JPH09320504A - Low vacuum scanning electron microscope - Google Patents
Low vacuum scanning electron microscopeInfo
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- JPH09320504A JPH09320504A JP8136303A JP13630396A JPH09320504A JP H09320504 A JPH09320504 A JP H09320504A JP 8136303 A JP8136303 A JP 8136303A JP 13630396 A JP13630396 A JP 13630396A JP H09320504 A JPH09320504 A JP H09320504A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高分解能の反射電
子像を観察することができる低真空走査電子顕微鏡に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low vacuum scanning electron microscope capable of observing a high resolution backscattered electron image.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の低真空走査電子顕微鏡では、試料
から発生した２次電子を検出するタイプと、試料から発
生した反射電子を検出するタイプとが存在する。図１は
反射電子を検出するようにした、コニカル対物レンズを
用いた従来の低真空走査電子顕微鏡を示しており、図中
１は電子銃である。電子銃１から発生し加速された電子
ビームＥＢは、コンデンサレンズ２と対物レンズ３とに
よって試料４上に細く集束される。なお、対物レンズ３
は試料４上に磁場が洩れないピンホール形（下磁極の径
が上磁極の径より小さい）であり、５は対物レンズ絞り
である。2. Description of the Related Art Conventional low-vacuum scanning electron microscopes include a type for detecting secondary electrons generated from a sample and a type for detecting backscattered electrons generated from a sample. FIG. 1 shows a conventional low-vacuum scanning electron microscope using a conical objective lens for detecting backscattered electrons, in which 1 is an electron gun. The electron beam EB generated from the electron gun 1 and accelerated is finely focused on the sample 4 by the condenser lens 2 and the objective lens 3. The objective lens 3
Is a pinhole type in which a magnetic field does not leak onto the sample 4 (the diameter of the lower magnetic pole is smaller than the diameter of the upper magnetic pole), and 5 is an objective lens diaphragm.
【０００３】更に電子ビームＥＢは、走査コイル６，７
によって試料４上で２次元的に走査される。試料４への
電子ビームの照射によって発生した反射電子は、対物レ
ンズ３と試料４との間に配置され、中心に電子ビームＥ
Ｂの通過開口が穿たれたドーナツ状の反射電子検出器８
によって検出される。検出器８によって検出された信号
は、電子ビームＥＢの２次元走査と同期した陰極線管に
供給され、陰極線管上には試料の反射電子像が表示され
る。なお、反射電子検出器８としては、ＰＮジャンクシ
ョンなどの半導体検出器、マイクロチャンネルプレー
ト、ロビンソン型検出器などが用いられる。Further, the electron beam EB is scanned by the scanning coils 6 and 7.
The two-dimensional scanning is performed on the sample 4 by. The backscattered electrons generated by irradiating the sample 4 with the electron beam are arranged between the objective lens 3 and the sample 4 and are centered on the electron beam E.
Donut-shaped backscattered electron detector 8 with a B pass opening
Is detected by The signal detected by the detector 8 is supplied to the cathode ray tube synchronized with the two-dimensional scanning of the electron beam EB, and the backscattered electron image of the sample is displayed on the cathode ray tube. As the backscattered electron detector 8, a semiconductor detector such as a PN junction, a microchannel plate, a Robinson type detector, or the like is used.
【０００４】上記試料４は試料室９内に配置されるが、
試料室９内部は、ニードル弁１０を介して図示していな
いロータリーポンプで排気され、また、弁１１を介して
図示していない拡散ポンプによって排気される。The sample 4 is placed in the sample chamber 9,
The inside of the sample chamber 9 is exhausted via a needle valve 10 by a rotary pump (not shown), and is exhausted via a valve 11 by a diffusion pump (not shown).
【０００５】対物レンズ３内はライナーチューブ１２に
連通しており、電磁走査コイル６，７や電磁スティグマ
コイル３１等は、このライナーチューブ１２の外側に配
置される。ライナーチューブ１２の内部は、電子ビーム
の通路となっており、ライナーチューブ１２は、排気管
１３を介して拡散ポンプ（図示せず）に繋がれ、ライナ
ーチューブ１２と対物レンズ３内部は高真空に排気され
る。The inside of the objective lens 3 communicates with the liner tube 12, and the electromagnetic scanning coils 6, 7 and the electromagnetic stigma coil 31 are arranged outside the liner tube 12. The inside of the liner tube 12 serves as an electron beam passage, the liner tube 12 is connected to a diffusion pump (not shown) through an exhaust pipe 13, and the inside of the liner tube 12 and the objective lens 3 is set to a high vacuum. Exhausted.
