DE112012003413T5

DE112012003413T5 - Rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112012003413T5
Application number: DE112012003413.9T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ohshima; Michio Hatano; Hideo Morishita; Sukehiro Ito
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: DE112012003413B4; CN103733299B; CN103733299A; US20140361167A1; US9029766B2; JP2013058314A; JP5860642B2; WO2013035389A1

Abstract

Um ein Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitzustellen, das selbst bei einem niedrigen Sondenstrom zwischen reflektierten Elektronen und Sekundärelektronen unterscheiden und sie detektieren kann, ist dieses Rasterelektronenmikroskop mit einer Elektronenkanone (29), einer Blende (26), einem Probentisch (3), einem elektronenoptischen System (4-1), um einen Elektronenstrahl (31) auf einer Probe (2) zu konvergieren, einer Ablenkeinrichtung (10), einem Sekundärelektronendetektor (8), einem Detektor (9) für reflektierte Elektronen und einer zylindrischen Elektronentransporteinrichtung (5) an einer Position zwischen der Elektronenkanone (29) und der Probe (2) versehen. Der Detektor (9) für reflektierte Elektronen ist auf einer Seite, die von der Elektronenkanone (29) ferner ist als der Sekundärelektronendetektor (8) und die Ablenkeinrichtung (10), mit der Elektronentransporteinrichtung (5) versehen. Die Empfangsfläche (9-1) des Detektors (9) für reflektierte Elektronen ist elektrisch so verdrahtet, dass sie auf dem gleichen Potential liegt wie die Elektronentransporteinrichtung (5).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rasterelektronenmikroskop mit einer niedrigen Beschleunigung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein Rasterelektronenmikroskop ist weithin bekannt, das ein zweidimensionales Bild eines Abtastbereichs durch zweidimensionales Ablenken einer auf eine Probe fokussierten Elektronenstrahlsonde, Detektieren an einem Bestrahlungspunkt erzeugter Signalelektronen und Abbilden von Signalen, die sich auf den mit dem Ablenken eines Primärelektronenstrahls synchronen Anteil beziehen, erhält.
Signalelektronen werden allgemein entsprechend ihrer Energie in Sekundärelektronen und in rückgestreute Elektronen klassifiziert. Die rückgestreuten Elektronen beziehen sich auf Elektronen, die in die Probe eindringen, wiederholt elastisch und inelastisch gestreut werden und anschließend von der Oberfläche der Probe emittiert werden. Demgemäß haben die rückgestreuten Elektronen in etwa beim gleichen Energieniveau wie die einfallenden Elektronen eine Ausbeutespitze. Andererseits beziehen sich die Sekundärelektronen auf Elektronen, die von den niederenergetischen Elektronen, die durch die rückgestreuten Elektronen erzeugt werden, wenn sie die inelastische Streuung hervorrufen, von der Oberfläche der Probe emittiert werden. Demgemäß haben die Sekundärelektronen bei einem Energieniveau in der Größenordnung von einigen eV eine Ausbeutespitze. Im Allgemeinen werden Signalelektronen mit einer Energie von höchstens 50 eV im Gegensatz zu den rückgestreuten Elektronen als Sekundärelektronen bezeichnet.
Eine Zusammensetzungsdifferenz wird als Kontrast in einem Detektionsbild der rückgestreuten Elektronen beobachtet, weil die Ausbeute der rückgestreuten Elektronen von der durchschnittlichen Atomnummer der Probe abhängt. Ferner ist bekannt, dass ein Channeling-Kontrast, der bei einer Probe beobachtet wird, welche die gleiche Zusammensetzung aufweist, wenn die Kristallorientierung teilweise von der Oberfläche der Probe verschieden ist oder wenn Kristallfehler vorhanden sind, auch von den rückgestreuten Elektronen herrührt. Diese Kontraste müssen durch Trennen der rückgestreuten Elektronen von den Sekundärelektronen detektiert werden.
Andererseits haben eine Beobachtung bei einer niedrigen Beschleunigung mit einer Beschleunigungsspannung von höchstens etwa 3 kV zum Vermeiden einer Beschädigung oder Aufladung der Probe durch die Bestrahlung mit einem Primärelektronenstrahl sowie eine Beobachtung der oberen Fläche der Probe in der letzten Zeit zunehmende Bedeutung gewonnen. Wenngleich das bei einer niedrigen Beschleunigung verwendete Rasterelektronenmikroskop eine Beobachtungstechnik verwendet, bei der der Primärelektronenstrahl unmittelbar vor der Probe verzögert wird, um Aberrationen zu minimieren, die bei einer niedrigen Beschleunigung offengelegt werden, ist es, wenn das Verzögerungsverfahren verwendet wird, schwierig, die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen getrennt zu detektieren, weil die Sekundärelektronen infolge eines um die Probe herum erzeugten elektrischen Felds auf ein ähnliches Energieniveau beschleunigt werden wie die rückgestreuten Elektronen. Durch Bereitstellen einer Energiebarriere, eines Wien-Filters oder dergleichen auf der Bahn der Signalelektronen wird es jedoch möglich, die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen selektiv zu detektieren. Die folgenden Patentdokumente 1 bis 3 werden als bekannte Mittel zum selektiven Detektieren der Signalelektronen im Bereich niedriger Beschleunigung mit einer Beschleunigungsspannung von höchstens 3 kV unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops angegeben.
Dokument zum Stand der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: offengelegtes japanisches Patent 2003-331770
Patentdokument 2: offengelegtes japanisches Patent 2006-278329
Patentdokument 3: offengelegtes japanisches Patent 2000-030654

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Es wurden technologische Entwicklungen gemacht, um Informationen zu trennen und zu erhalten, die in einem Bild eines Rasterelektronenmikroskops enthalten sind. Es ist bekannt, dass Sekundärelektronen und rückgestreute Elektronen unterschiedliche Informationstypen enthalten. Ein Bild, das Informationen über die Rauigkeit und das Potential betont, wird durch Detektieren der Sekundärelektronen erhalten, und ein Bild, das Informationen über die Zusammensetzung und die Kristallorientierung betont, wird durch Detektieren der rückgestreuten Elektronen erhalten. Falls es demgemäß einen Mechanismus gibt, der in der Lage ist, die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen durch irgendein Mittel getrennt zu detektieren, ist es möglich, ein Beobachtungsbild zu erhalten, das unterschiedliche Informationstypen im identischen Beobachtungsfeld enthält. Wenngleich ein Verzögerungsfeld angewendet werden muss, um eine hochauflösende Beobachtung bei einer niedrigen Beschleunigungsspannung auszuführen, werden die Sekundärelektronen im Verzögerungsfeld auf ein ähnliches Energieniveau beschleunigt wie die rückgestreuten Elektronen, so dass es nicht einfach ist, sie getrennt zu detektieren. Wir haben daher herkömmliche Technologien in Bezug auf Mittel zum getrennten Detektieren der Sekundärelektronen und der rückgestreuten Elektronen unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops mit einer Verzögerungsoptik untersucht.
Patentdokument 1 offenbart Mittel zum selektiven Detektieren nur von Sekundärelektronen, die in einer Normalenrichtung der Probe emittiert werden, wenn eine Verzögerungsbeobachtung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops ausgeführt wird, das eine Objektivlinse von einem Einzelpollinsentyp aufweist. Bei dieser Technik nehmen die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen infolge der Linsenwirkung im Verzögerungsfeld und eines magnetischen Monopolfelds, das durch Anlegen einer Verzögerungsspannung von typischerweise etwa –0,5 kV an einen magnetischen Pfad auf der Probe und eine Probenseite der Objektivlinse erzeugt wird, Bahnen an, die näher zu einer optischen Achse der Elektronenoptik liegen. Dabei nehmen die rückgestreuten Elektronen, die eine geringere Wahrscheinlichkeit als die Sekundärelektronen haben, die Linsenwirkung zu empfangen, Bahnen an, die von der optischen Achse weiter entfernt sind. Demgemäß können die Sekundärelektronen durch Bereitstellen einer Platte mit einem Elektronendurchgangsloch im Zentrum, um die meisten rückgestreuten Elektronen abzuschirmen und die Sekundärelektronen abzulenken, die durch das Loch hindurchgetreten sind, ohne unter Verwendung des Wien-Filters abgeschirmt zu werden, selektiv detektiert werden, ohne mit den rückgestreuten Elektronen gemischt zu werden.
Patentdokument 2 und Patentdokument 3 offenbaren Mittel zum gleichzeitigen getrennten Detektieren der Sekundärelektronen und der rückgestreuten Elektronen. Die Elevationswinkel der von der Probe emittierten Elektronen sind nachstehend definiert. Unter Annahme der Normalenrichtung als 90 Grad und der horizontalen Richtung als 0 Grad in Bezug auf die Probenoberfläche werden die Winkelbereiche aus Gründen der Zweckmäßigkeit als ein hoher Winkel, ein mittlerer Winkel und ein niedriger Winkel klassifiziert. Ein Bereich des Elevationswinkels in der Nähe von 90 Grad wird als der hohe Bereich angenommen, ein Bereich des Elevationswinkels in der Nähe von 0 Grad wird als der niedrige Winkel angenommen, und ein Zwischenbereich zwischen dem hohen Winkel und dem niedrigen Winkel in der Nähe von 45 Grad wird als der mittlere Winkel angenommen.
Diese Technik detektiert die durch die Linsenwirkung der Verzögerungsfeldlinse fokussierten Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen, die in der hohen Winkelrichtung emittiert werden. In dem Fall, dass die Objektivlinse von einem Außerhalb-der-Linse-Typ ist, ist die Magnetfeldstärke in der Nähe der Probe kleiner, weil die Hauptebene der Linse im Magnetfeld von der Probe entfernt ist, weshalb die rückgestreuten Elektronen mit einer hohen Energie kaum eine Konvergenzwirkung durch das Magnetfeld empfangen. Demgemäß laufen nur die in der hohen Winkelrichtung näher zur optischen Achse erzeugten rückgestreuten Elektronen in einen Gehäusezylinder des Rasterelektronenmikroskops weiter. Andererseits nehmen die Sekundärelektronen Bahnen an, die von der optischen Achse weiter entfernt liegen, nachdem sie durch die Wirkung der Verzögerungsfeldlinse konvergiert worden sind. Demgemäß ist es durch Bereitstellen eines Detektors mit einem verhältnismäßig großen Loch im Zentrum, durch das die in der hohen Winkelrichtung emittierten rückgestreuten Elektronen hindurchtreten können, möglich, nur die Sekundärelektronen zu detektieren. Gemäß der Technik aus Patentdokument 2 ist es durch Bereitstellen einer Potentialbarriere auf der Bahn der rückgestreuten Elektronen, die durch den Sekundärelektronendetektor hindurchgelaufen sind, und Anordnen des Detektors näher an einer Elektronenquelle als der Detektor der Sekundärelektronen möglich, selektiv nur die rückgestreuten Elektronen zu detektieren. Überdies ist es gemäß der Technik aus Patentdokument 3 durch Bereitstellen einer Konversionsplatte auf der Bahn der rückgestreuten Elektronen, welche den Sekundärelektronendetektor passiert haben, und Detektieren von Konversionselektronen, die durch das Auftreffen der rückgestreuten Elektronen erzeugt wurden, unter Verwendung des außerhalb der Achse bereitgestellten Detektors möglich, selektiv nur die Signalelektronen zu detektieren, die von den rückgestreuten Elektronen herrühren.
