(57)【要約】【課題】  微細化やデバイス構造の３次元化に伴い、電子ビーム装置において、観察部のコントラストがつきにくくなっている。さらに、コントラストを最適化する１次電子の照射条件や、検出電子のフィルタリング条件を探索するには時間を要し、もしくは計測再現性を劣化させてしまう。【解決手段】  試料から発生する電子のエネルギーを分離する手段と、複数の検出手段と、複数の検出手段の加算および減算処理する信号処理手段を用い、試料形状の情報と電位の情報を同時に取得し、１次電子の照射条件ごとの２次電子のフィルタリング条件を決定する。これにより、照射条件とフィルタリング条件の探索時間を短縮し、最適なコントラストを得ることができる。また、観察時に帯電をリアルタイムモニタリングし、測長値の高精度化と信頼性を向上させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを照射する照射光学系と、
前記試料から発生する電子をエネルギーに応じて分離する分離手段と、
前記分離された電子を検出する複数の検出器と、
前記複数の検出器から出力されるそれぞれ複数の信号を加算及び減算する演算回路と、
前記加算された信号と前記減算された信号とに基づき、前記試料へ前記電子ビームを照射する条件と前記電子のエネルギーに応じて前記分離する条件とを定める条件判定回路と、を有する電子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
前記分離手段は、前記試料から発生する電子を光軸上から偏向するＥｘＢ偏向器と、前記偏向された電子をエネルギー分離するセクター電極と、有することを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
前記条件判定回路は、前記減算された信号と前記試料の所定の位置における電位とを関連付けた補正テーブルを有し、
前記補正テーブルに基づき、前記照射光学系における照射条件を変更することを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子ビーム装置において、
前記条件判定回路もしくは前記演算回路は、前記減算された信号を画像化する処理が可能であり、
前記補正テーブルは、前記試料の対応位置における電位を前記画像化された減算画像における一画素毎に関連付けた補正テーブルであることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
前記照射光学系は、前記試料上に一次電子ビームを走査する１次偏向器を有し、
前記電子ビーム装置は、前記１次偏向器と前記分離手段との間に設置された２次偏向器を有し、
前記２次偏向器は前記１次偏向器の偏向量に基づき、前記１次偏向器による前記電子の偏向量を減少させることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
前記試料と前記複数の検出器との光学的な経路間に、前記電子を集束させる非点補正器を有することを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
前記照射光学系は、前記試料に前記電子ビームを走査させる走査偏向器と、前記試料に前記電子ビームを収束させる対物レンズと、前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正器と、を有し、
前記条件判定回路は、前記電子ビームの焦点または非点または倍率の補正テーブルを有し、
前記補正テーブルと前記加算された信号と前記減算された信号とに基づき、
前記走査偏向器または前記対物レンズまたは前記非点収差補正器を制御することを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項８】
請求項３に記載の電子ビーム装置において、
前記条件判定回路は、
前記補正テーブルに基づき変更される前記照射条件には、前記電子ビームのチルト角が含まれることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
前記加算された信号に基づく、前記試料の測長値の補正の確度を表示する表示装置をもつことを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電子ビーム装置において、
同時刻に取得された試料の観察画像と試料の帯電状態との両方を表示する表示装置をもつことを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１１】
試料に電子ビームを照射するステップと、
前記試料から発生する電子をエネルギーに応じて分離するステップと、
前記分離された電子を複数の検出器で検出するステップと、
