(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブとなる荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、
前記荷電粒子線の径を制限するアパーチャと、
前記荷電粒子線用の光学系と、
前記荷電粒子線が照射される試料が搭載される試料台と、
前記試料からの二次荷電粒子や反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、を備え、
前記荷電粒子検出器は、第１の検出感度を有する第１小検出器と、前記第１の検出感度よりも高い第２の検出感度を有する第２小検出器とを備え、かつ、前記荷電粒子線が照射される前記試料上の位置から見た検出立体角が前記第１小検出器と前記第２小検出器とで同じであり、
前記荷電粒子検出器における前記第１小検出器及び前記第２小検出器の出力信号に基づき、前記試料からの二次荷電粒子や反射荷電粒子をエネルギー弁別処理する信号演算処理部と、をさらに有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線検出器は、受光面上に薄膜が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記検出立体角が同じとは、誤差が１０％以内の場合を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記第１小検出器及び前記第２小検出器のそれぞれの感受面は、同一平面内に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記同一平面内とは、±１ｍｍ以内の場合を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記薄膜の膜厚は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線検出器のエネルギー感度の調整は、前記薄膜の膜厚、もしくは材料、もしくはその両者を用いてなされることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線装置は、走査電子顕微鏡であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線検出器は、半導体検出器、アバランシェダイオード、マイクロ・チャンネル・プレート、構成要素としてシンチレータ材料を用いる検出器またはそれらの組み合わせであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子検出器は、中心に一次荷電粒子線が通過する孔を有し、
前記孔は前記荷電粒子線用の光学系の光軸上に軸対称な配置を有し、
前記第１小検出器及び前記第２小検出器のそれぞれの感受面形状がセグメント化されて軸対称に区切られていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記第１小検出器及び前記第２小検出器は、アレイ状に配列されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子検出器とは別に、第二の荷電粒子検出器を備えており、前記第二の荷電粒子検出器は、前記荷電粒子検出器の感受面に設置された前記薄膜に信号荷電粒子が衝突した際に発生する荷電粒子を検出できる位置に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記第１小検出器及び前記第２小検出器はそれぞれ増幅器を備えており、
前記信号演算処理部は、前記増幅器からの出力信号を用いて、加算、減算、乗算を行うものであり、
前記第１小検出器からの出力信号を用いてハイパス検出信号を求め、
検出立体角が同一でエネルギー感度が異なる前記第１小検出器及び前記第２小検出器の出力信号を各々増幅し、差分演算を行うことによってローパス検出信号およびバンドパス検出信号を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、
前記荷電粒子線が照射される試料が搭載される試料台と、
前記荷電粒子線を前記試料上に収束させる対物レンズと、
前記試料からの二次荷電粒子や反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、を備え、
前記荷電粒子検出器は、第１の検出感度を有する第１小検出器と、前記第１の検出感度よりも高い第２の検出感度を有する第２小検出器とを備え、かつ、前記荷電粒子線が照射される前記試料上の位置から見た検出立体角が前記第１小検出器と前記第２小検出器とで同じであり、
前記荷電粒子検出器における前記第１検出器及び前記第２検出器の出力信号に基づき、前記試料からの二次荷電粒子や反射荷電粒子をエネルギー弁別処理する信号演算処理部と、をさらに有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズは、アウトレンズ型であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズは、セミインレンズ型であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズは、インレンズ型であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に係り、特に、プローブとなる荷電粒子が試料に照射された際に照射位置から発生した信号荷電粒子をエネルギー弁別して検出する信号検出器を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子をプローブとして試料上に照射し、照射位置から発生した荷電粒子を検出することによって、照射位置に関する試料情報を得る荷電粒子線装置が広く知られている。特に、一般的なものでは、試料上に収束させた電子線プローブを二次元的に走査し、照射位置から発生する二次電子や反射電子を検出し、その量に関する信号をプローブの走査と同期してマッピングすることで走査領域の二次元画像を得る走査電子顕微鏡がある。走査電子顕微鏡においては、凹凸コントラストや組成コントラストなどの所望のコントラストを強調するため、信号電子をエネルギー弁別して検出する手段が複数報告されており、例えば特許文献１〜５があげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０１／０７５９２９号パンフレット
【特許文献２】特開２００８‐１９８４７１号公報
【特許文献３】特開２００６‐１１４４２６号公報
【特許文献４】特開平１１‐１６０４３８号公報
【特許文献５】特開昭５９‐１９７８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
走査電子顕微鏡（荷電粒子線装置）において、これまで主に高分解能な画像を得るための技術の開発を行ってきた。このような技術開発の中で、発明者等は、高分解能な画像が得られる条件で二次電子や反射電子の有するエネルギーを複数のエネルギー帯に弁別して検出することにより有用な情報が得られることを見出した。そこで、これに関する先行技術を調べた。【０００５】
特許文献１には、軸外に検出対象の電子を偏向させてエネルギーを弁別する手段が開示されている。この手法では、信号電子の軌道軸上に電場または磁場を与える手段と、軸外に配置された検出器を持ち、前述の電場または磁場によって検出器の方向に所望のエネルギーを持つ電子のみを偏向させて検出する。【０００６】
特許文献２や特許文献３には、検出対象の電子の軌道上に電子を減速するための遮蔽電界を設けてエネルギーを弁別する手段が開示されている。これらの手法では、信号電子の軌道上に、メッシュ状の電極を設置する。このメッシュ電極に電圧を印加することによって遮蔽電界を作り、信号電子の軌道上に所望のエネルギー以下のエネルギーを持つ電子を遮蔽する。【０００７】
また、特許文献５には、検出器と薄膜を用いてエネルギー弁別を行う別の手法が開示されている。この手法では、検出器の感受面に軸対称で段階的に変化する膜厚の薄膜を形成する。これにより、高速電子のハイパス検出が可能となる。段階的に変化する膜厚は、外側に行くほど薄くなっており、信号電子が薄膜から受けるエネルギー減衰量が、その信号電子の仰角に依存しないようになっている。【０００８】
特許文献４には、検出器の感受面と試料の間に薄膜を設ける方法が開示されている。この文献では、電子検出器であるＭＣＰ(マイクロ・チャンネル・プレート)検出器の感受面と試料との間に薄膜を設ける。この目的は、３００ｅＶ程度の低エネルギーで感度が最大となるＭＣＰにおいても、高エネルギー電子を効率的に検出することである。薄膜により高エネルギー電子はエネルギー減衰されてＭＣＰ感受面側から透過する。または高エネルギー電子は薄膜のMCP感受面側で極低エネルギー(＜１００ｅＶ)の副次電子に変換される。これにより、変換後の極低エネルギー電子を高感度で検出することで高エネルギー電子がＭＣＰで効果的に検出できるとされる。【０００９】
