JP2013178877A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、視野移動用の偏向器とは別の偏向器による調整等を行うことなく、ビームを試料に対して垂直に入射させる荷電粒子線装置の提供を目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査領域を移動させる偏向器と、試料を移動させる試料ステージを備えた荷電粒子線装置において、試料ステージによって目標視野から所定量ずれた位置に走査領域が位置付けられるように試料を移動し、試料の移動後、偏向器によって、目標視野に走査領域を目標視野に位置付けるように、試料ステージと偏向器を制御する荷電粒子線装置を提案する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の装置条件設定装置に係り、特に視野を移動させるための偏向器を備えた荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の装置条件設定装置に関する。

半導体デバイスを測定、或いは検査する装置の高スループット化の実現のために、走査電子顕微鏡を含む測定、或いは検査装置では、電子顕微鏡の視野を移動する試料ステージに換えて、或いは併用して、電子顕微鏡の視野（Field Of View：ＦＯＶ）を移動する偏向器を用いた視野移動法が採用されている。偏向器を用いた視野移動法（以下、イメージシフトと称することもある）は、移動距離こそ試料ステージに及ばないものの、位置精度や移動速度に優れ、装置の高スループット化には必須の要件となりつつある。

特許文献１には、イメージシフト偏向器を備えた荷電粒子線装置において、このイメージシフト偏向器へのビームの入射位置を調整する他の偏向器を用いて、対物レンズの光軸に沿ってビームが通過するように調整する荷電粒子線装置が開示されている。

特開２０１１−９１２７号公報

特許文献１に説明されているように、ビームが傾斜して試料に入射すると、そうでない場合と比較して走査領域の大きさが変化する。例えば、パターンの寸法を電子顕微鏡によって測定する場合、走査領域の大きさが変化すると倍率が変化するため、結果、パターン寸法測定結果に誤差が含まれてしまうことになる。

通常、イメージシフト偏向器による偏向を行わなければ、ビームは理想光軸を通過する筈であるが、実際にはビームが傾斜している場合がある。特許文献１に開示の手法によれば、このようなビーム傾斜を補正することができるが、イメージシフト偏向器へ入射するビームのための偏向器を別途設ける必要があり、装置が複雑になる。

一方、発明者らの検討によって、装置固有のビームの傾きを、視野移動によって相殺できる視野移動位置があることが明らかになった。

以下に、視野移動用の偏向器とは別の偏向器による調整等を行うことなく、ビームを試料に対して垂直に入射させる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、以下に荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査領域を移動させる偏向器と、試料を移動させる試料ステージを備えた荷電粒子線装置において、前記試料ステージによって目標視野から所定量ずれた位置に前記走査領域が位置付けられるように試料を移動し、当該試料の移動後、前記偏向器によって、前記目標視野に前記走査領域を前記目標視野に位置付けるように、前記試料ステージと偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。

上記構成によれば、装置が持つ固有のビーム傾斜を、視野移動用のビーム偏向器によって抑制することができる。

ビームが理想光軸に対して傾斜した状態で、試料に入射したときに発生する測定誤差の原理を説明する図。 線幅を測定する場合の測定誤差の原理を説明する図。 走査電子顕微鏡の概略構成図。 ＳＥＭを含む測定、或いは検査システムの詳細説明図。 走査電子顕微鏡ごとのずれ量を記憶するテーブルの一例を示す図。 測定パターンが視野中心となるようにステージ移動を行ったときのＳＥＭ画像の一例を示す図。 ビームが試料に垂直に入射する位置と、視野中心とのずれ分、測定パターンから移動目標をずらしてステージ移動を行ったときのＳＥＭ画像の一例を示す図。 ビームが試料に対して垂直な方向から入射する座標と、視野中心とのずれ量を用いて、電子顕微鏡の視野を測定対象パターンに位置付ける工程を示すフローチャート。 イメージシフトを行ったときの、ビームの通過軌道を示す図。 ビームが垂直入射する誤差許容領域の一例を示す図。 低倍率画像の視野中心とアドレッシングパターンとの位置関係を示す図。 微動機構を備えた試料ステージの一例を示す図。 アドレッシングによる視野位置判定によって、ステージの再移動の要否を判定する工程を示すフローチャート。 視野内の領域ごとに、測長誤差補正係数を記憶するテーブルの一例を示す図。 複数の測定個所にて測長を行ったときの測長結果を示す図。 ＳＥＭの垂直入射条件を導く工程を示すフローチャート。 測定方向に応じた異なる誤差許容領域を設定した例を示す図。 垂直ビーム位置を特定するために用いる試料の一例を示す図。

