WO2018020626A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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WO2018020626A1
WO2018020626A1 PCT/JP2016/072103 JP2016072103W WO2018020626A1 WO 2018020626 A1 WO2018020626 A1 WO 2018020626A1 JP 2016072103 W JP2016072103 W JP 2016072103W WO 2018020626 A1 WO2018020626 A1 WO 2018020626A1
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light
particle beam
charged particle
opening
sample
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宇輝 池田
大輔 備前
慎 榊原
誠 鈴木
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support

Definitions

  • the present disclosure relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a charged particle beam apparatus that can selectively detect charged particles passing through a specific trajectory.
  • a scanning electron microscope as one of devices for detecting a signal obtained by scanning a charged particle beam emitted from a charged particle source on a sample.
  • the scanning electron microscope detects signal electrons generated as a result of the primary electron beam interacting with the sample when the primary electron beam is scanned on the sample, and outputs a microscope image based on the detected amount of signal electrons.
  • it since it is possible to visualize the structure with a resolution of about nanometer without destroying the sample, it has been widely used for inspection and measurement of semiconductor devices whose degree of integration is increased by miniaturization of the structure.
  • Patent Document 1 in order to discriminate the trajectory of electrons emitted in the direction perpendicular to the surface of the sample, regardless of the deflection action of secondary electrons by the deflector for visual field movement, the deflection action of the deflector for visual field movement is described. Accordingly, a scanning electron microscope provided with a two-stage deflector for deflecting secondary electrons is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a scanning electron microscope provided with a movable diaphragm. According to the scanning electron microscope disclosed in Patent Document 2, the discrimination angle of the secondary electrons emitted from the sample can be adjusted by adjusting the diameter of the movable diaphragm.
  • Patent No. 5,948,084 (corresponding US Pat. No. 9,159,529)
  • Patent No. 5055490 (corresponding US Pat. No. 7,705,302)
  • Patent Document 2 discloses a diaphragm capable of adjusting the diameter of the opening, but it is difficult to provide a movable mechanism in a limited vacuum space. Moreover, since it is necessary to arrange in a limited space, the adjustable range may be restricted. In addition, the movable mechanism may cause dust generation or require regular maintenance work. Also, regular maintenance work may be a factor that reduces the operating efficiency of a semiconductor device manufacturing line that requires a high continuous operation rate.
  • a charged particle beam apparatus for irradiating a charged particle beam emitted from a charged particle source to a sample disposed in a vacuum vessel, which is emitted from the sample, as follows.
  • the first light generation surface that generates light based on the collision of the charged particles and the distribution of the light generated on the first light generation surface are maintained, and the generated light is out of the vacuum container.
  • Proposed is a charged particle beam device provided with a light passage restricting member that restricts the passage of light.
  • the figure which shows an example of a scanning electron microscope The figure which shows an example of the light guide member attached to a detector.
  • a detection plate (light emitting section) that detects signal electrons generated from a sample and converts them into photons, and the information on the position where the signal electrons arrive on the detection plate is stored outside the vacuum vessel.
  • a light guide member that guides light; and a light detector that converts light emitted from the end of the light guide member into an electrical signal, and allows light to pass between the light guide member end and the light detector.
  • a scanning electron microscope provided with an aperture plate that is partially blocked will be described.
  • the aperture plate desirably has at least two different shapes, different sizes, or openings of different shapes and sizes.
  • a member in which optical fibers are bundled may be used, or an optical system that forms an emission image of detection electrons on the detection plate on a photodetector using an optical lens may be used. good.
  • an optical system that forms an emission image of detection electrons on the detection plate on a photodetector using an optical lens may be used. good.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a scanning electron microscope.
  • a primary electron beam 102 (electron beam) emitted from the electron source 101 is focused by focusing lenses 103 and 104, and a minute spot is formed on the sample 106 by the objective lens 105.
  • the primary electron beam 102 is scanned over the observation region by the deflector 107.
  • electrons 108 are emitted from the sample 106.
  • the electrons 108 include secondary electrons (Secondary Electron: SE) and backscattered electrons (Backscattered Electron: BSE).
  • SE Secondary Electron
  • BSE Backscattered Electron
  • the electrons 108 emitted from the sample 106 the electrons 108a emitted in a range where the relative angle with the beam optical axis is narrow and the relative angle between the beam optical axis are emitted in a relatively wide range.
  • the electron 108b is included, and the scanning electron microscope illustrated in FIG. 1 includes two upper and lower detection elements for discriminating electrons emitted from the sample according to the emission trajectory.
  • Each of the upper and lower detection elements is provided with an upper detection plate 109 and a lower detection plate 110, which are light generation surfaces that generate light by electron collision, and both detection plates generate photons by electron collision. Consists of scintillators.
  • the lower detection plate 110 is formed in an annular shape having a hole in the center. The light generated in the lower detection plate 110 is guided to a conversion element that converts the light into an electric signal by a light guide member such as a light guide.
  • a Wien filter 111 that deflects signal electrons while maintaining the optical axis of the primary electron beam is installed on the electron source side of the lower detection plate 110.
  • Part of the signal electrons (electrons 108 a) passes through the hole in the center of the lower detection plate 110, is separated from the primary electron beam optical axis by the Wien filter 111, and collides with the upper detection plate 109.
  • Another signal electron (electron 108b) collides with the lower detection plate 110.
  • the photodetector 114 is a conversion element that converts light into an electrical signal.
  • One end of the light guide member 112 (the side on which the detection plate is attached) is located in the vacuum chamber, while the other end of the light guide member 112 (the side facing the conversion element) is located in the atmosphere. Yes. That is, the light guide member is disposed so as to communicate between the vacuum space and the atmosphere. Further, a vacuum sealing member is provided around the light guide member 112 in order to maintain the vacuum state of the electron beam path regardless of the presence of the light guide member 112.
  • the lower detection plate 110 is described as a scintillator, but other charged particle detectors may be used as the lower detection plate.
  • a semiconductor detector or a microchannel plate (MCP) may be used, or a simple plate such as a metal, an oxide, or a semiconductor is installed, and secondary electrons generated by charged particle beam collision are detected on the lower detection plate 110.
  • An indirect method of detecting with a secondary electron detector arranged in the vicinity may be used.
  • FIG. 2 is a view showing details of the light guide member 112 attached to the back surface of the upper detection plate 109 in order to guide the light generated by the upper detection plate 109.
  • the light guide member 112 is composed of a fiber bundle obtained by bundling finely divided optical fibers 201, 202, 203..., And guides light emitted from the collision of signal electrons generated on the detection plate 109 to the exit of the fiber bundle. .
