(57)【要約】  一次電子のエネルギーが低い条件において、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡を提供するために、対物レンズ（１０５）と、一次電子（１０２）を加速する一次電子加速手段（１０４）と、一次電子を減速して試料（１０６）に照射する一次電子減速手段（１０９）と、試料からの二次電子（１１０）を一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器（１０３）と、二次電子を分光する分光器（１１１）と、二次電子を分光器の入口に収束させるように、対物レンズ、一次電子加速手段および一次電子減速手段への印加電圧を制御する制御部（１１６）と、を有する走査電子顕微鏡とする。
2016084157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、  前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、  前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、  前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、  前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、  前記二次電子を分光するための分光器と、  前記分光器を通過した二次電子を検出する検出器と、  前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段の中の少なくとも一者への印加電圧を制御する制御部と、を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、  前記分光器は、セクター型分光器であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
電子源と、  前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、  前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、  前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、  前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、  前記二次電子を分光するための分光器と、  前記分光器を通過した前記二次電子を検出する第一の検出器と、  前記二次電子の前記分光器の入射スリットへの照射によって生じる三次電子を検出する第二の検出器と、  前記二次電子を前記入射スリット上で走査するように前記二次電子偏向器への印加電圧を制御し、前記第二の検出器によって検出された前記三次電子の検出信号を用い前記入射スリットの走査像を得るための制御部と、を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、  前記入射スリットの走査像の鮮鋭度を算出する処理部を更に有し、  前記制御部は、最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られるように前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、  前記一次電子を偏向させるための偏向器と、  前記一次電子の光軸を挟んで前記分光器と反対側に配置され前記二次電子を衝突させるための変換版と、を更に有し、  前記第二の検出器は、前記二次電子の前記変換板への照射によって生じる三次電子の検出にも用いられ、  前記制御部は、前記試料の走査像を得る場合は前記二次電子を前記変換板側に偏向するように、前記試料の二次電子スペクトルを得る場合には前記二次電子を前記分光器側に偏向するように、前記二次電子偏向器へ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６】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、  前記制御部は、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段の中の少なくとも一者へ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７】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、  表示された前記試料の走査像における任意の点を指定し、指定した前記任意の点に前記一次電子を照射して得られる二次電子スペクトルを表示する表示部を更に有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、  前記試料の走査像の鮮鋭度と前記入射スリットの走査像の鮮鋭度とを算出する処理部を有し、  前記制御部は、最も鮮鋭な前記試料の走査像が得られる前記対物レンズの励磁電流値と、 