WO2016120971A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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WO2016120971A1
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charged particle
diaphragm
particle beam
sample
aperture
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PCT/JP2015/052017
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French (fr)
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惠眞 金
大輔 備前
道夫 波田野
太田　洋也
鹿島　秀夫
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株式会社日立製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/09—Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus.
  • the charged particle beam device scans a primary charged particle beam, detects signal charged particles emitted from a sample with a detector, and forms an image with the signal of the detected signal charged particles.
  • the primary charged particle beam and the signal charged particle are both electrons are called a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM has a higher spatial resolution than optical microscopes, and its use is wide-ranging in the field of materials such as electronics and functional materials, or the field of biotechnology such as cells and pharmaceuticals.
  • These signal electrons are generally classified into low energy secondary electrons of less than 50 eV and high energy backscattered electrons of 50 eV or more.
  • the secondary electrons are emitted from the free electrons in the sample by inelastic scattering of the primary electrons and emitted into vacuum.
  • all electrons generated due to irradiation of primary electrons as secondary electrons in a broad sense are sometimes referred to as secondary electrons, in the following, electrons having an energy of less than 50 eV are referred to as secondary electrons.
  • important information may be obtained by detecting signal electrons emitted in a specific elevation range or azimuth range.
  • the distribution of the generation amount of the signal electrons follows the cosine side with respect to the elevation angle and is uniform with respect to the azimuth angle. For this reason, an SEM image in which the bottom of the high aspect structure is emphasized can be obtained by limiting the angle range of the detected signal electrons to the vicinity of the normal direction of the sample surface. Further, by detecting only in a specific azimuth angle range, an SEM image in which the unevenness of the pattern is enhanced by the shadow effect is obtained.
  • the retarding method decelerates the electrons incident on the sample by applying a negative voltage to the sample stage.
  • An electrostatic lens cathode lens
  • the deceleration electric field for the primary electrons is an acceleration electric field for the secondary electrons emitted from the sample.
  • an electrode for applying a positive voltage is inserted inside the column, the primary electrons are accelerated and passed through the objective lens, and after passing through the objective lens, decelerated to the original acceleration voltage. Since this beam booster ends near the end of the objective lens, an electrostatic lens is generated between the end of the objective lens and the sample. Similar to the retarding method, this electrostatic lens acts as a decelerating electric field for primary electrons and as an accelerating electric field for signal electrons emitted from the sample.
  • the present invention provides a technique for selecting and detecting an angle range without losing angle information (elevation angle and azimuth angle) of signal charged particles emitted from an observation sample.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • a primary charged particle beam source that emits a primary charged particle beam
  • a deflector for scanning the primary charged particle beam
  • An objective lens for focusing the primary charged particle beam on a sample, a sample stage on which the sample is mounted, a detector for detecting signal charged particles emitted from the sample, the primary charged particle beam and the signal charged particles
  • a diaphragm having at least one opening through which the aperture passes, the diaphragm being positioned between the objective lens and the sample stage, and the aperture depending on a detection angle range of the signal charged particles
  • a charged particle beam device configured to change at least one of the shape of the portion and the height of the diaphragm.
  • the angle range can be selected and detected without losing the angle information of the signal charged particles emitted from the observation sample.
  • FIG. 5 is a side sectional view of a diaphragm control mechanism used for the diaphragm of FIGS. 4A to 4D.
  • FIG. 5 is a plan view from above of a diaphragm control mechanism used in the diaphragm of FIGS. 4A to 4D.
  • FIG. 6 is a side sectional view of a diaphragm control mechanism used for the diaphragm of FIGS.
  • FIG. 6 is a plan view from above of a diaphragm control mechanism used for the diaphragm of FIGS. 6A to 6B.
  • It is a 1st example of the aperture_diaphragm
  • It is a 2nd example of the aperture_diaphragm
  • restriction which can change the hole diameter in SEM concerning 1st Example.
  • restriction which can change the hole diameter in SEM concerning 1st Example.
  • the following embodiments relate to a charged particle beam apparatus that scans a primary charged particle beam, detects signal charged particles emitted from a sample with a detector, and forms an image with the signal of the detected signal charged particles.
  • the SEM using electrons as the primary charged particle beam and the signal charged particle will be described as an example.
  • the scope of application of the present invention is not limited to the SEM, and can be applied to other charged particle beam apparatuses.
  • the effect of the present invention can be obtained even with a helium ion microscope using helium ions as the primary charged particle beam.
  • secondary electrons As described above, all electrons generated due to irradiation of primary electrons as secondary electrons in a broad sense are sometimes referred to as secondary electrons.
  • electrons having an energy of less than 50 eV are referred to as secondary electrons. Call it.
  • the effect of this invention can be acquired also when the boundary of a secondary electron and a backscattered electron is defined in other than 50 eV.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the SEM relating to the present embodiment.
  • the SEM includes an electron source (primary charged particle beam source) 101 that emits primary electrons (primary charged particle beam) 102, a deflector 117 for scanning the primary electrons 102, a booster electrode 103, and the primary electrons 102 as a sample.
  • Objective lens 104 that converges on 106, sample stage 107 on which sample 106 is mounted, detector 109 that detects secondary electrons (signal charged particles) 108 emitted from sample 106, primary electrons 102 and secondary electrons And a diaphragm 105 having an opening (hole) through which 108 passes.
  • the detector 109 includes a signal processing unit 110.
  • the aperture 105 includes an aperture control mechanism 113.
  • the SEM also includes a booster power supply 111, an objective lens power supply 112, a retarding control power supply 114, and a deflector power supply 118 as power supplies for various components.
  • the information processing unit 115 is connected to the signal processing unit 110, the aperture control mechanism 113, the booster power supply 111, the objective lens power supply 112, the retarding control power supply 114, and the deflector power supply 118.
  • the information processing unit 115 controls these components and executes various types of information processing.
  • the image display terminal 116 includes an input unit (such as a mouse and a keyboard) that performs input to the information processing unit 115 and a display unit (such as a display) that displays an output from the information processing unit 115.
  • the signal processing unit 110 and the information processing unit 115 described above may be realized using a general-purpose computer or may be realized as a function of a program executed on the computer.
  • the computer includes at least a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a storage unit such as a memory, and a storage device such as a hard disk.
  • the processing of the signal processing unit 110 and the information processing unit 115 may be realized by storing the program code in a memory and causing the processor to execute each program code. Note that part of the signal processing unit 110 and the information processing unit 115 may be configured by hardware such as a dedicated circuit board.
  • primary electrons 102 generated by the electron source 101 pass through the booster electrode 103, the deflector 117, and the objective lens 104.
  • the primary electrons 102 irradiate the sample 106 placed on the sample stage 107, whereby secondary electrons 108 are generated.
  • the objective lens 104 is driven by the objective lens power source 112, and the deflector 117 is driven by the deflector power source 118. Further, a booster electrode 103 is applied with a positive booster voltage by a booster power supply 111. A negative retarding voltage is applied to the sample stage 107 from a retarding control power source 114. The voltage applied by the booster power supply 111 and the retarding control power supply 114 is based on the ground potential. The secondary electrons 108 are accelerated by the retarding voltage.
  • the diaphragm 105 is installed between the deflector 117 and the sample 106 and between the objective lens 104 and the sample 106.
  • the stop 105 is disposed below the deflector 117 for correcting the trajectory and below the objective lens 104.
  • the accelerated secondary electrons 108 are further accelerated at the booster electrode 103 after passing through the aperture of the aperture 105. Thereafter, the accelerated secondary electrons 108 are deflected by the deflector 117 and detected by the detector 109.
  • the signal detected by the detector 109 is processed by the signal processing unit 110, and the information processing unit 115 forms an image from the information from the signal processing unit 110 and displays the image on the image display terminal 116. Thereby, the user can confirm the image formed by the signal detected by the detector 109.
  • a method of applying a positive voltage (booster voltage) to the booster electrode 103 by the booster power supply 111 and accelerating the primary electrons 102 when passing through the objective lens 104 is called a boosting method.
  • a method of decelerating the primary electrons 102 immediately above the sample 106 by applying a negative voltage (retarding voltage) to the sample 106 by the retarding control power supply 114 is called a retarding method.
  • the form of the booster electrode 103 is not limited to the configuration shown in FIG. FIG. 3 shows the overall configuration of an SEM including another form of booster electrode 103.
  • the configuration other than the booster electrode 103 is the same as that in FIG. In FIG. 1, the booster electrode 103 is installed in a space near the objective lens 104.
  • the booster electrode 103 is installed in the space from the electron source 101 to the objective lens 104. The effect of the present invention can be obtained in the configurations of both FIG. 1 and FIG.
  • the electric field formed by the booster voltage and the retarding voltage acts as an accelerating electric field for the secondary electrons 108.
  • changing the booster voltage and / or the retarding voltage affects not only the trajectory of the primary electrons 102 but also the trajectory of the secondary electrons 108.
  • the booster voltage and the retarding voltage may be positive and negative voltages of several kV, respectively.
  • the absolute value of the voltage described above is merely a typical value, and is not limited to this.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of the elevation angle ( ⁇ ) and the azimuth angle ( ⁇ ) of the secondary electrons 108.
  • the normal direction is 90 degrees and the horizontal direction is 0 degrees with respect to the sample surface.
  • the elevation angle near 90 degrees is a high angle
  • the elevation angle near 0 degrees is a base angle
  • a high angle is about 45 degrees in the intermediate zone between the angle and the base angle.
  • the azimuth angle ( ⁇ ) represents an angle in the horizontal plane of the sample 106, and the range of the azimuth angle is 0 degree to 360 degrees.
  • the objective lens 104 in FIG. 1 is preferably an out-lens type objective lens in which the elevation angle information of the secondary electrons 108 is stored.
  • the reason why the elevation angle information is stored is that the out-lens objective lens has no influence on the trajectory of the secondary electrons 108 because the leakage magnetic field on the sample is suppressed.
  • the objective lens system is not limited to the out lens type.
  • a snorkel type objective lens or an in-lens type objective lens that has a shorter focal length and a smaller spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient than the out lens and enables high-resolution observation can be used.
  • the snorkel type objective lens and the in-lens type objective lens greatly change the secondary electron trajectory under the influence of a strong leakage magnetic field. This problem can be solved by making the distance between the aperture 105 and the sample 106 extremely small and selecting the angle before the trajectory of the secondary electrons 108 changes.
  • an Everhart Thornley (ET) type detector positioned above the objective lens 104 was used.
  • the ET type detector is composed of a scintillator to which a high voltage is applied, and a photomultiplier tube that collides signal charged particles with the scintillator and converts them into photons, and multiplies the photons inside to convert them into electrical signals. Yes.
  • the signal obtained by the detector 109 is processed by the signal processing unit 110.
  • Information obtained as a result of processing in the signal processing unit 110 is displayed as a scanned image (SEM image) on the image display terminal 116 via the information processing unit 115.
  • SEM image scanned image
  • the detector 109 is not limited to an ET type detector, and may be a semiconductor detector or a Micro Channel Plate (MCP).
  • MCP Micro Channel Plate
  • the installation location of the detector 109 is not limited between the electron source 101 and the deflector 117, and may be installed between the objective lens 104 and the deflector 117.
  • the detector 109 may be installed at a position closer to the sample stage 107 than the objective lens 104 and above the diaphragm 105.
  • a diaphragm 105 is installed between the objective lens 104 and the sample 106 in order to perform angle selection detection of the secondary electrons 108 emitted from the sample 106.
  • the aperture 105 of the aperture 105 is formed in a state where the electron trajectory of the secondary electrons 108 emitted from the sample 106 is not converged due to factors such as the magnetic field of the objective lens 104. Only the secondary electrons passing through (that is, secondary electrons whose angle range is selected) 108 are detected by the detector 109.
  • the diaphragm 105 has (1) the shape (including not only the shape but also the size) of the hole (opening) of the diaphragm, and (2) at least the height of the diaphragm 105. It is configured so that one can be changed. More specifically, the user changes at least one of the hole diameter and shape of the diaphragm 105 and the distance between the diaphragm 105 and the sample 106 to change the secondary electrons 108 detected by the detector 109.
  • the angle range can be selected.
  • FIG. 4A to FIG. 4E are diagrams showing an example of the diaphragm 105 and showing the diaphragm with a fixed hole shape.
  • the diaphragms 401 to 404 have holes (openings) that define at least one range of an elevation angle and an azimuth angle.
  • SEM images can be acquired by appropriately replacing the diaphragms 401 to 404 according to the detection angle range.
  • Each of the diaphragms 401 to 404 is a thin plate-like member and has a hole through which the primary electrons 102 and the secondary electrons 108 pass.
