WO1988004104A1 - Apparatus for observation using charged particle beams and method of surface observation using charged particle beams - Google Patents

Description

明 荷電粒子 ビ ー ム 観察装置 お よ び

荷電粒子 ビ ー ム に よ る 表面観察方法 技術分野 本発明 は、 凹部 （ 例 え ば L S I 製造 ラ イ ン に お い て プ ロ セ ス 途 中 に 形成 さ れ る田ス ル 一 ホ ー ル等 ） を 有 す る 試料 に 荷電粒子 ビー ム を照射 し た 時、 凹部の 内部 か ら 発生す る 2 次電子の像の観察 に 好適 な荷電粒子 ビー ム 観察装置 お よ び荷電粒子 ビー ム に よ る 表面観察方法 に 関 す る も の で あ る 。 背景技術

L S I 製造 プ ロ セ ス に お い て 、 ス ル ー ホ ー ル や容量 性溝等、 凹部 （ 以下ス ル ー ホ ー ル と 総称す る ） を有す る 試料の底の レ ジ ス ト 残 り 等 に 起因す る 配線の断線現 象が問題 と な っ て お り 、 ス ル 一 ホ ー ル の底を観察で き る 荷 電 粒 子 ビ ー ム 観 察 装 置 が 必 要 と な っ て き て い る 。

- 試料表面の 2 次電子像 の観察が可能 な荷電粒子 ビー ム 観察装置 の 一例 と し て 、 古屋寿宏 、 大高正、 山 田 理、 森弘義、 山 田満彦、 渡部忠雄、 石川勝彦 「 F E B 測長装置 S—— 6 (] ϋ D」 日 末学術振興会苐 1 3 2 委員会第 9 3 回研究会資料 （ 6 0 . 1 i - 8〜 9 )、 1 ペー ジ （ 1 9 8 5年） に掲 載さ れて い る 荷電粒子 ビー ム観察装置の鏡体部分を第 1 図 に示す。

陰極 2 か ら 放 出 さ れ た電子 1 ( 以後 1 次電子 と 呼 ぶ ） は第 1 陽極 3 お よ び第 2 陽極 4 に よ っ て 加速 さ れ、 集束 レ ン ズ 5 お よ び対物 レ ン ズ 6 の レ ン ズ作甩 に よ っ て、 試料 8 の上面に集束す る。 1 次電子 1 の試料 面 8 上での '集吏点の位置せ偏向 コ イ ル 7 に よ っ て釗御 さ れ る 。 1 次電子 1 の衝突 に よ 'ひ 試料 8 か ら 棻生 し た 2 次電子 9 は、 対物 レ ン ズ 6 中を通過 し 、 2 次電子検 •出器 i 0に よ っ て検出 さ れる 。 偏向 コ イ ル 7 を用い て 1 次電子 1 を試料 8 上で走査 し なが ら 、 2 次電子検出器 Γ0で 2 次電子 9 を検出す る こ と に よ り 、 試料 8 面の 2 次電子像を観察す る こ と がで き る 。

し か し上述 し た従来の荷電粒子ビー ム観察装置を用 い て ス ルー ホ ー ル を観察す る 場合、 ス ル ー ホ ール の底 か ら 放出 さ れ る 2 次電子の大部分は、 ス ルーホールの 側壁 に 衝突す る だ め 、 ス ル ーホ ー ル の タ {· に ffi て こ な い。 た と え ば、 直径 Q . 5 μ m 、 深さ 1 ^ m の 円筒形の ス ルーホールか ら 放出さ れる 2 次電子の軌道を第 2 図 に示す。 基扳 1 1上 に絶縁層 1 2が形成さ れて お り 、 第 1 図に示 し た試料 8 は こ れ ら 基板 1 1、 絶縁層 1 2に よ っ て 構成さ れて い る 。 絶縁層 1 2に ほ、 直径 D = Q . 5 m 深 さ T - 1 m の ス ルー ホ ー ル-が あ い て レヽ る 。 丄 3ほ ス ル ー ホ ー ル の 中心軸、 14は 中心軸 13に 対 し て 5 度の 角 度で ス ルー ホ ー ル の 中心か ら 放出 さ れ た 2 次電子の軌 道、 15は 中心軸 13に対 し て 10度の 角度で ス ル ー ホ ー ル の 中心か ら 放出 さ れ た 2 次電子の軌道、 16は 中心軸 13 に 対 し て 15 - 85 度の 角度 で ス ルー ホ ー ル の 中心か ら 放 出 さ れ た 2 次電子の軌道 を示す。 2 次電子 14- 16 の ェ ネ ルギ は 5 e Vで あ る 。 ス ルー ホ ー ル に は、 対物 レ ン ズ 6 の漏れ磁界 に 相当す る 1 X 1 Q ⁴ A T/ m の磁界が中心軸 13と 平行 に 存在す る 。 第 2 図か ら 、 中心軸 13に 対 し て 約 15度以上の 角度 で放出 さ れ た 2 次電子 は、 ス ル ー ホ —ルの側壁 に ぶ っ か り ス ルー ホ ー ルの外 に 出 な い こ と が わ か る 。 こ の よ う に 従来の荷電粒子 ビー ム装置 に お "ΊΤχは 、 ス ルー ホ ールの底か ら 放出 さ れ た 2 次電子の 大部分 は 2 次電子検出器 に 到達で き ず、 こ の た め ス ル 一ホ ールめ底の 2 次電子像 を観察す る こ と がで き な い と レヽ ぅ 問題点が あ っ た。

本発明者 ら は ス ル ーホ ール を観察す る 方法 と し て、 「低エ ネ ル ギ電子軌道追跡法 と そ の応用 」 日 本学術振 興会第 132 委員会第 97回研究会資料 （61 . 11 . 14 〜 15 ) の 118 - 123 ペー ジ に お い て 、 ス ル一 ホ ールの底面 に 垂 直 に 強磁界を 印加 し、 磁力線 に巻 き つ け て 2 次電子を ス ル ー ホ ール外 に 引出 し て覬察す る 方法を提案 し た。 L S I 製造 プ ロ セ ス で形成 さ れ る ス ル ー ホールの底部 の 2 次電子像を観察す る た め に は 、 約 10 S A T/m 以上の 磁界 を試料面 と 垂直 に 印加す る 必要が あ る と 推定 さ れ る 。

第 1 図 に示 し た装置に お い て 、 試料 8 の表面に表面 と 垂直方向 に印加 さ れてい る 磁界ほ約 1 X 1 0 A T/ m 程 度で あ る 。 上述 し た よ う な強磁界を印加 し て 2 次電子 を弓 [ き だす方法でス ルーホー ル の底部を観察す る た め に ほ 、 試料 8 に か か る 磁界を約 1 G ϋ 倍程度強く す る 必 要 が あ る 。 こ の た め 、 対物 レ ン ズ 7 の励磁電流を 約 1 0 0 倍程度増大さ せ る 必要があ る 。

