(57)【要約】【課題】  電子顕微鏡による試料の構造の観察方法において、画像の解釈を容易にする観察条件の自動設定方法、並びに自動設定による試料観察方法、および自動設定機能を備えた電子顕微鏡を提供することにある。【解決手段】  観察領域内に固定した位置に、パルス状の断続的な電子線を照射する工程と、前記断続的な電子線による試料からの放出電子の時間変化を検出する工程と、前記放出電子の時間変化から、電子顕微鏡の観察条件を設定する工程を含むことを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に電子線を照射し、前記電子線の照射により、前記試料からの放出電子を検出し、前記検出信号により画像を形成するための電子顕微鏡の観察条件の設定方法であって、
前記試料の観察領域内の所定の位置に前記電子線を断続的に照射する工程と、
前記断続的な照射による、前記試料からの前記放出電子の時間変化を検出する工程と、
前記放出電子の時間変化から、前記観察条件を設定する工程と、
を含むことを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記所定の位置は前記試料や前記試料の周辺の特性が異なる複数の位置であり、
前記断続的な照射とはパルス状の断続的な電子線の照射であることを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記パルス状の断続的な電子線の照射条件が、前記電子線の照射により試料の表面が帯電しない照射電子数である第一の照射条件と、前記電子線の照射により試料の表面が帯電する照射電子数である第二の照射条件であることを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項４】
請求項１に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記電子線の断続的な照射の工程は、前記電子線の照射時間と遮断時間のうち、いずれかが異なる複数の断続条件で、前記観察領域内の固定した位置に、複数回照射されることを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項５】
請求項１に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記電子線の断続的な照射の工程は、前記電子線の照射時間と遮断時間が異なる複数の断続条件が、電子数２００個以上、１０，０００個以下で照射される前記電子線の照射時間である第一の断続条件と、電子数が１０個以上、２００個未満で照射される前記電子線の前記照射時間である第二の断続条件であり、かつ、前記第一の断続条件で照射された後に前記第二の断続条件で照射するまでの前記断続時間が、１ｎｓから１ｓまでの時間間隔であることを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記第一の断続条件での照射時間が前記第二の断続条件での照射時間よりも長い時間であることを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項７】
請求項１に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記観察領域内の所定の位置が、複数の位置であって、前記複数の位置の放出電子の時間変化から、前記観察条件を設定することを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項８】
請求項１に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記観察条件は、検出器の選択、フォーカス、非点、加速電圧、照射電流、走査速度、電子線の遮断時間、画像の積算数、検出器の利得、検出信号のオフセット値のうちいずれかであることを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項９】
請求項１に記載の電子顕微鏡の観察条件の設定方法において、前記観察領域内の固定した位置を、前記試料の構造情報もしくは、前記試料の光学顕微鏡像に基づき設定することを特徴とする電子顕微鏡の観察条件の設定方法。
【請求項１０】
試料表面に電子線を照射し、前記電子線の照射により、前記試料からの放出電子を検出し、前記放出電子の検出信号を処理し、前記検出信号により画像を形成する電子顕微鏡を用いた試料観察方法であって、
前記試料の観察領域内の所定の位置での、前記電子線の断続的な照射の工程と、
前記断続的な照射による、前記試料からの放出電子の時間変化を検出する工程と、
前記放出電子の時間変化から観察条件を設定する工程と、
前記観察条件により、画像を取得する工程と、
前記画像を表示する工程と、
