(57)【要約】  本発明の荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線（１０２）を放出する一次荷電粒子線源（１０１）と、前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器（１１７）と、前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズ（１０４）と、前記試料（１０６）が搭載される試料台（１０７）と、前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器（１０９）と、前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも１つの開口部を有する絞り（１０５）とを備える。前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成される。  これにより、信号荷電粒子、特に低エネルギーの二次電子（１０８）を高い角度分解能で選択検出することと、高い空間分解能とを両立する荷電粒子線装置が実現できる。
2016120971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次荷電粒子線を放出する一次荷電粒子線源と、  前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器と、  前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズと、  前記試料が搭載される試料台と、  前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器と、  前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも１つの開口部を有する絞りとを備え、  前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  前記絞りの前記開口部は、前記信号荷電粒子の仰角及び方位角の少なくとも一方の範囲を規定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を制御する絞り制御機構をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、  前記絞りは、形状が異なる複数の開口部を有し、  前記絞りの前記複数の開口部のうち１つの開口部を露出させる切欠き部を有する遮蔽部材をさらに備え、  前記絞り制御機構は、前記絞り又は前記遮蔽部材を回転し、前記複数の開口部のうちの１つの開口部を前記切欠き部から順次露出させるように構成されること特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、  前記絞りは、相互に重なり合うように配置された複数の部材を備え、前記開口部は、前記複数の部材に囲まれた部分であり、  前記絞り制御機構は、前記複数の部材の少なくとも１つを移動させて、前記開口部の形状を変更するように構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、  前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を設定する画面を表示する表示部をさらに備え、  前記絞り制御機構は、前記画面に入力された情報に応じて前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を制御す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、  前記画面は、前記開口部の形状と、前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離と、前記絞りの高さとを入力する入力部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子線装置において、  前記開口部の形状と、前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離とから前記絞りの高さを決定する情報処理部をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項７に記載の荷電粒子線装置において、  前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離と、前記絞りの高さとから前記開口部の形状を決定する情報処理部をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  前記検出器からの情報から画像を形成する情報処理部と、前記画像を表示する表示部とをさらに備え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、  前記絞りの複数の条件で取得された複数の画像を格納する画像記憶部をさらに備え、  前記情報処理部は、前記複数の画像に対して演算処理を実行し、前記演算処理された画像を前記表示部に表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  前記一次荷電粒子線を加速又は減速させる手段をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、  前記手段は、前記試料台に電圧を印加して、前記一次荷電粒子線を前記試料の直前で減速させる手段であり、  前記試料及び前記絞りに同じ極性の電圧を印加することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、  前記手段は、少なくとも前記対物レンズ近傍の空間に電圧を印加して、前記一次荷電粒子線を加速させる手段であり、  前記絞りと前記加速させる手段との間には電圧を印加するための先端電極が設置され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、  前記先端電極の前記電圧は、前記開口部の形状、前記絞りと前記対物レンズとの間の距離、及び、前記加速させる手段の前記電圧に応じて設定され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、荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線を走査し、試料から放出される信号荷電粒子を検出器で検出し、検出された信号荷電粒子の信号で画像を形成するものである。この荷電粒子線装置において、一次荷電粒子線と信号荷電粒子が共に電子であるものは走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と呼ばれる。【０００３】  ＳＥＭは、光学顕微鏡より高い空間分解能を有しており、その用途は、エレクトロニクスや機能性材料などの材料分野、あるいは、細胞、製薬などのバイオテクノロジー分野など広範にわたる。【０００４】  ＳＥＭでは、一次電子の試料への照射によって発生した信号電子を検出するが、検出される信号電子のエネルギーや放出角度により、得られるＳＥＭ画像のコントラストが変化する。様々な試料のＳＥＭ画像について最適なコントラストを得るため、試料から放出される信号電子の中で、コントラストに寄与する信号電子だけを選択して検出する技術に対する需要が高まっている。【０００５】  この信号電子は、通常５０ｅＶ未満の低エネルギーの二次電子と、５０ｅＶ以上の高エネルギーの後方散乱電子に大別される。二次電子は一次電子の非弾性散乱によって、試料内の自由電子が励起され、真空中に放出されたものである。広義の二次電子として一次電子の照射に起因して発生した全ての電子を二次電子と言うことがあるが、以下では、エネルギーが５０ｅＶ未満の電子を二次電子と呼ぶ。【０００６】  二次電子はエネルギーが小さいため、試料内部で発生したものは試料中で吸収され、試料表面近くで発生したものだけが表面から試料外に放出される。そのため、二次電子を検出したＳＥＭ像では試料の表面形状や電位コントラストの情報が得られる。