JP5744248B2 - Sample observation method - Google Patents

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本発明は、試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置に関し、より詳細には、絶縁領域と導電領域が形成された試料面に低エネルギーの撮像電子ビームを照射して試料面の画像を取得する技術に関する。   The present invention relates to a sample observation method and apparatus, and a sample inspection method and apparatus using them, and more specifically, a sample obtained by irradiating a sample surface on which an insulating region and a conductive region are formed with a low-energy imaging electron beam. The present invention relates to a technique for acquiring a surface image.

従来から、半導体ウエハ等の試料面に電子ビームを照射し、試料面から放出された電子を検出してウエハ表面画像を取得し、これに基づいて半導体ウエハの開放欠陥(オープン欠陥)や欠落欠陥(ショート欠陥)等の欠陥を検出するようにした試料面観察方法が知られている(例えば、特開2005−235777号公報(特許文献1)参照)。   Conventionally, a sample surface such as a semiconductor wafer is irradiated with an electron beam, and electrons emitted from the sample surface are detected to obtain an image of the wafer surface. Based on this, an open defect or missing defect of the semiconductor wafer is obtained. A sample surface observation method for detecting defects such as (short defects) is known (see, for example, JP-A-2005-235777 (Patent Document 1)).

このような従来の試料面観察方法では、開放欠陥や欠落欠陥が存在する部分で生じる画像中の濃淡(階調差)を利用している。開放欠陥や欠落欠陥といった欠陥が存在する部分では、正常部では本来生じることのない濃淡(階調差)が画像中に現れる。従来の試料面観察方法では、半導体ウエハの表面から得たウエハ表面画像を本来の(無欠陥試料の)表面画像と比較し、本来現れるはずのない濃淡が認められた場合に、当該部位を開放欠陥や欠落欠陥として判定するという手法を採用している。   In such a conventional sample surface observation method, light and shade (gradation difference) in an image generated in a portion where an open defect or a missing defect exists is used. In a portion where there is a defect such as an open defect or a missing defect, shading (gradation difference) that does not occur in the normal portion appears in the image. In the conventional sample surface observation method, the wafer surface image obtained from the surface of the semiconductor wafer is compared with the original (defect-free sample) surface image, and when the shade that should not appear originally is recognized, the relevant part is opened. A method of determining as a defect or a missing defect is adopted.

しかしながら、特許文献1に開示されている観察方法では、観察対象の構造や材料等によっては観察部位の階調差がもともと小さく、欠落欠陥や開放欠陥の検出が困難な場合があるという問題があった。   However, the observation method disclosed in Patent Document 1 has a problem that the gray level difference of the observation site is originally small depending on the structure or material of the observation target, and it may be difficult to detect missing defects or open defects. It was.

加えて、特に開放欠陥については、開放欠陥が存在する部位の画像が、正常部位の画像よりも濃くなる(より黒くなる)場合と薄くなる(より白くなる)場合とがある。このため、欠陥の検出や欠陥の種類を分類することが極めて困難であるという問題があった。   In addition, particularly with respect to the open defect, the image of the part where the open defect exists may be darker (blacker) or lighter (whiter) than the image of the normal part. For this reason, there is a problem that it is extremely difficult to detect defects and classify types of defects.

本発明者らは、配線構造の欠陥検出において、欠陥部位と正常部位の階調差が大きく、白黒の濃淡の差が明確な試料面画像を取得し、欠陥の検出が容易な試料面観察方法を提供することを目的として検討を重ねた結果、上述した従来の試料面観察方法が抱えていた問題は、欠落欠陥と開放欠陥を同条件下で同時に検出を行う点にあると考えるに至り、新たな試料面観察方法を提案した(特開2009−87893号公報:特許文献2)。   The present inventors have obtained a sample surface observation method in which a defect surface and a normal region have a large gradation difference, a sample surface image having a clear difference in shades of black and white is obtained in defect detection of a wiring structure, and defect detection is easy As a result of repeated examinations for the purpose of providing the above, the problem that the above-described conventional specimen surface observation method has is that it is in the point of simultaneously detecting missing defects and open defects under the same conditions, A new sample surface observation method was proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-87893: Patent Document 2).

特許文献2には、絶縁材料と導電性材料を含む配線が形成された試料面に電子ビームを照射し、該試料面の構造情報を得た電子を検出することにより、試料面画像を取得して該試料面を観察する試料面観察方法であって、試料面画像における絶縁材料と導電性材料との輝度を等しくした状態で、電子ビームを試料面に照射することで絶縁材料と導電性材料以外の部分を容易かつ確実に検出することとし、さらに、試料面画像における絶縁材料及び導電性材料の輝度と異なる輝度の点を、試料面の開放欠陥として検出することで、開放欠陥を容易かつ確実に検出することを可能とする試料面観察方法が開示されている。   In Patent Document 2, a sample surface image is obtained by irradiating an electron beam onto a sample surface on which a wiring including an insulating material and a conductive material is formed, and detecting electrons obtained from the structure information of the sample surface. A sample surface observation method for observing the sample surface, wherein the insulating material and the conductive material are irradiated by irradiating the sample surface with an electron beam in a state where the brightness of the insulating material and the conductive material in the sample surface image is equal. In addition, it is possible to easily and reliably detect a portion other than the above, and further, by detecting a point of luminance different from the luminance of the insulating material and the conductive material in the sample surface image as an open defect on the sample surface, the open defect can be easily and A sample surface observation method that enables reliable detection is disclosed.

また、特許文献2には、試料面画像における絶縁材料と導電性材料との輝度差が最大となる状態で、電子ビームを試料面に照射することにより、欠落欠陥の周囲との識別が容易な試料面画像を取得して欠落欠陥の検出を容易かつ確実にすることとし、さらに、上記輝度差が最大となる状態を、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子となるミラー電子領域において定めることとして、効果的に欠落欠陥を検出することを可能とする試料面観察方法も開示されている。   In Patent Document 2, it is easy to discriminate from the periphery of a missing defect by irradiating the sample surface with an electron beam in a state where the luminance difference between the insulating material and the conductive material in the sample surface image is maximized. The sample surface image is acquired and the defect defect is easily and reliably detected. Further, the state in which the luminance difference is maximized is determined in the mirror electron region where the electrons obtained from the structure information of the sample surface become mirror electrons. As a definition, a sample surface observation method that enables effective detection of missing defects is also disclosed.

特開2005−235777号公報JP 2005-235777 A 特開2009−87893号公報JP 2009-87893 A

本発明者らは、試料面に絶縁領域と導電領域が形成されている場合に、試料面の観察を高コントラストで行い、欠落欠陥や開放欠陥の検出のみならず、欠陥種類の分類も容易なものとする手法および装置についての検討を更に重ねたところ、上記特許文献2に開示の発明は更に改善する余地があるとの結論に至った。   When the insulating surface and the conductive region are formed on the sample surface, the inventors perform high-contrast observation of the sample surface and not only detect missing defects and open defects but also easily classify defect types. As a result of further studies on the technique and apparatus to be achieved, it was concluded that the invention disclosed in Patent Document 2 has room for further improvement.

つまり、本発明の目的とするところは、絶縁領域と導電領域が形成されている試料面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易なものとする試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置を提供することにある。   That is, the object of the present invention is to perform observation of the sample surface on which the insulating region and the conductive region are formed with high contrast, and to easily detect missing defects and open defects and classify defect types. It is an object to provide a sample observation method and apparatus, and a sample inspection method and apparatus using them.

上述の目的を達成するため、本発明に係る試料観察方法は、絶縁領域と導電領域を有する試料面を電子ビーム照射により観察する方法であって、前記試料面に撮像電子ビームを照射する第1のステップと、前記試料面の構造情報を得た電子を検出して前記試料面の画像を取得する第2のステップと、を備え、前記第1のステップの撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)は、前記試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に調整され、前記第2のステップは、前記導電領域の輝度が前記絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるサブステップAと、前記絶縁領域の輝度が前記導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるサブステップBと、を備えていることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a sample observation method according to the present invention is a method of observing a sample surface having an insulating region and a conductive region by electron beam irradiation, wherein the sample surface is irradiated with an imaging electron beam. And a second step of obtaining an image of the sample surface by detecting electrons obtained from the structure information of the sample surface, and the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam in the first step In the second step, the electrons obtained from the structural information of the sample surface are adjusted to a transition region including both mirror electrons and secondary electrons, and the second step is such that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. Sub-step A in which image acquisition is performed under conditions, and Sub-step B in which image acquisition is performed under conditions in which the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, To do.

かかる構成とすることにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得とが行われ、これらの画像に基づいて、試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。   With this configuration, an image is acquired under conditions where the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region, and an image is acquired under conditions where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Therefore, it is possible to detect both missing defects and open defects on the sample surface with high accuracy based on these images.

本発明に係る試料観察方法は、前記撮像電子ビームの照射前に、前記試料面に帯電電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させるステップを備えている構成としてもよい。   The sample observation method according to the present invention may include a step of charging the insulating region by irradiating the surface of the sample with a charged electron beam before irradiation with the imaging electron beam.

かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離が顕著なものとなり、高いコントラストを得ることが容易になる。 With such a configuration, separation of the electron e i obtained structural information conductive region and electrons e c to obtain structural information of the insulating region becomes more pronounced, it is easy to obtain a high contrast.

また、本発明に係る試料観察方法は、前記サブステップAと前記サブステップBの条件選択は、光学系に設けられ開口数(NA)を定める可動のNAアパーチャの位置調整により行われる構成としてもよい。   The sample observation method according to the present invention may be configured such that the condition selection of the sub-step A and the sub-step B is performed by adjusting a position of a movable NA aperture that is provided in the optical system and determines a numerical aperture (NA). Good.

かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子eを検知器に導くこと、逆に、絶縁領域の構造情報を得た電子eを検知器に導くことが容易なものとなる。 With such a structure, directing the electron e c to obtain structural information conductive regions on the detector, on the contrary, as easily can lead to electronic e i obtained structural information of the insulating region to the detector Become.

また、本発明に係る試料観察方法は、前記第1のステップの前で且つ前記帯電電子ビームの照射後に、前記導電領域の輝度と前記絶縁領域の輝度の差で生じるコントラストを最大にする撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)を決定するステップを備え、前記第1の
ステップにおける撮像電子ビームの照射を、前記コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)で実行する構成としてもよい。
In addition, the sample observation method according to the present invention provides imaging electrons that maximize the contrast generated by the difference between the luminance of the conductive region and the luminance of the insulating region before the first step and after irradiation with the charged electron beam. It is good also as a structure which comprises the step which determines the irradiation energy (LE) of a beam, and performs the irradiation of the imaging electron beam in the said 1st step with the irradiation energy (LE) which becomes the said contrast maximum.

かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離がなされた状態における高いコントラストの画像の取得が容易になる。 With such a configuration, acquisition of the high contrast of an image in a state in which the separation is made of the electron e c to obtain structural information conductive region and electrons e i obtained structural information of the insulating region is facilitated.

また、本発明に係る試料観察方法は、前記帯電電子ビームの照射に先立ち、電子ビーム照射による前記絶縁領域の帯電が飽和するドーズ量を決定するステップを備え、前記絶縁領域を帯電させるステップにおける帯電電子ビームの照射を、前記ドーズ量で実行する構成としてもよい。   Further, the sample observation method according to the present invention includes a step of determining a dose amount at which charging of the insulating region by electron beam irradiation is saturated prior to irradiation of the charged electron beam, and charging in the step of charging the insulating region. It is good also as a structure which performs irradiation of an electron beam with the said dose amount.

かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離を効果的に行うことができる。 With such a configuration, it is possible to separate the electron e c to obtain structural information conductive region and electrons e i obtained structural information of the insulating region effectively.

また、本発明に係る試料観察方法は、前記帯電電子ビームの照射前後での前記絶縁領域の構造情報を得た電子の軌道シフト量を予め求めておくステップを備え、該軌道シフト量に基づいて前記NAアパーチャの位置調整を行う構成としてもよい。   In addition, the sample observation method according to the present invention includes a step of obtaining in advance an orbit shift amount of electrons obtained from the structure information of the insulating region before and after irradiation of the charged electron beam, and based on the orbit shift amount. The NA aperture may be adjusted in position.

かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子eを検知器に導くこと、逆に、絶縁領域の構造情報を得た電子eを検知器に導くことを、迅速に実行することができる。 With such a structure, directing the electron e c to obtain structural information conductive regions on the detector, on the contrary, to lead the electrons e i obtained structural information of the insulating region to the detector, performed quickly can do.

また、本発明に係る試料観察方法は、前記遷移領域の最低照射エネルギをLEAとし最高照射エネルギをLEBとしたときに、前記撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)は、LEA≦LE≦LEB+5eVに設定されることが好ましい。   In the sample observation method according to the present invention, when the minimum irradiation energy of the transition region is LEA and the maximum irradiation energy is LEB, the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam is set to LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV. It is preferred that

かかる照射エネルギの設定により、材料コントラストの高い画像を取得することが可能となる。   By setting the irradiation energy, an image with a high material contrast can be acquired.

発明に係る試料観察方法は、例えば、写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いて実行される。   The sample observation method according to the invention is executed using, for example, a mapping projection type low acceleration electron beam apparatus.

写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いることにより、本発明の試料観察方法を特別な装置改良等なく実行することができる。   By using the projection type low acceleration electron beam apparatus, the sample observation method of the present invention can be executed without any special apparatus improvement.

本発明に係る試料検査方法は、上述の試料観察方法により得られた試料面の画像を用いて前記試料面の欠陥の存否を判定する試料検査方法であって、前記サブステップAにより得られた画像Aにより欠落欠陥(ショート欠陥)の存否を判定し、前記サブステップBにより得られた画像Bにより開放欠陥(オープン欠陥)の存否を判定することを特徴とする。   The sample inspection method according to the present invention is a sample inspection method for determining the presence / absence of a defect on the sample surface using an image of the sample surface obtained by the sample observation method described above, and obtained by the sub-step A. The presence or absence of a missing defect (short defect) is determined from the image A, and the presence or absence of an open defect (open defect) is determined from the image B obtained in the sub-step B.

かかる構成とすることにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像とにより、欠陥の存否を判断することとで、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の双方を、高感度・高精度で検出することができる。   With this configuration, an image acquired under conditions where the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region and an image acquired under conditions where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region It is possible to detect both missing defects (short defects) and open defects (open defects) with high sensitivity and high accuracy.

発明に係る試料観察装置は、絶縁領域と導電領域を有する試料面に撮像電子ビームを照射する電子ビーム源と、前記撮像電子ビームの照射により前記試料面の構造情報を得た電子が、前記撮像電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じて、電界と磁界によ
り前記電子を方向付けする電磁場発生手段(E×B)と、前記電磁場発生手段(E×B)により方向付けされた前記電子を検出し、該検出された電子から前記試料面の画像を取得する検出器と、前記撮像電子ビームの照射エネルギを、前記電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に設定する照射エネルギ設定手段と、開口数(NA)を定めるNAアパーチャの位置を面内で調整可能とするNAアパーチャ移動機構と、前記試料面に電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させるための帯電電子ビーム照射手段と、を備え、NAアパーチャ移動機構は、前記NAアパーチャが、前記E×Bの作用により方向付けが異なる前記導電領域の構造情報を得た電子と前記絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に前記検出器に導くことが可能に構成されていることを特徴とする。
The sample observation apparatus according to the invention includes an electron beam source that irradiates an imaging electron beam to a sample surface having an insulating region and a conductive region, and electrons that obtain structural information of the sample surface by irradiation of the imaging electron beam. The electromagnetic field generating means (E × B) directs the electrons by an electric field and a magnetic field according to the speed of traveling in the direction opposite to the incident direction of the electron beam, and the electromagnetic field generating means (E × B) A detector that detects the electrons and acquires an image of the sample surface from the detected electrons, and sets the irradiation energy of the imaging electron beam in a transition region in which the electrons include both mirror electrons and secondary electrons. Irradiation energy setting means, an NA aperture moving mechanism that enables adjustment of the position of the NA aperture that determines the numerical aperture (NA) within the plane, and the sample surface is irradiated with an electron beam to form the insulating region. A charging electron beam irradiating means for charging, and the NA aperture moving mechanism is configured such that the NA aperture obtains structural information of the conductive region whose orientation is different by the action of E × B and the insulating region. The electrons that have obtained the structure information are selectively guided to the detector.

かかる構成とすることにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得とが行われ、これらの画像に基づいて、試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。   With this configuration, an image is acquired under conditions where the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region, and an image is acquired under conditions where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Therefore, it is possible to detect both missing defects and open defects on the sample surface with high accuracy based on these images.

発明に係る試料観察装置は、前記電子ビーム源が前記帯電電子ビーム照射手段を兼ねている構成としてもよい。   In the sample observation apparatus according to the invention, the electron beam source may also serve as the charged electron beam irradiation unit.

この場合、別途帯電電子ビーム照射手段を設けることなく、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離が顕著なものとして、高いコントラストの画像を得ることができる。 In this case, it is assumed that the separation of the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region is significant without providing a separate charged electron beam irradiation means. Can be obtained.

また、発明に係る試料観察装置は、前記NAアパーチャは複数種類設けられており、該複数のNAアパーチャはそれぞれに径が異なるNA調整用アパーチャであり、前記NAアパーチャ移動機構により、前記導電領域の構造情報を得た電子又は前記絶縁領域の構造情報を得た電子の少なくとも一方が通過して前記画像のコントラストを最適にするNAアパーチャが選択可能である態様としてもよい。   Further, in the sample observation apparatus according to the present invention, a plurality of types of the NA apertures are provided, and the plurality of NA apertures are NA adjustment apertures having different diameters, and the conductive aperture region is formed by the NA aperture moving mechanism. It is also possible to adopt an aspect in which an NA aperture that optimizes the contrast of the image can be selected by passing at least one of electrons that have obtained structural information or electrons that have obtained structural information of the insulating region.

かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子eを検知器に導くこと、逆に、絶縁領域の構造情報を得た電子eを検知器に導くことが容易なものとなる。 With such a structure, directing the electron e c to obtain structural information conductive regions on the detector, on the contrary, as easily can lead to electronic e i obtained structural information of the insulating region to the detector Become.

また、発明に係る試料観察装置の前記検出器は、例えば、前記電子を直接検出するEB−CCD又はEB−TDIである。   The detector of the sample observation apparatus according to the invention is, for example, an EB-CCD or an EB-TDI that directly detects the electrons.

かかる構成とすることにより、電子を直接検出し、光−電子間の変換を経ることなく、そのまま電気信号を出力することが可能であるため、蛍光板やMCPを必要とせず、途中の信号ロスが減少するので、高分解能な画像取得が可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to directly detect electrons and output an electrical signal as it is without undergoing photo-electron conversion, so that a fluorescent screen or MCP is not required, and there is no signal loss on the way. Therefore, high-resolution image acquisition is possible.

発明に係る試料観察装置は、例えば、写像投影型の低加速電子ビーム装置である。   The sample observation apparatus according to the invention is, for example, a mapping projection type low acceleration electron beam apparatus.

写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いることにより、本発明の試料観察方法を特別な装置改良等なく実行することができる。   By using the projection type low acceleration electron beam apparatus, the sample observation method of the present invention can be executed without any special apparatus improvement.

発明に係る試料検査装置は、上述の試料観察装置と、前記導電領域の構造情報を得た電子により得られた画像により欠落欠陥(ショート欠陥)の存否を判定し、前記絶縁領域の構造情報を得た電子により得られた画像により開放欠陥(オープン欠陥)の存否を判定する演算部と、を備えている。   The sample inspection apparatus according to the invention determines the presence or absence of a missing defect (short defect) based on the above-described sample observation apparatus and an image obtained by electrons obtained from the structure information of the conductive region, and obtains the structure information of the insulating region. And an arithmetic unit that determines the presence or absence of an open defect (open defect) from an image obtained by the obtained electrons.

かかる構成とすることにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像とに
より、欠陥の存否を判断することとで、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の双方を、高感度・高精度で検出することができる。
With this configuration, an image acquired under conditions where the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region and an image acquired under conditions where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region It is possible to detect both missing defects (short defects) and open defects (open defects) with high sensitivity and high accuracy.

上述したとおり、本発明に係る試料観察方法および試料観察装置によれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得とが行われ、これらの画像に基づいて、試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。   As described above, according to the sample observation method and the sample observation apparatus according to the present invention, an image is acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, and the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Images are acquired under high conditions, and it is possible to detect both missing defects and open defects on the sample surface with high accuracy based on these images.

また、本発明に係る試料観察方法および試料観察装置によれば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離が顕著なものとなり、高いコントラストを得ることが容易になる。 Further, according to the sample observation method and sample observation apparatus according to the present invention, the separation of electrons e i obtained structural information conductive region and electrons e c to obtain structural information of the insulating region becomes more pronounced, high It becomes easy to obtain contrast.

さらに、本発明に係る試料検査方法および試料検査装置によれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像とに基づく欠陥存否の判断により、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の双方を、高感度・高精度で検出することができる。   Furthermore, according to the sample inspection method and the sample inspection apparatus according to the present invention, the image acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region and the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. By determining whether or not there is a defect based on the image acquired below, it is possible to detect both a missing defect (short defect) and an open defect (open defect) with high sensitivity and high accuracy.

本発明は、例えば、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハを加工した後の当該半導体ウエハの表面の観察や検査に適用することができる。本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法を用いて、試料面に絶縁領域と導電領域を有する半導体ウエハを観察し、高コントラストの画像を取得して半導体ウエハの良否を検査することにより、欠陥の無い半導体ウエハの製造のための有力な手段となる。   The present invention can be applied to, for example, observation and inspection of the surface of a semiconductor wafer after it is processed in a semiconductor manufacturing process. By using a sample observation apparatus and a sample observation method according to the present invention, a semiconductor wafer having an insulating region and a conductive region on the sample surface is observed, and a high contrast image is acquired to check the quality of the semiconductor wafer. It becomes an effective means for the production of a semiconductor wafer free from defects.

このように、本発明によれば、絶縁領域と導電領域が形成されている試料面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易なものとする試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置を提供する。本発明は、例えば、半導体ウエハやレチクル等の基板の表面を観察する試料観察装置や、欠陥を検出する試料欠陥検出装置に利用することができる。   As described above, according to the present invention, the sample surface on which the insulating region and the conductive region are formed is observed with high contrast, and the detection of the missing defect and the open defect and the classification of the defect type are facilitated. Provided are a sample observation method and apparatus, and a sample inspection method and apparatus using them. The present invention can be used for, for example, a sample observation apparatus that observes the surface of a substrate such as a semiconductor wafer or a reticle, or a sample defect detection apparatus that detects defects.

