走査電子顕微鏡
【課題】低真空における電子の散乱を考慮しより高画質、高分解能と良好な像質を兼ね備えた低真空二次電子観察を可能にすることを目的とする。
【解決手段】本発明の基となっている基本原理を考慮し、対物レンズ下面に円盤状の電極を設置する事で高分解能な低真空二次電子観察を可能とする。またこの電極構造を用いて低真空用差動排気オリフィスの長さを延長した固定絞りを装備し、低真空状態における電子ビームの散乱を抑え像質の向上を可能とする。低真空SEMにおける試料周辺の残留ガス分子による二次電子増幅法と吸収電流を利用して画像を形成する方式に於いて、比較的少ない部品数で電極が作用する電界や１次電子ビームの散乱を考慮した設計によって、低真空における高分解能・良好な像質での観察を可能とする。
【解決手段】本発明の基となっている基本原理を考慮し、対物レンズ下面に円盤状の電極を設置する事で高分解能な低真空二次電子観察を可能とする。またこの電極構造を用いて低真空用差動排気オリフィスの長さを延長した固定絞りを装備し、低真空状態における電子ビームの散乱を抑え像質の向上を可能とする。低真空SEMにおける試料周辺の残留ガス分子による二次電子増幅法と吸収電流を利用して画像を形成する方式に於いて、比較的少ない部品数で電極が作用する電界や１次電子ビームの散乱を考慮した設計によって、低真空における高分解能・良好な像質での観察を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低真空SEMによる像観察手法を行なう走査形電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】低真空SEMにおける画像形成法として、試料周辺の残留気体分子を利用して二次電子を増幅させ吸収電流として取り込む方法が数々試みられている。この種の原理に関する内容については、セコンダリー エレクトロン イメージング インザ バリアブル プレッシャー スキャニング エレクトロン マイクロスコープ、スキャニング20、436−441(1998)の論文(Secondary Electron Imaging In the Variable Pressure Scanning Electron Microscope．Scannig20 ，436−441(1998)において挙げられている。具体的にはまず、試料より飛び出した二次電子を陽極の電極で残留気体分子と衝突・増幅させる。この時発生した(＋)イオンは試料方向にドリフトされ試料に吸収、その後吸収電流として検出される。発生した(＋)イオンは二次電子の情報を持っていることから、この吸収電流から得られた画像は二次電子観察像となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術が抱えている問題点としては、上記の吸収電流が画像形成に依存することから電極でより多くの(＋)イオンを発生させ、吸収電流の収量を増やす為に様々な電極構造が試みられている。しかし、実用化を考慮した最適な電極構造はまだ見出されておらず、また上記の原理を簡略化した機構構造がない為製品化には装置の改造、部品の追加などが考えられ多くの問題点を抱えている。
【０００４】本発明の目的は、電極構造の開発及び走査電子顕微鏡での観察で常に問題視されている電子ビームの散乱による影響をできるだけ取り除き、低真空状態(例えば1〜3000Pa)で高分解能な低真空二次電子観察を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、低真空二次電子観察でより高分解能な像を得る事が目的である。
【０００６】そこで、請求項１で挙げた電極の開発とそれと併用して低真空差動排気用オリフィスを組み合わせて高分解能化を図る。
【０００７】請求項１で挙げた電極は、対物レンズ下面に円盤状の電極を設け試料上に均一な電界を作用させる為の形状にしてある。円盤中央部に開けられた穴より電子ビームが照射され、この電子ビームが通過する経路(光軸)まわりが強電界が作用できるようになっている。電子ビームが試料に照射された後発生する二次電子は非常に低エネルギーであり、反射電子ほどの平均自由工程を持っていないことから、局部的に強電界を作用させ発生した二次電子にエネルギーを持たせるのが目的である。
【０００８】また請求項２は、請求項１と併用することで大きな効果を得る事が可能となる。