し か し なが ら 、 前述 し た従来の荷電粒子 ビー ム観察 装置 に お い て、 対物 レ ン ズ 6 の励磁電流を増大さ せ る と 試料 8 の表面に あ つ た 1 次電子 1 の集束点が試料 8 の上方に 移動 し、 試料 8 の 2 次電子像がぼ圩 る 。 こ の 様子を第 3 図に示す。 同図 に お い ぞ—、——'Τ1ϊ ϊ'— #J レ ン ズ 6 の励磁電流を増大さ せ る 前の 1 次電子の執道、 1 7は 1 次電子 1 の集束点、 1 8は対物 レ ン ズ S の励磁電流-一を 増大 さ せ た後の 1 次電子の軌道、 1 9は励磁電流増大時 の 1 次電子の集束点で あ る。 対物 レ ンズ 6 の励磁電流 を増大 さ せ る 前、 1 次電子の集束点 1 7ほ試料 8 の上面 と 一致 し て い る が、 対物 レ ン ズ & の励磁電流を増大さ せ る と 、 1 次電子の集吏点 1 9ほ試料 8 の上方に移る 。 こ の た め試料 8 の表面に照射ざ れる 1 次電子の ビー ム 径が大 き く な り 、 観察 さ れる 2 次電子像がぼけて し ま う と レヽ ぅ 問題点が あ っ た。 発明 の 開示 本発明 は上述 し た 従来の問題 を解決す る た め に な さ れ た も の で あ る 。

本発明の 目 的 は試料の表面 に 設 け ら れ た ス ル ー ホ ー ル な ど の凹部の底面か ら 放出 さ れ る 2 次電子像 を観察 す る こ と が で き る 荷電粒子 ビ ー ム 観察装置を提供す る こ と で あ る 。

本発明の他の 目 的 は 試料表面の鮮明 な 2 次電子像を 得 る た めの荷電粒子 ビー ム に よ る 表面観察方法を提供 す る こ と で あ る 。

か か る 目 的 を達成す る た め に.、 本発明装置 は 、 荷電 粒子 ビ 一 ム を放出 す る 荷電粒子銃 と 、 荷電粒子 ビー ム を試料 に照射す る と と も に走査す る 荷電粒子 ビ一 ム 照 射軌道制御部 と 、 荷電粒子 ビー ム の照射 に よ り 試料か ら 放出す る 2 次電子 を検出 す る 2 次電子検出器 と 、 試 料面上 に 強磁界 を発生 さ せ る 励磁装置 と 、 荷電粒子の 集束位置を制御す る 焦点合わ せ レ ン ズ と を備 え た こ と を特徴 と す る 。

こ こ で荷電粒子が電子で あ つ て も よ い。

励磁装置が試料表面 に 試料表面の凹部の底面 ま た は 側面 に 磁力線が交差す る 方向 に 強磁界を印加 し 、 荷電 粒子 ビー ム の照射 に よ り 試料表面の凹部の底面 ま た ほ 側面で発生 し た 2 次電子 を 、 励磁装置が発生す る 強磁 界 に 沿 つ て螺旋運動せ し め る こ と に よ り 試料表面の凹 部か ら そ の外部 に放出せ しめ て も よ い。

励磁装置が コ イ ル と 磁路 と か ら な っ て も よ く 、 コ ィ ルが冷媒 に よ っ て冷却さ れて い て も よ い。

励磁装置が超伝導コ イ ルか ら な っ て も よ く 、 コ イ ル が超伝導材料か ら な り かつ試料 と 対向す る位置に のみ 空隙を有す る 超伝導材料か ら な る 筐体 に よ つ て囲 ま れ ていて も よ い。 ま た超伝導コ イ ルが試料の上下に設置 さ れ て レヽ て も よ い 。

荷電粒子 と ほ ぼ同等のエ ネ ルギの荷電粒子を試料面 か 'ら 仮想的 に放出 さ せ と き に形成さ れ る 同等のエネ ルギの—荷電粒子の集束点が、 焦点合わ せ レ ン ズ と 試料 と の間 に存在す る よ う に焦点合わ せ レ ン ズを配置 し 、 集吏..点の位置に荷電粒子を臬束さ せ て も よ い。

ま た末発明方法の第 1 の態様ほ荷電粒子を試科表面 に照射 して試料表面の凹部の底面ま た は側面か ら 2 次 電子を放出せ し め る と と も に、 励磁手段に よ っ て試料 表面に試料表面の凹部の底面ま た は側面に磁力線が交 差す る方向に強磁界を印加し、 2 次電子を、 励磁手段 が発生す る強磁界に沿つ て螺旋運動せ し め る こ と に よ り 試料表面の凹部か ら そ の外部 に放出せ し め、 こ れを 検出 し て試料の凹部の底面ま た は側面を含む表面を観 察す る こ と を特徴 と す る 。

こ こ で荷電粒子ほ電子で あ っ て も よ い。

末発 B月の第 2 の態様は荷電粒子を試料表面に照射 し て、 試料表面の凹部の底面ま た.ほ側面か ら放出さ れる 2 次電子の像 を観察す る に 際 し て 、 試料表面 に強磁界 を加 え る た め の励磁手段の発生す る 磁場の大 き さ に対 し て 、 荷電粒子 と ほ ぼ同等のエ ネ ル ギ の荷電粒子を試 料面か ら 仮想的 に 放出 さ せ た と き に 形成 さ れ る 同等の エ ネ ル ギ の荷電粒子の仮想的 な集束点 の位置を あ ら か じ め 求め て お き 、 荷電粒子 ビー ム の照射 に よ り 試料表 面の凹部の底面 ま た は側面で発生 し た 2 次電子を、 励 磁手段が発生す る 強磁界 に 沿 っ て 螺旋運動せ し め る こ と に よ り 試料表面の凹部か ら そ の外部 に 放岀 せ し め、 か つ仮想的 な集束点の位置 に 荷電粒子を集束 さ せ る よ う に 焦点合わ せ手段の励磁電流 も し く は 印加電圧を設 定 し て 2 次電子を検出す る こ と を特徴 と す る 。

