JPS62140351A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、走査型電子顕微鏡に係り、特に試料を対物レ
ンズギャップ内に装着するインレンズ式の走査電子顕微
鏡において、低加速から高加速まで高性能を保持するに
好適な２次電子検出器を備える走査型電子顕微鏡に関す
る。

〔発明の背景〕

従来の装置で、対物レンズの上方で２次電子を検出する
手段として特開昭６０−９５８４３号公報等に記載され
たものがあるが、２次電子検出器の２次加速電界により
主電子線が偏向され、特に低加速電圧の場合の偏向度が
多く適正な電子ビーム像形成する手段については特に配
慮されていなかった。

最近電顕学会予稿集の如＜　Ｆ　Ｅ　Ｇ　ｕ　ｎを用い
て、強励磁インレンズで２次電子像を形成するＳＥＭ視
研究がなされ、いるが、本発明。内容は、上記の装置で
特に大きな効果を発揮する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低加速電圧から高加速電圧まで効率良
く２次電子を捕獲する新規な２次電子検出器部を備える
走査型電子顕微鏡を提供することにある。

〔発明の概要〕

分解能が数人の超高分解能走査型電子顕微鏡を実現する
ために、電子源のビーム径が細く、輝度がＷ線の３桁高
いフィールドエミッション型電子銃を用い、強励磁型の
対物レンズのレンズギャップ内に試料を挿入方法を提案
した。この場合、２次電子検出器は対物レンズ上方に設
けるが、２次電子検出器に印加する約１０ＫＶの高電圧
による電界により主ビームが曲げられる。特に、低加速
電圧（ＩＫＶ）の状態で像観察する場合と、加速電圧が
３０ＫＶ程度の高加速電子線を使用する場合では電界に
よる電子線の偏向の度合が大幅に連木発明は上記の問題
を解決するためになされたものであり、低加速電圧から
高加速電圧まで所期の性能を保持する如き考慮された２
次電子検出器を装着した走査型電子顕微鏡を実験結果の
うらづけをもとに提供する。すなわち、このような目的
を達成するために、本発明は、試料を対物レンズギャッ
プ内に挿入し、試料から発生する２次電子を検出する検
出器を前記対物レンズの上部に設けた走査型電子顕微鏡
において、該２次電子検出器の試料からの距離を可変で
きる構造としたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、フィールドエミッション電子銃を装着し、試料を
対物レンズ磁極内に置く構成とする分解能が〜５人の走
査型電子顕微鏡の鏡体部の構成を示す。フィールドエミ
ッションチップ１からの電子線はこのチップ１と第２陽
極７に印加された加速電圧Ｖｏによって第２陽極に向っ
て加速される。更に集束レンズ９によって電子流の量と
スポットサイズの調整を行う。対物レンズ磁極１９．２
０の」二部に電子線を走査する２段偏向コイル２，３が
設けられ任意に対物レンズ磁極１９゜２ｏ内に装着され
た試料１８上を走査する。又、非点補正コイル１２が組
込まれ、電子レンズで固有の非点収差、電子線通路の汚
れ、電子線が電子レンズの中心からのずれ等により増大
した非点収差を補正する。試料１８からの２次電子は第
２図に示す如く対物レンズ上部磁極１９の上におかれた
検出器４を用い、強磁場と電場でスパイラル軌道をとっ
た２次電子が検出される。２次電子の検出にはシンチレ
ータ−ライトガイド１３−光電子増倍管の系が通常用い
られている。一般に走査型電子顕微鏡の場合、試料の表
面状態、材質等により使用する加速電圧を設定するのが
一般的に行われる。近年半導体素材等絶縁物質等を観察
する場合ＩＫＶ〜２ＫＶ程度の低加速電圧の状態で１ｌ
ｉｌ！祭し、試料の電子線によるチャージアップの現象
無しに良好な像観察を行うことが一般化している。

又従来から良く行われている高加速（〜３０ＫＶ）状態
における超高分解能ｍ察も今後増重要度を増している状
態である。しかし、試料を対物レンズギャップ内に挿入
するレンズ方式では低加速から高加速まで最適状態で２
次電子を効率良く検出することは主電子線の軸ずれ等の
影響が大きく非常に難しい。第３図は、第２図に示すイ
ンレンズ対物レンズ内に試料１８を装着し、対物レンズ
上部磁極１９上部に２次電子検出器４を設けた場合の２
次電子検出器に印加する加速電界によって一次電子の偏
向量を示す説明図を示す。偏向量Ωは（１）式で近似さ
れる。

