[go: up one dir, main page]

WO2013065475A1 - 電子顕微法の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置 - Google Patents

電子顕微法の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2013065475A1
WO2013065475A1 PCT/JP2012/076704 JP2012076704W WO2013065475A1 WO 2013065475 A1 WO2013065475 A1 WO 2013065475A1 JP 2012076704 W JP2012076704 W JP 2012076704W WO 2013065475 A1 WO2013065475 A1 WO 2013065475A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
ionic liquid
electron
medium containing
liquid medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/076704
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴文 三羽
小瀬　洋一
英子 中澤
麻美 許斐
俊哉 渡邉
木村　嘉伸
津野　夏規
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp, Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to CN201280051975.6A priority Critical patent/CN103907004B/zh
Priority to DE112012004204.2T priority patent/DE112012004204B4/de
Priority to US14/354,917 priority patent/US9202668B2/en
Publication of WO2013065475A1 publication Critical patent/WO2013065475A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/026—Means for avoiding or neutralising unwanted electrical charges on tube components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/004—Charge control of objects or beams
    • H01J2237/0041—Neutralising arrangements
    • H01J2237/0044—Neutralising arrangements of objects being observed or treated
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24273—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including aperture
    • Y10T428/24322—Composite web or sheet
    • Y10T428/24331—Composite web or sheet including nonapertured component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/261—In terms of molecular thickness or light wave length