を含むことを特徴とする電子顕微鏡による試料観察方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電子顕微鏡による試料観察方法において、前記放出電子の時間変化から観察条件を設定する工程と、前記観察条件により画像を取得する工程とが、異なる断続条件で、複数回処理されることを特徴とする電子顕微鏡による試料観察方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子顕微鏡による試料観察方法において、前記観察条件に基づき優先づけられた順序で画像を表示する工程を含むことを特徴とする電子顕微鏡による試料観察方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の電子顕微鏡による試料観察方法において、前記複数回処理により複数枚取得された前記画像を、前記観察条件に基づき積算処理する工程を含むことを特徴とする電子顕微鏡による試料観察方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、前記試料の観察領域内の固定した位置が、画素の位置であって、前記放出電子の時間変化から、前記観察条件を、前記画素ごとに抽出し、画像を形成することを特徴とする電子顕微鏡による試料観察方法。
【請求項１５】
試料表面に電子線を照射し、前記電子線の照射により、前記試料からの放出電子を検出し、前記検出信号により画像を形成する電子顕微鏡であって、
電子線を放出する手段と、
前記電子線の照射位置を制御する手段と、
前記電子線を試料に照射する手段と、
前記試料からの放出電子を検出する手段と、
前記試料を保持し、移動する手段と、
前記電子線を断続的に照射する手段と、
前記電子線の断続条件を設定する手段と、
前記放出電子の時間変化を解析する手段と、
前記解析の結果に基づき観察条件を設定する手段と、
前記観察条件を設定するシーケンスの起動手段と、
前記観察条件で画像を取得する手段と、
前記画像を表示する手段と、
を有することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電子顕微鏡において、前記放出電子を検出する手段が、二次電子検出器、反射電子検出器、後方電子散乱回折検出器、スピン検出器のうちいずれかであることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１５に記載の電子顕微鏡において、前記観察条件を設定するシーケンスの起動手段を、前記電子顕微鏡のユーザインターフェースに具備することを特徴とする電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を用いた試料形態を観察する顕微鏡技術に係り、特に試料の観察条件を自動で設定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の拡大観察可能な顕微鏡として電子線を用いた電子顕微鏡がある。特に、試料上で電子線を走査して撮像する走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭと略す）は、微細な表面形状の観察や局所的な組成分析などの試料解析に利用されている。ＳＥＭでは、電子源に印加された電圧によって加速された電子線（以下一次電子とする）を電子レンズで集束し、試料に照射する。一次電子の照射による試料からの放出電子（オージェ電子、二次電子、反射電子、もしくは二次電子と反射電子）を検出器で検出する。検出信号の強度は、画像の明るさに変換される。電子線走査下での座標と明るさの関係により、画像が形成される。ＳＥＭでは、フォーカスと非点を調整するだけで、高い空間分解能をもつ画像を得ることができる。ＳＥＭには、フォーカスと非点以外にも、一次電子の加速電圧や、照射電流などを調整する機能が付与されている。また、試料の保持姿勢の制御や、使用する検出器を切り替える機能が付与されたＳＥＭもある。
【０００３】
上述のように、光学顕微鏡など他の拡大観察装置にくらべ、電子顕微鏡は調整パラメータが多く、観察条件の設定は、画像を確認しながら複数の調整パラメータを設定する煩雑な作業となる。そのため、フォーカスと非点以外の調整パラメータは、装置に初期登録された調整値を用いることが多く、また、調整する場合でも、ユーザの経験に基づき感覚的に行われている。
【０００４】
ＳＥＭの観察条件の設定を補助する機能として、特許文献１には、あらかじめ登録しておいた複数の観察条件で撮像し、異なる観察条件で得られた複数の画像を同時に表示させる方法が開示されている。特許文献２には、導電性などの試料特性を予め測定し、観察条件を解析する方法が開示されている。特許文献３には、電子線を用いて試料特性を予め推定し、観察条件を解析する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０３５６６号公報
【特許文献２】特開２００１−３３８６０３号公報
【特許文献３】特開２００３−３３１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＥＭにおいて最低限調整が必要なフォーカス、非点の調整であっても、画像を確認しながらの設定作業となる。このため、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている観察条件の設定作業には以下の課題がある。
