JPH0935679A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線スペクトルにゴーストピークの発生しな
いセミインレンズ型対物レンズを用いた走査電子顕微鏡
と、低倍率の像の観察時に反射電子検出器の影が生じな
い走査電子顕微鏡を実現する。 【解決手段】 試料４からのＸ線は、検出器８によって
検出される。この時、光軸Ｏから一定角度以上に放出さ
れる反射電子は、試料４に接近して配置されている接地
電位か、あるいは、正の電位が印加された導電性プレー
ト１４に入射し、プレート１４に吸収される。その結
果、反射電子は試料４に戻されることは極めて少なくな
り、反射電子の試料への入射に基づくＸ線の発生は無視
できる。また、低倍率走査像を得る場合、駆動機構１７
が操作され、一体化されている反射電子検出器１３とプ
レート１４とが光軸から取り除かれる。この状態で、走
査コイル１２により一次電子ビームを大きく２次元走査
し、その結果得られた２次電子を２次電子検出器５によ
って検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セミインレンズタ
イプの対物レンズを備えた走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、試料への電子ビー
ムの照射に基づいて発生した２次電子、反射電子、ある
いはＸ線などを検出している。この内、２次電子を効率
的に検出するためにセミインレンズタイプの対物レンズ
が開発されている。図１はこのようなタイプの走査電子
顕微鏡の要部を示しており、１はセミインレンズタイプ
の対物レンズである。

【０００３】この対物レンズ１は、内側磁極２の外側に
外側磁極３が配置され、この対物レンズ１の磁場が試料
４にまで及ぶように構成されている。試料４への電子ビ
ームの照射によって発生された２次電子ｓｅは、対物レ
ンズ１の磁場に拘束され、試料上に巻き上げられて対物
レンズ１内を上方に向かう。

【０００４】対物レンズ１の上部の光軸から離れた位置
には、２次電子検出器５が設けられている。対物レンズ
１の上部にまで取り出された２次電子ｅは、２次電子検
出器５に印加された電圧に基づく電界の作用により２次
電子検出器５に引き寄せられ、検出器５によって検出さ
れる。

【０００５】一方、試料４への電子ビームの照射によっ
て発生した反射電子ｒｅは、対物レンズ１の磁極の下部
に取り付けられた半導体型の反射電子検出器６によって
検出される。この反射電子検出器６は、中心部分に電子
ビーム通過開口７が設けられたドーナツ状に形成されて
いる。一方、試料４への電子ビームの照射によって発生
したＸ線ｘは、ＥＤＳ型（エネルギー分散型）のＸ線検
出器８によって検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したセミインレズ
型の対物レンズ１を用いた走査電子顕微鏡では、試料か
ら発生した２次電子ｓｅを対物レンズ磁場によって拘束
し、対物レンズ１の上部にまで引上げ、２次電子検出器
５によって検出しているので、２次電子の検出効率が向
上すると共に、２次電子検出器５を対物レンズ１と試料
４との間に配置する必要がないので、対物レンズ１と試
料２との間の距離（ワーキングディスタンス）を小さく
でき、高分解能の走査電子顕微鏡が提供できる。

【０００７】しかしながら、反射電子に注目すると、一
次電子ビームの光軸Ｏに対してある一定の角度以内の反
射電子ｒｅ１は、図２に示すように、対物レンズ１の磁
場によって、対物レンズ１の中央部に巻き上げられ、対
物レンズ１の上部に向かって反射電子検出器６に入射し
ない。また、一次電子ビームの光軸Ｏに対してある一定
角度以上の反射電子ｒｅ２は、ミラー効果により対物レ
ンズ１の磁場により曲げられ、試料４に戻ってしまって
反射電子検出器６に入射しない。

【０００８】この試料４に戻った反射電子は、一次電子
ビームが入射した試料位置以外の試料部分からＸ線を発
生させる。この反射電子の照射によって発生したＸ線も
Ｘ線検出器８によって検出され、その結果、得られたＸ
線スペクトル上にゴーストピークが発生する。

