JP6310961B2 - 複合荷電粒子線装置および荷電粒子検出器 - Google Patents

複合荷電粒子線装置および荷電粒子検出器 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子線を試料に照射する機構と、試料から放出された荷電粒子を検出する機構と、を備えた荷電粒子線装置に関する。
FIB-SEM装置は、ナノレベルの加工が可能な集束イオンビーム（FIB）とナノレベルの観察が可能な走査型電子顕微鏡（SEM）を備えており、半導体分野、材料分野およびバイオ分野などの様々な分野で用いられている。FIB-SEM装置の最も大きな特徴は、FIBによって加工された断面をその場でSEM観察できる点にある。これにより、FIB加工を高精度にコントロールすることができる。例えば、半導体デバイスの不良解析の場合、特定の断面でFIB加工を停止することが容易になる。
特開2005-108545（特許文献１）には、特定のエネルギーの光電子を得て結合状態の情報を得るＸ線光電子分光法と電子顕微鏡とを融合させた光電子顕微鏡あるいは励起２次イオンを画像符号源とする２次イオン並びに電子顕微鏡において、放射光の波長変調により結像光学系の色収差を利用して焦点位置を高速変化（変調）させる方法、レンズ系を高速変化（変調）させる方法、および試料位置の高速変化（変調）させる方法により、球面収差を除去することを開示する。
また、特開昭58-158848（特許文献２）には、ライトガイドと、ライトガイドの電子入射面に形成された発光スペクトルの異なる材料から成る２層のシンチレータと、ライトガイドの出射側に設置される各シンチレータからの光を分離するための分光手段と、分離された光をそれぞれ検出するための光電検出手段とを備えることにより、２次電子と反射電子を同時に検出することができる電子検出器を開示する。
また、特開平9-161712（特許文献３）には、イオンビームによって試料を加工する観察装置において、電子ビームを試料に照射することによって得られる反射電子を選択し検出する手段を備えることを開示する。イオンビームの照射によって発生した２次電子と電子ビーム照射により発生した２次電子は区別できないが、電子ビームの弾性散乱作用で戻ってきた反射電子は、上記の２次電子に比して高いエネルギーを持っているので、このエネルギー差により、反射電子と２次電子は区別でき、イオンビームによる加工中に加工を中断することなく試料の形状が変更していく様子が観察できるようになったと説明されている。
特開2005-108545号公報 特開昭58-158848号公報 特開平9-161712号公報
しかし、FIB加工とSEM観察は、通常、分けて行われる。これは、イオンビーム照射によって試料から放出される二次電子と、電子ビーム照射によって試料から放出される二次電子など、同じ種類の荷電粒子を分離することが困難なためであると本願発明者は考えた。
本発明の目的は、複数の荷電粒子線を同時に試料に照射した場合に、ある特定の荷電粒子線に起因する信号を抽出することに関する。例えば、FIB-SEM装置において、イオンビーム照射に起因する二次電子信号と電子ビーム照射に起因する二次電子信号を分離することに関する。
本発明は、荷電粒子線の照射条件を高速に変調し、変調周期と同期した信号を検出することに関する。
また、本発明は、発光特性の異なる２種類以上の蛍光体からの発光を分光して各々の信号強度を検出し、第一の荷電粒子線のみを試料に照射したときの第一の信号強度と、第二の荷電粒子線のみを試料に照射したときの第二の信号強度の比率を設定する機構との比率にもとづき信号を処理することに関する。
本発明により、複数の荷電粒子線を試料に同時照射した場合においても、所望の荷電粒子線に起因する信号のみを抽出することが可能となる。例えば、FIB-SEM装置において、二次電子を用いたFIB加工中のSEM観察が可能となる。
実施例１にかかる荷電粒子線装置の概略図 照射条件を変調しない場合の信号検出例 照射条件を変調した場合の信号検出例 実施例１にかかる制御画面例 実施例１にかかる制御画面例 実施例２にかかる複合荷電粒子線装置の概略図 分光機能搭載荷電粒子検出器の概略図 分光機能搭載荷電粒子検出器による信号検出例 実施例２にかかる制御画面例
