(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を集束し試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、 
前記荷電粒子光学鏡筒内部の真空空間から前記試料が載置される非真空空間を分離する隔壁と、 
上部電極と、 
前記試料が載置される下部電極と、 
前記上部電極または前記下部電極の少なくともいずれか一方に電圧を印加する電源と、
前記試料と前記隔壁の間隔を調整する試料ギャップ調整機構と、 
前記下部電極に吸収された電流に基づいて前記試料の画像を形成する画像形成部と、を有する荷電粒子顕微鏡。 
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子顕微鏡において、 
前記隔壁は前記荷電粒子線が透過可能な薄膜または前記荷電粒子線が通過するオリフィスである荷電粒子顕微鏡。 
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子顕微鏡において、 
前記試料と前記隔壁の間隔は、前記試料が載置される非真空空間に存在する気体中での、前記荷電粒子線の平均自由工程に基づいて調整される荷電粒子顕微鏡。 
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子顕微鏡において、 
前記試料と前記隔壁の間隔は、前記試料が載置される非真空空間に存在する気体中での、前記試料から放出される反射電子の平均自由工程の３倍以下に調整される荷電粒子顕微鏡。 
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子顕微鏡において、 
前記隔壁の前記試料に対向する面には、絶縁部材または絶縁膜が配置される荷電粒子顕微鏡。 
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子顕微鏡において、 
前記荷電粒子線を前記試料に照射せずかつ前記上部電極と前記下部電極間に電界をかけた状態で、前記下部電極に吸収されるリーク電流を計測するリーク電流計測部を有し、 
前記画像形成部は、前記荷電粒子線を前記試料に照射しかつ前記上部電極と前記下部電極間に電界をかけた状態で前記下部電極に吸収された電流から、前記リーク電流を差し引いた電流値に基づいて前記画像を形成する荷電粒子顕微鏡。 
【請求項７】
請求項６に記載の荷電粒子顕微鏡において、 
前記リーク電流の大きさと、前記試料と前記隔壁の間隔との関係を記憶する記憶部と、
前記リーク電流の大きさに基づいて、前記試料と前記隔壁の間隔を求める制御部とを有する荷電粒子顕微鏡。 
【請求項８】
荷電粒子光学鏡筒内部の真空空間から隔壁によって分離された非真空空間に配置された下部電極に試料を載置し、 
集束した荷電粒子線を前記試料に照射し、 
上部電極または前記下部電極の少なくともいずれか一方に電圧を印加し、 
前記試料と前記隔壁の間隔を調整し、 
前記下部電極に吸収された電流を測定し、 
前記電流に基づいて前記試料の画像を形成する試料撮像方法。 
【請求項９】
請求項８に記載の試料撮像方法において、 
前記試料が載置される非真空空間に存在する気体中での、前記試料からの放出電子の平均自由工程に基づいて、前記試料と前記隔壁の間隔を調整する試料撮像方法。 
【請求項１０】
請求項８に記載の試料撮像方法において、 
前記試料から放出される反射電子の前記非真空空間における平均自由工程の３倍以下に、前記試料と前記隔壁の間隔を調整する試料撮像方法。 
【請求項１１】
請求項８に記載の試料撮像方法において、 
前記荷電粒子線を前記試料に照射せずかつ前記上部電極と前記下部電極間に電界をかけた状態で、前記下部電極に吸収されるリーク電流を計測し、 
前記荷電粒子線を前記試料に照射しかつ前記上部電極と前記下部電極間に電界をかけた状態で前記下部電極に吸収された電流から、前記リーク電流を差し引いた電流値に基づいて前記画像を形成する試料撮像方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、荷電粒子線を利用して試料の画像を取得する荷電粒子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】  顕微鏡の中でも、光源に電子を利用した電子顕微鏡はnmオーダーでの表面形状の観察が可能である。その中でも、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ）は、微細な表面形状の観察や組成構造の観察に広く使用されている。ＳＥＭは、電子レンズによって試料表面に集束した電子線（一次電子線）を偏向器によって走査し、試料の電子線が照射された領域から発生した放出電子を検出して、画像化する装置である。放出電子には、表面形状の情報を有する低エネルギの放出電子（以下、二次電子という）、および一次電子線と同程度のエネルギを有し、組成情報を有する後方散乱電子（以下、反射電子という）が含まれる。【０００３】  ソフトマテリアルや生物試料を観察する場合には、形状変形や水分蒸発が発生しない大気圧下での高分解能観察が望まれている。しかし、電子線は気体分子との衝突によって散乱されるため、大気圧下では分解能が低下してしまう。そのため、電子レンズや偏向器などの電子光学系を構成する鏡筒は真空排気されている。通常、ＳＥＭでは、鏡筒と試料を設置する筐体とを真空排気するため、試料は真空下に配置されることになる。このような理由から電子顕微鏡は含水した試料や気圧変化により形態が変化する試料の観察には不向きであった。【０００４】  近年、真空保持が必要な電子光学系を構成する鏡筒と試料を設置する筐体の間に電子線が透過可能な隔膜や微小穴を設け、所望の気圧下に試料を保持し、観察を可能にしたＳＥＭが実用化されている。これにより、大気下や所望のガス圧下またはガス種下で試料を観察することが可能となった。鏡筒と筐体を分離する隔膜を試料に接触させずに電子線を照射する方式を隔膜非接触型と呼ぶ。隔膜非接触型の装置では、試料と隔膜との間に非真空の空間を有しており、一次電子線は当該非真空空間を通過し試料に照射される。さらに、試料からの放出電子のうち、気体による散乱の影響が少ない高いエネルギを有する反射電子が、試料と隔膜との間の非真空空間および隔膜を透過し、鏡筒内に設置した検出器によって検出される。【０００５】  特許文献１は、隔壁非接触型の走査電子顕微鏡が開示されている。特許文献１の走査電子顕微鏡は、鏡筒と筐体を分離する隔膜と試料との間に、円盤型カソード電極を有し、当該電極と試料間に電界を形成して、放出電子を増幅させ、当該電極経由で放出電子を検出する機構を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６２８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  走査電子顕微鏡の利点として、二次電子を検出することで試料の表面像を取得することができる点がある。