しかしながら、先に示した先行特許文献に開示された技術において、特許文献１は、例えば１００ｅＶ以下の電子のみを検出するローパスフィルタとして働くと考えられ、一方特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５はハイパスフィルタとして働く。このため、バンドパスフィルタ画像（二次電子や反射電子を複数のエネルギー帯に弁別して検出することにより得られる中エネルギー帯の画像）を実現することができない。【００１０】
本発明の目的は、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための一実施形態として、プローブとなる荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、前記荷電粒子線の径を制限するアパーチャと、前記荷電粒子線用の光学系と、前記荷電粒子線が照射される試料が搭載される試料台と、前記試料からの二次荷電粒子や反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、前記荷電粒子検出器からの出力信号を処理する信号演算処理部を備え、前記荷電粒子検出器は、第１の検出感度を有する第１小検出器と、前記第１の検出感度よりも高い第２の検出感度を有する第２小検出器を備え、かつ、前記荷電粒子線が照射される前記試料上の位置から見た検出立体角が前記第１小検出器と前記第２小検出器とで同じであることを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成とすることにより、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の基本構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した電子検出器の感受面を示す平面図である。
【図３】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の感受面の他の例を示す平面図である。
【図４】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の感受面の他の例を示す平面図である。
【図５】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の感受面の他の例を示す平面図である。
【図６】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の感受面の他の例を示す平面図である。
【図７】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の感受面の他の例を示す平面図である。
【図８】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる電子検出器の感受面の他の例を示す平面図である。
【図９】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いるエネルギー感度の異なる２つの小検出器の配置図である。
【図１０】第1の実施例に係る走査電子顕微鏡で用いるエネルギー感度の異なる他の２つの小検出器の配置図である。
【図１１】一般的な放出電子のエネルギー分布図を示す図である。
【図１２】第１の実施例に係る走査電子顕微鏡を示す概略断面図である。
【図１３】第２の実施例に係る走査電子顕微鏡を示す概略断面図である。
【図１４】第３の実施例に係る走査電子顕微鏡を示す概略断面図である。
【図１５】第４の実施例に係る走査電子顕微鏡の要部断面図である。
【図１６】第５の実施例に係る走査電子顕微鏡の要部断面図である。
【図１７】第５の実施例に係る他の走査電子顕微鏡の要部断面図である。
【図１８】第６の実施例に係る走査電子顕微鏡の要部断面図である。
【図１９】第７の実施例に係る走査電子顕微鏡の要部断面図である。
【図２０】図１９に示した電子検出器の位置関係を示す斜視図である。
【図２１】第８の実施例に係る走査電子顕微鏡の要部概略図である。
【図２２】第９の実施例に係る走査電子顕微鏡の電子検出器を示す図である。
【図２３】第１０の実施例に係る走査電子顕微鏡の電子検出器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
高エネルギーを有する荷電粒子信号は、例えば検出器表面に薄膜を形成し、その薄膜を通過してきた荷電粒子を検出することにより得ることができる。中エネルギーを有する荷電粒子信号は、中エネルギー以上のエネルギーを有する荷電粒子信号から高エネルギーの荷電粒子信号を差し引く。これにより、高分解能な画像が得られる、中エネルギーの荷電粒子信号を得ることができる。この際、単に信号の引き算をしても有効な情報は得られない。高エネルギーの信号荷電粒子や中エネルギー以上の信号荷電粒子をどのように検出するかがキーとなる。
【００１５】
中エネルギー以上の荷電粒子信号から高エネルギーの荷電粒子信号を差し引いて有効な情報を得るためには、（１）高エネルギーおよび中エネルギー以上のエネルギーを有する信号荷電粒子をそれぞれ同時に取得する、（２）荷電粒子信号の測定位置から見たときのそれぞれの検出器の立体角を同じくする、の要件を満たす必要がある。
【００１６】
本実施の形態おいて、上記（１）（２）を満たす一例として、同一平面上に複数の検出器を左右対称となる位置に設けた。これにより、同一と見なせる位置で複数のエネルギー領域の信号を同時に検出することができる。
【００１７】
例えば、荷電粒子線装置において、約２００ｅＶ以上のエネルギーを持つ信号荷電粒子を検出する検出器を備え、前記検出器は複数の小電子検出器で構成され、前記小検出器のうち単数または複数の検出面には薄膜が約１０ｎｍから約１００μｍの薄膜を設ける。複数の前記小検出器のうち、検出立体角が同一となる一対の小検出器については、薄膜の有無または薄膜の材料の違いなどによってエネルギー感度が異なる。さらに、前記小電子検出器の各々より出力された信号を演算処理するための信号処理系を備える。
【００１８】
上記構成により、検出対象の荷電粒子のエネルギーを弁別して検出でき、さらに所望のエネルギーに関して、ハイパスフィルタ後の画像、バンドパスフィルタ後の画像、ローパスフィルタ後の画像を一度に得ることができる。
【００１９】
一般に、２００ｅＶ以上のエネルギーを以って試料から放出され、検出器で検出される信号電子は、その発生位置が深いほど低いエネルギーを持つ。すなわち、エネルギー的にバンドパスフィルタをかけた画像から、試料のある深さに関する情報を引き出すことができる。バンドパスするエネルギー帯を選択することで、情報を引き出したい深さを選択できる。  
以下、実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
第１の実施例を図１〜図１２を用いて説明する。【００２１】
図１は、感受面が同一平面上で同心円状および放射状に分割された小検出器によって構成されるアニュラー型の半導体検出器を示す図である。本実施例では、小検出器は、同種同膜厚の薄膜付きのものと、薄膜なしのものに分けられる。半導体検出器はフォトダイオードと同様の方法で作製が可能であり、一括作製が可能である。そのため、検出器を構成する各々の小検出器は、同一の検出特性を持つ検出器として構成が可能である。【００２２】
以降では便宜上、典型的には数ｅＶのエネルギーを持つ１００ｅＶ未満の電子を極低エネルギー電子と呼び、１００ｅＶ以上かつ一次電子線の照射エネルギー以下の電子のうち、薄膜付き小検出器の感受面に設けられた薄膜を透過できるエネルギーの電子を高エネルギー電子、薄膜を透過できないエネルギーの電子を低エネルギー電子と呼ぶことにする。【００２３】
図１に示した検出器を試料側から見た感受面の分割形状を図２に示す。検出器２は一次電子線４が通過する中心孔３を備え、光軸について軸対称な形状の中に軸対称に薄膜付き小検出器５１（５１−1〜５１−６）と薄膜なし小検出器５２（５２−１〜５２−６）が配置される。図２において検出立体角が同一となる小検出器の組を説明するために、各小検出器にＡからＦまでの記号を与える。検出器２を構成する小検出器の中で、最も中心孔３に近い位置に配置された四つの小検出器、すなわち薄膜付き小検出器Ａ ５１−１、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２、薄膜なし小検出器Ａ ５２−１、薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２は同一立体角を有する小検出器群である。次に、薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３、薄膜付き小検出器Ｄ ５１−４、薄膜なし小検出器Ｃ ５２−３、薄膜なし小検出器Ｄ ５２−４は同一立体角を有する小検出器群である。最後に、中心孔３から最も遠い位置に配置された四つの小検出器、すなわち薄膜付き小検出器Ｅ ５１−５、薄膜付き小検出器Ｆ ５１−６、薄膜なし小検出器Ｅ ５２−５、薄膜なし小検出器Ｆ ５２−６は同一立体角を有する小検出器群である。【００２４】
