JP3719794B2 - 反射電子検出装置及びそれを有する走査型電子顕微鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、反射電子検出器を備えた走査型電子顕微鏡装置、特にプラスチックシンチレータを備えた走査型電子顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡装置では、電子線の走査により、試料から発生する２次電子を検出して試料表面の画像観察を行なうのと同時に、試料から発生する反射電子やＸ線を検出して、試料表面の反射電子像観察やＸ線分析を行っている。
【０００３】
このような走査型電子顕微鏡装置において、上記反射電子を検出する検出器として、図５に示すようなプラスチックシンチレータを使用した反射電子検出器がある。
この反射電子検出器５０は、プラスチックシンチレータで形成され、電子線プローブ通過用の孔５１ａを開設した検出部５１と、光電増倍管（ＰＭＴ）５５と、信号増幅器５６とからなる。
【０００４】
この反射電子検出器５０は、検出部５１の先端を試料５２と対物レンズ５３との間に配置し、試料５２からの反射電子５４を検出部５１で光に変換して、この光を検出部５１の基部に導き、光電増倍管（ＰＭＴ）５５で増幅し、反射電子信号を得、該信号を増幅器（ＡＭＰ）５６で増幅して、電子線プローブの走査に同期して表示装置（ＣＲＴ）５７に表示するものである。
このように試料の反射電子を観察解析することにより、試料５２表面形状の凹凸像や試料５２の組成分布についての情報を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような走査型電子顕微鏡装置において、試料上どの位置を観察しているかを特定するため、または試料上の観察希望部位を電子線走査領域の中心付近に位置させ、速やかに目的部位の走査電子顕微鏡像を得ることを目的として、光学顕微鏡によって試料を観察することがある。
【０００６】
このような光学顕微鏡は、走査型電子顕微鏡装置の対物レンズ５３の斜め側方から、試料５２を見込むようにして観察する。
【０００７】
光学顕微鏡の観察方向は、試料に対して垂直方向、即ち電子線プローブの照射角度に近い位置にすることが望ましい。光学顕微鏡での観察像と、走査型電子顕微鏡装置での観察像とを画像の位置関係（上下左右）において一致させて、最初に視野の広い光学顕微鏡装置で目的とする観察部位を位置合わせすることにより、その後走査型電子顕微鏡に切換観察することで目的部位の観察が容易に素早くできるからである。
【０００８】
また、このような走査型電子顕微鏡にあっては、上述したように２次電子線の検出、及び反射電子の検出による観察の他、試料から発生するＸ線を検出して元素分析を行なうエネルギー分析型Ｘ線元素分析装置（ＥＤＸ）が使用される。この場合には、試料室内にＸ線検出器を配置する必要がある。
そして、このＸ線検出器も効率よくＸ線を検出するため、試料上のプローブ照射個所に対してなるべく大きい立体角でＸ線の検出面を設けることが望ましい。
【０００９】
一方、反射電子検出器の検出部５１は、反射電子が試料５２から放射状に放出されるため、できでだけ試料５２を覆うように配置するほうがよい。
【００１０】
そこで、本発明は、試料位置特定用の光学顕微鏡の見込み角を大きくでき、また元素分析装置のＸ線検出器の検出面が試料の観察点に対してできるだけ広い立体角と見込み角を有するように配置でき、かつ反射電子検出器が試料から放出される反射電子を多く取り込むことができるような走査型電子顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明における請求項１に係る反射電子検出装置は、対物レンズ（１４）と試料（５）との間に配置され、反射電子を検出するためのシンチレータ（１７ａ）を有する反射電子