(57)【要約】【課題】マイクロチャンネルプレートを有する検出器を用いたリターディング法による試料の観察を行う際に、良好な検出状態での観察を行う。【解決手段】電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置において、前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に付加電極を設け、前記試料に第１の負電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するともに検出電極に正電位を印加し、付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位を印加する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置において、前記試料に第１の負の電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するとともに検出電極に接地電位を印加することを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記検出器におけるチャンネル板の入力部に印加される第２の負電位は、前記試料に印加される第１の負電位と同電位に設定されていることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項３】
前記検出器におけるチャンネル板の入力部に印加される第２の負電位は、前記試料に印加される第１の負電位と接地電位との間の電位に設定されていることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項４】
前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に付加電極が設けられており、当該付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位が印加されることを特徴とする請求項３記載の観察装置。
【請求項５】
電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置において、前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に付加電極を設け、前記試料に第１の負電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するともに検出電極に正電位を印加し、付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位を印加することを特徴とする観察装置。
【請求項６】
前記付加電極の少なくとも表面は２次電子放出効率の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項４若しくは５記載の観察装置。
【請求項７】
２次電子放出効率の高い材料は金からなることを特徴とする請求項６記載の観察装置。
【請求項８】
電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置の制御方法において、前記試料に第１の負の電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するとともに検出電極に接地電位を印加することを特徴とする観察装置の制御方法。
【請求項９】
前記検出器におけるチャンネル板の入力部に印加される第２の負電位は、前記試料に印加される第１の負電位と同電位に設定されていることを特徴とする請求項８記載の観察装置の制御方法。
【請求項１０】
前記検出器におけるチャンネル板の入力部に印加される第２の負電位は、前記試料に印加される第１の負電位と接地電位との間の電位に設定されていることを特徴とする請求項８記載の観察装置の制御方法。
【請求項１１】
前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に付加電極が設けられており、当該付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位が印加されることを特徴とする請求項１０記載の観察装置の制御方法。
【請求項１２】
電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器と、前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に設けられた付加電極とを具備する観察装置の制御方法において、前記試料に第１の負電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するともに検出電極に正電位を印加し、付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位を印加することを特徴とする観察装置の制御方法。
【請求項１３】
前記観察装置における前記付加電極の少なくとも表面は２次電子放出効率の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１１若しくは１２記載の観察装置の制御方法。
【請求項１４】
