(57)【要約】【課題】試料の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンスを選択的に検出することができるカソードルミネッセンス測定装置を提供する。【解決手段】カソードルミネッセンス測定装置１は、電子線１２のエネルギーを減少させるエネルギー調整部材２１と、エネルギー調整部材２１によって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａが照射される試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出する検出部４１とを備える。【選択図】図１
2016200560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線のエネルギーを減少させるエネルギー調整部材と、
前記エネルギー調整部材によって減少されたエネルギーを有する前記電子線が照射される試料から放射されるカソードルミネッセンスを検出する検出部とを備える、カソードルミネッセンス測定装置。
【請求項２】
前記エネルギー調整部材は、導電性を有するとともに、前記カソードルミネッセンスを実質的に放射しない、請求項１に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項３】
前記エネルギー調整部材は、前記カソードルミネッセンスに対して５０％以上の透過率を有する、請求項１または請求項２に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項４】
前記エネルギー調整部材は、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＺＡＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる群から選択される材料から実質的に構成される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項５】
前記エネルギー調整部材を支持する支持部材をさらに備え、前記支持部材は、前記エネルギー調整部材を支持する主面と交差する方向に延在する貫通孔を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項６】
前記電子線の照射方向と交差する方向に前記エネルギー調整部材を移動させる駆動部をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項７】
前記試料から放射される二次電子を検出する二次電子検出器をさらに備える、請求項６に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項８】
前記電子線を走査する走査部をさらに備える、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項９】
前記エネルギー調整部材は、段階的または連続的に変化する厚さを有する、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項１０】
電子線のエネルギーを減少させ、導電性を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない物質から実質的に構成される、エネルギー調整部材。
【請求項１１】
前記エネルギー調整部材は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有する、請求項１０に記載のエネルギー調整部材。
【請求項１２】
前記物質は、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＺＡＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる群から選択される、請求項１０または請求項１１に記載のエネルギー調整部材。
【請求項１３】
前記エネルギー調整部材は、段階的または連続的に変化する厚さを有する、請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のエネルギー調整部材。
【請求項１４】
電子線を発生させることと、
エネルギー調整部材によって前記電子線のエネルギーを減少させることと、
前記エネルギー調整部材によって減少されたエネルギーを有する前記電子線を試料に照射することと、
前記試料から放射されるカソードルミネッセンスを測定することとを備える、カソードルミネッセンス測定方法。
【請求項１５】
前記電子線のエネルギーを減少させることは、前記エネルギー調整部材が前記カソードルミネッセンスを実質的に放射しないことを含み、
前記エネルギー調整部材は、導電性を有する、請求項１４に記載のカソードルミネッセンス測定方法。
【請求項１６】
前記エネルギー調整部材は、前記カソードルミネッセンスに対して５０％以上の透過率を有する、請求項１４または請求項１５に記載のカソードルミネッセンス測定方法。
【請求項１７】
前記エネルギー調整部材によって前記電子線のエネルギーを段階的または連続的に変化させることをさらに備える、請求項１４から請求項１６のいずれか一項に記載のカソードルミネッセンス測定方法。
【請求項１８】
前記電子線のエネルギーを段階的または連続的に変化させることは、連続的または段階的に変化する厚さを有する前記エネルギー調整部材における前記電子線の照射位置を変化させることを含む、請求項１７に記載のカソードルミネッセンス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソードルミネッセンス測定装置、エネルギー調整部材、及びカソードルミネッセンス測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線が照射される試料から放射されるカソードルミネッセンスを検出部で測定する、カソードルミネッセンス測定装置が知られている（特許文献１、特許文献２を参照）。カソードルミネッセンスは、電子線が照射される試料の表面からある深さにわたって位置するカソードルミネッセンス発生領域から放射される。カソードルミネッセンス発生領域のこの深さは、主に、電子線のエネルギーによって定まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３８８０５号公報
【特許文献２】特開２００６−７３５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のカソードルミネッセンス測定装置では、電子線が大きなエネルギーを有するため、試料中のカソードルミネッセンス発生領域を、試料の表面の浅い領域に限定することができない。そのため、特許文献１及び特許文献２に記載のカソードルミネッセンス測定装置では、試料の表面の薄い測定対象領域の特性を選択的に検出することは難しい。
【０００５】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、試料の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンスを選択的に検出することができるカソードルミネッセンス測定装置、及びカソードルミネッセンス測定方法を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、試料の表面の浅い領域から選択的にカソードルミネッセンスを放射させることを可能にするエネルギー調整部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のカソードルミネッセンス測定装置は、電子線のエネルギーを減少させるエネルギー調整部材と、エネルギー調整部材によって減少されたエネルギーを有する電子線が照射される試料から放射されるカソードルミネッセンスを検出する検出部とを備える。
【０００８】
本発明のエネルギー調整部材は、電子線のエネルギーを減少させ、導電性を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない物質から実質的に構成される。
【０００９】
本発明のカソードルミネッセンス測定方法は、電子線を発生させることと、エネルギー調整部材によって電子線のエネルギーを減少させることと、エネルギー調整部材によって減少されたエネルギーを有する電子線を試料に照射することと、試料から放射されるカソードルミネッセンスを測定することとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のカソードルミネッセンス測定装置によれば、エネルギー調整部材によって減少されたエネルギーを有する電子線が試料に照射されるので、試料中のカソードルミネッセンス発生領域を、試料の表面の浅い領域に限定することができる。そのため、本発明のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンスを選択的に検出することができる。
【００１１】
本発明のエネルギー調整部材は、電子線のエネルギーを減少させる。本発明のエネルギー調整部材は導電性を有するので、エネルギー調整部材に電子線が照射されても、エネルギー調整部材は帯電せず、電子線の経路がエネルギー調整部材によって曲げられない。本発明のエネルギー調整部材はカソードルミネッセンスを実質的に放射しないので、試料から放射されるカソードルミネッセンスにエネルギー調整部材からのカソードルミネッセンスが混ざることがない。そのため、本発明のエネルギー調整部材によれば、試料の表面の浅い領域から選択的にカソードルミネッセンスを放射させることを可能にし、減少されたエネルギーを有する電子線を試料上の正確な位置に向けて出力することができ、さらに、試料から放射されるカソードルミネッセンスを正確に測定することを可能にする。
【００１２】
