(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に入射電子を照射し、試料から発生する放出電子に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料表面へ照射する入射電子の焦点を調整する静電型対物レンズと、
試料に照射した入射電子に基づいて二次電子が発生されて、該静電型対物レンズの内側を通過する二次電子の中で、照射軸中央に形成した所定の開口孔で所定領域の二次電子のみを通過させる検出電子制限絞りと、
該検出電子制限絞りを通過してきた二次電子を受けて電気信号に変換する形状計測用インレンズ型の二次電子検出手段と、
を具備することを特徴とする、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項２】
試料表面に入射電子を照射し、試料から発生する放出電子に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料表面へ照射する入射電子の焦点を調整する静電型対物レンズと、
試料に照射した入射電子に基づいて二次電子が発生されて、該静電型対物レンズの内側を通過する二次電子の中で、照射軸中央に形成した所定の開口孔で所定領域の二次電子のみを通過させる検出電子制限絞りと、
該検出電子制限絞りを通過してきた二次電子を受けて電気信号に変換する形状計測用インレンズ型の第１の二次電子検出手段と、
試料表面から発生する二次電子の中で、該静電型対物レンズの外側を通過する二次電子を受けて電気信号に変換するアウトレンズ型の第２の二次電子検出手段と、
を具備することを特徴とする、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項３】
試料表面に入射電子を照射し、試料から発生する放出電子に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料表面へ照射する入射電子の焦点を調整する静電型対物レンズと、
試料に照射した入射電子に基づいて反射電子が発生されて、該静電型対物レンズの内側を通過する反射電子の中で、照射軸中央に形成した所定の開口孔で所定領域の反射電子のみを通過させる検出電子制限絞りと、
該検出電子制限絞りを通過してきた反射電子を受けて、これに対応した二次電子に変換して放出する二次電子変換板と、
該二次電子変換板からの二次電子を受けて電気信号に変換して出力する形状計測用インレンズ型の二次電子検出手段と、
を具備することを特徴とする、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項４】
該二次電子検出手段は、試料の走査軸方向に対応して所定に配設して備える２個の二次電子検出器である、ことを特徴とする請求項１乃至３記載の、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項５】
該二次電子検出手段は、試料の一方の走査軸方向（Ｘ軸方向）に対応して所定に配設して備える２個の第１の二次電子検出器と、
前記第１の二次電子検出器と直交して、試料の他方の走査軸方向（Ｙ軸方向）に対応して所定に配設して備える２個の第２の二次電子検出器と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至３記載の、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項６】
二次電子を受ける該検出電子制限絞りの前面に、一定エネルギー以上の二次電子を通過させ、一定エネルギー以下の二次電子を通過阻止させるエネルギーフィルタと、
該エネルギーフィルタへ所定の負の減速電圧を供給する減速電圧源と、を具備することを特徴とする請求項１乃至３記載の、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項７】
試料表面に接近して配設されて、試料に照射した入射電子に基づいて発生する二次電子を引き出して該検出電子制限絞りへ供給する二次電子引出電極と、
該二次電子引出電極へ所定の正の引出電圧を供給する引出電圧源と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至３記載の、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項８】
該検出電子制限絞りは、中央の開口孔の大きさを可変とする機械的な可変絞り機構を備える検出電子制限可変絞りである、ことを特徴とする請求項１乃至３記載の、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項９】
静電型対物レンズに代えて電磁型対物レンズを適用し、
