２次電子・反射電子検出装置及び２次電子・反射電子検出装置を有する走査電子顕微鏡
【課題】本発明は２次電子・反射電子検出装置及び２次電子・反射電子検出装置を有する走査電子顕微鏡に関し、２次電子信号と反射電子信号を選択的に検出することを目的としている。
【解決手段】電子顕微鏡の試料から発生する２次電子又は反射電子を検出する２次電子・反射電子検出装置であって、コロナリング３１と２次電子を受けるシンチレータ３２とライトパイプ３３よりなる２次電子検出部３０と、反射電子を受けるシンチレータと該シンチレータの発生光を案内する所定の長さのライトガイド２１よりなる反射電子検出部２０と、前記ライトガイド２１と前記ライトパイプ３３とを接合する接合部３４と、２次電子又は反射電子を受けた前記何れかのシンチレータからの光を受ける光電子増倍管３５と、を有して構成される。
【解決手段】電子顕微鏡の試料から発生する２次電子又は反射電子を検出する２次電子・反射電子検出装置であって、コロナリング３１と２次電子を受けるシンチレータ３２とライトパイプ３３よりなる２次電子検出部３０と、反射電子を受けるシンチレータと該シンチレータの発生光を案内する所定の長さのライトガイド２１よりなる反射電子検出部２０と、前記ライトガイド２１と前記ライトパイプ３３とを接合する接合部３４と、２次電子又は反射電子を受けた前記何れかのシンチレータからの光を受ける光電子増倍管３５と、を有して構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次電子・反射電子検出装置及び２次電子・反射電子検出装置を有する走査電子顕微鏡に関し、更に詳しくは２次電子と反射電子を選択的に検出することができる２次電子・反射電子検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成概念図である。電子銃１から出射された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２で集束された後、絞り３により不要な成分を除去された後、偏向器４を通過する。この時、偏向器４は試料６上を２次元方向に電子ビームが走査するように偏向する。偏向器４の下段に配置される対物レンズ５は、試料６上に電子ビームを細く絞って照射する。なお、絞り３は、対物レンズ５の内部にあってもよい。
【０００３】
このように試料６上を電子ビームＥＢが照射（走査）すると、試料６の表面からは各種の信号が発生する。７は試料６から発生する２次電子ｅ１を検出する２次電子検出器である。該２次電子検出器７は、高電圧が印加されるコロナリングと、高電圧が印加された該コロナリングにより形成される電界によって引き寄せられた２次電子を受けて、その２次電子信号を対応する光（光信号）に変換するシンチレータとを備えている。８は電子ビームＥＢの通過穴を備え、試料６表面から放出される反射電子ｅ２を検出する反射電子検出器である。該反射電子検出器８は、反射電子を受けて該反射電子を対応する光（光信号）に変換するシンチレータを備えている。
【０００４】
２次電子検出器７において上記光信号は光電子増倍管（ＰＭＴ：図示せず）により電気信号に変換される。一方、反射電子検出器８において上記光信号は光電子増倍管（図示せず）により電気信号に変換される。これら双方の光電子増倍管により電気信号に変換された２次電子信号と反射電子信号とは続く電気的処理回路により処理された後、２次電子像又は反射電子像として選択的にＣＲＴ又はＬＣＤ等の表示装置によって表示される。この場合において、２次電子検出器７は、高真空の状態で用いられるのに対し、反射電子検出器８は比較的低真空の状態で用いられる。
【０００５】
ここで、２次電子と反射電子とを選択的に検出する際には、２次電子検出器の先端もしくはその近傍に正または負の電圧をかけることのできる電極を設け、電極にかける電圧により試料より生じた純粋な２次電子信号と反射電子により生じた二次的な２次電子信号を区別するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、反射電子検出器としては、一方の表面に電子照射を受けて光を発生する電子→光変換膜を設けると共に対向する裏面に発生した光を所望の方向に反射させる反射箔を設けた検知板と、該反射箔で反射した光を受けてその表面での全反射により伝播させる光伝播体と、該光伝播体の端部にあって伝播光を検知する光検知器とを具備した反射電子検知器が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−２６７４８４号公報（段落００９〜００１２、図１，図２）
【特許文献２】実開昭５５−８９２５６号公報（第４頁第２行〜第５頁第２行、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＳＥＭに備えられた２次電子検出器と反射電子検出器は、２次電子検出器と反射電子検出器がそれぞれ独立に存在し、検出部に繋がる増幅器もそれぞれ独立に存在する。このように、検出部と増幅部が各々独立にあるため、各々の制御とユーザの操作が複雑となる。更に、部品構成と部品数が２系統必要なため、コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
２次電子検出系は、２次電子を受けて発光するシンチレータと、例えば１０ｋｖの電圧が印加されるコロナリングと、ライトガイドと、それに続くＰＭＴとからなる２次電子検出器と、該ＰＭＴの出力を増幅する増幅器から構成されている。
【０００９】
また、反射電子検出系は、
１）反射電子を受けて発光するシンチレータと、それに続くＰＭＴと、該ＰＭＴの出力を増幅する増幅器からなるもの、
２）反射電子を検出する半導体検出器（ＰＮジャンクション）と、該半導体検出器の出力を増幅する高利得増幅器とからなるもの、
３）反射電子を受けて電気信号を発生するマルチチャネルプレート（ＭＣＰ）とそれ専用の高利得増幅器とからなるもの、
とがある。現在は２）が主流となっている。
【００１０】
その理由は、１）は光の伝達からシンチレータとライトガイドが厚く太くなり、高分解能の短ＷＤ（ワークディスタンス：対物レンズから試料までの距離）が実現できない。
２）は小型化でき、高感度で短ＷＤ化が可能である。しかし、小型のため長ＷＤでは感度が低下するという問題がある。一方、大口径化して感度を向上させると応答速度が低下し、スロースキャンの画像しか得られない。
３）はコストと反射電子像を受けるＭＣＰの寿命が制限されるという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、２次電子像と反射電子像を簡単な構成で選択的に得ることができる２次電子・反射電子検出装置及び２次電子・反射電子検出装置を有する走査電子顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）請求項１記載の発明は、試料から発生する２次電子又は反射電子を検出する２次電子・反射電子検出装置であって、所定の電圧が印加されて２次電子を引き寄せるコロナリングと該２次電子を受けるシンチレータと該２次電子に基づき該シンチレータから発生する光を案内するライトパイプよりなる２次電子検出部と、反射電子を受けるシンチレータと該反射電子に基づき該シンチレータから発生する光を導くライトガイドよりなる反射電子検出部と、前記ライトガイドと前記ライトパイプとを接合する接合部と、２次電子又は反射電子を受けた前記何れかのシンチレータからの光を受ける光電子像倍管と、を有することを特徴とする。
【００１３】
（２）請求項２記載の発明は、前記ライトガイドは、１次電子線が通過するための穴が設けられていると共に臨界角以下に曲げられたアクリル板から構成され、該アクリル板の表面及び裏面にはアルミニウムコーティングが施されていることを特徴とする。