【０００９】通常、試料室内が低真空な状態(例えば１〜3000Pa)に於いて対物レンズ下面より照射された電子ビーム(１次電子ビーム)は残留ガス分子と衝突する(電子ビームの散乱)。この散乱現象による観察画像のS／Nの低下は低真空での観察において大きな障害になっていることは、低真空での観察を望むユーザーにとって問題視されていた。
【００１０】また、今回の画像取得方法の基本原理では低真空において試料より発生した二次電子を効果的に利用することから、試料に照射される１次電子ビームが散乱の影響を受けると必然的に発生する二次電子にも影響が及ぶことが考えられる。
【００１１】そこで、請求項２の内容は、１次電子ビームが試料に到達する距離を出来るだけ短くし散乱の影響を軽減するという目的がある。またこれに付随して、請求項１の電極と併用する事で通常の差動オリフィスよりも像質の向上が図れる。さらには、請求項１の電極の厚みを薄くし、請求項２のオリフィスを対物レンズ下面までの長さにする事で、他の検出器(半導体反射電子検出器又はロビンソン形反射電子検出器等の反射電子検出器)を対物レンズ下面に挿入しても、干渉することなくまた、それらの検出器と併用して観察する事も可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら本発明の実施の形態について、具体的に説明する。
【００１３】図１に本発明による電極４を示し、差動オリフィス３を示す。電子ビーム１は対物レンズ１２によって低真空雰囲気中（例えば１〜３０００Ｐａ）におかれた試料６に収束されると同時に偏向装置７によって試料６上を走査する。電子ビーム１によって照射された試料６からは二次電子２が発生する。二次電子２は電極４に印加された(＋)電界によって電極４方向に加速される。加速された二次電子２は低真空雰囲気中の残留気体分子９と衝突し＋イオンが発生する（イオン化現象）。残留気体分子９との衝突後の二次電子２は電極４の電界によって更に加速され再び残留気体分子９と衝突し＋イオンが発生する（階層的に増幅される）。このように、二次電子２は電極によって加速、衝突を繰り返しながら電極４方向へと移動していくが、この際に発生した＋イオンは、電極４に印加された(＋)電位に反発して上方へは上がらず、アース１６に接続されている試料６の方向へドリフトしていく。その後、試料台６に吸収され、吸収電流１１として検出され増幅器１４経由で画像形成される。この吸収電流１１は二次電子２と等価なコントラスト成分を持っていることから、二次電子観察のような画像形成が可能となる。
【００１４】図１の構成におけるポイントは、本手法を取扱うことに際して特に試料移動や傾斜といった制限が不要であることは言うまでもない。ここで取扱う電極４の構造は板状タイプのプレート形やボックス形やメッシュ状電極またはそれと同等な効果を出せる電極構造である。電極４の厚さは十分薄く設定し、他の検出器が対物レンズ12の下面に挿入されても干渉することなくまた、同時観察が可能となる。差動オリフィス３により１次電子ビーム散乱を抑える事が可能となる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によって、試料周辺の残留気体分子を利用して二次電子を増幅させ吸収電流として取り込む方法として、低真空での観察に於いて高分解能な観察に加え像質向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例として請求項１における概略図である。
【図２】標準オリフィス位置と延長オリフィス位置の違いを示す図である。
【符号の説明】
１…電子ビーム(１次電子)、２…二次電子、３…差動オリフィス、４…電極、５…リング状電極、６…試料・試料台、７…偏向装置、８…試料微動ステージ、９…ガス分子・残留気体分子、１０…＋イオン、１１…吸収電流、１２…対物レンズ、１３…試料室、１４…増幅器・AMP、１５…外部電源(０〜１ｋＶ印加可変可能)、１６…GND・アース、１７…作動距離…ワーキングデイスタンス(Ｗ.Ｄ.)、１８…外部電源(０〜３５０Ｖ印加可変可能)、１９…絶縁材。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低真空SEMによる像観察手法を行なう走査形電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】低真空SEMにおける画像形成法として、試料周辺の残留気体分子を利用して二次電子を増幅させ吸収電流として取り込む方法が数々試みられている。