(57)【要約】【課題】試料の種類や観察条件に依存せずに、安定に二次電子信号をしたり、所望のエネルギーの二次電子信号を検出することが出来る。【解決手段】電子銃からの電子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、加速及び集束された電子ビームを減速して試料３上に集束する減速集束レンズ系、電子ビームで試料３上を走査させるための走査コイル４、減速集束レンズ系で加速及び集束され、加速集束レンズ系で減速及び集束された二次電子ビームの進行方向を変える収集電極２４、二次電子子ビームをエネルギーに応じて進行方向を変える第１分散電極２５と第２分散電極２６、二次電子ビームを検出する二次電子ビーム検出器２９、及び、検出された二次電子ビームに基づいて試料３の二次電子ビーム像を表示する表示装置１２を備えている。【選択図】図４
2008198471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、該加速及び集束された荷電粒子ビームを減速して試料上に集束する減速集束レンズ系、該荷電粒子ビームで前記試料上を走査させるための走査レンズ系、前記減速集束レンズ系で加速及び集束され、前記加速集束レンズ系で減速及び集束された二次荷電粒子ビームの進行方向を変える第１方向変更レンズ系、該方向変更レンズ系により入って来る二次荷電粒子ビームをエネルギーに応じて進行方向を変える第２方向変更レンズ系、該第２方向変更レンズ系からの二次荷電粒子ビームを検出する二次荷電粒子ビーム検出器、及び、該検出された二次荷電粒子ビームに基づいて前記試料の二次荷電粒子ビーム像を表示する表示装置を備えた荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、該加速及び集束された荷電粒子ビームを減速して試料上に集束する減速集束レンズ系、該荷電粒子ビームで前記試料上を走査させるための走査レンズ系、前記減速集束レンズ系で加速及び集束され、前記加速集束レンズ系で減速及び集束された二次荷電粒子ビームの進行方向を変える第１方向変更レンズ系、該方向変更レンズ系により入って来る二次荷電粒子ビームを前記第１方向変更レンズ系とでエネルギーに応じて進行方向を変える第２方向変更レンズ系、該第２方向変更レンズ系からの二次荷電粒子ビームを検出する二次荷電粒子ビーム検出器、及び、該検出された二次荷電粒子ビームに基づいて前記試料の二次荷電粒子ビーム像を表示する表示装置を備えた荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記加速集束レンズ系は、三枚の電極から成り、そのうち前記荷電粒子ビーム源側の電極は集束位置を調整するための電極である請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記減速集束レンズ系は、筒状の加速電極と減速電極から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記加速集束系レンズを成す三枚の電極のうち、試料側の電極が前記筒状の加速電極に固定されていること特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記第２の方向変更系レンズは、二枚のドーナツ状の電極が互いに接触しないように対向配置されて成る請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記第２の方向変更系レンズを成すドーナツ状の電極の一方は、前記試料に対向している面が前記荷電粒子ビーム源側に凹状に湾曲しており、他方は、前記荷電粒子ビーム源に対向している面が前記試料側に凹状に湾曲している請求項６記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記二次荷電粒子ビーム検出器は中央部に荷電粒子ビーム通加孔を有するドーナツ板状の検出器から成り、該孔内に前記第１の方向変更系レンズが配置されている請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。  
【請求項９】
前記減速電極への印加電圧及び／若しくは前記筒状の加速電極への印加電圧により前記試料から発生する荷電粒子ビームの光軸に対する放射方向をコントロールするように成した請求項４記載の荷電粒子ビーム装置
【請求項１０】