Definitions

  • the present invention relates to a microscope technique for observing the surface shape of a sample using electrons.
  • SEM scanning electron microscope
  • the primary electrons accelerated by the voltage applied to the electron source are focused by an electron lens, and the focused primary electrons are scanned on the sample by a deflector.
  • Secondary electrons emitted from the sample by irradiating the primary electrons are detected by a detector.
  • the secondary electron signal is detected in synchronization with the scanning signal and constitutes an image.
  • the amount of secondary electrons emitted from the sample varies depending on the surface shape of the sample.
  • Patent Document 1 discloses a method of applying conductivity to an electron irradiation surface by applying an ionic liquid that hardly volatilizes in a vacuum to a sample.
  • Patent Document 2 discloses a low-acceleration SEM that uses a low-acceleration electron and can perform stable observation even when charged.
  • An object of the present invention is to provide an electron microscope observation specimen, an electron microscope technique, an electron microscope, and an observation specimen preparation apparatus that solve the above-described problems and suppress image disturbance due to charging.
  • an observation specimen for an electron microscopic method is characterized in that the liquid medium containing the ionic liquid on the sample is in the form of a thin film or a retina.
  • the thin film or retina of the liquid medium containing the ionic liquid in the observation target is along the surface shape of the sample, is a film thickness that allows transmission of low-acceleration primary electrons, or is coated according to the sample shape. Therefore, a clear edge contrast can be obtained.
  • the thickness of the portion where the liquid medium containing the ionic liquid is applied is 1 monolayer or more and 100 monolayer or less.
  • One monolayer refers to the thickness of one molecular layer of an ionic liquid.
  • the electron microscopic method includes a step of measuring a film thickness of a liquid medium containing an ionic liquid on a sample, and a step of controlling irradiation conditions of primary electrons based on the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid. Is included. According to this method, since the irradiation conditions of the primary electrons can be controlled according to the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid, the edge contrast is improved.
  • the electron microscopic method according to the present invention further includes a step of applying a liquid medium containing an ionic liquid to a sample and a step of thinning the liquid medium containing the ionic liquid.
  • the state of the film of the liquid medium containing the applied ionic liquid depends on the type of the ionic liquid and the material or shape of the sample. According to this method, the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid can be controlled according to the type and sample of the ionic liquid.
  • an observation specimen in which the liquid medium containing the ionic liquid on the sample is in the form of a thin film or a retina is used.
  • the step of measuring may be performed a plurality of times. According to this method, since the liquid medium containing the ionic liquid can be processed step by step until the predetermined film thickness is reached, the film thickness controllability of the liquid medium containing the ionic liquid is improved.
  • the step of measuring the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid is based on the primary electron acceleration voltage dependence of the secondary electron emission rate that can be analyzed by the pulsed primary electrons, and the ionic liquid May be used to measure the film thickness of the liquid medium containing the.
  • the change in the secondary electron emission rate with respect to the acceleration voltage can analyze the acceleration voltage at which the primary electrons pass through the film of the liquid medium containing the ionic liquid, and the ionic liquid can be calculated from the range of the primary electrons at the acceleration voltage.
  • the film thickness of the liquid medium containing can be analyzed.
  • the step of measuring the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid is based on the dependence of the substrate current on the primary electron acceleration voltage under irradiation of the primary electrons, from the liquid electron medium containing the ionic liquid. What measures a film thickness may be sufficient.
  • the displacement current generated by the charge accumulated when the primary electrons are transmitted to the sample is measured as the substrate current.
  • the acceleration voltage at which primary electrons pass through the film of the liquid medium containing the ionic liquid can be analyzed by the change of the substrate current with respect to the acceleration voltage, and the liquid containing the ionic liquid can be analyzed from the range of the primary electrons at the acceleration voltage.
  • the film thickness of the medium can be analyzed.
  • the electron microscope according to the present invention includes an electron source that emits primary electrons, a sample holder that holds a sample, an exhaust chamber that is evacuated by installing the sample holder, and a lens that focuses the primary electrons on the sample.
  • a system a deflector that scans the primary electrons, a detector that detects secondary electrons emitted from the sample by the primary electrons, an image generation unit that forms an image by the secondary electrons, and the sample holder
  • the measurement mechanism for measuring the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid includes a pulse forming unit that forms pulse electrons obtained by pulsing the primary electrons, and the sample by the pulse electrons.
  • a secondary electron signal analyzing unit for analyzing a secondary electron emission rate from a secondary electric signal detected by the detector, and a primary electron from the acceleration voltage dependency of the secondary electron emission rate. May have a secondary electron emission rate analysis unit that analyzes the acceleration voltage that passes through the film of the liquid medium containing the ionic liquid and analyzes the film thickness from the range of primary electrons at the acceleration voltage.
  • the measuring mechanism for measuring the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid includes a substrate current measuring unit that measures a substrate current induced when the primary electrons are transmitted to the sample, Analyzing the acceleration voltage at which the primary electrons pass through the film of the liquid medium containing the ionic liquid from the dependence of the substrate current on the acceleration voltage, and measuring the film thickness from the range of the primary electrons at that time You may have.
  • the sample holder or the sample chamber for holding the sample may have a coating portion for applying the liquid medium containing the ionic liquid to the observation surface of the sample.
  • the sample holder or sample chamber for holding the sample may have a mechanism for thinning the liquid medium containing the ionic liquid on the sample.
  • the observation specimen preparation device for producing the observation specimen of the present invention includes an exhaust chamber, an exhaust mechanism, an application unit for applying a liquid medium containing the ionic liquid to the observation surface of the sample, A mechanism for thinning the liquid medium containing the ionic liquid, and a film thickness measuring mechanism for the liquid medium containing the ionic liquid.
  • the measurement mechanism that measures the film thickness of the liquid medium containing the ionic liquid includes an electron source that emits primary electrons, and a substrate current measurement unit that measures a substrate current induced when the sample is irradiated with the primary electrons. And a substrate current analysis unit that analyzes the dependency of the substrate current on the primary electron acceleration voltage.
  • the observation specimen, electron microscopic method, electron microscope, and observation specimen preparation apparatus of the present invention can suppress charging by primary electrons, obtain a clear edge contrast from the observation specimen, and provide a highly accurate surface shape of the sample. Can be measured.
  • FIG. 3 is a top view showing an example of an observation specimen according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an observation specimen of Example 1 of the present invention.
  • the top view which shows an example of the observation specimen of Example 5 of this invention.
  • Sectional drawing which shows an example of the observation specimen of Example 5 of this invention.
  • Explanatory drawing which shows the presence or absence of the liquid medium containing the ionic liquid on a sample.
  • the figure which shows the time change of the secondary electron signal corresponding to the presence or absence of the liquid medium containing the ionic liquid on a sample.
  • the block diagram which shows an example of the electron microscope of Example 1 of this invention.
  • Explanatory drawing which shows the cross-section of an observation specimen.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between an acceleration voltage of primary electrons and a substrate current in Example 2.
  • FIG. 6 shows an SEM image obtained by the electron microscopic method of Example 2.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a profile of image brightness obtained by the electron microscopic method of Example 2.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the structure of an observation specimen used in Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram showing a profile of image brightness of an observation specimen used in Example 5.
  • FIG. 1A shows a top view of an observation specimen in which the liquid medium containing the ionic liquid on the sample is in a thin film form
  • FIG. 1B shows a cross-sectional view of the observation specimen in which the liquid medium containing the ionic liquid is in a thin film form
  • the sample 2 is a sample having a grooved pattern
  • the liquid medium 3 containing an ionic liquid is an ionic liquid that is formed into a thin film on the grooved pattern.
  • the ionic liquid used in the present invention is, for example, 1-Butyl-3-methylimidazoliumimidazolTetrafluoroborate (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (1- Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) and 1-Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide).
  • a liquid medium containing an ionic liquid obtained by diluting the ionic liquid with pure water to 10% by weight was used.
  • pure water is mixed with the ionic liquid, but ethanol, methanol, acetone, hexane, or the like may be mixed.
  • fine particles having different secondary electron emission rates from the ionic liquid may be mixed in the ionic liquid so that the contrast of the image can be clearly obtained.
  • the secondary electron emission rate is obtained by dividing the number of emitted secondary electrons by the number of irradiated primary electrons.
  • the liquid medium containing an ionic liquid is a liquid medium containing an ionic liquid and a substance other than the ionic liquid.
  • the ionic liquid refers to an ionic liquid or a liquid medium containing the ionic liquid.
  • FIG. 5A shows a cross-sectional structure of the observation specimen used in this example.
  • the sample 2 is a SiO2 sample having a pattern that is grooved in a linear shape.
  • Sample 2 with no ionic liquid applied (A in FIG. 5A)
  • observation specimen (B in FIG. 5A) in which the ionic liquid was dropped onto sample 2 with a micropipette, and sample 2 using a dip coater.
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of the electron microscope in the present embodiment.
  • the electron microscope includes an electron optical system, a stage system, a control system, an image processing system, an operation interface 27, a sample chamber 32, and an exhaust chamber 82.
  • the electron optical system includes an electron source 10, a condenser lens 11, a diaphragm 12, a deflector 13, an objective lens 14, and a detector 18.
  • the stage system includes a sample stage 15, a sample holder 16, and a sample 17.
  • the control system includes an electron source control unit 20, a condenser lens control unit 21, a deflection signal control unit 22, a detector control unit 31, and an SEM control unit 26.
  • the image processing system includes a detection signal processing unit 23, an image generation unit 24, and an image display unit 25.
  • the irradiation conditions controlled in this embodiment are the acceleration voltage of primary electrons, the irradiation current, and the scanning speed of primary electrons.
  • the acceleration voltage is controlled by the voltage applied to the electron source 10 by the electron source control unit 20, and the irradiation current is controlled by the excitation current applied to the condenser lens 11 by the condenser lens control unit 21.
  • the scanning speed is controlled by the deflection signal control unit 22 using a deflection signal to the deflector 13.
  • FIG. 5B shows an SEM image acquired at an acceleration voltage of 1.0 ⁇ kV, an irradiation current of 8 ⁇ pA, and a primary electron scanning speed of 300 nm / ⁇ s.
  • a in FIG. 5B is an SEM image of Sample 2 to which no ionic liquid is applied. The pattern portion becomes dark due to charging, and shading occurs.