小検出器は半導体検出器であり、薄膜付き小検出器５１の感受面には１０ｎｍから１００μｍの範囲内の膜厚を持つ薄膜１が設置される。この薄膜１の材料はＡｌやＡｕなどの導電膜を用いるが、設置した薄膜１の表面から検出感受面まで電子が透過できる膜厚と材料を以って検出面上に均一に成膜できる薄膜であれば、帯電を抑制するために表面に導電膜を設けた半導体や絶縁体も含めて、いかなる薄膜でも構わない。ここで薄膜１の膜厚は、面内分布が±１０％以内であれば均一な膜厚と見なすことができる。【００２５】
検出器２は中心軸が一次電子線の光軸と重なるように検出器を電子光学系に設置する。（図１参照）小検出器は同一平面上に配置される。検出面の分割の仕方によっては、角度弁別も可能である。この時、検出器感受面は弁別したい検出立体角に応じて分割される。例えば、方位角方向に角度弁別を行う場合には図３のように放射状に分割面を区切り、さらに方位角方向に加え仰角方向で角度弁別を行う場合には図２のように同心円状にも分割面を区切る。円の中心に関して軸対称な位置に配置された感受面については一方の感受面には薄膜１を設け、他方の感受面には薄膜１を設けず、同一の立体角でエネルギー感度が異なるように小検出器を配置する。角度弁別検出を上記よりもさらに細かく行う場合は小検出器の配置を軸対称に保ち、感受面をさらに細かく分割する。【００２６】
検出感受面の形状は円形に限らず、図４から図６に示すような四角形やその他にも図示しない六角形などの形状でも構わない。また、軸対称な配置にある小検出器の検出立体角が同一である限り、分割方法に関しても図２から図６のようなセグメント化された分割面に限らず、図７や図８のようにアレイ状に配列された小検出器の集合でも構わない。ここで、検出立体角が同一とは、試料と検出感受面の面積で決まる立体角を比較した時に、両者のズレが５％以内ないし１０％以内であれば同一検出立体角と見なすことができる。【００２７】
各小電子検出器のエネルギー感度の違いを持たせる方法として例えば以下の二種類がある。【００２８】
第一の方法として、図９を用いて説明する。図９は、２つの薄膜付き小検出器５１について、エネルギー感度の違いを、膜厚の異なる同一組成の膜で実現した場合の例を示した図である。小検出器Ａ ５１−１の薄膜１の材料６０１は小検出器Ｂ ５１−２の薄膜１の材料６０１と同一である。より低エネルギー側まで検出できる小検出器Ａ ５１−１に設けられる薄膜の膜厚７０１は、小検出器Ｂ ５１−２に設けられる薄膜の膜厚７０２よりも薄く作製する。典型的には小検出器Ａ ５１−１に設けられる薄膜の膜厚７０１は５０ｎｍ、小検出器Ｂ ５１−２に設けられる薄膜の膜厚７０２は１μｍである。【００２９】
第二の方法として、図１０を用いて説明する。図１０は、２つの薄膜付き小検出器５１について、エネルギー感度の違いを、厚みがほぼ同程度で材料または組成の異なる膜で実現した場合の例を示した図である。小検出器Ａ ５１−１の薄膜１の膜厚７０１は小検出器Ｂ ５１−２の薄膜１の膜厚７０１と同一である。ここで膜厚が同一とは、膜厚差が±１０％以内であれば同一な膜厚と見なすものとする。薄膜の持つ阻止能は薄膜を構成する元素の原子番号、密度および薄膜に入射するエネルギーに依存し、同一のエネルギーを持つ電子で比較した場合は、原子番号および密度が大きい材料ほど透過しにくくなる。小検出器Ａ５１−１に設けられる薄膜の材料６０１は、小検出器Ｂ５１−２に設けられる薄膜の材料６０２とは異なる材料で作製する。典型的には小検出器Ａ ５１−１に設けられる薄膜の材料６０１はＡｌ、小検出器Ｂ ５１−２に設けられる薄膜の材料６０２はＡｕであり、Ａｕの方が阻止能が大きい。【００３０】
これらの薄膜１は、第一、第二いずれの方法で作製した場合も、感受面上で均一であることが望ましいが、本発明においては、薄膜付き小検出器の薄膜部分について、膜厚の面内分布が±１０％以内におさまっていれば、均一な薄膜と見なすことができる。【００３１】
エネルギー弁別方法の原理に関して図１を用いて説明する。試料台２１に固定された試料２０から放出された信号電子５は高エネルギー電子９、低エネルギー電子８、および、極低エネルギー電子６を含む。なお、矢印の向きは各エネルギーを有する電子の移動方向の一例であり、これに限らず多方向に放出される。【００３２】
まず、小検出器５２、５１における検出挙動を、電子９，８，６について、説明する。薄膜なし小検出器５２において、高エネルギー電子９および低エネルギー電子８は検出されるが、極低エネルギー電子６に対してはエネルギー感度を持たないため検出されない。薄膜付き小検出器５１において、高エネルギー電子９は薄膜１を透過し、薄膜付き小検出器５１の有感領域まで到達して検出され、低エネルギー電子８は薄膜１を進行する過程で有感領域に到達する前にエネルギーを失うため検出されず、極低エネルギー電子は薄膜１の極表面でエネルギーを失うため検出されない。【００３３】
すなわち、高エネルギー電子９は薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２で検出される。低エネルギー電子８は薄膜なし小検出器５２で検出され、薄膜付き小検出器５１では検出されない。極低エネルギー電子６はいずれの小検出器でも検出されない。【００３４】
ここでは薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２の２種類のエネルギー感度を持つ小検出器を含む検出器として説明をしたが、検出器の構成に含まれるエネルギー感度の異なる小検出器の種類は２種類以上あれば、異なるエネルギー感度の種類はいくつであっても構わない。例えば、互いに膜厚の異なる薄膜付き小検出器が２種類と、薄膜なし小検出器で、計３種類の小検出器で構成することによって、３つの別々のエネルギー帯に対応した検出器となる。薄膜なし小検出器は構成に含まず、薄膜の膜厚または材料によってエネルギー感度の異なる複数の薄膜付き小検出器のみで検出器を構成しても良い。【００３５】
以下では、試料２０から放出された信号電子５のうち、検出されるエネルギー帯について、図３と図１１を用いて説明する。今、試料２０が接地電位になっていると仮定する。一次電子線４が試料２０に照射されると、照射位置から高エネルギー電子９と低エネルギー電子８に加え、極低エネルギー電子６が放出される。試料２０から放出される信号電子５のエネルギー分布は典型的には図１１に示したような傾向となり、低エネルギー側では極低エネルギー電子６がピークを持ち、高エネルギー側では一次電子線４のエネルギーとほぼ同じエネルギー値にピークを持つ。本実施例における検出器を用いた検出において検出される電子のエネルギー範囲は、例えば、図３の薄膜付き小検出器５１では図１１のＥＡ以上かつＥ０以下のエネルギー範囲に含まれる高エネルギー電子を、薄膜なし小検出器５２では図１１のＥＢ以上かつＥ０以下のエネルギー範囲に含まれる低エネルギー電子および高エネルギー電子に対して感度を持つように設定することができる。この時、薄膜なし小検出器の検出下限閾値エネルギーＥＢは小検出器自身が持つエネルギー感度の下限閾値に対応する値である。ＥＢ以上かつＥＡ以下のエネルギー範囲に含まれる電子は、図３の薄膜付き小検出器５１に設けられた薄膜１によって遮蔽される低エネルギー電子８に対応する。【００３６】
以下では薄膜なし小検出器として半導体検出器を用いた場合について、より詳しく説明する。【００３７】
半導体検出器は通常ｐｎ接合またはｐｉｎ接合で形成されており、電子が空乏層に到達すると電子正孔対が生成される。発生したキャリアは両電極に流れ、電流信号として検出される。この時、図３における薄膜付き小検出器５１で検出されるエネルギー感度の下限閾値は感受面表面に設けられる薄膜１の膜厚または材料によって制御することができるため、薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２とでは異なったエネルギー帯に含まれる電子の検出が可能となる。【００３８】
例えば、エネルギー感度の下限閾値が２ｋｅＶの半導体検出器を小検出器として用いる場合に、膜付き小検出器５１の薄膜１として感受面に５０ｎｍのＡｌ薄膜１を設置した場合は、薄膜付き小検出器５１は３ｋｅＶ以上にエネルギー感度を持ち、薄膜なし小検出器５２は２ｋｅＶ以上にエネルギー感度を持つ。【００３９】
異なるエネルギー感度を持つ膜付き小検出器の感度の設定方法について説明する。  
膜付き小検出器５１の薄膜１として、同一の膜厚で異なる組成の薄膜１を設置する場合では、感度の下限閾値が２ｋｅＶの半導体検出器を小検出器として、一方の膜付き小検出器Ａ ５１−１の感受面には５０ｎｍのＡｌ薄膜１を設け、もう一方の薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２の感受面には５０ｎｍのＡｕ薄膜１を設けることにより、膜付き小検出器Ａ ５１−１は２ｋｅＶ以上に、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２は９ｋｅＶ以上に各々エネルギー感度を持たせることができる。【００４０】
膜付き小検出器５１の薄膜１として、異なる膜厚で同一組成の薄膜１を設置する場合では、感度の下限値が２ｋｅＶの半導体検出器を小検出器として、一方の膜付き小検出器Ａ ５１−１の感受面には５０ｎｍのＡｌ薄膜１を設け、もう一方の膜付き小検出器Ｂ ５１−２の感受面には１μｍのＡｌ薄膜１を設けることにより、膜付き小検出器Ａ ５１−１は２ｋｅＶ以上に、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２は１３ｋｅＶ以上に各々エネルギー感度を持たせることができる。【００４１】