最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られる前記一次電子加速手段もしくは前記一次電子減速手段に印加する電圧値を算出し、前記電流値および前記電圧値を出力することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、  前記試料の走査像の鮮鋭度と前記入射スリットの走査像の鮮鋭度とを算出する処理部を有し、  前記制御部は、最も鮮鋭な前記試料の走査像が得られる前記一次電子加速手段もしくは前記一次電子減速手段に印加する電圧値と、最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られる前記対物レンズの励磁電流値を算出し、前記電流値および前記電圧値を出力することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、  前記一次電子を偏向させるための偏向器と、  前記一次電子の光軸を挟んで前記分光器と反対側に前記二次電子を検出するための第三の検出器とを有し、  前記制御部は、前記試料の走査像を得る場合は前記二次電子を前記第三の検出器側に偏向するように、前記試料の二次電子スペクトルを得る場合は前記二次電子を前記分光器側に偏向するように、前記二次電子偏向器へ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１１】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡を用いた電子軌道調整方法において、  前記検出器で得られる前記二次電子のスペクトルの信号雑音比が最大となるように前記対物レンズの励磁電流、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする電子軌道調整方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡における電子軌道調整方法において、  前記一次電子加速手段に電圧を印加する第１の工程と、  前記二次電子偏向器で前記二次電子を前記分光器側へ偏向させる第２の工程と、  前記三次電子を前記第二の検出器で検出し、前記分光器の入射スリットの走査像を取得する第３の工程と、  前記走査像の鮮鋭度を算出する第４の工程と、  前記第１の工程から前記第４の工程を繰り返す工程と、  最も鮮鋭度が高くなる前記一次電子加速手段の電圧を、前記一次電子加速手段への印加電圧として設定する工程と、を有することを特徴とする電子軌道調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  電子分光系を有する走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下、ＳＥＭ）およびその電子軌道調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、サブミクロン（submicron）からナノメートル（nanometer）サイズの試料観察にはＳＥＭが広く用いられている。ＳＥＭでは電子源から放出された一次電子を走査しながら試料に照射し、試料で発生した二次電子を検出することで画像を形成している。ここで、二次電子は５０ｅＶ以下のエネルギーを持つことを特徴とする“真の”二次電子と、一次電子の入射エネルギーと同程度のエネルギーを持つ後方散乱電子とに分けられる。“真の”二次電子からはパターン表面の形状、電位、仕事関数等の違いを反映したコントラスト像が得られる。一方、後方散乱電子からは試料の組成や結晶方位の違いを反映したコントラスト像が得られる。【０００３】  近年、各社から製品化されているＳＥＭには複数の検出器が装備されており、多様なコントラストの画像が得られるようになった。その一方、画像コントラストの解釈が難しくなり、各条件で検出されている二次電子のエネルギーを定量的に分析することへの要望が高まっている。加えて、試料極表面の観察や一次電子照射に伴う試料ダメージおよび帯電による像障害を低減するため、一次電子の照射エネルギーが低い条件で二次電子のエネルギー分析を行うことが求められている。二次電子のエネルギー分光を行う技術については、例えば、特許文献１、２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３６９１６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１９６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ＳＥＭにおいて二次電子のエネルギー分光を行う方法として、特許文献１で開示されているように、ＳＥＭの対物レンズと試料の間に分光器を設置する方法がある。しかし、特許文献１の構成では対物レンズと試料間の距離（以下、ワーキングディスタンス）を短くすることが難しく、その結果、一次電子の空間分解能が劣化するという課題がある。【０００６】  一方、ワーキングディスタンスを短くし、対物レンズを通過した二次電子を分光する構成として、特許文献２で開示されている構成がある。