TW201721701A - 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡 - Google Patents

荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡 Download PDF

Info

Publication number
TW201721701A
TW201721701A TW105139790A TW105139790A TW201721701A TW 201721701 A TW201721701 A TW 201721701A TW 105139790 A TW105139790 A TW 105139790A TW 105139790 A TW105139790 A TW 105139790A TW 201721701 A TW201721701 A TW 201721701A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sample
charged particle
detector
objective lens
particle beam
Prior art date
Application number
TW105139790A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI682421B (zh
Inventor
Kazuya Kumamoto
Sadayoshi Matsuda
Original Assignee
Matsusada Precision Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsusada Precision Inc filed Critical Matsusada Precision Inc
Publication of TW201721701A publication Critical patent/TW201721701A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI682421B publication Critical patent/TWI682421B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H01J37/141—Electromagnetic lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2445—Photon detectors for X-rays, light, e.g. photomultipliers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/24475—Scattered electron detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2448—Secondary particle detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/226—Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object
    • H01J37/228—Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object whereby illumination and light collection take place in the same area of the discharge

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

一種荷電粒子線裝置，具備：荷電粒子源，射出荷電粒子線(12)；加速電源，加速從該荷電粒子源射出的荷電粒子線(12)，並連接於該荷電粒子源；物鏡透鏡(26)，將該荷電粒子線(12)聚焦於試料(23)；及第二檢測器(11)。第二物鏡透鏡(26)係設置於相對試料(23)入射荷電粒子線(12)之側的相反側。第二檢測器(110)，其係使伴隨著該荷電粒子線(12)入射而從該試料(23)射出之電磁波以及在該試料(23)反射之電磁波中至少任一者入射。第二檢測器(110)並檢測入射之電磁波。

Description

荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡
本發明係關於荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡。更具體而言，本發明係關於能期待性能提高的荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡。
就荷電粒子線裝置而言，存在著掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：以下，略稱「SEM」。)、電子探針微分析(EPMA, Electron Probe Micro Analyser)、電子束熔接機、電子線描繪裝置、及離子束顯微鏡等。
傳統的SEM中，從高分辨率化的觀點來看，特別下工夫於透鏡的短焦點化。為了高分辨率化，必須強化透鏡的光軸上磁束密度分布B(z)中的B。而且，為了高分辨率化，必須薄化透鏡的厚度(即B分布的z寬)。
下述專利文獻1中，記載了具備兩個物鏡透鏡(第一物鏡透鏡與第二物鏡透鏡)的SEM(之後，將相對於試料之電子槍側的透鏡稱為第一物鏡透鏡。從試料來看，位於電子槍的相反側之物鏡透鏡稱為第二物鏡透鏡)。更具體而言，第二物鏡透鏡用於加速電壓Vacc為0.5～5kV的低加速時之高分辨率觀察模式。第一物鏡透鏡用於加速電壓Vacc為0.5～30kV的通常觀察模式。
下述專利文獻1中，第一物鏡透鏡與第二物鏡透鏡不會同時動作。第一物鏡透鏡與第二物鏡透鏡藉由模式切換手段來切換每個模式。而且，下述專利文獻1的第二實施例(［0017］段落)中，記載了將第二物鏡透鏡的磁極的一部分藉由電性的絕緣部電流電位分離。然後，於磁極的一部分與試料，施加電壓Vdecel。
下述專利文獻1的第一實施例(［0010］～［0016］段落)中，二次電子(或反射電子)檢測器設置於比第一物鏡透鏡更靠近電子槍側。試料部所產生的二次電子(或反射電子)通過第一物鏡透鏡中，並進入檢測器。
下述專利文獻2也揭示SEM的構成。專利文獻2的SEM中之物鏡透鏡配置於相對於試料的電子槍之相反側。二次電子藉由來自二次電子檢測器的導引電場來偏向，而被捕捉於二次電子檢測器。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本國公開專利公報「特開2007-250223號公報」 [專利文獻2]日本國公開專利公報「特開平6-181041號公報」
[發明所欲解決的課題] 本發明之目的在於提供期待性能上升的荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡。 [用於解決課題的手段]
為了解決上述的課題，有關本發明的一態様之荷電粒子線裝置具備：荷電粒子源，射出荷電粒子線；加速電源，加速從該荷電粒子源射出的荷電粒子線，並連接於該荷電粒子源；物鏡透鏡，將該荷電粒子線聚焦於該試料；第二檢測器，其係使伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之電磁波以及在該試料反射之電磁波中至少任一者入射，並檢測入射之電磁波；其中，相對於該試料，該物鏡透鏡係設置於該荷電粒子線之入射側的相反側。  [發明的效果]
根據本發明，能期待性能提升的荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡。
接著，參照圖式，說明本發明的實施形態。以下的圖式係示意，應注意尺寸或長寬比率與現實有所差異。
而且，如下所示之本發明的實施形態係例示為了具現化本發明的技術思想之裝置或方法。本發明的技術思想並未將構成組件的材質、形狀、構造、配置等限定於下述的物。本發明的技術思想在記載於專利申請範圍的技術範圍內，能加以各種變化。
［第一實施形態］
參照圖1，說明本發明的第一實施形態中之SEM的概略構成。
此SEM係具備電子源11(荷電粒子源)、加速電源14、聚光透鏡15、物鏡透鏡光圈16、二段偏向線圈17、物鏡透鏡(第一物鏡透鏡18、第二物鏡透鏡26)、及檢測器20的電子線裝置。加速電源14加速從電子源11射出的一次電子線12(荷電粒子線)。聚光透鏡15聚焦加速的一次電子線12。物鏡透鏡光圈16去除一次電子線12的不必要部分。二段偏向線圈17將一次電子線12在試料23上進行二維掃描。物鏡透鏡(第一物鏡透鏡18、第二物鏡透鏡26)將一次電子線12聚焦於試料23上。檢測器20檢測從試料23射出的訊號電子21(二次電子21a、反射電子21b)。
SEM中，就電磁透鏡的控制部而言，具備第一物鏡透鏡電源41、第二物鏡透鏡電源42、及控制裝置45。第一物鏡透鏡電源41變換第一物鏡透鏡18的強度。第二物鏡透鏡電源42變換第二物鏡透鏡26的強度。控制裝置45控制第一物鏡透鏡電源41與第二物鏡透鏡電源42。
控制裝置45獨立控制第一物鏡透鏡18的強度與第二物鏡透鏡26的強度。控制裝置45能同時控制兩透鏡。而且，雖然圖未示，各電源連接於控制裝置45，且能調整。
就電子源11而言，能使用熱電子射出型(熱電子源型)、電場射出型(蕭特基型、或冷陰極型)。第一實施形態中，於電子源11，使用熱電子射出型的LaB6等的結晶電子源、或鎢絲。於電子源11與陽極板(接地電位)之間，舉例來說，施予加速電壓-0.5kV至-30kV。韋乃特電極13中，賦予較電子源11的電位更負電位。藉此，控制從電子源11產生的一次電子線12的量。然後，於電子源11的正前方，作出交叉徑，當作一次電子線12的第一次最小徑。此最小徑被稱為電子源的大小So。
加速的一次電子線12藉由聚光透鏡15來聚焦。藉此，縮小電子源的大小So。藉由聚光透鏡15，調整縮小率及照射於試料23的電流(以下，稱為探測電流。)。然後，藉由物鏡透鏡光圈16，去除不用的軌道電子。因應物鏡透鏡光圈16的孔徑，調整入射於試料23的射束之孔徑角α與探測電流。
通過物鏡透鏡光圈16的一次電子線12，通過掃描用的二段偏向線圈17後，再通過第一物鏡透鏡18。通用SEM使用第一物鏡透鏡18，將一次電子線12的焦點對準在試料23上。圖1的SEM也能這樣使用。
圖1中，藉由從電子源11到第一物鏡透鏡18的構成，來構成將一次電子線12朝向試料23射出的上部裝置51。而且，藉由電位板22與配置在電位板22更下方的構件來構成下部裝置52。於下部裝置52保持試料23。上部裝置51具有孔部18c，通過其內部的荷電粒子線最後從孔部18c射出。第一實施形態中之此孔部18c存在於第一物鏡透鏡18。檢測器20配置於上部裝置51與下部裝置52之間。更具體而言，檢測器20安裝於此孔部18c的下方。檢測器20也具有開口部，通過一次電子線12。檢測器20安裝於第一物鏡透鏡18的下部，使得孔部18c與開口部重疊。也可於第一物鏡透鏡18的下部安裝複數檢測器20。複數檢測器20的安裝，使得一次電子線12的軌道不會塞住，且同時使得檢測器20的檢測部在上部裝置51的孔部18c以外的地方不會有間隙。
於圖2，係顯示使用第一物鏡透鏡18，將一次電子線12的焦點對準在試料23上的情況之例。尤其是對有厚度的試料23以此方法被觀察。
另一方面，主要使用第二物鏡透鏡26時，通過第一物鏡透鏡18的一次電子線12在第二物鏡透鏡26縮小聚焦。此第二物鏡透鏡26為了於試料23附近有強磁場分布 (參照圖4(b))，實施低像差透鏡。而且，第一物鏡透鏡18控制孔徑角α，並且調整縮小率或透鏡的形狀、及調整焦點深度，使得影像方便觀看。即，第一物鏡透鏡18用於最適化上述各個控制值。而且，在僅使用第二物鏡透鏡26而無法將一次電子線12聚焦的情況下，也可使用第一物鏡透鏡18進行用於聚焦一次電子線12的輔助。
參照圖3，來說明關於沒有遲滯的情況之動作。
沒有遲滯的情況中，也可移除圖1的電位板22。試料23的設置較佳係盡可能地靠近於第二物鏡透鏡26。更詳細而言，試料23較佳係設置於靠近第二物鏡透鏡26的上部，使試料23與第二物鏡透鏡26的上部(上面)距離為5mm以下。
一次電子線12藉由以加速電源14加速的能量掃描試料23上。此時的二次電子21a藉由第二物鏡透鏡26的磁場捲繞磁束，並一邊螺旋運動一邊上昇。若二次電子21a從試料23表面離開，就藉由急速下降的磁束密度從旋轉開始放開而發散，並藉由來自二次電子檢測器19的導引電場而偏向，捕捉於二次電子檢測器19。即，二次電子檢測器19的配置，使得從二次電子檢測器19產生的電場藉由荷電粒子線吸引從試料射出的二次電子。如此，能增加進入二次電子檢測器19的二次電子21a。
接著，使用圖4，來說明關於遲滯的情況之概略。圖4中，(a)顯示遲滯時的等電位線，(b)顯示第二物鏡透鏡的光軸上磁束密度分布B(z)，(c)顯示遲滯時的荷電粒子之速度。
如圖4的(b)所示，第二物鏡透鏡26的光軸上磁束密度因為於試料附近有強的分布，物鏡透鏡變成低像差透鏡。然後，若於試料23賦予負電位，一次電子線12於試料23附近減速(參照圖4(c))。因為一次電子線12的速度越慢，變得越容易受到磁場的影響，則越靠近試料23，第二物鏡透鏡26變成越強的透鏡。因此，若於試料23賦予負電位，第二物鏡透鏡26變成更低像差的透鏡。
而且，訊號電子21藉由試料23的遲滯電壓在電場加速，能量被增幅，進入檢測器20。因此，檢測器20變成高感度。因為這樣的構成，能達成高分辨率的電子線裝置。
而且，第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的距離為10mm至200mm。較佳的是30mm至50mm。第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的距離若更靠近10mm，在設置於第一物鏡透鏡18的正下方之檢測器20能檢測反射電子21b。但是，於遲滯時的二次電子21a變得容易進入第一物鏡透鏡18中。第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的距離偏離10mm以上，則二次電子21a變得容易在檢測器20檢測。而且，第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的間隙為30mm程度的情況中，試料23的出入變得非常容易進行。
接著，詳細說明關於各組件的構成。首先，關於第二物鏡透鏡26的形狀，參照圖1來說明。
形成第二物鏡透鏡26的磁極，係由與一次電子線12的理想光軸之中心軸相同的中心磁極26a、上部磁極26b、筒形的側面磁極26c、下部磁極26d所組成。中心磁極26a為上部附近的徑小之形狀。中心磁極26a的上部為例如一段或二段的圓錐台形狀。中心磁極26a的下部為圓柱形狀。中心磁極26a的下部之中心軸沒有貫通孔。上部磁極26b朝向中心呈錐狀，中心磁極26a的重心附近側變薄，並為圓盤形狀。上部磁極26b的中心中，穿設有開口徑d的開口。中心磁極26a的外徑D較6mm大並較14mm小。開口徑d與外徑D的關係為d-D≧4mm。
