(57)【要約】【課題】高精度に試料の不純物濃度分布を測定する方法を提供する。【解決手段】本発明の試料の不純物濃度分布を測定する方法は、走査工程、フィルタ工程、二次電子の強度を測定する強度測定工程、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃを段階的にＮ−１回上昇させる工程、及び、二次電子の強度のエネルギー分布曲線ＲＬ、ＲＨを評価する工程とを備える。カットオフエネルギー値Ｅｃの各段階において、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程が行われる。ｍを１以上Ｎ以下の任意の整数、ｐを１以上Ｎ−１以下の任意の整数、ｍ段階目のカットオフエネルギー値ＥｃをＥｍ、カットオフエネルギー値ＥｃがＥｍである際に測定された二次電子の強度をＩｍとしたとき、Ｉｐ＋１−Ｉｐの値を、Ｅｐ以上Ｅｐ＋１以下のエネルギーを有する二次電子の強度とみなす。【選択図】図２
2012103195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の不純物濃度分布を測定する方法であって、
前記試料の表面を電子線で走査することにより、各走査点から二次電子を発生させる走査工程と、
前記各走査点から発生した前記二次電子をハイパスフィルタに通過させるフィルタ工程と、
前記ハイパスフィルタを通過した前記各走査点から発生した前記二次電子の強度を測定する強度測定工程と、
Ｎを２以上の整数としたとき、前記ハイパスフィルタのカットオフエネルギー値を段階的にＮ−１回上昇させることにより、当該カットオフエネルギー値をＥ１からＥＮまでＮ段階に変化させるカットオフエネルギー変更工程と、
前記各走査点について、前記二次電子の強度のエネルギー分布を評価するエネルギー分布評価工程と、
前記各走査点について、前記二次電子の強度の前記エネルギー分布のピーク位置の所定の基準値からのシフト量を評価することにより、前記試料の前記表面の前記各走査点における不純物濃度分布を評価する不純物濃度評価工程と、
を備え、
Ｎ段階に変化した前記カットオフエネルギー値の各段階において、前記走査工程、前記フィルタ工程、及び、前記強度測定工程が行われ、
ｍを１以上Ｎ以下の任意の整数、ｐを１以上Ｎ−１以下の任意の整数、低エネルギー側からｍ段階目の前記カットオフエネルギー値をＥｍ、前記カットオフエネルギー値がＥｍである際に前記強度測定工程において測定された前記二次電子の強度をＩｍとしたとき、前記エネルギー分布評価工程において、Ｉｐ＋１−Ｉｐの値を、Ｅｐ以上Ｅｐ＋１以下のエネルギーを有する前記二次電子の強度とみなすことによって、前記二次電子の強度の前記エネルギー分布を評価することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電子線を発生する電子源と、
前記ハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタを通過した前記各走査点から発生した前記二次電子の強度を測定する二次電子検出器と、
を備える走査型電子顕微鏡を用いて、前記走査工程、前記フィルタ工程、及び、前記強度測定工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の不純物濃度分布の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、不純物濃度分布の測定方法が記載されている。この方法においては、不純物濃度に対応した選択性を有する方法によって試料をエッチングすることにより、不純物濃度分布に対応した段差を試料に形成する。そして、段差形成後の試料の厚さを透過型電子顕微鏡で測定することにより、試料の不純物濃度分布を測定する。このような方法により、半導体基板中の微量領域の微量な不純物濃度分布の測定が可能なことが記載されている。
【０００３】
下記非特許文献１には、高エネルギーの二次電子をフィルタリングするローパスフィルタを備えた走査型電子顕微鏡を用いた不純物濃度分布の測定方法が記載されている。この方法においては、ローパスフィルタのカットオフエネルギー値を段階的に変化させる。そして、変化させたカットオフエネルギー値の各段階において、走査型電子顕微鏡によって試料の表面を電子線で走査し、各走査点から発生したエネルギー分布を有する二次電子をローパスフィルタでフィルタリングし、フィルタリング後の当該二次電子の強度を測定している。
【０００４】
このような測定を行うと、カットオフエネルギー値がＡである場合の二次電子の測定強度と、カットオフエネルギー値がＡから一段階変化させたＢである場合の二次電子の測定強度との差は、ＡからＢの範囲のエネルギーを有する二次電子の強度となる。そのため、カットオフエネルギー値を一段階変化させた前後の二次電子の強度の差を、カットオフエネルギー値の各段階について計算することにより、各走査点から発生した二次電子のエネルギー分布を評価することができる。
【０００５】
そして、各走査点から発生した二次電子のエネルギー分布のピーク位置は、試料の不純物濃度に応じてシフトする。そのため、各走査点について二次電子のエネルギー分布のピーク位置のシフト量を評価することにより、試料の表面の二次元的な不純物濃度分布を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１８１５９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】P. Kazemian, et. al., "High resolution quantitativetwo-dimensional dopant mapping using energy-filtered secondary electron imaging",Journal of Applied Physics, Vol. 100, pp.054901-1-054901-7 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載の不純物濃度分布の測定方法においては、透過型電子顕微鏡で測定可能なように予め試料を薄片状に加工する必要がある上、測定時に測定対象の試料をエッチングし、膜厚の測定を行う必要がある。そのため、測定に時間がかかってしまう。
【０００９】
この点、上記非特許文献１に記載の不純物濃度分布の測定方法のように、試料に電子線を照射した際に発生する二次電子のエネルギー分布が試料中の不純物濃度に依存することを利用した測定方法によれば、予め試料を薄片状等の特定の形状に加工する必要は無い上に、試料のエッチングや膜厚測定の必要はない。そのため、短時間で測定を行うことができる。
【００１０】
しかしながら、上記非特許文献１に記載の不純物濃度分布の測定方法のような、試料に電子線を照射した際に発生する二次電子を利用した不純物濃度分布の測定方法においては、以下のような理由により、測定精度が悪いという問題点がある。
【００１１】
即ち、試料に電子線の照射を続けると、試料への気体分子の吸着等による試料の汚染に起因して、試料の各走査点から発生する二次電子の強度が変化してしまう場合がある。そして、エネルギー分布を有する二次電子のうち、より低エネルギー側の二次電子の方が、上述のような試料の汚染に起因する二次電子の強度の変化が大きくなる。
【００１２】
そして、上記非特許文献１に記載の不純物濃度分布の測定方法においては、各走査点から発生した二次電子をローパスフィルタでフィルタリングしているため、測定工程全体において、カットオフエネルギーよりも低エネルギー側の二次電子は常に測定されることになる。そのため、上記非特許文献１に記載の不純物濃度分布の測定方法においては、上述のような試料の汚染に起因する二次電子の強度の変化が測定誤差の原因となってしまうため、測定精度が悪くなるという問題点がある。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、試料に電子線を照射した際に発生する二次電子を利用して高精度に試料の不純物濃度分布を測定する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】
