JP2014150002A - ノイズ低減電子ビーム装置および電子ビームノイズ低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エミッションノイズにより生じる画像信号のノイズを低減して、ＳＮ比の高い画像を形成する電子ビーム装置および方法を提供する。
【解決手段】集束レンズ２の下部に配置した対物アパチャー５により電子ビームの一部を遮蔽し、発生した反射電子ビーム６をＭＣＰ４により検出してノイズ低減信号を求める。電子ビーム走査により試料から発生した２次電子２１による画像信のＳＮ比が最大となる様に、ノイズ低減装置２５によりノイズ低減信号の位相と振幅を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビームのノイズを低減するノイズ低減電子ビーム装置および電子ビームノイズ低減方法に関するものである。

従来、電子ビームにはショットノイズと呼ばれる電子の量子統計ゆらぎから来るノイズと、エミッションノイズと呼ばれる、エミッター表面に存在する気体分子の吸脱着などに原因するエミッション揺らぎからなる大きなノイズが存在する。この両ノイズの合計が電子ビームを利用した画像形成装置の根源的なＳＮを決めている。実際の装置ではこれらのノイズにさらに種々の外来ノイズが加わりより小さなＳＮＲの画像しか取得出来ない状況となっている。

電子ビームのＳＮＲの向上は、最も根源的なシステム改良である。これらの改良は装置パフォーマンスの飛躍的な向上につながるので、電子ビームのノイズを除去する試みは昔から色々行われている。

例えば、電子銃から出射される電子ビームの一部分を電子吸収遮蔽板で吸収して電流を測定し、ノイズを補正する例が開示されている（特許文献１）。この例では、照射される電子ビームと遮蔽板によって遮蔽される電子ビームの持つノイズがよく似ていることを利用したもので、遮蔽板によって検出される電子ビームを使用して画像を形成する電子ビームからノイズを取り除く方法（ノイズ補正する方法）である。

ノイズ補正を行うためには、補正に利用される基準信号のＳＮＲが画像を形成している信号のＳＮＲよりも十分高いことが必要である。しかしながら、開示されている方法をそのまま実行しても、遮蔽板で取得される電流量が小さすぎるため、通常入手可能な超低ノイズの帯域１００ＭＨｚの超高速電流電圧変換アンプを利用したとしても入力換算ノイズは数マイクロアンペアーと測定対象の電流量と比較して桁違いに大きく、画像形成に使用された電子のノイズを補正するにはＳＮが低すぎるという課題があった。

より詳細に述べると、通常一般の電子ビーム観察、測定あるいは検査装置で実際にサンプルに照射される電流はｐＡからｎＡオーダーである。これは、電子銃から出射される数百マイクロアンペアーの電子電流の１万分の１以下の電流である。照射電子ビームの一部を直接電流測定装置で測定するためには、電流電圧変換アンプのノイズは照射電流よりも相当小さくすることが必要である。アンプノイズは周波数帯域に比例するので、例えばｐＡあるいはｎＡレベルのノイズを実現するためには、測定に使用する周波数帯域をＫＨｚあるいはＭＨｚ程度と非常に狭くする必要が有る。これは、明らかに高スループットを目指す高速検査装置で必要とされる１００ＭＨｚオーダー以上の周波数帯域における高速電流測定要求と明らかに矛盾する。

以上のように、過去に開示されている発明では、高速検査装置で必要とされる広周波数帯域で補正に必要な高ＳＮＲの信号を実現することは不可能であり、精々１ＭＨｚ以下の比較的低い周波数帯域で利用される装置に対してノイズ改善を行うことが出来るに過ぎないという課題があった。そのため、現在販売されている電子ビーム検査装置の検査速度は遅いままであり、過去の発明が高速装置に適用できていない大きな理由となっていた。

過去の技術で実現可能なクロック周波数が１ＭＨｚ程度以下の装置はそもそもスループットを気にしない類の装置である。画像取得速度を気にしない装置であれば、画像蓄積を必要だけ繰り返すことで幾らでも画像ＳＮＲを原理的には上げることが可能であり、上述のように開示されている発明を利用する必要性がないあるいは少なく、従来開示されている上述した電子ビーム自体のノイズ抑制技術は未完の発明であると考察される。
特表２００５−５０６６６４号公報

上述したように従来の特許文献１記載の技術のような電子ビームのノイズを低減する技術では、現在利用可能な最高性能高速のアンプを利用しても、アンプの持つノイズが大きいため、精々数ＭＨｚ位しか動作出来なく、ＬＳＩパターンの測長などを行う超高速装置で必要とされる１０ＭＨｚからＧＨｚオーダーのノイズを低減することは出来なかったという問題があった。

本発明は、前記の問題点などを解消し、電子ビームのノイズを補正するための電子検出を行うために電子ビーム電流を直接検出するのではなく、間接的に検出する。電子ビームに含まれるノイズと十分に相関した信号を得るために、電子ビームの一部を反射あるいは電子ビームの一部を絞りなどに照射して２次電子を発生させて電子増倍装置に入射し、十分に電子ビームを増倍して大きな電流にし、電流電圧変換アンプなどのノイズに負けないようにした後に、電子ビームのノイズ除去を行うための補正信号として用いるようにしている。

このため、本発明は、電子銃から放出された電子ビームのノイズを低減するノイズ低減電子ビーム装置において、電子ビームを発生して放出する電子銃と、電子銃から放出された電子ビームを集束する集束レンズと、集束レンズで集束された電子ビームの一部を反射させた反射電子を発生させる、あるいは電子ビームの一部を照射して２次電子を発生させる、あるいは両者を発生させるノイズ低減信号発生器と、ノイズ低減信号発生器で発生された反射電子あるいは２次電子あるいは両者を検出するノイズ低減信号検出器と、電子ビームの中心部分を細く絞ってサンプルに照射する対物レンズと、対物レンズで細く絞られた電子ビームをサンプル上に平面走査する走査手段と、走査手段で細く絞られた電子ビームをサンプル上に平面走査したときに放出された２次電子あるいは反射電子あるいは両者を検出する信号検出器と、ノイズ低減信号検出器で検出されたノイズ低減信号をもとに信号検出器で検出された画像信号のノイズを低減するノイズ低減手段とを備える。

この際、ノイズ低減信号発生器として、電子ビームのうちの中心のサンプルに細く絞って照射する電子ビーム以外の周辺の電子ビームを照射させる円形の絞りを集束レンズの下側の軸上に配置するようにしている。

また、ノイズ低減信号発生器として、電子ビームのうちの一部を透過しない薄膜を、あるいは透過部分と透過しない部分を持つ板を、集束レンズの下側の軸上に配置するようにしている。

また、ノイズ低減信号発生器として、反射電子、２次電子を検出して増幅するＭＣＰあるいは電子増倍管あるいはＰＩＮダイオードあるいはアバランシェダイオードとするようにしている。

