(57)【要約】【課題】電子顕微鏡による試料の観測を良好に行うこと。【解決手段】電子ビームの照射を受ける試料(9)に対向して配置される電極リング(1)であって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極(2)が形成され、他方の端面に第２電極(6)が形成された絶縁性筒体(5)と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔(3)を有し、一方の端面を前記第１電極(2)に接続させ、他方の端面を前記第２電極(6)に接続させて前記絶縁性筒体(5)の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体(4)と、を備える電極リングにおいて、前記筒体の抵抗体(4)は導電材を含む半導電性ガラス材でなる。【選択図】図２
2007242359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングであって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、
前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁性筒体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電極リングにおいて、
前記筒体の抵抗体は導電材を含む半導電性ガラス材でなることを特徴とする電極リング。
【請求項２】
前記ガラス材は石英であることを特徴とする請求項１に記載の電極リング。
【請求項３】
前記導電材は酸化鉄であることを特徴とする請求項１または２に記載の電極リング。
【請求項４】
前記抵抗体の前記両端面の間の部分に少なくとも１層のリング状の導電層が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の電極リング。
【請求項５】
前記抵抗体は、複数の筒体が間に前記導電層を介在させて軸方向に積層されてなり、前記導電層は、前記複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしが拡散接合されてなることを特徴とする請求項４に記載の電極リング。
【請求項６】
電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングを有する電子顕微鏡であって、
前記電極リングは、
前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、
前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電子顕微鏡において、
前記筒体の抵抗体は導電材を含む半導電性ガラス材でなることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項７】
電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングであって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、
前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁性筒体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電極リングにおいて、
前記抵抗体は、複数の筒体が間に導電層を介在させて軸方向に積層されてなり、前記導電層は、前記複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしが拡散接合されてなり、且つ前記複数の筒体は各々充分に薄いシート状で焼結・還元した半導電セラミック材で成ることを特徴とする電極リング。
【請求項８】
電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングを有する電子顕微鏡であって、
前記電極リングは、
前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、
前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電子顕微鏡において、
前記抵抗体は、複数の筒体が間に導電層を介在させて軸方向に積層されてなり、前記導電層は、前記複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしが拡散接合されてなり、且つ前記複数の筒体は各々シート状で焼結・還元した充分に薄い半導電セラミック材で成ることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項９】
