(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子線を照射して、前記照射によって発生した二次信号から前記試料の画像を生成する荷電粒子線装置であって、
複数に分割された反射電子検出器を有し、前記試料から出射される反射電子の方位角から前記試料の表面の凹凸形状を分析する凹凸形状分析部と、
前記試料の任意の領域における、前記試料の厚さ方向の組成を分析し、同一組成である部分の厚さを評価する組成分析部と、を備え、
前記試料の形状を明確に捉える加速電圧において、前記凹凸形状を分析し、
前記荷電粒子線が前記試料の構造物に到達する加速電圧において、前記同一組成である部分の厚さを評価し、
前記領域における前記凹凸形状と前記同一組成である部分の厚さに基づいて、前記試料の内部構造を構築する内部構造構築部とを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記凹凸形状および前記同一組成である部分の厚さは、前記試料上の複数箇所で分析され、
前記内部構造は二次元または三次元に構築されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料は異物を内包するものであって、
前記複数箇所として、少なくとも、前記異物の垂直上方にあたる第一の領域と、前記試料上で前記第一の領域以外の第二の領域が選択されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記内部構造構築部は、前記凹凸形状と前記同一組成である部分の厚さを加減算することで前記試料の内部構造を構築することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記凹凸形状は、所定の基準高さと前記基準高さからの相対変位によって表現されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、さらに、
前記内部構造を表示する表示部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、さらに、
前記試料の帯電を緩和する手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記組成分析部が、Ｘ線検出器を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
試料に荷電粒子線を照射して、前記照射によって発生した二次信号から前記試料の画像を生成する試料観察方法であって、
前記試料の形状を明確に捉える加速電圧において、前記試料から出射される反射電子の方位角から前記試料の表面の凹凸形状を分析するステップと、
前記荷電粒子線が前記試料の構造物に到達する加速電圧において、前記試料の任意の領域における、前記試料の厚さ方向の組成を分析し、同一組成である部分の厚さを評価するステップと、
前記領域における前記凹凸形状と前記同一組成である部分の厚さに基づいて、前記試料の内部構造を構築するステップとを備えることを特徴とする試料観察方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の試料観察方法において、
前記凹凸形状および前記同一組成である部分の厚さは、前記試料上の複数点で分析され、
前記内部構造は二次元または三次元に構築されることを特徴とする試料観察方法。
【請求項１１】
請求項９〜１０のいずれかに記載の試料観察方法において、
前記内部構造を構築するステップは、前記凹凸形状と前記同一組成である部分の厚さを加減算することで前記試料の内部構造を構築することを特徴とする試料観察方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかに記載の試料観察方法において、
前記試料は単層または多層の膜による層構造であることを特徴とする試料観察方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかに記載の試料観察方法において、
前記試料は異物を内包していることを特徴とする試料観察方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれかに記載の試料観察方法において、
