WO2012102301A1 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

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WO2012102301A1
WO2012102301A1 PCT/JP2012/051530 JP2012051530W WO2012102301A1 WO 2012102301 A1 WO2012102301 A1 WO 2012102301A1 JP 2012051530 W JP2012051530 W JP 2012051530W WO 2012102301 A1 WO2012102301 A1 WO 2012102301A1
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scanning
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electron beam
dose
charge
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PCT/JP2012/051530
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シャヘドゥル ホック
源 川野
Original Assignee
株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2809—Scanning microscopes characterised by the imaging problems involved
    • H01J2237/281—Bottom of trenches or holes

Definitions

  • the present invention relates to a scanning electron beam apparatus, and more particularly to a precharging method for charging a sample by scanning with an electron beam, and a scanning electron microscope for attaching precharging to the sample.
  • a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope: SEM) irradiates an electron beam (hereinafter also referred to as a primary beam) on a sample, thereby releasing secondary electrons (Secondary Electron: SE) and reflected electrons ( This is a device that detects Backscattered Electron (BSE).
  • SE Secondary Electron
  • BSE Backscattered Electron
  • the aspect ratio is the ratio of hole depth to hole diameter, and contact holes with an aspect ratio exceeding 30 are not uncommon.
  • secondary electrons emitted from the bottom must be detected after irradiating the bottom of the hole with a primary beam.
  • secondary electrons from the bottom may collide with the side wall of the hole and may not escape from the hole, making it difficult to observe the hole bottom.
  • the first beam is a beam having a larger secondary electron emission efficiency ⁇ , irradiation region, and the like than the second beam
  • the sample surface is positively charged.
  • the second electron beam is irradiated while the sample is positively charged, the electrons emitted from the bottom of the hole can be guided out of the hole, and the electron can be detected with high efficiency.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2000-208085 (corresponding US Pat. No. 6,344,750) Japanese translation of PCT publication No. 2002-524827 (corresponding US Pat. No. 6,570,154) JP 05-151927 A (corresponding US Pat. No. 6,412,209) JP 2000-331635 A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-200509 (corresponding US Pat. No. 6,635,873) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-99540 (corresponding US Patent US2009 / 0084954)
  • pre-dose or pre-charge method electrons emitted from the hole bottom or the like can be detected with high efficiency.
  • the charge adhering to the sample by the first beam is not uniform within the scanning range of the second beam (Field of View (FOV)), and therefore, field of view, focus, or image distortion occurs. The possibility has been revealed by the inventors' investigation.
  • FOV Field of View
  • the charged potential Since the center of the scanning range of the electron beam has a higher potential than the edge of the scanning range, the charged potential has a gradient within the scanning range of the second electron beam, which is an image distortion. It may cause such as.
  • Patent Document 6 first scans the sample using a beam having a secondary electron emission efficiency ( ⁇ 1)> 1, and secondly, a different secondary electron emission efficiency (although a method for flattening the potential gradient formed by the beam of ⁇ 1 by scanning the beam of ⁇ 2) is disclosed, the negative voltage applied to the sample is changed in order to change the secondary electron emission efficiency ⁇ . Therefore, the electrostatic lens formed by applying the negative voltage is changed. Thus, in the method of changing the optical conditions of the electron microscope, it takes time to adjust the lens conditions. In addition, since it is necessary to adjust the optical conditions twice before irradiating the second beam, a corresponding time is required.
  • the charge density per unit area of the inner region in the scanning region of the electron beam is lower than the charge density of the outer region in the scanning region.
  • a scanning electron microscope that controls the scanning deflector so as to scan the electron beam and then perform electron beam scanning for detecting electrons by the detector in a region including the inner region is proposed.
  • Rectangle scan while changing the scan speed Circular scan while changing scan speed. Circular scan while changing scan speed.
  • Scan signal during preliminary irradiation and charge potential distribution formed by preliminary irradiation An example of circular pre-irradiation while changing the scanning speed.
  • Scan signal during preliminary irradiation and charge potential distribution formed by preliminary irradiation An example of circular pre-irradiation while changing the scanning speed.
  • Scan signal during preliminary irradiation and charge potential distribution formed by preliminary irradiation An example of circular pre-irradiation while changing the scanning speed.
  • Scan signal during preliminary irradiation and charge potential distribution formed by preliminary irradiation An example of circular pre-irradiation while changing the scanning speed.
  • Scan signal during preliminary irradiation and charge potential distribution formed by preliminary irradiation. An example of circular pre-irradiation while changing the scanning speed.
  • a pre-dose method in which the pre-irradiation area is distributed discretely.
  • Raster scan that reduces the dose to the center of the pre-dose area.
  • a raster scan signal that reduces the dose amount to the center of the pre-dose region.
  • Pre-dose that reduces the amount of irradiation at the center by combining raster scan and raster rotation.
  • the scanning region of the electron beam by SEM has a two-dimensional spread, and when the electron beam scans uniformly, the charge (charge) accumulated at the center of the scanning region is compared with the charge accumulated at the edge of the scanning region. Then, it tends to be relatively high. That is, when a pre-dose method or a pre-charge method that positively charges the sample surface is applied, a potential gradient is formed in the observation region. Since such a potential gradient has a deflection effect on the electron beam, it is considered that visual field deviation, focus deviation, image distortion, etc. may occur and accurate observation and measurement may not be possible.
  • FIG. 2 shows a potential distribution when a uniform charge distribution exists in a finite region.
  • FIG. 2A shows a case where the pre-dose region is a circle having a radius R and the accumulated charge density is a certain value ⁇ in the region.
  • FIG. 2B shows potential values obtained as a function of the distance r from the center of the circle to an arbitrary point on the sample and the distance z from the sample.
  • the vertical axis represents the amount obtained by normalizing the potential ⁇ by ⁇ / 4 ⁇ o, and the unit is m.
  • the potential distribution has a gradient in the r direction, and a lens action occurs.
  • the primary beam is shifted in the horizontal direction, causing a field of view shift and image distortion.
  • the conventional pre-dose method secondary electrons from the bottom of the contact hole can be easily detected, but on the other hand, there is a case where the field of view or image distortion occurs during observation due to charging, and accurate measurement may not be possible. It is believed that there is.
  • the charge density accumulated in the sample by the pre-dose irradiation is distributed almost uniformly, so that the charged potential distribution has a lateral gradient, and the primary beam is observed at the time of observation by the lens action. It may be bent. Therefore, in this embodiment, the charge density in the peripheral portion of the pre-dose region (region where r is close to R in FIG. 2) is increased, and the charge density in the central portion (region where r is close to 0 in FIGS. 2A and 2B) is reduced.
  • a scanning electron microscope that makes the charged potential distribution uniform will be described.
  • the pre-dose region is divided into a region irradiated with an electron beam and a region not irradiated with a desired charge distribution.
  • a desired charge distribution may be obtained by adjusting the scanning speed of the primary beam during pre-dose irradiation so that the irradiation amount is large in the peripheral portion of the pre-dose region and the irradiation amount is small in the central portion.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a scanning electron microscope.
  • the electron beam 2 generated by the electron gun 1 is converged by the condenser lens 3 and finally converged on the sample by the objective lens 5.
  • the deflector 4 scans the electron beam 2 on the beam scanning region 7 of the sample (hereinafter also referred to as scanning).
  • the secondary electron 8 excited in the sample by the primary beam irradiation and emitted from the sample is detected by the detector 9, and the electron signal is converted into an image, whereby the sample is observed and measured.
  • FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a more detailed scanning electron microscope.
  • An electron beam 1903 extracted from an electron source 1901 by an extraction electrode 1902 and accelerated by an accelerating electrode (not shown) is focused by a condenser lens 1904 which is a form of a focusing lens, and then is scanned on a sample 1909 by a scanning deflector 1905.
  • a condenser lens 1904 which is a form of a focusing lens
  • the electron beam 1903 is decelerated by the negative voltage applied to the electrode built in the sample stage 1908, and is focused by the lens action of the objective lens 1906 and irradiated onto the sample 1909.
  • secondary electrons and electrons 1910 such as backscattered electrons are emitted from the irradiated portion.
  • the emitted electrons 1910 are accelerated in the direction of the electron source by the acceleration action based on the negative voltage applied to the sample, and collide with the conversion electrode 1912 to generate secondary electrons 1911.
  • the secondary electrons 1911 emitted from the conversion electrode 1912 are captured by the detector 1913, and the output of the detector 1913 changes depending on the amount of captured secondary electrons. In accordance with this output, the brightness of a display device (not shown) changes.
  • an image of the scanning region is formed by synchronizing the deflection signal to the scanning deflector 1905 and the output of the detector 1913.
  • the scanning electron microscope illustrated in FIG. 19 includes a deflector (not shown) that moves the scanning region of the electron beam. This deflector is used to form an image of a pattern having the same shape existing at different positions. This deflector is also called an image shift deflector, and enables movement of the field of view (Field ⁇ Of View: FOV) position of the electron microscope without moving the sample by the sample stage.
  • FOV field of view
  • FIG. 19 an example in which electrons emitted from a sample are converted by a conversion electrode and detected is described.
  • the present invention is not limited to such a configuration. It is possible to adopt a configuration in which the detection surface of the electron multiplier tube or the detector is arranged on the orbit.
  • the scanning electron microscope illustrated in FIG. 19 is equipped with an electrode called a blanker (not shown) for blanking an electron beam or a magnetic pole. The blanker deflects the electron beam so as to depart from the ideal optical axis of the electron beam, thereby creating a non-irradiated state of the electron beam on the sample regardless of other conditions of the scanning electron microscope.
  • the control device 1914 controls each component of the scanning electron microscope, and forms a pattern on the sample based on the function of forming an image based on detected electrons and the intensity distribution of detected electrons called a line profile. It has a function to measure the pattern width.
  • the scanning deflector 1905 is desirably an electrostatic deflector capable of high-speed deflection, but an electromagnetic deflector may be employed if high-speed performance can be ensured.
