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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6586525
(24)【登録日】2019年9月13日
(45)【発行日】2019年10月2日
(54)【発明の名称】荷電粒子線装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/28 20060101AFI20190919BHJP
H01J 37/073 20060101ALI20190919BHJP
H01J 37/244 20060101ALI20190919BHJP
H01J 37/04 20060101ALI20190919BHJP
【ＦＩ】
H01J37/28 B
H01J37/073
H01J37/244
H01J37/04 A
【請求項の数】7
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2018-523220(P2018-523220)
(86)(22)【出願日】2016年6月23日
(86)【国際出願番号】JP2016068603
(87)【国際公開番号】WO2017221362
(87)【国際公開日】20171228
【審査請求日】2018年12月3日
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】中村 光宏
(72)【発明者】
【氏名】板橋 洋憲
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 博文
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 勉
(72)【発明者】
【氏名】笹島 正弘
(72)【発明者】
【氏名】津野 夏規
(72)【発明者】
【氏名】中村 洋平
【審査官】
鳥居 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００５−０１９２５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−１５１０４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−０９７８６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００４／００９９８０５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ３７／２８
Ｈ０１Ｊ ３７／０４
Ｈ０１Ｊ ３７／０７３
Ｈ０１Ｊ ３７／２４４
Ｈ０１Ｊ ３７／２２
Ｈ０１Ｊ ３７／１４７
Ｈ０１Ｊ ３７／２５６
Ｇ０１Ｎ ２３／２２５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器と、
前記走査偏向器へ入力する走査制御電圧を発生する走査制御電圧発生部と、
前記走査偏向器へ外部から入力され、前記走査制御電圧とは異なる外部走査制御電圧を検出する検出部と、
検出された前記外部走査制御電圧に基づいて前記荷電粒子線の照射画素座標を算出する演算部と、
前記照射画素座標に応じて前記荷電粒子線の前記試料への照射を制御する照射制御部と、
を有する荷電粒子線装置。
前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器と、
前記走査偏向器へ入力する走査制御電圧を発生する走査制御電圧発生部と、
前記走査偏向器へ外部から入力され、前記走査制御電圧とは異なる外部走査制御電圧を検出する検出部と、
検出された前記外部走査制御電圧に基づいて前記荷電粒子線の照射画素座標を算出する演算部と、
前記照射画素座標に応じて前記荷電粒子線の前記試料への照射を制御する照射制御部と、
を有する荷電粒子線装置。
【請求項2】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次粒子を検出する二次粒子検出器と、
前記二次粒子検出器から出力される二次粒子データを、前記照射画素座標に応じて画像化する信号処理部と、
前記信号処理部で画像化された二次粒子画像を表示する画像表示部と、
をさらに備える荷電粒子線装置。
前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次粒子を検出する二次粒子検出器と、
前記二次粒子検出器から出力される二次粒子データを、前記照射画素座標に応じて画像化する信号処理部と、
前記信号処理部で画像化された二次粒子画像を表示する画像表示部と、
をさらに備える荷電粒子線装置。
【請求項3】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記照射制御部は、照射時間、照射と照射の間隔時間、および照射と照射の間隔画素数を制御する荷電粒子線装置。
前記照射制御部は、照射時間、照射と照射の間隔時間、および照射と照射の間隔画素数を制御する荷電粒子線装置。
【請求項4】
