JP3434165B2

JP3434165B2 - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JP3434165B2
Application number: JP10165297A
Authority: JP
Inventors: 秀男戸所
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: EP0872873A3; KR19980081497A; US5939720A; JPH10294074A; DE69840533D1; EP0872873B1; KR100494298B1; EP0872873A2

Description

【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に係
り、特に、一次電子ビームの加速電圧を試料入射の直前
で低下させるリターディング法を用いる走査電子顕微鏡
に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来の一般的な走査電子顕微鏡の
基本構成を、図１を用いて説明する。電子線源（不図
示）から試料９に向かって出射された電子ビーム１９
は、試料９上を予め定めた経路で二次元走査するように
走査コイル２で偏向される。走査コイル２を通過した電
子ビーム１９は、磁路４と励磁コイル５で構成される対
物レンズ３で細く絞られて、試料９に照射される。電子
ビーム１９の照射により、試料９から二次電子１６と、
電子ビーム１９の反射電子１５とが発生する。

【０００３】対物レンズ３と試料９との間には、電子ビ
ーム１９の経路上にシンレータ１６が配置され、電子ビ
ーム１９の経路のわきの外筒６１０内にシンチレータ６
１２が配置されている。

【０００４】試料９から発生した二次電子１６は、その
エネルギーが２ｅＶと小さいため、正の高電圧（１０ｋ
Ｖ）の印加されたシンチレータ６１２の電界１１で吸
引、加速されてシンチテータ６１２を発光させる。発生
した光はライトガイド６１３内を伝達して光電子増倍管
６１４に入り、電気信号に増幅・変換される。

【０００５】試料９による反射電子１５は、電子ビーム
１９が試料９に照射された時点のエネルギー（例えば１
０ｋＶ）とほぼ同じエネルギーを持っているため、シン
チレータ６１２の電界１１に吸引されることなく図１の
ように電子ビーム１９に逆向きに進行し、シンチレータ
６に入射し、これを発光させる。この光は、ライトガイ
ド７を伝達して光電子増倍管８に入力され、電気信号に
変換される。

【０００６】この光電子増倍管８および６１４の出力強
度を輝度変調とし、走査コイル２の走査した試料９上の
位置と対応させてＣＲＴ上に表示することにより、試料
の形状像を表示することができる。

【０００７】従来、半導体産業では、プロセス加工後の
シリコンウエハ上の形状検査に光学顕微鏡を用いていた
が、近年、微細化が進んだため、光学顕微鏡では分解能
が不十分になり、走査電子顕微鏡が用いられるようにな
った。半導体産業で観察する試料は、主に絶縁物である
ため、電子照射で試料が帯電することを防ぐため、照射
する電子ビーム（一次電子ビーム）のエネルギー（加速
電圧）を１ｋＶ以下にする必要がある。

【０００８】しかしながら、走査電子顕微鏡において加
速電圧を低くすると、一次電子ビームを細く絞ることが
困難になる。そのため、最近では、高加速電圧（例えば
２ｋＶ）の一次電子ビームを対物レンズで細く絞った
後、対物レンズと試料との間に印加された減速電界（例
えば−１ｋＶ）により、試料に入射する直前で一次電子
ビームの加速電圧を低下させるリターデング法が実用さ
れるようになった。例えば、Ultramicroscopy ４１
（１９９２）の４０２ページの図３や、ＳＰＩＥ Vol.
２７２５（１９９６）の１０５〜１１３ページに記載さ
れている。

【０００９】このリターデング法では、対物レンズ３を
通過するときの電子ビームのエネルギーを、試料に照射
する際のエネルギーよりも高い、所望のエネルギーに設
定することができるため、電子ビームのエネルギーのバ
ラツキにより生じる色収差を小さくでき、電子ビームを
細く絞ることができるという利点がある。その一方で、
試料から発生した二次電子が、対物レンズと試料との間
の減速電界によって加速され、対物レンズ内に吸引さ
れ、対物レンズによってレンズ作用を受け、焦点を作り
ながら電子線源の方に向かって進行するため、二次電子
の検出が困難になるという問題もある。

【００１０】上述のＳＰＩＥ Vol.２７２５（１９９
６）の１０５〜１１３ページに記載されている技術で
は、加速された二次電子を検出するために、対物レンズ
よりも電子線源側に金属製の反射板を配置しておき、こ
れに加速された二次電子を衝突させて、反射板からさら
に二次電子（信号二次電子と称す）を発生させ、この信
号二次電子を電界により偏向し、検出器によって検出す
る構成が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】対物レンズの色収差を
低減するためには、対物レンズを通過する際の一次電子
ビームの加速電圧が高い方が望ましい。リターディング
法では、一次電子ビームの加速電圧と減速電界との差
が、試料に入射する電子ビームのエネルギーになるた
め、例えば、加速電圧５ｋＶの一次電子ビームを−４ｋ
Ｖの減速電界によって１ｋＶに減速して試料に入射させ
る場合や、さらに高加速電圧の一次電子ビームを、１ｋ
Ｖまで減速して試料に入射させる場合が考えられる。し
かしながら、上述のようにリターディング法では、試料
からの二次電子が、逆に減速電界によって加速されるた
め、例えば減速電界が−４ｋＶの場合には、二次電子は
４ｋＶに加速される。

【００１２】上述のＳＰＩＥ Vol.２７２５（１９９
６）の１０５〜１１３ページに記載されている反射板に
よって、試料からの二次電子を効率よく検出するために
は、反射板で高効率で信号二次電子を発生させる必要が
ある。一般に、二次電子の発生効率は、物体に入射した
一次電子のエネルギーが３００Ｖ〜１ｋＶのとき、最も
高く（１以上）なり、１ｋＶを越えると低減することが
知られている。そのため、減速電界の大きさを１ｋＶよ
りも大きくすると、反射板に衝突する二次電子のエネル
ギーが１ｋＶを越えることになるため、反射板での信号
二次電子の発生効率が低下し、試料からの二次電子の検
出効率が低減してしまう。このように、上述の反射板を
用いる検出方法では、減速電界の大きさを１ｋＶ以上に
すると検出効率が低下するため、対物レンズ通過時の電
子ビームのエネルギーをあまり大きくできないという問
題がある。

【００１３】また、試料によって反射した反射電子は、
反射時のエネルギーが入射時とほぼ同じであるため、例
えば、１ｋＶの電子ビームを試料に入射させた場合に
は、反射電子のエネルギーは約１ｋＶとなる。この反射
電子が、対物レンズと試料との間の減速電界によってさ
らに加速されることにより、電子ビームの加速電圧と同
じ電圧まで加速される。このため、減速電界の大きさが
１ｋＶであっても、反射電子は２ｋＶで反射板に衝突す
ることになるため、反射板における信号二次電子の発生
効率が低くくなる。そのため、上述の反射板を用いる方
法では、反射電子を効率よく検出することができないと
いう問題もある。

