專(zhuān)利名稱(chēng)：掃描電子顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于在由掃描電子顯微鏡(以下稱(chēng)為SEM)進(jìn)行的二次電子像觀(guān)察方法中，通過(guò)使用由試樣周?chē)鷼埩舻臍怏w分子的二次電子的倍增，檢測(cè)出由此被倍增的氣體環(huán)境中的離子，來(lái)形成圖像的方法。本發(fā)明是涉及用于實(shí)現(xiàn)提高在由SEM得到的高速掃描的二次電子像的像質(zhì)的電場(chǎng)供給電極以及離子電流檢測(cè)電極的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為SEM的成像方法，大多嘗試使用試樣周?chē)臍埩魵怏w分子，倍增二次電子，檢測(cè)離子電流的方法。對(duì)于關(guān)于這種原理的內(nèi)容在secondary electron imaging in the variable pressure scanning electronmicroscope scanning 20、436-441(1998)的論文中被舉出。
作為這種方法的具體適用方式，在特開(kāi)2001-126655中公開(kāi)了在高真空二次電子像觀(guān)察時(shí)將作為二次電子集電極使用的板狀電極作為電場(chǎng)供給電極并用，使用試樣臺(tái)作為離子電流檢測(cè)電極的檢測(cè)方式。另外，在特開(kāi)平2003-132830中公開(kāi)了使用二次電子集電極作為電場(chǎng)供給電極，使用除試樣臺(tái)以外個(gè)別專(zhuān)用電極作為離子電流檢測(cè)電極的檢測(cè)方式。
在特開(kāi)2002-289129中公開(kāi)了將試樣臺(tái)作為電場(chǎng)供給電極以及離子電流檢測(cè)電極兩者共用的檢測(cè)方法。
圖8是特開(kāi)2003-132830中的SEM的檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。將一次電子束2由物鏡6聚集到被置于氣體環(huán)境中的試樣14上，由偏轉(zhuǎn)裝置4二維地掃描試樣14。伴隨著一次電極束2的照射從試樣14產(chǎn)生二次電子18。二次電子18通過(guò)施加了正電壓的板形電場(chǎng)供給電極23制造的電場(chǎng)，向該電場(chǎng)供給電極23方向加速。被加速的二次電子18和試樣周?chē)臍怏w分子碰撞，生成電子-離子對(duì)(氣體分子的離子化)。二次電子18和由離子化生成的電子通過(guò)電場(chǎng)供給電極23制造的電場(chǎng)進(jìn)一步加速，再次和氣體分子碰撞，生成電子-離子對(duì)。通過(guò)反復(fù)該過(guò)程，隨著接近電場(chǎng)供給電極23，電子數(shù)、離子數(shù)以指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)(氣體倍增)。一般二次電子漂移的距離(試樣-電場(chǎng)供給電極間距離)越長(zhǎng)氣體倍增的規(guī)模越大。離子向電氣地連接到試樣臺(tái)16，或是向和試樣臺(tái)16被電氣絕緣地離子電流檢測(cè)電極22漂移。漂移的離子作為離子電流被檢測(cè)出來(lái)。所得到的離子電流信號(hào)通過(guò)倍增器19、A/D轉(zhuǎn)換器31被用于成像中。在這里示出的電場(chǎng)供給電極23在觀(guān)察高真空二次電子像時(shí)，作為二次電子集電極被使用。
圖9是特開(kāi)平2001-126655中的電子顯微鏡的電場(chǎng)供給電極23和試樣臺(tái)16的放大圖。由試樣表面釋放出的二次電子18在電場(chǎng)供給電極23附近由氣體倍增產(chǎn)生很多離子。所產(chǎn)生的離子13向施加了接地電位或者負(fù)電壓的試樣臺(tái)16(離子電流檢測(cè)電極)漂移，從試樣臺(tái)16作為離子電流被檢測(cè)。所得到的電流信號(hào)通過(guò)倍增器19、A/D變換器13被用于成像。在這里所示的電場(chǎng)供給電極23在觀(guān)察高真空二次電子像時(shí)作為二次電子集電極被使用。