【００１４】
（３）請求項３記載の発明は、前記接合部では、固定リングにより前記ライトガイドの接続端部と前記ライトパイプとが接合され、接着により固定されていることを特徴とする。
【００１５】
（４）請求項４記載の発明は、請求項１乃至３何れか記載の２次電子・反射電子検出装置を試料室内部に備えた走査電子顕微鏡であることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記試料室内部の真空度を測定する真空度検出器を備え、該真空度検出器による検出値が所定の閾値よりも低真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加されず、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は反射電子検出装置として動作し、該真空検出器による検出値が所定の閾値よりも高真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加され、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は２次電子検出装置として動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
（１）請求項１記載の発明によれば、２次電子検出部と反射電子検出部の出力を選択的にＰＭＴで検出することが可能になり、２次電子像と反射電子像とを簡単な構成で得ることができる。
【００１７】
（２）請求項２記載の発明によれば、反射電子を入射して発光したシンチレータの光信号を減衰することなくＰＭＴまで導くことができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、反射電子の光信号と２次電子の光信号とを効率よくＰＭＴに導くことができる。
【００１８】
（４）請求項４記載の発明によれば、前記したような特徴を持つ走査電子顕微鏡を実現することができ、２次電子像と反射電子像とを選択的に観察することが可能となる。
（５）請求項５記載の発明によれば、真空度検出器の出力に応じて、２次電子像を観察するか反射電子像を観察するかを決めることができる。その場合において、今２次電子像を観察しているのか、反射電子像を観察しているのかをディスプレイ上に表示することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の一実施の形態を示す構成図である。図において、図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、６は試料、ＥＢは電子ビームである。１次電子線としての電子ビームＥＢが試料６に照射されると、該試料６からは２次電子ｅ１と反射電子ｅ２が放出される。２次電子ｅ１と反射電子ｅ２は１次電子ビームＥＢが入ってきた方と逆方向に向かって放出される。２次電子ｅ１は、０〜５０ｅＶのエネルギーを有し、反射電子ｅ２は略１次電子線の電子ビームのエネルギーを有している。
【００２０】
２０は、１次電子線の電子ビームの通過穴４５を備え、試料６からの反射電子ｅ２を検出する反射電子検出部である。該反射電子検出部２０において、２１は反射電子ｅ２が衝突して発光するシンチレータ（図示せず）の発生光を所定の場所まで案内するライトガイドである。
【００２１】
３０は試料６からの２次電子ｅ１を検出する２次電子検出部である。２次電子検出部３０において、３１は２次電子ｅ１を引きつけて加速するために例えば１０ｋＶの電圧が印加されるコロナリング、３２は該コロナリング３１に接触して配置され、入射された２次電子ｅ１が衝突することにより発光するシンチレータ、３３は該シンチレータ３２からの発生光（光信号）を導くライトパイプ、３４はライトガイド２１とライトパイプ３３を接合する接合部、３５は光信号を受けてその光信号を電気信号に変換する光電子増倍管（ＰＭＴ）である。該シンチレータ３２の表面には、コロナリング３１に印加された電圧が均一になるように、更にシンチレータ３２の発生光がライトパイプ３３に十分届くようにアルミニウム蒸着膜が付けられている。
【００２２】
前記反射電子ｅ２による発光光（光信号）を案内するライトガイド２１はその一端でライトパイプ３３と接合される。該ライトガイド２１の材料としては、例えばアクリル板が用いられる。また、別の材料として、ＹＡＧ（イットリューム・アルミニウム・ガーネット），ＹＡＰ（イットリューム・アルミニウム・リン），プラスチック等を使用することができる。ここで、シンチレータ３２とライトガイド２１が一体化されている構成を用いることができる。
【００２３】
３４はその接合部である。４０はＰＭＴ３５の出力を増幅するプリアンプ、４１は該プリアンプ４０の出力を受けるメインアンプである。プリアンプ４０は、ＰＭＴ３５からの電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換抵抗Ｒ１と、アンプＵ１と、アンプＵ１の入出力間に接続された帰還抵抗Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４とで構成される。
【００２４】
ここで、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４の値としてこの識別記号をそのまま用いるとすると、プリアンプ４０のゲインは、１＋（Ｒ３／Ｒ４）で与えられる。４１はプリアンプ４０の出力を受けて、パワーを供給するメインアンプである。該メインアンプ４１はアンプＵ２から構成されており、ここではバッファアンプとして機能している。
【００２５】
図２はライトガイド２１の構成例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１がライトガイドである。該ライトガイド２１としては、例えばアクリル板が用いられる。２１ａは該ライトガイド２１内に形成されたシンチレータである。該シンチレータ２１ａは、電子ビームＥＢの通過用の穴４５に対してドーナツ状に形成されている。該ライトガイド２１は、例えばアクリル板を臨界角（例えば可視光の臨界角はナトリウムＤ線の場合で４２°）以内の３９°と３５°に曲げて構成されている。
【００２６】
曲げ角を臨界角以内に抑えているので、光がライトガイドの外部に漏れることはない。アクリル板の表面等には、反射電子／２次電子の帯電除去（シンチレータ発光伝達漏れの防止を含む）のため、接続端部より例えば１５ｍｍまで、表面，裏面，側面にアルミニウム（ＡＬ）コーティングされている。このため、試料のワークディスタンス（ＷＤ）が５ｍｍ〜５０ｍｍ以上において、反射電子と２次電子による帯電を防ぐことができる。この実施の形態によれば、ライトガイドとしてアクリル板を用いることができる。ここで、別の材料として、シンチレータとライトガイドが一体化されたＹＡＧ，ＹＡＰ又はプラスチックからなるシンチレータと同形状の板材に形成して用いてもよい。
【００２７】
また、ライトガイド２１とライトパイプ３３の接合部をコロナリング３１の位置からＰＭＴ３５側に配置することにより、帯電による微小放電を防止することができる。２次電子検出部３０のコロナリング３１を現状径のままとすることで、ライトガイドアルミニウム蒸着面からコロナリング３１の１０ｋＶ表面までの空間距離を８ｍｍ確保することができる。更に沿面距離２０ｍｍを確保することができる。これにより、コロナリング３１からライトガイド２１への微小放電を避けることができる。
【００２８】