  • the process of observing after forming the charge necessary for observing the high aspect ratio contact hole is as follows.
  • the control device 1914 controls each component of the SEM according to the process illustrated in FIG. First, a sample (semiconductor wafer or the like) is introduced into the sample chamber (step 2401), and the measurement point is moved to the beam irradiation position by driving the sample stage or image shifting (step 2402). Next, a scan pattern stored in a pre-registered recipe is read and pre-dosing is executed (steps 2403 and 2404). Then, the scanning conditions stored in the recipe are read out from the charged region by the pre-dose, and beam scanning for measurement is executed (steps 2405 and 2406).
  • the charge distribution in the pre-dose irradiation region is uniform, the charged potential distribution has a lateral gradient.
  • the pre-dose region is divided as shown in FIG. 3A, and the charge potential distribution in the case where charges exist uniformly in the peripheral portion (region B) and no charge exists in the central portion (region A) is shown in FIG. 3B.
  • the potential distribution in the central portion becomes flat compared to when the pre-dose region is not divided (FIG. 2B), but the potential on the region B becomes higher than the periphery thereof, and the flat region of the potential distribution becomes narrower. End up. This tendency is particularly remarkable in a region close to the sample (the height z from the sample is small).
  • FIG. 3D shows the potential distribution obtained by assuming that the charge at the center of the pre-dose region is not completely zero but smaller than the surrounding portion. In this case, the distribution is flatter than that in the case of FIG. 3B.
  • the charge distribution in which the charge distribution at the center of the pre-dose is not completely zero and the charge density increases toward the outside with a certain gradient is optimal for forming a desired potential distribution.
  • a uniform charge potential can be formed by realizing a charge distribution in which the charge density in the peripheral part is higher than the charge density in the central part of the pre-dose region.
  • scanning may be performed so that the charge density per unit area of the inner region in the scanning region of the electron beam is lower than the charge density of the outer region in the scanning region.
  • a scanning method there is a scanning method illustrated in FIGS. 4A, 4B, and 4C.
  • FIG. 4A illustrates the scanning order of sequentially scanning from the outside to the inside of the scanning area as exemplified in (1) to (7), but in order from the inside to the outside of the scanning area. You may make it scan. Further, the faster the scanning speed, the smaller the number of irradiated electrons (hereinafter referred to as dose).
  • FIG. 4B illustrates a scanning signal when performing the scanning illustrated in FIG. 4A.
  • FIG. 4C shows transitions of the x scan signal and the y scan signal corresponding to each of the first to seventh beam irradiation lines in FIG. 4C when the time t [sec] is the horizontal axis.
  • V is the maximum deflection voltage in the x or y direction
  • Np is the number of pixels in one direction of the pre-dose irradiation region
  • FIG. 4C shows an example of a scan signal when the scan speed increases toward the inside.
  • the shorter the length of the line to be scanned the faster the scanning speed. Therefore, as shown in FIG. 4C, the slope value of the x and y scan signals becomes larger as the scanning line is shorter ( ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3... In FIG. 4C).
  • the scan signal of the frame scan from the inside to the outside is obtained by tracing the signals of FIG. 4B and FIG. 4C in reverse for the time t. According to the scanning method as described above and an application example of the scanning method, a uniform potential distribution can be formed.
  • FIG. 5A A pre-dose is performed in which the central beam A is not irradiated with the primary beam, and only the peripheral portion B is irradiated with a rectangle scan. If the charge accumulated in the sample does not spread due to the beam irradiation during the observation after the beam irradiation, the charge density in the region A becomes zero at the time of the observation. However, in a material in which the accumulated charge spreads for some reason before the observation is performed, the charge distribution in the region A is low and the charge distribution in the region B is high. Therefore, as shown in FIG. 3D, the lateral gradient of the potential at the central portion A can be reduced, and the visual field shift at the time of observation can be prevented.
  • a pre-dose method in which the scanning speed is increased as it is closer to the central part A in FIG.
  • an adjusting device capable of arbitrarily adjusting the areas of the regions A and B is provided and can be adjusted according to the type of sample and the optical conditions of the electron microscope.
  • the potential density can be made more uniform by gradually increasing the charge density at the central portion A to zero and the density at the peripheral portion B gradually from the region A toward the region C. As a result, it is possible to prevent lateral shift of the primary beam during observation, and to prevent visual field shift during observation.
  • a circular irradiation region is formed by performing a scan in which the primary beam draws a spiral on the sample.
  • a scan is referred to as a circular scan.
  • the circular scan includes a case where the primary beam is directed from the outer side A to the inner side B of the spiral drawn on the sample and a case where the primary beam is directed from the inner side B to the outer side A.
  • the scan signal of the circular scan on the two-dimensional xy plane is expressed by the following formula.
  • V (t) is a voltage proportional to the distance from the center to the irradiation position
  • ⁇ (t) is the rotational speed of the circular scan
  • t is the scan time.
  • R be the radius of the circular pre-dose region.
  • a deflection voltage Vo is required to deflect the primary beam from the center to a distance of radius R, and a necessary time for scanning the entire pre-dose region once (one frame scan) is T frame .
  • V (t) When performing a circular scan from the inside to the outside, V (t) changes from 0 to Vo during the scan time 0 to T frame , and vice versa. Change in between.
  • V (t) ⁇ (t) the dose amount per unit area is proportional to 1 / (V (t) ⁇ (t)). Therefore, V (t) ⁇ (t) can be kept constant when the dose is constant, and V (t) ⁇ (t) can be reduced to increase the dose.
  • ⁇ (t) When the charge density in the pre-dose region is continuously changed, ⁇ (t) may be changed as follows. However, hereinafter, circular scanning from the inside to the outside will be described. Since V increases toward the outside of the pre-dose region, ⁇ must be decreased at a rate faster than the increase in V in order to increase the outside charge density. For example, when V (t) is proportional to the scan time t, if ⁇ is proportional to t ⁇ (1 + ⁇ ) (where ⁇ > 0), the dose amount increases toward the outside.
  • FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D a circular pre-dose region having a radius R is divided from the central portion A toward the outside at a ratio of radius 2: 3: 4, and these are called A, B, and C, respectively.
  • a case where the dose amount is 1: 2: 3 for each of A, B, and C will be described.
  • V (t) is proportional to t in a circular scan from the inside to the outside.
  • ⁇ in each region is proportional to 1 / t, and the proportional coefficients at A, B, and C are ⁇ A, ⁇ B, and ⁇ C, respectively.
  • FIG. 8B shows V (t) and ⁇ (t) in this case.
  • the time on the horizontal axis is normalized by the scan time T frame of one frame
  • ⁇ on the vertical axis is expressed as ln ( ⁇ T frame )
  • the voltage V is normalized by Vo and displayed.
  • the charge potential can be reduced in the inner half of the pre-dose region (region A) by reducing the charge density inside the pre-dose region and increasing the outside.
  • the lateral force acting on the primary beam during observation is divided as shown in FIG. 8B. This is about 1 / 4.5 of the case without division.
  • the scan area is divided into three.
  • the number of divisions can be changed arbitrarily, the dose amount of each area can be adjusted arbitrarily, and the optimal conditions for uniform charging potential depending on the material of the sample Can be selected.
  • the pre-dose method described in the fourth embodiment uses 1 at the center of the pre-dose region.
  • the system does not irradiate the next beam.
  • FIG. 9A a pre-dose system in which the primary beam is not irradiated to the central portion A but only the peripheral portion B is irradiated.
  • the areas of the region A and the region B can be arbitrarily adjusted.
  • FIG. 9B in the case of a material in which the accumulated charge spreads, a charge distribution in the central portion A is low (not zero), and a charge distribution in the peripheral portion B is high.
  • the potential distribution becomes as shown in FIG. 8D, and the lateral gradient of the potential at the central portion A becomes small.
  • the lateral deviation of the primary beam is reduced during observation, and the visual field deviation is also reduced.
  • the dose of preliminary irradiation is made variable in Example 5. That is, this is a pre-dose method in which the dose is reduced as it is closer to the central portion A and the dose is increased as it is closer to the external C.
  • the charge density in the central portion A is zero, and the density in the peripheral portion B is gradually increased from the region A toward the region C, whereby the potential distribution can be made uniform. As a result, it is possible to prevent lateral shift of the primary beam during observation, and to prevent visual field shift during observation.
  • uniform charging is achieved by reducing (or avoiding irradiating) pre-irradiation to the central portion of the pre-dose region, lowering the charge density at the central portion, and increasing the charge density at the peripheral portion.
  • a method of forming a potential has been described.
  • a uniform counter potential distribution can be formed by making the region not irradiated with the primary beam during pre-dose not limited to the central portion but discrete. This method can be realized by frame scanning or circular scanning.
  • 10A, 10B and 10C show examples of the frame scanning method. When the primary beam is irradiated discretely as shown in FIG. 10A, a discrete charge distribution is formed as shown in FIG. 10B. High speed blanking is adopted to create a non-irradiated area between irradiated areas.
  • FIG. 10C a circular pre-dose region is divided into 10 parts, and each region is designated as A, B, C, D, E, F, G, H, I, J from the inside to the outside of the pre-dose region. Called.
  • FIG. 10C all the divisions are not specified, and only I and J in the peripheral portion and A and B in the central portion are displayed. Only the A, B, D, F, H, and J are irradiated with the primary beam during the pre-dose.
  • FIG. 10D shows the result obtained by numerical calculation of the charging potential in this case. From this figure, it can be seen that a uniform charged potential is formed in the inner half region of the pre-dose region.
  • the charge accumulated in the sample does not spread, but this method can also be applied when the accumulated charge spreads. For example, the charge accumulated in the sample spreads during the time until observation after pre-dose, and the charge density from J to A is 4: 0.5: 3: 0.5: 2: 0.5: 1: 0. Assume 5: 1: 1.
  • FIG. 10E shows the result obtained by numerical calculation of the charging potential in this case. Comparing FIG. 10D and FIG. 10E, it can be said that in the case of the above-described discrete primary beam irradiation, there is little influence of spreading of the accumulated charge during pre-dose, and a uniform charging potential can be formed in any case.