しかし、特許文献２の構成では、対物レンズの電磁場によって二次電子は広がって分光器に入射するため、二次電子の検出率が低下するという課題がある。【０００７】  本発明は、特に一次電子のエネルギーが低い条件において、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記目的を達成するための一実施形態として、電子源と、  前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、  前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、  前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、  前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、  前記二次電子を分光するための分光器と、  前記分光器を通過した二次電子を検出する検出器と、  前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段の中の少なくとも一者への印加電圧を制御する制御部と、を有することを特徴とする走査電子顕微鏡とする。【０００９】  また、この走査電子顕微鏡を用いた電子軌道調整方法において、  前記検出器で得られる前記二次電子のスペクトルの信号雑音比が最大となるように前記対物レンズの励磁電流、前記一次電子加速手段および前記一次電減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする電子軌道調整方法とする。【００１０】  また、電子源と、  前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、  前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、  前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、  前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、  前記二次電子を分光するための分光器と、  前記分光器を通過した前記二次電子を検出する第一の検出器と、  前記二次電子の前記分光器の入射スリットへの照射によって生じる三次電子を検出する第二の検出器と、  前記二次電子を前記入射スリット上で走査するように前記二次電子偏向器への印加電圧を制御し、前記第二の検出器によって検出された前記三次電子の検出信号を用い前記入射スリットの走査像を得るための制御部と、を有することを特徴とする走査電子顕微鏡とする。【００１１】  また、この走査電子顕微鏡における電子軌道調整方法において、  前記一次電子加速手段に電圧を印加する第１の工程と、  前記二次電子偏向器で前記二次電子を前記分光器側へ偏向させる第２の工程と、  前記三次電子を前記第二の検出器で検出し、前記分光器の入射スリットの走査像を取得する第３の工程と、  前記走査像の鮮鋭度を算出する第４の工程と、  前記第１の工程から前記第４の工程を繰り返す工程と、  最も鮮鋭度が高くなる前記一次電子加速手段の電圧を、前記一次電子加速手段への印加電圧として設定する工程と、を有することを特徴とする電子軌道調整方法とする。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施例に係るＳＥＭの全体構成図である。
【図２】ブースター電圧の空間分解能への影響を説明するための図である。
【図３】ブースター電圧の二次電子への影響を説明するための図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係るＳＥＭの全体構成図である。
【図５】図４に示すＳＥＭにおける電子軌道調整方法に含まれる二次電子の最適収束条件を決定するためのフロー図である。
【図６】図４に示すＳＥＭにおける入射スリットのＳＥＭ画像を説明するための図であり、（ａ）は二次電子が収束していない場合の入射スリットのＳＥＭ画像、（ｂ）は二次電子が収束している場合の入射スリットのＳＥＭ画像、（ｃ）は（ａ）のＳＥＭ画像のｘ方向のラインプロファイル、（ｄ）は（ｂ）のＳＥＭ画像のｘ方向のラインプロファイルである。
【図７】本発明に係る第三の実施例に係るＳＥＭの全体構成図である。
【図８】図７に示すＳＥＭを用いた試料の測定手順を説明するためのフロー図である。
【図９】図７に示すＳＥＭの画像表示部を説明するための図である。
【図１０】図７に示すＳＥＭにおける電子軌道調整方法に含まれる一次電子と二次電子の最適収束条件を求めるためのフロー図である。
【図１１】第三の実施例に係るＳＥＭにおいて変換板を用いない構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  一次電子のエネルギーが低い条件で高い空間分解能を得る方法として、試料に負極性の電圧（以下、リターディング電圧）Ｖｒ（＜０）を印加し、試料直上で一次電子を減速するリターディング法が有効である。リターディング法では、典型的には数ｋＶの負電圧Ｖｒを試料に印加する。