また、ノイズ低減手段は、画像信号に対してノイズ低減信号の位相と振幅を調整し、ノイズ低減するようにしている。

また、ノイズ低減手段は、サンプルの同一場所から得られる画像信号のＳＮ比が最大となるようにノイズ低減信号の振幅と位相を調整するようにしている。

また、サンプルの表面の凸凹が影響しない程度に電子ビームのスポットサイズを大きく調整して、あるいは平坦なサンプルの表面で、サンプル表面に電子ビームを照射して得られる画像信号上のノイズを、ノイズ低減信号をもとに最も小さなノイズ成分となるように、ノイズ低減手段によるノイズ除去演算の振幅および位相のパラメータを調整するようにしている。

また、ノイズ低減信号検出器として、反射電子あるいは２次電子を光に変換し、変換した光を電気信号に変換してノイズ低減信号を検出するようにしている。

本発明は、電子ビームの一部を反射させた反射電子を発生させる、あるいは電子ビームの一部をサンプルに照射して２次電子を発生させる、あるいは両者を発生させて検出・増幅してノイズ低減信号を生成すると共に同時に画像信号を検出・増幅し、ノイズ低減信号をもとに電子ビーム中のノイズを低減することにより、高速検査装置などに必要な特に１００ＭＨｚよりも高い周波数帯域における電子ビームのノイズを減少させることができる。

これらにより、下記のような効果が期待できる。

（１）ＬＳＩパターンの形状検査に必要とされる照射電流量を減らすことが可能となり、より細いビームを検査に利用できるようになり、トータル照射量を減らせるので、サンプルへのダメージが小さくでき、より微細なパターンを高速検査できる。ノイズが半分になると４倍速度を上げられるため、従来スループットが低いと言われてきた電子ビーム検査装置のスループットを実用的に利用可能な速度に引き上げることができる。

本発明は従来とは異なり、ノイズ補正応答速度がＧＨＺ以上ある。事実上ノイズレスで電子数を増幅できるＭＣＰ等を用いて走査電子の一部を十分に増幅してからノイズ補正に用いるため、ＧＨＺのような高い周波数領域においても、ノイズ除去が可能となる。

ＭＣＰの代わりに電子増倍管やシンチレータを用いて走査電子の一部分を反射した電子を増幅することもできる。照射電流がｎＡよりも大きい場合はＰＩＮダイオードやアバランシェダイオードなどの半導体増幅器を用いても良い。

（２）通常のＣＤＳＥＭ観察および測長あるいは３Ｄ観察を行う場合にも本ノイズ除去技術は適用できる。通常の観察用ＣＤＳＥＭ等では、１回のスキャンで画像を得ることは希で、普通は、１０回以上の画像蓄積を行って、画像品質を高めている。蓄積時間および回数と測定速度はトレードオフの関係にある。近年の半導体デバイス製造工程では加工される対象がｎｍオーダーと非常に微細なことに加えて、統計的に意味のある測定を行うために測定点数増加要求がある。このような場合に、本発明を利用すると、１回のスキャンによって得られる画像ＳＮＲが高くなるため、蓄積する画像の枚数を減らすことが可能で、減らした分だけスループットを向上し生産性を上げることが出来る。

測定に必要な電子ビーム照射量を減少できるので、サンプルへの過剰電子ビーム照射防止、コンタミ防止等ができるようになる。例えばレジストサンプルなどを電子ビーム測定する際には、電子ビーム照射によるシュリンクやレジストパターンの変形が問題となるが、本発明を利用するとより少ない照射電子ビーム量で同等の測定が行えるため、より小さな壊れやすい測定対象を安心して測定できるようになる効果がある。

（３）将来の半導体デバイスは３次元化が進行すると予想されている。これは、本来ムーアの法則を維持するためのシュリンクに適していたプレーナ型のトランジスタでは性能限界が来てしまったことによる。将来のトランジスタにはＦＩＮと呼ばれる３次元構造をしたゲートが使われる予定であり、それらを３次元で観察することは今後重要になってくる。３Ｄ観察の場合、視点の異なる複数の画像の組み合わせ、例えば、左右あるいは上下の画像を組み合わせて演算することにより３D画像を再構築する。測定対象サイズがｎｍと非常に小さいので観察するためには電子ビームを細く絞り込むことが必要である。しかしながら、絞り込んだ電子ビームで多くの電子を照射するとトランジスタが破壊してしまうため、出来るだけ少ない電子ビーム照射量で３Ｄ観察できることが非常に重要である。

特に、３Ｄ観察の場合は、照射された一次電子によって測定対象に発生した二次電子を複数の検出装置で同時計測するため、通常の二次元ＳＥＭM画像よりも１ピクセルあたりの電子数が少なく、本質的にノイズが多い。３Ｄ画像は同時撮影された画像の相関を用いるため、画像にノイズが多く含まれていると、比較する画像の相関が小さくなり、正しい３Ｄ画像を再構築することが出来なくなる。このような場合に、本発明を利用すると高いＳＮＲ画像を得ることが可能で正確な３Ｄ情報を再現できるようになる。

本発明は、電子ビームの一部を反射させた反射電子を発生させる、あるいは電子ビームの一部を照射して２次電子を発生させる、あるいは両者を発生させて検出・増幅してノイズ低減信号を生成すると共に同時に画像信号を検出・増幅し、ノイズ低減信号をもとに電子ビーム中のノイズを低減し、高速検査装置などに必要な特に１００ＭＨｚよりも高い周波数帯域における電子ビームのノイズ減少を実現できる。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。

図１において、電子銃１は、電子ビームを発生させて放射する公知のものである。電子銃１にはエミッター１１を加熱するためのフィラメント、エミッター先端に強電界を掛けるためのエクストラクター電極１３、エミッターの横方向から発生した不要な電子放射を押さえ込むためのサプレッサー電極１２、電子銃から出射される電子ビームエネルギーを所望のエネルギーにするための加速電極１４等が含まれる。これらは高圧電源装置により制御される。

コンデンサレンズ２は、電子銃１から放出された１次電子ビーム３を集束するものである。

１次電子ビーム３は、電子銃１から放出されて１次電子ビームである。

ＭＣＰ（１）４は、軸上に小さな穴を有する対物アパチャー５で反射した反射電子あるいは対物アパチャーに１次電子が衝突して発生した２次電子を検出・増幅（増倍）し、ノイズ低減信号を生成するものである。

対物アパチャー（兼電子反射素子）５は、軸上に小さな穴を有するアパチャー（絞り）であって、ここでは、穴のある軸上の中心部分を透過した１次電子ビーム３を対物レンズ１０によりサンプル２２上に細く絞って照射しつつ平面走査すると共に、当該対物アパチャー５の穴の周囲に照射した１次電子ビームを反射電子ビーム６として反射してＭＣＰ（１）４で検出・増幅したり、あるいは対物アパチャー５の穴の周囲に照射した１次電子ビームにより発生した２次電子をＭＣＰ（１）４で検出・増幅したり、あるいは両者を合わせて検出・増幅したりするためのものである。