Unter den Technologien, die in den vorstehend aufgelisteten herkömmlichen Patentdokumenten offenbart sind, ist die Technik aus Patentdokument 1 im Prinzip auf die selektive Detektion der Sekundärelektronen, jedoch nicht auf die selektive Detektion der rückgestreuten Elektronen mit einer höheren Energie anwendbar. Beide Techniken aus den Patentdokumenten 2 und 3 können die in der hohen Winkelrichtung emittierten rückgestreuten Elektronen getrennt von den Sekundärelektronen detektieren, sie sind jedoch nicht auf die selektive Detektion der in Richtung eines Winkels, welcher der Seite niedriger Winkel näher liegt, emittierten rückgestreuten Elektronen anwendbar. Daher können sie nur einen Teil der erzeugten Signalelektronen detektieren, und die Ausbeute der Signalelektronen selbst ist insbesondere bei einem Rastermikroskop mit einem niedrigen Sondenstrom und einer niedrigen Beschleunigung niedrig, wodurch es schwierig wird, die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen selektiv zu detektieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Rasterelektronenmikroskop mit einer niedrigen Beschleunigung bereitzustellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Ausführungsform zum Lösen der vorstehenden Aufgabe ist ein Rasterelektronenmikroskop, welches Folgendes aufweist: eine Elektronenquelle, die einen als Sonde zu verwendenden Elektronenstrahl erzeugt, eine Blende, die den Durchmesser des Elektronenstrahls begrenzt, einen Probenhalter, auf dem eine mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlende Probe angeordnet wird, eine Objektivlinse zum Konvergieren des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Probe, eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls auf der mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlenden Probe, einen Sekundärelektronendetektor, der Sekundärelektronen von der Probe detektiert, einen Rückstreuelektronendetektor, der rückgestreute Elektronen von der Probe oder Konversionselektronen, die von den rückgestreuten Elektronen herrühren, detektiert, und eine zylindrische Elektronentransporteinrichtung in einer Position zwischen der Elektronenquelle und der auf dem Probenhalter anzuordnenden Probe, wobei sich eine Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors innerhalb der Elektronentransporteinrichtung und auf einer ferneren Seite von der Elektronenquelle als der Sekundärelektronendetektor und die Ablenkeinrichtung befindet und die Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors elektrisch so geschaltet ist, dass sie das gleiche Potential wie die Elektronentransporteinrichtung aufweist.
Überdies ist auch ein Rasterelektronenmikroskop vorgesehen, welches Folgendes aufweist: eine Elektronenquelle, einen Probenhalter, eine Elektronenoptik mit einer Beschleunigungsröhre und einer Objektivlinse zum Beschleunigen und anschließenden Verzögern von der Elektronenquelle emittierter Elektronen und zum Bestrahlen einer auf dem Probenhalter angeordneten Probe mit den Elektronen als ein Elektronenstrahl, einen Sekundärelektronendetektor zum Detektieren von Sekundärelektronen von der Probe, die durch Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl erzeugt werden, und einen Rückstreuelektronendetektor zum Detektieren rückgestreuter Elektronen oder von Konversionselektronen, die von den rückgestreuten Elektronen herrühren, wobei der Rückstreuelektronendetektor in seinem zentralen Abschnitt einen Öffnungsabschnitt aufweist, wobei sich seine Detektorebene innerhalb der Beschleunigungsröhre befindet, und die Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors elektrisch so geschaltet ist, dass sie das gleiche Potential wie die Beschleunigungsröhre aufweist.
VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Rasterelektronenmikroskop bereitgestellt werden, das in der Lage ist, rückgestreute Elektronen und Sekundärelektronen selektiv zu detektieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
1A eine schematische Schnittansicht eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform,
1B eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der ersten Ausführungsform,
2 eine perspektivische Ansicht einer Form eines im Rasterelektronenmikroskop gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten Szintillators,
3 eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels der Form eines im Rasterelektronenmikroskop gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten Szintillators,
4 eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels der Form eines im Rasterelektronenmikroskop gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten Szintillators,
5A eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform,
5B eine Schnittansicht eines Hauptteils zum Erklären der Bewegung eines rückgestreuten Elektrons im Rasterelektronenmikroskop gemäß der zweiten Ausführungsform,
5C eine Schnittansicht eines Hauptteils zum Erklären der Bewegung eines Sekundärelektrons im Rasterelektronenmikroskop gemäß der zweiten Ausführungsform,
6 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskop gemäß einer dritten Ausführungsform,
7 eine Schnittansicht eines Hauptteils zum Erklären von Bewegungen der rückgestreuten Elektronen und der Konversionselektronen im Rasterelektronenmikroskop gemäß der dritten Ausführungsform,
8 eine Schnittansicht eines Hauptteils zum Erklären der Bewegung der Sekundärelektronen im Rasterelektronenmikroskop gemäß der dritten Ausführungsform,
9 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform,
10 eine Schnittansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform,
11 eine Schnittansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform,
12 eine Schnittansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform,
13 eine Schnittansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform,
14 eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels der Form des im Rasterelektronenmikroskop gemäß der dritten Ausführungsform verwendeten Szintillators,
15 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform,
16 eine Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einer vierten Ausführungsform,
17 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform,
18 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform,
19 eine schematische perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Rasterelektronenmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform,
20 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einer fünften Ausführungsform,
21 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einer sechsten Ausführungsform und
22 ein Diagramm einer Energieverteilungskarte allgemeiner Emissionselektronen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Erreichen einer hohen Auflösung bei einer Beobachtung in einem Bereich niedriger Beschleunigung wird ein Rasterelektronenmikroskop verwendet, das eine Objektivlinse aufweist, die mit einer Verzögerungsfeldlinse versehen ist, um eine bei einer niedrigen Beschleunigung offengelegte Aberration zu verringern. Diese Elektronenoptik ist so konfiguriert, dass ein Primärelektronenstrahl durch ein elektrisches Feld, das erzeugt wird, wenn eine Spannung an eine am Rand der Probe angeordnete Elektrode angelegt wird, unmittelbar vor einer Probe verzögert wird. Weil sich ein Aberrationskoeffizient der Elektronenoptik verringert, wenn sich der Abstand WD (Arbeitsabstand) zwischen der Objektivlinse und der Probe verringert, ist es im Allgemeinen erforderlich, die Probe nahe zur Objektivlinse zu ziehen, um eine hochauflösende Beobachtung vorzunehmen. Bei einem so kurzen Arbeitsabstand wird allerdings die Frequenz der Signalelektronen verringert, die an einem außerhalb eines Gehäusezylinders des Rasterelektronenmikroskops angeordneten Detektor ankommen, und damit auch die Detektionseffizienz verringert. Daher ist für das Kombinieren der hochauflösenden Beobachtung mit der hohen Detektionseffizienz beim kurzen Arbeitsabstand ein Weg für das Detektieren von Elektronen, welche durch die Objektivlinse hindurchgetreten sind (TTL: durch die Linse), bevorzugt.
Hier wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit ein Signalelektron mit typischerweise weniger als 50 eV, dessen Ausbeutespitze bei einer Energie von wenigen eV liegt, als ein Sekundärelektron bezeichnet und ein Signalelektron mit einer Energie von mindestens 50 eV und höchstens der Bestrahlungsenergie des Primärelektronenstrahls mit einer Ausbeutespitze in der Nähe der Bestrahlungsenergie als ein rückgestreutes Elektron bezeichnet. Überdies wird ein Elektron, das im Allgemeinen ein ähnliches Energieniveau wie das Sekundärelektron aufweist und erzeugt wird, wenn das rückgestreute Elektron auf eine Komponente der Elektronenoptik fällt, als ein Konversionselektron bezeichnet, das von dem durch die Probe erzeugten Sekundärelektron zu unterscheiden ist.
Der Elevationswinkel des Signalelektrons zur Zeit der Erzeugung wird nachstehend definiert. In Bezug auf eine Fläche der Probe ist die Normalenrichtung als 90 Grad definiert und ist die horizontale Richtung als 0 Grad definiert. Nachstehend wird der Winkelbereich aus Gründen der Zweckmäßigkeit in einen hohen Winkel, einen mittleren Winkel und einen niedrigen Winkel unterteilt. Der Nahezu-90-Grad-Elevationswinkel wird als der hohe Winkel bezeichnet, der Nahezu-0-Grad-Elevationswinkel wird als der niedrige Winkel bezeichnet, und der Nahezu-45-Grad-Zwischenbereich zwischen dem hohen Winkel und dem niedrigen Winkel wird als der mittlere Winkel bezeichnet.
Wenn die Signalelektronen durch die mit dem Primärelektronenstrahl bestrahlte Probe erzeugt werden, folgt ihre Winkelverteilung im Allgemeinen den Kosinusgesetz, nachdem sich die Ausbeutespitze in der Nähe des Elevationswinkels von 45 Grad befindet, insbesondere wenn die Probe verhältnismäßig flach ist. Daher ist beim Vergleichen der Anzahl der Elektronen, die im selben Winkelbereich des Elevationswinkels enthalten sind, wenn die Elektronen in allen Azimutwinkeln detektiert werden, die Detektion der im mittleren Winkelbereich emittierten Elektronen in Bezug auf die Detektionsausbeute vorteilhafter als die Detektion der in der Nähe des Elevationswinkels von 0 Grad emittierten Elektronen. Demgemäß wird erwartet, dass ein Rückstreuelektronenbild mit einem ausreichenden Kontrast trotz einer geringen Stromstärke des eingestrahlten Elektronenstrahls erhalten werden kann, indem die rückgestreuten Elektronen im Winkelbereich mit einer hohen Ausbeute detektiert werden.
Die Objektivlinse des Rasterelektronenmikroskops hat eine Linsenkonfiguration, welche sowohl das Verzögerungsfeld als auch das Magnetfeld verwendet. Wenn die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen verglichen werden, die bei der Erzeugung von der Probe in der Winkelrichtung des gleichen Elevationswinkels emittiert werden, empfangen die rückgestreuten Elektronen mit einer höheren Energie einen kleineren Konvergenzeffekt als die Sekundärelektronen mit einer niedrigeren Energie aus demselben Linsenfeld, weshalb die Sekundärelektronen Bahnen annehmen, die näher zur optischen Achse liegen als die rückgestreuten Elektronen an Orten, die der Probe näher liegen. Demgemäß ist es durch Bereitstellen eines Detektors auf einer Bahn, auf der nur die rückgestreuten Elektronen laufen, welche eine Bahn annehmen, die von der optischen Achse weiter weg liegt, möglich, die rückgestreuten Elektronen selektiv zu detektieren.
Überdies ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Signalelektronen, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, mit einer hohen Ausbeute zu detektieren, indem die Detektorebene eines Rückstreuelektronendetektors innerhalb einer Elektronentransporteinrichtung (einer Beschleunigungsröhre) so eingerichtet wird, dass sie auf dem gleichen Potential liegt, wodurch ein Rasterelektronenmikroskop mit einer niedrigen Beschleunigung bereitgestellt wird, das trotz des niedrigen Sondenstroms in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen selektiv zu detektieren.
Einzelheiten werden nachstehend mit Bezug auf Beispiele beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1A, 1B und 2 bis 4 erklärt. 1A ist ein schematisches Gesamtkonfigurationsdiagramm des Rasterelektronenmikroskops gemäß der Ausführungsform. Das in 1A dargestellte Rasterelektronenmikroskop besteht im Allgemeinen aus einer elektronenoptischen Säule 30, die mit einem Mechanismus zum Emittieren eines auf eine Probe 2 gerichteten Primärelektronenstrahls 31 versehen ist, einem Probenhalter 3, der die Probe 2 hält, einem Probenhalterbewegungsmechanismus zum Anordnen und Bewegen der Probe 2, um einen Beobachtungsbereich (nicht dargestellt) zu bestimmen, einer Anzeigevorrichtung für ein SEM-Bild (nicht dargestellt), einer Steuereinrichtung, welche das gesamte SEM steuert (nicht dargestellt), einer Vakuumpumpeinrichtung (nicht dargestellt) und dergleichen.
