(57)【要約】【課題】パターンごとの事前情報や、校正を必要とせずに、試料に形成された３次元構造、例えば、穴や溝の深さを計測可能とする。【解決手段】試料に１次電子線を照射することによって試料から発生する放出電子のうち、１次電子線の光軸方向と放出電子の試料からの放出方向とのなす角である放出角が所定範囲の放出電子を検出し、検出された放出電子数に応じた検出信号を出力する検出部を有する電子顕微鏡は、１次電子線を３次元構造の底部に照射することによって、設定された複数の放出角の範囲ごとの放出電子を検出部が検出し、出力した複数の検出信号に基づき、検出信号の放出角度分布を求め、放出角度分布の変化点から１次電子線の光軸方向と３次元構造の底部における１次電子線の照射位置から３次元構造の側壁の上端を通る直線とのなす角である開口角を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元構造が形成された試料に１次電子線を照射する電子銃と、
前記試料に前記１次電子線を照射することによって前記試料から発生する放出電子のうち、前記１次電子線の光軸方向と前記放出電子の前記試料からの放出方向とのなす角である放出角が所定範囲の放出電子を検出し、検出された放出電子数に応じた検出信号を出力する検出部と、
前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲を制御する制御部と、
信号処理部とを有し、
前記制御部は、前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲を複数設定し、
前記信号処理部は、前記電子銃が前記１次電子線を前記３次元構造の底部に照射することによって、前記制御部により設定された複数の放出角の範囲ごとの放出電子を前記検出部が検出し、出力した複数の検出信号に基づき、前記検出信号の放出角度分布を求め、前記放出角度分布の変化点から前記１次電子線の光軸方向と前記３次元構造の底部における前記１次電子線の照射位置から前記３次元構造の側壁の上端を通る直線とのなす角である開口角を求める電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記信号処理部は、前記検出部からの検出信号に基づいて前記３次元構造の幅を求め、前記３次元構造の開口角及び幅に基づき、前記３次元構造の深さを求める電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２において、
前記信号処理部は、前記放出電子の放出角の範囲が９０度以下である放出電子を前記検出部が検出し、出力した検出信号に基づいて、前記３次元構造の幅を求める電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１において、
前記検出部は、前記放出電子の軌道を制御する制御レンズと、検出絞りと、前記制御レンズにより軌道が変化させられ、前記検出絞りを通過した放出電子を検出する検出器とを備え、
前記制御部は、前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲に応じて前記制御レンズを制御する電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１において、
前記検出部は、前記放出電子の軌道を制御する制御レンズと、反射板と、前記制御レンズにより軌道が変化させられ、前記反射板で反射して生じた三次電子を検出する検出器とを備え、
前記制御部は、前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲に応じて前記制御レンズを制御する電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１において、
前記検出部は、前記放出電子の軌道を制御する制御レンズと、前記制御レンズにより軌道が変化させられた放出電子を検出する円環型検出器とを備え、
前記制御部は、前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲に応じて前記制御レンズを制御する電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１において、
前記検出部は、開口部の径が制御可能な径可変検出絞りと、前記径可変検出絞りを通過した放出電子を検出する検出器とを備え、
前記制御部は、前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲に応じて前記径可変検出絞りの開口部の径を制御する電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１において、
前記検出部は、対物レンズと前記試料との間に配置される円環型検出器を備え、
前記制御部は、前記検出部が検出する前記放出電子の放出角の範囲に応じて、前記１次電子線の光軸方向に沿って、前記円環型検出器の位置または前記試料を載置するステージの位置を制御する電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項１において、
