(57)【要約】【課題】  ＳＥＭを用いて絶縁物試料を観察した際に形成される帯電の緩和若しくは安定化を図る。【解決手段】  試料の表面電界強度や画像取得時の一次電子ビームの走査方法を制御する事で、一次電子ビーム照射によって生成される帯電を緩和若しくは安定化し、一次電子ビームの照射によって生成される動的な帯電の影響を受けにくくする。【選択図】  図８
2005345272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、
試料の表面電界強度を一定にした条件で複数の試料像を取得し、前記複数の試料像から試料上の所定のパターンの寸法変動量を求めるステップと、
前記表面電界強度を変化させて前記ステップを反復し、前記表面電界強度と前記寸法変動量の間の関係を求めるステップと、
前記関係から前記寸法変動量が小さい表面電界強度を求めるステップと、
求めた表面電界強度を走査電子顕微鏡に設定して試料像を観察するステップと、
を有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項２】
請求項１記載の試料観察方法において、試料に印加する負のリターディング電圧及び／又は走査電子顕微鏡の対物レンズに組み込んだブースタ電極に印加する正のブースタ電圧を変化させることにより試料の表面電界強度を変化させることを特徴とする試料観察方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の試料観察方法において、前記寸法変動量が小さい表面電界強度を記憶手段に記憶するステップと、次に前記試料と同種の試料の試料像を取得する際に、前記記憶手段に記憶した表面電界強度を読み出して走査電子顕微鏡に設定するステップとを有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項４】
走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、
走査方法を一定にした条件で複数の試料像を取得し、各前記複数の試料像から試料上の所定のパターンの寸法変動量を計測するステップと、
前記走査方法を変更して前記ステップを反復し、前記走査方法と前記寸法変動量の関係を求めるステップと、
前記関係から前記寸法変動量が小さい走査方法を求めるステップと、
求めた走査方法を走査電子顕微鏡に設定して試料像を観察するステップと、
を有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項５】
請求項４記載の試料観察方法において、前記走査方法は、走査方向を周期的に変更する走査方法、一次電子ビームの傾斜角度を周期的に変更する走査方法、又は１フレームもしくは複数のフレーム画像取得毎に試料に一次電子ビームを低倍率で走査する走査方法であることを特徴とする試料観察方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の試料観察方法において、前記寸法変動量が小さい走査方法を記憶手段に記憶するステップと、次に前記試料と同種の試料の試料像を取得する際に、前記記憶手段に記憶した走査方法を読み出して走査電子顕微鏡に設定するステップとを有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項７】
走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、
一次電子ビームを試料上に往復走査して試料像を得、前記試料像から試料上の所定のパターンの寸法を計測するステップと、
復路走査時の走査速度を変更して前記ステップを反復し、往路走査と復路走査の走査速度比が１の時の寸法計測値との比較で、往路走査と復路走査の最適な走査速度比を求めるステップと、
求めた走査速度比を走査電子顕微鏡に設定して試料像を観察するステップと、
を有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項８】
請求項７記載の試料観察方法において、前記最適な走査速度比を記憶手段に記憶するステップと、次に前記試料と同種の試料の試料像を取得する際に、前記記憶手段に記憶した走査速度比を読み出して走査電子顕微鏡に設定するステップとを有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項９】