本発明のカソードルミネッセンス測定方法によれば、エネルギー調整部材によって減少されたエネルギーを有する電子線が試料に照射されるので、試料中のカソードルミネッセンス発生領域を、試料の表面の浅い領域に限定することができる。そのため、本発明のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンスを選択的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカソードルミネッセンス測定装置の概略図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係るカソードルミネッセンス測定装置に用いられるエネルギー調整部の概略上面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係るカソードルミネッセンス測定装置に用いられるエネルギー調整部の、図２（Ａ）に示す断面線ＩＩＢ−ＩＩＢにおける概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るカソードルミネッセンス測定方法を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施の形態１におけるカソードルミネッセンス発生領域を示す概略断面図である。（Ｂ）は、比較例におけるカソードルミネッセンス発生領域を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係るカソードルミネッセンス測定装置が備えるエネルギー調整部の概略上面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るカソードルミネッセンス測定装置に用いられるエネルギー調整部の、図５（Ａ）に示す断面線ＶＢ−ＶＢにおける概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２及び３に係るカソードルミネッセンス測定方法を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は、電子線の経路中にエネルギー調整部材の第１の領域を配置した場合におけるカソードルミネッセンス発生領域を示す概略断面図である。（Ｂ）は、電子線の経路中にエネルギー調整部材の第２の領域を配置した場合におけるカソードルミネッセンス発生領域を示す概略断面図である。（Ｃ）は、電子線の経路中にエネルギー調整部材の第３の領域を配置した場合におけるカソードルミネッセンス発生領域を示す概略断面図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の実施の形態３に係るカソードルミネッセンス測定装置が備えるエネルギー調整部の概略上面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るカソードルミネッセンス測定装置に用いられるエネルギー調整部の、図８（Ａ）に示す断面線ＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢにおける概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１から図２（Ｂ）を参照して、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、チャンバ１０と、電子線源１１と、集光光学系１８と、エネルギー調整部２０と、試料ステージ３６と、検出部４１と、制御部５０と、モニター６０とを主に備える。
【００１５】
チャンバ１０は、排気ポンプ３８で減圧されることにより真空状態を作り出すように構成される。後述するように、カソードルミネッセンス測定装置１が二次電子検出器７０をさらに備えるとき、チャンバ１０は電子顕微鏡筒またはＳＥＭ鏡筒として機能し得る。
【００１６】
電子線源１１は、電子線１２を発生させて、試料３０に向けて電子線１２を照射する。電子線源１１として、電界放出電子銃（ＦＥ電子銃）、ショットキー電子銃、熱電子銃を例示することができる。
【００１７】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、電磁レンズ１４と、電磁レンズ１４を励磁する第１の電源１５とを備えてもよい。電子線源１１により発生された電子線１２は、電磁レンズ１４によって集束される。
【００１８】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、走査用コイル１６と、走査用コイル１６を励磁する第２の電源１７とを備えてもよい。電子線源１１により発生された電子線１２は、走査用コイル１６によって、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）に交差する面（例えば、ｘｙ面）内において走査され得る。走査用コイル１６によって、電子線１２，１２ａの照射方向と交差する面（例えば、ｘｙ面）内の試料３０の表面の任意の場所に、電子線１２，１２ａを照射することができる。
【００１９】
集光光学系１８は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）に延在する第１の貫通孔１８ａと、集光ミラー１８ｂとを有する。電子線源１１から試料３０に照射される電子線１２は、集光光学系１８の第１の貫通孔１８ａを通過する。電子線１２は第１の貫通孔１８ａを通過するので、電子線１２は、集光光学系１８に遮断されることなく、試料３０に照射され得る。集光ミラー１８ｂは、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出部４１に向けて反射する。具体的には、集光ミラー１８ｂは、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を、検出部４１の入射部である導光部材４２に集光する。集光ミラー１８ｂは、高い結合効率で、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出部４１に結合させることができる。集光ミラー１８ｂは、球面、または楕円面を有してもよい。
【００２０】
図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、エネルギー調整部２０は、エネルギー調整部材２１と、エネルギー調整部材２１を支持する支持部材２６とを含む。
【００２１】
エネルギー調整部材２１は、電子線１２のエネルギーを減少させ、導電性を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない物質から実質的に構成されることが好ましい。本明細書において、実質的に構成されることは、不可避不純物を含んでもよいが、その他の物質は含まないことを意味する。
【００２２】
エネルギー調整部材２１は、電子線１２のエネルギーを減少させる。エネルギー調整部材２１は電子線１２のエネルギーを減少させるため、エネルギー調整部材２１は、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａが試料３０に向けて出力され得る。その結果、本実施の形態のエネルギー調整部材２１によれば、試料３０の表面の浅い領域から選択的にカソードルミネッセンス３９を放射させることができる。
【００２３】
エネルギー調整部材２１は導電性を有しているので、エネルギー調整部材２１に電子線１２が照射されても、エネルギー調整部材２１は帯電しない。エネルギー調整部材２１は帯電しないので、電子線１２、１２ａの経路がエネルギー調整部材２１によって曲げられない。そのため、エネルギー調整部材２１は、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを、試料３０上の正確な位置に向けて出力することができる。
【００２４】
エネルギー調整部材２１は、カソードルミネッセンスを実質的に放射しないことが好ましい。言い換えると、エネルギー調整部材２１は、発光準位を有しない材料で実質的に構成されることが好ましい。本明細書において、エネルギー調整部材２１がカソードルミネッセンスを実質的に放射しないことは、エネルギー調整部材２１がカソードルミネッセンスを全く放射しないことと、検出部４１によって検出されるエネルギー調整部材２１から放射されるカソードルミネッセンスの波長スペクトル信号が、検出部４１によって検出される試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９の波長スペクトル信号よりも十分小さい程度に、エネルギー調整部材２１がカソードルミネッセンスを放射することを含む。エネルギー調整部材２１はカソードルミネッセンスを実質的に放射しないので、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９にエネルギー調整部材からのカソードルミネッセンスが混ざることがない。そのため、エネルギー調整部材２１は、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出部４１によって正確に検出することを可能にする。
【００２５】
エネルギー調整部材２１は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上、好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上の透過率を有してもよい。カソードルミネッセンス３９は、主に、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長を有する。エネルギー調整部材２１は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有するので、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長を有する電磁波を少ない光学的損失で通過させることができる。そのため、エネルギー調整部材２１は、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を、少ない光学的損失で検出部４１に結合させることができる。