【００１４】本発明は、リターディング法を用いなが
ら、試料からの二次電子および反射電子を加速電圧およ
び減速電界の大きさにかかわらず効率よく検出すること
のできる走査電子顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような走査電子顕微鏡を提供する。

【００１６】すなわち、試料を保持する試料ホルダと、
前記電子を加速して前記試料に向かって電子ビームを出
射する電子線源と、前記電子ビームを試料上で走査させ
る走査手段と、前記電子ビームを前記試料上で収束させ
る対物レンズと、前記試料上の空間に前記電子ビームを
減速させる減速電界を形成する減速電界形成手段と、前
記電子ビームの照射により前記試料から放出される二次
電子および反射電子の少なくとも一方により構成される
二次信号を検出するための検出器とを有し、前記検出器
は、第１の検出器と第２の検出器とを備え、前記第１の
検出器は、前記二次信号が衝突する位置に配置され、前
記二次信号を検出するとともに、前記二次信号の衝突に
よりさらに二次電子を放出する構成であり、前記第２の
検出器は、前記第１の検出器が放出した二次電子を検出
することを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の走査
電子顕微鏡について図面を用いて説明する。

【００１８】まず、第１の実施の形態の走査電子顕微鏡
について図３を用いて説明する。

【００１９】試料９は、導電性の試料ホールダ１７に搭
載される。試料ホールダ１７は、絶縁台１８を介して、
水平位置を調節するための試料ステージ１１９上に載せ
られている。

【００２０】電子線源１は、試料９に対向するように配
置される。電子線源１と試料９との間には、コンデンサ
レンズ２８、絞り２５、上走査コイル２６、下走査コイ
ル２７、シンチレータ３９、二次電子偏向装置１０１、
対物レンズ３が、電子ビーム１９の軸上に順に配置され
ている。

【００２１】シンチレータ３９は、図１４（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示すように、先端が斜めに切り落とさ
れた丸棒形状のライトガイド４０の先端の下側の面上に
配置されている。シンチレータ３９は、発光層１２２
と、発光層１２２を覆う金属層１２３により形成され
る。ライトガイド４０上に配置される発光層１２２は、
電子が入射すると発光する蛍光体または単結晶ＹＡＧ等
により形成される。金属層１２３は、発光層１２２の帯
電を防止するととともに、本実施の形態では、試料から
の二次電子の入射によりさらに二次電子（信号二次電
子）１６ｂを放出するために配置されている。よって、
金属層１２３は、二次電子の発生効率の高いＡｕやＡｌ
により形成される。また、ライトガイド４０の先端の上
側の面には、発光層１２２が発した光を全反射してライ
トガイド４０を伝搬させるために、反射層１２１が配置
されている。ライトガイド４０は、アクリルまたはガラ
スからなる。ライトガイド４０の斜めに切り落とされた
先端には、電子線源１から放出された電子ビーム１９を
通過させるための貫通孔４８が設けられている。ライト
ガイド４０の逆側の端部には光電子増倍管４１が取り付
けられている。シンチレータ３９、ライトガイド４０お
よび光電子像倍管４１は、第１の検出器１５０を構成し
ている。

【００２２】二次電子偏向装置１０１は、シンチレータ
３９の金属層１２３により発生した信号二次電子１６ｂ
を電子ビーム１９の軸と直交する方向に吸引するために
配置されている。二次電子偏向装置１０１は、図３、図
１３のように、一対の偏向電極２１、２２および偏向コ
イル２３ａ、２３ｂにより構成される。偏向電極２１、
２２は、電子ビーム１９の軸と直交する方向に吸引電界
Ｅを印加するように配置されている。偏向コイル２３
ａ，２３ｂは、吸引電界Ｅに直交する方向で、かつ電子
ビーム１９に直交する方向に磁界Ｂを印加するように配
置されている。正電位が印加される偏向電極２２は、吸
引した信号二次電子１６ｂを通過させるために、メッシ
ュ状の電極である。磁界Ｂは、吸引電界Ｅによって電子
ビーム１９が偏向するのを打ち消す作用をする。これに
より、電子ビーム１９の直進性を維持する。

【００２３】メッシュ状の偏向電極２２の裏側には、吸
引された二次電子を検出するためのシンチレータ１２が
配置されている。シンチレータ１２は、ライトガイド１
３の一端に配置されている。ライトガイド１３の他端に
は光電子増倍管１４が取り付けられている。シンチレー
タ１２、ライトガイド１３および光電子増倍管１４は、
第２の検出器１５１を構成している。

【００２４】なお、図示していないが、光電子増倍管１
４、４１には、これらの出力を合算もしくはそれぞれ単
独で輝度変調信号とし、上下走査コイル２６、２７の走
査量と対応させることにより画像信号を作成し、ＣＲＴ
に試料像を表示させる画像制御装置が接続されている。

【００２５】電子線源１は、ショットキー形の電子源３
６と、電子源３６を通電加熱するための加熱電源３８、
サプレッサー電極３５、引出電極３４、制御電極３０、
陽極２９を有する。ショットキー形の電子源３６は、加
熱電源３８により通電加熱される。引出電極３４には、
電子源３６に対して引出電圧３７が印加され、これによ
り電子源３６が電子を放出する。サプレッサー電極３５
には、抑制電圧５２が印加される。抑制電圧５２は、負
電圧でショットキー電子源３６の先端以外から放出され
る電子を抑制する。制御電極３０には、制御電圧３２が
印加され、電子ビーム１９の軌道を制御する。陽極２９
には、所望の電圧に設定された加速電圧３３が印加さ
れ、電子源３６から引き出された電子を設定された加速
電圧に加速し、電子ビーム１９を形成する構成である。

【００２６】対物レンズ３は、磁路４と励磁コイル５と
により構成される。磁路４は、接地されている。一方、
試料９には、導電性の試料ホールダ１７を介して負の重
畳電圧２０が印加されている。これにより、試料９と対
物レンズ３との間の空間には、電子ビーム１９を減速さ
せる減速電界が形成される。

【００２７】ここで、加速電圧３３として６ｋＶを設定
し、試料９に印加する重畳電圧２０として、−５ｋＶを
設定して、１ｋＶのエネルギーの電子ビーム１９を試料
９に入射させて観察を行う場合の各部の動作について説
明する。

【００２８】電子線源１から高加速電圧６ｋＶで放出さ
れた電子ビーム１９は、コンデンサーレンズ２８、絞り
２５を通過した後、上走査コイル２６および下走査コイ
ル２７により試料９上の走査するように偏向される。こ
のとき、上走査コイル２６および下走査コイル２７は、
偏向した電子ビーム１９が常に対物レンズ３の中心を通
るように偏向する。これにより、対物レンズ３の中心か
ら電子ビーム１９がずれることにより収差が生じるのを
防ぐことができる。なお、対物レンズ３を通過する際の
電子ビームの開き角は、絞り２５の開口の大きさにより
決定される。また、絞り２５に取り付けられている調整
つまみ５３は、絞り５３のセンタリングに用いられる。

