(57)【要約】　　　（修正有）【課題】アスペクト比の大きい構造をより高い自由度をもって観察することのできる半導体構造の観察方法及び電子顕微鏡システムを提供する。【解決手段】拡張対象物視野３７内の半導体装置３から発せられる二次電子を位置検知機能を有する検出器３５上で画像化するための電子顕微鏡光学部品２７を設け、一次エネルギービーム５１、５３を出射するための照射装置５５、５９を設け、半導体装置３から二次電子を放出させるために一次エネルギービーム５１、５３を少なくとも対象物視野に向ける工程を含む。半導体装置３は、第１の材料１１によって提供されるアスペクトの大きい、第２の材料１３によって提供される底１７を有する凹部とを備えている。【選択図】　図１
2004134374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　半導体装置（３）の電子顕微鏡による観察方法であって、
　拡張対象物視野（３７）内の前記半導体装置（３）から発せられる二次電子を位置検知機能を有する検出器（３５）上で画像化するための電子顕微鏡光学部品（２７）を設け、
　一次エネルギービーム（５１、５３）を出射するための照射装置（５５、５９）を設け、
　前記半導体装置（３）から二次電子を放出させるために前記一次エネルギービーム（５１、５３）を少なくとも前記対象物視野（３７）に向ける工程を含み、
　前記半導体装置（３）は、第１の材料（１１）によって提供される上面（１５）と、１．５より大きいアスペクト比を有し、前記上面（１５）によって囲まれ、第２の材料（１３）によって提供される底（１７）を有する凹部とを備えていることを特徴とする半導体装置の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項２】
　前記アスペクト比は４より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記アスペクト比は１０より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
　前記一次エネルギービームのエネルギーおよび強度のうち少なくとも１つは、前記上面（１５）が前記底（１７）に対して正に帯電するように調整される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
　前記照射装置が電子源（５５）を備え、前記一次エネルギービームがその電子の運動エネルギーが調整可能であるような一次電子ビーム（５１）を備える、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
　前記照射装置が光子源（５９）を備え、前記一次エネルギービームが光子ビーム（５３）を備える、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
　前記光子ビーム（５３ａ）が前記半導体装置（３ａ）の前記上面（１５）に略垂直に衝突する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
　前記光子ビーム（５３）が前記半導体装置（３）の前記上面（１５）に１０°から８０°の間の角度で衝突する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
　前記電子顕微鏡光学部品（２７ａ；２７ｂ）は、前記検出器（３５ａ、３５ｂ）上で画像化される前記対象物視野を前記上面の平面内において前記検出器（３５ａ；３５ｂ）に対して変位させるために設けられる、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
　前記電子顕微鏡光学部品（２７）は、調整可能な第１閾値エネルギーより小さい運動エネルギーを有する二次電子が前記検出器上で画像化されないようにする画像保存エネルギーフィルタ（３１）を備える、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
　前記第１閾値エネルギーは、前記上面（１５）から放出された正に帯電した電子が前記検出器（３５）上で実質上画像化されないように調整されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
　前記エネルギーフィルタ（３１）はさらに、調整可能な第２閾値エネルギーより大きい運動エネルギーを有する二次電子が前記検出器上で画像化されないようにする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
　半導体装置（３）の電子顕微鏡による観察方法であって、特に請求項１から１２のいずれかに記載の方法であり、
　　拡張対象物視野（３７）内の前記半導体装置（３）から発せられる二次電子を位置検知機能を有する検出器（３５）上で画像化するための電子顕微鏡光学部品（２７）を設け、
　一次エネルギービーム（５１、５３）を出射するための照射装置（５５、５９）を設け、
　前記半導体装置（３）から二次電子を放出させるために前記一次エネルギービーム（５１、５３）を少なくとも前記対象物視野（３７）に向ける工程を含み、
　前記半導体装置（３）は、第１の材料（１１）によって提供される上面（１５）と、前記上面（１５）によって囲まれ、第２の材料（１３）によって提供される底（１７）を有する凹部とを備えており、
　前記照射装置が電子源（５５）を備え、前記一次エネルギービームがその電子の運動エネルギーが調整可能であるような一次電子ビーム（５１）を備え、
　前記一次電子ビーム（５１）の前記電子の前記エネルギーに応じて、前記第１の材料（１１）が最大値（Ｅm）と前記最大値（Ｅm）より下の第１の中立点（Ｅ1）と前記最大値（Ｅm）より上の第２の中立点（Ｅ2）とを有する二次電子収量特性を有し、
　前記一次電子ビーム（５１）の前記電子の前記運動エネルギーは、前記第１の材料（１１）の前記二次電子収量特性（６５）の前記第１の中立点（Ｅ1）のエネルギーよりも大きいエネルギー値（Ｅp）に調整されることを特徴とする半導体装置の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項１４】
　少なくとも前記第１の材料（１１）は、実質上非導電性である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
　前記第１の材料（１１）は、実質上非導電性であって、前記第２の材料（１３）は実質上導電性である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
　前記第２の材料は、前記一次電子ビーム（５１）の前記電子の前記エネルギーに応じて、最大値（Ｅm2）と前記最大値（Ｅm2）より下の第１の中立点（Ｅ12）と前記最大値（Ｅm2）より上の第２の中立点（Ｅ22）とを有する二次電子収量特性（８１）を有し、前記一次電子ビーム（５１）の前記電子の前記運動エネルギーは、前記第１の材料（１１）の前記二次電子収量特性（６５）が前記第２の材料（１３）の前記二次電子収量特性（８１）より大きいエネルギー範囲のエネルギー値（Ｅp）に調整される、請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
　前記第１および第２の材料は、実質上非導電性である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
　電子顕微鏡システムであって、
　対象物から拡張対象物視野（３７）内において発せられる二次電子を、位置検知機能を有する検出器（３５）上で画像化するための電子顕微鏡光学部品（２７）と、
