JP3376793B2 - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

走査形電子顕微鏡

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JP3376793B2 JP33149295A JP33149295A JP3376793B2 JP 3376793 B2 JP3376793 B2 JP 3376793B2 JP 33149295 A JP33149295 A JP 33149295A JP 33149295 A JP33149295 A JP 33149295A JP 3376793 B2 JP3376793 B2 JP 3376793B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子線装置に係り、
特に高分解能像を得るのに好適な走査電子顕微鏡におい
て、試料に照射される電流の測定、および設定が容易に
行える走査電子顕微鏡及びその類似装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高分解能な二次電子像を得る
ために、対物レンズの焦点距離を短くして、試料から発
生する二次電子を対物レンズより電子源側に配置した二
次電子検出器で検出している。このとき、二次電子検出
器に印加される電圧によって一次電子線が影響を受ける
のを防ぐために、特開平6−132002 号のように、対物レ
ンズより電子源側に直交する電界と磁界を発生させる手
段を設け、この直交電磁界により試料から発生した二次
電子を二次電子検出器に導く方法が考案されている。
【０００３】ところで、走査形電子顕微鏡で高分解能な
二次電子像を得るためには、試料に応じて適切なビーム
電流（試料照射電流）を選択する必要がある。また、Ｘ
線分析を行う場合には、ビーム電流の把握が重要であ
る。従来、こうした目的のために、ビーム電流を測定す
る手段として、試料台の一部にファラディカップを設
け、ビーム電流測定時に試料台のファラディカップをビ
ーム照射点に移動したり、しぼり板より対物レンズ側
に、機械的に移動できるファラディカップ装置を配置
し、ビーム電流を測定するときに、ファラディカップを
光軸まで機械的に移動する方法をとっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来技術では、ビーム電流を測定することによって観
察している部位を見失ったり、ファラディカップの機械
的な位置調整やコストが高くなるなどの欠点があった。
【０００５】本発明の目的は、こうした従来技術の欠点
を無くし、観察部位を見失ったり、機械的な位置調整な
しに、必要なときに容易に、かつ高速にビーム電流が測
定でき、しかも、この機能の搭載によって分解能が低下
することのない走査電子顕微鏡を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、一次電子電流検出手段を一次電子線通路近傍に
配置し、この一次電子電流検出手段に一次電子線を偏向
する偏向手段を備えた。
【０００７】また、一次電子線に対するしぼり板を一次
電子電流検出手段や偏向手段から見て電子源側に配置し
た。
【０００８】更に、一次電子線電流検出手段と絞りの間
に集束レンズを配置した。
【０００９】また、一次電子電流検出手段を溝状に形成
した。
【００１０】その溝状の一次電子電流検出手段を走査電
子顕微鏡の鏡筒内壁に沿って配置し、その具体的構成と
して直交電磁界発生手段の構成要素に溝状の構造を有す
る一次電子電流検出手段を付加した。そして走査コイル
と同位置に一次電子電流検出手段に一次電子線を位置付
けるための偏向手段を備えた。
【００１１】さらに、ビームを偏向しつつ、一次電子電
流を検出するようにして、ビームを偏向したときに得ら
れる電流検出手段の出力から最大値を検出する手段を設
けた。
【００１２】また、ビーム電流入力手段を設け、ビーム
電流入力手段から入力された電流値が、前記最大値検出
手段の出力と一致するように、しぼり板よりも電子源側
に配置されたビーム電流制御用収束レンズを制御する制
御手段を設けた。
【００１３】以上の本発明の構成によれば、次のような
作用が得られる。
【００１４】一次電子線を偏向手段によって一次電子電
流検出手段に位置付けることで、一次電子電流の検出が
出来、この一次電子電流は絞りを通過してきた一次電子
のものなので、試料上に照射されるべき一次電子電流を
正確に検出できる。
【００１５】一次電子線の偏向手段を一次電子線の走査
コイルと同じ位置に配置し、ビーム電流検出手段を直交
電磁界発生手段の一部に組み込むことで、高分解能観察
に最適な電子光学系配置を変更することなくビーム電流
の検出ができる。即ち、この様な光学系では、走査コイ
ルと対物レンズ間の距離が長くなると、外部磁場等の外
乱の影響を受けやすくなると同時に、低倍率の実現が困
難になる。そこで本来高分解能像を得るのに不可欠な構
成要素として存在している直交電磁界発生手段の一部に
ビーム電流検出手段を組み込むことにより、走査コイル
と対物レンズ間距離を長くせずにビーム電流の検出が可
能となる。
【００１６】また、電子源から試料までのビームの走行
距離が長いほど、一次電子線が外部磁場の影響を受け易