電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングであって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、
前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁性筒体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電極リングの製造方法において、
前記筒体の抵抗体は導電材を添加した半導電性ガラス材を溶融して製造されることを特徴とする電極リングの製造方法。
【請求項１０】
前記ガラス材は石英であることを特徴とする請求項９に記載の電極リングの製造方法。
【請求項１１】
前記導電材は酸化鉄であることを特徴とする請求項９または１０に記載の電極リングの製造方法。
【請求項１２】
前記抵抗体の前記両端面の間の部分に少なくとも１層のリング状の導電層を介在させることを特徴とする請求項９に記載の電極リングの製造方法。
【請求項１３】
前記抵抗体は、複数の筒体が間に前記導電層を介在させて軸方向に積層されて加圧され、前記導電層は、前記複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしが拡散接合されてなることを特徴とする請求項１２記載の電極リングの製造方法。
【請求項１４】
電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングを有する電子顕微鏡であって、
前記電極リングは、
前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、
前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電子顕微鏡の製造方法において、
前記筒体の抵抗体は導電材を添加した半導電性ガラス材を溶融して製造されることを特徴とする電子顕微鏡の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リング及びこの電極リングを有する電子顕微鏡及びこれらの製造方法に関し、詳しくは電子ビーム及び試料から放出される２次電子の通過経路を囲む部分の構造を工夫した電極リング及び電子顕微鏡及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化、微細化が進んでおり、それに伴い、半導体デバイスの動作解析、故障解析の手段として従来の光学顕微鏡の分解能では観察が困難になってきている。そこで、光学方式に代わり走査型電子顕微鏡（SEM：Scanning Electron Microscope）による解析方法が有効な手段として採用されている。
【０００３】
走査型電子顕微鏡では、極めて細い電子ビームを用いるため凹凸の激しい試料表面であってもほぼ全面に焦点が合い、臨場感にあふれたミクロの世界が観察できる。走査型電子顕微鏡の分解能は電子ビームのスポット径によって決まるが、半導体デバイスの微細化に伴って分解能だけでなく、特にコンタクトホールなどのアスペクト比の大きな孔底の観察能力向上が要求されてきている。
【０００４】
従来より、図１０に示すリターディング法により、電子ビームの照射源での加速電圧を高くして収差を小さくし分解能を向上させると共に、試料９に電源１１より負の電圧を印加してコンタクトホール１０の深い孔底などからの２次電子の放出軌跡ａ’を引き上げる工夫は行われている。
【０００５】
しかし、今後さらに半導体デバイスの微細化が進みコンタクトホールが高アスペクト比になると、上記リターディング法であっても孔底の観察は困難になってくると考えられる。放出される２次電子のエネルギーは非常に小さいので、アスペクト比の大きなコンタクトホールでは底部から放出されるほとんどの２次電子がコンタクトホールから出る前に側壁部に衝突してエネルギーを失ってしまい検出されなくなる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、試料より放出される２次電子の引き上げ効率を高めるために、図１１示す電極リング５１を、図１０における対物レンズ８と試料９との間に配置するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２７３０３号公報
【０００８】
電極リング５１は絶縁性筒体５４の上下の端面にそれぞれ電極５２、５３を形成し、さらに中空孔５５の内面に抵抗膜を形成してなる。例えば電極５３を試料９に対向させ、電極５２を対物レンズ８側に向け、さらに照射電子ビーム及び放出２次電子の通過経路に中空孔５５を位置させて、対物レンズ８と試料９との間に配置される。
【０００９】
電極リング５１において試料９と対向する端面側に形成された電極５３には電源１１より負電圧が印加されて試料９と等電位とされるので、試料９とこれに対向する電極リング５１の下端面との間には、試料９から放出された２次電子の加速を妨げるような電界は発生していない。これにより、２次電子の放出軌跡を引き上げ、さらに、放出された２次電子は電極リング５１の中空孔５５を通り抜け、このとき両電極５２、５３間の電位差による加速を受け、図示しない２次電子検出器に印加された正の電位に引かれてその２次電子検出器に至る。
