(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関し、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを目的とする。【構成】  加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段と、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和する紫外線照射装置とを備える。【選択図】        図１
2005174591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、
加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、
前記細く絞った荷電粒子線で前記試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段と、
前記荷電粒子線が試料に照射されたときに、当該試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、当該試料上の前記荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和する紫外線照射装置と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記試料の周囲から紫外線を照射することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記レンズ系の上部から当該レンズ系の中心軸を通って前記試料上あるいは試料近傍に紫外線を照射することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記試料が透明試料のときに、前記荷電粒子線を試料に照射する面と反対側から前記紫外線を照射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記試料を格納する試料室にガスを導入し、前記紫外線の照射によって当該ガスを電離して試料上に前記荷電粒子線を照射して発生した電荷を中和することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記試料室の圧力を１０−２Ｔｏｒｒより小さい圧力に真空排気することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記荷電粒子線と前記紫外線について一方の照射時は他方の照射を抑止、あるいは両者の照射が重なったときは当該重なった画像の生成を抑止したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記抑止は、画像のフレーム毎あるいはライン毎に行うことを特徴とする請求項７記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成する荷電粒子線像生成方法において、
加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、
前記細く絞った荷電粒子線で前記試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段とを備え、
紫外線照射装置は、試料に前記荷電粒子線が照射されたときに、当該試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、当該試料上の前記荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを特徴とする荷電粒子線像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハやフォトマスク表面の観察やパタン測長に、電界放出走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）が用いられている。また、フォトマスクパターンの修正に集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）が用いられている。しかし、これら材質の表面は、全体あるいは、一部が非伝導性試料で構成されているため、荷電粒子の照射により表面が帯電し、観察や測長あるいは加工に支障となることがある。