前記複数の検出器から出力されるそれぞれ複数の信号を加算及び減算するステップと、
前記加算された信号と前記減算された信号とに基づき、前記試料へ前記電子ビームを照射する条件と前記電子のエネルギーに応じて前記分離する条件とを定めるステップと、を有する電子ビーム観察方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子ビーム観察方法において、
前記減算された信号と前記試料の任意の位置における電位とを関連付けた補正テーブルに基づき、前記照射光学系における照射条件を変更するステップを有する電子ビーム観察方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の電子ビーム観察方法において、
前記減算された信号と前記加算された信号とから、前記試料の観察時における電界分布を算出して、前記電界分布から前記電子ビームの２次元的な分布を補正した後に計測することを特徴とした電子ビーム観察方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の電子ビーム観察方法において、
前記複数の検出器から同時刻に出力されるそれぞれ複数の信号を加算及び減算するステップと、
前記試料を計測前に帯電させる時に、前記加算された信号に基づき前記帯電の位置を判定し、前記減算された信号に基づき前記帯電の電位を判定するステップと、を有することを特徴とした電子ビーム観察方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の電子ビーム観察方法において、
前記試料に印加するリターディング電圧を変化させて、前記試料の電位と前記減算された信号の相関をとるステップを有することを特徴とする電子ビーム観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム装置、及び電子ビーム観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム装置は、微細な試料の観察や検査を行う電子ビーム検査および計測装置等がある。これらの装置は電子ビームを検出する手段を有し、試料に１次電子を入射し、試料を透過する電子や試料から発生する２次電子・オージェ電子・後方散乱電子（ＢＳＥ）等を検出することで、試料の観察や検査を行っている。
【０００３】
さらに、高精度な観察、検査を行うために、１次電子の直接計測や試料からの電子により観察された画像から、１次電子ビーム自体の形状・位置・電流の校正を行っている。特に、半導体デバイス等の観察、検査においては、年々進む微細化やデバイス構造の３次元化に伴い、観察部のコントラストがつきにくく、計測の弊害となっている。
【０００４】
電子ビームによる試料のコントラストは、試料の材質・電位・形状の情報が混在化した状態で形成される。これらは、試料の材質・電位・形状や１次電子の照射条件（単位時間あたりの入射電子数・入射角度・入射エネルギー）によって、試料から発生する２次電子もしくは後方散乱電子の発生量・出射角度・出射エネルギーが変化するために起こる。１次電子の照射条件、２次電子の出射角度やエネルギーを選択することで、観察したい箇所のコントラストを強調することができる。
【０００５】
近年、導体から絶縁体まで微細な試料の観察ニーズの増大に伴い、コントラストの調整手段が数多く提案されている。たとえば、１次電子の試料への入射エネルギーを変化させる方法や、１次電子の一定時間の照射量を調整することで試料の帯電状態を制御する方法、試料をあらかじめ帯電させておく方法、試料直上のバイアス電界によって２次電子を試料に戻す方法、エネルギーフィルタや複数の検出器を用いて２次電子を選択する方法などがある。
【０００６】
その中でも、試料の帯電は１次電子の照射位置に誤差を与えるために、試料の形状計測に誤差を与える。これらに対して、特許文献１では、試料の帯電電位をエネルギーフィルタで計測し、１次電子の照射位置ずれを見積もり、形状計測の結果を補正することが提案されている。
【０００７】
このようにして、電子ビーム装置における画像のコントラストは、１次電子の照射条件（照射エネルギー、１フレームごとの単位ピクセルあたりの電子数）、２次電子のエネルギー弁別を最適化し、強調することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０１５１１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、近年において高いアスペクト比をもつ穴底や溝など、３次元的な構造を持つ試料の計測ニーズが増大している。これらの試料から発生する電子は発生する電子が測定対象の構造の状態によって遮蔽されてしまうため、検出される電子量が減少する。このため、信号のＳ／Ｎ比が劣化し、画像の加算回数が増加して、測定時間が長くなる。