こ こ で仮想的 な集束点 を焦点合わ せ手段 と 試料 と の 間 に 位置せ し め て も よ い。

荷電粒子が電子で あ つ て も よ く 、 荷電粒子 ビー ム が 前記試料の表面を走査可能で あ つ て も よ い。

励磁手段が コ イ ル と 磁路 と か ら な っ て も よ く 、 コ ィ ルが冷媒 に よ つ て 冷却ざ れ て い て も よ レ、 。

励磁手段が超伝導 コ イ ル か ら な っ て も よ く 、 コ イ ル が超伝導材料か ら な り か つ試料 と 対向す る 位置 に の み 空隙を有す る 超伝導材料か ら な る 筐体 に よ っ て囲 ま れ て い て も よ く 、 ま た超伝導 コ イ ルが前記試料の上下 に 設置 さ れ て レ、 て も よ い 。 図面の簡单な説明 第 1 図は従来の荷電粒子ビーム観察装置の構成を示 す断面図、

第 2 図は従来の荷電粒子ビーム観察装置における ス ル一ホール中の電子軌道を示す面、

第 3 図は従来の荷電粒子ビーム観察装置にお い て、 対物 レ ン ズの励磁電流を増大さ せ て い つ た と き の ビー ム執道変化を示す図、

第 4 図はス ルー ホールの底部を観察す る と き のス ル — ホ ー ル の 大 き さ と 磁界 と の 閱係 の 一例 を表わ す 図、 -

- 第 5 図ほ本発明に よ る荷電粒子ビーム観察装置の実 施例の構成を示す断面図、

第 S 図ほ本発明の実施例に おけ る励磁装置の一例を 示す断面図、 . ' -'

第 7 図ほス ルーホール底部か ら放出 される 2 次電子 の轨道を説明する図、

第 8 図 は 2 次電子観察像 に現れ る暗部を読明す る 図、

第 9 図は 2 次電子観察像に お ける暗部を発生させ な い 2次電子軌道を示す図、

第 1 Q図 ほ末発明 に お-け る 励磁装置の他の例の断面 図、

苐 1—1図ほ第 1 0図に示し た励磁.装置に おける試料交換 動作 を説明 す る た め の図、

第 1 2 / 図 は強磁界下で試料か ら 出発す る電子の軌道 を示.す図で あ り 、 第 1 2 B 図 は 、 第 1 2 A 図 に お け る 中心 軸 4 1に 沿 つ た磁界分布を示す図、

第 1 3図 は本発明の荷電粒子 ビ ー ム 観察装置の他の実 施例の構成を示す断面図、

第 1 4図 は本発明 の荷電粒子 ビー ム 観察装置 に お け る 焦点合わ せ レ ン ズ お よ び励磁装置 の構造、 お よ び電子 軌道 を 示す図、

第 1 5図 は本発明の実施例に お け る 集束点位置の電子 エ ネ ルギ依存性 を示す図、

第 1 6図 は本発明 の実施例 に お け る 焦点合わせ レ ン ズ .お よ び励磁装置中 を通 る 電子の軌道.を示す図、

第 1 7図お よ び第 1 8図は そ れ ぞ れ本発明 に お け る 励磁 装置 と 試料 と の位置関係 を示す 図、

第 1 9図 は本発明 に お け る '励磁装置中 の コ ィ ル の一例 を示す断面図、

第 2 0図 は水冷 コ ィ ルを用 い た 場合の励磁電流 と コ ィ ル温度 と の関係 を示す図、

第 2 Q図 - 第 2 3図は そ れ ぞれ本発明 に お け る励磁装置 の断面図で あ る 。 発明 を実施'す る た め の最良 の形態 試料表面 に 垂直 に強磁界を 印.加 し た 場合、 試料か ら 出 た 2 次電子は磁界 に沿 つ て螺旋状に運動する 。 こ の 磁界の強 さ を H 、 2 次電子の エ ネ ル ギ を E と す る と 、 螺旋運動す る _ 2 次電子の ラー マ一半径 —（ 2 次電子の軌 道を試料面上に投影 し た 円の半径） R cほ、 以下の よ う に表わ さ れる。

Rc = (2mE) ^{1 / 2}s ί n Β / ( e ₀ Η ) (1) こ こ で 、 m ほ電子の K量、 Θ ほ試料垂直方向を基準 と し た 2 次電子の放出角度、 e は素電荷、 μ 。 ほ真空 の透磁率で ある 。

ス ル ー ホ ール の形状は 、 通常、 直方体や円筒形 に 近 い形 を し て い る 。 ス ルーホール を試料表面 と 平行な面 で切 つ た と き に得 ら れる 図形 （ ス ルーホールが立方体 の場合 は正方形、 円筒形の場合ほ円形 ） に 内接す る 円 の直径 （ 以下、 ス ル ーホー ル の大 き さ と 呼ぶ） を D tと し た と き 、 ス ルー ホ ー レ の底 に お レヽ て ス ルー ホ ー ル の 中心か ら 角度 Θ で放出 さ れ た 2 次電子が、 ス ルーホー ル外 に 出 る ため の条件は、 幾何学的 な考察よ り 以下の よ う に表わ され る _a

D t> 4 Rc (2) 式 （2) を D tと H と の関係 で表わす と 、

'- H > 4 (2mE) ^{1 /2}s i n Θ / (e μ. ₀D t) (5) と な る 。

ス ル ー ホ ー ル の底の 2 次電子像を観測す る た め に ほ、 ス ル ーホールの底か ら 放岀 さ れた 2 ^_次電子の大部 分 が ス ル ー -ホ 一 ル外 に 出 る 必要があ る 。 す な わ ち 式 (3) の Θ に 、 大部分の 2 次電子がス ル ー ホ ール外 に 出 る た め の放出角度の値 ø ( ス ル ー ホ ー ル の大 き さ Dt、 お よ びス ル ー ホ ー ル の深 さ に 依存す る 値 で あ り 、 通常 45度 — 30度の範囲の値 ） を代入 し た条件、

H > 4 (2raE) ^{1 /2}s in ø / (e ₀Dt) (4) を 満 た す磁界を ス ル ー ホ ー ル に 印加す る こ と に よ り 、 ス ル ー ホールの 2 次電子像観察が可能 と な る 。 た と え ば 、 0 = 90 、 E = 5 e Vの と き の式 （ 4 ) の関係 を第 4 図 に 示す。 ス ル ー ホ ー ル の大 き さ D tに対 し て 、 斜線 で 示 し た領域の磁界 H を ス ル ー ホ ー ル に 印加す る こ と に よ り 、 ス ル ー ホ ー ル の 2 次 電 子 像 観 察 が 可 能 と な る 。

本発明の実施例 で あ る 荷電粒子 ビー ム 観察装置の鏡 体 を第 5 図 に 示す。 本装置 は 0 , 5 μ m 程度の大 き さ の ス ノレ 一 ホ ー ル を観察す る た め の 装置 で あ る 。

