(57)【要約】【課題】精度劣化、分解能低下の原因となる帯電現象を感知して知らせる機能を有し、帯電対策を簡便化し、帯電し易い試料に対しても短時間で熟練を要さずに、高精度、高分解能の測定を可能とする。【解決手段】試料の観察領域の表面電位観測手段もしくはそれによる画像の変化のモニタ手段により帯電現象を感知し、その結果の表示手段を有し、前記表面電位の観測結果、画像のモニタ結果またはそれら結果の分類項目をもとに、帯電対策を行う手段を起動する。【選択図】図１
2005191017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面の帯電現象を感知する手段と、さらにその結果の表示手段を観察画像上もしくはその近傍に有することを特徴とする走査型電子顕微鏡
【請求項２】
請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、試料の観察領域の表面電位観測手段もしくはそれによる表示画像、二次電子像、反射電子像のうちの少なくとも一つの信号の変化のモニタ手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、二次電子のエネルギー分析手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、光ビームによる試料の高さセンサと電子ビームの焦点位置のずれを観測する手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、試料の電位の変化を検出する手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、時間ごとに画像のコントラストもしくは明るさのうちの少なくとも一つを数値化する手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、画像のキャッシュメモリを備えて各瞬間の変化を並べて比較する手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段は、二次電子像、反射電子像のうちの少なくとも一つの信号の、コントラストもしくは明るさのうちの少なくとも一つの数値をモニタする手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項９】
試料表面の帯電現象を感知する手段と、さらにその結果の表示手段を有する走査型電子顕微鏡であって、帯電現象を感知する手段は、試料の観察領域の表面電位観測手段もしくはそれによる表示画像，二次電子像，反射電子像のうちの少なくとも一つの信号の変化のモニタ手段であり、具体的には、二次電子のエネルギー分析手段、もしくは光ビームによる試料の高さセンサと電子ビームの焦点位置のずれを観測する手段、もしくは試料の電位の変化手段、もしくは時間ごとに画像のコントラストもしくは明るさのうちの少なくとも一つを数値化する手段、もしくは画像のキャッシュメモリを備えて各瞬間の変化を並べて比較する手段、もしくは二次電子像，反射電子像のうちの少なくとも一つの信号の、コントラストもしくは明るさのうちの少なくとも一つの数値をモニタする手段であり、上記帯電現象感知結果の表示手段は、上記表面電位の観測結果もしくは上記画像の変化のモニタ結果および、これら結果の分類項目を表示するもので、画像の表示装置上、或いは専用のインジケータにより表示することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡において、上記表面電位の観測結果もしくは、上記画像の変化のモニタ結果もしくは、これら結果の分類項目をもとに、帯電対策を行う手段を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電対策を行う手段は、所定時間電子線を照射する手段、電子線の掃引を切り替える手段、倍率を下げて所定時間電子線を照射する手段、電子線の加速電圧を変化させる手段、電子源からのエミッション電流を変化させる手段、表面電荷の中和手段のうち、少なくとも一つの手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の走査型電子顕微鏡において、帯電現象の感知手段と、その結果の表示手段と、帯電対策を行う手段のうち、全部、あるは2つあるいは1つの機能を働かせるためのスイッチを有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１から８のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡において、上記画像の1画素当たりの階調を12ビットあるいはそれ以上とすることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