　一次エネルギービーム（５１、５３）を少なくとも前記対象物視野（３７）に向けてそこから二次電子を放出させるための照射装置（５５、５９）とを備え、
　前記電子顕微鏡光学部品（２７）は、エネルギー窓（Ｅmin、Ｅmax）の範囲外の運動エネルギーを有する二次電子が前記位置検知機能を有する検出器（３５）上で実質的に画像化されないように調整可能であるエネルギー窓を有する画像保存エネルギーフィルタ（３１）を備え、
　前記電子顕微鏡システムはさらに、前記エネルギーフィルタ（３１）の前記エネルギー窓を調整するためのコントローラ（６３）を備え、前記コントローラ（６３）は、前記エネルギー窓に対する少なくとも１つの設定を格納するためのメモリ（６４）を備え、
　前記照射装置（５５）は、調整可能な運動エネルギーを有する電子ビーム（５１）を一次エネルギービームとして生成し、前記メモリ（６４）は、前記エネルギー窓の前記設定に関連する前記電子ビーム（５１）の前記運動エネルギーの設定を格納するために設けられている、ことを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項１９】
　前記電子顕微鏡光学部品（２７）は、開口電極（２３）を備え、これによって前記対象物と前記開口電極との間で二次電子に対する調整可能な抽出フィールドを設け、ここで、保存されている前記エネルギー窓の設定が抽出フィールドの設定を含む、請求項１８に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項２０】
　電子顕微鏡システムであって、
　電子顕微鏡光学部品（２７）の対象物平面付近の領域から拡張対象物視野（３７）内において発せられる二次電子を、位置検知機能を有する検出器（３５）上で画像化するための電子顕微鏡光学部品（２７）と、
　一次エネルギービーム（５１、５３）を少なくとも前記対象物視野（３７）に向けて前記対象物（３）から二次電子を放出させるための照射装置（５５、５９）とを備え、
　前記電子顕微鏡光学部品（２７）は、エネルギー窓（Ｅmin、Ｅmax）の範囲外の運動エネルギーを有する二次電子が前記位置検知機能を有する検出器（３５）上で実質上画像化されないように調整可能であるエネルギー窓を有する画像保存エネルギーフィルタ（３１）を備え、
　前記電子顕微鏡システムはさらに、前記エネルギーフィルタ（３１）の前記エネルギー窓を調整するためのコントローラ（６３）を備え、前記コントローラ（６３）は、前記エネルギー窓に対する少なくとも１つの設定を格納するためのメモリ（６４）を備え、
　前記メモリ（６４）はさらに、前記エネルギー窓の前記設定に関連する前記電子顕微鏡光学部品（２７）の焦点設定を格納するために設けられている、ことを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項２１】
　前記電子顕微鏡光学部品（２７）は、開口電極（２３）を備え、これによって前記対象物と前記開口電極との間で二次電子に対する調整可能な抽出フィールドを設け、ここで、保存されている前記エネルギー窓の設定が抽出フィールドの設定を含む、請求項２０に記載の電子顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、アスペクト比の大きい空間配列を有する半導体装置の電子顕微鏡による観察方法に関する。本発明はさらに、このような半導体装置を観察する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　アスペクト比の大きい構造が通常半導体の製造の際に用いられる。このような構造としては例えば、コンタクトホール、溝（トレンチ）等がある。
【０００３】
　半導体構造を画像化するために、とりわけ製造中の半導体構造における欠陥を視覚化するために、電子顕微鏡による方法が通常用いられる。
【０００４】
　これに関する最も一般的な方法の一つに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて半導体構造を画像化するものがある。しかしながら、走査型電子顕微鏡を用いてアスペクト比の大きい構造を画像化するのは困難であることが分かっている。これは、このような構造のより深い領域の底部から発せられる二次電子が構造の壁に吸収され、その結果として、主要部分が顕微鏡の対物レンズに入らないからである。したがって、ＳＥＭを用いて深さのある構造を上手く画像化することはできない。
【０００５】
　米国特許６，２３２，７８７公報によれば、走査型電子顕微鏡を用いて、検査対象の半導体構造の上面を、アスペクト比が大きくこの上面によって囲まれた凹部の底面に対して負に帯電させる。この帯電によって、半導体構造の画像化に際してアーティファクトを故意に発生させる。このようなアーティファクトによって、穴等のアスペクト比の大きい構造の製造上の欠陥についての判断を行うことが可能となる。なぜならば、欠陥を伴って製造された穴は、仕様通りの穴よりも大きいまたは小さい電子顕微鏡画像に見えるからである。ただし、これに関して、各穴が所定の穴の大きさを有するとみなして、電子顕微鏡画像の見かけの穴の大きさとの比較を行っている。しかしながら、この方法も穴底部の満足の行くような画像をもたらすものではない。
【０００６】
　本発明は、アスペクト比の大きい構造をより高い自由度をもって観察することのできるような、半導体構造の電子顕微鏡による観察方法を提供することを目的とする。
【０００７】
　特に、本発明は、深さのある構造の実質的にアーティファクトの無い画像を得ることを目的とし、さらに出来上がりの構造の定性化を、その形状が事前に分かっていなくても可能とすることを目的とする。
【０００８】
　さらに、本発明は、このような半導体構造を有利に観測可能な電子顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【０００９】
　本発明によれば、専門家の間でＳＥＥＭ（二次電子放出型顕微鏡）と称されるアスペクト比の高い構造を観察するための態様の電子顕微鏡が提供される。
【００１０】
　走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、検査対象の対象物の画像は、精密に焦点を合わせた一次電子ビームで対象物の表面を走査し、対象物から発せられる二次電子を位置とは無関係に検出することによって得られる。ここで、画像の位置的な解像度は、一次電子ビームが向かう位置の情報によって得られる。これに対して、ＳＥＥＭにおいては、観察中の拡張された対象物視野全体が、同様に拡張された電子ビームによって同時に照らされ、この対象物視野から発せられる二次電子が位置検知機能を有する検出器上で画像化され、観察中の対象物視野の十分に鮮明な画像がそこで生成される。
【００１１】
　対象物視野からの二次電子の位置を正確に示した検出器への画像化を可能にするために、対象物の表面に略垂直な強い電界を対象物に近接して加える必要がある。これによって電界は誘引フィールドとして作用し、これらの電子を表面から離すように加速させる。その結果、表面法線を横切るような運動成分を備えて放射される二次電子等の電子が表面法線を横切るように長い経路を移動することが防止され、その結果、過度な補償不可能な不鮮明な画像の生成が防止される。ＳＥＥＭにおいて試料とＳＥＥＭの対物レンズとの間に印加されるこのような強い誘引電界のために、これまでの所、ＳＥＥＭは、略平面的な形状の対象物を観察するためにだけ用いられてきた。空間的な構成を有する対象物は、この誘引フィールドの局所的な歪みの原因となり、これによって電子顕微鏡の所望の高解像度に支障をきたすと考えられていたのである。特に、ピーク効果のために半導体構造の端部においても半導体ウェハ全体としての表面に対する法線を横切るような方向の電界成分を有し、これによって放出された電子の位置を正確に反映した検出器上での画像化を妨げるような電界強度が生じるように構成された半導体構造を観察する際、ＳＥＥＭは、不向きであるとみなされていた。特に、このような端部において生成される強い電界のために、半導体構造内での弧絡が生じ、これによって半導体構造が破壊される可能性さえあった。
