WO2018134870A1 - 走査電子顕微鏡および走査電子顕微鏡による試料観察方法 - Google Patents

走査電子顕微鏡および走査電子顕微鏡による試料観察方法 Download PDF

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大輔 備前
津野　夏規
貴文 三羽
慎 榊原
俊之 横須賀
秀之 数見
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to a scanning electron microscope that obtains a microscopic image of a sample by taking out a primary electron beam from an electron source and detecting secondary electrons obtained by scanning the sample.
  • the scanning electron microscope detects the secondary electrons generated by the interaction of the primary electron beam with the sample when scanning the sample with the primary electrons, and outputs a microscope image based on the amount of the detected secondary electrons.
  • the secondary electrons are not only (true) secondary electrons having an energy of 50 [eV] or less, but also backscattering having an energy of 50 [eV] or more detected by a detector of a scanning electron microscope.
  • the term refers to secondary electrons in a broad sense, including electrons.
  • a semiconductor device may have a complicated laminated structure.
  • scanning electron microscopes that inspect and measure such samples, not only the outermost surface of the laminated film, but also very deep holes and deep grooves (hereinafter referred to as “deep holes / grooves”) formed in the laminated film. ) Needs to be clearly visualized.
  • the laminated film often has a structure including an insulator, it is necessary to inspect and measure the bottom of the deep hole / groove while suppressing the influence of charging.
  • Patent Document 1 discloses a method of performing primary electron scanning for charge removal in which the irradiation energy of primary electrons is different from that of primary electron beam scanning for image acquisition during back deflection. Specifically, in primary electron scanning for charge and charge removal, negative charge generated on the sample surface is removed by using irradiation energy of primary electrons as irradiation energy for forming a positive charge.
  • the electrification removal technique in the prior art document is intended to remove the charge on the surface of the sample, and the effect of removing the charge generated on the side wall is low.
  • the irradiation surface is irradiated with primary electrons with irradiation energy that can form positive charges on the side walls of the deep holes / grooves, most of the generated secondary electrons are absorbed in the deep holes / grooves, and most of the electrons are absorbed. Since it cannot escape from the side wall, the negative charge on the side wall cannot be removed. Even if the deep hole / groove is irradiated with light, the photoelectrons emitted from the side wall due to the light irradiation again collide with the side wall, so the negative charge on the side wall cannot be eliminated.
  • An object of the present invention is to realize a scanning electron microscope that can neutralize the charge generated at the side wall of a deep hole / groove and inspect and measure the bottom of the deep hole / groove with high accuracy.
  • An electron source that emits primary electrons, a sample stage on which a sample is placed, a deflector that scans the sample on the sample, an objective lens that focuses the primary electrons on the sample, and control of irradiation of the sample with primary electrons
  • Primary electron control mechanism Electric field control mechanism for controlling the electric field between the objective lens and the sample stage, a detector for detecting secondary electrons generated by irradiating the sample with primary electrons, and primary electron control
  • the electric field control mechanism has a potential applied to the sample stage with respect to the potential applied to the objective lens.
  • the electric field control mechanism controls the potential applied to the objective lens.
  • the electric field control mechanism controls the potential applied to the objective lens.
  • the potential applied to the postal stage is controlled to be positive.
  • Negatively charged static electricity accumulated on the side walls of deep holes and grooves can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a scanning electron microscope of Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining control by a control unit in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an operation screen according to the first embodiment.
  • 6 is a diagram showing a configuration of a scanning electron microscope of Example 2.
  • FIG. It is a figure which shows the detection signal amount of an energy filter.
  • [Delta] T OFF is a diagram for explaining the movement of electrons is sufficiently short.
  • It is a diagram for explaining the movement of electrons when taken long [Delta] T OFF.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a sample observation method of Example 2.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a scanning electron microscope of Example 3.
  • FIG. It is a figure (sectional drawing) for demonstrating the static elimination method by a counter electrode.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining control by a control unit in the third embodiment. It is a figure (sectional drawing) which shows the structural example which installs a counter electrode in a sample stand.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a scanning electron microscope of Example 4. It is a figure for demonstrating the principle which visualizes the defect of the insulator surface. It is a figure for demonstrating the principle of this invention. It is a figure for demonstrating the principle of this invention.
  • a retarding optical system that irradiates the sample by decelerating the primary electrons near the sample to be observed.
  • the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 14A and 14B.
  • an insulator 101 is laminated on a semiconductor substrate 103 such as Si, and a deep hole / groove 102 is formed in the insulator 101.
  • an electric field 105 is applied to the sample 100 in the direction of decelerating primary electrons.
  • the electrons 104 accumulated on the side wall of the deep hole / groove 102 are accumulated near the surface of the side wall of the deep hole / groove 102, and are subjected to a force in a direction away from the substrate 103 in contact with the sample table or the like by the electric field 105 ( FIG. 14A). Therefore, even if time elapses, the electrons accumulated on the side wall are not removed.
  • the electrons accumulated on the side walls are directed toward the substrate 103.
  • a moving force is added.
  • the electrons accumulated on the side wall are transferred to the substrate 103 in the vicinity of the surface of the side wall of the deep hole / groove and can be eliminated.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the scanning electron microscope of the first embodiment.
  • the primary electrons 202 taken out from the electron source 201 are focused by the objective lens 203 and applied to the sample 204.
  • Secondary electrons 205 generated due to irradiation of the specimen 204 with the primary electrons 202 are detected by a detector 206.
  • the primary electrons 202 are scanned on the sample 204 by the deflector 207, and the secondary electrons 205 emitted at each point of the sample 204 are detected by the detector 206, whereby a scanned image can be acquired.
  • the sample 204 is placed on the sample table 213, and a voltage can be applied to the sample table 213 by the retarding power source 208.
  • the retarding power source 208 can output a bipolar voltage, and the voltage and timing output from the retarding power source 208 are controlled by the control unit 209.
  • irradiation or non-irradiation of the primary electrons 202 to the sample 204 is controlled by the blanking electrode 210.
  • a voltage can be applied to the blanking electrode 210 by a blanking power supply 211. When the voltage is applied, the primary electrons 202 are deflected and collide with the diaphragm 212. Is not irradiated.
  • the voltage and timing output from the blanking power supply 211 to the blanking electrode 210 are controlled by the control unit 209 in the same manner as the retarding power supply 208.
  • the retarding power source 208 and the blanking power source 211 are controlled by the control unit 209 as shown in FIG. In FIG.
  • the horizontal axis represents time
  • a waveform 301 represents control of irradiation / non-irradiation of primary electrons by the blanking power supply 211
  • a waveform 302 represents control of the electric field between the sample and the objective lens by the retarding power supply 208
  • a waveform 303 Indicates the validity / invalidity of image formation during the period.
  • the blanking power supply 211 is controlled so that the primary electrons 202 are irradiated to the sample 204, and a negative voltage is applied to the sample 204 by the retarding power supply 208 to decelerate the primary electrons 202.
