JPH06181044A - 荷電粒子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料から得られる画像信号のＳ／Ｎ比を向上
させた荷電粒子顕微鏡を提供する。 【構成】 試料２上に荷電粒子線を照射して生じる２次
荷電粒子を収集する電極４を、試料室１に対して絶縁材
３を介して取り付けられた導電材１８と絶縁して配設
し、さらに画像信号を増幅する信号増幅手段１２の基準
電位に導電材１８を接続して、電極４を静電シールドす
る構成になっているので、ノイズ電流が電極４に流れ込
まない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば所謂環境制御型
の電子顕微鏡のように試料室の真空度が低い電子顕微鏡
に適用して好適な荷電粒子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料上に形成された微細なパターン等の
観察又は測長を行う場合に電子顕微鏡が使用されてい
る。かかる電子顕微鏡として、最近、試料を低真空度の
試料室に設定した状態でその試料の観察又は測長を行う
ことができる所謂環境制御型の電子顕微鏡が開発されて
いる。

【０００３】図３は従来の環境制御型の電子顕微鏡を示
し、この図３において、試料室１内に試料２が収納さ
れ、試料室１の内壁１ａに絶縁材３を介して電極４が取
り付けられている。図３には簡略化して表示している
が、電極４は電子光学系の光軸を軸とした輪帯状の円板
である。また、試料室１の上には開口を介して高真空室
である電子顕微鏡の鏡筒６が配置されている。この電子
顕微鏡の鏡筒６から射出された１次電子ビーム７により
試料２の表面が走査される。さらに、試料室１内にはガ
ス導入弁８を介して不図示のガスボンベ等から２次電子
倍増作用のある気体（例えば水蒸気）が導入され、試料
室１からはガス排出弁９を介してその２次電子倍増作用
のある気体が外部に排出されている。試料室１内の気体
の圧力は圧力センサー１１により検出されるとともに、
この検出結果を圧力コントローラ１０に出力して、圧力
コントローラ１０がガス導入弁８及びガス排出弁９を調
整することにより、試料室１内の気体の圧力が０．０１
〜２０Torrの範囲内の指定された圧力に保たれている。

【０００４】尚、実際には試料室１と電子顕微鏡の鏡筒
６との間の開口から試料室１内の気体が電子顕微鏡の鏡
筒６に流通しており、電子顕微鏡の鏡筒６では不図示の
真空ポンプにより常時内部の気体の排出が行われること
によって試料室１内の気体の圧力が所定の圧力に維持さ
れている。しかしながら、この実際の機構は極めて複雑
であるため、便宜上、図３では圧力コントローラ１０に
より圧力制御が行われているように示している。

【０００５】電極４は試料画像信号増幅器１２の信号電
流入力端子１３ａに接続され、信号電流入力端子１３ａ
は演算増幅器１３の反転入力端子と抵抗器１４の一端と
に接続されている。また、演算増幅器１３の非反転入力
端子１３ｂが高圧電源１５のフローティンググランド端
子１５ｂに接続され、演算増幅器１３の正電源入力端子
１３ｐ及び負電源入力端子１３ｎが、それぞれ高圧電源
１５の正電源出力端子１５ｐ及び負電源出力端子１５ｎ
に接続されている。そして、抵抗器１４の他端に接続さ
れた演算増幅器１３の出力端子から電圧形式の試料画像
信号Ｓ１が出力される。

【０００６】この場合、高圧電源１５のフローティング
グランド端子１５ｂの電位は、外部から与えられる信号
電圧Ｖ１により、０〜６００Ｖの範囲内の直流電圧Ｅ１
になるように制御されている。また、演算増幅器１３の
非反転入力端子１３ｂの電位と反転入力端子の電位とは
等しいため、電極４にはその直流電圧Ｅ１が印加されて
いる。

【０００７】また、高圧電源１５の正電源出力端子１５
ｐ及び負電源出力端子１５ｎからは、それぞれ（Ｅ１＋
１２）〔Ｖ〕及び（Ｅ１−１２）〔Ｖ〕の電圧が出力さ
れている。即ち、試料画像信号増幅器１２は、±１２Ｖ
の電源１５で動作する増幅器であり、試料画像信号増幅
器１２の全体の電位が、外部から与えられる信号電圧Ｖ
１により、直流電圧Ｅ１だけ上昇させられるようになっ
ている。そして、電極４には、直流電圧Ｅ１が印加され
ている。また、試料画像信号増幅器１２は、演算増幅器
１３と抵抗器１４とで構成された電流／電圧変換器であ
る。