  • the fiber bundle By using the fiber bundle, the distribution of light emission positions on the detection plate is projected onto the exit portion. That is, the arrival position information of electrons can be guided out of the vacuum.
  • FIG. 3 is a diagram showing details of the aperture plate 113.
  • a plurality of circular openings 301a, 301b,... Having different diameters are formed.
  • the shape of the aperture disclosed in this embodiment is an example, and the present invention is not limited to this.
  • an opening having an arbitrary shape or size such as an ellipse or an annular zone may be used.
  • the aperture plate is connected to mechanical drive means 307, 308 and is movable so that either aperture is located between the end of the fiber bundle 200 and the detection surface of the photodetector 114.
  • the mechanical drive means may be any generally known movable mechanism such as a motor, a linear motor, a piezoelectric element, a hydraulic pressure / water pressure / air cylinder, etc. as an actuator.
  • the opening position can be freely moved.
  • a moving mechanism such as a gear, a belt, a ball screw, or a roller guide
  • the combination of the aperture plate having a plurality of openings and the mechanical drive means described in the present embodiment may be an alternative means that provides the same effect.
  • a device provided with a hole in the aperture plate that can be changed in size like a pupil by combining a plurality of blades, as represented by a shutter mechanism of a camera may be moved by a mechanical drive means.
  • a liquid crystal panel is used as an aperture plate and the aperture is realized as a light transmitting portion. In this case, the size and shape of the region through which light can be transmitted can be changed by the orientation of the liquid crystal molecules. In this case, the position of the opening can be changed by the orientation of the liquid crystal molecules without using a mechanical driving means.
  • an opening (light passage limiting member) that can change at least one of size and shape is provided between a light guide member having an end portion outside the vacuum and a conversion element that converts light into an electric signal. It is possible to perform advanced signal discrimination. More specifically, since the position of the opening and the size and shape of the opening can be adjusted in the atmosphere, a large opening plate having a large number of openings and a drive for driving the opening plate in the vacuum space. It becomes easy to employ the drive mechanism, and it becomes possible to perform adjustment with high resolution capable of performing orbit discrimination with high accuracy.
  • FIG. 4 shows an operation screen of the scanning electron microscope.
  • simplified diagrams 401, 402,... Showing the shapes of the openings of the opening plate 113 and buttons 401a, 401b,... 402a, 402b,. ing.
  • the image display area 404 is a display screen that displays a microscope image acquired by a scanning electron microscope.
  • selection buttons 405 to 407 for selecting whether to display an image by the upper detection plate 109, an image by the lower detection plate 110, or a mixed image of both, and an upper detection plate
  • a bar 408 is provided for setting a mixing ratio when mixing detection signals from the lower detection plate. The operator determines the type of opening from the characteristics of the observation target displayed on the display unit 403, selects one of the selection buttons 402a, 402b,..., And executes inspection / measurement.
  • the type of opening that gives the most suitable microscope image is selected. decide.
  • the lower detection plate is selected by the button 406, and an appropriate type of opening is determined from the shape of the observation target and the direction on the screen.
  • FIG. 5 shows a microscope image 501 generated from the signal electrons detected by the lower detection plate 110. Since the image affected by the aperture selected at this time is an image of the upper detection plate 109, the microscopic image by the lower detection plate shown here is an image that is not selected by the aperture.
  • the observation sample is assumed to have a linear groove shape. Other shapes (holes, crosses, L-shapes, etc.) do not make an essential difference in the implementation method.
  • the microscope image 501 is transferred to the image processing unit 502. Thereafter, the first image calculation unit 503 determines whether the observation sample has a hole shape, a straight groove shape, a cross groove shape, or an L-shaped shape by a general pattern recognition method.
  • a general pattern recognition method can be used for pattern recognition.
  • the electron microscope image includes noise, it is desirable to perform shape recognition after contouring the edges of the pattern.
  • the result of the pattern recognition in the first image calculation unit 503 is transferred to the aperture control unit 504 as the determined shape of the observation sample.
  • the opening control unit 504 selects an opening shape based on the same condition as the observation sample shape or a prestored condition.
  • the microscope image 501 is transferred from the image processing unit 502 to the second image calculation unit 505.
  • the second image processing unit 505 calculates the luminance S1 of the surface portion and the luminance S2 of the bottom portion based on the sample shape determined by the first image calculation unit 503.
  • the luminance calculation unit 506 calculates the ratio R of S1 and S2.
  • several numerical ranges [MIN1, MAX1], [MIN2, MAX2], [MIN3, MAX3], [MIN4, MAX4],... are stored in advance. The numerical ranges are not overlapped with each other, and R calculated by the luminance calculation unit 506 is always included in any numerical range.
  • the luminance comparison unit 507 selects a numerical range including R calculated by the luminance calculation unit 506.
  • the size of the opening is determined based on a predetermined correspondence depending on which numerical range includes R. For example, the smaller the R is, the more the numerical value column is associated with the size of the opening so that an opening with a smaller size is selected.
  • the determined type of opening is transferred to the opening control unit 509, and the opening control unit 509 (control device) operates the driving units 307 and 308 to switch the opening plate 113.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a measurement system including a scanning electron microscope (SEM1301) and an arithmetic processing unit 1302 for setting SEM apparatus conditions.
  • the SEM 1301 is provided with a light guide provided at one end thereof with a detection plate which is a light emitting element as illustrated in FIG. 1, and the light guide is configured as shown in FIG. 2, and an electron arrival position on the detection plate.
  • the light is guided outside the vacuum chamber by the light guide member corresponding to.
  • a light detector is provided at the atmosphere side end of the light guide, and an opening plate as illustrated in FIG. 3 is installed between the light guide atmosphere side end and the light detector. It is possible to adjust at least one of the position, size, shape, and direction.
  • the arithmetic processing unit 1302 measures and inspects the pattern formed on the sample by setting the apparatus conditions (measurement conditions) of the SEM and processing signals obtained by the SEM. More specifically, the arithmetic processing unit 1301 supplies a control signal including measurement conditions to the SEM 100, and executes processing related to pattern measurement based on the detection signal and measurement result obtained by the SEM 1301.
  • a memory 1306 for storing a unit 1305, a recipe that is an operation program for determining measurement conditions and machining conditions, measurement results, and the like are incorporated.
  • the detection signal obtained by the SEM 1301 is supplied to image processing hardware such as a CPU, ASIC, and FPGA incorporated in the arithmetic processing unit 1302, and image processing and arithmetic according to the purpose are performed.
