JP2003515907A - 可変の圧力を有する走査電子顕微鏡用の検出器および該検出器を有する走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、試料室に高い圧力を有する走査電子顕微鏡用の検出器に関する。この検出器は、試料ホルダに収容すべき試料（１１）から発生した電子を加速する第１電極（５０；５１；５２）と、少なくとも１つの第２電極（３０；３０ａ〜３０ｉ；３１）とを有する。試料ホルダの方を向いた端部と試料ホルダとの間隔は、第１電極と試料ホルダとの間隔よりも小さく、この端部は、第１電極の電位と、ビーム案内管（２１）の電位との間にある電位を有する。第２電極によって、２次電子カスケードの体積体が拡大される。ガスシンチレーション検出器の択一的な実施例では、高い２次電子増幅を有する領域に、長く延在する領域が続いており、この領域では２次電子に対する増幅率はほぼ１である。第１領域は、比較的大きな電子流を形成するために使用され、長く延在する第２の領域は、光子流を維持しながら強い光子信号を形成することに使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、走査電子顕微鏡に対する検出器、例えば、可変の圧力を有する走査
電子顕微鏡に対する検出器と、このような検出器を有する走査電子顕微鏡とに関
する。ここで可変の圧力を有する走査電子顕微鏡またはＨＰＳＥＭとは、試料室
にガスを有する動作が、少なくとも０．１Ｐａの圧力において可能である走査電
子顕微鏡のことである。ＨＰＳＥＭでは検出器として通例、後置接続されたオペ
アンプを有するコレクタ電極またはガスシンチレーション検出器が使用される。
後者は、後置接続された光電子倍増管を有するライトガイドからなる。いずれの
場合においての、ガスにおける２次電子カスケード（Sekundaerelektronenkaska
de）が必要である。２次電子カスケードを利用する装置は、例えば、ＵＳ４７８
５１８２，ＵＳ５３９６０６７，ＵＳ５６７７５３１，ＪＰ２２３６９３９，Ｊ
Ｐ２２６７８４６およびＪＰ２２７３４４５ならびに刊行物Advances in Electr
onics and Electron Physics, Vol.78，１９９０年、第１〜１０２頁のG. Danil
atosによる論文に記載されている。２次電子カスケードに関連してつぎの問題が
発生する： １． ２次電子カスケードの増幅率は、弧絡（Ueberschlaege）によって制限さ
れる、 ２． コレクタ電極を有する今日のＨＰＳＥＭでは、下方の圧力段絞り（Drucks
tufenblende）は、コレクタ電極、すなわち２次電子カスケードの端部の電極と
同じような電位を有する。したがってこの２次電子カスケードの大部分はガスの
道のり区間で発生しなければならず、ここでこの道のり区間は、これに沿って（
逆方向に）１次電子散乱が発生するのと同じ道のり区間である。このために圧力
およびガス区間を自由に選択することはできず、これらの積を十分に大きくして
、圧力またはガス区間が実際にはさほど大きくなくてもよいことが多い場合であ
っても、２次電子カスケードの十分な増幅率が維持されるようにしなければなら
ない。これに相応してこれらの条件の下で不要に強い１次電子散乱を受け入れな
ければならない。この欠点はビーム案内管における検出の際にも発生する、 ３． コレクタ電極および後置接続されたオペアンプを有するＨＰＳＥＭでは、
高い走査速度は不可能である。低いビーム流強度では、アラインメントに必要な
通常の走査速度でさえも不可能である。その理由は、オペアンプの時定数が、こ
のオペアンプの過度に高い増幅率においてはこの走査速度に対して大きすぎるか
らである、 ４． ガスシンチレーション検出器を有するＨＰＳＥＭにおいても、コレクタ電
極を有するＨＰＳＥＭにおいても検出システムの効率は不十分である。結果的に
信号雑音比が低下してしまい、また試料に対して大きなビーム障害（Strahlensc
haedigung）が発生してしまい、このために多くの課題の実行が失敗してしまう
。

【０００２】 本発明の課題は、ＨＰＳＥＭに対して改良された検出器を提供して、上記の諸
問題の少なくとも一部を取り除くことである。本発明の目的はさらに、このよう
な改良された検出器を有するＨＰＳＥＭを提供することである。これらの目的は
、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する走査電子顕微鏡と、請求
項１８の特徴部分に記載された特徴的構成を有する検出器とによって解決される
。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【０００３】 本発明の走査電子顕微鏡は、公知のＨＰＳＥＭと同様に、試料側の最終の圧力
段絞りを備える、１次電子に対するビーム案内管と、試料室と、この試料室の試
料ホルダと、第１電極とを有し、ここでこの圧力段絞りを通して１次電子が試料
室に入り、また上記の第１電極は、試料ホルダと、ビーム案内管の最終の圧力段
絞りとに対してプラスの電位を有する。試料と第１電極との間の電位差は、２次
電子の加速に使用され、ここでこの２次電子は、試料ホルダに収容された試料か
ら１次電子によって解き放たれたものであり、この加速された２次電子と、周囲
のガス分子との衝突によって既知の２次電子カスケードが構成され、これによっ
て２次電子流が増幅される。

【０００４】 ここで本発明の意味でのビーム案内管としては、電子ビーム源と際との圧力段
絞りとの間の領域を表す。

【０００５】 本発明の第１実施形態では、少なくとも１つの第２電極が設けられており、試
料ホルダの方を向いたその端部と試料ホルダとの間隔は、第１電極と試料ホルダ
との間隔よりも小さい。この第２電極は、第１電極の電位と試料の電位との間の
電位、または試料の電位を有する。

【０００６】 本発明の第２実施形態では、比較的小さな導電率を有するただ１つの電極が設
けられており、別個に印加された２つの電位に起因して、抵抗のチェーンの場合
と同じようにこの電極に沿って電位差が発生する。この電位差により、表面に沿
って電位が変化する電極が得られる。

【０００７】 第２電極を使用することによって、または電極に沿って変化する電位によって
、試料ホルダと第１電極との間の電位分布が影響を受けて、高いが臨界未満の電
離密度を有する拡大された体積体が得られる。

【０００８】 ２次電子カスケードにより、ガスにおいて空間的に変化する電離密度が形成さ
れ、ここでこれは、設けられた電極の幾何学形状および印加された電位に依存す
る。ガスにおいて局所的に過度に高い電離密度が形成される場合、弧絡が発生す
る。電子の他にガスシンチレーションの光子が、主に電離密度の高い領域におい
て形成される。

【０００９】 本発明の根底にある機能原理は、高いが臨界未満の電離密度を有する拡大され
た体積体を形成し、これにより２次電子に対して比較的高い増幅率または比較的
強い光電子信号を得ることである。ここで臨界未満とは、弧絡がまだ発生しない
電離密度のことである。

【００１０】 高いが臨界未満の電離密度を有する拡大された領域は、本発明において電極に
よって区切られているため、この領域は、残りの試料室に対して区切られた領域
である。これが得られるのは、領域を区切るこれらの電極が同時に、高いが臨界
未満の電離密度を有する拡大された領域の形成に使用されるためである。

【００１１】 ここで高い電離密度を有する領域の一部は、区切られた領域の外部にあっても
よく、例えば、この区切られた領域に入る２次電子カスケードの形態でもよい。
この際に全体ないしは高い電離密度を有する体積体の少なくともその半分は、こ
れらの電極によって残りの試料室から区切られる領域内になければならない。

