(57)【要約】  本発明は、反射電子検出素子と試料との間の位置関係や試料周囲の真空状態を認識し、目的の画像を取得するために適した反射電子検出素子を自動的に選択する荷電粒子線装置を提供することを目的とする。  本発明に係る荷電粒子線装置は、試料室内の真空度が高く試料と反射電子検出器が離れているときは全ての反射電子検出素子を選択し、試料室内の真空度が高く試料と反射電子検出器が接近しているときは組成像または凹凸像を取得するのに適した反射電子検出素子を選択する。試料室内の真空度が低いときは全ての反射電子検出素子を選択する（図７参照）。
2015053262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御回路、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記信号制御回路は、
前記試料室内の気圧が所定気圧閾値未満であり、かつ前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離が所定距離閾値以上である場合は、全ての前記検出素子を選択し、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択するか、または最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記荷電粒子線装置はさらに、
前記反射電子の検出信号を用いて前記試料の観察画像を生成する演算装置、
前記試料の原子組成を強調した組成像を生成するか、それとも前記試料の凹凸形状を強調した凹凸像を生成するかを指示するためのユーザインターフェース、
を備え、
前記信号制御回路は、
前記組成像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択し、
前記凹凸像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記信号制御回路は、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値以上である場合は、前記距離によらず全ての前記検出素子を選択する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記ユーザインターフェースは、いずれの前記検出素子を選択するかを指示する入力部を備えており、
前記信号制御回路は、前記ユーザインターフェースを介して前記検出素子が選択された場合は、その指示にしたがって前記検出素子を選択する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記検出素子は、扇形の前記検出素子を前記同心環に沿って複数連結することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記検出素子は、前記同心環の中心に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記検出素子は、前記同心環の中心から外周に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御回路、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記信号制御回路は、前記試料室内の気圧が所定気圧閾値以上である場合は、前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離によらず、全ての前記検出素子を選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記信号制御回路は、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が所定距離閾値以上である場合は、全ての前記検出素子を選択し、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択するか、または最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記荷電粒子線装置はさらに、
前記反射電子の検出信号を用いて前記試料の観察画像を生成する演算装置、
前記試料の原子組成を強調した組成像を生成するか、それとも前記試料の凹凸形状を強調した凹凸像を生成するかを指示するためのユーザインターフェース、
を備え、
前記信号制御回路は、
前記組成像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択し、
前記凹凸像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
前記ユーザインターフェースは、いずれの前記検出素子を選択するかを指示する入力部を備えており、
前記信号制御回路は、前記ユーザインターフェースを介して前記検出素子が選択された場合は、その指示にしたがって前記検出素子を選択する
ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
前記検出素子は、扇形の前記検出素子を前記同心環に沿って複数連結することにより構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１３】
前記検出素子は、前記同心環の中心に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１４】