【０００６】対物レンズ３の下磁極の先端部分には、電
子ビームが通過する微小開口を有したオリフィス１４が
取り付けられており、このオリフィス１４により対物レ
ンズ３とライナーチューブ１２内と、試料室９内とは差
動排気される。At the tip of the lower magnetic pole of the objective lens 3, an orifice 14 having a minute opening through which an electron beam passes is attached, and this orifice 14 allows the objective lens 3 and the liner tube 12 to be in the sample chamber 9. The inside is differentially exhausted.
【０００７】この結果、ライナーチューブ１２内や対物
レンズ３内部は、１０-5Torr程度の高い真空度に維持さ
れ、一方、試料室９内は１０Torr〜１００Torr程度の低
真空に維持される。このため、試料４として水分や油分
を含んだ物質を用いても、水分や油分が昇華することは
なく、試料の生の状態の走査電子顕微鏡像の観察を行う
ことが可能となる。As a result, the inside of the liner tube 12 and the inside of the objective lens 3 are maintained at a high degree of vacuum of about 10 -5 Torr, while the inside of the sample chamber 9 is maintained at a low vacuum of about 10 Torr to 100 Torr. Therefore, even if a substance containing water or oil is used as the sample 4, the water or oil does not sublime, and it is possible to observe a scanning electron microscope image in a raw state of the sample.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この図１に示した走査
電子顕微鏡において、破線で示すように対物レンズ３の
軸上磁場分布は、試料４上には及んでいない。このた
め、対物レンズ３の収差が大きく、反射電子像の分解能
は４ｎｍ以下とすることができない。In the scanning electron microscope shown in FIG. 1, the axial magnetic field distribution of the objective lens 3 does not reach the sample 4 as shown by the broken line. Therefore, the aberration of the objective lens 3 is large, and the resolution of the backscattered electron image cannot be 4 nm or less.
【０００９】また、従来の２次電子を検出するようにし
た低真空走査電子顕微鏡では、試料室の真空度を１０To
rr以上になるにしたがって、２次電子が残留ガスに衝突
してそのエネルギーを失い、検出器まで到達できる２次
電子の数が低下するので、検出信号量が少なくなって分
解能が悪くなり、数千倍の観察倍率が限界である。Further, in the conventional low vacuum scanning electron microscope adapted to detect secondary electrons, the degree of vacuum in the sample chamber is 10 To.
As rr is exceeded, secondary electrons collide with residual gas and lose their energy, and the number of secondary electrons that can reach the detector decreases, so the detection signal amount decreases and the resolution deteriorates. The observation magnification of 1,000 times is the limit.
【００１０】図１に示した低真空走査電子顕微鏡では、
エネルギーの高い反射電子を検出するようにしているの
で、１０Torr以上の真空度でもそのエネルギー低下は少
ないが、反射電子は残留ガスに衝突して拡散し、有効に
検出器に到達しないために信号量が低くなり、結果とし
て、２次電子を検出するタイプと同様に観察倍率は数千
倍が限界である。In the low vacuum scanning electron microscope shown in FIG.
Since high-energy backscattered electrons are detected, even if the vacuum degree is 10 Torr or more, the energy drop is small, but the backscattered electrons collide with the residual gas and diffuse, and do not effectively reach the detector. As a result, the observation magnification is limited to several thousand as in the case of the type that detects secondary electrons.
【００１１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、反射電子の検出効率に優れた高分
解能の低真空走査電子顕微鏡を実現するにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to realize a high-resolution low-vacuum scanning electron microscope excellent in detection efficiency of backscattered electrons.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
低真空走査電子顕微鏡は、電子ビームを試料室内の試料
上に集束するためのインレンズタイプあるいはセミイン
レンズタイプの対物レンズと、試料上の電子ビームの照
射位置を走査するための走査手段と、試料への電子ビー
ムの照射によって得られた反射電子を検出する反射電子
検出器とを備えた走査電子顕微鏡において、試料を対物
レンズの磁場のピーク位置の下部に配置し、反射電子検
出器を対物レンズの磁場のピーク位置に配置すると共
に、反射電子検出器の内側に小さな電子ビーム通過孔を
有したオリフィスを設け、オリフィス上部の電子ビーム
通路とオリフィス下部の試料室内とを差動排気するよう
に構成したことを特徴としている。A low-vacuum scanning electron microscope according to the present invention comprises an in-lens type or semi-in-lens type objective lens for focusing an electron beam on a sample in a sample chamber, and a sample. In a scanning electron microscope equipped with a scanning means for scanning the irradiation position of the electron beam above, and a backscattered electron detector for detecting backscattered electrons obtained by irradiation of the electron beam onto the sample, The backscattered electron detector is located below the peak position of the magnetic field, the backscattered electron detector is located at the peak position of the magnetic field of the objective lens, and an orifice with a small electron beam passage hole is provided inside the backscattered electron detector. It is characterized in that the beam passage and the sample chamber below the orifice are differentially exhausted.
