(57)【要約】【課題】  対物レンズにオリフィスが設けられた走査電子顕微鏡において、試料から発生した２次電子を２次電子検出器によって効率良く検出することのできる走査電子顕微鏡を提供する。【解決手段】  電子ビーム源４と、電子ビーム源４から放出された電子ビーム２０を制御して試料１０に照射するための電子光学系８と、試料１０を載置するための試料ステージ１１とを備える走査電子顕微鏡１において、電子光学系８を構成する対物レンズ７における試料１０との対向部にオリフィス３１を配置するとともに、電子通過孔を有する第１の２次電子検出素子３４を対物レンズ７における電子ビーム通過空間内９に配置し、試料ステージ１１に電圧印加手段を接続する。電圧印加手段により試料ステージ１１を介して試料１０に負電圧を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを制御して試料に照射するための電子光学系と、試料を載置するための試料ステージとを備える走査電子顕微鏡において、電子光学系を構成する対物レンズにおける試料との対向部にオリフィスを配置するとともに、電子ビーム通過孔を有する第１の２次電子検出素子を対物レンズにおける電子ビーム通過空間内に配置し、試料ステージに電圧印加手段を接続したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記第１の２次電子検出素子は、対物レンズの電子ビーム通過空間内における磁場の拘束がなくなる位置に配置され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】
前記第１の２次電子検出素子は、半導体検出素子、シンチレータ、若しくはマイクロチャネルプレートの何れかからなることを特徴とする請求項１若しくは２記載の走査電子顕微鏡。
【請求項４】
前記対物レンズの内側磁極には電子ビーム通過空間に面する開口部が形成されており、該開口部の内部に第２の２次電子検出素子を配置することを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の観察等において用いられる走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の観察や検査等において用いられる走査電子顕微鏡では、試料上に電子ビームを細く集束して照射するとともに、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。試料上に電子ビームを照射することにより、試料からは２次電子が発生する。
【０００３】
試料から発生した２次電子は２次電子検出器により検出され、このときの検出結果に基づいて試料の試料像が作成される。このようにして作成された試料の試料像は、表示装置によって表示されることにより試料の観察や検査が行われるとともに、必要に応じて記憶媒体に記憶される。
【０００４】
このような走査電子顕微鏡を用いて絶縁体からなる試料や水分を含む試料の観察を行うことが実施されている。この場合には、試料が配置される試料室内の空間を低真空の状態にして観察を行っている。
【０００５】
試料室内を低真空の状態にするために、対物レンズとしてセミインレンズ型のものを用い、差動排気用のオリフィス（仕切板）を対物レンズの底部に配置し、対物レンズの上側に位置する鏡筒内部と、対物レンズの下側に位置する試料室内部との間に圧力差を設けるようにする構成のものがある。そして、試料から発生してオリフィスを通過した２次電子を、対物レンズ内であって電子ビーム通過空間から外れた位置に設けられた２次電子検出器によって検出する。
【０００６】
このようにセミインレンズ型の対物レンズの底部にオリフィスを配置して試料室内部を低真空状態として観察できる走査電子顕微鏡において、オリフィスの試料側に２次電子加速用の加速電極を設けるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−７５２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の構成からなる走査電子顕微鏡を用いて、低真空雰囲気に置かれた試料からの２次電子を検出する場合、試料から発生した２次電子は、試料室内部の残留ガスに衝突することによりエネルギーを失うこととなる。これにより、オリフィスを通過して対物レンズ内に位置する２次電子検出器まで到達するものは非常に少なくなる。従って、試料から発生した２次電子を２次電子検出器によって効率良く検出することができない。
【０００９】
なお、２次電子の代わりに、試料から発生した反射電子を反射電子検出器により検出して試料の試料像を得ることも考えられるが、反射電子に基づく試料像では２次電子に基づく試料像に比べて高分解能観察を行うことができない。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、対物レンズにオリフィスが設けられた走査電子顕微鏡において、試料から発生した２次電子を２次電子検出器によって効率良く検出することのできる走査電子顕微鏡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】
【００１１】
