JP2001084946A - 二次粒子検出器系の評価方法および粒子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検出器系の検出効率を定量的に評価する方法と
それを適用した粒子線装置を実現する。 【解決手段】検出器に一次粒子線を直接入射させ、検出
器のパルス計数率を測定し、プローブ電流から計算でき
る検出器に単位時間あたりに入射した粒子数との比を取
って、計数効率を決定する。次に、標準試料面上で一次
粒子線を照射し二次元走査したときに発生した二次粒子
を検出したときの画像データから求めたＳ／Ｎから検出
器に入射した二次粒子流を求めるか、発生した二次粒子
を検出したときの検出器のパルス計数率から検出器に入
射した二次粒子流を求め、二次粒子流と、二次粒子を放
出する割合とプローブ電流の積との比から収集効率を決
定する。上記で求めた計数効率と収集効率との積で検出
器系の検出効率を定量的に評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）など試料
から発生した二次電子及び後方散乱電子を検出して観
察、寸法測定、分析、加工などを行う装置の二次電子お
よび後方散乱電子検出系の検出効率の評価方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡や集束イオンビーム装
置など一次粒子線を試料に照射して表面観察を行う装置
においては、一次粒子線を試料上で走査させ、試料表面
および内部の情報を持った二次電子や後方散乱電子を検
出器で検出して信号とし、ＡＤ変換した画像データを画
像メモリに記憶させ、メモリ上で適当な画像処理を行っ
てディジタル−アナログ変換し、粒子線の走査とＣＲＴ
の走査を同期させて映像を形成して表面状態を観察す
る。検出器としてはシンチレータと光電子増倍管を組み
合わせたものや、電子増倍管、マイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）、半導体検出器などが用いられる。検出
器の出力信号から画像を得る手段としては、信号が連続
的なアナログ信号の場合は、そのアナログ信号の電圧値
を画像の輝度信号とするアナログ検出法と、信号が離散
的なパルス信号の場合は、そのパルス信号の数を計数し
て画像の輝度信号とする電子計数法がある。

【０００３】上述の検出器と画像取得方法で得られた画
像の画質の向上のためには、試料で発生した二次電子や
後方散乱電子を効率よく検出する、すなわち検出効率を
向上させなければならない。したがってこの検出効率を
定量的に評価することが重要である。定量評価方法の一
例として、アナログ検出法から得られたディジタル画像
のＳ／Ｎから検出効率を評価する方法がスキャニング
ボリューム１８（１９９６）第５３３頁から第５３８頁
（ＳＣＡＮＮＩＮＧ Ｖｏｌ１８（１９９６）５３３−
５３８）に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記文献によれば、実
験的に得られたＳ／Ｎと、一次電子ビームの照射電流量
や二次電子放出比および後方散乱係数、一次電子ビーム
が１画素に滞在する時間、画像積算枚数から計算できる
Ｓ／Ｎの理論値との比の二乗で検出効率を定義してい
る。しかしながら、この方法では検出器とその信号処理
回路のノイズを考慮しておらず、また検出器の計数効率
については述べらておらず、正確に検出効率を評価する
ことはできない。また前記文献には、検出器とその信号
処理回路のノイズが無視できる電子計数法を用いた検出
効率の評価方法についての記載はない。

【０００５】本発明の目的は、アナログ検出法で得られ
た画像データおよび電子計数法で得られた出力パルス計
数率から、検出器系の検出効率を定量的に評価する方
法、およびそれを実現させるための粒子線装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【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、まず、二次粒子検出器にプローブ電流を
あらかじめ測定した一次粒子線を直接入射させ、二次粒
子検出器の出力パルス計数率を測定し、測定した出力パ
ルス計数率に二次粒子検出器とその信号処理回路の不感
時間による計数損失の補正を施し、計数損失補正した出
力パルス数から一次粒子線を遮断したときのバックグラ
ウンド計数率を差し引いた計数率と、測定した一次粒子
線のプローブ電流から計算できる二次粒子検出器に単位
時間あたりに入射した粒子数との比を取って、計数効率
を決定する。

【０００７】次にアナログ検出法では、二次粒子検出器
にプローブ電流をあらかじめ測定した一次粒子線を直接
入射させ、二次粒子検出器の入射面上で二次元走査した
ときの画像データを取得し、各画素あたりの信号強度分
布を作成し、分布の平均値と分布の標準偏差との比から
Ｓ／Ｎを求め、更にプローブ電流を変化させて前記方法
でＳ／Ｎを求めて、二次粒子検出器に単位時間あたりに
入射した粒子数と画像のＳ／Ｎの関係を決定し、次に、
二次粒子を放出する割合が一次粒子線の入射エネルギー
に対して既知で、表面が平坦で鏡面の標準試料にプロー
ブ電流をあらかじめ測定した一次粒子線を照射し、標準
試料面上で二次元走査したときに発生した二次粒子を検
出したときの画像データを取得し、各画素あたりの信号
強度分布を作成し、分布の平均値と分布の標準偏差との
比から求めたＳ／Ｎと二次粒子検出器に単位時間あたり
に入射した粒子数と画像のＳ／Ｎの関係から、二次粒子
検出器に入射した二次粒子流を求めて、二次粒子流と、
二次粒子を放出する割合とプローブ電流の積との比から
収集効率を決定する。