・観察条件の設定に撮像が必要であるため、試料汚染やダメージが不可避である。
・観察条件の設定に長時間を要し、観察までのスループットが低下する。
・調整の程度は、ユーザの経験に大きく依存する。
【０００７】
また、画像のコントラストは、試料や試料周辺の特性（表面形状、組成、結晶方位、電場、磁場）に依存し、それぞれの、コントラストに対する依存性は、観察条件で異なる。しかしながら、フォーカスや非点のみ調整し、他の調整パラメータは初期登録された調整値を用いる観察条件の設定方法では、試料や試料周辺の特性を反映した観察が可能なＳＥＭの性能を十分に活用するに至っていない。さらに、絶縁体、高抵抗体、絶縁された浮遊領域を含む試料の観察では、初期登録された観察条件や、感覚的な観察条件を用いた場合、以下の課題が生じる。
・像ドリフト、画像ゆがみ、画像の明るさ変動が生じ、画像が安定しない。
・ユーザが想定していない見え方の画像が得られ、像解釈が困難となる。
・観察を繰り返すうちに画像の見え方が変化してしまい、観察の再現性に乏しい。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、画像を取得することなく自動で観察条件を抽出する電子顕微鏡の観察条件の設定方法、電子顕微鏡による観察方法、および観察条件の自動設定機能を付与した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】
【０００９】
上記課題を解決するには、観察条件の設定に画像取得を必要としないこと、観察条件である複数の調整パラメータが最適化できること、コントラストの時間変化を考慮した観察条件が設定できることが重要となる。本発明による電子顕微鏡の観察条件の設定方法は、観察領域内の所定の位置に、パルス状の断続的な電子線（パルス電子）を照射する工程と、断続的な電子線による試料からの放出電子の時間変化を解析する工程と、放出電子の時間変化から、電子顕微鏡の観察条件を設定する工程を含むところにある。この方法によれば、画像を取得することなく観察条件を設定することが可能で、さらにコントラストの時間変化を考慮した観察条件が設定できるため、試料観察に好適な画像が提供できる。
【００１０】
また、本発明による電子顕微鏡を用いた観察方法は、試料の観察領域内の所定の位置での、電子線の断続的な照射の工程と、断続的な電子線による試料からの放出電子の時間変化を検出する工程と、放出電子の時間変化から観察条件を設定する工程と、観察条件で、画像を取得する工程と、画像を表示する工程を含むところにある。この方法によれば、ユーザが観察条件の設定に悩まされることなく、試料の観察ができる。
【００１１】
また、電子線を放出する手段と、電子線の照射位置を制御する手段と、電子線を試料に照射する手段と、試料からの放出電子を検出する手段と、試料を保持し、移動する手段と、電子線を断続的に照射する手段と、パルス電子の断続条件を設定する手段と、放出電子の時間変化を解析する手段と、解析の結果に基づき観察条件を設定する手段と、観察条件を設定するシーケンスの起動手段と、観察条件で画像を取得する手段と、画像を表示する手段を有する電子顕微鏡である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画像を取得することなく、観察条件を最適化することが可能で、コントラストの時間変化を考慮した観察条件が設定できるため、試料観察に好適な画像が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】実施例１の試料の一例を示す説明図である。
【図１Ｂ】実施例１の二次電子信号の時間変化を示す説明図である。
【図２】本発明の電子顕微鏡の一例を示す構成図である。
【図３】実施例１の観察条件の調整方法の一例を示す説明図である。
【図４】実施例１の二次電子放出率と加速電圧の関係を示す説明図である。
【図５Ａ】実施例１のフォーカス、非点の調整値の抽出法を示す説明図である。
【図５Ｂ】実施例１のフォーカス、非点の調整値の抽出法を示す説明図である。
【図６】実施例１の二次電子放出率と照射電子数との関係を示す説明図である。
【図７Ａ】ＳＥＭに初期登録された観察条件で取得した画像の一例を示す説明図である。
【図７Ｂ】実施例１の観察条件の自動設定技術を用いて取得した画像の一例を示す説明図である。
【図８】実施例２の試料の一例を示す説明図である。
【図９】実施例２の操作ＧＵＩの一例を示す説明図である。
【図１０】実施例２の観察条件の調整方法の一例を示す説明図である。
【図１１】実施例２の二次電子放出率と照射電子数との関係を示す説明図である。
【図１２】実施例２のポンププローブの一例を示す説明図である。
【図１３】実施例２の二次電子放出率と間隔時間との関係を示す説明図である。
【図１４Ａ】実施例３の二次電子放出率と間隔時間との関係を示す説明図である。
【図１４Ｂ】実施例３の画像の合成方法の一例を示す説明図である。
