WO2019207668A1

WO2019207668A1 - 荷電粒子線装置の照射条件決定方法、及び荷電粒線装置

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Publication number: WO2019207668A1
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Inventors: 平太君塚; 津野　夏規; 福田　宗行; 桂高口
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Abstract

本開示は、パルス状のビームの照射点間距離と照射点間間隔の特定が可能な荷電粒子線装置の提案を目的とする。　ビームを走査する走査偏向器（２）を有し、当該走査偏向器によって走査されるビームをパルス状に試料に照射するビームカラムを備えた荷電粒子線装置であって、検出器（４）の出力に基づいて得られる画像の１以上の特定領域の特徴量が所定の状態となるように前記パルス状のビームの照射点間距離を設定し、当該設定された照射点間距離が設定された状態、或いは当該特定された照射点間距離に基づいて定められる複数の照射点間距離が設定された状態にて、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させ、前記検出器の出力に基づいて得られる画像の複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間時間でビーム照射する荷電粒子線装置を提案する。

Description

荷電粒子線装置の照射条件決定方法、及び荷電粒線装置

　本開示は、試料に対して荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置に係り、特に、荷電粒子ビームをパルス化して照射する荷電粒子線装置に関する。

　特許文献１には、電子線の走査速度及び照射の間隔を制御し、試料に照射される電荷量を制御することで電位コントラストを抑制し、試料上で観察したい領域のコントラストを最大化する装置が開示されている。また、特許文献２、３には、パルス化した電子ビームを照射すると共に、パルスビームのパルス幅とパルス間のインターバル時間の調整が可能な電子顕微鏡が開示されている。

特許第６２３９６３３号（対応米国特許ＵＳＰ９，６９７，９８７）特許第５７４４６２９号（対応米国特許ＵＳＰ８，９０７，２７９）特開２０１６―１００１５３号公報（対応米国特許ＵＳＰ９，６５９，７４４）

　パルスビームの走査によって、走査領域の微小な電気特性を、電位コントラストとして顕在化することができるが、通常の走査電子顕微鏡と比較すると、照射ビームをパルス化するために、照射点間距離及び照射点間時間を適切に設定する必要がある分、設定するパラメータが多くなる。色々なパラメータの組み合わせを試すことができれば、適切な装置条件の設定はできるが、最適な装置条件に至るまでに相当の時間を要することになる。特許文献１乃至３に開示によれば、照射点間距離や照射点間時間の設定は可能であるが、適切なパラメータの組み合わせを、早期に見出す手法についての開示がない。

　以下に、照射点間距離及び照射点間時間の少なくとも１つを含む装置パラメータを容易に見出すことを目的とする荷電粒子線装置について説明する。

　上記目的を達成するための一態様として、ビームをパルス状に照射しつつ、ビーム走査を行うときのビーム照射条件決定方法であって、前記パルス状ビームの照射点間距離を変化させ、照射点間距離の異なる複数の画像を取得し、当該照射点間距離の異なる複数の画像の特定領域の特徴量を評価し、当該特徴量が所定の状態となるようなビームの照射点間距離を特定し、当該特定された照射点間距離を設定、或いは当該特定された照射点間距離に基づいて定められる複数の照射点間距離を設定し、当該特定された照射点間距離、或いは複数の照射点間距離が設定された状態にて、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させたときに得られる複数の画像に含まれる複数の特定領域を評価し、当該複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間時間を特定する荷電粒子線装置の照射条件決定方法を提案する。

　また、上記目的を達成するための他の一態様として、ビームを走査する走査偏向器を有し、当該走査偏向器によって走査されるビームをパルス状に試料に照射するビームカラムと、前記試料に対するビームの照射によって得られる粒子を検出する検出器と、前記ビームカラムを制御する制御システムを備え、当該制御システムは、前記検出器の出力を処理することによって、１以上の画像の特徴量を取得するように構成され、前記制御システムは、前記検出器の出力に基づいて得られる画像の１以上の特定領域の特徴量が所定の状態となるような前記パルス状のビームの照射点間距離を特定し、当該特定された照射点間距離が設定された状態、或いは当該特定された照射点間距離に基づいて定められる複数の照射点間距離が設定された状態にて、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させ、前記検出器の出力に基づいて得られる画像の複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間時間でビーム照射するように指示するように構成されている荷電粒子線装置を提案する。

　上記構成によれば、照射点間距離及び照射点間時間の少なくとも１つを含む装置パラメータを容易に見出すことが可能となる。

走査電子顕微鏡の一例を示す図。ビームの照射条件を決定する工程を示すフローチャート。ビームの照射条件を入力するＧＵＩ画面の一例を示す図。実施例１の試料の断面構造を示す図。走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。パルスビームの照射点間距離とＲＯＩの輝度値の関係を示すグラフ。パルスビームの照射点間時間と、複数のＲＯＩ間の輝度差との関係を示すグラフ。ビームの照射条件を決定する工程を示すフローチャート。パルスビームの照射点間距離と照射点間時間の組み合わせに応じて、ＲＯＩ間の輝度差が変化する様子を示す図。ビームの照射条件を決定する工程を示すフローチャート。実施例３の試料の断面構造を示す図。走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。パルスビームの照射点間距離とＲＯＩの輝度値の関係を示すグラフ。パルスビームの照射点間時間と、複数のＲＯＩ間の輝度差との関係を示すグラフ。ビームの照射条件を決定する工程を示すフローチャート。実施例４の試料の断面構造を示す図。走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。パルスビームの照射点間距離とＲＯＩの輝度値の関係を示すグラフ。パルスビームの照射点間距離と照射点間時間の組み合わせに応じて、ＲＯＩ間の輝度差が変化する様子を示す図。ビームの照射条件を決定する工程を示すフローチャート。ビームの照射条件を入力するＧＵＩ画面の一例を示す図。実施例５の試料の断面構造を示す図。走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。ビームの照射電荷量と輝度値との関係を示すグラフ。観察対象のＲＯＩを自動決定する工程を示すフローチャート。試料の種類と観察対象となるＲＯＩの座標を入力するためのＧＵＩ画面の一例を示す図。