圖10是特開(kāi)平2002-289129中的電子顯微鏡的試樣臺(tái)16附近的放大圖。從試樣表面釋放出的二次電子18通過(guò)由被施加了負(fù)電壓的試樣臺(tái)16制造的電場(chǎng)，向接地電位的物鏡6漂移，在物鏡附近通過(guò)氣體倍增產(chǎn)生很多離子。所產(chǎn)生的離子從試樣臺(tái)16作為離子電流被檢測(cè)出。所得到的電流信號(hào)通過(guò)倍增器19、A/D轉(zhuǎn)換器31被用于成像中。

發(fā)明內(nèi)容
要得到氣體倍增式離子電流檢測(cè)型SEM的掃描速度的高速化以及圖像的高畫(huà)質(zhì)化，需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)由漂移事件縮短而引起電流信號(hào)應(yīng)答速度的高速化、以及由電子雪崩產(chǎn)生的離子的倍增率提高和由離子檢測(cè)效率提高所引起的離子電流產(chǎn)額增大。
在特開(kāi)2001-126655(圖9)上，作為接地電位的試樣臺(tái)和施加了正電壓的電場(chǎng)供給電極的空間變?yōu)殡娮右约半x子的漂移空間。電子雪崩是由于電子在氣體環(huán)境中漂移的過(guò)程上以指數(shù)函數(shù)增大，多個(gè)離子在離試樣臺(tái)(離子電流檢測(cè)電極)很遠(yuǎn)處發(fā)生。因此，在氣體環(huán)境中產(chǎn)生的離子直到到達(dá)離子電流檢測(cè)電極的漂移時(shí)間變長(zhǎng)，對(duì)于用于SEM像形成的電流信號(hào)應(yīng)答速度高速化這點(diǎn)不能說(shuō)被充分的研究了。
另一方面，SEM像的像質(zhì)當(dāng)離子電流產(chǎn)額越多越有改善。離子電流產(chǎn)額是由電子雪崩產(chǎn)生的離子倍增率和由離子電流檢測(cè)電極引起的檢測(cè)效率決定的。一般可知隨著二次電子的漂移距離越長(zhǎng)離子的倍增率越大。例如，在特開(kāi)2001-126655(圖9)的方法以及特開(kāi)2003-132830(圖8)的方法上，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定成為二次電子產(chǎn)生面的試樣面和電場(chǎng)供給電極之間(漂移距離)的距離，可在某種程度上優(yōu)化離子的倍增率。但是，在特開(kāi)平2002-289129的方法上，動(dòng)作距離(Working Distance以下稱(chēng)為W.D.)就是二次電子的漂移距離，當(dāng)W.D.小時(shí)不能得到充分的離子倍增率。
另外，由于加速二次電子的電位梯度越是急劇離子倍增率越大，所以也可以說(shuō)是依存于電場(chǎng)供給電極作出的電位梯度。但是關(guān)于以提高離子的倍增率為目的的電場(chǎng)供給電極的形狀優(yōu)化，在上述的以往方法中未被充分考慮。
本發(fā)明的SEM在氣體倍增式離子電流檢測(cè)型SEM中，具有在試樣臺(tái)周?chē)辽倥渲靡粋€(gè)電場(chǎng)供給電極和以覆蓋該電極的方式配置的離子電流檢測(cè)電極。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，例如可如下述這樣取得SEM像。將從電子槍產(chǎn)生并加速得到的一次電子束通過(guò)聚光透鏡和物鏡聚集到試樣上。與此相伴，由偏轉(zhuǎn)器掃描試樣上的一次電子束的照射點(diǎn)。通過(guò)給電場(chǎng)供給電極施加適當(dāng)電壓，使伴隨一次電子束照射從試樣釋放出的二次電子倍增。從離子電流檢測(cè)電極，檢測(cè)在這個(gè)過(guò)程中倍增的離子作為離子電流。由于離子電流檢測(cè)電極作成覆蓋電場(chǎng)供給電極的形狀，因此可有效地檢測(cè)在電場(chǎng)供給電極附近生成的離子。另外，由于電場(chǎng)供給電極-離子檢測(cè)電極間的距離比以往技術(shù)中的電極配置短，因此可縮短由漂移時(shí)間所引起的應(yīng)答速度。