【０００３】
このため、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料入射電圧を２ＫＶ以下に低くすることにより、材質に対する入射電子と反射電子の量をバランスさせて、帯電を防止することが一般的に行われている。しかし、ウェハ表面の材質によっては、試料入射電圧を数百Ｖ以下にする必要があり、像分解能や測長精度が低下する問題がある。また、フォトマスクは、非伝導性の石英等の表面にＣｒでパターンを形成したものであり、同様に像観察や測長精度に支障がある場合がある。また、ＦＩＢにおいては、フォトマスク表面のイオンビーム照射領域に、中和用電子銃からの電子を照射し、正イオンによる帯電を中和することが行われているが、該中和電子銃の制御が難しくパターン修正が高精度に行われない場合がある。
【０００４】
ＳＥＭにおいては、『生物学的標本等を実質的に自然の状態、即ち大気圧下で、観察できる電子顕微鏡』が、特許文献１に開示されている（特許文献１のＦＩＧＵＲＥｌ参照）。この装置は、『標本台、電極及び制圧開口の外側の雰囲気を少なくとも０．０５Ｔｏｒｒに維持する手段と、電極と標本台との電位差をおよそ５０Ｖよりも高くおよそ２０００Ｖよりも低く維持する電圧源と、電極に接続された電流検出手段とを備えてなる二次電子検出装置』であり、この装置においては、『標本が電子ビームに照射されて表面から放出された２次電子は電極と標本台との間の電位差により加速され、標本及び電極の雰囲気ガス分子と衝突して負電荷キャリアを発生する。負電荷キャリアは更に他のガス分子と衝突して更に負電荷キャリアを発生し、結局、元の２次電子数に比例しそれよりも多い多数の負電荷キャリアを生じると考えられる．この負電荷キャリア及びガス分子に吸着されなかった２次電子が正にバイアスされている電極に吸引され、電流を生じる．この電流を電流検出手段で検出し、公知の方法で電子顕微鏡像を形成する』。この方法を用いて開発された装置は、Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ＳＥＭ（以下ＥＳＥＭ）として知られており、通常のＳＥＭでは難しい非伝導性試料の観察が可能とされている。
【０００５】
さらに、より高分解能での観察を可能とするため、ＦＥ−ＳＥＭに、このＥＳＥＭを組み合わせる方法が、Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ＳＥＭとして、特許文献２に開示されている（特許文献２のＦｉｇ３参照）。すなわち、特許文献２によれば、この装置は、『電界放出銃と試料との間に約１０１０トールまでの圧力差を与えるため少なくとも４個の差動的に吸引された真空ゾーンを含み、かつ、‥・少なくとも４個の圧力制限アバーチャを含む差動ポンプ形アバーチャシステムからなる電子光学カラムと、気体に被われた試料を、・・・圧力制限アバーチヤの中の最終圧力制限アパチャと位置合わせされた状態に維持する試料室と、試料の表面から放出する信号を検出する手段とにより構成される環境走査型電子顕微鏡』である。そして、『４個の差動ポンプ形真空ゾーンは、約１０−１０トールの圧力に維持された電界放出電子銃と、約１０−７トールの圧力に維持された第１の中間真空ゾーンと、約１０−４トールの圧力に維持された第２の中間真空ゾーンと、約０．１トールの圧力に維持された第３の中間真空ゾーンとを含む。・・・試料室は、好ましくは、約１０トールの圧力に維持される。』そして、この方法を用いて開発された装置を用い、表面の帯電を軽減して、フォトマスク表面の高分解能観察及び測長を行う試みも報告されている（非特許文献１）ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳＯＦＳＰＩＥ；２４−２７Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００３；Ｖｏｌｕｍｅ５０３８ｐ３１５）。この方法の問題点は、１）上述のように、試料付近の典型的な真空圧力は１０Ｔｏｒｒ程度であり、高真空を必要とするＦＥ電子銃付近の真空圧力は１０−１０Ｔｏｒｒ程度が必要とされるため、圧力制限アバーチヤの孔径を小さくした多段の差動排気システムが必要となり装置及びその制御が複雑となること、また、２）試料へ入射する電子ビームが、試料前方の比較的高いガス圧の分子と多数回衝突し、散乱されることにより、その分布が広がり、像分解能、像コントラストが低下し易いこと、さらに、３）ＳＥＭにて通常使用されるシンチレータとフォトマルから構成される高効率の２次電子検出系が使用できないことである。
