扫描型电子显微镜的制作方法

扫描型电子显微镜的制作方法
【专利摘要】本实施方式涉及可以进行高吞吐量下的试样的表面分析的SEM。该SEM具备电子枪、照射部和检测器。作为检测器的第一结构，包括MCP、阳极和倍增极。倍增极设定为比MCP输出面高的电位，阳极设定为比倍增极高的电位。阳极配置在比MCP输出面和倍增极的中间位置更靠近倍增极侧的位置。另外，阳极具有使来自MCP输出面的电子向倍增极通过的开口。
【专利说明】
扫描型电子显微镜
技术领域
[0001 ] 本发明设及扫描型电子显微镜（Scanning Electron Microscope, W下记为 "沈]T)。
【背景技术】
[0002] 例如日本特开2007-42513号公报(专利文献1)中记载的沈M，将较细地集中的电子 束作为探针一边向试样照射一边扫描该电子束照射位置，通过检测器检测对应于电子束照 射而在试样的各位置产生的电子(二次电子或反射电子）。通过运种电子检测，SEM可W进行 试样的表面分析。SBl与光学显微镜相比，在放大率运方面具有特长，作为使半导体掩模图 形检查等的纳米级的微细结构可视化的装置是不可或缺的。
[0003] 当向试样照射电子束时，自该试样产生二次电子或反射电子。二次电子是自试样 的表面附近产生的电子。检测二次电子所得到的像(二次电子像)反映试样的微细的凹凸。 反射电子是与构成试样的原子碰撞后回跳的电子。反射电子的数目依赖于试样的组成(平 均原子序数、结晶方位等），所W检测反射电子所得到的像(反射电子像)反映了试样的组成 分布。可W基于二次电子像或反射电子像进行试样的表面分析。
[0004] SEM中所使用的探针为电子束，因此向试样表面照射的电子束量的增减并不困难。 另一方面，在测定绝缘体试样等的情况下，产生带电现象，从而使画质降低。因此，SBl迄今 为止采用入射电子量的限制或防带电用的巧灭性气体(quenching gas)。

【发明内容】

[0005] 发明人等对现有的SBl进行了详细的研究，结果发现了如下的课题。即，作为输入 电子的减少或噪音对策，作为获得高画质（高S/N)的手段，二次电子检测器的增益的增大是 重要的。近年来，通过半导体掩模图形的微细化或纳米压印技术，对沈M要求对微细图形测 量W高速进行处理的高吞吐量化。针对该要求，进行通过减小电子束径并使探针高速扫描 而提高测定速度的尝试。其结果，对二次电子检测器增加很大的负担，检测器性能正在成为 高吞吐量化的瓶颈。
[0006] SEM中，使用包含微通道板(Micro-Channel Plate, W下记为"MCP")的检测器。MCP 是小型、轻量、高增益的，具有几乎不受磁场的影响等的特性，因此被广泛用作测长用扫描 型电子显微镜(CD-SEM)等的二次电子检测器。另外，在本说明书中，为了区别在试样表面产 生并到达MCP的输入面的二次电子或反射电子、和在MCP内被倍增并从该MCP的输出面输出 的二次电子，将在试样表面产生的二次电子只记为"电子"。
[0007] 作为SBl中所使用的检测器，除MCPW外，还有半导体或光电倍增管。但是，为了检 测能量低的二次电子，需要使检测器尽可能地接近试样表面，且不打乱SEM镜筒的电磁场的 设计。MCPW外的检测器因物理上的结构的制约而不得不设置在远离试样表面的位置，因 此，为了收集能量低的二次电子，需要附加加速电场等，使得电磁场设计复杂化。运种情况 成为使用MCP作为SEM的检测器的重要的理由之一。
[000引另一方面，在使用MCP检测器的沈M中，吞吐量(throu曲put)也不充分，希望更加高 吞吐量化。
[0009] 本发明是为了解决如上所述的课题而开发的，其目的在于，提供一种具备用于可 W进行高吞吐量下的试样的表面分析的结构的扫描型电子显微镜(SEM)。
[0010] 本实施方式所设及的沈M(扫描型电子显微镜)具备电子枪、照射部和检测器。电子 枪产生电子束。照射部一边扫描试样上的电子束照射位置一边向该试样照射电子束。检测 器检测对应于对试样的电子束照射而在该试样产生的电子。特别是检测器具有由使对应于 在试样产生的电子的入射而产生的二次电子倍增的MCP(微通道板）、倍增极和阳极构成的 第一结构、或者由MCP、阳极和电极构成的第二结构。
