JPH09120790A - 改良形荷電粒子検出装置 - Google Patents

改良形荷電粒子検出装置

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JPH09120790A
JPH09120790A JP7280113A JP28011395A JPH09120790A JP H09120790 A JPH09120790 A JP H09120790A JP 7280113 A JP7280113 A JP 7280113A JP 28011395 A JP28011395 A JP 28011395A JP H09120790 A JPH09120790 A JP H09120790A
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JP
Japan
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charged particle
energy
improved
improved charged
multiplier
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Application number
JP7280113A
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English (en)
Inventor
Katsumi Muto
勝美 武藤
Hiroyuki Sumiya
弘幸 住谷
Hifumi Tamura
一二三 田村
Setsuko Seki
節子 関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】SEM,AES,XPSなどの定量化を可能に
する改良形荷電粒子検出装置に関するものである。 【解決手段】二次電子増倍管,前置増幅器,ディスクリ
ミネータ,主増幅器,波形形成器および計数器等により
構成されることを特徴とする荷電粒子検出装置。 【効果】SEM,AES,XPSなどの装置において検
出器自体のノイズを信号成分と明確に区別して検出でき
るので、測定データの定量性が著しく向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般の光,荷電粒子
を利用する理化学機器をはじめとする光および荷電粒子
利用技術に関する主な利用装置としては走査形電子顕微
境(SEM),オージェ電子分光法(AES)X線分光
法(XPS)などがあげられる。
【0002】
【従来の技術】従来の荷電粒子検出器は主に次の2つに
分類できる。
【0003】(1)二次電子増倍管,増幅器および信号
表示系より構成されるもの、(2)シンチレータと光電
子増倍管,増幅器および信号表示系より構成されるもの
である。
【0004】この従来例として(1)に関しては次のよう
な文献がある。日本学術振興会マイクロビームアナリシ
ス第141委員会編マイクロアナリシスP.194〜1
96(1985)朝倉書店。(2)に関しては次の文献
があげられる。日本学術振興会マイクロビームアナリシ
ス第141委員会編マイクロアナリシスP.160〜1
62(1985)朝倉書店。
【0005】これらの技術は図3及び図4に示す通り、
両者とも励起源としての一次電子照射は、電子源,コン
デンサレンズ,コンデンサレンズ絞り,対物レンズ,対
物レンズ絞り,ビーム走査用偏向コイル,CRT,試料
台,試料,二次電子,偏向電極,シンチレータ,ホトガ
イド,二次電子増倍管,増幅器より構成されている。検
出器としては図3と図4に示した二次電子増倍管形とシ
ンチレータと光電子増倍管を結合させた2種類が存在す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た2つの従来技術は以下に示すような問題点を有してい
る。まず、図3に示すような従来技術では二次電子倍増
間の初段ダイノードに入射する荷電粒子がそれぞれ異な
ったエネルギーを有する場合、同一数の荷電粒子が初段
ダイノードに入射した場合であっても二次電子増倍管の
出力は、エネルギーにより著しく異なる。そのためエネ
ルギー分布を測定するAESやXPSにおいては真の信
号電子の数は計測できない。その結果として定量測定は
困難であり、定量分析に支障をきたしている。
【0007】またSEMにおいては、反射電子と二次電
子を利用しているが、二次電子増倍管利用の場合は、エ
ネルギーの高い反射電子が専ら利用されている。よく知
られているように反射電子は励起電子と同一エネルギー
を有する弾性散乱およびエネルギー損失をともなった非