以下に説明する実施例は、荷電粒子線装置を用いた測定、或いは検査装置に関するものである。特に、顕微鏡などの画像を取り扱う装置において、試料を観察し、そこに写っている形状の寸法や位置を計測する技術に関わり、その測定精度を向上させる方法を対象とする。

より具体的には、走査型電子顕微鏡を用いて微細パターンを観察し、その形状や位置を計測する走査型電子顕微鏡に関り、電子ビームを試料に対して鉛直に入射させる方法を対象とする走査型電子顕微鏡に関するものである。

微細パターンに対する電子ビームの走査に基づいて得られる電子を検出し、当該検出信号に基づいてパターンの寸法を測定する測長ＳＥＭ（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）は、直線パターンの幅や穴パターンの直径など、パターンの大きさを測定する装置である。

一方、近年、微細パターン形成法の１つとして台頭してきたダブルパターニング法等によって形成されたパターンを用いたプロセス管理においては、パターンの輪郭線形状や、複数のパターン位置間の距離などの測定が必要とされている。

たとえば、パターンＡはリソプロセスをＡｒＦ光源の装置で露光し、パターンＢはＥＵＶ光源の装置で露光したものとすると、それぞれのパターンは互いに異なるマスクを用いて露光されているため、パターンＡとＢとの間に微小な位置ずれが発生してしまう可能性がある。

また、複数の異なるショットに存在するパターンＡの間でも、露光時の露光装置の状態が微妙に変動してしまうことによって、パターンＡの位置がばらついてしまう場合がある。

これらの位置ずれを正確に測定し、適正なプロセス管理を行うためには、パターンの輪郭線を正確に検出しなければならない。そして、輪郭線の重心点の座標を代表値として記録しておき、各パターンの重心点座標間の距離の変動を、プロセスの変動モニターに適用する。

発明者らの検討の結果、電子ビームが電子ビームの理想光軸（電子ビームを全く傾斜させないときの電子ビームの通過軌道）に対して傾斜して照射される際に生じる測定誤差があり、近年の測定対象の微細化により、その影響が大きくなりつつあることが明らかになった。例えば上記輪郭線測定における測定誤差の要因は、装置の一次電子ビームの傾斜が大きく寄与しており、これまで行ってきたパターンの大きさを測定する場合に比べて、より大きな誤差になることが明らかになった。

図１は、ビームが理想光軸に対して傾斜した状態で、試料に入射したときに発生する測定誤差の原理を説明する図である。理想的な軌道を通過する一次電子ビームは、試料面に対して完全に鉛直となる。しかしながら、理想的な軌道を通過している筈のビームが実際には、ある方向に微小な角度Ｔだけ傾いている場合がある。この状態で、断面が矩形のラインパターンの左側のエッジ位置を測定する場合を考える。

ビームが角度Ｔだけ傾いていると、左側のエッジ位置は、角度Ｔおよびパターン高さＨに依存して、Ｈ・ＴＡＮ（Ｔ）だけずれる。

例えば、パターン高さＨが２００nm、傾斜角度Ｔが０.３度だと、エッジの位置ずれ誤差は、約１nmになる。個々の装置間では、傾斜角度の方向がばらつくので、特定の２台の装置において互いに逆方向へ傾斜していると、装置間のばらつきは倍の約２nmになる。

図２は、線幅を測定する場合の測定誤差の原理を説明する図である。断面が矩形のラインパターンの上端の線幅Ｗを測定する場合を考える。一次電子ビームが角度Ｔだけ傾いているので、その方向から見える線幅はＷ・ＣＯＳ（Ｔ）である。従って、真の線幅Ｗに対する測定誤差は、Ｗ・｛(１−ＣＯＳ（Ｔ）)｝である。

例えば、線幅Ｗが２００nm、傾斜角度Ｔが０.３度だと、線幅の測定誤差は、約０.００３nmになる。個々の装置間で互いに逆方向へ傾斜していたとしても、装置間のばらつきは約０.００６nmであり、これに比べて前に計算した輪郭線測定の誤差は、はるかに大きい。