１から８のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段により観測する試料表面領域は、表示画像とは別の所望の領域に指定されるものであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１４に記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を観測する試料表面領域は、表示画像中であって、同画像中に前記領域を表示しながら所望の領域を指定するものであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１０または１１に記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電対策を行う手段として、所望の観察領域より広い領域に、電子線、イオン線、紫外線、軟Ｘ線等のエネルギー線のうちの少なくとも一つを照射する手段を備えることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６に記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電対策を行う手段は、所望の領域の観察のための電子線掃引中もしくは掃引時間外でかつ試料観察中に、観察領域より広い領域に、電子線、イオン線、紫外線、軟Ｘ線等のエネルギー線のうちの少なくとも一つを照射する手段を備えることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１６に記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電対策を行う手段は、所望の領域の観察のための電子線掃引時間外でかつ試料観察中に、観察用の電子線を観察領域より広い領域に照射する手段であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１９】
請求項６、７、８、１４、１５のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡において、上記帯電現象を感知する手段の一つとして数値化した、表示画像、二次電子、反射電子のうちの少なくとも一つの信号の、コントラストもしくは明るさのうちの少なくとも一つの数値の時間変化を表示することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型電子顕微鏡に係り、特に半導体用に電子線を低加速化した装置において帯電しやすい試料の観察・測定に好適な走査型電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の走査型電子顕微鏡（SEM）は、電子源から放出される電子線を加速し、電子レンズで細い電子ビームとし、これを一次電子ビームとして走査偏向器を用いて試料上に走査し、得られる2次電子あるいは反射電子を検出して像を得ていた。半導体検査用には例えば特開平09−171791号公報のように、検査試料に電位を与え、試料上に入射する一次電子ビームのエネルギーを1kV前後と低加速にすることで、高分解能を維持しつつ低欠陥化および絶縁体のチャージアップ低減を行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７１７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の低加速化SEMにおいては、絶縁体膜等が表面にある試料では、低減したといっても電子線照射のためにある程度の電荷がたまり、表面電位が変化する。
このSEMでは、一次電子ビームのエネルギーが小さいため、わずかの電位変化でも、測定寸法精度が悪くなる。また、ドリフトやコントラスト低下により高分解能の観察測定が困難になるという問題があった。
【０００５】
帯電の対策として例えば、特開平5−151924号公報に示されるように、正に帯電したことを検出する手段として、高倍率で観察した後に倍率を下げて観察すると直前に観察していた領域が周辺よりも暗くなっていることを調べて知らせる方法が考案されている。
【０００６】
また、帯電する試料を観察する経験的方法として、特開平5−151927号公報に示されるような、プリドーズと呼ばれる方法がある。これは、一度低倍率で観察して本来観察したい領域よりも広い領域に電子線を一定時間照射し、その後高倍率に戻して観察するものである。
【０００７】
