(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線を検出器で検出・増幅する荷電粒子線検出装置に関し、ＭＣＰなど検出面の前面に複数枚のメッシュを設けてプラズマによるクリーニング時にこれら複数枚のメッシュに正と負の電圧を印加してプラズマ中の正の電荷および負の電荷を持ついずれの粒子もＭＣＰなどの検出器に到達しないようにすると共に、更に、メッシュを重ならないようにしてプラズマ中の中性粒子がＭＣＰなどの検出面に到達しないようにして検出器の劣化を防止することを目的とする。【構成】  検出器の検出面の前面に複数枚のメッシュを設け、プラズマを発生させて検出器の近傍の空間をクリーニングする時に、複数枚のメッシュに正の電圧および負の電圧を印加する荷電粒子線検出装置である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を検出器で検出・増幅する荷電粒子線検出装置において、
前記検出器の検出面の前面に複数枚のメッシュを設け、
プラズマを発生させて当該検出器の近傍の空間をクリーニングする時に、前記複数枚のメッシュに正の電圧および負の電圧を印加することを特徴とする荷電粒子線検出装置。
【請求項２】
前記検出器の検出面から遠い方のメッシュに正電圧および近い方のメッシュに負電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線検出装置。
【請求項３】
荷電粒子線を検出器で検出・増幅する荷電粒子線検出装置において、
前記検出器の検出面の前面に設けた複数枚のメッシュを設け、
細く絞った荷電粒子線ビームを試料に照射しつつ走査し、当該試料から放出あるいは反射された荷電粒子線を前記検出器で検出・増幅して像を観察する時に、当該荷電粒子線ビームが負のときに前記メッシュに正電圧を印加し、当該荷電粒子線ビームが正のときに前記メッシュに負電圧を印加することを特徴とする荷電粒子線検出装置。
【請求項４】
前記複数枚のメッシュを、開口部が可及的に重ならないように配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電粒子線検出装置。
【請求項５】
前記複数枚のメッシュを２枚のメッシュにしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電粒子線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を検出器で検出・増幅する荷電粒子線検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査型電子顕微鏡は、細く絞った電子線ビームを試料の表面に照射しつつ平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）し、そのときに放出された２次電子あるいは反射された反射電子を、上方に配置した図４の（ａ）の構造を持つＭＣＰで増幅検出していた。
【０００３】
また、ＭＣＰの前面に１枚のメッシュを設置したＭＣＰアセンブリを図４の（ｂ）に示すように構成し、１枚のメッシュに適度な負電圧を印加すると、２次電子を除き、エネルギーの高い反射電子のみ選択的に検出し、反射電子像を表示することが行われていた。当該反射電子像は、試料の観察部分の元素に依存したたコントラストを得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子走査型顕微鏡などの荷電粒子顕微鏡では、試料室あるいは鏡筒などにおいて、プラズマを発生させて当該プラズマにより、鏡筒の内部表面、試料室の内部表面、試料表面をクリーニングすることが行なわれている。
【０００５】
このため、図４の（ａ）のＭＣＰでは、クリーニング時に発生されたプラズマ中のイオンや、電子が当該ＭＣＰ面を直撃し、その結果、当該ＭＣＰのゲインが低下し、寿命が短くなる不都合があった（図２の（ｃ）参照）。
【０００６】
また、図４の（ｂ）のＭＣＰアセンブリでは、ＭＣＰの前方に１枚のメッシュがあるので、当該メッシュに正電圧を印加した場合には、発生されたプラズマ中の正イオンを当該ＭＣＰを直撃しないように防護することができるが、負のイオンや電子を防護できなく、ＭＣＰを劣化させてしまうという問題があった。
【０００７】
また、逆にメッシュに負電圧を印加した場合には、発生されたプラズマ中の負イオン、電子を当該ＭＣＰを直撃しないように防護することができるが、正のイオンを防護できなく、ＭＣＰを劣化させてしまうという問題があった。
【０００８】
即ち、図４の（ｂ）のＭＣＰアセンブリでは、１枚のメッシュに正あるいは負のいずれの電圧を印加してもＭＣＰの劣化を防止できないという欠点があった。
【０００９】