一方、後方散乱電子は一次電子が試料中において弾性散乱又は非弾性散乱する過程で、試料表面から再放出されたものであり、エネルギー範囲は、一次電子のエネルギーを最高値として広く分布する。また、後方散乱電子を検出したＳＥＭ像では、原子番号や結晶性に依存して、試料の組成や結晶方位の情報が得られる。【０００７】  また、特定の仰角範囲や方位角範囲に放出された信号電子を検出することによって、重要な情報が得られる場合がある。平坦な試料に一次電子が垂直に入射した場合の信号電子の発生量の分布は、仰角に対してはコサイン側に従い、方位角に対しては一様分布となる。このため、検出する信号電子の角度範囲を、試料面の法線方向付近に限定して検出することにより、高アスペクト構造の底部を強調したＳＥＭ画像が得られる。また、ある特定の方位角範囲に限定して検出することにより、陰影効果によってパターンの凹凸を強調したＳＥＭ画像が得られる。【０００８】  さらに、ＳＥＭの高い空間分解能を維持したまま、試料から放出される信号電子の角度選択検出も行いたいというニーズが高まっている。一次電子の試料への入射エネルギーが低い状態で高空間分解能を得る手法として、リターディング法やブースティング法などがある。【０００９】  リターディング法は、試料台に負の電圧を印加することで試料に入射する電子を減速させる。試料台に印加された負の電圧によって試料と対物レンズとの間に静電レンズ（陰極レンズ）が形成される。その結果として球面収差と色収差を低減し、ＳＥ��画像の質が改善される。また、一次電子に対する減速電界は、試料から放出される二次電子に対しては加速電界となる。【００１０】  また、ブースティング法は、カラム内部に正の電圧を印加する電極（ビームブースター）を挿入し、一次電子を加速した状態で対物レンズを通過させ、対物レンズ通過後に元の加速電圧まで減速させる。このビームブースターは対物レンズ終端付近で終わるため、対物レンズ終端と試料との間に静電レンズが生じる。リターディング法と同様に、この静電レンズは、一次電子に対しては減速電界として、試料から放出する信号電子に対しては加速電界として作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０８−１２４５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  試料から放出される信号荷電粒子の角度選択に対するニーズが存在するが、いくつかの要因によって信号荷電粒子の角度情報が失われることがある。その要因として、対物レンズの磁場の影響により信号荷電粒子が偏向して角度情報を失う場合や、リターディング電圧やリターディング電圧による電界に起因して信号荷電粒子が角度情報を失う場合などがある。【００１３】  そこで、本発明は、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報（仰角及び方位角）を損失することなくその角度範囲を選択して検出する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  例えば、上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、一次荷電粒子線を放出する一次荷電粒子線源と、前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器と、前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズと、前記試料が搭載される試料台と、前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器と、前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも１つの開口部を有する絞りとを備え、前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成される、荷電粒子線装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報を損失することなくその角度範囲を選択して検出することができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例に関わるＳＥＭの概略を示す全体構成図である。
【図２】二次電子の仰角と方位角の定義を説明する図である。
【図３】第１実施例に関わるＳＥＭにおけるブースター電極の別の形態（全カラム型のブースター電極）を示す図である。
【図４Ａ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第１の例である。
【図４Ｂ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第２の例である。
【図４Ｃ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第３の例である。
【図４Ｄ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第４の例である。
【図５Ａ】図４Ａ〜図４Ｄの絞りに用いられる絞り制御機構の側方断面図である。
【図５Ｂ】図４Ａ〜図４Ｄの絞りに用いられる絞り制御機構の上方からの平面図である。
【図６Ａ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径を選択可能な絞りの例である。
【図６Ｂ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける遮蔽板の例である。
【図７Ａ】図６Ａ〜図６Ｂの絞りに用いられる絞り制御機構の側方断面図である。
【図７Ｂ】図６Ａ〜図６Ｂの絞りに用いられる絞り制御機構の上方からの平面図である。
【図８Ａ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が変更可能な絞りの第１の例である。
【図８Ｂ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が変更可能な絞りの第２の例である。
【図８Ｃ】第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が変更可能な絞りの第３の例である。
【図９】図８Ａの絞りに用いられる絞り制御機構の上方からの平面図である。
【図１０Ａ】第１実施例に関わるＳＥＭにおいてＥｘＢを用いた検出器を側方から見た図である。
【図１０Ｂ】第１実施例に関わるＳＥＭにおいてＥｘＢを用いた検出器を上方から見た図である。
【図１１】第１実施例に関わるＳＥＭにおいて変換板を用いた検出器の構成を説明する図である。
【図１２】第１実施例に関わるＳＥＭにおいて二次電子の角度を選択してＳＥＭ画像を取得するフローチャートである。
【図１３】第１実施例に関わるＳＥＭにおいて使用者が角度選択のための設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す図である。
【図１４】第１実施例に関わるＳＥＭにおいてブースティング法とリターディング法を使用しないＳＥＭの概略を示す全体構成図である。
【図１５】第２実施例に関わるＳＥＭの概略を示す全体構成図である。
【図１６】第２実施例に関わるＳＥＭにおいて使用者が角度選択のための設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す図である。
【図１７】第３実施例に関わるＳＥＭの概略を示す全体構成図である。
【図１８】第３実施例に関わるＳＥＭにおいて使用者が角度選択のための設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１８】  以下の実施例は、一次荷電粒子線を走査して試料から放出される信号荷電粒子を検出器で検出し、検出された信号荷電粒子の信号で画像を形成する荷電粒子線装置に関するものである。以下、一次荷電粒子線及び信号荷電粒子として電子を用いるＳＥＭを例に挙げて説明するが、本発明の適用範囲はＳＥＭに限定されず、他の荷電粒子線装置にも適用可能である。例えば、一次荷電粒子線としてヘリウムイオンを用いるヘリウムイオン顕微鏡でも、本発明の効果を得ることができる。
