(57)【要約】【目的】本発明は、電子検出装置および電子検出方法に関し、サンプルからの電子をほぼ完全に検出すると共に、チャネルによる増倍飽和による影響を低減して大きな入力電流まで比例した出力電流の検出することを目的とする。【構成】電子を衝突させて２次電子を放出して増倍する第１の電子増倍手段と、第１の電子増倍手段に電子を加速して集束し衝突させる電圧を印加する第１の電圧印加手段と、第１の電子増倍手段より増倍されて放出された２次電子を衝突させて２次電子を放出して増倍する第２の電子増倍手段と、第２の電子増倍手段に第１の電子増倍手段から放出された電子を加速して集束し衝突させる電圧を印加する第２の電圧印加手段と、第２の電子増倍手段により増倍されて放出された２次電子を衝突させて電流を検出するアノードと、アノードに第２の電子増倍手段から放出された電子を加速して衝突させる電圧を印加する第３の電圧印加手段とを備える。【選択図】        図１
2012248304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルからの電子を増倍して検出する電子検出装置において、
前記サンプルからの電子を衝突させて２次電子を放出して増倍する第１の電子増倍手段と、
前記第１の電子増倍手段に、前記サンプルからの電子を加速して集束し衝突させる電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記第１の電子増倍手段より増倍されて放出された２次電子を衝突させて２次電子を放出して増倍する第２の電子増倍手段と、
前記第２の電子増倍手段に、前記第１の電子増倍手段から放出された電子を加速して集束し衝突させる電圧を印加する第２の電圧印加手段と、
前記第２の電子増倍手段により増倍されて放出された２次電子を衝突させて電流を検出するアノードと、
前記アノードに、前記第２の電子増倍手段から放出された電子を加速して衝突させる電圧を印加する第３の電圧印加手段と
を備えたことを特徴とする電子検出装置。
【請求項２】
前記サンプルからの電子を、当該サンプルに１次電子を細く絞って照射する磁界型の対物レンズの軸上磁界により、軸上を螺旋させて前記第１の電圧印加手段により正の電圧の印加された前記第１の電子増倍手段に向けて走行させ、当該第１の電子増倍手段に衝突させて２次電子を放出させて増倍することを特徴とする請求項１記載の電子検出装置。
【請求項３】
前記第１の電子増倍手段は、電子が衝突したときに１以上の２次電子を放出する物質を形成あるいは塗布したことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の電子検出装置。
【請求項４】
前記第１の電子増倍手段は、前記サンプルからの加速された電子の進行方向に向かって、凹型あるいは凸型に形成して当該凹型の内面あるいは当該凸型の外面に当該電子を衝突させて増倍することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子検出装置。
【請求項５】
前記第１の電子増倍手段、前記第２の電子増倍手段、および前記アノードは、中心部分に、前記サンプルに細く絞って照射する１次電子が通過する孔を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子検出装置。
【請求項６】
前記第２の電子増倍手段は、微小な多数の孔を設け、当該孔内に入射した電子が当該孔の内壁に衝突することを繰り返して増倍した後、前記アノードに向けて走行することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子検出装置。
【請求項７】
前記第１の電子増倍手段および前記第２の電子増倍手段は、電子の入射部分から出射部分にいたる間に電界を徐々に高くし、放出された２次電子が繰り返し衝突するように形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子検出装置。
【請求項８】
前記第２の電子倍増手段は、ＭＣＰであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電子検出装置。
【請求項９】
サンプルからの電子を増倍して検出する電子検出方法において、
前記サンプルからの電子を加速して集束し、第１の電圧印加手段により所定電圧の印加された第１の電子増倍手段に衝突させて２次電子を放出させて増倍するステップと、
前記第１の電子増倍手段より増倍されて放出された２次電子を加速して集束し、第２の電圧印加手段により所定電圧の印加された第２の電子増倍手段に衝突させて２次電子を放出させて増倍するステップと、
前記第２の電子増倍手段により増倍されて放出された２次電子をアノードに衝突させて電流を検出するステップと