図1は、本発明に係る試料観察装置の全体構成例を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration example of a sample observation apparatus according to the present invention. 図2は、撮像電子ビームの照射エネルギと取得された画像中の材料コントラストとの関係の一例を示した図である。図2(A)は照射エネルギ帯域により得られる画像の一例を示した図であり、図2(B)は撮像電子ビームの照射エネルギと検出器電流との相関関係を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the irradiation energy of the imaging electron beam and the material contrast in the acquired image. FIG. 2A is a diagram showing an example of an image obtained by the irradiation energy band, and FIG. 2B is a diagram showing a correlation between the irradiation energy of the imaging electron beam and the detector current. 図3は、試料面の構造情報を得たミラー電子と二次電子の角度の相違を模式的に示した図で、横軸が実効ランディングエネルギ(LE)である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the difference in angle between the mirror electrons and the secondary electrons obtained from the structure information of the sample surface, and the horizontal axis is the effective landing energy (LE). 図4は、ランディングエネルギ(LE)に対する試料面の階調の変化を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in gradation of the sample surface with respect to landing energy (LE). 図5は、試料面の構造情報を得た電子の軌道の一例を示した模式図である。図5(A)は電子軌道の側面図であり、図5(B)は可動NAアパーチャの下側から見た電子軌道の部分拡大図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an electron trajectory obtained from the structure information of the sample surface. 5A is a side view of the electron trajectory, and FIG. 5B is a partially enlarged view of the electron trajectory as viewed from the lower side of the movable NA aperture. 図6は、高い材料コントラストを得るためのNAアパーチャの最適位置を、ミラー電子の場合と二次電子の場合のそれぞれについて説明するための図である。図6(A)は、ミラー電子の場合のNA調整用アパーチャの最適NAアパーチャ位置を示した図であり、図6(B)は、二次電子の場合の最適NAアパーチャ位置を示した図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the optimum position of the NA aperture for obtaining a high material contrast in each of mirror electrons and secondary electrons. FIG. 6A is a diagram showing the optimum NA aperture position of the NA adjustment aperture in the case of mirror electrons, and FIG. 6B is a diagram showing the optimum NA aperture position in the case of secondary electrons. is there. 図7は、既に図2に関連して説明した試料の構造と、当該試料の観察により取得された画像の一例を示した図である。図7(A)は、試料であるコンタクトプラグの断面構造を示した図であり、図7(B)は、コンタクトプラグ構造を有する試料面の取得画像の一例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the structure of the sample already described in relation to FIG. 2 and an image acquired by observing the sample. FIG. 7A is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a contact plug that is a sample, and FIG. 7B is a diagram illustrating an example of an acquired image of a sample surface having a contact plug structure. 図8は、高コントラストの画像を取得するためのランディングエネルギ(LE)条件を検討した結果を例示により説明するための図である。図8(A)は、電子ビームのランディングエネルギ(LE)を変化させ、図7(A)に示した断面構造を有するコンタクトプラグを観察した際のコントラストを測定した結果を纏めた表であり、図8(B)は、図8(A)の測定結果をグラフ化した図である。FIG. 8 is a diagram for explaining by way of example the results of studying the landing energy (LE) condition for acquiring a high-contrast image. FIG. 8A is a table summarizing the results of measuring the contrast when observing the contact plug having the cross-sectional structure shown in FIG. 7A by changing the landing energy (LE) of the electron beam. FIG. 8B is a graph of the measurement result of FIG. 図9は、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を説明するための図である。図9(A)は、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表であり、図9(B)は、図9(A)の測定結果をグラフ化した図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the correlation between the dose amount of the charged electron beam and the contrast. 9A is a table of measurement results showing the correlation between the dose amount of the charged electron beam and the contrast, and FIG. 9B is a graph of the measurement results of FIG. 9A. is there. 図10は、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eを分離することにより高いコントラストが得られることを、補充的に説明するための図である。図10(A)は、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eを分離しない場合の、導電領域(Cu)と絶縁領域(SiO)のそれぞれの材料における二次電子放出効率およびコントラストの、ランディングエネルギ(LE)依存性を纏めた表である。また、図10(B)は、この表をグラフとして示した図である。FIG. 10 is a diagram for supplementarily explaining that a high contrast can be obtained by separating the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region. . FIG. 10A shows each of the conductive region (Cu) and the insulating region (SiO 2 ) when the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region are not separated. 6 is a table summarizing the landing energy (LE) dependence of the secondary electron emission efficiency and contrast of the material. FIG. 10B is a graph showing this table. 図11は、試料面の導電領域と絶縁領域の面積比(パターン幅)を変化させたときのコントラストを、低加速電子ビーム装置を用いたLEEM方式とSEM方式とで比較した結果を示した図である。図11(A)は、試料面とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表であり、図11(B)は、図11(A)の測定結果とグラフ化した図である。FIG. 11 is a diagram showing a result of comparing the contrast when the area ratio (pattern width) between the conductive region and the insulating region on the sample surface is changed between the LEEM method using the low acceleration electron beam apparatus and the SEM method. It is. FIG. 11A is a table of measurement results showing the correlation between the sample surface and contrast, and FIG. 11B is a graph of the measurement results of FIG. 11A. 図12は、本発明に係る試料観察装置の第2の全体構成例を示した図である。FIG. 12 is a diagram showing a second overall configuration example of the sample observation apparatus according to the present invention. 図13は、可動式のNA調整用アパーチャの構成例を示した図である。図13(A)は、スライド移動式のNA調整用アパーチャとして構成した場合の一例を示した上面図であり、図13(B)は、回転移動式のNA調整用アパーチャとして構成した場合の一例を示した上面図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a movable NA adjustment aperture. FIG. 13A is a top view illustrating an example of a slide movement type NA adjustment aperture, and FIG. 13B illustrates an example of a rotation movement type NA adjustment aperture. FIG. 図14は、高分解能観察のために好ましい検出器の構成の一例を示した図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of a preferred detector configuration for high-resolution observation. 図15は、本発明に係る試料観察装置の第3の全体構成例を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing a third overall configuration example of the sample observation apparatus according to the present invention. 図16は、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)下で取得した画像と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)下で取得した画像のそれぞれにおける、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の現れ方を概念的に示すための図である。FIG. 16 illustrates an image acquired under a condition (A condition) where the luminance of the conductive area is higher than that of the insulating area and an image acquired under a condition (B condition) where the luminance of the insulating area is higher than the luminance of the conductive area. It is a figure for showing notionally how a missing defect (short defect) and an open defect (open defect) appear in each. 図17は、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)下で取得した画像と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)下で取得した画像のそれぞれにおける、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の現れ方を概念的に示すための図である。FIG. 17 shows an image acquired under a condition (A condition) where the luminance of the conductive area is higher than that of the insulating area and an image acquired under a condition (B condition) where the luminance of the insulating area is higher than the luminance of the conductive area. It is a figure for showing notionally how a missing defect (short defect) and an open defect (open defect) appear in each. 図18は、試料表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図18(A)は、照射エネルギ(LE)、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図18(B)は、この表をグラフとして示した図である。FIG. 18 shows the result of an experiment conducted to determine the optimum value of the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam irradiated on the sample surface. FIG. 18A summarizes the irradiation energy (LE), the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material, and the contrast as a table. FIG. 18B is a diagram showing this table as a graph. 図19は、試料表面に照射する帯電電子ビームのドーズ量の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図19(A)は、ビームドーズ量[mC/cm]、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図19(B)は、この表をグラフとして示した図である。FIG. 19 shows the result of an experiment conducted to determine the optimum value of the dose amount of the charged electron beam irradiated on the sample surface. FIG. 19A summarizes the beam dose [mC / cm 2 ], the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material, and the contrast as a table. FIG. 19B is a diagram showing this table as a graph. 図20は、NA結像モードによる電子分布の位置確認の結果を説明するための図である。図20(A)は、ビームドーズ量[mC/cm]と当該ドーズ量の帯電電子ビームを照射した際の、絶縁材料の表面構造情報を得た電子eの分布状態のずれ、すなわち、導電材料の表面構造情報を得た電子eの分布状態からどれだけシフトしたかを纏めた表である。また、図20(B)は、この表をグラフとして示した図である。FIG. 20 is a diagram for explaining the result of confirming the position of the electron distribution in the NA imaging mode. FIG. 20 (A) beam dose amount [mC / cm 2] and when irradiated with charged electron beam of the dose, the deviation of the distribution state of the electronic e i to obtain a surface structure information of an insulating material, i.e., conductive it is a table that summarizes how much shifted from the distribution state of the electronic e c to obtain a surface structure information of the material. FIG. 20B is a diagram showing this table as a graph. 図21は、帯電状態にある試料の表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図21(A)は、照射エネルギ(LE)、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図21(B)は、この表をグラフとして示した図である。FIG. 21 shows the result of an experiment conducted to determine the optimum value of the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam irradiated on the surface of the charged sample. FIG. 21A summarizes the irradiation energy (LE), the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material, and the contrast as a table. FIG. 21B is a graph showing this table. 図22は、NAアパーチャの位置調整によるコントラストの反転について説明するための図である。図22(A)は、NAアパーチャの中心位置を、導電領域から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置(規格化位置=0)からY方向に移動(規格化位置=1.0まで)させた際の、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図22(B)は、この表をグラフとして示した図である。FIG. 22 is a diagram for explaining the reversal of contrast by adjusting the position of the NA aperture. FIG. 22 (A) moves the center position of the NA aperture substantially matched positions in the center of the orbit of the electron e c emitted from the conductive area from the (normalized position = 0) in the Y direction (normalized position = 1 The brightness [DN] and contrast of each of the conductive material and the insulating material are summarized as a table. FIG. 22B is a diagram showing this table as a graph. 図23は、NAアパーチャの位置調整に伴うコントラスト反転の様子を概念的に説明するための図である。FIG. 23 is a diagram for conceptually explaining the state of contrast inversion accompanying the adjustment of the position of the NA aperture. 図24は、本発明の試料観察方法における、電子軌道シフト量のドーズ量依存性を決定する手順、および、材料コントラストの反転を確認する手順を例示により説明するためのフローチャートである。FIG. 24 is a flowchart for exemplifying the procedure for determining the dose dependency of the electron orbit shift amount and the procedure for confirming the reversal of the material contrast in the sample observation method of the present invention. 図25は、本発明の試料観察方法の手順を例示により説明するためのフローチャートである。FIG. 25 is a flowchart for illustrating the procedure of the sample observation method of the present invention by way of example. 図26は、本発明の試料観察方法の手順の他の例を説明するためのフローチャートである。FIG. 26 is a flowchart for explaining another example of the procedure of the sample observation method of the present invention. 図27は、本発明の手法により欠陥検査を行った結果を説明するための図である。図27(A)は導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表、図27(B)は絶縁領域の輝度が絶導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表、そして、図27(C)は上記2つの欠陥検出結果を総合して欠陥検出の可否を纏めた表である。FIG. 27 is a diagram for explaining the result of performing the defect inspection by the method of the present invention. FIG. 27A is a table summarizing whether or not defects can be detected by an image acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. FIG. 27B is a table showing the luminance of the insulating region. FIG. 27C is a table summarizing the possibility of defect detection by combining the two defect detection results, and a table summarizing the possibility of defect detection using images acquired under conditions higher than the luminance.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

[試料観察装置の全体構成例]
図1は、本発明に係る試料観察装置の全体構成例を示した図である。この試料観察装置は、写像投影型の低加速電子ビーム装置であり、電子ビーム源10と、1次系レンズ20と、コンデンサレンズ30と、電磁場発生手段(E×B)40と、トランスファーレンズ50と、開口数(NA:Numerical Aperture)調整用のNA調整用アパーチャ60と、プロジェクションレンズ70と、検出器80と、画像処理装置90と、観察対象となる試料200を載置するためのステージ100と、照射エネルギ設定手段110と、電源115とを備えている。
[Example of overall configuration of sample observation device]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration example of a sample observation apparatus according to the present invention. This sample observation device is a mapping projection type low acceleration electron beam device, and includes an electron beam source 10, a primary lens 20, a condenser lens 30, an electromagnetic field generating means (E × B) 40, and a transfer lens 50. And an NA adjustment aperture 60 for adjusting a numerical aperture (NA), a projection lens 70, a detector 80, an image processing device 90, and a stage 100 for placing a sample 200 to be observed. And an irradiation energy setting means 110 and a power source 115.

NA調整用アパーチャ60には、少なくとも1つのNAアパーチャ61が設けられており、このNAアパーチャ61により開口数(NA)が決定される。NAアパーチャ61は平面内での位置調整が可能とされ、後述するE×B40の作用により方向付けが異なる導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に検出器80に導くことができる。なお、この試料観察装置は、必要に応じて、試料200の表面に電子ビームを照射して試料面201を帯電させるための帯電ビーム照射手段120を備える構成としてもよい。   The NA adjustment aperture 60 is provided with at least one NA aperture 61, and the numerical aperture (NA) is determined by the NA aperture 61. The position of the NA aperture 61 can be adjusted in a plane, and the electrons obtained from the structure information of the conductive region and the electrons obtained from the structure information of the insulating region are selectively selected by the action of E × B40 described later. To the detector 80. Note that this sample observation apparatus may include a charged beam irradiation unit 120 for irradiating the surface of the sample 200 with an electron beam to charge the sample surface 201 as necessary.

試料面201は絶縁領域と導電領域を有しており、当該試料面201の観察は、電子ビーム源10からの撮像電子ビームの照射により行われる。電子ビーム源10は、例えば、電子源11と、ウェーネルト電極12と、アノード13とを備えており、電子源11で電子を発生させ、ウェーネルト電極12で電子を引き出し、アノード13で電子を加速して試料面201に向けて照射する。   The sample surface 201 has an insulating region and a conductive region, and the sample surface 201 is observed by irradiation with an imaging electron beam from the electron beam source 10. The electron beam source 10 includes, for example, an electron source 11, a Wehnelt electrode 12, and an anode 13. The electron source 11 generates electrons, the electrons are extracted by the Wehnelt electrode 12, and the electrons are accelerated by the anode 13. The sample surface 201 is irradiated.

電子ビーム源10は、複数の画素を同時に撮像できるような、複数画素を包含できる所定の面積を有する面状の電子ビームを生成してよい。これにより、1回の電子ビームの試料面201への照射で、複数画素を同時に撮像することができ、広い面積の二次元画像を高速に取得することができる。   The electron beam source 10 may generate a planar electron beam having a predetermined area that can include a plurality of pixels so that a plurality of pixels can be imaged simultaneously. Thereby, a plurality of pixels can be imaged simultaneously by one-time irradiation of the sample surface 201 with an electron beam, and a two-dimensional image having a large area can be acquired at high speed.

照射エネルギ設定手段110は、電子ビーム源10から射出される電子ビームの照射エネルギを設定する手段である。照射エネルギ設定手段110の電源115は、電子ビーム源10に電力を供給し、電子源11から電子を発生させる。電源115は、電子源11から電子を発生させるため、負極が電子源11に接続される。電子ビームの照射エネルギは、試料200の電位と、電子ビーム源10の電子源11に備えられたカソードの電位差により定められる。よって、照射エネルギ設定手段110は、電源115の電圧(以後、「加速電圧」と呼ぶ。)を調整することにより、照射エネルギを調整及び設定することができる。   The irradiation energy setting means 110 is a means for setting the irradiation energy of the electron beam emitted from the electron beam source 10. The power source 115 of the irradiation energy setting unit 110 supplies power to the electron beam source 10 and generates electrons from the electron source 11. Since the power source 115 generates electrons from the electron source 11, the negative electrode is connected to the electron source 11. The irradiation energy of the electron beam is determined by the potential difference between the potential of the sample 200 and the cathode of the electron source 11 of the electron beam source 10. Therefore, the irradiation energy setting means 110 can adjust and set the irradiation energy by adjusting the voltage of the power source 115 (hereinafter referred to as “acceleration voltage”).

本発明に係る試料観察装置においては、照射エネルギ設定手段110により電子ビームの照射エネルギが適切な値に設定され、取得される画像のコントラストが高められる。本発明では、電子ビームの照射エネルギは、撮像電子ビームの照射により試料面201の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に設定される。照射エネルギの具体的な設定方法については、後述する。   In the sample observation apparatus according to the present invention, the irradiation energy setting means 110 sets the irradiation energy of the electron beam to an appropriate value, and increases the contrast of the acquired image. In the present invention, the irradiation energy of the electron beam is set in a transition region in which electrons obtained from the structural information of the sample surface 201 by irradiation of the imaging electron beam include both mirror electrons and secondary electrons. A specific method for setting the irradiation energy will be described later.

1次系レンズ20は、電子ビーム源10から射出された電子ビームを電磁場の作用により偏向させ、試料面201上の所望の照射領域に導くための手段である。なお、1次系レンズ20は、複数設けられていてもよい。このような1次系レンズ20には、例えば、四極子レンズが用いられる。   The primary lens 20 is a means for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source 10 by the action of an electromagnetic field and guiding it to a desired irradiation region on the sample surface 201. A plurality of primary lenses 20 may be provided. As such a primary lens 20, for example, a quadrupole lens is used.

E×B40は、電子ビーム又は電子に電界と磁界を付与し、ローレンツ力により電子ビーム又は電子を方向付けし、電子ビーム又は電子を所定の方向に向かわせるための手段である。E×B40は、電子ビーム源10から射出された電子ビームについては、試料面201の方向に向かわせるローレンツ力を発生させるように電界と磁界が設定される。   The E × B 40 is a means for applying an electric field and a magnetic field to the electron beam or the electron, directing the electron beam or the electron by Lorentz force, and directing the electron beam or the electron in a predetermined direction. In the E × B 40, an electric field and a magnetic field are set so as to generate a Lorentz force that directs the electron beam emitted from the electron beam source 10 in the direction of the sample surface 201.

また、E×B40は、試料面201への電子ビームの照射により試料面201の構造情報を得た電子については、そのまま上方に直進させ、検出器80の方向に向かわせるように電界と磁界が設定される。なお、後述するように、撮像電子ビームの照射により試料面201の構造情報を得た電子は、E×B40の作用により、撮像電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じて、電界と磁界により方向付けがなされる。   In the E × B 40, the electrons obtained from the structure information of the sample surface 201 by irradiating the sample surface 201 with the electron beam are directly moved upward and the electric field and the magnetic field are directed toward the detector 80. Is set. As will be described later, the electrons that have obtained the structural information of the sample surface 201 by the irradiation of the imaging electron beam are subjected to the electric field according to the speed of traveling in the direction opposite to the incident direction of the imaging electron beam by the action of E × B40. And the direction is made by the magnetic field.

このようなE×B40の作用により、試料面201に入射する電子ビームと、当該入射電子ビームとは逆向きに進行する試料面201側から生じた電子とを、分離することができる。なお、E×Bは、ウィーンフィルタと呼んでもよい。   By such an action of E × B40, the electron beam incident on the sample surface 201 and the electron generated from the sample surface 201 side traveling in the opposite direction to the incident electron beam can be separated. Note that E × B may be referred to as a Wien filter.

コンデンサレンズ30は、電子ビームを試料面201に結像させるとともに、試料面201の構造情報を得た電子を収束させるためのレンズである。よって、コンデンサレンズ30は、試料200の最も近傍に配置される。   The condenser lens 30 is a lens for focusing an electron obtained from the structural information of the sample surface 201 while forming an image of the electron beam on the sample surface 201. Therefore, the condenser lens 30 is disposed closest to the sample 200.

トランスファーレンズ50は、E×B40を通過した電子を、検出器80の方向に導くともに、NA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61付近でクロスオーバーを結ばせるための光学手段である。   The transfer lens 50 is an optical means for guiding the electrons that have passed through the E × B 40 in the direction of the detector 80 and for forming a crossover near the NA aperture 61 of the NA adjustment aperture 60.

NA調整用アパーチャ60は、通過電子数を調整するための手段である。NA調整用アパーチャ60は、その中央部に、開口数(NA)を決める孔部であるNAアパーチャ61を有している。NAアパーチャ61は、トランスファーレンズ50により導かれた試料面201側からの電子を通過させて検出器80への通路となるとともに、撮像の雑音となる電子が検出器80に向かうのを遮断し、通過電子数を調整する。また、上述したように、このNAアパーチャ61は、平面内で位置調整可能であり、E×B40の作用により方向付けが異なる導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に検出器80に導くことができる。その詳細については後述する。なお、NAアパーチャは孔径が異なる複数種類のものが設けられていてもよい。この場合、所望のNAアパーチャがNAアパーチャ移動機構により選択されることとなる。   The NA adjusting aperture 60 is a means for adjusting the number of passing electrons. The NA adjusting aperture 60 has an NA aperture 61 which is a hole for determining a numerical aperture (NA) at the center thereof. The NA aperture 61 allows electrons from the sample surface 201 side guided by the transfer lens 50 to pass therethrough and becomes a path to the detector 80, and blocks electrons that become imaging noise from moving toward the detector 80. Adjust the number of passing electrons. Further, as described above, the position of the NA aperture 61 can be adjusted in the plane, and the structure information of the conductive region and the insulating region obtained by the action of E × B40 has been obtained. Electrons can be selectively directed to the detector 80. Details thereof will be described later. Note that a plurality of types of NA apertures having different hole diameters may be provided. In this case, a desired NA aperture is selected by the NA aperture moving mechanism.

プロジェクションレンズ70は、NA調整用アパーチャ60を通過した電子について、検出器80の検出面81上に像を結像させるための最終焦点調整手段である。   The projection lens 70 is final focus adjustment means for forming an image on the detection surface 81 of the detector 80 with respect to electrons that have passed through the NA adjustment aperture 60.

検出器80は、電子ビームが試料面201に照射され、試料面201の構造情報を得た電子を検出し、試料面201の画像を取得するための手段である。検出器80は、種々の検出器80が適用され得るが、例えば、並列画像取得を可能にするCCD(Charge Coupled Device)検出器や、TDI(Time Delay Integration)−CCD検出器が適用されて
もよい。CCDやTDI−CCD等の2次元画像撮像型の検出器80を用い、電子ビーム源10に複数画素を含む所定の面積を照射できる面ビームを用いることにより、1箇所のビーム照射で並列撮像による広い面積の画像取得が可能となり、高速な試料面201の観察が可能となる。なお、CCDやTDI−CCDは、光を検出して電気信号を出力する検出素子であるので、検出器80にCCDやTDI−CCDを適用する場合には、電子を光に変換する蛍光板や、電子を増倍するMCP(マイクロチャンネルプレート)を必要とするので、検出器80には、それらも含まれるようにする。
The detector 80 is a means for acquiring an image of the sample surface 201 by detecting the electrons obtained by irradiating the sample surface 201 with the electron beam and obtaining the structural information of the sample surface 201. Although various detectors 80 can be applied to the detector 80, for example, a CCD (Charge Coupled Device) detector that enables parallel image acquisition or a TDI (Time Delay Integration) -CCD detector can be applied. Good. By using a two-dimensional image pickup type detector 80 such as a CCD or a TDI-CCD and using a surface beam that can irradiate a predetermined area including a plurality of pixels to the electron beam source 10, parallel imaging is performed with one beam irradiation. A wide area image can be acquired, and the specimen surface 201 can be observed at high speed. The CCD or TDI-CCD is a detection element that detects light and outputs an electrical signal. Therefore, when the CCD or TDI-CCD is applied to the detector 80, a fluorescent plate that converts electrons into light, Since an MCP (microchannel plate) for multiplying electrons is required, the detector 80 includes them.

検出器80は、EB−CCD又はEB−TDIを用いるようにしてもよい。図1で例示した試料観察装置の検出器80には、EB−CCD81を用いている。EB−CCD及びEB−TDIは、二次元画像撮像型の検出器である点は、CCD及びTDI−CCDと同様であるが、電子を直接検出し、光−電子間の変換を経ることなく、そのまま電気信号を出力する。よって、上述のような蛍光板やMCPを必要とせず、途中の信号ロスが減少するので、高分解能な画像取得が可能となる。   The detector 80 may use EB-CCD or EB-TDI. An EB-CCD 81 is used for the detector 80 of the sample observation apparatus illustrated in FIG. EB-CCD and EB-TDI are the same as CCD and TDI-CCD in that they are two-dimensional image pickup type detectors, but directly detect electrons and do not undergo photo-electron conversion. The electrical signal is output as it is. Therefore, the above-described fluorescent plate and MCP are not required, and signal loss along the way is reduced, so that high-resolution image acquisition is possible.

画像処理装置90は、検出器80から出力された電気信号に基づいて、試料面201の画像を生成する装置である。具体的には、検出器80から出力された座標情報及び輝度情報に基づいて、二次元画像を生成する。本実施形態に係る試料観察装置においては、試料面201に絶縁材料と導電材料を含む試料200を観察するので、絶縁領域と導電領域とに輝度差が発生し、コントラストの高い画像が取得されることが好ましいが、画像処理装置90においては、良好な画像が取得できるように、必要な画像処理及び画像生成を行う。   The image processing device 90 is a device that generates an image of the sample surface 201 based on the electrical signal output from the detector 80. Specifically, a two-dimensional image is generated based on the coordinate information and luminance information output from the detector 80. In the sample observation apparatus according to the present embodiment, since the sample 200 including the insulating material and the conductive material is observed on the sample surface 201, a luminance difference is generated between the insulating region and the conductive region, and an image with high contrast is acquired. The image processing apparatus 90 performs necessary image processing and image generation so that a good image can be acquired.

ステージ100は、上面に試料200を載置して、試料200を支持する手段である。ステージ100は、試料面201の被観察領域の全体に電子ビームの照射が可能なように、水平面内(XY面内)のX方向及びY方向に移動可能であったり、水平面内で回転可能であったりしてよい。また、必要に応じて、鉛直方向(Z方向)に移動可能として試料面201の高さを調整できるように構成されていてもよい。ステージ100を移動可能に構
成さする場合には、例えば、モータやエア等の移動手段を設けるようにすればよい。
The stage 100 is means for supporting the sample 200 by placing the sample 200 on the upper surface. The stage 100 can be moved in the X and Y directions in the horizontal plane (in the XY plane) or can be rotated in the horizontal plane so that the entire observation area of the sample surface 201 can be irradiated with the electron beam. May be. In addition, the height of the sample surface 201 may be adjusted so that it can be moved in the vertical direction (Z direction) as necessary. When the stage 100 is configured to be movable, for example, a moving means such as a motor or air may be provided.

帯電電子ビーム照射手段120は、電子ビーム源10から撮像用の撮像電子ビームを照射する前に、試料面201を帯電させるために設けられる。帯電電子ビーム照射手段120は、必要に応じて設けられてよい。   The charged electron beam irradiation means 120 is provided to charge the sample surface 201 before irradiating the imaging electron beam for imaging from the electron beam source 10. The charged electron beam irradiation means 120 may be provided as necessary.