【００１０】
電子顕微鏡において対物レンズ８と試料９間の距離が大きくなると分解能の低下をまねくので、対物レンズ８と試料９間の距離は数ｍｍほどであり、よって対物レンズ８と試料９間に配置される電極リング５１もそれに応じてサイズが小さく、中空孔５５の内径は数ｍｍほどである。このような小径の中空孔５５内面に蒸着法やスパッタ法にて抵抗膜をむらなく均等に成膜するのは難しく、そのため中空孔５５内面における抵抗値の分布にばらつきが生じ、これにより中空孔５５における軸中心まわりの電界分布にばらつきが生じてしまい、電子ビームや２次電子の軌道を所望に制御するのが困難になってしまう。
【００１１】
本出願人は上述の問題に鑑みて、先に電子ビーム及び試料から放出される２次電子の通過経路となる中空孔の軸中心まわりの電界分布のばらつきを抑えることのできる電極リング及び電子顕微鏡を提供することを課題として、試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を第１電極に接続させ、他方の端面を第２電極に接続させて絶縁性筒体の内側に嵌め込まれた筒状の抵抗体とを備える、電極リングを提案した（特願２００５−０７８５４６）。
【００１２】
電子ビームは抵抗体の中空孔を通って試料に対して照射される。このとき、中空孔内面には、第１、第２電極間の電位差により軸方向にゆるやかな電位分布が生じるため、中空孔を通過して試料に照射される電子ビームのレンズ収差を小さくすることができる。
【００１３】
試料に電子ビームが照射されると、その被照射部の表面から２次電子が放出される。ここで、電極リングにおいて試料と対向する端面側に形成された第１電極を試料と等電位とすることで、試料とこれに対向する電極リング端面との間には、試料から放出された２次電子の加速を妨げるような電界が存在しないことになり、２次電子の放出軌跡を引き上げることができる。
【００１４】
放出された２次電子は上記中空孔を通り抜け、このとき第１、第２電極間の電位差による加速を受け、２次電子検出器に印加された正の電位に引かれてその２次電子検出器に至る。
【００１５】
そして、上記提案では、絶縁性筒体の中空孔に筒状の抵抗体を嵌め込むことで、電子ビームや放出２次電子の通過経路が抵抗材で囲まれる構造としているため、絶縁性筒体の中空孔内面に抵抗膜を形成した従来例（特許文献１）で起こり得る抵抗膜の不均等形成による電界ばらつきが生じず、中空孔における軸中心まわりの電界分布を均等にでき、電子ビームや２次電子の所望の軌道制御を妨げない。
【００１６】
また、抵抗体の両端面の間の部分に少なくとも１層のリング状の導電層を介在させた構造とすれば、上記中空孔内面において導電層の部分では軸中心まわりに均等な電流が流れることになり、軸中心まわりに均等分布の電界が生じる。導電層のない部分で軸中心まわりに不均等な電流の流れが形成されても導電層の部分で軸中心まわりに均等にされるので、中空孔内面を軸方向に沿って流れる電流全体としてみれば軸中心まわりの電界ばらつきを抑えることになる。
【００１７】
また、上記導電層を介在させた抵抗体を、複数の筒体を間に導電層を介在させて軸方向に積層させ、それら複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしを拡散接合させて上記導電層を構成すれば、各筒体と導電膜との密着性及び各導電膜間の密着性及び寸法精度を高めた信頼性の高い抵抗体とすることができる。さらに、接着材を使っていないため、接着材を使うことによる径年劣化や寸法精度悪化の心配もない。
【００１８】
以上のように、先に提案した発明は種々の効果を奏するものであるが、先に提案した構成では抵抗膜の代わりに半導電性セラミック材に導電性物質を均等に混ぜ焼結したブロック材から切り出した電極リングを使用している。この場合このリングの厚みは１ｍｍ程度に数分割し中間膜にＣｕの電極膜（バッファ層）を形成することで更に安定した電界を作り出すことを提案している。然しながら、この半導電性セラミック材は数十ｍｍから数百ｍｍ程度のブロック材で特殊雰囲気中（例えば、Ｎｚ、Ａｒ、Ｈ2、ＣＯ等）の還元反応を用いて焼結されている。このためその内部（厚み）方向には十分な還元が進まずバッファ層（Ｃｕ）があっても許容できないほどの電気抵抗値の変動、もしくはばらつきが生じていた。
【００１９】
このため内部（厚み）方向に還元が進まない。そのため材料内部で抵抗値変動が生じ電界分布が安定し難く、電子顕微鏡画像に歪みを生じてしまうという致命的な欠陥があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、電子顕微鏡画像に歪みを生じるという致命的な欠陥を除去することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