前記検出素子は、前記同心環の中心から外周に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１５】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置を制御する方法であって、
前記荷電粒子線装置は、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記方法は、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御ステップを有し、
前記信号制御ステップにおいては、
前記試料室内の気圧が所定気圧閾値未満であり、かつ前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離が所定距離閾値以上である場合は、全ての前記検出素子を選択し、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択するか、または最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。
【請求項１６】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置を制御する方法であって、
前記荷電粒子線装置は、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記方法は、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御ステップを有し、
前記信号制御ステップにおいては、前記試料室内の気圧が所定気圧閾値以上である場合は、前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離によらず、全ての前記検出素子を選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。
【請求項１７】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを指示するためのユーザインターフェース、
前記反射電子の検出信号を用いて前記試料の観察画像を生成する演算装置、
を備え、
前記反射電子検出素子は、同心円状の検出素子と、この外側に配置された複数の扇型の検出素子とを有し、
前記ユーザインターフェースは、前記同心円状の検出素子に対応した指示領域と、この外側に配置された前記複数の扇型の検出素子に対応した複数の指示領域と、を有する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１８】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを指示するためのユーザインターフェース、
前記反射電子の検出信号を用いて前記試料の観察画像を生成する演算装置、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記ユーザインターフェースは、内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子に対応した同心円状の指示領域と、その外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子に対応した複数の指示領域と、を有する
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。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡などの荷電粒子線装置は、試料に対して１次荷電粒子線を照射することにより放出される２次荷電粒子を荷電粒子検出器によって検出し、１次荷電粒子線の照射位置と検出された信号を対応付けることにより、試料の観察画像を高倍率で取得することができる。【０００３】
２次荷電粒子には、主に２次電子と反射電子がある。走査電子顕微鏡は、対物レンズと試料の間に、反射電子を検出する反射電子検出器を備えたものがある。反射電子検出器は、反射電子を検出する反射電子検出素子を備えている。【０００４】
下記特許文献１に記載されている荷電粒子線装置は、２つ以上の円環状の反射電子検出素子を備え、それぞれ独立した増幅器を有する反射電子検出器を備えている。特許文献１においては、当該反射電子検出器が備える反射電子検出素子のうち内周側に配置されたものを選択することにより組成像を取得し、外周側に配置された検出素子を選択することにより凹凸像を取得している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６５７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者が、反射電子検出器により目的の画像を取得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。【０００７】
上記特許文献１の荷電粒子線装置において、組成像や凹凸像を適切に取得するためには、反射電子検出素子の大きさや形状、試料と反射電子検出素子との間の位置関係、試料周囲の真空状態などを検討した上で、最適な反射電子検出素子を選択して使用する必要がある。【０００８】
