KR20210018017A - 주사 전자 현미경 및 패턴 계측 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반사 전자 검출기의 대전에 의한 2차 전자 검출 신호량의 변동을 저감, 또는 회피할 수 있고, 신뢰성이 높은 검사, 계측이 가능한 주사 전자 현미경을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 전자원(100)과 대물 렌즈(109)를 포함하는 전자 광학계와, 시료(114)가 재치(載置)되는 스테이지(112)와, 대물 렌즈보다도 전자원측에 배치되고, 2차 전자(171)를 검출하는 2차 전자 검출기(120)와, 대물 렌즈와 스테이지 사이에 배치되고, 반사 전자(172)를 검출하는 반사 전자 검출기(125)와, 반사 전자 검출기에 전압을 인가하는 반사 전자 검출계 제어부(138)와, 반사 전자 검출기에 소정의 전압을 인가한 상태에서 시료에 1차 전자를 조사했을 때의 2차 전자 검출기의 신호 강도에 의거하여, 반사 전자 검출기의 대전 상태를 검출하는 장치 제어 연산 장치(150)를 갖는다.

Description

주사 전자 현미경 및 패턴 계측 방법{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE AND PATTERN MEASUREMENT METHOD}
본 발명은, 전자빔을 이용해서 검사나 계측을 행하는 주사 전자 현미경 및 주사 전자 현미경을 이용한 패턴 계측 방법에 관한 것이다.
주사 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)은, 전자원으로부터 방출된 전자를 가속하고, 정전 렌즈나 전자 렌즈에 의해서 시료 표면 상에 수속시켜서 조사한다. 시료에 조사하는 전자를 1차 전자라 부르고 있다. 1차 전자의 입사에 의해서 시료로부터는 신호 전자(여기에서는 저에너지의 신호 전자를 2차 전자, 고에너지의 신호 전자를 반사 전자로 구분해서 부른다)가 방출된다. 전자빔을 편향해서 주사하면서 시료로부터 방출되는 2차 전자를 검출함으로써, 시료 상의 미세 패턴의 화상을 얻을 수 있다. 반사 전자와 2차 전자의 검출 방법에 관하여, 특허문헌 1에는, 시료에 가장 가까운 전자 렌즈(이후, 대물 렌즈라 부른다)보다도 전자원측에 배치한 검출기를 이용해서 주로 2차 전자를 검출하고, 시료와 대물 렌즈 사이에 배치한 검출기를 이용해서 주로 반사 전자를 검출하는 방법이 개시되어 있다.
SEM을 이용해서 절연물 시료를 관찰할 때에는, 1차 전자의 조사에 의해 시료 표면에 대전이 발생하는 경우가 있다. 시료 표면의 대전에 의해 1차 전자나 2차 전자의 에너지나 궤도가 변화하여, 검출되는 신호가 변화하는 경우가 있다. 특허문헌 2에는, 2차 전자가 검출기에 입사하는 궤도상에 배치된 에너지 필터를 이용하여, 에너지 필터의 전압을 변경하면서 취득한 신호량으로부터, 시료 대전 전압을 계측하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특개2013-33671호 공보 일본 특개2008-218014호 공보
특허문헌 1과 같이, 시료와 대물 렌즈 사이에 배치한 반사 전자 검출기에 의해 반사 전자를 검출하고, 대물 렌즈보다 전자원측에 배치한 2차 전자 검출기로 대물 렌즈를 통과한 2차 전자를 검출할 경우, 반사 전자 검출기의 표면이 대전되는 것에 의해, 2차 전자의 궤도가 변화하여, 2차 전자 검출기에서 검출되는 신호량이 변화할 우려가 있다.
도 1을 이용해서 본 과제에 대하여 설명한다. 도 1에는 SEM의 반사 전자 검출기 주위의 구조물을 모식적으로 나타내고 있다. 이 예에서는, 반사 전자 검출기(125)로서, 애뉼러(annular) 형상의 신틸레이터를 구비하고 있다. 반사 전자 검출기(125)는, 1차 전자(170)가 시료(114)에 입사해서 방출되는 반사 전자(172)를 많이 검출하는 것을 목적으로, 시료의 근방에 배치된다. 그 결과, 대량의 반사 전자가 신틸레이터에 입사하여 대전을 일으킨다. 반사 전자 검출기(125)의 대전을 막기 위하여, 신틸레이터의 표면이 도체로 되도록 가공을 실시하고 있었다고 해도, 도체 표면 상에 유기물의 오염이 퇴적해서 대전이 발생하는 경우가 있다. 유기물의 오염의 일인(一因)은, 시료실 내에 포함되는 유기물 가스가 전자선 조사에 의해 고정화되는 것이다. 시료(114)의 근방에 설치되는 반사 전자 검출기(125)의 주위에는, 시료(114)로부터의 디가스에서 발생하는 유기물 가스가 고농도로 포함되어 있는 경우가 많고, 대량의 반사 전자(172)가 반사 전자 검출기(125)에 입사됨에 의해, 검출기 표면에 유기물 가스가 고정화되어, 대전의 리스크가 커지고 있다.
반사 전자 검출기(125)의 대전은, 반사 전자 검출기(125)의 구멍, 및 대물 렌즈(109)의 개구부를 통해서 2차 전자 검출기(120)에 검출되는 2차 전자(171)의 궤도에 영향을 준다. 특히, 반사 전자 검출기(125)가 음대전되면, 반사 전자 검출기(125)의 구멍의 주위에 포텐셜 배리어가 형성되어, 에너지가 작은 2차 전자(171b)는 포텐셜 배리어를 넘지 못하고, 시료로 되돌려져서 2차 전자 검출기(120)에서 검출되지 않게 된다. 즉, 2차 전자 검출기(120)에서 검출되는 신호량이, 반사 전자 검출기(125)의 대전에 의해서 저하된다. SEM을 검사나 계측에 이용하는 경우에는, 결과의 재현성이 중요하기 때문에, 반사 전자 검출기(125)가 경시적으로 대전함에 의해서, 검출되는 2차 전자 신호량이 변화하는 것은 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시태양인 주사 전자 현미경은, 1차 전자를 방출하는 전자원과 대물 렌즈를 포함하는 전자 광학계와, 시료가 재치(載置)되는 스테이지와, 대물 렌즈보다도 전자원측에 배치되고, 1차 전자와 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기와, 대물 렌즈와 스테이지 사이에 배치되고, 1차 전자와 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기와, 반사 전자 검출기에 대응해서 설치되고, 반사 전자 검출기에 전압을 인가하는 반사 전자 검출계 제어부와, 반사 전자 검출기에 소정의 전압을 인가한 상태에서 시료에 1차 전자를 조사했을 때의 2차 전자 검출기의 신호 강도에 의거하여, 반사 전자 검출기의 대전 상태를 검출하는 장치 제어 연산 장치를 갖는다.
