(57)【要約】  荷電粒子線装置において、対物レンズ内部の試料に極力近い位置で、試料から放出された荷電粒子を効率良く取得する。  荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面（１０５）と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタ（１０７）と、シンチレータから放出された光をフォトディテクタ（１０７）に導くミラー（１０８）と、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズ（１００）とを備え、荷電粒子受光面（１０５）とミラー（１０８）との距離Ｌｓｍが、フォトディテクタ（１０７）とミラー（１０８）との距離Ｌｐｍよりも長く、荷電粒子受光面（１０５）、ミラー（１０８）、及びフォトディテクタ（１０７）が対物レンズ（１００）内部に格納されている。
2015015957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光を前記フォトディテクタに導くミラーと、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズとを備え、
前記荷電粒子受光面と前記ミラーとの距離Lsmが、前記フォトディテクタと前記ミラーとの距離Lpmよりも長く、
前記荷電粒子受光面、前記ミラー、および前記フォトディテクタが、前記対物レンズ内部に格納されている荷電粒子線装置。
【請求項２】
荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光を前記フォトディテクタに導くミラーと、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズとを備え、
前記荷電粒子検出器を前記フォトディテクタの受光面と平行な面に投影した投影図において、前記荷電粒子受光面と前記フォトディテクタとの間に間隙があり、
前記荷電粒子受光面、前記ミラー、および前記フォトディテクタが、前記対物レンズ内部に格納されている荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記フォトディテクタの出力を増幅する信号増幅用基板を備え、当該信号増幅用基板が前記対物レンズ内部に格納されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズが、荷電粒子線を集束させる磁場を発生させるコイルを備え、
当該対物レンズの光軸に対して、前記荷電粒子受光面が、前記コイルの上面と下面の間に設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４に記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズが、集束磁界を発生させるコイルおよび磁極片と、集束静電界を発生させる2つ以上の電極とを備え、
前記電極の1つと、前記荷電粒子検出器の荷電粒子受光面とが、バネを介して電気的に接触していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズが、荷電粒子線を集束させる磁場を発生させるコイルを備え、
当該対物レンズの光軸に対して、前記荷電粒子受光面が、前記コイルよりも試料に近い位置に設置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズが、集束磁界を発生させるコイルおよび磁極片と、集束静電界を発生させる2つ以上の電極とを備え、
前記電極の1つと、前記荷電粒子検出器の荷電粒子受光面とが、バネを介して電気的に接触していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子受光面の中心に貫通穴があいていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子受光面の貫通穴を通って伸びるビーム管と、メッシュとを備え、
前記ビーム管の内面と前記荷電粒子受光面との間が電気的に絶縁され、前記ビーム管の先端近傍に前記メッシュがあり、当該メッシュと前記ビーム管とが電気的に接触していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子受光面と前記ミラーの間にファイバーオプティクプレートが備え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１０に記載の荷電粒子線装置において、
前記ファイバーオプティクプレートの中心に貫通穴があい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１１に記載の荷電粒子線装置において、
