(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、
前記電子源からのプローブ電子線を試料に集束させる対物レンズと、
前記プローブ電子線を加速させる加速電極と、
前記加速電極内に設けられる第１検出器と、
前記加速電極との間に前記プローブ電子線に対する減速電界を形成し、前記プローブ電子線がその開口を通過する減速電極と、
前記減速電極と前記試料との間に挿入される第２検出器とを有し、
前記第２検出器は、前記減速電極の開口よりも大きい開口部を有し、前記開口部の周囲に感受面が設けられる荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２検出器の最小内径は、前記減速電極の開口径と前記第２検出器の最小内径をとる前記開口部の厚みとの和以上である荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第２検出器を移動させる位置移動機構を有する荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記第２検出器に電圧を印加する電圧源を有する荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記試料に前記加速電極に印加される電圧とは逆極性の電圧を印加する電圧源を有する荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記第２検出器は複数の検出器から構成される荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６において、
複数の位置移動機構を有し、
前記複数の位置移動機構のそれぞれは、前記第２検出器を構成する前記複数の検出器のいずれかの位置を移動させる荷電粒子線装置。
【請求項８】
プローブ電子線を試料に集束させる磁場レンズと前記プローブ電子線を減速させる静電レンズとが重畳された減速光学系と、位置移動機構によりその位置が移動される検出器とを有し、前記静電レンズを形成する減速電極の開口径よりも前記検出器の最小内径が大きくされた荷電粒子線装置の検出器位置調整方法であって、
前記位置移動機構により前記磁場レンズを形成する対物レンズ下から前記検出器を退避させた状態で、前記試料を前記プローブ電子線により走査して第１の荷電粒子線像を取得し、
前記位置移動機構により前記検出器を前記対物レンズ下に配置した状態で、前記試料を前記プローブ電子線により走査して第２の荷電粒子線像を取得し、
前記第１の荷電粒子線像と前記第２の荷電粒子線像との間での前記試料の位置ずれ、または像質の変化に基づき、前記位置移動機構により前記検出器の位置を移動させる検出器位置調整方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記プローブ電子線は、５ｋＶ以下の加速電圧のプローブ電子線である検出器位置調整方法。
【請求項１０】
請求項８において、
前記第１の荷電粒子線像及び前記第２の荷電粒子線像は、前記減速光学系が内蔵されるカラム内の検出器により検出された信号電子から取得される検出器位置調整方法。
【請求項１１】
請求項８において、
前記プローブ電子線の加速電圧を周期的に変動させたときの像の動きまたは像質の変化が最小になるように、前記位置移動機構により前記検出器の位置を移動させる検出器位置調整方法。
【請求項１２】
請求項８において、
前記減速光学系は、前記プローブ電子線を加速させる加速電極を有し、
前記加速電極に印加する電圧を周期的に変動させたときの像の動きまたは像質の変化が最小になるように、前記位置移動機構により前記検出器の位置を移動させる検出器位置調整方法。
【請求項１３】
請求項８において、
前記検出器に電圧を印加する電圧源を有し、
前記検出器に印加する電圧を周期的に変動させたときの像の動きまたは像質の変化が最小になるように、前記位置移動機構により前記検出器の位置を移動させる検出器位置調整方法。
【請求項１４】
請求項８において、
前記減速光学系は、前記プローブ電子線を加速させる加速電極を有し、
前記試料に前記加速電極に印加される電圧とは逆極性の電圧を印加する電圧源を有し、