上述の課題を解決するため、本発明に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法は、試料の表面を電子線で走査することにより、各走査点から二次電子を発生させる走査工程と、各走査点から発生した二次電子をハイパスフィルタに通過させるフィルタ工程と、ハイパスフィルタを通過した各走査点から発生した二次電子の強度を測定する強度測定工程と、Ｎを２以上の整数としたとき、ハイパスフィルタのカットオフエネルギー値を段階的にＮ−１回上昇させることにより、当該カットオフエネルギー値をＥ１からＥＮまでＮ段階に変化させるカットオフエネルギー変更工程と、各走査点について、二次電子の強度のエネルギー分布を評価するエネルギー分布評価工程と、各走査点について、二次電子の強度のエネルギー分布のピーク位置の所定の基準値からのシフト量を評価することにより、試料の表面の各走査点における不純物濃度分布を評価する不純物濃度評価工程と、を備え、Ｎ段階に変化したカットオフエネルギー値の各段階において、上記走査工程、上記フィルタ工程、及び、上記強度測定工程が行われ、ｍを１以上Ｎ以下の任意の整数、ｐを１以上Ｎ−１以下の任意の整数、低エネルギー側からｍ段階目のカットオフエネルギー値をＥｍ、カットオフエネルギー値がＥｍである際に上記強度測定工程において測定された二次電子の強度をＩｍとしたとき、上記エネルギー分布評価工程において、Ｉｐ＋１−Ｉｐの値を、Ｅｐ以上Ｅｐ＋１以下のエネルギーを有する二次電子の強度とみなすことによって、二次電子の強度のエネルギー分布を評価することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法においては、フィルタ工程において、各走査点から発生した二次電子をハイパスフィルタに通過させている。そのため、ハイパスフィルタのカットオフエネルギー値よりも低いエネルギーを有する二次電子が測定工程において測定されることは、抑制される。
【００１６】
その上、カットオフエネルギー変更工程においては、ハイパスフィルタのカットオフエネルギー値を段階的に上昇させているため、測定の進行と共に、ハイパスフィルタのカットオフエネルギー値は大きくなる。そのため、測定が進むにつれて、より高エネルギー側の二次電子が測定工程において主に測定されることになる。
【００１７】
その結果、測定が進むにつれて低エネルギー側の二次電子の強度が次第に変化していっても、ハイパスフィルタのカットオフエネルギー値も測定が進むにつれて上昇するため、低エネルギー側の二次電子の強度変化に起因する測定誤差を抑制することができる。そのため、本発明に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法によれば、試料に電子線を照射した際に発生する二次電子を利用して、高精度に試料の不純物濃度分布を測定することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法においては、電子線を発生する電子源と、上記ハイパスフィルタと、上記ハイパスフィルタを通過した各走査点から発生した二次電子の強度を測定する二次電子検出器と、を備える走査型電子顕微鏡を用いて、上記走査工程、上記フィルタ工程、及び、上記強度測定工程を行うことが好ましい。
【００１９】
これにより、走査型電子顕微鏡を用いて、容易に試料の不純物濃度分布を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、試料に電子線を照射した際に発生する二次電子を利用して高精度に試料の不純物濃度分布を測定する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法で使用されるＳＥＭの断面の模式図である。
【図２】図１に示すＳＥＭのハイパスフィルタ近傍の拡大図である。
【図３】実施形態の方法で測定される試料の平面図である。
【図４】不純物の濃度が異なる２つの走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布の例を示す図である。
【図５】同一の走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布の経時変化の例を示す図である。
【図６】カットオフエネルギー値Ｅｃが第１段階目のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【図７】カットオフエネルギー値Ｅｃが第１段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。
【図８】カットオフエネルギー値Ｅｃが第２段階目のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【図９】カットオフエネルギー値Ｅｃが第２段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。
【図１０】カットオフエネルギー値Ｅｃが第３段階目のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【図１１】カットオフエネルギー値Ｅｃが第３段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。
【図１２】カットオフエネルギー値Ｅｃが第４段階目のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【図１３】カットオフエネルギー値Ｅｃが第４段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。
【図１４】カットオフエネルギー値Ｅｃが第１６段階目のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【図１５】カットオフエネルギー値Ｅｃが第１６段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。
【図１６】強度測定工程において測定された二次電子の強度のカットオフエネルギー値依存を示す図である。
【図１７】試料の走査点についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線の一部を示す図である。
【図１８】試料の走査点についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線を示す図である。
【図１９】試料２１の走査点Ｓ１についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線ＲＬと、試料２１の走査点Ｓ２についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線ＲＨを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２３】
まず、本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法で使用される走査型電子顕微鏡について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法で使用される走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下、「ＳＥＭ」という）の断面の模式図である。なお、図１には、直交座標系２を示しており、図２以降の各図においても、必要に応じて直交座標系２を示している。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のＳＥＭ１は、主として、電子源３と、第一の集束レンズ５と、対物レンズ絞り７と、第二の集束レンズ９と、走査偏向器１１と、直交偏向器１３と、二次電子検出器１５と、ハイパスフィルタ１７と、対物レンズ１９と、制御装置２５と、像表示装置２７と、画像メモリ２９と、を備える。なお、図１においては、ＳＥＭ１の電子光学系の光軸と平行な方向に直交座標系２のＺ軸を設定している。
【００２６】
電子源３は、陰極３ａと、第一陽極３ｂと、第二陽極３ｃとを有している。陰極３ａと第一陽極３ｂとの間には、電源３Ｅによって引き出し電圧が印加される。これにより、陰極３ａから一次電子線２３が放出される。また、第二陽極３ｃは、グラウンド電位となっているため、陰極３ａから放出された一次電子線２３は、電源３Ｅによって陰極３ａと第二陽極３ｃ間に印加される電圧によってＺ軸に沿った方向に加速される。
【００２７】
