(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、該電子源から放出される一次電子線を収束するための対物レンズと、該対物レンズによって収束された一次電子線の照射により試料から発生する電子を検出する検出器を備えた走査形電子顕微鏡において、
前記試料を配置すると共に導電部材で形成される試料ホルダと、
当該試料ホルダに負の電圧を印加するための負電圧印加手段と、
前記一次電子線の通過開口を備え、前記試料と前記対物レンズとの間であって、前記試料の表面全体を覆うように、前記試料表面に対向して配置されると共に、前記負電圧印加手段から負の電圧が印加される、前記試料よりも面積の大きい第１の電極と、
前記対物レンズを通過する電子を加速する加速筒と、
前記第１の電極の前記通過開口より小さな通過開口を有し、前記加速筒と前記第１の電極との間に配置される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に接続され、前記第２の電極に電圧を印加する正電圧印加手段と、を備え、
前記正電圧印加手段は、前記第２の電極の電位を、
接地電圧であって、前記試料から放出される電子を前記第２の電極より上に導くための電界の形成する電位と、
前記第１の電極に印加される負の電圧と同じ電位であって、前記第２の電極の電位が接地電圧になるときに形成される電界に対し無電界となる電位と、
の間で調整することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記正電圧印加手段の設定値の変化の範囲は、０Ｖを下限とし、前記加速筒に印加される正の電圧を上限として設定されていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１において、
前記対物レンズは少なくとも２つに分割され、当該２つに分割された対物レンズの磁極の内、前記対物レンズの電子線通過口を形成する磁極を加速筒とすることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１において、
前記対物レンズより電子源側に二次電子及び反射電子を減速する領域を形成し、該減速領域で減速された二次電子を軸外に偏向させて検出する第１の検出器と、該減速領域よりさらに電子源側に一次電子線を通過させる開口を有する導電性の板と、減速領域を通過した二次電子及び反射電子が前記導電性の板で発生させた二次電子を軸外に偏向させて検出する第２の検出器を備えていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１及び第２の検出器に前記二次電子を偏向する偏向手段は、電界とこれに直交する磁界で作られ、前記電界による一次電子線の偏向を前記磁界によって打消すことを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項４において、
前記二次電子及び反射電子を減速する減速電界形成手段は、電子ビーム軸に対称な円筒状構造体に負電圧を印加することによって前記減速領域を形成する走査形電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項４において、
前記二次電子を軸外に偏向するための偏向器は、前記一次電子線の光軸を中心とした２枚の電極が円筒状構造体をなすように形成され、それぞれに正負の電圧が印加され電子ビームを偏向する偏向板を構成し、かつ正電圧が印加された電極はメッシュ状であることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項４において、
