(57)【要約】【課題】試料の構成物質を特定可能な電子顕微鏡を提供する。【解決手段】本発明による電子顕微鏡は、試料１０に電子ビームＸを照射する電子ビーム照射部１０２と、電子ビームＸの照射により発生した２次電子を検出する２次電子検出器１０５ａと、少なくとも２次電子検出器１０５ａの出力に基づいて２次電子の発生効率を演算する発生効率演算部１０７と、少なくとも発生効率演算部１０７によって得られた発生効率に基づいて、試料の構成物質を示す属性データを生成する属性データ生成部１０８とを備える。このように、本発明では、２次電子の発生効率を演算し、これに基づいて属性データを生成していることから、属性データに基づいて像データをカラー表示することが可能となり、試料の表面形状のみならず、視覚的に試料の構成物質を特定することが可能となる。【選択図】図１
2010003519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビームの照射により発生した２次電子を検出する２次電子検出手段と、少なくとも前記２次電子検出手段の出力に基づいて２次電子の発生効率を演算する発生効率演算手段と、少なくとも前記発生効率演算手段によって得られた前記発生効率に基づいて、前記試料の構成物質を示す属性データを生成する属性データ生成手段とを備えることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
前記電子ビームの照射により発生した反射電子を検出する反射電子検出手段をさらに備え、前記発生効率演算手段は、少なくとも前記２次電子検出手段の出力及び反射電子検出手段の出力に基づいて２次電子の発生効率を演算することを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記属性データ生成手段は、物質ごとの２次電子の発生効率を示すテーブルを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
少なくとも前記検出手段の出力と前記属性データに基づいて、前記試料のカラー画像を生成する画像処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子顕微鏡。
【請求項５】
電子顕微鏡を用いて試料の像データを生成するとともに、少なくとも２次電子の発生効率に基づいて前記試料の属性データを生成し、少なくとも前記属性データに基づいて前記像データをカラー表示することを特徴とする試料の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子顕微鏡及びこれを用いた試料の解析方法に関し、特に、電子ビームの照射により発生した２次電子を検出する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及びこれを用いた試料の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の微細な表面形状を解析する装置としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が広く用いられている。走査型電子顕微鏡は、試料に電子ビームを照射することにより得られる２次電子を検出し、これに基づいて試料の表面形状を示す像データを生成する。得られる２次電子の量は、試料の表面形状のみならず試料の構成物質によっても変化すると言われており、具体的には、２次電子の発生効率の最大値δｍａｘが仕事関数に比例すると考えられている。これは、１９７２年に発表されたHearleの実験結果に基づく仮説である（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、２次電子の発生効率の最大値δｍａｘが仕事関数に比例するという説は、あくまで実験結果に基づいた仮説であり、理論的には多くの疑問が生じている。現在では、この仮説は誤りであるとの見方が一般的である。このように、試料の構成物質と２次電子との関係は、未だ不明な部分が多く、このため、走査型電子顕微鏡では、試料の表面形状を特定することはできても、試料の構成物質を特定することはできないと考えられている。したがって、得られる像データも、試料の表面形状を示すモノクロ画像としてモニタに表示されていた。
【非特許文献１】"走査型電子顕微鏡"、[online]、[平成１８年４月１３日検索]、インターネット <URL：http://www.remus.dti.ne.jp/~kkkkwing/index.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電子顕微鏡を用いて試料の構成物質を特定できれば、より高度な解析を行うことが可能となる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、試料の構成物質を特定可能な電子顕微鏡及びこれを用いた試料の解析方法を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、像データをカラー表示することが可能な電子顕微鏡及びこれを用いた試料の解析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の通り、２次電子の発生効率の最大値δｍａｘが仕事関数に比例するという仮説は誤りであると考えられている。確かに、仕事関数が大きくなると電子は放出されにくくなるはずであるから、仕事関数が大きい物質ほどδｍａｘが大きくなるという説明は常識的な概念に反している。しかしながら、仕事関数が比較的大きい金（Ａｕ）は現実に２次電子の発生効率が大きく、このため走査型電子顕微鏡で観察する際、試料に金を蒸着することによってコントラストを高める方法が実際に利用されている。
【０００８】
このように、試料の構成物質と２次電子との関係は多くが不明であり、論理的にも未解決な部分が多い。このような背景から、本発明者は、２次電子の発生効率がいかなる物理量に依存しているのか、鋭意研究を行った。