Die elektronenoptische Säule 30 besteht im Wesentlichen aus einer Elektronenkanone (Elektronenquelle) 29, einer Beschleunigungselektrode 28, mindestens einer Sammellinse 27, einer Blende 26, einer Elektronenlinse, die als eine Objektivlinse dient (hier als eine magnetische Linse 4-1 vom Halb-in-der-Linse-Typ dargestellt), einer Beschleunigungsröhre 5, die als eine Elektronentransporteinrichtung bereitgestellt ist, einem Ablenker 10 mit mindestens einer Stufe, einem Sekundärelektronendetektor 8, einem Rückstreuelektronendetektor 9 und dergleichen, und 1B zeigt die Komponenten vom Probenhalter 3 bis zum Ablenker 10, die aus dem System des Rasterelektronenmikroskops extrahiert sind. Als Elektronenkanone 29 können verschiedene Typen von Elektronenkanonen in der Art einer CFE-(Kaltfeldemissions)-Elektronenkanone, einer SE-(Schottky-Emissions)-Elektronenkanone und einer Thermionische-Emissions-Elektronenkanone verwendet werden. Wie in 1A dargestellt ist, befinden sich der Ablenker 10 und der Sekundärelektronendetektor 8 näher bei der Elektronenkanone 29 als der Rückstreuelektronendetektor 9. 1 bezeichnet eine optische Achse, eine Bezugszahl 40 bezeichnet einen magnetischen Pfad einer magnetischen Linse, die Bezugszahlen 9-1, 9-2 und 9-3 bezeichnen einen Szintillator (Detektorebene), einen Lichtleiter bzw. eine Photoelektronenvervielfacherröhre (PMT) des Rückstreuelektronendetektors 9, eine Bezugszahl 45 bezeichnet ein Durchgangsloch für einen Sondenelektronenstrahl, und eine Bezugszahl 48 bezeichnet einen Leiter, der auf der Oberfläche des Szintillators 9-1 bereitgestellt ist. Es sei bemerkt, dass sich gleiche Bezeichnungen auf gleiche Komponenten beziehen.
Ein Konzeptkonfigurationsdiagramm des Teils vom Ablenker 10 bis zum Probenhalter 3 ist in 1B dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Objektivlinse des Rasterelektronenmikroskops die magnetische Linse 4-1 vom Halb-in-der-Linse-Typ, welche die Probe 2 absichtlich in das Magnetfeld eintaucht. Weil sich die Probe 2 im Immersionsmagnetfeld befindet, ist eine hochauflösende Beobachtung möglich. Wie in 1B dargestellt ist, hat die Beschleunigungsröhre 5 eine Form entlang dem sich verengenden Abschnitt des oberen magnetischen Pfads der Objektivlinse 4-1 und ist als eine zylindrische Elektrode mit einem offenen Ende in der Nähe der Probe 2 in einem Raumbereich, der in einem Spalt oberhalb des oberen magnetischen Pfads der Objektivlinse 4-1 reserviert ist, angeordnet. Hinsichtlich der Symmetrie der Elektronenoptik ist eine achsensymmetrische Form des offenen Endes an der Beschleunigungsröhre 5 bevorzugt. Wie in 1B dargestellt ist, haben gemäß dieser Ausführungsform sowohl die Objektivlinse 4-1 als auch die Probe 2 ein Erdungspotential und ist an die Beschleunigungsröhre 5 durch eine Leistungsquelle 6-1 eine positive Spannung von mindestens 1 kV angelegt, um das Verzögerungsfeld zu bilden, welches eine ausreichende Aberrationsverringerung bei einer niedrigen Beschleunigung erreicht. Dabei ist ein Isolator (nicht dargestellt) im Spalt zwischen der Objektivlinse 4-1 und der Beschleunigungsröhre 5 bereitgestellt, um eine elektrische Isolation zu erzielen. Gemäß dieser Ausführungsform, wie in 1B dargestellt, wird eine Erklärung unter Annahme eines Falls gegeben, bei dem die Beschleunigungsröhre 5 teilweise im Bereich in der Nähe der Objektivlinse 4-1 bis zum Bereich in der Nähe des Sekundärelektronendetektors 8 bereitgestellt ist, das Verfahren zur Detektion der Signalelektronen ist jedoch im Wesentlichen in einem Fall das gleiche, in dem der Installationsbereich der Beschleunigungsröhre 5 auf den Bereich in der Nähe der Elektronenkanone 29 erweitert ist.
Der von der Elektronenkanone 29 emittierte Primärelektronenstrahl 31 wird durch die Beschleunigungselektrode 28 beschleunigt, durch die Sammellinse 27 konvergiert und läuft durch die Blende 26, um die Probe 2 zu erreichen. Wenn der Primärelektronenstrahl 31 auf die Probe 2 eingestrahlt wird, werden die Signalelektronen emittiert. Eine Energieverteilungskarte der Signalelektronen ist in 22 dargestellt. Wie in 22 dargestellt ist, wird typischerweise ein Signalelektron mit weniger als 50 eV, dessen Ausbeutespitze bei einer Energie von wenigen eV liegt, als ein Sekundärelektron 32-1 bezeichnet und ein Signalelektron mit einer Energie von mindestens 50 eV und höchstens der Bestrahlungsenergie des Primärelektronenstrahls mit einer Ausbeutespitze in der Nähe der Bestrahlungsenergie als ein rückgestreutes Elektron 32-2 bezeichnet.
Wenn die Objektivlinse die magnetische Linse 4-1 vom Halb-in-der-Linse-Typ ist, ist das Streumagnetfeld in der Nähe der Probe 2 groß und taucht das Magnetfeld der magnetischen Linse in die Probe 2 ein. Wenn die Beschleunigungsspannung des Primärelektronenstrahls 31 demgemäß während einer Beobachtung bei einem kurzen Arbeitsabstand höchstens 3 kV beträgt, werden die rückgestreuten Elektronen 32-2, die sich in entgegengesetzter Richtung zum Primärelektronenstrahl 31 bewegen, durch die Linsenwirkung der Objektivlinse 4-1 konvergiert. Daher laufen beim kurzen Arbeitsabstand von typischerweise etwa 1 mm die meisten Signalelektronen 32 (Sekundärelektronen 32-1, rückgestreuten Elektronen 32-2) durch die Objektivlinse 4-1 und weiter in den Gehäusezylinder des Rasterelektronenmikroskops.
Wie in 1B dargestellt ist, werden die Signalelektronen, wenn die positive Spannung durch die Leistungsquelle 6-1 an die zylindrische Beschleunigungsröhre 5 angelegt wird, die über dem oberen magnetischen Pfad der Objektivlinse 4-1 angeordnet ist, im Bereich innerhalb der Beschleunigungsröhre 5 beschleunigt. Beispielsweise beträgt unter der Bedingung, dass die positive Spannung von 6 kV durch die Leistungsquelle 6-1 an die Beschleunigungsröhre 5 angelegt wird und die Bestrahlungsenergie für die Probe 2 1 kV beträgt, die Energie der erzeugten Signalelektronen 32 (Sekundärelektronen 32-1, rückgestreute Elektronen 32-2) in der Nähe der Probe 2 höchstens 1 keV. Zu dieser Zeit beträgt die Energie der Sekundärelektronen 32-1 0–50 eV und beträgt die Energie der rückgestreuten Elektronen 32-2 in der Nähe der Probe 2 50–1000 eV und werden die Sekundärelektronen 32-1 auf eine Energie von 6000–6050 eV beschleunigt und werden die rückgestreuten Elektronen 32-2 im Bereich innerhalb der Beschleunigungsröhre 5 auf eine Energie von 6050–7000 eV beschleunigt. Wenn die Beschleunigungsröhre 5 allerdings nur teilweise in der Nähe der Objektivlinse 4-1 installiert ist, wie gemäß dieser Ausführungsform, werden die Signalelektronen auf eine Energie verzögert, die gleich der Energie in der Nähe der Probe 2 ist, wenn sie in einen Bereich außerhalb der Beschleunigungsröhre 5 austreten. Im Allgemeinen nimmt die Detektionsempfindlichkeit bei einem Detektor zu, wenn die Detektion in einem stärker beschleunigten Zustand ausgeführt wird, weil von Elektronen mit einer höheren Energie mehr Detektionssignale erhalten werden können. Daher muss für das Detektieren der Signalelektronen im beschleunigten Zustand die Detektorebene innerhalb der Beschleunigungsröhre 5 installiert sein.
Der in 1B dargestellte Rückstreuelektronendetektor ist ein Detektor auf der Grundlage eines ähnlichen Detektionsprinzips wie bei einem Everhart-Thornley-Detektor (nachstehend als ET-Detektor bezeichnet). Dieser wird üblicherweise als Signalelekteronendetektor des Rasterelektronenmikroskops verwendet. Die Konfiguration des Rückstreuelektronendetektors 9 umfasst den Szintillator 9-1, der die Signalelektronen in Licht umwandelt, und die Photoelektronenvervielfacherröhre 9-3 (nachstehend PMT), die das Licht wieder in Elektronen umwandelt und die Elektronen verstärkt, und der Szintillator 9-1 und der PMT 9-3 sind durch den Lichtleiter 9-2 verbunden. Wenn die Signalelektronen in den Szintillator 9-1 eintreten, erreicht bei dieser Konfiguration das erzeugte Licht den PMT 9-3 durch den Lichtleiter 9-2 und wird das Licht durch den PMT 9-3 in zu detektierende elektrische Signale umgewandelt. Solange die Signalelektronen eine hohe Energie von mindestens 5 keV haben, wenn sie in den Szintillator 9-1 eintreten, geschieht typischerweise eine ausreichende Lichtemission, die detektiert werden kann. Wenn die Energie beim Eintreten in den Szintillator 9-1 andererseits niedriger als 5 keV ist, geschieht keine ausreichende Lichtemission, wodurch es schwierig wird, sie zu detektieren. Auf diese Weise werden durch gleichmäßiges Beschichten eines Oberflächenabschnitts des als Detektorebene dienenden Szintillators 9-1 mit dem Leiter 48, beispielsweise aus Al, durch Dampfabscheidung oder dergleichen und Anlegen der positiven Spannung von mindestens 5 kV an den Abschnitt des Leiters 48 die Signalelektronen beschleunigt, bevor sie die Detektorebene des Detektors erreichen, was dazu führt, dass selbst dann eine ausreichende Lichtemission hervorgerufen wird, wenn die Energie niedriger als 5 keV ist, wodurch die Elektronen detektierbar werden. Es sei bemerkt, dass die Filmdicke des auf der Detektorebene des Szintillators 9-1 bereitgestellten Films des Leiters 48 als gleichmäßig angesehen werden kann, solange die Verteilung in der Ebene innerhalb von +/–10% liegt.
Der in 1B dargestellte Rückstreuelektronendetektor 9 kann die Signalelektronen, welche den Rückstreuelektronendetektor 9 erreicht haben, auf der Grundlage des gleichen Prinzips wie beim ET-Detektor detektieren, indem der Abschnitt des Leiters 48, der in der Detektorebene bereitgestellt ist, mit der Beschleunigungsröhre 5 verbunden wird und das gleiche Potential erhält wie die durch die Leistungsquelle 6-1 an die Beschleunigungsröhre 5 angelegte positive Spannung. Das heißt, dass die Lichtemission im Szintillator 9-1 geschieht, wenn die durch die Beschleunigungsröhre 5 auf mindestens 5 keV beschleunigten Signalelektronen in den Szintillator 9-1 eintreten. Falls dieses Licht den PMT 9-3 durch den Lichtleiter 9-2 erreicht, werden seine Ausgangssignale zu den Detektionssignalen der Signalelektronen. Der Szintillator 9-1 und der Lichtleiter 9-2 sind durch einen Verbindungsabschnitt 46 verbunden. (Formen des Szintillators werden später mit Bezug auf die 2, 3 und 4 beschrieben.) Es sei bemerkt, dass, wenn das durch den Szintillator 9-1 erzeugte Licht eine Grenze unter einem Einfallswinkel erreicht, der kleiner als ein kritischer Winkel ist, das Licht vom Szintillator 9-1 nach außen weiter läuft. Um einen Verlust um eine solche Lichtmenge zu verringern, sollte das Licht innerhalb des Szintillators 9-1 reflektiert werden, indem ein Film aus dem Leiter 48 auf der Oberfläche des Szintillators 9-1 bereitgestellt wird. Demgemäß kann eine Verbesserung der Detektionseffizienz der Signalelektronen erwartet werden, wenn die Oberfläche des Szintillators 9-1 abgesehen vom Verbindungsabschnitt 46 mit dem Lichtleiter 9-2 mit dem Leiter 48 beschichtet wird. Wenngleich der Leiter in der vorstehenden Erklärung mit der Beschleunigungsröhre verbunden ist, kann der Leiter 48 auch direkt mit der Leistungsquelle 6-1 verbunden werden, damit er das gleiche Potential wie die Beschleunigungsröhre hat.