【００２９】上走査コイル２６および下走査コイル２７
により走査された電子ビーム１９は、ライトガイド４０
およびシンチレータ３９の貫通孔４８を通過したのち、
二次電子偏向装置１０１を通過する。このとき、電子ビ
ーム１９は、偏向電極２１、２２間の吸引電界Ｅの影響
を受けるが、偏向コイル２３ａ，２３ｂの磁界がこの影
響を打ち消すように作用するため、結果的に電子ビーム
１９は、二次電子偏向装置１０１による影響を受けずに
直進する。直進した電子ビーム１９は、対物レンズ３を
通過することにより細く絞られ試料上に収束される。

【００３０】対物レンズ３を通過した時点の電子ビーム
１９のエネルギーは、加速電圧６ｋＶに相当するエネル
ギーであるが、試料９と対物レンズ３との間に形成され
ている減速電界により減速される。よって、試料９に一
次電子として入射する時点の電子ビーム１９のエネルギ
ーは、６ｋＶの加速電圧３３に−５ｋＶの重畳電圧２０
を合算した１ｋＶの電圧に相当する値となる。

【００３１】１ｋＶの電子ビーム１９が試料９に入射す
ると、試料９からは二次電子１６が放出されるととも
に、電子ビーム１９が試料９で反射した反射電子１５が
生じる。反射電子１５は、試料９に入射した時点の電子
ビーム１９と同じエネルギーをもって上方に反射される
ため、反射電子１５は、反射した時点で１ｋＶのエネル
ギーを有することになる。一方、二次電子１６のエネル
ギーは、放出された時点ではほとんど０に近い。

【００３２】試料９から発生した二次電子１６および反
射電子１５は、対物レンズ３と試料９間に作られた減速
電界によって加速され、対物レンズ３内に吸引される。
そして、対物レンズ３の磁界でレンズ作用を受けた二次
電子１６および反射電子１５は焦点を作りながら電子線
源１の方に向かって上昇する。上昇した二次電子１６お
よび反射電子１５は、シンチレータ３９に衝突する。シ
ンチレータ３９に衝突する時点の二次電子１６の加速電
圧は、減速電界の重畳電圧２０と等しい５ｋＶになる。
また、反射電子１５の加速電圧は、反射した時点の１ｋ
Ｖと重畳電圧２０の５ｋＶとを加えた６ｋＶとなる。

【００３３】反射電子１５および二次電子１６が、シン
チレータ３９に衝突すると、図１３のようにシンチレー
タ３９の表面の金属層１２３から二次電子（信号二次電
子と称す）１６ｂが放出される。また、反射電子１５お
よび二次電子１６のエネルギーが大きい場合には、金属
層１２３を透過して発光層１２２に到達し、発光層１２
２を発光させる。

【００３４】金属層１２３から放出された信号二次電子
１６ｂは、偏向電極２１と偏向電極２２の作る電界で偏
向され、偏向電極２２のメッシュを通過し、１０ｋＶ
（正電位）が印加されたシンチレータ１２によって加速
され、シンチレータ１２に衝突しをこれを発光させる。
発光した光は、ライトガイド１３を伝搬して光電子増倍
管１４に導かれ、電気信号に変換される（第２の検出器
１５１による検出）。

【００３５】一方、二次電子１６および反射電子１５の
透過によるシンチレータ３９の発光層１２２の発光は、
反射層１２１で反射され、ライトガイド４０で光電子増
倍管４１に導かれ、電気信号に変換される（第１の検出
器１５０による検出）。

【００３６】不図示の画像制御装置は、光電子増倍管１
４と光電子増倍管４０の電気信号を加算て、ＣＲＴの輝
度信号とし、上下走査コイル２６、２７の走査量と対応
させることにより画像信号を作成し、ＣＲＴに試料像を
表示させる。

【００３７】本実施の形態では、加速電圧３３を６ｋＶ
に、試料９の重畳電圧２０を−５ｋＶに設定しているた
め、シンチレータ３９に衝突する二次電子１６のエネル
ギーは５ｋＶに、反射電子１５のエネルギーは６ｋＶに
なる。一般に、二次電子の発生効率は、物体に入射した
一次電子のエネルギーが３００Ｖ〜１ｋＶの場合に、最
も高く１以上になり、１ｋＶを越えると急激に低減する
ため、本実施の形態の場合には、シンチレータ３９の表
面での信号二次電子１６ｂの発生効率は１以下となり、
第２の検出器１５１による信号二次電子１６ｂの出力は
低くなる。しかしながら、本実施の形態では、金属層１
２３の下に発光層１２２を配置して、第１の検出器１５
０を構成しているため、５ｋＶの二次電子１６および６
ｋＶの反射電子１５を第１の検出器１５０の光電子増倍
管４１により検出することができる。よって、本実施の
形態では、試料９に印加する重畳電圧２０の大きさが１
ｋＶ程度以下である場合には、二次電子１６は、第２の
検出器１５１により効率よく検出でき、重畳電圧２０の
大きさが１ｋＶ程度以上である場合には、二次電子１６
は、第１の検出器１５０により効率よく検出できる。ま
た、反射電子１５は、加速電圧３３が１ｋＶ程度以下で
ある場合には、第２の検出器１５１により効率よく検出
でき、１ｋＶ程度以上である場合には、第１の検出器１
５０により効率よく検出できる。

【００３８】このように、本実施の形態の図３の走査電
子顕微鏡では、信号二次電子１６ｂを発生させる金属層
１２３の下に発光層１２２を配置して第１の検出器１５
０を構成しているため、第１の検出器１５０と第２の検
出器１５１が、互いに検出効率を補完し合う。よって、
試料９への重畳電圧２０および加速電圧３３が高電圧か
低電圧であるかに関わらず、試料９からの反射電子１５
および二次電子１３を高効率で検出することができる。

【００３９】ここで、第１の検出器１５０の出力と第２
の検出器１５１の出力が、互いに補完し合うことを図４
（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）を用いて具体的に
示す。

【００４０】図４（ａ），（ｂ）は、試料９に入射する
電子ビーム１９のエネルギーが１ｋＶになるように、加
速電圧３３の大きさを変化させながら重畳電圧２０の大
きさを変化させた場合の、二次電子１６による第１の検
出器１５０の光電子増倍管４１の出力および第２の検出
器１５１の光電子増倍管１４の出力をそれぞれ示したも
のである。試料９の材質等によってこの減速電界を調整
する必要がある場合に、このような条件で観察が行われ
る。図４（ａ）から明らかなように、第１の検出器１５
０の光電子増倍管１４の出力は、加速電圧３３が高くな
るに従って増加する。一方、図４（ｂ）から明らかなよ
うに、第２の検出器１５１の出力は、二次電子１６のエ
ネルギーが１ｋＶになる加速電圧３３が２ｋＶ付近で最
大になり、それより大きい加速電圧３３では徐々に減少
する。よって、加速電圧３３の増加につれて、第２の検
出器１５１の出力が低下すると、第１の検出器１５０の
出力が増加するように働くため、両検出器の出力は互い
に補完し、両者の出力を合算することにより出力の低下
を防ぐことができ、検出効率を一定以上に保つことがで
きる。