【０００９】
まず、本発明者は、２次電子の発生効率が物質の共有結合半径や表面ダイポールに依存しているのではないかとの仮説を立てた。
【００１０】
ここで、電子ビーム照射による２次電子の発生メカニズムをまとめると、次の通りとなる。まず、少なくとも数１００ｅＶに加速された１次電子が導電帯（または価電子帯）の電子に非弾性衝突し、電子を弾き出す。弾き出された電子は数ｅＶのエネルギーをもち、物体中の導電帯の軌道（またはその近傍）を走行しながら、一部散乱（フォノン散乱、クーロン散乱又は表面ラフネス散乱）され、エネルギーをわずかに失って表面に到達する。この過程が、内部仕事関数を乗り越える過程である。
【００１１】
表面に到達した高エネルギーの電子は、導電帯の最上部から真空中に脱出しようとして真空中に飛び出した瞬間、飛び出した電子分のマイナス電荷が不足した直下の物体との間に表面ダイポール（クーロン引力）が生じ、減速を受ける。その時点で、十分なエネルギーを保っていれば、電子はクーロン引力を振り切って真空中に飛び出すことができ２次電子となる。この過程が、表面ダイポールを乗り越える過程である。
【００１２】
しかしながら、表面ダイポールによる引力は、物質の原子半径や共有結合半径に反比例する（クーロン力は電荷間の距離の２乗に反比例する）。つまり、半径が小さいほど電子は飛び出しにくくなるはずである。したがって、共有結合半径と表面ダイポールのみから２次電子の発生効率を説明することはできない。
【００１３】
次に、発明者は、２次電子の発生効率と原子密度との関係について考察を行った。
【００１４】
単位体積あたりの最外殻電子の軌道の数は原子密度に比例することから、電子ビームが最外殻電子に衝突する確率は、原子密度に比例するという極めて単純な結論が得られる。しかしながら、１次電子は十分に高いエネルギーを有していることから、最外殻の電子だけではなく、内殻の電子をも弾き飛ばすはずである。つまり、２次電子の発生効率は、原子密度ではなく、原子密度と電子の数（＝原子番号）の積、すなわち「電子密度」に比例するものと考えられる。このことは、２次電子の発生効率が分かれば、試料の構成物質を特定できることを意味する。
【００１５】
本発明は、このような新しい技術的知見に基づきなされたものであって、本発明による電子顕微鏡は、試料に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、電子ビームの照射により発生した２次電子を検出する検出手段と、少なくとも検出手段の出力に基づいて２次電子の発生効率を演算する発生効率演算手段と、少なくとも発生効率演算手段によって得られた発生効率に基づいて、試料の構成物質を示す属性データを生成する属性データ生成手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明では、２次電子の発生効率を演算し、これに基づいて属性データを生成している。このため、属性データに基づいて像データをカラー表示することが可能となり、試料の表面形状のみならず、視覚的に試料の構成物質を特定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好ましい実施形態による電子顕微鏡１００の構成を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態による電子顕微鏡１００は、試料１０を載置する移動ステージ１０１と、試料１０の表面に電子ビームＸを照射する電子ビーム照射部１０２と、電子ビームＸの照射位置などを制御するための制御部１０３と、電子ビームＸの照射によって発生した２次電子を検出する２次電子検出器１０５ａと、電子ビームＸの照射によって発生した反射電子を検出する反射電子検出器１０５ｂとを備えている。なお、電子顕微鏡１００が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の場合、そもそも位置合わせ機構を有するので、位置検出部はなくてもよい。即ち、画像は電子ビームがスキャンした領域、例えばある定められた１μｍ２の領域をスキャンし、ディスプレイ画面いっぱいに表示（スキャン範囲のデータは必要）すれば、その中の形状を描くことができる。定められた領域が狭いならば、単に拡大されるともいえる。
【００２０】
２次電子検出器１０５ａの出力は増幅部１０６ａに供給され、これによって生成された像データＡは、画像処理部１０９に供給される。画像処理部１０９には、制御部１０３からの位置データＣも供給されており、これら像データＡと位置データＣに基づき生成された画像が表示部１１０に表示される。しかしながら、像データＡは単に２次電子の発生量のみを示すデータであることから、像データＡと位置データＣにのみ基づいて画像を生成すると画像はモノクロとなり、試料１０の表面形状が認識できるだけである。この点、通常の電子顕微鏡と同様である。一方、反射電子検出器１０５ｂの出力は増幅部１０６ｂに供給され、これによって反射電子強度信号Ｅが生成される。
【００２１】
本実施形態による電子顕微鏡１００は、上記に加え、発生効率演算部１０７と属性データ生成部１０８を備えている。
【００２２】
発生効率演算部１０７には、増幅部１０６ａの出力である像データＡ、制御部１０３の出力である入射強度信号Ｄ、さらに、増幅部１０６ｂの出力である反射電子強度信号Ｅが供給され、発生効率演算部１０７はこれらに基づいて２次電子の発生効率を算出する。すなわち、２次電子の発生効率δは２次電子信号強度／１次電子信号強度で表すことができ、且つ、１次電子信号強度は照射電子信号強度−反射電子信号強度で表すことができるため、２次電子の発生効率δは、
δ＝Ａ／（Ｄ−Ｅ）
を演算することによって算出することが可能となる。まとめると、
１次電子強度信号＝入射強度信号Ｄ−反射電子強度信号Ｅ、
２次電子発生効率＝像データ（２次電子振動強度）Ａ／１次電子強度信号＝像データ（２次電子振動強度）／（入射電子強度信号Ｄ−反射電子強度信号Ｅ）となる。