  • An electric field is generated between the objective lens 203 and the sample 204.
  • the blanking power supply 211 is controlled so that the primary electron 202 is not irradiated onto the sample 204, and a positive voltage is applied to the sample 204 by the retarding power supply 208 to accelerate the primary electron 202.
  • An electric field to be generated is generated between the objective lens 203 and the sample 204.
  • electrons accumulated in the insulator, particularly in the side walls of the deep holes and grooves, move toward the substrate, and negative charges can be removed.
  • the period ⁇ T ON by forming an image using the output value of the detector 206 obtained when the sample 204 is irradiated with the primary electrons 202, it is possible to obtain a scanned image from which negative charge has been removed.
  • the timing of applying a positive voltage to the sample 204 is not limited.
  • the image is formed by scanning the image acquisition region (observation field) of the sample 204 with an electron beam.
  • a single scan over the entire observation region is called a frame, but normally, such a scan is repeated a plurality of times, and a plurality of frames are integrated to form an image of the observation field.
  • the timing of applying a positive voltage to the sample 204 is the transition from one line scan to the next one line scan, from the acquisition of one frame to the start of the next frame scan, or the observation field of view. For example, a period from when an image is formed to when the image is moved to the next observation visual field.
  • FIG. 3 shows an operation screen when performing observation based on the control of FIG.
  • the scanning electron microscope of FIG. 1 operates under the control of an operator from a control device (not shown).
  • the control device is a display device (display) for displaying an operation screen for inputting an image acquired from the scanning electron microscope and control content to the operator, a keyboard for inputting instruction content, a pointing device, etc. Have the device.
  • the operation screen 30 has a display input field for displaying and inputting optical conditions and image forming conditions for forming an image. For example, a scanning energy display column 32, an irradiation current amount display column 33, a magnification display column 34, a scan mode display column 35, and the like are displayed.
  • a ⁇ T OFF selection column 36 is displayed.
  • options of “line”, “frame”, and “observation field of view” are presented. You can choose.
  • the retarding power source 208 is controlled to control the electric field between the sample 204 and the objective lens 203.
  • the method is not limited.
  • the sample stage 213 and the ground potential, a positive voltage to the objective lens 203 in the period [Delta] T ON, by applying a negative voltage to the objective lens 203 in the period [Delta] T OFF, the sample 204 and the objective lens 203 The electric field between them may be controlled.
  • a positive voltage is applied to the objective lens 203 and a negative voltage is applied to the sample stage 213 during the period ⁇ T ON
  • a negative voltage is applied to the objective lens 203 and the positive voltage is applied to the sample stage 213 during the period ⁇ T OFF .
  • a voltage may be applied. That is, the sample in the period [Delta] T ON - generated electric field to decelerate to the primary electrons between the objective lens, the sample in the period [Delta] T OFF - accelerating to the primary electrons between the objective lens, i.e. a direction opposite to the period [Delta] T ON As long as the electric field is generated, various control methods are possible.
  • the primary electron control mechanism for controlling the irradiation or non-irradiation of the primary electrons 202 to the sample 204 other than the blanking electrode 210 is possible.
  • the irradiation or non-irradiation of the sample 204 of the primary electrons 202 may be controlled by putting a plate that blocks the optical axis of the primary electrons 202 in and out of the optical axis.
  • an electron source 201 that emits primary electrons 202 by light irradiation, that is, a photocathode is used, and light irradiation to the photocathode is controlled to control irradiation or non-irradiation of the primary electron 202 to the sample 204. It is also possible to do.
  • the electric field between the sample 204 and the objective lens 203 has an effect of 0.1 to 10 kV / mm when the primary electron 202 is accelerated or decelerated. Further, the period ⁇ T ON when the sample 204 is irradiated with the primary electrons 202 and the period ⁇ T OFF when the sample 204 is not irradiated with the primary electrons 202 can be controlled by the control unit 209 in the range from 1 ⁇ s to 1000 seconds. To do.
  • the secondary electron 205 generated in the sample 204 is directly detected by the detector 206 but also, for example, the secondary electron 205 is caused to collide with a conversion plate (not shown), and the secondary electron 205 is applied to the conversion plate. Tertiary electrons generated by the collision may be detected.
  • Example 2 a scanning electron microscope that visualizes the difference in electron mobility of the sample 204 will be described in detail.
  • FIG. 4 shows the configuration of the scanning electron microscope of Example 2.
  • the same components as those in the scanning electron microscope shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.
  • the scanning electron microscope according to the second embodiment includes an energy filter 401 that selects energy of the secondary electrons 205 and an energy filter power source 402 that applies a voltage to the energy filter 401.
  • the energy filter 401 is provided between the detector 206 and the objective lens 203.
  • a specific configuration example of the energy filter 401 includes a grid of conductors to which a voltage V EF (where V EF ⁇ 0 V (reference potential)) is applied and has energy of ⁇ eV EF [eV] or more.
  • a deceleration electric field type energy filter that allows only the secondary electrons 205 to pass therethrough can be used.
  • e is the elementary charge.
  • the control unit 215 controls the magnitude of the voltage V EF generated by the energy filter power supply 402 and the timing for generating the voltage V EF .
  • FIG. 5 shows the signal amount detected by the detector 206 when the voltage V EF applied to the energy filter 401 from the energy filter power source 402 is swept.
  • V EF absolute value of voltage
  • is the same for other voltages
  • exceeds the voltage
  • the voltage V A retarding voltage V R, and the voltage applied to the energy filter 401
  • V S voltage
  • V A retarding voltage V R + the band voltage V S
  • the signal amount starts to decrease. That is, with respect to the voltage V EF applied to the energy filter 401, the charged state of the sample 204 is reflected in the value of the voltage VA at which the signal amount detected by the detector 206 starts to decrease.
  • the surface potential of the sample 204 is measured by the energy filter 401 using the period ⁇ T OFF during which the sample 204 is not irradiated with the primary electrons 202 as a variable, and thus the difference in the electron mobility ⁇ e included in the sample 204 is measured. Can be visualized.
  • the sample 204 includes the material A and the material B having different electron mobilities ⁇ e will be described as an example.
  • the materials A and B are both insulator materials, and the electron mobility of the material A is ⁇ e A , the electron mobility of the material B is ⁇ e B, and ⁇ e A > ⁇ e B.
  • the sequence shown in FIG. 2 is executed. It is assumed that the surface potentials of the material A and the material B are V R + V S (retarding voltage V R ⁇ 0, charging voltage V S ⁇ 0) due to negative charging.
  • FIG. 6C shows the energy filter voltage dependency of the detected signal amount in the subsequent period ⁇ T ON .