実施例では、第一の荷電粒子線を試料に照射する第一の荷電粒子線カラムと、第二の荷電粒子線を試料に照射する第二の荷電粒子線カラムと、試料から放出された荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、前記荷電粒子検出器からの信号をもとに画像を出力する画像表示機構と、を備える複合荷電粒子線装置において、第一の荷電粒子線の照射条件を第一の荷電粒子線の走査周期よりも早い周期で変調する変調機構と、前記変調機構による変調周期を制御する制御器と、前記変調周期と同期した信号を検出する検出機構とが、備え、前記変調周期と同期した信号を検出することにより、第一の荷電粒子線に起因する信号を第二の荷電粒子線に起因する信号と分離して検出することを開示する。
また、実施例では、荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線カラムと、試料から放出された荷電粒子を検出する検出器とを備える荷電粒子線装置において、荷電粒子線の照射条件を荷電粒子線の走査周期よりも早い周期で変調する変調機構と、前記変調機構による変調周期を制御する制御器と、前記変調周期と同期した信号を検出する検出機構とが、備えられていることを開示する。
また、実施例では、前記変調機構として、荷電粒子線をブランキングする機構が、備えられていることを開示する。
また、実施例では、前記変調機構として、荷電粒子線の照射電流量を第一の荷電粒子線の走査周期よりも早い周期で変調する機構が、備えられていることを開示する。また照射電流量の変調幅および周期を制御するためのコントローラまたはGUI画面 を備えることを開示する。
また、実施例では、前記変調機構として、荷電粒子線の照射エネルギーを第一の荷電粒子線の走査周期よりも早い周期で変調する機構が、備えられていることを開示する。また、変調する荷電粒子線の照射エネルギー幅および周期を制御するためのコントローラまたはGUI画面を備えることを開示する。
また、実施例では、前記荷電粒子線を試料に集束するレンズを備え、前記レンズの焦点位置を前記変調周期と同期して変化させることを開示する。
また、実施例では、前記試料を搭載する試料ステージを備え、前記試料ステージの位置を前記変調周期に同期して変化させることを開示する。
また、実施例では、前記変調周期を自動で探索する機能を実行するボタンが、コントロールパネルまたはGUI画面上に備えられていることを開示する。
また、実施例では、ある定められたマウス操作がGUI画面上の特定の部分で行われることにより、前記変調周期を自動で探索する機能が、実行されることを開示する。
また、実施例では、荷電粒子線をブランキングする周期を制御するためのコントローラまたはGUI画面 を備えることを開示する。
また、実施例では、前記変調周期の波形を選択するGUI画面を備えていることを開示する。
また、実施例では、前記変調周期を、試料に照射する荷電粒子線の走査周期を基準に設定するためのGUI画面を備えていることを開示する。
また、実施例では、前記変調周期の波形形状を表す模式図がGUI画面に表示されることを開示する。
また、実施例では、第一の荷電粒子線を試料に照射する第一の荷電粒子線カラムと、第二の荷電粒子線を試料に照射する第二の荷電粒子線カラムと、試料から放出された荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、前記荷電粒子検出器からの信号をもとに画像を出力する画像表示機構と、を備える複合荷電粒子線装置において、前記荷電粒子検出器が、発光特性の異なる2種類以上の蛍光体を有する荷電粒子受光面と、前記荷電粒子受光面に電圧を印加する機構と、前記蛍光体からの発光を分光する分光機構と、分光後の各々の信号強度を検出する検出機構と、を有しており、第一の荷電粒子線のみを試料に照射したときの第一の信号強度の比率を設定する機構と、第二の荷電粒子線のみを試料に照射したときの第二の信号強度の比率を設定する機構と、前記第一および第二の信号強度の比率にもとづき前記検出器からの信号を処理する演算器と、を備えていることを開示する。
また、実施例では、前記荷電粒子受光面に、発光特性の異なる2種類以上の蛍光粒子が混合された複合蛍光体が用いられていることを開示する。
また、実施例では、前記演算器を用いて、第一の荷電粒子線と第二の荷電粒子線を同時に試料に照射した場合における、前記第一の荷電粒子線に起因する信号強度を算出し、画像を表示することを開示する。
