(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ソースから生成される１次電子（Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を試料に入射させ、前記１次電子が入射された後、試料から放出される放出電子を検出するための走査電子顕微鏡において、
前記光ソースと前記試料との間に配置され、磁場及び電場を発生させることによって、前記放出電子を２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と反射電子（Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分離するウィーンフィルタ部と、
前記ウィーンフィルタ部から分離される２次電子と反射電子をそれぞれディテクティングするディテクティング部とを含み、
前記ディテクティング部は、前記ウィーンフィルタ（Ｗｉｅｎ  ｆｉｌｔｅｒ）部の上側に配置され、前記２次電子をディテクティングする第１検出部と、前記第１検出部と前記光ソースとの間に配置され、前記反射電子をディテクティングする第２検出部を含み、
前記ディテクティング部は、前記２次電子を前記第１検出部側に誘引したり、前記反射電子を前記第２検出部側に誘引するために、前記第１検出部または前記第２検出部の端部から所定間隔に離隔配置される電子誘引部材をさらに含み、
前記ディテクティング部は、前記反射電子が前記電子誘引部材によって、前記第１検出部側に誘引されることが防止されるように前記反射電子の移動経路上に配置される誘引防止部材をさらに含み、前記誘引防止部材は、前記ウィーンフィルタ部と前記第２検出部との間に配置され、前記反射電子が通過する貫通部を備えて接地された状態を維持することを特徴とする反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記第１検出部の前記２次電子が入射される側端部の面または前記第２検出部の前記反射電子が入射される側端部の面は傾斜を形成することを特徴とする請求項１に記載の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記第１検出部の２次電子が入射される側端部と地面がなす角度は、前記第２検出部の反射電子が入射される側端部と地面がなす角度よりさらに大きいことを特徴とする請求項２に記載の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡。
【請求項４】
前記光ソースと前記ウィーンフィルタ部と前記ディテクティング部とを収容し、前記光ソースから走査される１次電子が出射される端部側は真空状態に隔離される鏡筒をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡に関するものであり、より詳細には、ウィーンフィルタ（Ｗｉｅｎ  ｆｉｌｔｅｒ）を利用して、試料から放出される電子を２次電子と反射電子に分離してディテクティングすることができる反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報機器の極小化の傾向だけでなく、先端素材の分野においても極微細技術の産業化により、微細構造物または材料の表面形状に対する情報が切実に求められている。特に、１９９０年代後半から全世界的にナノ研究が活発になり、ナノ物質の構造と特性を解明するための様々な研究が進行しており、電子顕微鏡は、重要な一つの軸を担当している。
【０００３】
最近になって真空中に置かれた試料の表面を１ないし１００ｎｍ程度の微細な電子線で二次元方向に走査して試料表面で発生する２次電子の信号を検出して陰極線と画面上に拡大画像を表示したり、記録して試料の形態微細構造などを分析する走査電子顕微鏡が広く利用されている。
【０００４】
図１は、従来の走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【０００５】
図１を参照すると、従来の走査電子顕微鏡１０は、真空チャンバー内で１次電子（ｐｅ）を走査する光ソース１１と、試料から放出される２次電子（ｓｅ）の対物レンズと試料（ｓ）の表面から放出される２次電子（ｓｅ）を検出するデテクター１２を含んで構成された。
【０００６】