しかしながら、二次電子のエネルギが低いため、大気下や所望のガス圧下またはガス種下で試料を観察可能な電子顕微鏡においては、二次電子は試料室内の気体分子によって散乱され、さらに隔膜を透過できず、検出することが困難であった。【０００８】  また、特許文献１では、検出電極が試料の直上に設置されているため、電界によって増幅された二次電子の信号に加え、反射電子も検出されてしまう。したがって、二次電子を反射電子と弁別して取得して、表面形状情報を主コントラストとする画像を取得することは困難であった。【０００９】  本発明では、大気下や所望のガス圧下またはガス種下で試料を観察可能な電子顕微鏡において、表面形状情報を主コントラストとする画像を取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記課題を解決するために、本発明の荷電粒子顕微鏡は、荷電粒子光学鏡筒内部の真空空間から試料が載置される非真空空間を分離する隔壁と、上部電極と、試料が載置される下部電極と、上部電極または下部電極の少なくともいずれか一方に電圧を印加する電源と、試料と前記隔壁の間隔を調整する試料ギャップ調整機構と、下部電極に吸収された電流に基づいて前記試料の画像を形成する画像形成部と、を有する。上部電極と下部電極の間に電圧を印加した際に発生する気体分子と電子の電離衝突による増幅効果を利用して二次電子を選択的に計測する。検出方式は基板に流れた電流値を計測する手法を用いる。
【発明の効果】
【００１１】  本発明によれば、一次電子の走査に同期して、上部電極または下部電極に吸収された電流を測定することにより、大気下や所望のガス圧下またはガス種下で試料を観察可能な電子顕微鏡において、表面形状情報を主コントラストとする画像を取得することができる。【００１２】  上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１で用いる装置の構成図。
【図２】大気圧下で二次電子を選択的に取得するため手法を示す図。
【図３】大気圧空間での電子エネルギと平均自由工程の関係を示すシミュレーション結果。
【図４】二次電子を選択的に取得するためフローチャートの一例を示す図。
【図５（ａ）】反射電子検出器で取得した大気圧ＳＥＭ像を説明する図。
【図５（ｂ）】実施例１の撮像方法を用いた際、電界と試料ＧＡＰの関係を示す基板電流像の図。
【図６】実施例２の大気下に保持する第二筐体の概要について示す図
【図７（ａ）】本発明の部電極の導電性を確保する構成の一例を示す図。
【図７（ｂ）】本発明の部電極の導電性を確保する構成の一例を示す図。
【図８（ａ）】本発明で漏れ電流を低下するためのホルダ構成の一例を示す図。
【図８（ｂ）】本発明で漏れ電流を低下するためのホルダ構成の一例を示す図。
【図９】実施例３の漏れ電流を実測した結果を示す図。
【図１０】本発明の漏れ電流を補正する回路を有した装置構成の一例を示す図。
【図１１】実施例３の漏れ電流分を除去するための回路構成の一例を示す図。
【図１２】実施例４での環境セルホルダ型の二次電子検出構成の一例を示す図。
【図１３】実施例５での光学式顕微鏡を利用した試料ＧＡＰの測定方法の一例を示す図。
【図１４】実施例５での電気的に試料ＧＡＰを測定する方法の一例を示す図。
【図１５（ａ）】電子を利用して、走査型電子顕微鏡中で試料ＧＡＰを測定する方法の一例を示す図。
【図１５（ｂ）】電子を利用して、走査型電子顕微鏡中で試料ＧＡＰを測定する方法の一例を示す図。
【図１６】本発明の撮像条件を設定する操作ＧＵＩの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  本発明では、隔壁と試料との間に二次電子を増幅させる電界を形成し、かつ、隔壁と試料との間の距離を反射電子の散乱による増幅が影響しない距離にすることで、選択的に二次電子信号を検出する。
【００１５】  以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１６】  以下では、荷電粒子顕微鏡の一例として、走査電子顕微鏡(SEM)について説明する。ただし、これは本発明の単なる一例であって、本発明は以下説明する実施の形態に限定されるものではない。例えば走査イオン顕微鏡や走査透過電子顕微鏡、これらと試料加工装置との複合装置、またはこれらを応用した解析・検査装置にも適用可能である。
【００１７】  また、本明細書において「大気圧」とは大気雰囲気または所定のガス雰囲気であって、大気圧またはこれと同程度の圧力環境のことを意味する。具体的には約10＾5Ｐａ（大気圧）から〜約10＾3Ｐａ程度である。
【００１８】  また、本明細書において「隔壁」とは、試料室内の非真空空間と電子光学鏡筒内の真空空間とを分離することで両者の気圧差を保持し、かつ荷電粒子線が透過又は通過可能な構造をいう。例えばオリフィスや薄膜、またはこれらを含む部材を意味する。なお、隔壁として用いられる薄膜を「隔膜」と称することとし、以下では隔膜を用いて非真空空間と真空空間を区切る実施例を説明するが、本発明の適用に際しては隔膜を小孔に置き換えることも可能である。
【実施例１】
【００１９】  図１に、本実施例の走査型電子顕微鏡の構成を示す。走査型電子顕微鏡は、主に電子光学系と、ステージ機構系と、ＳＥＭ制御系と、信号処理系と、ＳＥＭ操作系により構成される。【００２０】  電子光学系は、電子線を発生する電子線源１、発生した電子線を集束して電子光学鏡筒２の下部へ導き、一次電子線として試料を集束する光学レンズ７、一次電子を走査する偏向器６などの要素により構成され、これらは電子光学鏡筒２に格納されている。電子線光学鏡筒２の端部には、上記一次電子線の照射により得られる放出電子を検出する検出器８が配置される。検出器８は電子線光学鏡筒２の外部にあっても内部にあってもよい。電子光学鏡筒２には、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、電子線光学鏡筒２に含まれる電子光学系の構成はこれに限られない。【００２１】  ステージ機構系は、試料を載置する試料ホルダ５と、ＸＹＺ軸方向に移動可能なステージ９、試料ホルダ５をその他の部材と絶縁する絶縁体１０１とを含んで構成される。試料ホルダ５は後述するように電圧印加可能な構成となっていてもよく、その場合には下部電極３３としても機能する。隔膜３１が保持された隔膜保持部材３５（上部電極３２）と試料ホルダ５（下部電極３３）の距離を、ステージ９のＺ方向の移動によって調整することが可能である。またステージ９は傾斜可能であってもよい。なお、隔膜保持部材と試料ホルダの距離は、隔膜と試料との距離、または試料ＧＡＰと読み替えることもできる。