JP2008186689A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、電子ビームの試料に到達するエネルギーを減少させる減速電界形成手段を備えた走査電子顕微鏡において、高効率のＢＳＥの選択検出を可能とする走査形電子顕微鏡の提供にある。
【解決手段】
減速電界形成手段を備えた走査形電子顕微鏡において、電子を検出するための検出器を備え、当該検出器は、前記減速電界形成手段によって加速されるＳＥの軌道外であって、当該ＳＥの軌道に比べて、電子ビーム光軸より離間した位置に、電子を受ける部分を備えるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料に電子ビームを走査し、当該走査個所から放出される電子を検出する走査形電子顕微鏡に係り、特に、後方散乱電子、或いは二次電子を検出するのに好適な走査形電子顕微鏡に関するものである。

走査形電子顕微鏡は、電子源から放出された電子を加速し、静電レンズ、或いは磁界形レンズにて集束させ、細い電子ビーム（一次電子線）とし、当該電子ビームを試料上で走査することによって試料から放出される電子を検出し、当該検出信号強度を、電子ビームの走査と同期して表示装置上に表示することによって、試料像を形成する装置である。

電子ビームを試料に照射することによって、試料から放出される電子は広いエネルギー分布を持つ。試料に入射した一次電子線の一部は、試料表面の原子により弾性散乱される。これは後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ、以下の説明では反射電子と称することもある）と呼ばれ、その大部分は電子ビームとほぼ同じエネルギーを持つことが知られている。

また、電子ビームの一部は試料内の原子と相互作用し、試料中の電子が運動エネルギーを得て試料から放出される。これは二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）と呼ばれ、その大部分は、５０ｅＶ以下、平均的には１０ｅＶ程度のエネルギーを有することが知られている。

試料から放出される電子の内、ＢＳＥは試料の組成情報等を有しており、走査形電子顕微鏡には、ＢＳＥを選択的に検出することによる組成分析等を行うというニーズがある。特許文献１，２，３、及び４にはＢＳＥを選択的に検出、或いはＳＥとＢＳＥを弁別する走査形電子顕微鏡が説明されている。

特許文献１には、ＢＳＥのクロスオーバー付近に絞りを配置すると共に、当該絞りと電子源との間に検出器を配置することで、ＢＳＥ中心の信号を検出する構成が説明されている。

特許文献２には、電子ビームの軸外に配置された検出器に、二次電子を導くために、検出器の周囲に１０ｋＶ程度の正電圧を印加する構成が説明されている。

このように構成することで、ＳＥは強電界によって検出器に導かれるが、エネルギーの高いＢＳＥはそれ程、軌道を曲げられることなく、電子源方向に向かって直進する。

更に、特許文献３には、磁界形の対物レンズによって、軌道変更を受けたＢＳＥの軌道上に、二次電子変換電極を配置し、当該二次電子変換電極への印加電圧を切り替えること等により、ＳＥとＢＳＥの検出を切り替えることが説明されている。

特許文献４には、レンズの集束作用を利用して、ＳＥとＢＳＥの軌道を分離すると共に、電子ビームの光軸を中心として、内側に配置されるＢＳＥ検出器と、外側に配置されるＳＥ検出器によって、ＢＳＥ，ＳＥのそれぞれを検出する技術が説明されている。

特許文献５には、試料に負電圧を印加することによって、電子ビームのランディングエネルギー（試料に電子ビームが到達するときのエネルギー）を減速させる技術が説明されている。更に当該文献には、対物レンズより上方（電子源側）に配置される検出器を用いて、ＢＳＥを選択的に検出する技術が説明されている。ＢＳＥを検出するための検出器には、負の電圧が印加されるため、エネルギーの低いＳＥは試料側に追い返され、ＢＳＥが選択的に検出される。

なお、特許文献６にも、試料に負電圧を印加することによって、電子ビームのランディングエネルギーを減速させる技術が説明されている（以下、リターディング技術と称することもある）。このような技術によれば、対物レンズを通過する電子ビームのエネルギーを高い状態に保った状態で、試料に到達する電子ビームのエネルギーを低下させることができるため、装置の高分解能化と試料への低ダメージ化の両立を実現することが可能となる。