該電磁型対物レンズに伴う二次電子の軸方向の回転量に対応するように二次電子検出手段を配設して備える、ことを特徴とする請求項１乃至３記載の、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９記載の該表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置を適用して、試料表面の断面形状若しくは三次元表面形状を、高精度に測定する構成を備える、ことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被測定試料の表面上に形成されている形状をより正確に測定する表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置に関する。特に、走査型電子顕微鏡において試料へ一次電子を照射し、この照射点から放出される二次電子を表面の断面形状若しくは三次元表面形状に対応する信号として良好に捕捉できる手段を備える表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）における表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置では、試料（ＤＵＴ）の表面から放出される二次電子が二次電子検出器へ取り込まれるまでの間に周囲の電磁場の影響を受けるために、より的確な形状測定が行えない難点があった。また、試料自身の壁面部位によって試料の表面から放出される二次電子が二次電子検出器へ取り込まれるまでの間に遮られ、受信する二次電子の量は壁面部位がない場合より大幅に少なくなり形状測定に大きな誤差が生じる場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の走査型電子顕微鏡における表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置においては、試料の表面から放出されてる二次電子が二次電子検出器へ取り込まれるまでの間に周囲の電磁場の影響を受けるために、より的確に捕捉できない難点があった。これに伴い、試料の表面の断面形状若しくは三次元表面形状の測定誤差が大きくなる難点がある。また、試料自身の壁面部位によって試料の表面から放出される二次電子が二次電子検出器へ取り込まれるまでの間に遮られ、受信する二次電子の量は壁面部位がない場合より大幅に少なくなり場合がある。このような場合には  試料の表面の断面形状若しくは三次元表面形状の測定結果に大きな誤差が生じてしまう。
一方で、加工技術の進歩により配線パターンや回路形成は複雑になり、更に深い溝状や凸凹形状に立体的形成され、また０．２μｍ以下の微細化も進んでいる。これらに伴いより一層正確に表面の断面形状若しくは三次元表面形状が測定可能な表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置が求められている。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、被測定試料の表面上に形成されている表面の断面形状若しくは三次元表面形状をより誤差を少なく測定する表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置を提供することである。
また、被測定試料の表面上に形成されている表面の断面形状若しくは三次元表面形状を、反射電子若しくは二次電子を受けて、より高精度に測定する表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置、及び走査型電子顕微鏡を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の解決手段を示す。
上記課題を解決するために、試料表面に入射電子を照射し、試料から発生する放出電子（反射電子若しくは二次電子）に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
放出角度限定受信手段として、試料から発生する放出電子（反射電子若しくは二次電子）の中で対物レンズの内側を通過する放出電子を検出する形状計測用の検出器（インレンズ型検出器）を所定に配設して備える、ことを特徴とする表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置である。
上記発明によれば、被測定試料の表面上に形成されている表面の断面形状若しくは三次元表面形状をより誤差を少なく測定する表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置が実現できる。
【０００５】
次に、第２の解決手段を示す。
上記課題を解決するために、試料表面に入射電子を照射し、試料から発生する放出電子（反射電子若しくは二次電子）に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料から発生する放出電子（反射電子若しくは二次電子）の中で対物レンズの内側を通過する放出電子を検出する放出角度限定受信手段（例えば検出電子制限絞り）を所定に配設して備える、ことを特徴とする表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【０００６】
次に、第３の解決手段を示す。