  • B in FIG. 5B is an SEM image of an observation specimen in which an ionic liquid is dropped on the sample 2 with a micropipette. When applied with a micropipette, the ionic liquid is not in the form of a thin film, and the primary electrons cannot pass through the ionic liquid, so the pattern cannot be identified.
  • C in FIG. 5B is an SEM image of an observation specimen in which the ionic liquid on the sample 2 is a thin film. Shading of the pattern portion is suppressed and the pattern can be identified.
  • FIG. 5C is a profile of image brightness analyzed in the direction across the groove pattern.
  • the portion where the image brightness is maximum corresponds to the edge portion of the groove.
  • the signal at the maximum corresponding to the edge portion is weak and the edge contrast is small.
  • the profile of the edge portion cannot be identified.
  • C in FIG. 5C has a strong local maximum signal and a clear edge contrast.
  • the edge contrast representing the sample shape can be improved using an observation specimen in which the ionic liquid on the sample is a thin film.
  • an electron microscopic method for measuring the film thickness of an ionic liquid and controlling the irradiation conditions of primary electrons based on the measured film thickness will be described.
  • an observation specimen of C in FIG. 5A shown in Example 1 in which the ionic liquid on the sample is in the form of a thin film was used.
  • the irradiation conditions of primary electrons are controlled in consideration of the film thickness of the ionic liquid and the range of primary electrons with low acceleration.
  • the range of electrons indicates the length of passage through the substance.
  • the range R ( ⁇ m) of the primary electrons is expressed by the following equation (1).
  • Equation 1 indicates that the range of the primary electrons depends on the density and atomic weight of the substance in addition to the acceleration voltage of the primary electrons.
  • the thickness of one molecular layer of the ionic liquid depends on the density and molecular weight of the ionic liquid, the thickness of one molecular layer (hereinafter, the thickness of one molecular layer is expressed as one monolayer) is a unit. As a result, the range of primary electrons can be defined by a monolayer.
  • Acceleration voltage of primary electrons is, for example, in the range of 0.1 kV to 1.5 kV.
  • the acceleration voltage of primary electrons that pass through a film thickness of 100 monolayers is 1.5 kV
  • the acceleration voltage of primary electrons that pass through the thickness of one monolayer is 0.1 kV.
  • one monolayer of a typical ionic liquid was 1 nm.
  • the film thickness of the portion of the observation specimen to which the liquid medium containing the ionic liquid is applied is, for example, 1 monolayer or more and 100 monolayer or less.
  • FIG. 3A shows sample 2 and an observation specimen in which the ionic liquid on sample 2 is in a thin film form.
  • the sample 2 is an insulator.
  • FIG. 3B shows a time change of the secondary electron signal emitted when the sample 2 and the observation specimen in which the ionic liquid on the sample 2 is in the form of a thin film are irradiated with the low-acceleration primary electrons. As shown in B of FIG. 3B, when the sample 2 is irradiated with low-acceleration primary electrons, more secondary electrons are emitted than the number of irradiated primary electrons, and the sample surface is positively charged.
  • Image and image brightness profile of sample 2 with pattern, observation target with ionic liquid on sample 2, and observation target with thin ionic liquid on sample 2 observed with primary electrons are shown in A, B and C of FIG.
  • a in FIG. 5B when there is no ionic liquid, the pattern portion has a low contrast due to surface charging.
  • B of FIG. 5B when the ionic liquid is not a thin film, the pattern portion is buried in the ionic liquid, and the edge contrast is lost.
  • C in FIG. 5B when the ionic liquid is in a thin film shape, high contrast is obtained from the pattern portion. Further, as indicated by A in FIG.
  • FIG. 6 shows a configuration diagram of the electron microscope in this example.
  • the electron microscope includes an electron optical system, a stage system, a control system, an image processing system, an operation interface 27, a sample chamber 32, an exhaust chamber 82, and a substrate current measurement system.
  • the substrate current is a current that flows from the observation specimen to the stage system (sample holder 16) by the irradiation of primary electrons.
  • the electron optical system includes an electron source 10, a condenser lens 11, a diaphragm 12, a deflector 13, an objective lens 14, and a detector 18.
  • the stage system includes a sample stage 15, a sample holder 16, and a sample 17.
  • the control system includes an electron source control unit 20, a condenser lens control unit 21, a deflection signal control unit 22, a detector control unit 31, and an SEM control unit 26.
  • the image processing system includes a detection signal processing unit 23, an image generation unit 24, and an image display unit 25.
  • the substrate current measurement system includes an ammeter 28 and a substrate current analysis unit 29.
  • Fig. 7 shows a flowchart of the electron microscopic method.
  • the electron microscopic method in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the film thickness of the ionic liquid of the observation specimen is measured (step 42).
  • the substrate current under primary electron irradiation was measured using the electron microscope shown in FIG. 6, and the film thickness of the ionic liquid was analyzed.
  • the displacement current induced by the charge accumulated in the sample under primary electron irradiation can be measured as the substrate current.
  • the electron source controller 20 controls the voltage applied to the electron source 10 to change the acceleration voltage of primary electrons, and the substrate current at each acceleration voltage is measured by the ammeter 28.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing the relationship between the acceleration voltage of primary electrons and the range.
  • the acceleration voltage of A, B, C and primary electrons is increased, the range of primary electrons 5 becomes longer.
  • the range of primary electrons is equal to or greater than the film thickness of the ionic liquid 3 (C in FIG. 8A)
  • the primary electrons reach the sample 2 and charges are accumulated in the sample.
  • a displacement current is generated due to charge accumulation and can be measured as a substrate current.
  • FIG. 8B shows changes in the substrate current when the acceleration voltage of the primary electrons is changed from 0.1 to 1.5 kV. It can be seen from FIG. 8B that the substrate current increases rapidly at an acceleration voltage of 1.0 kV.
  • the acceleration voltage when the substrate current increases abruptly is the acceleration voltage when the primary electrons pass through the film thickness.
  • the film thickness of the ionic liquid is 60 monolayers.
  • the step of analyzing the acceleration voltage dependence of the substrate current described in the present embodiment is processed by the substrate current analysis unit 29, and the film thickness can be obtained automatically.
  • the irradiation conditions of the primary electrons based on the film thickness are controlled (step 43).
  • the acceleration voltage was controlled to 1.2 KV so that the range of primary electrons was longer than that of 60 monolayers.
  • the primary electrons pass through the ionic liquid thin film and reach the sample. Therefore, in consideration of sample damage, the irradiation current was controlled to 5 ⁇ pA and the scanning speed was controlled to 300 ⁇ m / ⁇ s in order to limit the number of electrons irradiated to the sample.
  • an image is acquired under the set irradiation conditions of the primary electrons, and the image is displayed on the image display unit 25 (step 44).
  • FIG. 19 shows a graphical user interface (hereinafter referred to as GUI) for setting the irradiation conditions of the primary electrons in this embodiment.
  • GUI graphical user interface
  • the GUI of FIG. 19 is displayed on the monitor of the operation interface 27.
  • information on the sample and ionic liquid input to the SEM control unit 26 is displayed.
  • the window 131 displays the acceleration voltage dependency of the substrate current of the observation specimen and the film thickness of the ionic liquid.
  • the window 132 displays the irradiation conditions of primary electrons according to the film thickness of the ionic liquid.
  • FIG. 9A shows an image obtained by observing the observation specimen according to this example
  • FIG. 9B shows an image brightness profile obtained by analyzing the image across the groove pattern.
  • the maximum value of the image brightness representing the edge portion of the pattern is large, and a clear edge contrast can be obtained.
  • the film thickness of the ionic liquid thin film can be measured and the optimum irradiation condition can be set, so that the edge contrast representing the sample shape can be improved.
  • FIG. 10 shows a configuration diagram of an observation specimen preparation apparatus for an electron microscopic method in the present example.
  • the observation specimen preparation device is an apparatus that applies an ionic liquid to a sample to produce an observation specimen.
  • the exhaust chamber 82 and a control system are included.
  • the control system includes an ionic liquid adjustment control unit 84, a discharge control unit 85, a rotation control unit 86, and an exhaust control unit 87.
  • the observation specimen preparation apparatus of the present electron microscopic method is a part of the electron microscope, but may be independent of the electron microscope.
  • the electron microscope in the present embodiment has the same configuration as that in FIG.
  • Fig. 11 shows a flowchart of the electron microscopic method.
  • the electron microscopic method in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • an ionic liquid is applied to the sample 74 (step 52).
  • the ionic liquid was applied using the observation specimen preparation device shown in FIG.
  • the ionic liquid adjusted by the ionic liquid adjusting unit 72 is controlled by the discharge control unit 85 to be discharged from the discharge unit 73, and the ionic liquid is applied to the sample 74.
  • pure water was mixed with the ionic liquid as a solvent, and the ionic liquid having a viscosity of 20 ⁇ mPa ⁇ s was discharged onto the sample.
  • the applied ionic liquid is thinned based on the flowchart of FIG. 11 (step 53).
  • the ionic liquid was thinned by using the observation specimen preparation apparatus of FIG.
  • the sample holder 76 was rotated by the sample holder rotating mechanism 77.
  • the rotation speed and rotation time were controlled by the rotation controller 86 so that the rotation speed and rotation time were rotated at 500 rpm for 10 seconds and then rotated at 3000 rpm for 60 seconds.
  • the sample 74 was put into the exhaust chamber 82 and evacuated. If a substance that evaporates under vacuum is contained in the ionic liquid, the substance that evaporates under vacuum is evaporated by evacuation, so that the ionic liquid can be thinned.
  • the vacuum evacuation was performed until the pressure in the exhaust chamber 82 became 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, which is the same degree of vacuum as that observed in the electron microscope.
  • the evacuation is performed after the ionic liquid is applied, but the thinning process may be performed by applying the ionic liquid under vacuum.
  • an image of the observation target is acquired based on the flowchart of FIG. 11 (step 54).
  • the acceleration voltage of the primary electrons is 0.1 kV
  • the soot current is 5 pA
  • the scan speed is 200 nm / ⁇ s.
  • the image obtained by observing the produced observation specimen is the same as C in FIG. 5B, and the profile of the image brightness analyzed in the direction crossing the groove pattern is the same as C in FIG. 5C.
  • the maximum value of the image brightness representing the edge portion of the pattern is large, and a clear edge contrast can be obtained.
  • the film thickness of the ionic liquid thin film can be controlled and an image can be acquired, so that the edge contrast representing the sample shape can be improved.
  • FIG. 12 shows a configuration diagram of the electron microscope in this example.
  • the electron microscope includes an electron optical system, a stage system, a control system, an image processing system, an operation interface 27, a sample chamber 32, and an exhaust chamber 82.
  • the electron optical system includes an electron source 10, a condenser lens 11, a diaphragm 12, a deflector 13, an objective lens 14, a detector 18, and a pulse forming unit 19.
  • the stage system includes a sample stage 15, a sample holder 16, and a sample 17.
  • the control system includes an electron source control unit 20, a condenser lens control unit 21, a deflection signal control unit 22, a detector control unit 31, an SEM control unit 26, and a pulse control unit 30.
  • the image processing system includes a detection signal processing unit 23, an image generation unit 24, and an image display unit 25.
  • Fig. 13 shows a flowchart of the electron microscopic method.
  • the electron microscopic method in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • primary electron irradiation conditions are set (step 62).
  • electron microscopy is performed using the electron microscope of FIG.