電子源と、前記電子源から発生した一次電子ビームを試料上に走査する走査偏向器と、前記一次電子ビームを試料上に収束する対物レンズと、一次電子ビームの照射により試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器とを有し、試料の二次元走査像を得る走査電子顕微鏡において、
前記二次電子検出器は、検出器の前方に配置されたレンズ作用を有する軸対称電極と、前記一次電子ビームに対して前記軸対称電極から発生する電場を遮蔽するメッシュグランド電極と、前記メッシュグランド電極と前記軸対称電極の間に配置されたメッシュ減速電極とを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
電子源と、前記電子源から発生した一次電子ビームを試料上に走査する走査偏向器と、前記一次電子ビームを試料上に収束する対物レンズと、一次電子ビームの照射により試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器を有し、試料の二次元走査像を得る走査電子顕微鏡において、
前記二次電子検出器は、前記対物レンズの中心側に前記一次電子ビームを囲むようにして配置されたシンチレータを有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面に電子ビームを走査し、試料から発生する二次電子を検出することで試料表面の形状あるいは組成等を表わす二次元の走査像を得る走査電子顕微鏡、及びその走査電子顕微鏡を用いた試料像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略す）は、加熱形又は電界放出形の電子源から放出された電子を加速し、静電又は磁界レンズを用いて細い電子ビーム（一次電子ビーム）とする。この一次電子ビームを観察する試料上に二次元状に走査し、一次電子ビームの照射で試料から発生する二次電子を検出する。
【０００３】
近年、半導体の微細化が進んだことから、ＳＥＭが光学顕微鏡に代わって、半導体素子製作プロセスまたはプロセス完成後の検査（例えば、電子ビームによる寸法測定や、電気的動作の検査）に使われるようになった。絶縁物が使われている半導体の試料（ウェハ）では、一次電子のビーム照射により絶縁物の帯電が時間的に変動し走査像が劣化する。
【０００４】
この問題を避ける代表的な従来技術として、特開平5-151927号公報には、観察時の倍率とは異なるプリドーズ倍率Mpreで一次電子ビームを照射し、積極的に帯電させるプリドーズ方式が記載されている。特開平9-171791号公報にはリターディング方式およびブースティング方式について記載されている。試料に印加するリターディング電圧を調整し、絶縁物が正に帯電する１ｋＶ以下の低加速電圧の一次電子ビームで観察することにより、再現性のある安定した表面帯電が生成できるようになり、３ｎｍ程度の高分解能が実現できる。特開2000-200579号公報には、通常観察時の一次電子ビームとは異なるエネルギーの電子ビームを予め照射し、より積極的に表面帯電を生成する方式が記載されている。これらの方式により、安定した高い表面帯電電圧が容易に生成でき、アスペクト比の高いコンタクトホール底面部の残膜や帯電電圧の差異に基づく電位コントラストの観察が可能となった。
【０００５】
【特許文献１】特開平5-151927号公報
【特許文献２】特開平9-171791号公報
【特許文献３】特開2000-200579号公報
【特許文献４】WO 03/007330
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記の表面帯電の生成方式は、低倍率で一次電子ビームを走査した時に生成される帯電に対し、高い効果を得る事が出来るが、高倍率で一次電子ビームを照射した場合に生成される帯電に対し、高い効果を得る事は出来なかった。低倍率で一次電子ビームを照射した場合、観察領域全体に一様な帯電が生成されるのに対し、高倍率で一次電子ビームを照射した場合には動的な帯電分布が生成される。今後、より高精度な観測及び測長を、走査電子顕微鏡で行うには、高倍率で一次電子ビームを照射した場合に生成される動的な帯電を制御する必要がある。
【０００７】
