JPH11135052A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

走査電子顕微鏡

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JPH11135052A
JPH11135052A JP29834197A JP29834197A JPH11135052A JP H11135052 A JPH11135052 A JP H11135052A JP 29834197 A JP29834197 A JP 29834197A JP 29834197 A JP29834197 A JP 29834197A JP H11135052 A JPH11135052 A JP H11135052A
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Naomasa Suzuki
直正 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分解能観察を行った後、目的の視野を見失
うことなくX線分析を行う。 【解決手段】 試料像観察時は対物レンズ7にて一次電
子線4を試料8にフォーカスし、X線分析時は対物レン
ズの励磁をOFFし、収束レンズ6にて一次電子線4を
試料にフォーカスする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線の照射によ
って試料から発生される二次電子を検出して試料の走査
像を形成する走査電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡は、電子源から発生さ
れ、収束レンズ及び対物レンズにより細く絞られた電子
線を偏向器を用いて試料上で走査し、電子線照射によっ
て試料から発生する二次電子を二次電子検出器により検
出し、その検出信号を電子線の走査と同期して処理する
ことで試料像を形成する装置である。
【0003】この走査電子顕微鏡において、試料像の分
解能向上のための手段の一つとして試料を対物レンズに
近づけて対物レンズの主面との距離を短くすることが行
われている。しかしながら、対物レンズの主面と試料と
の距離が短い場合、X線分析を行うときなどの様に高い
加速電圧とすると、対物レンズ磁路の飽和ためにフォー
カスに必要な磁界強度が得られなくなり、試料と対物レ
ンズとの距離を長くしなければならなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の走
査電子顕微鏡では、低加速電圧による高分解能観察と、
高加速電圧によるX線分析とで、対物レンズと試料の間
の距離を変えなければならない。従って、低加速電圧に
よる高分解能観察を行った後、X線分析を行うためには
試料を電子線の照射方向、すなわちz軸方向に動かさな
ければならず、電子線加速電圧の変更に伴う観察条件の
変化とz軸方向への試料の移動の2つの変動要因のため
に目的の視野を見失うなどの問題があった。
【0005】本発明は、このような従来技術の問題点を
鑑みてなされたもので、試料を移動することなく高分解
能観察とX線分析とを行うことのできる走査電子顕微鏡
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、X線分析時は試料像観察用の対物レンズ
の励磁をOFF又は高分解能観察時よりも弱励磁状態と
し、より長焦点距離でフォーカス可能な位置に配置され
た収束レンズ又はX線分析専用の対物レンズにて電子線
を試料にフォーカスすることで、目的の視野を見失うこ
となくX線分析を行うことができるようにする。
【0007】すなわち、本発明は、電子線を発生する電
子源と、電子線を収束するための収束レンズと、電子線
を細く絞って試料上に照射させるための対物レンズと、
電子線を試料上で二次元的に走査するための偏向器と、
試料から電子線の照射により発生した二次信号を検出す
るための二次信号検出器とを具備した走査電子顕微鏡に
おいて、二次信号検出器として試料像観察用の検出器と
X線分析用の検出器とを備え、試料像観察時は対物レン
ズにより電子線を試料にフォーカスさせ、X線分析時に
は対物レンズの励磁をOFF又は試料像観察時よりも弱
励磁状態とし収束レンズにより電子線を試料にフォーカ
スさせることを特徴とする。
【0008】また、本発明は、電子線を発生する電子源
と、電子線を収束するための収束レンズと、電子線を細
く絞って試料上に照射させるための対物レンズと、電子
線を試料上で二次元的に走査するための偏向器と、試料
から電子線の照射により発生した二次信号を検出するた
めの二次信号検出器とを具備した走査電子顕微鏡におい
て、二次信号検出器として試料像観察用の検出器とX線
分析用の検出器とを備え、対物レンズとは独立に制御可
能なX線分析専用対物レンズを対物レンズと同軸上に設
け、試料像観察時にはX線専用対物レンズの励磁をOF
Fとし対物レンズにて電子線を試料にフォーカスさせ、
X線分析時には対物レンズの励磁をOFFとしX線分析
専用対物レンズにて電子線を試料にフォーカスさせるこ
とを特徴とする。
【0009】偏向器は上下2段のコイルを有し、試料像
観察時とX線分析時とで偏向器の2段のコイルの電流比
又は巻線比を切り替えるのが好ましい。また、電子線の
光軸に垂直な方向に磁場を発生させるアライメントコイ
ルと、アライメントコイルの電流を制御する手段を具備
し、試料像観察とX線分析の切り替えによる視野移動を