特開２００４−２２１０８９号公報 特開２００２−３２４５１０号公報 国際公開番号ＷＯ００／１９４８２号公報 特開平８−２７３５６９号公報 特表平９−５０７３３１号公報 特開平９−１７１７９１号公報

特許文献１〜５に開示の技術によれば、ＳＥ或いはＢＳＥの選択的、或いは合成した検出が可能となるが、以下のような問題がある。

特許文献１に開示の技術によれば、ＢＳＥのクロスオーバー付近に絞りを配置することで、そこを通過するＢＳＥと、絞りに衝突するその他の電子との分離を行っている。しかしながら、ＢＳＥの放出方向は、多岐に亘り、電子ビームの開き角外に放出されるＢＳＥも多い。電子ビーム光軸から離れた角度に放出されるＢＳＥの収束点は、ビーム光軸に沿った角度に放出されるＢＳＥの収束点とは異なることになるため、小径の絞りを用いて、ＢＳＥを選択的に検出する場合、その検出量は低下する。

一方、検出効率の低下を補うために大きな径の絞りを用いると、ＳＥの通過をも許容してしまうことになるため、ＢＳＥの選択的検出という本来の目的を達成できないことになる。

特許文献２及び特許文献３の開示によれば、電界や磁界の作用によって、ＳＥとＢＳＥの軌道を分離することが説明されているが、特許文献６に説明されているようなリターディング技術を採用した場合、ＳＥが高加速化されることになるため、ＢＳＥとのエネルギー差を利用した軌道弁別が困難となり、結果としてＳＥ／ＢＳＥの弁別検出が困難になるという問題がある。

更に、特許文献４には、レンズの集束作用によるＳＥとＢＳＥの分離技術について説明されているが、発明者らの実験によれば、ＳＥの軌道は、ＢＳＥの軌道より外側を通ることはなかった。特に、静電レンズ（例えばリターディング技術等）を用いた場合、試料から放出される電子の速度は、初速ベクトルと、静電レンズによる加速ベクトルが重畳された値となるため、電子の進行方向の角度分布が圧縮される。

ＳＥは特に、静電レンズによる加速ベクトルが支配的になり、再び減速するまでは、ビーム光軸から大きく離れることはない。例えば、ＳＥの運動エネルギーを１０ｅＶ、静電レンズが形成する電位差を１５００Ｖとした場合、ビーム光軸に垂直な方向に散乱されたＳＥは静電レンズを通り越した時点で、ビーム光軸から０.４ 度の方向に進むことが速度ベクトルの加算により算出できた。

即ち、ＳＥはビーム光軸を中心として非常に狭い角度範囲を通過することになるため、特許文献４に説明されているような検出器の配置では、ＳＥとＢＳＥの弁別検出が困難となるという問題がある。

特許文献５によれば、検出器の検出面を負にバイアスすることによって、電子ビーム光軸に近い軌道を通る比較的高アングルの放出角を持つＢＳＥを検出する技術が説明されている。

しかしながら、検出面に試料に印加する負電圧と同等の電圧を印加することになるため、当該電圧印加によって形成される電界が、その近傍を通過する電子ビームの軌道に、悪影響を与える可能性がある。更に、検出器の検出面と電子ビーム軌道との間に、電界の漏洩を遮断するシールド部材を配置することも考えられるが、シールド部材を設けるための空間分，検出面を小さくする必要があり、検出効率が低下するという問題がある。また、構造が複雑になるという問題もある。

本発明の目的は、電子ビームの対物レンズ内の通過エネルギーを高めると共に、試料に到達するエネルギーを減少させる減速電界形成手段を備えた走査電子顕微鏡において、高効率のＢＳＥ、或いはＳＥの選択検出を可能とする走査形電子顕微鏡の提供にある。