ただし、１次電子（ｐｅ）と試料（Ｓ）の入射深さとの相互作用によって、様々な形態の電子が放出され、試料から放出される様々な形態の電子を検出することにより試料の様々な特性検出が可能であるにもかかわらず、従来の走査電子顕微鏡１０を利用する場合には、２次電子（ｓｅ）のみが検出対象として利用され、その他に試料から放出される電子を検出することができないという欠点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、このような従来の問題点を解決するためのものであり、ウィーンフィルタ（Ｗｉｅｎ  ｆｉｌｔｅｒ）を利用して２次電子と反射電子を分離してディテクティングすることができる反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的は、本発明により、光ソースから生成される１次電子（Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を試料に入射させ、前記１次電子が入射された後、試料から放出される放出電子を検出するための走査電子顕微鏡において、前記光ソースと前記試料との間に配置され、磁場及び電場を発生させることによって、前記放出電子を２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と前記反射電子（Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分離するウィーンフィルタ部と、前記ウィーンフィルタ部から分離される２次電子と反射電子をそれぞれディテクティングするディテクティング部とを含むことを特徴とする反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡によって達成される。
【０００９】
また、前記ディテクティング部は、前記ウィーンフィルタ部の上側に配置され、前記２次電子をディテクティングする第１検出部と、前記第１検出部と前記光ソースとの間に配置され、前記反射電子をディテクティングする第２検出部を含むことができる。
【００１０】
また、前記第１検出部の前記２次電子が入射される側端部の面または前記第２検出部の前記反射電子が入射される側端部の面は傾斜を形成することができる。
【００１１】
また、前記第１検出部の２次電子が入射される側端部と地面がなす角度は、前記第２検出部の反射電子が入射される側端部と地面がなす角度よりさらに大きいこともある。
【００１２】
また、前記ディテクティング部は、前記２次電子を前記第１検出部側に誘引したり、前記反射電子を前記第２検出部側に誘引するために、前記第１検出部または前記第２検出部の端部から所定間隔に離隔配置される電子誘引部材をさらに含むことができる。
【００１３】
また、前記ディテクティング部は、前記反射電子が前記電子誘引部材によって、前記第１検出部側に誘引されることが防止されるように前記反射電子の移動経路上に配置される誘引防止部材をさらに含むことができる。
【００１４】
また、前記光ソースと前記ウィーンフィルタ部と前記ディテクティング部とを収容し、前記光ソースから走査される１次電子が出射される端部側は真空状態に隔離される鏡筒をさらに含むことができる。
【００１５】
本発明によると、ウィーンフィルタ部によって、試料から放出される２次電子と反射電子を容易に分離し、それぞれディテクティングすることができる反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡が提供される。
【００１６】
また、別途の追加的な構成なしでウィーンフィルタ部を利用して２次電子及び反射電子を容易に分離することができる。
【００１７】
また、２次電子と反射電子を同時に検出することにより、試料の表面特性及び内部特性を同時に把握することができる。
【００１８】
また、２次電子及び反射電子をディテクティングするディテクティング部が鏡筒内に備えられるようにすることにより、全体的にコンパクトに構成することができる。
【００１９】
また、ディテクティング部の電子が入射される端面が傾斜するようにして、電子が垂直に入射されるようにすることにより、電子の入射率及び試料の特性測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡の概略的な端面図である。
【図３】図２の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡でウィーンフィルタ部を通過する１次電子の動作を示す図である。
【図４】図２の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡で試料から放出される放出電子の移動軌跡で示す図である。
【図５】図２の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡でウィーンフィルタ部を通過する放出電子の動作を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡の概略的な端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
説明に先立ち、様々な実施形態において、同一の構成を有する構成要素については、同一の符号を使用して代表的に第１実施形態で説明し、その他の実施形態では第１実施形態と異なる構成について説明することにする。
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡について詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の第１実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡の概略的な端面図である。