  • a raster scan is a scanning method often used in a scanning electron beam apparatus such as a scanning electron microscope. It is possible to form a charge distribution as shown in FIGS. 5B and 6B by using raster scan without using circular scan or the like. The embodiment will be described below with reference to the drawings.
  • a pre-dose method in which only the peripheral portion B is scanned by the raster method except for the central portion A is adopted.
  • the areas of the region A and the region B can be adjusted arbitrarily.
  • t blank is a blanking time
  • t line is a time for scanning one line
  • tc is a blanking response delay.
  • the blanking specification to be used needs to be tc ⁇ t blank .
  • FIG. 14 shows an x scan signal in the central portion A of this embodiment.
  • the slope ⁇ fast of the x scan signal is larger than the slope ⁇ before and after that.
  • Ts ′ is the irradiation time per pixel in the high-speed scanning unit
  • np is the number of pixels in the x direction of the region A where the high-speed scanning is performed.
  • the thick line width portion indicates that the scanning speed is low, and the thin line width portion is the opposite.
  • FIG. 13 shows an example of one-step change in scan speed
  • a multi-step change scan signal can be generated in the same manner.
  • a charge distribution with a low charge density at the central portion A and a high charge density at the peripheral portion B can be formed.
  • FIG. 8D a substantially uniform potential distribution can be obtained at the central portion A, and a visual field shift during observation can be prevented.
  • a beam scanning method that realizes uniform charge in the pre-dose region without performing complicated control such as the high-speed blanking applied in the eighth embodiment and the variable-speed raster scan in the ninth embodiment will be described.
  • the central portion A is not irradiated with the primary beam, and the peripheral portion B Irradiate only.
  • the areas of the regions A and B can be arbitrarily adjusted. It is conceivable that the charge accumulated in the sample spreads or does not spread during the irradiation (b) after the scan in FIG.
  • FIG. 16 shows an example in which three-stage scanning is combined, but a multistage pre-dose is also conceivable. For example, by scanning the peripheral portion again after FIG.
  • the charge density of the peripheral portion can be further increased. In this manner, a charge distribution can be obtained in which the charge density in region A is low and the charge density in region B is high. As a result, the same potential distribution as that in FIG. 8D can be obtained, and by reducing the lateral gradient of the potential distribution in the central portion A, it is possible to prevent visual field shift during observation.
  • a charge distribution with a low charge density in the central portion A and a high charge density in the peripheral portion B can be formed. Accordingly, in the case of a material in which the charge accumulated in the sample spreads by pre-dose, the potential distribution becomes as shown in FIG. 8D, and the lateral gradient of the potential distribution at the central portion A becomes small. As a result, the lateral deviation of the primary beam during observation is reduced, and the visual field deviation is also reduced.
  • the first is pre-dose using a combination of variable speed raster scanning and image rotation (raster rotation).
  • image rotation of 360 ° is performed while raster scanning the primary beam on a half area of the image display screen.
  • a thick line has a low scanning speed
  • a thin line has a high scanning speed.
  • FIG. 18B a charge distribution with a low charge density in the central portion A and a high charge density in the peripheral portion B is formed.
  • another pre-dose method is a method in which the preliminary irradiation of Example 12 is performed in the same region immediately after the raster scan of FIG. 18A is performed at a constant speed.
  • the potential distribution is as shown in FIG. 8D in the material in which the charge accumulated in the sample is not spread by pre-dose, and the lateral gradient of the potential distribution in the central portion A becomes small. As a result, the lateral deviation of the primary beam during observation is reduced, and the visual field deviation is also reduced.
  • the method of changing the scan speed as means for changing the dose amount during pre-dose has been described, but the dose amount can also be changed by changing the primary beam current.
  • the beam current it is necessary to change the excitation of a condenser lens or the like, and it is considered difficult to implement it during high-speed pre-dose scanning.
  • the distribution of charge accumulated in the sample after pre-dose irradiation often changes in a short time, and it is important that all the preliminary irradiation methods described above can be performed faster than that time. Therefore, it is essential to increase the operation speed of the deflector 4 of FIG. In general, since the response of the magnetic field coil is slow, it is considered that an electrostatic deflector having a quick response is necessary to properly perform pre-dosing.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining an example in which a plurality of measurement objects (hole patterns 2001 to 2004) are included in the pre-dose region 2005.
  • a plurality of measurement objects hole patterns 2001 to 2004
  • the image may be distorted depending on the position.
  • the charging peak position and the center of the hole are separated from each other, electrons emitted from the bottom of the hole are deflected and collide with the side wall of the hole, which may reduce the electron detection efficiency.
  • this embodiment proposes a method of arranging a plurality of scanning patterns (in the case of this embodiment, scanning patterns 2006 and 2007) so as to surround each hole pattern. As illustrated in FIG. 20, by arranging the same scanning pattern in axial symmetry with respect to the hole center, it is possible to maintain high detection efficiency while suppressing distortion of each hole pattern image.
  • the size of the non-irradiated region 2008 is increased or the outside is increased.
  • the potential distribution in the pre-dose region 2005 is flattened by performing beam scanning under a scanning condition in which the charging by the positioned scanning pattern is relatively larger than the charging by the inner scanning pattern.
  • the potential distribution may be flattened by combining the horizontal scanning pattern 2101 and the vertical scanning pattern 2102 in a grid pattern.
  • a potential difference may occur between the intersection of the scanning pattern 2101 and the scanning pattern 2102 and the other scanning region. If the potential difference is within an allowable range, such a combination of scanning patterns is possible. May be adopted. Since the combination of the scanning patterns in FIG. 21 is simpler than that in FIG. 20, there is an effect that the control becomes easy.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a sample inspection or measurement system including a plurality of scanning electron microscopes.
  • the control device 1914 of the scanning electron microscopes 2203 and 2204, the recipe creation device 2201 that creates a recipe that is an operation program storing the operation conditions of the scanning electron microscope, and the design of semiconductor devices and the like A design data storage medium 2202 for storing data is connected.
  • the design data stored in the storage medium 2202 is expressed in, for example, the GDS format or the OASIS format, and is stored in a predetermined format.
  • the design data can be of any type as long as the software that displays the design data can display the format and can handle the data as graphic data.
  • the recipe creation apparatus 2201 is a position for performing processing necessary for the SEM such as a desired measurement point, autofocus, autostigma, and addressing point on the design data, the contour data of the pattern, or the design data subjected to the simulation. And a program for automatically controlling the sample stage, deflector, etc. of the SEM is created based on the setting. Further, pre-dose conditions are also registered in the recipe, and the control device 1914 controls the scanning electron microscopes 2203 and 2204 based on the registered conditions.
  • the recipe setting device 2201 includes a storage unit 2212 and an arithmetic processing unit 2213, and performs processing necessary to determine pre-dose conditions.
  • the pre-dose condition is set based on the set condition on a GUI (Graphical User Interface: GUI) screen as illustrated in FIG.
  • GUI Graphic User Interface
  • the reaching energy of the beam to the sample (Landing Energy), the acceleration voltage of the electron beam (Vacc), and the applied voltage to the sample (Wafer Voltage) and beam current (Beam Current) can be set.
  • the reaching energy of the beam to the sample (Landing Energy), the acceleration voltage of the electron beam (Vacc), and the applied voltage to the sample (Wafer Voltage) and beam current (Beam Current)
  • Beam Current beam current
  • a mode (ChooseCPattern) for selecting a scanning pattern is selected instead of a general rectangular (Rectangle) scanning. Based on such selection, the scanning pattern stored in the storage unit 2212 can be read in the window 2301.
  • the selectable scan pattern is, for example, a scan pattern as exemplified in Examples 1 to 14.
  • the size of the scanning region (FOV size), the irradiation time of the beam (Exposure) Time), the scanning speed of the outer region of the pre-dose region (Scan Speed 1), the scanning speed of the inner region of the pre-dose region (Scan Speed2), the size of the non-scanning region of the beam (Size of Unirradiated Region), and the like.
  • the pre-dose conditions can be changed without changing the optical conditions such as the lens conditions. That is, it is possible to set conditions that can maintain a high throughput of the apparatus.
  • the scanning conditions may be set based on the setting of the charge amount (AmountAof Charge) and the flatness of the potential distribution (Flatness of Charge), instead of directly inputting the scanning conditions of the beam.
  • the charge amount AmountAof Charge
  • the flatness of the potential distribution Flatness of Charge
  • a table for storing the beam irradiation conditions and the charge amount (for example, the peak value of the charge amount or a parameter that changes according to the charge amount) in association with each other is stored in advance in the storage unit 2212 to set the charge amount.
  • the beam irradiation conditions are read out and set as a recipe.
  • This table shows that, for example, the irradiation time changes (the irradiation time increases as the charging amount increases) or the scanning time changes (the scanning time becomes slower as the charging amount increases) according to the set charge amount. Data is recorded.
  • the table changes the size of the non-irradiated region (Unirradiated Region) in the center of the pre-dose region according to the flatness setting, or the scanning speed (Scan Speed 1) of the outer region in the pre-dose region and the central region. Data that flattens the potential change in the pre-dose region by changing the scanning speed (Scan ⁇ ⁇ Speed2) is recorded.
  • the table stored in the storage unit 2212 may store beam scanning conditions of FOV size or less according to the optical conditions and sample conditions of the electron microscope. For sample information input, for example, design data stored in the storage medium 2202 may be referred to, or sample information may be input from the input device 2205.
  • the relationship between the scanning conditions and other conditions is not tabulated, but the uninput information is calculated based on the input numerical information or information input by setting using the slider illustrated in FIG.
  • An arithmetic expression to be calculated may be stored in the storage unit 2212 and the result may be displayed on the GUI.
  • the charge amount calculation unit 2207 in the recipe setting device 2201 calculates the charge amount or other parameters indicating the magnitude of the charge amount based on the selected scanning pattern information or the like. Further, the flatness calculation unit 2208 obtains a potential gradient or flatness in the pre-dose region based on the set scanning pattern information and the like.