【００１２】
　本発明者らは、ＳＥＥＭを用いるとアスペクト比の大きい半導体構造を驚くほど上手く画像化できることを発見した。
【００１３】
　本発明は、このように、ＳＥＥＭと称される種類の電子顕微鏡が、アスペクト比の大きい半導体構造の観察に適しているという知見に基づくものである。
【００１４】
　したがって、本発明に関して、ＳＥＥＭと称される種類の電子顕微鏡を有する電子顕微鏡を用いて、対象物の電子顕微鏡による観察を行うための方法から説明する。この方法は以下の工程を備える：
-対象物の空間的に拡張された対象物視野から発せられる二次電子を、位置検知　機能を有する検出器上で画像化するための電子顕微鏡光学部品を設け、
-一次エネルギービームを放射し、この一次エネルギービームを少なくとも対象　物視野に向けて、対象物視野から二次電子を放出させる照射装置を設ける。
【００１５】
　検出器上での対象物視野の画像化は、位置情報を保存するように実施される。すなわち、対象物内に存在する空間配置が位置検知機能を有する検出器上で画像化されるが、位置検知機能を有する検出器によって得られたこの画像から、対象物の位置構造を判断することが可能となる。一次ビームは、電子ビームに限定されず、例えば、光子ビームやイオンビーム等の、検査対象の対象物から二次電子を放出するのに適した任意の種類のエネルギーを含む。
【００１６】
　この点で、アスペクト比の大きい半導体構造であって、第１の材料によって構成される上面と、この上面によって囲まれアスペクト比の大きい凹部を有し、該凹部の底は第２の材料によって構成されるような構造を検査するのに本方法が用いられる点で、本発明は特徴づけられる。
【００１７】
　第１の材料は第２の材料と異なっていても良い。しかしながら、第１の材料と第２の材料とが共に同じ材料でできたものであってもよい。
【００１８】
　本出願の意図するアスペクト比の大きい構造とは、凹部の場合、凹部の幅寸法に対する深さの比が１．５より大きく、好ましくは４．０より大きく、より好ましくは１０．０より大きく、さらに好ましくは１５．０より大きい構造である。
【００１９】
　この方法によれば、アスペクト比の大きい構造が驚くほど上手く観察可能であることが分かった。特に、例えば、アスペクト比の大きい凹部の底面に関する位置分解画像も得られる。
【００２０】
　一次エネルギービームは、一次電子ビームによって供給されることが好ましく、この方法は、第１の材料が実質的に非導電性であるような構造を検査するのにも使用されることが好ましい。この点で、一次電子ビームの電子の運動エネルギーを、底に対して上面が正に帯電するように調整するのが好ましい。底および上面の帯電構造をこのようにすると、電子顕微鏡光学部品の対物レンズと検査対象の構造の上面との間に誘引フィールドが連続的に形成されるように、凹部内に電界が生成される。このような帯電構造が存在しない場合には、誘引フィールドは、凹部内で部分的に遮蔽されることになり、凹部の底に向かって下に十分に貫通することができなくなる。結果として、このような帯電構造によれば、凹部の底近くにも誘引フィールドが作用し、底から発せられる二次電子を電子顕微鏡光学部品へと向かって加速させ、凹部の底の空間構造についても空間分解されるように検出器上での画像化が可能となる。
【００２１】
　このような帯電構造を得るためには、一次電子ビームの電子の運動エネルギーを以下の考えに基づいて調整するのが好ましい。
【００２２】
　実質的に非導電性の材料は、一次電子のエネルギーに応じて、第１中立点および第２中立点に加え、これら２つの中立点の間に最大値を有するような二次電子収量特性を有する。ここで、この二次電子収量σは、試料に衝突する一次電子と試料から発せられる二次電子との比として定義される。
【００２３】
　一次電子のエネルギーによって、運動衝突エネルギー、つまり、一次電子が試料表面に衝突するエネルギーをより正確に理解できる。
【００２４】
　第１中立点より下の低い一次電子エネルギーの場合、対象物に衝突する一次電子に較べて、対象物から放出される二次電子はほんの僅かである。このために、対象物は負に帯電する。第１中立点では、対象物に衝突する一次電子とほぼ同量の二次電子が放出される。対象物は実質上帯電しない。第１中立点と第２中立点との間では、対象物に衝突する一次電子より多くの二次電子が対象物から放出される。このために、対象物は正に帯電する。第２中立点を超えると、一次電子のエネルギーが高くなり、対象物内の深い所まで貫通するので、対象物の表面領域からはほとんど二次電子が放出されず、対象物は負に帯電する。
【００２５】
　したがって、凹部の底に対して上面を正に帯電させるためには、一次電子ビームの電子の運動エネルギーを、第１の材料、つまり、上面を構成する材料の二次電子収量特性の第１中立点に相当するエネルギー値より高いエネルギー値に設定することが好ましい。
【００２６】
　本出願の意図するところでは、実質的に非導電性の材料とは、各用途に応じて、中程度に不純物を注入した半導体である。好ましくは、各用途に応じて、若干不純物を注入した半導体である。さらに好ましくは、各用途に応じて、不純物を実質的に注入しない半導体であり、特に、半導体製造の際に絶縁体として使用される、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等の材料である。さらに本明細書では、非導電体とは、半導体の製造工程中に凹部の底に意図せずに付いてしまい、その部分の導通を阻害するような材料であり、例えば、フォトレジストの残渣等である。
【００２７】
　本出願の意図するところでは、実質的に導電性の材料とは、例えば、金属製等の導電線路を製造するための材料、高濃度に不純物を注入した半導体、または用途に応じて、中濃度に不純物を注入した半導体でもある。
【００２８】
　第２の材料、すなわち、凹部の底の材料が実質的に非導電性の材料である場合には、この材料は、第１の材料に関して上述したのと同じような二次電子収量特性を有する。しかしながら、これら２つの材料は互いに違うものであってもよく、したがって、これら２つの材料の二次電子収量特性は、例えば、第１および第２中立点および各々の最大値となるエネルギーに関して互いに異なるものとなる。
【００２９】
　これに関して、この場合には、第１の材料の二次電子収量特性が第２の材料の二次電子収量特性よりも大きくなるようなエネルギー値に、一次電子の運動エネルギーを設定するのが有利である。
【００３０】
　例えば、第１の材料の二次電子収量特性の最大値が第２の材料の対応する最大値よりも高いエネルギーにおいて発生する場合には、これら２つの材料の二次電子収量特性が交わる点のエネルギーより高いエネルギー値に、一次電子の運動エネルギーを設定するのが好ましい。このようなエネルギー範囲において、上面の材料の二次電子収量は、凹部の底の材料の二次電子収量よりも大きくなり、凹部の底に対して上面を容易に正に帯電させることができる。
【００３１】
　一次電子ビームによって一次エネルギービームを供給する替わりに、またはそれに加えて、一次エネルギービームは、光子ビームおよび／またはイオンビームを含んでいてもよい。光子またはイオンもまた、検査中の対象物から二次電子を放出させるのに適しており、電子顕微鏡光学部品を介して位置検知機能を有する検出器上で画像化が可能となる。
【００３２】
　光子ビームそのものは、対象物に何ら電荷を付与しないので、光子によって対象物から放出される二次電子は、対象物を正に帯電させる。その結果、光子ビームを使用すると、対象物の領域を比較的容易に正に帯電させることができる。