しかしながら、荷電粒子線装置のオペレータが、当該荷電粒子線装置が備える反射電子検出素子の大きさや形状、試料と反射電子検出素子との間の位置関係、試料周囲の真空状態などに応じて最適な反射電子検出素子を選択することは困難である。素子の分割数が増せば増すほど、選択はより困難になる。オペレータが、目的の画像を取得するためにはいずれの反射電子検出素子を選択すればよいかを判断するために、反射電子検出素子を選択し、反射電子検出素子と試料との間の位置関係を変更し、試料周囲の真空状態を変えることを繰り返しながら、試行錯誤することは、多くの時間が必要であり、実用的ではない。【０００９】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、反射電子検出素子と試料との間の位置関係や試料周囲の真空状態を認識し、目的の画像を取得するために適した反射電子検出素子を自動的に選択する荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る荷電粒子線装置は、試料室内の真空度が高く試料と反射電子検出器が離れているときは全ての反射電子検出素子を選択し、試料室内の真空度が高く試料と反射電子検出器が接近しているときは組成像または凹凸像を取得するのに適した反射電子検出素子を選択する。試料室内の真空度が低いときは全ての反射電子検出素子を選択する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る荷電粒子線装置によれば、オペレータは、反射電子検出素子のサイズや形状、反射電子検出素子と試料との間の位置関係、試料周囲の真空状態などを意識しなくても、目的の画像を簡便に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】反射電子検出器１８を真下から見た平面図である。
【図３】反射電子検出器１８と試料９との間の位置関係を示す側面図である。
【図４】試料９と反射電子検出器１８との間の距離を長くした位置関係を示す側面図である。
【図５】表示装置２２が画面表示する、画像取得条件を選択するためのユーザーインターフェース（ＵＩ）の１例を示す図である。
【図６Ａ】選択ボタン３０４が押下されたとき表示装置２２が画面表示するＵＩの１例を示す図である。
【図６Ｂ】領域４００〜４０４が押下されたときの画像の一例を示す図である。
【図７】組成ボタン３０１が押下されたときの荷電粒子線装置の動作フローである。
【図８】凹凸ボタン３０２が押下されたときの荷電粒子線装置の動作フローである。
【図９】実施形態２における反射電子検出器１８を真下から見上げた平面図である。
【図１０】実施形態３に係る荷電粒子線装置が備える反射電子検出器１８を真下から見上げた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す側面図である。ここでは荷電粒子の例として電界放出型電子銃（Ｆｉｅｌｄ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｇｕｎ：ＦＥＧ）を搭載した走査電子顕微鏡について説明するが、荷電粒子線装置および電子銃の形式ともに他の形式であってもよい。例えば荷電粒子線装置は走査型透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＴＥＭ）でもよい。また電子銃は、例えば電界放出型電子銃のほか、ショットキー放出形電子銃（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ−ｔｙｐｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇｕｎ）、熱陰極電界放出型電子銃（ｔｈｅｒｍａｌ（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ａｓｓｉｓｔｅｄ）ｆｉｅｌｄ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇｕｎ）、熱電子放出型電子銃（ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇｕｎ）などを用いてもよい。
【００１４】
陰極１と第１陽極２との間に印加される引出電圧Ｖｅｘｔによって電子線３が放出される。電子線３はさらに第２陽極４に印加される加速電圧Ｖａｃｃによって加速され、後段の電磁レンズ系に進行する。レンズ系は、収束レンズ５、対物シボリ６、偏向コイル７、対物レンズ８を有する。加速された電子線３は、１つ以上の収束レンズ５と対物シボリ６によって所定の電流量に制御される。偏向コイル７は、電子線３を試料９上で走査するために使用される。対物レンズ８は、電子線３を試料９上で収束するように制御される。電子線制御回路１０は、電子線３の発生から試料照射までのレンズ系の制御を実施する。電子線制御回路１０は、コンピュータ１１によって制御される。
【００１５】
試料移動装置１２は、試料９を機械的に移動させるための機構と動作用のモータを有している。動作用のモータは、試料移動制御回路１３によって制御される。試料移動制御回路１３は、コンピュータ１１によって制御される。試料移動装置１２の動作軸は、試料９を平面移動させるＸＹ軸、高さを変更するＺ軸、傾斜させるＴ軸、回転させるＲ軸の５軸を有している。
【００１６】