くなるが、本発明の構成によれば、一次電子電流検出器
を配置しても鏡筒を長くする必要がないため、外部磁場
による分解能の低下が防止できる。
【００１７】ビーム電流検出手段は、図２に示すような
溝状の構造を有しているため、ビーム電流を検出するた
めの偏向手段は、任意の一方向のみでよく、偏向手段は
簡単な電極、または、一方向の偏向コイルで実現でき、
かつ、その制御が単純にできる効果がある。
【００１８】ビーム電流検出用の溝の入り口（ビーム入
射口）からの二次電子や反射電子の放出を防止して、ビ
ーム電流を正確に検出するには、ビーム入射口はなるべ
く狭いほうがよい。しかし、ビーム入射口を狭くする
と、ビームを入射口に正確に偏向しなければ、ビーム電
流の正確な検出ができない。
【００１９】一方、ビーム電流検出手段の出力は、ビー
ムがちょうどその入射口に偏向されたときに最大となる
ため、本発明では、ビーム電流検出手段の出力を監視し
ながら一次電子線を偏向し、ビーム電流検出手段の最大
出力を検出する最大値検出手段を設けている。この最大
値検出手段とビーム偏向制御手段により、特別な調整な
しに、正確なビーム電流が検出できる。
【００２０】尚、本発明では一次電子線の偏向方向に対
して略垂直方向に長い溝状に形成された検出器を備えて
いるため、一次電子線の中心軌道が偏向器の機械的中心
からずれているような場合でも、偏向方向と検出器の位
置が相違するというような事態を回避することが出来、
比較的簡素な偏向手段であっても正確に検出器上に一次
電子線を位置付けることが出来る。
【００２１】また、しぼり板とビーム電流検出手段との
間に収束レンズを配置して、ビーム電流検出手段の入射
口近傍でビームを収束できるため、より幅の狭いビーム
電流検出溝にすることができ、ビーム電流の検出精度を
高めることができる。
【００２２】さらに、ビーム電流を検出しながら、しぼ
り板より電子源側に配置したビーム電流調整用収束レン
ズの制御手段により、予め入力されたビーム電流値にな
るようにビーム電流調整用収束レンズを制御できるの
で、指定されたビーム電流を正確に実現することができ
る。
【００２３】即ち、上述した手段で一次電子線が最大電
流値を示す偏向位置を特定しておき、その位置に一次電
子線を偏向したままビーム電流調整用収束レンズを制御
することによって試料に照射されるべきビーム電流を正
確に設定することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の概略断
面図である。陰極１と第一陽極２の間には、マイクロプ
ロセッサ（ＣＰＵ）３０で制御される高圧制御電源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
から引き出される。陰極１と第二陽極３の間にはＣＰＵ
３０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制御用
集束レンズ５で収束され、しぼり板９でビームの不要な
領域が除去される。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、および、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、走査コイル１５で試料
上を二次元的に走査される。走査コイル１５の走査信号
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。一次電子線の収束角（ビーム開き角）は対物
レンズ絞り９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。走査コイル１５より対物レ
ンズ側には、電極１０、および１１が配置され、それぞ
れ負および正の電圧が印加されて電界Ｅを形成する。ま
た、電界Ｅと直交する位置には、磁界Ｂを発生するコイ
ルが配置され、電界Ｅと合わせて直交電磁界を形成す
る。直交電磁界を形成する電界Ｅと磁界Ｂの強度は、一
次電子線に対するＥとＢの偏向作用が互いにキャンセル
するように設定される。一方、試料から発生した二次電
子１９は、直交電磁界の作用で二次電子検出器側に偏向
される。二次電子検出器側の電極１１は、二次電子が透
過できるように編み目状の金属板で構成されるため、二
次電子は電極１１を透過して二次電子検出器１２に検出
される。二次電子検出器の出力信号（像信号）は、像表
示装置１３でＳＥＭ像として表示される。
【００２５】走査コイル１５の内側には一枚の電極１８
が配置され、その電位は偏向制御電源２６で制御され
る。通常の像観察では、電極１８はアース電位にする
が、ビーム電流を測定するときには、電極１８に負の電
圧を印加して、一次電子線４をビーム電流検出手段１６
の位置に偏向する。電極１８は、走査コイル部に重ね巻
きした偏向コイルで代用しても同様の機能を実現でき
る。ビーム電流検出手段１６は、図２に示すように、円
周上に溝を有する構造をしており、この溝の中にビーム
が入射すれば、ファラディカップとして機能してビーム
電流が検出できる。電流検出手段の溝の内部には、カー
ボンなど、電子線を照射しても二次電子や反射電子が発
生しにくい物質を塗布され、溝内に入射した電子ビーム
の電流が正確に検出できるようになっている。また、こ
の電流検出手段は、図３に示すように絶縁物１００で電