上記課題を解決するために、試料表面に入射電子ｅ１を照射し、試料から発生する反射電子に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて試料から発生する反射電子の中で、所定角度領域内の反射電子を受けて電気信号に変換する放出角度限定受信手段を具備する、ことを特徴とする表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【０００７】
次に、第４の解決手段を示す。
上記課題を解決するために、試料表面に入射電子ｅ１を照射し、試料から発生する二次電子に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて試料から発生する二次電子の中で、所定角度領域内の二次電子を受けて電気信号に変換する放出角度限定受信手段を具備する、ことを特徴とする表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【０００８】
次に、第５の解決手段を示す。ここで第４図は、本発明に係る解決手段を示している。
上記課題を解決するために、試料表面に入射電子ｅ１を照射し、試料から発生する反射電子若しくは二次電子に基づいて被測定試料の形状を測定する、表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置において、
試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて試料から発生する反射電子若しくは二次電子の中で、所定角度領域内の反射電子若しくは二次電子を所定に受けて電気信号に変換する放出角度限定受信手段を具備する、ことを特徴とする表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【０００９】
次に、第６の解決手段を示す。ここで第４図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述二次電子を検出対象とする上記放出角度限定受信手段の一態様は、
試料表面へ照射する入射電子ｅ１の焦点を調整する静電型対物レンズ２０を具備し、
試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて二次電子が発生されて、上記静電型対物レンズ２０の内側を通過する二次電子の中で、照射軸中央に形成した所定の開口孔５２で所定領域の二次電子ｅ３のみを通過させる検出電子制限絞り５０を具備し、
上記検出電子制限絞り５０を通過してきた二次電子ｅ３を受けて電気信号に変換する形状計測用インレンズ型の二次電子検出手段を具備し、
以上を具備することを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１０】
次に、第７の解決手段を示す。
上述二次電子を検出対象とする上記放出角度限定受信手段の一態様は、
試料表面へ照射する入射電子ｅ１の焦点を調整する静電型対物レンズ２０を具備し、
試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて二次電子が発生されて、上記静電型対物レンズ２０の内側を通過する二次電子の中で、照射軸中央に形成した所定の開口孔５２で所定領域の二次電子ｅ３のみを通過させる検出電子制限絞り５０を具備し、
上記検出電子制限絞り５０を通過してきた二次電子ｅ３を受けて電気信号に変換する形状計測用インレンズ型の第１の二次電子検出手段を具備し、
試料表面から発生する二次電子の中で、上記静電型対物レンズ２０の外側を通過する二次電子を受けて電気信号に変換するアウトレンズ型の第２の二次電子検出手段を具備し、
以上を具備することを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
これによれば、形状計測用インレンズ型の第１の二次電子検出手段に基づく二次電子プロファイルと、アウトレンズ型の第２の二次電子検出手段に基づく二次電子プロファイルとに基づいて、より正確に二次元形状若しくは三次元形状の輪郭を特定することができる。
【００１１】
次に、第８の解決手段を示す。ここで第２図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述反射電子を検出対象とする上記放出角度限定受信手段の一態様は、
試料表面へ照射する入射電子ｅ１の焦点を調整する静電型対物レンズ２０を具備し、
試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて反射電子が発生されて、上記静電型対物レンズ２０の内側を通過する反射電子の中で、照射軸中央に形成した所定の開口孔５２で所定領域の反射電子Ｅ３のみを通過させる検出電子制限絞り５０を具備し、
上記検出電子制限絞り５０を通過してきた反射電子Ｅ３を受けて、これに対応した二次電子に変換して放出する二次電子変換板４０を具備し、
上記二次電子変換板４０からの二次電子を受けて電気信号に変換して出力する形状計測用インレンズ型の二次電子検出手段を具備し、