【００２６】
エネルギー調整部材２１を構成する物質は、例えば、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＺＡＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる群から選択されてもよい。これらの材料は、導電性を有し、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない。
【００２７】
エネルギー調整部材２１は、エネルギー調整部材２１に入射する電子線１２のエネルギーを減少させ、エネルギーが減少された電子線１２ａを試料３０に向けて出力する。例えば、エネルギー調整部材２１内で電子線１２が散乱されることによって、エネルギー調整部材２１において電子線１２のエネルギーを減少させることができる。より特定的には、電子線１２がエネルギー調整部材２１内で散乱されるとき、電子線１２は、連続Ｘ線、特性Ｘ線、反射電子、二次電子、オージェ電子、電子−正孔対等を誘起して、一部のエネルギーを失う。その結果、エネルギー調整部材２１において、電子線１２のエネルギーを減少させることができる。
【００２８】
エネルギー調整部材２１は、膜密度が高い膜であることが好ましい。エネルギー調整部材２１によって電子線１２のエネルギーが減少される際、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）内において電子線１２が拡散され得る。その結果、エネルギー調整部材２１から出射されるエネルギーが減少された電子線１２ａのビーム径が拡がってしまい、試料３０の表面の微小領域の特性を正確に測定することが難しくなることがある。エネルギー調整部材２１を膜密度が高い膜で構成することによって、電子線１２のエネルギーを減少させるのに必要なエネルギー調整部材２１の厚さを小さくすることができる。その結果、エネルギー調整部材２１から出射される電子線１２ａのビーム径が拡がることを抑制し、試料３０の表面の微小領域の特性を正確に測定することが可能になる。
【００２９】
エネルギー調整部材２１は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。例えば、電子線１２がエネルギー調整部材２１内で散乱されるなどして電子線１２のエネルギーが減少されるときに、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａのエネルギースペクトルの線幅が拡がったり、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａのビーム径が拡がったりすることがある。エネルギー調整部材２１は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のような非常に小さな厚さを有するので、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａのエネルギースペクトルの線幅が拡がることと、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａのビーム径が拡がることを抑制することができる。
【００３０】
支持部材２６は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）に延在する第１の主面２６ａと、第１の主面２６ａと反対側の第２の主面２６ｂとを有する。第１の主面２６ａは電子線１２の入射側（電子線源１１側）に位置し、第２の主面２６ｂは減少されたエネルギーを有する電子線１２ａの出射側（電子線源１１と反対側）に位置する。支持部材２６として、シリコン基板を例示することができる。
【００３１】
支持部材２６は、エネルギー調整部材２１を支持する第１の主面２６ａと交差する方向（例えば、ｚ方向）に延在する第２の貫通孔２６ｄをさらに有してもよい。電子線１２は第２の貫通孔２６ｄを通過するので、電子線１２は、支持部材２６に遮断されることなく、試料３０に照射され得る。試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９は第２の貫通孔２６ｄを通過するので、カソードルミネッセンス３９は、支持部材２６によって遮断されることなく、検出部４１に結合され得る。
【００３２】
エネルギー調整部材２１は、第１の主面２６ａ及び第２の主面２６ｂの少なくとも１つの上で支持されてもよい。本実施の形態では、エネルギー調整部材２１は、第１の主面２６ａ上で支持されている。
【００３３】
エネルギー調整部２０は、例えば、以下の方法によって製造することができる。支持部材２６の第１の主面２６ａ上に、蒸着などによって、エネルギー調整部材２１を形成する。それから、支持部材２６の第２の主面２６ｂ上に開口部を有するレジストパターンを形成する。その後、水酸化カリウムを用いて支持部材２６を異方性ウェットエッチングすることによって、支持部材２６に第２の貫通孔２６ｄが形成される。以上の工程により、エネルギー調整部２０を製造することができる。
【００３４】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、エネルギー調整部２０を移動させる第１の駆動部２９を備えてもよい。第１の駆動部２９は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）内と電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）との少なくとも１つに、エネルギー調整部２０を移動させてもよい。第１の駆動部２９によりエネルギー調整部２０を移動させることによって、エネルギー調整部材２１における電子線１２の照射位置を変化させたり、電子線１２の経路外にエネルギー調整部材２１を位置させたりすることができる。第１の駆動部２９によりエネルギー調整部２０を移動させることによって、試料３０とエネルギー調整部材２１との距離を調節することができる。第１の駆動部２９は、支持部材２６に機械的に接続され、支持部材２６を支持してもよい。
【００３５】
試料３０は、その表面の浅い領域に構造を有してもよい。より特定的には、試料３０は、薄膜３２が形成された基板３１であってもよい（図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照）。例えば、試料３０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板と、ＧａＮ基板上に形成された窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）薄膜とを含んでもよい。試料３０は、エネルギー調整部材２１の電子線１２ａの出力側（電子線源１１と反対側）に配置されてもよい。このとき、エネルギー調整部材２１でエネルギーが減少されるとともに、エネルギー調整部材２１を通過した電子線１２ａが、試料３０に入射される。試料３０は、エネルギー調整部材２１の電子線１２の入力側（電子線源１１側）に配置されてもよい。このとき、エネルギー調整部材２１でエネルギーが減少されるとともに、エネルギー調整部材２１で反射または散乱された電子線１２ａが、試料３０に入射される。
【００３６】
試料ステージ３６は、その上に試料３０を載置する。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）内と電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）との少なくとも１つに、試料ステージ３６を移動させる第２の駆動部３７を備えてもよい。第２の駆動部３７により試料ステージ３６を移動させることによって、試料３０における電子線１２の照射位置を変化させることができる。第２の駆動部３７により試料ステージ３６を移動させることによって、試料３０とエネルギー調整部材２１との距離を調節することができる。
【００３７】
エネルギー調整部材２１は、できる限り試料３０の近くに配置することが好ましい。エネルギー調整部材２１によって電子線１２のエネルギーが減少される際、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）内において電子線１２が拡散され得る。その結果、エネルギー調整部材２１から出力されるエネルギーが減少された電子線１２ａのビーム径が拡がってしまい、試料３０の表面の微小領域の特性を正確に測定することが難しくなることがある。エネルギー調整部材２１を試料３０の近くに配置することによって、エネルギー調整部材２１から出射される電子線１２ａのビーム径が拡がりを小さくすることができ、試料３０の表面の微小領域の特性を正確に測定することが可能になる。エネルギー調整部材２１を試料３０の近くに配置するために、第１の駆動部２９及び第２の駆動部３７の少なくとも１つによって、エネルギー調整部材２１及び支持部材２６のいずれかを試料３０に密着させてもよい。エネルギー調整部材２１を試料３０の近くに配置するために、エネルギー調整部材２１は、試料３０に面する第２の主面２６ｂ上で支持されてもよい。
【００３８】
エネルギー調整部材２１によってエネルギーが減少された電子線１２ｂは試料３０に照射される。減少されたエネルギーを有する電子線１２ｂは、試料３０内で拡散しながら、試料３０と相互作用を引き起こす。その結果、減少されたエネルギーを有する電子線１２ｂは、試料３０中において、連続Ｘ線、特性Ｘ線、反射電子、二次電子、オージェ電子、電子−正孔対等を誘起して、エネルギーを失う。生成された電子−正孔対が再結合することによって、主に２００〜１７００ｎｍの波長を有するカソードルミネッセンス３９が試料３０から放射される。カソードルミネッセンス３９には、試料３０の表面の浅い領域における組成や欠陥のような特性に関する情報が含まれる。