  • the threshold value determination unit 2209 determines whether the potential gradient obtained by the flatness calculation unit 2208 or the flatness satisfies a predetermined condition (for example, the gradient is larger than the predetermined condition or the flatness is lower than the predetermined condition). judge. When the device condition determined that the threshold determination unit 2209 does not satisfy the predetermined condition is set, the alarm generation unit 2210 displays that on the display device 2206 as a message.
  • the scanning pattern generation unit 2211 generates a scanning pattern while referring to the table and the like based on the conditions input by the input device 2205.
  • the recipe setting device having the above-described configuration, it is possible to set an appropriate pre-dose condition in view of a desired charge amount and potential flatness.
  • the recipe setting device 2201 and the SEM control device 1914 have been described as separate units.
  • the control device 1914 may include a recipe setting unit, and the recipe setting may be changed to another calculation. It may be performed by a computer equipped with the apparatus, and the set recipe (operation program) may be executed by an arithmetic device built in the control device 1914.

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Abstract

本発明は、コンタクトホールの底等から放出される電子（１９１０）を高効率に検出するために、試料（１９０９）表面を予備帯電させる第１のビームを試料上に走査した後に、前記試料を観察するための第２のビームを走査する機能を備えた走査電子顕微鏡において、第１のビームを走査する際に、走査領域の縁部（Ｂ）の電荷密度が前記走査領域の中心部（Ａ）の電荷密度よりも高くなるように、走査偏向器（１９０５）を制御することを特徴とする。これにより、レンズ条件を変化させることなく、予備帯電によってもたらされる電位勾配を抑制する走査型電子顕微鏡の提供が可能となった。

Description

走査電子顕微鏡
　本発明は、走査型電子線装置に係り、特に、電子ビームの走査によって試料を帯電させる予備帯電法、及び予備帯電を試料に付着させる走査電子顕微鏡に関する。
　走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、電子ビーム（以後、１次ビームとも呼ぶ）を試料上照射することによって、試料から放出される２次電子（Secondary Electron：ＳＥ）や反射電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）を検出する装置である。その検出信号を、画像やラインプロファイルに変換することによって、試料の観察、検査、或いは測定を行うことができる。電子顕微鏡は半導体デバイスの計測に広く応用されており、半導体デバイスの微細化に伴って、その計測技術が多種多彩なパターンの計測に適用していかなければならない。
　最近は特に、コンタクトホールと呼ばれる高アスペクト比の穴構造の観測・計測のニーズがある。アスペクト比とは穴の深さと穴径の比であり、アスペクト比が３０超えるコンタクトホールも珍しくない。高アスペクト比のコンタクトホールの底を観測するために、ホール底に１次ビームを照射してから、底から放出される２次電子を検出しなければならない。しかし、アスペクト比の高いホールの場合、底からの２次電子がホールの側壁に衝突してしまい、ホールから脱出できない場合があり、ホール底の観測が困難になる。
　ホール底から放出される電子を試料上に導くために、試料表面を正に帯電させる手法が知られている。
　特許文献１乃至５には、試料表面を帯電させるビーム（第１のビーム）を照射した後に、コンタクトホール等の画像、或いはラインプロファイル等を形成する電子を検出するためのビーム（第２のビーム）を走査する手法が開示されている。第１のビームは、第２のビームに対し、二次電子放出効率ηや照射領域等が大きいビームであるため、試料表面は正に帯電する。第２の電子ビームは、試料が正帯電した状態で照射されるため、ホール底から放出された電子を、ホール外に導くことができ、電子の高効率検出が可能となる。
特開２０００－２０８０８５号公報（対応米国特許ＵＳＰ６,３４４,７５０） 特表２００２－５２４８２７号公報（対応米国特許ＵＳＰ６,５７０,１５４） 特開平０５－１５１９２７号公報（対応米国特許ＵＳＰ６,４１２,２０９） 特開２０００－３３１６３５号公報 特開２０００－２００５７９号公報（対応米国特許ＵＳＰ６,６３５,８７３） 特開２００９－９９５４０号公報（対応米国特許ＵＳ２００９／００８４９５４）
　特許文献１乃至５に開示された予備帯電法（以下、プリドーズ、或いはプリチャージ法と称することもある）によれば、ホール底等から放出される電子を高効率に検出することができるが、第１のビームによって試料上に付着した帯電が、第２のビームの走査範囲（視野（Field Of View：ＦＯＶ））内で均一ではないため、視野ずれ、フォーカスずれ、或いは像歪み等が発生する可能性のあることが、発明者らの検討によって明らかになった。
　電子ビームの走査範囲中心は、走査範囲の縁部と比べると、高い電位を持つことになるため、第２の電子ビームの走査範囲内で、帯電電位が勾配を持つことになり、これが像歪み等の原因となる可能性がある。
　このような電位勾配を抑制すべく、特許文献６には第１に二次電子放出効率（η１）＞１のビームを用いて、試料上を走査し、第２に異なる二次電子放出効率（η２）のビームを走査することによって、η１のビームによって形成された電位勾配を平坦化する手法が開示されているが、二次電子放出効率ηを変化すべく、試料に印加する負電圧を変化させているため、当該負電圧印加によって形成される静電レンズを変化させてしまうことになる。このように電子顕微鏡の光学条件を変化させてしまう手法では、レンズ条件の調整に時間を要する。また、第２のビームを照射する前に、２回の光学条件調整を行う必要があるため、相応の時間を要することになる。
　更に、帯電は徐々に緩和するため、上述のような時間経過も勘案した上で、帯電条件を決定する必要があり、且つその条件は試料を形成する材料によって異なるため、設定すべき装置条件が複雑になる可能性がある。
　以下に、電子顕微鏡のレンズ条件を変化させることなく、第２のビームの走査領域内の電位勾配を抑制することを目的とする走査型電子顕微鏡について説明する。
　上記目的を達成するための一態様として、走査電子顕微鏡において、電子ビームの走査領域内の内側領域の単位面積当たりの電荷密度が、当該走査領域内の外側領域の電荷密度より低くなるように、前記電子ビームを走査し、その後、前記内側領域を含む領域に、前記検出器によって電子を検出するための電子ビーム走査を行うように、前記走査偏向器の制御を行う走査電子顕微鏡を提案する。
　上記態様によれば、電子顕微鏡のレンズ条件等を変化させることなく、観察、検査、或いは測定のための電子ビーム走査領域について、予備帯電照射によって付着する表面帯電の電位勾配を抑制することが可能となる。
　本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
走査型電子顕微鏡の概要を示す図。 プリドーズ領域を一定の速度でスキャンした場合の帯電電位分布。 プリドーズ領域を一定の速度でスキャンした場合の帯電電位分布。 プリドーズ領域の内側と外側の電荷密度を変えた場合の帯電電位分布。 プリドーズ領域の内側と外側の電荷密度を変えた場合の帯電電位分布。 プリドーズ領域の内側と外側の電荷密度を変えた場合の帯電電位分布。 プリドーズ領域の内側と外側の電荷密度を変えた場合の帯電電位分布。 レクタングルスキャンのスキャン信号。 レクタングルスキャンのスキャン信号。 レクタングルスキャンのスキャン信号。 プリドーズ領域の中心部を除くレクタングルスキャン。 プリドーズ領域の中心部を除くレクタングルスキャン。 スキャン速度を変えながらレクタングルスキャン。 スキャン速度を変えながらレクタングルスキャン。 スキャン速度を変えながら円形スキャン。 スキャン速度を変えながら円形スキャン。 スキャン速度を変えながら円形予備照射実施の例。予備照射中のスキャン信号と予備照射で形成される帯電電位分布。 スキャン速度を変えながら円形予備照射実施の例。予備照射中のスキャン信号と予備照射で形成される帯電電位分布。 スキャン速度を変えながら円形予備照射実施の例。予備照射中のスキャン信号と予備照射で形成される帯電電位分布。 スキャン速度を変えながら円形予備照射実施の例。予備照射中のスキャン信号と予備照射で形成される帯電電位分布。 プリドーズ領域の中心部を除く円形スキャン。 プリドーズ領域の中心部を除く円形スキャン。 予備照射領域が離散的に分布するようなプリドーズ方式。 予備照射領域が離散的に分布するようなプリドーズ方式。 予備照射領域が離散的に分布するようなプリドーズ方式。 予備照射領域が離散的に分布するようなプリドーズ方式。 予備照射領域が離散的に分布するようなプリドーズ方式。 プリドーズ領域の中心部にビームを照射しないラスタスキャン。 プリドーズ領域の中心部にビームを照射しないラスタスキャン信号とブランキング信号。 プリドーズ領域の中心部へのドーズ量を少なくするラスタスキャン。 プリドーズ領域の中心部へのドーズ量を少なくするラスタスキャン信号。 縦と横ラスタスキャンの組み合わせで中心部にビームを照射しないプリドーズ。 縦と横ラスタスキャンの組み合わせで周囲部の電荷密度を高くするプリドーズ。 ラスタスキャンとラスターローテーションの組み合わせで中心部に照射しないプリドーズ。 ラスタスキャンとラスターローテーションの組み合わせで中心部に照射しないプリドーズ。 ラスタスキャンとラスターローテーションの組み合わせで中心部に照射量を少なくするプリドーズ。 ラスタスキャンとラスターローテーションの組み合わせで中心部に照射量を少なくするプリドーズ。 走査電子顕微鏡の概略構成図。 複数のパターンが存在する領域にプリドーズを施す例を示す図。 複数のパターンが存在する領域にプリドーズを施す例を示す図。 複数の走査電子顕微鏡を含む試料の検査、或いは測定システムの一例を示す図。 プリドーズ条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図。 プリドーズから測定に至るまでの工程を説明するフローチャート。
