JP3114583B2 - 二次電子検出装置 - Google Patents

二次電子検出装置

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JP3114583B2 JP07255618A JP25561895A JP3114583B2 JP 3114583 B2 JP3114583 B2 JP 3114583B2 JP 07255618 A JP07255618 A JP 07255618A JP 25561895 A JP25561895 A JP 25561895A JP 3114583 B2 JP3114583 B2 JP 3114583B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡や
電子線マイクロアナライザ等に用いられる二次電子検出
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡では、試料面から放出さ
れる二次電子の検出にエバーハート・ソーンレイ(Ever
hart-Thornley)型の検出器が一般に用いられる。図3
はこの種の二次電子検出装置の概略構成図である。対物
レンズ20により集光されて試料11に照射された電子
ビーム10(エネルギーEp=数〜数十keV)によっ
て試料11面から飛び出した二次電子(エネルギーESE
=数eV)は、コレクタ12に印加される電圧(約20
0V)により生じる電場によって引き寄せられる。シン
チレータ13の蛍光体の表面に形成されているアルミニ
ウム膜には、約10kVの高電圧が印加される。
【0003】この高電圧により生じる電場によって、電
子はコレクタ12のグリッドを通過してシンチレータ1
3に到達し、そこでエネルギーを失って光量子を発生す
る。この光量子は、ライトパイプ14内を通り光電子増
倍管15の陰極16迄達する。光量子により陰極16か
らたたき出された光電子は、多数の二次電子増倍面(ダ
イノード)17にて増倍され陽極18に捕捉される。従
って、陽極18からは、シンチレータ13に捕集された
二次電子の量に応じた信号が得られる。
【0004】なお、コレクタ12自体に電圧を印加せ
ず、シンチレータ13のアルミニウム膜に印加した高電
圧により生じる電場により、測定点から二次電子を引き
出す構成とする場合もある。
【0005】上記構成において、二次電子を効率良くコ
レクタ12迄導くためには、試料11面上の測定点すな
わち電子ビーム10が照射される位置迄コレクタ12或
いはシンチレータ13による電場が充分に到達し、二次
電子がこの電位により引き出されるようにする必要があ
る。
【0006】図4は測定点近傍の状態を示す側面断面図
であり、(a)は試料台が小さい場合、(b)は試料台
が大きい場合である。図4(a)の如く試料台21が対
向する対物レンズ20の面よりも充分に小さい場合に
は、コレクタ12から発生する電場により測定点でも引
き出し電場が生じているため、二次電子を誘引し易い状
態となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、図4
(b)の如く試料台21が対向する対物レンズ20の底
面と同程度か又は大きい場合には、対物レンズ20と試
料台21との間隙が狭いため、コレクタ12から発生す
る電場は測定点迄到達しない。従って、このような場合
には、所定の小さな立体角を有して試料から放出される
電子のみがコレクタ12に捕集されることになり、二次
電子の捕集効率は極めて悪くなる。この結果、例えば走
査電子顕微鏡で半導体ウエハ等の大きな試料を撮像する
と、S/N比が悪く充分な画像が得られない。
【0008】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、大きな
試料台を用いても試料から放出された二次電子を効率的
に捕集し検出することができる二次電子検出装置を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、荷電粒子線を集光する対物レンズ
に対向して設置された試料に対し荷電粒子線を照射した
ときに励起される二次電子を検出する二次電子検出装置
において、a)電場により二次電子を誘引するための電子
捕集手段と、b)該電子捕集手段の近傍に一端が、該電子
捕集手段による電場が作用せず且つ荷電粒子線が照射さ
れる測定点の近傍に他端が位置するように、対物レンズ
と試料との間の空隙に挿入して配設され、電気的には該
電子捕集手段と絶縁されてなる1本の導体棒と、c)前記
測定点側の前記導体棒の先端から該測定点に向かって電
位が低くなる電位勾配と、該導体棒の他端から前記電子
捕集手段の方向に向かって電位が高くなる電位勾配とを
形成するために該導体棒に正電位を印加するための電圧
印加手段と、を備えることを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】導体棒は、対物レンズと試料を載
置するための試料との間の間隙に挿入された状態で保持
される。この導体棒は電気的には電子捕集手段とは絶縁
されており、電子捕集手段に印加される電位とは独立に
電位を設定できる電圧印加手段により、例えば100V
程度の正電位が印加される。すなわち、この正電位によ
り、対物レンズの下側に挿入された導体棒の先端から測
定点に向かって電位が徐々に低くなる電位勾配と、電子
捕集手段の近傍に位置する導体棒の他端から該電子捕集
手段の方向に向かって電位が徐々に高くなる電位勾配が
形成される。しかし、導体棒上の殆どの部分では、長手
方向の電位勾配は存在していない。
【0011】このような電場により、試料の測定点から
放出された電子は、まず導体棒の方向へ進む運動量を得
る。そして、試料面から適当な角度及びエネルギーをも
って放出された電子は、導体棒に衝突せず導体棒の周り
を周回運動し始める。この電子は、始めに導体棒に引き
寄せられるときに与えられた導体棒長手方向の運動量に
より、周回運動しながら徐々に測定点から離れる方向す
なわち電子捕集手段の方向へ進む。そして、導体棒の電
場よりも電子捕集手段による電場が勝る位置迄電子が移
動したとき、電子は導体棒から離れて電子捕集手段に引
き寄せられる。ここで、電子捕集手段は例えば電子検出
装置のコレクタであり、コレクタ自体に電圧が印加され