陰極１の周囲は、電子線３を電界放出で引き出すために１×１０−８Ｐａ以下の超高真空に保つ必要がある。試料９の周囲の真空度は、通常１×１０−３Ｐａ以下である。ただし、試料９の帯電を抑制するため、数１００Ｐａで使用される場合もある。走査電子顕微鏡は、陰極１と試料９との間の排気差を達成するために、電子線３が通過する微小な穴を有する空間を有し、各空間を異なるポンプによって排気するように構成されている。陰極１の雰囲気は、ゲッタポンプ１４で排気される。走査電子顕微鏡においては、陰極１と試料９との間の排気差を達成するために、ゲッタポンプ１４は複数使用されることが多い。試料９の周囲の雰囲気は、通常ターボ分子ポンプ１５で排気される。ターボ分子ポンプ１５の背圧は図示していないロータリーポンプによって排気される。試料９が配置してある空間には、リークバルブ１６が配置されている。リークバルブ１６は、試料９が配置されている空間に大気を少量流入させ、試料９周囲の空間を数Ｐａから数１００Ｐａに保持することができる。この数Ｐａから数１００Ｐａに保持された状態を、低真空状態という。排気制御回路１７は、これらのポンプおよびバルブを制御する。排気制御回路１７は、コンピュータ１１によって制御される。
【００１７】
反射電子検出器１８は、２つ以上に分割された反射電子検出素子を有している。各反射電子検出素子は、独立した増幅器１９に接続されている。反射電子検出素子は、試料９から発生した反射電子２０を検出する。増幅器１９は信号制御回路２１に接続されている。信号制御回路２１は、コンピュータ１１からの制御によって増幅器１９の選択および増幅量を制御する。
【００１８】
コンピュータ１１には、表示装置２２と入力装置２３が接続されている。また、コンピュータ１１は、電子線制御回路１０、試料移動制御回路１３、排気制御回路１７、信号制御回路２１を制御する。またコンピュータ１１は、反射電子２０の検出信号を用いて、試料９の観察画像を生成する。入力装置２３は、オペレータの入力を受け取る。表示装置２２は、試料９の観察画像と荷電粒子線装置の状態に関する情報を表示する。
【００１９】
図２は、反射電子検出器１８を真下から見た平面図である。反射電子検出器１８は、反射電子検出素子１００、１０１、１０２、１０３、１０４を有する。反射電子検出素子１００は円環状の形状を有する。反射電子検出素子１０１〜１０４はそれぞれ扇形であり、４つが連結することにより円環状の形状となるように形成されている。反射電子検出素子１００の円環は内周側に配置され、反射電子検出素子１０１〜１０４の円環は外周側に配置されている。円環形状の中心部分には、電子線３が通過する穴が形成されている。
【００２０】
図３は、反射電子検出器１８と試料９との間の位置関係を示す側面図である。反射電子２０は、電子線３を試料９へ照射することにより発生する。反射電子２０の反射率は、原子番号が大きい物質ほど大きく、照射面の角度が電子線３に対して鋭角なほど反射率が大きくなる特徴がある。この特徴により、電子線３に近接する方向に反射した高角反射電子２００を用いて試料９の観察画像を生成すると、凹凸が抑制され、原子番号の違いがコントラストによって現れた組成像になる。また、電子線３から離れた方向に反射した低角反射電子２０１を用いて試料９の観察画像を生成すると、試料９の凹凸がコントラストによって現れた凹凸像になる。低角反射電子２０１を全方位で取得しても凹凸像とはなるが、分割されている外周側の反射電子検出素子１０１、１０２、１０３、または１０４のうち、例えば反射電子検出素子１０２のみを用いて試料９の観察画像を生成すると、試料の凹凸が特に強調された像になる。
【００２１】
図３におけるｄ１は、電子線３の照射軸に沿った試料９と反射電子検出器１８との間の距離である。図３に示す状態においては、距離ｄ１が短いため、各反射電子検出素子を単独で使用しても十分な量の反射電子２０を検出して観察画像を取得することができる。
【００２２】
図４は、試料９と反射電子検出器１８との間の距離を長くした位置関係を示す側面図である。ｄ２は、電子線３の照射軸に沿った試料９と反射電子検出器１８との間の距離である。図４においては、反射電子検出器１８に到達する反射電子２０は高角反射電子２００のみであり、反射電子検出器１８は低角反射電子２０１を検出できない。試料９の観察画像を取得するためには、全ての反射電子検出素子１００〜１０４を使用する必要がある。
【００２３】
試料９の周囲は通常、１×１０−３Ｐａ以下の高真空状態、または数Ｐａから数１００Ｐａの低真空状態である。高真空状態においては、反射電子２０が気体分子と衝突する確率は非常に低く、発生した反射電子２０のほとんどは、反射電子検出素子に達するか、またはチャンバー内の内壁に衝突することになる。低真空状態においては、反射電子２０が気体分子と衝突する確率が大きく、反射電子検出素子に到達する反射電子数が減る。したがって、試料９と反射電子検出器１８との間の距離が十分に短くとも、全ての反射電子検出素子を使用して観察画像を取得する必要がある。なお試料９周囲の気圧は、試料室内の気圧を測定する圧力計を用いて測定すればよい。
【００２４】
オペレータは通常、各反射電子検出素子の大きさと形状の詳細を知りえない。また、試料９と反射電子検出器１８との間の距離も知りえない。仮に、複数の反射電子検出素子を有する反射電子検出器１８を用いて目的の画像を得るために、反射電子検出素子を選択し、試料９と反射電子検出器１８との間の距離を変えることを繰り返しながら、最適な素子選択条件を探索しようとすれば、多大な時間を要することとなる。また試料９のなかには、電子線３の影響によって変質しやすいものもあり、条件探索のための試行錯誤を多数回実施することができない場合もある。そこで本実施形態１においては、走査電子顕微鏡自身が装置の状態を認識し、反射電子検出素子を自動的に選択してオペレータをアシストする。