【００１５】  加えて、一次電子を対物レンズ通過時に加速させ、対物レンズにおける色収差を低減するブースティング法も一次電子の空間分解能を向上させる上で有効である。ブースティング法では、典型的には数ｋＶの正極性の電圧（以下、ブースター電圧）Ｖｂ（＞０）で一次電子を加速し、対物レンズの磁場を通過させる。
【００１６】  ブースティング法およびリターディング法を適用した対物レンズで光軸上に形成される電磁場は、一次電子だけでなく対物レンズを通過する二次電子の収束にも寄与する。従って、ブースティング電圧、リターディング電圧、対物レンズ励磁を適切な条件に設定すると、一次電子を試料位置に収束すると同時に、対物レンズを通過した二次電子を、対物レンズより電子銃側に設置された分光器位置に収束することが可能になる。この場合、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立できる。なお、二次電子は対物レンズ通過後に二次電子偏向器により光軸外に偏向されて分光器に入射する構成とする。
【００１７】  以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
【００１８】  （第一の実施例）  本発明の第一の実施例について、図１から図３を用いて説明する。図１は本実施例に係るＳＥＭの構成を示す図である。図１において、電子源１０１で生成された一次電子１０２は、二次電子偏向器１０３を通過した後、一次電子を加速するためのブースター電極１０４および対物レンズ１０５を通過し試料１０６に照射される。ここで、ブースター電極１０４にはブースター電源１０７より正極性の電圧が印加されており、ブースター電極１０４で生じる電場のうち、試料側端部に形成される電場は、対物レンズ１０５によって生じる磁場に重畳されている構成とする。以下、ブースター電源１０７より印加する電圧をＶｂ（＞０）とする。
【００１９】  本実施例では、対物レンズ１０５の構成として対物レンズの磁場が試料１０６まで漏れているシュノーケル型を用いた場合について説明するが、同じく試料周辺部に漏洩磁界を形成する、試料室を磁路の一部として利用するシングルポール型の対物レンズでも同様の効果が得られる。また、磁場が試料に試料１０６に漏れないアウトレンズ型対物レンズでも本実施例と同等の効果を得ることができる。
【００２０】  試料１０６は試料ホルダ１０８上に置かれており、試料１０６と試料ホルダ１０８間は電気的に接触している。試料ホルダ１０８にはリターディング電源１０９よりリターディング電圧を印加することができ、一次電子１０２はリターディング電界によって減速されて試料１０６に入射する。以下、リターディング電源１０９より印加する電圧をＶｒ（＜０）とする。
【００２１】  一次電子１０２の試料１０６への照射に起因して発生した二次電子１１０は、ブースター電圧およびリターディング電圧によって生じた電界で加速された後、二次電子偏向器１０３で一次電子１０２の光軸外に偏向される。ここで、二次電子偏向器１０３は電場と磁場が直交した光学素子であり、その電場と磁場の大きさは一次電子１０２が二次電子偏向器１０３において偏向されない条件（以下、ウィーン条件）に設定する。
【００２２】  ウィーン条件下では、一次電子１０２とは反対方向から二次電子偏向器１０３に入射する二次電子１１０は、二次電子偏向器１０３によって光軸外に偏向される。光軸外に偏向された二次電子１１０は、分光器１１１に入射する。ここではセクター型分光器を用いた。分光器１１１は、特定のエネルギーＥｐを持つ二次電子１１０のみが通過できるという特徴を持つ。分光器１１１を通過した二次電子１１０は第一検出器１１２で検出される。第一検出器１１２の信号は第一信号処理部１１４を通して、表示部１１５で表示され、ユーザーが確認することができる。
【００２３】  二次電子偏向器１０３、対物レンズ１０５、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９の電圧および電流値は制御部１１６より制御することができる。また、二次電子偏向器１０３、対物レンズ１０５、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９に印加する電圧および電流値は表示部１１５に表示され、ユーザーが確認することができる。また、二次電子偏向器１０３、対物レンズ１０５、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９の電圧および電流値は表示部１１５を通して、ユーザーが任意の値に設定することができる。
【００２４】  本実施例では、分光器１１１の構成として二枚の円筒電極を用いた場合について説明するが、他の形状の分光器、例えば半球型などを用いても本実施例の効果を得る事ができる。また、電場ではなく、磁場を用いた偏向型の分光器でも本実施例の効果を得る事ができる。
【００２５】  ブースター電圧およびリターディング電圧を印加することによって電界によるレンズ作用が発生するため、電圧を印加しない場合と比べて対物レンズが短焦点化されるため、一次電子１０２の空間分解能を向上させる効果がある。具体的な例として、図２にブースター電圧と空間分解能の関係をシミュレーションした結果を示す。ここで、一次電子１０２の加速電圧は２．５ｋＶ、Ｖｒは−１ｋＶである。図２より、Ｖｂの印加に伴い空間分解能が向上することが分かる。これは、一次電子１０２がブースター電界によって加速されて対物レンズ１０５を通過するため、色収差および球面収差が低減するためである。