  • the diaphragms 401 to 404 are desirably as thin as possible (for example, about 0.1 mm). This is because the secondary electrons 108 scattered on the sidewalls of the apertures 401 to 404 can be detected.
  • FIG. 4A shows an example in which the planar view size of the diaphragm 401 is larger than the planar view size of the sample 106. This is because if the size of the diaphragm 401 is small, not only the secondary electrons 108 that pass through the aperture of the diaphragm 401 but also the secondary electrons 108 that have passed outside the diaphragm 401 may be detected by the detector 109. Because.
  • the material of the stop 105 is preferably a metal.
  • molybdenum is used as the material of the diaphragm 105, but the effects of the present invention can be obtained even with other metals.
  • the secondary electrons 108 that pass near the center of the hole (opening) of the aperture 105 and the secondary electrons 108 that pass near the end of the aperture of the aperture 105 respectively pass through the opening of the aperture 105. Is different. Therefore, when the magnification of the SEM image is low, the angles detected at the center and the edge of the image are different. In order to prevent this, it is desirable that the field of view of the SEM image is about 1% of the aperture of the aperture 105. Specifically, when the aperture 105 has a hole with a hole diameter of R1.1 mm, the field of view is preferably about 11 ⁇ m.
  • a diaphragm 401 shown in FIG. 4A is a sufficiently thin plate, and has a hole 401a having an arbitrary hole diameter R at the center thereof.
  • the diaphragm 401 is installed at a distance D from the sample 106.
  • the objective lens 104 exists above the diaphragm 401.
  • the primary electrons 102 and the secondary electrons 108 pass through the holes 401a.
  • the detection angle of the secondary electrons 108 is selected within one angle range determined geometrically from the distance D and the hole diameter R. Specifically, when the distance between the objective lens 104 and the sample 106 is 4 mm, the distance between the diaphragm 401 and the sample 106 is 1.5 mm, and the hole diameter R is 1.1 mm, the elevation angle is 70 degrees to 90 degrees. Secondary electrons 108 pass through the hole 401a.
  • a diaphragm 401 having a hole diameter R ′ having a different size may be inserted into the SEM for each measurement. If only the lower limit value of the elevation angle is adjusted, the diaphragm 401 may be moved in the z-axis direction to reduce the distance between the diaphragm 401 and the sample 106.
  • the diaphragm control mechanism 113 can adjust the position of the diaphragm 401 so that the position of the center of gravity of the hole 401a of the diaphragm 401 coincides with the optical axis of the primary electrons 102.
  • 5A and 5B show an example of the aperture control mechanism 113. FIG.
  • the aperture control mechanism 113 includes a support portion 501 for attaching the aperture 401, an x-axis screw 502, a y-axis screw 504, and a z-axis screw 503. An end of the diaphragm 401 is attached to the support section 501 and the diaphragm 401 is disposed on the xy plane. By rotating the x-axis screw 502, the y-axis screw 504, and the z-axis screw 503, the support portion 501 can be moved in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.
  • the aperture control mechanism 113 described with reference to FIGS. 5A and 5B can be applied to the other apertures 402 to 404 shown in FIGS. 4B to 4D. Further, the support portion 501 of the aperture control mechanism 113 is configured such that the apertures 401 to 404 can be appropriately attached and detached in accordance with the detection angle range.
  • the 4B has a first hole 402a and a second hole 402b.
  • the first hole 402a is at the center of the diaphragm 402 and is a hole through which the primary electrons 102 pass.
  • the second hole 402b is a ring-shaped hole outside the first hole 402a.
  • the secondary electrons 108 that have passed through the space of the second hole 402 b are detected by the detector 109. Strictly speaking, secondary electrons 108 passing through the first hole 402a can also be detected by the detector 109, but the result obtained by the detector 109 is substantially in the angular range defined by the second hole 402b. Can be regarded as information.
  • the inner diameter of the ring defining the second hole 402b is 1.7 mm
  • the ring When the outer diameter of the secondary electron is 5.2 mm, the secondary electrons 108 having an elevation angle of 30 to 60 degrees can be passed through the second hole 402b.
  • the diaphragm 402 in order to change the angle range to be detected, the diaphragm 402 may be replaced with a diaphragm 402 having a hole size of another size for each measurement.
  • the angle range to be detected may be changed by moving the diaphragm 401 in the z-axis direction and changing the distance between the diaphragm 401 and the sample 106.
  • the diaphragm 402 in FIG. 4B is effective when observing the sample 106 in which the secondary electrons 108 tend to be emitted in a specific elevation range.
  • the diaphragm 401 and the diaphragm 402 described above are diaphragms that select the elevation angle of the secondary electrons 108, but a diaphragm form that selects the azimuth angle may be used.
  • 4C and 4D show stops 403 and 404 for selecting an azimuth angle.
  • the 4C has a first hole 403a and a second hole 403b.
  • the first hole 403a is at the center of the diaphragm 403 and is a hole through which the primary electrons 102 pass.
  • the second hole 403b is composed of two fan-shaped holes arranged around the first hole 402a.
  • the secondary electrons 108 within a certain azimuth angle range pass through the space of the second hole 403 b, and these secondary electrons 108 can be detected by the detector 109.
  • the diaphragm 403 in FIG. 4C is effective when observing, for example, the sample 106 having unevenness, in which the secondary electrons 108 tend to be emitted in a specific azimuth angle range.
  • the 4D has a first hole 404a and a second hole 404b.
  • the first hole 404a is at the center of the diaphragm 404 and is a hole through which the primary electrons 102 pass.
  • the second hole 404b of the diaphragm 404 is one fan-shaped hole disposed around the first hole 404a. Unlike the stop 403 in FIG. 4C, the second hole 404b can pass the secondary electrons 108 in one azimuth angle range.
  • FIG. 6A shows an example of a diaphragm that can select the hole diameter.
  • the plate-like diaphragm 601 has a plurality of holes 601a to 601d having different diameters.
  • a desired hole diameter R is selected using the aperture control mechanism 113, and the center of the hole diameter is aligned with the center of the sample 106. Thereby, it is possible to perform observation by selecting a desired range from a plurality of detection angle ranges.
  • the distance between the objective lens 104 and the sample 106 is 4 mm
  • the distance between the diaphragm 601 and the sample 106 is 1.5 mm
  • the hole diameter R of the first hole 601a is 1.1 mm
  • the second The hole diameter R of the hole 601b is 1.7 mm
  • the hole diameter R of the third hole 601c is 3.6 mm
  • the hole diameter R of the fourth hole 601d is 8.2 mm.
  • the elevation angle of the secondary electrons 108 passing through the first hole 601a is 70 degrees to 90 degrees
  • the elevation angle of the secondary electrons 108 passing through the second hole 601b is 60 degrees to 90 degrees
  • the elevation angle of the secondary electrons 108 passing through the hole 601c is 40 degrees to 90 degrees
  • the elevation angle of the secondary electrons 108 passing through the fourth hole 601d is 20 degrees to 90 degrees.
  • the diaphragm 601 includes a shielding plate 602 for shielding three of the four holes 601a to 601d.
  • the shielding plate 602 is disposed above the diaphragm 601.
  • the shielding plate 602 is provided with a notch 602a in part when viewed in plan view.
  • the notch 602a may be formed in a shape and a planar size so that the four holes 601a to 601d are exposed.
  • FIGS. 6A and 6B are examples of the aperture control mechanism 113 used for the apertures in FIGS. 6A and 6B where the hole diameter can be selected.
  • the aperture control mechanism 113 includes a rotation mechanism for selecting a hole having a desired hole diameter R among the plurality of holes 601a to 601d.
  • FIG. 7A and FIG. 7B the same number is attached
  • the aperture control mechanism 113 includes a support portion 501, an x-axis screw 502, a y-axis screw 504, a z-axis screw 503, a rotation shaft 701, and a ⁇ -axis screw 702.
  • the diaphragm 601 is attached to the rotary shaft 701 and is disposed on the XY plane.
  • the rotating shaft 701 is connected to a ⁇ -axis screw 702.
  • the end of the shielding plate 602 is attached to the support portion 501, and the shielding plate 602 is disposed above the diaphragm 601. According to the above configuration, the diaphragm 601 rotates about the rotation shaft 701 on the XY plane by turning the ⁇ -axis screw 702.
  • one of the four holes 601a to 601d is sequentially exposed to the notch 602a of the shielding plate 602.
  • the user may stop the rotation of the ⁇ -axis screw 702 when a hole having a desired hole diameter R is exposed to the notch 602a of the shielding plate 602.
  • the support portion 501 can be moved in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.
  • 602 can be moved in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.
  • the advantage of the diaphragm 601 is that it is not necessary to open the sample chamber to the atmosphere in order to change the hole diameter R unlike the diaphragm 401 shown in FIG. 4A. That is, by using the diaphragm 601, a desired hole diameter R can be selected from a plurality of different hole diameters without opening the sample chamber to the atmosphere. However, when the center of one hole having the hole diameter R is aligned with the center of the sample 106 to be observed, the secondary electrons 108 that have passed through the adjacent hole may be detected. This problem can be solved by the shielding plate 602. By using the shielding plate 602, when one hole is selected, the remaining plurality of holes are closed. Therefore, the secondary electrons 108 can be prevented from passing through a plurality of adjacent holes.
  • the secondary electrons 108 passing through the fourth hole 601d are detected by the detector 109, but the first to third holes 601a to 601a to 601d are used. Since 601c is blocked by the shielding plate 602, the secondary electrons 108 cannot pass through them.
  • the shape of the diaphragm 601 is not limited to a square.
  • a plate-like member may be provided with a plurality of holes (openings) having different hole diameters.
  • the diaphragm 601 may be attached to the support portion 501, and the shielding plate 602 may be attached to the rotating shaft 701. In this case, the shielding plate 602 rotates. Further, the shielding plate 602 may be disposed closer to the sample 106 than the diaphragm 601.
  • FIG. 8A to FIG. 8C show examples of a diaphragm that can change the hole diameter while the position of the diaphragm is fixed.
  • the diaphragm control mechanism 113 controls the diaphragms 801 to 803 in FIGS. 8A to 8C, so that the desired hole diameter R can be changed according to the detection angle range with the positions of the diaphragms 801 to 803 being fixed.
  • the advantages of the apertures 801 to 803 in FIGS. 8A to 8C are that an SEM image can be acquired while changing the hole diameter R, and the user can confirm the change of the SEM image according to the change of the hole diameter R on the screen. it can.
  • first plate member 801a includes a first plate member 801a and a second plate member 801b arranged so as to overlap each other.
  • Each of the first plate member 801a and the second plate member 801b has a quadrangular shape and includes a notch on one side.
  • a portion surrounded by the notch portions of the first plate member 801a and the second plate member 801b is a quadrangular hole having a hole diameter R.
  • the size of the hole diameter R is changed using the first plate member 801a and the second plate member 801b.
  • the hole diameter R decreases as the first plate member 801a and the second plate member 801b approach each other, and the hole diameter R increases as the first plate member 801a and the second plate member 801b move away from each other. .
  • both the first plate member 801a and the second plate member 801b can move to adjust the size of the hole diameter R, only one of them can move to adjust the size of the hole diameter R.
  • FIG. 9 shows an example of the diaphragm control mechanism 113 for driving the diaphragm 801.
  • the same number is attached
  • the aperture control mechanism 113 includes a drive mechanism for moving the first plate member 801a and the second plate member 801b.
  • the support portion 501 is extended in the X direction (left direction in the drawing), and a reverse screw 902 is attached to the extended portion.
  • the reverse screw 902 has two types of tapered portions 902a and 902b, and is connected to the ⁇ -axis screw 901.
  • the first plate member 801a is connected to the first taper portion 902a of the reverse screw 902, and the second plate member 801b is connected to the second taper portion 902b of the reverse screw 902.
  • the first plate member 801a moves to the left, and the second plate member 801b moves to the right.
  • the first plate member 801a moves to the right and the second plate member 801b moves to the left. Therefore, it is possible to change only the hole diameter R without changing the center of gravity position of the hole of the aperture 801 only by rotating the ⁇ -axis screw 901.
  • the position of the diaphragm 801 can be moved in the x-axis, y-axis, and z-axis directions by rotating the x-axis screw 502, the y-axis screw 504, and the z-axis screw 503.
  • the angle range and R required by the user are calculated in advance, and the first plate member 801a is calculated. It is necessary to design the second plate member 801b.
  • Each of the first to fourth plate members 802a to 802d has a shape in which one apex portion of a quadrangle is cut out, and a portion surrounded by the cut out portions is a quadrangular hole having a hole diameter R.
