(57)【要約】      （修正有）【課題】電子検出器として、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いた場合に、その感度低下を防ぎ、さらに長寿命化を図ることである。【解決手段】試料Ｗに電子線ＥＢを照射し、その試料Ｗから放出される二次電子ＳＥを検出して試料Ｗの分析を行う分析装置１であって、マイクロチャンネルプレート１５１と、そのマイクロチャンネルプレート１５１によって増幅された電子ＳＥを検出する検出部１５２と、前記試料Ｗから放出された二次電子ＳＥに電界を印加して二次電子ＳＥの軌道を制御する二次電子制御手段２と、を備えている。【選択図】図２
2008140723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料にエネルギ線を照射し、その試料によって生ずる荷電粒子を検出して前記試料の分析を行う分析装置であって、
前記エネルギ線を通過させるための通過孔を有し、前記試料表面に荷電粒子入射面を対向させて配置した環状のマイクロチャンネルプレートと、
前記マイクロチャンネルプレートによって増幅された前記荷電粒子を検出する検出部と、
前記エネルギ線と同軸に配置され、電界及び／又は磁界を発生させて、前記荷電粒子の前記マイクロチャンネルプレートに対する入射領域を変更させる円環状の荷電粒子軌道調整手段と、を備えていることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記荷電粒子軌道調整手段が、前記マイクロチャンネルプレートのゲインが所定値未満となったときに、前記電界及び／又は磁界を変化させて、前記入射領域を変更させるものであること特徴とする請求項１記載の分析装置。
【請求項３】
前記荷電粒子軌道調整手段が、前記電界及び／又は磁界を定期的に変化させて、前記入射領域を変更させるものであること特徴とする請求項１記載の分析装置。
【請求項４】
前記電子軌道調整手段が、対物レンズの試料側電極であり、
前記エネルギ線の照射に影響を与えない範囲内で前記試料側電極の電圧を変化させて、前記入射領域を変更させるものであること特徴とする請求項１、２又は３記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等のように、試料にエネルギ線を照射し、その試料から放出される二次電子、反射電子などの荷電粒子を検出して前記試料の分析を行う分析装置に関し、特に、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いた分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば走査型電子顕微鏡等の分析装置は、小型化、高感度化、高分解能化が望まれている。このため、二次電子検出器に、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いたものがある（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、試料から放出された二次電子は、マイクロチャンネルプレートの引き込み電圧と二次電子検出器周辺の電界により、その軌道が決定されてしまい、数あるＭＣＰチャネルの中で一部分（所定領域）に二次電子の入射が集中してしまう。その結果、二次電子が集中して入射したチャネルは、二次電子が飽和して焦げてしまい、二次電子検出器の感度が劣化してしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平０７−３３５１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、電子やイオンといった荷電粒子の集中化によるマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）の短期での劣化を防ぎ、長寿命化を図ることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明に係る分析装置は、試料にエネルギ線を照射し、その試料によって生ずる荷電粒子を検出して前記試料の分析を行う分析装置であって、前記エネルギ線を通過させるための通過孔を有し、前記試料表面に荷電粒子入射面を対向させて配置した環状のマイクロチャンネルプレートと、前記マイクロチャンネルプレートによって増幅された前記荷電粒子を検出する検出部と、前記エネルギ線と同軸に配置され、電界及び／又は磁界を発生させて、前記荷電粒子の前記マイクロチャンネルプレートに対する入射領域を変更させる円環状の荷電粒子軌道調整手段と、を備えていることを特徴とする。ここで、「エネルギ線」とは、例えばＸ線、電子線、イオンビーム等である。
【０００６】
このようなものであれば、マイクロチャンネルプレートに入射する二次電子や二次イオンといった荷電粒子の集中による劣化を防ぐことができるので、マイクロチャンネルプレートの感度低下を長期にわたり防ぐことができる。その結果、マイクロチャンネルプレートの長寿命化も可能とすることができる。このとき、荷電粒子軌道調整手段をエネルギ線と同軸に設けているので、エネルギ線を曲げてしまう等の悪影響を及ぼすこと無く、試料から放出した荷電粒子の軌道を制御することができる。
【０００７】
荷電粒子軌道調整手段の荷電粒子軌道の具体的な制御態様としては、前記荷電粒子軌道調整手段が、前記マイクロチャンネルプレートのゲインが所定値未満となったときに、前記電界及び／又は磁界を変化させて、前記入射領域を変更させるものであることが考えられる。
【０００８】
また、前記荷電粒子軌道調整手段が、前記電界及び／又は磁界を定期的に変化させて、前記入射領域を変更させるものであること特徴とすることも考えられる。
