JPH08510596A - 二次電子の偏向ユニットを有する粒子光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 走査電子顕微鏡の一次ビームは、試験されるべき試料において二次電子を発生する。この二次電子は一次ビームの方向に対向して焦点合わせレンズに戻り、電子の検出がこのレンズの領域で実現される。既知の検出器は光軸から実際の検出器へに向けて電子を偏向するWienフィルタを有する。本発明によると、走査電子顕微鏡の検出器に、二重電極双極子が設けられる。後者は、広い角度に対しては防止されないが、実際の検出器にに対する二次電子の偏向を非常に容易に実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の名称】二次電子の偏向ユニットを有する粒子光学機器

【技術分野】

本発明は、機器の光軸に沿って伝搬しかつ、試験される試料を走査するために 配置された荷電粒子ビームを生成する粒子源と、試料が配置される領域の範囲の 焦点を調整する焦点調整レンズとを有する粒子光学機器に関する。同様にこの機 器は、試料が発生する電気的に充電された粒子を検出する検出素子を有する。こ の検出素子は、光軸と交差しかつ、この光軸に沿って延在する。すなわち光軸上 に、電界の合成領域が規定される。

【背景技術】

上述のような機器は、雑誌“SCANNING”,Vol.8，頁285−293，J.Zach及びH.Ro se著の記事，表題“Efficient Detection of Secondary Electrons in Low-Volt age Electron Microscopy”から既知である。 前述のような機器は、走査電子顕微鏡（SEM）として既知である。この走査電 子顕微鏡において、試験させる試料は、１乃至100keVのエネルギの電子の一次ビ ームで走査される。実質的に低いエネルギの二次電子は、この場合、例えば５乃 至５０eVのエネルギとして試料から放たれる。二次電子のエネルギ及び／または そのエネルギ分布は、自然界の試料及び人工的な試料に関する情報を提供する。 即ち、二次電子用の検出素子を持つ走査電子顕微鏡を提供するためには便利であ る。この試料では、一次ビームが入射し、その後、試料の側で生じた電子が、焦 点調整レンズの力線に略々沿って、この一次電子の入射方向に向けて戻る。検出 器は、戻りの二次電子の周囲に配置される。このような検出器は、二次電子を収 集し、そして、検出した流れに比例する電気信号を出力する。この場合、この信 号は、既知の方法で試料（二次電子）の像を形成するために使用される。 検出器は、走査電子顕微鏡の解像度を落としてしまう試料面の領域のビームと の交差部分を増やさないことにより、一次ビームにおいて、著しい画像の欠落（ 色彩のみならず幾何学的に）を招かない条件を満たすであろう。更に、検出器の 存在が一次ビームの方向に影響することは不適切である。 雑誌“SCANNING”（特に頁286、section2の“The Dipole Detector”）の記事 に検出器が述べられている。この検出器において二次電子は、相互に直交して延 在する一様な電界と一様な磁界の組合せにより偏向及び収集される。このような 領域（電界及び磁界）の組合せは、いくつかの欠点を有する。第１の欠点は、例 えば、この領域が焦点調整レンズの軸の周囲に延在する場合、走査電子顕微鏡の 磁界の存在が不適当だというものである。更なる欠点は、このような構成が、二 次ビーム中に、無視できない色彩エラーを度々発生させるというものである。こ のような構成には、付加的な補正が提供されねばならない。この付加的な補正は 、この記事中、検出器の極性とは逆の極性を持つ付加的なウィーンフィルタ（Wi en filter）に基づいて実現される。このフィルタは、上述の焦点調整レンズ上 に配置される。（上述の記事のsection 2の最終段落参照）