  • the irradiation conditions of the primary electrons were set to an acceleration voltage of 0.3 kV with a high secondary electron emission rate.
  • the film thickness of the ionic liquid is larger than the range of the primary electron of 0.3 keV, and the film of the ionic liquid is the surface of the sample. Thin film to reflect the shape.
  • the irradiation conditions of the primary electrons with a high SN of the image, ie, the irradiation current of 20 ⁇ pA and the scanning speed of 100 nm / ⁇ s were controlled.
  • the film thickness of the ionic liquid of the observation specimen was measured (step 65).
  • the observation specimen used in this example is the observation specimen described in Example 3.
  • the film thickness of the ionic liquid was analyzed by measuring the secondary electron emission rate using pulsed electrons using the electron microscope of FIG.
  • a method for measuring the secondary electron emission rate will be described.
  • the secondary electrons detected by the detector 18 are irradiated with the pulsed electrons formed by the pulse forming unit 19, and the secondary electron signal intensity decreases when the primary electrons are irradiated. This corresponds to a release rate of 1. If the intensity of the secondary electron signal when irradiated with the primary electrons is expressed by the intensity of the secondary electron signal in the steady state, the secondary electron emission rate can be obtained.
  • FIG. 14 shows the acceleration voltage dependence of the secondary electron emission rate of the observation specimen used in this example.
  • the dependence of the secondary electron emission rate of the ionic liquid and the resist on the acceleration voltage is compiled into a database. did.
  • the acceleration voltage dependency 91 of the secondary electron emission rate of the resist called from the database and the acceleration voltage dependency 92 of the secondary electron emission rate of the ionic liquid are shown. Indicated.
  • the secondary electron emission rate of the observed specimen is the same as the secondary electron emission rate 92 of the ionic liquid at an acceleration voltage of 0.8 ⁇ kV or less, and at the acceleration voltage of 1.5 kV or more, the secondary electron emission rate 91 of the resist is almost the same. Matched. On the other hand, at an accelerating voltage in the range of 0.8 to 1.5 kV, an intermediate value between the secondary electron emission rate 92 of the ionic liquid and the secondary electron emission rate 91 of the resist is obtained. Therefore, it can be determined from FIG. 14 that the ionic liquid has been transmitted when the acceleration voltage is 0.8 KV.
  • the film thickness of the ionic liquid is 50 monolayers.
  • the ionic liquid used in this example has one monolayer of 0.5 nm.
  • step 66 it was determined whether the film thickness of the ionic liquid was appropriate (step 66).
  • the range at an acceleration voltage of 0.3 kV in this example is 20 monolayers, which is equal to or less than the film thickness (50 monolayers) measured in this example.
  • the application of the ionic liquid, the thinning process and the film thickness measurement are performed again (steps 63, 64, 65), and the process is repeated until the predetermined film thickness is obtained.
  • Step 67 an image is acquired under the set irradiation conditions of the primary electrons, and the image is displayed on the image display unit 25.
  • an image obtained by observing the produced observation specimen is the same as that in FIG. 9A, and the profile of the image brightness analyzed in the direction crossing the groove pattern is the same as that in FIG. 9B.
  • the maximum value of the image brightness representing the edge portion of the pattern is large, and a clear edge contrast can be obtained.
  • the edge contrast reflecting the sample shape can be improved.
  • FIG. 2A shows a top view of an observation target in which the ionic liquid has a retinal shape
  • FIG. 2B shows a cross-sectional view of the observation target in which the ionic liquid has a retinal shape.
  • an electron microscopic method using an observation specimen in which the ionic liquid is retinal as shown in FIG. 2 will be described.
  • the configuration of the electron microscope shown in FIG. 12 was used.
  • a SiO2 sample having a groove pattern having a different pitch and size was used.
  • a hydrophobic ionic liquid was used and applied onto the pattern surface of the sample with a dip coater. Since the wettability of the ionic liquid and the sample differs according to the pattern pitch and pattern size of the sample, the state of the ionic liquid film differs for each pattern.
  • FIG. 15A The structure of the observation target used in this example is shown in FIG. 15A.
  • FIG. 15A in this observation specimen, the state of the ionic liquid film differs according to the pattern pitch and pattern size of the sample.
  • FIG. 15B shows an image brightness profile obtained by analyzing the observed specimen with an acceleration voltage of 1.0 ⁇ kV, an irradiation current of 8 ⁇ pA, and a scanning speed of 300 ⁇ m / ⁇ s in a direction crossing the groove pattern.
  • the contrast is in accordance with the pattern pitch and pattern size of the sample.
  • the shape of the sample can be measured with high accuracy from an observation specimen having an ionic liquid.
  • Example 3 a configuration different from the method described in Example 3 will be described for an observation specimen preparation apparatus for electron microscopy.
  • FIG. 16 shows a configuration diagram of an electron microscope observation specimen preparation apparatus according to the present embodiment.
  • An electron microscope observation specimen preparation apparatus includes a sample 101, a sample support unit 102 that supports the sample, a drive unit 103 that freely moves the sample support unit 102 up and down, and a drive control that controls the position and moving speed of the sample support unit 102.
  • Part 104 an ionic liquid adjusting unit 106 that fills the liquid tank 108 with an ionic liquid 105 mixed with an ionic liquid or a substance other than the ionic liquid, and controls the adjustment of the ionic liquid 105 mixed with an ionic liquid or a substance other than the ionic liquid.
  • the ionic liquid adjustment control unit 107 is configured.
  • the configuration of the electron microscope observation specimen preparation apparatus may be a configuration installed in a sample chamber or an exhaust chamber of an electron microscope.
  • sample 101 is a SiO2 sample having a linear groove pattern
  • ionic liquid 105 is 1-Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (1-ethyl-) containing 95% pure water. 3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide).
  • the ionic liquid 105 is applied to the sample 101 by pulling up the sample support unit 102 while controlling the moving speed of the drive unit 103 by the drive control unit 104.
  • the film thickness of the ionic liquid 105 can be controlled.
  • the speed at which the sample support 102 was pulled up from the liquid tank 108 was controlled to 5 cm / min, and the sample was applied onto the thin film.
  • the sample 101 was placed in the exhaust chamber and evacuated. By evacuation, pure water contained in the ionic liquid can be evaporated to make the ionic liquid into a thin film. In this example, vacuum evacuation was performed until the pressure in the exhaust chamber became 2 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa.
  • the film thickness of the ionic liquid 105 formed on the sample 101 was found to be 100 monolayers by the film thickness measurement method of Example 2. If the observation specimen preparation apparatus of the electron microscope method of a present Example is used, the film thickness of the ionic liquid on a sample can be controlled with high precision.
  • Example 3 a configuration different from the method described in Example 3 will be described for an observation specimen preparation apparatus for electron microscopy.
  • FIG. 17 shows a configuration diagram of an electron microscope observation specimen preparation apparatus in this example.
  • An electron microscopic observation specimen preparation apparatus includes a sample 111, a sample support unit 112 that supports the sample 111, a heater 113, a temperature control unit 114, an ionic liquid film 115, a film support unit 116 that supports the ionic liquid film 115, and a film support.
  • the drive unit 117 is configured to move the unit 116, and the drive control unit 118.
  • the ionic liquid film is a plate-like or film-like ionic liquid.
  • the configuration of the electron microscope observation specimen preparation device may be a configuration installed in a sample holder, a sample chamber, or an exhaust chamber of an electron microscope.
  • the sample 111 is a SiO2 sample having a pattern in which grooves are linearly formed.
  • the sample 111 is supported on the sample support unit 112, and the film support unit 116 is lowered while controlling the moving speed of the drive unit 117 by the drive control unit 118, and the ionic liquid film 115 is brought into close contact with the sample 111.
  • the temperature controller 114 controls the temperature of the heater 113 according to the type of the sample 111 and the type of the ionic liquid film 115, and the ionic liquid is applied to the sample 111. Since the viscosity of the ionic liquid decreases at a high temperature, it can be applied to the sample.
  • the ionic liquid was applied to the sample 111 while the heater temperature was controlled to 60 ° C. while the ionic liquid film 115 was in close contact with the sample 111.
  • the film thickness of the formed ionic liquid on the sample 111 was found to be one monolayer by the film thickness measurement method of Example 2. If the observation specimen preparation apparatus of the electron microscopic method of a present Example is used, the film thickness of the ionic liquid of an observation specimen can be controlled with high precision by temperature control of a heater.
  • FIG. 18 shows a configuration diagram of an observation specimen preparation apparatus for an electron microscopic method in the present embodiment.
  • An electron microscopic observation specimen preparation apparatus includes a sample 121, a sample support unit 122 that supports the sample, an ozone irradiation source 123, an ozone irradiation source control unit 124, an ionic liquid discharge unit 125, a discharge control unit 126, and an ionic liquid discharge unit 125.
  • the ionic liquid adjustment control unit 140, the valve 141, the exhaust mechanism 142, the exhaust chamber 143, the exhaust control unit 144, the heater 145, and the temperature control unit 146 are configured.
  • the configuration of the electron microscope observation specimen preparation apparatus may be a configuration installed in a sample chamber or an exhaust chamber of an electron microscope.
  • an ionic liquid prepared by previously mixing an ionic liquid or a substance other than the ionic liquid with the ionic liquid adjusting unit 140 is prepared.
  • the sample 121 is a SiO2 sample having a linear groove pattern
  • pure water is added to 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate).
  • 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate
  • the ozone irradiation source control unit 124 controls the irradiation conditions of the ozone irradiation source 123 according to the types of the sample 121 and the ionic liquid, and the sample 121 supported by the sample support unit 122 is irradiated with ozone.
  • Irradiated ozone modifies the surface state on the sample 121, so that the wettability with the liquid changes.
  • the sample 121 was irradiated with ozone for 1 s.
  • the discharge controller 126 controls the discharge amount of the ionic liquid and applies the ionic liquid.
  • the ionic liquid was ejected by an ink jet method.
  • the piezo method instead of the thermal method.
  • the discharge amount per discharge of the ionic liquid depends on the nozzle diameter and applied voltage, and can be controlled in the range of fl to ⁇ l. In this embodiment, 2 pl was set for each discharge.
  • the drive control unit 128 controls the drive mechanism 127 to move the ionic liquid discharge unit 125 to apply the ionic liquid.
  • the temperature control unit 146 controls the temperature of the heater 145 according to the type of sample, the type of ionic liquid and the discharge amount, and the temperature of the sample 121 is adjusted. adjust. Since the wettability between the sample and the ionic liquid changes by adjusting the temperature of the sample 121, the form of the applied ionic liquid can create an advantageous state for thinning. In this example, the temperature of the sample 121 when applying the ionic liquid was set to 40 ° C. Thereafter, the exhaust control unit 144 controls the exhaust mechanism 142 to evacuate the exhaust chamber 143.
  • the substance that evaporates under vacuum is evaporated by evacuation, so that the ionic liquid can be thinned.
  • the vacuum chamber was evacuated until the pressure in the exhaust chamber 143 reached 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, which is the same degree of vacuum as observed with an electron microscope, and pure water was evaporated.
  • the observation specimen is controlled by controlling the irradiation conditions of ozone, adjusting the ionic liquid, controlling the discharge amount of the ionic liquid, controlling the temperature of the sample, and controlling the evacuation.
  • the film thickness of the body ionic liquid can be controlled with high accuracy.
  • ozone is irradiated, but ultraviolet light or plasma may be irradiated.