請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記照射制御部は、照射時間、照射と照射の間隔時間、および照射と照射の間隔画素数を制御する荷電粒子線装置。
前記照射制御部は、照射時間、照射と照射の間隔時間、および照射と照射の間隔画素数を制御する荷電粒子線装置。
【請求項5】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記走査偏向器へ前記外部走査制御電圧を印加する外部走査制御電圧発生部を備えた、エネルギー分散型Ｘ線分析装置、後方散乱電子回折装置、或いは超電導遷移端温度計型Ｘ線マイクロカロリメータ装置が搭載されている荷電粒子線装置。
前記走査偏向器へ前記外部走査制御電圧を印加する外部走査制御電圧発生部を備えた、エネルギー分散型Ｘ線分析装置、後方散乱電子回折装置、或いは超電導遷移端温度計型Ｘ線マイクロカロリメータ装置が搭載されている荷電粒子線装置。
【請求項12】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線装置は、ブランカを備え、
前記照射制御部は、前記ブランカにより前記荷電粒子銃からの前記荷電粒子線の前記試料への照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する荷電粒子線装置。
前記荷電粒子線装置は、ブランカを備え、
前記照射制御部は、前記ブランカにより前記荷電粒子銃からの前記荷電粒子線の前記試料への照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する荷電粒子線装置。
【請求項13】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子銃は、光励起荷電粒子銃であり、
前記照射制御部は、前記光励起荷電粒子銃の励起光制御部を制御して前記光励起荷電粒子銃からの前記荷電粒子線の前記試料への照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する荷電粒子線装置。
前記荷電粒子銃は、光励起荷電粒子銃であり、
前記照射制御部は、前記光励起荷電粒子銃の励起光制御部を制御して前記光励起荷電粒子銃からの前記荷電粒子線の前記試料への照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子線装置に関する。【背景技術】
【0002】
荷電粒子線装置の一つである走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、電子源から放出された電子を電子レンズで収束して細い電子線とし、走査偏向器が生じる磁界または電界によって試料上で走査する。電子線の照射によって試料から発生した荷電粒子（二次電子あるいは反射電子）を、電子検出器によって検出し、電子線の走査と同期して画像データに変換すると走査像が得られる。【0003】
電子線の照射によって、試料からは上記の荷電粒子だけでなく電磁波（Ｘ線や光）も放出される。特にエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置をＳＥＭに搭載し、特性Ｘ線を検出することによって試料の組成分析を行うことは、試料形状の観察に並んでＳＥＭのアプリケーションの一つとして定着しつつある（例えば、特許文献１）。【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５−１８４０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、導電性試料だけでなく、機能性セラミックスなどの非導電性試料がＳＥＭの観察やＥＤＸの分析対象となる事例が増えている。特に、本来の表面状態を正確に観察または分析するため試料表面に導電性物質の蒸着処理が施されないことも多く、その場合は試料周辺を数十から数百Ｐａの低真空環境とする手法が用いられる。【0006】
試料周辺を低真空環境にすると、電子線とガス分子の相互作用によってガス分子のイオン化が生じる。試料が非導電性の場合、正の電荷にイオン化されたガス分子は帯電起因となる試料表面の電子と結合し、試料の帯電を緩和することができる。しかしながら、低真空環境を電子線が通過すると、残留ガスとの衝突により電子の散乱が起こる。その結果、電子線の照射径が増大し、観察画像の空間分解能の低下やホワイトノイズを生むなどの問題が起こる。また、ＥＤＸの分析においては散乱電子によって分析対象以外の領域のＸ線励起が生じ、分析精度が低下するという課題がある。【0007】
高真空環境のままで、導電性物質の蒸着処理が施されない非導電性試料の帯電を抑制する方法として、電子線の走査速度を上げて単位時間当たりに試料に照射する電子の数を減らす方法、観察する試料の帯電時定数に応じて走査線間の間隔を変え、試料表面の帯電を抑制する方法、複数のピクセルを飛ばしてピクセル間を移動するときの電子線の走査速度を高速に設定し、電子線照射による試料表面の帯電を緩和する方法、電子線のパルス化により、照射する電子数を制御し、画像化する方法等が知られている。【0008】