以上を具備することを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１２】
次に、第９の解決手段を示す。ここで第４図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述二次電子検出手段の一態様としては、試料の走査軸方向に対応して所定に配設して備える２個の二次電子検出器３１、３２である、ことを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１３】
次に、第１０の解決手段を示す。ここで第５図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述二次電子検出手段の一態様は、試料の一方の走査軸方向（Ｘ軸方向）に対応して所定に配設して備える２個の第１の二次電子検出器３１、３２を具備し、前記第１の二次電子検出器３１、３２と直交して、試料の他方の走査軸方向（Ｙ軸方向）に対応して所定に配設して備える２個の第２の二次電子検出器３３、３４を具備し、
以上を具備することを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１４】
次に、第１１の解決手段を示す。ここで第６図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述二次電子を受ける上記検出電子制限絞り５０の前面に、一定エネルギー以上の二次電子を通過させ、一定エネルギー以下の二次電子を通過阻止させるエネルギーフィルタ５４を具備し、
上記エネルギーフィルタ５４へ所定の負の減速電圧を供給する減速電圧源５６を具備し、
以上を具備することを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１５】
次に、第１２の解決手段を示す。ここで第７図は、本発明に係る解決手段を示している。
試料表面に接近して配設されて、試料に照射した入射電子ｅ１に基づいて発生する二次電子を引き出し加速させて上記検出電子制限絞り５０へ供給する二次電子引出電極２４を具備し、
上記二次電子引出電極２４へ所定の正の引出電圧を供給する引出電圧源２６を具備し、
以上を具備することを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１６】
次に、第１３の解決手段を示す。ここで第８図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述検出電子制限絞り５０の一態様としては、中央の開口孔の大きさを可変とする機械的な可変絞り機構を備える検出電子制限可変絞り８０である、ことを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
【００１７】
次に、第１４の解決手段を示す。
上述静電型対物レンズ２０に代えて電磁型対物レンズを適用し、
上記電磁型対物レンズに伴う二次電子の軸方向の回転量に対応するように二次電子検出手段を配設して備える、ことを特徴とする上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置がある。
これによれば、電磁型対物レンズに伴う二次電子の軸方向の回転量を予め求めておき、これに対応するように二次電子検出器３１、３２を配設することで、二次元形状若しくは三次元形状が実用的に測定可能となる。
【００１８】
次に、第１５の解決手段を示す。
上述表面の断面形状若しくは三次元表面形状測定装置を適用して、試料表面の断面形状若しくは三次元表面形状を、誤差が少なく高精度に測定する構成を備える、ことを特徴とする走査型電子顕微鏡がある。
【００１９】
尚、本願発明手段は、所望により、上記解決手段における各要素手段を適宜組み合わせて、実用可能な他の構成手段としても良い。また、上記各要素に付与されている符号は、発明の実施の形態等に示されている符号に対応するものの、これに限定するものではなく、実用可能な他の均等物を適用した構成手段としても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を適用した実施の形態の一例を図面を参照しながら説明する。また、以下の実施の形態の説明内容によって特許請求の範囲を限定するものではないし、更に、実施の形態で説明されている要素が解決手段に必須であるとは限らない。更に、実施の形態で説明されている要素の形容／形態は、一例でありその形容／形態内容のみに限定するものではない。
【００２１】
本発明について、図１〜図９を参照して以下に説明する。
先ず、図１（ａ、ｂ）の試料の表面の断面形状と二次電子の放出角度αとの関係について説明する。ここで、入射電子によって生ずる放出二次電子の中で二次電子検出器で受信する二次電子は左右にαの角度範囲内で放出されるものと仮定する。
図１（ａ）の溝型の表面の断面形状において、Ａ地点に入射された入射電子に基づいて放出されるαの角度範囲内の方向への二次電子は、αの角度範囲内の方向に妨げるものは無いので二次電子検出器で全て検出される。
【００２２】