電源３Ｅは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等からなる制御装置２５に接続されている。制御装置２５は、電源３Ｅが陰極３ａと第一陽極３ｂとの間に印加する引き出し電圧の大きさを制御することにより、一次電子線２３の強度を制御する。このようにして、電子源３は、後段のレンズ系に向かって、一次電子線２３を放出する。
【００２８】
電子源３から放出された一次電子線２３は、第一の集束レンズ５によって、集束される。第一の集束レンズ５は、例えば、磁界型電子レンズであり、例えば、光軸に対して略対称な形状を有する。電源５Ｅは、第一の集束レンズ５に電圧を印加する。制御装置２５は、電源５Ｅによって第一の集束レンズ５に印加される電圧の大きさを制御することにより、第一の集束レンズ５によって集束される一次電子線２３のクロスオーバー位置を制御する。
【００２９】
第一の集束レンズ５によって集束された一次電子線２３は、対物レンズ絞り７によって、不要な領域が除去される。
【００３０】
対物レンズ絞り７を通過した一次電子線２３は、第二の集束レンズ９によって、集束される。第二の集束レンズ９は、例えば、磁界型電子レンズであり、例えば、光軸に対して略対称な形状を有する。電源９Ｅは、第二の集束レンズ９に電圧を印加する。制御装置２５は、電源９Ｅによって第二の集束レンズ９に印加される電圧の大きさを制御することにより、第二の集束レンズ９によって集束される一次電子線２３のクロスオーバー位置を制御する。
【００３１】
第二の集束レンズ９によって集束された一次電子線２３は、走査偏向器１１、直交偏向器１３、及び、ハイパスフィルタ１７を通過した後、対物レンズ１９によって集束され、試料２１に照射される。対物レンズ１９は、例えば、磁界型電子レンズであり、例えば、光軸に対して略対称な形状を有する。電源１９Ｅは、対物レンズ１９に電圧を印加する。制御装置２５は、一次電子線２３が試料２１の表面に焦点を結ぶように、電源１９Ｅによって対物レンズ１９に印加される電圧の大きさを制御する。図１において、試料２１の表面は、ＸＹ平面と略平行である。
【００３２】
走査偏向器１１は、２つの偏向コイル１１ａ、１１ｂを有する。２つの偏向コイル１１ａ、１１ｂは、例えば、それぞれ光軸に対して略対称な形状を有する。２つの偏向コイル１１ａ、１１ｂは、一次電子線２３をＸ軸及びＹ軸に沿った方向に偏向する。電源１１Ｅは、２つの偏向コイル１１ａ、１１ｂのそれぞれに電圧を印加する。制御装置２５は、一次電子線２３が試料２１の表面を走査するように、電源１１Ｅによって２つの偏向コイル１１ａ、１１ｂに印加される電圧の大きさを連続的に変化させることが可能である。
【００３３】
一次電子線２３によって試料２１の表面が走査されると、試料２１の表面の各走査点から二次電子が発生する。各走査点から発生した二次電子は、ハイパスフィルタ１７によってフィルタリングされた後、直交偏向器１３を経由して、二次電子検出器１５に到達する。
【００３４】
二次電子検出器１５は、ハイパスフィルタ１７によってフィルタリングされた各走査点から発生した二次電子の強度を測定する。二次電子検出器１５は、測定した各走査点の二次電子の強度に応じた信号を、制御装置２５に出力する。二次電子検出器１５は、例えば、シンチレータと光電子倍増管を有する。電源１５Ｅは、二次電子検出器１５を駆動させるための電源であり、例えば、シンチレータに印加する電圧を供給する。制御装置２５は、電源１５Ｅを制御する。
【００３５】
また、直交偏向器１３は、ＳＥＭ１の光軸と直交する方向（本実施形態においては、Ｙ軸に沿った方向）に電子を偏向する機能を有する。直交偏向器１３は、例えば、Ｙ軸に沿った方向に電磁界を発生することにより、上記機能を実現する。直交偏向器１３によって、ハイパスフィルタ１７を通過した二次電子が二次電子検出器１５に入射する確率が上昇する。そのため、直交偏向器１３により、後述のようにハイパスフィルタ１７を通過した二次電子３５Ｌ、３５Ｈの検出効率が向上する。また、直交偏向器１３は、一次電子線２３の制御を行うこともできる。なお、ＳＥＭ１は、直交偏向器１３を備えていなくてもよい。
【００３６】
制御装置２５は、二次電子検出器１５から出力された信号を読み込み、画像メモリ２９に保存する。また、制御装置２５は、画像メモリ２９に保存された信号に基づき、二次電子像（ＳＥＭ像）を、像表示装置２７に表示する。
【００３７】
次に、本実施形態のＳＥＭ１による二次電子強度の測定方法について、詳細に説明する。
【００３８】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すＳＥＭのハイパスフィルタ近傍の拡大図である。上述のように、一次電子線２３は、直交偏向器１３及びハイパスフィルタ１７を通過した後、試料２１の表面２１Ｓに到達する。
【００３９】
ハイパスフィルタ１７は、入射した電子のうちカットオフエネルギー値Ｅｃ以下のエネルギーを有する二次電子をフィルタリングする。また、ハイパスフィルタ１７は、入射した電子のうちカットオフエネルギー値Ｅｃ以上のエネルギーを有する二次電子を通過させる機能を有する。
【００４０】
ここで、「カットオフエネルギー値Ｅｃ以上のエネルギーを有する二次電子を通過させる機能」とは、ハイパスフィルタ１７に入射した二次電子のうち、カットオフエネルギー値Ｅｃ以上のエネルギーを有する二次電子を、カットオフエネルギー値Ｅｃ未満のエネルギーを有する二次電子よりも優先的に通過させる機能を意味する。
【００４１】
カットオフエネルギー値Ｅｃは、ハイパスフィルタ１７の通過率が５０％となる二次電子のエネルギー値と定義することができる。この場合、カットオフエネルギー値Ｅｃよりも大きい二次電子のハイパスフィルタ１７の通過率は５０％以上であり、カットオフエネルギー値Ｅｃよりも小さい二次電子のハイパスフィルタ１７の通過率は５０％以下となる。また、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは、可変となっている。
【００４２】
本実施形態のハイパスフィルタ１７は、電極部１７Ｄと、電源１７Ｅとを有する。電極部１７Ｄは、例えば、金属からなる。また、電極部１７Ｄは、例えば、試料２１側から電子源３側に向かって径が漸増する筒状の部材であり、ＳＥＭ１（図１参照）の光軸に対して略対称な形状を有する。なお、電極部１７Ｄは、試料２１側から電子源３側に向かって径が略一定の筒状の部材であってもよい。
【００４３】
電源１７Ｅは、電極部１７Ｄに電圧を印加する。後述のように、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは、電極部１７Ｄによって電源１７Ｅに印加される電圧値に依存する。制御装置２５（図１参照）は、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに印加される電圧値を制御することにより、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃを制御する。
【００４４】
本実施形態のハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは、以下のような原理に基づき、可変となる。
【００４５】
図２（Ａ）は、電極部に電圧が印加されていない場合に二次電子検出器が二次電子を検出する様子を示しており、図２（Ｂ）は、電極部に負電圧が印加されている場合に二次電子検出器が二次電子を検出する様子を示している。
【００４６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、一次電子線２３が試料２１の表面２１Ｓを走査すると、各走査点から二次電子３５Ｌ、３５Ｈ、及び、反射電子３６が発生する。ここで、二次電子３５Ｌは、エネルギーの低い二次電子を示しており、二次電子３５Ｈはエネルギーが高い二次電子を示している。
【００４７】
まず、図２（Ａ）に示すように、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに電圧が印加されていない場合、電極部１７Ｄに周囲には電源１７Ｅによる電圧印加に起因する静電場は形成されない。そのため、エネルギーの低い二次電子３５Ｌ及びエネルギーの高い二次電子３５Ｈはいずれも、電極部１７Ｄに入射後に上述のような静電場に影響されることは無いため、二次電子３５Ｌ、３５Ｈのうちの一部は、電極部１７Ｄを通過する。電極部１７Ｄを通過した二次電子３５Ｌ、３５Ｈは、直交偏向器１３によって形成された電磁場によって偏向され、二次電子検出器１５に入射する。
【００４８】