前記加速集束レンズ系による二次荷電粒子ビームの集束点近傍に、二次荷電粒子を集束させる磁場若しくは電場を形成する磁界コイル若しくは静電電極を設けたことを特徴とする請求項１又は２の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
前記減速電極に沿って少なくとも三方から該減速電極を取り囲む様に少なくとも三枚の歪み矯正用電極を配置した請求項４記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
前記各歪み矯正用電極各々に個別に電圧を印加する手段を設けた請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
前記ドーナツ板状荷電粒子ビーム検出器は、周方向及び放射方向に複数分割され、各分割部からそれぞれ独立して前記試料からの二次荷電粒子ビームが検出される様に成した請求項８記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
前記加速集束レンズ系を成す三枚の電極のうち、中間に配置された電極と荷電粒子ビーム源側の電極とで二次荷電粒子の開き角を調整するように成した請求項３記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料からの荷電粒子ビームを検出する機構を備えた荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路では回路パターンの微細化が一層進んでいる。これらの回路パターンを検査するために、低加速電圧で高分解能の荷電粒子ビーム装置である走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）が用いられている。
【０００３】
この様な走査型電子顕微鏡の中には、例えば、一次電子ビームを加速場でエネルギーを高く維持することにより色収差の影響を低減した状態で合焦点制御し、減速場で試料に入射する一次電子ビームのエネルギーを小さなものにして、低加速電圧で高分解能の試料観察を行うものがある。
図１はこの様な走査型電子顕微鏡の一概略例を示す図である。
【０００４】
図中１は電子銃（図示せず）から放出された電子ビーム（一次電子ビーム）、２は該一次電子ビームを試料３上に集束させるための磁界を形成する磁界レンズ、４は前記一次電子ビーム１で前記試料３上をそれぞれＸ方向，Ｙ方向に走査するための偏向場を形成する走査コイル、５は前記走査コイル４と前記磁界レンズ２に沿って設けら前記一次電子ビーム１を前記試料方向に加速させる電界を形成する円筒型の加速電極、６は該加速された一次電子ビーム１を試料直前で減速させる減速場を形成する減速電極、７は前記試料３を載置する試料ステージで、該ステージを傾斜する傾斜手段（図示せず）を備えている。
【０００５】
８は各種指令及び演算等を行う制御装置、９は該制御装置の指令に基づいて走査信号を作成し、該走査信号を前記走査コイル４に送る走査制御装置、１０は前記制御装置８の指令に基づいて前記磁界レンズ２に励磁電流を送る磁界レンズ制御装置である。
【０００６】
１１は前記一次電子ビーム１による走査により前記試料３から放出された二次電子１２を検出する二次電子検出器で、該二次電子検出器の出力信号は増幅器（図示せず）とＡＤ変換器（図示せず）を介して前記制御装置８に送られる。
【０００７】
１２は前記制御装置８に送られてきた二次電子信号に基づいて前記試料３上の観察領域に関する二次電子像を表示する表示装置である。
【０００８】
１３、１４は前記制御装置８の指令に基づいて前記加速電極５、前記減速電極６にそれぞれ正の電圧を印加する可変電源、１５は前記試料３に負の電圧を印加する可変電源である。尚、Ｏは光軸（電子光学の中心軸）である。
【０００９】
この様な構成の装置において、一次電子ビーム１で試料３上を走査すると、該試料３から二次電子１２が放出され、該二次電子は減速電極６と前記試料３の間に形成される正の電界により、該減速電極の開口部から前記加速電極５内に吸引され、前記磁界レンズ２の磁場によるレンズ作用を受けながら上昇し、二次電子検出器１１に検出される。該二次電子検出器の出力信号（二次電子信号）は増幅器（図示せず）とＡＤ変換器（図示せず）を介して制御装置８に送られ、表示装置１２の表示画面に前記二次電子信号に基づく試料像が表示される。
【００１０】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９/４６７９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