前記試料の内部構造は大気暴露により変質する材質であることを特徴とする試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査電子顕微鏡や、これを用いたパターン計測・検査装置等の荷電粒子線装置に関する。特に、試料の内部構造を観察する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡などの荷電粒子線装置を用いて試料形状の三次元構造を計測・観察する方法が知られている。走査型電子顕微鏡は試料表面に電子線を照射し、照射された領域から得られる二次電子や反射電子等の二次粒子の信号に基づいて画像を取得するものである。これらの二次粒子は主に試料表面近傍からの情報をもつものであり、一般的には、二次粒子等を用いた試料上方からの観察では試料の表面近傍の情報しか得られない。
【０００３】
試料内部構造を解析する手法には、ＣＴ法、イオンミリング法、ＦＩＢ法、機械研磨法、切削法などが挙げられるが、専用の装置が必要である場合や、試料を切削することによって破壊や消失を伴う場合もある。特に、試料内部に内包される異物等の解析を行う場合には、上記切削法などの物理的な断面作製では異物の変形や脱落といった形態変化を招く恐れがある。また、機械研磨法や切削法では広い領域の解析には適用しやすいが、局所領域での内部構造解析には適用しにくい。
【０００４】
これに対して、特許文献１に記載されるように、加速電圧によって一次電子線の試料内部への侵入深さが変わることを用いて、試料内部の構造を観察する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５０８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の発明は観察対象となる試料を走査透過像で観察を行うため、試料を観察可能となるまでイオンミリング法、ＦＩＢ法、機械研磨法、切削法などにより薄片化する必要があるため非破壊での内部構造解析は困難である。
【０００７】
本発明は、試料表面から観察または分析を行うことで、試料を破壊することなく、また試料や基板形状に依らず試料内部構造を解析することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
試料に荷電粒子線を照射して、照射によって発生した二次信号から試料の画像を生成する荷電粒子線装置であって、複数に分割された反射電子検出器を有し、前記試料から出射される反射電子の方位角から前記試料の表面の凹凸形状を分析する凹凸形状分析部と、試料の任意の領域における試料の厚さ方向の組成を分析して同一組成である部分の厚さを評価する組成分析部と、を備え、前記試料の形状を明確に捉える加速電圧において、前記凹凸形状を分析し、前記荷電粒子線が前記試料の構造物に到達する加速電圧において、前記同一組成である部分の厚さを評価し、同一組成である部分の厚さと試料表面の凹凸形状とに基づいて前記試料の内部構造を構築する内部構造構築部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
試料表面から観察／分析を行い、データ取得を行うため、試料を破断することなく非破壊で試料内部構造（膜厚、異物形状など）を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】荷電粒子線装置の全体構成の概略図である。
【図２】（ａ）電子線侵入深さの説明図、（ｂ）複数点での膜厚計測の概略説明図である。
【図３】試料表面の凹凸形状計測の概略を説明する図である。
【図４】試料内部構造解析の一例を示したフローチャートである。
【図５】異物を内包した試料の内部構造解析例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では走査電子顕微鏡の実施例を説明するが、走査電子顕微鏡を応用したパターン計測装置や試料観察装置、欠陥検査装置等の荷電粒子線装置にも応用可能である。ここでいう荷電粒子線装置とは、荷電粒子線を試料に照射し、照射によって発生した二次電子や反射電子等の二次信号から画像を生成する手段を有する装置を指す。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成の概略を示す図であり、走査電子顕微鏡を断面で示した模式図である。
【００１３】