Es gibt verschiedene Typen des Szintillators 9-1 mit unterschiedlichen Grundeigenschaften in der Art des Lumineszenzbetrags und der Abschwächungszeit, welche von der Zusammensetzung, dem einzumischenden Dotierungsmaterial und dergleichen abhängen. Der Szintillator 9-1 ist vorzugsweise ein Festkörperszintillator, weil er mit der nachstehend beschriebenen Form versehen werden muss. Wenngleich es verschiedene Szintillatortypen gibt, wird typischerweise YAG:Ce (mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat) verwendet. Eine Querschnittsform des Szintillators 9-1 weist, wie in 1A dargestellt ist, das Durchgangsloch 45 für Elektronen auf, und seine probenseitige Endfläche verengt sich vorzugsweise, so dass sie achsensymmetrisch zur optischen Achse 1 angeordnet ist. Dies liegt daran, dass es durch das Bereitstellen der Verengung erleichtert wird, dass das innerhalb des Szintillators 9-1 erzeugte Licht in Richtung des Lichtleiters 9-2 weiter läuft, wodurch die Sammeleffizienz des innerhalb des Szintillators 9-1 erzeugten Lichts durch den Lichtleiter 9-2 erhöht wird, und es wird dadurch die Detektionseffizienz der Signalelektronen verbessert. Es ist wünschenswert, ein Verbindungsmittel in der Art eines optischen Zements zwischen dem Szintillator 9-1 und dem Lichtleiter 9-2 zu verwenden, so dass die Brechungsindexänderung im Verbindungsabschnitt 46 nicht zu steil sein kann.
In einem Fall, in dem ein Paar aus dem Lichtleiter 9-2 und dem PMT 9-3 mit dem Szintillator 9-1 zu verbinden ist, ist eine Szintillatorform erwünscht, die wie in 2 oder 3 dargestellt ausgehöhlt ist und eine größere Öffnung auf der Probenseite und eine kleinere Öffnung auf der Elektronenstrahlseite aufweist. Durch eine solche Form wird erwartet, dass nicht nur das in einem Bereich in der Nähe des Verbindungsabschnitts 46 zwischen dem Szintillator 9-1 und dem Lichtleiter 9-2 erzeugte Licht, sondern auch das in einem Bereich, der weiter vom Verbindungsabschnitt 46 zwischen dem Szintillator 9-1 und dem Lichtleiter 9-2 entfernt ist, erzeugte Licht in Bezug auf die optische Achse 1 gesammelt werden kann.
In einem Fall, in dem zwei Paare aus dem Lichtleiter 9-2 und dem PMT 9-3 verwendet werden, kann die Detektionseffizienz verbessert werden, indem der Szintillator 9-1 so unterteilt wird, dass er eine liniensymmetrische Anordnung aufweist, wie in 4 dargestellt ist, und indem der Lichtleiter und der PMT mit jedem Szintillator verbunden werden.
Der Lichtleiter 9-2 wird durch den magnetischen Pfad 40 der magnetischen Objektivlinse installiert, wie in 1B dargestellt ist. Falls die Symmetrie des Linseneffekts im Magnetfeld durch Bereitstellen eines Lochs im magnetischen Pfad 40 erheblich beeinträchtigt wird und der Lichtleiter 9-2 anisotrop beispielsweise nur in einer Richtung bereitgestellt wird, ist es wünschenswert, den magnetischen Pfad 40 der Objektivlinse mit Löchern gleicher Form in einer Vierersymmetrie in vier Richtungen, einschließlich der Richtung des in 1B dargestellten Lichtleiters, zu versehen, um eine zur optischen Achse 1 symmetrische Anordnung zu erreichen.
Das Prinzip des Verfahrens zum selektiven Detektieren der rückgestreuten Elektronen wird unter Verwendung von 1B erklärt. Wenn der Primärelektronenstrahl 31 auf die Probe 2 eingestrahlt wird, die am Probenhalter 3 befestigt ist, schließen die vom Bestrahlungspunkt emittierten Signalelektronen die Sekundärelektronen 32-1 und die rückgestreuten Elektronen 32-2 ein. Pfeilrichtungen sind lediglich Beispiele von Bewegungsrichtungen der Signalelektronen mit einer Energie, und die Signalelektronen werden nicht nur in diesen Richtungen, sondern auch in vielen anderen Richtungen emittiert. Die Energieverteilung der Signalelektronen umfasst, wie in 22 dargestellt ist, niedrigere Energien als 50 eV für die Sekundärelektronen 32-1 und Energien größer oder gleich 50 eV und kleiner oder gleich der Bestrahlungsenergie in der Nähe der Probe 2. Die Signalelektronen 32 (Sekundärelektronen 32-1, rückgestreute Elektronen 32-2), die erzeugt werden, wenn der Primärelektronenstrahl 31 eingestrahlt wird, laufen von der Oberfläche der Probe 2 in Richtung der Elektronenkanone 29 weiter. Weil der Streumagnetfeld in der Nähe der Probe 2 eintaucht, wenn die Objektivlinse im Magnetfeld ein Halb-in-der-Linse-Typ ist, haben bei einem Vergleich der Sekundärelektronen 32-1 und der rückgestreuten Elektronen 32-2, die von der Probe 2 in der gleichen Winkelrichtung emittiert werden, die rückgestreuten Elektronen mit einer qualitativ höheren Energie eine geringere Wahrscheinlichkeit, durch das Linsenfeld konvergiert zu werden als die Sekundärelektronen 32-1, weshalb die Sekundärelektronen 32-1 Bahnen annehmen, die näher zur optischen Achse 1 liegen als jene der rückgestreuten Elektronen 32-2. Andererseits nehmen die rückgestreuten Elektronen 32-2, weil sie eine höhere Energie haben als die Sekundärelektronen 32-1, Bahnen an, die weiter entfernt von der optischen Achse sind als jene der Sekundärelektronen 32-1. Daher ist es, indem die Abmessung des im Szintillator 9-1 bereitgestellten Durchgangslochs 45 so festgelegt wird, dass die meisten Sekundärelektronen 32-1 mit einer Energie von höchstens 50 eV das Durchgangsloch 45 passieren, möglich, die von der Beschleunigungsröhre 5 beschleunigten und nahezu in Richtung des mittleren Winkels unter den rückgestreuten Elektronen 32-2, welche die Objektivlinse 4-1 passiert haben und in den Gehäusezylinder des Rasterelektronenmikroskops weiter gelaufen sind, wie in 1B dargestellt ist, selektiv zu detektieren. Durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Konfiguration und das Detektieren der im Winkelbereich in der Nähe des 45-Grad-Elevationswinkels enthaltenen rückgestreuten Elektronen mit hoher Ausbeute getrennt von den Sekundärelektronen ist es möglich, ein Rasterelektronenmikroskop bereitzustellen, das in der Lage ist, ein selektives Detektionsbild der rückgestreuten Elektronen oder der Signalelektronen, die sich daraus ergeben, selbst dann mit einem ausreichenden Kontrast zu erhalten, wenn die Stromstärke des eingestrahlten Elektronenstrahls niedrig ist.
Die Rückstreuelektronendetektoren 9 sind näher an der Probe 2 angeordnet als der Ablenker 10, der bereitgestellt ist, um den Primärelektronenstrahl 31 auf der Probe 2 abzulenken. Weil die rückgestreuten Elektronen 32-2 detektiert werden, ohne dass sie durch einen Bereich eines Ablenkfelds hindurchtreten, kann ein Abschattungseinfluss vermieden werden, der einen abnormen Kontrast des Detektionsbilds infolge der Ablenkung der Bahnen hervorruft.
Wie in 1B dargestellt ist, ist der Sekundärelektronendetektor 8 näher bei der Elektronenkanone 29 installiert als der Rückstreuelektronendetektor 9. Die Signalelektronen, die der Elektronenquelle näher kommen als der Rückstreuelektronendetektor 9, schließen die bei den niedrigen Winkelrichtungen und teilweise mittleren Winkelrichtungen emittierten rückgestreuten Elektronen 32-2, die nicht vom Rückstreuelektronendetektor 9 detektiert werden, zusätzlich zu den Sekundärelektronen 32-1, ein, die Sekundärelektronen 32-1 sind jedoch in Bezug auf die Ausbeute vorherrschend (etwa 1/10 im Gesamtanteil), und es wird daher erwartet, dass ein durch Detektieren dieser Signalelektronen erzeugtes Bild hauptsächlich Informationen der Sekundärelektronen reflektieren sollte.
Wenngleich diese Ausführungsform unter Annahme eines Falls erklärt wurde, dass die Probe das Erdungspotential aufwies, können die rückgestreuten Elektronen 32-2 selbst dann auf der Grundlage eines ähnlichen Prinzips detektiert werden, wenn das Verzögerungsverfahren des Anlegens einer negativen Spannung an den Probenhalter 3 unter der vorstehend erwähnten Bedingung verwendet wird, um die Aberration im Bereich niedriger Beschleunigung weiter zu verringern. Wenn die Verzögerungsspannung angelegt wird, werden die Signalelektronen durch das zwischen dem magnetischen Pfad der Objektivlinse 4-1 und der Probe 2 gebildete Verzögerungsfeld beschleunigt. Auf diese Weise ändert sich, wenn die Verzögerungsspannung angelegt wird, die Detektionsempfindlichkeit des Detektors in der Beschleunigungsröhre 5 selbst dann nicht, wenn die an die Beschleunigungsröhre 5 angelegte Spannung um die Verzögerungsspannung niedriger ist. Allerdings ändert sich der Winkelbereich der zu detektierenden rückgestreuten Elektronen 32-2, weil die Bahnen der Signalelektronen durch das Anlegen der Verzögerungsspannung und das Ändern der an die Beschleunigungsröhre 5 angelegten Spannung geändert werden.
Wenn die Beobachtung einer biologischen Probe unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform durch Legen der Bestrahlungsenergie auf 1 keV und des Sondenstroms auf 10 pA bis 100 pA ausgeführt wurde, wurden die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen mit guten Ergebnissen selektiv detektiert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform das Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitstellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren, indem die Signalelektronen verwendet werden, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, welcher eine hohe Ausbeute aufweist.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine zweite Ausführungsform wird mit Bezug auf die 5A bis 5C erklärt. Es sei bemerkt, dass Gegenstände, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, in dieser Ausführungsform jedoch nicht beschrieben werden, auch auf diese Ausführungsform angewendet werden können, es sei denn, dass etwas anderes dargelegt wird. 5A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform.
Diese Figur zeigt die Komponenten vom Probenhalter 3 bis zum Sekundärelektronendetektor 8, die aus dem System des Rasterelektronenmikroskops entnommen wurden, welches aus der Elektronenkanone 29, der Beschleunigungselektrode 28, der Sammellinse 27, der Blende 26, der als Objektivlinse dienenden Elektronenlinse, der Beschleunigungsröhre 5 für Elektronen, dem Ablenker 10, dem Detektor 8 für Sekundärelektronen, dem Detektor 9 für rückgestreute Elektronen, dem Probenhalter 3, auf dem die Probe 2 angeordnet wird, dem Probenhalterbewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 3, um den Beobachtungsbereich zu bestimmen, der Anzeigevorrichtung für ein SEM-Bild, der Steuereinrichtung, welche das gesamte SEM steuert, der Vakuumpumpeinrichtung und dergleichen besteht. Als Elektronenkanone 29 können verschiedene Typen von Elektronenkanonen, wie CFE-, SE- und Thermionische-Emission-Elektronenkanonen, verwendet werden. Wie in 5A dargestellt ist, befinden sich der Ablenker 10 und der Sekundärelektronendetektor 8 dichter bei der Elektronenkanone 29 als der Rückstreuelektronendetektor 9.