【００１９】  なお、上述したように、広義の二次電子として一次電子の照射に起因して発生した全ての電子を二次電子と言うことがあるが、以下では、エネルギーが５０ｅＶ未満の電子を二次電子と呼ぶ。なお、二次電子と後方散乱電子の境界を５０ｅＶ以外に定義した場合も本発明の効果を得ることができる。
【００２０】［第１実施例］  図１は、本実施例に関するＳＥＭの全体構成を示す。ＳＥＭは、一次電子（一次荷電粒子線）１０２を放出する電子源（一次荷電粒子線源）１０１と、一次電子１０２を走査するための偏向器１１７と、ブースター電極１０３と、一次電子１０２を試料１０６上に収束させる対物レンズ１０４と、試料１０６が搭載される試料台１０７と、試料１０６から放出する二次電子（信号荷電粒子）１０８を検出する検出器１０９と、一次電子１０２及び二次電子１０８が通過するための開口部（孔）を有する絞り１０５と、を備える。
【００２１】  検出器１０９は、信号処理部１１０を備える。また、絞り１０５は、絞り制御機構１１３を備える。また、ＳＥＭは、各種構成要素の電源として、ブースター電源１１１と、対物レンズ電源１１２と、リターディング制御電源１１４と、偏向器用電源１１８とを備える。
【００２２】  情報処理部１１５は、信号処理部１１０、絞り制御機構１１３、ブースター電源１１１、対物レンズ電源１１２、リターディング制御電源１１４、及び偏向器用電源１１８に接続される。情報処理部１１５は、これらの構成要素を制御するとともに、各種情報処理を実行する。画像表示端末１１６は、情報処理部１１５への入力を行う入力部（マウス、キーボードなど）、及び情報処理部１１５からの出力を表示する表示部（ディスプレイなど）を備えるものである。
【００２３】  上述した信号処理部１１０及び情報処理部１１５は、汎用のコンピュータを用いて実現されてもよく、コンピュータ上で実行されるプログラムの機能として実現されてもよい。コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、メモリなどの記憶部と、ハードディスクなどの記憶装置を少なくとも備える。信号処理部１１０及び情報処理部１１５の処理は、プログラムコードとしてメモリに格納し、プロセッサが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。なお、信号処理部１１０及び情報処理部１１５の一部が、専用の回路基板などのハードウェアによって構成されてもよい。
【００２４】  図１において、電子源１０１で生成された一次電子１０２は、ブースター電極１０３、偏向器１１７、対物レンズ１０４を通過する。一次電子１０２は、試料台１０７上に置かれている試料１０６に照射され、それにより、二次電子１０８が発生する。
【００２５】  対物レンズ１０４は対物レンズ電源１１２によって駆動し、偏向器１１７は偏向器用電源１１８によって駆動する。また、ブースター電極１０３にはブースター電源１１１により正極性のブースター電圧が印加される。また、試料台１０７にはリターディング制御電源１１４より負極性のリターディング電圧が印加される。上記ブースター電源１１１及びリターディング制御電源１１４により印加する電圧は、接地電位を基準とする。なお、二次電子１０８はリターディング電圧によって加速される。
【００２６】  絞り１０５は、偏向器１１７と試料１０６との間で、かつ、対物レンズ１０４と試料１０６との間に設置されている。これを言い換えれば、絞り１０５は、軌道修正のための偏向器１１７より下側で、かつ、対物レンズ１０４より下側に配置される。
【００２７】  加速された二次電子１０８は、絞り１０５の孔を通過した後に、ブースター電極１０３においてさらに加速される。その後、加速された二次電子１０８は、偏向器１１７によって偏向され、検出器１０９によって検出される。検出器１０９で検出された信号は信号処理部１１０によって処理され、情報処理部１１５が、信号処理部１１０からの情報から画像を形成し、その画像を画像表示端末１１６に表示する。これにより、検出器１０９で検出された信号で形成された画像を使用者が確認することができる。
【００２８】  なお、ブースター電源１１１によってブースター電極１０３に正極性の電圧（ブースター電圧）を印加し、一次電子１０２を対物レンズ１０４通過時に加速する方法をブースティング法と呼ぶ。また、リターディング制御電源１１４によって試料１０６に負極性の電圧（リターディング電圧）を印加することで、一次電子１０２を試料１０６直上で減速する方法をリターディング法と呼ぶ。
【００２９】  ブースティング法とリターディング法は、一次電子１０２を試料１０６の直前で減速することで、試料１０６と対物レンズ１０４との間に静電レンズが形成され、一次電子１０２の収差を軽減し、高い空間分解能を実現することができる手法である。
【００３０】  なお、ブースター電極１０３の形態は図１の構成に限定されない。図３は、別の形態のブースター電極１０３を備えるＳＥＭの全体構成を示す。図３において、ブースター電極１０３以外の構成は図１と同様である。図１では、ブースター電極１０３が対物レンズ１０４近傍の空間に設置されている。一方、図３では、ブースター電極１０３が電子源１０１から対物レンズ１０４までの空間に設置されている。本発明の効果は、図１及び図３の両方の構成において得ることができる。
【００３１】  ここで、ブースター電圧とリターディング電圧によって形成される電界は、二次電子１０８に対しては加速電界として作用する。つまり、ブースター電圧及び／又はリターディング電圧を変えると、一次電子１０２の軌道だけでなく二次電子１０８の軌道にも影響を与える。典型的には、ブースター電圧とリターディング電圧は、それぞれ、正極性と負極性の数ｋＶの電圧でよい。ただし、前述の電圧の絶対値はあくまで典型的な値であり、これに限定されない。
【００３２】  図２は、二次電子１０８の仰角(θ)と方位角(φ)の定義を説明する図である。二次電子１０８の仰角(θ)については、試料面に対して法線方向を９０度、水平方向を０度とし、以降は、仰角９０度付近を高角、仰角０度付近を底角、高角と底角との間の中間帯の４５度付近を中角とする。また、方位角(φ)は試料１０６の水平面内における角度を表すものであり、方位角の範囲は０度から３６０度である。
【００３３】  図１の対物レンズ１０４は、二次電子１０８の仰角情報が保存されるアウトレンズ型の対物レンズであることが望ましい。仰角情報が保存される理由は、アウトレンズ型の対物レンズは、試料上への漏れ磁場が抑制されているので、二次電子１０８の軌道に影響を与えないからである。ただし、対物レンズ方式はアウトレンズ型に限らない。例えば、焦点距離を短くしアウトレンズより球面収差係数、色収差係数が非常に小さく高分解能観察が可能なシュノーケル型対物レンズや、インレンズ型対物レンズも使用することができる。ただし、シュノーケル型対物レンズとインレンズ型対物レンズは、強い漏れ磁場の影響で二次電子軌道を大きく変化させる。この課題は、絞り１０５と試料１０６との間の距離を極めて小さくし、二次電子１０８の軌道が変化する前に角度選択を行うことで解決できる。
【００３４】  図１に示した検出器１０９の構成として、対物レンズ１０４の上部に位置したＥｖｅｒｈａｒｔ  Ｔｈｏｒｎｌｅｙ（ＥＴ）型の検出器を用いた。ＥＴ型検出器は、高電圧が印加されたシンチレータと、信号荷電粒子をシンチレータに衝突させて光子に変換し、光子を内部で増倍して電気信号に変える光電子増倍管とから構成されている。検出器１０９で得られた信号は、信号処理部１１０で処理される。信号処理部１１０での処理の結果として得られる情報は、情報処理部１１５を介して画像表示端末１１６で走査像（ＳＥＭ画像）として表示される。なお、画像表示の際、使用者は情報処理部１１５の入力部を用いて適切な情報を選択し、選択した情報を画像表示端末１１６に表示させることができる。
【００３５】  なお、検出器１０９は、ＥＴ型検出器に限定されず、半導体検出器、Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ（ＭＣＰ）であってもよい。また、検出器１０９の設置場所は、電子源１０１と偏向器１１７との間に限定されず、対物レンズ１０４と偏向器１１７との間に設置されてもよい。また、検出器１０９は、対物レンズ１０４より試料台１０７側で、かつ、絞り１０５よりも上側の位置に設置されてもよい。