陰極 2 iか ら 放出 さ れ る 一次電子 20は陽極 22に よ つ て 加速 さ れ、 集束 レ ン ズ 23、 焦点合せ レ ン ズ 24お よ び強 磁界を試料 に垂直 に 印加 で き る励磁装置 25の作 る 磁界 に よ っ て 、 試料 8 の上面 に 集束す る 。 試料表面上の集 束点の位置 は偏向 コ ィ ル 26に よ つ て制御 さ れ る 。 試料 表面か ら 放出 さ れ る 2 次電子 28は励磁装置 25お よ び焦 点合わ せ レ ン ズ 24を通過 し 、 2 次電子検出器 27に よ つ て 検出 さ れ る 。 本装置 は 、 励磁装置 25を付加 し た こ と を 除 い て 従来 の 荷電粒子 ビ ー ム 観察装置 と 同様 で あ り 、 1 次電子 2 Qを試料 S 上 で走査 し な が ら 、 2 次電子 検出器 2 7で 2 次電子を検出す る こ と に よ っ て、 試料 8 の ： 2 次霉子像を観察す る こ と がで き る 。

第 6 図 に励磁装置の構造の一例を示す。 励磁装置 2 5 は磁路 2 9お よびコ イ ル 3 0か ら 構成さ れて い る 。 3 1は引 出 し電極であ る 。 図 に お い て、 3 2は励磁装置 2 5の作 る 磁力線で あ り 、 2 8は試料 & か ら 放出 さ れる 2 次電子で あ る 。 試料 8 に は大 き さ 0 · 5 1 m の スルー ホール 3 3が 設 け ら れ て い る 。 コ イ ル 3 0は半径が約 1 ra mで あ り 、 2 X 1 0 ⁵ A Tの電流を流す。 引 出 し電極 3 1ほメ ッ シ ュ で 形成さ れて お り 、 1 k Vの電圧を印加す る 。

以上の檍成の下で は、 試料 8 に試料面 と垂直方向の 約 1 X 1 0 ⁸ Α Τ / ιπ の磁界がか か る 。 こ の ため、 ス ルー ホ —ル 3 3の底か ら ffi た 2 次電子 2 8ほ ラ ーマ一半径約 0 . 1 UL m の螺旋違動を し なが ら スルー ホール 3 3中を進み、 大部分の 2 次電子 2 8がス ルーホール 3 3の外 に 出 る 。 ス ル一ホ ール 3 3の外 に 出 た 2 次電子 2 8は、 螺旋違動を し なが ら 試料面 と 垂直方向 に進み、 引 出 し電極 3 1の作 る 引 出 し電界に よ り 励磁装置 2 5の外部へ引 き 出 さ れ る 。 こ の結果、 ス ルーホール 3 3の底か ら 放出 さ れた 2 次電 子 2 8の大部分は 2 次電子検出器 2 7に 到達す る こ と がで き 、 ス ルーホールの底面の 2 次電子像を観察す る こ と がで き る 。

以上述べて き た よ う に本発明 の実施例の荷電粒子ビ ーム観察装置で は、 試料近傍に励磁装置 2 5を設置 し 、 式 ( 4 ) の条件を満たす磁界を試料 8 に 印加す る た め、 ス ル ー ホ ー ル の底か ら 出 た 2 次電子の大部分 を ス ル ー ホ ー ルの 外 に 出 す こ と が で き る 。 こ の た め ス ルー ホ ー - ルの底面の 2 次電子像 を観察す る こ と が で き る 。

第 7 図 に 示す よ う に 2 次電子 2 8は螺旋運動 し な が ら ス ノレー ホ 一ル 3 3の外へ出 る 。 し か し ス ルー ホ 一ルの底 の端部 か ら 放出 さ れ る 2 次電子 は ス ル ー ホー ル の 側壁 に 衝突す る た め に 、 ス ルー ホ ー ル外 に 出 る こ と が で き な い。 そ の た め に ス ルー ホ ー ル の底部の像 と し て 観察 さ れ る 走査電子顕微鏡像 は 、 第 8 図 に 示 さ れ る よ な 、 幅 J2 の暗部 3 4を周囲 に 有す る 像 と な る 。 こ の幅 J2 は 2 次電子の ラ ー マ一半径程度 で あ る 。 従 っ て励磁装 置 に よ る 磁界 を強 く す る こ と に よ っ て 、 幅 J2 を小 さ く す る こ と が で き る 。 ス ル ー ホ ー ル の全面を観察す る 他 の方法 は 、 第 9 図 に示 さ れ る よ う に 、 2 次電子の執道 2 8 B が大 き な弧 を描 く よ う に 、 磁界の強 さ を設定す る こ と で あ る 。 こ の場合、 ス ルー ホ ー ル 3 3の底か ら 放出 さ れ、 ス ル ー ホ ール外 に 引 出 ざ れ る 2 次電子の数 は、 第 7 図の 場合 に 比べ て 少 な く な る が、 ス ル ー ホール の 底の全面を観察す る こ と が で き る 。

本発明 の荷電粒子 ビー ム 観察装置の第 2 の実施例を 第 1 0図 に示す。 第 1 0図で は励磁装置 3 5お よ び試料 8 だ け を示 し て あ り 、 他の部分 は第 1 図 と 同 じ で あ る 。 励 磁装置 3 5は 磁路 3 6お よ び コ イ ル 3 ⁷か ら、構成 さ れ て い る 。 3 8は 引 出 し 電極で あ る 。 試料台 3 9は磁性体で形成 さ れ て お り 、 図示 さ れ な い移動.機構 に よ っ て 、 上下 に 移動 さ せ る こ と が で き る 。 .ィ ル 37に電流を流-す こ と に よ り 、 磁路 36と 試料台 39の間 に 、 試料 8 と 垂直な磁 力線 40が発生す る 。 試料 8 を交換す る場合ほ、 第 11図 に 示す よ う に試料台 33を下方向に 移勖 さ せ、 磁路 40と 試料台 39の間か ら試料 8 を 出 し入れす る 。 ス ルーホー ルか ら 発生す る 2 次電子の動 き ほ、 第 6 図 に示 し た励 磁装置 と 同 じ で あ る。

以上述べて き た末発明 に よ る荷電粒子ビー ム観察装 置の第 2 の実施例 に お レ、.て ほ、 試料 8 を磁性体で で き た試料合 33と 磁路 3 Sの間 に配置 し て い る ため、 磁界を 試料 8 の広い領域 に わた っ て試料 8 に 垂直に印加す る こ と.がで き る 。 こ の ため、 試料 8 の広い領域に お いて ス ルー ホ ー ル の観察が可能 と な る 。 ：

次に上 に説明 し た焦点合わ せ レ ン ズお よ び励磁装置 を具え た荷電粒子ビーム 観察装置に お け る焦点合わせ の方法に つ い て説明す る 。

こ こ で、 本発明に よ る焦点合わ せの実施例を説明す る 前 に末発日月 の内容の理解を容易 に す る ため にその原 理に つ い て説明す る 。 .