前記試料に印加する電圧を周期的に変動させたときの像の動きまたは像質の変化が最小になるように、前記位置移動機構により前記検出器の位置を移動させる検出器位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置の検出器位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）は、集束させたプローブ電子線を試料上に照射及び走査した際に発生する信号電子を検出し、各照射位置の信号強度を照射電子線の走査信号と同期して表示することで、試料表面の走査領域の二次元画像を得るものである。【０００３】
近年、ＳＥＭ観察時の電子線照射に伴う試料の帯電やダメージの回避、及び極表面の試料情報を得る目的で、照射エネルギーが約1ｋｅＶ以下の低加速観察の重要度が増している。しかし、一般的に低加速域では色収差が増大し、高分解能を得ることが難しい。この色収差を低減するため、プローブ電子線を加速して対物レンズを高速で通過させ、試料直前で減速して照射する減速光学系が知られている。【０００４】
減速光学系のうちブースティング法と呼ばれる手法では、ＳＥＭの対物レンズの内磁路の内壁に沿って正電圧を印加する筒状の電極を設け、試料は接地電位にする。また、リターディング法と呼ばれる手法ではＳＥＭカラムの対物レンズ側は接地電位に保ち、試料に負電圧を印加する。いずれの手法においても対物レンズから電子源側のプローブ電子線の通過領域が試料よりも高電位であることが特徴であり、この電位差により形成される、プローブ電子線を試料に向かって減速させる電界をレンズ場として利用する。減速電界による静電レンズと対物レンズ磁場による磁場レンズを重畳させることで、低加速域で収差を低減でき、高分解能が得られる。【０００５】
一方、試料から発生した信号電子は試料−対物レンズ間の電界により加速・集束されてＳＥＭカラム内部に進入する。そのため、カラム内部に検出器を配置することで効率の良い検出が実現できる。特に、ブースティング電極内部の高電位空間に検出器を設置した構造がよく見られる。特許文献１には、このような減速光学系を備えたＳＥＭにおいて、カラム内に配置された検出系で信号電子を検出する構成が開示されている。【０００６】
一方で、試料からの反射電子（ＢＳＥ：Back Scattered Electron）を検出する方法として、ＳＥＭカラムと試料との間に検出器を配置する方法が知られている。試料近傍に検出面が位置することで比較的大きな検出立体角を取ることができ、また試料で低角度に散乱されたＢＳＥを検出することに適している。これにより、例えば試料のチャネリングコントラストを明瞭に観察することが可能となる。特許文献２には、カラムと試料間に円環状のＢＳＥ用の検出器を設けた構成であり、ＢＳＥの放出角度を選択して検出可能な構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０１６０４０号
【特許文献２】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】
【０００８】
減速光学系を備えたＳＥＭにおいては、ＳＥＭカラム先端と試料との間に形成される電界が、照射系および検出系にとって重要な役割を果たす。一方で、試料からの信号取得のためにＳＥＭカラムと試料との間に検出面を備えた構造物を配置することが行われる。カラム−試料間に配置された構造物は、カラムと試料間の電界に影響を及ぼす。その結果、プローブ電子線軌道及び信号電子軌道が変化し、照射系・検出系性能の悪化につながるおそれがある。【０００９】
例えば、対物レンズ内の加速電極から減速電極の開口を経て試料へ張り出す電界が、対物レンズ下の構造物により遮蔽されることがある。この場合、電界によって形成される静電レンズの主面位置が試料から遠ざかることで、対物レンズ全体の収差が増大し分解能低下を引き起こす。加えて、信号電子の対物レンズ内への捕集効果が減衰しカラム内検出器での検出効率が低下する。【００１０】
また、対物レンズ下の構造物が加速電極と減速電極で構成される電界の中心軸に対して対称性を欠く場合、試料近傍に軸非対称な電界が発生する。この時、電界の偏向作用により、プローブ電子線到達位置ずれや軸外収差の増大が引き起こされ、分解能やユーザビリティが悪化する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求の範囲に記載の構成を採用する。例えば、一実施態様である荷電粒子線装置は、電子源と、電子源からのプローブ電子線を試料に集束させる対物レンズと、プローブ電子線を加速させる加速電極と、加速電極内に設けられる第１検出器と、加速電極との間にプローブ電子線に対する減速電界を形成し、プローブ電子線がその開口を通過する減速電極と、減速電極と試料との間に挿入される第２検出器とを有し、第２検出器は、減速電極の開口よりも大きい開口部を有し、開口部の周囲に感受面が設けられる。
