(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子のエネルギーの分析器を含む走査電子顕微鏡システムであって、
一次電子ビームを形成すると共に標本にそれを集束させるための一次電子ビームカラム、前記一次電子ビームカラムが磁場に試料を浸漬させる対物系のレンズを含むこと、並びに、
前記対物系のレンズを通じて二次電子を収集するための二次電子の光学的なシステム、前記二次電子の光学的なシステムが、
前記対物系のレンズを通じて二次電子を加速するための加速する場を作り出すレンズ、
前記一次電子ビームの経路から前記二次電子を偏向させるための静電気的なコンデンサー、
前記静電気的なコンデンサーを通じて延びると共に前記静電気的なコンデンサーによって引き起こされた偏向及び収差から前記一次電子ビームをシールドするシールド、前記シールドが前記一次電子ビームをシールドするために内側で伝導性のものであると共に外側で前記シールドによって引き起こされることがある場のいずれの歪みをも低減する前記静電気的なコンデンサーの電場に関係付けられた外部の電場を作り出すためのポテンシャルの勾配を有すること、及び、
前記二次電子のエネルギーを決定するための電子のエネルギーの分析器
を含むこと
を具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項２】
請求項１の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記静電気的なコンデンサーは、球面のコンデンサーを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項３】
請求項１の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記シールドは、チューブ又はポリゴンを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項４】
請求項１の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記シールドは、一対の又は多重のプレートを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項５】
請求項１の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記対物系のレンズは、シュノーケルレンズを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項６】
請求項１の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記対物系のレンズは、二極の磁気レンズを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項７】
請求項１の走査電子顕微鏡システムであって、
さらに前記球面のコンデンサーの出力を変更するための伝送レンズを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項８】
電子のエネルギーの分析器を含む走査電子顕微鏡システムであって、
一次電子ビームを形成すると共にオージェ電子を含む二次電子の標本からの放出を作り出すために標本の表面にわたって前記ビームを走査するための一次電子ビームカラム、前記一次電子ビームカラムが対物系のレンズを含むこと、及び、
前記対物系のレンズを通じて前記オージェ電子を収集するための二次電子の光学的なシステム、前記二次電子の光学的なシステムが前記一次電子ビームの分解能を維持する一方で前記一次電子ビームの経路から前記二次電子を偏向させるための偏向器を含むこと、並びに、
前記オージェ電子を分析するための電子のエネルギーの分析器
を具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項９】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記偏向器は、前記オージェ電子を偏向させるための場を生じさせると共にさらに前記場から前記一次電子ビームをシールドするシールドを具備する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１０】
請求項９の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記シールドは、内側で伝導性のものであると共に前記偏向器の場に対応する外側におけるポテンシャルの勾配を維持するために外側で抵抗性のものである、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１１】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記偏向器は、静電気的な偏向器である、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１２】
請求項１１の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記偏向器は、球面のコンデンサーである、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１３】
請求項９の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記偏向器は、球面のコンデンサーであると共に、
前記一次電子ビームのシールドは、前記球面のコンデンサーを通じて延びるチューブを具備すると共に、前記チューブが前記球面のコンデンサーにおけるポテンシャルの勾配に対応する外側におけるポテンシャルの勾配を有する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１４】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記対物系のレンズは、シュノーケルレンズを含む、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１５】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記レンズは、二極の磁気レンズを含む、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１６】
請求項１５の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記二極の磁気レンズは、
前記一次電子ビーム及び前記二次電子を通過させるための開口を有する上側の磁極片、及び、
磁場を発生させるコイルを有する下側の磁極片
を具備すると共に、
第一のレンズ組み立て品に配された前記二極の磁気レンズは、前記一次電子ビームを集束させると共に上方に前記標本から放出されたオージェ電子を含む前記二次電子を集束させる、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１７】
請求項１６の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記上側の磁極片は、前記一次電子ビームを走査するためにのみならず前記偏向器に向かって前記オージェ電子を向けるために選択的に静電気的なポテンシャルを印加するための複数の静電気的な偏向プレートを含む、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１８】
請求項１６の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記下側の磁極片は、より高い走査電子顕微鏡の空間的な分解能、より高いオージェの空間的な分解能、及びより高いオージェ電子の透過のために上方へ機械的に前記下側の磁極片を移動させるために可動に付けられたものである、走査電子顕微鏡システム。
【請求項１９】
請求項１６の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記試料は、より高い走査電子顕微鏡の空間的な分解能、より高いオージェの空間的な分解能、及びより高いオージェ電子の透過のために上昇させられる又は下降させられることができる、走査電子顕微鏡システム。
【請求項２０】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記一次電子ビームは、５ｎｍと比べてより良好な分解能を有する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項２１】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記一次電子ビームは、２ｎｍと比べてより良好な分解能を有する、走査電子顕微鏡システム。
【請求項２２】
請求項８の走査電子顕微鏡システムにおいて、
前記収集の効率は、１００ｅＶのエネルギーを有するオージェ電子について二十パーセント比べてより大きいものである、走査電子顕微鏡システム。
【請求項２３】
標本の表面における材料の組成を決定するための方法であって、前記方法は、
一次電子のビームを作り出すこと、
磁場における標本を浸漬させる対物系のレンズの少なくとも一部分を通じて前記標本の表面に向かって一次電子のビームを向けること、
前記対物系のレンズを通じて前記標本の原子からオージェ過程によって放出された二次電子を向けること、
前記一次電子ビームの経路から隔たって位置決めされた二次電子のエネルギーの分析器に向って前記一次電子ビームの経路から離れて前記二次電子を偏向させること、及び、
前記オージェ電子のエネルギーを分析すること
を具備する、方法。
【請求項２４】
請求項２３の方法において、
前記二次電子を偏向させることは、ある一定のエネルギーを有する二次電子を偏向させるために印加された電圧を調節することを含む、方法。
【請求項２５】
請求項２３の方法において、
前記標本の表面に向かって前記一次電子のビームを向けることは、シールドを通じて前記電子のビームを通過させることを含むと共に、
前記シールドが内側の表面及び外側の表面を含むと共に、