接著，顯示磁極的具體例。中心磁極26a與上部磁極26b兩者的試料側之上面為相同高度。中心磁極26a的下部外徑為60mm。若此外徑小，會導致透磁率的下降，是不好的。
中心磁極26a為D=8mm的情況，上部磁極26b的開口徑d較佳為12mm至32mm。開口徑d更佳為14mm至24mm。開口徑d越大，光軸上磁束密度分布變得像山一樣平緩，寬度變寬，具有於一次電子線12的聚焦之必要的AT(安培計：線圈圈數N［T］與電流I［A］的積)能變小的優點。但是，開口徑d與外徑D的關係若為d＞4D，則像差係數變大。於此，上部磁極26b的開口徑d為20mm，側面磁極26c的外徑為150mm。而且，於中心磁極26a的軸中心也可有貫通孔。
於此，例如相對於厚度為5mm的試料23，即使以30kV的高加速電壓將一次電子線12聚焦的情況中，外徑D較佳係較6mm大並較14mm小。若D過小，則磁極飽和，一次電子線12無法聚焦。另一方面，若D過大，則性能變差。而且，d與D的大小差若較4mm小，則磁極過近而變得容易飽和，一次電子線12無法聚焦。而且，第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的距離若為10mm以下，則作業性變差。若此距離較200mm更長，則孔徑角α容易變大。此情況，為了最適化像差，變得必須使用第一物鏡透鏡18來將α調整變小，使得操作性變差。
而且，舉例來說，僅使用5kV以下的加速電壓，試料23的厚度薄之情況中，外徑D較佳為6mm以下。但是，舉例來說，加速電壓為5kV的情況中，若D為2mm、d為5mm、試料23的厚度為5mm、僅使用第二物鏡透鏡26，則磁極就飽和了，一次電子線12無法聚焦。但是，只要將試料23限制為薄的，透鏡就能更高性能化。
就於試料23賦予電位的方法而言，將電性的絕緣部夾於第二物鏡透鏡26的磁極的一部分，並將一部分的磁極從接地電位浮起，能於試料23與磁極的一部分賦予遲滯電壓。但是，此情況，若於磁性電路中夾住不是磁性體的物，則磁性透鏡變弱。而且，若遲滯電壓變高，則產生放電。若電性的絕緣部變厚，更會有磁性透鏡變弱的問題。
如圖1所示，於上部磁極26b與中心磁極26a之間，可設置以非磁性體形成的密封部26f(例如銅或鋁或蒙耐爾合金)。密封部26f將上部磁極26b與中心磁極26a之間以O形環或銅焊來真空氣密。第二物鏡透鏡26中，藉由上部磁極26b、密封部26f及中心磁極26a，將真空側與大氣側氣密分離。上部磁極26b與真空容器雖然圖未示，但相結合，使得以O形環進行氣密。藉此，第二物鏡透鏡26除了真空側的面之外，變得能暴露於大氣。因此，變得容易冷卻第二物鏡透鏡26。
於真空容器中，雖然能放入第二物鏡透鏡26，但真空度變差。於真空側若有線圈部26e，則變成氣體射出源。而且，若不將這樣的真空側與大氣側的氣密分離，則抽真空引時，氣體通過第二物鏡透鏡26與絕緣板25連接的地方，會有試料移動的問題。
舉例來說，線圈部26e能形成6000AT的線圈電流。若線圈發熱而變得高溫，此原因會使線圈的膜融化而產生短路。藉由能使得第二物鏡透鏡26暴露於大氣，來提高冷卻效率。舉例來說，將第二物鏡透鏡26的下面之平台以鋁製作，能將此平台作為散熱來利用。然後，變得能以空冷風扇或水冷等來冷卻第二物鏡透鏡26。因為這樣的氣密分離，成為強勵磁的第二物鏡透鏡26變得可能。
參照圖1，來說明遲滯部。
於第二物鏡透鏡26上，設置絕緣板25。舉例來說，絕緣板25為0.1mm至0.5mm左右厚度的聚醯亞胺薄膜或聚酯薄膜等。然後，於其上，設置具有沒磁性的導電性之試料台24。舉例來說，試料台24係底面為250μm厚的鋁板，其邊緣偏離靠近邊緣端附近的絕緣板25處加工有曲面形狀。試料台24較佳係於曲面部與絕緣板25之間的間隙填充有絕緣材31。藉此，提升第二物鏡透鏡26與試料台24之間的耐電壓，能安定地使用。試料台24的平面形狀雖為圓形，也可為楕圓、矩形等、各式平面形狀。
於試料台24上載置試料23。試料台24為了賦予遲滯電壓，連接於遲滯電源27。舉例來說，電源27為能施加0V至-30kV輸出的變換電源。試料台24為了能從真空外部位置移動，連接於成為絕緣物的試料台平台板29。藉此，試料23的位置可變更。試料台平台板29連接於XY平台(圖未示)，能從真空外部移動。
於試料23上配置具有圓形開口部的導電性板(以下，稱為電位板22)。電位板22相對於第二物鏡透鏡26的光軸垂直設置。此電位板22相對於試料23絕緣來配置。電位板22連接於電位板電源28。舉例來說，電位板電源28為0V及-10kV至+10kV輸出的變換電源。電位板22的圓形的開口部的直徑只要是2mm至20mm程度即可。開口部的直徑較佳只要是4mm至12mm即可。或者，也可將一次電子線12或訊號電子21通過的電位板22之部分形成導電性的網子狀。網子的網部較佳為細得讓電子容易通過，使得開口率變大。此電位板22 連接於XYZ平台61，使其能從真空外部移動位置，來用於調整中心軸。XYZ平台61保持電位板22，並於X方向、Y方向、及Z方向移動電位板22。
試料台24的邊緣於電位板22側有厚度。舉例來說，若電位板22為平坦，則電位板22在試料台24邊緣變得靠近試料台24。如此，變得容易放電。因為電位板22在試料23附近以外的地方具有偏離導電性試料台24的形狀，能提升與試料台24的耐電壓。
電位板22因為從試料23偏離1mm至15mm程度的距離來配置，使其不會放電。但是，只離開一點來配置為較佳。此目的係為了於第二物鏡透鏡26產生的磁場較強的位置重疊減速電場。如果，此電位板22離試料23較遠來設置的情況、或沒有電位板22的情況，一次電子線12在第二物鏡透鏡26聚焦前就已經減速，降低了變小像差的效果。
關於上述，參照圖4來說明(圖4係為對應於後敘的模擬數據4時之說明圖)。圖4的(a)係說明遲滯時的等電位線之圖。
假設電位板22的開口部過大，試料23與電位板22的距離很靠近之情況，等電位線於電位板22的開口部靠近電子槍側大大地跑出並分布。此情況，一次電子在到達電位板22之前就已經減速。電位板22的開口徑越小，有減少電場洩漏的效果。但是，有必要讓訊號電子21不被吸收於電位板22。因此，在不引起放電的範圍，調整試料23與電位板22的電位差之同時，若調整試料23與電位板22的距離，適當選擇電位板22的開口徑變得重要。
圖4的(b)係說明第二物鏡透鏡26的光軸上磁束密度分布B(z)之圖。縱軸為B(z)，横軸為座標，第二物鏡透鏡26的表面為原點(-0)。顯示出B(z)於第二物鏡透鏡26附近急遽地變大之樣子。
圖4的(c)係說明遲滯時的荷電粒子之速度的圖。荷電粒子線的速度顯示在試料正前方持續減速。
藉由將電位板22設置於試料23的附近，一次電子的速度直到電位板22附近都不太變化。然後，一次電子從電位板22附近越靠近試料23，速度變慢，變得越容易受到磁場的影響。因為第二物鏡透鏡26的磁場靠近試料23附近也變強，兩者的效果加起來，使得試料23附近成為強的透鏡，變成像差小的透鏡。
只要一邊將加速電壓儘可能變大，一邊將遲滯電壓靠近於加速電壓，能將照射電子能量變小，並使電子進入試料23中的深度變淺。藉此，變得能進行試料的表面形狀之高分辨率觀察。而且，像差也能變小，從而能達到高分辨率及低加速的SEM。
第一實施形態中，能簡單地變高試料23與電位板22的耐壓。第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26之間能為10mm至200mm的距離。因此，只要是例如平坦的試料23，且只要試料23與電位板22之間隔為5mm程度，就能對試料23與電位板22比較簡單地施加10kV程度的電位差。有尖銳的部分之試料23的情況，為了不放電，必須適當選擇距離或開口徑。
於圖5，顯示試料的不同配置例。再者，如圖5所示，將圓筒形且上面被R加工的圓筒放電防止電極30設置於試料台24上的試料23之周圍，可使放電變得不容易。圓筒放電防止電極30使試料上的等電位線流暢，並藉由試料23的間隙，也有助於緩和聚焦點的偏差。
就第一實施形態之檢測器20而言，使用半導體檢測器20、微通道板檢測器20(MCP)、或螢光體發光方式的Robinson檢測器20。這些當中的至少任一者配置於第一物鏡透鏡18的正下方。二次電子檢測器19為了收集二次電子21a，電場被配置成懸於試料23的上方。
半導體檢測器20、MCP檢測器20或Robinson檢測器20連接於第一物鏡透鏡18的試料側，並配置於光軸起算的3cm以內。較佳的是，檢測部的中心置於光軸，使用檢測器20，且於其中心設置有通過一次電子的開口部。設置於光軸起算的3cm以內，在有遲滯的情況，訊號電子靠近光軸。
一次電子線12係以將電子電荷加於從以加速電源14(Vacc)來加速使用的加速電壓減去遲滯電壓Vdecel的值(即-(Vacc-Vdecel)［V］)之能量，掃描試料23上。此時，從試料23射出訊號電子21。藉由加速電壓與遲滯電壓的值，接受電子的影響者不同。反射電子21b藉由第二物鏡透鏡26的磁場，於接受旋轉力的同時，因為試料23與電位板22之間的電場而加速。因此，反射電子21b的放射角的延伸變窄，變得容易入射至檢測器20。而且，二次電子21a也藉由第二物鏡透鏡26的磁場，於接受旋轉力的同時，因為試料23與電位板22之間的電場而加速，入射至位於第一物鏡透鏡18下的檢測器20。二次電子21a及反射電子21b皆加速，因為能量被增幅，並入射至檢測器20，使得訊號變大。
通用SEM中，通常係以第一物鏡透鏡18這樣的透鏡將電子聚焦。通常，此第一物鏡透鏡18設計成將試料23靠近於第一物鏡透鏡18時，成為高分辨率。但是，半導體檢測器20等有厚度，其厚度程度必須從第一物鏡透鏡18偏離試料23。而且，若將試料23太靠近第一物鏡透鏡18，二次電子21a難以進入位於第一物鏡透鏡18外的二次電子檢測器19。因此，通用SEM中，將半導體檢測器20配置於第一物鏡透鏡18正下方，並使用具有通過一次電子的開口部且厚度薄的半導體檢測器20。試料23隔著些微的間隙來配置，以避免撞到檢測器20。由於試料23些微地離開第一物鏡透鏡18，高性能化變得困難。
第一實施形態中，使用第二物鏡透鏡26作為主透鏡的情況，能將試料23靠近第二物鏡透鏡26來設置。然後，能分離第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26之間的距離。舉例來說，如果分離30mm，可將有10mm程度厚度的MCP檢測器20設置於第一物鏡透鏡18的正下方。而且，當然也能設置Robinson型的檢測器20或半導體檢測器20。也設置有反射板，使訊號電子21接觸反射板，並將從此處產生或反射的電子以第二個二次電子檢測器檢測的方法。能設置帶有相同作用的各種訊號電子之檢測器20。
接著，說明關於與透鏡光學系性能有關的孔徑角α。
將一次電子線12接觸試料23時的射束徑稱為探測徑。使用以下數學式做為評價探測徑的數學式。另，以下的數學式中，連接「^」的數字為指數。
［數1］探測徑Dprobe=sqrt［Dg^2+Ds^2+Dc^2+Dd^2］［nm］
［數2］光源的縮小直徑Dg=M1・M2・M3・So=M・So［nm］
［數3］球面像差Ds=0.5Cs・α^3［nm］
［數4］色像差Dc=0.5Cc・α・ΔV/Vi［nm］
［數5］繞射像差：Dd=0.75×1.22×Lambda/α［nm］
於此，電子源的大小為So，第一段聚光透鏡15a的縮小率為M1，第二段聚光透鏡15b的縮小率為M2，第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26所形成之透鏡的縮小率為M3，全縮小率M=M1×M2×M3，球面像差係數為Cs，色像差係數為Cc，在試料面的一次電子線12之孔徑角為α，照射電壓(對應於一次電子衝撞於試料23時的能量之電壓)為Vi，對應於一次電子線12的能量延伸之電壓為ΔV，電子的波長為Lambda。
關於使用熱電子射出型電子源的SEM之性能的一例，使用模擬數據來說明。圖1的第一物鏡透鏡18為通用透鏡型。
顯示以第一物鏡透鏡18聚焦一次電子線12的情況。其係對應於通用SEM。
一次電子線12的ΔV為1V，電子源的大小So為10μm。M1×M2= 0.00282。設置孔徑30微米的物鏡透鏡光圈16，去除不用的軌道電子。藉由此物鏡透鏡光圈16的孔徑，能調整入射於試料23之射束的孔徑角α與探測電流。WD為6mm，加速電壓Vacc=-30kV(Vi=30kV)。若模擬計算，
(模擬數據1)
Dprobe=4.4nm，Dg=1.59，Ds=3.81，Dc=0.916，Dd=1.25，Cs=54.5mm，Cc=10.6mm，α=5.19mrad，M3=0.0575。
接著，顯示以第二物鏡透鏡26聚焦一次電子線12的情況。
圖1的構成中，第二物鏡透鏡26與第一物鏡透鏡18的距離為40mm。第二物鏡透鏡26中，D=8mm，d=20mm，為了調整α的物鏡透鏡光圈16之孔徑為21.8微米。此時，調弱聚光透鏡15，使得與通用SEM時相比不變化探測電流量。其他的條件相同。若模擬在Z=-4mm的位置之性能，
(模擬數據2)
Dprobe=1.44nm，Dg=0.928，Ds=0.657，Dc=0.503，Dd=0.729，Cs=1.87mm，Cc=3.391mm，α=8.89mrad，M3=0.0249。
如上所述，使用第二物鏡透鏡26，則得知SEM的性能大幅地變好。
而且，與在第一物鏡透鏡18聚焦時相比，在第二物鏡透鏡26聚焦時，Dg變小。相同探測徑的情況中，與在第一物鏡透鏡18聚焦時相比，顯示能變弱聚光透鏡15。因此，使用第二物鏡透鏡26，則得知與通用SEM相比，能大電流化探測電流。
接著，說明不使用第一物鏡透鏡18，使用第二物鏡透鏡26，加速電壓Vacc為-1kV(Vi=1kV)的情況(遲滯電壓為0V)。為了不變化探測電流，調整聚光透鏡15(但是，電子槍的軌道與射束量係與-30kV時相同)。其他的條件相同。以下為模擬數據。
(模擬數據3)
結果顯示於圖6(a)。
Dprobe=15.6nm，Dg=0.928，Ds=0.657，Dc=15.1，Dd=3.99，Cs=1.87mm，Cc=3.39mm，α=8.89mrad，M3=0.0249。
此情況中，Cs、Cc、α、M3、Ds和模擬數據2相同。因為ΔV/Vi變大，探測徑也變得非常大。
接著，說明將電位板22配置於試料23的上部之例。電位板22的開口徑為Φ5mm，試料23為Φ6mm。試料測定面為Z=-4mm(第二物鏡透鏡26起算的距離)。試料台24與電位板22的距離為8mm，試料測定面與電位板22之間隔為5mm。
模擬加速電壓Vacc為-10kV，電位板22為0V電位，將試料23以Vdecel=-9kV來遲滯，Vi=1kV之情況的數值。於此，不使用第一物鏡透鏡18，僅使用第二物鏡透鏡26來聚焦。
(模擬數據4)
結果顯示於圖6(b)。
Dprobe=5.72nm，Dg=0.924，Ds=2.93，Dc=4.66，Dd=1.26，Cs=0.260mm，Cc=0.330mm，α=28.2mrad，M3=0.0247。
若遲滯電壓Vdecel為-9kV，照射電子的能量變成1keV。與加速電壓為-1kV時相比，探測徑被大大地改善。
