JPH10283965A - 走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方法および走査電子顕微鏡 - Google Patents

走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方法および走査電子顕微鏡

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JPH10283965A
JPH10283965A JP9092269A JP9226997A JPH10283965A JP H10283965 A JPH10283965 A JP H10283965A JP 9092269 A JP9092269 A JP 9092269A JP 9226997 A JP9226997 A JP 9226997A JP H10283965 A JPH10283965 A JP H10283965A
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JP
Japan
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sample
image
signal
charge
electron microscope
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JP9092269A
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Takeshi Shimura
武志 紫村
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 適確に試料の帯電の状態を検知し、それに基
づいて試料室の真空度の制御を行うことができる走査電
子顕微鏡における試料の帯電除去方法および走査電子顕
微鏡を実現する。 【解決手段】 帯電除去のモードの時には、画像処理回
路16で、反射電子検出信号の2値化を行う。この2値
化した信号は、帯電有無判定回路18に送られて帯電の
有無の判定が行われる。試料に帯電が存在する場合に
は、圧力調整回路19でリーク弁調整器20を制御し、
リーク弁12によって試料室5内の真空度を帯電が除去
できる値にまで変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、非導電性試料であって
も、像の観察を良好に行うことができる走査電子顕微鏡
における試料の帯電除去方法および走査電子顕微鏡に関
する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡では、電子ビームを試料
に細く集束すると共に、試料上の電子ビームの照射位置
を2次元的に走査している。そして、試料から発生した
2次電子や後方散乱電子(反射電子)を検出し、検出信
号を電子ビームの走査と同期した陰極線管に輝度変調信
号として供給し、陰極線管上に試料の走査象を表示して
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような走査電子顕
微鏡において、試料が非導電性材料の場合、試料表面が
帯電し、像の観察が不可能となる。そのため、試料が入
れられた試料室内を3〜270Pa(パスカル)程度の
低真空とし、非導電性試料の帯電現象を中和消滅させる
ようにしている。
【0004】しかしながら、試料の帯電を検知する方法
が確立していないために、オペレータの経験と勘にたよ
って試料室の真空度の制御を行わねばならず、装置の操
作性が極めて悪いばかりか、オペレータによってはなか
なか試料の帯電を消滅させることができず、像の観察自
体が行えないこともある。
【0005】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、適確に試料の帯電の状態を検知
し、それに基づいて試料室の真空度の制御を行うことが
できる走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方法およ
び走査電子顕微鏡を実現するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に基づく
走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方法は、試料に
電子ビームを照射すると共に、試料上で電子ビームを走
査し、試料から得られた信号に基づいて試料の走査像を
表示するようにした走査電子顕微鏡において、試料から
得られた信号を2値化し、2値化信号に基づいて試料の