본 발명의 다른 실시태양인 패턴 계측 방법은, 1차 전자를 방출하는 전자원과 대물 렌즈를 포함하는 전자 광학계와, 시료가 재치되는 스테이지와, 대물 렌즈보다도 전자원측에 배치되고, 1차 전자와 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기와, 대물 렌즈와 스테이지 사이에 배치되고, 1차 전자와 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기를 갖는 주사 전자 현미경을 이용해서 시료의 패턴 계측을 행하는 패턴 계측 방법으로서, 전자 광학계의 광학 조건을 조정하는 제1 공정과, 2차 전자 검출기를 이용해서 시료의 위치 맞춤용 패턴을 포함하는 화상을 취득하고, 위치 맞춤용 패턴으로부터 계측 대상 패턴까지의 정확한 거리를 산출하는 제2 공정과, 계측 대상 패턴으로 시야 이동해서 초점을 조정하는 제3 공정과, 2차 전자 검출기를 이용해서 계측 대상 패턴을 포함하는 화상을 취득하고, 상기 계측 대상 패턴을 계측하는 제4 공정과, 제2 공정 및 제4 공정의 적어도 어느 하나에 있어서, 반사 전자 검출기에 기준 전압을 인가한 상태에서 화상을 취득하고, 화상으로부터 산출되는 2차 전자 검출기의 신호 강도에 의거하여, 반사 전자 검출기의 대전의 유무를 판정하는 제5 공정을 갖고, 기준 전압은, 제1 공정에 있어서, 전자 광학계의 광학 조건을 조정이 완료되었을 때의 반사 전자 검출기에의 인가 전압으로 한다.
반사 전자 검출기의 대전에 의한 2차 전자 검출 신호량의 변동을 저감, 또는 회피할 수 있고, 신뢰성이 높은 검사, 계측이 가능하게 된다.
상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 과제를 설명하기 위한 도면.
도 2는 실시예 1의 플로차트.
도 3은 반사 전자 검출기에의 인가 전압과 2차 전자에 의한 화상의 평균 계조값의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 실시예 2의 플로차트.
도 5는 실시예 3의 플로차트.
도 6은 반사 전자 검출기의 대전 해소 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7a는 실시예 4의 플로차트.
도 7b는 대전의 유무에 따른 평균 계조값의 차이를 설명하기 위한 도면.
도 8은 실시예 5의 플로차트.
도 9는 실시예 6의 플로차트.
도 10은 표면 전위 계측 프로브와 제전 장치를 구비한 스테이지의 모식도.
도 11은 반사 전자 검출기의 대전 전압의 경시 변화의 표시예.
도 12는 SEM의 전체 개략도.
주사 전자 현미경(SEM)을 예로 들어서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 단, 본 발명은 SEM 이외의 전자빔 장치에도 적용 가능하다. 또한, 2차 전자 검출기의 신호 강도로서, 2차 전자 검출기를 이용해서 취득한 화상의 평균 계조값을 이용하는 예를 설명하지만, 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들면 2차 전자 검출기로부터 출력되는 전기 신호 등을 이용해도 된다.
도 12에 SEM의 전체 개략도를 나타낸다. 전자원(100)으로부터 방출된 전자빔(1차 전자(170))은 전자총(101)에 의해 가속되고, 제1 콘덴서 렌즈(103), 제2 콘덴서 렌즈(105)를 통과하고, 대물 렌즈(109)에 의해 스테이지(112) 상의 시료대(113)에 유지된 시료(114) 상에 결상해서, 조사된다. 대물 렌즈 상측 자로(磁路)(110a)에는 부스터 전압 제어부(141)로부터 양전압이, 시료(114)에는 시료대 전압 제어부(144)로부터 음전압이 인가 가능하게 구성되어 있고, 정전 렌즈를 형성하여, 소위 감속 광학계를 구성 가능하게 되어 있다. 또한, 대물 렌즈(109)의 상측 자로(110a)와 하측 자로(110b)로 이루어지는 개구는, 스테이지(112)측을 향하고 있고, 세미 인 렌즈형이라 불리는 렌즈 구조로 되어 있다. 이에 의해 분해능이 높은 전자빔을 형성할 수 있다. 대물 렌즈 제어부(142)는, 대물 렌즈 코일(111)에 흐르는 여자 전류를 제어한다.
시료(114)로부터 방출되는 저에너지의 2차 전자(171)는 대물 렌즈 자장에 의해 위쪽으로 말려 올라가져서 대물 렌즈 상류에 있는 2차 전자 검출기(120)에 의해 검출된다. 2차 전자(171)는 대물 렌즈 상류에서 ExB 소자(121)에 의한 편향 작용을 받고, 메시 전극(122)을 통과해서 2차 전자 검출기(120)에 도달한다. ExB 소자(121)는 전장과 자장을 직교해서 발생시킬 수 있는 전자 광학 소자이고, ExB 소자 제어부(147)에 의해 제어된다. 2차 전자 검출기(120)는 양전압으로 2차 전자(171)를 흡인하기 때문에, 메시 전극(122)은 그 누설 전장을 차단하는 역할을 하고 있다. 메시 전극(122)의 전위는 메시 전극 제어부(146)에 의해 제어된다. 2차 전자 검출계 제어부(145)는, 2차 전자 검출기(120)에서 검출된 신호를 증폭해서 장치 제어 연산 장치(150)에 보낸다.
한편, 고에너지의 반사 전자(172)는 대물 렌즈 자로(110a, 110b)와 시료대(113) 사이에 있는 반사 전자 검출기(125)에 의해 검출된다. 반사 전자 검출기(125)는 시료대(113)를 향해서 테이퍼 형상의 구멍이 형성되어 있고, 그 테이퍼면(구멍의 내벽) 및 하면에서 반사 전자(172)를 검출하고 있다. 반사 전자 검출계 제어부(138)는, 반사 전자 검출기(125)에 인가하는 전압을 제어함과 함께, 검출기에서 검출된 신호를 증폭해서 장치 제어 연산 장치(150)에 보낸다.