【００３３】
　反対に、イオンビームのイオンは、通常それ自身が正に帯電しているので、試料を帯電させることができ、同様に半導体構造の所望の帯電構造を得るのに利用できる。
【００３４】
　ここで、光子ビームは、上面に対する法線を横切るように衝突するよう設けられるのが好ましく、特に、上面に対して１０°から８０°の角度を含むのが好ましい。この結果、上面に対して斜めに衝突する光子ビームは、凹部の底には衝突せず、凹部の底に対して上面を所望の正極性に容易に帯電させることができる。
【００３５】
　ただし、光子ビームが凹部の底にも到達するように、光子ビームを上面に対して略法線方向にすることも可能である。第１の材料と第２の材料が互いに異なるものである場合、実質的に底に対して上面を正に帯電させることができる。
【００３６】
　さらに、電子顕微鏡光学部品は、上面の面内において、検出器上で画像化される対象物視野の位置を検出器に対して移動させられ得るように設けるのが好ましい。これによって、検出器に対する対象物の位置を機械的に移動させることなく、観察中の対象物の異なる領域を検出器上で画像化することが可能となる。
【００３７】
　このような電子顕微鏡光学部品については、出願人によって同時係属出願中のドイツ特許出願１０１３１９３１．２に記載されている。この出願を参照して、その全ての開示内容をここに引用する。
【００３８】
　さらに、検出器上で画像化される二次電子のエネルギーが選択可能となるように、電子顕微鏡光学部品が画像保存エネルギーフィルタを備えていることが有利である。このようなエネルギーフィルタについては、例えば欧州特許出願第０２１８９２０により知られている。これによれば、特に、正に帯電した上面から放出された二次電子が実質的に検出器上で画像化されないように画像保存エネルギーフィルタを調整することが可能となる。これによって、実質的に凹部の底から発せられた二次電子のみが位置分解された形で画像化されることとなり、検出器より読み取られた画像からその構造がかなり良い品質で認識可能となる。
【００３９】
　本発明の更なる側面によれば、電子顕微鏡システムが提供され、このシステムは、エネルギー窓の上限および／または下限エネルギーおよび／または一次電子ビームの電子の運動エネルギーの値の所定の設定を格納するためのメモリを備えたコントローラを有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
　以下、本発明の実施形態について、添付の図を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００４１】
　図１は本発明の方法の実施形態を実施するための電子顕微鏡の模式図
　図２は図１の電子顕微鏡で観察するアスペクト比の大きい半導体構造の断面模式図
　図３は図２に示した構造を有する材料の二次電子収量特性を示した図
　図４は図２に示した構造から発せられる二次電子のエネルギースペクトルを示した図
　図５は図１の電子顕微鏡で用いられる画像保存エネルギーフィルタの模式図
　図６は図５に示したものと同様のエネルギーフィルタの第１の設定における、図１に示した電子顕微鏡によるアスペクト比の大きい構造を有する半導体装置の写真
　図７は図５に示したものと同様のエネルギーフィルタの第２の設定における、図１に示した電子顕微鏡によるアスペクト比の大きい構造を有する半導体装置の写真
　図８は図２に示した構造と同様の半導体構造の材料についての二次電子収量特性のグラフ
　図９は本発明の方法の実施形態を実施するのに適した別の電子顕微鏡の模式図
　図１０は図９に示した電子顕微鏡の対物レンズ系の分解組立模式図
　図１１は図１０に示した対物レンズの機能を説明するためのフィールド構造を示す模式図
　図１２は本発明の方法の実施形態を実施するのに適した別の電子顕微鏡の模式図
　図１３は本発明の方法の更なる実施形態を説明するためのアスペクト比が大きく欠陥を有する構造を示す図
　図１は、本発明にかかる方法を実施するのに適した電子顕微鏡１の概略図である。電子顕微鏡１は、この電子顕微鏡１の対物レンズ系５の前に検査対象の対象物として配置される半導体構造３を検査する働きを有する。
【００４２】
　半導体装置３は、例えば半導体ウェハ等の一部を構成するものであり、図２において凹部７を参照して模式的に示しているような、アスペクト比の大きい構造を含む空間配置を有する。図２に示した構造３は、半導体ウェハ９の一部を形成し、銅等の金属からなる層１３の上に堆積された、ＳｉＯ2からなる厚さｄ（例えば２．５μｍ）の層１１を備えている。ＳｉＯ2層１１は、顕微鏡１の対物レンズ系５の側に面した上面１５を有する。凹部７は、ＳｉＯ2層１１内に形成されており、表面１５から凹部７の底１７を形成する金属層１３に至るまでＳｉＯ2層１１を貫通する貫通孔として延伸している。凹部７の上面１５を横切る寸法ｗは、２５０ｎｍである。
【００４３】
　電子顕微鏡１の対物レンズ系５は、対物レンズ系５の光軸１９に対して略対称であり、収束磁界を発生させるための磁気巻線２１と、可変電圧源２５によって半導体ウェハ９に対して正電位に保たれた開口電極２３とを備えている。なお、開口電極２３とウェハを保持する可動式配置テーブル(図示せず)との間に抽出電界を印加してもよい。
【００４４】
　開口電極２３と電子顕微鏡１による検査対象物、すなわち半導体装置３との電位差によって、ウェハ９の表面１５に誘引静電界が生じ、これによって半導体構造３から発せられる二次電子は、開口電極に向かって加速される。二次電子は、この開口電極２３を通過して対物レンズ系５に入る。
【００４５】
　対物レンズ系５は、電子顕微鏡光学部品２７の一部を形成しているが、電子顕微鏡光学部品２７はさらに、画像保存エネルギーフィルタ３１、拡大光学部品３３およびＣＣＤチップ等の位置検知機能を有する電子検出器３５を備えている。この電子顕微鏡光学部品２７は、検査対象物における直径９μｍの二次元的に拡がった領域３７が、位置検知機能を有する検出器３５の検知表面３９上で実質上鮮明に電子光学的に画像化されるように設けられている。この画像化は、位置を保存するように行われる。すなわち、この電子光学的な画像化を通じて、領域３７内の各点に対して、半導体装置３から発せられた電子が画像化される検出器表面３９上での領域３７の対応する点の位置にある対応する点が割り当てられる。
【００４６】
　したがって、半導体装置３から発せられる二次電子は最初に、ウェハ９と開口電極２３との間に印加されている誘引フィールド内で光軸１９の方向に加速され、その後、二次電子は光軸１９の方向に移動を続けながら、対物レンズ系５に進入し、そこで磁気巻線２１によって発生している収束磁界によって収束される。その後、二次電子は、画像保存エネルギーフィルタ３１を通過するが、このフィルタによって、エネルギーフィルタ３１に入ったビームの内、ある限定されたエネルギー範囲もしくはエネルギー窓内の運動エネルギーを有する電子のみを実質的に備える部分的なビームを通過させる。これによって、電子顕微鏡光学部品によって画像化される電子の位置情報が保存される。
【００４７】
　エネルギーフィルタ３１を出た後、エネルギーフィルタ３１によって選択された電子は、拡大光学部品３３を通過し、これによって、電子顕微鏡１によって得られる倍率がさらに増加する。その後、電子は位置検知機能を有する検出器３５の検知表面３９に衝突する。
【００４８】