【００２４】
図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡１００は、鏡筒１１０と光ソース１２０と集束レンズ１３０とアパーチャー１４０とディテクティング部１５０とウィーンフィルタ部１６０と対物レンズ１７０と試料ホルダー１８０とを含む。
【００２５】
前記鏡筒１１０は、後述する光ソース１２０、集束レンズ１３０、アパーチャー１４０、ディテクティング部１５０、ウィーンフィルタ部１６０、対物レンズ１７０を内部に収容するための外装材として、１次電子（Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：  ｐｅ）が出射する側の端部、すなわち、試料（Ｓ）が設けられる試料ホルダー１８０側の端部は、真空状態を維持する。
【００２６】
前記光ソース１２０は、鏡筒１１０内の陰極を加熱して発生する１次電子（ｐｅ）を下方の試料（Ｓ）が装着されている試料ホルダー１８０側に走査するための部材である。
【００２７】
前記集束レンズ１３０は、前述した光ソース１２０から放出される１次電子（ｐｅ）を一点に集束するための部材である。
【００２８】
前記アパーチャー１４０は、集束レンズ１３０を通過することにより集束された１次電子（ｐｅ）を、波長が一定の形態でするための部材である。
【００２９】
前記ディテクティング部１５０は、１次電子（ｐｅ）が入射された後、試料（Ｓ）から放出される２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：  ｓｅ）及び反射電子（Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：  ｂｓｅ）を含む放出電子（ｅｅ）を検出するための部材として、第１検出部１５１と第２検出部１５２とを含む。
【００３０】
前記第１検出部１５１は、試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）の中、２次電子（ｓｅ）のみをディテクティングするためのものであって、光ソース１２０と後述するウィーンフィルタ部１６０との間に配置される。２次電子（ｓｅ）は、試料（Ｓ）から上側に移動する途中で側方に偏向され、第１検出部１５１に入射されるため、第１検出部１５１の端面は２次電池が垂直に入射されるように傾斜するように形成される。
【００３１】
前記第２検出部１５２は、試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）の中、反射電子（ｂｅ）のみを検出するためのものであって、光ソース１２０と第１検出部１５１との間、すなわち、第１検出部１５１の上側に設けれる。一方、第２検出部１５２の端面も前述した第１検出部１５１と同様に傾斜を形成することができ、反射電子（ｂｅ）の偏向程度は２次電子（ｓｅ）より小さいため、第２検出部の端面の傾斜角も第１検出部１５１の端面より小さく形成されることが好ましい。
【００３２】
もう一度説明すると、第１検出部１５１の２次電子（ｓｅ）が入射される面が地面となす角度（θ１）は、第２検出部１５２の反射電子（ｂｅ）が入射される面と地面がなす角度（θ２）より大きく形成されることが好ましい。
【００３３】
前記ウィーンフィルタ部１６０は、第１検出部１５１と試料ホルダー１８０との間、すなわち、第１検出部１５１の下側に設けられるものであって、試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）の移動経路がディテクティング部１５０側に偏向されるようにする部材である。これと同時に、ウィーンフィルタ部１６０は、試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）に含まれる２次電子（ｓｅ）と反射電子（ｂｅ）の移動速度が互いに差があることを利用して、２次電子（ｓｅ）と反射電子（ｂｅ）とを物理的に分離する役割を遂行する。
【００３４】
すなわち、ウィーンフィルタ部１６０は、試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）の移動方向と垂直の面上に互いに垂直する電場と磁場を発生させることにより、２次電子（ｓｅ）及び反射電子（ｂｅ）の移動軌跡を偏向させる。
【００３５】
前記対物レンズ１７０は、光ソース１２０で発生して下方に移動する１次電子（ｐｅ）の焦点を試料（Ｓ）表面に合わせる役割をする部材である。
【００３６】
前記試料ホルダー１８０は、鏡筒の下方に配置され、試料（Ｓ）を支持する部材である。一方、試料ホルダー１８０は、３軸方向に沿って移動可能であり、回転及び傾き等により、試料（Ｓ）の観察が容易になるように制御することができる。
【００３７】