試料面201を撮像する前に、試料面201に予め電子ビームを照射すると、導電領域は帯電せずにその電位は接地電位のままであるのに対し、絶縁領域が負に帯電する。従って、これら導電領域と絶縁領域との間に、材料に応じた電位差を形成することができる。そしてこの電位差により、導電領域と絶縁領域とのコントラストを高めることができる。よって、撮像電子ビームの前に、帯電電子ビームを試料面201に照射したい場合には、帯電電子ビーム照射手段120を設けるようにしてもよい。   If the sample surface 201 is irradiated with an electron beam in advance before imaging the sample surface 201, the conductive region is not charged and the potential remains at the ground potential, whereas the insulating region is negatively charged. Therefore, a potential difference corresponding to the material can be formed between the conductive region and the insulating region. The potential difference can increase the contrast between the conductive region and the insulating region. Therefore, when it is desired to irradiate the sample surface 201 with the charged electron beam before the imaging electron beam, the charged electron beam irradiation means 120 may be provided.

なお、帯電電子ビーム照射手段120を別途設けることなく、電子ビーム源10が当該帯電電子ビーム照射手段を兼ねる構成の試料観察装置としてもよい。   In addition, it is good also as a sample observation apparatus of the structure where the electron beam source 10 serves as the said charged electron beam irradiation means, without providing the charged electron beam irradiation means 120 separately.

つまり、上述の帯電電子ビームは、帯電電子ビーム照射手段120を用いずに、電子ビーム源10から照射してもよい。そして、この帯電電子ビームの照射に続いて、撮像電子ビームを試料面201に照射するようにしてもよい。   That is, the above-described charged electron beam may be irradiated from the electron beam source 10 without using the charged electron beam irradiation means 120. Then, following the irradiation of the charged electron beam, the sample electron beam 201 may be irradiated with the imaging electron beam.

よって、帯電電子ビーム照射手段120は、例えば、帯電電子ビームを試料面201に照射したい場合であって、かつ、帯電電子ビームの照射の後、すぐに撮像電子ビームを照射したい場合等に設けるようにしてもよい。一般的に、撮像電子ビームと帯電電子ビームは照射エネルギが異なるので、帯電電子ビーム照射手段120を設けることにより、帯電電子ビーム照射と撮像電子ビーム照射の間の照射エネルギの調整を不要とすることができ、迅速な撮像を行うことができる。よって、観察時間の短縮等の要請が高い場合には、帯電電子ビーム照射手段120を設けることにより、観察時間短縮の要請に応えることができる。   Therefore, the charged electron beam irradiation means 120 is provided, for example, when it is desired to irradiate the sample surface 201 with the charged electron beam and when it is desired to irradiate the imaging electron beam immediately after the irradiation with the charged electron beam. It may be. Generally, since the imaging electron beam and the charged electron beam have different irradiation energies, the adjustment of the irradiation energy between the charged electron beam irradiation and the imaging electron beam irradiation is not required by providing the charged electron beam irradiation means 120. And rapid imaging can be performed. Therefore, when the request for shortening the observation time is high, the charged electron beam irradiation means 120 can be provided to meet the request for shortening the observation time.

試料200は、その表面の試料面201に、絶縁材料からなる絶縁領域と、導電材料からなる導電領域とを含む。試料200は、種々の形状のものが適用され得るが、例えば、半導体ウエハ、レチクル等の基板状の試料200が適用されてよい。本発明に係る試料観察装置は、試料面201の絶縁領域が、導電領域よりも面積比が大きい場合にも好適に試料面201を観察することができるように構成することとしてもよい。このような構成とすれば、例えば、半導体ウエハのコンタクトプラグや、レチクルのコンタクト構造についても、良好に試料面201の画像を取得し、観察を行うことができる。   The sample 200 includes an insulating region made of an insulating material and a conductive region made of a conductive material on the sample surface 201 of the surface. Although the sample 200 can be applied in various shapes, for example, a substrate-like sample 200 such as a semiconductor wafer or a reticle may be applied. The sample observation apparatus according to the present invention may be configured so that the sample surface 201 can be preferably observed even when the insulating region of the sample surface 201 has a larger area ratio than the conductive region. With such a configuration, for example, an image of the sample surface 201 can be satisfactorily acquired and observed also for a contact plug of a semiconductor wafer and a contact structure of a reticle.

なお、導電材料及び絶縁材料には種々の材料が適用され得るが、例えば、導電材料にはW(タングステン)等のプラグ材料、絶縁材料には半導体ウエハの絶縁層として利用されるSiO(シリコン酸化膜)等が適用されてもよい。 Various materials can be applied to the conductive material and the insulating material. For example, the conductive material is a plug material such as W (tungsten), and the insulating material is SiO 2 (silicon used as an insulating layer of a semiconductor wafer). An oxide film) or the like may be applied.

[試料観察の具体的内容]
次に、図1に例示した構成の試料観察装置を用いた試料観察の内容について、具体的に説明する。
[Specific contents of sample observation]
Next, the contents of sample observation using the sample observation apparatus having the configuration illustrated in FIG. 1 will be specifically described.

図2は、撮像電子ビームの照射エネルギと取得された画像中の材料コントラストとの関係の一例を示した図である。ここで、材料コントラストとは、導電材料から発生する電子と絶縁材料から発生する電子との差に起因して形成されるコントラストを意味する。図2(A)は照射エネルギ帯域により得られる画像の一例を示した図であり、図2(B)は撮像電子ビームの照射エネルギと検出器電流との相関関係を示した図である。   FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the irradiation energy of the imaging electron beam and the material contrast in the acquired image. Here, the material contrast means a contrast formed due to a difference between electrons generated from the conductive material and electrons generated from the insulating material. FIG. 2A is a diagram showing an example of an image obtained by the irradiation energy band, and FIG. 2B is a diagram showing a correlation between the irradiation energy of the imaging electron beam and the detector current.

図2(B)において、横軸は撮像電子ビームの照射エネルギ(ランディングエネルギ(LE)とも呼ぶ。)を示し、縦軸は検出器80における検出器電流の大きさを示している。また、図2(B)において、実線は10〜300〔μm〕のアパーチャ径を有するNA調整用アパーチャ60を用いた場合の特性曲線であり、一点鎖線は、1000〜3000〔μm〕のアパーチ・BR>レAを有するNA調整用アパーチャ60を用いた場合の特性曲線である。この図に示した例では、ランディングエネルギ(LE)2〜10〔eV〕は「二次電子領域」、−2〜2〔eV〕は「遷移領域」、−2〔eV〕以下は「ミラー電子領域」となっている。   In FIG. 2B, the horizontal axis indicates the irradiation energy (also referred to as landing energy (LE)) of the imaging electron beam, and the vertical axis indicates the magnitude of the detector current in the detector 80. In FIG. 2 (B), the solid line is a characteristic curve when the NA adjusting aperture 60 having an aperture diameter of 10 to 300 [μm] is used, and the alternate long and short dash line is 1000 to 3000 [μm] BR> Characteristic curve when NA adjustment aperture 60 having A is used. In the example shown in this figure, landing energy (LE) 2 to 10 [eV] is “secondary electron region”, −2 to 2 [eV] is “transition region”, and −2 [eV] and below are “mirror electrons”. "Region".

なお、ここで、「二次電子」とは、電子ビームが試料面201に衝突し、試料200から放出される電子のことを言う。二次電子は、試料面201に電子ビームが衝突し、試料200から放出される電子であれば、いわゆる二次電子の他、入射エネルギと反射エネルギが略等しい反射電子や、後方に散乱する後方散乱電子等を含んでよいが、「二次電子領域」において主として検出されるのは、試料200からの放出の仕方がコサイン則に従う二次電子である。   Here, “secondary electrons” refer to electrons emitted from the sample 200 when the electron beam collides with the sample surface 201. As long as the secondary electrons are electrons emitted from the sample 200 when the electron beam collides with the sample surface 201, in addition to so-called secondary electrons, reflected electrons having substantially the same incident energy and reflected energy, and backward scattered back. Although it may contain scattered electrons and the like, it is secondary electrons that are mainly detected in the “secondary electron region” according to the cosine law in the manner of emission from the sample 200.

また、「ミラー電子」とは、試料面201に向かって照射された電子ビームが、試料面201に衝突せず、試料面201近傍で進行方向を逆向きとして反射する電子のことを意味する。例えば、試料面201の電位が負電位であり、電子ビームのランディングエネルギが小さい場合には、電子ビームは試料面201近傍の電界により、試料面201に衝突せず、逆向きに進行方向を変える現象が認められる。本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法においては、このような、試料面201に衝突することなく、進行方向を逆向きとして反射してゆく電子をミラー電子と呼ぶ。   The “mirror electron” means an electron that is reflected by the electron beam irradiated toward the sample surface 201 with the traveling direction being reversed in the vicinity of the sample surface 201 without colliding with the sample surface 201. For example, when the potential of the sample surface 201 is a negative potential and the landing energy of the electron beam is small, the electron beam does not collide with the sample surface 201 due to the electric field near the sample surface 201 and changes the traveling direction in the opposite direction. A phenomenon is observed. In the sample observation apparatus and the sample observation method according to the present invention, such electrons that are reflected with the traveling direction in the reverse direction without colliding with the sample surface 201 are referred to as mirror electrons.

図2(B)において、ランディングエネルギ(LE)2〜10〔eV〕の二次電子領域では、NA調整用アパーチャ60のアパーチャ径の相違により、検出電流が大きく異なっている。これは、二次電子の試料面放出角がコサイン則で表されるため、NA調整用アパーチャ60の位置での電子の広がりが大きいためである。   In FIG. 2B, in the secondary electron region of landing energy (LE) 2 to 10 [eV], the detected current is greatly different due to the difference in the aperture diameter of the NA adjusting aperture 60. This is because the electron emission at the position of the NA adjustment aperture 60 is large because the sample surface emission angle of secondary electrons is expressed by the cosine law.

次に、ランディングエネルギ(LE)を2〔eV〕以下に低下させるに従い、ミラー電子が少しずつ増加し、ミラー電子と二次電子が混在する「遷移領域」となるが、NA調整用アパーチャ60のアパーチャ径の大きさの相違による検出器電流の差は小さい。   Next, as the landing energy (LE) is decreased to 2 [eV] or less, the mirror electrons increase little by little and become a “transition region” in which mirror electrons and secondary electrons are mixed. The difference in detector current due to the difference in aperture diameter is small.

次に、ランディングエネルギー(LE)が−2〔eV〕以下になると、ミラー電子領域に入って二次電子の放出は認められなくなり、ミラー電子の放出量は一定となる。この領域では、検出器電流は、NA調整用アパーチャ60のアパーチャ径に依存しない。このことから、ミラー電子は、NA調整用アパーチャ60の位置では、φ300〔μm〕以下でφ10〔μm〕以上のあたりに集束していると考えられる。これは、ミラー電子は、基板表面に衝突せず反射されるため、指向性が良く、直進性が高いためである。   Next, when the landing energy (LE) becomes −2 [eV] or less, the emission of secondary electrons is not recognized by entering the mirror electron region, and the amount of emission of mirror electrons becomes constant. In this region, the detector current does not depend on the aperture diameter of the NA adjustment aperture 60. From this, it is considered that the mirror electrons are focused around φ300 [μm] or more and φ10 [μm] or more at the position of the NA adjusting aperture 60. This is because the mirror electrons are reflected without colliding with the substrate surface, so that directivity is good and straightness is high.

なお、図2(B)に示した例において、アパーチャ径が10〔μm〕未満の場合の特性曲線は実線で示したものと同様のものとなり、アパーチャ径が3000〔μm〕よりも大きい場合の特性曲線は破線で示したものと同様のものとなると考えられる。しかし、ここでは、ノイズ増大による測定限度の理由から、10〔μm〕以上、及び、3000〔μm〕以下とした。   In the example shown in FIG. 2 (B), the characteristic curve when the aperture diameter is less than 10 [μm] is the same as that shown by the solid line, and when the aperture diameter is larger than 3000 [μm]. The characteristic curve is considered to be the same as that shown by the broken line. However, here, it is set to 10 [μm] or more and 3000 [μm] or less because of a measurement limit due to noise increase.

図3は、試料面201の構造情報を得たミラー電子と二次電子の角度の相違を模式的に示した図で、横軸が実効ランディングエネルギ(LE)である。図3において、ミラー電子領域と遷移領域のそれぞれについて、実効ランディングエネルギと電子の挙動との関係
が示されている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the difference in angle between the mirror electrons and the secondary electrons obtained from the structural information of the sample surface 201, and the horizontal axis is the effective landing energy (LE). FIG. 3 shows the relationship between effective landing energy and electron behavior for each of the mirror electron region and the transition region.

図3には、実効ランディングエネルギ(LE)が0〔eV〕以下の領域がミラー電子領域となる例が示されている。この図に示したように、ミラー電子は、照射電子ビームが試料面201に衝突することなく試料面201の前方に反射する。この場合、照射ビームが試料面201に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料面201に対して垂直に反射する。その結果、ミラー電子の進行方向は一定となる。   FIG. 3 shows an example in which a region having an effective landing energy (LE) of 0 [eV] or less becomes a mirror electron region. As shown in this figure, the mirror electrons are reflected in front of the sample surface 201 without the irradiation electron beam colliding with the sample surface 201. In this case, when the irradiation beam is incident on the sample surface 201 perpendicularly, the mirror electrons are reflected perpendicularly on the sample surface 201. As a result, the traveling direction of the mirror electrons is constant.

これに対して、遷移領域においては、照射電子ビームのうちのある部分は試料面201に衝突することなく試料面201の前方に反射するミラー電子となるが、一部の照射電子ビームは試料面201に衝突して試料200の内部から外部へと二次電子を放出する状態となる。ここで、ミラー電子領域と同様に、照射ビームが試料面201に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料面201に対して垂直に反射し、ミラー電子の進行方向は一定となる。一方、二次電子の方は、その放出量が試料面201の法線と放出方向(観測方向)との成す角度の余弦に比例するように、いわゆる「コサイン則」に従い、種々の方向に放出されている。そして、ランディングエネルギが高くなる程(図3の右側になる程)、二次電子のミラー電子に対する割合が高くなる。   On the other hand, in the transition region, a certain part of the irradiation electron beam becomes a mirror electron reflected in front of the sample surface 201 without colliding with the sample surface 201, but a part of the irradiation electron beam is reflected on the sample surface. It collides with 201 and enters a state in which secondary electrons are emitted from the inside of the sample 200 to the outside. Here, similarly to the mirror electron region, when the irradiation beam is incident perpendicular to the sample surface 201, the mirror electrons are reflected perpendicular to the sample surface 201, and the traveling direction of the mirror electrons is constant. . On the other hand, secondary electrons are emitted in various directions according to the so-called “cosine law” so that the emission amount is proportional to the cosine of the angle formed by the normal line of the sample surface 201 and the emission direction (observation direction). Has been. As the landing energy increases (as shown on the right side in FIG. 3), the ratio of secondary electrons to mirror electrons increases.

つまり、図3に示すように、ミラー電子は進行方向が一定で良好な指向性を有するが、二次電子は、コサイン則に従って種々の方向に進行し指向性は高くないことが分かる。   That is, as shown in FIG. 3, it can be seen that the mirror electrons have a constant direction of travel and good directivity, but the secondary electrons travel in various directions according to the cosine law and the directivity is not high.

上述した例では、ランディングエネルギが−2〔eV〕〜2〔eV〕の範囲が遷移領域、つまりミラー電子と二次電子が混在する領域となる。しかし、このようなランディングエネルギ範囲は観察対象となる試料により変動し得る。本発明者等は、種々の実験を重ねた経験から、遷移領域のランディングエネルギの照射電子ビームを利用すると、試料表面のパターンの高コントラスト観察、とりわけ、絶縁領域と導電領域が形成されている試料面を高コントラストで観察するのに大変効果的であることを見いだした。   In the example described above, the landing energy range of −2 [eV] to 2 [eV] is a transition region, that is, a region where mirror electrons and secondary electrons are mixed. However, such a landing energy range can vary depending on the sample to be observed. From the experience of various experiments, the inventors have made use of the irradiation electron beam having the landing energy in the transition region, and the high contrast observation of the pattern on the sample surface, in particular, the sample in which the insulating region and the conductive region are formed. It was found to be very effective for observing the surface with high contrast.

本発明者等の検討によれば、遷移領域の最低照射エネルギをLEAとし最高照射エネルギをLEBとしたときに、1次系の撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)は、LEA≦LE≦LEB、又は、LEA≦LE≦LEB+5eVに設定されることが好ましい。   According to the study by the present inventors, when the minimum irradiation energy of the transition region is LEA and the maximum irradiation energy is LEB, the irradiation energy (LE) of the primary imaging electron beam is LEA ≦ LE ≦ LEB, Alternatively, LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV is preferably set.

以下、この内容について詳細に説明を行う。   Hereinafter, this content will be described in detail.

図4は、ランディングエネルギ(LE)に対する試料面201の階調の変化を示した図である。ここで、階調は、検出器80で取得する電子数に比例している。   FIG. 4 is a diagram showing a change in gradation of the sample surface 201 with respect to landing energy (LE). Here, the gradation is proportional to the number of electrons acquired by the detector 80.

図4に示すように、ランディングエネルギ(LE)がLEA以下の領域がミラー電子領域、ランディングエネルギー(LE)がLEB以上の領域が二次電子領域、ランディングエネルギ(LE)がLEA以上LEB以下の領域が遷移領域である。   As shown in FIG. 4, the region where the landing energy (LE) is LEA or less is the mirror electron region, the region where the landing energy (LE) is LEB or more is the secondary electron region, and the region where the landing energy (LE) is LEA or more and LEB or less. Is a transition region.

本発明者等が種々の実験を重ねた経験によれば、LEA〜LEBが、−5〔eV〕〜+5〔eV〕の範囲が好ましい範囲であることが多く確認されている。   According to the experience that the present inventors have made various experiments, it has been confirmed that LEA to LEB are preferably in the range of −5 [eV] to +5 [eV].

そして、絶縁領域と導電領域でミラー電子の形成状況の差により階調差が生じ、当該階調差が大きいほど高いコントラストが形成されることになる。つまり、材料や構造の違いにより、ミラー電子の形成状況の差が生じて階調差が形成されるのである。取得された画像中の絶縁領域と導電領域との間に高いコントラストを生じさせるためには、上述したランディングエネルギ(LE)をどのように設定するのかが極めて重要である。具体的には、LEA≦LE≦LEB(例えば、−5〔eV〕〜+5〔eV〕)の領域、又は、LEA
≦LE≦LEB+5〔eV〕(例えば、−5〔eV〕〜+10(5+5)〔eV〕)の領域のランディングエネルギ(LE)を用いるのが、高いコントラストを得るために大変有効である。
A gradation difference is generated due to a difference in the formation state of mirror electrons between the insulating region and the conductive region, and a higher contrast is formed as the gradation difference is larger. That is, a difference in the formation state of mirror electrons occurs due to a difference in material and structure, and a gradation difference is formed. How to set the above-mentioned landing energy (LE) is extremely important in order to generate a high contrast between the insulating region and the conductive region in the acquired image. Specifically, the region of LEA ≦ LE ≦ LEB (for example, −5 [eV] to +5 [eV]), or LEA
Using the landing energy (LE) in the region of ≦ LE ≦ LEB + 5 [eV] (for example, −5 [eV] to +10 (5 + 5) [eV]) is very effective for obtaining high contrast.

再び図2に戻り、各発生電子領域における絶縁材料と導電材料とのコントラストについて説明する。なお、導電材料と絶縁材料は、導体又は絶縁体で形成された材料であれば、種々の材料を適用してよいが、例えば、導電材料はW(タングステン)、絶縁材料はSiO(シリコン酸化膜)等が適用されてもよい。 Returning to FIG. 2 again, the contrast between the insulating material and the conductive material in each generated electron region will be described. Note that various materials may be used as the conductive material and the insulating material as long as they are formed of a conductor or an insulator. For example, the conductive material is W (tungsten), and the insulating material is SiO 2 (silicon oxide). Film) or the like may be applied.

図2(A)に、各発生電子領域のランディングエネルギ(LE)の照射電子ビームにより取得された画像中の材料コントラストの一例を示す。図2(A)には、二次電子領域、遷移領域及びミラー電子領域における材料コントラストの例が示されている。まず、ミラー電子領域における材料コントラストに着目すると、導電材料と絶縁材料とで輝度に差が無く、材料コントラストは得られない。これは、ミラー電子領域では、試料面201より手前ですべての照射電子が反射されるので、導電材料と絶縁材料との間に輝度の差、すなわち電子数の差が生じないためである。   FIG. 2A shows an example of material contrast in an image acquired by an irradiation electron beam having landing energy (LE) in each generated electron region. FIG. 2A shows an example of material contrast in the secondary electron region, transition region, and mirror electron region. First, focusing on the material contrast in the mirror electron region, there is no difference in luminance between the conductive material and the insulating material, and the material contrast cannot be obtained. This is because, in the mirror electron region, all irradiated electrons are reflected before the sample surface 201, so that a difference in luminance, that is, a difference in the number of electrons does not occur between the conductive material and the insulating material.

また、遷移領域と二次電子領域の何れにおいても、導電材料と絶縁材料とで輝度差が生じているが、遷移領域の方が、導電材料と絶縁材料の輝度差が大きく、その結果、材料コントラストが高くなっている。これは、遷移領域では、二次電子のみならず、指向性の高いミラー電子も検出されるため、その分だけ信号量が増加して輝度が高まるためであると考えられる。   In addition, in both the transition region and the secondary electron region, there is a luminance difference between the conductive material and the insulating material. However, the transition region has a larger luminance difference between the conductive material and the insulating material. The contrast is high. This is probably because not only secondary electrons but also highly directional mirror electrons are detected in the transition region, so that the amount of signal increases and the luminance increases accordingly.

このように、二次電子とミラー電子が混在する遷移領域で試料面201の画像を取得すれば、導電材料と絶縁材料との間の材料コントラストを高めることができる。   Thus, if an image of the sample surface 201 is acquired in the transition region where secondary electrons and mirror electrons are mixed, the material contrast between the conductive material and the insulating material can be increased.

なお、遷移領域において、撮像前に、予め試料表面201に電子ビームの照射を行うと、導電材料の電位は接地電位のままである反面、絶縁材料は帯電してマイナス数〔eV〕程度電位が変化する。その結果、導電材料の構造情報を得た電子と絶縁材料の構造情報を得た電子とでは、そのエネルギ(速度)が異なることとなる。   In the transition region, if the sample surface 201 is irradiated with an electron beam in advance before imaging, the potential of the conductive material remains at the ground potential, while the insulating material is charged and has a potential of about a few [eV]. Change. As a result, the energy (velocity) differs between the electron that has obtained the structural information of the conductive material and the electron that has obtained the structural information of the insulating material.

そして、このような速度の異なる電子がE×B40を通過する際には、下記の理由により、それぞれの速度に応じて軌道のずれ(軌道シフト)が生じる。   When electrons having different velocities pass through the E × B 40, orbital shift (orbit shift) occurs according to the respective velocities for the following reasons.

E×B40は、電場Eと磁場Bの発生手段であり、このE×B40を通過する電子は、電場によるF=e・Eの力と、磁場によるF=e・(v×B)の力を受ける。ここで、eは電子の電荷1.602×10―19〔C〕であり、EおよびBはそれぞれ、電場〔V/m〕および磁場〔Wb/m〕である。 E × B40 is a means for generating an electric field E and a magnetic field B, and electrons passing through the E × B40 are generated by the force of F E = e · E due to the electric field and F B = e · (v × B) due to the magnetic field. Receive the power of Here, e is an electric charge of 1.602 × 10 −19 [C], and E and B are an electric field [V / m] and a magnetic field [Wb / m 2 ], respectively.

これらの力のうち、電場によるF=e・Eの力は電子の速度v〔m/s〕に依存しないのに対し、磁場によるF=e・(v×B)の力は電子の速度v〔m/s〕に依存する。 Among these forces, the force of F E = e · E due to the electric field does not depend on the velocity of the electrons v [m / s], whereas the force of F B = e · (v × B) due to the magnetic field is It depends on the speed v [m / s].

通常は、導電性基板から出射された電子がE×B40を直進する条件(ウィーン条件)が設定されているが、上述したような理由により電子の速度v〔m/s〕が変化すると、磁場の作用により受ける力が変化するため、E×B40を通過した電子の軌道がシフトすることとなる。   Normally, the condition (Vienna condition) in which electrons emitted from the conductive substrate travel straight through E × B40 is set. However, if the electron velocity v [m / s] changes due to the above-described reason, the magnetic field Since the force received by this action changes, the trajectory of the electrons that have passed through E × B40 shifts.

つまり、上述したとおり、E×B40は、撮像電子ビームの照射により試料面201の構造情報を得た電子の軌道を、撮像電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じ
て方向付けする手段である。そして、上述した電子軌道のシフトを利用して、導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子の何れか一方をNAアパーチャ61を通過させて、選択的に検出器80に導くことが可能である。
That is, as described above, the E × B 40 directs the electron trajectory obtained from the structure information of the sample surface 201 by irradiation of the imaging electron beam according to the speed of traveling in the direction opposite to the incident direction of the imaging electron beam. Means. Then, using the above-described shift of the electron orbit, either the electron that has obtained the structural information of the conductive region or the electron that has obtained the structural information of the insulating region passes through the NA aperture 61 and is selectively detected. 80 is possible.