【００３９】
試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９は、エネルギー調整部２０を通って、集光光学系１８に進む。具体的には、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９は、エネルギー調整部２０の第２の貫通孔２６ｄ及びエネルギー調整部材２１を通って、集光光学系１８に進んでもよい。集光光学系１８に入射したカソードルミネッセンス３９は、集光光学系１８の集光ミラー１８ｂによって反射される。集光ミラー１８ｂは、楕円ミラーなどの曲面を有するミラーであってもよい。集光光学系１８の集光ミラー１８ｂで反射されたカソードルミネッセンス３９は、検出部４１に結合される。
【００４０】
検出部４１は、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出し、カソードルミネッセンス３９の波長スペクトル信号を制御部５０に出力する。検出部４１は、分光器４４と検出器４６とを含む。検出部４１は、導光部材４２をさらに含んでもよい。検出部４１は、検出器４６を冷却する冷却器４８をさらに含んでもよい。
【００４１】
分光器４４において、カソードルミネッセンス３９は波長に応じて分光される。分光器４４は、回折格子、プリズム、光学フィルタなどを含んでもよい。
【００４２】
分光器４４で分光されたカソードルミネッセンス３９は、検出器４６で検出される。検出器４６において、カソードルミネッセンス３９の波長に応じた強度、すなわち波長スペクトルが検出される。検出器４６は、カソードルミネッセンス３９の波長スペクトル信号を、制御部５０に出力する。検出部４１として、光電子倍増管、フォトダイオードなどを例示することができる。
【００４３】
導光部材４２によって、カソードルミネッセンス３９がチャンバ１０から分光器４４と検出器４６とに高い効率で結合され得る。導光部材４２として、光ファイバを例示することができる。
【００４４】
冷却器４８によって検出器４６を冷却することによって、近赤外の波長を高い信号−ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で検出することができる。冷却器４８として、液体窒素を用いた冷却器を例示することができる。
【００４５】
制御部５０は、検出器４６から出力されたカソードルミネッセンス３９の波長スペクトル信号を、モニター６０に出力してもよい。制御部５０は、電子線源１１を制御してもよい。制御部５０は、第１の電源１５を制御してもよい。第１の電源１５は、電子線１２を集束する電磁レンズ１４を励磁する。そのため、制御部５０によって、電子線１２の集束を制御することができる。制御部５０は、第２の電源１７を制御してもよい。第２の電源１７は走査用コイル１６を励磁する。そのため、制御部５０によって、試料３０の表面における電子線１２の照射位置を制御することができる。
【００４６】
制御部５０は、第１の駆動部２９を制御してもよい。第１の駆動部２９は、エネルギー調整部２０を移動させる。そのため、制御部５０によって、エネルギー調整部２０、すなわちエネルギー調整部材２１の位置を制御することができ、エネルギー調整部材２１における電子線１２の照射位置を制御することができる。制御部５０は、第２の駆動部３７を制御してもよい。第２の駆動部３７は、試料３０を載置する試料ステージ３６を移動させる。そのため、制御部５０によって、試料３０の位置を制御することができ、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａの試料３０の照射位置を制御することができる。
【００４７】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、試料３０から放射される二次電子７２を検出する二次電子検出器７０をさらに備えてもよい。第１の駆動部２９によりエネルギー調整部２０を移動させることによって、エネルギー調整部材２１を電子線１２の経路外に位置させることができる。エネルギー調整部材２１は電子線１２の経路外に位置するので、電子線１２はエネルギー調整部材２１によって減少されない。そのため、二次電子検出器７０をさらに備えるカソードルミネッセンス測定装置１は、試料３０の電子顕微鏡像を高解像度で得ることができる電子顕微鏡として機能し得る。このとき、チャンバ１０は電子顕微鏡筒として機能し得る。
【００４８】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、二次電子検出器７０に加えて、電子線１２を走査する走査用コイル１６（走査部）をさらに備えてもよい。第１の駆動部２９によりエネルギー調整部２０を移動させることによって、エネルギー調整部材２１を電子線１２の経路外に位置させることができる。エネルギー調整部材２１は電子線１２の経路外に位置するので、電子線１２はエネルギー調整部材２１によって減少されない。そのため、電子線１２を走査する走査用コイル１６（走査部）と、二次電子検出器７０とをさらに備える本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、試料３０の電子顕微鏡像を高解像度で得ることができる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）として機能し得る。このとき、チャンバ１０はＳＥＭ鏡筒として機能し得る。
【００４９】
図３を参照して、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法を説明する。
電子線源１１から電子線１２を発生させる（Ｓ１０）。この電子線１２のエネルギーをエネルギー調整部材２１によって減少させる（Ｓ２０）。電子線１２のエネルギーを減少させることは、エネルギー調整部材２１がカソードルミネッセンスを実質的に放射しないことを含んでもよい。それから、エネルギー調整部材２１によってエネルギーが減少された電子線１２ａを試料３０に照射する（Ｓ３０）。試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出する（Ｓ４０）。検出されたカソードルミネッセンスの波長スペクトルを、モニター６０に表示させてもよい。
【００５０】
本実施の形態の作用及び効果を説明する。
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、電子線１２のエネルギーを減少させるエネルギー調整部材２１と、エネルギー調整部材２１によって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａが照射される試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出する検出部４１とを備える。図４（Ａ）を参照して、エネルギー調整部材２１によってエネルギーが減少された電子線１２ａが試料３０に照射される。そのため、試料３０におけるカソードルミネッセンス発生領域３４を、試料３０の表面の浅い領域に限定することができる。その結果、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、低エネルギーの電子線１２ａを用いて、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域における組成や欠陥のような特性を選択的に分析することができる。
【００５１】
図４（Ｂ）を参照して、エネルギー調整部材２１を備えない比較例のカソードルミネッセンス測定装置では、電子線源から出射された電子線１２が、電子線１２のエネルギーを減少することなく、試料３０に照射される。そのため、試料３０におけるカソードルミネッセンス発生領域３４ｐは、試料３０の表面の薄膜３２だけでなく、基板３１にも存在する。試料３０におけるカソードルミネッセンス発生領域３４を、試料３０の表面の浅い領域（例えば、薄膜３２）に限定することができない。その結果、比較例のカソードルミネッセンス測定装置では、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができない。比較例のカソードルミネッセンス測定装置では、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域における組成や欠陥のような特性を、選択的に分析することができない。
【００５２】
例えば、電子線源１１が電界放出型電子銃（ＦＥ電子銃）である場合、試料３０の直前で電子線１２のエネルギーを減衰させるための電界印加手段のみによって、１ｋｅＶ以下のエネルギーを有する電子線を得ることは困難である。これに対し、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、エネルギー調整部材２１により、１ｋｅＶ以下のエネルギーを有する電子線を容易に得ることができる。そのため、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、低エネルギーの電子線１２ａを用いて、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域における組成や欠陥のような特性を選択的に分析することができる。