以上の課題は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングであって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁性筒体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電極リングにおいて、前記筒体の抵抗体は導電材を含む半導電性ガラス材でなることを特徴とする電極リングによって解決される。
【００２２】
また、以上の課題は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングを有する電子顕微鏡であって、前記電極リングは、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電子顕微鏡において、前記筒体の抵抗体は導電材を含む半導電性ガラス材でなることを特徴とする電子顕微鏡によって解決される。
【００２３】
また、以上の課題は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングであって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁性筒体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電極リングにおいて、前記抵抗体は、複数の筒体が間に導電層を介在させて軸方向に積層されてなり、前記導電層は、前記複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしが拡散接合されてなり、且つ前記複数の筒体は各々充分に薄いシート状で焼結・還元した半導電セラミック材で成ることを特徴とする電極リングによって解決される。
【００２４】
また、以上の課題は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングを有する電子顕微鏡であって、前記電極リングは、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電子顕微鏡において、前記抵抗体は、複数の筒体が間に導電層を介在させて軸方向に積層されてなり、前記導電層は、前記複数の筒体における互いに合わされる端面にそれぞれ成膜された導電膜どうしが拡散接合されてなり、且つ前記複数の筒体は各々シート状で焼結・還元した充分に薄い半導電セラミック材で成ることを特徴とする電子顕微鏡によって解決される。
【００２５】
また、以上の課題は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングであって、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁性筒体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電極リングの製造方法において、前記筒体の抵抗体は導電材を添加した半導電性ガラス材を溶融して製造されることを特徴とする電極リングの製造方法によって解決される。
【００２６】
また、以上の課題は、電子ビームの照射を受ける試料に対向して配置される電極リングを有する電子顕微鏡であって、前記電極リングは、前記試料と対向される一方の端面に第１電極が形成され、他方の端面に第２電極が形成された絶縁性筒体と、前記電子ビームの通過経路となる中空孔を有し、一方の端面を前記第１電極に接続させ、他方の端面を前記第２電極に接続させて前記絶縁体の内面に嵌め込まれた筒体の抵抗体と、を備える電子顕微鏡の製造方法において、前記筒体の抵抗体は導電材を添加した半導電性ガラス材を溶融して製造されることを特徴とする電子顕微鏡の製造方法によって解決される。
【００２７】
近年、各種電子デバイスの集積度は飛躍的に向上しているが、その反面、静電気には非常に敏感である。静電気による電子デバイスの破壊・特性の劣化が大きな問題としてクローズアップされており、半導電性物質（セラミックスやガラス）は、このような静電気対策に有効な新しい材料で、静電気拡散特性を有する材料である。静電気を帯電しにくく、かつ大電流を流さないため、静電気に敏感な電子デバイスの周辺部品やその製造用治具材料に最適である。本発明の電子顕微鏡用電極リング材としても、高電圧付加時に微小電流しか流れないという特長から適用に至っている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、絶縁性筒体に嵌めこまれる筒状抵抗体の中空孔を電子ビームや２次電子の通過経路として、抵抗体の導電性のむらに起因して中空孔内面の抵抗値がばらつくといった問題が発生せず、中空孔における軸中心まわりの電界分布を均等にでき、電子ビームや２次電子の所望の軌道制御を妨げない。この結果、電子顕微鏡における試料の観測を良好に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る電極リング１の一方の端面の平面図を示す。図２は図１における［Ａ］−［Ａ］線方向の断面図を示す。