【００１３】請求項１の発明では、試料を対物レンズの
磁場のピーク位置の下部に配置し、反射電子検出器を対
物レンズの磁場のピーク位置に配置すると共に、反射電
子検出器の内側に小さな電子ビーム通過孔を有したオリ
フィスを設け、オリフィス上部の電子ビーム通路とオリ
フィス下部の試料室内とを差動排気する。According to the first aspect of the invention, the sample is arranged below the peak position of the magnetic field of the objective lens, the backscattered electron detector is arranged at the peak position of the magnetic field of the objective lens, and a small sample is placed inside the backscattered electron detector. An orifice having an electron beam passage hole is provided to differentially exhaust the electron beam passage above the orifice and the sample chamber below the orifice.
【００１４】請求項２の発明に基づく低真空走査電子顕
微鏡は、反射電子検出器の水平方向の位置を調整可能に
構成したことを特徴としている。請求項２の発明では、
反射電子検出器の位置を調整して、オリフィスと電子ビ
ーム光軸との位置合わせを行う。The low-vacuum scanning electron microscope according to the invention of claim 2 is characterized in that the position of the backscattered electron detector in the horizontal direction can be adjusted. In the invention of claim 2,
The position of the backscattered electron detector is adjusted to align the orifice and the electron beam optical axis.
【００１５】請求項３の発明に基づく低真空走査電子顕
微鏡は、検出器上部に冷却トラップを設けたことを特徴
としている。請求項３の発明では、検出器上部に冷却ト
ラップを設け、有機ガス分子等を吸着する。The low vacuum scanning electron microscope according to the invention of claim 3 is characterized in that a cooling trap is provided above the detector. In the invention of claim 3, a cooling trap is provided above the detector to adsorb organic gas molecules and the like.
【００１６】請求項４の発明に基づく低真空走査電子顕
微鏡は、検出器上部に中間室を設け、中間室を独立に排
気するようにしたことを特徴としている。請求項４の発
明では、検出器上部に中間室を設け、中間室を独立に排
気する。A low-vacuum scanning electron microscope according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that an intermediate chamber is provided above the detector and the intermediate chamber is evacuated independently. In the invention of claim 4, an intermediate chamber is provided above the detector, and the intermediate chamber is independently evacuated.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図２は本発明に基づく低真
空走査電子顕微鏡の要部を示しており、図１の従来装置
と同一ないしは類似の構成要素には同一番号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。この図において、対物レンズ
としてセミインレンズタイプの対物レンズ１５が用いら
れている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows a main part of a low-vacuum scanning electron microscope according to the present invention. The same or similar components as those of the conventional apparatus shown in FIG. In this figure, a semi-in-lens type objective lens 15 is used as the objective lens.
【００１８】１６は対物レンズ１５の外側磁極、１７は
対物レンズ１５の内側磁極である。試料４はこの対物レ
ンズ１５による磁場内に配置されており、また、反射電
子検出器１８は対物レンズ１５の主面（対物レンズ１５
が作る磁場ピーク位置）Ｍに配置されている。反射電子
検出器１８の中心部分には開口が設けられており、その
開口部分には微小な電子ビーム通過孔を有したオリフィ
ス１９が設けられている。Reference numeral 16 is an outer magnetic pole of the objective lens 15, and 17 is an inner magnetic pole of the objective lens 15. The sample 4 is placed in the magnetic field generated by the objective lens 15, and the backscattered electron detector 18 is connected to the main surface of the objective lens 15 (the objective lens 15).
Is located at the magnetic field peak position) M. An opening is provided at the center of the backscattered electron detector 18, and an orifice 19 having a minute electron beam passage hole is provided at the opening.