また、ライトガイド接続端部とライトパイプ３３は、固定リングを取り付け後、接着固定するようにする。図３は本発明の接合部３４の構成例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１は反射電子の光信号を伝達するライトガイド、３３は２次電子の光信号を伝達するライトパイプである。３７は接合部３４に設けられた固定リングである。該固定リング３７でライトガイド２１とライトパイプ３３とを接合した後、接着固定する。固定リング３７は、接着補強のために用いられる。３８は、ライトガイド２１をライトパイプ３３の中に挿入するための切り込みである。この実施の形態によれば、ライトガイド接続端部とライトパイプ間を確実に固定することが可能となる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下通りである。
【００２９】
ＳＥＭで導電性試料を観察する場合、分解能が良いことから２次電子検出が多用されている。非導電性試料は、表面に導電性蒸着膜をコーティングした後、２次電子像を観察するのが通常の方法である。これを便宜上ＨＩＶＣ（Ｈｉｇｈ Ｖａｃｕｕｍ）と呼ぶことにする。一方、非導電性試料を数Ｐａ〜３００Ｐａ等の低真空で、２次電子ではなく反射電子を用いて試料帯電の無い像観察ができる。これを便宜上ＬＯＶＣ（Ｌｏｗ Ｖａｃｕｕｍ）と呼ぶことにする。
【００３０】
本発明に係る２次電子・反射電子検出装置は、ＨＩＶＣとＬＯＶＣ機能を備えたＳＥＭの試料室内で使用され、２次電子検出器部３０（シンチレータ３２と１０ｋＶに印加されるコロナリング３１とライトパイプで構成）と、反射電子検出部２０（ライトガイド２１と該ライトガイド２１内に設けられたシンチレータ２１ａで構成）が接合部３４で一体に接合され、それに続くＰＭＴ３５と該ＰＭＴ３５に続くアンプ部４０，４１は各々の像観察で共用される。そして、メインアンプ４１の出力は信号処理部（図示せず）に送られ、ディスプレイ（図示せず）で表示できるように処理される。
【００３１】
本発明にかかる２次電子・反射電子検出装置は、ＨＩＶＣ時に２次電子検出部３０のコロナリング３１に１０ｋＶ（所定電圧）が印加される。そして、シンチレータ３２からの光信号はライトパイプ３３を介してＰＭＴ３５に入力し、該ＰＭＴ３５で電気信号に変換され、２次電子信号としてプリアンプ４０に送られる。
【００３２】
一方、ＬＯＶＣ時は、２次電子検出部３０のコロナリング３１に印加される電圧がオフになる。そして、反射電子検出部２０のシンチレータ２１ａからの光信号が一体化されたライトガイド２１を通じてＰＭＴ３５に送られ、反射電子信号として電気信号に変換され、反射電子信号としてプリアンプ４０に送られる。
【００３３】
この実施の形態によれば、コロナリング３１への所定電圧の印加／不印加により、２次電子検出部３０と反射電子検出部２０の出力を選択的にＰＭＴ３５で検出することが可能になり、２次電子像と反射電子像を簡単な構成で選択的に得ることができる。
【００３４】
ＨＩＶＣとＬＯＶＣの機能を有するＳＥＭ（図８参照）の試料室にピラニー管等を用いた真空度検出器を設け、試料室内の真空度を検出する。この真空度検出器は、ＨＩＶＣ時は１０-2Ｐａより高真空（低圧力）を検出し、ＬＯＶＣ時は、それより圧力の高い数Ｐａ〜３００Ｐａを検出することができるようになっている。
【００３５】
ＳＥＭ（例えば図８参照）の制御部は、前記真空度検出器で検出した真空度が１０-2Ｐａより高真空であった場合、２次電子検出部３０のコロナリング３１へ１０ｋＶの電圧を印加する。この結果、図１に示す装置は２次電子検出装置として働き、２次電子検出部３０の出力がＰＭＴ３５へ入力され、該ＰＭＴ３５で電気信号に変換され、続くアンプ部に入力される。このアンプ部４０，４１の出力がＳＥＭの信号処理系に入力され、付属のディスプレイに２次電子像として表示される。
【００３６】
ＳＥＭ（例えば図８参照）の制御部は、前記真空度検出器で検出した真空度が数Ｐａ〜３００Ｐａであった場合、２次電子検出部３０のコロナリング３１へ印加されている印加電圧１０ｋＶをオフにする。試料室を数Ｐａ〜３００Ｐａの真空度にする場合は、例えば試料室に設けられたニードル弁を開く。この結果、試料室内の圧力は上昇して真空度は下がり、図１に示す装置は反射電子検出装置として働き、反射電子検出部２０の出力がＰＭＴ３５へ入力され、該ＰＭＴ３５で電気信号に変換され、続くアンプ部に入力される。このアンプ部４０，４１の出力がＳＥＭの信号処理系に入力され、付属のディスプレイに反射電子像として表示される。
【００３７】
このように、この実施の形態によれば、真空度検出器の出力に応じて、２次電子像又は反射電子像を自動的に選択表示できる。その場合において、今２次電子像を観察しているのか、反射電子像を観察しているのかをディスプレイ上に表示することも可能となる。
【００３８】
上述の実施の形態では、真空度検出器の出力に応じて、自動的に反射電子検出装置又は２次電子検出装置として動作させる場合を例にとって説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、ＳＥＭに付属のボタンを切替えることにより、２次電子像観察モードか又は反射電子像観察モードかを手動により切り替えるようにすることができる。その場合、試料室の真空度が予め分かっている必要がある。つまり、真空度が１０-2Ｐａより高真空の場合には、オペレータがＳＥＭ付属の２次電子像観察モードのボタンを押し、真空度が数Ｐａ〜３００Ｐａの場合には、反射電子観察モードのボタンを押すようにする。この結果、ＳＥＭの制御部は、押されたボタンの種類によって、２次電子像又は反射電子像を検出してディスプレイにその画像を表示することができる。
【００３９】
ＨＩＶＣからＬＯＶＣへの変換、又はＬＯＶＣからＨＩＶＣへの変換は、試料室の真空度の調整と２次電子検出部２０のコロナリング３１への１０ｋＶの印加をオンにするかオフにするかを切り替えることで容易に行なうことができる。
【００４０】
そして、試料室に取り付けられた本発明に係る２次電子・反射電子検出装置により検出される２次電子信号と反射電子信号の強度によって、それぞれでＰＭＴへ印加する電圧を調整することにより、最適化された画像を観察することができるようになる。
【００４１】
その最適化の方法として、制御のリンクデータを備えることもある。例えば、
１）ＳＥＭの集束レンズの励磁電流制御によって試料の照射電流が可変できる。
２）試料と対物レンズ間の距離、即ちＷＤを可変することにより２次電子と反射電子信号強度が変わるので、ＰＭＴの印加電圧を最適化することができる。
３）電子ビームの加速電圧を可変することによって、２次電子と反射電子信号強度が変わるので、ＰＭＴの印加電圧を最適化することができる。
【００４２】
また、加速電圧可変、ＷＤ可変によりＳＥＭの解像度（電子ビーム径）が変化するため、観察できる倍率を２次電子像と反射電子像で上限値をそれぞれ設定することもある。
［実施の形態２］
２次電子検出部３０のシンチレータ３２は、試料６より発生した２次電子（エネルギー：０．２〜５０ｅＶ）がシンチレータ３２（φ２５ｍｍ）に接した外周に取り付けられたコロナリング３１（１０ｋＶが印加されている）の１０ｋＶの電界で加速される軌道を飛行してシンチレータ（φ２５ｍｍ）の中心部に略５ｍｍ径に集束される。そのため、その後のライトパイプ３３、ＰＭＴ３５で光伝達漏れが殆ど皆無である。
【００４３】
しかしながら、反射電子検出部２０のシンチレータ２１ａは、図２にその断面を示したように、シンチレータ２１ａで発光した反射電子信号がシンチレータライトガイド２１（厚さ２ｍｍ、表面と裏面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げ）表面と裏面の鏡面間を散乱しながら、ライトパイプ３３に導かれる。そして、その後のＰＭＴ３５に光伝達される。この間における光伝達漏れが予測される項目は次の通りである。