また、ＭＣＰのクリーニング時に発生させたプラズマ中の正イオン、負イオン、電子がＭＣＰ面に衝突して劣化させないように、機械的なキャップを真空外部から駆動して当該ＭＣＰ面に被せることも考えられるが、ＭＣＰと試料との間の空間が狭くて機械的な駆動機構を設けることが難しいと共に、収納する空間がないという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、これらの問題を解決するため、ＭＣＰなどの検出面の前面に複数枚のメッシュを設けてプラズマによるクリーニング時にこれら複数枚のメッシュに正と負の電圧を印加してプラズマ中の正の電荷および負の電荷を持ついずれの粒子もＭＣＰなどの検出器に到達しないようにすると共に、更に、メッシュを重ならないようにしてプラズマ中の中性粒子がＭＣＰなどの検出面に到達しないようにして検出器の劣化を防止するようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ＭＣＰなどの検出面の前面に複数枚のメッシュを設けてプラズマによるクリーニング時にこれら複数枚のメッシュに正と負の電圧を印加してプラズマ中の正の電荷および負の電荷を持ついずれの粒子もＭＣＰなどの検出面に到達しないようにすると共に、更に、メッシュを重ならないようにしてプラズマ中の中性粒子がＭＣＰなどの検出面に到達しないようにすることにより、クリーニング時に発生させたプラズマによるＭＣＰなどの検出器の劣化を簡単な電圧を印加するという操作で防止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】
【００１２】
本発明は、ＭＣＰなどの検出面の前面に複数枚のメッシュを設けてプラズマによるクリーニング時にこれら複数枚のメッシュに正と負の電圧を印加してプラズマ中の正の電荷および負の電荷を持ついずれの粒子もＭＣＰなどの検出面に到達しないようにすると共に、更に、メッシュを重ならないようにしてプラズマ中の中性粒子がＭＣＰなどの検出面に到達しないように実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の１実施例構造図を示す。
図１の（ａ）は全体構造図を示し、図１の（ｂ）は詳細構造図を示す。
【００１４】
図１の（ａ）において、鏡筒１は、荷電粒子線ビーム、ここでは、電子線ビームを発生して細く絞って試料７の上に照射しつつ走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子をＭＣＰ装置１１で検出・増幅し、図示外の表示装置の画面上に画像（２次電子像、反射電子像）を表示するためのものであって、ここでは、電子銃２、対物レンズ３、プラズマ発生室４、ＲＦコイル５、ＭＣＰ装置１１などから構成されるものである。
【００１５】
電子銃２は、荷電粒子線である、ここでは、電子線ビームを発生するものである。
対物レンズ３は、電子銃２から放出された電子線ビームを図示外の集束レンズで集束し、当該集束した電子線ビームを細く絞って試料７の表面に照射するためのものである。
【００１６】
プラズマ発生室４は、鏡筒１の内部をクリーニングするプラズマを発生させるものであって、ここでは、ガラスなどの容器の外周にＲＦコイル５を巻いて高周波電力を供給し、内部に導入した酸素などをプラズマ化する部屋である。発生させたプラズマで、鏡筒１内の絞りや通路などをクリーニングし、チャージの発生を無くして分解能が低下してしまう事態を解消する。
【００１７】
ＲＦコイル５は、酸素などの気体をプラズマ化する高周波電力を供給するものである。
ＭＣＰ装置１１は、試料７から放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出・増幅するものであって、前方にメッシュ１２を設けたものであり、図１の（ｂ）の構造を持つものである。
【００１８】
メッシュ１２は、ＭＣＰ装置１１を構成するＭＣＰの前方に設けた複数枚のメッシュであって、正および負の電圧を印加し、正電荷および負電荷を持つ粒子がＭＣＰ検出面に衝突して劣化させないようにするためのものである。また、メッシュ１２を構成する複数枚のメッシュを交互に重ならないように配置し、中性の粒子がＭＣＰの検出面に衝突して劣化させないようにしている。
【００１９】
試料室６は、試料７などを配置する真空の部屋である。
試料７は、荷電粒子線ビーム、ここでは、細く絞った電子線ビームを照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子あるいは反射された反射電子をＭＣＰ装置１１で検出し、画像を表示する対象の試料である。
【００２０】
