(57)【要約】【課題】観察時での、試料３への電子ビームＥ１の照射によるチャージアップを防止する。【解決手段】走査電子顕微鏡等を用いた観察時に、電子ビームＥ１が試料３の被観察領域に照射されるにつれて、当該被観察領域が負に帯電されていく。この観察中に、正に帯電されたＡｒイオンビーム１０を、試料３における被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部に照射する。このＡｒイオンビームの照射によって、試料３の被観察領域は電気的に中和され、チャージアップが発生することがない。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の被観察領域に荷電粒子ビームを照射するとともに、前記試料の被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部にイオンビームを照射し、前記試料の被観察領域からの情報を検出することを特徴とする観察方法。
【請求項２】
試料の被観察領域に荷電粒子ビームを照射して当該被観察領域を観察する観察方法であって、前記試料の被観察領域に前記荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射工程と、前記試料の被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部にイオンビームを照射するイオンビーム照射工程と、前記試料の被観察領域からの情報を検出する情報検出工程とを有することを特徴とする観察方法。
【請求項３】
前記荷電粒子ビーム照射工程が実行されている期間において、前記イオンビーム照射工程が行われることを特徴とする請求項２記載の観察方法。
【請求項４】
前記イオンビームは正電荷のイオンビームであることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の観察方法。
【請求項５】
前記イオンビームはＡｒイオンビームであることを特徴とする請求項４記載の観察方法。
【請求項６】
前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の観察方法。
【請求項７】
前記荷電粒子ビームは前記試料の被観察領域内を走査されることを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の観察方法。
【請求項８】
前記試料の被観察領域から検出される情報は、当該被観察領域からの二次電子に基いて検出されることを特徴とする請求項１乃至７何れかに記載の観察方法。
【請求項９】
試料の被観察領域に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射手段と、前記試料の被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部にイオンビームを照射するイオンビーム照射手段と、前記試料の被観察領域からの情報を検出する情報検出手段とを有する観察装置。
【請求項１０】
前記イオンビーム照射手段は、正に帯電されたイオンビームを照射する手段であることを特徴とする請求項９記載の観察装置。
【請求項１１】
前記イオンビーム照射手段は、Ａｒイオンビームを照射する手段であることを特徴とする請求項１０記載の観察装置。
【請求項１２】
前記荷電粒子ビーム照射手段は、電子ビームを放出する電子銃を備えることを特徴とする請求項９乃至１１何れかに記載の観察装置。
【請求項１３】
前記荷電粒子ビーム照射手段は、前記荷電粒子ビームを前記試料の被観察領域内で走査させる走査コイルを備えることを特徴とする請求項９乃至１２何れかに記載の観察装置。
【請求項１４】
前記情報検出手段は、前記試料の被観察領域からの二次電子を検知する二次電子検知器を備えることを特徴とする請求項８乃至１３何れかに記載の観察装置。
【請求項１５】
前記荷電粒子ビーム照射手段は対物レンズを備え、前記情報検出手段における二次電子検知器の検知部は当該対物レンズの内部に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の観察装置。
【請求項１６】
前記対物レンズは、前記イオンビームの一部を遮蔽することを特徴とする請求項１５記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、走査型電子顕微鏡等の観察装置を用いた観察方法及び当該観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡では、試料への電子ビームの照射に基いて発生した二次電子、反射電子等を検知し、その検知結果に基いて当該試料に関する情報を検出している。
【０００３】
このような走査型電子顕微鏡において、対物レンズとして収差係数が小さいセミインレンズタイプのものを用い、これにより分解能が向上された走査型電子顕微鏡が開発されている。図４は、このようなタイプの走査型電子顕微鏡の要部を示しており、１０１はセミインレンズタイプの対物レンズである。
【０００４】
この対物レンズ１０１は、内側磁極１０２の外側に外側磁極１０３が配置され、当該対物レンズ１０１によって形成された磁場が試料１０４にまで及ぶように構成されている。試料１０４における被観察領域への電子ビームＥ１の照射によって発生された二次電子Ｅ２は、対物レンズ１０１の磁場に拘束され、試料１０４の上に巻き上げられて対物レンズ１０１内を上方に向かう。
【０００５】