これらの例においては、その都度、操作者が試行錯誤を繰り返して様々な検討を行うために、作業時間が長くなるという問題があった。また、操作に高度な熟練を要するため、実際の開発・生産現場での実施には困難が伴うという問題があった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、精度劣化、分解能低下の原因となる帯電現象を感知して知らせる機能を持った走査型電子顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、そのようにして得た情報をもとに、帯電対策を行い、高精度、高分解能の観察・測定を可能にする走査型電子顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
本発明の第３の目的は、帯電し易い試料でも短時間で熟練を要さずに、高精度、高分解能の観察・測定を行うことができる走査型電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するために、本発明の走査型電子顕微鏡は、試料の観察領域の表面電位観測手段もしくはそれによる画像の変化のモニタ手段により帯電現象を感知し、さらにその結果の表示手段を有する。
【００１２】
表面電位観測手段は、二次電子のエネルギー分析手段でもよく、光ビームによる試料の高さセンサと電子ビームの焦点位置のずれを観測する手段でもよく、あるいは、試料の電位の変化手段でもよい。
画像の変化のモニタ手段は、時間ごとに画像のコントラストを数値化する手段でもよく、画像のキャッシュメモリを備えて各瞬間の変化を並べて比較する手段でもよく、あるいは、画像の明るさ変化をモニタする手段でもよい。
【００１３】
結果の表示手段とは、前記表面電位の観測結果もしくは、画像の変化のモニタ結果もしくは、これら結果の分類項目を表示するもので、画像の表示装置上でも、あるいは専用のインジケータを用いてもよい。
【００１４】
上記第２の目的を達成するために、前記の表面電位の観測結果もしくは、画像の変化のモニタ結果もしくは、これら結果の分類項目をもとに、帯電対策を行う手段を有する。
帯電対策は、所定時間電子線照射する機能、電子線の掃引を切り替える手段、倍率を下げて所定時間電子線を照射する機能、電子線の加速電圧を変化させる機能、電子源からのエミッション電流を変化させる機能、もしくは、表面電荷の中和手段である。
【００１５】
上記第３の目的を達成するために、帯電現象の感知手段と、その結果の表示手段と、帯電対策を行う手段を有し、これらの機能を働かせるためのスイッチを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明を用いることによって精度劣化、分解能低下の原因となる帯電現象を感知して知らせる機能を持った走査型電子顕微鏡を提供することができる。また、帯電対策を行い、高精度、高分解能測定を可能にする走査型電子顕微鏡を提供することができる。また、帯電し易い試料でも熟練を要さずに、短時間で高精度、高分解能の観察・測定を行うことができる走査型電子顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例１）
本実施例は、半導体基板上に形成された構造で、絶縁体の膜の下にある電極に対して電気的コンタクトをとるための穴、いわゆるコンタクト穴のためのホトレジストパターンをチェックするために、試料としてSiO2上のホトレジストを観察した例を基に説明する。
【００１８】
図１に本発明の走査型電子顕微鏡の一実施例の表示画面の一例を示す。装置構成は図１０のようになっている。
【００１９】
図１０の装置において、401は電子源、403は検査室となる鏡筒部、404は電子光学系、405は画像処理部、406は制御部、407は二次電子検出部、408は試料室、409は被検査基板、411はアノード、412はコンデンサレンズ、413はブランキング偏向器、414は絞り、415は走査偏向器、416は対物レンズ、418はE×B偏向器、419は電子線、420は二次電子検出器、430は試料台、431はXYステージ、432は補正制御回路、433はステージ制御部、434は被検査基板高さ測定器、435はリターディング電源、441は走査偏向器電源、442は対物レンズ電源、451は二次電子である。
【００２０】
コンタクト穴をあける工程では、（１）絶縁体膜の上にホトレジストを形成する工程、および、（２）ホトレジストをマスクとして絶縁膜をエッチングする工程が加工精度を決定する。コンタクト穴の径が1μ程度以下と小さく、各工程において、加工精度および穴があいているか否かを確認するために、図１０のような電子顕微鏡が用いられる。
【００２１】
上記（１）の試料では、加速電圧1kVで穴を観察した場合、下地のSiO2の二次電子収率が1程度以上、ホトレジストが2程度以上であるため、入射電子よりも放出される電子数が多い。この結果、電子線照射開始と同時に表面はプラスに帯電し始める。
【００２２】