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

　一次電子による帯電を抑制し、観察標体から明瞭なエッジコントラストを得て、試料の表面形状を高精度に計測する。試料上のイオン液体を含む液状媒体が薄膜状または網膜状である観察標体を用いる。また、この観察標体を用いる電子顕微法において、試料上のイオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程と、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚に基づき一次電子の照射条件を制御する工程と、前記一次電子の照射条件で一次電子を照射し前記試料の形態を画像化する工程と、を備える。

Description

電子顕微法の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置
　本発明は、電子を用いて試料の表面形状を観察する顕微鏡技術に関する。
　試料の表面形状の拡大観察装置に電子顕微鏡がある。走査電子顕微鏡（以下、SEMと表す。）の動作を示す。電子源に印加された電圧によって加速された一次電子を電子レンズで集束し、集束した一次電子を偏向器により試料上で走査する。一次電子を照射することにより試料から放出された二次電子は、検出器で検出される。二次電子信号は走査信号に同期して検出され、画像を構成する。試料の二次電子の放出量は、試料の表面形状により異なる。
　試料が絶縁体である場合、電子照射による試料表面の帯電が不可避である。電子照射による帯電は、観察中の像ドリフトなどを引き起こし、像障害となる。
　上記帯電による像障害を解決する方法として、試料表面に導電体をコーティングする方法が知られている。導電体として、金やプラチナなどの金属を用いる。また、特許文献１には、試料に、真空中でほとんど揮発しないイオン液体を塗布し、電子照射面に導電性を付与する方法が開示されている。また、特許文献２には、低加速電子を用いて、帯電があっても安定な観察を行うことができる低加速SEMが開示されている。
国際公開第２００７／０８３７５６号 特開２０００－１９５４５９号公報
　近年、SEMの高分解能化にともない、試料の表面形状の検査や計測に、低加速SEMが利用されている。しかしながら、低加速電子を用いても、試料の表面は帯電している。そのため、試料の表面形状が微細な構造である場合、エッジ部でのコントラストの消失などの、帯電による像障害が問題となる。低加速SEMにおける像障害を抑制するため、金属膜を絶縁体試料にコーティングした場合、金属膜の粒界に起因したコントラストが、試料の形状コントラストに重畳されてしまう。また、電子照射面にイオン液体を塗布した場合、イオン液体にパターン全面が埋もれてしまい、低加速SEMでは、試料の表面形状を観察できない。
　本発明は、上記課題を解決し、帯電による像障害を抑制する電子顕微法の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本願発明による電子顕微法の観察標体は、試料上のイオン液体を含む液状媒体が薄膜状または網膜状であることを特徴とする。前記観察標体におけるイオン液体を含む液状媒体の薄膜または網膜は、試料の表面形状に沿ったものであるか、低加速の一次電子が透過できる膜厚であるか、試料形状に応じて塗り分けられているため、明瞭なエッジコントラストを得ることができる。
　ここで、本願発明による観察標体において、イオン液体を含む液状媒体が塗布されている部分の膜厚は、１モノレイヤー以上、100モノレイヤー以下である。１モノレイヤーとは、イオン液体の１分子層の厚さのことを示す。
　また、本願発明による電子顕微法は、試料上のイオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程と、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚に基づき一次電子の照射条件を制御する工程を含むものである。この方法によれば、イオン液体を含む液状媒体の膜厚に応じて、一次電子の照射条件を制御できるため、エッジコントラストが向上する。
　また、本願発明による電子顕微法は、更に、イオン液体を含む液状媒体を試料に塗布する工程と、前記イオン液体を含む液状媒体を薄膜化する工程とを含むものである。通常、塗布されたイオン液体を含む液状媒体の膜の状態は、イオン液体の種類や試料の材料または形状に依存する。この方法によれば、イオン液体の種類や試料に応じて、イオン液体を含む液状媒体の膜厚を制御することができる。
　ここで、本願発明による電子顕微法において、試料上のイオン液体を含む液状媒体が薄膜状または網膜状である観察標体を用いることを特徴とする。
　ここで、本願発明による電子顕微法において、イオン液体を含む液状媒体を試料に塗布する工程と、前記イオン液体を含む液状媒体を薄膜化する工程と、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程は、複数回処理されるものでよい。この方法によれば、イオン液体を含む液状媒体が所定の膜厚になるまで、段階的に処理できるので、イオン液体を含む液状媒体の膜厚制御性が向上する。
　ここで、本願発明による電子顕微法において、イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程は、パルス化した一次電子で解析できる二次電子放出率の一次電子加速電圧依存性から、イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測するものでよい。この方法によれば、加速電圧に対する二次電子放出率の変化により、一次電子がイオン液体を含む液状媒体の膜を透過する加速電圧が解析でき、前記加速電圧における一次電子の飛程からイオン液体を含む液状媒体の膜厚が解析できる。
　ここで、本願発明による電子顕微法において、イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程は、一次電子照射下での基板電流の一次電子加速電圧依存性から、イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測するものでよい。ここで、一次電子が試料まで透過したときに蓄積される電荷により生じる変位電流を、基板電流として測定する。この方法によれば、加速電圧に対する基板電流の変化により、一次電子がイオン液体を含む液状媒体の膜を透過する加速電圧が解析でき、前記加速電圧における一次電子の飛程からイオン液体を含む液状媒体の膜厚が解析できる。
　また、本願発明の電子顕微鏡は、一次電子を放出する電子源と、試料を保持する試料ホルダと、前記試料ホルダを設置して排気を行う排気室と、前記一次電子を前記試料に集束するレンズ系と、前記一次電子を走査する偏向器と、前記一次電子により前記試料から放出された二次電子を検出する検出器と、前記二次電子により画像を形成する画像生成部と、前記試料ホルダを設置する試料室と、前記試料上の液状媒体の膜厚を計測する計測機構と、前記試料上の液状媒体の膜厚に基づく前記一次電子の照射条件制御部を有するものである。
　ここで、本願発明の電子顕微鏡において、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、前記一次電子をパルス化したパルス電子を形成するパルス形成部と、前記パルス電子により前記試料から放出された二次電子を前記検出器で検出した二次電信号から二次電子放出率を解析する二次電子信号解析部と、前記二次電子放出率の加速電圧依存性から前記一次電子が前記イオン液体を含む液状媒体の膜を透過する加速電圧を解析して、前記加速電圧における一次電子の飛程から膜厚を解析する二次電子放出率解析部を有するものでよい。
　また、本願発明の電子顕微鏡において、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、前記一次電子が試料まで透過したとき誘起される基板電流を計測する基板電流計測部と、前記基板電流の加速電圧依存性から前記一次電子が前記イオン液体を含む液状媒体の膜を透過する加速電圧を解析して、そのときの一次電子の飛程から膜厚を計測する基板電流解析部を有するものでよい。
　ここで、本願発明の電子顕微鏡において、前記試料を保持する試料ホルダもしくは試料室に、前記イオン液体を含む液状媒体を試料の観察面に塗布する塗布部を有するものでよい。
　また、本願発明の電子顕微鏡において、前記試料を保持する試料ホルダもしくは試料室に、前記試料上の前記イオン液体を含む液状媒体を薄膜化する機構を有するものでよい。
　また、本願発明の、前記観察標体を作製する観察標体作製装置は、排気室と、排気機構と、前記イオン液体を含む液状媒体を試料の観察面に塗布する塗布部と、前記試料上の前記イオン液体を含む液状媒体を薄膜化する機構と、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚計測機構を有するものである。
　ここで、前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、一次電子を放出する電子源と、前記一次電子を試料に照射したとき誘起される基板電流を計測する基板電流計測部と、前記基板電流の一次電子加速電圧依存性を解析する基板電流解析部を有するものでよい。
　本発明の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置により、一次電子による帯電を抑制し、観察標体から明瞭なエッジコントラストを得ることができ、試料の表面形状を高精度に計測することができる。
本発明の実施例1の観察標体の一例を示す上面図。 本発明の実施例1の観察標体の一例を示す断面図。 本発明の実施例５の観察標体の一例を示す上面図。 本発明の実施例５の観察標体の一例を示す断面図。 試料上のイオン液体を含む液状媒体の有無を示す説明図。 試料上のイオン液体を含む液状媒体の有無に対応した二次電子信号の時間変化を示す図。 本発明の実施例１の電子顕微鏡の一例を示す構成図。 観察標体の断面構造を示す説明図。 観察標体のSEM像を示す図。 観察標体の画像明度のプロファイルを示す図。 本発明の実施例２の電子顕微鏡の一例を示す構成図。 本発明の実施例２の電子顕微法のフローチャートの一例を示す図。 実施例２の一次電子の加速電圧と飛程の関係を示す説明図。 実施例２の一次電子の加速電圧と基板電流の関係を示す説明図。 実施例２の電子顕微法で得られたSEM像を示す図。 実施例２の電子顕微法で得られた画像明度のプロファイルを示す説明図。 本発明の実施例３の電子顕微法の観察標体作製装置の一例を示す構成図。 本発明の実施例３の電子顕微法のフローチャートの一例を示す図。 本発明の実施例４の電子顕微鏡の一例を示す構成図。 本発明の実施例４の電子顕微法のフローチャートの一例を示す図。 一次電子の加速電圧と二次電子放出率の関係を示す説明図。 実施例５で用いる観察標体の構造を示す説明図。 実施例５で用いる観察標体の画像明度のプロファイルを示す図。 本発明の実施例６の電子顕微法の観察標体作製装置の一例を示す構成図。 本発明の実施例７の電子顕微法の観察標体作製装置の一例を示す構成図。 本発明の実施例８の電子顕微法の観察標体作製装置の一例を示す構成図。 本発明の一次電子の照射条件を設定するGUIの一例を示す図。
　以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
　図１Ａに試料上のイオン液体を含む液状媒体が薄膜状である観察標体の上面図を、図１Ｂにイオン液体を含む液状媒体が薄膜状である観察標体の断面図を示す。試料2は溝加工されたパターンを持つ試料であり、イオン液体を含む液状媒体3は溝加工されたパターン上で薄膜状となったイオン液体である。本実施例では、図１に示すような、試料上のイオン液体を含む液状媒体が薄膜状である観察標体を用いた、電子顕微法について述べる。なお、本発明で用いるイオン液体は、例えば、1－Butyl－3－methylimidazolium Tetrafluoroborate （1－ブチル－3－メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート）, 1－Ethyl－3－methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide（1－ブチル－3－メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド）, 1－Butyl－3－methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide（1－エチル－3－メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド）である。本実施例では、イオン液体を純水で10 ％に希釈したイオン液体を含む液状媒体を用いた。本実施例では、イオン液体に純水を混合したが、エタノール、メタノール、アセトン、ヘキサンなどを混合してもよい。また、像のコントラストが明瞭に得られるように、イオン液体に、イオン液体と二次電子放出率の異なる微粒子を混合してもよい。二次電子放出率とは、放出された二次電子数を、照射した一次電子数で割ったものである。イオン液体を含む液状媒体とは、イオン液体と該イオン液体以外の物質を含む液状媒体である。以降、イオン液体とは、イオン液体またはイオン液体を含む液状媒体を指すものとする。
　本実施例で用いた観察標体の断面構造を図５Ａに示す。本実施例では、試料2は線状に溝加工されたパターンをもつSiO2試料である。イオン液体を塗布していない試料2（図５ＡのA）と、マイクロピペットで試料2上にイオン液体を滴下した観察標体（図５ＡのB）と、ディップコート装置を用いて試料2にイオン液体を塗布した、試料2上のイオン液体が薄膜状である観察標体（図５ＡのC）である。
