JP6215298B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に係り、特に試料から放出された２次電子等の軌道を偏向させて画像を形成する荷電粒子線装置に関する。

半導体パターンの微細化に伴い、僅かな形状差がデバイスの動作特性に影響を及ぼすようになり、形状管理のニーズが高まっている。そのため、半導体の検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）には、高感度、高精度が従来に増して求められるようになっている。その一方で、パターンの微細化により信号波形の形状が変わってきている。試料に電子線を照射すると、平坦部に対して、パターンの角（エッジ）部から２次電子が多く放出される。この放出量の差を元に形状を判定している。ラインの測長では、ラインの両端のエッジのピークを基に測長を行っているが、ラインの幅が微細化により狭まる事で、エッジのピークが重なり、分離出来なくなる。このため、信号弁別等を活用した特徴的な信号検出が求められている。

この場合、電子線を照射した際の2次電子の放出分布は不変であることから、検出する２次電子を分離する事が重要である。検出信号の分離として、角度による２次電子分離がひとつの解決策となりえる。特許文献１には、コンタクトホールの様な深穴の底から放出された電子に基づいて、高コントラストの穴底の画像を形成するために、電子ビームの光軸に近い軌道を通過する電子（高角度電子）と、相対的に電子ビームの光軸から離間した軌道を通過する電子(低角度電子)を弁別して、検出する２段の検出器を備えたＳＥＭが開示されている。また、特許文献２，３には、複数の検出器での検出信号を均一にすべく、二次電子の軌道を制御する二次電子用の偏向器を設けたＳＥＭが開示されている。

特表平０９−５０７３３１号公報（対応米国特許ＵＳＰ５，４９３，１１６） 特開２００６−２２８９９９号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，４４９，６９０） 特開２００６−３３２０３８号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，４６２，８２８）

特許文献１乃至３に説明されているように、複数の検出器を配置する事による角度弁別により、特定方向電子を選択検出することで、試料形状の凹凸を判定可能な画像を形成する事が出来る。これを実現するために、特定の仰角や方位角方向に検出器や二次電子変換電極を配置する方法が記載されている。しかしながら、これらのケースでは、検出器の配置や数によって、信号を弁別出来る角度や方向に制限が発生する。更に観察対象のパターンによって２次電子を弁別すべき方位角が変化することから、任意の角度・方向での弁別は難しい。

このため、以下２次電子を観察パターン形状に応じて任意の方向に偏向し、方位角で弁別し、微細パターンのエッジ情報を抽出することを目的とする荷電粒子線装置、およびパターン測定方法について説明する。また、トップダウン像では、判定が困難パターン形状の識別を目的とする荷電粒子線装置、およびパターン測定方法について説明する。

上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの通過開口を備えた開口部形成部材と、試料から放出された荷電粒子、或いは当該荷電粒子が前記開口部形成部材に衝突することによって発生する荷電粒子を検出する検出器を備えた荷電粒子線装置であって、前記試料から放出された荷電粒子を偏向する偏向器と、当該偏向器を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記試料上の複数のエッジの内、１のエッジの信号が相対的に他のエッジの信号に対して強調された第１の検出信号と、前記複数のエッジの内、他のエッジの信号が相対的に前記１のエッジの信号に対して強調された第２の検出信号を用いて、パターン測定を実行する荷電粒子線装置を提案する。

また、上記目的を達成するための他の態様として、パターン形状に応じて、上記試料から放出される荷電粒子を偏向する偏向器の偏向条件を変化させ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、エッジピークを分離できない微細パターンのエッジ情報を顕在化し、顕在化されたピークに基づく高精度な測定を実行する事が可能となる。また、トップダウン像では、判定が困難なパターンの識別が可能となる。