２次電子放出効率の高い材料は金からなることを特徴とする請求項１３記載の観察装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、走査型電子顕微鏡等の観察装置および当該観察装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡のような観察装置においては、電子銃から発生した電子ビームを、対物レンズ等を含む電子光学系により細く集束させた状態で試料上の観察領域を走査し、当該観察領域から発生する信号を検出して観察像を取得する。
【０００３】
このような観察装置において、低加速電圧でも良好な観察像が得られるようにするために、対物レンズと試料との間に円板状のマイクロチャンネルプレートを有する検出器が配置された観察装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように、対物レンズと試料との間にマイクロチャンネルプレートを有する検出器が配置された観察装置において、試料に負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検討されている。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の観察を行うことができる。
【０００５】
通常、このリターディング法を用いて上記構成の観察装置により試料の観察を行う場合、マイクロチャンネルプレートの試料側に設けられた入力部に接地電位を印加するとともに、対物レンズ側に設けられた出力部に数ｋＶの正電位を印加することが行われている。このようにすることにより、試料の観察領域から発生した２次電子等の被検出電子は、マイクロチャンネルプレートの入力部により引上げられ、さらにこの入力部と出力部との間の電位差によって加速されるとともにその間に増倍されて当該出力部に到達し、この出力部から出力された電子が信号として検出される。
【０００６】
マイクロチャンネルプレートの出力部から出力された電子の検出信号は、フローティングアンプにより増幅される。そして、増幅後の検出信号は、当該フローティングアンプにより増幅されたことによって生じるノイズ成分を除去するために電気信号から光信号へ一旦変換され、その後電気信号に再変換される。このように電気信号に再変換された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換されて画像信号として制御装置のメモリに記憶され、表示装置により適宜表示される。
【０００７】
【特許文献１】
実開昭６０−１２４８５２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したマイクロチャンネルプレートを有する検出器（マイクロチャンネルプレート検出器）は、被検出電子の当該マイクロチャンネルプレートへの入射エネルギーによって検出感度が変動する。一例として、被検出電子の入射エネルギーが５００ｅＶ程度のときに最大検出感度が得られ、また当該入射エネルギーが２ｋｅＶのときに検出感度が最大検出感度に対して半減するようなマイクロチャンネルプレート検出器がある。
【０００９】
そのため、上記の構成からなる観察装置において、上述したリターディング法により観察を行う際には、試料から発生した被検出電子のマイクロチャンネルプレートへの入射エネルギーを適宜調整し、当該マイクロチャンネルプレート検出器の検出感度が最大となるようにすることが好ましい。
【００１０】
しかしながら、リターディング法を実行するためには、試料に数ｋＶ程度の負電位（例えば−２ｋＶ程度）を印加することが行われており、このときにはマイクロチャンネルプレートの入力部（接地電位）と試料との電位差により、試料から発生した被検出電子のマイクロチャンネルプレートへの入射エネルギーは数ｋｅＶ（当該例においては２ｋｅＶ程度）となる。この場合、マイクロチャンネルプレート検出器の検出感度は、上述したように半減してしまうこととなり、良好な検出感度での試料の観察を行うことができない。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、マイクロチャンネルプレートを有する検出器を用いたリターディング法により試料の観察を行っても、良好な検出状態での観察を行うことができる観察装置及び観察装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決する手段】
本発明における観察装置は、電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置であって、前記試料に第１の負の電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するとともに検出電極に接地電位を印加することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明における他の観察装置は、電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置であって、前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に付加電極を設け、前記試料に第１の負電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するともに検出電極に正電位を印加し、付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位を印加することを特徴とする。