【００２５】
図５は、表示装置２２が画面表示する、画像取得条件を選択するためのユーザーインターフェース（ＵＩ）の１例を示す図である。図５に示すＵＩは、組成ボタン３０１、凹凸ボタン３０２、３Ｄボタン３０３、選択ボタン３０４、全てボタン３０５を有する。組成ボタン３０１は、組成像を取得するよう指示するためのボタンである。凹凸ボタン３０２は、凹凸像を取得するよう指示するためのボタンである。３Ｄボタン３０３は、反射電子検出素子１０１〜１０４のいずれか１つを使用して凹凸を強調した像を取得するよう指示するためのボタンである。選択ボタン３０４は、反射電子検出素子をオペレータが選択させるよう指示するためのボタンである。全てボタン３０５は、全ての反射電子検出素子を選択するよう指示するためのボタンである。オペレータがこれらのボタンを押下すると、コンピュータ１１は荷電粒子線装置を指定された各動作モードで動作させる。ここでは５つのボタン例を示したが、反射電子検出素子の形状・大きさ・分割の仕方によっては、新たなオペレートモード用のボタンを追加することもできる。
【００２６】
図６Ａは、選択ボタン３０４が押下されたとき表示装置２２が画面表示するＵＩの１例を示す図である。領域４００は反射電子検出素子１００に対応し、領域４０１〜４０４はそれぞれ反射電子検出素子１０１〜１０４に対応する。同心円状の領域４００の上下左右に４つの扇型の領域４０１〜４０４が連結配置されている。オペレータは各領域を選択することにより、使用する反射電子検出素子を選択することができる。図６においては、反射電子検出素子１００が選択されている。このＵＩにより、オペレータはどの反射電子検出素子を選択しているかを視覚的に認識することがでる。
【００２７】
図６Ｂは、領域４００〜４０４が押下されたときに表示装置２２に表示される観察画像とＵＩを表した図である。試料は、一例として、レーザプリンタ用のトナーを用いている。（ａ）は、反射電子検出素子１００が選択された場合であり、反射電子検出素子１００が選択されていることを領域４００の表示から視覚的に認識することができる。観察画像は、凹凸が抑制され、原子番号の違いがコントラストによって現れた組成像になっている。（ｂ）は、反射電子検出素子１０１と１０４が選択された場合であり、反射電子検出素子１０１と１０４が選択されていることを、領域４０１と４０４から視覚的に認識することができる。観察画像は、領域４０１と４０４の方向から光に照らされているかのように、試料の凹凸がコントラストによって現れた凹凸像になっている。（ｂ）と同様に、（ｃ）は、反射電子検出素子１０３と１０４が選択された場合であり、（ｄ）は、反射電子検出素子１０１と１０２が選択された場合であり、（ｅ）は、反射電子検出素子１０２と１０３が選択された場合である。
【００２８】
図６に示すＵＩは、当該荷電粒子線装置の仕様を熟知した熟練オペレータにとっても有用である。例えば熟練オペレータが、組成像内にわずかに凹凸像を含めた画像を取得したいと考えたものと仮定する。このときオペレータは、初めに組成像を取得するために使用する反射電子検出素子を確認し、その後に電子線３から離れて配置された例えば反射電子検出素子１０１を選択し観察画像を取得する。これによりオペレータは、目的画像を素早く入手することができる。
【００２９】
図７は、組成ボタン３０１が押下されたときの荷電粒子線装置の動作フローである。組成ボタン３０１が押下されると、コンピュータ１１はステップＳ５０１においてその旨を認識する。ステップＳ５０２においてコンピュータ１１は、試料９周囲の真空度を確認する。低真空状態（例えば試料室内の気圧が数Ｐａ以上）の場合は、信号制御回路２１は全ての反射電子検出素子を選択する。高真空状態（例えば試料室内の気圧が１×１０−３Ｐａ未満）の場合は、ステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０３においてコンピュータ１１は、電子線３の照射軸に沿った試料９と反射電子検出器１８との間の距離を確認する。距離が長い場合（図４）は、信号制御回路２１は全ての反射電子検出素子を選択する。距離が短い場合（図３）は、信号制御回路２１は電子線３近傍に配置された反射電子検出素子を選択する。
【００３０】
図８は、凹凸ボタン３０２が押下されたときの荷電粒子線装置の動作フローである。凹凸ボタン３０２が押下されると、コンピュータ１１はステップＳ６０１においてその旨を認識する。ステップＳ６０２においてコンピュータ１１は、試料９周囲の真空度を確認する。低真空状態の場合は、信号制御回路２１は全ての反射電子検出素子を選択する。高真空状態の場合は、ステップＳ６０３に進む。ステップＳ６０３においてコンピュータは、電子線３の照射軸に沿った試料９と反射電子検出器１８との間の距離を確認する。距離が長い（図４）場合は、信号制御回路２１は全ての反射電子検出素子を選択する。距離が短い場合（図３）は、信号制御回路２１は電子線３から離れた側に配置された反射電子検出素子を選択する。
【００３１】
図７〜図８で説明した動作フローにおいて、試料室が高真空状態であるか否かを判定するための閾値（ステップＳ５０２とＳ６０２）を例示したが、この値は例えばあらかじめ荷電粒子線装置のいずれかの機能部（例えばコンピュータ１１や信号制御回路２１）が備える記憶装置内に格納しておいてもよいし、ユーザがコンピュータ１１を介して設定できるようにしてもよい。試料９と反射電子検出器との間の距離が長いか否かを判定する閾値（ステップＳ５０３とＳ６０３）についても同様である。
【００３２】