回転对称な磁界中 に置い た試料か ら 出発す る.電子の 軌道を K . S a i 10 , T . Okubo , K.Takamoto.Y.Uno. . ondo " E l e c t ron ray trac ing wi th hi h accura cy" , J .Vac .Sci .Technol - ,A , (4) , 1913 - 1917 (1985) に掲載 ざ れて い る電子孰道追跡プ ロ グ ラ ム に よ つ て求め た結 果を第 12 A 図 に示す。 同図 に お.レヽ て、 8 ほ試料、 41は 回転対称 な磁界の 中心軸、 4 2お よ び 4 3は試料 8 か ら 出 発 し た電子の軌道 を示す 。 な お軌道 4 2お よ び 4 3上 を 運 動す る 電子を そ れ ぞ れ同一参照番号 ^{4 2}お よ び ^{4 3}で示す こ と と す る 。 電子 4 2お よ び 4 3は磁界の作用 を受 け て 中 心軸 4 1の回 り に 回転す る が、 こ こ で は、 電子 4 2お よ び 4 3と 共 に 回転す る 座標系 か ら 見 た電子軌道を示 し た 。 4 4お よ び 4 5は電子 4 2と 電子 4 3と の交点 で あ る 。 中心軸 4 1に 対 し て 微少角度 で試料 8 の上面か ら 出発 し た電子 は全 て こ れ ら の 点 を通過 す る 。 以後、 交点 4 4お よ び 4 5 を電子の集束点 と 呼ぶ。 電子 4 2お よ び 4 3の エ ネ ル ギ は 約 5 k e V で あ る 。 中心軸 4 1上の磁界分布は第 1 2 B 図 に 示す と お り で あ る 。 第 i 2 B 図 で横軸 は中心軸 4 1方向 の 磁界成分 Η ζ , 縦軸 は試料 8 の上面 を基準 と し た 中心軸 上の位置 Ζ で あ る 。 試料 8 に は約 1 . 6 X i 0 ⁵ A T / ra の強 磁界が印加 さ れ て い る 。 本磁界分布は、 例 え ば第 1 図 に 示 し た従来の荷電粒子 ビー ム 観察装置 に お い て 対物 レ ン ズ 6 の励磁電流 を 増大 さ せ た と き の対物 レ ン ズ 6 の光軸の磁界分布 に 対応 し て い る 。 .

試料 8 か ら 出 た 電子 4 2お よ び 4 3は、 集束点 4 4お よ び 4 5を通 っ て試料 8 の上方へ進ん で い く 。 電子軌道の相 反性 （ 例 え ば、 裏克己 ， 「電子光学 （共立出版、 1 9 7 9 年）」 7 Qペー ジ参照 ） か ら 、 大 き さ を変 え ず に磁界の方 向を逆 に す る と （ 例 え ば第 1 図 に 示 し た従来の荷電粒 子 ビー ム 観察装置 に お い て対物 レ ン ズ 6 の励磁電流 を 逆向 き に 流す と ） 、 第 1 2 A 図 に.示 し た電子 4 2お よ び 4 3 6 と 同一の轨道 に上方か ら 試料 8 面に向か つ て電子を通 す こ と がで き る 。 す なわ ち エネ ルギ約 ⁵ k e V の電子を 試料 8 の上方か ら 集束点 4 5を通過さ せ る よ う に照射す れば、 こ の電子を試料 8 の上面に集束さ せ る こ と がで き る 。 こ こ で は電子のエ ネルギが約 5 k e V ,磁界分布が 1 2 B 図に示 し た分布で あ る 場合 に つ い て説明 し て き たが、 電子のエネ ルギお よ び磁界分布を変 え て も集束 点の数 と 位置が変わ る の みで、 集束点を通過 させ る よ う に 1 次電子を照射す れば試料面上 に 1 次電子が集束 す る と い う 現象ほ変わ ら ない。 集束点が複数の場合に ほ、 試料か ら最 も 遠い集束点を通過させる の が最も单 純で便利であ る 。

本-発 B月 に おいて は こ の現象を利用 し て、 試料面上に 強磁界を印加す る励磁装置 と 1 次電子の集束位置を釗 御す る 焦点合わ せ レ ン ズ と を具備 し、 1 次電子 と 同 じ エネ ル ギ の電子を試料面か ら 仮想的 に放出 さ せ た と き 形成さ れ る電子の集束点が焦点合わせ レ ン ズ と 試料 と の間に存在す る よ う に焦点合わせ レ ン ズ を配置 し、 こ れを甩い て集束点の位置に 1 次電子を集束さ せ る も の であ る 。

第 1 3図は本発明 に よ る 荷電粒子ビー ム観察装置の第 3 の実施例を示す断面図で あ る 。 陰極 4 7か ら 放出さ れ た 1 次電子 4 6ほ従来例 と 同様に陽極 4 8に よ つ て加速さ れる 。 焦点合わ せ レ ン ズ 5 0は术実施例で は磁界 レ ン ズ で あ る 。 本装置 は焦点合わ せ レ.ン ズ 5 0と 励磁装置 5 1と が組 み合わ さ つ て 対物 レ ン ズ の働 き を す る 。 よ り 詳 し く は従来の対物 レ ン ズ の機能 を 、 磁界の印加 と 焦点合 わ せ に 分離 し 、 そ の た め に 強磁界下で の焦点合わ せ が 可能 で あ る 。 こ の点 を除い て は従来の荷電粒子 ビー ム 観察装置 と 同様 で あ り 、 試料 8 上の 1 次電子 4 Sの集束 点の位置 を偏向 コ ィ ル 4 9に よ つ て釗御 し 、 試料 8 の表 面か ら 放出 さ れ る 2 次電子 5 3を 2 次電子検出器 5 2に よ つ て 検出 し て 、 試料 8 の 2 次電子像 を観察す る こ と が で き る 。

