(57)【要約】【課題】試料に負電圧を印加するリターディング法で、試料表面の一部に傾斜面があったり、不連続の段差が有る場合でも電子ビームの光軸の対称性が保たれ、非点収差の発生が抑えられ、高分解能で像歪みのない２次電子像を得ることができる走査電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子銃と、該電子銃から発生した電子ビームを細く集束して試料ホルダに保持させた試料に照射するための対物レンズと、試料に負電圧を印加するための電源とを備えた走査電子顕微鏡において、試料上への電子ビームの照射領域を制限する穴を有する導電性の遮蔽板を前記試料ホルダに設けると共に、該遮蔽板に前記試料とほぼ同電位を与えるようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃と、該電子銃から発生した電子ビームを細く集束して試料ホルダに保持させた試料に照射するための対物レンズと、試料に負電圧を印加するための電源とを備えた走査電子顕微鏡において、試料上への電子ビームの照射領域を制限する穴を有する導電性の遮蔽板を前記試料ホルダに設けると共に、該遮蔽板に前記試料とほぼ同電位を与えるようにしたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記遮蔽板は、試料表面との距離を調節可能に前記試料ホルダに支持されていることを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記穴が遮蔽板に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査電子顕微鏡に関し、特に試料に負電圧を印加するリターディング法を利用した際に、試料表面の一部に傾斜面や、不連続の段差があっても高分解能で像歪みのない画像を得ることの可能な走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡において、試料のチャージアップやダメージを避けるために、低加速電圧の電子ビームを用いる試料観察が行われるが、対物レンズの収差は通過する電子ビームのエネルギーが低いほど悪化する傾向がある。それを避けるため、電子ビームのエネルギーを高くして対物レンズ領域を通過させると共に、試料に負の電位を印加することにより試料直前で電子ビームを減速して試料に入射させる方法が実用化されている。この方法はリターディング法と呼ばれており、低加速電圧においても高い分解能で試料観察が可能である。この場合、試料から発生した２次電子は、対物レンズからの磁界にとらえられて内側磁極の中を通って対物レンズ上部へ進行するため、対物レンズの内部あるいは対物レンズ上部で２次電子を検出する。このリターディング法では、試料と対物レンズとの間に一次電子ビームを減速させる電界が発生しているが、試料表面がほぼ平坦で傾斜させない場合、試料と対物レンズ間の電界は電子ビームの光軸に対して軸対称性が保たれるので、一次電子ビームに与える非点収差（軸外非点収差）は発生しない。
【０００３】
試料を傾斜させる場合、試料と対物レンズ間の電界は電子ビームの光軸に対して軸対称性が崩れ、光軸上に横方向の電界成分が発生し、軸外非点収差が増大して分解能を損なわれる。この対策として例えば、特願２００２−１８９９３６号公報、発明名称「走査電子顕微鏡」では、対物レンズと試料との間の電子ビーム通路に筒状のシールド電極を設け、シールド電極に試料電圧とほぼ同電位を与える走査電子顕微鏡を提案している。
【０００４】
【特許文献】
特願２００２−１８９９３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に述べたようなリターディング法では、試料を傾斜させなくとも試料表面の一部にある角度以上の傾斜面があったり、不連続の段差が有る場合、その傾斜部や段差部と対物レンズ間の電界は、電子ビームの光軸に対して軸対称性が崩れ、光軸上に横方向の電界成分が発生し、軸外非点収差が増大して細く絞られた円形の電子ビームが細長い楕円となり分解能が損なわれたり、また、試料上を直線的に走査する電子ビームに偏向歪みを受けることにより画像に歪みが生じる問題が発生する。
【０００６】