【００４１】次に、図６（ａ），（ｂ）は、重畳電圧２
０の大きさを１ｋＶに固定し、加速電圧３３を変化させ
た場合の、二次電子１６および反射電子１５による第１
の検出器１５０の光電子増倍管４１の出力および第２の
検出器１５１の光電子増倍管１４の出力をそれぞれ示し
たものである。試料９による反射電子１５は、試料９に
入射した際の電子ビーム（一次電子ビーム）１９とほぼ
同じエネルギーを持って上方に反射する。このため、減
速電界を通って対物レンズ３内に吸引されたときの反射
電子１５のエネルギーは加速電圧３３と同じになる。一
方、二次電子１６は、試料９から放出された時のエネル
ギーがほぼ０であるため、減速電界を通って対物レンズ
３内に吸引されたときのエネルギーは、重畳電圧２０
（この場合１ｋＶ）と同じになる。

【００４２】よって、二次電子１６は、加速電圧３３の
エネルギーに関わらず、この場合は常に１ｋＶであるた
め、シンチレータ３９に衝突した際に常に効率良く一定
の信号二次電子１６ｂを放出させる。よって、二次電子
１６による第２の検出器１５１の出力は、図６（ｂ）の
ように、一次電子ビームエネルギーに関わらず、常に一
定の出力となる。一方、反射電子１５は、加速電圧３３
が１ｋＶ程度（一次電子ビーム１９のエネルギーが０に
近い）場合には、シンチレータ３９に衝突する反射電子
１５が１ｋＶ程度になるため、反射電子１５は、信号二
次電子１６ｂを効率よく発生させるが、加速電圧３３が
高くなる（一次電子ビーム１９のエネルギーが高くな
る）と発生効率が低下する。このため、第２の検出器１
５１の出力は、二次電子１６と反射電子１５による信号
二次電子１６ｂの和になり、図６（ｂ）の実線で示すよ
うに、加速電圧３３が大きくなるに従い徐々に減少する
傾向を示す。

【００４３】また、一次電子ビーム１９のエネルギーが
高くなると、反射電子１５のエネルギーも高くなり、シ
ンチレータ３９の発光効率が上昇するため、第１の検出
器１５０は図６（ａ）に示すように次第に増加する傾向
をもつ。

【００４４】よって、本実施の形態のように、両検出器
の出力を加算することにより、図６（ａ），（ｂ）の出
力の減少を補完し合って、二次電子１６および反射電子
１５を効率良く検出することができ、検出効率を一定以
上に保つことができる。

【００４５】このように、第１の実施の形態の走査電子
顕微鏡では、反射電子１５および二次電子１６の衝突に
より信号二次電子１６ｂを放出するとともに、反射電子
１５および二次電子１６のエネルギーが大きい場合には
発光する第１の検出器１５０を配置したことにより、加
速電圧３３、重畳電圧２０の大きさに関わらず、常に効
率よく反射電子１５および二次電子１６を検出すること
ができる。よって、加速電圧３３を従来よりもさらに高
い電圧に設定し、コンデンサレンズ２８および対物レン
ズ３の色収差を小さくし、より分解能の高い試料９の走
査像を得ることができる。

【００４６】なお、上述したように、第１の検出器１５
０の光電子増倍管４１で検出されるのは、金属層１２３
を透過し、発光層１２２に到達するエネルギーを持った
反射電子１５および二次電子１６である。反射電子１５
は、第１の検出器１５０に衝突する際には、加速電圧３
３と等しいエネルギーを有し、二次電子１６は、重畳電
圧２０と等しいエネルギーを有する。そこで、金属層１
２３の厚さを調節することにより、発光層１２２を発光
させるエネルギーの電子を選択して、発光層１２２に到
達させるようにすることができるため、第１の検出器１
５０の光電子像倍管４１で検出する電子のエネルギーを
金属層１２３の厚さで選択する構成にすることが可能で
ある。例えば、金属層１２３の厚さを、１ｋＶ以下の電
子は通過できないが、１ｋＶ以上の電子は通過できる厚
さ（例えば、２０ｎｍ程度）に設定する。この場合、重
畳電圧２０の大きさを１ｋＶに設定し、加速電圧を１ｋ
Ｖより大きい電圧に設定すると、二次電子１６は、１ｋ
Ｖで金属層１２３に衝突するため、金属層１２３で信号
二次電子１６ｂを発生させるが、発光層１２２には到達
しない。一方、反射電子１５は、加速電圧と等しい１ｋ
Ｖより大きいエネルギーを有するため、信号二次電子１
６ｂの発生は少ないが、発光層１２２には到達して発光
させる。したがって、第１の検出器１５０の光電子増倍
管４１では反射電子１５が検出され、第２の検出器１５
１の光電子増倍管１４では二次電子１６が検出されるに
することができ、第１の検出器１５０と第２の検出器１
５１とで反射電子１５と二次電子１６とを分離して検出
することが可能になる。

【００４７】この場合には、第１の検出器１５０の出力
と、第２の検出器１５１の出力とを合算せずに、いずれ
か一方のみ選択してＣＲＴに表示させることにより、反
射電子１５による試料像、または二次電子１６による試
料像を選択して表示することが可能になる。

【００４８】なお、上述の第１の実施の形態では、シン
チレータ３９を用いて第１の検出器１５０を構成した
が、シンチレータ３９に限らず、電子ビーム１９を通過
させる開口をもった半導体検出器を用い、半導体検出器
の出力を第１の検出器１５０の出力とすることも可能で
ある。この場合は、半導体検出器の表面で発生した信号
二次電子１６ｂを第２の検出器１５１で検出することに
なる。

【００４９】つぎに、本発明の第２の実施の形態による
走査電子顕微鏡について図５を用いて説明する。図５の
走査電子顕微鏡において、第１の実施の形態の走査電子
顕微鏡（図３）と同じ構成のものには同じ符号を付し
た。図５の走査電子顕微鏡では、第１の検出器１５０、
第２の検出器１５１および二次電子偏向装置１０１を、
上下走査コイル２６、２７と絞り２５との間に配置され
ている。このような配置にする利点は、シンチレータ３
９とライトガイド４０に設ける貫通孔４８の直径を、図
３の場合よりも小さくすることができるということにあ
る。