前記内側のものが前記一次電子のビームをシールドするために伝導性のものであると共に前記外側の表面が抵抗性のものであると共にシールドするチューブからの前記静電気的な偏向器の電場の歪みを低減する前記静電気的な偏向器の電場に関係付けられた外部の電場を作り出すために帯電させられたものである、方法。
【請求項２６】
走査電子顕微鏡を使用するオージェ電子分光法を行うための方法であって、
標本の表面に向かって対物系のレンズを通じて一次電子ビームを向けること、
前記対物系のレンズを通じてオージェ電子を収集すること、前記オージェ電子が最小錯乱円に仮想のオージェ源を形成すること、前記一次電子ビームの経路から隔たって前記仮想のオージェ源のイメージを形成すること、及び、
前記オージェ電子のエネルギーを分析すること
を具備する、方法。
【請求項２７】
請求項２６の方法において、
前記仮想のオージェ源のイメージを形成することは、前記オージェ源のイメージを形成するために静電気的なコンデンサーを使用することを含む、方法。
【請求項２８】
請求項２６の方法において、
標本の表面に向かって対物系のレンズを通じて一次電子のビームを向けることは、前記ビームの収差を低減するためにシールドを通じて前記一次電子を向けることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  ［発明の技術分野］
本発明は、微視的構造の性質を決定することに、特に、オージェ電子分光のような、分析の為に対物レンズを通して二次電子を捕集する走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】  ［発明の背景］
電子デバイスは絶えず、製造費用を減少させ、動作速度を増加させるように作られる。適切な新しい製造工程を開発し、現存する工程における欠陥を修正する為に、技術者及び科学者は、極端に小さな地形の画像を形成し、それらの地形の化学的構造を決定できる分析機器を必要とする。走査電子顕微鏡（ＳＥＭｓ）は、微視的な地形を撮像する為に広く使用され、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）はしばしば地形表面の化学的構造を決定する為に使用される。ＡＥＳは、少数又はそれ以下の原子の層と同程度に小さい、多数の比較的軽い元素の存在を検出できる。走査オージェ顕微鏡（ＳＡＭ）において、分析を三つのモード、即ちスペクトル分析、単一元素マップ、及びイオンミリング及びオージェ分析を同時に使用する深度プロファイル、でなすことができる。
【０００３】  ＳＥＭにおいては、精細に集束した一次電子ビームを、標本に亘って走査する。一次電子ビームの衝突は、二次電子と呼ばれる電子の放出を引き起こす。次に、一次電子ビームが画像の各点に衝突すると同時に、画像の各点の輝度が放出された二次電子の数によって決定されるように、標的の画像を形成する。ＳＥＭの精細に集束した電子ビームは、最良の光学顕微鏡によって達成し得るよりも大きな倍率、深い集束深度、及び高い分解能の画像の生成を許容する。
【０００４】  二次電子は、様々な機構によって標本から放出される。それらの機構の一つであるオージェ過程は、電子が放出される物質の特徴的なエネルギーを有する電子を生成する。オージェ過程によって生成する電子は、オージェ電子として既知である。ＡＥＳは、オージェ電子のエネルギーを分析し、電子が放出される物質のタイプを決定する過程である。
【０００５】  不幸にも、少数の衝突する電子のみが、オージェ電子を発生させる。典型的に、千個と十万個との間のどこかの一次電子が、一つのオージェ電子を生成する為に必要とされる。従って、非常に低い濃度で試料中に存在する物質を検出する為には、オージェ電子を効率的に捕集及び分析することが必要である。オージェ電子は、ほぼ等方的に、即ち標的より上の全ての方向にほぼ等しく放出されるので、試料上の半球のできるだけ多くからオージェ電子を捕集することが必要である。
【０００６】  図１は、ＡＥＳシステム２を備える従来のＳＥＭ１を概略的に示す。電子カラム３は、一次電子ビーム４を試料５に向ける。二次電子６を、開口７を通じて一次電子ビームの側面で捕集し、分析器８に転送する。電子カラム３の対物レンズは、試料付近の空間の大部分を占めるので、オージェ電子の少数部分より多くを捕集する為に、試料付近に開口７を十分に位置させることは困難である。開口７は、試料上の半球の小部分のみからの電子を捕集するので、それは効率的な捕集器ではなく、ＳＥＭ上の側面に装置されたＡＥＳシステムは、あまり高感度ではなく、即ち、それらＡＥＳシステムは極端に小さな濃度の物質を検出することができない。更に、このような側面に装置した電子捕集器は、レンズからの磁場が捕集される電子の数を減少させるので、ＳＥＭに対する高分解能の電子レンズと両立しない。
【０００７】  捕集されるオージェ電子の割合を増加させることによって、ＡＥＳシステムの感度を増加させる為に、多くの試みがなされてきた。例えば、本出願人の一人に発行された米国特許第４，８１０，８８０号は、試料上の大きな領域を照明する側面に装置した源からの広い電子ビームを使用する直接撮像オージェシステムを開示する。試料から放出された電子は、次に、標本のすぐ下に位置する高分解能“シュノーケル”電子レンズの極部分を使用して捕集される。二次電子光学システムは、二次電子を使用して試料の画像を形成し、試料上の異なる位置に存在する物質のタイプを決定する為に、試料の異なる部分からの電子を分離し分析することができる。一次電子ビームが衝突して試料の大きな領域の画像を形成するこのタイプの機器は、“走査”機器と反対に、“撮像”機器と呼ばれ、一度に試料の小さな点のみ照射し、その一点からの電子を捕集し、次に全ての走査した点に対する情報を組み合わせて画像を形成する。撮像機器において、分解能は、主として、どのくらい信頼して捕集システムが標本の画像を再現できるかに依存し、一方走査システムにおいては、分解能は、主として照射するビームの大きさに依存する。撮像機器は、典型的には、走査機器と同程度に効率的に各点からのオージェ電子を捕集することはできないので、一次電子ビームの電流密度を、さらなるオージェ電子を生成する為に増加させる。より多いビーム電流は、走査機器が同等のビームエネルギーで引き起こすかもしれない損傷よりも、多くの試料の損傷を引き起こし得る。
【０００８】  他のアプローチにおいて、低エネルギー電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）システムは、Ｅ．Ｂａｕｅｒ，Ｃ．Ｋｏｚｉｏｌ，Ｇ．Ｌｉｌｉｅｎｋａｍｐ，ａｎｄ  Ｔ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，Ｖｏｌ．８４，ｐｐ．２０１−２０９（１９９７）による“Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｉｎ  ａ  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”に記載されている。Ｂａｕｅｒ．ｅｔ  ａｌ．の機器は、オージェスペクトル及び表面の画像を提供する。これはまた、走査機器と反対の撮像するタイプの機器であり、非常に複雑である。銀に対して証明されたオージェ画像の分解能は、約１００ｎｍであり、半導体産業のアプリケーションにおける使用に対しては比較的低い。
【０００９】  透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、高エネルギー電子ビームを使用し、試料を透過し反対側で捕集される電子を使用して試料の画像を形成する撮像機器である。走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）もまた試料を透過する電子を使用するが、高エネルギービームを、試料の全領域を同時に照射するよりもむしろ、試料を横切って走査する。このような機器は高分解能を有するが、電子が試料を完全に通りぬけなければならないので、非常に薄い試料にのみ使用できる。ＴＥＭの一次電子カラムのレンズを通じて戻る二次電子を捕集することは既知である。このようなシステムは、“Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  ＳＴＥＭ，”Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｂｅａｍ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ｔｈｅ  ４０ｔｈ  Ｓｃｏｔｔｉｓｈ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ  Ｓｕｍｍｅｒ  Ｓｃｈｏｏｌ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ａｕｇｕｓｔ，１９９３  ＩＳＢＮ  ０−７５０３−０２５  ６−９，ｐ．１２１−１４３においてＫｒｕｉｔによって記載されている。このようなシステムは、それら（二次電子）がレンズの極部分を通じて透過すると、二次電子を“平行にする”、即ち、磁場が二次電子の軌道を広く拡散したパターンからほとんど平行なパターンへと変化させる、強い磁場を生成する対物レンズを使用する。レンズを越えて、磁気偏向器又はウィーンフィルターのような磁気及び静電気の組み合わせ偏向器は、二次電子を、オージェ電子エネルギー分析器に向けて一次ビームの側面に偏向させる。
【００１０】  二次オージェ電子は、オージェ電子と一次ビーム電子との間における大きなエネルギー差によって、一次ビーム電子から容易に分離することができる。ＴＥＭの一次ビームにおける電子は、約２００ｋｅＶのエネルギーを有し、オージェ電子は、約５０ｅＶ乃至約３０００ｅＶのエネルギーを有する。一次ビーム電子エネルギーとオージェ電子エネルギーとの間のこの大きな差で、磁場は、一次電子ビームの最小の収差を有するオージェ電子を分離することができる。