ここでは小検出器を半導体検出器として説明したが、本実施例は、構成のうち、検出器が半導体検出器のみには限らず、他の検出器、例えばアバランシェ増倍機構を備えた検出器でも構わない。アバランシェ増倍機構を備えた検出器を用いるメリットは以下の通りである。これは薄膜付き小検出器５１の検出感受面に薄膜１を設けることによってエネルギー感度が変わるが、薄膜１を透過する際に失ったエネルギー分と同等のゲインを失うことにより、検出収量は減少してしまうため、アバランシェダイオードのように増倍率の高い検出器を用いることが信号画像のS／Nを確保するために有効だからである。その他の検出器として、走査電子顕微鏡で一般的に用いられている、極低エネルギー電子を検出するための低速電子用検出器でも良い。この低速電子用検出器の構成は、信号電子を光に変換するシンチレータと、光を再び電子に変換してその電子を増幅する光電子増倍管を備える。検出器の感受面に塗布されたシンチレータ膜を持ち、さらに電子が入射する側には、金属薄膜を持つ。【００４２】
検出器を使用の際には、金属薄膜には１０ｋＶ程度の電圧を印加する。極低エネルギー電子、低エネルギー電子および高エネルギー電子はいずれも加速されて感受面に到達し、金属薄膜を貫通してシンチレータを光らせる。上記の低速電子用検出器を薄膜付き小検出器５１として用いる場合は、検出対象となる信号電子の軌道とエネルギーに影響を与えないようにするために、金属薄膜に電圧を印加せずに、感受面のＡｌ薄膜の膜厚を変更してエネルギー感度を変える。同様の構成はシンチレータ材としてＹＡＧを用いたＹＡＧ検出器にも適用できる。【００４３】
その他の検出器として、ＭＣＰ（マイクロ・チャンネル・プレート）や蛍光板を小検出器として用いても良い。また、上記の検出器を組み合わせて用いてもよい。【００４４】
このように検出器を構成することによって、試料から放出される信号電子５に関して、複数のエネルギー帯に含まれる電子を同時に検出し、薄膜１によってエネルギー感度を変えることができるだけでなく、検出感受面形状および分割形状を工夫することによって、方位角方向および仰角方向で角度弁別検出することができる。【００４５】
図１２は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる検出器を備えた走査電子顕微鏡の全体構成を示す図である。【００４６】
図１２に示した走査電子顕微鏡は、大まかには、試料に対して電子線を照射するための機構を備えた電子光学鏡筒１１と試料２０を保持する試料台２１と、試料台２１を格納する試料室２２と、図示しない制御処理、演算処理や各種画像処理、あるいはユーザーインターフェースに関わる情報処理を行う図示しない情報処理部、および走査電子顕微鏡画像を表示する図示しない画像表示端末、画像メモリなどにより構成される。【００４７】
電子光学鏡筒１１は、基本的には電子銃１２（１２−１）、コンデンサレンズ１４、二段の走査偏向器１７、対物レンズ１９（１９−１）などにより構成される。電子銃１２は典型的にはショットキー放出電子銃１２−１やタングステン熱電子銃が用いられるが、ＬａＢ6電子銃、冷陰極電界放出型電子銃など、他のいずれの電子銃を用いても良い。なお、符号１３は加速電極である。【００４８】
図１２に示す対物レンズはアウトレンズ型の対物レンズ１９−１である。電子銃１２−１から放出された、典型的には１００ｅＶ以上かつ２００ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ一次電子線４は、コンデンサレンズ１４によって収束点１５に収束され、アパーチャ１６を通過する。この時、アパーチャ１６によって、一次電子線４の不要な領域が除去される。アパーチャ１６を通過した一次電子線４は対物レンズ１９−１によって試料２０上に収束される。コンデンサレンズ１４と対物レンズ１９−１の間には、二段の走査偏光器１７が配置されており、一次電子線４の試料２０上の収束点位置を所望の視野範囲／倍率に応じて二次元的に走査する。【００４９】
一次電子線４の照射によって、試料２０からは様々なエネルギー信号電子５が発生する。以降では、試料２０が接地電位であった場合に、試料２０から放出された信号電子５のうち、薄膜付き小検出器の感受面に設けられた薄膜を透過できるエネルギーの電子を高エネルギー電子、薄膜を透過できないエネルギーの電子を低エネルギー電子と呼ぶことにする。【００５０】
検出器２は小検出器の感受面が同一平面上に存在した形状をしており、図１４に示すように試料２０と対物レンズ１９−１の間隙および対物レンズ１９−１とアパーチャ１６の間隙に、光軸に対して垂直に設置される。ここで同一平面とは、検出感受面が±１ｍｍ以内ないし±５ｍｍ以内であれば同一平面内と見なし、光軸に対して垂直とは、角度にして±１０°以内であれば垂直と見なすものとする。検出器２は典型的には図２のものであるが、検出器２の構成として検出立体角が同一でエネルギー感度が異なる小検出器を含んでいる限り、図２から図８に示した検出器の他、これに準ずる感受面形状および分割形状を持つ検出器であればいずれの形状でも構わない。以後、試料２０と対物レンズ１９−１の間隙に設置される検出器２を検出器Ｌ ４０と呼び、対物レンズ１９−１とアパーチャ１６間の検出器２を検出器Ｕ ４２と呼ぶことにする。【００５１】
試料２０からの信号電子５は、試料２０表面から電子銃１２−１の方向に進行する。ここで、試料２０から放出された電子の仰角を３次元球面座標に倣って定義する。すなわち、試料２０表面に対して、法線方向を０°、水平方向を９０°と定義する。本実施例では試料２０表面を光軸に対して垂直に設置した際に、仰角が０°から９０°の範囲内に放出された信号電子５を検出対象とする。この時、検出器Ｌ ４０の検出対象は仰角が大きく、仰角９０°方向に近い角度で放出された信号電子５である。一方、検出器Ｕ ４２の検出対象は仰角が小さく、仰角０°方向に近い角度で放出された信号電子５である。【００５２】
ここでは、検出器Ｌ ４０および検出器Ｕ ４２が薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２の２種類のエネルギー感度の小検出器で構成されているものとして説明する。【００５３】
検出器Ｌ ４０の構成に含まれる薄膜なし小検出器５２では大きい仰角方向に放出された信号電子５のうち、低エネルギー電子と高エネルギー電子の両方を検出する。検出器Ｌ ４０の構成に含まれる薄膜付き小検出器５１では大きい仰角方向に放出された信号電子５のうち、高エネルギー電子のみを検出する。同様にして、検出器Ｕ ４２の構成に含まれる薄膜なし小検出器５２では小さい仰角方向に放出された信号電子５のうち、低エネルギー電子と高エネルギー電子の両方を検出し、検出器Ｌ ４０の構成に含まれる薄膜付き小検出器５１では小さい仰角方向に放出された信号電子５のうち、高エネルギー電子のみを検出する。【００５４】
ここでは、検出器Ｌ ４０および検出器Ｕ ４２が薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２の２種類のエネルギー感度の小検出器で構成されている場合について説明したが、本実施例はこのような構成に限定されるものではない。【００５５】
検出器Ｌ ４０および検出器Ｕ ４２の感受面形状と分割形状は、例えば、図３のような分割形状であれば方位角方向での角度弁別検出ができるが、図２のような分割形状であれば図３における方位角方向の弁別検出に加えて、仰角方向で３つの角度範囲で角度弁別検出ができる。したがって、方位角に関する弁別検出は検出器の感受面形状および分割形状に依存し、エネルギーに関する弁別検出は薄膜付き小検出器５１の感受面に設けられる薄膜１の設置の仕方に依存し、対応する小検出器が同一の検出立体角を有する条件を満たす限り、検出器Ｌ ４０および検出器Ｕ ４２の感受面形状と分割形状は自由に変えることができる。【００５６】
なお、本実施例では検出器Ｌ ４０および検出器Ｕ ４２の２つの検出器を構成に含んでいるが、いずれか片方のみを設置する構成でも良い。【００５７】
本実施例では対物レンズとしてアウトレンズ型の対物レンズを用いていることから、後述のセミインレンズ型あるいはインレンズ型の対物レンズを用いた場合と比較して、試料２０のサイズおよび傾斜角度などの自由度が大きい。さらに、電子銃としてショットキー放出電子銃を用いた場合は、一次電子線の照射量が他の電子源を用いた場合と比較して多くなるため、信号収量の面で他の電子銃を用いた場合と比較して優位である。【００５８】
なお、本実施例では走査電子顕微鏡を用いて説明したが、イオン顕微鏡にも適用することができる。【００５９】
本実施例によれば、荷電粒子信号の測定位置から見たときのそれぞれの検出器の立体角を同じくするとともに、高エネルギーおよび中エネルギー以上のエネルギーを有する信号荷電粒子をそれぞれ同時に取得することができるため、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例２】
【００６０】
図１３を用いて第２の実施例を説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項は実施例１と同様である。【００６１】