【００５０】というのは、上下走査コイル２６、２７
は、電子ビーム１９が常に対物レンズ３の中心を通過す
るように、対物レンズ３への電子ビーム１９の入射角度
を走査させる。そのため、上下走査コイル２６、２７と
対物レンズ３との間に、第１の検出器１５０を配置した
図３の構成の場合には、ライトガイド４０の貫通孔４８
は、入射角度の走査されている電子ビーム１９が通過し
うる直径が必要である。一方、図５の場合には、第１検
出器１５０は、上下走査コイル２６、２７よりも電子線
源１側に配置されているため、貫通孔４８を小さな直径
にすることができる。具体的には、例えば、図３の構成
では直径４ｍｍ程度必要であるが、図５の構成では直径
１ｍｍ以下にすることが可能である。

【００５１】このように、図５の構成では貫通孔４８の
直径が小さくできるため、試料９からの二次電子１６お
よび反射電子１５のうち、貫通孔４８を通り抜けてしま
い、シンチレータ３９に衝突しない電子の割合を減少さ
せることができる。よって、二次電子１６および反射電
子１５の検出効率を向上させることができる。

【００５２】また、図５の形態では、電子ビーム１９の
軌道に沿って上昇してくる反射電子１５を効率良く検出
するため、下走査コイル２７と対物レンズ３の間に偏向
器１５５を配置している。この偏向器１５５は、電子ビ
ーム１９の軸方向に直交する静電界を印加するための一
対の電極４３ａ、４３ｂと、この静電界に直交した磁界
を加える偏向コイル４４ａ，４４ｂとから構成されてい
る。この偏向器１５５は、試料９へ向かって進行する電
子ビーム１９に対しては静電界による偏向と磁界による
偏向が打ち消すように作用するが、下方から逆に電子線
源１に向かって上昇してくる二次電子１６と反射電子１
５に対しては偏向を与える。この結果、反射電子１５お
よび二次電子１６がシンチレータ３９に衝突する位置を
貫通孔４８からずらすことができ、検出効率を高めるこ
とができる。特に反射電子１５は、二次電子１６ほど広
がらずに、電子ビーム１９の軌道に沿って上昇する電子
の割合が多いため、このように偏向させることにより、
貫通孔４８を通り抜ける反射電子が減少し、検出効率を
効果的に高めることができる。

【００５３】さらに、図５の構成では、対物レンズ３に
後段加速電極４６を配置している。この後段加速電極４
６に正の後段加速電圧４７を印加することで、対物レン
ズ３を通過するときの電子ビーム１９の加速をさらに高
めることができる。これにより、対物レンズ３による色
収差をさらに減少させることができるため、より高い分
解能で試料９の走査像を得ることができる。

【００５４】また、図５の構成では、試料９の上に、試
料９を覆うように電界制御電極４２を配置している。電
界制御電極４２は、電子ビーム１９を通過させる制御電
極開口４９を持っている。この電界制御電極４２には、
試料９に印加している重畳電圧２０と同じ電圧を印加す
る。このように電界制御電極４２を配置することによ
り、電界制御電極４２と対物レンズ３との間に減速電界
を形成することができる。電界制御電極４２と試料９と
は同じ電圧であるため、これらの間には、電界は形成さ
れない。よって、試料９に強い電界を印加することな
く、減速電界を形成できるという利点がある。これによ
り、試料９に強い電界が印加されることによる試料の破
損を防止することができる。また、試料９の帯電を防止
できるという効果もある。さらに、試料ステージ１１９
として、試料９を傾斜させることができるステージを用
い、試料１１９を傾斜させた場合に、この電界制御電極
４２を用いることにより、減速電界の方向を電子ビーム
１９の軸方向に保つことができる。これにより、傾斜し
た試料９からの二次電子１６および反射電子１５を、減
速電界で加速して電子線源１へ向かって上昇させること
ができるため、試料９を傾斜させた場合にも、二次電子
１６および反射電子１５の検出効率を高効率に保つこと
ができる。なお、図５の構成では、上走査コイル２６と
絞り２５との間に第１および第２の検出器１５０、１５
１を配置しているが、さらに、下走査コイル２７と対物
レンズ３との間にもう一組の第１および第２の検出器１
５０、１５１を追加して配置した構成にすることも可能
である。このように２組の検出器を備えた場合には、二
次電子１６および反射電子１５のうち、電子ビーム１９
の軸方向に対して大きな広がり角を持って放出された電
子は、下走査コイル２７と対物レンズ３との間の第１お
よび第２の検出器１５０、１５１に検出される。一方、
二次電子１６および反射電子１５のうち、電子ビーム１
９の軸方向に対する広がり角が小さく、電子ビーム１９
の軸方向に沿って上昇する電子は、下走査コイル２７と
対物レンズ３との間の第１の検出器１５０の貫通孔４８
を通過し、上走査コイル２６と絞り２５との間の第１お
よび第２の検出器１５０、１５１によって検出される。
これにより、上側の組の第１および第２の検出器の出力
と、下側の組の第１および第２の検出器の出力とでは、
形状コントラストがそれぞれ異なる特性で強調された走
査像が得られため、所望のコントラストの走査像を選択
できる。また、上下の検出器の出力を合算することによ
り、二次電子１６および反射電子１５が高効率で検出さ
れた通常の走査像が得られる。

【００５５】つぎに、本発明の第３の実施の形態の走査
電子顕微鏡を図７を用いて説明する。

【００５６】図７の構成において、図３および図５の構
成と同じものには、同じ符号を付して説明を省略する。
図７では、対物レンズ３から偏向装置１０１まで達する
形状の後段加速電極４６が配置されている。後段加速電
極４６には、後段加速電圧４７が印加されている。試料
９の直前で電子ビーム１９が減速されるようすは図３と
同じで、低加速電圧における分解能向上に効果がある方
法である。シンチレータ３９には後段加速電極４６と同
じ電圧が印加されている。メッシュ電極２２には、後段
加速電圧５２より数１０Ｖ正の吸引電圧５が与えられて
いる。本実施例では下走査コイル２７の下方の偏向器が
省略されているが、設置することにより反射電子の検出
も可能になることはもちろんである。

【００５７】つぎに、第２の実施の形態の第１の検出器
１５０、第２の検出器１５１および二次電子偏向装置１
０１の代わりに用いることのできる、第１の検出器２５
０および第２の検出器２５１および二次電子偏向電極２
５０を図８を用いて説明する。第１の検出器２５０にお
いて、シンチレータ２３９は、中心軸に対してθの角度
を持って、電子ビーム１９の通路からずらした位置に配
置される。二次電子１６および反射電子１５は下方に置
かれた偏向器１５５（図８では図示せず）でシンチレー
タ２３９の位置に偏向され、シンチレータ２３９に衝突
する。二次電子１６および反射電子４５によるシンチレ
ータ２３９の発光は、ライトガイド２４０により光電子
増倍管２４１に導かれて電気信号に変換される。一方、
二次電子１６および反射電子１５がシンチレータ２３９
に衝突することで発生した信号二次電子１６ｂは、正電
圧の印加されたメッシュ状の偏向電極２５０に吸引さ
れ、偏向電極２５０を通過する。そして、偏向電極２５
０の裏面側に配置されたシンチレータ２１２（１０ｋ
Ｖ）に衝突し、シンチレータ２１２を光らせる。発光し
た光はライトガイド２１３で光電子増倍管２１４に導か
れ、電気信号に変換される。