【０００８】また、電子計数法では、二次粒子を放出す
る割合が一次粒子線の入射エネルギーに対して既知で、
表面が部分的に平坦の標準試料にプローブ電流をあらか
じめ測定した一次粒子線を照射し、発生した二次粒子を
検出したときの二次粒子検出器の出力パルス計数率を測
定し、測定した出力パルス計数率に二次粒子検出器とそ
の信号処理回路の不感時間による計数損失の補正を施
し、計数損失補正した出力パルス数から一次粒子線を遮
断したときのバックグラウンド計数率を差し引いた計数
率と二次粒子の電荷の積で二次粒子流を求めて、二次粒
子流と、二次粒子を放出する割合とプローブ電流の積と
の比から収集効率を決定する。

【０００９】上記で求めた計数効率と収集効率との積で
二次粒子検出器系の検出効率を定量的に評価する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の理解のため、まず図８を
用いて走査型電子顕微鏡の構成を説明する。

【００１１】ここでの検出器５はシンチレータ１０、ラ
イトガイド１１、光電子増倍管１２から構成されてい
る。電子銃１で発生した一次電子ビーム２は、集束レン
ズ６と対物レンズ９によって細く絞られ試料４に照射さ
れる。一次電子ビーム２は、走査制御部１７から偏向コ
イル７、８に走査信号が供給され、試料面上で走査され
る。一次電子ビーム２の走査と同期してＣＲＴ１９の偏
向コイル１８も走査することで、一次電子ビーム２が照
射されている試料面上の位置とＣＲＴ１９の画素を対応
させることができる。試料４の一次電子ビーム照射位置
から放出された二次電子３は、二次電子３を効率よく検
出するために＋１０ｋＶの電圧が印加されたシンチレー
タ１０に衝突して光子に変換される。シンチレータ１０
で発生した光子はライトガイド１１を介して光電子増倍
管１２で電流信号に変換される。光電子増倍管１２から
の出力電流は増幅器で電流電圧変換され、さらに適切な
波高となるように増幅される。アナログ検出法では、増
幅器からの電圧信号はＡＤ変換器でデジタル信号に変換
された後画像メモリ１５に転送され、各画素に対応する
アドレスに書き込まれる。電子計数法では、増幅器から
のパルス信号は波高弁別器でノイズ成分となる波高のパ
ルスが除去され、真の二次電子信号の波高のパルスだけ
がカウンタに供給されてカウントされる。カウンタでカ
ウントされた計数値は画像メモリ１５に転送され、各画
素に対応するアドレスに書き込まれる。どちらの方法に
おいても、画像メモリ１５に記憶された二次電子信号
は、画像メモリ１５上で画像積算などの適当な画像処理
などを施して、ＤＡ変換器１６によってＣＲＴ１９の輝
度信号に変換され、ＣＲＴ１９上に二次電子像が形成さ
れる。

【００１２】以下、本発明の実施の形態の一例を説明す
る。本発明における検出効率は、一次電子ビームを試料
に照射して発生する二次電子、後方散乱電子、あるいは
二次電子と後方散乱電子の和の総数のうち、何個が検出
器に入射するかを表す収集効率と、検出器に入射した電
子のうち、何個分の信号量が出力されるかを表す計数効
率との積で表す。ここでは、例として二次電子に対する
検出器系の検出効率の評価方法について以下説明する。

【００１３】はじめに計数効率の評価方法について図１
のフロー図を用いて以下に説明する。

【００１４】まず、検出器に入射させる電子のエネルギ
ーを決定し、加速電圧、検出器入射面のバイアス電圧を
設定したあと（ステップ１０１）、一次電子ビームのプ
ローブ電流Ｉ_PEをファラデーカップとプローブ電流計で
測定する（ステップ１０２）。

【００１５】次に、一次電子ビームを検出器に直接入射
させる（ステップ１０３）。これにより、単位時間あた
りに検出器に入射した電子の数はＩ_PE ／ｅで表せる
（ｅ：１．６０２×１０~¹⁹Ｃ）。一次電子ビームを検
出器に直接入射させる方法としては、図９のように試料
室内で一次電子ビーム２の軌道軸上に検出器５を配置し
て一次電子ビーム２を入射させる方法が簡単である。既
存の装置の検出器配置を用いる場合は、図９のように一
次電子ビーム２の軌道軸と検出器５の中心軸の交点近辺
に反射板２０を設置し、一次電子ビーム２の加速電圧２
１と同じ電圧のリターディング電圧２２を与えて一次電
子ビーム２を曲げて、試料室側面部、対物レンズ上部あ
るいは対物レンズ内部に配置された検出器５に一次電子
ビーム２を入射させる方法などがある。反射板２０とし
ては、表面を鏡面研磨あるいはアルミニウム蒸着したア
ルミニウム円盤などを用いることができる。