【００３１】
電極リング１は、絶縁性筒体５とこの絶縁性筒体５の内側に嵌め込まれた筒状の抵抗体４と、一方の端面に形成された第１電極２と、他方の端面に形成された第２電極６を備える。
【００３２】
絶縁性筒体５は、厚さ方向（軸方向）を貫通して形成された中空孔１９を有する円筒状を呈する。中空孔１９及び絶縁性筒体５の軸中心は一致している。絶縁性筒体５は例えばアルミナなどのセラミック材料からなるが、これに限らず非磁性且つ絶縁性の材料を用いることができる。
【００３３】
抵抗体４も絶縁性筒体５と同様な円筒状を呈し、厚さ方向（軸方向）を貫通して形成された中空孔３を有する。中空孔３及び抵抗体４の軸中心は一致している。抵抗体４の厚さ（軸方向寸法）は絶縁性筒体５のそれと略等しく、抵抗体４の太さ（外径）は絶縁性筒体５の中空孔１９の内径と略等しいかわずかに小さい。抵抗体４の中空孔３の内径は絶縁性筒体５の中空孔１９の内径よりも小さい。
【００３４】
本実施の形態では、抵抗体４は以下のようにして製造されている。すなわち、石英ガラス材に酸化鉄等の導電材を添加して溶融し固化させることで抵抗体４を得る。このように構成される導電性ガラスの溶融固化ブロックは機械加工で所望の寸法（例えば、厚み０．１ｍｍ）に薄くスライスした後、ラッピング加工で厚み寸法と平面度を仕上げるようにしている。この方法で製造された抵抗体４はガラスが溶融するため、添加材が内部で均一に分散され非常に電気抵抗値が均一な物質を作り出すことができる。
【００３５】
このように抵抗体４としては、軸方向における電位変化をゆるやかにするべく大きな抵抗値（例えば数ＧΩ〜数ＴΩ）を安定して得られる。添加する導電性物質の含有比率の調整により抵抗体４の抵抗値の調整を自由に行える。
【００３６】
抵抗体４は絶縁性筒体５の中空孔１９に嵌め込まれている。抵抗体４は絶縁性筒体５の中空孔１９に圧入された状態となり、抵抗体４の外周面と、絶縁性筒体５の中空孔１９の内周面とは隙間なく密着している。抵抗体４の中空孔３及び絶縁性筒体５の中空孔１９は互いの軸中心を一致させている。なお、絶縁性筒体５、抵抗体４は円筒状に限らず角筒状であってもよい。
【００３７】
絶縁性筒体５の一方の端面（図２において下端面）と、抵抗体４の一方の端面（図２において下端面）とは面一とされて電極リング１の一方の端面（図２において下端面）を構成し、この端面には第１電極２が形成されている。第１電極２は、電極リング１の上記一方の端面の全面にスパッタ法や蒸着法で成膜された導電膜である。その導電膜は例えば銅やＴｉＮなどの金属材料からなる。その他、導体箔を上記一方の端面に貼り付けることで第１電極２を構成してもよい。
【００３８】
絶縁性筒体５の他方の端面（図２において上端面）と、抵抗体４の他方の端面（図２において上端面）とは面一とされて電極リング１の他方の端面（図２において上端面）を構成し、この端面には第２電極６が形成されている。第２電極６は、電極リング１の上記他方の端面の全面にスパッタ法や蒸着法で成膜された導電膜である。その導電膜は例えば銅やＴｉＮなどの金属材料からなる。その他、導体箔を上記他方の端面に貼り付けることで第２電極６を構成してもよい。
【００３９】
以上のように構成される電極リング１は電子顕微鏡の一構成部品として、図５に示すように、リング状の対物レンズ８と、試料９との間に配置される。対物レンズ８と試料９との間の間隙は例えば２〜３ｍｍほどであり、その間隙に、第１電極２を形成した端面を試料９に対向させ、第２電極６を形成した端面を対物レンズ８側に向けて、さらに中空孔３を、試料９へと照射される電子ビームの通過経路に位置させて電極リング１は配置される。第１電極膜２が形成された端面と試料９との間の間隙は数十μｍ〜数百μｍとされる。
【００４０】
対物レンズ８の上方には、図示しない複数段の集束レンズや電子銃などが配設されている。対物レンズ８は、集束レンズにより細く絞り込まれた電子ビームを試料９上に焦点を合わせて照射するためのレンズとして機能する。
【００４１】
試料９には電源１１より負電圧が印加され、対物レンズ８は接地される。電極リング１の第１電極２には電源１１より負電圧が印加され試料９と等電位にされる。電極リング１の第２電極６は接地される。
【００４２】
以上のように構成される本実施形態に係る電子顕微鏡を用いて、例えば半導体ウェーハなどの試料９に形成されたコンタクトホール１０を観察する場合について説明する。電子銃などの照射源から照射された電子ビームＥＢが、対物レンズ８及び電極リング１の抵抗体４の中空孔３を通過して試料９のコンタクトホール１０に照射されると、その被照射部の表面から２次電子が放出される。
【００４３】