反射電子ビーム６は、対物アパチャー５の穴の周辺に照射した１次電子ビーム３が反射した反射電子ビームである。尚、１次電子ビーム３が対物アパチャー５の穴の周辺に照射したときに２次電子を放出される。これら反射電子ビーム６および２次電子を、ＭＣＰ（１）４で一方あるいは両者を検出・増幅する。

走査電子ビーム７は、対物アパチャー５の軸上の小さな穴を通過した１次電子ビーム３であって、対物レンズ１０によりサンプル２２上に細く絞られると共に、偏向装置８によってサンプル２２上を平面走査されるものである。サンプル２２に走査電子ビーム７が照射された状態で平面走査されると、そのときに放出された反射電子および２次電子をＭＣＰ（２）９でいずれか一方および両者を検出・増幅し、画像信号を生成する。

偏向装置８は、走査電子ビーム７が対物レンズ１０によってサンプル２２上に細く絞られた状態で平面走査するものである。

ＭＣＰ（２）９は、サンプル２２上を細く絞られた走査電子ビーム９が平面走査されたときに発生する反射電子および２次電子のいずれか一方あるいは両者を検出・増幅し、画像信号を生成するものである。

対物レンズ１０は、走査電子ビームをサンプル２２上に細く絞った状態で照射するものである。

２次電子２１は、サンプル２２上を細く絞られた走査電子ビーム７が平面走査されたときに当該サンプル２２から放出された２次電子であって、ＭＣＰ（２）９の前面に印加された正電圧により吸引されて検出・増幅されるものである。尚、サンプル２２で反射した反射電子も同時、あるいは反射電子のみも、ＭＣＰ（２）９で検出する。

サンプル２２は、ウェハ、マスクなどの測長対象の試料である。

電流電圧変換器２３，２８は、ＭＣＰ（１）４，ＭＣＰ（２）９で検出・増幅された信号（電流）を電圧に高速変換するものである。

Ａ／Ｄ２４，Ａ／Ｄ２９は、アナログ信号をデジタル信号に高速変換するものである。

ノイズ低減装置２５は、ＭＣＰ（１）４で検出・増幅されたノイズ低減信号をもとに、ＭＣＰ（２）９で検出・増幅された画像信号のノイズを低減するものであって、タイミング調整装置２６および規格化装置２７などから構成されるものである。

タイミング調整装置２６は、ノイズ低減信号と画像信号との位相、振幅を調整するものである（図１４参照）。

規格化装置２７は、タイミング調整装置２６でタイミング（位相、振幅）を調整した後のノイズ低減信号と画像信号とを規格化（例えば除算）し、画像信号中のノイズを低減するものである。

次に、図１の構成の動作を説明する。

（１）対物レンズ１０を通過してサンプル２２に走査されながら照射された１次電子ビーム５（走査電子ビーム７）は２次電子あるいは反射電子を発生する。発生した２次電子あるいは反射電子はＭＣＰ（２）９により画像信号として検出される。この画像信号は画像を形成するためのクロックに同期して検出され、電子数あるいは電流量は画像形成のためのピクセル輝度を決定する。この１つ１つのピクセルを走査した順番あるいはアルゴリズム従って並び替えることで、サンプル２２の表面の画像（例えばウェハ、マスク上のパターンの形状画像）が生成される。生成される画像には測定対象の形状あるいは材質等の性質に依存して形成される輝度変化信号とは別に種々のノイズが混入している。画像に現れるノイズの一部分は対物レンズ１０を通過してサンプル２２に照射した電子そのもの（電子銃１から放出された１次電子ビーム３）に起因するので、このノイズを低減することは必須である。

（２）理想的には例えば１ｎＡの１次電子ビーム３をサンプル２２に照射した場合には、どの瞬間をとっても、１ｎＡの電流が流れていることを期待するが、実際の電子ビーム３は長期間の平均は確かに１ｎＡの電流であるが、極めて短い時間で測定すると、実は、電流値が刻々と変化している性質を持っている。つまり、ここでいう１次電子ビーム３そのもののノイズとは測定対象に照射される電子の数が時間によって揺らぐことを指している。もし、その揺らいでいる照射電子（１次電子ビーム３）の個数を予め知ることが出来れば、測定系が直線系であることを仮定して、その個数を用いて同一の電子数が単位時間に照射された時に生じると思われる信号電子量に換算補正することで、ノイズを減らすことができる。

（３）電子銃１からはマイクロアンペアー以上の大電流が放出される。しかしながら、実際に走査に使用される電子は数ｐＡからｎＡオーダーとごく一部分であるため、電子銃１の全体から放出される瞬時電流と走査された電子の瞬時電流が比例する保証がない。電子ビーム走査によって形成される画像に含まれるノイズを実質的に減らすためには、電子ビーム走査される電子の個数を正確に反映している情報が必要である。そこで本発明では対物アパチャー５を通過して実際にサンプル２２に走査される電子の一部をサンプル２２に到達する前に反射して取り出し（反射電子、２次電子として取り出し）、ＭＣＰ（１）４で検出・増幅する。このようにすれば、反射によって取り出した電子（反射電子、２次電子）は走査電子そのものなので、走査に使用された電子数（ＭＣＰ（２）９で検出・増幅した画像信号）と反射して取り出した電子数（ＭＣＰ（１）４で検出・増幅したノイズ低減信号）は比例するようになる。

（４）対物アパチャー５に入射される電子の軌道に依存して、対物アパチャー５自身あるいはその近傍、より正確には対物アパチャー５の鉛直方向に電子を反射するための電子反射素子を配置する。通常対物アパチャー５の開口サイズは数ミクロンから数百ミクロン程度である。反射して取り出した照射電子の一部はＭＣＰ（１）４に入射される。ＭＣＰ（１）４（マルチチャンネルプレート）は入射された電子の数をノイズレスで１万倍以上に増幅することが出来る能力を持っている。増幅された電子はマイクロアンペアーを超える大きな電流に変換され、超低ノイズの高速電流電圧変換アンプ（電流電圧変換器２３）に供せられる。電圧に変換された電流信号（ノイズ低減信号）は高速ＡＤコンバーター（Ａ／Ｄ２４）によってデジタル信号に変換される。現在では１ＧＨｚを超える速度で８ビット以上のデジタル信号に容易に変換できるので、無用なノイズが混入しないためにも、出来るだけ初期段階でデジタル信号に変換する。測定対象（サンプル２２）に１次電子ビームを照射して生じた二次電子信号、反射電子信号に対しても同様の処理を行って（ＭＣＰ（２）９，電流電圧変換器２８、Ａ／Ｄ２９によって）画像信号を生成し、外来ノイズ混入を防ぐことが望ましい。