　本実施例における電子顕微鏡の構成図を図４に示す。電子顕微鏡は、電子光学系、ステージ系、制御系、画像処理系、操作インターフェース27、試料室32、排気室82により構成されている。電子光学系は、電子源10、コンデンサレンズ11、絞り12、偏向器13、対物レンズ14、検出器18により構成されている。ステージ系は、試料ステージ15、試料ホルダ16、試料17により構成されている。制御系は、電子源制御部20、コンデンサレンズ制御部21、偏向信号制御部22、検出器制御部31、ＳＥＭ制御部26により構成されている。画像処理系は、検出信号処理部23、画像生成部24、画像表示部25により構成されている。
　本実施例で制御する照射条件は、一次電子の加速電圧、照射電流、一次電子の走査速度である。加速電圧は電子源制御部20により電子源10に印加する電圧で制御し、照射電流はコンデンサレンズ制御部21によりコンデンサレンズ11に印加する励磁電流で制御する。また、走査速度は、偏向信号制御部22により偏向器13への偏向信号で制御する。
　加速電圧1.0 kV、照射電流8 pA、一次電子の走査速度300 nm/μsで取得したSEM画像を図５Ｂに示す。図５ＢのAは、イオン液体を塗布していない試料2のSEM画像であり、帯電によってパターン部分は暗くなり、シェーディングが生じている。一方、図５ＢのBは、マイクロピペットで試料2上にイオン液体を滴下した観察標体のSEM画像である。マイクロピペットで塗布した場合、イオン液体は薄膜状とならず、また、一次電子がイオン液体を透過できないため、パターンが識別できない。図５ＢのCは、試料2上のイオン液体が薄膜状である観察標体のSEM像である。パターン部分のシェーディングが抑制され、パターンも識別できる。
　図５Ｃは、溝パターンを横切る方向に解析した画像明度のプロファイルである。画像明度が極大を示す部分が溝のエッジ部に対応する。図５ＣのAは、エッジ部に対応する極大部の信号が弱く、エッジコントラストが小さい。また、図５ＣのBでは、エッジ部のプロファイルが識別できない。一方、図５ＣのCは、極大部の信号が強く、明瞭なエッジコントラストが得られている。本実施例の電子顕微法によれば、試料上のイオン液体が薄膜状である観察標体を用いて、試料形状を表すエッジコントラストを向上させることができる。
　本実施例では、イオン液体の膜厚を計測し、計測した膜厚に基づいて一次電子の照射条件を制御する電子顕微法について述べる。本実施例では、実施例１に示した図５ＡのCの、試料上のイオン液体が薄膜状である観察標体を用いた。
　イオン液体の膜厚と低加速の一次電子の飛程を考慮して、一次電子の照射条件を制御する。ここで、電子の飛程とは、物質中を通過する長さを示す。参考文献(K. Kanaya, S. Okayama, J. Phys. D. Appl. Phys. 5, 43 (1972).)にあるように、一次電子の飛程R(μm)は、数１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ρ(g/cm3)は通過する物質の密度、Zは原子番号、A(g/mol)は原子量、V(kV)は一次電子の加速電圧、eは電気素量である。数１は、一次電子の飛程が、一次電子の加速電圧に加え、物質の密度や原子量に依存することを表す。ここで、イオン液体の１分子層の厚さは、イオン液体の密度や分子量に依存するため、1分子層の厚さ（以下、１分子層の厚さを１モノレイヤーと表す。）を単位として、一次電子の飛程をモノレイヤーで規定できる。モノレイヤーで規定される一次電子の飛程とイオン液体の膜厚から、一次電子の加速電圧を調整することが重要である。また、照射条件が定まり、イオン液体の膜厚が調整できる場合も、一次電子の飛程を考慮して、イオン液体の膜厚を調整することが重要である。
　一次電子の加速電圧は、例えば、0.1 kVから1.5 kVの範囲である。本実施例で用いるイオン液体は、100モノレイヤーの膜厚を通過する一次電子の加速電圧が1.5 kVであり、１モノレイヤーの膜厚を通過する一次電子の加速電圧が0.1 kVである。密度、分子量、組成から見積もったところ、代表的なイオン液体の１モノレイヤーは1 nmであった。
　観察標体の、イオン液体を含む液状媒体が塗布されている部分の膜厚は、例えば、１モノレイヤー以上、１００モノレイヤー以下とする。
　図３Ａに、試料2と、試料2上のイオン液体が薄膜状である観察標体を示す。本実施例では、試料2は絶縁体である。また、試料2と、試料2上のイオン液体が薄膜状である観察標体に、低加速の一次電子を照射したときに放出される二次電子信号の時間変化を図３Ｂに示す。図３ＢのBに示すように、試料2に低加速の一次電子を照射すると、照射した一次電子数より二次電子が多く放出され、試料表面は正に帯電する。このとき、表面の正の帯電によって、二次電子の放出量が少なくなるため、一次電子を照射直後から二次電子信号は減衰する。一方、図３ＡのAに示すように、試料2上のイオン液体が薄膜状である観察標体では、一次電子の照射領域の帯電が抑制されるため、一次電子照射下で二次電子信号は減衰せず、一定値となる。よって、イオン液体が薄膜状である場合であっても、帯電抑制効果があることが判る。
　パターンを持つ試料2と、試料2上にイオン液体がある観察標体と、試料2上のイオン液体が薄膜状である観察標体を、低加速の一次電子で観察した像と画像明度のプロファイルを図５のAとBとCに示す。図５ＢのAが示すように、イオン液体がないとき、表面帯電により、パターン部分は低いコントラストとなる。図５ＢのBが示すように、イオン液体が薄膜ではないとき、パターン部分がイオン液体に埋もれてしまい、エッジコントラストが消失する。図５ＢのCが示すように、イオン液体が薄膜状であるとき、パターン部分から高いコントラストが得られる。また、図５ＣのAが示すように、イオン液体がないとき、試料帯電により、エッジ部分の信号は減少し、画像明度のプロファイルが非対称となっている。一方、図５ＣのCが示すように、イオン液体が薄膜状であるとき、画像明度のプロファイルが対称であり、試料2のエッジ部分がより強調されたコントラストが得られる。試料上にイオン液体が薄膜状である観察標体であれば、低加速電子においても、帯電抑制効果を有したまま、試料2のエッジコントラストが得られる。
　本実施例における電子顕微鏡の構成図を図６に示す。電子顕微鏡は、電子光学系、ステージ系、制御系、画像処理系、操作インターフェース27、試料室32、排気室82、基板電流計測系により構成されている。基板電流は、一次電子の照射により、観察標体からステージ系（試料ホルダ16）に流れる電流である。電子光学系は電子源10、コンデンサレンズ11、絞り12、偏向器13、対物レンズ14、検出器18により構成されている。ステージ系は試料ステージ15、試料ホルダ16、試料17により構成されている。制御系は電子源制御部20、コンデンサレンズ制御部21、偏向信号制御部22、検出器制御部31、ＳＥＭ制御部26により構成されている。画像処理系は、検出信号処理部23、画像生成部24、画像表示部25により構成されている。基板電流計測系は、電流計28、基板電流解析部29により構成されている。
　図７に電子顕微法のフローチャートを示す。本実施例での電子顕微法について、図７のフローチャートにしたがって説明する。まず、観察標体のイオン液体の膜厚を計測する（ステップ42）。本実施例では、図６に示した電子顕微鏡を用いて、一次電子照射下での基板電流を計測し、イオン液体の膜厚を解析した。ここで、一次電子照射下で試料に蓄積する電荷により誘起される変位電流が、基板電流として測定できる。まず、電子源制御部20により電子源10に印加する電圧で制御し一次電子の加速電圧を変化させ、各加速電圧での基板電流を電流計28で計測する。図８Ａは、一次電子の加速電圧と飛程の関係を示した模式図である。A, B, Cと一次電子の加速電圧を増加させていくと、一次電子５の飛程が長くなる。一次電子の飛程がイオン液体3の膜厚以上のとき（図８ＡのC）、一次電子は試料2に到達し、試料に電荷が蓄積する。このとき電荷蓄積による変位電流が生じ、基板電流として計測できる。図８Ｂに、一次電子の加速電圧を0.1から1.5 kVまで変化させたときの、基板電流の変化を示した。図８Ｂから、加速電圧1.0 kVで、基板電流が急激に増加していることが判る。この基板電流が急激に増加したときの加速電圧が、一次電子が膜厚を透過したときの加速電圧である。数１から、飛程を解析した結果、加速電圧1.0 kVでの飛程は60モノレイヤーであるため、イオン液体の膜厚は60モノレイヤーである。本実施例で説明した基板電流の加速電圧依存性を解析する工程は、基板電流解析部29で処理され、自動的に膜厚を得ることができる。
　次に、図７のフローチャートに基づき、上記膜厚に基づいた一次電子の照射条件の制御を行う（ステップ43）。本実施例では、試料からの二次電子を検出するため、60モノレイヤーより一次電子の飛程が長くなるように、加速電圧を1.2 kVに制御した。このとき、一次電子はイオン液体薄膜を透過し、試料に到達する。よって、試料ダメージを考慮し、試料に照射される電子数を制限するため、照射電流を5 pA、走査速度を300 nm/μsに制御した。
　最後に、図７のフローチャートに基づき、設定した一次電子の照射条件で画像を取得し、画像表示部25に画像が表示される（ステップ44）。
　本実施例における一次電子の照射条件を設定するグラフィカルユーザーインターフェース（以下、GUIとする。）を図１９に示す。操作インターフェース27のモニタに、図１９のGUIが表示される。ウィンドウ130は、SEM制御部26に入力した試料やイオン液体の情報が表示される。ウィンドウ131は、観察標体の基板電流の加速電圧依存性やイオン液体の膜厚が表示される。ウィンドウ132は、イオン液体の膜厚に応じた一次電子の照射条件が表示される。
　本実施例により、観察標体を観察して得られた像を図９Ａに、溝パターンを横切る方向に解析した画像明度のプロファイルを図９Ｂに示す。パターンのエッジ部分を表す画像明度の極大値が大きく、明瞭なエッジコントラストを得られる。本実施例の電子顕微法によれば、イオン液体の薄膜の膜厚を計測し、最適な照射条件が設定できるので、試料形状を表すエッジコントラストを向上させることができる。
　本実施例では、試料にイオン液体を塗布した後、薄膜化した観察標体を用いた電子顕微法について述べる。本実施例では、線状に溝加工されたパターンをもつレジスト試料を用いた。
　本実施例における、電子顕微法の観察標体作製装置の構成図を図１０に示す。ここで、観察標体作製装置とは、試料にイオン液体を塗布し、観察標体を作製する装置である。イオン液体と該イオン液体とは異なる物質を混合するイオン液体調整部72、イオン液体吐出部73、試料74、試料ホルダ75、試料保持部76、試料保持部回転機構77、バルブ80、排気機構81、排気室82および制御系により構成されている。制御系は、イオン液体調整制御部84、吐出制御部85、回転制御部86、排気制御部87により構成されている。本電子顕微法の観察標体作製装置は、電子顕微鏡の一部であるが、電子顕微鏡とは独立したものであってもよい。本実施例における電子顕微鏡は、図４と同様の構成である。
　図１１に電子顕微法のフローチャートを示す。本実施例での電子顕微法について、図１１のフローチャートにしたがって説明する。まず、試料74にイオン液体を塗布する（ステップ52）。本実施例では、図１０の観察標体作製装置を用いて、イオン液体を塗布した。まず、イオン液体調整部72で調整したイオン液体を、吐出制御部85により制御して吐出部73から吐出し、試料74にイオン液体を塗布する。本実施例では、イオン液体に溶媒として純水を混合し、粘度が20 mPa・sとなったイオン液体を試料上に吐出した。
　次に、図１１のフローチャートに基づき、塗布したイオン液体を薄膜化する（ステップ53）。本実施例では、図１０の観察標体作製装置を用いて、イオン液体を薄膜化した。試料保持部76を試料保持部回転機構77により回転させて行った。回転制御部86により回転速度と回転時間を、500 rpmで10秒間回転後、3000 rpmで60秒間回転するように制御した。次に、試料74を排気室82に入れて真空排気した。イオン液体に真空下で蒸発する物質が含まれていれば、真空排気によって真空下で蒸発する物質を蒸発するため、イオン液体を薄膜化することができる。本実施例では、排気室82の圧力が電子顕微鏡観察時と同程度の真空度である1×10－4 Paとなるまで真空排気を行った。ここで、本実施例ではイオン液体を塗布した後に真空排気を行っているが、真空下でイオン液体を塗布して、薄膜化の処理を行ってもよい。
　最後に、図１１のフローチャートに基づき、観察標体の像を取得する（ステップ54）。本実施例での、一次電子の加速電圧は0.1 kV, 電流は5 pA, 走査速度は200 nm/μs である。
　本実施例により、作製した観察標体を観察して得られた像は図５ＢのCと同様であり、溝パターンを横切る方向に解析した画像明度のプロファイルは図５ＣのＣと同様である。パターンのエッジ部分を表す画像明度の極大値が大きく、明瞭なエッジコントラストを得ることができる。本実施例の電子顕微法によれば、イオン液体薄膜の膜厚を制御し、画像を取得できるため、試料形状を表すエッジコントラストを向上させることができる。
　本実施例では、一次電子の照射条件を設定し、設定した一次電子の照射条件に対して適切な膜厚であるかを判定した後に、画像を取得する電子顕微法について述べる。本実施例では、実施例３記載の観察標体を用いた。
　本実施例における電子顕微鏡の構成図を図１２に示す。電子顕微鏡は、電子光学系、ステージ系、制御系、画像処理系、操作インターフェース27、試料室32、排気室82により構成されている。電子光学系は電子源10、コンデンサレンズ11、絞り12、偏向器13、対物レンズ14、検出器18、パルス形成部19により構成されている。ステージ系は試料ステージ15、試料ホルダ16、試料17により構成されている。制御系は電子源制御部20、コンデンサレンズ制御部21、偏向信号制御部22、検出器制御部31、ＳＥＭ制御部26、パルス制御部30により構成されている。画像処理系は、検出信号処理部23、画像生成部24、画像表示部25により構成されている。
　図１３に電子顕微法のフローチャートを示す。本実施例での電子顕微法について、図１３のフローチャートにしたがって説明する。まず、一次電子の照射条件の設定を行う（ステップ62）。本実施例では、図１２の電子顕微鏡を用いて、電子顕微法を行う。ここで、一次電子の照射条件は、二次電子放出率が高い加速電圧0.3 kVとした。本実施例では、レジストに直接一次電子が照射されて、試料が損傷するのを防ぐため、0.3keVの一次電子の飛程よりイオン液体の膜厚が厚く、かつイオン液体の膜が試料の表面形状を反映するように薄膜化する。ここで、一次電子はイオン液体の膜を透過しないので、画像のSNが高い一次電子の照射条件である、照射電流20 pA、走査速度100 nm/μsに制御した。