気的に絶縁されて電極１０および１１の内部に配置さ
れ、通常の像観察時にはアース電位に設定される。
【００２６】縮小率調整用の収束レンズ６は、少なくと
もビーム電流を測定するときには、一次電子線を一次電
子電流検出手段の入射口近傍でフォーカスするように制
御され、ビーム電流測定後には、またもとの条件にもど
される。しかし、高分解能動作条件における一次電子線
の収束点６０が、一次電子電流検出手段の近傍に存在す
る場合には、ビーム電流検出時に縮小率調整用の収束レ
ンズ６の励磁条件を変える必要はない。
【００２７】一次電子電流を測定するときには、一次電
子電流検出手段１６をアース電位から切り放し、ビーム
電流検出回路２７に接続する。そして、制御ＣＰＵ３０
は、偏向制御手段２６の電圧を徐々に上昇しながら、電
流検出回路２７の出力を読み込む。本発明実施例では、
ビーム電流検出手段の溝が円周上に配置してあるため、
ビームの偏向方向は任意でよい。このため仮に一次電子
線の中心軌道（光軸）が偏向器の機械的中心からずれて
いても、一次電子線をビーム電流検出手段の溝に正確に
移動させることが出来る。尚、本実施例では一次電子検
出手段に円筒形のものを用いているが、偏向電極の相対
位置に配置され、且つ或る一定以上の長さの溝であれ
ば、円筒形のものと同様の効果を得ることが出来る。ま
た本発明実施例では弧状の一次電子電流検出器を用いて
いるため、一般的に円筒形である走査電子顕微鏡の鏡筒
内壁に沿って配置出来、検出器の施工も容易である。
【００２８】このとき、電流検出回路２７の出力は偏向
制御電圧に対して図４に示すように変化し、ビームが一
次電子電流検出手段１６の溝位置になる偏向制御電圧の
ときに、電流検出回路２７の出力が最大となる。したが
って、制御ＣＰＵ３０は、ビーム電流検出回路２７の出
力が最大となったかどうかを判断しながら、偏向制御電
圧を上昇させて、ビーム電流検出回路２７の出力の最大
値を検出すれば、正確なビーム電流を測定できる。上記
したビーム電流測定時の手順は、図５のフローチャート
で表すことができる。
【００２９】ビーム電流を予め入力された値に設定する
場合には、電極１８に電圧を印加して、一次電子線をビ
ーム電流検出手段１６の位置まで偏向し、電流検出回路
２７の出力信号が、予め入力されたビーム電流値と一致
するようにビーム電流制御用の収束レンズ５の励磁を制
御する。
【００３０】図６は、ビーム電流を検出するときのビー
ム偏向を実現する他の実施例を表す。偏向コイル部に
は、ビーム試料上で二次元的に走査する走査コイル１５
の他に、ビームの走査中心軌道を対物レンズ７の中心に
合わせる軸調整コイル１９０が配置される。通常の観察
では、軸調整コイル１９０の電流は軸調整コイル制御電
源２６０によってビームの軌道が対物レンズの中心を通
るように設定される。ビーム電流検出時には、制御ＣＰ
Ｕにより、ビーム検出手段２７の出力を監視しながら軸
調整コイル１９０の電流を徐々に大きくしていき、ビー
ム検出手段の出力が最大となる値をビーム電流として検
出する。この様に構成することで理想的な光学的配置を
崩すことなく比較的簡単な手段で一次電子電流検出用の
偏向手段を設けることが出来る。
【００３１】
【発明の効果】本発明の構成によれば、高分解能観察が
可能な電子光学系の構成要素の位置関係を変更する必要
がないため、高分解能を維持した状態で、ビーム電流の
測定、および設定が可能になる効果がある。また、ビー
ム電流を測定するために、鏡体を長くする必要がないた
め、これにより外部磁場の影響が受け易くなることもな
い。さらに、機械的、または、電気的に調整する必要が
ないため、簡単に、正確なビーム電流の測定ができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略断面図。
【図２】電流検出手段の構造。
【図３】電流検出手段の配置。
【図４】電流検出回路の出力と偏向制御電圧の関係。
【図５】ビーム電流測定のフローチャート。
【図６】本発明の他の実施例を示す概略断面図。
【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…ビーム電流調整用集束レンズ、６…縮小率調整
用収束レンズ、７…対物レンズ、８…試料、９…しぼり
板、１０…電極、１１…編み目状電極、１２…二次電子
検出器、１３…像表示装置、１５…走査コイル、１６…
ビーム電流検出手段、１８…偏向電極、１９…二次電
子、２０…高電圧制御電源、２１…ビーム電流調整用収
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、２７…ビーム電流検出回路、３０…制御ＣＰ
Ｕ、１００…絶縁物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/04 H01J 37/248 H01J 37/28

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子源から放出された一次電子線を試料上
    で走査し、該試料から発生した二次電子を検出して走査
    像を得る走査電子顕微鏡において、前記一次電子線の電流を検出する一次電子電流検出器
    と、前記一次電子線電流検出器へ前記一次電子線を偏向