なお、遷移領域は、二次電子とミラー電子が混在するエネルギ領域であるから、このエネルギ領域では、絶縁領域からの二次電子とミラー電子の電子軌道は何れも、シフトを生じる。   Since the transition region is an energy region in which secondary electrons and mirror electrons are mixed, in this energy region, the electron trajectories of the secondary electrons and mirror electrons from the insulating region both shift.

図5は、試料面201の構造情報を得た電子の軌道の一例を示した模式図で、図5(A)は電子軌道の側面図であり、図5(B)は可動NAアパーチャの下側から見た電子軌道の部分拡大図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an electron trajectory obtained from the structural information of the sample surface 201, FIG. 5 (A) is a side view of the electron trajectory, and FIG. 5 (B) is under the movable NA aperture. It is the elements on larger scale of the electron orbit seen from the side.

図5(A)において、試料200には、試料用電源101により、負電位が印加されている。試料200は、導電材料202の上を、絶縁材料203が覆っており、絶縁材料203の切れ目であるホール204から、導電材料202が露出して試料面201を構成している。例えば、レチクルのコンタクト構造は、図5(A)に示す試料200のように、ホール204の底面が導電材料202で構成された形状となっている場合が多い。なお、簡略化のため、試料観察装置の構成要素としては、E×B40と、NA調整用アパーチャ60と、検出器80のみが示されている。   In FIG. 5A, a negative potential is applied to the sample 200 by the sample power source 101. In the sample 200, the insulating material 203 covers the conductive material 202, and the conductive material 202 is exposed from a hole 204 that is a break in the insulating material 203 to form the sample surface 201. For example, the contact structure of the reticle often has a shape in which the bottom surface of the hole 204 is formed of the conductive material 202 as in the sample 200 shown in FIG. For simplification, only the E × B 40, the NA adjustment aperture 60, and the detector 80 are shown as components of the sample observation apparatus.

図5(A)において、電子ビームEBが右上方から射出され、E×B40により電子ビームが偏向されて試料面201に垂直に入射している。そして、試料面201の構造情報を得た電子のうち、導電領域202の構造情報を得た電子eは直進してNA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61を通過する。一方、絶縁領域201の構造情報を得た電子eは、E×B40の作用により軌道がシフトし、NAアパーチャ61の周辺のNA調整用アパーチャ60の部材に衝突してNAアパーチャ61を通過しない。その結果、導電領域202の構造情報を得た電子eは検出器80に到達する一方、絶縁領域201の構造情報を得た電子eは検出器80には到達しない。 In FIG. 5A, an electron beam EB is emitted from the upper right, and the electron beam is deflected by E × B 40 and vertically incident on the sample surface 201. Then, among the electrons to obtain structural information of a sample surface 201, electrons e c to obtain structural information conductive region 202 passes through the NA aperture 61 of the NA adjusting aperture 60 and straight. On the other hand, the electron e i that has obtained the structure information of the insulating region 201 shifts its trajectory by the action of E × B 40, collides with a member of the NA adjustment aperture 60 around the NA aperture 61, and does not pass through the NA aperture 61. . As a result, while the electron e c to obtain structural information conductive region 202 reaching the detector 80, an electronic e i obtained structural information of the insulating region 201 does not reach the detector 80.

レチクルのコンタクト構造においては、試料面201の大部分を絶縁材料201が占め、一部(ホール204の底面)に導電材料202を含む構造が多い。このような構造において、導電材料202の表面構造情報を得た電子eのみを検出器80に導き、絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eを検出器80に到達させないことにより、特異的に高いコントラストの画像を取得することができる。 In the contact structure of the reticle, in many cases, the insulating material 201 occupies most of the sample surface 201 and the conductive material 202 is included in a part (the bottom surface of the hole 204). In this structure, only the electrons e c to obtain a surface structure information of the conductive material 202 introduced into a detector 80, by not reach the electron e i to obtain a surface structure information of an insulating material 201 to the detector 80, An image with a specifically high contrast can be acquired.

これとは逆に、絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eのみを検出器80に導き、導電材料202の表面構造情報を得た電子eを検出器80に到達させないことによっても、特異的に高いコントラストの画像を取得することができる。 On the contrary, also by not reach only electrons e i to obtain a surface structure information of the insulating material 201 introduced into a detector 80, an electronic e c to obtain a surface structure information of the conductive material 202 to the detector 80 It is possible to acquire an image with a specifically high contrast.

このようなコントラストの反転の手法は、特に、試料面上の導電材料と絶縁材料の面積が同等程度のパターン中に存在する欠落欠陥(ショート欠陥)および開放欠陥(オープン欠陥)の検出に有効である。導電材料と絶縁材料の何れか一方の材料の面積が他方の材料の面積に比較して顕著に狭いパターンでは、広い面積の材料領域中に顕著に狭い面積の材料領域が点在する状態となる。広い面積の材料領域からの電子は検知器に至るまでの光路中で僅かに拡散するから、この拡散作用により、狭い面積の材料領域からの電子により得られる像は本来の像よりも小さなものとなり、欠陥検出がし難くなってしまう。例えば、シリコン基板上に設けられた広い絶縁領域中に、顕著に狭い面積のコンタクトプラグ形状の導電領域が点在して形成されている構造(コンタクトプラグ構造)では、導電領域からの電子により形成される画像は、絶縁領域からの電子の拡散(廻り込み)により、本来の面積よりも狭い画像として得られてしまう。   Such a contrast inversion method is particularly effective in detecting missing defects (short defects) and open defects (open defects) present in a pattern having the same area of conductive material and insulating material on the sample surface. is there. In a pattern in which the area of one of the conductive material and the insulating material is significantly narrower than the area of the other material, a material area having a remarkably narrow area is scattered in a material area having a large area. . Because electrons from a large area of material diffuse slightly in the optical path to the detector, this diffusion action results in an image obtained from electrons from a small area of material that is smaller than the original image. This makes it difficult to detect defects. For example, in a structure in which contact plug-shaped conductive regions with a remarkably small area are interspersed in a wide insulating region provided on a silicon substrate (contact plug structure), it is formed by electrons from the conductive region. The image to be obtained is obtained as an image narrower than the original area due to diffusion (wraparound) of electrons from the insulating region.

なお、ここで、電子e、eには、ミラー電子及び二次電子の双方が含まれるものとする。また、このような材料の種類に応じた発生電子の分離検出は、レチクルのみならず、半導体ウエハ等のライン/スペースパターンにおいても同様に適用することができる。 Here, it is assumed that the electrons e c and e i include both mirror electrons and secondary electrons. Further, the separation and detection of the generated electrons according to the kind of material can be similarly applied not only to the reticle but also to a line / space pattern such as a semiconductor wafer.

図5(B)は、NA調整用アパーチャ60の下側から見た、NAアパーチャ61と、導電材料202の表面構造情報を得た電子e及び絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eの関係を説明するための拡大図である。 FIG. 5B shows the NA aperture 61 and the electrons e c obtained from the surface structure information of the conductive material 202 and the electrons e obtained from the surface structure information of the insulating material 201 as viewed from below the NA adjustment aperture 60. It is an enlarged view for demonstrating the relationship of i .

この図に示した例では、長方形状のNA調整用アパーチャ60の一部に形成された孔部であるNAアパーチャ61は、導電領域202の構造情報を得た電子eがNAアパーチャ61を通過させる一方、絶縁領域203の構造情報を得た電子eの大部分をNA調整用アパーチャ60により遮ってNAアパーチャ61を通過できない位置に調整されている。 In the example shown in this FIG., NA aperture 61 is a hole portion formed on a part of the rectangular NA adjusting aperture 60, the electron e c to obtain structural information conductive region 202 is passed through the NA aperture 61 while for, it is adjusted to a position which can not pass through the NA aperture 61 most of the electrons e i obtained structural information of the insulating region 203 intercepts the NA adjusting aperture 60.

ミラー電子についてみると、導電材料202と絶縁材料203の電子軌道は、NA調整用アパーチャ60の位置がクロスオーバー点となり、最小スポットの100〔μm〕となる。よって、E×B40による軌道シフトを利用し、NA調整用アパーチャ60によって、光学的な分解能を失わずに導電材料202の構造情報を得た電子eを選択的に分離することが容易である。 As for the mirror electrons, the electron trajectories of the conductive material 202 and the insulating material 203 are the minimum spot of 100 [μm] at the position of the NA adjusting aperture 60 as a crossover point. Therefore, utilizing track shift by E × B40, the NA adjusting aperture 60, it is easy to selectively separate electronic e c to obtain structural information of the conductive material 202 without loss of optical resolution .

上述した帯電による、導電材料と絶縁材料との間の電位差が大きいほど、NA調整用アパーチャ60の位置における位置移動も大きい。従って、当該帯電電位差を大きくすれば、大きな孔径のNAアパーチャ61を用いても、導電領域202の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eの分離が可能となる。そして、大きな孔径のNAアパーチャ61を用いることにより、検出電子数を増加させて画像を形成することが可能となる。 The greater the potential difference between the conductive material and the insulating material due to the above-described charging, the greater the positional movement at the position of the NA adjustment aperture 60. Accordingly, the if the charging potential greatly, larger even by using a NA aperture 61 having a pore size, can be separated electrons e i obtained structural information of the electronic e c and the insulating region 203 to obtain structural information conductive region 202 It becomes. By using the NA aperture 61 having a large hole diameter, it is possible to increase the number of detected electrons and form an image.

なお、撮像電子ビームを照射する前に、試料面201の絶縁領域203に帯電電子ビームを照射する場合には、電子ビーム源10か、又は設置されている場合には帯電電子ビーム照射手段120を用いて、検出器80による撮像を行わない状態で、帯電電子ビームを試料200の試料面201に照射すればよい。この場合、絶縁領域203にのみ帯電電子ビームを照射するようにしてもよいが、導電領域202は、帯電電子ビームを照射しても、表面電位はゼロ電位となるので、特に区別せず、所定の照射エネルギの帯電電子ビームを、試料面201の撮像領域に照射するようにしてもよい。   When the charged electron beam is irradiated onto the insulating region 203 of the sample surface 201 before the imaging electron beam is irradiated, the electron beam source 10 or the charged electron beam irradiation means 120 is installed when it is installed. It is only necessary to irradiate the sample surface 201 of the sample 200 with the charged electron beam in a state where imaging by the detector 80 is not performed. In this case, the charged electron beam may be irradiated only to the insulating region 203. However, the surface potential of the conductive region 202 is zero even when the charged electron beam is irradiated. It is also possible to irradiate the imaging region of the sample surface 201 with a charged electron beam having an irradiation energy of 1.

図6は、高い材料コントラストを得るためのNAアパーチャ61の最適位置を、ミラー電子の場合と二次電子の場合のそれぞれについて説明するための図である。図6(A)は、ミラー電子の場合のNA調整用アパーチャ60の最適NAアパーチャ61位置を示した図であり、図6(B)は、二次電子の場合の最適NAアパーチャ位置を示した図である。また、図6において、黒で示された円が、導電領域202の構造情報を得た電子eを示し、灰色で示された円が、絶縁領域203の構造情報を得た電子eを示している。この図に示したように、ミラー電子と二次電子のそれぞれの軌道の広がりの相違により、NA調整用アパーチャ60の位置におけるNAアパーチャ61の最適位置は異なる。 FIG. 6 is a diagram for explaining the optimum position of the NA aperture 61 for obtaining a high material contrast in each of the case of mirror electrons and the case of secondary electrons. FIG. 6A is a diagram showing the optimal NA aperture 61 position of the NA adjustment aperture 60 in the case of mirror electrons, and FIG. 6B shows the optimal NA aperture position in the case of secondary electrons. FIG. Further, in FIG. 6, a circle indicated by black, shows an electronic e c to obtain structural information conductive region 202, a circle indicated by gray, the electrons e i obtained structural information of the insulating region 203 Show. As shown in this figure, the optimum position of the NA aperture 61 at the position of the NA adjustment aperture 60 differs depending on the difference in the spread of the trajectories of the mirror electrons and the secondary electrons.

図6(B)において、NA調整用アパーチャ60の位置において、導電領域202の構造情報を得た二次電子eと絶縁領域203の構造情報を得た二次電子eの電子軌道シフト量の差は概ね100μmであるが、これらの電子分布の大部分は重なっている。これは、上述したように、二次電子はコサイン則に従って種々の方向に進行するために指向性が高くないためである。よって、二次電子による材料コントラストを高めるためには、N
A調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61の中心を、導電領域202から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置に合わせるのが、最適であると考えられる。このような位置にNAアパーチャ61の中心を合わせると、試料面201の導電領域202から放出された電子eの最も電子密度の高い部分を中心として電子eを検出することができる。
In FIG. 6 (B), the in the position of the NA adjusting aperture 60, the electron orbit shift amount of the secondary electrons e i obtained structural information was obtained structural information conductive regions 202 secondary electrons e c and the insulating region 203 Is approximately 100 μm, but most of these electron distributions overlap. This is because, as described above, the secondary electrons travel in various directions according to the cosine law, and thus the directivity is not high. Therefore, in order to increase the material contrast due to secondary electrons, N
The center of the NA aperture 61 of the A-adjusting aperture 60, the center of the orbit of emitted electrons e c from the conductive region 202 that match the substantially matched positions, considered optimal. Together the center of the NA aperture 61 in such a position, it is possible to detect the electron e c around the most electron density high portion of the electron e c emitted from the conductive region 202 of the sample surface 201.

しかしながら、図6(B)に示すように、絶縁領域203から放出された電子eの電子軌道も、ほぼ導電領域202から放出された電子eの軌道と重なっているため、両者を分離して検出することはできない。よって、二次電子領域においては、材料コントラストは、導電領域202から放出された二次電子eと絶縁領域203から放出された二次電子e自体の信号の相違に基づいて、両者を区別することになる。 However, as shown in FIG. 6 (B), the electron orbit of the electron e i emitted from the insulating region 203 also, because of overlap with the trajectory of the electron e c emitted from the substantially conductive region 202, separate the two Cannot be detected. Therefore, in the secondary electron regions, the material contrast, based on the difference of the secondary electrons e i itself signals emitted as emitted secondary electrons e c from the insulating region 203 from conductive region 202, distinguished from each other Will do.

これに対して、図6(A)においては、導電領域202の構造情報を得たミラー電子eと絶縁領域203の構造情報を得たミラー電子eでは、電子軌道シフト量の差が顕著に表れる。図6(A)に示した例では、NA調整用アパーチャ60の位置において、導電領域202の構造情報を得たミラー電子eと絶縁領域203の構造情報を得たミラー電子eの電子軌道シフト量の差は概ね100μmであるが、これらの電子分布の大部分は重ならず、実質的に分離されている。これは、上述したように、ミラー電子は進行方向が一定で良好な指向性を有するためである。 In contrast, in FIG. 6 (A), the mirror electrons e i to obtain structural information mirror electrons e c and the insulating region 203 to obtain structural information conductive regions 202, remarkable difference in electron orbit shift amount Appear in In the example shown in FIG. 6 (A), in the position of the NA adjusting aperture 60, an electron orbit of mirror electrons e i obtained structural information mirror electrons e c and the insulating region 203 to obtain structural information conductive region 202 The difference in shift amount is approximately 100 μm, but most of these electron distributions do not overlap and are substantially separated. This is because, as described above, mirror electrons have a constant traveling direction and good directivity.

このような場合、例えば、導電領域202の構造情報を得た電子eがNAアパーチャ61を総て通過する一方、絶縁領域203の構造情報を得た電子eはあまりNAアパーチャ61を通過できないような配置とすることが容易に可能である。そして、そのようなNAアパーチャ61の位置調整を行えば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eを分離し、導電領域の構造情報を得た電子eのみを多く検出器80に導くことができる。その結果、導電領域202と絶縁領域203の材料コントラストを高くすることができる。つまり、遷移領域において発生するミラー電子を利用すれば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離することが可能であり、その結果、高い材料コントラストの画像の取得が容易になる。 In such a case, for example, while the electron e c to obtain structural information conductive region 202 passes all the NA aperture 61, electrons e i obtained structural information of the insulating region 203 can not pass through the NA aperture 61 so Such an arrangement is easily possible. Then, when the position of the NA aperture 61 is adjusted, the electron e c obtained from the structure information of the conductive region is separated from the electron e i obtained from the structure information of the insulating region, thereby obtaining the structure information of the conductive region. only it can be guided more to the detector 80 electrons e c. As a result, the material contrast between the conductive region 202 and the insulating region 203 can be increased. That is, by utilizing the mirror electrons generated in the transition region, it is possible to separate the electron e i obtained structural information of the electronic e c and the insulating region 203 to obtain structural information conductive region, Acquisition of an image with high material contrast is facilitated.

通常、このような分離を行うためには、複数の磁界と電界から構成される色収差補正器(モノクロメータ)が必要であるが、本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法によれば、色収差補正器を設置しなくても、NA調整用アパーチャ60に孔部であるNAアパーチャ61の位置調整のみにより、高い材料コントラストの画像を取得することができる。   Usually, in order to perform such separation, a chromatic aberration corrector (monochromator) composed of a plurality of magnetic fields and electric fields is required. However, according to the sample observation apparatus and the sample observation method according to the present invention, chromatic aberration is obtained. Even without installing a corrector, an image with a high material contrast can be obtained only by adjusting the position of the NA aperture 61 that is a hole in the NA adjustment aperture 60.

なお、図5及び図6においては、導電領域202の構造情報を得た電子eを選択的に検出器80に導き、絶縁領域203の構造情報を得た電子eを検出器80に導かない例を説明している。しかし、E×B40の設定とNA調整用アパーチャ60の配置及びアパーチャ径の調整により、絶縁領域203の構造情報を得た電子eを選択的に検出器80に導き、導電領域202の構造情報を得た電子eを検出器80に導かない態様とすることも可能である。 In FIGS. 5 and 6 guides the electrons e c to obtain structural information conductive region 202 to selectively detector 80, guide to the detector 80 electrons e i obtained structural information of the insulating region 203 Explains an example. However, the electron e i obtained from the structural information of the insulating region 203 is selectively guided to the detector 80 by setting the E × B 40, the arrangement of the NA adjusting aperture 60 and the adjustment of the aperture diameter, and the structural information of the conductive region 202 is obtained. it is also possible to embodiments does not lead to the detector 80 electrons e c got.

導電領域202の構造情報を取得した電子eと、絶縁領域203の構造情報を取得した電子eのうち、いずれの電子を選択的に検出器80に導いて検出するかは、用途に応じて適宜自由に設定してよい。 Depending on the application, which electron is selectively introduced to the detector 80 and detected from the electron e c obtained from the structural information of the conductive region 202 and the electron e i obtained from the structural information on the insulating region 203 depends on the application. Can be set freely.

上述したとおり、本発明に係る試料観察装置は、絶縁領域と導電領域を有する試料面に撮像電子ビームを照射する電子ビーム源と、撮像電子ビームの照射により試料面の構造情報を得た電子が、撮像電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じて、電界と磁界により前記電子を方向付けする電磁場発生手段(E×B)と、当該電磁場発生手段(E
×B)により方向付けされた電子を検出し、該検出された電子から前記試料面の画像を取得する検出器と、撮像電子ビームの照射エネルギを、電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に設定する照射エネルギ設定手段と、開口数(NA)を定めるNAアパーチャの位置を面内で調整可能とするNAアパーチャ移動機構と、試料面に電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させるための帯電電子ビーム照射手段とを備えている。そして、NAアパーチャ移動機構によるNAアパーチャの位置調整により、上記E×Bの作用により方向付けが異なる導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子が、選択的に検出器に導かれるように構成されている。
As described above, the sample observation apparatus according to the present invention includes an electron beam source that irradiates an imaging electron beam onto a sample surface having an insulating region and a conductive region, and an electron that obtains structural information on the sample surface by irradiation of the imaging electron beam. , An electromagnetic field generating means (E × B) for directing the electrons by an electric field and a magnetic field in accordance with a speed traveling in a direction opposite to the incident direction of the imaging electron beam, and the electromagnetic field generating means (E
XB) detects the electron directed by the detector, acquires an image of the sample surface from the detected electron, and the irradiation energy of the imaging electron beam. The electron is both a mirror electron and a secondary electron. Irradiation energy setting means for setting the transition region including the NA aperture moving mechanism for adjusting the position of the NA aperture for determining the numerical aperture (NA) within the surface, and charging the insulating region by irradiating the sample surface with an electron beam Charging electron beam irradiating means. Then, by adjusting the position of the NA aperture by the NA aperture moving mechanism, the electrons that have obtained the structure information of the conductive region and the electrons that have obtained the structure information of the insulating region are selectively detected by the action of E × B. It is configured to be guided to a vessel.

また、画像処理装置90に、導電領域の構造情報を得た電子により得られた画像により欠落欠陥(ショート欠陥)の存否を判定し、絶縁領域の構造情報を得た電子により得られた画像により開放欠陥(オープン欠陥)の存否を判定する演算機能(演算部)を設けることとすれば、上記試料観察装置は試料検査装置として用いることが可能である。   Further, the image processing device 90 determines whether or not there is a missing defect (short defect) based on the image obtained from the electrons obtained from the structure information of the conductive region, and uses the image obtained from the electrons obtained from the structure information of the insulating region. The sample observation apparatus can be used as a sample inspection apparatus provided that a calculation function (calculation unit) for determining the presence or absence of an open defect (open defect) is provided.

さらに、本発明の試料観察方法は、上記構成の試料観察装置を用いて実行可能であり、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像取得と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像取得を行うことにより絶縁領域と導電領域が形成されている試料面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易なものとする。   Furthermore, the sample observation method of the present invention can be executed using the sample observation apparatus having the above-described configuration, and the image acquisition under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region and the luminance of the insulating region is the conductive region. By acquiring images under conditions higher than the brightness of the sample, the sample surface on which the insulating and conductive regions are formed can be observed with high contrast, and the detection of missing defects and open defects and classification of defect types It should be easy.

以下に、本発明の試料観察方法について説明する。   The sample observation method of the present invention will be described below.

本発明の試料観察方法では、絶縁領域と導電領域を有する試料面に、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に調整されるように撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)を調整し、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像取得と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像取得を行う。つまり、本発明の試料観察方法では、導電領域と絶縁領域とでコントラストが反転する関係にある条件下において、画像取得が行われる。   In the sample observation method of the present invention, the imaging electron beam is adjusted so that electrons obtained from the structure information of the sample surface are adjusted to a transition region including both mirror electrons and secondary electrons on the sample surface having the insulating region and the conductive region. The irradiation energy (LE) is adjusted, and image acquisition under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region and image acquisition under the condition where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region are performed. That is, in the sample observation method of the present invention, image acquisition is performed under conditions where the contrast is inverted between the conductive region and the insulating region.

[導電領域と絶縁領域のコントラスト形成]
上述したとおり、遷移領域において発生するミラー電子を利用すれば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離することが可能であり、その結果、高いコントラストの画像の取得が容易になる。本発明はこの原理を利用するものであるので、本発明の試料観察方法の特徴の理解を容易にするために、予め、導電領域と絶縁領域のコントラストの形成に関しての基本的な検討結果について説明をしておく。
[Contrast formation between conductive and insulating regions]
As described above, by using a mirror electrons generated in the transition region, it is possible to separate the electron e i obtained structural information of the electronic e c and the insulating region 203 to obtain structural information conductive region, As a result, it is easy to obtain a high-contrast image. Since the present invention uses this principle, in order to facilitate understanding of the characteristics of the sample observation method of the present invention, the basic examination results regarding the formation of the contrast between the conductive region and the insulating region will be described in advance. Keep it.

図7は、既に図2に関連して説明した試料200の構造と、当該試料200の観察により取得された画像の一例を示した図である。図7(A)は、試料200であるコンタクトプラグの断面構造を示した図であり、図7(B)は、コンタクトプラグ構造を有する試料面201の取得画像の一例を示した図である。   FIG. 7 is a diagram showing an example of the structure of the sample 200 already described with reference to FIG. 2 and an image acquired by observing the sample 200. FIG. 7A is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a contact plug that is the sample 200, and FIG. 7B is a diagram illustrating an example of an acquired image of the sample surface 201 having the contact plug structure.

図7(A)において、半導体基板であるシリコン基板205の上に、絶縁領域203及び導電領域202が形成されている。絶縁領域203は、SiOで形成されている。また、導電領域202は、タングステン(W)の材料で、コンタクトプラグ形状で構成されている。試料面201は、絶縁領域203をベースとした中に、導電領域202が点又は円として形成されている平面構造となる。 In FIG. 7A, an insulating region 203 and a conductive region 202 are formed over a silicon substrate 205 which is a semiconductor substrate. Insulating region 203 is formed of SiO 2. The conductive region 202 is made of tungsten (W) and has a contact plug shape. The sample surface 201 has a planar structure in which the conductive region 202 is formed as a dot or a circle while the insulating region 203 is used as a base.