この様子は図６（a）に示されるように、帯電の速度はホトレジストの方が10倍程度以上早く、数分で100V以上に達する。電子顕微鏡で観察する像は、もっぱらエネルギーの低い二次電子である。このため図３に示すように、ホトレジストの帯電が進むに連れて穴の内部から放出される電子は軌道を曲げられ、検出されにくくなる。この結果、従来のSEMでは、図２に模式的に示すように高倍率ではコントラストが低下し、寸法精度が悪くなる、あるいは像観察が不可能となる。
【００２３】
このとき図７に示すように、電子線を照射し始めたときからの画像のコントラストは帯電量と時間により変化していくので、この結果をもとに帯電したことを検知し、図１のように画面の一部にその結果を表示させることで操作者に帯電の状況を知らせることができる。
【００２４】
検知方法としては具体的には、図１３に示すように、n番目のフレームの各画素の明るさの分布のうち、平均値＜S＞nと偏差σnの値をn番目のフレームの明るさおよびコントラストとして数値化して、図１３（c）に示すようにフレーム間の変化を知る。通常は観察領域にパターンがあるのでコントラスト変化で検知できる。
【００２５】
画像コントラストの弱い試料やパターンの段差が十分になくコントラストが十分にとれない試料の場合は、明るさを見ればよい。あるいは各画像の二次電子強度を数値化して、この値の変化を観測してもよい。自動的に各画像のコントラストや明るさの補正を行っている場合は、二次電子強度や、反射電子強度の値を用いると帯電現象をより直接検知することができる。また、図１３（b）や（c）のグラフを画像に表示、あるいはファイルとして出力してもよく、この場合、試料のより詳しい情報が得られる。
【００２６】
通常の走査電子顕微鏡では、ダイナミックレンジの広い二次電子信号を全てAD変換しているわけではなく、コントラストや明るさが一定の範囲に収まるように強度の領域を制限して8ビットのAD変換器を通して256階調の明るさの信号を得ている。従って、これより多くの階調を記録すれば、画像信号からより多くの情報が得られるので、帯電現象の検知に有利である。実用的には、12ビットのAD変換器を用いると効果がある。この画像信号で、明るすぎるもしくは暗すぎるために従来では切り捨てられていた領域の信号変化をとらえることができる。また、全体にコントラストが低い試料でも、全体の二次電子量の変化を画像信号から測定できる。
【００２７】
このように、12ビットのAD変換器を用いると、画像信号で多くの情報を記録あるいは演算処理できるという利点がある。なお、扱える階調はメモリーの大きさと計算機の処理能力によっており、これらの能力は年々上昇しているため、階調も、16ビット、24ビット、32ビット等と大きくしていけばより一層効果がある。
【００２８】
なお、ここでは、帯電現象の検知のための信号処理は画像全体を対象としたが、必ずしも全体でなく、所望の領域の信号のみを用いてもよい。実際の操作としては、例えば、図１４に示すように、観測画像上で矢印のカーソルにより観測領域を指定すればよい。カーソルの移動は専用のスイッチ、マウス、トラックボール、キーボード等の手段を単独あるいは2つ以上組み合わせて行えばよい。画面上にタッチスイッチを配して、ペンや指などで指定しても同様の効果がある。また、指定する領域は観測領域の外でもよい。この場合も、指定領域において図１３（b）や（c）のようなグラフを画像に表示、あるいはファイルとして出力することは有用である。
【００２９】
以上のような方法で検出した帯電を画面に表示した後、さらに自動的に倍率を1／5から1／20に下げることで、より広い領域に電子線を照射し、上記照射領域に一時的に導電性をもたせて帯電量を緩和する、いわゆるプリドーズ処理を行うことでコンタクトホールの高分解能観察が可能となる。プリドーズ処理の効果は、次に述べる原理による。
【００３０】
通常の絶縁体SiO2やSi−Nは、非晶質または微結晶状体であるため、単結晶半導体で取り扱われているバンドギャップを挟んで伝導帯や価電子帯は存在しないが、モビリティーギャップが存在し、ワイドギャップ半導体と同様のふるまいをする。なお、最近では単結晶体と区別せずに、バンドギャップとして取り扱われてもいる。
【００３１】
その値は、SiO2の場合5〜9eV、Si−Nの場合5eV程度である。このバンドギャップエネルギーに近いかより大きいエネルギーを持った電子線や紫外線や軟Ｘ線等を照射すると、結合していた電子が励起されて動き回りやすい状態になる。また、電子の抜けた穴は、正孔としてプラスの電荷を運ぶキャリアとなる。この結果、照射中は電気電導率が高くなる。このときの電導率σは次の数１となる。
【００３２】
[数１] 
σ＝q（μn・N＋μp・P）                          …(1)
ここで、qは電子の電荷、μn，μpはそれぞれ電子、正孔の移動度、N，Pはそれぞれ電子、正孔の密度である。
【００３３】