接著，顯示於此條件，追加使用第一物鏡透鏡18，適當調整強度 (試著調為模擬數據1中必要AT(安培計)的約0.37倍)的例。
(模擬數據5)
結果顯示於圖6(c)。
Dprobe=4.03nm，Dg=1.60，Ds=0.682，Dc=2.92，Dd=2.17，Cs=0.312mm，Cc=0.357mm，α=16.3mrad，M3=0.0430。
於此，可知Dprobe減少。模擬數據4中，Dc(=4.66)明顯地變大。於此，稍微增加第一物鏡透鏡18，能變小α。Dc從上述［數4］可知，受到Cc與α影響。雖然Cc稍微變大，但α變得相當小。因此，Dc變小。從［數1］可知，使用第一物鏡透鏡18，Dprobe能變小。
相對於圖6(a)的α=8.89mrad，圖6(b)中的α=28.2mrad，藉由遲滯，變成大的值。即，得知變成強的透鏡。而且，因此得知Dd也變小。圖6(c)中，以第一物鏡透鏡18調整α，可知α變小。
於此，最重要的是，雖然也可縮小物鏡透鏡光圈16的孔徑來調整α，但此情況中，探測電流已經減少。但是，即使使用第一物鏡透鏡18來調整α，探測電流也不會減少。因此，從試料23產生的二次電子21a與反射電子21b不會減少。
而且，若藉由遲滯電壓的施加來使檢測器20的感度變好，能減少探測電流。再者，縮小物鏡透鏡光圈16的孔徑，也能縮小α。而且，藉由聚光透鏡15，也可縮小其縮小率M1×M2。因此，雖然為了平衡Dg、Ds、Dc、及Dd有調整的必要，但也有探測徑能縮得更小的情況。物鏡透鏡光圈16與第一物鏡透鏡18能最適化探測徑。
而且，對試料23用焦點深度淺的透鏡，僅合焦於凸凹的上面或底面中的任一者。這樣的情況，即使探測徑相同，α越小，焦點深度變得越深，也能清楚的看見。使用第一物鏡透鏡18，也能最適化，使得像容易被看見。
接著，顯示第一實施形態之裝置的各種使用方法之具體例。
圖6(b)中，舉例來說，雖然顯示加速電壓Vacc為-10kV，試料23以-9kV來遲滯的模擬，但加速電壓Vacc為-4kV、試料23為-3.9kV，也得到Vi=100V。加速電壓與遲滯電壓的比接近1左右，像差係數能縮小。而且，上述中，關於第二物鏡透鏡26的磁極，雖然顯示D=8mm、d=20mm的情況，但只要D=2、d=6等，縱使試料高度或加速電壓有制限，也能得到更佳的性能。
而且，加速電壓為-10kV且無遲滯的情況，雖然能以二次電子檢測器19檢測二次電子21a，但半導體檢測器20不能檢測。但是，只要加速電壓為-20kV、遲滯電壓為-10kV，則二次電子21a以約10keV的能量進入至半導體檢測器20，使得檢測變得可能。
而且，加速電壓為-10.5kV、遲滯電壓為-0.5kV時，二次電子21a不能以半導體檢測器20檢測感度。但是，此時，能以二次電子檢測器19檢測二次電子21a。即，二次電子21a於低遲滯電壓時能以二次電子檢測器19捕捉，若遲滯電壓慢慢地上升，能以半導體檢測器20側檢測的量會增加。如此，二次電子檢測器19於一邊聚於焦點，一邊提升遲滯電壓的調整時，也相當有用。
第一實施形態的第二物鏡透鏡26設計成能以Z=-4.5mm來聚焦30keV的一次電子。只要試料位置靠近於第二物鏡透鏡26，例如Z=-0.5mm的位置中，100keV的一次電子也能聚焦。沒有遲滯的情況中，也可不將絕緣板25(絕緣薄膜)設置於第二物鏡透鏡26的上方。因此，此情況中的第二物鏡透鏡26，使加速電壓能充分聚焦-100kV的一次電子線12。從最靠近於物鏡透鏡的磁極之試料來看，較佳的是，第二物鏡透鏡26設計成可將使加速電源為-30kV至-10kV的任一者來加速的荷電粒子線聚焦於0mm至4.5mm中的任一者的高度位置。
說明關於加速電壓為-15kV、試料23為-5kV、於電位板22施加-6kV的情況。一次電子接觸試料23時，變成10keV。從試料23射出的二次電子21a之能量為100eV以下。因為電位板22的電位較試料23的電位低1kV，二次電子21a無法超過電位板22。因此，二次電子21a無法檢測。帶有從試料23射出的1keV以上之能量的反射電子21b能通過電位板22。再者，電位板22與第一物鏡透鏡18下的檢測器20之間有6kV的電位差，反射電子21b加速進入檢測器20。藉由能調整這樣的電位板22之電壓，能將電位板22作為能量過濾器來使用，並且也可加速訊號電子21來提升感度。
接著，說明關於試料的高度(例如7mm)之情況。
此時，即使有遲滯的情況，也於包含上部磁極26b至絕緣板25與試料台24的厚度(例如於Z=-7.75mm程度的位置)進行測定。此情況，只有第二物鏡透鏡26，無法將30keV的一次電子線12聚焦。但是，即使不降低加速電壓，只要借助第一物鏡透鏡18，也可聚焦一次電子線12。
而且，依據試料23的高度，也有僅以第一物鏡透鏡18聚焦的方法來性能佳觀察的情況(參照圖2)。如此，藉由試料23，能選擇最適當的使用方法。
上述中，雖然敘述關於第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26之間隔為40mm的情況，此距離可為固定式也可為可動式。第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的距離越大，縮小率M3會變成小的值。然後，孔徑角α能變大。此方法中，能調整α。
而且，遲滯電壓高且訊號電子21通過光軸的附近，容易進入用於通過檢測器20的一次電子之開口部。因此，檢測器20的開口部可為小的程度。檢測器20的開口部為Φ1至Φ2mm程度，感度佳。藉由調整電位板22的開口徑或高度，將電位板22的位置從光軸稍微移動，為了讓訊號電子21接觸於檢測器20，而調整訊號電子21的軌道來提升感度的方法。而且，於第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26之間，加入持續施加電場與磁場的E cross B(EｘB)，可稍微彎曲訊號電子21。因為一次電子的進行方向與訊號電子21的進行方向相反，對稍微彎曲訊號電子21，可設置弱電場與磁場。只要稍微彎曲，不進入檢測器20中心的開口部，變得能進行檢測。而且，可單純於第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26之間將電場相對於光軸橫置。即使如此，一次電子也難受影響，只要有横偏差，對圖像的影響少。舉例來說，使用藉由二次電子檢測器19的收集電極等之電場，也可控制訊號電子21的軌道。
圖3中，使用第二物鏡透鏡26作為主透鏡。試料台24為接地電位的情況，二次電子21a以二次電子檢測器19進行檢測。反射電子21b以半導體檢測器20或Robinson檢測器20等進行檢測。試料23與檢測器20分離10mm至20mm程度時，能感度佳進行檢測。但是，若分離40mm程度，無法進入至檢測器20的反射電子21b增加，反射電子21b的檢測量變少。此時，若於試料23賦予遲滯電壓，二次電子21a能以半導體檢測器20或Robinson檢測器20等進行檢測。而且，賦予遲滯電壓後，反射電子21b的延伸被抑制，於半導體檢測器20或Robinson檢測器20等，變得能以高感度進行檢測。沒有這樣的電位板22之情況也可使用遲滯。
圖2中，試料23厚的情況中，顯示使用第一物鏡透鏡18作為物鏡透鏡的情況。圖2中，活用移動電位板22的XYZ平台61，能作為試料平台來使用。更具體而言，取代電位板22，藉由試料台24連接於XYZ平台61，試料台24可於X方向、Y方向及Z方向移動。此XYZ平台61也可將試料台24朝靠近於第一物鏡透鏡18的方向移動。藉此，於通用SEM使用此裝置。反射電子21b以半導體檢測器20或Robinson檢測器20等進行檢測，二次電子21a以二次電子檢測器19進行檢測。通常，雖然試料23為接地電位，但也能進行簡易的遲滯(能在沒有電位板22下進行遲滯)。
另，圖2中，因為試料台24連接於XYZ平台61，變得不需要如圖1所示的電位板22及試料台平台板29。
僅使用第二物鏡透鏡電源42時構成的裝置，使得第二物鏡透鏡26與試料測定面的距離比第一物鏡透鏡18與試料測定面的距離更靠近：僅使用第一物鏡透鏡電源41構成的裝置，使得第一物鏡透鏡18與試料測定面的距離比第二物鏡透鏡26與試料測定面的距離更靠近。
另，只要在不要求高測定性能，而是要求相對低性能測定的情況，也可於只使用第一物鏡透鏡電源41時，沒必要使得第一物鏡透鏡18與試料測定面的距離比第二物鏡透鏡26與試料測定面的距離更靠近。也可使得第二物鏡透鏡26與試料測定面的距離比第一物鏡透鏡18與試料測定面的距離更靠近。也就是說，試料23可配置於第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26之間。舉例來說，只要是低倍率的測定之情況，將試料23配置於第二物鏡透鏡26的附近，使用第一物鏡透鏡電源41，也可僅使用第一物鏡透鏡18。
圖1中有遲滯的情況，試料23的電位變成負的。也可讓試料23保持在GND等級，於電位板22施加正的電壓(將此手法稱為Boosting法)。也可於試料23施加負的電壓，於電位板22加上正電位，作為低加速SEM，並有好的性能。就範例而言，第一物鏡透鏡18為接地電位，於電位板22施加+10kV，來說明試料23為接地電位的情況。加速電壓為-30kV。一次電子通過第一物鏡透鏡18時為30keV，從第一物鏡透鏡18朝向電位板22加速，並從電位板22附近朝向試料23減速。以下，顯示此情況的模擬數據。試料23與電位板22的形狀，與模擬數據4的情況為相同的條件。
(模擬數據6)
Dprobe=1.31nm，Dg=0.904，Ds=0.493，Dc=0.389，Dd=0.710，Cs=1.29mm，Cc=2.56mm，α=9.13mrad，M3=0.0244。
依據以上的結果，與沒有Boosting的情況(模擬數據2)相比，改善了探測徑。
雖然訊號電子21在試料23與電位板22之間加速，但在電位板22與檢測器20之間減速。檢測器20在有半導體檢測器20的情況下，雖然能檢測反射電子21b，但因為半導體檢測器20為接地電位，減速且無法檢測二次電子21a。二次電子21a以二次電子檢測器19檢測。只要將遲滯電壓施加於試料23，也能以半導體檢測器20檢測二次電子21a。
接著，參照圖7，說明關於藉由二段偏向線圈17的調整來移動偏向軌道的交點。以二段偏向線圈17二維掃描試料23上。二段偏向線圈17的電子源側稱為上段偏向線圈17a，試料側稱為下段偏向線圈17b。
如圖1所示，此二段偏向線圈17藉由變換上段偏向線圈17a的強度之上段偏向電源43、變換下段偏向線圈17b的強度之下段偏向電源44、及控制上段偏向電源43與下段偏向電源44的控制裝置45來控制。
從第一物鏡透鏡18的內部來看，上段偏向線圈17a與下段偏向線圈17b設置於一次電子線12飛入側(設置於第一物鏡透鏡18的透鏡主面更上游、或在將下段的偏向構件設置於透鏡主面的位置之情況設置於較外側磁極18b(參照圖7。另，圖7的符號18a顯示內側磁極。)更上游)。上段偏向電源43與下段偏向電源44的使用電流比藉由控制裝置45來變換。
圖7(a)中，藉由二段的偏向線圈17，電子形成通過光軸與第一物鏡透鏡18的主面之交點附近的軌道。使用第一物鏡透鏡18作為主透鏡的情況(圖2)中，這樣設定。使用第二物鏡透鏡26作為主透鏡時，如圖7(a)所示，偏向像差變大，低倍率的圖像歪斜了。使用第二物鏡透鏡26作為主透鏡時，如圖7(b)所示，上段偏向線圈17a與下段偏向線圈17b的強度比係調整電子，形成通過第二物鏡透鏡26的主面與光軸的交點附近之軌道。調整係藉由調整上段偏向電源43與下段偏向電源44的使用電流比之控制裝置45來進行。如此，減少圖像的歪斜。另，調整使用電流比，不是錯開偏向軌道的交點(交叉點)，而是可以採用將圈數相異的線圈以相繼等切換的方式(複數設置圈數相異的線圈，將使用的線圈以控制裝置來選擇的方式)或、靜電透鏡的情況切換電壓之方式(變換使用電壓比的方式)。
如圖7所示，偏向線圈17也可配置於第一物鏡透鏡18內的間隙。偏向線圈17也可位於第一物鏡透鏡18內，如圖1所示，也可比此設置於荷電粒子線的上流側。採用靜電偏向的情況，取代偏向線圈而採用偏向電極。
［第二實施形態］
參照圖8，說明沒有第一物鏡透鏡18的簡易裝置構成。
於此，將半導體檢測器20設置於下段偏向線圈17b的下方。沒有第一物鏡透鏡18的情況，能縮短下段偏向線圈17b與第二物鏡透鏡26的距離。這樣的裝置構成適當小型化。與第一實施形態比較，第二實施形態去除使用第一物鏡透鏡18之外，能使用相同的裝置。檢測器20與第二物鏡透鏡26的距離分離10mm至200mm來設置。
於圖8的裝置，藉由電子源11至下段偏向線圈17b的構成，來構成將一次電子線12朝向試料23射出的上部裝置51。而且，藉由電位板22與配置於比電位板22更下方的構件來構成下部裝置52。於下部裝置52保持試料23。上部裝置51具有孔部，通過其內部的荷電粒子線最後從孔部射出。此孔部存在於下段偏向線圈17b。檢測器20安裝於此孔部的下方。檢測器20也具有通過一次電子線12的開口部，檢測器20安裝於下段偏向線圈17b更下部，使得孔部與開口部重疊。
［第三實施形態］
第三實施形態中，於電子源11使用電場射出型的結構。電場射出型與熱電子射出型相比，輝度高，光源的大小較小，一次電子線12的ΔV也較小，色像差的面也較有利。第三實施形態中，為了與第一實施形態相比，第一實施形態的第二段聚光透鏡15b以下與第一實施形態相同，電子源部為電場射出型，沒有第一段聚光透鏡15a。一次電子線12的ΔV為0.5eV，電子源的大小為So=0.1μm。若計算Z=-4mm、加速電壓Vacc為-30kV、第一物鏡透鏡18為OFF的性能，如下所述。
(模擬數據7)
Dprobe=0.974nm，Dg=0.071，Ds=0.591，Dc=0.248，Dd=0.730，Cs=1.69mm，Cc=3.36mm，α=8.88mrad，M3=0.0249。
電場射出型電子源與熱電子射出型相比，輝度高。再者，因為聚光透鏡15變成一段，探測電流與熱電子射出型時相比變多。不僅如此，得知探測徑變小。Dd顯示為最大值。
接著的例中，加速電壓Vacc為-1kV(Vi=1kV)。不使用第一物鏡透鏡18，使用第二物鏡透鏡26，聚焦電子。調整聚光透鏡15，使得探測電流不變化。此情況，如以下所述。
(模擬數據8)
Dprobe=8.48nm，Dg=0.071，Ds=0.591，Dc=7.45，Dd=4.00，Cs=1.68mm，Cc=3.36mm，α=8.88mrad，M3=0.0249。
如上所述，熱電子射出型(模擬數據3)中，因為Dprobe=15.6nm，得知電場射出型電子源的方式較佳。
接著，說明關於如圖1所示地配置電位板22與試料23之例。試料測定面為Z=-4mm。
關於加速電壓Vacc為-10kV，電位板22為0V電位，試料23為-9kV的情況(Vi=1kV)，於下顯示計算結果。於此，不使用第一物鏡透鏡18，僅使用第二物鏡透鏡26來聚焦。
(模擬數據9)
Dprobe=3.92nm，Dg=0.071，Ds=2.90，Dc=2.32，Dd=1.26，Cs=0.260mm，Cc=0.330mm，α=28.1mrad，M3=0.0248。