【発明の効果】
【００１２】
減速光学系を備える荷電粒子線装置において、対物レンズ−試料間の構造物による減速電界の変化と軸ずれを抑制することで、照射系・検出系への悪影響を低減する。【００１３】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係る荷電粒子線装置を示す概略断面図である。
【図２】減速光学系を備えたＳＥＭにおける試料近傍の電位分布を示す図である。
【図３】比較例に係る対物レンズ下検出器を配置した場合における試料近傍の電位分布を示す図である。
【図４】実施例に係る対物レンズ下検出器を配置した場合における試料近傍の電位分布を示す図である。
【図５】実施例に係る対物レンズ下検出器を配置した場合における試料近傍の電位分布を示す図である。
【図６】対物レンズ下検出器の位置ずれ量に伴う非軸対称収差の変化を示す図である。
【図７】実施例に係る荷電粒子線装置の変形例を示す概略断面図である。
【図８】実施例に係る荷電粒子線装置の変形例を示す概略断面図である。
【図９】実施例に係る荷電粒子線装置の変形例を示す概略断面図である。
【図１０】実施例に係る荷電粒子線装置の変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。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、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。なお、実施例および変形例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
図１は、本実施例に係る荷電粒子線装置を示す概略断面図である。荷電粒子線装置の例として、ブースティング法が適用されたＳＥＭを示す。ＳＥＭカラム１は、試料１２に対してプローブ電子線を照射するための機構を備えた電子源２、コンデンサレンズ（図示せず）や対物レンズ４などの電子レンズ、プローブ電子線を試料１２上で走査するための偏向器（図示せず）や、試料１２から発生する信号電子を検出するための第１検出器６を含む。対物レンズ４は例えばコイル等を用いて磁場を発生させ、プローブ電子線を試料１２に集束させるための磁場レンズを形成する。なお、ＳＥＭカラム１は、上記以外に他の構成要素（レンズ、電極、検出器など）を含んでもよく、上述した構成に限定されるものではない。
【００１７】
さらに、ＳＥＭは試料室１１を備える。試料室１１には、試料１２を搭載する試料台１３が設けられる。試料台１３は、試料１２を傾斜及び移動させるための機構を備え、この機構により試料１２の観察領域を決めることができる。その他、ＳＥＭは試料室１１およびＳＥＭカラム１を真空排気するための真空排気設備（図示せず）を備える。
【００１８】
また、ＳＥＭは、ＳＥＭ全体を制御する制御部１５を備える。制御部１５は、ＳＥＭの各構成要素を制御するとともに、各種情報処理を実行する。制御部１５は、画像表示装置（図示せず）を備え、検出器から得られた情報から生成されたＳＥＭ像を画像表示装置に表示する。
【００１９】
制御部１５は、例えば、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。制御部１５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。制御部１５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。
【００２０】
ＳＥＭカラム１の対物レンズ４は、試料１２に対し漏洩磁界が小さいアウトレンズ型である。また、ＳＥＭカラム１は減速光学系としてブースティング手段を備える。具体的には、ＳＥＭカラム１において、電子源２から光軸に沿って筒状の加速電極３が設置され、加速電極３にはブースティング電圧源１４からの電圧が印加される。ブースティング電圧源１４は制御部１５によって制御される。加えて、対物レンズ先端部には減速電極５が設置される。加速電極３は、ブースティング電圧源１４からの電圧印加により、減速電極５よりも高電位に設定される。これにより、加速電極３の試料側端部と減速電極５との間にプローブ電子線に対する減速電界が形成され、プローブ電子線はこの電界を通過する際にレンズ作用を受けて減速する。試料１２と加速電極３との電位差は、例えば約10ｋＶに設定され、ＳＥＭカラム１からの漏洩電界が強いほど、試料１２の近傍に焦点距離の短い静電レンズ作用を得ることができる。これにより収差が低減され、分解能の改善効果が大きくなる。