Gemäß dieser Ausführungsform besteht die Objektivlinse des Rasterelektronenmikroskops aus der magnetischen Linse und einer elektrostatischen Linse und ist die magnetische Linse von einem Außerhalb-der-Linse-Typ 4-2, welche die Probe nicht in das Magnetfeld eintaucht. Weil die Linsenhauptebene der magnetischen Linse anders als beim gemäß der ersten Ausführungsform beschriebenen Halb-in-der-Linse-Typ von der Probe beabstandet ist, ist die Magnetfeldstärke auf der Achse in der Nähe der Probe 2 niedriger als im Fall der Objektivlinse vom Halb-in-der-Linse-Typ. Dies ermöglicht eine Beobachtung einer magnetischen Probe. Wie in 5A dargestellt ist, ist die Beschleunigungsröhre 5, die als die Elektronentransporteinrichtung bereitgestellt ist, als eine zylindrische Elektrode entlang dem oberen magnetischen Pfad der Objektivlinse 4-2 im Raumbereich angeordnet, der im Spalt zwischen dem oberen magnetischen Pfad der Objektivlinse 4-2 und der optischen Achse 1 reserviert ist. An die Beschleunigungsröhre 5 wird durch die Leistungsquelle 6-1 eine positive Spannung von mindestens 1 kV angelegt, und der offene Endabschnitt der Beschleunigungsröhre 5 auf der Seite der Probe 2 ist so eingerichtet, dass er sich bis in die Nähe der Probe 2 erstreckt, um das Linsenfeld des Verzögerungsfelds zu bilden (siehe 5B oder 5C), was ausreichend zur Verringerung der Linsenaberration im Bereich niedriger Beschleunigung von höchstens 3 kV im dazwischen liegenden Raum beitragen kann, wobei die Probe das Erdungspotential aufweist.
Der Isolator (nicht dargestellt) ist im Spalt zwischen der Objektivlinse 4-2 und der Beschleunigungsröhre 5 bereitgestellt, um sie elektrisch zu isolieren. Gemäß dieser Ausführungsform, wie in 5A dargestellt ist, wird eine Erklärung in Bezug auf ein Verfahren zum Detektieren der Signalelektronen 32 (Sekundärelektronen 32-1, rückgestreuten Elektronen 32-2) in dem Fall gegeben, in dem die Beschleunigungsröhre 5 teilweise in der Nähe der Objektivlinse 4-2 bereitgestellt ist, das Verfahren zum Detektieren der Signalelektronen ist jedoch in einem Fall das gleiche, in dem sich der Installationsbereich der Beschleunigungsröhre 5 bis in die Nähe der Elektronenkanone 29 erstreckt. Es sei bemerkt, dass der ET-Detektor wie gemäß der ersten Ausführungsform in der Konfiguration des Elektronendetektors 9 verwendet wird. Die Form des Szintillators 9-1, die Konfiguration und die Anordnung des Lichtleiters 9-2 und des PMT 9-3 gleichen jenen gemäß der ersten Ausführungsform.
Das Prinzip des Verfahrens zum selektiven Detektieren der rückgestreuten Elektronen wird unter Verwendung der 5B und 5C erklärt. Das zwischen der Beschleunigungsröhre 5 und der Probe 2 gebildete Verzögerungsfeld 7 ist durch eine in den 5B und 5C dargestellte Äquipotentialfläche gekennzeichnet.
Die von der am Probenhalter 3 befestigten Probe 2 emittierten Signalelektronen schließen die Sekundärelektronen 32-1 und die rückgestreuten Elektronen 32-2 ein. Die Pfeilrichtungen sind lediglich Beispiele von Bewegungsrichtungen der eine Energie aufweisenden Signalelektronen, und die Signalelektronen werden nicht nur in diese Richtungen sondern auch in viele andere Richtungen emittiert. Die an der Probe 2 erzeugten Signalelektronen weisen, wie in 22 dargestellt, eine Energie von weniger als 50 eV für die Sekundärelektronen 32-1, größer oder gleich 50 eV und kleiner oder gleich der Bestrahlungsenergie für die rückgestreuten Elektronen 32-2 auf.
Beispielsweise wird der Brennpunkt auf der Probe 2 durch Anlegen der positiven Spannung von 8 kV an die Beschleunigungsröhre 5 unter Verwendung der Leistungsquelle 6-1 und Einstellen der Linsenvergrößerung der magnetischen Linse 4-2 eingestellt. Auf diese Weise kann eine Verringerung des Aberrationskoeffizienten insbesondere im Bereich niedriger Beschleunigung bei einer Beschleunigungsspannung von höchstens 3 kV erwartet werden. Anders als gemäß der ersten Ausführungsform ist das Streumagnetfeld in der Nähe der Probe 2 kleiner, wenn die magnetische Linse 4-2 vom Außerhalb-der-Linse-Typ verwendet wird, und die Konvergenzwirkung des Verzögerungsfelds 7 wird hauptsächlich in der magnetischen Linse 4-2 im Bereich niedriger Beschleunigung von höchstens 3 kV verwendet. Demgemäß empfangen die Sekundärelektronen 32-1 mit einer Energie von höchstens 50 eV, welche sich in entgegengesetzter Richtung zum durch die Probe 2 erzeugten Primärelektronenstrahl 31 bewegen, durch die Konvergenzwirkung des Verzögerungsfelds 7 eine ausreichende Konvergenzwirkung, die Konvergenzfähigkeit ist jedoch nicht hoch genug, um die rückgestreuten Elektronen 32-2 mit einer hohen Energie von mindestens 1 keV zu konvergieren. Daher laufen, wie in 5B dargestellt ist, die meisten in der niedrigen Winkelrichtung erzeugten rückgestreuten Elektronen 32-2 nicht in die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops weiter, und die rückgestreuten Elektronen 32-2, welche in die Beschleunigungsröhre 5 weiter laufen, werden auf die rückgestreuten Elektronen 32-2 beschränkt, die von der hohen Winkelrichtung bis zur mittleren Winkelrichtung erzeugt werden. Weil andererseits eine ausreichende Linsenwirkung durch das Verzögerungsfeld 7 auf die Sekundärelektronen 32-1 einwirkt, werden die meisten im vollen Winkelbereich erzeugten Sekundärelektronen 32-1 konvergiert und laufen beim kurzen Arbeitsabstand von typischerweise 5 mm durch die Beschleunigungsröhre 5, wie in 5C dargestellt ist.
Wir vorstehend beschrieben, schließen die durch die Beschleunigungsröhre 5 laufenden Signalelektronen die im vollen Winkelbereich enthaltenen Sekundärelektronen 32-1 und die in der hohen Winkelrichtung bis zur mittleren Winkelrichtung erzeugten rückgestreuten Elektronen 32-2 ein. Die rückgestreuten Elektronen 32-2 nehmen, verglichen mit den Bahnen der in der gleichen Winkelrichtung emittierten Signalelektronen Bahnen ein, die weiter weg von der optischen Achse 1 liegen als die Sekundärelektronen 32-1, weil die rückgestreuten Elektronen 32-2 eine höhere Energie haben als die Sekundärelektronen 32-1. Die Differenz zwischen den Bahnen ist in Bezug auf die in der hohen Winkelrichtung der Probe emittierten Signalelektronen kleiner, die Differenz zwischen den Bahnen scheint jedoch bei den in Richtung des niedrigen Winkels emittierten Signalelektronen größer zu sein. Daher ist es wie gemäß der ersten Ausführungsform für die durch den Rückstreuelektronendetektor 9 detektierten Signalelektronen durch Festlegen der Abmessung des im Szintillator 9-1 bereitgestellten Elektronendurchgangslochs 45, so dass ermöglicht wird, dass die meisten (möglicherweise alle) Sekundärelektronen 32-1 durch das Durchgangsloch 45 hindurchtreten, das im Szintillator 9-1 bereitgestellt ist, so dass die in der niedrigen Winkelrichtung emittierten Sekundärelektronen 32-1, die in die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops weiter laufen, eine erheblich geringere Zahl aufweisen als die rückgestreuten Elektronen, möglich, selektiv jene zu detektieren, die unter den rückgestreuten Elektronen 32-2, die durch die Objektivlinse 4-2 hindurchgetreten sind und in die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops gelaufen sind, in der mittleren Winkelrichtung emittiert werden.
Wenn die Beobachtung der magnetischen Probe unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform durch Legen der Bestrahlungsenergie auf 1 keV und des Sondenstroms auf 10 pA bis 100 pA ausgeführt wurde, wurden die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen mit guten Ergebnissen selektiv detektiert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform das Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitstellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren, indem die Signalelektronen verwendet werden, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, welcher eine hohe Ausbeute aufweist. Es ist auch möglich, einen magnetischen Körper unter Verwendung der magnetischen Linse vom Außerhalb-der-Linse-Typ als Objektivlinse zu beobachten.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine dritte Ausführungsform wird mit Bezug auf die 6 bis 15 erklärt. Es sei bemerkt, dass die in der ersten oder zweiten Ausführungsform, jedoch nicht in dieser Ausführungsform beschriebenen Gegenstände auch auf diese Ausführungsform angewendet werden können, es sei denn, dass etwas anderes dargelegt wird. 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform.
Diese Figur zeigt die Komponenten vom Probenhalter 3 bis zum Sekundärelektronendetektor 8, die aus dem System des Rasterelektronenmikroskops entnommen wurden, welches aus der Elektronenkanone 29, der Beschleunigungselektrode 28, der Sammellinse 27, der Blende 26, der als Objektivlinse dienenden Elektronenlinse, der Beschleunigungsröhre 5 für Elektronen, dem Ablenker 10, dem Detektor 8 für Sekundärelektronen, dem Detektor 9 für rückgestreute Elektronen, dem Probenhalter 3, auf dem die Probe 2 angeordnet wird, dem Probenhalterbewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 3, um den Beobachtungsbereich zu bestimmen, der Anzeigevorrichtung für ein SEM-Bild, der Steuereinrichtung, welche das gesamte SEM steuert, der Vakuumpumpeinrichtung und dergleichen besteht. Als Elektronenkanone 29 können verschiedene Typen von Elektronenkanonen, wie CFE-, SE- und Thermionische-Emission-Elektronenkanonen, verwendet werden. Wie in 6 dargestellt ist, sind der Ablenker 10 und der Sekundärelektronendetektor 8 näher an der Elektronenkanone 29 installiert als der Rückstreuelektronendetektor 9.
Wie gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Isolator (nicht dargestellt) im Spalt zwischen der Objektivlinse 4-2 und der Beschleunigungsröhre 5 bereitgestellt, um sie elektrisch zu isolieren. Gemäß dieser Ausführungsform wird, wie in 6 dargestellt, ein Verfahren zum Detektieren der Signalelektronen 32 (Sekundärelektronen 32-1, rückgestreute Elektronen 32-2) in dem Fall erklärt, in dem die Beschleunigungsröhre 5 teilweise in der Nähe der Objektivlinse 4-2 bereitgestellt ist, die mit der elektrostatischen Linse und der magnetischen Linse vom Außerhalb-der-Linse-Typ versehen ist, das Detektionsverfahren ist jedoch in einem Fall gleich, in dem sich der Installationsbereich der Beschleunigungsröhre 5 bis in die Nähe der Elektronenkanone 29 erstreckt. Es sei bemerkt, dass der ET-Detektor wie gemäß der zweiten Ausführungsform in der Konfiguration des Rückstreuelektronendetektors 9 verwendet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Konversionselektrode 43 zwischen der Objektivlinse 4-2 und der Probe 2 bereitgestellt, und sie wird als eine Konversionsplatte zum Erzeugen von Konversionselektronen 32-3 verwendet, welche als die Sekundärelektronen dienen, wenn die rückgestreuten Elektronen 32-2 darauf einfallen.
Die Konversionselektrode 43 ist so bereitgestellt, dass sich das Verzögerungsfeld 7 zwischen der Objektivlinse 4-2 und der Probe 2 (siehe 7 oder 8) auf der optischen Achse 1 in der Nähe der Probe 2 allmählich ändert. Gemäß dieser Ausführungsform haben sowohl die Konversionselektrode 43 als auch die Probe 2 das Erdungspotential. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist eine schräge Beobachtung der Probe schwierig, weil sich das elektrische Feld zwischen der geerdeten Probe und der Beschleunigungsröhre plötzlich ändert. Es ist auch schwierig, die optische Achse 1 der Elektronenoptik einzustellen, falls es auf der Oberfläche der Probe eine lokale Rauigkeit gibt, welche die Gleichmäßigkeit des Verzögerungsfelds 7 stören kann. In dieser Hinsicht ist gemäß dieser Ausführungsform die schräge Beobachtung der Probe 2 möglich, weil die lokale Turbulenz des Verzögerungsfelds durch Installieren der Konversionselektrode 43, welche das gleiche Potential wie die Probe 2 aufweist, minimiert werden kann.