この例は、1995年発行ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス（Japanese Journal of Applied Physics） 34巻，1376から1380ページに記載されている。
【００３４】
走査トンネル顕微鏡（STM）では絶縁体のシリコン酸化膜があると電流が流れないので、像観察は困難である。しかし、これに高エネルギーの電子線を照射することにより、酸化膜中に電子と正孔を発生させて導電性を持たせた結果、像観察が可能となっている。この場合、入射電子のエネルギーが高い（20kV）ために、膜全体に電子線が入り込み、また、多重散乱により入射電子よりはるかに多くの電子と正孔を発生するため、導電率は極めて高い。しかし、電子線照射を止めると、電子と正孔はすばやく再結合して消滅するため、導電率は急激に落ちる。
【００３５】
低加速SEMでは、電子線照射により表面近傍に電子と正孔が発生し、その一部は再結合して消滅し、電子の一部は二次電子として放出される。後述するように、二次電子収率が1でない場合、電子か正孔のどちらかが残る。周りが絶縁体であるため、表面電荷がたまる結果となり、電子線照射を止めても表面電荷がたまった領域には前式で表される電気伝導性が残存する。
【００３６】
以上の結果から、プリドーズすることにより、電子照射時にそれまでたまっていた電荷をより広い領域に拡散させる効果と、電子照射後しばらくの間表面の電気電導率を上げておき、倍率を上げて観察している最中の電荷の蓄積を低減する効果が得られることになる。また、プリドーズ中は、特に画像を表示する必要はなく、観察領域よりも広い領域に電子線を照射すればよい。
【００３７】
なお、ここでは、無機質の固体を例にとって述べたが、レジストのような有機物の場合も、有機物分子が集合して空間的に隣同士の分子が近くなっているため、各分子軌道は重なり合い、エネルギー準位は広がるため、SiO2やSi−Nと同様の振る舞いをするので、プリドーズは有効である。なお、この場合、電気伝導に寄与せずキャリアを空間的に束縛する準位が多いため、ある程度多くの電荷を蓄積する必要がある。
【００３８】
また、表面伝導度を上げて電荷を分散させるには上記以外にも、所望の領域の電子線掃引をしている以外の時間に、より広い領域に電子線照射をすれば同様の効果が得られる。例えば所望の領域の線掃引の間に幅の広い領域の掃引を入れてもよいし、1画面の掃引が終わったあとに広い領域に電子線照射をしてもよい。
なお、これらの場合、2つ目の表示画像として、上記広い領域に電子線照射したときの二次電子像を表示させてもよい。この場合、二つ目の画像表示には、一つ目の画像の観察領域が含まれ、帯電している場合には帯電によるコントラスト変化が現れるので、これを見ながら帯電対策を最適に行えるという利点がある。
【００３９】
また、掃引用のプローブ電子線照射だけでなく、他の電子源からの電子線、イオン線、紫外線、軟Ｘ線等のエネルギー線でも、試料表面上の導電率を上げることができ、これによっても上記と同様の効果が得られる。なお、これらのエネルギー線は、所望の領域の電子線掃引中にも照射可能である。
帯電量が多く、プリドーズをしても十分に観察が行えないときは、電子線の加速電圧を変えることでも帯電量や帯電による影響を緩和して観察することができる。
【００４０】
また、図４のように、寸法が問題になる試料の場合。帯電しても像観察は可能だが、電子線の軌道が乱されるため、Whの精度に比べてWv精度は10〜20nmの差が生じる。この場合、掃引方向を90°回転させるラスタローテーションを行うことでWvを精度よく測定することができる。
【００４１】
ここでは、自動的に帯電対策を行っているが、操作者が熟練していれば手動で行ってもよい。その際は、キャンセル（cancel）ボタンなどの自動処理の解除スイッチを設ける。
ここでは、一つの帯電現象の検知例といくつかの帯電対策の例を用いたが、一般に帯電現象は次に示す原理よりなるため、他にも対策の方法がある。その例に関しては後述する。
帯電現象は次の数２で表される。
【００４２】
[数２] 
dEs／dt＝（1／C）*（−J＋YJ−L）                        …(2)
ここで、Esは 表面の電位、Cは静電容量、Jは入射電子線の電流、Yは二次電子収率、Lはリーク電流である。
【００４３】
上記CとYは材料やその形状により異なる。とくに、Yは、入射電子線のエネルギーEに依存して変わり、図５のような分布をしている。通常のSEM観察では、入射電子線のエネルギーは800V〜数kV程度であり、傾きが負の領域となる。Y＝1のE2点が平衡点で材料により異なる。入射電子線がこれよりエネルギーの高いA点では負に帯電し、逆にエネルギーの低いB点では正に帯電し、両方とも Es が E−E2 になるまで電位が変化する。
【００４４】