本実施例では、ステージ９を用いて試料ＧＡＰを調整しているが、隔膜ユニット３０自体がＺ方向に移動可能な構造を有しており、隔壁ユニット３０を動かすことで試料ＧＡＰを調整してもよい。試料ＧＡＰを調整する機構を試料ＧＡＰ調整機構と称する。【００２２】  ＳＥＭ制御系は、加速電圧制御部１０と、偏向信号制御部１１と、電子レンズ制御部１２と、ＸＹＺステージ制御部１３と、排気系制御部１６、電圧印加制御部２１とを含んで構成される。加速電圧制御部１０は、電子光学系の各部品を制御することで一次電子線の加速電圧を制御する。偏向信号制御部１１は、偏向器６を制御して一次電子線が試料上を走査照射するように一次電子線の偏向量を制御する。電子レンズ制御部１２はその他の電子レンズや電極を制御する。ＸＹＺステージ制御部１３は、ユーザの指示によりまたは自動的にステージ９の移動量を制御する。排気系制御部１６は、真空ポンプの動作を制御し、電子光学鏡筒２の内部、第一筺体３の内部および第二筺体４の内部の真空度を制御する。電圧印加制御部２１は、後述するように隔膜保持部材３５（上部電極３２）または試料ホルダ５（下部電極３３）の少なくともいずれか一方に電圧が印加可能な電源を制御することによりこれらに印加する電圧を制御することができる。つまり、本実施例では隔膜保持部材３５が上部電極３２として機能し、試料ホルダ５が下部電極３３として機能する。上部電極３２または下部電極３３には、正負両方の極性の電圧を印加できることが望ましい。これによって試料と隔膜との間の空間（試料ＧＡＰ）に所望の電界を形成することができる。また、上部電極３２、下部電極３３は、それぞ���隔膜保持部材、試料ホルダとは別個に設けられてもよい。電圧印加制御部２１は可変電圧電源であってもよい。【００２３】  信号処理系は、検出信号制御部１４、画像形成部１５、電流電圧変換部１９を含んで構成される。検出信号制御部１４は検出器８からの信号を電流−電圧変換する処理を行い、画像形成部に出力する。画像形成部１５は検出器から出力される信号と、偏向信号制御部１１からの電子線照射位置の情報に基づいて画像を生成する。電流電圧変換部１９は、隔少なくとも試料ホルダ５（下部電極３３）に接続され、下部電極３３の少なくとも一方で検出される電流を電圧信号に変換して画像形成部１５に出力する。電流電圧変換部１９は、上部電極３２および下部電極３３の両方に接続されていて、どちらか一方における電流を検出できるように切替可能であってもよいし、両方でそれぞれ電流を検出できる構成であってもよい。【００２４】  ＳＥＭ操作系は、各部制御系を操作するオペレーション部１７と、制御値や画像形成部で処理した画像を表示するモニタ等の表示部１８とを含んで構成される。【００２５】  上記した制御部や画像生成部は、専用の回路基板によってハードウェアとして構成されていてもよいし、荷電粒子顕微鏡に接続されたコンピュータで実行されるソフトウェアによって構成されてもよい。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップまたはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、コンピュータに高速な汎用ＣＰＵを搭載して、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。このプログラムが記録された記録媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。また、これらの装置や回路、コンピュータ間は有線又は無線のネットワークで接続され、適宜データが送受信される。【００２６】  電子光学鏡筒２は第一筺体３の内部に突出するように設けられている。第一筺体３は、電子光学鏡筒端部の対物レンズの磁極の穴を通して電子光学鏡筒２の内部と連通しており、電子光学鏡筒２を支持する構造となっている。また、真空ポンプ２８と排気管によって接続され、第一筺体３の内部は真空状態に維持される。第一筺体３の内部の気圧は電子光学鏡筒の内部と同等の真空度であってもよいし、電子光学鏡筒の真空度よりは低真空となっていてもよい。【００２７】  試料は第二筺体４（試料室ともいう）の内部に配置される。図１の例では、第二筺体４は第一筺体の下部に第一筺体３を支持するように設けられているが、配置はこれに限られない。第二筺体４の内部は非真空、つまり大気雰囲気または所定のガス雰囲気になっている。第二筺体４の内部が大気である場合には第二筺体は開口部を通じて大気開放されていてもよい。また第二筺体４の内部を所定の圧力のガス雰囲気にする場合にはガス導入口が設けられているとよい。また、必要に応じて第二筺体４の内部を真空状態にするには、第二筺体４に真空ポンプに接続可能な排気ポートを設けることが好ましい。【００２８】  真空である電子光学鏡筒２の内部および第一筺体３の内部と、非真空である第二筺体４の内部は、隔壁（例えば隔膜ユニット３０）によって仕切ら���ている。隔膜ユニット３０は、第一筺体３の下面で、上記電子線光学鏡筒２の直下になる位置に設けられている。隔壁ユニット３０は、隔膜３１、隔膜３１が成膜された土台３４、土台３４を保持する隔膜保持部材３５から構成される。隔膜３１は、電子光学鏡筒２の下端から放出される一次電子線を透過または通過させることが可能であり、かつ、真空である第一筺体内部と非真空である第二筺体内部の差圧を維持可能なものである必要がある。隔膜３１の素材はカーボン材、有機材、金属材、シリコンナイトライド、シリコンカーバイド、酸化シリコンなどである。隔膜３１の厚みは一次電子及び反射電子が透過可能な膜厚であることが望ましい。厚さは隔膜３１の窓サイズや材料によるが約２０ｎｍのものを使用することが可能である。隔膜３１は複数配置された多窓であってもよい。隔膜３１の形状は正方形でなく、長方形などのような形状でもよい。形状に関してはどのような形状でもかまわない。また、隔膜３１自体の導電性は問わない。以下で説明する本実施例においては、一例として、膜厚２０μｍ 、窓サイズ２５０μｍ のＳｉＮ膜が付いた隔膜ユニット３０を使用したが、本技術は隔膜サイズにより制約されるものではない。【００２９】  土台３４は例えばシリコンや金属部材のような部材である。隔膜保持部材３５は隔膜３１および土台３４を第一筺体３と第二筺体４の間を仕切るように取り付ける部材である。隔膜保持部材３５には後述するように電圧印加可能な構成となっていてもよく、その場合には上部電極３２としても機能する。【００３０】  一次電子線は、隔膜ユニット３０を通って最終的に試料ホルダ５（下部電極３３）に搭載された試料１００に到達する。試料１００に一次電子線が照射されると二次電子および反射電子が試料から放出される。図２を用いて後述する原理により、本実施例では、二次電子を下部電極３３に流れ込む電流として検出可能である。下部電極３３に接続された電流電圧変換部１９からの信号は、画像形成部１５で偏向器６に同期して検出され、基板電流像が形成される。