャージアップが生じた場合、加速電
圧はＶａに変更設定される。

【００２４】次にチャージアップ除去算出部１８はステ
ップ＃６において加速電圧に応じたビーム電流の制御電
圧、レンズ系電圧を求め、その制御電圧指令b2、レンズ
系電圧指令b3を電圧制御部１５に送る。この電圧制御部
１５は電子銃２、第１陽極３、電磁レンズ５、６に対
し、各指令b1、b2、b3に従った加速電圧、制御電圧、レ
ンズ系電圧を印加する。これにより、試料７の表面は、
正極のチャージの場合に負極にチャージされ、負極のチ
ャージの場合に正極にチャージされて極性が中性とな
る。

【００２５】又、チャージアップ除去算出部１８は切替
スイッチ１１に対して切替信号ｋを送出する。この切替
スイッチ１１が切替わると、ＣＲＴディスプレイ１２に
は画像遅延部１３により遅延された二次電子検出器８か
らの検出信号が入力される。従って、試料７のチャージ
アップの除去が行われているとき、ＣＲＴディスプレイ
１２には現時刻よりも前の時刻における試料７の表面形
状の画像が映し出される。

【００２６】試料７におけるチャージアップが除去され
ると、チャージアップ除去算出部１８はステップ＃７に
おいてビーム電流と二次電子の電流との比δが所定領域
となることからチャージアップが除去されたことを判断
し、ステップ＃８、＃９においてチャージアップ信号ｇ
の送出を停止し、これと共に加速電圧指令b1、制御電圧
指令b2、レンズ系電圧指令b3の送出を停止する。又、チ
ャージアップ除去算出部１８は切替信号ｋの送出を停止
する。

【００２７】かくして、本顕微鏡は加速電圧が変更され
る前と同一状態に復帰し、かかる前の状態での試料７に
対する電子ビームの走査領域に対して再び電子ビームが
走査され、これによる試料７の表面形状がＣＲＴディス
プレイ１２に画像として映し出される。

【００２８】このように上記一実施例においては、電子
ビームのビーム電流をビーム検出器１６により検出する
と共に試料７から放出される二次電子による電流を二次
電子検出器８により検出し、これらビーム電流と二次電
子による電流とに基づいてチャージアップ除去算出部１
８により試料７におけるチャージアップを判断し、この
チャージアップの状態つまり加速電圧に応じてチャージ
アップを中性にする電子銃２の加速電圧を求めて、この
加速電圧を電子銃２に印加するものとしたので、走査型
電子顕微鏡の構成を変更せずに試料７にチャージアップ
が生じてもこれを自動的に検出して除去でき、しかもそ
の帯電極性が正負のいずれであっても除去できる。又、
チャージアップの除去中にはＣＲＴディスプレイに時間
的に前の試料７の表面形状を映し出すことができ、試料
７に対する測定を継続できる。そして、チャージアップ
が除去されれば、再び元の測定状態に復帰して試料７に
対する測定を継続できる。従って、試料７の同一領域を
長時間連続して測定できる。

【００２９】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、チャージアップを除去するための電子銃２
の加速電圧は、負極にチャージアップされた場合、二次
電子放出率がピークとなる値に強制的に変更してもよ
い。又、電子銃２の加速電圧は二次電子による電流量に
応じた値に変更設定するようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、試
料がチャージアップされても、このチャージアップを除
去して同一領域を安定して測定できる走査型電子顕微鏡
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる走査型電子顕微鏡の一実施例を
示す構成図。

【図２】同顕微鏡のチャージアップ除去流れ図。

【図３】加速電圧に対する二次電子放出率の関係を示す
図。

【図４】従来電子顕微鏡の構成図。

【図５】同電子顕微鏡におけるチャージアップを示す
図。

【図６】走査型電子顕微鏡の走査領域の変更を示す図。

【符号の説明】

１…顕微鏡本体、２…電子銃、３…第１陽極、４…第２
陽極、５…第１電磁レンズ、６…第２電磁レンズ、７…
試料、８…二次電子検出器、１１…切替スイッチ、１２
…ＣＲＴディスプレイ、１３…画像遅延部、１４…メイ
ンコントローラ、１５…電圧制御部、１６…ビーム検出
器、１８…チャージアップ除去算出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から出力された電子ビームを試料
   に照射し、この試料から放出される二次電子を捕えて前
   記試料に対する表面測定を行う走査型電子顕微鏡におい
   て、 前記電子ビームのビーム電流を検出するビーム検出器
   と、前記二次電子による電流を検出する二次電子検出器
   と、前記ビーム検出器により検出されたビーム電流と前
   記二次電子検出器により検出された電流とに基づいて前
   記試料における正負電荷の蓄積状態を判断し、この蓄積
   状態に応じて前記試料における極性を中性にする前記電
   子銃の加速電圧を求める加速電圧算出手段と、この加速
   電圧算出手段により求められた加速電圧を前記電子銃に
   印加する電圧制御手段とを具備したことを特徴とする走
   査型電子顕微鏡。