前記ファイバーオプティクプレートの表面に導電性薄膜が施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または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子受光面と前記ミラーの間に光学レンズが備えられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置において、
前記光学レンズの中心に貫通穴があいていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の荷電粒子線装置において、
前記光学レンズの表面に導電性薄膜が施されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子受光面の最初の像面が、前記フォトディテクタの受光面よりも後方にくるように、前記光学レンズおよび前記ミラーが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１７】
請求項１または２のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記ミラーに凹面鏡が用いられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１８】
請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズの先端の側壁に前記荷電粒子受光面挿入用の受光面用開口が設けてあり、前記受光面用開口に沿って、前記荷電粒子受光面が挿入されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズの先端の側壁に光学レンズ挿入用の光学レンズ用開口が設けてあり、前記光学レンズ用開口に沿って、前記シンチレータから放出された光を前記ミラーに導く光学レンズが挿入されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の荷電粒子線装置において、
前記受光面用開口と前記光学レンズ用開口が同一の開口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、例えば、荷電粒子線を試料に照射した際に、試料から放出または反射される荷電粒子を検出する検出粒子検出器を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノレベルの観察が可能な走査型電子顕微鏡（SEM）は、半導体分野や材料分野、バイオ分野など様々な分野で用いられている。SEMは、一般に試料から放出された信号電子を試料室や荷電粒子線カラム内に配置された検出器で検出し、画像を取得する。従って、得られる画質は、検出システムの影響を大きく受ける。そのため、これまでに様々な方式が提案されており、信号電子を引き寄せるための電極を検出器先端に搭載したもの（特許文献１）、変換板を用いたもの（特許文献２）、直交電磁場を用いたもの（特許文献３）、および円環状の荷電粒子受光面を備えたもの（特許文献４）などが提案されている。また、磁界レンズを作る磁路先端の側壁に、検出器挿入用の穴を設けるといった検出器搭載位置に関する提案もなされている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表2009-536776号公報
【特許文献２】特開2006-004855号公報
【特許文献３】国際公開第2000/019482号
【特許文献４】特開2010-182596号公報
【特許文献５】特開平7-226180号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者が、荷電粒子線を試料に照射するカラム内に荷電粒子検出器を搭載することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。以下、荷電粒子線装置として、SEMを例に説明する。【０００５】
SEM像の画質を良くするためには、多くの信号電子を効率よく取得する必要がある。そのための有効な方法として、信号電子の発生源に近い位置、すなわち、対物レンズ内部の試料に極力近い位置に検出器を配置することが考えられる。しかし、対物レンズ内部には、電極やコイル、偏向器など様々な部品を配置しなければならず、試料近傍に十分なスペースを確保することが難しい。【０００６】