上記目的を達成するための、本発明の一態様では、減速電界形成手段を備えた走査形電子顕微鏡において、電子を検出するための検出器を備え、当該検出器は、前記減速電界形成手段によって加速されるＳＥの軌道外であって、当該ＳＥの軌道に比べて、電子ビーム光軸より離間した位置に、電子を受ける部分を備えるように構成される。

減速電界によって、ＳＥは電子ビーム光軸近傍に集中することになるため、このＳＥの軌道外であって、ＳＥの外側の軌道を通過するＢＳＥを選択的に受ける部分を備えた検出器を設けることによって、ＢＳＥを選択的且つ高効率に検出することが可能となる。

減速電界形成技術は、装置の高分解能化を実現できることができる反面、上述のようにＳＥの軌道を光軸近傍に集中させてしまうという問題がある。ＳＥの信号量は、ＢＳＥの信号量より多いため、一点に集中したＳＥが検出されてしまうと、ＢＳＥの情報が失われてしまう可能性がある。

上記本発明の一態様では、ＳＥが光軸中心に集中し、ＢＳＥがその外側を通過するという現象を逆に利用し、集中したＳＥの通過軌道外であって、ＳＥの外側の軌道を通過するＢＳＥを選択的に検出することによって、高効率のＢＳＥの選択的検出を可能としている。

また、本発明の他の一態様によれば、減速電界形成手段を備えた走査形電子顕微鏡において、試料から放出された電子を受ける部分を複数備え、当該電子を受ける部分を、検出する電子の種類に応じて、使い分ける機構を備えた走査形電子顕微鏡を提案する。

上述のように、減速電界形成手段を備えた走査形電子顕微鏡では、ＳＥが電子ビーム光軸に集中する傾向がある。そのために、ＳＥの情報に阻害されることなく、ＢＳＥの検出効率を高めるためには、上述の通り、集中したＳＥの通過軌道外であって、ＳＥの外側の軌道を通過するＢＳＥを選択的に受ける部分を持つ検出器を備えることで実現できる。

このようなＢＳＥの選択的検出が可能な装置構成において、ＳＥを検出するために、上記ＢＳＥを受ける部分より内周側に、ＳＥを受ける部分を配置する。このような構成によれば、減速電界によって、光軸近傍に集中するＳＥを高効率に検出することが可能となる。更に、ＳＥを受ける面を小さくできるため、反面、ＢＳＥの検出可能領域を大きくとることができ、ＳＥに比べて、信号量の少ないＢＳＥを高効率に検出することが可能となる。

上記本発明の一態様によれば、減速電界形成手段を備えた走査電子顕微鏡において、高効率のＢＳＥの選択的検出が可能となる。また、上記本発明の他の一態様によれば、減速電界形成手段を備えた走査電子顕微鏡において、必要に応じて、ＢＳＥ検出とＳＥ検出の切り替えが可能となると共に、ＢＳＥ，ＳＥの選択的検出を高効率に行い得る走査電子顕微鏡の提供が可能となる。

図１は、走査形電子顕微鏡の概略を説明する図であり、レンズギャップが下方(試料側)に向かって開放されている対物レンズ（セミインレンズ）を採用した構成を説明するものである。

また、試料に負電圧を印加して対物レンズ−試料間で一次電子線を減速する減速法を併用した走査形電子顕微鏡において、対物レンズより電子源側に一次電子線光軸を中心とした内周，外周の環状の電極板とビーム光軸からずらした位置に配置する検出器を持ち、さらに内周，外周の電極板に印加する電圧を変えられる機構をもった例を示すものである。
本例ではセミインレンズ型の対物レンズで構成された例を示したが、レンズの形状はセミインレンズ型に限らず効果は同じである。

電子源１より放出された一次電子線２（電子ビームと称することもある）は二段に配置された偏向器３ａ，３ｂによって走査され、対物レンズ４によって、試料上に集束される。また、試料６には図示しない試料ステージを経由して、減速電圧印加電源５より負電圧が印加される。減速電界は、静電レンズとしても機能するため、一次電子線２は、対物レンズ４が発生する磁界と、減速電圧印加電源５によってもたらされる電界の重畳作用により、試料６上に集束される。