本発明は、上記のような試料条件においでも電子ビーム光軸の対称性が保たれ、軸外非点収差の発生が抑えられ、また、走査の偏向歪みが抑えられることができる走査電子顕微鏡を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の走査電子顕微鏡は、電子銃と、該電子銃から発生した電子ビームを細く集束して試料ホルダに保持された試料に照射するための対物レンズと、試料に負電圧を印加するための電源とを備えた走査電子顕微鏡において、試料上への電子ビームの照射領域を制限する穴を有する導電性の遮蔽板を前記試料ホルダに設けると共に、該遮蔽板に前記試料とほぼ同電位を与えるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に基づく走査型電子顕微鏡の一例を示す。１は電子銃で、電子銃１から発生した一次電子ビームＥｂは、集束レンズ２とセミインレンズ型の対物レンズ３によって試料ホルダ６に搭載されている試料４上に細く集束される。一次電子ビームＥｂは、走査コイル５によって偏向され、試料上を二次元的に走査される。１０は、この走査型電子顕微鏡を制御する制御装置でパソコン等のコンピュータから成り、図示していないがキーボード、マウス等の入力装置と、表示装置（ＣＲＴ）等を備えている。
【０００９】
試料４（試料ホルダ６）を載置する試料ステージ７は、一次電子ビームＥｂの光軸に垂直な平面内のＸ、Ｙ軸方向の水平移動機構、Ｚ軸方向（光軸方向）の垂直移動機構および傾斜機構を備え、図示していないが、ステージ駆動回路を介して制御装置１０によって制御される。また、試料４（試料ホルダ６）には試料ステージ７を介して電源１３が接続されるが、この電源１３は試料４に負電圧を印加し、電子ビームＥｂを減速させるためのリターディング用の電源である。
【００１０】
対物レンズ３は、電子ビーム通路を取り巻くように配置される内側磁極３ｂ、その外側を取り巻くように配置される外側磁極３ｃ、両磁極を接続するヨーク３ａ及び励磁コイル３ｄにより構成されている。対物レンズ３の中央付近には、レンズの外側から光軸へむけて磁極３ａ、３ｂを貫通する孔３ｅと３ｆが対称に開けられている。そして、一方の孔３ｅには２次電子検出器９が挿入されており、試料４から発生し対物レンズ３内を上昇してきた２次電子は孔３ｅの中に誘引されて２次電子検出器９へ入射して検出される。
【００１１】
２次電子検出器９は図示してないがシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせた構造を有しており、先端に設けられた円形のシンチレータの周囲部分にはリング状の電極が設けられ、その電極には２次電子を引き寄せる正の１０ｋＶ程度の電圧が印加される。２次電子検出器９の検出信号は、図示していないが、増幅器によって増幅された後、表示装置に供給されるため、表示装置の画面には試料の２次電子像として表示される。
【００１２】
８は、本発明の試料４（試料ホルダ）上部を覆って保持する試料キャップである。試料キャップ８は、図２に示すように、円形の平坦な遮蔽板８ａおよび遮蔽板８ａの周囲を縁どるリング８ｂから構成され、共に導電性の材料で作成され、遮蔽板８ａには丸穴が観察穴８ｃとして設けられている。試料キャップ８には試料ホルダ６を介して試料４と同じ負の電位が与えられる。
【００１３】
１１は、試料キャップ８を試料ホルダ６に保持し移動させる移動機構である。この移動機構１１の実施例を図３に示す。図３（Ａ）は図２（Ａ）の矢印Ａ−Ａより試料ホルダ６および移動機構１１を含めた断面図である。移動機構１１は、試料ホルダ６内に設けられおり、試料キャップ８を電子ビームＥｂの光軸に沿って上下に移動させ、試料４表面と遮蔽板８ａ間の距離を適切に調整できる機能を備えている。試料キャップ８は、モータ１１ａのシャフトに固定されたネジ１１ｂの回転方向により、移動アーム部１１ｃ（図３Ｂ）が図中の矢印の方向に上下に移動する。この移動機構の駆動は、移動駆動回路１４を介して制御装置１０によって制御される。
【００１４】
試料４は、図１に示すように、試料表面の一部にある値以上の大きな傾斜部と不連続の段差部を持っている。試料４の２次電子像を観察する場合、図示していない走査信号発生回路から走査信号が走査コイル５に供給され、試料４上の対物レンズ直下の領域が電子ビームＥｂによってラスター走査される。電子ビームＥｂの加速電圧は、例えば４ｋＶと高く設定され、比較的高いエネルギーで電子ビームＥｂが対物レンズ３内部を通過することから、電子ビームＥｂが対物レンズ３から受ける収差は低減される。そして、試料４には電源１１より例えば−３ｋＶの負電圧が印加されるため、電子ビームＥｂは試料４の直前で減速され、１ｋｅＶのエネルギーにて試料４に照射される。