（５）デジタル信号に変換されたノイズ低減信号、画像信号は、ＦＰＧＡ、ＤＳＰあるいは並列コンピュータ等に入力され超高速にノイズ除去演算を行いノイズが低減された画像（ノイズ低減画像３０）が形成される。それぞれの検出器（ＭＣＰ（１）４、ＭＣＰ（２）９）で検出される電子は電子銃１からの距離や飛行時間が異なり、かつ、検出装置（ＭＣＰ（１）４、ＭＣＰ（２）９）にも応答遅延があるため、ｎｓｅｃオーダーではそれぞれの信号のタイミングが必ずしも一致していない。そのため、ノイズ除去演算を行う際は、両方のタイミングをサブｎＳオーダーで厳密に合わせる必要がある。それぞれの信号経路はそれぞれ別の増倍率を持っており１個の電子を検出した時の出力電圧は必ずしも同じでないので、それが同じになるように信号振幅調整を行う（タイミング調整装置２６）。そのように処理した後、サンプルから発生した２次電子信号を１次電子ビーム３の一部分を反射して取り出した信号を用いてノイズ除去演算を行う。ノイズ除去演算に用いる反射信号の大きさは反射板の性能や回路デザインによって種々の振幅を持ちうるため、ノイズ除去処理したあとの信号はいろいろな信号振幅を持ちうる。そのままでは、画像の明るさが測定を行うたびに変化してしまうので、画像の明るさ、あるいは輝度の最大、最小値が適当な大きさになるように自動的に調整する演算を行うことが望ましい。
照射電子ビームにはＧＨｚを超える非常に高い周波数のノイズ成分が含まれるが、測定帯域範囲内でノイズを０にすることが出来れば目的は達成できる。ＡＤコンバーターのサンプリング周波数よりも高い周波数を有するノイズをそのままＡ/Ｄ変換してしまうと折り返しノイズが新たに発生し、電子ビーム中に含まれるノイズの除去を極めて困難にするので、測定帯域以上の信号に関しては、Ａ／Ｄ変換する前に急峻な低周波フィルターを利用して予め電気的に除去することが望ましい。アンチエイリアシングフィルター技術に関しては、オーバーサンプリング技術など既知の技術を利用できる。

図２は、本発明の他の実施例構成図を示す。この図２は、図１の対物アパチャー５とは別に電子反射素子５１を設けた例を示す。図２では、対物アパチャー５の下でかつ対物レンズ１０の上に設置した例を示す。本来の対物アパチャー５には手を加えないので、光学特性を意識する必要がない。対物アパチャー５を通過した１次電子ビーム３の一部分が電子反射素子５１によって反射され、電子増倍素子であるＭＣＰ（１）４に入射される。

ＭＣＰ（１）４に入射された電子（反射電子、２次電子）は増倍され入射電子の１万倍程度大きい電流に変換されアノードから取り出される。一方、対物アパチャー５の穴を通過した１次電子ビーム３の大部分は対物レンズ１０によって集められサンプル２２の表面に細く絞られて面走査される。電子反射素子５１は対物レンズ１０の下側にあっても良い。電子反射素子５１には衝突電子以上に多数の電子を放出する材料（電子増倍材料）を用いても良い。反射された電子がＭＣＰ（１）４に確実に入射するように、２つの間には適切なバイアス電圧を印加する。

図３は、本発明の他の実施例構成図を示す。図３は、本来の対物アパチャー５とは別に電子を反射させるための電子反射素子５１を別途設けた他の例を示す。この図３の例は、対物アパチャー５の上側に電子反射素子５１を設置した例を示す。本来の対物アパチャー５には手を加えないので、電子ビームコラムの光学特性を意識する必要がない。コンデンサレンズ２の強さを調節することで、エミッター１１から放出された１次電子ビーム３のクロスオーバー位置が変化する。コンデンサレンズ２の強度を調節して、１次電子ビーム３が対物アパチャー５に対して平行に入射するようにできる。さらに少し強くすると対物アパチャー５の前にクロスオーバーを作ることができる。このようにした場合、対物アパチャー５の上部に設けられた、電子反射素子５１は対物アパチャー５よりも少し穴径が大きいにも関わらず、本来の対物アパチャー５を通過する電子の一部を反射することができる。

図４は、本発明の他の実施例構成図を示す。図４は、１次電子ビーム３の走査の偏向装置８を対物レンズ１０の下側に配置し、電子反射素子５１の位置を対物レンズ１０の直上とした。測定対象のサンプル２２はバイアス電圧３１からなるリターディング電圧を加えられるようになっている。測定対象のサンプル２２で発生した２次電子はリターディング電圧により、上方に加速され、ＭＣＰ（１）４により検出され、画像信号を生成する構成となっている。対物レンズ１０の直上に置かれた電子反射素子５１により走査される１次電子ビーム３の一部はＭＣＰ（２）９に入射し、増倍されてノイズ除去のための補正信号（ノイズ低減信号）として利用される。

次に、図５のフローチャートの順番に従い、図１から図４の構成の動作を詳細に説明する。

図５は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図５において、Ｓ１は、電子発生する。これは、図１から図４の電子銃１で１次電子ビーム３を発生させて放出する。

Ｓ２は、コンデンサレンズによる電流量を調整する。これは、図１から図４のコンデンサレンズ２の強度を可変して、Ｓ１で電子銃１から放出された１次電子ビーム３を集束し、対物アパチャー５の中心の固定の小さな穴を透過する１次電子ビーム３の電子（電流量）が所望となるように調整する。

Ｓ３は、対物アパチャー通過電子を対物レンズで集束し、サンプルを走査する。これは、Ｓ２で対物アパチャー５の中心の穴を通過した１次電子ビーム３を、更に、対物レンズ１０で細く絞ってサンプル２２の表面の照射した状態で偏向装置８で平面走査する。

Ｓ４は、発生した信号電子を検出する。これは、Ｓ３でサンプル２２の表面を細く絞った１次電子ビームで平面走査したことに対応して、反射した反射電子あるいは放出された２次電子を、ＭＣＰ（図１から図３はＭＣＰ（２）９，図４はＭＣＰ（１）４）で検出・増幅し、画像信号を生成する。

Ｓ５は、検出した電子を電流電圧変換する。これは、Ｓ４で検出・増幅した画像信号を、電流電圧変換器（図１から図３は電流電圧変換器２８、図４は電流電圧変換器２３）で電圧に変換する。

Ｓ６は、電圧をデジタル信号に変換する。これは、Ｓ５で変換した後の電流を、Ａ／Ｄ（図１から図３はＡ／Ｄ２９、図４はＡ／Ｄ２４）でデジタルの画像信号に変換する。

Ｓ７は、振幅、タイミングを調整する。これは、Ｓ６でデジタル変換後の画像信号について、振幅、タイミングを調整し、後述する、ノイズ低減信号との規格化を行えるようにする。