電子銃１０１に熱あるいは電圧を印加し電子線１０２が放出され、収束レンズ１０３で収束され、偏向器１０４によって走査される。収束レンズ１０３、偏向器１０４は１個または複数で電子線１０２を収束する。この電子線１０２はさらに対物レンズ１０５により微小スポットとして収束され、試料１０６上に照射される。この電子線１０２の照射によって試料１０６から発生する二次信号１０７（二次電子、反射電子、吸収電流、特性Ｘ線など）によって画像取得または組成分析を行う。
【００１４】
画像取得は、二次電子検出器１１０や反射電子検出器１０８によって検出された二次信号を試料上の走査位置の画素と対応付けて、表示部１１１に表示あるいはデジタルデータとして画像生成される。
【００１５】
組成分析にはＸ線検出器１０９が用いられる。電子線１０２が試料に照射されると、試料から特性Ｘ線等、試料の組成情報を持つ二次信号１０７が発生する。これを検出し、スペクトル解析することで、電子線１０２が照射された領域の組成を分析することができる。
【００１６】
取得した画像や分析された試料の組成は、表示部１１１に表示される。表示部は走査電子顕微鏡本体に併設されてもよいし、ネットワークで接続されて遠隔したコンピュータ等の表示部であってもよい。制御用ＰＣ１１２は取得した膜厚情報などから内部構造を構築する際に用いるが、制御用ＰＣ１１２は同じく走査電子顕微鏡本体に併設されてもよいし、ネットワークで接続されて遠隔したコンピュータ等であってもよい。
【００１７】
また、対物レンズ１０５は試料を対物レンズ内部に挿入して高分解能観察を実現するインレンズ方式、試料を対物レンズ下部に配置することで大型試料に対応できるアウトレンズ方式、または対物レンズ下方に仮想レンズが形成されることにより高分解能と大型試料観察を両立したシュノーケルレンズ方式（セミインレンズ方式）など種々の方式が用いられる。またＸ線分析は半導体検出器と波高分析器を用いて検出した特性Ｘ線のエネルギーに応じて同定を行うエネルギー分散型や、分光結晶を用いて検出する特性Ｘ線の波長に応じて同定を行う波長分散型など種々の方式が用いられる。
【００１８】
また、本実施例の荷電粒子線装置は他の外部観察装置や検査装置などとネットワークで接続し、解析対象個所の位置情報を入出力してもよい。
【００１９】
図２は膜厚計測についての説明図で、（ａ）電子線侵入深さの説明図、（ｂ）複数点での膜厚計測の概略説明図である。
【００２０】
基板２０１上に形成された膜２０２に対し、電子線２０３を照射する。基板上の膜は１層あるいは組成の異なる複数層で形成される。図２（ａ）に示すように、電子線２０３が照射されると、組成分析用の電子線２０３が照射された領域から特性Ｘ線２０５が発生する。電子線２０３は加速電圧によって決まるエネルギーや、試料を構成する元素、密度、結晶状態等によって、試料内部に潜り込む領域、深さが異なる。以下、電子線２０３が潜り込むことによってＸ線が発生する領域を、Ｘ線発生領域２０４とよぶ。電子線２０３は試料を構成する元素、密度、膜厚等の情報から計算を行い、膜２０２を通過して基板２０１まで到達する加速電圧が自動選択される。Ｘ線発生領域を変化させるための条件は、加速電圧や試料を構成する元素、密度、結晶状態がある。Ｘ線検出器２０６で検出された特性Ｘ線２０５の定性分析から試料を構成する元素が同定され、加速電圧などの電子線照射条件を含めて計算される特性Ｘ線２０５の発生領域、Ｘ線検出器２０６で検出された特性Ｘ線２０５を演算して得られる定量分析結果及び試料を構成する元素の密度情報から計算を行い、膜２０２の膜厚情報２０７が求まる。
【００２１】
膜表面の凹凸を計測する場合や膜厚分布を求める場合は、複数点での膜厚情報２１０を取得する。特に、凹凸の位置がわかっている場合には、凹部２０８を横断あるいは囲むように複数点にライン状あるいはグリッド状に電子線２０９を照射する。電子線２０９の照射点は少なくとも凹部の内外の各１点以上を選択する必要がある。凹部について説明したが凸部の場合も同様である。以下で説明するように、試料に異物が内包されている場合、凹部または凸部は、異物の垂直上方にあたる試料上の領域と言い換えることもできる。
【００２２】
以上、試料が基板の上に積層された膜であるとして説明したが、必ずしも膜である必要はなく、試料の高さ方向に形成された構造物であればよい。組成の異なる堆積した、あるいは付着した異物、膜に生じた傷などによる形状変形なども含まれる。以下では簡単のため、試料の高さ方向の構造物を膜と表現するが、本明細書において膜とは同一組成からなる構造物を広く指すものとする。