を有する電子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルからの電子を増倍して検出する電子検出装置および電子検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査型顕微鏡では２次電子等を検出するために種々の電子検出器が利用されている。その中で、画像に影が出来ないなどの利点のために、円環状マルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）が利用されている。
【０００３】
ＭＣＰは拡大観察するとハチの巣のような構造を持ち、４から１０ミクロン程度の円形開口が多数設けられており、その中に電子を増倍するためのチャンネルが形成されている。チャンネルの表面には高効率電子放出材料がコーティングされている。開口部からチャンネルに入射された電子は、チャンネル内部にて加速電界（加速電圧）で加速され、それぞれのチャンネル表面に衝突しながら大量の２次電子を発生し、それを繰り返すことでネズミ算式に電子数が増倍する。
【０００４】
１枚のＭＣＰには最大１ｋＶ程度の電圧を印加する。この電圧はＭＣＰを構成するガラスが溶けてしまわない程度の電圧に設定されている。この印加電圧により繰り返し２次電子放出を行い、１枚のＭＣＰを用いることで、最大１０００倍程度の電子数増倍を行うことが出来る。増倍された電子をさらに別のＭＣＰに通すことでさらに増倍することも出来る。例えば、２枚利用すれば原理的には１００００００程度の増倍を行うことが出来る。つまり、サンプルの表面の１個の電子は百万個に増倍することが可能である。ＭＣＰによる電子数増倍は２次電子の発生によって行われ、本質的にノイズを発生しないため、極めて電気的ＳＮ比の高い信号を得ることが出来る。
【０００５】
また、ＭＣＰは１ｍｍ以下と非常に薄いため、電子が増倍される過程で移動する距離が短く、ＧＨｚを超える周波数応答を持つ。増倍された電子はアノード電極に衝突し、電子数に比例した電流に変換されて出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の種々の利点を有するＭＣＰであるが、チャンネル間にはチャンネルを分離するための側壁があるため、開口部に向かってきた電子の一部分は壁に当たり、チャンネル（開口部）には入らない。チャンネルの壁は通常Ｎｉ等の低抵抗金属で出来ていて、ＭＣＰに電圧を加えるための電極と成っている。そのため、そこに当たった電子は吸収されアースされてしまい、信号が失われる。従って、従来のＭＣＰは原理的に１００％の効率で電子を検出することが困難という問題があった。
【０００７】
また、電子顕微鏡が形成する画像（２次電子画像）は、細く絞った１次電子をサンプル表面に照射しつつ平面走査して放出された２次電子の強度を検出することによって得られる。１次電子ビームを照射することによってサンプル表面で発生した２次電子は、それぞれ試料上の固有の位置における２次電子発生確率情報を有する。これらを１００％利用することで、サンプル表面状態を再現することが出来る。発生した２次電子の情報を全部利用するためにはサンプル表面で発生した電子を１００％検出する必要がある。しかしながら、実在のＭＣＰの開口率は精々６０％程度であるため、おおよそ半分の電子の持つ固有の情報は利用できない状態にある。サンプル表面情報を完全に再現するためには、１００％効率で電子が検出出来る場合の２倍以上の１次電子ビームをサンプルに照射して余分に表面から２次電子を発生させる必要である。このことは、１次電子ビーム装置は２倍以上に余分の１次電子ビームを照射する必要が生じ、かつ、サンプル表面状態には２倍以上の電子（１次電子、２次電子など）が蓄積することに成り、チャージアップなどの種々の不具合が生じるという問題があった。
【０００８】
また、現実の電子顕微鏡にＭＣＰを適用した場合、サンプル表面で生じた２次電子の軌道は１点に集まる性質があるため、ＭＣＰの一部分にしか２次電子が照射されない。非常に小さな電流が入力される場合は、開口の損失問題を除けば、入力され得た２次電子数は所望の電子数に増倍することが出来る。しかしながら、入射電流が多くなると、同時刻に複数のチャンネルに入射される２次電子の確率が増大し、あるチャンネルでは増倍が出来ても他のチャンネルでは増倍が不十分（飽和による増倍が不十分など）になるという増倍欠損あるいは数え落とし現象が起こるという問題があった。
【０００９】
この現象により、ＭＣＰを構成するチャンネル全体で増倍できる最大の電流量が決まっているためにおこる飽和現象で、大電流を入力してもそれに比例した出力電流が出なくなるという問題があった。
【００１０】