像差中，Ds為最大的值。於此，因為越靠近試料23的電子速度變慢，越容易受到磁場的影響，並且磁束密度靠近於試料23有大的值而越靠近試料23形成越強透鏡，α變得過大。因為Ds與α的立方成比例，Ds變大。可使用第一物鏡透鏡18來改善。
接著，顯示使用第一物鏡透鏡18，最適當調整強度的情況(調為模擬數據1中AT(安培計)的約0.31倍之情況)的數據。
(模擬數據10)
Dprobe=2.68nm，Dg=0.103，Ds=1.03，Dc=1.68，Dd=1.82，Cs=0.279mm，Cc=0.344mm，α=19.5mrad，M3=0.0358。
雖然只看像差係數係惡化的，但探測徑藉由調節α，可進一步改善。
於此，為了與第一實施形態相比，物鏡透鏡光圈16的孔徑與21.8微米相同。電場射出型的情況，因為明亮的輝度，並且變成一段的聚光透鏡15，孔徑能變小。因此，繞射像差成為主要的像差。
依據上述的本實施形態，使用第二物鏡透鏡26，進行遲滯，形成α變大的透鏡系統，並形成減少繞射像差的透鏡系統。即，於荷電粒子線裝置，能實現低像差的第二物鏡透鏡。將訊號電子以高感度進行檢測，能實現低價的高分辨率化。
如果是本實施形態，訊號電子因為不會通過第一物鏡透鏡中，能將檢測部形成簡單的構造。第二物鏡透鏡的光軸上磁束密度因為是靠近於試料的強分布，物鏡透鏡成為低像差透鏡。若於試料賦予負電位，則越靠近試料形成越強透鏡，物鏡透鏡成為更低的像差透鏡。試料的遲滯電壓之電場中，因為訊號電子被加速，能量增幅並進入檢測器，檢測器變成高感度。藉由以上的構成，能實現高分辨率的荷電粒子線裝置。
［第四實施形態］
接著，說明關於第四實施形態之SEM(荷電粒子裝置的一例)的裝置構成。以下的說明中，關於與上述的實施形態相同的構成(包含各構成的變化例)，附上與上述相同的符號，並省略關於這些構成的詳細說明。
上述第一實施形態的大致構成，與以下的第四實施形態也相同。上部裝置51係以從電子源11到第一物鏡透鏡18的構成來配置。從上部裝置51朝向試料23射出一次電子線12。下部裝置52係配置第二物鏡透鏡26。於下部裝置52保持試料23。也同樣地設置反射電子21b、二次電子檢測器19及檢測器20(於第四實施形態中，亦可將該等統稱為第一檢測器19、20)。為了檢測二次電子21a而設置二次電子檢測器19。
在第四實施形態中，於第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26間配置第二檢測器係與上述實施形態不同。第二檢測器係與檢測訊號電子21用的第一檢測器19、20不同。第二檢測器的配置方式係使從試料23射出或反射出與第一檢測器的檢測對象相異之電子或電磁波被入射。第二檢測器係檢測與第一檢測器的檢測對象相異的電子或電磁波。再者，就第一檢測器而言，可僅配置檢測器20及二次電子檢測器19其中一方，未配置另一方亦無妨。
在第四實施形態中，第二檢測器被配置於第一物鏡透鏡18的下方(靠近試料23或第二物鏡透鏡26之一側)。特別是，相較於反射電子21b或二次電子21a入射至第一檢測器19、20的位置，電子或電磁波入射至第二檢測器之一部分的位置係位於更下方(靠近第二物鏡透鏡26)。相較於反射電子21b或二次電子21a入射至第一檢測器19、20的位置，電子或電磁波入射至第二檢測器之一部分的位置係更靠近一次電子線12入射至試料23的入射位置。再者，相反地，相較於反射電子21b或二次電子21a入射至第一檢測器19、20的位置，即使電子或電磁波入射至第二檢測器之一部分的位置更偏離於一次電子線12入射至試料23的入射位置亦無妨。
此處，第二檢測器係能夠檢測後述之電子及電磁波中任一者。舉例來說，第二檢測器能夠檢測伴隨著一次電子線12的入射而從試料23射出之電磁波。就此種電磁波而言，舉例來說，例如特徵X射線、連續X射線及陰極射線發光(CL)等。同時，舉例來說，第二檢測器能夠檢測照射於試料23表面並在該試料23表面反射之電磁波。就此種電磁波而言，舉例來說，例如可見光、紅外線、紫外線等光。再者，第二檢測器能夠檢測伴隨著一次電子線12的入射而從試料23射出之俄歇(Auger)電子。在第四實施形態中，除了第一檢測器19、20之外，還可設置能夠檢測如此之電子及電磁波中任一者的第二檢測器。因此，能夠針對試料23進行更多樣的分析或觀察。
以下，針對第四實施形態的具體例進行說明。
圖9係顯示有關本發明的第四實施形態之SEM裝置構成之一例的剖面圖。
如圖9所示，SEM中下部裝置52上側的空間係被真空壁60包圍。藉此，第一物鏡透鏡18、第一檢測器19、20或試料23等被置於真空環境。試料23係透過絕緣板25，而被配置在位於第二物鏡透鏡26上面的試料台24。檢測訊號電子21的檢測器20係被配置於第一物鏡透鏡18的下端部。檢測二次電子21a的二次電子檢測器19係被配置於第一物鏡透鏡18的側部。
此處，在圖9所示的SEM中，配置用於檢測從試料23射出之特徵X射線121的第二檢測器110。第二檢測器110係能量分散型X射線(EDX(亦稱為EDS))分析裝置。第二檢測器110係作為SEM的附帶裝置而被安裝。在該SEM中，伴隨著檢測訊號電子21之試料23的觀察，能夠進行試料23的EDX分析。雖然第二檢測器110係能同時進行(並行)訊號電子21與特徵X射線121的檢測，並以不妨礙該第一檢測器19、20檢測訊號電子21的方式配置，但不限於此。
第二檢測器110的腕部113係具有從配置於真空壁60外側的本體部朝向真空壁60的內側略直線狀延伸之構造。腕部113係插入由真空壁60包圍的真空部。腕部113的前端部係設置有形成板狀的板狀部114。腕部113及板狀部114係金屬製並具有導電性。
機架(mount)部65係使用O形環等來被安裝於真空壁60，並維持氣密。第二檢測器110係使用複數個調整螺栓67及螺母等而被固定於機架部65。藉由調整了調整螺栓67及螺母等，能夠將機架部65或螺栓67調整至固定位置等。藉此，能夠針對相對於第二檢測器110中試料23的位置進行微調。第二檢測器110進行的大量移動方向係上下方向(圖的箭頭Z方向；一次電子線12的入射方向)或腕部113的長邊方向(圖的箭頭Y方向)。藉由如此地調整第二檢測器110的位置，能夠變更腕部113前端的位置，即板狀部114的位置。能夠變更相對於試料23之板狀部114的位置，即相對於一次電子線12通過位置之板狀部114的位置。藉此，於使用第一物鏡透鏡18來聚焦一次電子線12的情況下，亦能夠調整高度及前後左右。於不使用第二檢測器110、板狀部114時，能夠使其進行大量移動並至腕部113的長邊方向進行保管。
板狀部114係以略垂直於一次電子線12射出方向(以下亦稱為光軸)的方式被配置。板狀部114設置有孔部114a。板狀部114的位置係調整成讓一次電子線12通過孔部114a。板狀部114中試料23側的面(圖中的下面)係設置有X射線檢測部120。X射線檢測部120係例如矽漂移檢測器(SDD)或轉換邊緣感測器(TES, Transition Edge Sensor)。伴隨著該一次電子線12入射而從該試料射出之特徵X射線121入射至X射線檢測部120。於特徵X射線入射至X射線檢測部120時，第二檢測器110檢測該入射之特徵X射線121。
再者，X射線檢測部120係可分割成能夠檢測特徵X射線的部位與能夠檢測其他訊號電子或電磁波的部位。亦可於X射線檢測部120中試料側的面配置有機薄膜或鈹薄膜等。藉此，能夠在不防止從試料23射出之二次電子21a或反射電子21b入射至X射線檢測部120的情況下，使X射線檢測部120不會受到該等訊號電子21等的影響。
第二檢測器110的板狀部114係具有作為進行遲滯情況下的電位板之功能。也就是說，遲滯電源27係與試料台24連接，板狀部114透過腕部113並例如與接地電位連接。板狀部114係具有與上述實施形態中電位板22相同的功能。因此，不須另外設置電位板22，亦能獲得與設置有電位板22之情況下相同的效果。再者，不限於接地電位，亦可於板狀部114賦予正電位或負電位。
板狀部114的位置係可如上述般適宜地變更。藉由進行第一物鏡透鏡18與第二物鏡透鏡26的控制或遲滯電壓的控制，能與上述實施形態相同地，變得能夠在高分辨率下觀察試料23。同時，基於上述，能夠進行試料的EDX分析，並能進行多樣分析與觀察。
此處，如先前技術般，於SEM的物鏡透鏡僅設置在相對於試料23射出一次電子線23之一側(圖上側)的情況下(相當於本實施形態中僅設置第一物鏡透鏡18的情況)，若欲進行高分辨率的觀察，必須使物鏡透鏡接近試料23。
圖10係顯示具有習知構造的SEM裝置構成之概略剖面圖。
在圖10中，顯示了SEM的物鏡透鏡918、檢測反射電子的檢測器920與二次電子檢測器919。為了進行高分辨率的觀察，試料923通常配置於接近物鏡透鏡918。若將進行EDX分析用的X射線檢測器915配置於接近試料923處，相較於物鏡透鏡918，X射線檢測器915更凸出於試料923側。藉此，X射線檢測器915與試料923接觸的可能性變高。為了縮短物鏡透鏡918與試料923間的距離，必須將X射線檢測器915配置於物鏡透鏡918的側方。
然而，若如上述般將X射線檢測器915配置於偏離試料923的位置，則檢測效率變低。入射至X射線檢測器915的X射線量係與距離的平方成反比而減少。同時，檢測從試料23的表面凹部內側射出之X射線變得困難。為了使用X射線檢測器915來檢測無法被物鏡透鏡918遮蔽的特徵X射線121，X射線檢測器915相對於水平面(垂直於一次電子線12光軸的面)的角度(圖的角度α1，亦稱為射出角(take off angle))係必須變小。
相對地，在圖9所示之構造中，藉由設置第二物鏡透鏡26，即使在上部裝置51與第二物鏡透鏡26間設置空隙的狀態下，也能在高分辨率下進行試料23的觀察。接著，若由EDX分析觀察，能夠將入射特徵X射線121之X射線檢測部120配置於上部裝置51與第二物鏡透鏡26間的空隙。藉此，能夠使X射線檢測部120更靠近試料23，並能夠使相對於X射線檢測部120的特徵X射線121射出角變大。同時，因為能夠將射出角變大，故能夠檢測從試料23的表面凹部內側射出之X射線。若射出角變大，則X射線通過試料23的寬度變窄，且空間分辨率變佳。藉此，一邊將SEM圖像以能夠在最適條件下觀察的方式配置，並能夠一邊使X射線檢測部120的檢測立體角變大且提升檢測效率，同時，能夠提高第二檢測器110的分辨率。
再者，如同相對於上述第一實施形態的第二實施形態般，於圖9所示之構造中，亦可不設置第一物鏡透鏡18。同時，第二檢測器110並不限於在進行遲滯時才有作為電位板22的功能。第二檢測器110亦可單純地具備檢測特徵X射線121等的X射線檢測部。
圖11係顯示有關本發明的第四實施形態之SEM裝置構成的變形例之剖面圖。
在圖11中，顯示了能進行與圖9所示裝置相同的EDX分析之SEM裝置構成的一例。相較於圖9所示之裝置，該SEM係具有更單純的裝置構成。如圖11所示，該裝置係使用第二物鏡透鏡26來聚焦一次電子線12。於上部裝置51(圖11中省略了二段偏向線圈17的其他構成)，並沒有設置物鏡透鏡。同時，不進行遲滯，也不設置電位板。
於該裝置中，設置了檢測器20、二次電子檢測器19以及作為檢測特徵X射線121的X射線檢測器之第二檢測器210。第一檢測器19、20與上述第二實施形態相同，配置在相對於試料23入射一次電子線12之側。二次電子檢測器19係例如具有閃爍體(Scintillator)19a、光導19b與集電極19c。閃爍體19a的電位係例如維持在10kV左右。集電極19c的電位係例如維持在-50V~300V左右的範圍。藉此，從試料23射出之二次電子21a入射至閃爍體19a。
於第二檢測器210前端部的旁邊配置有X射線檢測元件220。第二檢測器210的內部係設置有將X射線檢測元件220冷卻之冷卻棒211。於第二檢測器210前端部係設置有準直器(Collimator)214及X射線穿透窗220a。從試料23射出之特徵X射線121係從準直器214及X射線穿透窗220a入射至第二檢測器210。使用X射線檢測元件220來檢測入射之特徵X射線121。
在圖11所示裝置中，使用第二物鏡透鏡26來聚焦一次電子線12。因此，即使在相對於試料23入射一次電子線12之側配置物鏡透鏡，也能在高分辨率下觀察試料23。藉此，一邊使高分辨率的觀察變得可能，並一邊能將第一檢測器19、20配置在相對偏離試料23的位置。因此，能夠在更適合的位置配置進行EDX分析的第二檢測器210。具體而言，能夠於靠近試料23的位置配置第二檢測器210，使檢測立體角變大，並使第二檢測器210的檢測效率提高。
再者，在圖11所示之裝置構成例中，如圖11二點鏈線所示般，亦可在相對於試料23入射一次電子線12之側配置物鏡透鏡。如此一來，即使上側裝置配置有物鏡透鏡，藉由使用第二物鏡透鏡26亦能獲得與上述相同的效果。也就是說，變得能在高解像度觀察試料23的情況下，一邊能在更理想的位置配置第二檢測器210並進行EDX分析。
圖12係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。
在圖12所示之SEM中，和圖11所示相同地，設置有上部裝置51、第二物鏡透鏡26、第一檢測器19、20。在該SEM中，作為上述EDX分析裝置的替代，安裝了第二檢測器310作為附帶裝置。第二檢測器310係檢測陰極射線發光(亦稱CL)。在該SEM中，能夠在進行檢測訊號電子21之試料23觀察的同時，使用CL來進行試料23的分析。意即，雖然第二檢測器310能夠同時(並行)進行訊號電子21的檢測與CL的檢測，但只要是以不妨礙第一檢測器19、20之訊號電子21檢測的方式配置，亦不限於此。
第二檢測器310係具有橢圓鏡(光學元件的一例)320與安裝於檢測器本體310a的光纖311。橢圓鏡320係位於檢測器20與第二物鏡透鏡26間，並被配置在一次電子線12的通過路徑上。意即，相較於第一檢測器19、20，橢圓鏡320係配置於更靠近試料23的位置。在橢圓鏡320中，設有讓一次電子線12或訊號電子21通過的孔部。從試料23射出、反射之訊號電子21係通過孔部並入射至第一檢測器19、20。
藉由一次電子線12入射，而從試料23射出之CL321係入射至作為第二檢測器310一部分的橢圓鏡320。意即，相較於訊號電子21入射至第一檢測器19、20的位置，CL321入射至第二檢測器310中一部分的位置係更靠近一次電子線12入射至試料23的入射位置。
橢圓鏡320的鏡面320b係具有使試料23射出之光集光在光纖311前端部的形狀。入射至第二檢測器310的CL321係在鏡面320b反射並集光至光纖311，再藉由光纖311引導至檢測器本體310a。藉此，在第二檢測器310檢測CL321，並進行使用第二檢測器310的CL分析。
如此一來，在圖12所示之裝置中，能夠在檢測器20與第二物鏡透鏡26間之一次電子線12的通過路徑上配置橢圓鏡320。因此，能夠有效率地進行陰極射線發光321的集光。藉此，能夠一邊在高分辨率下進行試料23的觀察，並能夠一邊在高感度下進行CL的分析。同時，還能夠有餘裕地取得可配置橢圓鏡320之試料23與檢測器20間的空隙。藉此，能夠充分確保橢圓鏡320與試料23的間隔，並能夠防止試料23與橢圓鏡320接觸。
圖13係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。
