(57)【要約】      （修正有）【課題】  試料室内の残留ガスによる電子なだれを利用することで、低真空条件でも二次電子像を取得できるガス増幅式イオン電流検出型SEMにおいて、電流信号の応答速度の高速化およびイオン電流の収量の向上を図る。【解決手段】  一次電子ビーム２の照射によって試料１４表面から放出された二次電子１８は、試料室内に配置された複数の電極の作る電界によって、試料表面から電界供給電極１１に向かってドリフトする。二次電子１８は、電界供給電極１１近傍で残留ガス分子をイオン化させるのに充分なエネルギーをもつまでに加速され、残留ガス分子との衝突によるイオン化が繰り返されて、電子およびイオンの数が電界供給電極１１に近づくに従って指数関数的に増幅される。生成されたイオン１３は上側電極と下側電極を含むイオン電流検出電極７に向かって移動し、短いドリフト時間で当該イオン電流検出電極７よりイオン電流として検出される。【選択図】図１
2006228586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを試料に照射する照射光学系と、試料室内に試料を載置する試料台とを備えたガス増幅式イオン電流検出型走査電子顕微鏡において、
前記試料台の周囲に少なくとも１つ配置された電界供給電極と、
イオン電流検出電極とを備え、
前記電界供給電極は前記イオン電流検出電極に覆われて配置されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
電子ビームを試料に照射する照射光学系と、
試料を載置する試料台と、
前記試料台を内部に備える試料室と、
前記電子ビームを照射して前記試料より発生した二次電子を加速させるため電界を供給する電界供給電極とを備え、
前記試料室内の残留ガスと前記加速された二次電子の衝突によって発生したイオンを検出するイオン電流検出電極を前記試料室内に備え、
前記イオン電流検出電極は上部電極と下部電極を有し、
前記電界供給電極は前記上部電極と下部電極の間に配置されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記イオン電流検出電源は前記電界供給電源の周囲を覆う形状であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡において、
前記電界供給電極とイオン電流検出電極のどちらか一方もしくは両方の形状が単線状、もしくはメッシュ状、もしくは多穴板状、もしくは板状であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料台または前記イオン電流検出電極または前記電界供給電極に電圧を印加する手段と、
該印加電圧を制御する手段を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料室内に、前記電子ビームを照射して前記試料より発生する二次電子に所望の速度を与えるための電界を形成する第一の電極を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料室内に、二次電子を加速して残留ガス分子によるガス増幅を起こさせるのに必要な電界を供給し、前記ガス増幅によって生成されたイオンもしくは電子を帯電した前記試料にドリフトさせるための電界を供給する第二の電極を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の走査電子顕微鏡において、
前記印加電圧制御手段は、前記第一の電極または第二の電極の印加電圧を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記イオン電流検出電極と前記電界供給電極とを独立に相対位置を調整する手段を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記イオン電流検出電極または前記電界供給電極と前記試料台との相対位置を調整する手段を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料台を前記イオン電流検出電極として併用することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記電界供給電極またはイオン電流検出電極を二次電子コレクタとして併用可能であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記イオン電流検出電極から検出されたイオン電流を像形成に必要な強度まで増幅するための増幅器を、前記試料室内に備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記残留ガスは大気ガスまたは窒素ガスまたは希ガスであることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査電子顕微鏡(以下SEM)による二次電子像観察手法のうち、試料周辺の残留ガス分子による二次電子の増幅を利用し、それによって増倍されたガス雰囲気中のイオンを検出することで画像を形成する方法に属する。本発明はSEMによって得られる高速走査での二次電子像の像質の向上を実現するための電界供給電極およびイオン電流検出電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
SEMにおける画像形成法として、試料周辺の残留気体分子を利用して二次電子を増幅させイオン電流を検出する方法が数々試みられている。この種の原理に関する内容については、セコンダリー エレクトロン イメージング インザ バリアブル プレッシャー スキャニング エレクトロン マイクロスコープ、スキャニング20、436−441(1998)の論文において挙げられている。
この手法の具体的な適用方式としては、特開２００１−１２６６５５に、高真空二次電子像観察時に二次電子コレクタ電極として利用している板状の電極を電界供給電極として併用し、イオン電流検出電極として試料台を用いる検出方式が開示されている。また、特開２００３−１３２８３０では、電界供給電極として二次電子コレクタ電極を用い、イオン電流検出電極として試料台とは別個の専用の電極を用いる検出方式が開示されている。
特開２００２−２８９１２９には、試料台を電界供給電極および、イオン電流検出電極の両者として用いる検出方法が開示されている。
【０００３】
図８は特開２００３−１３２８３０におけるSEMの検出系の基本構成である。一次電子ビーム２を対物レンズ６によってガス雰囲気中におかれた試料１４上に収束し、偏向装置４によって試料１４上を二次元的に走査する。一次電子ビーム２の照射に伴って試料１４からは二次電子１８が発生する。二次電子１８は正の電圧が印加された板型の電界供給電極２３の作る電界によって当該電界供給電極２３方向に加速される。加速された二次電子１８は試料周辺のガス分子と衝突し電子-イオン対を生成(ガス分子のイオン化)する。二次電子１８およびイオン化により生成された電子は電界供給電極２３の作る電界によって更に加速され、再びガス分子と衝突し電子-イオン対を生成する。この過程が繰り返されることで、電界供給電極２３に近づくに従って指数関数的に電子数、イオン数が増大する(ガス増幅)。ガス増幅の規模は、一般に二次電子がドリフトする距離(試料-電界供給電極間の距離)が長いほど大きい。イオンは、試料台１６に電気的に接続されるか、試料台１６とは電気的に絶縁されたイオン電流検出電極２２に向かってドリフトする。ドリフトしたイオンはイオン電流として検出される。得られたイオン電流信号は増幅器１９、A／D変換器３１を通して画像形成に用いられる。ここで示した電界供給電極２３は高真空二次電子像観察時には、二次電子コレクタ電極として用いられる。
【０００４】
図９は特開２００１−１２６６５５における、電子顕微鏡の電界供給電極２３と試料台１６の拡大図である。試料面より放出された二次電子１８は電界供給電極２３近傍でガス増幅により多くのイオンを発生させる。発生したイオン１３は接地電位もしくは負の電圧が印加された試料台１６（イオン電流検出電極）に向かってドリフトし、試料台１６からイオン電流として検出される。得られた電流信号は増幅器１９、A／D変換器３１を通して画像形成に用いられる。ここで示した電界供給電極２３は高真空二次電子像観察時には、二次電子コレクタ電極として用いられる。