走査電子顕微鏡の概要を示す図。 上検出器での低倍率画像を示す図。 白点位置判定のための、Ｘ、Ｙ一次元信号波形を示す図。 走査電子顕微鏡を含む半導体計測システムの一例を示す図。 測定場所と2次電子偏向量を設定するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の一例を示す図。 ラインパターンと信号波形を示す図。 方位角弁別によるエッジ位置抽出および測定を行う工程を示すフローチャート。 方位角弁別で得られる信号波形を示す図。 方位角弁別で得られた信号波形から測長を行う際の測長位置を示す図。 Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇで形成したパターンの断面形状およびＴｏｐ Ｖｉｅｗおよび信号波形を示す図。 ラインの断面形状と方位角弁別時の信号波形を示す図。 方位角弁別から形状差を判定する際の工程を示すフローチャート。 一方のエッジの信号を強調するためのビーム走査範囲と、他方のエッジを強調するためのビーム走査範囲との位置関係を示す図。 １のエッジと他のエッジのそれぞれに走査領域を設定したときの走査信号例を示す図。 ＳＥＭ画像上の２つのエッジのそれぞれに、輝度情報を抽出するための領域を設定した例を示す図。 適正な２次電子偏向条件を求める工程を示すフローチャート。 双方向走査と、２次電子偏向器の偏向を同期させた例を示す図。

以下に、主に、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの通過開口を備えた開口部形成部材と、試料から放出され、当該通過開口を通過した荷電粒子を検出する検出器、或いは当該通過開口を通過した荷電粒子の他部材への衝突によってもたらされる荷電粒子を検出する検出器を備えた荷電粒子線装置であって、前記試料から放出された荷電粒子を偏向する偏向器と、当該偏向器を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、観察するパターン形状に応じて、任意の方向に前記試料から放出された荷電粒子の軌道が移動するように前記偏向器を制御し、前記偏向器による偏向前後の検出信号に基づいて、測長を実行する荷電粒子線装置について説明する。

また、他に荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの通過開口を備えた開口部形成部材と、試料から放出され、当該通過開口を通過した荷電粒子を検出する検出器、或いは当該通過開口を通過した荷電粒子の他部材への衝突によってもたらされる荷電粒子を検出する検出器を備えた荷電粒子線装置であって、前記試料から放出された荷電粒子を偏向する偏向器と、観察するパターン形状に応じて、当該偏向器を制御する制御装置を備え、前記検出器の出力に基づいて信号波形を形成し、前記試料上のパターン寸法の測長を実行する荷電粒子線装置について説明する。

上記構成によれば、エッジピークを分離できない微細パターンのエッジ情報を顕在化する事が可能となる。また、トップダウン像では、判定が困難なパターンの識別が可能となる。

特定の方向に放出された荷電粒子を選択的に検出するためには、特定の仰角や方位角方向に検出器や二次電子変換電極を配置する事が考えられる。仰角・方位角弁別のための主な手法として、複数の検出器を用いる方法がとられる。しかし、検出器の配置や数によって、信号を弁別出来る角度や方向に制限が発生し、任意の角度・方向での弁別は難しい。

この点を改良するために、複数の検出素子から成る環状検出器を置く事が考えられる。しかし、環状検出器では、弁別性能に柔軟性を持たせるために、素子を分割する数を増やすと、素子あたりの検出信号が減少する。また、装置の製造過程での誤差により、弁別の精度が落ちる可能性もある。製造誤差起因の精度低下については、２次電子アライナの使用によって、ある程度抑制する事が可能であるが、十分な信号量を確保できない場合がある。

以下に、特定方向に放出される荷電粒子に基づく信号を十分に確保しつつ、他方向の信号の排除を可能とする荷電粒子線装置、およびパターン寸法測定方法について図面を用いて説明する。特に本実施例では、2次電子を仰角・方位角弁別する際に、複数の検出器あるいは検出素子を使うことによる、検出器や検出素子あたりの信号量低下、性能ばらつきに起因する検出効率誤差、視野ずれ等のない効率的な角度弁別が可能な荷電粒子線装置、およびパターン寸法測定方法について説明する。