【００１０】
また、穴底や溝底の形状は画像のコントラスト自体も小さくなり、照射エネルギー、プローブ電流、１次電子の時間制御の条件などを最適にし、さらに２次電子を選別することでコントラストを強調する必要がある。２次電子の選別では、エネルギーフィルタを用いて、そのフィルタ電位を変化させて、フィルタ電位に対する明るさ変化のＳカーブと呼ばれる相関をとり、最終的には画像から最適条件を選ぶ必要がある。
【００１１】
これらのように、１次電子の照射条件と２次電子の選別条件の両方を変化させながら最適な観察条件を探索するので、探索パラメータの増加により探索時間が増大してしまう。さらに、１次電子の照射時間を制約しながら、２次電子の選別条件を探索することになり、連続照射が難しい試料によっては最適条件の探索自体が不可能な場合もある。したがって、上述した２つの条件を同時に取得できれば最適なコントラスト条件をすぐに判断できることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の電子ビーム装置は一例として、試料に電子ビームを照射する照射光学系と、前記試料から発生する電子をエネルギーに応じて分離する分離手段と、前記分離された電子を検出する複数の検出器と、前記複数の検出器から出力されるそれぞれ複数の信号を加算及び減算する演算回路と、前記加算された信号と前記減算された信号とに基づき、前記試料へ前記電子ビームを照射する条件と前記電子のエネルギーに応じて前記分離する条件とを定める条件判定回路とを有する。
【００１３】
また、本願の電子ビーム観察方法は一例として、試料に電子ビームを照射するステップと、前記試料から発生する電子をエネルギーに応じて分離するステップと、前記分離された電子を複数の検出器で検出するステップと、前記複数の検出器から出力されるそれぞれ複数の信号を加算及び減算するステップと、前記加算された信号と前記減算された信号とに基づき、前記試料へ前記電子ビームを照射する条件と前記電子のエネルギーに応じて前記分離する条件とを定めるステップとを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成によれば、画像コントラストの探索が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例であり、本発明を半導体向けの電子ビーム顕微鏡に適用した際の概略図である。
【図２】本発明の一実施例であり、最適な観察条件を選定する観察方法の概略図である。
【図３】本発明の一実施例であり、本発明を用いて深い穴底を持つ試料を観察する際の一例を示した概略図である。
【図４】本発明の一実施例であり、図１に補正テーブルを追加した際の概略図である。
【図５】本発明の一実施例であり、図２の観察方法を高精度化する観察方法の概略図である。
【図６】本発明の一実施例であり、本発明を用いて深溝と傾斜部を持つ試料を観察する際の一例を示した概略図である。
【図７】本発明の一実施例であり、図２の観察方法を高精度化する観察方法の概略図である。
【図８】本発明の一実施例であり、試料の形状と電位の情報から試料の形状情報を補正するための装置構成の概略図である。
【図９】本発明の一実施例であり、試料の形状と電位の情報から試料の形状情報を補正する観察方法を示す概略図である。
【図１０】試料の電位によって電子ビームの軌道が変化する一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施例であり、予備帯電時の照射位置と到達電位を計測する装置構成の概略図である
【図１２】本発明の一実施例であり、予備帯電時の照射位置と到達電位を計測する観察方法を示す概略図である。
【図１３】本発明の一実施例であり、検出器上の２次電子分布の挙動を示す概略図である。
【図１４】本発明の一実施例であり、検出器上の２次電子分布を調整する方向を示した概略図である。
【図１５】本発明の一実施例であり、ユーザが使用するディスプレイでの一例を示した概略図である。
【図１６】本発明の一実施例であり、ユーザに計測再現性の低下の警告を与えるディスプレイでの一例を示した概略図である。
【図１７】本発明の一実施例であり、８つの検出器を用いて２次電子を選別する際の一例を示す概略図である。
【図１８】本発明の一実施例であり、エネルギーフィルタの機能を持つ複数の検出器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