在圖13係顯示圖12所示之SEM的變形例。意即，在圖13所示之SEM中，與圖12相同地，設置有上部裝置51、第二物鏡透鏡26、第一檢測器19、20。在該SEM中，安裝了與上述第二檢測器310相同之檢測CL321的第二檢測器410作為附帶裝置。在該SEM中進行遲滯。
第二檢測器410係具有拋物面鏡(光學元件的一例)420、檢測器本體310a、光學透鏡411。拋物面鏡420的鏡面420b係具有使試料23所射出CL321的點成為焦點之曲面形狀。入射至鏡面420b的CL321係成為平行光並入射至光學透鏡411。CL321係在光學透鏡411被折射且集光，並入射至檢測器本體310a。藉此，在檢測器本體310a有效率地檢測CL321。
於拋物面鏡420的下部安裝作為導電板之電位板422。電位板422係具有使一次電子線12或訊號電子21等通過之孔部，並配置於試料23的附近。同時，於第二物鏡透鏡26的上部配置絕緣板25、試料台24、絕緣材31等。試料台24係與遲滯電源27連接，且電位板422係與電位板電源28連接。藉由具有如此之構成，在該SEM中與上述第一實施形態相同地，進行遲滯。
如此一來，在圖13所示之裝置中，除了獲得如圖12所示裝置的效果外，還能獲得藉由進行遲滯的效果。意即，能將照射電子能量變小，並使電子進入試料23中的深度變淺。藉此，變得能進行試料的表面形狀之高分辨率觀察。藉此，變得能在高分辨率下觀察試料的表面形狀。接著，因為藉由使電位板422靠近試料23而能降低像差，故能夠實現高分辨率及低加速的SEM。因為在第二物鏡透鏡26與試料台24間設置絕緣板25，使耐電壓上升，而能使第二物鏡透鏡26的磁場變強並穩定地使用。
在圖12及圖13所示之SEM中，橢圓鏡320、拋物面鏡420及入射CL321之光學部品等的位置係能夠微調。舉例來說，如圖9所示般，橢圓鏡320、拋物面鏡420等被保持在大氣部，且能夠從大氣部變更橢圓鏡320、拋物面鏡420等的位置。
再者，設置於橢圓鏡320或拋物面鏡420之一次電子線12等通過的孔部大小係能夠適宜設定。意即，若孔部相對小，雖然反射電子21b的通過量減少，但CL321的光量增加。另一方面，若孔部相對大，雖然CL321的光量減少，但反射電子21b的通過量增加。
圖14係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。
在圖14所示之SEM中，和圖11所示相同地，設置有上部裝置51、第二物鏡透鏡26、第一檢測器19、20。在該SEM中，作為上述EDX分析裝置的替代，安裝了第二檢測器510作為附帶裝置。第二檢測器510係能實現光學顯微鏡的功能。在該SEM中，伴隨著檢測訊號電子21之試料23觀察的同時，亦能光學地觀察試料23。意即，雖然第二檢測器510能夠同時(並行)進行檢測訊號電子21之試料23觀察與光學地檢測，但只要是以不妨礙第一檢測器19、20之訊號電子21檢測的方式配置，亦不限於此。
作為光學顯示鏡的一例，第二檢測器510係具有螢光觀察用的構成。第二檢測器510係具有光學檢測部510a、光源511、照射透鏡512、激發濾光片513、光學物鏡透鏡514、二向色濾光片515(Dichroic filter)、吸收濾光片516、成像透鏡517。同時，第二檢測器510係具有反射鏡(光學元件的一例)520。反射鏡520係配置於檢測器20與第二物鏡透鏡間26之一次電子線12的通過路徑上。意即，相較於第一檢測器19、20，反射鏡520係配置於更靠近試料23的位置。在反射鏡520中，設有讓一次電子線12或訊號電子21通過的孔部。從試料23射出、反射之訊號電子21係通過孔部並入射至第一檢測器19、20。
從光源511射出之光係通過照射透鏡512與激發濾光片513，並由二向色濾光片515反射。接著，通過光學物鏡透鏡514並由反射鏡520照射至試料23。從試料23射出(發光、螢光或反射)之放射光521係入射至作為第二檢測器510一部分的反射鏡520。意即，相較於訊號電子21入射至第一檢測器19、20的位置，放射光521入射至第二檢測器510中一部分的位置係更靠近一次電子線12入射至試料23的入射位置。再者，放射光521除了可為藉由螢光現象等而從試料23發出之放射光之外(進行螢光觀察的情況)，亦可為在試料23所反射之可見光等的反射光(使用一般可見光進行觀察的情況)，以下並未將該等做出區別，而是一併稱為放射光521。
若於反射鏡520反射入射之放射光521，則放射光521係依序穿透光學物鏡透鏡514、二向色濾光片515與吸收濾光片516。接著，放射光521係通過成像透鏡517並成像於光學檢測部510。藉此，在光學檢測器510a檢測放射光521。
如此一來，在該SEM中，於檢測器20與第二物鏡透鏡間26之一次電子線12的通過路徑上，能夠配置第二檢測器510的反射鏡520。因此，能夠一邊在高分辨率下觀察試料23，並變得能夠使用光學顯微鏡來進行有效率地觀察。同時，能夠有餘裕地取得為了配置反射鏡520用的試料23與檢測器20間的空隙。藉此，能夠充分確保反射鏡520與試料23的間隔，並能夠防止試料23與反射鏡520接觸。同時，與圖13所示相同地，亦能夠進行遲滯。
再者，第二檢測器510並不限於作為光學顯微鏡一例之螢光觀察用的構成，亦可使用共焦點雷射顯微鏡等各種光學系統。同時，亦可不使用此種反射光學系統，而是直接在試料23的上方配置顯微鏡等，來將試料23光學地攝影成像。即使於該情況下，為了進行顯微鏡等高感度下的觀察，亦能於試料23與檢測器20間的空隙，以更理想的位置相對於試料23來配置。藉此，能夠一邊在高分辨率下觀察試料23，並有效率地進行光學地觀察。
同時，亦可於第二物鏡透鏡26側之試料23下方配置光源。於此情況下，從下方被照射而穿透試料23的光(試料23射出之光)入射至反射鏡520，並在光學檢測部510被檢測。
在圖14所示之SEM中，反射鏡520或通過光的光學部品等之位置係可微調。舉例來說，圖9所述之反射鏡520、光學部品等被保持在大氣部，且能夠從大氣部變更該等的位置。
再者，設置於反射鏡520之一次電子線12等通過的孔部大小係能夠適宜設定。意即，若孔部相對小，雖然反射電子21b的通過量減少，但放射光521的光量增加。另一方面，若孔部相對大，雖然放射光521的光量減少，但反射電子21b的通過量增加。
圖15係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。
在圖15所示之SEM中，和圖11所示相同地，設置有上部裝置51、第二物鏡透鏡26、第一檢測器19、20。在該SEM中，作為上述EDX分析裝置的替代，安裝了第二檢測器610作為附帶裝置。第二檢測器610係波長色散X射線分光器(WDX)。在該SEM中，伴隨著檢測訊號電子21之試料23觀察的同時，亦能藉由WDX進行試料23的分析。意即，雖然第二檢測器610能夠同時(並行)進行檢測訊號電子21之試料23的觀察與藉由WDX進行試料23的分析，但只要是以不妨礙第一檢測器19、20之訊號電子21檢測的方式配置，亦不限於此。
第二檢測器610係具有X射線檢測器610a、入射從試料23射出之X射線621的分光結晶620。X射線檢測器610a係沿著羅蘭圓618移動，以入射由分光結晶620繞射的X射線621。分光結晶620偏離試料23的距離係能夠在保持特定之X射線621射出角α1的情況下變更。相較於第一檢測器19、20，分光結晶620係位於更靠近試料23的位置。相較於第一檢測器19、20，分光結晶620位於更偏離試料23的位置。同時，X射線檢測器610a並不限於以使由分光結晶620繞射之X射線621入射的方式來沿著羅蘭圓618移動。接著，相較於訊號電子21入射至第一檢測器19、20的位置，X射線621入射至第二檢測器610中一部分之分光結晶620的位置較佳係更偏離一次電子線12入射至試料23的入射位置。
因為使用第二物鏡透鏡26，即使在圖15所示之SEM中，也能一邊在高分辨率下進行試料23的觀察，並能夠一邊進行WDX的分析。同時，還能夠有餘裕地取得可配置分光結晶620之試料23與檢測器20間的空隙。因此，能相對於平面而使X射線621的射出角α1變大。藉此，能夠有效率地取出從試料23上微小區域射出之X射線521，並能夠進行高感度、高分辨率的WDX分析。
再者，在圖15所示之SEM中，能夠在第二檢測器610設置將X射線621取出並作為平行光束的多毛細孔(Polycapillary)元件617(光學元件之一例，如圖15所示)。此時，X射線621係入射至多毛細孔元件617，並成為平行光束而從多毛細孔元件617射出至分光結晶620。因為多毛細孔元件617的前端能夠配置在試料23附近，因此能夠將大部分X射線621作為平行光束取出，並使入射至分光結晶620的X射線621強度變大。因此，能夠在高感度下進行WDX分析。
再者，在圖15的SEM中，雖然設置有多毛細孔元件617，但作為多毛細孔元件617的替代，亦可設置聚光鏡、繞射光柵等各種光學元件。第二檢測器610係可為縱型WDX或橫型WDX。試料23、多毛細孔元件617及X射線檢測器610a係不限於沿著羅蘭圓618移動。X射線檢測器610a係可為如CCD相機般，檢測在二維物體下進行分光後之物的檢測器。
在如圖15所示SEM中，第二檢測器610的位置係可微調。舉例來說，如圖9所示般，構成第二檢測器610的部材被保持在大氣部，且能夠從大氣部變更第二檢測器610的位置。
圖16係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。
在圖16中，顯示了同時設置有EDX分析用第二檢測器210與WDX分析用第二檢測器610來作為附帶裝置之SEM變形例。同時，在該SEM進行遲滯。在圖16所示之SEM中，和圖11所示相同地，設置有上部裝置51、第二物鏡透鏡26、第一檢測器19、20。
WDX分析用第二檢測器610係具有與上述圖15所示之相同構成。第二檢測器610係使用多毛細孔元件617，並能夠進行更高感度的WDX分析。
EDX分析用第二檢測器210係具有與上述圖11所示之相同構成。在圖16所示之例中，第二檢測器210的前端設置有用於遲滯的電位板422。電位板422係藉由安裝於第二檢測器210筐體的電位板固定部218，來配置於試料23附近的位置。
電位板422係具有使一次電子線12或訊號電子21等通過之孔部，並配置於試料23的附近。孔部係配置在使試料23射出之特徵X射線121入射至第二檢測器210中準直器214及X射線穿透窗220a的位置。同時，於第二物鏡透鏡26的上部配置絕緣板25、試料台24、絕緣材31等。試料台24係與遲滯電源27連接，且電位板422係與電位板電源28連接。藉由具有如此之構成，在該SEM中與上述第一實施形態相同地，進行遲滯。
如此一來，在圖16所示之裝置中，因為各第二檢測器210、610能更靠近試料23，故能一邊提高EDX與WDX分析的檢測效率，並能在高解像度下觀察試料23。同時，得到進行遲滯的效果，並能將照射電子能量變小，且使一次電子線12之電子進入試料23中的深度變淺。藉此，變得能進行試料的表面形狀之高分辨率觀察。接著，因為藉由使電位板422靠近試料23能降低像差，故能夠實現高分辨率及低加速的SEM。
在圖16所示SEM中，構成EDX分析用第二檢測器210與WDX分析用第二檢測器610之部材等的位置係可微調。電位板422亦可不與EDX分析用第二檢測器210連接而獨立的作動。
再者，電位板422亦可安裝於WDX分析用第二檢測器610側。舉例來說，電位板422安裝於多毛細孔元件617的前端附近。同時，電位板422亦可不與多毛細孔元件617連接而獨立的作動。
此處，若於電位板422照射電子或X射線，則射出螢光X射線。藉此，於進行EDX分析或WDX分析時，一併分析從試料23射出之X射線與從電位板422射出之X射線。為了降低從該電位板422射出X射線之分析結果的影響，電位板422較佳係輕元素(雖可例如為鈹薄膜、有機薄膜、氮化矽膜等，但並不限於此)的薄膜。於電位板422係由輕元素薄膜構成的情況下，即使電位板422的孔部小，也能容易使X射線通過電位板422，並入射至檢測器。
同時，為了降低從該電位板422射出X射線之分析結果的影響，就該電位板422的材料而言，例如使用具有與分析對象試料23之檢測波峰相異組成的材料。藉此，能容易地在分析結果中去除電位板422的影響。
再者，即使在圖12至圖16所示裝置中，和圖11所示裝置相同地，在相對於試料23入射一次電子線12之側配置物鏡透鏡。同時，在圖14所示之SEM中，亦可與其他例相同地設置電位板422，並進行遲滯。
同時，在第四實施形態中，不限於圖16所示之例，亦可將以上具體例中使用之檢測器各自適宜地組合並配置成一個裝置。舉例來說，亦可同時設置圖11所示之作為X射線檢測器的第二檢測器210與圖14所示之作為光學檢測器的第二檢測器510。藉此，能夠進行多樣觀察與分析，並能夠在高分辨率下進行檢測訊號電子21的觀察。
［第五實施形態］
接著，針對第五實施形態中SEM(荷電粒子裝置的一例)的裝置構成進行說明。以下的說明中，關於與上述的實施形態相同的構成(包含各構成的變化例)，附上與上述相同的符號，並省略關於這些構成的詳細說明。
上述第一實施形態的大致構成，與以下的第五實施形態也相同。上部裝置51係以從電子源11到第一物鏡透鏡18的構成來配置。從上部裝置51朝向試料23射出一次電子線12。下部裝置52係配置第二物鏡透鏡26。於下部裝置52保持試料23。也相同地設置反射電子21b、二次電子檢測器19及檢測器20。二次電子檢測器19係為了檢測二次電子21a而設置的。
圖17係顯示有關本發明的第五實施形態之SEM裝置構成的一例之剖面圖。
在圖17所示SEM中，與圖1相同地，設置有上部裝置51、第二物鏡透鏡26、二次電子檢測器19、電位板22。在該SEM中，進行遲滯。如此一來，在第五實施形態中，SEM係基本上具有與圖1所示之SEM相同的構成。在第五實施形態中，於電位板22下面(試料23側的面)設置之檢測反射電子21b的第一檢測器720係與圖1所示之SEM不同。
第一檢測器720係設置有使一次電子線12或二次電子21a通過的孔部720a。就該第一檢測器720而言，例如使用微通道板檢測器、Robinson檢測器、半導體檢測器等。
如此一來，在圖17所示裝置中，於相對較接近試料23的位置配置第一檢測器720。因為入射之反射電子21b的立體角變大且反射電子21b的檢測感度提升，故能在更高感度下進行試料23的觀察。
圖18係顯示有關第五實施形態之SEM裝置構成的變形例之剖面圖。
圖18所示之SEM係基本上具有與圖17所示之SEM相同的構成。在該SEM中，除了於電位板22的下面設置第一檢測器720之外，還設置了檢測特徵X射線121的第二檢測器820。
第一檢測器720與第二檢測器820係可作為互相組合的檢測單元來構成。檢測單元係例如於由第二物鏡透鏡26所視得之一部分區域配置第一檢測器720，並於其他區域配置第二檢測器820。在檢測單元中，設置有使一次電子線12或二次電子21a通過的孔部。再者，第一檢測器720與第二檢測器820係可分別安裝於電位板22的下面。
如此一來，在圖18所示之SEM中，於相對較接近試料23的位置配置第一檢測器720與第二檢測器820。意即，訊號電子21入射至第一檢測器720的位置與特徵X射線入射至第二檢測器820的位置係偏離一次電子線12入射至試料23的入射位置，且偏離程度大致相同。因此，入射至各檢測器720、820的反射電子21b或特徵X射線121的立體角變大。藉此，在第一檢測器720中，因為反射電子21b的檢測感度提升，能夠在更高感度下進行試料23的觀察。同時，能夠一邊在高分辨率下進行試料23的觀察，並能夠一邊有效率地進行第二檢測器820的EDX分析。第二檢測器820能夠同時進行反射電子21b檢測之試料23的觀察與EDX分析，並以不妨礙第一檢測器720之反射電子21b檢測的方式配置。