  • the material A 601 is neutralized, and as shown by the waveform 604, the energy filter voltage dependency of the detected signal amount starts to decrease as the voltage becomes larger than the voltage
  • the energy filter voltage dependency of the detected signal amount starts to decrease from the voltage
  • the energy filter voltage dependency of the detection signal amount shifts between the material A601 and the material B602. Therefore, for example, when a scanning image is acquired in a state where the energy filter voltage V EF is set to V R + V S , a contrast in which the material B602 is brighter than the material A601 is obtained.
  • the method for visualizing the difference in electron mobility due to the difference in material in the sample 204 by adjusting the period ⁇ T OFF has been described above.
  • not only the difference in material but also the characteristics of the material that affect the ease of movement of electrons in the substance can be visualized.
  • the sample 204 needs to be in a negatively charged state as an initial charged state.
  • This negatively charged state can be realized by appropriately selecting the energy when the sample is irradiated with the primary electrons 202.
  • emission efficiency of secondary electrons 205 in the insulator will vary depending on the energy E PE during irradiation of the sample of the primary electrons 202.
  • the energy E PE is E PE 1 or less or E PE 2 or more
  • the emission efficiency of the secondary electrons 205 is 1 or less, that is, a negative charge is formed.
  • E PE 1 is about 50 [eV]
  • E PE 2 is about 3 k [eV].
  • a sample observation method in this example is shown in FIG. 7B.
  • optical conditions and image forming conditions for forming an image are set (including setting about how to give the period ⁇ T OFF ).
  • the energy of secondary electrons selected by the filter is set (S701).
  • the energy filter voltage V EF may be set to satisfy
  • the time is set to T 0 (S702). This completes the setting of the observation conditions.
  • the sample surface is negatively charged (S703). As described above, this can be performed by irradiating the sample with primary electrons under the condition that the emission efficiency of secondary electrons is 1 or less.
  • An image is formed on the negatively charged sample under the set conditions (S704).
  • ⁇ T OFF S705
  • the sample surface is negatively charged again and observation is continued.
  • the energy filter 401 is not limited to the deceleration electric field type, and the same effect can be obtained even if the energy filter 401 is a deflection type that selects energy of the secondary electrons 205 in a deflection field using an electromagnetic field.
  • the control of the energy of the secondary electrons selected by the energy filter is provided with a control mechanism that matches the configuration of the energy filter.
  • the secondary electron 205 generated in the sample 204 is directly detected by the detector 206 but also, for example, the secondary electron 205 is caused to collide with a conversion plate (not shown), and the secondary electron 205 is applied to the conversion plate. Tertiary electrons generated by the collision may be detected.
  • Example 3 describes an apparatus and method for removing charges accumulated on the insulator surface with high efficiency.
  • FIG. 8 shows the configuration of the scanning electron microscope of Example 3.
  • the counter electrode 901 is provided between the objective lens 203 and the sample 204.
  • the counter electrode 901 is composed of at least two electrodes facing each other, and an electric field is generated in a direction perpendicular to the optical axis of the primary electrons 202 by applying different voltages to the respective electrodes from the counter electrode power source 902. Can do.
  • the voltage applied to the counter electrode 901 is not particularly limited, and may be any one of a ground potential (reference potential), a positive voltage, and a negative voltage, as long as a desired electric field is generated between the counter electrodes.
  • the control unit 216 controls the magnitude and time of the voltage applied to the counter electrode 901 by the counter electrode power source 902.
  • FIG. 9A cross-sectional view
  • FIG. 9B top view
  • Electrons accumulated on the surface of 204 move on the surface of the insulator, and negative charge removal can be realized.
  • the counter electrode power source 902 and the blanking power source 211 are controlled by the control unit 216 as shown in FIG.
  • the horizontal axis of FIG. 10 is time
  • the waveform 304 is the control of irradiation / non-irradiation of the primary electrons by the blanking power supply 211
  • the waveform 305 is the control of the counter electrode electric field by the counter electrode power supply 902
  • the waveform 306 is the current period. Indicates whether image formation is valid / invalid.
  • the blanking power source 211 is controlled so that the sample 204 is irradiated with the primary electrons 202 and the counter electrode electric field is not generated.
  • the blanking power supply 211 is controlled so that the sample 204 is not irradiated with the primary electrons 202, and an electric field is generated by the counter electrode 901 by the counter electrode power supply 902. Thereby, the electrons on the flat insulator surface move out of the observation field. Then, in the period ⁇ T ON , by forming an image using the output value of the detector 206 obtained when the sample 204 is irradiated with the primary electrons 202, it is possible to obtain a scanned image from which negative charge has been removed.
  • a counter electrode 901 is installed on an edge of the sample table 213 via an insulating wall 1401 made of an insulating material so as to surround the sample 204. May be.
  • the counter electrode 901 includes electrodes 901c to 901e separated from each other. This makes it possible to adjust the direction of the generated electric field.
  • Example 4 is for visualizing defects on the insulator surface.
  • FIG. 12 shows the configuration of a scanning electron microscope used in this embodiment. The same components as those in the scanning electron microscope shown in FIGS. 1, 4, and 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.
  • An energy filter 401 and an energy filter power source 402 are added to the scanning electron microscope of the third embodiment, and the energy filter power source 402 is controlled by the control unit 217.
  • Example 4 The principle of Example 4 will be described with reference to FIG.
  • the sample 204 is set in a negatively charged state as an initial charged state. It is assumed that a defect portion 1301 exists on the insulator surface. In this state, when a counter electrode electric field is generated between the counter electrodes 901, electrons accumulated on the insulator surface move from the observation field. However, electrons are captured by the defect portion 1301 on the insulator surface, and the defect portion 1301 It will be in the state where electrification remains. In the state where only the defective portion 1301 remains charged, as described with reference to FIGS. 6A to 6B, a shift occurs in the energy filter voltage dependency of the detected signal amount in the defective portion 1301 and other portions.
  • the defect part 1301 can be visualized by acquiring the scanning image with the energy filter voltage V EF so that the detection signal quantity of the defect part 1301 is larger than the detection signal quantity of other places.
  • the sample observation method using this principle is the same as that shown in FIG. 7B.

