(57)【要約】【課題】  本発明は電子検出器に関し、任意のエネルギーをもつ信号電子を選択的に弁別し検出することを目的とする装置である。任意のエネルギーをもつ信号電子を弁別し選択することで、そのエネルギー特有の情報を反映した像を得ることができる。【解決手段】  信号検出器として、信号電子の入射位置の特定できる検出器を用いる。荷電粒子線の照射位置ごとに、信号電子が信号検出器に入射する入射位置の分布を取得する。入射位置の分布は、信号電子のエネルギー分布に対応する。信号電子のエネルギー分布像を取得しているので、画像処理等により考慮すべき信号電子のエネルギーを任意に変えることができる。信号電子のエネルギー領域により得られる情報が異なることから、エネルギー領域を任意に選択することで、試料の様々な特性情報を取得することができる。【選択図】図１
2010135072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を試料上で走査する偏向器と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を集束する対物レンズと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を記憶するメモリと、
前記検出信号を処理する制御装置と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記検出器は、検出素子が平面状に配列しており、
試料上の各照射位置ごとに、当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を前記検出器で検出し、
前記メモリは、前記照射位置と当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を対応して記憶し、
前記制御装置は、記憶された各照射位置ごとの信号電子の分布情報に基づいて、各照射位置ごとの画素値を算出し、
さらに、前記算出した画素値を各照射位置に対応させて画像を作成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、検出器がＣＣＤであることを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１において、検出した電子の検出場所を表示する表示装置を備えていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の帯電の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素の試料表面からの深さ情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの信号電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の形状の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとのオージェ電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子源と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を試料上で走査する偏向器と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を集束する対物レンズと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を記憶するメモリと、
前記検出信号を処理する制御装置と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記検出器は、検出素子が平面状に配列しており、
前記信号電子を前記検出器の方向に偏向する偏向器を有し、
試料上の各照射位置ごとに、当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を前記検出器で検出し、
前記メモリは、前記照射位置と当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を対応して記憶し、
前記制御装置は、記憶された各照射位置ごとの信号電子の分布情報に基づいて、各照射位置ごとの画素値を算出し、
さらに、前記算出した画素値を各照射位置に対応させて画像を作成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８において、検出器がＣＣＤであることを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項８において、検出した電子の検出場所を表示する表示装置を備えていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
各照射位置ごとの二次電子の分布を比較し、当該比較した分布情報に基づいて試料の帯電の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
各照射位置ごとの二次電子の分布を比較し、当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素の試料表面からの深さ情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの信号電子の分布情報を比較し、
各照射位置ごとの信号電子の分布を比較し、当該比較した分布情報に基づいて試料の形状の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとのオージェ電子の分布情報を比較し、
各照射位置ごとのオージェ電子の分布を比較し、当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