[0011] 在具有第一结构的检测器中，MCP具有设置于来自试样的电子所到达的位置的输 入面和与输入面相对的输出面。倍增了的二次电子从输出面输出。倍增极相对于MCP的输出 面而设置于MCP的输入面的相反侧，使从MCP的输出面输出的二次电子倍增。倍增极被设定 为比MCP的输出面的电位高的电位。阳极为了收集通过倍增极倍增的二次电子，设置于从倍 增极到MCP的输出面及该倍增极间的中间位置为止的空间内。阳极具有使从MCP的输出面输 出的二次电子向倍增极通过的开口。另外，阳极被设定为比倍增极的电位高的电位。
[0012] 另一方面，在具有第二结构的检测器中，MCP具有设置于来自试样的电子所到达的 位置的输入面和与输入面相对的输出面。倍增了的二次电子从输出面输出。阳极为了收集 从MCP输出面输出的二次电子，相对于阳极MCP的输出面而设置于MCP的输入面的相反侧。阳 极被设定为比MCP的输出面的电位高的电位。电极设置于从阳极到MCP的输出面及该阳极间 的中间位置为止的空间内。该电极具有使从MCP的输出面输出的二次电子向阳极通过的开 口。另外，该电极被设定为比阳极的电位高的电位。
[0013] 另外，本发明所设及的各实施方式可W通过W下的详细的说明及附图来充分地理 解。运些实施例仅仅是为了举例说明而表示的例子，不应认为是限定本发明的例子。
[0014] 另外，本发明的进一步的应用范围从W下的详细的说明而可W 了解。但是，详细的 说明及特定的事例表示该发明的优选的实施方式，但只是为了举例说明而表示的，很显然， 关于本发明的范围中的各种变形及改良，对于本领域技术人员而言，是根据该详细的说明 而显而易见的。
【附图说明】
[0015] 图1是表示第1实施方式所设及的沈M(扫描型电子显微镜)的概略构成的图。
[0016] 图2A是表示具有第一结构的检测器的截面结构的图，图2B是MCP层叠体的平面图， 图2C是阳极的平面图，图2D是倍增极的平面图。
[0017] 图3A及3B是表示用于将图2A中所示的检测器(第一结构）中的电极分别设定为规 定电位的具体的结构及各电极中的电位设定状态的图。
[001引图4是表示图2A中所示的检测器(第一结构）的增益特性的图表。
[0019] 图5是表示图2A中所示的检测器(第一结构)的线性特性的图表。
[0020] 图6A~6C是表示在图2A中所示的检测器(第1结构）中，一边改变阳极的开口率一 边测定的、倍增极电位和相对增益的关系的图表。
[0021] 图7A是表示具有第二结构的检测器的截面结构的图，图7B是MCP层叠体的平面图， 图7C是电极的平面图，图7D是阳极的平面图。
[0022] 图8A及8B是表示用于将图7中所示的检测器(第二结构）中的电极分别设定为规定 电位的具体的结构及各电极中的电位设定状态的图。
[0023] 图9是表示图7中所示的检测器(第二结构)的线性特性的图表。
【具体实施方式】
[0024] [本申请发明的实施方式的说明]
[0025] 首先，分别单独列举本申请发明的实施方式的内容进行说明。
[0026] (1)本实施方式所设及的SEM(扫描型电子显微镜)具备电子枪、照射部和检测器。 电子枪产生电子束。照射部一边扫描试样上的电子束照射位置一边向该试样照射电子束。 检测器检测对应于向试样的电子束照射而在该试样产生的电子。特别是检测器具有由使对 应于试样中产生的电子的入射而产生的二次电子倍增的MCP(微通道板）、倍增极和阳极构 成的第一结构、或者由MCP、阳极和电极构成的第二结构。
[0027] 在具有第一结构的检测器中，MCP具有设置于来自试样的电子到达的位置的输入 面和与输入面相对的输出面。倍增了的二次电子从输出面输出。倍增极相对于MCP的输出面 而设置于MCP的输入面的相反侧，使从MCP的输出面输出的二次电子倍增。倍增极被设定为 比MCP的输出面的电位高的电位。阳极为了收集通过倍增极而倍增的二次电子，设置于从倍 增极至IjMCP的输出面及该倍增极间的中间位置的空间内。阳极具有使从MCP的输出面输出的 二次电子向倍增极通过的开口。另外，阳极被设定为比倍增极的电位高的电位。