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Abstract

深孔・溝の側壁で発生する帯電を除電可能とし、深孔・溝の底部を高精度に検査・計測する走査電子顕微鏡を実現する。このため、一次電子を放出する電子源（２０１）と、試料を戴置する試料台（２１３）と、一次電子を試料上で走査させる偏向器２０７と、一次電子を試料に収束させる対物レンズ（２０３）と、一次電子が試料へ照射されることによって生じた二次電子を検出する検出器（２０６）とを有する走査電子顕微鏡において、一次電子が試料に照射される第１期間において対物レンズに印加される電位に対して試料台に印加される電位が負極性となるよう制御し、一次電子が試料に照射されない第２期間において、対物レンズに印加される電位に対して試料台に印加される電位が正極性となるよう制御する。

Description

走査電子顕微鏡および走査電子顕微鏡による試料観察方法
　本発明は、電子源より一次電子線を取り出し、試料上を走査して得られる二次電子を検知して試料の顕微鏡像を得る走査電子顕微鏡に関するものである。
　走査電子顕微鏡は、一次電子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て発生する二次電子を検出し、検出した二次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できることから、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。なお、ここで、二次電子とはエネルギーが５０［ｅＶ］以下の（真の）二次電子のみならず、走査電子顕微鏡の検出器で検出される、エネルギーが５０［ｅＶ］以上の後方散乱電子を含む、いわば広義の二次電子をいうものとする。
　近年、半導体デバイスの高集積化は、微細化だけでなく構造の立体化によってなされるようになってきた。このため、半導体デバイスは複雑な積層構造を有する場合がある。このような試料の検査・計測を行う走査電子顕微鏡には、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孔や深い溝（以下、「深孔・溝」と表記する）の底部を明瞭に可視化する必要が生じている。加えて、積層膜は多くの場合絶縁体を含む構造をとるため、帯電の影響を抑制しつつ深孔・溝の底部を検査・計測する必要がある。
　これに対し、試料（絶縁体）の帯電を除電する技術としては、以下のようなものが挙げられる。特許文献１には、振り戻し偏向時に、一次電子の照射エネルギーが画像取得用の一次電子線走査とは異なる帯電除去用の一次電子走査を行う方法が開示されている。具体的には、帯電除電用の一次電子走査では、一次電子の照射エネルギーを正帯電が形成される照射エネルギーとすることで試料表面に生じた負帯電を除去する。
　また、他の方法としては特許文献２中に開示されているように光照射による方法がある。絶縁体の仕事関数より大きなエネルギーの光線を照射することにより、試料から光電子が放出され、試料が正帯電させることができることを利用するものである。
特開２００８－２６２８８２号公報 特開２００５－２９２１５７号公報
　深孔・溝の底部で発生した二次電子の多くは側壁に吸収されてしまい、側壁に負帯電が形成される。側壁の負帯電による電界は底部で発生した二次電子を底部に戻すように作用するとともに、深孔・溝に入ってきた一次電子を偏向するという問題を生じさせる。したがって、深孔・溝の底部を高精度に検査・計測するためには、側壁で発生する帯電を除電することが必要である。
　一方、先行技術文献における帯電除去技術は、試料表面の帯電を除電することを目的としており、側壁で発生する帯電を除電する効果は低い。例えば、試料表面では正帯電を形成できる照射エネルギーの一次電子を深孔・溝の側壁に照射しても、生じた二次電子のほとんどは深孔・溝の中で吸収され、ほとんどの電子が側壁から脱出できないため、側壁の負帯電は除去できない。深孔・溝に対して光照射を実施しても、光照射によって側壁から放出された光電子は再度側壁に衝突してしまうため、側壁の負帯電は除電できない。
　本発明の課題は、深孔・溝の側壁で発生する帯電を除電可能とし、深孔・溝の底部を高精度に検査・計測する走査電子顕微鏡を実現することである。
　上記課題を解決する代表的な手段は以下の通りである。
　一次電子を放出する電子源と、試料を戴置する試料台と、一次電子を試料上で走査させる偏向器と、一次電子を試料に収束させる対物レンズと、一次電子の試料への照射を制御する一次電子制御機構と、対物レンズと試料台との間の電界を制御する電界制御機構と、一次電子が試料へ照射されることによって生じた二次電子を検出する検出器と、一次電子制御機構により電子源から放出される一次電子が試料台に戴置された試料に照射される第１期間において、電界制御機構は対物レンズに印加される電位に対して試料台に印加される電位が負極性となるよう制御し、一次電子制御機構により電子源から放出される一次電子が試料台に戴置された試料に照射されない第２期間において、電界制御機構は対物レンズに印加される電位に対して試料台に印加される電位が正極性となるよう制御する制御部とを有する走査電子顕微鏡である。
　深孔・溝の側壁に蓄積した負帯電の除電を実現できる。
実施例１の走査電子顕微鏡の構成を示す図である。 実施例１における制御部による制御を説明するための図である。 実施例１における操作画面の例を示す図である。 実施例２の走査電子顕微鏡の構成を示す図である。 エネルギーフィルタの検出信号量を示す図である。 ΔＴＯＦＦが十分短い場合の電子の移動を説明するための図である。 ΔＴＯＦＦが十分短い場合のエネルギーフィルタの検出信号量を示す図である。 ΔＴＯＦＦを長くとった場合の電子の移動を説明するための図である。 ΔＴＯＦＦを長くとった場合のエネルギーフィルタの検出信号量を示す図である。 二次電子の放出効率を説明するための図である。 実施例２の試料観察方法を説明するための図である。 実施例３の走査電子顕微鏡の構成を示す図である。 対向電極による除電法を説明するための図（断面図）である。 対向電極による除電法を説明するための図（上面図）である。 実施例３における制御部による制御を説明するための図である。 対向電極を試料台に設置する構成例を示す図（断面図）である。 対向電極を試料台に設置する構成例を示す図（上面図）である。 実施例４の走査電子顕微鏡の構成を示す図である。 絶縁体表面の欠陥を可視化する原理を説明するための図である。 本発明の原理を説明するための図である。 本発明の原理を説明するための図である。
　半導体デバイスの検査・計測を行う走査電子顕微鏡では、デバイスへのダメージを避けるため一次電子線の照射エネルギーを下げることが求められている。このため、低照射エネルギーかつ高分解能に一次電子を収束させるため、観察対象とする試料付近で一次電子を減速して試料に照射するリターディング光学系が用いられる。図１４Ａ～Ｂを用いて本発明の原理を説明する。試料１００は例えばＳｉなどの半導体基板１０３上に絶縁体１０１が積層され、絶縁体１０１には深孔・溝１０２が形成されている。試料１００に対してリターディング光学系では一次電子を減速する方向に電界１０５が印加されている。深孔・溝１０２の側壁に蓄積した電子１０４は、深孔・溝の側壁の表面近傍に蓄積され、電界１０５により試料台等に接触している基板１０３から遠ざかる方向に力を受けている（図１４Ａ）。そのため、たとえ時間が経過しても側壁に蓄積された電子は除電されない。