輪郭線測定誤差が、線幅測定誤差よりもはるかに大きくなる理由は、ビーム傾斜角度の幾何学的要因にある。輪郭線測定における誤差はＴＡＮ（Ｔ）に依存しているが、線幅測定での誤差はＣＯＳ（Ｔ）に依存している。Ｔが０.３度という微小な場合には、ＴＡＮ（Ｔ）はほぼＴに比例して大きくなるが、ＣＯＳ（Ｔ）はほぼ１に近い一定値に留まる傾向がある。従って、輪郭線測長時の誤差が大きくなるわけである。

以上のように、輪郭線を用いた測定法は、線幅測定法に比べて、個々の装置の一次電子ビームの傾斜角度ばらつきの影響を、はるかに受けやすくなることがわかった。

そこで、一次電子ビームの傾斜が、個々の装置においてなるべく小さく、かつばらつかないようにすることが求められる。

以下に説明する実施例では、一次電子ビームが試料に対して鉛直（ビームが理想光軸を通過する状態）になるような、ビームシフト量とビームシフト方向を計測しておき、その計測結果に基づいて、パターンの測定のときにビームシフトを行う荷電粒子線装置を説明する。このビームシフト量とビームシフトの方向（或いは偏向信号）は、あらかじめ、所定の記憶媒体に記憶しておくようにする。また、複数の荷電粒子線装置間で、ビームが理想光軸を通過するビームシフト条件が異なる場合には、複数の装置毎にそのビームシフト量と方向を記録しておく。

ステージ移動によって、測定パターンを測定視野内にとらえるときに、視野の中心から、あらかじめ記録しておいたビームシフト量と方向だけずれた位置に、パターンが来るようにする。

このようにすると、パターンを測定する際には、記録されたビームシフト量と方向にビームが動き、一次電子が試料に対して鉛直な状態で測定されるようになる。よって、ビームが傾斜していることによって発生している誤差要因を低減でき、個々の装置のばらつきによる誤差も低減することができる。

なお、あらかじめビームシフト量とビームシフトの方向を特定するために、パターンの測定を開始する前に、装置の一次電子の傾斜角度を測定することが考えられる。

例えば、図１８に例示するように、均質な形状が並んだ試料を準備し、意図的にビームシフトさせたときの、ビーム傾斜角度を測定しておく。まず、ビームシフト量を縦方向および横方向ともにゼロにして（即ち視野１８０１の視野中心１８０２にビームを位置付けた状態）、ビーム傾斜角度を測定する。傾斜角は、立体的なパターンのエッジ部分のプロファイル形状と傾斜角度との関係を予めテーブルとして記憶しておき、このテーブルを参照して求めるようにしても良いし、最小傾斜角を示すシフト量と方向を求めたいだけであれば、パターン幅の寸法値が最小となる位置を特定するだけでも良い。

次に、縦方向（ｙ方向）と横方向（ｘ方向）に例えば２マイクロメータだけビームシフトさせてシフト先の傾斜角度、或いは寸法値を測定する。このシフトと測定を繰り返してマトリクス状に、傾斜角、或いは寸法値の測定を行う。本例の場合、±１０マイクロメータの範囲を、２マイクロメータずつ、測定視野１８０３（１マイクロメータ角）を移動させ、各移動視野にて測定を行った。この中から傾斜角度、或いは寸法値が最小となるシフト位置、或いは偏向信号を抽出する。

格子状にくまなく測定して、各ビームシフト時の傾斜角度を測定する。傾斜角度が最小になる格子点を探し、その近傍の格子点における傾斜角度から、傾斜角度がゼロになる点のビームシフト量を推定する。

なお、均質な形状を有する試料は例えば、同じ線幅を持つラインが複数配列されたラインアンドスペースパターン等であっても良く、Ｘ方向の測定のときには、エッジの長手方向がＹ方向となるように、Ｙ方向の測定のときには、エッジの長手方向がＸ方向となるように試料を回転して用いるようにしても良い。また、ビームシフトの範囲に亘って均質パターンを作成しなくても、例えば、イメージシフトの移動に追従して、視野内にラインアンドスペースパターンが含まれるように、試料ステージを用いた試料移動を行うようにしても良い。この際、試料ステージの停止精度によるずれによらず、視野内にパターンが含まれるように、視野の大きさより大きな範囲にラインアンドスペースパターンを形成しておくことが考えられる。