　図５に、画像保存エネルギーフィルタ３１の概略を更に詳細に示す。エネルギーフィルタ３１は、３つの扇形磁石４１、４２および４３と開口絞り４６とを備える。最初に、エネルギーフィルタ３１を通過するビームの経路を、第１の運動エネルギーを有する電子からなる電子ビーム４５を参照して説明する。電子ビーム４５は、扇形磁石４１にその進入側４７から進入し、同磁石によって９０°より若干大きい角度だけ右側に曲げられる。その後、同ビームは、扇形磁石４１から出て行く。その後、電子ビーム４５は、扇形磁石４２に進入し、同磁石によって９０°より大きい角度だけ左側に再び曲げられた後、扇形磁石４２を出て開口絞り４６を通過する。エネルギーフィルタ３１の構造は、開口絞り４６の面に対して対称になっているので、開口絞り４６を通過した後に電子ビームは、扇形磁石４３によって左側に曲げられ、その後再び扇形磁石４１に進入して同磁石によって右側に曲げられて、先に同磁石に侵入したときと略同じ方向に扇形磁石４１から出て行く。扇形磁石４１および４２は協働して、開口絞り４６内でビームを交差させるように、すなわち、ビーム４５が開口絞り４６の面において実質上鮮明に収束するようにレンズとして作用する。
【００４９】
　ビーム４５の電子よりも低いエネルギーを有する電子は、図５に４９で示した経路上を移動する。これらの電子は、扇形磁石４１においてビーム４５内の電子よりも大きい角度で曲げられ、その後扇形磁石４２においても同様にビーム４５の電子よりも大きい角度で曲げられる。このために、これらの電子は、ビーム４５からほぼ平行に偏った位置で扇形磁石４２を出ることになり、開口絞り４６を通過することができない。
【００５０】
　二次元的に拡がった領域３７から二次電子を放出させるために、照射装置が設けられており、これによって一次エネルギービームを介して領域３７に対してエネルギーが供給される。電子顕微鏡１において、この一次エネルギービームは、一次電子ビーム５１と光子ビーム５３とを含む。
【００５１】
　一次電子ビーム５１は、電子源５５により発生され、まず光軸１９を横切る方向に出射される。一次電子の運動エネルギーは、この電子源に一体化されている可変加速電極により調整可能である。
【００５２】
　その後、一次電子ビーム５１は、収束光学部品５７を通過し、一次電子ビーム５１に対するビーム偏向器２９の機能を果たすエネルギーフィルタ３１の一部に進入する。一次電子ビーム５１は、ビーム偏向器２９によって光軸に沿って半導体ウェハ９に向かって延びるように曲げられ、ウェハ上の二次元的に拡がった領域３７をほぼ均一に分布した強度で照射するよう対物レンズ系５によって収束される。エネルギーフィルタ３１の扇形磁石４１がこのビーム偏向器２９を形成していることは、図５から明らかである。
【００５３】
　光子ビーム５３は、例えばレーザによって構成可能であるような、適切な光子源５９によって発生される。光子源５９は、半導体ウェハ９がその中で電子顕微鏡光学部品２７の前に配置されているような真空容器６１の外側に配置可能である。ビーム５３は、適当な窓を通じて真空容器６１を通過する。
【００５４】
　コントローラ６３は、一次電子ビームを曲げるためのビーム偏向器２９を調整するべく誘引フィールドを発生するための電圧源２５によって供給される電圧を調整し、および、検出器３５から読み取られる画像を得られるようにエネルギーフィルタ３１を通過すべき二次電子を含むように、エネルギーフィルタ３１における二次電子の運動エネルギーの範囲を設定して二次電子を曲げるよう、電子源５５から出射される一次電子５１のエネルギーを調整するために設けられている。
【００５５】
　図３は、図２に示した半導体装置３の材料に関して、この材料に衝突する一次電子の運動エネルギーに応じた二次電子収量σを示している。ＳｉＯ2材料１１に関する二次電子特性は、曲線６５で表される。
【００５６】
　第１中立点Ｅ1より低い一次電子エネルギーでは、材料から放出される二次電子は、その材料に衝突する一次電子より少ないので、二次電子収量は１より小さくなり、よってこの材料は負に帯電する。第１中立点Ｅ1のエネルギーよりも高いエネルギーである第２中立点Ｅ2より上においても、材料から放出される二次電子は、その材料に衝突する一次電子より少ない。したがって、そのようなエネルギーにおいても、この材料は負に帯電する。この２つの中立点Ｅ1およびＥ2の間で、二次電子収量特性６５は、エネルギーＥmにおいて最大値を有する。このようなエネルギー領域において、材料から放出される二次電子は、その材料に衝突する一次電子より多い。したがって、これに伴って材料は正に帯電する。
【００５７】
　コントローラ６３は、一次電子がＳｉＯ2層１１の上面１５に対して、エネルギーＥmおよびＥ2の間である約２ｋｅＶのエネルギーＥpで衝突するように、一次電子ビーム５１の一次電子のエネルギーを調整する。
【００５８】
　この結果、図２に模式的に示したように、ＳｉＯ2層１１の表面は正に帯電することとなる。
【００５９】
　金属層１３の底１７に衝突する一次電子は、多数の二次電子を発生するが、ここで発生する二次電子の数は一次電子の数に必ずしも対応するものではない。ただし、層１３は導電性であるので、底１７ははっきりと分かるほどは帯電しない。しかしながら、上面１５は正に帯電しているので、上面１５に対して底１７が負に帯電している。このように相対的に負に帯電している様子も同様に図２に模式的に示す。
【００６０】
　上面１５に対して底１７が負に帯電していることにより、底１７から発せられる二次電子は、上面１５内の凹部７の開口部に向かって凹部７内で既に加速され、上面１５から二次電子が発せられる際の運動エネルギーより大きい運動エネルギーを備えた状態でこの開口部を通過する。これについて図４に模式的に示す。この図において、曲線６７は、上面１５から発せられる二次電子のエネルギースペクトル、すなわち二次電子の運動出口エネルギー（ｋｉｎｅｔｉｃ　ｅｘｉｔ　ｅｎｅｒｇｙ）Ｅに応じた二次電子の数Ｎ（Ｅ）を反映している。この曲線６７は、電界強度が半分になる幅ΔＥで際立った最大値を示している。
【００６１】
　凹部７の底１７から発せられた二次電子のエネルギースペクトルは、図４の曲線６７と非常に類似した曲線となるものと思われる。ただし、層１３と層１１の材料が異なるために、スペクトルの推移に差が生じる可能性がある。しかし、凹部７の底１７から発せられる電子は、上面１５に対して底１７が相対的に負に帯電していることにより凹部７において発生している凹部内の電界によって加速される。したがって、底１７から発せられる電子は、凹部７内で加速され、それに応じてより高い運動エネルギーを備えて凹部７から出て行く。上面１５の高さでの凹部の位置における底１７から発せられた電子のエネルギースペクトルは、図４の曲線６９で示される。
【００６２】
　この曲線は、曲線６７と同じように推移している。しかしながら、この曲線は、曲線６７に対して、エネルギー量ΔＵだけ高エネルギー側に向かってシフトしている。
【００６３】
　コントローラ６３は、上面１５から発せられ、図４において曲線６７で表される電子を実質的に通過させるように、または、凹部７の底１７から発せられ、図４において曲線６９で表される二次電子を実質的に通過させるようにエネルギーフィルタ３１を調整することができる。
【００６４】
　このために、エネルギーフィルタを第一の設定に調整し、この設定において例えば、調整可能である第１の閾値エネルギーより大きい運動エネルギーを有する二次電子の通過を阻止することが可能である。この第１の閾値エネルギーを２本の曲線６７、６９のそれぞれの最大値の間となるように調整する場合には、曲線６７に相当する試料上部領域１５から発せられる二次電子が検出器３５に到達するので好ましい。
【００６５】
　エネルギーフィルタの可能な第２の設定として、第１の閾値エネルギーより小さいエネルギーを有する二次電子の通過を阻止するように設定した場合、底１７から発せられる二次電子が検出器３５に到達するので好ましい。
【００６６】
　あるいは、エネルギーフィルタに対して、上側閾値エネルギーと下側閾値エネルギーとを設けて、このような限られたエネルギー範囲内にある二次電子だけがエネルギーフィルタを通過できるようにしてもよい。