　これに対し、本発明では、図１４Ｂに示すように、一次電子の非照射時に一次電子を加速する方向の電界１０６を試料１００に印加することで、側壁に蓄積した電子には基板１０３方向に移動する力が加わる。これにより、側壁に蓄積した電子は深孔・溝の側壁の表面近傍を伝わって基板１０３に移動し、除電が可能となる。
　以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、実施例１の走査電子顕微鏡の構成を示す図である。電子源２０１から取り出された一次電子２０２は、対物レンズ２０３により集束されて試料２０４に照射される。一次電子２０２の試料２０４への照射に起因して発生した二次電子２０５は検出器２０６で検出される。一次電子２０２は偏向器２０７により試料２０４上を走査され、試料２０４の各点で放出された二次電子２０５を検出器２０６で検出することで走査像を取得できる。
　試料２０４は試料台２１３上に戴置され、試料台２１３へはリターディング電源２０８により電圧を印加することができる。リターディング電源２０８は両極性の電圧を出力することができ、リターディング電源２０８が出力する電圧とタイミングは制御部２０９にて制御される。
　また、一次電子２０２の試料２０４への照射もしくは非照射はブランキング電極２１０で制御される。ブランキング電極２１０へはブランキング電源２１１により電圧を印加することができるようになっており、電圧が印加されると一次電子２０２は偏向されて絞り２１２に衝突するため、一次電子２０２は試料２０４へは照射されない状態となる。ブランキング電源２１１がブランキング電極２１０へ出力する電圧とタイミングは、リターディング電源２０８と同様に制御部２０９にて制御される。
　リターディング電源２０８より負極性の電圧を試料台２１３へ印加すると、試料２０４直上の対物レンズ２０３は接地電位（基準電位）であるため、一次電子２０２に対して減速する電界が対物レンズ２０３と試料２０４との間に発生する。一方、リターディング電源２０８より正極性の電圧を試料２０４へ印加すると、一次電子２０２に対して加速する電界が対物レンズ２０３と試料２０４との間に発生する。本実施例では、図２に示すように制御部２０９によりリターディング電源２０８とブランキング電源２１１を制御する。図２の横軸は時間であり、波形３０１はブランキング電源２１１による一次電子の照射／非照射の制御を、波形３０２はリターディング電源２０８による試料－対物レンズ間の電界の制御を、波形３０３は当該期間における画像形成の有効／無効を示す。期間ΔＴＯＮにおいては、一次電子２０２が試料２０４へ照射されるようブランキング電源２１１を制御するとともに、リターディング電源２０８により試料２０４へ負極性の電圧を印加し、一次電子２０２に対して減速する電界を対物レンズ２０３と試料２０４との間に発生させる。また、期間ΔＴＯＦＦにおいては、一次電子２０２が試料２０４へ照射されないようブランキング電源２１１を制御するとともに、リターディング電源２０８により試料２０４へ正極性の電圧を印加し、一次電子２０２に対して加速する電界を対物レンズ２０３と試料２０４との間に発生させる。これにより、絶縁体、特に深孔・溝の側壁に蓄積した電子が基板方向へ移動し、負帯電を除去することができる。そして、期間ΔＴＯＮにおいて、一次電子２０２を試料２０４へ照射する際に得られる検出器２０６の出力値を用いて画像を形成することで、負帯電を除去した走査像を取得することができる。
　なお、試料２０４へ正極性の電圧を印加するタイミングについては限定されない。画像は試料２０４の画像取得領域（観察視野）を電子ビームで走査することで形成される。１回の観察領域全体への走査をフレームと呼ぶが、通常はこのような走査を複数回繰り返し、複数のフレームを積算して観察視野の画像を形成する。試料２０４へ正極性の電圧を印加するタイミングとしては、１ラインの走査から次の１ラインの走査に移行する間、または１フレームの取得から次のフレームの走査開始までの間、または観察視野の画像を形成してから次の観察視野に移動するまでの間などが挙げられる。
　図３に図２の制御に基づく観測を行う場合の操作画面を示す。図１の走査電子顕微鏡は、図示しない制御装置より操作者の制御を受けて動作する。制御装置は操作者に走査電子顕微鏡から取得される画像や制御内容を入力するための操作画面等を表示するための表示装置（ディスプレイ）、指示内容を入力するためのキーボード、ポインティングデバイス等の入力装置を有する。操作画面３０には、走査電子顕微鏡からの取得画像３１の他にも、画像を形成するための光学条件や画像形成条件などを表示、入力する表示入力欄を有する。例えば、走査エネルギー表示欄３２、照射電流量表示欄３３、倍率表示欄３４、スキャンモード表示欄３５などが表示されている。スキャンモードとして図２に示すような電圧制御モードを選択した場合、ΔＴＯＦＦ選択欄３６が表示される。ΔＴＯＦＦ選択欄３６には「ライン」「フレーム」「観察視野」という選択肢が提示され、操作者はポインタ３７でそのいずれかを選択することにより、試料２０４へ正極性の電圧を印加するタイミングを選択することができる。
　なお、図１の例では対物レンズと試料台との電界を制御する電界制御機構として、リターディング電源２０８を制御して試料２０４と対物レンズ２０３の間の電界を制御しているが、この制御方法には限定されない。例えば、試料台２１３を接地電位とし、期間ΔＴＯＮにおいては対物レンズ２０３へ正極性の電圧を、期間ΔＴＯＦＦにおいては対物レンズ２０３へ負極性の電圧を印加することにより、試料２０４と対物レンズ２０３の間の電界を制御してもよい。または、期間ΔＴＯＮにおいては対物レンズ２０３へ正極性の電圧を、試料台２１３へ負極性の電圧を印加し、期間ΔＴＯＦＦにおいては対物レンズ２０３へ負極性の電圧、試料台２１３へ正極性の電圧を印加してもよい。すなわち、期間ΔＴＯＮにおいて試料－対物レンズ間に一次電子に対して減速する電界が発生され、期間ΔＴＯＦＦにおいて試料－対物レンズ間に一次電子に対して加速する、すなわち期間ΔＴＯＮとは逆方向の電界が発生される限り、さまざまな制御方法が可能である。
　また、一次電子２０２の試料２０４への照射もしくは非照射を制御する一次電子制御機構としてはブランキング電極２１０以外も可能である。例えば、一次電子２０２の光軸を遮る板を光軸上に出し入れすることで、一次電子２０２の試料２０４への照射もしくは非照射を制御してもよい。もしくは、電子源２０１として光の照射によって一次電子２０２が放出されるもの、すなわちフォトカソードを用い、フォトカソードへの光の照射を制御して一次電子２０２の試料２０４への照射もしくは非照射を制御することも可能である。