コンタクトホールのように絶縁膜の平坦部が多いパターンを高倍率で観察した場合、電子線照射領域は負に帯電する。負帯電形成のメカニズムを図１に示す。高倍率で絶縁物を観察した際に、電子線の照射点にのみ正帯電が励起され、正帯電領域の上部に電位障壁が形成される。試料から放出された低エネルギーの二次電子は、この電位障壁を越えることができず試料に引き戻される。このとき形成される帯電分布の概略図を図２に示す。電子線照射によって形成される帯電は、照射点は正に帯電し、照射点の周辺は負に帯電する分布を示す。照射点の周辺に形成される負帯電は電子線を走査する毎に蓄積する。この負帯電の蓄積は、観察試料の誘電率と試料内部の電荷の移動度で決定される飽和電位に帯電するまで継続される。
【０００８】
上に示したような、時間と伴に変動する帯電の元で取得されたＳＥＭ画像は、時間と伴に変化する。取得画像の変化は次に示す３要因により構成される。
１．試料から放出された二次電子が試料に引き戻される事によって生じる局所的な輝度の低下
２．試料から放出された二次電子の軌道の変化から生じる局所的な検出効率の変動
３．一次電子ビームが偏向される事によって生じる局所的な倍率変動。
【０００９】
要因３については、WO 03/007330によって、観察領域に形成される帯電電位を測定若しくは推定することで、補正できる。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、上記要因１．及び要因２．の影響を緩和、若しくは安定化することである。要因１．についての詳細な説明を図３に示す。コンタクトホールを観察した場合、観察開始直後は、絶縁物上面に形成される負帯電の蓄積が進行していないため、コンタクトホールの底面から放出された二次電子は試料に押し戻されることなく検出される。更に観察を続けると、負帯電の蓄積が進行する。この負帯電の影響で、コンタクトホールの底面から放出された二次電子は試料に引き戻され検出不能となる。この結果、取得画像が変動する。
【００１１】
要因２．についての詳細な説明を以下に示す。負に帯電した場合の二次電子軌道の変動を図４に示す。一次電子ビーム照射によって蓄積される負帯電生成前の二次電子はコサイン分布を示す。このとき放出される二次電子の主軌道を、図中点線で示す。負帯電生成後は、試料近傍に帯電によって形成される電界により、二次電子の主軌道は偏向され、図中実線に示すように試料に対して垂直方向に角度を持つ方向に傾けられる。図５に帯電による検出効率低下の説明図を示す。生成された帯電により、試料垂直方向から傾けられた二次電子は、帯電生成前に放出された二次電子より、対物レンズの外側を通る。このため、帯電生成前に放出された二次電子より、二次電子変換電極の外側に入射する。二次電子変換電極は有限の大きさを持つ為、帯電の影響で試料垂直方向から傾けられた二次電子が、二次電子変換電極に入射せず、検出効率が低下する場合がある。また、観察領域に正帯電が励起された場合、放出された二次電子は過収束され、二次電子変換電極の中央に空けられた穴を通り抜け検出効率が低下する。上述のように生成される帯電の種類により、二次電子の主軌道が変動するため、最適な検出系の条件が変動し、観察条件及び取得画像の位置によって、試料から放出された二次電子の検出効率が異なり、帯電下で安定した観察は不可能である。
【００１２】
本発明の目的は、ＳＥＭを用いて絶縁物試料を観察した際に形成される帯電の緩和若しくは安定化を図る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、以下に典型的に示すような方法により、絶縁物試料を観察した際に形成される帯電の緩和若しくは安定化を図る。
【００１４】
第一の方法は、試料表面に印加する電界強度を制御するための電極を設け、観察する試料（パターン形状、材質）により、電極に印加する電圧を変動させる事で試料の表面電界強度を制御する。本方法を用いることで、一次電子ビームの照射による帯電によって生成される電位障壁の高さをコントロールする事ができるため、電位障壁によって試料表面に押し戻される二次電子の戻り位置を制御し、帯電の緩和、若しくは安定化を図れる。
【００１５】
第二の方法は、１フレーム若しくは複数のフレーム画像を取得する毎に、９０°反転した走査を行う方法である。この方法を用いれば、パターンエッジ部に蓄積された帯電電荷を、画像取得時の走査方向に対し９０°回転した方向に移動させることが出来るため、帯電の緩和、若しくは安定化を図れる。
【００１６】
第三の方法は、帯電を緩和、若しくは安定化するため、１フレーム若しくは複数のフレーム画像を取得する毎に、一次電子ビームを低倍率で走査する方法である。この方法を用いれば、低倍率で一次電子ビームを照射した時に生成される、一次電子ビームの照射領域全体に一様に分布する帯電によって、一次電子ビームを高倍率で照射した時に励起される動的な帯電の影響を低減し、帯電の緩和、若しくは安定化を図れる。更に、一次電子ビームを低倍率で照射する際に、画像フレーム取得時の電流密度で、一次電子ビームを照射すれば、より効率よく帯電の緩和、若しくは安定化を図れる。