所で、この様な構成の走査型電子顕微鏡において、取得される画像情報は試料の種類や観察条件に依存して変化する。
【００１２】
例えば、試料表面が電気的絶縁性の高い材料で覆われている場合、得られる画像情報に帯電に基づく像全体を明るくする成分が含まれる。
【００１３】
図２に示すように一次電子ビームに対する加速電圧が試料３からの二次電子発生効率が１より小さい電圧の範囲の場合、前記試料３の電子ビーム照射部分は負に帯電し、該部分の表面電位が、前記試料のその他の部分（電子ビーム非照射部分）と比較して、数Ｖ（ボルト）程度低くなる。これにより、前記試料３から放出される二次電子に含まれる１ｅＶ〜３ｅＶの低エネルギー成分は前記試料３に引き戻されることなく、二次電子検出器１１に取得され画像情報が劣化（前記像全体を明るく）する。
【００１４】
又、例えば、磁界レンズ２、加速電極５及び減速電極６から成る対物系レンズにより形成される電磁界が変化すると（試料観察条件の変化の一例）、二次電子１２の集束条件が変化し、これにより、二次電子検出器１１にて取得される二次電子量が低下し、該二次電子信号に基づく画像情報が劣化する。
【００１５】
又、例えば、入射する一次電子ビーム１に対して試料３を傾斜させて該試料の観察を行う場合（試料観察条件の変化の他の例）、図３に示す様に、減速電極６と前記試料３間から漏れる電界（漏洩電界）の形状が変形し（光軸Ｏに対して非対称な形状となる）、該漏洩電界により、前記試料３から放出された二次電子の軌道が１２´に示す様に曲げられ、その結果、前記二次電子検出器１１に取得される二次電子の量が低下し、該二次電子信号に基づく画像情報が劣化する。
【００１６】
本発明はこの様な問題を解決するために成されたもので、試料の種類や観察条件に依存せずに、安定した良好な二次電子信号を検出したり、或いは、所望のエネルギー帯の二次電子信号を検出することが出来る新規な荷電粒子ビーム装置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】
【００１７】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、該加速及び集束された荷電粒子ビームを減速して試料上に集束する減速集束レンズ系、該荷電粒子ビームで前記試料上を走査させるための走査レンズ系、前記減速集束レンズ系で加速及び集束され、前記加速集束レンズ系で減速及び集束された二次荷電粒子ビームの進行方向を変える第１方向変更レンズ系、該方向変更レンズ系により入って来る二次荷電粒子ビームをエネルギーに応じて進行方向を変える第２方向変更レンズ系、該第２方向変更レンズ系からの二次荷電粒子ビームを検出する二次荷電粒子ビーム検出器、及び、該検出された二次荷電粒子ビームに基づいて前記試料の二次荷電粒子ビーム像を表示する表示装置を備えている。
【００１８】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを加速及び集束する加速集束レンズ系、該加速及び集束された荷電粒子ビームを減速して試料上に集束する減速集束レンズ系、該荷電粒子ビームで前記試料上を走査させるための走査レンズ系、前記減速集束レンズ系で加速及び集束され、前記加速集束レンズ系で減速及び集束された二次荷電粒子ビームの進行方向を変える第１方向変更レンズ系、該方向変更レンズ系により入って来る二次荷電粒子ビームを前記第１方向変更レンズ系とでエネルギーに応じて進行方向を変える第２方向変更レンズ系、該第２方向変更レンズ系からの二次荷電粒子ビームを検出する二次荷電粒子ビーム検出器、及び、該検出された二次荷電粒子ビームに基づいて前記試料の二次荷電粒子ビーム像を表示する表示装置を備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、試料の種類や観察条件に依存せずに、安定に二次電子信号を検出したり、或いは、所望のエネルギー帯の二次電子信号を検出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図４は本発明の荷電粒子ビーム装置の一例である走査型電子顕微鏡の一概略例を示している。尚、図４において、前記図１にて使用した記号と同一記号を付したものは同一構成要素を示す。
【００２２】
図４において、２１は電子銃（図示せず）からの一次電子ビームの量を所定の電子量に制限する制限絞り、２２は該制限絞りの鉛直下方に配置され、前記一次電子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズである。