【００１６】次に検出器出力での単位時間あたりのパル
ス数ｎ_PEm（計数率）を、電子計数法やアンプ出力でオ
シロスコープによる観測などにより測定する（ステップ
１０４）。一次電子ビームはランダムな時間間隔で検出
器に入射し、また検出器装置（検出器と信号処理回路）
には入射した２つの電子を分離して数える事ができない
時間幅（不感時間）が存在するため、計数損失が起こ
る。このため計数率は入射した電子数Ｉ_PE／ｅよりも必
ず少なくなるが、検出器装置の不感時間を用いて補正を
加えることができる。不感時間は、観測されるパルス幅
でおおよそは予想できるが、ある時間間隔内の計数分布
を測定することで解析的に求めることができる。 計数
率ｎ_PEmから不感時間による計数損失を補正した計数率
ｎ_PEを求める（ステップ１０５）。ここで、入射した電
子数が変化すると不感時間も変化する検出器もあるの
で、プローブ電流を変化させて出力パルスの計数率と不
感時間による計数損失の補正係数の関係を求めておく
（ステップ１０６、図４）。次に、一次電子ビームを遮
断し、測定条件を同じにしてバックグラウンド計数率ｎ
_bを測定し、 ｎ_PE−ｎ_bを求める（ステップ１０７）。
計数効率の定義から、ｎ_PE−ｎ_bと、実際に検出器に入
射した単位時間あたりの電子数Ｉ_PE／ｅの比で計数効率
を計算する（ステップ１０８）。ただし、入射エネルギ
ーが変化しても計数効率がほぼ一定の検出器と、入射エ
ネルギーが変ると計数効率も変化する検出器があるの
で、計数効率が変化する検出器では、入射エネルギーを
変えて、入射エネルギーと計数効率の関係を求める（ス
テップ１０９、図５）。この計数効率は、ＳＥＭやＦＩ
Ｂ装置の検出器の性能を示す指標となる。

【００１７】次に、アナログ検出法を用いた収集効率の
評価方法について図２のフロー図を用いて以下に説明す
る。検出器に入射する電子のエネルギーを、実際の使用
時に検出器に入射する電子のエネルギーと等しくなるよ
うに、加速電圧や検出器入射面にバイアスする電圧を設
定する（ステップ２０１）。また、走査速度、画像積算
枚数も設定し（ステップ２０２）、プローブ電流Ｉ_PEを
測定する（ステップ２０３）。計数効率の測定と同じよ
うに一次電子ビームを検出器に直接入射させる（ステッ
プ２０４）。次にＡＤ変換器入力において、検出器から
の信号の直流オフセットをゼロに調整し、ＡＤ変換器の
ダイナミックレンジ内に信号が入るように検出器や信号
処理回路のゲインを調整する（ステップ２０５）。この
条件で得られる画像は、凹凸情報を持たないグレーな画
像となる。この画像において、画像メモリに記憶された
画像データから各画素の信号強度分布（横軸階調度、縦
軸頻度）を求める（ステップ２０６）。この頻度分布の
平均信号強度Ｓとその標準偏差σを求め、Ｓ／σでＳ／
Ｎを決定する（ステップ２０７）。同じ方法で各プロー
ブ電流に対するＳ／Ｎを求め、プローブ電流Ｉ_PEととＳ
／Ｎの関係を求めておく（ステップ２０８、図６）。

【００１８】次に、試料表面が平坦かつ鏡面で、ある入
射エネルギーで二次電子放出比δが解っている標準試料
を試料台にセットする（ステップ２０９）。平坦あるい
は鏡面の試料を使用するのは、二次電子放出比の照射点
依存性をなくすためである。

【００１９】例えば入射エネルギーを１０ｋｅＶとし、
シリコンウエハを用いるとすれば、δ＝０．２１５とな
る。入射エネルギーが１０ｋｅＶであれば、加速電圧は
１０ｋＶに設定する（ステップ２１０）。また、プロー
ブ電流Ｉ_PEを設定する。設定条件は、δＩ_PEが、あらか
じめ測定しておいたＩ_PE対Ｓ／Ｎの関係のＩ_PEの範囲内
になるようにＩ_PEを設定する（ステップ２１１）。走査
速度、画像積算枚数は先述の条件に合わせる。この条件
で一次電子ビームを試料に照射し（ステップ２１２）、
先述と同じようにＡＤ変換器入力における直流オフセッ
トをゼロに調整し、ＡＤ変換器のダイナミックレンジ内
に信号が入るように検出器や信号処理回路のゲインを調
整する（ステップ２１３）。発生した二次電子を収集し
て信号としたときに得られる画像も、試料表面が平坦あ
るいは鏡面であるため凹凸情報を持たないグレーな画像
となる。この画像データから先述の方法と同じように信
号強度分布を求めて（Ｓ／Ｎ）_SEを求める（ステップ２
１４）。（Ｓ／Ｎ）_SE と求めておいたＩ_PE対Ｓ／Ｎの
関係（図６）から、検出器に入射した二次電子流Ｉ_SE＝
（Ｉ_PE）_SEを求める（ステップ２１５）。先述した収集
効率の定義から、二次電子の収集効率はＩ_SE／δＩ_PEで
求めることができる（ステップ２１６）。

【００２０】次に、電子計数法を用いた収集効率の評価
方法について図３のフロー図を用いて以下に説明する。
アナログ検出法と同じく標準試料を試料台にセットする
（ステップ３０１）。加速電圧を設定し（ステップ３０
２）、電子計数法が適用できるプローブ電流Ｉ_PEを設定
する（ステップ３０３）。電子計数法の場合は、アナロ
グ検出法のように一次電子ビームを走査する必要はなく
スポット照射すればよいので、試料表面が必ずしも鏡面
である必要はない。この条件で一次電子ビームを試料に
照射し（ステップ３０４）、発生した二次電子を収集し
て得られるパルス計数率ｎ_SEmを測定する（ステップ３
０５）。図４により検出器の不感時間による計数損失を
補正した計数率ｎ_SEを求める（ステップ３０６）。次
に、一次電子ビームを遮断し、測定条件を同じにしてバ
ックグラウンド計数率ｎ_bを測定して、 ｎ_SE−ｎ_bを求
める（ステップ３０７）。 ｎ_SE−ｎ_bから検出器に入射
した二次電子流Ｉ_SE＝ｅ（ｎ_SE−ｎ_b ）／εを計算する
（ステップ３０８）。アナログ検出法と同じように収集
効率の定義から、二次電子の収集効率はＩ_SE／δＩ_PEで
求めることができる（ステップ３０９）。