【００１７】
第四の方法は、１フレーム若しくは複数のフレーム画像を取得する毎に、傾斜した一次電子ビームを照射する方法である。この方法を用いれば、エッジ側面等の一次電子ビームが照射されない部位の帯電を緩和、若しくは安定化できる。
【００１８】
第五の方法は、一次電子ビームを往復走査する方法である。往復走査する際、往路走査と復路走査の走査速度比を選択できるようにする。この方法を用いれば、パターンエッジ部に蓄積された帯電の影響が左右対称になり、帯電の緩和、若しくは安定化を図れる。
【００１９】
以上のような方法を用いることで、試料観察時に形成される帯電の緩和若しくは安定化を図れるが、観察時に形成される帯電分布及び帯電の蓄積速度は、観察試料の形状及び材質に強く依存するため、観察点の形状及び材質によって、最適な緩和若しくは安定化の方法及び条件が異なる。最適な緩和若しくは安定化の方法及び条件は、試料上で測定された寸法の変動量などを基準にして求めることができる。
【００２０】
更に下に示すような、帯電の影響による検出効率の変動が少ない検出器と組み合わせることで、より大きな効果を期待できる。要因２による局所的な輝度の変動を抑制するための２つの手段を以下に示す。
【００２１】
第一の手段は、一次電子ビームの照射によって形成された帯電の影響で、軌道が変動し検出不能となった二次電子の軌道を、修正するためのレンズを持つ。この手段によると、帯電の種類若しくは進行に応じて、二次電子軌道を修正するためのレンズ強度を変更する事が出来る。その結果、帯電の種類若しくは進行度によらず、安定した検出効率での観察が可能となる。さらに、二次電子の到達位置の情報を得るために設置した複数の検出器を持つ事により、試料表面から放出された二次電子の角度を選択し、選択した二次電子のみを検出する事ができる。この手段によると、試料表面から放出される二次電子の角度を分離する事が出来る。パターンのエッジ部から放出される電子の主軌道は、試料垂直方向に対し、大きな傾きを持つため、試料垂直方向に対し大きな傾きを持つ電子のみを検出する事で、エッジコントラストの大きな画像を得る事が出来る。
【００２２】
第二の手段は、一次電子ビームの照射によって形成された帯電の影響で、二次電子の軌道が変動するために引き起こされる二次電子収率の低下を防ぐため、検出器の組み込まれたブースタ電極を持つ。この手段を用いる事で、検出系の検出能力を大幅に向上できるため、帯電の種類若しくは進行度によらず、安定した検出効率での観察が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、一次電子ビーム照射によって生成される帯電の安定化、及び検出効率の安定化を図れる。従って、例えば、超微細化された半導体素子の製造プロセスにおいて、高精度で安定した寸法管理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において、同様の機能部分には同一の符号を付して説明する。
【００２５】
第１の実施例を以下に示す。図６に、本発明によるＳＥＭの構成例を示す。陰極４から引き出された一次電子ビーム１はコンデンサレンズ５で絞られ、さらに走査偏向器６によって試料９上を二次元走査される。一次電子ビーム１は、試料ステージ１０を介して試料９に印加した負のリターディング電圧と対物レンズ７に組み込まれたブースタ電極８に印加した正のブースタ電圧のため、ブースタ電極８と試料９間の減速電界で減速され、かつ対物レンズ７のレンズ作用で試料９上に細く絞られる。
【００２６】
一次電子ビーム１が試料９を照射すると二次電子２が発生する。ブースタ電極８と試料９間に作られている電界は、発生した二次電子２に対しては加速電界として作用するため、対物レンズ７の電子ビーム通過孔内に吸引され、対物レンズ７の磁界でレンズ作用を受けながら上昇する。上昇した二次電子２は変換電極１１に高エネルギーで衝突し、新たな二次電子３を発生する。この二次電子３は正の約１０ｋＶの高電圧を印加したシンチレータ１２に吸引され、シンチレータ１２に衝突した際、光を発生する。図示していないが、この光をライトガイドで光電子増倍管に導き、電気信号に変換し、増幅した後、この出力でブラウン管の輝度変調を行う。
【００２７】