以上のＳ１からＳ７によって、電子銃１で１次電子ビーム３を発生させて所望のエネルギーに加速した後、コンデンサレンズ２で１次電子ビーム３を絞込み、対物アパチャー５でビームをカットし、必要な１次電子ビーム量に調整する。対物アパチャー５を通過した１次電子ビーム３は対物レンズ１０にて電子ビーム走査用のスポットサイズにまで収束し、サンプル２２の表面を走査する。サンプル２２の表面で発生した２次電子あるいは反射電子をＭＣＰ等の検出器にて検出する。検出器出力電流を電圧信号に変換し、ＡＤDコンバータにてデジタル信号に変換する。信号タイミング、振幅等をデジタル的に調整し、サンプル２２の画像信号を取得することが可能となる。

次に、Ｓ８は、走査電子の一部を反射する。これは、図１では対物アパチャー（兼電子反射素子）５で１次電子ビーム３の一部（対物アパチャー５の穴の外の部分に照射した１次電子ビーム３の部分）を反射させ、反射電子、２次電子を発生させる。図２、図４では電子反射素子５１で１次電子ビーム３の一部を反射させ、反射電子、２次電子を発生させる。図３では、判透明膜などの電子反射素子５１で１次電子の一部を反射させ、反射電子、２次電子を発生させる。

Ｓ９は、反射した電子をＭＣＰで増倍する。これは、Ｓ８で発生させて反射電子、２次電子の一方あるいは両方をＭＣＰ（図１から図３はＭＣＰ（１）４、図４はＭＣＰ（２）９））で検出・増幅する。

Ｓ１０は、増倍した電子を電流電圧変換する。これは、Ｓ９でＭＣＰで検出・増幅したノイズ低減信号を、電流電圧変換器で電圧に変換する。

Ｓ１１は、電圧をデジタル信号に変換する。

Ｓ１２は、振幅、タイミングを調整する。これは、Ｓ１１でデジタル変換後のノイズ低減信号について、振幅、タイミングを調整し、後述する、画像信号との規格化を行えるようにする。

以上のＳ１、Ｓ２、Ｓ８からＳ１２によって、１次電子ビーム３の一部分を反射させて発生させた反射電子、２次電子をＭＣＰ等の電子増倍装置にて検出・増幅し、電流電圧変換装置にて電圧に変換し、更に、ＡＤ変換装置にてデジタル信号に変換した後、振幅、タイミングを調整し、ノイズ低減信号を取得することが可能となる。

次に、Ｓ１３は、規格化する。

Ｓ１４は、ノイズ低減画像を出力する。

以上のＳ１３、Ｓ１４によって、サンプル２２から取得した画像信号と、１次電子ビーム３の一部から取得したノイズ低減信号を統合して演算する。具体的には、それぞれの信号のタイミングと振幅を適切に合わせ込んで、画像信号についてノイズ低減信号を用いて規格化する（後述する図１４参照）。タイミングを合わせ込む際に、信号波形の類似度を自動的に判別し、パターンマッチング等の技術を用いて自動化することもできる。この結果、１次電子ビーム３の走査電子数に依存しない画像が回復し、画像（画像信号）に含まれるノイズを低減できる。

図６は、本発明の説明図（その１）を示す。図６は、走査電子に強く相関する１次電子ビーム３の一部分を照射して反射あるいは発生させた２次電子を検出・増幅してノイズ低減ん信号を取り出すことに特徴があり、１次電子ビーム３を照射して反射および２次電子を発生させるための素子形状について種々の例を示す。

図６の（ａ）は１次電子ビーム３の周辺部に照射して反射させて反射電子あるいは発生させて２次電子を検出・増幅するための素子形状例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す（図１参照）。図６の（ａ）において、１次電子ビーム３の直径は太いところで１００ミクロン近くある。対物アパチャー５の軸上の小さな穴の周辺部に原子番号の大きな電子を反射しやすい材料（例えば金とかＷ等）を用いて環状の帯を作り、中心は数十から数百ミクロンの穴が開いており一次電子ビーム３を通過させる。サンプル２２に走査される細く絞られた電子ビーム３は中心部分を通過した電子によって行われ、周辺部分の電子は反射あるいは２次電子を放出して、ノイズ補正のための基準信号（ノイズ低減信号）となる。２次電子の量を増加させたい場合は、当該２次電子の発生しやすい材料である酸化物等が利用できる。穴を形成する手段としては半導体リソグラフィー技術や、マイクロ放電加工技術が利用できる。めっきやナノインプリントを用いて製造しても良い。

図６の（ｂ）は電子反射素子（ここでは、図３の電子反射素子５１）の中心点を対称軸として風車のように電子の通過する穴と電子を反射する素子が交互になるように構成した例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。図６の（ｂ）は、サンプル２２に照射される細く絞られた１次電子ビーム３と照射して反射した反射電子あるいは発生した２次電子を検出・増幅して画像信号を取得するので、図３の電子反射素子５１から取得される電子（反射電子、２次電子）と、サンプル２２から取得される電子（反射電子、２次電子）が同心円上のくさび形の位置から交互に取得されるので、両者（画像信号とノイズ低減信号の両者）に高い相関を得ることができる。

図６の（ｃ）は電子反射素子５１の中心を対象として細いライン状の反射素子を配置した例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。図６の（ｃ）の例は、ラインの太さを色々変えることで、当該ラインの面積を増減して１次電子ビーム３の照射する割合を可変したノイズ低減信号を取得することができる。

以上の図６の（ａ）から（ｃ）のいずれの例でも、１次電子ビーム３が通過する量と反射する量はデザインによって調整可能である。余り反射を多くしてしまうと、走査に用いられる１次電子ビーム３の量が減少して画像信号のＳＮが悪くなり、余り反射を少なくすると補正に利用する反射電子信号（ノイズ低減信号）のＳＮＲが劣化する。サンプル２２に走査される１次電子ビーム３の量と、反射によって取り出される電子（反射電子、２次電子）の量の良い相関を得るためには、最適な配分が存在し、それは補正（ノイズ低減信号をもとに画像信号中のノイズを低減する補正）の結果一番良いＳＮＲの画像が得られる条件として求める。

図７は、本発明の説明図（その２）を示す。図７は、電子反射素子５１として電子透過膜を用いた例を示す。１次電子ビーム３は数ＫＶ程度のエネルギーを有すると薄膜を通過することができることが知られている。例えば、薄いアルミ箔、チタン箔、シリコン箔等は数ＫＶの１次電子ビーム３が通過する。最近では非常に薄くて丈夫な薄膜が実用化されて来ている。グラフェンやＣＮＴからなるテクスチャー、ある種の有機材料薄膜等も数ＫＶ以下の低エネルギーで１次電子ビーム３が透過できることが分かっており、これらの材料を使用することで、走査に必要な１次電子ビーム３の大部分の１次電子ビーム３を透過し、一部分を反射させて反射電子あるいは発生された２次電子を検出（ノイズ低減信号を検出）することができる。