電子のエネルギーを分離する偏向手段は電子のエネルギーによって偏向感度が変化するため、通過する電子のエネルギーごとに電子の到達位置は変化する。このため、試料における帯電などの電位変化に従い電磁重畳手段を通過する電子のエネルギーが変化するため、偏向方向に配置された複数の検出器の信号比が変化する。これにより、試料の形状情報が反映された画像と、試料からの発生した電子の初期エネルギー情報が反映された画像の両方を同時に取得することが可能となる。
【００１７】
なお、複数検出器からのそれぞれの信号の演算処理によって、コントラストを強調することも可能であるが、１次電子の照射条件を選定する際に、演算処理の最適条件を探索すると、前述のとおり探索パラメータを増大させてしまうことになり、探索時間短縮を実現できない。また、たとえば減算画像のみに注目した場合では試料の形状情報がないため、コントラストを強調したい箇所が特定できない。本構成では、これらの課題を解決するために、加算画像と減算画像を同時に取得し、観察したい箇所の特定と最適なコントラスト条件を決めるための検出電子のフィルタ条件をすぐに判断可能とする。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第一の実施例について、図１を用いて装置構成を示す。図１は電子ビーム装置として、試料から発生する２次電子を用いて、半導体向けの計測ＳＥＭとしたものである。これは、真空筐体１０１、電子ビーム発生手段（電子源）１０２、ブランキング電極１０３、電流制限絞り１０４、二つのコンデンサレンズ１０５、試料から発生した電子を１次電子の光軸上から分離するＥ×Ｂ偏向器１０６、対物レンズ１０７、偏向器１０８、非点補正器１０９、試料１１０、試料を搭載し、試料にリターディング電圧を印加して可動できるステージ１１１、２次電子をエネルギー分離させるセクター電極１１２、２次電子をフィルタリングするエネルギーフィルタ１１３、複数に分割された電子ビーム検出器１１４、分割された検出器からのそれぞれの信号を増幅する信号増幅回路１１５、複数の増幅回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換する手段１１６、それらの信号を加算する加算演算器１１７、減算演算器１１８、それらの加算・減算信号を画像化して表示するディスプレイ１１９、加算信号画像内でユーザが指定した観察部のコントラストと試料電位を算出し、十分なコントラストが取れる条件を決定するフィルタリング条件判定手段１２０、走査信号を発生し、各レンズ、ステージ等を制御し、それらを調整することで１次電子の試料への入射エネルギーや電流、照射時間や間隔等を制御することが可能なＳＥＭ制御部１２１とで構成される。
【００１９】
図２を用いて、これらの構成により試料への最適照射条件および２次電子の最適フィルタリング条件を決める手段の最適値を求める手順について説明する。まず、ステップ２０１で１次電子の初期照射条件を決定し、ＳＥＭ制御部１２１でそれらを設定、画像取得動作を行う。１次電子の照射条件は、試料に入射する照射エネルギーもしくはプローブ電流、試料上のスキャン速度や画像の加算回数、照射時間の制御であっても良い。本実施例では照射エネルギーとスキャン速度と画像加算回数とした。これにより、ステップ２０２で加算画像と減算画像が同時に得られる。それぞれの画像は、加算画像が形状情報含んだ通常のＳＥＭ画像、減算画像が試料の電位情報をもっている。
【００２０】
図１３を用いて、減算画像が試料の電位を反映する様子を説明する。図１３は、帯電がほとんどない場合に検出器上での２次電子の到達分布１３０１を示す。セクター電極１１２の偏向方向に合わせて配置された複数に分割された検出器Ａ１３０２、検出器Ｂ１３０３、検出器Ｃ１３０４、検出器Ｄ１３０５で検出する。加算信号とは（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、減算信号とは（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）となる。すなわち、減算信号とは隣り合う検出器の信号を加算し、残る２つの検出器の信号を加算したものから減算する。セクター電極１１２は電子のエネルギーによって偏向感度が変化するため、通過する電子のエネルギーごとに電子の到達位置は変化する。試料の帯電があった場合は、帯電電位をもつ試料からの２次電子分布１３０６のように、帯電電位によって到達位置の変化１３０７が見られる。
【００２１】
ステップ２０３において、画像内で観察したい箇所の特定がなされていない場合、図３のように加算画像３０２内の特定位置を選択する。図３は深い穴底を持つ試料の穴底の部分を強調して観察する場合の一例である。試料の断面構造３０１をもつ試料において、加算画像３０２、減算画像３０３の一例を示した。試料の構造の情報を比較的に多く反映する加算画像から観察したい箇所を選択する。この作業は、ユーザがディスプレイ１１９で画像を確認しながら選択してもよいし、あらかじめパターンのレイアウトが分かっている場合などは自動で選択しても良い。この作業がなされている場合は、ステップ２０４において、フィルタリング条件判定手段１２０において減算画像から選択された領域と同じ位置の電位情報を算出する。電位情報を算出するためには、あらかじめ試料の電位を変化させて校正を行うことで、算出精度を向上させる。この方法については後述の実施例２で説明する。