また、実施例では、前記分光後の各々の信号強度から、各信号強度の比率を取得することを開示する。
また、実施例では、GUI画面上で、信号強度の比率を求める領域を指定し、指定した領域において各信号強度の比率を取得することを開示する。
また、実施例では、信号強度の比率の変動量にもとづいて、前記受光面印加電圧を自動設定する機能を備えることを開示する。
また、実施例では、前記受光面印加電圧を自動設定する機能を実行するボタンが、コントロールパネルまたはGUI画面上に備えられていることを開示する。
また、実施例では、ある定められたマウス操作がGUI画面上の特定の部分で行われることにより、前記受光面印加電圧を自動設定する機能が、実行されることを開示する。
また、実施例では、前記取得した信号強度の比率が、GUI画面に表示されることを開示する。
また、実施例では、発光特性の異なる2種類以上の蛍光体を有する荷電粒子受光面と、前記荷電粒子受光面に電圧を印加する機構と、前記蛍光体からの発光を分光する分光機構と、分光後の各々の信号強度を検出する検出機構と、各々の信号強度を個々に増幅する可変増幅器と、各々の増幅率を設定する増幅率入力機構と、増幅後の信号強度の差を求める減算器と、減算後の信号を出力する信号出力機構と、を備える荷電粒子線検出器を開示する。また、前記荷電粒子受光面に、発光特性の異なる2種類以上の蛍光粒子が混合された複合蛍光体が用いられていることを開示する。
以下、上記およびその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。尚、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。
図1は、本実施例における荷電粒子線装置の概略図である。図1において、荷電粒子線装置は、イオンビームカラム101aと、イオンビームカラム101aを制御するためのイオンビームカラム制御器131と、電子ビームカラム102aと、電子ビームカラム102aを制御するための電子ビームカラム制御器132と、試料103を載置することが可能な試料ステージ104と、試料ステージ104を制御する試料ステージ制御器134と、試料ステージ104が内部に配置されている試料室105と、電子ビーム102bまたはイオンビーム101bを試料103に照射した際に発生する荷電粒子を検出するための荷電粒子検出器106、107と、荷電粒子検出器106、107を各々制御する検出器制御器136、137と、X線検出器109と、X線検出器を制御するX線検出器制御器139と、荷電粒子線装置全体の動作を制御する統合コンピュータ130と、オペレータが照射条件や試料ステージの位置といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）151と、1つまたは複数のディスプレイ152とを備えている。ディスプレイ152には、装置をコントロールするためのGUI画面153や装置の状態、および取得した情報（画像を含む）等が表示される。尚、装置の状態や取得した情報等は、GUI画面153に含まれてもよい。
イオンビームカラム101aは、イオンビームを発生するためのイオン源、イオンビームを集束するためのレンズ、およびイオンビームを走査し、シフトするための偏向系など、FIBに必要な構成要素を全て含んだ系である。また、電子ビームカラム102aは、電子ビームを発生するための電子源、電子ビームを集束するためのレンズ、電子ビームを走査し、シフトするための偏向系など、SEMに必要な構成要素に加え、電子ビームの照射エネルギーを高速に変調することができる照射エネルギー変調電源110と、照射エネルギー変調電源を制御する照射エネルギー変調電源制御器140と、電子ビームを高速にブランキングすることができるブランキング偏向器111と、ブランキング偏向器111を制御するブランキング制御器141と、電子ビームの電流量を高速に変調するための電流制御レンズ112と、電流制御レンズを制御するレンズ制御器142と、電流制御絞り113とを備えている。尚、照射エネルギー変調電源制御器140、ブランキング制御器141、およびレンズ制御器142は、電子ビームカラム制御器132に含まれていてもよい。尚、電流量の変調は、電流制御絞り113を通過する電子の量を電流制御レンズによってコントロールすることで実現される。また、電流制御レンズは、磁場レンズであってもよいし、静電レンズであってもよい。