図１３は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる走査電子顕微鏡の全体構成を示す図である。【００６２】
図１３に示した走査電子顕微鏡は、大まかには、試料に対して電子線を照射するための機構を備えた電子光学鏡筒１１と試料２０を保持する試料台２１と、試料台２１を格納する試料室２２と、図示しない制御処理や各種画像処理、あるいはユーザーインターフェースに関わる情報処理を行う図示しない情報処理部、および走査電子顕微鏡画像を表示する図示しない画像表示端末、画像メモリなどにより構成される。【００６３】
電子光学鏡筒１１は、基本的には電子銃１２（１２−２）、第一コンデンサレンズ１４-１、第二コンデンサレンズ１４−２、二段の走査偏向器１７、対物レンズ１９（１９−２）などにより構成される。電子銃１２は典型的には冷陰極電界放出型電子銃１２−２が用いられるが、ＬａＢ6電子銃、タングステン熱電子銃、ショットキー放出電子銃などのいずれの電子銃を用いても構わない。なお、符号１３は加速電極である。【００６４】
図１３に示す対物レンズは、レンズの下面より下に配置される試料２０に意図的に出力磁場を界浸させるセミインレンズ型の対物レンズ１９−２である。アウトレンズ型の場合と比較して、セミインレンズ型の場合は界浸磁場中に試料２０が設置されるため、より高分解能での観察が可能である。【００６５】
電子銃１２−２から放出された典型的には１００ｅＶ以上かつ２００ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ一次電子線４は、第一コンデンサレンズ１４−１によって第一収束点１５−１に収束され、アパーチャ１６を通過する。この時、一次電子線４の不要な領域が除去される。第一コンデンサレンズ１４−１を制御することによって、第一収束点１５−１の位置を制御する。【００６６】
第一収束点１５−１を通過した一次電子線４は、第二コンデンサレンズ１４−２によって第二収束点１５−２に収束される。第二コンデンサレンズ１４−２を制御して一次電子線４の第二収束点１５−２の位置を制御する。【００６７】
第二収束点１５−２を通過した一次電子線４は、対物レンズ１９−２によって試料上に収束される。第二コンデンサレンズ１４−２と対物レンズ１９−２の間隙には二段の走査偏光器１７が配置されており、一次電子線４の試料２０上の収束点位置を所望の視野範囲／倍率に応じて二次的に走査する。【００６８】
一次電子線４の照射によって、試料２０からは様々なエネルギー信号電子５が発生する。試料２０が接地電位であった場合に、試料２０から放出された信号電子５のうち、薄膜付き小検出器の感受面に設けられた薄膜を透過できるエネルギーの電子を高エネルギー電子、薄膜を透過できないエネルギーの電子を低エネルギー電子と呼ぶことにする。【００６９】
検出器２は図１３に示すように試料２０と対物レンズ１９−２の間隙、および、対物レンズ１９−２と第二コンデンサレンズ１４−２の間隙、および、第二コンデンサレンズ１４−２とアパーチャ１６の間隙に、光軸に対して垂直に設置される。ここで、光軸に対して垂直とは、角度にして±１０°以内であれば垂直と見なすものとする。これらは典型的には図２のものであるが、これに限らず図３から図１０に示す検出器の他、これに準ずる感受面形状および分割形状を持つ検出器であればいずれの形状でも構わない。以後、試料２０と対物レンズ１９−２の間隙に設置される検出器２を検出器Ｌ ４０と呼び、対物レンズ１９−２と第二コンデンサレンズ１４−２の間隙に設置される検出器２を検出器Ｍ ４１、第二コンデンサレンズ１４−２とアパーチャ１６の間隙に設置される検出器２を検出器Ｕ ４２と呼ぶことにする。【００７０】
試料２０からの信号電子５は、試料２０表面から電子銃１２−２の方向に進行する。試料２０から放出された電子の仰角の定義は第１の実施例と同様である。本実施例では試料２０表面に対して、仰角が０°から９０°の範囲で放出された信号電子５を検出対象とする。この時、検出器Ｌ ４０の検出対象は仰角が大きく、試料２０表面に近い角度で放出された信号電子５である。一方、検出器Ｕ ４２の検出対象は仰角が小さく、試料２０表面の法線方向に近い角度で放出された信号電子５である。検出器Ｍ ４１の検出対象は、仰角で比較した場合に検出器Ｕ ４２と検出器Ｌ ４０の間の検出立体角に含まれる信号電子５である。【００７１】
検出器Ｌ ４０、検出器Ｍ ４１、および、検出器Ｕ ４２の感受面形状と分割形状は、例えば、図３のような分割形状であれば方位角方向での角度弁別検出ができるが、図２のような分割形状であれば図３における方位角方向の弁別検出に加えて、仰角方向で３つの角度範囲で角度弁別検出ができる。【００７２】
したがって、方位角に関する弁別検出は検出器の感受面形状および分割形状により、エネルギーに関する弁別検出は薄膜付き小検出器５１の感受面に設けられる薄膜の設置の仕方により、対応する小検出器が同一の検出立体角を有する条件を満たす限り、自由に変えることができる。【００７３】
なお、本実施例では検出器Ｌ ４０、検出器Ｍ ４１、および、検出器Ｕ ４２の３つの検出器を構成に含んでいるが、いずれかが欠ける構成でも良い。【００７４】
本実施例では、対物レンズがセミインレンズ型１９−２であるため、第一の実施例のアウトレンズ型の場合と同様に、対物レンズ１９−２の下面の検出器Ｌ ４０よりも下方に配置される試料２０のサイズや傾斜角度の自由度を維持しつつ、実施例１で説明したアウトレンズ型の場合よりも高分解能の観察ができる。【００７５】
本実施例によれば、実施例１と同様、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、検出器Ｌ、Ｍ、Ｕを有することにより、実施例１の構成に比べ、より広範囲の荷電粒子を検出することができる。また、対物レンズをセミインレンズ型とすることにより、実施例１よりも高分解能な観察が可能である。
【実施例３】
【００７６】
第３の実施例について図１４を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【００７７】
図１４は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる走査電子顕微鏡の全体構成を示す図である。【００７８】
図１４に示した走査電子顕微鏡は第二の実施例と対物レンズのみが異なっている。本実施例の対物レンズはインレンズ型の対物レンズ１９−３である。検出器２の構成は基本的には第２の実施例と同様であるが、インレンズ型の対物レンズ１９−３の場合、レンズ中に試料２０を置くため、試料２０と対物レンズ１９−３の間隙に設置される検出器Ｌ ４０は対物レンズ１９−３内に収まる大きさに制限される。【００７９】
検出方法、特に角度およびエネルギーの弁別検出手段については実施例１および実施例２と同様である。【００８０】
なお、本実施例では、検出器Ｌ ４０、検出器Ｍ ４１、および、検出器Ｕ ４２の３つの検出器を構成に含んでいるが、いずれかが欠ける構成でも良い。【００８１】
本実施例では、対物レンズがインレンズ型１９−３であり、試料２０が対物レンズで発生する磁場の中に設置されるため、実施例２におけるセミインレンズ型の対物レンズの場合よりも高分解能観察が可能である。【００８２】
本実施例によれば、実施例１と同様、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、実施例２と同様、検出器Ｌ、Ｍ、Ｕを有することにより、実施例１の構成に比べ、より広範囲の荷電粒子を検出することができる。更に、対物レンズをインレンズとすることにより、実施例２よりも高分解能な観察が可能である。
【実施例４】
【００８３】
第４の実施例について図１５を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【００８４】
図１５は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる走査電子顕微鏡の部分構成を示す図である。【００８５】
走査電子顕微鏡の基本構成は、大まかには第２の実施例と同様であり、図１５には試料２０と試料２０を保持する試料台２１と、対物レンズ１９−２、検出器Ｕ ４２を示す。対物レンズは第２の実施例と同じくセミインレンズ型であるが、アウトレンズ型やインレンズ型であっても構わない。【００８６】
検出器Ｕ ４２は図１における検出器２を構成する小検出器が各々同一平面上に配置されるが、光軸に対して傾斜して設置される。検出器Ｕ ４２はエネルギー感度の異なる複数の小検出器の集合からなる検出器２に加えて、検出器２の感受面側にあり、かつ、信号電子５の検出を妨げない位置に低速電子用検出器３５が設置される。この低速電子用検出器３５は検出器２に含まれる薄膜付き小検出器の検出面に設置された薄膜に、試料から放出された信号電子が衝突した際に発生する、極低エネルギー電子を検出するためのものである。【００８７】
検出器２で同一平面上に構成された小検出器は、検出面が傾斜されていても各々の検出立体角は同一になるように構成される。ここで同一平面とは、検出感受面が±１ｍｍ以内ないし±５ｍｍ以内であれば同一平面内と見なし、同一検出立体角とは、検出感受面の面積にしてそのズレが５％以内ないし１０％以内であれば同一検出立体角と見なすものとする。【００８８】