【００１２】 電極によって区切られる領域は、ビーム案内管によって閉じられる領域の外部
にあり、ここでこの領域は最終の圧力段絞りによって試料室から区切られている
。これは、高いが臨界未満の電離密度を有する拡大された領域が、最終の圧力段
絞りの上方に、すなわちビーム案内管にある装置に対して２つの利点を有する。
第１に２次電子をこの圧力段絞りを通して到達させるための手段を講じる必要が
ない。これは例えば、作動距離が大きい際にまたは最終の圧力段絞り開口直径が
小さい際に問題である。しかしながら殊に第２に、最終の圧力段絞りの上方に、
すなわちビーム案内管において、高い１次電子散乱を甘受する必要がない。これ
は、この領域において２次電子カスケードを有する高い電離密度を達成すべき場
合には不可避である。高い１次電子散乱を有する、最終の圧力段絞りの上方のガ
スの区間は、この最終の圧力段絞りの下方のガスの区間とは異なり、小さな作動
距離によって短じかくすることができない。電極によって区切られる領域をビー
ム案内管の外に配置することによって、本発明では、中間および小さな１次エネ
ルギーによる作業も、これに結びついた既知の利点によって可能である。

【００１３】 高いが臨界未満の電離密度を有する拡大化された領域という本発明のアイデア
は種々の手法で実現可能であり、ここでこの領域は、試料室に対して電極によっ
て区切られた、ビーム案内管の外の領域にある。

【００１４】 １つの実施形態では、高いが臨界未満の電離密度を有する体積体は、２次電子
カスケードの伝搬方向に対して垂直に拡大される。択一的な実施形態では、高い
が臨界未満の電離密度を有するこの体積体は、２次電子カスケードの伝搬方向に
拡大される。さらに高いが臨界未満の電離密度を有するこの体積体を２次電子カ
スケードの伝搬方向にも、これに対して垂直方向にも共に拡大する混合形態も可
能である。

【００１５】 コレクタ電極を有する公知のＨＰＳＥＭでは、電離密度は下方の圧力段絞りの
開口部の下側付近でその最大値に到達する。ガスシンチレーション検出器を有す
る公知のＨＰＳＥＭでは、電離密度は、２次電子カスケードの端部における正の
電極の前付近でその最大値に到達する。付加的な電極によって有利に電位を与え
ることにより本発明において達成されるのは、２次電子カスケードを、比較的大
きな体積体に分割して、全体として高い増幅率が、同時に臨界未満の電離密度に
おいて達成されることである。したがってＨＰＳＥＭに対する本発明の検出器お
よび本発明の装置によって、２次電子カスケードと、これによって形成される光
子との格段に高い増幅率が得られる。それは２次電子カスケードが第２電極によ
って形成されて、最も高い電離密度を有する領域が格段に大きな体積を占めるよ
うにされるからである。これによって同じ最大電離密度で、２次電子カスケード
およびこれによって形成される光子の格段に大きな増幅率を達成することが可能
である。

【００１６】 上記の２番目の欠点は、本発明の検出器において回避される。それは下方の圧
力段絞りの下側近くの領域と、２次電子カスケードの端部の電極との間に、高い
増幅率を有する２次電子カスケードが可能であり、したがって下方の圧力段絞り
の下側近くの領域ではまだ２次電子カスケードの高い増幅率を達成する必要がな
いからである。

【００１７】 上記の３番目の問題は、本発明の検出器において、大きな電離密度を有する拡
大された体積体に起因して、２次電子カスケードの格段に高い増幅率が達せされ
ることによって解決される。これにより、後置接続されるオペアンプにより比較
的小さな増幅だけしか必要としない。

【００１８】 ガスシンチレーション検出器を有するＨＰＳＥＭでは、２次電子カスケードの
比較的高い増幅率によって、検出効率を改善することができる。この点では本発
明は、ガスシンチレーション検出器を有するＨＰＳＥＭに対しても極めて有利で
ある。

【００１９】 本発明のさらに有利な実施形態では、第２電極または低導電性の電極は、第１
電極から試料ホルダの方向に傾いており、かつ試料ホルダの方を向いた端部にお
いて、第１電極によって形成される電界または補助電極の電界が通る開口部を形
成し、ここでこの補助電極によって２次電子が第１電極に導かれる。

【００２０】 有利には付加的に別の補助電極を設けて、第２電極の端部によって決定される
、開口部を通って行われる２次電子の案内が改善される。

【００２１】 さらに、有利には第１および第２電極が、走査電子顕微鏡の光軸に対して、す
なわちビーム案内管に対して回転対称に構成される。このために第１電極は、ビ
ーム案内管をリング状に包囲することができ、第２電極を、第１電極を包囲する
、円錐状に試料ホルダの方に向かう漏斗状の電極として構成することができる。
試料の方を向いた第２電極の開口部を通して電界突き抜けが発生し、これが２次
電子を第１電極に導く。電極配置の回転対称性によって、１次電子ビームに対す
るマイナスの影響が低減される。

【００２２】 別の補助電極のうちの１つは、ビーム案内管を管状に包囲する円筒状の電極と
して構成することが可能である。

【００２３】 第１および第２電極および／または別の補助電極は、導電率の小さなただ１つ
の電極として、例えば、低導電性のコーティングを有する絶縁体として構成する
ことが可能である。絶縁体上の薄いコーティングの代わりに、導電率の低い材料
からなる単一材料の電極としての構成も可能である。この場合、この電極の導電
率が低いことに起因して、この電極に沿って、分圧器回路の意味で場所によって
異なる電位が発生する。低導電性の電極の、試料の方を向いた端部ないしはその
端部の接触接続部は、別個の第１および第２電極を有する実施例において第２電
極に相応する。個所、すなわち低導電性の電極と、最も高い電位との接触接続部
は、別個の第１および第２電極を有する実施例において第１電極に相応する。し
たがって別個の電極を有する実施例と同様に、低導電性の電極の試料の方を向い
た端部は、最も高い電位を有する、この低導電性の電極の個所よりも低い電位を
有する。

【００２４】 本発明の別の実施例では、低導電性の電極は、ライトガイドの一方の側が開い
た空所の内側に取り付けられる。最も高い電位を有する低導電性の電極の接触接
続個所の機能は、ここでも第１電極のそれに相応する。これは、ライトガイドに
の空所において試料側の入口開口部から離れたところにある。この空所の試料側
の開口部の近くにおける、低導電性のコーティングの接触接続部の機能は、別個
の第１および第２電極を有する実施例における第２電極のそれに相応する。この
空所の試料側の入口開口部の近くにおける、低導電性のコーティングの接触接続
は電極によって行うことができ、ここでこの電極は、ライトガイドの外側の表面
に取り付けられており、かつそこでライトガイドの反射部として使用される。

【００２５】 空所は円錐状またはピラミッド状の構成することができ、これによってライト
ガイドにおける光検出器への光の案内が改善される。

【００２６】 しかしながら空所の別の形状、例えば円筒状の中ぐり孔も可能である。

【００２７】 さらに、この低導電性の電極を、入口開口部の近くの領域において、この入口
開口部から離れた領域よりも少ない層厚で構成することも可能である。この結果
、入口開口部の近くにおいて導電率が低くなるのに起因して、この領域において
、入口開口部から離れた領域よりも大きな電界強度が得られる。