本発明の目的は、対物レンズ内部の試料に極力近い位置から、試料から放出された信号電子を効率よく取得することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、例えば、荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くミラーと、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズとを備え、荷電粒子受光面とミラーとの距離Lsmが、フォトディテクタとミラーとの距離Lpmよりも長いことに関する。【０００８】
また、本発明は、例えば、荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くミラーと、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズとを備え、荷電粒子検出器をフォトディテクタの受光面と平行な面に投影した投影図において、荷電粒子受光面とフォトディテクタとの間に間隙があることに関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、対物レンズ内部の僅かなスペースに荷電粒子検出器を設置することができる。また、フォトディテクタよりも試料に近い位置に荷電粒子受光面を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１にかかる荷電粒子線装置の概略図
【図２】実施例１にかかる荷電粒子検出器部の概略図（無色透明なアクリル樹脂や石英ガラスをライトガイドとして用いる構成）
【図３】実施例１にかかる荷電粒子検出器部の概略図（ファイバーオプティクプレートを用いる構成）
【図４】実施例１にかかる荷電粒子検出器部の概略図（光学レンズを用いる構成）
【図５】実施例１にかかるGUI画面の概略図
【図６】実施例２にかかる荷電粒子線装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施例は、荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くミラーと、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズとを備え、荷電粒子受光面とミラーとの距離Lsmが、フォトディテクタとミラーとの距離Lpmよりも長く、荷電粒子受光面、ミラー、およびフォトディテクタが、対物レンズ内部に格納されている荷電粒子線装置を開示する。
【００１２】
また、実施例は、荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くミラーと、荷電粒子線を試料に集束するための対物レンズとを備え、荷電粒子検出器をフォトディテクタの受光面と平行な面に投影した投影図において、荷電粒子受光面とフォトディテクタとの間に間隙があり、荷電粒子受光面、ミラー、およびフォトディテクタが、対物レンズ内部に格納されている荷電粒子線装置を開示する。
【００１３】
また、実施例は、荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くミラーとを備え、荷電粒子受光面とミラーとの距離Lsmが、フォトディテクタとミラーとの距離Lpmよりも長い荷電粒子検出器を開示する。
【００１４】
また、実施例は、荷電粒子によって発光するシンチレータを備えた荷電粒子受光面と、シンチレータから放出された光を検出するフォトディテクタと、シンチレータから放出された光をフォトディテクタに導くミラーとを備え、荷電粒子検出器をフォトディテクタの受光面と平行な面に投影した投影図において、荷電粒子受光面とフォトディテクタの間に間隙がある荷電粒子検出器を開示する。
【００１５】
また、実施例は、荷電粒子線装置が、フォトディテクタの出力を増幅する信号増幅用基板を備え、当該信号増幅用基板が対物レンズ内部に格納されていることを開示する。
【００１６】
また、実施例は、対物レンズが、荷電粒子線を集束させる磁場を発生させるコイルを備え、当該対物レンズの光軸に対して、荷電粒子受光面が、コイルの上面と下面の間に設置されていることを開示する。更に、対物レンズが、集束磁界を発生させるコイルおよび磁極片と、集束静電界を発生させる2つ以上の電極とを備え、電極の1つと、荷電粒子検出器の荷電粒子受光面とが、バネを介して電気的に接触していることを開示する。
【００１７】
また、実施例は、対物レンズが、荷電粒子線を集束させる磁場を発生させるコイルを備え、当該対物レンズの光軸に対して、荷電粒子受光面が、コイルよりも試料に近い位置に設置されていることを開示する。更に、対物レンズが、集束磁界を発生させるコイルおよび磁極片と、集束静電界を発生させる2つ以上の電極とを備え、電極の1つと、荷電粒子検出器の荷電粒子受光面とが、バネを介して電気的に接触していることを開示する。更に、対物レンズの先端の側壁に荷電粒子受光面挿入用の受光面用開口が設けてあり、受光面用開口に沿って、荷電粒子受光面が挿入されることを開示する。更に、対物レンズの先端の側壁に光学レンズ挿入用の光学レンズ用開口が設けてあり、光学レンズ用開口に沿って、シンチレータから放出された光をミラーに導く光学レンズが挿入されることを開示する。更に、受光面用開口と光学レンズ用開口が同一の開口であることを開示する。
