(57)【要約】【課題】試料の材質等に関わらず常に安定した画像を得ることができ、良好な観察や測長等の評価を行なうことができる電子走査型顕微鏡装置を提供する。【解決手段】試料Ｔに対し一次電子を放射する電子銃２４と、この電子銃２４に加速電圧を調節して印加するＨＶ制御部３９と、一次電子を照射することによって試料Ｔから放出される二次電子を検出する二次電子検出器３０及び反射電子を検出する反射電子検出器３１と、両検出器３０，３１の検出結果に基づき試料Ｔの所定画像を表示する画像処理装置３８を接続してなる主制御部３６を備えたもので、電子量検出部３７を設けて両検出器３０，３１の検出結果を主制御部３６に出力すると共に、両検出器３０，３１の検出結果から試料Ｔにおける二次電子放出効率を演算し、演算結果に基づきＨＶ制御部３９の加速電圧を制御する。【選択図】　図１
2004055263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対し一次電子を放射する電子銃と、この電子銃に加速電圧を調節して印加するＨＶ制御部と、前記一次電子を照射することによって前記試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出器及び反射電子を検出する反射電子検出器と、前記両検出器の検出結果に基づき前記試料の所定画像を表示する画像処理装置を接続してなる主制御部を備えた電子走査型顕微鏡装置において、電子量検出部を設けて前記両検出器の検出結果を前記主制御部に出力すると共に、前記両検出器の検出結果から前記試料における二次電子放出効率を演算し、演算結果に基づき前記ＨＶ制御部の加速電圧を制御するようにしたことを特徴とする電子走査型顕微鏡装置。
【請求項２】
前記電子量検出部における二次電子放出効率が、略１となるように前記ＨＶ制御部の加速電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子走査型顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微細化された半導体デバイスにおける半導体プロセス評価装置として用いられる電子走査型顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、半導体デバイスの微細化に対応してプロセスの高精度化も進んでいる。このため、そのプロセス評価のために高分解能を有する電子走査型顕微鏡装置が用いられ、半導体デバイスの微細構造の十分な精度での評価、例えば表面形状の観察やＬＳＩパターンの寸法測定等の測長などに使用されている。
【０００３】
以下、従来技術を、図３を参照して説明する。図３は構成図であり、図３において、電子走査型顕微鏡装置１は、電子走査型顕微鏡本体２と、その制御系３を備えて構成されている。そして電子走査型顕微鏡本体２は、制御系３のＨＶ制御部４を通じて印加された加速電圧により電子銃５から放射された電子線を、電子銃５に対向して配置された第１のステージ６に載置された例えば半導体ウェハ等の試料Ｓに、コンデンサレンズ７や対物レンズ８等のレンズ群９を通過させることによって絞り、電子ビームとして一次電子を投射し、さらに電子ビームをビーム偏向コイル１０によって試料Ｓの表面を走査させるようになっている。
【０００４】
また、電子走査型顕微鏡本体２には、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせてなるシンチレーション検出器で構成される二次電子検出器１１と反射電子検出器１２が設けられており、それぞれの検出出力は制御系３を構成する主制御部１３に入力される。そして、主制御部１３に接続された画像処理装置１４に、両検出器１１，１２の検出結果に基づく試料Ｓの所定画像が表示されるようになっている。なお、１５は電子走査型顕微鏡本体２に設けられた試料Ｓを出し入れする第２のステージ１６を内蔵するロードロックであり、第１のステージ６及び第２のステージ１６はステージ制御部１７の制御のもとに作動するようになっている。また、１８，１９は電子走査型顕微鏡本体２、ロードロック１５内を排気する真空排気系で、制御系３の真空排気制御部２０による制御のもとに作動するようになっている。
【０００５】
しかしながら上記の従来技術においては、画像処理装置１４に表示された画像が、試料Ｓ毎に経験的に得られた適正な加速電圧を、当初ＨＶ制御部４により電子銃５に印加したとしても、試料Ｓによっては安定したものでなく、良好な観察や測長等を行なえない。すなわち、試料Ｓが導電性のものである場合は、試料Ｓに一次電子が照射されると、二次電子と反射電子を放出し、残りの電子は試料電流として試料Ｓを通りアースに流れ、比較的安定した画像を得ることができる。
【０００６】