なお、図２（Ａ）に示すように、試料２１から発生した反射電子３６のうち少なくとも一部は、電極部１７Ｄに衝突する。すると、電極部１７Ｄから三次電子３７が発生する場合があり、この三次電子３７は、ハイパスフィルタ１７の外部に出力される。ハイパスフィルタ１７から出力された三次電子３７は、直交偏向器１３によって形成された電磁場によって偏向され、二次電子検出器１５に入射する。
【００４９】
このように、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに電圧が印加されていない場合、試料２１から発生した二次電子は、そのエネルギーに関わらず、ハイパスフィルタ１７を通過し、二次電子検出器１５に入射する。そのため、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに電圧が印加されていない場合、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは、０（ｅＶ）となる。
【００５０】
次に、図２（Ｂ）に示すように、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに負電圧が印加されている場合、電極部１７Ｄに周囲には電源１７Ｅによる電圧印加に起因する静電場が形成される。この静電場は、電子が電極部１７Ｄに近づくのを阻害する。そのため、試料２１から発生したエネルギーの低い二次電子３５Ｌは、電極部１７Ｄの周囲の静電場に阻まれ、電極部１７Ｄを通過することができない。
【００５１】
一方、図２（Ｂ）に示すように、試料２１から発生したエネルギーの高い二次電子３５Ｈのうち少なくとも一部は、そのエネルギーの高さに起因して、電極部１７Ｄの周囲に静電場があっても、電極部１７Ｄを通過する。電極部１７Ｄを通過した二次電子３５Ｈは、直交偏向器１３によって形成された電磁場によって偏向され、二次電子検出器１５に入射する。
【００５２】
なお、この場合も図２（Ａ）に示す場合と同様に、試料２１から発生した反射電子３６のうち少なくとも一部は、電極部１７Ｄに衝突する。すると、電極部１７Ｄから三次電子３７が発生する場合があり、この三次電子３７は、ハイパスフィルタ１７の外部に出力される。ハイパスフィルタ１７から出力された三次電子３７は、直交偏向器１３によって形成された電磁場によって偏向され、二次電子検出器１５に入射する。
【００５３】
このように、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに負電圧が印加されている場合、エネルギーの高い二次電子のみが、ハイパスフィルタ１７を通過する。そのため、ハイパスフィルタ１７は、カットオフエネルギー値Ｅｃが０ｅＶよりも大きい値であるハイパスフィルタとして機能する。そして、電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに負電圧の絶対値が大きくなる程、ハイパスフィルタ１７を通過するために必要な二次電子のエネルギー値は大きくなる。
【００５４】
そのため、電極部１７Ｄに印加される電圧値を変更すれば、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃを変更することができる。例えば、電極部１７Ｄに印加される電圧値が−３Ｖの場合、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは、約３ｅＶとなり、電極部１７Ｄに印加される電圧値が−１５Ｖの場合、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは、約１５ｅＶとなる。このような原理に基づき、本実施形態のハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは可変となる。
【００５５】
続いて、上述のようなＳＥＭ１を用いて実行される本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法について説明する。
【００５６】
図３は、本実施形態の方法で測定される試料の平面図である。試料２１は、例えば、半導体材料からなる。本実施形態の試料２１は、ＸＹ平面と平行な表面２１Ｓを有している。また、試料２１は、不純物を含んでいる。この不純物は、例えば、試料２１にドープされたｐ型不純物やｎ型不純物である。以下の説明においては、試料２１がドープされたｐ型不純物を含んでいる場合について、主に説明する。
【００５７】
また、本実施形態の試料２１は、表面２１Ｓと垂直な方向から見て、不純物の濃度分布を有している。具体的には、表面２１Ｓは、ｐ型不純物の濃度が低い領域の表面である低濃度面２１Ｌと、ｐ型不純物の濃度が高い領域の表面である高濃度面２１Ｈとを有している。図３においては、低濃度面２１Ｌと高濃度面２１Ｈとの境界を破線で示している。本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法によって、試料２１の二次元的な不純物の濃度分布、より具体的には、低濃度面２１Ｌの不純物濃度と高濃度面２１Ｈの不純物濃度の定量値を測定することができる。
【００５８】
本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法においては、ＳＥＭ１によって、試料２１の表面２１Ｓを一次電子線２３で走査し、各走査点から二次電子を発生させる（図１及び図２参照）。そのため、まず、各走査点から発生する二次電子の一般的な事項について説明する。
【００５９】
図４は、不純物の濃度が異なる２つの走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布（エネルギー分布曲線）の例を示す図である。図４のエネルギー分布曲線ＤＬは、図３の試料２１の低濃度面２１Ｌにおける一つの走査点Ｓ１又は走査点Ｓ３から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示しており、図４のエネルギー分布曲線ＤＨは、図３の試料２１の高濃度面２１Ｈにおける一つの走査点Ｓ２から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示している。
【００６０】
試料２１の表面２１Ｓを一次電子線２３で走査し、各走査点から二次電子を発生させた場合（図１及び図２参照）、各走査点から発生する二次電子強度のエネルギー分布のピーク位置は、試料２１の当該各走査点に対応する領域における不純物の濃度に依存する場合がある。そして、試料２１が半導体材料からなり、試料２１が不純物としてドープされたｐ型不純物を含む場合、試料２１の各走査点に対応する領域におけるｐ型不純物の濃度が高い程、当該各走査点から発生する二次電子強度のエネルギー分布のピーク位置が高エネルギー側となることが知られている。
【００６１】
具体的には本実施形態の場合、図４に示すように、エネルギー分布曲線ＤＬ（図３の低濃度面２１Ｌ内の走査点Ｓ１又は走査点Ｓ３から発生する二次電子の分布曲線に対応する）において、二次電子のエネルギーがピーク位置ＰＤＬの場合に、二次電子の強度はピーク強度となる。また、エネルギー分布曲線ＤＨ（図３の高濃度面２１Ｈ内の走査点Ｓ２から発生する二次電子の分布曲線に対応する）において、二次電子のエネルギーがピーク位置ＰＤＨの場合に、二次電子の強度はピーク強度となる。
【００６２】
そのため、エネルギー分布曲線ＤＬのピーク位置ＰＤＬを基準として、エネルギー分布曲線ＤＨのピーク位置ＰＤＨは、高エネルギー側にシフト量ＰＳだけシフトする。そして、図４におけるシフト量ＰＳの大きさは、図３における試料２１の走査点Ｓ１又は走査点Ｓ３に対応する領域における不純物の濃度と、試料２１の走査点Ｓ２に対応する領域における不純物の濃度との差に依存する。そのため、試料２１の表面２１Ｓにおける各走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を測定し、当該各走査点に対応するエネルギー分布のピーク位置のシフト量を評価することにより、試料２１の表面２１Ｓにおける二次元的な不純物濃度分布を測定することができる。
【００６３】