【０００６】
一方、従来から、半導体ウェハや液晶ディスプレイの製造工程において、処理基板への塵挨の付着を防止する等の目的で、大気圧より低い減圧下において、紫外線照射により帯電した処理基板を除電する方法が開示されている（特許文献３）。特許文献３によれば、この装置は、『所定の電荷を帯びた帯電物体を収納可能な筐体と、少なくとも前記帯電物体に対して非反応性のガスを前記筐体内に導入するためのガス導入手段と、前記所定の電荷を選択的に中和可能なイオン及び電子を前記筐体内に発生させるための中和電荷発生手段と、前記筐体内を少なくとも大気圧より低い圧力にするための減圧手段とを備えたことを特徴とする帯電物体の中和装置』である。そして、『前記中和電荷発生手段は、少なくとも前記筐体内の非反応性ガスを励起可能な紫外線を前記筐体内に投光するための光源から成る』。しかし、荷電粒子線装置において、真空排気系や２次荷電粒子検出系を複雑化することなく、荷電粒子線の試料照射と同時に紫外線を照射することにより、試料表面の帯電を効果的に防止して高分解能像観察あるいは高精度測長をする方法、条件については明確でない。また、従来、荷電粒子線装置において紫外線を用いて、荷電粒子による試料帯電を防止するようにした事例は見当たらない。
【特許文献１】特公平５−３２８６０号公報
【特許文献２】特表２００２−５１６０１８号公報
【特許文献３】特開平０７−１４７６１号公報
【非特許文献１】ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ  ＯＦ  ＳＰＩＥ；２４−２７  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００３；Ｖｏｌｕｍｅ  ５０３８  ｐ３１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明の目的は、試料室の真空圧力をあまり大きくせず、荷電粒子線装置のシステムを複雑化することなく、非伝導性試料の荷電粒子線照射による帯電を効果的に抑えつつ、高分解能像をえることにある。特に、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料付近の真空圧力を大きくしないようにすることにより、ＦＥ電子銃における真空劣化の防止、およびシンチレーター等による通常の２次電子検出を可能とした状態で、試料帯電を効果的に防止して、高分解能像を得ること、および測長精度を向上させることにある。
【０００８】
ここで、紫外線の帯電中和作用として、以下が考えられる。まず、紫外線が試料に照射し、光電効果により、電子が発生する。試料が負に帯電している場合、電子が放出されることで、その帯電が緩和する。次に、試料付近のレンズポールピース等の部材に照射しても、同様に電子が発生するが、試料が正に帯電している場合、その帯電が中和する。さらに試料および試料付近の部材に吸着しているガス分子、あるいは、試料付近に導入されたガス分子に、紫外線が吸収され、ガス分子が正イオンと負イオンに電離する。試料の帯電が負の場合、正イオンにより、また試料の帯電が正の場合、負イオンにより帯電が中和される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、これらの問題を解決するため、荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段と、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明は、試料室の真空圧力をあまり大きくせず、荷電粒子線装置のシステムを複雑化することなく、非伝導性試料の荷電粒子線照射による帯電を効果的に抑えつつ、高分解能像をえることが可能となる。特に、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料付近の真空圧力を大きくしないようにすることにより、ＦＥ電子銃における真空劣化の防止、およびシンチレーター等による通常の２次電子検出を可能とした状態で、試料帯電を効果的に防止して、高分解能像を得ること、および測長精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段とを設け、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和し、試料の安定かつ高分解能の２次電子像を生成することを実現した。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の１実施例構造図（その１）を示す。以下の実施例では、荷電粒子線（電荷を持ったもった粒子線である、電子線、イオン線など）のうちの電子線を例に以下説明する。
