JPH03165438A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線装置

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JPH03165438A
JPH03165438A JP1305943A JP30594389A JPH03165438A JP H03165438 A JPH03165438 A JP H03165438A JP 1305943 A JP1305943 A JP 1305943A JP 30594389 A JP30594389 A JP 30594389A JP H03165438 A JPH03165438 A JP H03165438A
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Masahiko Kimoto
木元 正彦
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(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料上において電子線等の荷電粒子線を2次
元的に走査し、この走査に伴って試料より発生する反射
電子を一対の反射電子検出素子で検出し、この一対の検
出素子の出力信号に基づいて試料像を表示するようにし
た走査型電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に関し、特に、
一対の反射電子検出素子を電子線等の荷電粒子線の走査
領域外の一方に偏移配置可能に構成して、試料の組成像
、凹凸像に加えて、試料の立体像を表示可能にした荷電
粒子線装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の走査型電子顕微鏡、電子線プローブマイクロアナ
ライザー(EPMA)等の試料上において電子線等の荷
電粒子線を2次元的に走査し、この走査に伴って試料よ
り発生する反射電子を一対の反射電子検出素子で険出し
、この一対の検出素子の出力信号に基づいて試料像を表
示するようにした荷電粒子線装置においては、入射電子
ビームに対して対称の位置に半導体素子を使った反射電
子検出素子が配置されていた。このように反射電子検出
素子を配!すると、試料から発生する反射電子信号を演
算処理することによって、組成信号と凹凸信号に分離し
て、それぞれ組成像と凹凸像を形成することができる。
第6図の説明図を用いてこの点を説明すると、図の(a
)のように試料に組成の違いだけがあり、表面に凹凸は
ないものとすると、反射電子の強度は原子番号にほぼ比
例するので、例えば、図示のように試料上で入射電子ビ
ームの左側に配置された反射電子検出素子Aによる検出
信号は図示へのようになり、入射電子ビームの右側に配
置された反射電子検出素子已による検出信号は図示Bの
ようになる。したがって、信号AとBの和は信号A+B
のようになり、それらの差は信号A−Bのようになる。
反射電子検出素子AとBは入射電子ビームに対して対称
に配置されているので、和信号A+Bは試料の組成分布
を表す組成像になるが、差信号へ−Bはゼロになり、何
らの像信号も有しない。また、第6図の(b)のように
試料に組成の違いがなく、表面の凹凸の違いのみがある
ものすると、左右の反射電子検出素子A、Bに入射する
反射電子の量は入射電子ビームが当たる点表面の傾きに
よって異なるので、例えば、図示のように反射電子検出
素子八による検出信号は図示Aのようになり、また、反
射電子検出素子已による検出信号は図示Bのようになる
。したがって、信号AとBの和は信号A+Bのようにな
り、それらの差は信号A−Bのようになる。反射電子検
出素子Aと已に入る総反射電子量は一定であると見なせ
るので、和信号A+Bは一定の値になり、何ら像信号を
含んでいない。これに対し、差信号A−Bは図示のよう
に表面の凹凸を表現する凹凸像になる。したがって、雨
検出素子からの信号の合算信号から試料の組成像が、ま
た、減算信号から試料の凹凸像が得られることになる。
ここで言う凹凸像とは、水平に置かれた試料に対して真
上から照明を当て、真上から見た像のことであり、立体
感に乏しく、試料表面の凹凸の激しい試料の観察には不
向きである。また、このように入射電子ビームに対して
左右対称に配置された一対の検出素子A、Bからなる反
射電子検出器では、構造的、原理的に試料を傾斜してあ
らゆる方向からの室体的画像を形成することができない
。その理由は、このような反射電子検出器は試料に近接
して配置しなければならず、試料を傾斜しようとすると
ΔかB何れかの検出素子に試料が突き当たるおそれがあ
るためである。
一方、入射電子ビームの一方の側に配置される、シンチ
レータ、ライトガイド、光電子増倍管から構成されてい
る二次電子検出器では、前記の半導体素子を使った反射
電子検出器よりも立体的な画像を形成することができる
と共に、試料の傾斜も可能である。しかし、シンチレー
タ、ライトガイド、光電子増倍管から構成されている二
次電子検出器で形成される立体的な画像は二次電子像で
あり、反射電子像ではない。また、この画像には、当然
のことながら組成信号と凹凸信号の両方が含まれており