本発明に基づく走査電子顕微鏡は、電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを制御して試料に照射するための電子光学系と、試料を載置するための試料ステージとを備える走査電子顕微鏡において、電子光学系を構成する対物レンズにおける試料との対向部にオリフィスを配置するとともに、電子ビーム通過孔を有する第１の２次電子検出素子を対物レンズにおける電子ビーム通過空間内に配置し、試料ステージに電圧印加手段を接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に基づく走査電子顕微鏡では、電子光学系を構成する対物レンズにおける試料との対向部にオリフィスを配置するとともに、電子ビーム通過孔を有する第１の２次電子検出素子を対物レンズにおける電子ビーム通過空間内に配置し、試料ステージに電圧印加手段を接続する。
【００１３】
従って、試料ステージに載置された試料に電圧印加手段により負電圧を印加することにより、試料から発生した２次電子を対物レンズ側に加速することができる。これにより、対物レンズに配置されたオリフィスを通過する２次電子の割合を増やすことができ、対物レンズの電子ビーム通過空間内に配置された第１の２次電子検出素子による２次電子の検出効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明における走査電子顕微鏡を示す概略構成図である。同図において、１は走査電子顕微鏡であり、この走査電子顕微鏡１は、内部に試料１０が配置される試料室２と、試料室２の上部に配置された鏡筒３とを備える。
【００１６】
鏡筒３は、電子銃（電子ビーム源）４、集束レンズ５、走査コイル６、及び対物レンズ７を備えている。電子銃４から放出されて加速された電子ビーム２０は、集束レンズ５及び対物レンズ７により試料１０上に細く集束されて照射される。このとき、走査コイル６により電子ビーム２０は適宜偏向され、試料１０上を走査する。なお、集束レンズ５、走査コイル６、及び対物レンズ７により電子光学系８が構成されている。
【００１７】
試料１０に電子ビーム２０が照射される際には、試料室２の内部空間及び鏡筒３の内部空間は真空引きされることとなる。鏡筒３を構成する電子銃４の内部空間は排気管２１により真空引きされる。また、集束レンズ５と走査コイル６との間の空間は排気管２２により真空引きされる。さらに、走査コイル６と対物レンズ７が配置される空間は排気管２３により真空引きされる。そして、試料室２の内部空間は排気管２４により真空引きされる。
【００１８】
このように、鏡筒３内で区分けされた各内部空間及び試料室２の内部空間はそれぞれ異なる排気管により真空引きされるようになっている。
【００１９】
ここで、対物レンズ７は励磁コイル７ａを備えたセミインレンズ型の構成をしており、この対物レンズ７の内側磁極１２及び外側磁極１３は試料室２内に配置された試料１０に対向するように位置している。これにより、対物レンズ７により発生した磁場は試料１０上まで到達するようになっている。
【００２０】
そして、内側磁極１２及び外側磁極１３の先端部、すなわち対物レンズ７における試料１０との対向部にはオリフィス（仕切板）３１が設けられている。このオリフィスは、鏡筒３内の内部空間と試料室２内の内部空間とを仕切って区分けするためのものである。オリフィス３１の底面は、対物レンズ７の下面に相当する内側磁極１２及び外側磁極１３の先端面とほぼ同一面上に位置するようにされている。なお、電子銃４から放出された電子ビーム２０は、対物レンズ７における電子ビーム通過空間９を通って試料１０に到達する。
【００２１】
試料１０は、試料室２内において、試料ステージ１１に載置されている。この試料ステージ１１には、図示しない電圧印加手段が接続されている。これにより、試料１０には、試料ステージ１１を介して電圧印加手段によって所定の負電圧が印加される。なお、試料１０の上方に位置する対物レンズ７は接地電位とされている。
【００２２】
対物レンズ７の内部には第１の２次電子検出素子３４と第２の２次電子検出素子１６とが配置されている。第１の２次電子検出素子３４は、対物レンズ７における電子ビーム通過空間９内に配置されており、支持部１９ａにより支持されている。この第１の２次電子検出素子３４及び支持部１９ａにより第１の２次電子検出器１９が構成されている。
【００２３】
また、第２の２次電子検出素子１６は、対物レンズ７の両磁極１２，１３に形成された開口部１４の内部に配置されている。この開口部１４は、対物レンズ７の電子ビーム通過空間９に面するように形成されている。第２の２次電子検出素子１６は、２次電子を検出して光を発するシンチレータからなる。このシンチレータ（第２の２次電子検出素子）１６の周囲にはコロナリング１５が配置されている。このコロナリング１５には正電圧が印加され、２次電子をシンチレータ１６に集める作用を備える。２次電子の検出に応じてシンチレータ１６が発した光は、光電子増倍管１７によって電気信号に変換される。これらシンチレータ１６、コロナリング１５、及び光電子増倍管１７により第２の２次電子検出器１８が構成されている。
【００２４】
次に、図２を参照して、本発明における走査電子顕微鏡を用いた試料観察における動作について説明する。ここで、図２は、図１に示した走査電子顕微鏡の要部拡大図である。
【００２５】
電子ビーム２０は、走査コイル６及び対物レンズ７を含む電子光学系により制御されて試料室２内に配置された試料１０に照射される。試料１０に電子ビーム２０が照射される際には、鏡筒３の内部空間の真空度は、例えば１×１０−１Ｐａ程度の高真空となっている。また、試料１０には試料ステージを介して電圧印加手段３３により−５００Ｖ〜−３ｋＶ程度の負電圧が印加される。
【００２６】
このとき、対物レンズ７の収差の影響を小さくするために試料１０に照射される電子ビーム２０のエネルギーを高くしても、試料１０に印加された負電圧により電子ビーム２０は試料１０の直前で減速することとなり、得られる試料像の分解能が向上する。