　ＳＥＭによる電子ビームの走査領域は、二次元的な拡がりを持ち、当該電子ビームが一様に走査する場合、走査領域中心に蓄積する電荷（帯電）は、走査領域縁部に蓄積する電荷と比較すると、相対的に高い傾向にある。すなわち、試料表面に積極的に帯電を付着するプリドーズ法、或いはプリチャージ法を適用すると、観察領域内に電位勾配が形成されることになる。このような電位勾配は、電子ビームに対し偏向作用を持つため、視野ずれ、フォーカスずれや像歪み等がおき、正確な観測・計測ができない場合があると考えられる。
　通常の走査法（例えばラスタスキャン等）は、ある一定の領域で一定のスキャン速度で走査を行うため、付着する帯電電位が勾配を持つことになる。このような走査法をプリドーズやプリチャージに適用した場合、観測時のビームは、電位勾配によって形成されるレンズ作用で、その軌道が偏向される。その理由を以下に説明する。プリドーズ時のスキャン速度が一定の場合、試料に蓄積される電荷がプリドーズ領域に一様に分布すると考えられる。有限な領域に一様な電荷分布が存在するときの電位分布を図２に示す。
　図２Ａに示すように、プリドーズ領域が半径Ｒの円で、蓄積する電荷密度がその領域にある一定値σである場合を考える。円の中心から試料上の任意の点の距離ｒ及び試料からの距離ｚの関数として求めた電位値を図２Ｂに示す。この図で縦軸は電位Φをσ／４πεｏで規格化した量で、単位はｍである。また、横軸はｒをＲで規格化した無次元量である。この図から、電位分布がプリドーズ領域の中心部（ｒ＝０）に一番大きく、周囲部に小さいことが分かる。
　従って、電位分布がｒ方向に勾配を持ち、レンズ作用が生じる。その結果、プリドーズ領域の中心から離れた位置を観測する際、１次ビームが横方向にずれてしまい、視野ずれや像の歪みを起こす。このようにして、従来のプリドーズの手法では、コンタクトホールの底部からの２次電子が検出しやすくなる一方、帯電の影響で観測時に視野ずれや像の歪みが生じ、正確な測定ができない場合があると考えられる。
　上述のように一般的な走査法によるプリドーズでは、プリドーズ照射によって試料に蓄積される電荷密度がほぼ一様に分布するため、帯電電位分布が横勾配を持ち、レンズ作用で観測時１次ビームを曲げてしまう場合がある。そこで、本実施例では、プリドーズ領域の周囲部（図２でｒがＲに近い領域）の電荷密度を高くし、中心部（図２Ａ，Ｂでｒが０に近い領域）の電荷密度を低くすることで、帯電電位分布を一様にする走査電子顕微鏡について説明する。具体的には、プリドーズ領域を、電子ビームを照射する領域と照射しない領域に分割して所望の電荷分布にすることが考えられる。また、プリドーズ領域の周囲部に照射量が多く、中心部に照射量が少なくなるように、プリドーズ照射のとき１次ビームのスキャン速度を調整することでも所望の電荷分布を得ても良い。
　以上のような構成によれば、特に次世代の半導体デバイスの観測と正確な計測が可能となる。
　図１に走査型電子顕微鏡の概略図を示す。電子銃１で発生した電子ビーム２をコンデンサーレンズ３で収束させ、最後に対物レンズ５で試料上に収束させる。偏向器４で電子ビーム２を試料のビーム走査領域７の上を走査（以後、スキャンとも呼ぶ）させる。１次ビーム照射によって試料内で励起され、試料から放出される２次電子８を検出器９で検出し、電子の信号を画像に変換することで、試料の観測・計測を行う。
　図１９は、より詳細な走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源１９０１から引出電極１９０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１９０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサーレンズ１９０４によって、絞られた後に、走査偏向器１９０５により、試料１９０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１９０３は試料台１９０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１９０６のレンズ作用によって集束されて試料１９０９上に照射される。
　電子ビーム１９０３が試料１９０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１９１０が放出される。放出された電子１９１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１９１２に衝突し、二次電子１９１１を生じさせる。変換電極１９１２から放出された二次電子１９１１は、検出器１９１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１９１３の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１９０５への偏向信号と、検出器１９１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図１９に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。この偏向器は異なる位置に存在する同一形状のパターンの画像等を形成するために用いられる。この偏向器はイメージシフト偏向器とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野（Field Of View：ＦＯＶ）位置の移動を可能とする。
　なお、図１９の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。また、図１９に例示する走査電子顕微鏡には、ブランカー（図示せず）と呼ばれる電子ビームをブランキングする電極、或いは磁極が搭載される。ブランカーは、電子ビームを電子ビームの理想光軸から離脱させるように偏向することで、走査電子顕微鏡のその他の条件に因らず、試料に対する電子ビームの非照射状態を作り出すものである。
　制御装置１９１４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。また、走査偏向器１９０５は高速偏向が可能な静電偏向器を採用することが望ましいが、高速性が確保できるのであれば、電磁偏向器を採用するようにしても良い。
　高アスペクト比のコンタクトホールを観察するのに必要な帯電を形成した上で、観察を行う工程は以下の通りである。制御装置１９１４は、図２４に例示するような工程に従って、ＳＥＭの各構成要素を制御する。まず、試料室内に試料（半導体ウェハ等）を導入（ステップ２４０１）し、試料ステージの駆動やイメージシフトによって、ビームの照射位置に測定点を移動する（ステップ２４０２）。次に予め登録されたレシピに記憶された走査パターンを読み出して、プリドーズを実行する（ステップ２４０３，２４０４）。そしてプリドーズによる帯電領域に対し、レシピに記憶された走査条件を読み出して、測定のためのビーム走査を実行する（ステップ２４０５，２４０６）。
　以下に電子ビームを偏向する偏向システムに関し、観察領域に一様な帯電を形成することが可能な走査電子顕微鏡について、図面を用いて説明する。
　図２Ｂで示すように、プリドーズ照射領域の電荷分布が一様であれば、帯電電位分布が横勾配を持つ。一方、プリドーズ領域を図３Ａのように分割し、周囲部（領域Ｂ）に一様に電荷が存在し、中心部（領域Ａ）に電荷が存在しない場合の帯電電位分布を図３Ｂに示す。
　この場合、中心部の電位分布は、プリドーズ領域を分割しないとき（図２Ｂ）と比べて平らになるが、領域Ｂ上の電位がその周辺より高くなり、電位分布の平らな領域が狭くなってしまう。特に、試料に近い（試料からの高さｚが小さい）領域においてこの傾向は著しい。
　そこで、図３Ｃのように、プリドーズ領域の中心部の電荷を完全にゼロではなく、周囲部より少ないとして求めた電位分布を図３Ｄに示す。この場合は、図３Ｂの場合と比べてより平らな分布になっている。このように、プリドーズの中心部の電荷分布が完全にゼロではなく、ある勾配をもって外側ほど電荷密度が高くなるような電荷分布が所望の電位分布を形成するのに最適である。
　図３Ｃに例示するように、プリドーズ領域の中心部の電荷密度より周囲部の電荷密度が高いような電荷分布を実現すれば、一様な帯電電位を形成することができる。
　以下、観察領域に対し、一様な帯電を形成するための種々の走査法をより具体的に説明する。
　一様な帯電を試料に付着させるためには、電子ビームの走査領域内の内側領域の単位面積当たりの電荷密度が、走査領域内の外側領域の電荷密度より低くなるように、走査すると良い。このような走査法の一例として、図４Ａ，Ｂ，Ｃに例示するような走査法がある。
　１次ビームが試料上に図４Ａのように四角を描くようなスキャンを行うと、四角の枠状の照射領域ができる。本実施例では、このような走査法を試料の予備走査に適用する例について説明する。図４Ａは、（１）から（７）に例示されるように、走査領域の外側から内側に向かって、順に走査する走査順序を例示しているが、走査領域の内側から外側に向かって順に走査するようにしても良い。また、スキャン速度が速いほど照射電子数（以後ドーズ量）が少なくなる。
　図４Ａに例示する走査を行う際の走査信号を、図４Ｂに例示する。図４Ｃでは、時間ｔ［sec］を横軸としたときの図４Ｃの１から７番目のビーム照射線のそれぞれに対応するｘスキャン信号とｙスキャン信号の推移を示している。この図で、Ｖはｘ又はｙ方向への最大偏向電圧、Ｎｐはプリドーズ照射領域の一方向のピクセル数、ｔiは（ｉ＝１，２，・・・）一本の線のスキャン時間、tscanは１ピクセル当たりのスキャン時間である。スキャン速度が一定の場合、