【００１８】
また、実施例は、荷電粒子受光面の中心に貫通穴があいていることを開示する。更に、荷電粒子受光面の貫通穴を通って伸びるビーム管と、メッシュとを備え、ビーム管の内面と荷電粒子受光面との間が電気的に絶縁され、ビーム管の先端近傍にメッシュがあり、当該メッシュとビーム管とが電気的に接触していることを開示する。
【００１９】
また、実施例は、荷電粒子受光面とミラーの間にファイバーオプティクプレートが備えられていることを開示する。更に、ファイバーオプティクプレートの中心に貫通穴があいていることを開示する。更に、ファイバーオプティクプレートの表面に導電性薄膜が施されていることを開示する。
【００２０】
また、実施例は、荷電粒子受光面とミラーの間に光学レンズが備えられていることを開示する。更に、光学レンズの中心に貫通穴があいていることを開示する。更に、光学レンズの表面に導電性薄膜が施されていることを開示する。更に、荷電粒子受光面の最初の像面が、フォトディテクタの受光面よりも後方にくるように、光学レンズおよびミラーが配置されていることを開示する。
【００２１】
また、実施例は、ミラーに凹面鏡が用いられていることを開示する。
【００２２】
また、実施例は、荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線カラムと、荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、を備え、荷電粒子検出器によって検出される荷電粒子が、試料から放出されたときのエネルギーと、放出されたときの方向とを表示する機能を備える荷電粒子線装置を開示する。更に、放出されたときのエネルギーを原点からの距離と、放出されたときの方向を傾きとして表す機能を備えることを開示する。
【００２３】
また、実施例は、荷電粒子検出器によって検出される荷電粒子に関して、試料から放出されたときの放出エネルギーと、試料から放出されたときの放出角度とを表示するGUI画面を開示する。更に、放出エネルギーを原点からの距離と、放出角度を傾きとして表すことを開示する。
【００２４】
以下、上記およびその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。尚、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本実施例における荷電粒子線用対物レンズ（以下、対物レンズと呼ぶ）の概略図である。【００２６】
図１において、対物レンズ100は、荷電粒子線を試料に集束するための磁界を発生させるアウトレンズ用コイル101およびシングルポールレンズ用コイル102と、各々のコイルを制御するアウトレンズ用コイル制御器131およびシングルポールレンズ用コイル制御器132と、各々のコイルによって発生した磁界を用いて荷電粒子線集束用レンズを形成するための磁極片103と、荷電粒子線を偏向するための偏向器104a, 104bと、偏向器を制御するための偏向器制御器134と、荷電粒子線を試料に照射した際に発生する荷電粒子をフォトンに変換するシンチレータを備えた荷電粒子受光面105と、荷電粒子受光面に高電圧を印加するための荷電粒子受光面用電源106と、荷電粒子受光面用電源を制御する荷電粒子受光面用電源制御器136と、シンチレータから発生したフォトンを検出するフォトディテクタ107と、フォトディテクタを制御するフォトディテクタ制御器137と、フォトンをフォトディテクタに導くミラー108と、電子が通過する上部ビーム管109および下部ビーム管110と、上部ビーム管に高電圧を印加するビーム管用電源111と、ビーム管用電源を制御するビーム管用電源制御器141と、上部ビーム管と同電位のメッシュ112と、上部ビーム管と下部ビーム管を電気的に接触させるためのバネ113と、前記各々の制御装置を統合的に制御する統合コンピュータ130と、オペレータが照射条件等や試料ステージの位置といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）151と、装置をコントロールするためのGUI画面153や装置の状態、取得した情報（画像を含む）等を表示する1つまたは複数のディスプレイ152と、を備えている。尚、装置の状態や取得した情報等は、GUI画面153に含まれてもよい。【００２７】
尚、荷電粒子受光面105とミラー108の距離Lsmとフォトディテクタ107とミラー108の距離Lpmは、次式の関係にある。【００２８】