Wenn die rückgestreuten Elektronen 32-2 durch das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform detektiert werden, können die in der mittleren Winkelrichtung bis zur niedrigen Winkelrichtung emittierten rückgestreuten Elektronen 32-2 mit einer Energie von mindestens 1 keV, die nicht in die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops weiter laufen, nicht durch die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops detektiert werden. Auf diese Weise werden zum Detektieren der rückgestreuten Elektronen 32-2 mit einer Energie von mindestens 1 keV, die unter den rückgestreuten Elektronen 32-2, die von der Probe 2 getrennt von den Sekundärelektronen 32-1 emittiert werden, in mittlerer Winkelrichtung bis niedriger Winkelrichtung emittiert werden, nur die rückgestreuten Elektronen 32-2 durch die Konversionselektrode 43 in die Konversionselektronen 32-3 umgewandelt, welche im Gehäusezylinder des Rasterelektronenmikroskops detektiert werden. Dies wird nachstehend detailliert dargelegt.
Wenn die Signalelektronen auf die Konversionselektrode 43 fallen, werden die Konversionselektronen 32-3 erzeugt. Es ist bekannt, dass die Konversionselektronen 32-3 ihre Ausbeutespitze in der Nähe einer Energie von etwa 1 keV der auf die Konversionselektrode 43 fallenden Signalelektronen aufweisen. Überdies ist es bevorzugt, einen Leiter, typischerweise Gold (Au, Atomnummer 79) als ein Material hoher Ausbeute zu verwenden, weil die Ausbeute der Konversionselektronen 32-3 vom Material der Konversionselektrode 43 abhängt. Wenngleich es unter den Isolatormaterialien viele Materialien gibt, die eine höhere Ausbeute als der Leiter aufweisen, ist es wünschenswert, den Leiter in der Konversionselektrode zu verwenden, weil es auf der Grundlage des Detektionsprinzips nicht wünschenswert ist, dass die Konversionselektrode durch das Einfallen der Signalelektronen geladen werden kann, wodurch die Ausbeute geändert werden würde. Die Konversionselektronen 32-3 in der Konversionselektrode 43 befinden sich im Bereich von etwa einigen zehn nm von der Oberfläche eines Abschnitts, auf den die Signalelektronen einfallen. Demgemäß kann ein Teil, der als die Basis der Konversionselektrode 43 vorgesehen ist, aus einem Leiter, wie Al, gebildet werden, und seine Oberfläche kann durch Dampfabscheidung oder dergleichen aus einem Film eines anderen Leiters gebildet werden, der eine höhere Konversionseffizienz aufweist. Die Filmdicke dieses Leiters mit einer hohen Effizienz beträgt vorzugsweise 50 nm oder mehr.
Wenn die Signalelektronen mit einer Energie von weniger als etwa 1 keV auf die Konversionselektrode 43 fallen, ist die in der Konversionselektrode 43 verloren gegangene Energie klein und ist die Ausbeute an den Konversionselektronen 32-3 niedrig. Demgemäß werden die Konversionselektronen 32-3 kaum erzeugt, wenn die Signalelektronen mit höchstens 50 eV auf die Konversionselektrode 43 fallen. Daher ist in dem Fall, in dem die Probe 2 und die Konversionselektrode 43 auf das gleiche Potential gelegt sind, die Einfallsenergie der auf die Konversionselektrode 43 fallenden Signalelektronen gleich der Energie bei der Erzeugung an der Probe 2, weshalb die Konversionselektronen 32-3 selbst dann kaum erzeugt werden, wenn die Sekundärelektronen 32-1 mit einer Energie von höchstens 50 eV auf die Konversionselektrode 43 einfallen können.
Das Prinzip des Verfahrens zum selektiven Detektieren der rückgestreuten Elektronen wird unter Verwendung der 7 und 8 erklärt. Die von der am Probenhalter 3 befestigten Probe 2 emittierten Signalelektronen schließen die Sekundärelektronen 32-1 und die rückgestreuten Elektronen 32-2 ein. Die Pfeilrichtungen sind lediglich Beispiele von Bewegungsrichtungen der eine Energie aufweisenden Signalelektronen, und die Signalelektronen werden nicht nur in diese Richtungen sondern auch in viele andere Richtungen emittiert. Die an der Probe 2 erzeugten Signalelektronen weisen, wie in 22 dargestellt, eine Energie von weniger als 50 eV für die Sekundärelektronen 32-1, größer oder gleich 50 eV und kleiner oder gleich der Bestrahlungsenergie für die rückgestreuten Elektronen 32-2 auf. Einige der an der Probe 2 erzeugten Signalelektronen laufen von der Oberfläche der Probe 2 in Richtung der Elektronenkanone 29 weiter.
Wenn die Bestrahlungsenergie höchstens 3 kV beträgt und die rückgestreuten Elektronen 32-2 mit einer Energie von mindestens 50 eV und höchstens 3,0 keV auf die Konversionselektrode 43 einfallen, wird erwartet, dass von jedem rückgestreuten Elektron 32-2 ein oder mehrere Konversionselektronen 32-3 erzeugt werden. Durch selektives Detektieren der Konversionselektronen in der Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops kann das von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrührende Signal erhalten werden. Dies wird nachstehend detailliert dargelegt.
Das zwischen der Beschleunigungsröhre 5 und der Konversionselektrode 43 gebildete Verzögerungsfeld 7 ist durch die in 7 dargestellte Äquipotentialfläche gekennzeichnet. Wenn ein solches Verzögerungsfeld 7 gebildet wird, empfangen die an der Oberfläche der in 7 dargestellten Konversionselektrode 43 erzeugten Konversionselektronen 32-3 entsprechend der Linsenwirkung durch das elektrische Feld eine Konvergenzwirkung zum Probenseitenöffnungsabschnitt 2 der Beschleunigungsröhre 5 hin und dann eine Divergenzwirkung, nachdem sie den Öffnungsabschnitt durchlaufen haben. Demgemäß sind die typischen Bahnen der Konversionselektronen 32-3 jene, die in 7 dargestellt sind. Überdies haben die an der Konversionselektrode 43 erzeugten Konversionselektronen 32-3 bei der Erzeugung typischerweise eine Energie von höchstens 50 eV, sie werden jedoch infolge der Potentialdifferenz zwischen der Konversionselektrode 43 und der Beschleunigungsröhre 5 beschleunigt, bevor sie eine Innenwand der Beschleunigungsröhre 5 erreichen. Demgemäß werden beispielsweise angesichts dessen, dass eine positive Spannung von 6 kV durch die Leistungsquelle 6-1 an die Beschleunigungsröhre 5 angelegt ist und Konversionselektronen 32-3 mit 3 eV an der Konversionselektrode 43 erzeugt werden, diese auf 6003 eV beschleunigt, wenn sie die Innenwand der Beschleunigungsröhre 5 erreichen. Daher können die von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrührenden Signale mit einer hohen Vervielfachung detektiert werden, indem die Konversionselektronen 32-3 unter Verwendung des in der Beschleunigungsröhre 5 installierten Rückstreuelektronendetektors 9 detektiert werden.
Andererseits laufen die meisten der an der Probe 2 erzeugten Sekundärelektronen 32-1 durch das Durchgangsloch 45 für den Primärelektronenstrahl 31, das in der Konversionselektrode 43 bereitgestellt ist, zur Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops und laufen weiter in entgegengesetzter Richtung zum Primärelektronenstrahl 31 auf den in 8 dargestellten Bahnen durch die Beschleunigungsröhre 5. Der Innendurchmesser der Konversionselektrode 43 wird hier so bestimmt, dass zumindest die meisten der Sekundärelektronen 32-1 mit einer Energie von höchstens 50 eV durch das Elektronendurchgangsloch 45 laufen. Es sei bemerkt, dass die Konversionselektronen 32-3 selbst dann kaum erzeugt werden, wenn die Sekundärelektronen 32-1 auf die Konversionselektrode 43 fallen, weil die Energie der Sekundärelektronen 32-1 aus dem vorstehend beschriebenen Grund höchstens 50 eV beträgt, wenn sie auf die Konversionselektrode 43 fallen.
Demgemäß ist es durch Anordnen des Rückstreuelektronendetektors 9 an der Innenwand der Beschleunigungsröhre 5, welche von den Konversionselektronen 32-3 erreicht wird, die von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrühren, in einem Bereich, durch den die Sekundärelektronen 32-1 innerhalb der Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops nicht hindurchtreten, möglich, die von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrührenden Signale selektiv zu detektieren. Die Form und die Anordnung des Rückstreuelektronendetektors 9 werden später beschrieben.
Die Form der Konversionselektrode 43 wird nachstehend beschrieben. Die Rolle der Konversionselektrode 43 als Erdungselektrode besteht darin, die Änderung des Verzögerungsfelds 7 auf der optischen Achse 1 in der Nähe der Probe 2 zu verringern und die Beobachtung der geneigten Probe 2 und der eine Oberflächenrauigkeit aufweisenden Probe 2 zu ermöglichen. Andererseits besteht die Rolle der Konversionselektrode 43 als Konversionsplatte darin, die Konversionselektronen 32-3 effektiv zu erzeugen, wenn die rückgestreuten Elektronen 32-2 darauf einfallen, und sie so zu emittieren, dass sie in die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops weiter laufen. Die Form und das Öffnungsverhältnis der Konversionselektrode 43 müssen festgelegt werden, um diese Funktionen zu erfüllen.
Schematische Diagramme der Konversionselektrode 43 sind in den 9 bis 12 dargestellt.
9 zeigt eine Form, bei der konzentrisch angeordnete ringförmige Konversionsplatten 44 durch einen Träger 50 befestigt sind. Die Elektrode, die der optischen Achse 1 am nächsten liegt, hat vorzugsweise eine achsensymmetrische Form, weil sie als das Durchgangsloch 45 für den Primärelektronenstrahl 31 und die Sekundärelektronen 32-1 dient. Das Öffnungsverhältnis für die Konversionselektrode 43 wird, abhängig vom Abstand zwischen den jeweiligen Konversionsplatten 44, unter Berücksichtigung der Konversionseffizienz der rückgestreuten Elektronen 32-2 bestimmt. Ein vorstellbares Beispiel für die Form der Konversionselektrode 43 ist die in 9 dargestellte Konversionselektrode 43, die einen wie in den 10 bis 12 dargestellt geformten Querschnitt aufweist. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem drei ringförmige Konversionsplatten 44 mit der gleichen Dicke in der zur optischen Achse parallelen Richtung konzentrisch angeordnet sind. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem die drei in 10 dargestellten ringförmigen Konversionsplatten 44 so angeordnet sind, dass sich die Konversionsplatte 44, die der optischen Achse näher liegt, dichter zur Probe 2 befindet. Wenn die Konversionselektrode 43 mit der in 10 dargestellten Form versehen wird, erstreckt sich die Spitze der Konversionselektrode 43 von der Spitze der Objektivlinse 4-2 zur Probe hin, wodurch der kurze Arbeitsabstand selbst dann beibehalten wird, wenn die geneigte Probe 2 beobachtet wird. Wenn überdies in einem Fall, in dem die Form wie in 10 oder 11 dargestellt ist, ein bestimmter Arbeitsabstand, insbesondere ein großer Arbeitsabstand, festgelegt wird, können wahrscheinlich einige der rückgestreuten Elektronen 32-2 direkt in die Beschleunigungsröhre 5 des Rasterelektronenmikroskops weiter laufen, ohne auf die Konversionsplatte zu fallen. Um dies zu verhindern, ist die in 12 dargestellte Querschnittsform erwünscht, welche eine Konfiguration erreicht, bei der die rückgestreuten Elektronen 32-2 auf die Konversionsplatte 44 fallen, wodurch die Konversionselektronen 32-3 selbst dann leicht erzeugt werden, wenn sich der Arbeitsabstand ändert.