ここでは、その点をビーム鉛直点、そのときのビームシフト量（Ｘｂ，Ｙｂ）をビーム鉛直ベクトル、と呼ぶことにする。ここで、ＸｂおよびＹｂは、それぞれ、ビーム鉛直点のＸ座標およびＹ座標である。ビームシフト量がゼロであるときにビームが当たっている点の座標を原点（０，０）としている。

ビーム鉛直ベクトル量だけ、ビームシフトさせて測定すれば、ビームが試料に対して鉛直に当たっている状態で測定できる。

なお、Ｘ方向の最小寸法値を示す位置と、Ｙ方向の最小寸法値を示す位置が異なっているような場合は、両者の加算平均値が最小となる位置を選択するようにしても良い。また、Ｘ方向の寸法値しか測定しないような場合は、Ｙ方向にビームが斜めに入射しても、寸法測定精度に影響を与えないため、Ｘ方向の最小寸法値を示す位置、或いはその偏向信号を選択するようにしても良い。更に、傾斜角度や寸法値が所定値以下の領域を選択しておき、その領域の位置と大きさの情報、或いは当該領域にビームを偏向するための偏向信号を選択するようにしても良い。

このビーム鉛直ベクトルは、個々の装置において異なっている。なぜならば、装置の電子線光学系を組み立てたときに、部品間の微小な隙間や、部品加工寸法の微小なばらつきなどにより、光学系の中心軸が、試料表面に対して完全に垂直に交わるわけではなく、どちらかの方向に微小な角度だけ傾いているからである。この傾きは、個々の装置の組み立て工程や加工工程に依存しているので、装置間でばらついている。約１０台の装置を調査したところ、約±０.３nm程度の範囲で、各装置がそれぞれ違った方向にランダムにばらついていることがわかった。

以上のようにして求めた位置情報、或いは偏向信号を、実際の測定の際のステージ制御、及びビーム偏向に用いる。通常、パターンを測定するときには、測定パターンがＳＥＭの視野に入るように、試料となるウエハを乗せたステージを動作させる。

図６は、測定パターンが電子顕微鏡の視野（Field Of View：ＦＯＶ）の中心となるように、ステージを駆動したときに得られるＳＥＭ画像の一例を示す図である。測定パターンの座標に基づいて、ＳＥＭ視野の中心に測定パターンが来るように、ステージが動かされる。このとき、ビームシフト量はゼロになっているので、基本的にビームシフトがゼロの状態でパターンは視野中心に来て、測定される。しかしながら、この状態で測定すると、図２を用いて説明したように、一次電子ビームは角度Ｔだけ傾斜していることがあるため、輪郭線測定ではＷ・｛(１−ＣＯＳ（Ｔ）)｝だけ誤差が発生してしまう場合がある。

そこで本実施例では、図７に例示するように、ビームが試料に対して垂直に到達する位置（ビーム鉛直点）と視野中心との間の距離とそのずれの方向（ビーム鉛直ベクトル）分、移動目標をずらして、試料ステージを駆動する。即ち、ステージを動かすときに、ＳＥＭ視野の中心からビーム鉛直ベクトルの分だけずれたところに、測定パターンが来るようにする。言い換えれば、測定パターンの座標から、ビーム鉛直ベクトルの座標を引いた点が、ＳＥＭ視野の中心に来るようにステージを動かす。

そして、測定時にはビーム鉛直ベクトルのぶんだけビームシフトさせ、測定パターンを視野中心に動かしてから測定する。

このようにすると、測定時にはビームが試料に対して垂直な状態で測定することができるため、ビーム傾斜に基づく測定誤差を抑制することが可能となる。

実際には、ステージの動作量にばらつきがあるため、そのぶんパターンはビーム鉛直点から少しずれたところに位置する場合もあるが、そのばらつきの中心は、ビーム鉛直点であるため、個々の装置間のばらつきを抑制することが可能となる。

次に、荷電粒子線装置の一態様である走査電子顕微鏡を例にとって、より詳細に実施例を説明する。なお、以下の説明では、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、例えば集束イオンビーム装置等、荷電粒子ビームが試料の鉛直方向以外から入射する可能性のある他の荷電粒子線装置への適用も可能である。

図３は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源３０１から引出電極３０２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３０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ３０４によって、絞られた後に、走査偏向器３０５により、試料３０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム３０３は試料ステージ３０８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３０６のレンズ作用によって集束されて試料３０９上に照射される。