【００１３】
図１において、電子線１は、図示外の電子銃から放出されて図示外の集束レンズで集束された電子線であって、ここでは、対物レンズ２によって試料３上に細く絞られ、図示外の偏向系で当該試料３上をＸ方向およびＹ方向に走査（面走査）するものである。そして、電子線１を試料３上を面走査したときに放出された２次電子を検出して，いわゆる２次電子画像を図示外の表示装置上に表示する。
【００１４】
対物レンズ２は、電子線１を試料３上に細く絞った状態で照射するものである。この細く絞られた電子線１は、図示外の偏向系で面走査される。
【００１５】
試料３は、観察対象の試料であって、例えばウェハなどである。
【００１６】
２次電子線４は、試料３上を細く絞った電子線１で面走査したときに当該試料３から放出される２次電子であって、ここでは、２次電子検出器５によって当該２次電子線４を検出するものである。２次電子線４を検出して増幅した後、図示外の表示装置上に試料３の表面の２次電子像として表示（輝度変調して２次電子像として表示）する。
【００１７】
２次電子検出器５は、試料３から放出された２次電子を、正電圧を印加して引き寄せて検出、更に増幅するものである。
【００１８】
紫外線光源６は、紫外線（例えば１０ｎｍから４００ｎｍの波長の光であって、試料３上の電荷の中和作用を持つ光であれば当該範囲の波長に限られることはない）を発生するものであり、紫外線を発生させるランプなどである。当該紫外線光源６の前面には、図示しないが、光量を調整する絞り、更に、必要なときのみ紫外線を放射するためのシャッタ機構（例えば液晶に制御信号（画像のフレーム毎、ライン毎）を供給して紫外線を通過、遮断するシャッタ機構）を設ける。
【００１９】
紫外線７は、紫外線光源６から放射された紫外線であって、ここでは、試料３の電子線１で面走査する範囲およびその近傍を照射して当該電子線１による試料３上の電荷（負、あるいは正の電荷）を中和するものである。尚、試料３の観察領域（電子線１の面走査領域）は、
（ａ）試料３に紫外線７を照射することにより、試料３から光電子が放出され、試料３に負の電荷が帯電（電子線１の照射による帯電）している場合に当該電荷を中和させるように作用する。
【００２０】
（ｂ）対物レンズ２の磁極や試料３の近傍の部材に紫外線を照射することにより、部材から光電子が放出され、当該光電子により試料３の正の電荷が中和される。
【００２１】
（ｃ）  試料３あるいは近傍の部材がガス雰囲気中にある場合あるいはガスが吸着している場合にはこれらガスに紫外線を照射することにより、ガスがイオン化（正と負のイオンに電離され）、試料が負に帯電していれば当該負の電荷が正のイオンで中和され、試料が正に帯電していれば当該正の電荷が負のイオンで中和される。
【００２２】
次に、図１の構造の動作を説明する。
【００２３】
ＳＥＭにおいて、電子銃から出た電子線１は、対物レンズ２により集束され、図示していない走査偏向器により、試料３上に時系列的に走査する。試料３は、通常１０−６Ｔｏｒｒ前後の圧力の試料室に設置されている。試料３から放出された２次電子線４は、高電圧が印加された２次電子検出器５により検出され、検出信号量に応じたコントラストで、走査偏向器と同期して表示装置の画面上に画像（２次電子像という）を形成する。試料３が非伝導性である場合、試料３は電子線１の照射により通常、負に帯電し、当該帯電した電荷の影響で画像歪みや、明るさむら等の像障害を生ずる。
【００２４】
そこで、本願発明では、紫外線光源６から放射された紫外線７を、試料３上で電子線１の走査範囲より大きなスポットで照射すると、試料３から光電子が放出され、試料３の電荷（例えば負の電荷）が当該光電子が放出されたことによる正の電荷により中和される。尚、光電子も２次電子検出器５により検出されバックグラウンドになるが、小さければ問題とならない。もし問題となる場合には、紫外線光源６から紫外線７を試料３上に照射したとき（例えば２次電子像のあるフレーム、あるいはフレーム内の１走査ラインのとき）は２次電子像の形成を抑止することで、当該紫外線７を試料３に照射したときに試料３から放出される光電子の混入した２次電子像の形成を抑止し、電子線１の照射のみによる２次電子像を形成するようにすればよい。