、これらの信号を分離して組成像のみ、または凹凸像の
みを表示することができない。さらに、このような二次
電子検出器においては、シンチレータの前面に高電圧を
かけているので低真空中に配置すると放電を起こすので
、低真空走査型電子顕微鏡に用いることができない問題
点もあ〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、上記のような2種類の電子検出器の問題点を
解決するために完成されたものであり、従来の一対の半
導体素子からなる反射電子検出器を用いる走査型電子顕
微鏡等において、反射電子検出器の配置に工夫を施すこ
とにより、試料傾斜を可能とし、組成信号と凹凸信号を
含む立体的な画像を形成すると共に、必要に応じて組成
信号と凹凸信号を分離して組成像のみ、又は、凹凸像の
みを表示可能とした装置を提供することを目的とするも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記の目的を達成するために完成されたもの
である。すなわち、本発明の走査型電子顕微鏡等の荷電
粒子線装置は、試料上において電子線等の荷電粒子線を
2次元的に走査し、この走査に伴って試料より発生する
反射電子を一対の反射電子検出素子で検出し、この一対
の検出素子の出力信号を合算又は減算処理した信号から
いずれかを選択して試料像を表示するようにした装置に
おいて、前記一対の反射電子検出素子を前記荷電粒子線
に対して対称な配置位置から一体のまま前記荷電粒子線
の走査領域から外れた同じ方向の位置であって、前記荷
電粒子線にほぼ垂直な同一面上の位置に位置調節可能に
構成したことを特徴とするものである。
この場合、前記一対の反射電子検出素子から得られる信
号を合算処理して試料の反射電子像を得る処理装置と、
前記信号を減算処理して試料の反射電子像を得る処理装
置とを備えているので、試料の立体像、組成像、凹凸像
のいずれかを選択的に表示できる。
なお、前記反射電子検出素子としては、半導体素子を用
いるのが典型的である。
〔作用〕
一対の反射電子検出素子を電子線等の荷電粒子線に対し
て対称な配置位置から一体のまま前記荷電粒子線の走査
領域から外れた同じ方向の位置であって、前記荷電粒子
線にほぼ垂直な同一面上の位置に位置調節可能に構成し
たため、立体的な画像、組成像、凹凸像の3種類の画像
が形成できる。
また、立体的な画像において、一対の反射電子検出素子
と荷電粒子線との距離を変えることによって、又は、図
示しない試料ステージの2勅を変えることによって、試
料表面の凹凸の影の看を制御し、立体感を調整すること
もできる。
さらに、一対の反射電子検出素子を荷電粒子線の走査領
域から外れた同じ方向の位置に配置した状態においては
、試料又は試料台を反射電子検出素子に接触させないで
、試料台を傾斜させることができるため、試料表面のあ
らゆる方向からの立体的な画1象を観察することができ
る。
〔実施側温 本発明は、走査型電子顕微鏡、電子線プローブマイクロ
アナライザー(EPMA)等の試料上におし)で電子線
等の荷電粒子線を2次元的に走査し、この走査に伴って
試料より発生する電子を検出して、その信号に基づいて
試料像を表示するようにした荷電粒子線装置の検出器に
関するものである。
第1図は本発明の原理を示すた狛の模式図である。
上記のような装置においては、真空に保たれた試料室2
中に置かれている試料台3上に載置された試料4を、図
示してない電子源から照射された入射電子ビーム1が走
査するように構成されている。
電子ビームlが試料台3上の試料4を照射すると、二次
電子や反射電子などの信号が試料4の表面より発生する
。この中の反射電子5a、5bは、入射電子ビーム1の
走査領域から外れた同じ方向であって、試料4の上側に
相互に離れて、入射電子ビーム1にほぼ垂直な同一面上
に配置されている一対の半導体反射電子検出素子6a、
6bによって検出される。検出素子6a、6bによって
検出された信号は、それぞれ試料4表面の組成信号と凹
凸信号を同時に含んでおり、なおかつ、検出素子6a、
6bは入射電子ビーム1に対して同じ方向に配置されて
いるため、検出素子6a、6bで検出された信号を合算
処理すると、組成信号と凹凸信号を含んだ立体的な画像
を形成することができる。これをもう少し説明すると、
例えば、第2図に示すように、試料4上に4′のような
突起がある場合、図で突起4′の右(lUに入射電子ビ
ームlが当たると、その点から生じて左側に配置された
検出素子6a、6bに入射すべき反射電子5a。
5bの一部はこの突起4′によってケラれるため、検出
素子6a、6bによって検出される信号は本来の強さよ
りも弱くなる。したがって、上記の合算信号によって合
成される画像は、あたかも検出素子6a、6bの位置に
光源を置いて試料4を照明し、入射電子ビーム1の方向
から試料4を見た時のように、試料4の表面形状に応じ
て影ができた画像になり、立体感に富んだ画像になる。
また、一対の反射電子検出素子6a、6bと入射電子ビ
ームlとの距離を変えることによって、又は、図示しな
い試料ステージの2劾を変えることによって、試料表面
の凹凸の影の量を制御し、立体感を調整することもでき
る。このように、本発明によると、一対の反射電子検出
素子6a、6bを入射電子ビーム1の走査領域から外れ