再者，亦可設置其他檢測器來作為第二檢測器820。亦可將第四實施形態中具體例所示之檢測器適宜地組合並配置於電位板22的上方。藉此，能夠進行多樣觀察與分析，並能夠在高分辨率下進行檢測訊號電子21的觀察。同時，亦可於電位板22的上方配置第一檢測器20。
再者，在第五實施形態中，第一檢測器720孔部720a的尺寸係可小於一次電子線12通過的程度。舉例來說，孔部720a係圓形的貫通孔，且直徑較佳係例如1毫米至2毫米左右。如此一來藉由使孔部720a變小，則大部分的反射電子21b係變得難以從電位板22上方通過。因此，因為入射至第二電子檢測器19或檢測器20的大部分訊號電子21成為二次電子21a，故其不與反射電子圖像混合，而能得到鮮明的二次電子圖像。
［其他］
雖然本發明藉由上述實施形態所記載，但此等揭示的敘述及圖式應理解不會限定此發明。舉例來說，從荷電粒子源至試料23的荷電粒子線之軌道在圖中描繪成直線。但是，若進入能量過濾器等，軌道會彎曲。也有荷電粒子線的軌道彎曲之情況。這樣的情況也包含於申請專利範圍所記載的技術範圍內。同時，於使用第二檢測器110(或是210、310、410、510、610、820)的情況下，能夠將第一檢測器20配置在第一物鏡透鏡18的內部，或是配置在相較於第一物鏡透鏡18更靠近電子源11的位置。而且，於離子束顯微鏡中負離子的荷電粒子的情況下，能以與電子相同的考慮方式，得知能與第一實施形態、第四實施形態、第五實施形態有相同的適用。於離子的情況，因為與電子相比其質量重，聚光透鏡15較佳為靜電透鏡，偏向線圈17為靜電偏向，第一物鏡透鏡18為靜電透鏡。同時，物鏡透鏡26使用磁性透鏡。
同時，於使用像He+ 離子源的正離子之荷電粒子的情況下，使用正的加速電源14作為離子源的加速電源。沒有進行遲滯的情況中，能構成與第一實施形態、第四實施形態、第五實施形態相同的裝置。進行遲滯的情況中，除了將遲滯電源27切換成正電源以外，能構成與上述的實施形態相同的裝置。此時，只要電位板22或電位板422為接地電位，從試料23射出的訊號電子21因為係負電荷，能拉回至試料23。此時，可調整電位板電源28，使得電位板22或電位板422的電位變得比試料23的電位更高。舉例來說，較佳的是，荷電粒子線的加速電源14為+7kV，上部裝置51為接地電位，電位板22或電位板422為+6kV，試料23為+5kV。藉此，能使用設置於電位板22或電位板422的位置之第一檢測器720來檢測訊號電子21。同時，第一檢測器720係可配置於電位板22中He+ 離子源側的面。也就是說，其係指在圖17中夾住第一檢測器720之電位板22中電位板22裏側的位置。此時，於訊號電子21從試料23通過電位板22的開口部並朝靠近上部裝置51方向飛行的情況下，若上部裝置51的電位係接地電位，則訊號電子21拉回至電位板22之正電位。同時，亦有拉回至二次電子檢測器19正電位並被檢測的情形。亦有能夠使用配置於He+ 離子源側的面之第一檢測器720，來檢測拉回至電位板22正電位之訊號電子的情形。同時，在檢測訊號電子時，亦可藉由第二檢測器110(或是210、310、410、510、610、820)來檢測電磁波。
同時，若物鏡透鏡(第一物鏡透鏡18或第二物鏡透鏡26)係強透鏡(焦距短的透鏡)，則物鏡透鏡的焦點深度淺，藉此，能符合焦點之試料23的高度範圍變窄。舉例來說，於試料23表面(被觀察的面)具有凹凸或高低差的情況下，使試料23的整體表面在符合焦點的狀態下觀察係變得困難。若物鏡透鏡越強(焦距越短)，則上述情形於使用第二物鏡透鏡26並進行遲滯的情況下更為顯著。
因此，為了攝影符合圖像整體焦點的圖像，亦可使用控制裝置45與物鏡透鏡電源42來使第二物鏡透鏡26的強度變化。藉由使第二物鏡透鏡26的強度變化，將焦距朝光軸方向變化並依據每個焦距來攝影。接著，藉由使用控制裝置45將各圖像中符合焦點的部分各自抽出並將抽出之部分合成，能夠作成焦點深度深的圖像(焦點深度合成EDF；Extended Depth of Focus)。
同時，依據各焦距攝影時，因為能從第二物鏡透鏡26的強度來求得焦距，故能夠掌握抽出之各部分的相對高度。藉此，因為能從複數圖像來構築三維資料，故能夠使用顯示裝置來顯示三維圖像。
接著，使用與檢測訊號電子21(二次電子21a、反射電子21b)之第一檢測器19(或20)相異的第二檢測器110(或是210、310、410、510、610、820)，則還能夠檢測從試料23射出之電磁波訊號(特徵X射線121、X射線621及CL321)。藉由使第二物鏡透鏡26的強度變化，將焦距朝光軸方向變化，並藉由於每個焦距檢測訊號電子21(二次電子21a、反射電子21b)及電磁波的訊號，而使攝影每個焦距的圖像變得可能。使用訊號電子21的攝影範圍與使用電磁波訊號的攝影範圍係相同。藉由將使用訊號電子21攝影的圖像(第一圖像)中符合焦點的部分(第一部分)與使用電磁波訊號攝影的圖像(第二圖像)中符合焦點的部分(第二部分)各自對應於同一個攝影場所，能夠使用電磁波訊號來作成焦點深度深的圖像。
接著，基於電磁波的訊號資料來作成三維資料，並使三維圖像於顯示裝置上再現變得可能。藉由三維資料而將三維圖像再現於顯示裝置，能夠於各種視點與角度立體地觀察圖像且使評價變得可能，同時，亦使在高分辨率下進行元素或螢光等表面的三維觀察變得可能。同時，藉由將使用訊號電子21的圖像與使用電磁波訊號的圖像合成，並將合成圖像顯示於顯示裝置，亦使作成觀察者容易理解的圖像變得可能。同時，亦可將使用光學顯微鏡攝影的圖像與使用訊號電子21的圖像合成。
亦可適宜地組合上述各實施形態中各自的特徵點。
根據上述說明，吾人能夠理解本發明係可輕易適用於作為荷電粒子線裝置的EPMA、電子線描繪裝置等的電子束裝置、或離子束顯微鏡等的離子束裝置。
上述的實施形態及變化例中揭示的全部特點應被認為沒有限制。本發明的範圍並非上述說明的範圍，而是依據專利申請範圍所示，應認為包含與申請專利範圍均等的意義及範圍內之所有的變化。
根據本發明，有關本發明的一態様之荷電粒子線裝置具備：荷電粒子源，射出荷電粒子線；加速電源，加速從該荷電粒子源射出的荷電粒子線，並連接於該荷電粒子源；物鏡透鏡，將該荷電粒子線聚焦於試料；第二檢測器，其係使伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之電磁波以及在該試料反射之電磁波中至少任一者入射，並檢測入射之電磁波；其中，相對於該試料，該物鏡透鏡係設置於該荷電粒子線之入射側的相反側。
較佳地，該荷電粒子線裝置，還包含：第一檢測器，其係使伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之反射電子以及二次電子中至少任一者入射，並檢測入射之反射電子或二次電子。
較佳地，該第二檢測器係能夠同時進行第一檢測器之反射電子或二次電子的檢測以及該第二檢測器之電磁波的檢測，並以不妨礙該第一檢測器檢測反射電子或二次電子的方式配置。
較佳地，相較於該反射電子或該二次電子入射至該第一檢測器的位置，該電磁波入射至該第二檢測器的位置係更靠近該荷電粒子線入射至該試料的入射位置，或偏離入射位置相同的程度。
較佳地，該荷電粒子線係通過具有該荷電粒子源之上部裝置的內部，最終並通過設置於該上部裝置的孔部而朝該試料射出，且該第一檢測器係安裝於該孔部的最底部。
較佳地，該第一檢測器係二次電子檢測器，其係產生吸引由該荷電粒子線所造成從該試料射出之二次電子的電場，並檢測該二次電子，且該第一檢測器係配置於具有該荷電粒子源之射出荷電粒子線的上部裝置側部。
較佳地，該荷電粒子線係通過具有該荷電粒子源之上部裝置的內部，最終並通過設置於該上部裝置的孔部而朝該試料射出，且該第一檢測器係安裝於較該孔部更接近該荷電粒子源之處。
較佳地，該荷電粒子線裝置，還包含：遲滯電源，於該試料賦予負電位，用於減速該荷電粒子線。
較佳地，於該試料與該物鏡透鏡間，配置使該試料與該物鏡絕緣的絕緣板。
較佳地，於該試料的上部還包含具有孔部的電位板，且於該電位板，賦予接地電位、正電位、或負電位。
較佳地，該荷電粒子線係正離子，且於該試料賦予接地電位以上的正電位，並於該電位板賦予相同或高於該試料電位之電位。
較佳地，該第二檢測器配置於該電位板中試料側的面。
較佳地，於該試料的上部還包含具有孔部的電位板，並設置複數該第一檢測器，且複數該第一檢測器的其中一個配置於該電位板中試料側的面。
較佳地，該第二檢測器係檢測伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之X射線。
較佳地，該第二檢測器係具有配置於靠近該試料的光學元件，且檢測伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出並入射至該光學元件的陰極射線發光。
較佳地，該第二檢測器係具有配置於靠近該試料的光學元件，且檢測照射於試料表面並在該試料表面反射或發光之入射至該光學元件的光。
較佳地，該光學元件係橢圓鏡、拋物面鏡及反射鏡任一者。
較佳地，該第二檢測器係檢測伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之X射線；該第二檢測器中入射該X射線的入射部係安裝在形成於導電性腕部的板狀部；該板狀部係具有通過該荷電粒子線的開口部，並配置於鄰近該試料之相對於該試料入射該荷電粒子線的一側；及於該板狀部，賦予接地電位、正電位、或負電位。
較佳地，在相對於該試料入射該荷電粒子線的一側還包含與該物鏡透鏡相異的其他物鏡透鏡；該第二檢測器能夠在藉由該物鏡透鏡來將該荷電粒子線聚焦於該試料的情況下、以及在藉由與該物鏡透鏡相異的其他物鏡透鏡來將該荷電粒子線聚焦於該試料的情況下，進行該檢測。
較佳地，在相對於該試料入射該荷電粒子線的一側還包含與該物鏡透鏡相異的其他物鏡透鏡，其係變更入射至該試料之荷電粒子線的孔徑角。
較佳地，該第二檢測器中相對於該試料的位置係以可調整的方式構成。
較佳地，還包含控制裝置，其係進行以下控制：(i)藉由改變該物鏡透鏡的焦距，並根據各焦距，來攝影使用伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之反射電子或二次電子訊號的第一圖像，以及使用該電磁波的第二圖像；(ii)從第一圖像與第二圖像中各自抽出根據各焦距所攝影之各第一圖像中符合焦點的第一部分，以及對應於該第一部分，各自抽出各焦距所攝影之各第二圖像中符合焦點的第二部分；(iii)合成抽出之複數第一部分與複數第二部分，並將該合成之圖像顯示於顯示裝置。
根據本發明，本發明係有關一種掃描電子顯微鏡，其係具備如上述任一者所述之荷電粒子線裝置。
11‧‧‧荷電粒子源(電子源)
12‧‧‧荷電粒子線(一次電子線)
13‧‧‧韋乃特電極
14‧‧‧加速電源
15‧‧‧聚光透鏡
15a‧‧‧第一段聚光透鏡
15b‧‧‧第二段聚光透鏡
16‧‧‧物鏡透鏡光圈
17‧‧‧二段偏向線圈
17a‧‧‧上段偏向線圈
17b‧‧‧下段偏向線圈
18‧‧‧第一物鏡透鏡
18a‧‧‧內側磁極
18b‧‧‧外側磁極
18c‧‧‧孔部
19‧‧‧二次電子檢測器
19a‧‧‧閃爍體
19b‧‧‧光導
19c‧‧‧集電極
20‧‧‧檢測器
21‧‧‧訊號電子
21a‧‧‧二次電子
21b‧‧‧反射電子
22‧‧‧電位板
23‧‧‧試料
24‧‧‧試料台
25‧‧‧絕緣板
26‧‧‧第二物鏡透鏡
26a‧‧‧中心磁極
26b‧‧‧上部磁極
26c‧‧‧側面磁極
26d‧‧‧下部磁極
26e‧‧‧線圈
26f‧‧‧密封部
27‧‧‧遲滯電源
28‧‧‧電位板電源
29‧‧‧試料台平台板
30‧‧‧圓筒放電防止電極
31‧‧‧絕緣材
41‧‧‧第一物鏡透鏡電源
42‧‧‧第二物鏡透鏡電源
43‧‧‧上段偏向電源
44‧‧‧下段偏向電源
45‧‧‧控制裝置
51‧‧‧上部裝置
52‧‧‧下部裝置
60‧‧‧真空壁
61‧‧‧XYZ平台
65‧‧‧機架部
67‧‧‧螺栓
110、210、310、410‧‧‧第二檢測器
510、610、820‧‧‧第二檢測器
113‧‧‧腕部
114‧‧‧板狀部
114a‧‧‧孔部
120‧‧‧X射線檢測部
121‧‧‧特徵X射線(電磁波的一例)
211‧‧‧冷卻棒
214‧‧‧準直器
218‧‧‧電位板固定部
220‧‧‧X射線檢測元件
220a‧‧‧X射線穿透窗
310a‧‧‧檢測器本體
311‧‧‧光纖
320‧‧‧橢圓鏡(光學元件的一例)
320b‧‧‧鏡面
321‧‧‧陰極射線發光(CL；電磁波的一例)
411‧‧‧光學透鏡
420‧‧‧拋物面鏡(光學元件的一例)
420b‧‧‧鏡面
422‧‧‧電位板
510a‧‧‧光學檢測部
511‧‧‧光源
512‧‧‧照射透鏡
513‧‧‧激發濾光片
514‧‧‧光學物鏡透鏡
515‧‧‧二向色濾光片
516‧‧‧吸光濾光片
517‧‧‧成像透鏡
520‧‧‧反射鏡(光學元件的一例)
521‧‧‧放射光(電磁波的一例)
610a‧‧‧X射線檢測器
617‧‧‧多毛細孔元件(光學元件的一例)
618‧‧‧羅蘭圓
620‧‧‧分光結晶
621‧‧‧X射線(電磁波的一例)
720‧‧‧位於電位板部的第一檢測器(半導體檢測器、Robinson檢測器或MCP檢測器)
720a‧‧‧孔部
915‧‧‧X射線檢測器
918‧‧‧物鏡透鏡
919‧‧‧二次電子檢測器
920‧‧‧檢測反射電子的檢測器
923‧‧‧試料
α1‧‧‧X射線的射出角
【圖1】係說明本發明的第一實施形態之SEM的構成之概略剖面圖。 【圖2】係顯示本發明的第一實施形態中，使用第一物鏡透鏡，檢測反射電子及二次電子的情況之概略剖面圖。 【圖3】係顯示本發明的第一實施形態中，主要聚焦而使用第二物鏡透鏡，檢測二次電子的情況之概略剖面圖。 【圖4】係用於說明本發明的第一實施形態中之遲滯時的透鏡部之圖，(a)說明遲滯時的等電位線、(b)說明第二物鏡透鏡的光軸上磁束密度分布B(z)、及(c)說明遲滯時的荷電粒子的速度。 【圖5】係說明本發明的第一實施形態中之絕緣部與試料台的其他構成之概略剖面圖。 【圖6】係說明本發明的第一實施形態之藉由第一物鏡透鏡的孔徑角α之調整的圖，(a)對應於模擬數據3(Vacc=-1kV)、(b) 對應於模擬數據4(Vacc=-10kV、Vdecel=-9kV)、及(c) 對應於模擬數據5(Vacc=-10kV、Vdecel=-9kV、使用第一物鏡透鏡)。 【圖7】係用於說明本發明的第一實施形態中，以偏向線圈的上下偏向線圈之強度比調整來調整偏向的交點之圖。 【圖8】係說明本發明的第二實施形態中，沒有第一物鏡透鏡的簡易情況之概略剖面圖。 【圖9】係顯示有關本發明的第四實施形態之SEM裝置構成的一例之剖面圖。 【圖10】係顯示具有習知構造的SEM裝置構成之概略剖面圖。 【圖11】係顯示有關本發明的第四實施形態之SEM裝置構成的變形例之剖面圖。 【圖12】係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。 【圖13】係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。 【圖14】係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。 【圖15】係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。 【圖16】係顯示有關第四實施形態之SEM裝置構成的其他變形例之剖面圖。 【圖17】係顯示有關本發明的第五實施形態之SEM裝置構成的一例之剖面圖。 【圖18】係顯示有關第五實施形態之SEM裝置構成的變形例之剖面圖。
