特許 6222805 荷電粒子ビーム装置および観察像形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6222805

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム装置および観察像形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20171023BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/244

   H01J37/22 502E

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-63218(P2013-63218)

(22)【出願日】2013年3月26日

(65)【公開番号】特開2014-191862(P2014-191862A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2015年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】503460323

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクサイエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】小堺 智一

(72)【発明者】

【氏名】荒巻 文朗

(72)【発明者】

【氏名】松田 修

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２５２８００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／００−２７／２６

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／１８

Ｈ０１Ｊ ３７／２１−３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビームを試料表面に照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料表面から放出される二次粒子量を検出する検出器と、
検出された前記二次粒子量に基づいて、前記試料表面の観察像を形成する像形成部と、を有し、
前記荷電粒子ビーム鏡筒は、前記観察像の単位領域に対応する前記試料表面に向かって前記荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置であって、
前記荷電粒子ビーム鏡筒と前記試料との相対位置を検出する相対位置検出手段を備え、
前記像形成部は、
検出された前記荷電粒子ビーム鏡筒と前記試料との相対位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を特定し、
特定された前記荷電粒子ビームの照射位置が前記観察像の複数の単位領域に跨る場合に、特定された前記荷電粒子ビームの照射位置と検出された前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の前記複数の単位領域の輝度を設定する、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

【請求項2】

荷電粒子ビームを試料表面に照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料表面から放出される二次粒子量を検出する検出器と、
検出された前記二次粒子量に基づいて、前記試料表面の観察像を形成する像形成部と、を有し、
前記荷電粒子ビーム鏡筒は、前記観察像の単位領域に対応する前記試料表面に向かって前記荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置であって、
前記荷電粒子ビーム鏡筒と前記試料との相対位置を検出する相対位置検出手段を備え、
前記像形成部は、
検出された前記荷電粒子ビーム鏡筒と前記試料との相対位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を特定し、
特定された前記荷電粒子ビームの照射位置から、前記観察像の単位領域への照射割合を算出し、
算出された前記照射割合と検出された前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の単位領域に前記二次粒子量を割り当て、
前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定する、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

【請求項3】

請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記像形成部は、前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量の平均値に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

【請求項4】

荷電粒子ビームを試料表面に照射する荷電粒子ビーム照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料表面から放出される二次粒子量を検出する二次粒子量検出工程と、
検出された前記二次粒子量に基づいて、前記試料表面の観察像を形成する像形成工程と、を有し、
前記荷電粒子ビーム照射工程では、前記観察像の単位領域に対応する前記試料表面に向かって前記荷電粒子ビームを照射する観察像形成方法であって、
前記像形成工程は、
前記荷電粒子ビームと前記試料との相対位置を検出し、
検出された相対位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を特定し、
特定された前記荷電粒子ビームの照射位置から、前記観察像の単位領域への照射割合を算出し、
算出された前記照射割合と検出された前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の単位領域に前記二次粒子量を割り当て、
前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定する、
ことを特徴とする観察像形成方法。

【請求項5】

請求項４に記載の観察像形成方法において、
前記像形成工程は、前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量の平均値に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定することを特徴とする観察像形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子ビーム装置および観察像形成方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体デバイス等の試料表面の観察を行うための装置として、集束イオンビーム装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。一般に集束イオンビーム装置は、集束イオンビームを試料表面に照射するイオンビーム鏡筒と、イオンビームの照射により試料表面から放出される二次電子量を検出する検出器と、検出された二次電子量に基づいて試料表面の観察像を形成する像形成部とを備えている。イオンビーム鏡筒は、観察像の画素に対応する試料表面に向かって順に集束イオンビームを照射する。

【0003】

像形成部は、イオンビーム鏡筒に出力する走査信号と、検出器から入力される検出信号とに基づいて、試料の観察像を形成する。走査信号は、時間と、イオンビームを照射する画素との関係を示す信号であり、検出信号は、時間と、検出された二次電子量との関係を示す信号である。像形成部は、走査信号において特定時間にイオンビームを照射した画素の情報と、検出信号において特定時間に検出された二次電子量の情報とに基づいて、当該画素に対して当該二次電子量に対応する輝度を設定する。このようにして、全ての画素に輝度を設定することにより、観察像を形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００９−５１７８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前述した観察像の形成は、イオンビーム鏡筒と試料との相対位置が変動しない場合を前提にしている。しかしながら、イオンビーム鏡筒と試料との相対位置は、装置の振動など外乱の影響等により変動する。この場合、走査信号に従って特定時間において特定画素に対してイオンビームを照射しようとしても、特定画素とは異なる位置にイオンビームが照射されることになる。そのため、検出信号に基づいて特定時間に検出された二次電子量に対応する輝度を特定画素に設定しても、特定画素に対応する試料表面の実態とは異なる輝度が設定されることになる。このように、イオンビーム鏡筒と試料との相対位置が変動する場合には、正確な観察像を形成するのが困難である。