検出装置（１７）において、前記シンチレータ（１７ａ）の先端部（３８）に前記対物レンズ（１４）の頂面（１４ａ）の半径と同一半径２０ｍｍをなす半円形状部（４４）を設け、この半円形状部（４４）の厚みを３ｍｍにし、前記先端部（３８）の周端部の少なくとも一部に前記対物レンズ（１４）の傾斜面（１４ｂ）と同一の傾斜になる電子線軸から６０°傾斜した切欠面（３９）を設け、さらに前記先端部（３８）には電子線を透過させる電子線透過孔（４０）を設け、この電子線透過孔（４０）から下方に向けて拡がる拡開凹部（４１）を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
本出願の請求項２に係る走査型電子顕微鏡装置は、請求項１記載の反射電子検出装置（１７）を備えたことを特徴とするものである。
本出願の請求項３に係る走査型電子顕微鏡装置は、光学顕微鏡（１９）を備えたことを特徴とするものである。
本出願の請求項４に係る走査型電子顕微鏡装置は、２次電子検出器（７）を備えたことを特徴とするものである。
本出願の請求項５に係る走査型電子顕微鏡装置は、Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）およびＸ線検出器（４２）を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
〔本発明の作用〕
本発明に係る走査型電子顕微鏡によれば、反射電子検出器１７の先端部３８に対物レンズ１４の頂面１４ａの半径と略同一半径をなす半円形状部４４を設け、また、半円形状部４４の周端面の少なくとも一部に上記対物レンズ１４の傾斜面１４ｂの延長面に沿う切欠面３９を形成している。
【００２０】
このため、反射電子検出器１７の先端部３８は、対物レンズ１４の頂面１４ａより外側にはみ出ないので、他の検出器、例えば２次電子検出器７、光学顕微鏡１９やＸ線分析装置４２は、反射電子検出器１７の配置に伴う制約をうけることがなくなり、最適な位置に配置できる。
【００２１】
特に、光学顕微鏡１９は、反射電子検出器１７の先端部３８に切欠面３９を設けた方向から試料５を観察するものとでき、反射電子検出器１７の先端部３８を視野に入れることなく、取りうる最大の見込み角、即ち対物レンズ１４の傾斜面１４ｂに沿った方向から試料５を観察できる。
【００２２】
さらに、本発明の走査型電子顕微鏡装置の反射電子検出器１７の先端部３８には電子線を透過させる電子線透過孔４０を中心に下方に向け拡がる拡開凹部４１を設けているから、この拡開凹部４１は試料５の電子線プローブの照射点を包み込むように配置され、反射電子を効率よく捕捉することができる。
【００２３】
【実施の形態】
以下、この発明に係る走査型電子顕微鏡装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
〔発明の実施の形態の構成〕
図１乃至図４は、本発明に係る走査型電子顕微鏡装置の実施形態を示す構成図である。
本例は、特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５に相当する。
【００２５】
まず、本例にかかる走査型電子顕微鏡装置の全体構造を説明する。
図４に示すように、走査型電子顕微鏡装置３は、電子線を発する電子銃１、該電子銃１より射出された電子線を試料面にプローブとして収束させて走査する電子線収束走査機構を具備した鏡筒３ａが試料室４の上面に立設されて構成される。
【００２６】
試料室４の内部には、移動可能に設けられた試料ステージ１５上の試料台１６に試料５が載置され、これに電子線プローブが走査される。試料室４には、前記試料５から発生される２次電子を捕捉する２次電子検出器７、反射電子を捕捉するプラスチックシンチレータを使用した反射電子検出器１７、ＥＤＸのＸ線検出器４２（図３参照、図４には図示していない）、試料の表面を光学的に観察する長焦点距離の光学顕微鏡１９、及び試料の交換を行なう試料出入部４３（図３参照、図４には図示していない）を備える。