帯電の有無を判定し、帯電ありと判定された場合には、
試料が入れられた試料室の真空度を変化させるようにし
たことを特徴としている。
【0007】請求項1の発明では、試料から得られた信
号を2値化し、2値化信号に基づいて試料の帯電の有無
を判定し、帯電ありと判定された場合には、試料が入れ
られた試料室の真空度を変化させる。
【0008】請求項2の発明に基づく走査電子顕微鏡に
おける試料の帯電除去方法は、請求項1の発明におい
て、複数の2値化画像を取得し、それぞれの画像の間の
像のシフトに基づき帯電の有無を判定することを特徴と
している。
【0009】請求項2の発明では、複数の2値化画像を
取得し、それぞれの画像の間の像のシフトに基づき帯電
の有無を判定する。請求項3の発明に基づく走査電子顕
微鏡における試料の帯電除去方法は、請求項1の発明に
おいて、2値化画像を取得し、その画像の内の白レベル
の像の割合に基づき帯電の有無を判定することを特徴と
している。
【0010】請求項3の発明では、2値化画像を取得
し、その画像の内の白レベルの像の割合に基づき帯電の
有無を判定する。請求項4の発明に基づく走査電子顕微
鏡は、試料に電子ビームを照射すると共に、試料上で電
子ビームを走査し、試料から得られた信号に基づいて試
料の走査像を表示するようにした走査電子顕微鏡におい
て、試料から得られた信号を2値化する手段、2値化信
号に基づいて試料の帯電の有無を判定する判定手段、判
定手段の信号に基づいて試料室の真空度を制御する手段
とから成ることを特徴としている。
【0011】請求項4の発明では、試料から得られた信
号を2値化する手段、2値化信号に基づいて試料の帯電
の有無を判定する判定手段、判定手段の信号に基づいて
試料室の真空度を制御する手段とから成り、試料から得
られた信号を2値化し、2値化信号に基づいて試料の帯
電の有無を判定し、帯電ありと判定された場合には、試
料が入れられた試料室の真空度を変化させる。
【0012】
【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1は本発明を実施するた
めの走査電子顕微鏡の一例を示している。図中1は電子
光学鏡筒であり、鏡筒1の上部には電子銃2が設けられ
ている。電子銃2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3と対物レンズ4とによって細く
集束される。
【0013】鏡筒1の下部には、試料室5が配置されて
いるが、鏡筒1と試料室5との間には、オリフィス6が
設けられ、鏡筒1内部と試料室5内部とで真空度の差が
形成されるように構成されている。
【0014】試料室5の内部には、試料7が配置され、
また、試料室7の上部には、ドーナツ状の後方散乱電子
(反射電子)検出器8が設けられている。図示していな
いが、鏡筒1内部には、走査コイルが設けられており、
走査コイルに走査信号を供給することにより、倍率に応
じて試料7の所定の2次元領域は電子ビームEBによっ
て走査される。
【0015】鏡筒1内部と試料室5内部は、ロータリー
ポンプ9と拡散ポンプ10によって排気され、また、試
料室5はロータリーポンプ11によっても排気される。
試料室5にはリーク弁12が取り付けられており、試料
室5内部は、このリーク弁12を介して適宜な真空度に
制御される。また、試料室5内部の真空度を測定するた
め、真空計13が設けられている。
【0016】反射電子検出器8によって検出された信号
は、増幅器14によって増幅された後、反射電子制御回
路15に供給される。反射電子制御回路15は、反射電
子信号の振幅の調整や、ノイズの除去等を行う。制御回
路15の出力信号は、画像処理回路16に供給される。
【0017】画像処理回路16は、信号のデジタル化を
行い、内部のフレームメモリーに信号を記憶させると共
に、画像の積算処理をして信号のSN比を向上させる。
また、この処理回路16は画像信号の2値化処理を行
う。画像処理回路16からの信号は陰極線管17に供給
され、陰極線管17には試料7の走査反射電子像が表示
される。
【0018】画像処理回路16で2値化された信号は、
帯電有無判定回路18に供給される。判定回路18で
は、2値化された信号に基づいて試料の帯電の有無を判
定する。判定回路18によって判定された結果の信号
は、真空圧力調整回路19に供給される。真空圧力調整
回路19は、試料7の帯電の有無によって、リーク弁1
2の調整器20を制御する。このような構成の動作を次
に説明する。
【0019】試料7の反射電子像を観察する場合、電子
銃2からの電子ビームEBをコンデンサレンズ3、対物
レンズ4によって試料7上に細く集束すると共に、試料
7上で電子ビームを2次元的に走査する。試料7から発
