JP4088437B2

JP4088437B2 - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP4088437B2
Application number: JP2001353949A
Authority: JP
Inventors: 剛小柏; 貢佐藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003157791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子線装置に係り、特に、観察条件に応じて最適動作条件を容易に設定するのに好適な荷電粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上で走査して試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。このような荷電粒子線装置の中で、特に分解能の高い装置では、非常に強いレンズ作用で対物レンズを動作させるために、レンズ動作の物理的な限界によって、加速電圧が高くなるにつれて荷電粒子線を収束することのできるＷＤが長くなってしまう。図６は、加速電圧に対するフォーカス（収束）可能な最小ＷＤの関係を示したものである。図６に示すように、加速電圧が小さい場合は、対物レンズの動作に関係なく、フォーカス可能な最小ＷＤは一定であるが、加速電圧がある一定値以上になると、レンズ動作の物理的な限界によって、最小ＷＤが長くなっていく。そのため、最高分解能が得られる観察条件で装置を使用するには、その加速電圧に応じて、最小のＷＤを選択する必要がある。また、試料を傾斜する場合には、試料と対物レンズとの接触を避けるために、傾斜角度に応じて、使用可能なＷＤが制限される。さらに、対物レンズと試料との間に配置される検出器を使用する場合には、試料と検出器との接触をさけるために、使用可能なＷＤが制限される。
【０００３】
従来は、ＷＤや試料傾斜角の設定時に試料と対物レンズ、あるいは、試料と対物レンズ下部に配置される検出器との接触を防止するための保護機能がついていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ある特定のＷＤが要求されるＸ線分析や、加速電圧に応じて制限されるＷＤの範囲に関しては装置側の保護機能がなく、ユーザがその都度、装置の取り扱い説明書を見て最適なＷＤを判断していた。しかし、例えば、手動操作のステージの場合には、ユーザは、加速電圧による制約や試料傾斜、使用検出器などの制約を全て考慮して、最適なＷＤを判断する必要があり、しばしば誤操作で試料を装置内部品（対物レンズや検出器など）に接触させたり、フォーカスが合わなくなる問題があった。あるいは、こうした誤操作による装置ダメージを回避するために、常に安全な長いＷＤにステージを固定して使用していた。しかし、この場合には、装置本来の最高性能が得られない問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、観察条件や観察目的を指定することにより、その指定条件に最も適したＷＤを表示したり、自動的にそのＷＤを設定することによって、誤操作の防止を図り、目的に応じた最高性能条件で装置を使用するのに好適な荷電粒子線装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、観察目的に最低限必要な、加速電圧と試料傾斜角度と使用する検出器を指定することにより、目的の達成に最も適したＷＤを表示する手段と、そのＷＤにステージを移動する手段を設けた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は、本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極１と第一陽極２の間には、コンピュータ４０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で一次電子線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、コンピュータ４０で制御される高圧制御電源２０により加速電圧が印加され、陰極１から放出された一次電子線４が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で制御された収束レンズ５で収束され、絞り板８で一次電子線の不要な領域が除去された後に、レンズ制御電源２２で制御された収束レンズ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１０に微小スポットとして収束される。対物レンズ７は、インレンズ方式、アウトレンズ方式、およびシュノーケル方式（セミインレンズ方式）など、種々の形態をとることができる。また、試料に負の電圧を印加して一次電子線を減速させるリターディング方式も可能である。さらに、各々のレンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。
【０００９】
一次電子線４は、走査コイル９で試料１０上を二次元的に走査される。一次電子線の照射で試料１０から発生した二次電子等の二次信号１２は、対物レンズ７の上部に進行した後、二次信号分離用の直交電磁界発生装置１１により、一次電子と分離されて二次信号検出器１３に検出される。二次信号検出器１３で検出された信号は、信号増幅器１４で増幅された後、画像メモリ２５に転送されて像表示装置２６に試料像として表示される。