　次に、図１３のフローチャートに基づき、観察標体のイオン液体の膜厚を計測した（ステップ65）。本実施例で用いた観察標体は、実施例３記載の観察標体である。本実施例では、図１２の電子顕微鏡を用いて、パルス電子を用いた二次電子放出率の測定により、イオン液体の膜厚を解析した。ここで、二次電子放出率を測定する方法について述べる。低加速の一次電子を照射したとき、絶縁体は正に帯電し、放出される二次電子数は減少する。照射した一次電子数と放出された二次電子数が一致するとき、二次電子放出率が１となり、定常状態となる。つまり、パルス形成部19で形成したパルス電子を照射し、検出器18で検出される二次電子が、一次電子照射下で減少し、定常となるときの二次電子信号の強度が二次電子放出率１に相当する。一次電子を照射したときの二次電子信号の強度を、定常状態での二次電子信号の強度でわれば、二次電子放出率が得られる。
　図１４に本実施例で用いた観察標体の二次電子放出率の加速電圧依存性を示す。本実施例では、イオン液体の二次電子放出率と、レジストの二次電子放出率との比較が必要であるため、イオン液体とレジストの、二次電子放出率の加速電圧依存性をデータベース化した。図１４には観察標体の二次電子放出率に加え、データベースから呼び出したレジストの二次電子放出率の加速電圧依存性91と、イオン液体の二次電子放出率の加速電圧依存性92を示した。観察標体の二次電子放出率は、0.8 kV以下の加速電圧で、イオン液体の二次電子放出率92と一致し、1.5 kV以上の加速電圧では、レジストの二次電子放出率91とほぼ一致した。一方、0.8 kVから1.5 kVの範囲の加速電圧では、イオン液体の二次電子放出率92とレジストの二次電子放出率91との中間値となる。よって、図１４から0.8 kVの加速電圧のとき、イオン液体を透過したと判別できる。数１から、飛程を解析した結果、加速電圧0.8 kVでの飛程は50モノレイヤーであるため、イオン液体の膜厚は50モノレイヤーである。ここで、本実施例で用いたイオン液体は、１モノレイヤーが0.5 nmである。
　次に、図１３のフローチャートに基づき、イオン液体の膜厚が適切であるかを判定した（ステップ66）。本実施例の加速電圧である0.3 kVでの飛程は20モノレイヤーであり、本実施例で計測した膜厚（50モノレイヤー）以下であるため、適切な膜厚であると判定した。ここで、膜厚が20モノレイヤーより薄い場合は、再度、イオン液体の塗布、薄膜化処理および膜厚計測を行い（ステップ63, 64, 65）、所定の膜厚になるまで処理を繰り返す。
　最後に、図１３のフローチャートに基づき、設定した一次電子の照射条件で画像を取得し、画像表示部25に画像が表示される。（ステップ67）。
　本実施例により、作製した観察標体を観察して得られた像は図９Ａと同様であり、溝パターンを横切る方向に解析した画像明度のプロファイルは図９Ｂと同様である。パターンのエッジ部を表す画像明度の極大値が大きく、明瞭なエッジコントラストを得ることができる。本実施例の電子顕微法によれば、イオン液体薄膜の膜厚を高精度に制御できるので、試料形状を反映したエッジコントラストが向上できる。
　図２Ａにイオン液体が網膜状である観察標体の上面図を、図２Ｂにとイオン液体が網膜状である観察標体の断面図を示す。本実施例では、図２に示すような、イオン液体が網膜状である観察標体を用いた、電子顕微法について述べる。本実施例では、図１２に示す電子顕微鏡の構成を用いた。また、本実施例では、ピッチとサイズが異なる溝パターンをもつSiO2試料を用いた。疎水性のイオン液体を用い、ディップコート装置で試料のパターン面上に塗布した。試料のパターンピッチ、パターンサイズに応じて、イオン液体と試料の濡れ性が異なるため、パターンごとにイオン液体の膜の状態が異なる。
　本実施例で用いる観察標体の構造を図１５Ａに示す。図１５Ａに示すように、本観察標体では、試料のパターンピッチとパターンサイズに応じて、イオン液体の膜の状態が異なっている。この観察標体を、加速電圧1.0 kV、照射電流8 pA、走査速度300 nm/μsで取得したSEM画像の、溝パターンを横切る方向に解析した画像明度のプロファイルを図１５Ｂに示す。図１５Ｂに示すように、試料のパターンピッチとパターンサイズに応じた、コントラストとなる。本実施例の電子顕微法によれば、イオン液体がある観察標体から、試料形状を高精度に計測できる。
　本実施例では、電子顕微法の観察標体作製装置について、実施例３記載の方法とは別の構成について述べる。
　図１６に、本実施例における電子顕微法の観察標体作製装置の構成図を示す。電子顕微法の観察標体作製装置は、試料101、試料を支持する試料支持部102、試料支持部102を自由に昇降させる駆動部103、試料支持部102の位置と移動速度を制御する駆動制御部104、イオン液体または該イオン液体以外の物質を混合したイオン液体105を液槽108に満たすイオン液体調整部106、イオン液体または該イオン液体以外の物質を混合したイオン液体105の調整を制御するイオン液体調整制御部107により構成されている。なお、電子顕微法の観察標体作製装置の構成は、電子顕微鏡の試料室もしくは排気室に設置された構成であってもよい。
　本実施例でのイオン液体の塗布方法を説明する。本実施例では、試料101は線状に溝加工されたパターンをもつSiO2試料であり、イオン液体105は純水を95%含む1－Butyl－3－methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide（1－エチル－3－メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド）である。まず、試料101を試料支持部102に支持し、試料支持部102を降下させ、あらかじめイオン液体調整部106により調整したイオン液体で満たされた液槽108に試料101を入れる。次に、駆動部103の移動速度を駆動制御部104により制御しながら試料支持部102を引き上げることで、試料101にイオン液体105を塗布する。駆動部103の移動速度の制御により、イオン液体105の膜厚が制御できる。本実施例では、試料支持部102を液槽108から引き上げる速度を5 cm/minに制御し、薄膜上に塗布した。その後、試料101を排気室に入れて、真空引きを行った。真空引きにより、イオン液体に含まれる純水を蒸発させて、イオン液体を薄膜化することができる。本実施例では、排気室の圧力が2×10－2 Paとなるまで真空排気を行った。形成した、試料101上のイオン液体105の膜厚は、実施例2の膜厚測定法により100モノレイヤーであることが判った。本実施例の電子顕微法の観察標体作製装置を用いれば、試料上のイオン液体の膜厚を高精度に制御することができる。
　本実施例では、電子顕微法の観察標体作製装置について、実施例３記載の方法とは別の構成について述べる。
　図１７に、本実施例における電子顕微法の観察標体作製装置の構成図を示す。電子顕微法の観察標体作製装置は試料111、試料111を支持する試料支持部112、ヒーター113、温度制御部114、イオン液体フィルム115、イオン液体フィルム115を支持するフィルム支持部116、フィルム支持部116を移動させる駆動部117、および駆動制御部118により構成されている。ここで、イオン液体フィルムとは、板状または膜状のイオン液体である。なお、電子顕微法の観察標体作製装置の構成は、電子顕微鏡の試料ホルダ、試料室もしくは排気室に設置された構成であってもよい。
　本実施例でのイオン液体の塗布方法を説明する。本実施例では、試料111は線状に溝加工されたパターンをもつSiO2試料である。まず、試料111を試料支持部112に支持し、駆動部117の移動速度を駆動制御部118により制御しながらフィルム支持部116を降下させ、イオン液体フィルム115を試料111に密着させる。試料111の種類とイオン液体フィルム115の種類に応じて、温度制御部114でヒーター113の温度を制御して、イオン液体を試料111に塗布する。イオン液体は、高温で粘度が低下するため、試料に塗布することができる。本実施例では、イオン液体フィルム115を試料111に密着させながら、ヒーターの温度を60℃に制御して、イオン液体を試料111に塗布した。形成した、試料111上のイオン液体の膜厚は、実施例2の膜厚測定法により１モノレイヤーであることが判った。本実施例の電子顕微法の観察標体作製装置を用いれば、ヒーターの温度制御により、観察標体のイオン液体の膜厚を高精度に制御することができる。
　本実施例では、電子顕微法の観察標体作製装置について、実施例３記載の方法とは別の構成について述べる。本実施例では、
　図１８に、本実施例における電子顕微法の観察標体作製装置の構成図を示す。電子顕微法の観察標体作製装置は試料121、試料を支持する試料支持部122、オゾン照射源123、オゾン照射源制御部124、イオン液体吐出部125、吐出制御部126、イオン液体吐出部125を移動させる駆動機構127、イオン液体吐出部125の位置と移動速度を制御する駆動制御部128、イオン液体と該イオン液体以外の物質を混合するイオン液体調整部129、イオン液体の調整を制御するイオン液体調整制御部140、バルブ141、排気機構142、排気室143、排気制御部144、ヒーター145、温度制御部146により構成されている。なお、電子顕微法の観察標体作製装置の構成は、電子顕微鏡の試料室もしくは排気室に設置された構成であってもよい。
　本実施例でのイオン液体の塗布方法を説明する。まず、試料121に応じて、あらかじめイオン液体またはイオン液体調整部140によって該イオン液体以外の物質を混合したイオン液体を用意する。本実施例では、試料121は線状に溝加工されたパターンをもつSiO2試料であるため、1－Butyl－3－methylimidazolium Tetrafluoroborate （1－ブチル－3－メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート）に純水を混合し、1%の濃度にした。次に、試料121とイオン液体の種類に応じて、オゾン照射源制御部124によってオゾン照射源123の照射条件を制御して、試料支持部122に支持された試料121にオゾンを照射する。照射したオゾンは、試料121上の表面状態を改質するため、液体との濡れ性が変化する。本実施例では、試料121にオゾンを1 s照射した。その後、吐出制御部126によりイオン液体の吐出量を制御して、イオン液体を塗布する。本実施例では、イオン液体の吐出は、インクジェット方式で行った。また、1%の濃度のイオン液体の、熱による吐出前の溶媒蒸発を防ぐため、サーマル方式ではなく、ピエゾ方式で吐出した。イオン液体の吐出一回あたりの吐出量は、ノズル径や印加電圧に依存し、flからμlの範囲で制御できる。本実施例では、吐出一回あたり2plとなるようにした。吐出回数1000回以上では、溶媒蒸発にともないイオン液体が凝集したため、一箇所あたりの吐出回数は500回にした。その後、同様にして、駆動制御部128で駆動機構127を制御し、イオン液体吐出部125を移動させ、イオン液体を塗布する。イオン液体を塗布するとき、または、イオン液体を塗布した後、試料の種類やイオン液体の種類と吐出量に応じて、温度制御部146でヒーター145の温度を制御して、試料121の温度を調整する。試料121の温度調整によって、試料とイオン液体の濡れ性が変化するため、塗布されるイオン液体の形態が薄膜化に有利な状態をつくることができる。本実施例では、イオン液体を塗布するときの、試料121の温度を40℃にした。その後、排気制御部144で排気機構142を制御して、排気室143を真空排気する。イオン液体に真空下で蒸発する物質が含まれていれば、真空排気によって真空下で蒸発する物質を蒸発するため、イオン液体を薄膜化することができる。本実施例では、排気室143の圧力が電子顕微鏡観察時と同程度の真空度である1×10－4 Paとなるまで真空排気を行い、純水を蒸発させた。本実施例の電子顕微法の観察標体作製装置を用いれば、オゾンの照射条件の制御、イオン液体の調整、イオン液体の吐出量の制御、試料の温度制御、真空引きの制御により、観察標体のイオン液体の膜厚を高精度に制御することができる。なお、本実施例ではオゾンを照射しているが、紫外線やプラズマを照射してもよい。
２　試料
３　イオン液体を含む液状媒体
５　一次電子
６　一次電子の到達領域
１０　電子源
１１　コンデンサレンズ
１２　絞り
１３　偏向器
１４　対物レンズ
１５　試料ステージ
１６　試料ホルダ
１７　試料
１８　検出器
１９　パルス形成部
２０　電子源制御部
２１　コンデンサレンズ制御部
２２　偏向信号制御部
２３　検出信号処理部
２４　画像生成部
２５　画像表示部
２６　SEM制御部
２７　操作インターフェース
２８　電流計
２９　基板電流解析部
３０　パルス制御部
３１　検出器制御部
３２　試料室
７２　イオン液体調整部
７３　イオン液体吐出部
７４　試料
７５　試料ホルダ
７６　試料保持部
７７　試料保持部回転機構
８０　バルブ
８１　排気機構
８２　排気室
８４　イオン液体調整制御部
８５　吐出制御部
８６　回転制御部
８７　排気制御部 
９１　レジストの二次電子放出率の加速電圧依存性
９２　イオン液体の二次電子放出率の加速電圧依存性
１０１　試料
１０２　試料支持部
１０３　駆動部
１０４　駆動制御部
１０５　イオン液体または該イオン液体以外の物質を混合したイオン液体
１０６　イオン液体調整部
１０７　イオン液体調整制御部
１０８　液槽
１１１　試料
１１２　試料支持部
１１３　ヒーター
１１４　温度制御部
１１５　イオン液体フィルム
１１６　フィルム支持部
１１７　駆動部
１１８　駆動制御部
１２１　試料
１２２　試料支持部
１２３　オゾン照射源
１２４　オゾン照射源制御部
１２５　イオン液体吐出部
１２６　吐出制御部
１２７　駆動機構
１２８　駆動制御部
１２９　イオン液体調整部
１３０，１３１，１３２　ウィンドウ
１４０　イオン液体調整制御部
１４１　バルブ
１４２　排気機構
１４３　排気室
１４４　排気制御部
１４５　ヒーター
１４６　温度制御部