生した反射電子は、検出器8によって検出される。
【0020】検出器8の検出信号は、増幅器14によっ
て増幅され、制御回路15によって振幅の調整やノイズ
除去等の処理が行われる。制御回路15の出力信号は、
画像処理回路16に供給され、画像処理回路16内のフ
レームメモリーで、画像の積算処理等が行われる。その
後フレームメモリーによって記憶された信号は、読み出
されて陰極線管17に供給されることから、陰極線管1
7には試料の反射電子像が表示される。
【0021】ここで、鏡筒1内部はロータリーポンプ
9、拡散ポンプ10によって比較的高い真空に排気され
ているが、試料室5内部は、リーク弁12によって適宜
リークされ、試料室5内部は低い真空度に維持される。
この結果、非導電性試料であっても帯電を防止すること
ができる。なお、鏡筒1内部と試料室5内度とは、オリ
フィス6によって真空度の差が保たれている。
【0022】さて、非導電性試料の観察における帯電に
ついて考察すると、試料表面の電子ビーム照射による領
域においては、入ってくる電子流Ipと出ていく電子流
Io(Io=Is+Ir+Iab)がある。ここで、I
sは2次電子流、Irは反射電子流、Iabは吸収電子
流である。
【0023】試料表面が導電性を有する場合は、Ip=
Ioとなり、試料表面の電位の変化はない。しかし、試
料表面に導電性がない場合は、帯電(チャージアップ)
し、試料表面の電位が変化する。この時、Ip>Ioで
あれば、試料は負に帯電し、Ip<Ioの時は正に帯電
する。なお、一般には、負の帯電が画像に対して影響が
大きくなる。
【0024】実際には、試料表面での2次電子放出効率
δ(Is=δIp)が、この帯電現象に大きな影響を与
えるが、δは電子ビームの入射エネルギー(加速電
圧)、試料傾斜角度、試料構成物質、真空圧力等により
大きく変化する。絶縁体試料での帯電がある画像は、画
像の乱れや、特定領域の輝度が部分的に上がり、良好な
る画像にはならない。
【0025】試料室を低真空にした走査電子顕微鏡で、
この画像の乱れや輝度変化を2値化像でとらえ、帯電を
制御する真空圧力調整回路にフィードバックし、試料室
真空圧力を制御することで、帯電を収斂除去できる。2
値化像のしきい値は、画像の階調を0か1にするレベル
制御であり、帯電の度合いにより、0から255まで設
定可能である。換言すれば、帯電が激しい場合は、2値
化しやすいが、小さい帯電は2値化しにくいので、しき
い値を変えるか、ある真空圧力マージンを設定する必要
がある。
【0026】このような考察に基づき、図1の構成で
は、帯電除去のモード(装置起動の初期段階)の時に
は、画像処理回路16で、反射電子検出信号の2値化を
行う。この2値化した信号は、帯電有無判定回路18に
送られて帯電の有無の判定が行われる。
【0027】試料に帯電が存在する場合には、圧力調整
回路19でリーク弁調整器20を制御し、リーク弁12
によって試料室5内の真空度を帯電が除去できる値にま
で変化させる。この一連の動作を図2のフローチャート
を参照して詳細に説明する。
【0028】まず、ステップ1で真空度の予備設定を行
う。これは、圧力調整回路19からの制御によって行う
が、この予備排気は、例えば、10Pa,30P,60
Paの3つの値から選択して行われる。ステップ2で
は、得られた反射電子信号のデジタル化を画像処理回路
16によって行う。
【0029】ステップ3では、デジタル化された信号の
2値化処理が行われるが、このときのしきい値は、適宜
決められる。図3に検出信号と2値化信号の例を示す。
図3(a)は検出信号であり、Tのレベルがしきい値で
ある。図3(b)はしきい値Tによって白レベル(1)
と黒レベル(0)に分けられた信号を示している。この
2値化処理も画像処理回路16で行われる。この2値化
画像は、複数枚取得され、その2値化信号は、帯電有無
判定回路18に送られて、帯電の有無が判定される(ス
テップ4)。
【0030】この判定は、例えば2つの方法があり、そ
の内の1つは、特定倍率で真空圧力値を変化させたN枚
の2値化像の比較を行い、N枚間で像のシフトがある場
合は帯電と判定する。他の方法は、特定真空圧力値で収
集した2値化像において、白レベル像が全画像面積に対
してある割合で存在すれば、帯電有りと判定する。この
判定により、帯電なしとなった場合は、予備設定値の真
空度で像の観察を行う(ステップ5)。
【0031】帯電有無の判定で、帯電ありと認識された
場合、リーク弁調整器20を制御して、試料室5のリー
ク量を増し、真空度を例えば5Paごとに低くする(ス
テップ6)。この状態で、ステップ2と同様に画像のデ
ジタル化(ステップ7)、ステップ3と同様に画像の2
値化(ステップ8)を行う。