電子ビーム３０３が試料３０９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３１０が放出される。放出された電子３１０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３１２に衝突し、二次電子３１１を生じさせる。変換電極３１２から放出された二次電子３１１は、検出器３１３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３１３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３０５への偏向信号と、検出器３１３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。

走査偏向器３０５には、視野内の二次元的な走査を行う偏向信号に加え、視野を移動させるための偏向信号が重畳して供給されることがある。この偏向信号による偏向はイメージシフト偏向とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野位置の移動を可能とする。本実施例ではイメージシフト偏向と走査偏向を共通の偏向器によって行う例を示しているが、イメージシフト用の偏向器と走査用の偏向器を別に設けるようにしても良い。

図９は、上段偏向器３０５ａと下段偏向器３０５ｂを用いて、イメージシフトを行ったときの、ビームの通過軌道を示す図である。まず、イメージシフト量に応じて、ビームの理想光軸９０１から上段偏向器３０５ａを用いて電子ビーム３０３を離軸させ、下段偏向器３０５ｂによって、電子ビームの中心軌道が対物レンズ３０６の主面と、理想光軸９０１の交点９０２を通過するように、電子ビーム３０３を偏向する。このような軌道を通過する電子ビーム３０３は、試料３０９と理想光軸９０１の交点から、離間した位置に到達する。この状態において、上段偏向器３０５ａと下段偏向器３０５ｂに重畳される走査信号によって、電子ビーム３０３は走査範囲内を一次元的、或いは二次元的に走査される。

なお、図３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。

制御装置３１０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、図３に例示する走査電子顕微鏡には、試料室３０７に試料を導入するときに、試料雰囲気を予備排気する予備排気室３１５と、空気清浄空間を形成するミニエン３１７が設置されている。更に、それらの空間の間には真空封止を行うための真空バルブ３１４、３１６が設けられている。

図４は、ＳＥＭを含む測定、或いは検査システムの詳細説明図である。本システムには、ＳＥＭ本体４０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置３２０、及び演算処理装置４０２からなる走査電子顕微鏡システムが含まれている。演算処理装置４０２には、制御装置３２０に所定の制御信号を供給する演算処理部４０３と、得された画像情報や、レシピ情報を記憶するメモリ４０４が内蔵されている。

試料から放出された電子は、検出器３１３にて捕捉され、制御装置３２０に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。演算処理装置４０２に内蔵されるＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェアによって、目的に応じた画像処理が行われる。演算処理部４０３には、試料を配置した試料ステージの移動条件を設定するステージ制御条件設定部４０５、イメージシフト条件を設定する偏向器制御信号設定部４０６、得られた画像に基づいてテンプレートマッチングを実行するマッチング実行部４０６が内蔵されている。テンプレートマッチングは、位置合わせの対象となる撮像画像と、テンプレートが一致する個所を、正規化相関法等を用いた一致度判定に基づいて特定する手法であり、マッチング実行部４０６は、一致度判定に基づいて、撮像画像の所望の位置を特定する。

また、演算処理部４０３には、ステージ移動によって視野中心に位置付けられた試料上の位置が、適切なものか否かを判定する座標判定部４０８と、得られた検出信号（例えばラインプロファイル）に基づいて、パターン寸法を測定するためのパターン測定部４０９が内蔵されている。パターン測定部４０９は複数の寸法測定結果から最小のもの、或いは所定の条件を満たすものを選択的に抽出し、当該測定結果が得られた位置の位置情報、或いはその位置にビームを偏向するための偏向信号を選択する。

パターン測定部４０９では、例えば検出信号に基づいて、ラインプロファイルを形成し、プロファイルのピーク間の寸法測定が実行する。ステージ制御条件設定部４０５と、偏向器制御信号設定部４０７は、いずれもビームの走査位置を決定するためのものであり、これらの設定部にて設定された設定情報に基づいて、制御装置３２０は走査位置の制御を行う。

更に演算処理装置４０２は、入力装置１４１１と接続されている。入力装置４１１に設けられた表示装置には、操作者に対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩ（Graphcal User Interface）等が表示される。

なお、演算処理装置４０２における制御や処理の一部又は全てを、ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機等に割り振って処理・制御することも可能である。また、入力装置４１１は、検査等に必要とされる電子デバイスの座標、位置決めに利用するパターンマッチング用のテンプレート、撮影条件等を含む撮像レシピを手動もしくは、電子デバイスの設計データ記憶媒体４１１に記憶された設計データを活用して作成する撮像レシピ作成装置としても機能する。