根據(jù)本發(fā)明，在使用由試樣周?chē)臍埩魵怏w分子產(chǎn)生的二次電子倍增，由含有二次電子信息的離子電流形成圖像的SEM中，比起以往的檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)答速度的高速化、離子產(chǎn)額的提高。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的第1實(shí)施例的圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的離子檢測(cè)電極以及電場(chǎng)供給電極的第1實(shí)施例的圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的離子檢測(cè)電極以及電場(chǎng)供給電極的第2實(shí)施例的圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的離子檢測(cè)電極以及電場(chǎng)供給電極的第3實(shí)施例的圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的第2實(shí)施例的圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的第3實(shí)施例的圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的第4實(shí)施例的圖。
圖8是表示以往的SEM的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是以往的SEM的電場(chǎng)供給電極的試樣臺(tái)附近的放大圖。
圖10是以往的SEM的電子顯微鏡的電場(chǎng)供給電極的試樣臺(tái)附近的放大圖。
圖11是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所示的SEM的離子電流的典型測(cè)定的例子。
圖12是表示本發(fā)明的氣體成分特性比較圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1)圖1表示本發(fā)明的SEM的實(shí)施例。作為照射光學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)作，將由電子槍1放射的一次電子束2通過(guò)物鏡6聚集在被放置在真空室36內(nèi)的氣體環(huán)境中(典型值為氣壓1～數(shù)千帕)的試樣14上，由偏轉(zhuǎn)裝置4掃描試樣14。伴隨一次電子束2的照射，從試樣14產(chǎn)生二次電子18。二次電子18通過(guò)施加了正電壓(典型值為1～500V左右)的網(wǎng)格狀(典型的網(wǎng)格狀參數(shù)是網(wǎng)格間距1250μm、網(wǎng)格線(xiàn)徑200μm)的電場(chǎng)供給電極11和施加了負(fù)電壓(典型值為0～-50V左右)的試樣臺(tái)16制造的電場(chǎng)，向該電場(chǎng)供給電極11方向加速。被加速的二次電子18和試樣周?chē)臍怏w分子碰撞，生成電子-離子對(duì)。二次電子18及由離子化生成的電子通過(guò)電場(chǎng)供給電極11以及試樣臺(tái)16制造的電場(chǎng)加速，再次離子化氣體分子。通過(guò)反復(fù)該過(guò)程，引起電子雪崩，隨著接近電場(chǎng)供給電極11電子數(shù)、離子數(shù)以指數(shù)函數(shù)方式倍增。
離子面向被接地的離子電流檢測(cè)電極7漂移，作為離子電流被檢測(cè)出。所得到的電流信號(hào)由倍增器19倍增，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器31被用于成像中。
離子電流檢測(cè)電極7具有上部電極和下部電極，分別保持在相同電位上。離子電流檢測(cè)電極7中為了提高離子的檢測(cè)效率，也可以施加負(fù)電壓(典型值為-10V～0V)使用。