また、一点に電子が集中して入射されるため、ＭＣＰの一部分だけが酷使される状態となり、寿命が短くなることも起こるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するため、サンプルからの電子（サンプルから放出、サンプルで反射、サンプルの表面で反転した電子）をほぼ完全に検出すると共に、あるチャネルによる増倍飽和による影響を低減して大きな入力電流まで比例した出力電流の検出を実現することを目的とする。
【００１２】
本発明は、そのために、サンプルからの電子を増倍して検出する電子検出装置において、サンプルからの電子を衝突させて２次電子を放出して増倍する第１の電子増倍手段と、第１の電子増倍手段にサンプルからの電子を加速して集束し衝突させる電圧を印加する第１の電圧印加手段と、第１の電子増倍手段より増倍されて放出された２次電子を衝突させて２次電子を放出して増倍する第２の電子増倍手段と、第２の電子増倍手段に第１の電子増倍手段から放出された電子を加速して集束し衝突させる電圧を印加する第２の電圧印加手段と、第２の電子増倍手段により増倍されて放出された２次電子を衝突させて電流を検出するアノードと、アノードに第２の電子増倍手段から放出された電子を加速して衝突させる電圧を印加する第３の電圧印加手段とを備える。
【００１３】
この際、サンプルからの電子を、サンプルに１次電子を細く絞って照射する磁界型の対物レンズの軸上磁界により、軸上を螺旋させて第１の電圧印加手段により正の電圧の印加された第１の電子増倍手段に向けて走行させ、第１の電子増倍手段に衝突させて２次電子を放出させて増倍するようにしている。
【００１４】
また、第１の電子増倍手段は、電子が衝突したときに１以上の２次電子を放出する物質を形成あるいは塗布するようにしている。
【００１５】
また、第１の電子増倍手段は、サンプルからの加速された電子の進行方向に向かって、凹型あるいは凸型に形成して凹型の内面あるいは凸型の外面に電子を衝突させて増倍するようにしている。
【００１６】
また、第１の電子増倍手段、第２の電子増倍手段、およびアノードは、中心部分に、サンプルに細く絞って照射する１次電子が通過する孔を設けるようにしている。
【００１７】
また、第２の電子増倍手段は、微小な多数の孔を設け、孔内に入射した電子が孔の内壁に衝突することを繰り返して増倍した後、アノードに向けて走行するようにしている。
【００１８】
また、第１の電子増倍手段および第２の電子増倍手段は、電子の入射部分から出射部分にいたる間に電界を徐々に高くし、放出された２次電子が繰り返し衝突するように形成するようにしている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、サンプルからの電子をほぼ完全に検出すると共に、あるチャネルによる増倍飽和による影響を低減して大きな入力電流まで比例した出力電流の検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、サンプルからの電子をほぼ完全に検出すると共に、あるチャネルによる増倍飽和による影響を低減して大きな入力電流まで比例した出力電流の検出することを実現した。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の１実施例構造図を示す。
【００２２】
図１の（ａ）は構造図を示し、図１の（ｂ）は第１の電子増倍装置２、第２の電子増倍装置３を構成する開口部４の入射部分、出射部分、アノード５、およびリペラー電極７に印加する電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５をそれぞれ示す。
【００２３】
ここで、図１の（ａ）は、センター部分（光軸上）に孔を設けて当該孔に円筒状のリペラー電極７を配置し、図示外の磁界型の対物レンズで、１次電子ビームを左から右方向に通過させて細く絞って左側の図示外のサンプル１（図２を参照）に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子を左から右方向に加速しつつ走行させ（磁界型対物レンズの磁界により軸上を螺旋させながら加速しつつ走行させ）、当該リペラー電極７に適切な電圧を印加して周辺に設けた第１の電子増倍装置２に照射（衝突）させて２次電子を増倍するように構成した構造例を示す。
【００２４】
更に、詳細に説明すれば、走査型顕微鏡では、１次電子ビームをサンプル１に対して垂直に照射し、かつ、サンプル１で生じた電子（２次電子、反射電子、反転電子）を高効率回収するために、中心部（軸上）に穴の開いた検出器を利用することが行われる。１次電子ビームは図１の中心の穴を通過して左から右方向に走行して図示外のサンプル１（図２参照）に照射する。サンプル１の表面にて発生した電子（２次電子、反射電子、反転電子）は何もしないとこの穴の部分に集まり、当該穴を通過してしまい、電子検出装置（図１の第１の電子増倍装置２）に導かれないので、中心部にはリペラー電極７を設けて適切な正あるいは負の電圧を加え、サンプル１の表面で生じた電子が穴を抜けて行ってしまわないように追い返えしたり引きつけたりし、当該穴の周辺にリング状に配置した第１の電子増倍装置２に衝突させて２次電子を増倍するように構成する。
