JPS59184440A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

走査電子顕微鏡

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JPS59184440A
JPS59184440A JP58057880A JP5788083A JPS59184440A JP S59184440 A JPS59184440 A JP S59184440A JP 58057880 A JP58057880 A JP 58057880A JP 5788083 A JP5788083 A JP 5788083A JP S59184440 A JPS59184440 A JP S59184440A
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electron
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electron beam
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斉藤 尚武
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/261Details
    • H01J37/265Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination

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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査電子顕微鏡、特に電界放射(以下FEと略
す)電子銃を有する走査電子顕微鏡に関する。
FE電子銃は高輝度、長寿命で電子源が小さいことから
、走査電子顕微鏡(以下SEMと略す)に使用すると、
その性能(分解能)を大きく向上することができる特長
を有する。しかし、FE電子銃より放射される電子線は
原理的に不安定であり、5〜20%程度の変動をもって
いる。このため通常のFE−8EMは、この−天竜子縁
の変動を検出して、試料からの二次出力信号中に宮まれ
る一次′(5)子線の変動分を補正する回路を有してい
る。これは、使用する加速電圧がある固定された値(た
とえば5kV又11’j:20 kV )あるいは狭い
範囲(たとえば10〜3okV)の場合や、−天竜子線
の量が少ない(たとえば5μA以下)場合には補正効果
を光分に発揮する。
ところで、近年、各種材料の観察1分析をする場合には
、加速電圧は0.1〜50 k’Vと500倍近い変化
範囲を必要としてきておシ、また電子線の量も゛5μ八
以下から50μ八以上と10倍以上の大電流を必要とし
てきている。−天竜子線の変動量はFE電流の増大に比
例して増大するため、より変動補正精度の高い処理系が
必要であり、また前記した500倍の変化範囲のすべて
において充分な変動補正効果が得られることが要求され
る。
しかし、本発明者の検討結果によれば、通常の補正処f
M方系はそのような要求に対応できないことが判明した
。これは、言い換えれば、加速電圧やFE電流の変更線
電子源位置の仮想的変更にほかならないことから、通常
の変動処理系は電子源位置を仮想的に大巾に変える場合
は光分な補正効果が得られないことを意味する。
したがって、本発明の目的は仮想電子源位置の大巾変更
がなされても充分な電子線変動補正効果が得られる走査
電子顕微鏡を提供することにある。
本発明の詳細な説明に先立って通常のFE−8EMの例
をまず説明する。
第1図は通常のFE−5EMの例である。FE電子銃は
陰極1と第1陽極2と第2陽極3よシ構成され、各々の
電極に高圧電源18より電圧が印加される構造である。
陰極1と第1陽極2間には引出し電圧■1を印加し、陰
極1より゛電子を電界放射させる。この放射された電子
は陰極1と第2陽極3間に印加した加速電圧v0により
加速され、−天竜子線4a−eとなる。加速された電子
線は第1収束レンズ6と第2収束レンズ(対物レンズ)
7により微小グローブ1oとして試料9上にフォーカス
される。この時試料9表面より発生した二次電子等の信
号10’は検出器12で検出され、増幅器13.14を
介して表示器(CR,T)45に導ひかれる。一方、偏
向器7′には表示器15の偏向器に与えられる偏向信号
と同期した偏向信号が供給される。これによシ試料9は
これを照射する電子線でもって二次元的に走査される。
