(57)【要約】【課題】電子を選択して検出し、画像を取得することができる走査荷電粒子顕微鏡を提供する。【解決手段】走査荷電粒子顕微鏡１００は、荷電粒子線Ｅ１を発生させる荷電粒子線源１と、荷電粒子線源１から放出される荷電粒子線Ｅ１を集束して、試料Ｓに照射させるための対物レンズ６と、対物レンズ６により集束された荷電粒子線Ｅ１を、試料Ｓ上で走査するための走査偏向器４と、荷電粒子線Ｅ１が照射されることにより試料Ｓから放出された電子のうち、所与の放出角で放出された電子を選別する選別部１０と、偏向場を発生させて、選別部１０により選別された電子Ｅ２を、該電子Ｅ２のエネルギーに応じて偏向させる偏向部２０と、偏向部２０で偏向された電子Ｅ２を検出する検出部３０と、検出部３０の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部４４と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出された前記荷電粒子線を集束して、試料に照射させるための対物レンズと、
前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を、前記試料上で走査するための走査偏向器と、
前記荷電粒子線が照射されることにより前記試料から放出された電子のうち、所与の放出角で放出された電子を選別する選別部と、
偏向場を発生させて、前記選別部により選別された電子を、該電子のエネルギーに応じて偏向させる偏向部と、
前記偏向部で偏向された電子を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を含む、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記選別部は、前記荷電粒子線を通過させるための貫通孔と、前記所与の放出角で放出された電子を通過させるためのスリットと、を有する板状部材である、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記偏向部は、前記選別部により選別された電子の経路に静電場を発生させる電極を有し、
前記静電場より前記偏向場が形成される、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記検出部は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の検出領域を有している、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４において、
前記複数の検出領域の各々は、前記荷電粒子線の光軸を中心とするリング状である、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記検出部は、
前記荷電粒子線の光軸を中心として半径方向に延出する第１の一次元検出器と、
前記荷電粒子線の光軸に対して、前記第１の一次元検出器と対称に配置された第２の一次元検出器と、
を有し、
前記半径方向は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向である、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記検出部は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の半導体検出器を有し、
前記半導体検出器には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加される、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項８】
請求項７において、
前記半導体検出器における電子のエネルギーごとの増幅率に基づいて、前記半導体検出
器の検出結果から電子量を算出する演算部を含み、
前記画像生成部は、前記電子量に基づいて画像を生成する、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項９】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出された前記荷電粒子線を集束して、試料に照射させるための対物レンズと、
前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を、前記試料上で走査するための走査偏向器と、
前記荷電粒子線が照射されることにより前記試料から放出された電子を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を含み、
前記検出部は、電子を検出する半導体検出器を有し、
前記半導体検出器には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加される、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項１０】
試料上で荷電粒子線を走査し、該試料から放出された電子を検出して、画像を取得する画像取得方法であって、
前記試料から放出された電子のうち、所与の放出角で放出された電子を選別し、
偏向場を発生させて、上記により選別された電子を、電子のエネルギーに応じて偏向させ、
上記により偏向された電子を検出し、検出結果に基づいて画像を生成する、画像取得方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記所与の放出角で放出された電子を選別する際には、前記荷電粒子線を通過させるための貫通孔と、前記所与の放出角で放出された電子を通過させるためのスリットと、を有する板状部材を用いて行われる、画像取得方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、
電子を該電子のエネルギーに応じて偏向させる際には、前記所与の放出角で選別された電子の経路に静電場を発生させることにより行われる、画像取得方法。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
偏向された電子を検出する際には、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の検出領域を有する検出器を用いて行われる、画像取得方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記複数の検出領域の各々は、前記荷電粒子線の光軸を中心とするリング状である、画像取得方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４のいずれか１項において、
偏向された電子を検出する際には、
前記荷電粒子線の光軸を中心として半径方向に延出する第１の一次元検出器と、
前記荷電粒子線の光軸に対して、前記第１の一次元検出器と対称に配置された第２の一次元検出器と、
を用いて行われ、
前記半径方向は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向である、画像取得方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
偏向された電子を検出する際には、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の半導体検出器を用いて行われ、
前記半導体検出器には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加される、画像取得方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
検出結果に基づいて画像を生成する際には、前記半導体検出器における電子のエネルギーごとの増幅率に基づいて、前記半導体検出器の検出結果から電子量を算出し、前記電子量に基づいて画像を生成する、画像取得方法。
【請求項１８】
試料上で荷電粒子線を走査し、該試料から放出された電子を検出して、画像を取得する画像取得方法であって、
前記試料から放出された電子を、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加された半導体検出器で検出し、該半導体検出器の検出結果に基づいて画像を生成する、画像取得方法。
【請求項１９】
試料から放出された電子を検出する電子検出方法であって、
前記試料から放出された電子を、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加された半導体検出器で検出する、電子検出方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記試料から電子を放出させる方法として、荷電粒子線を前記試料上に照射する、電子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査荷電粒子顕微鏡、画像取得方法、および電子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査荷電粒子顕微鏡として、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。
【０００３】
走査電子顕微鏡では、電子銃から得られた電子線は、対物レンズで細く絞られ、偏向コイルによって偏向されて試料に入射する。試料に入射した電子線は、試料内で散乱される。この散乱によって、試料から電子が放出される。放出される電子は、試料組成や形状によって、エネルギー、放出角、放出量が異なる。そのため、電子線を走査しながら、放出された電子を電子検出器で検出することによって、試料組成や形状を反映した走査電子像が得られる。
【０００４】
このような走査電子顕微鏡において、電子を検出する電子検出器として、例えば、ＥＴ検出器（Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）や半導体検出器が知られている。
【０００５】
ＥＴ検出器は、シンチレーターに高電圧を印加し、試料から放出された電子をその電位で引き寄せながら加速させてシンチレーターに入射させ、光を発生させる。発生した光は、光電子増倍管で電子に変換されて増幅され、電気信号として検出される。
【０００６】
また、半導体検出器は、ＰＮ接合の半導体に試料から放出された電子を直接入射させる。入射した電子によってＰＮ接合部ではキャリアが発生し、該キャリアを電流信号として検出する。
【０００７】
また、例えば、特許文献１には、反射電子や二次電子等の信号電子のエネルギー分布を検出することができる検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−４９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、走査電子顕微鏡において、同一試料を観察した場合でも個々の装置によって得られる走査電子像が異なるという問題がある。これは、装置ごとに半導体検出器の設置位置が異なり、検出する電子のエネルギーや放出角が異なってしまうことが原因の１つである。そのため、検出電子のエネルギーや放出角等の条件を選択して画像を取得することができる走査荷電粒子顕微鏡が望まれている。例えば、上述した特許文献１の走査電子顕微鏡では、試料から放出された電子のエネルギーは選択することができても、放出された電子の放出角までは選択できない。