こ の よ う な 構成 に お い て 、 試料 8 の上面か ら 1 次電 子 4 7と 同 じ エ ネ ル ギ を有す る 電子を仮想的 に飛ば し た と き の電子軌道 を第 1 4図 に 示す。 焦点合わ せ レ ン ズ 5 0 は磁路 5 4お よ び コ ィ ル' 5 5か ら 構成 さ れ て レ、 る 。 励磁装 置 5 1は磁路 5 6お よ び コ イ ル 5 7か ら 構成 さ れ て い る 。 試 料 8 は磁路 5 6の底 に 載置 さ れ て い る 。 磁路 5 6の 内径 d は約 6 πι ra、 磁路 5 6と 試料 8 の上面 と の距離 S ほ約 1 m m で あ り 、 コ イ ル 5 7に 約 1 0 k A T の励磁電流 を流す と 、 試 料 8 の上面 に 約 1 . 5 X 1 0 ⁶ A T / m の強磁界がか か る 。 5 8 お よ び 5 9は 1 次電子 4 6と 同 じ エ ネ ル ギ で試料 · 8 の上面 か ら 出発 し た電子で あ る 。 6 0お よ び S 1は電子 5 8お よ び 5 9の集束点 で あ る 。 集束点 6 Qお よ び 6 1の位置は コ イ ル 5 7の電流 と 電子 5 3お よ び 5 9の エ ネ ル ギ に よ り 一義的 に 決 ま る 。 電子 5 3お よ び 5 9のエ ネ ル ギ と 試料 8 か ら 最も 遠い集束点 6 0の 位置 Ζ。 と の関係 を Κ . S a i t 0 ら の前掲論 文 に 掲載 さ れ て い る 電子軌道追.跡 プ ロ グ ラ ム に よ つ て 求め た結果を第 1 ·5図に示す。 集束点 6 Qの位置は試料 8 の上面を基準に し た。 コ イ ル 57の電流ほ約 10 k A Τ で あ る 。 電子 58お よ び 5 Sのエネ ルギが約 11 k e V の と き を除 いて集束点 60の位置は有限の値を と る。 電子 5 δお よ び 53のェネ ルギが約 11 V よ り 低い と き （第 15図の特性 Α に対応） 、 集束点ほ第 14図 に示す よ う に _2 個形成 ざ れてい る 。 電子 58お よ び 53のエ ネ ルギが約 11 k e V よ り 高い と き （第 15図の特性 B に対応） 、 集束点は箦 15図 に示す よ う に 1 個 に減少す る 。 本実施例でほ磁路 54の 下面が試料 8 の上面か ら 2 Oram上方 に く る よ う 焦点合わ せ レ ン ズ 50を配置 し て レ、 る 。 こ の た め、 コ イ ル 57の電 流が約 10 k A T の.条件下で ほ、 約 11 k e V 付近を，除 く 5 〜 25 k e？ の全て の電子エネ ルギに お い て、 集束点 60を試 料 8 と 焦点合わ せ レ ン ズ 50と の 中間 に形成する こ と が で き る 。 し た が っ て以下に述べる方法を甩い る と 、 約 1 IkeV ィ寸近を除 く 5 〜 25keV の全て のエネ ルギに わ た つ て 1 次電子 46を試料 8 の上面に集束さ せ る こ と がで き る。

1 次電子 46を試料 8 の上面に集束 さ せ る 手順ほ以下 の通 り で あ る 。

(1) 電子軌道追跡 プ ログ ラ ム等を 用 ·レヽ て コ イ ル 57の電 流お よ び 1 次電子 4 Sのエネ ルギ に'対応す る集束点 50 の位置 Z 0を求め る 。 た と えば コ ィ ル 57の電流をパ ラ メ ータ と し て第 15図に示 し た よ う な- Z。の電 '子エネ ル ギ依存性を 求め、 こ の図を基.に コ ィ ル 57の電流お よ び 1 次電子 4 Sの エ ネ ル ギ に 対応す る Z。を 求 め る 。

( 2 ) 焦点合わ せ レ ン ズ の レ ン ズ界 で形成 さ れ る 1 次電 子 4 6の集束点 が、 （ 1 ) で求 め た Z。の位置 に く る よ う に コ ィ ル 5 5の電流を設定す る 。

( 3 ) 鮮明 な 2 次電子像が得 ら れ る よ う に （ 2 ) で設定 し た 値 を 初 期 値 と し て コ イ ル 5 5の 電 流 を 微 調 整 す る 。

こ の 操作 に よ り 、 1 次電子 は集束点 S 0お よ び S iを順 次通 つ て 試料 8 の面上の 点 6 2に 集束す る 。

以上の説明で は電子の集束点 が 1 個か ら 2 個の場合 に つ い て 説明 し た が、 集束点 が 3 個以上の場合で も 本 発明 が成 り 立つ の は 自 明 で あ る 。 ま た 、 試料 を励磁装— 置 を形成す る 磁路上 に 設置 し た 場合 に つ い て 説明 し た が、 第 1 7図お よ び第 1 3図 に 示す よ う に 試料 8 を励磁装 置 5 1の上あ る い は下 に お い た場合 に も 本発日月が成 り 立 つ の は 自 明 で あ る 。 こ こ で 、 第 1 7図 は試料 8 を励磁装 置 5 1の上 に 置い た場合、 第 1 8図 は試料 8 を励磁装置 5 1 の下 に 置い た場合 を示 し て い る 。

ま た 、 鏡体 を計算機釗御 で き る 荷電粒子 ビ ー ム 観察 装置 に 以上 に述べ た *発明 の焦点合わせ方法 を適用 す れ ば、 計算機 に よ り 自 動的 に 焦 点合わ せ が で き る こ と も 自 明 で あ る 。

第 1 3図 に 励磁装置を構成す る コ ィ ルの一例の断面図 を示す。 コ イ ル S 3は こ の例 で は 外側 をエポ キ シ で被覆 し た絶縁銅管 5 4を捲回.し て構成.さ れ て い る 。 パ イ プ 6 ⁴ は、 外側の断面形状が一辺 5 m mの正方形、 内側の断面 形状が一辺 3 πι ιπの正方形 と し た。 本実施例の コ イ ルで ほパ イ ブの吸水口 6 4 A か ら 冷却用 の水を 2 K g/ e ra ²の圧 力 で注入 し て い る 。 水は パ イ ブ S 4の内部を通 つ て パ イ ブの排水口 5 4 B か ら 出 る 。 末コ イ ルで は、 パ イ ブか ら 発生す る熱をパ イ ブ中を通る 氷を通 し て パ イ ブ外 に放 出す る ため、 コ イ ルの温度上昇を低減さ せ る こ と がで き る 。

末 コ イ ルを用い て実験的に求め た コ イ ル温度の励磁 電流依存性を第 2 D図 に示す。 励磁電流が 1 S 0 0 0 A T の と き 、 従来の荷電粒子ビー ム観察装置の対物 レ ン ズ で は コ イ ル温度が i 0 0 °C 以上 に上昇する の に対 し、 本 コ ィ ルで ほ コ ィ ル温度が 7 0 °C .と な っ てい る 。 こ の た め荷電 粒子ビーム観.察装置に お い て は、 コ イ ルの絶縁破壊等 の事故を防 ぐ こ と がで き 、 装置の安定な動作が実現で き る 。

コ ィ ル に流す冷却用媒体ほ水に限 ら れず、 液体窒素 な ど でも よ く 、 パ ィ プの断面形状が正方形で な く 、 長 方形状、. 円形状 あ る い ほ そ の他の形状 で あ つ て も よ く 、 ま たパ イ ブの材質ほ アル ミ ニ ウ ム な ど銅以外の導 電体 で あ っ て も 、 そ の 表面 が絶緣 さ れ て い れ ば よ レヽ。