【００１９】なお、オリフィス１９によって遮られたラ
イナーチューブ１２内と、試料４が置かれた試料室内と
は、それぞれ別の真空排気系で排気されることから、試
料室内の真空度が１０〜１００Torr以上となっても、オ
リフィス１９より上のライナーチューブ１２内の電子ビ
ームの通路は、１０-5Torr以下の高真空に維持すること
ができる。このような構成の動作を次に説明する。Since the inside of the liner tube 12 blocked by the orifice 19 and the sample chamber in which the sample 4 is placed are exhausted by different vacuum exhaust systems, the degree of vacuum in the sample chamber is 10 to 100 Torr. Even with the above, the passage of the electron beam in the liner tube 12 above the orifice 19 can be maintained at a high vacuum of 10 −5 Torr or less. The operation of such a configuration will now be described.
【００２０】電子ビームは、セミインレンズタイプの対
物レンズ１５によって試料４上に細く集束され、また、
試料上の電子ビームの照射位置は走査コイル６，７に走
査信号を供給することによって２次元的に走査される。
試料４への電子ビームの照射によって発生した反射電子
は、反射電子検出器１８によって検出される。The electron beam is finely focused on the sample 4 by the semi-in-lens type objective lens 15, and
The irradiation position of the electron beam on the sample is two-dimensionally scanned by supplying a scanning signal to the scanning coils 6 and 7.
The backscattered electrons generated by the irradiation of the sample 4 with the electron beam are detected by the backscattered electron detector 18.
【００２１】なお、対物レンズとしてセミインレンズタ
イプの対物レンズ１５を用いているので、レンズ収差が
小さく電子プローブを２nm〜０．６nmまで細くすること
ができる。更に、対物レンズ磁場が試料４内の反射電子
の発生領域を拘束して、信号発生源をより小さく、ま
た、試料表面の情報に制限する。Since the semi-in-lens type objective lens 15 is used as the objective lens, the lens aberration is small and the electron probe can be thinned to 2 nm to 0.6 nm. Further, the objective lens magnetic field constrains the generation area of the reflected electrons in the sample 4, making the signal generation source smaller and limiting to the information on the sample surface.
【００２２】ここで、電子ビームの走査と反射電子検出
器との関係について考察する。図３は３つの異なった位
置に配置された反射電子検出器Ａ，Ｂ，Ｃを示してお
り、それぞれに電子ビームの通過開口を有している。な
お、検出器Ａは対物レンズ磁場のピーク位置より上部
に、検出器Ｂは対物レンズ磁場のピーク位置Ｍに、検出
器Ｃ対物レンズ磁場のピーク位置の下部に配置されてい
る。Here, the relationship between the scanning of the electron beam and the backscattered electron detector will be considered. FIG. 3 shows backscattered electron detectors A, B and C arranged at three different positions, each having a passage opening for the electron beam. The detector A is arranged above the peak position of the objective lens magnetic field, the detector B is arranged at the peak position M of the objective lens magnetic field, and the detector C is arranged below the peak position of the objective lens magnetic field.
【００２３】今、試料の低倍観察の場合を考えると、電
子ビームＥＢは、対物レンズ磁場のピーク位置で振り戻
されることから、検出器をＡ，Ｃの位置に配置すると、
電子ビームの通過開口の径を大きくしなければならな
い。逆に検出器をＢの位置に配置すると、この位置での
電子ビームの走査による変位はほとんどないか僅かであ
り、電子ビームの通過開口の径を最小にすることができ
る。Now, considering the case of low-magnification observation of the sample, since the electron beam EB is swung back at the peak position of the magnetic field of the objective lens, when the detectors are arranged at the positions A and C,
The diameter of the electron beam passage aperture must be increased. On the contrary, when the detector is arranged at the position B, the displacement due to the scanning of the electron beam at this position is little or slight, and the diameter of the passage opening of the electron beam can be minimized.
【００２４】また、検出器位置が図３に示すＡ，Ｃの場
合では、低倍観察のために電子ビームの通過開口を大き
くしなければならず、また、検出器の位置での対物レン
ズ磁場はピーク位置より弱いため、発生した反射電子は
残留ガスと衝突して拡散する過程のため、有効に検出す
るためには検出器の外径を大きくしなければならない。
検出器の外径を大きくすると、試料傾斜角の制限や検出
器のコストアップ、浮遊容量から応答速度の制限（ＴＶ
スキャンなどの早い走査が困難）等の欠点が生じる。In the case of the detector positions A and C shown in FIG. 3, the electron beam passage aperture must be increased for low-magnification observation, and the magnetic field of the objective lens at the detector position must be increased. Is smaller than the peak position, the generated backscattered electrons collide with the residual gas and diffuse. Therefore, the outer diameter of the detector must be increased for effective detection.
