JP7148467B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7148467B2
JP7148467B2 JP2019158941A JP2019158941A JP7148467B2 JP 7148467 B2 JP7148467 B2 JP 7148467B2 JP 2019158941 A JP2019158941 A JP 2019158941A JP 2019158941 A JP2019158941 A JP 2019158941A JP 7148467 B2 JP7148467 B2 JP 7148467B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
light
charged particles
amount
charged particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019158941A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021039844A (ja
Inventor
美南 庄子
夏規 津野
保宏 白崎
宗行 福田
哲 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Tech Corp
Priority to JP2019158941A priority Critical patent/JP7148467B2/ja
Priority to KR1020200076845A priority patent/KR102443807B1/ko
Priority to TW109122866A priority patent/TWI787631B/zh
Priority to US16/986,369 priority patent/US11328897B2/en
Publication of JP2021039844A publication Critical patent/JP2021039844A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7148467B2 publication Critical patent/JP7148467B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/226—Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/302—Controlling tubes by external information, e.g. programme control
    • H01J37/3023—Programme control
    • H01J37/3026—Patterning strategy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/2206—Combination of two or more measurements, at least one measurement being that of secondary emission, e.g. combination of secondary electron [SE] measurement and back-scattered electron [BSE] measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/222—Image processing arrangements associated with the tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/226—Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object
    • H01J37/228—Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object whereby illumination and light collection take place in the same area of the discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/07—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/20—Sources of radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/50—Detectors
    • G01N2223/507—Detectors secondary-emission detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/633—Specific applications or type of materials thickness, density, surface weight (unit area)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/646—Specific applications or type of materials flaws, defects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/22—Treatment of data
    • H01J2237/221—Image processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

本発明は、試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関する。
半導体デバイスの製造工程では、歩留まり向上を目的として、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によるインライン検査計測が重要な検査項目となっている。特に、数ｋＶ以下の加速電圧を有する電子線を用いた低加速ＳＥＭ（ＬＶ ＳＥＭ：Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＳＥＭ）は、電子線の侵入深さが浅く、表面情報に富む画像が得られることから、リソグラフィ工程におけるレジストパターンや前工程におけるゲートパターンなど２次元形状の検査計測において極めて有用である。
しかしながら、リソグラフィ工程において利用されるレジストや反射防止膜等の有機材料は互いに組成が近く、あるいはトランジスタを構成する珪素系の半導体材料は互いに組成が近いので、材料からの２次電子放出の差が得られにくい。このような材料によって構成された試料はＳＥＭの像コントラストが低くなってしまうので、半導体デバイスの超微細パターンや欠陥の視認性が低下する。
下記特許文献１は、試料に対して電子線を照射することにより２次電子画像を取得する技術について記載している。同文献においては、取得した２次電子画像のコントラストを参照画像と比較することにより、欠陥有無や欠陥種別を判定することとしている（同文献の００６１参照）。また同文献においては、コントラスト変化のデータベースをあらかじめ準備しておき、これを参照することにより残膜厚を推定することとしている（同文献の００６２参照）。
特開２００８－２５２０８５号公報
例えばメモリデバイスなどの半導体デバイスにおいては、デバイス構造の一部として絶縁膜を形成する場合がある。絶縁膜を形成する際のエッチング工程における不良は、メモリ性能に大きく影響を及ぼすことが分かっている。例えばエッチング量が足らないことにより絶縁膜が設計値よりも厚ければ、抵抗値が高くなる可能性がある。あるいはオーバーエッチングによりリーク電流が増大する可能性がある。したがって絶縁膜の残渣量を検査する技術が必要となっている。
特許文献１記載の技術は、２次電子画像のコントラストによって膜厚を推定することとしている。しかし半導体デバイスの実装密度増加にともなって絶縁膜は薄膜化が進んでおり、これにより１次電子線と表層絶縁膜との間の相互作用よりも１次電子線と絶縁膜の下層との間の相互作用が支配的になるケースが増えると考えられる。そうすると２次電子画像上において、表層絶縁膜と絶縁膜下層との間のコントラストが低下し、絶縁層の残渣量を評価することが困難となる。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、試料表面に形成された層の膜厚が薄く観察像のコントラストが得にくい場合であっても、試料表面の材料や形状を明確に識別することができる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