試料から出てくる信号のうち、必要な情報だけを選択的に検出すると共に、不要な信号をノイズとして破棄し、観察対象の形状をより鮮明に抽出するために、試料から放出される荷電粒子を偏向器により任意の方向に偏向することで、検出器に到達する荷電粒子を放出角度に応じて選択的に検出する。凹凸のあるパターンでは、不要な情報を抑制することで、有用な情報を際立たせ、形状検査等を行うことが可能になる。より具体的には、試料から放出される荷電粒子の一部を選択的に通過させる制限部材を設け、第１の放出方向の荷電粒子を通過させる第1の偏向状態と、第１の放出方向とは異なる第２の放出方向の荷電粒子を通過させる第２の偏向状態を切り替えるように、偏向器を制御する。このような制御によれば、或る偏向状態では或る特定の方向の情報が強調されると共に、当該他の特定方向以外の情報は制限される。すなわち、偏向状態を変化させ、その変化前後の信号を検出する事によって、複数方向のそれぞれの信号のＳ／Ｎを向上させることができる。特に異なる位置の複数のエッジ間の寸法を測定するＣＤ−ＳＥＭでは、その測定精度を向上する事が可能となる。

本実施例によれば、エッジ抽出が困難な微細パターンにおいてもエッジ位置を検出する事が可能となり、例えば半導体の製造工程において、より高精度かつ効果的なプロセス管理が可能となる。

図１は荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡の概要を示す図である。電界放出陰極１１と引き出し電極１３との間に引き出し電圧を印加することで、1次電子ビーム１を引き出す。1次電子ビーム１はコンデンサレンズ１４で収束作用を受け、上走査偏向器２１、下走査偏向器２２で走査偏向を受ける。上走査偏向器２１、下走査偏向器２２の偏向強度は、対物レンズ１７のレンズ中心を支点として試料２３上を２次元走査するように調整されている。同様に、走査位置を変化させる為の上イメージシフト偏向器２５、下イメージシフト偏向器２６による偏向作用を受ける。偏向を受けた1次電子ビーム１は、対物レンズ１７の通路に設けられた加速円筒１８でさらに加速を受ける。後段加速された１次電子ビーム１は、対物レンズ１７のレンズ作用で絞られホルダー２４に保持された試料２３に到達する。

１次電子の照射によって、試料２３の表面からは２次電子が放出される。２次電子は光軸に平行方向の高角の２次電子２（ａ）と、試料表面に平行方向の低角成分の２次電子２（ｂ）に分類できる。２次電子は、光軸を１次電子とは逆方向に進行し、２次電子制限板３１（開口部形成部材）に到達する。高角の２次電子２（ａ）は２次電子制限板３１の穴を通過し、検出器とは異なる他部材である反射板２７（変換電極）に衝突して３次電子に変換され、上検出器２８（ａ）で検出される。２次電子アライナＩ３２（２次電子偏向器）は、２次電子２（ａ）が、反射板２７の電子ビーム通過口を通過して、電界放出陰極１１に向かうことの無い様、電子ビームを偏向させることなく、２次電子２（ａ）を選択的に反射板２７に向かって変更する。

低角側の２次電子２（ｂ）は２次電子制限板３１に衝突して、３次電子に変換され、下検出器２８（ｂ）で検出される。演算器４０を用いて検出信号を処理し、各々の検出器で検出された信号をデジタル画像化する。画像Ｓ／Ｎを稼ぐために、得られた信号を加算して画像化しても良い。制御装置４１は、演算器４０、対物レンズ制御電源４２、リターディング電圧電源４３、加速電圧電源４４、記憶装置４５、２次電子アライナ制御電源４６等に接続されており、これらの装置の動作を制御する。

角度弁別する為には、高角の２次電子２（ａ）を２次電子制限板３１の穴に通す必要があるが、２次電子の軌道はイメージシフトの使用や対物レンズ１７通過の影響により光軸から離軸することがある。逆に、組み立て精度や光軸調整制度の結果、或いは穴径の選択を目的として意図的に２次電子制限板３１の穴が光軸から離軸した位置に搭載されることもある。通常は、高角の２次電子２（ａ）を常に２次電子制限板３１の穴に通すため、２次電子アライナを用いる。２次電子アライナＩＩ（Ｌ）３３（ａ）、２次電子アライナＩＩ（Ｕ）３３（ｂ）を用いて、２次電子軌道を偏向制御する。２次電子アライナは２次電子の軌道に影響しない様、電極と磁場コイルで構成されるウィーンフィルタを用いる。なお、以下の説明では２次電子制限板３１のような開口部形成部材に試料から放出された二次電子等を衝突させ、その衝突によって発生した二次電子を検出器によって検出する例を説明するが、これに限られることはなく、例えば２次電子制限板を検出器とする直接検出方式を採用することも可能である。この場合、検出器が開口部形成部材となる。