【００２１】
なお、図１の例では、減速電極５は磁性体で構成され、対物レンズ磁路及び減速電極５が一つの磁気回路として機能するように構成されている。これに対して、減速電極５を対物レンズ４とは独立した電極として構成しても良い。
【００２２】
減速光学系では、試料１２から放出された信号電子は、減速電極５からの電界により加速され、ＳＥＭカラム１内に捕集される。この電界による捕集効果は特に、エネルギーの低い信号電子にとってより効果的に働く。ＳＥＭカラム１内に進入した信号電子はＳＥＭカラム内の加速電極３内部に設置される第１検出器６により検出される。第１検出器６の感受面は試料１２よりも高電位とし、例えば加速電極３と同電位にされる。この場合、信号電子が試料１２から放出されたときよりも加速されて第１検出器６の感受面に到達することにより、第１検出器６の信号検出効率を向上することが可能となる。例えば、感受面が半導体素子で構成される場合は、信号電子のエネルギーに比例して増幅率が増大し、効率のよい検出が行える。また、感受面にシンチレータのような蛍光体を利用する場合も、発光量は信号電子のエネルギーに比例するため、信号電子エネルギーを高めることで効率向上が見込める。
【００２３】
加えて、減速電極５と試料１２との間に第２検出器７を備える。第２検出器７はプローブ電子線が通過する開口部９を備えており、その周囲に試料からの信号電子に敏感な感受面８を持つ。第２検出器７の感受面８は半導体素子を利用してもよい。また、電子に敏感な蛍光体と発光を検出する光検出器からなる構造であってもよい。光検出にはホトダイオード、ＰＭＴ（光電子増倍管：Photomultiplier Tube）、ＳｉＰＭ（シリコン光電子増倍管：Silicon Photomultiplier）等を用いても良い。また、蛍光体からの発光を光検出器に導く導光体を備えていてもよい。
【００２４】
ここで、第２検出器７は、開口部９の内径ｒが減速電極５の開口部の内径Ｒよりも大きい形状とされている。この、減速電極５の開口内径Ｒ及び第２検出器７の開口内径ｒは、カラム−試料間に形成される電界にとって大きな影響がある。
【００２５】
図２は減速光学系を備えたＳＥＭにおける試料近傍の電位分布を示す模式図である。ブースティング電圧が印加され高電位にある加速電極３と接地電位にある減速電極５とで主に形成される電界は、減速電極５の開口部から漏洩し、漏洩電界は試料１２近傍まで広がっている。従来、かかる減速光学系に対物レンズ下検出器を設けることにより、漏洩電界の遮蔽が発生していた。図３を用いて説明する。
【００２６】
図３は、従来の対物レンズ下検出器３７をカラム−試料間に配置した場合における、試料近傍の電位分布を示す模式図である。従来の対物レンズ下検出器３７においては、感受面３８を広く取ることができるよう、プローブ電子線を通すための開口部の内径は小さくされている。このため、図３に示されるように、対物レンズ下検出器３７により電界が遮蔽される。このため、検出器３７のない場合（図２）と比べて電位分布は電子源側に寄った分布となる。この結果、静電レンズの主面位置が試料１２から遠ざかることとなり、静電レンズの収差が増大する。このとき、電界が遮蔽される程度を決定付ける要素は、カラム−試料間に配置された構造物の開口部の内径が最小となる部分である。最小内径となる開口部以外の検出器の構造は電界の遮蔽の程度に影響を与えることはない。
【００２７】
これに対し、対物レンズ下検出器として本実施例の第２検出器７を配置したときの試料近傍での電位分布を図４に示す。第２検出器７の開口部の最小内径ｒは、減速電極５の開口径Ｒ以上とされている。このような構成とすることで、第２検出器７による電界の遮蔽効果は小さく、電位分布は第２検出器７のない場合と同様に試料近傍まで広がりを持つ。従って、第２検出器７による照射系への影響は最小限に抑えることが可能である。
【００２８】
なお、開口径に比べると依存性は小さいが、第２検出器７の開口部の厚みｄも電界への影響がある。そのため、第２検出器７の開口径ｒは減速電極５の開口径Ｒ以上であることが望ましいことに加え、第２検出器７の最小内径を取る開口部の厚みをｄとすると、ｒ≧Ｒ＋ｄとすることがさらに望ましい。
【００２９】