【００２８】 第１電極またはこれに相応する接触接続部は、ライトガイドの空所において、
有利には空所の少なくとも向かい合う２つの側において、空所の拡張された区間
にわたって延在しており、これによって２次電子カスケードができる限り大きな
体積体に分割される。

【００２９】 高いが臨界未満の電離密度を有する体積体が２次電子カスケードの伝搬方向に
拡大される本発明の１実施形態では、複数の電極または低導電性のただ１つの電
極が、ライトガイドの長く延在する空所または中間空間に沿ってまたはライトガ
イドに接して延びている。ここで長く延在する空所または中間空間とは、この空
所または中間空間の断面に内接する円の最大直径の２倍よりも大きな長さを有す
る空所または中間空間のことである。空所の入口側の領域では電極に電位を与え
て、２次電子に対して高い増幅率が生じるようにする。択一的には入口開口部の
前に付加的な電極を設け、電位を与えて、この入力側の領域において２次電子に
対して高い増幅率が生じるようにすることも可能である。この場合に入口側の領
域に空所または中間空間の第２の領域が続いており、ここでは電極には種々の弱
い電位が与えられて、この第２の領域において格段に低減された、有利には０．
２倍〜５倍の、理想的は１である増幅率が２次電子に対して得られる。

【００３０】 この第２の領域は、長く延在した領域である。ここでは確かに２次電子流の増
幅率または大きな増幅率は発生しないが、さらに高いが臨界未満の電離密度が維
持される。ここでは２次電子カスケードは、ガスにおける衝突によって、また２
次電子が中間空間の壁に拡散することによって減衰し続けるが、同時に加えられ
た電界によって強められもする。高い電離密度によってこの体積体領域に強いガ
スシンチレーションが発生し、これはライトガイドの端部に配置された光検出器
によって検出可能である。この検出器配置は、臨界未満の電離密度を有する拡大
された体積体により、検出感度の格段の改善をも可能にする。

【００３１】 別の構成は、Everhardt-Thornley検出器との組み合わせである。ここでは、い
ずれにせよ設けられているライトガイドの端面は、シンチレータとして構成され
、かつ接触接続部として薄い導電性の層を有し、これに高電圧が供給される。こ
の高電圧を１次電子放出から十分に保護する前置の別のグリッド電極を用いるこ
とによって、この検出器構成を電子顕微鏡の真空動作における電子検出にも使用
可能である。

【００３２】 下方の圧力段絞りの開口部の領域にコレクタ電極を有する今日通常のＨＰＳＥ
Ｍにおいてつぎのような強い電界強度があることが多いのに対して、すなわち圧
力段絞り開口部内における電界の大きな曲がりを発生し、１次電子に負の影響を
与え、かつ分解能の悪化に結びつく強い電界強度があることが多いのに対して、
本発明の検出器では、下方の圧力段絞りの開口部の領域において、弱い電界強度
しか必要としないため、このような不利な影響は低減される。

【００３３】 別の実施形態では、空所または中間空間の軸および／または中間面は、直線な
いしは平面ではなく湾曲している。これは第１には突き抜けを助長し得る多くの
粒子、例えばＸ線量子（Roentgenquant）が空所に大きく広がってしまわないよ
うにするという利点を有する。第２にはこれは、高エネルギーの電子が湾曲した
電界経過をよく追従できず、したがってこれは方向転換することもなくガスにお
ける衝突によって壁に当たり易いという利点を有する。

【００３４】 湾曲した軸を有するこのような空所の、作製の容易さに起因する有利な実施形
態は、例えば、螺旋形の空所であり、ここでは螺旋は円筒状の内側部分から作製
することができ、これは、外側部分として使用される外側の中空円筒形と共に螺
旋状の空所を形成する。

【００３５】 別の有利な実施形態および特徴は、図面に示した実施例の以下の説明に記載さ
れている。ここで、 図１は、本発明のガスシンチレーション検出器の第１実施例の概略図を示して
おり、 図２は、コレクタ電極を有する本発明のＨＰＳＥＭの概略図を示しており、 図３は、本発明の検出器の概略図を示しており、ここでは表面に沿って連続的
に電圧降下が発生する電極が使用されており、 図４は、２次電子カスケードに複数の側からライトガイドが接する本発明のガ
スシンチレーション検出器の概略図を示しており、 図５は、図４に垂直な断面における、図４の検出器の概略図を示しており、 図６は、図４および５に垂直な断面における、図４の検出器の概略図を示して
おり、 図７は、ガスシンチレーション検出器に対する別の実施例の断面図を示してお
り、 図８は、別個の圧力領域に対する複数の空所を有する別のガスシンチレーショ
ン検出器の概略図を示しており、 図９は、向かい合う空所壁の間隔が変化するガスシンチレーション検出器の別
の実施例の概略断面図を示しており、 図１０は、図９の検出器を、図９に対して垂直な断面で示す図である。

【００３６】 図１〜図１０は、ＨＰＳＥＭに対する本発明の検出器の概略図を示している。
顕微鏡筒（Mikroskopsaeule）、試料室、ポンプ装置、制御装置その他はここで
は示されていない。また電位Ｕ１〜Ｕ９を形成する電圧源およびコレクタ電極に
接続されているオペアンプないしはライトガイドに接続されている光電子倍増管
も示されていない。

【００３７】 図１〜図６では１次電子は、ビーム案内管の下方の圧力段絞り２１の開口部２
０を通って、図示しない試料ホルダに収容された試料１１に到達し、ここでこの
１次電子は２次電子を形成する。放出された２次電子およびこの２次電子により
ガスにおいて形成された２次電子は、下方の圧力段絞りの下の領域１９において
、電界によって側方に偏向され、２次電子カスケードの端部に配置されておりか
つ電界が案内される第１電極（５０，５１，５２，６７）の方向に加速される。
これにより、ガスにおける２次電子の形成による増幅の大部分が、領域１９と、
２次電子カスケードの端部に配置されている電極（５０，５１，５２，６７）と
の間の電界に沿って行われることになる。この際にこの２次電子カスケードによ
って形成される正のイオンは、この電界を逆方向に進み、領域１９の方向に搬送
される。

