JP2000208089A - Electron microscope device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電子顕微鏡装置に関
する。[0001] The present invention relates to an electron microscope apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、試料表面から放出される電子を検
出することにより試料表面の像を観察する電子顕微鏡装
置として、走査型電子顕微鏡やエミッション顕微鏡が知
られている。走査型電子顕微鏡は、細く絞った1次電子
線を試料表面上で走査し、電子線照射領域から発生する
2次電子や反射電子を検出して、この信号強度を1次電
子線の走査と同期させて画面上に表示するものである。
一方エミッション顕微鏡は、試料表面から放出される光
電子や熱電子を電子レンズで結像して試料表面の拡大像
を形成する方法であり、特に放出される電子が光電子の
場合は光電子顕微鏡と呼ばれる。2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning electron microscope or an emission microscope has been known as an electron microscope apparatus for observing an image of a sample surface by detecting electrons emitted from the sample surface. A scanning electron microscope scans a sample surface with a finely narrowed primary electron beam, detects secondary electrons and reflected electrons generated from an electron beam irradiation area, and determines the signal intensity by scanning the primary electron beam. It is displayed on the screen in synchronization.
On the other hand, an emission microscope is a method in which photoelectrons and thermal electrons emitted from a sample surface are imaged by an electron lens to form an enlarged image of the sample surface. In particular, when the emitted electrons are photoelectrons, it is called a photoelectron microscope.
【0003】走査型電子顕微鏡の空間分解能は、試料表
面上での1次電子線のスポットサイズにより決まるが、
例えば電界放出型電子銃を装備した最新の走査型電子顕
微鏡では1nm以下の高い空間分解能が達成されてい
る。しかし、このような高い空間分解能を得るために
は、電子線を細く絞った上に十分な2次電子の信号量を
検出する必要があり、そのため観察領域を走査して1つ
の像を形成するのに数分程度の時間を要する。これに対
して、光電子顕微鏡では結像面に形成された像信号を一
括して取り込むため、1つの光電子像を得るために必要
な時間は走査型電子顕微鏡に比べてはるかに短く、リア
ルタイムで観察が可能である。しかし、光電子顕微鏡の
空間分解能は走査型電子顕微鏡に比べて桁違いに悪く、
現状では100nm程度である(Ultramicroscopy 36
(1991) 148-153 (著者:W.Engel, M.E.Kordesh, H.H.Ro
termond, S.kubala, Oertzen)に開示)。[0003] The spatial resolution of a scanning electron microscope is determined by the spot size of a primary electron beam on the sample surface.
For example, in the latest scanning electron microscope equipped with a field emission electron gun, a high spatial resolution of 1 nm or less has been achieved. However, in order to obtain such a high spatial resolution, it is necessary to narrow down the electron beam and detect a sufficient amount of secondary electron signals. Therefore, an observation region is scanned to form one image. It takes several minutes to complete. In contrast, a photoelectron microscope collects image signals formed on the image plane and collects a single photoelectron image. Is possible. However, the spatial resolution of photoelectron microscopes is orders of magnitude worse than scanning electron microscopes,
At present, it is about 100 nm (Ultramicroscopy 36
(1991) 148-153 (Authors: W. Engel, MEKordesh, HHRo
termond, S.kubala, Oertzen).
【0004】試料表面の像を1つ取得するのに要する時
間を時間分解能と定義すると、上述したように走査型電
子顕微鏡は空間分解能が高く時間分解能が低いのに対し
て、光電子顕微鏡は空間分解能は低いが時間分解能が高
いという互いに相補的な特徴を有している。また、走査
型電子顕微鏡が主として2次電子を検出しているのに対
し、光電子顕微鏡は光電子を検出しており、その発生機
構が異なることに伴って、両顕微鏡装置から得られる情
報は基本的に異なっている。したがって、目的によって
は、同一の試料に対して走査型電子顕微鏡と光電子顕微
鏡の両方の情報が欲しい場合がしばしばある。しかし、
従来これら2つの電子顕微鏡は独立した別個の装置であ
るため、同一の装置を用いて走査型電子顕微鏡像と光電
子顕微鏡像の両方を観察することはできなかった。When the time required to acquire one image of the sample surface is defined as time resolution, the scanning electron microscope has a high spatial resolution and a low time resolution as described above, whereas the photoelectron microscope has a spatial resolution. Have low but high temporal resolution and are complementary to each other. In addition, while a scanning electron microscope mainly detects secondary electrons, a photoelectron microscope detects photoelectrons, and the information obtained from both microscope devices is fundamentally different due to the different generation mechanism. Is different. Therefore, depending on the purpose, it is often the case that information on both the scanning electron microscope and the photoelectron microscope is desired for the same sample. But,
Conventionally, since these two electron microscopes are independent and separate devices, it has not been possible to observe both a scanning electron microscope image and a photoelectron microscope image using the same device.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】固体表面で変化する現
象、例えば触媒等の化学反応、物質の表面拡散、あるい
は電子放出素子からの電子放出現象を評価するには、リ
アルタイムで観察が可能な光電子顕微鏡が適している。
このように表面の動的現象を観察する場合、変化を引き
起こすために試料の加熱やガス導入、あるいは試料への
電圧印加等を行うことがあるが、場面によっては変化を
一旦停止させて走査型電子顕微鏡で表面を詳しく観察す
る必要がある。In order to evaluate a phenomenon that changes on a solid surface, for example, a chemical reaction of a catalyst or the like, a surface diffusion of a substance, or an electron emission phenomenon from an electron-emitting device, a photoelectron that can be observed in real time is used. A microscope is suitable.
