JP5554764B2 - 電子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームを発生するビーム発生器と、電子ビームを物体に集束させる対物レンズと、物体において散乱されるか又は物体から放出される電子を検出するための少なくとも１つの検出器とを有する電子ビーム装置、特に走査形電子顕微鏡に関する。更に、本発明は、特に電子ビーム装置（例えば走査形電子顕微鏡）用の、電子を検出する検出装置に関する。

電子ビーム装置、特に走査形電子顕微鏡は、物体（サンプル）の表面を検査するために、用いられる。この目的のために、走査形電子顕微鏡の場合、電子ビーム（以下、一次電子ビームという）がビーム発生器によって発生され、対物レンズによって、検査されるべき物体へ集束される。偏向手段によって、一次電子ビームはラスタ状に、検査されるべき物体の表面上に導かれる。この場合、一次電子ビームの電子は物体と相互作用する。相互作用の結果として、特に電子が表面から放出される（いわゆる二次電子）か、あるいは、一次電子ビームの電子が後方散乱される（いわゆる後方散乱電子）。この場合、後方散乱電子は、５０ｅＶから物体における一次電子ビームの電子のエネルギまでの範囲にあるエネルギを有する。これに対し、二次電子は５０ｅＶよりも低いエネルギを有する。二次電子及び後方散乱電子は、以下に二次ビームと称されるビームを形成し、検出器によって検出される。このことによって発生される検出信号は、結像のために用いられる。

電子ビーム装置は物体の面における一次電子ビームの非常に小さい直径によって達成される高い解像度を有する。物体が電子ビーム装置の対物レンズの近くに配置されるほど、解像度は一層よくなる。二次電子又は後方散乱電子を検出するために、検出器は、この場合、対物レンズの内に又は対物レンズとビーム発生器との間の領域に設けられている。更に、一次電子ビームの電子が電子ビーム装置内でまず一層高く加速され、最後に、対物レンズの内に又は対物レンズと物体との間の領域で、所望の最終エネルギへと減速されるほど、解像度は一層よくなる。

比較的大きな開口部を有する環状の検出器を有する電子ビーム装置が知られている。この開口部は、電子ビーム装置の光路で一次電子ビームに影響を及ぼさないために及び可能な汚染を防止するために、必要である。電子ビーム装置内での二次電子及び後方散乱電子の戻りの軌道は、対物レンズによって、二次電子及び後方散乱電子の異なったエネルギの故に影響を受ける。この場合、二次電子のビームのクロスオーバは、後方散乱電子のビームのクロスオーバよりも、検査されるべき物体により近くにある。従って、二次電子のビームは後方散乱電子のビームよりも多い散乱を有する。しかし、二次電子及び後方散乱電子は、大部分の二次電子及び後方散乱電子が検出器の開口部を通過するので、検出されない、かような軌道上に延びている。

DE 198 28 476 A1（特許文献１）には、前記欠点を回避するための解決方法が記載されている。この公報から公知の電子ビーム装置の場合、二次電子及び後方散乱電子用の、夫々１つの開口部を有する２つの検出器が、電子ビーム装置の光軸に沿って互いにずれて設けられている。ここでは、物体の付近に設けられた第１の検出器は、比較的大きな立体角で物体から出る電子を検出するために用いられる。これに対し、ビーム発生器の領域に設けられている第２の検出器は、比較的小さな立体角で物体から出て、第１の検出器の、一次電子ビームの通過のために設けられている開口部を通過する電子を検出するために用いられる。しかし、DE 198 28 476 A1から公知の電子ビーム装置の場合、第２の検出器が常に多数の二次電子及び後方散乱電子を検出することは欠点である。かくて、この検出器によって得られる信号は混合信号である。

物質コントラストの解像度を高めるために後方散乱電子を検出する必要があることは知られている。特に良好な物質コントラストを得るためには、出来る限り多くの後方散乱電子を検出することが必要である。というのは、検出される電子の数が結像を改善するからである。検出される電子の数への結像の依存性は、後方散乱電子のみならず、二次電子にも当て嵌まる。検出される電子の数が多くなればなるほど、結像は一層改善される。二次電子及び後方散乱電子に従って選択された電子の検出は好都合である。その目的は、かくて、電子の種類に応じて選択される結像を実行することができるためである。