本発明に係る荷電粒子線装置は、試料に対して光を照射することにより、前記光の照射時と非照射時との間で２次荷電粒子の信号量を変化させ、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定する。
本発明に係る荷電粒子線装置によれば、試料表面層の膜厚が薄い場合であっても、試料表面の材料や形状を明確に識別することができる。本発明のその他課題、構成、効果などについては以下の実施形態の説明によって明らかになる。
実施形態１に係る荷電粒子線装置１の構成図である。 Ｓｉ基板上に不要なＳｉＯ２絶縁膜が残っている試料の例を示す模式図である。 光を照射しながら２次電子を検出する例を示す模式図である。 観察した試料の材料及び構造情報を示す。 電子線照射のみで撮像したＳＥＭ像の結果を示す。 光を照射した場合でのＳＥＭ像を示す。 ２次電子放出量を実験によって取得した結果を示すデータ例である。 実施形態２で用いた試料を示す。 光の波長λと材料への吸収係数の関係を示す。 波長λ１を照射した際のＳＥＭ像を示す。 波長λ２を照射した際のＳＥＭ像を示す。 アモルファスシリコンの欠陥部と正常部での光の吸収係数の差から欠陥度を算出する図を示す。 材料の吸収係数を波長ごとに記述したデータ例である。 実施形態３で観察した試料を示す。 実施形態３で観察した試料を示す。 図１１Ａの試料に対して加速電圧１及び加速電圧２をそれぞれ照射した場合の散乱分布を示す。 図１２の試料における加速電圧１と加速電圧２の領域Ａ及びＢでの散乱割合を示す。 光照射による２次電子放出量が最大となる光学条件を記述したデータテーブル例である。 試料に対して光を照射することにより除電する様子を示す模式図である。 光子数／除電量／膜厚の対応関係を例示する模式図である。 実施形態４において荷電粒子線装置１が絶縁膜の膜厚を算出する手順を説明するフローチャートである。 実施形態５において荷電粒子線装置１が絶縁膜の膜質を判定する手順を説明するフローチャートである。 荷電粒子線装置１が提供するＧＵＩの例である。 複数の光条件の照射による２次電子放出量比から膜厚を推定する図を示す。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る荷電粒子線装置１の構成図である。荷電粒子線装置１は、試料８に対して電子線３０（１次荷電粒子）を照射することにより試料８の観察像を取得する、走査型電子顕微鏡として構成されている。荷電粒子線装置１は、電子光学系、ステージ機構系、電子線制御系、光照射系、メインコンソール１６を備える。
電子光学系は、電子銃２、偏向器３、電子レンズ４、検出器５により構成されている。ステージ機構系は、ＸＹＺステージ６、試料ホルダ７により構成されている。電子線制御系は、電子銃制御部９、偏向信号制御部１０、検出制御部１１、電子レンズ制御部１２により構成されている。光照射系は、光源１３、光制御部１４、光照射部２４、入力設定部２１により構成されている。メインコンソール１６は、画像形成系と入出力系を備える。画像形成系は、偏向信号と同期した検出サンプリング機能を備えた演算部１７で構成されている。入出力系は、入力設定部２１と表示部２０で構成されている。記憶部４１については後述する。
電子銃２より加速された電子線３０は、電子レンズ４によって集束され、試料８に照射される。偏向器３は、試料８上に対する電子線３０の照射位置を制御する。検出器５は、電子線３０を試料８に対して照射することにより試料８から放出される２次電子（２次荷電粒子）を検出する。入力設定部２１は、加速電圧、照射電流、偏向条件、検出サンプリング条件、電子レンズ条件などをユーザが指定入力するための機能部である。
光源１３は、試料８に対し照射する光を出射する。光源１３は、出力波長が紫外線から近赤外までの領域で単波長もしくは多波長が出力可能なレーザである。光源１３より放出された光は、装置筐体２３に具備されたガラス窓２２を介して、真空中に設置された試料８に対して照射される。光制御部１４は、光源１３が出射する物理的特性を表す光パラメータを制御する。ユーザは入力設定部２１を介して、光パラメータを光制御部１４に対して指定する。本発明において、光パラメータには光の偏光面、波長、平均の照射量、ピーク強度等、光で制御可能なパラメータを含む。
図２Ａは、Ｓｉ基板上に不要なＳｉＯ２絶縁膜が残っている試料の例を示す模式図である。電子線を照射することによって２次電子が生じる領域を点線の略球面によって表した。絶縁膜が形成されている部位においては、球面の厚さのうち４分の１を絶縁膜が占め、残り４分の３をＳｉ基板が占めているものとする。Ｓｉの２次電子放出量を１．０として規格化したとき、ＳｉＯ２の２次電子放出量は１．２である。これらの数値は例えばあらかじめ実験により取得することができる。
２次電子放出量は一次電子の散乱位置に依存するため、材料の膜厚にも依拠している。したがって絶縁膜が残っている部位においては、球面厚さのうち４分の１の部分については絶縁膜から２次電子が生じ、残り４分の３の部分についてはＳｉ基板から２次電子が生じると考えられる。これに加えて材質毎に規格化した２次電子放出量を考慮すると、絶縁膜が残っている部位からの２次電子放出量は、（１．２×１／４）＋（１．０×３／４）＝１．０５となる。したがって絶縁膜が残っていない部位と比較して、１．０５倍の２次電子信号量が得られることになる。
絶縁膜が残っている部位における２次電子信号量と残っていない部位における２次電子信号量との間で生じる上記差に基づき、絶縁膜が残っている部位を推定できる。さらに規格化した２次電子放出量（この例においてはＳｉ＝１．０、ＳｉＯ２＝１．２）に基づき絶縁膜の膜厚を推定することができる。２次電子放出量は膜厚に依拠するからである。ただし絶縁膜が薄膜化するのにともなって、上記差分も小さくなる。これは絶縁膜が薄膜化するのにともなって絶縁膜下方のＳｉから生じる２次電子が支配的になることに起因している。したがって薄膜化にともない、膜厚を推定することが次第に困難となる。
図２Ｂは、光を照射しながら２次電子を検出する例を示す模式図である。試料の構成は図２Ａと同じである。ただし電子線を照射しながら光を照射することにより、材料毎に規格化した２次電子放出量が、光非照射時のものから変化する。この例においては、図２ＡにおけるＳｉ＝１．０を基準とすると、光を照射することでＳｉの２次電子放出量は０．７となり、ＳｉＯ２の２次電子放出量は２．４となる。
図２Ａと同様に２次電子放出量を計算すると、絶縁膜が残っている部位からの２次電子放出量は、（２．４×１／４）＋（０．７×３／４）＝１．１２５となる。したがって絶縁膜が残っていない部位と比較して、（１．１２５／０．７）＝１．６倍の２次電子信号量が得られることになる。すなわち光照射により、絶縁膜が残っている部位と残っていない部位との間の２次電子信号量の差分が、光非照射時よりも大きくなるので、絶縁膜が薄膜化した場合であっても膜厚の推定精度を高めることができる。
光照射位置において絶縁膜が残っているか否かは、２次電子放出量が閾値以上変化したか否かによって判断することができる。例えば図２Ｂにおいては、絶縁膜が残っている部位と残っていない部位との間で、２次電子信号量が１．６倍異なるので、絶縁膜が残っていると判断することとした。この両者間の差分が閾値以上であるとき、演算部１７は２次電子信号量が増加した部位において絶縁膜が残っていると判断することができる。
図３に、観察した試料の材料及び構造情報を示す。本実施例を用いて図２Ａ、Ｂで用いたＳｉ上に積層されたＳｉＯ２の試料を観察した。Ｓｉ上にＳｉＯ２の薄膜が積層された試料である。試料観察の電子線条件は、加速電圧３００ｅＶ、照射電流３０ｐＡ、撮像時間１００ｎｍ／ｐｉｘｅｌ、倍率１００００ 倍、光の照射条件は波長６５０ｎｍ、光強度１００ｍＷ／ｃｍ２、パルス幅３０ｐｓｅｃである。
図４Ａに、電子線照射のみで撮像したＳＥＭ像の結果を示す。Ｓｉ部とＳｉＯ２部の２次電子放出量差が１．０５倍のため、ＳｉとＳｉＯ２のコントラストが小さい。一方、図４Ｂに光を照射した場合でのＳＥＭ像を示す。光を照射することでＳｉの２次電子放出量が０．７倍と低下する一方、ＳｉＯ２の２次電子放出量は２．４倍と増加するため、２次電子放出量差が１．６倍と光無照射時と比較して２つの材料の２次電子放出量差が拡大する。そのため、図４Ｂに示すようにＳｉとＳｉＯ２のコントラストが拡大する。