【００２１】上記の実施の形態の一例では二次電子の検
出効率について詳述したが、本発明における検出効率の
評価方法は、後方散乱電子や二次電子＋後方散乱電子の
検出効率の評価にも適用できる。

【００２２】また、上記の実施の形態の一例では、標準
試料を用いるため、ある入射エネルギーでの二次電子放
出比が既知である必要があった。しかし、試料から放出
された全電子（二次電子＋後方散乱電子）に対する収集
効率を評価する場合は、試料として絶縁材料を用いるこ
とでも求めることができる。図７を用いて以下に説明す
る。絶縁材料では試料への一次電子ビームの入射エネル
ギーを、二次電子放出比と後方散乱係数の和が１以下の
（ｃ）の領域に設定すると、試料が負に帯電するために
一次電子ビームの入射エネルギーが減少してくる。
（ｂ）の領域との境界までくると、そのエネルギー以下
では逆に正に帯電するため入射エネルギーは増加してく
る。したがって全電子放出比が１となる交点付近で絶縁
材料の電位は安定する。この状態のときに、先述した方
法によりプローブ電流Ｉ_PEと二次電子と後方散乱電子の
電子流Ｉ_SE+BSEを求めれば、Ｉ_SE+BSE／Ｉ_PEで試料から
放出された全電子に対する収集効率を求めることができ
る。絶縁材料としては、入射エネルギーが１．５ｋｅＶ
付近で電子放出比が１となる石英（ＳｉＯ₂）などを用
いればよい。

【００２３】上記で詳述した評価方法を応用した装置、
あるいは実施するために必要な装置の例を以下に述べ
る。

【００２４】測長ＳＥＭのような連続して検出器を使用
する装置では、検出器の性能劣化に伴う画質の低下が問
題となる。そこで、定期的に同じ測定条件で収集効率を
測定して検出器の性能劣化を判断するための装置の一例
を、図１０と図１１を用いて以下に説明する。図１１は
操作表示画面の一例を示しており、図１０の表示部３０
に対応する。

【００２５】二次電子の収集効率を例とし、まずアナロ
グ検出法を用いた装置について述べる。始めに新規に収
集効率を測定する。測定の前に、一次電子ビーム２を検
出器５に直接入射させたとき、信号処理部２５の出力信
号から得られる画像から求まるＳ／Ｎと入射電子流の関
係（図６）を表す関数あるいは各入射電子流に対応する
Ｓ／Ｎのテーブル、測定に用いる標準試料４の二次電子
放出比、走査速度、画像積算枚数をメモリ２７にあらか
じめ記憶させておく。

【００２６】次に、標準試料４を試料台にセットする。
入力手段２７で図１１の測定条件設定ボタン３０ｂを選
択し、メモリ２７に記憶されている二次電子放出比に対
応する入射エネルギーを演算処理・画像処理部２６に読
み出して加速電圧・プローブ電流制御部２３により加速
電圧を設定し、また走査速度、画像積算枚数も演算処理
・画像処理部２６に読み出して走査制御部１７により設
定する。プローブ電流Ｉ_PEを測定条件設定のメニュー内
で入力手段２８により設定してから、入力手段２７で図
１１の測定ボタン３０ａを選択し、収集効率の測定を開
始する。収集効率の測定は以下の手順で行われる。直流
オフセットを調整し、一次電子ビーム２を試料４に照射
し、二次電子３を検出して得られた信号が飽和しないよ
うに検出器のゲインを調整して画像を取得し、画像の信
号強度分布から（Ｓ／Ｎ）_SEを演算処理・画像処理部２
６で計算させる。発生した二次電子３が検出器５に入射
するエネルギーでのＩ_PE対Ｓ／Ｎの関係を表す関数もし
くはテーブルをメモリ２７から演算処理・画像処理部２
６に読み出し、（Ｓ／Ｎ）_SE と比較して検出器５に入
射した二次電子流Ｉ_SEを求め、収集効率Ｉ_SE ／δＩ_PE
を計算する。Ｉ_SEは関数あるいはテーブルから得られる
（Ｉ_PE）_SEである。計数効率が入射エネルギーで変化す
る場合は、二次電子３が検出器５に入射するエネルギー
での計数効率ε（Ｅ）を、メモリ２７に記憶されている
関数あるいはテーブルから演算処理・画像処理部２６に
読み取る必要がある。測定した収集効率の測定結果は、
入力手段２７で図１１のテーブルボタン３０ｃを選択す
ればテーブル３０ｉに、プロットボタン３０ｄを選択す
ればグラフ３０ｈ内に表示される。入力手段２７で図１
１の保存ボタン３０ｆを選択し、収集効率の計算結果、
測定何月日、プローブ電流、加速電圧、走査速度、画像
積算枚数などの測定条件と検出器５のゲインをメモリ２
７に保存する。保存されたデータは、入力手段２７で出
力ボタン３０ｇを選択し、出力手段２９で出力させるこ
とができる。