た同じ方向であって、試料4の上側に相互に離れて、入
射電子ビ−ムlにほぼ垂直な同一面上に配置することに
より、試料4表面の立体像を得ることができる。
第3図は、このような検出素子6a、6bの配置2こお
いて、試料4を入射電子ビーム1に対して傾斜させたと
きの模式図であり、試料4をあらゆる方向から見るのに
適していると共に、試料4の傾斜角を変えて両眼視差に
よる立体画像を得ようとする場合等に有効である。この
ように、本発明においては、一対の反射電子検出素子6
a、6bを入射電子ビーム1の走査領域から外れた同じ
方向に配置可能であるため、試料台を傾斜しても試料又
は試料台が検出素子6a、6bに接触しないようにでき
るので、試料を傾斜して観察することができる。
また、第4図は、半導体反射電子検出素子6as6bの
相対位置を変えないで一体のまま入射電子ビーム1を横
切って入射電子ビーム1に対して対称に調整して配置し
た場合の模式図であり、検出素子6aと6bの間を通し
て入射電子ビーム1を試料4に照射して走査する。これ
は、まさに第6図に示した従来の反射電子検出器の配置
であり、反射電子5aを検出した検出素子6aの信号と
反射電子5bを検出した検出素子6bの信号を合算処理
をした信号で画像を表示すると組成像となり、これらを
減算処理をした信号をもとに画像を表示すると凹凸像と
なることは、前記した通りである。
第5図は、反射電子検出器1例のゐ出素子部分の平面図
であり、6a、6bは半導体反射電子検出素子を示して
おり、7は入射電子ビーム1通過用の孔を示している。
8は雨検出素子6a、6b間の離間部である。反射電子
検出素子6a、6bは通常シリコン等のP−N接合から
なるものであるが、必ずしもこれに限られるものではな
い。
本発明においては、このように一対の反射電子検出素子
6a、6bからなる反射電子検出器を一体のまま、装置
の外の真空外から、第1図の位置から第4図の位置へ、
又はその逆の方向へ位置調整が可能な構造に構成できる
た狛、組成信号と凹凸信号を含む立体的な画像を形成で
きると共に、必要に応じて組成信号と凹凸信号とを分離
した組成像のみ、又は、凹凸像のみの3種類の画像を形
成することのできる装置を構成することができる。
〔発明の効果〕
本発明の走査型電子顕微鏡、電子線プローブマイクロア
ナライ−等の荷電粒子線装置においては、一対の反射電
子検出素子を前記荷電粒子線に対して対称な配置位置か
ら一体のまま前記荷電粒子線の走査領域から外れた同じ
方向の位置であって、前記荷電粒子線にほぼ垂直な同一
面上の位置に位置調節可能に構成したため、立体的な画
像、組成像、凹凸像の3種類の画像が形成できる。また
、立体的な画像において、一対の反射電子検出素子と荷
電粒子線との距離を変えることによって、又は、図示し
ない試料ステージの2勅を変えることによって、試料表
面の凹凸の影の量を制御し、立体感を調整すること毛で
きる。
さらに、一対の反射電子検出素子を荷電粒子線の走査領
域から外れた同じ方向の位置に配置した状態においては
、試料台を傾斜させることができるため、試料表面のあ
らゆる方向からの立体的な画像を観察することができる
。この時、試料台は、電子線等の荷電粒子線の照射点を
試料表面に保ったまま、試料を傾斜、平行移動すること
ができるユーセントリック式構造にすることができ、試
料台を傾斜しても試料または試料台が反射電子検出素子
に接触しないようにできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を示すだめの模式図、第2図は本
発明の原理によって試料の像が立体感に富んだ画像にな
ることを説明するための図、第3図は試料を入射電子ビ
ームに対して傾斜させたときの模式図、第4図は半導体
反射電子検出素子を入射電子ビームに対して対称に配置
した場合の模式図、第5図は半導体反射電子検出素子か
らなる反射電子検出器の1例の平面図、第6図は入射電
子ビームに対して対称な位置に一対の反射電子検出器を
配置した場合に組成像と凹凸像を分離して得られる原理
を示すための図である。 l−入射電子ビーム、2−試料室、3−試料台、4−試
料、4′−試料上の突起、5a、5b−反対電子、 6a。 6b−一半導体反射電子検出素子、 7−入射電子ビーム通過用の孔、 8−m=対の反射 電子検出素子間の離間部 出 願 人 株式会社 日常子テクニクス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)試料上において電子線等の荷電粒子線を2次元的
    に走査し、この走査に伴って試料より発生する反射電子
    を一対の反射電子検出素子で検出し、この一対の検出素
    子の出力信号を合算又は減算処理した信号からいずれか
    を選択して試料像を表示するようにした走査型電子顕微
    鏡等の荷電粒子線装置において、前記一対の反射電子検
    出素子を前記荷電粒子線に対して対称な配置位置から一
    体のまま前記荷電粒子線の走査領域から外れた同じ方向
    の位置であって、前記荷電粒子線にほぼ垂直な同一面上
    の位置に位置調節可能に構成したことを特徴とする荷電
    粒子線装置。
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