この種の原理に関する内容については、セコンダリー エレクトロン イメージング インザ バリアブル プレッシャー スキャニング エレクトロン マイクロスコープ、スキャニング20、436−441(1998)の論文(Secondary Electron Imaging In the Variable Pressure Scanning Electron Microscope．Scannig20 ，436−441(1998)において挙げられている。具体的にはまず、試料より飛び出した二次電子を陽極の電極で残留気体分子と衝突・増幅させる。この時発生した(＋)イオンは試料方向にドリフトされ試料に吸収、その後吸収電流として検出される。発生した(＋)イオンは二次電子の情報を持っていることから、この吸収電流から得られた画像は二次電子観察像となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術が抱えている問題点としては、上記の吸収電流が画像形成に依存することから電極でより多くの(＋)イオンを発生させ、吸収電流の収量を増やす為に様々な電極構造が試みられている。しかし、実用化を考慮した最適な電極構造はまだ見出されておらず、また上記の原理を簡略化した機構構造がない為製品化には装置の改造、部品の追加などが考えられ多くの問題点を抱えている。
【０００４】本発明の目的は、電極構造の開発及び走査電子顕微鏡での観察で常に問題視されている電子ビームの散乱による影響をできるだけ取り除き、低真空状態(例えば1〜3000Pa)で高分解能な低真空二次電子観察を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、低真空二次電子観察でより高分解能な像を得る事が目的である。
【０００６】そこで、請求項１で挙げた電極の開発とそれと併用して低真空差動排気用オリフィスを組み合わせて高分解能化を図る。
【０００７】請求項１で挙げた電極は、対物レンズ下面に円盤状の電極を設け試料上に均一な電界を作用させる為の形状にしてある。円盤中央部に開けられた穴より電子ビームが照射され、この電子ビームが通過する経路(光軸)まわりが強電界が作用できるようになっている。電子ビームが試料に照射された後発生する二次電子は非常に低エネルギーであり、反射電子ほどの平均自由工程を持っていないことから、局部的に強電界を作用させ発生した二次電子にエネルギーを持たせるのが目的である。
【０００８】また請求項２は、請求項１と併用することで大きな効果を得る事が可能となる。
【０００９】通常、試料室内が低真空な状態(例えば１〜3000Pa)に於いて対物レンズ下面より照射された電子ビーム(１次電子ビーム)は残留ガス分子と衝突する(電子ビームの散乱)。この散乱現象による観察画像のS／Nの低下は低真空での観察において大きな障害になっていることは、低真空での観察を望むユーザーにとって問題視されていた。
【００１０】また、今回の画像取得方法の基本原理では低真空において試料より発生した二次電子を効果的に利用することから、試料に照射される１次電子ビームが散乱の影響を受けると必然的に発生する二次電子にも影響が及ぶことが考えられる。
【００１１】そこで、請求項２の内容は、１次電子ビームが試料に到達する距離を出来るだけ短くし散乱の影響を軽減するという目的がある。またこれに付随して、請求項１の電極と併用する事で通常の差動オリフィスよりも像質の向上が図れる。さらには、請求項１の電極の厚みを薄くし、請求項２のオリフィスを対物レンズ下面までの長さにする事で、他の検出器(半導体反射電子検出器又はロビンソン形反射電子検出器等の反射電子検出器)を対物レンズ下面に挿入しても、干渉することなくまた、それらの検出器と併用して観察する事も可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら本発明の実施の形態について、具体的に説明する。
