JPH06338280A

JPH06338280A - 環境制御型の走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH06338280A
Application number: JP5124575A
Authority: JP
Inventors: Keitarou Hara; 景太郎原; Shintaro Kawada; 真太郎河田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】環境制御型電子顕微鏡において、試料に局在し
ている負のチャ−ジアップを光電子放出により中性化
し、良好な観察画像を得る。【構成】電子銃１２から放出された、電子線の試料８上
の走査領域全域に対し、光電子放出用の光１５を照射す
る手段を設けた走査型電子顕微鏡である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所謂環境制御型の走査
型電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の走査型電子顕微鏡は、真空中に配
置された試料（ターゲット）から放出される２次電子を
シンチレータの発光により検出している。環境制御型の
走査型電子顕微鏡は、水蒸気等の低圧気体中に配置され
た試料からの２次電子をその気体によりガス増幅し、こ
の増幅された２次電子を検出電極で直接検出している。
この環境制御型の走査型電子顕微鏡は、通常の電子顕微
鏡では観察できないような種々の試料を観察することが
できる。

【０００３】環境制御型の走査型電子顕微鏡の構成は、
電子線源から射出した電子線の通路を形成する真空室
と、前記真空室に圧力制限開口を挟んで連結され、ガス
増幅を行う気体が供給される試料室と、前記電子線源に
より発生した電子線を前記圧力制限開口を通して前記試
料室に収納された試料上に集束する集束手段と、前記集
束された電子線を前記試料上で走査する走査手段と前記
試料室に配置され、前記試料から発生した後に前記気体
によりガス増幅された２次電子を検出する２次電子検出
手段からなっている。

【０００４】通常の低加速走査型電子顕微鏡において
は、試料に入射する１次の電子線の量と試料から放出さ
れる２次電子の量とがほぼ等しいのに対して、環境制御
型の走査型電子顕微鏡においては、電子ビームの加速電
圧が比較的大きいために、試料に入射する１次の電子線
の量よりも試料から放出される２次電子の量が少ない傾
向にある。そのため、試料が負にチャージアップ（帯
電）され易くなるが、その試料まわりの気体及びガス増
幅に伴うイオンにより、そのチャージアップを軽減して
いる。

【０００５】図２は従来の環境制御型の走査型電子顕微
鏡の一例を示し、この図２おいて、電子銃が収納された
真空室１（実際には、差動排気のためにアパーチャによ
り区切られた複数の部屋からなる）と試料室２とが圧力
制限アパーチャ板３を介して接している。その圧力制限
アパーチャ板３の周囲には絶縁体４を介して電磁レンズ
よりなる対物レンズ５が配置されている。試料室２には
不図示の気体供給源より、ガス増幅を行う気体（例えば
水蒸気）が供給されると共に、試料室２の気体の圧力は
真空ポンプ６により０．１〜数１０Ｔｏｒｒ程度に保た
れている。また、試料室２の気体は圧力制限アパーチャ
板３の圧力制限アパーチャ３ａを通って真空室１中に流
れるが、真空ポンプ７により真空室１の気体の圧力は試
料室２の内部よりも小さい圧力（高い真空度の状態）、
例えば圧力制限アパーチャ板３の真上で１０-2〜１０-3
Ｔｏｒｒ程度に保たれている。

【０００６】実際には上述したように、真空室１はアパ
ーチャにより複数の部屋に分離されており、各々の部屋
に真空ポンプが設けられ電子銃は最も高い真空度の部屋
に配置されている。試料室２の内部に観察対象とする絶
縁物よりなる試料８が収納される。また、この従来例で
は、圧力制限アパーチャ板３が２次電子検出器を兼ねて
おり、圧力制限アパーチャ板３には、ハ−メチックシ−
ル９を通して試料室２内に導入された導線を介して、可
変電圧源１０より試料８に対して正の電圧が印加されて
いる。その圧力制限アパーチャ板３から得られる２次電
子信号がプリアンプ１１を介して図示省略した処理装置
に取り込まれる。