【０００９】更に、一次電子ビームの光軸に対してある
一定角度以内の反射電子を効率良く検出するためには、
反射電子検出器６の電子ビーム通過開口７の径を小さく
すれば良い。図３は反射電子検出器６の電子ビーム通過
開口７の径を小さくした例を示している。このような構
成で、視野探しなどの目的で、低倍率の２次電子像や反
射電子像を観察しようとすると、一次電子ビームの２次
元走査の際、偏向角の大きい領域で一次電子ビームが反
射電子検出器の裏面に当たってしまい、得られた走査像
は、図４に示すように反射電子検出器６の影Ｓが生じ
る。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、Ｘ線スペクトルにゴーストピーク
の発生しないセミインレンズ型対物レンズを用いた走査
電子顕微鏡と、低倍率の像の観察時に反射電子検出器の
影が生じない走査電子顕微鏡を実現するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
走査電子顕微鏡は、電子ビームを試料上に集束するため
のセミインレンズタイプの対物レンズと、試料上の電子
ビームの照射位置を走査するための走査手段と、試料へ
の電子ビームの照射によって得られた反射電子を検出す
る反射電子検出器と、試料への電子ビームの照射によっ
て発生したＸ線を検出するＸ線検出器とを備えた走査電
子顕微鏡において、反射電子検出器は中心に小さな電子
ビーム通過孔を有したドーナツ状に形成されて対物レン
ズと試料との間に配置され、反射電子検出器の試料側に
薄いドーナツ状のプレートを設けたことを特徴としてお
り、光軸から一定角度以上に放出される反射電子をプレ
ートに入射させ、反射電子の試料への入射を防止してＸ
線スペクトル中のゴーストピークの発生をなくす。

【００１２】請求項２の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、請求項１の手段に加えて、反射電子検出器とプレー
トとを一体的に構成し、反射電子検出器とプレートとを
対物レンズと試料との間に挿脱可能に配置するようにし
た点に特徴を有しており、低倍率像の観察中に反射電子
検出器の影が生じることを防止する。

【００１３】請求項３の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、請求項１の手段に加えて、プレートを反射電子放出
率の小さい材質で形成し、プレートへの反射電子の入射
によって新たな反射電子の発生を防止する。

【００１４】請求項４の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、請求項１の手段に加えて、反射電子検出器に設けら
れた電子ビームの通過孔の径を２ｍｍ以下とし、反射電
子検出効率を向上させる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図５は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の一例を示しており、図１の従来装置と同一
ないしは類似の構成要素には同一番号を付し、その詳細
な説明は省略する。１０は電子銃であり、電子銃１０か
ら発生した一次電子ビームは、集束レンズ１１とセミイ
ンレンズ型の対物レンズ３によって試料４上に細く集束
される。

【００１６】対物レンズ３の上部には、図１の走査電子
顕微鏡と同様に２次電子検出器５が配置され、また、試
料４に接近してＥＤＳ型のＸ線検出器８が設けられてい
る。また、一次電子ビームＥＢは、走査コイル１２によ
って偏向され、試料４上の電子ビームの照射位置は走査
される。対物レンズ３と試料４との間の空間には、ドー
ナツ状の反射電子検出器１３と導電性プレート１４とが
配置されている。

【００１７】半導体検出器１３は、ドーナツ状のプレー
ト１４上に取り付けられており、半導体検出器１３の中
心部分の電子ビームの通過開口１５の径は約２ｍｍ程度
にされている。プレーと１４は移動支持体１６によって
サポートされており、この移動支持体１６は、走査電子
顕微鏡カラムの外側の駆動機構１７によって操作され、
移動支持体１６と一体化されているプレート１４と半導
体検出器１３を光軸上に配置したり、それらを光軸上か
ら取り除くことが可能にされている。このような構成の
動作を次に説明する。

【００１８】２次電子像を観察する場合、試料４上で電
子ビームの２次元走査が行われる。試料４への電子ビー
ムの照射に基づいて発生した２次電子は、対物レンズ３
の磁場によって拘束され、電子ビームの光軸に沿って対
物レンズ３内部を上方に向かい、対物レンズ３の上部の
２次電子検出器８によって検出される。検出信号は図示
していない陰極線管に供給されることから、陰極線管に
は試料の２次電子像が表示される。

【００１９】次に、試料４への電子ビームの照射によっ
て発生した反射電子は、光軸上に配置された反射電子検
出器１３によって検出される。この時、対物レンズ３の
磁場によって巻き上げられ、光軸に沿って上昇する反射
電子も、反射電子検出器１３電子ビーム通過開口１５の
径が小さくされているため、効率良く反射電子検出器１
３によって検出される。反射電子検出器１３の検出信号
は図示していない陰極線管に供給され、反射電子像を得
ることができる。