そして、イオンビームカラム101aと電子ビームカラム102aは、試料室105に搭載され、イオンビームカラム101aを通過したイオンビーム101bと電子ビームカラム102aを通過した電子ビーム102bは、主にイオンビームカラムの光軸101cと電子ビームカラムの光軸102cとの交点（クロスポイント171）にフォーカスされる。また、イオンビーム101bは、一般にガリウムイオンが使用されるが、加工する目的においてイオン種は問わない。また、イオンビームは、集束イオンビームに限られず、ブロードなイオンビームでもよい。
尚、本実施例では、イオンビームカラム101aを垂直配置し、電子ビームカラム102aを傾斜配置しているが、これに限られず、イオンビームカラム101aを傾斜配置し、電子ビームカラム102aを垂直配置してもよい。また、イオンビームカラム101aと電子ビームカラム102aの双方を傾斜配置してもよい。また、ガリウム集束イオンビームカラム、アルゴン集束イオンビームカラム、及び電子ビームカラムを備えた、トリプルカラム構成としてもよい。
試料ステージ104は、平面移動や回転移動が可能である。また、イオンビームの加工や観察に必要な箇所をイオンビーム照射位置に移動させたり、電子ビームによる観察位置に移動させたりもできる。
各検出器制御器136、137は、検出信号を演算処理し、画像化する回路または演算処理部を備える。尚、荷電粒子検出器106、107には、電子だけでなくイオンの検出も可能な複合荷電粒子検出器を用いてもよい。
試料室105には、上記以外にも、保護膜作製やマーキングに使用されるガスデポジションユニット、試料の特定箇所をピックアップするマイクロサンプリングユニットなどが搭載されている。そして、デポジションユニット、及びマイクロサンプリングユニットといった各駆動機構も制御器を各々に持つ。保護膜作製やマーキングに使用されるガスデポジッションユニットは、荷電粒子ビームの照射により堆積膜を形成するデポガスを貯蔵し、必要に応じてノズル先端から供給することができる。FIBによる試料の加工や切断との併用により、試料の特定箇所をピックアップするマイクロサンプリングユニットは、プローブ駆動部によって試料室105内を移動できるプローブを含む。プローブは、試料に形成された微小な試料片を摘出したり、試料表面に接触させて試料へ電位を供給したりすることに利用される。さらに、試料室105には、コールドトラップや光学顕微鏡などを搭載してもよい。また、試料室105には、荷電粒子検出器107以外の検出器として、三次電子検出器、STEM検出器、後方散乱電子検出器、および低エネルギー損失電子検出器などの検出器を搭載してもよい。さらに、X線検出器109の他に質量分析器などを搭載してもよい。また、統合コンピュータ130および各制御器は、互いに通信可能である。
荷電粒子線に変調を加えることの技術的効果を説明する。
電子ビームの照射電流量に変調を加えると、試料から放出される荷電粒子量も同じ周期で変調される。従って、電子ビームおよびイオンビームの走査周期よりも十分速い周期で照射電流量を変調した場合には、照射電流量の変調周期と同一周期で変化する信号強度の振幅を検出することにより、電子ビームに起因する信号のみを抽出することができる。この点について、図2および図3を用いて説明する。図2は、電子ビームおよびイオンビームともに変調を加えなかった場合の信号検出例である。図2(a)の下段は、イオンビームのスキャンステップを表しており、1つのステップが1画素に相当する。図2(a)の上段は、イオンビーム起因の信号を表しており、試料上の照射位置が移動したタイミング、すなわち、下段のスキャンステップが変化するタイミングで信号強度も変化する。一方、図2(b)の下段は、電子ビームのスキャンステップを表しており、こちらも1つのステップが1画素に相当する。図2(b)の上段は、電子ビーム起因の信号を表しており、下段のスキャンステップが変化するタイミングで信号強度も変化する。図2(a)(b)に示すように、イオンビームまたは電子ビームどちらか一方の荷電粒子線しか照射されない場合は、スキャンステップと信号強度が対応しており問題なく走査像が得られる。しかし、イオンビームと電子ビームを同時に照射した場合には、図2(a)(b)の上段の和が、信号強度として検出される。図2(c)の上段は、実際に検出される信号を表しており、図2(a)(b)の上段の和となっている。また、分かり易いように、図2(c)の下段に電子ビームのスキャンステップを示す。図2(c)から、スキャンステップの変化と関係なく信号強度が変化していることが分かる。これは、イオンビーム起因の信号と電子ビーム起因の信号が混ざってしまっているためであり、この信号波形のみから電子ビーム起因の信号のみを抽出することはできない。そのため、ノイズとしてイオンビーム起因の信号が載ったSEM像となる。
