特許 6857511 走査電子顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6857511

(24)【登録日】2021年3月24日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】走査電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20210405BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/244

   H01J37/28 B

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-32554(P2017-32554)

(22)【出願日】2017年2月23日

(65)【公開番号】特開2018-137180(P2018-137180A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2019年10月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】倉本 建

(72)【発明者】

【氏名】大堀 祐一郎

(72)【発明者】

【氏名】松田 芳典

(72)【発明者】

【氏名】青島 慎

【審査官】 大門 清

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１９９７４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２３８９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５４５２７７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２００４６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０５８３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３６１１６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２２５３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００１４５２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００ −３７／０２

Ｈ０１Ｊ ３７／０５

Ｈ０１Ｊ ３７／０９ −３７／１８

Ｈ０１Ｊ ３７／２１

Ｈ０１Ｊ ３７／２４ −３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ３７／２５２−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材の厚さは、前記導電層の厚さよりも大きい、走査電子顕微鏡。

【請求項2】

電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材と前記導電層とは、離間している、走査電子顕微鏡。

【請求項3】

電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材の前記ライナーチューブとの間の距離が最も小さい箇所と、前記導電部材の外部端子と、の間の抵抗は、前記導電層の前記ライナーチューブとの間の距離が最も小さい箇所と、前記導電層の外部端子と、の間の抵抗よりも小さい、走査電子顕微鏡。

【請求項4】

電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記シンチレータは、前記感受面とは反対側の光射出面から光を射出し、
前記導電部材は、前記光射出面に設けられ、
前記光射出面に設けられている前記導電部材は、前記ライトガイドの光入射面から見て、前記ライナーチューブの後方に位置している、走査電子顕微鏡。

【請求項5】

電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記シンチレータと前記ライトガイドとは一体に設けられ、
前記導電部材は、前記シンチレータの感受面とは反対側の面の全面を覆っている、走査電子顕微鏡。

【請求項6】

電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材は、前記ライナーチューブを囲む円筒面を有している、走査電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記導電部材は、前記貫通孔の内面に設けられている、走査電子顕微鏡。

【請求項8】

請求項１、３ないし７のいずれか１項において、
前記導電部材と前記導電層とは、接している、走査電子顕微鏡。

【請求項9】

請求項４において、
前記光射出面から射出された光を前記ライトガイドに向けて反射するミラーを含む、走査電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走査電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

走査電子顕微鏡に用いられる電子検出器として、シンチレータと、光電子増倍管と、シンチレータと光電子増倍管とを接続するライトガイドと、を備えた検出器が知られている。電子検出器は、試料に電子線を照射することにより発生した電子（二次電子または反射電子）を検出する。

【0003】

例えば特許文献１には、シンチレータに貫通孔を設けて、その貫通孔を一次ビーム（試料を照射するための電子線）が通過するように構成された電子検出器が開示されている。シンチレータに設けられた貫通孔にはライナーチューブが挿入されており、一次ビームはライナーチューブの中を通過する。

【0004】

電子検出器では、シンチレータに入射する際に電子が高いエネルギーを持っていればシンチレータにおいて検出に十分な発光が起こる。しかしながら、シンチレータに入射する際に電子が持つエネルギーが低い場合には、十分な発光が起こらないため、検出が困難になる。例えば、特許文献２には、電子がシンチレータに入射する際のエネルギーが５ｋｅＶ未満の場合には、十分な発光が起こらないため、検出が困難になると記載されている。

【0005】

このような問題に対して、特許文献２では、シンチレータの表面を導電層（導電体）で均一に被覆し、この導電層に５ｋｅＶ以上の正電圧を印加している。これにより、電子のエネルギーが５ｋｅＶ未満であっても、電子がシンチレータの感受面に到達するまでに加速されて十分な発光が起こるため、検出が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第６５４５２７７号明細書

【特許文献2】特開２０１３−５８３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図１２は、シンチレータの表面に導電層を形成しない状態におけるシンチレータの表面の電位分布を示すグラフである。なお、図１２では、横軸に光軸からの径方向の距離を示し、縦軸にシンチレータの表面における電圧を示している。図１２では、シンチレータの円周部に電圧を印加している。