【００２６】  前述した通り、ブースター電界およびリターディング電界は、二次電子１１０に対しても収束効果がある。図３に、ブースター電圧Ｖｂと二次電子の収束度の関係をシミュレーションした結果を示す。ここで二次電子の収束度とは、エネルギー２ｅＶで光軸から４０°の方向に試料１０６から出射した二次電子１１０の、分光器１１１の入射スリット１１３での到達位置のばらつきと定義する。図２と同様、Ｖｒは−１ｋＶである。図３より、Ｖｂの調整により二次電子の収束度が数桁向上することが分かる。二次電子が収束するほど入射スリット１１３の開口部を通過する電子数が増えるので、Ｖｂを７．３ｋＶに設定することで、より多くの二次電子１１０が入射スリット１１３を通過することになる（数桁向上）。その結果、分光器１１１で得られるスペクトルの信号雑音比が向上する。
【００２７】  つまり、対物レンズ１０５の励磁電流、ブースター電源１０７およびリターディング電源１０９によって印加されるブースター電圧とリターディング電圧を制御部１１６より制御することで、一次電子１０２を試料１０６に、二次電子１１０を入射スリット１１３に、それぞれ同時に収束できる。具体的には、対物レンズの励磁電流、ブースター電圧およびリターディング電圧は、分光器１１１で得られるスペクトルの信号雑音比が最大となる値に設定すればよい。
【００２８】  なお、本実施例では一次電子の収束度は対物レンズ１０５の励磁電流、二次電子の収束度はブースター電源１０７の電圧値で調整する方法について述べたが、他の組合せで一次電子および二次電子を収束してもよい。たとえば、一次電子の収束度はリターディング電源１０９の電圧値、二次電子の収束度は対物レンズ１０５の励磁電流値で調整しても良い。
【００２９】  図１に示すＳＥＭを用い、一次電子は対物レンズの励磁電流で収束し、二次電子はブースター電の電圧値を調整して収束させることにより、高い空間分解能を維持したまま、二次電子検出率の向上を図ることができた。
【００３０】  以上本実施例によれば、一次電子のエネルギーが低い条件において、高い空間分解能と高い二次電子検出率を両立させた電子分光系を有する走査電子顕微鏡およびその電子軌道調整方法を提供することができる。
【００３１】  （第二の実施例）  本発明の第二の実施例について、図４から図６を用いて説明する。なお、第一の実施例に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００３２】  図４は本実施例に係るＳＥＭの構成を示す図である。本実施例は、図１に示す第一の実施例の構成に、第二検出器４０１、第二信号処理部４０３および画像処理部４０４を加えたものである。第二検出器４０１は一次電子１０２の光軸を挟んで分光器１１１の反対側に設置され、第二検出器４０１は二次電子１１０の入射スリット１１３への衝突によって生じる第一の三次電子４０２を検出するためのものである。第二検出器４０１の信号は第二信号処理部４０３を通して、表示部１１５で表示され、ユーザーが確認することができる。
【００３３】  第一の実施例で示した構成では、二次電子１１０が収束されて入射スリット１１３の中心を通過しているかどうかを判別することが難しい。本実施例で開示する構成では、二次電子１１０の最適収束条件を簡便に決定することができる。即ち、二次電子偏向器１０３により二次電子１１０を入射スリット１１３上で走査し、入射スリット１１３で発生する第一の三次電子４０２を第二検出器４０１で検出することで入射スリット１１３のＳＥＭ画像を得る。次に、入射スリット１１３のＳＥＭ画像の鮮鋭度から最適収束条件を決定する。
【００３４】  図４に示すＳＥＭにおける電子軌道調整方法に含まれる具体的な最適収束条件の決定フローを図５に示す。まず、ブースター電圧Ｖｂを印加し（Ｓ５０１）、二次電子偏向器１０３により二次電子１１０を偏向し入射スリット１１３上で走査する（Ｓ５０２）。次に、入射スリット１１３で発生する第一の三次電子４０２を第二検出器４０１で検出することで入射スリット１１３のＳＥＭ画像を得る（Ｓ５０３）。ここで、入射スリット１１３のＳＥＭ画像の例を図６に示す。図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、二次電子が収束していないブースター電圧Ｖｂ１、二次電子が収束しているブースター電圧Ｖｂ２における入射スリット１１３のＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像の左右が明るい理由は、入射スリット１１３に二次電子１１０が衝突し、多くの第一の三次電子４０２が発生しているためである。一方、ＳＥＭ画像の中心部が暗くなっている理由は、二次電子１１０の大部分が入射スリット１１３の開口部を通過し、第一の三次電子４０２がほとんど発生しないためである。二次電子１１０が収束するほど、入射スリット１１３と入射スリット１１３の開口部間の境界は先鋭になるため、図６のＳＥＭ画像から鮮鋭度を求めることで二次電子１１０の収束性を評価することができる。本実施例では、鮮鋭度は図６（ａ）（ｂ）に示すＳＥＭ画像についてｘ方向にラインプロファイルを作成し（図６（ｃ）（ｄ））、ラインプロファイルの最大値を１００％および最小値を０％とし、３０％と７０％の幅ｗの逆数を鮮鋭度と定義する。Ｓ５０４ではＳ５０３で取得したＳＥＭ画像の鮮鋭度を計算する。そして、異なるブースター電圧ＶｂについてＳ５０１からＳ５０４を繰り返す（Ｓ５０５）。最後に、最も鮮鋭度が高いブースター電圧Ｖｂに設定する（Ｓ５０６）。以上のフローにより、最も二次電子１１０が収束したブーステー電圧Ｖｂを求めることができる。なお、ＳＥＭ画像から鮮鋭度を計算する工程は画像処理部４０４で行われる。