次に、図３に、電流制御レンズに変調（正弦波）を加えた場合、すなわち、電子ビームの電流量に変調（正弦波）を加えた場合の信号検出例を示す。
図3(a)は、図2(a)同様、イオンビーム起因の信号強度（上段）とイオンビームのスキャンステップ(下段)を表している。図3(b)は、電子ビームの照射電流量に変調を加えた場合の電子ビーム起因の信号強度（上段）、電子ビームのスキャンステップ（中段）、変調周期（下段）を表している。この場合、信号強度は、変調のない場合の信号強度と変調周期の乗算で表される。イオンビームと電子ビームを同時に照射した場合は、図3(a)(b)の上段の和が、信号強度として検出され、図3(c)上段のよう表される。図3(c)上段の状態では、信号強度は、電子ビームのスキャンステップに関係なく変化しており、図2(c)の場合と同様、ノイズとしてイオンビーム起因の信号が載った走査電子ビーム像しか得られない。しかし、照射電子ビームの変調周期に対応したバンドパスフィルタを通すと図3(d)上段に示す信号波形となる。この、図3(d)上段の振幅の変化は、図3(d)下段に示した電子ビームのスキャンステップと対応している。これは、イオンビームと電子ビームを同時に照射した場合においても、電子ビーム起因の信号のみを抽出できることを示している。このように、複数の荷電粒子線を同時に照射した場合においても、スキャンステップよりも速い変調を荷電粒子線に加えることにより、ある特定の荷電粒子線に起因する信号のみを抽出することができる。
尚、本実施例では、電流制御レンズの変調による、対物レンズの焦点位置変動は無視できるものとして記載したが、焦点位置変動を補正する機構を備えることにより、より幅広く本手法を適応できる。例えば、電流制御レンズの変調周期と同じ周期で、対物レンズを変調させる機構や、観察対象の位置を機械的に変化させる機構を備えることにより、焦点位置補を実現できる。
また、電流制御レンズに変調を加える代わりに、照射エネルギーに変調を加える方法や、電子ビームを周期的にブランキングする方法でも同様の効果が得られる。さらに、全信号強度と抽出した信号強度の差分を求めることにより、イオンビームに起因する信号のみを取得することもできる。
尚、本実施例では、電子ビームに起因する信号を抽出したが、イオンビームに変調を加えると、イオンビームに起因する信号のみを抽出することができる。また、電子ビームカラムとイオンビームカラムを備えた系に関わらず、2つ以上の荷電粒子線カラムを備えた複合荷電粒子線装置全般に適応可能である。
また、単一の荷電粒子線照射を考えた場合には、照射荷電粒子線の変調周期とマッチする信号のみを検出することにより、照射荷電粒子線に起因しない出力、すなわち、ノイズを除去できる。これにより、像質の向上を図れる。従って本手法は、荷電粒子線装置全般に有効な手法である。
図４〜５は、本実施例にかかるＧＵＩ画面の概略図である。上記の手順を実施する際、ディスプレイ152に、図4〜5に示すような装置をコントロールするためのGUI画面、あるいは同等の機能を有するコントローラがあると便利である。すなわち、ブランキング周期、ならびに電流制御レンズの変調周期および振幅、加速電圧の変調周期および振幅などをGUI上のスライダーまたはコントローラで連続的に変化させることができると、信号強度の変化を確認しながら適切な条件に設定することができ便利である。一方、予め適切な条件が分かっている場合には、キーボードからの数値入力ができると便利である。また、SEMのスキャン速度やFIBのスキャン速度に対して相対的に変調周期を設定する方法も有効である。また、設定した変調波形がGUI上に表示されると直感的に分かりやすく、親切である。