前記減速領域は、円筒状に形成された減速円筒によって形成され、当該円筒に印加する電圧は、前記負の電圧と同じであることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料表面に電子ビームを走査し、試料から発生する二次信号を検出することで試料表面の形状あるいは組成等を表わす二次元の走査像を得る走査形電子顕微鏡に関し、特に低加速電圧の領域で半導体試料を分解能で観察するのに好適な走査形電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査形電子顕微鏡は、加熱形または電界放出形の電子源から放出された電子を加速し、静電または磁界レンズを用いて細い電子ビーム（一次電子線）とし、該一次電子線を観察する試料上に二次元走査し、該一次電子線照射で試料から二次的に発生する二次電子または反射電子等の二次信号を検出し、検出信号強度を一次電子ビームの走査と同期して走査されるブラウン管の輝度変調入力とすることで二次元の走査像を得る装置である。
【０００３】
走査形電子顕微鏡では、負電圧を印加した電子源から放出された電子を接地電圧の陽極で加速し、接地電圧にある検査試料に一次電子ビームを走査する。半導体産業の微細化が進んだことから、走査形電子顕微鏡が光学顕微鏡に代わって、半導体素子製作のプロセスまたはプロセス完成後の検査（例えば電子ビームによる寸法測定や電機的動作の検査）に使われるようになった。絶縁物が使われている半導体産業の試料（ウェハ）では、絶縁物を帯電することなく観察できる１ｋＶ以下の低加速電圧が必要である。前述した一般のＳＥＭでは、１ｋＶの分解能は約１０ｎｍであった。半導体の微細化に伴い、１０ｎｍ以下のより高分解能が得られる低加速電圧の走査電子顕微鏡を要求されるようになった。
【０００４】
その解決方法の一つとして、リターディング法が知られている。１ｋＶ以上の高い加速電圧の一次電子ビームを細く絞り、試料に照射する際に、試料に負電圧を印加しておく。
【０００５】
すなわち、照射した一次電子ビームを試料に印加した負電圧で、試料に入射する直前に所望の加速電圧に低下させる。このリターディング法を用いると、対物レンズのレンズ収差が低減し、分解能の向上を得ることが出来る。この基本的な構成はUltramicroscopy ４１(１９９２)の４０２ページ、図３に示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平9−171791 号公報には、リターディング方式を採用した走査形電子顕微鏡が開示されている。当該公報によれば、試料に負電圧を印加するリターディング法に加え、対物レンズ内で一次電子線をさらに加速する後段加速法（ブースティング法）も採用されている。このブースティング法もリターディング法と同様に分解能の向上に寄与するものである。
【０００７】
当該公報には、試料ホルダと対物レンズの間に配置され、試料ホルダと同じ負の電圧が印加される電極が開示されている。このように構成によれば、試料の上下に負の電圧が印加される導電部材が配置されることになる。この構成では試料が絶縁物であっても、試料に所望の負電圧（以下リターディング電圧とする）を印加することが可能になる。
【０００８】
例えば試料が、表裏面及び裏面が酸化膜で覆われたシリコンウェハの場合、単に試料ホルダに負電圧を印加するだけでは、試料に印加される電圧は、試料と対物レンズ間の静電容量で配分される電圧となり、本来予定していた正しいリターディング電圧を印加することができなくなる。
【０００９】
それに対し、特開平9−171791 号公報に開示の技術は、このような問題を解決するためのものである。
【００１０】
即ち試料が絶縁物であっても、同じ負電圧が印加される導電部材間に形成される前記負電圧と同電位の空間領域に、試料を配置することで、所望のリターディング電圧の印加を可能としている。
【００１１】
このような目的のもと、配置される電極（以下保護電極とする）には、一次電子線を通過させるための開口が設けられている。この開口は、一次電子線の照射点と外部素子（対物レンズやブースティング電極）との電位差によって生ずる電界が、照射点に及ぶように大きさが決められている。この開口が狭く、照射点に電界が及ばないようになると、一次電子線の照射点で発生する二次信号（特に二次電子）が、検出器側に導かれなくなるという問題があるからである。
【００１２】