　以下に、荷電粒子ビームを照射することによって得られる信号に基づいて、試料の拡大画像を形成する荷電粒子線装置について説明する。荷電粒子線装置のうち、試料に対して電子ビームを走査する走査電子顕微鏡は、高分解能画像を得られる装置である。走査電子顕微鏡は、電磁場を印加することで電子源から出射される電子線を、試料上で集束かつ走査し、電子線を照射した際に試料から放出される電子を検出器で検出し画像化する装置である。検出される電子の数は試料の情報を反映するので、電子線を走査することでコントラストをもった画像を形成することができる。

　画像のコントラストは、試料の形状情報を反映した形状コントラスト、組成情報を反映した材料コントラスト、表面電位の情報を反映した電位コントラストに大別される。走査電子顕微鏡では、形状コントラストや材料コントラストの解析を行うための情報を得ることができる。

　一方、絶縁体を含む試料を、走査電子顕微鏡を用いて観察する場合、試料に電荷が蓄積する帯電により形状コントラストが喪失する等のいわゆる像障害が発生する場合がある。これは、電位コントラストが形状コントラストに重畳されるためであり、電位コントラストを抑制すれば、相対的に形状コントラストを強く反映した画像を取得することができる。

　その一方で、試料上で観察したい領域（Ｒｅｇｉｏｎ　Ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）について、電位コントラスト画像が生成できれば、試料の内部構造の観察等が可能となる。例えば、複数の材料で構成された積層構造を持つ試料を観察する場合、電荷の蓄積量がＲＯＩに含まれる構造の静電容量や抵抗値などの電気特性に依存するため、電位コントラストを観察することで内部構造を観察することができる。

　しかしながら、半導体デバイスが微細化し構造が複雑化すると、ＲＯＩに含まれる構造の静電容量が小さくなり、結果として電荷の蓄積量が小さくなる。その結果、適切な電位コントラスト像の形成が困難となる。

　以下に、ＲＯＩの微小な電気特性を顕在化するために、電子線をパルス化する装置を用いた観察方法、及びその観察を実現するための装置について説明する。これらの装置及び方法では、電子線をパルス化し、照射電荷量に加え照射点間の時間間隔（照射点間時間）または照射点間の距離（照射点間距離）を制御する。

　電子線の照射と非照射を繰り返しながら電子線を走査することで、電位コントラストを画像に強く反映させ、連続的に電子線を照射するだけでは観察が難しかったＲＯＩ内の電気特性を観察することを可能としている。このとき、コントラストにはＲＯＩ内の各部の電荷の蓄積量が増加する際の特性を反映した充電特性や、電荷の蓄積量が減少する際の特性を反映した放電特性が反映される。

　電子線をパルス化する方法を用いてＲＯＩ内の電位コントラストを観察する場合、充電特性と放電特性が混在したコントラストが観察され、それぞれの特性がコントラストに反映される大きさは、パルス化した電子線の照射条件により変化する。ＲＯＩに含まれる部分の電気特性のうち、充電特性と放電特性のどちらがコントラストに反映されやすいかは、ＲＯＩの種類によって大きく異なる。充電特性と放電特性のどちらかを選択することは観察する際の重要な要件であるため、電子線の照射条件を適切に設定し、充電特性が反映されやすい条件と放電特性が反映されやすい条件を独立に設定できること望ましい。

　以下に説明する実施例では、電位コントラスト像生成に適したビーム照射条件の設定を短時間で行い得る方法、及び装置について説明する。また、より具体的な一例として、充電特性が反映されやすい条件と放電特性が反映されやすい条件を独立に設定する電子ビームの照射条件設定法について説明する。

　電子線の照射点間距離及び照射点間時間は、パルス化した電子線で電位コントラストの大きさを決定する主要な照射条件である。電位コントラストが最大になる照射点間距離（以下、「距離閾値」と呼称する）で充電特性がコントラストに強く反映され、距離閾値より長い距離間隔で放電特性がコントラストに強く反映される。

　その理由は、距離閾値では照射点間距離の効果がコントラストに強く反映されるのに対し、距離閾値以上では照射時間間隔の変化がコントラストに強く反映されるためである。このことから、距離閾値を決定し、距離閾値となるように照射点間距離を維持しつつ、照射点間時間を制御することで、充電特性が反映されやすい照射条件が設定できる。また、距離閾値を決定し、距離閾値以上の照射点間距離で照射点間時間を制御することで、放電特性が反映されやすい条件が設定できる。

　よって、照射点間距離と照射点間時間を適切な手順で評価し、設定することによって、ＲＯＩの電気特性の観察に適した照射条件が決定できる。更に、照射条件の決定に要する時間を短くすることができる。

　以下に説明する実施例では、例えば、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを収束する手段と、前記荷電粒子ビームを断続的にパルス照射する手段と、前記荷電粒子ビームの照射位置を制御する手段と、前記荷電粒子ビームの照射位置の間の距離である照射点間距離を制御する手段と、前記照射点間距離で照射間の時間間隔である照射点間時間を制御する手段と、試料に対する荷電粒子ビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する手段と、当該検出手段の出力信号と照射位置情報に基づいて画像を形成する手段と、前記画像を表示する手段を含む荷電粒子線装置であって、前記画像内で選択した領域（ＲＯＩ）の輝度値を決定する手段と、前記輝度値と前記照射点間距離の関係から、前記輝度値が最大となる照射点間距離である距離閾値を決定する手段と、前記輝度値から前記距離閾値で前記照射点間時間を決定する手段を有する荷電粒子線装置について説明する。