【００３５】  前述の鮮鋭度は必ずしも本実施例の定義に限るものではなく、ＳＥＭ画像の鮮鋭度を表す指標であればよい。例えば、ラインプロファイルの傾きの最大値を鮮鋭度としてもよい。また、図５に示したフローにおいて、ブースター電圧Ｖｂをリターディング電圧Ｖｒに変えても良い。ただし、リターディング電圧Ｖｒを変えると一次電子１０２の試料１０６への入射エネルギーおよび二次電子１１０の分光器１１１への入射エネルギーも変化してしまうので、ブースター電圧Ｖｂを変える方が望ましい。
【００３６】  図４に示すＳＥＭを用い、一次電子は対物レンズの励磁電流で収束し、二次電子は図５に示すフローに従って入射スリット１１３のＳＥＭ画像の鮮鋭度が高いブースター電圧に設定することにより、高い空間分解能を維持したまま、二次電子検出率の向上を図ることができた。
【００３７】  以上本実施例によれば、第一の実施例と同様の効果を得ることができる。また、二次電子起因の、分光器の入射スリットからの三次電子によるＳＥＭ画像を取得することにより、二次電子の収束度を確認した上で、二次電子のエネルギースペクトルを取得することができる。これにより、二次電子の収集効率およびエネルギースペクトルの信頼性が向上する。
【００３８】  （第三の実施例）  本発明の第三の実施例について、図７から図１１を用いて説明する。なお、第一又は第二の実施例に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００３９】  図７は本実施例に係るＳＥＭの構成を示す図である。本実施例は、図４に示す第二の実施例の構成に、変換板７０１および一次電子１０２を偏向するための偏向器７０３を加えたものである。変換板７０１は一次電子１０２の光軸を挟んで分光器１１１の反対側に設置され、二次電子１１０が衝突すると第二の三次電子７０２を生成する。第二の三次電子７０２は第一の三次電子４０２と同様に第二検出器４０１で検出される。偏向器７０３は一次電子１０２を試料１０６上で走査し、試料１０６のＳＥＭ画像を得るために用いる。
【００４０】  分光器１１１は特定のエネルギーを持つ電子を通過させる光学素子であるため、試料１０６から放出された二次電子１１０のごく一部しか第一検出器１１２には到達しない。従って、仮に第一検出器１１２を用いて試料１０６のＳＥＭ画像を取得すると、非常に信号雑音比の低い画像になる。
【００４１】  本実施例では、通常のＳＥＭとして試料１０６の形状を観察する際には二次電子偏向器１０３を用いて変換板７０１側に二次電子１１０を偏向し、試料１０６のスペクトルを取得する際には二次電子偏向器１０３を用いて分光器１１１側に二次電子１１０を偏向する。これにより、通常のＳＥＭとして試料形状を観察する用途と、二次電子スペクトルを取得する用途の両方を同一の一次電子１０２の照射条件において実現できる。なお、スペクトル取得の際には、第二の実施例で開示した方法を用いて、二次電子１１０は入射スリット１１３に収束している構成とする。
【００４２】  図７に示すＳＥＭを用いた試料の測定手順を説明するための具体的な測定フローを図８に示す。まず、二次電子１１０を変換板７０１側に偏向し（Ｓ８０１）、試料１０６のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ８０２）。取得したＳＥＭ画像は表示部１１５に表示される。表示されたＳＥＭ画像からスペクトル測定個所をユーザーが指定する（Ｓ８０３）。ここで、スペクトル測定個所は図９に示す点Ａおよび点Ｂのように、ユーザーがＧＵＩ等を用いて複数指定できる構成とする。次に、偏向器７０３を用いて、指定された個所に一次電子１０２を照射する（Ｓ８０４）。その後、二次電子１１０を分光器１１１側に偏向し（Ｓ８０５）、二次電子スペクトルを取得する（Ｓ８０６）。取得した二次電子スペクトルはＳＥＭ画像と同様に表示部１１５に表示される（図９）。
【００４３】  試料１０６の観察の際に、例えば対物レンズ１０５の励磁電流やブースター電圧を変化させると、一次電子１０２だけではなく二次電子１１０の収束性も変化する。本実施例では、図７に示すＳＥＭを用いて、一次電子１０２と二次電子１１０の最適収束条件を求めるための方法を示す。