図7(B)は、試料観察により取得された試料面201の画像の一例を示した図である。この画像は、導電領域202から発生する電子を選択的に検出するようにNA調整用ア
パーチャ60のNAアパーチャ61の位置の調整を行い、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得されたものである。その結果、絶縁領域203が黒く画像のベースを占め、その中から白い円形の導電領域202が浮かび上がるような高いコントラストの画像となっている。
FIG. 7B is a diagram illustrating an example of an image of the sample surface 201 acquired by sample observation. In this image, the position of the NA aperture 61 of the NA adjustment aperture 60 is adjusted so that electrons generated from the conductive region 202 are selectively detected, and the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. It has been acquired. As a result, the insulating region 203 is black and occupies the base of the image, and a high-contrast image is formed such that the white circular conductive region 202 emerges from the black region.

このように、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離することにより、コントラストを高めることができる。その結果、絶縁領域203を導電領域202の区別が容易な画像を取得することができ、欠陥等の観察や検査も容易に行うことが可能となる。 In this way, the contrast can be increased by separating the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region 203. As a result, an image in which the insulating region 203 can be easily distinguished from the conductive region 202 can be acquired, and observation and inspection of defects and the like can be easily performed.

これとは逆に、絶縁領域203から発生する電子を選択的に検出するようにNA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61の位置の調整を行えば、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像が取得されることとなるから、図7(B)とは逆に、絶縁領域203が高輝度で白くなり、導電領域202が低輝度で白くなる画像が取得される。   On the contrary, if the position of the NA aperture 61 of the NA adjustment aperture 60 is adjusted so as to selectively detect electrons generated from the insulating region 203, the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Since an image is acquired under the conditions, an image in which the insulating region 203 becomes white with high luminance and the conductive region 202 becomes white with low luminance is acquired, contrary to FIG. 7B.

次に、高コントラストの画像を取得するための条件設定例について説明する。   Next, an example of setting conditions for acquiring a high-contrast image will be described.

図8は、高コントラストの画像を取得するためのランディングエネルギ(LE)条件を検討した結果を例示により説明するための図である。この例では、電子ビーム源10の電子源11のカソードの電圧を−3995〜−4005〔eV〕として、試料面201の電圧を−4000〔eV〕に設定した。また、遷移領域は、ランディングエネルギ(LE)を−1〔eV〕として最適化を行った。電子ビームの照射電流密度は、0.1〔mA/cm〕とし、検出器80の画素サイズは、50〔nm/pix〕とした。NA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61のアパーチャ径はφ150〔μm〕とし、帯電電子ビームによるプレドーズ量は1〔mC/cm〕とした。 FIG. 8 is a diagram for explaining by way of example the results of studying the landing energy (LE) condition for acquiring a high-contrast image. In this example, the voltage of the cathode of the electron source 11 of the electron beam source 10 is set to −3995 to −4005 [eV], and the voltage of the sample surface 201 is set to −4000 [eV]. The transition region was optimized with landing energy (LE) set to -1 [eV]. The irradiation current density of the electron beam was 0.1 [mA / cm 2 ], and the pixel size of the detector 80 was 50 [nm / pix]. The aperture diameter of the NA aperture 61 of the NA adjusting aperture 60 was φ150 [μm], and the pre-dose amount by the charged electron beam was 1 [mC / cm 2 ].

図8(A)は、上述の条件下で、電子ビームのランディングエネルギ(LE)を変化させ、図7(A)に示した断面構造を有するコンタクトプラグを観察した際のコントラストを測定した結果を纏めた表であり、図8(B)は、図8(A)の測定結果をグラフ化した図である。   FIG. 8A shows the result of measuring the contrast when the contact plug having the cross-sectional structure shown in FIG. 7A is observed by changing the landing energy (LE) of the electron beam under the above-described conditions. FIG. 8B is a table in which the measurement results of FIG. 8A are graphed.

図8(B)において、横軸がランディングエネルギ(LE)、縦軸が取得された画像の平均階調を示している。絶縁領域の特性曲線は、略正方形の点を結んだ曲線として示され、導電領域の特性曲線は、菱形の点を結んだ曲線として示されている。また、絶縁領域と導電領域の平均階調から、コントラストを算出した結果が、三角の点を結んだ曲線として示されている。なお、コントラストは、下記の式(1)を用いて算出される。   In FIG. 8B, the horizontal axis represents the landing energy (LE), and the vertical axis represents the average gradation of the acquired image. The characteristic curve of the insulating region is shown as a curve connecting substantially square points, and the characteristic curve of the conductive region is shown as a curve connecting diamond points. The result of calculating the contrast from the average gradation of the insulating region and the conductive region is shown as a curve connecting triangular points. The contrast is calculated using the following formula (1).

図8(A)、(B)において、ランディングエネルギ(LE)=−1〔eV〕のときに、コントラストが0.8で最高となっている。ランディングエネルギ(LE)=−1〔eV〕は、既に図2において説明したように、この試料200において、ミラー電子と二次電子が混在する遷移領域にある。また、図2に示したように、−5〔eV〕はミラー電子領域のランディングエネルギ(LE)であり、5〔eV〕は二次電子領域のランディングエネルギ(LE)であって、何れにおいてもコントラストは低い。   8A and 8B, when the landing energy (LE) = − 1 [eV], the contrast is the highest at 0.8. As already described with reference to FIG. 2, the landing energy (LE) = − 1 [eV] is in the transition region where mirror electrons and secondary electrons are mixed in the sample 200. Further, as shown in FIG. 2, −5 [eV] is the landing energy (LE) of the mirror electron region, and 5 [eV] is the landing energy (LE) of the secondary electron region. The contrast is low.

つまり、最高のコントラストは、ランディングエネルギ(LE)が遷移領域にある場合に得られることが分かる。   That is, it can be seen that the highest contrast is obtained when the landing energy (LE) is in the transition region.

図9は、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を説明するための図である。図9(A)は、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表であり、図9(B)は、図9(A)の測定結果をグラフ化した図である。なお、試料観察装置の種々の設定条件と、測定対象の試料200は、上述のとおりであるので、その説明を省略する。   FIG. 9 is a diagram for explaining the correlation between the dose amount of the charged electron beam and the contrast. 9A is a table of measurement results showing the correlation between the dose amount of the charged electron beam and the contrast, and FIG. 9B is a graph of the measurement results of FIG. 9A. is there. Note that various setting conditions of the sample observation apparatus and the sample 200 to be measured are as described above, and thus the description thereof is omitted.

帯電電子ビームを試料面201に照射した後に試料面201の撮像を行って得られた画像中の絶縁領域と導電領域の平均階調から、上式(1)によりコントラストを測定した。図9(A)、(B)に示すように、帯電電子ビームのドーズ量が高くなるにつれてコントラストは高くなるが、あるドーズ量でコントラストは飽和する。図9に示した例では、撮像前の試料面201に予め1〔mC/cm〕以上の帯電電子ビームを照射しても、コントラストは0.8のままである。つまり、帯電電子ビームのドーズ量が1〔mC/cm〕以上のときに、コントラストは飽和している。これは、帯電電子ビームのドーズ量が1〔mC/cm〕以上のときに、試料面201の絶縁領域203の帯電が飽和して負電位となり、安定したコントラストが得られることを意味している。 The contrast was measured by the above equation (1) from the average gradation of the insulating region and the conductive region in the image obtained by imaging the sample surface 201 after irradiating the sample surface 201 with the charged electron beam. As shown in FIGS. 9A and 9B, the contrast increases as the dose of the charged electron beam increases, but the contrast is saturated at a certain dose. In the example shown in FIG. 9, the contrast remains 0.8 even when the sample surface 201 before imaging is irradiated with a charged electron beam of 1 [mC / cm 2 ] or more in advance. That is, the contrast is saturated when the dose amount of the charged electron beam is 1 [mC / cm 2 ] or more. This means that when the dose amount of the charged electron beam is 1 [mC / cm 2 ] or more, the charging of the insulating region 203 on the sample surface 201 is saturated and becomes a negative potential, and a stable contrast can be obtained. Yes.

図10は、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離することにより高いコントラストが得られることを、補充的に説明するための図である。図10(A)は、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eを分離しない場合の、導電領域(Cu)と絶縁領域(SiO)のそれぞれの材料における二次電子放出効率およびコントラストの、ランディングエネルギ(LE)依存性を纏めた表である。また、図10(B)は、この表をグラフとして示した図である。 FIG. 10 is a diagram for supplementarily explaining that a high contrast can be obtained by separating the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region 203. is there. FIG. 10A shows each of the conductive region (Cu) and the insulating region (SiO 2 ) when the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region are not separated. 6 is a table summarizing the landing energy (LE) dependence of the secondary electron emission efficiency and contrast of the material. FIG. 10B is a graph showing this table.

導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離しない場合には、得られるコントラストは、各材料がもつ二次電子の放出効率に応じた輝度の差のみに依存する。つまり、NAアパーチャ61の位置調整により、何れかの領域からの構造情報を得た電子のみを強調した画像を取得することにより得られるコントラストは生じ得ない。 In the case where the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region 203 are not separated, the contrast obtained is the brightness corresponding to the emission efficiency of the secondary electrons of each material. It depends only on the difference. That is, the contrast obtained by acquiring an image in which only the electrons that have obtained the structural information from any region are acquired by adjusting the position of the NA aperture 61 cannot occur.

図10(A)、(B)に示した結果によれば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離しない場合、得られるコントラストは高々0.4程度であり、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離することにより得られるコントラスト(例えば、上述の0.8)に比較して、顕著に低いものでしかない。 FIG. 10 (A), the according to the results shown in (B), in the case where no separate electronic e i obtained structural information of the electronic e c and the insulating region 203 to obtain structural information conductive regions, resulting contrast The contrast (for example, 0.8 described above) obtained by separating the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region 203 is about 0.4 at most. In comparison, it is only significantly lower.

つまり、本発明のように、遷移領域において発生するミラー電子を利用し、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eを分離することにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得したり、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eの分離を行わずに試料観察して得られる画像に比較して、顕著に高いコントラストを得ることが可能となる。 In other words, as in the present invention, by separating the electronic e i that utilizes mirror electrons generated, to obtain to obtain structural information conductive regions electrons e c and structural information of the insulating region 203 in the transition region, the conductive If the image is acquired under the condition that the luminance of the region is higher than the luminance of the insulating region, or conversely, if the image is acquired under the condition that the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, compared to the image obtained by sample observation without separation of electrons e i obtained structural information of the electronic e c and the insulating region 203 to obtain structural information of the conductive region, it is possible to obtain a remarkably high contrast It becomes possible.

図11は、試料面201の導電領域202と絶縁領域203の面積比(パターン幅)を変化させたときのコントラストを、低加速電子ビーム装置を用いたLEEM(Low-energy
Electron Microscopy:低エネルギ電子顕微鏡)方式とSEM方式とで比較した結果を示した図である。図11(A)は、試料面201とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表であり、図11(B)は、図11(A)の測定結果とグラフ化した図である。な
お、ここで示した測定結果は、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像に基づくものであり、上述の種々の設定条件下で得られたものであるので、その説明を省略する。
FIG. 11 shows the contrast when the area ratio (pattern width) between the conductive region 202 and the insulating region 203 on the sample surface 201 is changed. The contrast is shown by LEEM (Low-energy) using a low acceleration electron beam apparatus.
It is the figure which showed the result compared with the Electron Microscopy (low energy electron microscope) system and the SEM system. FIG. 11A is a table of measurement results showing the correlation between the sample surface 201 and contrast, and FIG. 11B is a graph graphed with the measurement results of FIG. Note that the measurement results shown here are based on images obtained under conditions where the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region, and are obtained under the various setting conditions described above. The description is omitted.

LEEM方式の試料観察装置及び試料観察方法は、図6(B)において示したように、主に導電領域202が高輝度で明るいため、導電領域202の面積比が低下すると、周囲からの干渉を受けにくいので、コントラストは高くなる。SEM方式(例えば、ランディングエネルギ1000〔eV〕程度)は、材料の二次電子放出係数で絶縁材料203の方が明るく、その割合が増加すると、導電領域202の信号が二次電子の軌道の広がりにより消されてしまい、コントラストは極めて低くなる。   As shown in FIG. 6B, the LEEM-type sample observation apparatus and sample observation method mainly cause the conductive region 202 to be bright and bright, so that if the area ratio of the conductive region 202 is reduced, interference from the surroundings is prevented. Contrast is high because it is hard to receive. In the SEM method (for example, landing energy of about 1000 eV), the insulating material 203 is brighter in terms of the secondary electron emission coefficient of the material, and when the ratio increases, the signal of the conductive region 202 expands the trajectory of the secondary electrons. The contrast is extremely low.

図11(A)、(B)に示すように、導電領域202対絶縁領域203の面積比が小さいときには、まだコントラストの差が比較的小さく、導電領域202:絶縁領域203=1:2のときには、コントラストの差は0.3程度に抑えられている。しかしながら、絶縁領域203の試料面201における面積が増加するにつれて、LEEM方式のコントラストは増加するが、従来からのSEM方式のコントラストは低下している。導電領域202:絶縁領域203=1:10の場合においては、コントラスト差は0.75に達している。   As shown in FIGS. 11A and 11B, when the area ratio of the conductive region 202 to the insulating region 203 is small, the difference in contrast is still relatively small, and when the conductive region 202: insulating region 203 = 1: 2. The difference in contrast is suppressed to about 0.3. However, as the area of the insulating region 203 on the sample surface 201 increases, the contrast of the LEEM method increases, but the contrast of the conventional SEM method decreases. In the case of conductive region 202: insulating region 203 = 1: 10, the contrast difference reaches 0.75.

このように、LEEM方式の試料観察は、導電材料202の割合が低い試料200の試料面201の観察には特に有効であり、試料面201が絶縁材料203の割合が大きいコンタクト構造の場合の観察には、コントラストの高い画像を取得することができ、大きな利点を有する。また、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、絶縁材料203の割合が低く、導電材料202の割合が高い試料面201を有する試料200に対しても、効果的に観察を行うことができる。   As described above, the LEEM-type sample observation is particularly effective for observation of the sample surface 201 of the sample 200 in which the proportion of the conductive material 202 is low, and observation in the case where the sample surface 201 has a contact structure in which the proportion of the insulating material 203 is large. Can obtain a high-contrast image and has a great advantage. On the other hand, if the image is acquired under the condition that the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, the sample surface 201 has a low ratio of the insulating material 203 and a high ratio of the conductive material 202. It is possible to effectively observe the sample 200 having the above.

[開口数(NA)選択可能なNA調整用アパーチャの構成例]
図12は、本発明に係る試料観察装置の第2の全体構成例を示した図で、図1に示したものと基本的構成は共通する。つまり、図12に示した構成は、電子ビーム源10と、1次系レンズ20と、コンデンサレンズ30と、E×B40と、トランスファーレンズ50と、NA調整用アパーチャ60aと、プロジェクションレンズ70と、検出器80と、画像処理装置90と、ステージ100と、エネルギ設定手段110と、電源115とを備える点で、図1に示した構成と共通する。
[Configuration example of aperture for NA adjustment with selectable numerical aperture (NA)]
FIG. 12 is a diagram showing a second overall configuration example of the sample observation apparatus according to the present invention, and the basic configuration is the same as that shown in FIG. That is, the configuration shown in FIG. 12 includes an electron beam source 10, a primary lens 20, a condenser lens 30, an E × B 40, a transfer lens 50, an NA adjustment aperture 60a, a projection lens 70, 1 is common to the configuration shown in FIG. 1 in that the detector 80, the image processing device 90, the stage 100, the energy setting means 110, and the power source 115 are provided.

また、必要に応じて、帯電電子ビーム照射手段120を備えてよい点、並びに、関連構成要素として、試料200が試料面201を上面としてステージ100上に載置されている点も、図1に示した構成と同様である。   FIG. 1 also shows that the charged electron beam irradiation means 120 may be provided if necessary, and that the sample 200 is placed on the stage 100 with the sample surface 201 as the upper surface as a related component. The configuration is the same as that shown.

一方、図12に示した構成は、NA調整用アパーチャ60aが、可動式かつ複数選択式のNA調整用アパーチャ移動機構を備えている点で、図1に示した構成とは異なっている。つまり、NA調整用アパーチャ60aにはアパーチャ径の異なる複数種類のNAアパーチャ61、62が設けられており、開口数(NA)を定めるこれらのNAアパーチャ61、62が、NAアパーチャ移動機構(不図示)により面内で位置調整可能(切替可能)に構成されている。   On the other hand, the configuration shown in FIG. 12 is different from the configuration shown in FIG. 1 in that the NA adjustment aperture 60a includes a movable and multiple-selection NA adjustment aperture moving mechanism. In other words, the NA adjusting aperture 60a is provided with a plurality of types of NA apertures 61 and 62 having different aperture diameters, and these NA apertures 61 and 62 that determine the numerical aperture (NA) are used as an NA aperture moving mechanism (not shown). ), The position can be adjusted (switchable) in the plane.

なお、図12に示した試料観察装置において、図1に示した試料観察装置と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。   In the sample observation apparatus shown in FIG. 12, the same components as those in the sample observation apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図12に示した試料観察装置において、NA調整用アパーチャ60aは、サイズの異なる複数のNAアパーチャ61、62を備えており、NA調整用アパーチャ60aが水平方
向(面内)に移動可能である。従って、NAアパーチャ61とNAアパーチャ62の切り替えを行うことで、所望の開口数(NA)とすることができる。これにより、試料200の種類や、試料面201の構造等の種々の条件に応じて、最適な開口数(NA)のNAアパーチャを選択し、材料コントラストの高い試料面201の画像を取得することが可能となる。
In the sample observation apparatus shown in FIG. 12, the NA adjustment aperture 60a includes a plurality of NA apertures 61 and 62 having different sizes, and the NA adjustment aperture 60a is movable in the horizontal direction (in-plane). Therefore, a desired numerical aperture (NA) can be obtained by switching between the NA aperture 61 and the NA aperture 62. Accordingly, an NA aperture having an optimum numerical aperture (NA) is selected according to various conditions such as the type of the sample 200 and the structure of the sample surface 201, and an image of the sample surface 201 having a high material contrast is acquired. Is possible.

図13は、上述した可動式のNA調整用アパーチャ60aの構成例を示した図である。図13(A)は、スライド移動式のNA調整用アパーチャ60bとして構成した場合の一例を示した上面図であり、図13(B)は、回転移動式のNA調整用アパーチャ60cとして構成した場合の一例を示した上面図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the movable NA adjustment aperture 60a described above. FIG. 13A is a top view showing an example of a case where the slide moving NA adjustment aperture 60b is configured, and FIG. 13B is a case where the rotary movement NA adjustment aperture 60c is configured. It is the top view which showed an example.

図13(A)において、NA調整用アパーチャ60bは、複数のNAアパーチャ61、62、63を備えており、これらのNAアパーチャのアパーチャ径は各々異なっている。また、NA調整用アパーチャ60bは、長手方向の両側に、スライド式NA調整用アパーチャ移動機構65を備えている。このように、長方形の板状のNA調整用アパーチャ60bに複数のNAアパーチャ61、62、63を形成し、スライド式NA調整用アパーチャ移動機構65により、水平方向への移動を可能に構成すれば、用途に応じてNA調整用アパーチャ60bのアパーチャ径及びNAアパーチャ位置を調整することができ、種々の試料200や用途に対応して最適な試料面201の画像を取得することが可能となる。   In FIG. 13A, the NA adjustment aperture 60b includes a plurality of NA apertures 61, 62, and 63, and the aperture diameters of these NA apertures are different from each other. Further, the NA adjustment aperture 60b includes a sliding NA adjustment aperture moving mechanism 65 on both sides in the longitudinal direction. In this way, a plurality of NA apertures 61, 62, 63 are formed in the rectangular plate-shaped NA adjustment aperture 60b, and the slide-type NA adjustment aperture moving mechanism 65 can be moved in the horizontal direction. The aperture diameter and NA aperture position of the NA adjustment aperture 60b can be adjusted according to the application, and an optimal image of the sample surface 201 can be acquired corresponding to various samples 200 and applications.

なお、スライド式NA調整用アパーチャ移動機構65は、例えば、NA調整用アパーチャ60bを上下からレール状部材で挟み込み、リニアモータのような移動機構を有していてもよいし、回転式のレール部材でNA調整用アパーチャ60bを挟持し、回転式モータで回転レール部材を回転させて移動させてもよい。スライド式NA調整用アパーチャ移動機構65は、用途に応じて種々の形態とすることができる。   The sliding NA adjustment aperture moving mechanism 65 may have a moving mechanism such as a linear motor by sandwiching the NA adjustment aperture 60b from above and below with a rail-like member, or a rotary rail member. Then, the NA adjusting aperture 60b may be sandwiched, and the rotary rail member may be rotated and moved by a rotary motor. The sliding NA adjustment aperture moving mechanism 65 can take various forms depending on the application.

図13(B)において、NA調整用アパーチャ60cは、円盤状の板に複数のNAアパーチャ61〜64を有し、中心に回転式NA調整用アパーチャ移動機構66を備える。NAアパーチャ61〜64のアパーチャ径は、各々異なり、NAアパーチャ61が最も大きく、NAアパーチャ62はNAアパーチャ61よりもアパーチャ径が小さく、さらに、NAアパーチャ63はNAアパーチャ62よりもアパーチャ径が小さく、アパーチャ径が小さく、NAアパーチャ64が最も小さくなっている。   In FIG. 13B, the NA adjustment aperture 60c has a plurality of NA apertures 61 to 64 on a disk-like plate, and includes a rotary NA adjustment aperture moving mechanism 66 at the center. The aperture diameters of the NA apertures 61 to 64 are different from each other, the NA aperture 61 is the largest, the NA aperture 62 has a smaller aperture diameter than the NA aperture 61, and the NA aperture 63 has a smaller aperture diameter than the NA aperture 62. The aperture diameter is small, and the NA aperture 64 is the smallest.

回転式NA調整用アパーチャ移動機構66は、回転式のモータ等が適用されてよい。このように、例えば、回転移動により、NA調整用アパーチャ60cのアパーチャ径を切り替えるような構成としてもよい。   The rotary NA adjustment aperture moving mechanism 66 may be a rotary motor or the like. Thus, for example, a configuration may be adopted in which the aperture diameter of the NA adjustment aperture 60c is switched by rotational movement.

図12及び図13に例示した構成の試料観察装置によれば、NA調整用アパーチャ60a〜60cを、複数のNAアパーチャ61〜64の間で選択可能、かつ位置の調整可能な構成とすることにより、用途や試料200の種類にも柔軟に対応でき、様々な条件下においても最適なコントラスト画像を取得することができる。   According to the sample observation apparatus having the configuration illustrated in FIGS. 12 and 13, the NA adjustment apertures 60 a to 60 c can be selected from a plurality of NA apertures 61 to 64 and the position can be adjusted. In addition, it is possible to flexibly cope with the use and the type of the sample 200, and an optimal contrast image can be acquired even under various conditions.

[高分解能観察のための検出器の構成例]
図14は、高分解能観察のために好ましい検出器80aの構成の一例を示した図である。検出器80aに、電子直接入射型のEB−CCD又はEB−TDIを使用した場合、従来の構成であるMCP、FOP(Fiber Optical Plate)、蛍光板及びTDIの構成に比
較すると、MCPとFOP透過による劣化が無いので、従来の3倍程度のコントラスト画像を取得することができる。特に、コンタクト構造のホール底面202からの光を検出する際、従来型の検出器では、スポット(ドット)がなだらかになってしまうため、有効である。また、MCP使用によるゲイン劣化が無いため、有効画面上の輝度ムラが無く交換
周期が長い。よって、検出器80のメインテナンスの費用及び時間を削減することができる。
[Example of detector configuration for high-resolution observation]
FIG. 14 is a diagram showing an example of a configuration of a detector 80a preferable for high-resolution observation. When an electron direct-incidence type EB-CCD or EB-TDI is used for the detector 80a, compared to the conventional configurations of MCP, FOP (Fiber Optical Plate), fluorescent plate, and TDI, it is based on MCP and FOP transmission. Since there is no deterioration, it is possible to obtain a contrast image about three times that of the prior art. In particular, when detecting light from the hole bottom 202 of the contact structure, the conventional detector is effective because the spots (dots) become gentle. Further, since there is no gain deterioration due to the use of MCP, there is no luminance unevenness on the effective screen and the replacement cycle is long. Therefore, the maintenance cost and time of the detector 80 can be reduced.

このように、EB−CCD及びEB−TDIは、高コントラストの画像の取得及び耐久性等の面で好ましい。以下に、EB−CCD及びEB−TDIの使用態様の一例について説明する。   Thus, EB-CCD and EB-TDI are preferable in terms of obtaining a high-contrast image and durability. Below, an example of the usage aspect of EB-CCD and EB-TDI is demonstrated.