Lsm  ≧ Lpm  ・・・（１）
すなわち、フォトディテクタ受光面に対して平行な面に荷電粒子受光面105を投影した場合、フォトディテクタと荷電粒子受光面の間に間隙が存在する。【００２９】
尚、荷電粒子受光面には、導電性を持たせるためにアルミニウムが蒸着されている。【００３０】
図２〜図４は、本実施例にかかる荷電粒子検出器部の概略図である。具体的には、シンチレータから発生したフォトンをフォトディテクタに導く構成の一例を示す概略図である。【００３１】
図２は、無色透明なアクリル樹脂や石英ガラスをライトガイド215aとして用いる構成を示している。荷電粒子受光面205aに対して切断面が20°〜60°となるように切断されたライトガイド上面にアルミニウム蒸着などを行うことで、ライトガイドとしての機能に加え、ミラー208aの役割も持たせることができる。また、ミラー208aからフォトディテクタ207までの経路も同一のライトガイドで製作すれば、1つの部品で荷電粒子受光面205aからフォトディテクタ207を繋ぐことができる。【００３２】
図３は、ファイバーオプティクプレート（FOP）216を用いる構成を示している。FOPは、光ファイバーを束ねた光学デバイスであり、図３のようにテーパタイプのものは像を拡大縮小して伝達することができる。すなわち、フォトディテクタ207の受光面よりも広い領域から発生したフォトンをフォトディテクタに導くことができる。試料から放出される荷電粒子は、対物レンズ内で広がり、かつ、その広がり方は、観察条件によって変化する。そのため、実質的に有効な荷電粒子受光面205bを広げることは、安定した検出効率を実現する上で非常に重要である。その一方で、上述したように対物レンズ内部は、レンズ用コイルや偏向器など配置しなければならない部品が多く、各パーツは可能限りコンパクトに構成することが望まれる。FOPを用いることで、広い荷電粒子受光面とコンパクトな検出器を両立することが可能となる。尚、FOPからフォトディテクタまでは、図２同様、ミラー208bを有するライトガイド215bを用いている。【００３３】
図４は、光学レンズを用いて、シンチレータから発生したフォトンをミラー208cを介してフォトディテクタ207に導く構成を示している。FOP同様、実質的に有効な荷電粒子受光面205cをフォトディテクタの受光面よりも広げることができ、広い荷電粒子受光面とコンパクトな検出器を両立できる。また、光学レンズを用いる場合には、光学レンズを対物レンズの光軸方向に駆動可能な構成とすることで、有効な荷電粒子受光面を変化させることができる。すなわち、検出される信号電子の分布を変化させることができる。尚、本構成では、第1の光学レンズ217と第2の光学レンズ218を用いているが、シンチレータから発生したフォトンをフォトディテクタに導く目的において、光学レンズの枚数は問わない。また、光学レンズは、荷電粒子受光面の像が対物レンズの光軸上に形成されないように組み合わせる方が、ビーム管209によるフォトンの損失を低減することができる。好ましくは、荷電粒子受光面の像が、フォトディテクタの受光面よりも遠くに形成されるようにレンズを組み合わせるのがよい。【００３４】
さらに、図２〜図４は、荷電粒子線が絶縁物に晒されないように、ミラーから荷電粒子受光面まで1本のビーム管209が貫通しているが、ライトガイド、FOP、光学レンズにメタライズ処理やネサ処理といった導電膜を形成する表面処理施すことで、荷電粒子線が絶縁物に晒されないようにしても構わない。また、複数のビーム管に分割してもよいし、ビーム管と表面処理を併用しても構わない。【００３５】
また、本実施例では、平坦なミラーを用いたが、凹面鏡を用いてもよい。その場合、FOPや光学レンズ同様、フォトディテクタの受光面よりも広い領域から発生したフォトンをフォトディテクタに導くことができる。【００３６】
また、対物レンズは、磁場型に限られず、静電型の対物レンズであってもよいし、磁場静電複合対物レンズであってもよい。【００３７】
本実施例にかかる構成の技術的効果は、次のとおりである。【００３８】
まず、フォトディテクタ受光面よりも試料に近い位置に、荷電粒子受光面を配置することで、試料から放出される荷電粒子を効率よく検出することができる。そのため、走査荷電粒子線像の像質向上が期待できる。また、荷電粒子受光面が、対物レンズ100の光軸上に配置されているため、検出される荷電粒子のエネルギーや放出角度を解析し易いという利点がある。この点は、像情報の解析を容易にし、ユーザビリティの向上につながる。また、フォトディテクタ107を対物レンズ内部に格納することで、検出器部をコンパクトに纏めることができる。その結果、磁路に大きな穴をあけることなく、検出器を搭載することが可能となる。また、集束イオンビーム（FIB）装置とSEMを1つの試料室に搭載したFIB-SEM装置では、2つの荷電粒子線カラムを搭載しているため、より一層試料近傍のスペースが制限される。そのため、検出器部をコンパクトに纏める利点は、荷電粒子線カラムを複数備える複合荷電粒子線装置ほど大きい。さらに、フォトディテクタ制御器137も合わせて対物レンズ内部に格納することで、フォトディテクタ107とフォトディテクタ制御器137間で発生するノイズを低減することができる。【００３９】