US 2002/0185599A１（特許文献２）からは、二次電子及び後方散乱電子を別個に検出する走査形電子顕微鏡が公知である。この目的のために、電子ビームを発生させるためのビーム発生器と、電子ビームを物体に集束させるための対物レンズとを有する走査形電子顕微鏡には、２つの検出器が設けられている。ここでは、一方の検出器は物体の領域に設けられており、後方散乱電子の検出のために用いられる。他の検出器は対物レンズの上方に設けられており、二次電子の検出のために用いられる。しかし、この場合、後方散乱電子の検出のための検出器の位置を、シミュレーション計算によって測定する必要がある。このことは極めて面倒である。シミュレーション計算が常に誤りに付き纏われているので、電子の最適な検出が達成され得ないことが加わる。

ドイツ特許公開公報第198 28 476 A1号 米国特許公開公報第2002/0185599A１号

本発明の課題は、選択を特に後方散乱電子及び二次電子に従って容易に行なうことができる検出装置を有する電子ビーム装置を提供することである。同時に、検出装置によって出来る限り多くの電子を検出することが意図されている。

上記課題は請求項１の特徴を有する電子ビーム装置によって解決される。電子を検出するための、本発明に係わる検出装置は、請求項２８の特徴によって示されている。好都合な実施の形態は従属請求項の特徴から明らかである。

本発明に基づいて、電子ビーム（以下、一次電子ビームともいう）を発生するビーム発生器と、一次電子ビームを物体に集束させる対物レンズと、物体において散乱されるか又は物体から放出される電子を検出するための少なくとも１つの検出器とを有する電子ビーム装置、特に走査形電子顕微鏡が形成されている。この場合、以下、「散乱される電子」という概念は、特に、物体から後方散乱される電子を意味する。更に、電子ビーム装置は検出器に関連して設けられている調節可能な絞りを有する。調節可能な絞りは、特に、電子ビーム装置において自らの位置が調節可能である絞り及び／又は調節可能な絞り開口部を有する絞りを意味する。このことを、再度、下で説明する。

本発明に係わる電子ビーム装置は、二次電子及び後方散乱電子が、上記の異なったエネルギの故に、夫々異なった位相空間を占めるという思想から出発する。この位相空間は一方ではパルスによって及び他方では電子の座標によって定義されており、パルスは二次電子及び後方散乱電子の発散を表わしている。異なった位相空間に基づき、二次電子ビーム中の大部分の二次電子を遮蔽することが可能である。このとき、大部分後方散乱電子のみが絞りを通過し、そのとき、検出器によって検出されることができる。かようにして検出された後方散乱電子の数が、従来の技術から知られた装置に比較して著しく多いことが明らかになった。大部分の二次電子の遮蔽に基づき、二次電子は、結像のために検出器によって形成される信号に最早大して影響を及ぼさない。

更に、絞りを、常に、電子ビーム装置における位置であって、多数の後方散乱電子が検出されることができる位置にもたらすことが可能である。絞りの好ましい位置は、所望のエネルギを有する後方散乱電子の、そのビームのクロスオーバにあるかその付近にある。絞りの位置を調節するために、電子ビーム装置は、好ましくは、例えば手動で又はモータで制御可能な少なくとも１つの調節手段を有する。調節手段によって、絞りをあらゆる方向に、例えば、光軸に沿って又は二次ビームの光路に沿って調節することが可能である。調節手段によって絞りを二次ビームの光路から出すか、あるいは光路に入れることができるのも利点である。

上で既に述べたように、絞りは、好ましくは、電子を通過させる少なくとも１つの絞り開口部を有する。この絞り開口部の大きさが調節可能であることは好ましい。このことは後方散乱電子の出来る限り高い収量を達成する他の可能性を規定する。

本発明に係わる電子ビーム装置は特に走査形電子顕微鏡として形成されている。この実施の形態では、当然乍ら、一次電子ビームを物体に導くための走査手段が設けられている。走査手段が、電子ビーム装置の面につき２つの走査要素を有することは好ましい。

絞りが、後方散乱電子を検出器へと通過させる少なくとも１つの絞り開口部を有する機械的な絞りであることは、好ましい。特別な実施の形態では、絞りに、複数の絞り開口部が設けられていてもよい。

小さな角度で物体から散乱される後方散乱電子（以下、小角度後方散乱電子ともいう）を検出するために、絞り及び検出器が電子ビーム装置の光軸の外に設けられていることは好ましい。この場合、光軸は、一次電子ビームが偏向ユニットによって光軸から外へ導かれることなく、一次電子ビームの電子がビーム発生器から物体へと導かれてなる光軸を意味する。