図７〜図８は、動作フローの１例として組成像を取得する場合と凹凸像を取得する場合について記載した。その他、反射電子検出素子の大きさ・分割の仕方によっては、図７〜図８とは異なる動作フローを用いることもできる。例えば、反射電子検出素子が十分に大きい場合は、電子線３近傍の反射電子検出素子と遠方の反射電子検出素子を使い分けることができる。これにより、数Ｐａ程度の低真空状態であっても組成像と凹凸像を選択的に取得することができる。
【００３３】
図５に示したＵＩにおいて組成ボタン３０１を押下したとき、試料９と反射電子検出器１８との間の距離が長く、明確な組成像が取得できない場合が考えられる。このときコンピュータ１１は、距離を短くするよう促すメッセージを表示装置２２上に表示したり、自動で距離を短くしたりすることにより、オペレータの操作をアシストすることもできる。
【００３４】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る荷電粒子線装置は、試料室が高真空状態であり、かつ試料９と反射電子検出器１８との間の距離が長い場合は、全ての反射電子検出素子を選択する。これにより、反射電子２０をできる限り多く用いて観察画像を生成することができる。
【００３５】
また本実施形態１に係る荷電粒子線装置は、試料室が高真空状態であり、かつ試料９と反射電子検出器１８との間の距離が短い場合は、組成像を生成するか凹凸像を生成するかに応じて、外周側の反射電子検出素子または内周側の反射電子検出素子を選択する。これにより、オペレータは試料９と反射電子検出器１８との間の距離を変えながら試行錯誤することなく、所望する観察像を得ることができる。
【００３６】
また本実施形態１に係る荷電粒子線装置は、試料室が低真空状態である場合は全ての反射電子検出素子を選択する。これにより、反射電子数が少なくてもできる限り多くの反射電子を検出して観察画像を生成することができる。
【００３７】
本実施形態１においては、信号制御回路２１は増幅器１９のゲインを調整することにより、各反射電子検出素子を選択することができる。例えば選択しない反射電子検出素子に対応する増幅器１９のゲインを０にすればよい。反射電子検出素子を選択する手法はこれに限られるものではなく、同等の動作を実現できればよい。例えば信号制御回路２１は、選択しない反射電子検出素子による検出信号を破棄するようにコンピュータ１１その他の機能部へ指示することにより、同等の動作を実現することができる。
【００３８】
本実施形態１においては反射電子検出素子が２重の同心円環状に形成されている例を説明したが、３重以上の円環状に形成することもできる。この場合、例えばステップＳ５０３において電子線３近傍の反射電子検出素子を選択する場合、最外周に配置された反射電子検出素子を除くその他の反射電子検出素子を選択するようにしてもよい。また必ずしも最外周の反射電子検出素子を除く全ての反射電子検出素子を選択する必要はなく、電子線３の近傍寄りに配置されたいずれか１以上を選択するようにしてもよい。ステップＳ６０３においてはこの反対の動作となる。すなわち、最内周に配置された反射電子検出素子を除くその他の反射電子検出素子を選択するようにしてもよい。以下の実施形態においても同様である。
【００３９】
＜実施の形態２＞
実施形態１では、円環形状の反射電子検出素子を例示した。本発明の実施形態２では、反射電子検出素子の形状および分割が実施形態１とは異なる構成例について説明する。その他の構成は実施形態１と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。
【００４０】
図９は、本実施形態２における反射電子検出器１８を真下から見上げた平面図である。反射電子検出器１８は、３層の円環状に配置された反射電子検出素子を有する。外周反射電子検出素子７０１は、反射電子検出器１８の外周側に円環状に配置されている。内周反射電子検出素子７０３は、反射電子検出器１８の内周側に円環状に配置されている。中周反射電子検出素子７０２は、外周反射電子検出素子７０１と内周反射電子検出素子７０３との間に円環状に配置されている。各反射電子検出素子は扇形に分割され、これが連結することにより同心円環形状となっている。
【００４１】
図９に示す反射電子検出素子は、分割された個々の検出素子の数が非常に多いため、反射電子検出素子の選択の仕方や反射電子検出器１８と試料９との間の位置関係に応じて様々な情報を試料９から取得できる。他方、反射電子検出素子の数が多いため、目的の情報を得るために必要な反射電子検出素子の選択および反射電子検出器１８と試料９との間の位置関係を見つけ出すための試行錯誤に多大な時間を有してしまう。
【００４２】
そこで信号制御回路２１は、実施形態１で説明した手法にしたがって、例えばステップＳ５０３においては内周反射電子検出素子７０３と中周反射電子検出素子７０２を選択し、ステップＳ６０３においては外周反射電子検出素子７０１を選択することができる。さらにはオプションで、各反射電子検出素子を構成する分割された素子のうち一部のみを選択することもできる。これにより、反射電子検出器１８を設計した設計者の開発意図を的確に反映させ、走査電子顕微鏡の性能を自動的かつ効果的に引き出すことができる。
【００４３】
＜実施の形態３＞