＜白点制御＞
上下の検出器で信号を分離する際、２次電子がどちらの検出器に入るかは、２次電子を分離する２次電子制限板への２次電子到達位置によって決まる。２次電子を観察パターンと直交方向に偏向させるには、非偏向時の基準となる到達位置が制限板の中央となる事、すなわち方位角による分離が生じない事が必要である。この条件を基準として、２次電子を任意の方向に偏向することで、任意の方位角で２次電子を分離できる。

このため、２次電子の到達位置を２次電子制限板の中央に設定する方法について、以下説明する。試料を低倍率（例えば、１０００倍）で走査した場合、上検出器では、図２（ａ）に示す画像が得られる。図２（ｂ）は輝度の高い領域を点線で表した図である。輝度の高い領域（これ以降、白点と呼ぶ）は、周囲よりも多くの２次電子が２次電子制限板を通過した領域である。ここで、同じ場所で観察倍率を高倍率に切り替えた場合、観察領域に白点領域は含まれないため、検出信号量は減少し、Ｓ／Ｎが低下する。

また、白点の位置によって検出信号量が変化し、Ｓ／Ｎにばらつきが生じることで測長再現性の低下が考えられる。このため、常に白点位置が高倍率での観察領域に含まれる様、ＳＥアライナを用いて２次電子制限板到達時の２次電子の到達位置を制御する。具体的には、視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ，ＦＯＶ）の中央に白点を移動させ、その条件を基準（方位角弁別なしの条件）として方位角弁別を行う。観察試料が金属等、非帯電試料であった場合、低倍率で白点の位置がＦＯＶの中央になるよう偏向させればよい。一方、試料の表面が帯電する材質であった場合、表面に帯電が蓄積し、帯電の影響を受けて２次電子の軌道が変化し、白点の位置が変化することが分かっている。このため、低倍率で白点位置を移動させたとしても、実際の観察までに、周囲の帯電の時間緩和等で状態が変化すると、白点位置が変わってしまう。このため、低倍率で照射することなく、高倍率で観察する際に、白点位置がどこにあるかを判定する必要が生じる。

上記に対して、本実施例では、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ１次元走査を行い、信号波形から白点の位置を予測する。この際、走査線の間隔を十分離すことにより、試料への帯電蓄積を抑制する事が可能である。例えば、１万倍（ＦＯＶ＝１３．５μｍ²）で走査線を５本とした場合、走査線の間隔は１．３５μｍとなり、低倍照射による電荷蓄積はほぼ無視できる。

図３を例に、白点位置を判定する手順を説明する。ここでは、例としてＸ，Ｙそれぞれ５本の走査を行う。得られたＸ，Ｙそれぞれの信号波形から、閾値以上の輝度となる領域を含む波形Ｘ２，Ｙ４を抽出する。白点の大きさは、リターディング電圧によって決まるため、観察条件によって白点の含まれる領域をＸ,Ｙそれぞれ予測する。予測結果に基づき白点位置が中央になるようＳＥアライナを用いて白点を移動する。この際、ＳＥアライナの電極および磁場コイルに印加する単位当たりの電圧、電流変更量と白点移動量の関係式を求め、データベース化しておくことで、画面上で確認しなくとも白点位置を調整出来る。

＜設計データとの連携＞
制御装置４０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。

図４に装置の演算処理部を示す。演算処理装置には、入力装置によって入力された測定条件等に基づいて、設計データ抽出部、ＳＥＭの光学条件を設定する光学条件設定部、２次電子軌道を偏向する偏向条件設定部、および得られた信号を基にパターンを測定するパターン測定部が内蔵されている。また、設計データ抽出部では、入力装置によって入力された条件によって、設計データ記憶媒体から設計データを読み出し、必要に応じて、ベクトルデータからレイアウトデータに変換する。偏向条件設定部では、前述の白点制御等を実施する。また、取得された信号波形に基づいて、パターンの寸法を測定するパターン測定部が内蔵されている。パターン測定部では、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を実行する。この際、複数の検出器で得られたラインプロファイルを用いて、左右のピークを抽出し、その値からピーク間の寸法測定をすることも可能である。