【００１０】
本発明は、このような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、電子を選択して検出し、画像を取得することができる走査荷電粒子顕微鏡、画像取得方法、および電子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡は、
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出される前記荷電粒子線を集束して、試料に照射させるための対物レンズと、
前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を、前記試料上で走査するための走査偏向器と、
前記荷電粒子線が照射されることにより前記試料から放出された電子のうち、所与の放出角で放出された電子を選別する選別部と、
偏向場を発生させて、前記選別部により選別された電子を、該電子のエネルギーに応じて偏向させる偏向部と、
前記偏向部で偏向された電子を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を含む。
【００１２】
このような走査荷電粒子顕微鏡によれば、試料から放出される電子の放出角、および電子のエネルギーを選択して検出し、選択された放出角およびエネルギーの電子の検出量に基づいて、画像を生成することができる。
【００１３】
（２）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記選別部は、前記荷電粒子線を通過させるための貫通孔と、前記所与の放出角で放出された電子を通過させるためのスリットと、を有する板状部材であってもよい。
【００１４】
（３）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記偏向部は、前記選別部により選別された電子の経路に静電場を発生させる電極を有し、
前記静電場より前記偏向場が形成されてもよい。
【００１５】
（４）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記検出部は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の検出領域を有してもよい。
【００１６】
（５）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記複数の検出領域の各々は、前記荷電粒子線の光軸を中心とするリング状であってもよい。
【００１７】
（６）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記検出部は、
前記荷電粒子線の光軸を中心として半径方向に延出する第１の一次元検出器と、
前記荷電粒子線の光軸に対して、前記第１の一次元検出器と対称に配置された第２の一次元検出器と、
を有し、
前記半径方向は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向であってもよい。
【００１８】
（７）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記検出部は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の半導体検出器を有し、
前記半導体検出器には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加されてもよい。
【００１９】
（８）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記半導体検出器における電子のエネルギーごとの増幅率に基づいて、前記半導体検出器の検出結果から電子量を算出する演算部を含み、
前記画像生成部は、前記電子量に基づいて画像を生成してもよい。
【００２０】
（９）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡は、
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出された前記荷電粒子線を集束して、試料に照射させるための対物レンズと、
前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を、前記試料上で走査するための走査偏向器と、
前記荷電粒子線が照射されることにより前記試料から放出された電子を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を含み、
前記検出部は、電子を検出する半導体検出器を有し、
前記半導体検出器には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加される。
【００２１】
このような走査荷粒子顕微鏡によれば、半導体検出器に、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加されるため、エネルギーの低い二次電子を加速させて半導体検出器に入射させることができる。したがって、エネルギーの低い二次電子を検出して、画像を取得することができる。
【００２２】
（１０）本発明に係る画像取得方法は、
試料上で荷電粒子線を走査し、該試料から放出された電子を検出して、画像を取得する画像取得方法であって、
前記試料から放出された電子のうち、所与の放出角で放出された電子を選別し、
偏向場を発生させて、上記により選別された電子を、電子のエネルギーに応じて偏向させ、
上記により偏向された電子を検出し、検出された検出結果に基づいて画像を生成する。
【００２３】
このような画像取得方法によれば、試料から放出される電子の放出角、および電子のエネルギーを選択して検出し、選択された放出角およびエネルギーの電子の検出量に基づいて、画像を生成することができる。
【００２４】
（１１）本発明に係る画像取得方法において、
前記所与の放出角で放出された電子を選別する際には、前記荷電粒子線を通過させるための貫通孔と、前記所与の放出角で放出された電子を通過させるためのスリットと、を有する板状部材を用いて行われてもよい。
【００２５】
（１２）本発明に係る画像取得方法において、
電子を該電子のエネルギーに応じて偏向させる際には、前記所与の放出角で選別された電子の経路に静電場を発生させることにより行われてもよい。
【００２６】
（１３）本発明に係る画像取得方法において、
偏向された電子を検出する際には、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の検出領域を有する検出器を用いて行われてもよい。
【００２７】
（１４）本発明に係る画像取得方法において、
前記複数の検出領域の各々は、前記荷電粒子線の光軸を中心とするリング状であってもよい。
【００２８】
（１５）本発明に係る画像取得方法において、
偏向された電子を検出する際には、
前記荷電粒子線の光軸を中心として半径方向に延出する第１の一次元検出器と、
前記荷電粒子線の光軸に対して、前記第１の一次元検出器と対称に配置された第２の一次元検出器と、
を用いて行われ、
前記半径方向は、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向であってもよい。
【００２９】
（１６）本発明に係る画像取得方法において、
偏向された電子を検出する際には、前記偏向場で偏向される電子の偏向方向に配列された複数の半導体検出器を用いて行われ、
前記半導体検出器には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加されてもよい。
【００３０】
（１７）本発明に係る画像取得方法において、
検出結果に基づいて画像を生成する際には、前記半導体検出器における電子のエネルギーごとの増幅率に基づいて、前記半導体検出器の検出結果から電子量を算出し、前記電子量に基づいて画像を生成してもよい。
【００３１】
（１８）本発明に係る画像取得方法は、
試料上で荷電粒子線を走査し、該試料から放出された電子を検出して、画像を取得する画像取得方法であって、
前記試料から放出された電子を、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加された半導体検出器で検出し、該半導体検出器の検出結果に基づいて画像を生成する。
【００３２】
このような画像取得方法によれば、半導体検出器に、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加されるため、エネルギーの低い二次電子を加速させて半導体検出器に入射させることができる。したがって、エネルギーの低い二次電子を検出して、画像を取得することができる。
【００３３】
（１９）本発明に係る電子検出方法は、
試料から放出された電子を検出する電子検出方法であって、
前記試料から放出された電子を、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加された半導体検出器で検出する。
【００３４】
このような電子検出方法によれば、半導体検出器に、二次電子を検出するための二次電子検出電圧が印加されるため、エネルギーの低い二次電子を加速させて半導体検出器に入射させることができる。したがって、エネルギーの低い二次電子を半導体検出器によって検出することができる。
【００３５】
（２０）本発明に係る電子検出方法において、
前記試料から電子を放出させる方法として、荷電粒子線を前記試料上に照射する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【図２】第１実施形態の電子角度選別部を模式的に示す図。
【図３】放出角θを説明するための図。
【図４】第１実施形態の電子角度選別部（低角用スリット）、電子偏向部、電子検出部を模式的に示す図。
【図５】第１実施形態の電子角度選別部（高角用スリット）、電子偏向部、電子検出部を模式的に示す図。
【図６】第１実施形態の電子角度選別部（中角用スリット）、電子偏向部、電子検出部を模式的に示す図。
【図７】第１実施形態の電子検出部を模式的に示す図。
【図８】第１実施形態の走査荷電粒子顕微鏡で取得できる走査電子像の一例を示す図。
【図９】第１実施形態の走査荷電粒子顕微鏡で取得できる走査電子像の一例を示す図。
【図１０】第１実施形態の第１変形例に係る電子角度選別部を模式的に示す図。
【図１１】第１実施形態の第１変形例に係る電子角度選別部を模式的に示す図。
【図１２】第１実施形態の第２変形例に係る電子角度選別部を模式的に示す図。
【図１３】第１実施形態の第２変形例に係る電子角度選別部を模式的に示す図。
【図１４】第１実施形態の第３変形例に係る電子検出部を模式的に示す図。
【図１５】第１実施形態の第４変形例に係る電子検出部を模式的に示す図。
【図１６】第１実施形態の第５変形例に係る電子検出部を模式的に示す図。
【図１７】第２実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【図１８】第２実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の電子検出部を示す回路図。