　　　ｔscan＝ｔn－ｔn-1　　　　　（数１）
が成立ち、且つ、ｘとｙ信号の傾きがスキャン時間と共に変化せず一定値（図４Ｂのα）である。
　図４Ａに例示するような枠状走査を行う場合、内側の走査線の方が外側の走査線より短い。図４Ｃでは、スキャン速度が内側に向かうほど速くなる場合のスキャン信号の例を示している。ここで、スキャンする線の長さが短いほどスキャン速度が速い。従って、図４Ｃに示すように、ｘとｙスキャン信号の傾きの値がスキャンする線が短いほど大きくなる（図４Ｃでα１＜α２＜α３　・・・）。
　内側から外側に向かう枠状走査のスキャン信号は、図４Ｂと図４Ｃの信号を時間ｔについて逆に辿ったものになる。上述したような走査法、及び当該走査法の応用例によれば、一様な電位分布を形成できる。
　一定速度の枠状走査の場合、プリドーズ領域を分割してビーム照射を行う。１つの具体例を図５Ａに示す。中心部Ａに１次ビームを照射せず、周囲部Ｂだけにレクタングルスキャンで照射するプリドーズを行う。ビームを照射してから観測を行う間に、ビーム照射によって試料に蓄積する電荷が広がらない場合は、観測時に領域Ａにおける電荷密度がゼロになる。しかし、蓄積電荷が、観測を実施するまでに何らかの理由で広がってしまうような材料では、領域Ａの電荷密度が低くて領域Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。従って、図３Ｄに示すように、中心部Ａにおける電位の横勾配を小さくでき、観測時の視野ずれを防止することができる。
　実施例１に例示した走査法に基づくプリドーズにおいて、図５Ａの中心部Ａの面積をゼロにすると、図６Ａのような四角形の照射領域ができる。本実施例では、外側から内側に向かって走査を継続すると共に、中心部Ａに近いほどスキャン速度が速くなるようにスキャン信号を制御する。この場合、単位面積当たりの電荷量は、外側から内側に向かって徐々に小さくなっていくため、図６Ｂに示すように、中心部Ａの電荷密度が低くて周囲部Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。その結果、プリドーズ後観測を始めるまでに試料に蓄積された電荷があまり広がらない場合は、図３Ｄに示すような、中心部Ａでほぼ均一な電位分布ができ、観測時の視野ずれを防止できる。
　図５Ａと図６Ａの走査法の組み合わせとして、図５Ａの中心部Ａに近い程スキャン速度を速くし、その逆に外部Ｃに近いほどスキャン速度を遅くするプリドーズ方式も応用できる。この場合、領域Ａと領域Ｂの面積を任意に調整することが可能な調整装置を設けておき、試料の種類や電子顕微鏡の光学条件に応じて、調整可能にしておくことが望ましい。この方式で、中心部Ａにおける電荷密度をゼロ、周囲部Ｂにおける密度を領域Ａから領域Ｃに向かって緩やかに高くすることで、電位分布をより均一にすることができる。その結果、観測時１次ビームの横ずれを防ぐことができ、観測時の視野ずれ防止が可能になる。
　図７Ａに例示するように、１次ビームが試料上に螺旋を描くようなスキャンを行うと円形の照射領域ができる。以後、このようなスキャンを円形スキャンと呼ぶ。円形スキャンは、１次ビームが試料上に描く螺旋の外側Ａから内側Ｂに向かう場合と内側Ｂから外側Ａに向かう場合を含む。２次元ｘ－ｙ面上の円形スキャンのスキャン信号は以下の式で表される。
　　　ｘ(ｔ)＝Ｖ(ｔ)cos(ωｔ)　　　　　（数２）
　　　ｙ(ｔ)＝Ｖ(ｔ)sin(ωｔ)　　　　　（数３）
　但し、ｘ＝ｙ＝０を中心とする。
　Ｖ(ｔ)は中心から照射位置の距離に比例する電圧、ω(ｔ)は円形スキャンの回転速度、ｔはスキャン時間である。円形のプリドーズ領域の半径をＲとする。１次ビームを中心から半径Ｒの距離まで偏向させるために偏向電圧Ｖｏが必要とし、プリドーズ領域全体を一回スキャン（１フレームのスキャン）するための必要時間をＴframeとする。
　円形スキャンを内側から外側に行う場合、Ｖ(ｔ)がスキャン時間０からＴframeの間に０からＶｏの間に変化し、その逆に外側から内側に向かって行う場合は、Ｖｏから０の間に変化する。
　次に円形スキャン信号について説明する。一定のプローブ電流で照射する場合、単位面積当たりのドーズ量は１／（Ｖ(ｔ)ω(ｔ)）に比例する。従って、ドーズ量を一定にする場合はＶ(ｔ)ω(ｔ)を一定にし、ドーズ量を大きくするためにはＶ(ｔ)ω(ｔ)を小さくすればよい。
　プリドーズ領域の電荷密度を連続的に変化させる場合ω(ｔ)を次のように変えればよい。但し、以後は内側から外側に向かう円形スキャンについて説明する。プリドーズ領域の外側ほどＶが大きくなるので、外側の電荷密度を高くするためには、ωをＶの増大より速い割合で減少させなければならない。例えば、Ｖ(ｔ)がスキャン時間ｔに比例する場合、ωがｔ－（１＋α）（但し、α＞０）に比例させれば、外側ほどドーズ量が大きくなる。
　次に、プリドーズ領域で電荷密度を不連続に変化させる場合のωの制御について図８Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの具体例を用いて説明する。図８Ａに示すように、半径Ｒの円形のプリドーズ領域を中心部Ａから外側に向かって半径２：３：４の割合で分割し、それぞれをＡ，Ｂ，Ｃと呼ぶ。Ａ，ＢとＣのそれぞれにドーズ量が１：２：３になる場合を説明する。
　内側から外側に向かう円形スキャンで、Ｖ(ｔ)がｔに比例するとする。各領域におけるωが１／ｔに比例し、Ａ，Ｂ，Ｃでの比例係数をそれぞれκＡ，κＢ，κＣとする。κＡ：κＢ：κＣ＝３：１．５：１になるように調整すれば、Ａ，Ｂ，Ｃでのドーズ量が１：２：３になり、プリドーズ領域における電荷分布が図８Ａのようになる。この場合のＶ(ｔ)とω(ｔ)を図８Ｂに示す。但し、横軸の時間を１フレームのスキャン時間Ｔframeで規格化し、縦軸のωをｌｎ（ωＴframe）として表し、電圧ＶをＶｏで規格化して表示する。
　図８Ａの電荷分布で形成される帯電電位を数値計算で求め、その結果を図８Ｄに示す。電荷密度がプリドーズ全領域に渡って一定であるような場合（Ｖ(ｔ)ω(ｔ)＝一定）の電位分布を図８Ｃに示す。但し、縦軸は電位Φをσ／４πεｏで規格化した量で、単位はｍである。また、横軸は、ｒをＲで規格化した無次元量である。試料からの高さｚ＝０.２Ｒと０.５Ｒの２つの面で求めた電位分布を示す。図８Ｃと図８Ｄを比べると、電荷密度をプリドーズ領域の内側を低くして、外側を高くすることで、プリドーズ領域の内側半分（領域Ａ）で、帯電電位の横勾配が緩和されることが分かる。ｚ＝０.２Ｒ面で、ｒ＝０とｒ＝０.５Ｒの間の勾配を直線で近似すると、観測時１次ビームに作用する横方向の力が、図８Ｂのように分割した場合は、分割しない場合の１／４.５程度になる。
　このように、プリドーズ領域における電荷分布に勾配をつけることで、一様な帯電電位を実現し、観測時１次ビームの軌道の曲げを防ぎ、視野ずれ、フォーカスボケや像歪み等を防止することができる。
　上の例でスキャン領域を３分割する例を示したが、分割数を任意に変え、各領域のドーズ量も任意に調整し、試料の材料に応じて帯電電位が一様になる最適な条件を選ぶことができる。
　プリドーズ照射で試料に蓄積する電荷が、プリドーズ後観測を開始する間に、試料内を移動し、広がってしまうような材料の場合、実施例４で述べたプリドーズ方式において、プリドーズ領域の中心に１次ビームを照射しない方式にする。これは図９Ａに示すように中心部Ａに１次ビームを照射せず、周囲部Ｂだけに照射するプリドーズ方式になる。領域Ａと領域Ｂの面積は任意に調整できる。図９Ｂに示すように、蓄積電荷が広がってしまうような材料の場合は、中心部Ａの電荷密度が低くて（ゼロではない）周囲部Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。従って、プリドーズで試料に蓄積される電荷が広がる材料の場合は、電位分布が図８Ｄのようになり、中心部Ａにおける電位の横勾配が小さくなる。その結果、観測中１次ビームの横ずれが小さくなり、視野ずれも小さくなる。
　試料に蓄積された電荷が、プリドーズ後観測を開始する間に試料内に広がらない場合は、実施例５において予備照射のドーズ量を可変にする。つまり、中心部Ａに近いほどドーズ量を減らし、外部Ｃに近いほどドーズ量を増やすプリドーズ方式である。この方式で、中心部Ａにおける電荷密度をゼロで、周囲部Ｂにおける密度を領域Ａから領域Ｃに向かって緩やかに高くすることで、電位分布を均一にすることができる。その結果、観測時１次ビームの横ずれを防ぐことができ、観測時の視野ずれ防止が可能になる。
　上述した実施例によれば、プリドーズ領域の中心部への予備照射を少なく（又は照射しないように）し、中心部の電荷密度を低く、周囲部の電荷密度を高くすることで一様な帯電電位を形成する方式を説明した。次に、プリドーズ中１次ビームを照射しない領域を中心部に限らず、離散的にすることで一様な対電電位分布を形成できることを説明する。この方式は枠状走査又は円形スキャン方式で実現できる。図１０Ａ，Ｂ，Ｃに枠状走査方式の例を示す。図１０Ａのように１次ビームを離散的に照射すると図１０Ｂのように離散的電荷分布ができる。照射領域間に非照射領域を作るために高速ブランキングを採用する。
　プリドーズ領域を分割して照射する具体例を以下に述べる。例えば、図１０Ｃに示すように円形のプリドーズ領域を１０分割し、プリドーズ領域の内側から外側に向かってそれぞれの領域をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊと称する。図１０Ｃには全ての分割を明記せず、周囲部のＩ，Ｊと中心部のＡ，Ｂのみを表示する。プリドーズ中に、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ，Ｊのみに１次ビームを照射する。その際、各予備照射領域の電荷密度がＪ：Ｈ：Ｆ：Ｄ：Ｂ：Ａ＝４：３：２：１：１：１になるようにスキャン速度を調整する。この場合の帯電電位を数値計算で求めた結果を図１０Ｄに示す。この図から、プリドーズ領域の内側半分の領域に一様な帯電電位が形成されることが分かる。上の例は、試料に蓄積した電荷が広がらない場合であるが、蓄積電荷が広がってしまう場合もこの方式を応用できる。例えば、プリドーズ後観測までの時間に試料に蓄積する電荷が広がってしまい、ＪからＡに向かって電荷密度が４：０.５：３：０.５：２：０.５：１：０.５：１：１になったとする。この場合の帯電電位を数値計算で求めた結果を図１０Ｅに示す。図１０Ｄと図１０Ｅを比較して、上の離散的１次ビーム照射の場合、プリドーズ中蓄積電荷の広がる影響が少なく、いずれの場合も一様な帯電電位を形成できると言える。
　走査電子顕微鏡等の走査型電子線装置においてよく使われるスキャン方式はラスタスキャンである。円形スキャン等を使わずに、ラスタスキャンを使って図５Ｂと図６Ｂのような電荷分布を形成することが可能である。その実施例を以下に図を用いて述べる。