13 zeigt eine Form, bei der die Konversionselektrode 43 mit dem Durchgangsloch 45 für den Primärelektronenstrahl 31 und einer großen Anzahl der Konversionslöcher 44 für die rückgestreuten Elektronen 32-2 versehen ist. Wenn die Querschnittsform der Konversionselektrode 43 in diesem Fall so ausgelegt wird, wie in den 10 bis 12 dargestellt ist, kann eine ähnliche Wirkung wie die vorstehend erwähnte erwartet werden. Die Form der Konversionselektrode 43 ist nicht auf die in den 9 bis 12 dargestellten Formen beschränkt, sondern es können ähnliche Formen, welche die gleiche Funktionsweise haben, damit gleichgesetzt werden. Bei einer verhältnismäßig hohen Beschleunigungsspannung von mindestens 5 keV können die rückgestreuten Elektronen 32-2, die an der ersten Konversionselektrode Energie verloren haben, durch Überlagern mehrerer der in den 9 bis 13 dargestellten Konversionselektroden die Konversionselektronen 32-3 an der zweiten und den späteren Konversionselektroden leicht emittieren, wodurch eine ähnliche Konversionswirkung wie bei den rückgestreuten Elektronen 32-2 erwartet werden kann.
Die Form des den Rückstreuelektronendetektor 9 bildenden Szintillators 9-1 wird nachstehend beschrieben. Wie gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform muss der Szintillator im Bereich auf den Bahnen installiert werden, wo die Sekundärelektronen sich nicht hindurchbewegen und sich nur die von den rückgestreuten Elektronen herrührenden Konversionselektronen hindurchbewegen. Daher kann der Szintillator 9-1 wie gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform die in 2 oder 3 dargestellte Form aufweisen.
Wenn die Konversionselektronen 32-3 unter Verwendung des Rückstreuelektronendetektors 9 in der Beschleunigungsröhre 5 detektiert werden, kann der Ankunftspunkt jedes Konversionselektrons 32-3 in der Beschleunigungsröhre 5 von der Verteilung des Verzögerungsfelds 7, vom Erzeugungspunkt des Konversionselektrons 32-3, von der Energie zur Zeit der Erzeugung und vom Emissionswinkel abhängen. Wenn der Szintillator 9-1 demgemäß mit einer in 2 oder 3 dargestellten Form versehen wird, muss die Abmessung des im Szintillator 9-1 bereitgestellten Durchgangslochs 45 für den Primärelektronenstrahl 31 so festgelegt werden, dass die meisten Sekundärelektronen 32-1 davon durchgelassen werden und allein der größte Teil der Konversionselektronen 32-3 detektiert wird. Wenn sich eine Beobachtungsbedingung in der Art der Linsenvergrößerung im Magnetfeld oder des Arbeitsabstands ändert, können sich auch die Bahnen der Sekundärelektronen 32-1 ändern, weshalb die Abmessung des Durchgangslochs 45 für den Primärelektronenstrahl 31 größer gesetzt werden muss. Andererseits wird durch Vergrößern der Abmessung des Durchgangslochs 45 die Detektionseffizienz der Konversionselektronen 32-3 verringert, was nicht erwünscht ist. Um dies zu verhindern, ist eine in den 14 und 15 dargestellte Form des Szintillators 9-1 bevorzugt. Bei dieser Form sind mehrere Szintillatoren, die wie in 3 dargestellt geformt sind, in Richtung der optischen Achse 1 verbunden. Verglichen mit dem Fall der in den 2 und 3 dargestellten Szintillatoren ermöglicht dies, dass die Konversionselektronen detektiert werden, die in einen größeren Bereich der Innenwand der Beschleunigungsröhre 5 in der Nähe ihres offenen Endes auf der Probenseite gelangen, während ein größerer Öffnungsdurchmesser des Durchgangslochs 45 für den Primärelektronenstrahl 31 und die Sekundärelektronen 32-1 beibehalten wird. Auf diese Weise ist eine hohe Detektionseffizienz der Konversionselektronen 32-3 verfügbar, wodurch ein Bild der rückgestreuten Elektronen 32-2 erhalten werden kann, das einen ausreichenden Kontrast aufweist.
Wenn die Beobachtung der biologischen Probe unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform durch Legen der Bestrahlungsenergie auf 3 keV und des Sondenstroms auf 10 pA bis 100 pA ausgeführt wurde, wurden die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen mit guten Ergebnissen selektiv detektiert. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform das Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitstellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren, indem die Signalelektronen verwendet werden, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, welcher eine hohe Ausbeute aufweist. Es ist auch möglich, die von den rückgestreuten Elektronen herrührenden Signale mit einer hohen Vervielfachung durch die Verwendung der Konversionselektrode zu detektieren.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine vierte Ausführungsform wird mit Bezug auf die 16 bis 19 erklärt. Es sei bemerkt, dass die in beliebigen von der ersten bis dritten Ausführungsform, jedoch nicht dieser Ausführungsform beschriebenen Gegenstände auch auf diese Ausführungsform angewendet werden können, es sei denn, dass etwas anderes dargelegt wird. 16 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform.
Diese Figur zeigt die Konfiguration des Rückstreuelektronendetektors 9, der aus dem System des Rasterelektronenmikroskops entnommen ist, welches aus der Elektronenkanone 29, der Beschleunigungselektrode 28, der Sammellinse 27, der Blende 26, der als die Objektivlinse dienenden Elektronenlinse, der Beschleunigungsröhre 5 für Elektronen, dem Ablenker 10, dem Sekundärelektronendetektor 8 und dem Rückstreuelektronendetektor 9, dem Probenhalter 3, auf dem die Probe 2 angeordnet wird, dem Probenhalterbewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 3, um den Beobachtungsbereich zu bestimmen, der Anzeigevorrichtung für ein SEM-Bild, der Steuereinrichtung, die das gesamte SEM steuert, der Vakuumpumpeinrichtung und dergleichen besteht.
Ein Fall einer Konfiguration, die von der dritten Ausführungsform verschieden ist, wird unter Verwendung des Rückstreuelektronendetektors 9 auf der Grundlage des in der dritten Ausführungsform beschriebenen Prinzips des ET-Detektors erklärt. Diese Ausführungsform verwendet eine optische Faser 51 (siehe 18) mit einem Durchmesser von einigen mm als Lichtleiter 9-2. Eine Anordnung der optischen Faser 51 in der Beschleunigungsröhre 5 ist in 17 dargestellt. Sie ist entlang der Innenwand der Beschleunigungsröhre 5 helixförmig angeordnet. Wie in 18 dargestellt ist, ist die Oberfläche der optischen Faser 51 relativ gleichmäßig am Pulverszintillator 9-1 befestigt, dessen Oberfläche mit einem Film aus einem Leiter 48 in der Art von Al versehen ist, und der Abschnitt des Leiters 48 ist elektrisch so angeschlossen, dass er das gleiche Potential wie die Beschleunigungsröhre 5 aufweist. Es sei bemerkt, dass, weil der PMT 9-3 und die Beschleunigungsröhre 5 elektrisch isoliert sein müssen, ein Abschnitt 90, auf dem sich ein Leiter befindet, auf den Abschnitt beschränkt ist, der in der Beschleunigungsröhre 5 unterzubringen ist, wie in den 17 und 18 dargestellt ist.
Die Signalelektronen 32, die sich in die Beschleunigungsröhre 5 weiter bewegt haben, emittieren Licht, wenn sie auf den Szintillator 9-1 fallen, und wenn dieses Licht 49 in die optische Faser 51 eintritt, wiederholt ein Teil des Lichts eine Totalreflexion und erreicht den PMT 9-3. Dies ermöglicht die Detektion auf der Grundlage eines ähnlichen Prinzips wie gemäß der dritten Ausführungsform. Eine solche Konfiguration des Detektors macht es unnötig, ein Loch für den magnetischen Pfad 40 der magnetischen Objektivlinse bereitzustellen, um den Lichtleiter zu durchdringen, und die Verwendung der optischen Faser 51 kann den Freiheitsgrad für das Festlegen des Lichtleiters 9-2 verbessern.
Um eine ähnliche Wirkung zu erhalten, können die Abschnitte der optischen Faser 51 und des Szintillators 9-1 durch eine szintillierende Faser 52 ersetzt werden. Die szintillierende Faser 52 selbst kombimniert die Rollen sowohl des Szintillators als auch des Lichtleiters, wobei sie eine in 19 dargestellte Querschnittsform aufweist. Durch Versehen der Oberfläche mit dem Leiterfilm 48, beispielsweise aus Al, wie in 19 dargestellt ist, und elektrisches Anschließen des Abschnitts des Leiters 48, so dass er das gleiche Potential wie die Beschleunigungsröhre 5 hat, kann eine Detektion auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen Detektionsprinzips ausgeführt werden. Weil die gesamte Faser aus einem fluoreszierenden Material besteht, wird erwartet, dass sie im Allgemeinen eine gleichmäßigere Empfindlichkeit aufweist als im Fall der Beschichtung der Oberfläche der optischen Faser mit dem Pulverszintillator.
Es sei bemerkt, dass diese Ausführungsform als der Rückstreuelektronendetektor 9 gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann.
Wenn die Beobachtung der biologischen Probe unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform durch Legen der Bestrahlungsenergie auf 3 keV und des Sondenstroms auf 10 pA bis 100 pA ausgeführt wurde, wurden die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen mit guten Ergebnissen selektiv detektiert. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform das Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitstellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren, indem die Signalelektronen verwendet werden, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, welcher eine hohe Ausbeute aufweist. Es ist auch möglich, den Freiheitsgrad für das Festlegen des Lichtleiters durch die Verwendung der optischen Faser zu verbessern.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine fünfte Ausführungsform wird mit Bezug auf 20 erklärt. Es sei bemerkt, dass die in beliebigen von der ersten bis vierten Ausführungsform, jedoch nicht dieser Ausführungsform beschriebenen Gegenstände auch auf diese Ausführungsform angewendet werden können, es sei denn, dass etwas anderes dargelegt wird. 20 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform.
Diese Figur zeigt die Komponenten vom Probenhalter 3 bis zum Sekundärelektronendetektor 8, die aus dem System des Rasterelektronenmikroskops entnommen sind, das aus der Elektronenkanone 29, der Beschleunigungselektrode 28, der Sammellinse 27, der Blende 26, der als Objektivlinse dienenden Elektronenlinse, der Beschleunigungsröhre 5 für Elektronen, dem Ablenker 10, dem Sekundärelektronendetektor 8 und dem Rückstreuelektronendetektor 9, dem Probenhalter 3, auf dem die Probe 2 angeordnet wird, dem Probenhalterbewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 3, um den Beobachtungsbereich zu bestimmen, der Anzeigevorrichtung für ein SEM-Bild, der Steuereinrichtung, welche das gesamte SEM steuert, der Vakuumpumpeinrichtung und dergleichen besteht.
Wenngleich der in der Beschleunigungsröhre 5 installierte Rückstreuelektronendetektor 9 als Detektor vom ET-Typ beschrieben wurde, welcher gemäß der dritten Ausführungsform aus dem Szintillator 9-1, dem Lichtleiter 9-2 und dem PMT 9-3 besteht, kann als ein anderer Typ des Rückstreuelektronendetektors 9 ein Plattendetektor in der Art eines MCP-(Mikrokanalplatten)-Detektors, ein Festkörperdetektor, der durch einen p-n-Übergang oder einen p-i-n-Übergang gebildet ist, oder ein Lawinendiodendetektor, der mit einem Lawinenverstärkungsmechanismus versehen ist, verwendet werden. Für die Detektorform ist, wie in 20 dargestellt ist, eine Form erwünscht, bei der sich das Durchgangsloch für die Elektronen im Zentrum des Detektors befindet.
Eine Anode des Detektors 9 ist elektrisch mit der Beschleunigungsröhre 5 verbunden und auf das gleiche Potential gelegt wie die durch die Leistungsquelle 6-1 an die Beschleunigungsröhre 5 angelegte positive Spannung. Eine solche Konfiguration benötigt einen Wandlungsverstärker, um die in die Anode des Detektors 9 fließenden Elektronen in Signale umzuwandeln. Ein Stromsignal, das von der Anode detektiert wird, an die eine hohe Spannung von einigen kV angelegt ist, wird in ein Spannungssignal in einem schwebenden Zustand umgewandelt, und das resultierende Spannungssignal wird durch einen Isolationsverstärker auf das Erdungspotential reduziert, um es als das Spannungssignal auszugeben. Für den Anschluss eines solchen Verstärkers wird unabhängig davon, welcher der vorstehend angeführten Detektoren gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, eine ähnliche Schaltungskonfiguration verwendet.