【００１１】  ＳＥＭにおいて同様のレンズを通したオージェ電子システムを実施することの望ましさは、認識されてきており、このようなシステムを形成する試みは、例えば、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，Ｖｏｌ．１２ｅｄ．，Ｍｕｌｖｅｙ  ａｎｄ  Ｓｈｅｐｐａｒｄ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，ｐｐ．９３−１３７（１９９１）の“Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｅ−Ｌｅｎｓ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，Ｐａｒｔ  １”におけるＰ．Ｋｒｕｉｔによって記載されている。このような試みは、限定的に成功した。
【００１２】  ＳＥＭにおける二次電子のレンズを通した捕集を組み込む主な問題は、一次ビーム電子と同じ経路に沿ってレンズを通して戻ってくる二次電子を分離する困難である。ＳＥＭの一次ビームにおける電子は、典型的に３ｋｅＶと３０ｋｅＶとの間のエネルギーを有し、ＴＥＭにおける電子の典型的な２００ｋｅＶのエネルギーよりも著しく低く、オージェ電子の５０ｅＶ乃至３，０００ｅＶのエネルギーに非常に近い。レンズを通して戻り透過する電子を分離する為に、ＴＥＭオージェシステムに使用される分離又は偏向デバイスは、高エネルギーのＴＥＭビームにおいて最小の収差を生成する一方、低エネルギーのＳＥＭ一次ビームにおいてはひどい収差を引き起し得、それによってＳＥＭの分解能及び有用性を減少させる。収差は、磁気偏向器又はウィーンフィルターデバイスにおける一次ビームの交差を設計するような、既知の方法によって減少させられるが、このような解決が他の源からの一次ビームの収差、即ちビームの相互作用を増加させる傾向にあるので、このような解決は、一次ビーム光学系の光学的な柔軟性を制限する。さらに、このような磁気偏向器デバイスは、性能に不利に影響し得るヒステリシスを有する。
【００１３】  結果として、ＳＥＭ撮像及びオージェ電子分光を組み合わせ、ＳＥＭ及びＡＥＳの両機能の最大性能を提供する方法及び装置に対する要求がある。
【００１４】  ［発明の要約］
このように、本発明の目的は、高分解能走査電子顕微鏡において二次電子のレンズを通した捕集の為のシステムを提供することである。
【００１５】  本発明は、二次電子のレンズを通した捕集を含む、特にオージェ電子の捕集に適した、走査電子顕微鏡システムを含む。その電子捕集システムは、物理的又は電気的に一次ビーム光学系を妨害しないので、電流の多い高分解能の一次ビーム対物レンズを使用することができ、それによって高分解能レンズの性能を著しく落とすことなく、先行技術のシステムと比較して著しく二次電子信号を増加させ信号獲得時間を減少させる。
【００１６】  本発明のさらなる目的、利点及び新規な特徴は、本発明の詳細な説明及び図面から明らかになると考えられる。
【００１７】  前述は、以下に続く本発明の詳細な説明をよりよく理解し得る為に、本発明の特徴及び技術的利点をむしろ広く概説してきた。本発明の請求項の主題を形成する本発明のさらなる特徴及び利点は、以後に記載されると考えられる。開示された概念及び明確な実施例は、本発明の同じ目的を実行する為の他の構造を修飾又は設計する基礎として容易に利用し得ることは当業者によって認識されるはずである。また、このような等価な構成が、添付した請求項において明らかにされるような本発明の主旨及び範囲から逸脱しないことは、当業者によって理解されるはずである。
【００１８】  本発明及びその利点のより完全な理解の為に、ここで、添付する図面と関連して以下の記載に言及する。
【００１９】  ［好適な実施例の詳細な説明］
本発明に従うレンズを通した二次電子検出器システムを有する走査電子顕微鏡システムの好適な実施例の一般的な特徴は、以下の記載及び図で説明される。
【００２０】  本発明のシステムは、好ましくは、広がった視野（シュノーケル）レンズ、浸漬レンズ、又は双極磁気レンズのような高分解能の対物レンズを使用する。二次電子は、対物レンズを通して捕集され、次に一次ビームの軸から離れて検出器、好ましくはオージェ電子分光器まで偏向される。好適な実施例において、一次ビーム対物レンズの内側の静電レンズは、試料から離れたオージェ電子を加速させ、対物レンズを出る二次電子の角度を減少させる。球面コンデンサーのような偏向器は、オージェ電子を一次ビームの経路の外に偏向させる。一次ビームは、それが偏向器を通過するとき、一次ビームの収差を防止する為に遮蔽される。遮蔽物は、好ましくは、一次ビームを遮蔽する為に内側で導電性であり、偏向器におけるオージェ電子の収差を減少させるポテンシャル勾配を外側で保持する。
【００２１】  好適な実施例において、対物レンズ及び静電偏向器は、一次ビーム対物レンズの面の付近で虚像のオージェ源を形成する為に、試料から等方的に放出されるオージェ電子を平行化する。オージェ電子光学システムは、一次ビームの経路を離れた虚像のオージェ源の画像を形成する。画像は、試料の表面上の正確な位置に存在する物質を高感度で決定する為に、転送レンズを通じて球面コンデンサ分析器の中に向けられる。一次ビームの経路から離れたオージェ電子の撮像は、真空チャンバーを通じて接続された外部の分析器までずっとオージェ電子を制限する必要性を不要にする。本発明の電子光学システムはまた、電子の優れた透過性も提供するので、信号はまだ、分析器において、同じ一次ビームの電流を使用する先行技術のシステムの信号と少なくとも同程度に大きい。
【００２２】  ［好適な実施例の物理的説明］
図２は、レンズを通した二次電子捕集システム１２を有する本発明の走査電子顕微鏡システム１０の好適な実施例の概略を示す。電子顕微鏡システム１０は、一次ビーム１６を形成し、その一次ビームを試料２０上に集束させて、オージェ電子を含む二次電子の放出を引き起こす一次ビーム光学システム１４、及び二次電子を捕集し、それら二次電子を検出器又は分析器３８へ透過させる二次電子光学システム２２を含む。一次ビーム光学システム１４は、電子ビーム源２６、一次ビーム１６が試料２０の表面を走査することを引き起こす一次ビーム偏向システム３０を含む一次ビーム電子カラム２８、及び一次ビーム１６の最終的な集束の為の対物レンズ３２を含む。
【００２３】  二次電子光学システム２２は、二次電子偏向器３４、転送レンズ３６、及び二次電子検出器又は分析器３８を含む。二次電子光学システム２２は、また対物レンズ３２及び一次ビーム偏向器３０を、これらの構成要素が一次ビームと共に二次電子にも影響するので、含む。遮蔽物４０は、一次ビーム１６を、その一次ビームが二次電子偏向器３４を横切るとき、偏向されること及び電場の収差から保護する。
【００２４】  図３は、本発明の好適な実施例をより詳細に示す。電子ビーム源２６は、ショットキー場放出源のような電子放出源を含む電子銃４２、及び電子をビームに形成しそれら電子を所望のエネルギーまで加速する電子光学構成要素を含む。このような電子銃４２は、例えば、本発明の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ，Ｏｒｅｇｏｎから商業的に入手可能である。
【００２５】  電子銃４２の後に位置する陽極５０は、更に一次電子を加速する。陽極５０は、好ましくは、約＋２ｋＶの電位に維持される。一次ビーム光学システム１４はまた、自動可変開口（ＡＶＡ）５６及びステアリング及びブランキング電極５８を含む。一次ビーム光学システム１４は、好ましくはビームの交差を含まず、それによって著しいビーム相互作用の収差の導入を避ける。走査電子顕微鏡システム１０は、真空チャンバー６０において、電子が試料から及び試料へ実質的に妨害されずに飛行することを許容するように維持される。真空チャンバー６０を大気に晒すとき、電子銃４２の汚染を防止する為に、隔離バルブ６２を、真空チャンバー６０の残りから電子銃４２を真空隔離する為に使用する。
【００２６】  一次ビーム１６が試料２０に衝突するときに発生するオージェ電子の量は、一次ビーム１６における電子のエネルギーに強く依存する。満足なオージェ収率に対して、一次ビームは、好ましくは、検出されるほとんどの活性なオージェ電子の約３倍のエネルギーを有する。しかしながら、集積回路のような精密な試料に対する損傷を減少させる為に、減少したビームのエネルギーをしばしば使用する。回路の損傷を避ける為に典型的に５ｋＶより低い電圧を必要とする半導体製造における集積回路の分析を通じて、典型的には２ｋｅＶと２０ｋｅＶとの間である合計の一次ビーム加速電圧を使用する。
【００２７】  一次ビーム光学システム１４は、試料２０の表面の部分を横切って、典型的にはラスターパターンにおいて、その部分を走査する為に一次ビーム１６を偏向させる一次ビーム偏向システム３０を含む。一次ビーム偏向システム３０は、好ましくは対物レンズ３２によって支持される。一次ビーム偏向システム３０は、第一の偏向レンズ７２、通常のレンズ７４、及び第二の偏向レンズ７６を含む。偏向レンズ７２及び７６を横切る電圧は振動し、試料を横切ってラスターまで二つの垂直な方向にビームを走査することを引き起こす。通常のレンズ７４は、第一及び第二の偏向素子の間隔を保つ為に使用されるオプションの構成要素である。
【００２８】  一次ビーム偏向システム３０は、好ましくは、典型的には接地ポテンシャル即ち０ボルトである試料２０における電位より上の予め決められた電位で浮動する。例えば、一次ビーム偏向システム３０は、＋２ｋＶの陽極ポテンシャルで浮動してもよい。浮動電圧は、一次ビーム偏向システム３０と試料２０との間で、一次電子を減速させる。このように浮動した一次ビーム偏向システム３０は、特許協力条約公開番号ＷＯ９９／３４３９７号にＫｒａｎｓ  ｅｔ  ａｌによって記載されている。
【００２９】  主として高倍率で使用される機器に適切な代替実施例において、一次電子ビームカラムにおいて、ステアリング及びブランキング電極５８の領域内に、例えば、電子ビーム源２６のちょうど下に、偏向コイル又は板を、高く置くことができる。偏向レンズ手段を比較的小さい対物レンズの入口領域の外側に位置させることは、偏向レンズの構成を簡単にする。