補正するのが好ましい。
【0010】本発明の走査電子顕微鏡によると、試料を
動かすことなく高分解能像観察からX線分析に瞬時に移
行することができる。また、X線分析時でも高分解能の
試料像を得ることができる。さらに、試料像観察時とX
線分析時とで偏向コイルの上下2段に流す電流比又は巻
線比を切り替えることにより、試料像観察とX線分析と
を切り替えたときの画像の歪みを最小にするとともに、
高精度に倍率を制御することができる。
【0011】また、アライメントコイルを設け、試料像
観察とX線分析の切り替え時にアライメントコイルに予
め決められた電流を流すことより、試料像観察とX線分
析の切り替えによる視野移動を補正することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1及び図2は、本発明による走
査電子顕微鏡の一例の概略断面図である。図1は試料像
観察時の状態を示し、図2はX線分析時の状態を示す。
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
るため、陰極1から放出された一次電子線4は加速され
て後段のレンズ系に進行する。一次電子線4は、レンズ
制御電源21で制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で一次電子線4の不要な領域
が除去される。
【0013】その後、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、偏向コイル15で試料上を二次元
的に走査される。偏向コイル15の走査信号は、観察倍
率に応じて偏向コイル制御電源24により制御される。
一次電子線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。
【0014】一次電子線4の照射によって試料8から発
生した二次電子14は二次電子検出器12により検出さ
れ、その検出信号を一次電子線4の走査と同期してCP
U30にて処理し、像表示装置13に試料像として表示
する。また、一次電子線4の照射によって試料8から発
生したX線10はX線検出器11によって検出され、電
気的信号に変換される。X線検出器11から出力された
信号は、X線分析装置27内で信号処理を行い、X線分
析装置27のディスプレイにX線強度分布として表示さ
れる。
【0015】試料像観察時は、図1に示すように、一次
電子線4は対物レンズ7により試料8にフォーカスされ
る。一方、X線分析時は、図2に示すように、対物レン
ズ制御電源23により対物レンズ7の励磁はOFF又は
試料像観察時よりも弱励磁状態にされ、一次電子線4は
縮小率調整用の収束レンズ6により試料8にフォーカス
される。
【0016】このように切り替えを行うことにより、試
料8を可能な限り対物レンズ7に近づけて低加速電圧に
より高分解能像観察を行って視野探しを行い、視野が見
つかったあとX線分析に切り替えた場合、試料8をz軸
方向(電子線の照射方向)に移動しなくてよいため、目
的の視野を見失うことなくX線分析を行うことができ
る。
【0017】また、偏向コイル15は上下2段のコイル
により構成されており、それらのコイルに流れる電流の
電流比は偏向コイル制御電源24により制御され、試料
像観察時とX線分析時とで切り替えられる。偏向コイル
15の上下2段のコイルに、試料像観察時とX線分析時
の各々の巻線比の違ったコイルを備え、それらのコイル
を試料像観察時とX線分析時とで切り替えて使用するよ
うにしてもよい。
【0018】試料像観察時には、像の歪みをなくするた
めに、一次電子線4が常に対物レンズ7の主面の中心を
通るようにして偏向する必要がある。そのため上下2段
の偏向コイルによる偏向が必須である。しかし、X線分
析時には、対物レンズ7の励磁はOFF又は試料像観察
時よりも弱励磁状態にされるため、一次電子線4を対物
レンズ7の主面の中心に通す必要がない。従って、X線
分析時の偏向コイル15の制御に当たっては、一次電子
線を対物レンズ7の主面の中心を通すために必要であっ
た条件、すなわち2段の偏向コイルの電流比や巻線比に
対する条件を解除して、試料像観察時とは異なった条件
で偏向制御することにより偏向の自由度を増して広い視
野観察を可能とすることができる。例えば、X線分析時
には、偏向コイル15を1段の偏向コイルとして使用し
てもよい。
【0019】さらに、上記のように試料像観察時とX線
分析時とを切り替えた場合の視野合せのために、アライ
メントコイル制御電源25により制御されたアライメン
トコイル16が設けられている。予め試料像観察とX線
分析とを切り替えた場合の視野移動、及びその視野移動
を補正するためにアライメントコイル16に流すべき電
流値を一次電子線の加速電圧などをパラメータとして実
験等によって求めてテーブルなどの形で記憶しておく。
そして、試料像観察とX線分析とを切り替えたとき、前
記テーブルを参照してアライメントコイル制御電源25
によりアライメントコイル16に流す電流を設定するこ
とにより、モード切り替えによる視野ずれを補正するこ
とができる。
【0020】図3及び図4は、本発明による走査電子顕
微鏡の他の例の概略断面図である。図3は試料像観察時
の状態を示し、図4はX線分析時の状態を示す。説明を
簡単にするため、図3及び図4において図1及び図2と
同じ機能部分には図1及び図2と同一の符号を付し、そ
の詳細な説明を省略する。この走査型電子顕微鏡は対物