Bei Verwendung dieser Detektoren sind der Lichtleiter und der PMT nicht erforderlich, und es ist nicht mehr wie gemäß der vierten Ausführungsform nötig, das Loch zum Durchdringen des magnetischen Pfads 40 der magnetischen Objektivlinse bereitzustellen, wodurch der Freiheitsgrad für das Festlegen des Detektors verbessert werden kann.
Um den Detektor beim Erdungspotential ohne die Verwendung des vorstehend erwähnten Verstärkers zu verwenden, kann die Beschleunigungsröhre 5 auf das Erdungspotential gesetzt werden, und es kann in einem Verzögerungszustand, in dem an die Konversionselektrode 43, die Probe 2 und den Probenhalter 3 durch die Leistungsquelle 6-2 ein negatives Potential von mindestens 1 kV angelegt wird, ein ähnliches Verzögerungsfeld erzeugt werden.
Es sei bemerkt, dass diese Ausführungsform als der Rückstreuelektronendetektor 9 gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann.
Wenn die Beobachtung der biologischen Probe unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform durch Legen der Bestrahlungsenergie auf 3 keV und des Sondenstroms auf 10 pA bis 100 pA ausgeführt wurde, wurden die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen mit guten Ergebnissen selektiv detektiert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform das Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitstellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren, indem die Signalelektronen verwendet werden, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, welcher eine hohe Ausbeute aufweist. Es ist auch möglich, den Freiheitsgrad für das Festlegen des Detektors durch die Verwendung des Plattendetektors, des Festkörperdetektors oder des Lawinendiodendetektors als Rückstreuelektronendetektor zu verbessern.
SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine sechste Ausführungsform wird mit Bezug auf 21 erklärt. Es sei bemerkt, dass die in beliebigen von der ersten bis fünften Ausführungsform, jedoch nicht dieser Ausführungsform beschriebenen Gegenstände auch auf diese Ausführungsform angewendet werden können, es sei denn, dass etwas anderes dargelegt wird. 21 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform.
Diese Figur zeigt die Komponenten vom Probenhalter 3 bis zum Sekundärelektronendetektor 8, die aus dem System des Rasterelektronenmikroskops entnommen sind, das aus der Elektronenkanone 29, der Beschleunigungselektrode 28, der Sammellinse 27, der Blende 26, der als Objektivlinse dienenden Elektronenlinse, der Beschleunigungsröhre 5 für Elektronen, dem Ablenker 10, dem Sekundärelektronendetektor 8 und zwei Rückstreuelektronendetektoren 9-A und 9-B, dem Probenhalter 3, auf dem die Probe 2 angeordnet wird, dem Probenhalterbewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 3, um den Beobachtungsbereich zu bestimmen, der Anzeigevorrichtung für ein SEM-Bild, einem Signalverarbeitungssystem zum Hinzufügen oder Subtrahieren von Ausgangssignalen der Rückstreuelektronendetektoren 9-A und 9-B, der Steuereinrichtung, welche das gesamte SEM steuert, der Vakuumpumpeinrichtung und dergleichen besteht.
Es ist bevorzugt, dass die Rückstreuelektronendetektoren 9-A und 9-B in der Beschleunigungsröhre 5 liniensymmetrisch in Bezug auf die optische Achse 1 angeordnet werden und dass der Szintillator 9-1 die in 4 dargestellte Form aufweist. Wie in der vierten Ausführungsform erklärt, ist die Objektivlinse die magnetische Linse, der das Verzögerungsfeld 7 überlagert ist, wobei sie so ausgelegt ist, dass die Hauptebene der magnetischen Linse der Probenseite 2 am unteren Ende des Rückstreuelektronendetektors 9 in der Beschleunigungsröhre 5 näher liegt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird durch Ausführen der Detektion, bevor die von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrührenden Konversionselektronen 32-3 die Rückstreuelektronendetektoren 9-A und 9-B erreichen, unter der Bedingung, dass sie durch die Linsenwirkung der magnetischen Linse 4-2 vom Außerhalb-der-Linse-Typ nicht oder nur wenig beeinflusst werden, eine Drehung der Konversionselektronen 32-3 um die optische Achse, die am Durchgang durch die magnetische Linse beteiligt ist, vermieden, und die Konversionselektronen 32-3 werden detektiert, während die Winkelrichtung des Azimutwinkels gleich jener bei der Erzeugung der rückgestreuten Elektronen 32-2 gehalten wird. Demgemäß können die Detektionsinformationen, die von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrühren, durch Verarbeiten der Detektionssignale der beiden Rückstreuelektronendetektoren 9-A und 9-B unter Verwendung eines Signalverarbeitungssystems (nicht dargestellt) betont werden. Das heißt, dass unter der Annahme, dass eine Ausgabe vom Rückstreuelektronendetektor 9-A SA ist und eine Ausgabe vom Rückstreuelektronendetektor 9-B SB ist, die Zusammensetzungsinformationen durch ein Betriebssignal S_A + S_B betont werden können und die Rauigkeitsinformationen durch ein Betriebssignal S_A – S_B betont werden können. Gemäß dieser Ausführungsform werden die von den rückgestreuten Elektronen 32-2 herrührenden Konversionselektronen 32-3 in der Beschleunigungsröhre 5 beschleunigt, um detektiert zu werden, weshalb die Signaloperation ausgeführt wird, während die Vervielfachung des Rückstreuelektronendetektors 9 reserviert wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein Bild zu erhalten, das die Zusammensetzungsinformationen und die Rauigkeitsinformationen mit ausreichendem Kontrast gleichzeitig betont.
Wenn die Beobachtung der magnetischen Probe unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform ausgeführt wurde, während die Bestrahlungsenergie auf 3 keV gelegt war und der Sondenstrom auf 10 pA bis 100 pA gelegt war, wurden die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen durch Betonen der Rauigkeitsinformationen oder der Zusammensetzungsinformationen mit guten Ergebnissen selektiv detektiert. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform das Rasterelektronenmikroskop niedriger Beschleunigung bereitstellen, das in der Lage ist, die rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen trotz des niedrigen Sondenstroms selektiv zu detektieren, indem die Signalelektronen verwendet werden, die im mittleren Winkelbereich enthalten sind, welcher eine hohe Ausbeute aufweist. Es ist auch möglich, die sich aus den rückgestreuten Elektronen ergebenden Detektionsinformationen zu betonen, indem zwei Rückstreuelektronendetektoren in einer liniensymmetrischen Anordnung in Bezug auf die optische Achse angeordnet werden und eine Konfiguration gebildet wird, bei der die Hauptebene der magnetischen Linse näher zur Elektronenkanone liegt als das probenseitige untere Ende des Rückstreuelektronendetektors.
Bezugszeichenliste

1: Optische Achse
2: Probe
3: Probenhalter
4-1: Magnetische Linse vom Halb-in-der-Linse-Typ
4-2: Magnetische Linse vom Außerhalb-der-Linse-Typ
5: Beschleunigungsröhre
6-1: Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die Beschleunigungsröhre
6-2: Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die Probe
7: Verzögerungsfeld
8: Sekundärelektronendetektor
9: Rückstreuelektronendetektor
9-1: Szintillator (Detektorebene) des Rückstreuelektronendetektors
9-2: Lichtleiter des Rückstreuelektronendetektors
9-3: Photoelektronenvervielfacherröhre (PMT) des Rückstreuelektronendetektors
9-A: Rückstreuelektronendetektor A
9-B: Rückstreuelektronendetektor B
10: Ablenker
26: Blende
27: Sammellinse
28: Beschleunigungselektrode
29: Elektronenkanone
30: Elektronenoptische Säule
31: Primärelektronenstrahl
32: Signalelektronen
32-1: Sekundärelektronen
32-2: Rückgestreute Elektronen
32-3: Konversionselektronen, die von rückgestreuten Elektronen herrühren
40: Magnetischer Pfad der magnetischen Linse
43: Konversionselektrode
44: Konversionsplatte
45: Durchgangsloch für Primärelektronenstrahl
46: Lichtleiter-Verbindungsabschnitt
48: Leiter
49: Licht
50: Träger für Konversionselektrode
51: Optische Faser
52: Szintillierende Faser
90: Bereich, wo Leiter auf der Faseroberfläche bereitgestellt ist

Claims

Rasterelektronenmikroskop, welches Folgendes aufweist: eine Elektronenquelle, die einen als Sonde zu verwendenden Elektronenstrahl erzeugt, eine Blende, die den Durchmesser des Elektronenstrahls begrenzt, einen Probenhalter, auf dem eine mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlende Probe angeordnet wird, eine Objektivlinse zum Konvergieren des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Probe, eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls auf der mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlenden Probe, einen Sekundärelektronendetektor, der Sekundärelektronen von der Probe detektiert, einen Rückstreuelektronendetektor, der rückgestreute Elektronen von der Probe oder Konversionselektronen, die von den rückgestreuten Elektronen herrühren, detektiert, und eine zylindrische Elektronentransporteinrichtung in einer Position zwischen der Elektronenquelle und der auf dem Probenhalter anzuordnenden Probe, wobei sich eine Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors innerhalb der Elektronentransporteinrichtung und auf einer ferneren Seite von der Elektronenquelle als der Sekundärelektronendetektor und die Ablenkeinrichtung befindet und die Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors elektrisch so geschaltet ist, dass sie das gleiche Potential wie die Elektronentransporteinrichtung aufweist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Objektivlinse eine elektrostatische Linse und eine magnetische Linse aufweist und die magnetische Linse von einem Halb-in-der-Linse-Typ ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Objektivlinse eine elektrostatische Linse und eine magnetische Linse aufweist und die magnetische Linse von einem Außerhalb-der-Linse-Typ ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei der Rückstreuelektronendetektor ein Festkörperdetektor, eine Lawinendiode oder ein Detektor unter Verwendung eines Szintillatormaterials als Komponente ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 4, wobei der Detektor unter Verwendung des Szintillatormaterials ein Everhart-Thornley-Detektor ist, der aus einem Szintillator, einem Lichtleiter und einer Photoelektronenvervielfacherröhre besteht.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 5, wobei der Lichtleiter eine optische Faser ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 5, wobei der Lichtleiter und der Szintillator mit einer Szintillatorfaser versehen sind.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, welches ferner Folgendes aufweist: eine Elektrode in einem Spalt zwischen der Probe und der Elektronentransporteinrichtung zum Umwandeln der rückgestreuten Elektronen in die Konversionselektronen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei der Rückstreuelektronendetektor einen Öffnungsabschnitt aufweist, um zu ermöglichen, dass die Sekundärelektronen dadurch hindurchtreten.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 5, wobei der Szintillator auf seiner Oberfläche mit einem Film aus einem Leiter versehen ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei zwei der Rückstreuelektronendetektoren liniensymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse angeordnet sind, und die beiden Rückstreuelektronendetektoren so angeordnet sind, dass die Hauptebene der magnetischen Linse näher zur Elektronenkanone ausgebildet ist als ein probenseitiges unteres Ende der beiden Rückstreuelektronendetektoren.
Rasterelektronenmikroskop, welches eine Elektronenquelle, einen Probenhalter, eine Elektronenoptik mit einer Beschleunigungsröhre und einer Objektivlinse zum Beschleunigen und anschließenden Verzögern von der Elektronenquelle emittierter Elektronen und zum Bestrahlen einer auf dem Probenhalter angeordneten Probe mit den Elektronen als ein Elektronenstrahl, einen Sekundärelektronendetektor zum Detektieren von Sekundärelektronen von der Probe, die durch Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl erzeugt werden, und einen Rückstreuelektronendetektor zum Detektieren rückgestreuter Elektronen oder von Konversionselektronen, die von den rückgestreuten Elektronen herrühren, aufweist, wobei der Rückstreuelektronendetektor in seinem zentralen Abschnitt einen Öffnungsabschnitt aufweist, wobei sich seine Detektorebene innerhalb der Beschleunigungsröhre befindet, und die Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors elektrisch so geschaltet ist, dass sie das gleiche Potential wie die Beschleunigungsröhre aufweist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 12, wobei der Sekundärelektronendetektor die Sekundärelektronen detektiert, die durch den Öffnungsabschnitt des Rückstreuelektronendetektors hindurchgetreten sind.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 12, wobei die Detektorebene des Rückstreuelektronendetektors durch einen in der Detektorebene bereitgestellten Leiter elektrisch mit der Beschleunigungsröhre verbunden ist.