ることによって電子を誘引する電場が生じる。
【0012】
【発明の効果】従って、この二次電子検出装置によれ
ば、試料の測定点にコレクタ或いはシンチレータによる
電場が届かない場合でも、放出された電子を効率的にコ
レクタ迄導くことができるため、二次電子の捕集効率が
向上する。すなわち、この二次電子検出装置を走査電子
顕微鏡に用いれば、従来撮像が困難であった大きな試料
でも、S/N比の良好な画像を得ることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明に係る二次電子検出装置の一実
施例の構成及び動作について、図を参照しつつ説明す
る。図1は、本発明に係る二次電子検出装置の実施例の
入口近傍の構成図であり、(a)は側面断面図、(b)
は上面図である。また、図2は、アンテナ近傍での電子
の動きを示す概念図である。
【0014】電子ビームを集光するための対物レンズ2
0と試料台21との間の狭い空隙にはアンテナ22が挿
入され、このアンテナ22はコレクタ12付近から試料
の測定点(対物レンズ20の中心点)のすぐ近傍迄張り
渡される。アンテナ22は直径が0.2mm程度の細長い
円柱形状(但し、充分に細ければ必ずしも円柱でなくと
も良い)を有し、対物レンズ20から極細い非導体線2
4で吊るされることによりその位置が保持される。アン
テナ22には直流電圧源23から適当な正電位が印加さ
れる。この電位はコレクタ12の電位、電子の有するエ
ネルギー等により決められる。測定点にはコレクタ12
による電場は存在しないが、アンテナ22により作り出
される電場は測定点迄達する。
【0015】対物レンズ20により集光された電子ビー
ムが試料台21上に載置された試料に照射されると、測
定点すなわち電子ビームが照射された点から0〜数eV
のエネルギーを有する二次電子が放出される。この電子
は、図2(a)に図示する如く、アンテナ22により生
じる電場に引き寄せられ、アンテナ22の長手方向(x
軸方向)の運動量を得る。
【0016】試料面から出射された電子は、エネルギ
ー、出射方向、出射角度において種々の初期条件を有す
る。これらの電子の中で、アンテナ22の長手方向(x
軸方向)に垂直なy軸方向に所定の範囲の角度をもって
放出される電子は、アンテナ22に衝突せず周回運動を
し始める。すなわち、このような電子は、x軸方向の運
動量を有しつつ、図2(b)の如き周回運動を行なう。
【0017】アンテナ22の極く近傍の電場は、アンテ
ナ22からの動径方向の距離に対してほぼ反比例する。
このような場内での周回運動の軌道は安定しており、動
径方向の或る一定距離内に収まることが証明されている
(参考文献:ゴールドステイン著「クラシカル・メカニ
クス 第2版」第90頁〜、アディソン・ウェルスレイ
1980年発行: H.Goldstein " Classical Mechanic
s 2nd ed." , pp.90-; Addison-Welsley(1980))。ここ
では、アンテナ22の作る電場はアンテナ22先端付近
以外ではアンテナ22の動径方向を向いているから、電
子が始めに得たx軸方向の運動量は周回運動中ほぼ保存
される。このため、電子はアンテナ22の周囲を回りな
がら、徐々にコレクタ12の方向へ移動する。
【0018】コレクタ12には200V程度の電圧が印
加されており、これによって生じる電場はコレクタ12
面に近づく程強くなっていく。従って、アンテナ22の
或る点において、コレクタ12による電場がアンテナ2
2による電場よりも大きくなっている。アンテナ22に
沿って移動する電子がこの点付近まで達すると、電子は
アンテナ22の周回運動を離れ、コレクタ12の方へ引
き寄せられる。そして、コレクタ12のグリッドを通過
し、シンチレータ13へ到達する。
【0019】なお、アンテナ22によって測定点からコ
レクタ12迄効率良く電子を導くためには、電子に適当
な初期条件を与えることが重要である。従って、最適な
条件を設定できるように、アンテナ22の先端と測定点
との距離やアンテナ22に印加する電圧を調整できるよ
うにすることが望ましい。
【0020】また、アンテナ22を対物レンズ20又は
試料台21に対して適当な位置に保持する方法は、電子
がアンテナ22の周囲を周回運動しつつ移動することの
妨げにならないようにしさえすれば上記実施例に限らな
い。
【0021】なお、上記実施例中の電圧等の数値は一例
であって、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る二次電子検出装置の実施例の構
成図で、(a)は側面断面図、(b)は上面図。
【図2】 アンテナ近傍での電子の動きを説明するため
の概念図で、(a)はアンテナ側面図、(b)はアンテ
ナ正面図。
【図3】 走査電子顕微鏡における一般的な二次電子検
出装置の構成図。
【図4】 二次電子検出装置の試料近傍の構成を示す側
面断面図であり、(a)は試料台が小さい場合の例、
(b)は試料台が大きい場合の例。
【符号の説明】
10…電子ビーム 11…試料 12…コレクタ 13…シンチレータ 14…ライトパイプ 15…光電子増倍管 20…対物レンズ 21…試料台 22…アンテナ 23…直流電圧源 24…非導体線

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子線を集光する対物レンズに対向
    して設置された試料に対し荷電粒子線を照射したときに
    励起される二次電子を検出する二次電子検出装置におい
    て、 a)電場により二次電子を誘引するための電子捕集手段
    と、 b)該電子捕集手段の近傍に一端が、該電子捕集手段によ
    る電場が作用せず且つ荷電粒子線が照射される測定点の
    近傍に他端が位置するように、対物レンズと試料との間
    の空隙に挿入して配設され、電気的には該電子捕集手段
    と絶縁されてなる1本の導体棒と、 c)前記測定点側の前記導体棒の先端から該測定点に向か
    って電位が低くなる電位勾配と、該導体棒の他端から前
    記電子捕集手段の方向に向かって電位が高くなる電位勾
    配とを形成するために該導体棒に正電位を印加するため
    の電圧印加手段と、 を備えることを特徴とする二次電子検出装置。
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