しかし、試料Ｓが絶縁性のものである場合は、試料Ｓに一次電子が照射されると、二次電子と反射電子を放出するものの、残りの電子は試料電流として流れず、試料Ｓの一次電子が入射された近傍部分に試料電流に相当する電荷が蓄積され、帯電現象（チャージアップ）が起こる。このチャージアップによって試料Ｓの表面に電荷が蓄積されて、両検出器１１，１２との電位差が見掛け上増すと、二次電子の放出が促される。
【０００７】
そして、この二次電子の放出を促すチャージアップにより、画像処理装置１４の画面に乱れや異常コントラストが生じ、観察及び測長等に影響を及ぼすことになり、表示された画像を見ながらの作業者による主制御部１３等の操作により、ＨＶ制御部４により電子銃５に印加する加速電圧を調節し直す必要が生じる。
【０００８】
また、材質の異なる試料Ｓの観察及び測長等を行なう場合には、材質の違いにより適正な加速電圧が異なるため、その都度設定する必要があり、手間がかかり、また観察及び測長等を行なっている際に、良好画像を得るために常に作業者が主制御部１３等を操作しなければならず、作業者の作業負荷が大きなものとなっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは操作に手間がかからず、作業者の作業負荷を増すことなく、試料の材質等に関わらず常に安定した画像を得ることができ、良好な観察や測長等の評価を行なうことができる電子走査型顕微鏡装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子走査型顕微鏡装置は、試料に対し一次電子を放射する電子銃と、この電子銃に加速電圧を調節して印加するＨＶ制御部と、前記一次電子を照射することによって前記試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出器及び反射電子を検出する反射電子検出器と、前記両検出器の検出結果に基づき前記試料の所定画像を表示する画像処理装置を接続してなる主制御部を備えた電子走査型顕微鏡装置において、電子量検出部を設けて前記両検出器の検出結果を前記主制御部に出力すると共に、前記両検出器の検出結果から前記試料における二次電子放出効率を演算し、演算結果に基づき前記ＨＶ制御部の加速電圧を制御するようにしたことを特徴とするものであり、
さらに、前記電子量検出部における二次電子放出効率が、略１となるように前記ＨＶ制御部の加速電圧を制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。図１は構成図であり、図２は加速電圧に対する二次電子放出効率の関係を示す図である。
【００１２】
図１及び図２において、電子走査型顕微鏡装置２１は、電子走査型顕微鏡本体２２と、その制御系２３を備えて構成されている。そして電子走査型顕微鏡本体２２は、一次電子の電子線を放射する電子銃２４と、この電子銃２４に対向して配置された例えば半導体ウェハ等の試料Ｔを顕微鏡本体内に載置する第１のステージ２５と、電子銃２４と第１のステージ２５との間に配置され、電子銃２４から放射された電子線を絞って一次電子の電子ビームにして試料Ｔに投射するコンデンサレンズ２６や対物レンズ２７等のレンズ群２８と、コンデンサレンズ２６と対物レンズ２７の間に配置され、電子ビームを試料Ｔの表面で走査させるビーム偏向コイル２９を備えている。
【００１３】
また、電子走査型顕微鏡本体２２には、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせてなるシンチレーション検出器で構成される二次電子検出器３０と反射電子検出器３１が設けられている。なお、３２は、電子走査型顕微鏡本体２２に設けられた試料Ｔを出し入れする第２のステージ３３を内蔵するロードロックであり、電子走査型顕微鏡本体２２、ロードロック３２内はそれぞれに設けられた真空排気系３４，３５によって内部が所定の真空状態になるようになっている。
【００１４】
一方、制御系２３は、電子走査型顕微鏡装置１の運転を制御する主制御部３６を備えており、主制御部３６には、二次電子検出器３０と反射電子検出器３１の検出出力が入力される電子量検出部３７の第１の出力が入力されるようになっている。さらに主制御部３６には、画像処理装置３８が接続され、また電子銃２４に加速電圧Ｅを印加するＨＶ制御部３９が接続されており、ＨＶ制御部３９には、電子量検出部３７の第２の出力が入力されるようになっている。なお、４０は第１のステージ２５と第２のステージ３３の出し入れ動作を制御するステージ制御部であり、４１は真空排気系３４，３５の排気動作を制御する真空排気制御部である。
【００１５】
そして、上記のようの構成された電子走査型顕微鏡装置２１での試料Ｔの観察及び測長は、次のように行なわれる。
【００１６】