電子ビーム装置の特別な実施の形態では、電子ビーム装置は、一次電子ビームを光軸から導き出し、この光軸に導き入れるための少なくとも１つの偏向ユニットを有する少なくとも１つの偏向手段を具備する。この実施の形態は、絞り及び検出器が電子ビーム装置の光軸の外に設けられているとき、特に非常に適切である。偏向手段によって、一次電子ビームは二次ビーム（二次電子及び後方散乱電子）から分離される。

偏向手段の偏向ユニットを磁気ユニットとして形成することが、特に提案されている。偏向ユニットが電子ビーム装置で物体とビーム発生器との間の領域に設けられていることは好ましい。特別な実施の形態では、偏向手段は一次電子ビームを光軸から導き出すための第１の偏向ユニットと、一次電子ビームを光軸に導き入れるための第２の偏向ユニットとを有する。偏向手段が電子ビームを光軸から導き出すための第１の偏向ユニットと、電子ビームを光軸の方向に向けるための第２の偏向ユニットと、電子ビームを光軸に導き入れるための第３の偏向ユニットとを有してなる配列（Anordnung）は特に適切であることが明らかになった。ビーム発生器及び物体が実質的に直線（つまり光軸）に上下に設けられている、走査形電子顕微鏡の通常の構造が、前記配列によって保たれている。

検出器は好ましくはセグメント化されて形成されている。このことは、検出器が少なくとも２つの検出領域を有し、一方の検出領域が、二次ビームの、光軸の近くに戻る電子を検出するために、設けられていることを意味する。他方の検出領域は、電子ビーム装置内で光軸の近くに戻らない戻りの電子を検出するために、設けられている。

本発明に係わる電子ビーム装置の他の実施の形態では、既述の検出器に追加して、電子ビーム装置に他の検出器が設けられている。以下に更に下で詳述するように、２つの検出器のうち少なくとも一方は、特に逆磁界格子の形の、絞りを有する。

この他に、他の追加の検出器は、好ましくは、上記の絞りとして形成されていることができ、二次電子を検出するために用いられる。

絞りに関連して設けられた検出器は、通常、同様に、一次電子ビーム用の貫通孔を有する。何故ならば、検出器は、大抵、電子ビーム装置の光軸に沿って設けられているからである。実験では、後方散乱電子の一部が、検出器によって検出されることなく、この貫通孔を通っていくことが確認された。後方散乱電子又はほぼ光軸に沿って延びている電子を改善するために、本発明の特別な実施の形態は、物体から散乱されるか又は物体から放出される電子を反射させる反射器が、検出器に設けられていることを提案する。絞り自体が反射器として成形されていることは好ましい。この場合、所定の電子のみが検出器へと反射され、これに対し、他の電子は二次ビームから遮蔽される。かくて、他の場合には失われてしまう多数の後方散乱電子が検出される。後方散乱電子が当たるとき、後方散乱電子は反射器において散乱され、それから、検出器の有効な検出面に当たる。

反射器は好ましくは検出器の開口部に収容されている。検出器がシンチレータと光ガイド及びフォトマルチプライヤとの組合せとして形成されている場合には、金属製の管が穴に挿入されており、この管は絶縁性のシンチレータを一次電子ビームに対し遮る。この場合、反射器が金属製の管に収容されていることが提案されていることは好ましい。

絞りは多数の形を取ることができ、特に、電子ビーム装置内での据付場所に従って、選択される。しかし、絞り、特に、反射器として形成されている絞りが基礎面を有し、この基礎面には複数の側面が設けられており、これらの側面は基礎面の上に設けられた点の方向に延びていることが提案されていることは好ましい。例えば、三角形の又は少なくとも部分的に錐形の形状は、絞りに含まれる。これの他に又はこれに加えて、絞りが少なくとも部分的にウェーハ状に形成されていることが提案されている。

出来る限り多数の電子を吸収するために、絞りが小さな元素番号を有する物質で製造されていることは好ましい。これに対し、出来る限り多数の電子を反射させることが提案されているとき、絞りは大きな元素番号を有する物質で製造されている。

本発明は、機械的に形成される絞り、例えば、貫通孔を有するウェーハ状の絞りにのみ限定されてはいない。むしろ、本発明の他の実施の形態では、絞りを少なくとも１つの逆磁界格子を有する装置として形成することが提案されている。適切な、印加された電圧によって、電子、特に二次電子及び後方散乱電子を分離することができる。本発明の好ましい実施の形態では、少なくとも２つの検出器が設けられている。そのうちの少なくとも１がこのような逆磁界格子を有する。２つの検出器が逆磁界格子を有することは好ましい。