【００２５】
図２は、本発明の１実施例構造図（その２）を示す。ここで、電子線１、対物レンズ２、試料３、２次電子線４、２次電子検出器５は、図１の同じ番号と同一であるので、説明を省略する。
【００２６】
図２において、紫外線光源２６は、図１の紫外線光源６と原理的には同じ構造（紫外線発生ランプ、絞り、シャッタ機構などからなる構造）を持つものであって、ここでは、前方にレンズ２８を設けて反射鏡３０、対物レンズ２の中心軸の近傍を経由したパスで試料３の真上から紫外線２７を可及的に高密度に照射するに適した紫外線光源である。
【００２７】
紫外線２７は、紫外線光源２６から放射されてレンズ２８、反射鏡３０を経由して試料３上に照射される紫外線であって、ここでは、試料２の真上から可及的に高密度で試料２に照射するものである。
【００２８】
レンズ２８は、紫外線光源２６から放射された紫外線を、反射鏡３０、対物レンズ２の軸上を経由したパスで試料３上に可及的に高密度で照射するためのレンズである。尚、図示では、レンズ２８は、紫外線光源２６の前方に１個のみであるが、更に、必要があれば、試料３の真上に孔の開いたレンズを設けて高密度に紫外線２７を試料３に照射するようにしてもよい。
【００２９】
窓２９は、紫外線光源２６から放射された紫外線を、真空中に導入するための窓である。尚、紫外線が通過する窓２８、レンズ２８などは、紫外線を効率良く通過する石英ガラスなどを使用する。
【００３０】
反射鏡３０は、紫外線を反射するものであって、中心に電子線１を通過される孔を開けたものである。
【００３１】
次に、図２の構造の動作を説明する。図２の構造は、試料３上の紫外線照射量の密度を上げ、電子線１による試料３の局部的な帯電を、より効果的に防止しようとしたものである。ＳＥＭ鏡筒外部に設置された紫外線光源２６から鏡筒に垂直方向に出た紫外線２７は、レンズ２８により集束され、反射鏡３０により進行方向を電子線１方向に変更され、試料３を照射する。反射鏡３０には、電子線１通過用の孔が設けられている。電子線１は、図１と同様、対物レンズ２および図示外の走査偏向器により、試料３上を集束、走査される。試料３から出た２次電子線４は、２次電子検出器５により検出される。レンズ２８や紫外線導入窓２９の材質は、紫外線の吸収が少ない合成石英等を用いる。図１に比べ、試料３への紫外線２７の照射密度が大きいため、除電効果が向上する。
【００３２】
図３は、本発明の１実施例構造図（その３）を示す。ここで、電子線１、対物レンズ２、試料３、２次電子線４、２次電子検出器５は、図１の同じ番号と同一であるので、説明を省略する。
【００３３】
図３において、紫外線光源３６は、図１の紫外線光源６と原理的には同じ構造（紫外線発生ランプ、シャッタ機構などからなる構造）を持つものであって、ここでは、リング状に形成し、試料３の周囲の斜め上から紫外線３７を可及的に高密度かつ全周囲から照射するものである。
【００３４】
紫外線３７は、リング状の紫外線光源３６から、試料３の全周囲の斜め上から当該試料３上に照射される紫外線であって、ここでは、試料２の斜め上の全周囲から可及的に高密度で当該試料２に照射するものである。
【００３５】
ここで、図３では、紫外線光源３６を、試料３を照射する電子線１の光軸を取り囲むように環状に構成したものであり、試料３への紫外線３７の量が大きくなり、より効果的に試料３上の電荷を中和することが可能である。
【００３６】
図４は、本発明の１実施例構造図（その４）を示す。ここで、電子線１、対物レンズ２、試料３は、図１の同じ番号と同一であるので、説明を省略する。
【００３７】
図４において、ＦＥ電子銃５２は、フィールドエミッション型の電子銃であって、先端の尖った陰極に高電界を印加して電子を引き出して加速して放出するものである。
【００３８】
電子銃室５３は、ＦＥ電子銃５２を格納する室であって、イオンポンプ５５によって高真空に排気されるものである。
【００３９】
オリフィス５４は、小さな孔であって、ＦＥ電子銃５２から放出された電子線１を通過させると共に、電子銃室５３と、第１中間室５６との間の圧力差（例えば１０−２から１０−３Ｔｏｒｒ）を保持するためのものである。