【００２２】
たとえば、壁面部３０５に対して、穴底部３０４のコントラストを最大化したい場合など、壁面部３０５と穴底部３０４の電位差から、もっとも最適なフィルタリング条件を算出する。ステップ２０６でこのフィルタ条件でエネルギーフィルタ１１３にフィルタ電位を設定し、ステップ２０７で加算画像を取得し、そのコントラストを確認する。ステップ２０８において、フィルタリング条件判定手段１２０が指定された領域のコントラストを算出する。ステップ２０９において、このコントラストが観察に適している条件かを判断する。ここで、十分なコントラストが得られていない場合は、ステップ２０１に戻り、照射条件を変更する。十分なコントラストが得られた場合は、ステップ２０７で得られた画像を最終的な出力画像となる。
【００２３】
これらにより、２次電子のフィルタ条件の選定時間を短縮し、コントラスト最適化のための時間を大幅に短縮することが可能となる。最終的に得られた出力画像に対して、さらにコントラストを強調したい場合は、複数の検出器の信号ごとの演算処理を行ってもよい。たとえば、図１７のように８個に分割された検出器を用いると、試料から発生する際の２次電子の放出角度によって選別が可能となる。
【００２４】
図３のような深い穴底を持つ試料の場合、穴底からの信号は試料に対してほぼ垂直に出射する電子が多くなり、外側の検出器１７０１などを加算信号から減算すると、穴底からの信号を強調することができる。これらは、本発明で１次電子の照射条件を試料の帯電状態を最適な状態にするように選択したことで、さらに有効になる。
【００２５】
本発明は最適な照射条件を選定することが目的であり、上記形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、本実施例では光軸から分離するための電磁重畳偏向器とエネルギー分離するセクター電極とを別々にしたが、エネルギーを分離するためには電磁重畳偏向器だけでもよい。また、エネルギーフィルタの形態を電極としたが、メッシュ電極であってもよい。
【００２６】
また、図１８に示すように検出器を多数に分割し、必要な検出器のみ加算するエネルギーフィルタ機能をもつ検出器であっても良い。また、検出する電子を２次電子としたが、オージェ電子、後方散乱電子を用いてもよい。
【００２７】
このように、検出器に検出される電子の総量によって明度が決まる画像と、試料からの発生した電子の初期エネルギーによって明度が決まる画像の両方を同時に取得していく。これにより、観察したい箇所の選定と同時にその領域の電位情報から２次電子の選定条件（エネルギーフィルタの最適値）をすぐに判定することが可能となる。さらに、１次電子の照射条件の最適化において、照射時間に制約がある場合でも最適コントラストの探索が容易となる。
【実施例２】
【００２８】
本発明の第二の実施例について、図４を用いて電子ビーム装置の装置構成を示す。なお、実施例１に記載の内容は特段の事情がない限り、本実施例にも適用できる。本実施例は図１のフィルタリング条件判定手段１２０が試料電位の補正テーブル４０１を持ち、光軸から分離した２次電子を振り戻す２次偏向器４０２、セクターによる偏向方向に垂直な向きに２次電子を収束させる非点補正器４０３をもつ。
【００２９】
図５を用いてこれを用いた最適照射条件および２次電子の最適フィルタリング条件を決める手順について説明する。たとえば、図６のような深溝で傾斜状の断面を持つ試料６０１を観察する。このように傾斜部６０４に複数層をもつ試料の観察においては、層ごとのコントラストがつきにくく、観察が比較的難しい。このような試料において、本実施例は特に有効である。
【００３０】
また、コントラストがつきにくい傾斜試料の観察には、後方散乱電子を用いて同様な測定を行うことで、材質が違う観察箇所の特定を容易にするとともに、試料の傾斜構造に影響しにくい電位画像を形成することが可能となる。
【００３１】
まず、ステップ５０１において、試料の帯電を起こしにくい１次電子６０２の照射条件を選定する。これはたとえば、プローブ電流が小さく、帯電の緩和時間を十分にとることで実現できる。また、試料の傾斜部６０４を観察しやすいように１次電子６０２にチルト角６０３を与えて走査する。これにより、ステップ５０２で加算画像６０５と減算画像６０７を取得する。ステップ５０３でリターディング電圧を指定回数終了したかを判定し、終了していない場合はステップ５０１に戻る。指定回数が終了したら、実施例１と同様に観察部の指定がなされているかを判定する。観察部の指定がなされていない場合は、試料の構造の情報を比較的に多く反映する加算画像から観察したい箇所６０６を選択する。この作業は、ユーザが選択してもよいし、あらかじめパターンのレイアウトが分かっている場合などは自動処理で行っても良い。