When observing the dynamic phenomena of the surface, heating of the sample, introduction of gas, or application of voltage to the sample may be performed to cause a change. It is necessary to observe the surface in detail with an electron microscope.
【0006】しかし、前記の通り、従来の装置構成では
走査型電子顕微鏡と光電子顕微鏡は独立したまったく別
個の装置であるため、同一の装置を用いて走査型電子顕
微鏡像と光電子顕微鏡像の両方を観察することはできな
い。両方の顕微鏡装置で観察するためには、一方の顕微
鏡装置による観察を行なった後、一旦試料を大気中に出
して、他方の顕微鏡装置にセッティングし直す必要があ
った。このような操作は手間がかかるだけでなく、大気
にさらすことにより試料の表面状態が変化する可能性も
あり、本来望ましくない。However, as described above, in the conventional apparatus configuration, the scanning electron microscope and the photoelectron microscope are independent and completely separate apparatuses. Therefore, both the scanning electron microscope image and the photoelectron microscope image are obtained using the same apparatus. It cannot be observed. In order to observe with both microscope devices, it was necessary to perform observation with one microscope device, and then take the sample out into the atmosphere and reset it to the other microscope device. Such an operation is not only time-consuming but also undesirable because the surface state of the sample may change due to exposure to the atmosphere.
【0007】そこで、本発明の目的は、一つの装置で走
査型電子顕微鏡と光電子顕微鏡の両方の機能を有してお
り、試料を装置から取り出したり再セッティングしたり
することなく、走査型電子顕微鏡による観察と光電子顕
微鏡による観察とを行ない得る電子顕微鏡装置を提供す
ることにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a scanning electron microscope having both the functions of a scanning electron microscope and a photoelectron microscope in a single apparatus without removing or resetting the sample from the apparatus. It is an object of the present invention to provide an electron microscope device capable of performing observation by a TEM and observation by a photoelectron microscope.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の電子顕微鏡装置
の特徴は、電子線発生手段と、前記電子線発生手段から
照射される電子線を試料表面上で走査させる走査手段
と、前記電子線が照射された時に前記試料から放出され
る2次電子を検出する2次電子検出器と、前記2次電子
検出器により検出された2次電子の信号強度を前記電子
線の走査と同期して表示する2次電子像表示手段と、前
記試料に光を照射する光照射手段と、前記光を照射され
た時に前記試料から放出される光電子を検出する光電子
検出器と、前記光電子検出器により検出された光電子の
強度信号を表示する光電子像表示手段と、前記電子線発
生手段から前記電子線が照射された時に該電子線を前記
試料表面に集束させるとともに、前記光照射手段から前
記光が照射された時に前記試料から放出される光電子を
前記光電子検出器に結像させる光学手段とを有するとこ
ろにある。The electron microscope apparatus of the present invention is characterized by an electron beam generating means, a scanning means for scanning an electron beam emitted from the electron beam generating means on a sample surface, and an electron beam. A secondary electron detector for detecting secondary electrons emitted from the sample when the sample is irradiated, and synchronizing the signal intensity of the secondary electrons detected by the secondary electron detector with the scanning of the electron beam. Secondary electron image display means for displaying, light irradiating means for irradiating the sample with light, photoelectron detector for detecting photoelectrons emitted from the sample when irradiated with the light, and detection by the photoelectron detector A photoelectron image display means for displaying an intensity signal of the photoelectrons, and when the electron beam is irradiated from the electron beam generation means, the electron beam is focused on the sample surface, and the light is irradiated from the light irradiation means. When There photoelectrons emitted from the sample where having optical means for focusing the photoelectron detector.
【0009】このような構成によると、走査型顕微鏡と
しての試料観察が可能であるとともに、光電子顕微鏡と
しての試料観察も可能である。しかも、共通の光学手段
を利用するため、試料を移動することなく、装置の電気
的な設定を変えるだけで、光電子顕微鏡と走査電子顕微
鏡の両方の像を観察することができる。According to such a configuration, it is possible to observe a sample as a scanning microscope and also to observe a sample as a photoelectron microscope. In addition, since the common optical means is used, images of both the photoelectron microscope and the scanning electron microscope can be observed only by changing the electrical settings of the apparatus without moving the sample.