【0006】

そこで、荷電粒子ビーム鏡筒と試料との相対位置が変動する場合でも、正確な観察像を形成することが可能な荷電粒子ビーム装置および観察像形成方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）荷電粒子ビームを試料表面に照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビームの照射により前記試料表面から放出される二次粒子量を検出する検出器と、検出された前記二次粒子量に基づいて、前記試料表面の観察像を形成する像形成部と、を有し、前記荷電粒子ビーム鏡筒は、前記観察像の単位領域に対応する前記試料表面に向かって前記荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置であって、前記荷電粒子ビーム鏡筒と前記試料との相対位置を検出する相対位置検出手段を備え、前記像形成部は、検出された前記荷電粒子ビーム鏡筒と前記試料表面との相対位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を特定し、特定した前記荷電粒子ビームの照射位置と前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定する荷電粒子ビーム装置である。

【0008】

（４）荷電粒子ビームを試料表面に照射する荷電粒子ビーム照射工程と、前記荷電粒子ビームの照射により前記試料表面から放出される二次粒子量を検出する二次粒子量検出工程と、検出された前記二次粒子量に基づいて、前記試料表面の観察像を形成する像形成工程と、を有し、前記荷電粒子ビーム照射工程では、前記観察像の単位領域に対応する前記試料表面に向かって前記荷電粒子ビームを照射する観察像形成方法であって、前記像形成工程は、前記荷電粒子ビームと前記試料との相対位置を検出し、検出した相対位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を特定し、特定された前記荷電粒子ビームの照射位置と前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定する観察像形成方法である。

【0009】

これらの構成によれば、荷電粒子ビーム鏡筒と試料との相対位置を検出するので、荷電粒子ビーム鏡筒と試料との相対位置が変動する場合でも、実際の荷電粒子ビームの照射位置を正確に特定することができる。また、特定された荷電粒子ビームの照射位置と検出された二次粒子量とに基づいて観察像の単位領域の輝度を設定するので、照射目標である単位領域とは異なる位置に荷電粒子ビームが照射された場合でも、実際の荷電粒子ビームの照射位置と検出された二次電子量とに基づいて、観察像の単位領域の輝度を正確に設定することができる。したがって、正確な観察像を形成することができる。

【0010】

（２）前記像形成部は、特定した前記荷電粒子ビームの照射位置から、前記観察像の単位領域への照射割合を算出し、算出された前記照射割合と検出された前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の単位領域に前記二次粒子量を割り当て、前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定する、ことが望ましい。

【0011】

（５）前記像形成工程は、特定した前記荷電粒子ビームの照射位置から、前記観察像の単位領域への照射割合を算出し、算出された前記照射割合と検出された前記二次粒子量とに基づいて、前記観察像の単位領域に前記二次粒子量を割り当て、前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定する、ことが望ましい。

【0012】

これらの構成によれば、特定された荷電粒子ビームの照射位置から観察像の単位領域への照射割合を算出し、算出された照射割合と検出された二次粒子量とに基づいて観察像の単位領域に二次粒子量を割り当てるので、照射目標である単位領域とは異なる位置に荷電粒子ビームが照射された場合でも、観察像の単位領域から放出された二次粒子量を正確に把握することができる。したがって、前記単位領域の輝度を正確に設定し、正確な観察像を形成することができる。

【0013】

（３）前記像形成部は、前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量の平均値に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定することが望ましい。
（６）前記像形成工程は、前記観察像の単位領域に割り当てられた前記二次粒子量の平均値に基づいて、前記観察像の単位領域の輝度を設定することが望ましい。

【0014】

これらの構成によれば、観察像の単位領域に割り当てられた二次粒子量の平均値に基づいて輝度を設定するので、複数回の荷電粒子ビームの照射による二次電子量が前記単位領域に割り当てられた場合でも、１回の荷電粒子ビームの照射により前記単位領域から放出される二次電子量を正確に把握することができる。したがって、前記単位領域の輝度を正確に設定し、正確な観察像を形成することができる。