１）厚さ方向の漏れの対策処置は、シンチレータライトガイド２１（厚さ２ｍｍ、表面と裏面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げ）内で光漏れが生じる。その対策は、厚さ方向の漏れの対策処置は、シンチレータライトガイド２１を表面研磨仕上げし、表面と裏面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げする。ライトガイド２１の曲げはアクリル材料の臨界角４２°未満に抑える。
【００４４】
また、ライトガイド２１を曲げずに２次電子検出部３０を傾ける方法もある。図４は本発明の他の実施の形態を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１は反射電子の光信号を伝達するためのライトガイド、３１は２次電子を検出するためのコロナリング、３３は２次電子の光信号を伝達するためのライトパイプ、３６は２次電子検出器カバー、３５は光信号を受けて電気信号に変換するＰＭＴである。
【００４５】
この実施の形態は、反射電子の光信号を伝達するライトガイド２１を直線状にしている。ライトガイド２１を直線状にすると、光の漏れが少なくなり、効率よく反射電子信号をＰＭＴ３５に導くことができる。ライトガイド２１を直線状にすることにより、２次電子検出器３０を傾ける必要がある。図では、傾いたライトパイプ３３に、直線状にライトガイド２１が挿入され、接合部３４を形成していることが分かる。
【００４６】
ライトガイド２１の側面方向の漏れの対策処置は、端面（外周）を鏡面仕上げし、その表面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げする。更に光線漏れの対策として、反射電子検出用のシンチレータの構成は、図５に示すようにアクリル材料の臨界角４２°未満になるように、円形、楕円形、しゃもじ形にする。図５は反射電子検出器のシンチレータの構成例を示す図である。５０はシンチレータ塗布面であり、この例では円状の塗布面を示している。５１は電子ビームが通過するための穴である。
【００４７】
次に、反射電子検出部のライトガイド２１と２次電子検出部のライトパイプ３３の接合部３４の構成について説明する。図６は本発明の接合部の他の構成例を示す図である。３４が接合部である。図のＡは接合部３４の断面形状を示している。５１は反射電子光信号の入射領域、５２は２次電子光信号の入射領域である。これから、ライトガイド２１は四角柱であることが分かる。円形の方が好ましいが、コストを削減するために四角柱としている。反射電子検出部ライトガイド２１と２次電子検出部ライトパイプ３３の接合は直角面で行ない、光伝達漏れをなくする。
【００４８】
反射電子検出部ライトガイド２１の表面と裏面は鏡面仕上げ後、アルミニウムコーティングで鏡面を造る。２次電子検出部３０とライトガイド２１は一体で作製し、コロナリング３１と反対側に位置するライトパイプ３３の部分は円錐台形状としている。円錐の傾きは、アクリルの臨界角である４２°よりも小さくする。円錐台形部３９は、図に示すように円錐面を含めて線部を鏡面仕上げ後、アルミニウムコーティングで鏡面を造っている。
【００４９】
図７は本発明に係る走査電子顕微鏡の構成概念図である。図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。１は電子銃、ＥＢは電子ビーム、２はコンデンサレンズ、３は絞り、４は偏向器、５は対物レンズ、６は試料である。１０は試料６の上部に設けられた本発明に係る２次電子・反射電子検出装置である。該２次電子・反射電子検出装置１０の内部構成は、図１又は図４に示すような構成となっている。
【００５０】
電子ビームＥＢを試料６に照射すると、該試料６からは反射電子ｅ２と２次電子ｅ１が放出される。反射電子ｅ２と２次電子ｅ１は本発明に係る２次電子・反射電子検出装置１０に入力され、シンチレータにより光信号に変換され、該光信号はＰＭＴにより電気信号に変換される。この電気信号は、ＳＥＭの内部にある信号処理部で信号処理がなされ、ＳＥＭに付属のディスプレイ（図示せず）上に、反射電子像又は２次電子像が選択的に表示される。
【００５１】
なお、２次電子像を観察する場合、検出される信号に反射電子信号が微小ながら含まれる可能性がある。しかしながら、その割合は十分低いものであり、２次電子像を正確に表示することが可能となる。
【００５２】
即ち、各実施の形態において、例えば２ｋＶ以上の加速電圧とされた電子ビームを試料に照射して、検出された２次電子に基づき２次電子像を観察する時に、２次電子信号に反射電子信号が混入する比率は、１／３０程度となる。このように、混入される反射電子信号量に対して、検出される２次電子信号量は３０倍程多いので、２次電子像として実質上問題はない。
【００５３】
以上、説明したように、本発明によれば２次電子検出部と反射電子検出部からの出力を選択的に検出することが可能になり、２次電子像と反射電子像を簡単な構成で選択的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】ライトガイドの構成例を示す図である。
【図３】本発明の接合部の構成例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】反射電子検出器の構成例を示す図である。
【図６】本発明の接合部の他の構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る走査電子顕微鏡の構成概念図である。
【図８】走査電子顕微鏡の構成概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
２０ 反射電子検出器
２１ ライトガイド
３０ ２次電子検出器
３１ コロナリング
３２ シンチレータ
３３ ライトパイプ
３４ 接合部
３５ ＰＭＴ
４０ プリアンプ
４１ メインアンプ
４５ ＥＢ通過穴
ｅ１ ２次電子
ｅ２ 反射電子
Ｕ１ アンプ
Ｕ２ アンプ
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次電子・反射電子検出装置及び２次電子・反射電子検出装置を有する走査電子顕微鏡に関し、更に詳しくは２次電子と反射電子を選択的に検出することができる２次電子・反射電子検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成概念図である。電子銃１から出射された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２で集束された後、絞り３により不要な成分を除去された後、偏向器４を通過する。この時、偏向器４は試料６上を２次元方向に電子ビームが走査するように偏向する。偏向器４の下段に配置される対物レンズ５は、試料６上に電子ビームを細く絞って照射する。なお、絞り３は、対物レンズ５の内部にあってもよい。
【０００３】
このように試料６上を電子ビームＥＢが照射（走査）すると、試料６の表面からは各種の信号が発生する。７は試料６から発生する２次電子ｅ１を検出する２次電子検出器である。該２次電子検出器７は、高電圧が印加されるコロナリングと、高電圧が印加された該コロナリングにより形成される電界によって引き寄せられた２次電子を受けて、その２次電子信号を対応する光（光信号）に変換するシンチレータとを備えている。８は電子ビームＥＢの通過穴を備え、試料６表面から放出される反射電子ｅ２を検出する反射電子検出器である。該反射電子検出器８は、反射電子を受けて該反射電子を対応する光（光信号）に変換するシンチレータを備えている。
【０００４】