ここで、試料９には負電圧が印加されているため、２次電子は試料９から反発するようにして放出される。このとき、電極リング１において試料９と対向する端面側に形成された第１電極６にも負電圧が印加されて試料９と等電位とされているので、試料９とこれに対向する電極リング１の下端面との間には、試料９から放出された２次電子の加速を妨げるような電界は発生していない。
【００４４】
これにより、２次電子の放出軌跡ａを、図１０に示す従来構成（対物レンズ８と試料９との間に上記電極リング１を介在させない構成）に比べて引き上げることができる（図５と図１０とでは各構成要素を明確にするために必ずしも各間隔は相等しくない）。この結果、コンタクトホール１０底部からの２次電子をコンタクトホール１０の側壁部に吸収されることなく放出させることができる。これは特に、半導体集積回路の微細化が進み高アスペクト比のコンタクトホールなどの底部を観察する場合に非常に有効となる。
【００４５】
放出された２次電子は電極リング１の中空孔３を通り抜け、このとき第１、第２電極２、６間の電位差による加速を受け、且つ図示しない２次電子検出器に印加された正の電位に引かれてその２次電子検出器表面に塗布された蛍光面に衝突して光に変換され、この光は光電子増倍管で増幅される。この信号はさらに増幅された後、表示装置に表示される。
【００４６】
また、抵抗体４の一方の端面側には第１電極２が形成されてその端面は第１電極２と電気的に接続されており、他方の端面側には第２電極６が形成されてその端面は第２電極６と電気的に接続されているため、抵抗体４の中空孔３内面には、第１電極２に近い位置に生じる電位（−Ｖｐ）をピークとして、第２電極６側に向けて徐々に均一に電位が減少して電位０に近づく電位分布でもって電界が生じる。ここで、抵抗体４の抵抗値は非常に大きいため（例えば数ＧΩ〜数ＴΩ）、上記電位分布の変化は均一かつ、ゆるやかになり、中空孔３内を通過する電子ビームや放出２次電子の軌道に悪影響を与えず、結果として電子顕微鏡におけるレンズ収差を小さくすることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、絶縁性筒体５の中空孔１９に筒状の抵抗体４を嵌め込むことで、電子ビームや放出２次電子の通過経路が抵抗材で囲まれる構造としているため、絶縁性筒体の中空孔内面に抵抗膜を形成した場合（特許文献１）に起こり得る抵抗膜の不均等形成による電界ばらつきが生じず、中空孔３における軸中心まわりの電界分布を均等にでき、対物レンズ８等による電子ビームの所望の制御を行いやすくなる。
【００４８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００４９】
上述した抵抗体４としては、石英材と酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を混ぜ合わせて溶融固化したものを用いている。ここで、導電性物質としての酸化鉄が均等分布で混ざっていない場合には、抵抗の小さい部分（導電性物質が偏って存在している部分）に電流が流れやすく、中空孔３における軸中心まわりの電界分布が不均等になる可能性がある。特に、抵抗体４の抵抗値は数ＧΩ〜数ＴΩと非常に大きいこともあって、電流はより抵抗の小さい部分を流れやすい傾向が強く、少しの導電性物質の分布ばらつきでも中空孔３における電界不均等につながる可能性が高い。
【００５０】
第２の実施形態では、図３に示すように、抵抗体１７の両端面の間に、電流の流れを軸中心まわりに均等にする複数（この例では２層）のリング状の導電層１８ａ、１８ｂを介在させている。各導電層１８ａ、１８ｂ間のピッチ、および抵抗体１７の各端面と導電層１８ａ、１８ｂとの間の間隔は略等しい。各導電層１８ａ、１８ｂの軸中心と中空孔３の軸中心とは一致している。
【００５１】
軸方向に沿った電流経路の途中に、導電層１８ａ、１８ｂが中空孔３内面における他の部分よりも抵抗の小さい部分として存在し、また導電層１８ａ、１８ｂは軸中心まわりにリング状に形成されているため、導電層１８ａ、１８ｂでは周方向のどの位置でも同じように電流が流れる（周方向の位置の違いによる偏りがなく流れる）。したがって、中空孔３内面において導電層１８ａ、１８ｂの部分では軸中心まわりに均等な電流が流れることになり、軸中心まわりに均等分布の電界が生じる。導電層１８ａ、１８ｂのない部分で軸中心まわりに不均等な電流の流れが形成されても導電層１８ａ、１８ｂの部分で軸中心まわりに均等にされるので、中空孔３内面を軸方向に沿って流れる電流全体としてみれば軸中心まわりの電界ばらつきを抑えることになる。
【００５２】
この本実施形態に係る抵抗体１７は、図４に示すように例えば３つの筒体１７ａ〜１７ｃを積層させて得られる。各筒体１７ａ〜１７ｃは、半導電性ガラスに酸化鉄を均等に混ぜて溶融固化したものであり、各筒体１７ａ〜１７ｃの厚さが互いに略等しくなるように端面を研削するなどして必要な寸法精度に加工されている。各筒体１７ａ〜１７ｃを積層して得られる抵抗体１７の厚さは絶縁性筒体５の厚さと略等しい。各筒体１７ａ〜１７ｃの外径は絶縁性筒体５の中空孔１９の内径と略等しいかわずかに小さい。各筒体１７ａ〜１７ｃの各中空孔の内径は互いに略等しく、且つ絶縁性筒体５の中空孔１９の内径よりも小さい。
