電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置
【課題】一次線の光軸近傍を軌道とする検出対象電子と、その外側を軌道とする検出対象電子とを簡易な構成で分離して検出する。
【解決手段】一次線２が通過するための開口４が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレート５と、エネルギーフィルタ３と、試料１０と対向する側のシンチレーション面に一次線２の照射に応じて試料１０から発生する第１の検出対象電子２１が到達して生じるシンチレーション光２３を検出するための第１の光検出器７ａと、一次線２の照射に応じて試料１０から発生し該プレート５の開口４を通過してエネルギーフィルタ３により追い返された第２の検出対象電子２２ａが到達して生じるシンチレーション光２４を検出するための第２の光検出器７ｂとを備える。
【解決手段】一次線２が通過するための開口４が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレート５と、エネルギーフィルタ３と、試料１０と対向する側のシンチレーション面に一次線２の照射に応じて試料１０から発生する第１の検出対象電子２１が到達して生じるシンチレーション光２３を検出するための第１の光検出器７ａと、一次線２の照射に応じて試料１０から発生し該プレート５の開口４を通過してエネルギーフィルタ３により追い返された第２の検出対象電子２２ａが到達して生じるシンチレーション光２４を検出するための第２の光検出器７ｂとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に用いられる電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、観察・検査対象となる試料上に電子線を集束させて電子プローブ（集束電子線）を形成するとともに、試料上で該電子プローブをラスター走査する。
【０００３】
このように電子プローブが走査された試料からは、検出対象となる２次電子や反射電子等の被検出電子が発生する。走査時における被検出電子の検出信号（輝度）と電子プローブの走査信号とを同期させることにより、走査画像が形成される。
【０００４】
図１は、走査電子顕微鏡において用いられる電子検出機構の一例を示す概略構成図である。
【０００５】
同図において、電子銃からなる電子線源１０１からは、加速された電子線１０２が試料１１０に向けて放出される。電子線１０２は、電子線源１０１から放出された後、図示しないコンデンサレンズにより一旦集束されて対物絞り（図示せず）を通過し、その後２次電子放出用金属板１０７の開口１０７ａを通過する。ここで、図中の１０９は、電子線１０２の光軸である。
【０００６】
この金属板１０７の開口１０７ａを通過した電子線１０２は、対物レンズ１０８による集束作用によって、試料１１０上に集束される。これにより、試料１１０上で集束された電子プローブが形成される。この状態で、図示しない偏向器により、当該電子プローブを試料１１０上でラスター走査する。
【０００７】
このように電子プローブが走査された試料１１０からは、相対的にエネルギーの低い２次電子（ＳＥ）１０３と、相対的にエネルギーの高い反射電子（ＢＳ）１０４とを含む被検出電子が発生する。
【０００８】
試料１１０から発生した２次電子１０３は、電子検出器１０６の電子受光部１０６ａに直接到達する。ここで、電子検出器１０６の電子受光部１０６ａからは、一次線である電子線１０２の軌道に影響を与えない程度の電場が発生している。
【０００９】
この電場によって、試料１１０からの２次電子１０３が電子受光部１０６ａに引き寄せられる。これにより、２次電子１０３が電子受光部１０６ａに直接到達し、電子検出器１０６によって検出される。
【００１０】
一方、試料１１０から発生した反射電子１０４は、電子線１０２の当該加速電圧に基づくエネルギーと同等のエネルギーを有しており、上記電場による軌道への影響は殆ど受けない。その結果、反射電子１０４は、そのまま直進し、金属板１０７に衝突する。
【００１１】
この反射電子１０４の衝突により、金属板１０７からは電子が放出され、そのうちの２次電子１０５は上記電場により電子検出器１０６の電子受光部１０６ａに引き寄せられる。これにより、金属板１０７から放出された２次電子１０５が電子検出器１０６により検出される。
【００１２】
この結果、試料１１０から発生した２次電子１０３と、試料１１０から発生した反射電子１０４に対応する２次電子１０５の双方が電子検出器１０６により同時に検出される。この場合、当該２次電子１０３，１０５が重合して電子検出器１０６に検出されることとなる。
【００１３】
また、他の電子検出機構の例としては、２つの電子検出器を光軸に沿って並べて配置し、試料から放出される２次電子を一方の電子検出器（下段側に位置する電子検出器）により検出し、電子線側にある反射板に衝突する反射電子に基づいて発生した２次電子を他方の電子検出器（上段側に位置する電子検出器）によって検出する構成もある（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
上述したこれらの検出機構では、上記金属板ないし反射板に電圧を印加することにより、対応する電子検出器に導入される電子のエネルギー帯を選別することができる。
【００１５】
特に、後者の特許文献１に記載された構成によれば、反射板に電圧を印加し、さらに該電圧を変化させて反射板から発生する２次電子の検出を行っても、試料からの２次電子と反射板からの２次電子をそれぞれ別の電子検出器により検出するので、試料側（下段側）に位置する電子検出器による２次電子検出に対しては影響を与えないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ＷＯ１９９９／０４６７９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図１に示す前者の例においては、試料からの２次電子に基づく情報と、反射電子に基づく情報とが重合されて電子検出器により検出されることとなる。よって、同図に示す構成では、２次電子に基づく情報と反射電子に基づく情報とを分離して検出することは困難であった。
【００１８】
また、上述した後者の構成においては、試料からの２次電子と反射電子とを別々の電子検出器により検出するので、これら各検出対象電子に基づく情報を個別に検出できる。
【００１９】
しかしながら、試料からの反射電子について、一次線の光軸近傍に軌道を取る反射電子に基づく情報と、その外側に軌道を取る反射電子に基づく情報とを分離して検出することが困難であった。
【００２０】
なお、当該後者の構成に対して、さらに上段側に電子検出器を別途追加配置する構成が考えられるが、この追加された電子検出器をさらに光軸に沿って縦に並べる構造となるので、電子検出器を配置する段数が増加し、電子検出機構が備えられる荷電粒子光学系の占有スペースが大きくなってしまうことが考えられる。
【００２１】
このように、電子検出器を増やすことにより荷電粒子光学系の占有スペースが大きくなると、装置全体の大型化を招くとともに、荷電粒子光学系が外乱に対して影響を受けやすくなるという要改善点が生じる。
【００２２】
本発明は、このような点に鑑みて成されたものであり、装置の省スペース化を図ることができるとともに、一次線の光軸近傍を軌道とする検出対象電子（第２の検出対象電子）と、その外側を軌道とする検出対象電子（第１の検出対象電子）とを簡易な構成で分離して検出ができる電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【００２３】