２次電子検出器７において上記光信号は光電子増倍管（ＰＭＴ：図示せず）により電気信号に変換される。一方、反射電子検出器８において上記光信号は光電子増倍管（図示せず）により電気信号に変換される。これら双方の光電子増倍管により電気信号に変換された２次電子信号と反射電子信号とは続く電気的処理回路により処理された後、２次電子像又は反射電子像として選択的にＣＲＴ又はＬＣＤ等の表示装置によって表示される。この場合において、２次電子検出器７は、高真空の状態で用いられるのに対し、反射電子検出器８は比較的低真空の状態で用いられる。
【０００５】
ここで、２次電子と反射電子とを選択的に検出する際には、２次電子検出器の先端もしくはその近傍に正または負の電圧をかけることのできる電極を設け、電極にかける電圧により試料より生じた純粋な２次電子信号と反射電子により生じた二次的な２次電子信号を区別するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、反射電子検出器としては、一方の表面に電子照射を受けて光を発生する電子→光変換膜を設けると共に対向する裏面に発生した光を所望の方向に反射させる反射箔を設けた検知板と、該反射箔で反射した光を受けてその表面での全反射により伝播させる光伝播体と、該光伝播体の端部にあって伝播光を検知する光検知器とを具備した反射電子検知器が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−２６７４８４号公報（段落００９〜００１２、図１，図２）
【特許文献２】実開昭５５−８９２５６号公報（第４頁第２行〜第５頁第２行、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＳＥＭに備えられた２次電子検出器と反射電子検出器は、２次電子検出器と反射電子検出器がそれぞれ独立に存在し、検出部に繋がる増幅器もそれぞれ独立に存在する。このように、検出部と増幅部が各々独立にあるため、各々の制御とユーザの操作が複雑となる。更に、部品構成と部品数が２系統必要なため、コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
２次電子検出系は、２次電子を受けて発光するシンチレータと、例えば１０ｋｖの電圧が印加されるコロナリングと、ライトガイドと、それに続くＰＭＴとからなる２次電子検出器と、該ＰＭＴの出力を増幅する増幅器から構成されている。
【０００９】
また、反射電子検出系は、
１）反射電子を受けて発光するシンチレータと、それに続くＰＭＴと、該ＰＭＴの出力を増幅する増幅器からなるもの、
２）反射電子を検出する半導体検出器（ＰＮジャンクション）と、該半導体検出器の出力を増幅する高利得増幅器とからなるもの、
３）反射電子を受けて電気信号を発生するマルチチャネルプレート（ＭＣＰ）とそれ専用の高利得増幅器とからなるもの、
とがある。現在は２）が主流となっている。
【００１０】
その理由は、１）は光の伝達からシンチレータとライトガイドが厚く太くなり、高分解能の短ＷＤ（ワークディスタンス：対物レンズから試料までの距離）が実現できない。
２）は小型化でき、高感度で短ＷＤ化が可能である。しかし、小型のため長ＷＤでは感度が低下するという問題がある。一方、大口径化して感度を向上させると応答速度が低下し、スロースキャンの画像しか得られない。
３）はコストと反射電子像を受けるＭＣＰの寿命が制限されるという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、２次電子像と反射電子像を簡単な構成で選択的に得ることができる２次電子・反射電子検出装置及び２次電子・反射電子検出装置を有する走査電子顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）請求項１記載の発明は、試料から発生する２次電子又は反射電子を検出する２次電子・反射電子検出装置であって、所定の電圧が印加されて２次電子を引き寄せるコロナリングと該２次電子を受けるシンチレータと該２次電子に基づき該シンチレータから発生する光を案内するライトパイプよりなる２次電子検出部と、反射電子を受けるシンチレータと該反射電子に基づき該シンチレータから発生する光を導くライトガイドよりなる反射電子検出部と、前記ライトガイドと前記ライトパイプとを接合する接合部と、２次電子又は反射電子を受けた前記何れかのシンチレータからの光を受ける光電子像倍管と、を有することを特徴とする。
【００１３】
（２）請求項２記載の発明は、前記ライトガイドは、１次電子線が通過するための穴が設けられていると共に臨界角以下に曲げられたアクリル板から構成され、該アクリル板の表面及び裏面にはアルミニウムコーティングが施されていることを特徴とする。
【００１４】
（３）請求項３記載の発明は、前記接合部では、固定リングにより前記ライトガイドの接続端部と前記ライトパイプとが接合され、接着により固定されていることを特徴とする。
【００１５】
（４）請求項４記載の発明は、請求項１乃至３何れか記載の２次電子・反射電子検出装置を試料室内部に備えた走査電子顕微鏡であることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記試料室内部の真空度を測定する真空度検出器を備え、該真空度検出器による検出値が所定の閾値よりも低真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加されず、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は反射電子検出装置として動作し、該真空検出器による検出値が所定の閾値よりも高真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加され、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は２次電子検出装置として動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
（１）請求項１記載の発明によれば、２次電子検出部と反射電子検出部の出力を選択的にＰＭＴで検出することが可能になり、２次電子像と反射電子像とを簡単な構成で得ることができる。
【００１７】
（２）請求項２記載の発明によれば、反射電子を入射して発光したシンチレータの光信号を減衰することなくＰＭＴまで導くことができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、反射電子の光信号と２次電子の光信号とを効率よくＰＭＴに導くことができる。
【００１８】
（４）請求項４記載の発明によれば、前記したような特徴を持つ走査電子顕微鏡を実現することができ、２次電子像と反射電子像とを選択的に観察することが可能となる。
（５）請求項５記載の発明によれば、真空度検出器の出力に応じて、２次電子像を観察するか反射電子像を観察するかを決めることができる。その場合において、今２次電子像を観察しているのか、反射電子像を観察しているのかをディスプレイ上に表示することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の一実施の形態を示す構成図である。図において、図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、６は試料、ＥＢは電子ビームである。１次電子線としての電子ビームＥＢが試料６に照射されると、該試料６からは２次電子ｅ１と反射電子ｅ２が放出される。２次電子ｅ１と反射電子ｅ２は１次電子ビームＥＢが入ってきた方と逆方向に向かって放出される。２次電子ｅ１は、０〜５０ｅＶのエネルギーを有し、反射電子ｅ２は略１次電子線の電子ビームのエネルギーを有している。
【００２０】
２０は、１次電子線の電子ビームの通過穴４５を備え、試料６からの反射電子ｅ２を検出する反射電子検出部である。該反射電子検出部２０において、２１は反射電子ｅ２が衝突して発光するシンチレータ（図示せず）の発生光を所定の場所まで案内するライトガイドである。