本ＳＥＭは、試料の表面電界強度を制御するために印加した電圧値によって変動する光学条件の補正をする光学条件補正部１３を持つ。光学条件補正部１３では、表面電界制御部１４によって、ブースタ電極８に印加されたブースタ電圧及び試料９に印加されたリターディング電圧の情報を元に、倍率補正、フォーカス補正、最適偏向支点の値を算出（具体的には、電磁界の近軸軌道計算によって得られた焦点距離と収差係数からフォーカス補正と最適偏向支点を算出し、フォーカス補正と最適偏向支点の算出結果から倍率補正を行う）し、走査偏向器６に送る電流と対物レンズの励磁電流を制御する。
【００２８】
次に、試料に一次電子ビームを照射した際に生成される帯電の緩和、若しくは安定化のため、表面電界制御部１４において、ブースタ電極８に印加するブースタ電圧、若しくは、試料９に印加するリターディング電圧、若しくはその両方を変更することで、試料表面の電界強度を制御し、取得した寸法値から最も寸法の変動量が小さい光学条件を導出する方法について示す。
【００２９】
図７に、第１の実施例のフローチャートを示す。ステップ１０１で最適化の目標物指定を行う。具体的には、観察倍率、加速電圧、電流量、及び帯電の安定化を図る寸法の種類（例えば、ラインパターンの幅、コンタクトホールの穴底寸法など）を決定する。ステップ１０２で、電子線の照射時間ｔ１及び取得画像の積算フレーム数ｎｆ１及び画像の取得回数ｎ１を設定する。ステップ１０３で、ステップ１０２で定めた積算フレーム数の画像を取得する。ステップ１０４で取得した画像から目標とする寸法を取得する。ステップ１０５でｔ１秒の間、電子線を照射する。ステップ１０３からステップ１０５までの手順を複数回繰り返す。このとき、ステップ１０５で取得した目標寸法の変動量を帯電安定化部１５に保存する。
【００３０】
ステップ１０７で表面電界制御部で、ブースタ電極８に印加するブースタ電圧、若しくは、試料に印加するリターディング電圧、若しくはその両方を変更し、ステップ１０８で、光学条件補正部１３で最適な倍率補正、フォーカス補正、最適偏向支点の算出を行い、走査偏向器６に送る電流と対物レンズ７の励磁電流を制御する。ステップ１１０で新しい同等なパターンに移動し、ステップ１０３からステップ１１０までを複数回繰り返す。
【００３１】
図８に一例として、コンタクトホールの穴底寸法の変動量と表面電界強度の関係を示す。図に示すように、表面電界強度に対し要因１が単調増加の曲線を描くのに対し、要因２は単調減少の曲線を描く。この結果、取得寸法の変動量が最小となる最適表面電界強度が存在する。ステップ１１１では、この最適表面電界強度を導出するために、二次関数等の偶関数でフィッティングする事により、最適な表面電界強度を導出する。また、同一材料の同一パターン部を観察する際には、帯電安定化部１５に記録された最適な観察条件を用いれば、複数回寸法を取得することなく最適な条件で観察できる。
【００３２】
尚、本方法は図９に示すような、対物レンズと試料の間に試料の表面電界強度を制御する表面電界強度制御電極１６を持つＳＥＭにおいて、表面電界制御電極に印加する電圧を変更して、試料の表面電界を制御した場合においても有効である。
【００３３】
図１０に、第２の実施例のフローチャートを示す。ステップ２０１で観察条件（加速電圧、電流量、取得画像の積算枚数、帯電緩和ステップ（Ｓ２０４）で照射する一次電子ビームの走査方法等）を決定する。ステップ２０２で１フレーム若しくは複数のフレームを積算した画像を取得する。ステップ２０３において、ステップ２０１で設定した取得画像の積算枚数分の画像が取得できたかを判定する。設定した積算枚数に満たない場合は、ステップ２０４でステップ２０１で選択した走査方法で一次電子ビームを照射して、帯電の緩和、若しくは安定化を図った後、ステップ２０２からステップ２０３間での手順を繰り返す。設定した積算枚数を満たす場合は、ステップ２０５で積算画像を構築し、ステップ２０６で所望の寸法を導出する。ステップ２０７で同一パターンを再度測長するか決定し、測長する場合はステップ２０４でステップ２０１で選択した走査方法で一次電子ビームを照射し、ステップ２０２からステップ２０７を繰り返す。ここで、ステップ２０４で照射する一次電子ビームの走査方法を以下に示す。
・走査方向を画像取得時の走査方向に対し、９０°回転した走査方法
・走査方向を画像取得時の走査方向に対し、１８０°回転した走査方法
・画像取得時の倍率よりも低倍率の走査方法
・一次電子ビームを任意の方向に傾斜した走査方法
【００３４】