[0028] 另一方面，在具有第二结构的检测器中，MCP具有设置于来自试样的电子到达的位 置的输入面和与输入面相对的输出面。倍增了的二次电子从输出面被输出。为了收集从MCP 输出面输出的二次电子，阳极相对于MCP的输出面而设置于MCP的输入面的相反侧。阳极被 设定为比MCP的输出面的电位高的电位。电极被设置于从阳极至IjMCP的输出面及该阳极间的 中间位置的空间内。该电极具有使从MCP的输出面输出的二次电子向阳极通过的开口。另 夕h该电极被设定为比阳极的电位高的电位。
[0029] (2)在具有第一结构的检测器中，作为本实施方式的一个方式，优选阳极的开口率 为90% W下。作为本实施方式的一个方式，优选阳极具有二维排列的多个开口。另外，作为 本实施方式的一个方式，优选倍增极由涂敷有提高二次电子放出效率的膜的金属平板构 成。
[0030] (3)另一方面，在具有第二结构的检测器中，作为本实施方式的实施方式，优选电 极的开口率为90% W下。作为本实施方式的一个方式，优选电极具有二维排列的多个开口。 作为本实施方式的一个方式，优选阳极由金属平板构成。
[0031] W上，在该[本申请发明的实施方式的说明]一栏所列举的各方式，相对于剩余的 所有方式的各个、或者相对于运些剩余的方式的所有组合均可应用。
[0032] [本申请发明的实施方式的详细]
[0033] 下面，参照附图详细地说明本申请发明所设及的SBl的具体例子。另外，本发明不 被限定于运些例示，而是通过权利要求书来表示，另外，意图的是包含与权利要求书均等的 意思及范围内的所有变更。另外，在【附图说明】中，对相同的要素附加相同的标记，并省略重 复的说明。
[0034] 首先，对直至想出本发明的原委进行说明。在SEM中被用作检测器的MCP是具有二 维排列且互相独立的多个微通道结构的二次电子倍增器。MCP可W通过相对于输入面将输 出面设定为高电位而进行电子倍增。即，当带电粒子冲撞各通道的内壁面时放出二次电子， 该电子通过电位梯度而被加速，冲撞通道的内壁面。运样的过程在各通道内反复进行，倍增 了的大量电子从输出面输出。
[0035] MCP的电子倍增功能通过各通道的内壁部产生电荷饱和而被限制。对于抑制该电 荷饱和而言，有效的是取决于流过通道壁部的带状（strip)电流的电子供给。迄今为止，进 行了通过降低MCP的电阻而使带状电流增加的尝试。由MCP的低电阻化得到的取出电荷的线 形范围（线性）的扩大是有效的手段。但是，另一方面，由于MCP电阻具有负的溫度系数，另 夕h在散热困难的高真空中使用MCP，因此存在MCP自身的带状电流所引起的发热为原因而 弓旭升溫或放电现象运样的问题。现状的SEM所使用的MCP检测器是充分地实施了低电阻化 对策的检测器，其W上的低电阻化在实用上是困难的。
[0036] 另外，将只具有一价的裸电荷的电子通过检测器转换为电信号，并且为了区别该 电信号和噪音，需要IO5~IO 6左右的倍增率(增益）。增益是为了实现高S/N所必须的。通过使 照射于试样的电子束极细地集中，从而不管扫描距离变长，当为了应对高吞吐量化的要求 而在一定时间内向检测器入射的二次电子大幅增加时，由于超过MCP的线性的上限的现象 而成为低S/N。即，根据由MCP电阻决定的线性的上限，入射电子最大量和增益具有折衷的关 系(下述(1)式）。
[0037] (MCP线性上限）=(入射电子最大量）X (增益）...（1)
[0038] 本发明基于如W上所述的本
【发明人】进行的研究，提供能够W高吞吐量进行试样的 表面分析的SEM，特别是在检测器的构成中具有技术特征。W下，对本发明的SEM的实施方式 进行说明。
[0039] 图1是表示本实施方式所设及的扫描型电子显微镜（SEM)I的概略构成的图。SEMl 在真空框体内具备电子枪2、阳极3、校准线圈4、聚光透镜5、偏向扫描线圈6、反射电子检测 器7、二次电子检测器8、物镜9、激光干设仪10、载物台11及马达12。其中，校准线圈4、聚光透 镜5、偏向扫描线圈6及物镜9构成一边向试样20照射电子束一边扫描试样20上的电子束照 射位置的照射部。
[0040] 电子枪2产生电子束。电子枪2例如由鹤丝构成。鹤丝的前端被整形形成为锐利且 具有规定面，被加工成运种形状的电子枪2利用施加在其与阳极3之间的高电压而产生电子 束。阳极3对电子枪2施加高电压，使从电子枪2放出的电子加速。校准线圈4通过使从电子枪 2放出的电子束偏向而进行轴对准。聚光透镜5使从电子枪2放出的电子束会聚。偏向扫描线 圈的往X方向及Y方向扫描照射在试样20上的电子束。