【０００５】
図１０は、特開２００２−２８９１２９における電子顕微鏡の試料台１６近傍の拡大図である。試料面より放出された二次電子１８は負の電圧が印加された試料台１６に作られる電界によって接地電位である対物レンズ６に向かってドリフトし、対物レンズ近傍でガス増幅により多くのイオンを発生させる。発生したイオンは試料台１６からイオン電流として検出される。得られた電流信号は増幅器１９、A／D変換器３１を通して画像形成に用いられる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１２６６５５
【０００７】
【特許文献２】特開２００３−１３２８３０
【特許文献３】特開２００２−２８９１２９
【非特許文献１】セコンダリー エレクトロン イメージング インザ バリアブル プレッシャー スキャニング エレクトロン マイクロスコープ、スキャニング20、436−441(1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガス増幅式イオン電流検出型SEMにおける走査速度の高速化及び画像の高画質化には、ドリフト時間の短縮による電流信号の応答速度の高速化、及び電子なだれによるイオンの増幅率の向上とイオンの検出効率の向上によるイオン電流収量の増大を同時に実現することが必要である。
特開２００１−１２６６５５（図９）では、接地電位である試料台と正電位が印加された電界供給電極の空間が電子およびイオンのドリフト空間となっている。電子なだれは電子がガス雰囲気中をドリフトする過程で指数関数的に増大するため、多くのイオンは試料台（イオン電流検出電極）より遠方で発生することになる。このため、ガス雰囲気中で発生したイオンがイオン電流検出電極に到達するまでのドリフト時間が長くなってしまい、SEM像の形成に用いられる電流信号の応答速度を高速化に関して十分検討されているとはいえない。
【０００９】
一方、SEM像の像質はイオン電流の収量が多いほど改善される。イオン電流の収量は電子なだれによるイオンの増幅率とイオン電流検出電極による検出効率で決まっている。イオンの増幅率は一般に二次電子のドリフト距離が長いほど大きいことが知られている。例えば、特開２００１−１２６６５５（図９）の手法および特開２００３−１３２８３０（図８）の手法では、二次電子発生面となる試料面と電界供給電極との間(ドリフト距離)の距離を適当に設定することでイオンの増幅率をある程度最適化することができる。しかし、特開２００２−２８９１２９の手法では、作動距離(Working Distance：以下W.D.)がそのまま二次電子のドリフト距離となり、W.D.が小さい場合、十分なイオンの増幅率が得られない。
また、イオンの増幅率は二次電子を加速する電位勾配が急激であるほど大きくなることから、電界供給電極の作り出す電位勾配にも依存しているといえる。しかし、イオンの増幅率の向上を目的とした電界供給電極の形状の最適化に関しては上記した従来の手法では十分考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるSEMはガス増幅式イオン電流検出型SEMにおいて、試料台の周囲に少なくとも１つ配置された電界供給電極と、該電極を覆うように配置されたイオン電流検出電極を備えたものである。
かかる構成により、例えば、次のようにしてSEM像の取得が可能になる。電子銃から発生し加速された一次電子ビームをコンデンサーレンズと対物レンズによって試料上に収束させる。それに伴って試料上の一次電子ビームの照射点を偏向器によって走査する。一次電子ビームの照射に伴って試料から放出された二次電子を、電界供給電極に適当な電圧を印加することで増幅させる。この過程において増幅されたイオンをイオン電流検出電極からイオン電流として検出する。イオン電流検出電極が電界供給電極を覆う形状をしているため、電界供給電極近傍で生成されたイオンを効率良く検出することが可能となる。