　特定の照射点間距離を選択の上で、照射点間時間を決定しているため、試料の電気特性を高い精度で反映した画像を得ることができる。

　上述したように、距離閾値を決定し、距離閾値又は距離閾値以上で照射距離間隔および照射時間間隔を決定することで、ＲＯＩの電気特性の観察に最適な照射条件を決定しているため、照射条件の決定に要する時間が短い走査電子顕微鏡の提供が可能となる。

　以下、図面を用いてパルス状ビームの照射点間時間、照射点間距離の設定法、及び当該設定を実行する荷電粒子線装置について説明する。なお、以下の説明では荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、これに限られることはなく例えばイオンビームを試料上で走査することによって画像を生成するイオンビーム装置への適用も可能である。

　本実施例では、画像の輝度値が最大になる照射点間距離である距離閾値を決定し、その状態を維持しつつ、複数の領域（ＲＯＩ）の輝度値の差が最大になるように複数の照射点間時間を決定することで、試料の充電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察する走査電子顕微鏡について述べる。

　本実施例における走査電子顕微鏡の装置の構成例を図１に示す。走査電子顕微鏡は電子光学系（ビームカラム）、ステージ機構系、制御系、画像処理系、操作・表示系、及び登録系により構成されている。電子光学系は電子源１、偏向器２、対物レンズ３、検出器４、照射／非照射切り替え部５、絞り６により構成されている。ステージ機構系はＸＹＺステージ７、試料ホルダ８、試料９により構成されている。偏向器２は、電子ビームを試料上で一次元的、或いは二次元的に走査するために設けられており、後述するような制御の対象となる。

　制御系は電子源制御部１０、偏向信号制御部１１、対物レンズ制御部１２、検出器制御部１３、ＸＹＺステージ制御部１４、試料電界制御部１５、照射／非照射制御部１６により構成されている。画像処理系は検出信号処理部１７、画像形成部１８により構成されている。制御系（制御装置）は１以上のプロセッサとデータストレージを備え、データストレージに記憶された走査電子顕微鏡を動作させるための動作プログラム（コード）の指示に従って制御対象を制御するように構成されていても良い。また、当該制御装置は、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）から入力された入力情報に基づいて、後述する装置条件設定工程を自動で実行するように、各制御対象を制御する。また、画像処理系は１以上のプロセッサを備え、指定されたＲＯＩの輝度値の評価、或いは複数のＲＯＩ間の輝度差の演算等を実行し、得られた情報を制御装置に伝達し、制御装置はその伝達情報に基づいて、制御対象を制御する。輝度値は、画像の画素に対応する個所から放出された電子量に応じた値であり、試料から放出された電子が多い程、輝度が大きくなる。また、本実施例では輝度値の特定に基づいて、ビーム照射条件を調整する手法について説明するが、輝度値に変えて信号量のようなパラメータを用いるようにしても良い。

　操作・表示系は照射条件操作部１９、画像表示部２０により構成されている。登録系は照射条件登録部２１、距離閾値登録部２２、輝度値登録部２３により構成されている。電子源１より放出された電子線は、照射／非照射切り替え部５で照射を選んだ場合、対物レンズ３で集束され、試料９に照射される。試料９上の照射位置は、偏向器２で制御する。試料より放出される電子である２次電子は、試料上の電界および磁界により、検出器４に誘導され、検出される。

　上述のような制御系は、画像処理系によって得られたＲＯＩの特徴量の情報に基づいて、走査偏向器やブランキング偏向器を制御するコンピューターシステムであり、画像処理系と共に制御システムを構築する。

　一方、照射／非照射切り替え部５で非照射を選んだ場合、電子は照射／非照射切り替え部５（ブランキング用偏向器、パルスビーム生成用偏向器と称することもある）で軌道を曲げられ（ビームの軸外に偏向され）ることで、絞り６で遮断され、試料９に照射されない。このように照射と非照射を切り替えることによって、パルス状の電子線を試料に照射することができる。

　パルス状の電子線の照射条件は操作・表示系によって設定し、制御系を介して電子光学系及びステージ機構系に反映される。決定した照射条件は登録系に登録され、操作・表示系で読み出すことができる。

　本実施例において、試料の充電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察するための照射条件を決定するフローを図２に示す。なお、照射条件とは、照射点間距離及び照射点間時間の制御パラメータである走査速度及びブランキング電極の偏向タイミングを含む。

　まず、対象となるＲＯＩが視野内に入るよう、観察場所に試料９を移動する（Ｓ１）。距離閾値の登録があるＲＯＩの場合、距離閾値登録部２２から距離閾値を選択し、Ｓ９に進む。距離閾値の登録がないＲＯＩの場合、照射点間距離の制御範囲を指定する（Ｓ３）。次に、制御範囲内で照射点間距離を変化させて電子線を走査し、画像を取得する（Ｓ４）。

　次に、画像からＲＯＩの輝度値を算出し（Ｓ７）、輝度値の最大値に対応する照射点間距離から距離閾値を決定する（Ｓ８）。なお、本実施例では１のＲＯＩ（特定領域）を指定し、当該ＲＯＩの輝度値（特徴量）が最大となるように、照射点間距離を特定する例を説明するが、これに限られることはなく、例えば複数のＲＯＩを指定し、当該ＲＯＩ間の輝度差（特徴量）が最大となるような照射点間距離を特定するようにしても良い。更に複数のＲＯＩを指定し、当該複数のＲＯＩの輝度の平均値を特徴量としても良い。