一方、特開平9−171791 号公報で開示されているブースティング法では、強い正の電圧が印加される加速筒が、対物レンズの電子線通過口内に配置される。この構成によれば、試料と加速筒との間に強い電界が形成されることになるため、半導体試料の種類によっては、素子が破壊、或いは劣化する場合がある。
【００１３】
以上のように試料と外部素子との間に或る程度の電界を生じさせたいという要求がある反面、加速筒と試料間に形成されるような強電界を試料上に形成したくないという要求がある。
【００１４】
本発明はこのような要求に答えるものであり、リターディング法と後段加速法を併用した走査形電子顕微鏡において、試料に強い電界を与えることなく、二次信号を検出器側に導くのに必要にして十分な電界を形成するのに好適な構成からなる走査形電子顕微鏡を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、電子源と、該電子源から放出される一次電子線を収束するための対物レンズと、該対物レンズによって収束された一次電子線の照射により試料から発生する電子を検出する検出器を備えた走査形電子顕微鏡において、前記試料を配置する試料ホルダと、前記試料と前記対物レンズの間に配置され、前記一次電子線の通過開口を備えた保護電極と、前記試料ホルダと前記保護電極に負の電圧を印加するための負電圧印加手段と、前記対物レンズの電子線通過口内に配置され、通過する電子を加速する加速筒と、前記保護電極の前記通過開口より小さな通過開口を有し、前記負の電圧に対して正の電圧が与えられる制御電極を、前記加速筒と前記試料との間に配置したことを特徴とする走査形電子顕微鏡を提供する。
【００１６】
このような構成によれば、加速筒と試料との間に形成される強い電界を、その間に配置される制御電極の存在によって抑制することができ、しかも試料に印加される負の電圧に対して正の電圧が与えられているので一次電子線の照射点で発生した二次信号を制御電極の開口上まで導くことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の理解を助けるために、本発明の制御電極がない走査形電子顕微鏡と、本発明の制御電極を採用した走査形電子顕微鏡を対比して説明する。
【００１８】
図１は、制御電極がない走査形電子顕微鏡の構成を示す図である。電界放出陰極１と引出電極２との間に引出電圧３を印加すると、放出電子４が放出される。放出電子４は、引出電極２と接地電圧にある陽極５の間でさらに加速（減速の場合もある）される。陽極５を通過した電子ビーム（一次電子線７）の加速電圧は電子銃加速電圧６と一致する。
【００１９】
陽極５で加速された一次電子線７はコンデンサレンズ１４で収束され、上走査偏向器１５，下走査偏向器１６で走査偏向を受ける。上走査偏向器１５，下走査偏向器１６の偏向強度は、対物レンズ１７のレンズ中心を支点として試料１２上を二次元走査するように調整されている。
【００２０】
偏向を受けた一次電子線７は、対物レンズ１７の通路に設けられた加速円筒９（加速筒）で、さらに後段加速電圧電源２２で印加される電圧分の加速をうける。後段加速された一次電子線７は、対物レンズ１７のレンズ作用で試料１２上に細く絞られる。対物レンズ１７を通過した一次電子線７は、試料１２に印加した負のリターディング電圧電源１３で印加される電圧によって対物レンズ１７と試料１２間に作られる減速電界で減速されて試料１２に到達する。
【００２１】
この構成によれば、対物レンズ１７を通過するときの一次電子線７の加速電圧は、電子銃加速電圧６＋後段加速電圧電源２２で印加される電圧で、試料１２に入射する加速電圧（電子銃加速電圧６−リターディング電圧電源１３で印加される電圧）より高くなっている。この結果、試料に入射する加速電圧の一次電子線（電子銃加速電圧６−リターディング電圧電源１３で印加される電圧）を対物レンズ１７で絞る場合に比較し、より細かい電子ビーム（高い分解能）が得られる。これは対物レンズ１７の色収差が減少することによる。
【００２２】
典型的な例では、電子銃加速電圧６で印加される電圧を２ｋＶ，後段加速電圧電源２２で印加される電圧を７ｋＶ，リターディング電圧電源１３で印加される電圧を１ｋＶとする。
【００２３】