また、本発明は、上記電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置に関し、当該第１の検出対象電子の検出に際して、そのエネルギー帯の選別を行うことができるようにすることも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に基づく電子検出機構は、荷電粒子線源から加速されて放出された一次線の光軸上に配置され、一次線が通過するための開口が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレートと、該プレートに対して荷電粒子線源側に配置され、一次線が通過するための開口が形成されたエネルギーフィルタと、該プレートにおいて試料と対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生する第１の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第１の光検出器と、該プレートにおいてエネルギーフィルタと対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生し該プレートの開口を通過してエネルギーフィルタにより追い返された第２の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第２の光検出器とを備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子線源と、荷電粒子線源から加速されて放出された一次線を試料上で集束するための対物レンズと、該集束された一次線を試料上で走査するための偏向器とを具備する荷電粒子線装置において、上記電子検出機構を有し、これにより検出された少なくとも何れか一方の前記検出対象電子に対応する光検出器の出力信号に基づき走査画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電子検出機構においては、一次線が通過する開口が形成され、両面がシンチレーション面となっているプレートと、該プレートに対して荷電粒子線源側に配置され、一次線が通過する開口が形成されたエネルギーフィルタと、該プレートにおける試料と対向側のシンチレーション面に試料からの第１の検出対象電子（試料から該プレートに直接到達する電子）が到達して生じるシンチレーション光を検出する第１の光検出器と、該プレートにおけるエネルギーフィルタと対向側のシンチレーション面に試料からの第２の検出対象電子（試料から発生し該プレートの開口を通過してエネルギーフィルタにより追い返された電子）が到達して生じるシンチレーション光を検出する第２の光検出器とを備えている。
【００２７】
本発明においては、このような構成により、一次線の光軸に沿って電子検出器を縦に並べて配置することなく、一次線の光軸近傍を軌道とする検出対象電子（第２の検出対象電子）に対応する情報を第２の光検出器により検出することができるとともに、その外側を軌道とする検出対象電子（第１の検出対象電子）に対応する情報を第１の光検出器によって検出することができる。
【００２８】
これにより、当該第１及び第２の検出対象電子を個別に検出する際に、電子検出器を多段に配置する必要性がないので、電子検出機構が備えられる荷電粒子光学系の占有スペースを大きくする必要がなく、荷電粒子光学系の外乱に対する影響の増大を防止することができる。
【００２９】
また、本発明の電子検出機構を具備する荷電粒子線装置においては、装置の省スペース化を図ることができる。
【００３０】
さらに、本発明の電子検出機構においては、上記第２の検出対象電子の検出を行うに際して、上記エネルギーフィルタへの印加電圧を制御することにより、当該検出対象電子のエネルギー帯の選別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の電子検出機構の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明における電子検出機構及び荷電粒子線装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明におけるエネルギーフィルタが配置された部分を拡大して示す概略構成図である。
【図４】本発明におけるプレートが配置された部分を拡大して示す概略構成図である。
【図５】本発明における電子検出機構及び荷電粒子線装置の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明の実施例における電子検出機構及び荷電粒子線装置を示す概略構成図である。
【００３３】
同図において、電子銃からなる電子線源（荷電粒子線源）１からは、加速された電子線（荷電粒子線）２が一次線として試料１０に向けて放出される。電子線２は、電子線源１から放出された後、図示しないコンデンサレンズにより一旦集束されて対物絞り（図示せず）を通過し、その後金属メッシュ若しくは金属板からなるエネルギーフィルタ３を通過する。エネルギーフィルタ３には、電子線２が通過するための開口が形成されている。ここで、図中の９は、電子線２の光軸である。光軸９は、エネルギーフィルタ３の該開口内に位置している。
【００３４】
エネルギーフィルタ３を通過した電子線２は、プレート５の開口４を通過し、対物レンズ８による集束作用によって、試料１０上に集束される。これにより、試料１０上で集束された電子プローブが形成される。この状態で、図示しない偏向器により、当該電子プローブを試料１０上でラスター走査する。なお、電子線２の光軸９は、プレート５の開口４内に位置している。
【００３５】
このように電子プローブ（電子線２）が走査された試料１０からは、２次電子２０と反射電子２１，２２とが発生する。
【００３６】
試料１０から発生した２次電子２０は、電子検出器１９の電子受光部１９ａに直接到達し、当該電子検出器１９により検出される。ここで、電子検出器１９の電子受光部１９ａからは、一次線である電子線２に軌道に影響を与えない程度の電場が発生しており、該電場によって試料１０からの２次電子２０が引き寄せられて電子受光部１９ａに到達する。
【００３７】
一方、試料から１０から発生した反射電子２１，２２は、電子線２の当該加速電圧に基づくエネルギーと同等のエネルギーを有しており、上記電場による軌道への影響は殆ど受けない。その結果、２次電子検出用の電子検出器１９の電子受光部１９ａの前方を通過し、そのまま直進する。
【００３８】
この反射電子２１，２２のうち、光軸９の近傍における所定領域よりも外側に軌道をとる反射電子（第１の検出対象電子）２１は、プレート５の下面に到達する。
【００３９】
ここで、該プレート５の表裏（上下）両面はシンチレーション面を構成しており、光軸９に対して４０度〜５０度の範囲で傾斜している。最も望ましい傾斜角度は、４５度である。
【００４０】
当該両シンチレーション面は、鏡面又は白色のプレート本体表面に、蛍光塗料の塗布若しくは蛍光材料の接着により形成されている。また、当該プレート本体は、導電性部材からなり、図示しない電圧印加手段により該プレート本体に対して電圧が印加可能となっている。
【００４１】
プレート（プレート本体）５は円板状となっており、その一方側の側面は、支持板６ａを介して第１光検出器７ａに支持されている。ここで、支持板６ａの下面は鏡面となっている。また、プレート５の他方側の側面は、支持板６ｂを介して第２光検出器７ｂに支持されている。ここで、支持板６ｂの上面は鏡面となっている。
【００４２】
第１光検出器７ａ及び第２光検出器７ｂは、それぞれ第１画像形成部１１及び第２画像形成部１２に接続されている。これら第１及び第２画像形成部１１，１２は、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。
【００４３】
また、２次電子検出用の電子検出器１９は、第３画像形成部１３に接続されている。この第３画像形成部１３も、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。
【００４４】
ここで、電子線源１は、駆動部１ａに接続されており、該駆動部１ａは、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。これにより、電子線源１は、駆動部１ａを介してＣＰＵ１４により駆動制御される。
【００４５】
また、エネルギーフィルタ３は、電圧印加部３ａに接続されており、該電圧印加部３ａは、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。これにより、エネルギーフィルタ３は、電圧印加部３ａを介してＣＰＵ１４により電圧印加制御される。
【００４６】
さらに、対物レンズ８は、駆動部８ａに接続されており、該駆動部８ａは、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。これにより、対物レンズ８は、駆動部８ａを介してＣＰＵ１４に駆動制御される。
【００４７】
なお、図示していない集束レンズ及び偏向器も、それぞれ対応する駆動部を介してＣＰＵ１４により駆動制御される。
【００４８】