【００３０】  対物レンズ３２は、好ましくは、真空チャンバー６０の壁に取り付けられ支持されるシュノーケルレンズ８０を含む。シュノーケルレンズ８０は、磁場発生コイル８２、コイル８２内で同軸で覆った円錐形状の中空の磁気浸透性部材８４を含む。対物レンズの励起は、好ましくは、５ｋＶの一次ビームを集束させる為の約０．３テスラの磁場を生成するように、動作する。シュノーケル対物レンズ８０の円錐形状の中空の磁気浸透性部材８４は、試料２０に最も近い先端８６を含む。先端８６は、試料２０を磁場中に浸す為に磁場を広げるような形状にし、それによって、比較的高い電流密度においてさえも、非常に短い作動距離及び相応して高分解能を提供する。電子顕微鏡に関するシュノーケルレンズの構成及び使用は、既知であるが、本発明より前には、このようなレンズは、オージェ電子分光器と組み合わせることに成功しなかった。
【００３１】  上述したように、オージェ電子は、近似的に等方的に、即ち、試料より上の半球における全ての方向に近似的に等しく、放出される。二次電子が試料２０から離れて動くとき、二次電子の軌道は、対物レンズ３２の磁場及び一次ビーム偏向システム３０の電圧によって変更されるので、電場及び磁場無しに単に幾何学的思考から予測されるかもしれない電子数よりも非常に多数の電子を、対物レンズ３２を通じて捕集する。オージェ電子が対物レンズ３２を通過するとき、電子は、元々放出されたときよりも大変小さい角度であるが、発散する。後方へ電子を発散することを表す光線を置いてみると、その光線で表される二次電子ビームの直径が最小となる平面がある。図３に示す実施例において、この平面は、シュノーケルレンズ８０の先端８６付近を通過する。この点におけるビームの断面は、最小錯乱円盤として既知であり、オージェ電子の虚像の源８８として扱うことができる。二次電子の光学システム２２は、二次電子検出器又は分析器３８の入力において一次ビームの経路から離れた虚像の源８８の画像９０を形成する。
【００３２】  図４は、１ｋｅＶの二次電子の、それら二次電子がシュノーケルレンズ８０（図３）を通じて飛行するときの、計算された軌道を示し、試料に向って戻るように外挿された光線を示す。二次電子は、試料から等方的に放出され、図４は、光軸を表す図４の基本線及び左から右へ運動する二次電子と共に、光軸を通じた代表的な半平面上の軌道を示す。図４に示す軌道の計算に対して、シュノーケルレンズ８０の励起は、０．２９テスラであり、一次ビームの電圧は５ｋＶであった。試料は、Ｚ＝−５ｍｍに置かれ、シュノーケルレンズの先端８６は、Ｚ＝０ｍｍにある。ｚ軸と０．１、０．２、及び０．３ラジアンの角度を形成する１，０００Ｖのオージェ電子の試料に戻る光線を外挿すると、図４は、Ｚ＝０で約０．６５ｍｍの半径９２を有する最小錯乱円盤を示す。この最小錯乱円盤は、虚像のオージェ源８８として扱われる。０．３ラジアンより大きい角度を有する光線は、大多数において二次電子光学システム２２を通じて透過されない場合もあり、無視される。
【００３３】  一次ビーム偏向システム３０が約２ｋＶだけバイアスされるので、それは試料から放出される二次電子を加速させ、それによって対物レンズ３２を通過する二次電子の角度を減少させ、より多くの割合の等方的に放出される二次電子が捕集されることを許容する。更に、一次ビームを衝突点に向けて曲げる偏向電極７２及び７６上の電圧は、逆に衝突点からの二次電子の軌道を真っ直ぐにし、対物レンズより上でそれら二次電子を一次ビームの軸に整列させる。一次及び二次電子を、高い磁気浸透性を有する金属、即ちミューメタルで構成される遮蔽物９６によって、先端８６から離れて、磁場から遮蔽することができる。
【００３４】  一次ビーム偏向システム３０によって加速された後、二次電子を、二次電子偏向器３４（図２）によって一次ビームの経路から離して偏向させる。一次ビームの軸から二次電子を偏向させることは、放出された二次電子が一次ビーム光学システム１４を通じてずっと制限されたままである必要性を不要にする。比較的大きな入力を有する偏向器は、電子の過剰な損失無しに比較的大きな虚像のオージェ源８８からの電子を捕集し集束することが、必要とされる。二次電子偏向器３４は、例えば、静電コンデンサーのような静電偏向器、及び好ましくは、転送球面コンデンサー９８として図３に示した対称的な１８０度球面コンデンサー、を含む。転送球面コンデンサー９８は、７５ｍｍの平均半径を有する球面の形状を有し、内部の球面１００及び外側の球面１０２を有する。大きな立体角で入力を受け入れることによって、転送球面コンデンサー９８は、透過損失を減少させる。円筒又はドーナツ型の板のような他の偏向手段を、二次電子を偏向させる為に使用できるかもしれない。
【００３５】  転送球面コンデンサー９８を横切る電圧は、どのオージェ電子が検出器又は分析器を通過するかを決定する。関心のある全ての範囲（約５０乃至３０００Ｖ）のオージェ電子を通過させる為に、転送球面コンデンサー９８は、典型的にある範囲の電圧を横切って走査される。例えば、２０００Ｖの加速ポテンシャルで、内側の半球１００は、２０７３ｅＶと６４０８ｅＶとの間のある範囲の電圧を走査してもよく、外側の球面１０２は、１９８７ｅＶと１２１７ｅＶとの間のある範囲の電圧を走査してもよく、半球間の電圧の差は、７３ｅＶと４４０８ｅＶとの間で変化する。
【００３６】  オージェ電子を偏向させる為の二次電子検出器３４（図２）によって使用される場は、一次ビームの満足できない収差を引き起こすかもしれない。遮蔽物４０は、二次電子検出器３４と関係付けられた場から一次ビーム１６を保護する。好適な遮蔽物４０は、陽極５０付近から対物レンズ３２まで伸びるドリフト管１１０（図３）を含み、一次ビーム１６が試料２０に向って飛行するとき、偏向器システム３４の場から一次ビーム１６を保護する。図５Ａ及び５Ｂは、それぞれドリフト管１１０の断面の平面図、及び断面の部分的な正面図を説明する。ドリフト管１１０は、一次電子ビーム１６を外部の電場から遮蔽する為に、内部で導電性であり、一次ビーム偏向システム３０の無い位置に存在するかもしれないようなポテンシャルに相当する電位に保持し得る。例えば、ドリフト管の内部を、陽極５０及び一次ビーム偏向システム３０の＋２ｋＶのポテンシャルに保持してもよい。外部では、ドリフト管１１０は、転送球面コンデンサー９８の電場と調和する勾配を緩くしたポテンシャルを有するので、転送球面コンデンサー９８における二次電子の軌道は、その中のドリフト管１１０の存在によって分配しない。勾配を緩くしたポテンシャルは、例えば、抵抗性の外部コーティングを横切る電圧を印可することによって達成できる。図５Ａは、導電性の内部１２６、半導体又は高インピーダンスの抵抗性の外部１３０を有するドリフト管１１０の頂上からの断面図を描く。導電性の内部１２６は、適切な導電性金属を含み、絶縁層１３４によって抵抗性の外部から分離される。
【００３７】  ドリフト管１１０は、基板材料の片側の導電性層及び他方側の抵抗性の膜と共に、柔軟な印刷された回路板の製造から既知の技術を使用して形成し得る。柔軟な印刷された回路板は、ドリフト管１１０を衝撃する電荷を抜き出す薄い導電性膜を含む。代わりに、セラミック又は他の誘電性の管を、絶縁層１３４として使用することができるかもしれない。内部の層を、内部の表面上に金属層を取り付けるか又は蒸発させることによって、形成することができるかもしれない。同様に、外部の表面は、例えば、絶縁層上のテンプレートを通じて抵抗性の膜を蒸発させることによって形成されるような、外側の半導体の層を有する金属のストリップを含むことができるかもしれない。
【００３８】  代替実施例において、ドリフト管１１０の代わりに、転送球面コンデンサー９８の静電場からの保護の為に、平行板を一次電子ビーム１６の両側に配置する。これらの板は、一次電子ビーム１６及び二次電子検出器又は分析器３８の入力軸によって定義される平面に平行である。板は、一次電子ビーム１６に面する内側で導電性であり、それら板の外側の面上に勾配の緩やかな場を有する。勾配の緩やかな場を、ドリフト管１１０に関して上述したように形成することができる。これらの板は、それら電子が転送レンズ３６に向って曲げられるとき、電子の軌道に対して実質的に平行であるので、比較的薄い平行板の存在によるオージェ電子の信号の損失は最小にすることができる。
【００３９】  転送球面コンデンサー９８は、対称であり、即ちそれは、異なる位置であるが、避けられない収差以外は入射する物体と同一である画像を生成する。転送球面コンデンサー９８を離れる電子線の球面コンデンサー９８の光軸に対する角度は、コンデンサー４８に入る光線の角度、１，０００ｅＶのオージェ電子に対して約０．１ラジアン、と同じである。この射出角度は、典型的に、二次電子検出器又は分析器３８の入射角度と不一致であり、転送レンズ３６は、入射角度と一致させる為に画像を変更することに使用される。転送レンズ３６は、典型的に約四の倍率を有する。この倍率は、画像の幅を増加させるが、転送レンズ３６の出力角度を減少させる。転送レンズ３６を横切る電圧は、転送球面コンデンサーを横切る電圧のように、分析されるオージェエネルギーに一致するように掃引される。
【００４０】  全てのタイプの電子エネルギー分析器を使用することができる。好適な二次電子検出器又は分析器は、上述の転送球面コンデンサーと設計において類似する球面コンデンサー分析器１４０を含むが、１００ｍｍの平均半径を有し、全半球設計を有する。
【００４１】  走査電子顕微鏡の撮像モードにおいて、オージェ電子分光モードと反対に、画像の形成は、数ｅＶの桁のエネルギーを有する二次電子の捕集に依存する。上述の実施例において、低エネルギーの二次電子は、それら二次電子がシュノーケルレンズ８０を通過するとき、非常にコリメートされると考えられ、また著しい数の低エネルギー電子が、転送球面コンデンサー９８によって検出器に向って偏向され一次ビームの経路から離れる代わりに、ドリフト管１１０の内側を通過すると考えられる。低エネルギーの二次電子がドリフト管１１０を通過することを防止する一つの方法は、ＳＥＭ撮像の間、一次ビーム偏向システム３０上の加速電圧を切るか又は大きく減少させることである。次に、低エネルギーの二次電子は、それほど強くコリメートされず、大部分がドリフト管１１０を迂回して検出器に対して一次電子ビームの経路から偏向される。
【００４２】  （動作方法）
図６は、本発明の一つの実施例において、試料２０上のＳＥＭ撮像及びオージェ分析の動作を行う過程におけるステップを示すフローチャートである。