【００１３】図１に本発明による電極４を示し、差動オリフィス３を示す。電子ビーム１は対物レンズ１２によって低真空雰囲気中（例えば１〜３０００Ｐａ）におかれた試料６に収束されると同時に偏向装置７によって試料６上を走査する。電子ビーム１によって照射された試料６からは二次電子２が発生する。二次電子２は電極４に印加された(＋)電界によって電極４方向に加速される。加速された二次電子２は低真空雰囲気中の残留気体分子９と衝突し＋イオンが発生する（イオン化現象）。残留気体分子９との衝突後の二次電子２は電極４の電界によって更に加速され再び残留気体分子９と衝突し＋イオンが発生する（階層的に増幅される）。このように、二次電子２は電極によって加速、衝突を繰り返しながら電極４方向へと移動していくが、この際に発生した＋イオンは、電極４に印加された(＋)電位に反発して上方へは上がらず、アース１６に接続されている試料６の方向へドリフトしていく。その後、試料台６に吸収され、吸収電流１１として検出され増幅器１４経由で画像形成される。この吸収電流１１は二次電子２と等価なコントラスト成分を持っていることから、二次電子観察のような画像形成が可能となる。
【００１４】図１の構成におけるポイントは、本手法を取扱うことに際して特に試料移動や傾斜といった制限が不要であることは言うまでもない。ここで取扱う電極４の構造は板状タイプのプレート形やボックス形やメッシュ状電極またはそれと同等な効果を出せる電極構造である。電極４の厚さは十分薄く設定し、他の検出器が対物レンズ12の下面に挿入されても干渉することなくまた、同時観察が可能となる。差動オリフィス３により１次電子ビーム散乱を抑える事が可能となる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によって、試料周辺の残留気体分子を利用して二次電子を増幅させ吸収電流として取り込む方法として、低真空での観察に於いて高分解能な観察に加え像質向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例として請求項１における概略図である。
【図２】標準オリフィス位置と延長オリフィス位置の違いを示す図である。
【符号の説明】
１…電子ビーム(１次電子)、２…二次電子、３…差動オリフィス、４…電極、５…リング状電極、６…試料・試料台、７…偏向装置、８…試料微動ステージ、９…ガス分子・残留気体分子、１０…＋イオン、１１…吸収電流、１２…対物レンズ、１３…試料室、１４…増幅器・AMP、１５…外部電源(０〜１ｋＶ印加可変可能)、１６…GND・アース、１７…作動距離…ワーキングデイスタンス(Ｗ.Ｄ.)、１８…外部電源(０〜３５０Ｖ印加可変可能)、１９…絶縁材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 試料周辺のガスを利用した二次電子増幅法を用いる低真空形走査電子顕微鏡 (以下低真空SEM)の二次電子観察法に於いて、吸収電流を利用して画像を形成する時に、対物レンズ下面に円盤状の電極を設置する事で電界供給源とした低真空二次電子観察が可能となる走査電子顕微鏡。
【請求項２】 請求項1記載の電極と併用して、低真空用差動排気オリフィスの長さを延長した固定絞りを装備し、低真空状態における電子ビームの散乱を抑え像質の向上が可能となる走査電子顕微鏡。
【請求項１】 試料周辺のガスを利用した二次電子増幅法を用いる低真空形走査電子顕微鏡 (以下低真空SEM)の二次電子観察法に於いて、吸収電流を利用して画像を形成する時に、対物レンズ下面に円盤状の電極を設置する事で電界供給源とした低真空二次電子観察が可能となる走査電子顕微鏡。
【請求項２】 請求項1記載の電極と併用して、低真空用差動排気オリフィスの長さを延長した固定絞りを装備し、低真空状態における電子ビームの散乱を抑え像質の向上が可能となる走査電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００２−１３４０５５（Ｐ２００２−１３４０５５Ａ）
【公開日】平成１４年５月１０日（２００２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−３３２１００（Ｐ２０００−３３２１００）
【出願日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３５５０）株式会社日立サイエンスシステムズ (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年５月１０日（２００２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３５５０）株式会社日立サイエンスシステムズ (112)
【Ｆターム（参考）】
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