【発明の開示】

本発明は、磁界が影響する欠点及び付加的な色彩エラーの欠点が避けられる走 査粒子光学機器を提供することを目的とする。この目的のため、本発明による機 器は、検出装置が第１の双極子に対する光軸方向にずれた少なくとも一つの電気 双極子を有する。この装置の電界は、光軸の領域で第１の双極子の電界と対向し 、検出装置の光軸に沿った全ての双極子の合成領域の代数和が実質的にゼロにな るような強度を持つ。 即ち、一次ビームにおける第１双極子の作用が第２双極子により相殺され、ビ ームのずれ及び画像劣化の発生についても相殺される二重電気双極子が得られる 。二次電子に対する非常に高い検出能力（100％に至る）は、電気双極子に比較 的高い電圧を印加することにより実現する。これら双極子領域が一次ビームの軸 に直行する各面において一定であるならば、収差は、この軸から遠く離れる事態 を招かない。更に、一次ビームの位置のみが影響される。この変位は、１kV/mの 電界（１cmの領域長及び１kVの加速電圧）のマイクロメータでは、数十の大きさ の変位である。この変位が、機器の最終レンズを構築する焦点合わせ領域の変位 を生じる場合、電子の焦点の位置は影響しないであろう。この現象が結局は妨害 ならば、レンズの不可欠なアライメントにより容易に補正できる。 本発明による実施例は、検出素子が、相互に対応して光軸の方向にずらされた 三つの電気双極子を有し、その中央の双極子の電界が、前述の対向方向に整合さ れ、光軸に沿った中央双極子の合成領域が、他の二つの双極子の各々の合成領域 の二倍の大きさであることを特徴とする。 この実施例は、一次電子ビームの平行変位が依然として不適切である場合に使 用する。この場合の領域分割のために、この配置は変位を相殺する作用を持つ二 つの二重双極子の重ね合わせとして動作する。即ち、一次ビームの変位は、ビー ム個々の加速電圧により相殺される。 本発明の他の実施例は、少なくとも一つの双極子に、光軸を中心として略々12 0度の角度に納められた二つの電極が設けられたことを特徴とする。この双極子 の正極のみならず径方向に対向して設けられた負極は、この実施例においては、 円形の120度セグメントして構築される。中央セグメントはこの場合、特定の電 位、特に接地電位に維持される。配置が単一極子、四極子、六極子、そして八極 子構造を持たないことは図解的に実証可能である。ゼロに等しくない第１の多重 極子の区間は、電位が光軸からの距離による第５の力により減少する十極子の区 間である。 よって、光軸から見て純粋に双極子の領域は、無視できる小さな障害のみを生 じる。 本発明の更なる実施例は、検出器の全ての電極が周囲から電気的に絶縁される ことを特徴とする。この工程は、検出器の同一結果で、電極の電圧上昇または低 下を可能にする。即ち、電気単一極領域は、実験的に検出されるべき二次電子が 双極子を通過できない、即ち遠ざかる方向を発生できる。この方向の影響は、強 く受ける。 本発明の他の実施例は、少なくとも一つの双極子の電極の一つが、荷電粒子を 伝達することを特徴とする。これは、例えば網状または穴の空いた板で類似の電 極を構築することにより実現する。検出されるべき電子は、この電極の開口を介 して収集できる。 本発明の他の実施例は、検出素子の前記双極子が、界浸レンズの穴に設けられ ることを特徴とする。電気双極子領域は、光軸からの距離には並列的に依存せず 、本発明により発生された検出器領域により影響されるビームをずらすことも屈 曲 することもなく、走査電子顕微鏡のビーム偏向用の走査コイルを双極子電極の前 方に配置可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による検出器を使用可能な粒子光学機器を示す図である。 第２図は本発明による検出器の第１の形態が適応される走査電子顕微鏡用の界 浸レンズの拡大図である。 第３図は本発明による検出器の第２の形態が適応される走査電子顕微鏡用の界 浸レンズの拡大図である。 第４図ａは本発明による双極子検出器用の電極の形状を平面図である。 第４図ｂは本発明による双極子検出器用の電極の形状を示す斜視図である。