そして、ＣＰＵ１４に繋がるバスライン１８には、表示部１５、入力部１６及び記憶部１７が接続されている。ここで、表示部１８は、ＬＣＤやＣＲＴ等からなる表示デバイスを備えている。入力部１６は、キーボード等のキー入力デバイス及びマウス等のポインティングデバイスを備えている。記憶部１７は、試料１０上での電子線２の走査に基づく走査画像データ等を記憶するものである。なお、図中の２５は、電子光学系（荷電粒子光学系）を示す。
【００４９】
さて、上述のようにして、集束された電子線２の走査により試料１０から発生した反射電子２１，２３のうち、光軸９の近傍における所定領域よりも外側に軌道をとる反射電子（第１の検出対象電子）２１がプレート５の下面に到達すると、該下面から第１のシンチレーション光２３が発生する。この第１のシンチレーション光２３は、支持板６ａの下方において、図中の左側へ進み、第１光検出器７ａに到達して検出される。
【００５０】
このとき、支持板６ａの下面は鏡面となっているので、図中の左斜め上方に進行するシンチレーション光２３は、該鏡面により反射されて確実に第１光検出器７ａに到達することとなる。なお、図示していないが、支持板６ａの下面（該鏡面）と対向するように別途鏡面部材を配置するようにしておくと、支持板６ａの下面により反射されたシンチレーション光２３がこの鏡面部材でさらに反射されてより確実に第１光検出器７ａに導入されることとなる。
【００５１】
この第１光検出器７ａによる検出信号（輝度信号）は、第１画像形成部１１に送られる。第１画像形成部１１には、電子線２の走査信号（上記偏向器に接続された駆動部（図示せず）にＣＰＵ１４から供給される走査信号）が送られており、当該走査信号と当該検出信号とを同期させることにより、第１の画像データを形成する。
【００５２】
当該第１の画像データは、ＣＰＵ１４の制御により、第１画像形成部１１からバスライン１８を介して記憶部１７に格納される。
【００５３】
一方、上記反射電子２１，２３のうち、光軸９の近傍における所定領域内を軌道とする反射電子（第２の検出対象電子）２２は、プレート５の開口４を通過する。すなわち、プレート５が配置された光軸９上の位置での該開口４の内部領域が当該所定領域に対応する。
【００５４】
ここで、プレート５の上方に位置するエネルギーフィルタ３には、電圧印加部３ａにより、接地電位又は所定の負電位（例えば、０Ｖ〜−２０００Ｖ程度）が印加されている。これにより、プレート５の開口４を通過した反射電子２２のうち、当該印加電圧より小さい加速電圧に相当する反射電子２２ａは、該電圧により形成される電場によって試料１０側に追い返されることとなる。ここで、試料１０は、接地電位となっている。
【００５５】
この追い返された電子２２ａは、プレート５の上面に到達する。これにより、該上面からは第２のシンチレーション光２４が発生する。この第２のシンチレーション光２４は、支持板６ｂの上方において、図中の右側へ進み、第２光検出器７ｂに到達して検出される。
【００５６】
このとき、支持板６ｂの上面は鏡面となっているので、図中の右斜め下方に進行するシンチレーション光２４は、該鏡面により反射されて確実に第２光検出器７ｂに到達することとなる。なお、図示していないが、支持板６ｂの上面（該鏡面）と対向するように別途鏡面部材を配置するようしておくと、支持板６ｂの上面により反射されたシンチレーション光２４がこの鏡面部材でさらに反射されてより確実に第２光検出器７ｂに導入されることとなる。
【００５７】
この第１光検出器７ｂによる検出信号（輝度信号）は、第２画像形成部１２に送られる。第２画像形成部１２にも、電子線２の走査信号が送られており、当該走査信号と当該検出信号とを同期させることにより、第２の画像データを形成する。
【００５８】
当該第２の画像データは、ＣＰＵ１４の制御により、第２画像形成部１２からバスライン１８を介して記憶部１７に格納される。
【００５９】
なお、電子検出器１９による２次電子２０の検出に基づく第３画像データ（２次電子像）は、上記と同様にして、第３画像形成部により形成され、当該画像データは、バスライン１８を介して記憶部１７に格納される。
【００６０】
ここで、反射電子２１に基づいて得られる第１の画像データは、試料１０表面の凹凸情報及び組成情報を含む画像データである。また、光軸９及びその近傍の領域を軌道とする反射電子２２に基づいて得られる第２の画像データは、試料１０表面における凹凸情報が極力取り除かれた組成情報のみからなる画像データとなっている。そして、２次電子２０に基づいて得られる第３の画像データは、試料１０表面の凹凸情報が主に反映された画像データとなっている。
【００６１】
本装置を操作するオペレータは、入力部１６を操作することにより、記憶部１７に格納されている何れかの画像データを選択することができる。これにより、装置の表示部１５に、当該選択された画像データに基づく画像を表示されることができる。なお、このようにして表示させる画像は、一つに限定されることなく、複数の画像を同時に表示部１５により表示させることも可能である。
【００６２】
なお、エネルギーフィルタ３には、上述したように、電圧印加部３ａにより所定の負電位が印加されており、所定の加速電圧により加速された電子線２に対して影響を与える可能性がある。
【００６３】
このような影響を低減させるための構成を、図３に示す。同図において、エネルギーフィルタ３における電子線２が通過する開口３１内には、金属パイプ３２が挿通されるように配置されている。この金属パイプ３２は、接地電位となっている。そして、金属パイプ３２の両端の外周部３２ａ，３２ｂには、エネルギーフィルタ３の上下面を覆うように金属メッシュ３３，３４が設けられている。該金属メッシュ３３，３４は、金属パイプ３２と電気的に導通されている。
【００６４】
この接地電位とされた金属パイプ３２及び金属メッシュ３３，３４からなるシールド部材により、エネルギーフィルタ３が形成する電場による電子線２への影響を低減させることができる。
【００６５】
また、上記の例においては、電子検出器１９により試料１０からの２次電子を検出し、プレート５を接地電位として、該プレート５を介して試料１０からの反射電子２１，２２の検出を行う例としていた。
【００６６】
これに対して、プレート５に正電位（例えば８ｋＶ〜１０ｋＶ程度）を印加し、該プレートを介して２次電子等の低エネルギー電子の検出を行うことも可能である。この場合にも、当該正電位の印加による電子線２への影響を低減させる必要がある。
【００６７】
このための構成を図４に示す。同図において、プレート５における電子線２が通過する開口４内には、金属パイプ４２が挿通されるように配置されている。この金属パイプ４２は、接地電位となっている。そして、金属パイプ４２の両端の外周部４２ａ，４２ｂには、プレート５の上下面を覆うように金属メッシュ４３，４４が設けられている。該金属メッシュ４３，４４は、金属パイプ４２と電気的に導通されている。
【００６８】
この接地電位とされた金属パイプ４２及び金属メッシュ４３，４４からなるシールド部材により、プレート５が形成する電場による電子線２への影響をさせることができる。
【００６９】
次に、本発明の実施の形態における変形例を、図５を参照して説明する。ここで、図５は、本発明における電子検出機構及び荷電粒子線装置の変形例を示す概略構成図である。同図において、図２に示す構成と同じ構成部材には、同じ参照番号を付している。
【００７０】
図５に示す電子光学系（荷電粒子光学系）２６おいては、図２に示す電子光学系２５に対して、加速管５０及び減速電極５１が追加配置されている。
【００７１】
この加速管５０は、電子線源１から加速されて放出された電子線２をさらに加速するためのものであり、電子線源１の下段直部から対物レンズ８の内部まで伸張された管状部材となっており、その内部において電子線２が通過する。加速管５０には、接地電位に対して所定の正電位（例えば、８ｋＶ〜１０ｋＶ程度）が印加され、電子線源１から加速されて放出された電子線２は、この印加された正電位に基づきさらに加速される。
【００７２】
当該電子線２は、加速管５０内おいてさらに加速されているので、電子光学系２６内において発生する収差を低減させることができる。
【００７３】
また、減速電極５１は、加速管５０の下方先端部と試料１０との間に配置され、電子線２が通過する開口が設けられている。この減速電極５１には、所定の減速電圧（例えば、−５００Ｖ〜５００Ｖ）が印加される（接地電位の場合もある）。
【００７４】
加速管５０を通過した電子線２は、減速電極５１に印加された減速電圧に基づき減速されて試料５１に到達することとなる。
【００７５】