入力装置４１１は、設計データに基づいて形成される線図画像の一部を切り出して、或いはＳＥＭ画像の一部を切り出してテンプレートとするテンプレート作成部を備えており、作成されたテンプレートは演算処理装置４０２に内蔵されるマッチング処理部４０６におけるテンプレートマッチングのテンプレートとして、メモリ４０４に登録される。

設計データ記憶媒体４１０に記憶される設計データは、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。また、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。また、図形データは、設計データに基づいて形成されるパターンの理想形状を示す線分画像情報に替えて、露光シミュレーションを施すことによって、実パターンに近くなるような変形処理が施された線分画像情報であっても良い。

また、図４に例示する測定、計測システムには、ＳＥＭ本体４０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置３２０、及び演算処理装置４０２と同等の構成要件を備えた走査電子顕微鏡システム４１２、４１３、４１４、４１５が含まれている。これらの走査電子顕微鏡システム、或いは入力装置４１１に内蔵されるメモリには、図５に例示するような走査電子顕微鏡システムごとのずれ量（Displacement）、或いは当該ずれ量に相当するステージ駆動信号、及びビームの偏向信号が記憶されている。これらの情報は、例えば上述した図１８に例示する試料を用いた測定によって予め取得しておく。

また、入力装置４１１にて測定条件の内、測定パターンの座標情報を入力することによって、各走査電子顕微鏡システムのずれ量を含むステージ移動条件や視野移動条件を自動的に設定するようにしても良い。

図８は、ビームが試料に対して垂直な方向から入射する座標と、視野中心とのずれ量を用いて、電子顕微鏡の視野を測定対象パターンに位置付ける工程を示すフローチャートである。まず、所定のステージ座標へ試料ステージを移動させる（ステップ８０１）。このステージ座標は、例えば図５のＳＥＭ１の場合であり、予め測定レシピに登録された測定対象パターンの座標が（ｘ₀，ｙ₀）である場合、（ｘ₀−Δｘ₁，ｙ₀−Δｙ₁）となる。次に、データベースに記憶されているずれ量、或いは偏向信号に従って、ビームを（Δｘ₁，Δｙ₁）分、偏向して電子顕微鏡の視野を測定対象パターンに位置付ける（ステップ８０２）。

以上のように、ビームを偏向していない状態から、（Δｘ₁，Δｙ₁）分、偏向した偏向位置は、ＳＥＭ１にとって、ビームが試料に垂直に入射する位置であるため、垂直ビームを用いた高精度な測定が可能となる。この位置でビームを一次元的、或いは二次元的に走査を行うことで寸法測定を実行する（ステップ８０３）。ＳＥＭ２〜ＳＥＭ５についても、固有のずれ量を記憶しておくことによって、ＳＥＭ間での測定の機差を抑制することが可能となる。

なお、これまで試料に対しビームが垂直に入射する位置を１の座標とする例について説明したが、例えば、ある程度、誤差を許容できるのであれば、ビームが試料に垂直に入射する部位を２次元的な広がりを持つ領域として捉えるようにしても良い。図１０は、誤差許容領域１００２を、ビームの垂直入射領域として設定した例を示す図である。例えば、ラインパターン１００１のＸ方向の線幅を測定する場合、垂直入射ビーム１００７をＹ方向に偏向して、走査領域１００３や走査領域１００４を走査したとしても、線幅方向にはビームを斜めに照射したことにならないため、高い測定精度を保つことができる場合がある。また、走査領域１００５、１００６のように垂直入射ビーム１００７が入射する位置の近傍は、実質的にビームが垂直に入射する部分と見做すことができる場合がある。

以上のように実質的にビームが垂直に入射すると見做せる領域を誤差許容領域１００２と捉え、例えば多数のパターン部位を測定するような場合、誤差許容領域１００２に多くのパターンを含ませることで、ステージの動作回数を減らし、測定の効率化をはかることが可能となる。

次に、上述のような誤差許容領域にビームを偏向して測定を行う測定例を図１３のフローチャートを用いて説明する。まず、測定開始後、座標（ｘ₀−Δｘ₁，ｙ₀−Δｙ₁）に移動する（ステップ１３０１）。（ｘ₀，ｙ₀）は測定対象パターンの座標である。次にアドレッシングを実行する（ステップ１３０２）。アドレッシングとは、予め登録しておいたテンプレートを用いた位置特定法であり、テンプレートを用いたパターンマッチングを行い、テンプレートと同じ形状のパターンの位置を特定することによって、現在のビームの照射位置を特定し、そのアドレッシングパターンと既知の位置関係にある測定対称パターンにビームを偏向することによって、測定対象パターンへの正確な視野合わせを可能とする。

