JPH10302705A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents
走査電子顕微鏡Info
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Abstract
影響を与えることなしに、高い二次電子検出効率を期待
し得ると共に特定のエネルギ−範囲の二次電子を検出す
るのに適した走査電子顕微鏡を提供することにある。 【解決手段】試料8が電子ビ−ム14で照射されること
によって発生される二次電子はフイ−ルド発生装置28
の一対の電極10、11によって形成される減速電界に
よって減速される。したがってエネルギ−の低い一部の
二次電子は追い返される。追い返されなかった二次電子
は一対の電極10、11間に形成された偏向電界と、該
偏向電界と直交する偏向磁界とによって偏向され、二次
電子検出器12によって検出される。ただし、偏向電界
及び偏向磁界によって偏向し切れなかったエネルギ−の
高い二次電子は二次電子検出器12によって検出されな
い。
Description
に試料を電子ビ−ムで照射することにより試料から発生
される二次電子のうちの特定のエネルギ−範囲の二次電
子を検出することができる走査電子顕微鏡に関する。
−ムで照射され、それによって試料から発生される二次
電子は二次電子検出器によって検出され、その検出出力
信号にもとづいて試料の像が生成される。
ネルギ−範囲をもっている。その二次電子についてはエ
ネルギ−選択が行われず、比較的広いエネルギ−範囲に
わたる二次電子を全部検出するのが普通である。
次電子信号に含まれる試料表面情報(主として凸凹情
報)は、試料によりそのエネルギ−成分が異なる。一般
に試料を特徴づける試料表面情報は狭いエネルギ−範囲
にのみ含まれ、それ以外のエネルギ−範囲の成分にはノ
イズや帯電の情報が含まれていることが多い。このよう
な場合に、通常のように、発生した二次電子をそのエネ
ルギ−の選択を行わずに検出し、その検出信号にもとづ
いて試料像を生成すると、その試料像はノイズや帯電の
情報に埋もれたS/N比の悪い像となってしまう。
に悪影響を与えることなしに、高い二次電子検出効率を
期待し得ると共に特定のエネルギ−範囲の二次電子を検
出するのに適した走査電子顕微鏡を提供することにあ
る。
−ムを発生させる電子銃と;試料から二次電子を発生さ
せるように前記試料を前記電子ビ−ムで照射するビ−ム
照射系と;前記電子ビ−ムの軸から離して配置された、
前記二次電子を検出する二次電子検出器と;前記二次電
子を前記二次電子検出器に指向させるように偏向する電
界と、前記二次電子を減速又は加速する電界と、前記偏
向電界による前記電子ビ−ムの偏向を打ち消すように前
記二次電子を偏向する、前記偏向電界と実質的に直交す
る磁界とを発生させるフイ−ルド発生装置とを備えてい
る点にある。
陰極1と第一陽極2の間には、マイクロプロセッサ(C
PU)30で制御される高電圧制御電源20により電圧
が印加され、所定のエミッション電流の電子ビ−ム4が
陰極1から引き出される。陰極1と第二陽極3の間には
CPU30で制御される高電圧制御電源20により加速
電圧が印加され、このため、陰極1から放出された電子
ビ−ム4は加速されて後段の照射レンズ系に進行する。
御されたビーム電流調整用の収束レンズ5で収束され、
絞り板9で電子ビ−ム4の不要な領域が除去される。そ
の後、電子ビ−ムはレンズ制御電源22で制御された縮
小率調整用の収束レンズ6及び対物レンズ制御電源23
で制御された対物レンズ7により試料8に微小スポット
として収束され、そして走査コイル15に走査信号を与
えることによって、試料8は収束された電子ビ−ム4で
二次元的に走査される。走査コイル15に与えられる走
査信号は観察倍率に応じて走査コイル制御電源24によ
り制御される。電子ビ−ム4のビーム開き角は絞り板9
の絞り穴径と、縮小率調整用の収束レンズ6の焦点位置
で、最適値に決められる。
ィ−ルド発生装置28が設けられている。フィ−ルド発
生装置28は一般にイ−クロスビ−(E×B)と単純に
呼ばれるもので、これは図2に示されるように、電子ビ
−ム4の照射により試料8より発生し、対物レンズ7を
通過した二次電子14を二次電子検出器12側に偏向さ
せるための偏向電界(E)及びその二次電子を電子ビ−
ム4の軸の方向に減速又は加速する減速又は加速電界を
発生する一対の電極10、11と、対物レンズ7を通過
した二次電子14を二次電子検出器12側に偏向させる
ための偏向磁界(B)を発生させる一対の電磁コイル3
1、32とを含んでいる。偏向電界(E)と偏向磁界
(B)とは互いに直交しており、また、偏向電界(E)
は偏向磁界(B)による電子ビ−ム14の偏向を打ち消
す強さに設定される。偏向電界(E)及び減速又は加速