1차 전자(170)는, 제1 주사 편향기(106)와 제2 주사 편향기(108)에 의해 시료 상에 2차원으로 주사되고, 결과적으로 시료의 2차원 화상을 얻을 수 있다. 2차원 주사는 일반적으로 횡방향의 라인 주사를 종방향으로 개시 위치를 이동하면서 행해진다. 이 2차원 화상의 중심 위치는, 제1 주사 편향기 제어부(137)에 의해서 제어되는 제1 주사 편향기(106)와 제2 주사 편향기 제어부(139)에 의해서 제어되는 제2 주사 편향기(108)에 의해 규정된다. 제1 주사 편향기(106) 및 제2 주사 편향기(108)는 모두 정전 편향기이다. 2차원 화상은 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 형성되고, 표시 장치(152)에 표시된다. 또, 전자총(101)은 전자총 제어부(131)에 의해, 제1 콘덴서 렌즈(103)는 제1 콘덴서 렌즈 제어부(133)에 의해, 제2 콘덴서 렌즈(105)는 제2 콘덴서 렌즈 제어부(135)에 의해, 각각 제어된다. 전자총(101)의 후단에는 1차 전자(170)의 빔축을 제어하기 위한 제1 얼라이너(102)가 배치되고, 제1 얼라이너 제어부(132)에 의해서 제어된다.
또한, 장치 전체를 제어하는 장치 제어 연산 장치(150)는, 기억 장치(151)에 기억된 제어 데이터 등에 의거하여 전자 광학계, 검출계의 제어부를 통일적으로 제어한다. 두 검출기(120, 125)에 의해서 검출되는 검출 신호는, 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 화상화되고, 기억 장치(151)에 기억되거나, 표시 장치(152)에 표시되어서 이용된다.
(실시예 1)
도 12의 구성을 갖는 SEM에 있어서, 반사 전자 검출기(125)에 전압을 인가하고, 인가 전압을 변경하면서 2차 전자 검출기(120)에서 검출되는 2차 전자 신호량을 계측한 결과, 반사 전자 검출기(125)의 전압이 음으로부터 양으로 변화할 때에 2차 전자 신호량(신호 강도)이 급격하게 변화하는 것을 알아내었다. 반사 전자 검출기(125)가 대전되어 있었다고 하면, 대전 전압과 인가 전압이 상쇄된 조건에 있어서 2차 전자 신호량의 급격한 변화가 발생하게 된다. 실시예 1에서는, 이 현상을 이용해서 반사 전자 검출기(125)의 대전을 계측한다.
도 2는, 반사 전자 검출기의 대전의 계측을 행하여, 미리 설정한 허용값을 초과하는 대전이 발생한 경우에는 에러를 표시해서 SEM의 오퍼레이터에게 경고를 주는 플로차트이다. 본 플로차트는 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 실행된다.
스텝 S201에서는, 반사 전자 검출기(125)에 미리 설정한 전압을 인가한다.
스텝 S202에서는, 2차 전자 검출기(120)를 이용해서 시료의 화상을 취득하고, 화상의 평균 계조값을 산출한다. 여기에서, 화상을 취득하는 시료는, 대전되지 않거나, 혹은 대전이 충분히 작은 시료로 한다. 시료 자체의 대전이 2차 전자 검출기(120)에서 검출되는 2차 전자 신호량에 영향을 주는 것을 억제하기 위해서이다. 예를 들면, 실리콘(Si)이나 금속막 등의 반도체나 도체의 시료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 검출 화상을 취득하는 시야에는 패턴이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압의 변화에 따라 시야 이동이 발생하고, 시야에 패턴이 존재하면 시야 이동에 기인해서 평균 계조값이 변화해 버릴 우려가 있기 때문이다. 시야 이동 등에 기인하는 화상 계조값의 변화가 충분히 작으면 패턴을 포함해도 된다. 본 계측 전용의 시료나 시야를 이용하는 것이 이상적이기는 하지만, 스루풋 향상을 위하여, 패턴의 계측을 행하는 시야에서 본 플로를 실시하는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압의 변화에 따른 시야 이동이 충분히 작아지도록, 미리 전자 광학계를 조정해 두는 것이 바람직하다.
스텝 S203에서는, 2차 전자 신호량의 변화점을 구하기 위해서 필요한 데이터를 취득했는지 판정한다. 필요한 데이터를 취득할 때까지, 반사 전자 검출기(125)에 인가하는 설정 전압을 미리 설정한 양만큼 변화시키고(스텝 S204), 스텝 S201, 스텝 S202를 반복한다. 스텝 S203에서의 판정은, 미리 정한 횟수에 도달했는지의 여부로 판단해도 되고, 계조값의 변화가 나타났는지의 여부로 판단해도 되고, 계조값이 미리 정한 문턱값을 초과해서 변화했는지의 여부로 판단해도 된다.
또, 스텝 S201 내지 S204에서는, 전압 설정, 화상 취득, 계조값 산출을 이 순서대로 반복하는 수순에 대하여 설명했지만, 이들을 병행해서 행해도 되고, 계조값 산출을 최후에 종합해서 실시하도록 해도 된다.
스텝 S205에서는, 이상의 스텝에서 취득한 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압과 화상의 평균 계조값의 관계로부터, 반사 전자 검출기의 대전 전압을 산출한다. 도 3은, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압과 2차 전자에 의한 화상의 평균 계조값과의 관계(301)를 나타낸 것이다. 파형(301)의 급격한 변화점으로부터, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 상쇄하는 인가 전압(302)을 구한다. 변화점은, 파형(301)의 미분이 최대로 되는 점으로 해서 구해도 되고, 문턱값 계조값(303)으로 되는 점으로 해서 구해도 된다. 문턱값 계조값(303)은, 미리 정한 값을 이용해도 되고, 얻어진 파형(301)에 있어서의 최소 계조값(304)과 최대 계조값(305)의 평균으로 해도 된다. 또, 문턱값 계조값(303)으로서 미리 정한 값을 이용하는 경우에는, 계측 계조값이 1차 전자의 전류량(프로브 전류)에 의존하는 것을 고려해서, 프로브 전류로 규격화하는 것 등의 보정을 행할 필요가 있다. 이와 같이 해서 구한 변화점의 전압(302)을 양음 반전함으로써, 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출할 수 있다.
스텝 S206에서는, 산출한 대전 전압이 미리 정한 허용 범위인지의 여부를 판정하고, 허용 범위를 벗어난 경우에는, 스텝 S207로 이행해서 표시 장치(152)에 에러를 표시하고, 허용 범위 내이면, 그대로 종료한다.