  • the ROI setting unit 1307 for setting the ROI (Region Of Interest) on the image
  • the ROI evaluation unit 1308 for evaluating the signal obtained by the ROI
  • the opening condition based on the set condition An aperture setting for selecting an appropriate aperture based on the ROI information obtained by the ROI evaluation unit 1308 from the aperture condition search unit 1309 to be searched and the aperture having the predetermined condition searched by the aperture condition search unit 1309
  • a pattern measurement unit 1311 that performs pattern measurement, inspection, and the like based on the unit 1310 and the obtained detection signal is incorporated.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a process of selecting an appropriate opening based on the obtained image and pattern information obtained from the design data storage medium 1304.
  • the memory 1306 stores a program for automatically or semi-automatically executing the process illustrated in FIG. 12 as a measurement recipe.
  • an apparatus condition of the SEM 1301 is set in order to acquire an image of a sample to be measured, and an image is acquired based on beam scanning on a region including the measurement target pattern (steps 1201 and 1202). This image acquisition is performed in order to specify the shape, size, direction (direction), etc. of the pattern.
  • the pattern information is obtained in advance. If it is known, the image acquisition process using the SEM can be omitted.
  • an ROI or the like is set on the obtained image or design data (step 1203).
  • This ROI setting is performed by the ROI setting unit 1307 based on the setting of the input device 1307, and is used to select an appropriate opening.
  • the ROI setting unit 1307 based on the setting of the input device 1307, and is used to select an appropriate opening.
  • the ratio (a / b) between the signal amount at the bottom of the hole is a and the signal amount other than the bottom of the hole is b is set to an image that emphasizes the bottom of the hole. Can do.
  • the ROI 1103 is set so as to straddle the hole bottom and the sample surface as illustrated in FIG. 11, and the ROI evaluation unit 1308 illustrates in FIG.
  • the apparatus conditions are set.
  • the apparatus conditions are set based on the settings of the individual ROIs 1104 and 1105 for the hole bottom and the sample surface, respectively.
  • the signal waveform in FIG. 10 is generated based on detection of backscattered electrons.
  • the emission range of electrons emitted from the hole bottom is considered to be a cone having a conical surface in contact with the contour of the hole exit, with the hole bottom center serving as a vertex. It is preferable to perform signal restriction by preparing a plurality of circular openings, and selecting a size in which a hole bottom can be emphasized.
  • the opening condition search unit 1308 identifies a pattern shape based on the acquired image and design data, and selects an opening to be evaluated (step 1204). As described above, in the case of a circular hole pattern, since it is considered desirable to perform signal restriction by a circular opening, in step 1204, a circular opening having a plurality of sizes is selected. In step 1205, one of the plurality of selected openings is set as an apparatus condition, and image generation based on beam scanning is performed in that state. Next, for example, the amount of signal at the bottom of the hole or the like is obtained, and the set opening is evaluated by performing signal waveform evaluation and comparison between ROIs (steps 1206 and 1207).
  • the opening setting unit 1309 selects an appropriate opening by repeating this evaluation for the opening selected in step 1204 or until a predetermined condition is satisfied (step 1208).
  • the opening may be selected, for example, by selecting an opening whose absolute value of the signal at the bottom of the hole is a predetermined value or more and (a / b) is the maximum or a predetermined value or more.
  • the shape of the pattern is specified by referring to the image acquisition and design data, and the shape of the opening is selected according to the pattern shape.
  • the determination from step 1204 to step 1207 may be performed by changing not only the size but also the shape, position, direction, and the like.
  • the size of the opening may be selected according to the depth of the hole or the like. For example, the pattern depth and the appropriate opening size may be stored in association with each other, and an appropriate size opening may be selected based on the input of the pattern depth.
  • the rectangular openings 302 and 303 may be selected, and an opening having an appropriate size may be selected.
  • an appropriate opening size and position may be found.
  • the opening plate 113 illustrated in FIG. 3 is provided with openings having the same shape and the same size in different directions (for example, the opening 302a and the opening 303a), but a rotation mechanism for rotating the opening plate 113 is provided. The direction of the opening may be changed. Further, by evaluating the ratio of the luminance between the hole bottom and the sample surface while changing the position of the circular opening, when the hole pattern is formed to be inclined, the degree of the inclination can be evaluated.
  • the pattern measurement unit 1311 performs pattern measurement using the image signal and the waveform signal in which the information on the specific part is emphasized as described above. As described above, by providing an opening for electron orbit discrimination on the atmosphere side, the size, shape, position, direction, etc. of the opening can be adjusted precisely, and as a result, based on advanced orbit discrimination. It is possible to obtain a signal in which specific information is emphasized.
  • the numerical value ranges [MIN1, MAX1], [MIN2, MAX2], [MIN3, MAX3], [MIN4, MAX4], etc. stored in the storage device 508 are input to the display unit 403. And store them separately for each film thickness. By doing so, it becomes possible to automatically change the size of the opening not only by the R calculated by the luminance calculation unit 506 but also by the film type and film thickness.
  • the depth of the observation structure can be found from the numerical value of the film thickness, and the width of the observation structure can be seen from the image by the lower detection plate 110, and the aspect ratio of the observation structure (hole, groove, etc.) can be calculated from these ratios. it can.
  • the aspect ratio with the numerical ranges [MIN1, MAX1], [MIN2, MAX2], [MIN3, MAX3], [MIN4, MAX4], etc. stored in the storage device 508, and the aspect ratio can be correlated. Accordingly, the size of the opening can be automatically changed.
  • the deflector 107 illustrated in FIG. 1 is used for scanning an electron beam, but also changes the trajectory of electrons emitted from the sample.
  • the trajectory of electrons emitted from the sample also changes by visual field movement by a visual field movement deflector (image shift deflector) (not shown). Therefore, in this embodiment, an example in which the aperture plate 113 is moved in accordance with the deflection signal (deflection amount and direction) of the deflector 107 or the visual field moving deflector will be described.
  • the position of the aperture plate 113 is controlled in conjunction with a change in the trajectory of electrons emitted from the sample by using a mechanical drive means 307 (drive mechanism) that moves the position of the aperture plate 113.
  • a mechanical drive means 307 drive mechanism
  • the track discrimination condition is kept constant regardless of the deflection signal.
  • the position of the aperture can be changed by the alignment of the liquid crystal molecules without using a mechanical driving means.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the scanning electron microscope.
  • an annular detection plate 601 having a hole in the center is used as the upper detection plate, and the shape of the light guide member 602 is different from the light guide member 112 of FIG. It is.
  • the primary electron beam 102 passes through the center hole, so the Wien filter 111 used in the first embodiment is not necessary.
  • FIG. 7 is a view showing details of the light guide member 602 employed in the fourth embodiment.
  • a prism 701 is provided to guide the light generated by the annular detection plate 601 to the outside of the vacuum chamber while maintaining the generation distribution information.