この例では、一次電子線７は対物レンズ１７内を９ｋＶで通過し、試料に入射する加速電圧は１ｋＶになる。この例での分解能は、１ｋＶの一次電子線を絞ったときの分解能１０ｎｍに比較すると、約３分の１の３ｎｍに改善される。
【００２４】
一次電子ビーム７が試料１２を照射すると二次信号２３が発生する。ここで考慮する二次信号２３は二次電子と反射電子である。対物レンズ１７と試料１２との間に形成される電界、或いは試料１２と加速円筒９との間に形成される電界は、発生した二次信号２３に対しては加速電界として作用するため、対物レンズ１７の通過内に吸引され、対物レンズ１７の磁界ではレンズ作用を受けながら上昇する。
【００２５】
対物レンズ１７内を通過した二次信号２３は走査偏向器１５，１６を通過し、反射板２９に衝突する。この反射板２９は中央に一次電子ビーム７を通過させる開口を持った導電性の板である。二次信号２３が衝突する面は二次電子の発生効率のよい物質、例えば金蒸着面になっている。二次信号２３（二次電子と反射電子）は、ほぼ同じ軌道を通って反射板２９に衝突する。
【００２６】
反射板２９に衝突した二次電子と反射電子は、ここで二次電子３０を発生させる。反射板２９で作られた二次電子３０は接地に対して負電圧を印加した静電偏向電極３１ａと正電圧を印加した静電偏向電極３１ｂで偏向される。静電偏向電極３１ｂはメッシュ状で、偏向された二次電子３０が通過できるようになっている。３３ａ，３３ｂは磁界偏向コイルで、静電偏向電極３１ａ，３１ｂの作る電界と直交する磁界を発生させ、静電偏向による一次電子ビーム７の偏向を打消すようになっている。
【００２７】
メッシュ状の静電偏向電極３１ｂを通過した二次電子は正の１０ｋＶ高電圧が印加されたシンチレータ３２に吸引され、シンチレータ３２に衝突し、光を発生する。この光をライトガイド２４で光電子倍増管１８に導き、電気信号に変換し、増幅する。この出力でブラウン管の輝度変調を行う（図示せず）。
【００２８】
絞り８は一次電子ビーム７の開口角を制御するもので調整つまみ１０によって軸合せができるようになっている。１９は試料１２をＸＹに移動するためのＸＹ移動機構で、この上に絶縁板２１で絶縁された試料ホルダ２０が置かれ、これにリターディング電圧電源１３が印加されている。このホルダ２０に試料（例えばウェハ）を載せる。載せることで試料１２にもリターディング電圧電源１３が印加される。
【００２９】
この試料１２を覆うように保護電極２７が設置されている。この保護電極２７は試料が絶縁物であっても、試料に所望のリターディング電圧電源１３を印加するための物である。典型的な例は半導体の試料で、裏面および側面が酸化膜で覆われたシリコンウェハである。
【００３０】
このような試料を試料ホルダ２０に載せ、リターディング電圧電源１３を印加しても試料（ウェハ）１２の電圧は、試料ホルダ２０と試料１２間の静電容量と、試料１２と対物レンズ１７間の静電容量で配分される電圧になる。試料１２には、正しくリターディング電圧電源１３が印加されないことになる。
【００３１】
保護電極２７はこれを防止するためのもので、試料１２全体を覆い、ホルダ２０と同じ電圧が印加されている。保護電極２７には、電子ビーム１１を通す開口が設けられている。この開口の典型的な大きさは直径２０mmで、試料１２と対物レンズ１７の下面間の距離は３mmである。この大きさは、観察する試料領域の減速電界が保護電極２７としての効果への影響は非常に小さい。
【００３２】
典型的な例として、電子銃加速電圧６を２ｋＶ，後段加速電圧電源２２を７ｋＶ，リターディング電圧電源１３を１ｋＶとした例を示す。この例では、対物レンズ１７と試料１２間の電界強度は３ｋＶ／cmにある。また、さらに高分解能を得ようとする場合には、電子銃加速電圧６と後段加速電圧電源２２を高くする必要がある。この結果、さらに強い電界が試料１２の表面に印加されることになる。半導体の素子によっては、この電界によって破壊あるいは劣化を受ける可能性がある。
【００３３】
また、この減速電界は二次信号を対物レンズ１７の上方に導くために必要なもので、ある程度の強さは必要である。すなわち、保護電極２７は、１）絶縁された試料１２をリターディング電圧電源１３に保つ機能効果をもち、２）二次信号を対物レンズ１７の上方に引き上げるに必要で、かつ試料１２を破損を与えない電界強度を与える機能を持つことが必要である。しかるに、図１の装置では、上述の機能を満足できない。