【００２７】
電子ビーム２０の照射により試料１０から発生した２次電子３０は、対物レンズ３からの磁場により捕獲されて上昇する。
【００２８】
ここで、試料室２の内部空間の真空度が１０〜３００Ｐａ程度の低真空の場合には、試料１０から上昇した２次電子３０は試料室２内の残留ガスと衝突してそのエネルギーの一部を失うこととなるが、試料１０に印加された負電圧により２次電子３０が上方に加速され、当該加速場に２次電子３０が存在することとなる。
【００２９】
なお、電子ビーム２０の照射時に当該電子ビーム２０がオリフィス３１を通過できるようにするために、オリフィス３１には孔３２が形成されている。そして、鏡筒３の内部空間と試料室２の内部空間との間には圧力差が存在するが、オリフィス３１の孔３２によって差動排気されるようになっている。
【００３０】
試料１０に印加された負電圧による加速場によって上方に加速された２次電子３０は、オリフィス３１に形成された孔３２を通過する。
【００３１】
対物レンズ７の電子ビーム通過空間９には第１の２次電子検出素子３４が配置されており、この第１の２次電子検出素子３４には電子ビーム２０が通過するための電子ビーム通過孔３５が形成されている。第１の２次電子検出素子としては、試料１０への印加電圧が−２ｋＶ〜−３ｋＶ程度のときにはＰＮ接合を用いた半導体検出素子またはシンチレータとなる。また、試料への印加電圧が低い場合には、第１の２次電子検出素子としてＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）を用いることができる。
【００３２】
なお、この第１の検出素子３５は、対物レンズ７の電子ビーム通過空間９内であって、対物レンズ７の磁場の拘束が切れてなくなる位置に配置されることが好ましい。
【００３３】
オリフィス３１の孔３２を通過した２次電子３０は、第１の２次電子検出素子３５により検出されることとなる。
【００３４】
このように、試料室２の内部空間が低真空の場合において、試料１０から発生した２次電子３０は、試料１０への負の印加電圧により加速されることとなり、残留ガスに衝突しても多くの２次電子が対物レンズ７に設けられたオリフィス３１の孔３２を通過することができる。よって、対物レンズ７の電子ビーム通過空間９内に配置された第１の２次電子検出素子３４により、２次電子３０を効率良く検出することができる。
【００３５】
次に、試料室２の内部空間の真空度が１０Ｐａ未満の高真空の状態で観察を行うときには、試料室２内の残留ガスは非常に少ない。
【００３６】
この場合でも、試料１０から発生した２次電子３０は、上述と同様に対物レンズ７からの磁場により捕獲されて上昇するとともに、試料１０に印加された負電圧によって上方に加速される。２次電子３０が上昇する際に、試料室２内の残留ガスと衝突する割合は上記の例と比べて非常に低くなるので、２次電子３０は加速されてエネルギーが高くなった状態でオリフィス３１の孔３２を通過することとなる。
【００３７】
加速されてエネルギーが高くなった状態でオリフィス３１の孔３２を通過した２次電子３０は、対物レンズ７内に到達して対物レンズ７の内壁に衝突する。試料１０からの２次電子３０が衝突した対物レンズ７の内壁からは、さらに２次電子が発生し、当該２次電子は第２の２次電子検出素子（シンチレータ）１６により検出される。
【００３８】
このように、本発明における走査電子顕微鏡では、試料ステージ１１に載置された試料１０に電圧印加手段により負電圧を印加することにより、試料室２内が低真空であっても試料１０から発生した２次電子３０を対物レンズ７側に加速することができる。これにより、対物レンズ７に配置されたオリフィス３１を通過する２次電子３０の割合を増やすことができ、第１の２次電子検出素子３４による検出効率を向上することができる。
【００３９】
特に、対物レンズ７としてセミインレンズ型のものを用い、オリフィス３１の底面と対物レンズ７の下面とがほぼ同一面になるようにしたので、試料１０から発生した２次電子３０の大部分をオリフィス３１に通過させるようにすることができる。
【００４０】
また、第１の２次電子検出素子を、対物レンズ７の電子ビーム通過空間９内であって、対物レンズ７の磁場の拘束が切れてなくなる位置に配置することにより、エネルギーの一部を失った２次電子も含めて効率良く２次電子３０を検出することができる。
【００４１】
さらに、試料１０への印加電圧を−２ｋＶ〜−３ｋＶとした場合には、反射電子検出器として通常用いられている半導体検出素子でも第１の２次電子検出素子として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における走査電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した走査電子顕微鏡の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…走査電子顕微鏡、２…試料室、３…鏡筒、４電子銃（電子ビーム源）、５…集束レンズ、６…走査コイル、７…対物レンズ、８…電子光学系、９…電子ビーム通過空間、１０…試料、１１…試料ステージ、１６…シンチレータ（第２の２次電子検出素子）、１８…第２の２次電子検出器、１９…第１の２次電子検出器、２０…電子ビーム、３１…オリフィス、３４…第１の２次電子検出素子、３５…電子ビーム通過孔
【図１】
2005149733.tif 000003
【図２】
2005149733.tif 000004