【００１０】
走査コイル９と同じ位置に２段の電気的視野移動コイル５１が配置されており、試料１０上における一次電子線４の位置（観察視野）を二次元的に制御できる。
【００１１】
ステージ１５は、試料を少なくとも一次電子線と垂直な面内の２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）と垂直方向（Ｚ方向）と傾斜方向（Ｔ方向）に試料１０を移動することができる。また、少なくともＺ方向は、コンピュータ４０で制御されるモータ５２で駆動する。
【００１２】
入力装置４２からは、ユーザが加速電圧、試料傾斜角度、検出器などを入力したり選択することができる。
【００１３】
本実施例では、加速電圧と試料傾斜角度と検出器を指定したときに、その指定状態に連動して観察に最適なＷＤを表示し、またそのＷＤにステージを移動することができる。このＷＤの表示および移動する手段の例を、図２および図３を用いて説明する。
【００１４】
図２は、加速電圧と試料傾斜角度と検出器の指定、観察に最適なＷＤの表示、およびその最適なＷＤにステージを移動させるための、ユーザが操作できるＧＵＩ画面の一実施例である。画面内の加速電圧選択部３２、試料傾斜角度選択部３３、検出器選択部３４によって観察条件が選択されると、予めコンピュータ４０や記憶装置４１に登録されている、図６に示した加速電圧とフォーカス可能な最小ＷＤの関係などのような、種々の観察条件に対する観察可能ＷＤの関係から、３２〜３４で選択された条件すべてにおいて観察可能なＷＤの範囲が求まる。ここで、装置を最高分解能が得られる観察条件で使用するには、ＷＤをできるだけ小さくする必要があるので、上記観察可能ＷＤ範囲のうち、最小値が観察に最適なＷＤとなる。こうして求めた最適ＷＤを、最適ＷＤ表示部３５に表示する。さらに、移動ボタン３６を押すことにより、ステージ１５がコンピュータ４０で制御されるモータ５２によってＺ＝(最適ＷＤ)となるようにＺ方向に移動する。また、条件選択部３２〜３４の内容が変更されて最適ＷＤが変化した場合、自動ステージＺ移動チェックボックス３７をチェック状態にしておけば、毎回移動ボタン３６を押さなくても自動的にステージＺが移動する。すべての操作が終了したら、Closeボタン３８を押して、画面を閉じる。
【００１５】
ここで、このＧＵＩ画面は、像表示装置２６に試料像とともに表示してもよいし、他の表示装置に出力してもよい。また、条件選択部３２〜３４はそれぞれ、複数の選択肢の中から選択するようにしてもよく、入力装置４２より条件を入力できるようにしてもよい。
【００１６】
図３は、本実施例での最適ＷＤ表示およびその最適なＷＤにステージを移動させるための流れを示したものである。本実施例によって、ユーザは観察条件を指定するだけで、瞬時に安全かつ最高性能条件となるＷＤを得ることができる。また、観察条件を頻繁に変更しても、常に最適ＷＤとなるようにステージが自動的にＺ方向に移動するので、最適観察条件を誤操作することなく容易に設定することができる。
【００１７】
図４は、本発明の他の一実施例の概略図であり、対物レンズと試料の間に検出器を配置した走査電子顕微鏡である。図１とほぼ同様の構成を意味するものは、同一の符号にて示すものとする。
【００１８】
本実施例では、対物レンズ７と試料１０との間に試料からの反射電子を検出する検出器６２を配置している。一次電子線４の照射で試料１０から発生した反射電子の信号６１が直接検出器６２に到達し検出される。検出器６２で検出された信号は、信号増幅器６３で増幅された後、画像メモリ２５に転送されて像表示装置２６に反射電子信号を用いた試料像として表示される。この検出器は、例えばシンチレータ部にＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）単結晶を使用したＹＡＧ形反射電子検出器等である。通常、このようなタイプの検出器は、使用するときに通常試料の直上に挿入し、使用しないときは二次信号像観察の妨げになるので引き戻す機構となっている。本実施例では、この検出器を挿入したり引き戻したりするために、コンピュータ４０で制御する検出器位置制御手段６４が具備されている。なお、本実施例では検出器６２を、反射電子を検出する検出器としたが、本発明は検出器の種類によって効果が限定されるものではない。
【００１９】
コンピュータ４０には、図２に示したＧＵＩ画面の機能もしくはそれと同等の機能を具備しており、ユーザが加速電圧と試料傾斜角度と検出器の指定を行うことができる。
【００２０】
本実施例では、加速電圧と試料傾斜角度と検出器を指定したときに、その指定状態に連動して観察に最適なＷＤの表示、ステージを最適ＷＤへ移動、および検出器の自動位置制御を行うことができる。この動作の例を以下で説明する。
【００２１】
ユーザが加速電圧選択部３２、試料傾斜角度選択部３３、検出器選択部３４によって観察条件を選択すると、前述の実施例内で示した方法で、コンピュータ４０によって最適なＷＤが決定され、最適ＷＤ表示部３５に表示する。この後、コンピュータ４０は検出器選択部３４でどのような検出器が選択されたかを判定する。ここで、対物レンズ７より試料１０側にある検出器６２が選択された場合は、先ずステージ１５をＺ＝(最適ＷＤ)となるようにＺ方向に移動する。次に検出器６２が挿入されているかを判定して、もし挿入されていなかったら、コンピュータ４０で検出器位置制御手段６４を制御して検出器６２を挿入する。一方、検出器選択部３４で対物レンズ７より陰極１側ある検出器１３が選択された場合は、先ず検出器６２が引き出されているかを判定し、もし引き出されていなかったら、コンピュータ４０で検出器位置制御手段６４を制御して検出器６２を引き出す。次にステージ１５をＺ＝(最適ＷＤ)となるようにＺ方向に移動する。