【００２１】
３０は試料６からの２次電子ｅ１を検出する２次電子検出部である。２次電子検出部３０において、３１は２次電子ｅ１を引きつけて加速するために例えば１０ｋＶの電圧が印加されるコロナリング、３２は該コロナリング３１に接触して配置され、入射された２次電子ｅ１が衝突することにより発光するシンチレータ、３３は該シンチレータ３２からの発生光（光信号）を導くライトパイプ、３４はライトガイド２１とライトパイプ３３を接合する接合部、３５は光信号を受けてその光信号を電気信号に変換する光電子増倍管（ＰＭＴ）である。該シンチレータ３２の表面には、コロナリング３１に印加された電圧が均一になるように、更にシンチレータ３２の発生光がライトパイプ３３に十分届くようにアルミニウム蒸着膜が付けられている。
【００２２】
前記反射電子ｅ２による発光光（光信号）を案内するライトガイド２１はその一端でライトパイプ３３と接合される。該ライトガイド２１の材料としては、例えばアクリル板が用いられる。また、別の材料として、ＹＡＧ（イットリューム・アルミニウム・ガーネット），ＹＡＰ（イットリューム・アルミニウム・リン），プラスチック等を使用することができる。ここで、シンチレータ３２とライトガイド２１が一体化されている構成を用いることができる。
【００２３】
３４はその接合部である。４０はＰＭＴ３５の出力を増幅するプリアンプ、４１は該プリアンプ４０の出力を受けるメインアンプである。プリアンプ４０は、ＰＭＴ３５からの電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換抵抗Ｒ１と、アンプＵ１と、アンプＵ１の入出力間に接続された帰還抵抗Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４とで構成される。
【００２４】
ここで、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４の値としてこの識別記号をそのまま用いるとすると、プリアンプ４０のゲインは、１＋（Ｒ３／Ｒ４）で与えられる。４１はプリアンプ４０の出力を受けて、パワーを供給するメインアンプである。該メインアンプ４１はアンプＵ２から構成されており、ここではバッファアンプとして機能している。
【００２５】
図２はライトガイド２１の構成例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１がライトガイドである。該ライトガイド２１としては、例えばアクリル板が用いられる。２１ａは該ライトガイド２１内に形成されたシンチレータである。該シンチレータ２１ａは、電子ビームＥＢの通過用の穴４５に対してドーナツ状に形成されている。該ライトガイド２１は、例えばアクリル板を臨界角（例えば可視光の臨界角はナトリウムＤ線の場合で４２°）以内の３９°と３５°に曲げて構成されている。
【００２６】
曲げ角を臨界角以内に抑えているので、光がライトガイドの外部に漏れることはない。アクリル板の表面等には、反射電子／２次電子の帯電除去（シンチレータ発光伝達漏れの防止を含む）のため、接続端部より例えば１５ｍｍまで、表面，裏面，側面にアルミニウム（ＡＬ）コーティングされている。このため、試料のワークディスタンス（ＷＤ）が５ｍｍ〜５０ｍｍ以上において、反射電子と２次電子による帯電を防ぐことができる。この実施の形態によれば、ライトガイドとしてアクリル板を用いることができる。ここで、別の材料として、シンチレータとライトガイドが一体化されたＹＡＧ，ＹＡＰ又はプラスチックからなるシンチレータと同形状の板材に形成して用いてもよい。
【００２７】
また、ライトガイド２１とライトパイプ３３の接合部をコロナリング３１の位置からＰＭＴ３５側に配置することにより、帯電による微小放電を防止することができる。２次電子検出部３０のコロナリング３１を現状径のままとすることで、ライトガイドアルミニウム蒸着面からコロナリング３１の１０ｋＶ表面までの空間距離を８ｍｍ確保することができる。更に沿面距離２０ｍｍを確保することができる。これにより、コロナリング３１からライトガイド２１への微小放電を避けることができる。
【００２８】
また、ライトガイド接続端部とライトパイプ３３は、固定リングを取り付け後、接着固定するようにする。図３は本発明の接合部３４の構成例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１は反射電子の光信号を伝達するライトガイド、３３は２次電子の光信号を伝達するライトパイプである。３７は接合部３４に設けられた固定リングである。該固定リング３７でライトガイド２１とライトパイプ３３とを接合した後、接着固定する。固定リング３７は、接着補強のために用いられる。３８は、ライトガイド２１をライトパイプ３３の中に挿入するための切り込みである。この実施の形態によれば、ライトガイド接続端部とライトパイプ間を確実に固定することが可能となる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下通りである。
【００２９】
ＳＥＭで導電性試料を観察する場合、分解能が良いことから２次電子検出が多用されている。非導電性試料は、表面に導電性蒸着膜をコーティングした後、２次電子像を観察するのが通常の方法である。これを便宜上ＨＩＶＣ（Ｈｉｇｈ Ｖａｃｕｕｍ）と呼ぶことにする。一方、非導電性試料を数Ｐａ〜３００Ｐａ等の低真空で、２次電子ではなく反射電子を用いて試料帯電の無い像観察ができる。これを便宜上ＬＯＶＣ（Ｌｏｗ Ｖａｃｕｕｍ）と呼ぶことにする。
【００３０】
本発明に係る２次電子・反射電子検出装置は、ＨＩＶＣとＬＯＶＣ機能を備えたＳＥＭの試料室内で使用され、２次電子検出器部３０（シンチレータ３２と１０ｋＶに印加されるコロナリング３１とライトパイプで構成）と、反射電子検出部２０（ライトガイド２１と該ライトガイド２１内に設けられたシンチレータ２１ａで構成）が接合部３４で一体に接合され、それに続くＰＭＴ３５と該ＰＭＴ３５に続くアンプ部４０，４１は各々の像観察で共用される。そして、メインアンプ４１の出力は信号処理部（図示せず）に送られ、ディスプレイ（図示せず）で表示できるように処理される。
【００３１】
本発明にかかる２次電子・反射電子検出装置は、ＨＩＶＣ時に２次電子検出部３０のコロナリング３１に１０ｋＶ（所定電圧）が印加される。そして、シンチレータ３２からの光信号はライトパイプ３３を介してＰＭＴ３５に入力し、該ＰＭＴ３５で電気信号に変換され、２次電子信号としてプリアンプ４０に送られる。
【００３２】
一方、ＬＯＶＣ時は、２次電子検出部３０のコロナリング３１に印加される電圧がオフになる。そして、反射電子検出部２０のシンチレータ２１ａからの光信号が一体化されたライトガイド２１を通じてＰＭＴ３５に送られ、反射電子信号として電気信号に変換され、反射電子信号としてプリアンプ４０に送られる。
【００３３】
この実施の形態によれば、コロナリング３１への所定電圧の印加／不印加により、２次電子検出部３０と反射電子検出部２０の出力を選択的にＰＭＴ３５で検出することが可能になり、２次電子像と反射電子像を簡単な構成で選択的に得ることができる。
【００３４】
ＨＩＶＣとＬＯＶＣの機能を有するＳＥＭ（図８参照）の試料室にピラニー管等を用いた真空度検出器を設け、試料室内の真空度を検出する。この真空度検出器は、ＨＩＶＣ時は１０-2Ｐａより高真空（低圧力）を検出し、ＬＯＶＣ時は、それより圧力の高い数Ｐａ〜３００Ｐａを検出することができるようになっている。
【００３５】