Ｖｏ　　ｄ Ｖｄ　：　２次電子検出器の電界 ｖｏ　：電子線の加速電圧 ここで、 Ｌｄ：電界がおよぼすＺ方向長さ ｄ　：電極間距離 Ｌ　：２次電子検出器から試料までの長さく１）式から
加速電圧をＩＫＶ〜３０ＫＶまで変化させた場合には、
２次電子検出器の距離、電界が一定の場合には加速電圧
に比例して偏向量Ｑは大きくなることが判る。実験の結
果２次電子検出器の印加電圧を＋ｌ０ＫＶ一定とした場
合、ＩＫＶと３０ＫＶの両者モは（１）式のｄに相当す
る距離すなわち中心軸から２次電子検出器の距離を〜３
０ｍｎ移動しないとそれぞれの加速電圧で最適な２次電
子像を得ることができないことが判明した。即ち加速電
圧がＩＫＶと３０ＫＶでは主電子線の２次電子検出器に
印加した電界によって主電子線の偏向量が大きく変化し
、非点収差量が大幅に変化し、高解像度の２次電子像を
得ることが困難であった。

上記の問題点解決のため第１図に示す如く２次電子検出
器４の位置を加速電圧の切換に応じて移動可能な構造と
する。２次電子検出器４およびライトガイド１３は一体
でベローズ２２を介して真空中で移動可能とする。移動
の手段として１６に示すエアーシリンダーを用いること
も可能である。

また、モータ駆動にする場合も考えられる。第１図は移
動の手段のみを示したが、加速電圧切換と連動し自動的
に２次電子検出器４の位置を移動することも可能である
。

本実施例によれば加速電圧切換に合わせて２次電子検出
器の位置を移動することが可能となり、電子線の偏向量
も一定とすることが出来、軸ずれによる非点収差増大等
像形成に悪影響を及ぼす要因を無くすことができ、常に
最良の像を得ることができるのでその効果は顕著なもの
となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、強励磁インレンズ対物レンズを備えた
走査型電顕において、加速電圧を低加速（〜ＩＫＶ）か
ら高加速（〜３０ＫＶ）まで変化させた場合にも２次電
子検出器の位置を移動することが可能であるため、最良
の２次電子像をそれぞれの加速電圧において得ることが
可能である。

従来、装置では３０ＫＶの加速電圧で設定した状態では
７ＫＶ程度までしか使用不能であったが、本発明によれ
ば、加速電圧のいずれかに対しても最適状態に２次電子
検出器を設定可能となった。

フィールドエミッション電子銃とインレンズ対物レンズ
を備えた超高分解能走査電子顕において本発明の内容に
関し確認した結果、ＩＫＶで５０人、３０ＫＶで５人の
分解能が得られた。

低加速から高加速まで最適状態に２次電子検出器を設定
可能となり、それぞれの加速電圧で性能を十分発揮する
ことが可能となり本発明の効果は、顕著となる。

、・ｉ面の簡単な説明 第１図は本発明の走査型電子顕微鏡の断面図、第２図は
２次電子検出部、対物レンズ部の詳細説明図、第３図は
２次電子検出器の電界による主電子線偏向量の算出説明
図である。

１・・・フィールドエミッションチップ、２，３・・・
２段偏向コイル、４・・・２次電子検出器、５・・・高
電圧ケーブル、６・・・第１陽極、７・・・第２陽極、
８・・・コンデンサー絞り、９・・・集束レンズ、１０
・・・セパレートバルブ、１１・・・対物可動絞り、１
２・・・非点補正コイル、１３・・・ライトガイド、１
４・・・高電圧導入素子、１５・・・増幅器、１６・・
・エアーシリンダー、１７・・・試料ステージ、１８・
・・試料、１９・・・対物レンズ上磁極、２０・・・対
物レンズ下磁極、２１・・・対物レンズコイル、２２・
・・ベローズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料を対物レンズギャップ内に挿入し、試料から発
   生する２次電子を検出する検出器を前記対物レンズの上
   部に設けた走査型電子顕微鏡において、該２次電子検出
   器の試料からの距離を可変できる構造としたことを特徴
   とする走査型電子顕微鏡。 ２、特許請求の範囲第１項において、２次電子検出器の
   試料からの距離を電子線の加速電圧に連動し可変可能を
   せしめるようにしたことを特徴とする走査型電子顕微鏡
   。