レンズ7とは別にX線専用対物レンズ制御電源26によ
り制御されたX線専用対物レンズ17が配置されてい
る。X線専用対物レンズ17には、高励磁条件でも飽和
することのない磁路材が使用されている。
【0021】試料像観察時は、図3に示すように、一次
電子線4は対物レンズ7により試料8にフォーカスされ
る。一方、X線分析時は、図4に示すように、対物レン
ズ制御電源23により対物レンズ7の励磁はOFFさ
れ、一次電子線4はX線専用対物レンズ制御電源26に
より制御されたX線分析用の対物レンズ17により試料
8にフォーカスされる。高分解能を実現するためには、
X線専用対物レンズ17は試料8に近い位置、すなわち
対物レンズ7の近くに設置するのが好ましい。
【0022】なお、図5の概略断面図に示すように、1
つの磁路材35に対物レンズ用コイル36とX線専用対
物レンズ用コイル37を巻回して、2つのレンズを一体
化した構造とすることもできる。図5に示したレンズを
対物レンズとして使用するときはコイル36にのみ励磁
電流を流し、X線専用対物レンズとして使用するときは
コイル37にのみ励磁電流を流す。
【0023】
【発明の効果】本発明によると、試料を移動させること
なく高分解能像観察とX線分析を行うことができ、目的
の視野を見失うことなくX線分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による走査電子顕微鏡の一例の概略断面
図であり、試料像観察時の状態を示す図。
【図2】本発明による走査電子顕微鏡の一例の概略断面
図であり、X線分析時の状態を示す図。
【図3】本発明による走査電子顕微鏡の他の例の概略断
面図であり、試料像観察時の状態を示す図。
【図4】本発明による走査電子顕微鏡の他の例の概略断
面図であり、X線分析時の状態を示す図。
【図5】対物レンズとX線専用対物レンズを一体化した
レンズの概略断面図。
【符号の説明】
1…陰極、2…第一陽極、3…第二陽極、4…一次電子
線、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…X線、11…X線検出器、12…二次電子検
出器、13…像表示装置、14…二次電子、15…偏向
コイル、16…アライメントコイル、17…X線専用対
物レンズ、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…アライメントコイル制御電源、2
6…X線専用対物レンズ制御電源、27…X線分析装
置、30…制御CPU、35…磁路材、36…対物レン
ズ用コイル、37…X線専用対物レンズ用コイル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子線を発生する電子源と、前記電子線
    を収束するための収束レンズと、前記電子線を細く絞っ
    て試料上に照射させるための対物レンズと、前記電子線
    を前記試料上で二次元的に走査するための偏向器と、前
    記試料から前記電子線の照射により発生した二次信号を
    検出するための二次信号検出器とを具備した走査電子顕
    微鏡において、 前記二次信号検出器として試料像観察用の検出器とX線
    分析用の検出器とを備え、試料像観察時は前記対物レン
    ズにより前記電子線を試料にフォーカスさせ、X線分析
    時には前記対物レンズの励磁をOFF又は試料像観察時
    よりも弱励磁状態とし前記収束レンズにより前記電子線
    を試料にフォーカスさせることを特徴とする走査電子顕
    微鏡。
  2. 【請求項2】 電子線を発生する電子源と、前記電子線
    を収束するための収束レンズと、前記電子線を細く絞っ
    て試料上に照射させるための対物レンズと、前記電子線
    を前記試料上で二次元的に走査するための偏向器と、前
    記試料から前記電子線の照射により発生した二次信号を
    検出するための二次信号検出器とを具備した走査電子顕
    微鏡において、 前記二次信号検出器として試料像観察用の検出器とX線
    分析用の検出器とを備え、前記対物レンズとは独立に制
    御可能なX線分析専用対物レンズを前記対物レンズと同
    軸上に設け、試料像観察時には前記X線専用対物レンズ
    の励磁をOFFとし前記対物レンズにて前記電子線を試
    料にフォーカスさせ、X線分析時には前記対物レンズの
    励磁をOFFとし前記X線分析専用対物レンズにて前記
    電子線を試料にフォーカスさせることを特徴とする走査
    電子顕微鏡。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の走査電子顕微鏡に
    おいて、前記偏向器は上下2段のコイルを有し、試料像
    観察時とX線分析時とで前記偏向器の2段のコイルの電
    流比又は巻線比を切り替えることを特徴とする走査電子
    顕微鏡。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項記載の走査
    電子顕微鏡において、前記電子線の光軸に垂直な方向に
    磁場を発生させるアライメントコイルと、前記アライメ
    ントコイルの電流を制御する手段を具備し、試料像観察
    とX線分析の切り替えによる視野移動を補正することを
    特徴とする走査電子顕微鏡。
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