試料に対して２次電子を偏向する方向は、測長したい場所の指定を、カーソルボックスを用いてオペレータが任意に設定することで、自動で決定される。例えば、図５のように観察対象がライン＆スペースである場合には、測長したい箇所をカーソルボックスで指定すると、２次電子の偏向方向は測長方向（この場合，Ｘ方向と４５°方向）に決定される。２次電子の偏向量に関しては、−１００〜１００％で設定出来る。０％を偏向無しとし、５０％は白点サイズの半分の距離を偏向させた条件である。±は、偏向方向を表しており、＋と−で上下検出器に入る方位角が逆転する。例えば、＋５０％の上検出像と−５０％の下検出像は同じ方位角を持つ電子を検出する。また、１００％では、全ての２次電子は下検出器で検出される。上下の２次電子の方位角成分を同等にするには、±５０％とすることが望ましい。

２次電子の方位角による弁別により、パターンのエッジを抽出し、測定を行う具体的な手法に関して、以下に説明する。図６に２種類のラインパターンおよび各々のラインを走査した時の信号波形を図６に示す。パターンのエッジでは、２次電子がラインの側壁からも放出され、放出面積が広くなるため、平坦な表面を照射するよりも信号量が増加する。通常、ライン両端に現れるエッジピークの間を測長する（図６（ａ））。

一方、パターンの寸法が小さい場合には、エッジのピークが重なり、両端のピークをそれぞれ抽出する事は難しい（図６（ｂ））。これは、散乱球のサイズがラインの寸法よりも大きくなるためであり、ラインの片方のエッジを照射していても、ラインの逆側の側壁から２次電子および１次電子が放出し、ラインのいずれの場所でもエッジ効果が現れていることを示している。

本実施例では、ライン寸法が小さく、両端のエッジが重なり、抽出困難な場合であっても、エッジピークを抽出するために２次電子を方位角で弁別する。測定のフローを図７に示す。前述の観察場所の指定および偏向条件を設定する。観察場所での白点位置を探索し、白点位置が観察場所の中央になるよう調整する。この際の偏向を基準条件として、２次電子を偏向させる。この際、ラインはＹ方向に伸展しているため、２次電子はパターンと直交するＸ方向に偏向させ、所定のフレーム数分ビームを走査し、画像を取得する。図８に図６（ｂ）のパターンに対して走査し、検出した信号波形を示す。全検出では、左右のエッジ位置は判定困難であるが、方位角（０°〜１８０°と１８０°〜３６０°）で分離する事により、２つの信号波形で異なる位置にピークが得られる。得られたピークがパターンのエッジ位置であり、２つの信号波形から測長を実施する。図９に測長例を示す。各信号波形から左右のエッジ位置を別々に求め、エッジの間を測長する。エッジのピーク位置を使用しても良いし、各信号波形のピークと裾の間を用いる閾値法で測長しても良い。２つの画像は、同じタイミングで放出された２次電子を分割して検出したものであり、画像間の位置ずれ等は考慮する必要がない。それぞれの画像でライン両端の２つのエッジが得られる場合には、Ｓ／Ｎを改善するため、上下検出器の画像を足し合わせる等の画像処理を行ってもよい。

本実施例では、２次電子偏向器の偏向条件は、左側のエッジ情報が相対的に多く含まれる電子が、開口部形成部材の通過開口を通過するように調整されている。この通過開口を通過した電子（第１の検出信号）は、上検出器で検出され、左側のエッジ情報が強調された第１の波形信号（左側のエッジ情報を右側のエッジ情報に対し相対的に強調した信号波形）が形成される。一方、下検出器で検出される電子は、上記第１の電子以外の他の電子（第２の検出信号）であるため、左側のエッジに比べ、相対的に右側のエッジ情報が強調された第２の信号波形を形成することができる。

