JPH08298093A - 走査型電子顕微鏡及び走査型電子顕微鏡における荷電粒子検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】走査型電子顕微鏡に関し、試料室内に特別の装
置を配置することなく、荷電粒子のエネルギの弁別を行
えるようにして良好な画像を得られるようにすることを
目的とする。 【構成】電子線１を試料２に照射して、試料２から放出
される荷電粒子３を検出する荷電粒子検出器４と、試料
１近傍に配置され、試料観察のための特定機能を有する
機能部材５とを備えた走査型電子顕微鏡６において、機
能部材５に接続され、機能部材５に電圧を印加して試料
２近傍の電位を変化させる電圧印加手段７を設けて構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型電子顕微鏡及び走
査型電子顕微鏡における荷電粒子検出方法に係り、特に
電子線を試料に照射して、試料から放出される荷電粒子
を検出する荷電粒子検出器と、試料近傍に配置され、試
料観察ための特定機能を有する機能部材とを備えた走査
型電子顕微鏡および該走査型電子顕微鏡における荷電粒
子検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に走査型電子顕微鏡は、試料に電子
線を走査しつつ照射し、試料からの荷電粒子を荷電粒子
検出装置で検出して、この荷電粒子検出装置の出力を上
記電子線の走査に同期して走査して表示することにより
観察画像を得ている。

【０００３】ここで、このような走査型電子顕微鏡とし
て、荷電粒子検出装置で検出する荷電粒子を荷電粒子弁
別装置に通過させて、試料からの荷電粒子のうち所望の
エネルギー強度の荷電粒子のみを観察するものがある。

【０００４】このような走査型電子顕微鏡として図７に
示すものがある。図７に示す走査型電子顕微鏡３０は、
荷電粒子検出器３１を対物レンズ３２の下に配置し、試
料３３と荷電粒子検出器３１との間に荷電粒子弁別装置
３４を配置したものである。ここで３５は試料室３９内
の汚染防止装置であり、液体窒素３７を冷媒容器中３６
中に配置して、試料室３９の試料近傍に設けた冷却フィ
ンを冷却するものである。

【０００５】そして、荷電粒子弁別装置３４としては、
ウィーンフィルタあるいは静電型フィルタを使用するも
のとしている。ここでウィーンフィルタは、磁界と電界
とを互いに垂直になり、かつ磁界及び電界とが荷電粒子
に対して垂直になるように配置したものであり、両者が
粒子に及ぼす力を釣り合わせて所望のエネルギーの荷電
粒子を選別するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の走査型電子顕微鏡にあっては、荷電粒子弁別装
置を試料と対物レンズ、荷電粒子検出器間に挿入する構
造であるため構造も複雑となる他、対物レンズの作動距
離も長くなり性能を悪くするという問題があった。

【０００７】また、上述したように、このような走査型
電子顕微鏡にあっては、試料の観察のため、様々な機能
を有する機能部材を配することがある。上述の例では機
能部材として、試料の汚染を防ぎ、また、試料近傍を高
真空に保つため汚染防止装置を設け、その冷却フィンを
試料直上に設置しているが、このような機能部材は上記
汚染防止装置の他さまざまな種類のものが用いられる。

【０００８】したがって、このように多種の部材を格納
した走査型電子顕微鏡の試料室の中へ上述したエネルギ
弁別装置を取り付けることは装置全体を複雑にしてしま
い、装置のコストを上昇させてしまうという問題があ
る。また、このような走査型電子顕微鏡にあっては、試
料上に電子線が照射されている場合には、試料面上に放
出された荷電粒子が空間中に滞留しており、マイナスの
電荷を持った粒子による空間電荷を形成することとな
る。このような状態では、試料から放出された二次電子
が試料面上でいわば飽和状態となるため、荷電粒子検出
装置で検出され難くなり、コントラストの明瞭な画像を
得ることができないという問題がある。

【０００９】そこで本発明は、試料室内に特別の装置を
配置することなく、荷電粒子のエネルギの弁別を行える
ようにして良好な画像を得られるようにし、また、試料
面上で二次電子が飽和状態となったとしても良好なコン
トラストの画像を得ることができる走査型電子顕微鏡及
び走査型電子顕微鏡における荷電粒子検出方法を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための第１の手段は走査型電子顕微鏡に
かかり、図１に示すように、電子線１を試料２に照射し
て、試料２から放出される荷電粒子３を検出する荷電粒
子検出器４と、試料１近傍に配置され、試料観察ための
特定機能を有する機能部材５とを備えた走査型電子顕微
鏡６において、上記機能部材５に接続され、機能部材５
に電圧を印加して試料２近傍の電位を変化させる電圧印
加手段７を設けたことである。