【図１５】実施例４の試料の一例を示す説明図である。
【図１６】本発明の電子顕微鏡の一例を示す構成図である。
【図１７】実施例４の観察条件の調整方法の一例を示す説明図である。
【図１８】実施例４の操作ＧＵＩの一例を示す説明図である。
【図１９】実施例５の試料の一例を示す説明図である。
【図２０】実施例５の二次電子放出率と照射電子数との関係を示す説明図である。
【図２１Ａ】実施例５の第一の観察条件で取得した画像の一例を示す説明図である。
【図２１Ｂ】実施例５の第二の観察条件で取得した画像の一例を示す説明図である。
【図２１Ｃ】実施例５の第三の観察条件で取得した画像の一例を示す説明図である。
【図２２】実施例６の操作インターフェースの一例を示す説明図である。
【図２３】実施例７の操作ＧＵＩの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
本実施例では、放出電子のうち二次電子の時間変化から、試料観察に最適な観察条件を設定する方法と装置について述べる。本実施例における観察試料には、絶縁体表面に凹凸パターンが形成された試料を用いた。図１Ａに、試料の断面図と、観察条件の設定に用いたパルス状の断続的な電子線（以降、実施例ではパルス電子と略す）の照射位置を示す。絶縁体試料１に、パルス電子２を予め設定した所定の位置に照射し、各位置での二次電子の時間変化を取得する。図１Ｂに、パルス電子照射による二次電子の検出信号の時間変化の例を示す。パルス電子照射による二次電子の信号は、電子線照射開始後に減衰し、一定時間の照射で定常となる。本実施例では、観察条件の抽出精度を高めるため、二次電子の検出信号を定量的に解析した。電子線が透過しない厚さを持つ絶縁体では、二次電子の検出信号が定常となるとき、一次電子の照射電流Ｉｐと、試料からの二次電子の放出電流が釣り合った状態となる。二次電子の検出信号が定常となるときの検出信号強度から、照射電流Ｉｐの検出信号が解析できる。二次電子放出率は、一次電子の照射量に対する二次電子の放出量の比であり、（式１）で解析できる。
二次電子放出率＝二次電子の検出信号／照射電流Ｉｐの検出信号      （式１）
図２に本実施例における走査電子顕微鏡の構成例を示す。走査電子顕微鏡は電子光学系、ステージ機構系、ＳＥＭ制御系、ＳＥＭ操作系により構成されている。
【００１６】
電子光学系は電子銃１１、パルス電子生成器１２、絞り１３、偏向器１４、対物レンズ１５、検出器１６により構成されている。
【００１７】
ステージ機構系は、傾斜制御可能なＸＹＺ軸のステージ上の試料ホルダ１７、試料１８、により構成されている。ＳＥＭ制御系は、電子銃制御部２０、パルス電子制御部２１、偏向走査信号制御部２２、対物レンズコイル制御部２３、ステージ制御部２４、検出信号処理部２５、調整パラメータ解析部２６、さらに各制御部パラメータの調整値の管理および装置に設定する装置制御部１９により構成されている。
【００１８】
画像処理系は、画像形成部２７により構成されている。操作系は、操作インターフェース２８と画像表示部２９により構成されている。
【００１９】
本願発明では、別途パルス電子生成器１２を設ける構成としたが、パルスで電子照射可能な電子銃を用いても実施可能である。この場合、パルス電子制御部２１は、電子銃制御部２０に組み込むことも可能である。
【００２０】
図３に、観察条件である加速電圧、フォーカス、非点、照射電流、走査速度を最適化するフローの一例を示す。本実施例では、試料の表面形状の計測を目的とした観察条件の最適化を例に説明する。操作インターフェース２８に搭載した起動ボタンにより、観察条件の自動設定フローを開始する（Ｓ１００）。観察条件の抽出位置を設定する（Ｓ１０１）。本実施例では、図１に示す平坦部３と、形状端部４の２点を設定した。設定には、あらかじめ光学顕微鏡で確認し、位置を決定した。位置の固定には、偏向走査信号制御部２２および偏向器１４により、パルス電子の照射位置を固定した。次にパルス電子の照射条件を設定する（Ｓ１０２）。接地していない浮遊した導体、半導体、絶縁体では、照射電子数（以下、Ｎｐと称す。）が２００個以上照射されると、電子線照射により表面帯電が生じ、二次電子放出率が変化する。前記表面帯電の影響により、二次電子放出率の加速電圧依存性の評価が困難となる。二次電子放出率の加速電圧依存性を評価するためには、Ｎｐが２００個未満となるよう、パルス電子の照射条件を設定する。本実施例で用いたＮｐは６０個であり、パルス電子の照射電流は２０ｐＡ、パルス電子の照射時間は５００ｎｓである。パルス電子の照射条件は、あらかじめ装置制御部１９に登録しておく。パルス電子の照射時間は、パルス電子制御部２１により制御する。二次電子放出率の加速電圧依存性の解析から、加速電圧Ｅの調整値を抽出する（Ｓ１０３）。二次電子放出率の加速電圧依存性は、検出信号解析部２５で解析される。
【００２１】
二次電子放出率の加速電圧依存性を図４に示す。平坦部３と端部４との二次電子放出率の差は加速電圧３００ Ｖで最大となる。二次電子放出率の差は、画像のコントラストに反映される。調整パラメータ解析部２６により、図１Ａの平坦部と端部で二次電子放出率の差が最大となる加速電圧３００ Ｖが抽出される 。