【００２７】例えば２ヶ月後に、入力手段２７で図１１
の開くボタン３０ｅを選択し、図１１のテーブル３０
ｉ、グラフ３０ｈに過去の測定結果を表示し、また測定
条件を演算処理・画像処理部２６に読み込ませる。次
に、入力手段２７で図１１の測定ボタン３０ａを選択
し、同じように収集効率を測定を測定する。測定した結
果は図１１のテーブル３０ｉ、グラフ３０ｈにデータが
追加される。入力手段２７で図１１の保存ボタン３０ｆ
を選択し、収集効率の測定結果を過去の測定結果と共に
メモリ２７に保存する。

【００２８】以上のように定期的に収集効率を測定して
低下傾向があれば、検出器の性能が劣化していると判断
できる。これは、収集効率は測定条件が同じであれば検
出器の配置のみに依存するため、時間が経過しても変化
しないからである。例えば、収集効率が始めに測定した
値よりも５０％低下した場合は、検出器やその構成部分
の交換をするというよな目安にもなる。

【００２９】上記では収集効率の絶対値を求めたが、相
対的な評価で良いのであれば、Ｓ／Ｎと入射電子流の関
係（図６）を表す関数あるいは各入射電子流に対応する
Ｓ／Ｎのテーブルなどをメモリ２７に保存しておく必要
はなく、ある時間経過後に測定した二次電子画像のＳ／
Ｎと、始めに測定した二次電子画像のＳ／Ｎとの比で評
価できる。

【００３０】電子計数法で信号処理する場合は、アナロ
グ検出法のＩ_PE対Ｓ／Ｎの関係を示す関数あるいはテー
ブルの代わりに、測定されるパルス計数率と不感時間に
よる計数損失の関係（図４）を示す関数あるいはテーブ
ルをメモリ２７に記憶させておく。また計数効率εもメ
モリ２７にあらかじめ記憶させておく。

【００３１】また、収集効率の測定は以下の手順で行わ
れる。一次電子ビーム２を試料４に照射し、二次電子３
を検出して得られるパルス信号の計数率ｎ_SEmを測定
し、測定値を演算処理・画像処理部２６に送信する。測
定されたパルス計数率と不感時間による計数損失の関係
を示す関数あるいはテーブルをメモリ２７から演算処理
・画像処理部２６に読み出し、 ｎ_SEmに不感時間による
計数損失を補正した計数率ｎ_SEを計算する。一次電子ビ
ーム２を遮断したときのバックグラウンド計数率ｎ_bを
測定し、ｎ_SE−ｎ_bから検出器５に入射した二次電子流
Ｉ_SEを求め、収集効率Ｉ_SE ／δＩ_PEを計算する。Ｉ_SE
はｅ（ｎ_SE− ｎ_b ）／εから計算できる。その他につ
いてはアナログ検出法と同様の操作で良い。

【００３２】また相対的な評価で良いのであれば、測定
されるパルス計数率と不感時間による計数損失の関係
（図４）を示す関数あるいはテーブルをメモリ２７に保
存しておく必要はなく、ある時間経過後に測定した計数
率と、始めに測定した計数率との比で評価できる。

【００３３】上記の実施の形態のでは二次電子の収集効
率を測定する装置について詳述したが、本発明は、後方
散乱電子や二次電子＋後方散乱電子の収集効率を測定す
る装置にも適用できる。二次電子放出比の代わりに後方
散乱係数、あるいは両方をメモリ２７に記憶させておけ
ばよい。

【００３４】また、絶縁材料を使用する場合は、標準試
料４の二次電子放出比の代わりに図７のエネルギーＥ２
をメモリ２７に記憶させ、加速電圧・プローブ電流制御
部２３により加速電圧をＥ２よりも少し大きめに設定す
る。

【００３５】さらには、一次電子ビームを検出器に直接
入射させることができる装置では、収集効率のかわりに
計数効率を測定して評価することもできる。

【００３６】近年、走査型電子顕微鏡ではコンタミネー
ションを減少させるためプローブ電流を減少させる傾向
にある。しかし、画像として認識できる最適なＳ／Ｎは
保持しなければならない。そこで、最適なＳ／Ｎが得ら
れるようにプローブ電流を制御するための装置の一例
を、図１０を用いて以下に説明する。

【００３７】まず、メモリ２７に最適なＳ／Ｎを記憶さ
せておく。最適なＳ／Ｎは、画像として判断できる最小
のＳ／Ｎや、分解能評価に影響を及ぼさない程度のＳ／
Ｎ、あるいは測長ＳＥＭなどの装置では測長再現性が悪
化しない程度のＳ／Ｎなど、目的に応じて設定すればよ
い。次に加速電圧・プローブ電流制御部２３により、加
速電圧、プローブ電流を設定し、走査制御部１７で走査
速度、画像積算枚数を設定する。一次電子ビーム２を試
料４に照射する際、試料表面の凹凸による二次電子放出
比のばらつきをなくすため、フォーカス制御部２４によ
って一次電子ビーム２のプローブをぼかす。この一次電
子ビーム２を試料４に照射し、発生した二次電子３を検
出して得られた画像からＳ／Ｎを求める。あらかじめメ
モリ２７に記憶させておいたＳ／Ｎを演算処理・画像処
理部２６に読み出し、求めたＳ／Ｎと比較して最適なプ
ローブ電流値を算出し、加速電圧・プローブ電流制御部
２３によりプローブ電流を設定する。この方法を用いれ
ば、一次電子ビーム２の加速電圧を変えたり試料４を変
えたりして、二次電子放出比がどのように変ったとして
も常に最適なＳ／Ｎの画像を得ることができる。