Increasing the detector outer diameter limits the sample tilt angle, increases the detector cost, and limits the response speed due to stray capacitance (TV
It is difficult to perform fast scanning such as scanning).
【００２５】上記考察から、図２の走査電子顕微鏡で
は、反射電子検出器１８をこの対物レンズ磁場のピーク
位置に配置し、検出器１８の内側に微小開口を有したオ
リフィス１９を配置するようにしている。この結果、径
の３乗に比例する差動排気比を最大とし、ライナーチュ
ーブ１２内と試料室内とを所望の圧力差とすることがで
きる。From the above consideration, in the scanning electron microscope of FIG. 2, the backscattered electron detector 18 is arranged at the peak position of the magnetic field of the objective lens, and the orifice 19 having a minute opening is arranged inside the detector 18. ing. As a result, the differential exhaust ratio proportional to the cube of the diameter can be maximized, and a desired pressure difference between the liner tube 12 and the sample chamber can be obtained.
【００２６】また、図２の走査電子顕微鏡では、反射電
子検出器１８を磁場ピーク位置Ｍに配置したが、この構
成は、次の理由により反射電子の検出効率を高めること
に寄与する。すなわち、試料４から発生した反射電子が
残留ガスに衝突して拡散しながら上昇するが、上昇にと
もなって対物レンズの磁場強度が増加するため、拡散領
域が電子ビームの光軸方向に拘束され、対物レンズ主面
（磁場のピーク位置Ｍ）で拡散領域（径）が最小となる
ことから、反射電子の検出効率が最大となる。Further, in the scanning electron microscope of FIG. 2, the backscattered electron detector 18 is arranged at the magnetic field peak position M, but this configuration contributes to increase the backscattered electron detection efficiency for the following reason. That is, the reflected electrons generated from the sample 4 collide with the residual gas and rise while diffusing, but the magnetic field strength of the objective lens increases with the rise, so that the diffusion region is restricted in the optical axis direction of the electron beam, Since the diffusion area (diameter) is minimized on the main surface of the objective lens (magnetic field peak position M), the detection efficiency of backscattered electrons is maximized.
【００２７】更に、検出器１８の外径を小さくできるの
で、試料傾斜の制限が改善されると共に、検出器のコス
トが低減され、また、浮遊容量減から、電子ビーム走査
の応答速度が向上するなどの利点が得られる。Furthermore, since the outer diameter of the detector 18 can be made small, the limitation of the sample inclination is improved, the cost of the detector is reduced, and the stray capacitance is reduced, so that the response speed of electron beam scanning is improved. The advantages such as are obtained.
【００２８】図４は本発明の他の実施の形態を示すもの
で、図４の低真空走査電子顕微鏡では、対物レンズはイ
ンレンズタイプの対物レンズであり、２０が対物レンズ
の上磁極片、２１が対物レンズの下磁極片である。試料
４はこの対物レンズの磁場内に配置されるが、試料４の
位置は対物レンズのレンズ主面位置（磁場のピーク位
置）より下方とされる。図中の点線Ｂは軸上磁場分布を
示している。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In the low vacuum scanning electron microscope of FIG. 4, the objective lens is an in-lens type objective lens, 20 is the upper pole piece of the objective lens, Reference numeral 21 is a lower magnetic pole piece of the objective lens. The sample 4 is placed in the magnetic field of this objective lens, but the position of the sample 4 is below the lens main surface position (peak position of the magnetic field) of the objective lens. The dotted line B in the figure indicates the axial magnetic field distribution.
【００２９】反射電子検出器２２は、ＰＮジャンクショ
ンなどの半導体検出器、マイクロチャンネルプレート、
ＹＡＧ（イットリューム・アルミニューム・ガーネッ
ト）、ロビンソン型検出器などが用いられ、対物レンズ
内の試料４の上方で、対物レンズの磁場のピーク位置に
置かれる。なお、反射電子検出器２２には電子ビームＥ
Ｂの通過開口が設けられており、この開口部にはオリフ
ィス２３が備えられている。The backscattered electron detector 22 is a semiconductor detector such as a PN junction, a microchannel plate,
A YAG (yttrium aluminum garnet), a Robinson type detector, or the like is used, and is placed at the peak position of the magnetic field of the objective lens above the sample 4 in the objective lens. The backscattered electron detector 22 has an electron beam E.