荷電粒子源と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を集束する対物レンズと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を記憶するメモリと、
前記検出信号を処理する制御装置と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記検出器は、検出素子が平面状に配列しており、
前記信号電子を前記検出器の方向に偏向する偏向器を有し、
当該一次荷電粒子線の照射位置から放出される信号電子の分布情報を前記検出器で検出し、
当該検出された分布情報に基づいて、前記偏向器の帯電の有無を判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を試料上に走査するステップと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出するステップと、
検出された信号電子の検出位置の分布情報に基づいて、各照射位置ごとの画素値を算出するステップと、
前記算出した画素値を各照射位置に対応させて画像を作成するステップと
からなる試料像作成方法。
【請求項１７】
請求項１の試料像形成方法において、
各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、当該比較した分布情報に基づいて試料の帯電の情報を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【請求項１８】
請求項１７の荷電粒子線装置において、
各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素の試料表面からの深さ情報を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【請求項１９】
請求項１７の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの信号電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の形状を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【請求項２０】
請求項１７の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとのオージェ電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に関し、特に試料から発生した任意のエネルギーを持つ信号電子を選択的に弁別して検出するのに好適な荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、荷電粒子線を試料に照射し、照射位置から放出される二次電子や反射電子等を検出する。
【０００３】
二次電子を検出して形成された二次電子像は、主に試料表面形状コントラストを有する。
【０００４】
反射電子を検出して形成された反射電子像は、表面形状コントラストのほかに組成コントラストが含まれる。
【０００５】
従来の走査電子顕微鏡では、二次電子や反射電子を弁別して検出するのに、複数の検出器や電極を用いたエネルギーフィルタにより電子の軌道を偏向し弁別して検出していた。
【０００６】
特許文献１には、一次電子線を挟んで対向し、その間に電界を形成する電極と、電界の一次電子線に対する偏向作用に対向する偏向作用を生じる磁界を形成する磁極（直交電磁界（ＥＸＢ）装置）を用いて、二次電子と反射電子を異なる角度に偏向し、二次電子と反射電子を分離して検出する電子線装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、エネルギーフィルタリングする電界を形成する多孔電極を用いて、二次電子や反射電子をエネルギー弁別して検出する電子線装置が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、反射電子の衝突によって二次電子を発生させる二次電子変換電極を用いて、反射電子または二次電子を高効率に検出する電子線装置が開示されている。
【０００９】
これらの文献に開示された技術によれば、エネルギーの違いから、二次電子と反射電子を異なる軌道に分離、あるいは併せて検出することが可能になる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−６１８９７号公報
【特許文献２】特願２００１−５７３５１４号公報
【特許文献３】特願２０００−５７２８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の文献に開示された技術によれば、信号電子を検出する際は、電子のエネルギーの違いから、二次電子と反射電子を異なる軌道に分離、あるいは併せて検出する。しかし、複数の検出器や電極を用いて二次電子や反射電子を弁別し検出しているため、弁別するためのエネルギーのしきい値は検出器や電極の構造により決定されていた。そのため、任意のエネルギー範囲を変更しようとしても、範囲の制約があるなどの問題があった。
【００１２】
また、従来の検出器では、二次電子と反射電子の分離検出など、エネルギー差の大きな信号電子の分別は行っていた。しかし、二次電子自体，反射電子自体が有するエネルギー分布については考慮されていなかった。二次電子，反射電子はそれぞれ一括して検出しており、二次電子内のエネルギー分布、反射電子内のエネルギー分布を取得することは行われていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、検出器の配置や電極の構造が簡潔で、任意のエネルギー範囲の電子を選択的に弁別して検出する電子線装置の提供にある。また、信号電子のエネルギー分布から、試料の特性を把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