また、試料２１の表面２１Ｓから発生する二次電子強度のエネルギー分布は、経時変化する場合があることが知られている。図５は、同一の走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布の経時変化の例を示す図である。図４のエネルギー分布曲線ＤＸは、図３の試料２１の表面２１Ｓを電子線で走査した初期段階における一つの走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示しており、エネルギー分布曲線ＤＹは、図３の試料２１の表面２１Ｓを電子線で一定時間走査を行った後における同一の走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示している。
【００６４】
図５に示すように、試料２１の表面２１Ｓにおける同一の走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布は、エネルギー分布曲線ＤＸで示される状態からエネルギー分布曲線ＤＹで示される状態のように、経時変化する場合がある。このような経時変化の原因としては、試料２１の表面２１Ｓの汚染が挙げられる。この汚染の原因としては、例えば、試料２１の表面２１Ｓを電子線で走査する際に、試料２１の周囲の残留気体が表面２１Ｓに付着し、この残留気体が電子線の照射によって変質して堆積することが考えられる。ただし、試料２１の表面２１Ｓの汚染の原因は、このような原因に限られず、また、二次電子の強度の経時変化の原因は、試料２１の表面２１Ｓの汚染に限られない。
【００６５】
そして、図５に示すように、この二次電子強度のエネルギー分布の経時変化は、低エネルギー側において特に顕著であることが知られている。
【００６６】
上述のような二次電子強度のエネルギー分布の経時変化は、二次電子を利用した測定方法において、測定誤差の原因となる場合がある。しかし、後述のように、本実施形態の試料の不純物濃度分布を測定する方法においては、上述のような二次電子強度のエネルギー分布の経時変化に起因する測定誤差を抑制することが可能である。
【００６７】
続いて、本実施形態の試料の不純物濃度分布を測定する方法について、具体的に説明する。
【００６８】
本実施形態の試料の不純物濃度分布を測定する方法は、走査工程と、フィルタ工程と、強度測定工程と、カットオフエネルギー変更工程と、エネルギー分布評価工程と、不純物濃度評価工程と、を有している。
【００６９】
（カットオフエネルギー変更工程）
カットオフエネルギー変更工程においては、図２に示すように、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃの値を段階的にＮ−１回（Ｎは２以上の整数）上昇させることにより、カットオフエネルギー値Ｅｃの値をＥ１（ｅＶ）からＥＮ（ｅＶ）までＮ段階に変化させる。本実施形態においては、カットオフエネルギー値Ｅｃの値の変化は、上述のように電源１７Ｅによって電極部１７Ｄに印加する電圧の大きさを変化させることにより実現することができる。
【００７０】
そして、Ｎ段階に変化したカットオフエネルギー値Ｅｃの各段階において、上記走査工程、上記フィルタ工程、及び、上記強度測定工程が行われる。
【００７１】
一例として、カットオフエネルギー変更工程において、Ｎ＝２０、Ｅ１＝０（ｅＶ）とし、カットオフエネルギー値Ｅｃの値を１（ｅＶ）ずつ段階的に１９回上昇させる場合について説明する。この場合、カットオフエネルギー値Ｅｃは、２０段階に変化し、Ｅ１＝０（ｅＶ）、Ｅ２＝１（ｅＶ）、Ｅ３＝２（ｅＶ）、Ｅ４＝３（ｅＶ）、Ｅ５＝４（ｅＶ）、Ｅ６＝５（ｅＶ）、Ｅ７＝６（ｅＶ）、Ｅ８＝７（ｅＶ）、Ｅ９＝８（ｅＶ）、Ｅ１０＝９（ｅＶ）、Ｅ１１＝１０（ｅＶ）、Ｅ１２＝１１（ｅＶ）、Ｅ１３＝１２（ｅＶ）、Ｅ１４＝１３（ｅＶ）、Ｅ１５＝１４（ｅＶ）、Ｅ１６＝１５（ｅＶ）、Ｅ１７＝１６（ｅＶ）、Ｅ１８＝１７（ｅＶ）、Ｅ１９＝１８（ｅＶ）、Ｅ２０＝１９（ｅＶ）となる。
【００７２】
（走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程）
走査工程においては、図１〜図３に示すように、試料２１の表面２１Ｓを一次電子線２３で走査することにより、各走査点から二次電子３５Ｌ、３５Ｈを発生させる。フィルタ工程においては、図２に示すように、各走査点から発生した二次電子３５Ｌ、３５Ｈをハイパスフィルタ１７に通過させる。強度測定工程においては、ハイパスフィルタ１７を通過した各走査点から発生した二次電子３５Ｌ、３５Ｈの強度を、二次電子検出器１５によって測定する。上述のように、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程は、Ｎ段階に変化したカットオフエネルギー値Ｅｃの各段階において行われる。
【００７３】
（第１段階目）
図６は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第１段階目（即ち、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ１＝０（ｅＶ））のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。図６に示すように、カットオフエネルギー値Ｅｃが第１段階目において得られるＳＥＭ像４１は、試料２１の低濃度面２１Ｌ（図３参照）に対応する領域４１Ｌと、試料２１の高濃度面２１Ｈ（図３参照）に対応する領域４１Ｈと、を有する。そして、ＳＥＭ像４１の領域４１Ｌ中の一つの画素Ｔ１は、試料２１の低濃度面２１Ｌの走査点Ｓ１（図３参照）に対応する。また、ＳＥＭ像４１の領域４１Ｈ中の一つの画素Ｔ２は、試料２１の低濃度面２１Ｌの走査点Ｓ１（図３参照）に対応する。
【００７４】
図７（Ａ）（Ｂ）は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第１段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。具体的には、図７（Ａ）は、試料２１の低濃度面２１Ｌにおける走査点Ｓ１（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ１を示し、図７（Ｂ）は、試料２１の高濃度面２１Ｈにおける走査点Ｓ２（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ１を示している。
【００７５】
カットオフエネルギー値Ｅｃが第１段階目の場合、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ１＝０（ｅＶ）であるため、フィルタ工程において、ハイパスフィルタ１７による二次電子３５Ｌ、３５Ｈのフィルタリングは行われない（図２参照）。そのため、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図６のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ１の明るさは、図７（Ａ）のエネルギー分布曲線ＤＬ１における斜線部分の面積に比例する。同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図６のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ２の明るさは、図７（Ｂ）のエネルギー分布曲線ＤＨ１における斜線部分の面積に比例する。本実施形態においては、第１段階目における画素Ｔ１の明るさと画素Ｔ２の明るさは、略等しくなる。
【００７６】
（第２段階目）
図８は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第２段階目（即ち、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ２＝１（ｅＶ））のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【００７７】
図９（Ａ）（Ｂ）は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第２段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。具体的には、図９（Ａ）は、試料２１の低濃度面２１Ｌにおける走査点Ｓ１（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ２を示している。また、図９（Ａ）においては、第１段階目における走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ１を破線で示している。
【００７８】