図５は、２次電子放出量を実験によって取得した結果を示すデータ例である。光照射時の材料毎に規格化した２次電子放出量は、例えばあらかじめ実験によって取得してその結果を記述したデータ（第１データ）を記憶部４１に格納しておくことができる。データのテーブルは図５のような構成でもよい。材料毎の２次電子放出量は光のパラメータにも依拠するので、材料と光のパラメータ（波長、光の平均照射量、光強度、偏光面）の組み合わせで２次電子放出量を記述することが望ましい。図５では、波長Ｓにおける二次電子放出量の光強度とのデータテーブルについて示した。２次電子信号量の実測値とこのデータを比較することにより、光照射位置における試料の材料を推定することができる。例えば演算部１７は、信号量が変化した部位はその信号量に対応する材料が存在すると推定する。
演算部１７は第１データを用いて、絶縁膜の位置と膜厚以外の特性を推定することもできる。例えば光照射位置における絶縁膜の位置と膜厚があらかじめ分かっている場合において、２次電子放出量が第１データに記述されているものと異なる場合、その部位における絶縁膜の密度が基準値とは異なる可能性がある。あるいはその部位における絶縁膜は欠陥や不純物を含んでいる可能性がある。これらは２次電子放出量を変動させる要因だからである。
絶縁膜の電気抵抗値や静電容量が規定値とは異なる場合、２次電子放出量は第１データに記述されているものと異なる可能性がある。これらの値は２次電子放出量を変動させる要因だからである。したがって演算部１７は、光照射位置における絶縁膜の位置と膜厚があらかじめ分かっている場合において、２次電子放出量が第１データに記述されているものと異なる場合、その部位における絶縁膜の電気抵抗値や静電容量を推定することができる。
以上に鑑みると第１データは、材料と光波長の組み合わせに加えて、密度／電気抵抗値／静電容量のうち少なくともいずれかの組み合わせごとに、２次電子放出量を記述することもできる。仮に２次電子放出量からこれらの値を一意に特定することができない場合であっても、少なくともこれらの値のうちいずれかが異常であると判定することはできると考えられる。
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る荷電粒子線装置１は、試料８に対して光の照射強度を制御して照射することにより試料８中の材料間での２次電子放出量差を拡大させ、これにより光非照射時と比較して、試料８上に絶縁膜が残っている部位と残っていない部位との間の２次電子信号量の差分を増加させる。したがって、光の照射強度の制御によって絶縁膜が薄膜化したとしても、絶縁膜の位置や膜厚などの残渣特性を精度よく推定することができる。
＜実施の形態２＞
本実施例では、光の吸収係数に応じて変化する２次電子放出量を波長によって制御し、加速電圧制御による2次電子放出量制御では識別が困難であった同一材料の結晶構造の欠陥を検出する荷電粒子線装置について説明する。本実施例における荷電粒子線装置の構成例は実施例１と同様である。
図６は、本実施例で用いた試料を示す。本実施例においては、酸化膜とアニーリングしたアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ： Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－Ｓｉｌｉｃｏｎ）が形成されている試料を用いた。酸化膜とアニーリングしたは、一次電子線の加速電圧で材料間コントラストを形成することが可能であるが、結晶状態が異なるアモルファスシリコンでは、一次電子線の散乱分布が近しいため、一次電子線の照射条件で明瞭はコントラストを得ることは困難である。しかしながら、アニーリングを行う炉体の状態によって面内分布が発生し、同一面内でも部分的にアモルファスシリコンの結晶構造に欠陥が生じる。欠陥が生じると電気特性が変化しデバイス性能が劣化するため、結構構造欠陥の計測が重要となる。そこで、光は結晶欠陥の有無によって、照射部分での光の吸収係数に違いが生じるため、部分的な結晶構造の違いを観察することに適している。
光の吸収係数と２次電子放出量の増加分には相関があるため、各波長での２次電子放出量の差を計測することで、電子線単体では評価することが困難な結晶構造の差異を計測する。
図７は、光の波長λと材料への吸収係数の関係を示す。光の吸収係数と２次電子放出量は相関があり、光の吸収係数が増加するに従い２次電子放出量は増加する。よって、光の吸収係数の数値が大きいほうが２次電子放出量の発生が多くなる。酸化膜（ＳｉＯ２）は波長λ1の時の吸収係数が０．４８であるのに対して、波長λ２の場合は０．６２となっている。正常なアモルファスシリコンでは波長λ1の時の吸収係数が０．８５であるのに対して、波長λ２は０．１５となっている。欠陥が存在するアモルファスシリコンでは波長λ１の時の吸収係数が０．９５であるのに対して、波長λ２は０．７５である。また、図７はＧＵＩ上にも表示可能である。
図８Ａは、波長λ１を照射した際のＳＥＭ像を示す。光の吸収係数は、アモルファスシリコン（欠陥）＞アモルファスシリコン（正常）＞ＳｉＯ２となっており、ＳＥＭ画像もアモルファスシリコン（欠陥）＞アモルファスシリコン（正常）＞ＳｉＯ２の順番で画像明度が大きくなる。
図８Ｂは、波長λ２を照射した際のＳＥＭ像を示す。波長λ２では、光の吸収係数がアモルファスシリコン（欠陥）＞ＳｉＯ２＞アモルファスシリコン（正常）のため、アモルファスシリコン（欠陥）＞ＳｉＯ２＞アモルファスシリコン（正常）で画像の明度値が高くなる。
図９は、アモルファスシリコンの欠陥部と正常部での光の吸収係数の差から欠陥度を算出する図を示す。波長λ１を照射した際のアモルファスシリコンの欠陥部と正常部で光の吸収係数差は０．１であるので欠陥度が４０％、また波長λ２でも欠陥部と正常部での光の吸収係数量の差が０．６であるので欠陥度が４０％である。図９の関係図より、欠陥部と正常部の光の吸収係数差を求めることで、欠陥部の欠陥度を算出することができる。図９のグラフはＧＵＩ上に表示が可能であり、また算出した欠陥度も表示できる構成である。
図１０は、材料の吸収係数を波長ごとに記述したデータ例である。本実施例で試料に対して照射した波長λ１及びλ２は、図１０に示すようなデータテーブルより観察試料を構成する材料の吸収係数差が最大となるような波長条件を抽出した。図１０のデータテーブルは、実際に各波長での光の吸収係数を実測した結果をデータとして格納してもよいし、文献値を格納してもよい。図１０では、各材料における光の吸収係数と波長のデータテーブルを例としたが、縦軸は２次電子放出量でも良い。また横軸も光で制御可能なパラメータ（波長、偏光面、平均照射量、光強度）であれば何でも良い。
本実施例を用いれば、光の吸収係数に応じて変化する２次電子放出量を波長によって制御し、加速電圧制御による２次電子放出量制御では識別が困難であった同一材料の結晶構造の欠陥を反映した情報の取得が可能になる。
＜実施の形態３＞
本実施例では、膜厚の異なる領域が存在する試料において、光照射による２次電子放出量変化と試料に照射する一次電子線の加速電圧の制御によって試料の膜厚を高精度に評価する荷電粒子線装置について説明する。本実施例における荷電粒子線装置の構成例は実施例１と同様である。
図１１Ａおよび図１１Ｂに、本実施例で観察した試料を示す。Ｓｉ基板上に膜厚の異なるＳｉＮが蒸着された試料である。
図１２に、図１１Ａの試料に対して加速電圧１及び加速電圧２をそれぞれ照射した場合の散乱分布を示す。図１２の横軸は散乱個数、縦軸は侵入深さを示す。図中の領域Ａおよび領域Ｂの線は、領域Ａ及びＢでのＳｉＮの膜厚である。各加速電圧における各領域での散乱割合は、１次電子の散乱分布より求めることが出来る。各材料間での散乱分布はモンテカルロシュミレーションで算出してもよいし、１次電子の散乱分布より求めても良い。ここで、散乱分布は材料や加速電圧に依存してするため、材料及び加速電圧の条件毎に算出する必要がある。本実施例では、加速電圧１での散乱分布をＦ(Ｖａｃｃ１)とし、加速電圧２での散乱分布をＦ(Ｖａｃｃ2)とした。加速電圧１での領域Ａの散乱割合ＡＡ(Vacc1)は、以下式１式で、領域Ｂの散乱割合ＡＢ(Vacc1)は式２で表現できる。
Figure 0007148467000001
Figure 0007148467000002
加速電圧２における領域Ａの散乱割合ＡＡ(Vacc2)は、式３で、領域Ｂの散乱割合ＡB(Vacc2)は式４で表現できる。