【００２３】
次に、図３を用いて試料表面の凹凸形状を測定または観察する方法について説明する。ここで、試料表面とは用いる装置の分解能により依存する識別可能な深さ情報で、加速電圧等に依存する。例えば、二次電子を用いる場合は一般的に二次電子の発生深さ（約１０ｎｍ）を示すが、反射電子の場合にはそれよりも深い情報も検出しうる。試料表面とは上述の領域でかつ、観察している試料上部に構造が無い状態を示す。また、内部構造とは試料から物理的に露出していない状態の構造を表す。例えば、上述の「試料表面」より下側、すなわち凹凸形状観察用の一次電子線が侵入する深さ（侵入長）で検出できる試料構造のことをいう。何らかの粒子が膜中に存在している場合、粒子上部が膜面より露出している場合は露出部分は「試料表面」であるし、粒子上部に膜が覆っていると認識できる領域は「試料内部」となる。図３は試料表面の凹凸形状計測の概略を説明する図である。図３（ａ）では４分割された円環状反射電子検出器を用いて凹凸形状計測を行う例を示している。試料３０１に電子線３０２が照射され、試料３０１直上に配置された４分割反射電子検出器３０３で反射電子３０４を検出する。４分割された反射電子検出器の各検出素子３０５で取得する反射電子信号量は試料凹凸、材質などによって変化するが、試料上の任意の測定点において４検出素子で取得した信号量を演算することで、試料表面の各種の凹凸情報を構築できる。
【００２４】
試料に対向して配置された４分割された反射電子検出器の各検出素子３０５Ａ〜３０５Ｄの検出信号は、試料の傾斜情報を反映する。凹凸情報を求めるには、例えば、次式に示すようにそれぞれの検出信号からＸ、Ｙ方向に二次元的な積分を行うことで高さ分布Ｚ（Ｐ２）を求めることができる。なお、ｘ0、ｘ1、ｙ0、ｙ1はそれぞれ二次元上での位置、Ｚ（Ｐ０）は原点（ｘ0、ｙ0）における高さを示す。
【００２５】
【数１】
0005904799.tif 000002
【００２６】
ここで凹凸情報とは図３（ｂ）のように凹凸が認識できるＳＥＭ像３０６、図３（ｃ）のように凹凸を分かりやすく示した鳥瞰図３０７、図３（ｄ）のようにＳＥＭ像中の任意のラインで抽出した断面プロファイル３０８などがある。なお、断面プロファイル３０８はＳＥＭ像をＺ方向を含む任意の方向に二次元的に切り出し、当該方向の試料高さの分布を示すものである。
【００２７】
このうち、図３（ｄ）の断面プロファイル３０８では、ベースライン高さ３０９が示されている。取得した凹凸情報は、ベースライン高さ３０９を基準とした相対的な高さの変位によって表されている。ベースライン高さ３０９は４分割された反射電子検出器の各検出素子３０５で検出した信号量の差分が０となる位置、あるいは基準高さと設定したキャリブレーション位置が起点となる。ベースライン高さ３０９は高さの絶対値が既知のものをキャリブレーション試料として用いることで、絶対基準高さで表現しても良い。また、断面プロファイル３０８を複数の方向に対して作成することで、凹凸情報３１０は取得画像中の任意の画素から数値として抽出可能である。試料セットが傾斜している場合などでは、試料表面凹凸形状に誤差要因が加わり、内部構造が歪むといったことが生じかねないが、ベースライン高さ３０９を基準とすることで、試料傾斜を補正して水平調整を行い、本来の内部構造を把握することも可能となる。
【００２８】
ここで反射電子検出器は４分割としたが、分割数は２以上であれば試料から出射される反射電子の方位角を弁別して検出が可能であり、これに限定されるものではない。また、試料表面の凹凸形状計測の手法としては、上述した方法以外にも、試料傾斜またはビーム傾斜によってステレオ像を取得する方法など種々適用可能である。
【００２９】
さて、試料の内部構造を観察するには、従来、試料を切削することが必要となる場合が多く、試料の破壊や消失を伴っていた。特に、試料内部に内包される異物等の解析を行う場合には、上記切削法などの物理的な断面作製では、試料を切削するための刃物等の接触あるいは摩擦等により応力が加えられ、解析対象となる異物の変形や脱落といった形態変化を招く恐れがあった。
【００３０】