しかしながら、ＥＤＸ装置など外部から電子線走査を制御する装置が搭載されたＳＥＭにおいて、ＥＤＸ装置など外部側からの電子線の走査制御時にはＳＥＭ側では試料上の電子線の位置の把握ができず、高真空環境において上記方法を用いて非導電性試料の帯電を抑制することができない。【0009】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、高真空環境下の非導電性試料に対しても、安定した荷電粒子や電磁波を検出し、該試料の観察または分析が可能な荷電粒子線装置を提供することにある。【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するための一実施形態として、荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器と、
前記走査偏向器へ外部から入力される走査制御電圧を検出する検出部と、
検出された前記走査制御電圧に基づいて前記荷電粒子線の照射画素座標を算出する演算部と、
前記照射画素座標に応じて前記荷電粒子線の前記試料への照射を制御する照射制御部と、
を有する荷電粒子線装置とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、高真空環境下の非導電性試料に対しても、安定した荷電粒子や電磁波を検出し、該試料の観察または分析が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施例１に係る、ＥＤＸ装置を搭載可能なＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）。
【図2】実施例１に係る、ＥＤＸ装置を搭載したＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）。
【図3】Ｘ走査制御電圧およびＹ走査制御電圧の説明図。
【図4】実施例１に係るＳＥＭにおいて、電子線照射条件の設定ＧＵＩの一例を示す図。
【図6】実施例２に係る、ＥＤＸ装置を搭載可能なＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）。
【図8】実施例２に係る、ＥＤＸ装置を搭載したＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）。
【図9】従来技術を参照して発明者が再構成した、ＥＤＸ装置を搭載可能なＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）。
【図10】従来技術を参照して発明者が再構成した、ＥＤＸ装置を搭載したＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）。
【発明を実施するための形態】
【0013】
発明者等は上記目的を達成するに当たり、特許文献１に記載の構成を参考に再構成したＥＤＸ装置搭載の、或いは搭載可能なＳＥＭについて検討した。【0014】
図９は、再構成したＥＤＸ搭載可能なＳＥＭの概略全体構成図（一部断面図）を示す。筐体１１内には電子銃１２が配置され、この電子銃１２より電子線２０が放出される。第１集束レンズ１３のレンズ作用を受け、絞り１５を通過した電子線２０は、第２集束レンズ１６を通り、Ｘ走査偏向器１７、Ｙ走査偏向器１８によって偏向され、対物レンズ１９のレンズ作用を受け試料ステージ２２上に置載された試料２１の表面で焦点を結ぶように照射される。電子線２０の試料２１上における照射位置を制御するため、ＳＥＭ主制御部１５１から出力される走査制御電圧に基づいて走査駆動部３０でＸ走査偏向器１７、Ｙ走査偏向器１８の駆動電流を生成する。試料２１上における電子線２０の照射位置からは、二次電子２３や特性Ｘ線２４が発生する。【0015】
このうち二次電子のエネルギーは一般に５０ｅＶ以下と定義され、試料表面までの距離が長い場所で励起されたものは、試料表面に到達するまでにエネルギーを失い試料内部で吸収される。従って、二次電子像は主に試料の表面形状を反映したコントラストを有するという特徴をもつ。加えて、二次電子はエネルギーが小さいことから試料表面近傍の電位の影響も受けやすい。非導電性試料に対して得られる二次電子像には、帯電に伴う異常コントラストが見られることが多い。また、半導体デバイス試料に対しては、内部構造を反映した電位コントラストを得るために二次電子像が観察される事例も多い。【0016】
二次電子２３は二次電子検出器２５によって検出され、検出信号処理部２６でアナログ−ディジタル（ＡＤ）変換される。ＡＤ変換された検出信号は、ＳＥＭ主制御部１５１から検出信号処理部２６に入力される積算タイミング信号に基づいて、ある画素由来の二次電子データとして積算された後、画像データに変換される。画像データは、走査速度に応じて１ライン画像データの取得完了毎または１フレーム画像データの取得完了毎に検出信号処理部２６からＳＥＭ主制御部１５１を経由してコンピュータ３５に転送され、モニタ３７にＳＥＭ画像として表示される。【0017】
電子銃１２の制御は電子銃制御部３４が、第１集束レンズ１３、第２集束レンズ１６、および対物レンズ１９の制御は電子光学系制御部３３が、試料ステージ２２の制御は試料ステージ制御部２７が行うが、その操作は操作インターフェース３６を使用してコンピュータ３５に入力された設定値を、ＳＥＭ主制御部１５１がそれぞれ電子銃制御部３４、電子光学系制御部３３、および試料ステージ制御部２７に伝送することによって行われる。【0018】