對(duì)于離子電流檢測(cè)電極7以及覆蓋在上部電極和下部電極之間被配置的電場(chǎng)供給電極11可以設(shè)計(jì)成可分別獨(dú)立地手動(dòng)或者自動(dòng)地向離試樣臺(tái)近或者遠(yuǎn)的位置滑動(dòng)的調(diào)整結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制裝置用自動(dòng)或者手動(dòng)進(jìn)行。在試樣帶電影響給圖像帶來(lái)影響的情況，通過(guò)調(diào)節(jié)離子電流檢測(cè)電極7或者電場(chǎng)電極11和試樣14之間的距離，控制面向試樣臺(tái)的離子量或者電子量，將試樣的帶電相抵。例如，在由一次電子束的照射使試樣帶負(fù)電時(shí)，通過(guò)將離子電流檢測(cè)電極7遠(yuǎn)離試樣14，增加面向試樣面離子的量。由該離子相抵試樣面上的負(fù)電荷，由此使試樣面帶電量減少。這種情況下，離子電流的產(chǎn)額通過(guò)調(diào)節(jié)施加給電場(chǎng)供給電極11的電壓以及電場(chǎng)供給電極11與試樣14的距離進(jìn)行控制。另外，在由二次電子釋放使試樣帶正電時(shí)，通過(guò)將電場(chǎng)供給電極11接近試樣14，使多個(gè)氣體倍增的電子面向試樣面。由該電子相抵試樣面上的正電荷，由此使試樣面的帶電減少。這種情況，離子電流的產(chǎn)額通過(guò)調(diào)節(jié)施加給電場(chǎng)供給電極11的電壓以及離子電流檢測(cè)電極7和試樣14相對(duì)距離進(jìn)行控制。另外，即使是使W.D.變化的時(shí)候，通過(guò)分別調(diào)節(jié)電極的位置關(guān)系，可將試樣面-各電極之間的距離保持一定，可將試樣面帶電程度、離子電流的產(chǎn)額和漂移距離保持一定。
向試樣臺(tái)16、電場(chǎng)供給電極11、離子檢測(cè)電極7施加的各電壓的控制是由電壓控制結(jié)構(gòu)30進(jìn)行的。
進(jìn)行像觀(guān)察時(shí)的氣體壓力、W.D.等的參數(shù)的優(yōu)化是通過(guò)調(diào)節(jié)使得用手動(dòng)或者自動(dòng)方式將離子電流變?yōu)樽畲髞?lái)進(jìn)行。
氣體壓力通過(guò)向控制裝置(未圖示)輸入所希望的值進(jìn)行控制，在使真空泵工作狀態(tài)下由閥門(mén)的開(kāi)閉來(lái)進(jìn)行。優(yōu)化是通過(guò)向電場(chǎng)供給電極11施加不引起放電范圍內(nèi)的高電壓，調(diào)整氣體壓力來(lái)進(jìn)行。另外，在希望用更高的分析能力進(jìn)行測(cè)定時(shí)，有必要縮短WD，降低氣體壓力。
將試樣36在高真空狀態(tài)(10-2～10-5帕左右)觀(guān)察時(shí)，向二次電子集電極23施加正電壓(典型值1～500V)使用。此時(shí)，在二次電子測(cè)定中使用由閃爍器(scintillator)、光導(dǎo)、光電倍增管組成的高真空二次電子檢測(cè)器8。
在圖2中將離子電流檢測(cè)電極7和電場(chǎng)供給電極11的一個(gè)例子用放大圖表示。這個(gè)形狀是做成圓筒型的離子電流檢測(cè)電極7覆蓋在圓盤(pán)狀網(wǎng)格型的電場(chǎng)供給電極11的周?chē)男螤?。此時(shí)，離子電流檢測(cè)電極7以及電場(chǎng)供給電極11可以分別獨(dú)立地向離試樣臺(tái)近或者遠(yuǎn)方向滑動(dòng)。
圖3是表示離子電流檢測(cè)電極和電場(chǎng)供給電極其他的例子。這里，是做成板狀(典型的是做成剖面是コ字型)的環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25覆蓋圍繞在試樣14周?chē)男螤畹木W(wǎng)格型的環(huán)形電場(chǎng)供給電極24的形狀。
圖4是進(jìn)一步表示其他的離子電流檢測(cè)電極和電場(chǎng)供給電極的例子。該形狀是做成板狀離子電流檢測(cè)電極34覆蓋在網(wǎng)格型的電場(chǎng)供給電極35的周?chē)男螤?。離子電流檢測(cè)電極34的板的形狀為類(lèi)似于對(duì)在物鏡6的周?chē)徊迦氲钠渌臋z測(cè)器等的插入不干涉的形狀。在高真空的二次電子像觀(guān)察時(shí)，將離子電流檢測(cè)電極34、電場(chǎng)供給電極35作為二次電子集電極使用。