ここからは、前述した反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡１００の第１実施形態の作動について説明する。
【００３８】
図３は、図２の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡でウィーンフィルタ部を通過する１次電子の動作を示す図であり、図４は、図２の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡で試料から放出される放出電子の移動軌跡で示す図であり、図５は、図２の反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡でウィーンフィルタ部を通過する放出電子の動作を示す図である。
【００３９】
まず、図２を参照すると、鏡筒１１０内の光ソース１２０から発生する１次電子（ｐｅ）は、高電圧が印加されて加速されることによって、下方の試料（Ｓ）が装着される試料ホルダー１８０側に走査される。ただし、この時、鏡筒１１０の内部に所定のリフレクター（図示せず）を利用して１次電子（ｐｅ）の走査方向を制御する。
【００４０】
光ソース１２０から走査される１次電子（ｐｅ）は、集束レンズ１３０、アパーチャー１４０を通過した後、ウィーンフィルタ部１６０に到達する。この時、ウィーンフィルタ部１６０では、地面と平行な所定の面上で互いに垂直する方向に沿って磁場と電場を発生させる。
【００４１】
ウィーンフィルタ部１６０から発生する電場により、１次電子に加えられる力を説明している図３（ａ）に示すように、下方に移動する１次電子（ｐｅ）は、ウィーンフィルタ部１６０を通過しながら、ウィーンフィルタ部１６０から発生する電場２０によって＋ｘ軸方向の力を受ける。
【００４２】
これと同時に、ウィーンフィルタ部１６０から発生する磁場３０により、１次電子に加えられる力を説明している図３（ｂ）を参照すると、１次電子（ｐｅ）は、ウィーンフィルタ部１６０で発生する磁場３０と反応して、フレミングの左手法則によって−ｘ軸方向の力を受けるようになる。
【００４３】
この時、１次電子（ｐｅ）が電場２０によって受ける力と磁場３０によって受ける力の絶対値が同一になるようにウィーンフィルタ部１６０を制御する。したがって、ウィーンフィルタ部１６０の磁場３０によって１次電子（ｐｅ）に加えられる力は、ウィーンフィルタ部１６０の電場２０によって１次電子（ｐｅ）に加えられる力によって相殺され、ｘ−ｙ平面上で偏向せず下方（−ｚ方向）に垂直移動する。
【００４４】
ウィーンフィルタ部１６０を通過した１次電子（ｐｅ）は、前述した過程により、垂直下方（−ｚ軸方向）に移動して試料（Ｓ）に最終的に入射される。この時、試料（Ｓ）に入射される１次電子（ｐｅ）は、試料（Ｓ）表面での深さに応じて互いに異なる機作（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を示し、試料（Ｓ）の深さに応じて互いに異なる形態の電子が放出される。
【００４５】
例えば、１次電子（ｐｅ）が試料（Ｓ）の表面に入射され、表面と反応して２次電子（ｓｅ）が放出され、１次電子（ｐｅ）が試料（Ｓ）の表面から深く入射されると、反射電子（ｂｅ）が放出され、その他に１次電子（ｐｅ）が入射された後試料（Ｓ）からｘ−ｒａｙなどが放出される。
【００４６】
ただし、本実施形態においては、１次電子（ｐｅ）が入射された後、試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）は試料（Ｓ）の表面と反応して放出される２次電子（ｓｅ）と試料（Ｓ）の表面から比較的深く入射されて放出される反射電子（ｂｅ）のみを含むことにして説明する。
【００４７】
図４に示すように、２次電子（ｓｅ）と反射電子（ｂｅ）に区分される放出電子（ｅｅ）が試料（Ｓ）から上側（＋ｚ軸方向）に垂直放出されると、このような放出電子（ｅｅ）はウィーンフィルタ部１６０を通過する前までは、１次電子（ｐｅ）が走査された経路と同じ経路に沿って移動するようになる。
【００４８】
試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）がウィーンフィルタ部１６０に到達すると、１次電子（ｐｅ）が下方に走査される場合に、ウィーンフィルタ部１６０から発生したことと同じ方向の電場２０及び磁場３０が放出電子（ｅｅ）に加えられる。
【００４９】
ウィーンフィルタ部１６０から発生する電場２０及び磁場３０により、放出電子（ｅｅ）に加えられる力を詳細に説明すると、まず、ウィーンフィルタ部１６０から発生する電場によって、放出電子（ｅｅ）に加えられる力を説明している図５（ａ）に示すように、試料（Ｓ）から上方（＋ｚ軸方向）に垂直移動する放出電子（ｅｅ）は、電場２０による＋ｘ軸方向の力を受ける。
【００５０】
また、ウィーンフィルタ部１６０から発生する磁場３０によって放出電子（ｅｅ）に加えられる力を説明している図５（ｂ）に示すように、磁場３０と反応して発生する力が前述した１次電子（ｐｅ）に加えられる力と互いに反対方向、すなわち、＋ｘ軸方向に形成される。