[0041] 反射电子检测器7检测在向试样20照射电子束时试样20中产生的反射电子。反射 电子检测器7为圆板状且在中屯、具有电子束通过的孔，并且为将全周例如分割成4部分后的 扇型，可W由分割成4部分后的部分的信号之和获得具有依赖于电子数的浓淡的反射电子 像，另外，也可W由左右两个信号之差强调表示形状的凹凸。二次电子检测器8在向试样20 照射电子束时进行试样20中产生的二次电子的收集、检测及放大。二次电子检测器8为圆板 状且在中屯、具有电子束通过的孔。可W基于由二次电子检测器8检测的信号获得二次电子 像。
[0042] 物镜則尋电子束极细地集中在试样20表面上。激光干设仪10通过使朝向安装在载 物台11的反射镜输出的激光和被该反射镜反射的激光发生干设，从而测量载物台11的位 置。载物台11是载置试样20且使该试样20正确地移动至任意的坐标位置的装置，通过马达 12来驱动。马达12为沿X方向及Y方向驱动载物台11的动力，适合伺服马达、超声波马达等。
[0043] 图2A及3A是表示可应用于图1的SEM的检测器IOOA的构成的图。该检测器IOOA用作 图1中的二次电子检测器8。另外，检测器IOOA也可W用作反射电子检测器7。检测器100A，作 为第一结构，包括由MCPlll及MCP112构成的层叠体下记为"MCP层叠体"）、阳极120A、倍 增极130A、与外部电源300A连接的泄放电路(bleeder circuit)200A。泄放电路200A形成如 图3B所示的例子那样的电位梯度，因此对各电极施加规定电压。
[0044] 在具有该第一结构的检测器IOOA中，MCP11U112分别为具有二维排列并互相独立 的多个微通道结构的二次电子倍增器。各通道具有10皿左右的内径，相对于MCP层叠体的输 入面（W下记为"MCP输入面"）的铅垂方向（与电子入射方向一致)倾斜10°左右。但是，在 MCP1U和MCP112中，各通道的倾斜方向不同。在MCP输入面，经由内电极（W下记为"MCP-1N 电极"）113而连接有自泄放电路200A延伸的引线114。同样地，在MCP层叠体的输出面m下 记为"MCP输出面"），经由外电极m下记为"MCP-OUT电极"）115而连接有自泄放电路200A 延伸的引线116。即，通过从泄放电路200A经由引线114、116分别向MCP- IN电极113及MCP-OUT电极115施加规定电压，从而MCP输入面及MCP输出面分别被设定为规定电位。MCP层叠体 通过相对于输入面使输出面成为高电位，从而使对应于电子向输入面的到达而产生的二次 电子倍增，并从输出面输出倍增了的二次电子。
[0045] 倍增极130A设置于MCP输出面的一侦U(相对于MCP输出面，MCP输入面的相反侧），使 从MCP输出面输出的二次电子倍增。在倍增极130A，经由引线13IA而连接有泄放电路200A， 通过自泄放电路200A向倍增极130A施加规定电压，从而倍增极130A的电位被设定为比MCP 输出面高的电位。倍增极130A为与MCP输出面平行配置的金属平板(例如SUS平板）。倍增极 130A优选在其金属平板的表面(与MCP输出面相对的面)涂敷有高S膜(二次电子放出效率高 的膜）。高5膜为例如碱金属膜，优选为MgFs膜。
[0046] 阳极120A在从倍增极130A到MCP输出面及倍增极130A间的中间位置为止的空间 内，与MCP输出面平行地设置。另外，阳极120A也可W配置在MCP输出面及倍增极130A的中间 位置。阳极120A具有使从MCP输出面输出的二次电子向倍增极130A通过的开口。阳极120A与 引线121A连接，从阳极120A输出的电脉冲信号通过放大器(Amp)250被放大。另外，在阳极 120A和放大器250之间配置有电容器251，在该电容器251中，具有将输出绝缘而使信号输出 电平为接地电平的作用。阳极120A的电位被设定为比倍增极130A高的电位，收集通过倍增 极130A倍增的二次电子。优选阳极120A的开口率为90%^下。另外，阳极1204优选为具有二 维排列的多个开口的网眼形状。
[0047] 在MCP层叠体（图2B)、阳极120A(图2C)及倍增极130A(图2D)各自的中央设置有孔， 管部160被插入到运些孔。应向试样20照射的电子束通过该管部160的内部空间。