図１０は、本発明の実施形態３に係る荷電粒子線装置が備える反射電子検出器１８を真下から見上げた平面図である。本実施形態３において、反射電子検出器１８の反射電子検出素子は、実施形態１〜２とは異なり、三角形状の素子を同心円環に沿って配置することによって構成されている。反射電子検出器１８は、電子線３が通過する穴８１０を有し、外周に向かって発散する（中心に向かって先細る）三角形状の外周発散反射電子検出素子８０１、８０３、８０５、８０７と、外周に向かって収束する（外周に向かって先細る）三角形状の外周集束反射電子検出素子８０２、８０４、８０６、８０８とを有する。
【００４４】
外周発散反射電子検出素子８０１、８０３、８０５、８０７は、その形状に起因して、電子線３から離れる方向に放出された反射電子２０を多く検出する。そのためこれら反射電子検出素子を用いて取得した観察画像は、凹凸情報が多くなる。他方、外周発収束反射電子素子８０２、８０４、８０６、８０８は、その形状に起因して、電子線３近傍に放出された反射電子２０を多く検出する。そのためこれら反射電子検出素子を用いて取得した画像は、組成情報が多くなる。
【００４５】
図１０に示す反射電子検出素子も、実施形態１で示した反射電子検出素子と同等の機能を発揮することができる。ただし、本実施形態３における反射電子検出素子は特殊な形状を有するため、初めてこの素子を使用するオペレータは、目的の画像を得られる反射電子検出素子の選択および反射電子検出器１８と試料９との間の位置関係を見つけ出すための試行錯誤に多大な時間を有することになる。実施形態１で説明した手法を用いることにより、本実施形態３においても反射電子検出器１８を設計した設計者の開発意図を的確に反映させ、走査電子顕微鏡の性能を自動的かつ効果的に引き出すことができる。
【００４６】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態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。
【符号の説明】
【００４７】
１：陰極、２：第１陽極、３：電子線、４：第２陽極、５：収束レンズ、６：対物シボリ、７：偏向コイル、８：対物レンズ、９：試料、１０：電子線制御回路、１１：コンピュータ、１２：試料移動装置、１３：試料移動制御回路、１４：ゲッタポンプ、１５：ターボ分子ポンプ、１６：リークバルブ、１７：排気制御回路、１８：反射電子検出器、１９：増幅器、２０：反射電子、２１：信号制御回路、２２：表示装置、２３：入力装置、１００〜１０４：反射電子検出素子、２００：高角反射電子、２０１：低角反射電子。
【図１】
2015053262.tif 000003
【図２】
2015053262.tif 000004
【図３】
2015053262.tif 000005
【図４】
2015053262.tif 000006
【図５】
2015053262.tif 000007
【図６Ａ】
2015053262.tif 000008
【図６Ｂ】
2015053262.tif 000009
【図７】
2015053262.tif 000010
【図８】
2015053262.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2015053262.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月9日(2015.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御回路、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記信号制御回路は、
前記試料室内の気圧が所定気圧閾値未満であり、かつ前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離が所定距離閾値以上である場合は、全ての前記検出素子を選択し、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択するか、または最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記荷電粒子線装置はさらに、
前記反射電子の検出信号を用いて前記試料の観察画像を生成する演算装置、
前記試料の原子組成を強調した組成像を生成するか、それとも前記試料の凹凸形状を強調した凹凸像を生成するかを指示するためのユーザインターフェース、
を備え、
前記信号制御回路は、
前記組成像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択し、
前記凹凸像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記信号制御回路は、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値以上である場合は、前記距離によらず全ての前記検出素子を選択する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記ユーザインターフェースは、いずれの前記検出素子を選択するかを指示する入力部を備えており、