第 2 1図に励磁装置の他.の例を示す。 末例の励磁装置 & 5は超伝導コ イ ルを用 い て い る 。 す なわ ち 、 断熱容器 S 5內に超伝導コ イ ル S 7が納め ら _れ、 液体ヘ リ ゥ ム な ど 2 の 冷却媒体 6 8に よ つ て 冷却 さ れ て い る 。 6 9は 弓 ί 出 し 電 極 で あ る 。 超伝導 コ ィ ル 6 7に よ つ て 試料 8 の 表面 に 1 0 ⁷ A T / ra 以上の強磁界 を か け る こ と が で き る 。 そ の結 果ス ル一 ホ ー ル 3 3の底面か ら 放 出 さ れ る 2 次電子 7 0は 試料表面 に 垂直 な磁力線 7 1に 沿 つ て螺旋運動 を し な が ら ス ル ー ホ ール 3 3の外 に で る こ と が で き る 。

第 2 2図 に励磁装置の さ ら に 他の例 を示す。 こ の励磁 装置 7 2は断熱容器 7 3、 超伝導 コ イ ル 7 4、 ニ オ ブ合金 な ど の超伝導材料か ら な り 超伝導 コ ィ ル 7 4を 囲 む筐体 7 5 お よ び冷却媒体 7 6か ら な つ て い る 。 筐体 7 5に は、 試料 8 と 対向す る 位置 に の み空隙 7 5 A が設 け ら れ て い る 。 藓伝導 コ イ ル 7 4に よ っ て 発生 さ れ た磁界 は 、 こ の空隙

7 5 A か ら の み筐体 の 外部 に 漏洩す る の で試料付近の狭 い範囲 に の み強磁界を か け る こ と が で き る 。 図 に お い て 、 7 7は磁力線、 7 8は 2 次電子の執道を示す。

第 2 3図 に 示す励磁装置 は 2 個の励磁装置 6 5 A お よ び 6 5 B か ら な つ て い る 。 各励磁装置 6 5 A , 6 5 Bは第 2 1図 に 示 し た 励 磁 装 置 S 5 と 同 様 に そ れ ぞ れ 断熱 容 器 6 6 A , 6 δ Β 、 超伝導 コ イ ル 6 7 A , S 7 βお よ び冷却媒体 δ 3 A , 6 8 Β か ら な つ て い る 。 .励磁装置 6 5 Α お よ び 6 5 B は そ れ ぞれ 試料 8 の上お よ び下 に 配置 さ れ て い る 。 こ の よ う に 2 個の励磁装置 を配設す る こ と に よ っ て 、 試料 8 の広い 範囲 に わ た っ て 、 1 Q ⁷ A T / ra 以上の強磁界 を 印加す る こ と が で き る 。 従 っ て試料 8 の広い範囲 に わ た っ て 設 け ら れ て い る ス ルー ホ ー ル 3 3の底部 か ら 放出 さ れ る 2 次 電子 7 9を磁力線 & 0に沿つ て螺旋違動 さ せ な が ら 、 ス ル 一ホール 3 3の外 に 引出す こ と が で き る 。

な お、 前述 し た実施例に お い て は、 焦点を合わ せ る べ き荷電粒子が電子の場合に つ い て読明 し たが、 荷電 粒子がガ リ ゥ ム ィ ォ ン な ど電子以外の場合に も本発明 が成 り 立つ の は 自 明で あ る 。 ま た、 焦点合わせ レ ン ズ が磁界 レ ン ズ の場合に つい て説明 し た が、 焦点合わ せ レ ン ズ は静電 レ ン ズ で あ っ て も よ い 。 た だ し 、 こ の場 合ほ静電 レ ン ズの印加電圧 に よ り 1 次電子の集束点の 位置を制御す る 。 ま た、 引出 し電極を メ ッ シ ュ で形成 し た場合を例 に と り 本癸明 を説明 し て き たが、 穴の あ い た金属扳な ど、 メ ッ シ ュ 以外 で引 出 し電極を形成 し て も よ い 。 一次 ム を加 メ イ ン ツ エ ル t ^ で— 集束させ る と 、 試料表面に 2 次電子の引 出 し電界がか か る の で引出 し電極を省 く こ と も で き る 。 ま た、 励磁 装置につい て磁路 と.コ イ ルで形成 し た場合を例と し て 説明 し て き た が、 永久磁石等、 他の手段で励磁装置を 形成 し て も よ い。 ' , - ス ルー ホ ー ル の大 き ざ ほ実旎例中 で説明 し た大 き さ に 限 ら れず、 （ 4 ) 式が成立する よ う に、 ス ル ーホール の 大 き さ に 応 じ て試料 に 印加す る 磁界 を定め れ ば よ い。 さ ら に ス ル ー ホール の側面を観察す る た め ス ル一 ホールの底 に対 し て斜め に電子を照射さ せ る 場合 に も 本発明を適甩 す る こ と がで き る。

励磁装置に 用い る超伝導コ ィ .ルお よ びそ れを園む筐 体 に は 、 ニ オ ブ系合金超伝導材料 ま た は酸化物超伝導 材料 な ど各種の超伝導材料 を 用 い る こ と がで き る 。 冷 却媒体 は使用 す る超伝導材料 に 応 じ て選べば よ い。 産業上の利用 可能性 以上説日月 し た よ う に 本発明 の荷電粒子 ビー ム 観察装 置で は 、 試料近傍 に 強磁界 を 発生 さ せ る た めの励磁装 置を設置 し 、 強磁界 を試料 に 印力 αす る た め 、 ス ル ー ホ ール の底か ら 出 た 2 次電子の ほ と ん ど を磁力線 に 沿わ せ て ス ル ー ホ ー ル の 外 に 出 す こ と が で き る 。 さ ら に 本 発明 の 焦点合わ せ方法 に よ れ ば試料 に 強磁界 を か け て も 1 次電子を試料上面 に 集束 さ せ る こ と が で き る 。 し た が っ て 、 強磁界下 で の 試料面 の 2 次電子像.'が鮮明 に 得 ら れ、 ス ルー ホール底部の 2 次電子像観察が可能 と な る 。 従 つ て本発明 は微細 Μ (3 S L S Iな ど の製造プ ロ セ ス に お け る ス ルー ホ ー ル な ど の検査 に 適用 し て有益で あ る 。