従って、加速電圧1kVの場合、図６（a）のように、材料により異なる電位となる。また、SiO2膜が厚い場合、Cが小さくなるため、図６（b）に示すように、SiO2膜の電位は大きくなる。この結果、帯電領域付近にのっているレジストの電位も持ち上げられるため帯電量は変化する。また、加速電圧が2kVと高くなると、図６（c）のように、SiO2膜は、Yが1より小さくなるため、負に帯電する。このときは、レジストの帯電位も低下する。さらに電圧を上げていくと、レジストの帯電も0から、負に向かう。このように、チャージ量は材料や電子線の加速電圧に強く依存して変化する。
【００４５】
観察画像にコントラストが現れるのは、2種類以上の材料がある、あるいは段差がある等が原因となっている。これは図７に示すように、帯電によっても変化する。表面電位の変化、二次電子軌道の変化等のためである。従って、この変化から、帯電の程度を知ることができる。
【００４６】
この変化を観測するために、前述のように、各スキャンごとに、コントラストを数値化して、この値の変化を観測してもよいが、図１２のように画像信号の処理系にキャッシュ（バッファ）メモリーをおき、各スキャンでの画像を高速で記憶し、比較する方法も有効である。この場合、メモリー容量に限度があるため、全ての画像を記憶することは難しい。従って、メモリー上に残す画像の番号nは、操作者が設定できるようにすることが有効である。例えば絶縁体の多い試料では、測定最初の10フレーム程度は変化量が激しい領域なので残しておき、残りのメモリーで常に最新の画像を記憶し、古い順にオーバーフローした画像を消去していく方法が有効である。最初の数フレームのみ十分なコントラスト画像がとれれば、これを寸法測定や形状解析などに用いることができる。
このような方法で帯電量の情報を得て画面に表示することで、次の対策あるいは測定値の精度の確からしさを知ることができる。
【００４７】
帯電対策としては、次のような工程を備える。
チャージ量が多いと、時間が経つに連れてコントラストが低くなっていく。ある程度変化が停まり、安定した領域で測定すればよい。この関係は図７や図８に示されるように、各場合毎に決められる変化領域以降の時間に観察すればよい。
ここで、図８は試料への電子のドーズ量と照射時間の関係を概念的に示したグラフである。さらに激しく変化して、観察が困難な場合は、低倍率にして広い領域に電子線を照射してチャージを分散させ、再度倍率を上げて観察する。さらに変化が激しく、パターンが見えなくなる場合には、加速電圧を変えることでチャージ量を低減することができる。また、エミッション電流を絞ることでチャージの時間を伸ばすことも有効となる。
【００４８】
また、帯電量が大きい場合は、紫外線や軟Ｘ線を照射したり、イオン発生器や、ガス中で紫外光あるいはＸ線などを照射して、表面の電荷を分散させたり中和して減らすことが有効となる。
【００４９】
以上から、例えば帯電量と電子線の加速電圧によって、図９のように帯電のランクを分類し、それに従って帯電対策の処理方法を選択することは有効である。
ここではAからEまでに分類したが、必要精度や試料の種類によって分類を増減してもよい。
【００５０】
本実施例では帯電量を画像から評価したが、実際の試料表面の電位を測定する手段を設けてもよい。この場合、いっそう高い精度での評価が可能となる。
【００５１】
電位を直接測定する手段として、二次電子のエネルギーを測定する方法が有効である。図１１のように、二次電子検出器あるいはその回りの電極の電位を変化させると、特定の領域のエネルギーの電子を捕まえられるようになるので、二次電子の大まかなエネルギーを知ることができる。二次電子が試料から脱出するときのエネルギーは10V程度以下と低いものが多いので、このエネルギーがほぼ表面電位に匹敵する。実用上は＋100V、−100Vを境に3つの領域を区別できれば十分である。これ以外にも二次電子のエネルギーを測定する方法として、専用のエネルギーアナライザを用いてもよく、その場合、より精度の高い電位測定が行える。
【００５２】
また、光反射で試料表面の高さを測定したものと電子光学系でオートフォーカスした結果のずれを用いてもよく、あるいは、試料の電圧を変化させてもよい。
これらは帯電により表面が高い電圧±100V以上となることによって、試料表面に照射する電子線のエネルギーが、設計値よりも大きくずれることを利用したものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１における観察画像の一例を示す説明図。
【図２】従来技術の説明図。
【図３】本発明の実施例１における試料の断面図。
【図４】本発明の原理の説明図。
【図５】本発明の原理の説明図。
【図６】本発明の実施例１における試料表面の材質による電位変化を示すグラフ。
【図７】本発明の実施例１における観察画像のコントラスト変化を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例１の説明図。