基板電流像は、オペレーション部１７を介し、表示部１８に表示される。【００３１】  以下では、図１に説明した装置を用いて、大気圧空間に試料が設置された状態で二次電子を選択的に検出する方法について述べる。【００３２】  以下、本明細書において、下部電極の電流量を基板電流量もしくは下部電極電流像、下部電極の電流量を測定することを基板電流計測もしくは下部電極電流計測、計測した基板電流を制御部にて画像形成した像を基板電流像もしくは下部電極像と表現する。また、本明細書では、隔膜−試料間の距離を試料ＧＡＰと呼ぶ。なお、ここで隔膜‐試料間の距離とは、隔膜表面と試料表面との距離または隔膜表面と試料ホルダ表面の距離を指す。【００３３】  大気圧中にはたくさんの気体分子が存在しており、エネルギを有する１つの電子が気体分子に対して衝突すると、１つの電子と１つのイオンが生成される増幅現象が生じる。無電界の場合、衝突により発生した電子やイオンは消失するが、電界を印加すると衝突により発生した電子やイオンは、なだれ的に増幅する。これは光子に対しても同様の現象が発生する。それらの電子による電離衝突で発生した電子の増幅量はeαxであらわされ、電子の電離衝突が多ければ多いほど増幅量も増加する。本発明者らは、この増幅現象を利用し、エネルギの低い二次電子を選択的に検出する方法を考案した。【００３４】  図２を用いて、二次電子を増幅して検出する原理を説明する。図２では、一次電子線をＰＥ、二次電子をＳＥ、反射電子をＢＳＥ、増幅された二次電子に起因する電子／イオン電流をＩと表現している。また、図２では試料を省略して記載している。【００３５】  一次電子線が試料に照射すると試料表面から二次電子および反射電子が放出される。二次電子は隔膜３１と下部電極３３の間の非真空空間に存在する気体分子と電離衝突することで増幅される。より具体的には、気体分子との電離衝突により、プラスイオンと電子が生成され、二次電子はエネルギを失う。その後生成されたプラスイオンと電子がそれぞれ別の気体分子と衝突し再度それぞれプラスイオンと電子が生成される。この過程が繰り返されて二次電子が増幅される。本実施例では、電圧印加制御部２１により隔膜３１と下部電極３３の間の非真空空間に電界を形成することで、二次電子に対して増幅に必要なエネルギを付与し、全電離衝突回数を増やすことで二次電子由来の信号成分の増幅が可能である。【００３６】  増幅された電子またはイオンは上部電極３２または下部電極３３により吸収される。図２では下部電極により電流検出する例を示している。図２の場合には、電圧印加制御部２１により上部電極にプラス電圧を印加しているが、下部電極３３では電離衝突により生成されたプラスイオンと電子とが混在して吸収されると考えられる。【００３７】  この際、反射電子も同様に、気体分子との電離衝突により増幅されるが、反射電子はエネルギが二次電子に比べて十分高いため、試料ＧＡＰが小さい場合には、電離衝突により増幅を繰り返す前に隔膜３１を通過する。したがって、反射電子の電離衝突が無いもしくは少ない試料ＧＡＰにすることで、二次電子による増幅電流分を選択的に検出できる。試料ＧＡＰはステージ９を制御することで調整可能である。【００３８】  気体分子との衝突回数は試料ＧＡＰ（ｘ）／電子の平均自由工程（λ）＝平均散乱回数（γ）で決定し、試料ＧＡＰ中で平均の全増幅量はγeα(E)xと簡易的に表すことが出来る。その関係を踏まえ、電界によって増幅された反射電子及び二次電子の電流量を簡易的に表すと以下のようになる。【００３９】
【数１】
0006539779.tif 000002
【００４０】
【数２】
0006539779.tif 000003
【００４１】  ここで、η及びδは、一次電子線を照射した際に試料から放出される電子放出率であり、反射電子の電子放出率はη、二次電子の電子放出率はδである。γSE及びγBSEは平均散乱回数、ｘは試料ＧＡＰ、α(Ｅ)は電界により変化する電子増幅量である。本実施例での電子放出率の範囲は、ηは０．０１−０．６、δは０．１−１である。気体分子と電子の衝突により電子の増幅が発生することから、反射電子が無散乱状態で隔膜３１を抜け、真空中に到達すれば、γBSE＝０となるためIBSEの信号成分が下部電極で検出されない。また、二次電子は１回の空気分子との衝突でエネルギを失うため、二次電子の平均散乱回数γSE=１である。【００４２】  上記二つの式により、γBSE＜γSEとなる条件であれば、下部電極にて二次電子を選択的に検出可能である。なお、実際にはγBSEとγSEが近い場合には電子放出率η、δに依存することになるが、一般にη＜δであるため、γBSE＜γSEであれば二次電子を選択的に検出可能であると言える。ここで試料ＧＡＰを小さくすればγBSEを小さくすることができるため、γBSE＜γSEを満たすように試料ＧＡＰを調整すればよい。【００４３】  図３は、各加速電圧での平均自由工程の関係を理論式より求め、大気圧空間中における一次電子線の加速電圧と平均自由工程との関係を示している。縦軸は平均自由工程、横軸は加速電子のエネルギである。加速電圧が高くなるに従い、電子の平均自由工程量も増加していることが分かる。たとえば、加速電圧１０ｋｅＶの時、平均自由工程が２０μｍ、加速電圧２０ｋｅＶの場合は平均自由工程が４０μｍ、加速電圧３０ｋｅＶの場合は平均自由工程が６０μｍである。反射電子のエネルギは一次電子線の加速電圧によって決まるため、加速電圧に応じて、γBSE＜γSEとなるように試料ＧＡＰを調整することで、二次電子を選択的に増幅させ、検出することが出来る。【００４４】  図４に放出電子を選択的に検出し、所望の情報を有する基板電流像の取得フローを示す。まず、ステージ機構系により、試料の観察場所に視野移動する（Ｓ１）。基本的な観察条件である加速電圧、照射電流をＳＥＭの操作オペレーションを用いて設定する（Ｓ２）。【００４５】  次に、試料が載置される非真空空間に存在する気体中での一次電子線の平均自由工程に基づき、試料ＧＡＰを調整する（Ｓ３）。平均自由工程を求めるに際して、Ｓ２で加速電圧が設定された加速電圧をパラメータとして用いる。このステップでは、試料ＧＡＰが一次電子線の平均自由工程λPEより小さくなるように設定する。平均自由工程は試料室内の気体の圧力および種類からシミュレーション等により自動的に計算されてもよいし、ユーザが求めてもよい。試料ＧＡＰはステージ機構系により試料をＺ方向に移動させて調整すればよい。このステップを実施すると、試料に一次電子線が照射される状態になる。【００４６】  次に、電圧印加制御部２１により、上部電極と下部電極間に電界を形成する（Ｓ４）。この際、所望の情報が反射電子像であるか二次電子像であるかに応じて電圧値を調整する。反射電子像を取得したい場合にはＩBSE＞ＩSEとなるように調整する。二次電子像を取得したい場合にはＩBSE＜ＩSEとなるように調整する。実際には、図５を用いて説明するように電圧を印加しない場合には反射電子の成分が多い像が得られるので、二次電子像を得たい場合に電界をかければよい。