【図１９】アイソレーションアンプに入力される信号Ｓ１を示すグラフ。
【図２０】アイソレーションアンプから出力される信号Ｓ２を示すグラフ。
【図２１】第２実施形態の第１変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【図２２】第２実施形態の第１変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の電子検出部を模式的に示す図。
【図２３】シリコンフォトダイオードの増幅率と電子エネルギーとの関係を示すグラフ。
【図２４】第２実施形態の第２変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の電子検出部を模式的に示す断面図。
【図２５】第２実施形態の第３変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の電子検出部を模式的に示す断面図。
【図２６】パッケージ内に半導体検出器を配置しなかった場合の電子の軌道を示す図。
【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．  走査荷電粒子顕微鏡の構成
まず、第１実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成について、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荷電粒子顕微鏡１００の構成を示す図である。
【００３９】
走査荷電粒子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源（荷電粒子線源）１と、集束レンズ２と、走査偏向器４と、対物レンズ６と、試料ステージ８と、センターパイプ９と、電子角度選別部（選別部）１０と、電子偏向部（偏向部）２０と、電子検出部（検出部）３０と、処理部４０と、表示部５０と、操作部５２と、記憶部５４と、を含んで構成されている。
【００４０】
走査荷電粒子顕微鏡１００は、試料Ｓ上で荷電粒子線Ｅ１を走査し、荷電粒子線Ｅ１が試料Ｓ内で散乱されることによって試料Ｓから放出される電子Ｅ２を検出して、画像（走
査電子像）を取得する。ここでは、走査荷電粒子顕微鏡１００が、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である場合について説明する。
【００４１】
電子線源１は、電子線（一次電子線）Ｅ１を発生させる。電子線源１は、例えば、公知の電子銃であり、陰極から放出された電子を陽極で加速して電子線Ｅ１を放出する。電子線源１として用いられる電子銃は、特に限定されず、例えば、熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。電子線源１には、駆動部１ａから、陰極から放出された電子を加速するための加速電圧が供給される。加速電圧は、例えば、１〜３ｋＶである。電子線源１から放出された電子線Ｅ１は、走査荷電粒子顕微鏡１００の光軸Ｚに沿って進行する。
【００４２】
集束レンズ２は、電子線源１の後段（電子線Ｅ１の下流側）に配置されている。集束レンズ２は、電子線Ｅ１を集束させるためのレンズである。
【００４３】
走査偏向器（走査コイル）４は、集束レンズ２の後段に配置されている。走査偏向器４は、集束レンズ２および対物レンズ６で集束された電子線Ｅ１を試料Ｓ上で走査するための電磁コイルである。走査偏向器４は、電子線Ｅ１を偏向させることで、電子線Ｅ１を試料Ｓ上で走査することができる。走査偏向器４は、走査信号生成部４１で生成された走査信号に基づいて、電子線Ｅ１の走査を行う。
【００４４】
対物レンズ６は、走査偏向器４の後段に配置されている。対物レンズ６は、電子線Ｅ１を集束して、試料Ｓに照射するためのレンズである。
【００４５】
試料ステージ８は、試料Ｓを保持し、試料Ｓを移動させることができる。試料ステージ８は、例えば、試料Ｓの水平移動、上下移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる。
【００４６】
電子線源１、集束レンズ２、走査偏向器４、対物レンズ６、試料ステージ８は、それぞれ対応する駆動部１ａ，２ａ，４ａ，６ａ，８ａによって、駆動制御される。各駆動部１ａ，２ａ，４ａ，６ａ，８ａは、バスライン７０に接続されており、バスライン７０を介して、制御部４５から駆動信号が供給される。各駆動部１ａ，２ａ，４ａ，６ａ，８ａは、供給された駆動信号に基づいて、電子線源１、集束レンズ２、走査偏向器４、対物レンズ６、試料ステージ８の駆動を行う。
【００４７】
電子角度選別部１０は、電子線Ｅ１が試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから放出された電子（例えば二次電子や反射電子）Ｅ２のうち、所与の放出角で放出された電子を選別する。
【００４８】
図２は、電子角度選別部１０を模式的に示す図である。なお、図２は、電子角度選別部１０を電子線Ｅ１の進行方向から見た図である。電子角度選別部１０は、電子線Ｅ１を通過させるための貫通孔１２と、所与の放出角で放出された電子Ｅ２を通過させるためのスリット１４と、を有する板状部材１６で構成されている。板状部材１６の材質は、例えば、金属である。板状部材１６の平面形状は、図示の例では、長方形である。
【００４９】
スリット１４は、貫通孔１２を囲むように設けられた帯状の貫通孔である。図示の例では、板状部材１６には、高角度で放出された電子Ｅ２を選別するための高角用スリット１０１と、中角度で放出された電子Ｅ２を選別するための中角用スリット１０２と、低角度で放出された電子Ｅ２を選別するための低角用スリット１０３と、が設けられている。図示の例では、板状部材１６の長辺に沿って、スリット１０１，１０２，１０３が配置されている。
【００５０】
ここで、放出角について説明する。図３は、放出角θを説明するための図である。図３に示すように、放出角θは、試料面Ｓｆに対する電子Ｅ２の放出する角度である。なお、試料面Ｓｆは、走査荷電粒子顕微鏡１００の光軸Ｚに直交する面である。
【００５１】
高角用スリット１０１は、例えば、放出角θ＝６０〜７５°の角度で放出される電子Ｅ２を選別するためのスリット１４を有している。高角用スリット１０１では、放出角θ＝６０〜７５°で放出された電子Ｅ２は、スリット１４を通過し、その他の放出角θで放出された電子Ｅ２は、板状部材１６によって遮られる。図２に示す高角用スリット１０１では、貫通孔１２とスリット１４とが一体になっている。
【００５２】
中角用スリット１０２は、例えば、放出角θ＝４０〜５０°の角度で放出される電子Ｅ２を選別するためのスリット１４を有している。中角用スリット１０２では、放出角θ＝４０〜５０°で放出された電子Ｅ２は、スリット１４を通過し、その他の放出角θで放出された電子Ｅ２は、板状部材１６によって遮られる。中角用スリット１０２では、貫通孔１２を中心とする仮想円（図示せず）に沿ってスリット１４が設けられている。
【００５３】
低角用スリット１０３は、例えば、放出角θ＝１５〜２５°の角度で放出される電子Ｅ２を選別するためのスリット１４を有している。低角用スリット１０３では、放出角θ＝１５〜２５°で放出された電子Ｅ２は、スリット１４を通過し、その他の放出角θで放出された電子Ｅ２は、板状部材１６によって遮られる。低角用スリット１０３では、貫通孔１２を中心とし、中角用スリット１０２の仮想円よりも半径の大きい仮想円（図示せず）に沿ってスリット１４が設けられている。
【００５４】
これらのスリット１０１，１０２，１０３は、切替可能に構成されており、スリット１０１，１０２，１０３を切り替えることで、所望の放出角の電子Ｅ２を選別することができる。例えば、板状部材１６を長手方向に移動させることにより、スリット１０１，１０２，１０３を切り替えることができる。スリット１０１，１０２，１０３を切り替えるための板状部材１６の移動は、手動であってもよいし、駆動部（図示せず）によって行われてもよい。
【００５５】
ここで、電子角度選別部１０では、対物レンズ６等の磁場で、電子Ｅ２の放出角が影響を受ける前に、電子Ｅ２の選別を行うことが望ましい。したがって、電子角度選別部１０は、試料Ｓの近傍に配置されることが望ましい。
【００５６】
電子偏向部２０は、偏向場を発生させて、電子角度選別部１０により選別された電子Ｅ２を、電子Ｅ２のエネルギーに応じて偏向させる。図４、図５、および図６は、電子角度選別部１０、電子偏向部２０、電子検出部３０を模式的に示す図である。なお、図４は、低角用スリット１０３を用いている場合を示し、図５は、高角用スリット１０１を用いている場合を示し、図６は、中角用スリット１０２を用いている場合を示している。なお、図４〜図６では、エネルギーの高い電子Ｅ２Ｈ（例えば反射電子）の軌道を実線で示し、エネルギーの低い電子Ｅ２Ｌ（例えば二次電子）の軌道を点線で示し、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍの軌道を破線で示している。
【００５７】
電子偏向部２０は、偏向場を発生させて、電子角度選別部１０で選別された電子Ｅ２を、該電子Ｅ２のエネルギーに応じて偏向させる。電子偏向部２０は、図示の例では、内電極２１と、外電極２２と、を含んで構成されている。内電極２１は、走査荷電粒子顕微鏡１００の光軸Ｚを中心軸とする円筒状の電極である。外電極２２は、光軸Ｚを中心軸とし、内電極２１よりも径の大きい円筒状の電極である。
【００５８】
電子偏向部２０では、駆動部２０ａ（図１参照）によって、内電極２１と外電極２２との間に電圧を印加することにより、電子Ｅ２の経路に静電場を発生させる。この電極２１，２２間の静電場によって偏向場を形成し、電子Ｅ２を偏向させることができる。ここで、図４〜図６に示すように、静電場（偏向場）によって、エネルギーの低い電子Ｅ２Ｌは大きく偏向するが、エネルギーの高い電子Ｅ２Ｈはあまり偏向しない。すなわち、電子Ｅ２は、電子Ｅ２の持つエネルギーが小さいほど、電極２１，２２間の静電場によって、大きく偏向する。なお、ここでは、電極２１，２２による静電場によって電子Ｅ２を偏向させているが、電子Ｅ２を偏向させる手法はこれに限定されない。
【００５９】
図４に示すように、低角用スリット１０３を用いた場合、電子偏向部２０では、内電極２１にプラス、外電極２２にマイナスが印加される。具体的には、電子検出部３０（検出器）に＋５００Vの電圧を印加した場合に、低角用スリット１０３を用いた場合、例えば、内電極２１に＋５００±５０Ｖ、外電極２２に−１３００±５０Ｖが印加される。なお、電子検出部３０（検出器）に印加される電圧（＋５００Ｖ）は、後述するように、低エネルギーの電子Ｅ２を加速させて検出するために印加される電圧である。内電極２１にプラス、外電極２２にマイナスが印加されることにより、エネルギーの低い電子Ｅ２ほど内電極２１側に偏向される。そのため、エネルギーが低い電子Ｅ２ほど、電子検出部３０の内電極２１側（電子検出部３０の内縁側）の検出領域３９に入射する。
【００６０】