検出器２における検出機構は、実施例１から実施例３と同様である。検出器Ｕ ４２の検出対象は仰角が小さく、試料２０表面の法線方向に近い角度で放出された信号電子５である。【００８９】
方位角に関する弁別検出は検出器の感受面形状および分割形状に依存し、エネルギーに関する弁別検出は薄膜付き小検出器５１の感受面に設けられる薄膜１の設置の仕方に依存し、対応する小検出器が同一の検出立体角を有する条件を満たす限り、検出器Ｕ ４２の感受面形状と分割形状は自由に変えることができる。【００９０】
本実施例では、検出器２に含まれる薄膜付き小検出器５１の検出面に設置された薄膜に、試料から放出された信号電子のうち、主に低エネルギー電子が衝突した際に発生する、極低エネルギー電子１０を検出する。図１５では信号収量を増大させる目的で検出器２を傾斜しているが、実施例１から実施例３と同様、検出器２を光軸に対して垂直に設置しても良い。ただし、光軸に対して垂直とは、角度にして±１０°以内であれば垂直と見なすものとする。【００９１】
なお、このような検出器２を含む構成は、ここまでに説明した実施例１から実施例３のいずれについても同様に適用して良い。【００９２】
本実施例によれば、実施例１と同様、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例５】
【００９３】
第５の実施例について図１６及び図１７を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【００９４】
図１６は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる走査電子顕微鏡の部分構成を示す図である。【００９５】
走査電子顕微鏡の基本構成は、大まかには第１の実施例と同様であり、図１６には試料２０と試料２０を保持する試料台２１と、対物レンズ１９−１、検出器Ｌ ４０を示す。試料は接地電位とする。対物レンズは第１の実施例と同じくアウトレンズ型であるが、セミインレンズ型やインレンズ型であっても構わない。【００９６】
本実施例では試料面は光軸に対して傾斜して設置され、検出器Ｌ ４０は光軸に対して垂直方向に設置される。ただし、光軸に対して垂直とは、角度にして±１０°以内であれば垂直と見なすものとする。【００９７】
試料２０から放出された電子の仰角の定義は第１の実施例と同様で、試料面を基準として試料面の法線方向を仰角０°と定義する。本実施例では試料２０表面に対して、仰角が０°から９０°の範囲で放出された信号電子５を検出対象とする。【００９８】
検出機構は実施例１から実施例３と同様である。したがって、方位角に関する弁別検出は検出器の感受面形状および分割形状により、エネルギーに関する弁別検出は薄膜付き小検出器の感受面に設けられる薄膜の設置の仕方により、対応する小検出器が同一の検出立体角を有する条件を満たす限り、自由に変えることができる。【００９９】
なお、このような検出方式は実施例１から実施例４のいずれについても同様に適用しても良い。【０１００】
このように検出器に対して試料を傾斜することにより、傾斜しない場合に検出できなかった、仰角０°あるいは仰角９０°に放出された反射電子を検出することが可能となる。仰角０°付近の反射電子を選択的に検出し、薄膜１によって高エネルギー成分のみをハイパス検出することによって組成情報が得られる。さらに、特定の方向に放出された仰角９０°方向に近い反射電子成分のみを選択的に検出し、薄膜１によって高エネルギー成分のみをハイパス検出することによって表面の微細な凹凸情報を強調したコントラストを得ることができる。【０１０１】
なお、本実施例では検出器Ｌ ４０を光軸に対して垂直に設置した構成で説明したが、検出器Ｌ４０を光軸に垂直に配置するのではなく、図１７のように検出器Ｌ ４０を光軸に対して傾斜して設置しても良い。【０１０２】
本実施例によれば、実施例１と同様、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、試料を傾斜することにより、仰角０°あるいは仰角９０°に放出された反射電子を検出することが可能である。
【実施例６】
【０１０３】
第６の実施例について図１８を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【０１０４】
図１８は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる走査電子顕微鏡の部分構成を示す図である。【０１０５】
走査電子顕微鏡の基本構成は、大まかには第２の実施例と同様であり、図１８には試料２０と試料２０を保持する試料台２１と、対物レンズ１９−２、検出器Ｌ ４０、検出器Ｍ ４１、および、検出器Ｕ ４２を示す。対物レンズは第２の実施例と同じくセミインレンズ型であるが、アウトレンズ型やインレンズ型であっても構わない。【０１０６】
検出器の構成は第４の実施例と類似の構成を取っており、検出器Ｌ ４０、検出器Ｍ ４１、および、検出器Ｕ ４２に関して、図１の検出器２に相当する検出器は光軸に対して垂直に設置される。ここで、光軸に対して垂直とは、角度にして±１０°以内であれば垂直と見なすものとする。低速電子検出器４５の役割は第４の実施例の低速電子検出器３５と同様であり、検出器２（４１，４２）に含まれる薄膜付き小検出器の検出面に設置された薄膜に、試料から放出された信号電子が衝突した際に発生する、極低エネルギー電子１０を検出するためのものである。【０１０７】
実施例１から実施例５では試料を接地電位として説明したが、本実施例では試料に負電圧（試料印加電圧）２３を印加する。印加する電圧は走査電子顕微鏡の装置耐圧の大きさにも依存するが、典型的には１．０ｋＶから２．５ｋＶの負電圧を印加する。負電圧を印加することによって収差を低減することができるため、特に低加速電圧での観察では、負電圧を印加しない場合と比較して分解能の点で優位となる。【０１０８】
試料２０から放出された電子の仰角の定義は第１の実施例と同様である。本実施例では試料２０表面を水平面と平行に設置した際に、仰角が０°から９０°の範囲で放出された信号電子５を検出対象とする。この時、検出器Ｌ ４０の検出対象は仰角が大きく、試料２０表面に近い角度で放出された反射電子７である。一方、検出器Ｕ ４２の検出対象は仰角が小さく、試料２０表面の法線方向に近い角度で放出された信号電子５である。検出器Ｍ ４１の検出対象は、仰角で比較した場合に検出器Ｕ ４２と検出器Ｌ ４０の間の検出立体角に含まれる信号電子５である。【０１０９】
検出機構は実施例１から実施例３と同様である。したがって、方位角に関する弁別検出は検出器の感受面形状および分割形状により、エネルギーに関する弁別検出は薄膜付き小検出器５１の感受面に設けられる薄膜の設置の仕方により、対応する小検出器が同一の検出立体角を有する条件を満たす限り、自由に変えることができる。【０１１０】
なお、本実施例では検出器Ｌ ４０、検出器Ｍ ４１、および、検出器Ｕ ４２の３つの検出器を構成に含んでいるが、いずれかが欠ける構成でも良い。【０１１１】
試料が接地電位である場合には、基本的には極低エネルギー電子は、検出器２の構成に含まれる薄膜なし小検出器５２では検出されない。しかし本実施例では、試料２０に印加された負電圧によって極低エネルギー電子も加速される。この時、薄膜なし小検出器５２では極低エネルギー電子６も検出される。このような場合であっても、薄膜付き小検出器５１のエネルギー感度を調整することによって、極低エネルギー電子および低エネルギー電子と、高エネルギー電子とを弁別して検出することができる。【０１１２】
例えば、１．５ｋＶの負電圧を印加し、加速電圧は３．０ｋＶに設定し、エネルギー感度の下限閾値が２．０ｋｅＶの半導体検出器の感受面に３０ｎｍのＡｌ薄膜１を設けることによって、薄膜付き小検出器で１．８ｋＶ以上にエネルギー感度を持たせることができるため、典型的には１．５３ｋｅＶの極低エネルギー電子および２．０ｋｅＶの低エネルギー電子は検出されず、２．５ｋｅＶの高エネルギー電子は検出される。このようにして極低エネルギー電子および低エネルギー電子は検出せず、高エネルギー電子のみを検出できる検出器となる。【０１１３】
本実施例によれば、実施例１と同様、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、試料に負電圧を印加することにより、収差を低減することができる。
【実施例７】
【０１１４】
第７の実施例について図１９及び図２０を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【０１１５】
図１９は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる走査電子顕微鏡の部分構成を示す図である。【０１１６】
走査電子顕微鏡の基本構成は、大まかには第２の実施例と同様であり、図１９には試料２０と試料２０を保持する試料台２１と、対物レンズ１９−２、検出器Ｕ ４２を示す。対物レンズは第２の実施例と同じくセミインレンズ型であるが、アウトレンズ型やインレンズ型であっても構わない。試料は接地電位または負電位を印加するいずれの場合でも良い。【０１１７】
本実施例では、検出器Ｕ ４２が薄膜付き小検出器と薄膜なし小検出器の２つの小検出器で構成されているものとして説明する。【０１１８】