【0008】

図１２に示す結果からわかるように、上述した特許文献１に示すようなシンチレータに設けられた貫通孔にライナーチューブが挿入された検出器において、シンチレータの表面に導電層を形成しない場合、ライナーチューブ近傍（ｒ＜４程度）では電圧が低いため、電子の検出効率が著しく低下する。

【0009】

しかしながら、シンチレータに設けられた貫通孔にライナーチューブが挿入された検出器において、シンチレータの表面に導電層を形成した場合、導電層とライナーチューブとの間に電位差が生じるため、導電層とライナーチューブとの間の放電が問題となる。

【0010】

シンチレータの表面に形成される導電層は、電子を通過（透過）させなければならない
ため、非常に薄く形成される。そのため、導電層は抵抗が大きい。したがって、シンチレータとライナーチューブとの間に放電が生じた場合、シンチレータの表面の導電層が放電時の抵抗加熱により剥離してしまうおそれがある。

【0011】

シンチレータとライナーチューブとの間の距離を大きくすれば、放電する可能性を十分に小さくすることができるが、これはシンチレータの感受面の面積を小さくすることを意味する。

【0012】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、シンチレータに形成される導電層が放電により剥離することを防ぐことができる走査電子顕微鏡を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

（１）本発明に係る走査電子顕微鏡は、
電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材の厚さは、前記導電層の厚さよりも大きい。

【0014】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離が、ライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さいため、ライナーチューブと導電層との間よりも、ライナーチューブと導電部材との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。また、このような走査電子顕微鏡では、放電による電流が導電部材を通る経路の抵抗を、放電による電流が導電層を通る経路の抵抗よりも小さくすることができる。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。

【0015】

（２）本発明に係る走査電子顕微鏡は、
電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材と前記導電層とは、離間している。

【0016】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離が、ライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さいため、ライナーチューブと導電層との間よりも、ライナーチューブと導電部材との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。また、このような走査電子顕微鏡では、例えば導電部材と導電層とが接している場合と比べて、放電による電流が導電層を流れにくくすることができ、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。

【0017】

（３）本発明に係る走査電子顕微鏡は、
電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材の前記ライナーチューブとの間の距離が最も小さい箇所と、前記導電部材の外部端子と、の間の抵抗は、前記導電層の前記ライナーチューブとの間の距離が最も小さい箇所と、前記導電層の外部端子と、の間の抵抗よりも小さい。

【0018】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離が、ライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さいため、ライナーチューブと導電層
との間よりも、ライナーチューブと導電部材との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。また、このような走査電子顕微鏡では、放電による電流は導電層に比べて導電部材を流れやすいため、放電による導電層の剥離を低減することができる。

【0019】

（４）本発明に係る走査電子顕微鏡は、
電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記シンチレータは、前記感受面とは反対側の光射出面から光を射出し、
前記導電部材は、前記光射出面に設けられ、
前記光射出面に設けられている前記導電部材は、前記ライトガイドの光入射面から見て、前記ライナーチューブの後方に位置している。

【0020】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離が、ライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さいため、ライナーチューブと導電層との間よりも、ライナーチューブと導電部材との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。また、このような走査電子顕微鏡では、導電部材がシンチレータの光射出面から射出されてライトガイドに入射する光を妨げない。

【0021】

（５）本発明に係る走査電子顕微鏡は、
電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記シンチレータと前記ライトガイドとは一体に設けられ、
前記導電部材は、前記シンチレータの感受面とは反対側の面の全面を覆っている。

【0022】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離が、ライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さいため、ライナーチューブと導電層との間よりも、ライナーチューブと導電部材との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。また、このような走査電子顕微鏡では、シンチレータから射出された光をライトガイドに導くための光学素子を用いなくてもよいため、装置を簡素化することができる。また、このような走査電子顕微鏡では、放電による電流が導電部材を通る経路の抵抗をより小さくすることができる。

【0023】

（６）本発明に係る走査電子顕微鏡は、
電子線を通過させるライナーチューブと、
前記ライナーチューブが挿入されている貫通孔を有するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を導くライトガイドと、
前記シンチレータの感受面に設けられた導電層と、
前記シンチレータに設けられた導電部材と、
を含み、
前記ライナーチューブと前記導電部材との間の最短距離は、前記ライナーチューブと前記導電層との間の最短距離よりも小さく、
前記導電層には、電子を加速させるための電圧が印加され、
前記導電層と前記導電部材とは、同電位であり、
前記導電部材は、前記ライナーチューブを囲む円筒面を有している。