また、図５に示すように、高角用スリット１０１を用いた場合、電子偏向部２０では、内電極２１にマイナス、外電極２２にプラスが印加される。具体的には、電子検出部３０（検出器）に＋５００Vの電圧を印加した場合に、高角用スリット１０１を用いた場合、例えば、内電極２１に−２００±５０Ｖ、外電極２２に＋５００±５０Ｖが印加される。内電極２１にマイナス、外電極２２にプラスが印加されることにより、エネルギーの低い電子Ｅ２ほど外電極２２側に偏向される。そのため、エネルギーの低い電子Ｅ２ほど、電子検出部３０の外電極２２側（電子検出部３０の外縁側）の検出領域３９に入射する。
【００６１】
このように、低角用スリット１０３を用いる場合に、図４に示すように、内電極２１にプラス、外電極２２にマイナスを印加し、高角用スリット１０１を用いた場合に、図５に示すように、内電極２１にマイナス、外電極２２にプラスを印加することにより、電子検出部３０の小型化を図ることができる。以下に、その理由について説明する。
【００６２】
例えば、低角用スリット１０３、および高角用スリット１０１を用いる場合のいずれも、内電極２１にマイナス、外電極２２にプラスを印加すると、低角用スリット１０３を用いた場合、図示はしないが、図４に示すエネルギーの高い電子Ｅ２Ｈの軌道よりも外側（外電極２２側）を、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍ、およびエネルギーの低い電子Ｅ２Ｌが進行する。高角用スリット１０１を用いた場合は、図５に示す通りである。
【００６３】
また、例えば、低角用スリット１０３、および高角用スリット１０１を用いる場合のいずれも、内電極２１にプラス、外電極２２にマイナスを印加すると、高角用スリット１０１を用いた場合、図示はしないが、図５に示すエネルギーの高い電子Ｅ２Ｈの軌道よりも内側（内電極２１側）を、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍ、およびエネルギーの低い電子Ｅ２Ｌが進行する。低角用スリット１０３を用いた場合は、図４に示す通りである。
【００６４】
このように、低角用スリット１０３を用いる場合と高角用スリット１０１を用いる場合とで、内電極２１に印加する極性、外電極２２に印加する極性を同じにすると、電子検出部３０を大きくする必要があり、電子検出部３０が大型化してしまう。これに対して、本実施形態の電子検出部３０では、このような問題が起こらない。
【００６５】
図６に示すように、中角用スリット１０２を用いた場合、電子偏向部２０では、内電極
２１にプラス、外電極２２にマイナスが印加される。具体的には、電子検出部３０（検出器）に＋５００Vの電圧を印加した場合に、中角用スリット１０２を用いた場合、例えば、内電極２１に＋３００±５０Ｖ、外電極２２に−５００±５０Ｖが印加される。内電極２１にプラス、外電極２２にマイナスが印加されることにより、エネルギーの低い電子Ｅ２ほど内電極２１側に偏向される。そのため、エネルギーが低い電子Ｅ２ほど、電子検出部３０の内電極２１側（電子検出部３０の内縁側）の検出領域３９に入射する。
【００６６】
なお、中角用スリット１０２を用いた場合、内電極２１にマイナス、外電極２２にプラスが印加されてもよい。
【００６７】
電子偏向部２０は、制御部４５によって制御される。制御部４５は、電子偏向部２０を制御するための制御信号を生成する。制御信号は、バスライン７０を介して、駆動部２０ａに送られる。駆動部２０ａは、制御信号に基づいて、電極２１，２２に電圧を印加する。
【００６８】
内電極２１の内側には、電極２１，２２間の静電場（偏向場）で電子線Ｅ１が集束・偏向等の影響を受けないように、センターパイプ９が設けられている。センターパイプ９は、導電性を有し、かつ、非磁性である。
【００６９】
電子検出部３０は、電子偏向部２０で偏向された電子Ｅ２を検出する。図７は、電子検出部３０を模式的に示す図である。
【００７０】
電子検出部３０は、図７に示すように、光軸Ｚを中心とする円板状である。電子検出部３０の中央には、電子線Ｅ１を通過させるための孔が設けられている。電子検出部３０は、位置分解能を持った検出器である。具体的には、電子検出部３０は、光軸Ｚに直交する面内の位置分解能を持った二次元検出器である。図示の例では、電子検出部３０は、内電極２１と外電極２２との間の領域を通過して、電子検出部３０に入射する電子Ｅ２の位置を、二次元的に検出することができる。すなわち、電子検出部３０は、電子Ｅ２の検出位置を特定することができる。図示の例では、電子検出部３０は、マトリックス状に配列された複数の検出領域３９を有しており、この検出領域３９ごとに電子Ｅ２を検出している。これにより、電子Ｅ２の位置およびその位置における電子Ｅ２の量を検出することができる。図示の例では、検出領域３９は、マトリックス状に配列されているが、検出領域３９の配列は、特に限定されない。また、検出領域３９の数も特に限定されない。
【００７１】
電子検出部３０は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）と、該ＭＣＰで増幅された電子によって光る蛍光板と、蛍光板を撮影するためのＣＣＤイメージセンサーとで構成された検出器であってもよい。また、電子検出部３０は、ＭＣＰと、マルチアノードと、を組み合わせた検出器であってもよい。
【００７２】
なお、電子検出部３０に用いられる検出器が、低エネルギーの電子に対して感度が低い場合、検出器にプラスの高電圧を印加してもよい。これにより、電子Ｅ２が加速されて検出器に入射するため、試料Ｓから放出した時点では低エネルギーであっても検出が可能となる。電子検出部３０には、例えば、＋５００Ｖ程度の電圧が印加される。
【００７３】
電子検出部３０に入射する電子Ｅ２は、上述したように、エネルギーに応じて電子偏向部２０で偏向される。ここで、電子偏向部２０で偏向される電子Ｅ２の偏向方向は、電子検出部３０の半径方向Ｒである。そのため、電子検出部３０において、半径方向Ｒにおける電子Ｅ２の検出位置（入射位置）が、検出される電子Ｅ２のエネルギーに対応する。すなわち、図示の例では、電子検出部３０の中心（光軸Ｚ）と電子検出部３０に入射する電子Ｅ２の検出位置との間の距離が、検出される電子Ｅ２のエネルギーに対応する。
【００７４】
電子検出部３０によって検出された電子Ｅ２の検出信号（位置情報およびその位置における検出量情報）は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部３０ａでデジタル信号に変換され、バスライン７０に出力される。
【００７５】
表示部５０は、バスライン７０を介して処理部４０から入力される表示信号に基づいて、処理部４０の処理結果等を文字やグラフその他の情報として表示するものである。表示部５０は、例えば、走査電子像生成部４４で生成された走査電子像を表示する。表示部５０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイなどである。
【００７６】
操作部５２は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、バスライン７０を介して処理部４０に送る処理を行う。操作部５２は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
【００７７】
記憶部５４は、処理部４０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部５４は、処理部４０の作業領域として用いられ、操作部５２から入力された操作信号、処理部４０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部５４は、バスライン７０に接続されている。
【００７８】
処理部４０は、記憶部５４に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理を行う。処理部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部４０は、バスライン７０に接続されている。
【００７９】
本実施形態では、処理部４０は、記憶部５４に記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する、走査信号生成部４１、検出分布配列取得部４２、配列演算部４３、走査電子像生成部４４、制御部４５として機能する。ただし、処理部４０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。
【００８０】
走査信号生成部４１は、走査信号を生成する。生成された走査信号は、バスライン７０を介して、駆動部４ａに送られる。この走査信号に基づいて、走査偏向器４は、電子線Ｅ１を偏向させて、試料Ｓ上で電子線Ｅ１を走査する。
【００８１】
検出分布配列取得部４２は、電子検出部３０で検出された電子Ｅ２の検出位置情報およびその位置における検出量情報を取得する。検出分布配列取得部４２は、電子検出部３０の検出信号から、これらの情報を取得する。検出分布配列取得部４２は、電子Ｅ２の検出位置情報および検出量情報に基づいて、検出分布配列Ｉｄｉｊを作成する。
【００８２】
ここで、検出分布配列Ｉｄｉｊは、電子Ｅ２の検出位置と、その検出位置における検出量を対応付けた配列である。具体的には、検出分布配列Ｉｄｉｊは、電子Ｅ２が検出された検出領域３９の位置と、該検出領域３９における検出量とを対応付けた配列である。ｉｊは、要素の場所を表す。すなわち、ｉｊは、電子Ｅ２の検出領域３９の位置を表す。
【００８３】
配列演算部４３は、指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄを算出する。具体的には、配列演算部４３は、領域指定配列Ｉａｉｊで検出領域３９を指定し、検出分布配列Ｉｄｉｊから、領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄを求める。
【００８４】
ここで、領域指定配列Ｉａｉｊは、検出分布配列Ｉｄｉｊから、検出量の情報を得る検
出領域３９を指定するための配列である。領域指定配列Ｉａｉｊのサイズは、検出分布配列Ｉｄｉｊと同じであり、要素の値は０と１で構成される。検出量の情報を得る検出領域３９は「１」、除外する検出領域３９は「０」の値が入力される。領域指定配列Ｉａｉｊを用いることで、検出分布配列Ｉｄｉｊの要素（検出量）から、所定の検出領域３９で検出された要素（検出量）を抽出することができる。
【００８５】
領域指定配列Ｉａｉｊは、記憶部５４にあらかじめ複数記憶されており、例えば、電子Ｅ２のエネルギー範囲に応じて、ユーザーが選択可能となっている。また、より細かい領域を指定する場合には、検出分布配列Ｉｄｉｊを、ユーザーがわかりやすい形式（例えば画像やグラフ）で表示部５０に表示し、ユーザーは、それを確認しながら、領域指定配列Ｉａｉｊを設定してもよい。
【００８６】
配列演算部４３は、下記式（１）の計算を行うことで、検出分布配列Ｉｄｉｊから、領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄを算出する。
【００８７】
【数１】
2014225354.tif 000003
【００８８】
これにより、領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄを求めることができる。すなわち、同じエネルギー範囲の電子Ｅ２の合計の検出量ｓｄを求めることができる。
【００８９】