前記検出部は、前記放出電子の方位角を制限するスリットを有する電子通過制限部材を備える電子顕微鏡。
【請求項１０】
３次元構造が形成された試料に１次電子線を照射することによって前記試料から発生する放出電子を検出して形成された画像から前記３次元構造の深さを算出する３次元構造の深さ算出方法であって、
前記試料に対して、検出する放出電子の前記１次電子線の光軸方向と前記放出電子の前記試料からの放出方向とのなす角である放出角の範囲を異ならせて得た複数の画像を記憶部に保存し、
前記記憶部に保存された前記複数の画像の、前記３次元構造の底部の所定位置における画像信号に基づき、前記画像信号の放出角度分布を求め、
前記放出角度分布の変化点から、前記１次電子線の光軸方向と前記所定位置から前記３次元構造の側壁の上端を通る直線とのなす角である開口角を求め、
前記記憶部に保存された前記複数の画像のうちの１枚の画像に基づいて前記３次元構造の幅を求め、
前記３次元構造の開口角及び幅に基づき前記３次元構造の深さを求める３次元構造の深さ算出方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記１枚の画像は、検出する放出電子の放出角の範囲が９０度以下である放出電子を検出して形成された画像である３次元構造の深さ算出方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
あらかじめ前記放出角度分布のフィッティング関数を保持しており、前記所定位置における画像信号に前記フィッティング関数を適用することにより、前記画像信号の放出角度分布を求める３次元構造の深さ算出方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記所定位置は、前記３次元構造の底部の中心位置または、前記３次元構造の底部における１直線上の複数位置である３次元構造の深さ算出方法。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記複数の画像は、検出する放出電子の方位角を１方向に制限して得た画像である３次元構造の深さ算出方法。
【請求項１５】
請求項１０において、
前記３次元構造は、前記試料に形成された穴または溝である３次元構造の深さ算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡及び試料に形成された３次元構造の深さ算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡の画像の輝度に基づいて深さ・高さを計測する背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、「１次電子線を照射する線源と、測定対象へ前記１次電子線を照射することによって前記測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、前記検出部で検出した信号を処理する処理部とを有し、前記検出部は、前記測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と前記２次電子の前記測定対象からの放出方向とのなす角が所定値以下の２次電子を検出する第１検出部と、前記測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と前記２次電子の前記測定対象からの放出方向とのなす角が所定値より大きい２次電子を検出する第２検出部と、を備え、前記処理部は、前記第１検出部と前記第２検出部が出力する信号の比を求めて前記求めた比に関する情報を用いて前記測定対象に形成されたパターンの段差の情報を取得することを特徴とする電子顕微鏡装置」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、事前に記憶していた２つの検出器によって得られた信号の比とパターンの段差の溝部の開口角との関係に基づいてパターンの段差の溝の深さを求める電子顕微鏡装置が記載されている。すなわち、特許文献１の処理方法では、事前に撮像対象ごとに信号の比とパターンの段差の溝部の開口角との関係を用意しておく必要がある。
【０００５】
パターンごとの事前情報や、校正を必要とせずに、試料に形成された３次元構造、例えば、穴や溝の深さを計測できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施態様である電子顕微鏡は、３次元構造が形成された試料に１次電子線を照射する電子銃と、試料に１次電子線を照射することによって試料から発生する放出電子のうち、１次電子線の光軸方向と放出電子の試料からの放出方向とのなす角である放出角が所定範囲の放出電子を検出し、検出された放出電子数に応じた検出信号を出力する検出部と、検出部が検出する放出電子の放出角の範囲を制御する制御部と、信号処理部とを有し、制御部は、検出部が検出する放出電子の放出角の範囲を複数設定し、信号処理部は、電子銃が１次電子線を３次元構造の底部に照射することによって、制御部により設定された複数の放出角の範囲ごとの放出電子を検出部が検出し、出力した複数の検出信号に基づき、検出信号の放出角度分布を求め、放出角度分布の変化点から１次電子線の光軸方向と３次元構造の底部における１次電子線の照射位置から３次元構造の側壁の上端を通る直線とのなす角である開口角を求める。