【０００９】
荷電粒子軌道調整手段の具体的な実施の態様としては、電極又は磁極、或いはそれらを組み合わせたものが考えられ、より具体的には、分析装置の小型化及び簡略化の観点から、対物レンズの試料側電極とすることが望ましい。そして、その試料側電極を用いる場合には、前記エネルギ線に影響を与えない範囲内で前記試料側電極の電圧を変化させて、前記入射領域を変更させるものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成した本発明によれば、エネルギ線の軌道を変化させることなく、試料によって生じる荷電粒子の軌道のみを制御することができる。したがって、マイクロチャンネルプレートの短期での劣化を防ぎ、マイクロチャンネルプレートの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡１を示す模式的構成図であり、図２は、対物レンズ及び電子軌道調整手段を主として示す部分拡大断面図である。
【００１２】
本実施形態に係る走査型電子顕微鏡１は、図１に示すように、電子銃１１と、電子銃１１から射出された電子線ＥＢを試料Ｗの所定部位に収束させるレンズ機構及び電子線ＥＢを走査させるための走査機構等からなる電子線制御手段１２と、電子銃１１及び電子線制御手段１２を内部に有する鏡筒１３と、鏡筒１３の下端部に設けられ、前記電子銃１１からの電子線ＥＢが照射される試料Ｗを収容する試料室１４と、試料Ｗへの電子線ＥＢ照射により発生した二次電子（荷電粒子）ＳＥを検出する電子検出器（荷電粒子検出器）１５と、電子検出器１５からの検出信号に基づき試料Ｗ上の電子線ＥＢの２次元走査に同期して試料像を表示等する情報処理装置１６と、を備えている。なお、前記電子銃１１としては、熱フィラメント型のものや熱電界放出型のものである。
【００１３】
電子線制御手段１２は、電子銃１１から電子を引き出すためのガンレンズ、電子線量のモニタと電子線ＥＢの開き角を制御するアパーチャ、電子線ＥＢの非点収差を補正するための非点補正器（スティグメータ）、電子線ＥＢを走査するための走査偏向器（スキャニングデフレクタ）、電子線ＥＢを試料Ｗ表面上に収束させるための対物レンズからなり、これらは上部からこの順で形成されている。本実施形態では、対物レンズ下端と試料との距離（作動距離）が、例えば４ｍｍとしている。
【００１４】
試料室１４は、試料移動機構を有する試料台と、試料室１４内を真空にするための真空排気機構（図示しない）を備えている。
【００１５】
電子検出器１５は、図２に示すように、対物レンズと試料Ｗとの間に配置されて、試料Ｗからの二次電子ＳＥを検出するものであり、その二次電子ＳＥを増幅させるマイクロチャンネルプレート１５１と、そのマイクロチャンネルプレート１５１により増幅された増幅電子を検出する検出部１５２を備えている。本実施形態の電子検出器は、作動距離を可及的に小さくするため、鏡筒１３の下端部に埋め込まれている。
【００１６】
マイクロチャンネルプレート１５１は、電子線ＥＢを通過させるための通過孔１５１ａを有し、試料表面に電子入射面を対向させて配置した円環状のものであり、いわゆるセンタホールタイプのものである。その電子入射面は、グラウンドに接続されおり、電子射出面は、図示しない電源により高電圧が印加されて＋２ｋＶの電位を有している。
【００１７】
検出部１５２は、マイクロチャンネルプレート１５１によって増幅された電子を検出して、その検出した電子の量に応じた電気出力信号を情報処理装置１６に出力するものである。本実施形態の検出部１５２は、信号読み出し用のアノード１５２１を備えたものである。
【００１８】
アノード１５２１は、前記マイクロチャンネルプレート１５１と平面視概略同一形状をなすものであり、エネルギを通過させるための通過孔１５２１ａを有し、マイクロチャンネルプレート１５１の電子射出面に対向して配置された円環状のものである。そして、アノード１５２１は、図示しない電源により高電圧が印加されて＋２．２ｋＶの電位を有している。なお、マイクロチャンネルプレート１５１及びアノード１５２１は、電子線ＥＢの中心軸と同軸に設けられている。
【００１９】
情報処理装置１６は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス、ＡＤ変換器、入力手段等からなる汎用又は専用のコンピュータである。そして、前記メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器が作動することにより、この情報処理装置５が、前記電子検出器１５からの電気出力信号を受信して、二次電子像の表示等を行う。
【００２０】
しかして、本実施形態の走査型電子顕微鏡１は、図２に示すように、電界を発生させ、試料Ｗから放出される二次電子ＳＥに電界を印加して、その二次電子ＳＥのマイクロチャンネルプレート１５１に対する入射領域を変更させる円環状の電子軌道調整手段（荷電粒子軌道調整手段）２と、その電子軌道調整手段２に印加する電圧を制御する制御部３と、電子軌道調整用電源４と、を備えている。
【００２１】
電子軌道調整手段２は、電子線ＥＢと同軸上に配置される円環状をなす電極（以下、「電子軌道調整電極２」と言うこともある。）であり、図示しない保持部材によりマイクロチャンネルプレート１５１の下方（例えば、電子入射面近傍）に固定されている。より詳細には、電子軌道調整手段２は、マイクロチャンネルプレート１５１と試料Ｗとの間における電子線ＥＢの中心軸と、電子軌道調整電極２の回転軸とがほぼ一致するように配置される。これにより、電子軌道制御電極２により生じた電界は、電子線ＥＢの中心軸に対して軸対称となる。また、リード線によって電子軌道調整用電源４に接続されている。