印加電圧を大きくすると図９を用いて後述するように上部電極から下部電極へのリーク電流が大きくなる。したがって、印加電圧は、増幅された二次電子が基板へ流入することによる電流量よりリーク電流が小さくなるように設定することが望ましい。このような印加電圧の値は予め所定値に設定されていてもよい。【００４７】  この段階で所望の情報が得られない場合、再度、試料ＧＡＰを調整する（Ｓ５）。このステップでは、γBSE＜γSEとなるよう調整する。試料ＧＡＰを近づけるほど、γBSEが小さくなるので、Ｓ４のステップを実施後に二次電子像が取得できていない場合には試料ステージをさらに隔膜に近づければよい。【００４８】  試料を介して基板に流れる電流は、電流電圧変換部１９により信号電圧に変換され、偏向部６の偏向信号に同期して、サンプリングされた信号電圧は、画像形成部１５により、画像データとして表示部に表示または保存される（Ｓ６）。【００４９】  したがって、実際にはＳ５とＳ６のステップを繰り返して、画像を見ながら所望の画像が得られるまで試料ＧＡＰを調整すればよい。【００５０】  図５（ａ）（ｂ）を用いて試料ＧＡＰと電界を調整した場合における取得画像の違いについて説明する。本実施例による二次電子の選択性を評価するため、試料はＳｉＣ領域とＡｕ領域を有する試験用試料（ＳｉＣ／Ａｕ基板）を使用した。試験用試料にＳｉＣ／Ａｕを使用した理由は、ＳｉＣとＡｕは、加速電圧３０ｋＶにおいて、反射電子の放出率はＳｉＣよりＡｕの方が高く、二次電子の放出率はＳｉＣの方が高くなるためである。【００５１】  図５（ａ）は、電子光学鏡筒２下部に設置した反射電子検出器８で取得したＳｉＣ／Ａｕ基板の大気圧ＳＥＭ像である。Ａｕの方がＳｉＣ領域より明るいコントラストであり、反射電子起因の画像であることが判る。【００５２】  図５（ｂ）に、試料と隔膜との間に形成される電界と試料ＧＡＰの関係を検証した結果を示す。図５（ｂ）では、試料と隔膜との間に形成される電界を、無電界と１００Ｖ／μｍとした例を比較している。実験条件は、加速電圧３０ｋＶ、照射電流２ｎＡとし、試料ＧＡＰが５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合における無電界時／電界印加時での基板電流像を比較した。基板電流信号は、電子放出率の差を反転したコントラストとなる。よって、図５（ｂ）では、基板電流信号を反転し、画像化した。基板電流像が、反射電子の増幅分で形成されている像であれば、Ａｕの方がＳｉＣより明るくなり、二次電子の増幅分で形成されている像であれば、ＳｉＣの方が明るくなる。【００５３】  図５（ｂ）によると、無電界の場合、基板電流像は反射電子の放出率が高いＡｕの方が明るく、ＳｉＣが暗くなっている。無電界の場合、二次電子は増幅されず、試料に再吸収される。試料から放出される電子は反射電子のみとなるため、反射電子起因のコントラストを形成する。また、この結果は各試料ＧＡＰで同じ傾向となった。試料ＧＡＰを５０μｍとして試料ＧＡＰ間に１００Ｖ／μｍの電界を印加した場合は、ＳｉＣが明るく、Ａｕが暗くなっており、反射電子像（図５（ａ））とコントラストが反対にな��ていることが分かった。放出した電子のうち下部電極側に戻ってくるのは電離衝突により生成させたプラスイオン成分であるため、基板電流量が増加する。これより、二次電子による増幅信号を選択的に取得していることが分かる。また、電界１００Ｖ／μｍの場合において試料ＧＡＰが５０μｍ、１００μｍでは同様の現象が見られたが、試料ＧＡＰを１５０μｍとすると、反射電子の平均散乱回数の増加に伴い、反射電子由来の増幅信号成分が増加するため、取得される基板電流像が反射電子像に近くなる。  この結果より、試料ギャップの条件において二次電子信号由来の電離衝突による増幅分の計測が可能なことを確認した。【００５４】  試料ＧＡＰが１００μｍを超えると、一次電子線の散乱量も増加するため分解能が低下する。よって、分解能が保証される試料ＧＡＰは好ましくはｘ≦３λPEである。また、二次電子が選択的に検出可能な試料ＧＡＰの範囲は、ｘ≦３λBSEである。ここでλBSEは試料が載置された空間の非真空空間に存在する気体中での反射電子の平均自由工程を意味している。ただし、λBSEの値は試料ＧＡＰ間に印加する電界によって変化する。また、ここではλBSEの３倍をしきい値としたが、実際のしきい値は試料の材料や装置構成に依存する。ただし、そのような場合であってもλBSEとλSEの関係に基づいて決められる。さらに、試料ＧＡＰに印加する電圧は、空気の絶縁破壊電界である３ｋＶ／ｍｍ以下となることが望ましい。たとえば、上部電極に印加する電圧は試料ＧＡＰが５０μｍの場合は、１５０Ｖ以下となる。また、本実施例によれば、試料ＧＡＰの調整によって、検出対象とする放出電子を選択的に制御できる。放出電子が走行する距離（試料ＧＡＰ）が長い場合、エネルギの高い反射電子は、電離衝突を多く繰り返すため、二次電子よりも多くの電子とイオンを生み出し、基板電流には、反射電子で増幅された信号が多く重畳される。つまり、ｘ≦３λBSEの範囲では二次電子由来の電流像、ｘ≧３λBSEでは反射電子成分の多い電流像となる。【００５５】  以上、本実施例を用いれば、大気圧下において試料ＧＡＰを調整することで二次電子の電離衝突による増幅現象を選択的に発生させ、二次電子に起因する情報を有する像取得が可能となる。【００５６】  図６に、試料および試料台を大気下に保持する第二筐体内部の概要を示す。なお、図６では第二筺体４近傍以外の図１と同様の部分は省略しているが、当該第二筐体４の上部には、図１と同じ電子線光学鏡筒２が設置されている。図１を用いて上述した通り、隔膜保持部材３５は上部電極３２として、試料ホルダ５は下部電極３３として機能する。【００５７】  図６では、電圧印加制御部２１で制御された電圧印加機構２２によって上部電極３２に電圧を印加している。例えば、電圧印加機構２２は先端に板バネ構造を持つ金属棒である。板バネ部分を通じて上部電極に接触し電圧を上部電極に印加する。図６では、電圧印加機構２２は第二筺体の壁面の挿入部を介して挿入され、第二筐体４外で電圧印加制御部２１に接続される構造としている。電圧印加機構２２への電圧印加は試料ステージ５側の端子を使用して外部より行っても良い。また、第二筐体４に試料ホルダ５と接続された端子が設置されていても良い。また、電圧印加機構２２を省略して、電圧印加制御部２１は上部電極３２に直接配線されても構わない。ただし、上部電極に直接配線した場合には隔膜３１が破損すると上部電極である隔膜保持部材を装置から外す際に配線を取り外す必要が生じる。これに対して図６のように電圧印加機構２２を介して接続することで、隔膜交換の際には電圧印加機構２２の接触部を外すだけでよく、作業効率が向上する。【００５８】  下部電極３３には電流電圧変換部１９が接続されており、下部電極３３に吸収された電流は電圧に変換されて画像形成部１５に出力される。