이상의 방법에 의해, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 검출할 수 있다. 이것에 의해, 대전에 현저한 영향을 받은 패턴 계측 결과를 전체의 결과로부터 제외하거나, SEM의 메인터넌스를 촉구해서, 추가적인 대전의 영향이나 대전의 증대를 방지할 수 있다.
(실시예 2)
도 4는, 계측한 반사 전자 검출기(125)의 대전을 보정하는 플로차트이다.
스텝 S401에서는, 실시예 1의 스텝 S201∼S205와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출한다. 본 플로차트도 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 실행된다.
스텝 S402에서는, 스텝 S401에서 계측한 대전을 보정한다. 구체적으로는, 대전 전압을 상쇄하는 전압, 혹은 그 이상의 전압을, 반사 전자 검출기(125)에 상시 오프셋 전압으로서 인가한다. 또, 오프셋 전압은 대전 전압을 상쇄하는 전압을 초과해도 되지만, 1차 전자(170)의 궤도에의 영향을 무시할 수 있을 정도의 전압으로 할 필요가 있다.
또한 다른 방법으로서는, 대전 전압과 같은 전압, 혹은 그 이하의 전압을 시료대 전압 제어부(144)에 의해 시료대(113)에 상시 오프셋 전압으로서 인가시킨다. 단, 시료대(113), 즉 시료(114)에 오프셋 전압을 인가하는 경우는, 1차 전자(170)의 랜딩 에너지가 변화하고, 또한, 2차 전자(171)의 에너지나 궤도도 변화하기 때문에, 이들 변화를 보정하기 위한 전자 광학계의 조정이 필요하게 된다. 따라서, 반사 전자 검출기(125)에 오프셋 전압을 인가하는 방법이 보다 바람직하다.
이상의 방법에 의해, 반사 전자 검출기(125)에 대전이 발생한 경우에 있어서도, 2차 전자 검출에의 영향을 억제할 수 있고, 신뢰성이 높은 패턴 계측이 가능하게 된다.
(실시예 3)
도 5는, 계측한 반사 전자 검출기(125)의 대전을 해소하거나, 혹은, 감소시키는 플로차트이다. 본 플로차트도 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 실행된다.
스텝 S501에서는, 실시예 1의 스텝 S201∼S205와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출한다.
스텝 S502에서는, 계측한 대전 전압이 허용 범위 내인지를 판정하고, 허용 범위를 초과한 경우에는, 스텝 S503으로 이행한다.
스텝 S503에서는, 반사 전자 검출기(125)에 양대전이 발생하도록 광학 조건을 조정하고 시료(114)를 향해서 1차 전자(170)를 조사함으로써, 반사 전자 검출기(125)의 음대전을 해소, 혹은 감소시킨다.
구체적인 대전 해소 방법의 예를, 도 6을 이용해서 설명한다. 반사 전자 검출기(125)에 반사 전자(172)가 입사한 결과, 반사 전자 검출기(125)로부터 3차 전자(601)가 방출된다. 반사 전자 1 전자당의 3차 전자 방출량은, 반사 전자(172)의 가속 전압이나 반사 전자 검출기(125)의 신틸레이터의 표면의 재료에 의존한다. 또한, 반사 전자(172)의 가속 전압은 1차 전자(170)의 가속 전압에 의존한다. 그래서, 1차 전자(170)의 가속 전압을, 반사 전자 검출기(125)에 입사하는 반사 전자 수보다, 반사 전자(172)에 의해 반사 전자 검출기(125)로부터 방출되는 3차 전자 수가 많아지도록 조정함에 의해, 반사 전자 검출기(125)의 양대전을 촉진, 즉 음대전을 감소시킬 수 있다. 이때, 반사 전자 검출계 제어부(138)에 의해 반사 전자 검출기(125)에 인가하는 전압(603)을 음으로 하고, 및/또는 시료대 전압 제어부(144)에 의해 시료(114)에 인가하는 전압(604)을 양으로 함으로써, 반사 전자 검출기(125)로부터 방출되는 3차 전자(601)가 반사 전자 검출기(125)에 재입사되는 것을 억제할 수 있고, 반사 전자 검출기(125)의 양대전을 더 촉진할 수 있다. 또한, 반사 전자 검출기(125)로부터 그라운드(접지 전위)에 유출되는 전류를, 반사 전자 검출계 제어부(138)의 전류계(602)에 의해 계측함으로써, 반사 전자 검출기(125)의 대전의 진행 방향이 양인지 음인지를 판별할 수 있기 때문에, 설정한 광학 조건이 적절했는지 판단할 수 있다.
또, 이 음대전을 해소하는 방법은, 반사 전자 검출기(125)의 양대전을 해소하고 싶은 경우에도 적용 가능하다. 이 경우, 음대전을 해소하는 경우와는 반대의 조건, 즉, 반사 전자 검출기(125)에 입사하는 반사 전자 수보다, 반사 전자에 의해 방출되는 3차 전자 수가 적어지는 가속 전압 조건을 이용한다. 이때 마찬가지로, 반사 전자 검출기(125)에 인가하는 전압(603)을 양으로 하고, 및/또는 시료(114)에 인가하는 전압(604)을 음으로 함으로써, 음대전의 해소를 촉진할 수 있다.
스텝 S503의 실행 후, 다시 스텝 S501에서 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압 계측을 행하고, 허용 범위로 될 때까지, 이 동작을 반복한다.
스텝 S503에 있어서의 1차 전자 조사 시간, 즉 대전 해소 동작 시간은, 미리 정한 시간이어도 되고, 1차 전자 조사를 행했을 때의 단위 시간당의 전압 변화를 미리 계측해 두고, 그 결과와 스텝 S501에서 계측한 대전 전압으로부터, 1차 전자 조사 시간을 구해도 된다. 혹은, 스텝 S501∼503의 루프를 복수 회 반복하는 경우에는, 직전의 대전 해소 동작 시의 시간과 대전 전압 변화량, 및 잔류하는 대전 전압으로부터, 뉴턴법에 의해, 다음번의 대전 해소 동작 시간을 결정해도 된다.
이상의 방법에 의해, 반사 전자 검출기(125)에 발생한 대전을 해소, 혹은 감소시킴에 의해 2차 전자 검출에의 영향을 회피해서, 신뢰성이 높은 패턴 계측이 가능하게 된다.
(실시예 4)
도 7a는, 반사 전자 검출기(125)의 대전의 유무를 간이하게 검사하는 플로차트이다. 본 플로차트도 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 실행된다.