[004引阳极120A被夹在陶瓷板141和陶瓷板142之间。倍增极130A被夹在陶瓷板142和陶 瓷板143之间。MCP-IN电极113、MCP-0UT电极115及陶瓷板141~143分别具有圆环形状。 MCP-IN电极113、MCP-0UT电极115及陶瓷板141~143的相对的位置关系通过螺丝151、152 而被固定，由此组装成具有第一结构的检测器100A。
[00例在该检测器IOOA中，沿着从MCP输入面朝向MCP输出面的方向依次配置有阳极120A 及倍增极130A。另外，W倍增极130A的电位比MCP输出面的电位高，阳极120A的电位比倍增 极130A的电位高的方式，泄放电路200A经由引线114 (图2A、3A及3B的例子中为接地电位）、 116、121A、131A而向运些电极施加规定电压(参照图3A及3B)。当电子到达MCP输入面时，响 应于电子到达而产生的二次电子在MCP111U12中被倍增。该被倍增的大量的二次电子从 MCP输出面被输出。从MCP输出面输出的大量的二次电子的大部分通过阳极120A的开口并冲 撞倍增极130A，通过该冲撞，在倍增极130A中进一步产生大量的二次电子。倍增极130A中产 生的大量的二次电子被阳极120A收集。即，当电子到达MCP输入面时，从阳极120A输出具有 与该电子数对应的波高值的电脉冲信号。
[0050] 图3B所示的电位梯度的一个例子，MCP输入面(MCP-IN电极113)的电位Vl设定为 OV(接地电位），MCP输出面(MCP-0UT电极115)的电位V2设定为+2000V，阳极120A的电位V3 设定为+2500V，倍增极130A的电位V4设定为V2~V3的范围(V4设定范围）内的正电位。另外， MCP- IN电极113~阳极120A的电位梯度如W下的实验例所示的那样，阳极120A的电位V3也 可W设定为OV(接地电位）。该情况下，例如，MCP-IN电极113的电位Vl设定为一2500V、 MCP-OUT电极115的电位V2设定为一500V、阳极120A的电位V3设定为(W(接地电位），倍增极 130A的电位V4设定为V2~V3的范围(V4设定范围）内的负电位。
[0051] 图4是表示检测器IOOA的增益特性的图表。横轴为增益，纵轴为从MCP输出面输出 的电子的计数值(脉冲计数）。在具有第一结构的检测器IOOA及比较例的任一个中，MCP输出 面和阳极120A之间的距离都为1mm，阳极120A和倍增极130A之间的距离都为1mm。倍增极 130A是涂敷了 MgF2膜的SUS板。MCP输入面的电位Vl为一2500V、MCP输出面的电位V2为一 500V、阳极120A的电位V3为0V(接地电位）。比较例中，倍增极130A的电位V4设定为0V(接地 电位），将阳极120A和倍增极130A捆在一起，检测来自MCP的全部输出二次电子。本实施方式 所应用的检测器IOOA中，由倍增极130A的电位V4被设定为一250V时的阳极120A检测二次电 子。
[0化2]由图4可知，与比较例的增益相比，检测器IOOA的增益为6.3倍左右。在检测器IOOA 的增益特性中，在比较例的增益峰值位置上看到亚峰值(sub peak)，但是，运表示从MCP输 出面输出的大量的二次电子的一部分不到达倍增极130A而是被阳极120A直接捕捉的情况。 另外，W下，将检测器IOOA(阳极120A的电位V3设定为比倍增极130A的电位V4高时）的增益 相对于比较例(将阳极120A和倍增极130A捆在一起而使阳极120A和倍增极130A设定为等电 位时）的增益之比称为"相对增益"。
[0053]图5是表示检测器IOOA的线性特性的图表。横轴为来自阳极120A的输出电流值 (A)，纵轴为标准化增益。标准化增益将输出电流值小时的增益设为100。另外，在图5中，记 号"?"表示倍增极130A的电位V4设定为与阳极120A的电位V3同电位时的线性特性，记号 表示倍增极130A的电位V4相对于阳极120A的电位V3设定为一1OOV时的线性特性，记号 "?"表示倍增极130A的电位V4相对于阳极120A的电位V3设定为一200V时的线性特性，记号 "▲"表示倍增极130A的电位V4相对于阳极120A的电位V3设定为一300V时的线性特性，记号 "聲''表示倍增极130A的电位V4相对于阳极120A的电位V3设定为一400V时的线性特性，记 号"X"表示倍增极130A的电位V4相对于阳极120A的电位V3设定为一500V时的线性特性。