【発明の効果】

【0015】

荷電粒子ビーム鏡筒と試料との相対位置を検出するので、荷電粒子ビーム鏡筒と試料との相対位置が変動する場合でも、実際の荷電粒子ビームの照射位置を正確に特定することができる。また、特定された荷電粒子ビームの照射位置と検出された二次粒子量とに基づいて観察像の単位領域の輝度を設定するので、照射目標である単位領域とは異なる位置に荷電粒子ビームが照射された場合でも、実際の荷電粒子ビームの照射位置と検出された二次電子量とに基づいて、観察像の単位領域の輝度を正確に設定することができる。したがって、正確な観察像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の集束イオンビーム装置１００の構成図である。

【図2】像形成部３１の構成図である。

【図3】二次電子量の検出信号のグラフである。

【図4】イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動しない場合の像形成作用の説明図であり、（ａ）はイオンビームの照射位置であり、（ｂ）は観察像のイメージ図である。

【図5】試料ステー３ジの位置変化を示すグラフであり、（ａ）はＸ方向であり、（ｂ）はＹ方向である。

【図6】イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動する場合の像形成作用の説明図であり、（ａ）はイオンビームの照射位置であり、（ｂ）は観察像のイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下には、荷電粒子ビーム装置として、ガス電界電離型イオン源を備えた集束イオンビーム装置（ＧＦＩＳ）を例にして説明する。
図１は、集束イオンビーム装置１００の構成図である。集束イオンビーム装置１００は、イオンビーム（荷電粒子ビーム）を照射するイオンビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒）１０と、試料２が配置される試料室２０と、各部を制御する制御部３０とを備えている。

【0018】

イオンビーム鏡筒１０は、イオンビーム１を放出するイオン源室４０と、イオンビーム１を集束させるコンデンサレンズ電極１１と、イオンビーム１を試料表面２ａ上で走査する偏向器１３と、イオンビーム１を試料表面２ａ上にフォーカスさせる対物レンズ電極１２と、イオンビーム鏡筒１０内を真空排気する真空ポンプ４８とを備えている。

【0019】

イオン源室４０は、ガス電界電離型のイオン源室であり、イオンビーム１を放出するエミッタ４１と、エミッタ４１の下流側に配置された引出電極４９と、引出電極４９とともにエミッタ４１を取り囲む壁部４４と、イオン源室４０にイオン源ガスを供給するイオン源ガス供給部４６と、イオン源ガスを冷却する冷却装置４２と、エミッタの温度を調節するヒータ４５とを備えている。

【0020】

エミッタ４１は、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）からなる針状の基材に、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）等の貴金属を被覆して形成されている。エミッタ４１の先端は、原子レベルでピラミッド状に先鋭化されている。エミッタ４１は、ヒータ４５を介してイオン源室４０の天井部に固定されている。
引出電極４９は、エミッタ４１との間に電圧を印加して、イオン源ガスをイオン化するとともに、イオン源室４０からイオンビーム１を引き出すものである。

【0021】

イオン源ガス供給部４６は、水素（Ｈ_２）やヘリウム（Ｈｅ）等のガスを、イオン源ガスとしてイオン源室４０に供給する。
冷却装置４２は、接続部４３を介して壁部４４に接続されている。冷却装置４２の内部には、液体窒素や液体ヘリウム等の冷媒が収容されている。なお冷却装置４２として、ＧＭ型やパルスチューブ型等のクローズドサイクル式冷凍機や、ガスフロー型の冷凍機などを用いてもよい。

【0022】

イオン源室４０の動作について説明する。
イオン源ガス供給部４６からイオン源室４０内にイオン源ガスを導入し、冷却装置４２によりイオン源ガスを冷却する。これにより、エミッタ４１の周囲に高密度のイオン源ガスを配置する。次に、引出電極４９によりエミッタ４１との間に電圧を印加する。エミッタ４１の先端は原子レベルで先鋭化されているので、エミッタ４１の先端で非常に大きな電界が形成され、イオン源ガスがイオン化される。また、引出電極４９によりエミッタ４１との間に電圧を印加することで、イオン源室４０からイオンビーム１を引き出す。原子レベルで先鋭化されたエミッタ４１の先端からイオンビーム１を引き出すことで、微小なビーム径のイオンビーム１が放出される。そして、イオン源室４０から放出されたイオンビーム１を試料表面２ａに照射する。