【００２０】次に、試料４への電子ビームの照射によっ
て発生したＸ線は、ＥＤＳ検出器８によって検出され
る。この時、光軸Ｏから一定角度以上に放出される反射
電子は、試料４に接近して配置されている接地電位か、
あるいは、正の電位が印加された導電性プレート１４に
入射し、プレート１４に吸収される。その結果、反射電
子は試料４に戻されることは極めて少なくなり、反射電
子の試料への入射に基づくＸ線の発生は無視できる。し
たがって、得られたＸ線スペクトルにはゴーストピーク
がほとんど無くなり、正確なＸ線分析を行うことができ
る。

【００２１】このような効果を達成するため、プレート
１３は、内径が８〜１４ｍｍ、外径が２０〜３０ｍｍの
大きさに形成されている。また、対物レンズ３の下面か
らプレート１３の下面までの距離は、３〜８ｍｍとされ
ている。更に、プレート１３のは、アルミニウム、炭素
のような比較的２次電子や反射電子、Ｘ線を発生させに
くい材料で形成されている。なお、反射電子検出器１３
の電子ビーム通過開口１５の径は、２ｍｍ以上であると
反射電子が開口１５を通過することが実験的に確認され
た。

【００２２】次に、試料４の視野探しを行う場合につい
て述べる。試料４の視野探しのために、低倍率走査像を
得る場合、駆動機構１７が操作され、一体化されている
反射電子検出器１３とプレート１４とが光軸から取り除
かれる。この状態で、走査コイル１２により一次電子ビ
ームを大きく２次元走査し、その結果得られた２次電子
を２次電子検出器５によって検出する。この検出信号は
試料４の広い範囲をカバーする低倍率像であり、この像
によって試料４の視野探しを行う。なお、この時、反射
電子検出器１３は光軸から取り除かれているので、反射
電子検出器１３の影が像の中に現れることはない。

【００２３】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、セミインレン
ズ型の対物レンズの構成は、上記実施の形態に限らず、
対物レンズの磁場が試料に及ぶものであれば、本発明を
適用することができる。また、２次電子検出器は対物レ
ンズの上部に配置したが、セミインレンズ型対物レンズ
の途中に開口を設け、その開口を通る２次電子を検出す
るように検出器を配置しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のセミインレンズ型対物レンズを用いた走
査電子顕微鏡の要部を示す図である。

【図２】試料からの反射電子の軌道の説明をするための
図である。

【図３】電子ビームの通過開口の径を小さくした反射電
子検出器を示す図である。

【図４】走査像に現れた反射電子検出器の影を示す図で
ある。

【図５】本発明に基づくセミインレンズ型対物レンズを
用いた走査電子顕微鏡を示す図である。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 内側磁極 ３ 外側磁極 ４ 試料 ５ ２次電子検出器 ８ ＥＤＳ型Ｘ線検出器 １０ 電子銃 １１ 集束レンズ １２ 走査コイル １３ 反射電子検出器 １４ プレート １５ 電子ビーム通過開口 １６ 移動支持体 １７ 駆動機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを試料上に集束するためのセ
   ミインレンズタイプの対物レンズと、試料上の電子ビー
   ムの照射位置を走査するための走査手段と、試料への電
   子ビームの照射によって得られた反射電子を検出する反
   射電子検出器と、試料への電子ビームの照射によって発
   生したＸ線を検出するＸ線検出器とを備えた走査電子顕
   微鏡において、反射電子検出器は中心に小さな電子ビー
   ム通過孔を有したドーナツ状に形成されて対物レンズと
   試料との間に配置され、反射電子検出器の試料側に薄い
   ドーナツ状のプレートを設けた走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 反射電子検出器とプレートは一体的に構
   成され、反射電子検出器とプレートとを対物レンズと試
   料との間に挿脱可能に配置した請求項１記載の走査電子
   顕微鏡。
3. 【請求項３】 プレートは反射電子放出率の小さい材質
   で形成された請求項１記載の走査電子顕微鏡。
4. 【請求項４】 反射電子検出器に設けられた電子ビーム
   の通過孔の径は、２ｍｍ以下である請求項１記載の走査
   電子顕微鏡。