電界をそれぞれ形成するために一対の電極10、11に
与えられるべき電圧はCPU30によって制御されるフ
イ−ルド装置制御電源25から発生される。それぞれの
電圧は偏向電界(E)及び減速又は加速電界を変え得る
ように可変できるようになっている。偏向磁界(B)も
同様に可変できるようになっている。
出器12側の電極11は編み目状の金属板で構成され、
このため、二次電子14は電極11を透過して二次電子
検出器12によって検出される。二次電子検出器12の
出力信号(像信号)は像表示装置13に試料8の試料像
として表示される。
VF2及び+VE−VF2なる電圧が与えられると、一対の
電極10、11間には発生した二次電子14を偏向する
偏向電界が形成される。更に、一対の電極10、11間
では電子ビ−ム4の軸上での電位は−VF2であるため、
その軸の方向には発生した二次電子14を減速する減速
電界が形成される。したがって、試料8から発生して対
物レンズ7を通過した二次電子14は減速電界によって
VF2だけ減速されため、VF2より低いエネルギ−の二次
電子は追い返され、二次電子検出器12によって検出さ
れない。
電子は偏向電界及び偏向磁界によって偏向され、二次電
子検出器12によっ検出される。ただし、偏向電界及び
偏向磁界によって実質的に偏向されないか又は偏向され
てもその偏向量が少ない、高エネルギ−の二次電子は二
次電子検出器12によって検出されない。したがって、
二次電子検出器12によって検出される二次電子のエネ
ルギ−範囲は図3(A)のようになる。同図は斜線部分
のエネルギ−範囲の二次電子が二次電子検出器12によ
って検出されることを示している。同図においてVFEは
フイ−ルド発生装置28にて偏向可能な二次電子のエネ
ルギ−範囲である。検出される二次電子のエネルギ−範
囲の幅及び位置はVEの値及び/又はVF2の値を変える
ことによって、すなわち偏向電界を形成するための電圧
及び/又は減速電界を形成するための電圧を変えること
によって変えられ得る。
−ム4の偏向が互いに打ち消されるような強さに設定さ
れている。このため、電子ビ−ム4の偏向障害は生じな
い。また、二次電子は偏向電界及び偏向磁界によって二
次電子検出器12に向けて偏向されるので、発生した二
次電子14の高検出効率化が図られる。したがって、既
述の実施例によれば、試料を照射する電子ビ−ムに悪影
響を与えることなしに、高い二次電子検出効率を期待し
得ると共に特定のエネルギ−範囲の二次電子を検出する
ことができる。
えられる電圧は−VE−VF2及び+VE−VF2の代わりに
それぞれ−VE+VF3及び+VE+VF3であってもよい。
一対の電極10、11間では電子ビ−ムの軸上の電位は
+VF3となるから、減速電界に代わって加速電界が形成
され、したがって、発生した二次電子14は加速電界に
よってVF3だけ加速される。加速された二次電子は偏向
電界及び偏向磁界によって偏向され、二次電子検出器1
2によって検出される。この場合、加速電界がない場合
は二次電子検出器12によって検出されたであろう二次
電子の高エネルギ−側の一部は二次電子検出器12によ
って検出されなくなる。結果として、二次電子検出器1
2によって検出される二次電子のエネルギ−範囲は図3
(B)のようになる。かくして、減速電界の代わりに加
速電界が用いられても同様に所期の目的が達成され得こ
とが理解される。
にはCPU30によって制御される引上電極電源27か
ら二次電子引上電圧が与えられる。試料8から発生され
た二次電子14は引上電極18によって引き上げられ、
発散することなくフイ−ルド発生装置28に導かれる。
これによって、二次電子の更なる高検出効率化が図られ
る。
側にはもう一つの二次電子検出器17が配置されてい
る。発生した二次電子をこの二次電子検出器によっても
検出し、その検出出力と二次電子検出器12によって検
出された二次電子の検出出力を合成して像表示装置13
に表示すれば、得られる像は信号量の多いものとなる。
この実施例が図1のそれと異なるのはフィ−ルド発生装
置28が、一対の電極10、11と対物レンズ7との間
に設けられた電極(フイルタ電極)16を含むことであ
る。この電極にはCPU30によって制御される電極制
御電源26から可変の減速電圧が与えられ、これによっ
て二次電子を電子ビ−ムの軸方向に減速する減速電界が
形成される。その減速電界を形成する減速電圧を−VF1
とすると、発生した二次電子14はその減速電界によっ
てVF1だけ減速されるため、VF1より低いエネルギ−の
二次電子は追い返される。
れ−VE−VF2及び+VE−VF2なる電圧が印加されてい
る。このため、一対の電極10、11間では電子ビ−ム
の軸上の電圧は−VF2となるから、これによって、二次
電子を電子ビ−ムの軸方向に減速する減速電界が形成さ
れる。したがって、電極16を通過した二次電子はVF2