【0023】

試料室２０は、試料２を載置する試料ステージ３と、イオンビーム１の照射により試料表面２ａから放出される二次電子量を検出する検出器４と、試料表面２ａにガスを吹き付けるガス供給部５と、試料室２０内を真空排気する真空ポンプ６とを備えている。

【0024】

試料ステージ３は、載置した試料２の位置および姿勢を制御する。そのため試料ステージ３は、水平面内のＸＹ軸方向および鉛直のＺ軸方向に移動するための移動機構と、ＸＹ軸回りに傾斜するためのチルト機構と、Ｚ軸回りに回転するための回転機構とを備えている。
検出器４は、二次粒子量として二次電子量を検出するが、二次イオン量を検出してもよい。検出器４は、単位時間ごとに検出した二次電子量を制御部３０に出力する。
ガス供給部５は、イオンビーム１を照射中の試料表面２ａにガスを吹き付ける。吹き付けるガスの種類により、試料表面２ａのエッチングや試料表面２ａへのデポジションを行うことができる。

【0025】

制御部３０は、イオン源室４０の冷却装置４２およびヒータ４５の動作を制御する温度制御部３４と、イオン源ガス供給部４６の動作を制御するイオン源ガス制御部３３と、引出電極４９への印加電圧を制御する引出電圧制御部３２と、試料表面２ａの観察像を形成する像形成部３１と、形成された観察像を表示する表示部７とを備えている。

【0026】

（像形成部）
像形成部３１には、偏向器１３に入力される走査信号（イオンビームを試料表面２ａ上で走査させる信号）と同じ信号が入力される。また像形成部３１には、検出器４から二次電子量の検出信号が入力される。そして像形成部３１は、走査信号および検出信号に基づいて、試料表面２ａの観察像を形成する。

【0027】

図４はイオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動しない場合の像形成作用の説明図であり、図４（ａ）はイオンビームの照射位置であり、図４（ｂ）は観察像のイメージ図（輝度を数字で表したもの）である。像形成部３１は、図４（ａ）に示すように、試料表面２ａにおける観察像の形成領域を格子状の画素Ｘに区画する。なお、観察像の形成領域を画素以外の単位領域に区画してもよい。そして像形成部３１は、偏向器１３に入力する走査信号と同じ信号を受信する。走査信号は、各画素Ｘに対応する試料表面２ａに向かって順にイオンビームＰを照射する信号である。イオンビームＰは、各画素Ｘに対応する試料表面に所定時間（例えば１０μ秒）だけ滞在するように照射される。図４の例では、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動しないので、時間Ｔ１におけるイオンビームＰ１の照射位置が画素Ｘ１（に対応する試料表面）に特定される。同様に、時間Ｔ２（イオンビームＰ２）の照射位置が画素Ｘ２に、時間Ｔ３（イオンビームＰ３）の照射位置が画素Ｘ３に、時間Ｔ４（イオンビームＰ４）の照射位置が画素Ｘ４に、時間Ｔ５（イオンビームＰ５）の照射位置が画素Ｘ５に、それぞれ特定される。

【0028】

図３は、二次電子量の検出信号のグラフである。検出器４は、イオンビームの照射により試料表面２ａから放出された二次電子量を検出し、検出信号を像形成部３１に出力する。図３の検出信号の例では、時間Ｔ１において７０ポイントの二次電子量が検出されている。同様に、時間Ｔ２には８０ポイント、時間Ｔ３には３０ポイント、時間Ｔ４には１０ポイント、時間Ｔ５には５０ポイントの二次電子量が、それぞれ検出されている。

【0029】

像形成部３１は、走査信号および検出信号に基づいて、試料表面２ａの観察像を形成する。すなわち、走査信号に基づいて特定したイオンビームの照射位置と、検出信号に含まれる二次電子量により、試料表面２ａの観察像を形成する。図４（ａ）および図３の例では、時間Ｔ１において、画素Ｘ１へのイオンビームＰ１の照射により、７０ポイントの二次電子量が検出されている。そこで図４（ｂ）に示すように、画素Ｘ１に対して７０ポイントに対応する輝度を設定している。同様に、画素Ｘ２に対して８０ポイントに対応する輝度を、画素Ｘ３に対して３０ポイントに対応する輝度を、画素Ｘ４に対して１０ポイントに対応する輝度を、画素Ｘ５に対して５０ポイントに対応する輝度を、それぞれ設定している。このようにして、観察像の全体を形成する。