【0010】前記光学手段が、前記電子線を走査する際
に該電子線を前記試料表面に集束させるための電子レン
ズと、前記試料から前記光電子が放出される際に該光電
子を結像させる電子レンズとを有し、両電子レンズの光
軸が実質的に一致している構成であってもよい。また
は、前記光学手段の電子レンズが、前記電子線を走査す
る際には該電子線を前記試料表面に集束させ、前記試料
から前記光電子が放出される際には該光電子を前記光電
子検出器に結像させるものであってもよい。An electron lens for converging the electron beam on the surface of the sample when the optical means scans the electron beam, and an electron for imaging the photoelectron when the photoelectron is emitted from the sample. And a configuration in which the optical axes of both electron lenses substantially coincide with each other. Alternatively, the electron lens of the optical means focuses the electron beam on the sample surface when scanning the electron beam, and when the photoelectrons are emitted from the sample, the photoelectrons are sent to the photoelectron detector. An image may be formed.
【0011】前記光照射手段が紫外線を照射する水銀ラ
ンプであってもよい。[0011] The light irradiation means may be a mercury lamp for irradiating ultraviolet rays.
【0012】前記走査手段が偏向コイルであってもよ
い。[0012] The scanning means may be a deflection coil.
【0013】さらに、前記試料が置かれる試料ステージ
に、前記試料に電圧を印加するための電極と、前記試料
を加熱するためのヒーターとが設けられていることが好
ましい。この場合、様々な条件下での試料の観察が行な
える。Further, it is preferable that an electrode for applying a voltage to the sample and a heater for heating the sample are provided on a sample stage on which the sample is placed. In this case, observation of the sample under various conditions can be performed.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】[第1の実施形態]図1に示す本
発明の第1の実施形態の電子顕微鏡装置は、レンズ鏡筒
2と、このレンズ鏡筒2の光軸の上部に配置された電子
線発生手段とを有している。電子線発生手段は、熱電子
や電界放出電子等を放出する電子銃であり、本実施形態
では、フィラメント10に通電加熱して電子を放出させ
る熱電子放出型電子銃1である。なお、この熱電子放出
型電子銃1は、放出電子のクロスオーバー点をつくるた
めのウェーネルト電極11や、引き出し電極12を有し
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] An electron microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is disposed above a lens barrel 2 and an optical axis of the lens barrel 2. Electron beam generating means. The electron beam generating means is an electron gun that emits thermoelectrons, field emission electrons, or the like. In the present embodiment, the electron beam generating means is a thermionic electron gun 1 that emits electrons by heating the filament 10 by heating. The thermoelectron emission type electron gun 1 has a Wehnelt electrode 11 for forming a crossover point of emitted electrons and an extraction electrode 12.
【0015】レンズ鏡筒2には、複数の電子レンズから
なる光学手段と、電子銃1から放射された1次電子線を
走査する走査手段と、光電子像を検出するための光電子
検出器17とが設けられている。The lens barrel 2 includes an optical unit including a plurality of electron lenses, a scanning unit that scans a primary electron beam emitted from the electron gun 1, a photoelectron detector 17 for detecting a photoelectron image, and Is provided.
【0016】本実施形態の光学手段は、3極型の静電レ
ンズである対物レンズ13および投影レンズ14からな
り、走査型電子顕微鏡観察時には1次電子線を集束する
手段として働き、光電子顕微鏡観察時には光電子を結像
する手段として働く。すなわち、投影レンズ14は、光
電子顕微鏡観察時には投影レンズとして作用し、走査型
電子顕微鏡観察時には集束レンズとして作用する。The optical means of the present embodiment comprises an objective lens 13 and a projection lens 14 which are three-pole type electrostatic lenses, and functions as a means for focusing a primary electron beam during observation with a scanning electron microscope. Sometimes it acts as a means of imaging photoelectrons. That is, the projection lens 14 functions as a projection lens during observation with a photoelectron microscope, and functions as a focusing lens during observation with a scanning electron microscope.
【0017】本実施形態の走査手段は、X方向とY方向
の偏向コイル15と、偏向コイル15と逆向きに接続さ
れた偏向コイル16とからなり、これら上下2段の偏向
コイル15,16が、電子銃1から放射された1次電子
線を走査させる。The scanning means of this embodiment comprises a deflection coil 15 in the X and Y directions, and a deflection coil 16 connected in the opposite direction to the deflection coil 15, and these two upper and lower deflection coils 15, 16 are provided. The primary electron beam emitted from the electron gun 1 is scanned.
【0018】さらに、本実施形態の光電子検出器17
は、マルチチャンネルプレートと蛍光体およびCCDが
一体化されたプレート型の2次元検出器であり、直径5
0mmの有効面積を有し、中央に電子線が通過可能な直
径0.5mmのスリットが形成されている。Further, the photoelectron detector 17 of the present embodiment
Is a plate-type two-dimensional detector in which a multi-channel plate, a phosphor and a CCD are integrated, and has a diameter of 5
A slit having an effective area of 0 mm and a diameter of 0.5 mm is formed at the center thereof, through which an electron beam can pass.