【０００８】ここで、電圧Ｅ１が十分高い電圧、例えば
Ｅ１＝４００〔Ｖ〕に設定されているとすると、電子顕
微鏡の鏡筒６から１次電子ビーム７が試料２に照射され
た場合、試料２から発生した２次電子１６は、電圧Ｅ１
が印加されている電極４に向かって走行する。その走行
過程で、２次電子１６は試料室１内の気体分子との衝突
を繰り返して増幅されて、電極４に流れ込む。電極４に
流れ込む増幅された２次電子、即ち試料画像の２次電子
電流信号は、試料画像信号増幅器１２により電圧形式の
試料画像信号Ｓ１に変換される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術においては、第１電極４と試料室１の壁
１ａとの間に静電容量が生じ、試料室１の壁１ａにノイ
ズ電圧が発生すると、第１電極４と試料室１の壁１ａと
の間に生じている静電容量を介して第１電極４にノイズ
電流が流れ込む。従って、第１電極４から得られる試料
画像信号Ｓ１にノイズ成分が加わり、画像信号のＳ／Ｎ
比が低下してしまうという問題があった。

【００１０】本発明は上記の問題点に鑑み、試料から得
られる画像信号のＳＮ比を改善することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点解決のため本
発明では、荷電粒子倍増作用のある気体が充填される試
料室１と、該試料室１内に配置された試料２上に荷電粒
子線を照射する荷電粒子照射手段６と、前記試料室１に
対して絶縁材３を介して配設され、前記荷電粒子線の照
射によって生じる２次荷電粒子を収集する電極４と、該
電極４に収集された前記２次荷電粒子に応じて得られる
電流信号を増幅する信号増幅手段１２とを備えた荷電粒
子顕微鏡において、前記電極４と前記絶縁材３との間に
前記電極４と絶縁された導電材１８を備え、該導電材１
８を前記信号増幅手段の基準電位１５ｂに接続すること
によって前記電極４を静電シールドすることを特徴とす
る荷電粒子顕微鏡。

【００１２】

【作用】本発明では、試料２上に荷電粒子線を照射して
生じる２次荷電粒子を収集する電極４を、試料室１の壁
１ａに絶縁材３、導電材１８、絶縁材１９を介して配設
し、さらに導電材１８を信号増幅手段１２の基準電位１
５ｂに接続することにより電極４を静電シールドする構
成になっているので、試料室１の壁１ａと導電材１８と
の間に生じる静電容量および導電材１８と電極４との間
に生じる静電容量が働かなくなる。従って、試料室１の
壁１ａに発生するノイズ電圧により、これらの静電容量
を介して電極４にノイズ電流が流れ込むことがない。よ
って電極４から得られる試料画像信号にノイズ成分が加
わらず、画像信号のＳ／Ｎ比を向上させることができ
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例による荷電粒子顕微鏡
の概略的な構成を示す図である。本例は所謂環境制御型
の電子顕微鏡に本発明を適用したものであり、図１にお
いて図３，図４、に対応する部分には同一符号を付して
その詳細説明を省略する。図１において、試料室１内に
は２次電子倍増作用のある気体が０．０１〜２０Torrの
範囲内の圧力になるように供給されている。試料室１の
上部内壁１ａには絶縁材３を介して第２電極２０が取り
付けられている。また、試料室１の上部内壁１ａには絶
縁材３を介して導電材１８が取り付けられている。導電
材１８には絶縁材１９を介して第１電極４が取り付けら
れている。第１電極４、絶縁材１９および導電材１８は
電子光学系の光軸を軸とした輪帯状の円板を層状に重ね
た構成になっている。第２電極２０は第１電極４の内面
に収まり、且つ電子光学系の光軸を軸とした輪帯状の導
電性の円板である。試料室１内の試料２には、試料室１
の開口を介して接続された高真空室である電子顕微鏡の
鏡筒６からの１次電子ビーム７が照射される。

【００１４】第１電極４は、試料画像信号増幅器１２の
信号電流入力端子１３ａを介して試料画像信号増幅器１
２内の演算増幅器１３の反転入力端子及び抵抗器１４の
一端に接続され、演算増幅器１３の非反転入力端子１３
ｂ、正電源入力端子１３ｐ及び負電源入力端子１３ｎ
が、それぞれ第１の高圧電源１５の正電源出力端子１５
ｐ、フローティンググランド端子１５ｂ及び負電源出力
端子１５ｎに接続されている。第１の高圧電源１５によ
り、演算増幅器１３の非反転入力端子１３ｂには０〜６
００Ｖの範囲内で信号電圧Ｖ１に応じて定まる直流電圧
Ｅ１が試料画像信号増幅器１２の基準電位として供給さ
れる。信号電流入力端子１３ａと演算増幅器１３の非反
転入力端子１３ｂの電位は等しいので、第１電極４には
直流電圧Ｅ１が供給される。第１電極４に生じる電流形
式の試料画像信号は、試料画像信号増幅器１２により電
圧形式の試料画像信号Ｓ１に変換される。また、導電材
１８は演算増幅器１３の非反転入力端子１３ｂ（試料画
像信号増幅器１２の基準電位）に接続されており、直流
電圧Ｅ１が印加されるようになる。そして、抵抗器１４
の他端に接続された演算増幅器１３の出力端子に電圧形
式の試料画像信号Ｓ１が生じている。