信号検出器として、信号電子の入射位置の特定できる検出器を用いる。荷電粒子線の照射位置ごとに、信号電子が信号検出器に入射する入射位置の分布を取得する。入射位置の分布は、信号電子のエネルギー分布に対応する。
【００１５】
信号電子のエネルギー分布像を取得しているので、画像処理等により考慮すべき信号電子のエネルギーを任意に変えることができる。信号電子のエネルギー領域により得られる情報が異なることから、エネルギー領域を任意に選択することで、試料の様々な特性情報を取得することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、任意のエネルギー範囲の信号電子を選択的に弁別することができる。また、信号電子のエネルギー分布に基づいて、試料の詳細な特性を把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施例では、走査電子顕微鏡を用いて説明を行うが、本発明は他の荷電粒子線装置にも適用することが可能である。
【００１８】
図１は本発明の実施例の概略図である。陰極１と第一陽極２に印加される電圧Ｖ１によって陰極１から放出された一次電子線３は第二陰極４に印加される電圧Ｖaccにより加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。加速電圧ＶaccおよびＶ１は、高電圧制御回路３０で制御されている。一次電子線３は第一集束レンズ制御回路３２で制御された第一集束レンズ５で集束される。ここで一次電子線３は対物レンズ絞り６で電子線の試料照射電流が制限されるが、電子線の中心を対物レンズ絞り６の孔中心へ通過させるために、図示しない電子線中心軸調整用アライナーと、対物レンズ絞り６上で電子線を走査するための電子線中心調整用偏向器が設けられている。さらに一次電子線３は第二集束レンズ制御回路３３で制御される第二集束レンズ９で再び集束され、対物レンズ制御回路３５によって制御される対物レンズ１０によって試料１１に細く絞られ、さらに偏向制御回路３４が接続された上段偏向コイル１２および下段偏向コイル１３で試料１１上を二次元的に走査される。
【００１９】
試料１１の一次電子線照射点からは、０ｅＶより大きく、一次電子のエネルギー以下のエネルギーを持つ信号電子１４が放出される。信号電子１４は対物レンズ上部に配置された偏向器１５によって一次電子線３に軸ずれを起こすことなく検出器１６に検出され、増幅器１７で増幅される。
【００２０】
検出器１６はＣＣＤコントローラ３６によって制御される。これを含めた各種制御回路３０〜３７は、装置全体を制御するコンピュータ４４によって制御される。増幅された電子の信号は表示装置３８の画面に試料の拡大像として表示される。コンピュータ４４には、他にも表示装置３８と、表示装置３８上に表示された観察画面を画像情報として取得するための画像取得手段３９と、画像処理手段４０と、これら観察画像に対して種々の計算をするための計算手段４１と、観察画像や計算結果を保存するための内部メモリ４２と、観察条件などを入力するための入力手段４３が接続されている。なお、表示装置は、検出した電子の検出場所を表示することもできる。
【００２１】
図２は、一次電子を試料に照射したときに放出される電子のエネルギーと電子の数の関係を表した図である。放出される電子は、エネルギーにより、二次電子（ＳＥ）や反射電子（ＢＳＥ），オージェ電子（ＡＥ），非弾性散乱した電子，弾性散乱した電子と呼ばれる。
【００２２】
図３は、偏向器１５に入射した二次電子のエネルギーと偏向角の関係である。偏向器１５は、特許文献１に説明される装置である。
【００２３】
偏向器１５内では、低いエネルギーをもつ二次電子は広角度に偏向され、エネルギーが高くなるにつれ偏向角は小さくなる。本実施例においては、信号電子が二次電子の場合を説明したが、信号電子は反射電子，オージェ電子，非弾性散乱電子，弾性散乱電子などの負の電荷をもつ粒子であればよく、直交電磁界（ＥＸＢ）装置内で粒子の持つエネルギーによって偏向角度が異なる。この関係は特に二次電子に限定するものではない。また、本実施例では、直行電磁界（ＥＸＢ）装置を用いた場合について説明するが、エネルギーの異なる信号電子が異なる検出位置で検出されればよく、この条件が満たされれば、他の偏向器を用いることもできるし、偏向器を用いなくても良い。
【００２４】
図７は、検出器１６の一実施形態であるＣＣＤを用いた検出器の構造の概略図である。
【００２５】
検出器１６の前面にはＣＣＤ５２が取り付けられている。また、ＣＣＤ５２には加速電極５１を介してシンチレータ５０が固定されている。電子が加速電極５１に侵入すると、電子は検出器への到達位置を保存しつつ加速され、シンチレータ５０に衝突して、発光パターンが生じる。このパターンをＣＣＤ５２により検出する。
【００２６】
ＣＣＤを配置した検出器１６の大きさは、異なるエネルギーを持つ信号電子が異なる角度に偏向しても取り込める大きさであれば良く、３mm以上の大きさであれば特に大きさは限定しない。ＣＣＤ５２の画像の画素数は、異なるエネルギーを持つ信号電子を分別でき、画像の取り込みが行える画素数であれば特に限定するものではない。
【００２７】
ＣＣＤの取り込み可能な画像の画素数は横１５００〜１７００，縦１０００〜１２００程度である。
【００２８】
図７のような信号電子検出器１１の構成をとることにより、大きさは横４０mm，縦３０mm程度、厚みは５〜１０mm程度となり、実装可能となった。従来のＣＣＤ素子を用いた検出器では、ＣＣＤ素子の大きさが６μｍ程度であったため、シンチレータから発生した光が複数のＣＣＤ検出素子に亘って光が入射してしまうことから、光をレンズによって集束させる必要があった。そのため、シンチレータで発生した光を、シンチレータとＣＣＤ素子の間に配置したレンズにより集束させてからＣＣＤ素子に入射させており、ＣＣＤを用いた従来の検出器は大型で、実装することができなかった。