【００１１】また、本発明の第２の手段は、走査型電子
顕微鏡における荷電粒子検出方法にかかり、電子線１を
試料１に照射して、試料２から放出される荷電粒子３を
検出する荷電粒子検出器４と、試料２近傍に配置され、
試料観察のための特定機能を有する機能部材５とを備え
た走査型電子顕微鏡において、試料２及び試料近傍の電
位を変化させるべく、上記機能部材５に電圧を印加し
て、荷電粒子検出器で荷電粒子３を検出することであ
る。

【００１２】また、上記各手段において、上記機能部材
５を、試料室の汚染防止装置の冷却部材とすることがで
きる。

【００１３】さらに、上記各手段において、上記機能部
材５を、カソードルミネッセンス検出用の反射鏡とする
ことができる。

【００１４】

【作用】本発明によれば、電圧印加手段により、上記試
料の近傍に配置される機能部材に電圧が印加されると、
試料近傍には電場が生じる。そして、試料近傍に電場が
生じると、試料から発生する荷電粒子のうち特定のエネ
ルギーを有する荷電粒子が荷電粒子検出装置で検出され
ることとなる。この電場の強さは機能部材に印加する電
圧により調整でき、この電圧を調整することにより、所
望のエネルギーの荷電粒子を検出することができる。し
たがって試料室内に特別なエネルギー弁別装置を設ける
ことなく所望のエネルギーの荷電粒子を検出することが
できる。

【００１５】また、機能部材にプラスの電圧を印加する
と空間電荷が一掃され、二次電子等の荷電粒子の放出効
率を向上させることができ、良好なコントラストの画像
を得ることができ、さらに、試料表面のプラスのチャー
ジアップを促進して画像コントラストを向上させること
ができる。

【００１６】

【実施例】以下本発明にかかる走査型電子顕微鏡及び走
査型電子顕微鏡における荷電粒子検出方法の実施例を説
明する。

【００１７】図２は、本発明にかかる走査型電子顕微鏡
の構成を示すものである。本実施例において、走査型電
子顕微鏡は図２に示すように、鏡筒９の試料室１０中の
対物レンズ８の下側に試料２を配置している。そしてこ
の対物レンズ８の上側に試料からの荷電粒子を検出する
荷電粒子検出装置４を設けてなる。

【００１８】また、本実施例では、上記試料２と対物レ
ンズ８との間には、試料室１０内の汚染を防止し、真空
度を高めるための汚染防止装置１１の冷却フィン１４を
配置している。本実施例ではこの汚染防止装置１１は、
上述した各手段における機能部材に相当する。

【００１９】この汚染防止装置１１は、従来例で説明し
たものと同様に、液体窒素１３を冷媒容器１２中に配置
して、冷却フィン１４を冷却して構成している他、本実
施例では、電圧印加手段としての電源装置１５を接続し
て、冷却フィン１４にプラス／マイナスの任意の電圧を
印加できるものとしている。

【００２０】従って、本実施例にかかる走査型電子顕微
鏡によれば、試料室内に特別なエネルギー弁別装置を設
けることなく、試料近傍に所望の電場を形成することが
でき、これにより所望のエネルギーの荷電粒子を検出す
ることができる。

【００２１】たとえば、試料の一部が−Ｖボルトの電位
を持っている場合、図３に示すように二次電子の放出エ
ネルギの分布が、０ボルトのとき（図３中曲線Ａで示し
た）に比べて高い方にシフトした分布となる（図３中曲
線Ｂで示した）。

【００２２】ここで、冷却フィン１４にマイナスの電位
を印加すると、エネルギー弁別装置を設けた場合と同様
に、図３中Ｃで示したエネルギー以上の荷電粒子のみ
（図３中斜線で示した）が荷電粒子検出装置で検出さ
れ、全ての荷電粒子を検出するときにくらべてより明確
なコントラストを得ることができる。

【００２３】また、本実施例によれば、冷却フィン１４
にマイナスの電圧を印加することにより、試料を加熱し
て観察して観察する場合に、試料から発生する熱電子を
抑制して、荷電粒子検出器で検出できないようにするこ
とにより、画像のコントラストを向上させることができ
る。

【００２４】一方、冷却フィン１４をプラスに印加する
と、試料面２上に放出された荷電粒子の滞留による空間
電荷に起因する荷電粒子の放出効率の低下を軽減するこ
とができる。

【００２５】また、試料表面のプラスのチャージアップ
を促進して画像コントラストを向上させることができ、
導体上の絶縁物のパターンの観察を容易にすることがで
きる。

【００２６】すなわち、一般に、入射する電子線の加速
電圧の大きさと、出射する荷電粒子の放出効率を比較す
ると図５に示すようになる。即ち、低加速電圧の電子線
を照射させた場合に放出される荷電粒子の放出効率は、
１００％を越えることがある。なお、ここでは、放出さ
れる荷電粒子の効率のみを問題としており、エネルギ保
存則は満たされている。