図７のように１次電子ビーム３が透過する部分に薄膜を配置して構成した場合、サンプル２２に走査される一次電子ビーム３と反射する電子の位置は一致しているため、非常に強い相関を有した補正信号（ノイズ低減信号）を取得できる。薄膜を通過しない１次電子ビーム３は反射するか吸収されるので、必ずしも反射のための特別な薄膜を必要としないが、反射率を調節する目的で１次電子ビーム３が透過する薄膜の表面に改めて電子反射材料の薄膜あるいは格子を設けても良い（非常に薄い膜を全体に設けても良いし、特定の場所に反射材料を格子を設置しても良い）。

図７の（ａ）は金魚すくいのような構造の例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。図７の（ａ）において、薄膜を筒状としたり、波をつけたりして単独で機械強度を増加する方法を採用してのよい。１次電子ビーム３の薄膜は、ｎｍから数ミクロン以下では機械強度が低いので、それ自身で自立できる構造を作ることは難しい場合がある。そのような場合は、図７の（ｂ）のように、周辺あるいは必要な場所に別途他の構造材料を用いて支持部を設け機械的強度を確保する。

図７の（ｂ）は、支持部を設けて薄膜を支持した例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。図７の（ｂ）に示すように、薄膜を支持する格子を適宜設けて保持する。

図８は、本発明の説明図（その３）を示す。図８は、図７と同様に、１次電子ビーム３を透過する薄膜を利用した例を示す。図８では、入射する１次電子ビーム３と同じ方向に電子を反射（前方散乱）する例を示す。このように前方散乱させた場合、１次電子ビーム３の検出装置は電子反射素子５１の下側（１次電子ビーム３の透過した透過側）に配置する。

図８の（ａ）は全体が透過する薄膜で出来ている例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。図８の（ａ）の場合には、１次電子ビーム３を透過する薄膜は支持膜として機能する。

図８の（ｂ）は図８の（ａ）の薄膜の強度をさらに増加するために支持部材を間に入れた例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。

以上の図８の（ａ）および（ｂ）の透過する薄膜自身のみでも１次電子ビームの反射（前方散乱）は起こるが、反射し易い材料を膜の上に薄く堆積することで、所望の透過量と反射量になるように調節することが出来る。これらの膜厚みは入射する１次電子ビーム３のエネルギーによって最適化を行う。

次に、図９のフローチャートの順番に従い、図１０から図１２に示すように、１次電子ビーム３の一部を光に変換してノイズ低減信号を検出・増幅する構成例の動作を詳細に説明する。

図９は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。図９において、Ｓ１からＳ７は、図５のＳ１からＳ７と同一であるので説明を省略する。

図９において、Ｓ８’は、対物アパチャー５の一部を通過する電子の一部を光に変換する。これは、後述する図１０の（ｃ）などに示すように、対物アパチャー５の一部を通過する１次電子ビーム３の一部を光に変換（例えば１次電子ビーム３を透過する薄膜を配置して当該薄膜により１部の１次電子ビームを光に変換）する。

Ｓ９’は、光を光電子倍増管で増幅する。これは、Ｓ８’で発生させた光を、光電子倍増管で増幅する。

Ｓ１０’は、出力を電流電圧変換する。これは、既述した図１の電流電圧変換器２３で電流を電圧に変換する。

Ｓ１１’は、電圧をデジタル信号に変換する。これは、Ｓ１０’で電圧に変換した後の信号（ノイズ低減信号）をＡ／Ｄ２４でデジタルの画像信号に変換する。

Ｓ１２’は、タイミングを調整する。これは、Ｓ１１’でデジタル変換後のノイズ低減信号について、振幅、タイミングを調整し、後述する、画像信号との規格化を行えるようにする。

以上のＳ１、Ｓ２、Ｓ８’からＳ１２’によって、１次電子ビーム３の一部分を光に変換して光電子倍増管で増幅し、電流電圧変換装置にて電圧に変換し、更に、ＡＤ変換装置にてデジタル信号に変換した後、振幅、タイミングを調整し、ノイズ低減信号を取得することが可能となる。

次に、Ｓ１３は、規格化する。

Ｓ１４は、ノイズ低減画像を出力する。

以上のＳ１３、Ｓ１４によって、サンプル２２から取得した画像信号と、１次電子ビーム３の一部を光に変換して取得したノイズ低減信号を統合して演算する。具体的には、それぞれの信号のタイミングと振幅を適切に合わせ込んで、画像信号についてノイズ低減信号を用いて規格化する（後述する図１４参照）。タイミングを合わせ込む際に、信号波形の類似度を自動的に判別し、パターンマッチング等の技術を用いて自動化することもできる。この結果、１次電子ビーム３の走査電子数に依存しない画像が回復し、画像（画像信号）に含まれるノイズを低減できる。この結果、サンプル２２を走査する走査する１次電子ビーム３の揺らぎを原因とするノイズを低減できる。

尚、この図９では、光は電磁波であり、地場や電場と干渉しないため、周辺環境の影響を受けにくく非常に使いやすい。１次電子ビーム３の一部を光に変換する高速シンチレータ材料には、例えば、酸化亜鉛やＹｂ:ＹＡＰ、Ｙｂ:ＬｕＡＧ、半導体ナノ材料などがある。

また、図９に示したようにシンチレータが発生した光をコラム内で直接光電子増倍管に導いて増幅しても良いが、反射鏡やレンズ、光ファイバーを用いて導光した後に、光電子増倍管を用いて増倍してもよい。光を用いた場合は、光電子増倍素子の配置に自由度が生まれる。

また、ここでは、ノイズ低減信号を取得する際に、光を利用する例を示したが、サンプル２２からの画像信号を得るためにシンチレータを用いた電子光変換系を用いても良い。

図１０から図１２は、１次電子ビーム３の一部をシンチレータなどの電子変換材料に照射して電子を一旦、光に変換して検出・増幅してノイズ低減信号を取得する場合の電子反射素子５１に関するものである。以下順次詳細に説明する。

図１０は、本発明の説明図（その４）を示す。

図１０の（ａ）は対物アパチャー５の小さな穴の周辺部にシンチレーター材料を堆積した例を示し、上側が上面図を示し、下側が側面図を示す。シンチレーター材料はインクジェット法や蒸着、ＣＶＤ,ＰＶＤ等いろいろな膜堆積方法を用いて堆積することができる。通常ＳＥＭに入れられている対物アパチャー５とそのまま置き換えることが出来る。

図１０の（ｂ）は風車状にシンチレータ領域と１次電子ビーム３が通過する領域とを交互に配置した例を示し、上側が上面図を示し、下側は側面図を示す。

図１０の（ｃ）は十字にシンチレータを設けた例を示し、上側が上面図を示し、下側が側面図を示す。十字の部分がシンチレータであって１次電子ビーム３の一部が照射して光を発生し、十字以外の部分は１次電子ビーム３が透過し、サンプル２２を照射する１次電子ビーム３である。

図１１は、本発明の説明図（その５）を示す。図１１は１次電子ビーム３を実質的に透過する材料を用いた例であって、１次電子ビーム３を実質的に透過する材料としてはアルミニウム薄膜、チタニウム薄膜、あるいはグラフェン等の膜を利用することができる。薄膜には電子を光に変換する能力は無いので、薄膜の表面あるいは裏面あるいは一部分にシンチレーションを起こす材料を堆積することによって、実現する。