【００３８】上記では、プローブ電流を最適化する方法
について述べたが、走査速度、画像積算枚数によっても
Ｓ／Ｎは変化する。したがって、プローブ電流、走査速
度、画像積算枚数をそれぞれ単独に、あるいは相互に制
御しても最適なＳ／Ｎを得ることができる。

【００３９】Ｓ／Ｎを画像データから求めるためには、
ＡＤ変換器３３の入力で検出器５の出力信号の直流オフ
セットをゼロに、出力信号の最大値がＡＤ変換器３３の
ダイナミックレンジを越えないように調整しなければな
らない。これを解決するための装置の一例を、図１２を
用いて以下に説明する。従来の走査型電子顕微鏡の信号
処理部における増幅器３１とＡＤ変換器３３の間にオフ
セット値・ピーク値判定部３２を設ける。まず、一次電
子ビームを遮断したときの直流オフセット成分をオフセ
ット値・ピーク値判定部３２により判定し、オフセット
がゼロになるようにオフセット制御部３４に信号を送っ
て、増幅器３１の前段で信号のオフセットを調整する。
次に一次電子ビームを試料に照射し、発生した二次電子
を検出する。光電子増倍管１２からの出力信号を増幅器
３１で増幅した後の信号の最大値をオフセット値・ピー
ク値判定部３２により判定し、信号が飽和している場合
にはゲインを下げるように光電子増倍管１２の高電圧制
御部３５に信号を送って、光電子増倍管１２に印加する
電圧を下げる。これによって画像データの正確なＳ／Ｎ
を求めることができる。

【００４０】以上、本発明の実施の形態を述べたが、本
発明は、電子ビームではなくイオンビームを用いた装置
にも適用できる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、一
次粒子線を二次粒子検出器に直接入射させることによっ
て、二次粒子検出器およびその信号処理回路のノイズを
含めて計数効率の評価が可能となる。そのため正確に収
集効率および検出効率を評価することができる。また電
子計数法を適用することによって、二次粒子検出器およ
びその信号処理回路のノイズを無視することができ、よ
り正確に収集効率および検出効率を評価することができ
る。これによりアナログ検出法と電子計数法で得られた
画像データおよびパルス計数率から、二次粒子検出器系
の検出効率を定量的に評価する方法およびそれを実現さ
せるための粒子線装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例における計数効率の
評価方法を示すフロー図。

【図２】本発明の実施の形態の一例におけるアナログ検
出法を用いた収集効率の評価方法を示すフロー図。

【図３】本発明の実施の形態の一例における電子計数法
を用いた収集効率の評価方法を示すフロー図。

【図４】本発明の実施の形態の一例における測定したパ
ルス計数率と不感時間による計数損失の補正係数の関係
を示す図。

【図５】本発明の実施の形態の一例における検出器への
入射エネルギーと計数効率の関係を示す図。

【図６】本発明の実施の形態の一例における検出器に入
射する電子流とＳ／Ｎの関係を示す図。

【図７】本発明の実施の形態の一例における試料への入
射エネルギーと試料の電子放出比の関係を示す図。

【図８】従来の電子顕微鏡の概略図。

【図９】本発明の実施の形態の一例における一次電子ビ
ームを検出器に直接入射させる方法を示す図。

【図１０】本発明の実施の形態の一例における走査型電
子顕微鏡の概略図。

【図１１】本発明の実施の形態の一例における操作表示
画面の一例を示す図。

【図１２】本発明の実施の形態の一例における直流オフ
セットと検出器のゲインを調整する信号処理部の概略
図。

【符号の説明】

１…電子銃、２…一次電子ビーム、３…二次電子、４…
試料、５…検出器、１３…アナログ検出法信号処理部、
１４…電子計数法信号処理部、１５…画像メモリ、１７
…走査制御部、２０…反射板、２３…加速電圧・プロー
ブ電流制御部、２４…フォーカス制御部、２５…信号処
理部、２６…演算処理・画像処理部、２７…メモリ、２
８…入力手段、２９…出力手段、３０…表示手段、３１
…増幅器、３２…オフセット値・ピーク値判定部、３３
…ＡＤ変換器、３４…オフセット制御部、３５…高電圧
制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA03 DA09 FA02 FA06 FA09 FA10 GA05 GA06 GA09 JA01 JA06 SA10 5C033 NN01 NP08