【００３４】
図２は、本発明の制御電極を採用した走査形電子顕微鏡の実施例を示す図である。本実施例では、保護電極２７と対物レンズ１７との間に制御電極２８が付加され、これに制御電圧電源３６が印加されている。制御電圧電源３６にリターディング電圧電源１３と同じ電圧を印加すると制御電極２８は接地電圧になり、制御電極２８の無い状態とほぼ同じ電界が試料１２の表面に印加される。制御電圧電源３６を零にすると試料１２の表面の電界も零になる。すなわち、制御電圧電源３６を調整することにより試料表面の電界を任意に制御することが可能である。
【００３５】
この制御電圧電源３６を固定しておくと、リターディング電圧電源１３に関係なく、一定の電界を試料１２の表面に印加することができる。保護電極２７の開口は直径２０mmで制御電極２８の電界が試料１２の表面に侵入できるようになっている。
【００３６】
なお、この制御電圧電源３６を可変電源とし、操作者が任意の電圧に調整できるようにしておくことが望ましい。例えば試料の種類によっては、表面に形成される電界に対して強いものと、そうでないものがある。一方、試料の破損等を問題にしないのであれば、試料と外部素子（本発明実施例装置の場合、制御電極２８）との電位差が大きい方がより二次信号を制御電極２８上に導くことができる。この兼ね合いにより制御電極２８に印加する電圧を決定すれば良い。
【００３７】
また、図示しない入力装置で観察対象となる試料の種類（組成）を入力することによって、制御電極２８に与えられる電圧が自動的に決定されるようにしても良い。この場合、図示しないメモリに予め試料の種類と制御電極に印加する電圧の関係を記憶させ、入力に応じて自動的に電圧が選択されるような装置構成が必要となる。
【００３８】
本発明では、コンデンサレンズ１４と上走査偏向器１５の間に検出器が２段  （第１と第２）設けられている。第１検出器３４は図１と同一構造である。第２検出器３５もほぼ同様の構成であるが、静電偏向電極４１ａ，４１ｂの偏向電圧（偏向負電圧４６と偏向正電圧４７）の中点に、試料１２に印加されているリターディング電圧電源１３が供給されている。
【００３９】
また、反射板は設置されていない。この実施例における二次信号２３検出について説明する。電子銃加速電圧６を２ｋＶ，後段加速電圧電源２２を７ｋＶ，リターディング電圧電源１３を１ｋＶとする。試料１２で発生した二次信号２３  （放出エネルギーは０から約１０Ｖに分布し、約２Ｖにピークをもつ二次電子と放出エネルギーが１ｋＶの反射電子）は、試料１２に印加されたリターディング電圧電源１３と後段加速電圧電源２２で加速され、二次電子は８ｋＶで、反射電子は９ｋＶで対物レンズ１７を通過する。後段加速円筒９を通過時に後段加速電圧電源２２の減速を受け、二次電子は１ｋＶに、反射電子は２ｋＶになる。
【００４０】
下検出器の静電偏向電極４１ａ，４１ｂの中点にリターディング電圧電源１３が印加されているため、静電偏向電極４１ａと４１ｂで作られる領域に入る時点でさらに減速を受け、二次電子，反射電子とも放出時のエネルギーになる（二次電子：０〜約１０Ｖ，反射電子：約１ｋＶ）。
【００４１】
エネルギーの低い二次電子５０のみが静電偏向電極４１ａ，４１ｂの作る電界で偏向され、メッシュ状の静電偏向電極４１ｂを通過して、シンチレータ４３を光らせ、ライトガイド４４，光電子増倍管４５に導かれて電気信号に変換，増幅される。ここで検出されるのは二次電子のみである。
【００４２】
磁界偏向コイル４０ａ，４０ｂは静電偏向電極４１ａ，４１ｂによる一次電子ビーム７の偏向を補正する。
【００４３】
一方、反射電子５１は約１ｋＶのエネルギーを持っている。このため静電偏向電極４１ａ，４１ｂの作る電界でほとんど偏向されることなく下検出器を通過する。通過時に反射電子５１はリターディング電圧電源１３による加速を受けて、約２ｋＶで第２検出器３５に入り、反射板２９に衝突する。
【００４４】