一方、図１（ｂ）の溝型の表面の断面形状において、Ａ地点の斜面傾斜角度が同じである深部のＢ地点に入射された入射電子に基づいて放出されるαの角度範囲内の方向への二次電子の場合は、αの角度範囲内の方向に放出するものの、試料自身の壁面部位によって一部が妨げられる。即ち、右側の斜面の壁によって領域ｍの範囲が遮られる。更に、左側斜面によって領域ｎの範囲が遮られる。従って、Ｂ地点からの放出角度範囲は半減程度となってしまう。この結果、二次電子検出器で受ける二次電子の量は、上記点Ａに対比して数分の１程度の少ない電子量の検出誤差を生じる。これに伴って試料の表面の断面形状を求める演算処理を行って求めた測定形状には大きな誤差が生じてしまう。この為、正確な形状測定を目的とした場合には好ましくない。
【００２３】
そこで、本発明の原理手段を説明する。図１（ｃ）に示すように、二次電子検出器で受ける二次電子は鋭角放出角度β領域の放出角度に限定して受信できる放出角度限定受信手段を備える。前記の放出角度限定受信手段については後述する。もしも、鋭角放出角度β領域のみの二次電子を受信することができれば、斜面の傾斜角度が等しい図１Ｄ，Ｅ，Ｆ地点の何れにおいても、試料自身によって一部が妨げられることが無くなる結果、同量の二次電子量が受信できる。この結果、求めた測定形状に大きな誤差を生じることが無く、正確な表面の断面形状測定が可能となる。
二次電子でなく反射電子の検出により形状測定が行われるものも同様に改善される。
【００２４】
本発明手段は、第１の放出角度限定受信手段として、形状計測用二次電子検出器としてアウトレンズ型検出器の変わりにインレンズ型検出器を使う。即ち、対物レンズ上方で方位方向に複数配置された二次電子検出器を使う、ことを特徴としている。
これによれば、図１に示す鋭角放出角度α領域全体を、図９（ｂ）に示すアウトレンズ型の検出器では受けていたのが、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの二次電子を、図９（ａ）に示すようにインレンズ型の検出器で受けることが可能となるからして、誤差の少ない正確な表面の断面形状測定が可能となる利点が得られる。
【００２５】
次に、図２は反射電子の場合における検出電子（検出対象電子）の角度範囲を制限する検出電子制限絞り５０を備えた場合の原理構造図である。これは反射電子の場合である。ここで、検出電子制限絞り５０が第２の放出角度限定受信手段である。
検出電子制限絞り５０は、入射電子ｅ１を照射する照射軸を中心とした所定直径の円形の開口孔５２を備える遮蔽板であって、試料から対物レンズ（静電型対物レンズ）２０を介して円錐状の広がりを有する広角度範囲θ１の領域に反射してくる反射電子Ｅ２の中で、限定角度範囲θ２（左右の鋭角放出角度β領域を合わせたものに該当）以内の限定した領域の反射電子Ｅ３を通過させる開口孔５２の大きさとしている。この結果、限定角度範囲θ２の領域以外の反射電子Ｅ４は除外できる。そして、開口孔５２を通過した反射電子Ｅ３は二次電子変換板４０により二次電子に変換されて二次電子検出器３１、３２へ供給される。
尚、図１（ｄ）に示すように斜面が垂直に立っている場合には、斜面と底面の側壁近傍部位は鋭角放出角度β領域の反射電子を適用しても実用的に測定できない。この場合には図１（ｅ）に示すように、試料自身を傾斜させて検出系から見た斜面の傾斜角度を鋭角放出角度β（限定角度範囲θ２）に対応するように傾ける。また、少なくても底面中心でも遮蔽が生じないよう試料の傾斜角度を合わせる。更に、他方の斜面を測定するときは試料を反対側に傾斜させた後、同様の測定を行えば良い。
従って、上述した図２の発明原理構成例によれば、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの反射電子を二次電子変換板４０を介して二次電子検出器３１、３２で受信することができる利点が得られる。
【００２６】
次に、図３は二次電子の場合における検出電子（検出対象電子）の角度範囲を制限する検出電子制限絞り５０を備えた場合の原理構造図である。これは二次電子の場合である。ここで、検出電子制限絞り５０が第３の放出角度限定受信手段である。
この場合における検出電子制限絞り５０も上述と同様であり、限定角度範囲θ２以内の領域の二次電子ｅ３を通過させる開口孔５２の大きさとしている。この結果、限定角度範囲θ２以外の二次電子ｅ４は除外できる。
従って、上述した図３の発明原理構成例によれば、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの二次電子を受信することができる利点が得られる。
【００２７】
次に、図４は検出電子制限絞りを備える走査型電子顕微鏡の本発明に係る原理構造図である。
この構成要素は、コンデンサレンズ６０と、二次電子検出器３１、３２と、検出電子制限絞り５０と、スキャンコイル７０と、静電型対物レンズ２０と、演算部１１０とを備える。ここで、検出電子制限絞り５０が第４の放出角度限定受信手段である。ここで、走査型電子顕微鏡は公知であり技術的に良く知られている為、本願に係る要部を除き、その他の信号や構成要素、及びその詳細説明については省略する。