【発明の効果】
【０００７】
測定対象の事前情報や校正なしで、試料に形成された３次元構造の深さが算出可能となる。
【０００８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】走査電子顕微鏡１００の概略構成図である。
【図２Ａ】溝が形成された試料への電子線照射に伴う電子放出の様子を示す模式図である。
【図２Ｂ】検出電子の放出角度分布のグラフ（模式図）である。
【図３】実施例１における溝の深さを算出するフローチャートである。
【図４】検出境界角をスイープさせて得た取得画像例（模式図）である。
【図５】溝の中心位置の求め方を説明するための図である。
【図６】溝の中心位置における画像信号の放出角度分布のグラフ（模式図）である。
【図７】溝の深さ計測についての出力画面である。
【図８】実施例２における溝の深さを算出するフローチャートである。
【図９】信号解析位置ｘｉの例とこのときの開口角を示す図である。
【図１０】信号解析位置ｘｉにおける画像信号の放出角度分布のグラフ（模式図）である。
【図１１Ａ】信号解析位置ｘｊに対して求めた開口角Ａｊをプロットしたグラフ（模式図）である。
【図１１Ｂ】フィッティング関数の求め方を説明するための図である。
【図１２Ａ】放出電子の方位角が開口角の検出に与える影響について説明するための図である。
【図１２Ｂ】放出電子の方位角を制限する電子通過制限部材を示す図である。
【図１３】走査電子顕微鏡１００Ａの概略構成図である。
【図１４】走査電子顕微鏡１００Ｂの概略構成図である。
【図１５】走査電子顕微鏡１００Ｃの概略構成図である。
【図１６】走査電子顕微鏡１００Ｄの概略構成図である。
【図１７】走査電子顕微鏡１００Ｅの概略構成図である。
【図１８】走査電子顕微鏡１００Ｆの概略構成図である。
【図１９】走査電子顕微鏡１００Ｇの概略構成図である。
【図２０】走査電子顕微鏡１００Ｇにおいて検出される放出電子の電子軌道を示す図である。
【図２１Ａ】走査電子顕微鏡１００Ｈの概略構成図である。
【図２１Ｂ】走査電子顕微鏡１００Ｈの検出器の検出面である。
【図２２】深さ算出装置１３００のハードウェア構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【実施例１】
【００１１】
図１に、本実施例に係る走査電子顕微鏡１００の構成例を示す。走査電子顕微鏡１００は、撮像部１０１、全体制御部１０２、信号処理部１０３、入出力部１０４及び記憶部１０５を備えている。
【００１２】
走査電子顕微鏡１００の撮像部１０１は、詳細は後述するが、試料に１次電子線を照射することによって試料から発生する放出電子のうち、１次電子線の光軸方向と放出電子の試料からの放出方向とのなす角である放出角が所定範囲の放出電子を検出し、検出された放出電子数に応じた検出信号を出力する検出部を有することを特徴としている。具体的には、撮像部１０１は、電子銃１０６、電子銃１０６から照射された電子線（１次電子線）１０７を加速する加速電極１０８、電子線１０７を集束する集束レンズ１０９、電子線１０７の軌道を偏向させる走査偏向器１１０、電子線１０７の集束する高さを制御する対物レンズ１１１、撮像対象である試料１１２を載置するステージ１１３、電子線１０７が照射されることにより試料１１２から発生した放出電子１１４の軌道を制御する制御レンズ１１５、放出電子１１４のうち検出する電子を放出角で弁別するための検出絞り１１６、放出電子１１４のうち検出絞り１１６を通過した放出電子の軌道が検出器１１８に向かうよう制御するセパレータ１１７、セパレータ１１７により軌道を制御された放出電子１１４を検出し、信号に変換する検出器１１８を備えている。検出器１１８は、検出された放出電子１１４の数に応じて、出力する信号強度が変化する。また、セパレータ１１７は、電子線１０７を偏向することなく、放出電子１１４を選択的に偏向するウィーン条件を生成する必要がある。このため、セパレータ１１７には直交電磁界を発生する偏向器（ウィーンフィルタ）を用いることができる。
【００１３】
本実施例に係る走査電子顕微鏡１００は、放出電子１１４のうち、放出角が、ある天頂角（試料の表面を平面と見たときに試料表面に対して垂直な方向からの角度をいい、試料１１２に照射する電子線１０７の光軸方向と放出電子１１４の試料表面からの放出方向とのなす角度に相当する。）ＡＺ以下のもののみを選択的に検出することができる。なお、この天頂角ＡＺを検出境界角と表記する。この例では、制御レンズ１１５と検出絞り１１６とにより、検出器１１８により検出される放出電子１１４の検出境界角ＡＺを制御する。例えば、制御レンズ１１５は静電レンズであり、その静電強度を変化させることにより制御レンズ１１５を通過する放出電子１１４の軌道を収束あるいは発散させることにより、検出絞り１１６を通過する放出電子の放出角の範囲を制御する。