ここで発生した二次電子３０は静電偏向電極３１ａ，３１ｂで偏向され、メッシュ状の静電偏向電極３１ｂを通過して、検出される。ここで検出される信号は反射電子５１の強度を反映したものになる。このように本実施例では、二次電子と反射電子を完全に分離して検出することが可能になる。
【００４５】
図３にレーザーによる試料１２の高さ検出器（Ｚセンサー）を備えた場合の制御電極２８の構造を示す。図には変更のある対物レンズ部分のみを示した。制御電極２８は対物レンズ１７の下磁極６１に保持されている。制御電極２８には、電子ビームを通す電子ビーム開口５８とＺセンサーのレーザーが通るレーザー開口５９が設けられている。図４に制御電極２８の平面図を示した。中央に電子ビーム開口５８があり、周囲に４箇所のレーザー開口５９が設けられている。レーザーは対称なレーザー開口の片側から入り、もう一方から出ていく。レーザー開口を４箇所とすることで電子ビーム開口５８部分の電界分布が非対称にならないように考慮されている。
【００４６】
ここでは制御電極２８を対物レンズ１７の下磁極に保持した例を示したが、上磁極６０に保持してもよい。この場合は図４の点線で示すような円盤になり、レーザー開口５９は不要になる。
【００４７】
図５に第１検出器３４の詳細を説明する。図に光軸に直交する断面構造を示した。静電偏向電極４１ａ，４１ｂは円筒を縦割りにした構造をしている。静電偏向電極４１ｂはメッシュで偏向した二次電子５０が通過できるようになっている。二次電子５０を偏向する電界Ｅは偏向負電圧４６と偏向正電圧で作る。通常、この偏向負電圧４６，偏向正電圧４７は同じ値である。
【００４８】
偏向負電圧４６と偏向正電圧４７の中点にリターディング電圧が印加されている。偏向コイル４０ａ，４０ｂは電界Ｅと直交する偏向磁場Ｂを作る。この磁場は、一次電子の偏向電界Ｅによる偏向を打消すように強度と方向が調整される。この磁場は二次電子５０に対しては偏向を強めるように働く。静電偏向電極41ｂの外周にフィルターメッシュ４２が設置されている。これは二次電子５０を放出エネルギーの差で分離するためのもので、偏向負電圧４６，偏向正電圧４７の中点に対してフィルター電圧電源４８を与えることでエネルギーの分別を行う。
【００４９】
正電圧を与えると、総てのエネルギー範囲の二次電子を通過させ、負電圧を与えることで負電圧に相当するエネルギー以下の二次電子を追い返すため、フィルターメッシュ４２を通過する二次電子は高いエネルギーを持ったもののみになる。フィルターメッシュ４２を通過した二次電子は、１０ｋＶｇが印加されたシンチレータ４３に吸引，加速され、シンチレータ４３を光らせる。発光した光はライトガイド４４に導かれる。
【００５０】
尚、図２において静電偏向電極４１ａ，４１ｂの中点に印加しているリターディング電圧電源１３をＯＦＦとし、二次電子も上方に導き、上段の検出器で二次電子，反射電子の両方を検出するようにすることも可能である。
【００５１】
図２の実施例では、第１検出器３４の静電偏向電極４１ａと４１ｂの中点にリターディング電圧を印加したが、これに電圧を重畳することでも二次電子のうちの特定なエネルギーを選択して検出ことが可能になる。
【００５２】
図６に実施例を示した。この実施例では、エネルギーの低い二次電子を選択的に検出している。静電偏向電極４１ａと４１ｂの上下に上メッシュ５４と下メッシュ５５が設置され、静電偏向電極４１ａと４１ｂの偏向負電圧４６，偏向正電圧４７の中点に接続されている。
【００５３】
この例では重畳電圧５３に正電圧を印加する。例えば、５Ｖの電圧とする。こうすると静電偏向電極４１ａと４１ｂの領域内での二次電子のエネルギーは５Ｖ高くなる。放出エネルギーの高い二次電子はよりエネルギーが高くなるため偏向量が少なくなり、図に示すように検出されることなく通過してしまう。この例のように制電圧を重畳することで放出エネルギーの低い二次電子のみを選択的に検出することができる。
【００５４】
この実施例では、上下にメッシュ５４，５５を設置したが、これを省略しても同様な性能を得ることができる。また、この上下メッシュの中央には一次電子ビームを通過させる開口が設けられている。
【００５５】
