(57)【要約】【課題】試料に形成された微細な凹部の側壁の状態を正確に観察することが可能な電子線装置、および試料観察方法を提供する。【解決手段】二次電子線検出器（検出器）５６は、複数の検出要素７１，７１…を配列して形成されている。即ち、二次電子線検出器５６は、複数の検出要素７１，７１…に分割されている。二次電子線検出器５６を、複数の検出要素７１，７１…を配列したものから構成することによって、二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる位置にある検出要素７１，７１…で二次電子の検出を行うことが可能になる。即ち、二次電子を検出した検出要素７１の配置位置に応じて、二次電子の放出角度を特定することが可能になる【選択図】図３
2015115239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に向けて電子線を照射する電子線光学系、前記電子線の反射電子によって生じた二次電子を検出する検出系からなる電子線光学要素を有し、
前記検出系は、複数の検出要素を配列してなる検出器を備え、
前記二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる前記検出要素によって前記二次電子を検出することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
複数の前記検出要素のそれぞれに対して、個々に利得回路を有し、個々の前記検出要素は、独立して利得の設定が可能であることを特徴とする請求項１記載の電子線装置。
【請求項３】
複数の前記利得回路のそれぞれに対して、独立して利得の設定を行う利得制御部を有することを特徴とする請求項１または２記載の電子線装置。
【請求項４】
前記電子線の光軸上に、前記二次電子を分離して前記検出器に誘導する分離器を有することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の電子線装置。
【請求項５】
試料表面に電子線を照射する電子線光学系、前記電子線の反射電子によって生じた二次電子を検出する検出系からなる電子線光学要素を有し、前記検出系は、複数の検出要素を配列してなる検出器を備え、前記二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる前記検出要素によって前記二次電子を検出する電子線装置を用いて、前記試料を観察する試料観察方法であって、
前記試料に形成された微細な凹部に向けて、前記電子線を選択的に照射する照射工程と、
前記二次電子を前記検出器によって検出する工程と、
前記二次電子を検出した前記検出要素の形成位置に応じて、該二次電子が生じた前記凹部内での位置を特定する工程と、
前記凹部の深さ方向に沿った側壁を含む画像情報を生成する工程と、
を備えたことを特徴とする試料観察方法。
【請求項６】
前記検出要素の個々の利得を個別に設定する工程と、
個々の前記検出要素で検出された信号を加算し、前記凹部の深さ方向に沿った側壁の高精細画像を得る工程を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の試料観察方法。
【請求項７】
個々の前記検出要素で検出された信号どうしの差分を演算し、前記凹部内の特定領域の高精細画像を得る工程を更に備えたことを特徴とする請求項５または６記載の試料観察方法。
【請求項８】
前記試料の表面全体に前記電子線を照射して、前記試料における前記凹部の位置を予め検出する工程を更に備えたことを特徴とする請求項５ないし７いずれか１項記載の試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線装置、および試料観察方法に関し、詳しくは、試料の微細な凹部の高精度な観察を可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子などに利用する回路パターンが形成されたウェハ(半導体基板)には、微細な導電パターンを形成するための深溝や、厚み方向に積層された導電パターンどうしを接続するためのコンタクトホールなどが形成されている。このような深溝やコンタクトホールが形成されたウェハを検査する際には、深溝やコンタクトホールなどにおける、ウェハの厚み方向に沿った側壁も正確に観察し、こうした側壁に存在する欠陥を検出する必要が生じている。
【０００３】