【0019】レンズ鏡筒2に対向するように、3次元的
に微動可能な移動機構とレンズ鏡筒2の光軸を回転軸と
する回転機構を装備した試料ステージ3が設けられてい
る。そして、試料ステージ3の近傍には、2次電子を検
出するための2次電子検出器5と、紫外光を照射する水
銀ランプ(光照射手段)6と、水銀ランプ6と試料ステ
ージ3との間に位置する石英ポート7とが設けられてい
る。A sample stage 3 equipped with a moving mechanism capable of finely moving three-dimensionally and a rotating mechanism having the optical axis of the lens barrel 2 as a rotation axis is provided so as to face the lens barrel 2. In the vicinity of the sample stage 3, a secondary electron detector 5 for detecting secondary electrons, a mercury lamp (light irradiation means) 6 for irradiating ultraviolet light, and a mercury lamp 6 and a sample stage 3 A quartz port 7 located between them is provided.
【0020】また本実施形態では、2次電子検出器5に
接続された2次電子像表示手段8と、光電子検出器17
に接続された光電子像表示手段9とが設けられている。In this embodiment, the secondary electron image display means 8 connected to the secondary electron detector 5 and the photoelectron detector 17
And an opto-electronic image display means 9 connected to the camera.
【0021】レンズ鏡筒2を含む真空容器18と、電子
銃1は、差動排気システムによりそれぞれ真空雰囲気中
に保持されている。The vacuum vessel 18 including the lens barrel 2 and the electron gun 1 are held in a vacuum atmosphere by a differential pumping system.
【0022】このような構成の本実施形態の電子顕微鏡
装置が走査型電子顕微鏡として用いられる場合、レンズ
鏡筒2は、試料ステージ3にセットされた試料4と同電
位に保持され、電子銃1には試料4に対して負の電位−
Vaが印加される。電子銃1から放出された電子は加速
電圧Vaにより加速されレンズ鏡筒2に入る。つづいて
電子線は、レンズ鏡筒2内に配置された光学手段(電子
レンズ13,14)により試料4の表面上に集光され、
走査手段(偏向コイル15,16)により試料4の観察
領域を走査される。電子線が照射された試料4から発生
した2次電子は、2次電子検出器5により検出され電気
信号に変換されて、2次電子像表示手段8に走査型電子
顕微鏡像として表示される。When the electron microscope apparatus of this embodiment having such a configuration is used as a scanning electron microscope, the lens barrel 2 is held at the same potential as the sample 4 set on the sample stage 3, and the electron gun 1 Has a negative potential-
Va is applied. Electrons emitted from the electron gun 1 are accelerated by the acceleration voltage Va and enter the lens barrel 2. Subsequently, the electron beam is focused on the surface of the sample 4 by optical means (electron lenses 13 and 14) arranged in the lens barrel 2, and
The observation area of the sample 4 is scanned by the scanning means (deflection coils 15 and 16). Secondary electrons generated from the sample 4 irradiated with the electron beam are detected by the secondary electron detector 5 and converted into electric signals, and displayed on the secondary electron image display means 8 as a scanning electron microscope image.
【0023】一方、本実施形態の電子顕微鏡装置が光電
子顕微鏡として用いられる場合、レンズ鏡筒2には試料
4に対して正の加速電圧Vaが印加される。水銀ランプ
(光照射手段)6から試料4に向けて紫外線が照射され
ると、この紫外線を受けて試料4の表面から放出された
光電子が、加速電圧Vaによって加速され、レンズ鏡筒
2に配置された電子レンズ13,14によりプレート型
検出器である光電子検出器17上に結像される。結像さ
れた光電子は光電子検出器17により電気信号に変換さ
れ、光電子像表示手段9に光電子顕微鏡像として表示さ
れる。このように光電子顕微鏡として観察を行なう場
合、電子銃1の動作条件に特に制限はないが、電子銃1
を稼働させないか、あるいは1次電子線がレンズ鏡筒2
に入らないように電子銃1の加速電圧等が設定されてい
る。On the other hand, when the electron microscope apparatus of the present embodiment is used as a photoelectron microscope, a positive acceleration voltage Va is applied to the lens barrel 2 with respect to the sample 4. When ultraviolet rays are irradiated from the mercury lamp (light irradiation means) 6 toward the sample 4, photoelectrons emitted from the surface of the sample 4 in response to the ultraviolet rays are accelerated by the acceleration voltage Va and placed in the lens barrel 2. The formed electron lenses 13 and 14 form an image on a photoelectron detector 17 which is a plate-type detector. The formed photoelectrons are converted into electric signals by the photoelectron detector 17 and displayed on the photoelectron image display means 9 as a photoelectron microscope image. When the observation is performed as a photoelectron microscope in this manner, the operating conditions of the electron gun 1 are not particularly limited.