  • An advantage of the diaphragm 802 is that an arbitrary rectangular hole other than a square can be formed by independently moving each of the first to fourth plate members 802a to 802d in the x and y directions. .
  • the aperture control mechanism 113 for the aperture 802 can be mounted with the same configuration as in FIG.
  • the aperture control mechanism 113 includes a drive mechanism that moves each of the first to fourth plate members 802a to 802d independently in the x direction and the y direction.
  • the fourth plate member 802d is moved with the first to third plate members 802a to 802c fixed as required.
  • the size of the first to fourth plate members 802a to 802d in plan view needs to be sufficiently larger than the observation sample.
  • the hole diameter R can be changed by moving the five diaphragm blade members 803a to 803e like the diaphragm of the camera.
  • the diaphragm blade members 803a to 803e have curved portions at least at the inner edges, and a portion surrounded by the curved portions is a substantial circle or ellipse having a hole diameter R.
  • the outer edges of the diaphragm blade members 803a to 803e may be curved portions.
  • the shape formed by the curved portions of the inner edges of the five aperture blade members 803a to 803e is not a perfect circle. Therefore, although the angular resolution may be lower than that of the diaphragm 401 shown in FIG. 4A, the configuration of FIG. 8C has an advantage that a continuous SEM image can be acquired while maintaining a shape close to a circle.
  • 8C includes five diaphragm blade members 803a to 803e, but the number of blade members is not limited to five.
  • the larger the number of wing members the closer the shape of the hole formed by the inner edges thereof to a circle.
  • the aperture control mechanism 113 for the aperture 803 is the same as the mechanism for moving the aperture of the camera.
  • the five diaphragm blade members 803a to 803e are arranged on a ring-shaped substrate.
  • the substrate is provided with guide grooves along the movement locus of each wing member, and each wing member and the guide groove are connected by a guide member such as a pin.
  • each wing member can be opened and closed by moving each wing member by a driving ring provided on the substrate.
  • the mechanism for driving the diaphragm blade member is not limited to this, and other known shutter mechanisms may be applied.
  • the angles of the secondary electrons 108 passing through the diaphragms shown in FIGS. 4A to 4D, FIGS. 6A, and 8A to 8C are the working distance (WD, the distance between the sample 106 and the objective lens 104) and the distance D (the diaphragm 105 and the sample 106). (Distance) may be fixed to a certain value and selected.
  • the method of changing the hole diameter R of the diaphragm 105 is used to set an arbitrary detection angle.
  • the same effect can be obtained by fixing the hole diameter R and changing the distance D.
  • the secondary electrons 108 passing through the diaphragm can select a range from a high angle to a low angle. Specifically, when the hole diameter R is 1.7 mm, when D is changed from 0.1 mm to 5.0 mm, the minimum elevation angle of the secondary electrons 108 that pass through the aperture of the aperture changes from 7 degrees to 80 degrees (maximum). Is always 90 degrees). Such an effect applies to all aperture shapes listed above.
  • the diaphragm control mechanism 113 has a drive mechanism for changing the distance D by moving the position of the diaphragm 105 in the same direction (z direction) as the optical axis of the primary electrons 102. .
  • the detector 109 shown in FIG. 1 needs to detect the secondary electrons 108 that have passed through the diaphragm 105.
  • the secondary electrons 108 that have passed through the diaphragm 105 are accelerated by the electric field between the booster electrode 103 and the diaphragm 105 and pass through the objective lens 104. Therefore, it is necessary to install the detector 109 on the electron source 101 side with respect to the objective lens 104.
  • an Everhart Thornley (ET) type detector can be used.
  • the ET type detector includes a scintillator to which a positive high voltage is applied, a light guide for taking out photons generated when signal charged particles collide with the scintillator, and a photomultiplier tube for converting photons into electric signals. It consists of and.
  • the secondary electrons 108 that have passed through the objective lens 104 are attracted to and detected by a scintillator to which a positive voltage has been applied.
  • the ExB deflector 1001 is an optical element in which the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other, and the magnitudes of the electric field and the magnetic field are set so that the primary electrons 102 are not deflected.
  • the secondary electrons 108 traveling in the direction opposite to the primary electrons 102 are deflected by the electric and magnetic fields described above and are deflected to the detector 109 side.
  • a positive voltage to the grid 1002 an electric field is generated between the grounded counter electrode 1003 and a magnetic field is generated by passing a current through the coil 1004.
  • FIG. 11 shows a configuration of a detector using a conversion plate.
  • the conversion plate 1101 is disposed above the detector 109 and has a hole for allowing the primary electrons 102 to pass therethrough.
  • the tertiary electrons 1102 generated due to the collision of the secondary electrons 108 with the conversion plate 1101 are drawn into the detector 109 by the ExB deflector 1001.
  • the electric field and magnetic field of the ExB deflector 1001 are set to a condition in which the primary electrons 102 are not deflected.
  • the energy of the tertiary electrons 1102 is smaller than that of the primary electrons 102, detection is performed. It is deflected to the side of the instrument 109.
  • the configuration shown in FIG. 11 is effective when the energy of the secondary electrons 108 is high, for example, when the retarding method is used.
  • the detector 109 is not limited to the ET type detector, and may be a semiconductor detector or a Micro Channel Plate (MCP).
  • the installation location of the detector 109 is not limited between the electron source 101 and the deflector 117, but is installed between the objective lens 104 and the deflector 117, or on the sample stage 107 side with respect to the objective lens 104. May be. Further, a semiconductor detector or MCP may be installed instead of the conversion plate 1101.
  • the signal obtained by the detector 109 is processed by the signal processing unit 110.
  • the image signal obtained by the processing is displayed on the image display terminal 116 via the information processing unit 115.
  • the user can select appropriate information using the input unit of the information processing unit 115 and cause the image display terminal 116 to display the selected information.
  • FIG. 12 is a flowchart for taking an SEM image while changing the hole diameter R of the aperture 105 and changing the angle of the secondary electrons 108 emitted from the sample 106 using the aperture 105.
  • the sample 106 is introduced into the SEM (S1201).
  • the sample 106 is moved to a desired observation position while viewing the SEM image, focus adjustment and astigmatism adjustment are performed, and WD and distance D are set (S1202).
  • an SEM image of the sample 106 is acquired (S1203).
  • the diaphragm 105 is inserted between the sample 106 and the objective lens 104 (S1204).
  • focus adjustment and astigmatism adjustment are performed (S1205).
  • the aperture control mechanism 113 is used to align the center of the aperture 105 with the center of the observation position (S1206). Thereafter, an SEM image is acquired (S1207).
  • the diaphragm 105 is taken out (S1208).
  • the process returns to step S1202 and after changing WD or distance D, the remaining steps are executed. Thereby, the SEM images before and after the change of the detection angle range can be compared. If the WD and the distance D are not changed, the observation is terminated as it is (S1209).
  • FIG. 13 shows an example of a GUI screen for performing settings necessary for the user to perform angle selection detection.
  • the GUI screen of FIG. 13 is displayed on the image display terminal 116, and the user can make settings on the GUI screen using an input unit (mouse, keyboard, etc.).
  • an input unit mouse, keyboard, etc.
  • the GUI screen 1301 is roughly divided into a part for setting and displaying various parameters and a part for displaying an image.
  • basic conditions such as acceleration voltage are input to the optical condition input unit 1304.
  • the subsequent setting differs depending on whether the user moves the distance D to select an angle or changes the hole diameter R to select an angle.
  • the user When the angle D is selected by moving the distance D, the user inputs the values of the hole diameter R and WD of the diaphragm 105 inserted in the SEM to the hole diameter input unit 1305 and the WD input unit 1307, respectively, and detects the angle to be detected. The range is input to the detection angle input unit 1306.
  • the information processing unit 115 determines an appropriate distance D based on the input information.
  • the information processing unit 115 inputs information on the determined distance D to the aperture control mechanism 113, and the aperture control mechanism 113 moves the aperture 105 to the position of the determined distance D.
  • An SEM image acquired under these conditions is displayed on the SEM image display unit 1303.
  • the user When selecting the angle by changing the hole diameter R using the aperture 105 that can change the hole diameter R, the user inputs the values of WD and distance D to the WD input unit 1307 and the distance D input unit 1308, respectively, and detects them.
  • the desired angle range is input to the detection angle input unit 1306.
  • the information processing unit 115 determines an appropriate hole diameter R based on the input information.
  • the information processing unit 115 inputs information on the determined hole diameter R to the aperture control mechanism 113, and the aperture control mechanism 113 controls the aperture 105 so that the determined hole diameter R is obtained.
  • An SEM image acquired under these conditions is displayed on the SEM image display unit 1303.
  • the WD, the distance D, and the hole diameter R are displayed on the WD input unit 1307, the distance D input unit 1308, the hole diameter input unit 1305, and the positional relationship display unit 1302 on the GUI screen 1301, and these displays are displayed by the user. Can be confirmed.
  • the GUI screen 1301 it is possible to change at least one of the shape of the opening of the diaphragm 105 and the height of the diaphragm 105 in accordance with information input to the GUI screen 1301. Further, the user can check the SEM image of the selected detection angle range while changing the detection angle range.
  • the present embodiment by limiting the angle of the signal charged particles with the diaphragm 105 before passing through the objective lens, only the secondary electrons 108 in a specific angle range can be detected. For example, secondary electrons in a specific angle range cannot be discriminated due to the influence of the magnetic field of the objective lens in the objective lens or at a position above the objective lens. On the other hand, since the present embodiment discriminates the angle before passing through the objective lens, the angle information (elevation angle and azimuth angle) of the signal charged particles emitted from the observation sample is not lost. A range can be selected and detected.
  • This embodiment can provide an SEM that can selectively detect signal charged particles, particularly low-energy secondary electrons 108, with high angular resolution and high spatial resolution.
  • the boosting method is effective for obtaining a high spatial resolution, but the electric field generated by the booster voltage exerts a converging action on the secondary electrons 108. That is, when the diaphragm 105 is not used, there is a possibility that the angle information when the secondary electrons 108 are emitted from the sample 106 is lost when the secondary electrons 108 are accelerated by the booster voltage. However, when the diaphragm 105 is installed between the objective lens 104 and the sample 106, the secondary electrons 108 that have passed through the diaphragm 105 have already known the emission angle. Has no effect.
  • this embodiment can obtain a high spatial resolution with respect to the retarding method.
  • the secondary electrons 108 are accelerated at the same time as the primary electrons 102 are decelerated by the retarding voltage. Therefore, when no voltage is applied to the diaphragm 105, the secondary electrons 108 are deflected between the diaphragm 105 and the sample 106, and the angle information may be lost. Therefore, regarding this problem, it is desirable to apply a voltage having the same polarity to the diaphragm 105 and the sample 106. Note that the voltage applied to the diaphragm 105 and the sample 106 is not limited to a voltage having the same polarity.
  • FIG. 14 is an overall configuration diagram showing an outline of an SEM that does not use the boosting method and the retarding method.
  • an effect can be obtained by installing a diaphragm 105 between the objective lens 104 and the sample 106 even in an SEM in which the retarding voltage and the booster voltage are not adapted.
  • the spatial resolution of the primary electrons 102 deteriorates, but the angle of the secondary electrons 108 can be selected. Since the signal charged particles that have passed through the objective lens 104 are converged by the lens magnetic field with a rotational motion corresponding to the energy, the signal charged particles often lose angle information. According to this configuration, angle discrimination can be performed before passing through the objective lens 104, and an SEM image with angle discrimination can be obtained.
  • FIG. 15 shows the overall configuration of the SEM relating to the present embodiment.
  • the matters described in the first embodiment and not described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • the information processing unit 115 includes an image storage unit 1501 that stores SEM images.
  • the user sets the first condition (shape, hole diameter R, distance D between the diaphragm 105 and the sample 106, etc.) of the diaphragm 105, and acquires an SEM image under the first condition.
  • the first SEM image acquired under the first condition is stored in the image storage unit 1501.
  • the user sets a second condition for the aperture 105 that is different from the first condition, and acquires an SEM image under the second condition.
  • the second SEM image acquired under the second condition is stored in the image storage unit 1501.
  • the information processing unit 115 can perform arithmetic processing on a plurality of SEM images stored in the image storage unit 1501. Specifically, a differential image or a composite image of a plurality of SEM images can be created. Note that the calculation process here is not limited to the difference process and the synthesis process, and other processing processes may be performed.
  • FIG. 16 shows an example of a GUI screen for performing settings necessary for performing angle selection detection and SEM image calculation processing settings.
  • the GUI screen 1301 includes an SEM image display unit 1601 that displays a first image acquired under the first condition and a second image acquired under the second condition.
  • the GUI screen 1301 includes a calculation SEM image display unit 1602 that displays an image obtained by performing calculation processing (subtraction processing or addition processing) on the first image and the second image.