従来、ウェハの検査に用いられる電子線検査装置では、深溝やコンタクトホールに電子線を入射し、さまざまに角度で方向に放出される二次電子をすべて一律にまとめて検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２１６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように、ウェハーからさまざまな角度で方向に放出される二次電子をすべて一律にまとめて検出する検出方法では、深溝やコンタクトホールのうち、底や側壁のいずれの深さ位置から電子が放出されているのかを正確に選別することが困難であった。また、二次電子の信号強度の変化を検出しても、深溝やコンタクトホールの、どの深さ位置に欠陥が存在するのかを特定することは困難であった。さらに、二次電子をすべて一律にまとめて検出する方法では、ウェハの表層付近に存在する深溝やコンタクトホールのエッジ部分の信号が強調されてしまうため、深溝やコンタクトホールの側壁の状態を観察することは困難であった。
【０００６】
深溝やコンタクトホールの側壁から放出される二次電子は、入射した電子線によって生じた反射電子が側壁に入射することによって生じる。したがって、側壁で生じる二次電子の量は極めて少なく、微弱な信号となる。そのため、ウェハの表面から生じた二次電子の信号を検出するために最適化された、従来の利得を持った検出器では、こうした側壁からの微弱な二次電子の検出は極めて困難である。よって、深溝やコンタクトホールの側壁を精密に観察するためには、微弱な二次電子を検出できる利得を持つ検出器が必須である。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、試料に形成された微細な凹部の側壁の状態を正確に観察することが可能な電子線装置、および試料観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような電子線装置、試料観察方法を提供した。すなわち、本発明の電子線装置は、試料に向けて電子線を照射する電子線光学系、前記電子線の反射電子によって生じた二次電子を検出する検出系からなる電子線光学要素を有し、
前記検出系は、複数の検出要素を配列してなる検出器を備え、前記二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる前記検出要素によって前記二次電子を検出することを特徴とする。
【０００９】
複数の前記検出要素のそれぞれに対して、個々に利得回路を有し、個々の前記検出要素は、独立して利得の設定が可能であることを特徴とする。
【００１０】
複数の前記利得回路のそれぞれに対して、独立して利得の設定を行う利得制御部を有することを特徴とする。
【００１１】
前記電子線の光軸上に、前記二次電子を分離して前記検出器に誘導する分離器を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の試料観察方法は、試料表面に電子線を照射する電子線光学系、前記電子線の反射電子によって生じた二次電子を検出する検出系からなる電子線光学要素を有し、前記検出系は、複数の検出要素を配列してなる検出器を備え、前記二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる前記検出要素によって前記二次電子を検出する電子線装置を用いて、前記試料を観察する試料観察方法であって、
前記試料に形成された微細な凹部に向けて、前記電子線を選択的に照射する照射工程と、前記二次電子を前記検出器によって検出する工程と、前記二次電子を検出した前記検出要素の形成位置に応じて、該二次電子が生じた前記凹部内での位置を特定する工程と、前記凹部の深さ方向に沿った側壁を含む画像情報を生成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記検出要素の個々の利得を個別に設定する工程と、個々の前記検出要素で検出された信号を加算し、前記凹部の深さ方向に沿った側壁の高精細画像を得る工程を更に備えたことを特徴とする。
【００１４】
個々の前記検出要素で検出された信号どうしの差分を演算し、前記凹部内の特定領域の高精細画像を得る工程を更に備えたことを特徴とする。
【００１５】
前記試料の表面全体に前記電子線を照射して、前記試料における前記凹部の位置を予め検出する工程を更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電子線装置によれば、複数の検出要素を配列してなる検出器を備え、二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる前記検出要素によって二次電子を検出することによって、試料に形成された微細な凹部の側壁の状態を正確、かつ高精度に観察することが可能になる。
【００１７】