Is not operated, or the primary electron beam is
The acceleration voltage and the like of the electron gun 1 are set so as not to enter.
【0024】また、この電子顕微鏡装置全体は適当な排
気システムによって真空に保持されるが、光電子を発生
させるための水銀ランプ(光照射手段)6は通常真空容
器18の外に置かれ、光は石英ポート7を通して試料4
の表面上に照射される。The entire electron microscope apparatus is held in a vacuum by a suitable exhaust system, but a mercury lamp (light irradiation means) 6 for generating photoelectrons is usually placed outside a vacuum vessel 18 to emit light. Sample 4 through quartz port 7
Irradiation on the surface.
【0025】本実施形態の電子銃1とレンズ鏡筒2と
は、試料ステージ3に対して独立に加速電圧を設定で
き、本装置を走査型電子顕微鏡として使用するときの1
次電子は電子銃1で加速され、光電子顕微鏡として使用
するときの光電子は試料4の表面からレンズ鏡筒2まで
の空間で加速される。The electron gun 1 and the lens barrel 2 of this embodiment can set an acceleration voltage independently with respect to the sample stage 3, and can be used when the apparatus is used as a scanning electron microscope.
Secondary electrons are accelerated by the electron gun 1, and photoelectrons when used as a photoelectron microscope are accelerated in a space from the surface of the sample 4 to the lens barrel 2.
【0026】ところで、本出願人は、本実施形態の電子
顕微鏡装置の、光電子顕微鏡としての空間分解能を具体
的に測定した。シリコンウェハー上にストライプ状の金
パターンを蒸着したものを、観察用試料4として試料ス
テージ3上にセットした。そして、まず試料ステージ3
に対するレンズ鏡筒2の電位、すなわち加速電圧を15
kVに設定し、光照射手段である水銀ランプ6から石英
ポート7を通して紫外線を試料4の表面に照射した。電
子レンズ13,14の各レンズ条件が適宜設定された状
態で、試料4から発生した光電子が光電子検出器17に
て検出される。その光電子像が光電子像表示手段9に表
示され、これを観察しながら対物レンズ13および投影
レンズ14の電圧を調整して、光電子像のフォーカスと
倍率を設定した。このとき、対物レンズ13は主として
フォーカス調整用として、投影レンズ14は主として倍
率設定用として機能する。金パターンのエッジプロファ
イルのコントラスト差が10%から90%に変化するま
での間隔を空間分解能と定義して測定した結果、光電子
顕微鏡としての分解能は約200nmであった。また、
試料を移動しながら光電子顕微鏡像をビデオ録画し、コ
マ送りで再生することにより、少なくともTVレート
(60フィールド/秒)を上回る時間分解能を持つこと
が実証された。The applicant has specifically measured the spatial resolution of the electron microscope apparatus of the present embodiment as a photoelectron microscope. A sample obtained by depositing a stripe-shaped gold pattern on a silicon wafer was set as an observation sample 4 on a sample stage 3. Then, first, the sample stage 3
The potential of the lens barrel 2 with respect to
The voltage was set to kV, and the surface of the sample 4 was irradiated with ultraviolet rays through a quartz port 7 from a mercury lamp 6 as light irradiation means. Photoelectrons generated from the sample 4 are detected by the photoelectron detector 17 in a state where the lens conditions of the electronic lenses 13 and 14 are appropriately set. The photoelectron image was displayed on the photoelectron image display means 9, and while observing the photoelectron image, the voltages of the objective lens 13 and the projection lens 14 were adjusted to set the focus and magnification of the photoelectron image. At this time, the objective lens 13 functions mainly for focus adjustment, and the projection lens 14 functions mainly for magnification setting. As a result of defining the interval until the contrast difference of the edge profile of the gold pattern changes from 10% to 90% as the spatial resolution, the resolution as a photoelectron microscope was about 200 nm. Also,
Video recording of a photoelectron microscope image while moving the sample, and playback with frame-by-frame playback proved to have a time resolution at least higher than the TV rate (60 fields / second).