【００２２】
次に、パルス電子の照射条件を変更する（Ｓ１０４）。試料表面が帯電するＮｐでの電子線照射による表面帯電で、二次電子放出率が時間的に変化するときの時定数から、フォーカスと非点を解析する。電子線照射の帯電が二次電子放出率に影響するＮｐは２００個以上１０，０００個以下である。本実施例では、Ｎｐ＝６００個（照射電流２０ｐＡ、照射時間５０μｓ）とした。
【００２３】
図５Ａに、２つのフォーカス、非点の条件で取得した二次電子放出率の時間変化を示す。二次電子放出率が定常となるまでの時定数は、第一のフォーカス、非点の条件と第二のフォーカス、非点の条件で差がある。照射領域の面積が小さいほど、二次電子放出率が定常となるまでの時定数が短くなる。時定数の最小値を解析することで、フォーカスと非点の調整値を最適化できる。図５Ｂに、時定数とフォーカス、非点の値との関係を示す。この結果から、フォーカス、非点の調整値を抽出する（Ｓ１０５）。
【００２４】
次に、二次電子放出率の照射電子数Ｎｐ依存性から、照射電流Ｉｐ、電子線の走査速度Ｓｖを抽出する（Ｓ１０６）。二次電子放出率の照射電子数Ｎｐ依存性は、二次電子放出率の時間変化（照射電子数Ｎｐ＝照射電流Ｉｐ×時間／素電荷ｅ）から解析できる。図６に二次電子放出率の照射電子数Ｎｐ依存性を示す。図１Ａの平坦部３と端部４の二次電子放出率は、Ｎｐがそれぞれ５００個以下と１，０００個以下で略一定となり、Ｎｐが１，０００個以上で、平坦部３と端部４の二次電子放出率の差は小さくなる傾向である。形状コントラストを強調する観察条件に最適なＮｐは、平坦部３と端部４の二次電子放出率の差が最大となるＮｐ＝５００個である。本実施例では、観察条件として照射電流Ｉｐを予め設定しておけば、電子線の走査速度Ｓｖは（式２）より求まる。
Ｓｖ＝Ｆ／（Ｐ×Ｎｐ×ｅ／Ｉｐ）      （式２）
ここで、Ｐは画像一辺の画素数、ｅは素電荷で、Ｆは視野である。Ｆはユーザが指定する観察倍率によって決まる。本実施例ではＩｐはあらかじめ２０ｐＡとし、視野を１０μｍ、一辺の画素数を５１２とすると、走査速度は０.３μｍ/μｓと抽出できる。また、あらかじめ走査速度を設定し、照射電流を変更しても構わない。抽出した加速電圧、フォーカス、非点、照射電流、走査速度の調整値は、装置制御部１９から、装置に設定される（Ｓ１０７）。
【００２５】
以上により加速電圧、照射電流、走査速度、フォーカス、非点が最適化され、観察条件の自動設定フローは終了となる（Ｓ１０８）。
【００２６】
図７Ａ、図７Ｂに、ＳＥＭに初期登録された観察条件で取得した画像（図７Ａ）と、本実施例の観察条件の自動設定技術を用いて取得した画像を示す（図７Ｂ）。ＳＥＭ画像では、図１の試料１の溝の端部で明るい信号が得られる。図７Ｂのほうが図７Ａよりもコントラストが高く、容易に溝の幅を認識できる。
【００２７】
このように本実施例を用いれば、観察領域内に固定した位置での二次電子の時間変化により、観察条件を自動で設定することができる。画像を取得することなく観察条件が最適化でき、試料の情報に対応したコントラストを強調した画像が取得できる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例では、二次電子の検出信号の時間変化から、試料観察に最適な観察条件を設定する方法と装置について述べる。本実施例では、絶縁体にコンタクトプラグが形成された半導体デバイスを対象とした。図８に観察した試料を示す。シリコン基板３０上に成膜された絶縁膜３１に、ポリシリコンのコンタクトプラグと金属配線が形成されている。コンタクトプラグ３２はシリコン基板３０と導通しているが、ポリシリコンが活性化されていないため、高い抵抗値をもっている。コンタクトプラグ３３はシリコン基板３０にコンタクトしておらず、導通不良となっている。金属配線３４も、接地していない浮遊配線である。
【００２９】
本実施例における走査電子顕微鏡の構成例は、実施例１に示した図２と同様の構成である。本実施例では、観察条件の自動設定の起動ボタンを、操作ＧＵＩ（Graphic User Interface）内に設置した。
【００３０】
図９に、観察条件の自動設定機能を付与したＧＵＩを示す。操作ＧＵＩ３５には、ＳＥＭの画像表示部３６とユーザが手動で観察条件を設定するマニュアル調整３７が付与されている。
【００３１】
汎用のＳＥＭでは、加速電圧、照射電流、フォーカス、非点が一般的な調整項目であるが、本実施例では、マニュアル調整３７に加速電圧、照射電流、フォーカス、非点、走査速度、ブランキング時間が含まれている。ブランキング時間は、電子線の走査間、もしくは画像取得（フレーム）の間に、電子線が遮断される間の時間である。操作ＧＵＩ３５には観察条件の自動設定の起動ボタン３８が付与されている。観察条件の自動抽出が起動すると、マニュアル調整３７は非活性となる。
【００３２】