【００３６】  試料１０６から放出された二次電子１０８の角度選択検出を行うために、対物レンズ１０４と試料１０６の間に絞り１０５が設置されている。絞り１０５を対物レンズ１０４と試料１０６の間に設置することで、試料１０６から放出された二次電子１０８の電子軌道が対物レンズ１０４の磁場等の要因によって収束されない状態で、絞り１０５の孔を通過する二次電子（すなわち、角度範囲が選択された二次電子）１０８だけを検出器１０９で検出するという仕組みとなる。
【００３７】  絞り１０５は、二次電子１０８の検出角度に応じて、（１）絞りの孔（開口部）の形状（形だけでなくその大きさも含む）、及び、（２）絞り１０５の高さの少なくとも一方を変化できるように構成される。より具体的には、使用者は、絞り１０５の孔径、形状、及び、絞り１０５と試料１０６との間の距離の少なくとも１つを変化させることで、検出器１０９で検出される二次電子１０８の角度範囲を選択することができる。
【００３８】  図４Ａ〜図４Ｅは、絞り１０５の例であり、孔の形状が固定された絞りを示す図である。絞り４０１〜４０４は、仰角及び方位角の少なくとも一方の範囲を規定する孔（開口部）を有する。この例では、検出角度範囲に応じて絞り４０１〜４０４を適宜取り替えてＳＥＭ画像を取得することができる。
【００３９】  絞り４０１〜４０４は、それぞれ、薄板状の部材であり、一次電子１０２及び二次電子１０８が通過するための孔を有する。絞り４０１〜４０４の厚さはできるだけ薄い（例えば0.1mm程度）ことが望ましい。なぜなら、絞り４０１〜４０４の孔の側壁で散乱された二次電子１０８が検出されうるからである。
【００４０】  また、絞りの大きさ（すなわち、平面視で見たときのサイズ）は観察対象の試料１０６よりも大きいことが望ましい。図４Ａには、絞り４０１の平面視サイズが試料１０６の平面視サイズよりも大きい例が示されている。この理由は、絞り４０１の大きさが小さいと絞り４０１の孔を通過する二次電子１０８だけではなく、絞り４０１の外側を通過した二次電子１０８が検出器１０９で検出される可能性があるからである。
【００４１】  また、一次電子１０２及び二次電子１０８の絞り１０５への衝突に起因する帯電を防ぐため、絞り１０５の材料は金属であることが望ましい。本実施例では絞り１０５の材料としてモリブデンを用いるが、他の金属であっても本発明の効果を得ることができる。
【００４２】  また、絞り１０５の孔（開口部）の中心付近を通過する二次電子１０８と、絞り１０５の孔の端付近を通過する二次電子１０８とでは、それぞれ、絞り１０５の開口部を通過する角度が異なる。従って、ＳＥＭ画像の倍率が低い場合は、画像の中心と端で検出している角度が異なる事になる。これを防ぐためには、ＳＥＭ画像の視野は絞り１０５の孔の１％程度であることが望ましい。具体的には、絞り１０５に孔径Ｒ1.1 mmの孔がある場合、視野は11μm程度であることが望ましい。
【００４３】  図４Ａに示す絞り４０１は、厚さが十分に薄い板であり、その中心に任意の孔径Ｒの孔４０１ａを有する。絞り４０１は、試料１０６から距離Ｄだけ離れた場所に設置されている。なお、図示を省略しているが、絞り４０１の上方には、対物レンズ１０４が存在する。
【００４４】  一次電子１０２及び二次電子１０８は、孔４０１ａを通過することになる。絞り４０１の場合、距離Ｄと孔径Ｒとから幾何学的に決まる一つの角度範囲で二次電子１０８の検出角度を選択することになる。具体的には、対物レンズ１０４と試料１０６との間の距離が4 mm、絞り４０１と試料１０６との間の距離が1.5 mm、孔径Ｒが1.1 mmの場合、仰角が70度から90度までの二次電子１０８が孔４０１ａを通過する。他の角度範囲を検出したい場合は、別の大きさの孔径Ｒ’を有する絞り４０１を測定毎にＳＥＭに挿入してもよい。仰角の下限の値だけを調節するならば、絞り４０１をｚ軸方向に移動し、絞り４０１と試料１０６との間の距離を小さくしてもよい。
【００４５】  本実施例では、絞り制御機構１１３が、絞り４０１の位置を調整して、絞り４０１の孔４０１ａの重心位置と一次電子１０２の光軸とを一致させることができる。図５Ａ及び図５Ｂは、絞り制御機構１１３の例を示す。
【００４６】  絞り制御機構１１３は、絞り４０１を取付けるための支持部５０１と、ｘ軸ねじ５０２と、ｙ軸ねじ５０４と、ｚ軸ねじ５０３とを備える。絞り４０１の端部が、支持部５０１に取付けられ、絞り４０１がｘｙ平面上に配置される。ｘ軸ねじ５０２、ｙ軸ねじ５０４及びｚ軸ねじ５０３を回転させることにより、支持部５０１を、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができる。なお、図５Ａ及び図５Ｂで説明した絞り制御機構１１３は、図４Ｂ〜４Ｄで示した他の絞り４０２〜４０４の形態にも適用することができる。また、絞り制御機構１１３の支持部５０１は、検出角度範囲に応じて、絞り４０１〜４０４を適宜着脱可能に構成される。
【００４７】  図４Ａの絞り４０１の場合、光軸と近い仰角９０度からある角度までの二次電子１０８しか絞り４０１の孔４０１ａを通過できない。使用者が仰角の特定の角度範囲を検出したい場合は、図４Ｂに示す絞り４０２のような形を使用してもよい。
【００４８】  図４Ｂの絞り４０２は、第１の孔４０２ａと第２の孔４０２ｂとを有する。第１の孔４０２ａは、絞り４０２の中心にあり、一次電子１０２が通過するための孔である。第２の孔４０２ｂは、第１の孔４０２ａの外側にあるリング状の孔である。この第２の孔４０２ｂの空間を通過した二次電子１０８が検出器１０９で検出される。厳密に言えば、検出器１０９では第１の孔４０２ａを通過する二次電子１０８も検出されうるが、検出器１０９で得られる結果は、実質的に第２の孔４０２ｂで規定される角度範囲の情報とみなすことができる。
【００４９】  例えば、対物レンズ１０４と試料１０６との間の距離が4 mm、絞り４０２と試料１０６との間の距離が1.5 mmの場合、第２の孔４０２ｂを規定するリングの内径が1.7 mm、そのリングの外径が5.2 mmにすると、仰角が３０度から６０度までの二次電子１０８を第２の孔４０２ｂで通過させることができる。絞り４０２の場合でも、検出する角度範囲を変えるために、測定毎に、別の大きさの孔径を有する絞り４０２と交換してもよい。また、別の例として、絞り４０１をｚ軸方向に移動し、絞り４０１と試料１０６との間の距離を変化させて、検出する角度範囲を変化させてもよい。図４Ｂの絞り４０２は、二次電子１０８が特定の仰角の範囲で放出される傾向にある試料１０６を観察する際に有効である。
【００５０】  上記で説明した絞り４０１と絞り４０２は、二次電子１０８の仰角を選択する形の絞りだが、方位角を選択する絞りの形態を用いてもよい。図４Ｃ及び図４Ｄは、方位角を選択する絞り４０３、４０４を示す。
【００５１】  図４Ｃの絞り４０３は、第１の孔４０３ａと第２の孔４０３ｂとを有する。第１の孔４０３ａは、絞り４０３の中心にあり、一次電子１０２が通過するための孔である。第２の孔４０３ｂは、第１の孔４０２ａを中心として配置された２つの扇形の孔で構成される。第２の孔４０３ｂの空間を、ある方位角の範囲内の二次電子１０８が通過し、それら二次電子１０８を検出器１０９で検出することができる。図４Ｃの絞り４０３は、二次電子１０８が特定の方位角の範囲で放出される傾向にある、例えば凹凸を有する試料１０６などを観察する際に有効である。
【００５２】  図４Ｄの絞り４０４は、第１の孔４０４ａと第２の孔４０４ｂとを有する。第１の孔４０４ａは、絞り４０４の中心にあり、一次電子１０２が通過するための孔である。絞り４０４の第２の孔４０４ｂは、第１の孔４０４ａを中心として配置された１つの扇形の孔である。図４Ｃの絞り４０３と異なり、第２の孔４０４ｂは、一方の方位角範囲の二次電子１０８を通過させることができる。絞り４０４を用いることにより、微小な凹凸を有する試料１０６において、横から光を当てたような陰影コントラストを強調したＳＥＭ画像を得ることが可能である。