また、対物レンズは接地電位になっているため、一次電子線２は減速電圧印加電源５によって対物レンズと試料の間に発生した電界により減速され、対物レンズを通過したときよりも低速で試料に照射される。

試料６に対する一次電子線２の照射によって、試料６からは二次電子７および反射電子８が放出される。二次電子７のエネルギーは５０ｅＶ以下で平均的には１０ｅＶ程度である。散乱強度分布はcosθ に比例するとされている。θは試料表面と垂直となる線（或いは電子ビーム光軸）となす角である。二次電子７は対物レンズと試料の間に発生した電界により加速される。本例では減速電圧印加電源５によって試料に印加する電圧を−1500Ｖとおくが、印加電圧を変更しても効果は同じである。

二次電子７は１５００ｅＶから１５５０ｅＶ、平均的には１５１０ｅＶ程度のエネルギーを持って対物レンズより上方に導かれる。このとき、二次電子７の速度は、対物レンズと試料の間に発生した電界での加速によるビーム光軸方向の速度と、試料上で発生した時の速度との加算である。従って、ビーム光軸と垂直方向の速度成分は試料上で発生した時の速度のうちビーム光軸と垂直方向の速度成分を維持しているのみで、平均的には１０
ｅＶ相当の速度が最大である。

速度加算による最大の開き角は本例では０.４ 度となる。対物レンズ４で作られる磁場により全体としては収束方向の力を受けて進行し、検出電極９に到達する。このＳＥの軌道の外側（電子ビーム光軸(電子ビームが偏向を受けないときの理想軌道)から見て外側）に、ＢＳＥを検出するための部材を配置する例について、説明する。

検出電極９は内周部９ａと外周部９ｂで構成されており、試料６から放出された電子を受ける部分に相当する。本例では、電子の衝突によって、更に二次電子を発生させる二次電子変換電極を検出電極９として採用する例について、説明をするが、これに限られることはなく、例えばマイクロチャンネルプレートの検出面（或いは電子信号の増幅部材）を直接的に配置するようにしても良い。

また、内周部９ａと外周部９ｂ間は電気的に絶縁され、環状に形成されている。外周部９ｂは接地されている。内周部９ａは電圧印加機構１０を接続してあり、任意の電圧を印加できる。内周部９ａには一次電子線２が通過するよう、穴が中心部に開けてある。二次電子はビーム光軸と垂直方向の速度成分が小さいため、ビーム光軸から大きく離れることはなく、内周部９ａに衝突する。内周部９ａと外周部９ｂは、それぞれＳＥとＢＳＥの軌道上、或いは対物レンズを通過したＳＥとＢＳＥ軌道の延長線上に配置される。

また、内周部９ａは、ＳＥを受ける部分と電子ビームの通過開口を備えている。当該通過開口は、光軸に近い軌道を通過するＳＥを、効率良く検出するために、電子ビームの通過を妨げない範囲で、より小さな開口となるように形成されている。一方、外周部９ｂの電子ビーム通過開口は、内周部９ａの電子ビーム通過開口より大きく形成されている。

二次電子，反射電子双方による画像を取得したいときには、検出電極内周部９ａには電圧印加機構１０から接地電位か−１０Ｖ程度の負電位を供給する。検出電極内周部９ａに衝突した二次電子のエネルギーは１５００ｅＶから１５５０ｅＶまでと十分大きく、検出電極内周部９ａの表面から再発生した二次電子１１が放出される。

内周部９ａは接地電位か負電位、検出電極外周部９ｂや図示していない周辺の構成要素は接地電位であるので、二次電子は検出電極内周部９ａの表面から放出される。ビーム光軸からずらした位置には二次電子検出器１２が配置されている。二次電子検出器１２の前面には図示していない電圧印加機構が接続してあり、高電圧を印加している。この高電圧によって発生する電界が再発生した二次電子１１を牽引し、二次電子検出器１２で二次電子７に起因する信号を検出する。