弾性散乱電子を含んでおり、かつ入射励起電子のエネル
ギーは観察目的により異なり種々の値を有している。S
EMでは種々のエネルギーを含んだ電子をアナログ信号
として映像形成に利用しており、ノイズを含んだ状態で
像観察を行っている。これは定量性を問題にする測長S
EMにおける測長寸法の定量性や像の鮮明度に悪影響を
与える。
【0008】また一般にSEMでは図4に示したように
シンチレータに二次電子を加速(エネルギーをもたせ
て)して照射し、二次電子を光信号に変えて、さらに光
を光電子増倍管で電子に変換増幅して増幅器を通してC
RTの映像信号として利用しているが、この場合の問題
は、長らく光増倍管を用いていると、経時変化により光
照射による二次電子収率の劣化が起こり、感度低下をま
ねき、経時変化を起こし、データの再現性を低下させ
る。さらにパルス計測法を採用しておらず検出器自体の
ノイズを避けられず感度および定量性に問題を残す。
【0009】更に、図5に示すSEM以外のAESやX
PSにおいても上記従来技術と同様の問題を有する。
【0010】本発明の目的は、上記問題点を解決し、鮮
明で且つ定量性の高い結像系の形成にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】図7に検出器初段ダイノ
ードを含めたターゲットに電子ビームを照射した場合の
二次電子収率Sのエネルギー依存性を示す。図よりSの
最大値は1000eV近傍に存在し、その高低で急峻な
立上り立下がりを示す分布を有することがわかる。この
二次電子放出の特性により、検出する信号電子にエネル
ギー差が存在するとその出力は著しく異なった値となり
定量性に欠ける。
【0012】本発明は、上述の二次電子収率Sの特性を
考慮して信号電子の出力(エネルギー分離後の)をその
エネルギーに従って加速減速して検出器の初段ダイノー
ドをたたくエネルギーをSが最大値をもつ1000eV
近傍になるように調整することにある。
【0013】一方動作電圧を印加した状態における検出
器のノイズは一般に低エネルギー電子照射の場合と同様
な分布を示し、Sの低い値とほぼ重畳する。
【0014】図8にホトマルチプライヤを利用した場合
の検出器ノイズ(a)と、250eVの電子照射の場合
(b)の信号電子と、1000eV近傍の電子照射の場
合(C)の検出器出力の波高分布を示す。
【0015】(C)ではほぼ完全分離の状態で分離され
ていることがわかる。本技法ではSが常に最大値をもつ
ようにエネルギー変換を行い検出器初段に照射し、信号
電子をノイズ成分と分離し、ディスクリミネータにより
低エネルギー領域のノイズを完全に除去して測定するこ
とができる。これにより信号エネルギー差による信号強
度の元素差を無くし定量測定を行うことにある。
【0016】次にシンチレータ/ホトガイド/ホトマル
チプライヤ組合せ検出器における問題点の解決法につい
て述べる。
【0017】図4に本検出器を含んだSEMの全体構成
を示した。この技法では、試料上で発生した二次電子を
シンチレータ表面に加速照射し、光に変換し、その出力
をホトガイドによりホトマルチプライヤに導き、増幅し
てCRTの映像信号として利用する。従来技術の場合、
ホトマルチプライヤの初段ダイノードの一定領域のみに
照射されるようになっており、前記のように時間ととも
に二次電子収率が低下し、ノイズ成分が大きくなりかつ
エネルギー幅も広くなってしまう。この問題点を除去す
る目的で本発明では、ホトガイドとホトマルチプライヤ
との間に新たに光学軸が変えられる光学レンズを設け、
ホトマルチプライヤの第一タイノードヘの照射位置を変
化するため、二次電子収率を低下させることがなく、常
に信号パルスをノイズパルスに比較して大きく保つこと
ができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1および図2は、本発明により
2種類のSEMへの適用例を示す。図1は電子源1,コ
ンデンサーレンズ2,コンデンサーレンズ絞り3,対物
レンズ4,対物レンズ絞り5,偏向電極6,二次電子偏
向電極7,試料台8,試料9,シールド電極10,シン
チレータ11,ホトガイド12,可動光学レンズ13,
ホトマルチプライヤ14,初段ダイノード14a,ホト
マルチプラィャヘの供給電源15,前置増幅器16,デ
ィスクリミネータ17,主増幅器波形成型18,ビーム
走査電源19,スイープジェネレータ20、および像観
察用CRT21を有する走査電子顕微鏡(SEM)ヘの
実施例を示す。
【0019】動作原理は次の通りである。先ず1,2,
3,4,5により生成される一次粒子ビーム22が8に
支えられた9上で6により偏向走査される。6による一
次粒子ビームの走査は18の電子ビームを同期させて行