【００４３】  ステップ１６０は、試料２０を、次に真空にする真空チャンバー６０内の可動ステージ上に置くことを示す。ステップ１６４は、オペレーターが、試料２０に亘って十分なエネルギーの一次電子ビームを走査し、撮像の為に二次電子の放出を引き起こすことを示す。試料の損傷を減少させる為に、ステップ１６４における一次ビームのエネルギーは、オージェ分析に関して必要なエネルギーよりも低くすることができる。ステップ１６６は、試料２０から放出される低エネルギーの二次電子の実質的な部分を、対物レンズ３２を通じて捕集することを示す。ステップ１７０は、捕集した低エネルギーの二次電子を二次電子検出器に向わせることを示す。ステップ１７０に関して、一次ビーム偏向システム３０上の加速電圧を、切るか又は実質的に減少させる場合もある。
【００４４】  ステップ１７６は、試料２０のＳＥＭ撮像を、検出された二次電子を使用して行うことを示す。例えば、オージェ分析用のある標的の特徴を試料２０周辺で操縦して置く為に、ＳＥＭ撮像を通じて同定し得る試料２０の特徴を使用することができる。
【００４５】  ステップ１８０は、加速電圧を一次ビーム偏向システム３０に印加して、オージェ電子の捕集を開始することを示す。ステップ１８２は、試料２０から放出されたオージェ電子の実質的な部分を、対物レンズ３２を通じて捕集することを示す。ステップ１８４は、所望のエネルギー範囲内のオージェ電子を、二次電子検出器３４に印加された電圧を調節することによって、電子検出器又は分析器３８へ選択的に偏向させることを示す。転送レンズ３６は、それがオージェ分析の為に電子検出器又は分析器３８に入力される前に、マッピングされたオージェ画像を適合させる。ステップ１８６において、オペレーターは、オージェ分析を行い、受けたオージェ電子のオージェスペクトルから、電子を放出した物質のタイプを決定する。
【００４６】  （好適な実施例に関する仕様及び性能評価）
以下は、上述の二次電子捕集システムにおける１００Ｖ及び１０００Ｖのオージェ電子における透過効率の評価である。転送球面コンデンサー及び球面コンデンサー分析器の特徴を決定する為に使用される方程式は、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．５４，ｐｐ．８１８−８２６（１９８３）に“Ｔｈｅ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  ａ  Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ”と題されたＥ．Ｍ．Ｐｕｒｃｅｌｌに記載される。
【００４７】  （入力レンズ）
シュノーケルレンズ８０及び加速する一次ビーム偏向システム３０を通じたオージェ電子の透過率Ｔは、
Ｔ＝１００ＡＲＡｉ２／Ｚ                    （１）
によって与えられ、ここで、Ａｉは、静電的な加速が無く磁気レンズによる平行化の無いときの試料からのオージェ電子の半角であり、ＡＲは、放出されたオージェ電子のエネルギーに対する加速後の全電子エネルギーの比として定義される加速比であり、Ｔは、Ａｉより小さい半角でシュノーケルレンズ８０及び一次ビーム偏向システム３０を通過し、試料２０によって放出されるオージェ電子の２π立体角の百分率である。試料２０から放出されるオージェ電子の均一な角度分布を仮定する。
【００４８】  例えば、１，０００Ｖのオージェ電子に対して、５ｋＶの一次ビーム、一次電子ビームを集束させるのに十分な磁気レンズの励起、及び試料を離れた後のオージェ電子の二重交差を仮定すると、加速無しの入力角度Ａｉは０．３ラジアンであると評価される。静電レンズによる２，０００Ｖの加速は、３の加速比を与える。１，０００ｅＶのオージェ電子における０．１ラジアンの円錐に対して、式１は、約１３．８％の透過率Ｔを与える。ドリフト管１１０における電子の評価された損失を説明する為に１３．８パーセントを２０パーセントだけ減少させることは、１０．８パーセントの透過率を提供する。類似の計算を、７５．６パーセントの透過効率を生じる１００ｅＶのオージェ電子に対して行うことができる。出願人は、１００ｅＶのオージェ電子に対してもＡｉを０．３ラジアンであると控えめに評価してきたが、Ａｉは、１００ｅＶの電子に対してもっと大きくなりそうであり、示した値よりも大きな全透過効率に帰着する。以下の表１は、１０００ｅＶのオージェ電子、及び１００ｅＶのオージェ電子の透過率に関連する要素を要約する。ＥＡは、オージェ電子のエネルギーであり、Ｄ０は、シュノーケルレンズ８０の極の面付近における図４に示すようなオージェ物体の大きさ９２であり、Ａ０は、シュノーケルレンズ及び静電的加速レンズの後におけるオージェ電子の半角である。
【００４９】
【表１】
0005342728.tif 000002
表１
（転送球面コンデンサー）
図７は、約７５ｍｍの平均半径を有する転送球面コンデンサー９８の撮像特性を説明する。球面コンデンサーは、対称的であり、その球面コンデンサーがその入口において電子を受け入れるのと同じ角度（約０．１ラジアン）で、その出力において電子を放出する。オージェ物体８８からオージェ画像９０への法線に沿って描かれた光線は、転送球面コンデンサー９８の中心を通って通過する。転送球面コンデンサー９８は、分析されるオージェエネルギーと一致する電圧で掃引される。
【００５０】  図８Ａ乃至８Ｃは、点源の画像上における球面コンデンサーに固有の収差を示す。図８Ｄは、半径Ｄ０を有し、従って点源ではないオージェ源を示す。図８Ｅは、広がったオージェ源８８の画像９０上における球面コンデンサーの収差の効果を示す。
【００５１】  図８Ａは、転送球面コンデンサー９８における幾何学的収差を説明する。点源を、小さいが有限の入力半角Ａに関して入力から出力軸上の点に集束させる為に、転送球面コンデンサー９８上に印加された電圧を変える場合には、幾何学的収差は、出力オージェ画像９０が図８Ａに示すパイ形状を取ることを引き起こす。パイ形状は、線Ｐ及びＱ（図７）を通るが図８Ａの平面内にはない平面を通過するオージェ電子の軌道から生じる。
【００５２】  図９は、転送球面コンデンサー９８を通るオージェ電子の軌道を描く。図９に示すように、Ａｉ＝０．１ラジアン及びＲ＝７５ｍｍに対する最小のビーム幅ＷＡは、約１．５ｍｍであり、ビームにおける光線の最高濃度は、Ｗｙ＝０にある。このように、最大の電流密度は、図８Ａのパイ形状をしたオージェ画像の右手側（頂点）に一致する。
【００５３】  対称的な球面コンデンサー４８に対するＸ方向における幾何学的収差ＷＡは、
ＷＡ＝２ＡＲＡ２                    （２）
によって与えられる。
【００５４】  図８Ａに示すようなｙ方向におけるビーム広がりは、
ＷＹ＝２ＢＷＡ                    （３）
であり、ここで、角度Ｂは、ｙ方向における半角であり、
Ｂ＝ｃ／Ｒ                    （４）
で与えられ、ここでｃは、転送球面コンデンサー９８を出るビームの半幅である。記載される実施例において、Ｂは、約０．２５ラジアンである。
【００５５】  転送球面コンデンサー９８を横切る電場をわずかに減少させる為に、内側及び外側の半球１００及び１０２（図７）の間に印加された偏向電圧を変化させることによって、図８Ｂに示す蝶ネクタイ形状の画像を生成する為に、図８Ａのパイ形状の画像をオフセットすることができる。これにより、Ｙ方向における幅は、２ＢＷＡからＢＷＡまで減少する。減少した幅は、球面コンデンサー分析器１４０の性能を最大化することを援助する。
【００５６】  オージェ源の画像は、また色収差によっても広げられる。図８Ｃは、球面コンデンサー分析器１４０におけるｎ個のチャンネルに対して、図８Ｂの蝶ネクタイに加えられた色収差を示す。画像平面９０における色広がりＷＥは、
ＷＥ＝ｎ（ｄＥＡ／ＥＡ）２Ｒ／（ＡＲ）                    （５）
によって与えられ、ここでｎは、分析器のチャンネル数であり、この例では５であり、ｄＥＡは、検出器のチャンネル毎に分析されるオージェ電子のエネルギー帯の幅であり、Ｒは、球面コンデンサーの平均半径であり、ＡＲは、上述した加速比である。ｄＥＡ／ＥＡは、オージェ電子分光器のチャンネル毎の規格化された分析されるエネルギー幅を表し、典型的には約０．５パーセントである。
【００５７】  図８Ｃは、幾何学的収差及び色収差を受けたオージェ画像が、ＷＡ＋ＷＥのｘ方向における幅、及びＢ（ＷＡ＋ＷＥ）のＹ方向における幅を有することを示す。図８Ｃは、チャンネルを、図８Ｂにおける単一エネルギーの場合の両側において平等にバランスさせることを仮定する。よって、図８Ｃにおける蝶ネクタイは、Ｘ方向の両端でＷＥ／２だけ広げられる。蝶ネクタイは、またＹ方向にもＢＷＥだけ広げられる。図８Ｄは、Ｄ０の直径を有するシュノーケルレンズ８０における虚像のオージェ源８８を示し、図８Ｅは、有限の広がりのオージェ源、及び転送球面コンデンサー９８まで及びこれを含む全ての収差の結果としてのビーム幅を示す。画像の寸法は、
ＷＸ＝Ｄ０＋ＷＡ＋ＷＥ                    （６）
ＷＹ＝Ｄ０＋Ｂ（ＷＡ＋ＷＥ）                    （７）
である。
【００５８】  転送球面コンデンサー９８は、対称的であり、その出口１２０においてオージェ電子を、そのコンデンサーがそれらオージェ電子をその入口で受けるのと同じ角度（約０．１ラジアン）で、透過させる。転送球面コンデンサー９８及び転送レンズ３６を、分析されるオージェエネルギーによって決定されるある範囲の電圧を通じて掃引する。内側の球面１００に対して負の偏向電圧を、一次電子ビーム１６から実質的に離してオージェ電子を操縦する電場を発生させる為に、外側の球面１０２に印加する。オージェ電子を、転送レンズ３６によって、球面コンデンサー分析器１４０の入口１９２へ集束させ、減速させる。半球１００と１０２との間のオージェ電子の軌道は、電子のエネルギー、及び半球間の印加された電圧の差に依存する。両方の球面を、陽極５０と同じ電圧である２ｋＶで浮動させる。画像はＹ方向においてより狭い、即ちＷＹ＜ＷＸであり、従って、球面コンデンサー分析器１４０の分散方向にＷＹを置き、その分析器の性能を最適化することが望ましいことに注意すること。以下の表２は、１，０００ｅＶ及び１００ｅＶのエネルギー、及び２０００Ｖの加速ポテンシャルを有するオージェ電子に対して球面コンデンサーを出るオージェ画像の性質を要約する。
【００５９】
【表２】
0005342728.tif 000003
表２