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次粒子検出器にプローブ電流をあらか
   じめ測定した一次粒子線を直接入射させ、二次粒子検出
   器の出力パルス計数率を測定し、測定した出力パルス計
   数率に計数損失の補正を施し、計数損失補正した出力パ
   ルス数から一次粒子線を遮断したときのバックグラウン
   ド計数率を差し引いた計数率と、測定した一次粒子線の
   プローブ電流から計算できる二次粒子検出器に単位時間
   あたりに入射した粒子数との比を取って、計数効率を決
   定することを特徴する二次粒子検出器系の評価方法。
2. 【請求項２】 二次粒子検出器にプローブ電流をあらか
   じめ測定した一次粒子線を直接入射させ、二次粒子検出
   器の入射面上で二次元走査したときの画像データを取得
   し、各画素あたりの信号強度分布を作成し、分布の平均
   値と分布の標準偏差との比からＳ／Ｎを求め、更にプロ
   ーブ電流を変化させて前記方法でＳ／Ｎを求めて、二次
   粒子検出器に単位時間あたりに入射した粒子数と画像の
   Ｓ／Ｎの関係を決定し、次に、二次粒子を放出する割合
   が一次粒子線の入射エネルギーに対して既知で、表面が
   平坦で鏡面の標準試料にプローブ電流をあらかじめ測定
   した一次粒子線を照射し、標準試料面上で二次元走査し
   たときに発生した二次粒子を検出したときの画像データ
   を取得し、各画素あたりの信号強度分布を作成し、分布
   の平均値と分布の標準偏差との比から求めたＳ／Ｎと、
   二次粒子検出器に単位時間あたりに入射した粒子数と画
   像のＳ／Ｎの関係から二次粒子検出器に入射した二次粒
   子流を求めて、二次粒子流と、二次粒子を放出する割合
   とプローブ電流の積との比から収集効率を決定すること
   を特徴とする二次粒子検出器系の評価方法。
3. 【請求項３】 二次粒子を放出する割合が一次粒子線の
   入射エネルギーに対して既知で、表面が部分的に平坦の
   標準試料にプローブ電流をあらかじめ測定した一次粒子
   線を照射し、発生した二次粒子を検出したときの二次粒
   子検出器の出力パルス計数率を測定し、測定した出力パ
   ルス計数率に計数損失の補正を施し、計数損失補正した
   出力パルス数から一次粒子線を遮断したときのバックグ
   ラウンド計数率を差し引いた計数率と二次粒子の電荷の
   積と、計数効率との比で二次粒子流を求めて、二次粒子
   流と、二次粒子を放出する割合とプローブ電流の積との
   比から収集効率を決定することを特徴とする二次粒子検
   出器系の評価方法。
4. 【請求項４】 請求項２および請求項３記載の二次粒子
   検出器系の評価方法において、標準材料のかわりに絶縁
   材料を用いて二次粒子を放出する割合が１となるように
   一次粒子線の入射エネルギーを設定し、二次粒子流とプ
   ローブ電流との比から収集効率を決定することを特徴と
   する二次粒子検出器系の評価方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の二次粒子検出器系の評価
   方法において、絶縁材料として石英を用いることを特徴
   とする二次粒子検出器系の評価方法。
6. 【請求項６】 請求項１記載の計数効率と請求項２記載
   の収集効率の積、請求項１記載の計数効率と請求項３記
   載の収集効率の積、あるいは請求項１記載の計数効率と
   請求項４記載の収集効率の積で二次粒子検出器の検出効
   率を決定することを特徴とする二次粒子検出器系の評価
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１記載の二次粒子検出器系の評価
   方法において、定期的に同じ測定条件で計数効率を測定
   し、前回測定した計数効率と比較して二次粒子検出器の
   性能劣化を判断することを特徴とする二次粒子検出器系
   の評価方法。
8. 【請求項８】 請求項２、請求項３および請求項４記載
   の二次粒子検出器系の評価方法において、定期的に同じ
   測定条件で収集効率を測定し、前回測定した収集効率と
   比較して二次粒子検出器の性能劣化を判断することを特
   徴とする二次粒子検出器系の評価方法。
9. 【請求項９】 一次粒子線を試料上に集束するための集
   束手段と、試料上に照射された一次粒子線を二次元に走
   査する手段と、一次粒子線と試料との相互作用によって
   発生した二次粒子を検出する検出手段を備えた粒子線装
   置において、一次粒子線を二次粒子検出器に直接入射さ
   せる手段を備えたことを特徴とする粒子線装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の粒子線装置において、
    一次粒子線の軌道軸と二次粒子検出器の中心軸との交点
    あるいは交点近辺に反射板を設置し、一次粒子線の加速
    電圧と同じ電圧以上のリターディング電圧を与えて一次
    粒子線を曲げ、試料室側面部、対物レンズ上部あるいは
    対物レンズ内部に配置された二次粒子検出器に一次粒子
    線を直接入射させる手段を備えたことを特徴とする粒子
    線装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の粒子線装置におい
    て、反射板として表面を鏡面研磨、あるいは蒸着処理を
    施したアルミニウム円盤を備えたことを特徴とする粒子
    線装置。
12. 【請求項１２】 請求項９記載の粒子線装置において、
    二次粒子検出器にプローブ電流をあらかじめ測定した一
    次粒子線を直接入射させ、二次粒子検出器の出力パルス
    計数率を測定し、測定した出力パルス計数率に計数損失