【００１５】一方、第２電極２０は第２の高圧電源２１
の電源出力端子に接続されており、第２の高圧電源２１
の出力電圧は、外部から与えられる信号電圧Ｖ２により
０〜６００Ｖの範囲内の直流電圧Ｅ２になるように制御
され、第２電極２０にはその直流電圧Ｅ２が印加されて
いる。ここで、図１の主要部を等価的に表すと図２のよ
うになる。試料室１の壁１ａと導電材１８との間には静
電容量Ｃ₁ が、導電材１８と第１電極４との間には静電
容量Ｃ₂ が、さらに第２電極２０と導電材１８との間に
は静電容量Ｃ₃ が生じている。また、第１電極４は信号
電流入力端子１３ａに、導電材１８は非反転入力端子１
３ｂ（試料画像信号増幅器１２の基準電位）に接続され
ている。さらに第２の電極２０が第２の高圧電源２１に
接続されている。

【００１６】次に、本実施例の動作について図１、図２
に基づいて説明する。直流電圧Ｅ１を直流電圧Ｅ２より
十分高い電圧、例えば、Ｅ１＝４００〔Ｖ〕，Ｅ２＝０
〔Ｖ〕に設定する。この状態で、電子顕微鏡の鏡筒６か
ら１次電子ビーム７を試料２に照射すると、試料２から
発生した２次電子１６は、直流電圧Ｅ１が印加されてい
る第１電極４に向かって走行する。その走行過程で、２
次電子１６は試料室１内の気体分子との衝突を繰り返し
て増幅された後に、第１電極４に流れ込む。増幅された
２次電子が第１電極４に流れ込んで生成される信号、即
ち試料画像の２次電子電流信号は、試料画像信号増幅器
１２により電圧形式の試料画像信号Ｓ１に変換される。

【００１７】また、第２電極２０は２次電子と試料室１
内の気体分子との衝突で発生した正イオンを収集してい
る。このように第１電極よりも低い電圧を印加された第
２電極を試料室１内に設けると、第１電極４が効率よく
２次電子を収集できる。この際、試料室１の壁１ａにノ
イズ電圧が現れても、第１電極４は導電材１８によって
静電シールドされているので、試料室１の壁１ａと導電
材１８との間に生じた静電容量Ｃ₁ および導電材１８と
第１電極４との間に生じる静電容量Ｃ₂（図２ａ参照）
は働かなくなり、これらの静電容量を介して第１電極４
にノイズ電流が流れ込むことはない。また、上記のよう
にイオンを収集する第２電極２０を設けた場合には、第
２の高圧電源２１からのノイズ電圧が第２電極２０に現
れる場合があるが、この場合にも第１電極４は導電材１
８によって静電シールドされているので、第２電極２０
と導電材１８との間の静電容量Ｃ₃ および導電材１８と
第１電極４との間に生じる静電容量Ｃ₂ （図２ｂ参照）
が働かず、これらの静電容量を介して第１電極４にノイ
ズ電流が流れ込むことはない。従って、第１電極４から
得られる試料画像信Ｓ₁ にノイズ成分が加わらないの
で、画像信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、試料上に
荷電粒子線が照射されたときに生じる２次荷電粒子を収
集する電極を、試料室に対して絶縁材を介して取り付け
られた導電材と絶縁して配設し、さらに画像信号を増幅
する信号増幅手段の基準電位に前記導電材を接続して電
極を静電シールドする構成になっているので、ノイズ電
流が電極に流れ込むことがない。従って試料画像信号に
ノイズ成分が加わらず、画像信号のＳ／Ｎ比の向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子顕微鏡の一実施例の概略構成
図を示す図である。

【図２】図１の電子顕微鏡の主要部の等価回路を示す図
である。

【図３】従来の電子顕微鏡を示す図である。

【符号の説明】

１ 試料室 ２ 試料 ３ 絶縁材 ４ 第１電極 ６ 電子顕微鏡の鏡筒 １２ 試料画像信号増幅器 １３ 演算増幅器 １５ 第１の高圧電源 １８ 導電材 １９ 絶縁材 ２０ 第２電極 ２１ 第２の高圧電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子倍増作用のある気体が充填され
   る試料室と、該試料室内に配置された試料上に荷電粒子
   線を照射する荷電粒子照射手段と、前記試料室に対して
   絶縁材を介して配設され、前記荷電粒子線の照射によっ
   て生じる２次荷電粒子を収集する電極と、該電極に収集
   された前記２次荷電粒子に応じて得られる電流信号を増
   幅する信号増幅手段とを備えた荷電粒子顕微鏡におい
   て、 前記電極と前記絶縁材との間に前記電極と絶縁された導
   電材を備え、該導電材を前記信号増幅手段の基準電位に
   接続することによって前記電極を静電シールドすること
   を特徴とする荷電粒子顕微鏡。