ＳＥＭ主制御部１５１には走査制御電圧切換部２９があり、ＳＥＭ側走査制御電圧生成部３８から入力される走査制御電圧と、ＥＤＸ装置に設けられているＥＤＸ側走査制御電圧生成部５３から入力される走査制御電圧のどちらを走査駆動部３０に入力するかを切り換える。図３に示すようなＸ走査用、Ｙ走査用のそれぞれの走査制御電圧に基づいて走査駆動部３０に設けられたＸ走査駆動部３１、Ｙ走査駆動部３２を駆動し、Ｘ走査偏向器１７、Ｙ走査偏向器１８に流れる電流を制御して、電子線２０の２次元走査を行う。尚、本再構成例においてはＸ走査偏向器１７、Ｙ走査偏向器１８を電磁偏向器として記述したが、静電偏向器であっても構わない。【0019】
図１０は、再構成したＥＤＸ装置搭載のＳＥＭの概略全体構成図（一部断面図）を示す。なお、図９に示す符号と同じ符号は同じ構成を示す。搭載するＥＤＸ装置の例としては、特許文献１に記載のＥＤＸ装置が挙げられる。ＳＥＭの筐体１１にはＥＤＸ検出器５１が装着され、試料２１から発生した特性Ｘ線２４を検出し、該検出信号はＥＤＸ主制御部５２においてその波高値に基づいてエネルギースペクトルに変換される。エネルギースペクトルデータはコンピュータ５４に転送され、モニタ５６にエネルギースペクトル画像、または元素マッピング画像として表示される。ＥＤＸ主制御部５２にはＥＤＸ側走査制御電圧生成部５３があり、ここで生成された走査制御電圧がＳＥＭ主制御部１５１に入力される。【0020】
また、コンピュータ３５とコンピュータ５４は通信ケーブルで接続されており、ＥＤＸ分析の開始にあたってはコンピュータ５４からコンピュータ３５にＥＤＸ分析開始コマンドが送信される。該コマンド受信後、コンピュータ３５はＳＥＭ主制御部１５１に該情報を転送し、走査制御電圧切換部２９を操作して走査駆動部３０に入力する走査制御電圧の入力元をＳＥＭ側走査制御電圧生成部３８からＥＤＸ側走査制御電圧生成部５３に切り換える。すなわち、ＥＤＸ分析中は電子線２０の走査制御はＥＤＸ装置が担う。このとき、ＳＥＭ側では電子線の加速電圧や電子線量等を固定するように制御するが、電子線の走査は行わないため試料上での電子線の位置を把握することができない。【0021】
一般的に、荷電粒子検出器や電磁波検出器は、試料から発生した荷電粒子または電磁波の入射がなくなった後も、出力信号が一定時間持続するような応答時間特性を有する。検出器への荷電粒子または電磁波の入射がなくなってから、その入射由来の出力信号がなくなるまでの時間を、以下では出力持続時間と呼ぶことにする。例えば、ＥＤＸにおいてＸ線検出に使用されるシリコンドリフト検出器（ＳＤＤ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｒｉｆｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）では、検出器に入射したＸ線により発生した電荷が、検出器内に印加された電界に応じて収集電極に集められるが、そのドリフト時間は検出面積に依存し、結果的にＳＤＤの出力持続時間はマイクロ秒オーダーとなる。【0022】
観察や分析の対象領域を構成する最小単位を、観察や分析の差異にかかわらず以下では画素と呼ぶことにする。前記のような出力持続時間を有する検出器を用いて、連続して検出される２画素間あるいは複数画素間の信号の重複が発生した場合、検出された信号がどの画素から放出されたかの判別ができず、観察や分析の結果の空間分解能が低下する。【0023】
これを防ぐために、電子線が画素間を移動する前後に、前記の出力持続時間よりも長い時間にわたり、検出データを破棄する処理がなされるのが一般的である。【0024】
しかしながら試料の帯電抑制のために、観察する試料の帯電時定数に応じて走査線間の間隔を変え、試料表面の帯電を抑制する方法、或いは複数のピクセルを飛ばしてピクセル間を移動するときの電子線の走査速度を高速に設定し、電子線照射による試料表面の帯電を緩和する方法を適用する場合、次の制限が生じる。【0025】
すなわち、試料に連続照射される電子線がある画素に滞留する時間が、検出器の出力持続時間よりも短いとき、画素間の信号の重複を防ぐために検出データを破棄する処理が実行されると、検出データが残らなくなってしまう。従って、電子線がある画素に滞留する時間には下限があり、その下限時間が試料の帯電抑制に有効なほど短い時間でなければ、帯電抑制の効果を得ることが困難となる。【0026】
電子線のパルス化により、照射する電子数を制御し、画像化する方法で電子線をブランキングし、断続的に試料に照射することにより、ある画素に電子線が照射される時間と、検出器の出力持続時間に応じた電子線の遮断時間を個別に設定することが可能となる。しかしながら、ＥＤＸ装置側にブランキング制御信号の出力機能がない場合はその追加が必要となることや、ＥＤＸ装置からブランキング制御信号を出力できても、ブランキング手段およびブランキングの応答時間特性はＳＥＭの装置構成に依存するため、電子線に対する所望の断続照射制御の可否は不確実となり、ＥＤＸ装置の汎用性の維持と帯電抑制機能の両立は困難となる。【0027】