この変形例において、加速管５０内に配置されるプレート５への印加電圧は、加速管５０への印加電位（印加電圧）と同電位である。ここで、プレート５と加速管５０とは同電位となっているので、プレート５の箇所において図４で示したシールド部材の配置は不要である。なお、加速管５０内に配置されるエネルギーフィルタの箇所においては、図３で示した金属パイプ３２及び金属メッシュ３３，３４からなるシールド部材が配置されている。この場合のシールド部材は、加速管５０と同電位である。
【００７６】
また、図２に示されている試料１０からの２次電子検出用の電子検出器１９の図示は省略している。
【００７７】
この変形例に示す構成においても、図２に示す実施例と同様に、光軸９の近傍における所定領域よりも外側に軌道をとる第１の検出対象電子２１と、光軸９の近傍における所定領域を軌道とする第２の検出対象電子２２とをそれぞれ分離して検出することができる。
【００７８】
このように本発明における電子検出機構は、荷電粒子線源１から加速されて放出された一次線２の光軸９上に配置され、一次線２が通過するための開口４が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレート５と、該プレート５に対して荷電粒子線源１側に配置され、一次線２が通過するための開口が形成されたエネルギーフィルタ３と、該プレート５において試料１０と対向する側のシンチレーション面に一次線２の照射に応じて試料１０から発生する第１の検出対象電子２１が到達して生じるシンチレーション光２３を検出するための第１の光検出器７ａと、該プレート５においてエネルギーフィルタ３と対向する側のシンチレーション面に一次線２の照射に応じて試料１０から発生し該プレート５の開口４を通過してエネルギーフィルタ３により追い返された第２の検出対象電子２２ａが到達して生じるシンチレーション光２４を検出するための第２の光検出器７ｂとを備える。
【００７９】
ここで、プレート５の両シンチレーション面は、一次線２の光軸９に対して４０度から５０度の範囲で傾斜している。
【００８０】
また、プレート５の両シンチレーション面は、鏡面又は白色のプレート本体表面に、蛍光塗料を塗布若しくは蛍光材料の接着により形成されている。プレート５のプレート本体は導電性部材からなり、該プレート本体に電圧が印加可能となっている
さらに、プレート５の開口４内に接地電位とされた金属パイプ４２が配置されているとともに、該金属パイプ４２の両端の外周部４２ａ，４２ｂには該プレート５を覆うように金属メッシュ４３，４４が設けられた構成とすることができる。
そして、エネルギーフィルタ３は、電圧印加が可能とされた金属グリッド又は金属板からなる。ここで、エネルギーフィルタ３の開口３１内には接地電位とされた金属パイプ３２が配置されているとともに、該金属パイプ３２の両端の外周部３２ａ，３２ｂには該エネルギーフィルタ３を覆うように金属メッシュ３３，３４が設けられた構成とすることができる。
【００８１】
また、本発明に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子線源１と、荷電粒子線源１から加速されて放出された一次線２を試料１０上で集束するための対物レンズ８と、該集束された一次線２を試料１０上で走査するための偏向器とを具備する荷電粒子線装置であって、上記構成の電子検出機構を有し、これにより検出された少なくとも何れか一方の前記検出対象電子に対応する光検出器の出力信号に基づき走査画像を形成する。
【００８２】
さらに、本発明の変形例に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子線源１から放出された一次線２をさらに加速するための加速管５０が設けられており、該加速管５０の内部に上述した電子検出機構を構成するプレート５及びエネルギーフィルタ３が配置され、さらに該加速管５０を通過した一次線２を試料１０の直前で減速させるための減速電極５１が設けられている。ここで、加速管５０と５プレートとを同電位とすることができる。
【００８３】
本発明は、このような構成により、光軸及びその近傍領域を軌道とする検出対象電子のみを検出するための電子検出器を、その外側を軌道とする検出対象電子を検出する電子検出器の上段側に配置する必要がなく、荷電粒子光学系の占有スペースを広げることを要しない。これにより、一次線である荷電粒子線の試料までの走行距離が不要に長くなることがなく、外乱による影響が増えることがない。
【００８４】
また、このような荷電粒子光学系において、光軸に対する偏向場が存在しないので、一次線が曲げられることによる軸ずれが生じない。
【００８５】
さらに、検出する電子に対して、光軸に対する偏向方向の偏りがないので、各検出対象電子に対する検出信号量の増大をもたらし、検出効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１…電子線源（荷電粒子線源）、２…電子線（荷電粒子線）、３…エネルギーフィルタ、４…開口、５…プレート、６ａ，６ｂ…支持板、７ａ，７ｂ…第１，第２の光検出器、８…対物レンズ、９…光軸、１０…試料、１１…第１画像形成部、１２…第２画像形成部、１３…第３画像形成部、１４…ＣＰＵ、１５…表示部、１６…入力部、１７…記憶部、１８…バスライン、２０…２次電子、２１…反射電子（第１の検出対象電子）、２２…反射電子（第２の検出対象電子）、２３…第１のシンチレーション光、２４…第２のシンチレーション光、２５…電子光学系（荷電粒子光学系）、２６…電子光学系（荷電粒子光学系）、５０…加速管、５１…減速電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に用いられる電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、観察・検査対象となる試料上に電子線を集束させて電子プローブ（集束電子線）を形成するとともに、試料上で該電子プローブをラスター走査する。
【０００３】
このように電子プローブが走査された試料からは、検出対象となる２次電子や反射電子等の被検出電子が発生する。走査時における被検出電子の検出信号（輝度）と電子プローブの走査信号とを同期させることにより、走査画像が形成される。
【０００４】
図１は、走査電子顕微鏡において用いられる電子検出機構の一例を示す概略構成図である。
【０００５】
同図において、電子銃からなる電子線源１０１からは、加速された電子線１０２が試料１１０に向けて放出される。電子線１０２は、電子線源１０１から放出された後、図示しないコンデンサレンズにより一旦集束されて対物絞り（図示せず）を通過し、その後２次電子放出用金属板１０７の開口１０７ａを通過する。ここで、図中の１０９は、電子線１０２の光軸である。
【０００６】
この金属板１０７の開口１０７ａを通過した電子線１０２は、対物レンズ１０８による集束作用によって、試料１１０上に集束される。これにより、試料１１０上で集束された電子プローブが形成される。この状態で、図示しない偏向器により、当該電子プローブを試料１１０上でラスター走査する。
【０００７】
このように電子プローブが走査された試料１１０からは、相対的にエネルギーの低い２次電子（ＳＥ）１０３と、相対的にエネルギーの高い反射電子（ＢＳ）１０４とを含む被検出電子が発生する。
【０００８】
試料１１０から発生した２次電子１０３は、電子検出器１０６の電子受光部１０６ａに直接到達する。ここで、電子検出器１０６の電子受光部１０６ａからは、一次線である電子線１０２の軌道に影響を与えない程度の電場が発生している。
【０００９】
この電場によって、試料１１０からの２次電子１０３が電子受光部１０６ａに引き寄せられる。これにより、２次電子１０３が電子受光部１０６ａに直接到達し、電子検出器１０６によって検出される。
【００１０】
一方、試料１１０から発生した反射電子１０４は、電子線１０２の当該加速電圧に基づくエネルギーと同等のエネルギーを有しており、上記電場による軌道への影響は殆ど受けない。その結果、反射電子１０４は、そのまま直進し、金属板１０７に衝突する。
【００１１】
この反射電子１０４の衝突により、金属板１０７からは電子が放出され、そのうちの２次電子１０５は上記電場により電子検出器１０６の電子受光部１０６ａに引き寄せられる。これにより、金属板１０７から放出された２次電子１０５が電子検出器１０６により検出される。
【００１２】
この結果、試料１１０から発生した２次電子１０３と、試料１１０から発生した反射電子１０４に対応する２次電子１０５の双方が電子検出器１０６により同時に検出される。この場合、当該２次電子１０３，１０５が重合して電子検出器１０６に検出されることとなる。