ＳＥＭ（例えば図８参照）の制御部は、前記真空度検出器で検出した真空度が１０-2Ｐａより高真空であった場合、２次電子検出部３０のコロナリング３１へ１０ｋＶの電圧を印加する。この結果、図１に示す装置は２次電子検出装置として働き、２次電子検出部３０の出力がＰＭＴ３５へ入力され、該ＰＭＴ３５で電気信号に変換され、続くアンプ部に入力される。このアンプ部４０，４１の出力がＳＥＭの信号処理系に入力され、付属のディスプレイに２次電子像として表示される。
【００３６】
ＳＥＭ（例えば図８参照）の制御部は、前記真空度検出器で検出した真空度が数Ｐａ〜３００Ｐａであった場合、２次電子検出部３０のコロナリング３１へ印加されている印加電圧１０ｋＶをオフにする。試料室を数Ｐａ〜３００Ｐａの真空度にする場合は、例えば試料室に設けられたニードル弁を開く。この結果、試料室内の圧力は上昇して真空度は下がり、図１に示す装置は反射電子検出装置として働き、反射電子検出部２０の出力がＰＭＴ３５へ入力され、該ＰＭＴ３５で電気信号に変換され、続くアンプ部に入力される。このアンプ部４０，４１の出力がＳＥＭの信号処理系に入力され、付属のディスプレイに反射電子像として表示される。
【００３７】
このように、この実施の形態によれば、真空度検出器の出力に応じて、２次電子像又は反射電子像を自動的に選択表示できる。その場合において、今２次電子像を観察しているのか、反射電子像を観察しているのかをディスプレイ上に表示することも可能となる。
【００３８】
上述の実施の形態では、真空度検出器の出力に応じて、自動的に反射電子検出装置又は２次電子検出装置として動作させる場合を例にとって説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、ＳＥＭに付属のボタンを切替えることにより、２次電子像観察モードか又は反射電子像観察モードかを手動により切り替えるようにすることができる。その場合、試料室の真空度が予め分かっている必要がある。つまり、真空度が１０-2Ｐａより高真空の場合には、オペレータがＳＥＭ付属の２次電子像観察モードのボタンを押し、真空度が数Ｐａ〜３００Ｐａの場合には、反射電子観察モードのボタンを押すようにする。この結果、ＳＥＭの制御部は、押されたボタンの種類によって、２次電子像又は反射電子像を検出してディスプレイにその画像を表示することができる。
【００３９】
ＨＩＶＣからＬＯＶＣへの変換、又はＬＯＶＣからＨＩＶＣへの変換は、試料室の真空度の調整と２次電子検出部２０のコロナリング３１への１０ｋＶの印加をオンにするかオフにするかを切り替えることで容易に行なうことができる。
【００４０】
そして、試料室に取り付けられた本発明に係る２次電子・反射電子検出装置により検出される２次電子信号と反射電子信号の強度によって、それぞれでＰＭＴへ印加する電圧を調整することにより、最適化された画像を観察することができるようになる。
【００４１】
その最適化の方法として、制御のリンクデータを備えることもある。例えば、
１）ＳＥＭの集束レンズの励磁電流制御によって試料の照射電流が可変できる。
２）試料と対物レンズ間の距離、即ちＷＤを可変することにより２次電子と反射電子信号強度が変わるので、ＰＭＴの印加電圧を最適化することができる。
３）電子ビームの加速電圧を可変することによって、２次電子と反射電子信号強度が変わるので、ＰＭＴの印加電圧を最適化することができる。
【００４２】
また、加速電圧可変、ＷＤ可変によりＳＥＭの解像度（電子ビーム径）が変化するため、観察できる倍率を２次電子像と反射電子像で上限値をそれぞれ設定することもある。
［実施の形態２］
２次電子検出部３０のシンチレータ３２は、試料６より発生した２次電子（エネルギー：０．２〜５０ｅＶ）がシンチレータ３２（φ２５ｍｍ）に接した外周に取り付けられたコロナリング３１（１０ｋＶが印加されている）の１０ｋＶの電界で加速される軌道を飛行してシンチレータ（φ２５ｍｍ）の中心部に略５ｍｍ径に集束される。そのため、その後のライトパイプ３３、ＰＭＴ３５で光伝達漏れが殆ど皆無である。
【００４３】
しかしながら、反射電子検出部２０のシンチレータ２１ａは、図２にその断面を示したように、シンチレータ２１ａで発光した反射電子信号がシンチレータライトガイド２１（厚さ２ｍｍ、表面と裏面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げ）表面と裏面の鏡面間を散乱しながら、ライトパイプ３３に導かれる。そして、その後のＰＭＴ３５に光伝達される。この間における光伝達漏れが予測される項目は次の通りである。
１）厚さ方向の漏れの対策処置は、シンチレータライトガイド２１（厚さ２ｍｍ、表面と裏面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げ）内で光漏れが生じる。その対策は、厚さ方向の漏れの対策処置は、シンチレータライトガイド２１を表面研磨仕上げし、表面と裏面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げする。ライトガイド２１の曲げはアクリル材料の臨界角４２°未満に抑える。
【００４４】
また、ライトガイド２１を曲げずに２次電子検出部３０を傾ける方法もある。図４は本発明の他の実施の形態を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１は反射電子の光信号を伝達するためのライトガイド、３１は２次電子を検出するためのコロナリング、３３は２次電子の光信号を伝達するためのライトパイプ、３６は２次電子検出器カバー、３５は光信号を受けて電気信号に変換するＰＭＴである。
【００４５】
この実施の形態は、反射電子の光信号を伝達するライトガイド２１を直線状にしている。ライトガイド２１を直線状にすると、光の漏れが少なくなり、効率よく反射電子信号をＰＭＴ３５に導くことができる。ライトガイド２１を直線状にすることにより、２次電子検出器３０を傾ける必要がある。図では、傾いたライトパイプ３３に、直線状にライトガイド２１が挿入され、接合部３４を形成していることが分かる。
【００４６】
ライトガイド２１の側面方向の漏れの対策処置は、端面（外周）を鏡面仕上げし、その表面をアルミニウム蒸着で鏡面仕上げする。更に光線漏れの対策として、反射電子検出用のシンチレータの構成は、図５に示すようにアクリル材料の臨界角４２°未満になるように、円形、楕円形、しゃもじ形にする。図５は反射電子検出器のシンチレータの構成例を示す図である。５０はシンチレータ塗布面であり、この例では円状の塗布面を示している。５１は電子ビームが通過するための穴である。
【００４７】
次に、反射電子検出部のライトガイド２１と２次電子検出部のライトパイプ３３の接合部３４の構成について説明する。図６は本発明の接合部の他の構成例を示す図である。３４が接合部である。図のＡは接合部３４の断面形状を示している。５１は反射電子光信号の入射領域、５２は２次電子光信号の入射領域である。これから、ライトガイド２１は四角柱であることが分かる。円形の方が好ましいが、コストを削減するために四角柱としている。反射電子検出部ライトガイド２１と２次電子検出部ライトパイプ３３の接合は直角面で行ない、光伝達漏れをなくする。
【００４８】
反射電子検出部ライトガイド２１の表面と裏面は鏡面仕上げ後、アルミニウムコーティングで鏡面を造る。２次電子検出部３０とライトガイド２１は一体で作製し、コロナリング３１と反対側に位置するライトパイプ３３の部分は円錐台形状としている。円錐の傾きは、アクリルの臨界角である４２°よりも小さくする。円錐台形部３９は、図に示すように円錐面を含めて線部を鏡面仕上げ後、アルミニウムコーティングで鏡面を造っている。
【００４９】
図７は本発明に係る走査電子顕微鏡の構成概念図である。図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。１は電子銃、ＥＢは電子ビーム、２はコンデンサレンズ、３は絞り、４は偏向器、５は対物レンズ、６は試料である。１０は試料６の上部に設けられた本発明に係る２次電子・反射電子検出装置である。該２次電子・反射電子検出装置１０の内部構成は、図１又は図４に示すような構成となっている。