電場(chǎng)供給電極是由電場(chǎng)供給電極和離子電流檢測(cè)電極中的某一個(gè)或者兩個(gè)的形狀為單線(xiàn)狀、或網(wǎng)格狀、或多孔板狀、或板狀的導(dǎo)體構(gòu)成的。
通過(guò)這樣結(jié)構(gòu)，在例如將電場(chǎng)供給電極設(shè)為由直徑200μm左右的細(xì)線(xiàn)構(gòu)成的網(wǎng)格狀的時(shí)候，通過(guò)在該電極附近被制造的電位梯度的大電場(chǎng)，可產(chǎn)生局部的并且有效果的電子雪崩。但是，電場(chǎng)供給電極的形狀并不限于這里所述的細(xì)線(xiàn)狀。
(實(shí)施例2)圖5表示根據(jù)本發(fā)明的SEM的第二實(shí)施例。在該檢測(cè)系統(tǒng)中，作為電場(chǎng)供給電極和離子電流檢測(cè)電極，使用包圍和圖3所示相同的試樣14的形狀的網(wǎng)格狀環(huán)形(doughnut)電場(chǎng)供給電極24和包圍環(huán)形供給電極24形狀(典型的斷面是コ字型的形狀)的板狀的環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25。在這里作為例子，令網(wǎng)格參數(shù)為網(wǎng)格間距1250μm、網(wǎng)格線(xiàn)徑200μm。環(huán)形電場(chǎng)供給電極24和環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25固定在試樣臺(tái)16上。環(huán)形電場(chǎng)供給電極24和環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25也可以固定在鏡體上。環(huán)形電場(chǎng)供給電極24、環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25中由于使二次電極向環(huán)形電場(chǎng)供給電極24漂移，并且提供在環(huán)形電場(chǎng)供給電極24的網(wǎng)格線(xiàn)附近使電子雪崩發(fā)生所需的電場(chǎng)，所以分別施加正電壓(典型值為1～500V)、負(fù)電壓(典型值為-10～0V)。另外，在試樣臺(tái)16中為了給予二次電子初速度，施加負(fù)電壓(典型值為-50～0V)。
設(shè)置在環(huán)形電場(chǎng)供給電極24和試樣臺(tái)16之間的輔助電極A10是包圍試樣14的網(wǎng)格狀的電極(典型的網(wǎng)格參數(shù)為網(wǎng)格間距1250μm、網(wǎng)格線(xiàn)徑200μm)。為了使二次電子18向環(huán)形電場(chǎng)供給電極24加速，而向輔助電極A10施加比電壓供給電極24低的正電壓(典型值為1～200V)。另外，如電場(chǎng)供給電極的形狀一樣，輔助電極A10并不限于網(wǎng)格狀。
由電子雪崩引起倍增的離子，由于電場(chǎng)向電流檢測(cè)電極25漂移，從該電極25檢測(cè)出的電流作為離子電流。被檢測(cè)出的離子電流由倍增器19倍增，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器用于成像。
向試樣臺(tái)16、環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25、環(huán)形電場(chǎng)供給電極24、輔助電極A10施加的電壓是由電壓控制結(jié)構(gòu)30控制。
在圖1所示的實(shí)施例中，由于試樣14和離子電流檢測(cè)電極之間的距離依存于W.D.，所以離子電流的產(chǎn)額也依存于W.D.，每次進(jìn)行W.D.的變更都需要優(yōu)化各電壓、氣體壓力。在本實(shí)施例中，W.D.變更時(shí)，將環(huán)形電場(chǎng)供給電極24、環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25以及輔助電極A10固定在試樣臺(tái)上時(shí)，由于是和試樣臺(tái)一起同時(shí)移動(dòng)，所以試樣14和環(huán)形電場(chǎng)供給電極24以及環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25之間的距離不依存于W.D.，如果進(jìn)行了一次各電壓、氣體壓力的優(yōu)化后，在每次W.D.變更時(shí)不需要再次進(jìn)行優(yōu)化。