Figure 0007148467000003
Figure 0007148467000004
図１３に、図１２の試料における加速電圧１と加速電圧２の領域Ａ及びＢでの散乱割合を示す。図１４は、光照射による２次電子放出量が最大となる光学条件を記述したデータテーブル例である。図１４のデータテーブルは、実際に各波長や加速電圧、光強度での２次電子放出量を実測した結果をデータとして格納してもよいし、文献値を格納してもよい。今回抽出した条件は、加速電圧１が３００ ｅＶ、加速電圧２が６００ ｅＶ、光の照射強度が４００ｋＷ／ｃｍ２、照射波長は３８７ｎｍであり、このときの光照射による２次電子放出量は２．４倍である。光無照射時の２次電子放出量は１．１倍である。
光無照射時での、領域Ａにおける加速電圧１の条件の時の散乱割合は（１／２×１．２＝０．６）であり、領域Ａにおける加速電圧２の条件の時の散乱割合は（１／１０×１．２＝０．１２）であり、加速電圧１及び２の差分は０.４８である。次に、領域Ａにおける加速電圧１の条件の時の散乱割合は（１×１．２＝１．２）であり、領域Ｂにおけり加速電圧２の条件の時の散乱割合は（３／４×１．２＝０．９）であり、加速電圧１及び２の差分は０．３となる。よって、領域ＡとＢでの２次電子放出量差は０．１８となる。
光照射時の領域ＡとＢの２次電子放出量差を求める。光照射時での、領域Ａに置いて加速電圧１の条件の時の散乱割合は（１／２×２．６＝１．３）であり、領域Ａに置いて加速電圧２の条件の時の散乱割合は（１／１０×２．６＝０．２６）であり、加速電圧１及び２の差分は１.０４である。次に、領域Ｂにおける加速電圧１の条件の時の散乱割合は（１×２．６＝２．６）であり、領域Ｂにおけり加速電圧２の条件の時の散乱割合は（３／４×２．６＝１．９５）であり、加速電圧１及び２の差分は０．６５となる。よって、領域ＡとＢでの２次電子放出量差は０．３９となる。光照射による２次電子放出量差が領域Ａ及びＢでの２．１６倍向上する。光照射によって膜厚の違いによる２次電子放出量差が拡大するため、膜厚の差をより高感度に検査することが可能となる。
また後述する図２０に示すように、光照射の有無や異なる光条件の照射による２次電子放出量比（例として、ＡＡＶａｃｃ１／ＡＡＶａｃｃ２）と膜厚には相関があるため、２次電子放出量比より膜厚を推定することも可能である。このとき、照射する光のパラメータや電子線の加速電圧毎に光の吸収係数が異なるため、各材料と光パラメータ及び加速電圧毎での光の吸収係数もしくは２次電子放出量をデータテーブルが必要となる。このデータテーブルは実測した値で構成してもよいし、文献値で構成してもよい。
このように、本実施例を用いれば膜厚の異なる領域が存在する試料において、光照射による２次電子放出量変化と試料に照射する一次電子線の加速電圧の制御によって試料の膜厚を高精度に評価が可能となる。
＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、光照射による除電効果を利用して膜厚を算出する手法について説明する。荷電粒子線装置１の構成は実施形態１と同様であるので、以下では本実施形態４において新たに実装する構成について主に説明する。
図１５は、試料に対して光を照射することにより除電する様子を示す模式図である。ここでは材料B上に材料Aで構成された絶縁膜が形成されている例を示した。１次電子線（１次荷電粒子）を絶縁膜に対して照射すると、絶縁膜が帯電するとともに、絶縁膜から２次電子（２次荷電粒子、ＳＥ）が放出される。１次電子線とともに光を照射することにより、２次電子の放出量が増加するので、２次電子放出による除電量が帯電量を上回り、絶縁膜を除電することができる。
絶縁膜の帯電量Ｑを、絶縁膜の静電容量Ｃと電位Ｖによって表すものとする。静電容量Ｃは絶縁膜の膜厚に反比例するので、除電量（すなわち２次電子の放出量）は絶縁膜の膜厚と相関があると考えられる。本実施形態１においては、この原理を利用して、光照射によって２次電子の信号量を増加させるとともに、絶縁膜の膜厚を取得することを図る。以下具体的な手法を説明する。
図１６は、光子数／除電量／膜厚の対応関係を例示する模式図である。試料に対して光を照射すると試料から２次電子が放出される。電子線照射によって帯電した試料はこれにより除電される。このとき照射した光の光子数と除電量は、試料の材料毎に対応関係を有している。図１６左図はその１例である。この対応関係をあらかじめ実験などによって取得してその結果を記述したデータ（第２データ）を記憶部４１に格納しておく。また除電量と膜厚は、図１５で説明したように試料の材料毎に対応関係を有している。図１６右図はその１例である。この対応関係を同様にあらかじめ取得し、これを記述したデータ（第３データ）を記憶部４１に格納しておく。
図１７は、本実施形態４において荷電粒子線装置１が絶縁膜の膜厚を算出する手順を説明するフローチャートである。試料８の表面上における絶縁膜の位置はあらかじめ分かっているものとする。以下図１７の各ステップについて説明する。
（図１７：ステップＳ５０１）
ユーザは、試料の材料と構造に関する情報を、入力設定部２１から入力する。試料の構造とは、例えば試料の表面形状と座標（絶縁膜が配置されている位置の座標）についての情報である。図１６で説明した対応関係は試料の材料毎に異なるので、本ステップにおいてさらに試料の材料を指定してこれに対応する図１６の対応関係を特定することとした。図１６の対応関係が光波長にも依拠する場合は光波長と材料の組み合わせ毎に図１６の各データを設けてもよい。
（図１７：ステップＳ５０２）
試料を帯電させるのに適した１次電子線の照射条件（例えば加速電圧など）は材料ごとに異なる。したがって演算部１７は、Ｓ５０１において入力した材料にしたがって、１次電子線の照射条件を決定する。同様に試料から除電するのに適した光照射条件（例えば光波長、パルス幅、パルス周期、パルス振幅など）は材料ごとに異なる。したがって演算部１７は、Ｓ５０１において入力した材料にしたがって、光照射条件を決定する。
（図１７：ステップＳ５０３）
電子銃２は、試料８から放出される２次電子の信号量が飽和するまで（信号イールドが規格化した標準値（＝１）となるまで）、電子線３０を試料８に対して照射する。照射位置は、膜厚を測定する絶縁膜が形成されている箇所である。２次電子の信号量が飽和したとき、試料８は電子線３０によって完全に帯電したことになる。試料８を完全に帯電させるのは、帯電状態が不完全だと試料の帯電量を数値化するのが困難であり、したがって帯電量（または除電量）と膜厚との間の対応関係も確定するのが困難となるからである。
（図１７：ステップＳ５０４）
光源１３は、完全に帯電した試料８に対して光を照射する。照射位置はＳ５０３と同じである。光照射により２次電子の放出が促されるので、Ｓ５０３において完全に帯電した試料８から２次電子が放出されて試料８が除電されることになる。
（図１７：ステップＳ５０５）
演算部１７は、試料８から電荷を完全に除電するために寄与した光子数を算出する。例えば試料８に対して入射した光量と、試料８から反射された光量との間の差分によって、試料８が吸収した光量を算出することができる。演算部１７はその光量を光子数に換算することにより、除電に寄与した光子数を算出することができる。演算部１７は、その光子数を用いて図１６左図のデータ（第２データ）を参照することにより、光照射によって除去された電荷量（除電量）を算出する。
（図１７：ステップＳ５０６）
演算部１７は、Ｓ５０５において求めた除電量を用いて図１６右図のデータ（第３データ）を参照することにより、光照射した位置における膜厚を算出する。
以上の説明においては、光子数と除電量との間に対応関係があることを利用して膜厚を算出することを説明したが、同様の対応関係は、光照射による試料８の表面電位の変動量と除電量との間にも存在する。したがって図１６左図の対応関係に代えてまたはこれと併用して、表面電位変動量と除電量との間の対応関係をあらかじめ求めておき、これを記述したデータを記憶部４１に格納しておいてもよい。この場合、Ｓ５０５においてはそのデータを用いて除電量を算出することになる。
＜実施の形態４：まとめ＞
本実施形態４に係る荷電粒子線装置１は、試料８を除電するために必要な光子数と絶縁膜の膜厚との間の対応関係（第２データと第３データ）をあらかじめ取得しておき、光照射によって除電したときの光子数の実測値を用いてその対応関係を参照することにより、絶縁膜の膜厚を推定する。光子数は照射光量を測定することによって取得することができる。すなわち本実施形態２によれば、光照射による２次電子放出量を正確に測定しなくとも、絶縁膜の膜厚を精度よく推定することができる。試料８の表面電位を用いる場合も同様に、２次電子放出量を正確に測定することなく絶縁膜の膜厚を精度よく推定できる利点がある。