【００２３】
２３は前記開き角制御レンズ２２の鉛直下方に配置され、中央に円形の開口部を有する、例えば、漏斗状の筒体から成る基準電位電極、２４は該基準電位電極の鉛直下方に配置され、試料３からの二次電子を一次電子ビームの軌道軸外に集束及び発散させる収集電極である。
【００２４】
２５、２６は、それぞれ、前記基準電位電極２３と前記収集電極２４との間に互いに接触しないように空間を有して対向配置され、前記収集電極２４によって集束及び発散された二次電子をエネルギー分散するための分散作用を成す第１分散電極、第２分散電極で、共にドーナツ形状を成している。前記第１分散電極２５は、前記試料３に対向している面が前記電子銃側に凹状に湾曲しており、前記第２分散電極２６は前記電子銃側に対向している面が前記試料３側に凹状に湾曲しているので、該両分散電極を全体から見ると、両サイドに大きな隙間を有し、内部に大きな空間を有する円環状体を成している。
【００２５】
２７は前記収集電極２４の鉛直下方に配置され、中央が円形の開口部を有したすり鉢形状をした第１加速電極、２８は加速電極５の上端に固定された中央が円形の開口部を有したすり鉢形状をした第２加速電極である。
【００２６】
２９は前記第１分散電極２５の凹状湾曲面と前記第２分散電極２６の凹状湾曲面との間に形成される空間部を通過する二次電子を検出する二次電子検出器で、該二次電子検出器の出力（二次電子信号）は増幅器（図示せず）とＡＤ変換器（図示せず）を介して制御装置８に送られる。
【００２７】
３０は前記制御装置８の指令に基づいて前記第１分散電極２５と前記第２分散電極２６に電圧を印加する分散電極制御装置である。
【００２８】
３２は前記制御装置８の指令に基づいてレンズ制御信号を前記開き角制御レンズ２２に送る開き角レンズ制御装置である。
【００２９】
３３は前記制御装置８の指令に基づいて前記基準電位電極２３に電圧を印加する可変電源、３４は前記制御装置８の指令に基づいて前記収集電極２４に電圧を印加する可変電源、３５は前記制御装置８の指令に基づいて前記第１加速電極３０に電圧を印加する可変電源である。
【００３０】
この様に構成された走査型電子顕微鏡において、電子銃から放出され、前記制限絞り２１及び開き角制御レンズ２２を通過した一次電子ビームは、１´に示す様に、前記基準電位電極２３、前記第１加速電極２７及び前記第２加速電極２８から形成される加速場レンズ３６により加速及び集束され（点Ａに集束する）、前記加速電極５，減速電極６及び試料３から形成される減速場レンズ系により形成される減速場レンズ２０により減速され、該減速場レンズに前記磁界レンズ２が形成する磁場から成る電磁界レンズにより前記試料３上に集束する。
【００３１】
この際、前記制御装置８からの指令に基づいて、前記走査制御装置９は前記走査コイル４に走査信号を供給するので、前記一次電子ビーム１´は前記試料３上を走査する。
【００３２】
該一次電子ビーム１´の照射により、前記試料３から二次電子が放出され、該二次電子は前記加速電極５、前記減速電極６及び前記試料３から形成される加速場レンズ２０（前記一次電子ビームに対して減速場として作用する前記減速場レンズ２０は二次電子から見ると加速場レンズとして作用する）により加速されて前記減速電極６の開口部に吸引され、更に、該加速場レンズ２０と前記磁界レンズ２の磁場とで形成される電磁界により集束されて、図５において３７に示す様に、前記加速電極５内を光軸Ｏに沿って上昇する。
【００３３】
この二次電子は前記基準電位電極２３、前記第１加速電極２７及び前記第２加速電極２８から形成される減速場レンズ３６（前記一次電子ビームに対して加速場として作用する前記加速場レンズ３６は二次電子に対しては減速場レンズとして作用する）により減速され、点Ｂに集束する。尚、この集束点は、前記基準電位電極２３に印加する電圧によってコントロールすることが出来るので、前記集束点が固定されるように、前記可変電源３３からの印加電圧を調整するようにしている。
【００３４】
この様に集束する位置が固定された二次電子は前記第１分散電極２５と第２分散電極２６との間の空間方向に導かれる様に、前記収集電極２４によって一次電子ビームの軌道軸外に集束・発散される。尚、この集束・発散の程度は可変電源３４から収集電極２４へ印加する電圧によってコントロールすることが出来る。この際、前記二次電子の開き角θは前記基準電位電極２３と前記第１加速電極２７とで形成される電界によって決まるので、出来るだけ前記空間に二次電子が導かれる様な電圧が、前記可変電源３３から前記基準電位電極２３に、前記可変電源３５から前記第１加速電極２７に印加される。