스텝 S701에서는, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 미리 설정한 기준 전압 Vr로 설정한다. 기준 전압 Vr은 0V로 하는 것이 바람직하다. 반사 전자 검출기(125)의 대전이 없다고 하면(전자 광학계에 있어서 감속 광학계는 적용하지 않는 것으로 한다), 0V의 전후에 2차 전자 검출량이 급격하게 변화하기 때문에 감도 좋게 대전의 유무를 검지할 수 있기 때문이다. 단, 시료(114)에 전압을 인가하는 경우나, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 안정적으로 0V로 하는 것이 어려운 경우 등은, 0V 이외의 전압으로 해도 된다.
스텝 S702에서는, 시료의 화상을 취득하고, 화상의 평균 계조값을 산출한다. 이 경우도, 시료의 대전이 취득하는 화상에 영향을 주지 않도록, 시료는 대전되지 않거나, 혹은 대전이 충분히 작은 시료로 한다.
스텝 S703에서는, 화상의 평균 계조값이 미리 정한 문턱값 Tth 이상인지를 판정하고, 문턱값 Tth 미만이면 반사 전자 검출기(125)에 대전이 발생하고 있을 가능성이 있다고 판단하고, 대전 계측을 행하는 스텝 S704로 이행한다.
스텝 S704에서는, 실시예 1의 스텝 S201∼S205와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출한다.
스텝 S705에서는, 실시예 2의 스텝 S402와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 보정한다. 혹은, 실시예 3의 스텝 S503과 마찬가지의 방법으로, 대전을 해소하는 동작을 행해도 된다. 그 경우는, 도 5의 플로차트와 마찬가지로, 다시 스텝 S704로 돌아가서 반사 전자 검출기(125)의 대전을 산출하고, 대전이 허용 범위로 될 때까지 대전 해소 동작을 반복해도 된다.
반사 전자 검출기(125)가 대전되어 있지 않은 경우(계측 1)와 반사 전자 검출기(125)가 대전되어 있는 경우(계측 2)에서의 평균 계조값의 차이를 도 7b에 모식적으로 나타낸다. 계측 1에서는, 화상 취득(스텝 S702)에 의해 평균 계조값 T1가 얻어지고, 계측 2에서는, 화상 취득(스텝 S702)에 의해 평균 계조값 T2가 얻어진 것으로 한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압과 취득 화상의 평균 계조값은 소정의 관계(301)를 갖고 있고, 파형(301-2)은 반사 전자 검출기(125)의 대전량에 따라서 파형(301-1)을 평행 이동한 파형에 상당한다. 이와 같이, 산출되는 평균 계조값 T는, 반사 전자 검출기(125)의 대전량에 따라서 저하한다. 따라서, 문턱값 Tth를 적절하게 설정해 두는 것에 의해, 1회의 화상 취득에 의해, 반사 전자 검출기(125)의 대전 판정이 가능하게 된다.
문턱값 Tth는, 미리 실시예 1의 스텝 S201∼S204를 실시해서, 도 7b에 나타낸 반사 전자 검출기에의 인가 전압과 2차 전자에 의한 화상의 평균 계조값의 관계를 취득해서 설정할 수 있다. 이것에 의해, 반사 전자 검출기의 근소한 대전에 의한 2차 전자 검출 신호의 감소도 검지 가능한 문턱값 설정이 가능하게 된다. 혹은, 도 7a의 플로차트를 유사한 시료에 대해서 반복하여 실시하는 경우에는, 스텝 S702에서 얻어진 평균 계조값을 기록해 두고, 그때까지의 평균 계조값의 평균값에 1 이하의 일정한 계수를 곱한 평균 계조값을 문턱값 Tth로 해도 된다. 이것에 의해, 돌발적으로 발생하는 반사 전자 검출기의 대전을 검지할 수 있다.
이상의 방법에 의해, 1회의 화상 취득에 의해, 간편하게 반사 전자 검출기(125)의 대전의 유무를 검사할 수 있기 때문에, 스루풋의 저하를 최소한으로 하면서, 반사 전자 검출기의 대전에 의한 2차 전자 검출에의 영향을 회피해서, 신뢰성이 높은 패턴 계측이 가능하게 된다.
(실시예 5)
도 8은, 시료(114)에 형성된 패턴을 계측하는 플로차트이고, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 간이적으로 검사, 혹은 계측, 혹은 보정, 혹은 해소하는 공정을 갖고 있다. 본 플로차트도 장치 제어 연산 장치(150)에 의해 실행된다. 이 플로차트에서는, 패턴의 계측을 행하는 시퀀스에 있어서, 실시예 1∼4의 방법이 적용 가능한 타이밍에, 그들을 실시하도록 기술하고 있다. 단, 도 8에 포함되는 반사 전자 검출기(125)의 대전을 검사, 보정 등 하는 모든 스텝을 반드시 실시할 필요는 없으며, 요구되는 패턴 계측의 안정도, 시료나 광학 조건을 고려했을 때의 반사 전자 검출기 대전의 리스크, 스루풋 등을 총합적으로 고려해서, 필요한 스텝을 선택해서 실시하면 된다. 또한, 이 플로차트에는, 시료의 회전 어긋남이나 위치 어긋남의 보정 시퀀스 등은 명시하고 있지 않지만, 패턴의 계측에 필요한 스텝은 포함되는 것으로 한다. 또, 패턴 계측으로 한정하지 않으며, 예를 들면 패턴을 검사하는 공정에도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.
스텝 S801에서는, 스테이지(112)를 이동시키거나, 혹은 1차 전자(170)의 조사 위치를 이동시킴에 의해, 광축 조정용의 교정용 시료(115)로 시야를 이동시킨다. 교정용 시료(115)는 시료대(113) 상에 탑재되고, 그 표면에 광축 조정용의 교정 패턴이 형성되어 있다.
스텝 S802에서는, 교정 패턴의 화상을 이용해서, 광축 조정 시퀀스를 실시한다. 광축 조정을 포함하는 전자 광학계의 광학 조건의 조정이 완료되었을 때의 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 기준 전압 Vr(실시예 4를 참조)로 한다.
스텝 S803에서는, 반사 전자 검출기(125)의 대전 계측용의 표준 시료로 시야 이동한다. 여기에서, 표준 시료는, 대전되지 않거나, 혹은 대전이 충분히 작은 시료로 한다. 교정용 시료(115)를 표준 시료로서 겸용함으로써, 스텝 S803은 할애될 수 있다.