また、図３に示すような凹凸形状の観察では、試料表面近傍の情報が大部分を占めており、試料の内部構造を分析することはできない。膜厚が均一で基板表面も平滑な試料の場合には、試料表面の凹凸形状を把握することで内部異物の存在を推測することもできる場合もあるが、基板および試料表面の平滑性が前提となっているため、現実的には試料表面の凹凸が内部に埋め込まれた異物に起因するものであるか否かを判別することは困難である。基板および試料表面の平滑性が確保された試料で異物が内部に埋め込まれた場合でも、たとえば三角形状の異物が埋め込まれていた場合、三角形状異物の頭頂部が試料に対し上向きあるいは下向きであったとしても、試料表面の凹凸は同様の形状を示すため、さらに異物の全形を精度良く把握することは困難となる。
【００３１】
本実施例では、試料表面の凹凸形状の情報と、同一組成である部分の厚さに基づいて、試料の内部構造を分析する。試料表面の凹凸形状の情報は二次信号に基づく試料の画像から分析することができ、同一組成である部分の厚さは元素分析等によって試料の厚さ方向の組成を分析することにより評価することができる。なお、以下で「厚さ」は「深さ」と言い換えることもできる。
【００３２】
特に、本実施例では試料上の複数の点において試料の組成ごとの厚さを計測する。
【００３３】
これによって、基板に平行な面における試料の内部構造の面内分布を把握することができ、結果として、これらの分析結果から試料の局所領域に対して内部構造を構築することが可能となる。したがって、本実施例によれば試料を破壊することなく、内部構造を計測または観察することができる。
【００３４】
試料内部構造解析の一例を示したフローチャートを図４に示す。
【００３５】
解析対象となる試料を走査電子顕微鏡の試料室に装填する。次に走査電子顕微鏡の試料ステージを移動させ、解析対象個所の特定を行う（ステップ４０１）。解析対象箇所とは内部構造の解析を行う範囲として設定された領域をいう。解析対象箇所はユーザによって指定されても良く、また検査条件が設定されているレシピによって予め指定されていて自動で設定されても良い。または、走査電子顕微鏡画像以外に外部画像、たとえば色情報を持った光学顕微鏡画像やデジタルカメラ画像などを用いて、外部画像が取得された装置から出力される位置情報を解析対象箇所として設定することも可能である。
【００３６】
次に、解析対象個所で試料表面の凹凸形状計測を行い（ステップ４０２）、基準高さ情報の取得（ステップ４０３）と試料表面凹凸情報の取得（ステップ４０４）を実施する。ステップ４０２、ステップ４０３、ステップ４０４は、例えば図３を用いて説明した方法により行う。ここで、基準高さ情報とは４分割された反射電子検出器の各検出素子３０５で検出した信号量の差分が０となる位置、あるいは基準高さとして設定したキャリブレーション位置をいい、試料表面凹凸情報とは各測定点において計算された高さ情報と基準高さ情報の差分をいう。
【００３７】
次に、凹凸形状を観察した位置と同じ解析対象個所において、元素分析を行い（ステップ４０５）、試料の厚さ方向の組成を分析し、同一組成である部分の厚さの情報（以下、構造物の厚さ情報という）を取得する（ステップ４０６）。なお、構造物とは膜の他にも、人工的なパターンや試料に内包される異物も含むものとする。三次元形状計測（ステップ４０２）と元素分析（ステップ４０５）による構造物の厚さ情報の取得（ステップ４０６）は試料位置移動を行わずに同じ解析対象個所で測定を行うため、容易にデータ取得を行うことができる。なお、凹凸形状を観察した位置と同じ解析対象個所とは、凹凸形状を観察した複数の位置のうち一部について元素分析を行い、構造物の厚さ情報を取得する場合も含むものとする。元素分析（ステップ４０５）を行う加速電圧は試料を構成する元素、密度、膜厚等の情報から計算を行い、解析対象となる構造物を透過して到達する条件が自動選択される。試料表面の凹凸形状を観察する場合は元素分析と同一の加速電圧でも良いし、試料形状を明確に捉えるため、加速電圧を変えて測定を行ってもよい。
【００３８】
三次元形状計測（ステップ４０２）による基準高さ情報と試料表面凹凸情報と元素分析（ステップ４０５）による構造物の厚さ情報を加減算して合算し（ステップ４０７）各測定点における基準高さから算出した構造物の位置情報を取得する。次に、各測定で得られた各測定点における基準高さから算出した構造物の位置情報をプロットしてグラフ化あるいは三次元図化することで、試料内部構造を構築する（ステップ４０８）ことができる。
【００３９】
ここで最終的に構築される試料内部構造とは、例えば三角錘形状の異物が基材と膜の間に内包されている場合、異物の形状、大きさ、異物位置、異物の向き等の情報を示す。