【００３２】
ステップ５０４において、リターディング電圧に対するそれぞれの減算画像の明るさを算出し、それらを記憶する。これにより、傾斜部のような高さが変化した試料において、電位換算の補正テーブル４０１を作成する。本実施例では、この補正テーブル４０１は画像の座標ごとに対応して作成される。補正テーブル４０１は試料へのリターディング電圧からの差分（試料の電位に相等する）、画像の座標に対してそれぞれ補正データを持つことになる。同じ座標では試料の電位に対して、差画像の明るさはほぼ比例で変化することが推測され、試料の電位に対しては複数点とることで、中間値は線形補間から算出することが可能である。
【００３３】
この後、実施例１と同様に照射条件の指定から、加算画像・減算画像の取得を行う。ステップ５０６で補正テーブルから試料の電位を見積もる。実施例１と同様に、２次電子のフィルタ条件を決定し、加算画像を取得する。最適なコントラストが得られるまで照射条件を選定する。これにより、試料の高さが変化するような複雑な試料に対しても、高精度に試料電位を見積もり、フィルタ条件を選定することが可能となった。また、画像位置の変化に伴う２次電子の初期位置ずれについても補正することが可能となり、広い視野でのコントラストの最適化においても、試料電位を高精度に見積もり、フィルタ電位を決めることが可能となった。
【００３４】
本発明は最適な照射条件を選定することが目的であり、上記形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、チルト角を照射条件変化に加える場合は、最適コントラストが得られていない場合にはステップ５０１まで戻り、補正テーブルを作成しなすことで対応可能である。
【実施例３】
【００３５】
２次偏向器４０２により画像の位置ごとの２次電子の検出器での到達位置のずれを最小にすることが可能である。１次電子用の偏向器１０８による２次電子の偏向作用を打ち消すように２次偏向器４０２に偏向器１０８と同期した逆向きの偏向電圧を印加する。これにより、補正テーブル４０２を作成することで、試料の電位を際の精度を向上することが可能となる。
【実施例４】
【００３６】
セクター電極１１２による偏向方向に垂直な向きに２次電子を収束させる非点補正器４０３を印加することで、試料の電位に対する減算画像の明るさ変化を大きくする。
【００３７】
図１４は、検出器上での２次電子分布と非点補正器４０３による偏向方向１４０１を示す。この作用により２次電子はエネルギー分離する方向に広がり、垂直方向に収束されるため、試料の電位変化に対して、差画像の信号変化が大きくなる。このため、高精度に試料電位を算出することが可能となり、最適なフィルタ電位の選定に有効となった。
【実施例５】
【００３８】
次に、実施例１において２次電子の加算画像からでは観察箇所の指定が困難な場合の照射条件の選定方法を、図７を用いて説明する。
【００３９】
図２と同様のステップ２０３において、観察箇所の特定がなされていない場合、ステップ７０１において、観察箇所の特定が可能かどうかを判定する。ユーザが判定するか、もしくは自動で判定してもよい。いずれにせよ、特定が可能であれば、図２のステップ２０５に進む。特定が不可能であれば、後方散乱電子を取得するモード（ＢＳＥモード）に切り替える。これは、たとえば図１において試料から発生した電子を１次電子の光軸上から分離するＥ×Ｂ偏向器１０６の偏向条件を強くすることで、後方散乱電子のみを検出器に導くことが可能である。
【００４０】
また、セクター電極１１２の強度を強くしても同じである。このように、後方散乱電子を取得するモードに切り替えて、ステップ２０２に戻る。これにより、後方散乱電子により試料の材質によるコントラストを出すことで、観察箇所の特定を容易にする。ステップ７０３において、フィルタ電位を取得した後、２次電子モードに戻して、最終的な加算画像を取得する。
【００４１】
本発明は最適な照射条件を選定することが目的であり、上記形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、ステップ７０３で２次電子モードに切り替えたが、後方散乱電子のままで最終的な加算画像を取得してもよい。
【実施例６】
【００４２】
本実施例では、最適な照射条件取得後、帯電による観察画像の歪みを校正する構成について述べる。なお、実施例１に記載の内容は特段の事情がない限り、本実施例にも適用できる。