次に、荷電粒子受光面105の下方に上部ビーム管109と同電位のメッシュ112を配置することで、上部ビーム管109に印加する電圧と荷電粒子受光面105に印加する電圧を独立に制御できる。この点は、アウトレンズとシングルポールレンズの両方を搭載した複合対物レンズにおいて非常に有効である。何故なら、アウトレンズモードでは、ビーム管および荷電粒子受光面共に高電圧を印加する方が、荷電粒子線の集束作用および荷電粒子の検出性能ともに良くなるが、シングルレンズモードでは、荷電粒子線の集束作用の観点からビーム管は接地電位の方が好ましいのに対し、検出性能の観点から荷電粒子受光面は高電圧を印加した方が好ましいためである。また、ビーム管の電位と荷電粒子受光面の電位を独立に制御することで、荷電粒子のエネルギー弁別を行うこともできる。例えば、SEMにおいて、荷電粒子受光面に+8kV、ビーム管に-30Vを印加することで、30V以下の二次電子を排除することができる。【００４０】
また、ビーム管電位は、荷電粒子線の試料照射エネルギーに影響を及ぼすことはないが、試料から放出される荷電粒子の軌道には影響を及ぼす。したがって、ビーム管電位を制御することで、ビーム管内部に配置された荷電粒子受光面105に到達する荷電粒子の角度分布を制御することができる。その際、ビーム管と荷電粒子受光面は同電位でも構わない。また、照射する荷電粒子線のエネルギーが、シンチレータを発光させるのに十分な程度に高く、かつ、ビーム管と荷電粒子受光面の電位を独立に制御する場合には、エネルギーおよび角度の両方を同時に弁別することができる。例えば、SEMにおいて、試料に照射する電子線のエネルギーを+5kV、荷電粒子受光面の電圧を+3kVした場合、ビーム管の電圧を-5ｋＶから+3kVの間で適宜調整することで、所望の放出角度の後方散乱電子を選択的に検出することができる。これらの利点は、角度弁別には適さない直交電磁場を用いた系よりも優れた点である。また、エネルギーおよび角度弁別を行う際、図５に示すようなGUI画面があると直感的に理解しやすく便利である。図５は、角度弁別を行うモード（ビーム管と荷電粒子受光面を同電位で駆動するモード）を選択し、検出される二次電子のエネルギーおよび角度分布を表示した場合の例である。検出される信号の分布図（Signal Map）は、原点からの距離が二次電子のエネルギー、原点からの方向が角度を表す。従って、図５は、エネルギー30V以下、放出角度30°〜60°の二次電子が検出されることを示している。尚、検出される信号の分布図を視覚的に分かり易く表示する目的において、形式は問わない。例えば、横軸をエネルギー、縦軸を角度とした分布図を作成してもよいし、縦軸と横軸を荷電粒子受光面の座標とし、エネルギーまたは角度で色分けした点をプロットしても構わない。【００４１】
次に、上部ビーム管109と下部ビーム管110を電気的に接触させる方法について考える。上部ビーム管と下部ビーム管を電気的に確実に接触させるためには、上部ビーム管に下部ビーム管をネジ等で直接固定するか、上部ビーム管と下部ビーム管をケーブル等で連結する必要がある。前者は、一度連結しても着脱が比較的容易とのメリットがある。後者は、上部ビーム管と下部ビーム管に固定ネジを配置するためなどのスペースを確保する必要がないというメリットがある。また、バネ接触の場合には、バネの柔軟性により上部ビーム管と下部ビーム管の寸法公差を吸収するため、個々に固定することができる。その結果、検出器部を独立したユニットとして取り扱うことが可能となる。これは、メンテナンス性の向上につながる。
【実施例２】
【００４２】
図６は、本実施例における対物レンズの概略図である。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。【００４３】