【００２９】
本発明では、ＣＣＤの検出素子の大きさを従来より大きな２０μｍ、シンチレータ５０から放出した光をレンズで集束させることなく検出する構造とした。
【００３０】
また、シンチレータの厚みは、ＣＣＤ検出素子の大きさとの関係で決まる。シンチレータが厚すぎると、シンチレータ内で広がった光が複数のＣＣＤ検出素子に亘って入射してしまい、入射位置の精度が落ちるためである。ＣＣＤ検出素子は、１０ビット以上のものを用いた。
【００３１】
検出器の配置は、従来の二次電子検出器と同じ位置に配置されているが、エネルギーの異なる信号電子が異なる検出位置で検出されるような検出器の配置であれば配置場所は限定されない。
【００３２】
上記のような検出器で、検出器上で集計する領域を選択することで、像を構成する電子の任意のエネルギー範囲を選択できるため、これらの電子の持つ情報を選択することができ、組成コントラスト像，凹凸コントラスト像など、検出した電子の特徴を反映した像を得ることができる。
【００３３】
例えば、二次電子のエネルギー領域を選択すれば試料表面の凹凸情報が得られる。高角度で散乱した反射電子は試料の組成情報、低角度で反射した反射電子は、試料の結晶方位の情報が得られる。二次電子よりエネルギーの高いオージェ電子のエネルギー領域を選択すれば、試料表面の組成情報を得ることができる。非弾性散乱した電子は試料表面の原子結合状態に依存したエネルギーを失っており、表面のバンド構造情報を持っている。
【００３４】
以下、複数の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３５】
上記説明した装置構成で、帯電試料の観察に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００３６】
図４は、帯電試料１０１の表面近傍の断面図である。帯電試料１０１には、負に帯電した部位１０２と正に帯電した部位１０３があり、帯電により等電位線１００で表される電界が生じる。負に帯電した部位１０２から発生した二次電子１０４と正に帯電した部位１０３から発生した二次電子１０６は、それぞれ電界から力を受ける。
【００３７】
図５は、図４で説明した二次電子１０４，１０５，１０６のエネルギーとその数の関係である。負に帯電した部位１０２から発生した二次電子１０４は電界から力を受けエネルギーが高くなり、二次電子１０４のもつエネルギー分布は高い方に移動する。正に帯電した部位１０３から発生した二次電子１０６は電界から力を受けエネルギーが低くなり、二次電子１０６のもつエネルギー分布は低い方に移動する。
【００３８】
図６は、試料から放出された二次電子の軌道を表している。二次電子のエネルギーは数十ｅＶであり、偏向器１５に１Ｖ／mm程度の電界を掛け、一次電子線が偏向されない磁場を作ったとき、図３で示された二次電子１０４，１０５，１０６は偏向器（本実施例では直交電磁界（ＥＸＢ）装置を用いた。）１５で偏向され、図３の関係から二次電子１０４は検出器１６の上部、二次電子１０５は検出器１６の中心、二次電子１０６は検出器１６の下部に衝突する。なお、本実施例では信号電子として二次電子を用いたが、それ以外の電子でも可能である。
【００３９】
図８は、偏向器１５から検出器１６を見たときの、図６で説明した二次電子１０４，１０５，１０６がシンチレータに作る発光パターンである。シンチレータ上方向が検出器上方向である。エネルギーの高い二次電子１０４は発光パターン２００を形成し、シンチレータの上部が光る。エネルギーの低い二次電子１０５は発光パターン２０１を形成し、シンチレータの中心が光る。さらにエネルギーの低い二次電子１０６は発光パターン２０２を形成し、シンチレータの下部が光る。
【００４０】
図９は、検出した電子信号により形成された試料像である。像２０６はシンチレータの上部２０３に衝突した電子信号により形成された像である。シンチレータ上部にはエネルギーの高い二次電子が検出される。エネルギーの高い二次電子で形成された像は、マイナスに帯電した部分が明るくなり、その他は暗くなる。
【００４１】
同様に、像２０７はシンチレータの中心２０４に衝突した電子信号により形成された像である。シンチレータ中心にはエネルギーの低い二次電子が検出される。エネルギーの低い二次電子で形成された像は、帯電していない部分が明るくなり、その他は暗くなる。
【００４２】
像２０８はシンチレータの下部２０５に衝突した電子信号により形成された像である。パターン下部にはエネルギーのさらに低い二次電子が検出される。エネルギーのさらに低い二次電子で形成された像は、正に帯電した部分が明るくなり、その他は暗くなる。
【００４３】
このような構成によれば、これまで区別できなかった電子も区別して検出することができ、試料の帯電部位の情報を得ることができる。
【００４４】
また、偏向器１５を上述の条件（１Ｖ／mm程度の電界を掛け、一次電子線が偏向されない磁場を作る）に設定した場合、シンチレータの上部に衝突する信号電子は負に帯電した領域から放出される電子であり、この電子によるコントラストを黒とする。シンチレータの中心に衝突する電子は帯電していない領域から放出される電子であり、この電子によるコントラストを灰色とする。シンチレータの下部に衝突する電子は正に帯電した領域から放出される電子であり、この電子によるコントラストを白とする。このように、シンチレータのパターンの領域を帯電電圧に対応させ、像のコントラストをシンチレータの領域に対応させることで、帯電電圧を像のコントラストに対応させることができ、帯電コントラスト像２０９を得ることができる。このような構成によれば、これまで帯電電圧に対応させ区別できなかった電子も区別して検出することができ、試料の帯電コントラスト像を得ることができる。