该 巧帷所使用的检测器IOOA及比较例中，MCP输出面和阳极120A之间的距离都为1mm，阳极 120A和倍增极130A之间的距离都为1mm。倍增极130A为涂敷了 MgF2膜的SUS板。MCP输入面的 电位Vl设定为一2500V、MCP输出面的电位V2设定为一500V、阳极120A的电位V3设定为(W(接 地电位）。在比较例中，倍增极130A的电位V4设定定为0V，倍增极130A和阳极120A捆在一起。 由图5可知，与比较例相比，倍增极130A的电位V4相对于阳极120A的电位V3设定为一200V的 检测器IOOA中，DC线性扩大了约7倍左右。
[0054] 由图4及5可知，相对于比较例，本实施方式所应用的检测器IOOA中线性也扩大了 增益的倍增量。
[0055] 图6A~6C是表示一边改变阳极120A的开口率一边测定的、检测器IOOA的倍增极电 位V4和相对增益的关系的图表。图6A表示阳极120A的开口率为81 %时的关系。图6B表示阳 极120A的开口率为90 %时的关系。图6C表示阳极120A的开口率为96 %时的关系。该测定所 使用的检测器IOOA中，倍增极130A是未涂敷有高S膜的SUS板。MCP输入面的电位Vl为一 2500V、MCP输出面的电位V2为一500V、阳极120A的电位V3为OV(接地电位）。被变动的倍增极 130A的电位范围为一50V~一500V。另夕h在各图6A~6C中表示将MCP输出面和倍增极130A 之间的距离设为2. Omm、MCP输出面和阳极120A之间的距离dl及阳极120A和倍增极130A之间 的距离d2之比dl/d2分别设定为0.5mm/l .5mm、l .Omm/1.0mm、l .5mm/0.5mm的构成中的测定 值。
[0化6]由运些图6A~6C可知，相比于阳极120A和倍增极130A之间的距离d2为1.5mm的情 况，距离d2为1. Omm时相对增益大，距离d2为0.5mm时相对增益更大。因此，在从倍增极130A 至IjMCP输出面及倍增极130A间的中间位置的空间配置有阳极120A时（阳极120A也可W配置 于MCP输出面及倍增极130A间的中间位置），能够增大相对增益而优选。另外，相对增益的差 在阳极120A和倍增极130A的电位差较小的情况下是明显的，在阳极120A的开口率较小的情 况下是明显的。因此，优选阳极120A的开口率为90% W下。
[0057] 接着，参照图7A、8A~8B及9,对可应用于图1的SEMl的、具有第二结构的检测器 IOOB进行说明。图7A及8A是表示可应用于图1的SEMl的二次电子检测器8(或反射电子检测 器7)的检测器IOOB的构成的图。该检测器100B，作为第二结构，包括由MCPlll及MCP112构成 的MCP层叠体、阳极120B、电极130B、与外部电源300B连接的泄放电路200B。泄放电路200B形 成如图8B所示的例子那样的电位梯度，因此对各电极施加规定电压。
[005引在具有该第二结构的检测器IOOB中，MCPlll、112分别是具有二维排列且互相独立 的多个微通道结构的二次电子倍增器。各通道具有10皿左右的内径，相对于MCP输入面的铅 垂方向倾斜10°左右。但是，MCP111和MCP112中各通道的倾斜方向不同。在MCP输入面，经由 MCP-1N电极113而连接有自泄放电路200B延伸的引线114。同样地，在MCP输出面，经由 MCP-OUT电极115而连接有自泄放电路200B延伸的引线116。即，通过从泄放电路200B经由 引线114、116分别向MCP-IN电极113及MCP-OUT电极115施加规定电压，从而MCP输入面及 MCP输出面分别被设定为规定电位。MCP层叠体通过相对于输入面使输出面为高电位，从而 使对应于电子向输入面的到达而产生的二次电子倍增，从输出面输出倍增了的二次电子。 [0059]阳极120B设置于MCP输出面的一侧(相对于MCP输出面，MCP输入面的相反侧）。在阳 极120B，经由引线121B而连接有泄放电路200B，通过从泄放电路200B向阳极120B施加规定 电压，从而阳极120B的电位被设定为比MCP输出面高的电位。阳极120B是与MCP输出面平行 配置的金属平板(例如SUS平板），通过设定为比MCP输出面高的电位，从而收集从MCP输出面 输出的二次电子。另外，从阳极120B输出的电脉冲信号通过放大器(Amp)250被放大。另外， 在阳极120B和放大器250之间配置有电容器251，在该电容器251中，具有通过将输出绝缘而 使信号输出电平为接地电平的作用。