　試料２０４と対物レンズ２０３の間の電界は一次電子２０２を加速する場合も減速する場合も0.1～10 ｋＶ／ｍｍで効果を有する。また、一次電子２０２を試料２０４へ照射している期間ΔＴＯＮ、一次電子２０２を試料２０４へ照射していない期間ΔＴＯＦＦは、制御部２０９より1μ秒から1000秒までの範囲で制御できるものとする。
　また、試料２０４で発生した二次電子２０５を検出器２０６で直接検出するのみならず、例えば、二次電子２０５を変換板（図示せず）に衝突させ、二次電子２０５の変換板への衝突によって発生した三次電子を検出してもよい。
　実施例２では、試料２０４の電子移動度の差を可視化する走査電子顕微鏡について詳しく説明する。
　図４に実施例２の走査電子顕微鏡の構成を示す。図１に示す走査電子顕微鏡と同等の構成に対しては、同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。実施例２の走査電子顕微鏡では、二次電子２０５のエネルギーを選択するエネルギーフィルタ４０１とエネルギーフィルタ４０１に電圧を印加するためのエネルギーフィルタ電源４０２を有している。エネルギーフィルタ４０１は検出器２０６と対物レンズ２０３との間に設けられる。エネルギーフィルタ４０１の具体的な構成例としては、電圧ＶＥＦ（但し、ＶＥＦ＜０Ｖ（基準電位））が印加される導体のグリッドを有し、－ｅＶＥＦ［ｅＶ］以上のエネルギーをもつ二次電子２０５のみを通過させる減速電界型エネルギーフィルタを用いることができる。ここでｅは電気素量である。また、制御部２１５は、ブランキング電源２１１、リターディング電源２０８に加え、エネルギーフィルタ電源４０２にて発生する電圧ＶＥＦの大きさと電圧ＶＥＦを発生させるタイミングを制御する。
　対物レンズ２０３が接地電位（基準電位）とされ、リターディング電源２０８により試料台２１３へ電圧ＶＲ（ＶＲ＜０Ｖ）が印加されている場合、試料２０４から放出された二次電子２０５は電圧ＶＲによって生じた電界で加速されることにより、エネルギーフィルタ４０１へは－ｅＶＲ［ｅＶ］以上のエネルギーを持って入射することになる。図５は、エネルギーフィルタ電源４０２よりエネルギーフィルタ４０１へ印加する電圧ＶＥＦを掃引する場合に検出器２０６で検出される信号量を表したものである。電圧ＶＥＦの絶対値（以下、電圧｜ＶＥＦ｜と表記する。他の電圧についても同様。）が電圧｜ＶＡ｜よりも小さい場合は、検出器２０６で検出される信号量は飽和しており、電圧｜ＶＥＦ｜の大きさにかかわらず検出信号量はほぼ一定である。電圧｜ＶＥＦ｜が電圧｜ＶＡ｜を超えると、検出器２０６で検出される信号量は減少を始める。
　試料２０４が帯電していない場合、電圧ＶＡ＝リターディング電圧ＶＲとなり、エネルギーフィルタ４０１へ印加する電圧｜ＶＥＦ｜として電圧｜ＶＲ｜より大きい電圧を印加すると信号量が減少を始める。一方、試料表面が電圧ＶＳ（ＶＳ＜０Ｖ）だけ帯電している場合は、電圧ＶＡ＝リターディング電圧ＶＲ＋帯電圧ＶＳとなり、エネルギーフィルタ４０１へ印加する電圧｜ＶＥＦ｜として電圧｜ＶＲ＋ＶＳ｜より大きい電圧を印加すると信号量が減少を始める。すなわち、エネルギーフィルタ４０１へ印加する電圧ＶＥＦについて、検出器２０６で検出される信号量が減少を始める電圧ＶＡの値には試料２０４の帯電状態が反映されている。
　これを利用し、一次電子２０２を試料２０４へ照射していない期間ΔＴＯＦＦを変数として、試料２０４の表面電位をエネルギーフィルタ４０１により計測することで、試料２０４に含まれる電子移動度μｅの差を可視化することができる。
　試料２０４として互いに異なる電子移動度μｅをもつ材料Ａと材料Ｂとを含む場合を例に説明する。材料Ａ，Ｂともに絶縁体材料であり、材料Ａの電子移動度をμｅ Ａ、材料Ｂの電子移動度をμｅ Ｂとし、μｅ Ａ＞μｅ Ｂとする。試料２０４の表面が負帯電している状況で、図２に示すシーケンスを実行する。負帯電により材料Ａおよび材料Ｂの表面電位はＶＲ＋ＶＳ（リターディング電圧ＶＲ＜０、帯電圧によるＶＳ＜０）となっているものとする。
　まず、期間ΔＴＯＦＦが十分短い場合について、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。この場合、図６Ａに示すように、試料台２１３に対物レンズの電位に対して正極性となる電圧が印加される時間が短いため、材料Ａ６０１に帯電した電子も材料Ｂ６０２に帯電した電子も試料台２１３まで到達しないものとする。この場合、続く期間ΔＴＯＮにおいても、材料Ａ６０１および材料Ｂ６０２の表面電位は初期状態と同じくＶＲ＋ＶＳなので、材料Ａ６０１および材料Ｂ６０２で得られる検出信号量のエネルギーフィルタ電圧依存性にシフトは見られない（図６Ｂ）。したがって、エネルギーフィルタ電圧ＶＥＦをどのように設定して走査像を取得しても、材料Ａ６０１と材料Ｂ６０２との間でコントラストはつかない。
　これに対して、期間ΔＴＯＦＦを長くとった場合について、図６Ｃ及び図６Ｄを用いて説明する。図６Ｃに示すように、期間ΔＴＯＦＦの時間は、電子移動度が高い材料Ａ６０１に帯電した電子は試料台２１３まで到達し、電子移動度が低い材料Ｂ６０２に帯電した電子は試料台２１３まで到達しないような長さに選択したものとする。この場合、続く期間ΔＴＯＮにおける検出信号量のエネルギーフィルタ電圧依存性を図６Ｄに示す。期間ΔＴＯＦＦにおいて材料Ａ６０１は除電され、波形６０４として示されるように、検出信号量のエネルギーフィルタ電圧依存性は電圧｜ＶＲ｜より電圧が大きくなると信号量が低下を始める。一方、材料Ｂ６０２は除電されないため、波形６０３として示されるように、検出信号量のエネルギーフィルタ電圧依存性は電圧｜ＶＲ＋ＶＳ｜から信号量が低下を始める。このため、材料Ａ６０１と材料Ｂ６０２とでは検出信号量のエネルギーフィルタ電圧依存性がシフトする。したがって、例えば、エネルギーフィルタ電圧ＶＥＦをＶＲ＋ＶＳとした状態で走査像を取得すると、材料Ａ６０１よりも材料Ｂ６０２が明るいコントラストが得られる。
　以上、期間ΔＴＯＦＦの調整により、試料２０４における材料の違いによる電子移動度の差を可視化する方法について述べた。もちろん、３種類以上の材料が含まれていても可視化することは可能である。また、材料の違いのみならず、物質中での電子の移動のしやすさに影響を与える材料の特徴を可視化することができる。例えば、同じ材料であっても欠陥密度の違いにより生じる電子の捕獲量の差を可視化することも可能である。
　また、本実施例の観察を実施するにあたり、試料２０４に初期帯電状態として負帯電状態とする必要がある。この負帯電状態は、一次電子２０２の試料への照射時のエネルギーを適切に選ぶことで実現できる。図７Ａに示すように、絶縁体における二次電子２０５の放出効率は一次電子２０２の試料への照射時のエネルギーＥＰＥに依存して変化する。エネルギーＥＰＥがＥＰＥ １以下、もしくはＥＰＥ ２以上の場合に二次電子２０５の放出効率は１以下、すなわち負帯電が形成される。典型的な値として、ＥＰＥ １は５０［ｅＶ］、ＥＰＥ ２は３ｋ［ｅＶ］程度である。