스텝 S804에서는, 실시예 1의 스텝 S201∼205와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출한다. 또, 스텝 S804에서 대전 전압을 산출한 후, 실시예 2의 스텝 S402를 실시해서 대전을 보정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 기준 전압 Vr에 대해서도, 반사 전자 검출기(125)에 인가한 오프셋 전압을 가하는 보정을 행하고, 이후의 스텝에서의 기준 전압 Vr로서, 오프셋 보정한 기준 전압을 이용한다. 혹은 실시예 3의 스텝 S502, S503, S501을 반복하여 실시하고, 대전 전압이 허용 범위 내로 될 때까지, 대전을 해소하는 동작을 실시해도 된다.
스텝 S805에서는, 계측 대상인 시료(114)의 위치 맞춤 패턴으로 시야를 이동한다. 위치 맞춤 패턴은 계측 대상 패턴을 시야에 들어가게 하기 위해서 설치되는, 계측 대상 패턴까지의 거리가 기지(旣知)인 패턴이다.
스텝 S806에서는, 위치 맞춤용 패턴의 화상을 취득하고, 시야 내의 위치 맞춤용 패턴의 위치로부터 계측 대상 패턴까지의 정확한 거리를 산출한다. 이때, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압은, 기준 전압 Vr로 설정되어 있다.
스텝 S807에서는, 스텝 S806에서 취득한 위치 맞춤용 패턴의 화상을 사용해서, 실시예 4의 스텝 S702∼703과 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전의 간이 검사를 실시한다. 대전 있음으로 판정되는 경우에는, 스텝 S808로 진행하고, 실시예 4의 스텝 S704∼705와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 보정함과 함께, 기준 전압 Vr에 대해서도, 반사 전자 검출기(125)에 인가한 오프셋 전압을 가하는 보정을 행하고, 이후의 스텝에서의 기준 전압 Vr로서, 오프셋 보정한 기준 전압을 이용한다. 그 후, 스텝 S806으로 돌아가서, 다시, 위치 맞춤용 패턴의 화상을 취득하고, 위치 맞춤용 패턴의 위치로부터 계측 대상 패턴까지의 정확한 거리를 다시 산출한다.
스텝 S807에서 대전 없음으로 판정되는 경우에는, 스텝 S809로 진행하고, 스텝 S809에서는, 위치 맞춤용 패턴으로부터 계측 대상 패턴으로 시야 이동한다. 이때의 이동량은, 스텝 S806에서 산출한 정확한 거리를 이용한다. 이것에 의해, 계측 대상 패턴을 시야 내의 원하는 위치로 재현성 좋게 이동시킬 수 있다.
스텝 S810에서는, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 변경하여 초점 위치를 변화시키면서 2차 전자 검출기(120)에 의한 화상을 취득하고, 화상의 첨예도가 가장 높아지도록 하는 조건으로 초점을 조정한다(오토 포커스). 초점 조정을 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 변경하는 것으로 행함에 의해, 초점 조정을 위하여 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 변경하면서 취득한 화상을, 다음의 스텝 S811에서 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출하기 위하여 이용할 수 있다. 2차 전자 검출기(120)의 화상에 의한 초점 조정이, 화상 계조값의 저하 등 때문에 어려운 경우에는, 동시에 취득한 반사 전자 검출기(125), 혹은 다른 검출기의 화상을 이용해서 초점 조정해도 된다. 그러나, 그들 화상을 가지고서도, 초점 조정이 어려운 경우에는, 대물 렌즈의 전류나 그 밖의 전극의 전압을 변경하는 것에 의한 초점 조정을 행할 필요가 있다. 이 경우에는, 스텝 S811은 스킵한다(반사 전자 검출기(125)의 대전 전압의 계측은 행하지 않는다).
스텝 S811에서는, 스텝810에서 취득한 초점 조정 시의 2차 전자 검출기(120)의 화상, 즉 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압을 변경하면서 취득한 2차 전자 검출기(120)의 화상을 이용해서, 실시예 1의 스텝 S205와 마찬가지로, 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압을 산출한다. 또, 대전을 계측한 후, 실시예 2의 스텝 S402를 실시해서 대전을 보정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 기준 전압 Vr에 대해서도, 반사 전자 검출기(125)에 인가한 오프셋 전압을 가하는 보정을 행하고, 이후의 스텝에서의 기준 전압 Vr로서, 오프셋 보정한 기준 전압을 이용한다.
스텝 S812에서는, 2차 전자 검출기(120)의 화상을 취득한다. 이때의 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압은, 기준 전압 Vr로 한다. 스텝 S810의 오토 포커스로 구해진 최적의 인가 전압과 다른 전압을 반사 전자 검출기(125)에 인가했을 경우, 초점 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 다른 방법으로 초점 조정을 행한 경우에도 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압은, 기준 전압 Vr로 함으로써 화상 계조의 저하 등이 발생하는 경우에는, 다음의 스텝 S813의 패턴 계측 결과에 영향을 미칠 우려가 있으므로, 반사 전자 검출기(125)에의 인가 전압은, 화상 계조의 저하나 초점 어긋남이 발생하지 않는 조건으로 설정할 필요가 있다. 이 경우에는, 스텝 S814는 스킵한다(반사 전자 검출기(125)의 대전의 간이 검사는 행하지 않는다). 또, 스텝 S812에서, 반사 전자 검출기(125)의 화상을 동시에 취득해도 된다.
스텝 S813에서는, 스텝 S812에서 취득한 2차 전자 검출기(120)의 화상, 혹은 반사 전자 검출기(125)의 화상에 의거하여 패턴을 계측한다.
스텝 S814에서는, 스텝 S812에서 취득한 2차 전자 검출기(120)의 화상을 이용해서, 실시예 4의 스텝 S702∼703과 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전의 간이 검사를 실시한다. 반사 전자 검출기(125)에 대전이 발생하고 있을 가능성이 있다고 판단한 경우에는, 실시예 1과 같이 에러를 표시하거나, 혹은 실시예 4의 스텝 S704∼705와 마찬가지의 방법으로, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 보정하는 것이 바람직하다. 반사 전자 검출기(125)의 대전을 보정하는 경우에는, 기준 전압 Vr에 대해서도, 반사 전자 검출기(125)에 인가한 오프셋 전압을 가하는 보정을 행하고, 이후의 스텝에서의 기준 전압 Vr로서, 오프셋 보정한 기준 전압을 이용한다.
스텝 S815에서는, 모든 계측 대상 패턴의 계측을 완료했는지 판정하고, 완료할 때까지 스텝 S805∼S814를 반복한다.