(實(shí)施例3)圖6表示根據(jù)本發(fā)明SEM的第三實(shí)施例。在本實(shí)施例離子檢測(cè)電極34和電場(chǎng)供給電極35中使用圖4所示的形狀的電極，作為例子表示引入了輔助電極B26(典型值為數(shù)十μm的金屬絲形狀)的情況。由試樣14產(chǎn)生的二次電子中多數(shù)向電場(chǎng)供給電極35漂移，但是通過(guò)向輔助電極B26供給正電壓(典型值為1～100V)，未向電場(chǎng)供給電極35漂移的二次電子27，向該輔助電極B26在漂移過(guò)程中離子化殘留氣體中的分子。由氣體倍增產(chǎn)生的離子或者電子29向帶電的試樣14漂移，通過(guò)和試樣中的電荷相抵，減少試樣的帶電。
二次電子像的形成方法和圖1、圖5所示的實(shí)施例的SEM相同。
向試樣臺(tái)16、離子電流檢測(cè)電極34、電場(chǎng)供給電極35、輔助電極B26施加的電壓通過(guò)控制電壓控制結(jié)構(gòu)30進(jìn)行。
觀(guān)察在試樣室內(nèi)是高真空下的二次電子像時(shí)，將離子電流檢測(cè)電極34或者電場(chǎng)供給電極35作為二次電子集電極使用。在二次電子集電極上所收集的二次電子用高真空二次電子檢測(cè)器8檢測(cè)。通過(guò)將離子電流檢測(cè)電極34或者電場(chǎng)供給電極35作為二次電子集電極合用，可節(jié)省空間搭載。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明SEM的第四實(shí)施例。在本實(shí)施例中作為電場(chǎng)供給電極，使用和圖2的電場(chǎng)供給電極11相同的網(wǎng)格狀的電場(chǎng)供給電極11，將試樣臺(tái)16作為離子檢測(cè)電極合用。這里，作為例子網(wǎng)格參數(shù)設(shè)為網(wǎng)格間距1250μm、網(wǎng)格線(xiàn)徑200μm。通過(guò)將試樣臺(tái)作為離子檢測(cè)電極合用，可檢測(cè)出向試樣臺(tái)漂移的離子，因此可提高檢測(cè)效率。二次電子18在電場(chǎng)供給電極11的附近引起電子雪崩，被倍增的離子向施加了負(fù)電壓(典型值為-10～0V)的試樣臺(tái)16漂移。從試樣臺(tái)16檢測(cè)出的離子電流由試樣室內(nèi)倍增器33倍增，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器31被用于圖像成型。通過(guò)將倍增器設(shè)計(jì)在試樣室內(nèi)，可將檢測(cè)電極和直到倍增器的距離縮短，可減少背景噪聲。向試樣臺(tái)16、電場(chǎng)供給電極11施加的電壓通過(guò)控制向電壓控制結(jié)構(gòu)30施加的電壓來(lái)進(jìn)行。
在觀(guān)察高真空中的二次電子像時(shí)，除了二次電子集電極23以外，電場(chǎng)供給電極11也作為二次電子集電極使用。
本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)的方式不是僅限于上述4個(gè)實(shí)施例的方式。例如，當(dāng)W.D.大(例如大于等于15mm)時(shí)，作為電場(chǎng)供給電極以及離子電流檢測(cè)電極，使用和圖1的實(shí)施例中所示相同的電場(chǎng)供給電極11和離子電流檢測(cè)電極7；當(dāng)W.D.小(例如為10mm)時(shí)，作為電場(chǎng)供給電極以及離子電流檢測(cè)電極，使用和圖5的實(shí)施例中所示相同的環(huán)形電場(chǎng)供給電極24和環(huán)形離子電流檢測(cè)電極25；當(dāng)W.D.更小(例如小于等于5mm)的時(shí)候，作為離子電流檢測(cè)電極，合用和圖7的實(shí)施例所示相同的試樣臺(tái)16這樣的方式也在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