図14に例示した検出器80aは、EB−TDI82と、EB−CCD81を切り替え可能に、用途に応じて双方を交換可能に使えるように構成されている。図14において、検出器80aは、EB−CCD81及びEB−TDI82を備えている。EB−CCD81及びEB−TDI82は、電子ビームを受け取る電子センサであり、検出面に直接に電子を入射させる。この構成においては、EB−CCD81は、電子ビームの光軸調整、画像撮像条件の調整と最適化を行うのに使用される。一方、EB−TDI82を使用する場合には、EB−CCD81を移動機構Mによって光軸から離れた位置に移動させてから、EB−CCD81を使用するときに求めた条件を使用して又はそれを参考にしてEB−TDI82による撮像を行って、試料面201の観察を行う。   The detector 80a illustrated in FIG. 14 is configured so that the EB-TDI 82 and the EB-CCD 81 can be switched and can be used interchangeably depending on the application. In FIG. 14, the detector 80 a includes an EB-CCD 81 and an EB-TDI 82. The EB-CCD 81 and the EB-TDI 82 are electronic sensors that receive an electron beam, and cause electrons to directly enter the detection surface. In this configuration, the EB-CCD 81 is used for adjusting the optical axis of an electron beam and adjusting and optimizing image capturing conditions. On the other hand, when the EB-TDI 82 is used, the EB-CCD 81 is moved to a position away from the optical axis by the moving mechanism M, and then the condition obtained when the EB-CCD 81 is used is used. Imaging with the EB-TDI 82 is performed with reference, and the sample surface 201 is observed.

このような構成の検出器80aは、EB−CCD81を使用するときに求めた電子光学条件を用いて又はそれを参考にして、EB−TDI82による半導体ウエハの画像取得を行うことができる。EB−TDI82による試料面201の検査の後に、EB−CCD81を使用してレビュー撮像を行い、パターンの欠陥評価を行うことも可能である。このとき、EB−CCD81では、画像の積算が可能であり、それによるノイズの低減が可能で、高いS/Nで欠陥検出部位のレビュー撮像が可能となる。このとき、更に、EB−CCD81の画素がEB−TDI82の画素に比べてより小さいものを用いると有効である。つまり、写像投影光学系で拡大された信号のサイズに対して、多くのピクセル数で撮像することが可能となり、より高い分解能で検査や欠陥の種類等の分類・判定のための撮像が可能となる。   The detector 80a having such a configuration can perform image acquisition of the semiconductor wafer by the EB-TDI 82 using or referring to the electro-optical condition obtained when the EB-CCD 81 is used. After the inspection of the sample surface 201 by the EB-TDI 82, it is also possible to perform a review imaging using the EB-CCD 81 and perform a pattern defect evaluation. At this time, the EB-CCD 81 can accumulate images, thereby reducing noise, and review imaging of a defect detection site can be performed with high S / N. At this time, it is effective to use a pixel whose EB-CCD 81 is smaller than the pixel of the EB-TDI 82. In other words, it is possible to image with a large number of pixels for the signal size expanded by the mapping projection optical system, and it is possible to perform imaging for classification and determination of inspection, defect type, etc. with higher resolution. Become.

なお、EB−TDI82は電子を直接受け取って電子像を形成するために使用することができるよう、画素を二次元的に配列した例えば矩形形状をしており、画素サイズは、例えば12〜16〔μm〕である。一方、EB−CCD81の画素サイズは、例えば6〜8〔μm〕のものが使用される。   The EB-TDI 82 has, for example, a rectangular shape in which pixels are two-dimensionally arranged so that it can be used to directly receive electrons and form an electronic image. The pixel size is, for example, 12 to 16 [ μm]. On the other hand, the pixel size of the EB-CCD 81 is, for example, 6 to 8 [μm].

また、EB−TDI82は、パッケージ85の形に形成され、パッケージ85自体がフィードスルーの役目を果たし、パッケージのピン83は大気側にてカメラ84に接続される。   The EB-TDI 82 is formed in the shape of a package 85. The package 85 itself serves as a feedthrough, and the pins 83 of the package are connected to the camera 84 on the atmosphere side.

図14に示した構成とすると、FOP、ハーメチック用の光学ガラス、光学レンズ等による光変換損失、光伝達時の収差及び歪み、それによる画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等の欠点を解消することができる。   When the configuration shown in FIG. 14 is adopted, optical conversion loss due to FOP, hermetic optical glass, optical lens, etc., aberration and distortion at the time of light transmission, resulting in image resolution degradation, detection failure, high cost, large size, etc. Can be eliminated.

[複合型試料観察装置としての構成例]
図15は、本発明に係る試料観察装置の第3の全体構成例を示した図で、この試料観察装置は、光学顕微鏡による試料観察及びSEMによる試料観察も可能な、複合型試料観察装置として構成されている。
[Configuration example as a composite sample observation device]
FIG. 15 is a diagram showing a third overall configuration example of the sample observation apparatus according to the present invention. This sample observation apparatus is a composite sample observation apparatus capable of sample observation with an optical microscope and sample observation with an SEM. It is configured.

図15に示した複合型の試料観察装置は、試料キャリア190と、ミニエンバイロメント180と、ロードロック162と、トランスファーチャンバ161と、メインチャンバ160と、電子コラム130と、画像処理装置系90とを備えている。ミニエンバイロメント180には、大気搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等
が設けられている(図示せず)。また、常に真空状態のトランスファーチャンバ161には、真空用搬送ロボットが設けられており(図示せず)、これにより、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
The composite sample observation apparatus shown in FIG. 15 includes a sample carrier 190, a mini-environment 180, a load lock 162, a transfer chamber 161, a main chamber 160, an electronic column 130, an image processing apparatus system 90, and the like. It has. The mini-environment 180 is provided with an atmospheric transfer robot, a sample alignment device, a clean air supply mechanism, and the like (not shown). Further, the transfer chamber 161 always in a vacuum state is provided with a vacuum transfer robot (not shown), whereby generation of particles and the like due to pressure fluctuations can be minimized.

メインチャンバ160には、水平面内(xy平面内)でx方向、y方向、およびθ(回
転)方向に移動可能なステージ100が設けられており、当該ステージ100上には静電
チャックが設置されている。試料200そのもの或いはパレットや冶具に設置された状態の試料200は、この静電チャックによりステージ100上に載置される。
The main chamber 160 is provided with a stage 100 that can move in the x direction, the y direction, and the θ (rotation) direction in the horizontal plane (in the xy plane), and an electrostatic chuck is installed on the stage 100. ing. The sample 200 itself or the sample 200 placed on a pallet or jig is placed on the stage 100 by this electrostatic chuck.

メインチャンバ160の内部は、真空制御系150により、真空状態が保たれるように圧力制御される。また、メインチャンバ160、トランスファーチャンバ161及びロードロック162は、除振台170上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。   The inside of the main chamber 160 is pressure controlled by the vacuum control system 150 so that a vacuum state is maintained. Further, the main chamber 160, the transfer chamber 161, and the load lock 162 are placed on the vibration isolation table 170 so that vibration from the floor is not transmitted.

メインチャンバ160には電子コラム130が設置されている。この電子コラム130には、電子ビーム源10及び1次系レンズ20を含む1次光学系と、コンデンサレンズ30、E×B40、トランスファーレンズ50、NA調整用アパーチャ60、60a〜60c及びプロジェクションレンズ70を含む2次光学系のコラムと、試料200からの二次電子及びミラー電子を検出する検出器80が設置されている。また、電子コラム130の関連構成要素として、試料200の位置合わせに用いる光学的顕微鏡140や、レビュー観察に用いるSEM145が備えられている。   An electronic column 130 is installed in the main chamber 160. The electron column 130 includes a primary optical system including the electron beam source 10 and the primary lens 20, a condenser lens 30, an E × B 40, a transfer lens 50, NA adjustment apertures 60, 60 a to 60 c, and a projection lens 70. And a detector 80 for detecting secondary electrons and mirror electrons from the sample 200 are installed. Further, as related components of the electronic column 130, an optical microscope 140 used for alignment of the sample 200 and an SEM 145 used for review observation are provided.

検出器80からの信号は、画像処理装置系90に送られて信号処理される。信号処理は、観察を行っているオンタイム中の処理と画像のみ取得して後で処理するオフライン処理の両方が可能である。画像処理装置90で処理されたデータはハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタに表示することが可能である。例えば、観察領域・欠陥マップ・欠陥分類・パッチ画像等である。このような信号処理を行うため、システムソフト95が備えられている。また、電子コラム系130に電源を供給すべく、電子光学系制御電源118が備えられている。電子光学系制御電源118の中には、電子ビーム源10の電子源11に電力を供給する電源115と、電源115を制御する照射エネルギ制御手段110が含まれている。   The signal from the detector 80 is sent to the image processing apparatus system 90 for signal processing. Signal processing can be performed both during on-time processing during observation and offline processing in which only images are acquired and processed later. Data processed by the image processing apparatus 90 is stored in a recording medium such as a hard disk or memory. Further, it can be displayed on the console monitor as necessary. For example, an observation area, a defect map, a defect classification, a patch image, and the like. In order to perform such signal processing, system software 95 is provided. An electron optical system control power supply 118 is provided to supply power to the electron column system 130. The electron optical system control power supply 118 includes a power supply 115 that supplies power to the electron source 11 of the electron beam source 10 and an irradiation energy control means 110 that controls the power supply 115.

次に、試料200の搬送機構について説明する。   Next, a transport mechanism for the sample 200 will be described.

ウエハ、マスクなどの試料200は、ロードポート190より、ミニエンバイロメント180中に搬送され、その中でアライメント作業がおこなわれる。さらに、試料200は大気搬送ロボットによりロードロック162に搬送される。ロードロック162内では、真空ポンプ(図示せず)により、大気状態から真空状態となるように排気がなされる。この排気によりロードロック162内が一定圧力(例えば、1〔Pa〕程度)以下になると、試料200は、トランスファーチャンバ161に設けられた真空搬送ロボットによりロードロック162からメインチャンバ160に搬送され、ステージ100が有する静電チャック機構の上に設置される。   A sample 200 such as a wafer or mask is transferred from the load port 190 into the mini-environment 180, and alignment work is performed therein. Further, the sample 200 is transferred to the load lock 162 by the atmospheric transfer robot. In the load lock 162, the vacuum pump (not shown) exhausts the air from the atmospheric state to the vacuum state. When the pressure in the load lock 162 is reduced to a predetermined pressure (for example, about 1 [Pa]) or less by this exhaust, the sample 200 is transferred from the load lock 162 to the main chamber 160 by the vacuum transfer robot provided in the transfer chamber 161, and the stage It is installed on the electrostatic chuck mechanism 100 has.

[本発明の基本的原理]
上述したとおり、遷移領域において発生するミラー電子を利用し、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eを分離することにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得したり、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域203の構造情報を得た電子eの分離を行わずに試料観察して得られる画像に比較して、顕著に高いコントラストを得ることが可能となる。
[Basic Principle of the Present Invention]
As described above, by separating the electronic e i that utilizes mirror electrons generated to obtain structural information of the electronic e c and an insulating region to obtain structural information conductive regions in the transition region, the luminance of the conductive regions insulated If the image is acquired under conditions higher than the brightness of the region, or conversely, if the image is acquired under conditions where the brightness of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, the structure information of the conductive region is obtained. compared to the image obtained by sample observation without separation of electrons e i obtained structural information of the electronic e c and the insulating region 203 was obtained, it is possible to obtain a significantly higher contrast.

しかし、本発明者らの検討によれば、観察対象となる試料の表面に絶縁領域と導電領域が形成されており、その試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出する必要がある場合には、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得するか、或いはこれとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することのみでは、何れか一方の種類の欠陥の検出は容易になる反面、他方の種類の欠陥の検出がし難くなる場合が生じ得ることが分かってきた。   However, according to the study by the present inventors, an insulating region and a conductive region are formed on the surface of the sample to be observed, and it is necessary to detect both missing defects and open defects on the sample surface with high accuracy. If there is, the image is acquired under the condition that the luminance of the conductive area is higher than the luminance of the insulating area, or conversely, the image is acquired under the condition that the luminance of the insulating area is higher than the luminance of the conductive area. It has been found that it is easy to detect any one type of defect by acquiring only the error, but it may be difficult to detect the other type of defect.

具体的には、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、欠落欠陥の検出は容易になる反面、開放欠陥(オープン欠陥)の検出がし難くなる場合がある。これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、開放欠陥(オープン欠陥)の検出は容易になる反面、欠落欠陥(ショート欠陥)の検出がし難くなる場合がある。   Specifically, when an image is acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, it is easy to detect a missing defect, but it is difficult to detect an open defect (open defect). There is a case. On the other hand, when an image is acquired under the condition that the brightness of the insulating region is higher than that of the conductive region, open defects (open defects) can be easily detected, but missing defects (short defects) can be detected. It may be difficult to detect.

本発明に係る試料観察方法は、このような知見に基づき、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得とを行い、これらの画像に基づいて、試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することとしている。   Based on such knowledge, the sample observation method according to the present invention acquires images under conditions where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, and the condition where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. In this case, images are acquired, and based on these images, both missing defects and open defects on the sample surface are detected with high accuracy.

つまり、本発明に係る試料観察方法では、絶縁領域と導電領域を有する試料面に、当該試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に調整された照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームを照射し、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料面の画像を、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)とで取得する。なお、これらの画像は、A条件に続いてB条件で取得されてもよく、B条件に続いてA条件で取得されてもよい。   In other words, in the sample observation method according to the present invention, irradiation is performed in which the electrons obtained from the structure information of the sample surface are adjusted to a transition region including both mirror electrons and secondary electrons on the sample surface having the insulating region and the conductive region. An imaging electron beam of energy (LE) is irradiated, and an image of the sample surface that has been irradiated with the imaging electron beam has a condition (A condition) where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region and the luminance of the insulating region. It is acquired under a condition (B condition) higher than the luminance of the conductive region. These images may be acquired under the B condition following the A condition, or may be acquired under the A condition following the B condition.

図16は、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)下で取得した画像と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)下で取得した画像のそれぞれにおける、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の現れ方を概念的に示すための図である。ここで、欠落欠陥(ショート欠陥)は、WやCuなどの導電材料でライン状に形成された領域(導電領域)の一部に短絡(ショート)がある状態であり、開放欠陥(オープン欠陥)は、導電材料でライン状に形成された領域(導電領域)の一部が断線(オープン)している状態である。   FIG. 16 illustrates an image acquired under a condition (A condition) where the luminance of the conductive area is higher than that of the insulating area and an image acquired under a condition (B condition) where the luminance of the insulating area is higher than the luminance of the conductive area. It is a figure for showing notionally how a missing defect (short defect) and an open defect (open defect) appear in each. Here, the missing defect (short defect) is a state in which a short circuit (short) exists in a part of a region (conductive region) formed in a line shape with a conductive material such as W or Cu, and an open defect (open defect). Is a state where a part of a region (conductive region) formed in a line shape with a conductive material is disconnected (open).

具体的には、既に図6(A)において説明したように、これらA条件およびB条件はそれぞれ、NAアパーチャ61の位置調整により、導電領域の構造情報を得た電子eのみを多く検出器80に導くことおよび絶縁領域の構造情報を得た電子eのみを多く検出器80に導くことにより実現される。 Specifically, as already described in FIG. 6 (A), the each of these A conditions and B conditions, the position adjustment of the NA aperture 61, the electron e c only many detectors to obtain structural information conductive region it leads to 80 and only electrons e i obtained structural information of the insulating region is achieved by directing a number detector 80.

図16(A)はWやCuなどの導電材料の領域(導電領域)310とSiOなどの絶縁材料の領域(絶縁領域)320とを有する試料面上の一部300を模式的に表した図で、図16(A)(a)はライン状に形成された導電材料の一部領域に欠落欠陥(ショート欠陥)330がある状態を示しており、図16(A)(b)はライン状に形成された導電材料の一部領域に開放欠陥(オープン欠陥)340がある状態を示している。 FIG. 16A schematically shows a part 300 on the sample surface having a region (conductive region) 310 of a conductive material such as W or Cu and a region (insulating region) 320 of an insulating material such as SiO 2 . 16 (A) and 16 (a) show a state in which there is a missing defect (short defect) 330 in a partial region of the conductive material formed in a line shape, and FIGS. 16 (A) and 16 (b) show the line. A state in which there is an open defect (open defect) 340 in a partial region of the conductive material formed in the shape is shown.

また、図16(B)は、上記試料面に、当該試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に調整された照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームを照射し、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料面の画像を、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)で取得した画像を模式的に表した図で、図16(B)(a)は図16(A)(a)に対応し、図16(B)(b)は図16(A)(b)に対応し
ている。
FIG. 16B shows an imaging electron beam of irradiation energy (LE) in which the electrons obtained from the sample surface structure information are adjusted to a transition region including both mirror electrons and secondary electrons on the sample surface. The image of the sample surface irradiated with the imaging electron beam is schematically represented by an image obtained under the condition (A condition) where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. 16 (B) (a) corresponds to FIGS. 16 (A) and 16 (a), and FIGS. 16 (B) and 16 (b) correspond to FIGS. 16 (A) and 16 (b).

さらに、図16(C)は、上記と逆の撮像条件とし、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)として、コントラストを反転させて取得した画像を模式的に表した図で、図16(C)(a)は図16(A)(a)に対応し、図16(C)(b)は図16(A)(b)に対応している。   Further, FIG. 16C schematically shows an image obtained by inverting the contrast under the imaging condition opposite to the above and under the condition (B condition) where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. 16C and 16A correspond to FIGS. 16A and 16A, and FIGS. 16C and 16B correspond to FIGS. 16A and 16B.

図16(B)を参照すると、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)で取得した画像では、導電領域の輝度が相対的に高いことに起因して、欠落欠陥(ショート欠陥)は強調されて実際の欠陥サイズよりも大きく表れている(図16(B)(a))。これとは逆に、絶縁領域の輝度が相対的に低いことに起因して、開放欠陥(オープン欠陥)は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている(図16(B)(b))。   Referring to FIG. 16B, in an image acquired under a condition (A condition) in which the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, the defect defect ( (Short defects) are emphasized and appear larger than the actual defect size (FIGS. 16B and 16A). On the contrary, due to the relatively low brightness of the insulating region, open defects (open defects) appear smaller than the actual defect size (FIGS. 16B and 16B).

一方、図16(C)を参照すると、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)で取得した画像では、絶縁領域の輝度が相対的に高いことに起因して、欠落欠陥(ショート欠陥)は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている(図16(C)(a))。これとは逆に、導電領域の輝度が相対的に低いことに起因して、開放欠陥(オープン欠陥)は実際の欠陥サイズよりも大きく表れている(図16(B)(b))。   On the other hand, referring to FIG. 16C, an image acquired under a condition (B condition) in which the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region is lost due to the relatively high luminance of the insulating region. Defects (short defects) appear smaller than the actual defect size (FIGS. 16C and 16A). On the contrary, due to the relatively low luminance of the conductive region, open defects (open defects) appear larger than the actual defect size (FIGS. 16B and 16B).

同様の現象は、欠陥が不完全な場合であっても生じる。   A similar phenomenon occurs even when the defect is incomplete.

図17(A)(a)はライン状に形成された絶縁材料の一部領域に不完全な欠落欠陥(ショート欠陥)335がある状態を示しており、図17(A)(b)はライン状に形成された絶縁材料の一部領域に不完全な開放欠陥(オープン欠陥)345がある状態を示している。   FIGS. 17A and 17A show a state in which an incomplete missing defect (short defect) 335 is present in a partial region of the insulating material formed in a line, and FIGS. 17A and 17B show a line. A state in which an incomplete open defect (open defect) 345 is present in a partial region of the insulating material formed in the shape is shown.

また、図17(B)は、上述した撮像電子ビームの照射条件下で、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)で取得した画像を模式的に表した図で、図17(B)(a)は図17(A)(a)に対応し、図17(B)(b)は図17(A)(b)に対応している。   FIG. 17B is a diagram schematically showing an image acquired under the condition (A condition) where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region under the above-described irradiation condition of the imaging electron beam. FIGS. 17B and 17A correspond to FIGS. 17A and 17A, and FIGS. 17B and 17B correspond to FIGS. 17A and 17B.

さらに、図17(C)は、上記と逆の撮像条件とし、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)として、コントラストを反転させて取得した画像を模式的に表した図で、図17(C)(a)は図17(A)(a)に対応し、図17(C)(b)は図17(A)(b)に対応している。   Further, FIG. 17C schematically shows an image obtained by inverting the contrast under the imaging condition opposite to the above and under the condition (B condition) where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. 17C and 17A correspond to FIGS. 17A and 17A, and FIGS. 17C and 17B correspond to FIGS. 17A and 17B.

図17(B)を参照すると、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)で取得した画像では、導電領域の輝度が相対的に高いことに起因して、不完全欠落欠陥(不完全ショート欠陥)は強調されて実際の欠陥サイズよりも大きく表れている(図17(B)(a))。これとは逆に、絶縁領域の輝度が相対的に低いことに起因して、不完全開放欠陥(不完全オープン欠陥)は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている(図17(B)(b))。   Referring to FIG. 17B, in an image acquired under the condition where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region (A condition), incomplete omission is caused by the relatively high luminance of the conductive region. Defects (incomplete short defects) are emphasized and appear larger than the actual defect size (FIGS. 17B and 17A). On the other hand, due to the relatively low brightness of the insulating region, the incomplete open defect (incomplete open defect) appears smaller than the actual defect size (FIG. 17B, (b) )).

一方、図17(C)を参照すると、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)で取得した画像では、絶縁領域の輝度が相対的に高いことに起因して、不完全欠落欠陥(不完全ショート欠陥)は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている(図17(C)(a))。これとは逆に、導電領域の輝度が相対的に低いことに起因して、不完全開放欠陥(不完全オープン欠陥)は実際の欠陥サイズよりも大きく表れている(図17(B)(b))。   On the other hand, referring to FIG. 17C, an image acquired under a condition (B condition) where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region is not good due to the relatively high luminance of the insulating region. Completely missing defects (incomplete short defects) appear smaller than the actual defect size (FIGS. 17C and 17A). On the contrary, due to the relatively low luminance of the conductive region, the incomplete open defect (incomplete open defect) appears larger than the actual defect size (FIG. 17B, (b) )).

このような現象が起こる理由は、下記のような理由によるものと考えられる。すなわち、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件(A条件)で画像を取得する場合には、欠落欠陥(ショート欠陥)や開放欠陥(オープン欠陥)の近傍の導電材料から放出された電子が拡散し、その作用により、欠落欠陥(ショート欠陥)部分はより広く、開放欠陥(オープン欠陥)部分はより狭く、撮像される。これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件(B条件)で画像を取得する場合には、欠落欠陥(ショート欠陥)や開放欠陥(オープン欠陥)から放出された電子が拡散し、その作用により、欠落欠陥(ショート欠陥)部分はより狭く、開放欠陥(オープン欠陥)部分はより広く、撮像される。   The reason why such a phenomenon occurs is considered to be as follows. That is, when an image is acquired under the condition where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region (A condition), it is emitted from the conductive material in the vicinity of the missing defect (short defect) or the open defect (open defect). Electrons are diffused, and due to the action, a missing defect (short defect) portion is wider and an open defect (open defect) portion is narrower, and an image is taken. On the contrary, when an image is acquired under a condition (B condition) where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, electrons emitted from missing defects (short defects) or open defects (open defects). As a result, the missing defect (short defect) portion is narrowed and the open defect (open defect) portion is imaged wider.

このように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得とを行うこととすれば、これらのコントラストが反転した画像に基づいて、試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。   As described above, if the image acquisition is performed under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, and the image is acquired under the condition that the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, Based on these contrast-inverted images, it is possible to detect both missing defects and open defects on the sample surface with high accuracy.

以下に、実施例により本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

[材料コントラストの最適化]
本実施例で用いた試料は、図16及び図17に示したものと同様のライン・アンド・スペース(L&S)が形成されたパターンを有するものであり、その表面には、導電材料であるCuの領域(導電領域)310と絶縁材料であるSiOの領域(絶縁領域)320が形成され、ライン幅およびスペース幅は何れも43nmである。
[Optimization of material contrast]
The sample used in this example has a pattern in which a line and space (L & S) similar to that shown in FIGS. 16 and 17 is formed, and Cu is a conductive material on the surface thereof. Region (conductive region) 310 and a region (insulating region) 320 of SiO 2 that is an insulating material are formed, and the line width and space width are both 43 nm.