　本実施例では、ラスタスキャンと高速ブランキングの組み合わせで図５Ｂと図６Ｂのような電荷分布を形成する例について説明する。
　図１１に示すように、中心部Ａを除き、周囲部Ｂのみラスタ方式でスキャンするプリドーズ方式を採用する。領域Ａと領域Ｂの面積は任意に調整することができる。中心部Ａに１次ビームのスキャンを防ぐために、一本の線のスキャン時間より十分速く動作するブランキングを採用する必要がある。このとき、中心部Ａにおけるｘスキャン信号とブランキング信号の関係を図１２に示す。ここで、ｔblankはブランキングを行う時間、ｔlineは１本の線をスキャンする時間、ｔｃはブランキングの応答遅れである。プリドーズ領域の中心部Ａのｘ方向の長さをＬだとすると、
　　　ｔblank＝Ｌ・ｔｓ／Ｎp　　　　　（数４）
　となる。但し、ｔｓ＝１ピクセルスキャンする時間、Ｎp＝ｘ方向のピクセル数である。使用するブランキングの仕様はｔｃ≪ｔblankである必要がある。
　上述したプリドーズ方式で、プリドーズで蓄積される電荷が広がるような材料の場合、領域Ａの電荷密度が低く、領域Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。従って、図６Ｂと同様な電荷分布ができ、電位分布は図８Ｄのようになる。結果として、中心部Ａにおける電位の横勾配を小さくすることで、観測時の視野ずれを防止することができる。
　予備照射によって試料に蓄積される電荷が、プリドーズ後観測を開始する間に試料内に広がらない場合は、図１３のように、ラスタスキャンと、スキャン速度を変える手法を組み合わせることで、図６Ｂと同様な電荷分布が形成できる。本実施例の中心部Ａにおけるｘスキャン信号を図１４に示す。ｘスキャン速度を可変にし、高速スキャンを実施する時間がｔfastである場合、その間ｘスキャン信号の傾きαfastは、その前後の傾きαより大きい。ｔfastは、
　　　ｔfast＝ｔｓ′・ｎｐ　　　　　（数５）
となり、ｔｓ′は、高速スキャン部における１ピクセル当たりの照射時間であり、ｎｐは、高速スキャンを行う領域Ａのｘ方向のピクセル数である。
　図９Ａ，Ｂで線幅の太い部分は、スキャン速度が遅いことを示し、線幅の細い部分はその逆である。図１３ではスキャン速度の一段変化の例を示したが、同様に多段変化のスキャン信号も作れる。このようなプリドーズ方式で図６Ｂのように、中心部Ａの電荷密度が低く、周囲部Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。その結果、図８Ｄに示すような、中心部Ａでほぼ均一な電位分布ができ、観測時の視野ずれを防止できる。
　実施例８にて適用した高速ブランキングや、実施例９の可変速度ラスタスキャンのような複雑な制御を行うことなく、プリドーズ領域の帯電の均一化を実現するビーム走査法を説明する。本実施例では、図１５に示すように、同じ領域において、予備照射部分を変えながら縦ラスタスキャンと横ラスタスキャンを実施することで、中心部Ａに１次ビームを照射せず、周囲部Ｂのみに照射する。領域Ａと領域Ｂの面積を任意に調整することができる。図１５（ａ）のスキャン後（ｂ）を行う間に、予備照射によって試料に蓄積される電荷が広がる場合と広がらない場合が考えられる。蓄積電荷が広がるような材料において、領域Ａの電荷密度が低く、領域Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。従って、図８Ｄと同様な電位分布ができ、中心部Ａにおける電位の横勾配を小さくすることで、観測時の視野ずれを防止することができる。
　予備照射によって試料に蓄積される電荷が、プリドーズ後観測を開始する間に試料内に広がらない場合には、図１６に例示するようなスキャン法を適用することが考えられる。これは、同じ領域において、予備照射部分を変えながら、縦ラスタスキャンと横ラスタスキャンを組み合わせることで、図１６（ｄ）のように中心部Ａへの予備照射量が少なく、周囲部Ｂへの予備照射量が多くなるプリドーズ方式である。領域Ａと領域Ｂの面積を任意に調整することができる。また、図１６では、３段スキャンを組み合わせた例を示したが、さらに多段のプリドーズも考えられる。例えば、図１６（ｄ）の次に再び周囲部をスキャンすることで、周囲部の電荷密度をさらに高くすることができる。この方式で領域Ａの電荷密度が低く、領域Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。結果として、図８Ｄと同様な電位分布ができ、中心部Ａにおける電位分布の横勾配を小さくすることで、観測時の視野ずれを防止することができる。
　従来の走査型電子顕微鏡はラスタスキャンと像回転（ラスターローテーション）の機能を備えており、ラスタスキャンと像回転の組み合わせで円形のプリドーズ領域を形成することができる。図１７Ａに示すように、像表示画面の半分以下の領域に１次ビームをラスタスキャンしながら３６０°の像回転を施す。その結果、図１７Ｂのように、１次ビームが中心部Ａに照射されず、周囲部のＢのみに照射される。プリドーズで試料に蓄積する電荷が広がらないような材料の場合はＡにおける電荷密度がゼロになるが、何らかの理由で蓄積された電荷が広がってしまうような材料の場合は、Ａにおける電荷密度がゼロでなく、図７Ｂのように、中心部Ａの電荷密度低く、周囲部Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。従って、プリドーズで試料に蓄積される電荷が広がる材料の場合は、電位分布が図８Ｄのようになり、中心部Ａにおける電位分布の横勾配が小さくなる。その結果、観測時１次ビームの横ずれが小さくなり、視野ずれも小さくなる。
　予備照射によって試料に蓄積される電荷が、プリドーズ後観測を開始する間に試料内に広がらない場合は、ラスタスキャンと像回転の組み合わせで図７Ｂのような円形の電荷分布を実現するために、次のプリドーズ方式が考えられる。
　ひとつ目は、可変速度ラスタスキャンと像回転（ラスターローテーション）の組み合わせによるプリドーズである。図１８Ａに示すように、像表示画面の半分の領域に１次ビームをラスタスキャンしながら３６０°の像回転を施す。図１８Ａで太い線はスキャン速度が遅く、細い線はスキャン速度が速い。結果として、図１８Ｂのように、中心部Ａの電荷密度が低く、周囲部Ｂの電荷密度が高い電荷分布ができる。
　また、もうひとつのプリドーズ方式は、図１８Ａのラスタスキャンを一定の速度にて行った直後に、同じ領域で実施例１２の予備照射を行う方法である。いずれの場合も、プリドーズで試料に蓄積される電荷が広がらない材料では、電位分布が図８Ｄのようになり、中心部Ａにおける電位分布の横勾配が小さくなる。その結果、観測時１次ビームの横ずれが小さくなり、視野ずれも小さくなる。
　また、図１７に例示するように、領域Ａにビームが照射されないように、ブランキングを行いつつ、ラスターローテーションを行うことによって、帯電が拡がる試料に対して、適正なプリドーズを行うことが可能となる。
　上述のようにローテーションを行いつつ、プリドーズを行うことによって、複雑な走査パターンを適用することなく、回転中心に対して軸対称に帯電を形成することが可能となる。
　以上の説明では、プリドーズ中のドーズ量を変える手段としてスキャン速度を変える方法を説明したが、１次ビーム電流を変えることでドーズ量を変えることも可能である。しかし、ビーム電流を変えるためには、コンデンサーレンズ等の励磁を変える必要があり、高速のプリドーズスキャン中にそれを実施することは困難であると考えられる。
　実際にプリドーズ照射後試料に蓄積する電荷の分布が短時間で変化してしまう場合が多く、上述した全ての予備照射方式をその時間より速く実施できることが重要である。そのために図１の偏向器４の動作速度を速くすることが必要不可欠である。一般に磁場コイルの応答が遅いため、プリドーズを適正に行うためには、応答が速い静電偏向器が必要であると考えられる。
　次に、複数の測定対象がプリドーズ領域に含まれる場合に、適用可能なプリドーズ法について説明する。図２０は複数の測定対象（ホールパターン２００１～２００４）がプリドーズ領域２００５に含まれる例を説明する図である。図２０の例では、４つのホールパターン２００１～２００４が存在し、プリドーズ領域２００５に一様に帯電を付着させると、プリドーズ領域２００５中心にピークが位置するような電位勾配が形成され、各ホールパターンの画像が、その位置に応じて歪む可能性がある。また、帯電のピーク位置とホールの中心が離間しているため、ホール底から放出された電子が偏向され、ホールの側壁に衝突することによって、電子の検出効率が低下する可能性もある。
　そこで、本実施例では、各ホールパターンを包囲するように、複数（本実施例の場合、走査パターン２００６，２００７）の走査パターンを配列する手法を提案する。図２０に例示するように、同じ走査パターンを、ホール中心に対し、軸対称に配置することによって、各ホールパターン画像の歪みを抑制しつつ、高い検出効率を維持することが可能となる。
　また、このような走査法を適用してもなお、プリドーズ領域２００５を中心とした電位勾配による歪みの影響が懸念されるような場合は、非照射領域２００８の大きさを大きくする、或いは外側に位置する走査パターンによる帯電を、内側の走査パターンによる帯電に対し、相対的に大きくするような走査条件にて、ビーム走査を行うことによって、プリドーズ領域２００５内の電位分布の平坦化を実現するようにしても良い。
　更に、図２１に例示するように、横方向の走査パターン２１０１と縦方向の走査パターン２１０２を格子状に組み合わせることによって、電位分布を平坦化するようにしても良い。この場合、走査パターン２１０１と走査パターン２１０２の交差部分と、それ以外の走査領域との間で電位差が生じる可能性があるが、その電位差が許容できる範囲であれば、このような走査パターンの組み合わせを採用するようにしても良い。図２１の走査パターンの組み合わせは、図２０のそれと比較すると簡単であるため、制御が容易になるという効果がある。
　図２２は、複数の走査電子顕微鏡を含む試料の検査、或いは測定システムの一例を示す図である。図２２に例示するコンピュータネットワーク上には、走査電子顕微鏡２２０３，２２０４の制御装置１９１４、走査電子顕微鏡の動作条件を記憶した動作プログラムであるレシピを作成するレシピ作成装置２２０１、及び半導体デバイス等の設計データを記憶する設計データの記憶媒体２２０２が接続されている。
　記憶媒体２２０２に記憶されている設計データは、例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。レシピ作成装置２２０１では、設計データ、パターンの輪郭線データ、或いはシミュレーションが施された設計データ上で所望の測定点、オートフォーカス、オートスティグマ、アドレッシング点等のＳＥＭにとって必要な処理を行うための位置等を設定し、当該設定に基づいて、ＳＥＭの試料ステージや偏向器等を自動制御するためのプログラムを作成する。更に、レシピにはプリドーズ条件も併せて登録され、当該登録された条件に基づいて、制御装置１９１４は走査電子顕微鏡２２０３，２２０４を制御する。
