(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に照射される電子ビームを放出する電子銃と、
前記試料と対物レンズの間に配置され、前記電子ビームの光軸を中心とした所定の範囲の開口を有し、前記試料の表面上の全体を覆うガード電極と、
前記ガード電極と前記電子ビームの光軸との間に設けられ前記ガード電極を前記光軸方向に貫く静電シールドと、
前記ガード電極に電圧を供給するガード電極電源と、
前記試料の表面の電位を測定する表面電位計と、
前記試料の表面の電位と予め決定された基準電位との差分が所定の範囲を超えたときに前記差分を前記所定の範囲内にする電圧を前記ガード電極に印加して前記試料の表面の電位調整をする制御部と、を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記ガード電極の前記開口は、前記電子ビーム及び前記電子ビームの照射により前記試料から発生する二次電子が通過するために十分な面積を確保していることを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記制御部は、表面が導体層で覆われている前記試料に対して前記電位調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記制御部は、予め設定された測定点数毎に、前記電位調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
前記制御部は、前記電位調整を行った後、前記試料上に形成されたパターンの測長を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
試料の表面に照射される電子ビームを放出する電子銃と、前記試料と対物レンズの間に配置され、前記電子ビームの光軸を中心とした所定の範囲の開口を有し、前記試料の表面上の全体を覆うガード電極と、前記ガード電極と前記電子ビームの光軸との間に設けられ前記ガード電極を前記光軸方向に貫く静電シールドと、前記ガード電極に電圧を供給するガード電極電源と、前記試料の表面の電位を測定する表面電位計と、を有する走査型電子顕微鏡において行う試料観察方法であって、
試料の表面の電位を測定するステップと、
前記表面の電位と予め設定された基準電位との差分を算出するステップと、
前記差分が予め設定された許容値の範囲内にないとき、前記ガード電極に印加する電圧を調整して前記差分を前記許容値の範囲内にするように前記表面電位を調整するステップと、
前記試料の表面電位が調整された後、前記試料に形成されたパターンの測長を行うステップと、
を有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項７】
前記試料の表面を測定するステップから前記表面電位を調整するステップは、予め設定された測定点数毎に行うことを特徴とする請求項６に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、電子ビームを試料に照射して試料を観察する走査型電子顕微鏡及び試料観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程において、電子顕微鏡等の電子ビーム装置による試料の観察や、パターンの線幅等の測定が行われている。電子ビーム装置による試料の観察や測定では、観察する部分に電子ビームを照射させながら走査して、二次電子等の電子量を輝度に変換して表示装置に画像として表示している。
【０００３】
このように試料の観察や測定をする際に、電子ビームを照射するが、この電子ビームの照射によって試料表面が帯電する現象が発生する。すなわち、試料に入射する荷電粒子と放出される荷電粒子が有する電荷の差によって、照射面が正または負に帯電する。試料表面に帯電が発生すると、放出された二次電子が加速されたり、試料に引き戻されたりして二次電子放出の効率が変化する。その結果、試料表面の画像の質が不安定になるという問題がある。また、試料表面の帯電が進行すると、一次電子ビームを偏向させ、画像に歪みを生じさせてしまう場合がある。
【０００４】