  • the calculation SEM image display unit 1602 includes a calculation setting unit 1603 for setting the type of calculation.
  • the calculation setting unit 1603 is, for example, a pull-down setting unit, and the types of calculation processing to be performed on the first image and the second image such as a difference image (AB) and a combined image (A + B). This is a setting unit that can select.
  • the first image acquired in the angle range A and the second image acquired in the angle range B are displayed on the SEM image display unit 1601.
  • a difference image (AB) is set.
  • the angle ranges A and B are settings related to the elevation angle
  • an image in which a specific elevation angle range as obtained by the diaphragm 402 shown in FIG. 4B is selected can be displayed by the subtraction process.
  • the angle ranges A and B are settings related to the azimuth angle
  • an image in which a specific azimuth angle range such as that obtained by the diaphragms 403 and 404 shown in FIGS. 4C and 4D is selected can be displayed by subtraction processing.
  • a composite image of the first image in the angle range A and the second image in the angle range B is obtained, and an image in which a plurality of angle ranges are selected can be displayed.
  • the information processing unit 115 performs calculation by assigning an arbitrary weight to each SEM image (first image, second image) when performing the above-described calculation processing. Also good.
  • arithmetic processing may be performed on three or more SEM images acquired under three or more conditions regarding the aperture 105. The values of WD, R, and D and their positional relationship can be confirmed on the positional relationship display unit 1302.
  • the user by acquiring and storing a plurality of images under a plurality of conditions related to the aperture 105, the user selects any combination from the plurality of images, and arbitrarily selects those combinations. Can be executed. Therefore, by acquiring images under a plurality of conditions in advance, the user can check the images while appropriately changing the angle range.
  • FIG. 17 shows the overall configuration of the SEM relating to the present embodiment.
  • the matters described in the above-described embodiment and not described in the present embodiment are the same as those in the above-described embodiment.
  • the boosting method used in this embodiment has the effect of improving the spatial resolution.
  • the SEM includes a tip electrode 1701 and a tip electrode power source 1702.
  • the tip electrode 1701 is located between the booster electrode 103 and the diaphragm 105.
  • the tip electrode power source 1202 can apply an arbitrary voltage to the tip electrode 1701.
  • the aperture diameter R of the aperture 105 When the aperture diameter R of the aperture 105 is small, the electric field generated by the booster voltage is shielded by the aperture 105, so that even the low-energy secondary electrons 108 have secondary electrons 108 having a wider angle than the aperture diameter R of the aperture 105. Do not pass. However, as the diameter R of the aperture 105 of the aperture 105 increases, the smaller the secondary electrons 108, the more the secondary electrons 108 are converged by the booster electric field leaking from the aperture 105 and pass through the aperture 105. This is similar to the development that occurs in a snorkel type objective lens, and the angle selection mechanism using the aperture 105 becomes a factor.
  • This problem can be solved by applying a negative voltage to the tip electrode 1701 disposed near the aperture 105 and controlling the electric field formed in the vicinity of the aperture of the aperture 105.
  • the voltage applied to the tip electrode 1701 depends on the hole diameter R of the diaphragm 105, the distance between the diaphragm 105 and the objective lens 104, and the voltage of the booster electrode. Accordingly, it is desirable that the voltage applied to the tip electrode 1701 is preset by the apparatus manufacturer as a function of the hole diameter R of the diaphragm 105, the distance between the diaphragm 105 and the objective lens 104, and the booster electrode.
  • FIG. 18 shows an example of a GUI screen for performing settings necessary for the user to perform angle selection detection.
  • the GUI screen 1301 includes a tip electrode voltage input unit 1801.
  • the user may input an arbitrary value to the tip electrode voltage input unit 1801 on the GUI screen 1301 as the voltage applied to the tip electrode 1701. Even if the voltage of the tip electrode 1701 is 0 kV, the angle selection mechanism of the diaphragm 105 is established.
  • the voltage applied to the tip electrode 1701 may be changed according to the hole diameter R of the aperture 105. It is also possible to select the angle of the secondary electrons 108 that pass through the hole diameter R by changing the voltage applied to the tip electrode 1701 while fixing the hole diameter R of the aperture 105. For example, when the voltage of the tip electrode 1701 is reduced under the condition of the hole diameter R of the same aperture 105, the elevation angle of the secondary electrons 108 can be detected up to a high angle, but when the voltage of the tip electrode 1701 is increased, it can be detected up to a middle angle. .
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment.
  • the structure of another Example can also be added to the structure of a certain Example.
  • another configuration can be added, deleted, or replaced.
  • the processing of the signal processing unit 110 and the information processing unit 115 described above can also be realized by a program code of software that realizes these functions.
  • a storage medium in which the program code is recorded is provided to the system or apparatus, and the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reads the program code stored in the storage medium.
  • the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code itself and the storage medium storing it constitute the present invention.
  • a storage medium for supplying such program code for example, a flexible disk, CD-ROM, DVD-ROM, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM Etc. are used.
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. All the components may be connected to each other.
  • Electron source 102 Primary electron 103: Booster electrode 104: Objective lens 105: Diaphragm 106: Sample 107: Sample stand 108: Secondary electron 109: Detector 110: Signal processing part 111: Booster power supply 112: Objective lens power supply 113 : Diaphragm control mechanism 114: retarding control power supply 115: information processing unit 116: image display terminal 117: deflector 118: deflector power supply 401, 402, 403, 404: diaphragm 501: support unit 502: x-axis screw 503: z Shaft screw 504: y-axis screw 601: aperture 602: shielding plate 602a: notch 701: rotating shaft 702: ⁇ -axis screws 801, 802, 803: aperture 901: ⁇ -axis screw 902: reverse screw 1001: ExB deflector 1002 : Grid 1003: Counter electrode 1004: Coil 1101: Conversion plate 1102: Tert