図１０に、観察条件である加速電圧、フォーカス、非点、照射電流、走査速度、走査間のブランキング時間を最適化するフローの一例を示す。本実施例では、試料内の導通したコンタクトプラグ、非導通なコンタクトプラグ、さらに浮遊した金属配線を識別することを目的とした観察条件の最適化を例に説明する。図１０の観察条件の自動設定フロー内の開始（Ｓ１１１）から、フォーカス、非点の調整値の抽出（Ｓ１１６）までは、図３と同じフローを用いた。
【００３３】
二次電子放出率の照射電子数Ｎｐ依存性から、照射電流Ｉｐと走査速度Ｓｖの調整値を解析・抽出する（Ｓ１１７）方法を、図１１により説明する。図１１は、導通したコンタクトプラグ、非導通なコンタクトプラグ、さらに浮遊した金属配線で取得した二次電子放出率の照射電子数Ｎｐ依存性である。導通したコンタクトプラグ、非導通なコンタクトプラグ、浮遊した金属配線で、最も二次電子放出に差がある照射電子数はＮｐ＝１，５００個である。照射電子数はＮｐ＝１，５００個を実現する照射電流Ｉｐは２０ｐＡ、走査速度は０.９μｍ/μｓである。次にパルスの照射モードを変更する（Ｓ１１８）。異なるパルス電子の断続条件をもつ複数のパルス電子を照射する。第一のパルス電子は、帯電や磁区変化などの電子線照射効果を誘起するパルス電子（ポンプパルスと呼ぶ）で、第二のパルス電子は、ポンプパルスで誘起した効果を検出するパルス電子（プローブパルスと呼ぶ）である。ポンプパルスを先に照射し、所定の間隔時間で、プローブパルスを照射する（本方式をポンププローブ法と呼ぶ）。ポンププローブ法では電子線照射による帯電や磁区変化などの時間変化を解析できる。本実施例では、電子線照射による帯電に着目した。
【００３４】
ポンププローブ法によって得られる二次電子放出率の時間変化を図１２に示す。通常ポンプパルスのほうがプローブパルスよりも照射時間を長く制御する。本実施例では、ポンプパルスは、電子線の走査速度に依存した照射電子数に設定する。また、Ｓ１１７で解析した照射電子数Ｎｐ＝１，５００個を実現する１０μｓをポンプパルスの照射時間とする。プローブパルスは、電子線照射効果を極力抑えるため、照射電子数Ｎｐ＝６０個を実現する５００ｎｓをプローブパルスの照射時間とした。ポンプパルスとプローブパルスの間隔時間Ｔｉが長くなるに従いプローブパルスの二次電子放出率が増加する。これは、間隔時間が長くなるほど、ポンプパルスで形成した帯電が緩和するため、二次電子放出率が増加するためである。プローブパルスの二次電子放出率の間隔時間依存性から、帯電の緩和効果を解析する。
【００３５】
図１３は、導通したコンタクトプラグ、非導通なコンタクトプラグ、浮遊した金属配線で取得した、プローブパルスの二次電子放出率の間隔時間依存性である。導通したコンタクトプラグ、非導通なコンタクトプラグ、浮遊した金属配線の順に、プローブパルスの時間変化が少なくなっている。導通したコンタクトプラグ、非導通なコンタクトプラグ、浮遊した金属配線で、最も二次電子放出率に差が生じる間隔時間は０．００５ ｍｓであるため、ブランキング時間は０．００５ ｍｓが最適であり、本実施例では走査と走査の間のブランキング時間に設定する。よって、二次電子放出率の間隔時間依存性から、ブランキング時間の調整値が抽出できる（Ｓ１１９）。本実施例では、走査速度Ｓｖとブランキング時間を別に解析したが、走査速度Ｓｖをポンプパルスによる二次電子放出の時間変化から解析しても良い。抽出した加速電圧、照射電流、走査速度、フォーカス、非点、ブランキング時間の調整値は、装置制御部１９から、装置に設定され（Ｓ１２０）、観察条件の自動設定フローは終了となる（Ｓ１２１）。このように本実施例を用いれば、異なる特性をもつ領域が存在する試料であっても、各領域を識別可能な画像を取得する観察条件が自動で設定できる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例では、自動で抽出した複数の観察条件を解析することで、試料の特性を反映した画像を取得する方法について述べる。本実施例では、図８に示した実施例２同様の試料を用いた。本実施例で用いた装置は、図２に示した実施例１同様の装置を用い、操作ＧＵＩは、図９に示した実施例２同様のＧＵＩを用いた。図１４Ａ、図１４Ｂは、複数の観察条件を解析し、画像処理により、試料の特性を反映した画像を取得する方法について説明したものである。図１４Ａに示したプローブパルスの二次電子放出率の間隔時間依存性から、複数のブランキング時間を抽出した。
【００３７】
本実施例では、３つのブランキング時間を抽出し、それぞれ、第一の観察条件３９ａ、第二の観察条件４０ａ、第三の観察条件４１ａとした。図１４Ｂに示すように、第一の観察条件３９ａで得られる画像３９ｂ、第二の観察条件４０ａで得られる画像４０ｂ、第三の観察条件４１ａで得られる画像４１ｂを取得する。ブランキング時間に応じて各画像は重みをつけられ、合成画像４２が形成される。合成画像４２は、導通したコンタクトプラグ３２、非導通なコンタクトプラグ３３、浮遊した金属配線３４の放電における電気特性を反映しており、導通したコンタクトプラグ３２、非導通なコンタクトプラグ３３、浮遊した金属配線３４の画像の明るさは、各領域の放電の時定数を反映している。このように、二次電子放出率の定量解析と、調整パラメータ値の重みづけにより、試料の特性を定量的に反映した画像取得が可能となる。