本発明の他の実施の形態では、電子ビームの電子を所定のエネルギに加速及び減速させるための並びに加速後にエネルギを維持するための電子エネルギ制御装置が設けられている。出願人は、自らが販売している電子ビーム装置の中に、いわゆる「ビームブースタ」を用いる。このビームブースタは、一次電子ビームの電子の高いエネルギが、完全な進路に沿って、電子ビームカラムを通って保たれていることを保証する。走査手段及び集束ユニットの通過後に、電子は、所望のエネルギに減速される。

更に、本発明は、少なくとも１つの検出器を有し、この検出器には電子をこの検出器に反射させる反射器が設けられてなる、特に電子ビーム装置用の、電子を検出する検出装置に関する。通常、検出器は、一次電子ビーム用の貫通孔を有する。何故ならば、検出器は、大抵、電子ビーム装置内で、電子ビーム装置の光軸に沿って設けられているからである。実験では、二次ビームの大部分の電子が、検出器によって検出されることなく、この貫通孔を通っていくことが確認された。これらの電子を検出するために、電子を反射器へと反射し、かくて有効性を高める反射器を検出器に設けることが提案されている。

反射器は、既述のように、検出器に設けられており、上記の形を有することができる。更に、検出器に関連して、上に既述した絞りが設けられていることができる。

走査形電子顕微鏡における二次電子及び後方散乱電子の位相空間の略図を示している。 検出器及び絞りを有する走査形電子顕微鏡の略図を示している。 検出器及び絞りを有する他の走査形電子顕微鏡の略図を示している。 変換電極として形成された検出器と、絞りとを有する走査形電子顕微鏡の略図を示している。 反射器を有する検出器を具備する走査形電子顕微鏡の略図を示している。 反射器を有する検出器の他の実施の形態の略図を示している。 走査形電子顕微鏡に設けられている偏向手段の略図を示している。 逆磁界格子の形の絞りが関連して設けられている検出器を有する走査形電子顕微鏡の略図を示している。 図８に示した絞りを有する検出器の略図を示している。 逆磁界格子の形の絞りが関連して設けられている２つの検出器と、１つの走査手段とを有する走査形電子顕微鏡の略図を示している。 逆磁界格子の形の絞りが関連して設けられている２つの検出器と、２つの走査手段とを有する走査形電子顕微鏡の略図を示している。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。例として走査形電子顕微鏡を参照して本発明を以下に説明する。しかし、本発明は走査形電子顕微鏡に限定されず、あらゆる電子ビーム装置のために適切である。

図１は走査形電子顕微鏡に二次電子及び後方散乱電子を有する異なった位相空間を示している。走査形電子顕微鏡は一次電子ビームを発生しかつサンプルに導く電子源を有する。一次電子ビームがサンプルに当たるとき、相互作用が起こる。相互作用の際に、特に二次電子及び後方散乱電子が生じる。これらの電子の全体が二次ビームを形成し、この二次ビームは同様に走査形電子顕微鏡を通過し、１つ又は複数の検出器によって検出される。上に既述のように、後方散乱電子は、この場合、５０ｅＶから物体における一次電子ビームの電子のエネルギまでの範囲のエネルギを有する。これに対し、二次電子は５０ｅＶよりも低いエネルギを有する。これらの異なるエネルギに基づいて、二次電子及び後方散乱電子は、図１に示されている、異なった位相空間を有する。位相空間１は後方散乱電子に関し、これに対し、位相空間２は二次電子の位相空間である。二次電子の位相空間の量は後方散乱電子の量と著しく異なっている。

調節手段によって走査形電子顕微鏡において調節されることができる位置を有する絞りによって、大部分の二次電子を二次ビームから遮蔽することが可能である。絞りによって、透過領域６のみが通過され、これに対し、領域５は絞りによって遮蔽される。絞りの好ましい位置は後方散乱電子のビームのクロスオーバにあるかその付近にある。

調節手段によって、絞りをあらゆる方向に、例えば、光軸に沿って又は二次ビームの光路に沿って調節することが可能である。調節手段によって絞りを二次ビームの光路から出し又は光路に入れることができることも利点である。絞りは、所望のエネルギの後方散乱電子の収量が非常に良いところの位置で、位置決めされる。