本例では、二次電子検出器１２より電子源側に外周部９ｂを配置することによって、電子ビーム光軸を中心とした高アングルのＢＳＥを検出可能としている。また、内周部９ａと、外周部９ｂは同じ高さに配置することが望ましい。異なる高さに配置すると、内周部９ａと外周部９ｂ間を通過する電子が発生するため、検出効率の観点からは、両者を同じ高さに配置することが望ましい。また、ワーキングディスタンスを極力小さくするという観点からも、内周部９ａ，外周部９ｂは対物レンズ４より、電子源１側に配置される。

反射電子８は一次電子線が試料に照射される時のエネルギーとほぼ等しい。本例では照射電圧を８００ｅＶとおくが、照射電圧を変更しても発明の効果は同じである。照射電圧は二次電子と同様、対物レンズと試料の間に発生した電界により加速されるため、2300
ｅＶのエネルギーを持って対物レンズより上方に導かれる。

速度加算による最大の開き角は本例では２０.４ 度となる。反射電子の速度のうちビーム光軸と垂直方向の速度成分は最大８００ｅＶ相当の速度である。対物レンズ４で作られる磁場により全体としては収束方向の力を受けて進行し、検出電極９に到達する。反射電子はビーム光軸と垂直方向の速度成分が大きいため、一部は検出電極内周部９ａに衝突するが大半は外周部９ｂに衝突する。

反射電子衝突のエネルギーによって、検出電極の内周部９ａ，外周部９ｂの表面からは再発生した二次電子１３が放出される。再発生した二次電子１３は二次電子検出器１２前面に印加された電圧に起因する電界に牽引され、二次電子検出器１２に到達する。このようにして、二次電子検出器１２で反射電子８に起因する信号が検出される。

二次電子検出器１２で検出した信号や図示していないその他の検出器からの信号を信号処理手段１４によって選択したり合成または色付けしたりした上で表示装置１５に表示する。

すなわち、検出電極内周部９ａに負電位を供給した場合は二次電子７，反射電子８の双方の情報を同時に取得することになる。二次電子７の発生量は反射電子８に比べて多いので、双方の情報を同時に取得した場合には二次電子情報の割合の多い像となる。

一方、反射電子のみによる画像を取得したいときには、検出電極内周部９ａには電圧印加機構１０から＋１０Ｖ程度の正電位を供給する。このときの本例の状態を図２に示す。負電圧を供給したときと同様に、二次電子７は検出電極内周部９ａに衝突する。検出電極内周部９ａは正電位、検出電極外周部９ｂや図示していない周辺の構成要素は接地電位であるので、二次電子１１は検出電極内周部９ａの表面からいったん放出されることがあっても電界により押し戻され、検出電極内周部９ａに吸収される。

反射電子８も図１と同様に一部は検出電極内周部９ａに衝突するが大半は外周部９ｂに衝突する。反射電子衝突のエネルギーによって、検出電極の内周部９ａと外周部９ｂの表面からは再発生した二次電子１３が放出される。再発生した二次電子１３のうち、検出電極内周部９ａから発生したもの１３ａは検出電極内周部９ａの表面からいったん放出されることがあっても電界により押し戻され、検出電極内周部９ａに吸収される。

再発生した二次電子１３のうち、検出電極内周部９ｂから発生したもの１３ｂは二次電子検出器１２前面に印加された電圧に起因する電界に牽引され、二次電子検出器１２に到達する。このようにして、二次電子検出器１２では反射電子８に起因する信号のみが検出される。二次電子検出器１２で検出した信号や図示していないその他の検出器からの信号を信号処理手段１４によって選択したり合成または色付けしたりした上で表示装置１５に表示する。

すなわち、検出電極内周部９ａに正電位を供給した場合は反射電子８の情報のみを取得することになる。つまり、検出電極内周部９ａに印加する電圧を変更することにより、実効的に検出部の内径切り替えを行い、二次電子／反射電子の弁別検出を行うことが出来るのである。