【発明を実施するための最良の形態】

第１図は、走査電子顕微鏡の柱２の一部を形成する粒子光学機器を示す図であ る。日常的に、この機器においては、電子ビームが電子源（図示せず）により生 成され、このビームは、機器の光軸４に沿って延在する。この電子ビームは、一 つまたは複数のコンデンサレンズ６のような電磁レンズを通過し、その後、レン ズ８に到達する。このレンズは、試料室１２の壁１０により形成される磁気回路 の一部を形成する単極レンズと呼ばれるものである。レンズ８は、通常、試料１ ４を走査する電子ビーム焦点を形成するために使用される。この走査は、試料と 交差する電子ビームを、レンズ８中に設けられた走査コイル１６により、ｘ方向 のみならずｙ方向に移動することにより実現される。試料１４は、ｘ方向の変位 用の支持部材２０とｙ方向の変位用の支持部材２２とを有する試料台１８上に載 置される。試験されるべき試料領域は、２つの支持部材により選択できる。レン ズ８の方向に戻る二次電子は、試料において発生する。この二次電子は、レンズ の穴に設けられる検出器（後に説明する）により検出される。制御ユニット２６ は、検出器を活性化するため、そして検出電子の流れを試料の画像を、例えば陰 極線管上に形成するために使用可能な信号に変換するための検出器に結合される 。 第２図は、二次電子検出器２４の第１の形態の概略を示す図である。この検出 器は、光軸４と交差して延在し、相互に対向される電気双極子領域を発生する２ つの部品（双極子）２８，３０を有する。本質的にこれら領域は、光軸（交差要 素）と交差して延在する一つの領域要素のみを有する。この場合、この方向に偏 向される双極子領域に関係付けられる。光軸の方向の領域要素は、回避されるの みでなく、これらが存在する場合は（主に双極子２８，３０の外側に）、これら 双極子を通過する電子について相互の作用を相殺することを実現する。双極子２ ８，３０の個々について、光軸４に沿った交差要素の領域合成部分を算出できる 。双極試料域の強度は、この領域合成部分（交差要素）の代数和が実質的にゼロ になるように選択される。この結果、一次電子ビームの純粋な偏向が無いという 事態が発生する。 試料において、二次電子は、検出器２４の方向に螺旋状に戻る。この螺旋状経 路は、界浸レンズ８と試料１４との間の磁界の線に実質的の沿って延在する。こ れら二次電子は、実際の検出器２５、例えば、Everhart-Thorley検出器（画像多 重化管を有するシンチレータを構築する検出器）で検出される。この検出器では 、二次電子の数の計測を示す信号が生成される。もし望むならば、エネルギ選択 も提供できる。最後に、双極子の活性化及び計測信号の記録及び／または再生用 の制御ユニット２６は、検出器２５に結合される。 第３図は、二次電子検出器２４の第２の形態の概略を示す図である。この検出 器は、４つの部品（双極子）３６，３８，４０，４２を有する。これら双極子の 各々は、本質的に光軸４と交差するように設定される、さらに第２図を参照して 説明した方法で相互に相殺する軸の方向の要素と交差するように提供される電界 を発生する。これら電界の強度は、領域合成部分の代数和が実質的にゼロになる ように選択される。即ち、ゼロに等しい一次電子ビームの純粋なずれのみでなく 、純粋な平行変位がゼロである事態が達成される。さらに、一次ビームの変位は 、ビームの加速電圧の値の個々について相殺される。上述の配置において、双極 子の領域合成部分の代数和が実質的にゼロである状況が満足される限り、双極子 ３８，４０は、単一双極子を形成する目的で統合できる。この統合は、統合され た双極子の光軸に沿った領域合成部が、二つの他の双極子の各々の領域合成部分 の二倍に相当する場合である。信号の検出及び記録は、図２を参照して説明した ものと同様の方法で実現される。 第４図ａ，ｂは、第２図及び第３図に示された検出器で使用されるような単一 双極子の構造を示す図である。第４図ａは単一双極子の平面図で、第４図ｂは斜 視図である。この双極子は、二つの120度セグメント４４，４６と二つの６０度 セグメント５０，５２から成る。図中、電圧源４８で示された抽象的に示された 電位差は、120度セグメント４４，４６の間に印加される。６０度セグメント５ ０，５２は、セグメント４４の電位とセグメント４６の電位との間の値を持つ固 定電位に維持される。この電極形状の選択により、ゼロではない光軸の周囲の電 界の第１の多極子の区間が四極子の区間となる。しかしながら、軸からの距離が 第５の力として減少し、よって、光軸に近いかまたは光軸上の理想的な双極試料 域に対応する無視可能な僅かな影響のみを発生される。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器の光軸（４）に沿って生じる荷電粒子のビーム（３４）を発生 する粒子源を有し、当該粒子源は当該粒子ビーム（３４）により試験される試料 （１４）を操作するために配置されたものであり、さらに、前記試料が配置され た領域の範囲にビーム焦点を焦点合わせする焦点合わせレンズ（６）と、前記試 料から発生する荷電粒子（３２）を検出する検出素子（２４、２６）とを有し、 当該検出素子（２４，２６）は、電界が光軸と交差しかつ、交差した形で延在し 、そして当該電界の合成領域が前記光軸上に存在する電気双極子（２４）を有す る粒子光学機器において、 前記検出素子（２４，２６）は、第１の双極子に対応する光軸の方向にずらさ れかつ、当該光軸の領域における電界が当該第１の双極子の電界と反対で、さら に前記検出素子の全ての双極子の前記光軸に沿って合成領域の代数和が実質的に ゼロであるような強度を持つ、少なくとも一つの更なる電気双極子（３）を有す ることを特徴とする粒子光学機器。
2. 【請求項２】請求項１に記載の粒子光学機器において、 前記検出素子（２４）が、相互に対応して前記光軸の方向にずらされた三つの 電気双極子（３６，３８，４０，４２）を有し、 中央双極子（３８，４０）の電界が、前記対向方向に整合され、 前記光軸に沿った前記中央双極子（３８，４０）の合成領域が、他の二つの双 極子（３６，４２）の各々の合成領域の二倍の大きさであることを特徴とする粒 子光学機器。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の粒子光学機器において、 少なくとも一つの双極子に、光軸を中心として略々120度の角度で納められた 電極（４４，４６）が設けられたことを特徴とする粒子光学機器。
4. 【請求項４】請求項１乃至３の何れか一項に記載の粒子光学機器において、 前記検出器の全ての電極が、周囲から電気的に絶縁されることを特徴とする粒 子光学機器。
5. 【請求項５】請求項１乃至４の何れか一項に記載の粒子光学機器において、 少なくとも一つの前記双極子の前記電極の一つが、荷電粒子を伝達することを 特徴とする粒子光学機器。
6. 【請求項６】請求項１乃至５の何れか一項に記載の粒子光学機器において、 前記検出素子の前記双極子が、界浸レンズ（８）の穴に設けられることを特徴 とする粒子光学機器。