【００５３】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１では、エネルギー調整部材２１は、導電性を有するとともに、カソードルミネッセンスを実質的に放射しなくてもよい。エネルギー調整部材２１は導電性を有するので、エネルギー調整部材２１に電子線１２が照射されても、エネルギー調整部材２１は帯電しない。エネルギー調整部材２１は帯電しないので、電子線１２，１２ａの経路がエネルギー調整部材２１によって曲げられない。そのため、エネルギー調整部材２１によって、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを、試料３０上の正確な位置に向けて出力することができる。エネルギー調整部材２１はカソードルミネッセンスを実質的に放射しないので、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９にエネルギー調整部材からのカソードルミネッセンスが混ざることがない。その結果、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０上の正確な位置に照射することができ、試料３０の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的かつより正確に検出することができる。
【００５４】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１では、エネルギー調整部材２１は、カソードルミネッセンス３９に対して５０％以上の透過率を有してもよい。エネルギー調整部材２１は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有するので、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波を、少ない光学的損失で通過させることができる。そのため、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を、少ない光学的損失で検出部４１に結合させることができる。
【００５５】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１では、エネルギー調整部材２１は、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＺＡＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる群から選択される材料から実質的に構成されてもよい。これらの材料は、導電性を有し、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない。そのため、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０上の正確な位置に照射することができ、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を、少ない光学的損失で検出部４１に結合させることができ、試料３０の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的かつより正確に検出することができる。
【００５６】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、エネルギー調整部材２１を支持する支持部材２６をさらに備えてもよく、支持部材２６は、エネルギー調整部材２１を支持する主面（第１の主面２６ａ）と交差する方向に延在する貫通孔（第２の貫通孔２６ｄ）を含んでもよい。支持部材２６はこのような貫通孔（第２の貫通孔２６ｄ）を含むので、電子線１２、１２ａ及び試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９が、支持部材２６によって遮断されることを防ぐことができる。その結果、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的かつより正確に検出することができる。
【００５７】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、電子線１２の照射方向と交差する方向にエネルギー調整部材２１を移動させる駆動部（第１の駆動部２９）をさらに備えてもよい。駆動部（第１の駆動部２９）によって、電子線１２，１２ａの照射方向と交差する面（例えば、ｘｙ面）内の試料３０の表面の任意の場所に、電子線１２，１２ａを照射することができる。そのため、電子線１２，１２ａの照射方向と交差する面（例えば、ｘｙ面）内の試料３０の表面の任意の場所において、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。また、駆動部（第１の駆動部２９）によってエネルギー調整部材２１を試料３０の近くに配置することによって、エネルギー調整部材２１から出射される電子線１２ａのビーム径が拡がることを抑制し、試料３０の表面の微小領域における組成や欠陥のような特性を正確に測定することが可能になる。
【００５８】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、試料３０から放射される二次電子７２を検出する二次電子検出器７０をさらに備えてもよい。駆動部（第１の駆動部２９）によってエネルギー調整部材２１を電子線１２の経路外に位置させると、電子線１２は、エネルギー調整部材２１によって減少されない。そのため、二次電子検出器７０をさらに備える本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、試料３０の電子顕微鏡像を高解像度で得ることができる電子顕微鏡として機能し得る。その結果、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１によれば、カソードルミネッセンス３９を測定する機能と、電子顕微鏡の機能とを実現することができる。
【００５９】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置１は、電子線１２を走査する走査部（走査用コイル１６）をさらに備えてもよい。走査部（走査用コイル１６）によって、電子線１２，１２ａの照射方向と交差する面（例えば、ｘｙ面）内の試料３０の表面の任意の場所に、電子線１２，１２ａを照射することができる。そのため、電子線１２，１２ａの照射方向と交差する面（例えば、ｘｙ面）内の試料３０の表面の任意の場所において、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。
【００６０】
本実施の形態のエネルギー調整部材２１は、電子線１２のエネルギーを減少させ、導電性を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない物質から実質的に構成される。エネルギー調整部材２１は電子線１２のエネルギーを減少させるため、エネルギー調整部材２１は、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０に向けて出力することを可能にする。その結果、本実施の形態のエネルギー調整部材２１によれば、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から選択的にカソードルミネッセンス３９を放射させることができる。エネルギー調整部材２１は導電性を有するので、エネルギー調整部材２１に電子線１２が照射されても、エネルギー調整部材２１は帯電しない。エネルギー調整部材２１は帯電しないので、電子線１２，１２ａの経路がエネルギー調整部材２１によって曲げられない。そのため、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを、試料３０上の正確な位置に向けて出力することができる。エネルギー調整部材２１はカソードルミネッセンスを実質的に放射しないので、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９にエネルギー調整部材からのカソードルミネッセンスが混ざることがない。その結果、本実施の形態のエネルギー調整部材２１によれば、試料３０の表面の浅い領域から選択的にカソードルミネッセンス３９を放射させることを可能にし、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０上の正確な位置に向けて出力することができ、さらに、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を正確に測定することを可能にする。
【００６１】
本実施の形態の電子線１２のエネルギーを減少させるエネルギー調整部材２１は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有してもよい。エネルギー調整部材２１は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有するので、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波を、少ない光学的損失で通過させることができる。そのため、本実施の形態のエネルギー調整部材２１によれば、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を少ない光学的損失で通過させることができる。
【００６２】
本実施の形態のエネルギー調整部材２１を実質的に構成する物質は、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＺＡＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる群から選択されてもよい。これらの材料は、導電性を有し、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有し、カソードルミネッセンスを実質的に放射しない。そのため、本実施の形態のエネルギー調整部材２１によれば、試料３０の表面の浅い領域から選択的にカソードルミネッセンス３９を放射させることを可能にし、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０上の正確な位置に向けて出力することができ、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を少ない光学的損失で通過させることができ、さらに、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を正確に測定することを可能にする。