プラズマ発生室８は、試料室６の内部や試料７をクリーニングするプラズマを発生させるものであって、ここでは、ガラスなどの容器の外周にＲＦコイル９を巻いて高周波電力を供給し、内部に導入した酸素などをプラズマ化する部屋である。発生させたプラズマで、試料室６内および試料７などをクリーニングし、チャージの発生を無くして分解能が低下してしまう事態を解消する。
【００２１】
ＲＦコイル９は、酸素などの気体をプラズマ化する高周波電力を供給するものである。
図１の（ｂ）において、ＭＣＰ装置１１は、試料７から放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出・増幅するものであって、ここでは、アノード２２、ＭＣＰ２１，メッシュ２４，２５、センタパイプ２３などから構成されるものである。
【００２２】
アノード２２は、ＭＣＰ２１で増幅された信号を取り出すためのものである。
ＭＣＰ２１は、図示の下方から入射した２次電子、反射電子を検出・増幅するものであって、ここでは、２段から構成されるものである。
【００２３】
メッシュ２４，２５は、ＭＣＰ２１の前方に設けた２段のメッシュの例である。メッシュ２４，２５は、２段に限らず、３段などの複数段（複数枚）でもよい。
【００２４】
センタパイプ２３は、電子線ビームを通過させて試料７に照射しつつ走査させるためのものである。
【００２５】
次に、図１の構造の動作を詳細に説明する。
（１）図１の（ａ）のＭＣＰ装置１１の詳細構造を示す図１の（ｂ）の構造のもとで、ＭＣＰ２１の前方に２枚のメッシュ２４，２５を図示のように組み込んだ構造の動作を以下説明する。
【００２６】
（２）  ＭＣＰ２１に近いメッシュ２４に負電圧（例えば−１００Ｖ程度）、ＭＣＰ２１に遠いメッシュ２５に正電圧（例えば＋１００Ｖ程度）をそれぞれ印加する。
【００２７】
（３）  図１の（ａ）のプラズマ発生室４，８でＲＦコイル５，９に高周波電力を供給すると共にガスを導入（例えば酸素ガスを導入）すると、プラズマが発生して鏡筒１および試料室６の内部に充満してクリーニングを開始する。
【００２８】
（４）  （３）でプラズマを発生させたときに、当該プラズマ中の正のイオンは正の電圧を印加したメッシュ２５により反射され、負のイオンや電子は負の電圧を印加したメッシュ２４により反射され（この際、メッシュ２５に負のイオンや電子が衝突して２次電子や反射電子が発生してもこれらは負の電圧を印加したメッシュ２４で同様に反射され）、正負のイオンや電子はＭＣＰ２１の検出面を直撃しない。メッシュ２４，２５は、例えば、ピッチ１ｍｍ、線幅及び厚さ０．１ｍｍの銅メッシュである。
【００２９】
以上のように、プラズマを発生させてクリーニングする時に、ＭＣＰ装置１１を構成する図１の（ｂ）のメッシュ２５（ＭＣＰ２１から遠い方）に正電圧、メッシュ２４（ＭＣＰ２１に近い方）に負電圧を印加することにより、プラズマ中の正のイオンはメッシュ２５で反射され、プラズマ中の負のイオン、電子はメッシュ２４で反射され、更に、メッシュ２５に衝突した電子により発生された２次電子および反射された反射電子は当該メッシュ２４で反射され、プラズマ中の正および負の両者の電荷（正、負のイオン、電子）がＭＣＰ２１の検出面に衝突して当該ＭＣＰ２１の感度を劣化されるのを防止することが可能となる。
【００３０】
（５）  尚、ＭＣＰ装置１１で試料７から放出された２次電子、反射電子を検出するときには、後述する図３で説明するように、メッシュ２４，２５を２次電子、反射電子が通過するように適切な電圧を印加することで、ＭＣＰ装置１１で検出・増幅した信号をもとに画像（２次電子画像、反射電子画像）を表示することが可能となる。
【００３１】
（６）  また、プラズマによるクリーニングやエッチンダは、半導体ウェーハ製造工程において使用されている。プラズマ生成法は、ＲＦ、ＤＣを印加して発生させる技術等がある。ガス種は、酸素、窒素、大気、オゾン、希ガス（ヘリウム、アルゴン等）、ＣＦ４や、これらの混合ガスが用いられる。また、電子顕微鏡において、試料や、試料室をクリーニングするための、プラズマを使った電子顕微鏡用アンチコンタミネータが市販されている。
【００３２】
（７）今回実験で採用したプラズマ生成方法は；ＲＦプラズマで、今回の条件（後述する図２の実験で用いた条件）は下記の通りである。
【００３３】
・ＲＦ出力：４０Ｗ
・周波数：１３，５６ＭＨＺ
・ガス種：酸素
・真空圧力：約１０Ｐａ
・ＲＦ法：試料室６や鏡筒１に、例えば石英ガラスビンを取り付ける。その周囲に、数１０ターン導線を巻く。アンテナのように導線の一端は開放とし、他端から、高周波電力を導入する。ガスを導入し、適当な真空圧力にするとグロー放電が起き、プラズマが生成される。
【００３４】
図２は、測定例（ゲイン）を示す。これは、図１の（ｂ）のメッシュ２４．２５を２枚（２段）として電圧を印加したときのＭＣＰ装置１１のプラズマ洗浄前（ａ）と後（ｂ）、メッシュ２４，２５を無しにした場合（ｃ）（従来）についてそれぞれゲインを測定したものである。以下詳細に説明する。
