(57)【要約】【課題】走査電子顕微鏡において、多数の２次電子を電子検出部に導くこと。【解決手段】１次電子ビームを試料２に集束する対物レンズ１と、１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部５、及び電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極８を有する２次電子検出器とを備え、補助電極８を対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜面に対して平行に配置する。また、補助電極８の傾斜角を、対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜角に対して同じ角度又は広い角度とし、補助電極８の少なくとも先端部と対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜面との間の距離を１０ｍｍ以下とする。また、補助電極８の先端位置を対物レンズ１の底面１ｂよりも上方３ｍｍ以下とする。【選択図】  図１
2004253161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次電子ビームを試料に集束する対物レンズと、
１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部、及び当該電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極を有する２次電子検出器とを備え、
前記補助電極は、対物レンズの外部テーパー部の傾斜面と平行であることを特徴とする、走査電子顕微鏡。
【請求項２】
１次電子ビームを試料に集束する対物レンズと、
１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部、及び当該電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極を有する２次電子検出器とを備え、
前記補助電極の傾斜角は、対物レンズの外部テーパー部の傾斜角に対して同じ角度又は広い角度であり、
前記補助電極の少なくとも先端部と対物レンズの外部テーパー部の傾斜面との間の距離は１０ｍｍ以下であることを特徴とする、走査電子顕微鏡。
【請求項３】
１次電子ビームを試料に集束する対物レンズと、
１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部、及び当該電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極を有する２次電子検出器とを備え、
前記補助電極の先端位置は対物レンズの底面よりも上方３ｍｍ以下であることを特徴とする、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、２次電子を検出する構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、１次電子を試料に照射して発生する２次電子を、シンチレータ等の２次電子検出器で検出している。この走査電子顕微鏡において、試料から発生する２次電子をより多く検出するために、試料と２次電子検出器との間に補助電極を配置して正の電圧を印加し、試料上で発生した２次電子を２次電子検出器の方向に引き込むことが行われている。
【０００３】
図２は、従来の走査電子顕微鏡の一部を示している。図２において、図示しない電子源から照射された１次電子ビームは、対物レンズ１１により試料台１３上に載置された試料１２に集束される。１次電子ビームの照射により試料１２上から発生した２次電子は、２次電子検出器１４により検出される。２次電子検出器１４は、シンチレータ等の電子検出部１５と、アース電極１６と、収集電極１７と、補助電極１８を備える。試料１２上から発生した２次電子は、適当な正電圧が印加された補助電極１８と試料台１３との間に形成された電界により補助電極１８の方向に加速され、さらに加速された２次電子は、アース電極１６と収集電極１７との間で形成された電界により電子検出部１５に集束される。
【０００４】
ここで、従来の走査電子顕微鏡では、補助電極１８は絶縁材１９を介してアース電極１６に取り付けられている。補助電極１８と対物レンズ１１との配置関係において、補助電極１４の対物レンズ１１に対する取り付け角度βは、対物レンズ１１の外部テーパー部１１ａの傾斜角αよりも小さい角度で配置されている。このような補助電極を備える走査電子顕微鏡は、例えば特許文献１に示されている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５９−３６１５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の走査電子顕微鏡では、試料と電子検出部との間に補助電極を配置し正電圧を印加することで、試料上で発生した２次電子を電子検出部の方向に引き込み、試料から発生する２次電子をより多く電子検出部で検出できるようにしている。
【０００７】