図１，図２に示す例では、検出電極内周部９ａの下部表面は検出電極外周部９ｂの下部表面と同一平面で平坦であるが、検出電極内周部９ａの下部表面を検出電極外周部９ｂの下部表面より上部に位置させて構成してもよい。

一次電子線２の減速のための電界により、二次電子７，反射電子８は加速されている。検出電極９位置での二次電子７，反射電子８のエネルギーは１５００ｅＶ以上である。これら二次電子７，反射電子８が検出電極内周部９ａに衝突したとき、再発生した二次電子１１，１３のみならず、再発生した反射電子１９がある割合で発生する。

この反射電子１９は検出電極内周部９ａに印加した＋１０Ｖ程度の電圧に起因する電界では軌道を変化させないため直進する。本例では、検出電極内周部９ａ上の反射電子１９発生位置から二次電子検出器１２に至る経路上に物理的な障壁があるため、反射電子１９の検出を抑制でき、二次電子／反射電子の弁別検出をさらに厳密に行うことが出来る。

図３に本例における検出電極９周辺の動作を示す。なお、検出電極内周部９ａに負電圧あるいは接地電位を印加した場合は、印加電圧に起因する電界によって再発生した二次電子１１，１３の軌道が二次電子検出器１２へと導かれ、二次電子の検出も問題なく行われる。

また、図３の例によれば、図１，図２に示す例のように、内周部９ａ，外周部９ｂを同じ高さに配置しなくとも、内周部９ａの側壁の存在により、内周部９ａ，外周部９ｂ間を通過する電子を抑制でき、ＳＥの高い検出効率を維持することができる。

減速法を使用しない時は二次電子７，反射電子８の速度には対物レンズと試料の間に発生した電界での加速によるビーム光軸方向の速度が加算されることはなく、図１，図２に図示する説明とは異なる軌道を取る。したがって、検出電極内周部９ａへの電圧印加により二次電子／反射電子の弁別検出を行うことは出来ない。

そこで、減速法を用いている場合にのみ、検出電極内周部９ａへの正電圧印加が可能となるような装置設定としてもよい。あるいは、減速法使用時には自動的に検出電極内周部９ａへの正電圧印加が行われるようにしてもよい。また、減速電圧印加電源５によって試料に印加する電圧が低い場合には軌道の分離が十分でなく、検出電極内周部９ａへの正電圧印加によって効果的に二次電子／反射電子の弁別検出を行うことは出来ないことがある。

従って、検出電極内周部９ａへの正電圧印加が可能となるような装置設定を、減速電圧印加電源５の印加電圧が所定の値以上になった場合に、許容するようにコントロールしても良い。なお、図示しない制御装置によって、このようなコントロールを行うようにしても良い。更に何等かの画像の変化、或いは所定の画像の状態が検出される場合に、ＢＳＥとＳＥの検出を切り替えるように自動制御するようにしても良い。例えば、ＳＥの信号量が過剰となり、画像が白くなるような場合、或いはＢＳＥの信号量不足により、画像が暗くなる場合には、その状態の検知に基づいて、他方の検出手段に切り替えるように制御することも可能である。

好適な一例として、装置設定できるようにする減速電圧印加電源５の設定電圧は、５０Ｖ以下にするのが合理的である。減速法による二次電子、反射電子の速度加算後の最大開き角を図４に示す。５０Ｖの減速電圧によって１０ｅＶの二次電子は１０度に、８００
ｅＶの反射電子は７０度に開き角が圧縮される。これは本特許に基づく二次電子／反射電子弁別を実現するのに十分な角度差である。

以上のような条件では、最大開き角が１０度以下の電子が、選択的に通過できるような開口を、外周部９ｂに設け、当該開口内、或いは開口上に、内周部９ａを設けることによって、両者の弁別を行うことが可能となる。

図１，図２に示す例では、検出電極９上で再発生した二次電子１１，１３の牽引を二次電子検出器１２前面に印加された電圧に起因する電界のみによって行ったが、ビーム光軸を含む部分にＥ×Ｂ偏向器（直交電磁界発生器）１６を加えて構成してもよい。この場合の構成を図５に示す。Ｅ×Ｂ偏向器を用いた場合、一次電子線２の軌道に影響を与えることなく再発生した二次電子１１，１３を強力に牽引できる。この直交電磁界発生器は例えば、特開平９−１７１７９１号公報（特許文献６）に開示されている。