超高速のシンチレーター材料としては、例えば、酸化亜鉛やＹｂ：ＹＡＰ，Ｙｂ：ＬｕＡＧ，半導体ナノ材料などを使うことができる。例えば、１次電子ビーム３を透過する薄膜に光を反射する性質を持たせ、かつ、１次電子ビーム３が照射される面側にシンチレーション材料を配置することで、実現することができる。１次電子ビーム３の入射によってシンチレーション材料は光を発生しその光は反射膜によって電子の入射方向とは逆側に放出される。

図１１の（ａ）は１次電子ビーム３の透過膜を設けた例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。

図１１の（ｂ）は図１１の（ａ）の薄膜の強度をさらに増加するために支持部材を間に入れた例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。
図１２は、本発明の説明図（その６）を示す。図１２は、図１１と同様に、１次電子ビーム３を透過する薄膜を利用した例を示す。図１２では、入射する１次電子ビーム３と同じ方向に電子を反射（前方散乱）する例を示す。このように前方散乱させた場合、１次電子ビーム３の検出装置は電子反射素子５１の下側（１次電子ビーム３の透過した透過側）に配置する。

電子ビームを実質的に透過する材料としてはアルミニウム薄膜、チタニウム薄膜、シリコン薄膜、ベリリウム薄膜、ホウ素化合物薄膜あるいはグラフェン等の炭素膜を利用することができる。膜自身には電子を光に変換する能力は無いので、膜表面あるいは裏面あるいは一部分にシンチレーション材料を堆積することによって、電子、光変換を実現する。
超高速シンチレーター材料としては、例えば、酸化亜鉛やＹｂ:ＹＡＰ、Ｙｂ:ＬｕＡＧ、半導体ナノ材料などを使うことができる。例えば、電子透過膜に光を反射する性質を持たせ、かつ、電子が照射される面とは逆側にシンチレーション材料を配置することで、実現することができる。この場合、光検出素子（光電子倍増管）は、アパチャー下側に配置される。

図１２の（ａ）は全体が透過する薄膜で出来ている例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。図１２の（ａ）の場合には、１次電子ビーム３を透過する薄膜は支持膜として機能する。

図１２の（ｂ）は図１２の（ａ）の薄膜の強度をさらに増加するために支持部材を間に入れた例を示し、上側は上面図を示し、下側は側面図を示す。

図１３は、本発明の説明図（その７）を示す。図１３は、反射板を支持する方法例を示し、図示の例ではＭＣＰから突き出ている円筒の先端部に反射板を内蔵する。また、円筒の一部分に開口部を開け、反射板で反射した反射電子を外部に取り出さす。取り出された反射電子はＭＣＰにて増幅され補正信号（ノイズ低減信号）として利用する。

図１４は、本発明の説明図（その８）を示す。

図１４の（ａ）は２次電子信号の波形を模式的に示す。この２次電子信号は、画像信号であって、サンプル２２を細く絞った１次電子ビーム３で平面走査したときに放出された２次電子を図１のＭＣＰ（２）９で検出・増幅、電流電圧変換、Ａ／Ｄ変換した後の信号（画像信号）である。この図１４の（ａ）の波形は、平坦均一試料を１次電子ビーム３で走査した時に得られる。典型的な２次電子信号（画像信号）波形である。

図１４の（ｂ）は、反射電子信号の波形を模式的に示す。この反射電子信号は、ノイズ低減信号であって、１次電子ビーム３の一部を例えば図１の対物アパチャー５で反射させてＭＣＰ（１）４で検出・増幅、電流電圧変換、Ａ／Ｄ変換した後の信号（ノイズ低減信号）である。

図１４の（ｃ）は、タイミングを合わせた後の信号を模式的に示す。これは、図１４の（ｂ）の反射電子信号（ノイズ低減信号）の位相を、図１４の（ａ）の２次電子信号（画像信号）の位相に一致させるように、ここでは、タイミングを進ませて一致させた状態（必要に応じて振幅も一致させるように調整）した後の反射電子信号を模式的に示す。

図１４の（ｄ）は、ノイズ除去後信号を模式的に示す。これは、図１４の（ａ）の２次電子信号（画像信号）を、図１４の（ｃ）のタイミング（更に振幅）を合わせて後に除算してノイズ除去した後の信号（画像信号）を模式的に示す。図１４の（ｄ）の信号波形では平坦で均一な試料の特徴である、振幅が一定の波形が得られる。

この図１４では、画像形成のための２次電子信号（画像信号）と雑音を除去するために利用される補正信号となる反射電子信号（ノイズ低減信号）を用いて、画像に含まれるノイズを除去する方法を示す。図１４ではわかりやすいように、２次電子信号（画像信号）は真っ平らでかつ完全に均一な材料からなるサンプル２２の表面に１次電子ビーム３で走査した際に得られる２次電子波形を示している。走査する１次電子ビーム３に全くノイズが含まれず、かつ、サンプル２２の表面も真っ平らで均一である場合、１次電子ビーム３の走査によって発生する２次電子量あるいは反射電子量は走査の場所、時間によらず一定となる。

しかしながら、実際の１次電子ビーム３には相当量のノイズが含まれるため、サンプル２２に１次電子ビーム３を走査した場合、観測される信号電子はグラフに示したような山谷のある信号となる（図１４の（ａ）参照）。

走査する１次電子ビーム３のノイズとは、本来一定であるべき照射電流量が時間に対して変動することを指す。１次電子ビーム３は素電荷を有する素粒子なので、言い直すと走査する１次電子ビーム３に単位時間含まれる電子の個数がランダムに変動することを意味する。平坦かつ均一材料表面を１次電子ビーム３で走査した時に発生する信号電子振幅に変動が観測されることは、電子個数が変動しながらサンプル２２に走査されたことを意味する。

一方、走査する１次電子ビーム３の一部分を取り出した電子には、走査に使用された１次電子ビーム３が有する電子数揺らぎが正確に反映されている。従って、走査する１次電子ビーム３に含まれる単位時間あたりの電子数と走査する一次電子ビーム３の一部を反射して取り出した補正用電子（ノイズ低減信号）の単位時間あたりの電子数には良い比例関係がある。

１次電子ビーム３を走査した際に発生する二次電子信号（画像信号）を走査に使用した１次電子ビーム３の一部分から形成した電子信号（ノイズ低減信号）で割り算して規格化すると、走査電子数変動の影響をキャンセル可能である。走査時の１次電子ビームの数に関わらず一定の１次電子ビームの数を照射した際に発生すると思われる二次電子信号量（画像信号）に変換できる。

ここで、ノイズ除去演算は、パターンマッチングなどにより既述した図１４の（ａ）の２次電子信号（画像信号）と、図１４の（ｂ）の反射電子信号（ノイズ低減信号）との位相、振幅を合わせた後に、下記の（式１）により計算する。