A passage opening for B is provided, and an orifice 23 is provided in this opening.
【００３０】この実施の形態で用いられているインレン
ズタイプの対物レンズは、セミインレンズタイプの対物
レンズと共に、レンズ収差が小さく、試料に照射される
電子ビームを２ｎｍ〜０．６ｎｍ程度まで細くできる。
更に、レンズ磁場が試料内の反射電子の発生領域を拘束
して、反射電子信号発生源をより小さな領域とし、そし
て試料表面に制限することができる。もちろん、オリフ
ィス２３の電子ビームの通過開口は極めて小さくでき、
効率良く差動排気を行うことができる。The in-lens type objective lens used in this embodiment, together with the semi-in-lens type objective lens, has a small lens aberration, and the electron beam with which the sample is irradiated is narrowed to about 2 nm to 0.6 nm. it can.
In addition, the lens field can constrain the area of backscattered electron generation within the sample, limiting the backscattered electron signal source to a smaller area and confined to the sample surface. Of course, the electron beam passage opening of the orifice 23 can be made extremely small,
Differential pumping can be efficiently performed.
【００３１】なお、この実施の形態で検出器２２は円筒
状の隔壁２４によって支持されているが、隔壁２４は、
対物レンズの上磁極片２０の下部に取り付けられてい
る。この検出器２２、隔壁２４、ライナーチューブ１２
によって電子ビームの通路は大気や試料４が入れられた
試料室領域と真空的に隔てられる。Although the detector 22 is supported by the cylindrical partition wall 24 in this embodiment, the partition wall 24 is
It is attached below the upper pole piece 20 of the objective lens. This detector 22, partition wall 24, liner tube 12
Thus, the passage of the electron beam is vacuum-separated from the atmosphere and the sample chamber region in which the sample 4 is placed.
【００３２】図５は本発明の他の実施の形態を示してお
り、図４の装置と同一ないしは類似の構成要素には同一
番号を付してその詳細な説明は省略する。反射電子検出
器２２は、駆動機構２５により、水平方向（ｘ，ｙ方
向）と垂直方向（ｚ方向）に移動できるように構成され
ている。なお、駆動機構２５は、真空外から操作できる
ようにされている。この結果、オリフィス２３の位置と
電子ビームの光軸とを正確に一致させることが可能とな
る。FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which the same or similar components as those of the apparatus of FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The backscattered electron detector 22 is configured to be movable in a horizontal direction (x, y directions) and a vertical direction (z direction) by a drive mechanism 25. The drive mechanism 25 can be operated from outside the vacuum. As a result, the position of the orifice 23 and the optical axis of the electron beam can be accurately matched.
【００３３】更に、図５の構成では、対物レンズの上磁
極片２０の下部に箱型の冷却トラップ２６が断熱部材３
５を介して断熱的に取り付けられている。冷却トラップ
２６の底部は検出器２２に接近され、また、その中央部
には電子ビームの通過開口が開けられ、この開口はオリ
フィスとしての役割を有している。Further, in the configuration of FIG. 5, a box-shaped cooling trap 26 is provided below the upper magnetic pole piece 20 of the objective lens, and the heat insulating member 3 is provided.
It is mounted adiabatically via 5. The bottom portion of the cooling trap 26 is close to the detector 22, and an opening for passing an electron beam is opened in the center portion thereof, and this opening serves as an orifice.
【００３４】冷却トラップ２６は熱伝導線２７に熱的に
接続されているが、熱伝導線２７は試料室外部の液体窒
素タンク２８に熱的に接続されている。この結果、冷却
トラップ２６は液体窒素温度近くまで冷却され、試料４
の向かう有機ガス分子等をこの冷却トラップ２６によっ
て吸着し、試料４の汚染を防止するようにしている。The cooling trap 26 is thermally connected to the heat conducting wire 27, which is thermally connected to the liquid nitrogen tank 28 outside the sample chamber. As a result, the cooling trap 26 is cooled to near the liquid nitrogen temperature, and the sample 4
The cooling trap 26 adsorbs organic gas molecules and the like toward which the sample 4 contaminates.