図６は検出部の内径切り替えを機械的に行う場合の実施例を示す概略図である。図１，図２に図示した検出電極９に替えて可動式検出板１７を同じ位置に配置する。

小さい径の穴を一次電子線２の軸に合わせた場合、一次電子線２を試料６に照射して発生する二次電子７，反射電子８の双方が可動式検出板１７に衝突し、二次電子１１，１３が再発生する。再発生した二次電子は二次電子検出器１２前面に印加された電圧に起因する電界に牽引され、二次電子検出器１２に到達する。

このようにして、二次電子検出器１２で二次電子，反射電子に起因する信号が検出される。二次電子検出器１２で検出した信号や図示していないその他の検出器からの信号を信号処理手段１４によって選択したり合成または色付けしたりした上で表示装置１５に表示することもできる。

可動機構１８を操作して、可動式検出板１７の大きい径の穴を一次電子線２の軸に合わせた場合、一次電子線２を試料６に照射して発生する反射電子が選択的に、可動式検出板
１７に衝突し、二次電子が再発生する。再発生した二次電子は二次電子検出器１２前面に印加された電圧に起因する電界に牽引され、二次電子検出器１２に到達する。

このようにして、二次電子検出器１２で反射電子に起因する信号が検出される。二次電子検出器１２で検出した信号や図示していないその他の検出器からの信号を信号処理手段１４によって選択したり合成または色付けしたりした上で表示装置１５に表示する。

すなわち、可動式検出板１７の位置を変更し、内径切り替えを機械的に行うことにより、二次電子／反射電子の弁別検出を行うことが出来るのである。

本例についても図３に図示した例と同様、再発生した二次電子を強力に牽引するため、Ｅ×Ｂ偏向器（直交電磁界発生器）１６を加えて構成してもよい。

図７は内周，外周の環状検出器を用いて構成した場合の実施例を示す概略図である。図１，図２の実施例の検出電極９に替えてシンチレーター１９を同じ位置に配置する。内周部のシンチレーター１９ａと外周部のシンチレーター１９ｂはそれぞれ光学的に独立になるよう、間を遮光する。一次電子線２を試料６に照射して発生する二次電子７は内周部のシンチレーター１９ａに、反射電子８は外周部のシンチレーター１９ｂにそれぞれ入射し、発光現象が起きる。

それぞれのシンチレーター１９内で発生した光はライトガイド２０によってそれぞれ接続された光電子増倍管２１に導かれ、電気信号に変換される。光電子増倍管２１で検出した信号や図示していないその他の検出器からの信号を信号処理手段１４によって選択したり合成または色付けしたりした上で表示装置１５に表示する。内周部のシンチレーター
１９ａからは主に二次電子７の信号が、外周部のシンチレーター１９ｂからは主に反射電子８の情報が得られる。このようにして二次電子／反射電子の弁別検出を行うことが出来る。

本例はシンチレーターで検出器を構成した例であるが、同様に環状の半導体検出器やマルチチャンネルプレートで構成してもよい。

以上のように、本発明の実施例装置によれば、減速法を用いた低照射電圧条件においても、二次電子／反射電子の弁別検出を行うことが可能になる。

図８は、本発明の他の実施例を説明するための図である。本例では、減速電界形成手段として、電子ビーム光軸に沿って形成された加速円筒２２を用いている。加速円筒２２には、正の電圧が印加され、電子源１より引き出された電子ビームは、加速電圧印加電源
２３によって、加速される。加速された状態の電子ビーム２は、加速円筒２３と、試料６との電位差によって減速され、試料６に到達する。