【００４５】
なお、選択するエネルギー領域は、予め数値として決めておいたり、分布像を見た上で決定することができる。このエネルギー領域の選択手法は、以下の実施例でも同様に適用できる。
【実施例２】
【００４６】
本実施例では重金属の微粒子を内包する基材試料の極表面の構造観察に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００４７】
図１０は、重金属の微粒子を内包する基材試料３００の表面近傍の側面透視図である。重金属微粒子３０１は試料３００の表面にある。重金属微粒子３０２は試料３００の内部にある。重金属微粒子３０３は試料３００の表面から重金属微粒子３０２よりさらに深い位置にある。
【００４８】
図１１は、重金属の微粒子を内包する基材試料３００の表面の上観図である。
【００４９】
図１２は、図１０で説明した信号電子３０４，３０５，３０６のエネルギーとその数の関係である。試料表面にある重金属微粒子３０１から発生した信号電子３０４は全て試料上部に放出される。従って、信号電子３０４は、二次電子のエネルギーと電子の数の関係３０７に示す灰色のエネルギー分布をもつ。
【００５０】
試料表面にある重金属微粒子３０２から発生した信号電子３０５は試料表面から放出される前に試料原子と衝突を繰り返すうちにエネルギーを失い、エネルギーの低いものは試料上部に放出されない。従って、信号電子３０５は、二次電子のエネルギーと電子の数の関係３０８に示す灰色のエネルギー分布をもつ。
【００５１】
試料表面にある重金属微粒子３０３から発生した信号電子３０６は試料表面から放出される前に試料原子と衝突を繰り返すうちにエネルギーを失い、エネルギーの高いもののみ試料上部に放出される。従って、信号電子３０６は、二次電子のエネルギーと電子の数の関係３０９に示す灰色のエネルギー分布をもつ。
【００５２】
図１３は、偏向器１５から検出器１６を見たときの、図１０で説明した信号電子３０４，３０５，３０６がシンチレータに作る発光パターンである。シンチレータ上方向が検出器上方向である。信号電子３０４は発光パターン３１０を形成し、シンチレータは全体的に発光する。エネルギーの低い電子の割合が少ない信号電子３０５は発光パターン３１１を形成し、中心から上部が発光する。エネルギーの高い電子の割合が多い信号電子３０６は発光パターン３１２を形成し、上部が発光する。
【００５３】
従って、重金属の粒子の深さにより、シンチレータの発光パターンが変わり、試料表面の重金属微粒子３０１に一次電子線を照射している時に発光パターン３１０が見られる。試料内部の重金属微粒子３０２に一次電子線を照射している時に発光パターン３１１が見られる。試料表面から重金属微粒子３０２より深い位置にある重金属微粒子３０３に一次電子線を照射している時に発光パターン３１２が見られる。
【００５４】
図１４は、検出した電子信号により形成された像である。信号電子３１６は従来の検出器で検出した場合の像である。
【００５５】
信号電子３１７はシンチレータの下部３１５の出力総計によって形成された像である。シンチレータの下部には、エネルギーの低い電子が衝突するので、試料の内部で発生した二次電子は試料表面から放出せず、試料表面で発生した二次電子が検出される。すなわち、信号電子３１７は試料表面にある重金属の微粒子の情報が含まれている。
【００５６】
信号電子３１８はシンチレータの中心３１４の出力総計によって形成された像である。シンチレータ中心には、エネルギーの高い二次電子が衝突するので、試料内部で発生した二次電子が検出される。すなわち、信号電子３１８は試料内部にある重金属の微粒子の情報が含まれている。
【００５７】
信号電子３１９はシンチレータの上部の出力総計によって電子信号により形成された像である。シンチレータ上部には、エネルギーの高い二次電子が衝突するので、試料表面から深い位置で発生した二次電子が検出される。すなわち、信号電子３１９は試料表面から重金属微粒子３０２よりさらに深い位置にある重金属の微粒子の情報が含まれている。
【００５８】
このような構成によれば、試料内で深さの違いによってコントラストが違う像を得ることができ、対象元素の試料内での深さを把握することができる。
【実施例３】
【００５９】
本実施例では凹凸のある試料の表面の構造観察に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００６０】
図１５は、凹凸のある試料４００の表面近傍の断面図である。一次電子が試料に照射されると一次電子照射位置から信号電子が発生する。二次電子の発生方向は一般にｃｏｓ則に従い、試料表面に対し垂直方向の速度をもつ二次電子の割合が多い。すなわち、左に傾斜した部分から発生した信号電子４０２は、傾斜のない部分から発生した電子の方向に対し左方向の速度をもつ割合が高い。また、右に傾斜した部分から発生した信号電子４０４は、傾斜のない部分から発生した電子の方向に対し右方向の速度をもつ割合が高い。
【００６１】
図１６は、偏向器１５から検出器１６を見たときの、図１５で説明した信号電子４０１，４０２，４０３，４０４，４０５がシンチレータに作る発光パターンである。パターン上方向が検出器上方向である。左方向の速度をもつ割合の高い信号電子４０２は発光パターン４０６を形成し、左側が発光する。左右方向の速度を持つ割合の低い信号電子４０１，４０３，４０５は発光パターン４０７を形成し、中心が発光する。右方向の速度を持つ割合の高い信号電子４０４は発光パターン４０８を形成し、右側が発光する。
【００６２】
図１７は、検出した電子信号により形成された像である。像４１２はシンチレータの左側４０９に衝突した信号電子により形成された像である。像４１３はシンチレータの中心４１０に衝突した電子信号により形成された像である。像４１４はシンチレータの右側４１１に衝突した電子信号により形成された像である。このような構成によれば、さらに細かい試料の凹凸傾斜方向のコントラスト像やステレオスコープ像を得ることができる。