【００３５】
さて、前記試料３からの二次電子を前記二次電子検出器２９に検出する際、エネルギーに選別することなく検出する場合には、例えば、前記分散電極制御装置３０から前記第１分散電極２５と前記第２分散電極２６に、二次電子エネルギーの平均的エネルギーに相当する負の電位を印加する。
【００３６】
すると、前記二次電子中、前記収集電極２４に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、前記第２分散電極２６で反射され、図５において３７ａに示す様に、前記二次電子検出器２９に導かれ、前記二次電子中、前記第１分散電極２５に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、該第１分散電極で反射されて飛行し、図５において３７ｂに示す様に、前記二次電子検出器２９に導かれる。
【００３７】
該二次電子検出器の出力（二次電子信号）は増幅器（図示せず）とＡＤ変換器を介して前記制御装置８に送られ、表示装置１２の表示画面に前記試料３の二次電子像が表示される。
【００３８】
次に、例えば、二次電子像全体を明るくする成分である試料帯電域から放出される低エネルギーの二次電子をカットし、高エネルギー二次電子を選別して検出する場合には次の様に操作する。
【００３９】
前記制御装置８の指令に基づいて前記分散電極制御装置３０から、前記第１分散電極２５には前記と同様に負の電位が印加され、第２分散電極２６には、例えば零電位或いは正電位が印加される。
【００４０】
すると、前記二次電子中、前記収集電極２４に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、図６において３７ａ´に示す様に、前記第２分散電極２６に引きつけられ、前記二次電子検出器２９に達せず、前記二次電子中、前記第１分散電極２５に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、該第１分散電極で反射されて飛行し、図６において３７ｂ´に示す様に、前記二次電子検出器２９に導かれる。
【００４１】
従って、前記二次電子検出器２９にはエネルギーの高い二次電子のみが検出され、前記表示装置１２の表示画面には、前記試料３上の観察領域中、帯電域から発生した低エネルギーの二次電子に基づく画像情報が除去された、高エネルギーの二次電子に基づく二次電子像が表示される。
【００４２】
逆に、高エネルギーの二次電子をカットし、低エネルギーの二次電子を選別して検出する場合には次の様に操作する。
【００４３】
前記制御装置８の指令に基づいて前記分散電極制御装置３０から、前記第１分散電極２５には零又は正の電位が印加され、第２分散電極２６には負の電位が印加される。
【００４４】
すると、前記二次電子中、前記収集電極２４に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、該第２分散電極２６で反射されて飛行し、図７において３７ａ´´に示す様に、前記二次電子検出器２９に導かれ、前記二次電子中、前記第１分散電極２５に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、図７において３７ｂ´´に示す様に、前記第１分散電極２５に引きつけられ、前記二次電子検出器２９に達しない。
【００４５】
従って、前記二次電子検出器２９にはエネルギーの低い二次電子のみが検出され、前記表示装置１２の表示画面には、前記試料３上の観察領域中で、高エネルギーの二次電子に基づく画像情報が除去された、いわゆる、帯電域から発生した低エネルギーの二次電子に基づく二次電子像が表示される。
【００４６】
次に、試料観察条件が変化した場合の対処について説明する。
【００４７】
前記した様に、例えば、前記磁界レンズ２，加速電極５及び減速電極６から成る対物系レンズにより形成される電磁界が変化すると、前記試料３からの二次電子の軌道が、例えば、図８において３８に示す様に、広がって、例えば、前記第２加速電極２８に衝突してしまう。
【００４８】