絞りの使用は、場合によっては、後方散乱電子の所定の領域３も遮蔽する。しかし乍ら、後方散乱電子の、絞りを通過することができる部分（透過領域４）が圧倒的に多い。従って、絞りによって、二次ビームから後方散乱電子及び二次電子を選び出すか又は大部分の二次電子を後方散乱電子から分離することが可能である。絞りを通過する後方散乱電子の数は二次電子の数よりも著しく多い。

図２は走査形電子顕微鏡７の略図を示している。走査形電子顕微鏡７は電子源８（カソード）の形のビーム発生器と、抽出電極（Extraktionselektrode）９とアノード１０とを有し、このアノードは同時に走査形電子顕微鏡７のビーム案内管１１の一端である。電子源８が熱形フィールド・エミッタであることは好ましい。電子源８から放出される電子は、電子源８とアノード１０の間の電位差に基づいて、アノード電位で加速される。ビーム案内管１１では、電子のエネルギが維持され、サンプルへの突き当たりの直前に、所望のエネルギへ減速される。このことを以下に更に詳述する。前記作用を有する装置は、出願人によって、対応の走査形電子顕微鏡に組み込まれ、「ビームブースタ」と呼ばれる。

ビーム案内管１１は、対物レンズとして作用する磁気レンズの磁極片１３に形成されている孔中を延びている。磁極片１３には、既に久しい前から知られているコイル１４が設けられている。ビーム案内管１１の後方には静電形の遅延装置が接続されている。この遅延装置は単極１７及び管形電極（Rohrelektorde）１６からなる。この管形電極は、ビーム案内管１１の、サンプル１８に対向している端部に設けられている。かくて、管形電極１６が、ビーム案内管１１と共に、アノード電位にあるのに対し、単極１７及びサンプル１８はアノード電位に比較して低い電位にある。かようにして、一次電子ビームの電子を、サンプル１８の検査のために必要な所望の低いエネルギへ減速することができる。更に、一次電子ビームを偏向させて、サンプル１８の上面を走査することができる走査手段１５が設けられている。

一次電子ビームとサンプル１８との相互作用に基づいて生じる二次電子又は後方散乱電子を検出するために、検出器１９及び検出器２１を有する検出装置がビーム案内管１１に設けられている。この場合、検出器１９は、サンプル側で、光軸２３に沿ってビーム案内管１１に設けられている。これに対し、検出器２１は光軸２３に沿って電子源側に設けられている。更に、２つの検出器１９，２１は走査形電子顕微鏡７の光軸２３の方向に互いにずれて設けられており、夫々に、環状の検出面を有する。

この場合、検出器２１は、知られるように、グラスファイバ光導波路（Glaslichtleiter）及び後方に接続されたフォトマルチプライヤを有するシンチレータとして形成されている。グラスファイバ光導波路は、知られるように、光子をフォトマルチプライヤへと導く。グラスファイバ光導波路は、光伝導の高い有効性のために、光軸２３の方向に比較的大きな厚さを有するので、一次電子ビームが通過するための、グラスファイバ光導波路を通る孔は、通常２乃至３ｍｍの直径を有する。その目的は、一次電子ビームがグラスファイバ光導波路によって影響を受けないようにするためである。

検出器１９は、比較的大きな立体角でサンプル１８から放出する電子を検出するために用いられる。これらの電子は、まず第１に、二次電子である。これに対し、サンプル１８からの放出の際に二次電子に比較して比較的高い運動エネルギを有する、サンプル１８において後方散乱される電子（後方散乱電子）は、検出器１９によって、非常に僅かな割合しか検出されない。何故ならば、加速の方向を通過する後方散乱電子は、光軸２３のかなり近くでレンズによって集束され、かくて、検出器１９の穴を通過することができるからである。

検出器１９を通過した後、二次ビームは、かくて、二次電子及び後方散乱電子を有する。しかし乍ら、サンプル１８から放出される大部分の二次電子が二次ビームには最早存在しない。