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

　本発明の荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線（１０２）を放出する一次荷電粒子線源（１０１）と、前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器（１１７）と、前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズ（１０４）と、前記試料（１０６）が搭載される試料台（１０７）と、前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器（１０９）と、前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも１つの開口部を有する絞り（１０５）とを備える。前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成される。　これにより、信号荷電粒子、特に低エネルギーの二次電子（１０８）を高い角度分解能で選択検出することと、高い空間分解能とを両立する荷電粒子線装置が実現できる。

Description

荷電粒子線装置
　本発明は、荷電粒子線装置に関するものである。
　荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線を走査し、試料から放出される信号荷電粒子を検出器で検出し、検出された信号荷電粒子の信号で画像を形成するものである。この荷電粒子線装置において、一次荷電粒子線と信号荷電粒子が共に電子であるものは走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と呼ばれる。
　ＳＥＭは、光学顕微鏡より高い空間分解能を有しており、その用途は、エレクトロニクスや機能性材料などの材料分野、あるいは、細胞、製薬などのバイオテクノロジー分野など広範にわたる。
　ＳＥＭでは、一次電子の試料への照射によって発生した信号電子を検出するが、検出される信号電子のエネルギーや放出角度により、得られるＳＥＭ画像のコントラストが変化する。様々な試料のＳＥＭ画像について最適なコントラストを得るため、試料から放出される信号電子の中で、コントラストに寄与する信号電子だけを選択して検出する技術に対する需要が高まっている。
　この信号電子は、通常５０ｅＶ未満の低エネルギーの二次電子と、５０ｅＶ以上の高エネルギーの後方散乱電子に大別される。二次電子は一次電子の非弾性散乱によって、試料内の自由電子が励起され、真空中に放出されたものである。広義の二次電子として一次電子の照射に起因して発生した全ての電子を二次電子と言うことがあるが、以下では、エネルギーが５０ｅＶ未満の電子を二次電子と呼ぶ。
　二次電子はエネルギーが小さいため、試料内部で発生したものは試料中で吸収され、試料表面近くで発生したものだけが表面から試料外に放出される。そのため、二次電子を検出したＳＥＭ像では試料の表面形状や電位コントラストの情報が得られる。一方、後方散乱電子は一次電子が試料中において弾性散乱又は非弾性散乱する過程で、試料表面から再放出されたものであり、エネルギー範囲は、一次電子のエネルギーを最高値として広く分布する。また、後方散乱電子を検出したＳＥＭ像では、原子番号や結晶性に依存して、試料の組成や結晶方位の情報が得られる。
　また、特定の仰角範囲や方位角範囲に放出された信号電子を検出することによって、重要な情報が得られる場合がある。平坦な試料に一次電子が垂直に入射した場合の信号電子の発生量の分布は、仰角に対してはコサイン側に従い、方位角に対しては一様分布となる。このため、検出する信号電子の角度範囲を、試料面の法線方向付近に限定して検出することにより、高アスペクト構造の底部を強調したＳＥＭ画像が得られる。また、ある特定の方位角範囲に限定して検出することにより、陰影効果によってパターンの凹凸を強調したＳＥＭ画像が得られる。
　さらに、ＳＥＭの高い空間分解能を維持したまま、試料から放出される信号電子の角度選択検出も行いたいというニーズが高まっている。一次電子の試料への入射エネルギーが低い状態で高空間分解能を得る手法として、リターディング法やブースティング法などがある。
　リターディング法は、試料台に負の電圧を印加することで試料に入射する電子を減速させる。試料台に印加された負の電圧によって試料と対物レンズとの間に静電レンズ（陰極レンズ）が形成される。その結果として球面収差と色収差を低減し、ＳＥＭ画像の質が改善される。また、一次電子に対する減速電界は、試料から放出される二次電子に対しては加速電界となる。
　また、ブースティング法は、カラム内部に正の電圧を印加する電極（ビームブースター）を挿入し、一次電子を加速した状態で対物レンズを通過させ、対物レンズ通過後に元の加速電圧まで減速させる。このビームブースターは対物レンズ終端付近で終わるため、対物レンズ終端と試料との間に静電レンズが生じる。リターディング法と同様に、この静電レンズは、一次電子に対しては減速電界として、試料から放出する信号電子に対しては加速電界として作用する。
特開平０８－１２４５１３号公報
　試料から放出される信号荷電粒子の角度選択に対するニーズが存在するが、いくつかの要因によって信号荷電粒子の角度情報が失われることがある。その要因として、対物レンズの磁場の影響により信号荷電粒子が偏向して角度情報を失う場合や、リターディング電圧やリターディング電圧による電界に起因して信号荷電粒子が角度情報を失う場合などがある。
　そこで、本発明は、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報（仰角及び方位角）を損失することなくその角度範囲を選択して検出する技術を提供する。
　例えば、上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、一次荷電粒子線を放出する一次荷電粒子線源と、前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器と、前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズと、前記試料が搭載される試料台と、前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器と、前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも１つの開口部を有する絞りとを備え、前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成される、荷電粒子線装置が提供される。
　本発明によれば、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報を損失することなくその角度範囲を選択して検出することができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
第１実施例に関わるＳＥＭの概略を示す全体構成図である。 二次電子の仰角と方位角の定義を説明する図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおけるブースター電極の別の形態（全カラム型のブースター電極）を示す図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第１の例である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第２の例である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第３の例である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が固定された絞りの第４の例である。 図４Ａ～図４Ｄの絞りに用いられる絞り制御機構の側方断面図である。 図４Ａ～図４Ｄの絞りに用いられる絞り制御機構の上方からの平面図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径を選択可能な絞りの例である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける遮蔽板の例である。 図６Ａ～図６Ｂの絞りに用いられる絞り制御機構の側方断面図である。 図６Ａ～図６Ｂの絞りに用いられる絞り制御機構の上方からの平面図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が変更可能な絞りの第１の例である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が変更可能な絞りの第２の例である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおける孔径が変更可能な絞りの第３の例である。 図８Ａの絞りに用いられる絞り制御機構の上方からの平面図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおいてＥｘＢを用いた検出器を側方から見た図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおいてＥｘＢを用いた検出器を上方から見た図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおいて変換板を用いた検出器の構成を説明する図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおいて二次電子の角度を選択してＳＥＭ画像を取得するフローチャートである。 第１実施例に関わるＳＥＭにおいて使用者が角度選択のための設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す図である。 第１実施例に関わるＳＥＭにおいてブースティング法とリターディング法を使用しないＳＥＭの概略を示す全体構成図である。 第２実施例に関わるＳＥＭの概略を示す全体構成図である。 第２実施例に関わるＳＥＭにおいて使用者が角度選択のための設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す図である。 第３実施例に関わるＳＥＭの概略を示す全体構成図である。 第３実施例に関わるＳＥＭにおいて使用者が角度選択のための設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。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、決して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。
　以下の実施例は、一次荷電粒子線を走査して試料から放出される信号荷電粒子を検出器で検出し、検出された信号荷電粒子の信号で画像を形成する荷電粒子線装置に関するものである。以下、一次荷電粒子線及び信号荷電粒子として電子を用いるＳＥＭを例に挙げて説明するが、本発明の適用範囲はＳＥＭに限定されず、他の荷電粒子線装置にも適用可能である。例えば、一次荷電粒子線としてヘリウムイオンを用いるヘリウムイオン顕微鏡でも、本発明の効果を得ることができる。
　なお、上述したように、広義の二次電子として一次電子の照射に起因して発生した全ての電子を二次電子と言うことがあるが、以下では、エネルギーが５０ｅＶ未満の電子を二次電子と呼ぶ。なお、二次電子と後方散乱電子の境界を５０ｅＶ以外に定義した場合も本発明の効果を得ることができる。
［第１実施例］
　図１は、本実施例に関するＳＥＭの全体構成を示す。ＳＥＭは、一次電子（一次荷電粒子線）１０２を放出する電子源（一次荷電粒子線源）１０１と、一次電子１０２を走査するための偏向器１１７と、ブースター電極１０３と、一次電子１０２を試料１０６上に収束させる対物レンズ１０４と、試料１０６が搭載される試料台１０７と、試料１０６から放出する二次電子（信号荷電粒子）１０８を検出する検出器１０９と、一次電子１０２及び二次電子１０８が通過するための開口部（孔）を有する絞り１０５と、を備える。
　検出器１０９は、信号処理部１１０を備える。また、絞り１０５は、絞り制御機構１１３を備える。また、ＳＥＭは、各種構成要素の電源として、ブースター電源１１１と、対物レンズ電源１１２と、リターディング制御電源１１４と、偏向器用電源１１８とを備える。
　情報処理部１１５は、信号処理部１１０、絞り制御機構１１３、ブースター電源１１１、対物レンズ電源１１２、リターディング制御電源１１４、及び偏向器用電源１１８に接続される。情報処理部１１５は、これらの構成要素を制御するとともに、各種情報処理を実行する。画像表示端末１１６は、情報処理部１１５への入力を行う入力部（マウス、キーボードなど）、及び情報処理部１１５からの出力を表示する表示部（ディスプレイなど）を備えるものである。
　上述した信号処理部１１０及び情報処理部１１５は、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。信号処理部１１０及び情報処理部１１５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。なお、信号処理部１１０及び情報処理部１１５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。
　図１において、電子源１０１で生成された一次電子１０２は、ブースター電極１０３、偏向器１１７、対物レンズ１０４を通過する。一次電子１０２は、試料台１０７上に置かれている試料１０６に照射され、それにより、二次電子１０８が発生する。
　対物レンズ１０４は対物レンズ電源１１２によって駆動し、偏向器１１７は偏向器用電源１１８によって駆動する。また、ブースター電極１０３にはブースター電源１１１により正極性のブースター電圧が印加される。また、試料台１０７にはリターディング制御電源１１４より負極性のリターディング電圧が印加される。上記ブースター電源１１１及びリターディング制御電源１１４により印加する電圧は、接地電位を基準とする。なお、二次電子１０８はリターディング電圧によって加速される。
　絞り１０５は、偏向器１１７と試料１０６との間で、かつ、対物レンズ１０４と試料１０６との間に設置されている。これを言い換えれば、絞り１０５は、軌道修正のための偏向器１１７より下側で、かつ、対物レンズ１０４より下側に配置される。
　加速された二次電子１０８は、絞り１０５の孔を通過した後に、ブースター電極１０３においてさらに加速される。その後、加速された二次電子１０８は、偏向器１１７によって偏向され、検出器１０９によって検出される。検出器１０９で検出された信号は信号処理部１１０によって処理され、情報処理部１１５が、信号処理部１１０からの情報から画像を形成し、その画像を画像表示端末１１６に表示する。これにより、検出器１０９で検出された信号で形成された画像を使用者が確認することができる。
　なお、ブースター電源１１１によってブースター電極１０３に正極性の電圧（ブースター電圧）を印加し、一次電子１０２を対物レンズ１０４通過時に加速する方法をブースティング法と呼ぶ。また、リターディング制御電源１１４によって試料１０６に負極性の電圧（リターディング電圧）を印加することで、一次電子１０２を試料１０６直上で減速する方法をリターディング法と呼ぶ。