画像信号＝（２次電子信号（画像信号））／（反射電子信号（ノイズ低減信号））
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
ここで、（式１）から明らかなように、図１４の（ａ），（ｂ）の２つの信号のタイミングを合わせた後に（ｂ）反射電子信号（ノイズ低減信号）で（ａ）２次電子信号（画像信号）割り算するノイズ除去演算を行うことによって、エミッションノイズを含む画像信号から本来の幾何学的な情報のみを抽出することができる。（ｄ）画像信号（ノイズ除去後）の振幅は（ａ）２次電子信号と（ｂ）反射電子信号の振幅比によって決定される。画像表示に相応しい例えば、８ビットグレースケール画像であれば、デジタル信号の０から２５５までに収まるように振幅や適切なオフセットを加える自動画像調整を行い、適切な画像情報に変換する。距離測定のように画像に含まれる幾何学図形のエッジを抽出する幾何学演算に用いる場合には、振幅の調整は不要な場合もある。

本発明の第１の目的は、電子銃１から放出される電子に本質的に生じる雑音を除去することにある。

本発明は、ノイズ発生メカニズムに関わらず、サンプル２２に走査された１次電子ビーム３の量の大きさを規格化する働きを有する。１次電子ビーム３の走査によって発生する２次電子あるいは補正のために利用される反射電子の計測システムのノイズを十分に小さく保つことが出来ると、ショットノイズと呼ばれる、量子力学的にもたらされる１次電子ビームの量の揺らぎも補正することが出来る。

本発明の１実施例構成図である。 本発明の他の実施例構成図である。 本発明の他の実施例構成図である。 本発明の他の実施例構成図である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明の説明図（その１）である。 本発明の説明図（その２）である。 本発明の説明図（Ｓの３）である。 本発明の他の動作説明フローチャートである。 本発明の説明図（その４）である。 本発明の説明図（その５）である。 本発明の説明図（その６）である。 本発明の説明図（その７）である。 本発明の説明図（その８）である。

１：電子銃
１１：エミッター
１２：サプレッサー電極
１３：エクストラクター電極
１４：加速電極
２：コンデンサレンズ
３：１次電子ビーム
３１：バイアス電圧
４：ＭＣＰ（１）
５：対物アパチャー
５１：電子反射素子
６：反射電子ビーム
７：走査電子ビーム
８：偏向装置
９：ＭＣＰ（２）
１０：対物レンズ
２１：２次電子
２２：サンプル
２３、２８：電流電圧変換器
２４、２９：Ａ／Ｄ
２５：ノイズ低減装置
２６：タイミング調整装置
２７：規格化装置
３０：ノイズ低減画像

Claims (9)

1. 電子銃から放出された電子ビームのノイズを低減するノイズ低減電子ビーム装置において、
   電子ビームを発生して放出する電子銃と、
   前記電子銃から放出された電子ビームを集束する集束レンズと、
   前記集束レンズで集束された電子ビームの一部を反射させた反射電子を発生させる、あるいは電子ビームの一部を照射して２次電子を発生させる、あるいは両者を発生させるノイズ低減信号発生器と、
   前記ノイズ低減信号発生器で発生された反射電子あるいは２次電子あるいは両者を検出するノイズ低減信号検出器と、
   前記ノイズ低減信号検出器を通過した電子ビームを細く絞ってサンプルに照射する対物レンズと、
   前記対物レンズで細く絞られた電子ビームを前記サンプル上に平面走査する走査手段と、
   前記走査手段で細く絞られた電子ビームを前記サンプル上に平面走査したときに放出された２次電子あるいは反射電子あるいは両者を検出する信号検出器と、
   前記ノイズ低減信号検出器で検出されたノイズ低減信号をもとに前記信号検出器で検出された画像信号のノイズを低減するノイズ低減手段と
   を備えたことを特徴とするノイズ低減電子ビーム装置。
2. 前記ノイズ低減信号発生器として、前記電子ビームのうちの中心の前記サンプルに細く絞って照射する電子ビーム以外の周辺の電子ビームを照射させる円形の絞りを前記集束レンズの下側の軸上に配置したことを特徴とする請求項１記載のノイズ低減電子ビーム装置。
3. 前記ノイズ低減信号発生器として、前記電子ビームのうちの一部を透過しない薄膜を、あるいは透過部分と透過しない部分を持つ板を、前記集束レンズの下側の軸上に配置したことを特徴とする請求項１記載のノイズ低減電子ビーム装置。
4. 前記ノイズ低減信号発生器として、反射電子、２次電子を検出して増幅するＭＣＰあるいは電子増倍管あるいはＰＩＮダイオードあるいはアバランシェダイオードとしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のノイズ低減電子ビーム装置。
5. 前記ノイズ低減手段は、前記画像信号に対して前記ノイズ低減信号の位相と振幅を調整し、ノイズ低減することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のノイズ低減電子ビーム装置。
6. 前記ノイズ低減手段は、前記サンプルの同一場所から得られる前記画像信号のＳＮ比が最大となるように前記ノイズ低減信号の振幅と位相を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のノイズ低減電子ビーム装置。
7. 前記サンプルの表面の凸凹が影響しない程度に電子ビームのスポットサイズを大きく調整して、あるいは平坦なサンプルの表面で、サンプル表面に電子ビームを照射して得られる前記画像信号上のノイズを、前記ノイズ低減信号をもとに最も小さなノイズ成分となるように、前記ノイズ低減手段によるノイズ除去演算の振幅および位相のパラメータを調整することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のノイズ低減電子ビーム装置。
8. 前記ノイズ低減信号検出器として、反射電子あるいは２次電子を光に変換し、当該変換した光を電気信号に変換してノイズ低減信号を検出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のノイズ低減電子ビーム装置。
9. 電子銃から放出された電子ビームのノイズを低減する電子ビームノイズ低減方法において、
   電子ビームを発生して放出する電子銃と、
   前記電子銃から放出された電子ビームを集束する集束レンズと、
   前記集束レンズで集束された電子ビームの一部を反射させた反射電子を発生させる、あるいは電子ビームの一部を照射して２次電子を発生させる、あるいは両者を発生させるノイズ低減信号発生器と、
   前記ノイズ低減信号発生器で発生された反射電子あるいは２次電子あるいは両者を検出するノイズ低減信号検出器と、
   前記ノイズ低減信号検出器を通過した電子ビームを細く絞ってサンプルに照射する対物レンズと、
   前記対物レンズで細く絞られた電子ビームを前記サンプル上に平面走査する走査手段と、
   前記走査手段で細く絞られた電子ビームを前記サンプル上に平面走査したときに放出された２次電子あるいは反射電子あるいは両者を検出する信号検出器とを設け、
   ノイズ低減手段が、前記ノイズ低減信号検出器で検出されたノイズ低減信号をもとに前記信号検出器で検出された画像信号のノイズを低減する
   ことを特徴する電子ビームノイズ低減方法。

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