そこで、発明者等は上記課題を解決する方法について検討した結果、外部から入力される走査制御電圧を検出し、その検出値に基づいて荷電粒子線が照射される試料上の画素座標を算出し、その画素座標に応じて荷電粒子線の照射を制御すればよいことに思い至った。これにより、ＥＤＸ装置など外部側からの電子線の走査制御時においてもＳＥＭ側で試料上の電子線の位置把握が可能となり、高真空環境において、例えば上記方法を用いて非導電性試料の帯電を抑制することができる。【0028】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。実施例においては一次荷電粒子として電子を用いたＳＥＭについて説明するが、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）にも適用可能である。また、一次荷電粒子としてイオンを用いた装置（走査イオン顕微鏡ＳＩＭ等）にも適用可能である。その場合、光学系は静電レンズ、静電偏向器に置き換わるが、本発明の適用に影響するものではない。また、実施例においては外部からＳＥＭに走査制御電圧を入力してＳＥＭの走査制御を行う装置として、ＥＤＸ装置を挙げるが、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置や、超伝導遷移端温度計（ＴＥＳ：Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｅｄｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）型Ｘ線マイクロカロリメータ装置などを搭載する場合にも適用可能である。【実施例1】
【0029】
本発明の第１の実施例に係る、ＥＤＸ装置搭載可能な、或いはＥＤＸ装置搭載を搭載したＳＥＭついて図１から図５を用いて説明する。尚、図１および図２に記載の符号に関し、従来技術として説明した図９および図１０と同じ符号箇所については、同一構成を示す。【0030】
図１は、本実施例に係る、ＥＤＸ装置搭載可能なＳＥＭの概略全体構成図（一部断面図）を示す。本実施例のＳＥＭ主制御部２８は図９および図１０のＳＥＭ主制御部１５１に加えて、次の機能を有する。すなわち、ＳＥＭ主制御部２８においては、走査制御電圧切換部２９のＸ走査用、Ｙ走査用出力は、それぞれ分岐してＸ走査検出用ＡＤ変換器４１、Ｙ走査検出用ＡＤ変換器４０でＡＤ変換され、演算器４２に入力される。【0031】
走査制御電圧は、図３に示すとおり１画素滞留時間または１ライン走査時間に相当する一定時間は値が変化せず、次の画素または次のラインに移行するタイミングで矩形状に変化する。従って、演算器４２において前回と現在の入力値の差分が、事前に設定された閾値（例えば、隣接画素間の移行であれば１０ｍＶ、１走査周期完了に伴う振り戻し時は数Ｖ）を超えるか否かを判定することによって、Ｘ走査、Ｙ走査それぞれの画素移行タイミングを検出することが可能である。【0032】
加えて、該画素移行タイミングの検出回数をカウントすること、ならびに走査制御電圧の振り戻しを検出することによって、現在の走査制御電圧が偏向目標とする画素座標の算出が可能である。尚、ＡＤ変換器の入力電圧に重畳する高周波数ノイズ成分を除去するために、演算器４２での差分演算前に直前の複数回分のディジタルデータを加算平均してもよい。【0033】
演算器４２は、上記演算に基づいて画素移行タイミングを検出すると、ＳＥＭ主制御部２８が備えるブランキング制御部４５に画素移行タイミング信号を入力するとともに、上記のとおり算出した現在の走査制御電圧が偏向目標とする画素座標データを記憶部４３に記録する。【0034】
ブランキング制御部４５は、予め設定されたブランキング周期と、ブランキング周期内の電子線照射ＯＮの割合を百分率で表したＤｕｔｙ比と、電子線を照射した画素から次に電子線を照射する画素までの間に挟まれる電子線を照射しない画素数である画素飛ばし数と、演算器４２によって更新される現在の上記画素座標データと、を記憶する記憶部４３にアクセスする手段を有し、該画素移行タイミング信号と記憶部４３より参照した上記記憶内容に応じて、電子線２０の試料２１上への照射ＯＮ／ＯＦＦを制御するため、ブランキング駆動部３９にブランキング制御信号を入力する。ブランキング駆動部３９は、該ブランキング制御信号に基づきブランカ１４の電圧を生成する。ブランカ１４に電圧が印加されると、電子線２０が絞り１５の穴の外にまで偏向され、試料２１への照射がＯＦＦとなる。【0035】
ブランキング制御部４５は、演算器４２からの画素移行タイミング信号の他に、ＳＥＭ主制御部２８が備える画素移行タイミング信号生成部４４からの入力手段も具備し、コンピュータ３５に入力された設定条件に応じて、入力元を選択することができる。あるいは両方の入力を遮断してブランキング制御をＯＦＦすることもできる。さらに、ブランキング制御部４５は、上記と同様に演算器４２または画素移行タイミング信号生成部４４から入力される画素移行タイミング信号と、記憶部４３より参照した上記記憶内容に応じて電子線２０の試料２１上への照射ＯＮ／ＯＦＦを判別し、二次電子検出器２５の検出信号を取り込むか破棄するかを制御する積算タイミング信号を検出信号処理部２６に入力する。【0036】