以上のような構成によっても、加速円筒２３と試料６との間に減速電界が形成されるため、他の実施例と同様に、後方散乱電子と、二次電子との間に軌道差が生じる。すなわち、二次電子は内周部９ａで、後方散乱電子は外周部９ｂに衝突する。よって、他の実施例と同様に、内周部９ａと外周部９ｂを適切に配置することによって、二次電子と後方散乱電子の弁別検出が可能となる。

走査電子顕微鏡の一例を説明する図。 後方散乱電子を選択的に検出することを説明した走査形電子顕微鏡の概略図。 検出電極内周部に奥行きを持たせた例を説明する図。 減速法での試料印加電圧と、試料から放出される電子の最大開き角との関係を説明する図。 Ｅ×Ｂ偏向器を備えた走査電子顕微鏡の概略図。 可動検出板を備えた走査電子顕微鏡の概略図。 検出器としてシンチレーターを備えた走査電子顕微鏡の概略図。 減速電界形成手段として、加速円筒を採用した走査電子顕微鏡の概略図。

符号の説明

１ 電子源
２ 一次電子線
３ａ，３ｂ 偏向器
４ 対物レンズ
５ 減速電圧印加電源
６ 試料
７，１１，１３ 二次電子
８ 反射電子
９ 検出電極
９ａ 検出電極内周部
９ｂ 検出電極外周部
１０ 電圧印加機構
１２ 二次電子検出器
１４ 信号処理手段
１５ 表示装置
１６ Ｅ×Ｂ偏向器
１７ 可動式検出板
１８ 可動機構

Claims (12)

1. 負の電圧が印加された試料に対し、電子ビームを照射し、当該電子ビームの照射個所から放出される電子を検出する走査電子顕微鏡による試料の測定、或いは観察方法において、
   前記試料への負の電圧の印加に基づいて形成される電界によって加速された二次電子の軌道外であって、前記電子ビームの光軸から見て、前記二次電子の軌道の外側を通過する後方散乱電子を、前記電界によって加速された二次電子の軌道外であって、試料から放出される後方散乱電子の軌道上に、電子を受ける部分を持つ検出器によって検出することを特徴とする試料の測定，観察方法。
2. 請求項１において、
   前記検出器は、前記加速された二次電子の軌道上に、当該二次電子を受ける部分を有することを特徴とする試料の測定，観察方法。
3. 電子源と、
   当該電子源から放出された電子ビームを集束する対物レンズと、試料に負電圧を印加する負電圧印加電源を備えた走査電子顕微鏡において、
   前記負電圧印加電源の試料への負電圧印加により形成される電界によって、加速される二次電子の軌道外であって、前記電子ビームの光軸から見て、前記電界によって加速された二次電子の軌道外であって、前記試料から放出される後方散乱電子の軌道上に、当該後方散乱電子を受ける部分を備えた検出器を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
4. 請求項３において、
   前記後方散乱電子を受ける部分より、前記電子ビーム光軸側に、前記加速された二次電子を受ける部分を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
5. 請求項４において、
   前記後方散乱電子を受ける部分と、前記二次電子を受ける部分間は、電気的に絶縁されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
6. 請求項４において、
   前記二次電子を受ける部分には電圧印加電源が接続されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
7. 請求項４において、
   前記後方散乱電子を受ける部分と、前記二次電子を受ける部分は、前記検出器の検出面であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
8. 請求項４において、
   前記後方散乱電子を受ける部分と、前記二次電子を受ける部分は、電子の衝突によって二次電子を発生する二次電子変換電極であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
9. 請求項３において、
   前記後方散乱電子を受ける部分は、前記電子ビームを通過させる開口を備えていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
10. 請求項９において、
    前記電子ビームを通過させる開口を、前記電子ビームの軸内と電子ビームの軸外との間で移動させる移動機構を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
11. 請求項９において、
    前記移動機構は、前記後方散乱電子を受ける部分に設けられた開口と、前記二次電子を受ける部分に設けられた開口を、切り替えるように構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
12. 請求項１１において、
    前記後方散乱電子を受ける部分の設けられた開口は、前記二次電子を受ける部分に設けられた開口より大きいことを特徴とする走査電子顕微鏡。

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