このような問題に対し、試料上の帯電を防止する方法が種々提案されている。これに関する技術として、特許文献１には、二次電子の収率が１より大きくなる加速電圧と１より小さくなる加速電圧を利用して、試料表面の帯電を制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、試料表面から放出される２次電子を試料直上の電極電圧で押し返して試料表面電位がプラス方向に進行することを抑制する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４２０１９号公報
【特許文献２】特開２００６−５４０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、電子ビーム装置における試料の観察において、試料が帯電する現象が発生するが、例えば試料を電気的に接続できる場合には、電気的に接続された試料上の導体を接地することにより、試料の帯電現象を防止することができ、特に問題にはならない。
【０００６】
しかし、試料が非導電性の場合や、導電性の材料が使用されていても接地することができず、電気的にフローティングな場合には試料の帯電現象が発生する。
【０００７】
半導体の露光の原盤として用いられるフォトマスクの寸法を測定する場合の帯電現象の一例について説明する。配線の製造途中過程である、ガラス基板の上全体にクロム等の導体があり、その上にクロムをエッチングするためのレジスト配線がある状態では、ある場所で電子ビームを照射して帯電が発生すると、基板上全体の導体の層の電位が変化するため、別の場所の観察や寸法測定にも影響を及ぼしてしまう。また、一つの場所での帯電が微小であっても、数百〜数千の場所に電子ビームを照射すれば、最終的には大きな帯電となり、最初に測定した寸法と最後に測定した寸法では同じ場所であっても異なった結果になってしまう。
【０００８】
このような寸法の変化として、例えば、電子ビームの照射エネルギーが１５００ｅＶの場合、試料表面電位が１０Ｖ変化すると寸法が０．３％変動する状況が発生している。
【０００９】
電子ビーム装置に対しては、小さいデバイスサイズに対応するために高精度化が要求されている。例えば、寸法精度は０．０５％以下となることが要求されている。従って、照射エネルギーが１５００ｅＶの場合は、許容される試料表面の電位変化は、１．７Ｖ程度である。
【００１０】
また、配線描画プロセスの一過程であるレジスト材の寸法測定においては、レジスト材への損傷を避けるため、電子ビームの照射エネルギーを５００ｅＶ程度まで下げることが一般的である。この場合、寸法精度の要求を満たすためには、試料表面の電位変動を約０．６Ｖ以下にする必要がある。
【００１１】
さらに、レジスト材によっては電子ビームによる損傷感度が高いため、照射エネルギーを４００ｅＶから３００ｅＶ程度にまで下げる必要があり、試料表面の電位変動は可能な限り０Ｖに近いことが望ましい。
【００１２】
なお、上記した、二次電子を利用して試料表面の帯電を制御する方法では、二次電子発生効率が種々のパラメータに依存するため、完全に帯電を抑制することは困難である。また、たとえ個々の帯電量が個々の測長には問題のないレベルであっても、測定点数が増加した場合は、導体層全体の電位変化による誤差の発生を防止することは困難である。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、試料表面の導体層の電位を一定にして精度よく試料を観察することのできる走査型電子顕微鏡及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】
【００１４】
上記した課題は、試料の表面に照射される電子ビームを放出する電子銃と、前記試料と対物レンズの間に配置され、前記電子ビームの光軸を中心とした所定の範囲の開口を有し、前記試料の表面上の全体を覆うガード電極と、前記ガード電極と前記電子ビームの光軸との間に設けられ前記ガード電極を前記光軸方向に貫く静電シールドと、前記ガード電極に電圧を供給するガード電極電源と、前記試料の表面の電位を測定する表面電位計と、前記試料の表面の電位と予め決定された基準電位との差分が所定の範囲を超えたときに前記差分を前記所定の範囲内にする電圧を前記ガード電極に印加して前記試料の表面の電位調整をする制御部と、を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡により解決する。