【００４４】  図１０に一次電子１０２と二次電子１１０の最適収束条件を求めるためのフローを示す。まず、二次電子１１０を変換板７０１側に偏向し（Ｓ１００１）、対物レンズの励磁電流値を設定し（Ｓ１００２）、第二検出器４０１で試料１０６のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１００３）。そして、取得した画像の鮮鋭度を算出する（Ｓ１００４）。ここで、画像の鮮鋭度は第二の実施例で述べた方法と同じ方法で求める。画像の鮮鋭度が最大となるまでＳ１００１−Ｓ１００４を繰り返し（Ｓ１００５）、鮮鋭度が最大となる対物レンズの励磁電流値に設定する（Ｓ１００６）。次に、二次電子１１０を分光器１１１側に偏向し（Ｓ１００７）、ブースター電圧を設定し（Ｓ１００８）、第二検出器４０１で入射スリット１１３のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１００９）。Ｓ１００４と同様に、入射スリット１１３のＳＥＭ画像の鮮鋭度を求め（Ｓ１０１０）、鮮鋭度が最大となるまでＳ１００８からＳ１０１０までを繰り返す（Ｓ１０１１）。そして、鮮鋭度が最大となるブースター電圧に設定する（Ｓ１０１２）。ブースター電圧を変更すると一次電子の収束度が変化するので、対物レンズ電流値およびブースター電圧値が収束するまで、Ｓ１００１からＳ１０１２のフローを繰り返し、最適収束条件を決定する。
【００４５】  図１０のフローにおいて、Ｓ１００２で変更する変数をリターディング電圧、Ｓ１００８で変更する変数を対物レンズの励磁電流とするなど、リターディング電圧、ブースター電圧および対物レンズの励磁電流のうち異なる２つの変数を組み合わせれば本実施例と同等の効果を得ることができる。
【００４６】  本実施例では、試料１０６のＳＥＭ画像は変換板７０１で発生した第二の三次電子７０２を第二検出器４０１で検出することで得るが、図１１に示すように、変換板７０１の代わりに半導体検出器等の第三検出器１１０１を置き、試料１０６で発生した二次電子１１０を直接、第三検出器１１０１で検出する場合でも、本実施例と同等の効果を得ることができる。この場合、入射スリット１１３の走査像は第二検出器４０１で取得することになる。第三検出器１１０１の信号は、他の検出器と同様、第三信号処理部１１０２を通して、表示部１１５で表示され、ユーザーが確認することができる。
【００４７】  図７に示すＳＥＭと、図８および図１０に示すフロー図に従って、一次電子および二次電子を収束し、二次電子のスペクトルを取得したところ、高い空間分解能を維持したまま、二次電子検出率の向上を図ると共に、試料の所望の箇所を容易に特定できるため、所望の箇所の二次電子スペクトルを短時間で取得することができた。
【００４８】  以上本実施例によれば、第一および第二の実施例と同様の効果を得ることができる。また、試料上の所望の箇所を確認した上で、二次電子のスペクトルを取得することができる。
【００４９】  なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】１０１…電子源、１０２…一次電子、１０３…二次電子偏向器、１０４…ブースター電極、１０５…対物レンズ、１０６…試料、１０７…ブースター電源、１０８…試料ホルダ、１０９…リターディング電源、１１０…二次電子、１１１…分光器、１１２…検出器（第一検出器）、１１３…入射スリット、１１４…信号処理部（第一信号処理部）、１１５…表示部、１１６…制御部、４０１…第二検出器、４０２…三次電子（第一の三次電子）、４０３…第二信号処理部、４０４…画像処理部、７０１…変換板、７０２…第二の三次電子、７０３…偏向器、１１０１…第三検出器、１１０２…第三信号処理部。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月13日(2017.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、
前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、
前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、
前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、
前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、
前記二次電子を分光するための分光器と、
前記分光器を通過した二次電子を検出する検出器と、
前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段の中の少なくとも一者への印加電圧を制御する制御部と、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記分光器は、セクター型分光器であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
電子源と、
前記電子源から放出される一次電子を試料上に収束する対物レンズと、
前記一次電子を加速して前記対物レンズを通過させる一次電子加速手段と、
前記一次電子を減速して前記試料に照射する一次電子減速手段と、
前記対物レンズによって収束された前記一次電子により生じた前記試料からの二次電子を前記一次電子の光軸外に偏向する二次電子偏向器と、