    する偏向手段を備え、前記一次電子電流検出器は前記一
    次電子線の偏向方向に交差する方向に長い溝状体を有す
    る ことを特徴とする走査形電子顕微鏡。
  2. 【請求項２】前記一次電子電流検出器は前記偏向手段に
    よる偏向方向に対して、略垂直方向に長い形状であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の走査形電子顕微鏡。
  3. 【請求項３】前記一次電子電流検出器は、一次電子を集
    束するための対物レンズより電子源側であって、一次電
    子線の絞り板より試料側に配置されていることを特徴と
    する請求項１又は２に記載の走査形電子顕微鏡。
  4. 【請求項４】前記一次電子電流検出器と前記絞り板の間
    に集束レンズを配置し、該集束レンズで一次電子線を前
    記一次電子電流検出器の近傍で集束するようにしたこと
    を特徴とする請求項３に記載の走査形電子顕微鏡。
  5. 【請求項５】前記偏向手段により一次電子線を前記一次
    電子電流検出器方向に向かって偏向しつつ前記一次電子
    電流検出器の出力を検知し、該検出器で得られた最大値
    をもって、前記一次電子線の電流値を特定する手段を備
    えたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の
    走査形電子顕微鏡。
  6. 【請求項６】前記偏向手段は、前記一次電子線を試料上
    で走査するための走査コイルと同じ位置に配置した偏向
    コイルであることを特徴とする請求項１，２，３，４又
    は５に記載の走査形電子顕微鏡。
  7. 【請求項７】前記一次電子電流検出器は、前記一次電子
    線通路を中心とした弧状に形成されていることを特徴と
    する請求項１，２，３，４，５又は６に記載の走査形電
    子顕微鏡。
  8. 【請求項８】電子源から放出された一次電子線を試料上
    で走査し、該試料から発生した二次電子を検出して走査
    像を得る走査電子顕微鏡において、前記一次電子線通路
    近傍に一次電子電流を検出する一次電子電流検出器を配
    置し、該一次電子電流検出器方向に向かって一次電子線
    を偏向し検出器上を通過させるような偏向手段を有し、
    一次電子電流検出手段で得られた最大電流値をもって、
    前記一次電子線の電流値を特定する手段を備え、前記一
    次電子電流検出器は前記一次電子線の偏向方向に交差す
    る方向に長い溝状体を有することを特徴とする走査形電
    子顕微鏡。
  9. 【請求項９】前記一次電子電流検出器は前記偏向手段に
    よる偏向方向に対して、略垂直方向に長い形状であるこ
    とを特徴とする請求項８に記載の走査形電子顕微鏡。
  10. 【請求項１０】前記一次電子電流検出器は、一次電子線
    を集束するための対物レンズより電子源側であって、一
    次電子線の絞り板より試料側に配置されていることを特
    徴とする請求項８又は９に記載の走査形電子顕微鏡。
  11. 【請求項１１】前記一次電子電流検出器と前記絞り板の
    間に集束レンズを配置し、該集束レンズで一次電子線を
    前記一次電子電流検出器の近傍で集束するようにしたこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の走査形電子顕微鏡。
  12. 【請求項１２】前記偏向手段は、前記一次電子線を試料
    上で走査するための走査コイルと同じ位置に配置した偏
    向コイルであることを特徴とする請求項８，９，１０又
    は１１に記載の走査形電子顕微鏡。
  13. 【請求項１３】前記一次電子電流検出器は、前記一次電
    子線通路を中心とした弧状に形成されていることを特徴
    とする請求項８，９，１０，１１又は１２に記載の走査
    形電子顕微鏡。
  14. 【請求項１４】電子源から放出された一次電子線を試料
    上で走査し、該試料から発生した二次電子を検出して走
    査像を得る走査電子顕微鏡において、前記一次電子線通
    路近傍に溝状の一次電子電流を検出する一次電子電流検
    出器を配置すると共に、該検出器に一次電子線を偏向す
    るための偏向手段を備え、前記一次電子電流検出器を走
    査電子顕微鏡の鏡筒の内壁方向に沿う方向に長い溝状に
    形成することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
  15. 【請求項１５】電子源から放出された一次電子線を試料
    上で走査し、該試料から発生した二次電子を検出して走
    査像を得る走査電子顕微鏡において、一次電子線を偏向
    するための偏向手段を備え、前記一次電子線通路近傍に
    前記偏向手段の偏向方向に対し略垂直方向に長い溝状体
    を有する一次電子電流検出器を備えたことを特徴とする
    走査形電子顕微鏡。
JP33149295A 1995-12-06 1995-12-20 走査形電子顕微鏡 Expired - Lifetime JP3376793B2 (ja)

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