図９（Ｂ）は、試料２１の高濃度面２１Ｈにおける走査点Ｓ２（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ２を示している。また、図９（Ｂ）においては、第１段階目における走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ１を破線で示している。
【００７９】
第２段階目の走査工程において、試料２１の表面２１Ｓは再び一次電子線２３で走査されるため（図１及び図２参照）、図９（Ａ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、エネルギー分布曲線ＤＬ１からエネルギー分布曲線ＤＬ２のように変化する。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。同様に、図９（Ｂ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、エネルギー分布曲線ＤＨ１からエネルギー分布曲線ＤＨ２のように変化する。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。
【００８０】
カットオフエネルギー値Ｅｃが第２段階目の場合、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ２＝１（ｅＶ）であるため、フィルタ工程において、ハイパスフィルタ１７によって１（ｅＶ）以下のエネルギーを有する二次電子３５Ｌ、３５Ｈは、フィルタリングされる（図２参照）。そのため、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図８のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ１の明るさは、図９（Ａ）のエネルギー分布曲線ＤＬ２における斜線部分の面積に比例する。同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図８のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ２の明るさは、図９（Ｂ）のエネルギー分布曲線ＤＨ２における斜線部分の面積に比例する。本実施形態においては、第２段階目における画素Ｔ２は、画素Ｔ１よりも明るくなる。
【００８１】
（第３段階目）
図１０は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第３段階目（即ち、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ３＝２（ｅＶ））のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【００８２】
図１１（Ａ）（Ｂ）は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第３段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。具体的には、図１１（Ａ）は、試料２１の低濃度面２１Ｌにおける走査点Ｓ１（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ３を示している。また、図９（Ａ）においては、第１段階目における走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ１を破線で示している。
【００８３】
図１１（Ｂ）は、試料２１の高濃度面２１Ｈにおける走査点Ｓ２（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ３を示している。また、図１１（Ｂ）においては、第１段階目における走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ１を破線で示している。
【００８４】
第３段階目の走査工程において、試料２１の表面２１Ｓは再び一次電子線２３で走査されるため（図１及び図２参照）、図１１（Ａ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、さらに変化してエネルギー分布曲線ＤＬ３のようになる。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。同様に、図１１（Ｂ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、さらに変化してエネルギー分布曲線ＤＨ３のようになる。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。
【００８５】
カットオフエネルギー値Ｅｃが第３段階目の場合、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ３＝２（ｅＶ）であるため、フィルタ工程において、ハイパスフィルタ１７によって２（ｅＶ）以下のエネルギーを有する二次電子３５Ｌ、３５Ｈは、フィルタリングされる（図２参照）。そのため、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図１０のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ１の明るさは、図１１（Ａ）のエネルギー分布曲線ＤＬ３における斜線部分の面積に比例する。同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図１０のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ２の明るさは、図１１（Ｂ）のエネルギー分布曲線ＤＨ３における斜線部分の面積に比例する。本実施形態においては、第３段階目における画素Ｔ２は、画素Ｔ１よりも明るくなる。
【００８６】
（第４段階目）
図１２は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第４段階目（即ち、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ４＝３（ｅＶ））のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【００８７】
図１３（Ａ）（Ｂ）は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第４段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。具体的には、図１３（Ａ）は、試料２１の低濃度面２１Ｌにおける走査点Ｓ１（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ４を示している。また、１３（Ａ）においては、第１段階目における走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ１を破線で示している。
【００８８】
図１３（Ｂ）は、試料２１の高濃度面２１Ｈにおける走査点Ｓ２（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ４を示している。また、図１３（Ｂ）においては、第１段階目における走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ１を破線で示している。
【００８９】
第４段階目の走査工程において、試料２１の表面２１Ｓは再び一次電子線２３で走査されるため（図１及び図２参照）、図１３（Ａ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、さらに変化してエネルギー分布曲線ＤＬ４のようになる。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。同様に、図１３（Ｂ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、さらに変化してエネルギー分布曲線ＤＨ４のようになる。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。
【００９０】