また、ステップ２０２からステップ２０７までを複数回繰り返し、取得した複数の寸法の変動量を元に、最適な走査方法を導出し、帯電安定化部１５に保存することで、次回、同種の試料（同一の材質及び形状の試料）を観察する時には、帯電安定化部１５に保存した走査方法を装置に設定するだけで、安定な観察が可能となる。
【００３５】
第３の実施例は、一次電子ビームを試料上に往復走査を行う事で、帯電の安定化を図る際に、往路走査と復路走査の走査速度比（往路走査速度／復路走査速度）を選択でき、最適な走査速度比で絶縁物試料を観察できる特徴を持つ。一例として反射防止膜を塗布したレジストラインパターンを、観察した際に発生する、ラインプロファイルの非対称性緩和について示す。
【００３６】
図１１に、ラインパターンの形状と走査方法についての説明図を示す。現在ＳＥＭを用いた観察には、電子ビーム照射による試料へのダメージ及びコンタミネーションを低減するため、往路走査時にのみ電子線を照射し、復路走査時には電子線を照射せず画像を取得している。このような走査方法で画像を取得した場合、レジストラインの左エッジ側面及び下部に負電荷が蓄積されていく。この様な場合、図１２に示すようなラインプロファイルを取得すると、レジストラインの左エッジ側面及び下部に蓄積された負帯電の影響で、ラインプロファイルの右側エッジピークの底部が膨らむ。この底部の膨らみの影響で、ラインの幅寸法が大きくなる。
【００３７】
この時、図１３に示すように、往路の走査と復路の走査の走査速度比が１の往復走査を行うことで、左右対称なラインプロファイルを得る事が出来る。
【００３８】
ここで、ピーク頂点から、ピークの終点までの長さを尾引き長さとする。図１４に、尾引き長さと走査速度比の関係図を示す。走査速度比の増加に伴い右側のエッジピークの尾引き長さが減少し、走査速度比が１になったところで、左右のエッジピークの尾引き長さが対称となる。しかし、走査速度比を１にして、電子線を往復走査すると、復路走査に要する時間が往路走査に要する時間と同じだけ必要となり、画像取得に時間がかかる。このため、最適な走査速度比を導出する必要がある。
【００３９】
第３の実施例として、最適な走査速度比の導出方法について示す。図１５に第３の実施例のフローチャートを示す。ステップ３０１で観察条件（加速電圧、電流量、取得画像の積算枚数、往復走査の走査速度比、最適な尾引き変動量の閾値Ccri）を決定する。ステップ３０２で、ステップ３０１若しくはステップ３０５で定めた観察条件で画像を取得する。ステップ３０３で、取得した画像から寸法を取得する。ステップ３０４で、最適な走査速度比の導出に十分な量のデータが得られたか確認する。ステップ３０６で、最適な走査速度比を導出する。
【００４０】
図１６に最適な走査速度の導出についての説明図を示す。ステップ３０２からステップ３０５で取得した尾引き長さと走査速度比Xscanの関係に対し、下に示す関数を用いてフィッティングする。
F(Xscan)=Aexp(-(Xscan/b)a)+C
ただしA，a，b，Cはフィッティングパラメータである。
【００４１】
ここで、往路走査のみで取得した尾引き長さをLo、走査速度比１の時の尾引き長さをL1とする。この時、F(Xscan)-L1=Ccri(Lo-L1)を満たすXscanを最適な走査速度比とする。ここで、Ccriは、ステップ３０１で決定した最適な尾引き変動量の閾値とする。
【００４２】
このようにして得られた最適な走査速度比を記録しておけば、次回観察時に、最適な走査速度比で観察する事が出来る。しかし、図１７に示すような逆テーパ形状のラインパターン観察時には、復路走査時に電子線がラインパターンの側壁に照射できないため、側壁に蓄積した負電荷を緩和出来ない。そこで、ラインパターンの側面に、より効率よく電子線を照射するため、復路走査時に電子線を傾斜し、ラインパターンの側壁に電子線を照射するように、往復スキャンを行えば、帯電に対し安定した観察を行うことが出来る。
【００４３】
図１８に、第４の実施例を示す。本実施例は、帯電による二次電子２の軌道の変動に伴う検出効率の低下を緩和するため、直交電磁界発生器１７とメッシュ電極１９及び、帯電の影響で拡がった二次電子軌道を収束させるためのレンズを生成するための軸対称電極１８を持つ事を特徴とする。具体的には、例えば特開平2-142045号公報に示されるような、直交電磁界発生器１７を用いて、一次電子ビームの軸外収差を抑制しつつ、二次電子を軸外に偏向する。帯電の影響により拡がった二次電子軌道を、収束させるためのレンズを、軸対称電極１８に電圧を印加する事により生成する。この時、軸対称電極１８に電圧を印加した際に発生する電場が、一次電子ビームに影響を与えないようにするためのメッシュグランド電極１９ａと、軸対称電極によって生成されるレンズの偏向作用を強化するためのメッシュ減速電極１９ｂを設置する。電子線照射によって生成される帯電の緩和若しくは安定化を図るために、試料表面の電界強度を変動させると、試料から放出された二次電子の軌道も変動する。その結果、検出器２０における二次電子の検出効率が電界強度に依存して変動する。そこで、試料の表面電界強度に連動させて、軸対称電極１８のレンズ強度を変更すれば、異なる観察条件下の測定結果を同等の検出効率で取得できる。