【００１３】
また、他の電子検出機構の例としては、２つの電子検出器を光軸に沿って並べて配置し、試料から放出される２次電子を一方の電子検出器（下段側に位置する電子検出器）により検出し、電子線側にある反射板に衝突する反射電子に基づいて発生した２次電子を他方の電子検出器（上段側に位置する電子検出器）によって検出する構成もある（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
上述したこれらの検出機構では、上記金属板ないし反射板に電圧を印加することにより、対応する電子検出器に導入される電子のエネルギー帯を選別することができる。
【００１５】
特に、後者の特許文献１に記載された構成によれば、反射板に電圧を印加し、さらに該電圧を変化させて反射板から発生する２次電子の検出を行っても、試料からの２次電子と反射板からの２次電子をそれぞれ別の電子検出器により検出するので、試料側（下段側）に位置する電子検出器による２次電子検出に対しては影響を与えないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ＷＯ１９９９／０４６７９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図１に示す前者の例においては、試料からの２次電子に基づく情報と、反射電子に基づく情報とが重合されて電子検出器により検出されることとなる。よって、同図に示す構成では、２次電子に基づく情報と反射電子に基づく情報とを分離して検出することは困難であった。
【００１８】
また、上述した後者の構成においては、試料からの２次電子と反射電子とを別々の電子検出器により検出するので、これら各検出対象電子に基づく情報を個別に検出できる。
【００１９】
しかしながら、試料からの反射電子について、一次線の光軸近傍に軌道を取る反射電子に基づく情報と、その外側に軌道を取る反射電子に基づく情報とを分離して検出することが困難であった。
【００２０】
なお、当該後者の構成に対して、さらに上段側に電子検出器を別途追加配置する構成が考えられるが、この追加された電子検出器をさらに光軸に沿って縦に並べる構造となるので、電子検出器を配置する段数が増加し、電子検出機構が備えられる荷電粒子光学系の占有スペースが大きくなってしまうことが考えられる。
【００２１】
このように、電子検出器を増やすことにより荷電粒子光学系の占有スペースが大きくなると、装置全体の大型化を招くとともに、荷電粒子光学系が外乱に対して影響を受けやすくなるという要改善点が生じる。
【００２２】
本発明は、このような点に鑑みて成されたものであり、装置の省スペース化を図ることができるとともに、一次線の光軸近傍を軌道とする検出対象電子（第２の検出対象電子）と、その外側を軌道とする検出対象電子（第１の検出対象電子）とを簡易な構成で分離して検出ができる電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【００２３】
また、本発明は、上記電子検出機構及びそれを備えた荷電粒子線装置に関し、当該第１の検出対象電子の検出に際して、そのエネルギー帯の選別を行うことができるようにすることも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に基づく電子検出機構は、荷電粒子線源から加速されて放出された一次線の光軸上に配置され、一次線が通過するための開口が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレートと、該プレートに対して荷電粒子線源側に配置され、一次線が通過するための開口が形成されたエネルギーフィルタと、該プレートにおいて試料と対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生する第１の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第１の光検出器と、該プレートにおいてエネルギーフィルタと対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生し該プレートの開口を通過してエネルギーフィルタにより追い返された第２の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第２の光検出器とを備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子線源と、荷電粒子線源から加速されて放出された一次線を試料上で集束するための対物レンズと、該集束された一次線を試料上で走査するための偏向器とを具備する荷電粒子線装置において、上記電子検出機構を有し、これにより検出された少なくとも何れか一方の前記検出対象電子に対応する光検出器の出力信号に基づき走査画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電子検出機構においては、一次線が通過する開口が形成され、両面がシンチレーション面となっているプレートと、該プレートに対して荷電粒子線源側に配置され、一次線が通過する開口が形成されたエネルギーフィルタと、該プレートにおける試料と対向側のシンチレーション面に試料からの第１の検出対象電子（試料から該プレートに直接到達する電子）が到達して生じるシンチレーション光を検出する第１の光検出器と、該プレートにおけるエネルギーフィルタと対向側のシンチレーション面に試料からの第２の検出対象電子（試料から発生し該プレートの開口を通過してエネルギーフィルタにより追い返された電子）が到達して生じるシンチレーション光を検出する第２の光検出器とを備えている。
【００２７】
本発明においては、このような構成により、一次線の光軸に沿って電子検出器を縦に並べて配置することなく、一次線の光軸近傍を軌道とする検出対象電子（第２の検出対象電子）に対応する情報を第２の光検出器により検出することができるとともに、その外側を軌道とする検出対象電子（第１の検出対象電子）に対応する情報を第１の光検出器によって検出することができる。
【００２８】
これにより、当該第１及び第２の検出対象電子を個別に検出する際に、電子検出器を多段に配置する必要性がないので、電子検出機構が備えられる荷電粒子光学系の占有スペースを大きくする必要がなく、荷電粒子光学系の外乱に対する影響の増大を防止することができる。
【００２９】
また、本発明の電子検出機構を具備する荷電粒子線装置においては、装置の省スペース化を図ることができる。
【００３０】
さらに、本発明の電子検出機構においては、上記第２の検出対象電子の検出を行うに際して、上記エネルギーフィルタへの印加電圧を制御することにより、当該検出対象電子のエネルギー帯の選別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の電子検出機構の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明における電子検出機構及び荷電粒子線装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明におけるエネルギーフィルタが配置された部分を拡大して示す概略構成図である。
【図４】本発明におけるプレートが配置された部分を拡大して示す概略構成図である。
【図５】本発明における電子検出機構及び荷電粒子線装置の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明の実施例における電子検出機構及び荷電粒子線装置を示す概略構成図である。
【００３３】
同図において、電子銃からなる電子線源（荷電粒子線源）１からは、加速された電子線（荷電粒子線）２が一次線として試料１０に向けて放出される。電子線２は、電子線源１から放出された後、図示しないコンデンサレンズにより一旦集束されて対物絞り（図示せず）を通過し、その後金属メッシュ若しくは金属板からなるエネルギーフィルタ３を通過する。エネルギーフィルタ３には、電子線２が通過するための開口が形成されている。ここで、図中の９は、電子線２の光軸である。光軸９は、エネルギーフィルタ３の該開口内に位置している。
【００３４】
エネルギーフィルタ３を通過した電子線２は、プレート５の開口４を通過し、対物レンズ８による集束作用によって、試料１０上に集束される。これにより、試料１０上で集束された電子プローブが形成される。この状態で、図示しない偏向器により、当該電子プローブを試料１０上でラスター走査する。なお、電子線２の光軸９は、プレート５の開口４内に位置している。