なお、例えば、複数の領域指定配列Ｉａｉｊを指定することにより、配列演算部４３は、同時に、複数の領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９の各々について、すなわち、複数のエネルギー範囲の各々について、検出量ｓｄを求めることができる。
【００９０】
走査電子像生成部４４は、検出量ｓｄと走査信号（走査量）に基づいて、走査電子像を生成する。これにより、所定のエネルギー範囲の電子Ｅ２の検出量に基づいて生成された走査電子像が得られる。
【００９１】
制御部４５は、電子線源１、集束レンズ２、走査偏向器４、対物レンズ６、試料ステージ８、および電子偏向部２０を制御するための制御信号を生成する処理を行う。
【００９２】
１．２．  走査荷電粒子顕微鏡の動作
次に、走査荷電粒子顕微鏡の動作について説明しつつ、本実施形態の画像取得方法について説明する。
【００９３】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、電子線源１から電子線（一次電子線）Ｅ１が所定の加速電圧で加速されて放出されると、放出された電子線Ｅ１は、集束レンズ２、および対物レンズ６によるレンズ作用によって、細く集束される。これにより、試料Ｓ上には、集束された電子線Ｅ１（電子プローブ）が照射される。ここで、走査偏向器４には、駆動部４ａを介して走査信号生成部４１で生成された走査信号が入力される。走査偏向器４は、走査信号に基づいて、電子線Ｅ１を偏向させ、電子線Ｅ１（電子プローブ）で試料Ｓ上を走査する。
【００９４】
電子線Ｅ１は、走査偏向器４によって偏向され、試料Ｓ上において指定された位置に入射する。試料Ｓに入射した電子線Ｅ１は、試料Ｓ内で散乱される。この散乱によって、試
料Ｓから電子（例えば二次電子や反射電子）Ｅ２が放出される。ここで、試料Ｓから放出される電子Ｅ２は、試料組成や形状等によって、放出角θ（図３参照）やエネルギー、放出量が異なる。
【００９５】
そのため、走査荷電粒子顕微鏡１００では、まず、電子角度選別部１０によって、試料Ｓから放出された電子Ｅ２のうち、所与の放出角θで放出された電子Ｅ２を選別する。具体的には、図２に示す高角用スリット１０１、中角用スリット１０２、低角用スリット１０３のなかから、１つを選択して、電子Ｅ２の経路に配置する。これにより、試料Ｓから放出された電子Ｅ２のうち、所定の放出角θで放出された電子Ｅ２はスリット１４（図４〜図６参照）を通過し、その他の放出角θの電子Ｅ２は板状部材１６によって遮られる。これにより、所与の放出角θで放出された電子Ｅ２を選別することができる。以下、図４に示す低角用スリット１０３を選択した場合について説明する。
【００９６】
次に、電子偏向部２０によって偏向場を発生させて、電子角度選別部１０によって選別された電子Ｅ２を、電子Ｅ２のエネルギーに応じて偏向させる。スリット１４を通過した電子Ｅ２は、電子Ｅ２の持つエネルギーが小さいほど、電極２１，２２間の偏向場によって、大きく偏向する。
【００９７】
次に、電子検出部３０は、電子偏向部２０によって偏向された電子Ｅ２を検出する。電子検出部３０は、二次元検出器である。
【００９８】
電子検出部３０の出力信号は、Ａ／Ｄ変換部３０ａでデジタル信号に変換されバスライン７０に入力される。電子検出部３０の出力信号には、電子Ｅ２を検出した検出領域３９の位置情報、および該検出領域３９の検出量の情報が含まれる。
【００９９】
検出分布配列取得部４２は、電子検出部３０の出力信号から、検出領域３９の位置情報および検出量情報を取得する。そして、検出分布配列取得部４２は、位置情報および検出量情報から、検出分布配列Ｉｄｉｊを作成する。
【０１００】
ここで、検出分布配列Ｉｄｉｊは、電子検出部３０の検出領域３９の位置座標を（ｉ，ｊ）で表す。一例として、ｉを、電子検出部３０の検出領域３９の円周方向の座標とし、ｊを、電子検出部３０の検出領域３９の半径方向Ｒの座標とする。例えば、図４に示す電子検出部３０が、円周方向にｎ個の検出領域３９を有し、半径方向Ｒに５個の検出領域３９を有している場合、例えば、ｉ＝１，２，３，・・・，ｎであり、ｊ＝１，２，３，４，５である。なお、ｊの数が大きくなるほど、電子検出部３０の中心（光軸Ｚ）からの距離が離れているものとする。図４の例では、エネルギーの高い電子Ｅ２Ｈは、位置（ｉ，５）で検出され、エネルギーの低い電子Ｅ２Ｌは、位置（ｉ，１）で検出され、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍは、位置（ｉ，３）で検出される。
【０１０１】
配列演算部４３は、上記式（１）の計算を行い、検出分布配列Ｉｄｉｊから、領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄを算出する。
【０１０２】
ここで、領域指定配列Ｉａｉｊは、電子検出部３０の中心（光軸Ｚ）と電子Ｅ２の検出位置との間の距離が等しい検出領域３９ごと、すなわち、同じエネルギー範囲の電子Ｅ２を検出する検出領域３９ごとに設定されている。
【０１０３】
図４に示す例では、領域指定配列Ｉａｉｊは、例えば、エネルギーの高い電子Ｅ２Ｈを検出する検出領域３９を指定する場合（第１領域指定配列）、エネルギーの低い電子Ｅ２Ｌを検出する検出領域３９を指定する場合（第２領域指定配列）、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍを検出する検出領域３９を指定する場合（第３領域指定配列）の３種類が用意さ
れている。ユーザーは、操作部５２を介して、検出したい電子Ｅ２のエネルギー範囲に応じて、領域指定配列Ｉａｉｊを選択する。
【０１０４】
具体的には、エネルギーの高い電子Ｅ２Ｈの検出領域３９を指定する第１領域指定配列Ｉａｉｊは、ｊ＝５の場合に「１」となり、ｊ≠５の場合に「０」となる。
【０１０５】
したがって、第１領域指定配列Ｉａｉｊが選択されると、上記（１）式は下記式（２）のように表される。
【０１０６】
【数２】
2014225354.tif 000004
【０１０７】
このように、第１領域指定配列Ｉａｉｊを選択することで、検出分布配列Ｉｄｉｊから、エネルギーの高い電子Ｅ２Ｈを検出する検出領域３９を指定することができる。第１領域指定配列Ｉａｉｊが選択された場合、配列演算部４３は、上記（２）式の計算を行い、検出分布配列Ｉｄｉｊから、第１領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄ５を算出する。
【０１０８】
また、エネルギーの低い電子Ｅ２Ｌの検出領域３９を指定する第２領域指定配列Ｉａｉｊは、ｊ＝１の場合に「１」となり、ｊ≠１の場合に「０」となる。
【０１０９】
したがって、第２領域指定配列Ｉａｉｊが選択されると、上記（１）式は下記式（３）のように表される。
【０１１０】
【数３】
2014225354.tif 000005
【０１１１】
このように、第２領域指定配列Ｉａｉｊを選択することで、検出分布配列Ｉｄｉｊから、エネルギーの低い電子Ｅ２Ｌを検出する検出領域３９を指定することができる。第２領域指定配列Ｉａｉｊが選択された場合、配列演算部４３は、上記（３）式の計算を行い、検出分布配列Ｉｄｉｊから、第２領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄ１を算出する。
【０１１２】
また、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍの検出領域を指定する第３領域指定配列Ｉａｉｊは、ｊ＝３の場合に「１」となり、ｊ≠３の場合に「０」となる。
【０１１３】
したがって、第３領域指定配列Ｉａｉｊが選択されると、上記（１）式は下記式（４）のように表される。
【０１１４】
【数４】
2014225354.tif 000006
【０１１５】
このように、第３領域指定配列Ｉａｉｊを選択することで、検出分布配列Ｉｄｉｊから、中間のエネルギーの電子Ｅ２Ｍを検出する検出領域３９を指定することができる。第３領域指定配列Ｉａｉｊが選択された場合、配列演算部４３は、上記（４）式の計算を行い、検出分布配列Ｉｄｉｊから、第３領域指定配列Ｉａｉｊで指定された検出領域３９での合計の検出量ｓｄ３を算出する。
【０１１６】
走査電子像生成部４４は、検出量ｓｄと走査信号（走査量）に基づいて、走査電子像を生成する。具体的には、図４に示す例では、第１領域指定配列Ｉａｉｊが選択された場合、走査電子像生成部４４は、電子Ｅ２Ｈ（反射電子）の検出量ｓｄ５を用いた走査電子像（反射電子像）を生成する。また、第２領域指定配列Ｉａｉｊが選択された場合、走査電子像生成部４４は、電子Ｅ２Ｌ（二次電子）の検出量ｓｄ１を用いた走査電子像（二次電子像）を生成する。また、第３領域指定配列Ｉａｉｊが選択された場合、走査電子像生成部４４は、電子Ｅ２Ｍの検出量ｓｄ３を用いた走査電子像を生成する。
【０１１７】
なお、走査電子像生成部４４では、複数の領域指定配列Ｉａｉｊが選択されている場合、１回のスキャン（走査）で、選択された複数の領域指定配列Ｉａｉｊに対応する複数の走査電子像を生成する。すなわち、１回のスキャン（走査）で、複数の走査電子像を生成する。
【０１１８】
なお、上述した例では、図４に示す低角用スリット１０３を選択した場合について説明したが、走査荷電粒子顕微鏡１００では、電子角度選別部１０におけるスリット１０１，１０２，１０３の選択、および電子検出部３０における検出領域３９（領域指定配列Ｉａｉｊ）の選択により、電子Ｅ２の放出角θおよびエネルギー範囲の条件の異なる種々の走査電子像を得ることができる。
【０１１９】
図８は、走査荷電粒子顕微鏡１００で取得できる走査電子像の一例を示す図である。なお、図８では、横軸が放出角θ、縦軸が電子検出部３０の検出領域３９の半径方向Ｒにおける位置を示している。また、図８では、電子検出部３０の検出領域３９が半径方向Ｒに５つに分かれているものとする。また、図８において、１つの四角が１つの走査電子像を表し、四角のなかに記載された検出量ｓｄは、その走査電子像を生成するために用いた検出量ｓｄを表す。
【０１２０】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、図８に示すように、電子角度選別部１０におけるスリット１０１，１０２，１０３の選択、および電子検出部３０における検出領域３９（領域指定配列Ｉａｉｊ）の選択により、図８に示すように、電子Ｅ２の放出角θおよびエネルギー範囲の条件の異なる種々の走査電子像（図示の例では１３種類の走査電子像）を得ることができる。
【０１２１】
また、図９は、走査荷電粒子顕微鏡１００で取得できる走査電子像の一例を示す図である。なお、図９では、横軸が放出角θ、縦軸が試料Ｓから放出された電子Ｅ２のエネルギ
ーを示している。また、図９において、１つの四角が１つの走査電子像を表し、四角のなかに記載された検出量ｓｄは、その走査電子像を生成するために用いた検出量ｓｄを表す。
【０１２２】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、図９に示すように、半径方向Ｒの距離が異なる検出領域３９で検出された検出量ｓｄを足し合わせて、放出角θおよびエネルギー範囲の条件の異なる種々の走査電子像を取得することができる。また、半径方向Ｒの距離が異なる検出領域３９で検出された検出量ｓｄの足し合わせにより、例えば、異なる放出角θ間で、エネルギー範囲を揃えることができる。これにより、検出された電子Ｅ２のエネルギー範囲が同じで、放出角θが互いに異なる走査電子像間の比較を行うことができる。