図１１は、低倍率画像１１０１に含まれる視野中心１１０３とアドレッシングパターン１１０６の位置関係を示す図である。点線で表現した視野領域１１０２は、理想的な位置に視野が位置付けられたときの視野位置であり、図１１は、低倍率画像１１０１を取得するための走査領域がずれて配置された例を示している。このように視野位置がずれて配置されたとしても、アドレッシングを行うことによって、そのずれ量を特定することが可能となる。具体的には、アドレッシングパターン座標（ｘ_a−Δｘ_d，ｙ_a−Δｙ_d）を求めることによって、ずれ量（Δｘ_d，Δｙ_d）を算出する（ステップ１３０３）。（ｘ_a，ｙ_a）は、予め記憶された視野領域１１０２内の理想的なアドレッシングパターン１１０５の座標であり、実際のアドレッシングパターン１１０６との差分（Δｘ_d，Δｙ_d）は、実際の視野中心１１０３と、理想的な視野位置に位置付けられたときの視野中心１１０４との差分となる。

次に、以上のようにして求められたΔｘ_d，Δｙ_dが、所定値以下か否かの判定を行う（ステップ１３０４）。ここで、例えばΔｘ_d，Δｙ_dが、誤差許容領域１１０７の中心位置からその輪郭までの距離より大きいような場合、誤差許容範囲を超えてビームを偏向しなければ、測定対象パターンに視野を位置付けられないことになる。よって、Δｘ_d，Δｙ_dが所定値を超えるような場合は、再度ステージ移動を行い、実際の視野中心１１０３が理想的な視野中心１１０４に近づくようにステージの制御を行う（ステップ１３０５）。

試料ステージが粗動機構と微動機構の２つの駆動機構を備えている場合は、微動機構を用いた駆動を行うことによって、正確な位置合わせを行うと良い。図１２は粗動機構と微動機構を備えた試料ステージの一例を示す図である。図示しない駆動機構に支持されたＸステージ１２０７とＹステージ１２０６の上には、中間テーブル１２０３が設置されている。Ｘステージ１２０７とＹステージ１２０６は試料を大きく移動させる粗動機構である。中間テーブル１２０３には、微動ステージ１２０４が設けられており、微動機構１２０５（例えば積層ピエゾ素子を含む駆動機構）によって、駆動される。微動ステージ１２０４上には、試料１２０１を配置するためのトップテーブル１２０２が設置されている。図１２に例示するような試料ステージによれば、通常の視野位置移動を粗動機構によって行い、視野中心位置の調整等を微動機構によって行うことが可能となる。

Δｘ_d，Δｙ_dが、所定値以下であれば、測定対象パターンはビームが試料に垂直に入射すると見做せる誤差許容領域内に存在することになるため、アドレッシングによる位置特定に基づく視野位置修正の上で、視野移動を行い（ステップ１３０６）、ビーム走査を行うことによって測長を実施する（ステップ１３０７、１３０８）。

以上のようなステップを経て、測定を行うことによって、ステージの位置精度によらず、垂直ビームによる高精度測定が可能となる。

なお、図１３のフローチャートでは、実際の視野中心１１０３が理想的な視野中心１１０４に近づくようにステージ駆動を行ったが、アドレッシングによって特定されるずれ情報と、測長誤差に定量的な関係があるのであれば、図１４に例示するように、視野内の領域ごとに、補正係数を登録しておき、ステップ１３０８にて得られた測長値に当該補正係数を乗算することによって、正確な測定値を求めるようにしても良い。