本実施形態４に係る荷電粒子線装置１は、２次電子信号量が飽和するまで電子線３０を照射することにより試料８を完全に帯電させた上で、光照射によって試料８を除電する。これにより、試料８の帯電量を正確に数値化することになるので、除電のために必要な光子数も正確に計測することができる。したがって膜厚の推定精度を向上させることができる。
＜実施の形態５＞
実施形態４においては、膜厚が未知である前提の下、除電のために必要な光子数を用いて膜厚を推定することとした。これに対して膜厚が既知である場合、除電のために必要な光子数もその膜厚から得ることができる。この光子数を利用して、除電のために必要な光子数の実測値が正常であるのか否かを判断することができると考えられる。そこで本発明の実施形態３では、光子数の実測値と既知値を比較することにより、膜質が正常であるか否かを判定する例を説明する。荷電粒子線装置１の構成は実施形態１と同様であるので、以下では本実施形態５において新たに実装する構成について主に説明する。
図１８は、本実施形態５において荷電粒子線装置１が絶縁膜の膜質を判定する手順を説明するフローチャートである。試料８の表面上における絶縁膜の位置はあらかじめ分かっているものとする。以下図１８の各ステップについて説明する。
（図１８：ステップＳ６０１～Ｓ６０２）
ユーザは、試料の材料と構造に関する情報を、入力設定部２１から入力する。本ステップにおいてはＳ５０１で入力する情報に加えて、絶縁膜の膜厚も入力する。Ｓ６０２はＳ５０２と同様である。膜厚は例えば別の検査装置が測定した結果を得ることによって取得することができる。
（図１８：ステップＳ６０３～Ｓ６０５）
電子銃２は、Ｓ５０３と同様に、試料８から放出される２次電子の信号量が飽和するまで、電子線３０を試料８に対して照射する（Ｓ６０３）。光源１３は試料８に対して光を照射する（Ｓ６０４）。試料８の帯電量が０に到達しなかった場合、光照射条件を変更した上でＳ６０３に戻って同様の処理を繰り返す（Ｓ６０５：Ｎ）。試料８の帯電量が０に到達した場合はＳ６０６へ進む（Ｓ６０５：Ｙ）。演算部１７は、Ｓ６０６に進む場合、試料８の帯電量を０にするために要した光子数を算出する。算出手順は例えばＳ５０５と同様でよい。
（図１８：ステップＳ６０５：補足その１）
Ｓ６０３において電子線３０を試料８に対して照射し始めると、２次電子のイールドが次第に低下し、試料８が完全に帯電するとイールドが１に到達して信号量が飽和する。その後、試料８に対して光を照射すると、２次電子信号量が再度上昇して、電子線３０を照射し始めた時点のレベルまで回復する。演算部１７はこの時点において、試料８の帯電量が０に到達したと判断することができる。必ずしも電子線３０を照射し始めた時点と厳密に等しいレベルまで除電する必要はなく、実質的に除電完了したとみなすことができるレベルに到達すればよい。すなわち帯電量（または帯電量に換算することができる量）が適当な閾値に到達すればよい。
（図１８：ステップＳ６０５：補足その２）
図１７で説明したフローチャートにおいても、本ステップと同様の手順により、試料８の帯電量が０に到達したか否かを判断し、到達していなければＳ５０３～Ｓ５０４を繰り返し実施してもよい。
（図１８：ステップＳ６０６）
演算部１７は、Ｓ６０１において入力された膜厚を用いて図４右図のデータ（第３データ）を参照することにより、その膜厚を有する絶縁膜の除電量を取得する。演算部１７はさらに、その除電量を用いて図４左図のデータ（第２データ）を参照することにより、絶縁膜を除電するために必要な光子数を取得する。
（図１８：ステップＳ６０７～Ｓ６０９）
演算部１７は、Ｓ６０５において算出した光子数の実測値と、Ｓ６０６においてデータ参照により取得した光子数とを比較する（Ｓ６０７）。両者が一致する場合は、絶縁膜の膜質が正常であると判断することができる（Ｓ６０８）。実測値が、あらかじめ実験により取得した規定値と一致したからである。両者が一致しない場合は、絶縁膜の膜質が何らかの異常を有していると判断する（Ｓ６０９）。
（図１８：ステップＳ６０９：補足）
Ｓ６０７において２つの光子数が一致しない原因としては、絶縁膜が帯電する電荷量を変動させるような不具合が考えられる。例えば絶縁膜の材料密度の異常、絶縁膜内に含まれる欠陥または不純物、絶縁膜の電気抵抗値の異常、絶縁膜の静電容量の異常、などの不具合が存在する可能性がある。演算部１７は膜質以上の原因となっている可能性として、これらのうち少なくともいずれかが存在する旨の判定結果を出力することもできる。
＜実施の形態５：まとめ＞
本実施形態５に係る荷電粒子線装置１は、絶縁膜の膜厚があらかじめ分かっている場合において、試料８を除電するために必要な光子数が規定値と一致するか否かにより、絶縁膜の膜質が正常であるか否かを判定する。これにより、実施形態２と同様に２次電子放出量を正確に測定しなくとも、絶縁膜の膜質を精度よく判定することができる。
＜実施の形態６＞
図１９は、荷電粒子線装置１が提供するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の例である。演算部１７は、実施形態１～５それぞれにおいて説明した判定結果などを、図７のようなＧＵＩ上で提示することができる。ＧＵＩは例えば表示部２０上の画面表示として提供することができる。
＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
以上の実施形態において、荷電粒子線装置１の各機能部は、演算部１７が制御してもよいし、その他機能部が制御してもよい。演算部１７は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。
以上の実施形態において、試料８に対して電子線３０を照射することにより試料８の観察像を取得する走査型電子顕微鏡を例として説明したが、本発明はそれ以外の荷電粒子線装置においても用いることができる。すなわち、光照射による２次荷電粒子放出量の変化を利用する荷電粒子線装置において、本発明を用いることができる。
以上の実施形態において、試料８の表面上に残っている絶縁膜の膜厚などの特性を判定する例を説明したが、試料８表面上に形成されているその他材料層の特性についても本発明によって判定することができる。すなわちその材料層が形成されている部位とそれ以外の部位との間において、光照射による２次電子放出量が大きく異なる場合、本発明によってその材料層が存在しているか否かを判定することができる。
以上の実施形態において、光制御部１４は、光源１３が出力するレーザの平均出力、パルスピーク強度、パルス幅、パルスの照射周期、レーザの照射面積、波長、偏光のうちいずれか一つ以上のパラメータを制御してもよい。
１：荷電粒子線装置
２：電子銃
３：偏向器
４：電子レンズ
５：検出器
６：ＸＹＺステージ
７：試料ホルダ
８：試料
９：電子銃制御部
１０：偏向信号制御部
１１：検出制御部
１２：電子レンズ制御部
１３：光源
１４：光制御部
１６：メインコンソール
１７：演算部
２０：表示部
２１：入力設定部
２２：ガラス窓
２３：筐体
２４：光照射部
３０：電子線
４１：記憶部

Claims (15)

  1. 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
    前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
    前記試料に対して照射する光を出射する光源、
    前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
    前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料を解析する演算部、
    前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
    前記荷電粒子線によって前記試料から放出される２次荷電粒子を検出する検出部、
    前記２次荷電粒子の検出信号に基づく２次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
    を備え、
    前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
    前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記２次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