また、本発明の試料観察方法によれば、複数の検出要素を配列した検出器を備えた電子線装置を用いて、試料に形成された微細な凹部とその周縁部に向けて電子線を選択的に照射し、二次電子を検出した検出要素の形成位置に応じて、二次電子が生じた凹部内での位置を特定することによって、試料に形成された微細な凹部の側壁の状態を正確、かつ高精度に観察することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態における電子線装置を示す概要図である。
【図２】電子線カラムの長手方向に沿った断面を示す概略構成図である。
【図３】二次電子線検出器の構成を示す概略構成図である。
【図４】深溝から放出される二次電子の様子を示す断面図である。
【図５】二次電子の放出角度に応じた分布を示すグラフである。
【図６】側壁で生じる二次電子の放出の様子を示す模式図である。
【図７】電子線を走査しつつ側壁から放出される二次電子の様子を示す模式図である。
【図８】二次電子線検出器の利得を設定するための構成を示す構成図である。
【図９】本発明による凹部の観察例を示す模式図である。
【図１０】本発明による凹部の観察例を示す写真である。
【図１１】本発明の試料観察方法を段階的に示したフローチャートである。
【図１２】本発明の別な試料観察方法を段階的に示したフローチャートである。
【図１３】本発明の第二実施形態における電子線装置の電子線カラムを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る電子線装置の一実施形態として、電子線を用いた半導体ウェハの検査装置について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２０】
（電子線装置：第一実施形態）
図１は、本実施形態における電子線装置の全体構成を示した概要図である。
本発明の電子線装置（検査装置）１０は、チャンバーユニット１１と、このチャンバーユニット１１内に収容される電子線カラム２１と、電子線カラム２１に接続される制御電源３と、これら制御電源３１に接続されるコンピュータ４１とを備えている。
【００２１】
チャンバーユニット１１は、第一チャンバー（ウェハチャンバー）１２、第二チャンバー（中間室チャンバー）１３、および第三チャンバー（電子銃室チャンバー）１４とから構成されている。第一チャンバー１２、第二チャンバー１３，第三チャンバー１４は、互いに異なる真空度に設定可能な独立した空間を成し、かつ、互いに隣接して配されている。
【００２２】
第一チャンバー１２、第二チャンバー１３、および第三チャンバー１４は、それぞれ内部を所定の真空度にするための真空ポンプ１５、１６、１７が接続されている。電子線カラム２１は、これら第一〜第三チャンバー１２、１３，１４を貫通するように配置される。電子線カラム２１の構成は後ほど詳述する。
【００２３】
第一チャンバー（ウェハチャンバー）１２には、例えば、表層に半導体集積回路が形成されたウェハ（試料）Ｗを載置するためのステージ１８が配されている。このステージ１８の一面に、被検査物であるウェハ（試料）Ｗが載置される。ステージ１８は、ウェハＷの主面に沿って任意の方向に移動可能に形成され、検査時には、ウェハＷを所定の方向に沿って所定の移動速度で移動させる。ウェハＷに形成される半導体集積回路には、深溝やコンタクトホールなどの凹部が形成されている。
【００２４】
制御電源３１は、電子線カラム２１に対して入力されるスキャン電圧を入力する。こうした制御電源３１から出力される信号は、例えば、高電圧電流、高周波電流などが挙げられる。また、制御電源３１には、補正機構が更に備えられていることが好ましい。この補正機構は、例えば、制御電源３１から出力される信号、例えば高周波電圧の位相ずれの補正、走査信号の待機時間の補正、フィルターなど制御電流回路の切り替えなどを行う。
【００２５】
コンピュータ４１は、電子線カラム２１に対する制御命令を入力し、また、ウェハＷに電子線を照射して得られる、深溝やコンタクトホールなどの凹部を含む配線パターンの形状を反映した二次電子線の出力信号（二次電子線）に基づいて、配線パターンの画像を形成する。なお、こうした電子線装置１０を回路パターンの検査装置として利用する場合には、コンピュータ４１は、複数の配線パターンどうしの画像を比較し、画像どうしで差異があるか否かを検出する。そして、画像どうしの比較で差異がある場合は、回路パターンの形成異常として出力する構成とすればよい。
【００２６】
図２は、電子線カラムの長手方向に沿った断面を示す概略構成図である。