【００５８】図８の構成の特徴は、シンチレータ２３９
に電子ビーム１９を通過させる貫通孔４８を設ける必要
がないことと、二次電子１６および反射電子１５がシン
チレータ２３９へ斜め入射するため信号二次電子１６ｂ
の発生効率が向上することにある。特に、二次電子１６
および反射電子１５のエネルギーが高いときに、信号二
次電子１６ｂの発生効率が向上する効果が大きい。尚、
ここでは偏向電極２５０で二次電子１６ｂを吸引した
が、この偏向電極２５０の作る電界と直交する磁界を与
えるコイルを配置し、電子ビーム１９の偏向を補正する
ことも可能である。

【００５９】なお、図５の構成においても、偏光器１５
５により二次電子１６および反射電子１５がシンチレー
タ３９に衝突する軸を、電子ビーム１９の軸からずらし
ているため、シンチレータ３９の貫通孔４８をなくし、
電子ビーム１９の軸からずらして配置することもでき
る。

【００６０】つぎに、図３および図５の実施の形態にお
いて、第１の検出器１５０の代わりに用いることのでき
る第１の検出器３５０について図９および図１０を用い
て説明する。第１の検出器３５０は、２つの検出器３５
０ａ，３５０ｂからなる。２つの検出器３５０ａ，３５
０ｂは、それぞれのシンチレータ３３９ａ、３３９ｂを
突き合わせるように配置される。電子ビーム１９は、シ
ンチレータ３３９ａ、３３９ｂの先端の切り欠き３５１
ａ，３５１ｂの部分を通過する。この切り欠き３５１
ａ、３５１ｂを設けることによりシンチレータ３３９
ａ、３３９ｂ間の隙間を小さくすることができる。第１
の検出器３５０の出力は、光電子増倍管３４１ａ、３４
１ｂの出力を加算してものとする。それぞれの光電子増
倍管３４１ａ、３４１ｂの電気信号は、試料９の形状を
反映するので、形状判定あるいは寸法計測の情報として
利用することも可能である。なお、シンチレータ３３９
ａ、３３９ｂで発生した二次電子は、第１の検出器１５
０と同様に、第２の検出器１５１で検出される。

【００６１】なお、図９、図１０の構成において、検出
器３５０ａ、３５０ｂの間に、電子ビーム１９が通過す
る隙間を設け、切り欠き５１ａ、５１ｂを省略すること
も可能である。尚、検出器を４個を突き合わせることも
可能であり、この場合には、試料の形状情報をより詳細
に得ることが可能になる。

【００６２】さらに、図３の第１の検出器１５０の代わ
りに用いることのできる第１の検出器４５０について図
１１を用いて説明する。図１１に示した第１の検出器４
５０は、シンチレータ３９の貫通孔４８の周囲を残し
て、シンチレータ３９を覆うドーナツ型の金属板５４を
取り付けた構成である。金属板５４は、反射電子１５お
よび二次電子１６が高エネルギーであっても、透過でき
ない厚さを有する。

【００６３】図１１の第１の検出器４５０では、シンチ
レータ３９は、反射電子１５および二次電子１６のう
ち、電子ビーム１９の軸に沿って上昇してきた電子のみ
で発光する。反射電子１５および二次電子１６のうち広
がり角の大きな電子は、金属板５４に衝突するため、シ
ンチレータ３９の発光層に到達しない。この結果、光電
子増倍管４１は、二次電子１６および反射電子１５のう
ち、電子ビーム１９の軸に沿って上昇してきた電子のみ
を検出する。一方、金属板５４からも、シンチレータ３
９からも信号二次電子１６ｂは発生するので、第２の検
出器１５１（図１１では不図示）の光電子増倍管１４の
出力は、二次電子１６および反射電子１５の全体を反映
したものとなる。

【００６４】このとき、二次電子１６のエネルギーが低
く（例えば８００Ｖ）、反射電子１５のエネルギーが高
い（例えば数ｋＶ）場合には、光電子増倍管４１の出力
は反射電子１５で、しかも電子ビーム１９の軸に沿って
上昇してきたものを反映することになる。このような条
件で試料９の観察を行った場合、試料９に形成された深
い凹部の底によって反射された電子（凹部の側面によっ
て広がり角が制限されるため、電子ビーム１９の軸に沿
って上昇する）を、光電子増倍管４１により効率よく検
出することができる。これにより、試料９の凹部の底面
の形状が高コントラストで観察することが可能になる。

【００６５】なお、図１１の構成において、金属板５４
の材質と、シンチレータ３９の金属層の材料を同じ材料
にすることにより、二次電子発生の均一化を図ることが
できる。また、金属板５４の代わりに、十分な厚さの金
属層を用いることもできる。

【００６６】つぎに、第４の実施の形態として、加速電
圧を、低加速電圧から高加速電圧まで広範囲に設定する
ことのできる走査電子顕微鏡の構成を図１２を用いて説
明する。

【００６７】図１２において、図３、図５の構成と同じ
構成には、同じ符号を付している。図１２では、ショッ
トキー形の電子源３６を加熱電源３８で加熱し、引出電
極３４に引出電圧３７を印加し、電子ビーム１９を引き
出す。サプレッサー電極３５は抑制電圧５２から供給さ
れる負電圧で電子源３６の先端部分以外から放出される
電子を抑制している。引出電極３４を通過した電子ビー
ム１９は、第１加速電圧５５が印加された第１加速電極
５７によって所望のエネルギー（加速）に調整される。
例えば、第１加速電圧は５ｋＶで、これが低加速電圧に
相当する。低加速電圧で観察する場合には第２加速電圧
５６を印加せず、第１加速電極５７は接地電位になる。
一方、試料９にはー４ｋＶの重畳電圧２０を印加する。
これにより、試料９に入射する際の電子ビーム（一次電
子ビーム）１９は１ｋＶとなる。重畳電圧２０を調節す
ることにより、一次電子ビーム１９の加速電圧を調整す
ることができる。

【００６８】一方、高加速電圧で観察する場合には、第
２加速電圧５６を印加する。例えば、第２加速電圧５６
から１９６ｋＶを印加すると、電子ビーム１９は２０１
ｋＶになる。この場合、試料９に重畳電圧２０としてー
１ｋＶを印加しているので、試料９に入射する一次電子
ビーム１は２００ｋＶになる。本実施例では、分割抵抗
５９で分割され、絶縁碍子６３で固定された３枚の第２
加速電極５９により、第２加速電圧５６を段階的に印加
している。