図７はエネルギーの高い二次電子を選択的に検出している様子を示した実施例である。負の重畳電圧５３を与える。この結果、エネルギーの低い二次電子は下メッシュ５５で追い返されてしまうため、検出される二次電子は下メッシュ５５を通過できるエネルギーを持った高エネルギーの二次電子のみになる。
【００５６】
図８は本発明の他の実施例である。この実施例では、対物レンズ１７の磁路が上磁路
２５，中磁路３７，下面磁路３８の三つに分割されている。下面磁路３８は保護電極２７を兼ねており、リターディング電圧電源１３が印加されている。上磁路２５には、後段加速電圧電源２２が印加され、上磁路２５が後段加速電極を兼ねている。この構造の特徴は、図１で必要とした保護電極２７を挿入するスペースが不要になり、対物レンズ１７の焦点距離を短く、すなわちより高分解能を得ることが可能になることである。
【００５７】
特徴の第２は、図２で起こる可能性のある対物レンズの軸と後段加速電極との軸ずれがないことである。また、この実施例では、上磁路２５の先端に制御電極２８が設置され、これに制御電圧電源３６が印加されている。
【００５８】
この実施例の反射板２９はシンチレータ３２に向かって傾斜され、反射電子の衝突による二次電子発生効率の向上を計っている。
【００５９】
尚、本発明では、試料にリターディング電圧電源１３が印加されているが、このリターディング電圧電源１３が印加されない場合でも同様であることは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、試料ホルダとの導通の取れない絶縁試料であっても所望のリターディング電圧を試料に供給することが可能な走査形電子顕微鏡において、試料の表面に過剰な電界を印加することなく、二次信号を検出器に導くに必要かつ十分な電界を形成することができるようになるので、二次信号の検出効率を低下させることなく、試料の破壊や劣化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の低加速電圧の走査顕微鏡の構造を説明する図。
【図２】本発明の構成を説明する図。
【図３】Ｚセンサーを装備した本発明の実施例を説明する図。
【図４】制御電極の構造例を説明する図。
【図５】二次電子の検出方法を説明する図。
【図６】低エネルギーの二次電子を選択的に検出する方法を説明する図。
【図７】高エネルギーの二次電子を選択的に検出する方法を説明する図。
【図８】本発明の他の実施例である。
【符号の説明】
１…電界放出陰極、２…引出電極、３…引出電圧、４…放出電子、５…陽極、６…電子銃加速電圧、７…一次電子ビーム、８…絞り、９…後段加速円筒、１０…調整つまみ、１２…試料、１３…リターディング電圧電源、１４…コンデンサレンズ、１５…上走査偏向器、１６…下走査偏向器、１７…対物レンズ、１８…光電子増倍管、１９…ＸＹ移動機構、２０…ホルダ、２１…絶縁板、２２…後段加速電圧電源、２３…二次信号、２４…ライドガイド、２５…上磁路、２６…下磁路、２７…保護電極、２８…制御電極、２９…反射板、３０，５０…二次電子、３１…静電偏向電極、３２，４３…シンチレータ、３３…磁界偏向コイル、３４…第１検出器、３５…第２検出器、３６…制御電圧電源、３７…中磁路、３８…下面磁路、４０…磁界偏向コイル、４１…静電偏向電極、４２…フィルターメッシュ、４４…ライトガイド、４５…光電子増倍管、４６…偏向負電圧電源、４７…偏向正電圧電源、４８…フィルター電圧電源、５１…反射電子、５３…重畳電圧、５４…上メッシュ、５５…下メッシュ、５６…半導体レーザー、５７…ポジションセンサー、５８…電子ビーム開口、５９…レーザー開口。
【図１】
0004236742.tif 000002
【図２】
0004236742.tif 000003
【図３】
0004236742.tif 000004
【図４】
0004236742.tif 000005
【図５】
0004236742.tif 000006
【図６】
0004236742.tif 000007
【図７】
0004236742.tif 000008
【図８】
0004236742.tif 000009