【００６７】
　このようなエネルギー範囲の幅は、エネルギーフィルタ３１の開口絞り４６（図５）の幅を、ビーム４５の方向を横切る方向に絞り４６を機械的にシフトさせることによって調整することができる。このような機械的なシフトは、手動で行ってもよく、コントローラ６３を用いて動力制御によって行ってもよい。
【００６８】
　開口絞り４６の幅によって定義されるエネルギー幅を有するエネルギー範囲の位置は、コントローラ６３によって制御される扇形磁石４１、４２、４３によって磁界を変化させることによっても調整可能である。ただし、この調整は、電圧源２５によって供給される開口電極２３とウェハ３との間の電圧を変化させることにより行うのが好ましい。この結果、抽出電界強度が変化し、したがって開口電極２３を通過した後の二次電子の運動エネルギーも変化する。その後二次電子は対応するより高いまたはより低いエネルギーを有した状態でエネルギーフィルタ３１に進入する。
【００６９】
　コントローラ６３内のメモリ６４には、電子顕微鏡のある設定を別の設定へとより迅速に再調整するために、エネルギー窓の適切な設定とともに一次電子のエネルギーの幾つかの設定、すなわち電源２５の設定、についても格納しておくことが好ましい。
【００７０】
　抽出電界の変化に伴って、エネルギーフィルタを通過する二次電子の軌道もまた、対象物３の表面と開口電極２３との間で変化し、同様に、開口電極２３を通過した後の磁気レンズ２１内の二次電子の軌道も変化する。すなわち、エネルギー窓をシフトさせることによって、試料において異なる始動エネルギーを持つ二次電子がその画像化に対して選択される。対物レンズは、異なる始動エネルギーを持つこのような二次電子に対して異なる収束作用を及ぼす。
【００７１】
　軌道に関するこれらの変化は比較的小さいものではあるが、にもかかわらずこれらの変化によって、電子顕微鏡光学部品２７の収束効果は変化し、したがって対象物が検出器３５上で画像化される画像品質も変化する。エネルギーフィルタ３１のエネルギー窓をシフトさせるために抽出電界を変化させることによるこののような収束効果の変化については、コントローラ６３を用いて対物レンズ系５の磁気巻線２１の励起状態を対応するように変化させることによって補償される。
【００７２】
　したがって、電子顕微鏡１を異なる設定に迅速に変えることができるようにするために、コントローラ６３のメモリ６４には、エネルギー窓の異なる設定に加えて、対物レンズ系５の磁気巻線の励起状態についても格納されている。
【００７３】
　図６および７に、電子顕微鏡１を用いて得られたウェハ９の電子顕微鏡写真を示す。ここで、複数の凹部７が六角形のアレイ内に導入されている。
【００７４】
　図６は、エネルギーフィルタ３１を前述の第１の設定に調整したコントローラ６３を有する検出器３５によって得られた写真であり、上面１５から出射された二次電子が実質的に検出器３５に衝突している。これらの二次電子は、実質上、上面１５において約２．５ｅＶの運動エネルギーを持つ二次電子である。したがって、この写真に関して、エネルギー窓の値Ｅmin（図４参照）は、１ｅＶに設定され、エネルギー窓の値Ｅmaxは４ｅＶに設定されている。凹部７は、写真上では暗い点として見えるが、コントラストは低い。
【００７５】
　図７は、エネルギーフィルタ３１を前述の第２の設定に調整した検出器３５によって得られた写真である。ここで、底１７から出射された電子が実質上検出器３５に衝突する。これらの電子は、凹部内の電界の作用によって、実質上、上面において約１２．５ｅＶのより大きい運動エネルギーを有する二次電子である。したがって、この写真に関して、ＥminおよびＥmaxの値はそれぞれ、１１．５ｅＶおよび１３．５ｅＶに設定されている。凹部７は、写真上では明るい領域として認識可能であり、周囲の上面１５とのコントラストは良好である。
【００７６】
　図１に示す電子顕微鏡１のコントローラ６３は、電子顕微鏡１を操作するための異なるパラメータを格納するメモリ６４を備えており、異なる設定間の迅速な切り替えが可能である。設定としては例えば、特に、図６で示した上面１５の視覚化のための設定、または図７で示した凹部の底１７の視覚化のための設定がある。各設定に関して、特に、エネルギーフィルタ３１のエネルギー窓の下側エネルギーおよび上側エネルギーと、一次電子ビーム５１のエネルギーとが格納される。また、例えば収束光学部品５７の励起電流、対物レンズ系５の磁気巻線２１、拡大光学部品３３、またはビームスプリッタ２９の付加的な巻線といった更なる関連パラメータが格納されている。
【００７７】
　本発明の更なる実施形態によれば、図１に示す電子顕微鏡１は、図２に示したような構造と同様の構造の半導体構造３を有する半導体ウェハ９を検査するのに使用される。ただし、層１１と層１３は、異なる材料で形成されているが、どちらの層も実質的に非導電性である。例えば、層１１は、ＳｉＯ2からなり、層１３はＳｉ3Ｎ4からなる。層１１と層１３とのこれら２つの材料は、図８において曲線６５および８１で示されるような二次電子収量特性を呈する。どちらの曲線６５および８１にも、第１および第２の中立点があり、それぞれの中立点間に最大値を有する。図８のエネルギーのうち、上面の材料に関連するものは上付き文字ｂで示され、底１７の材料１３に関連するエネルギーは上付き文字ａで示されている。両曲線８１および６５は、エネルギーＥsにおいて互いに交差しており、このエネルギーＥsは、この図の場合、２つの最大値ＥmaおよびＥmbの間にある。エネルギーＥsより大きいエネルギーでは、曲線６５は曲線８１より上方において延びている。これは、上面を構成する曲線６５で表される材料が、底を構成する曲線８１で表される材料よりも、強く正に帯電していることを示している。したがって、このような材料の組み合わせにおいても、上面に対して凹部の底が負に帯電させることができる。ここでも、凹部において二次電子が加速されるような電界が発生する。したがって、このような半導体構造を観察するには、一次電子のエネルギーが曲線６５および８１の交差点であるエネルギーＥsの点より大きくなるように、半導体構造に衝突する一次電子のエネルギーをコントローラ６３および電子源５５によって調整する。記載の実施形態において、一次電子のエネルギーＥpは、最大値Ｅmbと曲線６５のエネルギーがＥ2bである第２中立点との間に設定されている。
【００７８】
　図１から８を参照して説明した電子顕微鏡の更なる変形例に関して、以下に記載する。これらの例についても、本発明にかかる方法の実施形態を実施するのに適したものである。図１から８に示した部品と構造および機能において対応する部品は、同じ参照符号で表されているが、区別するために追加的な文字を補ってある。記載事項についてもその全体をここに参照する。
【００７９】
　図８に示した状態において、上面１５を構成する材料１１の二次電子収量特性６５のエネルギーＥ1b、ＥmbおよびＥ2bはそれぞれ、凹部底１７の表面を構成する材料１３の対応するエネルギーＥ1a、ＥmaおよびＥ2aより大きい。ただし、凹部底１７を構成する材料のエネルギーを上面を構成する材料の対応するエネルギーより大きくすることもまた可能である。この場合、一次電子の運動エネルギーをこれに順応させる必要があり、特に、上面１５を構成する材料１１の二次電子収量が凹部７の底１７を構成する材料１３よりも大きくなるように設定する必要がある。
【００８０】
　図９に示す電子顕微鏡１ａは、本発明にかかる方法を実施するのに適しており、ウェハ９ａ上の半導体構造３ａを画像化するのに使用される。この半導体構造は、図２を参照して説明したものと同じようなアスペクト比の大きい凹部を備えている。
【００８１】