従来の補助電極は、前記したように、補助電極１４は対物レンズ１１の外部テーパー部１１ａの傾斜角よりも小さい角度で配置されているため、試料１２から発生した２次電子４１ａの軌道は補助電極１４の近傍を通るため、正電圧に印加された補助電極１４に引き寄せられて衝突するという問題がある。
【０００８】
また、補助電極１４の電極先端の位置関係が、対物レンズ１１の底面１１ｂよりも下方（試料側）に突出している場合には、試料１２より発生した２次電子４１ｂは、補助電極１４に衝突するという問題がある。
【０００９】
一方、この２次電子の補助電極との衝突を避けるために、補助電極の電極先端の底面１１ｂよりも上方に配置し過ぎたり、対物レンズから広く離した配置とすると、補助電極により形成される電界が十分に試料上に届かず、引き込み効果が十分に得られないという問題がある。
【００１０】
上記したように、従来の補助電極の構成では、多数の２次電子を電子検出部に導くことができないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、多数の２次電子を電子検出部に導くことを目的とし、さらに詳細には、２次電子の補助電極との衝突を回避することを目的とし、また、試料上に十分な電界を導入することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査電子顕微鏡の第１の態様は、２次電子の補助電極との衝突を回避すると共に、試料上に十分な電界を導入することにより多数の２次電子を電子検出部に導くものであり、１次電子ビームを試料に集束する対物レンズと、１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部、及び電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極を有する２次電子検出器とを備え、補助電極を対物レンズの外部テーパー部の傾斜面に対して平行に配置する。
【００１３】
第１の態様によれば、補助電極を対物レンズの外部テーパー部の傾斜面に対して平行に配置することにより、試料から発生した２次電子の軌道は、補助電極から十分離れた位置を通るため、補助電極に引き付けられることなく、電子検出部に到達することができる。
【００１４】
本発明の走査電子顕微鏡の第２の態様は、１次電子ビームを試料に集束する対物レンズと、１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部、及び当該電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極を有する２次電子検出器とを備え、補助電極の傾斜角を、対物レンズの外部テーパー部の傾斜角に対して同じ角度又は広い角度とし、補助電極の少なくとも先端部と対物レンズの外部テーパー部の傾斜面との間の距離を１０ｍｍ以下とする。
【００１５】
第２の態様によれば、補助電極と対物レンズの外部テーパー部の傾斜面との間の距離を１０ｍｍ以下とすることにより、試料上に十分な電界を導入することができる。
【００１６】
本発明の走査電子顕微鏡の第３の態様は、２次電子の補助電極との衝突を回避すると共に、試料上に十分な電界を導入することにより多数の２次電子を電子検出部に導くものであり、１次電子ビームを試料に集束する対物レンズと、１次電子ビームを試料に照射して発生する２次電子を検出する電子検出部、及び電子検出部と試料との間に電圧を印加する補助電極を有する２次電子検出器とを備え、補助電極の先端位置を対物レンズの底面よりも上方３ｍｍ以下とする。
【００１７】
第３の態様によれば、補助電極の先端位置を対物レンズの底面よりも上方に配置することにより、２次電子は補助電極に衝突することなく、電子検出部に到達することができる。また、補助電極の先端位置を対物レンズの底面よりも上方３ｍｍ以下とすることにより、試料上に十分な電界を導入することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の走査電子顕微鏡を説明するための概略図である。なお、図１では、走査電子顕微鏡が備える構成の内、対物レンズ及び２次電子検出器に係わる構成を示し、その他の構成は省略している。
【００１９】
図１において、図示しない電子源から照射された１次電子ビームは、対物レンズ１により試料台３上に載置された試料２に集束される。１次電子ビームの照射により試料２上から発生した２次電子は、２次電子検出器４により検出される。２次電子検出器４は、シンチレータ等の電子検出部５と、アース電極６と、収集電極７と、補助電極８を備える。試料２上から発生した２次電子は、適当な正電圧が印加された補助電極８と試料台３との間に形成された電界により補助電極８の方向に加速され、さらに加速された２次電子は、アース電極６と収集電極７との間で形成された電界により電子検出部５に集束される。
【００２０】