【実施例４】
【００３８】
本実施例では、複数のコントラストが重畳される試料における観察条件の自動抽出について述べる。図１５に本実施例で用いた試料を示す。磁性体４３と導体４４が、絶縁体４５内に含まれた試料である。本実施例で用いた装置を図１６に示す。図２に示した実施例１の装置に、複数の検出器が設置された構成になっている。本実施例では試料斜め横方向に反射電子検出器４６を設置した。反射電子検出器は、二次電子用の検出器１６とほぼ同じ構成であるが、検出器への入射エネルギが異なるため、検出器に印加する電圧が異なる。また、検出器前にエネルギフィルタを設置した構成のほうが高い感度で反射電子が検出できる。また、本実施例で設置した反射電子検出器以外に、試料のスピンを検出するモット検出器や、電子後方散乱回折検出器なども利用できる。
【００３９】
図１７に、検出器ごとに観察条件を設定するフローについて説明する。観察条件の自動設定フローが開始（Ｓ１２２）されると、観察条件に用いる検出器を選択する（Ｓ１２３）。試料の設計データがあらかじめインプットされている場合、観察部分の材質によって検出器を選択しても良い。また、装置に搭載されているすべての検出器を選択しても良い。本実施例では二次電子用の検出器16と、反射電子用の検出器４６の、二つの検出器を選択した。本実施例では、磁気コントラストが強調されるように第一の観察条件を抽出する（Ｓ１２４）。その後、検出器を切り替え（Ｓ１２５）、組成コントラストが強調されるように第二の観察条件を抽出する（Ｓ１２６）。第一と第二の観察条件は、装置制御部１９に保存され、そのうち一つが装置に設定される（Ｓ１２７）。観察条件の自動設定フロー終了となる（Ｓ１２８）が、観察時には、装置制御部１９に保存された観察条件を、順に装置に設定し、画像を取得する。
【００４０】
本実施例における操作ＧＵＩの例を図１８に示す。観察条件で得られた画像は、試料の観察履歴や、ユーザの選択によって優先順位が決められ、操作ＧＵＩ４７上に表示される。ボタン４８によって次の観察条件で取得した画像を表示することや、ボタン４９によって、すべての観察条件で得られた画像を表示することができる。またユーザは、表示された画像の中から、所望の画像を選択し、ボタン６０により、画像が保存できる。このように、複数の検出器ごとに観察条件を自動で抽出することで、強調されるコントラストが異なる画像を取得でき、ユーザが観察条件や検出器の選択に悩むことなく好適な画像を得ることができる。
【実施例５】
【００４１】
本実施例では、複数のコントラストが重畳される試料における観察条件の自動設定について述べる。本実施例では単一の検出器を用いた観察条件の自動設定について説明する。本実施例で用いた装置は図２に示した実施例１と同様の装置であり、操作ＧＵＩは図１８に示した実施例４と同様のＧＵＩを用いた。図１９に観察試料を示す。絶縁膜５０の中に誘電体５１が埋め込まれており、絶縁膜５０上には異なる誘電体５２が形成されている。パルス電子の照射位置は、誘電体５１上の位置５３、誘電体５２上の位置５４である。
【００４２】
図２０はパルス電子の位置５３と位置５４で取得した二次電子放出率の照射電子数Ｎｐ依存性である。誘電体５２上の位置５４の二次電子放出率が高くなる第一の観察条件２０１と、誘電体５１上の位置５３と誘電体５２上の位置５４が同じ二次電子放出率となる第二の観察条件２０２と、誘電体５１上の位置５３の二次電子放出率が高くなる第三の観察条件２０３を抽出した。観察条件として、実施例１で述べた加速電圧、照射電流、走査速度、フォーカス、非点に加え、検出器の増幅利得と信号のオフセット値を調整した。図２０で解析した２次電子放出率の範囲における２次電子信号が、線形に増幅されるように調整した。
【００４３】
各条件で得られる画像を図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃに示す。図２１Ａは第一の観察条件２０１で観察したときの画像である。第一の観察条件２０１では、表面の材質によるコントラストが強調される。図２１Ｂは、第二の観察条件２０２で観察したときの画像である。前記のように、第二の観察条件は、誘電体５１上の位置５３と誘電体５２上の位置５４の二次電子放出率が等しい。このとき、誘電体５１上の位置５３と誘電体５２上の位置５４の特性に依存しないコントラストが得られる。本実施例では、表面の形状コントラストが強調されている。図２１Ｃは第三の観察条件で観察したときの画像である。第三の観察条件２０３は、電子線照射による表面の帯電が、試料に誘電分極を誘起し、結果、二次電子放出率に反映される条件である。誘電分極は、内部の構造および界面に依存することから、図２１Ｃに示すように、第三の観察条件２０３は、埋もれた構造や界面の特性を可視化できる。このように、異なる試料情報を含んだコントラストが得られる複数の観察条件を設定することで、試料情報を弁別した観察方法を提供することができる。
【実施例６】
【００４４】