【0030】

（相対位置が変動する場合の像形成作用）
図６はイオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動する場合の像形成作用の説明図であり、図６（ａ）はイオンビームの照射位置であり、図６（ｂ）は観察像のイメージ図（輝度を数字で表したもの）である。前述した観察像の形成は、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動しない場合を前提にしている。しかしながら、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置は、集束イオンビーム装置１００の振動など外乱の影響等により変動する。この場合のイオンビームの照射軌跡は、図６（ａ）に示すように不規則になる。そのため、走査信号に従って画素Ｘ２に対応する試料表面２ａに対してイオンビームＰ２を照射しようとしても、実際は画素Ｘ２とは異なる位置にイオンビームＰ２が照射される。同様に、画素Ｘ３〜Ｘ５とは異なる位置にイオンビームＰ３〜Ｐ５が照射される。
そこで本実施形態では、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動した場合でも、実際のイオンビームの照射位置を特定して、正確な観察像を形成する。

【0031】

具体的には、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置を検出する相対位置検出工程と、検出された相対位置に基づいてイオンビームの照射位置を特定する照射位置特定工程と、特定されたイオンビームの照射位置と二次電子量とに基づいて観察像の画素の輝度を設定する輝度設定工程とを実施する。輝度設定工程では、特定されたイオンビームの照射位置から各画素への照射割合を算出する照射割合算出工程と、算出された照射割合と検出された二次電子量とに基づいて各画素に二次電子量を割り当てる二次電子量割当工程とを実施した上で、割り当てられた二次電子量に基づいて各画素の輝度を設定し、観察像を形成する。

【0032】

まず、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置を検出する（相対位置検出工程）。
図１に示すように、試料室２０には、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置検出手段として、レーザ干渉計５０が配置されている。レーザ干渉計５０は、水平面内のＸ方向およびＹ方向にそれぞれ配置されている。レーザ干渉計５０は、レーザ照射装置５０ａと、イオンビーム鏡筒１０に固定された鏡筒側反射面５１と、試料ステージ３に固定された試料側反射面５２とを備えている。レーザ干渉計５０は、レーザ照射装置５０ａから鏡筒側反射面５１および試料側反射面５２にレーザを照射して、イオンビーム鏡筒１０および試料ステージ３の変位を計測し、計測結果を像形成部３１に出力する。

【0033】

図５は試料ステージ３の変位（ズレ量）のグラフであり、（ａ）はＸ方向であり、（ｂ）はＹ方向である。前述したレーザ干渉計５０により、試料ステージ３の変位が図５のように計測される。試料ステージ３の変位の計測結果から、試料ステージ３に載置された試料２の変位を検知することができる。
このように、レーザ照射装置５０ａを基準にしてイオンビーム鏡筒１０の変位および試料２の変位を検知することで、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置を検出することができる。

【0034】

次に、検出された相対位置に基づいてイオンビームの照射位置を特定する（照射位置特定工程）。
図２は、像形成部３１の構成図である。像形成部３１は、検出されたイオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置に基づいてイオンビームの照射位置を特定する照射位置特定部６２を備えている。
図６（ａ）の例では、特定時間Ｔ１において画素Ｘ１に対応する試料表面２ａに照射しようとしたイオンビームＰ１が、画素Ｘ１とは異なる位置に照射されている。そこで像形成部３１は、画素Ｘ１に対応する試料表面２ａの位置情報に、特定時間Ｔ１におけるイオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置情報を加算することにより、実際のイオンビームの照射位置を特定する。

【0035】

次に、特定されたイオンビームの照射位置と二次電子量とに基づいて観察像の画素の輝度を設定する（輝度設定工程）。図２に示すように、像形成部３１は、特定されたイオンビームの照射位置と検出された二次電子量とに基づいて観察像の画素の輝度を設定する輝度設定部６４を備えている。