【００２５】
図１の（ａ）において、サンプル１からの２次電子は、図示外のサンプル１（図２参照）からの電子（放出、反射、反転した電子）の例であって、第１の電子増倍装置２に印加された電圧（正の電圧Ｖ１、図１の（ｂ）参照）により加速されたものである。
【００２６】
第１の電子増倍装置２は、サンプル１からの電子を加速して衝突させる正の電圧Ｖ１を印加するものであって、電子が衝突されると１以上の２次電子を放出して増倍するためのものである。
【００２７】
ここで、第１の電子増倍装置２は、リペラー電極７と接触すると同じ電位となり、第１の電子増倍装置２に電子が届かなくなり、効果を発揮しなくなるので、それを防止するために、リペラー電極７に電気的に接触しないように、電気絶縁して周辺に配置する。当該第１の電子増倍装置２の電極は電子の軌道を解析してもっとも電子が集まる場所に配置することが望ましい。例えばリング状に配置することが望ましい。
【００２８】
第２の電子増倍装置３は、第１の電子増倍装置２により増倍された２次電子を、更に増倍するものであって、入力部と出力部との間に図１の（ｂ）に記載した電圧Ｖ２と電圧Ｖ３を印加して２次電子を繰り返し衝突、放出させて増倍した後、右側からアノード５に向けて放出されるものである。第２の電子増倍装置３は、いわゆるマルチチャネルプレート（ＭＣＰ）といわれる，多数の微細な穴（チャネル）から構成される２次電子増倍装置である。
【００２９】
開口部４は、第２の電子増倍装置３に設けた開口部（チャネル）であって、当該開口部４の内部に入射した２次電子が増倍され、当該開口部４と隣接する開口部４との間の部分に衝突した２次電子は吸収されてしまい、増倍対象とはならないものである。通常、開口部４の全体の対する割合は、６０％位である。
【００３０】
アノード５は、第２の電子増倍装置３によって増倍された２次電子を衝突させ、電流として検出するものであって、図１の（ｂ）の電圧Ｖ４を印加するものであり、当該アノード５で検出された電流に相当する電圧を外部に出力（出力信号）として送出するものである。
【００３１】
センターホール６は、軸上の穴であって、ここでは、リペラー電極７を配置する部分である。
【００３２】
リペラー電極７は、サンプル１からの電子（２次電子、反射電子、反転電子）が右側にそのまま通過することなく、第１の電子増倍装置２に衝突するように適正な電圧Ｖ５（正あるいは負の電圧）を印加するものである。
【００３３】
尚、アノードは必要に応じて電気的あるいは機械的に分割しても良い。また、第１の電子増倍装置２、第２の電子増倍装置３も、電気的あるいは機械的に分割しても構わないし、互いに独立動作する複数の電子増倍装置の集合体であっても構わない。
【００３４】
図１について、更に詳細に説明すると、
（１）サンプル１の表面に１次電子ビームが照射されるとサンプル１の表面に２次電子等が生成する。この２次電子等が走査型顕微鏡における画像形成情報の全てを含んでいる。サンプル１の表面で生成した２次電子は電界によって第１の電子増倍装置２に引きつけられる。第１の電子増倍装置２が有効に働くためには、数１０ｅＶ以上のエネルギーを電子が有していることが必要である。そのため、入射する電子のエネルギーを適切な値にするために数１０Ｖ以上の電圧Ｖ１を当該第１の電子増倍装置２に印加し、当該電圧Ｖ１により引きつけられた電子は当該第１の電子増倍装置２に衝突して約２倍以上に増倍する。
【００３５】
（２）第１の電子増倍装置２としては、良く知られているようにＢａＯ、ＭｇＦ等の高２次電子放出材料の薄膜を利用する。２次電子が出てきやすいように、数から数１０ｎｍ程度の薄膜が望ましく、その後ろには導電体の薄膜があり、電子を供給できることが望ましい。これらの材料にある閾値以上のエネルギーを有した電子を照射すると、入射電子数の２倍から５倍量の２次電子が生じ、もとの電子数は２倍から５倍に増倍される。例えば１００eＶ程度のエネルギーを有するように電位勾配を作り、薄膜に電子を衝突させることが望ましい。
【００３６】
（３）電子が生成する速度はピコ秒よりも小さく、時間軸に対して正確に電子数だけが増倍された状態が実現される。それぞれの電子は元の電子のコピーなので、同じ位置の情報を持っている。
【００３７】