カットオフエネルギー値Ｅｃが第４段階目の場合、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ４＝３（ｅＶ）であるため、フィルタ工程において、ハイパスフィルタ１７によって３（ｅＶ）以下のエネルギーを有する二次電子３５Ｌ、３５Ｈは、フィルタリングされる（図２参照）。そのため、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図１２のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ１の明るさは、図１３（Ａ）のエネルギー分布曲線ＤＬ４における斜線部分の面積に比例する。同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図１２のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ２の明るさは、図１３（Ｂ）のエネルギー分布曲線ＤＨ４における斜線部分の面積に比例する。本実施形態においては、第４段階目における画素Ｔ２は、画素Ｔ１よりも明るくなる。
【００９１】
この後、第５段階目から第１５段階目においても、それぞれ同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程が行われる。
【００９２】
（第１６段階目）
図１４は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第１６段階目（即ち、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ１６＝１５（ｅＶ））のときに行われる走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られるＳＥＭ像を示す図である。
【００９３】
図１５（Ａ）（Ｂ）は、カットオフエネルギー値Ｅｃが第１６段階目のときに行われる走査工程において、走査点から発生する二次電子の強度のエネルギー分布を示す図である。具体的には、図１５（Ａ）は、試料２１の低濃度面２１Ｌにおける走査点Ｓ１（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ１６を示している。また、１５（Ａ）においては、第１段階目における走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＬ１を破線で示している。
【００９４】
図１５（Ｂ）は、試料２１の高濃度面２１Ｈにおける走査点Ｓ２（図３参照）から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ１６を示している。また、図１５（Ｂ）においては、第１段階目における走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線ＤＨ１を破線で示している。
【００９５】
第１６段階目の走査工程において、試料２１の表面２１Ｓは再び一次電子線２３で走査されるため（図１及び図２参照）、図１５（Ａ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ１から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、さらに変化してエネルギー分布曲線ＤＬ１６のようになる。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。同様に、図１５（Ｂ）に示すように、試料２１の表面２１Ｓの汚染等に起因して、走査点Ｓ２から発生する二次電子のエネルギー分布曲線は、さらに変化してエネルギー分布曲線ＤＨ１６のようになる。そして、この変化は、主として低エネルギー側の二次電子について生じる。
【００９６】
カットオフエネルギー値Ｅｃが第１６段階目の場合、カットオフエネルギー値Ｅｃ＝Ｅ１６＝１５（ｅＶ）であるため、フィルタ工程において、ハイパスフィルタ１７によって３（ｅＶ）以下のエネルギーを有する二次電子３５Ｌ、３５Ｈは、フィルタリングされる（図２参照）。そのため、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図１４のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ１の明るさは、図１５（Ａ）のエネルギー分布曲線ＤＬ１６における斜線部分の面積に比例する。同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程後に得られる図１４のＳＥＭ像４１において、画素Ｔ２の明るさは、図１５（Ｂ）のエネルギー分布曲線ＤＨ１６における斜線部分の面積に比例する。本実施形態においては、第１６段階目における画素Ｔ１の明るさと画素Ｔ２の明るさは、略等しくなる。
【００９７】
この後、第１７段階目から第２０段階目においても、それぞれ同様に、走査工程、フィルタ工程、及び、強度測定工程が行われる。
【００９８】
以上のように、走査工程、フィルタ工程、強度測定工程、及び、カットオフエネルギー変更工程が行われる。
【００９９】
（エネルギー分布評価工程）
エネルギー分布評価工程においては、以下のような方法によって、各走査点について、二次電子３５Ｌ、３５Ｈのエネルギー分布を評価する。
【０１００】
即ち、本工程においては、各走査点について、ｍを１以上N以下の任意の整数、ｐを１以上Ｎ−１以下の任意の整数、低エネルギー側からｍ段階目のカットオフエネルギー値ＥｃをＥｍ、カットオフエネルギー値ＥｃがＥｍである際に上記強度測定工程において測定された二次電子３５Ｌ、３５Ｈの強度をＩｍとしたとき、Ｉｐ＋１−Ｉｐの値を、Ｅｐ以上Ｅｐ＋１以下のエネルギーを有する二次電子の強度とみなす。
【０１０１】
具体的には、本実施形態においてはＮ＝２０であるため、ｍは１以上２０以下の任意の整数となり、Ｐは１以上１９以下の任意の整数となる。そのため、上述のように、各走査点について、低エネルギー側から１段階目〜２０段階目のカットオフエネルギー値Ｅｃは、それぞれ順に、Ｅ１〜Ｅ２０となる。また、各走査点について、カットオフエネルギー値がＥ１〜Ｅ２０である際に上記強度測定工程において測定された二次電子の強度は、それぞれ順に、Ｉ１〜Ｉ２０となる。
【０１０２】
図１６は、強度測定工程において測定された二次電子の強度のカットオフエネルギー値依存を示す図である。図１６は、試料２１の走査点Ｓ１（図３参照）についての二次電子の測定結果に基づいている。この測定結果は、例えば、８ビットの２５５階調で数値化することができる。図１６は、カットオフエネルギー値Ｅｃの各段階におけるＳＥＭ像４１の画素Ｔ１（図６、図８、図１０、図１２、及び、図１４参照）の明るさを示している。
【０１０３】
そして、上述の走査工程、フィルタ工程、強度測定工程、及び、カットオフエネルギー変更工程の内容から明らかなように、Ｉｐ＋１−Ｉｐの値を、Ｅｐ以上Ｅｐ＋１以下のエネルギーを有する二次電子の強度とみなすことが可能である。ここで、「Ｉｐ＋１−Ｉｐの値を、Ｅｐ以上Ｅｐ＋１以下のエネルギーを有する二次電子の強度とみなす」には、例えば、（Ｉｐ＋１−Ｉｐ）の値を、（Ｅｐ＋Ｅｐ＋１）／２のエネルギーを有する二次電子の強度とみなせばよい。
【０１０４】
具体的には、本実施形態においては、例えばｐ＝１の場合、（Ｉ２−Ｉ１）の値を、Ｅ１（０ｅＶ）以上Ｅ２（１ｅＶ）以下のエネルギーを有する二次電子の強度とみなすため、（Ｉ２−Ｉ１）の値を、（０＋１）／２＝０．５ｅＶのエネルギーを有する二次電子の強度とみなす。同様に、本実施形態においては、例えばｐ＝２の場合、（Ｉ３−Ｉ２）の値を、（１＋２）／２＝１．５ｅＶのエネルギーを有する二次電子の強度とみなし、例えばｐ＝３の場合、（Ｉ４−Ｉ３）の値を、（２＋３）／２＝２．５ｅＶのエネルギーを有する二次電子の強度とみなす。
【０１０５】
そして、これらの二次電子の強度及び二次電子エネルギーについて、図１７に示すように、二次電子のエネルギーを横軸、二次電子の強度を縦軸として、プロットする。図１７は、試料２１の走査点Ｓ１（図３参照）についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線の一部を示す図となる。
【０１０６】
このようなプロットを、同様にｐ＝４〜１９についても行うと、図１８に示すように、試料２１の走査点Ｓ１（図３参照）についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線ＲＬが得られる。このようにして試料２１の走査点Ｓ１（図３参照）についての二次電子の強度のエネルギー分布を評価する。