【００２７】
この例では、試料室４の上面からその下端部が試料室４内に突出した鏡筒３ａが立設され、該鏡筒３ａ内部には、上方から電子銃１、第１コンデンサレンズ１１、第２コンデンサレンズ１２、走査コイル１３、対物レンズ１４が順次配設されている。
【００２８】
また、前記鏡筒３ａの下方下端には試料ステージ１５がＸ，Ｙ軸方向、回転、傾斜、上下方向の移動機構を介して任意の方向に傾動自在に設けられ、該試料ステージ１５の上面に設けられる試料台１６には、試料５が載置され、該試料ステージ１５は前記鏡筒３ａ下端の直下に位置する。
【００２９】
前記試料室４の上角部には、光学顕微鏡取付け窓１８が設けられ、光学顕微鏡１９が備え付けられている。
該光学顕微鏡１９は焦点距離が長いもの、例えば１００ｍｍ以上の焦点距離を有するものが用いられ、焦点位置は前記試料５の表面に合致する。また、光学顕微鏡１９の視野は試料台１６の全域をカバーできる広さを有するものとし、肉眼での観察に近づけるため、１５ｍｍφ〜３０ｍｍφ程度の領域を最大視野としている。更に、光学顕微鏡１９はズーム機構を具備するものとしている。
【００３０】
前記光学顕微鏡１９の視野は、同軸照明系により照明される。即ち、前記光学顕微鏡１９の内部にはハーフミラー２０が設けられ、該ハーフミラー２０に対向して同軸照明ユニット２１が連接されている。該同軸照明ユニット２１には、白熱灯等の光源を有する冷光照明光源２２からの照明光がファイバケーブル２３を介して導かれ、照明光は、前記ハーフミラー２０で光学顕微鏡１９の光軸と一致した方向に反射され、前記試料５に導かれる。
【００３１】
また、前記光学顕微鏡の接眼レンズ側には、ＣＣＤ撮像素子２４等の撮像手段が設けられ、光学顕微鏡１９で得られた像は、前記ＣＣＤ撮像素子２４で信号化され、カラーモニタ２５で画像として表示されると共に、画像処理装置２６に入力される。
画像処理装置２６は、画像記憶手段（図示していない）を有し、前記光学顕微鏡１９で得られた画像を格納でき、カラーモニタ２５には格納した画像を適宜表示できる。
【００３２】
前記２次電子検出７、反射電子検出器１７はスイッチング回路２７を介して信号増幅器２８に接続され、前記２次電子検出器７、反射電子検出器１７からの信号は前記信号増幅器２８、前記画像処理装置２６を介してカラーモニタ２５及びＣＲＴ２９等の映像表示手段に入力される。該ＣＲＴ２９の走査回路３０は前記走査コイル１３を同時に駆動し、前記走査コイル１３の走査に同期してＣＲＴ２９の走査を行なう。
【００３３】
次に、本発明に係る走査型電子顕微鏡３の反射電子検出器１７について説明する。
図１（１）は、この反射電子検出器１７を対物レンズ１４と試料台１６と共に示す側面図である。また、図１（２）は反射電子検出器１７を下側（図１（１）中ii方向）から見た図であり、図３は該反射電子検出器１７の拡大断面図である。
【００３４】
この反射電子検出器１７は、対物レンズ１４の頂面１４ａの下側に設けられ、試料５からの反射電子を検出するものである。
この例において、対物レンズ１４は、図１（１）に示すように、先窄まりの截頭円錐形であり、その電子軸からの傾斜角θは、例えば６０°であり、その頂面１４ａの直径ｄは２０ｍｍである。
【００３５】
そして、本例に係る反射電子検出器１７はシンチレータ１７ａと光電子増倍管（ＰＭＴ）と、前置増幅器（プリアンプ）とから構成されている。シンチレータ１７ａは従来例として説明した反射電子検出器と同様にシンチレーションプラスチックで構成され、シンチレータ１７ａの先端部３８には、図１（１），（２）、及び図２に示すように、上記対物レンズ１４の頂面１４ａの半径と同一の半径ｄ（２０ｍｍ）をなす半円形状部４４を形成すると共に、該半円形状部４４の先端を上記対物レンズ１４の傾斜面１４ｂの延長面と略同一の傾斜面とした切欠面３９を設けている。