コンデンサレンズ６０は、電子ビームを所定に集光するものである。
二次電子検出器３１、３２は、静電型対物レンズ２０の内側を通過する二次電子を対象として検出する形状計測用インレンズ型の二次電子検出器であって、Ｘ軸方向（横方向）の走査によりＸ軸方向で変化する二次電子の変化を検出する。検出電子制限絞り５０を通過して来た二次電子ｅ３を受信して所定に増幅した電気信号を出力するものであって、電子ビーム軸に対して対向する位置に配設する。
スキャンコイル７０は、外部からの制御に基づいて、試料へ入射させる入射電子ｅ１を所望方向へ偏向制御する偏向手段である。例えば水平直線のＸ軸方向やＹ軸方向へ走査させたり、Ｘ軸Ｙ軸の任意の平面方向への走査ができる。
【００２８】
検出電子制限絞り５０は、上述図３に示したように、試料から発生して静電型対物レンズ２０を介してくる二次電子ｅ２の中で、開口孔５２を通過できる二次電子以外の二次電子を除外するものである。開口孔５２の大きさは所望の鋭角放出角度βとなるような開口径の大きさにする。これによれば、図１に示す鋭角放出角度β領域のみを二次電子検出器３１、３２で受信することが可能となる利点が得られる。
【００２９】
静電型対物レンズ２０は、外部からの制御に基づいて、試料表面へ照射される入射電子ｅ１の垂直方向（Ｚ軸方向）の焦点（フォーカス）を調整制御するものである。図１に示すように大きな凹部がある場合、目的の高さ位置で焦点が結ばれるように、照射する入射電子ｅ１の焦点を制御できる。尚、もしも磁界型対物レンズを適用すると、磁界によって二次電子ｅ２が磁界型対物レンズを通過中に回転運動を起こすために、二次電子の放出方向性が失われて傾斜角度情報が失われる為、正確な形状測定を目的とした場合には好ましくない。
この静電型対物レンズ２０の適用によって、円錐状の広がりを有するＸ軸Ｙ軸の平面方向への放出方向性を有した状態のままで、二次電子検出器３１、３２が配設位置に対応する特定放出方向の二次電子ｅ３を受信可能となる利点が得られる。
【００３０】
ステージ１００は、試料をＸＹ軸水平方向とＺ軸垂直方向へ所望量移動させる移動機構である。
演算部１１０は、上記要素を制御して所望区間を水平方向へ所望に走査（スキャン）して、二次電子検出器３１、３２から前記スキャン動作に同期相関した関係で得られる二次電子信号（二次電子プロファイル）を受けて、公知の表面の断面形状算出手段や三次元表面形状手段により走査区域の凹凸形状を二次元や三次元の画像情報として生成する。
【００３１】
上述した図４の発明構成例によれば、対物レンズは静電型対物レンズ２０を適用し、且つ、検出電子制限絞り５０を具備する構成としたことにより、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの二次電子を受けることができる。且つ、静電型対物レンズ２０の適用によって、円錐状の広がりを有するＸ軸Ｙ軸の平面方向への放出方向性を有した状態のままで二次電子検出器３１、３２が配設位置に対応する特定放出方向の二次電子ｅ３を受信可能となる利点が得られる。これによって誤差の少ない正確な二次元や三次元の画像情報を生成できる大きな利点が得られる。
【００３２】
次に、図５は図４の２個の二次電子検出器に対して、４個の二次電子検出器３１、３２、３３、３４を配設したときの鏡筒本体上部から見た配置図である。
二次電子検出器３１、３２、３３、３４の各々は、鏡筒本体の円周に対して９０度の配置角度に配設して備える。これは図１（ｅ）に示すように試料を傾斜させた状態での形状測定に好適である。
上記図５の構成によれば、放出方向性を有した状態の二次電子ｅ３をＸ軸Ｙ軸の平面方向で同時に測定可能となる結果、試料を乗せたステージを９０度回転させることが不要となるので、ステージの位置決め誤差に伴う測定誤差を無くすることができる。従って、特に極微細な凹凸形状を正確に測定できる結果、二次元や三次元の画像情報を一層正確に生成できる大きな利点が得られる。
【００３３】
次に、図６は不要な低エネルギーの二次電子を除去するエネルギーフィルタ５４と減速電圧源５６とを追加して備える構成例である。
エネルギーフィルタ５４は、一定エネルギー以上の高エネルギー二次電子を通過させ、一定エネルギー以下の低エネルギー二次電子を減速反発させて通過阻止させるものである。構造は細かい網目状のグリッド電極であって、二次電子ｅ２が通過する領域全面に平面的に配設する。この電極には、減速電圧源５６により所望の負の直流電圧を印加する。
減速電圧源５６は、負の直流可変電源であって、外部からの制御に基づいて、所望の負の減速電圧を上記エネルギーフィルタ５４へ供給する。この電圧制御により、所望エネルギーレベル以下の低エネルギー二次電子を通過阻止する。
【００３４】
上記図６の構成によれば、エネルギーフィルタ５４に減速電圧を印加し一定エネルギー以下の電子は引き戻され通過できなくなる結果、無用な二次電子を排除することが可能となるからして受信目的の二次電子とそれ以外の無用なノイズ的な二次電子を効果的に分離できる。従って、受信する電気信号のＳＮ比を向上できる結果、二次元や三次元の画像情報を一層正確に生成できる大きな利点が得られる。