【0024】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離が、ライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さいため、ライナーチューブと導電層との間よりも、ライナーチューブと導電部材との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、このような走査電子顕微鏡では、放電による導電層の剥離を防ぐことができる。また、このような走査電子顕微鏡では、放電が起こる可能性を低減できる。

【0025】

（７）本発明に係る走査電子顕微鏡において、
前記導電部材は、前記貫通孔の内面に設けられていてもよい。

【0026】

このような走査電子顕微鏡では、ライナーチューブと導電部材との間の最短距離をライナーチューブと導電層との間の最短距離よりも小さくすることができる。

【0027】

（８）本発明に係る走査電子顕微鏡において、
前記導電部材と前記導電層とは、接していてもよい。

【0028】

このような走査電子顕微鏡では、導電層を形成する際に、導電部材と導電層とを離間するためのマスクを形成しなくてもよいため、導電層を容易に形成することができる。

【0029】

（９）本発明に係る走査電子顕微鏡において、
前記光射出面から射出された光を前記ライトガイドに向けて反射するミラーを含んでいてもよい。

【0030】

このような走査電子顕微鏡では、シンチレータの光射出面から射出された光を効率よくライトガイドに導くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】第１実施形態に係る走査電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図2】第１実施形態に係る走査電子顕微鏡の電子検出器を模式的に示す断面図。

【図3】シンチレータの第１面を模式的に示す平面図。

【図4】シンチレータの第２面を模式的に示す平面図。

【図5】電子検出器において放電による電流が流れる経路を説明するための図。

【図6】第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡の電子検出器を模式的に示す断面図。

【図7】第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡のシンチレータの第１面を模式的に示す平面図。

【図8】第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡の電子検出器において放電による電流が流れる経路を説明するための図。

【図9】第２実施形態に係る走査電子顕微鏡の電子検出器を模式的に示す断面図。

【図10】第２実施形態に係る走査電子顕微鏡の電子検出器の第２面を模式的に示す平面図。

【図11】第３実施形態に係る走査電子顕微鏡の電子検出器を模式的に示す断面図。

【図12】シンチレータの表面に導電層を形成しない状態におけるシンチレータの表面の電位分布を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0038】

１． 第１実施形態
１．１． 走査電子顕微鏡
まず、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。

【0039】

走査電子顕微鏡１００では、電子プローブで試料Ｓの表面を走査したときに電子プローブの照射点から放出される電子（二次電子や反射電子）を検出して画像化することができる。この結果、走査電子顕微鏡１００では、走査電子顕微鏡像（二次電子像や反射電子像）を取得することができる。

【0040】

走査電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源２と、コンデンサーレンズ４と、偏向器５と、対物レンズ６と、ライナーチューブ８と、電子検出器１０と、を含む。

【0041】

電子源２は、電子線を放出する。電子源２は、例えば、公知の電子銃である。電子線は、光軸Ｌに沿って進行する。

【0042】

コンデンサーレンズ４は、電子源２から放出された電子線を集束させる。図示の例では、コンデンサーレンズ４は、光軸Ｌに沿って２段に配置されている。

【0043】

偏向器５は、コンデンサーレンズ４および対物レンズ６で集束された電子線（電子プローブ）を偏向させる。偏向器５は、電子プローブで試料Ｓ上を走査するために用いられる。

【0044】

対物レンズ６は、試料Ｓの直前に配置された最終段の電子プローブ形成レンズである。

【0045】

ライナーチューブ８は、電子源２から放出された電子線の通路に設けられた筒である。
ライナーチューブ８は、コンデンサーレンズ４や、偏向器５、対物レンズ６などのガス放出の多い部品を真空外に置くための真空隔壁として機能する。電子源２から放出された電子線は、ライナーチューブ８を通って試料Ｓに照射される。