対物レンズ１０１の内部における電子ビームＥ１の軸から離れた位置には、二次電子検知器１０５が設けられている。そして、試料１０４の被観察領域から上方に巻き上げられ、対物レンズ１０１内まで取り出された二次電子Ｅ２は、二次電子検知器１０５に印加された電圧に基く電界の作用により二次電子検知器１０５に引き寄せられ、当該二次電子検知器１０５によって検知される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、試料１０４の被観察領域に電子ビームＥ１を照射し、この電子ビームＥ１の照射を続けていくと、特に試料１０４が絶縁物や半導体からなる場合、試料１０４の被観察領域に負電荷が帯電されることとなる。このような電子ビームＥ１の照射による負電荷が試料１０４の被観察領域に蓄積し、その帯電量が増加していくとチャージアップしてしまうこととなり、二次電子検知器１０５により検知される二次電子に影響が出てしまう。この結果、二次電子検知器１０５による二次電子の検知結果が影響を受けることとなり、当該検知結果に基く試料１０４の表面観察画像等の情報を適切に検出できなくなるといった要改善点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に基く観察方法は、試料の被観察領域に荷電粒子ビームを照射するとともに、前記試料の被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部にイオンビームを照射し、前記試料の被観察領域からの情報を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に基く他の観察方法は、試料の被観察領域に荷電粒子ビームを照射して当該被観察領域を観察する観察方法であって、前記試料の被観察領域に前記荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射工程と、前記試料の被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部にイオンビームを照射するイオンビーム照射工程と、前記試料の被観察領域からの情報を検出する情報検出工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に基く観察装置は、試料の被観察領域に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射手段と、前記試料の被観察領域を避けて、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部にイオンビームを照射するイオンビーム照射手段と、前記試料の被観察領域からの情報を検出する情報検出手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
【００１１】
図１は本発明における観察装置を示す概略構成図である。同図において、観察装置１は走査型電子顕微鏡とされている。
【００１２】
この観察装置の上部には電子銃２が配置されており、電子銃２から試料３の被観察領域に向けて電子ビーム（荷電粒子ビーム）Ｅ１が照射される。ここで、電子銃２は、例えば電界放射型（ＦＥ型）の電子銃が用いられる。電子銃２から放出されて加速された電子ビームＥ１は、コンデンサレンズ４と対物レンズ５とによって試料３の所定の被観察領域に細く集束される。対物レンズ５としては、内側磁極５ａ、外側磁極５ｂ、及びレンズコイル５ｃを備えたセミインレンズ型の対物レンズが用いられている。
【００１３】
対物レンズ５の上方には、電子ビームＥ１を偏向するための走査コイル６が配置されている。走査コイル６には、図示しない走査信号発生回路から、試料３の被観察領域内を電子ビームＥ１で走査するための走査信号が供給される。
【００１４】
対物レンズ５におけるレンズコイル５ｃの下部の所定位置には開口７が設けられており、この開口７の内部には二次電子検知器８が配置されている。二次電子検知器８は、対物レンズ５内における電子ビームＥ１の軸から外れるように位置している。
【００１５】
ここで、上述の電子銃２、コンデンサコイル４、走査コイル６、及び対物レンズ５等により電子ビーム照射手段（荷電粒子ビーム照射手段）が構成される。
【００１６】
そして、試料３の斜め上方にはＡｒイオンガン（イオンビーム照射手段）９が配置されており、このＡｒイオンガン９から試料３の所定箇所にＡｒイオンビーム１０が照射される。なお、Ａｒイオンビーム１０は正に帯電されたイオンビームとなっている。
【００１７】
対物レンズ５の開口７の内部に配置された二次電子検知器８は、信号増幅器１１及び画像処理装置１２に順次接続されており、二次電子検知器８により検知された二次電子に基いた検知信号が信号増幅器１１によって増幅され、その後画像処理装置１２によって試料３の被観察領域の情報である観察画像として画像処理される。
【００１８】
ここで、上述の二次電子検知器８、信号増幅器１１、及び画像処理装置１２等により情報検出手段が構成される。
【００１９】
なお、上述した電子ビームＥ１及びＡｒイオンビーム１０は、各々所定の真空雰囲気内にて試料３に照射され、これに伴って試料３から発生する二次電子も当該真空雰囲気内にて移動する。
【００２０】
次に、このような観察装置を用いた本発明における観察方法について説明する。
【００２１】
まず、観察装置１の内部に試料３を配置し、当該観察装置１の内部を真空引きして所定の真空雰囲気とする。
【００２２】
そして、電子銃２から電子ビームＥ１を発生させて加速させる。加速された電子ビームＥ１は、所定条件にて励磁されたコンデンサレンズ４及び対物レンズ５により、試料３の所定の被観察領域内にて細く集束されて照射される。このとき、試料３の被観察領域内で集束された電子ビームＥ１は、走査コイル６によって二次元的に走査される（荷電粒子ビーム照射工程）。
【００２３】