【００３５】図６は本発明の他の実施の形態を示してお
り、図５の装置と同一ないしは類似の構成要素には同一
番号を付してその詳細な説明は省略する。この実施の形
態では、対物レンズの上磁極片２０と検出器２２との間
に中間室２９を配置し、中間室２９を排気管３０を介し
て独立に排気できるように構成している。この結果、ラ
イナーチューブ１２と試料室内との間の真空勾配を滑ら
かなものとし、ライナーチューブ１２内と試料室内とを
より適切な圧力差とすることができる。FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which the same or similar components as those of the apparatus of FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, an intermediate chamber 29 is arranged between the upper magnetic pole piece 20 of the objective lens and the detector 22, and the intermediate chamber 29 can be independently evacuated via the exhaust pipe 30. As a result, the vacuum gradient between the liner tube 12 and the sample chamber can be made smooth, and a more appropriate pressure difference can be created between the liner tube 12 and the sample chamber.
【００３６】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、単磁極レンズ
を対物レンズとして用いた場合にも本発明を適用するこ
とができる。また、各実施の形態で、オリフィスを反射
電子検出器から取り外し可能に構成すれば、オリフィス
が汚れた際の交換が容易に行える。Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the present invention can be applied to the case where a single pole lens is used as an objective lens. Further, in each of the embodiments, if the orifice is configured to be detachable from the backscattered electron detector, the orifice can be easily replaced when it becomes dirty.
【００３７】[0037]
【発明の効果】請求項１の発明に基づく低真空走査電子
顕微鏡では、試料を対物レンズの磁場のピーク位置の下
部に配置し、反射電子検出器を対物レンズの磁場のピー
ク位置に配置すると共に、反射電子検出器の内側に小さ
な電子ビーム通過孔を有したオリフィスを設け、オリフ
ィス上部の電子ビーム通路とオリフィス下部の試料室内
とを差動排気するように構成したので、差動排気比を最
大とし、試料室内と電子ビームの通路とを所望の圧力差
とすることができる。According to the low vacuum scanning electron microscope of the first aspect of the present invention, the sample is arranged below the peak position of the magnetic field of the objective lens, and the backscattered electron detector is arranged at the peak position of the magnetic field of the objective lens. Since an orifice with a small electron beam passage hole is provided inside the backscattered electron detector and the electron beam passage above the orifice and the sample chamber below the orifice are configured to be differentially exhausted, the differential exhaust ratio is maximized. Therefore, it is possible to make a desired pressure difference between the sample chamber and the passage of the electron beam.
【００３８】また、試料から発生した反射電子が残留ガ
スに衝突して拡散しながら上昇するが、上昇にともなっ
て対物レンズの磁場強度が増加するため、拡散領域が電
子ビームの光軸方向に拘束され、対物レンズ主面（磁場
のピーク位置）で拡散領域が最小となるため、反射電子
の検出効率を最大とすることができ、その結果、より高
い倍率で高分解能の像を得ることが可能となる。Further, the reflected electrons generated from the sample collide with the residual gas and rise while diffusing, but the magnetic field strength of the objective lens increases with the rise, and therefore the diffusion region is restricted in the optical axis direction of the electron beam. Since the diffusion area is minimized on the main surface of the objective lens (the peak position of the magnetic field), the detection efficiency of backscattered electrons can be maximized, and as a result, a high-resolution image can be obtained at a higher magnification. Becomes
【００３９】更に、反射電子検出器の外径を小さくでき
るので、試料傾斜の制限が改善されると共に、検出器の
コストが低減され、また、浮遊容量減から、電子ビーム
走査の応答速度が向上するなどの利点が得られる。Further, since the outer diameter of the backscattered electron detector can be made small, the limitation of the sample inclination is improved, the cost of the detector is reduced, and the stray capacitance is reduced, so that the response speed of electron beam scanning is improved. The advantages such as
【００４０】請求項２の発明に基づく低真空走査電子顕
微鏡は、反射電子検出器の水平方向の位置を調整可能に
構成したので、オリフィスと電子ビーム光軸との位置合
わせを正確に行うことができる。In the low vacuum scanning electron microscope according to the second aspect of the present invention, since the horizontal position of the backscattered electron detector is adjustable, the orifice and the electron beam optical axis can be accurately aligned. it can.
【００４１】請求項３の発明に基づく低真空走査電子顕
微鏡は、検出器上部に冷却トラップを設けるように構成
したので、この冷却トラップに有機ガス分子等を吸着す
ることができ、試料の汚染を防止することができる。The low-vacuum scanning electron microscope according to the third aspect of the present invention is configured such that the cooling trap is provided on the upper part of the detector, so that organic gas molecules and the like can be adsorbed to the cooling trap and contamination of the sample can be prevented. Can be prevented.