また、電界供給電極-イオン検出電極間の距離が従来技術による電極配置に比べて短いため、ドリフト時間に起因する応答速度の短縮が可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、試料周辺の残留ガス分子による二次電子増幅を利用して二次電子情報を含んだイオン電流から画像を形成するSEMにおいて、従来の検出系に比べて応答速度の高速化、イオン収量の向上が実現される。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明によるSEMの実施例を示す。照射光学系の動作として、電子銃部１より放射した一次電子ビーム２を対物レンズ６によって真空室３６内のガス雰囲気中（典型的にはガス圧１〜数千Pa）におかれた試料１４上に収束し、偏向装置４によって試料１４上を走査する。一次電子ビーム２の照射に伴って試料１４からは二次電子１８が発生する。二次電子１８は正電圧（典型的には１〜５００V程度）を印加したメッシュ状（典型的なメッシュパラメータはメッシュピッチ１２５０μｍ、メッシュ線径２００μｍ）の電界供給電極１１と負電圧（典型的には０〜―５０V程度）を印加された試料台１６の作る電場によって当該電界供給電極１１方向に加速される。加速された二次電子１８は試料周辺のガス分子と衝突し電子-イオン対を生成する。二次電子１８およびイオン化により生成された電子は電界供給電極１１および試料台１６の作る電界によって加速され、再びガス分子をイオン化する。この過程が繰り返されることで、電子なだれが起こり、電子数、イオン数は電界供給電極１１に近づくに従って指数関数的に増大する。
【００１３】
イオンは接地されたイオン電流検出電極７に向かってドリフトし、イオン電流として検出される。得られた電流信号は増幅器１９によって増幅され、A／D変換器３１を通して画像形成に用いられる。
【００１４】
イオン電流検出電極７は上部電極と下部電極を有しそれぞれ同電位に保たれている。イオン電流検出電極７にはイオンの検出効率を高めるため、負の電圧(典型的には−１０〜０Ｖ)を印加して用いても良い。
イオン電流検出電極７および上部電極と下部電極の間に覆われて配置された電界供給電極１１はそれぞれ独立に手動もしくは自動で試料台に近づく向きもしくは遠ざかる向きに位置をスライドできるよう調整機構を設けてもよく、制御装置により自動もしくは手動にて行う。試料の帯電の影響が画像に影響を与える場合、イオン電流検出電極７もしくは電界供給電極１１と試料１４との間の距離を調節することで、試料台に向かうイオンの量もしくは電子の量を制御し、試料の帯電を相殺するようにする。例えば、一次電子ビームの照射によって試料が負に帯電した場合、イオン電流検出電極７を試料１４から遠ざけることで、試料面に向かうイオンの量を増やす。このイオンによって試料面の負の電荷を相殺し、これによって試料面の帯電を低減させる。この場合、イオン電流の収量は、電界供給電極１１に印加する電圧および、電界供給電極１１と試料１４との距離を調節することで制御する。また、二次電子の放出によって試料が正に帯電した場合、電解供給電極１１を試料１４に近づけることで、ガス増幅された電子の多くを試料面に向かわせる。この電子によって試料面の正の電荷を相殺し、これによって試料面の帯電を低減させる。この場合、イオン電流の収量は、電界供給電極１１に印加する電圧および、イオン電流検出電極７と試料１４との相対距離を調節することで制御する。また、W.D.を変化させた場合でも、それぞれの電極の位置関係を調節することで、試料面-各電極間の距離を一定に保つことが可能になり、試料面の帯電の程度、イオン電流の収量やドリフト距離を一定に保つことができる。
【００１５】
試料台１６、電界供給電極１１、イオン検出電極７に印加する各電圧の制御は、電圧制御機構３０によって行う。
像観察を行う際の、ガス圧力、Ｗ.D.等のパラメータの最適化は手動もしくは自動でイオン電流が最大になるように調節することによって行う。
ガス圧力は制御装置（図示せず）に所望の値を入力することで制御され、真空ポンプを作動させた状態でバルブの開閉によって行われる。最適化は、電界供給電極１１に、放電がおこらない範囲の高電圧を印加してガス圧力を調整することによって行われる。また、より高い分解能で測定を行いたい場合にはWDを短くし、ガス圧力を低くする必要がある。