【０１２３】
このように走査荷電粒子顕微鏡１００によれば、例えば、電子Ｅ２のエネルギー範囲が同じで、放出角θが異なる走査電子像を比較したり、放出角θが同じで、電子Ｅ２のエネルギー範囲が異なる走査電子像を比較したりすることができる。
【０１２４】
走査荷電粒子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１２５】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、電子角度選別部１０が、所与の放出角で放出された電子Ｅ２を選別し、電子偏向部２０が、偏向場を発生させて、電子角度選別部１０で選別された電子Ｅ２を、電子Ｅ２のエネルギーに応じて偏向させる。そのため、試料Ｓから放出される電子Ｅ２の放出角、および電子Ｅ２のエネルギーを選択して検出し、選択された放出角およびエネルギーの電子の検出量に基づいて、画像を生成することができる。これにより、ユーザーは、目的に応じて、検出する電子Ｅ２のエネルギーおよび放出角を選択することができるため、試料の組成を強調したコントラストの像、形状を強調したコントラストの像など、ユーザーが観察したい走査電子像を得ることができる。
【０１２６】
さらに、走査荷電粒子顕微鏡１００によれば、電子線Ｅ１の照射によって発生する電子Ｅ２のエネルギーや放出角が、試料の材料や状態などの情報にどのように関与するかを調査することができる。
【０１２７】
また、走査荷電粒子顕微鏡１００によれば、複数の領域指定配列Ｉａｉｊが指定されている場合、１回のスキャン（走査）で、エネルギー範囲の異なる複数の走査電子像を生成することができるため、複数条件で走査電子像を取得したい場合に、試料Ｓに対する電子線Ｅ１の照射量を抑えることができる。
【０１２８】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、電子角度選別部１０は、電子線Ｅ１を通過させるための貫通孔１２と、所与の放出角θで放出された電子Ｅ２を通過させるためのスリット１４と、を有する板状部材１６である。これにより、所与の放出角θで放出された電子を選別することができる。
【０１２９】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、電子偏向部２０は、電子角度選別部１０によって選別された電子Ｅ２の経路に静電場を発生させる電極２１，２２を有しているため、電極２１，２２間の静電場によって、電子Ｅ２をエネルギーに応じて偏向させることができる。
【０１３０】
本実施形態に係る画像取得方法によれば、試料Ｓから放出された電子Ｅ２のうち、所与の放出角で放出された電子Ｅ２を選別し、偏向場を発生させて、上記により選別された電子Ｅ２を、電子Ｅ２のエネルギーに応じて偏向させ、上記により偏向された電子Ｅ２を検出し、検出結果に基づいて画像を生成する。これにより、ユーザーは、目的に応じて、検出する電子Ｅ２のエネルギーおよび放出角を選択することができるため、試料の組成を強調したコントラストの像、形状を強調したコントラストの像など、ユーザーが観察したい
走査電子像を得ることができる。
【０１３１】
１．３．変形例
次に、第１実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡１００の変形例について説明する。なお、以下では、上述した走査荷電粒子顕微鏡１００と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【０１３２】
（１）第１変形例
まず、第１変形例について説明する。図１０および図１１は、第１変形例に係る電子角度選別部１０を模式的に示す図である。なお、図１０は、電子角度選別部１０を光軸Ｚの方向から見た図（平面図）であり、図１１は、電子角度選別部１０を、光軸Ｚと直交する方向から見た図（側面図）である。
【０１３３】
上述した実施形態の電子角度選別部１０は、図２に示すように、平板状の板状部材１６に、貫通孔１２およびスリット１４が設けられていた。
【０１３４】
これに対して、電子角度選別部１０は、図１０および図１１に示すように、板状部材１６の一部が、半球形（ドーム状）の形状を有しており、その半球形の形状を有する部分に貫通孔１２およびスリット１４が設けられている。このように、電子角度選別部１０の形状は、所与の放出角θで放出された電子Ｅ２を選別することができれば、特に限定されない。
【０１３５】
なお、図示の例では、試料Ｓは、試料ステージ８上に設けられた載置台８ｄ上に載置されている。これは、電子角度選別部１０を試料Ｓの近傍に配置するためである。すなわち、試料Ｓとスリット１４との間の距離を小さくするためである。
【０１３６】
（２）第２変形例
次に、第２変形例について説明する。図１２および図１３は、第２変形例に係る電子角度選別部１０を模式的に示す図である。なお、図１２は、電子角度選別部１０を光軸Ｚの方向から見た図（平面図）であり、図１３は、電子角度選別部１０を、光軸Ｚと直交する方向から見た図（断面図）である。
【０１３７】
上述した実施形態の電子角度選別部１０では、図２に示すように、板状部材１６の平面形状は、長方形状であり、板状部材１６の長辺に沿って、スリット１０１，１０２，１０３が設けられていた。
【０１３８】
これに対して、本変形例の電子角度選別部１０では、図１２に示すように、板状部材１６の平面形状は、円板状であり、板状部材１６の円周に沿って、スリット１０１，１０２，１０３が設けられている。
【０１３９】
本変形例では、電子角度選別部１０は、図１３に示すように、回転駆動部１０ａおよび直線駆動部１０ｂによって、スリット１０１，１０２，１０３の切り替えを行う。回転駆動部１０ａは、板状部材１６の中心を回転軸として、板状部材１６を回転させることができる。また、回転駆動部１０ａは、直線駆動部１０ｂ上に設けられている。直線駆動部１０ｂは、回転駆動部１０ａを直線的に移動させることで、スリット１０１，１０２，１０３を直線的に移動させることができる。この回転駆動部１０ａおよび直線駆動部１０ｂの動作により、スリット１０１，１０２，１０３を切り替えることができる。駆動部１０ａ，１０ｂは、制御部４５によって、制御される。
【０１４０】
図１２に示すように、板状部材１６には、切欠き部１０４が設けられている。切欠き部
１０４は、放出角θの選別を行わない場合に使用される。
【０１４１】
（３）第３変形例
次に、第３変形例について説明する。図１４は、第３変形例に係る電子検出部３０を模式的に示す図である。なお、図１４は、電子検出部３０を光軸Ｚの方向から見た図（平面図）である。
【０１４２】
上述した実施形態の電子検出部３０は、図７に示すように、光軸Ｚに直交する面内の位置分解能を持った二次元検出器であった。
【０１４３】
これに対して本変形例では、電子検出部３０は、図１４に示すように、偏向場で偏向される電子Ｅ２の偏向方向（半径方向Ｒ）に配列された複数（図示の例では５つ）の検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅを有している。電子検出部３０では、この検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅごとに、電子Ｅ２を検出することができる。
【０１４４】
各検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅは、電子線Ｅ１の光軸、すなわち、走査荷電粒子顕微鏡１００の光軸Ｚを中心とするリング状である。これにより、光軸Ｚを中心とする回転方向のすべてにおいて、電子Ｅ２を検出できるため、多くの電子Ｅ２を検出することができる。したがって、ＳＮの高い走査電子像を得ることができる。
【０１４５】
なお、本変形例では、上述した領域指定配列Ｉａｉｊは、領域指定配列Ｉａｊ（ｊは、電子検出部３０の検出領域３９の半径方向Ｒの座標）で表される。
【０１４６】
（４）第４変形例
次に、第４変形例について説明する。図１５は、第４変形例に係る電子検出部３０を模式的に示す図である。なお、図１５は、電子検出部３０を光軸Ｚの方向から見た図（平面図）である。
【０１４７】
上述した実施形態の電子検出部３０は、図７に示すように、二次元検出器であった。
【０１４８】
これに対して、本変形例の電子検出部３０は、図１５に示すように、電子線Ｅ１の光軸（光軸Ｚ）を中心として半径方向Ｒに延出する第１の一次元検出器３１と、電子線Ｅ１の光軸（光軸Ｚ）に対して、第１の一次元検出器３１と対称に配置された第２の一次元検出器３２とを有している。ここで、半径方向Ｒは、偏向場で偏向される電子Ｅ２の偏向方向である。
【０１４９】
一次元検出器３１，３２は、例えば、直線的に配列された複数の検出領域を有している。この配列方向は、一次元検出器３１，３２の延出方向である。そのため、一次元検出器３１，３２は、半径方向Ｒの位置分解能を有している。
【０１５０】
さらに、電子検出部３０は、電子線Ｅ１の光軸（光軸Ｚ）を中心として半径方向Ｒに延出する第３の一次元検出器３３と、電子線Ｅ１の光軸（光軸Ｚ）に対して、第３の一次元検出器３３と対称に配置された第４の一次元検出器３４とを有している。図示の例では、これらの一次元検出器３１，３２，３３，３４が、光軸Ｚのまわりに、９０°間隔で配置されている。
【０１５１】
このように、一次元検出器３１，３２，３３，３４を対称性よく配置することで、例えば、試料Ｓから放出される電子Ｅ２を対称性よく検出することができる。さらに、例えば、試料Ｓの凹凸の情報等を得ることができる。また、本変形例によれば、各一次元検出器
３１，３２，３３，３４間に、例えば、ＥＤＳ装置（エネルギー分散形Ｘ線分光器）や、ＥＴ検出器等を配置する空間を確保することができる。
【０１５２】
（５）第５変形例
次に、第５変形例について説明する。図１６は、第５変形例に係る電子検出部３０の構成を示す図である。なお、図１６は、電子検出部３０を光軸Ｚの方向から見た図（平面図）である。
【０１５３】
上述した実施形態の電子検出部３０は、図７に示すように、光軸Ｚの方向からみて、内電極２１と外電極２２との間の領域の全体に設けられている。すなわち、電子検出部３０は、光軸Ｚの円周方向の全体にわたって設けられている。
【０１５４】
これに対して、本変形例の電子検出部３０では、図１６に示すように、光軸Ｚの方向からみて、内電極２１と外電極２２との間の領域の一部に設けられている。すなわち、本変形例の電子検出部３０は、光軸Ｚの一方側にだけ設けられている。これにより、例えば、ＥＤＳ装置（エネルギー分散形Ｘ線分光器）や、ＥＴ検出器等を配置する空間を確保することができる。
【０１５５】
２．  第２実施形態
２．１．  走査荷電粒子顕微鏡の構成
次に、第２実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成について、図面を参照しながら説明する。図１７は、第２実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡２００の構成を示す図である。図１８は、走査荷電粒子顕微鏡２００の電子検出部３０の回路構成を示す回路図である。
【０１５６】