絞り２０は検出器２１に関連して設けられており、調節手段２２によってビーム案内管１１の中で全方向に動かされる。絞り２０は、適切にも、高い原子番号を有する物質、例えば金で製造されている。二次ビームが絞り２０の裏側に当たるとき、二次電子は、自らのエネルギ分布に基づき、二次ビームから遮蔽される。従って、絞り２０の穴を通って、主に後方散乱電子のみが透過して、後方散乱電子は、次に、検出器２１によって検出されることができる。この場合、検出器２１はセグメント化されており、２つの検出領域３８及び３９を有する。これらの検出領域の機能は既に上で説明した。検出された後方散乱電子は、画像形成の際に、物質コントラストの増大に関連して用いられる。この場合、調節手段２２は、所望のエネルギの出来る限り多数の後方散乱電子を検出すべく、絞り２０の位置を最適に調整するために用いられる。絞り２０の開口部の大きさは、図示しない装置によって、調節可能である。

図３は走査形電子顕微鏡７の他の実施の形態を示している。この実施の形態は図１に示した実施の形態とほぼ同一である。従って、以下、同一の部材には同一の参照符号で記述する。図３に示した実施の形態は、図２に示した実施の形態とは、絞り２０が検出器２１上に設けられていることでのみ異なっている。このことが、調節手段２２によって、絞り２０を、走査形電子顕微鏡においてあらゆる任意の位置へもたらすことができることを明示することが意図されている。

図４は走査形電子顕微鏡７の他の実施の形態を示している。同一の部材には、同様に、同一の参照符号が付されている。図４に示した実施の形態は、同様に、２つの検出器すなわち検出器１９及び２５からなる検出装置を有する。検出器１９がサンプル側に設けられているのに対し、検出器２５は電子源側に設けられている。絞り２０は、同様に、既に上述のように、検出器２５に関連して設けられている。これまで述べた実施の形態と異なって、検出器２５は環状の変換電極（Konversionselektrode）として形成されている。変換電極は、図示しない調整手段によって、光軸に直角に２方向に調整可能である。検出器２５は、小さい元素番号を有する物質（例えばアルミニウム）からなる、０．１乃至１ｍｍの厚さを有する薄板として、形成されており、一次電子ビームを通すための小さな中心孔を有する。孔の直径は通常２００μｍ乃至４００μｍである。孔の直径が小さいが故に、検出器２５は一次電子ビームに対し開口を制限するように作用し、かくて、同時に開口絞りとして作用する。

二次ビームが検出器２５に当たるとき、検出器２５からは二次電子が発せられる。二次電子は検出器３３へと吸引され、そこで検出器３３において検出される。検出器２５から検出器３３への二次電子の吸引及び加速は久しい間知られており、ここではこれ以上記述されない。

図５は２つの検出器１９及び２１を有する検出装置を具備する走査形電子顕微鏡７の他の実施の形態を示している。既に上記の如く、検出器１９はほぼ二次電子のみを検出する。ここでは、光軸における検出器１９の配置は、実質的に後方散乱電子のみが検出器１９を通過するように、選択されている。検出器２１が同様に開口部を有するので、幾つかの後方散乱電子はこの開口部を通過することができる。このとき、これらの後方散乱電子は検出されず、結像のために失われる。

この理由から、検出器２１には、好都合にも原子番号の大きな物質（例えば金）から形成されている反射器の形の、錐形の絞り２６が設けられている。検出器１９を通過する電子は反射器で散乱され、検出器１９の検出面の方向に向けられる。

図６に示した検出器２１の他の実施の形態を参照して、反射器の機能方法を再度明らかにする。図６は検出面としてシンチレータ２９を有する検出器２１を示しており、このシンチレータには光ガイド２８が続いている。フォトマルチプライヤ（図示せず）は光ガイド２８に後置されており、検出器２１の側方に設けられている。検出器２１は、上で既述の如く、開口部を有する。開口部には、金属製の管２７が挿入されており、この管を通って一次電子ビームは検出器２１を通過することができる。管２７の内径は通常２ｍｍである。この直径は、絶縁したシンチレータ２８を一次電子ビームに対して守るため、必要であり、管を酸化物なしに保つことができるように、管を十分に研磨するほどに、管を形成することを可能にする。

錐形に形成された反射器２６は管２７に挿入されている。後方散乱電子が反射器２６に当たるとき、後方散乱電子は反射器２６において散乱され、あるいは検出器詳しくは検出器のシンチレータ２９へ反射される。反射器２６の錐形の形成が一層険しくなればなるほど及び反射器２６が形成されている元になっている物質の元素番号が大きくなればなるほど、電子の収量（検出器の有効性）はそれだけ一層大きい。