【００４０】
試料内部構造構築のための計算は、試料の表面の凹凸形状情報と、構造物の厚さ情報を加減算することによって行う。一例として、以下の通りである。
試料表面形状：［基準高さ−試料表面の凹凸情報］
構造物１形状：［基準高さ−試料表面の凹凸情報＋構造物１の厚さ情報］
構造物２形状：［基準高さ−試料表面の凹凸情報＋構造物１の厚さ情報＋構造物２の厚                  さ情報］
【００４１】
以下、構造物の総数が増えた際には各構造物について厚さ情報を加算していき、試料表面形状、構造物１〜構造物ｎまで分析してこれらの情報を加減算することで内部構造が構築できる。
【００４２】
凹凸形状情報と組成分析から得られる膜厚情報は画像及び組成分析情報を取得した走査電子顕微鏡制御ＰＣあるいは分析制御ＰＣで計算を行い取得できる、あるいは外部接続されたＰＣまたは単独ＰＣでも算出可能である。これらの情報を元に内部構造情報を構築する際も、上述の各制御用ＰＣあるいは外部接続されたＰＣまたは単独ＰＣで構築可能である。
【００４３】
図５に、試料内部構造解析の一例として異物を内包した試料の解析例を示す。この例では異物および膜が上述した「構造物」にあたる。基板５０１上に形成された１層あるいは複数の組成の異なる複数層で形成された膜５０２の内部に異物５０３が内包されている。異物５０３の垂直上方にあたる試料表面領域を含むように、電子線５０４を走査し、試料表面の凹凸形状の情報を取得する。図５では、電子線５０４の走査は異物５０３の垂直上方にあたる試料表面領域を横断するように図５中丸字で示す１−９の順に走査する。ここで、異物５０３の垂直上方にあたる試料表面領域とは、例えば図５中丸字３−７で電子線が照射される領域をいう。解析対象となる異物５０３を含む領域はユーザによる目視、あるいは検査装置、光学顕微鏡、実体顕微鏡、金属顕微鏡、Ｘ線像など各種観察によって存在を確認する、あるいは試料表面の凹凸などから異物の存在を推測する。試料表面の凹凸形状情報は、例えば、図３を用いて説明したような方法で取得することができる。これによって、試料表面凹凸情報５０５と試料基準高さ５０６が取得できる。
【００４４】
次に、異物５０３の垂直上方にあたる試料表面領域を含むように、電子線５０７を照射し、各電子線５０７照射個所において膜の膜厚情報５０８と異物の厚さ情報５０９を取得する。膜の膜厚情報５０８および異物の厚さ情報５０９の取得は、例えば、図２を用いて説明したような方法で取得することができる。
【００４５】
なお、凹凸形状情報と膜厚情報は、試料上の１箇所で分析すればその領域での試料の内部構造を構築することができる。さらに本実施例に示すように、１直線上の複数の箇所で凹凸形状情報と膜厚情報を分析することで、二次元の内部構造を構築することができる。さらに、少なくとも同一直線上にない３点で表面凹凸情報と膜厚情報を取得すれば、三次元で試料の内部構造を構築することができる。
【００４６】
凹凸形状情報と膜厚情報の分析領域の選び方はユーザが事前に選択する構成であってもよいし、自動的に領域選択されてもよい。自動的に領域選択する手法としては、走査電子顕微鏡の反射電子像による組成コントラストでの異物位置の判別や、上述の外部画像が取得された異物の特定位置情報から設定することもできる。
【００４７】
特に、試料が異物を内包する場合には、分析領域として、少なくとも、前記異物の垂直上方にあたる第一の領域と、前記試料上で前記第一の領域以外の第二の領域を選択するようにするとよい。なお、凹凸形状情報と膜厚情報を分析するのは一定の範囲を持った領域であっても、点状であってもよい。本明細書において分析領域とは点状の領域も含むものとする。
【００４８】
次に、取得した各情報の合算を行う。まず、基準高さ５０６を原点０として、基準高さ−表面凹凸情報５１０によって試料表面情報を取得する。更に、基準高さ−表面凹凸情報＋膜の膜厚情報５１１によって膜情報を求め、基準高さ−表面凹凸情報＋膜の膜厚情報＋異物の膜厚情報５１２によって異物情報を求め、プロットすることで試料内部構造再構築結果５１３が得られる。ここで、膜情報とは各測定点における膜の深さ方向位置をいい、異物情報とは異物の大きさや埋まっている深さ位置を指す。図５では説明を簡単にするため、電子線の照射点数を９点のみとしているが、試料表面の凹凸形状と膜厚情報の測定点数を増やすことで微細な試料形状も把握できる。