電子線カラム２１は、外形形状が細長い略筒状の外装体２２を備える。外装体２２は、例えば金属の筒で構成されており、機械的に中心軸が確保された構造である。金属の材質としては、例えば、ステンレス、鉄、リン青銅、アルミ、チタン等で構成される。さらにパーマロイ、ミューメタル等の高透磁率を有する合金製の磁気シールドが追加で施されていることも好ましい。こうした外装体２２には、外装体２２の内部を真空排気するためのガス抜き穴（図示略）が複数設けられている。ガス抜き穴によって、電子線が通過する領域の真空度を高めることができる。
【００２７】
電子線カラム２１の外装体２２内部には、複数の電子線光学要素が収容されている。即ち、外装体の上から順に、電子銃５１、コンデンサレンズ５２、電子線絞り機構５３、光軸調整機構５４、ブランキング電極５５、二次電子線検出器５６、スキャン電極５７、および対物レンズ６９などが、外装体２２の内部に備えられている。このうち、二次電子線検出器５６が検出系を構成し、この検出系を除く電子線光学要素が電子線光学系を構成している。
【００２８】
電子銃５１は、例えば、ショットキー型、熱電界放出型電子銃が用いられる。こうした電子銃５１に加速電圧を印加することにより、電子線（電子ビーム）Ｅが放出される。コンデンサレンズ５２、電子線絞り機構５３、電子銃５１から放出された電子線Ｅを集光し、所望の電流となるように調節する。
光軸調整機構５４は、ビームの非点補正、光軸上のビーム位置、試料上でのビーム照射位置を調整する。
【００２９】
検出系を成す二次電子線検出器（検出器）５６は、電子線ＥがウェハＷに照射され、ウェハＷに形成された深溝、コンタクトホールなどに応じて放出された二次電子線Ｒを検出し、高電圧、高周波の検出信号（二次電子信号）として出力する。こうした検出信号は、伝達機構５８を介して電子線カラム２１の外部に取り出される。取り出された二次電子線検出器５６の出力信号は、例えば、プリアンプで増幅されＡＤ変換器により回路パターンの画像デジタルデータとなる。こうした画像デジタルデータはコンピュータ４１（図１参照）に入力される。こうした二次電子線検出器５６の詳細な構成は後ほど詳述する。
【００３０】
スキャン電極５７（電子線光学要素）は、外部から高周波の制御信号（電気信号）、例えば０〜４００Ｖの高周波電流を導入（印加）することにより、電子線Ｅを偏向させる。スキャン電極５７に任意の制御信号を印加することで電子線Ｅが偏向し、ウェハＷの主面上で任意の方向に沿って電子線Ｅを走査させることができる。こうした高周波の制御信号は、伝達機構５８を介して電子線カラム２１の外部からスキャン電極５７に導入される。対物レンズ６９は、スキャン電極５７によって偏向された電子線ＥをウェハＷの主面上で集束させる。
【００３１】
このような構成により、電子銃５１から放出された電子線ＥはウェハＷの主面上を走査され、ウェハＷに形成された深溝、コンタクトホールの形状、組成、帯電状況等を反映した二次電子線Ｒが二次電子線検出器５６（検出系）によって検出される。検出された二次電子線Ｒの検出信号を、例えばプリアンプやＡＤ変換器を介してコンピュータ４１で処理することにより、ウェハＷの主面上に形成された深溝やコンタクトホールなどを含む回路パターンなどの画像を得る。
【００３２】
これら電子線光学要素や、ステージ１８は、チャンバーユニット１１を構成する各チャンバーのうち、それぞれ必要とされる真空度に応じたチャンバーに収容される。即ち、電子線Ｅを放出するために最も高い真空度を必要とする電子銃５１やコンデンサレンズ５２は、内部が最も高い真空度に設定される第三チャンバー（電子銃室チャンバー）１４に配置される。また、電子線絞り機構５３、光軸調整機構５４、ブランキング電極５５は、第三チャンバー１４に次いで真空度の高い第二チャンバー（中間室チャンバー）１３に配置される。そして、二次電子線検出器（検出系）５６、スキャン電極５７、対物レンズ６９、およびウェハＷを載置するステージ１８は、比較的真空度の低い第一チャンバー（ウェハチャンバー）１２に配置される。これによって、全ての電子線光学要素やステージ１８、ウェハＷを電子線Ｅを放出するため必要なレベルの高真空環境にする必要がない。
【００３３】
次に、二次電子線検出器（検出器）５６について更に詳細に説明する。
図３は、電子線カラムの長手方向に沿った断面における二次電子線検出器の構成を示す概略構成図である。
二次電子線検出器（検出器）５６は、複数の検出要素７１，７１…を配列して形成されている。即ち、二次電子線検出器５６は、複数の検出要素７１，７１…に分割されている。それぞれの検出要素７１は、例えばシンチレータと光電子増倍管から構成される。個々の検出要素７１は互いに独立して二次電子を検出し、その強度信号をそれぞれ出力する。