然后，關(guān)于為了比較本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)和以往的檢測(cè)系統(tǒng)而進(jìn)行的一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)記述。圖11中表示圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例SEM的離子電流的典型的測(cè)定例，和圖9所示的本發(fā)明的以往SEM的離子電流的典型的測(cè)定例。將試樣-電場(chǎng)供給電極11之間距離和試樣-離子電流檢測(cè)電極7之間距離進(jìn)行優(yōu)化，使得離子電流的產(chǎn)額最大?？v軸表示在本發(fā)明的離子電流檢測(cè)電極7上測(cè)定的電流的相對(duì)值(根據(jù)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)的方法在試樣臺(tái)上檢測(cè)出的離子電流的相對(duì)值)，橫軸表示向電場(chǎng)供給電極供給的電壓。測(cè)定是在電子束加速電壓25kV，電子束量200pA，W.D.25mm，氣壓100Pa，材料銅的條件下進(jìn)行的。在測(cè)定時(shí)將離子電流檢測(cè)電極7以及試樣臺(tái)設(shè)為接地電位。如圖中所看見(jiàn)那樣，在圖1的實(shí)施例中是最大值，可得到以往的檢測(cè)系統(tǒng)的離子電流量數(shù)十倍的離子電流。由于離子漂移時(shí)間縮短，可將應(yīng)答時(shí)間加速大于等于十μsec。另外試樣室內(nèi)的殘留氣體并不是限定為大氣，也可以是具有其他氣體引入裝置，使用Ar、Xe等稀有氣體或者氮?dú)獾慕Y(jié)構(gòu)。
圖12表示使用大氣、氮?dú)?、Ar、Xe的各種氣體測(cè)定的離子電流的測(cè)定結(jié)果。氣體壓力為50Pa。電流值將殘留氣體是大氣時(shí)的最大電流值當(dāng)作1進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。作為殘留氣體，使用除大氣以外的氣體例如具有如下情況。具有在真空室內(nèi)的真空度為1～數(shù)千帕左右的低真空狀態(tài)的低真空SEM觀(guān)察中，在將試樣室設(shè)為低真空狀態(tài)時(shí)，由于當(dāng)試樣室內(nèi)水蒸氣進(jìn)入，真空度就很難提高，所以不希望在試樣室內(nèi)進(jìn)入水蒸氣的情況。例如，考慮將試樣室的真空度再次提高等情況。這樣的情況下，如圖12中所見(jiàn)那樣，在氮?dú)夂痛髿庵卸挤浅：?，但是最好使用具有電?電流特性的氮?dú)鈿怏w。另外，由于A(yíng)r、Xe等離子化剖面積比大氣分子大，所以用比較低的電壓可得到大的離子電流。
權(quán)利要求
1.一種具有將電子束照射到試樣上的照射光學(xué)系統(tǒng)，和在試樣室內(nèi)放置試樣的試樣臺(tái)的氣體倍增式離子電流檢測(cè)型掃描電子顯微鏡，其特征在于具有在上述試樣臺(tái)的周?chē)慌渲弥辽僖粋€(gè)的電場(chǎng)供給電極，和離子電流檢測(cè)電極，上述電場(chǎng)供給電極被配置成被上述離子電流檢測(cè)電極覆蓋。
2.一種掃描電子顯微鏡，其特征在于具有將電子束照射到試樣上的照射光學(xué)系統(tǒng)，放置試樣的試樣臺(tái)，內(nèi)部置有上述試樣臺(tái)的試樣室，為了通過(guò)照射上述電子束使由上述試樣所產(chǎn)生的二次電子加速而提供電場(chǎng)的電場(chǎng)供給電極；在上述試樣室中具有檢測(cè)由上述試樣室內(nèi)的殘留氣體和上述被加速的二次電子發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的離子的離子電流檢測(cè)電極，上述離子電流檢測(cè)電極具有上部電極和下部電極，上述電場(chǎng)供給電極被配置在上述上部電極和下部電極之間。