この様な場合、前記減速電極６と加速電極５とが作る電界で前記試料３からの二次電子の放出方向の開き具合をコントロールすることが出来るので、前記可変電源１４から前記減速電極６へ供給される電圧及び／若しくは前記可変電源１３から前記加速電極５へ供給される電圧を調整することにより、前記試料３から放出される二次電子が前記第２加速電極２８の下面に衝突せずに、該第２加速電極の中心孔内を通過する様にし、試料３からの二次電子を効率的に前記二次電子検出器２９に導くことが出来る。
【００４９】
又、別の対策として、図９に示す様に、前記第１加速電極２７と第２加速電極２８を取り囲む様に、回転対称レンズである磁界コイル３９を設け、前記制御装置８の指令を受けて作動する磁界コイル制御装置４０から最適な励磁電流が該磁界コイルに供給される様に成す。
【００５０】
この様に成せば、前記磁界コイル３９は、前記第１加速電極２７及び前記第２加速電極２８から成るレンズ系により形成される減速場レンズ３６（一次電子に対して加速場レンズとして作用するが、二次電子に対しては減速場レンズとして作用する）近傍に光軸方向に向く磁界を形成する。該磁界は前記一次電子ビームに影響を与えることなく二次電子を集束点Ｂ近傍に集束させるので、前記試料３から放出される二次電子が前記第２加速電極２８の下面に衝突せずに、該第２加速電極の中心孔内を通過する。従って、前記試料３からの二次電子を効率的に前記二次電子検出器２９に導くことが出来る。
【００５１】
次に、入射する一次電子ビーム１に対して試料３を傾斜させて該試料の観察を行う場合、減速電極６と前記試料３間からの漏洩電界の形状が変形（電界歪）し、該電界歪により、前記試料３から放出された二次電子の軌道が曲げられ、前記二次電子検出器１１に取得される二次電子の量が低下する点について既に述べた（図３参照）が、図４に示す装置においても試料を傾斜させると同様な軌道変化が発生し、前記試料３からの二次電子が、例えば、前記収集電極２４や第２加速電極２８に衝突し（図１０参照）、前記二次電子検出器２９に取得される二次電子の量が低下する。
【００５２】
この様な場合、図１１に示す様に、前記減速電極６の近傍に、前記試料３を傾斜させることにより発生する該減速電極と前記試料３の間にからの漏洩電界の歪みを矯正する歪み矯正用電極板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ（４１Ｂ，４１Ｃは図示されていない）を配置する。
【００５３】
図１２の（ａ）は前記減速電極６と前記歪み矯正用電極板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを試料側から見た図であり、図１２の（ｂ）は光軸に垂直な方向から見た図である。
【００５４】
前記歪み矯正用電極板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、光軸Ｏを含む方向の断面が円錐台形状を成している減速電極６を該減速電極に沿って三方から取り囲む様に光軸Ｏを中心に配置されており、それぞれ扇状の形状を成している。
尚、歪み矯正用電極板は試料傾斜方向の上位置側には設けられていない。これにより、試料をより高傾斜させることが可能である。
前記各三枚の歪み矯正用電極板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃには、それぞれ、前記制御装置８の指令で作動する可変電源４２ａ，４２ｂ，４２ｃから歪み矯正用制御電圧が印加される様に成っている。
【００５５】
而して、前記図１０に示す様に、入射する一次電子ビームに対して前記試料ステージ７を傾けることにより前記試料３を光軸Ｏに対して傾斜させると、前記減速電極６と前記試料３間からの漏洩電界の形状が図１２の（ｂ）の４３に示す様に変形し、光軸Ｏに対して非軸対称なものとなる。
【００５６】
ここで、前記制御装置８の指示に基づいて前記可変電源４２ａ，４２ｂ，４２ｃから前記偏向電極板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃに、前記漏洩電界が光軸Ｏに対して対称（図１２の（ｂ）の４４に示す）に成る様に、例えば、前記減速電極６に印加している電圧より前記試料に印加している電圧に近い電圧を印加する。
【００５７】
この様に前記漏洩電界が光軸Ｏに対して対象な形状になるように矯正されると、前記試料３から放出された二次電子は、図１１に示す様に、光軸Ｏに沿った軌道となり、前記第２加速電極２８や収集電極２４に衝突することなく前記二次電子検出器２９に効率良く検出される。
【００５８】