また、出力画像に含まれる不要な信号量（本実施例であれば、SEM像中に含まれるイオンビーム起因の信号量のこと）から適切な変調周期を判断し、変調周期自動設定する機能があると便利である。また、本機能を起動する方法としては、GUI上にボタンを用意する以外にも、画像上でダブルクリックなどといった特定のマウス操作を割り当てる方法やショートカットキーを用意する方法なども有効である。
図６は、本実施例における複合荷電粒子線装置の概略図である。また、図７は、本実施例にかかる分光機能搭載荷電粒子検出器の概略図である。以下、本実施例における装置構成について、実施例１との相違点を中心に説明する。
図６において、複合荷電粒子線装置は、イオンビームカラム101aと、イオンビームカラム101aを制御するためのイオンビームカラム制御器131と、電子ビームカラム102aと、電子ビームカラム102aを制御するための電子ビームカラム制御器132と、試料103を載置することが可能な試料ステージ104と、試料ステージ104を制御する試料ステージ制御器134、試料ステージ104が内部に配置されている試料室105と、電子ビーム102bまたはイオンビーム101bを試料103に照射した際に発生する荷電粒子を検出するための分光機能搭載荷電粒子検出器706と、電子ビーム102bまたはイオンビーム101bを試料103に照射した際に発生する荷電粒子を検出するための荷電粒子検出器107と、分光機能搭載荷電粒子検出器706と荷電粒子検出器107を各々制御する検出器制御器136、137（ここで、検出器制御器136は、後述する図７の検出器制御器636と同じでも構わない。）と、X線検出器109と、X線検出器を制御するX線検出器制御器139と、複合荷電粒子線装置全体の動作を制御する統合コンピュータ130と、オペレータが照射条件や試料ステージの位置といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）151と、1つまたは複数のディスプレイ152とを備えている。
各検出器制御器136、137は、検出信号を演算処理し、画像化する回路または演算処理部を備える。尚、荷電粒子検出器106、107には、電子だけでなくイオンの検出も可能な複合荷電粒子検出器を用いてもよい。尚、本実施例では、電子ビームカラム102aにのみ分光機能搭載荷電粒子検出器706が搭載されているが、試料室105にのみ分光機能搭載荷電粒子検出器706を搭載してもよいし、電子ビームカラム102aおよび試料室105の双方に分光機能搭載荷電粒子検出器706を搭載してもよい。
また、試料室105には、荷電粒子検出器107以外の検出器として、三次電子検出器やSTEM検出器、後方散乱電子検出器、および低エネルギー損失電子検出器などの検出器を搭載してもよい。さらに、X線検出器109の他に質量分析器などを搭載してもよい。
図７において、分光機能搭載荷電粒子検出器706は、2種以上の蛍光体が混合された荷電粒子受光面602と、荷電粒子受光面602に電圧を印加する受光面用電源603と、受光面用電源を制御する受光面用電源制御器604と、蛍光体からの発光である光線610を分光する分光器605と、分光された光線611、612を検出する第1および第2のフォトディテクタ606、607と、各々のフォトディテクタを制御する第1および第2のフォトディテクタ制御器608、609と、ならびに受光面用電源制御器604やフォトディテクタ制御器608、609を統合的に制御する検出器制御器636とを備える。本実施例では、1つの分光器と2つのフォトディテクタを搭載しているが、分光した光を検出する目的において、分光器およびフォトディテクタの数は問わない。また分光機能を有する1つの撮像素子を用いても構わない。
信号強度の比率を用いた信号処理の技術的効果について説明する。
試料から放出される荷電粒子のエネルギー分布は、照射する荷電粒子線の種類やエネルギーに依存する。従って、荷電粒子受光面が、発光特性の異なる2種類以上の蛍光体から構成される場合、各々の蛍光体からの発光強度は、荷電粒子の試料照射条件、荷電粒子受光面の印加電圧、試料の形状および組成に依存する。ここで、試料から放出される荷電粒子のうち発生過程が同じものは、試料の形状および組成に依存することなく同じ比率で発生すると予想される。