試料１００は下部電極３３である試料ホルダ５の上に載置される。【００５９】  また本実施例では、上部電極３２に電圧印加する構成としたが、下部電極３３に電圧を印加しても構わない。この場合、下部電極３３に接続される電流電圧変換部１９は、電圧印加制御部２１によって電気的に浮遊した回路構成となり、上部電極３２は接地される。【００６０】  試料が設置される空間は、上部電極３２と第二筐体４との間にあるＯリングなどの封止材３９により大気状態が保たれている。また試料ＧＡＰはステージ９のＺ軸により調整可能である。【００６１】  本実施例では、第二筐体４の環境は大気としたが、第二筺体内部の気体は大気と異なるガスであってもよい。例えばＨｅやＡｒを含んでいても構わない。特に、Ｈｅは気体分子を比較して元素番号と密度が小さいため、平均自由工程が長いという性質がある。よって、第二筺体の内部の気体にＨｅを含めることで、平均自由工程が長くなり、試料ＧＡＰの調整が容易になる。また、本発明は必ずしも大気圧である必要はなく、適用可能な真空度範囲は１３３０Ｐａから大気圧までとする。圧力が低下すると気体中の分子密度が小さくなるため、空気分子と電子が衝突する確率が減少する。よって、平均自由工程は長くなる。低真空下においても、試料ＧＡＰをγBSE＜γSEとなるよう調整することで、二次電子を選択的に検出できる。現実的には、例えば試料ＧＡＰを反射電子の平均自由工程の３倍以内の試料ＧＡＰ（ｘ≦３λBSE）であればよい。【００６２】  図６のように、上部電極３２に印加した電圧によって隔膜３１と試料との間に所望の電界を形成するには、上部電極３２と隔膜３１とが電気的に接続されている必要がある。図７は、上部電極３２と隔膜３１の導電性を確保するための構成例である。【００６３】  図７（a）に、一例を示す。隔膜ユニットは、土台上に成膜された電子が透過可能な隔膜３１と隔膜を固定する金属材料で製作された上部電極３２で構成されている。上部電極３２の中心部には一次電子線および反射電子が通るための開口部を有し、隔膜３１のＳｉＮ開口部と中心が一致するように設置する。隔膜３１が成膜された土台３４と上部電極３２は接着剤３６を使用して固定される。その際、上部電極３２の開口部と隔膜３１のＳｉＮ開口部は共に、一次電子線および反射電子を阻害しないようにする。なお、接着剤３６の導電性の有無は問わない。【００６４】  一次電子および反射電子が透過する隔膜３１のＳｉＮ開口部は、導電性が十分でないと電子が透過する度に徐々にマイナスの電荷が蓄積されていく。すると、隔膜３１が負帯電するため、一次電子線の軌道に対する影響が発生した���、隔膜と試料間で発生するリーク電流等のノイズ成分が増加したりする。そこで、上部電極３２と隔膜３１を導電性材料３７により接続することで、上部電極３２と隔膜３１との間の導電性を確保し隔膜３１に蓄積する負電荷を除去する。導電性材料３７としては例えば銀ペースト、カーボンペースト、Ｃｕテープが使用可能である。土台３４に導電性がある場合は、接着剤３６で導電性材料３７の役割を兼用してもよい。【００６５】  図７（ｂ）には、導電キャップ３８を用いて、上部電極３２に対して隔膜３１および土台３４を固定する例を示す。図７（ａ）の導電性材料による接着の代わりに、図７（ｂ）のように導電性のある材料からなるキャップ（導電キャップ３８）によって土台を上部電極３２に取り付けてもよい。さらに土台３４と上部電極３２との間にＯリングなどの封止材４７が設けられてもよい。導電キャップ３８は隔膜および上部電極に対して着脱可能である。図７（ｂ）の例においても、図６に示したように、上部電極３２はＯリングなどの封止材３９を介して第二筐体４に取り付けられており、第二筺体４の内部を荷電粒子光学鏡筒の内部の真空空間から分離している。図７（ａ）の例では上部電極に隔膜が接着により固定されているので、隔膜交換時に上部電極ごと交換する必要が生じる。これに対して、図７（ｂ）のように着脱可能な導電キャップにより固定することで、隔膜を交換するときに隔膜保持部材である上部電極自体を交換する必要がなくなり、導電キャップの取り外しにより隔膜３１および土台３４を上部電極から取り外して交換可能である。したがって、上部電極を使い回すことが可能となる。【００６６】  以上、本実施例を用いれば、電圧印加機構にて大気圧下で二次電子を選択的に取得が可能となる。上部電極で二次電子を検出しようとすると、上部電極には反射電子も同様に入射するため、二次電子と反射電子を弁別して検出することは困難である。これに対して、本実施例のように、下部電極で基板電流を計測することにより増幅された二次電子を検出する方法によれば、試料ＧＡＰ間に形成される電界と試料ＧＡＰの大きさによって、二次電子と反射電子を弁別して検出することが可能である。
【実施例２】
【００６７】  上述の実施例において、電圧印加制御部より上部電極に対して電圧を印加した際に、上部電極から下部電極に流れ込むリーク電流が発生する可能性がある。本実施例では、このようなリーク電流によるノイズを低減する方法について説明する。以下では、実施例１と同様の部分については説明を省略する。【００６８】  二次電子を選択的に取得するために、試料ＧＡＰが数十μｍ−数百μｍの状態で、上部電極または下部電極に数Ｖ−数十Ｖの電圧を印加する必要がある。例えば、試料ＧＡＰが５０μｍで、電圧が５Ｖであると、約１００Ｖ／ｍｍの電界が発生する。すると、図９（ａ）の矢印に示すように、大気中の分子をつたい、上部電極から下部電極にリーク電流が発生する。そのリーク電流のオーダーが、電子線の照射下で計測する数ｎＡの信号以上になると、表面形状を有した電子による信号が正常に測定できなくなる。そこで、本実施例では、隔膜ホルダと下部電極間に絶縁材料を入れることでリーク電流低減手法について述べる。【００６９】  図８（ａ）はリーク電流を低減するための試料ホルダ構成である。隔膜３１と試料１００の間に絶縁部材４０を設置している。別の表現によれば、絶縁部材４０は隔膜３１表面に試料に対向するように設置される。なお、絶縁材料の中央部（土台３４の開口部）には穴が設けられており、一次電子線および反射電子が通過可能となっている。絶縁部材４０は隔膜３１の外周に設置し、隔膜３１のＳｉＮ開口部に重ならないようにする。これによって、上部電極３２と下部電極３３との間を高抵抗化し、下部電極３３に流れるリーク電流を低下させる。この際に使用する絶縁部材４０は、セロハンテープやポリイミドテープでもよい。また、図８（ｂ）に示すように、隔膜３１自体にレジストやＰＩＱ膜といった絶縁膜４１を形成したものを使用してもよい。【００７０】  図９は、上部電極３２に電圧印加した場合の下部電極３３へのリーク電流の実測結果である。図９は、図８（ａ）に示すように、膜厚５０μｍのポリイミドテープを隔膜ホルダ３０に対して１層貼り付けた状態での実測結果である。縦軸をリーク電流量、横軸を上部電極への印加電圧とし、試料ＧＡＰごとに実測した結果である。