尚、前記例では、二次電子検出器は１個だけ設けたが、光軸Ｏに対して前記二次電子検出器２９の対向位置に別の二次電子検出器を設け、該２つの二次電子検出器で検出した二次電子の信号に基づいて前記試料３表面の凹凸像を前記表示装置１２の表示画面に表示させるように成しても良い。尚、二次電子検出器を光軸Ｏの軸対称位置に４個以上設けても良い。
【００５９】
又、二次電子検出器の代わりにマイクロチャンネルプレートの如き平板状電子検出器を設けても良い。
【００６０】
図１３は前記二次電子検出器２９の代わりに平板状電子検出器を設けた場合の一例を示すもので、前記図４にて使用された記号と同一記号が付されたものは同一構成要素である。
【００６１】
この例の場合では、前記第２分散電極２６が削除され、該第２分散電極が配置されていた位置に平板状電子検出器４５が配置され、その中心孔内に、鍔部の無い筒状の収集電極２４´が配置される。尚、前記平板状電子検出器４５は増幅器（図示せず）とＡＤ変換器（図示せず）を介して前記制御装置８に接続されている。
【００６２】
而して、該二次電子は前記加速電極５、前記減速電極６及び前記試料３から形成される加速場レンズ２０（一次電子に対して減速場として作用する前記減速場レンズ２０は二次電子に対して加速場レンズとして作用する）により加速されて前記減速電極６の開口部に吸引され、更に、該加速場レンズ２０と前記磁界レンズ２の磁場とで形成される電磁界により集束されて、図５において３７に示す様に、前記加速電極５内を光軸Ｏに沿って上昇する。
【００６３】
この二次電子は前記基準電位電極２３、前記第１加速電極２７及び前記第２加速電極２８から形成される減速場レンズ３６（一次電子に対して加速場として作用する前記加速場レンズ３６は二次電子に対して減速場レンズとして作用する）により減速され、点Ｂに集束する。
【００６４】
該二次電子は前記収集電極２４´によって一次電子ビームの軌道軸外に集束・発散され、前記第１分散電極２５と前記収集電極２４´との間の空間方向に導かれる。
【００６５】
さて、前記第１分散電極２５には、前記分散電極制御装置３０から正又は負の電位が、前記収集電極２４´には、前記可変電源３４から、正の電圧が印加されており、前記第１分散電極２５と前記収集電極２４´の形成される電界により、入ってくる二次電子をエネルギー分散させ、結果的に、前記平板状電子検出器４５へ到達する二次電子をエネルギーに関して選別するようにしている。
【００６６】
例えば、前記第１分散電極２５に負の電位を印加しておけば、前記二次電子中、前記収集電極２４´、に近い軌道を飛行するエネルギーの低い二次電子は、前記収集電極２４´、に引きつけられるので、４６ａに示す様に、前記平板状電子検出器４５の中心孔部分に導かれ、前記二次電子中、前記第１分散電極２５に近い軌道を飛行するエネルギーの高い二次電子は、前記第１分散電極２５で反射され、４６ｂに示す様に、前記平板状電子検出器４５の検出面部分に導かれる。該平板状電子検出器の検出面部分で検出された二次電子の信号は増幅器（図示せず）とＡＤ変換器を介して前記制御装置８に送られるので、表示装置１２の表示画面に前記試料３の二次電子像が表示される。
【００６７】
尚、前記平板状電子検出器４５として、図１４に示す様に、中央に一次電子ビームや二次電子が通過出来、且つ、前記収集電極２４´が配置される中心孔４５ａを有し、例えば、該中心孔周囲の電子検出面が周囲方向に２分割、放射方向に３分割された構造のものを使用すれば、２分割各部分で検出された二次電子に基づいて試料表面の凸凹情報が得られ、又、一番中側の検出部分４５ｂ、一番外側の検出部分４５ｃ、中側検出面８０ｂ、中間の検出部分４５ｄで、それぞれ異なったエネルギーの二次電子を検出することが出来る。
【００６８】
又、前記例では第１分散電極２５と第２分散電極２６としてドーナツ状のものを使用し、両電極で円環状のエネルギー分散体を形成するようにしたが、例えば、二次電子検出器が１個の場合は、該１個の二次電子検出器だけに二次電子が検出されれば良いので、円環状の分散体でなくても良く、該二次電子検出器の前に、前記円環状のエネルギー分散体を周方向に一部分取り出したようなエネルギー分散体を用いるようにしても良い。
【００６９】
又、第１分散電極２５と第２分散電極２６、第１加速電極２７と第２加速電極２８等は、前記例に示す如き形状に限定されないことは言うまでもない。
【００７０】
又、図９で示した二次電子を集束点Ｂ近傍に集束させる磁界コイル３９の代わりに、同じ様に、二次電子を集束点Ｂ近傍に集束させる作用をする電界を形成する電極を用いても良い。
【００７１】