また、電界が変化することによる影響は照射系だけにとどまらない。減速光学系では高効率な検出を実現するために、カラム内検出器（第１検出器６）を設けることがよく行われる。このとき、信号検出においても、第２検出器７の開口内径の構成で決まるカラム−試料間電界に、大きく影響を受ける。特に、図３に示されるように試料近傍に漏れ出す電界が対物レンズ下検出器により遮蔽されている状況においては、試料１２から発生する信号電子を捕集することが困難となる。これにより、カラム内検出器の検出収量が著しく減少する。これに対して、図４に示される構造においては、試料近傍への電界は対物レンズ下検出器により遮蔽されない。これにより、十分な信号電子捕集効果を受けることができ、カラム内検出器は本来の検出性能を引き出すことが可能になる。
【００３０】
さらに、第２検出器７は位置移動機構１０を備えている。図１に示す減速光学系において、カラム−試料間の電界は加速電極３、減速電極５、第２検出器７の開口部９の相対的な位置関係により決定される。加速電極３と減速電極５との間の電界による静電レンズ作用を利用する減速光学系では、軸近傍電界だけでなく、軸に対する電界分布の対称性も照射系・検出系性能に大きな影響を与える。
【００３１】
図５は、第２検出器７の開口の軸が光学系の軸と一致していない場合における試料近傍の電位分布を示す図である。図４に示したように、第２検出器７の最小開口径を減速電極５の開口径より大きく取ったとしても、加速電極３、減速電極５、検出器開口部９の中心軸が不一致である場合、電界分布は非軸対称となる。非軸対称な電界にプローブ電子線が入射する場合、プローブ電子線の偏向による照射位置変化や、レンズ場の軸外を通過することによる軸外収差の増大など、照射系性能に悪影響が及ぼされる。
【００３２】
これを解消するためには、カラム−試料間に第２検出器７のような構造物が配置されていない状態における加速電極３と減速電極５との位置・構造関係で決定される電界分布の軸と沿うように、第２検出器７の開口部９の軸の位置が調整される必要がある。位置移動機構１０により、電界が軸対称となる位置に第２検出器７の位置を調整することが可能となり、第２検出器配置による悪影響を抑制できる。
【００３３】
図６は典型的なカラム構成において、レンズ下検出器の開口位置のずれ量と非軸対称収差との関係の計算値例を示す図である。図６の縦軸は、レンズ下検出器が軸ずれしている場合における電界非軸対称性に由来する収差量（コマ収差量）を、対物レンズが本来持つ収差量（軸上収差量＋色収差量）で規格化して示している。図６から、検出器の軸ずれ量が大きくなるほど非軸対称収差が増大していくことが分かる。また、0.1ｍｍ程度以上の軸ずれが存在すると、本来の対物レンズ性能以上の余分な収差が発生することがわかる。すなわち、この系において、最終的な位置調整は0.1ｍｍ程度の精度で行えることが望ましく、0.1ｍｍ以下の微動が安定して行える位置移動機構であることが望ましい。また、位置移動機構１０が退避可能な移動機構を備える場合、位置移動の再現性も0.1ｍｍ程度以下であることが望ましい。再現性よく移動可能な場合、後述する位置調整の回数を減らすことができるため、ユーザビリティの向上が期待できる。
【００３４】
第２検出器７の位置調整は、像を視認しながら行うことが望ましい。このため位置移動機構１０は、試料室内の真空を保持したままカラム１や試料室１１の外側から位置調整が行える機構となっていることが望ましい。また、位置移動機構１０は、第２検出器７を減速電極５による電界が及ばない位置に退避することが可能である機構を備えていればなお良い。これは、後述する検出器位置決定のための位置調整を容易にするためである。
【００３５】
本実施例における、第２検出器の位置調整手順について説明する。
【００３６】
（１）まず、第２検出器７が配置されていない、もしくは減速電極５からの電界が及ばない位置に退避してある状態で、試料１２上をプローブ電子線により走査し、信号電子を検出してＳＥＭ像（荷電粒子線像）を取得する。このとき、試料１２は画像位置の判別が行いやすい構造物であることが望ましい。例えば、メッシュやナノスケール等、格子状の試料が適している。また、信号電子の検出は、第１検出器６のようにカラム内に設置されている検出器を用いる。試料室１１に配置された別の検出器を用いてもよい。
【００３７】
（２）次に、第２検出器７を検出位置へ移動し、プローブ電子線が第２検出器７の開口部９を通過する位置に大まかに調整した状態で、再度ＳＥＭ像を取得する。第２検出器７配置前のＳＥＭ像と配置後のＳＥＭ像とを比較し、試料１２の位置ずれがなくなるよう、第２検出器７の位置を位置移動機構１０で調整する。