【００３５】
次に、図７は試料から放出される二次電子の放出量を増加させる二次電子引出電極２４と引出電圧源２６とを追加して備える構成例である。  二次電子引出電極２４は、受信する二次電子の量を増加させて検出効率を向上することを目的とした二次電子引出用の電極であって、特にアスペクト比が高い深溝の底などに対して、鋭角放出角度β領域の狭い受信範囲を適用するときに有効である。この二次電子引出電極２４は、試料に接近した直上部位に配設されていて、この中央部には二次電子を通過させるための丸い開口孔２５を備えている。これにより、低エネルギーレベルの二次電子を引き出すことができる。
引出電圧源２６は、正の直流可変電源であって、外部からの制御に基づいて、最良の検出条件となるように、所定の引出電圧を上記二次電子引出電極２４へ供給する。
【００３６】
上記図７の構成によれば、特に、アスペクト比が高い溝底などからの二次電子の検出効率を上げることができる。但し、測定精度は多少犠牲となるので、アスペクト比が高い溝に対して限定的に適用することが望ましい。この結果、アスペクト比が高い溝に対しても、ＳＮ比が改善される結果、より正確な形状測定情報を生成できる大きな利点が得られる。
【００３７】
次に、図８は検出電子制限可変絞り８０を備える走査型電子顕微鏡の本発明に係る原理構造図である。ここで、検出電子制限可変絞り８０が第５の放出角度限定受信手段である。
検出電子制限可変絞り８０は、二次電子ｅ３を通過させる可変開口孔８２の大きさにおいて、外部からの制御に基づいて開口径を機械的に可変とする可変絞り機構を有するものである。可変絞りの開口は、第１に、ほぼ全開の開口径のときには絞りが無いに等しい大きな開口径まで可能にし、第２に、実用的に制御可能な最小の開口径まで可能とする。このとき、入射軸を中心と開口孔の中心とが一致するように絞り機構を構成する。
可変開口孔８２の形状は、円形が望ましいが、円形である必要は無い。例えば、２個の二次電子検出器３１、３２に対応する場合には、並行したスリット状（図８Ａ参照）の開口孔（開口幅）でも良い。また、４個の二次電子検出器３１〜３４に対応する場合には、４角形状（図８Ｂ参照）の開口孔でも良い。
ところで、検出電子制限可変絞り８０を挿入することは、測定できる傾斜角範囲を鋭角放出角度β領域のみとすることができるが、他方で、二次電子検出器が受信する信号の一部カットすることになるのでＳＮ比が悪くなってくる。この為、可変開口孔８２によって、測定対象の状況に対応した絞り条件に調整できることは優れた利点となる。
【００３８】
上記図８の構成によれば、第１に、二次電子検出器が出力する検出対象の電気信号と二次電子検出器等から発生するノイズ成分とのＳＮ比を考慮して最適な条件の絞り口径に調整制御することができる。更に、二次電子検出器から出力される二次電子検出信号は、最適のＳＮ比条件にすることが可能となるからして、最も正確な形状測定情報を生成できる大きな利点が得られる。更に、正確な形状測定情報の生成を必要しない場合には、従来と同様の条件となるように全開状態にして測定することもできる利点が得られる。
【００３９】
尚、本発明の技術的思想は、上述実施の形態の具体構成例、構造例に限定されるものではない。更に、本発明の技術的思想に基づき、上述実施の形態を適宜変形して広汎に応用してもよい。
例えば、上述実施例では、試料からの二次電子を受けて正確な形状測定を行う二次元若しくは三次元表面形状測定装置の場合とした具体例で説明していたが、二次電子の代わりに反射電子を受ける場合においても上述同様の効果を発揮する。従って、試料からの反射電子を適用して正確な形状が測定可能な二次元若しくは三次元表面形状測定装置としても良い。
【００４０】
また、上述した図７の二次電子引出電極２４において、所望により、この二次電子引出電極２４の代わりに、静電型対物レンズ２０の最下段の電極に対して対物レンズとしての機能を維持しながら、二次電子引出電極２４の機能も兼ね備えるように機能されても良い。この場合には、兼用に伴って、より安価に実現できる。
【００４１】
また、上述した、個々の放出角度限定受信手段である検出電子制限絞り、４個の二次電子検出器の配設、エネルギーフィルタと減速電圧源、二次電子引出電極と引出電圧源、検出電子制限可変絞り、の放出角度限定受信手段の各々の手段要素を適宜組み合わせて、所望の走査型電子顕微鏡を実現しても良い。これにより、測定用途に対応した最適な走査型電子顕微鏡が実現可能である。
【００４２】
また、上述では静電型対物レンズ２０を使用する場合で説明していたが、所望により、静電型対物レンズ２０に代えて電磁型対物レンズを適用する。但し、当該電磁型対物レンズに伴って二次電子の軸方向の回転が生じるので、この回転量を予め他の測定手段で求めておき、この回転量に対応するように二次電子検出器３１、３２側の配設位置を定める構成手段としても良い。この場合には、電磁型対物レンズに伴う二次電子の軸方向の既知の回転量に対応する二次電子検出器３１、３２の配設により、静電型対物レンズ２０の場合よりは劣るものの、実用的に測定可能となる利点が得られる。
【００４３】