  • the light guide member is constituted by a fiber bundle 710 in which finely divided optical fibers 702, 703, 704,... That guide the electrons reflected by the prism 701 are bundled, and accompanying the collision of signal electrons generated on the detection plate 601. Light emission is directed to the exit of the fiber bundle. By using the fiber bundle, the distribution of light emission positions on the detection plate is projected onto the exit portion.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a scanning electron microscope including a light guide member including two lenses 801 and 802 and a prism 803.
  • Lenses 801 and 802 and a prism 803 are arranged behind the upper detection plate 109 (opposite to the surface on which the electrons collide), and the distribution of light emission positions on the detection plate 109 is arranged on the detection surface 308 of the photodetector 114. Project.
  • the number of lenses and prisms and the positional relationship are not limited to those in FIG. For example, if it is not necessary to bend the optical path and light is extracted linearly, the prism 803 is unnecessary.
  • the aperture plate 113 provided outside the vacuum chamber to partially restrict the passage of the projection image, it is possible to obtain a signal in which specific information is emphasized.
  • FIG. 9 shows the sixth embodiment.
  • a light guide member 901 equivalent to that illustrated in FIG.
  • the detection plate emits light, and photons generated at that time are guided out of the vacuum container 120 via the second light guide member 901. Thereafter, photons taken out from the end of the second light guide member 901 pass through the second aperture plate 702 and then detected by the second photodetector 703.

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Abstract

本発明は、試料の形状や大きさに応じた種々の信号弁別を行うことができる荷電粒子線装置の提供を目的とする。本発明は、真空容器（１２０）内に配置された試料に対し、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置であって、前記試料から放出された荷電粒子の衝突に基づいて光を発生する第１の光発生面（１０９）と、当該第１の光発生面で発生した光の発生分布を維持しつつ、前記真空容器外に前記発生した光を導く導光部材（１１２）と、当該導光部材によって真空容器外に導かれた光を検出する光検出器（１１４）と、当該光検出器と、前記導光部材との間に、前記導光部材によって導かれた光の通過を制限する光通過制限部材（１１３）を備えた荷電粒子線装置を提案する。

Description

荷電粒子線装置
　本開示は、荷電粒子線装置に係り、特に、特定の軌道を通過する荷電粒子を選択的に検出することができる荷電粒子線装置に関する。
　荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料上にて走査することによって得られる信号を検出する装置の１つに走査電子顕微鏡がある。走査電子顕微鏡は、一次電子線を試料上で走査した際に一次電子線が試料と相互作用した結果発生する信号電子を検出し、検出した信号電子の量に基づく顕微鏡像を出力する。特に、試料を破壊することなく構造をナノメートル程度の分解能で可視化することが可能であることから、構造の微細化により集積度を高める半導体デバイスの検査・計測に広く用いられてきた。
　近年、半導体デバイスは、微細化と共に、構造の立体化によって高集積化されるようになってきた。このような半導体デバイスは複雑な積層構造を有する。そのため、積層膜の最表面だけでなく、積層膜に形成された非常に深い穴や溝の底部を明瞭に可視化する必要が生じている。試料表面から放出される電子に対し、孔や溝の底から放出される電子は、孔や溝の側壁に衝突するものが含まれるため、相対的に検出効率が低い。特許文献１には、視野移動用偏向器による２次電子の偏向作用によらず、試料表面の垂線方向に放出された電子の軌道弁別を行うために、視野移動用の偏向器の偏向作用に応じて、２次電子を偏向する２段の偏向器を備えた走査電子顕微鏡が開示されている。更に、特許文献２には、可動式の絞りを設けた走査電子顕微鏡が開示されている。特許文献２に開示の走査電子顕微鏡によれば、可動絞りの径を調整することによって、試料から放出される２次電子の弁別角度を調整することができる。
特許第５９４８０８４号（対応米国特許ＵＳＰ９，１５９，５２９） 特許第５０５４９９０号（対応米国特許ＵＳＰ７，７０５，３０２）
　特許文献１に開示の手法によれば、孔底から放出され、試料面の垂線方向に放出された電子を、他の軌道に放出される電子から高精度に弁別することができるが、開口の大きさが固定されているため、多種多様な観察試料に応じて穴・溝底の視認性を最適化することが難しい。
　一方、特許文献２には、開口の径の調整が可能な絞りが開示されているが、限られた真空空間内に可動機構を設けることは困難である。また、限られた空間内に配置する必要があるが故に調整可能な範囲も制約を受けることが考えられる。また、可動機構は、発塵の原因になったり定期的な保守作業が必要となることが考えられる。また、定期的な保守作業は、高い連続稼働率が求められる半導体デバイス製造ラインの稼働効率を低下させる要因となる可能性もある。