【００３５】
このように電子プローブ（電子線２）が走査された試料１０からは、２次電子２０と反射電子２１，２２とが発生する。
【００３６】
試料１０から発生した２次電子２０は、電子検出器１９の電子受光部１９ａに直接到達し、当該電子検出器１９により検出される。ここで、電子検出器１９の電子受光部１９ａからは、一次線である電子線２に軌道に影響を与えない程度の電場が発生しており、該電場によって試料１０からの２次電子２０が引き寄せられて電子受光部１９ａに到達する。
【００３７】
一方、試料から１０から発生した反射電子２１，２２は、電子線２の当該加速電圧に基づくエネルギーと同等のエネルギーを有しており、上記電場による軌道への影響は殆ど受けない。その結果、２次電子検出用の電子検出器１９の電子受光部１９ａの前方を通過し、そのまま直進する。
【００３８】
この反射電子２１，２２のうち、光軸９の近傍における所定領域よりも外側に軌道をとる反射電子（第１の検出対象電子）２１は、プレート５の下面に到達する。
【００３９】
ここで、該プレート５の表裏（上下）両面はシンチレーション面を構成しており、光軸９に対して４０度〜５０度の範囲で傾斜している。最も望ましい傾斜角度は、４５度である。
【００４０】
当該両シンチレーション面は、鏡面又は白色のプレート本体表面に、蛍光塗料の塗布若しくは蛍光材料の接着により形成されている。また、当該プレート本体は、導電性部材からなり、図示しない電圧印加手段により該プレート本体に対して電圧が印加可能となっている。
【００４１】
プレート（プレート本体）５は円板状となっており、その一方側の側面は、支持板６ａを介して第１光検出器７ａに支持されている。ここで、支持板６ａの下面は鏡面となっている。また、プレート５の他方側の側面は、支持板６ｂを介して第２光検出器７ｂに支持されている。ここで、支持板６ｂの上面は鏡面となっている。
【００４２】
第１光検出器７ａ及び第２光検出器７ｂは、それぞれ第１画像形成部１１及び第２画像形成部１２に接続されている。これら第１及び第２画像形成部１１，１２は、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。
【００４３】
また、２次電子検出用の電子検出器１９は、第３画像形成部１３に接続されている。この第３画像形成部１３も、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。
【００４４】
ここで、電子線源１は、駆動部１ａに接続されており、該駆動部１ａは、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。これにより、電子線源１は、駆動部１ａを介してＣＰＵ１４により駆動制御される。
【００４５】
また、エネルギーフィルタ３は、電圧印加部３ａに接続されており、該電圧印加部３ａは、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。これにより、エネルギーフィルタ３は、電圧印加部３ａを介してＣＰＵ１４により電圧印加制御される。
【００４６】
さらに、対物レンズ８は、駆動部８ａに接続されており、該駆動部８ａは、バスライン１８を介してＣＰＵ１４に接続されている。これにより、対物レンズ８は、駆動部８ａを介してＣＰＵ１４に駆動制御される。
【００４７】
なお、図示していない集束レンズ及び偏向器も、それぞれ対応する駆動部を介してＣＰＵ１４により駆動制御される。
【００４８】
そして、ＣＰＵ１４に繋がるバスライン１８には、表示部１５、入力部１６及び記憶部１７が接続されている。ここで、表示部１８は、ＬＣＤやＣＲＴ等からなる表示デバイスを備えている。入力部１６は、キーボード等のキー入力デバイス及びマウス等のポインティングデバイスを備えている。記憶部１７は、試料１０上での電子線２の走査に基づく走査画像データ等を記憶するものである。なお、図中の２５は、電子光学系（荷電粒子光学系）を示す。
【００４９】
さて、上述のようにして、集束された電子線２の走査により試料１０から発生した反射電子２１，２３のうち、光軸９の近傍における所定領域よりも外側に軌道をとる反射電子（第１の検出対象電子）２１がプレート５の下面に到達すると、該下面から第１のシンチレーション光２３が発生する。この第１のシンチレーション光２３は、支持板６ａの下方において、図中の左側へ進み、第１光検出器７ａに到達して検出される。
【００５０】
このとき、支持板６ａの下面は鏡面となっているので、図中の左斜め上方に進行するシンチレーション光２３は、該鏡面により反射されて確実に第１光検出器７ａに到達することとなる。なお、図示していないが、支持板６ａの下面（該鏡面）と対向するように別途鏡面部材を配置するようにしておくと、支持板６ａの下面により反射されたシンチレーション光２３がこの鏡面部材でさらに反射されてより確実に第１光検出器７ａに導入されることとなる。
【００５１】
この第１光検出器７ａによる検出信号（輝度信号）は、第１画像形成部１１に送られる。第１画像形成部１１には、電子線２の走査信号（上記偏向器に接続された駆動部（図示せず）にＣＰＵ１４から供給される走査信号）が送られており、当該走査信号と当該検出信号とを同期させることにより、第１の画像データを形成する。
【００５２】
当該第１の画像データは、ＣＰＵ１４の制御により、第１画像形成部１１からバスライン１８を介して記憶部１７に格納される。
【００５３】
一方、上記反射電子２１，２３のうち、光軸９の近傍における所定領域内を軌道とする反射電子（第２の検出対象電子）２２は、プレート５の開口４を通過する。すなわち、プレート５が配置された光軸９上の位置での該開口４の内部領域が当該所定領域に対応する。
【００５４】
ここで、プレート５の上方に位置するエネルギーフィルタ３には、電圧印加部３ａにより、接地電位又は所定の負電位（例えば、０Ｖ〜−２０００Ｖ程度）が印加されている。これにより、プレート５の開口４を通過した反射電子２２のうち、当該印加電圧より小さい加速電圧に相当する反射電子２２ａは、該電圧により形成される電場によって試料１０側に追い返されることとなる。ここで、試料１０は、接地電位となっている。
【００５５】
この追い返された電子２２ａは、プレート５の上面に到達する。これにより、該上面からは第２のシンチレーション光２４が発生する。この第２のシンチレーション光２４は、支持板６ｂの上方において、図中の右側へ進み、第２光検出器７ｂに到達して検出される。
【００５６】
このとき、支持板６ｂの上面は鏡面となっているので、図中の右斜め下方に進行するシンチレーション光２４は、該鏡面により反射されて確実に第２光検出器７ｂに到達することとなる。なお、図示していないが、支持板６ｂの上面（該鏡面）と対向するように別途鏡面部材を配置するようしておくと、支持板６ｂの上面により反射されたシンチレーション光２４がこの鏡面部材でさらに反射されてより確実に第２光検出器７ｂに導入されることとなる。
【００５７】
この第１光検出器７ｂによる検出信号（輝度信号）は、第２画像形成部１２に送られる。第２画像形成部１２にも、電子線２の走査信号が送られており、当該走査信号と当該検出信号とを同期させることにより、第２の画像データを形成する。
【００５８】
当該第２の画像データは、ＣＰＵ１４の制御により、第２画像形成部１２からバスライン１８を介して記憶部１７に格納される。
【００５９】
なお、電子検出器１９による２次電子２０の検出に基づく第３画像データ（２次電子像）は、上記と同様にして、第３画像形成部により形成され、当該画像データは、バスライン１８を介して記憶部１７に格納される。
【００６０】
ここで、反射電子２１に基づいて得られる第１の画像データは、試料１０表面の凹凸情報及び組成情報を含む画像データである。また、光軸９及びその近傍の領域を軌道とする反射電子２２に基づいて得られる第２の画像データは、試料１０表面における凹凸情報が極力取り除かれた組成情報のみからなる画像データとなっている。そして、２次電子２０に基づいて得られる第３の画像データは、試料１０表面の凹凸情報が主に反映された画像データとなっている。
【００６１】
本装置を操作するオペレータは、入力部１６を操作することにより、記憶部１７に格納されている何れかの画像データを選択することができる。これにより、装置の表示部１５に、当該選択された画像データに基づく画像を表示されることができる。なお、このようにして表示させる画像は、一つに限定されることなく、複数の画像を同時に表示部１５により表示させることも可能である。