前記二次電子を分光するための分光器と、
前記分光器を通過した前記二次電子を検出する第一の検出器と、
前記二次電子の前記分光器の入射スリットへの照射によって生じる三次電子を検出する第二の検出器と、
前記二次電子を前記入射スリット上で走査するように前記二次電子偏向器への印加電圧を制御し、前記第二の検出器によって検出された前記三次電子の検出信号を用い前記入射スリットの走査像を得るための制御部と、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記入射スリットの走査像の鮮鋭度を算出する処理部を更に有し、
前記制御部は、最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られるように前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記一次電子を偏向させるための偏向器と、
前記一次電子の光軸を挟んで前記分光器と反対側に配置され前記二次電子を衝突させるための変換板と、を更に有し、
前記第二の検出器は、前記二次電子の前記変換板への照射によって生じる三次電子の検出にも用いられ、
前記制御部は、前記試料の走査像を得る場合は前記二次電子を前記変換板側に偏向するように、前記試料の二次電子スペクトルを得る場合には前記二次電子を前記分光器側に偏向するように、前記二次電子偏向器へ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６】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段によって形成されるレンズにより前記二次電子を前記分光器の入口に収束させるように、前記対物レンズ、前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段の中の少なくとも一者へ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７】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
表示された前記試料の走査像における任意の点を指定し、指定した前記任意の点に前記一次電子を照射して得られる二次電子スペクトルを表示する表示部を更に有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料の走査像の鮮鋭度と前記入射スリットの走査像の鮮鋭度とを算出する処理部を有し、
前記制御部は、最も鮮鋭な前記試料の走査像が得られる前記対物レンズの励磁電流値と、 最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られる前記一次電子加速手段もしくは前記一次電子減速手段に印加する電圧値を算出し、前記電流値および前記電圧値を出力することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料の走査像の鮮鋭度と前記入射スリットの走査像の鮮鋭度とを算出する処理部を有し、
前記制御部は、最も鮮鋭な前記試料の走査像が得られる前記一次電子加速手段もしくは前記一次電子減速手段に印加する電圧値と、最も鮮鋭な前記入射スリットの走査像が得られる前記対物レンズの励磁電流値を算出し、前記電流値および前記電圧値を出力することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記一次電子を偏向させるための偏向器と、
前記一次電子の光軸を挟んで前記分光器と反対側に前記二次電子を検出するための第三の検出器とを有し、
前記制御部は、前記試料の走査像を得る場合は前記二次電子を前記第三の検出器側に偏向するように、前記試料の二次電子スペクトルを得る場合は前記二次電子を前記分光器側に偏向するように、前記二次電子偏向器へ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１１】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡を用いた電子軌道調整方法において、
前記検出器で得られる前記二次電子のスペクトルの信号雑音比が最大となるように前記対物レンズの励磁電流、前記一次電子加速手段および前記一次電子減速手段への印加電圧を設定することを特徴とする電子軌道調整方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡における電子軌道調整方法において、
前記一次電子加速手段に電圧を印加する第１の工程と、
前記二次電子偏向器で前記二次電子を前記分光器側へ偏向させる第２の工程と、
前記三次電子を前記第二の検出器で検出し、前記分光器の入射スリットの走査像を取得する第３の工程と、
前記走査像の鮮鋭度を算出する第４の工程と、
前記第１の工程から前記第４の工程を繰り返す工程と、
最も鮮鋭度が高くなる前記一次電子加速手段の電圧を、前記一次電子加速手段への印加電圧として設定する工程と、を有することを特徴とする電子軌道調整方法。
【国際調査報告】
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