図18は、この試料の表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図18(A)は、照射エネルギ(LE)、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図18(B)は、この表をグラフとして示した図で、横軸には照射エネルギ(LE)を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、このときの撮像は、NA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61の中心を、導電領域202から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置に合わせて行っている。なお、階調を示す[DN]は「Digital Number」に意味であり、黒と白階調を8bitで表したもので、DN=0は黒を、DN=255は白を意味する画素情報である。 FIG. 18 shows the results of an experiment conducted to determine the optimum value of the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam irradiated on the surface of the sample. FIG. 18A summarizes the irradiation energy (LE), the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material, and the contrast as a table. FIG. 18B is a graph showing this table. The horizontal axis represents the irradiation energy (LE), the left vertical axis represents the luminance [DN] of the conductive material and the insulating material, and the right vertical The axis shows contrast. The imaging of this time, the center of the NA aperture 61 of the NA adjusting aperture 60, have gone to suit almost matched positions in the center of the orbit of emitted electrons e c from the conductive area 202. [DN] indicating gradation is a meaning of “Digital Number”, and black and white gradations are represented by 8 bits. DN = 0 indicates black, DN = 255 indicates pixel information. is there.

この例では、照射エネルギ(LE)が3.2[eV]のときに最も高いコントラスト(0.41)が得られている。   In this example, the highest contrast (0.41) is obtained when the irradiation energy (LE) is 3.2 [eV].

[帯電電子ビームのドーズ量の最適化]
図19は、この試料の表面に照射する帯電電子ビームのドーズ量の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図19(A)は、ビームドーズ量[mC/cm]、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図19(B)は、この表をグラフとして示した図で、横軸にはビームドーズ量[mC/cm]を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、このときの撮像もまた、NA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61の中心を、導電領域202から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置に合わせて行っている。ここで、ビームドーズ量は、ビーム電流密度と照射時間の積で定義される。
[Optimization of charged electron beam dose]
FIG. 19 shows the result of an experiment conducted to determine the optimum value of the dose amount of the charged electron beam irradiated on the surface of the sample. FIG. 19A summarizes the beam dose [mC / cm 2 ], the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material, and the contrast as a table. FIG. 19B is a graph showing this table. The horizontal axis represents the beam dose [mC / cm 2 ], and the left vertical axis represents the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material. The right vertical axis indicates contrast. The imaging of this time also, the center of the NA aperture 61 of the NA adjusting aperture 60, have gone to suit almost matched positions in the center of the orbit of emitted electrons e c from the conductive area 202. Here, the beam dose is defined by the product of the beam current density and the irradiation time.

この例では、ドーズ量に伴ってコントラストは高くなるが、概ね2[mC/cm]の
ドーズ量でコントラストは飽和している。つまり、高いコントラストで撮像するために照射すべき帯電電子ビームのドーズ量は、概ね2[mC/cm]程度で十分であることが分かる。
In this example, the contrast increases with the dose, but the contrast is saturated at a dose of approximately 2 [mC / cm 2 ]. That is, it can be seen that the dose amount of the charged electron beam to be irradiated for imaging with high contrast is about 2 [mC / cm 2 ].

[NA結像モードによる電子分布の位置確認]
本発明では、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離を行うことにより高いコントラストを得て、欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の双方を高感度・高精度で検出することとしている。このような導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eとの分離はNAアパーチャの位置調整により行うことが可能であることから、本発明では、NA結像モードにより試料面の導電領域および絶縁領域からの電子の分布を直接観察することにより、NAアパーチャの位置調整を高い精度で行うことを可能としている。以下に、具体的な手順の例を説明する。
[Position confirmation of electron distribution by NA imaging mode]
In the present invention, to obtain a high contrast by separation of electrons e i obtained structural information conductive region and electrons e c to obtain structural information of the insulating region, missing defect (short defect) and an open defect ( Both open defects) are detected with high sensitivity and high accuracy. The separation of the electron e c obtained from the structure information of the conductive region and the electron e i obtained the structure information from the insulating region can be performed by adjusting the position of the NA aperture. By directly observing the distribution of electrons from the conductive region and insulating region on the sample surface in the imaging mode, the position adjustment of the NA aperture can be performed with high accuracy. Below, the example of a specific procedure is demonstrated.

NA調整用アパーチャ60と検出器80との間に設けられているプロジェクションレンズ70を所定の電圧である5500Vとし、NA結像モードにより、NA調整用アパーチャ60の位置における導電材料202の表面構造情報を得た電子e及び絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eのそれぞれの分布の位置関係を確認した。具体的には、帯電電子ビームのドーズ量を変化させ、当該ドーズ量の変化に伴って、絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eの分布状態(軌道の中心)が、導電材料202の表面構造情報を得た電子eの分布状態(軌道の中心)からどれだけシフトするかを確認した。 The projection lens 70 provided between the NA adjustment aperture 60 and the detector 80 is set to a predetermined voltage of 5500 V, and the surface structure information of the conductive material 202 at the position of the NA adjustment aperture 60 is determined by the NA imaging mode. The positional relationship between the distribution of the electron e c obtained and the electron e i obtained the surface structure information of the insulating material 201 was confirmed. Specifically, charging electron beam by changing the dose amount of, with a change of the dose distribution state of the electronic e i to obtain a surface structure information of the insulating material 201 (the center of the track) is, the conductive material 202 confirming how much to shift the distribution of electrons e c to obtain a surface structure information (the center of the track).

図20は、NA結像モードによる電子分布の位置確認の結果を説明するための図である。図20(A)は、ビームドーズ量[mC/cm]と当該ドーズ量の帯電電子ビームを照射した際の、絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eの分布状態のずれ、すなわち、導電材料202の表面構造情報を得た電子eの分布状態からどれだけシフトしたかを纏めた表である。また、図20(B)は、この表をグラフとして示した図で、横軸にはビームドーズ量[mC/cm]を、左縦軸には絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eの分布状態のシフト量を示している。ここで、シフト方向をY方向とした。 FIG. 20 is a diagram for explaining the result of confirming the position of the electron distribution in the NA imaging mode. FIG. 20 (A) beam dose amount [mC / cm 2] and when irradiated with charged electron beam of the dose, the deviation of the distribution state of the electronic e i to obtain a surface structure information of an insulating material 201, i.e., to obtain surface structure information of the conductive material 202 from the distribution of the electron e c is a table summarizing how much shifted. FIG. 20B is a graph showing the table. The horizontal axis represents the beam dose [mC / cm 2 ], and the left vertical axis represents the surface structure information of the insulating material 201. The shift amount of the distribution state of i is shown. Here, the shift direction was taken as the Y direction.

なお、左縦軸に示した電子eの分布状態のシフト量は規格化した値として示している。このシフト量の規格化は、導電材料からの電子を通すNAアパーチャの位置を0とし、コントラストが反転する条件でのNAアパーチャの位置を1として行った。また、上述した帯電電子ビームのドーズ量の最適化実験の結果に基づき、帯電電子ビームの照射量の上限値を2[mC/cm]とした。さらに、参考のため、L&S幅が35nmの試料およびL&S幅が65nmの試料についても同様の実験を行った。 Note that the shift amount of the distribution of electrons e i shown in the left vertical axis represents a value normalized. The shift amount was normalized by setting the position of the NA aperture through which electrons from the conductive material pass to 0 and setting the position of the NA aperture to 1 under the condition that the contrast is inverted. Further, based on the result of the optimization experiment of the dose amount of the charged electron beam described above, the upper limit value of the dose of charged electron beam was set to 2 [mC / cm 2 ]. Further, for the sake of reference, the same experiment was performed on a sample having an L & S width of 35 nm and a sample having an L & S width of 65 nm.

図20に示した結果によれば、帯電電子ビームのドーズ量と絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eの分布状態のずれ量はほぼ比例している。従って、帯電電子ビームのドーズ量の最適化実験の結果を考慮すると、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eを分離して高いコントラストを得るためには、帯電電子ビームの照射量を2[mC/cm]程度とし、さらに、NA調整用アパーチャ60の孔部であるNAアパーチャ61を所定の量だけY方向にずらすことで、導電領域202の構造情報を得た電子eを選択的に検出器80に導く条件と絶縁領域203の構造情報を得た電子eを選択的に検出器80に導く条件での撮像を行えばよいことが分かる。 According to the results shown in FIG. 20, the deviation amount of the distribution of electrons e i to obtain a surface structure information of the dose and the insulating material 201 charged electron beam is approximately proportional. Therefore, considering the result of the optimization experiment of the dose amount of the charged electron beam, the electron e c obtained from the structural information of the conductive region and the electron e i obtained from the structural information of the insulating region are separated to obtain a high contrast. In this case, the irradiation amount of the charged electron beam is set to about 2 [mC / cm 2 ], and the NA aperture 61, which is the hole of the NA adjustment aperture 60, is shifted in the Y direction by a predetermined amount. the electronic e c to obtain structural information selectively can be be performed imaging under conditions leading to electron e i obtained structural information conditions as the insulating region 203 leading to the detector 80 to selectively detector 80 I understand.

また、図20に示した結果によれば、配線幅(L&S幅)が広い試料では、絶縁材料の体積が大きい分だけ、基板電位の変化(ΔV)が大きくなり、そのため絶縁材料201の表面構造情報を得た電子eの分布のシフト量も大きい。これとは逆に、配線幅(L&S幅)が細くなるに従って絶縁材料の体積が小さくなるため、基板電位の変化(ΔV)は小
さくなり、そのため、高いコントラストを得ることが難しくなる。
Further, according to the result shown in FIG. 20, in the sample having a wide wiring width (L & S width), the change in substrate potential (ΔV) increases as the volume of the insulating material increases, so that the surface structure of the insulating material 201 is increased. The shift amount of the distribution of the electron e i from which information is obtained is also large. On the contrary, since the volume of the insulating material becomes smaller as the wiring width (L & S width) becomes smaller, the change (ΔV) in the substrate potential becomes smaller, and it becomes difficult to obtain high contrast.

[基板帯電時における最適照射エネルギ(LE)]
上述したとおり、帯電電子ビームの照射により導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eの分離が容易になり、その結果、高いコントラストを得易くなる。これは、帯電電子ビームの照射により基板電位が変化(ΔV)し、これにより絶縁材料の表面構造情報を得た電子eの分布がシフトすることによる。このことは、基板電位の変化量(ΔV)から、絶縁材料の表面構造情報を得た電子eの分布がシフト量を推定することができることを意味する。
[Optimum irradiation energy (LE) during substrate charging]
As described above, facilitates the separation of the electrons e i obtained structural information with the electronic e c to obtain structural information conductive region by the irradiation of the charged electron beam insulating region, easily obtain a high contrast. This substrate potential by the irradiation of the charged electron beam is changed ([Delta] V), thereby by shifting the distribution of the electron e i to obtain a surface structure information of an insulating material. This is the amount of change in the substrate potential from ([Delta] V), the distribution of electrons e i to obtain a surface structure information of an insulating material which means that it is possible to estimate the shift amount.

図21は、帯電状態にある試料の表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図21(A)は、照射エネルギ(LE)、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図21(B)は、この表をグラフとして示した図で、横軸には照射エネルギ(LE)を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、このときの撮像も、NA調整用アパーチャ60のNAアパーチャ61の中心を、導電領域202から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置に合わせて行っている。 FIG. 21 shows the result of an experiment conducted to determine the optimum value of the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam irradiated on the surface of the charged sample. FIG. 21A summarizes the irradiation energy (LE), the luminance [DN] of each of the conductive material and the insulating material, and the contrast as a table. FIG. 21B is a graph showing this table. The horizontal axis represents irradiation energy (LE), the left vertical axis represents the luminance [DN] of the conductive material and the insulating material, and the right vertical The axis shows contrast. Also imaging of this time, the center of the NA aperture 61 of the NA adjusting aperture 60, have gone to suit almost matched positions in the center of the orbit of emitted electrons e c from the conductive area 202.

図21(B)を図18(B)と比較すると、帯電状態にある試料の表面に撮像電子ビームが照射された場合(図21(B))には、非帯電状態にある試料の表面に撮像電子ビームが照射された場合(図18(B))に比較して高いコントラスト(7.8)が得られ、これに対応する照射エネルギ(LE)は低エネルギ側にシフトしている。これは、既に説明したように、試料面の絶縁領域が帯電状態にあるために基板電位が変化(約1V)し、その結果、絶縁領域203から放出された電子eの軌道の中心が帯電領域202から放出された電子eの軌道の中心と顕著にずれたために、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eの分離の度合いが大きくなったためである。 When FIG. 21B is compared with FIG. 18B, when the surface of the charged sample is irradiated with the imaging electron beam (FIG. 21B), the surface of the uncharged sample is irradiated. A high contrast (7.8) is obtained as compared with the case where the imaging electron beam is irradiated (FIG. 18B), and the irradiation energy (LE) corresponding thereto is shifted to the low energy side. This is because, as already explained, changes in the substrate potential to the insulating region of the sample surface is charged state (approximately 1V), as a result, the center of the orbit of the electron e i emitted from the insulating region 203 is charged to significantly shift the center of the orbit of emitted electrons e c from the area 202, the degree of separation of electrons e i obtained structural information conductive region and electrons e c to obtain structural information of the insulating region is increased This is because.

従って、予め、試料表面の帯電状態(基板電位)により最適照射エネルギ(LE)がどのように変化するかを知っておくことにより、絶縁領域203から放出された電子eの軌道の中心のずれ量を推定することが可能である。つまり、基板電位から電子eの軌道の中心位置のシフト量が推定できる。具体的には、帯電前後の照射エネルギ(LE)のシフト量から基板電位のシフト量を読み取る。上述したように、帯電状態が変化するとそれに伴って電子のエネルギ(速度)が変化することとなり、電磁場発生手段(E×B)を通過する際に受けるF=e・(v×B)の力も変化するから、E×B通過時の軌道シフト量を計算することができる。そして、このE×B通過時の軌道シフト量からNAアパーチャの位置におけるシフト量が計算できるから、電子eの軌道の中心位置の実際のシフト量を検証することができる。 Therefore, in advance, by to know what the optimal irradiation energy (LE) how changes by the charging state of the sample surface (the substrate potential), the deviation of the center of the orbit of emitted electrons e i from the insulating region 203 It is possible to estimate the quantity. That is, the shift amount of the center position of the trajectory of the electrons e i from the substrate potential can be estimated. Specifically, the shift amount of the substrate potential is read from the shift amount of the irradiation energy (LE) before and after charging. As described above, when the charged state changes, the energy (velocity) of electrons changes accordingly, and the force of F = e · (v × B) received when passing through the electromagnetic field generating means (E × B) is also obtained. Since it changes, it is possible to calculate the trajectory shift amount when passing E × B. Then, because it calculates the shift amount in the position of the NA aperture from the track shift amount of the E × B during the passage, it is possible to verify the actual shift amount of the center position of the orbit of the electron e i.

[NAアパーチャの位置調整によるコントラストの反転]
図22は、NAアパーチャの位置調整によるコントラストの反転について説明するための図である。図22(A)は、NAアパーチャの中心位置を、導電領域から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置(規格化位置=0)からY方向に移動(規格化位置=1.0まで)させた際の、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図22(B)は、この表をグラフとして示した図で、横軸にはNAアパーチャの中心位置[規格化位置]を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度[DN]を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、この際の撮像は、帯電電子ビームを試料面に2[mC/cm]照射し、導電材料の輝度が最大となるNAアパーチャの中心位置を規格化位置=0として行った。ここで、「規格化位置」とは、上述したとおり、導電材料の電子を通すNAアパーチャの位置を0、コントラス
トの反転するNAアパーチャの位置を1とした場合の相対的な座標を示す。
[Contrast inversion by adjusting the position of the NA aperture]
FIG. 22 is a diagram for explaining the reversal of contrast by adjusting the position of the NA aperture. FIG. 22 (A) moves the center position of the NA aperture substantially matched positions in the center of the orbit of the electron e c emitted from the conductive area from the (normalized position = 0) in the Y direction (normalized position = 1 The brightness [DN] and contrast of each of the conductive material and the insulating material are summarized as a table. FIG. 22B is a graph showing this table. The horizontal axis indicates the center position [normalized position] of the NA aperture, and the left vertical axis indicates the luminance [DN] of the conductive material and the insulating material. ] And the right vertical axis indicates contrast. The imaging at this time was performed by irradiating the sample surface with 2 [mC / cm 2 ] of the charged electron beam and setting the center position of the NA aperture at which the luminance of the conductive material is maximized as the normalized position = 0. Here, as described above, the “normalized position” indicates relative coordinates when the position of the NA aperture through which electrons of the conductive material pass is 0 and the position of the NA aperture where the contrast is inverted is 1.

この図に示すように、NAアパーチャの位置を規格化位置=0からY方向にずらしてゆくと、導電材料の輝度が低下する一方で絶縁材料の輝度は高くなり、その結果、コントラストは徐々に低くなる。そして、NAアパーチャの中心位置が規格化位置=0.6では導電材料の輝度と絶縁材料の輝度は等しくなり、コントラストが得られなくなる。さらにNAアパーチャの位置をY方向にずらしてゆくと、導電材料の輝度は更に低下する一方で絶縁材料の輝度は更に高くなり、その結果、コントラストは反転して徐々に高くなる。このように、NAアパーチャの位置を調整することにより、コントラストを反転させることができる。   As shown in this figure, when the position of the NA aperture is shifted from the normalized position = 0 in the Y direction, the luminance of the conductive material decreases while the luminance of the insulating material increases, and as a result, the contrast gradually increases. Lower. When the center position of the NA aperture is the normalized position = 0.6, the luminance of the conductive material is equal to the luminance of the insulating material, and contrast cannot be obtained. Further, when the position of the NA aperture is shifted in the Y direction, the luminance of the conductive material is further reduced while the luminance of the insulating material is further increased. As a result, the contrast is reversed and gradually increased. In this way, the contrast can be reversed by adjusting the position of the NA aperture.

図23は、NAアパーチャの位置調整に伴うコントラスト反転の様子を概念的に説明するための図で、NAアパーチャの中心位置が導電領域から放出された電子eの軌道の中心に略一致した位置(規格化位置NP=0)にあるときには、主として電子eが検出器に導かれる。NAアパーチャの中心位置をY方向にずらしてゆくと、NAアパーチャを通過できる電子eの量は減少する一方でNAアパーチャを通過できる電子eの量は増大し、規格化位置NP=0.6では、両者の電子量は一致して輝度に差が生じなくなり、コントラストが得られなくなる。さらにNAアパーチャの中心位置をY方向にずらしてゆくと、NAアパーチャを通過できる電子eの量は更に減少する一方でNAアパーチャを通過できる電子eの量は更に増大し、規格化位置NP=1.0では、両者の電子量は逆転してコントラストが反転する。 Figure 23 is a diagram for conceptually explaining how contrast reversal caused by positional adjustment of the NA aperture and substantially coincides with the center of the orbit of emitted electrons e c center position of the NA aperture a conductive region located when in the (normalized position NP = 0) is mainly electrons e c is guided to the detector. When the center position of the NA aperture Yuku shifted in the Y direction, the amount of electrons e i the amount of electrons e c that can pass through the NA aperture can pass through the NA aperture while decreases increase, normalized position NP = 0. In No. 6, the amount of electrons of the two coincides and no difference in brightness occurs, so that contrast cannot be obtained. Further Yuku shifting the center position of the NA aperture in the Y direction, the amount of electrons e i amounts that can pass through the NA aperture while reducing further the electronic e c that can pass through the NA aperture further increases, normalized position NP At 1.0, the amount of electrons of both is reversed and the contrast is reversed.

[本発明の試料観察方法の手順]
図24は、本発明の試料観察方法における、電子軌道シフト量のドーズ量依存性を決定する手順、および、材料コントラストの反転を確認する手順を例示により説明するためのフローチャートである。なお、個々のステップにつき既に説明した部分については、その詳細は省略する。
[Procedure for Sample Observation Method of the Present Invention]
FIG. 24 is a flowchart for exemplifying the procedure for determining the dose dependency of the electron orbit shift amount and the procedure for confirming the reversal of the material contrast in the sample observation method of the present invention. The details of the parts already described for each step are omitted.

先ず、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)を上述した遷移領域に調整し(S102)、絶縁領域と導電領域を有する観察対象試料の表面に撮像電子ビームを照射する(S103)。   First, the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam is adjusted to the transition region described above (S102), and the imaging electron beam is irradiated onto the surface of the observation target sample having the insulating region and the conductive region (S103).

NAアパーチャ移動機構によりNAアパーチャの位置を面内で調整して、導電領域の構造情報を得た電子eの軌道の中心にNAアパーチャの中心位置を合わせる(S104)。そして、この状態で、絶縁領域と導電領域の輝度の差、すなわち材料コントラストが最大となるように、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)を調整する(S105)。 By adjusting the position of the NA aperture in the plane by NA aperture movement mechanism, aligning the center position of the NA aperture in the center of the orbit of the electron e c to obtain structural information conductive region (S104). In this state, the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam is adjusted so that the difference in luminance between the insulating region and the conductive region, that is, the material contrast is maximized (S105).

次に、試料面に所定のドーズ量の帯電電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させ(S106)、帯電状態にある絶縁領域からの電子eの軌道の中心がNAアパーチャの位置でどの程度シフトしたかを確認する(S107)。以後、ステップS106とステップS107を繰り返し、帯電状態にある絶縁領域からの電子eの軌道シフト量のドーズ量依存性を求める(S108)。 Next, the sample surface is irradiated with the charged electron beam of a predetermined dose amount is charged an insulating region (S106), how much the center position of the NA aperture of the trajectory of the electrons e i from the insulating area in the charged state It is confirmed whether the shift has been performed (S107). Thereafter, repeat Step S106 and Step S107, obtains the track shift amount of the dose dependence of the electron e i from the insulating area in the charged state (S108).

帯電状態にある絶縁領域からの電子eの軌道シフト量のドーズ量依存性が求められたら(S108:Yes)、そのデータに基づいて適正なドーズ量を決定する(S109)。 When the track shift of the dose dependence of the electron e i from the insulating area in the charged state is determined (S108: Yes), it determines the appropriate dose on the basis of the data (S109).

適正ドース量の決定後、再度、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)の調整を行う。具体的には、上記手順で決定された適正ドーズ量の帯電電子ビームを試料面に照射し、この状態で材料コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)を決定する(S110)。
そして、この照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームが照射された試料面の画像を取得して、材料コントラストを測定する(S111)。ステップS107に関連して説明したとおり、このときのNAアパーチャの中心位置は導電領域の構造情報を得た電子eの軌道の中心にあるから、上記取得画像中の輝度は、導電領域が相対的に高く絶縁領域が相対的に低い。
After determining the appropriate dose amount, the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam is adjusted again. Specifically, the charged electron beam having the appropriate dose determined in the above procedure is irradiated onto the sample surface, and the irradiation energy (LE) that maximizes the material contrast in this state is determined (S110).
Then, an image of the sample surface irradiated with the imaging electron beam having the irradiation energy (LE) is acquired, and the material contrast is measured (S111). As described in relation to step S107, since the center position of the NA aperture in this case lies in the center of the orbit of the electron e c to obtain structural information conductive region, the brightness in the captured image, the conductive region is relatively The insulation area is relatively low.

続いて、適正ドーズ量の帯電電子ビーム照射を行った際の電子eの軌道シフト量だけNAアパーチャの中心位置を移動させ、NAアパーチャの中心位置を電子eの軌道中心に一致させる。そして、この状態で再度、材料コントラストを測定する(S112)。 Subsequently, only the track shift amount of the electron e i when performing a charging electron beam irradiation of the proper dose by moving the center position of the NA aperture to match the center position of the NA aperture track center of the electron e i. In this state, the material contrast is measured again (S112).

既に説明したように、このようなNAアパーチャの中心位置調整を行えば、材料コントラストは反転し、絶縁領域の輝度が相対的に高く導電領域の輝度が相対的に低い画像が取得されているはずである。従って、この材料コントラストの反転が確認されれば(S113:Yes)、終了となる(S114)。もし、材料コントラストの反転が確認されない場合には(S113:No)、ここまでの手順に何らかの問題があるはずであるから、ステップS102に戻ってやり直す。   As described above, if the center position of such an NA aperture is adjusted, the material contrast should be reversed, and an image with relatively high brightness in the insulating area and relatively low brightness in the conductive area should have been acquired. It is. Therefore, if the reversal of the material contrast is confirmed (S113: Yes), the process is finished (S114). If inversion of the material contrast is not confirmed (S113: No), there should be some problem in the procedure so far, so the process returns to step S102 and starts again.

上述の手順により、電子軌道シフト量のドーズ量依存性、および、材料コントラストの反転確認がなされ、本発明の試料観察に必要な条件設定が完了する。   According to the above procedure, the dose dependence of the electron orbit shift amount and the reversal confirmation of the material contrast are confirmed, and the condition setting necessary for the sample observation of the present invention is completed.

図25は、本発明の試料観察方法の手順を例示により説明するためのフローチャートである。なお、個々のステップにつき既に説明した部分については、その詳細は省略する。   FIG. 25 is a flowchart for illustrating the procedure of the sample observation method of the present invention by way of example. The details of the parts already described for each step are omitted.