【0046】

ライナーチューブ８は、光軸Ｌに沿って進行する電子線がシンチレータ１２に印加される高電圧の影響を受けないように、ライナーチューブ８内とシンチレータ１２との間を電気的に遮蔽している。ライナーチューブ８は、例えば、基準電位（グランド電位）である。なお、電子線の通過する軌道（ビームパス）に高電圧を印加し、電子線が試料Ｓに到達する直前に減速させる構成の場合、ライナーチューブ８は、ビームパスを形成するための電極（図示せず）と同電位である。

【0047】

電子検出器１０は、試料Ｓから発生した電子を検出する。電子検出器１０は、試料Ｓで発生した二次電子を検出する二次電子検出器である。なお、電子検出器１０は、試料Ｓで発生した反射電子を検出する反射電子検出器であってもよい。走査電子顕微鏡１００では、電子検出器１０の検出結果に基づき、走査電子顕微鏡像が生成される。

【0048】

走査電子顕微鏡１００では、試料Ｓは、試料ステージ（図示せず）上に載置されている。なお、走査電子顕微鏡１００は、上述した光学系の他に、レンズや絞りなどを備えていてもよい。

【0049】

図２は、走査電子顕微鏡１００の電子検出器１０を模式的に示す断面図である。

【0050】

電子検出器１０は、図２に示すように、シンチレータ１２と、ミラー１４と、ライトガイド１６と、光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ、ＰＭＴ）１８と、導電層２０と、導電部材２２と、を含む。

【0051】

シンチレータ１２は、電子線ＥＢが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓで発生した電子Ｅを検出して光に変換する。シンチレータ１２としては、例えば、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）結晶や、プラスチック（プラスチック中に有機発光物質を溶かしたもの）などを用いることができる。シンチレータ１２は、第１面１２ａと、第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂと、を有する。図２に示す例では、第１面１２ａはシンチレータ１２の下面であり、第２面１２ｂはシンチレータ１２の上面である。

【0052】

図３は、シンチレータ１２の第１面１２ａを模式的に示す平面図である。図４は、シンチレータ１２の第２面１２ｂを模式的に示す平面図である。

【0053】

シンチレータ１２の第１面１２ａは、試料Ｓで発生した電子Ｅが入射する面、すなわち、感受面である。シンチレータ１２の第２面１２ｂは、シンチレータ１２で発生した光が射出される面、すなわち光射出面である。

【0054】

シンチレータ１２には、貫通孔１２ｃが設けられている。貫通孔１２ｃには、ライナーチューブ８が挿入されている。貫通孔１２ｃは、第１面１２ａと第２面１２ｂとを接続している。貫通孔１２ｃは、円筒状である。ライナーチューブ８は、ライナーチューブ８の中心軸と貫通孔１２ｃの中心軸とが一致するように配置されている。ライナーチューブ８の中心軸は、光軸Ｌと一致している。

【0055】

シンチレータ１２の第１面１２ａには、導電層２０が設けられている。試料Ｓで発生した電子Ｅは、導電層２０を通過して（透過して）シンチレータ１２の第１面１２ａに入射する。

【0056】

ミラー１４は、シンチレータ１２で発生して第２面１２ｂから射出された光を反射させてライトガイド１６に入射させる。ミラー１４の反射面１４ａは、シンチレータ１２の第２面１２ｂから射出された光が反射面１４ａで反射されて、ライトガイド１６の光入射面１６ａに入射するような角度に設定される。ミラー１４には、ライナーチューブ８を通すための貫通孔が設けられている。ミラー１４には、基準電位（グランド電位）が印加されている。

【0057】

ライトガイド１６は、入射した光を光電子増倍管１８に導く。光電子増倍管１８は、ライトガイド１６からの光が入射する光入射面１６ａを有している。光電子増倍管１８は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。

【0058】

導電層２０は、シンチレータ１２の第１面１２ａに設けられている。導電層２０には、シンチレータ１２に入射する電子Ｅを加速させるための電圧が印加される。すなわち、導電層２０には、装置の基準電位に対して正の電圧が印加される。導電層２０には、例えば、数ｋＶ〜１０ｋＶ程度の電圧が印加される。導電層２０には、外部の電源から導電層２０に電圧を印加するための外部端子２１が設けられている。

【0059】

導電層２０によってシンチレータ１２に電圧が印加されることにより、エネルギーの低い電子であっても、シンチレータ１２の第１面１２ａに入射するまでに加速されるため、シンチレータ１２で十分な発光を生じさせることができる。導電層２０によってシンチレータ１２に電圧が印加されることにより、シンチレータ１２とライナーチューブ８との間には電位差が生じる。