【００５３】
筒体１７ａにおいて筒体１７ｂと合わせられる端面には導電膜２１ａが成膜されている。筒体１７ｂの両端面にはそれぞれ導電膜２１ｂ、２１ｃが成膜されている。筒体１７ｃの端面にはそれぞれ導電膜２１ｄが成膜されている。各導電膜２１ａ〜２１ｄは、例えば蒸着法やスパッタ法で成膜される銅膜であるが、これに限らず導電性を有するものであればよい。各導電膜２１ａ〜２１ｄの厚さは数μｍほどである。
【００５４】
図４に示すように、各筒体１７ａ〜１７ｃの各中空孔に軸芯部材６０を通し、各中空孔を一致させて各筒体１７ａ〜１７ｃを重ね合わせて、真空炉の中で加熱し且つ軸方向に圧力を加えることにより各導電膜２１ａ〜２１ｄを拡散接合（金属表面の原子間に働く結合力による金属接合）させる。すなわち、導電膜２１ａと導電膜２１ｂとが拡散接合されることで導電層１８ａが得られ、導電膜２１ｃと導電膜２１ｄとが拡散接合されることで導電層１８ｂが得られる。
【００５５】
このような積層構造により、半導電ガラス材料からなる各筒体１７ａ〜１７ｃと導電膜２１ａ〜２１ｃとの密着性及び導電膜２１ａ〜２１ｃどうしの密着性を高めた信頼性の高い抵抗体１７とすることができる。さらに、接着材を使っていないため、接着材を使うことによる径年劣化や寸法精度悪化の心配もない。
【００５６】
以上のようにして得られる抵抗体１７は、図３に示すように、絶縁性筒体５の中空孔１９に嵌め込まれる。絶縁性筒体５の一方の端面（図３において下端面）と、抵抗体１７の一方の端面（図３において下端面）とは面一とされて第２の実施形態に係る電極リング３１の一方の端面（図３において下端面）を構成し、この端面には第１の実施形態と同様に第１電極２が形成される。絶縁性筒体５の他方の端面（図３において上端面）と、抵抗体１７の他方の端面（図３において上端面）とは面一とされて電極リング３１の他方の端面（図３において上端面）を構成し、この端面には第１の実施形態と同様に第２電極６が形成される。
【００５７】
上記例では各筒体１７ａ〜１７ｃの互いの合わせ面にそれぞれ導電膜２１ａ〜２１ｄを成膜してから各導電膜２１ａ〜２１ｄどうしの拡散接合を利用して抵抗体１７を得たが、例えば、導体箔を接着材を介して各筒体１７ａ〜１７ｃ間に挟み込んで積層させるようにしてもよい。
【００５８】
また、導電層の層数は２層に限らず、１層や３層、４層以上であってもよい。また、電流が流れやすくなる部分が軸方向に関して均等配置となるように、各導電層は軸方向に関して等ピッチで配置することが好ましい。１層の場合は抵抗体１７の厚さ方向（軸方向）の略半分位置に配置することが好ましい。
【００５９】
図６は本発明の第３の実施形態による電極リング４０を示す。本実施の形態では半導電セラミック材を採用し、先の提案では数十ｍｍ〜数百ｍｍ程度のブロック材で特殊雰囲気中の還元反応を用いて焼結して製造していたが、本発明の実施の形態では１ｍｍより十分薄いシート、例えば０．１ｍｍで焼結還元を行い十分内部まで還元反応を進行させ、抵抗値が均一化された半導体電セラミック材料を採用している。このようにシート状で焼結した材料の上下面にラッピング加工を施し厚み寸法を揃え平面度を仕上げる。なお、本願発明では充分に薄いシート状とは、中央まで充分に還元されている程度に薄いことを意味する。従って、シートの厚さは上述の１ｍｍ以上であってもよい。
【００６０】
このようにして、図６に示すように本実施の形態の電極リング４０では４段のシート状抵抗リング４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを重ねている。この製法においては、図７に示すように上記半導電ガラス材とほぼ同様にして半導電セラミック材４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを治具６０に中心孔において挿通し、加熱加圧して図６に示す構成を得るようにしている。やはり各抵抗リング材４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの間にバッファ層４４ａ、４４ｂ、４４ｃが形成され、これは上記の第２の実施形態と同様に銅を蒸着し（４３ａ〜４３ｆ）このあと上述の治具６０に挿通し加熱加圧により図６に示す抵抗体４１を得ることができる。
【００６１】
本実施の形態では０．１ｍｍと非常に薄い寸法で焼結・酸化するようにしたので、各抵抗リングは内部中央にまで十分に還元されており、各抵抗体は従来に比べ大幅に抵抗値を均一化することができる。
【００６２】