Claims (15)

  1. 　試料と、
    　前記試料上にある薄膜状または網膜状のイオン液体を含む液状媒体と、
    を含む電子顕微法の観察標体。
  2. 　請求項１記載の観察標体において、
    　前記イオン液体の１分子層の厚さを１モノレイヤーとし、
    　前記イオン液体を含む液状媒体が塗布されている部分の膜厚は１モノレイヤー以上、100モノレイヤー以下であることを特徴とする電子顕微法の観察標体。
  3. 　試料上の薄膜状または網膜状のイオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程と、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚に基づき一次電子の照射条件を制御する工程と、
    　前記一次電子の照射条件で一次電子を照射し前記試料の形態を画像化する工程と、
    を備えることを特徴とする電子顕微法。
  4. 　請求項３記載の電子顕微法において、更に、
    　イオン液体を含む液状媒体を試料の観察面に塗布する工程と、
    　前記イオン液体を含む液状媒体を前記試料上に薄膜化する工程と、
    を備えることを特徴とする電子顕微法。
  5. 　請求項４記載の電子顕微法において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体を前記試料の観察面に塗布する工程と
    　前記イオン液体を含む液状媒体を前記試料上に薄膜化する工程と
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程と
    が複数回処理されることを特徴とする電子顕微法。
  6. 　請求項３記載の電子顕微法において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程は、
    　前記試料の観察面へパルス電子を照射する工程と、
    　前記パルス電子により放出される二次電子信号を検出する工程と、
    　前記二次電子信号から二次電子放出率の一次電子加速電圧依存性を解析する工程と、
    からなることを特徴とする電子顕微法。
  7. 　請求項３記載の電子顕微法において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する工程は、
    　前記試料の観察面へ一次電子を照射したときに誘起される基板電流を計測する工程と、
    　計測された基板電流の一次電子加速電圧依存性を解析する工程と、
    からなることを特徴とする電子顕微法。
  8. 　一次電子を放出する電子源と、
    　試料を保持する試料ホルダと、
    　前記試料ホルダを設置して排気を行う排気室と、
    　前記一次電子を前記試料に集束するレンズ系と、
    　前記一次電子を走査する偏向器と、
    　前記一次電子により前記試料から放出された二次電子を検出する検出器と、
    　前記二次電子により画像を形成する画像生成部と、
    　前記試料ホルダを設置する試料室と、
    　前記試料上の薄膜状または網膜状のイオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構と、
    　前記試料上のイオン液体を含む液状媒体の膜厚に基づく前記一次電子の照射条件制御部と、
    を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
  9. 　請求項８記載の電子顕微鏡において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、
    　前記一次電子をパルス化したパルス電子を形成するパルス形成部と、
    　前記パルス電子により前記試料から放出された二次電子信号から二次電子放出率を解析する二次電子信号解析部と、
    　前記二次電子放出率の一次電子加速電圧依存性を解析する二次電子放出率解析部と、
    を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
  10. 　請求項８記載の電子顕微鏡において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、
    　前記一次電子を前記試料に照射したとき誘起される基板電流を計測する基板電流計測部と、
    　前記基板電流の一次電子加速電圧依存性を解析する基板電流解析部と、
    を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
  11. 　請求項８記載の電子顕微鏡において、
    　前記試料を保持する前記試料ホルダもしくは前記試料室に、
    　前記イオン液体を含む液状媒体を前記試料の観察面に塗布する塗布部を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
  12. 　請求項１１記載の電子顕微鏡において、
    　前記試料を保持する前記試料ホルダもしくは前記試料室に、
    　前記試料上に塗布した前記イオン液体を含む液状媒体を薄膜化する機構を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
  13. 　請求項１記載の観察標体を作製する観察標体作製装置であって、
    　排気室と、
    　排気機構と、
    　前記イオン液体を含む液状媒体を前記試料の観察面に塗布する塗布部と、
    　前記試料上の前記イオン液体を含む液状媒体を薄膜化する機構と、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚計測機構と、
    を備えることを特徴とする観察標体作製装置。
  14. 　請求項１３記載の観察標体作製装置において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、
    　一次電子を放出する電子源と、
    　前記一次電子を前記試料に照射したとき誘起される基板電流を計測する基板電流計測部と、
    　前記基板電流の一次電子加速電圧依存性を解析する基板電流解析部と、
    を備えることを特徴とする観察標体作製装置。
  15. 　請求項１３記載の観察標体作製装置において、
    　前記イオン液体を含む液状媒体の膜厚を計測する計測機構は、
    　前記試料の観察面へパルス電子を照射するパルス電子照射部と、
    　前記パルス電子により放出される二次電子信号を検出する検出器と、
    　前記検出された二次電子信号から二次電子放出率の一次電子加速電圧依存性を解析する二次電子放出率解析部と、
    を備えることを特徴とする観察標体作製装置。
PCT/JP2012/076704 2011-11-02 2012-10-16 電子顕微法の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置 Ceased WO2013065475A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280051975.6A CN103907004B (zh) 2011-11-02 2012-10-16 电子显微法的观察样品、电子显微法、电子显微镜以及观察样品制作装置
DE112012004204.2T DE112012004204B4 (de) 2011-11-02 2012-10-16 Elektronenmikroskopisches Verfahren und Elektronenmikroskop
US14/354,917 US9202668B2 (en) 2011-11-02 2012-10-16 Observation specimen for use in electron microscopy, electron microscopy, electron microscope, and device for producing observation specimen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-241040 2011-11-02
JP2011241040A JP5951223B2 (ja) 2011-11-02 2011-11-02 電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013065475A1 true WO2013065475A1 (ja) 2013-05-10

Family

ID=48191832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/076704 Ceased WO2013065475A1 (ja) 2011-11-02 2012-10-16 電子顕微法の観察標体、電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9202668B2 (ja)
JP (1) JP5951223B2 (ja)
CN (1) CN103907004B (ja)
DE (1) DE112012004204B4 (ja)
WO (1) WO2013065475A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5723801B2 (ja) 2012-02-06 2015-05-27 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置および配線方法
WO2013133012A1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-12 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 試料観察方法および試料前処理方法
EP3062082B1 (en) * 2015-02-25 2018-04-18 Fei Company Preparation of sample for charged-particle microscopy
WO2016170663A1 (ja) * 2015-04-24 2016-10-27 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオン液体を用いた試料の観察方法及び標本の生産方法
US9633816B2 (en) * 2015-05-18 2017-04-25 Fei Company Electron beam microscope with improved imaging gas and method of use
TWI594288B (zh) * 2016-03-14 2017-08-01 台灣電鏡儀器股份有限公司 電子顯微鏡
CN107608141B (zh) * 2017-09-13 2020-10-09 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 显示面板及其制备方法、显示装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000338017A (ja) * 1999-05-27 2000-12-08 Canon Inc 走査電子顕微鏡観察用試料の前処理装置及び前処理方法
WO2007083756A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Juridical Foundation Osaka Industrial Promotion Organization 電子顕微鏡用チャージアップ防止液状媒体、及びそれを用いた試料観察方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000195459A (ja) 1998-12-24 2000-07-14 Canon Inc 試料観察方法および走査型電子顕微鏡
CN100360708C (zh) * 2004-05-12 2008-01-09 中国科学院金属研究所 透射电镜用薄膜样品的制备方法
JP5474312B2 (ja) * 2007-06-20 2014-04-16 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子ビーム装置及びその制御方法
CN101458180B (zh) * 2007-12-13 2011-10-05 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 预处理tem样品以及对样品进行tem测试的方法
JP5226378B2 (ja) * 2008-04-28 2013-07-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ 透過型電子顕微鏡、及び試料観察方法
JP2010025656A (ja) * 2008-07-17 2010-02-04 Jeol Ltd イオン液体を用いた試料の処理方法及び処理システム
JP2010118564A (ja) * 2008-11-14 2010-05-27 Hitachi High-Technologies Corp パターンの検査装置、およびパターンの検査方法
CN101776543A (zh) * 2009-01-13 2010-07-14 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 透射电子显微镜检测样片的制备方法
JP5442417B2 (ja) * 2009-12-14 2014-03-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び試料観察方法
JP5707082B2 (ja) * 2010-10-08 2015-04-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ 液体の表面を浮遊する試料の走査電子顕微鏡観察方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000338017A (ja) * 1999-05-27 2000-12-08 Canon Inc 走査電子顕微鏡観察用試料の前処理装置及び前処理方法
WO2007083756A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Juridical Foundation Osaka Industrial Promotion Organization 電子顕微鏡用チャージアップ防止液状媒体、及びそれを用いた試料観察方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013096890A (ja) 2013-05-20
JP5951223B2 (ja) 2016-07-13
CN103907004A (zh) 2014-07-02
US9202668B2 (en) 2015-12-01
DE112012004204B4 (de) 2020-08-13
US20140264018A1 (en) 2014-09-18
CN103907004B (zh) 2016-10-26
DE112012004204T5 (de) 2014-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5951223B2 (ja) 電子顕微法、電子顕微鏡および観察標体作製装置
TWI631343B (zh) 檢測帶電荷試件表面的方法及裝置
US8698080B2 (en) Scanning electron microscope
US7755043B1 (en) Bright-field/dark-field detector with integrated electron energy spectrometer
JP2009099540A (ja) 試料の検査，測定方法、及び走査電子顕微鏡
JP7149906B2 (ja) 走査電子顕微鏡及びパタン計測方法
JP4500646B2 (ja) 試料観察方法及び電子顕微鏡
US20180277333A1 (en) Charged particle beam apparatus
JP4089580B2 (ja) 薄膜の厚さ及び厚さ分布の評価方法
JP5406308B2 (ja) 電子線を用いた試料観察方法及び電子顕微鏡
US11688583B2 (en) Operating a particle beam apparatus with an object holder
JP2013096890A5 (ja)
JP6433515B2 (ja) ミラーイオン顕微鏡およびイオンビーム制御方法
JP5074262B2 (ja) 帯電電位測定方法、及び荷電粒子顕微鏡
US11011348B2 (en) Scanning electron microscope and sample observation method using scanning electron microscope
CN106373848B (zh) 采用等离子体中和的电子显微镜装置
JPH08313244A (ja) 薄膜の膜厚測定方法
JP6012319B2 (ja) 走査電子顕微鏡および試料の予備帯電条件設定方法
CN112666198B (zh) 分析、成像和/或处理物体区域的方法及粒子束装置
JP2009129799A (ja) 走査透過型電子顕微鏡
JP2013213747A (ja) イオンビーム装置、試料観察方法、および試料作製装置
JP4658783B2 (ja) 試料像形成方法
JP2014149921A (ja) イオンビーム装置、および試料観察方法
Ohta et al. Development of micro focus X-ray microscope equipped with high brightness Li/W< 111> field emitter

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12845750

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14354917

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112012004204

Country of ref document: DE

Ref document number: 1120120042042

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12845750

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1