本実施例では、観察条件の自動設定モードの起動方法について述べる。本実施例で用いた装置は図２に示した実施例１と同様の装置である。
【００４５】
図２２に、操作インターフェース２８の構成を示す。操作インターフェース２８に、観察条件の自動設定の起動ボタン３８が搭載されている。観察条件の自動設定の起動には、観察条件の自動設定の起動ボタン３８を押すだけでなく、操作インターフェース２８に搭載されている調整つまみ５５や、観察位置を移動させるジョイスティック５６によっても起動可能な構成とした。また観察位置を移動させる方法には、トラックボールを用いた方式もある。例えば倍率の調整では調整つまみを左右に回転させることで、倍率変更が可能である。倍率の調整つまみを押しこむことで観察条件の自動設定のフローが起動する構成とした。画面の倍率を変更に合わせて、観察条件が自動抽出され、装置に設定されるので、ユーザの操作ストレスが低減できる。他の調整つまみ（フォーカス、非点、明るさ、コントラスト）にも、倍率調整の調整つまみ同様の観察条件の自動設定起動機能を搭載した。ジョイスティック５６には、観察条件の自動設定の起動ボタン５７を搭載した。本実施例に示す操作インターフェース２８には、コントローラ式のものや、図２２がＧＵＩ化されたタッチパネル式のものがある。このように本実施例を用いれば、ユーザがＳＥＭを操作する過程の中に、観察条件の自動設定が付与されるため、ユーザの操作性を向上することができる。
【実施例７】
【００４６】
本実施例では、観察条件の自動設定の起動方法について述べる。本実施例で用いた装置は図２に示した実施例１と同様の装置である。
【００４７】
図２３に、本実施例で用いたユーザインターフェースである操作ＧＵＩを示す。本実施例では、画像表示部５８に観察条件の自動設定の起動が、付与されている構成とした。本実施例の画像表示部５８は、画面上を操作することで、倍率の変更、観察位置の移動ができる。画像表示部５８上で操作するための指示アイコン５９（本実施例では観察位置の移動アイコン）が表示されている。指示アイコン５９が表示された状態で、画面上をクリックすると、観察位置が移動する。さらに、観察位置でダブルクリックすると観察条件の自動設定が起動する構成とした。指示アイコン５９は、倍率の変更に切り替えることが可能で、倍率の変更指示後、ダブルクリックで観察条件の自動設定が起動する構成となっている。本実施例では指示アイコン５９による操作について説明したが、画像表示部５８上を指で操作するタッチパネル方式でも良い。タッチパネル方式では、画面表示部５８上のタッチの動作により倍率の変更、観察位置の移動ができる。観察条件の自動設定の起動には、画像表示部５８上をタッピングする方式がある。このように本実施例を用いれば、観察の過程に、観察条件の自動設定の起動工程が付与されるため、ユーザの操作性を向上することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…試料、２…パルス電子、３…平坦部、４…端部、１１…電子銃、１２…パルス電子発生器、１３…絞り、１４…偏向器、１５…対物レンズ、１６…検出器、１７…試料ホルダ、１８…試料、１９…装置制御部、２０…電子銃制御部、２１…パルス電子制御部、２２…偏向走査信号制御部、２３…対物レンズコイル制御部、２４…検出器制御部、２５…検出信号処理部、２６…調整パラメータ解析部、２７…画像形成部、２８…操作インターフェース、２９…画像表示部、３０…シリコン基板、３１…絶縁膜、３２、３３…コンタクトプラグ、３４…配線、３５…操作ＧＵＩ、３６…画像表示部、３７…マニュアル調整、３８…起動ボタン、３９ａ…第一の観察条件、４０ａ…第二の観察条件、４１ａ…第三の観察条件、３９ｂ…第一の観察条件で得られた画像、４０ｂ…第二の観察条件で得られた画像、４１ｂ…第三の観察条件で得られた画像、４２…合成画像、４３…磁性体、４４…導体、４５…絶縁体、４６…検出器、４７…操作ＧＵＩ、４８…ボタン、４９…ボタン、５０…絶縁膜、５１、５２…誘電体、５３、５４…位置、５５…調整つまみ、５６…ジョイスティック、５７…起動ボタン、５８…画像表示部、５９…指示アイコン、２０１…第一の観察条件、２０２…第二の観察条件、２０３…第三の観察条件
【図１Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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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１４Ａ】
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【図１７】
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【図２０】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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