【００６９】高加速電圧又低加速電圧に選択された電子
１９は、コンデンサレンズ２８と対物レンズ３で試料９
上に集束される。開口絞り２５は、電子ビーム１９の開
き角を決めている。集束された電子ビーム１９は上走査
コイル２６と下走査コイル２７で構成される走査コイル
で試料９上を走査する。ここで、電子ビーム１９は対物
レンズ３のレンズ中心を通って試料９上を走査するよう
に調整される。

【００７０】まず、高加速電圧の場合の二次信号の検出
を説明する。高加速電圧の場合には、試料９にー１ｋＶ
の重畳電圧２０が印加される。高加速電圧（例えば２０
０ｋＶ）の一次電子ビーム１９の照射で発生した二次電
子（図示せず）は重畳電圧２０で加速され、対物レンズ
３のレンズ作用を受けてシンチレータ３９に衝突する。
衝突するエネルギーは１ｋＶなので、効率良く信号二次
電子を発生させる。ここで検出される二次電子増倍管１
４の出力は試料９で発生した二次電子量になる。一方、
試料９で発生した反射電子は対物レンズ３のレンズ作用
を受けて、対物レンズ３を通過する。エネルギーの減衰
の大きい反射電子対物レンズのレンズ作用で散乱を受け
シンチレータ３９で検出される。エネルギーの減衰の少
ない反射電子は開口６１を通過し、静電偏向板２３と偏
向コイル２１、２２で偏向されるため、シンチレータ７
１で検出される。すなわち、反射電子は二次電子増倍管
４１と６５の出力として検出される。

【００７１】低加速電圧では、５ｋＶの電子ビーム１９
が試料に印加されたー４ｋＶの重畳電圧２０で１ｋＶの
一次電子ビームになる。試料から発生した二次電子は重
畳電圧２０で加速され４ｋＶになる。反射電子も最大５
ｋＶに加速される。そこで、反射電子、二次電子とも対
物レンズ３でほぼ同じレンズ作用を受け、シンチレータ
３９の開口を通過したものはシンチレータ７１に衝突す
る。ここでは信号二次電子の発生とシンチレータの発光
の両方で検出される。二次電子増倍管１４、４１、６
５、７０の和が全二次信号となる。シンチレータ３９、
７１の発光には、反射電子成分が多く含まれるので、信
号二次電子を検出した信号とは、分離して走査像として
もよい。

【００７２】なお、図１２の構成では、Ｘ線検出器６２
を対物レンズ３と試料９との間に配置している。Ｘ線検
出器６２により、加速電圧５ｋＶから３０ｋＶの範囲の
一次電子ビーム１９の試料９への照射により発生した特
性Ｘ線を検出することで試料９内の元素同定が可能にな
る。このときの重畳電圧２０は、高加速電圧と同様で、
ー１ｋＶを印加する。

【００７３】上述の各実施の形態において、試料９の交
換法について触れなかったが、半導体プロセスでは試料
（ウエーハ）９の交換はロボットハンドによって自動的
に行われる。このロボットハンドが試料９へ接触する前
に、重畳電圧２０をオフにすることに留意する必要があ
る。

【００７４】また、上述の各実施の形態では、ショット
キー型の電子線源を用いたが、これに限らず図２のよう
に電界放出型の電子線源を用いることももちろん可能で
ある。図２において、電界放出陰極３１、引出電極３
４、および陽極２９は電界放出形電子銃を構成する。電
界放出陰極３１と引出電極３４との間には引出電圧３７
が印加され、電界放出陰極３１には加速電圧３３が印可
される。電界放出陰極３１から放出された電子ビ
ーム１９は、引出電極３４と接地電位にある陽極２９と
の間でさらに加速される。陽極２９を通過した電子ビー
ム１９のエネルギー（加速電圧）は加速電圧３３と一致
する。

【００７５】上述してきたように、本実施の形態の走査
電子顕微鏡では、試料からの二次電子および反射電子に
より、第１の検出器の表面で信号二次電子を発生させて
これを第２の検出器により検出するだけでなく、発光層
に達した電子を第１の検出器自体で直接検出する構成で
あるため、従来を越える高い検出効率を得ることができ
る。また、二次電子の発生効率が良いエネルギー領域が
１ｋＶ前後にあることと、シンチレータの発光効率が良
いエネルギー領域が数ｋＶ以上にあることを利用し、二
次電子と反射電子を分離して検出することも可能な構成
を提供することできる。さらに、反射電子および二次電
子を広がり角に応じて、別々の検出器で検出することに
より、コントラストの異なる試料走査像を得ることが可
能な構成を提供することができる。これにより、試料に
形成された凹部の底面の形状を観察することが可能にな
る。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、リターディング法を用
いながら、試料からの二次電子および反射電子を加速電
圧および減速電界の大きさにかかわらず効率よく検出す
ることのできる走査電子顕微鏡を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の走査電子顕微鏡の基本構成の一部を説明
するためのブロック図。

【図２】本発明の実施の形態に用いることのできる電界
放出型の電子線源の構成を示すブロック図。

【図３】本発明の第１の実施の形態のリターデング方式
の走査電子顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図４】図３の走査電子顕微鏡において、試料９に入射
する時点の電子ビームが１ｋＶになるように、加速電圧
３３および重畳電圧２０を変化させた場合の、試料９か
らの二次電子１６による（ａ）第１の検出器１５０の出
力の変化、（ｂ）第２の検出器１５１の出力の変化をそ
れぞれ示すグラフ。

【図５】本発明の第２の実施の形態のリターデング方式
の走査電子顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図６】図３の走査電子顕微鏡において、重畳電圧２０
を１ｋＶに固定し、加速電圧３３を変化させた場合の、
二次電子１６および反射電子１５による（ａ）第１の検
出器１５０の出力の変化、（ｂ）第２の検出器１５１の
出力の変化をそれぞれ示すグラフ。

【図７】本発明の第３の実施の形態のリターデング方式
の走査電子顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図８】本発明の実施の形態に用いることのできる第１
および第２の検出器の別の構成を示す説明図。

【図９】本発明の実施の形態に用いることのできる第１
の検出器の別の構成を示す説明図。

【図１０】図９の第１検出器を試料側から見た下面図。

【図１１】本発明の実施の形態に用いることのできる第
１の検出器の別の構成を示す説明図。

【図１２】本発明の第４の実施の形態のリターデング方
式の走査電子顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図１３】図３の走査電子顕微鏡において、試料からの
二次電子１６および反射電子１５による第１の検出器の
発光層１２２の発光と、第１の検出器の金属層１２３か
ら放出される信号二次電子の偏向を説明する説明図。