【００３５】
（１）実線（ａ）：プラズマ洗浄前の新しいＭＣＰ装置１１のゲインの例を示す（ゲイン：出力電流の入力電流に対する比、入力電流はＭＣＰ２１の検出面へ入射する電子流の大きさ）
（２）点線（ｂ）：２枚のメッシュ２４，２５を設けた図１の（ｂ）のＭＣＰ装置１１の各メッシュ２４．２５に上記電圧（＋１００Ｖ、−１００Ｖ）をそれぞれ印加し、３時間プラズマ洗浄した後のゲインの例を示す。ゲインは、僅か低下している。  ここで、（２）の点線（ｂ）で、ゲインが僅か低下するのは、中性のラジカル原子がメッシュ２４，２５を通過し、ＭＣＰ装置１１を直撃することにより、ＭＣＰ装置１１の劣化を招いていると思われる。
【００３６】
（３）破線（ｃ）：メッシュ２４，２５を無しにしたＭＣＰ装置１１にて、３時間プラズマ洗浄した後のゲインを示す。ゲインは大幅に低下している。
【００３７】
以上のことから判明するように、図１の（ｂ）のＭＣＰ装置１１に示すＭＣＰ２１の検出面の前方にメッシュ２４，２５を設け、、メッシュ２５に正の電圧（例えば＋１００Ｖ程度）、メッシュ２４に負の電圧（例えばー１００Ｖ程度）を印加し、プラズマ中の正および負の電荷を反射することにより、ＭＣＰ装置１１のゲインの劣化を大幅に減少させることが可能となる。
【００３８】
図３は、本発明の説明図を示す。
図３の（ａ）は、２次電子像観察時のメッシュ２４，２５に印加する電圧の例を示す。２次電子線像の観察時には、２枚のメッシュ２４，２５に正電圧例えば＋３０Ｖ程度印加すれば、明るい画像が得られる。数Ｖ軽度の２次電子は、正電位のメッシュ２５，２４を通過し、ＭＣＰ２１の検出面に入射する。
【００３９】
図３の（ｂ）は、反射電子像観察時のメッシュ２４，２５に印加する電圧の例を示す。反射電子線像の観察時には、２枚のメッシュ２４，２５に負電圧，例えば−３０Ｖ程度印加すれば、２次電子はこの負電圧で追い返されＭＣＰ２１の検出面には到達できないが、大きなエネルギーを持つ反射電子はメッシュ２５，２５を通過し、反射電子像が観察できる。試料７に負の高電圧（−１〜−４ｋＶ）が印加されている堤合、即ちサンプルバイアス時には、２次電子のエネルギーは大きくなるため、図１の（ｂ）に示したプラズマ洗浄時の電圧を印加していても、２次電子像は明るく観察可能である。
【００４０】
図３の（ｃ）は、メッシュを３枚にした例を示す。メッシュ間隔、印加電圧の大きさにもよるが、比較的エネルギーの大きなイオンが、電位の低い部分を通過し、ＭＣＰ２１の検出面を直撃する場合がある。これを避けるために、メッシュを３枚以上にすることにより、イオンからの防護効果を増すことができる。
【００４１】
図３の（ｄ）、（ｅ）は、プラズマ生成時に生じると考えられる中性のラジカル原子を防護可能なメッシュの例を示す。メッシュの開口部を互い違いにして、中性原子のＭＣＰ２１の検出面への直撃を可及的に防ぐ。
【００４２】
ここで、図３の（ｄ）の洗浄時には、メッシュが互い違いになっているために、中性原始がＭＣＰ２１の検出面を直撃するのを防止できる。図３の（ｅ）の観察時には、ＭＣＰ２１の検出面（通常＋１００Ｖ程度の電圧が印加される）に近い側のメッシュに−１０Ｖ程度の負電圧を印加することにより、２次電子のメッシュの通過、検出を可能にしている。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、ＭＣＰなどの検出面の前面に複数枚のメッシュを設けてプラズマによるクリーニング時にこれら複数枚のメッシュに正と負の電圧を印加してプラズマ中の正の電荷および負の電荷を持ついずれの粒子もＭＣＰなどの検出面に到達しないようにすると共に、更に、メッシュを重ならないようにしてプラズマ中の中性粒子がＭＣＰなどの検出面に到達しないようにし、クリーニング時に発生させたプラズマによるＭＣＰなどの検出器の劣化を簡単な電圧を印加するという操作で防止する荷電粒子線検出装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の１実施例構造図である。
【図２】本発明の測定例（ゲイン）である。
【図３】本発明の説明図である。
【図４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：鏡筒
２：電子銃
３：対物レンズ
４、８：プラズマ発生室
５，９：ＲＦコイル
６：試料室
７：試料
１１：ＭＣＰ装置
１２、２４，２５：メッシュ
２１：ＭＣＰ
２２：アノード
２３：センタパイプ
【図１】
2007280737.tif 000003
【図２】
2007280737.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007280737.tif 000006