【００６３】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法は、電子線１２を発生させることと、エネルギー調整部材２１によって電子線１２のエネルギーを減少させることと、エネルギー調整部材２１によって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０に照射することと、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を測定することとを備える。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、エネルギー調整部材２１によってエネルギーが減少された電子線１２ａが試料３０に照射される。そのため、試料３０におけるカソードルミネッセンス発生領域３４を、試料３０の表面の浅い領域に限定することができる。その結果、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、低エネルギーの電子線１２ａを用いて、試料３０の表面の浅い領域、すなわち薄膜３２のような試料３０の表面の薄い測定対象領域における組成や欠陥のような特性を選択的に分析することができる。
【００６４】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法では、電子線１２のエネルギーを減少させることは、エネルギー調整部材２１がカソードルミネッセンスを実質的に放射しないことを含み、エネルギー調整部材２１は、導電性を有してもよい。エネルギー調整部材２１は導電性を有するので、エネルギー調整部材２１に電子線１２が照射されても、エネルギー調整部材２１は帯電しない。エネルギー調整部材２１は帯電しないので、電子線１２，１２ａの経路がエネルギー調整部材２１によって曲げられない。そのため、エネルギー調整部材２１によって、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを、試料３０上の正確な位置に向けて出力することができる。エネルギー調整部材２１はカソードルミネッセンスを実質的に放射しないので、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９にエネルギー調整部材からのカソードルミネッセンスが混ざることがない。その結果、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを試料３０上の正確な位置に照射することができ、試料３０の表面の浅い領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的かつより正確に検出することができる。
【００６５】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法では、エネルギー調整部材２１は、カソードルミネッセンス３９に対して５０％以上の透過率を有してもよい。エネルギー調整部材２１は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波に対して５０％以上の透過率を有するので、２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の電磁波を、少ない光学的損失で通過させることができる。そのため、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９を、少ない光学的損失で検出部４１に結合させることができる。
【００６６】
（実施の形態２）
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して、実施の形態２に係るカソードルミネッセンス測定装置が備えるエネルギー調整部２０ａを説明する。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置のその他の構成は、実施の形態１のカソードルミネッセンス測定装置１と同様である。本実施の形態に係るカソードルミネッセンス測定装置が備えるエネルギー調整部２０ａは、エネルギー調整部材２２と、エネルギー調整部材２２を支持する支持部材２７とを含む。
【００６７】
エネルギー調整部材２２は、段階的に変化する厚さを有する。本実施の形態では、エネルギー調整部材２２は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する方向（例えば、ｘ方向）に段階的に変化する厚さを有する。より特定的には、＋ｘ方向に向かうにつれて段階的に小さくなる厚さを有する。エネルギー調整部材２２は、例えば、３段階に変化する厚さを有する。具体的には、エネルギー調整部材２２は、第１の部分２２ａと、第１の部分２２ａよりも大きな厚さを有する第２の部分２２ｂと、第２の部分２２ｂよりも大きな厚さを有する第３の部分２２ｃとを有する。より特定的には、第１の部分２２ａは１０ｎｍの厚さを有し、第２の部分２２ｂは２０ｎｍの厚さを有し、第３の部分２２ｃは３０ｎｍの厚さを有してもよい。エネルギー調整部材２２の異なる厚さの数は、３つに限られない。
【００６８】
支持部材２７は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）に延在する第１の主面２７ａと、第１の主面２７ａと反対側の第２の主面２７ｂとを有する。第１の主面２７ａは電子線１２の入射側（電子線源１１側）に位置し、第２の主面２７ｂは減少されたエネルギーを有する電子線１２ａの出射側（電子線源１１と反対側）に位置する。
【００６９】
支持部材２７は、エネルギー調整部材２２を支持する第１の主面２７ａと交差する方向（例えば、ｚ方向）に延在する第２の貫通孔２７ｄ−２７ｆをさらに有してもよい。電子線１２は第２の貫通孔２７ｄ−２７ｆを通過するので、電子線１２は、支持部材２７に遮断されることなく、試料３０に照射され得る。試料３０から放射されるカソードルミネッセンス３９は第２の貫通孔２７ｄ−２７ｆを通過するので、カソードルミネッセンス３９は、支持部材２７によって遮断されることなく、検出部４１に結合され得る。
【００７０】
本実施の形態では、支持部材２７は、エネルギー調整部材２２の異なる厚さの数と同じ複数の第２の貫通孔２７ｄ−２７ｆを有してもよい。具体的には、第２の貫通孔２７ｄ、２７ｅ、２７ｆは、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａ、第２の部分２２ｂ、第３の部分２２ｃのそれぞれに対応するように、支持部材２７に設けられる。本実施の形態では、エネルギー調整部材２２は３段階に変化する厚さを有するので、支持部材２７は、３つの第２の貫通孔２７ｄ−２７ｆを有する。第２の貫通孔の数は３つに限られない。第２の貫通孔は、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａ、第２の部分２２ｂ、および第３の部分２２ｃに対向する１つの貫通孔であってもよい。
【００７１】
第１の駆動部２９及び走査部（走査用コイル１６）の少なくとも１つにより、エネルギー調整部材２２の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）にエネルギー調整部材２２を移動させることによって、段階的に変化する厚さを有するエネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を変化させることができる。具体的には、第１の駆動部２９及び走査部（走査用コイル１６）の少なくとも１つにより、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａ、第２の部分２２ｂ、第３の部分２２ｃのいずれに電子線１２を照射するかを決定することができる。走査部（走査用コイル１６）により、エネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を変化させる際、試料３０における電子線１２ａの照射位置のずれをなくすため、第２の駆動部３７により、エネルギー調整部材２２の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）に、試料３０を移動させてもよい。
【００７２】
エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂは、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａよりも厚い。そのため、エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂに入射される電子線１２は、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａに入射される電子線１２よりも、電子線１２のエネルギーが大きく減少される。そのため、エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂから出力される減少されたエネルギーを有する電子線１２ａによって試料中に生じるカソードルミネッセンス発生領域３４ｂ（図７（Ｂ）を参照）は、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａから出力される減少されたエネルギーを有する電子線１２ａによって試料中に生じるカソードルミネッセンス発生領域３４ａ（図７（Ａ）を参照）よりも、試料の表面からより浅い領域に限定することができる。
【００７３】