【００４０】
第１中間室５６は、電子銃室５３と第２中間室５９との間に設けた室であって、イオンポンプ５８で真空排気するものであり、下方に設けた小さな孔であるオリフィス５７との作用により、電子銃室５３の真空圧力を小さく保持するためのものである。
【００４１】
第２中間室５９は、対物レンズ２の上に設けた室であって、ここでは、２次電子検出器４５を設けた室である。
【００４２】
排気管６０は、第２中間室５９を真空排気する図示外の排気系に接続（ターボモレキュラーポンプなど）に接続するものである。
【００４３】
２次電子検出器４５は、試料３に電子線１を照射したときに放出された２次電子４４に対して、正の高電界を印加して対物レンズ２の中心軸の近傍を螺旋（対物レンズ２の磁界により螺旋）させながら上方向に移動させて高効率に当該２次電子４４を検出するものである。
【００４４】
紫外線光源４６は、紫外線を放出するものであって、図１と同様な構造を持つものである（紫外線発生ランプ、絞り、シャッタ機構など）。
【００４５】
紫外線４７は、紫外線光源４６から放射され、試料３の電子線１の走査領域およびガス導入管４８から導入されたガスを照射し、試料３上の電荷を中和するものである。
【００４６】
ガス導入管４８は、試料室４９にガス（例えばＯ２，Ｎ２などのガス）を導入するものである。
【００４７】
試料室４９は、試料３などを収納して真空に保持する室である。
【００４８】
周囲空間５０は、試料３上の電子線１を平面走査する領域の周囲の空間であって、紫外線４７を照射して当該試料３上の電荷（正、負）を中和に作用する空間である。
【００４９】
ガス導出管５１は、試料室４９にガス導入管４８から導入したガスが所定真空になるように排気するための管である。
【００５０】
オリフィス６１は、試料室４９にガスを導入して圧力を上昇させたときに、第２中間室５９へのガスの流入を可及的に小さくするためのものである（通常、試料室４９と、第２中間室５９との間の圧力差（例えば１０−２から１０−３Ｔｏｒｒ）を保持するためのものである）。
【００５１】
次に、図４の構造を説明する。
【００５２】
図４において、試料３の周囲空間５０にガスを導入し、紫外線光源４６からの紫外線４７をこのガスに照射してイオン化することにより、電荷の中和効果をより向上させるようにした例である。試料室４９内には、ガス導入管４８あるいは図示外のガス供給源により、Ｎ２や０２等のガスが導入され、ガス導出管５１により排気される。
【００５３】
鏡筒６２は、通常のＦＥ−ＳＥＭと同様、差動排気制御される。すなわち、３個のオリフィス５４，５７および６１を含み、ＦＥ電子銃５２を含む電子銃室５３は、イオンポンプ５５により排気され、その真空圧力は１０−９Ｔｏｒｒに維持され、第１中間室５６は、イオンポンプ５８により排気され、その真空圧力は、１０−７Ｔｏｒｒに維持され、第２中間室５９は、排気管６０から、図示していなターボモレキュラーポンプにより排気され、その真空圧力は、１０−５Ｔｏｒｒに維持され、試料室４９内は、１０−２Ｔｏｒｒに維持される。対物レンズ２は、シュノーケル型で、試料３にレンズ磁界があるため、２次電子４４は、電子銃方向に巻き上げられ、オリフィス６１を通過して、上方に設けられた２次電子検出器４５により検出される。２次電子検出器４５は、１０−５Ｔｏｒｒの真空内に設置されるため、シンチレーターに印加される高圧の放電を生じることなく安定に動作させることができる。オリフィスによる差動排気では、実行可能なオリフィス両側での圧力差は通常１０２〜１０３Ｔｏｒｒである。従って、２次電子検出器周囲の真空圧
力を１０−５Ｔｏｒｒに維持するには、試料室４９の真空圧力を１０−２Ｔｏｒｒより小さい圧力に維持するように調整する。
【００５４】
ここで、紫外線光源４６から放射された紫外線４７が試料３の電子線１の照射領域およびその上方の領域を含む周囲空間５０に照射されると、
・試料３の表面からは光電子が放出されて当該試料３上の電荷（電子線１の照射による負電荷）を中和する。
【００５５】
・周囲空間５０に紫外線４７が照射されて当該周囲空間５０内のガス、更に、試料３の表面のガス（吸着などしたガス）および周囲空間の対物レンズ２の下部の部材に吸着したガスなどがイオン化され（正、負のイオン）、試料３上の観察領域の電荷を中和する（試料３上の観察領域が負の電荷となった場合には正のイオンで中和、一方、正の電荷となった場合には負のイオンで中和）される。