【００２７】このような場合において、例えば図４に示
すように、集積回路２０を試料として、この集積回路２
０が基板２１上に電極２３を配置し酸化層２２からなる
絶縁物パターンを形成しているような場合においては、
導体である電極２３から放出される二次電子や反射電子
等の荷電粒子はマイナス電荷の粒子であるため、絶縁体
である酸化層２２にプラスの電荷を残留し、試料上の酸
化層２２がプラス電荷のチャージアップをすることがあ
る。

【００２８】このような状態で、冷却フィン１４にプラ
スの電圧を印加すると、電極２３からのマイナス電荷を
持った粒子の放出の効率が上がり、酸化層２２のプラス
の帯電量が増加してプラス電荷が増加する。すると、画
像上ではプラス領域が暗い部分でマイナス領域が明るい
部分となるため、コントラストがさらに明瞭になり、酸
化層２２と電極２３のパターンの観察が容易になる。

【００２９】図６は本発明にかかる走査型電子顕微鏡の
第２の実施例を示すものである。本実施例において、走
査型電子顕微鏡には、電子線の照射により試料が発光す
る現象であるカソードルミネッセンス（ＣＬ）の解析を
行なうことができるものである。この走査型電子顕微鏡
においては、反射鏡１６を試料の直上に設けて、電子線
が照射された微細領域から発生する光を分光器１８に入
射するものとしている。本実施例ではこの汚染防止装置
１１は、上述した各手段における機能部材に相当するも
のとし、この反射鏡１６に電圧印加手段としての電源装
置１８を接続して、反射鏡１６にプラス／マイナスの任
意の電圧を印加できるものとしている。

【００３０】従って、本実施例によれば、上記第１の実
施例と同様に、試料室内に特別なエネルギー弁別装置を
設けることなく所望のエネルギーの荷電粒子を検出する
ことができる他、空間電荷による荷電粒子の放出効率の
低下を軽減することができ、また、試料表面のプラスの
チャージアップを促進して画像コントラストを向上させ
ることができる。

【００３１】尚、上記実施例では、電圧を印加する機能
部材として、汚染防止装置及び反射鏡を例として説明し
たが、試料近傍に配置される機能部材であれば他の部材
例えば、反射電子検出器であってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、走
査型電子顕微鏡の試料近傍に配置した機能部材に電圧を
印加して試料近傍の電位を変化させるものとしたから、
試料室内に特別なエネルギー弁別装置を設けることな
く、低コストで、所望のエネルギーの荷電粒子を検出す
ることができる他、空間電荷による荷電粒子の放出効率
の低下を軽減することができ、さらに、試料表面のプラ
スのチャージアップを促進して画像コントラストを向上
させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる走査型電子顕微鏡の原理を示す
図である。

【図２】本発明にかかる走査型電子顕微鏡の第１の実施
例の構成を示す要部断面図である。

【図３】図２に示した走査型電子顕微鏡で冷却フィンを
マイナスに印加したときの荷電粒子の検出の状態を示す
図である。

【図４】図２に示した走査型電子顕微鏡で冷却フィンを
プラスに印加したときの試料からの荷電粒子の放出の状
態を示す図である。

【図５】電子線の加速電圧と、入射電子に対する試料か
ら放出される荷電粒子の効率を示す図である。

【図６】本発明にかかる走査型電子顕微鏡の第２の実施
例の構成を示す要部断面図である。

【図７】従来の走査型電子顕微鏡の構成を示す要部断面
図である。

【符号の説明】

１ 電子線 ２ 試料 ３ 荷電粒子 ４ 荷電粒子検出器 ５ 機能部材 ６ 走査型電子顕微鏡 ７ 電圧印加手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線（１）を試料（２）に照射して、
   試料（２）から放出される荷電粒子（３）を検出する荷
   電粒子検出器（４）と、試料（１）近傍に配置され、試
   料観察ための特定機能を有する機能部材（５）とを備え
   た走査型電子顕微鏡（６）において、 上記機能部材（５）に接続され、機能部材（５）に電圧
   を印加して試料（２）近傍の電位を変化させる電圧印加
   手段（７）を設けた走査型電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 電子線（１）を試料（１）に照射して、
   試料（２）から放出される荷電粒子（３）を検出する荷
   電粒子検出器（４）と、試料（２）近傍に配置され、試
   料観察のための特定機能を有する機能部材（５）とを備
   えた走査型電子顕微鏡において、 試料（２）及び試料近傍の電位を変化させるべく、上記
   機能部材（５）に電圧を印加して、荷電粒子検出器で荷
   電粒子（３）を検出する走査型電子顕微鏡における荷電
   粒子の検出方法。
3. 【請求項３】 上記機能部材（５）は、試料室の汚染防
   止装置の冷却部材である請求項１記載の走査型電子顕微
   鏡または請求項２記載の走査型電子顕微鏡における荷電
   粒子の検出方法。
4. 【請求項４】 上記機能部材（５）は、カソードルミネ
   ッセンス検出用の反射鏡である請求項１記載の走査型電
   子顕微鏡または請求項２記載の走査型電子顕微鏡におけ
   る荷電粒子の検出方法。