【0060】

導電層２０は、電子Ｅが通過（透過）可能な厚さ（膜厚）を有している。導電層２０の厚さは、例えば、数十ｎｍ程度である。導電層２０の材質は、導電性を有する材料であれば特に限定されないが、例えばアルミニウムなどの金属である。導電層２０は、シンチレータ１２に蒸着などにより金属膜を成膜することで形成される。

【0061】

導電部材２２は、シンチレータ１２に設けられている。導電部材２２は、導電層２０が放電により剥離することを防ぐために設けられている。導電部材２２は、第１部分２２ａと、第２部分２２ｂと、を有している。

【0062】

導電部材２２の第１部分２２ａは、シンチレータ１２の貫通孔１２ｃの内面に設けられている。導電部材２２の第１部分２２ａは、ライナーチューブ８を囲む円筒面２２ｄを有している。円筒面２２ｄは、ライナーチューブ８を囲む連続した１つの面である。円筒面２２ｄは、凹凸が少ないことが望ましく、例えば、光沢面である。円筒面２２ｄの中心軸とライナーチューブ８の中心軸とは一致している。

【0063】

導電部材２２の第２部分２２ｂは、シンチレータ１２の第２面１２ｂに設けられている。第２部分２２ｂには、外部の電源から導電部材２２に電圧を印加するための外部端子２３が設けられている。第２部分２２ｂは、第１部分２２ａと外部端子２３とを接続するための配線として機能する。

【0064】

第２部分２２ｂは、ライトガイド１６の光入射面１６ａから見て、ライナーチューブ８の後方に位置している。すなわち、第２部分２２ｂはライトガイド１６の光入射面１６ａから見て、ライナーチューブ８の影になる。第２部分２２ｂは、シンチレータ１２の第２面１２ｂのうち、射出された光がライナーチューブ８に遮られてライトガイド１６の光入射面１６ａに到達しない領域に形成される。

【0065】

なお、第２部分２２ｂの全部が、ライトガイド１６の光入射面１６ａから見て、ライナーチューブ８の後方に位置していることが望ましいが、第２部分２２ｂの一部が、ライナーチューブ８の後方に位置していてもよい。

【0066】

導電部材２２と導電層２０とは、図２および図３に示すように、離間している。すなわち、導電部材２２と導電層２０とは接していない。

【0067】

ライナーチューブ８と導電部材２２（第１部分２２ａ）との間の最短距離Ｌ１は、ライナーチューブ８と導電層２０との間の最短距離Ｌ２よりも小さい。そのため、ライナーチューブ８と導電部材２２との間で放電が起こる確率を、ライナーチューブ８と導電層２０との間で放電が起こる確率よりも高くすることができる。すなわち、ライナーチューブ８と導電層２０との間よりも、ライナーチューブ８と導電部材２２との間のほうが、放電が起こりやすい。

【0068】

導電部材２２の厚さＴ１は、導電層２０の厚さＴ２よりも大きい。導電部材２２の厚さＴ１を導電層２０の厚さＴ２よりも大きくすることで、導電部材２２の抵抗を小さくすることができる。図２に示す例では、導電部材２２の第１部分２２ａの厚さと第２部分２２ｂの厚さは、同じである。なお、導電部材２２の第１部分２２ａの厚さと第２部分２２ｂの厚さとは異なっていてもよい。

【0069】

ここで、導電部材２２の厚さＴ１とは、シンチレータ１２の導電部材２２が形成された面における当該面の垂線方向の大きさである。例えば、シンチレータ１２の第２面１２ｂに形成されている導電部材２２（第２部分２２ｂ）の厚さＴ１は、導電部材２２の、第２面１２ｂの垂線方向の大きさである。

【0070】

導電部材２２の材質は、例えば、金属である。導電部材２２は、例えば、金属バルクを所定の形状に切り出すことで形成される。なお、導電部材２２の抵抗を導電層２０の抵抗よりも小さくするために、導電部材２２の材質を、導電層２０の材質よりも電気伝導率の高い材料にしてもよい。