【００１５】
上記した走査型電子顕微鏡において、前記ガード電極の前記開口は、前記電子ビーム及び前記電子ビームの照射により前記試料から発生する二次電子が通過するために十分な面積を確保しているようにしてもよく、更に、前記ガード電極の前記開口の内側に、静電シールドを備えるようにしてもよい。
【００１６】
また、上記した走査型電子顕微鏡において、前記制御部は、表面が導体層で覆われている前記試料に対して前記電位調整を行うようにしてもよく、前記制御部は、予め設定された測定点数毎に、前記電位調整を行うようにしてもよく、前記制御部は、前記電位調整を行った後、前記試料上に形成されたパターンの測長を行うようにしてもよい。
【００１７】
本発明では、測定対象の試料と対物レンズの間に、電子ビームの光軸を中心とした所定の大きさの開口を有し、試料の表面の全体が覆われるガード電極を設けている。試料表面の導体層の電位を表面電位計で測定し、予め決定しておいた導体層の基準電位との比較をし、この差分が所定の範囲をこえるときは、ガード電極の電位を調整して、差分が所定の範囲内の値になるように調整する。これにより、試料の表面の電位を一定にすることが可能になり、電子ビームの軌道が一定になり、試料の観察を正確に行うことが可能となる。
【００１８】
また、本発明の他の形態によれば、上記の形態に係る走査型電子顕微鏡において実施される試料観察方法が提供される。その一形態に係る試料観察方法は、試料の表面の電位を測定するステップと、前記表面の電位と予め設定された基準電位との差分を算出するステップと、前記差分が予め設定された許容値の範囲内にないとき、前記ガード電極に印加する電圧を調整して前記差分を前記許容値の範囲内にするように前記表面電位を調整するステップと、前記試料の表面電位が調整された後、前記試料に形成されたパターンの測長を行うステップと、を有することを特徴とする。
【００１９】
上記した試料観察方法において、前記試料の表面を測定するステップから前記表面電位を調整するステップは、予め設定された測定点数毎に行うようにしてもよい。
【００２０】
本発明の走査型電子顕微鏡を用いた試料観察方法では、予め、試料表面の基準電位、試料表面の測定電位と基準電位との差分の許容値を設定しておき、試料表面の電位がこの許容値の範囲内に入るように、ガード電極の電位を調整している。この調整は、予め設定した測定点の数毎に行うようにしている。これにより、試料の測長を行っている間は、試料上の電位の変化を許容範囲内に抑えることが可能になり、安定した測定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
はじめに、走査型電子顕微鏡の構成について説明する。次に、本発明の特徴である試料表面の電位を一定にする処理について説明する。次に、走査型電子顕微鏡を用いた試料観察方法について説明する。なお、本実施形態では、表面のほとんどが導体層に覆われ、電子ビームを照射する領域に存在する導体が、互いに電気的に接続されているような試料を対象としている。
【００２３】
（電子ビーム寸法測定装置の構成）
図１は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。
【００２４】
この走査型電子顕微鏡１００は、電子走査部１０と、信号処理部３０と、表示部４０と、電子走査部１０、信号処理部３０及び表示部４０の各部を制御する制御部２０とに大別される。このうち、電子走査部１０は、電子銃１とコンデンサレンズ２と偏向コイル３と対物レンズ４と、ガード電極１１と、表面電位計１３と、移動ステージ５とを有している。
【００２５】
図２は、走査型電子顕微鏡に設置されるガード電極１１を説明する図である。ガード電極１１は試料７と対物レンズ４の間に配置され、試料７全体を覆う大きさになっている。このガード電極１１は独立したガード電極電源１２に接続されており、ガード電極１１の電位を制御部２０によって所要の値に設定することが可能である。
【００２６】