【実施例４】
【００６３】
本実施例では金属合金試料の極表面の構造観察に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００６４】
図１８は、金属合金試料４９９である。金属合金試料４９９には、Ａｕ５００，Ｎｂ５０１，Ｍｏ５０２が混在している。
【００６５】
図１９は、試料から放出されたオージェ電子の軌道を表している。オージェ電子のエネルギーは数百ｅＶであり、偏向器１５に５０Ｖ／mm程度の電界を掛け、一次電子が偏向されない磁場を作った時、図１７で示されたＡｕ，Ｍｏ，Ｎｂから放出されたオージェ電子５０３，５０４，５０５は偏向器１５で偏向され、電子５０３は検出器１６の上部、電子５０４は検出器１６の中心、電子５０５は検出器１６の下部に衝突する。
【００６６】
図２０は、偏向器１５から検出器１６を見たときの、オージェ電子５０３，５０４，５０５が作るシンチレータに生じる発光パターンである。パターン上方向が検出器上方向である。Ａｕのオージェ電子５０３は発光パターン５０６を形成し、シンチレータの上部が発光する。Ｍｏのオージェ電子５０４は発光パターン５０７を形成し、シンチレータの中心が発光する。Ｎｂのオージェ電子５０５は発光パターン５０８を形成し、シンチレータの下部が発光する。
【００６７】
図２１は、検出した電子信号により形成される像である。像５０９は一次電子を照射したとき、検出される二次電子により形成される像である。像５１０は、シンチレータの上部５５０に衝突した電子信号により形成された像である。像５１１はシンチレータの中心５５１に衝突した電子信号により形成された像である。像５１２はシンチレータの下部５５２に衝突した電子信号により形成された像である。このような構成によれば、注目している元素が試料のどこに存在しているか組成情報のコントラストとして得ることができる。
【００６８】
また、偏向器１５を上述の条件（５０Ｖ／mm程度の電界を掛け、一次電子線が偏向されない磁場を作る）に設定した場合、シンチレータの上部に衝突する信号電子はＡｕのエネルギーを持ったオージェ電子であり、この電子によるコントラストを白とする。シンチレータの中心に衝突する電子はＭｏのエネルギーを持ったオージェ電子であり、この電子によるコントラストを灰色とする。シンチレータの下部に衝突する電子はＮｂのエネルギーを持ったオージェ電子であり、この電子によるコントラストを黒とする。このように、シンチレータのパターンの領域をオージェ電子のエネルギーに対応させ、像のコントラストをシンチレータの領域に対応させることで、組成のコントラストに対応させることができ、組成像５１３を得ることができる。
【００６９】
当実施例においては、試料としてＡｕ，Ｍｏ，Ｎｂを含む金属合金の観察例を説明したが、オージェ電子を放出する元素であれば、試料は特に限定するものではない。このような構成によれば、オージェ電子を用いることで試料の組成情報のコントラスト像を得ることができる。
【実施例５】
【００７０】
本実施例では、偏向器にチャージアップ部位が生じた時に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００７１】
図２２は、偏向器１５周辺部を陰極１側から試料１１を見たときの方向から見たときの上観図である。偏向器１５にはチャージしている部分６００がある。このとき信号電子は、チャージしている部分から力を受け軌道が曲がり、シンチレータの縁に衝突、または、シンチレータから外れてしまうことがある。
【００７２】
図２３は、偏向器１５から検出器１６を見たときの、信号電子が作るシンチレータ上のパターンである。パターン上方向が検出器上方向、パターン左方向が図１の検出器紙面の手前から奥方向である。パターン６０１は、チャージした部分６００が作る電界によって信号電子が偏向された場合のシンチレータ上のパターンである。この場合、信号電子はシンチレータの中心ではなく、シンチレータの縁に衝突する。従来の検出器では、このような場合は信号電子を取りこぼしており、信号電子が偏向された原因追求が困難であったが、ＣＣＤを配置した検出器を用いることで信号電子の偏向量が測定でき、問題となるチャージの部分を容易に推測することができる。
【００７３】
偏向器にチャージアップがあるかは、例えば、帯電のない平らな試料に電子線を照射して検出された二次電子の分布の中心が、検出器の中心に来るように事前に設定しておくことで達成される。偏向器にチャージアップがあれば、同様の試料を用いた場合、二次電子の分布の中心が検出器の中心に来ないので、それによりチャージアップをしていることが分かる。なお、分布像を見ることにより、偏向器のどの部分が帯電しているか把握することができる。
【００７４】
また、信号電子の軌道に影響を与える要因として、装置の幾何構造上のズレや装置内の磁場があげられるが、検出器１６を信号電子が偏向される原因追求の手段として使用することで、これらの信号電子の軌道に影響を与える要因の予測が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】発明を実施するための最良の形態で説明する全体構成図。
【図２】放出電子のエネルギーと電子の数の関係を表した図。
【図３】二次電子の偏向角を説明する図。
【図４】帯電試料の表面近傍の断面図。
【図５】図３の二次電子のエネルギーと電子の数の関係を表した図。
【図６】二次電子の軌道を説明する図。
【図７】検出器の構造の概略図を表す図。
【図８】電子が作るシンチレータの発光パターンを説明する図。
【図９】検出した電子信号により形成された像を説明する図。
【図１０】重金属の微粒子を内包する基材試料の側面透視図。
【図１１】重金属の微粒子を内包する基材試料の上観図。
【図１２】図１０で説明した電子のエネルギーと電子の数の関係を説明する図。