う。次に試料表面から放出される二次電子40は7と8
により形成される偏向電極により偏向され、シンチレー
タll表面に加速照射され光に変換される。この光出力
は13により集束され14の初段ダイノードに照射され
る。初段ダイノードでは光電子放射が起こり、15によ
り加速され後段加速され逐次電子増倍され、電流出力と
して取り出される。さらに出力信号は16により増幅さ
れ、20の映像信号として利用され結像される。本発明
の13により14への照射位置を二次電子集率の劣化状
態の程度によって逐次変えることにより、常にノイズと
信号の波高値分別ができるように保ちディスクリミネー
タでノイズを除去することが可能になった。これにより
SEMのコントラストおよび鮮明度が著るしく向上し
た。
【0020】図2にSEMのインレンズ方式(二次電子
を対物レンズ磁場により対物レンズ上部に導き検出す
る)に適用した例を示す。
【0021】検出器としては二次電子増倍管14を利用
し、その出力にコンデンサ22,前置増幅器16,ディ
スクリミネータ17,主増幅器が取り付けられている。
本実施例では従来法に対して新しく二次電子増倍管14
の初段ダイノードに印加する電圧可変電源15を設け、
該ダイノードへのエネルギーが1keVになるように調
整した。21の出力は22,16,17を通して高波高
値すなわち真の信号のみを選択して映像信号として利用
した。その結果二次電子像にはノイズ分の影響は除去さ
れ、鮮明像が得られた。
【0022】図3に本発明をAESに適用した実施例を
説明する。
【0023】一次ビーム照射系の構成(1,2,3,
4,5,6,8,9および10)については既に説明し
たので省略する。細束電子ビーム23の照射を受けた試
料からは二次電子を含んだオージェ電子が放出される
が、これらの電子は円筒型エネルギーアナライザCMA
24によりエネルギー分析が行われ、特定エネルギーの
電子のみが検出器で検出される。AES(元素)スペク
トルすなわちエネルギースペクトルはCMAの偏向電極
を変化させることにより任意に変えられる。
【0024】本実施例では、AES検出法として二次電
子像倍管21の初段ダイノード電位を信号電子のエネル
ギーに関係なく加減速して常に初段の二次電子収率が最
大になるように設定するように調整し、検出器の出力の
波高分布をノイズと分離し、ディスクリミネータにより
信号のみの波高値を検出した。これにより、ノイズ成分
は従来の10%を1/1000に押さえることに成功し
た。これによりAES分析の定量精度が著しく向上し
た。
【0025】ここでは省略するが、XPSの場合は励起
源としてX線照射を行う点のみが異なっており、光電子
のエネルギー測定においては全く同じ技法が使われてい
る。実試料の測定において定量精度が著しく向上するこ
とを確認した。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば検出器自体のノイズを信
号成分と明確に区別して検出できるので、測定データの
定量性が著しく向上した。特に定量精度が課題とされて
いるAESやXPSにおいては定量精度とともに検出感
度が約2桁向上した。さらにSEM観察においてはバッ
クグランドがほぼ完璧に除去でき鮮明なコントラストが
得られるとともに試料表面の極微や従来観察が困難であ
った僅か小差の特長抽出が可能になった。またSEMに
よる寸法(X,Y,Z)の測長測定においても従来ノイ
ズを含むため測定精度が問題であったが本発明により精
度が著しく向上(約1桁)し、ICをはじめとする微細
構造製作の工程評価に多大な効果を上げた。
【0027】さらに学術分野においても分析精度や観察
可能限界を与えていたノイズ除去が可能になり、本技法
の発明により新たな発見および発展が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本検出器をSEMに適用した実施例説明図。
【図2】本検出器をインレンズ方式SEMに適用した実
施例説明図。
【図3】本検出器をAESに適用した実施例説明図。
【図4】従来SEMの説明図。
【図5】従来AESの説明図。
【図6】従来インレンズ方式SEMの説明図。
【図7】初段ダイノードにおける2次電子収率Sのエネ
ルギー依存性。
【図8】検出器出力の波高分布。
【符号の説明】
1…電子源、2…コンデンサーレンズ、3…コンデンサ
ーレンズ絞り、4…対物レンズ、5…対物レンズ絞り、
6…偏向電極、7…二次電子偏向電極、8…試料台、9
…試料、10…シールド電極、11…シンチレータ、1
2…ホトガイド、13…可動光学レンズ、14…ホトマ
ルチプライヤ、14a…初段ダイノード、15…ホトマ
ルチプライヤヘの供給電源、16…前置増幅器、17…
ディスクリミネータ、18…主増幅器波形成型、19…