【００５３】  図６Ａは、孔径を選択できる絞りの例を示す。板状の絞り６０１は、径の異なる複数の孔６０１ａ〜６０１ｄを有する。絞り制御機構１１３を利用して所望の孔径Ｒを選択し、孔径の中心と試料１０６の中心とを合わせる。これにより、複数の検出角度の範囲から所望の範囲を選択して観察を行うことができる。
【００５４】  具体的には、対物レンズ１０４と試料１０６との間の距離が4 mm、絞り６０１と試料１０６との間の距離が1.5 mmにおいて、第１の孔６０１ａの孔径Ｒが1.1 mm、第２の孔６０１ｂの孔径Ｒが1.7 mm、第３の孔６０１ｃの孔径Ｒが3.6 mm、第４の孔６０１ｄの孔径Ｒが8.2 mmとする。この場合、第１の孔６０１ａを通過する二次電子１０８の仰角は７０度から９０度となり、第２の孔６０１ｂを通過する二次電子１０８の仰角は６０度から９０度となり、第３の孔６０１ｃを通過する二次電子１０８の仰角は４０度から９０度となり、第４の孔６０１ｄを通過する二次電子１０８の仰角は２０度から９０度となる。
【００５５】  ここで、図６Ｂに示すように、絞り６０１は、４つの孔６０１ａ〜６０１ｄのうち３つの孔を遮蔽するための遮蔽板６０２を備える。遮蔽板６０２は、絞り６０１の上側に配置されるものである。遮蔽板６０２には、平面視で見たときに一部分に切欠き部６０２ａが設けられている。切欠き部６０２ａは、４つの孔６０１ａ〜６０１ｄが露出するような形状及び平面サイズで形成されていればよい。
【００５６】  図７Ａ及び図７Ｂは、孔径を選択できる図６Ａ及び図６Ｂの絞りに用いられる絞り制御機構１１３の例である。絞り制御機構１１３は、複数の孔６０１ａ〜６０１ｄのうち所望の孔径Ｒを有する孔を選択するための回転機構を備える。図７Ａ及び図７Ｂでは、図５Ａ及び図５Ｂと同じ構成要素には同じ番号が付されている。
【００５７】  絞り制御機構１１３は、支持部５０１と、ｘ軸ねじ５０２と、ｙ軸ねじ５０４と、ｚ軸ねじ５０３と、回転軸７０１と、φ軸ねじ７０２とを備える。絞り６０１は、回転軸７０１に取付けられ、ＸＹ平面上に配置される。回転軸７０１は、φ軸ねじ７０２に接続されている。また、遮蔽板６０２の端部が支持部５０１に取付けられ、遮蔽板６０２が絞り６０１の上方に配置される。上記構成によれば、φ軸ねじ７０２を回すことによって絞り６０１がＸＹ平面上で回転軸７０１を中心に回転する。絞り６０１が回転すると、４つの孔６０１ａ〜６０１ｄのうちの１つの孔が遮蔽板６０２の切欠き部６０２ａに順次露出することになる。使用者は、所望の孔径Ｒを有する孔が遮蔽板６０２の切欠き部６０２ａに露出した時点で、φ軸ねじ７０２の回転を止めればよい。
【００５８】  また、ｘ軸ねじ５０２、ｙ軸ねじ５０４及びｚ軸ねじ５０３を回転させることにより、支持部５０１を、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができ、これにより、絞り６０１及び遮蔽板６０２をｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができる。
【００５９】  絞り６０１の利点は、図４Ａに示す絞り４０１のように孔径Ｒを変えるために試料室を大気開放する必要はない点である。すなわち、絞り６０１を用いることにより、試料室を大気開放することなく、複数の異なる孔径から所望の孔径Ｒを選択することができる。しかし、孔径Ｒの１つの孔の中心を観察対象の試料１０６の中心に合わせた時、隣の孔を通過した二次電子１０８が検出される可能性がある。この課題は、遮蔽板６０２によって解決することができる。遮蔽板６０２を用いることにより、１つの孔が選択されたときに、残りの複数の孔が塞がれることになる。したがって、隣接する複数の孔を二次電子１０８が通過することを防ぐことができる。
【００６０】  例えば、図６Ｂに示すように、第４の孔６０１ｄを使用する場合、第４の孔６０１ｄを通過する二次電子１０８は検出器１０９で検出されるが、第１〜第３の孔６０１ａ〜６０１ｃは遮蔽板６０２で塞がれるため、二次電子１０８はこれらを通過することができない。なお、絞り６０１の形状は四角に限定されない。絞りとしては、板状の部材に複数の異なる孔径を有する孔（開口部）が設けてあればよい。また、別の例として、絞り６０１が支持部５０１に取付けられ、遮蔽板６０２が回転軸７０１に取付けられてもよい。この場合、遮蔽板６０２が回転することになる。また、遮蔽板６０２が絞り６０１よりも試料１０６側に配置されてもよい。
【００６１】  図８Ａ〜図８Ｃは、絞りの位置を固定した状態で孔径を変更することが可能な絞りの例を示す。絞り制御機構１１３が図８Ａ〜図８Ｃの絞り８０１〜８０３を制御することにより、絞り８０１〜８０３の位置を固定した状態で、検出角度範囲に応じて希望する孔径Ｒに変更することができる。図８Ａ〜図８Ｃの絞り８０１〜８０３の利点は、孔径Ｒを変化させながらＳＥＭ画像を取得できることであり、使用者は孔径Ｒを変化に応じたＳＥＭ画像の変化を画面上で確認することができる。
【００６２】  図８Ａの絞り８０１は、相互に重なり合うように配置された第１の板部材８０１ａ及び第２の板部材８０１ｂを備える。第１の板部材８０１ａ及び第２の板部材８０１ｂは、それぞれ四角形状であり、その一辺に切欠き部を備える。第１の板部材８０１ａ及び第２の板部材８０１ｂの切欠き部で囲まれる部分が孔径Ｒを有する四角形の孔となる。
【００６３】  絞り８０１では、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂを利用して孔径Ｒの大きさを変える。第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂがお互い近づくことで孔径Ｒが小さくなり、また、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂがお互いに離れることで孔径Ｒが大きくなる。第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂの両方が動いて孔径Ｒの大きさを調節することができるが、片方だけが動いて孔径Ｒの大きさを調節してもよい。
【００６４】  図９は、絞り８０１を駆動するための絞り制御機構１１３の例である。図９では、図５Ａ及び図５Ｂと同じ構成要素には同じ番号が付されている。
【００６５】  絞り制御機構１１３は、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂを動かすための駆動機構を備える。図９の例では、支持部５０１をＸ方向（図面上の左方向）に延長し、その延長した部分に逆ねじ９０２が取付けられている。逆ねじ９０２は、二種類のテーパ部分９０２ａ、９０２ｂを有し、φ軸ねじ９０１に接続されている。第１の板部材８０１ａは、逆ねじ９０２の第１のテーパ部分９０２ａに接続され、第２の板部材８０１ｂは、逆ねじ９０２の第２のテーパ部分９０２ｂに接続されている。
【００６６】  例えば、φ軸ねじ９０１を回転すると、第１の板部材８０１ａは左に移動し、第２の板部材８０１ｂは右に移動する。これと逆にφ軸ねじ９０１を回転させると、第１の板部材８０１ａは右に移動し、第２の板部材８０１ｂは左に移動する。従って、φ軸ねじ９０１を回転するだけで絞り８０１の孔の重心位置を変えずに、孔径Ｒのみを変えることができる。また、絞り８０１の位置は、ｘ軸ねじ５０２、ｙ軸ねじ５０４及びｚ軸ねじ５０３を回転させることにより、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができる。
【００６７】  なお、Ｒの最大値は第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂの大きさに依存するため、使用者が必要とされる角度範囲とＲをあらかじめ計算し、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂを設計する必要がある。
【００６８】  図８Ｂの絞り８０２は、相互に重なり合うように配置された、第１の板部材８０２ａ、第２の板部材８０２ｂ、第３の板部材８０２ｃ、及び第４の板部材８０２ｄを備える。第１〜第４の板部材８０２ａ〜８０２ｄは、四角形の１つの頂点部分が切欠いた形状であり、それらの切欠き部で囲まれる部分が孔径Ｒを有する四角形の孔となる。絞り８０２の利点は、第１〜第４の板部材８０２ａ〜８０２ｄのそれぞれを独立にｘ方向及びｙ方向に移動させることにより、正方形以外の任意の長方形の孔を形成することができる点である。