また、二次電子線検出器（検出器）５６は、複数の検出要素７１，７１…が形成された半導体検出器から構成されていてもよい。
【００３４】
複数の検出要素７１，７１…は、例えば、ステージ１８の表面と平行に、線状に配列したり、あるいは、Ｘ方向とＹ方向に広がるように面状に配列したり、入射電子線が通る穴を中心として同心円状に配列されればよい。互いに隣接して配される検出要素７１，７１どうしの間は、二次電子が入射する検出面にギャップが生じないように、互いに密着して配置される。
【００３５】
このように、二次電子線検出器５６を、複数の検出要素７１，７１…を配列したものから構成することによって、二次電子の放出角度に応じて、互いに異なる位置にある検出要素７１，７１…で二次電子の検出を行うことが可能になる。即ち、二次電子を検出した検出要素７１の配置位置に応じて、二次電子の放出角度を特定することが可能になる。
【００３６】
ウェハに形成された凹部、例えば深溝の底部から発生した反射電子が、深溝の側壁に衝突することによって生じる二次電子は、深溝の幅と側壁の深さ方向の位置によって、放出される角度が決まる。
【００３７】
例えば、図４に示す深溝の断面図によれば、この深溝Ｐの幅をａ、深溝Ｐの深さをｂ、側壁Ｓの任意の深さ位置ｘから放出される二次電子の角度をθとした時に、側壁Ｓから放出された二次電子が深溝Ｐから脱出するには、以下の式（１）に示す範囲で放出される必要がある。
０＜θ＜ｔａｎ−１（ａ／（ｂ−ｘ））・・・（１）
図５は、ある角度範囲で深溝から放出される二次電子の個数と、深溝の底からの位置（深さ位置）ｘとの関係を測定し、二次電子の放出角度に応じた分布を示したものである。
【００３８】
こうした二次電子の放出特性に基づいて、ある角度範囲で放出された二次電子を選別して検出することにより、試料の凹部（深溝やコンタクトホール）における特定の深さ範囲の詳細な情報を得ることができる。また、互いに異なる二種類の角度の二次電子をそれぞれ検出し、互いの差分を計算することによって、二次電子が放出された凹部の深さ位置をより正確に検出することが可能になる。
【００３９】
これらの二次電子の検出方法によって、試料の表面における凹部のエッジ付近で生じる二次電子の強い信号を低減し、凹部の側壁における任意の深さ位置の構造を含む情報を得ることが可能となる。
【００４０】
図６は、深溝の底に電子線を照射した際に、側壁で生じる二次電子の放出の様子を示す模式図である。これによれば、深溝Ｐの底部Ｂに照射された二次電子は、この底部Ｂで反射され、反射電子が側壁Ｓに入射する。反射電子によって側壁Ｓから生じた二次電子は、側壁Ｓにおける深さ位置に応じて、互いに異なる角度で放出される。こうした互いに異なる角度で放出された二次電子を、その放出角度に応じて異なる検出要素７１，７１…で検出する。
【００４１】
例えば、図６に示す模式図では、放出角度がθ１〜θ２の範囲の二次電子を検出要素７１ａで検出する。また、放出角度がθ３〜θ４の範囲の二次電子を検出要素７１ｂで、放出角度がθ５〜θ６の範囲の二次電子を検出要素７１ｃでそれぞれ検出する。これによって、二次電子線検出器５６を構成する複数の検出要素７１，７１…のそれぞれと、二次電子の放出角度とか対応づけられ、深溝Ｐの側壁Ｓの詳細な情報、例えば、側壁表面の精細な電子顕微鏡画像を構築することができる。
【００４２】
また、例えば図７に示すように、電子線を深溝Ｐの底部Ｂに沿って走査しつつ、側壁Ｓから放出される二次電子を検出することによって、深溝Ｐの側壁Ｓにおける特定の深さの詳細な情報を得ることも可能である。
【００４３】
深溝の側壁やコンタクトホールから放出される二次電子は、電子線が底部で反射された反射電子によって生じるため、放出される数が極めて少なく、二次電子の微弱な信号を高感度に検出することが重要である。このため、二次電子線検出器５６を構成する検出要素７１，７１…は、それぞれ独立して利得の設定を可能としている。
【００４４】
図８は、二次電子線検出器の利得を設定するための構成を示す構成図である。
二次電子線検出器５６を構成する複数の検出要素７１，７１…のそれぞれには、利得制御部７２，７２…が接続されている。それぞれの利得制御部７２は、利得切替回路７３と、複数、例えば３つの利得回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃとから構成されている。利得回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃは、入力された二次電子の検出信号を所定の利得（ゲイン）の幅で増幅させる。利得回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃは、設定された利得（ゲイン）の幅が異なっており、例えば、利得回路７４ａは入力された二次電子の検出信号に対する増幅が最も小さく、利得回路７４ｃは増幅が最も大きい。