【００３６】
この切欠面３９は、上記対物レンズ１４の傾斜面１４ｂの延長面と略同一即ち電子線軸から６０°（水平面から３０°）に傾斜するように設けている。
なお、この先端部３８の半円形状部４４の厚みは、薄いほうが望ましく、この例では３ｍｍである。
【００３７】
また、この例の反射電子検出器１７の先端部３８には、電子線プローブを透過させる電子線透過孔４０を開設し、この電子線透過孔４０を中心として下方に向け拡がる逆漏斗状の拡開凹部４１を設けている。
【００３８】
図３は、本例に係る走査型電子顕微鏡装置３の各種検出器の配置状態を示す概略図である。
本例では、試料室４には、試料室内に試料５を交換して設置するための試料出入部４３、上述した反射電子検出器１７、２次電子検出器７、Ｘ線検出器４２及び光学顕微鏡１９が配置されている。
光学顕微鏡１９は、上記反射電子検出器１７の先端部３８の傾斜面３９を設けた方向から電子線軸と試料上５で交差する光軸を有するものとしている。
【００３９】
即ち、光学顕微鏡１９は、反射電子検出器１７の挿入位置と、電子線軸に対して対称な位置に配置される。また、反射電子検出器１７から試料出入部４３の反対側に３０°離れた位置に、２次電子検出器７が配置され、さらに、光学顕微鏡１９から試料出入部からの反対側に３０°離れた位置にＥＤＸのＸ線検出器４２が配置されている。
【００４０】
上記実施例では、Ｘ線検出器４２及び２次電子検出器は反射電子検出器１７と光学顕微１９を結ぶ直線から３０°離れた位置に配置しているが、これらの配置位置はこの例には限定されない。
【００４１】
即ち、本例にかかる走査型電子顕微鏡装置３の反射電子検出器１７は、先端部を半円形状部４４としたシンチレータ１７ａを有し、対物レンズの傾斜面１４ｂの傾斜角と略等しい角度の傾斜面をその先端部に設けているから、他の検出器をこの反射電子検出器１７に対してどのような角度に配置しても、検出効率を高く保つことができる。
【００４２】
なお、光学顕微鏡１９の設置位置は、試料の移動方向及び電子顕微鏡の走査方向と、光学顕微鏡１９の画像観察面との上下左右の関係を一致させる便宜上、光学顕微鏡は上記実施例の設置位置に設置するのがよい。
【００４３】
また、切欠面３９の形成位置は、この例に限定されることなく、他の部分及び、複数個所または全周に渡って設けてもよい。
【００４４】
〔実施の形態の作用、効果〕
このように、本例に係る走査型電子顕微鏡によれば、プラスチックシンチレータを備えた反射電子検出器１７の先端部３８を対物レンズ１４の頂面１４ａの半径と略同一半径をなす半円形状部４４とし、さらに、円盤形状の先端部３８の周端面の少なくとも一部を上記対物レンズ１４の傾斜面１４ｂの延長面に沿う切欠面３９を形成したので、反射検出器１７の先端の周縁においては、反射電子検出器の先端部３８が対物レンズ１４の頂面１４ａより外側に張り出すことがなく、他の検出器、例えばＸ線検出器４２等は、反射電子検出器１７の配置に伴う制限をうけることがなくなり、最大の検出効率を得る位置に配置できる。
【００４５】
殊に、光学顕微鏡１９は、反射電子検出器１７の先端部３８の切欠面３９を設けた方向から試料５を観察するものとしているので、反射電子検出器１７の先端部３８を視野に入れることなく、取りうる最大の見込み角で試料５を観察でき、画像の歪みを少なくし、焦点の合致範囲を大きなものとできる。
この状態を、この切欠面３９がない状態（図１に仮想線で示した）に比べると、切欠面を形成しない場合に比べて図上角度αだけ見込み角が大きくなることがわかる。
【００４６】