【図１４】図３の走査電子顕微鏡の第１の検出器のライ
トガイド４０とシンチレータ３９の構成を示すための
（ａ）断面図、（ｂ）下面図、（ｃ）側面図。

【符号の説明】

１：電子線源、２：走査コイル、３：対物レンズ、４：
磁路、５：励磁コイル、６：シンチレータ、７：ライト
ガイド、８：光電子像倍管、９：試料、１０：外筒、１
１：電界、１２：シンチレータ、１３：ライトガイド、
１４：光電子増倍管、１５：反射電子、１６：二次電
子、１６ｂ：信号二次電子、１７：試料ホールダ、１
９：電子ビーム、２０：重畳電圧、２１：偏向電極、２
２：偏向電極、２３ａ：偏向コイル、２３ｂ：偏向コイ
ル、２４：反射板、２５：絞り、２６：上走査コイル、
２７：下走査コイル、２８：コンデンサレンズ、２９：
陽極、３０：制御電極、３１：電界放出電極、３２：制
御電圧、３３：加速電圧、３４：引出電極、３５：サプ
レッサー電極、３６：サプレッサー電圧、３７：引出電
圧、３８：加熱電源、３９：シンチレータ、４０：ライ
トガイド、４１：光電子増倍管、４２：電界制御電極、
４３ａ：電極、４３ｂ：電極、４４ａ：偏向コイル、４
４ｂ：偏向コイル、４６：後段加速電極、４７：後段加
速電圧、４８：貫通孔、４９：制御電極開口、５０：メ
ッシュ電極、５１ａ：切り欠き、５１ｂ：切り欠き、５
２：抑制電圧、５３：調整つまみ、５４：金属板、５
５：第１加速電圧、５６：第２加速電圧、５７：第１加
速電極、５８：第２加速電圧、５９：分割抵抗、６０：
上部開口、６１：下部開口、６２：Ｘ線検出器、６３：
絶縁碍子、６４：ライトガイド、６５：光電子増倍管、
６６：偏向コイル、６７：偏向器、６８：偏向器、６
９：ライトガイド、７０：光電子増倍管、７１：シンチ
レータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−192679（ＪＰ，Ａ) 特開平６−139985（ＪＰ，Ａ) 特開平９−171791（ＪＰ，Ａ) 特開平５−266855（ＪＰ，Ａ) 特開平６−267484（ＪＰ，Ａ) 特開平５−152198（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−114269（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−18269（ＪＰ，Ａ) 特開平10−255709（ＪＰ，Ａ) 実開昭51−96494（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/244 H01J 37/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を保持する試料ホルダと、前記電子を
加速して前記試料に向かって電子ビームを出射する電子
線源と、前記電子ビームを前記試料上で走査させる走査
手段と、前記電子ビームを前記試料上で収束させる対物
レンズと、前記電子ビームの照射により前記試料から生
じる二次電子および反射電子の少なくとも一方により構
成される二次信号を検出するための検出器とを有し、前記検出器は、第１の検出器と第２の検出器とを備え、前記第１の検出器は、前記二次信号が衝突する位置に配
置され、前記二次信号を検出するとともに、前記二次信
号の衝突によりさらに二次電子を放出する構成であり、前記第２の検出器は、前記第１の検出器が放出した二次
電子を検出することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記試料上の空間に前記電子ビームを減速させる減
速電界を形成する減速電界形成手段をさらに有すること
を特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記第１の検出器は、電子の入射により発光する発
光部材と、前記発光部材の表面に配置された金属部材
と、前記発光部材の発した光を検出する光検出器とを有
し、前記金属部材は、前記二次信号が衝突する位置に配置さ
れて前記二次電子を放出し、前記発光部材は、前記金属
部材を透過した前記二次信号により発光することを特徴
とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記第１の検出器は、前記電子ビームの軌道上に配
置され、前記第１の検出器には、前記電子ビームを通過
させるための貫通孔が形成されていることを特徴とする
走査電子顕微鏡。
【請求項５】請求項３に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記金属部材は、前記二次信号のうち前記反射電子
は透過しうるが、前記二次電子は透過しない厚さに設定
されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】請求項３に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記金属部材の厚さは、前記二次信号の中心軸に近
い部分では前記二次信号の少なくとも一部が透過しうる
厚さでり、中心軸から離れた部分では、前記二次信号が
透過できない厚さであることを特徴とする走査電子顕微
鏡。
【請求項７】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記第１の検出器と前記第２の検出器の間には、前
記第１の検出器が放出した二次電子を、前記第２の検出
器の方向に偏向する偏向手段を有することを特徴とする
走査電子顕微鏡。
【請求項８】請求項７に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記偏向手段は、前記第１の検出器が放出した二次
電子を前記第２の検出器の方に引き寄せる方向の静電界
を発生する電界発生手段と、前記静電界による前記電子
ビームに生じる偏向を打ち消す磁界を前記電子ビームに
印加する磁界発生手段とを有することを特徴とする走査
電子顕微鏡。
【請求項９】請求項８に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記電界発生手段は、前記静電界を発生する一対の
電極を有し、前記電極のうち正電位が印加される電極
は、引き寄せた前記二次電子を通過させるためにメッシ
ュ状であり、前記第２の検出器は、前記メッシュ状の電
極に対向するように配置されていることを特徴とする走
査電子顕微鏡。
【請求項１０】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記試料からの二次信号を前記第１の検出器に向け
て偏向させる二次信号偏向手段をさらに有することを特
徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】請求項２に記載の走査電子顕微鏡おい
て、前記減速電界形成手段は、前記対物レンズと前記試
料との間の空間に減速電界を形成するために、前記試料
に負の電圧を印加する手段を有することを特徴とする走
査電子顕微鏡。
【請求項１２】請求項２に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記減速電界形成手段は、前記試料に接触しないよ
うに試料を覆う電極と、前記電極と前記対物レンズとの
間の空間に減速電界を形成するために、前記試料と前記
電極とに等しい負の電圧を印加する手段とを有すること
を特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記第１の検出器は、該第１の検出器に衝突する前
記二次信号のうち、該二次信号の中心軸の周辺の電子の
みを検出し、それよりも外側の電子は二次電子の放出の
みに用いることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記第１の検出器および第２の検出器を２組有し、
１組は、前記走査手段と電子線源との間に配置され、他
の１組は、前記走査手段と対物レンズとの間に配置され
ていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１５】請求項１に記載の走査電子顕微鏡におい
て、前記第１の検出器の検出結果と、第２の検出器の検
出結果を合算して、試料像の形成信号とする演算手段を
有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１６】電子源と当該電子源より放出された電子線を収束する対物レンズ
と、前記電子線を試料上で走査する走査偏向器を備えた走査
電子顕微鏡において、前記試料に到達する電子線を減速する減速電界形成手段
と、前記試料より放出される電子の軌道上に配置され、電子
の衝突によって光を発生し当該光を検出する第１の検出
器と、当該第１の検出器に前記電子が衝突した際に発生する二
次電子を検出する第２の検出器を備えたことを特徴とす
る走査電子顕微鏡。