3.如權(quán)利要求2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于上述離子電流檢測(cè)電源具有覆蓋上述電場(chǎng)供給電源的周?chē)男螤睢?br> 4.如權(quán)利要求1～2中任一項(xiàng)所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于上述電場(chǎng)供給電極和離子電流檢測(cè)電極中的某一個(gè)或者兩個(gè)的形狀是單線(xiàn)狀、或網(wǎng)格狀、或多孔板狀、或板狀。
5如權(quán)利要求1所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于具有對(duì)上述試樣臺(tái)或者上述離子電流檢測(cè)電極或者上述電場(chǎng)供給電極施加電壓的單元，和控制該施加電壓的單元。
6.如權(quán)利要求2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于在上述試樣室內(nèi)具有第一電極，用于形成用于向通過(guò)照射上述電子束由上述試樣所產(chǎn)生的二次電子給予希望的速度的電場(chǎng)。
7.如權(quán)利要求2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于在上述試驗(yàn)室內(nèi)具有第二電極，用于提供通過(guò)加速二次電子引起由殘留氣體分子所產(chǎn)生的氣體倍增所需的電場(chǎng)，提供使由上述氣體倍增所產(chǎn)生的離子或者電子在上述帶電的試樣上漂移的電場(chǎng)。
8.如權(quán)利要求5～7中任一項(xiàng)所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于上述施加電壓控制單元控制上述第一電極或者第二電極的施加電壓。
9.如權(quán)利要求1或2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于具有獨(dú)立地調(diào)整上述離子電流檢測(cè)電極和上述電場(chǎng)供給電極相對(duì)位置的單元。
10.如權(quán)利要求1或2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于具有調(diào)整上述離子電路檢測(cè)電極或者上述電場(chǎng)供給電極和上述試樣臺(tái)的相對(duì)位置的單元。
11.如權(quán)利要求1或2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于將上述試樣臺(tái)作為上述離子電流檢測(cè)電極合用。
12.如權(quán)利要求1或2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于可將上述電場(chǎng)供給電極或者離子電流檢測(cè)電極作為二次電子集電極(Collector)合用。
13.如權(quán)利要求1或2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于在上述試樣室內(nèi)具有用于將從上述離子電流檢測(cè)電極檢測(cè)出的離子電流倍增到成像所需的強(qiáng)度的倍增器。
14.如權(quán)利要求2所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于上述殘留氣體是空氣、氮?dú)饣蛘呦”怏w。
全文摘要
一種掃描電子顯微鏡，具有將電子束照射到試樣上的照射光學(xué)系統(tǒng)，在試樣室內(nèi)放置試樣的試樣臺(tái)，在試樣臺(tái)的周?chē)慌渲弥辽僖粋€(gè)的電場(chǎng)供給電極，被配置成覆蓋電場(chǎng)供給電極那樣的離子電流檢測(cè)電極。
文檔編號(hào)G01N23/22GK1822305SQ200510103948
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者波田野道夫, 伊東祐博, 富田真一, 片根純一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立科學(xué)系統(tǒng)