ここで、上述の荷電粒子ビーム照射工程が実行されている期間において、Ａｒイオンガン９から試料３の所定箇所にＡｒイオンビーム１０を照射する。ここでの試料３におけるＡｒイオンビーム１０が照射される所定箇所は、電子ビームＥ１が照射される被観察領域を避けた箇所であって、当該被観察領域の周辺の少なくとも一部とされている。例えば、図２に示すように、試料３において電子ビームＥ１が走査されて照射される被観察領域２０の形状が、周囲が四辺形２１となっている方形状である場合、Ａｒイオンビーム１０が照射される箇所は、この被観察領域２０の周辺の一部であって当該被観察領域の周囲（四辺形２１）を構成する一辺２１ａの外側近傍部２２とされる（イオンビーム照射工程）。
【００２４】
これにより、試料３の被観察領域２０に電子ビームＥ１が照射されるとともに、試料３の被観察領域２０を避けて、当該被観察領域２０の周辺の少なくとも一部にＡｒイオンビーム１０が照射される。
【００２５】
試料３の被観察領域からは電子ビームＥ１の照射に応答して二次電子が発生する。この発生した二次電子は二次電子検知器８によって検知され、二次電子検知器８は検知した二次電子に基いて検知信号を送出する。この検知信号は信号増幅器１１によって増幅され、その後画像処理装置１２によって、走査コイル６による電子ビームＥ１の走査と対応付けられて、試料３の被観察領域の情報である観察画像として画像処理される。この結果、試料３の被観察領域の観察画像（情報）が検出される（情報検出工程）。
【００２６】
ここで、上述の情報検出工程において、試料３から発生する二次電子の振る舞いについて、図３を参照して説明する。
【００２７】
試料３の被観察領域２０に照射された電子ビームＥ１に応答して発生した二次電子Ｅ２は対物レンズ５が形成する磁場により回転運動が与えられ、電子ビームＥ１の軸上に集められるとともに、試料３上に巻き上げられて対物レンズ５内を上方に向かう。対物レンズ５内の二次電子Ｅ２は、二次電子検知器８のコロナリング８ａによって形成される電界によって二次電子検知器８の方向に引き寄せられ、加速されて二次電子検知器８のシンチレータ８ｂに衝突する。これにより、二次電子Ｅ２は二次電子検知器８によって検知される。
【００２８】
ここで、観察を続けるために試料３において同一の被観察領域２０に電子ビームＥ１の照射を継続すると、被観察領域２０に負電荷が帯電され、電子ビームＥ１の照射による負電荷が被観察領域２０に蓄積し、その帯電量が増加してチャージアップが発生してしまう可能性がある。しかし、Ａｒイオンガン９によって正に帯電されているＡｒイオンビーム１０を試料３の被観察領域２０の外側近傍部（周辺の少なくとも一部）２２に照射しているので、試料３において当該外側近傍部２２を介して被観察領域２０が電気的に中和されることとなり、チャージアップが発生することはない。
【００２９】
しかも、通常、試料３へのＡｒイオンビーム１０の照射に起因して、試料３におけるＡｒイオンビーム１０が照射された箇所から別途二次電子が発生し、この二次電子がノイズとして二次電子検知器８により検出されてしまうことが考えられるが、本発明においては、被観察領域２０を避けた箇所であって、当該被観察領域２０の周辺の少なくとも一部である外側近傍部２２にＡｒイオンビーム１０を照射しているので、図３に示すように、Ａｒイオンビーム１０の照射に起因して当該外側近傍部から発生する二次電子Ｅ３はセミインレンズタイプの対物レンズ５の内部に入らずにその外側に回り込むこととなる。よって、Ａｒイオンビーム１０の照射に起因する試料３からの二次電子Ｅ３が、対物レンズ５の内部に配置された二次電子検出器５によって検知されることはなく、Ａｒイオンビーム１０を試料３に照射しても検知されるノイズを大幅に減らすことができる。
【００３０】
そして、上述のように、Ａｒイオンビーム１０の照射に起因する二次電子Ｅ３が対物レンズ５内部の二次電子検出器８によって検出されることがないので、電子ビームＥ１を照射しながら実施する観察中に、Ａｒイオンビーム１０を試料３の上記所定箇所に照射して被観察領域２０を電気的に中和しても問題はない。
【００３１】
なお、上述の例では、試料３の被観察領域２０の周辺の少なくとも一部にＡｒイオンビーム１０を照射するものとしたが、Ａｒイオンガン９を複数個設けることにより、当該被観察領域２０の周辺全体にＡｒイオンビーム１０が照射されるようにしてもよい。
【００３２】
また、Ａｒイオンガン９からのＡｒイオンビーム１０の試料３への照射の際、試料３の被観察領域２０を避けて照射するようにＡｒイオンビーム１０を絞ることが困難であるときには、対物レンズ５の外側磁極５ｂがＡｒイオンビーム１０の一部を遮蔽して、Ａｒイオンガン９が試料３の被観察領域２０を直接に見込まないように配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における観察装置を示す概略構成図である。
【図２】試料における被観察領域を示す平面図である。
【図３】本発明における観察装置の要部を示す概略構成図である。
【図４】セミインレンズタイプの観察装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
１…観察装置，　２…電子銃，　３…試料，　４…コンデンサレンズ，
５…対物レンズ，　６…走査コイル，　７…開口，　８…二次電子検知器，
９…Ａｒイオンガン，　１０…Ａｒイオンビーム，　１１…信号増幅器，
１２…画像処理装置，　Ｅ１…電子ビーム，　Ｅ２…Ａｒイオンビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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