【００６２】
なお、エネルギーフィルタ３には、上述したように、電圧印加部３ａにより所定の負電位が印加されており、所定の加速電圧により加速された電子線２に対して影響を与える可能性がある。
【００６３】
このような影響を低減させるための構成を、図３に示す。同図において、エネルギーフィルタ３における電子線２が通過する開口３１内には、金属パイプ３２が挿通されるように配置されている。この金属パイプ３２は、接地電位となっている。そして、金属パイプ３２の両端の外周部３２ａ，３２ｂには、エネルギーフィルタ３の上下面を覆うように金属メッシュ３３，３４が設けられている。該金属メッシュ３３，３４は、金属パイプ３２と電気的に導通されている。
【００６４】
この接地電位とされた金属パイプ３２及び金属メッシュ３３，３４からなるシールド部材により、エネルギーフィルタ３が形成する電場による電子線２への影響を低減させることができる。
【００６５】
また、上記の例においては、電子検出器１９により試料１０からの２次電子を検出し、プレート５を接地電位として、該プレート５を介して試料１０からの反射電子２１，２２の検出を行う例としていた。
【００６６】
これに対して、プレート５に正電位（例えば８ｋＶ〜１０ｋＶ程度）を印加し、該プレートを介して２次電子等の低エネルギー電子の検出を行うことも可能である。この場合にも、当該正電位の印加による電子線２への影響を低減させる必要がある。
【００６７】
このための構成を図４に示す。同図において、プレート５における電子線２が通過する開口４内には、金属パイプ４２が挿通されるように配置されている。この金属パイプ４２は、接地電位となっている。そして、金属パイプ４２の両端の外周部４２ａ，４２ｂには、プレート５の上下面を覆うように金属メッシュ４３，４４が設けられている。該金属メッシュ４３，４４は、金属パイプ４２と電気的に導通されている。
【００６８】
この接地電位とされた金属パイプ４２及び金属メッシュ４３，４４からなるシールド部材により、プレート５が形成する電場による電子線２への影響をさせることができる。
【００６９】
次に、本発明の実施の形態における変形例を、図５を参照して説明する。ここで、図５は、本発明における電子検出機構及び荷電粒子線装置の変形例を示す概略構成図である。同図において、図２に示す構成と同じ構成部材には、同じ参照番号を付している。
【００７０】
図５に示す電子光学系（荷電粒子光学系）２６おいては、図２に示す電子光学系２５に対して、加速管５０及び減速電極５１が追加配置されている。
【００７１】
この加速管５０は、電子線源１から加速されて放出された電子線２をさらに加速するためのものであり、電子線源１の下段直部から対物レンズ８の内部まで伸張された管状部材となっており、その内部において電子線２が通過する。加速管５０には、接地電位に対して所定の正電位（例えば、８ｋＶ〜１０ｋＶ程度）が印加され、電子線源１から加速されて放出された電子線２は、この印加された正電位に基づきさらに加速される。
【００７２】
当該電子線２は、加速管５０内おいてさらに加速されているので、電子光学系２６内において発生する収差を低減させることができる。
【００７３】
また、減速電極５１は、加速管５０の下方先端部と試料１０との間に配置され、電子線２が通過する開口が設けられている。この減速電極５１には、所定の減速電圧（例えば、−５００Ｖ〜５００Ｖ）が印加される（接地電位の場合もある）。
【００７４】
加速管５０を通過した電子線２は、減速電極５１に印加された減速電圧に基づき減速されて試料５１に到達することとなる。
【００７５】
この変形例において、加速管５０内に配置されるプレート５への印加電圧は、加速管５０への印加電位（印加電圧）と同電位である。ここで、プレート５と加速管５０とは同電位となっているので、プレート５の箇所において図４で示したシールド部材の配置は不要である。なお、加速管５０内に配置されるエネルギーフィルタの箇所においては、図３で示した金属パイプ３２及び金属メッシュ３３，３４からなるシールド部材が配置されている。この場合のシールド部材は、加速管５０と同電位である。
【００７６】
また、図２に示されている試料１０からの２次電子検出用の電子検出器１９の図示は省略している。
【００７７】
この変形例に示す構成においても、図２に示す実施例と同様に、光軸９の近傍における所定領域よりも外側に軌道をとる第１の検出対象電子２１と、光軸９の近傍における所定領域を軌道とする第２の検出対象電子２２とをそれぞれ分離して検出することができる。
【００７８】
このように本発明における電子検出機構は、荷電粒子線源１から加速されて放出された一次線２の光軸９上に配置され、一次線２が通過するための開口４が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレート５と、該プレート５に対して荷電粒子線源１側に配置され、一次線２が通過するための開口が形成されたエネルギーフィルタ３と、該プレート５において試料１０と対向する側のシンチレーション面に一次線２の照射に応じて試料１０から発生する第１の検出対象電子２１が到達して生じるシンチレーション光２３を検出するための第１の光検出器７ａと、該プレート５においてエネルギーフィルタ３と対向する側のシンチレーション面に一次線２の照射に応じて試料１０から発生し該プレート５の開口４を通過してエネルギーフィルタ３により追い返された第２の検出対象電子２２ａが到達して生じるシンチレーション光２４を検出するための第２の光検出器７ｂとを備える。
【００７９】
ここで、プレート５の両シンチレーション面は、一次線２の光軸９に対して４０度から５０度の範囲で傾斜している。
【００８０】
また、プレート５の両シンチレーション面は、鏡面又は白色のプレート本体表面に、蛍光塗料を塗布若しくは蛍光材料の接着により形成されている。プレート５のプレート本体は導電性部材からなり、該プレート本体に電圧が印加可能となっている
さらに、プレート５の開口４内に接地電位とされた金属パイプ４２が配置されているとともに、該金属パイプ４２の両端の外周部４２ａ，４２ｂには該プレート５を覆うように金属メッシュ４３，４４が設けられた構成とすることができる。
そして、エネルギーフィルタ３は、電圧印加が可能とされた金属グリッド又は金属板からなる。ここで、エネルギーフィルタ３の開口３１内には接地電位とされた金属パイプ３２が配置されているとともに、該金属パイプ３２の両端の外周部３２ａ，３２ｂには該エネルギーフィルタ３を覆うように金属メッシュ３３，３４が設けられた構成とすることができる。
【００８１】
また、本発明に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子線源１と、荷電粒子線源１から加速されて放出された一次線２を試料１０上で集束するための対物レンズ８と、該集束された一次線２を試料１０上で走査するための偏向器とを具備する荷電粒子線装置であって、上記構成の電子検出機構を有し、これにより検出された少なくとも何れか一方の前記検出対象電子に対応する光検出器の出力信号に基づき走査画像を形成する。
【００８２】
さらに、本発明の変形例に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子線源１から放出された一次線２をさらに加速するための加速管５０が設けられており、該加速管５０の内部に上述した電子検出機構を構成するプレート５及びエネルギーフィルタ３が配置され、さらに該加速管５０を通過した一次線２を試料１０の直前で減速させるための減速電極５１が設けられている。ここで、加速管５０と５プレートとを同電位とすることができる。
【００８３】
本発明は、このような構成により、光軸及びその近傍領域を軌道とする検出対象電子のみを検出するための電子検出器を、その外側を軌道とする検出対象電子を検出する電子検出器の上段側に配置する必要がなく、荷電粒子光学系の占有スペースを広げることを要しない。これにより、一次線である荷電粒子線の試料までの走行距離が不要に長くなることがなく、外乱による影響が増えることがない。
【００８４】
また、このような荷電粒子光学系において、光軸に対する偏向場が存在しないので、一次線が曲げられることによる軸ずれが生じない。
【００８５】