補助電極８は絶縁材９を介してアース電極６に取り付けられている。補助電極８は対物レンズ１に対して、対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜角αと同じ角度α、あるいは角度αよりも大きな角度とし、さらに、補助電極８の少なくとも電極先端８ｂは対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜面との距離ａを１０ｍｍ以下とし、この電極先端８ｂは対物レンズ１の底面１ｂとの距離ｂを底面１ｂよりも上方に３ｍｍ以下とする。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡの部分を示している。
【００２１】
これにより、補助電極８の傾斜角が対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜角αと同じ角度である場合には、補助電極８の傾斜面８ａは対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜面と平行になり、補助電極８と対物レンズ１の傾斜面との間は１０ｍｍ以下の等距離となる。また、補助電極８の傾斜角が対物レンズ１の外部テーパー部１ａの傾斜角αよりも広角である場合には、補助電極８の傾斜面８ａは外部テーパー部１ａの傾斜面に対して上方ほど接近して配置され、補助電極８と対物レンズの傾斜面との距離は電極先端部において１０ｍｍ以下とし、上方ほど狭い間隔となる。
【００２２】
補助電極８を対物レンズ１の傾斜面と平行あるいは上方ほど狭く配置することにより、試料２から発生した２次電子２１ａの軌道は補助電極８から十分離れた位置を通るため、補助電極８に引き付けられることなく、シンチレータ等の電子検出器５に到達する。また、補助電極８の電極先端８ｂが対物レンズ１の底面１ｂよりの上方にあるため、２次電子２１ｂは補助電極８に衝突することなく、電子検出器５に到達する。
【００２３】
このとき、補助電極８が対物レンズ１から大きく離れた位置にあるか、又は、補助電極の電極先端が対物レンズの底面よりも上方に大きく離れた位置にある場合には、十分な電界を試料上に導入することができないため、２次電子を電子検出器５に引き出すことができなくなる。
【００２４】
試料から発生した２次電子の内で電子検出器に到達する割合を検出効率としたとき、シミュレーションで得られる補助電極と対物レンズの外部テーパー部との距離を５ｍｍとしたときの検出効率と、１０ｍｍとしたときの検出効率とを比較すると以下の表１となる。
【表１】
2004253161.tif 000003
【００２５】
これにより、補助電極と対物レンズの外部テーパー部との距離は少なくとも１０ｍｍ以下とする配置条件が得られる。
【００２６】
また、シミュレーションで得られる補助電極の電極先端を対物レンズの底面に対して０ｍｍとしたとき（電極先端は対物レンズの底面の面位置）の検出効率と、上方３ｍｍとしたときの検出効率とを、補助電極と対物レンズとの距離が５ｍｍの場合について比較すると、以下の表２となる。
【表２】
2004253161.tif 000004
【００２７】
これにより、補助電極の電極先端を対物レンズの底面に対して少なくとも上方に３ｍｍ以下とする配置条件が得られる。
【００２８】
したがって、シミュレーション結果によれば、補助電極と対物レンズとの距離が１０ｍｍ以下、また、補助電極の電極先端が対物レンズの底面よりも上方に３ｍｍ以下となるように配置することにより、より効率的に２次電子を引き出すことができる。
【００２９】
また、本発明の構成による２次電子の検出効率と従来の構成による２次電子の検出効率とのシミュレーション結果は表３で表される。
【００３０】
なお、本発明による構成は、補助電極と対物レンズの外部テーパー部とを平行とし、補助電極と対物レンズとの距離を１０ｍｍとし、補助電極の電極先端を対物レンズの底面の上方３ｍｍに配置した場合である。
【表３】
2004253161.tif 000005
【００３１】
このシミュレーション結果から、本発明の構成によれば、従来に構成と比較して、より効率的に２次電子を引き出すことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多数の２次電子を電子検出部に導くことができる。
【００３３】
また、補助電極を対物レンズの外部テーパー部と平行とする配置により、２次電子の補助電極との衝突を回避することができ、補助電極の電極先端を対物レンズの底面よりも上方３ｍｍ以下とする配置により、２次電子の補助電極との衝突を回避すると共に、試料上に十分な電界を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査電子顕微鏡を説明するための概略図である。
【図２】従来の走査電子顕微鏡を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１，１１…対物レンズ、１ａ，１１ａ…外部テーパー部、１ｂ，１１ｂ…底面、２，１２…試料、３，１３…試料台、４，１４…２次電子検出器、５，１５…電子検出器（シンチレータ）、６，１６…アース電極、７，１７…収集電極、８，１８…補助電極、８ａ…傾斜面、８ｂ…電極先端、９，１９…絶縁材、２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ…２次電子。
【図１】
2004253161.tif 000006
【図２】
2004253161.tif 000007