エネルギー調整部材２２の第３の部分２２ｃは、エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂよりも厚い。そのため、エネルギー調整部材２２の第３の部分２２ｃに入射される電子線１２は、エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂに入射される電子線１２よりも、電子線１２のエネルギーが大きく減少される。そのため、エネルギー調整部材２２の第３の部分２２ｃから出力される減少されたエネルギーを有する電子線１２ａによって試料中に生じるカソードルミネッセンス発生領域３４ｃ（図７（Ｃ）を参照）は、エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂから出力される減少されたエネルギーを有する電子線１２ａによって試料中に生じるカソードルミネッセンス発生領域３４ｂ（図７（Ｂ）を参照）よりも、試料の表面からより浅い領域に限定することができる。
【００７４】
そのため、相対的に大きな厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ）を含む試料３０ａに対しては、エネルギー調整部材２２の第１の部分２２ａによって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを照射してもよい（図７（Ａ））。相対的に中間の厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ｂ）を含む試料３０ｂに対しては、エネルギー調整部材２２の第２の部分２２ｂによって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを照射してもよい（図７（Ｂ））。相対的に小さな厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ｃ）を含む試料３０ｃに対しては、エネルギー調整部材２２の第３の部分２２ｃによって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを照射してもよい（図７（Ｃ））。このため、本実施の形態によれば、１つ以上の試料３０ａ−３０ｃが多様な厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）を含んでいても、エネルギー調整部材２２を交換することなく、試料３０ａ−３０ｃの測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。
【００７５】
図６を参照して、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法を説明する。
電子線源１１から電子線１２を発生させる（Ｓ１０）。エネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を調節する（Ｓ１５）。具体的には、第１の駆動部２９及び走査部（走査用コイル１６）の少なくとも１つによって、エネルギー調整部材２２の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）において、離散的に、エネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を調節してもよい。電子線源１１から電子線１２を発生させる前に、電子線１２の経路に対するエネルギー調整部材２２の位置を調節して、エネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を調節してもよい。それから、この電子線１２のエネルギーをエネルギー調整部材２２によって減少させる（Ｓ２０）。電子線１２のエネルギーを減少させることは、電子線１２のエネルギーを減少させることを含んでもよい。電子線１２のエネルギーを減少させることは、エネルギー調整部材２２がカソードルミネッセンスを実質的に放射しないことを含んでもよい。それから、エネルギー調整部材２２によってエネルギーが減少された電子線１２ａを試料に照射する（Ｓ３０）。試料から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出する（Ｓ４０）。検出されたカソードルミネッセンスの波長スペクトルを、モニター６０に表示させてもよい。
【００７６】
本実施の形態は、実施の形態１の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。
【００７７】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置では、エネルギー調整部材２２は、段階的に変化する厚さを有してもよい。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料３０ａ−３０ｃ中のカソードルミネッセンス発生領域３４ａ−３４ｃの大きさを段階的に変化させることができる。そのため、１つ以上の試料３０ａ−３０ｃが多様な厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）を含んでいても、エネルギー調整部材２２を交換することなく、試料３０ａ−３０ｃの測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンスを能率的に測定することができるカソードルミネッセンス測定装置を提供することができる。
【００７８】
本実施の形態のエネルギー調整部材２２は、段階的に変化する厚さを有してもよい。本実施の形態のエネルギー調整部材２２は、段階的にエネルギーが減少された電子線１２ａを試料３０に向けて出力することを可能にする。本実施の形態のエネルギー調整部材２２によれば、試料３０ａ−３０ｃ中のカソードルミネッセンス発生領域３４ａ−３４ｃの大きさを段階的に変化させることができる。そのため、本実施の形態のエネルギー調整部材２２によれば、１つ以上の試料３０ａ−３０ｃが多様な厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）を含んでいても、エネルギー調整部材２２を交換することなく、試料３０ａ−３０ｃの測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）から選択的にカソードルミネッセンス３９を放射させることができる。
【００７９】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法は、エネルギー調整部材２２によって電子線１２のエネルギーを段階的に変化させることを備えてもよい。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料３０ａ−３０ｃ中のカソードルミネッセンス発生領域３４ａ−３４ｃの大きさを段階的に変化させることができる。そのため、１つ以上の試料３０ａ−３０ｃが多様な厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）を含んでいても、エネルギー調整部材２２を交換することなく、試料３０ａ−３０ｃの測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンスを能率的に測定することができるカソードルミネッセンス測定装置を提供することができる。
【００８０】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法において電子線１２ａのエネルギーを段階的に変化させることは、段階的に変化する厚さを有するエネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を変化させることを含んでもよい。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料３０ａ−３０ｃ中のカソードルミネッセンス発生領域３４ａ−３４ｃの大きさを段階的に変化させることができる。そのため、１つ以上の試料３０ａ−３０ｃが多様な厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）を含んでいても、エネルギー調整部材２２を交換することなく、試料３０ａ−３０ｃの測定対象領域（例えば、薄膜３２ａ−３２ｃ）から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンスを能率的に測定することができるカソードルミネッセンス測定装置を提供することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照して、実施の形態３に係るカソードルミネッセンス測定装置が備えるエネルギー調整部２０ｂを説明する。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置のその他の構成は、実施の形態１のカソードルミネッセンス測定装置１と同様である。本実施の形態のエネルギー調整部２０ｂは、実施の形態２のエネルギー調整部２０ａの変形例である。本実施の形態に係るカソードルミネッセンス測定装置が備えるエネルギー調整部２０ｂは、エネルギー調整部材２３と、エネルギー調整部材２３を支持する支持部材２８とを含む。
【００８２】
エネルギー調整部材２３は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する方向（例えば、ｘ方向）に連続的に変化する厚さを有する。より特定的には、エネルギー調整部材２２は、＋ｘ方向に向かうにつれて、次第に薄くなる厚さを有する。エネルギー調整部材２２は、＋ｘ方向に向かうにつれて、直線的に次第に薄くなってもよいし、曲線的に次第に薄くなってもよい。
【００８３】
支持部材２８は、電子線１２の照射方向（例えば、ｚ方向）と交差する面（例えば、ｘｙ面）に延在する第１の主面２８ａと、第１の主面２８ａと反対側の第２の主面２８ｂとを有する。第１の主面２８ａは電子線１２の入射側（電子線源１１側）に位置し、第２の主面２８ｂは、減少されたエネルギーを有する電子線１２ａの出射側（電子線源１１と反対側）に位置する。