【００６９】  絞り８０２用の絞り制御機構１１３は、図９と同様の構成で実装することができる。例えば、絞り制御機構１１３は、第１〜第４の板部材８０２ａ〜８０２ｄのそれぞれを独立にｘ方向及びｙ方向に移動させる駆動機構を備える。具体的には、図９と同様の構成で、複数のθ軸ねじを支持部５０１に取付け、第１〜第４の板部材８０２ａ〜８０２ｄのそれぞれを各θ軸ねじに接続する方法が考えられる。
【００７０】  なお、観察対象の試料１０６の中心からの二次電子１０８だけではなく、必要によっては、第１〜第３の板部材８０２ａ〜８０２ｃを固定した状態で、第４の板部材８０２ｄのみを動かすことで観察試料の中心から半分の二次電子１０８だけを検出することが可能である。この場合、第１〜第４の板部材８０２ａ〜８０２ｄの平面視でのサイズは、観察試料よりも充分に大きい必要がある。
【００７１】  図８Ｃの絞り８０３は、相互に重なり合うように配置された５つの絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅを備える。この構成によれば、５つの絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅをカメラの絞りのように動かすことで、孔径Ｒを変化させることができる。絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅは、少なくとも内縁に曲線部を有しており、それらの曲線部で囲まれる部分が孔径Ｒを有する実質的な円又は楕円となる。なお、図８Ｃに示す通り、絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅの外縁も曲線部であってもよい。
【００７２】  なお、５つの絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅの内縁の曲線部で形成される形状は完全な円形とはならない。したがって、図４Ａに示す絞り４０１に比べて角度分解能は落ちる場合もあるが、図８Ｃの構成によれば、円形に近い形状を維持しながら連続的なＳＥＭ画像を取得できるという利点がある。
【００７３】  図８Ｃの絞り８０３は、５つの絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅを備えているが、羽部材の数は５つに限定されない。また、羽部材の数が多いほど、それらの内縁で形成される孔の形状が円形に近づく。
【００７４】  また、絞り８０３用の絞り制御機構１１３は、カメラの絞りを動かす機構と同様の機構となる。例えば、５つの絞り羽部材８０３ａ〜８０３ｅは、リング状の基板上に配置される。基板には、各羽部材の運動軌跡に沿ってガイド溝が設けられており、各羽部材とガイド溝とがピンなどのガイド部材で連結される。そして、基板に設けた駆動用リングによって各羽部材を動かすことにより、各羽部材の開閉動作を行うことができる。なお、絞り羽部材を駆動する機構はこれに限定されず、他の公知のシャッタ機構を適用してもよい。
【００７５】  図４Ａ〜４Ｄ、図６Ａ、図８Ａ〜８Ｃに示した絞りを通過する二次電子１０８の角度は、Ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ（ＷＤ，試料１０６と対物レンズ１０４の距離）と距離Ｄ（絞り１０５と試料１０６の距離）をある一定値に固定して状態にして選択されてもよい。上記の説明では、任意の検出角度を設定するために絞り１０５の孔径Ｒを変化させる方法を使ったが、孔径Ｒを固定し、距離Ｄを変化させることでも同じ効果が得られる。例えば、図４Ａの絞り４０１において、ＷＤを一定値に固定して距離Ｄを小さくすれば、絞りを通過する二次電子１０８は高角から低角までの範囲を選択することができる。具体的には、孔径Ｒが1.7 mmの場合、Ｄを0.1 mmから5.0 mmまで変化させると、絞りの孔を通過する二次電子１０８の最小の仰角は７度から８０度まで変化する（最大の仰角は常に９０度）。このような効果は上記に列挙した全ての絞りの形に適応される。また、上記の効果を得るために、絞り制御機構１１３は、絞り１０５の位置を一次電子１０２の光軸と同じ方向（z方向）に動かして距離Ｄを変えるための駆動機構を有している。
【００７６】  図１に示す検出器１０９は、絞り１０５を通過した二次電子１０８を検出する必要がある。ブースティング法を用いる場合、絞り１０５を通過した二次電子１０８はブースター電極１０３と絞り１０５との間の電界によって加速され、対物レンズ１０４を通過する。従って、対物レンズ１０４に対して電子源１０１側に検出器１０９を設置する必要がある。
【００７７】  この場合、Ｅｖｅｒｈａｒｔ  Ｔｈｏｒｎｌｅｙ（ＥＴ）型の検出器を用いることができる。ＥＴ型検出器は、正極性の高電圧が印加されたシンチレータと、信号荷電粒子がシンチレータに衝突することで発生する光子を取り出すためのライトガイドと、光子を電気信号に変換する光電子増倍管とから構成されている。対物レンズ１０４を通過した二次電子１０８は、正極性の電圧が印加されたシンチレータに引き寄せられ、検出される。
【００７８】  ただし、上記の場合、シンチレータに印加された正極性の電圧によって生じた電界で一次電子１０２が偏向されることが考えられる。この課題は、ＥｘＢ偏向器を用いることで解決できる。
【００７９】  図１０Ａ及び図１０Ｂは、ＥｘＢ偏向器を用いた検出器の例を示す。ＥｘＢ偏向器１００１は電場と磁場を直交させた光学素子であり、一次電子１０２が偏向されないように電場と磁場の大きさは設定される。この時、一次電子１０２と反対方向に進行する二次電子１０８は前述の電場及び磁場から偏向作用を受け、検出器１０９側に偏向される。グリッド１００２に正極性の電圧を印加することで、接地した対向電極１００３との間に電界を発生させ、磁場はコイル１００４に電流を流すことで発生させる。
【００８０】  図１１は、変換板を用いた検出器の構成を示す。変換板１１０１は、検出器１０９の上方に配置され、一次電子１０２を通過させるための孔を有する。この構成によれば、二次電子１０８の変換板１１０１への衝突に起因して発生する三次電子１１０２をＥｘＢ偏向器１００１によって検出器１０９へ引き込む。図１０Ａ及び図１０Ｂと同様に、ＥｘＢ偏向器１００１の電場と磁場の大きさは一次電子１０２が偏向されない条件に設定するが、一次電子１０２と比較して三次電子１１０２のエネルギーは小さいため、検出器１０９側に偏向される。図１１に示す構成は、二次電子１０８のエネルギーが高い場合、例えばリターディング法を用いた場合に有効である。
【００８１】  なお、検出器１０９はＥＴ型検出器に限らず、半導体検出器、Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ（ＭＣＰ）であってもよい。また、検出器１０９の設置場所は、電子源１０１と偏向器１１７との間に限定せず、対物レンズ１０４と偏向器１１７との間や、対物レンズ１０４に対して試料台１０７側に設置されてもよい。また、変換板１１０１の代わりに半導体検出器やＭＣＰを設置してもよい。
【００８２】  検出器１０９で得られた信号は、信号処理部１１０で処理される。処理によって得られた画像信号は、情報処理部１１５を介して画像表示端末１１６に表示される。画像表示の際、使用者は情報処理部１１５の入力部を用いて適切な情報を選択し、選択した情報を画像表示端末１１６に表示させることができる。
【００８３】  図１２は、絞り１０５を用いて試料１０６から放出する二次電子１０８の角度を絞り１０５の孔径Ｒを変化させながらＳＥＭ画像を撮るフローチャートである。