　以下に、試料の形状や大きさに応じた種々の信号弁別を行うことを目的とする荷電粒子線装置を提案する。
　上記目的を達成するための一態様として、以下に、真空容器内に配置された試料に対し、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置であって、前記試料から放出された荷電粒子の衝突に基づいて光を発生する第１の光発生面と、当該第１の光発生面で発生した光の発生分布を維持しつつ、前記真空容器外に前記発生した光を導く導光部材と、当該導光部材によって真空容器外に導かれた光を検出する光検出器と、当該光検出器と、前記導光部材との間に、前記導光部材によって導かれた光の通過を制限する光通過制限部材を備えた荷電粒子線装置を提案する。
　上記構成によれば、真空容器の外で信号の軌道弁別のための光通過開口の調整を行うことができ、結果として高精度な信号弁別を行うことが可能となる。
走査電子顕微鏡の一例を示す図。 検出器に取り付けられる導光部材の一例を示す図。 通過する光を部分的に遮断する開口を備えた開口板の一例を示す図。 信号の検出条件を選択する選択画面の一例を示す図。 開口板制御装置の一例を示す図。 ２つの円環状検出部を備えた走査電子顕微鏡の一例を示す図。 検出器に取り付けられる導光部材の一例を示す図。 レンズとプリズムを含む導光部材を有する検出器を備えた走査電子顕微鏡の一例を示す図。 光発光部と当該光発光部で発生した光を真空外に導く導光部材を上下２段備えた走査電子顕微鏡の一例を示す図。 ホールパターンに対するビーム走査によって得られる信号波形の一例を示す図。 ホールパターンに対するビーム走査によって得られる画像の一例を示す図。 光通過制限部材の光通過条件を選択する工程を示すフローチャート。 走査電子顕微鏡を含む測定システムの一例を示す図。
　以下に説明する実施例では、試料から発生した信号電子を検知して光子に変換する検出板（光発光部）と、検出板上の信号電子到達位置の情報を保存したまま真空容器の外へ光を導く導光部材と、この導光部材の端部から放出される光を電気信号へ変換する光検出器とを備え、導光部材端部と光検出器との間に光の通過を部分的に遮断する開口板を備えた走査電子顕微鏡について説明する。さらに、開口板は少なくとも２つの異なる形状、異なる大きさ、或いは異なる形状と大きさの開口を有することが望ましい。導光部材の構成としては、光ファイバーを束ねた部材を用いても良いし、光学レンズを用いて検出板上の検出電子の発光像を光検出器上に結像させる光学系により構成しても良い。観察試料に応じて、光検出器の前方に配置した開口板の開口形状や位置を適切に切り替える機構を備えることで、顕微鏡像に使用する信号電子の放出角度の任意の選択を可能とする。開口形状の選び方については、たとえば、第二の検出板を鏡筒内に配置し、第二の検出板で得られた顕微鏡像の表面明るさと底部明るさの比を取得し、あらかじめ装置に登録された信号量比と開口形状の対応関係から、適切な開口形状を設定する。
　上記構成によれば、真空内に可動部を持たせることなく、機械的な制御に基づく信号の部分遮断が可能となるため、装置の信頼性・稼働率を確保することができ、ＣＣＤ等の他の撮像素子を使用しないために処理速度を犠牲にすることなく、所望の測定や検査を行うことができる。また、複数の開口形状を備えることで多種多様な観察試料に応じて穴・溝底の視認性を最適化した走査電子顕微鏡を提供することができる。
　第一の実施例を、図１から図５を参照して述べる。図１は、走査電子顕微鏡の一例を示す図である。電子源１０１から放出された一次電子線１０２（電子ビーム）は、集束レンズ１０３及び１０４により集束され、更に対物レンズ１０５によって試料１０６上で微小スポットを形成する。一次電子線１０２は、偏向器１０７により観察領域を走査される。一次電子線１０２の走査によって、試料１０６から電子１０８が放出される。電子１０８には２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）と、後方散乱電子（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ）が含まれている。また、試料１０６から放出される電子１０８の中には、ビーム光軸との相対角が狭い範囲に放出される電子１０８ａと、ビーム光軸との相対角が相対的に広い範囲に放出される電子１０８ｂが含まれており、図１に例示する走査電子顕微鏡では、試料から放出される電子をその放出軌道に応じて弁別するために、上下２段の検出素子を備えている。
　上下２段の検出素子それぞれに、電子の衝突によって光を発生する光発生面である上側検出板１０９と、下側検出板１１０が備えられ、どちらの検出板も電子の衝突によって光子を発生させるシンチレータから成る。下方検出板１１０は中央に穴を有した円環状に形成されている。下側検出板１１０にて発生した光は、ライトガイドのような導光部材によって、光を電気信号に変換する変換素子まで導かれる。
　下方検出板１１０よりも電子源側には、一次電子線の光軸を維持したまま信号電子を偏向するウィーンフィルタ１１１が設置されている。信号電子の一部（電子１０８ａ）は下方検出板１１０中央の穴を通過したのち、ウィーンフィルタ１１１により一次電子線光軸から分離され上方検出板１０９に衝突する。また別の信号電子（電子１０８ｂ）は、下方検出板１１０に衝突する。
　上方検出板１０９に信号電子が衝突すると、検出板が発光し、その際に生じた光子が導光部材１１２を介して真空容器１２０外へ導かれる。その後、導光部材１１２の端部から取り出された光は開口板１１３を通過した後、光検出器１１４にて検知される。光検出器１１４は、光を電気信号に変換する変換素子である。導光部材１１２の一端（検出板が取り付けられている側）は真空室内に位置している反面、導光部材１１２の他端（変換素子に対面している側）は大気中に位置している。即ち、導光部材は真空空間と大気との間を連絡するように配置されている。また、導光部材１１２の存在によらず、電子ビーム通路の真空状態を維持するため、導光部材１１２の周囲には真空封止部材が設けられている。
　なお、本実施例では下方検出板１１０をシンチレータとして説明するが、下方検出板としてその他の荷電粒子検知器であっても良い。例えば、半導体検出器やマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）であっても良いし、あるいは単なる金属・酸化物・半導体等の板を設置し、荷電粒子線衝突により発生した二次電子を下方検出板１１０の近傍に配置した二次電子検出器で検知する間接的な方法であってもかまわない。
　図２は、上方検出板１０９で発生した光を導くために、上方検出板１０９の裏面に取り付けられた導光部材１１２の詳細を示した図である。導光部材１１２は、細かく分割された光ファイバー２０１、２０２、 ２０３・・・を束ねたファイバー束からなり、検出板１０９上で生じた信号電子の衝突に伴う発光を、ファイバー束の出口へと導く。ファイバー束を用いることで、検出板上の発光位置の分布が、出口部分に投影されることになる。即ち、電子の到達位置情報を、真空外に導くことができる。
　図３は、開口板１１３の詳細を示した図である。開口板１１３には、直径の異なる複数の円形開口３０１ａ、３０１ｂ・・・が形成されている。さらに、向きと幅の異なる長方形開口３０２ａ、３０２ｂ・・・、３０３ａ、３０３ｂ・・・が形成されている。さらに、形状の異なる十字型開口３０４ａ、３０４ｂ・・・、向きと大きさの異なるＬ字型開口３０５ａ、３０５ｂ・・・、３０６ａ、３０６ｂ・・・が形成されている。