図６に記載された装置（管２７を有しない場合もある）は後方散乱電子を検出するために適切であるのみならず、むしろ、二次電子もこのような検出器を用いて検出されることもできる。例えば、検出器１９はかように形成されていることができる。反射器２６の前記構成は、あらゆる電子の電子収量を検出器において高めるために適切である。

光軸２３に対し非常に小さな角度でサンプル１８において散乱される後方散乱電子を検出するために、図７に示す実施の形態は、検出器２１と、この検出器に関連して設けられたピンホール２０とを、光軸２３の外側に設けることを提案している。この目的のためには、走査形電子顕微鏡は、偏向ユニット３０，３１及び３２からなる偏向手段を有する。すべての偏向ユニットは光軸２３に沿って設けられており、磁気ユニットとして形成されている。電子源８によって発生される一次電子ビーム３４は偏向ユニット３０によって光軸２３から偏向される。偏向ユニット３１によって、一次電子ビーム３４は再度光軸２３へと導かれ、続いて、偏向ユニットがなければ取るであろうコースを取る。次に、走査手段１５によって、一次電子ビーム３４はサンプル１８の上面に亘って走査される。

次に、相互作用により生じる二次電子及び後方散乱電子は、再度、二次電子ビーム３５として、走査形電子顕微鏡のビーム案内管に入る。二次電子及び後方散乱電子は、偏向ユニット３２に基づき、ローレンツ力の法則に従って、一次電子ビーム３４のハーフスペース（Halbraum）に補完しかつ検出器２１があるハーフスペースへと偏向される。絞り２０によって、二次電子が遮蔽されるので、検出器２１はほぼ後方散乱電子のみを検出する。

図８は本発明に係わる走査形電子顕微鏡の他の実施の形態を示している。この実施の形態は、図１に示した実施の形態に対しほぼ同一である。従って、以下、同一の部材を同一の参照符号で記述する。検出器２１は逆磁界格子（Gegenfeldgitter）３６を有する。サンプル１８との相互作用の故に生じる二次電子及び後方散乱電子は、再度、走査形電子顕微鏡のビーム案内管１１に導き入れられる。逆磁界格子に印加される電圧は、二次電子が逆磁界格子３６によって偏向されることができ、二次電子が検出器２１に当たらないように、選択されている。この場合、後方散乱電子のみが逆磁界格子３６を通過して、検出器２１に当たる。このとき、発生された信号は結像のために用いられる。例えば、逆磁界格子３６は、１００ボルトの電圧を有する。後方散乱電子は、そのエネルギの故に、格子を通過する。通常は＜５０ｅＶのエネルギを有する二次電子は、印加された電圧の故に、検出器２１へ達することができない。

図８に示した実施の形態で用いられることができる、検出器２１の特別な実施の形態は、図９に示されている。検出器２１はウェーハ状に形成されており、シンチレータ２９を有する。シンチレータの上面に亘って光ガイド２８が設けられている。光ガイド２８は同様にフォトマルチプライヤ（図示せず）に接続されている。検出器２１は開口部を有し、この開口部には金属管が収容されており、この金属管には一次電子ビームが光軸２３に沿って延びている。サンプル１８との相互作用の故に生じる二次電子及び後方散乱電子は再度走査形電子顕微鏡のビーム案内管に導き入れられる。シンチレータ２９の前方には逆磁界格子３６が設けられている。逆磁界格子３６に印加された電圧は、二次電子が逆磁界格子３６から偏向されることができて、シンチレータ２９に当たることがないように、選択されている。この場合、後方散乱電子のみが逆磁界格子３６を通過して、シンチレータ２９に当たる。このとき、発生された信号は結像のために用いられる。

本発明に係わる走査形電子顕微鏡の他の実施の形態は図１０に示されている。この実施の形態は図８に示した実施の形態に実際に対応する。後者の実施の形態と異なり、図１０に示した実施の形態では、検出器２１は逆磁界格子３６を有し、検出器１９は逆磁界格子３７を有する。

本発明に係わる走査形電子顕微鏡の類似の実施の形態は、図１１に示されている。ここでも、２つの検出器１９及び２１は逆磁界格子３６及び３７を有する。更に、サンプル１８の上面に亘って一次電子ビームを走査するための２つの走査要素１５及び４０が設けられている。つまり、≧１６５°の散乱角を有する後方散乱電子が、一次電子ビームの高い方のエネルギの場合に、高精細度映像に適切でないことが明らかになった。このことの原因は、後方散乱電子の、増大された多重散乱に帰することができる。しかし乍ら、対物レンズ及びビーム案内管の形状寸法に基づき、≧１６５°の散乱角を有する後方散乱電子のみが検出される。２つの走査要素１５，４０（二重走査要素）によって、ビーム案内管の内法の幅が拡大される。それ故に、１５０°より下の角度で散乱される後方散乱電子も検出されることができる。これらの後方散乱電子は二重散乱への僅かな蓋然性を有するので、より鮮明な画像をもたらす。更に、電子の透過の増大が達成される。