    前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
    前記荷電粒子線装置はさらに、前記光を照射することによる前記信号量の変化量を表す信号量特性を、前記試料の材料と前記光の波長の組み合わせごとに記述した、第１データを格納する記憶部を備え、
    前記演算部は、前記第１データが記述している信号量特性と、前記検出器が検出した前記２次荷電粒子の信号量とを比較することにより、前記光を照射した部位における前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
    前記第１データは、前記光の照射時における前記信号量を表す照射時信号量を前記試料の材料ごとに記述しており、
    前記検出器は、前記試料の第１部位に対して前記１次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記２次荷電粒子の第１信号量を取得し、
    前記検出器は、前記試料の第２部位に対して前記１次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記２次荷電粒子の第２信号量を取得し、
    前記演算部は、前記第１データが記述している前記照射時信号量を参照するとともに前記第１信号量と前記第２信号量の比率を参照することにより、前記第１部位と前記第２部位それぞれにおける前記試料の材料を判定するとともにその材料の厚さを算出する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
    前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
    前記試料に対して照射する光を出射する光源、
    前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
    前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料を解析する演算部、
    前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
    前記荷電粒子線によって前記試料から放出される２次荷電粒子を検出する検出部、
    前記２次荷電粒子の検出信号に基づく２次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
    を備え、
    前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
    前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記２次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
    前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
    前記荷電粒子線装置はさらに、
    前記光源が前記試料に対して照射する前記光の光子数と、前記光を照射することによって前記試料から除去される除電電荷量との間の対応関係を記述した第２データ、
    前記除電電荷量と前記試料の膜厚との間の対応関係を記述した第３データ、
    を格納する記憶部を備え、
    前記演算部は、前記試料に対して前記光を照射することによる前記信号量の変化量を用いて前記光子数を算出するとともに、その光子数を用いて前記第２データを参照することにより、前記除電電荷量を取得し、
    前記演算部は、前記第２データを参照することにより取得した前記除電電荷量を用いて前記第３データを参照することにより、前記膜厚を取得する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
    前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
    前記試料に対して照射する光を出射する光源、
    前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
    前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料を解析する演算部、
    前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
    前記荷電粒子線によって前記試料から放出される２次荷電粒子を検出する検出部、
    前記２次荷電粒子の検出信号に基づく２次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
    を備え、
    前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
    前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記２次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
    前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
    前記荷電粒子線装置はさらに、
    前記光源が前記試料に対して照射する前記光の光子数と、前記光を照射することによって前記試料から除去される除電電荷量との間の対応関係を記述した第２データ、
    前記除電電荷量と前記試料の膜厚との間の対応関係を記述した第３データ、
    を格納する記憶部を備え、
    前記演算部は、前記試料の膜厚を指定する指定入力を受け取り、
    前記演算部は、前記指定入力が指定する膜厚を用いて前記第３データを参照することにより前記除電電荷量を取得するとともに、その取得した除電電荷量を用いて前記第２データを参照することにより、前記光の光子数を取得し、
    前記演算部は、前記試料が有している電荷が閾値以下になるまでに要した前記光の光子数の実測値と、前記第２データを参照することにより取得した光子数とを比較することにより、前記試料が正常であるか否かを判定する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
    前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
    前記試料に対して照射する光を出射する光源、
    前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
    前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料を解析する演算部、
    前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
    前記荷電粒子線によって前記試料から放出される２次荷電粒子を検出する検出部、
    前記２次荷電粒子の検出信号に基づく２次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
    を備え、
    前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
    前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記２次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
    前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
    前記試料は、半導体材料によって形成されており、
    前記演算部は、前記試料の表面上に存在している絶縁膜の位置と膜厚を、前記変化した信号量にしたがって判定する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項記載の荷電粒子線装置であって、