さらに、本発明における観察装置の制御方法は、電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器とを具備する観察装置の制御方法であって、前記試料に第１の負の電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するとともに検出電極に接地電位を印加することを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明における他の観察装置の制御方法は、電子銃と、電子銃から発生した電子ビームを集束して試料に照射するための対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、試料側に設けられた入力部と対物レンズ側に設けられた出力部を有するチャンネル板及び当該チャンネル板の後段側に設けられた検出電極を備える検出器と、前記検出器におけるチャンネル板の入力部と前記試料との間に設けられた付加電極とを具備する観察装置の制御方法であって、前記試料に第１の負電位を印加し、前記検出器におけるチャンネル板の入力部に第２の負電位を印加するともに検出電極に正電位を印加し、付加電極に第１の負電位と第２の負電位との間の第３の負電位を印加することを特徴とする。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は、本発明における観察装置を示す概略構成図であり、本発明の実施の形態においては、観察装置として走査型電子顕微鏡の例をとりあげる。
【００１７】
同図において、１は電子銃であり、当該電子銃１により発生し加速された電子ビーム５は、集束レンズ２および対物レンズ４により細く集束された状態で試料８の被観察面８ａに照射される。このとき、走査コイル３により電子ビーム５は適宜偏向され、これにより電子ビーム５は試料８の被観察面８ａ上を走査する。
【００１８】
この電子ビーム５の照射によって、試料８の被観察面８ａからは２次電子等の被検出電子６が発生し、当該被検出電子６は、対物レンズ４と試料８との間に配置された円板状のマイクロチャンネルプレートを有する検出器（マイクロチャンネルプレート検出器）１０７により、試料８の情報に対応する信号として検出される。
【００１９】
検出器７によって検出された信号（検出信号）は、増幅器１２により増幅され、その後Ａ／Ｄ変換器１３よってデジタル信号に変換されてバスライン１４に送られる。バスライン１４に送られた当該検出信号に対応するデジタル信号は、コンピュータ（演算制御部）１５により画像処理されて画像データに変換され、適宜メモリ（記憶部）１６に格納されるとともに、図示しないディスプレー（画像表示部）により表示される。
【００２０】
電子銃１からの電子ビーム５が試料８に照射される際には、上述のごとく、集束レンズ２、対物レンズ４、および偏向コイル３の駆動により電子ビーム５が制御された状態で行われ、これら集束レンズ２、対物レンズ４、および偏向コイル３によって電子光学系２ａが構成されている。そして、この電子光学系２ａは、電子光学系制御部１１によってその駆動制御が行われる。当該駆動制御の際には、予めメモリ１６に格納されている駆動制御データがコンピュータ１５により読み出され、このコンピュータ１５から当該駆動制御データをバスライン１４を介して電子光学系制御部１１に送る。
なお、対物レンズ４と試料８との間に配置された検出器１０７の中央部には、開口１０７ａが形成されており、上記電子光学系２ａを通って制御された電子ビーム５は、この検出器１０７に形成された開口１０７ａを通過して試料８の被観察面８ａに照射される。
【００２１】
試料８は、絶縁層９を介して試料ステージ１０上に載置されており、当該試料ステージ１９はステージ駆動制御部１７によって、平面方向、垂直方向、回転方向、および傾斜方向について駆動制御される。このときの駆動制御データは、バスライン１４を介してコンピュータ１５によりステージ駆動制御部１７に送られる。
【００２２】
ここで、試料８には、電源１９により接地電位（ＧＮＤ電位）に対して第１の負電位（−Ｖ１）が印加され、また電子銃１には、電源１９および電源１８により接地電位に対してビーム加速用負電位（−（Ｖ１＋Ｖ２））が印加される。そして、電源１８および電源１９が発生する各電圧は、バスライン１４を介してコンピュータ１５により制御される。なお、図１には示していないが、対物レンズ４には接地電位が印加されている。
【００２３】
図２に、本発明における第１の実施例の要部を示す。同図に示すように、検出器１０７は、試料８側に配置されたマイクロチャンネルプレート（チャンネル板）７と、このマイクロチャンネルプレート７の後段側となる対物レンズ側に配置された検出電極２７とから構成されている。そして、本実施例においては、マイクロチャンネルプレート７（マイクロチャンネルプレート７の後述する入力部７ｃ）と試料８との間であってマイクロチャンネルプレート７の近傍に付加電極２２が設けられている。ここで、マイクロチャンネルプレート７は、試料８側に位置する入力部７ｃと対物レンズ４側に位置する出力部７ａとこれら入／出力部７ｃ，７ａの間に配置されたチャンネル部７ｂとから構成されている。そして、マイクロチャンネルプレート７及び検出電極２７のそれぞれの中央部には、電子ビーム５が通過するための開口１０７ａが形成されている。また、付加電極２２はメッシュ状に形成されており、その表面に金等の２次電子放出効率の高い金属がコーティングされている。
【００２４】