また、ガード電極１１は電子ビーム９が通過する部分に開口が設けられている。この開口は、電子ビーム９及び電子ビーム９が照射されたことによって試料７から発生する二次電子がガード電極１１による電界の影響を受けない程度の大きさに形成されている。例えば、光軸を中心として直径数十ｍｍである。この直径を短くすると、ガード電極１１に印加した電圧によって発生する電界が静電レンズを構成し、電子ビームの焦点に影響を与えてしまう。よって、電子ビームが電気的に干渉されない程度の開口にしている。
【００２７】
ガード電極１１と試料７との間隔は、数ｍｍとしている。後述するようにガード電極１１と導体層７ａ間の静電容量を前提として試料７の表面電位を調整するため、ガード電極１１と試料７との間隔を広げすぎて静電容量が小さくならないようにする。
【００２８】
表面電位計１３は、非接触で試料７の表面の電位（静電気電圧）を測定するものであり、測定値が測定距離に依存しないタイプの表面電位計が使用されている。
【００２９】
制御部２０はマイクロコンピュータで構成され、測長を実行するためのプログラムが格納されている。また、制御部２０は電子ビーム９の加速電圧を決定し、電気的に接続されている電子銃１に対して加速電圧を印加する。
【００３０】
以上のように構成された走査型電子顕微鏡１００において、電子銃１から照射された電子ビーム９をコンデンサレンズ２、偏向コイル３、対物レンズ４を通して移動ステージ５上の試料７に照射する。電子ビーム９が照射されて試料７から出た二次電子又は反射電子の量は、シンチレータ等で構成される電子検出器８によって検出され、信号処理部３０においてその検出量がＡＤ変換器によってデジタル量に変換され、さらに輝度信号に変換されて表示部４０で表示される。偏向コイル３の電子偏向量と表示部４０の画像スキャン量は制御部２０によって制御される。
【００３１】
このような一般的な機能に加えて、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡では、以下に示すように試料７の表面電位を一定にする機能を備えている。すなわち、試料７の表面の導体層７ａの電位を表面電位計１３で測定し、この測定値と予め設定した基準電位との差分を算出して比較を行う。この差分が所定の許容範囲内にない場合、ガード電極１１に印加する電圧を調整し、差分が許容範囲内になるようにする。このような試料７の表面の電位の調整を所定の測定点数毎に行った後、試料７に形成されたパターンの観察又は測長を行う。
【００３２】
（試料の表面の電位を一定にする処理）
試料７の上方に試料７の全体を覆うガード電極１１を設けることにより、試料７の表面の電位を一定にする原理について以下に示す。
【００３３】
まず、図３及び図４を参照して、試料の表面電位の帯電について説明する。
【００３４】
図３は、一次電子のエネルギーと二次電子放出比との関係を模式的に示したものである。図３に示すように、一次電子のエネルギーを低いエネルギーから増加していくと、二次電子放出比も増加し、Ｅ１で１になる。さらに一次電子のエネルギーを増加すると、Ｅｍで二次電子放出比が最大となり、Ｅ２を越えると再び二次電子放出比は１より小さくなる。ここで、Ｅ１、Ｅｍ、Ｅ２の値は、試料の材質に依存して変化するが、Ｅｍの値はほぼ５００ｅＶから１０００ｅＶの間になっている。
【００３５】
図４は、二次電子放出比と絶縁膜表面の帯電状態の関係を模式的に示したものである。図４（ａ）は、二次電子放出比が１より大きい場合である。二次電子放出比が１より大きい範囲では、試料７から放出される二次電子４２の数が試料に入射する一次電子４１の数を上回るため、試料７の表面は正に帯電する。一方、図４（ｂ）は、二次電子放出比が１より小さい場合で、図３の一次電子エネルギーがＥ１より低いか、またはＥ２より高い場合に対応している。二次電子放出比が１より小さい範囲では、試料７の表面に電子が多く残り、試料７の表面は負に帯電する。
【００３６】
一次電子のエネルギーが十分大きく、二次電子放出比が１より小さい場合、試料７の表面が負に帯電するため、一次電子は試料７の付近で減速する。この帯電は、一次電子がＥ２のエネルギーまで減速され、二次電子放出比が１に近づくまで進行することになる。このとき帯電電圧はＥ２と一次電子エネルギーの差となり、大きな負の値（例えば、−１００Ｖを超える値）に帯電する場合もある。このような帯電が発生すると、二次電子像が大きく歪み、測長誤差が増大する。
【００３７】