    前記演算部は、前記第一の光の照射条件で得られた前記２次荷電粒子画像と、前記第二の光の照射条件で得られた前記２次荷電粒子画像から、前記試料の特徴を判断する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記光照射制御系は、レーザの平均出力、パルスピーク強度、パルス幅、パルスの照射周期、レーザの照射面積、波長、偏光のうちいずれか一つ以上のパラメータを制御する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 前記検出器は、前記試料の第１部位に対して前記１次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記２次荷電粒子の第１信号量を取得し、
    前記検出器は、前記試料の第２部位に対して前記１次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記２次荷電粒子の第２信号量を取得し、
    前記演算部は、前記第１信号量と前記第２信号量を比較することにより、前記第１部位と前記第２部位それぞれにおける前記試料の材料を判定する
    ことを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
  8. 前記検出器は、前記試料の第１部位に対して前記１次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記２次荷電粒子の第１信号量を取得し、
    前記検出器は、前記試料の第２部位に対して前記１次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記２次荷電粒子の第２信号量を取得し、
    前記演算部は、前記第１信号量と前記第２信号量が判定閾値以上異なる場合は、前記第１信号量と前記第２信号量の比率にしたがって、前記第１部位と前記第２部位それぞれにおける前記試料の膜厚と膜質のうち少なくともいずれかを判定する
    ことを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
  9. 前記演算部は、前記膜質として、
    前記材料の密度、
    前記試料の欠陥または不純物の有無、
    前記試料の電気抵抗値、
    前記試料の静電容量、
    のうち少なくともいずれかを判定する
    ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
  10. 前記荷電粒子源は、前記試料から放出される前記２次荷電粒子の信号量が飽和するまで前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射し、
    前記光源は、前記２次荷電粒子の信号量が飽和した状態において、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記１次荷電粒子によって帯電した前記試料の電荷を除去し、
    前記演算部は、前記２次荷電粒子の信号量が飽和した後、前記光源が前記光を照射することによって前記試料から除去される前記除電電荷量を取得する
    ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
  11. 前記演算部は、前記試料に対して前記光を照射することによる前記信号量の変化量を用いることに代えて、前記試料に対して前記光を照射することによる前記試料の表面電位の変化量を用いて、前記光子数を算出する
    ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
  12. 前記記憶部は、前記試料の材料と前記光の波長の組み合わせごとに、前記第２データと前記第３データをそれぞれ格納しており、
    前記演算部は、前記試料の材料を指定する指定入力を受け取り、
    前記演算部は、前記指定入力が指定する前記試料の材料に対応する前記第２データと、前記指定入力が指定する前記試料の材料に対応する前記第３データとを参照することにより、前記膜厚を取得する
    ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
  13. 前記荷電粒子源は、前記試料から放出される前記２次荷電粒子の信号量が飽和するまで前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射し、
    前記光源は、前記２次荷電粒子の信号量が飽和した状態において、前記１次荷電粒子によって帯電した前記試料の電荷が前記閾値以下になるまで、前記試料に対して前記光を照射し、
    前記演算部は、前記２次荷電粒子の信号量が飽和してから、前記１次荷電粒子によって帯電した前記試料の電荷が前記閾値以下になるまでの間に、前記光源が前記試料に対して照射した光子数を、前記実測値として取得する
    ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
  14. 前記演算部は、前記荷電粒子源が前記試料に対して前記２次荷電粒子を照射しはじめた時点における前記２次荷電粒子の信号量の初期値を取得し、
    前記光源が前記光を前記試料に対して照射しても前記２次荷電粒子の信号量が前記初期値に到達しなかった場合、前記荷電粒子源は前記２次荷電粒子の信号量が飽和するまで前記１次荷電粒子を改めて前記試料に対して照射し、前記光源は前記試料の電荷が前記閾値以下になるまで前記試料に対して前記光を改めて照射する
    ことを特徴とする請求項１３記載の荷電粒子線装置。
  15. 前記演算部は、
    前記材料の密度、
    前記試料の欠陥または不純物の有無、
    前記試料の電気抵抗値、
    前記試料の静電容量、
    のうち少なくともいずれかを判定することにより、前記試料が正常であるか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１１記載の荷電粒子線装置。
JP2019158941A 2019-08-30 2019-08-30 荷電粒子線装置 Active JP7148467B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019158941A JP7148467B2 (ja) 2019-08-30 2019-08-30 荷電粒子線装置
KR1020200076845A KR102443807B1 (ko) 2019-08-30 2020-06-24 하전 입자선 장치
TW109122866A TWI787631B (zh) 2019-08-30 2020-07-07 帶電粒子束裝置
US16/986,369 US11328897B2 (en) 2019-08-30 2020-08-06 Charged particle beam device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019158941A JP7148467B2 (ja) 2019-08-30 2019-08-30 荷電粒子線装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021039844A JP2021039844A (ja) 2021-03-11
JP7148467B2 true JP7148467B2 (ja) 2022-10-05

Family

ID=74680044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019158941A Active JP7148467B2 (ja) 2019-08-30 2019-08-30 荷電粒子線装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11328897B2 (ja)
JP (1) JP7148467B2 (ja)
KR (1) KR102443807B1 (ja)
TW (1) TWI787631B (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020234987A1 (ja) * 2019-05-21 2020-11-26 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置
KR20230118110A (ko) * 2020-12-16 2023-08-10 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Acc 모듈에 의한 하전 입자 시스템의 열-지원 검사