【００３８】
この位置調整は、比較的低加速電圧で行うことが望ましい。なぜなら、低加速電圧のプローブ電子線のほうが減速電界の非対称性の影響を受けた場合の偏向量が大きいことによる。例えば、5ｋＶ以下の加速電圧域で調整を行うことが望ましい。
【００３９】
さらに、調整手順（２）において、プローブ電子線の加速電圧を周期変動させるための電圧源を備えることで、第２検出器７をより詳細な位置調整を行うことが可能となる。具体的には、加速電圧を周期変化させたときの像移動が最小になるように第２検出器７の位置を調整する。これにより、電界の非対称性による色収差を最小とする位置に、第２検出器７の位置を調整できる。
【００４０】
このとき、周期変化させるのはプローブ電子線の加速電圧でなく、加速電極３に印加する電圧でもよい。この場合、第２検出器７の位置調整に先立って、まず第２検出器７が配置されていない状態での加速電極３の電圧の周期変動で像移動がないよう、電子光学系の調整を行っておくことが望ましい。
【００４１】
ＳＥＭ像の移動量に基づいて検出器の位置調整を行う方法について説明したが、適切に調整が完了しているかの判別は、カラム内の第１検出器６によるＳＥＭ像の明るさや濃淡などの像質の比較によっても可能である。試料１２から発生する信号電子は、カラム−試料間の電界によって軌道が変化する。そのため、適切な位置に調整できておらず、第２検出器７が配置されていない場合と比較して電界分布が変化している状態であると、第１検出器６に到達する信号電子の量、放出角、エネルギーが変化する。これにより像質に変化が現れる。従って、第２検出器７の有無による、第１検出器６によるＳＥＭ像の像質の比較に基づいて、像質の差が最小となるように第２検出器７の位置を調整することも可能である。以下に説明する変形例においても同様である。
【００４２】
以上、第２検出器７が電子線検出器である例で説明してきたが、第２検出器７で検出する信号種は、プローブ電子線と試料１２との相互作用で発生する電子以外の信号であっても良い。例えば、第２検出器７の感受面８が半導体を利用している場合、検出素子の製作条件によっては、プローブ電子線と試料１２の相互作用により発生する特性Ｘ線を検出することもできる。この特性Ｘ線は、試料１２の組成を反映しており、組成分析を行うことができる。また、例えば、第２検出器７がライトガイド、光ファイバのような導光体を利用し、光検出するような検出器である場合、プローブ電子線と試料１２との相互作用で発生する蛍光を検出することもできる。
【００４３】
次に、実施例の第１変形例として、対物レンズ４として試料側に磁場を積極的に浸透させる方式の対物レンズを備えた構成を説明する。セミインレンズ型の対物レンズは、アウトレンズ型に比べ、磁場レンズの主面位置が試料に近い位置に形成される。そのため、ブースティング手段と組み合わせる場合、減速電界による静電レンズ主面もより試料の近い位置に形成する必要がある。この要請から、アウトレンズ型の場合に比べ試料近傍の電界はより強くなる傾向にある。このため、対物レンズ下検出器による影響はより顕在化しやすくなる。図７は、対物レンズをセミインレンズ型の対物レンズとした変形例を示す。この例では、減速電極５は、対物レンズ４の直下にプローブ電子線を透過させる開口を有する円盤状電極として設けられ、第２検出器７の開口部９の径は減速電極５の開口径よりも大きく取られている。このように、セミインレンズ型対物レンズと組み合わせた場合においても、位置移動機構１０を用いて第２検出器７の位置を適切に調整することで、第２検出器７の設置位置に起因する減速電界の変化による悪影響を抑制し、装置性能を最大化することが可能となる。
【００４４】
また、実施例の第２変形例として、第２検出器７に電圧を印加する電圧源１６を備えた構成を図８に示す。第２検出器７に検出器電圧源１６により電圧印加を行うことで、いくつかの利点を得られる状況が考えられる。例えば、第２検出器７の感受面として半導体素子が用いられている場合、数〜数十Ｖ程度のバイアス電圧を印加することで、ゲイン増加や寄生容量の減少などの素子性能向上効果が期待できる場合がある。あるいは、第２検出器７へ所定の電圧を印加することにより、第２検出器７が検出する信号電子のエネルギーを所定の範囲に制御する場合も考えられる。
【００４５】
このような要請により、第２検出器７に電圧を印加する構成においても、第２検出器７の開口部９の内径を減速電極５の開口径よりも大きく取り、かつ、位置移動機構１０で第２検出器７の位置調整を行うことで、第２検出器７の設置位置に起因する減速電界の変化による悪影響を抑制し、装置性能を最大化することが可能となる。