本発明に係る好ましい態様の試料観察方法は、絶縁領域と導電領域を有する試料面に材料コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームを照射するステップ(S203)と、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料面からの構造情報を得た電子を検出して試料面画像を取得するステップ(S205、S207)を備えている。上述したように、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)は、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に調整されており、試料面画像の取得のステップは、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップ(S205)と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップ(S207)とを含む。   In a sample observation method according to a preferred aspect of the present invention, a sample surface having an insulating region and a conductive region is irradiated with an imaging electron beam having an irradiation energy (LE) that maximizes material contrast (S203), and the imaging electron beam The step (S205, S207) which acquires the sample surface image by detecting the electron which acquired the structure information from the sample surface which received irradiation of is provided. As described above, the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam is adjusted to the transition region in which the electrons obtained from the structure information of the sample surface include both the mirror electrons and the secondary electrons. In this step, an image is acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region (S205), and the image is acquired under a condition where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Step (S207).

上述したように、撮像電子ビーム照射ステップ(S203)に先立ち、試料面に適正ドーズ量の帯電電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させておくこととすれば(S202)、基板電位が変化する結果、絶縁領域から放出された電子eの軌道の中心と帯電領域から放出された電子eの軌道の中心とのずれが大きくなり、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eの分離の度合いも大きくなる。上述の適正ドーズ量は、既に説明したようにステップS109で予め決定されており、電子ビーム照射による絶縁領域の帯電が飽和するドーズ量とすることが好ましい。 As described above, if the insulating region is charged by irradiating the sample surface with a charged electron beam of an appropriate dose before the imaging electron beam irradiation step (S203) (S202), the substrate potential changes. result, the deviation of the center of the orbit of emitted electrons e c from the center and the charged area of the trajectory of the electrons e i emitted from the insulating region is increased, the electron e c and an insulating region to obtain structural information conductive region also increases the degree of separation of electrons e i obtained structural information. The appropriate dose amount described above is determined in advance in step S109 as described above, and is preferably set to a dose amount at which charging of the insulating region by electron beam irradiation is saturated.

ステップ203で撮像電子ビームを試料面に照射した状態で、NAアパーチャの中心位置を導電領域の構造情報を得た電子eの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする(S204)。この条件下で得られる画像は、導電領域の輝度が相対的に高く絶縁領域の輝度が相対的に低い画像となる(S205)。 The imaging electron beam while irradiating the sample surface with a step 203, to maximize the material contrast centered position of the NA aperture in the center of the orbit of the electron e c to obtain structural information conductive region (S204). An image obtained under this condition is an image in which the luminance of the conductive region is relatively high and the luminance of the insulating region is relatively low (S205).

次いで、NAアパーチャの中心位置を絶縁領域の構造情報を得た電子eの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする(S206)。この条件下で得られる画像は、絶縁領域の輝度が相対的に高く導電領域の輝度が相対的に低い画像となる(S207)。つまり、ステップS205で得られた画像とは、コントラストが反転した画像となってい
る。
Then, to maximize the material contrast centered position of the NA aperture in the center of the orbit of the electron e i obtained structural information of the insulating region (S206). An image obtained under this condition is an image in which the luminance of the insulating region is relatively high and the luminance of the conductive region is relatively low (S207). That is, the image obtained in step S205 is an image with the contrast reversed.

なお、ステップS206におけるNAアパーチャの位置調整は、ステップS107で予め求められている電子eの軌道シフト量に基づき、当該軌道シフト分だけNAアパーチャの位置を調整するようにしてもよい。 The position adjustment of the NA aperture in step S206, based on the track shift amount of the electron e i that is determined in advance at step S107, may be to adjust the position of the NA aperture only the track shift amount.

図26は、本発明の試料観察方法の手順の他の例を説明するためのフローチャートである。図25で示した手順とは、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップ(S305)に続いて、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップ(S307)が実行される点において相違している。   FIG. 26 is a flowchart for explaining another example of the procedure of the sample observation method of the present invention. In the procedure shown in FIG. 25, following the step (S305) in which an image is acquired under the condition that the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. The difference is that the step (S307) in which an image is acquired under the conditions is executed.

つまり、この態様の試料観察方法は、絶縁領域と導電領域を有する試料面に材料コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームを照射するステップ(S303)と、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料面からの構造情報を得た電子を検出して試料面画像を取得するステップ(S305、S307)を備えている。そして、試料面画像の取得のステップは、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップ(S305)と、導電領域の輝度が導絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップ(S307)とを含んでいる。   That is, in the sample observation method of this aspect, the step (S303) of irradiating the sample surface having the insulating region and the conductive region with the imaging electron beam having the irradiation energy (LE) that maximizes the material contrast, and the irradiation of the imaging electron beam. The method includes the steps (S305 and S307) of acquiring a sample surface image by detecting electrons obtained structural information from the received sample surface. The sample surface image acquisition step includes a step (S305) in which an image is acquired under the condition that the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region, and the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the conductive insulating region. A step (S307) of acquiring an image under high conditions.

図25の手順と同様に、撮像電子ビーム照射ステップ(S303)に先立ち、試料面に適正ドーズ量の帯電電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させておくこととすれば(S302)、基板電位が変化する結果、絶縁領域から放出された電子eの軌道の中心と帯電領域から放出された電子eの軌道の中心とのずれが大きくなり、導電領域の構造情報を得た電子eと絶縁領域の構造情報を得た電子eの分離の度合いも大きくなる。 As in the procedure of FIG. 25, prior to the imaging electron beam irradiation step (S303), if the insulating region is charged by irradiating the sample surface with a charged electron beam of an appropriate dose (S302), the substrate potential is set. As a result, the shift between the center of the orbit of the electron e i emitted from the insulating region and the center of the orbit of the electron e c emitted from the charged region becomes large, and the electron e c obtained from the structural information of the conductive region. and also it increases the degree of separation of electrons e i obtained structural information of the insulating region.

ステップ303で撮像電子ビームを試料面に照射した状態で、NAアパーチャの中心位置を絶縁領域の構造情報を得た電子eの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする(S304)。この条件下で得られる画像は、絶縁領域の輝度が相対的に高く導電領域の輝度が相対的に低い画像となる(S305)。 The imaging electron beam while irradiating the sample surface with a step 303, to maximize the material contrast centered position of the NA aperture in the center of the orbit of the electron e i obtained structural information of the insulating region (S304). An image obtained under this condition is an image in which the luminance of the insulating region is relatively high and the luminance of the conductive region is relatively low (S305).

次いで、NAアパーチャの中心位置を導電領域の構造情報を得た電子eの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする(S306)。この条件下で得られる画像は、導電領域の輝度が相対的に高く絶縁領域の輝度が相対的に低い画像となる(S307)。つまり、ステップS305で得られた画像とは、コントラストが反転した画像となっている。 Then, to maximize the material contrast centered position of the NA aperture in the center of the orbit of the electron e c to obtain structural information conductive region (S306). An image obtained under this condition is an image in which the luminance of the conductive region is relatively high and the luminance of the insulating region is relatively low (S307). That is, the image obtained in step S305 is an image with contrast reversed.

なお、ステップS306におけるNAアパーチャの位置調整は、ステップS107で予め求められている電子eの軌道シフト量に基づき、当該軌道シフト分だけ、シフト方向とは反対の方向に、NAアパーチャの位置を調整するようにしてもよい。 The position adjustment of the NA aperture at step S306, on the basis of the track shift amount of the electron e i that is determined in advance at step S107, only the track shift amount, in a direction opposite to the shift direction, the position of the NA aperture You may make it adjust.

上述したように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、欠落欠陥(ショート欠陥)の検出は容易になる反面、開放欠陥(オープン欠陥)の検出がし難くなる場合がある。また、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、開放欠陥(オープン欠陥)の検出は容易になる反面、欠落欠陥(ショート欠陥)の検出がし難くなる場合がある。従って、絶縁領域と導電領域が形成されている試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出するためには、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得するか、或いはこれとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することのみでは、不十分である。   As described above, when an image is acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region, it is easy to detect a missing defect (short defect), but an open defect (open defect) is detected. May be difficult to remove. On the other hand, when an image is acquired under the condition that the luminance of the insulating region is higher than that of the conductive region, it is easy to detect open defects (open defects), but missing defects (short defects). ) May be difficult to detect. Therefore, in order to detect both missing defects and open defects on the sample surface on which the insulating region and the conductive region are formed with high accuracy, an image is obtained under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. It is not sufficient to acquire the image or, conversely, to acquire the image only under the condition that the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region.

本発明に係る試料観察方法によれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得とが行われるため、これらの画像に基づいて、試料面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。   According to the sample observation method according to the present invention, an image is acquired under a condition where the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region, and an image is acquired under a condition where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Therefore, based on these images, it is possible to detect both missing defects and open defects on the sample surface with high accuracy.

つまり、上述の本発明に係る試料観察方法により得られた試料面の画像を用いれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像により欠落欠陥(ショート欠陥)の存否を高感度・高精度で検出し、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像により開放欠陥(オープン欠陥)の存否を高感度・高精度で検出することができるため、高感度・高精度の試料検査方法としての利用も可能である。   That is, if an image of the sample surface obtained by the sample observation method according to the present invention described above is used, missing defects (short defects) are caused by an image obtained under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. Presence / absence can be detected with high sensitivity and high accuracy, and the presence / absence of open defects (open defects) can be detected with high sensitivity and high accuracy from images acquired under conditions where the luminance of the insulating region is higher than that of the conductive region. Therefore, it can be used as a highly sensitive and highly accurate sample inspection method.

[本発明による試料検査例]
以下に、上述の手法により試料表面の欠陥検査を実施した例について説明する。
[Sample inspection according to the present invention]
Below, the example which implemented the defect inspection of the sample surface by the above-mentioned method is demonstrated.

観察対象として、図16及び図17に示したものと同様に、導電材料であるCuの領域(導電領域)と絶縁材料であるSiOの領域(絶縁領域)のライン・アンド・スペース(L&S)パターンを有する試料を準備した。なお、ライン幅およびスペース幅は何れも43nmとした。このL&Sパターンの導電領域の一部に、種々のサイズの欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)を形成し、これらの欠陥を検出することとした。 As the object to be observed, the line and space (L & S) of the Cu region (conductive region) as the conductive material and the SiO 2 region (insulating region) as the insulating material are the same as those shown in FIGS. A sample having a pattern was prepared. The line width and space width were both 43 nm. Various sizes of missing defects (short defects) and open defects (open defects) were formed in a part of the conductive region of the L & S pattern, and these defects were detected.

試料観察に際しては、電子源ビームの加速電圧を−4005V、試料面201の電位を−4002.6Vとした。従って、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)は、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域にある2.4eVとなる。また、NAアパーチャ61の孔径は100〜300μmとし、撮像に先立つ帯電電子ビームの照射により絶縁領域を帯電させ(帯電量2mC/cm)、撮像電子ビームの電流密度を1mA/cmとして撮像を行った。なお、欠陥検査時の検査ピクセルサイズは、電子光学系レンズの倍率設定により29nm角とした。また、検査速度は50MPPS(Mega Pixels Per Second)とした。 In observing the sample, the acceleration voltage of the electron source beam was set to −4005V, and the potential of the sample surface 201 was set to −4002.6V. Therefore, the irradiation energy (LE) of the imaging electron beam is 2.4 eV in which the electrons obtained from the structural information of the sample surface are in a transition region including both mirror electrons and secondary electrons. The aperture of the NA aperture 61 is 100 to 300 μm, the insulating region is charged by irradiation with a charged electron beam prior to imaging (charge amount 2 mC / cm 2 ), and the current density of the imaging electron beam is 1 mA / cm 2 for imaging. went. The inspection pixel size at the time of defect inspection was set to 29 nm square depending on the magnification setting of the electron optical system lens. The inspection speed was 50 MPPS (Mega Pixels Per Second).

図27は、上記の条件で欠陥検査を行った結果を説明するための図である。図27(A)は導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表、図27(B)は絶縁領域の輝度が絶導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表、そして、図27(C)は上記2つの欠陥検出結果を総合して欠陥検出の可否を纏めた表である。なお、これらの表中、欠陥検出されたものは「○」とし、欠陥検出できなかったものは「×」とし、両方の検査で欠陥検出されたものは「◎」とした。   FIG. 27 is a diagram for explaining the result of the defect inspection performed under the above conditions. FIG. 27A is a table summarizing whether or not defects can be detected by an image acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region. FIG. 27B is a table showing the luminance of the insulating region. FIG. 27C is a table summarizing the possibility of defect detection by combining the two defect detection results, and a table summarizing the possibility of defect detection using images acquired under conditions higher than the luminance. In these tables, “◯” indicates that the defect was detected, “X” indicates that the defect was not detected, and “「 ”indicates that the defect was detected in both inspections.

これらの結果から分かるように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば欠落欠陥(ショート欠陥)の検出が高精度で行える一方、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば開放欠陥(オープン欠陥)の検出が高精度で行える。このことは、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば開放欠陥(オープン欠陥)を見落とすことがあり、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば欠落欠陥(ショート欠陥)を見落とすことがあり得ることを意味している。   As can be seen from these results, according to the image acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, the missing defect (short defect) can be detected with high accuracy, while the luminance of the insulating region is high. According to an image acquired under a condition higher than the luminance of the conductive region, open defects (open defects) can be detected with high accuracy. This is because, according to an image acquired under the condition that the luminance of the conductive region is higher than that of the insulating region, an open defect may be overlooked, and the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. This means that missing images (short defects) may be overlooked according to images acquired under conditions.

これに対して、本発明のように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像とにより、欠陥の存否を判断することとすれば、少なくとも25nmよりも大きなサイズの
欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)の双方を、高感度・高精度で検出することができる。
In contrast, as in the present invention, an image acquired under conditions where the luminance of the conductive region is higher than the luminance of the insulating region, and an image acquired under conditions where the luminance of the insulating region is higher than the luminance of the conductive region. Thus, if it is determined whether or not a defect exists, it is possible to detect both a missing defect (short defect) and an open defect (open defect) having a size larger than at least 25 nm with high sensitivity and high accuracy.

これまで説明してきた本発明の試料観察装置及び試料観察方法は、例えば、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハを加工した後の当該半導体ウエハの表面の観察や検査に用いることができる。本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法を用いて、試料面に絶縁領域と導電領域を有する半導体ウエハを観察し、高コントラストの画像を取得して半導体ウエハの良否を検査することにより、欠陥の無い半導体ウエハの製造のための有力な手段となる。このように、本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法は、半導体製造方法に好適に適用することができる。   The sample observation apparatus and sample observation method of the present invention described so far can be used for, for example, observation and inspection of the surface of a semiconductor wafer after processing the semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process. By using a sample observation apparatus and a sample observation method according to the present invention, a semiconductor wafer having an insulating region and a conductive region on the sample surface is observed, and a high contrast image is acquired to check the quality of the semiconductor wafer. It becomes an effective means for the production of a semiconductor wafer free from defects. Thus, the sample observation apparatus and sample observation method according to the present invention can be suitably applied to a semiconductor manufacturing method.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、これらの実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be added to these embodiments.

本発明は、絶縁領域と導電領域が形成されている試料面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易なものとする試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置を提供する。本発明は、例えば、半導体ウエハやレチクル等の基板の表面を観察する試料観察装置や、欠陥を検出する試料欠陥検出装置に利用することができる。   The present invention provides a sample observation method and apparatus for performing high-contrast observation of a sample surface on which an insulating region and a conductive region are formed, and facilitating detection of missing defects and open defects and classification of defect types, A sample inspection method and apparatus using the same are also provided. The present invention can be used for, for example, a sample observation apparatus that observes the surface of a substrate such as a semiconductor wafer or a reticle, or a sample defect detection apparatus that detects defects.

10 電子ビーム源
11 電子源
12 ウェーネルト電極
13 アノード
20 1次系レンズ
30 コンデンサレンズ
40 E×B
50 トランスファーレンズ
60、60a、60b、60c NA調整用アパーチャ
61、62、63、64 NAアパーチャ
65、66 NA調整用アパーチャ移動機構
70 プロジェクションレンズ
80、80a 検出器
81 EB−CCD
82 EB−TDI
83 ピン
84 カメラ
85 パッケージ
90 画像処理装置
95 システムソフト
100 ステージ
110 照射エネルギ設定手段
115 電源
118 電子光学系制御電源
120 帯電電子ビーム照射手段
130 電子コラム
140 光学的顕微鏡
145 SEM
150 真空制御系
160 メインチャンバ
161 トランスファーチャンバ
162 ロードロックチャンバ
170 防振台
180 ミニエンバイロメント
190 試料キャリア
200 試料
201 試料面
202 導電領域(導電材料)
203 絶縁領域(絶縁材料)
204 ホール
205 シリコン基板
300 試料面上の一部
310 導電材料の領域(導電領域)
320 絶縁材料の領域(絶縁領域)
330 欠落欠陥(ショート欠陥)
335 不完全な欠落欠陥(ショート欠陥)
340 開放欠陥(オープン欠陥)
345 不完全な開放欠陥(オープン欠陥)
10 Electron Beam Source 11 Electron Source 12 Wehnelt Electrode 13 Anode 20 Primary System Lens 30 Condenser Lens 40 E × B
50 Transfer lens 60, 60a, 60b, 60c NA adjustment aperture 61, 62, 63, 64 NA aperture 65, 66 NA adjustment aperture moving mechanism 70 Projection lens 80, 80a Detector 81 EB-CCD
82 EB-TDI
83 pin 84 camera 85 package 90 image processing apparatus 95 system software 100 stage 110 irradiation energy setting means 115 power supply 118 electron optical system control power supply 120 charged electron beam irradiation means 130 electron column 140 optical microscope 145 SEM
150 Vacuum Control System 160 Main Chamber 161 Transfer Chamber 162 Load Lock Chamber 170 Vibration Isolation Stand 180 Mini Environment 190 Sample Carrier 200 Sample 201 Sample Surface 202 Conductive Region (Conductive Material)
203 Insulation region (insulating material)
204 hole 205 silicon substrate 300 part of sample surface 310 region of conductive material (conductive region)
320 Insulating material region (insulating region)
330 Missing defect (short defect)
335 Incomplete missing defect (short defect)
340 Open defect (open defect)
345 Incomplete open defect (open defect)

Claims (8)

絶縁領域と導電領域を有する試料面を電子ビーム照射により観察する方法であって、下記のステップを備えている、試料観察方法。
NAアパーチャの中心位置を、前記導電領域の構造情報を得た電子(ec)の軌道の中心に合わせた状態で第1の画像を取得するステップA:
前記試料面に所定のドーズ量の帯電電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させ、前記NAアパーチャの中心位置を、前記帯電状態にある絶縁領域からの電子(ei)の軌道の中心に合わせた状態で第2の画像を取得するステップB:
前記第1の画像と前記第2の画像の材料コントラストの反転を確認するステップC:
前記材料コントラストの反転が確認されない場合に、前記所定のドーズ量を変更し、前記ステップA〜Cを繰り返すステップD:
A method for observing a sample surface having an insulating region and a conductive region by electron beam irradiation, comprising the following steps.
Step A: Acquiring the first image in a state where the center position of the NA aperture is aligned with the center of the orbit of the electron (e c ) from which the structure information of the conductive region is obtained.
The insulating surface is charged by irradiating the sample surface with a charged electron beam having a predetermined dose, and the center position of the NA aperture is set to the center of the trajectory of electrons (e i ) from the insulating region in the charged state. Step B for obtaining the second image in the combined state:
Step C for confirming reversal of material contrast between the first image and the second image:
Step D in which the predetermined dose is changed and the steps A to C are repeated when the reversal of the material contrast is not confirmed.
前記ステップDにおける前記所定のドーズ量の変更は、前記帯電状態にある絶縁領域からの電子(ei)の軌道シフト量のドーズ量依存性に基づいてなされる、請求項1に記載の試料観察方法。 2. The sample observation according to claim 1, wherein the change of the predetermined dose in the step D is made based on the dose dependency of the orbit shift amount of electrons (e i ) from the insulating region in the charged state. Method. 前記電子ビームは、前記試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域に調整された照射エネルギ(LE)を有する、請求項1又は2に記載の試料観察方法。   3. The sample observation according to claim 1, wherein the electron beam has irradiation energy (LE) adjusted in a transition region in which electrons obtained from the sample surface structure information include both mirror electrons and secondary electrons. Method. 前記ステップAにおいて、前記材料コントラストが最大となるように前記照射エネルギ(LE)を調整して前記第1の画像を取得する、請求項3に記載の試料観察方法。 The sample observation method according to claim 3 , wherein in the step A, the first image is acquired by adjusting the irradiation energy (LE) so that the material contrast is maximized. 請求項1〜4の何れか1項に記載の試料観察方法であって、
前記ステップA〜Dにより、前記材料コントラストの反転が確認される前記所定のドーズ量を適正ドーズ量として決定し、
前記試料面に前記適正ドーズ量の帯電電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させ、
前記絶縁領域と導電領域を有する試料面に材料コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームを照射し、
前記NAアパーチャの中心位置を前記導電領域の構造情報を得た電子ecの軌道の中心に合わせて前記材料コントラストを最大とした条件下で前記導電領域の輝度が相対的に高く前記絶縁領域の輝度が相対的に低い画像を取得し、
前記NAアパーチャの中心位置を前記絶縁領域の構造情報を得た電子eiの軌道の中心に合わせて前記材料コントラストを最大とした条件下で前記絶縁領域の輝度が相対的に高く前記導電領域の輝度が相対的に低い画像を取得する、試料観察方法。
The sample observation method according to any one of claims 1 to 4,
The predetermined dose amount at which the reversal of the material contrast is confirmed by the steps A to D is determined as an appropriate dose amount,
Irradiating the sample surface with a charged electron beam of the appropriate dose to charge the insulating region,
The sample surface having the insulating region and the conductive region is irradiated with an imaging electron beam having an irradiation energy (LE) that maximizes the material contrast,
The NA aperture center position electrons e c raceway center to suit brightness of the conductive region under the conditions of the maximum the material contrast is relatively high in the insulating region of obtaining the structure information of the conductive regions of the Acquire an image with relatively low brightness,
The brightness of the insulating region is relatively high in the conductive region under conditions the central position of the NA aperture to maximize the center the material contrast to match the trajectory of an electron e i obtained structural information of said insulating region A sample observation method for acquiring an image with relatively low luminance.
請求項1〜4の何れか1項に記載の試料観察方法であって、
前記ステップA〜Dにより、前記材料コントラストの反転が確認される前記所定のドーズ量を適正ドーズ量として決定し、
前記試料面に前記適正ドーズ量の帯電電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させ、
前記絶縁領域と導電領域を有する試料面に材料コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームを照射し、
前記NAアパーチャの中心位置を前記絶縁領域の構造情報を得た電子eiの軌道の中心に合わせて前記材料コントラストを最大とした条件下で前記絶縁領域の輝度が相対的に高く前記導電領域の輝度が相対的に低い画像を取得し、
前記NAアパーチャの中心位置を前記導電領域の構造情報を得た電子ecの軌道の中心に合わせて前記材料コントラストを最大とした条件下で前記導電領域の輝度が相対的に高く前記絶縁領域の輝度が相対的に低い画像を取得する、試料観察方法。
The sample observation method according to any one of claims 1 to 4,
The predetermined dose amount at which the reversal of the material contrast is confirmed by the steps A to D is determined as an appropriate dose amount,
Irradiating the sample surface with a charged electron beam of the appropriate dose to charge the insulating region,
The sample surface having the insulating region and the conductive region is irradiated with an imaging electron beam having an irradiation energy (LE) that maximizes the material contrast,
The brightness of the insulating region is relatively high in the conductive region under conditions the central position of the NA aperture to maximize the center the material contrast to match the trajectory of an electron e i obtained structural information of said insulating region Acquire an image with relatively low brightness,
The NA aperture center position electrons e c raceway center to suit brightness of the conductive region under the conditions of the maximum the material contrast is relatively high in the insulating region of obtaining the structure information of the conductive regions of the A sample observation method for acquiring an image with relatively low luminance.
前記試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と2次電子の双方を含む遷移領域の最低照射エネルギをLEAとし最高照射エネルギをLEBとしたときに、前記撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)は、LEA≦LE≦LEB+5eVに設定される請求項5又は6に記載の試料観察方法。 Irradiation energy (LE) of the imaging electron beam when the electron having obtained the structural information of the sample surface has the minimum irradiation energy LEA and the maximum irradiation energy LEB in the transition region including both mirror electrons and secondary electrons. Is the sample observation method according to claim 5, wherein LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV is set. 前記試料面の観察は写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いて実行される、請求項5〜7の何れか1項に記載の試料観察方法。   The sample observation method according to claim 5, wherein the observation of the sample surface is executed using a mapping projection type low acceleration electron beam apparatus.
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