この結果より、ポリイミドテープのみでは除去しきれないリーク電流分が存在し、下部電極３３に流れるリーク電流量は印加した電圧と試料ＧＡＰに比例することが分かった。【００７１】  リーク電流は、基板電流像の形成においてバックグラウンドとなるため、本実施例では、下部電極に流れる電流信号に対して、電流計測処理部２３を設けている。【００７２】  図１０に本実施例における装置の全体構成を示す。電流計測処理部２３以外は図１と同様のため説明を省略する。電流計測処理部２３は、リーク電流を測定し、リーク電流分だけオフセットする調整回路である。オフセットに使用するリーク電流量は、観察毎に測定することが望ましい。例えば、試料を交換した場合にはワーキングディスタンス（試料ＧＡＰ）を変更した場合にオフセットに使用するリーク電流を測定しなおすのが望ましい。つまり、上部電極と下部電極の間に電界をかけた状態で、荷電粒子線を試料に照射することで、下部電極に流れ込む電流量からオフセットに使用するリ���ク電流量を引く。オフセットに使用するリーク電流量が設定されると、電流計測処理部２３によって下部電極３３に流れ込む電流から毎回（すなわち１ピクセルごとに）設定されたリーク電流量分引く処理をし、オフセット調整された電流信号分が画像形成部１５に出力され画像が形成される。【００７３】  オフセットとしてのリーク電流の測定方法について説明する。まず、一次電子線を照射しない状態で電圧印加制御部２１から上部電極３２に電圧を印加し、電界を発生させる。その際に、下部電極３３に流れた電流量はリーク電流であるため、その値を測定する。その実測したリーク電流量を、下部電極電流測定用のオフセット分として電流計測処理部２３に入力および記憶する。ただし、電界が強い場合、リーク電流が安定しないため、補正値の選択が困難となる。よって、補正可能な電界範囲は１Ｖ／μｍまでが望ましい。【００７４】  図１１に、電流計測処理部２３として用いるオフセット調整回路の具体例を示す。この回路は一例であり、オフセット調整が可能で、かつ、信号増幅回路を有していれば良い。この回路は第二筐体内、第二筐体外どちらに設置してあっても良い。また、オフセット調整回路を用いない方法として、電流計測処理部２３をソフトウェアにより実装する方法もある。この場合、例えば電流電圧変換部１９による信号変換後、画像形成部１５において画像形成部１５に入力された信号からデジタル的にオフセット分を差し引いてもよい。つまり画像形成部１５において、ピクセルごとの輝度の調整を行うことも可能である。【００７５】  以上、本実施例を用いれば、リーク電流によるノイズを低減することが可能となり、大気圧下における二次電子像の像質を向上できる。
【実施例３】
【００７６】  本実施例では、真空排気した筐体内に、カプセル状の試料セルを配置し、大気圧下にある試料からの二次電子を選択して検出可能な、ＳＥＭ構成について説明する。この試料セルは、試料を設置可能な空間を有し、試料セル内部を任意のガス種、圧力の雰囲気にすることが可能である。本実施例では試料セル内部を大気としている。【００７７】  図１２に、試料セルが設置された第二筺体４の内部の概略図を示す。第二筺体の外部は図１と同様のため説明を省略する。試料セル５０は、上部電極３２と、下部電極３３と、封止材４４で構成されている。封止材４４は試料セル５０の側壁をなし、上部電極３２と下部電極３３とを封止し真空空間中に大気圧空間を保持している。上部電極には隔膜ユニット３０が取り付けられている。本実施例において、上部電極３２は試料セルの蓋として機能している。試料１００は試料セルの内部の下部電極上に配置される。すなわち、上部電極３２及び隔膜ユニット３０と下部電極３３の間に設置される。【００７８】  また、電圧印加制御部２１で制御された電圧印加機構２２が上部電極３２に接触可能に設置され、上部電極３２に対して電圧を印加する。上述の実施例と同様、上部電極３２に電圧を印加する代わりに下部電極３３に対して電圧を印加してもよい。下部電極３３には電流電圧変換部１９が接続されている。この際、下部電極３３と上部電極３２間の封止材４４は大気圧空間を保持し、且つ、電気的にも分離されていなければならない。このため、封止材４４の少なくとも一部には電気を通さない絶縁材料を用いる。絶縁材料は、例えばＯリングでもよいし、ゲルシート、接着剤でも良い。また、封止材４４自体が絶縁材料で構成されてもよい。また、この絶縁材料は、試料ＧＡＰを確保または調整するためのスペーサとして使用されても良い。【００７９】  また、試料ＧＡＰを可変にする際は、封止材４４の高さを変更するか、試料セル内に設けられたステージ機構を使用して変更しても良い。ステージ機構の動作はＸＹＺ方向に移動可能なＸＹＺステージ制御部によって制御される。本実施例では、カプセル内に、ＸＹＺステージ９を設置している。当該ステージは絶縁体１０１によって下部電極３３と電気的に絶縁されている。【００８０】  本実施例のカプセル状の試料セルを用いれば、上部電極３２と下部電極３３間で電圧印加可能で、試料１００と隔膜３１間の試料ＧＡＰを調整できる。したがって、真空排気した筐体内でも試料を大気圧空下に設置した状態で、二次電子像を取得することが可能となる。
【実施例４】
【００８１】  本実施例では、試料ＧＡＰを計測するための電極間距離制御部について述べる。以下では、実施例１と同様の部分については説明を省略する。【００８２】  上述のとおり、本発明を実施するときには、試料ＧＡＰの制御が重要となる。試料ＧＡＰの高さを正確に測定することで、試料ＧＡＰを狭くできる。これにより、大気圧下で１次電子の散乱を低減できるため分解能向上につながる。さらに、反射電子による電離散乱の増幅分の信号成分が減少するため、二次電子の選択性が向上し、基盤電流像において表面形状を反映したコントラストをよりはっきりと取得することができる。【００８３】  図１３に、光学式顕微鏡を利用した試料ＧＡＰ測定の模式図を示す。ホルダ内に試料を設置した状態で、上部電極３２、封止材４４、下部電極３３を固定治具４５で挟み込むように固定し、密閉空間を作成する。この際、ＳｉＮ開口部の真下に観察した部位が来るよう試料１００を設置する。ホルダ内にＸＹＺステージ９が内蔵されている場合は、ＸＹＺステージによって試料の観察したい部位が真下に来るように調整しても良い。まず、光学式顕微鏡にて、試料面とＳｉＮ隔膜面とのそれぞれにフォーカス位置が合うように調整し、試料面と隔膜面のフォーカス位置の差を計測して、この差を試料ＧＡＰとする。試料ＧＡＰの調整方法は厚みが異なる複数の種類の封止材４４を選択して用いることにより試料ＧＡＰを調整してもいいし、固定治具部４５の固定力を調整することで封止材４４をつぶししろの範囲で調整しても良い。図１３の方法は、図１２のような環境セル型のホルダを使用する場合に有効である。【００８４】  図１４に、また別の例として、リーク電流を用いて試料ＧＡＰを測定する方法を述べる。