【0027】次に、本実施形態の電子顕微鏡装置の、走
査型電子顕微鏡としての空間分解能を測定した。レンズ
鏡筒2の鏡筒電位を試料4と同電位に設定し、電子銃1
から発生する1次電子の加速電圧を25kVに設定し、
フィラメント11を通電加熱して1次電子を放出させ、
電子レンズ13,14のレンズ条件を適宜設定した状態
で、偏向コイル15、16を用いて試料4の表面の矩型
領域で電子線を走査させた。電子線の照射により試料4
に発生した2次電子は、2次電子検出器5に検出され、
2次電子像表示手段8に2次電子像として表示される。
この2次電子像を観察しながら、対物レンズ13を調整
してフォーカスを合わせると、前述する光電子像観察と
同一の視野が試料4を移動せずに観察できることが確認
された。また、観察された金パターンの島と島との間隔
を計測すると、走査型電子顕微鏡としての分解能が30
nmであった。Next, the spatial resolution of the electron microscope apparatus of this embodiment as a scanning electron microscope was measured. The lens barrel 2 is set to the same potential as the sample 4 and the electron gun 1
The acceleration voltage of the primary electrons generated from is set to 25 kV,
The filament 11 is energized and heated to emit primary electrons,
With the lens conditions of the electron lenses 13 and 14 appropriately set, electron beams were scanned in a rectangular region on the surface of the sample 4 using the deflection coils 15 and 16. Sample 4 by electron beam irradiation
Is detected by the secondary electron detector 5,
The image is displayed on the secondary electron image display means 8 as a secondary electron image.
When the objective lens 13 was adjusted and focused while observing the secondary electron image, it was confirmed that the same field of view as that of the above-described photoelectron image observation could be observed without moving the sample 4. When the distance between the observed gold pattern islands was measured, the resolution as a scanning electron microscope was 30%.
nm.
【0028】電子レンズ13,14等の条件は図示しな
い外部の制御装置によって電気的に制御されるので、光
電子顕微鏡観察と走査型電子顕微鏡観察の切り替えは、
この制御装置の設定を変更することによって実行され
る。このように、本発明を用いれば試料4を移動するこ
となく、装置の電気的な設定を変えるだけで、光電子顕
微鏡と走査電子顕微鏡の両方の像を観察することが可能
になる。走査型電子顕微鏡観察と光電子顕微鏡観察の切
り替えに要する時間は、加速電圧や電子レンズ13,1
4の各レンズ条件を設定する時間で決まり、実測値とし
て5分程度であった。観察条件の設定を自動化すればこ
の時間はさらに短縮される。Since the conditions of the electron lenses 13 and 14 are electrically controlled by an external control device (not shown), switching between observation with a photoelectron microscope and observation with a scanning electron microscope is performed as follows.
This is executed by changing the setting of the control device. As described above, according to the present invention, it is possible to observe images of both the photoelectron microscope and the scanning electron microscope without changing the sample 4 and only by changing the electrical settings of the apparatus. The time required to switch between scanning electron microscope observation and photoelectron microscope observation depends on the accelerating voltage and the electron lenses 13 and 1.
It was determined by the time for setting each lens condition of No. 4 and was about 5 minutes as an actually measured value. This time can be further reduced by automatically setting the observation conditions.
【0029】[第2の実施形態]図2に本発明の第2の
実施形態を示している。なお、第1の実施形態と同じ構
成については同一の符号を付与し説明を省略する。[Second Embodiment] FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0030】本実施形態の電子銃19は、フィラメント
28と上下2段の引き出し電極29とを有する電界放出
型電子銃である。The electron gun 19 of this embodiment is a field emission type electron gun having a filament 28 and two upper and lower extraction electrodes 29.
【0031】レンズ鏡筒20には、磁界型の電子レンズ
として、対物レンズ30、中間レンズ31および投影レ
ンズ32が備えられている。中間レンズ31および投影
レンズ32は走査型電子顕微鏡観察に際しては集束レン
ズとして作用する。また、電子線走査用の上下2段の偏
向コイル15,16に加えて、電子線の傾きを調整する
ビームチルト用偏向コイル33が設けられている。対物
レンズ30の上方には、非点収差を補正するための非点
補正用スティグマトール36と、電子線を細く絞る対物
アパーチャー37が設けられている。The lens barrel 20 is provided with an objective lens 30, an intermediate lens 31, and a projection lens 32 as magnetic field type electron lenses. The intermediate lens 31 and the projection lens 32 function as a focusing lens during observation with a scanning electron microscope. In addition to the upper and lower two-stage deflection coils 15 and 16 for electron beam scanning, a beam tilt deflection coil 33 for adjusting the tilt of the electron beam is provided. Above the objective lens 30, a stigmator for astigmatism correction for correcting astigmatism and an objective aperture 37 for narrowing the electron beam are provided.
【0032】試料ステージ21は、第1の実施形態の試
料ステージ3と同様に3軸の移動機構と回転機構を有す
るのに加えて、試料4に電圧を印加したり電流を流すた
めの一対の電極(図示せず)と、試料4の加熱のための
抵抗加熱型ヒーター(図示せず)が設けられている。The sample stage 21 has a three-axis moving mechanism and a rotating mechanism in the same manner as the sample stage 3 of the first embodiment. An electrode (not shown) and a resistance heating type heater (not shown) for heating the sample 4 are provided.