【０００７】試料８の観察を行う場合には、真空室１の
電子銃１２から放出された電子ビームが圧力制限アパー
チャ板３の圧力制限アパーチャ３ａを通過して試料８上
に集束され、この集束された電子ビームが走査される。
このときに、試料８から放出される２次電子は２次電子
検出器としての圧力制限アパーチャ板３の電場により試
料室２中の気体によりガス増幅され、その結果生じた正
イオンが試料８に照射されて、電子ビームの照射により
生じた試料８の負のチャージアップが中和される。ま
た、ガス増幅された２次電子は圧力制限アパーチャ板３
に取り込まれ、この２次電子信号がプリアンプ１１を介
して外部の処理装置に取り込まれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
装置においては、先述したように、通常の低加速走査型
電子顕微鏡と比較して高い加速電圧を使用するために試
料８に入射する１次の電子ビームに比べて試料８から放
出される２次電子の量は少なくなり試料８は負にチャー
ジアップし易くなる。本来ならば、ガス増幅により生じ
た試料室２内の正イオンが試料８上に降り注いでこの負
のチャージアップを中和するわけであるが、試料８の絶
縁性が高く、その形状が非常に複雑であるような場合に
は、正イオンによる負のチャージアップの中和が完全に
は行われないために、局部的な若干の負のチャージアッ
プが残る場合がある。負のチャージアップが発生する
と、１次の電子ビームの軌道が負のチャージアップとの
電気的な反発力のために曲げられ、試料８上の本来入射
すべき位置に入射しなくなって観察画像が歪んでしまっ
たり、２次電子の放出率が変化し、観察画面上に異常な
コントラストがついたりすることがある。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、試料に発生した
負のチャージアップを完全に中和することのできる環境
制御型の走査型電子顕微鏡を提供することを目的とする
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による環境制御型
の走査型電子顕微鏡は、例えば図１に示す如く、電子銃
１２から射出した電子線の通路を形成する真空室１と、
真空室１に圧力制限アパーチャ３ａを挟んで連結され、
ガス増幅を行う気体が供給されると共に、試料８が収納
される試料室２と、その電子銃１２により発生した電子
線をその圧力制限アパーチャ３ａを通して試料室２に収
納された試料８上に集束する集束手段５，１３と、その
集束された電子線をその試料８上で走査する走査手段１
４と、試料室２に配置され、その試料８から発生した後
にその気体によりガス増幅された２次電子を検出する２
次電子検出手段３とを有する走査型電子顕微鏡におい
て、試料８に光電子放出用の光を照射する光源１５と、
この光源からの光を試料８上における１次の電子ビーム
の走査領域全域に対し照射する手段１６を配置したもの
である。

【００１１】

【作用】通常の走査型電子顕微鏡は２次電子をシンチレ
−タの発光及び光電子増倍管により検出している。これ
に対し、環境制御型電子顕微鏡は２次電子の検出に光電
子増倍管を使用していないため、試料室２に光を導入す
ることができる。本発明によれば、試料８上における１
次の電子ビームの走査領域全域に対し光電子放出用の光
が照射され、この光が照射された領域からは光電子が放
出される。負にチャージアップしていた領域から光電子
が放出されることによってこの領域は電気的にほぼ中性
となり負のチャージアップはなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による環境制御型の走査型電子
顕微鏡の一実施例につき図１を参照して説明する。この
図１において、図２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は本実施例の環境制御
型の走査型電子顕微鏡を示し、この図１において、真空
室１の上部には電子銃１２が配置され、真空室１の中段
の外側にはコンデンサレンズ１３が配置され、真空室１
の下段の外側には電磁偏向器１４が配置されている。
尚、真空室１は概念的に一つの部屋で示したが、実際に
は複数の圧力制限アパーチャ板にて仕切られた例えば３
つの部屋から構成されており、各々の部屋が真空ポンプ
により差動排気されるように構成されている。そして、
最も真空度の高い部屋に電子銃１２が設けられる。ま
た、真空室１と圧力制限アパーチャ板３を挟んで絶縁性
の試料８が収納された試料室２が配置され、この試料室
２には不図示の気体供給源よりガス増幅を行う気体（例
えば水蒸気）が供給されると共に、試料室２の気体の圧
力は真空ポンプ６により０．１〜数１０Ｔｏｒｒ程度に
保たれている。