　本実施例での試料観察方法を図７Ｂに示す。まず、実施例１で説明したように画像を形成するための光学条件や画像形成条件を設定する（期間ΔＴＯＦＦの与え方についての設定を含む）が、特に、本実施例固有の設定としてエネルギーフィルタで選択する二次電子のエネルギーを設定する（Ｓ７０１）。例えば、エネルギーフィルタ電圧ＶＥＦとして｜ＶＥＦ｜＞｜ＶＲ｜となるように設定すればよい。また、ΔＴＯＦＦの初期設定として、Ｔ０時間に設定する（Ｓ７０２）。以上で、観察条件の設定が完了する。次に、試料表面を負帯電させる（Ｓ７０３）。これは、上述の通り、二次電子の放出効率が１以下になる条件で一次電子を試料に照射することで行える。負帯電した試料に対して、設定した条件にて画像形成する（Ｓ７０４）。ΔＴＯＦＦを変えて観察を続ける場合（Ｓ７０５）には、再度試料表面を負帯電させて観察を継続する。
　なお、エネルギーフィルタ４０１としては減速電界型に限られず、電磁場による偏向場で二次電子２０５のエネルギー選択を行う偏向型であっても同様の効果を得ることができる。この場合、エネルギーフィルタが選択する二次電子のエネルギーの制御は、エネルギーフィルタの構成に合わせた制御機構をもたせることになる。また、試料２０４で発生した二次電子２０５を検出器２０６で直接検出するのみならず、例えば、二次電子２０５を変換板（図示せず）に衝突させ、二次電子２０５の変換板への衝突によって発生した三次電子を検出してもよい。
　一般的に、絶縁体に照射された電子は、欠陥準位や伝導帯に蓄積されるが、絶縁体表面ではバンドギャップ中に表面準位が現れるため、電子は表面準位に優先的に蓄積される。また、走査電子顕微鏡では電子線照射によってカーボン系の材料（コンタミネーション）が試料表面に付着することがあり、コンタミネーションの電子移動度は絶縁体よりも高いことが多い。したがって、絶縁体中に蓄積された電子はバルクよりも表面を移動する。このため、実施例１で示した方法では、絶縁体で形成された深い溝や孔の側壁に蓄積した電子は効率よく除電される一方、平坦部に蓄積した電子の除電効率は低い。実施例３は、絶縁体表面に蓄積した電子を高効率で除電する装置及び方法について説明する。
　図８に実施例３の走査電子顕微鏡の構成を示す。図１に示す走査電子顕微鏡と同等の構成に対しては、同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。実施例３の走査電子顕微鏡では、対物レンズ２０３と試料２０４との間に対向電極９０１を有している。対向電極９０１は互いに対向する少なくとも二枚の電極で構成され、対向電極電源９０２よりそれぞれの電極に異なる電圧を印加することで、一次電子２０２の光軸に対して垂直方向に電界を発生することができる。対向電極９０１に印加する電圧は特に限定されず、接地電位（基準電位）、正極性の電圧、負極性の電圧のいずれでもよく、対向電極間に所望の電界が発生されればよい。対向電極電源９０２が対向電極９０１に印加する電圧の大きさと時間は制御部２１６にて制御する。
　図９Ａ（断面図）、図９Ｂ（上面図）に示すように、対向電極９０１により一次電子２０２の光軸に対して垂直方向に電界を発生することで、平坦な絶縁体で形成された試料２０４の表面に蓄積した電子は絶縁体表面を移動し、負帯電の除電が実現できる。本実施例では、試料２０４の表面に蓄積した電子が、少なくとも観察視野内から観察視野外へ移動すれば十分である。
　本実施例では、図１０に示すように制御部２１６により対向電極電源９０２とブランキング電源２１１を制御する。図１０の横軸は時間であり、波形３０４はブランキング電源２１１による一次電子の照射／非照射の制御を、波形３０５は対向電極電源９０２による対向電極電界の制御を、波形３０６は当該期間における画像形成の有効／無効を示す。期間ΔＴＯＮにおいては、一次電子２０２が試料２０４へ照射されるようブランキング電源２１１を制御するとともに、対向電極電界は発生させない。また、期間ΔＴＯＦＦにおいては、一次電子２０２が試料２０４へ照射されないようブランキング電源２１１を制御するとともに、対向電極電源９０２により対向電極９０１による電界を発生させる。これにより、平坦な絶縁体表面の電子が観察視野外に移動する。そして、期間ΔＴＯＮにおいて、一次電子２０２を試料２０４へ照射する際に得られる検出器２０６の出力値を用いて画像を形成することで、負帯電を除去した走査像を取得することができる。
　なお、対物レンズ２０３と試料２０４の間に一次電子２０２の光軸に対して垂直方向の電界を発生できる構成は図８に示したものに限られない。例えば、図１１Ａ（断面図）、図１１Ｂ（上面図）に示すように、試料台２１３の辺縁部に試料２０４を囲うように絶縁材料からなる絶縁壁１４０１を介して対向電極９０１を設置してもよい。対向電極９０１は、図１１Ｂに示すように、互いに分離された電極９０１ｃ～ｅで構成される。これにより、発生する電界の向きを調整することが可能になる。
　実施例４は、絶縁体表面の欠陥を可視化するためのものである。図１２に本実施例で用いる走査電子顕微鏡の構成を示す。図１、図４、図８に示す走査電子顕微鏡と同等の構成に対しては、同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。実施例３の走査電子顕微鏡に対して、エネルギーフィルタ４０１とエネルギーフィルタ電源４０２とが追加され、エネルギーフィルタ電源４０２は制御部２１７により制御される。
　図１３を用いて実施例４の原理について説明する。対向電極電界印加前において、試料２０４に初期帯電状態として負帯電状態とする。絶縁体表面に欠陥部１３０１が存在するものとする。この状態において、対向電極９０１間に対向電極電界を発生させると、絶縁体表面に蓄積された電子が観測視野から移動するが、絶縁体表面の欠陥部１３０１に電子が捕獲され、欠陥部１３０１に帯電が残る状態となる。欠陥部１３０１のみ帯電が残っている状態では、図６Ａ～図６Ｂにより説明したように欠陥部１３０１とそれ以外では検出信号量のエネルギーフィルタ電圧依存性にシフトが生じる。したがって、欠陥部１３０１の検出信号量がその他の場所の検出信号量よりも大きくなるようなエネルギーフィルタ電圧ＶＥＦで走査像を取得することで、欠陥部１３０１を可視化することができる。この原理を用いた試料観察方法は、図７Ｂに示したものと同じである。
２０１・・・電子源、２０２・・・一次電子、２０３・・・対物レンズ、２０４・・・試料、２０５・・・二次電子、２０６・・・検出器、２０７・・・偏向器、２０８・・・リターディング電源、２０９，２１５，２１６，２１７・・・制御部、２１０・・・ブランキング電極、２１１・・・ブランキング電源、２１２・・・絞り、２１３・・・試料台、４０１・・・エネルギーフィルタ、４０２・・・エネルギーフィルタ電源、９０１・・・対向電極、９０２・・・対向電極電源。

Claims (14)

  1. 　一次電子を放出する電子源と、
    　試料を戴置する試料台と、
    　一次電子を試料上で走査させる偏向器と、
    　一次電子を試料に収束させる対物レンズと、
    　一次電子の試料への照射を制御する一次電子制御機構と、