【００４４】
この方法を用いる事で、帯電の影響によって拡がった二次電子軌道を、軸対称電極１８に電圧を印加する事で収束できるため、帯電による二次電子軌道の変動に伴う検出効率の低下を抑制できる。更に、複数の検出器を持つ検出器２０を用いて、軸外で検出した二次電子と軸近傍で検出した二次電子を分離し、二次電子を検出すれば、帯電の影響による二次電子軌道の変化を動的にモニタリングできる。また、軸外で検出した二次電子を用いて像を構築すれば、試料垂直方向に対し傾きを持って放出された二次電子で像を構築するため、エッジコントラストの高い像を得る事が出来る。
【００４５】
図１９に、第５の実施例を示す。本実施例は、帯電による二次電子２の軌道の変動に伴う検出効率の低下を緩和するため、対物レンズに組み込まれた検出器を持つ事を特徴とする。具体的には、試料から放出された二次電子２は、対物レンズ７によって収束され、対物レンズ７に組み込まれたシンチレータ２４に照射される。シンチレータ２４で二次電子信号を光に変換し、光ファイバ、若しくはライトガイドで、光電子倍増管２５に送り込まれ電気信号に変換される。変換された電気信号を、画像構築部２６に送り、二次電子画像を構築する。この方法を用いる事で、二次電子のフォーカル面近傍に検出器を設置できるため、対物レンズに入射した二次電子の大半を検出できる。その結果、帯電の影響で二次電子２の軌道が変化しても、安定した検出効率で二次電子の検出を行える。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】負帯電形成のメカニズムの説明図。
【図２】帯電分布の概略図。
【図３】要因１．についての説明図。
【図４】負に帯電した場合の二次電子軌道の変動を説明する図。
【図５】帯電による検出効率低下の説明図。
【図６】本発明によるＳＥＭの構成例を示す図。
【図７】第１の実施例のフローチャート。
【図８】コンタクトホールの穴底寸法の変動量と表面電界強度の関係を示す図。
【図９】本発明によるＳＥＭの構成例を示す図。
【図１０】第２の実施例のフローチャート。
【図１１】ラインパターンの形状と走査方法についての説明図。
【図１２】ラインプロファイルの説明図。
【図１３】往復走査の説明図。
【図１４】尾引き長さと走査速度比の関係図を示す図。
【図１５】第３の実施例のフローチャート。
【図１６】最適な走査速度の導出についての説明図。
【図１７】逆テーパ形状のラインパターン観察の説明図。
【図１８】本発明によるＳＥＭの構成例を示す図。
【図１９】本発明によるＳＥＭの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１：一次電子ビーム、２：二次電子、３：変換電極で発生した二次電子、４：陰極、５：コンデンサレンズ、６：走査偏向器、７：対物レンズ、８：ブースタ電極、９：試料、１０：試料ステージ、１１：変換電極、１２：シンチレータ、１３：光学条件補正部、１４：表面電界制御部、１５：帯電安定化部、１６：帯電制御電極、１７：直交電磁界発生器、１８：軸対称電極、１９ａ：メッシュグランド電極、１９ｂ：メッシュ減速電極、２０：検出器、２１：画像構築部、２２：軸外二次電子分離検出器、、２３：軸内二次電子分離検出器、２４：シンチレータ、２５：光電子倍増管、２６：画像構築部
【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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【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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【図１９】
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