【0033】図2には明示していないが、レンズ鏡筒2
0の内部、真空容器39、電子銃19は独立して3系統
の差動排気システムにより、真空が保持されている。た
だし、本実施形態の真空容器39には、種々のガスを導
入するための導入口40が設けられている。Although not explicitly shown in FIG. 2, the lens barrel 2
The inside of the vacuum chamber 39, the vacuum vessel 39, and the electron gun 19 are independently maintained in vacuum by three differential exhaust systems. However, the vacuum vessel 39 of the present embodiment is provided with an inlet 40 for introducing various gases.
【0034】本実施形態において、第1の実施形態と同
様な方法で分解能を調べた結果、光電子顕微鏡としての
空間分解能が70nm、走査型電子顕微鏡としての空間
分解能が5nmであった。In this embodiment, as a result of examining the resolution by the same method as in the first embodiment, the spatial resolution as a photoelectron microscope was 70 nm, and the spatial resolution as a scanning electron microscope was 5 nm.
【0035】つぎに本実施形態の電子顕微鏡装置を用い
て、スピント型の電子放出素子を観察した。スピント型
電子放出素子は微小な構造から電子を電界放出させる素
子であり、フラットディスプレーを実現するための材料
として注目され研究されているものである。このスピン
ト型電子放出素子を試料4として試料ステージ21にセ
ットして観察した。Next, a Spindt-type electron-emitting device was observed using the electron microscope apparatus of the present embodiment. The Spindt-type electron-emitting device is a device that emits electrons from a minute structure in a field, and is attracting attention and studied as a material for realizing a flat display. This Spindt-type electron-emitting device was set as a sample 4 on a sample stage 21 and observed.
【0036】本実施形態によると、試料ステージ21に
電極とヒーターが設けられているので、この電極に通電
して電子放出素子を駆動することにより、光電子顕微鏡
として光電子像を観察するのに加えて、素子からの電界
放出による電子放出像を観察し、その輝度や形状の時間
変化を評価することができる。また、この駆動の前後
に、走査型電子顕微鏡として2次電子像を求め、両者を
比較することにより、電子放出による素子の劣化のメカ
ニズムを解析することもできる。また、試料ステージ2
1のヒーターによる試料4の加熱や、導入口40からの
様々なガスの導入が素子に及ぼす影響を詳しく検討する
ことも可能である。According to the present embodiment, the electrodes and the heater are provided on the sample stage 21. By energizing the electrodes to drive the electron-emitting devices, the electron-emitting device can be used in addition to observing a photoelectron image as a photoelectron microscope. By observing an electron emission image due to the field emission from the device, it is possible to evaluate the time change of the brightness and the shape. Further, before and after this driving, a secondary electron image is obtained by a scanning electron microscope, and by comparing the two, it is also possible to analyze the mechanism of deterioration of the element due to electron emission. Sample stage 2
It is also possible to examine in detail the effects of heating the sample 4 by the heater 1 and the introduction of various gases from the inlet 40 on the element.
【0037】このように、本発明によれば光電子顕微鏡
と走査型電子顕微鏡の機能を同一の装置で実現させるこ
とにより、電子放出素子の特性評価、構造評価を詳細か
つ簡便に行える。As described above, according to the present invention, by realizing the functions of the photoelectron microscope and the scanning electron microscope with the same device, the characteristic evaluation and the structure evaluation of the electron-emitting device can be performed in detail and simply.
【0038】[0038]
【発明の効果】本発明によると、単一の電子顕微鏡装置
により同一の試料の光電子像観察と2次電子像観察とが
簡単な切り替えで行なえる。試料の再セッティング等が
不要なため、全く同一の条件下で光電子像観察と2次電
子像観察とが行なえる。According to the present invention, observation of a photoelectron image and observation of a secondary electron image of the same sample can be performed by simple switching with a single electron microscope apparatus. Since it is not necessary to reset the sample, the observation of the photoelectron image and the observation of the secondary electron image can be performed under exactly the same conditions.
【図1】本発明の第1の実施形態である電子顕微鏡装置
の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electron microscope device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施形態である電子顕微鏡装置
の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of an electron microscope device according to a second embodiment of the present invention.