図１９に示すように薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２の感受面を、各々光軸に対して垂直に配置する。ただし、光軸に対して垂直とは、角度にして±１０°以内であれば垂直と見なすものとする。この時、２つの小検出器の感受面はほぼ平行になるように配置される。【０１１９】
図２０は、図１９における薄膜付き小検出器５１、薄膜なし小検出器５２、試料２０、および、試料台２１を上斜め方向から見た図である。図２０に示すように、薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２の検出立体角は同一になるように配置する。ここで、検出立体角が同一とは、試料と検出感受面の面積で決まる立体角を比較した時に、面積の差が５％以内ないし１０％以内であれば同一検出立体角と見なすものとする。【０１２０】
検出立体角が同一であるため、実際に検出される信号電子は、実施例１から実施例３の検出器Ｕ において検出される信号電子と同等である。ここでは、検出器Ｕ ４２が薄膜付き小検出器と薄膜なし小検出器の２つのエネルギー感度の小検出器で構成されている場合について説明したが、実際にはこのような構成に限らない。【０１２１】
本実施例は、同一の検出立体角を持ち、かつ、同一平面を共有しない１対以上のエネルギー感度が異なる小検出器が存在することが条件となるため、検出器は単一の平面内にはおさまらず、複数の平面内にセグメント化された小検出器が配置される構成となる。【０１２２】
このように検出器を構成することによって、複数の検出器を配置する場合の自由度を改善することができる。図１９に示した低速電子用検出器４５は、試料から放出された極低エネルギー電子１０を検出するものである。薄膜なし小検出器５２と同一平面内に薄膜付き小検出器を配置すると立体障害となってしまうが、同一の検出立体角を維持しつつ、検出器の位置を変化できることによって、このような立体障害を回避できる。【０１２３】
なお、本実施例では１対の小検出器は共に光軸に対して垂直な配置であるものとして説明したが、本発明は同一検出立体角かつ同一平面を共有しないという条件を満たす限り、小検出器の角度は光軸に対して垂直に限定されるものではない。【０１２４】
本実施例によれば、実施例１と同様、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、小検出器５１，５２を別体とすることができ、複数の検出器を配置する場合の自由度を改善できる。
【実施例８】
【０１２５】
第８の実施例について図２１を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【０１２６】
図２１は、複数のエネルギー帯に含まれる電子を、検出器の構成要素に含まれる別々の小検出器で、同時に検出できる検出器と、検出器からの出力信号の演算処理系を備え、ハイパス検出信号、ローパス検出信号およびバンドパス検出信号を同時に出力することができる検出器の全体構成を示した図である。【０１２７】
検出器は光軸上に配置されるもので、検出器２の中心部分には一次電子線の通過孔３を備え、薄膜付き小検出器５１（５１−１、５１−２，５１−３）と薄膜なし小検出器５２
（５２−１、５２−２、５２−３）の２種類のエネルギー感度の小検出器で構成されている場合について説明する。検出感受面は同一平面上に配置され、放射状に６等分されている検出器の感受面を図２１に示す。薄膜付き小検出器の感受面に設けられる薄膜は同一材料の同一膜厚であるとする。ここで同一材料とは同一条件で成膜された薄膜であることを指し、同一膜厚とは膜厚の面内分布が全ての薄膜付き小検出器について、±１０％以内であることとする。【０１２８】
本実施例では簡単のため、同心円状には分割されていない分割形状を持つ検出器２の場合について説明する。【０１２９】
説明のため、６つの小検出器を区別する。すなわち、図２１の検出器２について、反時計回りに薄膜付き小検出器Ａ ５１−１、薄膜なし小検出器Ａ ５２−１、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２、薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２、薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３、薄膜なし小検出器Ｃ ５２−３が配置されている構成とする。さらに説明の便宜上、対称軸ｌ、ｍ、ｎを図２１の通りに定める。【０１３０】
各小検出器からの出力信号は、各々別々に増幅器８０に入力され、各増幅器８０からの出力結果は信号演算処理系８１に入力され、信号演算の結果として得られる信号は、図示しない画像表示端末に映し出すことができる構成となっている。信号演算処理系８１における演算処理内容は、各増幅器からの出力信号の定数倍の演算と、任意の２つの信号の加算および減算を行う能力を有する。なお、増幅器８０は特に理由がない限りは、全て同種の増幅器を設置し、各増幅器のゲイン（増倍率）とオフセット（零点）は全て同じ値に設定されている。なお、本実施例では各小検出器がそれぞれ増幅器８０を備える構成とした。【０１３１】
本実施例では、簡略化のため、信号電子５が方位角方向に一様に試料から放出するものと考える。【０１３２】
本実施例に示した検出器は、検出器立体角が同一の小検出器からの出力信号に関して、その差分信号を信号処理系８１で演算し出力することによってローパス検出信号あるいはバンドパス検出信号を取得するものであるが、本実施例のように対称性の高い感受面形状で小検出器が配置されている場合は、差分信号演算を行う際に、複数の小検出器の組み合わせが考えられる。ただし、検出立体角が同一とは、試料と検出感受面の面積で決まる立体角を比較した時に、面積の差が５％以内ないし１０％以内であれば同一検出立体角と見なすものとする。【０１３３】
まず、検出立体角が同一である２つで１対の小検出器について、差分信号を演算しローパス検出信号を取得する方法について述べる。【０１３４】
対称軸ｌに関して線対称な配置にある、小検出器について差分信号を取得する場合について述べる。すなわち、薄膜付き小検出器Ａ ５１−１と薄膜なし小検出器Ｃ ５２−３が対応し、薄膜なし小検出器Ａ ５２−１と薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３が対応し、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２と薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２が対応する。【０１３５】
上記の組み合わせで、薄膜付き小検出器の出力信号を適切に定数倍した信号を、薄膜なし小検出器の出力信号から減算することによって、薄膜にて遮断された電子の信号に由来する検出信号を得ることができる。ここで、上記の適切な定数倍の乗数は、加速電圧と薄膜の膜厚によって決まる。このような信号演算処理を信号演算処理系８１にて演算し、その信号を出力する。【０１３６】
以上の組み合わせで出力された信号を取得すれば、ローパスエネルギー弁別かつ方位角弁別された検出信号を取得できる。なお、各々の組み合わせにおける薄膜付き小検出器からの出力信号はハイパスエネルギー弁別検出信号に対応しており、１つの検出器で同時に、同一立体角におけるローパス検出画像とハイパス検出画像が得られる。【０１３７】
以下、対称軸ｌの場合と同様にして、検出立体角が対応している小検出器からの出力信号について演算処理を行う。【０１３８】
対称軸ｍに関して線対称な配置にある、小検出器について差分信号を取得する場合について述べる。すなわち、薄膜なし小検出器Ａ ５２−１と薄膜付き小検出器Ａ ５１−１が対応し、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２と薄膜付き小検出器Ｃ ５２−３が対応し、薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２と薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３が対応する。各々の対応する差分信号を、対称軸がｌの場合と同様に信号演算処理系８１にて演算し、その結果を出力する。【０１３９】
対称軸ｎに関して線対称な配置にある、小検出器について差分信号を取得する場合について述べる。すなわち、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２と薄膜なし小検出器Ａ ５２−１が対応し、薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２と薄膜付き小検出器Ａ ５１−１が対応し、薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３と薄膜なし小検出器Ｃ ５２−３が対応する、各々の対応する差分信号を、対称軸がｌの場合と同様に信号演算処理系８１にて演算し、その結果を出力する。【０１４０】