（４）電子の個数が２倍以上に増倍された後に、第２の電子増倍装置３を構成する開口部４を通過する。開口率は１００％以下なので、増倍された電子の一部分が通過する。確率的にはサンプル１の表面で生じた２次電子の数は第１の電子増倍装置２により２倍以上になっているため、開口部４を通過後も、１００％サンプル表面で生じた電子の情報を保持していると考えられる。開口部４を通過した電子は第２の電子数増倍装置３によって１０００倍から１００００００倍に増倍される。増倍された電子は最終的にアノード５に衝突し、運動エネルギーを失って電流を生じる。生じた電流を図示外の電流電圧変換回路等の電気回路、あるいはパルス検出回路にて検出することでサンプル１の表面で生じた２次電子の量あるいは電子数を検出することができる。
【００３８】
（５）尚、第１の電子増倍装置２は、上述したＢａＯ，ＭｇＦに加えて更に、５Ｃｕ−ＢｅＯ，Ｃｕ−ＢｅＯ６，２Ａｇ−ＭｇＯ−ＣＳ９，２Ｃｓ−Ｓｂ，１０ＧａＰ−Ｃｓ２０〜４０等の 高２次電子放出材料を表面にコーティングした部材（金属、セラミック、プラスチック等）によって出来ており、必要によって電圧を加えられるように電圧印加手段に接続されている。増倍された電子は第２の電子増倍装置３を構成する開口部４を通過する。開口部４の縁部分に当たって一部分の電子は通過することが出来ないが、第１の電子増倍装置２によって、開口の縁に当たって損失する以上に電子数が増加されているので、当該開口部４の通過後も、サンプル１の表面で生じた電子の情報を受け継ぐ電子を１００％第２の電子増倍装置３に入力することが可能となり、サンプル１の表面で発生した電子の持つ情報を欠損すること無く、検出することが出来るようになる。アノード５で電流検出に必要なコンデンサーや抵抗あるいはアンプ類は真空中に置くことによって、外部からのノイズの影響を受けることなく電流を検出できるように成る。
【００３９】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の第１の電子増倍装置２、第２の電子増倍装置３を構成する開口部４の入射部分、出射部分、アノード５、およびリペラー電極７に印加する電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５の例をそれぞれ模式的に示す。
【００４０】
図２は、本発明の他の実施例構造図を示す。図１の（ａ）の第１の電子増倍装置２が２次電子の進行方向に対して凸型（先狭まり）のリング状の内面に当該２次電子を衝突させて増倍する構造に対して、当該図２は凹型（先広がり）のリング状の外面に当該２次電子を衝突させて増倍する他の実施例構造例を示す。ここで、サンプル１、第２の電子増倍装置３、開口部４、アノード５、リペラー電極７は、図１の対応するものと同じであるので、説明を省略する。
【００４１】
図２において、第１の電子増倍装置２は、凹型（先広がり）のリング状の構造を有し、リング状の外面に、サンプル１からの電子を照射して増倍するものであって、センターホール６の外周に生じるいわゆる不感領域に配置したものである。
【００４２】
この配置理由は、図２に示すように、第２の電子増倍装置３（例えばマルチチャンネルプレート）の穴と筒状のリペラー電極７との間には溝が存在し、不感領域がある。また、サンプル１の表面で生じた電子は磁界型の対物レンズの磁界により螺旋しながら円環状に集められてくるので、仮にその円環状の電子が不感領域に入射されてしまうと全く電子は増倍されず検出もされなくなる。それを防ぐために、図２に示したようにセンターホールの周辺部の当該溝を覆うように、第１の電子増倍装置２を設ける。センターホール型の場合は、円環状であることが望ましい。センターホールが無い場合は、点対象図形あるいは円形であることが望ましい。また、第１の電子増倍装置２によって増倍された電子がまんべんなく第２の電子増倍装置３の開口部４に分散して入射するように、開口部４の周辺に図３に示すバイアス電極４１を設ける。通常、第２の電子増倍装置３であるＭＣＰの表面には、ガラスチャンネルへ電圧を加えるための電極が蒸着等によって設けられている。本他の実施例では、さらにその上に絶縁膜を設けて、チャンネルに電圧を加えるための電極からは絶縁し、その上に電極（図３のバイアス電極４１）を設ける。センターホールに設けたリペラー電極７に加える電圧Ｖ５とは異なった電圧Ｖ６（図３参照）が加えられるように、独立した電圧供給手段を有することが望ましい。同じ電圧を加えると、両側から絞られる形の電界と成るため、入射される２次電子の分布が狭い領域に押し込められる。逆にこのような電界を利用した場合には、電界を強弱に可変することで、電子が集中する位置を移動させ、第２の電子増倍装置３（例えばＭＣＰ）の寿命を延ばすことも出来る。
【００４３】
円環状に収束されてきた電子はこの第１の電子増倍装置２によって２倍以上に増倍される。その後に、第２の電子増倍装置３を構成する開口部４に目がけて、電子は分散照射される。２倍以上の個数にサンプル１の表面で生じた電子は増倍されているため、開口部４の開口率が６０％の場合、確率的にサンプル１の表面で生じた電子の情報を欠損すること無く、第２の電子増倍装置３に伝えられる。