本実施例のＳＥＭが具備する電子線照射条件の設定画面７１を図４に示す。該電子線照射条件の設定画面７１は設定項目として、１画素滞留時間に相当するＤｗｅｌｌ ｔｉｍｅ７２、電子線のブランキング周期７３、上記したＤｕｔｙ比７４、上記した画素飛ばし数７５、および１回のＹ走査で取得される画像データを１フレームとし１枚の二次電子像を形成するにあたって積算処理に使用するフレームの数を表したフレーム積算数７６、ならびに上記のブランキング動作をＳＥＭ側走査制御電圧と連動させるか否かを設定するＳＥＭ走査連動チェックボックス７７、同様に上記のブランキング動作をＥＤＸ側走査制御電圧と連動させるか否かを設定するＥＤＸ走査連動チェックボックス７８、とを有する。【0037】
プルダウンリストより選択またはテキスト入力されたＤｗｅｌｌ ｔｉｍｅ７２の設定時間に応じて、該設定時間のｎ分の１（ｎ＝１、２、３、・・・）に相当する選択肢がブランキング周期７３のプルダウンリストに表示される。また、プルダウンリストより選択された画素飛ばし数ｓ（ｓ＝０、１、２、３、・・・）に応じて、画素の積算回数ｐ（ｐ＝１、２、３、・・・）が走査領域にわたって均一となるように（ｓ＋１）・ｐに相当する選択肢がフレーム積算数７６のプルダウンリストに表示される。ＳＥＭ走査連動チェックボックス７７とＥＤＸ走査連動チェックボックス７８は排他関係にあり、同時に両方をチェックしてＯＮすることはできないが、両方ともにチェックを付けずにＯＦＦすることはできる。その場合、ＳＥＭ側、ＥＤＸ装置側のどちらの走査制御電圧に基づいて電子線の走査が開始されても、該電子線照射条件の設定画面７１で設定されたブランキング動作は実行されない。【0038】
図２は、本実施例に係る、ＥＤＸ装置を搭載したＳＥＭの概略全体構成図（一部断面図）を示す。該構成においてＥＤＸ装置による元素マッピング分析を実施する手順を説明する。【0039】
必要となる電子線２０の加速電圧は、分析対象となる元素の特性Ｘ線の臨界励起電圧によって規定され、十分な特性Ｘ線強度を得るためには臨界励起電圧の２倍以上の加速電圧を印加することが望ましい。含まれる元素が不明な場合は、一般的に１５ｋＶ〜２０ｋＶが設定される。軽元素に対する分析の定量性を重要視する場合や、電子線２０の試料２１内での拡散領域を低減し分析の空間分解能を上げる場合は、それらの条件に応じてより低い加速電圧が設定される。電子線走査領域の倍率を元素マッピング分析時に想定する倍率に設定し、試料ステージ２２を操作して分析対象領域近傍の観察視野に移動する。【0040】
電子線２０の照射電流量の調整は、図４に示される電子線照射条件の設定画面７１において、ＥＤＸ走査連動チェックボックス７８を予めＯＦＦした上で実施し、ＥＤＸ装置のＧＵＩに表示されるＤｅａｄ−ｔｉｍｅ（不感時間）が所定の範囲（例えば、２０〜３０％）になるようにＳＥＭの第１集束レンズ１３、第２集束レンズ１６の設定を操作し行う。【0041】
加速電圧と照射電流量を設定した後は、上記電子線照射条件の設定画面７１にて元素マッピング分析時に想定する値に応じてＤｗｅｌｌ ｔｉｍｅ７２をプルダウンリストから選択またはテキスト入力する。【0042】
次にブランキング周期７３やＤｕｔｙ比７４をそれぞれプルダウンリストから設定する。ＳＥＭ走査連動チェックボックス７７をＯＮにした後、ＳＥＭ側で電子線２０の走査を開始し、二次電子像を取得する。該二次電子像に試料２１の帯電に起因する異常コントラストが視認される場合は、上記で設定したブランキング周期７３やＤｕｔｙ比７４を変更する。また、上記に加えて画素飛ばし数７５ならびにフレーム積算数７６を設定し、再度取得した二次電子像に上記異常コントラストが見られるか否かを確認する。【0043】
直前の電子線照射の影響が残留する場合など、必要であれば観察視野を移動しながら、ブランキング周期７３、Ｄｕｔｙ比７４、画素飛ばし数７５、フレーム積算数７６の変更と二次電子像の取得を繰り返し、二次電子像に上記異常コントラストが表れない電子線照射条件を見つける。特に、Ｄｕｔｙ比７４を下げる必要があった場合は、特性Ｘ線のカウントレートが下がっていることが予想されるので、さらにフレーム積算数を上げても上記異常コントラストの見られない二次電子像が取得可能かどうかを確認しておくことが望ましい。【0044】
上記のようにして所望の電子線照射条件が求まった後は、該電子線照射条件の内のフレーム積算数７６と同じ設定値をＥＤＸ装置側のＧＵＩに設定する。分析対象領域に観察視野を移動し、上記電子線照射条件の設定画面７１にてＥＤＸ走査連動チェックボックス７８をＯＮにして、ＥＤＸ装置側で元素マッピング分析を開始する。【0045】
分析の開始にあたり、上記したとおりコンピュータ５４からコンピュータ３５にはＥＤＸ分析開始コマンドが送信され、走査制御電圧切換部２９が選択する走査制御電圧の入力元をＥＤＸ装置側に切り換えるので、ＳＥＭは分析の開始を検知することができる。【0046】
図５は、図２に示すＳＥＭにおけるＥＤＸ分析時のブランキング動作の説明図である。ＥＤＸ装置側からＳＥＭ側に入力される走査制御電圧の時間波形を基準として、ＥＤＸ装置側ではＸ線信号取込タイミングが制御される。ＳＥＭ側では、上記したとおりＥＤＸ装置側から入力される走査制御電圧に基づいてＸ走査偏向器１７、Ｙ走査偏向器１８を駆動しながら、Ｘ走査検出用ＡＤ変換器４１、Ｙ走査検出用ＡＤ変換器４０ならびに演算器４２によって画素移行タイミングを検出するとともに偏向目標となる画素座標を算出する。【0047】