だけ減速されるので、VF2より低いエネルギ−の二次電
子は追い返される。追い返されなかった二次電子は一対
の電極10、11間に形成される偏向電界及び偏向磁界
により偏向され、二次電子検出器12によって検出され
る。ただし、電極16を通過した二次電子のうち、一対
の電極10、11間に形成される偏向電界及び偏向磁界
によって偏向され切れなかった高エネルギ−側の二次電
子は二次電子検出器12によって検出されない。この場
合の、二次電子検出器12によって検出される二次電子
のエネルギ−範囲は図5(A)のようになる。もちろ
ん、VF1の値、VEの値、VF2の値を変えれば、検出さ
れる二次電子のエネルギ−の幅及び位置が変わる。した
がって、この場合も、図1の実施例におけると同様に所
期の目的が達成されることが理解される。
=VF1としたときの、二次電子検出器12によって検出
される二次電子のエネルギ−範囲を図5(B)に示す。
エネルギ−範囲の幅及び位置が変わっていることがわか
る。
E+VF3及び+VE+VF3なる電圧が印加されてもよい。
この場合は、一対の電極10、11間では電子ビ−ム1
4の軸上電位は+VF3となり、したがって加速電界が形
成されるため、電極16を通過した二次電子はその加速
電界によって+VF3だけ加速される。この場合の、二次
電子検出器12によって検出される二次電子のエネルギ
−範囲は図5(C)のようになる。VEの値、、VF1の
値、VF3の値を変えれば、二次電子検出器12によって
検出される二次電子のエネルギ−の幅及び位置を変える
ことができる。
られる電圧は0に設定されてもよいし、また、これを正
の電圧として加速電界を形成し、これによって、発生し
た全二次電子を加速して一対の電極10、11の方に導
くようにしてもよい。更に、電極16に印加される−V
F1はそのままにして、一対の電極10、11に印加され
るVF2を0にしてもよい。
った二次電子はフイ−ルド発生装置28の表面部分を照
射することになり、その結果として、その部分からX線
等の二次的な粒子や輻射線が放出される。この問題を解
決するためには、その照射表面部分を二次的な粒子や輻
射線を放射し難い材料、たとえば軽金属等で形成するこ
とが望ましい。
鏡像と従来例による走査電子顕微鏡像を示す。(A)が
本発明の実施例によるもの、(B)が従来例によるもの
である。これらの像を得るに当たって用いられた試料は
アルミナ(Al2O3)、加速電圧は1kV、観察倍率は40
00倍(写真倍率)であった。本発明の実施例で検出さ
れた二次電子のエネルギ−範囲は約150〜180eVで
あった。図から明らかなように、エネルギ−選別を行わ
ない例では試料の帯電により全体的につぶれたような像
が得られ、したがって、試料表面の凸凹の様子がわから
ないが、エネルギ−選択を行った例では試料表面の凸凹
の様子がよくわかる。
−ムに悪影響を与えることなしに、高い二次電子検出効
率を期待し得ると共に特定のエネルギ−範囲の二次電子
を検出するのに適した走査電子顕微鏡が提供される。
概略断面図。
のエネルギ−範囲を示すグラフ。
の概略断面図。
のエネルギ−範囲を示すグラフ。
来例による走査電子顕微鏡像の写真。
ム、5:ビーム電流調節用収束レンズ、6:縮小率調整
用収束レンズ、7:対物レンズ、8…試料、9:絞り
板、10、11:一対の電極、12:二次電子検出器、
13:像表示装置、14:二次電子、15:走査コイ
ル、16:電極、17:二次電子検出器、18:引上電
極、20…高電圧制御電源、21:ビーム電流調節用収
束レンズ制御電源、22:縮小率調整用収束レンズ制御
電源、23:対物レンズ制御電源、24:走査コイル制
御電源、25:フイ−ルド発生装置制御電源、26:電
極制御電源、27:引上レンズ電極制御電源、28:フ
イ−ルド発生装置、30:マイクロプロセッサ(CP
U)、31、32:一対の電磁 コイル。
Claims (20)
- 【請求項1】電子ビ−ムを発生させる電子銃と;試料か
ら二次電子を発生させるように前記試料を前記電子ビ−
ムで照射するビ−ム照射系と;前記電子ビ−ムの軸から
離して配置された、前記二次電子を検出する二次電子検
出器と;前記二次電子を前記二次電子検出器に指向させ
るように偏向する電界と、前記二次電子を減速又は加速
する電界と、前記偏向電界による前記電子ビ−ムの偏向
を打ち消すように前記二次電子を偏向する、前記偏向電
界と実質的に直交する磁界とを発生させるフイ−ルド発
生装置とを備えている走査電子顕微鏡。 - 【請求項2】前記フイ−ルド発生装置は前記電子ビ−ム
の軸を挟んで配置された一対の電極を含む請求項1に記
載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項3】前記フイ−ルド発生装置は前記偏向電界を
形成するための偏向電圧及び前記減速又は加速電界を形