【0036】

輝度設定工程では、特定されたイオンビームの照射位置から各画素への照射割合を算出し（照射割合算出工程）、算出された照射割合と検出された二次電子量とに基づいて各画素に二次電子量を割り当てる（二次電子量割当工程）。そして、各画素に割り当てられた二次電子量の平均値に基づいて各画素の輝度を設定する。
図２に示すように、輝度設定部６４は、照射割合算出部６６と、二次電子量割当部（二次粒子量割当部）６８とを備えている。照射割合算出部６６は、特定されたイオンビームの照射位置から各画素への照射割合を算出する。二次電子量割当部６８は、算出された照射割合と検出された二次電子量とに基づいて各画素に二次電子量を割り当てる。そして輝度設定部６４は、各画素に割り当てられた二次電子量の平均値に基づいて各画素の輝度を設定する。

【0037】

図６（ａ）の例では、イオンビームＰ２の全部が画素Ｘ２に照射されてはいないが、イオンビームＰ２の一部が画素Ｘ２に照射されているので、他の画素とともに画素Ｘ２からも二次電子が放出されている。検出器４で検出された二次電子量うち、画素Ｘ２から放出された二次電子量の割合は、イオンビームＰ２の画素Ｘ２への照射割合に相当する。そこで輝度設定部６４は、イオンビームの照射位置から各画素への照射割合を算出する。次に二次電子量割当部６８が、検出された二次電子量に各画素への照射割合を乗算して、二次電子量を各画素に割り当てる。すべてのイオンビームについて検出された二次電子量を各画素に割り当てたら、輝度設定部６４が、各画素において割り当てられた二次電子量の平均値を算出する。そして輝度設定部６４は、算出された二次電子量の平均値に基づいて、図６（ｂ）に示すように各画素の輝度を設定する。

【0038】

図６の例について具体的に説明する。
まず、時間Ｔ１のイオンビームＰ１の照射位置から、イオンビームＰ１の画素Ｘ１への照射割合を１００％と算出する。また図３の検出信号において、時間Ｔ１に検出された二次電子量は７０ポイントである。そこで、二次電子量の７０ポイントに、画素Ｘ１への照射割合の１００／１００を乗算して、７０ポイントの二次電子量を画素Ｘ１に割り当てる。画素Ｘ１に割り当てられた二次電子量は、時間Ｔ１の７０ポイントだけであるから、画素Ｘ１に割り当てられた二次電子量の平均値は７０ポイントである。そこで図６（ｂ）に示すように、７０ポイントに対応する輝度を画素Ｘ１に設定する。

【0039】

また、時間Ｔ２のイオンビームＰ２の照射位置から、イオンビームＰ２の画素Ｘ２への照射割合を５０％と算出する。時間Ｔ２に検出された二次電子量の８０ポイントに、画素Ｘ２への照射割合の５０／１００を乗算して、４０ポイントの二次電子量を画素Ｘ２に割り当てる。画素Ｘ２に割り当てられた二次電子量の平均値は４０ポイントであるから、４０ポイントに対応する輝度を画素Ｘ２に設定する。

【0040】

また、時間Ｔ３のイオンビームＰ３の照射位置から、イオンビームＰ３の画素Ｘ３への照射割合を４０％と算出する。時間Ｔ３に検出された二次電子量の３０ポイントに、画素Ｘ３への照射割合の４０／１００を乗算して、１２ポイントの二次電子量を画素Ｘ３に割り当てる。画素Ｘ３に割り当てられた二次電子量の平均値は１２ポイントであるから、１２ポイントに対応する輝度を画素Ｘ３に設定する。

【0041】

前述したイオンビームＰ３は、画素Ｘ３とともに画素Ｘ４にも照射されている。時間Ｔ３のイオンビームＰ３の照射位置から、イオンビームＰ３の画素Ｘ４への照射割合を２５％と算出する。時間Ｔ３に検出された二次電子量の３０ポイントに、画素Ｘ４への照射割合の２５／１００を乗算して、７．５ポイントの二次電子量を画素Ｘ４に割り当てる。
一方、時間Ｔ４のイオンビームＰ４の照射位置から、イオンビームＰ４の画素Ｘ４への照射割合を３０％と算出する。時間Ｔ４に検出された二次電子量の１０ポイントに、画素Ｘ４への照射割合の３０／１００を乗算して、３ポイントの二次電子量を画素Ｘ３に割り当てる。
このように画素Ｘ４には、時間Ｔ３の７．５ポイントおよび時間Ｔ４の３ポイントの二次電子量が割り当てられるから、画素Ｘ４に割り当てられた二次電子量の平均値は約５ポイントである。そこで、５ポイントに対応する輝度を画素Ｘ４に設定する。