12‧‧‧一次電子線
17a‧‧‧上段偏向線圈
17b‧‧‧下段偏向線圈
18‧‧‧第一物鏡透鏡
19‧‧‧二次電子檢測器
20‧‧‧檢測器
21‧‧‧訊號電子
21a‧‧‧二次電子
21b‧‧‧反射電子
23‧‧‧試料
24‧‧‧試料台
25‧‧‧絕緣板
26‧‧‧第二物鏡透鏡
26b‧‧‧上部磁極
26e‧‧‧線圈
26f‧‧‧密封部
27‧‧‧遲滯電源
29‧‧‧試料台平台板
30‧‧‧圓筒放電防止電極
31‧‧‧絕緣材
60‧‧‧真空壁
65‧‧‧機架部
67‧‧‧螺栓
110‧‧‧第二檢測器
113‧‧‧腕部
114‧‧‧板狀部
114a‧‧‧孔部
120‧‧‧X射線檢測部
121‧‧‧特徵X射線(電磁波的一例)

Claims (23)

  1. 一種荷電粒子線裝置，具備： 荷電粒子源，射出荷電粒子線； 加速電源，加速從該荷電粒子源射出的荷電粒子線，並連接於該荷電粒子源； 物鏡透鏡，將該荷電粒子線聚焦於試料； 第二檢測器，其係使伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之電磁波以及在該試料反射之電磁波中至少任一者入射，並檢測入射之電磁波； 其中，相對於該試料，該物鏡透鏡係設置於該荷電粒子線之入射側的相反側。
  2. 如請求項1所述之荷電粒子線裝置，還包含： 第一檢測器，其係使伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之反射電子以及二次電子中至少任一者入射，並檢測入射之反射電子或二次電子。
  3. 如請求項2所述之荷電粒子線裝置，其中，該第二檢測器係能夠同時進行第一檢測器之反射電子或二次電子的檢測以及該第二檢測器之電磁波的檢測，並以不妨礙該第一檢測器檢測反射電子或二次電子的方式配置。
  4. 如請求項2或3所述之荷電粒子線裝置，其中，相較於該反射電子或該二次電子入射至該第一檢測器的位置，該電磁波入射至該第二檢測器的位置係更靠近該荷電粒子線入射至該試料的入射位置，或偏離入射位置相同的程度。
  5. 如請求項2至4中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該荷電粒子線係通過具有該荷電粒子源之上部裝置的內部，最終並通過設置於該上部裝置的孔部而朝該試料射出，且該第一檢測器係安裝於該孔部的最底部。
  6. 如請求項2至4中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該第一檢測器係二次電子檢測器，其係產生吸引由該荷電粒子線所造成從該試料射出之二次電子的電場，並檢測該二次電子，且該第一檢測器係配置於具有該荷電粒子源之射出荷電粒子線的上部裝置側部。
  7. 如請求項2至4中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該荷電粒子線係通過具有該荷電粒子源之上部裝置的內部，最終並通過設置於該上部裝置的孔部而朝該試料射出，且該第一檢測器係安裝於較該孔部更接近該荷電粒子源之處。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之荷電粒子線裝置，還包含：遲滯電源，於該試料賦予負電位，用於減速該荷電粒子線。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之荷電粒子線裝置，於該試料與該物鏡透鏡間，配置使該試料與該物鏡絕緣的絕緣板。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，於該試料的上部還包含具有孔部的電位板，且於該電位板，賦予接地電位、正電位、或負電位。
  11. 如請求項10所述的荷電粒子線裝置，其中，該荷電粒子線係正離子，且於該試料賦予接地電位以上的正電位，並於該電位板賦予相同或高於該試料電位之電位。
  12. 如請求項10或11所述之荷電粒子線裝置，該第二檢測器配置於該電位板中試料側的面。
  13. 如請求項2至7中之任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，於該試料的上部還包含具有孔部的電位板，並設置複數該第一檢測器，且複數該第一檢測器的其中一個配置於該電位板中試料側的面。
  14. 如請求項1至13中之任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該第二檢測器係檢測伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之X射線。
  15. 如請求項1至13中之任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該第二檢測器係具有配置於靠近該試料的光學元件，且檢測伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出並入射至該光學元件的陰極射線發光。
  16. 如請求項1至13中之任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該第二檢測器係具有配置於靠近該試料的光學元件，且檢測照射於試料表面並在該試料表面反射或發光之入射至該光學元件的光。
  17. 如請求項15或16所述之荷電粒子線裝置，其中，該光學元件係橢圓鏡、拋物面鏡及反射鏡任一者。
  18. 如請求項1至9中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中： 該第二檢測器係檢測伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之X射線； 該第二檢測器中入射該X射線的入射部係安裝在形成於導電性腕部的板狀部； 該板狀部係具有通過該荷電粒子線的開口部，並配置於靠近該試料之相對於該試料入射該荷電粒子線的一側；及 於該板狀部，賦予接地電位、正電位、或負電位。
  19. 如請求項1至18中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中： 在相對於該試料入射該荷電粒子線的一側還包含與該物鏡透鏡相異的其他物鏡透鏡； 該第二檢測器能夠在藉由該物鏡透鏡來將該荷電粒子線聚焦於該試料的情況下、以及在藉由與該物鏡透鏡相異的其他物鏡透鏡來將該荷電粒子線聚焦於該試料的情況下，進行該檢測。
  20. 如請求項1至18中任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，在相對於該試料入射該荷電粒子線的一側還包含與該物鏡透鏡相異的其他物鏡透鏡，其係變更入射至該試料之荷電粒子線的孔徑角。
  21. 如請求項1至20中之任一項所述之荷電粒子線裝置，其中，該第二檢測器中相對於該試料的位置係以可調整的方式構成。
  22. 如請求項1至21中之任一項所述之荷電粒子線裝置，還包含控制裝置，其係進行以下控制： (i)藉由改變該物鏡透鏡的焦距，並根據各焦距，來攝影使用伴隨著該荷電粒子線入射而從該試料射出之反射電子或二次電子訊號的第一圖像，以及使用該電磁波的第二圖像； (ii)從第一圖像與第二圖像中各自抽出根據各焦距所攝影之各第一圖像中符合焦點的第一部分，以及對應於該第一部分，各自抽出各焦距所攝影之各第二圖像中符合焦點的第二部分； (iii)合成抽出之複數第一部分與複數第二部分，並將該合成之圖像顯示於顯示裝置。
  23. 一種掃描電子顯微鏡，其係具備如請求項1至22中之任一項所述之荷電粒子線裝置。
TW105139790A 2015-12-03 2016-12-02 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡 TWI682421B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-237010 2015-12-03
JP2015237010 2015-12-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201721701A true TW201721701A (zh) 2017-06-16
TWI682421B TWI682421B (zh) 2020-01-11

Family

ID=58796898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105139790A TWI682421B (zh) 2015-12-03 2016-12-02 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10497535B2 (zh)
EP (1) EP3385977B1 (zh)
JP (2) JP6386679B2 (zh)
KR (2) KR20190039353A (zh)
CN (1) CN108292580B (zh)
TW (1) TWI682421B (zh)
WO (1) WO2017094721A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI707375B (zh) * 2018-06-22 2020-10-11 日商日立全球先端科技股份有限公司 離子磨削裝置
TWI794701B (zh) * 2019-12-20 2023-03-01 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 用於帶電粒子檢測系統之射束電流調整
TWI824293B (zh) * 2020-09-17 2023-12-01 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 以粒子束分析及/或處理樣品的裝置及方法

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6177817B2 (ja) 2015-01-30 2017-08-09 松定プレシジョン株式会社 荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡
US11300774B2 (en) * 2016-02-11 2022-04-12 Montana State University Microscope lens with integrated wide-field camera and beam scanning device
WO2018225563A1 (ja) * 2017-06-05 2018-12-13 フォンダチオーネ ブルーノ ケスラー 放射線検出器及び放射線検出装置
JP2019033080A (ja) * 2017-08-04 2019-02-28 エダックス インコーポレイテッドＥＤＡＸ， Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 電子顕微鏡における高エネルギーｘ線検査システム及び方法
CN108054072B (zh) * 2017-09-07 2021-03-26 深圳市善时仪器有限公司 一种台式电子扫描显微镜
JP2019185962A (ja) * 2018-04-06 2019-10-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
US10468230B2 (en) * 2018-04-10 2019-11-05 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Nondestructive sample imaging
US11610758B2 (en) * 2019-01-15 2023-03-21 Kkt Holdings Syndicate Charged particle beam lithography system
JP6843913B2 (ja) * 2019-03-28 2021-03-17 日本電子株式会社 透過電子顕微鏡の制御方法および透過電子顕微鏡
CN110376229B (zh) * 2019-06-12 2020-09-04 聚束科技（北京）有限公司 具备复合式探测系统的扫描电子显微镜和样品探测方法
JP7197698B2 (ja) * 2019-07-02 2022-12-27 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置
US11340179B2 (en) 2019-10-21 2022-05-24 Bae Systems Information And Electronic System Integration Inc. Nanofabricated structures for sub-beam resolution and spectral enhancement in tomographic imaging
EP3823004A3 (en) * 2019-10-23 2021-07-07 Gatan Inc. System and method for alignment of cathodoluminescence optics
CN110988003B (zh) * 2019-11-27 2021-08-13 中科晶源微电子技术（北京）有限公司 用于半导体器件的电子束检测设备、和电子束检测组件
US11114274B2 (en) * 2019-12-23 2021-09-07 Carl Zeiss Smt Gmbh Method and system for testing an integrated circuit
JP7396954B2 (ja) * 2020-04-01 2023-12-12 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置
US11183361B1 (en) * 2020-05-19 2021-11-23 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Charged particle beam device and method for inspecting and/or imaging a sample