CN113984821B (zh) * 2021-12-29 2022-03-11 中国科学院地质与地球物理研究所 纳米结构三维成像***与方法
CN115060989B (zh) * 2022-07-13 2023-03-28 中国石油大学(北京) 静电检测方法、装置、电子设备及可读存储介质
WO2024029060A1 (ja) * 2022-08-05 2024-02-08 株式会社日立ハイテク 試料測定装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003151483A (ja) 2001-11-19 2003-05-23 Hitachi Ltd 荷電粒子線を用いた回路パターン用基板検査装置および基板検査方法
WO2017158742A1 (ja) 2016-03-16 2017-09-21 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7241993B2 (en) * 2000-06-27 2007-07-10 Ebara Corporation Inspection system by charged particle beam and method of manufacturing devices using the system
EP1735811B1 (en) 2004-04-02 2015-09-09 California Institute Of Technology Method and system for ultrafast photoelectron microscope
JP4606443B2 (ja) * 2007-08-10 2011-01-05 株式会社日立製作所 荷電粒子線を用いた回路パターン用基板検査方法および基板検査装置
JP4728361B2 (ja) 2008-03-06 2011-07-20 株式会社日立製作所 荷電粒子線を用いた基板検査装置および基板検査方法
WO2015016040A1 (ja) * 2013-08-02 2015-02-05 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 走査電子顕微鏡
US9916965B2 (en) * 2015-12-31 2018-03-13 Kla-Tencor Corp. Hybrid inspectors
US10648924B2 (en) * 2016-01-04 2020-05-12 Kla-Tencor Corp. Generating high resolution images from low resolution images for semiconductor applications
JP6925608B2 (ja) * 2016-03-25 2021-08-25 株式会社日立ハイテクサイエンス 断面加工観察方法、断面加工観察装置
US10887580B2 (en) * 2016-10-07 2021-01-05 Kla-Tencor Corporation Three-dimensional imaging for semiconductor wafer inspection
US10777383B2 (en) * 2017-07-10 2020-09-15 Fei Company Method for alignment of a light beam to a charged particle beam

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003151483A (ja) 2001-11-19 2003-05-23 Hitachi Ltd 荷電粒子線を用いた回路パターン用基板検査装置および基板検査方法
WO2017158742A1 (ja) 2016-03-16 2017-09-21 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021039844A (ja) 2021-03-11
TW202123289A (zh) 2021-06-16
KR20210027064A (ko) 2021-03-10
KR102443807B1 (ko) 2022-09-15
US20210066029A1 (en) 2021-03-04
TWI787631B (zh) 2022-12-21
US11328897B2 (en) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7148467B2 (ja) 荷電粒子線装置
JP3973372B2 (ja) 荷電粒子線を用いた基板検査装置および基板検査方法
TWI582416B (zh) 用於偵測埋藏缺陷之方法及裝置
JP2003100823A (ja) 荷電粒子ビームを用いた検査方法およびそれを用いた検査装置
KR20100061018A (ko) 다수 전자빔 조건의 멀티 스캔을 연산하여 새로운 패턴 이미지를 창출하는 반도체 소자의 디펙트 검사 장치 및 방법
JP2006332296A (ja) 電子ビーム応用回路パターン検査における焦点補正方法
US10665424B2 (en) Pattern measuring method and pattern measuring apparatus
Nakamae Electron microscopy in semiconductor inspection
JP4728361B2 (ja) 荷電粒子線を用いた基板検査装置および基板検査方法
JP5406308B2 (ja) 電子線を用いた試料観察方法及び電子顕微鏡
US9236218B2 (en) Defect inspection apparatus and method using a plurality of detectors to generate a subtracted image that may be used to form a subtraction profile
JP5074262B2 (ja) 帯電電位測定方法、及び荷電粒子顕微鏡
US6952105B2 (en) Inspection method and apparatus for circuit pattern of resist material
TWI516760B (zh) Semiconductor inspection device and inspection method using charged particle line
JP5016799B2 (ja) 荷電粒子ビームを用いた検査装置
JP2022069444A (ja) 後方散乱粒子による埋め込みフィーチャの検出
JP4147233B2 (ja) 電子線装置
US8692197B2 (en) Scanning electron microscope optical condition setting method and scanning electron microscope
JP6677943B2 (ja) 顕微分光データ測定装置および方法
TWI845782B (zh) 用於檢測一基板之裝置及方法
WO2024127586A1 (ja) 荷電粒子線装置及び試料の特性を推定する方法
WO2022208572A1 (ja) 検査システム
US20220375715A1 (en) Charged particle inspection system and method using multi-wavelength charge controllers
WO2024029060A1 (ja) 試料測定装置
WO2023145015A1 (ja) 検査装置および膜質検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211112

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220823

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220905

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220913

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220922

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7148467

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150