したがって、表示器15には試料9の二次電子等による
像が表示される。
電界放射にもとづく一次電子線4a−eは、FEilt
子銃内の真空度等の条件にょシ異るが、通常5〜20%
程度の゛電流変動を有している。この変動を検出するた
めに検出器5を設けている。この検出器5は最終的な微
小グローブ10となる主電子線の近傍を検出するように
中心に穴をもっている。ここで検出された信号は増幅器
11で増幅され、信号処理増幅器14に送られ、ここで
試料信号lO′中に含まれる一次電子線の変動分を補正
(消去)する処理がなされ、その出方信号は試料信号の
みとして表示器15に送られ、表示される。
以上説明した通常の装置において、加速電圧Voが通常
のように5〜30kV程度の狭い範囲内で変えられる場
合は別として、各珈材料の研究において必要とされるよ
うに、0.1kV程度の低加速電圧から40〜50kV
という高加速電圧までの広い範囲内で変えられる場合は
光分な変動補正が行われ得ない。すなわち、加速電圧■
。の可変範囲が広い場合は、FE電子銃内の第1陽極2
、第2陽極3で構成される静電レンズ作用(Vo −V
lの電圧が印加されるため、静電レンズ作用をす もつ)によぢ放射電子は加速電圧Voft低い方がら高
い方に変えるにしたがって4aがら40のように偏向さ
れ、したがって加速電圧条件に応じて検出器5で検出で
きる一次電子線の量は大幅に変化してしまう。たとえば
、より低い加速電圧条件のときの放射電+Jt 4aは
第2陽極3にカットされて、検出器5で検出できる量が
制限され、また高い加速電圧条件のときの放射電子4C
は細く収束されすぎてほとんど検出器5で検出できない
結果となってしまい、信号処理回路14の正常動作は期
待できなくなる。
第2図は電子銃内の拡大図と合せて前述した電汗・ 子線の偏向状態+Wしたもので、第2アノード3下面か
ら仮想電子源までの距離をSとする。第1図においては
加速電圧を変えると第1.第2陽極の静電レンズ作用で
電子線の偏向角が変化する如く説明したが、これは、実
際の静電レンズ作用としては、第2図の如く仮想電子源
の位置の変化として把握され得る。すなわち、低加速電
圧時の位装置はS・であシ、はぼ陰極1の近傍に電子源
は位置し、高い加速電圧条件ではS2となシミ子源位置
は陰極のはるか上方に位置し、点線で示す如くの電子線
状態となる。
第3図は加速電圧を横軸にとり、仮想電子源までの距離
S全縦軸にとったカーブである。
以上説明した如く、大幅な加速電圧の変更力;必要な場
合には、FE電子銃の静電レンズ作用による一次電子線
の偏向状態を考慮した電流検出手段る必要がある場合も
同様である。
第4図は本発明の一実施例である。この実施例では一次
電子線の変動検出器5の他に、第2収束レンズ7内に検
出器8が設けられている。第1゜第2収束レンズ間に入
れた絞り16は、第2検出器8の検出角度を制限する絞
りである。両検出器5.8で検出された信号は増幅器1
1a、llbで否々増幅され、信号選択回路17aによ
り選択され、信号処理回路14に送られる。これによっ
て試料9からの信号中に含まれる一次電子線の変動分の
補正処理が行われ、補正後の信号が表示器15に送られ
る。
図中の一次電子線のうち、災線で示した4aが低加速電
圧条件であり、この場合は第1の検出器5を用いる。高
い加速電圧条件は点線で示した電子線4Cの状態となシ
、この場合は第1の検出器5では検出できず、第2検出
器8で検出する。したがって信号選択回路17aは加速
電圧条件により選択する必要がある。実際の装置では、
加速電圧5に■以下では第1の検出器5を用い、10k
V以上では第2の検出器8を用いるとよい。また、5k
V〜10kVの範囲においては、両検出器のうち、補正
処理効果の良い方を選択するとよい。
第5図は本発明のもう一つの実施例を示す。これは第4
図の構成をさらに自動化したもので、加速電圧電源18
からの加速電圧切換信号によシ信号選択回路17b全自
動的に切換え可能にしている。また、5kV〜10kV
の加速電圧範囲内では補正処理回路14の出力信号から
補正効果をチェックする比較回路19を設け、この出力
信号により選択回路17 、bを駆動させるようにして
いる。
以上の構造によれば、大巾な加速電圧範囲において最適
補正処理が可能となる。
増幅@lla、llb、13.14等は実際には自動的
な増幅ゲイン調整回路を含むものであシ、また加速電圧
電源18からの選択回路17bへの出力信号には、■o
およびV、%圧の値に応じた仮想電子源距離Sの信号を
含むことができ、そして前述した信号処理はマイクロプ
ロセッサ−を用いて実現することができる。