１ 後方散乱電子の位相空間
２ 二次電子の位相空間
３ 遮蔽された領域
４ 透過領域
５ 遮蔽された領域
６ 透過領域
７ 走査形電子顕微鏡
８ 電子源
９ 抽出電極
１０ アノード
１１ ビーム案内管
１２ 対物レンズ
１３ 対物レンズとして作用するレンズの磁極片
１４ 磁気レンズのコイル
１５ 走査手段
１６ 管形電極
１７ 電極
１８ サンプル
１９ 検出器
２０ 絞り
２１ 検出器
２２ 調節手段
２３ 光軸
２４ 検出器
２５ 変換電極
２６ 反射器
２７ 金属管
２８ 光ガイド
２９ シンチレータ
３０ 偏向ユニット
３１ 偏向ユニット
３２ 偏向ユニット
３３ 検出器
３４ 一次電子ビーム
３５ 二次ビーム
３６ 格子
３７ 格子
３８ セグメント
３９ セグメント
４０ 走査要素

Claims (14)

1. 光軸と、
   電子ビームを発生するビーム発生器と、
   前記電子ビームを検査される物体に集束させる対物レンズと、
   前記光軸に沿って物体側に配置され、前記物体により放出される電子を検出する第１の検出器であって、前記電子ビームが通過する穴を有する第１の検出器と、
   前記光軸に沿ってビーム発生器側に配置され、前記物体により散乱される電子を検出する第２の検出器と、
   前記第２の検出器に割り当てられ、前記第２の検出器の前記物体側に配置された少なくとも一つの逆電界格子と
   を備え、
   前記物体により放出され前記第１の検出器の前記穴を通過した前記電子の一部が、前記逆電界格子により偏向され、前記第２の検出器により検出されないように、前記逆電界格子に電圧が印加されることを特徴とする電子ビーム装置。
2. 前記電子ビームを前記物体に導くための走査手段を備える、請求項１に記載の電子ビーム装置。
3. 前記走査手段は、電子ビーム装置の面につき少なくとも２つの走査要素を有する、請求項２に記載の電子ビーム装置。
4. 前記逆電界格子と前記第２の検出器とは、前記光軸の外側に設けられる、請求項１に記載の電子ビーム装置。
5. 前記電子ビームを前記光軸から導き出し、この光軸に導き入れるための少なくとも１つの偏向ユニットを含む少なくとも１つの偏向手段を備える、請求項１に記載の電子ビーム装置。
6. 前記偏向ユニットは、磁気ユニットとして形成されている、請求項５に記載の電子ビーム装置。
7. 前記偏向ユニットは、前記電子ビーム装置内で、前記物体と前記ビーム発生器との間の領域に設けられている、請求項５に記載の電子ビーム装置。
8. 前記偏向手段は、前記電子ビームを前記光軸から導き出すための第１の偏向ユニットと、前記電子ビームを前記光軸に導き入れるための第２の偏向ユニットとを有する、請求項５に記載の電子ビーム装置。
9. 前記偏向手段は、前記電子ビームを前記光軸から導き出すための第１の偏向ユニットと、前記電子ビームを前記光軸の方向に向けるための第２の偏向ユニットと、前記電子ビームを前記光軸に導き入れるための第３の偏向ユニットとを有する、請求項５に記載の電子ビーム装置。
10. 前記検出器は、少なくとも2つの検出領域を有する、請求項１に記載の電子ビーム装置。
11. 前記両検出器は、少なくとも１つの逆電界格子を有する、請求項1に記載の電子ビーム装置。
12. 前記電子ビームの電子を所定のエネルギに加速及び減速させるための並びに加速後に前記エネルギを維持するための電子エネルギ制御装置が設けられている、請求項１に記載の電子ビーム装置。
13. 前記第２の検出器は、前記物体において後方散乱される電子を検出する、請求項１に記載の電子ビーム装置。
14. 前記第１の検出器は、環状の検出面を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム装置。

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