　レシピ設定装置２２０１には、記憶部２２１２と演算処理部２２１３が内蔵されており、プリドーズ条件を決定するのに必要な処理を行う。例えば、図２３に例示するようなＧＵＩ（Graphical User Interface：ＧＵＩ）画面上にて、設定された条件に基づいて、プリドーズ条件を設定する。なお、図２３に例示するＧＵＩ画面上では、プリドーズ条件の多彩な設定を可能とすべく、試料へのビームの到達エネルギー（Landing Energy）、電子ビームの加速電圧（Ｖacc）、試料への印加電圧（Wafer Voltage）、ビーム電流（Beam Current）が設定可能となっている。しかしながら上述したように、これらの条件を変化させてしまうと、相応の処理時間を要することになるため、可能な限りこれらの条件は固定的に適用することが望ましい。
　図２３に例示するＧＵＩ画面上では、一般的な矩形（Rectangle）走査ではなく、走査パターンを選択するモード（Choose Scan Pattern）が選択されている。このような選択に基づいて、ウィンドウ２３０１にて、記憶部２２１２に記憶された走査パターンの読み出しが可能となっている。選択可能な走査パターンは、例えば実施例１～１４に例示したような走査パターンである。このような走査パターンの選択と、走査領域の大きさ（ＦＯＶ size）、ビームの照射時間（Exposure Time）、プリドーズ領域の外側領域の走査速度（Scan Speed１）、プリドーズ領域の内側領域の走査速度（Scan Speed２）、ビームの非走査領域の大きさ（Size of Unirradiated Region）等の設定を行うことによって、適正なプリドーズ領域の設定を行う。
　ＦＯＶ size以下のパラメータは、走査偏向器やブランキング電極（ブランカー）の制御によって調整することができるため、レンズ条件等の光学条件を変化させることなく、プリドーズ条件を変化させることができる。すなわち、装置のスループットを高い状態に維持可能な条件設定が可能となる。
　なお、ビームの走査条件を直接入力するのではなく、帯電量（Amount of Charge）や電位分布の平坦度（Flatness of Charge）の設定に基づいて、走査条件を設定するようにしても良い。すなわち、ホールが深い程、大きな帯電量が必要になり、一方で過度な帯電の付着は、他の測定対象を測定する際にビームを偏向してしまう等の影響を残すことになる可能性があるため、必要十分な帯電量を付着させることが望ましい。他方、帯電量が変化すると、帯電分布の平坦度も変化するため、こちらも帯電量に応じた適正な状態を設定可能とすることが望ましい。
　そこで、ビームの照射条件と帯電量（例えば帯電量のピーク値、或いは帯電量に応じて変化するパラメータ）を関連付けて記憶するテーブルを、予め記憶部２２１２に記憶しておき、帯電量の設定に応じて、ビームの照射条件を読み出し、レシピとして設定する。このテーブルは、例えば設定帯電量に応じて、照射時間が変化（帯電量が大きい程、照射時間が増加する）、或いは走査時間が変化（帯電量が大きい程、走査時間が遅くなる）するようなデータが記録されている。また、テーブルには、平坦度の設定に応じて、プリドーズ領域中央の非照射領域（Unirradiated Region）の大きさを変化させる、或いはプリドーズ領域内の外側領域の走査速度（Scan Speed１）や中央領域の走査速度（Scan Speed２）を変化させることによって、プリドーズ領域内の電位変化を平坦化するようなデータが記録されている。記憶部２２１２に記憶されているテーブルに、電子顕微鏡の光学条件、試料条件に応じて、ＦＯＶ size以下のビーム走査条件を記憶しておくようにすると良い。試料情報の入力は、例えば記憶媒体２２０２に記憶された設計データを参照するようにしても良いし、入力装置２２０５より試料情報を入力するようにしても良い。
　また、走査条件と他の条件との関係をテーブル化しておくのではなく、入力される数値情報、或いは図２３に例示するスライダを用いた設定によって入力される情報に基づいて、未入力情報を算出する演算式を記憶部２２１２に記憶させておき、その結果をＧＵＩ上に表示させるようにしても良い。
　レシピ設定装置２２０１内の帯電量演算部２２０７では、選択された走査パターン情報等に基づいて、帯電量、或いは帯電量の大きさを示す他のパラメータを算出する。また、平坦度演算部２２０８では、設定された走査パターン情報等に基づいて、プリドーズ領域内の電位勾配、或いは平坦度を求める。閾値判定部２２０９では、平坦度演算部２２０８によって求められた電位勾配、或いは平坦度が所定の条件を満たしているか否か（例えば勾配が所定条件より大きい、或いは平坦度が所定条件より低い）を判定する。警報発生部２２１０は、閾値判定部２２０９にて所定の条件を満たさないと判断された装置条件が設定されたときに、その旨をメッセージとして表示装置２２０６に表示させる。走査パターン生成部２２１１は、入力装置２２０５によって入力された条件に基づいて、上記テーブル等を参照しつつ、走査パターンを生成する。
　以上のような構成を備えたレシピ設定装置によれば、所望の帯電量や電位の平坦度に鑑みて、適正なプリドーズ条件を設定することが可能となる。
　なお、本実施例では、レシピ設定装置２２０１と、ＳＥＭの制御装置１９１４が別体のものとして説明したが、制御装置１９１４にレシピ設定部を内蔵するようにしても良く、レシピ設定を他の演算装置を備えたコンピュータにて行い、設定されたレシピ（動作プログラム）を、制御装置１９１４に内蔵される演算装置にて実行するようにしても良い。
　上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
　１　電子銃
　２　電子ビーム
　３　コンデンサーレンズ
　４　偏向器
　５　対物レンズ
　６　試料
　７　ビーム走査領域
　８　２次電子
　９　検出器

Claims (12)

  1. 　電子源と、
    　当該電子源から放出された電子ビームを試料上で走査するための走査偏向器と、前記試料から放出される電子を検出する検出器と、前記走査偏向器の制御を行う制御装置を備えた走査電子顕微鏡において、
    　前記制御装置は、前記電子ビームの走査領域内の内側領域の単位面積当たりの電荷密度が、当該走査領域内の外側領域の電荷密度より低くなるように、前記電子ビームを走査し、その後、前記内側領域を含む領域に、前記検出器によって電子を検出するための電子ビーム走査を行うように、前記走査偏向器の制御を行うことを特徴とする走査電子顕微鏡。
  2. 　請求項１において、
    　前記電子ビームをブランキングするブランカーを備え、
    　前記制御装置は、前記電子ビームが内側領域に走査されるときに、前記電子ビームをブランキングするように、前記ブランカーを制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  3. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記内側領域の前記電子ビームの走査時間が、前記外側領域の電子ビームの走査時間より短くなるように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  4. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記内側領域の電子ビームの走査速度が、前記外側領域の電子ビームの走査速度より速くなるように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  5. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、異なる方向に走査線方向を持つ複数の走査パターンを組み合わせて、前記外側領域に対する走査を行うように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  6. 　請求項５において、
    　前記制御装置は、前記内側領域を外して前記走査領域が設定されるような走査パターンの組み合わせによって、前記外側領域に対する走査を行うように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  7. 　請求項５において、
    　前記制御装置は、前記内側領域に対する走査速度が、前記外側領域の走査速度より速い走査パターンの組み合わせによって、前記電子ビームの走査を行うように前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  8. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記電子ビームを渦巻き状に走査するように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  9. 　請求項８において、
    　前記制御装置は、前記外側領域に選択的に前記電子ビームが走査されるように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  10. 　請求項８において、
    　前記制御装置は、前記内側領域に対する走査速度が、前記外側領域の走査速度より速くなるように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  11. 　走査電子顕微鏡を用いて半導体パターンを測定するためのレシピを作成するレシピ作成装置において、
    　前記走査電子顕微鏡の電子ビームの走査領域内の内側領域の単位面積当たりの電荷密度が、当該走査領域内の外側領域の電荷密度より低くなるように、前記電子ビームを走査し、その後、前記内側領域を含む領域に、前記検出器によって電子を検出するための電子ビーム走査を行うような走査パターンを生成する走査パターン生成部を備えたことを特徴とするレシピ作成装置。
  12. 　走査電子顕微鏡を自動的に動作させる動作プログラムをコンピュータに作成させるコンピュータプログラムにおいて、
    　当該プログラムは、コンピュータに、
    　前記走査電子顕微鏡の電子ビームの走査領域内の内側領域の単位面積当たりの電荷密度が、当該走査領域内の外側領域の電荷密度より低くなるように、前記電子ビームを走査し、その後、前記内側領域を含む領域に、前記検出器によって電子を検出するための電子ビーム走査を行うような走査パターンを生成させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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