【００１５】
なお、従来このように試料４の上部を覆って保持する試料キャップ８がない場合、試料４の傾斜部や、不連続の段差部と対物レンズ３間の電界は、電子ビームＥｂの光軸に対して軸対称性が崩れ、光軸上に横方向の電界成分が発生し、軸外非点収差が増大して分解能が損なわれたり、また、試料４上を直線的に走査する電子ビームＥｂに偏向歪みを受けることにより画像に歪みが生じる。
【００１６】
本発明では、この弊害を取り除くために、試料４（試料ホルダ６）上部を試料キャップ８で覆って、遮蔽板８ａの平坦で観察穴８ｃを通して電子ビームＥｂが試料４に照射される。遮蔽板８ａは平坦で試料４と同電位が与えられていることにより、試料４と遮蔽板８ａ間では軸対称性面での不正電界が抑えられると共に、遮蔽板８ａと対物レンズ３との間の電界も軸対称性が損なわれない。これにより、対物レンズ３を通過した電子ビームＥｂは、試料面に到達するまでの間、光軸に対して軸対称性が保たれ、光軸上に横方向の電界成分が発生しないため、試料４の傾斜部や不連続の段差部でも、分解能低下の原因となる非点収差の発生が抑えられ、また、画像歪みとなる走査の偏向歪みが抑えられ状態で試料４に照射される。従って、上記の試料表面の一部にある傾斜角の傾斜面と不連続の段差を持っている試料４の状態でも、高分解能で像歪みのない２次電子像を得ることができる。
【００１７】
なお、試料キャップ８の位置は、試料４の傾斜部の傾斜角度の大きさや、不連続の段差部の段差の高さに応じて、試料４と試料キャップ８の遮蔽板８ａの間を調節すればよい。試料４の傾斜角度や段差が大きい場合には、試料４と試料キャップ８の遮蔽板８ａ間の距離を離す方向に調節し、試料４の傾斜角度や段差が小さい場合には、試料４と試料キャップ８の遮蔽板８ａ間の距離を縮める方向に調節し、電子ビームＥｂの光軸に対して軸対称性が保たれ、光軸上に横方向の電界成分が発生しないようにすればよい。
【００１８】
また、観察穴８ｃの大きさを種々に変更して実験したところ、６ｍｍφ以下で顕著な効果があることが見出された。
【００１９】
以上、本発明の実施例の形態を説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば、セミインレンズ型の対物レンズに限らず、対物レンズ３と試料４との間に電界が発生し、その電界の光軸に関する軸対称性が１次電子ビームＥｂに対して悪影響を与える走査電子顕微鏡であれば、本発明を適用することができる。また、２次電子検出器は対物レンズ内に配置したが、対物レンズ３の上部に配置してもよい。また、試料キャップの観察穴は目的に合わせて複数個の穴を設けてもよく、その場合には、試料ホルダを移動して使用する観察穴を選べばよい。また、観察穴は円形だけでなく四角等の多角形でもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、試料の上部に所定の距離を保って配置する試料キャップを設け、この試料キャップには試料に印加する同一の電圧を印加することによって、試料表面の一部に傾斜面があったり、不連続の段差が有る場合でも電子ビーム光軸の対象性が保たれ、非点収差の発生を抑えられ、高分解能で像歪みのない２次電子像を得ることができる。また、この試料キャップは試料の傾斜角度や段差の大きさによって、最適な所定の距離に制御することにより、より非点収差を改善できる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である走査電子顕微鏡の概略構成図である。
【図２】試料キャップの構成図である。
【図３】試料キャップの移動機構の概略構成図である。
【符号の説明】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…対物レンズ、４…試料、５…走査コイル、６…試料ホルダ、７…試料ステージ、８…シールド電極、９…２次電子検出器１０…制御装置、１１…移動機構、１３…電源、１４…移動機構制御回路、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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