【００１４】
撮像部１０１の各機構は、入出力部１０４のユーザインタフェースを介して操作者の指示を受ける全体制御部１０２により制御されている。検出器１１８から出力された信号は、全体制御部１０２からの指示に従い、信号処理部１０３で画像形式に変換し、記憶部１０５に保存される。なお、信号処理部１０３で変換された画像の画像信号も画像の当該位置に電子線１０７が照射されたときに放出された放出電子１１４の数に応じた値を有している。また、図１の撮像部１０１は代表的な構成を示したに過ぎず、図示の構成に限定されるものではない。例えば、走査偏向器１１０は、試料１１２よりも電子銃１０６に近い位置に配置されていればよく、図示の配置は一例に過ぎない。
【００１５】
図２Ａは、溝が形成された試料への電子線照射に伴う電子放出の様子を示す模式図である。また、図２Ｂは溝が形成された試料に電子線を照射した際に発生する放出電子のうち、検出器で検出される電子（以降、検出電子と呼ぶ）の放出角度分布のグラフ（模式図）を示す。一例として、試料は、下層２０２上にＸ方向に垂直なＹ方向に延在するラインスペースパターン２０１が形成されており、図２ＡにはＸＺ平面での断面を示している。パターン２０１上面の平坦領域に照射された電子線２０３によって放出される放出電子２０５に係る検出電子の放出角度分布２０８は、図２Ｂに示されるように放出角４５度付近を中心に対称な形状となる。これと対し、溝の中心位置に照射された電子線２０４によって下層２０２から放出される放出電子２０６に係る検出電子の放出角度分布２０９は、図２Ｂに示されるように溝の開口角Ａで最大となり、開口角Ａより大きな放出角では減少する。なお、ここで開口角Ａは、ＸＺ平面において電子線２０４が照射されている溝の中心から当該溝に面したパターン２０１側壁の上端を通る直線と電子線２０４の光軸方向（溝の底面に垂直な線に相当する）とがなす角である。
【００１６】
このような放出角度分布となる理由は、パターン２０１の側壁により電子線２０４の照射点（この例では溝の中心位置）から放出される放出電子２０６のうち、放出角が開口角Ａ以上の放出電子は側壁によって遮蔽され、検出器に到達しないためである。本実施例では、この放出角度分布から試料に形成された溝や穴などの３次元構造の深さを求める。すなわち、図２Ｂに示されるように、開口角Ａは検出電子の放出角度分布が遮蔽効果により変化する変化点２１０の放出角として求めることができる。開口角Ａと別途求めた溝幅とから、幾何学的に試料に形成された３次元構造の深さを求めることができる。
【００１７】
なお、試料から放出される放出電子の数は、試料の材料等によっても変化する。しかしながら、開口角以上の放出角で放出された電子がパターンの側壁により遮蔽されるという現象は、試料を構成する材料や試料の寸法によらず発生する。したがって、図２Ａにはパターン２０１と下層２０２とが電子放出率の異なる材料で形成されている例を示しているが、本実施例の検出原理は、試料がどのような材料、あるいは材料の組み合わせで構成されているかにかかわらず、適用可能である。
【００１８】
図３に、上述の原理に基づき溝の深さを算出するフローチャートの例を示す。まず、最初に、図２Ｂに示す検出電子の放出角度分布を取得するため、検出境界角ＡＺをスイープさせながら複数の画像を取得する（Ｓ３０１）。具体的には、全体制御部１０２にて制御レンズ１１５を制御し、複数（Ｎ）の検出境界角ＡＺ＝｛Ａ０，Ａ１，Ａ２，・・・，ＡＮ−１｝で撮像したＮ枚の画像ＩＺを記憶部１０５に保存する。特に限定されないが、Ａｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）は０≦Ａｋ≦９０の範囲の任意の単調増加な数列とする。
【００１９】
続いて、信号処理部１０３にて（数１）に基づき、画像Ｉｋ間の差分の絶対値をとることで、検出電子の放出角がＡｋからＡｋ＋１の範囲である角度スイープ画像ＤｋをＮ枚取得する（Ｓ３０２）。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
図４に検出境界角Ａｋの値を５度ずつスイープさせた場合の取得画像Ｄ０，Ｄ１，Ｄ１７（模式図）を示している。この模式図では、試料の溝（底部）における画像の信号値に注目して示しており、また分かりやすさのため、本模式図における溝における画像の信号値を×印で示す溝（底部）の中心部分の画像の信号値で代表させている。スイープ画像Ｄｋの信号値は、図２Ｂに示した放出角度分布の積分値に相当する。したがって、画像Ｄ０の溝画像４０１の信号値は放出角度分布２０９の放出角０〜５度の積分値（領域４０１Ａの面積）、画像Ｄ１の溝画像４０２の信号値は放出角度分布２０９の放出角５〜１０度の積分値（領域４０２Ａの面積）、画像Ｄ１７の溝画像４０３の信号値は放出角度分布２０９の放出角８５〜９０度の積分値（領域４０３Ａの面積）にそれぞれ対応する大小が表れる。したがって、スイープ画像Ｄｋのうち、溝画像の信号値が最も大きくなるスイープ画像Ｄｋの放出角が図２Ａに示す開口角Ａに相当するといえる。