（転送レンズ）
転送球面コンデンサーの出力角度は、典型的に、球面コンデンサー分析器１４０の入射角度に一致しないので、入射を一致させる適切な転送レンズ３６を、球面コンデンサー間に必要とする。記載された実施例において、倍率は二次電子光学システム２２における他の構成要素の性質に依存して変化すると考えられるけれども、転送レンズ３６は、４の倍率を有する。転送レンズ３６は、典型的に出力画像の幅ＷＸ及びＷＹを増加させるが、出力角度を減少させる。次にビームが球面コンデンサー分析器に入射する角度ＡＯＹを、式
ＡＯＹ＝ＡＯ（ＲＲ）１／２／Ｍ                    （８）
に従い、減速比によって再び減少させ、ここでＡＯＹは、転送レンズからの出力角度であり、ＲＲは、
ＲＲ＝（ＡＲ）（ｄＶＳ／ＶＳ）／（ｄＥＡ／ＥＡ）              （９）
として定義される減速比であり、ここで、ｄＶＳ／ＶＳは、球面コンデンサー分析器の規格化されたエネルギー分解能であり、典型的には、約３．５％である。
【００６０】  転送レンズのトレース幅の出力は、ＭＷＹである。
【００６１】  転送レンズによる幾何学的収差及び色収差の寄与は、無視できると仮定する。
【００６２】  以下の表３は、１００Ｖ及び１０００Ｖのオージェ電子に対する転送レンズの特徴を示す。
【００６３】
【表３】
0005342728.tif 000004
表３
（球面コンデンサー分析器）
ＳＣＡの分解能は、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，５６１−５６４（１９７０）における“Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ  Ａｎａｌｙｚｅｒｓ”と題されたＨ．Ｚ．Ｓａｒ−ＥＩによる論文に与えられた式に記載されるような、そのＳＣＡの半径Ｒ及び入力半角ＡＹによって決定される。分解能は、
（ｄＶＳ／ＶＳ）ＢＷ＝Ｗｓｌｉｔ／Ｒ＋ＡＳＣＡ２              （１０）
のように計算され、ここで、（ｄＶＳ／ＶＳ）ＢＷは、基本幅のエネルギー分解能として定義され、ＡＳＣＡは、Ｙ方向のＳＣＡへの許容される半角であり、Ｗｓｌｉｔはスリット幅であり、ここで（一個のチャンネルに対する）入口及び出口のスリットは等しい。半値全幅（ＦＷＨＭ）のエネルギー分解能を、
（ｄＶＳ／ＶＳ）ＦＷＨＭ＝Ｗｓｌｉｔ／２Ｒ＋ＡＳＣＡ２／２    （１１）
に帰着する、式（１０）で与えられる基本分解能の半分として評価することができる。
【００６４】  例えば、好適な１００ｍｍの半径の球面コンデンサー分析器は、次の特性、スリット幅＝４ｍｍ、スリット長＝１０ｍｍ、ＡＳＣＡ＝０．１ラジアン、及びＡＸ＝１．６ラジアン、を有する。このように式（１１）は、（ｄＶＳ／ＶＳ）ＦＷＨＭ＝４／２００＋０．１２／２＝２．５％を与える。０．５％のオージェエネルギー分解能が望まれるとすると、１ｋＶのオージェ電子を、５の減速比によって２５０Ｖまで減速させることができる。しかしばがら、１ｋＶのオージェ電子を、一次ビーム偏向システム３０によって前もって３ｋＶまで加速させたので、２５０Ｖの電子を得る為に、オージェ電子を、転送レンズ３６と球面コンデンサー分析器１４０との間で１５倍だけ減速させることが必要である。
【００６５】  球面コンデンサー分析器に対して、
ＷＡ＝２ＲＡＳＣＡ２                    （１２）
ＷＳＬＩＴ＝２Ｒ（ｄＶＳ／ＶＳ−ＡＳＣＡ２／２）            （１３）
であり、ここで、式１３は、式１１を再整理することによって得られる。
【００６６】  表４は、１００Ｖ及び１０００Ｖの電子に対して１００ｍｍの半径の球面コンデンサー分析器における特徴を示し、ここで、スリット幅Ｗｓｌｉｔは６ｍｍであるように選択する。
【００６７】
【表４】
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表４
構成要素の全透過率を以下の表５に示し、ここで
角度Ｔ＝ＴＡＯＹ／ＡＳＣＡ                    （１４）
面積Ｔ＝ＷＯＹ／ＷＳＬＩＴ                    （１５）
合計Ｔ＝（面積Ｔ）（角度Ｔ）                    （１６）
である。
【００６８】  角度Ｔは、転送ＳＣＡ及び転送レンズに加えて、シュノーケルレンズ８０及び関連する静電レンズを通り過ぎる立体角の百分率である。面積Ｔは、分析用の球面コンデンサー分析器１４０の入口１５０を通り過ぎる拡大した及び収差を持ったオージェ物体８８の百分率である。
【００６９】
【表５】
0005342728.tif 000006
表５
五個のチャンネルのオージェ検出器システム１２を使用して、オージェ電子における７．１％の透過率の約五倍、即ち３５．５％は、球面コンデンサー分析器に透過する。
【００７０】  “位相空間振動”と呼ばれる現象である、透過効率が、オージェエネルギーと共に変化することを示すことができる。効率におけるこの変化は、二次電子の入力角度を制限する、オージェ電子信号を規格化する、又はこれら二つの組み合わせのような、いくつかの方法で補償することができる。一つの実施例において、二次電子及びオージェ電子の角度は、それら電子がシュノーケルレンズ８０に入る前に、例えば、シュノーケルレンズ８０の標本側に非磁性開口を置くことによって、約０．２１ラジアンに制限することができる。規格化を使用して補償する為に、オージェ電子信号を、大きなエネルギー例えば約１００ｅＶに亘って平滑化する関数を使用して背景の信号に対して規格化することができる。
【００７１】  （好適な実施例の先行技術との比較）
図１０は、従来の（非浸透性）磁気対物レンズ及び光分解能レンズに関して、ショットキー場放出銃からの一次電子ビームに対する一次ビームの直径対ビーム電流を示すグラフである。図１０に関して、ビーム直径は、ビーム電流の５０％を取り囲む半径として定義される。グラフは、５ｋＶのビーム及び５ｍｍの作動距離を仮定する。通常の対物レンズは、５０ｍｍの球面収差係数（ＣＳｉ）及び３０ｍｍの色収差係数（ＣＣｉ）を有し、ここで高分解能レンズは、５ｍｍのＣＳｉ及び３ｍｍのＣＣｉを有する。図１０は、１０ｎｍの直径のビームに対して、ビーム電流が、高分解能レンズを使用することにより約２０倍大きいことを示す。
【００７２】  高分解能レンズと両立する二次電子捕集システムを提供することによって、本発明は、試料から分析器への電子の透過効率が両方の場合において同じであると仮定して、オージェ分析を、同じビーム直径を使用する先行技術のシステムよりも約２０倍速く行うことができる。上で示すように、本発明は、優れた透過効率を提供する。一次ビーム電流を増加させることによって、減少した透過効率を補償することができるが、増加した一次ビーム電流は、試料２０を損傷させ得る。
【００７３】  従来の標準的なＳＣＡシステムの入カレンズは、典型的には、（入力レンズにおける損失が無いと仮定して）約２％の入力透過率に対応する１２度の半角まで捕集する。球面コンデンサー分析器における多数のチャンネルは、透過率を幾何学的に増加させる。例えば、商業的に入手可能な、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．，Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮからのオージェ分光システムは、効果的に、オージェ検出器中に約１６チャンネルを有し、オージェ分光システムの入カレンズにおける損失が無いことを仮定して、約３２％の効果的な透過率を提供する。上述の本発明のシステムにおける球面コンデンサー分析器１４０において、五個のチャンネルのオージェ検出器システム１２は、１ｋｅＶの電子に対して、レンズを通した（ＴＴＬ）ＳＥＭ／オージェシステムにおいて、約３５．５％の透過率を提供する。
【００７４】  （二次電子捕集システムの代替実施例）
図１１は、より大きな割合の等方的に放出されたオージェ電子を分析器に転送する代替の二次電子捕集システム２００を描く。図１１の実施例は、二つの転送球面コンデンサー２０２及び２０４を使用する。結果として、１ｋＶのオージェ電子は、約二倍の全透過率を有する。二次電子捕集システム２００は、図３における一個の転送球面コンデンサーシステムの入射角度の二倍である、０．２ラジアンの入力角度からの二次電子を受け入れる。図１１は、シュノーケルレンズ及び加速レンズから放出される０．１ラジアン及び０．２ラジアンの角度を有する光線を同定する。
【００７５】  図１１の実施例に関する仕様及び性能情報を、実施例３に関する上述の表と類似する、以下の表に記載する。同じパラメーター名を、システムの性質を指定する為に使用するので、再度説明はしない。
【００７６】  次のパラメーターはシステムを特徴付ける。
【００７７】  Ｂ＝０．３Ｒａｄ
ＶＡｃｃｅｌ＝２０００Ｖ
ＤＥＡ／ＥＡ＝０．５％
ＡＳＣＡ＝０．１０ｒａｄ
ｄＶＳ／ＶＳ＝８％
Ｍ＝８．００
ｎ＝５
【００７８】
【表６】
0005342728.tif 000007
表６
Ａｉは、５ｋＶの一次ビーム及びオージェ電子に関する二重交差条件を仮定する。出願人は、Ａｉを１００Ｖのオージェ電子に対して０．６ラジアンであると控えめに評価したが、また、Ａｉは、もっと大きくなりそうであり、より大きな全透過効率に帰着する。
【００７９】
【表７】
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表７
【００８０】
【表８】
0005342728.tif 000009
表８
【００８１】
【表９】
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表９
【００８２】
【表１０】
0005342728.tif 000011
表１０
【００８３】
【表１１】
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表１１
（代替の対物レンズを使用する実施例）
図１２は、本発明における他の実施例の断面図を描く。描かれた代替実施例において、図３の好適な実施例と類似の引用符は、全ての同一の構成要素を同定する為に使用している。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システム２９８は、レンズを通した二次電子検出器システム３００及び一次ビーム光学システム３０２を含む。一次ビーム光学システム３０２は、対物レンズ組み立て品３０８を含む一次ビーム電子カラム３０４を含む。