このように、一方のエッジの信号を他方のエッジに対して強調する（他方のエッジの信号を一方のエッジに対して弱める）ことによって、測定基準となる２以上のエッジの信号を強調することができ、結果として高精度な測定を行うことが可能となる。

図１５は２つのエッジ１３０３、１３０４を有するラインパターン１５０１の一例を示す図である。図１６は、このラインパターン１５０１を用いて、２次電子の偏向条件を求める工程を示すフローチャートである。まず、２次電子アライナを所定の条件に設定し、１次電子ビーム１を走査して注目領域１５０２、及び／又は１５０３の輝度情報を抽出する（ステップ１６０１〜１６０３）。これらのステップを、２次電子アライナに設定された複数の設定条件ごとに実行する。ここで、上検出器を用いて、エッジ１３０３のピーク信号を検出する場合、適正な２次電子アライナ条件とは、エッジ１３０３にて得られる信号波形のピークが他の部分と比較して相対的に高く検出できる状態である。よって例えば、注目領域１５０２内のピーク高さが所定値以上となったときの２次電子偏向条件を適正な偏向条件として設定することが考えられる。

また、複数の２次電子偏向条件の中で注目領域１５０２のピーク高さが最も大きくなる偏向条件を選択することも考えられる。更に、図６にて説明したように、２つのエッジのピーク波形が１つになってしまうことが高精度測定の障害となるため、エッジ１３０３（注目領域１５０２）とエッジ１３０４（注目領域１５０３）との輝度差が最大、或いは所定値以上となる２次電子偏向条件を選択するようにしても良い。なお、上検出器での検出量が下がるということは、相対的に下検出器の検出量が向上していると考えられるため、注目領域１５０２と注目領域１５０３との輝度差が最大となる偏向条件を選択すれば、結果として下検出器にとっても適正な偏向条件を選択することが可能となる。

また、注目領域１５０２の信号波形を上検出器にて検出し、注目領域１５０３の信号波形を下検出器にて検出することによって、適正な偏向条件を求めるようにしても良い。この場合、それぞれの注目領域のピーク高さが所定値以上となる偏向条件や２つのピーク高さの加算値が最大となる偏向条件を選択するようにしても良い。ステップ１６０４では、上述のような手法に基づいて、適正な２次電子偏向条件を選択する。

以上のようにして選択された２次電子偏向条件を装置条件として例えば図４に例示する演算処理装置内のメモリに記憶する。

以上のような偏向条件設定法によれば、測定の基準となる２以上のエッジにとって適正な偏向条件を見出すことが容易になる。更に１の２次電子偏向条件にて測定の基準となる２以上のエッジ位置を正確に捉えることが可能となる。

実施例１では主に、１の２次電子偏向条件の設定によって、上検出器と下検出器の２つを用いて、パターンの１のエッジと他のエッジをそれぞれ検出する例を説明したが、本実施例では主に２以上の２次電子偏向条件の設定に基づいて、エッジ間の寸法測定を行う例について説明する。図１３はその一例を示すものであり、測定基準となるエッジ１３０３と、エッジ１３０４のそれぞれに電子ビームによる走査領域１３０１（一点鎖線）、１３０２（二点鎖線）が設定されている。なお、本例においては走査領域１３０１と走査領域１３０２は異なるタイミングで走査され、走査領域１３０１を走査するときは、エッジ１３０３から放出される電子が適正に（それまでのエッジ位置における電子の検出量に対し検出量が増大するように）検出される２次電子偏向条件が設定され、走査領域１３０２を走査するときは、エッジ１３０４から放出される電子が適正に検出される２次電子偏向条件が設定される。

走査領域１３０１を走査することによって、ピーク波形１３０５を取得することができる。また、走査領域１３０２を走査することによってピーク波形１３０６を取得することができる。２つのピーク波形１３０５、１３０６は別のタイミングで取得されるものであるが、走査領域１３０１と１３０２は既知の位置関係にあるため、２つのピーク波形を用いてエッジ間の寸法測定を行うことができる。図１３の場合、２つの走査領域間に重畳領域が設定されており、その幅はΔｄである。また、走査領域端とピーク波形１３０５のピーク間の距離はＬＷ１であり、走査領域端とピーク波形１３０６のピーク間の距離はＬＷ２であるため、ＬＷ１＋ＬＷ２−Δｄを、図４のパターン測定部等で求めることによって、エッジ間の寸法を求めることができる。