【００３８】 図１では試料１１と下方の圧力段絞り２１との間の有利な電位差は、作動距離
、試料およびガス組成に応じて例えば８００Ｖまでになり、水蒸気を使用する際
には有利には２５０〜４５０Ｖになる。これによって２次電子カスケードが、こ
の試料と下方の圧力段絞りとの間で形成される。漏斗状先端部によって、第１電
極５１を実質的に漏斗上に試料１１に向かって包囲する第２電極３１は、圧力段
絞り２１に対して有利には０〜１５０Ｖだけプラスである電位を有する。第２電
極に対して平行に延在する別の補助電極３４は、第２電極３１の漏斗の内側に、
絶縁体３２を介して収容されている。別の補助電極４１がビーム案内管に平行に
延在している。これらの別の電極４１および３４の電位は、第２電極３１の電位
に対して有利には２５０Ｖまでプラスであるが、第１電極５１に対してはマイナ
スである。これによって、第１電極５１によって形成された電界の、下方の圧力
段絞りの下の領域１９への電界突き抜け（Felddurchgriff）が発生し、これは、
第２電極３１と圧力段絞り２１とによって形成される開口部を通して２次電子を
通過させる。別の電極３４は絶縁層３２を介して第２電極３１に固定されている
。別の電極４１は、同様にビーム案内管における絶縁層を介して圧力段絞り２１
に固定するか、または（図１に示したように）ライトガイド５６に固定すること
が可能である。第１電極５１は、複数の導体路または導線からなり、これはライ
トガイド５６の表面に固定されており、これらの間には間隙が設けられており、
この間隙を通して光子がライトガイドに入ることができる。第１電極５１の電位
は、検出器の幾何学形状およびガス組成に応じて、下方の圧力段絞り２１の電位
よりも、例えば１００〜１０００Ｖ（ガスとして水蒸気を使用しかつ図１に概略
的に示した幾何学形状に対しては有利には２００〜５００Ｖ）だけ大きい。した
がって全体として試料と、２次電子カスケードが終了する第１電極５１との間に
、公知のＨＰＳＥＭ検出器において同じガス圧力で可能な電位差よりも高い電位
差を得ることができる。試料１１と第１電極５１との間のこのより高い電位差に
よって、２次電子カスケードの格段に高い増幅率と、上に列挙したこれに関連す
る利点とが得られる。

【００３９】 図２には、コレクタ電極を有する本発明のＨＰＳＥＭ検出器の概略図が示され
ている。試料１１、下方の圧力段絞り２１，電極３１，４１および３４間の有利
な電位差は、図１と同じである。図２では２次電子カスケードはコレクタ電極５
２で終わる。この電極は、圧力段絞り２１に対して、検出器幾何学形状およびガ
ス組成に応じて、例えば１５０〜１０００Ｖだけプラスであり、これは第１電極
である。水蒸気と、図２に示した幾何学形状とに対して、電位差は有利には２５
０〜５００Ｖである。簡単な構造が所望される場合、別の補助電極５４および５
３は省略可能である。補助電極５３および５４を使用する際の利点は、コレクタ
電極５２の電界の、別の補助電極３４と４１との間のギャップ形状の開口部まで
の電界突き抜けが改善されることである。ここで補助電極５３および５４の電位
は、図２に概略的に示した幾何学形状に対して、有利にはコレクタ電極５２に対
して０〜１００Ｖだけマイナスである。２次電子カスケードが通過するガスの区
間をさらに大きくするためには、外側の補助電極３４を複数の部分に分割するこ
とができ、これによりこれらに種々異なる電位を与えて、これらが２次電子を光
軸からさらに離れた領域に導くことできるようにすることが可能である。この場
合にこれらの離れた領域にコレクタ電極が配置される。このようにすることの利
点は、２次電子カスケードの増幅率が同じ場合、２次電子カスケードの端部のコ
レクタ電極の前でさらに小さな電離密度が得られることである。これに相応して
弧絡を受けることなしに２次電子カスケードのさらに高い増幅率が可能である。
コレクタ電極５２，補助電極５３および５４、ビーム案内管を管状に包囲する電
極４１、およびコレクタ電極５２を漏斗状に包囲する第２電極３１は、図２にお
いて絶縁体５５に固定される。

【００４０】 図３には、ＨＰＳＥＭに対する本発明の別の検出器の概略図が示されている。
ライトガイド５６を絶縁体５５の代わりに使用する際には、これはガスシンチレ
ーション検出器である。 後置接続されたオペアンプを有する点線のコレクタ電
極５２を使用する際には、これは同時にコレクタ電極を有する検出器でもある。
コレクタ電極を有する検出器としてだけこれを利用したい場合、ライトガイド５
６を平らな、点線で示した絶縁体５５によって置き換え、これによって構造高を
低減することができる。図１および図２の第２電極３１の代わりに図３では絶縁
体３３があり、その下側は導電率の大きな層３０、例えば金属層を有しかつ電極
３１の機能を果たす。試料１１と圧力段絞り２１との間の有利な電位差は、図１
および図２と同じである。図３における圧力段絞り２１と金属層３０との間の有
利な電位差は、図１および２における圧力段絞り２１と第１電極３１との間の電
位差と同じである。絶縁体３３の上側には薄い層３５が示されている。これは中
程度または小さな導電率を有しており、金属層３０との境界において、金属層３
０の電位Ｕ３に接触接続している。その外側の縁では層３５と金属層５０とが接
触接続しており、その電位は、図２のコレクタ電極５２の電位と同じ有利な大き
さを有する。これにより薄い層３５に沿って電圧降下が発生する。同様の電圧降
下は、空所の反対側の壁においてもライトガイド５６に沿ってないしは絶縁体５
５に沿って発生する。これによって、２次電子カスケードは、光軸から遠く離れ
た領域に導かれることになり、またコレクタ電極５２がない場合に２次電子カス
ケードが最終的に電極５０（ないしはコレクタ電極５２が存在する場合には、こ
のコレクタ電極５２）で終わることになる。２次電子カスケードが光軸から遠く
離れた領域に導かれる場合の利点は、図２に関連してすでに述べた。つぎのよう
な電極（３５，５４）を使用することの利点、すなわちこれに沿って連続的に電
圧降下が発生する電極を使用することの利点は、２次電子カスケードを、光軸か
ら遠く離れている領域に殊に良好に導くことができることである。これに加えて
作製上のコストが低減される。それはこのような電極によって、種々異なる電位
を有する複数の電極を置き換えられるからである。金属層３０と電位Ｕ３との接
触接続は、有利にはほぼ、Ｕ３の等電位面に延在する分離した導線３６を介して
行われ、ここでこれはこれが導線なしに存在するかのように行われる。図１およ
び２の電極４１の機能を、図３において果たすのが、ビーム案内管を絶縁体２３
を介して包囲する導電率の大きな層４２であり、これは例えば金属層である。そ
の電位は有利には、圧力段絞り２１の電位よりも５〜２５０Ｖ高く、圧力段絞り
２１から絶縁層２３によって電気的に分離されている。金属層４２と電極２１と
の間には導電率の小さな薄い層２２を被着することでき、これに沿って電位Ｕ２
とＵ４との間の電圧降下が発生する。構造を簡単にするために金属層４２，絶縁
体２３および金属層２２を省略することも可能であるが、この場合には、２次電
子カスケードを光軸から離して導く電界に対して、余り良好ではない電界突き抜
けしか得られない。ライトガイド５６の光透過性の下側には、薄い構造、例えば
網状の路で、中程度または小さな導電率を有する層５４が被着され、導体路の幅
は１ｍｍよりも小さく、これらの導体路間には間隙があり、この間隙を通して、
光子がライトガイドに入ることができる。例えば網状であるこの層は、金属層４
２によって電位Ｕ４に接触接続しており、かつ金属層５０によって電位Ｕ８に接
触接続しており、これによってこの層に沿って、第２電極を形成する層３５と同
じように電圧降下が発生する。極めて有利な実施形態では、層５４は、ガスシン
チレーションにおいて形成される光子に対して透過性を有する。この場合には層
内に間隙も不要である。絶縁体５５をライトガイド５６の代わりに使用する場合
、層５４、すなわちこれに沿って電圧降下が発生する層を同様に間隙なしに実施
して、できる限り少ない作製コストを達成する。この場合、この層は光透過性で
なくてもよい。