従って、下記の手順により、2種類以上の荷電粒子線（ここでは、電子ビームとイオンビームとする。）を試料に照射した場合においても、所望の荷電粒子線に起因する信号のみを抽出することができる（ここでは、電子ビームに起因する信号のみ抽出することとする。）。この点について、分光機能搭載荷電粒子検出器による信号検出例である図8を用いて説明する。
（１）イオンビームを試料に照射した際、第1のフォトディテクタによって得られる信号強度と第2のフォトでディテクタによって得られる信号強度の比率が常に同じとなるように荷電粒子受光面に印加する電圧を調節する。ここで、イオンビームに起因する第一および第二のフォトディテクタの信号強度を、それぞれI1、I2とする。（図8(a)）
（２）（１）のときの信号強度の比率α（＝I2/I1）を求める。
（３）試料に電子ビームを照射する。ここで、電子ビームに起因する第一および第二のフォトディテクタの信号強度を、それぞれE1、E2とする。（図8(b)）
（４）試料にイオンビームと電子ビームを同時に照射する。
（５）イオンビームと電子ビームを試料に照射した場合に、第一および第二のフォトディテクタにより検出される信号T1、T2は以下のようになる。（図8(c)）
第一のフォトディテクタによる信号：T1=E1+I1
第二のフォトディテクタによる信号：T2=E2+I2＝E2+αI1
（６）第一のフォトディテクタによる信号T1をα倍した後、第二のフォトディテクタによる信号T2を引く。このとき、出力は以下のようになる。（図8(d)）
出力信号：Soutput= αT1-T2=(αE1+αI1)-( E2+αI1)=αE1-E2
（７）（６）の信号強度は、E1とE2で表されており、電子ビームにのみ依存する信号であることが分かる。よって、（６）の信号強度と電子ビームの走査周期からSEM像を得ることができる。
本実施例では、イオンビームに起因する信号強度の比率αのみ一定としたが、電子ビームに起因する信号強度の比率βも一定となる場合には、イオンビームに起因する信号も抽出可能となる。但し、このときα≠βである必要がある。
尚、本実施例では、イオンビームと電子ビームの同時照射において、電子ビーム由来の信号を抽出することを目的としたが、所望の荷電粒子線に起因する信号のみを抽出する目的において、試料に照射する荷電粒子線の数および種類は問わない。
図９は、本実施例にかかるＧＵＩ画面の概略図である。上記の手順を実施する際、ディスプレイ152に、図9に示すような装置をコントロールするためのGUI画面、あるいは同等の機能を有するコントローラがあると便利である。すなわち、第一および第二のフォトディテクタによる信号強度の比率による走査像を表示する機能（図9中「View area」）や、比率の平均値を表示する機能（図9中「Get」ボタン）があると便利である。また、撮影した走査像上で、所望の領域を指定（図9中「Selected area」）し、その領域の信号強度の比率の平均値を算出ことができると、余計な荷電粒子線を照射する必要がなく便利である。
また、手順(1)の荷電粒子受光面に印加する電圧の設定に関しては、ボタン一つで最も比率の変動が少ない荷電粒子受光面の電圧条件を探索する機能（図9中「Search」ボタン）があると便利である。また、本機能を起動する方法としては、GUI上にボタンを用意する以外にも、画像上でダブルクリックなどといった特定のマウス操作を割り当てる方法やショートカットキーを用意する方法なども有効である。
混合蛍光体を用いることの技術的効果について説明する。
特許文献2には、発光特性の異なる蛍光体を二層に積層した構造が示されている。この構造では異なる蛍光体を積層するために、沈殿や塗布といった積層のためのプロセスを2度行なって製造する必要があり、かつ、2度目のプロセスでは、1度目のプロセスで、すでに沈殿または塗布されている蛍光体が、再浮上や剥離等しないように注意する必要がある。しかし、混合蛍光体を用いる場合には、予め発光特性の異なる蛍光粒子を混合しておくため、通常の製造プロセスと同様のプロセスで製造することができ、製造が容易である。この点において、特許文献2に記載のものよりも優れる。
101a：イオンビームカラム
101b：イオンビーム
101c：イオンビームカラムの光軸
102a：電子ビームカラム
102b：電子ビーム
102c：電子ビームカラムの光軸
103：試料
104：試料ステージ
105：試料室
106, 107：荷電粒子検出器