付加電極２２には、試料８に印加される第１の負電位と接地電位との間の第３の負電位が電圧可変素子２１によって印加されている。マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃには、付加電極２２に印加される第３の負電位と接地電位との間の第２の負電位（試料８に印加される第１の負電位と接地電位との間の電位に含まれる）が電圧可変素子２１により印加されており、検出電極２７には電源２０により接地電位に対して所定の正電位（＋Ｖ３）が印加されている。ここで、マイクロチャンネルプレート７の出力部７ａと検出電極２７との間には、電源３１により検出電極２７が正方向となる１００Ｖ程度の検出用電位差が設けられている。
この結果、付加電極２２に印加される第３の負電位は、試料８に印加される第１の負電位とマイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに印加される第２の負電位との間の電位となる。なお、対物レンズ４は、同図に示すように、接地電位とされている。
【００２５】
検出器１０７には、上述したように、電子光学系２ａを通った電子ビーム５が通過するための開口１０７ａが形成されており、当該開口１０７ａの形成された位置に対応して、付加電極２２にも開口２２ａが形成されている。そして、検出器１０７の開口１０７ａを通過した電子ビーム５は、付加電極２２に形成された開口２２ａを通過して試料８の被観察面８ａに照射される。
【００２６】
電子ビーム５が照射された試料８の被観察面８ａからは、２次電子等の被検出電子６が発生する。このとき、試料８には第１の負電位である−Ｖ１が印加されているとともに、付加電極２２には、当該第１の負電位よりも接地電位に近い第３の負電位が印加されているので、試料８の被観察面８ａで発生された被検出電子６は付加電極２２に引き寄せられて衝突する。
このとき、付加電極２２の表面には２次電子放出効率の高い材料がコーティングされているので、試料からの被検出電子６が衝突した付加電極２２の表面からは大量の２次電子が放出される。
【００２７】
付加電極２２の表面で大量に発生した２次電子（以下、信号用電子という）は、付加電極２２に印加されている第３の電位よりもさらに接地電位側の電位である第２の電位が印加されているマイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに引き寄せられる。
このとき、付加電極２２に印加されている第３の電位とマイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに印加されている第２の電位との間の電位差を調整し、検出器７の検出感度が最大となる電位差（例えば５００Ｖ）に設定しておく。このようにすることにより、マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに引き寄せられる信号用電子のエネルギーを例えば５００ｅＶ程度とすることができ、検出器７の検出感度が最大となる。
マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに引き寄せられた信号用電子は、接地電位に対して所定の正電位が印加された出力部７ａに向けてチャンネル部７ｂ内を加速しながら通過し、当該チャンネル部７ｂを通過時に増倍されて出力部７ａから出力される。マイクロチャンネルプレート７の出力部７ａから出力された信号用電子は、後段側にある検出電極２７に入射することにより信号として検出される。検出電極２７により検出された信号は、増幅器１２によって増幅された後、上述のようにＡ／Ｄ変換器１３によりデジタル信号に変換され、バスライン１４を介してコンピュータ１５に送られる。
【００２８】
このように本実施例においては、付加電極２２に印加されている第３の電位とマイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに印加されている第２の電位との間の電位差を検出器１０７の検出感度が最大となる電位差に設定するので、マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに引き寄せられる信号用電子のエネルギーを検出器１０７の検出感度が最大となる入射エネルギーとすることができ、当該検出器１０７の検出感度が最大となる。
また、付加電極２２にて発生した信号用電子は大量にマイクロチャンネルプレート７に入射することとなるので、検出器１０７の検出信号の値も大きくなり、信号検出時でのＳＮ比が良くなる。
【００２９】
従って、マイクロチャンネルプレートを有する検出器を用いたリターディング法により試料の観察を行っても、良好な検出感度での観察を行うことができる。
【００３０】
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。図３は、本発明における第２の実施例の要部を示す概略図である。同図に示すように、本実施例においては、上述の第１の実施例と同様に、検出器１０７のマイクロチャンネルプレート７と試料８との間であってマイクロチャンネルプレート７の近傍に付加電極２２が設けられている。
【００３１】
ここで、第１の実施例と本実施例と異なる点は、検出器１０７の検出電極２７に接地電位が印加されている点である。この場合にも、第１の実施例と同様に、付加電極２２に印加されている第３の電位とマイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに印加されている第２の電位との間の電位差を検出器１０７の検出感度が最大となる電位差に設定することにより、マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに引き寄せられる信号用電子のエネルギーを検出器１０７の検出感度が最大となる入射エネルギーとすることができ、当該検出器１０７の検出感度が最大となる。