1 電子銃(電子線発生手段) 2 レンズ鏡筒 3 試料ステージ 4 試料 5 2次電子検出器 6 光照射手段(水銀ランプ) 7 石英ポート 8 2次電子像表示手段 9 光電子像表示手段 10 フィラメント 11 ウェーネルト電極 12 引き出し電極 13 対物レンズ(光学手段) 14 投影レンズ(光学手段) 15,16 偏向コイル(走査手段) 17 光電子検出器 18 真空容器 19 電子銃(電子線発生手段) 20 レンズ鏡筒 21 試料ステージ 28 フィラメント 29 引き出し電極 30 対物レンズ(光学手段) 31 中間レンズ(光学手段) 32 投影レンズ(光学手段) 33 ビームチルト用偏向コイル 36 非点補正用スティグマトール 37 対物アパーチャー 38 光電子検出器 39 真空容器 40 導入口 Reference Signs List 1 electron gun (electron beam generating means) 2 lens barrel 3 sample stage 4 sample 5 secondary electron detector 6 light irradiation means (mercury lamp) 7 quartz port 8 secondary electron image display means 9 photoelectron image display means 10 filament 11 Wehnelt electrode 12 Leader electrode 13 Objective lens (optical means) 14 Projection lens (optical means) 15, 16 Deflection coil (scanning means) 17 Photoelectron detector 18 Vacuum container 19 Electron gun (electron beam generating means) 20 Lens barrel 21 Sample Stage 28 Filament 29 Extraction electrode 30 Objective lens (optical means) 31 Intermediate lens (optical means) 32 Projection lens (optical means) 33 Beam tilt deflection coil 36 Stigmatol for astigmatism correction 37 Objective aperture 38 Photoelectron detector 39 Vacuum container 40 Inlet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G001 AA03 AA07 BA07 BA08 CA03 FA16 GA01 GA06 GA09 HA13 JA03 JA04 JA13 JA14 JA20 KA01 PA07 RA03 SA02 SA04 5C033 NN01 NN10 NP05 NP06 UU03 UU04 UU10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G001 AA03 AA07 BA07 BA08 CA03 FA16 GA01 GA06 GA09 HA13 JA03 JA04 JA13 JA14 JA20 KA01 PA07 RA03 SA02 SA04 5C033 NN01 NN10 NP05 NP06 UU03 UU04 UU10
Claims (6)
で走査させる走査手段と、 前記電子線が照射された時に前記試料から放出される2
次電子を検出する2次電子検出器と、 前記2次電子検出器により検出された2次電子の信号強
度を前記電子線の走査と同期して表示する2次電子像表
示手段と、 前記試料に光を照射する光照射手段と、 前記光を照射された時に前記試料から放出される光電子
を検出する光電子検出器と、 前記光電子検出器により検出された光電子の強度信号を
表示する光電子像表示手段と、 前記電子線発生手段から前記電子線が照射された時に該
電子線を前記試料表面に集束させるとともに、前記光照
射手段から前記光が照射された時に前記試料から放出さ
れる光電子を前記光電子検出器に結像させる光学手段と
を有する電子顕微鏡装置。1. An electron beam generating means, a scanning means for scanning an electron beam irradiated from the electron beam generating means on a surface of a sample, and an electron beam emitted from the sample when irradiated with the electron beam.
A secondary electron detector for detecting a secondary electron; secondary electron image display means for displaying a signal intensity of the secondary electron detected by the secondary electron detector in synchronization with scanning of the electron beam; Light irradiating means for irradiating light on the sample, a photoelectron detector for detecting photoelectrons emitted from the sample when irradiated with the light, and a photoelectron image display for displaying an intensity signal of the photoelectrons detected by the photoelectron detector Means for converging the electron beam on the surface of the sample when the electron beam is irradiated from the electron beam generating means, and generating photoelectrons emitted from the sample when the light is irradiated from the light irradiation means. An optical means for forming an image on a photoelectron detector.
際に該電子線を前記試料表面に集束させるための電子レ
ンズと、前記試料から前記光電子が放出される際に該光
電子を結像させる電子レンズとを有し、両電子レンズの
光軸が実質的に一致している請求項1に記載の電子顕微
鏡装置。2. An electron lens for focusing the electron beam on a surface of the sample when scanning the electron beam, and forming an image of the photoelectron when the photoelectron is emitted from the sample. The electron microscope apparatus according to claim 1, further comprising an electron lens that causes the optical axes of the two electron lenses to substantially coincide with each other.
線を走査する際には該電子線を前記試料表面に集束さ
せ、前記試料から前記光電子が放出される際には該光電
子を前記光電子検出器に結像させる請求項1に記載の電
子顕微鏡装置。3. The electron lens of the optical means focuses the electron beam on the surface of the sample when scanning the electron beam, and converts the photoelectron into the photoelectron when the photoelectron is emitted from the sample. The electron microscope apparatus according to claim 1, wherein an image is formed on a detector.
ランプである請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子
顕微鏡装置。4. The electron microscope apparatus according to claim 1, wherein said light irradiation means is a mercury lamp that irradiates ultraviolet rays.
1〜4のいずれか1項に記載の電子顕微鏡装置。5. An electron microscope apparatus according to claim 1, wherein said scanning means is a deflection coil.
記試料に電圧を印加するための電極と、前記試料を加熱
するためのヒーターとが設けられている請求項1〜5の
いずれか1項に記載の電子顕微鏡装置。6. The sample stage on which the sample is placed is provided with an electrode for applying a voltage to the sample and a heater for heating the sample. 3. The electron microscope device according to claim 1.
Priority Applications (1)
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JP11005516A Withdrawn JP2000208089A (en) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | Electron microscope device |
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-
1999
- 1999-01-12 JP JP11005516A patent/JP2000208089A/en not_active Withdrawn
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