【００４１】 図４，図５および図６には、種々異なる断面で本発明の別のガスシンチレーシ
ョン検出器が示されている。ここで図４には図５および図６の断面の経過が書き
込まれている。図の面の背後にあるライトガイド、絶縁層６４，電極１５，３０
および５０の部分は、図４において点線で示されている。ライトガイド５６は、
４つの部分５６ａ，５６ｂ，５６ｃおよび５６ｄに分割されている。これらはピ
ラミッド状の空所を形成し、図６ではこの中をこのピラミッドの底面から覗いて
いる。この空所の壁は、ライトガイドの光透過性の表面によって形成され、これ
に図３と同様に中程度または小さな導電率を有する層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ
，５４ｄ）が被着されており、これに沿って電圧降下が発生する。図３と同じよ
うにここでもこの層を構造化して、光子がライトガイドに入ることのできる間隙
を設けるようにするか、またはこの層を光透過性にして、光子が層それ自体を通
過できるようにする。図５および図６からわかるようにライトガイドの外周に付
加的な絶縁体（６１，６２，６３および６４）が被着されている。このライトガ
イドおよび絶縁体は、複数の部分からなる電極３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，
３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３０ｇ，３０ｈ，３０ｉからなる）によって包囲され
ており、その電位はＵ３である。この電極によって、このライトガイドの内側の
表面に被着された層５４ａ〜５４ｄも接触接続する。ライトガイドの内側の表面
に被着されたこれらの層５４ａ〜５４ｄは反対側では電極５０によって接触接続
する。この電極は、電位Ｕ８を有し、かつライトガイド５６ａおよび５６ｂない
しは５６ｃおよび５６ｄの間の全境界面に配置されている。この電極の機能は、
図３の電極５０の機能に相応する。この電極において２次電子カスケードが終了
する。図５からわかるようにライトガイドは、光軸から見ると２つの側ではなく
一方の側にだけ延在しており、これは図１および図３の実施例の場合と同じであ
る。

【００４２】 図１〜図３に示した構造とは異なり、図４〜図６の構造において電極は、試料
１１と下方の圧力段絞り２１との間の領域において回転対称ではない。ライトガ
イド５６ｂおよび５６ｃは、光軸の周りに半円状の断面を有する。これによって
これらのライトガイドと、下方の圧力段絞り２１との間に開口部が形成され、こ
れを通して２次電子カスケードの一部がピラミッド状の空所に入ることができる
。これは、ライトガイドを包囲する電極３０（３０ｉも含めて）が、圧力段絞り
２１に対し、拡大率、１次エネルギーおよび作動距離に応じて、０〜５００Ｖだ
か有利には０〜２００Ｖだけ高い電位を有することによって促進される。この一
方向に作用する電界は、達成可能な解像度に対して負の影響をもたらすことにな
る。したがって高い解像度を達成したい場合、走査電子顕微鏡の光軸に対してラ
イトガイドの反対側にある補償電極１５に電位Ｕ９を与えることができ、ここで
この電位を選択して、光軸の領域において補償電極１５の方向の電界と、ライト
ガイド５６の方向の電界とがほぼ均衡するようにする。ここで補償電極１５は、
中空の円錐台セグメントの形状を有しており、その輪郭は図４において点線で示
されている。これによって試料を、図５〜図６に示した構造において極めて良好
に電極１５の方向に傾けることができる。ここでは電位Ｕ９を変更することによ
って、分解能の低下に対処することができる。この分解能の低下は、試料１１と
下方の圧力段絞り２１との間に印加した電圧によって、このようにしなければ、
試料を傾けた際に発生し得るものである。下方の圧力段絞り２１は、ガス組成、
作動距離および試料に応じて選択されかつ水蒸気に対して有利には試料電位より
も０〜５００Ｖ高い電位を有する。複数の部分電極からなりかつライトガイドを
外側から包囲する電極３０は、図示の検出器幾何学形状については、下方の圧力
段絞り２１に対して０〜５００Ｖ、有利には０〜２００Ｖだけプラスの電位を有
するが、別の検出器幾何学形状ではさらに大きくすることも可能である。図３と
同様に図４〜６においてもビーム案内管を包囲する付加的な電極４２を設けるこ
とができ、ここでこれは金属層からなり、かつ絶縁層２３により圧力段絞り２１
に対して電気的に絶縁されている。その電位Ｕ４は、図示の検出器幾何学形状に
ついては圧力段絞り２１に対して同様に有利には０〜２００Ｖだけプラスである
。構成上の簡略化は、ビーム案内管を包囲する電極４２の電位Ｕ４を、ライトガ
イドを外側から包囲する電極３０と同じ電位Ｕ３にすることによって得られる。
図３と同様に図４の構造においても、低いまたは中程度の導電率、および電極２
１と、ビーム案内管を包囲する電極４２との間の連続的な電圧降下を有する薄い
層２２を設けることができ、これにより電界の経過をさらに改善し、かつ絶縁体
２３を覆うことができる。下方の圧力段絞り２１と、ライトガイドを包囲する電
極３０との電位差が小さい場合には有利な実施形態として、ビーム案内管を包囲
する電極４２、絶縁体２３および薄い層２２を省略することにより構成上の簡略
化が得られる。

【００４３】 全体的には図４〜６に示した構造の機能は、図３に示した構造のそれと同様で
ある。試料１１と下方の圧力段絞り２１との間には２次電子カスケードが形成さ
れる。のちに２次電子流のさらなる増幅がピラミッド形状の空所において行われ
るため、ここではＨＰＳＥＭに対する今日公知の検出器とは異なり、弱い２次電
子カスケードで十分である。電位Ｕ９，Ｕ３，Ｕ２およびＵ１の調整に応じて、
２次電子カスケードの大部分を右上にピラミッド形状の空所に導くことができる
が、この際に１次エネルギーおよび電位差によっては顕微鏡の十分な分解能が得
られないか、または図４において２次電子カスケードの右半分をピラミッド形状
の空所に導くことできかつ顕微鏡の十分な分解能を達成することができるかのい
ずれかである。ピラミッド形状の空所では２次電子カスケードが、電位Ｕ８の第
１電極５０に向かってすべての方向に延びる。ここで電位Ｕ８は、ガス組成およ
び検出器幾何学形状に応じて、例えば１００Ｖ〜１０００Ｖ（概略的に示した幾
何学形状およびガスとしての水蒸気に対しては有利には１００Ｖ〜６００Ｖ）だ
け下方の圧力段絞りの電位Ｕ２より高い。ライトガイドによって包囲されたピラ
ミッド形状の空所において２次電子カスケードを形成することの利点は、ガスシ
ンチレーションによって形成された光子の極めて大部分がライトガイドに到達す
ることである。これは択一的にはより小さな構造スペースおよびライトガイドの
より小さな断面積によって達成することも可能であり、これはライトガイド面を
、絶縁性の反射面によって置き換え、この面に導電率の低い層を被着することに
よって行われる。絶縁性の反射面は、背面からめっきされた薄いライトガイドか
ら構成することも可能である。空所のピラミッド形状の利点は、低いまたは中程
度の導電率を有する層からなる構造体を、殊に簡単にライトガイド表面に被着で
きることである。それはこの空所の境界面が平坦だからである。しかしながらこ
の空所に対して、平坦な境界面も有さずかつ電界について部分的にさらに有利な
別の形状も可能であることは当然である。