また、付加電極２２にて発生した信号用電子は大量にマイクロチャンネルプレート７に入射することとなるので、検出器１０７の検出信号の値も大きくなり、信号検出時でのＳＮ比が良くなる。
【００３２】
そして、この場合においては、検出器１０７の検出電極２７が接地電位とされているので、増幅器１２としてフローティングアンプを用いる必要がないので、検出信号を一旦光変換する必要がなく、検出信号の処理を効率良く行うことができる。
【００３３】
さらに、図４を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。図４は、本発明における第３の実施例の要部を示す概略図である。同図に示すように、本実施例においては、上述した第２の実施例の構成を簡略化したものであり、検出器１０７の検出電極２７に接地電位が印加されている点で同じであるが、付加電極２２が設けられていない点が相違する。
【００３４】
この場合、試料８へ印加された第１の負の電位と、マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに印加される第２の負の電位との電位差を検出器１０７の検出感度が最大となる電位差に設定することにより、マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに引き寄せられる試料８からの被検出電子６のエネルギーを検出器１０７の検出感度が最大となる入射エネルギーとすることができ、当該検出器１０７の検出感度が最大となる。
【００３５】
また、検出器１０７の検出電極２７が接地電位とされているので、増幅器１２としてフローティングアンプを用いる必要がないので、検出信号を一旦光変換する必要がなく、検出信号の処理を効率良く行うことができる。
【００３６】
そして、図５を参照して、本発明の第４の実施例について説明する。図５は、本発明における第４の実施例の要部を示す概略図である。同図に示すように、本実施例においては、上述した第３の実施例の構成をさらに簡略化したものであり、検出器１０７の検出電極２７に接地電位が印加されている点で同じであるが、マイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃに、試料８へ印加される第１の負の電位を印加するようにしている。
【００３７】
この場合においては、試料８の被観察面８ａとマイクロチャンネルプレート７の入力部７ｃとの間で電位差が生じていないので、試料８の被観察面８ａに顕著な凹凸があるときや、試料ステージ１０の駆動により試料８が傾斜されたときにおいて、試料８とマイクロチャンネルプレート７との間で不要な電位分布が発生することがなく、良好な観察を行うことができる。
【００３８】
また、検出器１０７の検出電極２７が接地電位とされているので、増幅器１２としてフローティングアンプを用いる必要がないので、検出信号を一旦光変換する必要がなく、検出信号の処理を効率良く行うことができる。
【００３９】
なお、上述した第１の実施例および第２の実施例において設けられるメッシュ状の付加電極２２は、その表面に金等の２次電子放出効率の良い材料がコーティングされているものとしたが、当該付加電極２２の電極材料自体を金等の２次電子放出効率の良い材料から構成するようにしてもよい。
【００４０】
また、使用されるマイクロチャンネルプレート７の特性によって、当該マイクロチャンネルプレート７を有する検出器１０７の中央部（マイクロチャンネルプレート７の中央部に相当）の検出感度が、周縁部（マイクロチャンネルプレート７の周縁部に相当）の検出感度よりかなり高く、マイクロチャンネルプレート７の面内での検出位置によって当該検出器１０７の検出感度特性に大きなばらつきがある場合には、第１の実施例および第２の実施例において設けられるメッシュ状の付加電極２２の中央部に円形の遮蔽膜を設けるようにしてもよい。
【００４１】
このように、本発明における上記各実施例においては、マイクロチャンネルプレートを有する検出器を用いたリターディング法による試料の観察を行う際に、良好な検出状態での観察を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における観察装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明における第１の実施例の観察装置の要部を示す概略図である。
【図３】本発明における第２の実施例の観察装置の要部を示す概略図である。
【図４】本発明における第３の実施例の観察装置の要部を示す概略図である。
【図５】本発明における第４の実施例の観察装置の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…偏向コイル、４…対物レンズ、５…電子ビーム、
６…被検出電子、７…マイクロチャンネルプレート（チャンネル板）、７ａ…出力部、
７ｂ…チャンネル部、７ｃ…入力部、８…試料、２７…検出板、１０７…検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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