도 8의 플로차트 중에서, 반사 전자 검출기(125)의 대전의 검사나 해소 등에 따른 필요 충분한 스텝을 선택해서 실시함으로써, 스루풋의 저하를 필요 최저한으로 억제하면서, 혹은 스루풋을 저하시키지 않고, 반사 전자 검출기(125)에 발생한 대전을 검출, 보정, 혹은 해소할 수 있고, 신뢰성이 높은 패턴 계측을 실현할 수 있다.
(실시예 6)
도 9는, 표면 전위 계측 프로브를 이용해서 반사 전자 검출기의 대전 계측을 행하는 플로차트이다. 도 10에, 본 실시예에 있어서의 스테이지(112)의 모식도를 나타낸다(여기에서는 시료대(113)는 생략하고 있다). 스테이지(112) 상에는, 표면 전위 계측 프로브(1001)와 제전 장치(1002)가 배치되어 있다.
스텝 S901에서는, 스테이지(112)를 이동시켜서, 표면 전위 계측 프로브(1001)를 반사 전자 검출기(125)에 대향시킨다.
스텝 S902에서는, 표면 전위 계측 프로브(1001)를 이용해서 반사 전자 검출기(125)의 표면 전위, 즉 대전 전압을 계측한다.
스텝 S903에서는, 스텝 S902에서 계측한 대전 전압이 허용 범위인지의 여부를 판정하고, 허용 범위를 초과한 경우에는 스텝 S904로 이행한다.
스텝 S904에서는, 스테이지(112)를 이동시켜서, 제전 장치(1002)를 반사 전자 검출기(125)에 대향시킨다. 여기에서, 제전 장치(1002)란, 자외선 조사 장치나 플라스마 발생 장치, 전자나 이온의 발생 장치 등, 대상의 표면 대전을 저감하는 장치이다.
스텝 S905에서는, 제전 장치(1002)를 이용해서, 반사 전자 검출기(125)의 대전을 제거한다.
또, 본 실시예 중, 대전 계측만(스텝 S901∼902)을 실시해도 되고, 대전 계측을 실시하지 않고 정기적으로 대전 저감만(스텝 S904∼905)을 실시해도 된다.
이상의 방법은, 스테이지(112)에 유지되는 시료(114)를 교환할 때의, 진공 배기의 대기 시간이나, 광학 조건을 변경할 때의 대기 시간 등, 1차 전자를 조사할 수 없는 시간을 이용해서 실시할 수 있다. 이 때문에, 패턴 계측의 총합적인 스루풋을 저하시키지 않고, 반사 전자 검출기(125)에 발생한 대전을 계측할 수 있다. 그 결과, 대전에 영향을 받은 패턴 계측 결과를 전체의 결과로부터 제외하거나, 메인터넌스를 촉구해서, 추가적인 대전의 영향이나 대전의 증대를 방지할 수 있다. 또한, 마찬가지로, 총합적인 스루풋을 저하시키지 않고, 반사 전자 검출기(125)에 발생한 대전을 제거할 수 있다. 그 결과, 신뢰성이 높은 패턴 계측이 가능하게 된다.
또한, 본 실시예 6을 실시예 1∼5와 조합해도 된다. 예를 들면, 실시예 1∼5에 있어서의 대전 전압이 허용 범위인지의 여부의 판정을 실시예 6의 방법(스텝 S901∼S903)으로 행할 수 있다. 혹은, 실시예 3∼5에 있어서의 대전의 제거를 실시예 6의 방법(스텝 S904∼905)으로 행할 수 있다.
이상의 실시예에서 설명한 반사 전자 검출기(125)의 대전 전압의 계측을 정기적으로 실시함에 의해, 대전의 변화를 모니터할 수 있다. 도 11은, 모니터 결과의 표시의 예이다. 이와 같은 표시를 행함으로써, 반사 전자 검출기의 대전의 진행도를 파악할 수 있고, 2차 전자 검출에 영향이 발생하기 전에, 예를 들면 반사 전자 검출기의 교환이나 클리닝 등의 대책을 실시하는 것이 가능하게 된다.
또한, 반사 전자 검출기의 대전을 일으키는 원인의 추정에도 활용할 수 있다. 예를 들면, 특정의 시료의 계측 전후에 대전 전압이 크게 증가하고 있는 경우에는, 그 시료로부터의 디가스가 원인으로 반사 전자 검출기에 유기물 오염이 부착하여, 대전이 촉진될 가능성이 시사된다. 그 결과, 그와 같은 시료의 계측을 회피하거나, 계측 전의 처리를 재검토함으로써, 반사 전자 검출기의 대전을 예방하는 것이 가능하게 된다.
100 : 전자원 101 : 전자총
102 : 제1 얼라이너 103, 105 : 콘덴서 렌즈
106, 108 : 주사 편향기 109 : 대물 렌즈
110 : 자로 112 : 스테이지
113 : 시료대 114 : 시료
115 : 교정용 시료 120 : 2차 전자 검출기
121 : ExB 소자 122 : 메시 전극
125 : 반사 전자 검출기 131 : 전자총 제어부
132 : 제1 얼라이너 제어부 133, 135 : 콘덴서 렌즈 제어부
137, 139 : 주사 편향기 제어부 138 : 반사 전자 검출계 제어부
141 : 부스터 전압 제어부 142 : 대물 렌즈 제어부
144 : 시료대 전압 제어부 145 : 2차 전자 검출계 제어부
146 : 메시 전극 제어부 147 : ExB 소자 제어부
150 : 장치 제어 연산 장치 151 : 기억 장치
152 : 표시 장치 170 : 1차 전자
171 : 2차 전자 172 : 반사 전자
602 : 전류계 1001 : 표면 전위 계측 프로브
1002 : 제전 장치

Claims (16)

1차 전자를 방출하는 전자원과 대물 렌즈를 포함하는 전자 광학계와,
시료가 재치(載置)되는 스테이지와,
상기 대물 렌즈보다도 상기 전자원측에 배치되고, 상기 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기와,
상기 대물 렌즈와 상기 스테이지 사이에 배치되고, 상기 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기와,
상기 반사 전자 검출기에 대응해서 설치되고, 상기 반사 전자 검출기에 전압을 인가하는 반사 전자 검출계 제어부와,
상기 반사 전자 검출기에 소정의 전압을 인가한 상태에서 상기 시료에 상기 1차 전자를 조사했을 때의 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도에 의거하여, 상기 반사 전자 검출기의 대전 상태를 검출하는 장치 제어 연산 장치를 갖는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 상기 소정의 전압을 변경하면서 상기 시료에 상기 1차 전자를 조사했을 때의 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도를 취득하고, 취득한 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도와 상기 반사 전자 검출기에 인가한 전압의 관계에 의거하여, 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압을 산출하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 취득한 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도와 상기 반사 전자 검출기에 인가한 전압의 관계로부터, 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도가 급격하게 변화하는 상기 반사 전자 검출기에의 인가 전압을 구하고, 상기 인가 전압을 양음 반전한 전압을 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압으로서 산출하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서,
표시 장치를 갖고,
상기 장치 제어 연산 장치는, 산출한 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압이 허용 범위를 초과하는 경우에는, 상기 표시 장치에 에러를 표시시키는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 산출한 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압에 따른 오프셋 전압을 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서,
상기 스테이지에 재치되는 상기 시료를 유지하는 시료대와,
상기 시료대에 전압을 인가하는 시료대 전압 제어부를 갖고,
상기 장치 제어 연산 장치는, 산출한 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압에 따른 오프셋 전압을 상기 시료대에 인가하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 상기 전자 광학계를 소정의 광학 조건으로 설정해서 상기 시료에 1차 전자를 조사하고,
상기 소정의 광학 조건은, 상기 소정의 광학 조건에서 상기 시료에 조사된 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출된 반사 전자가 상기 반사 전자 검출기에 입사됨에 의해 3차 전자가 방출되고, 방출되는 3차 전자 수가 상기 반사 전자 검출기에 입사되는 반사 전자 수보다도 많은 가속 전압 조건인 주사 전자 현미경.