図６において、対物レンズ300は、荷電粒子線を試料に集束するための磁界を発生させるアウトレンズ用コイル301およびシングルポールレンズ用コイル302と、各々のコイルを制御するアウトレンズ用コイル制御器331およびシングルポールレンズ用コイル制御器332と、各々のコイルによって発生した磁界を用いて荷電粒子線集束用レンズを形成するための磁極片303と、荷電粒子線を偏向するための偏向器304a, 304bと、偏向器を制御するための偏向器制御器334と、荷電粒子線を試料に照射した際に発生する荷電粒子をフォトンに変換するシンチレータを備えた荷電粒子受光面305と、荷電粒子受光面に高電圧を印加するための荷電粒子受光面用電源306と、荷電粒子受光面用電源を制御する荷電粒子受光面用電源制御器336と、シンチレータを支持するためのシンチレータ支持棒319と、シンチレータ支持棒を制御するシンチレータ支持棒制御器349と、シンチレータから発生したフォトンを検出するフォトディテクタ307と、フォトディテクタを制御するフォトディテクタ制御器337と、フォトンをフォトディテクタに導く第1の光学レンズ317と、第1の光学レンズを支持する光学レンズ支持棒320と、光学レンズ支持棒を制御する光学レンズ支持棒制御器350と、第2の光学レンズ318とミラー308と、前記各々の制御装置を統合的に制御する統合コンピュータ330と、オペレータが照射条件等や試料ステージの位置といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）351と、装置をコントロールするためのGUI画面353や装置の状態、取得した情報（画像を含む）等を表示する1つまたは複数のディスプレイ352と、を備えている。尚、装置の状態や取得した情報等は、GUI画面353に含まれてもよい。【００４４】
尚、荷電粒子受光面305と第1の光学レンズ317は、必要に応じて磁極片303の先端に設けられた穴から挿入され、不要なときは待避させることができる。さらに、第1の光学レンズとして、焦点距離の異なる複数の光学レンズを搭載しても構わないし、第1の光学レンズと第2の光学レンズの両方または片方を対物レンズの光軸方向に駆動可能な構成としてもよい。これにより、荷電粒子受光面の実質的な有効面積を変化させることができる。すなわち、検出される信号電子の分布を変化させることができる。【００４５】
また、本実施例では、挿入や待避は、制御器を用いて行うことを想定しているが、手動で行う構成としてもよい。また、シンチレータと第1の光学レンズを別々の支持棒に支持しているが、シンチレータと第1の光学レンズを一体とし、一つの支持棒に支持しても構わない。また、支持棒に固定せず、必要に応じて対物レンズ内部に置いてくる構成としてもよいし、対物レンズ内部に固定する構成としてもよい。【００４６】
また、本実施例においても、実施例１と同様、ビーム管やメッシュを搭載してもよいし、平坦なミラーの代わりに、凹面鏡を用いてもよい。また、対物レンズは、磁場型に限られず、静電型の対物レンズであってもよいし、磁場静電複合対物レンズであってもよい。【００４７】
本実施例にかかる構成の技術的効果は、次のとおりである。【００４８】
実施例１にかかる構成よりも、荷電粒子受光面と試料距離を縮めることができるため、より効率よく信号電子を検出することができる。尚、支持棒に支持し、挿入や待避を行える構成とする場合には、磁路先端に穴をあけることになるため、磁路先端に穴があいても磁界レンズに及ぼす影響が小さい構造の対物レンズとする。
【符号の説明】
【００４９】
100, 300：対物レンズ
101, 301：アウトレンズ用コイル
102, 302：シングルポールレンズ用コイル
103, 303：磁極片
104a, 104b, 304a, 304b：偏向器
105, 205a, 205b, 205c, 305：荷電粒子受光面
106, 306：荷電粒子受光面用電源
107, 207, 307：フォトディテクタ
108, 208a, 208b, 208c, 308：ミラー
109：上部ビーム管
110：下部ビーム管
111：ビーム管用電源
112：メッシュ
113：バネ
130, 330：統合コンピュータ
131, 331：アウトレンズ用コイル制御器
132, 332：シングルポールレンズ用コイル制御器
134, 334：偏向器制御器
136, 336：荷電粒子受光面用電源制御器
137, 337：フォトディテクタ制御器
141：ビーム管用電源制御器
151, 351：コントローラ（キーボード、マウスなど）
152, 352：ディスプレイ
153, 353：GUI画面
209：ビーム管
215a, 215b：ライトガイド
216：ファイバーオプティクプレート（FOP）
217, 317：第1の光学レンズ
218, 318：第2の光学レンズ
319：シンチレータ支持棒
320：光学レンズ支持棒
349：シンチレータ支持棒制御器
350：光学レンズ支持棒制御器
【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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【国際調査報告】
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