【図１３】電子が作るシンチレータの発光パターンを説明する図。
【図１４】検出した電子信号により形成された像を説明する図。
【図１５】凹凸のある試料の断面図。
【図１６】電子が作るシンチレータのパターンを説明する図。
【図１７】検出した電子信号により形成された像を説明する図。
【図１８】金属合金試料を説明する図。
【図１９】オージェ電子の軌道を説明する図。
【図２０】電子が作るシンチレータの発光パターンを説明する図。
【図２１】検出した電子信号により形成された像を説明する図。
【図２２】偏向器１５周辺部を説明する図。
【図２３】電子が作るシンチレータの発光パターンを説明する図。
【符号の説明】
【００７６】
１  陰極
２  第一陽極
３  一次電子線
４  第二陰極
５  第一集束レンズ
６  対物レンズ絞り
７  電子線中心軸調整用アライナー
８  電子線中心調整用偏向器
９  第二集束レンズ
１０  対物レンズ
１１  試料
１２  上段偏向コイル
１３  下段偏向コイル
１４，３０４，３０５，３０６，３１６，３１７，３１８，３１９，４０１，４０２，４０３，４０４，４０５  信号電子
１５  偏向器
１６  検出器
１７  増幅器
３０  高電圧制御回路
３１  アライナー制御回路
３２  第一集束レンズ制御回路
３３  第二集束レンズ制御回路
３４  偏向制御回路
３５  対物レンズ制御回路
３６  ＣＣＤコントローラ
３７  試料微動制御回路
３８  表示装置
３９  画像取得手段
４０  画像処理手段
４１  計算手段
４２  内部メモリ
４３  入力手段
４４  コンピュータ
５０  シンチレータ
５１  加速電極
５２  ＣＣＤ
１００  等電位線
１０１  帯電試料
１０２  負に帯電した部位
１０３  正に帯電した部位
１０４，１０５，１０６  二次電子
２００，２０１，２０２，３１０，３１１，３１２，４０６，４０７，４０８，５０６，５０７，５０８  シンチレータの発光パターン
２０３，３１３，５５０  シンチレータの上部
２０４，３１４，４１０，５５１  シンチレータの中心
２０５，３１５，５５２  シンチレータの下部
２０６，２０７，２０８，４１２，４１３，４１４  二次電子像
２０９  帯電コントラスト像
３００  重金属の微粒子を内包する基材試料
３０１，３０２，３０３  重金属微粒子
３０７，３０８，３０９  電子のエネルギーと電子の数の関係図
４００  凹凸のある試料
４０９  シンチレータの左側
４１１  シンチレータの右側
５００  Ａｕ
５０１  Ｎｂ
５０２  Ｍｏ
５０３，５０４，５０５  オージェ電子
５０９，５１０，５１１，５１２  オージェ電子像
５１３  組成像
６００  チャージした部分
６０１  シンチレータのパターン
【図１】
2010135072.tif 000003
【図２】
2010135072.tif 000004
【図３】
2010135072.tif 000005
【図４】
2010135072.tif 000006
【図５】
2010135072.tif 000007
【図６】
2010135072.tif 000008
【図７】
2010135072.tif 000009
【図８】
2010135072.tif 000010
【図９】
2010135072.tif 000011
【図１０】
2010135072.tif 000012
【図１１】
2010135072.tif 000013
【図１２】
2010135072.tif 000014
【図１３】
2010135072.tif 000015
【図１４】
2010135072.tif 000016
【図１５】
2010135072.tif 000017
【図１６】
2010135072.tif 000018
【図１７】
2010135072.tif 000019
【図１８】
2010135072.tif 000020
【図１９】
2010135072.tif 000021
【図２０】
2010135072.tif 000022
【図２１】
2010135072.tif 000023
【図２２】
2010135072.tif 000024
【図２３】
2010135072.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月13日(2009.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を試料上で走査する偏向器と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を集束する対物レンズと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を記憶するメモリと、
前記検出信号を処理する制御装置と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記検出器は、検出素子が平面状に配列しており、
試料上の各照射位置ごとに、当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を前記検出器で検出し、
前記メモリは、前記照射位置と当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を対応して記憶し、
前記制御装置は、記憶された各照射位置ごとの信号電子の分布情報に基づいて、各照射位置ごとの画素値を算出し、