【0071】

導電部材２２と導電層２０とは、同電位である。すなわち、導電部材２２には、導電層２０と同じ電圧が印加されている。

【0072】

図５は、電子検出器１０において放電による電流が流れる経路を説明するための図である。図５において、コンデンサーＣは、導電部材２２とライナーチューブ８との間の空間を表している。また、図５では、放電による電流が導電部材２２を通る経路の抵抗をＲ１とし、放電による電流が導電層２０を通る経路の抵抗をＲ２としている。

【0073】

本実施形態では、抵抗Ｒ１は抵抗Ｒ２に比べて極めて小さい（Ｒ１＜＜Ｒ２）。そのため、放電による電流は、大部分が導電部材２２を通り、導電層２０をほとんど通らない。したがって、放電による導電層２０の剥離をより確実に防ぐことができる。

【0074】

ここで、放電による電流が導電部材２２を通る経路の抵抗Ｒ１は、導電部材２２のライナーチューブ８との間の距離が最も小さい箇所と導電部材２２の外部端子２３との間の抵抗に対応する。また、放電による電流が導電層２０を通る経路の抵抗Ｒ２は、導電層２０のライナーチューブ８との間の距離が最も小さい箇所と導電層２０の外部端子２１との間の抵抗に対応する。

【0075】

本実施形態に係る走査電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0076】

走査電子顕微鏡１００では、ライナーチューブ８と導電部材２２との間の最短距離Ｌ１は、ライナーチューブ８と導電層２０との間の最短距離Ｌ２よりも小さく、導電層２０と導電部材２２とは同電位である。そのため、走査電子顕微鏡１００では、ライナーチューブ８と導電層２０との間よりも、ライナーチューブ８と導電部材２２との間のほうが、放電が起こりやすい。したがって、走査電子顕微鏡１００では、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0077】

走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２のライナーチューブ８との間の距離が最も小さい箇所と、導電部材２２の外部端子２３と、の間の抵抗（抵抗Ｒ１）は、導電層２０のライナーチューブ８との間の距離が最も小さい箇所と、導電層２０の外部端子２１と、の間の抵抗（抵抗Ｒ２）よりも小さい。そのため、走査電子顕微鏡１００では、放電による電流が、導電層２０に比べて導電部材２２を流れやすい。したがって、走査電子顕微鏡１００では、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0078】

走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２の厚さＴ１は、導電層２０の厚さＴ２よりも大きい。そのため、走査電子顕微鏡１００では、放電による電流が導電部材２２を通る経路の抵抗Ｒ１を放電による電流が導電層２０を通る経路の抵抗Ｒ２よりも小さくすることができる。したがって、走査電子顕微鏡１００では、放電による電流は導電部材２２を通るため、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0079】

走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２は、シンチレータ１２に設けられた貫通孔１２ｃの内面に設けられている。そのため、走査電子顕微鏡１００では、ライナーチューブ８と導電部材２２との間の最短距離Ｌ１を、ライナーチューブ８と導電層２０との間の最短距離Ｌ２よりも小さくできる。

【0080】

走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２と導電層２０とは、離間している。そのため、走査電子顕微鏡１００では、例えば導電部材２２と導電層２０とが接している場合と比べて、放電による電流が導電層２０を流れにくくすることができ、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0081】

走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２の第２部分２２ｂは、ライトガイド１６の光入射面１６ａから見て、ライナーチューブ８の後方に位置している。そのため、走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２の第２部分２２ｂは、第２面１２ｂから射出されてライトガイド１６に入射する光を妨げない。ライトガイド１６の光入射面１６ａから見て、シンチレータ１２の第２面１２ｂの、ライナーチューブ８の後方に位置している領域から射出される光は、そもそもライナーチューブ８に遮られて、ライトガイド１６に入射できない。

【0082】

走査電子顕微鏡１００では、シンチレータ１２の第２面１２ｂから射出された光をライトガイド１６に向けて反射するミラー１４を含む。そのため、走査電子顕微鏡１００では、シンチレータ１２の第２面１２ｂから射出された光を効率よくライトガイド１６に導くことができる。例えばライトガイド１６を直接シンチレータ１２に接続した場合（例えば図９参照）、シンチレータ１２のライトガイド１６が接続された側とは反対側の光を、ライトガイド１６に導くことが難しく、光を効率よくライトガイド１６に導くことができない。