演算器４２は記憶部４３にアクセスして画素座標データを更新した後、ブランキング制御部４５に画素移行タイミング信号を入力する。ＥＤＸ側走査制御電圧における画素移行タイミングに対し、ＳＥＭ側で検出される画素移行タイミングには、システムクロック間の時間差、ＡＤ変換器の変換周期やディジタルデータの加算平均処理、差分演算や閾値との比較、記憶部４３へのアクセスに要する処理時間の合計分の遅れが生じるが、ＥＤＸ分析時のＤｗｅｌｌ ｔｉｍｅ（通常、数μｓ以上）に対して１００ｎｓ程度と短く、無視できる範囲である。また、厳密には画素移行タイミング信号の入力からブランカ１４への電圧印加が完了するまでの遅れ時間も生じるが、それも数十ｎｓ程度と短く、無視できる範囲である。【0048】
ブランキング制御部４５は、記憶部４３の記憶内容と画素移行タイミング信号に基づいてブランキング制御信号をブランキング駆動部３９に入力するとともに、積算タイミング信号を検出信号処理部２６に入力する。検出信号処理部２６が該積算タイミング信号に基づいて二次電子検出器２５から取り込んだ二次電子データは、フレーム積算を行うことによって、元素マッピング分析中の試料２１の帯電状態を反映した二次電子像として画像化することができ、ＳＥＭのモニタ３７に表示することによって、分析途中および分析完了後の試料の帯電状態を確認することができる。また、検出信号処理部２６が上記積算タイミング信号に基づいて二次電子検出器２５から取り込んだ二次電子データは、ＳＥＭ主制御部２８からＥＤＸ主制御部５２にＶｉｄｅｏ信号として入力される。図５を用いて説明したとおり、二次電子データはＥＤＸ装置側からＳＥＭ側に入力される走査制御電圧の画素移行タイミングにほぼ同期して取り込まれるので、ＥＤＸ装置側でも画素との対応付けが可能である。従って、ＥＤＸ装置側にも上記Ｖｉｄｅｏ信号のフレーム積算機能が具備されていれば、ＥＤＸ装置のモニタ５６に二次電子像を表示することができる。【0049】
以上本実施例によれば、従来技術同様にＥＤＸ分析中はＥＤＸ装置側が走査制御を担う形態を維持しつつ、画素移行タイミングの検出と現在の偏向目標となる画素座標の算出によって、事前に求めた画素毎の電子線照射条件をＥＤＸ分析に適用し、高真空環境下に置かれた非導電性試料に対してでも、分析中の該試料の帯電を抑制することができる。【実施例2】
【0050】
実施例２について、図６から図８を用いて説明する。尚、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。【0051】
図６は、本実施例に係る、ＥＤＸ装置を搭載可能なＳＥＭの一例を示す概略全体構成図（一部断面図）である。本実施例のＳＥＭは、図１に示すＳＥＭの電子銃１２が光励起電子銃９１に、電子銃制御部３４が光励起電子銃制御部９２に置き換わり、ブランカ１４およびブランキング駆動部３９が除かれた構成となっている。【0052】
光励起電子銃制御部９２は、高電圧生成部９３および励起光制御部９４を備える。高電圧生成部９３が生成した加速電圧および引出し電圧は、光励起電子銃９１内の後述する電極に導入される。また、励起光制御部９４は波長６００ｎｍから８００ｎｍのレーザ光を生成し、該レーザ光は光ファイバなどの光伝送手段によって光励起電子銃９１内に導入される。【0053】
該光励起電子銃９１の詳細を図７に示す。光励起電子銃９１は、透明基板１０１、ＧａＡｓ膜１０２、ホルダ１０３、集光レンズ１０４、窓１０５、光ファイバ１０６、引出し電極１０７から構成される。透明基板１０１にＧａＡｓ膜１０２が貼り付けられており、ＧａＡｓ膜は金属製のホルダ１０３に接触する構造となっている。【0054】
ホルダ１０３には上記高電圧生成部９３が生成した加速電圧（図７中Ｖａｃｃ）が印加され、また、ホルダ１０３の下方に配置された引出し電極１０７には同じく上記高電圧生成部９３が生成した引出し電圧（図７中Ｖｅｘｔ）が印加される。【0055】
光ファイバ１０６端面より射出された上記励起光制御部９４が生成したレーザ光１０８は、筐体１１の窓１０５を通り、集光レンズ１０４のレンズ作用によってＧａＡｓ膜１０２上で焦点を結ぶ。筐体１１内のＧａＡｓ膜１０２周辺は排気手段（図示略）によって圧力１０−８Ｐａ以下の超高真空となっており、ＧａＡｓ膜１０２上の上記レーザ光１０８の焦点近傍ではＧａＡｓ膜１０２の価電子帯にある電子が伝導帯に励起され、該電子が負の電子親和力（ＮＥＡ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ａｆｆｉｎｉｔｙ）によって表面から超高真空中に放出される。放出された該電子は引出し電圧Ｖｅｘｔが印加された引出し電極１０７によって電子光学系に導かれ、電子線２０となる。【0056】
本実施例のＳＥＭにおいては、ブランキング制御部４５から光励起電子銃制御部９２内の励起光制御部９４にブランキング制御信号が入力される。励起光制御部９４は該ブランキング制御信号に基づいてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦし、該レーザ光のＯＮ／ＯＦＦによって光励起電子銃９１から放出される電子線２０もＯＮ／ＯＦＦされる。すなわち、ブランキング制御部４５が出力するブランキング制御信号によって、電子線２０の試料２１への照射ＯＮ／ＯＦＦが制御される。【0057】