さらに、前記算出した画素値を各照射位置に対応させて画像を作成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記検出器がＣＣＤであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１の荷電粒子線装置において、検出した電子の検出場所を表示する表示装置を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の帯電の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素の試料表面からの深さ情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの信号電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の形状の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとのオージェ電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子源と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を試料上で走査する偏向器と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を集束する対物レンズと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を記憶するメモリと、
前記検出信号を処理する制御装置と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記検出器は、検出素子が平面状に配列しており、
前記信号電子を前記検出器の方向に偏向する偏向器を有し、
試料上の各照射位置ごとに、当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を前記検出器で検出し、
前記メモリは、前記照射位置と当該照射位置から放出される信号電子の分布情報を対応して記憶し、
前記制御装置は、記憶された各照射位置ごとの信号電子の分布情報に基づいて、各照射位置ごとの画素値を算出し、
さらに、前記算出した画素値を各照射位置に対応させて画像を作成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記検出器がＣＣＤであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８の荷電粒子線装置において、
検出した電子の検出場所を表示する表示装置を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の帯電の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素の試料表面からの深さ情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの信号電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の形状の情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項８の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、各照射位置ごとのオージェ電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
荷電粒子源と、
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を集束する対物レンズと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を記憶するメモリと、
前記検出信号を処理する制御装置と、
を有する荷電粒子線装置において、
前記検出器は、検出素子が平面状に配列しており、
前記信号電子を前記検出器の方向に偏向する偏向器を有し、
当該一次荷電粒子線の照射位置から放出される信号電子の分布情報を前記検出器で検出し、
当該検出された分布情報に基づいて、前記偏向器の帯電の有無を判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
荷電粒子源から放出された一次荷電粒子線を試料上に走査するステップと、
一次荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出するステップと、
検出された信号電子の検出位置の分布情報に基づいて、各照射位置ごとの画素値を算出するステップと、
前記算出した画素値を各照射位置に対応させて画像を作成するステップと
からなる試料像作成方法。
【請求項１７】
請求項１６の試料像形成方法において、
各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、当該比較した分布情報に基づいて試料の帯電の情報を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【請求項１８】
請求項１６の試料像形成方法において、
各照射位置ごとの二次電子の分布情報を比較し、当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素の試料表面からの深さ情報を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【請求項１９】
請求項１６の試料像形成方法において、
前記制御装置は、各照射位置ごとの信号電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて試料の形状を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。
【請求項２０】
請求項１６の試料像形成方法において、
前記制御装置は、各照射位置ごとのオージェ電子の分布情報を比較し、
当該比較した分布情報に基づいて、試料に含有される元素を表す試料像を形成することを特徴とする試料像作成方法。