【００４４】 図１〜図４では、第２電極３１ないしは３０ないしは３０ｉによって形成され
る開口部は比較的大きく、ここでこの開口部を通して２次電子が到達する。しか
しながらこれは格段に小さくすることができる（例えば圧力段絞りの開口部と同
じ大きさ）か、またはこれを圧力段絞りの側方に配置される複数のより小さな開
口部によって置き換えることができる。この際の利点は、２次電子カスケードに
対して、試料室に存在するガスよりも格段に高い増幅率を有する別のガスを使用
できることである。試料室のガスとの交換をできるだけ少なく維持するために有
利であるのは、試料室において、また２次電子カスケードが発生する空所におい
て同じ圧力を有することである。ここでは２次電子カスケードが発生する空所を
２次電子カスケードに対して望ましいガスによって洗浄することができ、これに
よって試料室からのガスによる汚れができる限り少なく維持される。試料室から
のガスによる汚れがさらに小さくされるのは、空所におけるガスの圧力を試料室
における圧力よりも高く維持する場合である。２次電子カスケードによって動作
する本発明の検出器によって、試料室にほとんどガスのない動作も可能であり、
ここでは試料室は常時排気され、試料室にあるガスは、開口部を通って、２次電
子カスケードが発生する空所から流れ足されたガスだけからなる。

【００４５】 図７のガスシンチレーション検出器は、光透過性の材料からなる円筒状の管８
０から構成され、これは光検出器８２をライトガイド８３の端部に有する。この
ライトガイド８３はこの円筒状の管に接続されている。一方の側が開いた、ライ
トガイドの空所は、低導電性のコーティング８４を有する。接触接続リング６５
，６６，６７に有利な電位を与えることによって達成されるのは、管の内室８１
の入口側の領域６８において比較的電界強度の強い領域が発生し、この領域にお
いて強い２次電子カスケードが発生することである。この領域における電離密度
は、理想的には絶縁破壊−電離密度の近くまでになる。この入口側の領域には、
断面に内接する円の最大の直径よりも長い領域６９が続いており、ここでは接触
接続部６６，６７に有利に電位を与えることによって、比較的に弱い電界強度が
得られ、これによりこの領域において約１倍の２次電子の倍増が行われ、したが
って２次電子流は、実質的にさらなる増幅なしに一定に維持される。この長く延
在する第２の領域では大きな電離密度に起因して長い領域にわたって、強いガス
シンチレーションが発生し、この際にブレークダウンに結びつく、臨界を上回る
電離密度は不要である。第２の領域に形成された光子を検出することによって、
元々の２次電子の極めて感度の高い検出が可能である。

【００４６】 上記の代わりに第１の領域において第２の領域とは異なる電界強度が調整され
て、低導電性のコーティングの導電率が、第１の領域と、第２の領域とで異なる
ようにされる場合には、中間の接触接続部６６を省略することも可能である。こ
れは例えばこれらの２つの領域において別個の層厚により達成可能である。

【００４７】 別の有利な実施形態では、入口側における高い電離密度による２次電子カスケ
ードの形成が、空所の内部ではなく、空所の前で行われるようにする。これは、
検出器の端面における別の電極７３によって調整可能であり、これも同様に低導
電性のコーティングとして構成することができ、これによって電界の傾斜が空所
の開口部の方向に生じる。

【００４８】 ライトガイド８０，８３の外側の面のめっきは図７には示されていない。端面
７３には、導電性または低導電性の光透過性のコーティングも有利である。

【００４９】 ここで注意したいのは、空所は必ずしも円筒状に丸くする必要はなく、むしろ
、平坦または種々に湾曲された壁を有する円筒状の空所も考えられることである
。空所の代わりにスリットを使用することも可能であり、ここでこの有効な高さ
は、このスリットに内接する円の最大の直径によって与えられる。しかしながら
ここで接触接続はスリットの全幅にわたって行われてはならず、殊につぎのよう
な接触接続部、すなわち最も高い電位を有する接触接続部は、このスリットの縁
から十分な間隔を有し、これによって弧絡が発生しないようにすべきである。ス
リットまたは中間空間を空所の代わりに使用する場合、スリットないしは中間空
間の幅を、スリットないしは中間空間の有効な高さの３倍以上に選択して、この
ような弧絡が発生しないようにすべきである。

【００５０】 本発明の発展形態では、少なくとも１つの方向に種々異なる間隔で向かい合う
壁面を有する複数の空所または中間空間を設けることも可能である。このような
発展形態の平面図が図８に示されている。有利な実施形態では、向かい合う壁が
比較的小さい間隔を有する空所７１は、向かい合う壁が比較的大きな間隔を有す
る空所よりも試料の近くにある。ライトガイド７２の空所７０，７１が空所の長
手方向軸に垂直な少なくとも１つの方向において種々異なる寸法を有することに
より、同じ電位が印加される際には１つずつの空所（７０，７１）が別個の圧力
においてあらかじめ定められて、ほぼ最適な２次電子カスケードが得られる。こ
の場合、その都度の室の圧力に応じて、これらの空所のうちの１つを２次電子検
出器として選択することができ、これは２つの空所のうちの１つの空所における
１つまたは複数の電極に２次電子カスケードを構成する電位を印加することによ
って行われる。

【００５１】 向かい合う壁面の間隔が比較的小さい空所においては、コンタクトの間隔も、
向かい合う壁面の間隔が比較的大きい空所の場合よりも小さく選択することでき
る。この実施例では例えば、高さがより低くかつ横に延びた空所７１は混合形態
を表しており、ここでは高い電離密度を有する体積体の拡大が、２次電子カスケ
ードの伝搬方向にも、これに垂直な方向にも共に行われる。それは２次電子カス
ケードが空所７１の全幅にわたって伝搬できるからである。

【００５２】 本発明の別の有利な実施形態では、壁面が可変の間隔を有する空所または中間
空間が使用され、これにより壁面間の間隔を、その都度の室の圧力における２次
電子カスケードに対する最適値に調整することが可能である。このような実施例
の断面図が図９に示されている。この実施例の別の利点は、ライトガイド８３の
端面がシンチレータ８７を有することであり、これに減衰層８８が薄い接触接続
部として被着されている。これには例えば１０ｋＶが印加される。さらにグリッ
ド網８９がこの接触接続部の前に設けられており、その強い電界が試料室に対し
て減衰される。この検出器は、室に高真空状態を有する走査電子顕微鏡の動作時
にも、Everhardt-Thornley検出器としても使用可能である。利点は殊に、図９に
は図示しない真空パイプを有する同じライトガイド８３と、同じ光電子検出器８
２とを、試料室に真空状態を有する動作においても、試料室にガスを有する動作
においても共に使用できることである。図９においてライトガイドの軸に沿った
断面で示した同じ実施例は、図１０においてこのライトガイドの軸に対して横の
断面で示されている。この実施例は、ライトガイド８０に接続されているライト
ガイド８３からなり、このライトガイド８０は空所８１に接触しており、ここで
この空所は、試料室に対して隔絶された領域であり、この領域において高い電離
密度を有する拡大された体積体が形成される。先の実施例とは異なり、空所８１
は両側に向かって開いている。このことによって、一方の側に向かってだけ開い
ている空所に比べてより長い長さが確かに必要とされるが、空所の向かい合う壁
の間隔の機械的な調整がより容易になるという利点を有する。これに対する調整
の例は２つの矢印Ｆによって示されている。ここでは力が、上側のライトガイド
８３に、ないしは下側の補強部９１にかかる。