【００２２】
図５は、上記に示した本実施例での最適ＷＤ表示、最適なＷＤにステージを移動、および検出器の位置制御を行うための流れを示したものである。本実施例では、ステージのＺ方向への自動移動と検出器６２の挿入・引き出しの自動制御において、実行する順番を考慮しているので、試料と装置が接触するなどのダメージを受けることがない。このため、本実施例にでは、ユーザは観察条件を指定するだけで、検出器の位置を意識することなく、最適観察条件実現するWDを容易に設定することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、観察目的に必要な最小限の条件を指定するだけで、誤操作なく、その目的に最も適したＷＤが容易に設定可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】観察条件を設定したり、最適ＷＤを表示するためのＧＵＩ画面。
【図３】本発明の一実施例を行うためのフローチャート。
【図４】本発明の他の一実施例である走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図５】本発明の他の一実施例を行うためのフローチャート。
【図６】加速電圧とフォーカス可能な最小ＷＤとの関係を説明する図。
【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…第一収束レンズ、６…第二収束レンズ、７…対物レンズ、８…絞り板、９…走査コイル、１０…試料、１１…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、１２…二次信号、１３…二次信号用検出器、１４…信号増幅器、１５…ステージ、２０…高圧制御電源、２１…第一収束レンズ制御電源、２２…第二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…画像メモリ、２６…像表示装置、２７…電気的視野制御電源、３２…加速電圧選択部、３３…試料傾斜角度選択部、３４…検出器選択部、３５…最適ＷＤ表示部、３６…移動ボタン、３７…自動ステージＺ移動チェックボックス、３８…Closeボタン、４０…コンピュータ、４１…記憶装置、４２…入力装置、５１…電気的視野移動コイル、５２…モータ、６１…反射電子信号、６２…検出器、６３…信号増幅器、６４…検出器位置制御手段。

Claims

陰極と、
当該陰極から放出される一次電子ビームを収束して試料上で走査する電子光学系と、
試料を少なくとも水平方向（Ｘ軸，Ｙ軸），垂直方向（Ｚ軸）、及び傾斜方向（Ｔ軸）に移動可能な試料ステージと、
当該一次電子ビームの走査によって試料から発生する電子を検出する検出手段とを備え、
当該検出手段によって検出された電子に基づいて、試料像を形成する走査電子顕微鏡において、
前記一次電子ビームの加速電圧、前記試料の傾斜角度、及び対物レンズと試料との間に配置される検出器、或いは対物レンズより陰極側に配置される検出器のいずれかを指定する観察条件指定手段と、
指定される加速電圧に対する使用可能なワーキングディスタンスの範囲と、試料の傾斜角度に対する使用可能なワーキングディスタンスの範囲と、試料と対物レンズとの間に検出器が挿入されているときと、挿入されていないときのワーキングディスタンスの範囲を記憶する記憶装置とを備え、
前記観察条件指定手段によって、対物レンズと試料との間に配置される検出器が指定されたときには、前記観察条件指定手段によって指定された観察条件すべてにおいて使用可能なワーキングディスタンスの範囲であって、そのアンド条件がとれるワーキングディスタンスの範囲のうち、最小のワーキングディスタンスとなる前記試料ステージのＺ軸方向の位置に、当該試料ステージを移動させ、
前記観察条件指定手段によって、対物レンズと陰極間に配置される検出器が指定されたときには、前記対物レンズと試料との間に配置される検出器が挿入されているかを判断し、挿入されていないときには、前記観察条件指定手段によって指定された観察条件すべてにおいて使用可能なワーキングディスタンスの範囲であって、そのアンド条件が取れるワーキングディスタンスの範囲のうち、最小のワーキングディスタンスとなる前記試料ステージのＺ軸方向の位置に、当該試料ステージを移動させることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料ステージをＺ軸方向に駆動するための駆動機構を備え、前記観察条件指定手段の指定状態に連動して当該駆動機構を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
対物レンズよりも試料側に１個もしくは複数の検出器と、これらの検出器の位置を制御する検出器位置制御手段を具備し、前記観察条件指定手段の指定状態に連動して、当該検出器の位置を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。