一方、二次電子放出比が１より大きい場合には試料７の表面が正に帯電するが、数Ｖ帯電すると数ｅＶのエネルギーしか持たない二次電子４３は試料７の表面に引き戻されるようになる。一次電子と表面に引き戻される二次電子とをあわせた入射電流と放出される二次電子による放出電流とがつりあい、それ以上帯電が進行しない。このため、試料７の観察等には二次電子放出比が１より大きくなる範囲が採用されている。
【００３８】
このような帯電均一化において、従来は、照射電子ビームのエネルギーを変えて試料表面の電位をプラス方向またはマイナス方向に帯電させ、試料表面の電位の変化を抑制している。この際に、二次電子放出比を１にして、帯電を防止するように、加速電圧を設定するようにしている。しかし、試料７の材質によって二次電子４２の発生効率が１になる加速電圧が異なるため、加速電圧を調整しながら二次電子発生効率が１になるような加速電圧を見出さなければならず、加速電圧の設定が困難である。
【００３９】
本実施形態では、図２に示すように、試料７と対物レンズ４の間に、試料７の全体が覆われるガード電極１１を設けている。このガード電極１１の電位を調整することによって、導体層７ａの電位（導体電位）を制御している。
【００４０】
図５は導体層７ａと、ガード電極１１と、導体層７ａの周囲金属（対物レンズや試料台等）との接続関係を示す等価回路である。図５の等価回路において、導体層７ａは点Ａ、ガード電極１１は点Ｂ、導体層７ａの周囲金属は点Ｃで示されている。また、導体層７ａ（点Ａ）と周囲金属（点Ｃ）との間の静電容量をＣ０，ガード電極１１（点Ｂ）と導体層７ａ（点Ａ）との間の静電容量をＣｇとし、導体層７ａ（点Ａ）には電荷Ｑが蓄積しているものとする。周囲金属は接地され、ガード電極１１（点Ｂ）の電位をＶｇ，導体層７ａ（点Ａ）の電位をＶｓとすると、導体層７ａの電位Ｖｓは、式（１）のようになる。
【００４１】
Ｖｓ＝Ｖｇ×Ｃｇ／（Ｃ０＋Ｃｇ）＋Ｑ／（Ｃ０＋Ｃｇ）……（１）
式（１）より、試料７の表面の電位Ｖｓの初期値をＶｓ０とすれば、ガード電極１１にＶｇ＝Ｖｓ０×（Ｃ０＋Ｃｇ）／Ｃｇ−Ｑ／Ｃｇの電圧を印加することにより、試料７の表面の電位Ｖｓの変動をなくすことができる。特に、試料７の表面の電位Ｖｓの初期値が０（ゼロ）であれば、Ｖｇ＝−Ｑ／Ｃｇの電圧をガード電極１１に印加することによって、試料７の表面の電位をゼロで一定にすることが可能となる。
【００４２】
なお、ガード電極１１と導体層７ａ間の距離を小さくするほどガード電極１１と導体層７ａ間の静電容量Ｃｇが大きくなるため、ガード電極１１の電位ＶｇはＶｓ−Ｑ／Ｃｇと近似できる。よって、導体層７ａとガード電極１１以外の導体部分とで形成される静電容量の影響を無視して、導体層７ａの電位を制御することが可能である。
【００４３】
このように、ガード電極１１に所定の電圧を印加することによって、導体層７ａの電位Ｖｓの値を一定にすることが可能である。
【００４４】
実際には、導体層７ａに蓄積されている電荷の値等の測定が困難であるため、導体層７ａの表面電位を測定し、予め規定した導体層７ａの電位の基準値との差分が許容範囲内の値になるようにガード電極１１の電位を制御するようにしている。
【００４５】
例えば、基準値は、はじめに試料７の表面電位を測定したときの値とする。所定数の測定点数の測定が終了する毎に表面電位を測定し、その表面電位と基準値と比較し、差分が許容範囲内であれば測長を継続し、差分が許容範囲内でなければ、ガード電極１１に電圧を印加して、試料７の表面電位を基準値に戻すように調整する。
【００４６】
図６は、試料７に形成されたパターンの測定値が測定点数の増加によって変化する様子を示している。図６の横軸は測定点数を示し、縦軸は測定値を示している。なお、図６では、同一のサイズに形成されたパターンを測長するものとする。
【００４７】
測定点数ｎ０、すなわち測定の開始時点において測定した寸法がｘ１であるとする。試料７上に形成されたパターンの寸法測定をする間、試料７上には電子ビームが照射されるため、試料７の表面が帯電し、電子ビームの軌道が変化する。そのため、例えば、図６の破線Ｌ１に示すように測定点数の増加とともに実際の寸法よりも大きく測定されるようになってしまう。
【００４８】