【００４２】請求項４の発明に基づく低真空走査電子顕
微鏡は、検出器上部に中間室を設け、中間室を独立に排
気するように構成したので、電子ビームの通路と試料室
との間により滑らかな圧力勾配を付けることができ、両
空間の間の圧力差を所望の値とすることができる。In the low vacuum scanning electron microscope according to the invention of claim 4, since the intermediate chamber is provided above the detector and the intermediate chamber is evacuated independently, the space between the electron beam passage and the sample chamber can be improved. A smooth pressure gradient can be provided, and the pressure difference between both spaces can be set to a desired value.
【図１】従来のピンホール型対物レンズを用いた低真空
走査電子顕微鏡を示す図である。FIG. 1 is a view showing a low vacuum scanning electron microscope using a conventional pinhole type objective lens.
【図２】本発明に基づく低真空走査電子顕微鏡の要部を
示す図である。FIG. 2 is a view showing a main part of a low vacuum scanning electron microscope according to the present invention.
【図３】低倍観察時における半導体検出器位置と電子ビ
ームの通過開口の径との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a position of a semiconductor detector and a diameter of an electron beam passage opening at a low magnification observation.
【図４】本発明に基づく低真空走査電子顕微鏡の要部を
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a main part of a low vacuum scanning electron microscope according to the present invention.
【図５】本発明に基づく低真空走査電子顕微鏡の要部を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a main part of a low vacuum scanning electron microscope according to the present invention.
【図６】本発明に基づく低真空走査電子顕微鏡の要部を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a main part of a low vacuum scanning electron microscope according to the present invention.
４ 試料 ６，７ 走査コイル １２ ライナーチューブ １５ 対物レンズ １６ 外側磁極 １７ 内側磁極 １８ 反射電子検出器 １９ オリフィス 4 sample 6,7 scanning coil 12 liner tube 15 objective lens 16 outer magnetic pole 17 inner magnetic pole 18 backscattered electron detector 19 orifice
Claims (4)
るためのインレンズタイプあるいはセミインレンズタイ
プの対物レンズと、試料上の電子ビームの照射位置を走
査するための走査手段と、試料への電子ビームの照射に
よって得られた反射電子を検出する反射電子検出器とを
備えた走査電子顕微鏡において、試料を対物レンズの磁
場のピーク位置の下部に配置し、反射電子検出器を対物
レンズの磁場のピーク位置に配置すると共に、反射電子
検出器の内側に小さな電子ビーム通過孔を有したオリフ
ィスを設け、オリフィス上部の電子ビーム通路とオリフ
ィス下部の試料室内とを差動排気するように構成した低
真空走査電子顕微鏡。1. An in-lens type or semi-in-lens type objective lens for focusing an electron beam on a sample in a sample chamber, a scanning means for scanning an irradiation position of the electron beam on the sample, and a sample. In a scanning electron microscope equipped with a backscattered electron detector that detects backscattered electrons obtained by irradiating the electron beam of, the sample is placed below the peak position of the magnetic field of the objective lens, and the backscattered electron detector is In addition to being placed at the peak position of the magnetic field, an orifice having a small electron beam passage hole was provided inside the backscattered electron detector, and the electron beam passage above the orifice and the sample chamber below the orifice were differentially exhausted. Low vacuum scanning electron microscope.
可能である請求項１記載の低真空走査電子顕微鏡2. The low-vacuum scanning electron microscope according to claim 1, wherein the backscattered electron detector is positionally adjustable in the horizontal direction.
項１記載の低真空走査電子顕微鏡。3. The low vacuum scanning electron microscope according to claim 1, wherein a cooling trap is provided above the detector.
立に排気するようにした請求項１記載の低真空走査電子
顕微鏡。4. The low vacuum scanning electron microscope according to claim 1, wherein an intermediate chamber is provided above the detector, and the intermediate chamber is independently evacuated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8136303A JPH09320504A (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Low vacuum scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8136303A JPH09320504A (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Low vacuum scanning electron microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09320504A true JPH09320504A (en) | 1997-12-12 |
Family
ID=15172045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8136303A Withdrawn JPH09320504A (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Low vacuum scanning electron microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09320504A (en) |
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- 1996-05-30 JP JP8136303A patent/JPH09320504A/en not_active Withdrawn
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