【００８４】  まず、試料１０６をＳＥＭの中に導入する（Ｓ１２０１）。次に、ＳＥＭ画像を見ながら所望の観察位置に試料１０６を移動し、フォーカス調整や非点調整を行い、ＷＤと距離Ｄを設定する（Ｓ１２０２）。この状態で試料１０６のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１２０３）。その後、絞り１０５を試料１０６と対物レンズ１０４との間に挿入する（Ｓ１２０４）。次に、フォーカス調整や非点調整を行う（Ｓ１２０５）。次に、ＳＥＭ画像を見ながら、絞り制御機構１１３を用いて絞り１０５の中心と観察位置の中心とを合わせる（Ｓ１２０６）。その後、ＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１２０７）。次に、絞り１０５を取り出す（Ｓ１２０８）。ここまでの流れにより、絞り１０５を入れていない状態でのＳＥＭ画像と、絞り１０５を入れた状態（すなわち、角度選択を行った状態）でのＳＥＭ画像とを比較することができる。最後に、ＷＤ又は距離Ｄの設定を変えて、再度ＳＥＭ画像を撮りたい場合は、ステップＳ１２０２に戻ってＷＤ又は距離Ｄを変更した後で残りのステップを実行する。これにより、検出角度範囲の変更前と変更後のＳＥＭ画像を比較することができる。なお、ＷＤと距離Ｄを変えない場合は、そのまま観察を終了する（Ｓ１２０９）。
【００８５】  図１３は、使用者が角度選択検出を行うために必要な設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す。図１３のＧＵＩ画面は、画像表示端末１１６に表示されるものであり、使用者は、入力部（マウス、キーボードなど）を用いて、ＧＵＩ画面上で設定を行うことができる。
【００８６】  ＧＵＩ画面１３０１は、各種パラメータを設定及び表示する部分と、画像を表示する部分とに大別される。まず、試料１０６がＳＥＭの中に導入された後、加速電圧等の基本条件を光学条件入力部１３０４に入力する。その後の設定は、使用者が距離Ｄを動かして角度選択を行うか、孔径Ｒを変化させて角度選択を行うかで異なる。
【００８７】  距離Ｄを動かして角度選択を行う場合、使用者は、ＳＥＭの中に挿入されている絞り１０５の孔径ＲとＷＤの値をそれぞれ孔径入力部１３０５とＷＤ入力部１３０７に入力し、検出したい角度範囲を検出角度入力部１３０６に入力する。このとき、情報処理部１１５が、入力された情報に基づいて適切な距離Ｄを決定する。情報処理部１１５は、決定した距離Ｄの情報を絞り制御機構１１３に入力し、絞り制御機構１１３は、決定した距離Ｄの位置に絞り１０５を移動させる。この条件で取得されたＳＥＭ画像がＳＥＭ画像表示部１３０３に表示される。
【００８８】  孔径Ｒが変化可能な絞り１０５を用いて孔径Ｒを変化させて角度選択を行う場合、使用者は、ＷＤ及び距離Ｄの値をそれぞれＷＤ入力部１３０７及び距離Ｄ入力部１３０８に入力し、検出したい角度範囲を検出角度入力部１３０６に入力する。情報処理部１１５は、入力された情報に基づいて適切な孔径Ｒを決定する。情報処理部１１５は、決定した孔径Ｒの情報を絞り制御機構１１３に入力し、絞り制御機構１１３は、決定された孔径Ｒとなるように絞り１０５を制御する。この条件で取得されたＳＥＭ画像がＳＥＭ画像表示部１３０３に表示される。
【００８９】  なお、ＷＤ、距離Ｄ、及び孔径Ｒは、ＧＵＩ画面１３０１上のＷＤ入力部１３０７、距離Ｄ入力部１３０８、孔径入力部１３０５、及び、位置関係表示部１３０２に表示され、これらの表示を使用者が確認することができる。
【００９０】  したがって、ＧＵＩ画面１３０１を用いることにより、ＧＵＩ画面１３０１に入力された情報に応じて、絞り１０５の開口部の形状及び絞り１０５の高さの少なくとも一方を変更することができる。また、使用者は、検出角度範囲を変更しながら、その選択した検出角度範囲のＳＥＭ画像を確認することができる。
【００９１】  本実施例によれば、対物レンズを通過する前に、信号荷電粒子の角度を絞り１０５により制限することにより、特定の角度範囲の二次電子１０８のみを検出することができる。例えば、対物レンズの内部や対物レンズの上側の位置では、対物レンズの磁場の影響などにより特定の角度範囲の二次電子を弁別することができない。これに対して、本実施例は、対物レンズを通過する前に角度の弁別を行うため、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報（仰角及び方位角）を損失することなく、その角度範囲を選択して検出することができる。
【００９２】  本実施例は、信号荷電粒子、特に低エネルギーの二次電子１０８を高い角度分解能で選択検出することと、高い空間分解能を両立するＳＥＭを提供することができる。一次電子の試料への入射エネルギーが低い状態で高空間分解能を得る手法として、リターディング法やブースティング法などがあるが、本実施例は、これらの方法に対して特に効果がある。
【００９３】  上述の通り、高空間分解能を得るためにはブースティング法が有効であるが、ブースター電圧によって生じた電界は二次電子１０８に対して収束作用を及ぼす。つまり、絞り１０５を用いない場合、二次電子１０８がブースター電圧によって加速されると試料１０６から放出されたときの角度情報を失う可能性がある。しかし、対物レンズ１０４と試料１０６との間に絞り１０５を設置する場合は、絞り１０５を通過した二次電子１０８は、すでに放出角度が既知であるため、ブースター電圧によって加速されても角度選択性能には影響を及ぼさない。
【００９４】  また、本実施例は、リターディング法に関しても高空間分解能を得ることができる。リターディング電圧によって一次電子１０２が減速されると同時に二次電子１０８が加速される。従って、絞り１０５に電圧を印加しない場合は、絞り１０５と試料１０６との間で二次電子１０８が偏向され、角度情報を失う可能性がある。したがって、この課題に関して、絞り１０５と試料１０６に同じ極性の電圧を印加することが望ましい。なお、絞り１０５と試料１０６に印加する電圧は同じ極性の電圧であることに限定されない。
【００９５】  図１４は、ブースティング法とリターディング法を使用しないＳＥＭの概略を示す全体構成図である。図１４に示すように、リターディング電圧とブースター電圧が適応されていないＳＥＭでも、対物レンズ１０４と試料１０６の間に絞り１０５を設置することによって効果が得られる。この場合は一次電子１０２の空間分解能は劣化することになるが、二次電子１０８の角度選択を行うことができる。対物レンズ１０４を通過した信号荷電粒子はレンズ磁場によって、そのエネルギーに応じた回転運動を伴って収束されるため、信号荷電粒子は角度情報を失う場合が多い。この構成によれば、対物レンズ１０４を通過する前に角度弁別を行うことができ、角度弁別されたＳＥＭ画像を得ることができる。
【００９６】［第２実施例］  図１５は、本実施例に関するＳＥＭの全体構成を示す。なお、第１実施例に記載され、本実施例に記載されてない事項は第１実施例と同様である。
【００９７】  情報処理部１１５は、ＳＥＭ画像を記憶する画像記憶部１５０１を備える。使用者は、絞り１０５の第１の条件（形状、孔径Ｒ、絞り１０５と試料１０６との間の距離Ｄなど）を設定し、この第１の条件でＳＥＭ画像を取得する。第１の条件で取得された第１のＳＥＭ画像は画像記憶部１５０１に保存される。
【００９８】  次に、使用者は、第１の条件とは異なる、絞り１０５の第２の条件を設定し、この第２の条件でＳＥＭ画像を取得する。第２の条件で取得された第２のＳＥＭ画像は画像記憶部１５０１に保存される。情報処理部１１５は、画像記憶部１５０１に保存された複数のＳＥＭ画像に対して演算処理を実施することができる。具体的には、複数のＳＥＭ画像の差分画像、又は合成画像を作成することができる。なお、ここでの演算処理は、差分処理、合成処理に限定されず、その他の加工処理が実施されてもよい。
【００９９】  図１６は、角度選択検出を行うために必要な設定、及び、ＳＥＭ画像の演算処理設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す。ＧＵＩ画面１３０１は、第１の条件で取得された第１の画像及び第２の条件で取得された第２の画像を表示するＳＥＭ画像表示部１６０１を備える。また、ＧＵＩ画面１３０１は、第１の画像及び第２の画像に対して演算処理（減算処理や加算処理）を行った画像を表示する演算ＳＥＭ画像表示部１６０２を備える。なお、演算ＳＥＭ画像表示部１６０２は、演算の種類を設定するための演算設定部１６０３を備える。演算設定部１６０３は、例えば、プルダウンの形態の設定部であり、差分画像（Ａ−Ｂ）、合成画像（Ａ＋Ｂ）など、第１の画像及び第２の画像に対して実行する演算処理の種類を選択できる設定部である。