そこで、規定の測定点数毎に試料７の表面電位を測定し、許容範囲の電位になっていない場合に、ガード電極１１に電圧を印加して表面電位を許容範囲内の電位に調整する。これにより、所定の数の測定点の開始時には、常に許容範囲内の表面電位にすることができ、図６の実線Ｌ２に示すように、許容範囲（α）内で測長を実施することが可能となる。
【００４９】
また、所定の数の測定が終了した時点で試料７の表面電位が許容範囲の電位であるときは、ガード電極１１に電圧を印加することによる表面電位の調整を行う必要がない。例えば、図６の破線Ｌ３に示すように所定の測定点数ｎ１、ｎ２のときには表面電位の調整を行わず、測定点数がｎ３のときに表面電位の調整を行えばよい。
【００５０】
なお、試料７がフォトマスクの場合には、測長以前のプロセスによって頻繁にチャージアップが発生している。よって、試料７を移動ステージ５に搭載した直後の試料７上の導体層７ａの電位は必ずしも一定とは限らない。この状態で試料７上に作成されたパターンの測長を行うと、パターンのサイズが同じであっても試料７毎に測定結果が異なるという現象が発生してしまうおそれがある。従って、安定した測長を実施可能にするために、試料７の表面の初期電位を固定することが望ましい。
【００５１】
この場合には、試料７の表面電位の基準値Ｖｓ０を予め設定し（例えば、０[Ｖ]）、試料７を移動ステージ５に搭載したときの試料７の表面電位を表面電位計１３を用いて測定し、測定した値が許容範囲になるようにガード電極１１に印加する電圧を調整する。その後、規定の測定点数の測定終了毎に試料７の表面電位を測定して基準値Ｖｓ０に近くなるようにガード電極１１に印加する電圧を調整する。
【００５２】
このように、試料７の表面の初期の電位を所定の基準値に設定することにより、試料７相互間で常に試料７の表面電位を基準値に近い値とすることができ、安定した測長を行うことが可能となる。
【００５３】
また、ガード電極１１の中央部の開口を極力小さくして、試料７の表面とで構成される静電容量の値を大きくする場合には、図７に示すように、シールド１５を開口内部に設けるようにしてもよい。このシールド１５によって、ガード電極１１に印加した電圧による電界がシールド１５の内側に形成されることが防止でき、電子ビームの軌道や焦点に影響を与えないようにすることができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の走査型電子顕微鏡では、測定対象の試料と対物レンズの間に、電子ビームの光軸を中心とした所定の大きさの開口を有し、試料の表面の全体が覆われるガード電極を設けている。試料表面の導体層の電位を表面電位計で測定し、予め決定しておいた導体層の基準電位との比較をし、この差分が所定の範囲をこえるときは、ガード電極の電位を調整して、差分が所定の範囲内の値になるように調整する。これにより、試料の表面の電位を一定にすることが可能になり、電子ビームの軌道が一定になり、試料の観察を正確に行うことが可能となる。
【００５５】
（試料測長方法）
次に、本実施形態の走査型電子顕微鏡１００において、試料７上に形成されたパターンの測長をする試料観察方法について図８のフローチャートを用いて説明する。図８は、試料の表面電位を一定にして試料上に形成されたパターンの測長を行う処理フローの一例を示している。なお、本処理では、試料７が移動ステージ５に搭載されたものとして説明する。
【００５６】
まず、最初のステップＳ１１では、初期設定を行う。この初期設定では、試料７の表面の導体層７ａの電位の基準値Ｖｓ０、及び試料７ａの表面の電位（導体電位）Ｖｓと基準値Ｖｓ０との差分の許容値βを決定する。また、表面電位の調整を実施するまでの測定点の数を決定する。また、ガード電極１１の電位Ｖｇを初期値Ｖｇ０に設定する。
【００５７】
ステップＳ１２からステップＳ１４において試料上の表面電位の調整を行う。
【００５８】
ステップＳ１２では、試料７の表面の導体電位Ｖｓを、表面電位計１３を用いて測定する。測定した導体電位Ｖｓと予め設定された基準値Ｖｓ０との差分ｄ（｜Ｖｓ−Ｖｓ０｜）を算出する。
【００５９】
次のステップＳ１３では、ステップＳ１２で算出された差分｜Ｖｓ−Ｖｓ０|が所定の許容値β以下か否かを判定する。差分が所定の許容値β以下であれば、導体電位Ｖｓは電子ビームに影響を与えるものではないと判定し、ステップＳ１５に移行して測長を実施する。一方、差分が所定の許容値β以下でなければ、ステップＳ１４に移行する。