図１４に示す方法では、試料１００を設置する部分が上端より１段下がった構造を有する高さ調整用試料台４６上の上端面に対して、観察した試料１００の面を設置する。試料を設置することによる電界への影響を考慮すると、高さ調整用試料台４６の上端面と試料１００の表面をそろえることが望ましいと考えられる。具体的には、光学顕微鏡等のフォーカス点を基準にして高さ調整用試料台４６の上端面と試料１００の表面をそろえればよい。その際に、電圧印加制御部２１より標準印加電圧を印加し、その際に流れるリーク電流を測定する。予め求めておいたリーク電流と試料ＧＡＰとの関係により、測定したリーク電流の大きさから試料ＧＡＰを求める。標準印加電圧は装置ごとで一定とし、予め設定しておく。リーク電流と試料ＧＡＰとの関係は予め測定しておき、データベース等に記憶しておく。【００８５】  図１５に、また別の例として、電子を利用して、走査型電子顕微鏡中で試料ＧＡＰを測定する方法を述べる。大気圧空間では気体分子との衝突によりフレア量が多くなり、試料に到達するまでにビーム径が大きくなってしまう。真空中は、気体分子がほぼ無いため、フレアがほぼ無いビーム径となる。試料ＧＡＰが大きいと、その分、電子と気体分子との衝突回数が増え、フレア量が増える。そこでフレア量をパラメータとして用いれば試料ＧＡＰを測定することができる。【００８６】  図１５の方法では、試料ＧＡＰ測定のための標準試料として、ＳｉまたはＡｌ上に設置された、薄膜上のＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔといった重金属系で作成された試料を用いる。標準試料は、試料ホルダ５の任意の位置に設置される。【００８７】  図１５（ａ）に、フレア量測定試料を真空中で取得した表示部の模式図示す。また、図１５（ｂ）に、フレア量測定試料を大気中で取得したＳＥＭのモデル図を示す。ユーザに対して、表示部１８およびオペレーション部１７にて、測定環境の気体分子の種類、圧力、加速電圧、温度を入力し、それらのパラメータよりフレア量をシミュレーションにより求める。または、代表的な加速電圧や測定環境に対して予めシミュレーションした結果をデータベース等に記憶しておいてもよい。なお、図１５（ａ）（ｂ）は説明のために画面表示する例を示しているが、フレア量を自動的に画像処理により求められれば、画面表示しなくてもよい。【００８８】  実際の測定環境において、フレア量を測定したら、実測したフレア量と、シミュレーションによって算出したフレア量を画像処理部で比較または照合することで、取得したフレア量より試料ＧＡＰを求める。フレア量と試料ＧＡＰとの関係はシミュレーションによって求めてもよいし、予め定められた関係式によって求めてもよい。または予めフレア量と試料ＧＡＰとの関係のデータを記憶しておいて、当該データと照合して試料ＧＡＰを求めてもよい。【００８９】  以上、本実施例を用いれば、試料ＧＡＰの測定ができるため、分解能が高く、二次電子の選択性が高い基板電流像を得ることができる。
【実施例５】
【００９０】  本実施例では、観察条件の自動設定の起動方法について述べる。本実施例で用いた装置は上述の各実施例に組み合わせ可能である。【００９１】  図１６に、本実施例で用いたユーザインターフェースである操作ＧＵＩを示す。図１６の操作ＧＵＩは、表示部１８に表示される。またデータの入力はオペレーション部１７に接続されたマウスやキーボードなどによって行われる。観察条件を設定する際に図１６の画面が自動的に起動されてもよいし、観察条件がデフォルト値として自動的に設定されていてもよい。例えば、加速電圧はデフォルト値で設定されていてもよい。また、ガス種類ボタン２９をクリックして観察するときの試料室内の気体の種類を選択し、その気体の圧力を入力する。また、加速電圧に応じて予め平均自由工程を計算しておき、ハードディスクまたはメモリ上にデータベースとして記憶しておく。オペレーション部１７は、測定条件に設定された加速電圧に応じた平均自由工程を求める。したがって平均自由工程はユーザが計算する必要が無く、試料室内の気体の情報を入力すれば自動的に設定される。【００９２】  また、観察条件設定画面は、印加電圧入力ウィンドウ２５を有し、ユーザは上部電極または下部電極に印加したい電圧を印加電圧入力ウィンドウ２５に入力する。入力された値の電圧が印加される。【００９３】  また、観察条件設定画面は、リーク電流測定ボタン２６を有してもよい。ユーザはリーク電流測定ボタン２６をクリックすることで、下部電極で検出される基板電流を測定できる。したがって、上述の実施例で説明した条件下でリーク電流測定ボタンを押すことで、リーク電流の測定が出来る。さらに、オフセットボタン２７をクリックすると、上述の実施例で述べたように、測定したリーク電流分を、下部電極で検出される基板電流のオフセットとして設定される。【００９４】  なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。【００９５】  各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。【００９６】  また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００９７】１：電子銃、２：電子光学鏡筒、３：第一筐体、４：第二筐体、５：試料ホルダ、６：偏向器、７：光学レンズ、８：検出器、９：ＸＹＺステージ、１０：加速電圧制御部、１１：偏向信号制御部、１２：電子レンズ制御部、１３：ＸＹＺステージ制御部、１４：検出信号制御部、１５：画像形成部、１６：排気系制御部、１７：オペレーション部、１８：表示部、１９：電流電圧変換部、２１：電圧印加制御部、２２：電圧印加機構、２３：電流計測処理部、２４：画像表示部、２８：真空ポンプ、３０：隔膜ユニット、３１：隔膜、３２：上部電極、３３：下部電極、３４：土台、３５：隔膜保持部材、３６：接着剤、３７：導電材料、３８：導電キャップ、３９：封止材、４０：絶縁材料、４１：絶縁膜、４２：抵抗、４３：ステージ土台、４４：封止材、４５：固定治具、４６：高さ調整用試料台、５０：試料セル、１００：試料、１０１：絶縁体
【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（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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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（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６】
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