【００２２】
なお、実際のスイープ画像Ｄｋでは、パターン２０１の上面の平坦領域についても放出角度分布２０８の積分値に相当する形で変化するが、図４のスイープ画像の模式図においては無視して示している。
【００２３】
次に、溝の中心位置（図４の画像Ｄｋにおける×印）の座標（溝の中心座標）を求める（Ｓ３０３）。溝の中心位置に電子線を照射したときの検出電子の放出角度分布を取得するため、試料の溝の中心座標を求める。図５に、溝を有する試料の断面形状、検出境界角ＡＺ＝９０度の画像Ｉ及び画像Ｉに示すａ−ｂ線に沿った画像信号値の大きさ（ここでは信号波形という）を模式的に示す。信号波形の解析により画像信号の極大ピーク５０１を２点検出する。画像信号の極大ピーク５０１は溝の側壁に表れるため、その中間位置を計算することで溝の中心座標５０２を求めることができる。溝の中心座標の算出に用いる画像Ｉの検出境界角ＡＺについて、ＡＺ＝９０度の画像Ｉが最もＳ／Ｎが高いため、溝の中心座標の導出に用いている。
【００２４】
続いて、溝の中心位置での検出電子の放出角度分布を求める（Ｓ３０４）。具体的には、ステップＳ３０２で取得した角度スイープ画像Ｄｋのそれぞれについて、溝の中心座標５０２における画像信号値を求め、角度スイープ画像の放出角度範囲の中央値を横軸、画像信号値を縦軸にプロットする。得られた溝の中心位置での検出電子の放出角度分布のグラフ６０１（模式図）を図６に示す。グラフ６０１から変化点６０２を求め、変化点６０２の放出角を開口角Ａとする（Ｓ３０５）。変化点６０２は試料の３次元構造の側壁による遮蔽に起因して信号強度の減衰が急峻に開始する点である。一方、そのような遮蔽が存在しなくても、図２Ｂに示すように放出角度分布は放出角４５度を境に増加から減少に転ずる分布を示す。したがって、開口角Ａは、０から４５度の範囲であれば画像信号値が最大となる放出角として、４５度から９０度の場合はグラフ６０１を微分した２次導関数が最小となる放出角として求めることができる。
【００２５】
開口角Ａから幾何学的に試料の３次元構造の深さＨを求めるため、溝幅Ｌを計算する（Ｓ３０６）。溝中心座標を求めるときと同様に、信号波形の解析により溝の側壁に表れる画像信号の極大ピーク５０１を２点検出し、その間の距離を溝幅Ｌとする。
【００２６】
開口角Ａ、溝幅Ｌであるとき、溝の深さはＨ＝Ｌ／（２tanＡ）として求めることができる（Ｓ３０７）。
【００２７】
図７は試料の３次元構造の深さ算出に関し、入出力部１０４のモニタに表示する入出力画面７０１の例である。放出角度スイープ範囲７０２と、放出角度スイープ間隔７０３を入力することで、検出電子の放出角度分布を取得するために撮像する画像の検出境界角Ａｋ（ｋ＝０〜Ｎ−１）を決定する。撮像後に得られる検出電子の放出角度分布のグラフ７０４、グラフから得られた開口角７０５、計測された溝幅７０６、最終的に算出される深さ７０７を表示する。
【００２８】
なお、検出境界角Ａｚの値を全体的に５度ずつスイープさせた例を示したが、１回目のスイープに基づき求めた変化点付近にスイープ範囲を限定し、１回目のスイープ間隔よりもスイープ間隔を小さくして２回目のスイープを行い撮像した画像から変化点を更新することで、より高精度な計測が可能になる。
【００２９】
また、求められた放出角度分布のグラフからピーク検出または微分処理などの解析を行うことで変化点６０２を抽出する例について説明したが（図６参照）、計測結果から得られた検出電子の放出角度分布のグラフ６０１に対して、事前に計算したフィッティング関数を用いて回帰分析することで開口角Ａを求めることも可能である。フィッティング関数を適用することで画像に含まれるノイズが大きい場合にも精度よく変化点を抽出することができる。このため、放出角度をスイープさせて画像を取得する点数を削減することができ、計測時間を短くすることができる。フィッティング関数はシミュレーション結果から準備することが可能である。
【００３０】
なお、本実施例では試料の溝の深さを計測する例を示しているが、穴やその他の試料に形成された３次元構造（ピラー構造、フィン構造など）の深さの計測に対しても適用可能である。以下の実施例においても同様である。
【実施例２】
【００３１】
実施例１として、穴や溝の中心位置における画像信号を深さ計測に利用する例を説明したが、本実施例では、穴や溝、あるいはその他３次元構造の底部における複数の位置での画像信号を利用することで、深さ計測の精度を向上させる例を説明する。本実施例における走査電子顕微鏡の構成は実施例１の図１に示した構成と同じであるので、その説明は省略する。
【００３２】
図８に実施例２の溝の深さを算出するフローチャートの例を示す。まず、実施例１と同様の手順（Ｓ３０１，Ｓ３０２）で角度スイープ画像を取得する（Ｓ８０１，Ｓ８０２）。つぎに溝の複数位置に電子線を照射した際の検出電子の放出角度分布を取得するため、試料の溝の内部で数点の信号解析位置ｘｉを求める（Ｓ８０３）。図５に示したように、画像信号波形の解析により、溝の側壁に表れる信号の極大ピーク５０１を２点検出し、その間で放出角度分布を取得する複数の位置ｘｉを特定する。ｘｉは溝の中の任意の位置でよい。この場合も、ＡＺ＝９０度の画像Ｉを用いて溝の位置ｘｉを特定することが望ましい。