前記信号制御回路は、前記ユーザインターフェースを介して前記検出素子が選択された場合は、その指示にしたがって前記検出素子を選択する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記検出素子は、扇形の前記検出素子を前記同心環に沿って複数連結することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記検出素子は、前記同心環の中心に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記検出素子は、前記同心環の中心から外周に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御回路、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記信号制御回路は、前記試料室内の気圧が所定気圧閾値以上である場合は、前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離によらず、全ての前記検出素子を選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記信号制御回路は、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が所定距離閾値以上である場合は、全ての前記検出素子を選択し、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択するか、または最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記荷電粒子線装置はさらに、
前記反射電子の検出信号を用いて前記試料の観察画像を生成する演算装置、
前記試料の原子組成を強調した組成像を生成するか、それとも前記試料の凹凸形状を強調した凹凸像を生成するかを指示するためのユーザインターフェース、
を備え、
前記信号制御回路は、
前記組成像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択し、
前記凹凸像を生成すべき旨の指示が前記ユーザインターフェースを介して入力され、前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
前記ユーザインターフェースは、いずれの前記検出素子を選択するかを指示する入力部を備えており、
前記信号制御回路は、前記ユーザインターフェースを介して前記検出素子が選択された場合は、その指示にしたがって前記検出素子を選択する
ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
前記検出素子は、扇形の前記検出素子を前記同心環に沿って複数連結することにより構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１３】
前記検出素子は、前記同心環の中心に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１４】
前記検出素子は、前記同心環の中心から外周に向かって細くなる先細り形状を有する前記検出素子を前記同心環に沿って配置することにより構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１５】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置を制御する方法であって、
前記荷電粒子線装置は、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記方法は、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御ステップを有し、
前記信号制御ステップにおいては、
前記試料室内の気圧が所定気圧閾値未満であり、かつ前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離が所定距離閾値以上である場合は、全ての前記検出素子を選択し、
前記試料室内の気圧が前記所定気圧閾値未満であり、かつ前記距離が前記所定距離閾値未満である場合は、最も内周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択するか、または最も外周側の前記同心環に沿って配置されている前記検出素子を除いた前記検出素子のうち少なくともいずれかを選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。
【請求項１６】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置を制御する方法であって、
前記荷電粒子線装置は、
荷電粒子線を出射する荷電粒子線源、
前記試料の位置を移動させる試料移動装置、
前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することにより前記試料から発生する反射電子を検出する検出素子を複数有する反射電子検出器、
前記試料を配置する試料室内の気圧を計測する圧力計、
前記試料室内を真空排気する排気系、
を備え、
前記検出素子は、同心環に沿って複数配置されており、
前記方法は、
前記反射電子検出器が有する前記検出素子のうちいずれを使用するかを選択する信号制御ステップを有し、
前記信号制御ステップにおいては、前記試料室内の気圧が所定気圧閾値以上である場合は、前記荷電粒子線の照射軸に沿った前記試料と前記反射電子検出器との間の距離によらず、全ての前記検出素子を選択する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【国際調査報告】
2015053262.tif 000014
2015053262.tif 000015
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