以下、第２実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡２００において、上述した第１実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡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、その説明を省略する。
【０１５７】
走査荷電粒子顕微鏡２００は、図１７に示すように、電子線源（荷電粒子線源）１と、集束レンズ２と、走査偏向器４と、対物レンズ６と、試料ステージ８と、電子検出部（検出部）３０と、処理部４０と、表示部５０と、操作部５２と、記憶部５４と、を含んで構成されている。
【０１５８】
走査荷電粒子顕微鏡２００では、図１７および図１８に示すように、電子検出部３０の半導体検出器３１０に二次電子検出電圧＋ＨＶを印加して、電子Ｅ２を検出している。
【０１５９】
電子検出部３０は、図１７および図１８に示すように、半導体検出器３１０と、ＩＶアンプ３２０と、アイソレーションアンプ３３０と、を含んで構成されている。
【０１６０】
半導体検出器３１０は、電子Ｅ２を検出する。具体的には、半導体検出器３１０は、入射した電子Ｅ２の量に応じた電流値や電圧値を出力する素子である。半導体検出器３１０は、例えばＰＮ接合のシリコンフォトダイオードである。なお、半導体検出器３１０はフォトダイオードに限定されず、入射した電子Ｅ２の量を電流や電圧の信号として出力する検出器であればよい。シリコンフォトダイオードでは、電子Ｅ２が入射するとキャリアが発生し、該キャリアが電極に移動することによって電流として取り出すことができる。
【０１６１】
半導体検出器３１０には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧＋ＨＶが印加される。半導体検出器３１０に二次電子検出電圧＋ＨＶを印加することで、半導体検出器３１０全体をプラスの高い電位にすることができる。これにより、電子が加速されて半導体
検出器３１０に入射するため、二次電子等のエネルギーの低い電子Ｅ２を検出することができる。二次電子検出電圧＋ＨＶは、例えば０．５ｋＶ以上３ｋＶ以下である。
【０１６２】
半導体検出器３１０の出力は、ＩＶアンプ３２０に接続されている。これにより、半導体検出器３１０の出力電流は電圧信号に変換され増幅して出力される。ＩＶアンプ３２０としては、公知のＩＶアンプを用いることができる。
【０１６３】
ＩＶアンプ３２０の出力は、アイソレーションアンプ３３０に接続されている。アイソレーションアンプ３３０は、入力部３３０ａと出力部３３０ｂが電気的に絶縁されており、信号のみを通過させるように構成されている。アイソレーションアンプ３３０は、例えば入力部３３０ａと出力部３３０ｂとの間にフォトカプラを用いることにより、入力部３３０ａと出力部３３０ｂとを電気的に絶縁しつつ、信号のみを通過させることができる。
【０１６４】
図１９は、アイソレーションアンプ３３０に入力される信号Ｓ１を示すグラフであり、図２０は、アイソレーションアンプ３３０から出力される信号Ｓ２を示すグラフである。なお、図１９および図２０に示すグラフでは、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図１９および図２０に示すように、アイソレーションアンプ３３０を用いることで、半導体検出器３１０に二次電子検出電圧＋ＨＶを印加しても、出力信号はＧＮＤレベル（グランドレベル、例えば０Ｖ）の信号として取り出すことができる。このように、電子検出部３０では、信号が入力される入力部３３０ａの基準電位は、該信号を出力する出力部３３０ｂの基準電位よりも高い。
【０１６５】
アイソレーションアンプ３３０の入力側の高電圧部３０１のコモンｃｏｍに二次電子検出電圧＋ＨＶを印加すると、高電圧部３０１全体が高電位になるため、半導体検出器３１０も高電位になる。この場合、半導体検出器３１０の両端子（フォトダイオードのアノード、カソード）が高電位になる。そのため、半導体検出器３１０の端子間に高電圧がかかることはなく、半導体検出器３１０が高電位差で破壊されることがない。
【０１６６】
ＩＶアンプ３２０の動作電源は、例えばアイソレーションアンプ３３０から供給される。ＩＶアンプ３２０の出力電圧は、アイソレーションアンプ３３０の入力側のコモンｃｏｍの電位に対して−Ｖａｍｐと＋Ｖａｍｐを出力するため、ＩＶアンプ３２０を高電位中で動作させることができる。
【０１６７】
二次電子検出電圧＋ＨＶは、駆動部３０ｂ（図１７参照）から印加される。駆動部３０ｂは、制御部４５からの制御信号に基づいて、二次電子検出電圧＋ＨＶを印加する。制御信号は、二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさの情報を含む。
【０１６８】
二次電子検出電圧＋ＨＶは、例えば半導体検出器３１０が検出可能な電子のエネルギーまで電子Ｅ２を加速するような電圧に設定される。例えば半導体検出器３１０が２ｋｅＶ以上の電子を検出可能な場合、二次電子検出電圧＋ＨＶは例えば２ｋＶ以上である。半導体検出器３１０に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさを変えることで、検出可能な電子のエネルギーの範囲（下限）を変えることができる。二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさは、例えば半導体検出器３１０の性能や、アンプの増幅率、応答速度等によって適宜設定される。二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさは、予め設定されていてもよいし、ユーザーによって設定されてもよい。
【０１６９】
なお、二次電子検出電圧＋ＨＶは、例えば半導体検出器の仕様で示される検出可能なエネルギーまで電子Ｅ２を加速するような電圧（例えば２ｋｅＶ以上の電子を検出できるのであれば２ｋＶの電圧）に設定される。
【０１７０】
ここで、走査電子顕微鏡の電子を検出するためのフォトダイオードは、一般的に反射電子を検出する目的で使用されるため、フォトダイオードの仕様は、反射電子で検出可能なエネルギーで示される。このようなフォトダイオードでは、入射した電子のエネルギーがこの仕様よりも低いと、キャリアの発生量が少なく信号として十分な電流が出力されないので検出できない。しかしながら、このようなフォトダイオードに二次電子加速電圧＋ＨＶを印加して二次電子を検出する場合、例えば、加速された二次電子のエネルギーが仕様よりも低いエネルギーであっても、信号として十分な出力電流が得られる場合がある。これは、一般的に、試料に電子線を照射して発生する二次電子の発生量が、反射電子の発生量に比べて、極めて多いためである。すなわち、フォトダイオードにおいて、１電子あたりのキャリアの発生量は少なくても、入射する二次電子の電子量が多いため、信号として十分な出力が得られるためである。例えば２ｋｅＶ以上の反射電子を検出できるフォトダイオードに１ｋＶの電圧を印加した場合、二次電子は約１ｋｅＶに加速され仕様よりも低いエネルギーであるが二次電子が検出される。
【０１７１】
走査荷電粒子顕微鏡２００では、半導体検出器３１０には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧＋ＨＶが印加される。これにより、半導体検出器３１０に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶよって、電子Ｅ２が加速して半導体検出器３１０に入射するため、エネルギーの低い二次電子であっても、半導体検出器３１０で検出することができる。さらに、走査荷電粒子顕微鏡２００では、二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさを変えることで検出可能な電子Ｅ２のエネルギーの範囲（下限）を変えることができる。これにより、電子Ｅ２を選択して検出し、画像を取得することができる。
【０１７２】
また、電子検出部３０では、アイソレーションアンプ３３０を用いることで、出力信号を、ＧＮＤレベルの信号（図２０参照）として取り出すことができる。なお、アイソレーションアンプ３３０の出力時点で信号の強度が弱い場合には、さらにアンプ（図示せず）を追加して信号を増幅してもよい。
【０１７３】
本実施形態に係る画像取得方法では、偏向された電子Ｅ２を検出する際には、偏向場で偏向される電子Ｅ２の偏向方向に配列された複数の半導体検出器３１０を用いて行われ、半導体検出器３１０には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧＋ＨＶが印加される。これにより、半導体検出器３１０に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶよって、電子Ｅ２が加速して半導体検出器３１０に入射するため、エネルギーの低い二次電子を半導体検出器３１０で検出して、画像を取得することができる。
【０１７４】
本実施形態に係る電子検出方法では、試料Ｓから放出された電子Ｅ２を、二次電子を検出するための二次電子検出電圧＋ＨＶが印加された半導体検出器３１０で検出する。これにより、半導体検出器３１０に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶよって、電子Ｅ２が加速して半導体検出器３１０に入射するため、エネルギーの低い二次電子を半導体検出器３１０で検出することができる。また、本実施形態に係る電子検出方法では、試料Ｓから電子Ｅ２を放出させる方法として、荷電粒子線（電子線Ｅ１）を試料Ｓ上に照射する。
【０１７５】
２．２．  変形例
次に、第２実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡２００の変形例について説明する。なお、以下では、上述した走査荷電粒子顕微鏡２００と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【０１７６】
（１）第１変形例
まず、第１変形例について説明する。図２１は、第２実施形態の第１変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡３００の構成を示す図である。図２２は、第１変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡３００の電子検出部３０を模式的に示す図である。なお、図２２は、電子検出部３
０を光軸Ｚの方向から見た図（平面図）である。
【０１７７】
走査荷電粒子顕微鏡３００は、図２１に示すように、電子角度選別部１０と、電子偏向部２０と、を含んで構成されている。また、電子検出部３０は、偏向場で偏向される電子Ｅ２の偏向方向に配列された複数の半導体検出器３１０を有している。半導体検出器３１０には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧＋ＨＶが印加される。
【０１７８】