なお、第4図、第5図においては、−矢車子線で試料9
を走査するために必要な第1図に示されているのと同様
の偏向器7′が図示されていないが、これは単に省略さ
れているにすぎない。
第6図、第7図は加速電圧Voが3.0kVにおける実
測結果を示す。
第6図の補正前の信号は検出器5、増幅器11aの出力
信号を示し、これが−次電子線の変動である。補正後の
信号は補正処理回路17a後の信号でl>f:>、25
mV程度の変動が残シ、十分な補正処理効果が得られて
いない。
第夕図は、検出器8で測定した場合で、補正前の信号は
増幅器11bの出力信号を示しく−次電子線の変動)、
補正後の信号は補正処理回路17a後の出力信号であり
、変動分は5mV内に補正され十分な補正効果ヲ有して
いることがわかる。
通常の像表示信号としては、10mV以下に補正処理さ
れていれば一次電子線の変動は出力信号としては表示さ
れないことが実験で確認されているため、第7図の補正
後のデータは十分にその効果が得られていることを示す
データであると言い得る。
分な電子線変動補正効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は通常のFE−8EMの概念図、第2図は第1.
第2陽極の静電レンズ作用による一次電子線の偏向状態
と仮想電子源位置Sを示す図、第3図は加速電圧Voと
仮想電子源位置Sとの関係を示す図、第4図は本発明の
一実施例の概念図、第5図は本発明のもう一つの実施例
の概念図、第6図および第7図は測定結果を示す図であ
る。 1・・・陰極、2・・・第1陽極、3・・・第2陽極、
44・・・放射電子(−天竜子)、5・・・検出器(A
I )、6・・・第1収束レンズ、7・・・第2収束レ
ンズ、8・・・検出器(A2 )、9・・・試料、11
・・・増幅器、12・・・検出器(B)、13・・・増
幅器、14・・・処理回路、15・・・表示器、16・
・・絞り、17・・・選択器、18も I Z も ? 図 策 3 目 一セ 0(ぐV)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、  i子線を電界放射させる電界放射電子銃と、前
    記電子線を試料に収束する手段と、前記収束された電子
    線でもって前記試料を走査し、それによってその試料か
    ら得られるその試料特有の情報信検出し、その変動を表
    わす第1の電気信号を発生する手段と、前記電界放射電
    子銃と前記試料との間であってかつ前記第1の位置とは
    異なる第2の位置において前記電子線の変動を検出し、
    その変動を表わす第2の電気信号全発生する手段と、前
    記第1および第2の電気信号のうちの一方全選択する手
    段と、前記第1および第2の電気信号のうちの選択され
    た電気信号にもとづいて前記検出された情報信号の、前
    記電子線の変動にもとづく変動を補正する手段とを含む
    走査電子顕微鏡。 2、電子源から電子線全電界放射させる電界放射電子銃
    と、前記電子源の位置を仮想的に変え−る手段と、前記
    電子線を試料に収束する手段と、前記収束された電子線
    でもって前記試料全走査し、それによってその試料から
    得られるその試料特有の情報信号を検出する手段と、前
    記電界放射電子銃 −と前記試料との間の第1の位置に
    おいて前記電子線の変動を検出し、その変動を表わす第
    1の電気信号を発生する手段と、前記電界放射電子銃と
    前記試料との間であってkつ前記第1の位置とは異なる
    第2の位置において前記電子線の変動を検出し、その変
    動を表わす第2の電気信号を発生する手段と、前記第1
    および第2の電気−信号のうちの一方を前記電子源の位
    置を仮想的に変える手段に連動して選択する手段と、前
    記第1および第2−の電気信号のうちの選択づれた゛電
    気信号にもとづいて前記検出された情報信号の、前記電
    子線の変動にもとづく変動を一補正する手段とを合力走
    査電子顕微鏡。
JP58057880A 1983-04-04 1983-04-04 走査電子顕微鏡 Granted JPS59184440A (ja)

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JPH0129302B2 JPH0129302B2 (ja) 1989-06-09

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