【００２２】
制御部３は、前記情報処理装置１６のメモリの所定領域に格納してある電圧制御用のプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器が作動することにより機能するものであり、電子軌道調整用電源４を制御することにより、電子軌道制御電極２に印加する電圧を調整することにより、発生させる電界を制御するものである。
【００２３】
具体的な制御方法としては、制御部３は、検出部１５２から取得した電気出力信号に基づいてマイクロチャンネルプレート１５１のゲインを判断して、そのゲインが所定値未満になった場合に、電子軌道調整用電源４を制御して電子軌道調整電極２に印加する電圧を調整することにより、電界を発生させ、またそれを変化させる。
【００２４】
例えば、制御部３は、通常状態において電子軌道調整電極２には電圧を印加しないように、電子軌道調整用電源４を制御する（図３（ａ）参照）。
【００２５】
そして、マイクロチャンネルプレート１５１のゲインが所定値未満になった場合に、制御部３は、電子軌道調整電極２に印加する電圧が負となり、例えば−２０Ｖとなるように、電子軌道調整用電源４を制御する。このとき、二次電子ＳＥは、電子軌道調整電極２によって生じた電界で反発力を受ける。その結果、二次電子ＳＥのマイクロチャンネルプレート１５１に対する入射領域が通常状態のときに比べて外側に変更される（図３（ｂ）参照）。
【００２６】
あるいは、制御部３は、電子軌道調整電極２に印加する電圧が正となり、例えば５０Ｖとなるように、電子軌道調整用電源４を制御する。このとき、二次電子ＳＥは、電子軌道調整電極２による電界から引っ張り力を受ける。その結果、二次電子ＳＥのマイクロチャンネルプレート１５１に対する入射領域が、通常状態のときに比べて内側に変更される（図３（ｃ）参照）。
【００２７】
このように構成した本実施形態に係る走査型電子顕微鏡１によれば、マイクロチャンネルプレート１５１に入射する二次電子ＳＥの集中による劣化を防ぐことができるので、マイクロチャンネルプレート１５１の感度低下を防ぐことができる。また、マイクロチャンネルプレート１５１の長寿命化も可能とすることができる。このとき、電子軌道調整手段２及び電子検出器１５を電子線ＥＢと同軸に設けているので、電子線ＥＢを曲げてしまう等の悪影響を及ぼすこと無く、試料Ｗから放出した二次電子ＥＢのみの軌道を制御することができる。さらに、マイクロチャンネルプレート１５１を用いているので、走査型電子顕微鏡１の小型化、高感度化、高分解能化を可能とすることができる。
【００２８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００２９】
例えば、前記実施形態では、電子軌道調整手段２が電極であったが、磁極で磁界を発生させるものあっても良いし、電極及び磁極の両方を用いたものであっても良い。
【００３０】
さらに、電子軌道調整手段２に関して言うと、電子軌道調整手段２を対物レンズの電極の一部を兼ねても良い。このとき、対物レンズの例えば試料側電極の電圧を変化させるようにする。つまり、制御部３は、電子線ＥＢに影響を与えない範囲内（例えば、±数Ｖ）で電子軌道調整電極２に印加する電圧を変化させる。
【００３１】
その上、電子軌道調整手段２の制御方法としては、例えば定期的に印加する電圧を変化させることも考えられる。
【００３２】
また、マイクロチャンネルプレート１５１に対する二次電子ＳＥの入射領域の変更の順番としては、マイクロチャンネルプレートの中央部分から徐々に外側に変更するようにしても良いし、あるいは、外側から徐々に中央部分に変更するようにしても良い。
【００３３】
また、前記実施形態では、制御部３と、情報処理装置１６とが、一体ものであったが、別々ものであっても良い。
【００３４】
また、前記実施形態では、電子検出器１５が鏡筒１３の下端部に埋め込まれたものであったが、埋め込まれていないものであっても良い。
【００３５】
加えて、前記実施形態では、二次電子ＳＥを検出するものであったが、オージェ電子や反射電子等の電子を検出するものであっても良い。
【００３６】
さらにその上、前記実施形態の分析装置１は、走査型電子顕微鏡であったが、その他にも、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）における反射電子及び／又は二次電子検出、オージェ電子分光装置（ＡＥＳ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）や、電子に限らず二次イオンなどを検出するものであっても良い。
【００３７】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る走査型電子顕微鏡の模式的構成図。
【図２】同実施形態の対物レンズ及び電子軌道制御手段を主として示す断面図。
【図３】同実施形態における電子軌道制御を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
ＥＢ    ・・・電子線
Ｗ      ・・・試料
ＳＥ    ・・・二次電子
１      ・・・分析装置（走査型電子顕微鏡）
１５    ・・・電子検出器
１５１  ・・・マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）
１５１ａ・・・通過孔
１５２  ・・・検出部
１６    ・・・情報処理装置
２      ・・・電子軌道調整手段（電子軌道調整電極）
３      ・・・制御部
【図１】
2008140723.tif 000003
【図２】
2008140723.tif 000004
【図３】
2008140723.tif 000005