　電子顕微鏡１ａは、位置検知機能を有する検出器３５ａ上でウェハ９ａの表面の領域３７ａを画像化するために設けられている電子顕微鏡光学部品２７ａを備えている。顕微鏡光学部品２７ａは、光軸１９ａを有し、ビーム路内のエネルギーフィルタ３１ａよりも半導体構造３に近い顕微鏡光学部品２７ａの部品は、この光軸に対して略対称に配置されている。図１に示した電子顕微鏡に対して、図９に示した電子顕微鏡１ａでは、検出器３５ａで画像化されるウェハ表面の領域３７ａは、光軸１９に対して変位可能である。このために、電子顕微鏡光学部品２７ａは、２つの収束レンズ８５および８７からなる対物レンズ系５ａを備え、これら２つのレンズは協働して二重レンズ系として作用する。ここで、収束レンズ８５は二重レンズ系のうちウェハ９ａにより近い所にある集束レンズである。したがって、領域３７ａにおいてウェハから発せられる二次電子は、まず集束レンズ８５を通過し、その後収束レンズ８７を通過して、画像保存エネルギーフィルタ３１ａをさらに通過する。ここで、エネルギーフィルタ３１ａは、そこを通過する二次電子の調整可能なエネルギーを選択するためにコントローラ６３ａによって同様に制御されている。エネルギーフィルタ３１ａによって選択された二次電子は、拡大光学部品３３ａを通過し、模式的に示したように、検出器３５ａに衝突して、そこでウェハ９ａの領域３７ａの電子顕微鏡画像を生成する。
【００８２】
　対物レンズ系５ａの２つの集束レンズ８５と８７との間には、２つの偏向器８９、９１がビーム路内において互いに背向するように配置されている。各電子は同じ大きさの反対の向きの角度に偏向され、これら２つの偏向器８９、９１は、これらの偏向器８９、９１を通過する電子ビームを光軸１９ａを横切る方向に量Ｍだけ平行に移動させるよう協働している。これらの２つの偏向器８９、９１は、コントローラ６３ａによって、各偏向器の偏向角度を調整するように制御されており、したがって２つの偏向器８９、９１に進入し、そこから出て行く間の電子ビームの平行ビーム移動も調整される。この２つの偏向器８９、９１によって行われる二次電子ビームのビーム移動によって、検出器３５ａ上で画像化されるウェハ９ａの領域３７ａは、構造上の限界の範囲内でウェハ表面内を移動可能であり、したがってウェハ表面の選択可能領域が検出器３５ａ上で画像化されうる。
【００８３】
　電子顕微鏡１ａにおいて、ウェハ表面から二次電子を放出させるように必要な一次エネルギービームは、適当な光源５９ａによって発生され、検出器３５ａ上で画像化される領域３７ａに向かう光子ビーム５３ａによって提供される。この光子ビーム５３ａは、鏡９４での反射によって、ウェハ表面上に向けられる。鏡９４は、検出器３５ａ上で画像化され、光軸１９ａに対して変位可能である領域３７ａを有するウェハ表面上に光子ビーム５３ａで照射される領域に追従するように、コントローラ６３ａによって制御される駆動装置９６を介して回転可能であり、これによって、ウェハ表面の過度に広い領域を一次エネルギーで照射する必要がなくなり、これに応じてウェハに供給するエネルギーも減少する。
【００８４】
　図１０に、ウェハ９ａの近くに配置される収束レンズ８５の模式的な斜視図を示す。この収束レンズは、光軸１９ａに直交する方向に配置され、光軸１９ａの向きに互いに離されて配置された２つの平面開口電極９５および９７を備えている。開口電極９５および９７はそれぞれ、二次電子を通過させるためのＸ方向に延びる溝９９を有する。
【００８５】
　この２つの開口電極９５と９７との間で光軸１９ａの向きに、指状電極列１０１が２列互いに間隔を開けて同様にＸ方向に延伸して設けられており、二次電子は、この２列の間を通過する。この指状電極１０１全体で、１つの電極構造を形成しており、これ以降櫛形電極１０３と呼ぶ。指状電極１０１のそれぞれおよび２つの開口電極９５と９７とには、コントローラ６３ａによって個々に制御可能である電圧を印加することができる。特に、開口電極９７に印加される電圧、すなわちウェハに対する開口電極９７の電位は、対物レンズ系５ａとウェハとの間で二次電子をウェハから遠くへと加速させるのに必要な誘引フィールドを形成する。
【００８６】
　コントローラ６３ａは、指状電極１０１によって発生される電界が図１１（ｂ）に示すような略四重極対称性を有するような、電圧パターンを指状電極１０１に印加する。指状電極１０１を適切に制御することによって、この四重極フィールドの対称軸１０５をコントローラ６３ａによってｘ方向に変位させることができる。
【００８７】
　一方、２つの開口電極９５、９７はそれぞれ、図１１（ａ）に模式的に示すように、そこを通過する二次電子に対してシリンドリカルレンズのように作用する。したがって、図１１（ａ）に示すような２つの開口電極９５、９７によってもたらされるようなシリンドリカルレンズフィールドと、図１１（ｂ）に示すような櫛形電極１０３によってもたらされるような四重電極フィールドとの重ね合わせが、集束レンズ８５を通過する二次電子に作用する。このような電界の重ね合わせは、図１１（ｃ）に模式的に示すように、対称軸１０５をもつ円レンズに対応している。
【００８８】
　これは、収束レンズ８５がそこを通過する二次電子に及ぼす効果が集束円レンズの効果であることを意味し、その対称軸１０５は、コントローラ６３ａによってｘ軸方向に変位可能である。
【００８９】
　操作において、コントローラ６３ａは、検出器３５ａ上に画像化されるウェハ表面上の視野３７ａを変位させるために、円レンズフィールドの対称軸１０５を偏光器８９、９１によるビーム変位に対応する量Ｍだけ対称軸から変位させるような電圧パターンを指状電極１０１に印加する。その結果、領域３７ａから発せられる二次電子に集束レンズ８５が及ぼす効果は、偏向Ｍとは略無関係となる。その結果、円レンズフィールドの対称軸から離れて延びるビーム経路に対して従来の円レンズフィールドによって生成される収差は、ほぼ取り除かれる。
【００９０】
　図１２は、本発明にかかる方法を実施するのに適した電子顕微鏡１ｂを模式的に示す図であり、図９〜１１を参照して説明した電子顕微鏡と同様の構造を有するものである。
【００９１】
　図９〜１１を参照して説明した電子顕微鏡に対して、図１２に示す電子顕微鏡１ｂでは、検出器３５ｂ上で画像化されるウェハ９ｂの領域３７ｂは、格子ビームではなく、一次電子ビーム５１ｂによって照射される。
【００９２】
　検出器３５ｂ上でウェハ９ｂの領域３７ｂを画像化するための電子顕微鏡光学部品２７ｂもまた、収束レンズ８５ｂおよび８７ｂからなる収束二重レンズと、二重レンズ８５ｂ、８７ｂを通過する二次電子ビームのビームを連続する二度の偏向によってそれぞれ角度βだけ変位させるこれらの間に配置される一対の偏光器８９ｂおよび９１ｂとを備える。
【００９３】
　二重レンズのうちのウェハ９ｂに近い位置に配置される集束レンズ８５ｂもまた、図１０および１１を参照して説明したように、開口電極と櫛形電極の構成を備える。
【００９４】
　電子源５５ｂは、熱陰極１１１と陽極１１２とを備え、一次電子ビーム５１ｂの電子の運動エネルギーを調整するために、この陰極１１１と陽極１１２との間の電圧はコントローラ６３ａによって調整可能である。一次電子ビーム５１ｂは、磁気レンズ５７ｂによって平行ビームとなり、ビーム偏光器２９ｂに入り、これによって、例えば互いに交差する方向に向いた電界および磁界を発生して（ウィーンフィルタ）、最終的にはウェハ９ｂに向かう光軸１９ｂに沿って延びるビームとなる。収束レンズ８７ｂおよび８５ｂと偏光器８９ｂおよび９１ｂも、一次電子ビーム５１ｂに作用する。一次電子ビームにもたらされる効果は、部品８７ｂ、８５ｂ、８９ｂおよび９１ｂが二次電子ビームに与える効果と正確に対応するわけではない。しかしながら、偏光器８９ｂおよび９１ｂと収束レンズ８５ｂの櫛形電極とを制御することにより、一次電子ビーム５１ｂがウェハ上で衝突する領域が光軸１９ｂに対して変位する。ここで、一次電子ビーム５１ｂだけを用いて領域３７ｂを照射するので、検出器３５ｂ上の領域３７ｂの電子光学的画像化を引き起こすようにさせる以外に、制御部品８９ｂ、９１ｂおよび８５ｂによる効果についての精度に対する要件が増えることはない。