【図９】本発明の実施例１における帯電のランクと対処方法の対応を示す説明図。
【図１０】本発明の実施例１の走査型電子顕微鏡の構成を示す説明図。
【図１１】本発明の実施例１における二次電子検出部の構成と機能を示す説明図。
【図１２】本発明の実施例１の変形例を示す画像信号処理部のブロック図。
【図１３】本発明の実施例１の帯電検知処理の説明図。
【図１４】本発明の実施例１の帯電検知処理の他の例の説明図。
【符号の説明】
【００５４】
401…電子源、403…検査室、404…電子光学系、405…画像処理部、406…制御部、407…二次電子検出部、408…試料室、409…被検査基板、411…アノード、412…コンデンサレンズ、413…ブランキング偏向器、414…絞り、415…走査偏向器、416…対物レンズ、418…E×B偏向器、419…電子線、420…二次電子検出器、430…試料台、431…XYステージ、432…補正制御回路、433…ステージ制御部、434…被検査基板高さ測定器、435…リターディング電源、441…走査偏向器、442…対物レンズ電源、451…二次電子。
【図１】
2005191017.tif 000003
【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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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月4日(2005.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の第一の領域に電子線を照射する電子光学系と、
前記電子線の照射によって発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を基に画像を表示する画像表示手段と、
前記第一の領域に対する照射の経時変化による画像変化を記憶する記憶手段と、
当該画像変化に基づいて前記第一の領域表面内の帯電レベルを分類する手段と、
当該帯電レベルを分類する手段によって分類された帯電レベルに応じて、予め定められた複数の帯電処理手段の中から最適な帯電処理手段を選択して、当該選択された帯電処理手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
試料の第一の領域に電子線を照射する電子光学系と、
前記電子線の照射によって発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号を基にコントラスト像を表示する画像表示手段と、
前記第一の領域に対する所望の照射時間経過毎に前記コントラスト像を記憶する記憶手段と、
当該記憶されたコントラスト像を比較する比較手段と、
当該比較手段による比較結果から前記第一の領域表面内の帯電レベルを分類する手段と、
当該帯電レベルを分類する手段によって分類された帯電レベルに応じて、予め定められた複数の帯電処理手段の中から最適な帯電処理手段を選択し、当該選択された帯電処理手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
試料の第一の領域に電子線を照射する電子光学系と、
前記電子線の照射によって発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、
前記試料の第一の領域表面の帯電状態を感知する手段と、
前記感知手段によって得られた前記第一の領域表面内の帯電レベルを分類する手段と、
当該帯電レベルを分類する手段によって分類された帯電レベルに応じて、複数の帯電処理手段の中から最適な帯電処理手段を選択し、当該選択された帯電処理手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子線装置において、
前記帯電状態の感知手段は二次電子エネルギー測定手段であることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電子線装置において、
前記複数の帯電処理手段は、所定時間電子線を照射する手段、電子線の掃引を切り替える手段、倍率を下げて所定時間電子線を照射する手段、電子線の加速電圧を変化させる手段、電子線からのエミッション電流を変化させる手段、表面電荷の中和手段の内、少なくとも２つを含むことを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電子線装置において、
前記試料は表面にパターンが形成された半導体基板であることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１から６に記載の電子線装置において、
当該電子線装置は前記試料の寸法測定または形状解析に用いられることを特徴とする電子線装置。