又、前記例では、本発明を走査型電子顕微鏡に応用したものを示したが、他の荷電粒子ビーム装置、例えば、集束イオンビーム等にも応用可能である。
【００７２】
又、前記例では試料から発生する二次電子を検出する装置を示したが、試料から発生するイオンを検出する装置にも応用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の走査型電子顕微鏡の構成及び二次電子の軌道を示す説明図である。
【図２】一次電子ビームの加速電圧に対応した二次電子発生効率の関係を示す説明図である
【図３】従来の走査型電子顕微鏡の構成における試料を傾斜させた場合の二次電子の軌道を示す説明図である。
【図４】本発明の走査型電子顕微鏡の全体構成及び一次電子ビームの軌道を示す説明図である。
【図５】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において二次電子の軌道を示す説明図である。
【図６】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において二次電子の軌道を示す説明図である。
【図７】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において二次電子の軌道を示す説明図である。
【図８】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において一次電子ビームの集束条件の変化に伴い二次電子の軌道が変化することを示す説明図である。
【図９】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において集束場レンズの水平外周側に磁界型コイルを設けた場合の二次電子の軌道を示す説明図である。
【図１０】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において試料を傾斜させた場合の二次電子の軌道を示す説明図である。
【図１１】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において偏向電極板を設け、試料を傾斜させた場合の二次電子の軌道を示す説明図である。
【図１２】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において偏向電極板等の詳細を示す図である。
【図１３】本発明の走査型電子顕微鏡の構成において平板状電子検出器を備えた場合の二次電子の軌道を示す説明図である。
【図１４】平板状電子検出器を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１´、１a…一次電子ビーム
２…磁界レンズ
３…試料
４…走査コイル
５…円筒型の加速電極
６…減速電極
７…試料ステージ
８…制御装置
９…走査制御装置
１０…磁界レンズ制御装置
１１、２９…二次電子検出器
１２…表示装置
１３、１４、１５、３３、３４、３５…可変電極
２０…減速場レンズ、加速場レンズ
２１…制限絞り
２２…開き角制御レンズ
２３…基準電圧電極
２４、２４´…収集電極
２５…第１分散電極
２６…第２分散電極
２７…第１加速電極
２８…第２加速電極
３０…分散電極制御装置
３６…加速場レンズ、減速場レンズ
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…歪み矯正用電極板
４３、４４…漏洩電界
４５…平板状電子検出器
１２、１２´、３７、３７´、３７a、３７b、３７a´３７b´、３７a´´３７b´´、３８、４６a、４６b…二次電子
【図１】
2008198471.tif 000003
【図２】
2008198471.tif 000004
【図３】
2008198471.tif 000005
【図４】
2008198471.tif 000006
【図５】
2008198471.tif 000007
【図６】
2008198471.tif 000008
【図７】
2008198471.tif 000009
【図８】
2008198471.tif 000010
【図９】
2008198471.tif 000011
【図１０】
2008198471.tif 000012
【図１１】
2008198471.tif 000013
【図１２】
2008198471.tif 000014
【図１３】
2008198471.tif 000015
【図１４】
2008198471.tif 000016