また、上述した図４の検出電子制限絞り５０を移動できる移動機構を備えるように構成しても良い。この場合には、測定状況に対応して従来と同様の検出条件となる全開状態での通常の測定精度と、本発明の高い測定精度との両方が適用可能となる利点が得られる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、上述の説明内容からして、下記に記載される効果を奏する。
上述した図２の発明原理構成例によれば、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの反射電子を二次電子検出器３１、３２で受信することができる利点が得られる。
上述した図３の発明原理構成例によれば、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの二次電子を受信することができる利点が得られる。
【００４５】
上述した図４の発明構成例によれば、対物レンズは静電型対物レンズ２０を適用し、且つ、検出電子制限絞り５０を具備する構成としたことにより、図１に示す鋭角放出角度β領域のみの二次電子を受けることができる。且つ、静電型対物レンズ２０の適用によって、円錐状の広がりを有するＸ軸Ｙ軸の平面方向への放出方向性を有した状態のままで二次電子検出器３１、３２が配設位置に対応する特定放出方向の二次電子ｅ３を受信可能となる利点が得られる。これによって試料照射点の二次元的な位置が明確に特定可能となる測定信号とすることが可能となる結果、誤差の少ない正確な二次元や三次元の画像情報を生成できる大きな利点が得られる。
【００４６】
上述図５の構成によれば、放出方向性を有した状態の二次電子ｅ３をＸ軸Ｙ軸の平面方向で同時に測定可能となる結果、誤差の少ない正確な二次元や三次元の画像情報を生成できる大きな利点が得られる。
【００４７】
上述図６の構成によれば、エネルギーフィルタ５４に減速電圧を印加し一定エネルギー以下の電子は引き戻され通過できなる結果、無用な二次電子を排除することが可能となるからして受信目的の二次電子とそれ以外の無用なノイズ的な二次電子を効果的に分離できる。従って、受信する電気信号のＳＮ比を向上できる結果、一層正確な形状測定情報を生成できる大きな利点が得られる。
【００４８】
上述図７の構成によれば、特に、アスペクト比が高い溝底などからの二次電子の検出効率を上げることができる。但し、測定精度は多少犠牲となるので、アスペクト比が高い溝に対して限定的に適用することが望ましい。この結果、アスペクト比が高い溝に対しても、ＳＮ比が改善される結果、より正確な形状測定情報を生成できる大きな利点が得られる。
【００４９】
上述図８の構成によれば、第１に、二次電子検出器が受けて出力する目的の電気信号と二次電子検出器自身から発生するホワイトノイズ等のノイズ成分との比率（ＳＮ比）との両者の関係から最適な条件の絞り状態に調整制御することができる。従って、二次電子検出器から出力される二次電子検出信号は、最適のＳＮ比条件にすることが可能となるからして、最も正確な形状測定情報を生成できる大きな利点が得られる。逆に、正確な形状測定情報の生成を必要しない場合には、従来と同様に全開状態にして測定することもできる利点が得られる。
従って、本発明の技術的効果は大であり、産業上の経済効果も大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料の表面の断面形状と二次電子（又は反射電子）の放出角度αとの関係について説明する図である。
【図２】本発明の、反射電子の場合における検出電子（検出対象電子）の角度範囲を制限する検出電子制限絞りを備えた場合の原理構造図である。
【図３】本発明の、二次電子の場合における検出電子（検出対象電子）の角度範囲を制限する検出電子制限絞りを備えた場合の原理構造図である。
【図４】本発明の、検出電子制限絞りを備える走査型電子顕微鏡の本発明に係る原理構造図である。
【図５】本発明の、４個の二次電子検出器を配設したときの鏡筒本体上部から見た配置図である。
【図６】本発明の、不要な低エネルギーの二次電子を除去するエネルギーフィルタと減速電圧源とを追加して備える構成例である。
【図７】本発明の、試料から放出される二次電子の放出量を増加させる二次電子引出電極と引出電圧源とを追加して備える構成例である。
【図８】本発明の、検出電子制限可変絞りを備える走査型電子顕微鏡の本発明に係る原理構造図である。
【図９】本発明の、インレンズ検出器で二次電子を検出する原理構成図と、アウトレンズ検出器で二次電子を検出する原理構造図である。
【符号の説明】
２０ 静電型対物レンズ（対物レンズ）
２４ 二次電子引出電極
２６ 引出電圧源
３１，３２，３３，３４ 二次電子検出器
５０ 検出電子制限絞り
５４ エネルギーフィルタ
５６ 減速電圧源
６０ コンデンサレンズ
７０ スキャンコイル
８０ 検出電子制限可変絞り
１１０ 演算部
【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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