図８は本発明の各実施の形態による抵抗体の抵抗値の経時変化を示すチャートである。上述の−Ｖｐが１ｋＶの電圧において、各実施の形態による変化を示すが、従来の数十ｍｍ〜数百ｍｍのブロック状のセラミックの焼結体から切り出した抵抗体の場合にはａで示すように時間と共に抵抗値が大きくなっていくのに対し、本発明の第１の実施形態による石英材に酸化鉄材を添加して溶融して形成させた抵抗体では、ｂで示すように最初から６０分経過してもほとんど抵抗値は変化していない。また、本発明の第３の実施形態による半導電セラミックでなる抵抗リングを上述したように各々、充分に薄く多層に積層した場合には、ｃで示すように最初の２０分位は少し増大するが、その後殆ど変化することはない。従来の特性ａと本願発明の実施の形態による特性ｃでは、安定性において、大きな相違がある。同じ半導電セラミックからなっても数十ｍｍ〜数百ｍｍの焼結体ブロックから切り出して所望の厚さに切削したものでは上述したように特殊な雰囲気下で焼結するのであるが、ブロック切り出しにより中心まで還元されない。このためにａのように増大し不安定である。これに対し本実施の形態では０．１ｍｍという非常に薄い成形体を焼結還元しているので中心まで十分に還元しているこのために特性ｃのように殆ど変化していない。
【００６３】
図９は負荷電圧（−Ｖｐ）による抵抗値の変化を示すが、電圧が０〜１，０００Ｖに変化するにつれて抵抗値は従来の数十ｍｍ〜数百ｍｍの焼結ブロックからの切り出しによる高抵抗セラミックでは、０ボルトから少し上がった後、２００Ｖを超えたところまで少し低下し、次いで上昇する特性を示している。一方の本発明の第１の実施形態による酸化鉄を添加した石英ガラス材では、ｂで示すように０Ｖから１０００Ｖまで殆ど一定である。次いで、本発明の第３の実施形態の高抵抗セラミックでなるリング抵抗体を多層積層したものでは、ｃで示すように電圧が小さいところでは僅かに増大するがその後は一定である。これも上述したように０．１ｍｍという薄いシート状に成形して焼結酸化したので十分内部まで還元しており、均一な材質の特性を持っているからである。
【００６４】
本発明の実施形態では、上述したように抵抗値の経時変化においても負荷電圧による抵抗値の変化特性においても従来より大幅に優れている
【００６５】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば以上の第１の実施形態では石英材に酸化鉄を添加し溶融して半導電ガラス材を得るようにしたが、導電材としては酸化鉄に限ることなく他の金属酸化物、粒子状のモリブデン、であってもよい。
【００６７】
また、以上の第２の実施形態では、半導電ガラス材のシート状リング材を３層としたが、勿論これ以上或いは２層であってもよい。要するに、石英材に導電材を混合して溶融するであるが溶融の仕方、あるいは攪拌の状況によっては濃度にむらが生じ、このまま固化したのでは抵抗体の上端面から下端面において均一な電圧勾配を得ることができない。従って、この濃度のむらに応じてバッファ層（上述の実施例ではＣｕ層）の枚数すなわち抵抗リング体の段数を増減すればよい。バッファ層によって上述の濃度むらを緩和するのであるが、バッファ層としては銅に限らず、他の金属であってもよい。
【００６８】
また第３の実施形態においては半導電セラミック材を焼結してなる抵抗リングを４枚重ねたが、この枚数も上述と同様であり、これに限られることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電極リングの一方の端面側から見た平面図である。
【図２】図１における［Ａ］−［Ａ］線方向の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電極リングの断面図である。
【図４】図４は第２の実施形態による半導電ガラス材抵抗リングの積層体を製造する方法を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の実施形態に係る電子顕微鏡の要部を模式的に示した拡大断面図である。
【図６】図６は本発明の第３の実施形態による電極リングの断面図。
【図７】図７は第３の実施形態による半導電セラミック材リングの積層体を製造する方法を示す断面図。
【図８】図８は従来例、第１の実施形態及び第３実施形態の抵抗体の抵抗値の経時変化を示すグラフ。
【図９】図９は従来例、第１の実施形態及び第３の実施形態による抵抗体の電圧特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は従来例の電子顕微鏡の要部を模式的に示した拡大断面図。
【図１１】従来例の電極リングの断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…電極リング、２…第１電極、３…中空孔、４…抵抗体、５…絶縁性筒体、６…第２電極、８…対物レンズ、９…試料、１０…コンタクトホール、１７…抵抗体、１８ａ、１８ｂ…導電層、２１ａ〜２１ｄ…導電膜、３１、４０…電極リング、４１…抵抗体、４１ａ〜４１ｄ…抵抗リング、４３ａ〜４３ｆ…導電膜、４４ａ〜４４ｄ…導電膜
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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