    　前記対物レンズと前記試料台との間の電界を制御する電界制御機構と、
    　一次電子が試料へ照射されることによって生じた二次電子を検出する検出器と、
    　前記一次電子制御機構により前記電子源から放出される一次電子が前記試料台に戴置された試料に照射される第１期間において、前記電界制御機構は前記対物レンズに印加される電位に対して前記試料台に印加される電位が負極性となるよう制御し、前記一次電子制御機構により前記電子源から放出される一次電子が前記試料台に戴置された試料に照射されない第２期間において、前記電界制御機構は前記対物レンズに印加される電位に対して前記試料台に印加される電位が正極性となるよう制御する制御部とを有する走査電子顕微鏡。
  2. 　請求項１において、
    　前記対物レンズと前記検出器との間に設けられ、前記検出器で検出する二次電子のエネルギーを選択するエネルギーフィルタと、
    　前記エネルギーフィルタが選択する二次電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルタ制御機構とを有し、
    　前記制御部は前記第２期間の長さを調整可能な走査電子顕微鏡。
  3. 　請求項１において、
    　前記一次電子制御機構は、ブランキング電極と、絞りと、前記ブランキング電極に電圧を印加する第１電源とを有し、
    　前記第１電源は、前記制御部により前記ブランキング電極に印加する電圧を制御され、前記第１期間において前記電子源から放出される一次電子は前記絞りを通過し、前記第２期間において前記電子源から放出される一次電子は前記ブランキング電極により偏向され前記絞りに衝突する走査電子顕微鏡。
  4. 　請求項１において、
    　前記電界制御機構は前記試料台に電圧を印加する第２電源であり、
    　前記第２電源は、前記制御部により、前記第１期間において前記試料台に前記対物レンズの電位に対して負極性の電圧を印加し、前記第２期間において前記試料台に前記対物レンズの電位に対して正極性の電圧を印加するよう制御される走査電子顕微鏡。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項において、
    　前記制御部は、前記第２期間として前記偏向器による１ラインの走査から次の１ラインの走査に移行する間、または１フレームの走査が完了し、次のフレームの走査開始までの間、または観察視野での走査が完了し、次の観察視野に移動するまでの間のいずれかとして設定される走査電子顕微鏡。
  6. 　一次電子を放出する電子源と、
    　試料を戴置する試料台と、
    　一次電子を試料上で走査させる偏向器と、
    　一次電子を試料に収束させる対物レンズと、
    　一次電子の試料への照射を制御する一次電子制御機構と、
    　前記対物レンズと前記試料台に戴置される試料との間に位置するように設けられ、前記電子源から放出される一次電子の光軸に対して垂直方向に電界を発生させる対向電極と、
    　前記対向電極間の電界を制御する対向電極電源と、
    　一次電子が試料へ照射されることによって生じた二次電子を検出する検出器と、
    　前記一次電子制御機構により前記電子源から放出される一次電子が前記試料台に戴置された試料に照射される第１期間において、前記対向電極電源が前記対向電極間に電界を発生させず、前記一次電子制御機構により前記電子源から放出される一次電子が前記試料台に戴置された試料に照射されない第２期間において、前記対向電極電源が前記対向電極間に電界を発生させるよう制御する制御部とを有する走査電子顕微鏡。
  7. 　請求項６において、
    　前記対物レンズと前記検出器との間に設けられ、前記検出器で検出する二次電子のエネルギーを選択するエネルギーフィルタと、
    　前記エネルギーフィルタが選択する二次電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルタ制御機構とを有し、
    　前記制御部は前記第２期間の長さを調整可能な走査電子顕微鏡。
  8. 　請求項６において、
    　前記一次電子制御機構は、ブランキング電極と、絞りと、前記ブランキング電極に電圧を印加する第１電源とを有し、
    　前記第１電源は、前記制御部により前記ブランキング電極に印加する電圧を制御され、前記第１期間において前記電子源から放出される一次電子は前記絞りを通過し、前記第２期間において前記電子源から放出される一次電子は前記ブランキング電極により偏向され前記絞りに衝突する走査電子顕微鏡。
  9. 　請求項６において、
    　前記試料台は、その辺縁部に設けられた絶縁壁を有し、
    　前記対向電極は前記試料台の前記絶縁壁の上に設けられる走査電子顕微鏡。
  10. 　請求項６～９のいずれか一項において、
    　前記制御部は、前記第２期間として前記偏向器による１ラインの走査から次の１ラインの走査に移行する間、または１フレームの走査が完了し、次のフレームの走査開始までの間、または観察視野での走査が完了し、次の観察視野に移動するまでの間のいずれかとして設定される走査電子顕微鏡。
  11. 　試料台に戴置された試料に一次電子を照射する第１期間と一次電子を前記試料に照射しない第２期間とを有する、エネルギーフィルタを備えた走査電子顕微鏡による試料観察方法であって、
    　前記エネルギーフィルタが選択する二次電子のエネルギーを設定し、
    　前記第２期間の長さを設定し、
    　前記試料に二次電子の放出効率が１以下になる条件で一次電子を照射し、
    　前記第２期間において、前記第２期間における前記試料台と対物レンズとの間の電界が前記第１期間における前記試料台と前記対物レンズとの間の電界と逆方向になるように制御し、または前記対物レンズと前記試料との間に一次電子の光軸に対して垂直方向の電界を印加するように制御し、
    　前記第１期間において一次電子を前記試料の上を走査させ、前記エネルギーフィルタを選択的に通過した二次電子を検出して画像を形成する試料観察方法。
  12. 　請求項１１において、
    　前記第１期間において、前記対物レンズに印加される電位に対して前記試料台の電位が負極性となるよう制御し、前記第２期間において、前記対物レンズに印加される電位に対して前記試料台に印加される電位が正極性となるよう制御する試料観察方法。
  13. 　請求項１２において、
    　前記エネルギーフィルタが選択する二次電子のエネルギーを、前記第１期間における前記対物レンズに対する前記試料台の電圧値に基づき設定する試料観察方法。
  14. 　請求項１１～１３のいずれか一項において、
    　前記第２期間として１ラインの走査から次の１ラインの走査に移行する間、または１フレームの走査が完了し、次のフレームの走査開始までの間、または観察視野での走査が完了し、次の観察視野に移動するまでの間のいずれかとして設定する試料観察方法。
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