[0060] 电极130B与MCP输出面平行地设置于从阳极120B至IjMCP输出面及阳极120B间的中 间位置的空间内。另外，电极130B也可W配置于MCP输出面及阳极120B的中间位置。电极 130B具有使从MCP输出面输出的二次电子向阳极120B通过的开口。电极130B与引线131B连 接，电极130B的电位被设定为比阳极120B高的电位。优选电极130B的开口率为90%W下。另 夕h电极130B优选为具有二维排列的多个开口的网眼形状。
[0061] 在MCP层叠体(图7B)、电极130B(图7C)及阳极120B(图7D)各自的中央设置有孔，管 部160被插入到运些孔。应向试样20照射的电子束通过该管部160的内部空间。
[0062] 电极130B被夹在陶瓷板141和陶瓷板142之间。阳极120B被夹在陶瓷板142和陶瓷 板143之间。MCP-IN电极113、MCP-0UT电极115及陶瓷板141~143分别具有圆环形状。 MCP-IN电极113、MCP-0UT电极115及陶瓷板141~143的相对的位置关系通过螺丝151、152 而被固定，由此组装成具有第二结构的检测器100B。
[0063] 在该检测器IOOB中，沿着从MCP输入面朝向MCP输出面的方向依次配置有电极130B 及阳极120B。另外，泄放电路200B经由引线114 (图7A、8A及8B的例子中为接地电位）、116、 121B、131B(图7A、8A及8B的例子中为正电位)而向运些电极施加规定电压(参照图8A及8B)， W使阳极120B的电位比MCP输出面的电位高，电极130B的电位比阳极120B的电位高。当电子 到达MCP输入面时，响应于电子到达而产生的二次电子在MCP111、112中被倍增。该被倍增的 大量的二次电子从MCP输出面输出，利用电极130B而朝向阳极120B被加速。其结果，从MCP输 出面输出的大量的二次电子的大部分通过电极130B的开口并被阳极120B收集。即，当电子 到达MCP输入面时，从阳极120B输出具有与该电子数对应的波高值的电脉冲信号。
[0064] 图8B所示的电位梯度的一个例子中，MCP输入面(MCP-IN电极113)的电位Vl设定 为OV(接地电位），MCP输出面(MCP-0UT电极115)的电位V2设定为+2000V，阳极120B的电位 V3设定为+2100V，电极130B的电位V4设定为超过V2的范围（V4设定范围）的正电位(例如+ 2500V)。另外，MCP- IN电极113~阳极120B的电位梯度如W下的实验例所示的那样，阳极 120B的电位V3也可W设定为OV(接地电位）。该情况下，例如，MCP- IN电极113的电位Vl被设 定为一2300V，MCP-0UT电极115的电位V2设定为一500V，阳极120B的电位V3设定为OV(接地 电位），电极130B的电位V4设定为超过V3的范围(V4设定范围）的正电位(例如十500V)。
[0065] 图9是表示检测器IOOB的线性特性的图表。横轴为来自阳极120B的输出电流值 (A)，纵轴为标准化增益。标准化增益将输出电流值小时的增益设为100。另外，在图9中，记 号"?"表示电极130B的电位V4被设定为与阳极120B的电位V3同电位时的线性特性，记号 表示电极130B的电位V4相对于阳极E20B的电位V3被设定为+IOOV时的线性特性，记号 "▲"表示电极130B的电位V4相对于阳极120B的电位V3被设定为+200V时的线性特性，记号 "X "表示电极130B的电位V4相对于阳极120B的电位V3被设定为+300V时的线性特性，记号 "藻:表示电极130B的电位V4相对于阳极120B的电位V3被设定为+400V时的线性特性。该测 定所使用的检测器1OOB中，MCP输出面和电极130B之间的距离为1mm，电极130B和阳极120B 之间的距离为1mm。阳极120B为SUS板。MCP输入面的电位Vl设为一2300V、MCP输出面的电位 设为一1500V、阳极120B的电位V3设为OV(接地电位）。由图9可知，利用具有第二结构的检测 器lOOB，通过将电极130B-阳极120B间的电位差确保为例如200VW上，由此扩大了 DC线性。 另外，可知，相对于图5的比较例，本实施方式所应用的检测器IOOB中线性也被扩大了增益 的倍增量。