【０１００】  図１６の例では、角度範囲Ａで取得された第１の画像と、角度範囲Ｂで取得された第２の画像がＳＥＭ画像表示部１６０１に表示されている。演算設定部１６０３には、差分画像（Ａ−Ｂ）が設定されている。この場合、角度範囲Ａ、Ｂが仰角に関する設定ならば、減算処理によって、図４Ｂに示す絞り４０２で得られるような特定の仰角範囲を選択した画像を表示させることができる。角度範囲Ａ、Ｂが方位角に関する設定ならば、減算処理によって、図４Ｃ、Ｄに示す絞り４０３、４０４で得られるような特定の方位角範囲を選択した画像を表示させることができる。
【０１０１】  加算処理の場合は、例えば、角度範囲Ａの第１の画像と角度範囲Ｂの第２の画像との合成画像となり、複数の角度範囲を選択した画像を表示させることができる。
【０１０２】  なお、図１６には図示していないが、情報処理部１１５は、前述の演算処理をする際、各ＳＥＭ画像（第１の画像、第２の画像）に任意の重みをつけて演算してもよい。また、図１６では２枚のＳＥＭ画像を演算処理する例について説明したが、絞り１０５に関する３つ以上の条件で取得した３つ以上のＳＥＭ画像について演算処理を行ってもよい。なお、ＷＤ、Ｒ、Ｄの値とそれらの位置関係は位置関係表示部１３０２で確認できる。
【０１０３】  本実施例によれば、絞り１０５に関する複数の条件で複数の画像を取得して保存しておくことで、使用者が複数の画像から任意の組み合わせを選択して、それらの組み合わせに対して任意の演算処理を実行させることができる。したがって、あらかじめ複数の条件で画像を取得しておくことで、使用者が適宜角度範囲を変更しながら画像を確認することができる。
【０１０４】［第３実施例］  図１７は、本実施例に関するＳＥＭの全体構成を示す。なお、上述の実施例に記載され、本実施例に記載されてない事項は上述の実施例と同様である。
【０１０５】  本実施例で用いるブースティング法は空間分解能を向上させる効果がある。ブースティング法を用いる場合、対物レンズ１０４と試料１０６との間に位置する絞り１０５の孔径Ｒを大きくする、又は絞り１０５と試料１０６の間の距離Ｄを小さくすると、二次電子１０８の電子軌道はブースター電圧の影響を受ける可能性が生じる。この影響を回避するための手段として、ＳＥＭは、先端電極１７０１と、先端電極用電源１７０２とを備える。先端電極１７０１は、ブースター電極１０３と絞り１０５との間に位置する。先端電極用電源１２０２は、先端電極１７０１に任意の電圧を印加することができる。
【０１０６】  絞り１０５の孔径Ｒが小さい時は、ブースター電圧によって生じる電界が絞り１０５によって遮蔽されるために、低エネルギーの二次電子１０８であっても絞り１０５の孔径Ｒより広い角度の二次電子１０８は通過しない。しかし、絞り１０５の孔径Ｒが大きくなるにつれてエネルギーが小さい二次電子１０８であるほど、二次電子１０８は絞り１０５の孔から漏れるブースター電界によって収束され、絞り１０５を通過することになる。これは、シュノーケル型対物レンズで起こる現像と似ており、絞り１０５を用いた角度選択機構が影響を受ける要因になる。
【０１０７】  この課題は、絞り１０５と近い位置に配置された先端電極１７０１に負極性の電圧を印加し、絞り１０５の孔付近に形成される電界を制御することで解決できる。先端電極１７０１に印加する電圧は、絞り１０５の孔径Ｒ、絞り１０５と対物レンズ１０４との間の距離、及びブースター電極の電圧に依存する。従って、先端電極１７０１に印加する電圧は、絞り１０５の孔径Ｒ、絞り１０５と対物レンズ１０４との間の距離、及びブースター電極の関数として装置製造者があらかじめ設定していることが望ましい。
【０１０８】  図１８は、使用者が角度選択検出を行うために必要な設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す。ＧＵＩ画面１３０１は、先端電極電圧入力部１８０１を備える。図１８に示すように、先端電極１７０１に印加する電圧は、使用者がＧＵＩ画面１３０１における先端電極電圧入力部１８０１に任意の値を入力してもよい。なお、先端電極１７０１の電圧が０ｋＶであっても、絞り１０５の角度選択機構は成立する。
【０１０９】  なお、絞り１０５の孔径Ｒに応じて先端電極１７０１に印加する電圧を変化させてもよい。また、絞り１０５の孔径Ｒは固定して、先端電極１７０１に印加する電圧だけを変化させて孔径Ｒを通過する二次電子１０８の角度を選択することも可能である。例えば、同じ絞り１０５の孔径Ｒの条件下で、先端電極１７０１の電圧を小さくすると二次電子１０８の仰角が高角まで検出できるが、先端電極１７０１の電圧を大きくすると中角まで検出することができる。
【０１１０】  以上、３つの実施例について述べてきたが、装置構成の数値等はほんの一例であり、これに限定されるものではない。
【０１１１】  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。上記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もできる。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できる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
【０１１２】  上述した信号処理部１１０及び情報処理部１１５の処理は、それらの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
【０１１３】  ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できる。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスが使用可能である。ここで述べた処理を実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。つまり、上述した信号処理部１１０及び情報処理部１１５の一部が、例えば集積回路等の電子部品を用いたハードウェアにより実現されてもよい。
【０１１４】  さらに、上述の実施例において、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。全ての構成が相互に接続されていても良い。
【符号の説明】
【０１１５】１０１      ：電子源１０２      ：一次電子１０３      ：ブースター電極１０４      ：対物レンズ１０５      ：絞り１０６      ：試料１０７      ：試料台１０８      ：二次電子１０９      ：検出器１１０      ：信号処理部１１１      ：ブースター電源１１２      ：対物レンズ電源１１３      ：絞り制御機構１１４      ：リターディング制御電源１１５      ：情報処理部１１６      ：画像表示端末１１７      ：偏向器１１８      ：偏向器用電源４０１、４０２、４０３、４０４      ：絞り５０１      ：支持部５０２      ：ｘ軸ねじ５０３      ：ｚ軸ねじ５０４      ：ｙ軸ねじ６０１      ：絞り６０２      ：遮蔽板６０２ａ    ：切欠き部７０１      ：回転軸７０２      ：φ軸ねじ８０１、８０２、８０３      ：絞り９０１      ：φ軸ねじ９０２      ：逆ねじ１００１    ：ＥｘＢ偏向器１００２    ：グリッド１００３    ：対向電極１００４    ：コイル１１０１    ：変換板１１０２    ：三次電子１２０２    ：先端電極用電源１３０１    ：ＧＵＩ画面１３０２    ：位置関係表示部１３０３    ：ＳＥＭ画像表示部１３０４    ：光学条件入力部１３０５    ：孔径入力部１３０６    ：検出角度入力部１３０７    ：ＷＤ入力部１３０８    ：距離Ｄ入力部１５０１    ：画像記憶部１６０１    ：ＳＥＭ画像表示部１６０２    ：演算ＳＥＭ画像表示部１６０３    ：演算設定部１７０１    ：先端電極１７０２    ：先端電極用電源１８０１    ：先端電極電圧入力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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