【００４３】
帯電による観察画像の歪みは、検出される電子量を多くするために試料の帯電を行うと、１次電子の焦点や偏向倍率のずれなどをが生じる。特許文献１では試料の一部の帯電を計測して、画像範囲内の帯電量を同心状に概算して、焦点位置や倍率を換算して測長値に補正をかけている。しかし、試料の段差部の帯電やパターン密度が複雑な場合の帯電電位は２次元的なばらつきがあり、ＸＹでの焦点ずれ（非点収差）やＸＹの偏向倍率のずれまで引き起こしてしまう。特に、試料の段差箇所では２次電子の発生量が大きくなり、そのエッジを検出することで試料の形状情報を取得しやすいが、その反面２次電子の発生量が多いために帯電が発生しやすい。このように、２次元的に不均一に広がる帯電が試料計測値のずれを引き起こし、これらが照射量によって変化するために計測再現性の低下を引き起こす。さらに、観察と同時に進行する帯電変化により、照射条件の選定によってはユーザが気づかずに計測再現性を落としてしまう。
【００４４】
図８を用いて本実施例の装置の構成を説明する、加算演算器１１７と減算演算器１１８からの信号から試料の形状情報を補正する補正演算器８０１を持つ。この補正演算部８０１はその内部に電界演算部８０２と補正演算部８０３、補正テーブル８０４をもつ。
【００４５】
次に図９を用いて、これによる試料の形状計測値を補正する方法について説明する。まず、ステップ９０１において、試料の帯電を起こしにくい照射条件に設定し、ステップ９０２において加算画像と減算画像を取得する。ステップ９０３において、リターディング電圧を変化させるステップが終了しているかを判定し、終了していない場合は、リターディング電圧を変化させて、ステップ９０１に戻る。ステップが終了している場合は、測長箇所の指定の判定するステップ９０４に進む。測長箇所の指定が終わっていない場合は、加算画像からユーザの指定または自動判定により測長箇所の指定を行う。
【００４６】
その後、ステップ９０５において、画像の座標ごとにリターディング電圧に対するそれぞれの減算画像の明るさを算出し、それらを記憶する。これにより、画像の座標ごとに電位換算の補正テーブル８０４を作成する。また、この補正テーブルは周囲の電界に対して、あらかじめ焦点・非点・倍率などの補正係数をもっていてもよい。次に、ステップ９０７において観察用の照射条件に設定し、ステップ９０８で加算画像と減算画像を取得する。ステップ９０９において、電界演算部８０２が加算画像から試料形状の位置情報と減算画像の電位情報を抽出し、ステップ９１０で電界演算を行う。これらにより、観察領域内の電界分布が見積もられる。
【００４７】
図１０は、帯電しやすい穴底をもつ試料１００１の断面構造と試料の電位と１次電子の軌道の模式図である。試料の電位により電界分布に歪があると、通常垂直に入射する１次電子１００２の軌道に対して、穴底部では１次電子１００３のように軌道を変化させてしまう。これらは試料上の電界に従うため、ステップ９０５で指定された観察領域内で電子の軌道を補正するための補正演算を補正演算器８０１が行う。ステップ９１２において、補正演算器８０１が補正係数をＳＥＭ制御部１２１に送り、ＳＥＭ制御部１２１がその補正係数に従って、対物レンズ１０７の励磁や偏向器１０８の倍率およびＸＹ倍率比、非点補正器１０９などを制御する。ステップ９１３において、再度画像を取得する。これにより、ステップ９１４において、測長値を出力する。
【００４８】
本発明は試料の帯電電位による形状の測長値を補正することが目的であり、上記形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、補正テーブル８０４をもつ構成を示したが、補正の精度によっては必ずしも必要とは限らない。
【００４９】
このように、電位と形状の同時取得により、観察視野内の電界分布を算出することが可能であり、焦点・倍率補正に加え、非点・ＸＹ倍率補正なども可能となる。これにより、２次元的に不均一な帯電が引き起こす計測誤差も補正することが可能となり、２次元パターンの計測精度を向上させることが可能となる。
【実施例７】
【００５０】
本実施例では、試料の予備帯電を行う際の予備帯電量のリアルタイム測定と、予備帯電箇所の特定を行う方法について述べる。
【００５１】
すなわち、コントラスト強調するために行う予備帯電では、試料観察前に電子や紫外光を試料に照射する。これらの到達帯電電位は試料の表面状態などでばらつくため、照射時にリアルタイムに帯電を計測することが必要である。また、観察範囲に均等に照射し、観察までの時間を短縮するため、予備帯電時は対物レンズなどを大きく変化させ、デフォーカスした電子を試料に照射する方法が使用されるが、これらの方法は電子の照射位置に装置によってばらつきがあるため、予備帯電箇所の特定を困難にしている。