走査荷電粒子顕微鏡３００は、図２２に示すように、複数（図示の例では５つ）の半導体検出器３１０を有している。複数の半導体検出器３１０は、偏向場で偏向される電子Ｅ２の偏向方向（半径方向Ｒ）に配列されている。この複数の半導体検出器３１０によって、複数（図示の例では５つ）の検出領域３９ａ、３９ｂ、３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが形成されている。走査荷電粒子顕微鏡３００では、検出領域３９ａ、３９ｂ、３９ｃ，３９ｄ，３９ｅごとに電子Ｅ２を検出する。
【０１７９】
複数の半導体検出器３１０の各々に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさは、互いに等しい。なお、複数の半導体検出器３１０の各々に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶの大きさは、互いに異なっていてもよい。
【０１８０】
なお、半導体検出器３１０をマトリックス状に配列して、検出領域３９をマトリックス状にしてもよい（図７参照）。
【０１８１】
ここで、半導体検出器３１０がシリコンフォトダイオードである場合、同じ量の電子Ｅ２が入射しても、該電子Ｅ２のエネルギーによって増幅率が異なる。したがって、出力電流を補正しなければ、各半導体検出器３１０に入射する電子Ｅ２の電子量を求めることができない。以下、その補正方法について説明する。
【０１８２】
図２３は、シリコンフォトダイオードの増幅率と電子エネルギーとの関係を示すグラフである。シリコンフォトダイオードにおいて、例えば３ｋｅＶの電子と５ｋｅＶの電子を検出した場合を比べると、図２３に示すように、３ｋｅＶの場合の増幅率は６００であり、５ｋｅＶの場合の増幅率は１０００である。そのため、同じ１ｎＡがシリコンフォトダイオードに入射したとしても、３ｋｅＶの電子が入射したときの出力電流は６００ｎＡであり、５ｋｅＶの電子が入射したときの出力電流は１μＡである。このように、半導体検出器３１０として、シリコンフォトダイオードを用いた場合、半導体検出器３１０の出力電流値を比べても正確な電子量の比較はできない。したがって、走査荷電粒子顕微鏡３００では、配列演算部（演算部）４３が、半導体検出器３１０における電子Ｅ２のエネルギーごとの増幅率に基づいて、半導体検出器３１０の検出結果（出力電流、検出量）から電子量を算出する。そして、走査電子像生成部４４が、該電子量に基づいて走査電子像を生成する。
【０１８３】
以下、走査荷電粒子顕微鏡３００の動作を説明する。ここでは、電子線Ｅ１の加速電圧を２ｋＶ（試料Ｓに入射する電子エネルギーは２ｋｅＶ）とする。試料Ｓで散乱し放出された電子Ｅ２は、電子角度選別部１０によって所定の角度範囲が選別される。そして、角度範囲が選別された電子Ｅ２は、電子偏向部２０がつくる偏向場によってエネルギーごとに分散する。分散した電子Ｅ２は、半導体検出器３１０に印加された二次電子検出電圧＋ＨＶによって加速されて、エネルギー帯ごとに、検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ（各半導体検出器３１０）に入射する。
【０１８４】
ここでは、電子偏向部２０は、検出領域３９ａを構成する半導体検出器３１０には、二次電子Ｅ２Ｌ（例えば試料Ｓから放出されたときのエネルギーが５０ｅＶ以下）が入射し、検出領域３９ｅを構成する半導体検出器３１０には、反射電子Ｅ２Ｈ（例えば試料Ｓか
ら放出されたときのエネルギーが２ｋｅＶ）が入射するような偏向場をつくるように設定されている。
【０１８５】
半導体検出器３１０には、二次電子検出電圧＋ＨＶで加速された電子Ｅ２が入射するため、電子量を求めるためには、加速された分のエネルギーを考慮する必要がある。例えば半導体検出器３１０に、二次電子検出電圧＋ＨＶとして＋３ｋＶが印加されている場合、検出領域３９ａには、二次電子Ｅ２Ｌが、約３ｋｅＶまで加速されて入射する。また、検出領域３９ｅには、反射電子Ｅ２Ｈが、５ｋｅＶまで加速されて入射する。そのため、配列演算部４３は、図２３に示す半導体検出器３１０における電子Ｅ２のエネルギーごとの増幅率の関係から、各検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅごとに、各検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅに入射する電子Ｅ２のエネルギーに対応する増幅率を求め、得られた出力電流量を該増幅率で除算することによって、電子量を求める。
【０１８６】
具体的には、例えば検出領域３９ａの半導体検出器３１０の出力電流が６００ｐＡの場合、検出領域３９ａに入射する二次電子Ｅ２Ｌに対する半導体検出器３１０の増幅率は６００であるため、配列演算部４３は、６００ｐＡを６００で除算して、電子量を求める。すなわち、検出領域３９ａでの電子量は１ｐＡである。また、例えば検出領域３９ｅの半導体検出器３１０の出力電流が１μＡの場合、検出領域３９ｅに入射する反射電子Ｅ２Ｈに対する半導体検出器３１０の増幅率は１０００であるため、配列演算部４３は、１μＡを１０００で除算して、電子量を求める。すなわち、検出領域３９ｅでの電子量は１ｐＡである。
【０１８７】
走査電子像生成部４４は、配列演算部４３で算出された各検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅごとの電子量に基づいて、検出領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅごとに（電子Ｅ２のエネルギーごとに）、走査電子像を生成する。以上の工程により、電子Ｅ２のエネルギーごとの走査電子像が得られる。
【０１８８】
走査荷電粒子顕微鏡３００では、電子検出部３０は、偏向場で偏向される電子Ｅ２の偏向方向に配列された複数の半導体検出器３１０を有し、該半導体検出器３１０には、二次電子を検出するための二次電子検出電圧＋ＨＶが印加される。これにより、半導体検出器３１０に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶよって、電子Ｅ２が加速して半導体検出器３１０に入射する。したがって、エネルギーの低い二次電子であっても、半導体検出器３１０で検出することができる。
【０１８９】
走査荷電粒子顕微鏡３００では、半導体検出器３１０における電子のエネルギーごとの増幅率に基づいて、半導体検出器３１０の検出結果から電子量を算出する配列演算部４３を含み、走査電子像生成部４４は、前記電子量に基づいて画像を生成する。これにより、半導体検出器３１０における電子Ｅ２のエネルギーによる増幅率の違いを補正することができる。
【０１９０】
なお、半導体検出器３１０における電子のエネルギーごとの増幅率に基づいて、半導体検出器３１０の検出結果から電子量を算出する手法は、半導体検出器３１０に入射する電子Ｅ２のエネルギー範囲が狭い場合に有効である（より正確な値を求めることができるため）。そのため、例えば電子角度選別部１０のスリット１４（図２参照）の幅を狭めることによって、電子偏向部２０によるエネルギー分解能を高めて用いることが望ましい。
【０１９１】
（２）第２変形例
次に、第２変形例について説明する。図２４は、第２変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の電子検出部３０を模式的に示す断面図である。
【０１９２】
第２変形例では、半導体検出器３１０は、該半導体検出器３１０と同電位の金属板３４０で覆われている。これにより、走査荷電粒子顕微鏡の半導体検出器３１０の周囲に配置される部材（例えば対物レンズ６）と半導体検出器３１０との間で放電が起こることを防ぐことができる。
【０１９３】
半導体検出器３１０は、上述のように二次電子検出電圧＋ＨＶが印加されるため、例えば対物レンズ６等のグランド電位の部材と半導体検出器３１０との間に高電位差が生じる。したがって、金属板３４０を配置しなかった場合、グランド電位の部材と半導体検出器３１０との間で放電が起こる可能性がある。しかしながら、本変形例では、半導体検出器３１０は、金属板３４０で覆われているため、例えば対物レンズ６と半導体検出器３１０との間に高電位差が生じても、対物レンズ６と金属板３４０との間で放電が起こる。したがって、対物レンズ６と半導体検出器３１０との間で放電が発生することを防ぐことができる。
【０１９４】
（３）第３変形例
次に、第３変形例について説明する。図２５は、第３変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の電子検出部３０を模式的に示す断面図である。
【０１９５】
第３変形例では、半導体検出器３１０は、金属板３５０とメッシュ３６０とで構成されるパッケージ３７０内に配置されている。金属板３５０およびメッシュ３６０は、グランド電位の電圧が印加されている。これにより、試料Ｓから放出された電子Ｅ２が、半導体検出器３１０に印加される二次電子検出電圧＋ＨＶによって、放出角度が変わることを防ぐことができる。
【０１９６】
図２６は、パッケージ３７０内に半導体検出器３１０を配置しなかった場合の電子Ｅ２の軌道を示す図である。図２６に示すように、半導体検出器３１０をパッケージ３７０内に配置せずに、半導体検出器３１０に二次電子検出電圧＋ＨＶを印加した場合、試料Ｓから放出された電子Ｅ２は、起動を変えながら半導体検出器３１０に向かうため、様々な放出角度の電子Ｅ２が検出されてしまうという問題がある。
【０１９７】
これに対して、第３変形例では、パッケージ３７０内に半導体検出器３１０が収容されているため、このような問題が生じない。したがって、第３変形例に係る半導体検出器３１０では、低エネルギーの電子Ｅ２を検出することができ、かつ所望の放出角度の電子Ｅ２を検出することができる。
【０１９８】
なお、上述した実施形態および各変形例は、一例であってこれらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１９９】
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】
【０２００】
１…電子線源、１ａ…駆動部、２…集束レンズ、２ａ…駆動部、４…走査偏向器、４ａ…駆動部、６…対物レンズ、６ａ…駆動部、８…試料ステージ、８ａ…駆動部、８ｄ…載置台、９…センターパイプ、１０…電子角度選別部、１０ａ…回転駆動部、１０ｂ…直線駆
動部、１２…貫通孔、１４…スリット、１６…板状部材、２０…電子偏向部、２０ａ…駆動部、２１…内電極、２２…外電極、３０…電子検出部、３０ａ…Ａ／Ｄ変換部、３１…第１の一次元検出器、３２…第２の一次元検出器、３３…第３の一次元検出器、３４…第４の一次元検出器、３９…検出領域、４０…処理部、４１…走査信号生成部、４２…検出分布配列取得部、４３…配列演算部、４４…走査電子像生成部、４５…制御部、５０…表示部、５２…操作部、５４…記憶部、７０…バスライン、１００…走査荷電粒子顕微鏡、１０１…高角用スリット、１０１…スリット、１０２…中角用スリット、１０３…低角用スリット、１０４…切欠き部、２００，３００…走査荷電粒子顕微鏡、３０１…高電圧部３１０…半導体検出器、３２０…ＩＶアンプ、３３０…アイソレーションアンプ、３３０ａ…入力部、３３０ｂ…出力部、３４０，３５０…金属板、３６０…メッシュ、３７０…パッケージ
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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