　なお、本実施例で開示する絞りの形状は一例であり、これに限定する訳ではない。例えば楕円や輪帯等の任意の形状や大きさの開口があればよい。開口板は機械的駆動手段３０７、３０８に接続され、いずれかの開口がファイバー束２００の端部と光検出器１１４の検出面の間に設置されるように移動可能である。機械的駆動手段としては、アクチュエータとしてモータ、リニアモータ、圧電素子、油圧・水圧・エアシリンダなどの一般的に知られた可動機構であればいずれでも構わない。これらのアクチュエータに、ギア、ベルト、ボールねじやローラガイドなどの移動機構を組み合わせることで、開口位置を自在に移動することは可能である。なお、本実施例で説明した複数の開口を持つ開口板と機械的駆動手段の組み合わせは、同等の効果を与える代替手段であってもかまわない。たとえば、カメラのシャッター機構に代表されるような、複数枚の羽根を組み合わせることで瞳状に大きさを可変できる穴を開口板に設けたものを、機械的駆動手段で移動させても良い。さらにあるいは、液晶パネルを開口板として用い、開口を光の透過する部分として実現する方法も含まれる。この場合、光が透過できる領域の大きさと形状を液晶分子の配向で変更することが可能である。この場合、機械的駆動手段を用いずとも、液晶分子の配向で開口の位置も変えることが可能になる。
　上述のように大きさ、及び形状の少なくとも１つが可変可能な開口（光通過制限部材）を、真空外にその端部を有する導光部材と、光を電気信号に変換する変換素子との間に設けることによって、高度な信号弁別を行うことが可能となる。より具体的には、大気中で、開口位置の調整や開口の大きさ、形状の調整ができるため、真空空間に対し、多数の開口を持つ大きな開口板や、当該開口板を駆動するための駆動機構を採用することが容易となり、軌道弁別を高精度に行い得る分解能の高い調整を行うことが可能となる。
　次に走査電子顕微鏡のオペレータが、開口の形状を判断する方法について、図４を用いて説明する。図４は、走査電子顕微鏡の操作画面を示したものである。操作画面には、開口板１１３の各開口の形状を示す簡略図４０１、４０２・・・と、各形状の開口大きさを選択するボタン４０１ａ、４０１ｂ・・・４０２ａ、４０２ｂ・・・が配置されている。
　また、観察を行う半導体デバイスのウェハ名、工程名、パターン名、膜種類、膜厚さが記載された表示部４０３が設置されている。画像表示領域４０４には、走査電子顕微鏡で取得された顕微鏡画像を表示する表示画面である。この表示画面に表示する顕微鏡像として、上方検出板１０９による像、下方検出板１１０による像、あるいは両者を混合した像、のどれを表示させるか選択する選択ボタン４０５～４０７と、上方検出板と下方検出板による検出信号を混合するときの混合比率を設定するバー４０８が設置されている。オペレータは、表示部４０３に示された観察対象の特徴から、開口の種類を判断し、選択ボタン４０２ａ、４０２ｂ・・・のどれかを選択し、検査・計測を実行する。あるいは、ボタン４０６にて上方検出板を選択し、画像表示領域４０４に表示された顕微鏡像を見ながら選択ボタン４０２ａ、４０２ｂ・・・を切り替えることで、最も好適な顕微鏡像を与える開口の種類を決定する。あるいは、ボタン４０６にて下方検出板を選択して観察対象の形状および画面上の方向から適切な開口の種類を決定する。
　続いて自動的に開口の種類と大きさを決定する方法について、図５を用いて説明する。図５に、下方検出板１１０で検出された信号電子から生成された顕微鏡像５０１を示す。この時点で選択されている開口の影響を受ける像は、上方検出板１０９の像であるから、ここで示された下方検出板による顕微鏡像は開口による選択がされていない画像である。ここでは、例として観察試料を直線溝形状と仮定する。その他の形状（穴、十字、Ｌ字形状等）であっても実施の方法に本質的な違いは生じない。
　まず、顕微鏡像５０１は、画像処理部５０２に転送される。その後、第一の画像演算部５０３により、観察試料が穴形状なのか、直線溝形状なのか、十字溝やＬ字型形状なのか、を一般的なパターン認識の方法により判定する。パターン認識は、既知の種々の手法を用いることができるが、電子顕微鏡画像にはノイズが含まれているため、パターンのエッジを輪郭線化した上で、形状認識を行うことが望ましい。第一の画像演算部５０３でのパターン認識の結果は、判別した観察試料の形状として開口制御部５０４へ転送される。開口制御部５０４は、観察試料形状と同一の、或いは予め記憶された条件に基づいて、開口形状を選択する。
　上記処理の後、顕微鏡像５０１は画像処理部５０２から第二の画像演算部５０５へ転送される。第二の画像処理部５０５では、第一の画像演算部５０３で判別した試料形状に基づき、表面部の輝度Ｓ１と、底部の輝度Ｓ２を算出する。その後、輝度演算部５０６にてＳ１とＳ２の比Ｒを計算する。記憶装置５０８には、あらかじめ幾つかの数値範囲［ＭＩＮ１, ＭＡＸ１］、［ＭＩＮ２, ＭＡＸ２］、［ＭＩＮ３, ＭＡＸ３］、［ＭＩＮ４, ＭＡＸ４］・・・が記憶されている。数値範囲はお互いに重複せず、輝度演算部５０６にて計算されるＲが必ずいずれかの数値範囲に含まれるように用意する。
　各数値範囲と、開口の大きさはあらかじめ対応付けておく。輝度比較部５０７では、輝度演算部５０６にて計算されたＲを含む数値範囲を選び出す。Ｒが含まれる数値範囲がどれであったかによって、あらかじめ決めた対応関係により開口の大きさを決定する。例えば、Ｒが小さければ小さいほど、大きさの小さい開口を選択するように数値の列と、開口の大きさを対応付ける。決定した開口の種類は、開口制御部５０９へ転送され、開口制御部５０９（制御装置）は駆動手段３０７と３０８を動作させて開口板１１３を切り替える。
　上記のような構成によれば、測定や検査の対象となるパターン部位を他の部分に対して強調した画像を取得することができる条件設定を行うことができる。また、大気側にて開口調整を行うことができるため、真空内で開口調整を行う場合と比較して、高精度な条件出しを行うことができる。
　図１３は、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ１３０１）と、ＳＥＭの装置条件を設定する演算処理装置１３０２を含む測定システムの一例を示す図である。ＳＥＭ１３０１には、図１に例示したような発光素子である検出板をその一端に備えたライトガイドが備えられ、当該ライトガイドは、図２のように構成され、検出板への電子の到達位置に対応する導光部材によって、真空室外に光を導く。ライトガイドの大気側端部には、光検出器が備えられ、ライトガイド大気側端部と、光検出器との間には、図３に例示するような開口板が設置されており、開口の位置、大きさ、形状、方向の少なくとも１つの調整が可能なように構成されている。
　演算処理装置１３０２は、ＳＥＭの装置条件（測定条件）の設定や、ＳＥＭによって得られた信号を処理することによって、試料上に形成されたパターンの測定や検査を行う。より具体的には、演算処理装置１３０１は、ＳＥＭ１００に、測定条件を含む制御信号の供給を行い、ＳＥＭ１３０１によって得られた検出信号や測定結果に基づいて、パターンの測定に関する処理を実行する演算処理部１３０５や、測定条件や加工条件を定める動作プログラムであるレシピや、測定結果等を記憶するメモリ１３０６が内蔵されている。ＳＥＭ１３０１によって得られた検出信号は、演算処理装置１３０２に内蔵されるＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェアに供給され、目的に応じた画像処理や演算が行われる。