【００４９】
また、電子線５０７をライン状に照射すると二次元的な断面情報が得られ、電子線５０７をグリッド状に照射すると三次元的な内部構造が把握可能となる。
【００５０】
以上の実施例によれば、三次元形状計測手段、膜厚計測手段を備えた表面観察装置のみで内部構造を解析できるため、断面作製のための機械研磨、イオンミリングなどの特殊な個別装置を必要とせず、簡便に、非破壊で試料内部構造（膜厚、異物形状など）を把握することができる。
【実施例２】
【００５１】
上述した実施例は、試料内部に内包される異物だけでなく、半導体デバイスに代表されるような多層膜や配線材の形状評価、樹脂強度向上のために混入される分散材の内部形状評価などにも適用可能である。比較的大きな形状の内部構造評価はＸ線ＣＴなどを用いれば対応できるが、微細化する半導体デバイスなどでは分解能的に対応困難な場合が多い。これに対し、本手法では走査電子顕微鏡を用いた解析であるため、より高分解能な走査電子顕微鏡を用いることで容易に対応できる。
【００５２】
本実施例によれば、試料や基板の平滑性や、試料構成材質の導電性の有無に依らず試料内部構造が把握可能である。
【実施例３】
【００５３】
本実施例では、大気中で反応が進行しやすい試料、汚染しやすい試料を観察する例を示す。例えばリチウムイオン電池材料や活性度の高い金属材などが挙げられる。
【００５４】
内部組織や内包される異物が大気暴露により変質しやすい試料の場合には、断面作製で内部組織や内包された異物を露出させることで変質を生じてしまう恐れがある。このような試料の場合には、従来、断面作製装置及び観察のための荷電粒子線装置に試料を搬送する際にも、雰囲気遮断を行える試料搬送用機器を用いて作業を行っているが、専用機器を必要とし、作業も煩雑となる可能性がある。試料表層の組織が変質しやすい場合は、試料表面にたとえばＰｔなどの金属あるいはＣなどのコーティングにより保護膜を形成し、保護膜を含む積層膜構造物として試料表層組織を解析することも可能である。
【００５５】
このような試料においても、本発明による走査電子顕微鏡で試料の内部構造を観察することで、内部組織を露出することなく、試料表面から観察／分析することで内部構造を把握できる。
【実施例４】
【００５６】
試料内部に内包される異物が非導電性である場合、一次電子線の照射により試料表面に帯電現象が起こりやすくなる。この帯電現象により一次電子線照射あるいは二次信号の発生が阻害され、試料ドリフトや信号発生量の増減などの一因となり試料断面作製ならびに試料観察を阻害する恐れがある。表面凹凸情報並びに膜厚情報を取得する際に帯電現象に基づく試料ドリフトによる位置ずれ、あるいは信号発生量増減による凹凸形状演算及び膜厚計測結果に誤差などが生じるといった問題が発生する。
【００５７】
これに対し、本実施例のように、荷電粒子線装置に試料室内真空度調整による帯電軽減機能を付随することで、試料を構成する材質の導電性が低い場合であっても、帯電の影響を低減した観察または分析が可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１０１  電子銃
１０２、２０３、２０９、３０２、５０４、５０７  電子線
１０３  収束レンズ
１０４  偏向器
１０５  対物レンズ
１０６、３０１  試料
１０７  二次信号
１０８  反射電子検出器
１０９、２０６  Ｘ線検出器
１１０  二次電子検出器
１１１  表示部
１１２  制御用ＰＣ
２０１、５０１  基板
２０２、５０２  膜
２０４  Ｘ線発生領域
２０５  特性Ｘ線
２０７  膜厚情報
２０８  凹部
２１０  複数点での膜厚情報
３０３  ４分割反射電子検出器
３０４  反射電子
３０５  検出素子
３０６  ＳＥＭ像
３０７  鳥瞰図
３０８  断面プロファイル
３０９  ベースライン高さ
３１０  凹凸情報
５０３  異物
５０５  表面凹凸情報
５０６  基準高さ
５０８  膜の膜厚情報
５０９  異物の厚さ情報
５１０  基準高さ−表面凹凸情報
５１１  基準高さ−表面凹凸情報＋膜の膜厚情報
５１２  基準高さ−表面凹凸情報＋膜の膜厚情報＋異物の厚さ情報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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