【０１０７】
そして、上述のような二次電子の強度のエネルギー分布の評価を、各走査点について行う。
【０１０８】
（不純物濃度評価工程）
不純物濃度評価工程においては、以下のように、試料２１の表面２１Ｓの各走査点における不純物濃度分布を評価する。
【０１０９】
図１９は、上述のようにして求めた、試料２１の走査点Ｓ１（図３参照）についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線ＲＬと、試料２１の走査点Ｓ２（図３参照）についての二次電子の強度のエネルギー分布曲線ＲＨを示す図である。
【０１１０】
図１９に示すように、エネルギー分布曲線ＲＬにおいて、二次電子のエネルギーがピーク位置ＰＲＬの場合に、二次電子の強度はピーク強度となる。また、エネルギー分布曲線ＲＨにおいて、二次電子のエネルギーがピーク位置ＰＲＨの場合に、二次電子の強度はピーク強度となる。
【０１１１】
ここで、試料２１の走査点Ｓ１に対応する領域の不純物濃度と走査点Ｓ２に対応する領域の不純物濃度は異なるため、エネルギー分布曲線ＲＬのピーク位置ＰＲＬとエネルギー分布曲線ＲＨのピーク位置ＰＲＨは異なる。不純物濃度評価工程においては、各走査点について、二次電子の強度のエネルギー分布のピーク位置の所定の基準値からのシフト量を評価する。例えば、走査点Ｓ１と走査点Ｓ２については、エネルギー分布曲線ＲＬのピーク位置ＰＲＬの所定の基準値からのシフト量と、エネルギー分布曲線ＲＨのピーク位置ＰＲＨの所定の基準値からのシフト量と、を評価する。
【０１１２】
ここで、所定の基準値とは、予め定めた値であってもよいし、ある走査点におけるエネルギー分布曲線のピーク位置としてもよい。
【０１１３】
例えば、走査点Ｓ１におけるエネルギー分布曲線ＲＬのピーク位置ＰＲＬを基準値とした場合、エネルギー分布曲線ＲＬのピーク位置ＰＲＬのシフト量は０となり、エネルギー分布曲線ＲＨのピーク位置ＰＲＨのシフト量は、シフト量Ｓとなる。そして、このようなある走査点におけるエネルギー分布曲線のピーク位置の所定の基準値からのシフト量は、試料２１の当該走査点に対応する領域の不純物濃度に依存する。
【０１１４】
そのため、このシフト量を評価することにより、試料２１の走査点Ｓ１に対応する領域における不純物の濃度と、試料２１の走査点Ｓ２に対応する領域における不純物の濃度との差を評価することができる。そのため、各走査点について得られたエネルギー分布曲線のそれぞれについて、上述のようにピーク位置のシフト量を評価することにより、試料２１の表面２１Ｓにおける二次元的な不純物濃度分布を測定することができる。このようにして、試料２１の表面２１Ｓの各走査点における不純物濃度分布が評価される。
【０１１５】
上述のような本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法においては、フィルタ工程において、各走査点から発生した二次電子３５Ｌ、３５Ｈをハイパスフィルタ１７に通過させている（図２参照）。そのため、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃよりも低いエネルギーを有する二次電子が測定工程において測定されることは、抑制される。
【０１１６】
その上、カットオフエネルギー変更工程においては、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃを段階的に上昇させているため、測定の進行と共に、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃは大きくなる（図７、図９、図１１、図１３、及び、図１５参照）。そのため、測定が進むにつれて、より高エネルギー側の二次電子が測定工程において主に測定されることになる。
【０１１７】
その結果、図７、図９、図１１、図１３、及び、図１５に示すように、測定が進むにつれて低エネルギー側の二次電子の強度が次第に変化していっても、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃも測定が進むにつれて上昇するため、低エネルギー側の二次電子の強度変化に起因する測定誤差を抑制することができる。そのため、本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法によれば、試料２１に一次電子線２３を照射した際に発生する二次電子３５Ｌ、３５Ｈを利用して、高精度に試料２１の不純物濃度分布を測定することができる。
【０１１８】
さらに、本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法においては、一次電子線２３を発生する電子源３と、ハイパスフィルタ１７と、ハイパスフィルタ１７を通過した各走査点から発生した二次電子３５Ｌ、３５Ｈの強度を測定する二次電子検出器１５と、を備えるＳＥＭ１を用いて、上記走査工程、上記フィルタ工程、及び、上記強度測定工程を行っている。
【０１１９】
これにより、ＳＥＭ１を用いて、容易に試料２１の不純物濃度分布を測定することができる。
【０１２０】
また、本実施形態に係る試料の不純物濃度分布を測定する方法によって、事前に濃度が既知の試料を測定し、その測定結果と比較することにより、測定対象の試料について、不純物濃度の絶対値の分布を測定することもできる。例えば、事前に濃度が既知の複数の試料の測定を行い、シフト量Ｓを不純物濃度の絶対値に換算するための検量線を求めておき、測定対象の試料におけるシフト量Ｓを当該検量線を用いて不純物濃度の絶対値に換算することができる。
【０１２１】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
【０１２２】
例えば、上述の実施形態においては、ハイパスフィルタ１７のカットオフエネルギー値Ｅｃを２０段階に変更していたが、２段階以上であれば段階数は特に制限されない。
【０１２３】
また、上述の実施形態においては、カットオフエネルギー変更工程において、カットオフエネルギー値Ｅｃを１（ｅＶ）ずつ段階的に上昇させていたが（図７、図９、図１１、図１３、図１５参照）、そのような態様に限られない。このカットオフエネルギー値Ｅｃを段階的に上昇させる値（ある段階でのカットオフエネルギー値Ｅｃ値と、その次の段階のカットオフエネルギー値Ｅｃとの差）は、０．０１ｅＶ以上、０．５ｅＶ以下であることが好ましい。カットオフエネルギー値Ｅｃを段階的に上昇させる値が０．５ｅＶ以下であれば、エネルギー分布曲線ＲＬやエネルギー分布曲線ＲＨ（図１９参照）を精度よく得ることができる。
【０１２４】
また、上述の実施形態においては、カットオフエネルギー変更工程において、カットオフエネルギー値Ｅｃを異なるエネルギー幅で段階的に上昇させてもよい（図７、図９、図１１、図１３、図１５参照）。
【０１２５】
また、上述の実施形態においては、カットオフエネルギー変更工程において、カットオフエネルギー値Ｅｃの最小値（第１段階目におけるカットオフエネルギー値Ｅｃ）を０ｅＶとしていたが（図７参照）、カットオフエネルギー値Ｅｃの最小値は、０ｅＶよりも大きい値であってもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
３・・・電子源、１５・・・二次電子検出器、１７・・・ハイパスフィルタ、２１・・・試料、２１Ｓ・・・試料の表面、２３・・・一次電子線、ＤＬ、ＤＨ、ＲＬ、ＲＨ・・・エネルギー分布曲線、Ｅｃ・・・カットオフエネルギー値、・・・、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・走査点。
【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７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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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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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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