【００５２】
図１１は、予備帯電用の照射手段１１０１と複数の検出信号のそれぞれの信号を処理する手段と、加算演算処理する手段と、減算処理する手段と、それらの信号を記憶する手段するとを備えた信号演算処理手段１１０２をもつ。予備帯電用の照射手段１１０１は紫外光照射手段や電子ビーム照射手段を用いたものなどがあるが、ここでは紫外光照射手段を示す。
【００５３】
ここでは、図１２を用いて、本構成における予備帯電方法を説明する。まず、ステップ１２０１で試料が帯電しない照射条件に設定し、画像位置に対する各検出器の信号を信号演算処理手段１１０２に記憶する。これらは、たとえば図１３における４つの検出器を検出器ごとに記憶する。
【００５４】
次に、ステップ１２０３において、予備帯電を試料が帯電しない程度に照射する。このときの４つの検出器の出力信号と、先ほど記憶した各検出器の出力信号から照射された位置を抽出する。これは、試料から発生する２次電子が偏向器による位置ずれの作用を受けるため、画像の位置ごとに４つの出力信号に差ができることを利用して、予備帯電開始時の照射位置を見積もっている。
【００５５】
次にステップ１２０５で予備帯電を開始する。ステップ１２０６では、信号演算処理手段１１０２で減算信号｛（検出器Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝から試料の到達電位を算出する。ステップ１２０７で所望な試料電位に到達しているかを判定する。所望な帯電が得られるまで照射を続け、その後次のステップに移る。
【００５６】
これより、予備帯電が終了し、計測ビームに切り替えて、計測を開始する。このように予備帯電時の到達帯電電位のリアルタイムなモニタリングにより、予備帯電制御の精度を向上させることができる。さらに、無帯電時の走査位置ごとの検出面での位置情報を記憶させておくことで、予備帯電される領域の位置を確認することができた。
【００５７】
本発明は試料の予備帯電を制御することが目的であり、上記形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、本実施例では予備帯電照射手段１１０１を示したが、これらは１次電子ビームを用いても行うことができる。
【００５８】
このように、予備帯電時の到達帯電電位をリアルタイムに計測できるため、予備帯電の制御性が向上し、試料状態に左右されない安定した観察が可能となる。さらに、無帯電時の走査位置ごとの検出面での位置情報を記憶させておくことで、予備帯電される領域の位置を確認することができる。
【実施例８】
【００５９】
図１５では、ユーザが実施例６における帯電に対する補正を使用するかしないかを判断できるディスプレイ上の一実施例を示す。ユーザは補正のＯＮ／ＯＦＦ選択手段１５０１をチェックすることで、補正結果を出力するかを選択できる。これにより、チェックを入れることで、補正値１５０４が出力される。また、補正結果の表示に関わらず、測長時に試料の帯電を減算画像よりリアルタイムにモニタリングし、帯電レベルの表示部１５０２をもつ。また、帯電後の補正値の確度を示す表示部１５０３があってもよい。
【００６０】
さらに、図１６では、帯電レベルが高くなり、測長に大きく影響する値になるとアラームを出す機能を加えたものである。帯電レベル表示部１６０１がアラーム色で表示する場合を示した。これらのアラームは、ユーザが閾値をあらかじめ設定してもよい。
【００６１】
また、補正値の表示は補正の確度がユーザの求める値以上であれば、自動的に表示するなどの機能があってもよい。これらにより、ユーザが帯電による補正を行うか行わないかを選択できる。さらに、帯電のモニタ結果をリアルタイムに可視化することが可能となる。帯電が大きくなり測長値に誤差を与える場合にアラームを出すことも可能となり、測長値の高精度化と信頼性を向上することができた。
【００６２】
本発明はユーザが機能を選択可能になることや、帯電のリアルタイムな状況を可視化されることが目的であり、ディスプレイ上の表示の詳細については上記の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、帯電のモニタ結果は、減算画像から推定される電位の２次元分布を画像として表示してもよいし、電位ごとに加算画像の色を変えて表示してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図６】
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【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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