【0042】

また、時間Ｔ４のイオンビームＰ４の照射位置から、イオンビームＰ４の画素Ｘ５への照射割合を７０％と算出する。そこで、時間Ｔ４に検出された二次電子量の１０ポイントに、画素Ｘ４への照射割合の７０／１００を乗算して、７ポイントの二次電子量を画素Ｘ５に割り当てる。
一方、時間Ｔ５のイオンビームＰ５の照射位置から、イオンビームＰ５の画素Ｘ５への照射割合は０％であるから、時間Ｔ５の画素Ｘ５への二次電子量の割り当てはない。
したがって、画素Ｘ５に割り当てられた二次電子量の平均値は７ポイントであるから、７ポイントに対応する輝度を画素Ｘ５に設定する。

【0043】

同様に、全ての画素の輝度を設定して、観察像を形成する。なお本実施形態では、全てのイオンビームの照射時間を一定としたが、イオンビーム毎に照射時間を異ならせる場合には、検出された二次電子量をイオンビームの照射時間で除算して、単位照射時間当たりの二次電子量を評価することが望ましい。

【0044】

以上に詳述したように、本実施形態の集束イオンビーム装置１００は、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置を検出するレーザ干渉計５０を備え、像形成部３１は、検出されたイオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置に基づいて、イオンビームの照射位置を特定する照射位置特定部６２と、特定されたイオンビームの照射位置と検出された二次電子量とに基づいて、観察像の画素の輝度を設定する輝度設定部６４と、を有する構成とした。

【0045】

この構成によれば、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置を検出するので、イオンビーム鏡筒１０と試料２との相対位置が変動する場合でも、実際のイオンビームの照射位置を正確に特定することができる。また、特定されたイオンビームの照射位置と検出された二次電子量とに基づいて観察像の画素の輝度を設定するので、照射目標である画素とは異なる位置にイオンビームが照射された場合でも、実際のイオンビームの照射位置と検出された二次電子量とに基づいて、観察像の画素の輝度を正確に設定することができる。したがって、正確な観察像を形成することができる。

【0046】

また輝度設定部６４は、特定されたイオンビームの照射位置から、観察像の画素への照射割合を算出する照射割合算出部６６と、算出された照射割合と検出された二次電子量とに基づいて、観察像の画素に二次電子量を割り当てる二次電子量割当部６８と、を有し、輝度設定部６４は、観察像の画素に割り当てられた二次電子量に基づいて、観察像の画素の輝度を設定する構成とした。

【0047】

この構成によれば、特定されたイオンビームの照射位置から観察像の画素への照射割合を算出し、算出された照射割合と検出された二次電子量とに基づいて観察像の画素に二次電子量を割り当てるので、照射目標である画素とは異なる位置にイオンビームが照射された場合でも、観察像の画素から放出された二次電子量を正確に検出することができる。したがって、観察像の画素の輝度を正確に設定し、正確な観察像を形成することができる。

【0048】

また輝度設定部は、観察像の画素に割り当てられた二次電子量の平均値に基づいて、観察像の画素の輝度を設定する構成とした。
この構成によれば、画素に割り当てられた二次電子量の平均値に基づいて輝度を設定するので、複数回のイオンビームの照射による二次電子量が前記画素に割り当てられた場合でも、１回のイオンビームの照射により前記画素から放出される二次電子量を正確に把握することができる。したがって、観察像の画素の輝度を正確に設定し、正確な観察像を形成することができる。

【0049】

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

【0050】

例えば荷電粒子ビーム装置として、実施形態ではガス電界電離型イオン源を備えた集束イオンビーム装置（ＧＦＩＳ）を例にして説明したが、プラズマ型イオン源や液体金属イオン源など他のイオン源を備えた集束イオンビーム装置を採用することも可能である。また荷電粒子ビーム装置として、電子ビームを照射する電子ビーム装置を採用することも可能である。

【符号の説明】

【0051】

Ｘ１〜Ｘ５…画素（単位領域） １、Ｐ１〜Ｐ５…イオンビーム（荷電粒子ビーム） ２…試料 ２ａ…試料表面 １０…イオンビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒） ３１…像形成部 ５０…レーザ干渉計（相対位置検出手段） ６２…照射位置特定部 ６４…輝度設定部 ６６…照射割合算出部 ６８…二次電子量割当部（二次粒子量割当部） １００…集束イオンビーム装置（荷電粒子ビーム装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】