【００１３】その圧力制限アパーチャ板３の圧力制限ア
パーチャ３ａを通って、試料室２の気体が真空室１に漏
れるが、真空ポンプ７により真空室１の気体の圧力は試
料室２より高い真空度（小さい圧力）に維持されている
（実際には、差動排気により順次真空度が高くなる）。
本例においては、その圧力制限アパーチャ板３が２次電
子検出器を兼ねており、その圧力制限アパーチャ板３に
は試料室２の側壁の絶縁性のハーメチックシール９を介
して可変電圧源１０より試料８に対して正の電圧が供給
され、その圧力制限アパーチャ板３からの２次電子信号
がプリアンプ１１を介して不図示の処理装置に取り出さ
れている。

【００１４】試料室２外には紫外線光源１５が設置さ
れ、この光源から発生した光の通路を光ファイバー１６
が形成し、光ファイバー１６は試料室２内に延びてい
る。この光ファイバー１６は紫外線光源１５から発生す
る光の波長を通過できるような材質でつくられている。
また、光ファイバー１６と試料室２の側壁との接合部は
真空シールされている。

【００１５】本例の動作の説明を行うに、電子銃１２か
ら放出された電子ビームは、コンデンサレンズ１３によ
り集束された後に、圧力制限アパーチャ板３の圧力制限
アパーチャ３ａを通過して試料室２の内部の試料８に照
射される。また、その電子ビームは電磁偏向器１４によ
り試料８上で走査されると共に、対物レンズ５によりそ
の試料８上での電子ビームのスポット径が所定の値に設
定される。その１次の電子ビームの照射により試料８か
ら２次電子が発生する。

【００１６】試料８から発生した２次電子は、２次電子
検出器としての圧力制限アパーチャ板３が作る電場によ
りその圧力制限アパーチャ板３の方向へと引き寄せられ
る。この途中で２次電子が試料室２の内部の気体と衝突
を繰り返すことにより、正イオンが発生する。従来であ
れば、この正イオンは試料８上に降り注ぎ、負のチャー
ジアップの中和を行うが、試料８の絶縁性が高く、形状
が非常に複雑であるような場合には、正イオンによる負
のチャージアップの中和が完全には行われずに若干の負
のチャージアップが残る場合がある。しかし、本例で
は、紫外線光源１５から発生した光電子放出用の光は光
ファイバー１６を経て、その終端から試料８上における
１次の電子ビームの走査領域全域に対し照射され、試料
８からは光電子が放出される。試料８上で負にチャージ
アップしている領域では光電子が放出されることによっ
て電気的に中性となり負のチャージアップはなくなる。
そのため負のチャージアップが引き起こしていた悪影響
は取り除かれ、良好な観察画像を得ることができるよう
になる。

【００１７】本例では光電子放出用の光源として紫外線
光源１５を用いたが、Ｘ線などでも適用できる。また、
試料８より放出される光電子は直流であるため、観察画
像に対してノイズ成分としてはたらいたり、２次電子を
反映していた像に対して新たな情報を与えてしまうよう
な悪影響をもたらすことはない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、試料に局在している負
のチャージアップを光電子放出によって中性化すること
ができるため、１次の電子ビームの軌道が負のチャージ
アップとの電気的な反発力のために曲げられたり、２次
電子の放出率が変化して異常なコントラストがついてし
まうようなことがなくなる。その結果、良好な観察画像
を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による環境制御型の走査型電子顕微鏡の
一実施例の概略構成を示す縦断面に沿う断面図である。

【図２】従来の環境制御型の走査型電子顕微鏡の一例の
概略構成を示す縦断面に沿う断面図である。

【符号の説明】

１真空室２試料室３圧力制限アパーチャ板３ａ圧力制限アパーチャ４絶縁体５対物レンズ６，７真空ポンプ８試料９ハーメチックシール１０可変電圧源１１プリアンプ１２電子銃１３コンデンサレンズ１４電磁偏向器１５紫外線光源１６光ファイバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線源から射出した電子線の通路を形
成する真空室と、前記真空室に圧力制限開口を挟んで連
結され、ガス増幅を行う気体が供給される試料室と、前記電子線源により発生した電子線を前記圧力制限開口
を通して前記試料室に収納された試料上に集束する集束
手段と、前記集束された電子線を前記試料上で走査する走査手段
と、前記試料室に配置され、前記試料から発生した後に前記
気体によりガス増幅された２次電子を検出する２次電子
検出手段とを有する環境制御型の走査型電子顕微鏡にお
いて、光電子放出用の光を前記試料上における前記電子線の走
査領域全域に対し照射する手段を設けたことを特徴とす
る環境制御型の走査型電子顕微鏡。