【００８４】
支持部材２８は、第２の貫通孔２８ｄをさらに有する。第２の貫通孔２８ｄは、エネルギー調整部材２３の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）に沿って延在する。
【００８５】
第１の駆動部２９及び走査部（走査用コイル１６）の少なくとも１つにより、エネルギー調整部材２３の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）にエネルギー調整部材２３を移動させることによって、連続的に変化する厚さを有するエネルギー調整部材２３における電子線１２の照射位置を変化させることができる。走査部（走査用コイル１６）により、エネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を変化させる際、試料３０における電子線１２ａの照射位置のずれをなくすため、第２の駆動部３７により、エネルギー調整部材２２の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）に、試料３０を移動させてもよい。
【００８６】
エネルギー調整部材２３の−ｘ側（左側）は、エネルギー調整部材２３の＋ｘ側（右側）よりも厚い。そのため、エネルギー調整部材２３の−ｘ側（左側）に入射される電子線１２は、エネルギー調整部材２３の＋ｘ側（右側）に入射される電子線１２よりも、電子線１２のエネルギーが大きく減少される。例えば、エネルギー調整部材２３の−ｘ側（左側）に入射される電子線１２は、エネルギー調整部材２３の＋ｘ側（右側）に入射される電子線１２よりも、電子線１２のエネルギーが大きく減少される。そのため、エネルギー調整部材２３の−ｘ側（左側）から出力される減少されたエネルギーを有する電子線１２ａによって試料中に生じるカソードルミネッセンス発生領域は、エネルギー調整部材２３の＋ｘ側（右側）から出力される減少されたエネルギーを有する電子線１２ａによって試料中に生じるカソードルミネッセンス発生領域よりも、試料の表面からより浅い領域に限定することができる。
【００８７】
そのため、相対的に大きな厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜）を含む試料に対しては、エネルギー調整部材２３の＋ｘ側（右側）によって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを照射してもよい。相対的に小さな厚さを有する測定対象領域（例えば、薄膜）を含む試料に対しては、エネルギー調整部材２３の−ｘ側（左側）によって減少されたエネルギーを有する電子線１２ａを照射してもよい。このため、本実施の形態によれば、１つ以上の試料がより一層多様な厚さを有する測定対象領域を含んでいても、エネルギー調整部材２３を交換することなく、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。
【００８８】
図６を参照して、本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法を説明する。
電子線源１１から電子線１２を発生させる（Ｓ１０）。エネルギー調整部材２３における電子線１２の照射位置を調節する（Ｓ１５）。具体的には、第１の駆動部２９及び走査部（走査用コイル１６）の少なくとも１つによって、エネルギー調整部材２３の厚さが変化する方向（例えば、ｘ方向）に、連続的に電子線１２の照射位置を調節してもよい。電子線源１１から電子線１２を発生させる前に、電子線１２の経路に対するエネルギー調整部材２２の位置を調節して、エネルギー調整部材２２における電子線１２の照射位置を調節してもよい。それから、この電子線１２のエネルギーをエネルギー調整部材２３によって減少させる（Ｓ２０）。電子線１２のエネルギーを減少させることは、電子線１２のエネルギーを減少させることを含んでもよい。電子線１２のエネルギーを減少させることは、エネルギー調整部材２３がカソードルミネッセンスを実質的に放射しないことを含んでもよい。それから、エネルギー調整部材２３によってエネルギーが減少された電子線１２ａを試料に照射する（Ｓ３０）。試料から放射されるカソードルミネッセンス３９を検出する（Ｓ４０）。検出されたカソードルミネッセンスの波長スペクトルを、モニター６０に表示させてもよい。
【００８９】
本実施の形態は、実施の形態１の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。
【００９０】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置では、エネルギー調整部材２３は、連続的に変化する厚さを有してもよい。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料中のカソードルミネッセンス発生領域の大きさを連続的に変化させることができる。そのため、１つ以上の試料がより一層多様な厚さを有する測定対象領域を含んでいても、エネルギー調整部材２３を交換することなく、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定装置によれば、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンスをより一層能率的に測定することができるカソードルミネッセンス測定装置を提供することができる。
【００９１】
本実施の形態のエネルギー調整部材２３は、連続的に変化する厚さを有してもよい。本実施の形態のエネルギー調整部材２３は、連続的にエネルギーが減少された電子線１２ａを試料３０に向けて出力することを可能にする。本実施の形態のエネルギー調整部材２３によれば、試料中のカソードルミネッセンス発生領域の大きさを連続的に変化させることができる。そのため、本実施の形態のエネルギー調整部材２３によれば、１つ以上の試料がより一層多様な厚さを有する測定対象領域を含んでいても、エネルギー調整部材２３を交換することなく、試料の測定対象領域から選択的にカソードルミネッセンス３９を放射させることができる。
【００９２】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法は、エネルギー調整部材２３によって電子線１２のエネルギーを連続的に変化させることを備えてもよい。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料中のカソードルミネッセンス発生領域の大きさを連続的に変化させることができる。そのため、１つ以上の試料がより一層多様な厚さを有する測定対象領域を含んでいても、エネルギー調整部材２３を交換することなく、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンスをより一層能率的に測定することができるカソードルミネッセンス測定方法を提供することができる。
【００９３】
本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法において電子線１２ａのエネルギーを連続的に変化させることは、連続的に変化する厚さを有するエネルギー調整部材２３における電子線１２の照射位置を変化させることを含んでもよい。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料中のカソードルミネッセンス発生領域の大きさを連続的に変化させることができる。そのため、１つ以上の試料がより一層多様な厚さを有する測定対象領域を含んでいても、エネルギー調整部材２３を交換することなく、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンス３９を選択的に検出することができる。本実施の形態のカソードルミネッセンス測定方法によれば、試料の測定対象領域から放射されるカソードルミネッセンスをより一層能率的に測定することができるカソードルミネッセンス測定方法を提供することができる。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００９５】
１  カソードルミネッセンス測定装置、１０  チャンバ、１１  電子線源、１２，１２ａ，１２ｂ  電子線、１４  電磁レンズ、１５  第１の電源、１６  走査用コイル、１７  第２の電源、１８  集光光学系、１８ａ  第１の貫通孔、１８ｂ  集光ミラー、２０，２０ａ，２０ｂ  エネルギー調整部、２１，２２，２３  エネルギー調整部材、２２ａ  第１の部分、２２ｂ  第２の部分、２２ｃ  第３の部分、２６，２７，２８  支持部材、２６ａ，２７ａ，２８ａ  第１の主面、２６ｂ，２７ｂ，２８ｂ  第２の主面、２６ｄ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆ，２８ｄ  第２の貫通孔、２９  第１の駆動部、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  試料、３１  基板、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  薄膜、３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｐ  カソードルミネッセンス発生領域、３６  試料ステージ、３７  第２の駆動部、３８  排気ポンプ、３９  カソードルミネッセンス、４１  検出部、４２  導光部材、４４  分光器、４６  検出器、４８  冷却器、５０  制御部、６０  モニター、７０  二次電子検出器、７２  二次電子。
【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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