検出器中心部の通過孔３に関して点対称な配置にある、小検出器について差分信号を取得する場合は、薄膜付き小検出器Ａ ５１−１と薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２が対応し、薄膜なし小検出器Ａ ５２−１と薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３が対応し、薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２と薄膜なし小検出器Ｃ ５２−３が対応する。各々の対応する差分信号を、対称軸がｌの場合と同様に信号演算処理系８１にて演算し、その結果を出力する。【０１４１】
２つで１対の小検出器からの出力信号の差分信号を演算した結果、信号収量が足りない場合には、複数の小検出器の対での出力信号を加算することが可能である。すなわち、検出立体角が対応している小検出器の対について、同一の小検出器を共有しない限りにおいて、上記の組み合わせから２種類以上の小検出器の対を選択する。すなわち、小検出器の組み合わせから２つ以上の薄膜付き小検出器の検出信号を全て加算し、２つ以上の薄膜なし小検出器の検出信号を全て加算する。その上で、上記の１つの薄膜付き小検出器と１つの薄膜なし小検出器で検出する場合と同様にして、加算された薄膜付き小検出器の全出力信号を適切に定数倍した信号を、加算された薄膜なし小検出器の全出力信号から減算することによって、薄膜にて遮断された電子の信号に由来する検出信号を得ることができる。【０１４２】
例えば、加算された薄膜付き小検出器の全出力信号として、３つの薄膜付き小検出器と３つの薄膜なし小検出器で３対の小検出器の対について、信号演算を行う場合について説明する。すなわち、薄膜付き小検出器Ａ ５１−１と薄膜付き小検出器Ｃ ５１−３と薄膜付き小検出器Ｂ ５１−２の信号を全て加算し、薄膜なし小検出器Ｃ ５２−３と薄膜なし小検出器Ａ ５２−１と薄膜なし小検出器Ｂ ５２−２の出力信号を全て加算する。加算された薄膜付き小検出器５１の全出力信号を適切に定数倍した信号を、加算された薄膜なし小検出器５２の全出力信号から減算することによって、薄膜にて遮断された電子の信号に由来する検出信号を得ることができる。  
このように検出面が方位角方向に偶数個に等分割されており、かつ、互い違いに薄膜付き小検出器５１と薄膜なし小検出器５２が配置され、かつ、薄膜付き小検出器のエネルギー感度が全て同一である場合には、薄膜付き小検出器５１の全信号を加算したものを適切に定数倍して、薄膜なし小検出器の全信号を加算したものから減算することによって、方位角方向に放出電子の偏りがある場合であっても、検出画像に現れる陰影の影響を抑制できるメリットがある。ただし、このような演算を行った場合には、方位角方向の角度弁別検出はできない。【０１４３】
なお、本実施例では、円形の検出面を方位角方向に６等分し、中心角が６０°の小検出器の集合の場合を例にとって説明したが、同心円状にも分割され、仰角方向にも角度弁別検出機能を備える検出器や、方位角方向の弁別検出を細かく行うために、放射状の分割がより細かい検出器であっても構わない。【０１４４】
なお、このような検出器２を含む構成は、ここまでに説明した実施例１〜実施例６のいずれについても同様に適用して良い。ただし、上記のような信号演算処理を構成に含む検出器で電子を検出する場合には、検出立体角が同一の対応する小検出器に関して、感受面に到達する電子の収量が両者でほぼ同一であることが前提となるため、光軸に対して非対称な場がかかっていない状態であることが条件となる。【０１４５】
本実施例に示す信号演算処理系を持つ検出器を用いることによって、ハイパスフィルタ信号、に加えてローパスフィルタ信号またはバンドパスフィルタ信号を取得することができる。【０１４６】
本実施例によれば、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。
【実施例９】
【０１４７】
第９の実施例について図２２を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【０１４８】
図２２は、本実施例に係る走査電子顕微鏡で用いる検出器の、検出エネルギー帯の可変機構を示す。【０１４９】
薄膜なし小検出器を含む、膜厚または材料の異なる様々な薄膜付き小検出器９０について、それらのエネルギー感度が異なったものの種類が複数、長方形の板状検出器ホルダ９１に固定されている。検出器ホルダ９１の下面は一次電子線４に対して垂直に配置される。一次電子線４が中心孔３を通過できる位置に、直線導入器によりリトラクタブル式に抜き差しして各小電子検出器を固定できる機構となっている。【０１５０】
このような構成にすることによって、信号電子５に含まれる低エネルギー電子と高エネルギー電に対するエネルギー感度の閾値を、所望の値に設定することが可能となる。【０１５１】
図２２では図２に示した感受面の分割方法が示されているが、図２〜図８またはそれに準ずる感受面形状を持つものであればいずれの形状でも構わない。【０１５２】
なお、このように検出器２を変更する方式は、ここまでの実施例１〜実施例７のいずれについても同様に適用して良い。【０１５３】
本実施例によれば、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、エネルギー感度の異なる検出器を複数有する検出器ホルダを用いることにより、エネルギー感度の閾値を所望の値に設定することができる。
【実施例１０】
【０１５４】
第１０の実施例について図２３を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項はそれと同様である。【０１５５】
図２３は本発明の第１０の実施例であり、本発明による走査電子顕微鏡における検出器の、検出エネルギー帯の可変機構を示す。【０１５６】
薄膜なし小検出器を含む、膜厚または材料の異なる様々な薄膜付き小検出器９０について、それらのエネルギー感度が異なったものの種類が複数、円盤または扇形の検出器ホルダ９１に固定されている。検出器ホルダ９１の下面は一次電子線に対して垂直に配置される。一次電子線４が中心孔３を通過できる位置に、リボルバー式に切り替えて確証電子検出器を固定できる機構となっている。【０１５７】
このような構成にすることによって、信号電子５に含まれる低エネルギー電子と高エネルギー電に対するエネルギー感度の閾値を、所望の値に設定することが可能となる。【０１５８】
図２３では図２に示した感受面の分割方法が示されているが、図２〜図８またはそれに準ずる感受面形状を持つものであればいずれの形状でも構わない。【０１５９】
なお、このように検出器２を変更する方式は、ここまでの実施例１〜実施例７のいずれについても同様に適用して良い。【０１６０】
本実施例によれば、複数のエネルギー帯に弁別して荷電粒子信号を検出すると共に、それらを用いてエネルギー帯毎の高解像度画像を得ることのできる荷電粒子線装置を提供することができる。また、エネルギー感度の異なる検出器を複数有する円盤状又は扇形の検出器ホルダを用いることにより、実施例９に比べて限られたスペースでエネルギー感度の閾値を所望の値に設定することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１…薄膜、  
２…電子検出器、  
３…中心孔、  
４…一次電子線、  
５…信号電子、  
６…極低エネルギー電子（〜数ｅＶ）、  
７…反射電子（〜数ｋｅＶ）、  
８…低エネルギー反射電子、  
９…高エネルギー反射電子、  
１０…反射電子が薄膜に衝突して発生した極低エネルギー電子、  
１１…電子光学鏡筒、  
１２…電子銃、  
１３…加速電極、  
１４…コンデンサレンズ、  
１４−１…第一コンデンサレンズ、  
１４−２…第二コンデンサレンズ、  
１５…コンデンサレンズ下の収束点、  
１５−１…第一コンデンサレンズ下の収束点、  
１５−２…第二コンデンサレンズ下の収束点、  
１６…アパーチャ、  
１７…二段走査偏向器、  
１９…対物レンズ、  
１９−１…アウトレンズ型の対物レンズ、  
１９−２…セミインレンズ型の対物レンズ、  
１９−３…インレンズ型の対物レンズ、  
２０…試料、  
２１…試料台、  
２２…試料室、  
２３…試料印加電圧、  
３５…低速電子用検出器、  
４０…検出器Ｌ、  
４１…検出器Ｍ、  
４２…検出器Ｕ、  
５１…膜付き小検出器、  
５１−１…膜付き小検出器Ａ、  
５１−２…膜付き小検出器Ｂ、  
５１−３…膜付き小検出器Ｃ、  
５１−４…膜付き小検出器Ｄ、  
５１−５…膜付き小検出器Ｅ、  
５１−６…膜付き小検出器Ｆ、  
５２…膜なし小検出器、  
５２−１…膜なし小検出器Ａ、  
５２−２…膜なし小検出器Ｂ、  
５２−３…膜なし小検出器Ｃ、  
５２−４…膜なし小検出器Ｄ、  
５２−５…膜なし小検出器Ｅ、  
５２−６…膜なし小検出器Ｆ、  
６０１…小検出器Ａの薄膜の材料、  
６０２…小検出器Ｂの薄膜の材料、  
７０１…小検出器Ａの薄膜の膜厚、  
７０２…小検出器Ｂの薄膜の膜厚、  
８０…増幅器、  
８１…信号処理系、  
９０…薄膜なし小検出器を含む、膜厚または材料の異なる様々な薄膜付き小検出器、  
９１…検出器ホルダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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