　演算処理部１３０５には、画像上にＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ　Ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を設定するＲＯＩ設定部１３０７、ＲＯＩで得られた信号を評価するＲＯＩ評価部１３０８、設定された条件に基づいて、開口の条件を探索する開口条件探索部１３０９、開口条件探索部１３０９によって探索された所定の条件を持つ開口の中から、ＲＯＩ評価部１３０８にて得られたＲＯＩ情報に基づいて、適正な開口を選択する開口設定部１３１０、及び得られた検出信号に基づいて、パターンの測定や検査等を実行するパターン測定部１３１１が内蔵されている。
　図１２は、得られた画像や設計データ記憶媒体１３０４から得られたパターン情報に基づいて、適正な開口を選択する工程を示すフローチャートである。メモリ１３０６には測定レシピとして、図１２に例示するような処理を自動、或いは半自動で実行するプログラムが記憶されている。まず、測定対象となる試料の画像を取得するためにＳＥＭ１３０１の装置条件を設定し、測定対象パターンを含む領域へのビーム走査に基づいて、画像を取得する（ステップ１２０１、１２０２）。この画像取得は、パターンの形状、大きさ、向き（方向）等を特定するために行われるものであるが、設計データ記憶媒体１３０４に記憶された設計データを参照することによって、予めパターン情報が判っている場合は、ＳＥＭを用いた画像取得処理を省略することができる。
　次に、得られた画像や設計データ上にＲＯＩ等を設定する（ステップ１２０３）。このＲＯＩ設定は入力装置１３０７の設定に基づいて、ＲＯＩ設定部１３０７で行われるものであり、適正な開口を選択するために用いられるものである。例えば図１１に例示されている画像１１０１に表示されたホールパターン１１０２の場合、ホールの底を見たいというニーズがある。ホール底の信号量をａ、ホール底部以外の信号量をｂとしたときの両者の比（ａ／ｂ）が、大きくなるような条件設定を行うことによって、ホール底を強調した画像とすることができる。図１１に例示するようホールパターンの場合、ホール底から放出される電子の中で、ホールの側壁に衝突する電子はホール底から脱出できないのに対し、試料表面から放出される電子は、ホール底であれば側壁に衝突して脱出できない方向に放出される電子であっても、検出器まで到達することができるため、このような方向に放出される電子の検出を制限することによって、そうでない場合と比較して、ホール底を強調した画像を生成することができる。一方でホールの深さによって、適正な制限角度も変化するため、図１１に例示するようにホール底と試料表面に跨るように、ＲＯＩ１１０３を設定し、ＲＯＩ評価部１３０８にて、図１０に例示するような信号波形１００１を生成することによって、ホール底の信号量ａと試料表面の信号量ｂの比（ａ／ｂ）を求め、この値が最も大きくなるように、或いは所定の条件を満たすように、装置条件を設定する。或いは、ホール底と試料表面のそれぞれに対する個別のＲＯＩ１１０４、１１０５の設定に基づいて、装置条件を設定する。なお、図１０の信号波形は、後方散乱電子の検出に基づいて生成されている。
　図１１に例示するようなホールパターンの場合、ホール底から放出される電子の放出範囲は、ホール底中心を頂点とし、ホール出口の輪郭部に接する円錐面を持つ円錐状になると考えられるため、複数の円形開口を用意し、その中でホール底の強調が可能な大きさを選択して信号制限を行うと良い。
　開口条件探索部１３０８は、取得された画像や設計データに基づいて、パターン形状を特定し、評価対象となる開口を選択する（ステップ１２０４）。上述のように、円形のホールパターンの場合、円形開口による信号制限を行うことが望ましいと考えられるため、ステップ１２０４では、複数の大きさの円形開口を選択する。ステップ１２０５では、選択された複数の開口の１つを装置条件として設定し、その状態でビーム走査に基づく画像生成を行う。次に例えばホール底等の信号量を求めると共に、信号波形評価やＲＯＩ間比較を行うことによって、設定された開口の評価を行う（ステップ１２０６、１２０７）。開口設定部１３０９では、この評価をステップ１２０４にて選択された開口分、或いは所定の条件を満たすまで繰り返すことによって、適正な開口を選択する（ステップ１２０８）。開口の選択は、例えばホール底の信号の絶対量が所定値以上であって、（ａ／ｂ）が最大、或いは所定値以上の開口を選択するようにすると良い。
　なお、上述の例では画像取得や設計データを参照することによって、パターンの形状を特定し、そのパターン形状に応じて、開口の形状を選択しているが、適当な形状が判らない場合には、大きさだけではなく、形状、位置、方向等も変えてステップ１２０４からステップ１２０７の判断を行うようにしても良い。また、ホール等の深さに応じて、開口の大きさを選択するようにしても良い。例えば、パターンの深さと適正な開口の大きさとを関連付けて記憶しておき、パターンの深さの入力に基づいて、適正な大きさの開口を選択するようにしても良い。
　また、溝の底を強調した画像を生成する場合には、長方形開口３０２や３０３を選択し、その中で適当な大きさの開口を選択するようにすると良い。更に、溝の底ではなく、溝の側壁を強調した画像を生成する場合には、側壁の傾斜角のバリエーションに対応すべく、開口の大きさ（幅）だけではなく、開口の位置を変化させて、適正な開口の大きさと位置を見出すようにしても良い。また、図３に例示した開口板１１３には、方向の異なる同一形状、同一の大きさの開口（例えば開口３０２ａと開口３０３ａ）が設けられているが、開口板１１３を回転させる回転機構を設け、開口の方向を変えるようにしても良い。更に、円形開口の位置を変えつつ、ホール底と試料表面の輝度の比を評価することによって、ホールパターンが傾いて形成されている場合に、その傾きの程度を評価することができる。
　パターン測定部１３１１は、上述のように特定部位の情報が強調された画像信号や波形信号を用いて、パターンの測定を実行する。上述のように大気側に、電子の軌道弁別のための開口を設けることによって、開口の大きさ、形状、位置、方向等を精密に調整することができ、結果として高度な軌道弁別に基づく、特定情報を強調した信号を得ることが可能となる。
　第二の実施例として、自動的に開口の大きさを決定する別の方法について説明する。本実施例では、記憶装置５０８に記憶する数値範囲［ＭＩＮ１，ＭＡＸ１］、［ＭＩＮ２，ＭＡＸ２］、［ＭＩＮ３，ＭＡＸ３］、［ＭＩＮ４，ＭＡＸ４]・・・を、表示部４０３に入力された膜種類と膜厚さ毎に分けて記憶しておく。こうすることで、輝度演算部５０６にて計算されたＲだけでなく、膜種類と膜厚さによって開口の大きさを自動的に変えることが可能になる。同様に、膜厚さの数値から観察構造の深さがわかり、下方検出板１１０による像から観察構造の幅がわかるので、それらの比から、観察構造（穴、溝など）のアスペクト比が計算できる。従って、アスペクト比と記憶装置５０８に記憶する数値範囲［ＭＩＮ１，ＭＡＸ１］、［ＭＩＮ２，ＭＡＸ２］、［ＭＩＮ３，ＭＡＸ３］、［ＭＩＮ４，ＭＡＸ４]・・・を対応付けることも可能になり、アスペクト比に応じて開口の大きさを自動的に変えることが可能になる。