【００４４】
図３は、本発明の要部構造図（図２）を示す。
【００４５】
図３の（ａ）は側面図を示し、図３の（ｂ）は上面図を示す。ここで、第１の電子増倍装置２、第２の電子増倍装置３、リペラー電極７は、図２の対応するものと同一である。
【００４６】
図３の（ａ）および（ｂ）において、バイアス電極４１は、上述したように、第１の電子増倍装置２によって増倍された電子がまんべんなく第２の電子増倍装置３の開口部４に分散して入射するように、開口部４の周辺に設けたバイアス電圧Ｖ６を印加するバイアス電極であって、通常、第２の電子増倍装置３であるマルチチャンネルプレートの表面にはガラスチャンネルへ電圧を加えるための電極が蒸着等によって設けられているので、さらにその上に絶縁膜を設けて、チャンネルに電圧を加えるための電極からは絶縁し、その上に電極（バイアス電極４１）を設けたものである。当該バイアス電極４１には、センターホールに設けたリペラー電極７に加える電圧Ｖ５とは異なった電圧Ｖ６（図３参照）が加えられるように、独立した電圧供給手段を有している。ここで、同じ電圧を加えると、両側から絞られる形の電界と成るため、入射される２次電子の分布が狭い領域に押し込められる。逆にこのような電界を利用した場合には、電界を強弱に可変することで、電子が集中する位置を移動させ、第２の電子増倍装置３（例えばＭＣＰ）の寿命を延ばすことも出来る。
【００４７】
図４は、本発明の他の実施例構造図を示す。図４は、第１の電子増倍装置２としてメッシュ状の電極を利用した他の実施例を示す。開口率は９０％以上と出来るだけ大きくする。表面に高２次電子放出材料をコーティングした、メッシュ電極を第２の電子増倍装置３の開口部４の手前に配置する。メッシュ状の電極の開口の側面あるいは表面に衝突して増倍した電子が第２の電子増倍装置３を構成する開口部４に上手く導かれることが重要である。メッシュ状の電極（第１の電子増倍装置２）に当たって生じた電子が全て第２の電子増倍装置を構成する開口部４に導かれるように、メッシュ状の電極にバイアス電圧を掛けて必要な電位勾配を得ることが望ましい。また、メッシュ状の電極から飛び出た電子が最も集まる場所に第２の電子増倍装置３の開口部４を配置することが望ましい。
【００４８】
ここで、図４のようにセンターホールを有する場合には、軸上に配置したリペラー電極７には適切な電圧を印加し、発生した２次電子が通過しないようにしてある。電位勾配あるいは磁界型の対物レンズの磁界によって、サンプル１からの２次電子はメッシュ状の電極の表面あるいは側面に衝突し、衝突した場合には電子数が増倍される。通過した場合は増倍されない。
【００４９】
図５は、本発明の他の実施例構造図を示す。図５は第２の電子増倍装置３の未開口部に高効率電子放出材料をコーティングして第１の電子増倍装置２を構成した例を示す。この例では、サンプル１の表面で発生した電子は電界により第２の電子増倍装置３へ集まってくる。集まってきた電子の一部分は第２の電子増倍装置３の開口部４に入射して、増倍される。
【００５０】
一方、第２の電子増倍装置３の未開口部には高効率電子放出材料をコーティングしてあるため、そこに衝突した電子は、２個以上の電子に増倍される。増倍された電子は散らばるため、開口部４に入射するものも現れる。それにより、サンプル１の表面で発生した電子の情報は第２の電子増倍装置３に伝えられて、増倍される。このように増倍された電子は最終的にアノード５に衝突し電流に変換されたのち電気回路にて検出する。
【００５１】
ここで、第１の電子増倍装置２、第２の電子増倍装置３はそれぞれ独立して電圧を印加できるようにしてあることが望ましい。
【００５２】
尚、第２の電子増倍装置３の中央にセンターホールがある場合には、当該センターホールはサンプル１を照射するための１次電子ビームが通過する場所であり、センターホールの周辺部にはリペラー電極７があり、サンプル１の表面で生成した電子が穴を抜けて行かないように電界（電圧）を加える。サンプル１の表面で生じた電子は、第２の電子増倍装置３の表面に引き寄せられる。ある電子は開口部４に入射され、第２の電子増倍装置３で増倍される。一方、第１の電子増倍装置２が構成されている表面に衝突した電子は表面に設けられた高効率電子放出材料によって複数の電子に増倍される。増倍された電子は、開口部４に突入し第２の電子増倍装置３にて増倍される。増倍された電子はアノード５に衝突し、電流に変換され電気回路により検出される。
【００５３】
図６は、本発明の他の実施例構造図を示す。図６の例では、２次電子増倍作用のある膜を両面に設け傾斜した薄板状の部材を多数並べていることに特徴がある。衝突した電子は部材の表あるいは裏に衝突して多くの電子を発生する。この部材は電子が発生しやすい適切な角度に傾斜しており、衝突によって発生した電子が効率よく第２の電子増倍装置３の開口部４に入射して増倍され、検出されるようにしてある。