[0066] 在本实施方式的沈M的检测器8(或检测器7)中，应用了具有如上所述的结构的检 测器IOOA或检测器100B。因此，即使向检测器IOOA或检测器IOOB入射的入射电子量增加，也 能够抑制MCP111、112的增益的增大，并且能够增大检测器整体的增益。因此，本实施方式的 SEMl能够W高吞吐量进行试样的表面分析。另外，检测器IOOA及检测器IOOB都能够将 MCP111、112的增益抑制为较低，因此可W降低在MCP层叠体的输入面和输出面之间施加的 电压，寿命特性得W改善。检测器IOOA具有在MCP层叠体和倍增极130A之间插入有阳极120A 的构成，另外，检测器IOOB具有在MCP层叠体和阳极120B之间插入有电极130B的构成，因此， 与现有的构成的检测器相比，抑制了大型化。
[0067] 由W上的本发明的说明可知，可W将本发明进行各种变形。不可W认为运种变形 脱离本发明的思想及范围，所有的对于本领域技术人员而言显而易见的改良都包含在权利 要求的范围中。
【主权项】
1. 一种扫描型电子显微镜，其特征在于， 具备： 产生电子束的电子枪； 一边扫描试样上的电子束照射位置一边向所述试样照射所述电子束的照射部;及 检测对应于向所述试样的电子束照射而在所述试样产生的电子的检测器， 所述检测器包括： 微通道板，其为使对应于在所述试样产生的电子的入射而产生的二次电子倍增的微通 道板，具有设置于来自所述试样的电子所到达的位置的输入面、和与所述输入面相对的、输 出倍增了的所述二次电子的输出面； 倍增极，其为相对于所述输出面而设置于所述输入面的相反侧的、使从所述输出面输 出的二次电子倍增的倍增极，设定为比所述输出面的电位高的电位； 阳极，其为设置于从所述倍增极到所述输出面及所述倍增极间的中间位置为止的空间 内的、收集由所述倍增极倍增的二次电子的阳极，具有使从所述输出面输出的二次电子向 所述倍增极通过的开口，并且设定为比所述倍增极的电位高的电位。2. 如权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于， 所述阳极的开口率为90%以下。3. 如权利要求1或2所述的扫描型电子显微镜，其特征在于， 所述阳极具有二维排列的多个开口。4. 如权利要求1~3中任一项所述的扫描型电子显微镜，其特征在于， 所述倍增极由涂敷有提高二次电子放出效率的膜的金属平板构成。5. -种扫描型电子显微镜，其特征在于， 具备： 产生电子束的电子枪； 一边扫描试样上的电子束照射位置一边向所述试样照射所述电子束的照射部;及 检测对应于向所述试样的电子束照射而在所述试样产生的电子的检测器， 所述检测器包括： 微通道板，其为使对应于在所述试样产生的电子的入射而产生的二次电子倍增的微通 道板，具有设置于来自所述试样的电子所到达的位置的输入面、和与所述输入面相对的、输 出倍增了的所述二次电子的输出面； 阳极，其为相对于所述输出面而设置于所述输入面的相反侧的、收集从所述输出面输 出的二次电子的阳极，设定为比所述输出面的电位高的电位； 电极，其为设置于从所述阳极到所述输出面及所述阳极间的中间位置为止的空间内的 电极，具有使从所述输出面输出的二次电子向所述阳极通过的开口，并且设定为比所述阳 极的电位高的电位。6. 如权利要求5所述的扫描型电子显微镜，其特征在于， 所述电极的开口率为90%以下。7. 如权利要求5或6所述的扫描型电子显微镜，其特征在于， 所述电极具有二维排列的多个开口。8. 如权利要求5~7中任一项所述的扫描型电子显微镜，其特征在于， 所述阳极由金属平板构成。
【文档编号】H01J37/244GK105826152SQ201610041136
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】林雅宏
【申请人】浜松光子学株式会社