　ブースティング法とリターディング法は、一次電子１０２を試料１０６の直前で減速することで、試料１０６と対物レンズ１０４との間に静電レンズが形成され、一次電子１０２の収差を軽減し、高い空間分解能を実現することができる手法である。
　なお、ブースター電極１０３の形態は図１の構成に限定されない。図３は、別の形態のブースター電極１０３を備えるＳＥＭの全体構成を示す。図３において、ブースター電極１０３以外の構成は図１と同様である。図１では、ブースター電極１０３が対物レンズ１０４近傍の空間に設置されている。一方、図３では、ブースター電極１０３が電子源１０１から対物レンズ１０４までの空間に設置されている。本発明の効果は、図１及び図３の両方の構成において得ることができる。
　ここで、ブースター電圧とリターディング電圧によって形成される電界は、二次電子１０８に対しては加速電界として作用する。つまり、ブースター電圧及び／又はリターディング電圧を変えると、一次電子１０２の軌道だけでなく二次電子１０８の軌道にも影響を与える。典型的には、ブースター電圧とリターディング電圧は、それぞれ、正極性と負極性の数ｋＶの電圧でよい。ただし、前述の電圧の絶対値はあくまで典型的な値であり、これに限定されない。
　図２は、二次電子１０８の仰角(θ)と方位角(φ)の定義を説明する図である。二次電子１０８の仰角(θ)については、試料面に対して法線方向を９０度、水平方向を０度とし、以降は、仰角９０度付近を高角、仰角０度付近を底角、高角と底角との間の中間帯の４５度付近を中角とする。また、方位角(φ)は試料１０６の水平面内における角度を表すものであり、方位角の範囲は０度から３６０度である。
　図１の対物レンズ１０４は、二次電子１０８の仰角情報が保存されるアウトレンズ型の対物レンズであることが望ましい。仰角情報が保存される理由は、アウトレンズ型の対物レンズは、試料上への漏れ磁場が抑制されているので、二次電子１０８の軌道に影響を与えないからである。ただし、対物レンズ方式はアウトレンズ型に限らない。例えば、焦点距離を短くしアウトレンズより球面収差係数、色収差係数が非常に小さく高分解能観察が可能なシュノーケル型対物レンズや、インレンズ型対物レンズも使用することができる。ただし、シュノーケル型対物レンズとインレンズ型対物レンズは、強い漏れ磁場の影響で二次電子軌道を大きく変化させる。この課題は、絞り１０５と試料１０６との間の距離を極めて小さくし、二次電子１０８の軌道が変化する前に角度選択を行うことで解決できる。
　図１に示した検出器１０９の構成として、対物レンズ１０４の上部に位置したＥｖｅｒｈａｒｔ　Ｔｈｏｒｎｌｅｙ（ＥＴ）型の検出器を用いた。ＥＴ型検出器は、高電圧が印加されたシンチレータと、信号荷電粒子をシンチレータに衝突させて光子に変換し、光子を内部で増倍して電気信号に変える光電子増倍管とから構成されている。検出器１０９で得られた信号は、信号処理部１１０で処理される。信号処理部１１０での処理の結果として得られる情報は、情報処理部１１５を介して画像表示端末１１６で走査像（ＳＥＭ画像）として表示される。なお、画像表示の際、使用者は情報処理部１１５の入力部を用いて適切な情報を選択し、選択した情報を画像表示端末１１６に表示させることができる。
　なお、検出器１０９は、ＥＴ型検出器に限定されず、半導体検出器、Ｍｉｃｒｏ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐｌａｔｅ（ＭＣＰ）であってもよい。また、検出器１０９の設置場所は、電子源１０１と偏向器１１７との間に限定されず、対物レンズ１０４と偏向器１１７との間に設置されてもよい。また、検出器１０９は、対物レンズ１０４より試料台１０７側で、かつ、絞り１０５よりも上側の位置に設置されてもよい。
　試料１０６から放出された二次電子１０８の角度選択検出を行うために、対物レンズ１０４と試料１０６の間に絞り１０５が設置されている。絞り１０５を対物レンズ１０４と試料１０６の間に設置することで、試料１０６から放出された二次電子１０８の電子軌道が対物レンズ１０４の磁場等の要因によって収束されない状態で、絞り１０５の孔を通過する二次電子（すなわち、角度範囲が選択された二次電子）１０８だけを検出器１０９で検出するという仕組みとなる。
　絞り１０５は、二次電子１０８の検出角度に応じて、（１）絞りの孔（開口部）の形状（形だけでなくその大きさも含む）、及び、（２）絞り１０５の高さの少なくとも一方を変化できるように構成される。より具体的には、使用者は、絞り１０５の孔径、形状、及び、絞り１０５と試料１０６との間の距離の少なくとも１つを変化させることで、検出器１０９で検出される二次電子１０８の角度範囲を選択することができる。
　図４Ａ～図４Ｅは、絞り１０５の例であり、孔の形状が固定された絞りを示す図である。絞り４０１～４０４は、仰角及び方位角の少なくとも一方の範囲を規定する孔（開口部）を有する。この例では、検出角度範囲に応じて絞り４０１～４０４を適宜取り替えてＳＥＭ画像を取得することができる。
　絞り４０１～４０４は、それぞれ、薄板状の部材であり、一次電子１０２及び二次電子１０８が通過するための孔を有する。絞り４０１～４０４の厚さはできるだけ薄い（例えば0.1mm程度）ことが望ましい。なぜなら、絞り４０１～４０４の孔の側壁で散乱された二次電子１０８が検出されうるからである。
　また、絞りの大きさ（すなわち、平面視で見たときのサイズ）は観察対象の試料１０６よりも大きいことが望ましい。図４Ａには、絞り４０１の平面視サイズが試料１０６の平面視サイズよりも大きい例が示されている。この理由は、絞り４０１の大きさが小さいと絞り４０１の孔を通過する二次電子１０８だけではなく、絞り４０１の外側を通過した二次電子１０８が検出器１０９で検出される可能性があるからである。
　また、一次電子１０２及び二次電子１０８の絞り１０５への衝突に起因する帯電を防ぐため、絞り１０５の材料は金属であることが望ましい。本実施例では絞り１０５の材料としてモリブデンを用いるが、他の金属であっても本発明の効果を得ることができる。
　また、絞り１０５の孔（開口部）の中心付近を通過する二次電子１０８と、絞り１０５の孔の端付近を通過する二次電子１０８とでは、それぞれ、絞り１０５の開口部を通過する角度が異なる。従って、ＳＥＭ画像の倍率が低い場合は、画像の中心と端で検出している角度が異なる事になる。これを防ぐためには、ＳＥＭ画像の視野は絞り１０５の孔の１％程度であることが望ましい。具体的には、絞り１０５に孔径Ｒ1.1 mmの孔がある場合、視野は11μm程度であることが望ましい。
　図４Ａに示す絞り４０１は、厚さが十分に薄い板であり、その中心に任意の孔径Ｒの孔４０１ａを有する。絞り４０１は、試料１０６から距離Ｄだけ離れた場所に設置されている。なお、図示を省略しているが、絞り４０１の上方には、対物レンズ１０４が存在する。
　一次電子１０２及び二次電子１０８は、孔４０１ａを通過することになる。絞り４０１の場合、距離Ｄと孔径Ｒとから幾何学的に決まる一つの角度範囲で二次電子１０８の検出角度を選択することになる。具体的には、対物レンズ１０４と試料１０６との間の距離が4 mm、絞り４０１と試料１０６との間の距離が1.5 mm、孔径Ｒが1.1 mmの場合、仰角が70度から90度までの二次電子１０８が孔４０１ａを通過する。他の角度範囲を検出したい場合は、別の大きさの孔径Ｒ’を有する絞り４０１を測定毎にＳＥＭに挿入してもよい。仰角の下限の値だけを調節するならば、絞り４０１をｚ軸方向に移動し、絞り４０１と試料１０６との間の距離を小さくしてもよい。
　本実施例では、絞り制御機構１１３が、絞り４０１の位置を調整して、絞り４０１の孔４０１ａの重心位置と一次電子１０２の光軸とを一致させることができる。図５Ａ及び図５Ｂは、絞り制御機構１１３の例を示す。
　絞り制御機構１１３は、絞り４０１を取付けるための支持部５０１と、ｘ軸ねじ５０２と、ｙ軸ねじ５０４と、ｚ軸ねじ５０３とを備える。絞り４０１の端部が、支持部５０１に取付けられ、絞り４０１がｘｙ平面上に配置される。ｘ軸ねじ５０２、ｙ軸ねじ５０４及びｚ軸ねじ５０３を回転させることにより、支持部５０１を、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができる。なお、図５Ａ及び図５Ｂで説明した絞り制御機構１１３は、図４Ｂ～４Ｄで示した他の絞り４０２～４０４の形態にも適用することができる。また、絞り制御機構１１３の支持部５０１は、検出角度範囲に応じて、絞り４０１～４０４を適宜着脱可能に構成される。
　図４Ａの絞り４０１の場合、光軸と近い仰角９０度からある角度までの二次電子１０８しか絞り４０１の孔４０１ａを通過できない。使用者が仰角の特定の角度範囲を検出したい場合は、図４Ｂに示す絞り４０２のような形を使用してもよい。
　図４Ｂの絞り４０２は、第１の孔４０２ａと第２の孔４０２ｂとを有する。第１の孔４０２ａは、絞り４０２の中心にあり、一次電子１０２が通過するための孔である。第２の孔４０２ｂは、第１の孔４０２ａの外側にあるリング状の孔である。この第２の孔４０２ｂの空間を通過した二次電子１０８が検出器１０９で検出される。厳密に言えば、検出器１０９では第１の孔４０２ａを通過する二次電子１０８も検出されうるが、検出器１０９で得られる結果は、実質的に第２の孔４０２ｂで規定される角度範囲の情報とみなすことができる。
　例えば、対物レンズ１０４と試料１０６との間の距離が4 mm、絞り４０２と試料１０６との間の距離が1.5 mmの場合、第２の孔４０２ｂを規定するリングの内径が1.7 mm、そのリングの外径が5.2 mmにすると、仰角が３０度から６０度までの二次電子１０８を第２の孔４０２ｂで通過させることができる。絞り４０２の場合でも、検出する角度範囲を変えるために、測定毎に、別の大きさの孔径を有する絞り４０２と交換してもよい。また、別の例として、絞り４０１をｚ軸方向に移動し、絞り４０１と試料１０６との間の距離を変化させて、検出する角度範囲を変化させてもよい。図４Ｂの絞り４０２は、二次電子１０８が特定の仰角の範囲で放出される傾向にある試料１０６を観察する際に有効である。
　上記で説明した絞り４０１と絞り４０２は、二次電子１０８の仰角を選択する形の絞りだが、方位角を選択する絞りの形態を用いてもよい。図４Ｃ及び図４Ｄは、方位角を選択する絞り４０３、４０４を示す。
　図４Ｃの絞り４０３は、第１の孔４０３ａと第２の孔４０３ｂとを有する。第１の孔４０３ａは、絞り４０３の中心にあり、一次電子１０２が通過するための孔である。第２の孔４０３ｂは、第１の孔４０２ａを中心として配置された２つの扇形の孔で構成される。第２の孔４０３ｂの空間を、ある方位角の範囲内の二次電子１０８が通過し、それら二次電子１０８を検出器１０９で検出することができる。図４Ｃの絞り４０３は、二次電子１０８が特定の方位角の範囲で放出される傾向にある、例えば凹凸を有する試料１０６などを観察する際に有効である。
　図４Ｄの絞り４０４は、第１の孔４０４ａと第２の孔４０４ｂとを有する。第１の孔４０４ａは、絞り４０４の中心にあり、一次電子１０２が通過するための孔である。絞り４０４の第２の孔４０４ｂは、第１の孔４０４ａを中心として配置された１つの扇形の孔である。図４Ｃの絞り４０３と異なり、第２の孔４０４ｂは、一方の方位角範囲の二次電子１０８を通過させることができる。絞り４０４を用いることにより、微小な凹凸を有する試料１０６において、横から光を当てたような陰影コントラストを強調したＳＥＭ画像を得ることが可能である。
　図６Ａは、孔径を選択できる絞りの例を示す。板状の絞り６０１は、径の異なる複数の孔６０１ａ～６０１ｄを有する。絞り制御機構１１３を利用して所望の孔径Ｒを選択し、孔径の中心と試料１０６の中心とを合わせる。これにより、複数の検出角度の範囲から所望の範囲を選択して観察を行うことができる。
　具体的には、対物レンズ１０４と試料１０６との間の距離が4 mm、絞り６０１と試料１０６との間の距離が1.5 mmにおいて、第１の孔６０１ａの孔径Ｒが1.1 mm、第２の孔６０１ｂの孔径Ｒが1.7 mm、第３の孔６０１ｃの孔径Ｒが3.6 mm、第４の孔６０１ｄの孔径Ｒが8.2 mmとする。この場合、第１の孔６０１ａを通過する二次電子１０８の仰角は７０度から９０度となり、第２の孔６０１ｂを通過する二次電子１０８の仰角は６０度から９０度となり、第３の孔６０１ｃを通過する二次電子１０８の仰角は４０度から９０度となり、第４の孔６０１ｄを通過する二次電子１０８の仰角は２０度から９０度となる。
　ここで、図６Ｂに示すように、絞り６０１は、４つの孔６０１ａ～６０１ｄのうち３つの孔を遮蔽するための遮蔽板６０２を備える。遮蔽板６０２は、絞り６０１の上側に配置されるものである。遮蔽板６０２には、平面視で見たときに一部分に切欠き部６０２ａが設けられている。切欠き部６０２ａは、４つの孔６０１ａ～６０１ｄが露出するような形状及び平面サイズで形成されていればよい。
　図７Ａ及び図７Ｂは、孔径を選択できる図６Ａ及び図６Ｂの絞りに用いられる絞り制御機構１１３の例である。絞り制御機構１１３は、複数の孔６０１ａ～６０１ｄのうち所望の孔径Ｒを有する孔を選択するための回転機構を備える。図７Ａ及び図７Ｂでは、図５Ａ及び図５Ｂと同じ構成要素には同じ番号が付されている。
　絞り制御機構１１３は、支持部５０１と、ｘ軸ねじ５０２と、ｙ軸ねじ５０４と、ｚ軸ねじ５０３と、回転軸７０１と、φ軸ねじ７０２とを備える。絞り６０１は、回転軸７０１に取付けられ、ＸＹ平面上に配置される。回転軸７０１は、φ軸ねじ７０２に接続されている。また、遮蔽板６０２の端部が支持部５０１に取付けられ、遮蔽板６０２が絞り６０１の上方に配置される。上記構成によれば、φ軸ねじ７０２を回すことによって絞り６０１がＸＹ平面上で回転軸７０１を中心に回転する。絞り６０１が回転すると、４つの孔６０１ａ～６０１ｄのうちの１つの孔が遮蔽板６０２の切欠き部６０２ａに順次露出することになる。使用者は、所望の孔径Ｒを有する孔が遮蔽板６０２の切欠き部６０２ａに露出した時点で、φ軸ねじ７０２の回転を止めればよい。
　また、ｘ軸ねじ５０２、ｙ軸ねじ５０４及びｚ軸ねじ５０３を回転させることにより、支持部５０１を、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができ、これにより、絞り６０１及び遮蔽板６０２をｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができる。
　絞り６０１の利点は、図４Ａに示す絞り４０１のように孔径Ｒを変えるために試料室を大気開放する必要はない点である。すなわち、絞り６０１を用いることにより、試料室を大気開放することなく、複数の異なる孔径から所望の孔径Ｒを選択することができる。しかし、孔径Ｒの１つの孔の中心を観察対象の試料１０６の中心に合わせた時、隣の孔を通過した二次電子１０８が検出される可能性がある。この課題は、遮蔽板６０２によって解決することができる。遮蔽板６０２を用いることにより、１つの孔が選択されたときに、残りの複数の孔が塞がれることになる。したがって、隣接する複数の孔を二次電子１０８が通過することを防ぐことができる。
　例えば、図６Ｂに示すように、第４の孔６０１ｄを使用する場合、第４の孔６０１ｄを通過する二次電子１０８は検出器１０９で検出されるが、第１～第３の孔６０１ａ～６０１ｃは遮蔽板６０２で塞がれるため、二次電子１０８はこれらを通過することができない。なお、絞り６０１の形状は四角に限定されない。絞りとしては、板状の部材に複数の異なる孔径を有する孔（開口部）が設けてあればよい。また、別の例として、絞り６０１が支持部５０１に取付けられ、遮蔽板６０２が回転軸７０１に取付けられてもよい。この場合、遮蔽板６０２が回転することになる。また、遮蔽板６０２が絞り６０１よりも試料１０６側に配置されてもよい。