【００５６】
以上のように、試料３の周囲空間５０にガスを導入し、上述したように約１０−２Ｔｏｒｒ程度に保持すると、紫外線４７を当該周囲空間５０（および試料３の観察領域）に照射すると、試料３の観察領域の電荷を中和することが可能となり、高分解能かつ安定かつ電荷による歪のない２次電子像を生成することが可能となる。
【００５７】
図５は、本発明の１実施例構造図（その５）を示す。ここで、同じ番号は、図４と同じであるので説明を省略する。
【００５８】
図５において、紫外線光源７６は、紫外線を発生するものであって、図１の赤外線光源６と同様な構造（紫外線発生、絞り、シャッタ機構などを持つ構造）である。
【００５９】
紫外線７７は、紫外線光源７６から放射された紫外線である。ここでは、レンズ７２によって集束されて試料３の観察領域の背面（下側）から照射するものである。
【００６０】
フォトマスク表面付近８０は、試料３が紫外線を透過するフォトマスクの場合に当該フォトマスクの観察領域（上側）の表面付近である。
【００６１】
レンズ７２は、紫外線光源７６から放射された紫外線７７を集束して試料３である透明なフォトマスクの背面（ここでは、下側）から上側（観察面）に向けて照射するものである。
【００６２】
次に、図５の構造の動作を説明する。
【００６３】
図５は、試料３がフォトマスクである場合の例であって、電子線１による電荷（帯電）が特に問題となるフォトマスクは、石英表面でのＣｒパターン部分が少ない場合である。
この場合、フォトマスク裏面から紫外線７７を照射することにより、フォトマスク表面付近８０に導入されるガスをイオン化することが可能となる。Ｃｒパターン部分が多いフォトマスクでは、周囲のホルダ押さえにより電荷が逃げるため、問題とならないことが多い。図４と同様に、試料室７９内に、ガス導入管４８により、ガスが導入されガス導出管５１により排気される。紫外線光源７６（例えば重水素ランプ等）から放出された紫外線７７は、石英等からなるレンズ７２により集束され、フォトマスクを効率良く透過し、フォトマスク表面付近８０にてガスをイオン化する。図５の例は、図４に比べ、効率良くガスをイオン化することが可能となる。
【００６４】
尚、レンズ７２は、フォトマスク表面付近８０における紫外線７７の照射密度を大きくするために設けられているが、レンズ７２を省略し、紫外線光源７６を試料に近づけ、近接させるようにしても、同様の効果を得ることが可能である。
【００６５】
以上のように、試料室付近の真空圧力を１０−２Ｔｏｒｒより小さくして、紫外線７７の照射により試料３の電荷（帯電）を中和するようにしたので、比較的簡単な差動排気制御系と、通常の２次電子検出系により構成されたＦＥ−ＳＥＭにて、フォトマスク等の伝導性の低い試料を、高分解能観察、高精度測長することが可能となる。また、ＦＩＢにおいては、比較的高精度でマスクパターンの修正することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の試料の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の１実施例構造図（その１）である。
【図２】本発明の１実施例構造図（その２）である。
【図３】本発明の１実施例構造図（その３）である。
【図４】本発明の１実施例構造図（その４）である。
【図５】本発明の１実施例構造図（その５）である。
【符号の説明】
【００６８】
１：電子線
２：対物レンズ
３：試料（フォトマスク）
４，４４：２次電子線
５，４５：２次電子検出器
６，２６，３６，４６，７６：紫外線光源
７，２７，３７，４７，７７：紫外線
３０：反射鏡
４８：ガス導入管
４９：試料室
５０：周囲空間
５１：ガス導出管
５２：ＦＥ電子銃
５３：電子銃室
５４，５７，６１：オリフィス（孔）
５５，５８：イオンポンプ
５６：第１中間室
５９：第２中間室
７２：レンズ
８０：フォトマスク表面付近
【図１】
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【図２】
2005174591.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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