【００５４】
この部材は、厚みが薄いので、複数枚重ねることも可能であり。それぞれの部材を電気的に独立させることによって、それぞれに適切な電圧（バイアス電圧）を加えることが可能となっている。それぞれに適切な電圧を加えることで最終的に効率よく第２の電子増倍装置３の開口部４に導くことが出来る。
【００５５】
図７は、本発明の要部構造図を示す。図７は複数の第２の電子増倍装置２である例えばマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）をアライメントする方法を示す。
【００５６】
図７において、ＭＣＰには数ミクロンから数十ミクロンの大きさのチャンネルと呼ばれる穴が、開いている。これらの穴は、非常に規則正しく並んでいる。光ファイバーを用いて製造されるので、ロットが同じ場合、複数のＭＣＰには相対的には全く同じ位置に穴があいている。ＭＣＰを重ねて使用することで、より高い増倍率を得ることが出来るが、それぞれのＭＣＰのチャンネル穴の位置がずれていると図７の（ｃ）に示すように、第１のＭＣＰで増倍された信号の一部分しか利用できなくなり、信号の欠損が生じる。本実施例では、図７の（ｂ）に示すように、重ねる複数のＭＣＰの穴を正しくアライメントすることで、信号欠損を防止できる。
【００５７】
それぞれのＭＣＰには、精密なアライメントが出来るように、アライメント用のマークを設ける。例えば、ＭＣＰの側面に複数の切り欠きを精密に設けてアライメントマークとする、あるいは、ＭＣＰのチャンネル部分には光が通るので、その一部分にアライメントマークを設けて、複数のＭＣＰの相対位置を正確に合わせることが可能である。顕微鏡等で合わせこんだ後に仮止めすれば、位置合わせを維持出来る。
【００５８】
尚、複数のＭＣＰのアライメントを正確に合わせると、第１のＭＣＰにて増倍された電子は、ほぼ１００％第２のＭＣＰの開口部４に入射されるため、信号欠損が起こらない。      
【００５９】
また、第１のＭＣＰのチャンネル穴の大きさを、第２のＭＣＰの穴の大きさと変えることも出来る。例えば、第２のＭＣＰの穴を大きくすれば、第１のＭＣＰで増倍された電子群が上手く全て第２のＭＣＰのチャンネル（開口部４）に入力できる。逆に、非常に小さなチャンネルとして、確率的に全ての電子が第２のＭＣＰに入力出来るようにすることも出来る。
【００６０】
また、ＭＣＰには最大出力電流がある。その電流はＭＣＰの電気抵抗値で決定される。小さな抵抗値を持つＭＣＰの方がより大きな出力電流を取り出すことが出来る。しかしながら、ＭＣＰ全体の電気抵抗値を下げると、発熱が大きく成り、ＭＣＰが溶けてしまうという不具合があり、やみくもに抵抗値を下げることは出来ない。第１のＭＣＰの電気抵抗と第２のＭＣＰの電気抵抗は独立に変えられるので、例えば、電子が最初に入射されるＭＣＰの抵抗値は高くし、そこには高い電圧を印加する。これにより、初段にて１０００倍以上の高い増倍率が得られる。一方、第２のＭＣＰの電気抵抗値は低くする。印加する電圧も下げる。これにより、数１０から数百倍程度の増倍を行う。このようにすると、ＭＣＰのガラスを溶かすことなく、出力可能な最大電流量を増加することが出来るようになる。
【００６１】
図８は、本発明の他の実施例構造図（傘の内側で増倍する例）を示す。図８は、図１に対応するものであって、第１の電子増倍装置２の傘の内側の部分に沿って図示の点線で示すように電界を発生させ（入口の部分と、出口の部分とで図示の点線で示すように電界を発生させ）、電子が衝突して放出することを繰り返させて増倍する構造としたものである。電界の発生は、サンプル１と第１の電子増倍装置２の入口との間に電圧Ｖ１１、当該入口と出口との間に電圧Ｖ１２、出口と第２の電子増倍装置３との間に電圧Ｖ１３を印加し、図示の点線で示す電界を発生させる。
【００６２】
以上によって、第１の電子増倍装置２で数倍から数百倍程度の電子の増倍を行うことが可能となる。
【００６３】
図９は、本発明の他の実施例構造図（傘の外側で増倍する例）を示す。図９は、図２に対応するものであって、第１の電子増倍装置２の傘の外側の部分に沿って図示の点線で示すように電界を発生させ（入口の部分と、出口の部分とで図示の点線で示すように電界を発生させ）、電子が衝突して放出することを繰り返させて増倍する構造としたものである。電界の発生は、サンプル１と第１の電子増倍装置２の入口との間に電圧Ｖ１１、当該入口と出口との間に電圧Ｖ１２、出口と第２の電子増倍装置３との間に電圧Ｖ１３を印加し、図示の点線で示す電界を発生させる。
【００６４】
以上によって、第１の電子増倍装置２で数倍から数百倍程度の電子の増倍を行うことが可能となる。
【００６５】