【0032】このステップ8の後、帯電有無の判定が行
われる(ステップ9)。このステップ9により帯電の除
去が確認された場合、この真空度が読み込まれ記憶され
(ステップ10)、この真空度に試料室5内が維持され
て像の観察が行われる。像の観察は画像処理回路16の
フレームメモリーに画像信号を格納することによって行
われる(ステップ11)。
【0033】前記ステップ9で数回の真空度の変化によ
っても帯電が除去されなかった場合、ステップ12によ
り真空度の予備値が変えられる。例えば、最初の段階で
10Paであった予備値は、30Paに変えられ、その
後、ステップ2以降の動作が実行される。
【0034】このようにして、試料室5内部の真空度は
試料の帯電がなくなる値に自動的に設定され、良好な状
態で反射電子像の観察を行うことができる。以上本発明
の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に
限定されない。例えば、真空度を低くしながら帯電除去
のステップを実行したが、真空度を高くしながら一連の
ステップを実行しても良い。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜4の各
発明では、試料から得られた信号を2値化し、2値化信
号に基づいて試料の帯電の有無を判定し、帯電ありと判
定された場合には、試料が入れられた試料室の真空度を
変化させるようにしたので、オペレータの経験や勘に頼
ることなく、帯電現象の認知を自動的に行い、適切な真
空度に試料室内を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための低真空走査電子顕微鏡
の一例を示す図である。
【図2】帯電除去の流れを示すフローチャートである。
【図3】検出信号と2値化信号を示す図である。
【符号の説明】
1 鏡筒 2 電子銃 3 コンデンサレンズ 4 対物レンズ 5 試料室 6 オリフィス 7 試料 8 反射電子検出器 12 リーク弁 15 反射電子制御回路 16 画像処理回路 17 陰極線管 18 帯電有無判定回路 19 圧力調整回路 20 リーク弁調整器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料に電子ビームを照射すると共に、試
    料上で電子ビームを走査し、試料から得られた信号に基
    づいて試料の走査像を表示するようにした走査電子顕微
    鏡において、試料から得られた信号を2値化し、2値化
    信号に基づいて試料の帯電の有無を判定し、帯電ありと
    判定された場合には、試料が入れられた試料室の真空度
    を変化させるようにした走査電子顕微鏡における試料の
    帯電除去方法。
  2. 【請求項2】 複数の2値化画像を取得し、それぞれの
    画像の間の像のシフトに基づき帯電の有無を判定する請
    求項1記載の走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方
    法。
  3. 【請求項3】 2値化画像を取得し、その画像の内の白
    レベルの像の割合に基づき帯電の有無を判定する請求項
    1記載の走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方法。
  4. 【請求項4】 試料に電子ビームを照射すると共に、試
    料上で電子ビームを走査し、試料から得られた信号に基
    づいて試料の走査像を表示するようにした走査電子顕微
    鏡において、試料から得られた信号を2値化する手段、
    2値化信号に基づいて試料の帯電の有無を判定する判定
    手段、判定手段の信号に基づいて試料室の真空度を制御
    する手段とから成る走査電子顕微鏡。
JP9092269A 1997-04-10 1997-04-10 走査電子顕微鏡における試料の帯電除去方法および走査電子顕微鏡 Withdrawn JPH10283965A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226521A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Hitachi High-Technologies Corp 走査型電子顕微鏡
JP2013143364A (ja) * 2012-01-13 2013-07-22 Hitachi High-Technologies Corp 試料の内部構造を観察する荷電粒子線装置

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