【００５０】
電子ビームＥＢを試料６に照射すると、該試料６からは反射電子ｅ２と２次電子ｅ１が放出される。反射電子ｅ２と２次電子ｅ１は本発明に係る２次電子・反射電子検出装置１０に入力され、シンチレータにより光信号に変換され、該光信号はＰＭＴにより電気信号に変換される。この電気信号は、ＳＥＭの内部にある信号処理部で信号処理がなされ、ＳＥＭに付属のディスプレイ（図示せず）上に、反射電子像又は２次電子像が選択的に表示される。
【００５１】
なお、２次電子像を観察する場合、検出される信号に反射電子信号が微小ながら含まれる可能性がある。しかしながら、その割合は十分低いものであり、２次電子像を正確に表示することが可能となる。
【００５２】
即ち、各実施の形態において、例えば２ｋＶ以上の加速電圧とされた電子ビームを試料に照射して、検出された２次電子に基づき２次電子像を観察する時に、２次電子信号に反射電子信号が混入する比率は、１／３０程度となる。このように、混入される反射電子信号量に対して、検出される２次電子信号量は３０倍程多いので、２次電子像として実質上問題はない。
【００５３】
以上、説明したように、本発明によれば２次電子検出部と反射電子検出部からの出力を選択的に検出することが可能になり、２次電子像と反射電子像を簡単な構成で選択的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】ライトガイドの構成例を示す図である。
【図３】本発明の接合部の構成例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】反射電子検出器の構成例を示す図である。
【図６】本発明の接合部の他の構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る走査電子顕微鏡の構成概念図である。
【図８】走査電子顕微鏡の構成概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
２０ 反射電子検出器
２１ ライトガイド
３０ ２次電子検出器
３１ コロナリング
３２ シンチレータ
３３ ライトパイプ
３４ 接合部
３５ ＰＭＴ
４０ プリアンプ
４１ メインアンプ
４５ ＥＢ通過穴
ｅ１ ２次電子
ｅ２ 反射電子
Ｕ１ アンプ
Ｕ２ アンプ
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から発生する２次電子又は反射電子を検出する２次電子・反射電子検出装置であって、
所定の電圧が印加されて２次電子を引き寄せるコロナリングと該２次電子を受けるシンチレータと該２次電子に基づき該シンチレータから発生する光を案内するライトパイプよりなる２次電子検出部と、
反射電子を受けるシンチレータと該反射電子に基づき該シンチレータから発生する光を導くライトガイドよりなる反射電子検出部と、
前記ライトガイドと前記ライトパイプとを接合する接合部と、
２次電子又は反射電子を受けた前記何れかのシンチレータからの光を受ける光電子像倍管と、
を有する２次電子・反射電子検出装置。
【請求項２】
前記ライトガイドは、１次電子線が通過するための穴が設けられていると共に臨界角以下に曲げられたアクリル板から構成され、該アクリル板の表面及び裏面にはアルミニウムコーティングが施されていることを特徴とする請求項１記載の２次電子・反射電子検出装置。
【請求項３】
前記接合部では、固定リングにより前記ライトガイドの接続端部と前記ライトパイプとが接合され、接着により固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の２次電子・反射電子検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３何れか記載の２次電子・反射電子検出装置を試料室内部に備えた走査電子顕微鏡。
【請求項５】
前記試料室内部の真空度を測定する真空度検出器を備え、
該真空度検出器による検出値が所定の閾値よりも低真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加されず、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は反射電子検出装置として動作し、
該真空検出器による検出値が所定の閾値よりも高真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加され、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は２次電子検出装置として動作することを特徴とする請求項４記載の走査電子顕微鏡。
【請求項１】
試料から発生する２次電子又は反射電子を検出する２次電子・反射電子検出装置であって、
所定の電圧が印加されて２次電子を引き寄せるコロナリングと該２次電子を受けるシンチレータと該２次電子に基づき該シンチレータから発生する光を案内するライトパイプよりなる２次電子検出部と、
反射電子を受けるシンチレータと該反射電子に基づき該シンチレータから発生する光を導くライトガイドよりなる反射電子検出部と、
前記ライトガイドと前記ライトパイプとを接合する接合部と、
２次電子又は反射電子を受けた前記何れかのシンチレータからの光を受ける光電子像倍管と、
を有する２次電子・反射電子検出装置。
【請求項２】
前記ライトガイドは、１次電子線が通過するための穴が設けられていると共に臨界角以下に曲げられたアクリル板から構成され、該アクリル板の表面及び裏面にはアルミニウムコーティングが施されていることを特徴とする請求項１記載の２次電子・反射電子検出装置。
【請求項３】
前記接合部では、固定リングにより前記ライトガイドの接続端部と前記ライトパイプとが接合され、接着により固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の２次電子・反射電子検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３何れか記載の２次電子・反射電子検出装置を試料室内部に備えた走査電子顕微鏡。
【請求項５】
前記試料室内部の真空度を測定する真空度検出器を備え、
該真空度検出器による検出値が所定の閾値よりも低真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加されず、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は反射電子検出装置として動作し、
該真空検出器による検出値が所定の閾値よりも高真空である場合には、前記コロナリングに所定電圧が印加され、これにより前記２次電子・反射電子検出装置は２次電子検出装置として動作することを特徴とする請求項４記載の走査電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２０５８９１（Ｐ２００９−２０５８９１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４５６９４（Ｐ２００８−４５６９４）
【出願日】平成２０年２月２７日（２００８．２．２７）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２７日（２００８．２．２７）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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