【００３３】
図９に、信号解析位置ｘｉの例とこのときの開口角を示す。この例の信号解析位置ｘｊは溝の中心座標よりも左側の側壁に寄っており、左右側壁までの距離が異なる。このため、左側の側壁に対する開口角はＡ１、右側の側壁に対する開口角はＡ２と、左右で異なっている。
【００３４】
続いて、信号解析位置ｘｉ毎に検出電子の放出角度分布を求める（Ｓ８０４）。具体的には、ステップＳ８０２で取得した角度スイープ画像Ｄｋのそれぞれについて、信号解析位置ｘｉにおける画像信号値を求め、角度スイープ画像の放出角度範囲の中央値を横軸、画像信号値を縦軸にプロットする。図９に示した信号解析位置ｘｊでの放出角度分布のグラフ１００１（模式図）を図１０に示す。
【００３５】
この場合、グラフ１００１の変化点１００２，１００３が左側開口角Ａ１，右側開口角Ａ２に対応して現れる。したがって、画像信号値の２つの変化点１００２，１００３を求め、変化点に対応する放出角の和を総開口角Ａｊ（＝Ａ１＋Ａ２）とする（Ｓ８０５）。なお、左側（右側）開口角は、実施例１と同様に、０から４５度の範囲であれば画像信号値が最大となる放出角として、４５度から９０度の場合はグラフ１００１を微分した２次導関数が最小となる放出角として求めることができる。
【００３６】
溝内の信号解析位置ｘｊとそのときの総開口角Ａｊとの関係から溝の深さＨを求める。図１１Ａに信号解析位置ｘｊに対して求めた総開口角Ａｊをプロットしたグラフ１１０１を示す。このグラフを試料の幾何構造に基づくフィッティング関数１１０２を用いて回帰分析により深さＨを求める。フィッティング関数１１０２は（数２）で示される。
【００３７】
【数２】
2020119686.tif 000004
【００３８】
なお、このフィッティング関数は図１１Ｂに示す三角形ＯＰＱにおいて成立する余弦定理から導きだせるものである。三角形ＯＰＱは、ＸＺ平面における信号解析位置ｘｊとラインの側壁の上端とで形成される三角形である。三角形ＯＰＱにおいて成立する余弦定理を（数３）に示す。
【００３９】
【数３】
2020119686.tif 000005
【００４０】
本実施例は複数の信号解析位置での総開口角を用いて溝の深さＨを算出するため、各開口角の計測誤差の影響を小さくすることができる。
【００４１】
本実施例は、実施例１と同じく穴に対する深さ計測も同様に可能である。ただし、図１２Ａに示すように、穴に電子線を照射する場合は方位角に応じて開口角が変化する。図１２Ａは、３次元構造の代表例である穴１２１０と溝１２１１を上面からみた状態を示している。信号解析位置ｘｊとすると、溝１２１１の場合は、α２β２あるいはα３β３を含む平面には側壁がなく、放出電子の遮蔽が生じない。これに対して、穴１２１０の場合は、α２β２あるいはα３β３を含む平面を横切る側壁により放出電子の遮蔽が生じる。このため、検出器が検出する信号には、穴をＸＹ平面に垂直な無数の平面で切ったときに得られる無数の大きさの異なる開口角の情報が含まれている。そこで、穴１２１０の深さを測定する場合は、検出する放出電子の方位を１つの方向に限定することで、溝と同じ処理で計測が可能になる。具体的には、図１２Ｂに示すように試料１１２の穴１２１０の底部からの放出電子１１４に対して、スリット１２０２を設けた電子通過制限部材１２０１を通過させたうえで、検出器１１８にて検出する。放出電子の方位角はスリット１２０２の通過前は、方位角１２０３に示されるように四方に広がっている。スリット１２０２を通過させることで、放出電子１１４の方位角は、スリット１２０２の長手方向の１方向の方位角１２０４に限定される。スリット１２０２の長手方向と信号解析位置ｘｊが設定されている直線の延びる方向とを一致させておくことで、電子通過制限部材１２０１のスリット１２０２を通過後の放出電子に対して、溝の場合と同様の処理を行い、穴の深さＨを求めることが可能である。
【００４２】
以上の実施例１，２において、試料に形成された３次元構造の深さを算出する走査電子顕微鏡の構成は、図１に示すものに限定されるものではない。図１の走査電子顕微鏡１００は、放出角がある天頂角ＡＺ以下の放出電子を選択的に検出する構成（「放出角ローパス構成」という）を有しているが、これに対して、放出角がある天頂角ＡＺ以上の放出電子を選択的に検出する構成（「放出角ハイパス構成」という）であっても、同様に３次元構造の深さを計測することが可能である。以下に、走査電子顕微鏡の別の構成例について説明する。
【００４３】
図１３に示す走査電子顕微鏡１００Ａは放出角ハイパス構成を有する。制御レンズ１１５で放出電子１１４の軌道を制御し、中央に開口部を有する反射板１１９で反射して生じた三次電子１２０を検出器１１８で検出する。この構成では反射板１１９の開口部を通過できない放出角の放出電子が選択的に検出されることで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。
【００４４】