    の補正を施し、計数損失補正した出力パルス数から一次
    粒子線を遮断したときのバックグラウンド計数率を差し
    引いた計数率と、測定した一次粒子線のプローブ電流か
    ら計算できる二次粒子検出器に単位時間あたりに入射し
    た粒子数との比を取って、計数効率を決定する手段を備
    えたことを特徴する粒子線装置。
13. 【請求項１３】 請求項９記載の粒子線装置において、
    二次粒子検出器にプローブ電流をあらかじめ測定した一
    次粒子線を直接入射させ、二次粒子検出器の入射面上で
    二次元走査したときの画像データを取得し、各画素あた
    りの信号強度分布を作成し、分布の平均値と分布の標準
    偏差との比からＳ／Ｎを求め、更にプローブ電流を変化
    させて前記方法でＳ／Ｎを求めて、二次粒子検出器に単
    位時間あたりに入射した粒子数と画像のＳ／Ｎの関係を
    決定し、次に、二次粒子を放出する割合が一次粒子線の
    入射エネルギーに対して既知で、表面が平坦で鏡面の標
    準試料にプローブ電流をあらかじめ測定した一次粒子線
    を照射し、標準試料面上で二次元走査したときに発生し
    た二次粒子を検出したときの画像データを取得し、各画
    素あたりの信号強度分布を作成し、分布の平均値と分布
    の標準偏差との比から求めたＳ／Ｎと、二次粒子検出器
    に単位時間あたりに入射した粒子数と画像のＳ／Ｎの関
    係から、二次粒子検出器に入射した二次粒子流を求め
    て、二次粒子流と、二次粒子を放出する割合とプローブ
    電流の積との比から収集効率を決定する手段を備えたこ
    とを特徴する粒子線装置。
14. 【請求項１４】 請求項９記載の粒子線装置において、
    二次粒子を放出する割合が一次粒子線の入射エネルギー
    に対して既知で、表面が部分的に平坦の標準試料にプロ
    ーブ電流をあらかじめ測定した一次粒子線を照射し、発
    生した二次粒子を検出したときの二次粒子検出器の出力
    パルス計数率を測定し、測定した出力パルス計数率に計
    数損失の補正を施し、計数損失補正した出力パルス数か
    ら一次粒子線を遮断したときのバックグラウンド計数率
    を差し引いた計数率と二次粒子の電荷の積と、計数効率
    との比で二次粒子流を求めて、二次粒子流と、二次粒子
    を放出する割合とプローブ電流の積との比から収集効率
    を決定する手段を備えたことを特徴する粒子線装置。
15. 【請求項１５】 請求項１３および請求項１４記載の粒
    子線装置において、標準材料のかわりに絶縁材料を用い
    て二次粒子を放出する割合を１となるように一次粒子線
    の入射エネルギーを設定し、二次粒子流と、プローブ電
    流との比から収集効率を決定する手段を備えたことを特
    徴する粒子線装置。
16. 【請求項１６】 請求項１２記載の二次粒子検出器系の
    評価方法において、絶縁材料として石英を備えたことを
    特徴とする粒子線装置。
17. 【請求項１７】 請求項１２記載の計数効率と請求項１
    ３記載の収集効率の積、請求項１２記載の計数効率と請
    求項１４記載の収集効率の積、あるいは請求項１２記載
    の計数効率と請求項１５記載の収集効率の積で二次粒子
    検出器の検出効率を決定する手段を備えたことを特徴す
    る粒子線装置。
18. 【請求項１８】 請求項１２記載の粒子線装置におい
    て、定期的に同じ測定条件で計数効率を測定し、前回測
    定した計数効率と比較して二次粒子検出器の性能劣化を
    判断する手段を備えたことを特徴とする粒子線装置。
19. 【請求項１９】 請求項１３、請求項１４および請求項
    １５記載の粒子線装置において、定期的に同じ測定条件
    で収集効率を測定し、前回測定した収集効率と比較して
    二次粒子検出器の性能劣化を判断する手段を備えたこと
    を特徴とする粒子線装置。
20. 【請求項２０】 一次粒子線を試料上に集束するための
    集束手段と、試料上に照射された一次粒子線を二次元に
    走査する手段と、一次粒子線と試料との相互作用によっ
    て発生した二次粒子を検出する検出手段と、画像や装置
    を操作するための画面を表示する手段を備えた粒子線装
    置において、操作画面上に時間の経過と収集効率の関
    係、あるいは時間の経過とＳ／Ｎの関係、あるいは時間
    の経過と出力パルス計数率の関係を示す表、あるいはグ
    ラフを表示する手段を備えたことを特徴とする粒子線装
    置。
21. 【請求項２１】 画像や装置を操作するための画面を表
    示する手段を備えた請求項９記載の粒子線装置におい
    て、操作画面上に時間の経過と計数効率効率の関係、あ
    るいは時間の経過と出力パルス計数率の関係を示す表、
    あるいはグラフを表示する手段を備えたことを特徴とす
    る粒子線装置。
22. 【請求項２２】 請求項９記載の粒子線装置において、
    一次粒子線のプローブ電流、走査速度、画像積算枚数を
    それぞれ単独、あるいは組み合わせて調節し、常に最適
    なＳ／Ｎの画像を得る手段を備えたこと特徴とする粒子
    線装置。
23. 【請求項２３】 二次粒子検出器の出力信号の直流オフ
    セットと、二次粒子検出器のゲインを調整する手段を備
    えた請求項９記載の粒子線装置において、アナログ検出
    法を適用した信号処理手段のアナログ−ディジタル変換
    器の入力で、二次粒子検出器からの出力信号の直流オフ
    セットをゼロに調整し、アナログ−ディジタル変換器の
    ダイナミックレンジの範囲内に出力信号が入るように二
    次粒子検出器のゲインを調整する手段を備えたこと特徴
    とする粒子線装置。