【００４５】
利得切替回路７３は、これら利得回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃのいずれかを選択して二次電子の検出信号を出力する。こうした利得制御部７２によって、複数の検出要素７１，７１…のそれぞれに対して、個々に利得回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃを対応させ、個々の検出要素７１は、独立して利得の設定が行える。
【００４６】
例えば、すべての放出角度で放出された二次電子を、同じ利得でまとめて測定した場合、各角度成分の信号が微弱なために、信号強度の強い表面からの信号に埋もれてしまい、特定の角度から放出された二次電子の信号を、十分な強度で選択的に検出することが極めて困難である。そこで、図８に示すように、二次電子線検出器５６を複数の検出要素７１，７１…に分割し、それぞれの検出要素７１ごとに利得を切り替え可能にすることで、特定の角度成分の二次電子のみ選択的に検出することが可能となる。
【００４７】
凹部（深溝やコンタクトホール）の側壁から放出された二次電子の微弱な検出信号は、これら利得制御部７２を構成する利得回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃによって、検出要素７１ごとに高い利得へと変換される。個々の利得制御部７２は、個々の検出要素７１に対して一対一で対応し、他の利得制御部７２とは連動しないので、個々の検出要素７１ごとに独立して所望の利得を設定することが可能になる。
【００４８】
これにより、例えば、任意の検出要素７１だけ利得を高く設定し、他の検出要素７１を低く設定することで、特定の角度で放出された二次電子の成分だけを高感度で測定するといった角度選別が可能となる。具体的な一例として、側壁の特定領域だけの高精細な電子顕微鏡画像を得ることも可能になる。こうした利得制御部７２による利得の具体的な選択範囲としては、例えば１０３〜１０１２の間で可変とすることが挙げられる。
【００４９】
利得制御部７２の出力側には、ＳＥＭ像構成回路７５が接続される。ＳＥＭ像構成回路７５は、それぞれの利得制御部７２，７２…から出力された、増幅された二次電子の検出信号どうしを加算、あるいは減算可能な演算機能を備えている。
【００５０】
ＳＥＭ像構成回路７５は、例えば、第一の放出角度範囲の二次電子の検出信号と、第二の放出角度範囲の二次電子の検出信号とを加算することによって、特定の角度成分のみならず、深溝やコンタクトホールの表面、底部、側壁の任意の領域のＳＥＭ観察像を構築することができる。また、ＳＥＭ像構成回路７５は、例えば、第一の放出角度範囲の二次電子の検出信号と、第二の放出角度範囲の二次電子の検出信号とを減算することによって、特定の角度成分の二次電子の検出信号を強調し、深溝やコンタクトホールの側壁の特定深さ位置における高精細なＳＥＭ観察像を構築することもできる。
【００５１】
なお、図８では利得を３段階で切り替える例を示しているが、２段階や、４段階以上に利得を切り替え可能にしてもよい。あるいは、段階的ではなく連続的に利得を切り替え可能な構成にしてもよい。
【００５２】
こうした二次電子線検出器５６を複数の検出要素７１，７１…に分割し、それぞれの検出要素７１に利得制御部７２を接続してなる電子線装置（検査装置）１０を用いて、図９に示す形状のコンタクトホールの観察を行った。図９（ａ）では、コンタクトホールＰの側壁Ｓは平坦である。一方、図９（ｂ）では、コンタクトホールＰの側壁Ｓのうち、表面から離れた部分に凹構造（欠陥）Ｖが形成されている。
【００５３】
このような図９（ａ）に示す深溝、および図９（ｂ）に示す深溝のＳＥＭ観察像を図１０に示す。このうち、図１０（ａ）は、図９（ａ）に示す欠陥の無いコンタクトホールのＳＥＭ観察像であり、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）に示す側壁に欠陥のあるコンタクトホールのＳＥＭ観察像である。このように、本発明の電子線装置１０を用いてコンタクトホールの側壁を観察すれば、放出される電子の量が異なり欠陥の有無により、従来の電子線装置では観察が困難であった明暗がＳＥＭ観察像として強調されるため、コンタクトホールの側壁に存在する欠陥の検出が可能となる。
【００５４】
（試料観察方法：第一実施形態）
上述した電子線装置を用いた、本発明の試料観察方法を説明する。