図１４に示す走査電子顕微鏡１００Ｂも放出角ハイパス構成を有する。制御レンズ１１５で放出電子１１４の軌道を制御し、中央に開口部を有するドーナツ状の円環型検出器１２１で放出電子１１４を検出する。この構成では円環型検出器１２１の開口部を通過できない放出角の放出電子が選択的に検出されることで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。
【００４５】
図１５に示す走査電子顕微鏡１００Ｃは放出角ローパス構成を有する。セパレータ１１７で１次電子線１０７の光軸上から外れるように放出電子１１４の軌道を制御し、光軸外で制御レンズ１１５と検出絞り１１６により、検出器１１８における検出境界角ＡＺを制御する。これにより、制御レンズ１１５の磁場が放出電子１１４の放出角に与える影響を低減しつつ、制御レンズ１１５により放出電子軌道を制御し、検出絞り１１６の開口部を通過する放出角の放出電子を選択的に検出することで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。
【００４６】
図１６に示す走査電子顕微鏡１００Ｄは放出角ローパス構成を有する。開口部の径が制御可能である径可変検出絞り１２２により、検出境界角ＡＺを制御する。全体制御部１０２は、径可変検出絞り１２２の開口部の径を制御し、開口部を通過する放出角の放出電子を選択的に検出することで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。
【００４７】
図１７に示す走査電子顕微鏡１００Ｅは放出角ハイパス構成を有する。設置位置が全体制御部１０２により１次電子線１０７の光軸方向に制御可能であり、中央に開口部を有するドーナツ状の位置可変円環型検出器１２３により、検出境界天頂角ＡＺを制御する。なお、鉛直方向（光軸方向）の位置の制御に限られず、水平方向（光軸方向と垂直な方向）に円環型検出器の開口部の径を広げる制御によっても、検出境界天頂角ＡＺの制御が実現可能である。この構成では、放出電子１１４の軌道を曲げずに直線性を保ったまま検出器１２３に到達させるため、対物レンズ１１１を検出器１２３より上方に置くことで、放出電子１１４の軌道が対物レンズ１１１の磁界により曲げられるのを防いでいる。検出器１２３の位置を制御し、開口部を通過できない放出角の放出電子が選択的に検出されることで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。
【００４８】
図１８に示す走査電子顕微鏡１００Ｆも放出角ハイパス構成を有する。高さ（１次電子線１０７の光軸方向）が全体制御部１０２により制御可能な高さ可変ステージ１２４と中央に開口部を有するドーナツ状の円環型検出器１２１により、検出境界角ＡＺを制御する。本構成でも、放出電子１１４の軌道を曲げずに直線性を保ったまま検出器１２３に到達させるため、対物レンズ１１１を検出器１２３より上方に配置している。ステージ高さを制御し、円環型検出器１２１の開口部を通過できない放出角の放出電子が選択的に検出されることで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。
【００４９】
図１９に示す走査電子顕微鏡１００Ｇは放出角ローパス構成を有する。放出電子１１４の軌道を制御するセパレータ１２５と一方向の方位角の放出電子のみを通過させるスリット１２７を有する電子通過制限部材１２６により、検出境界角ＡＺを制御する。図２０に、試料１１２から放出される放出電子１１４がセパレータ１２５によって、電子通過制限部材１２６のスリット１２７へ偏向され、スリット１２７の長手方向に等しい方位角の放出電子１１４のみが通過する様子を示す。全体制御部１０２により制御されるセパレータ１２５により電子通過制限部材１２６に向かう電子の軌道を制御し、スリット１２７を通過する放出角の放出電子を選択的に検出することで、検出電子の放出角度分布を求めることができる。方位角に応じて開口角が変化する３次元構造の深さの計測に適している。
【００５０】
図２１Ａに示す走査電子顕微鏡１００Ｈは、検出境界角ＡＺが異なる画像を同時に取得可能な検出器を有する。図２１Ｂに走査電子顕微鏡１００Ｈに使用されるマルチチャンネル検出器１２８の検出面を示す。この例では、マルチチャンネル検出器１２８はそれぞれ独立して放出電子を検出可能な検出部１３１〜１３４を有している。検出する放出電子を例えば、検出部１３１の検出信号による画像、検出部１３１〜１３２の検出信号による画像、検出部１３１〜１３３の検出信号による画像、検出部１３１〜１３４の検出信号による画像とすることで、スイープを実施することなく、検出境界角ＡＺが異なる画像を同時に取得することができる。これにより、検出電子の放出角度分布を高速に取得することが可能になる。
【００５１】