試料室３６を高真空状態（１０−2〜１０−5Pa程度）として観察する際には二次電子コレクタ電極２３に正電圧(典型的には１〜５００V)を印加して用いる。このとき、二次電子の測定にはシンチレータと光ガイドと光電子増倍管からなる高真空二次電子検出器８を用いる。
【００１６】
図２にイオン電流検出電極７と電界供給電極１１の一例を拡大図で示す。この形状では、円盤状をしたメッシュ型の電界供給電極１１の周囲を円筒型のイオン電流吸収電極７が覆う形状をしている。このとき、イオン電流検出電極７および電界供給電極１１はそれぞれ独立に試料台に近づく向きもしくは遠ざかる向きにスライドできるようになっていても良い。
【００１７】
図３にイオン電流検出電極と電界供給電極の別の例を示す。ここでは、試料１４の周囲を取り囲む形状のメッシュ型のドーナツ状電界供給電極２４を板状の(典型的には断面がコの字型をした形状の)ドーナツ状イオン電流検出電極２５が覆う形状をしている。
【００１８】
図４にさらに別のイオン電流検出電極と電界供給電極の例を示す。この形状では、メッシュ型の電界供給電極３５の周囲を板状のイオン電流検出電極３４が覆う形状をしている。イオン電流検出電極３４の板の形状は、対物レンズ６の周囲に挿入される他の検出器等の挿入に対して干渉しないような形状となっている。高真空での二次電子像観察時には、イオン電流検出電極３４、電界供給電極３５を二次電子コレクタ電極として用いる。
電界供給電極は、電界供給電極とイオン電流検出電極のどちらか一方もしくは両方の形状が単線状、もしくはメッシュ状、もしくは多穴板状、もしくは板状の導体から成るものである。
かかる構成により、例えば、電解供給電極を直径200μm程度の細線からなるメッシュ状とした場合、該電極近傍に作られる電位勾配の大きな電界によって、局所的かつ効果的に電子なだれを起こすことができる。ただし、電界供給電極の形状はここに述べた細線状に限定されるものではない。
【実施例２】
【００１９】
図５に本発明に基づくSEMの第２の実施例を示す。この検出系では、電界供給電極とイオン電流検出電極として、図３に示したものと同様の試料１４を囲む形状のメッシュ状ドーナツ状電界供給電極２４とドーナツ状電界供給電極２４を囲む形状(典型的には断面がコの字型をした形状)の板状のドーナツ状イオン電流検出電極２５を用いる。ここでは例としてメッシュパラメータはメッシュピッチ１２５０μｍ、メッシュ線径２００μｍとした。ドーナツ状電界供給電極２４とドーナツ状イオン電流検出電極２５は試料台１６に固定してある。ドーナツ状電界供給電極２４およびドーナツ状イオン電流検出電極２５は鏡体に固定しても良い。ドーナツ状電界供給電極２４、ドーナツ状イオン電流検出電極２５には、二次電子をドーナツ状電界供給電極２４に向かってドリフトさせ、かつドーナツ状電界供給電極２４のメッシュ線近傍で電子なだれを起こさせるのに必要な電場を供給するため、それぞれ正電圧 (典型的には１〜５００V)、負電圧 (典型的には−１０〜０V)を印加する。また、試料台１６には二次電子に初速度を与えるために、負電圧(典型的には−５０〜０V)を印加する。
【００２０】
ドーナツ状電界供給電極２４と試料台１６の間に設置された補助電極A１０は試料１４を取り囲むメッシュ状(典型的なメッシュパラメータはメッシュピッチ１２５０μｍ、メッシュ線径２００μｍ)である。二次電子１８をドーナツ状電界供給電極２４に向けて加速させるために、補助電極A１０には電圧供給電極２４より低い正電圧(典型的には１〜２００V)を印加する。また、電界供給電極の形状のように補助電極A１０はメッシュ状に限定されるものではない。
電子なだれによって増幅されたイオンは電界によって電流検出電極２５に向かい、当該電極２５からイオン電流として検出される。検出されたイオン電流は増幅器１９によって増幅され、A／D変換器を通して画像形成に用いられる。
試料台１６、ドーナツ状イオン電流検出電極２５、ドーナツ状電界供給電極２４、補助電極A１０に印加する電圧は電圧制御機構３０によって制御する。
【００２１】