109：X線検出器
110：照射エネルギー変調電源
111：ブランキング偏向器
112：電流制御レンズ
113：電流制御絞り
130：統合コンピュータ
131：イオンビームカラム制御器
132：電子ビームカラム制御器
134：試料ステージ制御器
136, 137, 636：検出器制御器
139：X線検出器制御器
140：照射エネルギー変調電源制御器
141：ブランキング制御器
142：レンズ制御器
151：コントローラ（キーボード、マウスなど）
152：ディスプレイ
153：GUI画面
171：クロスポイント
602：荷電粒子受光面
603：受光面用電源
604：受光面用電源制御器
605：分光器
606, 607：フォトディテクタ
608, 609：フォトディテクタ制御器
610, 611, 612：光線
706：分光機能搭載荷電粒子検出器

Claims (11)

  1. 第一の荷電粒子線を試料に照射する第一の荷電粒子線カラムと、第二の荷電粒子線を試料に照射する第二の荷電粒子線カラムと、試料から放出された荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、前記荷電粒子検出器からの信号をもとに画像を出力する画像表示機構と、を備える複合荷電粒子線装置において、
    前記荷電粒子検出器が、発光特性の異なる２種類以上の蛍光体を有する荷電粒子受光面と、前記荷電粒子受光面に電圧を印加する機構と、前記蛍光体からの発光を分光する分光機構と、前記分光機構によって分光された第一の光による第一の信号強度、および前記分光機構によって分光された第二の光による第二の信号強度を検出する検出機構と、を有しており、
    前記第一および第二の荷電粒子線の内、前記第二の荷電粒子線を試料に照射したときの前記第一の信号強度と前記第二の信号強度の比率にもとづいて、前記第一の荷電粒子線に起因する信号を前記第二の荷電粒子線に起因する信号と分離して検出する、複合荷電粒子線装置。
  2. 前記荷電粒子受光面に、発光特性の異なる２種類以上の蛍光粒子が混合された複合蛍光体が用いられている、請求項１記載の複合荷電粒子線装置。
  3. 前記第一および第二の荷電粒子線の内、前記第一の荷電粒子線を試料に照射したときの前記第一の信号強度と前記第二の信号強度の比率にもとづいて、前記第二の荷電粒子線に起因する信号を前記第一の荷電粒子線に起因する信号と分離して検出する、請求項１記載の複合荷電粒子線装置。
  4. 前記第一の荷電粒子線は電子ビームであり、前記第二の荷電粒子線はイオンビームである、請求項１記載の複合荷電粒子線装置。
  5. GUI画面上で、前記比率を求める領域を指定する、請求項１記載の複合荷電粒子線装置。
  6. 前記比率の変動量にもとづいて、前記電圧を自動設定する機能を備える、請求項１記載の複合荷電粒子線装置。
  7. 前記電圧を自動設定する機能を実行するボタンが、コントロールパネルまたはGUI画面上に備えられている、請求項６記載の複合荷電粒子線装置。
  8. ある定められたマウス操作がGUI画面上の特定の部分で行われることにより、前記電圧を自動設定する機能が実行される、請求項６記載の複合荷電粒子線装置。
  9. 前記比率が、GUI画面に表示される、請求項１記載の複合荷電粒子線装置。
  10. 発光特性の異なる２種類以上の蛍光体を有する荷電粒子受光面と、前記荷電粒子受光面に電圧を印加する機構と、前記蛍光体からの発光を分光する分光機構と、前記分光機構によって分光された第一の光による第一の信号強度、および前記分光機構によって分光された第二の光による第二の信号強度を検出する検出機構と、前記第一の信号強度と前記第二の信号強度の少なくともいずれかを増幅する可変増幅器と、前記可変増幅器の増幅率を設定する増幅率入力機構と、増幅後の前記第一の信号強度と前記第二の信号強度の差を求める減算機構と、を備え、
    前記減算機構の出力にもとづいて、第一の荷電粒子線に起因する信号を第二の荷電粒子線に起因する信号と分離して検出する、荷電粒子検出器。
  11. 前記荷電粒子受光面に、発光特性の異なる２種類以上の蛍光粒子が混合された複合蛍光体が用いられている、請求項１０記載の荷電粒子検出器。
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