【００９５】
　図１〜１２を参照して上述したような方法および電子顕微鏡は、アスペクト比の大きい構造を製造する際に、欠陥を発見するのに用いられる。図１３（ａ）および（ｂ）にこのような欠陥の例を示す。各図の左側には、材料１１内で欠陥無く製造された凹部７を示しており、この凹部７の底は完全に材料１３により形成されている。図１３（ａ）および１３（ｂ）の各図の右側には、製造上の欠陥を示す凹部を概念的に示している。図１３（ａ）において、凹部７の底は、材料１１および１３とは異なる欠陥材料１２によって完全に形成されている。図１３（ｂ）において、凹部の底は、材料１１および１３とは異なる欠陥材料１２によって部分的にのみ形成されている。
【００９６】
　図１３（ａ）および１３（ｂ）において、「−」、「＋」および「＋＋」という記号によって、相対的な帯電状態が示されている。この状態は、上側材料１１が凹部７の欠陥のない底の材料１３に対して正に帯電するように、一次電子のエネルギーが調整され、さらに、欠陥材料１２は、上面を構成する材料１１に対して正に帯電しているという事実を反映したものである。
【００９７】
　図１３（ｂ）の右側に示した状態において、欠陥材料１２の正の帯電によって、凹部から出る二次電子を加速する電界を減少させるように、凹部７内の電位曲線に対する影響が表れることは明らかである。したがって、図１３（ｂ）の左側の欠陥のない凹部７の場合と較べると、運動エネルギーが低い二次電子が凹部の底１７から発せられる。
【００９８】
　図４において、欠陥のない凹部７の底から発せられる二次電子のエネルギー分布を曲線６９が反映している場合、図４は、エネルギーＥminおよびＥmaxを有するエネルギー窓が有利に選択されている場合を示している。
【００９９】
　図４にはさらに、波線で示した曲線６９’が示されており、この曲線は、図１３（ｂ）の欠陥のある凹部の底から発せられる二次電子のエネルギー分布を反映している。凹部７内で加速電界が制限されているために、曲線６９’は、曲線６９と比較すると低エネルギー側にシフトしている。エネルギー窓（Ｅmin、Ｅmax）で示した区間において、凹部内の欠陥材料１２がエネルギー窓（Ｅmin、Ｅmax）内の二次電子強度を弱めることになり、これによって欠陥のない凹部と、図１３（ｂ）のような凹部の底が部分的に欠陥材料で覆われているような欠陥のある凹部とを区別することができる。
【０１００】
　図１３（ａ）に示した状態において、凹部の底１７は、上面１５に対して正に帯電しており、凹部７から二次電子が出ていくのを妨げるような電界を凹部７内で発生する。したがって、ほんのわずかな二次電子のみが凹部から出ていくこととなる。
【０１０１】
　底の材料１３が導電性材料であって、上面の材料１１および欠陥材料１２がそれぞれ非導電性である場合、材料１１の二次電子収量が１より大きくなるように、さらに、欠陥材料１２の二次電子収量が材料１１の二次電子収量と等しいかそれより大きくなるように、一次電子の運動エネルギーを調整するのが有利である。
【０１０２】
　さらに、材料１１の二次電子収量を１より小さくし、さらに、欠陥材料１２の二次電子収量を材料１１の収量と等しいかそれより小さくなるように、一次電子の運動エネルギーを調整するのも有利である。
【０１０３】
　また、底１７を構成する材料１３が非導電性の場合には、材料１１の二次電子収量が材料１３の収量よりも大きくなるように、また、材料１２の二次電子収量が材料１１の収量と等しいかそれより大きくなるように、一次電子の運動エネルギーを調整するのが有利である。
【０１０４】
　これに関して、さらに、材料１１の二次電子収量が材料１３の二次電子収量より小さくなるように、さらに、欠陥材料１２の材料１１の二次電子収量と等しいかさらに小さくなるように、一次電子の運動エネルギーを調整するのも同様に有利である。
【０１０５】
　電子顕微鏡の異なる操作モード間の切り替えを迅速に行い、それに応じて、様々な種類の凹部の欠陥または欠陥のない凹部を異なる画像から容易に区別可能なように検査中の半導体装置の各画像を得るために、上述のようなエネルギーフィルタのエネルギー窓の設定および関連する設定は電子顕微鏡のその他の構成要素の設定と同様に全て、コントローラ６３のメモリ６４に格納するのが有利である。
【０１０６】
　図１、９および１２に示す上述の電子顕微鏡において、一次エネルギービームを提供するために、電子ビームおよび格子ビームが用いられている。しかしながら、イオンビームをこの用途に使用することも可能である。特に、二次電子を生成するイオンビームを、半導体材料に切れ目を入れる等の、半導体材料の加工を行うための電子顕微鏡の別の操作モードにおいて引き続き使用することも可能である。
【０１０７】
　ビーム路によれば、図５を参照して説明した画像保存エネルギーフィルタは、いわゆるΩ型構造を有する。しかしながら、別の種類のエネルギーフィルタを使用することも可能である。これに関して一例として、専門家の間でα型と称されるエネルギーフィルタがある。
【０１０８】
　図９および１２を参照して説明した電子顕微鏡において、ウェハに近い位置に配置された集束レンズは、図１０および１１を参照して説明したような櫛形レンズを含む。この集束レンズは、集束レンズ効果の対称軸をウェハ表面を横切ってｘ方向に変位させることが可能である。ただし、この機能を別の種類のレンズによって達成することも可能である。この一例としては、Ｅ．Ｇｏｔｏらによる論文「ＭＯＬ」（移動対物レンズ）、Ｏｐｔｉｃ　４８（１９９７）、２５５頁、あるいは米国特許４，３７６，２４９に記載の磁気集束レンズがある。可変軸を有するこのような磁気集束レンズの好適な実施態様については、ドイツ特許出願ＤＥ　１００　４４　１９９．８に記載されており、この出願を参照によりその全ての開示内容をここに引用する。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の方法の実施形態を実施するための電子顕微鏡の模式図
【図２】図１の電子顕微鏡で観察するアスペクト比の大きい半導体構造の断面模式図
【図３】図２に示した構造を有する材料の二次電子収量特性を示した図
【図４】図２に示した構造から発せられる二次電子のエネルギースペクトルを示した図
【図５】図１の電子顕微鏡で用いられる画像保存エネルギーフィルタの模式図
【図６】図５に示したものと同様のエネルギーフィルタの第１の設定における、図１に示した電子顕微鏡によるアスペクト比の大きい構造を有する半導体装置の写真
【図７】図５に示したものと同様のエネルギーフィルタの第２の設定における、図１に示した電子顕微鏡によるアスペクト比の大きい構造を有する半導体装置の写真
【図８】図２に示した構造と同様の半導体構造の材料についての二次電子収量特性のグラフ
【図９】本発明の方法の実施形態を実施するのに適した別の電子顕微鏡の模式図
【図１０】図９に示した電子顕微鏡の対物レンズ系の分解組立模式図
【図１１】図１０に示した対物レンズの機能を説明するためのフィールド構造を示す模式図
【図１２】本発明の方法の実施形態を実施するのに適した別の電子顕微鏡の模式図
【図１３】本発明の方法の更なる実施形態を説明するためのアスペクト比が大きく欠陥を有する構造を示す図
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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