【0083】

走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２は、ライナーチューブ８を囲む円筒面２２ｄを有している。すなわち、導電部材２２のライナーチューブ８を向く面（円筒面２２ｄ）は、連続した１つの面である。そのため、走査電子顕微鏡１００では、導電部材２２のライナーチューブ８を向く面が不連続な面である場合と比べて、放電が起こる可能性を低減
できる。ここで、不連続な面とは、当該面が１つの連続した面ではなくスリットや溝が形成されていたり、複数の面で構成されていたりする場合をいう。

【0084】

上述したように、走査電子顕微鏡１００では、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができるため、コンディショニングを行うことができる。コンディショニングとは、通常使用するよりも高い電圧（例えば２割〜５割程度高い電圧）を印加して放電を起こし、電極表面をクリーニングすることをいう。コンディショニングを行うことで耐電圧を向上できる。

【0085】

１．２． 変形例
次に、第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図６は、第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡１０１の電子検出器１０を模式的に示す断面図である。図７は、第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡１０１のシンチレータ１２の第１面１２ａを模式的に示す平面図である。図８は、第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡１０１の電子検出器１０において放電による電流が流れる経路を説明するための図である。

【0086】

以下、第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡１０１において、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0087】

上述した走査電子顕微鏡１００では、図２および図３に示すように、導電部材２２と導電層２０とは離間していた。これに対して、走査電子顕微鏡１０１では、図６および図７に示すように、導電部材２２と導電層２０とは接している。

【0088】

導電部材２２と導電層２０とが接している場合、放電による電流が導電部材２２を通る経路の抵抗Ｒ１と放電による電流が導電層２０を通る経路の抵抗Ｒ２の差を、導電部材２２と導電層２０とが離間している場合と比べて、大きくする。すなわち、本変形例では、抵抗Ｒ１を抵抗Ｒ２よりも極めて小さくする。例えば、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２は、例えば、Ｒ１／Ｒ２＜１／１００となるようにする。このように、抵抗Ｒ１を抵抗Ｒ２よりも小さくすることで、導電部材２２と導電層２０とが接している場合でも、放電による電流は大部分が導電部材２２を通るため、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0089】

本変形例に係る走査電子顕微鏡１０１では、上述した第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００と同様に、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0090】

さらに、本変形例では、導電部材２２と導電層２０とが接しているため、例えば、導電層２０を成膜する際に、導電部材２２と導電層２０とを離間するためのマスクを形成しなくてもよく、導電層２０を容易に形成できる。

【0091】

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００の電子検出器１０を模式的に示す断面図である。図１０は、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００の電子検出器１０の第２面１２ｂを模式的に示す平面図である。

【0092】

以下、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００において、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0093】

上述した走査電子顕微鏡１００では、図２に示すように、シンチレータ１２とライトガイド１６とは離間していた。これに対して、走査電子顕微鏡２００では、図９に示すように、シンチレータ１２とライトガイド１６とは一体に構成されている。

【0094】

また、上述した走査電子顕微鏡１００では、シンチレータ１２の第２面１２ｂは、光射出面であった。これに対して、走査電子顕微鏡２００では、シンチレータ１２の第２面１２ｂは光射出面ではない。

【0095】

シンチレータ１２の第１面１２ａは、シンチレータ１２の感受面である。図９に示す例では、シンチレータ１２は、貫通孔１２ｃからシンチレータ１２の外側に向かうに従って厚さが大きくなる形状を有している。そのため、シンチレータ１２の第１面１２ａは、貫通孔１２ｃからシンチレータ１２の外側に向かって傾斜している。したがって、シンチレータ１２の感受面となる第１面１２ａの面積を、例えば第１面１２ａが傾斜していない場合と比べて、大きくすることができる。

【0096】

本実施形態では、シンチレータ１２の第２面１２ｂは、光射出面ではなく、また感受面でもない。導電部材２２の第２部分２２ｂは、図９および図１０に示すように、シンチレータ１２の第２面１２ｂの全面を覆っている。そのため、放電による電流が導電部材２２を通る経路の抵抗Ｒ１（図５参照）をより小さくすることができる。