図８は、本実施例に係る、ＥＤＸ装置を搭載したＳＥＭの概略全体構成図（一部断面図）である。図６の説明によって明らかなように、ＥＤＸ装置からＳＥＭに入力される走査制御電圧に対して、画素移行タイミングを検出するとともに現在の偏向目標となる画素座標を算出することによって、事前に求めた画素毎の電子線照射条件をＥＤＸ分析に適用し、高真空環境下に置載された非導電性試料に対してでも、分析中の該試料の帯電を抑制することができる。なお、符号５５は操作インターフェースを示す。【0058】
加えて、本実施例においては実施例１のように電子線をブランカで偏向させて試料への照射をＯＦＦする必要がないので、電子光学系からブランカの設備を省くことができ、ブランカが有する電子線への偏向ノイズが除去できることや、設計の自由度の点で有利である。【0059】
以上、本実施例によれば、高真空環境下の非導電性試料に対しても、安定した荷電粒子や電磁波を検出し、該試料の観察または分析が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。また、電子銃として光励起電子銃を用いることにより、電子光学系からブランカの設備を省くことができ、ブランカが有する電子線への偏向ノイズが除去できる、また、設計の自由度が向上する。【0060】
なお、本発明は以下の実施形態を含む。（１）光励起荷電粒子銃と、
前記光励起荷電粒子銃から放出された荷電粒子線を試料に走査する走査偏向器と、
前記走査偏向器へ外部から入力される走査制御電圧を検出する検出部と、
検出された前記走査制御電圧に基づいて前記荷電粒子線の照射画素座標を算出する演算部と、
前記照射画素座標に応じて前記荷電粒子線の前記試料への照射を制御する照射制御部と、を有する荷電粒子線装置。
（２）荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器と、
前記走査偏向器へ入力する走査制御電圧を発生する走査制御電圧発生部と、
前記走査偏向器へ外部から入力され、前記走査制御電圧とは異なる外部走査制御電圧を検出する検出部と、
検出された前記外部走査制御電圧に基づいて前記荷電粒子線の照射画素座標を算出する演算部と、
前記照射画素座標に応じて前記荷電粒子線の前記試料への照射を制御する照射制御部と、
を有する荷電粒子線装置。
（３）上記（２）記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線装置は、ブランカを備え、
前記照射制御部は、前記ブランカにより前記荷電粒子銃からの前記荷電粒子線の前記試料への照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する荷電粒子線装置。
（４）上記（２）記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子銃は、光励起荷電粒子銃であり、
前記照射制御部は、前記光励起荷電粒子銃の励起光制御部を制御して前記光励起荷電粒子銃からの前記荷電粒子線の前記試料への照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する荷電粒子線装置。
【0061】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【符号の説明】
【0062】
１１…筐体、１２…電子銃、１３…第１集束レンズ、１４…ブランカ、１５…絞り、１６…第２集束レンズ、１７…Ｘ走査偏向器、１８…Ｙ走査偏向器、１９…対物レンズ、２０…電子線、２１…試料、２２…試料ステージ、２３…二次電子、２４…特性Ｘ線、２５…二次電子検出器、２６…検出信号処理部、２７…試料ステージ制御部、２８…ＳＥＭ主制御部、２９…走査制御電圧切換部、３０…走査駆動部、３１…Ｘ走査駆動部、３２…Ｙ走査駆動部、３３…電子光学系制御部、３４…電子銃制御部、３５…コンピュータ、３６…操作インターフェース、３７…モニタ、３８…ＳＥＭ側走査制御電圧生成部、３９…ブランキング駆動部、４０…Ｙ走査検出用ＡＤ変換器、４１…Ｘ走査検出用ＡＤ変換器、４２…演算器、４３…記憶部、４４…画素移行タイミング信号生成部、４５…ブランキング制御部、５１…ＥＤＸ検出器、５２…ＥＤＸ主制御部、５３…ＥＤＸ側走査制御電圧生成部、５４…コンピュータ、５５…操作インターフェース、５６…モニタ、７１…電子線照射条件の設定画面、７２…Ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅ、７３…ブランキング周期、７４…Ｄｕｔｙ比、７５…画素飛ばし数、７６…フレーム積算数、７７…ＳＥＭ走査連動チェックボックス、７８…ＥＤＸ走査連動チェックボックス、９１…光励起電子銃、９２…光励起電子銃制御部、９３…高電圧生成部、９４…励起光制御部、１０１…透明基板、１０２…ＧａＡｓ膜、１０３…ホルダ、１０４…集光レンズ、１０５…窓、１０６…光ファイバ、１０７…引出し電極、１０８…レーザ光、１５１…ＳＥＭ主制御部。