제7항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 상기 전자 광학계를 상기 소정의 광학 조건으로 설정해서 상기 시료에 1차 전자를 조사하는 기간에 있어서, 상기 반사 전자 검출기에 음전압을 인가하는 주사 전자 현미경.
제7항에 있어서,
상기 반사 전자 검출계 제어부는, 상기 전자 광학계를 상기 소정의 광학 조건으로 설정해서 상기 시료에 1차 전자를 조사하는 기간에 있어서, 상기 반사 전자 검출기와 그라운드 사이에 흐르는 전류를 계측하는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 상기 반사 전자 검출기에 소정의 기준 전압을 인가해서 상기 시료에 상기 1차 전자를 조사했을 때의 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도를 취득하고, 취득한 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도를 문턱값 전압과 비교함에 의해, 상기 반사 전자 검출기의 대전의 유무를 판정하는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서,
상기 장치 제어 연산 장치는, 상기 반사 전자 검출기에 상기 소정의 전압을 인가한 상태에서 상기 시료에 상기 1차 전자를 조사하고, 상기 2차 전자 검출기로부터 검출되는 2차 전자에 의거한 화상을 취득하고, 상기 화상의 평균 계조값을 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도로 하는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서,
상기 반사 전자 검출기는, 애뉼러(annular) 형상의 신틸레이터를 구비하는 주사 전자 현미경.
1차 전자를 방출하는 전자원과 대물 렌즈를 포함하는 전자 광학계와,
시료가 재치되는 스테이지와,
상기 대물 렌즈보다도 상기 전자원측에 배치되고, 상기 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기와,
상기 대물 렌즈와 상기 스테이지 사이에 배치되고, 상기 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기와,
상기 반사 전자 검출기에 대응해서 설치되고, 상기 반사 전자 검출기에 전압을 인가하는 반사 전자 검출계 제어부와,
상기 스테이지 상에 배치되고, 상기 반사 전자 검출기의 표면 전위를 계측하는 표면 전위 계측 프로브와,
상기 스테이지 상에 배치되고, 상기 반사 전자 검출기의 대전을 제거하는 제전 장치를 갖는 주사 전자 현미경.
1차 전자를 방출하는 전자원과 대물 렌즈를 포함하는 전자 광학계와, 시료가 재치되는 스테이지와, 상기 대물 렌즈보다도 상기 전자원측에 배치되고, 상기 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기와, 상기 대물 렌즈와 상기 스테이지 사이에 배치되고, 상기 1차 전자와 상기 시료의 상호 작용에 의해 방출되는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기를 갖는 주사 전자 현미경을 이용해서 상기 시료의 패턴 계측을 행하는 패턴 계측 방법으로서,
상기 전자 광학계의 광학 조건을 조정하는 제1 공정과,
상기 2차 전자 검출기를 이용해서 상기 시료의 위치 맞춤용 패턴을 포함하는 화상을 취득하고, 상기 위치 맞춤용 패턴으로부터 계측 대상 패턴까지의 정확한 거리를 산출하는 제2 공정과,
상기 계측 대상 패턴으로 시야 이동해서 초점을 조정하는 제3 공정과,
상기 2차 전자 검출기를 이용해서 상기 계측 대상 패턴을 포함하는 화상을 취득하고, 상기 계측 대상 패턴을 계측하는 제4 공정과,
상기 제2 공정 및 상기 제4 공정의 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 반사 전자 검출기에 기준 전압을 인가한 상태에서 상기 화상을 취득하고, 상기 화상으로부터 산출되는 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도에 의거하여, 상기 반사 전자 검출기의 대전의 유무를 판정하는 제5 공정을 갖고,
상기 기준 전압은, 상기 제1 공정에 있어서, 상기 전자 광학계의 광학 조건을 조정이 완료되었을 때의 상기 반사 전자 검출기에의 인가 전압으로 하는 패턴 계측 방법.
제14항에 있어서,
상기 제3 공정에 있어서, 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 인가 전압을 변경하면서, 상기 2차 전자 검출기를 이용해서 복수의 화상을 취득하고, 상기 복수의 화상으로부터 화상의 첨예도가 가장 높아지도록 하는 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 인가 전압을 구하고,
상기 제3 공정에 있어서 취득한 상기 복수의 화상의 각각으로부터 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도를 산출하고, 산출한 상기 2차 전자 검출기의 신호 강도와 상기 반사 전자 검출기에 인가한 인가 전압의 관계에 의거하여, 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압을 산출하는 제6 공정을 갖는 패턴 계측 방법.
제15항에 있어서,
상기 제6 공정에 있어서, 산출한 상기 반사 전자 검출기의 대전 전압에 따른 오프셋 전압을 상기 반사 전자 검출기에 인가함과 함께, 상기 기준 전압을 상기 오프셋 전압에 따라서 보정하는 패턴 계측 방법.
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