図１４は、図１３に例示するような走査領域の走査を行うときの走査信号の一例を示す図である。フレーム１では２次電子偏向条件を第１の状態に設定しつつ、走査領域１３０１を走査するための信号を制御装置から走査電子顕微鏡本体に供給する。次にフレーム２では２次電子偏向条件を第２の状態に設定しつつ、走査領域１３０２を走査する。このような処理を繰り返して得られた信号を、それぞれの走査領域にて加算平均することによって、それぞれの信号波形を形成する。

なお、本実施例では、検出器は１つで足りる。例えば図１の上検出器にて信号を検出する場合、２次電子制限板３１（一部の電子を選択的に通過させる開口を持つ開口形成部材）があれば良く、下検出器は必要ではない。また逆の考え方をすれば、１のエッジのピーク波形を取得するときに、他のエッジのピーク波形を形成するための信号を２次電子制限板３１の開口から通過させるような偏向条件のもと、下検出器を用いてエッジ検出を行うようにしても良い。

図１７は、複数のエッジに適した２次電子偏向条件を選択しつつ、ビーム走査を行う更に他の例を示す図である。図１７は走査線１７０１（実線）と走査線１７０２（点線）が逆向きの双方向走査を行う例を示している。図１７の例では、走査線１７０１の走査を行っているときは、左側のエッジから放出される電子の検出に適した２次電子偏向条件（偏向条件１）を選択し、走査線１７０２の走査を行っているときは、右側のエッジから放出される電子の検出に適した２次電子偏向条（偏向条件２）を選択する。このような走査と２次電子偏向条件の選択によれば、走査方向とエッジの位置との関係を左右のエッジで統一することができるため、２つのピークを同じ条件で形成することができ、結果として高精度測長を行うことが可能となる。

次に第２の実施例について、以下説明する。ＳＡＤＰ（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｈｎｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）プロセス管理においては、スペースのＣＤ値管理が重要である。図１０にＳＡＤＰで形成したパターンを示す。ここで同じコアパターンを介して形成された２体のスペーサパターン間をコアスペース、異なるコアパターンを介して形成された隣り合うスペーサをギャップスペースと呼ぶ。コア、ギャップ２種類のスペースＣＤはコアパターンのＣＤ，スペーサ材の膜厚、エッチング性能によって個別に変動する。ここで、断面像からコア、ギャップの判断は容易だが，ＣＤ−ＳＥＭのＴｏｐ Ｖｉｅｗからコア、ギャップを判定する事は困難である。コア、ギャップを形成するラインの形状に違いが現れることから、方位角による弁別で形状差を強調することが可能である。

図１１（ａ）の断面形状を持つラインに対して、方位角弁別を行った。ここでは、ラインのＸ方向の形状差を強調するため、２次電子をＸ方向に偏向する。この際、実施例１で行った２次電子の到達位置の調整を実施するものとする。ラインの形状によって放出される２次電子の分布が変化する。図１１（ｂ）に信号波形を示す。エッジが直角に近いほど方位角で分離される信号差は大きい。一方、ラウンドエッジでは、方位角弁別の効果が下がり、信号差が小さくなる。以上のように、両端のエッジの信号差を比較することで、形状差（どちらがよりラウンドが付いているか）を判定でき、コア・ギャップも判別できる。

図１２に形状差判定のフローを示す。形状差を判定したい箇所（例えばエッジなど）の方位角弁別による信号差を評価することで、元の形状を判定できる。更に、モンテカルロ法に基づく電子線シミュレーションや実験結果で、断面像と信号波形とを対応させたデータベースがある場合には、方位角弁別画像と組み合わせることで、元の形状を3次元的に評価する事も可能である。