【００５３】 空所の向かい合う壁の間の間隔に応じて、図７の実施例に相応する電極６５，
６６，６７に有利な電位が供給され、これによって電極６５，６６間の空所の第
１領域に強い２次電子カスケードが形成され、かつ電極６６と６７との間の空所
の第２領域に高い電離密度が維持される。接触接続部８５の電位は有利には、接
触接続部６５の電位であるか、または反射部８６の電位である。接触接続部６７
，８５間の領域では、減衰する２次電子カスケードによって、光子信号に対して
さらに寄与がある。しかしながらこれは接触接続部６６および６７間に形成され
る光子信号よりも格段に小さい。この実施例では、空所は、下側においても、外
側からめっきされたライトガイド９０によって境界付けられており、このライト
ガイドには上側のライトガイド８０と同様に低導電性の層８４が被着されている
。この代わりに、空所の下側の境界部９０を電気的に非導通の反射性材料から作
製し、かつこれに直接、低導電性のコーティング８４を被着することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガスシンチレーション検出器の第１実施例の概略図である。

【図２】 コレクタ電極を有する本発明のＨＰＳＥＭの概略図である。

【図３】 表面に沿って連続的に電圧降下が発生する電極が使用された本発明の検出器の
概略図である。

【図４】 ２次電子カスケードに複数の側からライトガイドが接する本発明のガスシンチ
レーション検出器の概略図である。

【図５】 図４に垂直な断面における、図４の検出器の概略図である。

【図６】 図４および５に垂直な断面における、図４の検出器の概略図である。

【図７】 ガスシンチレーション検出器に対する別の実施例の断面図である。

【図８】 別個の圧力領域に対する複数の空所を有する別のガスシンチレーション検出器
の概略図である。

【図９】 向かい合う空所の間隔が変化するガスシンチレーション検出器の別の実施例の
概略断面図である。

【図１０】 図９の検出器を、図９に対して垂直な断面で示す図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年６月１０日（２００２．６．１０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項４】 前記第２電極（３０；３１）によって、または低導電性の電
極の表面に沿って電位の降下を用いることによって、高いが臨界未満の電離密度
を有する拡大された体積体が形成される、 請求項１から３までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。

【請求項５】 前記の高い電離密度を有する体積体の半分以上は、電極によ
って残りの試料室から隔絶されている領域にある、 請求項４に記載の走査電子顕微鏡。

【請求項６】 前記の２次電子を第１電極に導くために別の補助電極（２２ ； ４１）が設けられている、 請求項１から５までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。

【請求項２１】 前記の１つまたは複数の電極は、光透過性であるか、また
は光を通過させるための中間空間を有する微細な構造体からなる、 請求項２０に記載の検出器。

【請求項２２】 前記の空所または中間空間における前記の１つまたは複数
の電極の電位はところどころで少なくとも２００Ｖ、有利には４００Ｖ以上、前
記の走査電子顕微鏡の最終の圧力段絞りに対してプラスである、 請求項１８から２１までのいずれか１項に記載の検出器。

【請求項２３】 前記の空所または中間空間における前記の１つまたは複数
の電極の電位はところどころで、２次電子を放出する試料に対して６００Ｖ以上
プラスである、 請求項１８から２２までのいずれか１項に記載の検出器。

【請求項２４】 前記の長く延在する体積体領域（６９）は、長手方向が、
前記の空所または中間空間の断面に内接する円の最大直径の２倍よりも大きい、 請求項１８から２３までのいずれか１項に記載の検出器。

【請求項２５】 前記の低減された増幅率は、５倍以下、有利には２倍以下
である、 請求項１８から２４までのいずれか１項に記載の検出器。

【請求項２６】 前記の低減された増幅率は、０．２倍以上である、 請求項２５に記載の検出器。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００１】 本発明は、走査電子顕微鏡に対する検出器、例えば、可変の圧力を有する走査
電子顕微鏡に対する検出器と、このような検出器を有する走査電子顕微鏡とに関
する。ここで可変の圧力を有する走査電子顕微鏡またはＨＰＳＥＭとは、試料室
にガスを有する動作が、少なくとも０．１Ｐａの圧力において可能である走査電
子顕微鏡のことである。ＨＰＳＥＭでは検出器として通例、後置接続されたオペ
アンプを有するコレクタ電極またはガスシンチレーション検出器が使用される。
後者は、後置接続された光電子倍増管を有するライトガイドからなる。いずれの
場合においての、ガスにおける２次電子カスケード（Sekundaerelektronenkaska
de）が必要である。２次電子カスケードを利用する装置は、例えば、ＵＳ４７８
５１８２，ＵＳ５３９６０６７，ＵＳ５６７７５３１，ＷＯ９９／２７５５９， ＪＰ２２３６９３９，ＪＰ２２６７８４６およびＪＰ２２７３４４５ならびに刊
行物Advances in Electronics and Electron Physics, Vol.78，１９９０年、第
１〜１０２頁のG. Danilatosによる論文に記載されている。２次電子カスケード
に関連してつぎの問題が発生する： １． ２次電子カスケードの増幅率は、弧絡（Ueberschlaege）によって制限さ
れる、 ２． コレクタ電極を有する今日のＨＰＳＥＭでは、下方の圧力段絞り（Drucks
tufenblende）は、コレクタ電極、すなわち２次電子カスケードの端部の電極と
同じような電位を有する。したがってこの２次電子カスケードの大部分はガスの
道のり区間で発生しなければならず、ここでこの道のり区間は、これに沿って（
逆方向に）１次電子散乱が発生するのと同じ道のり区間である。このために圧力
およびガス区間を自由に選択することはできず、これらの積を十分に大きくして
、圧力またはガス区間が実際にはさほど大きくなくてもよいことが多い場合であ
っても、２次電子カスケードの十分な増幅率が維持されるようにしなければなら
ない。これに相応してこれらの条件の下で不要に強い１次電子散乱を受け入れな
ければならない。この欠点はビーム案内管における検出の際にも発生する、 ３． コレクタ電極および後置接続されたオペアンプを有するＨＰＳＥＭでは、
高い走査速度は不可能である。低いビーム流強度では、アラインメントに必要な
通常の走査速度でさえも不可能である。その理由は、オペアンプの時定数が、こ
のオペアンプの過度に高い増幅率においてはこの走査速度に対して大きすぎるか
らである、 ４． ガスシンチレーション検出器を有するＨＰＳＥＭにおいても、コレクタ電
極を有するＨＰＳＥＭにおいても検出システムの効率は不十分である。結果的に
信号雑音比が低下してしまい、また試料に対して大きなビーム障害（Strahlensc
haedigung）が発生してしまい、このために多くの課題の実行が失敗してしまう
。