　また、輝度値、輝度差が最大でなくても、十分な輝度、或いはコントラストが得られていると判断できるようであれば、その際の照射点間距離を特定するようにしても良い。例えば、輝度値を評価する閾値を予め設定しておき、その閾値以上の輝度値が得られた照射点間距離を選択するようにしても良い。このステップでは、特徴量が所定の状態（最大、所定値以上等）となった照射点間間隔を特定する。

　次に、照射点間距離を距離閾値とした状態で、照射点間時間を変化させる制御範囲を指定する（Ｓ９）。次に、距離閾値を維持した状態で、制御範囲内で照射点間時間を変化させて電子線を走査し、画像を取得する（Ｓ１０）。次に、画像からＲＯＩの輝度値を算出し（Ｓ１３）、輝度値の差の最大値に対応する照射点間時間を決定する（Ｓ１４）。

　ステップ１４では、複数のＲＯＩ間の輝度差が最大となる照射点間時間を特定しているが、これに限られることなく、輝度差が最大でなくても、十分なコントラストが得られていると判断できるようであれば、その際の照射点間時間を特定するようにしても良い。例えば、輝度差を評価する閾値を予め設定しておき、その閾値以上の輝度差が得られた照射点間時間を選択するようにしても良い。このステップでは、特徴量が所定の状態（最大、所定値以上等）となった照射点間間隔を特定する。

　照射条件のうち、照射点間距離をＳ８で決定した距離閾値に、照射点間時間をＳ１４で決定した照射点間時間に設定する（Ｓ１５）。

　図３に本実施例で使用したＧＵＩを示す。照射条件操作部１９には、観察した画像を表示する画像表示部２０を有している。また、照射条件の操作部として、加速電圧設定部２４、照射電流設定部２５、視野サイズ設定部２６、走査速度設定部２７、通常スキャン／パルススキャン切り替え部２８、パルス条件設定部２９、試料電界設定部３０を有している。

　なお、通常スキャン／パルススキャン切り替え部２８では、電位コントラストの照射条件決定時はパルススキャンを、それ以外の照射条件決定時は通常スキャンを選択できる。パルス条件設定部２９では、照射点間距離および照射点間時間をそれぞれ反映したパルススキャンの条件を選択できる。また、Ｓ８で決定した距離閾値、及び距離閾値登録部２２の登録値を表示する、距離閾値表示部３１を有している。

　また、距離閾値表示部３１は、Ｓ８において輝度値の最大値から決定した距離閾値を表示する機能、及びＳ８で決定した距離閾値を登録する機能、及び距離閾値を登録値から選択する機能を有している。

　距離閾値表示部３１には、予め所定の記憶媒体に記憶された照射点間距離、或いはステップ３～ステップ８の処理を経ることによって決定された照射点間距離が表示され、制御システムは、当該表示部に表示された照射点間距離、或いは当該照射点間距離を閾値として、照射点間の距離がより長い複数の照射点間距離で、ビーム走査を行う。また、制御システムは、距離閾値或いは距離閾値以上の照射点間距離で、照射点間時間を変えたときのＲＯＩ間の輝度差を評価する。

　試料表面を構成する材質等によって、適切な照射点間距離、或いは距離閾値は変化するため、ＧＵＩ画面上に試料の種類を表示し、当該試料に関連付けて記憶された照射点間距離を照射条件として設定することによって、試料に応じた適切な照射点間距離を設定することが可能となる。また、ステップ３～ステップ８の処理を経ることによって見出された適切な照射点間距離を、試料の種類と共に所定の記憶媒体に記憶させると共に、当該情報をＧＵＩ画面上に表示させることによって、試料の種類の選択に基づいて、適切な照射点間距離を設定することが可能となる。

　また、Ｓ３における照射点間距離の制御範囲、及びＳ９における照射時間間隔の制御範囲を指定する、制御範囲指定部３２を有している。また、画像からＲＯＩを選択するＲＯＩ選択部３３を有している。また、算出した輝度値と、制御範囲指定部３２で指定した範囲の照射点間距離又は照射点間距離の関係を表示する充放電特性表示部３４を有している。充放電特性表示部３４は、輝度値と照射点間距離の関係を表示するか、輝度値と照射点間時間の関係を表示するかを選択及び表示する機能を有する。

　充放電特性表示部３４には輝度値を縦軸、照射点間距離を横軸としたグラフが表示され、複数のＲＯＩの複数の照射点間距離ごとの輝度値が表示されている。このような表示を行うことによって、各ＲＯＩについて輝度値が最大となる照射点間距離を把握することができ、当該照射点間距離を設定の上、照射点間時間を変化させつつ、ＲＯＩ間の輝度差の評価を行うことによって、適切な照射点間距離と照射点間時間の組み合わせを特定することが可能となる。例えば、ＲＯＩＡ、ＲＯＩＢ、ＲＯＩＣで輝度値が最大となる照射点間距離が異なる場合であっても、各ＲＯＩの照射点間距離と輝度値との関係がわかるような表示を行うことによって、ＲＯＩＡ、ＲＯＩＢ、ＲＯＩＣのいずれにも適した照射点間距離を把握することが可能となる。

　また、Ｓ１４における輝度値の差の最大値を表示する輝度値表示部３５を有している。また、決定した照射条件及び輝度値を、照射条件登録部２１及び輝度値登録部２３に登録する、照射条件・輝度値登録ボタン３６を有している。

　図４に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。図４の試料は、シリコン基板３９の、層間絶縁膜３７の間に円柱状の配線３８が埋められており、絶縁膜４０が配線３８とシリコン基板３９に挟まれた構造をしている。絶縁膜４０の厚さやシリコン基板３９に含まれる不純物の極性が各配線３８で異なる場合、各配線３８で異なる電気特性を示す。