なお、以上の実施例において、試料に形成された３次元構造の深さを算出する機能を有する電子顕微鏡を例に説明したが、試料に１次電子線を照射することによって試料から発生する放出電子のうち、１次電子線の光軸方向と放出電子の試料からの放出方向とのなす角である放出角が所定範囲の放出電子を検出し、検出された放出電子数に応じた検出信号を出力する検出部を有する電子顕微鏡で撮影した画像を基に、３次元構造の深さを算出する深さ算出装置あるいは深さ算出システムとしてもよい。図２２に深さ算出装置のハードウェア構成例を示す。深さ算出装置１３００は、プロセッサ１３０１、主記憶１３０２、補助記憶１３０３、入出力インタフェース１３０４、表示インタフェース１３０５、ネットワークインタフェース１３０６を含み、これらはバス１３０７により結合されている。入出力インタフェース１３０４は、キーボードやマウス等の入力装置１３０９と接続され、表示インタフェース１３０５は、ディスプレイ１３０８に接続され、ＧＵＩを実現する。また、図７に示したようなイメージにより評価結果を表示する。ネットワークインタフェース１３０６はネットワークと接続するためのインタフェースである。例えば、走査電子顕微鏡１００とネットワークで接続することで、電子顕微鏡１００の記憶部１０５に格納された画像をネットワーク経由で補助記憶１３０３に格納することが可能となる。補助記憶１３０３は通常、ＨＤＤやＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成され、深さ算出装置１３００が実行するプログラムやプログラムが処理対象とするデータ等を記憶する。主記憶１３０２はＲＡＭで構成され、プロセッサ１３０１の命令により、プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等を一時的に記憶する。プロセッサ１３０１は、補助記憶１３０３から主記憶１３０２にロードしたプログラムを実行する。深さ算出装置１３００はＰＣ（Personal Computer）やサーバにより実現できる。
【００５２】
補助記憶１３０３には、同じ試料に対して検出境界角ＡＺを異ならせて得た複数の画像ＩＺ１３１０や試料の３次元構造の深さ算出を行う深さ算出プログラム１３１１、その他のプログラムが記憶されている。深さ算出プログラム１３１１は、上述した実施例１，２において信号処理部１０３が３次元構造の深さの算出を行う処理を実行するためのプログラムである。具体的には、画像ＩＺ１３１０を用いて、図３に示したＳ３０２〜Ｓ３０７，あるいは図８に示したＳ８０２〜Ｓ８０６の処理を実行する。
【符号の説明】
【００５３】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ：走査電子顕微鏡、１０１：撮像部、１０２：全体制御部、１０３：信号処理部、１０４：入出力部、１０５：記憶部、１０６：電子銃、１０７：電子線、１０８：加速電極、１０９：集束レンズ、１１０：走査偏向器、１１１：対物レンズ、１１２：試料、１１３：ステージ、１１４：放出電子、１１５：制御レンズ、１１６：検出絞り、１１７，１２５：セパレータ、１１８：検出器、１１９：反射板、１２０：三次電子、１２１：円環型検出器、１２２：径可変検出絞り、１２３：位置可変円環型検出器、１２４：高さ可変ステージ、１２６：電子通過制限部材、１２７：スリット、１２８：マルチチャンネル検出器、１３１，１３２，１３３，１３４：検出部、２０１：ラインスペースパターン、２０２：下層、２０３，２０４：電子線、２０５，２０６：放出電子、２０８，２０９：放出角度分布、２１０：変化点、４０１，４０２，４０３：溝画像、５０１：極大ピーク、５０２：溝の中心座標、６０１，１００１，１１０１：グラフ、６０２，１００２，１００３：変化点、７０１：入出力画面、１１０２：フィッティング関数、１２１０：穴、１２１１：溝、１２０１：電子通過制限部材、１２０２：スリット、１２０３，１２０４：方位角、１３００：深さ算出装置、１３０１：プロセッサ、１３０２：主記憶、１３０３：補助記憶、１３０４：入出力インタフェース、１３０５：表示インタフェース、１３０６：ネットワークインタフェース、１３０７：バス、１３０８：ディスプレイ、１３０９：入力装置、１３１０：画像、１３１１：深さ算出プログラム。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
2020119686.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020119686.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020119686.tif 000016
【図１１Ａ】
2020119686.tif 000017
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
2020119686.tif 000019
【図１２Ｂ】
2020119686.tif 000020
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2020119686.tif 000028
【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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