１・・・1次電子ビーム、２（ａ）・・・２次電子（高角度成分）、２（ｂ）・・・２次電子（低角度成分）、１１・・・電界放出陰極、１２・・・引出電極、１３・・・引出電圧、１４・・・コンデンサレンズ、１５・・・絞り、１７・・・対物レンズ、１８・・・加速円筒、２０・・・ガイド、２１・・・上走査偏向器、２２・・・下走査偏向器、２３・・・試料、２４・・・ホルダー、２５．上イメージシフト偏向器、２６．下イメージシフト偏向器、２７．反射板、２８（ａ）・・・上検出器、２８（ｂ）・・・下検出器、３１・・・２次電子制限板、３２・・・２次電子アライナＩ、３３（ａ）・・・２次電子アライナＩＩ（Ｕ）、３３（ｂ）・・・２次電子アライナＩＩ（Ｌ）、３４・・・エネルギーフィルタ、４０・・・演算器、４１・・・制御装置、４２・・・対物レンズ制御電源、４３・・・リターディング電圧電源、４４・・・加速電圧電源、４５・・・記録装置

Claims (10)

1. 荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを通過させる第１の通過開口を有し、前記荷電粒子ビームの照射によって試料から放出された荷電粒子を検出する、或いは試料から放出された荷電粒子の衝突によって１の検出器に検出させる荷電粒子を発生する第１の開口部形成部材を備えた荷電粒子線装置において、
   前記試料から放出された荷電粒子を偏向する偏向器と、
   前記試料から放出され、前記第１の通過開口を通過した荷電粒子を検出する、或いは前記第１の通過開口を通過した荷電粒子の衝突によって前記１の検出器とは異なる他の検出器に検出させる荷電粒子を発生する第２の開口部形成部材と、
   前記偏向器を制御する制御装置を備え、
   当該制御装置は、前記試料上の複数のエッジの内、１のエッジの信号が相対的に他のエッジに対して強調された第１の検出信号を、前記第１の開口部形成部材への荷電粒子の衝突に基づいて検出し、
   前記複数のエッジの内、他のエッジの信号が相対的に前記１のエッジの信号に対して強調された第２の検出信号を、前記第２の開口部形成部材への荷電粒子の衝突に基づいて検出し、当該検出された第１の検出信号と第２の検出信号を用いて、パターン測定を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記１の検出器による前記１のエッジの検出信号量が増加するように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記試料上に形成されたパターンの伸展方向と直交する方向に前記試料から放出される荷電粒子を偏向するように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項３において、
   前記制御装置は、前記パターンの伸展方向を設計データから読み取り、２次電子の偏向条件に反映することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項３において、
   ２次電子の軌道を偏向させる方向は、観察パターンの形状差を判定したい２点を結ぶ直線方向であることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１において、
   前記制御装置は、異なる方位角成分を検出した２つ以上のＳＥＭ画像を合成し、各画像で抽出したパターンのエッジを基にパターン寸法を測長する事を特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１において、
   前記制御装置は、異なる方位角成分を検出した２つ以上のＳＥＭ画像を合成し、元の形状を予測する事を特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１において、
   前記制御装置は、２次電子を偏向し、検出する前に、表面を電子線で走査する事により、２次電子の到達位置を判定し、到達位置と観察時の視野中心とを一致させる事を特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１において、
   ２次電子を偏向する方向および距離は、２次電子への絞りの到達位置および絞りでの２次電子の広がりの範囲に基づいて決定する事を特徴とする荷電粒子線装置。
10. 荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを通過させる第１の通過開口を有し、前記荷電粒子ビームの照射によって試料から放出された荷電粒子を検出する、或いは試料から放出された荷電粒子の衝突によって検出器に検出させる荷電粒子を発生する第１の開口部形成部材を備えた荷電粒子線装置において、
    前記試料から放出された荷電粒子を偏向する偏向器と、
    前記偏向器を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記試料上の複数のエッジの内、１のエッジの信号が相対的に他のエッジに対して強調される第１の偏向条件で前記偏向器を制御して、第１の検出信号を取得し、前記複数のエッジの内、他のエッジの信号が相対的に前記１のエッジの信号に対して強調される第２の偏向条件で前記偏向器を制御して、第２の検出信号を取得し、取得された前記第１の検出信号と第２の検出信号を用いて、パターン測定を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。

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