　図５に、本実施例において観察した、ＲＯＩ選択部３４の画像を示す。本実施例では配線３８が試料表面に露出した領域である、図５のＡ、Ｂ、Ｃの３つの領域をＲＯＩとして選択し、特にＲＯＩＡとＲＯＩＢの輝度値の差に着目して照射条件を決定した。図６に、本実施例において距離閾値を決定するため、制御範囲指定部３２で照射点間距離を１０ｎｍから５００ｎｍの間で変化させ、ＲＯＩの輝度値と照射点間距離の関係を算出した結果を示す。

　各ＲＯＩの輝度値の最大値に対応する照射点間距離から、距離閾値を１００ｎｍに決定した。図７に、本実施例において照射点間時間を決定するため、照射距離間隔を距離閾値１００ｎｍに保ったまま制御範囲指定部３２で照射時間間隔を０.１μｓから１０μｓの間で変化させ、ＲＯＩＡとＲＯＩＢの輝度値の差と照射時間間隔の関係を算出した結果を示す。ＲＯＩＡとＲＯＩＢの輝度値の差の最大値から、照射点間時間を０．５μｓに決定した。

　上述のような実施例によれば、画像の輝度値が最大になる照射点間距離である距離閾値を決定し、距離閾値である照射点間距離を維持しつつ、複数の領域間の輝度値の差が最大になるように照射点間時間を決定することで、試料の充電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察することができた。

　本実施例では、画像の輝度値が最大になる照射点間距離である距離閾値を決定し、複数の領域の輝度値の差が最大になるよう距離閾値以上で照射点間距離と照射点間時間を決定することで、試料の放電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察する走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、前記図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。

　照射条件を決定するフローを図８に示す。本実施例の基本的なフローは図２と同様である。図８に示すフローと図２に示すフローの差異は、照射距離間隔が距離閾値以上になる範囲で照射点間距離と照射点間時間の制御範囲を指定するＳ１０９と、制御範囲内で照射点間距離と照射点間時間を変化させて電子線を走査し、画像を取得するＳ１１０である。また、ＲＯＩの輝度値を輝度値の最大値で規格化し、規格化輝度値を算出した後（Ｓ１１４）、複数の照射点間距離と走査速度の組み合わせの中から、複数のＲＯＩの規格化輝度値の差が最大であり、且つ照射点間距離が最も小さい組み合わせを決定することで、照射点間距離及び照射点間時間を決定する（Ｓ１１５）。照射条件のうち照射点間距離と照射時間間隔を、Ｓ１１５で決定した値に設定する（Ｓ１１６）。

　本実施例では、図３記載のＧＵＩを用いた。また、本実施例では、図４記載の試料を用い、図５に示したＡ、Ｂ、Ｃの３つの領域をＲＯＩとして選択し、特にＲＯＩＡとＲＯＩＣの輝度値の差に着目して照射条件を決定した。ＲＯＩの輝度値と照射点間距離の関係は図６と同一のため、距離閾値を１００ｎｍに決定した。本実施例において照射点間距離及び照射点間時間を決定するため、照射点間距離を距離閾値１００ｎｍ以上である１００ｎｍから５００ｎｍの範囲で変化させ、制御範囲指定部３２で照射点間時間を１０μｓから１００μｓの間で変化させて、ＲＯＩＡとＲＯＩＣの規格化輝度値の差と照射点間距離と照射点間時間の関係を算出した結果を図９に示す。

　図９では、横軸に照射点間距離、縦軸に照射点間時間をとり、照射点間距離と照射点間時間の組み合わせに対して、規格化輝度値の差が大きいほど色を濃く表示した。ＡとＣのＲＯＩの規格化輝度値の差が最大となる、照射点間距離を２００ｎｍに、照射点間時間を１０μｓに決定した。

　上述のような実施例によれば、画像の輝度値が最大になる照射点間距離である距離閾値を決定し、距離閾値である照射点間距離を維持しつつ、複数の領域の輝度値の差が最大になるように照射距離間隔と照射点間時間を決定することで、試料の放電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察することができた。

　なお、本実施例、及び以下の実施例においても、実施例１と同様、照射点間間隔及び照射点間時間を特定するための特徴量や、所定の状態か否かを決める判断基準は、様々なものを用いることができる。

　本実施例では、画像の輝度値が最小になる（或いは所定の閾値以下となる）照射点間距離である距離閾値を決定し、当該距離閾値に対応する照射点間距離とした状態で、複数の領域の輝度値の差が最大になるように、照射点間時間を決定することで、試料の充電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察する走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。

　本実施例において、試料の充電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察するため、照射条件を決定するフローを図１０に示す。本実施例の基本的なフローは図２と同様である。本実施例のフローは、輝度値の最小値に対応する照射点間距離から、距離閾値を決定する（Ｓ２０８）。本実施例では、図３記載のＧＵＩを用いた。

　図１１に本実施例で用いた試料の断面図を示す。図１１の試料は、溝の形成されたシリコン４１の間に溝間絶縁膜４２が埋められた構造が、マスク４３で覆われている。シリコン４１の突起部の高さが異なる領域が存在する場合、その領域間でマスク４３が異なる電気特性を示す。図１２に、本実施例において観察した、ＲＯＩ選択部３３の画像を示す。本実施例ではシリコン４１の突起部の直上がマスク４３で覆われた領域である、図１２のＤ、Ｅの２つの領域をＲＯＩとして選択した。図１３に、本実施例において距離閾値を決定するため、制御範囲指定部３２で照射点間距離を１０ｎｍから２５０ｎｍの間で変化させ、ＲＯＩＤの輝度値と照射距離間隔の関係を算出した結果を示す。ＲＯＩＤの輝度値の最小値に対応する照射点間距離から、距離閾値を７５ｎｍに決定した。