　第三の実施例として、第一の実施例と同様の走査電子顕微鏡において、試料の観察位置によらずに安定に画像を取得する方法について述べる。図１に例示した偏向器１０７は、電子ビームの走査に用いられるが、試料から放出される電子の軌道も変化させる。また、図示しない視野移動用偏向器（イメージシフト偏向器）による視野移動によっても、試料から放出される電子の軌道は変化する。そこで、本実施例では、偏向器１０７や、視野移動用偏向器の偏向信号（偏向量と方向）に応じて、開口板１１３を移動させる例について説明する。より具体的には、開口板１１３の位置を移動させる機械的駆動手段３０７（駆動機構）を用いて、試料から放出される電子の軌道の変化に連動して、開口板１１３の位置を制御することによって、偏向信号によらず、軌道弁別条件を一定に維持する。開口板１１３として液晶パネルを使用する場合は、機械的駆動手段を用いずとも、液晶分子の配向で開口の位置を変えることが可能である。
　本実施例の手法によれば、偏向信号によらず高精度な軌道弁別条件を維持することが可能となる。
　第四の実施例として、図１とは異なる構成の走査電子顕微鏡について説明する。図６は走査電子顕微鏡の構成を示す図である。第一の実施例と異なる点は、上方検出板として、中央に穴を有した円環状検出板６０１を使用している点、導光部材６０２の形状が図１の導光部材１１２と異なる点である。円環状の検出板の場合、一次電子線１０２は中央の穴を通過するため、実施例１で用いたウィーンフィルタ１１１は必要ない。
　図７は、第四の実施例で採用されている導光部材６０２の詳細を示した図である。円環状検出板６０１にて発生した光を、その発生分布情報を維持しつつ、真空室外に導くため、プリズム７０１を備える。導光部材は、プリズム７０１で反射した電子を導く、細かく分割された光ファイバー７０２、７０３、７０４・・・を束ねたファイバー束７１０により構成され、検出板６０１上で生じた信号電子の衝突に伴う発光を、ファイバー束の出口へと導く。ファイバー束を用いることで、検出板上の発光位置の分布が、出口部分に投影されることになる。
　この投影像を真空室外に設けられた開口板１１３を用いて、部分的にその通過を制限することによって、特定情報を強調した信号を得ることが可能となる。
　第五の実施例として、真空室内で発生させた光を大気側に導く導光部材の他の例を説明する。図８は、２枚のレンズ８０１、８０２と、プリズム８０３を含む導光部材を備えた走査電子顕微鏡の一例を示す図である。上方検出板１０９の後方（電子が衝突する面と反対側）にレンズ８０１、８０２、及びプリズム８０３を配置し、検出板１０９上の発光位置の分布を、光検出器１１４の検出面３０８上に投影させる。なお、レンズとプリズムの枚数と位置関係は図８に限定されない。例えば、光路を曲げる必要がなく、直線的に光を取り出すのであれば、プリズム８０３は不要である。投影像を真空室外に設けられた開口板１１３を用いて、部分的にその通過を制限することによって、特定情報を強調した信号を得ることが可能となる。
　第六の実施例を図９に示す。本実施例では、下方検出板１１０に、図７に例示したものと同等の導光部材９０１を配置する。下方検出板１１０に信号電子が衝突すると、検出板が発光し、その際に生じた光子が第二の導光部材９０１を介して真空容器１２０外へ導かれる。その後、第二の導光部材９０１の端部から取り出された光子は第二の開口板７０２を通過した後、第二の光検出器７０３にて検知される。
　図９に例示するような構成によれば、広範囲に亘って放出される電子の中から、所望の特定情報を強調した信号を得ることが可能となる。
１０１…電子源、１０２…一次電子線、１０３…集束レンズ、１０４…集束レンズ、１０５…対物レンズ、１０６…試料、１０７…偏向器、１０８…電子、１０９…上側検出板、１１０…下側検出板、１１１…ウィーンフィルタ、１１２…導光部材、１１３…開口板、１１４…光検出器、１２０…真空容器

Claims (12)

  1. 　真空容器内に配置された試料に対し、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置において、
    　前記試料から放出された荷電粒子の衝突に基づいて光を発生する第１の光発生面と、当該第１の光発生面で発生した光の発生分布を維持しつつ、前記真空容器外に前記発生した光を導く導光部材と、当該導光部材によって真空容器外に導かれた光を検出する光検出器と、当該光検出器と、前記導光部材との間に、前記導光部材によって導かれた光の通過を制限する光通過制限部材を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記光通過制限部材は、前記光を通過させる開口の大きさ、位置、形状、及び方向の少なくとも１つが可変なように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記光通過制限部材は、大きさ、位置、形状及び方向の少なくとも１つが異なる２以上の開口を有する開口板であって、当該開口板を駆動する駆動機構を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記光通過制限部材は、複数枚の羽根の組み合わせによって構成されると共に、当該複数の羽の調整によって、開口の大きさの調整が可能なように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項１において、
    　前記光通過制限部材は液晶板であって、液晶配向の切り替えによって、前記光が通過する開口の大きさ、位置、形状、及び方向の少なくとも１つが変更可能なように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項１おいて、
    　前記導光部材は、光ファイバー束からなることを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項１において、
    　前記導光部材は光学レンズを備え、当該光学レンズは、前記光発生面の各位置の光を前記光検出器に投影することを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項１において、
    　前記第１の光発生面は、前記荷電粒子ビームの軸外に配置され、当該荷電粒子ビームの軸外に配置された前記第１の光発生面に向かって、試料から放出された荷電粒子を偏向する偏向器を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項８において、
    　前記偏向器よりも前記試料側に、前記試料から放出された荷電粒子の衝突に基づいて光を発生する第２の光発生面を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　請求項９において、
    　前記第２の光発生面は、円環状であって、当該円環の孔に前記荷電粒子ビームが通過することを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　請求項１において、
    　前記光通過制限部材の光通過開口の大きさ、位置、形状、及び方向の少なくとも１つを制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる試料上の第１の部分の信号と当該第１の部分とは異なる第２の部分の信号の比が所定の条件を満たすように、前記光通過開口の大きさ、位置、形状、及び方向の少なくとも１つを調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 　請求項１１において、
    　前記制御装置は、第１の部分の信号と第２の部分の信号の比が所定値以上、或いは最も大きくなるように、前記光通過開口の大きさ、位置、形状、及び方向の少なくとも１つを調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
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