図１に示した実施例では試料１４とイオン電流検出電極との距離がW.D.に依存することから、イオン電流の収量もW.D.に依存し、W.D.の変更を行う度に各電圧、ガス圧力を最適化する必要があった。本実施例ではW.D.の変更時に、ドーナツ状電界供給電極２４、ドーナツ状イオン電流検出電極２５および補助電極A１０を試料台に固定した場合、試料台とともに同時に移動するため、試料１４とドーナツ状電界供給電極２４およびドーナツ状イオン電流検出電極２５との間の距離はW.D.に依存せず、各電圧、ガス圧の最適化を一度行えばW.D.の変更の度に再最適化を行う必要がない。
【実施例３】
【００２２】
図６に本発明に基づくSEMの第３の実施例を示す。本実施例はイオン検出電極３４および電界供給電極３５に図４に示した形状の電極を用い、例として補助電極B２６(典型的には数十μmのワイヤー形状)を導入したものを示す。試料１４から発生した二次電子のうち多くは電界供給電極３５に向かってドリフトするが、補助電極B２６に正電圧(典型的には１〜１００V)を供給することで電界供給電極３５に向かわなかった二次電子２７が当該補助電極B２６に向かい、ドリフトの途中で残留ガス中の分子をイオン化する。ガス増幅によって生じたイオンもしくは電子２９は帯電した試料１４に向かってドリフトし、試料中の電荷と相殺することで試料の帯電を低減する。
二次電子像の形成手法は図１、図５に示した実施例のSEMと同様である。
【００２３】
試料台１６、イオン電流検出電極３４、電界供給電極３５、補助電極B２６に印加する電圧は電圧制御機構３０を制御することで行う。
試料室内が高真空下における二次電子像観察時には、イオン電流検出電極３４または電界供給電極３５を二次電子コレクタ電極として用いる。二次電子コレクタ電極で集められた二次電子は高真空二次電子検出器８で検出する。イオン電流検出電極３４または電界供給電極３５を二次電子コレクタとして併用することで、省スペースにて搭載することが可能となる。
【実施例４】
【００２４】
図７に本発明に基づくSEMの第４の実施例を示す。本実施例では電界供給電極として、図２の電界供給電極１１と同様のメッシュ状の電界供給電極１１を用いており、試料台１６をイオン検出電極として併用している。ここでは例としてメッシュパラメータはメッシュピッチ１２５０μｍ、メッシュ線径２００μｍとした。試料台１６をイオン検出電極として併用することで、試料台に向かってきたイオンも検出することができるため、検出効率が向上する。二次電子１８は電界供給電極１１近傍で電子なだれを起こし、増幅されたイオンは負の電位(典型的には−１０〜０V)を印加した試料台１６に向かってドリフトする。試料台１６から検出されたイオン電流は、試料室内増幅器３３によって増幅され、A／D変換器３１を通して画像成型に用いられる。増幅器を試料室内に設けることでイオン検出電極と増幅器までの距離を短くすることが可能となり、バックグランドノイズを低減させることができる。試料台１６、電界供給電極１１に印加する電圧は電圧制御機構３０に印加する電圧を制御することで行う。
高真空での二次電子像観察時には、二次電子コレクタ電極２３に加えて電界供給電極１１も二次電子コレクタ電極として用いる。
【００２５】
本発明による検出系の形態は、上記の四つの実施例の形態のみに限定されるものではない。例えば、W.D.が大きい(例えば15 mm以上)ときには、電界供給電極およびイオン電流検出電極として、図１の実施例で示したものと同様の電界供給電極１１およびイオン電流検出電極７を用い、W.D.が小さい(例えば10 mm)ときには、電界供給電極およびイオン電流検出電極として、図５の実施例で示したものと同様のドーナツ状電界供給電極２４およびドーナツ状イオン電流検出電極２５を用い、よりW.D.がさらに小さい(例えば5 mm以下)ときには、イオン電流検出電極として図７の実施例で示したものと同様に試料台１６を併用する形態も本発明の範疇にある。
【００２６】