　図１４に、本実施例において照射点間時間を決定するため、照射点間距離を距離閾値７５ｎｍに保ったまま制御範囲指定部３２で照射時間間隔を０.１μｓから１０μｓの間で変化させ、ＲＯＩＤとＲＯＩＥの輝度値の差と照射点間時間の関係を算出した結果を示す。ＲＯＩＤとＲＯＩＥの輝度値の差の最大値から、照射点間時間を１μｓに決定した。

　このように本実施例を用いて、画像の輝度値が最小になる照射点間距離である距離閾値を決定し、当該距離閾値に対応する照射点間距離を維持しつつ、複数の領域の輝度値の差が最大になるよう照射点間時間を決定することで、試料の充電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察することができた。

　本実施例では、画像の輝度値が最小になる照射点間距離である距離閾値を決定し、複数の領域の輝度値の差が最大になるよう距離閾値以上で照射点間距離と照射点間時間を決定することで、試料の放電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察する走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、前記図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。

　本実施例において、試料の放電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察するため、照射条件を決定するフローを図１５に示す。本実施例の基本的なフローは図８と同様である。本実施例のフローは、輝度値の最小値に対応する照射点間距離から、距離閾値を決定する（Ｓ２０８）。　本実施例では、前記図３記載のＧＵＩを用いた。

　図１６に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。図１６の試料は、層間絶縁膜４４の間にコンタクトプラグ４５が埋められており、コンタクトプラグ４５の下部にシリコン基板４６が埋め込まれ、コンタクトプラグ４５とシリコン基板４６の接合部にイオン注入層４７が作られた構造をしている。

　イオン注入層に注入されたイオン濃度が他と異なる場合、コンタクトプラグ４５は異なる電気特性を示す。図１７に、本実施例において観察した、ＲＯＩ選択部３３の画像を示す。本実施例ではコンタクトプラグ４５が試料表面に露出した領域である、図１７のＦ、Ｇの２つの領域をＲＯＩとして選択した。

　図１８に、本実施例において距離閾値を決定するため、制御範囲指定部３２で照射点間距離を５０ｎｍか５００ｎｍの間で変化させ、ＲＯＩＦの輝度値と照射点間距離の関係を算出した結果を示す。ＲＯＩＦの輝度値の最小値に対応する照射点間距離から、距離閾値を２００ｎｍに決定した。図１９に、本実施例において照射距離間隔及び照射時間間隔を決定するため、照射点間距離を距離閾値２００ｎｍ以上である２００ｎｍから５００ｎｍの範囲で変化させながら、制御範囲指定部３２で照射点間時間を０．１μｓから５μｓの間で変化させ、ＲＯＩＦとＲＯＩＧの規格化輝度値の差と照射点間距離と照射点間時間の関係を算出した結果を示す。図１９では、横軸に照射点間距離、縦軸に照射点間時間をとり、照射点間距離と照射点間時間の組み合わせに対して、規格化輝度値の差が大きいほど色を濃く表示した。ＦとＧのＲＯＩの規格化輝度値の差が最大になる照射点間距離および照射点間時間の組み合わせから、照射点間距離を３００ｎｍに、照射点間時間を１μｓに決定した。

　このように本実施例を用いて、画像の輝度値が最小になる照射点間距離である距離閾値を決定し、複数の領域の輝度値の差が最大になるよう距離閾値以上で照射点間距離と照射点間時間を決定することで、試料の放電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察することができた。

　本実施例では、照射点間距離を距離閾値に保ちながら、荷電粒子線を照射する際の照射電荷量及び加速電圧及び試料電界を決定することで、試料の電位コントラストを高精度で観察する走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、前記図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。

　本実施例において、試料の放電特性に由来する電位コントラストを高精度で観察するため、照射条件を決定するフローを図２０に示す。なお、照射条件とは、照射点間距離及び照射点間時間の制御パラメータである走査速度及び照射点間距離を含み、照射電荷量及び加速電圧及び試料電界を１つ以上含む。ＲＯＩが視野内に入るよう、観察場所に移動する（Ｓ１）。

　次に、距離閾値を距離閾値登録部２２の登録値から選択するかどうか決定する（Ｓ２）。距離閾値の登録がないＲＯＩの場合、Ｓ３０３に進む。距離閾値の登録があるＲＯＩの場合、距離閾値登録部２２から距離閾値を選択し、Ｓ３０４に進む。次に、図２または図８または図１０または図１５に示したフローを用いて、距離閾値を決定する（Ｓ３０３）。

　次に、照射電荷量及び加速電圧及び試料電界の制御範囲を指定する（Ｓ３０４）。次に、距離閾値において、制御範囲内で照射電荷量及び加速電圧及び試料電界を変化させて電子線を走査し、画像を取得する（Ｓ３０５）。次に、画像からＲＯＩの輝度値を算出する（Ｓ３０８）。

　次に、Ｓ３０３において図２または図８のフローを用いて距離閾値を決定した場合は輝度値の最大値から、Ｓ３０３において図１０または図１５のフローを用いて距離閾値を決定した場合は輝度値の最小値から、照射電荷量及び加速電圧及び試料電界を決定する（Ｓ３０９）。次に、図２または図８または図１０または図１５に示したフローを用いて、照射点間時間、または照射点間距離及び照射点間時間を決定する（Ｓ３１０）。

　次に、照射条件のうち照射電荷量、加速電圧、試料電界、照射点間距離、及び照射点間時間を、Ｓ１１５で決定した値に設定する照射条件を設定する（Ｓ３１１）。

　図２１に本実施例で使用したＧＵＩを示す。ＧＵＩの基本的な構成は図３と同様である。本実施例のＧＵＩは、照射点間距離及び照射点間時間の制御範囲に加え、Ｓ３０４における照射電荷量及び加速電圧及び試料電界の制御範囲を指定する、制御範囲指定部４８を有している。