図１１は、本発明の試料観察方法を段階的に示したフローチャートである。この試料観察方法は、凹部の底面に向けて選択的に電子線を照射し、凹部の詳細な情報を得る例である。
まず、凹部を含む試料全体に電子線を照射する。これにより、試料における凹部の位置や表面形状を観察する（Ｓ１）。
次に、凹部を観察する際の利得（ゲイン）を、二次電子線検出器を構成する検出要素ごとに設定する（Ｓ２）。利得の設定は、利得制御部の利得切替回路を制御すればよい。それぞれの検出要素ごとの利得の選択は、試料全体の観察で得た凹部の表面形状などを参照して決定すればよい。
【００５５】
次に、試料の凹部の底面に向けて電子線を選択的に絞って照射する（Ｓ３）。底部に入射した電子線は反射され、反射電子が側壁に当たると、その位置に応じて所定の放出角度で二次電子が放出される。放出された二次電子は、その放出角度に応じて、互いに異なる検出要素に入射する。そして、それぞれの検出要素ごとに設定された利得に応じて増幅された検出信号が出力される。
【００５６】
次に、検出要素どうしの和分、差分の演算を行う（Ｓ４）。そして、そして、側壁の特定位置が強調された信号（Ｓ５）、凹部の底面が強調された信号（Ｓ６）、凹部の表面が強調された信号（Ｓ７）を得る。こうした信号に基づいて、凹部の電子顕微鏡画像を構築することによって、凹部の側壁や底面の詳細な情報（微細形状や欠陥）を得ることができる。
【００５７】
（試料観察方法：第二実施形態）
図１２は、走査電子顕微鏡を用いた本発明の試料観察方法を段階的に示したフローチャートである。
まず、凹部を含む試料全体に電子線を照射する。これにより、試料における凹部の位置や表面形状を観察する（Ｓ１１）。
次に、凹部を観察する際の利得（ゲイン）を、二次電子線検出器を構成する検出要素ごとに設定する（Ｓ１２）。利得の設定は、利得制御部の利得切替回路を制御すればよい。それぞれの検出要素ごとの利得の選択は、試料全体の観察で得た凹部の表面形状などを参照して決定すればよい。
【００５８】
次に、試料の凹部に電子線走査しながら照射する（Ｓ１３）。これにより、試料における凹部の底面全体に、電子線が走査されつつ入射する。底部に入射した電子線は反射され、反射電子が側壁に当たると、その位置に応じて所定の放出角度で二次電子が放出される。放出された二次電子は、その放出角度に応じて、互いに異なる検出要素に入射する。そして、それぞれの検出要素ごとに設定された利得に応じて増幅された検出信号が出力される。
【００５９】
次に、検出要素どうしの和分、差分の演算を行う（Ｓ１４）。そして、そして、側壁の特定位置が強調された信号（Ｓ１５）、凹部の底面が強調された信号（Ｓ１６）、凹部の表面が強調された信号（Ｓ１７）を得る。こうした信号に基づいて、凹部の電子顕微鏡画像を構築することによって、凹部の側壁や底面の詳細な情報（微細形状や欠陥）を得ることができる。
【００６０】
（電子線装置：第二実施形態）
図１３は、第二実施形態の電子線装置であり、電子線カラムの長手方向に沿った断面を示す概略構成図である。なお、第一実施形態の電子線装置と同様の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明を略す。
第一実施形態の電子線装置１０では、電子線の光軸上には二次電子線検出器５６を配置できないため、電子線の光軸に沿って放出される二次電子は検出できない。このため、電子線の光軸に沿って放出される二次電子も検出可能にするために、第二実施形態の電子線装置８０では、電子線カラム２１の外部に二次電子線検出器８１を配置するとともに、電子線の光軸を含む領域に、二次電子を分離して二次電子線検出器８１に向けて二次電子を誘導する分離器（ビームスプリッタ）８２を設けている。
【００６１】
分離器（ビームスプリッタ）８２は、ウエハ（試料）Ｗに向かう電子線を透過させるとともに、ウエハＷから放出された二次電子を二次電子線検出器８１に向けて屈折させる。
二次電子線検出器８１は、図３に示す二次電子線検出器５６と同様に、複数の検出要素を配列して形成されている。
【００６２】
このような構成の電子線装置８０によって、電子線の光軸に沿って放出される二次電子も検出可能となり、観察像に死角が生じることが無く、高精細な凹部の電子顕微鏡画像を得ることが可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…電子線装置、２１…電子線カラム、５６…二次電子線検出器（検出器）、７１…検出要素、８２…分離器（ビームスプリッタ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１０】
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