　図８Ａ～図８Ｃは、絞りの位置を固定した状態で孔径を変更することが可能な絞りの例を示す。絞り制御機構１１３が図８Ａ～図８Ｃの絞り８０１～８０３を制御することにより、絞り８０１～８０３の位置を固定した状態で、検出角度範囲に応じて希望する孔径Ｒに変更することができる。図８Ａ～図８Ｃの絞り８０１～８０３の利点は、孔径Ｒを変化させながらＳＥＭ画像を取得できることであり、使用者は孔径Ｒを変化に応じたＳＥＭ画像の変化を画面上で確認することができる。
　図８Ａの絞り８０１は、相互に重なり合うように配置された第１の板部材８０１ａ及び第２の板部材８０１ｂを備える。第１の板部材８０１ａ及び第２の板部材８０１ｂは、それぞれ四角形状であり、その一辺に切欠き部を備える。第１の板部材８０１ａ及び第２の板部材８０１ｂの切欠き部で囲まれる部分が孔径Ｒを有する四角形の孔となる。
　絞り８０１では、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂを利用して孔径Ｒの大きさを変える。第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂがお互い近づくことで孔径Ｒが小さくなり、また、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂがお互いに離れることで孔径Ｒが大きくなる。第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂの両方が動いて孔径Ｒの大きさを調節することができるが、片方だけが動いて孔径Ｒの大きさを調節してもよい。
　図９は、絞り８０１を駆動するための絞り制御機構１１３の例である。図９では、図５Ａ及び図５Ｂと同じ構成要素には同じ番号が付されている。
　絞り制御機構１１３は、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂを動かすための駆動機構を備える。図９の例では、支持部５０１をＸ方向（図面上の左方向）に延長し、その延長した部分に逆ねじ９０２が取付けられている。逆ねじ９０２は、二種類のテーパ部分９０２ａ、９０２ｂを有し、φ軸ねじ９０１に接続されている。第１の板部材８０１ａは、逆ねじ９０２の第１のテーパ部分９０２ａに接続され、第２の板部材８０１ｂは、逆ねじ９０２の第２のテーパ部分９０２ｂに接続されている。
　例えば、φ軸ねじ９０１を回転すると、第１の板部材８０１ａは左に移動し、第２の板部材８０１ｂは右に移動する。これと逆にφ軸ねじ９０１を回転させると、第１の板部材８０１ａは右に移動し、第２の板部材８０１ｂは左に移動する。従って、φ軸ねじ９０１を回転するだけで絞り８０１の孔の重心位置を変えずに、孔径Ｒのみを変えることができる。また、絞り８０１の位置は、ｘ軸ねじ５０２、ｙ軸ねじ５０４及びｚ軸ねじ５０３を回転させることにより、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に動かすことができる。
　なお、Ｒの最大値は第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂの大きさに依存するため、使用者が必要とされる角度範囲とＲをあらかじめ計算し、第１の板部材８０１ａと第２の板部材８０１ｂを設計する必要がある。
　図８Ｂの絞り８０２は、相互に重なり合うように配置された、第１の板部材８０２ａ、第２の板部材８０２ｂ、第３の板部材８０２ｃ、及び第４の板部材８０２ｄを備える。第１～第４の板部材８０２ａ～８０２ｄは、四角形の１つの頂点部分が切欠いた形状であり、それらの切欠き部で囲まれる部分が孔径Ｒを有する四角形の孔となる。絞り８０２の利点は、第１～第４の板部材８０２ａ～８０２ｄのそれぞれを独立にｘ方向及びｙ方向に移動させることにより、正方形以外の任意の長方形の孔を形成することができる点である。
　絞り８０２用の絞り制御機構１１３は、図９と同様の構成で実装することができる。例えば、絞り制御機構１１３は、第１～第４の板部材８０２ａ～８０２ｄのそれぞれを独立にｘ方向及びｙ方向に移動させる駆動機構を備える。具体的には、図９と同様の構成で、複数のθ軸ねじを支持部５０１に取付け、第１～第４の板部材８０２ａ～８０２ｄのそれぞれを各θ軸ねじに接続する方法が考えられる。
　なお、観察対象の試料１０６の中心からの二次電子１０８だけではなく、必要によっては、第１～第３の板部材８０２ａ～８０２ｃを固定した状態で、第４の板部材８０２ｄのみを動かすことで観察試料の中心から半分の二次電子１０８だけを検出することが可能である。この場合、第１～第４の板部材８０２ａ～８０２ｄの平面視でのサイズは、観察試料よりも充分に大きい必要がある。
　図８Ｃの絞り８０３は、相互に重なり合うように配置された５つの絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅを備える。この構成によれば、５つの絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅをカメラの絞りのように動かすことで、孔径Ｒを変化させることができる。絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅは、少なくとも内縁に曲線部を有しており、それらの曲線部で囲まれる部分が孔径Ｒを有する実質的な円又は楕円となる。なお、図８Ｃに示す通り、絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅの外縁も曲線部であってもよい。
　なお、５つの絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅの内縁の曲線部で形成される形状は完全な円形とはならない。したがって、図４Ａに示す絞り４０１に比べて角度分解能は落ちる場合もあるが、図８Ｃの構成によれば、円形に近い形状を維持しながら連続的なＳＥＭ画像を取得できるという利点がある。
　図８Ｃの絞り８０３は、５つの絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅを備えているが、羽部材の数は５つに限定されない。また、羽部材の数が多いほど、それらの内縁で形成される孔の形状が円形に近づく。
　また、絞り８０３用の絞り制御機構１１３は、カメラの絞りを動かす機構と同様の機構となる。例えば、５つの絞り羽部材８０３ａ～８０３ｅは、リング状の基板上に配置される。基板には、各羽部材の運動軌跡に沿ってガイド溝が設けられており、各羽部材とガイド溝とがピンなどのガイド部材で連結される。そして、基板に設けた駆動用リングによって各羽部材を動かすことにより、各羽部材の開閉動作を行うことができる。なお、絞り羽部材を駆動する機構はこれに限定されず、他の公知のシャッタ機構を適用してもよい。
　図４Ａ～４Ｄ、図６Ａ、図８Ａ～８Ｃに示した絞りを通過する二次電子１０８の角度は、Ｗｏｒｋｉｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ（ＷＤ，試料１０６と対物レンズ１０４の距離）と距離Ｄ（絞り１０５と試料１０６の距離）をある一定値に固定して状態にして選択されてもよい。上記の説明では、任意の検出角度を設定するために絞り１０５の孔径Ｒを変化させる方法を使ったが、孔径Ｒを固定し、距離Ｄを変化させることでも同じ効果が得られる。例えば、図４Ａの絞り４０１において、ＷＤを一定値に固定して距離Ｄを小さくすれば、絞りを通過する二次電子１０８は高角から低角までの範囲を選択することができる。具体的には、孔径Ｒが1.7 mmの場合、Ｄを0.1 mmから5.0 mmまで変化させると、絞りの孔を通過する二次電子１０８の最小の仰角は７度から８０度まで変化する（最大の仰角は常に９０度）。このような効果は上記に列挙した全ての絞りの形に適応される。また、上記の効果を得るために、絞り制御機構１１３は、絞り１０５の位置を一次電子１０２の光軸と同じ方向（z方向）に動かして距離Ｄを変えるための駆動機構を有している。
　図１に示す検出器１０９は、絞り１０５を通過した二次電子１０８を検出する必要がある。ブースティング法を用いる場合、絞り１０５を通過した二次電子１０８はブースター電極１０３と絞り１０５との間の電界によって加速され、対物レンズ１０４を通過する。従って、対物レンズ１０４に対して電子源１０１側に検出器１０９を設置する必要がある。
　この場合、Ｅｖｅｒｈａｒｔ　Ｔｈｏｒｎｌｅｙ（ＥＴ）型の検出器を用いることができる。ＥＴ型検出器は、正極性の高電圧が印加されたシンチレータと、信号荷電粒子がシンチレータに衝突することで発生する光子を取り出すためのライトガイドと、光子を電気信号に変換する光電子増倍管とから構成されている。対物レンズ１０４を通過した二次電子１０８は、正極性の電圧が印加されたシンチレータに引き寄せられ、検出される。
　ただし、上記の場合、シンチレータに印加された正極性の電圧によって生じた電界で一次電子１０２が偏向されることが考えられる。この課題は、ＥｘＢ偏向器を用いることで解決できる。
　図１０Ａ及び図１０Ｂは、ＥｘＢ偏向器を用いた検出器の例を示す。ＥｘＢ偏向器１００１は電場と磁場を直交させた光学素子であり、一次電子１０２が偏向されないように電場と磁場の大きさは設定される。この時、一次電子１０２と反対方向に進行する二次電子１０８は前述の電場及び磁場から偏向作用を受け、検出器１０９側に偏向される。グリッド１００２に正極性の電圧を印加することで、接地した対向電極１００３との間に電界を発生させ、磁場はコイル１００４に電流を流すことで発生させる。
　図１１は、変換板を用いた検出器の構成を示す。変換板１１０１は、検出器１０９の上方に配置され、一次電子１０２を通過させるための孔を有する。この構成によれば、二次電子１０８の変換板１１０１への衝突に起因して発生する三次電子１１０２をＥｘＢ偏向器１００１によって検出器１０９へ引き込む。図１０Ａ及び図１０Ｂと同様に、ＥｘＢ偏向器１００１の電場と磁場の大きさは一次電子１０２が偏向されない条件に設定するが、一次電子１０２と比較して三次電子１１０２のエネルギーは小さいため、検出器１０９側に偏向される。図１１に示す構成は、二次電子１０８のエネルギーが高い場合、例えばリターディング法を用いた場合に有効である。
　なお、検出器１０９はＥＴ型検出器に限らず、半導体検出器、Ｍｉｃｒｏ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐｌａｔｅ（ＭＣＰ）であってもよい。また、検出器１０９の設置場所は、電子源１０１と偏向器１１７との間に限定せず、対物レンズ１０４と偏向器１１７との間や、対物レンズ１０４に対して試料台１０７側に設置されてもよい。また、変換板１１０１の代わりに半導体検出器やＭＣＰを設置してもよい。
　検出器１０９で得られた信号は、信号処理部１１０で処理される。処理によって得られた画像信号は、情報処理部１１５を介して画像表示端末１１６に表示される。画像表示の際、使用者は情報処理部１１５の入力部を用いて適切な情報を選択し、選択した情報を画像表示端末１１６に表示させることができる。
　図１２は、絞り１０５を用いて試料１０６から放出する二次電子１０８の角度を絞り１０５の孔径Ｒを変化させながらＳＥＭ画像を撮るフローチャートである。
　まず、試料１０６をＳＥＭの中に導入する（Ｓ１２０１）。次に、ＳＥＭ画像を見ながら所望の観察位置に試料１０６を移動し、フォーカス調整や非点調整を行い、ＷＤと距離Ｄを設定する（Ｓ１２０２）。この状態で試料１０６のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１２０３）。その後、絞り１０５を試料１０６と対物レンズ１０４との間に挿入する（Ｓ１２０４）。次に、フォーカス調整や非点調整を行う（Ｓ１２０５）。次に、ＳＥＭ画像を見ながら、絞り制御機構１１３を用いて絞り１０５の中心と観察位置の中心とを合わせる（Ｓ１２０６）。その後、ＳＥＭ画像を取得する（Ｓ１２０７）。次に、絞り１０５を取り出す（Ｓ１２０８）。ここまでの流れにより、絞り１０５を入れていない状態でのＳＥＭ画像と、絞り１０５を入れた状態（すなわち、角度選択を行った状態）でのＳＥＭ画像とを比較することができる。最後に、ＷＤ又は距離Ｄの設定を変えて、再度ＳＥＭ画像を撮りたい場合は、ステップＳ１２０２に戻ってＷＤ又は距離Ｄを変更した後で残りのステップを実行する。これにより、検出角度範囲の変更前と変更後のＳＥＭ画像を比較することができる。なお、ＷＤと距離Ｄを変えない場合は、そのまま観察を終了する（Ｓ１２０９）。
　図１３は、使用者が角度選択検出を行うために必要な設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す。図１３のＧＵＩ画面は、画像表示端末１１６に表示されるものであり、使用者は、入力部（マウス、キーボードなど）を用いて、ＧＵＩ画面上で設定を行うことができる。
　ＧＵＩ画面１３０１は、各種パラメータを設定及び表示する部分と、画像を表示する部分とに大別される。まず、試料１０６がＳＥＭの中に導入された後、加速電圧等の基本条件を光学条件入力部１３０４に入力する。その後の設定は、使用者が距離Ｄを動かして角度選択を行うか、孔径Ｒを変化させて角度選択を行うかで異なる。
　距離Ｄを動かして角度選択を行う場合、使用者は、ＳＥＭの中に挿入されている絞り１０５の孔径ＲとＷＤの値をそれぞれ孔径入力部１３０５とＷＤ入力部１３０７に入力し、検出したい角度範囲を検出角度入力部１３０６に入力する。このとき、情報処理部１１５が、入力された情報に基づいて適切な距離Ｄを決定する。情報処理部１１５は、決定した距離Ｄの情報を絞り制御機構１１３に入力し、絞り制御機構１１３は、決定した距離Ｄの位置に絞り１０５を移動させる。この条件で取得されたＳＥＭ画像がＳＥＭ画像表示部１３０３に表示される。
　孔径Ｒが変化可能な絞り１０５を用いて孔径Ｒを変化させて角度選択を行う場合、使用者は、ＷＤ及び距離Ｄの値をそれぞれＷＤ入力部１３０７及び距離Ｄ入力部１３０８に入力し、検出したい角度範囲を検出角度入力部１３０６に入力する。情報処理部１１５は、入力された情報に基づいて適切な孔径Ｒを決定する。情報処理部１１５は、決定した孔径Ｒの情報を絞り制御機構１１３に入力し、絞り制御機構１１３は、決定された孔径Ｒとなるように絞り１０５を制御する。この条件で取得されたＳＥＭ画像がＳＥＭ画像表示部１３０３に表示される。
　なお、ＷＤ、距離Ｄ、及び孔径Ｒは、ＧＵＩ画面１３０１上のＷＤ入力部１３０７、距離Ｄ入力部１３０８、孔径入力部１３０５、及び、位置関係表示部１３０２に表示され、これらの表示を使用者が確認することができる。
　したがって、ＧＵＩ画面１３０１を用いることにより、ＧＵＩ画面１３０１に入力された情報に応じて、絞り１０５の開口部の形状及び絞り１０５の高さの少なくとも一方を変更することができる。また、使用者は、検出角度範囲を変更しながら、その選択した検出角度範囲のＳＥＭ画像を確認することができる。
　本実施例によれば、対物レンズを通過する前に、信号荷電粒子の角度を絞り１０５により制限することにより、特定の角度範囲の二次電子１０８のみを検出することができる。例えば、対物レンズの内部や対物レンズの上側の位置では、対物レンズの磁場の影響などにより特定の角度範囲の二次電子を弁別することができない。これに対して、本実施例は、対物レンズを通過する前に角度の弁別を行うため、観察試料から放出される信号荷電粒子の角度情報（仰角及び方位角）を損失することなく、その角度範囲を選択して検出することができる。
　本実施例は、信号荷電粒子、特に低エネルギーの二次電子１０８を高い角度分解能で選択検出することと、高い空間分解能を両立するＳＥＭを提供することができる。一次電子の試料への入射エネルギーが低い状態で高空間分解能を得る手法として、リターディング法やブースティング法などがあるが、本実施例は、これらの方法に対して特に効果がある。