Claims

請求の範國

. 荷電粒子ビー ム を放出す る荷電粒子銃 と 、

前記荷電粒子ビーム を試料 に照射す る と と も に 走 查す る荷電粒子 ビー ム 照射軌道釗御部 と 、

前記荷電粒子 ビー ム の照射 に よ り 前記試料か ら 放 出す る 2 次電子を検出す る 2 次電子検出器 と 、

前 記試 料面 上 に 強 磁 界 を 発生 さ せ る 励 磁装置 と 、

前記荷電粒子の集束位置を制御す る：！点合わ せ レ ン ズ と を備え た こ と を特徴 と す る荷電粒子ビーム 観 . 前記荷電粒子が電子で あ る こ と を特徴 と す る 請 求 の 範囲第 1 項記 載 の 荷 電粒子 ビ ー ム 観察装 . 前記励磁装置が前記試料表面に該試料表面の 凹部 の底面ま た は側面に磁力線が交差す る方向に強磁界 を印加 し、 該荷電粒子ビーム の照射に よ り 前記試料 表面 の 凹部の底面 ま た は側面 で宪生 し た 2 次電子 を、 前記励磁装置が発生す る 強磁界 に沿 つ て螺旋運 ¾せ しめる こ と に よ り 前記試料表面の凹部か ら ぞの 外部 に放出せ しめ る こ と を特徴 と す る請求の範圏第 1 項記載の荷電粒子ビー ム 観察装置。

. 前記励磁装置がコ イ ル と 磁路 と か ら な る こ と を特 徴 と す る請求の範囲第 1 項記.載の荷電粒子ビー ム 観 察装置。

. 前記 コ イ ル 力く冷媒 に よ っ て 冷却 さ れ て レ、 る こ と を 特徴 と す る 請求 の範囲第 4 項記載の荷電粒子 ビー ム 観察装置。

. 前記励磁装置が超伝導 コ イ ル か ら な る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 1 項記載の荷電粒子 ビー ム 観察

. 前記 コ イ ル が超伝導材料か ら な り か つ前記試料 と 対向す る 位置 に の み空隙を有す る 超伝導材料か ら な る 筐体 に よ っ て 囲 ま れ て レヽ る こ と を特徴 と す る 請求 の範囲第 6 項記載の荷電粒子 ビ ー ム 観察装置。

. 前記超伝導 コ イ ルが前記試料の上下 に 設置 さ れ て い る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 6 項記載の荷—電 粒子 ビ ー ム 観察装置。

. 前記荷電粒子 と ほ ぼ同等の エ ネ ルギ の荷電粒子 を 前記試料面か ら 仮想的 に放出 さ せ た と き に 形成 さ れ る 該同等の エ ネ ルギ の荷電粒子の集束点が、 前記焦 点合わ せ レ ン ズ と 前記試料 と の間 に 存在す る よ う に 前記焦点合わ せ レ ン ズ を配置 し 、 該集束点 の位置 に 前記荷電粒子を集束 さ せ る こ と を特徴 と す る 請求 の 範囲第 1 項記載の荷電粒子 ビー ム 観察装置。

. 荷電粒子を試料表面 に 照射 し て 該試料表面の凹部 の底面 ま た は側面か ら 2 次電子を放出 せ し め る と と t に 、

励磁手段 に よ つ て 前記試料表面 に 該試料表面の 凹 2 5 部の底面ま た は側面に磁力線が交差す る方向に強磁 界を印加 し、

前記 2 次電子を、 前記励磁手段が発生する強磁界 に沿っ て螺旋運 Kせ しめる こ と に よ り 前記試料表面 の凹部か ら その外部 に放出せ し め、 こ れを検出 し て 前記試料の凹部の底面ま た は側面を含む表面を観察 す る こ と を特徴 と する荷電粒子ビーム に よ る表面観 察方法-。

. 前記荷電粒子が電子であ る こ と を特徴 と する請求 の範囲第 1 0項記載の荷電粒子ビーム に よ る表面観察 方法。

. 荷電粒子を試料表面に照射して、 該試料表面の凹 部の底面ま た は側面か ら放出さ れ る 2 次電子の像を 観察する に際し て、 前記試料表面に強磁界を加え る ための励磁手段の発生する磁場の大き さ に対し て、 前記荷電粒子と ほぼ同等のエネ ルギの荷電粒子を前 記試料面か ら仮想的に放出さ せ た と き に形成さ れ る 該同等のエネ ルギの荷電粒子の仮想的な集吏.点の位 置をあら か じめ求め てお き、

前記荷電粒子ビーム の照射に よ り 該試料表面の凹 部の底面ま たは側面で発生し た 2 次電子を、 前記励 磁手段が発生す る強磁界に沿つ て螺旋違 ¾せ し め る こ と に よ り 前記試料表面の凹部か ら その外部 に放出 せ し め 、 かつ

前記仮想的な集束点の位置に前記荷電粒子を集束 さ せ る よ う に 焦点合わ せ手段の励磁電流 も し く ほ印 加電圧を設定 し て 前記 2 次電子を検出 す る こ と を特 徴 と す る 荷電粒子 ビ ー ム に よ る 表面観察方法。

13 . 前記仮想的 な集束点 を前記焦点合わ せ手段 と 前記 試料 と の間 に 位置せ し め る こ と を特徴 と す る 請求 の 範囲第 12項記載の荷電粒子 ビー ム に よ る 表面観察方 法。

14. 前記荷電粒子が電子 で あ る こ と を特徴 と す る 請求 の範囲第 12項記載の荷電粒子 ビー ム に よ る 表面観察 方法。

15 . 前記荷電粒子 ビー ム が前記試料の表面を走査可能 で あ る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 12項記載の荷 電粒子 ビ ー.ム に よ る 表面観察方法。

15 . 前記励磁手段が コ イ ル と 磁路 と か ら な る こ と を特 徴 と す る 請求 の範囲第 12項記載の荷電粒子 ビ ー ム に よ る 表面観察方法。

17. 前記 コ イ ル が冷媒 に よ っ て冷却 さ れ て レヽ る こ と を 特徴 と す る 請求 の範囲第 16項記載の荷電粒子 ビー ム に よ る 表面観察方法。

18. 前記励磁手段が超伝導 コ イ ルか ら な る こ と を特徴 と す る 請求 の範囲第 12項記載の荷電粒子 ビー ム に よ る 表面観察方法。

19. 前記 コ イ ル が超伝導材料か ら な り か つ前記試料 と - 対向す る 位置 に の み空隙 を有す る超伝導材料か ら な る 筐体 に よ っ て 囲 ま れ_て レ、 る'こ と を特徴 と す る 請求 の範囲第 1 8項記載の荷電粒子ビー ム に よ る表面観察 方法。

0 . 前記超伝導コ イ ルが前記試料の上下に設置さ れて いる こ と を特徴 と す る請求の範囲第 1 8項記載の荷電 粒子ビ ー ム に よ る 表面観察方法。