US11239043B2 (en) * 2020-05-19 2022-02-01 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Charged particle beam device and method for inspecting and/or imaging a sample
KR20230008209A (ko) * 2020-06-10 2023-01-13 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 하전 입자 장치용 교체 가능 모듈
JP2022047193A (ja) 2020-09-11 2022-03-24 キオクシア株式会社 電子ビーム装置および画像取得方法
DE102020124307A1 (de) * 2020-09-17 2022-03-17 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mit einem Teilchenstrahl und Verfahren
WO2022123780A1 (ja) * 2020-12-11 2022-06-16 株式会社ニコン 制御方法、顕微鏡システム、および画像表示方法
CN113539769B (zh) * 2021-07-16 2023-01-17 苏州矽视科技有限公司 一种实现共轴的电子束成像设备及实现方法
WO2024074964A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-11 Silanna UV Technologies Pte Ltd Surface characterization of materials using cathodoluminescence

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1395201A (en) 1972-09-04 1975-05-21 Nat Res Dev Magnetic lenses
JPS58119145A (ja) * 1982-01-09 1983-07-15 Jeol Ltd 荷電粒子線装置用ｘ線分光器
JPS58173161U (ja) * 1982-05-13 1983-11-19 日本電子株式会社 低速電子線防止スリツト
DE3236271A1 (de) 1982-09-30 1984-04-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Spektrometerobjektiv fuer die korpuskularstrahl-messtechnik
DE3236273A1 (de) * 1982-09-30 1984-04-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Spektrometerobjektiv mit parallelen objektiv- und spektrometerfeldern fuer die potentialmesstechnik
GB2183898A (en) 1985-11-05 1987-06-10 Texas Instruments Ltd Checking voltages in integrated circuit by means of an electron detector
DE3921179C2 (de) 1989-06-28 2000-04-20 Advantest Corp Korpuskularstrahlgerät
JPH03295141A (ja) * 1990-04-11 1991-12-26 Hitachi Ltd 検出器
JPH05299048A (ja) 1992-04-24 1993-11-12 Hitachi Ltd 電子線装置および走査電子顕微鏡
JP3730263B2 (ja) 1992-05-27 2005-12-21 ケーエルエー・インストルメンツ・コーポレーション 荷電粒子ビームを用いた自動基板検査の装置及び方法
JPH06181041A (ja) 1992-12-15 1994-06-28 Hitachi Ltd 走査電子顕微鏡
JPH0868772A (ja) 1994-06-02 1996-03-12 Kla Instr Corp 電子ビーム・マイクロスコピーを用いた自動マスク検査装置及び方法
JPH0935679A (ja) * 1995-07-24 1997-02-07 Jeol Ltd 走査電子顕微鏡
JP3966350B2 (ja) 1995-10-19 2007-08-29 株式会社日立製作所 走査形電子顕微鏡
EP0769799B1 (en) 1995-10-19 2010-02-17 Hitachi, Ltd. Scanning electron microscope
US6051839A (en) * 1996-06-07 2000-04-18 Arch Development Corporation Magnetic lens apparatus for use in high-resolution scanning electron microscopes and lithographic processes
JPH10223169A (ja) 1997-02-03 1998-08-21 Nikon Corp 走査試料像表示装置，走査試料像表示方法，マーク検出方法および電子線露光装置
US5981947A (en) 1997-02-03 1999-11-09 Nikon Corporation Apparatus for detecting or collecting secondary electrons, charged-particle beam exposure apparatus comprising same, and related methods
JPH10289681A (ja) * 1997-04-14 1998-10-27 Hitachi Ltd 走査電子顕微鏡
JPH11250850A (ja) * 1998-03-02 1999-09-17 Hitachi Ltd 走査電子顕微鏡及び顕微方法並びに対話型入力装置
US6452175B1 (en) 1999-04-15 2002-09-17 Applied Materials, Inc. Column for charged particle beam device
US6538249B1 (en) 1999-07-09 2003-03-25 Hitachi, Ltd. Image-formation apparatus using charged particle beams under various focus conditions
JP4261743B2 (ja) 1999-07-09 2009-04-30 株式会社日立製作所 荷電粒子線装置
JP2001083087A (ja) 1999-09-10 2001-03-30 Hitachi Ltd 像観察装置及び像観察方法
US6373070B1 (en) * 1999-10-12 2002-04-16 Fei Company Method apparatus for a coaxial optical microscope with focused ion beam
JP4163373B2 (ja) 2000-08-25 2008-10-08 株式会社日立製作所 電子線装置
DE10233002B4 (de) 2002-07-19 2006-05-04 Leo Elektronenmikroskopie Gmbh Objektivlinse für ein Elektronenmikroskopiesystem und Elektronenmikroskopiesystem
JP2004214060A (ja) 2003-01-06 2004-07-29 Hitachi High-Technologies Corp 走査電子顕微鏡及びそれを用いた試料観察方法
JP3776887B2 (ja) * 2003-01-07 2006-05-17 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線装置
JP2005005056A (ja) 2003-06-10 2005-01-06 Hitachi High-Technologies Corp 走査電子顕微鏡
US7294834B2 (en) * 2004-06-16 2007-11-13 National University Of Singapore Scanning electron microscope
JP4686385B2 (ja) 2006-03-14 2011-05-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ 走査電子顕微鏡
WO2008010777A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 National University Of Singapore A multi-beam ion/electron spectra-microscope
US7732765B2 (en) 2006-11-17 2010-06-08 Hitachi High-Technologies Corporation Scanning electron microscope
JP2008159574A (ja) 2006-11-27 2008-07-10 Hitachi High-Technologies Corp 走査型電子顕微鏡
JP4801573B2 (ja) 2006-12-11 2011-10-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ 走査電子顕微鏡
JP5325522B2 (ja) 2008-10-15 2013-10-23 株式会社堀場製作所 複合型観察装置
US8299432B2 (en) * 2008-11-04 2012-10-30 Fei Company Scanning transmission electron microscope using gas amplification
DE102010011898A1 (de) * 2010-03-18 2011-09-22 Carl Zeiss Nts Gmbh Inspektionssystem
EP2557588B1 (en) * 2010-04-06 2017-07-12 JEOL Ltd. Combined charged particle beam and fluorescence microscope
US8319181B2 (en) * 2011-01-30 2012-11-27 Fei Company System and method for localization of large numbers of fluorescent markers in biological samples
EP2521157A1 (en) 2011-05-05 2012-11-07 Fei Company Segmented charged particle detector using scintillator material
JP5667618B2 (ja) 2012-12-14 2015-02-12 株式会社アドバンテスト 電磁レンズ及び電子ビーム露光装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI707375B (zh) * 2018-06-22 2020-10-11 日商日立全球先端科技股份有限公司 離子磨削裝置
TWI794701B (zh) * 2019-12-20 2023-03-01 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 用於帶電粒子檢測系統之射束電流調整
TWI824293B (zh) * 2020-09-17 2023-12-01 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 以粒子束分析及/或處理樣品的裝置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018195592A (ja) 2018-12-06
KR20190039353A (ko) 2019-04-10
WO2017094721A1 (ja) 2017-06-08
KR101988189B1 (ko) 2019-06-11
KR20180089481A (ko) 2018-08-08
TWI682421B (zh) 2020-01-11
CN108292580A (zh) 2018-07-17
EP3385977A4 (en) 2019-04-03
JP6386679B2 (ja) 2018-09-05
JPWO2017094721A1 (ja) 2018-05-31
CN108292580B (zh) 2019-06-11
US20180358199A1 (en) 2018-12-13
EP3385977B1 (en) 2021-07-28
US10497535B2 (en) 2019-12-03
EP3385977A1 (en) 2018-10-10
JP6626936B2 (ja) 2019-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI682421B (zh) 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡
JP7302916B2 (ja) 荷電粒子線装置
JP3786875B2 (ja) 帯電粒子ビームデバイスのための対物レンズ
US7294834B2 (en) Scanning electron microscope
JP5860642B2 (ja) 走査電子顕微鏡
JP6177915B2 (ja) 走査電子顕微鏡
TWI680487B (zh) 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡
JP2019096615A (ja) 調節可能なビームエネルギー広がりを有する透過荷電粒子顕微鏡
TWI680488B (zh) 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡
TWI676204B (zh) 荷電粒子線裝置及掃描電子顯微鏡
JP2019102464A (ja) 改善されたｅｅｌｓ／ｅｆｔｅｍモジュールを有する透過型荷電粒子顕微鏡
RU2452052C1 (ru) Рентгеновский микроскоп наноразрешения