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料室にガスを有する動作用の走査電子顕微鏡において、 １次電子に対するビーム案内管と、試料室と、該試料室に配置された試料ホル
   ダと、１次電子が通過して前記試料室に入る最終の圧力段絞りと、前記の試料ホ
   ルダおよび最終の圧力段絞りに対してプラスの電位を有する第１電極（５０；５
   １；５２）と、少なくとも１つの第２電極（３０；３０ａ〜３０ｉ；３１）とを
   有しており、 前記第１電極によって、試料ホルダによって収容される試料（１１）から発生
   する２次電子が加速され、 該第１電極は、前記ビーム案内管の外に配置されており、 前記第２電極の、試料ホルダの方を向いた端部と試料ホルダとの間隔は、第１
   電極と試料ホルダとの間隔よりも小さく、かつ第１電極の電位と試料の電位との
   間の、または前記試料（１１）の電位を有することを特徴とする、 試料室にガスを有する動作用の走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 試料室にガスを有する動作に対する走査電子顕微鏡において
   、 １次電子に対するビーム案内管と、試料室と、該試料室に配置された試料ホル
   ダと、１次電子が通過して前記試料室に入る最終の圧力段絞りと、ビーム案内管
   の外側に配置された低導電性の電極を有し、 該電極は少なくとも２つの接触接続部を有し、かつ試料ホルダの方を向いた端
   部は、最も高い電位を有する接触接続部の電位と試料の電位との間の電位、また
   は試料電位を有し、 前記の最も高い電位を有する接触接続部は、試料ホルダおよび最終の圧力段絞
   りに対してプラスの電位を有することを特徴とする、 試料室にガスを有する動作用の走査電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記第２電極（３０；３０ａ〜３０ｉ；３１）によって、ま
   たは低導電性の電極の表面に沿って電位の降下を用いることによって、高いが臨
   界未満の電離密度を有する拡大された体積体が形成される、 請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡。
4. 【請求項４】 前記の高い電離密度を有する体積体の半分以上は、電極によ
   って残りの試料室から隔絶されている領域にある、 請求項３に記載の走査電子顕微鏡。
5. 【請求項５】 前記の２次電子を第１電極に導くために別の補助電極（２２
   ；３４，４１）が設けられている、 請求項１から４までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
6. 【請求項６】 前記第２電極（３０；３０ａ〜３０ｉ；３１）は、当該走査
   電子顕微鏡の光軸に対して第１電極から試料ホルダの方向に傾いて延在しており
   、試料ホルダの方を向いた端部が開口部を形成し、 該開口部は、前記第１電極によって、または２次電子を第１電極に導く前記補
   助電極（３４，４１；３５，４２；５４ａ，５４ｂ）によって形成される電界が
   突き抜けるための開口部である、 請求項１から５までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
7. 【請求項７】 前記の第１および第２電極または低導電性の電極は、走査電
   子顕微鏡の光軸に対して回転対称に形成されている、 請求項１から６までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
8. 【請求項８】 前記第１電極（５１；５２）は、走査電子顕微鏡の光軸をリ
   ング状に包囲し、 前記第２電極（３０；３１）は、前記第１電極を円錐状に試料ホルダに向かっ
   て包囲する、 請求項７に記載の走査電子顕微鏡。
9. 【請求項９】 別の第３電極（２２；４１；４２）が設けられており、 該電極は走査電子顕微鏡の光軸を管状に包囲する、 請求項８に記載の走査電子顕微鏡。
10. 【請求項１０】 前記の低導電性の電極（５０）は、ライトガイド（５６ａ
    〜５６ｄ）の一方の側が開いた空所の内側に取り付けられる、 請求項２に記載の走査電子顕微鏡。
11. 【請求項１１】 前記の低導電性の電極（５０）は、前記空所の延長された
    区間にわたって延在している、 請求項１０に記載の走査電子顕微鏡。
12. 【請求項１２】 前記のライトガイドの空所は、ピラミッド形状である、 請求項１０または１１に記載の走査電子顕微鏡。
13. 【請求項１３】 ２次電子カスケードの端部に配置されている前記第１電極
    （５０；５１；５２）は、前記の最後の圧力段絞り（２１）の電位よりも１００
    Ｖ以上、有利には２００Ｖ以上プラスの電位を有する、 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
14. 【請求項１４】 ２次電子カスケードの端部に配置されている前記第１電極
    （５０；５１；５２）は、前記試料（１１）よりも少なくとも５５０Ｖ、有利に
    は６００Ｖ以上プラスの電位を有する、 請求項１３に記載の走査電子顕微鏡。
15. 【請求項１５】 前記第２電極（３０；３１）は、試料に対して少なくと１
    ００Ｖの電位を有する、 請求項１から１４までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
16. 【請求項１６】 ライトガイド（５６）の光透過性の表面に固定された電極
    （５１，５４，５４ａ，５４ｂ）は、複数の導体路または導線から構成され、 該導体路または導線の幅は１ｍｍ以下であり、該導体路または導線間に、光子
    が通過してライトガイドに入ることのできるギャップが設けられている、 請求項１から１５までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
17. 【請求項１７】 ライトガイド（５６）の光透過性の表面に電極（５４，５
    ４ａ，５４ｂ）が固定されており、 該電極に沿って電圧降下が発生し、 該電極は、透明であるか、または微細な構造体からなり、 該構造体の幅は１ｍｍ以下であり、 該構造体間に、光子が通過してライトガイドに入ることのできるギャップが設
    けられており、 前記電極は、前記の２つの場合に導電率の低い材料または極めて薄い材料強度
    を有する材料からなり、これによって当該電極に沿って電圧降下が可能である、 請求項１から１６までのいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
18. 【請求項１８】 試料室に高圧力を有する走査電子顕微鏡における２次電子
    用の、２次電子カスケードを利用した検出器において、 導電率の小さいただ１つの電極（６４）または複数の電極が設けられており、 該電極は、中間空間または長く延在する空所（８１）に沿って延びており、 前記の空所または中間空間の内部または前の入口側の領域（６８）にて、前記
    の１つまたは複数の電極に電位を与え、これによって２次電子に対して高い増幅
    率が得られ、かつ当該入口側の領域（６８）に、２次電子に対する増幅率が低減
    された長く延在する体積体領域（６９）が続いているようにすることを特徴とす
    る、 試料室に高圧力を有する走査電子顕微鏡における２次電子用の検出器。
19. 【請求項１９】 前記空所は、ライトガイドに形成されているか、またはラ
    イトガイドに接している、 請求項１８に記載の検出器。
20. 【請求項２０】 前記の１つまたは複数の電極は、光透過性であるか、また
    は光を通過させるための中間空間を有する微細な構造体からなる、 請求項１９に記載の検出器。
21. 【請求項２１】 前記の空所または中間空間における前記の１つまたは複数
    の電極の電位はところどころで少なくとも２００Ｖ、有利には４００Ｖ以上、前
    記の走査電子顕微鏡の最終の圧力段絞りに対してプラスである、 請求項１８から２０までのいずれか１項に記載の検出器。
22. 【請求項２２】 前記の空所または中間空間における前記の１つまたは複数
    の電極の電位はところどころで、２次電子を放出する試料に対して６００Ｖ以上
    プラスである、 請求項１８から２１までのいずれか１項に記載の検出器。
23. 【請求項２３】 前記の長く延在する体積体領域（６９）は、長手方向が、
    前記の空所または中間空間の断面に内接する円の最大直径の２倍よりも大きい、 請求項１８から２２までのいずれか１項に記載の検出器。
24. 【請求項２４】 前記の低減された増幅率は、５倍以下、有利には２倍以下
    である、 請求項１８から２３までのいずれか１項に記載の検出器。
25. 【請求項２５】 前記の低減された増幅率は、０．２倍以上である、 請求項２４に記載の検出器。