【００２３】
発生効率演算部１０７の出力は属性データ生成部１０８に供給され、属性データ生成部１０８はこれに基づいて試料１０の構成物質を特定可能な属性データＢを生成する。属性データとしては、当該構成物質の原子番号、原子密度、原子量、原子質量、電子密度、電気陰性度、共有結合半径などを特定可能な情報が挙げられる。
【００２４】
図２は、いくつかの元素についての原子番号、原子密度、電子密度及び２次電子の発生効率を示す表である。図２に示す原子番号と原子密度については、各元素についてよく知られており、これら原子番号と原子密度を乗じれば電子密度を算出することができる。また、既に説明したように、２次電子の発生効率の最大値δｍａｘも各元素について既知である。
【００２５】
図３は、２次電子の発生効率の最大値δｍａｘと電子密度との関係を示すグラフである。図３に示すように、δｍａｘと電子密度との間には非常に強い相関がみられる。電子密度は、元素ごとに一義的に決まる値であることから、２次電子の発生効率δと種々の構成物質との関係をテーブル化すれば、２次電子の発生効率δに基づいて試料１０の構成物質を特定することが可能となる。
【００２６】
属性データ生成部１０８には、このような関係を示す変換テーブル１０８ａが設けられており、この変換テーブル１０８ａを用いて試料１０の構成物質を特定する。もちろん、算出される２次電子の発生効率δの値には多少の誤差が存在することから、変換テーブル１０８ａには、各元素に対応する２次電子の発生効率δに所定の幅を持たせておくことが好ましい。また、試料１０に含まれている可能性のほとんどない物質については、変換テーブル１０８ａからあらかじめ外しておくか、或いは、参照不可とすることが好ましい。これは、２次電子の発生効率δの近い物質が多く存在するため、必要以上に多くの物質をテーブル化しておくと、かえって構成物質を特定する妨げとなるからである。属性データＢは、このようにして得られた試料１０の構成物質を特定する情報であり、図１に示すように、画像処理部１０９に供給される。
【００２７】
画像処理部１０９は、像データＡ、属性データＢ及び位置データＣに基づいて画像を生成し、生成された画像は表示部１１０に表示される。上述の通り、像データＡと位置データＣのみに基づいて生成された画像は、試料の表面形状を示すモノクロ画像となるが、これに属性データＢを加味し、属性データＢを色情報として用いれば、試料の表面形状と構成物質を示すカラー画像を生成することができる。
【００２８】
属性データＢと色情報との関係については、特に限定されるものではないが、例えば、各物質が本来有している色を割り当てることができる。つまり、金（Ａｇ）であれば金色、銅（Ｃｕ）であれば褐色、アルミニウム（Ａｌ）であれば銀色などである。この方法によれば、表示部１１０には、光学顕微鏡で観察したような自然色が表示されることになる。
【００２９】
また、属性データＢと色情報との関係としては、各物質が本来有している色ではなく、任意に設定した強調色を割り当てることも好ましい。例えば、金（Ａｇ）であれば赤色、銅（Ｃｕ）であれば青色、アルミニウム（Ａｌ）であれば黄色などである。この方法によれば、表示部１１０に表示されるカラー画像のコントラストが非常に高くなることから、試料がどのような物質によって構成されているのか、容易に判断することが可能となる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態では、２次電子の発生効率に基づいて属性データＢを生成していることから、試料１０の構成物質を特定することが可能となる。このため、より高度な解析が可能となるばかりでなく、得られた像データをカラー表示することも可能となる。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３２】
例えば、反射電子は入射電子が衝突（あるいは干渉）する物質の原子密度や原子半径などに相関があることも十分に考えられる。これらについても本発明の２次電子発生効率と物質との関係に基づき定義する方法も含まれる。
【００３３】
また、上記実施形態では、得られた属性データＢに基づいて像データＡをカラー表示しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、像データＡと属性データＢとが関連づけられれば足りる。
【００３４】
また、上記実施形態による電子顕微鏡１００の構成要素は、それぞれ物理的に独立した機構である必要はない。したがって、物理的に１つの装置・機構が２以上の構成要素を形成しても構わないし、逆に、物理的に２以上の装置・機構によって１つの構成要素を形成しても構わない。さらに、各構成要素が物理的な装置・機構であることも必須でなく、コンピュータが所定のプログラムを実行することによって実現される機能であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好ましい実施形態による電子顕微鏡１００の構成を示す模式図である。
【図２】いくつかの元素についての原子番号、原子密度、電子密度及び２次電子の発生効率を示す表である。
【図３】２次電子の発生効率の最大値δｍａｘと電子密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０      試料
１００    電子顕微鏡
１０１    移動ステージ
１０２    電子ビーム照射部
１０３    制御部
１０５    検出器
１０６    増幅部
１０７    発生効率演算部
１０８    属性データ生成部
１０８ａ  変換部
１０８ｂ  テーブル
１０９    画像処理部
１１０    表示部
Ａ        像データ
Ｂ        属性データ
Ｃ        位置データ
Ｄ        入射強度信号
Ｘ        電子ビーム
【図１】
2010003519.tif 000003
【図２】
2010003519.tif 000004
【図３】
2010003519.tif 000005