【００５１】
すなわち、電場２０から放出電子（ｅｅ）に加えられる力と同じ方向の力が加えられるため、放出電子（ｅｅ）の移動軌跡は、ディテクティング部１５０が設けられた位置に偏向される。
【００５２】
もう一度説明すると、放出電子（ｅｅ）は、１次電子（ｐｅ）と反対の方向に沿って移動するため、磁場３０と反応して発生する力及び電場２０によって加えられる力を同時に受け、一側に偏向される。
【００５３】
この時、放出電子（ｅｅ）に含まれる反射電子（ｂｅ）の速度は、２次電子（ｓｅ）の速度より大きいが、同じ力を受けることになるので、相対的に遅い速度の２次電子（ｓｅ）の移動軌跡が反射電子（ｂｅ）の移動軌跡より大きな角度で曲がるようになり、相対的に速い速度の反射電子（ｂｅ）の移動軌跡は小さな角度で曲がる。
【００５４】
すなわち、電子間の速度差により、ウィーンフィルタ部１６０を通過した放出電子（ｅｅ）は、比較的急激な角度で偏向される２次電子（ｓｅ）と緩やかな角度で偏向される反射電子（ｂｅ）に分離される。
【００５５】
試料（Ｓ）から放出される放出電子（ｅｅ）から分離され、急激に偏向される２次電子（ｓｅ）はウィーンフィルタ部１６０のすぐ上側に配置される第１検出部１５１に入射され、比較的速い速度で移動して緩やかな角度で偏向されて分離される反射電子（ｂｅ）は、第１検出部１５１の上側に配置される第２検出部１５２に入射される。
【００５６】
一方、第１検出部１５１及び第２検出部１５２の前端部の電子が入射される面は傾斜を形成することによって、第１検出部１５１及び第２検出部１５２の端面に２次電子（ｓｅ）及び反射電子（ｂｅ）が垂直に入射されて、入射率が向上することができる。
【００５７】
また、第１検出部１５１の２次電子（ｓｅ）が入射される面と第２検出部１５２の反射電子（ｂｓｅ）が入射される面は、各電子が垂直入射されるように互いに異なる角度を形成されることにより、電子入射率が向上することができる。
【００５８】
以下、本発明の第２実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡について説明する。
【００５９】
図６は、本発明の第２実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡の概略的な端面図である。
【００６０】
図６を参照すると、本発明の第２実施形態に係る反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡２００は、鏡筒１１０と光ソース１２０と集束レンズ１３０とアパーチャー１４０とディテクティング部２５０とウィーンフィルタ部１６０と対物レンズ１７０と試料ホルダー１８０とを含む。
【００６１】
本実施形態の鏡筒１１０、光ソース１２０、集束レンズ１３０、アパーチャー１４０、ウィーンフィルタ部１６０、対物レンズ１７０及び試料ホルダー１８０は、前述した第１実施形態の構成と同一であるため重複説明は省略する。
【００６２】
前記ディテクティング部２５０は、第１検出部２５１と第２検出部２５２と電磁誘導部材２５１ａ、２５２ａと誘引防止部材２５３とを含む。
【００６３】
前記第１検出部２５１は、２次電子（ｓｅ）のみを選択的に検出するための部材である。一方、前記第１検出部２５１の端部には、フィールドを形成する電磁誘導部材２５１ａが配置されることによってウィーンフィルタ部１６０を２次電子が第１検出部２５１側に移動するように誘引する。
【００６４】
前記第２検出部２５２は、反射電子（ｂｓｅ）のみを選択的に検出するための部材である。前記第２検出部２５２の端部には、フィールドを形成する電磁誘導部材２５２ａが配置されることによってウィーンフィルタ部１６０を通過した反射電子（ｂｓｅ）が第２検出部２５２側に移動するように誘引する。
【００６５】
前記誘引防止部材２５３は、ウィーンフィルタ部１６０を通過した反射電子（ｂｓｅ）が第１検出部２５１の電磁誘導部材２５１ａによって第１検出部２５１側に移動することを防止するための部材として、反射電子（ｂｓｅ）の経路上に貫通部が形成されて接地された状態を維持することにより、反射電子（ｂｓｅ）が第１検出部２５１側に引かれるいくのを防止する。
【００６６】
本発明の権利範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で様々な形態の実施形態で具現することができる。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
ウィーンフィルタを利用して、試料から放出される放出電子を２次電子と反射電子に分離した後、これをそれぞれディテクティングすることができる反射電子検出機能を備えた走査電子顕微鏡が提供される。
【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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