【００４６】
位置調整は上述と同様に行うことができるが、調整手順（２）は、検出器電圧源１６が印加する第２検出器電圧を変動させたときの像移動または像質の変化に基づいて行ってもよい。具体的には、第２検出器電圧を周期変化させたときの像移動または像質の変化が最小となる位置に、位置移動機構１０により第２検出器７の位置を調整する。
【００４７】
また、実施例の第３変形例として、リターディング手段を更に備えたＳＥＭの構成について説明する。ＳＥＭカラムと試料との間の電位差による減速電界を用いるという点で、ブースティング光学系とリターディング光学系に本質的な違いはない。リターディング光学系では試料の電位を直接変化させるため、試料近傍の電界がより強くなる状況となる。このため、ブースティング手段に加えてリターディング手段を持つ場合、対物レンズ下検出器による影響はより顕在化しやすくなる。
【００４８】
図９はリターディング手段を備えた変形例であり、試料台１３にリターディング電圧を印加するためのリターディング電圧源１７を備えている。リターディング電圧はブースティング電圧とは逆極性の電圧となる。リターディング電圧源１７の制御は制御部１５によって行われる。第２検出器７の開口部９の内径を減速電極５の開口径よりも大きく取り、かつ、位置移動機構１０で第２検出器７の位置調整を行うことで、第２検出器７の設置位置に起因する減速電界（減速電界は、加速電極３、減速電極５、試料１２によって決定される）の変化による悪影響を抑制し、装置性能を最大化することが可能となる。
【００４９】
位置調整は上述と同様に行うことができるが、調整手順（２）は、リターディング電圧源１７が試料１２に印加するリターディング電圧を変動させたときの像移動または像質の変化に基づいて行ってもよい。具体的には、リターディング電圧を周期変化させたときの像移動または像質の変化が最小となる位置に、位置移動機構１０により第２検出器７の位置を調整する。
【００５０】
図１０は、カラム−試料間の第２検出器７が複数の検出器で構成される変形例である。複数の検出器を備えている場合も、それぞれの検出器の最小開口径が減速電極の径と比較して大きくなっていれば良い。
【００５１】
また、それぞれの検出器の開口は完全な孔形状である必要はない。その場合、検出器の最小開口径は、プローブ電子線の通過する光軸と感受面を含む構造体とが再近接する距離として定義される。
【００５２】
また、カラム−試料間の複数の検出器がそれぞれ位置移動機構１０を備えていることが望ましいが、必ずしも全ての検出器が独立に位置調整可能である必要はなく、いくつかの検出器に移動機構が備わっていれば、最適な電界となるように位置調整は可能である。複数の検出器は１つの検出器を分割したものでも良いし、独立した検出器として構成されていても良い。複数の検出器は同種の信号を検出するためのものであってもよいし、異なる種類の信号を検出するものであっても良い。また検出器の検出原理はそれぞれ異なっていても良い。
【００５３】
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。
【００５４】
また、荷電粒子線装置の例としてＳＥＭを取り上げて説明したが、ＳＥＭ以外の他の荷電粒子線装置にも適用可能であるし、複数の荷電粒子線装置を組み合わせた複合荷電粒子線装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１：ＳＥＭカラム、２：電子源、３：加速電極、４：対物レンズ、５：減速電極、６：第１検出器、７：第２検出器、８：感受面、９：開口部、１０：位置移動機構、１１：試料室、１２：試料、１３：試料台、１４：ブースティング電圧源、１５：制御部、１６：検出器電圧源、１７：リターディング電圧源。
【図１】
0006950088.tif 000002
【図２】
0006950088.tif 000003
【図３】
0006950088.tif 000004
【図４】
0006950088.tif 000005
【図５】
0006950088.tif 000006
【図６】
0006950088.tif 000007
【図７】
0006950088.tif 000008
【図８】
0006950088.tif 000009
【図９】
0006950088.tif 000010
【図１０】
0006950088.tif 000011