【００８４】  対物レンズ組み立て品３０８は、真空チャンバー３１２の壁に取り付けられ支持される双極磁気レンズ３１０を含む。双極磁気レンズ３１０は、上側磁極部分３１６、下側磁極部分３１８、及び磁場発生コイル３２０を含む。試料２０は、一般的に、上側磁極部分３１６と下側磁極部分３１８との間の可動試料ステージ３２２上に置かれる。上側磁極部分３１６は、一次電子ビーム及びオージェ電子を含む二次電子を通過させる為の開口３２４を有する。
【００８５】  対物レンズ組み立て品３０８は、更に、上側磁極部分３１６によって支持される一次ビーム静電偏向システム３２６を含む。一次ビーム静電偏向システム３２６は、カラム上に装置されるか又はカラム中に統合される静電偏向板３３０、３３２、及び３３４を含む。偏向板３３０、３３２、及び３３４は、図３のレンズ７２、７４、及び７６に関する上述のものに類似の様式で、一次電子ビーム及び放出される二次電子を操作する。下側磁極部分３１８を、傾いた又はより厚い試料２０を収容する為に上側磁極部分３１６から離して動かすことができ、より高いＳＥＭ及びオージェ空間分解能並びにより高いオージェ電子透過率の為に、上側磁極部分３１６付近に動かすことができる。
【００８６】  下側磁極部分３１８は、試料２０の下に配置され、試料２０の上に配置される上側極ヘッド部分３４０の極の直径よりも小さい極の直径を有する下側極ヘッド部分３３８を含む。下側磁極部分３１８は、一般的に、上側磁極部分３１６よりも試料付近に位置する。この配置は、収差を減少させる上向きの方向に単調に減少する磁場を提供する。さらなる極部分又は分割された上側極部分もまた、レンズの収差を最小化する為に、使用することができる。
【００８７】  下側磁極部分３１８は、当技術において公知であるような水で冷却された磁場発生コイル３２０によって励起される。上側の極に対する磁気回路を、軟らかい磁性材料で作られ、頂上部分３４６から底部分３４８へ伸びるくびき３４４を使用して仕上げしてもよい。くびき３４４の一部分のみを示す。くびき３４４を、試料ステージ３２２を収容する為に、直角又は半直角を含む様々な形状に形成することができる。好ましくは、示してないくびき３４４の部分は、下側磁気レンズ極３１６と上側磁気レンズ極３１８部分との間の磁場を戻す為の磁気回路を形成する。代わりに、真空チャンバー３１２自体が、下側と上側磁気レンズ極部分３１６と３１８との間に磁気回路を形成してもよい。
【００８８】  走査電子顕微鏡システム２９８は、一次ビームの経路からのオージェ電子を偏向させる為の転送球面コンデンサー９８を含む。前述したように、ドリフト管１１０は、陽極５０付近から転送球面コンデンサー９８を通じて双極磁気レンズ３１０まで伸び、一次電子ビームが、試料２０に向って分配されずに飛行することを許容する。オージェ電子の検出及び分析用のレンズを通した二次電子検出器システム３００は、一般的に、図３の好適な実施例と関連して前述した構成要素を含む。
【００８９】  比較的強い静電ポテンシャルもまた、実質的にオージェ電子を上向きに向けて、レンズを通した二次電子検出器システム３００によってオージェ電子の検出効率を向上させる為に、双極磁気レンズ３１０と組み合わせて使用される。例えば、５００乃至１０，０００Ｖを、オージェ電子の透過率を促進する為に、静電偏向板３３０、３３２、及び３３４上に選択的に印加してもよい。
【００９０】  動作において、オージェ電子を含む放出された二次電子は、対物レンズ組み立て品３０８の組み合わせられた磁場及び静電場によって、上側に向けられる。上側磁極部分３１６の内部において、静電偏向板３３０、３３２、及び３３４を、一次電子ビーム１６の走査、オフセット、及び収差補正に使用する。これらの静電偏向板３３０、３３２、及び３３４並びにその上に配置される静電遮蔽円錐３５０を、上向きに及び転送球面コンデンサー９８又は他の偏向器若しくは分離器に向って飛行するように二次電子を加速させる為に、上述のような適切な正のポテンシャルにバイアスをかけることができる。この加速は、放出された二次電子の角度を減少させ、オージェ電子の透過率を改善する。転送球面コンデンサー９８は、オージェ電子を含む二次電子を本発明の図３の好適な実施例に記載されるような球面コンデンサー分析器１４０に入力する転送レンズ３６に向って、二次電子を向って送る。
【００９１】  好ましくは、傾斜可能な試料ステージ３２２は、上側磁極部分３１６と下側磁極部分３１８との間に十分な隙間を提供する為に十分に薄く、傾斜可能な試料ステージ３２２を所望の範囲の角度を通じて傾けることを許容する。リングに提供される傾斜機構並びにＸ、Ｙ、Ｚ及び回転ステージ機構を、リング及び試料２０を都合良く操る為に、このリングの側面に位置させてもよい。代わりに、ステージＸ、Ｙ及びＲの平行移動機構をリングの周囲に位置させてもよく、またＺ及び傾斜機構を両端に配置させてもよい。他の組み合わせ又は形状を、傾斜可能な試料ステージ３２２を設計する為に適切に使用してもよいことは、理解される。本発明は、図１３に示すような形状に限定されない。例えば、試料２０は、試料ステージ３２２に対して垂直であってもよく、又は傾いていてもよい。一つの実施例において、試料ステージ３２２は、下側磁極部分が、試料２０の全Ｘ−Ｙの寸法に亘って、試料の下側の面から約１ｍｍにあることを許容する。
【００９２】  図１３は、磁気くびきを必要としない代替の双極レンズ３５０を示す。磁気回路を仕上げる為に、カップ形状の下側磁極部分３５４は、戻ってくる磁束又は磁場を上側磁極部分３１６に向ける。
【００９３】  上述の本発明は、半導体のように、敏感な面を有する試料に対して高分解能が必要とされるときには、特に有用である。現代の半導体製造所は、ＳＥＭ撮像及びオージェ分析の両方に対して最大の性能を要求する。本発明は、１００オングストロームと２００オングストロームとの間の分解能及び１５％程度の捕集効率を提供する先行技術のシステムと比較して、１０％又はそれ以上の捕集効率を維持すると同時に、１０オングストロームと１００オングストロームとの間の空間分解能を提供する。本発明を使用して、分析者は、薄い表面層の元素の分布、及び画像の地理的特徴を効率的に決定することができる。本発明は、非常に減少した信号獲得時間で１０乃至２０オングストロームの分解能まで、試料を同軸に撮像及び分析することができる。十パーセント又はそれ以上の二次電子捕集効率は、分析するのに十分なオージェ電子を生成する為に衝突する電子の合計数を減少させることによって、試料の損傷を減少させる。
【００９４】  本発明は、オージェ電子の分析に限定されず、二次電子を使用する全ての技術に有用である。本発明の実行に使用される一次ビーム及びオージェ検出器システムの性質はまた、調査する標本の性質、所望の電子ビームのエネルギー、及び分析のタイプにも依存する。他のタイプのオージェ検出システム、静電偏向器、磁気レンズ、偏向システム、及び分析器もまた使用することができる。
【００９５】  上述の実施例は、単なる実例であって、当業者は、請求項で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、それら実施例に変形をすることができる。
【００９６】  システムの異なる部分の多数の実施例を記載する。これらの異なる部分は、異なるアプリケーションに対して様々な方法で組み合わせることができ、組み合わせば、上述の明確な組み合わせに限定される。例えば、図１１における二つの球面コンデンサーの二次電子捕集システムは、図１２の対物レンズと組み合わせることができるかもしれないし、又は平行板を全ての実施例においてドリフト管の代わりに使用することができる。
【００９７】  本発明は、多くの様相を有している。必ずしも全ての実施例が本発明の全ての様相を含まないと考えられる。本発明の一つの様相は、高分解能走査電子顕微鏡の分解能が二次電子捕集システムによって実質的に低下しない高分解能走査電子顕微鏡システムにおけるオージェ電子のレンズを通した捕集に関するシステムを提供する。
【００９８】  本発明の更なる様相は、走査電子顕微鏡においてオージェ信号の獲得速度を増加させる。
【００９９】  更に、本発明の別の様相は、ＳＥＭ図と実質的に整列されるオージェ図を生成することができるＳＥＭを提供する。
【０１００】  更に、本発明の更なる様相は、高分解能シュノーケル対物レンズを通じたオージェ電子の効率的な捕集を提供する。
【０１０１】  また、本発明の別の様相は、双極磁気対物レンズの極の一つを通じたオージェ電子の効率的な捕集を提供する。
【０１０２】  また、本発明の更なる様相は、走査電子顕微鏡においてオージェ電子の捕集及び透過効率を増加させる。
【０１０３】  更に、本発明の更なる様相は、一次ビームの分解能を著しく減少させることなく一次ビームの経路の外に二次電子をそらすと同時に、一次ビーム対物レンズを通じて二次電子を捕集する。
【０１０４】
本発明及びその利点を詳細に記載してきたが、ここで添付した請求項で定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変化、置換、及び代替を実施例になすことができることが、理解されるはずである。更に、本出願の範囲は、本明細書中に記載される過程、機械、製造、物の構成、手段、方法、及びステップの個々の実施例に限定されない。当業者は、本発明の開示から容易にわかると考えられるように、ここに記載された対応する実施例と実質的に同じ機能を行い実質的に同じ結果に到達するような現在存在しているか又は後に発展する過程、機械、製造、物の構成、手段、方法、又はステップを、本発明に従って利用してもよい。従って、添付した請求項は、それらの範囲内に、このような過程、機械、製造、物の構成、手段、方法、又はステップを含む。
［付記］
付記（１）：
電子エネルギー分析器を含む走査電子顕微鏡システムであって、
試料を磁場中に浸漬する高分解能対物レンズを含むと共に、一次電子ビームを形成し、前記一次電子ビームを標本上に集束させる一次電子ビームカラムと、
前記高分解能対物レンズを通して二次電子を捕集する二次電子光学システムと、を含み、
前記二次電子システムは、