ビーム走査電源、20…スイープジェネレータ、21…
像観察用CRT、22…一次粒子ビーム、23…細束電
子ビーム、40…二次電子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 住谷 弘幸 茨城県ひたちなか市堀口字長久保832番地 2 日立計測エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田村 一二三 茨城県ひたちなか市堀口字長久保832番地 2 日立計測エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 関 節子 東京都杉並区成田西2の3の7ドンコレフ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次電子倍増管を備えた改良形荷電粒子検
    出装置において、前記二次電子倍増管に入射する二次電
    子のエネルギーに基づいて、前記二次電子倍増管が有す
    るダイノードに導かれる二次電子のエネルギーを制御す
    ることを特徴とする改良形荷電粒子検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1において信号として入射荷電粒子
    エネルギー値の変化に連動して、該エネルギーで初段ダ
    イノードに入射するように調整することを特徴とする改
    良形荷電粒子検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1および2に記載の改良形荷電粒子
    検出装置を走査形電子顕微鏡(SEM),オージェ電子分光法
    (AES),X線分光法(XPS),二次イオン質量分
    析法(SIMS)などの分析評価装置に適用することを
    特徴とする改良形荷電粒子検出装置。
  4. 【請求項4】シンチレーターホトガイド−光電子増倍管
    の組合せ検知器,前置増幅器,ディスクリミネータ,主
    増幅器,波形形成器より構成される荷電粒子検出装置に
    おいて該ホトガイドまたはシンチレータと光電子増倍管
    との間に少なくとも1つの集光レンズを設け、光電子増
    倍管の受光面に集束状態で照射できるようにしたことを
    特徴とする改良形荷電粒子検出装置。
  5. 【請求項5】請求項4において集光レンズによる集束点
    を受光面上で任意に変えられるようにしたことを特徴と
    する改良形荷電粒子検出装置。
  6. 【請求項6】請求項5において走査形電子顕微鏡(SE
    M),オージェ電子分光法(AES),X線分光法(XP
    S)に適用することを特徴とする改良形荷電粒子検出装
    置。
  7. 【請求項7】二次電子倍増管,前置増幅管,デイスクリ
    ミネータ,主増幅器,波形形成器及び計数器を有する荷
    電粒子線検出装置において、二次電子倍増管の初段ダイ
    ノードへの入射信号として荷電粒子のエネルギーを信号
    荷電粒子エネルギーには無関係に該ダイノードにおける
    二次電子放出効率が最大値近傍となるように設定する事
    を特徴とする改良形荷電粒子検出装置。
  8. 【請求項8】請求項7において信号として入射荷電粒子
    エネルギー値の変化に連動して、該エネルギーで初段ダ
    イノードに入射するように調整することを特徴とする改
    良形荷電粒子検出装置。
  9. 【請求項9】請求項7および8に記載の改良形荷電粒子
    検出装置を走査形電子顕微鏡(SEM),オージェ電子分光法
    (AES),X線分光法(XPS),二次イオン質量分
    析法(SIMS)などの分析評価装置に適用することを
    特徴とする改良形荷電粒子検出装置。
JP7280113A 1995-10-27 1995-10-27 改良形荷電粒子検出装置 Pending JPH09120790A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002505794A (ja) * 1997-06-13 2002-02-19 ガタン・インコーポレーテッド 電子顕微鏡の影像検出器の解像度を改良しノイズを低減する方法及び装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002505794A (ja) * 1997-06-13 2002-02-19 ガタン・インコーポレーテッド 電子顕微鏡の影像検出器の解像度を改良しノイズを低減する方法及び装置

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