　図２２に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。図２２の試料は、層間絶縁膜４９の間に配線５０が埋められており、配線５０の下層に電極５１、絶縁膜５２、電極５１が順に積層した構造をしている。絶縁膜５２を介した上下の電極５１が絶縁できていない場合、配線５０は他の配線５０と異なる電気特性を示す。図２３に、本実施例において観察した、ＲＯＩ選択部３３の画像を示す。本実施例では配線５３が試料表面に露出した領域である、図２３のＨ、Ｉの２つの領域をＲＯＩとして選択した。図２４に、本実施例において照射電荷量を決定するため、制御範囲指定部４８で照射電荷量を１ｎＣら４ｎＣの間で変化させ、ＲＯＩの輝度値と照射電荷量の関係を算出した結果を示す。各ＲＯＩの輝度値の最大値に対応する照射電荷量から、照射電荷量を２ｎＣに決定した。このように照射電荷量を決定することで、ＲＯＩの電気特性を電位コントラストにより強く反映させることができる。

　このように本実施例を用いて、
　照射点間距離を距離閾値に保ちながら、荷電粒子線を照射する際の照射電荷量及び加速電圧及び試料電界を決定することで、試料の電位コントラストを高精度で観察することができた。

　本実施例では、登録した照射条件及び輝度値を用いて指定した観察領域を測定し、登録した輝度値と同じ輝度値の座標を自動で決定することで、観察領域におけるＲＯＩの座標を自動で決定する走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、前記図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。

　本実施例において、観察領域におけるＲＯＩの座標を自動で決定するフローを図２５に示す。試料の種類を指定する（Ｓ４０１）。試料の種類を指定することで、照射条件登録部２１に登録された照射条件に設定される。観察領域を指定する（Ｓ４０２）。観察開始ボタン５６を押す（Ｓ４０３）。観察開始ボタン５６については図２６で後述する。登録された照射条件において自動で観察を行い、画像の輝度値からＲＯＩの座標を自動で決定する（Ｓ４０４）。

　図２６に本実施例で使用したＧＵＩを示す。画像・座標表示部５３には、試料の種類を指定する、試料指定部５４を有している。また、観察する座標を設定する観察座標設定部５５を有している。また、自動での観察を開始する、観察開始ボタン５６を有している。また、Ｓ４０４で決定したＲＯＩの座標を表示するＲＯＩ座標表示部５７を有している。

　本実施例では、前記図４記載の試料を用い、前記図５に示したＡ、Ｂ、Ｃの３つの領域をＲＯＩとして選択した。自動で決定したＲＯＩの座標の一部を図２６のＲＯＩ座標表示部５７に示した。

　このように本実施例を用いて、登録した照射条件及び輝度値を用いて指定した観察領域を測定し、登録した前記輝度値と同じ輝度値の座標を自動で決定することで、観察領域におけるＲＯＩの座標を自動で決定することができた。

　なお、上述の実施例では試料の観察に電子線を用いたが、電子線に限らず他の荷電粒子線でも同様の観察ができる。

１…電子源、２…偏向器、３…対物レンズ、４…検出器、５…照射／非照射切り替え部、６…絞り、７…ＸＹＺステージ、８…試料ホルダ、９…試料、１０…電子源制御部、１１…偏向信号制御部、１２…対物レンズコイル制御部、１３…検出器制御部、１４…ＸＹＺステージ制御部、１５…試料電界制御部、１６…照射／非照射制御部、１７…検出信号処理部、１８…画像形成部、１９…照射条件操作部、２０…画像表示部、２１…照射条件登録部、２２…距離閾値登録部、２３…輝度値登録部、２４…加速電圧設定部、２５…照射電流設定部、２６…視野サイズ設定部、２７…走査速度設定部、２８…通常スキャン／パルススキャン切り替え部、２９…パルス条件設定部、３０…試料電界設定部、３１…距離閾値表示部、３２…制御範囲指定部、３３…ＲＯＩ選択部、３４…充放電特性表示部、３５…輝度値表示部、３６…照射条件・輝度値登録ボタン、３７…層間絶縁膜、３８…配線、３９…シリコン基板、４０…絶縁膜、４１…シリコン、４２…溝間絶縁膜、４３…マスク、４４…層間絶縁膜、４５…コンタクトプラグ、４６…シリコン基板、４７…イオン注入層、４８…制御範囲指定部、４９…層間絶縁膜、５０…配線、５１…電極、５２…絶縁膜、５３…座標表示部、５４…試料指定部、５５…観察座標設定部、５６…観察開始ボタン、５７　：ＲＯＩ座標表示部