次に、装置固有の垂直入射位置を特定し、その条件を登録するための他の手法について説明する。本例では垂直入射位置を特定するためのビーム偏向に、評価対象パターンの位置を追従させるために、ステージを駆動する例について説明する。まず、走査電子顕微鏡の試料室に、評価用試料を導入する（ステップ１６０１）。次にビーム条件評価座標に評価対象パターンを移動させるために試料ステージを駆動する（ステップ１６０２）。ビーム条件評価座標は、ビームシフトの偏向範囲内で例えばマトリクス状に複数設定する。次にアドレッシングを行い、アドレッシングパターンの位置の特定に基づいて、実際の評価対象パターンの座標を特定する（ステップ１６０３、１６０４）。ステージの停止精度によっては目標位置に評価対象パターンを正確に位置付けることが難しい場合があるため、アドレッシングによるアドレッシングパターン位置の特定により、評価対象パターンの正確な位置を特定する。次に、評価対象パターンの実際の座標と、目標座標とのずれを演算し、当該ずれ情報と、本来の視野中心と評価対象パターンとの距離から、偏向信号を求めて、評価対象パターンへのビーム偏向を行う（ステップ１６０５、１６０６）。

このビーム偏向によって、評価対象パターンにビームの照射位置が位置付けられることになるため、当該位置で高倍率画像を形成するためのビーム走査を行い、測長を実行する（ステップ１６０７）。この測長結果をアドレッシングによって特定された評価対象パターンの実際の座標と共に所定の記憶媒体に記憶する（ステップ１６０７）。

ステップ１６０２〜１６０７を所定の複数（例えばｎ×ｍ：ｎ，ｍはいずれも２以上の自然数）の評価対象位置について評価を行い、所定数の評価が終了したら、フィッティング等により、近似曲面を作成し、最小測長値が得られた座標、当該最小測長値を含む所定の寸法範囲、或いは所定の寸法値以下の領域情報を抽出する（ステップ１６０８）。なお、本例では最小寸法値を示す座標を、ビームが垂直に入射する位置として定義しているが、パターンの形状等に応じて、他の定義に基づいて垂直入射位置を決定するようにしても良い。図１５は、５×５の評価対象位置で評価対象パターンを測定した結果を示す図であり、評価対象位置１５０１が最小測長値を示す位置であることが分かる。

以上のようにして抽出されたビームが垂直入射する座標の情報、或いは領域情報、またはこれらの情報から得られる偏向信号を、例えば図５に例示するようなデータベースに登録することで、装置固有の垂直入射条件に基づく測定が可能となる。図１６に例示した手法によれば、近似局面に基づいて、垂直入射座標や領域を求めることができるため、ステージの停止位置精度によらず、正確な偏向条件を求めることが可能となる。

図１７は、測長方向ごとに異なる誤差許容領域を設定した例を示す図である。ビームシフト範囲１７０１の視野中心１７０２には、垂直ビーム入射座標１７０３、第１の垂直ビーム入射領域１７０４、第２の垂直ビーム入射領域１７０５、及び第１の垂直ビーム入射領域１７０４と第２の垂直ビーム入射領域１７０５の重畳領域１７０６が設定されている。先に説明したように、ビームが傾斜して試料に入射したときの影響は、測長方向によって変化する場合があるため、測定方向に応じて、垂直入射していると見做せる領域を設定しておくことによって、測定方向によらず高精度な測定を行うことができる。

なお、半導体デバイスの測定の中には、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）パターンや、そのパターンの影響を評価するための測定があり、１のパターンについて複数の方向の測定が必要となる場合がある。この場合、複数の方向のいずれにおいても高精度な測定が可能な重畳領域１７０６に測定対象が位置付けられるように、ステージ駆動を行うことによって、測定方向によらず、高精度な測定を行うことが可能となる。

３０１ 電子源
３０２ 引出電極
３０３ 電子ビーム
３０４ コンデンサレンズ
３０５ 走査偏向器
３０６ 対物レンズ
３０７ 試料室
３０８ 試料ステージ
３０９ 試料
３２０ 制御装置

Claims (3)

1. 荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査領域を移動させる偏向器と、試料を移動させる試料ステージを備えた荷電粒子線装置において、前記試料ステージによって目標視野から所定量ずれた位置に前記走査領域が位置付けられるように試料を移動し、当該試料の移動後、前記偏向器によって、前記目標視野に前記走査領域を前記目標視野に位置付けるように、前記試料ステージと偏向器を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記所定量は、前記偏向器によって、複数の異なる位置に前記走査領域を位置付けたときに得られるビームの傾斜角、或いはパターンの測定結果に基づいて、求められることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項２において、
   前記所定量は、前記パターンの測定結果が最小値を示す位置、或いは最小値を示す位置を含む領域と、前記荷電粒子ビームの視野位置を移動させないときの視野中心との間の距離に応じて設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。