成するための減速又は加速電圧を前記一対の電極に与え
る電源を含む請求項2に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項4】前記偏向電圧は可変である請求項3に記載
された走査電子顕微鏡。 - 【請求項5】前記減速又は加速電圧は可変である請求項
3又は4に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項6】前記試料から発生される二次電子を引き上
げて前記フイ−ルド発生装置に導く二次電子引上電極を
含む請求項3〜5のいずれかに記載された走査電子顕微
鏡。 - 【請求項7】前記ビ−ム照射系は対物レンズを含み、前
記フィ−ルド発生装置は前記対物レンズを基準にして前
記試料と反対側に配置されている請求項1〜6のいずれ
に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項8】前記二次電子のうち、前記対物レンズと前
記試料の間を通る二次電子を検出する追加の二次電子検
出器を備え、前記すべての二次電子検出器の出力信号の
合成信号にもとづいて前記試料の像を生成し得ようにし
た請求項1〜7のいずれかに記載された走査電子顕微
鏡。 - 【請求項9】前記フイ−ルド発生装置は前記発生した二
次電子を減速又は加速する追加の電界を形成する追加の
減速又は加速電圧を発生させる追加の電極を備えている
請求項3に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項10】前記偏向電圧及び前記両減速又は加速電
圧は可変である請求項9に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項11】前記ビ−ム照射系は対物レンズを含み、
前記フィ−ルド発生装置は前記対物レンズを基準にして
前記試料と反対側に配置されている請求項9又は10に
記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項12】前記二次電子のうち、前記対物レンズと
前記試料の間を通る二次電子を検出する追加の二次電子
検出器を備え、前記すべての二次電子検出器の出力信号
の合成信号にもとづいて前記試料の像を生成し得ように
した請求項9〜11のいずれかに記載された走査電子顕
微鏡。 - 【請求項13】前記フイ−ルド発生装置は前記二次電子
の照射を受ける表面部分をもち、該表面部分は前記二次
電子の照射によって生じる二次的信号の発生を抑制する
材料で形成されている請求項9〜12のいずれかに記載
された走査電子顕微鏡。 - 【請求項14】前記フイ−ルド発生装置は前記偏向電界
を形成する、前記電子ビ−ムの軸を挟んで配置された一
対の電極と、前記減速又は加速電界を形成する、前記一
対の電極よりも前記試料側に配置された電極と、該電極
に前記減速又は加速電界を形成するための減速又は加速
電圧を、前記一対の電極に前記偏向電界を形成するため
の偏向電圧をそれぞれ与える電源装置とを含む請求項1
に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項15】前記電源装置は前記一対の電極に前記二
次電子を減速又は加速する電界を形成する電圧を与える
請求項14に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項16】前記偏向電圧及び前記減速又は加速電圧
は可変である請求項14に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項17】前記電源装置は前記一対の電極に前記二
次電子を減速又は加速する電界を形成する可変電圧を与
える請求項16に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項18】前記フイ−ルド発生装置は前記二次電子
の照射を受ける表面部分をもち、該表面部分は前記二次
電子の照射によって生じる二次的信号の発生を抑制する
材料で形成されている請求項14〜17のいずれかに記
載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項19】前記ビ−ム照射系は対物レンズを含み、
前記フィ−ルド発生装置は前記対物レンズを基準にして
前記試料と反対側に配置されている請求項14又は17
に記載された走査電子顕微鏡。 - 【請求項20】前記二次電子のうち、前記対物レンズと
前記試料の間を通る二次電子を検出する追加の二次電子
検出器を備え、前記すべての二次電子検出器の出力信号
の合成信号にもとづいて前記試料の像を生成し得ように
した請求項19に記載された走査電子顕微鏡。
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