　上述の通り、高空間分解能を得るためにはブースティング法が有効であるが、ブースター電圧によって生じた電界は二次電子１０８に対して収束作用を及ぼす。つまり、絞り１０５を用いない場合、二次電子１０８がブースター電圧によって加速されると試料１０６から放出されたときの角度情報を失う可能性がある。しかし、対物レンズ１０４と試料１０６との間に絞り１０５を設置する場合は、絞り１０５を通過した二次電子１０８は、すでに放出角度が既知であるため、ブースター電圧によって加速されても角度選択性能には影響を及ぼさない。
　また、本実施例は、リターディング法に関しても高空間分解能を得ることができる。リターディング電圧によって一次電子１０２が減速されると同時に二次電子１０８が加速される。従って、絞り１０５に電圧を印加しない場合は、絞り１０５と試料１０６との間で二次電子１０８が偏向され、角度情報を失う可能性がある。したがって、この課題に関して、絞り１０５と試料１０６に同じ極性の電圧を印加することが望ましい。なお、絞り１０５と試料１０６に印加する電圧は同じ極性の電圧であることに限定されない。
　図１４は、ブースティング法とリターディング法を使用しないＳＥＭの概略を示す全体構成図である。図１４に示すように、リターディング電圧とブースター電圧が適応されていないＳＥＭでも、対物レンズ１０４と試料１０６の間に絞り１０５を設置することによって効果が得られる。この場合は一次電子１０２の空間分解能は劣化することになるが、二次電子１０８の角度選択を行うことができる。対物レンズ１０４を通過した信号荷電粒子はレンズ磁場によって、そのエネルギーに応じた回転運動を伴って収束されるため、信号荷電粒子は角度情報を失う場合が多い。この構成によれば、対物レンズ１０４を通過する前に角度弁別を行うことができ、角度弁別されたＳＥＭ画像を得ることができる。
［第２実施例］
　図１５は、本実施例に関するＳＥＭの全体構成を示す。なお、第１実施例に記載され、本実施例に記載されてない事項は第１実施例と同様である。
　情報処理部１１５は、ＳＥＭ画像を記憶する画像記憶部１５０１を備える。使用者は、絞り１０５の第１の条件（形状、孔径Ｒ、絞り１０５と試料１０６との間の距離Ｄなど）を設定し、この第１の条件でＳＥＭ画像を取得する。第１の条件で取得された第１のＳＥＭ画像は画像記憶部１５０１に保存される。
　次に、使用者は、第１の条件とは異なる、絞り１０５の第２の条件を設定し、この第２の条件でＳＥＭ画像を取得する。第２の条件で取得された第２のＳＥＭ画像は画像記憶部１５０１に保存される。情報処理部１１５は、画像記憶部１５０１に保存された複数のＳＥＭ画像に対して演算処理を実施することができる。具体的には、複数のＳＥＭ画像の差分画像、又は合成画像を作成することができる。なお、ここでの演算処理は、差分処理、合成処理に限定されず、その他の加工処理が実施されてもよい。
　図１６は、角度選択検出を行うために必要な設定、及び、ＳＥＭ画像の演算処理設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す。ＧＵＩ画面１３０１は、第１の条件で取得された第１の画像及び第２の条件で取得された第２の画像を表示するＳＥＭ画像表示部１６０１を備える。また、ＧＵＩ画面１３０１は、第１の画像及び第２の画像に対して演算処理（減算処理や加算処理）を行った画像を表示する演算ＳＥＭ画像表示部１６０２を備える。なお、演算ＳＥＭ画像表示部１６０２は、演算の種類を設定するための演算設定部１６０３を備える。演算設定部１６０３は、例えば、プルダウンの形態の設定部であり、差分画像（Ａ－Ｂ）、合成画像（Ａ＋Ｂ）など、第１の画像及び第２の画像に対して実行する演算処理の種類を選択できる設定部である。
　図１６の例では、角度範囲Ａで取得された第１の画像と、角度範囲Ｂで取得された第２の画像がＳＥＭ画像表示部１６０１に表示されている。演算設定部１６０３には、差分画像（Ａ－Ｂ）が設定されている。この場合、角度範囲Ａ、Ｂが仰角に関する設定ならば、減算処理によって、図４Ｂに示す絞り４０２で得られるような特定の仰角範囲を選択した画像を表示させることができる。角度範囲Ａ、Ｂが方位角に関する設定ならば、減算処理によって、図４Ｃ、Ｄに示す絞り４０３、４０４で得られるような特定の方位角範囲を選択した画像を表示させることができる。
　加算処理の場合は、例えば、角度範囲Ａの第１の画像と角度範囲Ｂの第２の画像との合成画像となり、複数の角度範囲を選択した画像を表示させることができる。
　なお、図１６には図示していないが、情報処理部１１５は、前述の演算処理をする際、各ＳＥＭ画像（第１の画像、第２の画像）に任意の重みをつけて演算してもよい。また、図１６では２枚のＳＥＭ画像を演算処理する例について説明したが、絞り１０５に関する３つ以上の条件で取得した３つ以上のＳＥＭ画像について演算処理を行ってもよい。なお、ＷＤ、Ｒ、Ｄの値とそれらの位置関係は位置関係表示部１３０２で確認できる。
　本実施例によれば、絞り１０５に関する複数の条件で複数の画像を取得して保存しておくことで、使用者が複数の画像から任意の組み合わせを選択して、それらの組み合わせに対して任意の演算処理を実行させることができる。したがって、あらかじめ複数の条件で画像を取得しておくことで、使用者が適宜角度範囲を変更しながら画像を確認することができる。
［第３実施例］
　図１７は、本実施例に関するＳＥＭの全体構成を示す。なお、上述の実施例に記載され、本実施例に記載されてない事項は上述の実施例と同様である。
　本実施例で用いるブースティング法は空間分解能を向上させる効果がある。ブースティング法を用いる場合、対物レンズ１０４と試料１０６との間に位置する絞り１０５の孔径Ｒを大きくする、又は絞り１０５と試料１０６の間の距離Ｄを小さくすると、二次電子１０８の電子軌道はブースター電圧の影響を受ける可能性が生じる。この影響を回避するための手段として、ＳＥＭは、先端電極１７０１と、先端電極用電源１７０２とを備える。先端電極１７０１は、ブースター電極１０３と絞り１０５との間に位置する。先端電極用電源１２０２は、先端電極１７０１に任意の電圧を印加することができる。
　絞り１０５の孔径Ｒが小さい時は、ブースター電圧によって生じる電界が絞り１０５によって遮蔽されるために、低エネルギーの二次電子１０８であっても絞り１０５の孔径Ｒより広い角度の二次電子１０８は通過しない。しかし、絞り１０５の孔径Ｒが大きくなるにつれてエネルギーが小さい二次電子１０８であるほど、二次電子１０８は絞り１０５の孔から漏れるブースター電界によって収束され、絞り１０５を通過することになる。これは、シュノーケル型対物レンズで起こる現像と似ており、絞り１０５を用いた角度選択機構が影響を受ける要因になる。
　この課題は、絞り１０５と近い位置に配置された先端電極１７０１に負極性の電圧を印加し、絞り１０５の孔付近に形成される電界を制御することで解決できる。先端電極１７０１に印加する電圧は、絞り１０５の孔径Ｒ、絞り１０５と対物レンズ１０４との間の距離、及びブースター電極の電圧に依存する。従って、先端電極１７０１に印加する電圧は、絞り１０５の孔径Ｒ、絞り１０５と対物レンズ１０４との間の距離、及びブースター電極の関数として装置製造者があらかじめ設定していることが望ましい。
　図１８は、使用者が角度選択検出を行うために必要な設定を行うＧＵＩ画面の一例を示す。ＧＵＩ画面１３０１は、先端電極電圧入力部１８０１を備える。図１８に示すように、先端電極１７０１に印加する電圧は、使用者がＧＵＩ画面１３０１における先端電極電圧入力部１８０１に任意の値を入力してもよい。なお、先端電極１７０１の電圧が０ｋＶであっても、絞り１０５の角度選択機構は成立する。
　なお、絞り１０５の孔径Ｒに応じて先端電極１７０１に印加する電圧を変化させてもよい。また、絞り１０５の孔径Ｒは固定して、先端電極１７０１に印加する電圧だけを変化させて孔径Ｒを通過する二次電子１０８の角度を選択することも可能である。例えば、同じ絞り１０５の孔径Ｒの条件下で、先端電極１７０１の電圧を小さくすると二次電子１０８の仰角が高角まで検出できるが、先端電極１７０１の電圧を大きくすると中角まで検出することができる。
　以上、３つの実施例について述べてきたが、装置構成の数値等はほんの一例であり、これに限定されるものではない。
　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。
　上述した信号処理部１１０及び情報処理部１１５の処理は、それらの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
　ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できる。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスが使用可能である。ここで述べた処理を実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。つまり、上述した信号処理部１１０及び情報処理部１１５の一部が、例えば集積回路等の電子部品を用いたハードウェアにより実現されてもよい。
　さらに、上述の実施例において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。
１０１　　　：電子源
１０２　　　：一次電子
１０３　　　：ブースター電極
１０４　　　：対物レンズ
１０５　　　：絞り
１０６　　　：試料
１０７　　　：試料台
１０８　　　：二次電子
１０９　　　：検出器
１１０　　　：信号処理部
１１１　　　：ブースター電源
１１２　　　：対物レンズ電源
１１３　　　：絞り制御機構
１１４　　　：リターディング制御電源
１１５　　　：情報処理部
１１６　　　：画像表示端末
１１７　　　：偏向器
１１８　　　：偏向器用電源
４０１、４０２、４０３、４０４　　　：絞り
５０１　　　：支持部
５０２　　　：ｘ軸ねじ
５０３　　　：ｚ軸ねじ
５０４　　　：ｙ軸ねじ
６０１　　　：絞り
６０２　　　：遮蔽板
６０２ａ　　：切欠き部
７０１　　　：回転軸
７０２　　　：φ軸ねじ
８０１、８０２、８０３　　　：絞り
９０１　　　：φ軸ねじ
９０２　　　：逆ねじ
１００１　　：ＥｘＢ偏向器
１００２　　：グリッド
１００３　　：対向電極
１００４　　：コイル
１１０１　　：変換板
１１０２　　：三次電子
１２０２　　：先端電極用電源
１３０１　　：ＧＵＩ画面
１３０２　　：位置関係表示部
１３０３　　：ＳＥＭ画像表示部
１３０４　　：光学条件入力部
１３０５　　：孔径入力部
１３０６　　：検出角度入力部
１３０７　　：ＷＤ入力部
１３０８　　：距離Ｄ入力部
１５０１　　：画像記憶部
１６０１　　：ＳＥＭ画像表示部
１６０２　　：演算ＳＥＭ画像表示部
１６０３　　：演算設定部
１７０１　　：先端電極
１７０２　　：先端電極用電源
１８０１　　：先端電極電圧入力部

Claims (15)

  1. 　一次荷電粒子線を放出する一次荷電粒子線源と、
    　前記一次荷電粒子線を走査するための偏向器と、
    　前記一次荷電粒子線を試料上に収束させる対物レンズと、
    　前記試料が搭載される試料台と、
    　前記試料から放出する信号荷電粒子を検出する検出器と、
    　前記一次荷電粒子線及び前記信号荷電粒子が通過するための少なくとも１つの開口部を有する絞りと
    を備え、
    　前記絞りは、前記対物レンズと前記試料台との間に位置し、かつ、前記信号荷電粒子の検出角度範囲に応じて前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を変更できるように構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記絞りの前記開口部は、前記信号荷電粒子の仰角及び方位角の少なくとも一方の範囲を規定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を制御する絞り制御機構をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記絞りは、形状が異なる複数の開口部を有し、
    　前記絞りの前記複数の開口部のうち１つの開口部を露出させる切欠き部を有する遮蔽部材をさらに備え、
    　前記絞り制御機構は、前記絞り又は前記遮蔽部材を回転し、前記複数の開口部のうちの１つの開口部を前記切欠き部から順次露出させるように構成されること特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記絞りは、相互に重なり合うように配置された複数の部材を備え、前記開口部は、前記複数の部材に囲まれた部分であり、
    　前記絞り制御機構は、前記複数の部材の少なくとも１つを移動させて、前記開口部の形状を変更するように構成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を設定する画面を表示する表示部をさらに備え、
    　前記絞り制御機構は、前記画面に入力された情報に応じて前記絞りの前記開口部の形状及び前記絞りの高さの少なくとも一方を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記画面は、前記開口部の形状と、前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離と、前記絞りの高さとを入力する入力部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記開口部の形状と、前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離とから前記絞りの高さを決定する情報処理部をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記検出角度範囲と、前記試料と前記対物レンズとの間の距離と、前記絞りの高さとから前記開口部の形状を決定する情報処理部をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記検出器からの情報から画像を形成する情報処理部と、前記画像を表示する表示部とをさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記絞りの複数の条件で取得された複数の画像を格納する画像記憶部をさらに備え、
    　前記情報処理部は、前記複数の画像に対して演算処理を実行し、前記演算処理された画像を前記表示部に表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記一次荷電粒子線を加速又は減速させる手段をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  13. 　請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記手段は、前記試料台に電圧を印加して、前記一次荷電粒子線を前記試料の直前で減速させる手段であり、
    　前記試料及び前記絞りに同じ極性の電圧を印加することを特徴とする荷電粒子線装置。
  14. 　請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記手段は、少なくとも前記対物レンズ近傍の空間に電圧を印加して、前記一次荷電粒子線を加速させる手段であり、
    　前記絞りと前記加速させる手段との間には電圧を印加するための先端電極が設置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  15. 　請求項１４に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記先端電極の前記電圧は、前記開口部の形状、前記絞りと前記対物レンズとの間の距離、及び、前記加速させる手段の前記電圧に応じて設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
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