すなわち、ロードロック３２を介して、所定の真空状態が真空排気系３４により保持されている電子走査型顕微鏡本体２２内の第１のステージ２５上に、ロードロック３２の第２のステージ３３を介し試料Ｔを載置する。そして、制御系２３の主制御部３６による制御のもと、ＨＶ制御部３９を通じて電子銃２４に加速電圧Ｅを印加する。この加速電圧Ｅの印加によって電子銃２４から電子線が放射され、電子銃２４に対向して配置されている試料Ｔに、コンデンサレンズ２６や対物レンズ２７等のレンズ群２８を通過させることによって絞られた一次電子の電子ビームを投射し、さらに電子ビームをビーム偏向コイル２９によって試料Ｔの表面を投射しながら走査させる。
【００１７】
こうした電子ビームの投射しながらの走査を行なうことによって、試料Ｔの表面から二次電子と反射電子が放出され、残りの電子は試料電流として試料Ｔを通り図示しないアースに流れる。そして放出された二次電子と反射電子は、それぞれ二次電子検出器３０及び反射電子検出器３１によって検出され、検出結果は電子量検出部３７に入力される。これに基づき電子量検出部３７からは、主制御部３６に、画像処理装置３８で試料Ｔの観察及び測長を行なうに要する所定画像を表示するための第１の出力が出力され、この第１の出力に基づき画像処理装置３８に所定画像が表示される。
【００１８】
また同時に、電子量検出部３７では、二次電子検出器３０及び反射電子検出器３１で検出された二次電子と反射電子の検出結果と、試料Ｔからアースに流れる試料電流とから、電子銃２４から放射され試料Ｔに入射した入射（一次）電子量Ｉｐと、試料Ｔからの二次電子量Ｉｓを得、さらに入射電子量Ｉｐと二次電子量Ｉｓから二次電子放出効率σ＝Ｉｓ／Ｉｐが演算される。そして、この演算結果である二次電子放出効率σが、第２の出力として電子量検出部３７からＨＶ制御部３９に出力される。
【００１９】
一方、二次電子放出効率σが入力されたＨＶ制御部３９では、入力された二次電子放出効率σに基づき、電子銃２４に印加する加速電圧Ｅを、二次電子放出効率σが略１（１を含む）となるように制御し、制御された加速電圧Ｅｂを電子銃２４に印加する。なお、加速電圧Ｅに対する二次電子放出効率σの関係は、図２に示すようになっている。すなわち、加速電圧Ｅを上昇させていった場合、二次電子放出効率σも上昇し、加速電圧Ｅａで１となり、さらに上昇させていくと、加速電圧Ｅｍで最大二次電子放出効率σｍ（σｍ＞１）となる。さらに加速電圧Ｅを上昇させていくと、二次電子放出効率σは低下し、再び加速電圧Ｅｂで１となり、以降は徐々に低下する。なおまた、加速電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｍは試料Ｔにより異なる。
【００２０】
このように加速電圧Ｅｂが電子銃２４に印加されることで、二次電子放出効率σが略１（１を含む）となり、電子量検出部３７からの第１の出力に基づき画像表示を行なう画像処理装置３８では、画面に乱れや異常コントラスト等が生じない安定した良好な所定画像が表示される。そして、表示された良好な所定画像により観察及び測長等の評価がなされた試料Ｔは、電子走査型顕微鏡本体２２内の第１のステージ２５上からロードロック３２の第２のステージ３３に移され、ロードロック３２の真空状態が切られて電子走査型顕微鏡装置２１外に出される。また電子走査型顕微鏡装置２１には、次の試料Ｔがセットされ、上記と同様にして観察及び測長等の評価がなされる。
【００２１】
以上の通り構成することにより、試料Ｔが導電性のものであるか、絶縁性のものであるかを問わず、また試料Ｔの材質の差異に関係なく、加速電圧Ｅｂが電子銃２４に印加され、二次電子放出効率σが略１（１を含む）となる状態となっているので、画像処理装置３８には、画面に乱れや異常コントラスト等が生じていない安定した所定画像が表示され、良好な観察及び測長等の評価を行なうことができる。また、安定した画像を得るための調整作業がなくなるので、手間がかからず作業者の作業負荷も軽減したものとなる。
【００２２】
なお、上記の実施形態においては二次電子放出効率σが略１となるように、加速電圧Ｅｂを電子銃２４に印加するようにしたが、加速電圧Ｅａを印加するようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、試料の材質等に関わらず常に安定した画像を得ることができ、良好な観察や測長等の評価を行なうことができ、また操作に手間がかからず、作業者の作業負荷を増すことがない等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す構成図である。
【図２】加速電圧に対する二次電子放出効率の関係を示す図である。
【図３】従来技術を示す構成図である。
【符号の説明】
２４…電子銃
３０…二次電子検出器
３１…反射電子検出器
３６…主制御部
３７…電子量検出部
３８…画像処理装置
３９…ＨＶ制御部
Ｔ…試料
【図１】
2004055263.tif 000003
【図２】
2004055263.tif 000004
【図３】
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