さらに、検出する電子に対して、光軸に対する偏向方向の偏りがないので、各検出対象電子に対する検出信号量の増大をもたらし、検出効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１…電子線源（荷電粒子線源）、２…電子線（荷電粒子線）、３…エネルギーフィルタ、４…開口、５…プレート、６ａ，６ｂ…支持板、７ａ，７ｂ…第１，第２の光検出器、８…対物レンズ、９…光軸、１０…試料、１１…第１画像形成部、１２…第２画像形成部、１３…第３画像形成部、１４…ＣＰＵ、１５…表示部、１６…入力部、１７…記憶部、１８…バスライン、２０…２次電子、２１…反射電子（第１の検出対象電子）、２２…反射電子（第２の検出対象電子）、２３…第１のシンチレーション光、２４…第２のシンチレーション光、２５…電子光学系（荷電粒子光学系）、２６…電子光学系（荷電粒子光学系）、５０…加速管、５１…減速電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線源から加速されて放出された一次線の光軸上に配置され、一次線が通過するための開口が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレートと、該プレートに対して荷電粒子線源側に配置され、一次線が通過するための開口が形成されたエネルギーフィルタと、該プレートにおいて試料と対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生する第１の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第１の光検出器と、該プレートにおいてエネルギーフィルタと対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生し該プレートの開口を通過してエネルギーフィルタにより追い返された第２の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第２の光検出器とを備えることを特徴とする電子検出機構。
【請求項２】
前記プレートの両シンチレーション面は、一次線の光軸に対して４０度から５０度の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１記載の電子検出機構。
【請求項３】
前記プレートの両シンチレーション面は、鏡面又は白色のプレート本体表面に、蛍光塗料を塗布若しくは蛍光材料の接着により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子検出機構。
【請求項４】
前記プレートのプレート本体は導電性部材からなり、該プレート本体に電圧が印加可能となっていることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載の電子検出機構。
【請求項５】
前記プレートの前記開口内に接地電位とされた金属パイプが配置されているとともに、該金属パイプの両端の外周部には該プレートを覆うように金属メッシュが設けられていることを特徴とする請求項４記載の電子検出機構。
【請求項６】
前記エネルギーフィルタは、電圧印加が可能とされた金属グリッド又は金属板からなることを特徴とする請求項１乃至５何れか記載の電子検出機構。
【請求項７】
前記エネルギーフィルタの前記開口内に接地電位とされた金属パイプが配置されているとともに、該金属パイプの両端の外周部には該エネルギーフィルタを覆うように金属メッシュが設けられていることを特徴とする請求項６記載の電子検出機構。
【請求項８】
荷電粒子線源と、荷電粒子線源から加速されて放出された一次線を試料上で集束するための対物レンズと、該集束された一次線を試料上で走査するための偏向器とを具備する荷電粒子線装置において、請求項１乃至７何れか記載の電子検出機構を有し、これにより検出された少なくとも何れか一方の前記検出対象電子に対応する光検出器の出力信号に基づき走査画像を形成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記荷電粒子線源から放出された一次線をさらに加速するための加速管が設けられており、該加速管の内部に前記電子検出機構を構成する前記プレート及び前記エネルギーフィルタが配置され、さらに該加速管を通過した一次線を試料直前で減速させるための減速電極が設けられていることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記加速管と前記プレートとは同電位となっていることを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
【請求項１】
荷電粒子線源から加速されて放出された一次線の光軸上に配置され、一次線が通過するための開口が形成されているとともに、両面がシンチレーション面を形成しているプレートと、該プレートに対して荷電粒子線源側に配置され、一次線が通過するための開口が形成されたエネルギーフィルタと、該プレートにおいて試料と対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生する第１の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第１の光検出器と、該プレートにおいてエネルギーフィルタと対向する側のシンチレーション面に一次線の照射に応じて試料から発生し該プレートの開口を通過してエネルギーフィルタにより追い返された第２の検出対象電子が到達して生じるシンチレーション光を検出するための第２の光検出器とを備えることを特徴とする電子検出機構。
【請求項２】
前記プレートの両シンチレーション面は、一次線の光軸に対して４０度から５０度の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１記載の電子検出機構。
【請求項３】
前記プレートの両シンチレーション面は、鏡面又は白色のプレート本体表面に、蛍光塗料を塗布若しくは蛍光材料の接着により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子検出機構。
【請求項４】
前記プレートのプレート本体は導電性部材からなり、該プレート本体に電圧が印加可能となっていることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載の電子検出機構。
【請求項５】
前記プレートの前記開口内に接地電位とされた金属パイプが配置されているとともに、該金属パイプの両端の外周部には該プレートを覆うように金属メッシュが設けられていることを特徴とする請求項４記載の電子検出機構。
【請求項６】
前記エネルギーフィルタは、電圧印加が可能とされた金属グリッド又は金属板からなることを特徴とする請求項１乃至５何れか記載の電子検出機構。
【請求項７】
前記エネルギーフィルタの前記開口内に接地電位とされた金属パイプが配置されているとともに、該金属パイプの両端の外周部には該エネルギーフィルタを覆うように金属メッシュが設けられていることを特徴とする請求項６記載の電子検出機構。
【請求項８】
荷電粒子線源と、荷電粒子線源から加速されて放出された一次線を試料上で集束するための対物レンズと、該集束された一次線を試料上で走査するための偏向器とを具備する荷電粒子線装置において、請求項１乃至７何れか記載の電子検出機構を有し、これにより検出された少なくとも何れか一方の前記検出対象電子に対応する光検出器の出力信号に基づき走査画像を形成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記荷電粒子線源から放出された一次線をさらに加速するための加速管が設けられており、該加速管の内部に前記電子検出機構を構成する前記プレート及び前記エネルギーフィルタが配置され、さらに該加速管を通過した一次線を試料直前で減速させるための減速電極が設けられていることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記加速管と前記プレートとは同電位となっていることを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９９０５２（Ｐ２０１２−１９９０５２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１９９６（Ｐ２０１１−６１９９６）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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