Claims

　ビームをパルス状に照射しつつ、ビーム走査を行うときのビーム照射条件決定方法であって、
　前記パルス状ビームの照射点間距離を変化させ、
　照射点間距離の異なる複数の画像を取得し、
　当該照射点間距離の異なる複数の画像の特定領域の特徴量を評価し、
　当該特徴量が所定の状態となるようなビームの照射点間距離を特定し、
　当該特定された照射点間距離を設定、或いは当該特定された照射点間距離に基づいて定められる複数の照射点間距離を設定し、
　当該特定された照射点間距離、或いは複数の照射点間距離が設定された状態にて、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させたときに得られる複数の画像に含まれる複数の特定領域を評価し、
　当該複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間時間を特定することを特徴とする荷電粒子線装置の照射条件決定方法。
　請求項１において、
　前記照射点間間隔の異なる複数の画像の特定領域の特徴量を評価するときに、前記特定領域の輝度値を評価することを特徴とする荷電粒子線装置の照射条件決定方法。
　請求項２において、
　前記特定領域の輝度値が最小、最大、所定の閾値以上、或いは所定の閾値以下のビームの照射点間間隔を特定することを特徴とする荷電粒子線装置の照射条件決定方法。
　請求項１において、
　前記照射点間時間を特定するときに、前記複数の特定領域間の輝度差が最大、或いは所定値の閾値以上となる照射点間時間を特定することを特徴とする荷電粒子線装置の照射条件決定方法。
　請求項１において、
　前記複数の照射点間距離が設定された状態にて、複数の照射点間時間を設定し、前記複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間距離と照射点間時間の組み合わせを特定することを特徴とする荷電粒子線装置の照射条件決定方法。
　請求項５において、
　前記複数の特定領域間の輝度差が最大、或いは所定の閾値以上となる照射点間距離と照射点間時間の組み合わせを特定することを特徴とする荷電粒子線装置の照射条件決定方法。
　ビームを走査する走査偏向器を有し、当該走査偏向器によって走査されるビームをパルス状に試料に照射するビームカラムと、
　前記試料に対するビームの照射によって得られる粒子を検出する検出器と、
　前記ビームカラムを制御する制御システムを備え、
　当該制御システムは、前記検出器の出力を処理することによって、１以上の画像の特徴量を取得するように構成され、前記制御システムは、前記検出器の出力に基づいて得られる画像の１以上の特定領域の特徴量が所定の状態となるような前記パルス状のビームの照射点間距離を特定し、当該特定された照射点間距離が設定された状態、或いは当該特定された照射点間距離に基づいて定められる複数の照射点間距離が設定された状態にて、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させ、前記検出器の出力に基づいて得られる画像の複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間時間でビーム照射するように指示するように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項７において、
　前記ビームカラムは、前記ビームを軸外に偏向するパルスビーム生成用偏向器を備え、前記制御システムは、設定された照射点間距離及び照射点間時間に応じたパルスビームとなるように、前記走査偏向器とパルスビーム用偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項８において、
　前記制御システムは、前記照射点間距離の異なる複数の画像の特定領域の特徴量の評価に基づいて特定された照射点間距離で前記ビームを照射するように、前記走査偏向器とパルスビーム生成用偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項９において、
　前記制御システムは、前記特定領域の輝度値が最小、最大、所定の閾値以上、或いは所定の閾値以下のビームの照射点間間隔となるように、前記走査偏向器とパルスビーム生成用偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項７において、
　前記制御システムは、前記複数の特定領域間の輝度差が最大、或いは所定値の閾値以上となる照射点間時間でビームを走査するように、前記パルスビーム生成用偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項７において、
　前記制御システムは、前記複数の照射点間距離が設定された状態にて、複数の照射点間時間を設定し、前記複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間距離と照射点間時間の組み合わせで前記ビームを走査するように、前記走査偏向器と前記パルスビーム生成用偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１２において、
　前記制御システムは、前記複数の特定領域間の輝度差が最大、或いは所定の閾値以上となる照射点間距離と照射点間時間の組み合わせでビームを走査するように、前記走査偏向器と前記パルスビーム生成用偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項７において、
　前記検出器の出力に基づいて前記特定領域の輝度を評価する１以上のプロセッサを備え、当該プロセッサは、前記特定領域の輝度値と前記照射点間距離との関係に基づいて、前記輝度値が最大となる照射点間距離を決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
　荷電粒子線装置を制御するパラメータを決定するためにコンピューターシステム上で実行されるプログラム命令を格納するコンピューター読み取り可能な媒体であって、
　前記荷電粒子線装置のパルス状ビームの照射点間距離を変化させたときの照射点間距離の異なる複数の画像を取得し、
　当該照射点間距離の異なる複数の画像の特定領域の特徴量を評価し、
　当該特徴量が所定の状態となるようなビームの照射点間距離を特定し、
　当該特定された照射点間距離、或いは当該特定された照射点間距離に基づいて定められる複数の照射点間距離が設定された状態にて、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させたときに得られる複数の画像に含まれる複数の特定領域を評価し、
　当該複数の特定領域の特徴量が所定の状態となる照射点間時間を特定することを特徴とするコンピューター読み取り可能な媒体。
　試料に対して荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置であって、
　ビームを走査する走査偏向器を有し、当該走査偏向器によって走査されるビームをパルス状に試料に照射するビームカラムと、前記試料に対するビームの照射によって得られる粒子を検出する検出器と、前記ビームカラムを制御する制御システムを有する荷電粒子ビーム照射システムと、
　前記制御システムの制御条件を表示する表示装置を備え、
　当該表示装置には少なくとも前記パルス状ビームの照射点間距離に関する情報が表示され、前記制御システムは、前記表示された照射点間距離、或いは前記表示された照射点間距離を閾値とした複数の照射点間距離で、ビームを走査するように設定した状態で、前記パルス状ビームの照射点間時間を変化させることによって、１の照射点間距離に対して複数の画像を取得し、当該複数の画像に含まれる特定領域の特徴量を評価することによって、当該特徴量が所定の状態となる照射点間時間を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
　試料に対して荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置であって、
　ビームを走査する走査偏向器を有し、当該走査偏向器によって走査されるビームをパルス状に試料に照射するビームカラムと、前記試料に対するビームの照射によって得られる粒子を検出する検出器と、前記ビームカラムを制御する制御システムを有する荷電粒子ビーム照射システムと、
　前記制御システムの制御条件を表示する表示装置を備え、
　前記制御システムは、前記パルス状のビームの照射点間距離、或いは照射点間時間を複数の状態に設定した状態で、前記ビームを照射することによって、複数の照射点間距離ごと、或いは複数の照射点間時間の画像を取得し、当該画像に含まれる複数の特定領域の特徴量を評価し、前記複数の照射点間距離ごと、或いは前記複数の照射点間時間の複数の特徴量に関する情報を、前記表示装置に表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１７において、
　前記制御システムは、前記照射点間距離ごとの複数の特徴量の最大値を、前記表示装置に表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。