【００６０】
次のステップＳ１４では、差分｜Ｖｓ−Ｖｓ０｜が許容値β以下になるように、ガード電極１１の電位を制御する。試料７の表面の導体電位Ｖｓが基準値Ｖｓ０よりも大きいときは、ガード電極１１に印加するガード電極電源１２の電位Ｖｇを初期値Ｖｇ０よりも下げ、導体電位Ｖｓが基準値Ｖｓ０よりも小さいときは、ガード電極電源１２の電位Ｖｇを初期値Ｖｇ０よりも上げる。ガード電極電源１２の電圧の上げ幅又は下げ幅を予め規定しておき、ガード電極電源１２の電位Ｖｇの値を上げ幅又は下げ幅に応じて調整する毎に導体電位Ｖｓを表面電位計１３で測定する。このガード電極電源１２の電位Ｖｇの値の調整を、導体電位Ｖｓと基準値Ｖｓ０との差分が許容値βの範囲内になるまで行う。
【００６１】
次のステップＳ１５において、試料７上に形成されたパターンの測長を行う。
【００６２】
次のステップＳ１６では、ステップＳ１１の初期設定で規定した測定点数の測長処理が終了したか否かの判定をし、終了していなければ、測長を継続する。
【００６３】
次のステップＳ１７では、すべての測定点に対して測長が終了したか否かを判定し、終了していれば本処理は終了し、測長が終了していなければ、ステップＳ１２に戻り、次の規定点数の測定の開始前に、導体電位Ｖｓの調整を行う。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の走査型電子顕微鏡を用いた試料観察方法では、予め、試料表面の基準電位、試料表面の測定電位と基準電位との差分の許容値を設定しておき、試料表面の電位がこの許容値の範囲内に入るように、ガード電極の電位を調整している。この調整は、予め設定した測定点の数毎に行うようにしている。これにより、試料の測長を行っている間は、試料上の電位の変化を許容範囲内に抑えることが可能になり、安定した測定を行うことが可能となる。
【００６５】
なお、本実施形態では、測長実行中以外はなんらかの手段によって電子ビーム照射を停止することを前提としている。従って、試料７の電荷の蓄積は測定点数にほぼ比例して増加すると考えられるため、連続して測定を行う測定点の数を予め設定しておき、測定が終了する毎に試料表面の電位を調整するようにしている。しかし、電子ビーム照射を停止する手段がない場合は、試料７の電荷の蓄積は照射時間にほぼ比例して増加すると考えられる。また、規定された測定点数が多いときは測定中に試料７に電荷が蓄積され、基準値Ｖｓ０との差分が許容値βの範囲内に入らない場合もあり得る。従って、試料７の表面の電位調整をする時間間隔を設定しておき、その時間毎に試料表面の電位を調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態で使用される走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図２】図１に係る走査型電子顕微鏡のガード電極を説明する図である。
【図３】一次電子のエネルギーと二次電子放出比との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は二次電子放出比と試料表面の帯電の関係を示す図である。
【図５】試料表面の導体層とガード電極と導体層の周囲金属との接続関係を示す等価回路である。
【図６】測定点数と測定値との関係を示した図である。
【図７】図１に係る走査型電子顕微鏡のガード電極及び静電シールド電極を説明する図である。
【図８】試料観察方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１００…走査型電子顕微鏡、１…電子銃、２…コンデンサレンズ、３…偏向コイル、４…対物レンズ、５…移動ステージ、７…試料、７ａ…導体層、８…電子検出器、９…電子ビーム、１０…電子走査部、１１…ガード電極、１２…ガード電極電源、１３…表面電位計、１５…静電シールド、２０…制御部、３０…信号処理部、４０…表示部、４１…一次電子、４２，４３…二次電子。
【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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