さらに、本発明の走査型電子顕微鏡装置は、反射電子検出器１７の先端部３８に電子線を通過させる電子線通過孔４０を中心に下方に向け拡がる拡開凹部４１を設けたので、反射電子を効率よく捕捉することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射電子検出装置では、対物レンズと試料との間に配置され、反射電子を検出するためのシンチレータを有する反射電子検出装置において、前記シンチレータの先端部に前記対物レンズの頂面の半径と同一半径２０ｍｍをなす半円形状部を設け、この半円形状部の厚みを３ｍｍにし、前記先端部の周端部の少なくとも一部に前記対物レンズの傾斜面と同一の傾斜になる電子線軸から６０°傾斜した切欠面を設け、さらに前記先端部には電子線を透過させる電子線透過孔を設け、この電子線透過孔から下方に向けて拡がる拡開凹部を設けたことにより、反射検出器の先端に形成された半円形状部の周縁においては、先端部が対物レンズの頂面より外部に出ることがなく、他の検出器、例えば２次電子検出器、Ｘ線分析装置のＸ線検出器は、反射電子検出器の影響を受けることが少なくなり、最大の検出効率を得ることができる位置に配置できる。
また、光学顕微鏡は、反射電子検出器の先端部の切欠面を設けた方向から試料を観察できるので、反射電子検出器の先端部を視野に入れることなく、取り得る最大の見込み角から試料を観察できる。
さらにまた、反射電子検出器の先端部には電子線を通過させる電子線通過孔を中心に下方に向け拡がる拡開凹部を設けているので、反射電子を効率良く補足することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る走査型電子顕微鏡装置の実施の形態を示す図であり、（１）は側面図、（２）は、（１）に示した走査型電子顕微鏡装置の反射電子検出器を示す（１）中のii矢視図である。
【図２】図１に示した走査型電子顕微鏡装置の反射電子検出器の図１（２）中のII−II線断面図である。
【図３】図１に示した走査型電子顕微鏡装置の試料室の各検出器の配置の一例を示す平面概略図である。
【図４】図１に示した走査型電子顕微鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】従来の走査型電子顕微鏡装置の反射電子検出器を示す斜視図である。
【符号の説明】
３ 走査型電子顕微鏡装置
５ 試料
７ ２次電子検出器
１４ 対物レンズ
１４ａ 頂面
１４ｂ 傾斜面
１７ 反射電子検出器
１９ 光学顕微鏡
３８ 先端部
３９ 切欠面
４０ 電子線通過孔
４１ 拡開凹部
４２ Ｘ線検出器
４３ 試料出入部
４４ 半円形状部

Claims (5)

1. 対物レンズ（１４）と試料（５）との間に配置され、反射電子を検出するためのシンチレータ（１７ａ）を有する反射電子検出装置（１７）において、
   前記シンチレータ（１７ａ）の先端部（３８）に前記対物レンズ（１４）の頂面（１４ａ）の半径と同一半径２０ｍｍをなす半円形状部（４４）を設け、この半円形状部（４４）の厚みを３ｍｍにし、前記先端部（３８）の周端部の少なくとも一部に前記対物レンズ（１４）の傾斜面（１４ｂ）と同一の傾斜になる電子線軸から６０°傾斜した切欠面（３９）を設け、さらに前記先端部（３８）には電子線を透過させる電子線透過孔（４０）を設け、この電子線透過孔（４０）から下方に向けて拡がる拡開凹部（４１）を設けたことを特徴とする反射電子検出装置。
2. 請求項１記載の反射電子検出装置（１７）を備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
3. 光学顕微鏡（１９）を備えたことを特徴とする請求項２記載の走査型電子顕微鏡装置。
4. ２次電子検出器（７）を備えたことを特徴とする請求項２記載の走査型電子顕微鏡装置。
5. Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）およびＸ線検出器（４２）を備えたことを特徴とする請求項２記載の走査型電子顕微鏡装置。

Images