図１０は、本発明の他の実施例構造図（２つの傘で増倍する例）を示す。図１０は、図８と図９との２つを組み合わせたものであって、内側に配置した第１の電子増倍装置２の傘の外側の部分、更に、外側に配置した第１の電子増倍装置２の傘の内側の部分、に沿って図示の点線で示すように電界を発生させ（入口の部分と、出口の部分とで図示の点線で示すように電界を発生させ）、電子が衝突して放出することを繰り返させて増倍する構造としたものである。電界の発生は、サンプル１と第１の電子増倍装置２の入口との間に電圧Ｖ１１、当該入口と出口との間に電圧Ｖ１２、出口と第２の電子増倍装置３との間に電圧Ｖ１３を印加し、図示の点線で示す電界を発生させる。
【００６６】
以上によって、内側と外側とに設けたそれぞれの第１の電子増倍装置２で数倍から数百倍程度の電子の放出角度の広がりのある場合の増倍を行うことが可能となる。
【００６７】
図１１は、本発明の応用例を示す。図１１は、図１から図１０の第１の電子増倍装置２および第２の電子増倍装置３を有する電子検出装置を利用した応用例を示し、ここでは、走査型電子顕微鏡を測長装置として用いた場合の応用例を示す。
【００６８】
図１１の（ａ）は全体構造図を示し、図１１の（ｂ）はマスク２６の上を１次電子ビームで走査する様子を示し、図１１の（ｃ）は図１１の（ｂ）の更に詳細な様子を示す。
【００６９】
図１１の（ａ）において、電子銃２１は、１次電子ビームを発生するものである。
【００７０】
対物レンズ２２は、磁界型の対物レンズであって、１次電子ビームを細く絞ってサンプル１であるマスク２６に照射するものである。
【００７１】
試料室２３は、ＸＹステージ２５、マスク２６などを収納する真空の容器である。
【００７２】
精密位置測定装置２４は、ＸＹステージ２５の位置を精密に測定するものであって、例えばレーザ干渉計である。
【００７３】
ＸＹステージ２５は、マスク２６を搭載して、Ｘ方向およびＹ方向に移動させるものである。
【００７４】
マスク２６は、サンプルの例であって、２次電子画像を取得して測長などする対象のサンプルである。
【００７５】
２次電子検出装置２７は、１次電子ビームをマスク２６の照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子、反射された反射電子などを検出する検出器であって、図１から図１０で既述した第１の電子増倍装置２および第２の電子増倍装置３などから構成されるものである。
【００７６】
図１１の（ｂ）は、図１１の（ａ）のマスク２６上を１次電子ビームが平面走査する様子を模式的に示す。ここでは、ＸＹステージ２５で横方向に走査し、図示外のビーム走査装置で縦方向に走査する様子を模式的に示す。横方向のＸＹステージによる走査は、端に辿りつくとステップ状にＸＹステージ２５で縦方向に移動させた後、横方向（逆方向）にＸＹステージ２５で走査することを繰り返す。
【００７７】
図１１の（ｃ）は、図１１の（ｂ）で横方向にＸＹステージ２５で走査するときに前回の走査と若干オーバラップするように走査する。
【００７８】
以上のＸＹステージ２５に搭載したマスク２６を細く絞った１次電子ビームで照射しつつ走査するときに当該マスク２６から放出された２次電子を、図１から図１０で既述した第１の電子増倍装置２および第２の電子増倍装置３などによる電子検出装置で高感度（従来の２次電子増倍装置３であるＭＣＰに比して２倍程度以上の高感度）に検出して拡大画像（２次電子画像）を高速に取得し、その画像中のパターンの測長などを行うことにより、従来に比して短時間に測長することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の１実施例構造図である。
【図２】本発明の他の実施例構造図（その１）である。
【図３】本発明の要部構造図（図２）である。
【図４】本発明の他の実施例構造図（その２）である。
【図５】本発明の他の実施例構造図（その３）である。
【図６】本発明の他の実施例構造図（その４）である。
【図７】本発明の要部構造図である。
【図８】本発明の他の実施例構造図（傘の内側で増倍する例）である。
【図９】本発明の他の実施例構造図（傘の外側で増倍する例）である。
【図１０】本発明の他の実施例構造図（２つの傘で増倍する例）である。
【図１１】本発明の応用例である。
【符号の説明】
【００８０】
１：サンプル
２：第１の電子増倍装置
３：第２の電子増倍装置
４：開口部
４１：バイアス電極
５：アノード
６：センターホール
７：リペラー電極
【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】
2012248304.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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