前記高分解能対物レンズを通して二次電子を加速する加速場を形成するレンズと、
前記一次ビームの経路から前記二次電子を偏向させる静電コンデンサーと、
実質的に前記静電コンデンサーを通じて伸び、前記静電コンデンサーによって引き起こされる偏向及び収差から前記一次ビームを遮蔽する遮蔽物と、
前記二次電子のエネルギーを決定する電子エネルギー分析器と、を含み、
前記遮蔽物は、前記一次ビームを遮蔽する為に内側で導電性であり、前記静電コンデンサーの電場に関連する外部電場を形成する為に外側でポテンシャル勾配を有し、前記遮蔽物によって引き起こされる球面コンデンサーの場の歪みを減少させる、走査電子顕微鏡システム。
付記（２）：
前記静電コンデンサーは、球面コンデンサーを含む、付記（１）に記載の走査電子顕微鏡。
付記（３）：
前記遮蔽物は、管又は多角形を含む、付記（１）に記載の走査電子顕微鏡。
付記（４）：
前記遮蔽物は、一組み又は多数の板を含む、付記（１）に記載の走査電子顕微鏡。
付記（５）：
前記高分解能レンズは、シュノーケルレンズを含む、付記（１）に記載の走査電子顕微鏡。
付記（６）：
前記高分解能レンズは、双極磁気レンズを含む、付記（１）に記載の走査電子顕微鏡。
付記（７）：
前記球面コンデンサーの出力を前記電子エネルギー分析器の入力に適合させる転送レンズをさらに含む、付記（１）に記載の走査電子顕微鏡。
付記（８）：
電子エネルギー分析器を含む走査電子顕微鏡システムであって、
高分解能対物レンズを含むと共に、一次電子ビームを形成し、標本の表面を横切って前記ビームを走査して二次電子の前記標本からの放出を引き起こす一次電子ビームカラムと、
前記一次ビームの分解能を著しく低下させることなく前記一次ビームの経路から前記二次電子を偏向させる偏向器を含むと共に、前記対物レンズを通して前記二次電子を捕集する二次電子光学システムと、を含む走査電子顕微鏡システム。
付記（９）：
前記偏向器は、前記二次電子を偏向させる場を生成し、
及び、該場から前記一次ビームを遮蔽する遮蔽物をさらに含む、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１０）：
前記遮蔽物は、内側で導電性であり、前記偏向器の前記場に対応する外側のポテンシャル勾配を維持する為に外側で抵抗性である、付記（９）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１１）：
前記偏向器は、静電検出器である、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１２）：
前記偏向器は、球面コンデンサーである、付記（１１）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１３）：
前記偏向器は、球面コンデンサーであり、
前記一次ビーム遮蔽物は、実質的に前記球面コンデンサーを通じて伸びる管を含み、
前記管は、前記球面コンデンサーにおける場の勾配に対応するポテンシャル勾配を外側に有する、付記（９）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１４）：
前記高分解能レンズは、シュノーケルレンズを含む、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１５）：
前記高分解能レンズは、双極磁気レンズを含む、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１６）：
前記双極磁気レンズは、
前記一次電子ビーム及び前記二次電子を通過させる開口を有する上側磁極部分と、
磁場発生コイルを有する下側磁極部分と、を含み、
第一のレンズ組み立て品に配置され、前記一次電子ビームを集束させ、前記標本から放出されるオージェ電子の実質的な部分を含む前記二次電子を上向きに集束させる、付記（１５）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１７）：
前記上側磁極部分は、前記一次電子ビームを走査すると共に前記オージェ電子を実質的に前記偏向器に向ける静電ポテンシャルを選択的に印加する複数の静電偏向板を含む、付記（１６）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１８）：
前記下側磁極部分は、比較的高い走査電子顕微鏡の空間分解能、比較的高いオージェ空間分解能、及び比較的高いオージェ電子透過率の為に前記下側磁極部分を上向きに機械的に動かすように、可動に取り付けられる、付記（１６）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（１９）：
試料は、比較的高い走査電子顕微鏡の空間分解能、比較的高いオージェ空間分解能、及び比較的高いオージェ電子透過率の為に、上げられ得るか、又は下げられ得る、付記（１６）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（２０）：
前記一次電子ビームは、５ｎｍより精細な分解能を有する、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（２１）：
前記一次電子ビームは、２ｎｍより精細な分解能を有する、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（２２）：
前記捕集の効率は、１００ｅＶのエネルギーを有するオージェ電子に関して二十パーセントより大きい、付記（８）に記載の走査電子顕微鏡システム。
付記（２３）：
標本の表面上の物質の組成を決定する方法であって、
一次電子のビームを形成するステップと、
前記一次電子のビームを、前記標本を磁場中に浸漬する対物レンズの少なくとも一部分を通して、前記標本の表面に向けるステップと、
前記対物レンズを通して、前記標本の原子からオージェ過程によって放出される二次電子を向けるステップと、
前記一次ビームの経路から離れて位置する二次電子エネルギー分析器に向って、前記一次ビームの経路から離して前記二次電子を偏向させるステップと、
前記二次電子のエネルギーを分析するステップと、を含む方法。
付記（２４）：
前記二次電子を偏向させるステップは、ある一定のエネルギーを有する二次電子を偏向させる為に印加される電圧を調節するステップを含む、付記（２２）に記載の方法。
付記（２５）：
前記一次電子のビームを前記標本の表面に向けるステップは、遮蔽物を通して前記電子のビームを通過させるステップを含み、
前記遮蔽物は、内側の面と外側の面とを含み、
前記内側の面は、前記一次電子のビームを遮蔽する為に導電性であり、
前記外側の面は、静電偏向器の電場に関連する外部電場を形成する為に抵抗性であり及び充電され、遮蔽管による前記偏向器の場の歪みを減少させる、付記（２２）に記載の方法。
付記（２６）：
高分解能走査電子顕微鏡を使用するオージェ電子分光を行う方法であって、
一次電子のビームを、対物レンズを通して標本の表面に向けるステップと、
最小錯乱円盤において虚像のオージェ源を形成するオージェ電子を、前記対物レンズを通して捕集するステップと、
前記一次ビームの経路から離れて前記虚像のオージェ源の画像を形成するステップと、
二次電子のエネルギーを分析するステップと、を含む方法。
付記（２７）：
前記虚像のオージェ源の画像を形成するステップは、前記オージェ源の画像を形成する為に静電コンデンサーを使用するステップを含む、付記（２６）に記載の方法。
付記（２８）：
前記一次電子のビームを対物レンズを通して標本の表面に向けるステップは、前記オージェ電子源の画像を形成する為に使用される場によって前記ビームの収差を減少させる為に、前記一次電子を遮蔽物を通して向けるステップを含む、付記（２６）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術の、側面に装置したオージェ電子分光器を有する走査電子顕微鏡の概略図である。
【図２】  二次電子のレンズを通した捕集を使用する本発明の走査電子顕微鏡の概略図である。
【図３】  本発明に一致するレンズを通したオージェ検出器を有する走査電子顕微鏡装置の好適な実施例を示す部分断面図である。
【図４】  図３の装置のシュノーケル対物レンズを通した計算された二次電子の軌道を示す図である。
【図５Ａ】  図３の模範となるドリフト管の断面の平面図である。
【図５Ｂ】  模範となるドリフト管及び転送球面コンデンサーの部分的な断面の正面図である。
【図６】  本発明の一つの実施例における標本上でのＳＥＭ撮像及びオージェ分析動作を行う方法を示すフローチャートである。
【図７】  本発明の一つの実施例において二次電子の静電偏向に対して転送球面コンデンサーとして使用される対称的な球面分析器の撮像特性を説明する図である。
【図８Ａ】  点源の画像上の球面コンデンサーに固有の収差を示す図であり、図３の転送球面コンデンサーの出力におけるオージェ画像内の幾何学的収差を示す図である。
【図８Ｂ】  加えられたエネルギーオフセットを伴う図８Ａの幾何学的収差を示す図である。
【図８Ｃ】  加えられた色収差を伴う図８Ｂの幾何学的収差を示す図である。
【図８Ｄ】  有限の直径を有する虚像のオージェ物体を示す図である。
【図８Ｅ】  図８Ｄのオージェ物体の拡大画像、及び図８Ａ乃至８Ｃに示すような球面コンデンサーに固有の様々な収差の組み込みを示す図である。
【図９】  図３の装置の転送球面コンデンサーを通じた模範的なオージェ電子の軌道を示す図である。
【図１０】  側面に装置した分析器を有する使用の為の高分解能シュノーケル対物レンズ及びあまり最適でない磁気レンズに関する明確な直径のビームに対するビームの電流を示すグラフである。
【図１１】  レンズを通したオージェ検出器を有し、第二の転送球面コンデンサーを使用する走査電子顕微鏡装置の代替実施例の概略的な代表図である。
【図１２】  双極磁気対物レンズを使用する本発明の実施例の断面図である。
【図１３】  双極磁気レンズを使用するＳＥＭに対する代替の下側極部分を描いた図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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