次に、本発明による検出系と従来の検出系の比較を行うために行った一実験の結果について述べる。図１１に、図１に示した本発明の実施例のSEMによるイオン電流の典型的な測定例と、図９に示した従来SEMによるイオン電流の典型的な測定例を示す。試料-電界供給電極１１間距離および試料-イオン電流検出７電極間距離は、イオン電流の収量が最大になるように最適化してある。縦軸が本発明によるイオン電流検出電極７で測定された電流の相対値([特許文献１]の手法によって試料台で検出されたイオン電流の相対値)を示しており、横軸が電界供給電極に供給した電圧である。測定はビーム加速電圧：25 kV、ビーム量：200 pA、W.D.：25 mm、ガス圧：100 Pa、試料：銅材の条件で行った。測定ではイオン電流検出電極７および試料台は接地電位とした。図に見られるように、図１の実施例では、最大値で、従来の検出系によるイオン電流量の数十倍のイオン電流を得ることができた。イオンのドリフト時間の短縮により、応答時間を十μsec以上速めることができた。また、試料室内の残留ガスは大気に限定されるものではなく、別途ガス導入手段を備えてAr,Xe等の希ガスや窒素ガスを用いる構成としても良い。
【００２７】
図１２に大気、窒素、Ar、Xeの各ガスを用いて測定したイオン電流の測定結果を示す。ガス圧力は50Paとした。電流値は残留ガスが大気のときの最大電流値を1として規格化している。残留ガスとして、大気以外のガスを用いるのは、例えば、次のような状況においてである。真空室内の真空度が１〜数千Pa程度の低真空状態における低真空SEM観察では、試料室を低真空状態にする際、試料室内部に水蒸気が入ると真空度が上がりにくくなるため、試料室内部に水蒸気が入ることが好ましくない状況がある。例えば試料室の真空度を再び高くするときなどが考えられる。このような場合、図12に見られるように、窒素と大気とでは非常に良くにた電圧−電流特性を持つ窒素ガスを用いると良い。また、Ar、Xeなどはイオン化断面積が大気分子に比べて大きいため、比較的低い電圧で大きなイオン電流を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に基づくSEMの第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明に基づくSEMのイオン検出電極および電界供給電極の第一の実施例を示す図である。
【図３】本発明に基づくSEMのイオン検出電極および電界供給電極の第ニの実施例を示す図である。
【図４】本発明に基づくSEMのイオン検出電極および電界供給電極の第三の実施例を示す図である。
【図５】本発明に基づくSEMの第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明に基づくSEMの第３の実施例を示す図である。
【図７】本発明に基づくSEMの第４の実施例を示す図である。
【図８】従来SEMの構成を示す図である。
【図９】従来SEMの電界供給電極の試料台近傍の拡大図
【図１０】従来のSEMの電子顕微鏡の電界供給電極の試料台近傍の拡大図
【図１１】本発明の一実施例に示したSEMによるイオン電流の典型的な測定例である。
【図１２】本発明によるガス成分による特性比較を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…電子銃、２…一次電子ビーム、３…コンデンサーレンズ、４…偏向装置、５…偏向装置用制御装置、６…対物レンズ、７…イオン電流検出電極、８…高真空二次電子検出器、９…高真空二次電子検出器用Ａ／Ｄ変換器、１０…補助電極Ａ、１１…電界供給電極（高真空時には二次電子コレクタ電極として併用可）、１２…補助電極Ａ用電源、１３…イオン、１４…試料、１５…ディスプレイ、１６…試料台、１７…電界供給電極用電源、１８…二次電子、１９…増幅器・アンプ２０…試料台用電源（もしくはアース）、２１…鏡体、２２…イオン電流検出電極、２３…二次電子コレクタ電極、２４…ドーナツ状電界供給電極、２５…ドーナツ状イオン電流検出電極、２６…補助電極Ｂ、２７…補助電極２７に向かう二次電子、２８…補助電極用電源Ｂ、２９…増幅されたイオンもしくは電子、３０…電圧制御装置、３１…Ａ／Ｄ変換器、３２…イオン検出電極用電源（もしくはアース）、３３…試料室内増幅器、３４…イオン電流検出電極（高真空時には二次電子コレクタ電極として併用可）、３５…電界供給電極  ３６…試料室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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