【0097】

導電部材２２の第２部分２２ｂの厚さは、例えば、導電部材２２の第１部分２２ａの厚さよりも大きい。そのため、導電部材２２（第１部分２２ａ）とライナーチューブ８との間の最短距離Ｌ１を保ちつつ、導電部材２２（第２部分２２ｂ）の抵抗を小さくすることができる。

【0098】

ライトガイド１６は、シンチレータ１２の側面（第１面１２ａと第２面１２ｂとを接続する面）に接続されている。ライトガイド１６とシンチレータ１２とは、接続部での屈折率変化が大きくならないように接続されることが望ましい。

【0099】

なお、図９および図１０に示す例では、導電部材２２と導電層２０とは接していないが、上述した第１実施形態の変形例に係る走査電子顕微鏡１０１と同様に、導電部材２２と導電層２０とは接していてもよい。

【0100】

第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００では、上述した第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００と同様に、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0101】

さらに、走査電子顕微鏡２００では、シンチレータ１２とライトガイド１６とが一体に構成されている。そのため、シンチレータ１２から射出された光をライトガイド１６に導くための光学素子を用いなくてもよく、装置を簡素化することができる。

【0102】

また、走査電子顕微鏡２００では、導電部材２２がシンチレータ１２の第２面１２ｂの全面を覆っているため、放電による電流が導電部材２２を通る経路の抵抗Ｒ１（図５参照）をより小さくすることができる。

【0103】

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る走査電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第３実施形態に係る走査電子顕微鏡３００の電子検出器１０を模式的に示す断面図である。

【0104】

以下、第３実施形態に係る走査電子顕微鏡３００において、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0105】

走査電子顕微鏡３００は、図１１に示すように、第１グリッド３１０と、第２グリッド３２０と、を含んで構成されている。

【0106】

第１グリッド３１０および第２グリッド３２０は、シンチレータ１２の感受面である第１面１２ａの前方に配置されている。第１グリッド３１０は、図１１に示す例では、第２グリッド３２０よりも試料Ｓ側に配置されている。

【0107】

第１グリッド３１０には、基準電位（グランド電位）が印加されている。第１グリッド３１０は、ライナーチューブ８と同電位である。第１グリッド３１０は、シンチレータ１２に印加される高電圧が電子線ＥＢに与える影響を低減させるために用いられる。

【0108】

第２グリッド３２０は、試料Ｓで発生した電子Ｅをエネルギー選別するために用いられる。第２グリッド３２０には、所定の電圧が印加される。走査電子顕微鏡３００では、第２グリッド３２０でエネルギー選別された電子Ｅを電子検出器１０で検出することができる。

【0109】

図１１に示す走査電子顕微鏡３００は、第１グリッド３１０および第２グリッド３２０の両方を含んで構成されているが、第１グリッド３１０および第２グリッド３２０のいずれかを含んで構成されていてもよい。

【0110】

第３実施形態に係る走査電子顕微鏡３００では、上述した第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００と同様に、放電による導電層２０の剥離を防ぐことができる。

【0111】

また、走査電子顕微鏡３００では、シンチレータ１２の感受面（第１面１２ａ）の前方に配置され、ライナーチューブ８と同電位の第１グリッド３１０を備えている。そのため、走査電子顕微鏡３００では、より確実に、シンチレータ１２に印加される高電圧が電子線ＥＢに与える影響を低減できる。

【0112】

また、走査電子顕微鏡３００では、第２グリッド３２０によって試料Ｓで発生した電子Ｅをエネルギー選別し、エネルギー選別された電子Ｅを電子検出器１０で検出することができる。

【0113】

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

【0114】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0115】

２…電子源、４…コンデンサーレンズ、５…偏向器、６…対物レンズ、８…ライナーチューブ、１０…電子検出器、１２…シンチレータ、１２ａ…第１面、１２ｂ…第２面、１２ｃ…貫通孔、１４…ミラー、１４ａ…反射面、１６…ライトガイド、１６ａ…光入射面、
１８…光電子増倍管、２０…導電層、２１…外部端子、２２…導電部材、２２ａ…第１部分、２２ｂ…第２部分、２２ｄ…円筒面、２３…外部端子、１００…走査電子顕微鏡、１０１…走査電子顕微鏡、２００…走査電子顕微鏡、３００…走査電子顕微鏡、３１０…第１グリッド、３２０…第２グリッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】