(57)【要約】  電子ビーム鏡体から発生する非点収差と測定試料周辺から発生する非点収差の双方が存在する場合の高速かつ高精度な非点収差の測定手段を備えた走査電子顕微鏡において、非点収差補正器２０１の強度を変化させながら得られる２次元画像の質から求める方法と、チルト偏向器２０２により電子ビームをチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から非点収差を計測する方法とを併用することで高速かつ高精度に非点収差補正器２０１を制御し、非点収差を補正することを特徴とする。
2012042738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源から放出された電子ビームを試料上に照射し、前記試料から発生する２次電子や反射電子に基づいて試料像を得る走査電子顕微鏡において、
電子ビーム鏡体内に配置され、前記電子ビームをチルトするためのチルト偏向器と、
前記電子ビーム鏡体内に配置され、前記電子ビームの非点収差の補正が可能な非点収差補正器と、
前記電子ビームを収束して前記試料上に照射する対物レンズと、
前記チルト偏向器と前記非点収差補正器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電子ビーム鏡体内の前記電子源から前記試料までの前記電子ビームの非点収差を第１の非点収差計測方法で計測し、前記対物レンズから前記試料周辺で発生する前記電子ビームの非点収差を第２の非点収差計測方法で計測することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、前記第１の非点収差計測方法は、前記制御部により前記非点収差補正器の強度を変化させながら得られる２次元画像の質から前記非点収差を求める方法であり、
前記第２の非点収差計測方法は、前記制御部により前記電子ビームをチルトさせたときに生じる前記非点収差を計測する方法であり、
前記制御部は、前記第１の非点収差計測方法により求めた前記非点収差と前記非点収差補正器の強度との関係と、前記第２の非点収差計測方法により求めた前記非点収差とに基づいて、前記非点収差補正器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、前記制御部により前記非点収差補正器の強度を変化させながら得られる２次元画像の質から前記非点収差を求める前記第１の非点収差計測方法は、像シャープネス法であり、
前記制御部により前記電子ビームをチルトさせたときに生じる前記非点収差を計測する前記第２の非点収差計測方法は、視差法であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、前記制御部は、前記第１の非点収差計測方法より求めた非点収差と前記第２の非点収差計測方法より求めた非点収差を照合して、予め求めた換算式に基づいて、前記非点収差補正器の強度を変更することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、前記非点収差補正器は、前記チルト偏向器よりも前記電子線の進行方向の上流側に位置することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、前記チルト偏向器は、チルト方位に平行方向の視差と、前記チルト方位とは別のチルト方位に垂直方向の視差とを組み合わせて異なる方向の非点収差を求めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の走査電子顕微鏡において、前記非点収差と前記非点収差補正器の強度との関係を、高さあるいは深さの異なる複数の段差を備えた校正試料を用いて求めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項７に記載の走査電子顕微鏡において、前記校正試料は、中央部に第１の段差を有し、
前記第１の段差の周囲には前記第１の段差よりも小さな第２の段差を複数有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項７に記載の走査電子顕微鏡において、前記第１の段差の高さあるいは深さと幅のアスペクト比は、前記第２の段差の高さあるいは深さと幅のアスペクト比よりも小さいことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
電子源から放出された電子ビームを試料上に照射し、前記試料から発生する２次信号や反射電子に基づいて試料像を得る走査電子顕微鏡において、
電子ビーム鏡体内に配置され、前記電子ビームをチルトするためのチルト偏向器と、
前記試料上の前記電子ビームを２次元に走査する電磁レンズと、
前記チルト偏向器や前記電磁レンズを制御する制御部と、を備え、
前記電子ビーム鏡体内の前記電子源から前記試料までの前記電子ビームの焦点ずれを第１の焦点ずれ計測方法で計測し、前記電磁レンズから前記試料周辺で発生する前記電子ビームの焦点ずれを第２の焦点ずれ計測方法で計測することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査電子顕微鏡において、前記第１の焦点ずれ計測方法は、前記制御部により前記電磁レンズの強度を変化させながら得られる２次元画像の質から前記焦点ずれを求める方法であり、
前記第２の焦点ずれ計測方法は、前記制御部により前記電子ビームをチルトさせたときに生じる前記焦点ずれを計測する方法であり、
前記制御部は、前記第１の焦点ずれ計測方法により求めた前記焦点ずれと前記電磁レンズの強度の関係と、前記第２の焦点ずれ計測手段により求めた前記焦点ずれに基づいて電磁レンズを制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記制御部により前記電磁レンズの強度を変化させながら得られる２次元画像の質から前記焦点ずれを求める前記第１の焦点ずれ計測方法は、像シャープネス法であり、
前記制御部により前記電子ビームをチルトさせたときに生じる前記焦点ずれを計測する前記第２の焦点ずれ計測方法は、視差法であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記制御部は、前記第１の焦点ずれ計測方法より求めた焦点ずれと前記第２の焦点ずれ計測方法より求めた焦点ずれを照合して、予め求めた換算式に基づいて、前記電磁レンズの強度を変更することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の走査電子顕微鏡において、前記チルト偏向器により４方向にチルトした際の視差の平均値を求めることで電子ビームの焦点ずれを計測することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電子ビームを用いた検査・計測装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームを用いた試料の観察・検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、電子源から放出された電子を加速し、静電または電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを１次電子という。１次電子の入射によって試料からは２次電子や反射電子が発生する。これら２次電子や反射電子を、電子ビームを偏向して走査しながら検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。【０００３】
走査電子顕微鏡における課題として、焦点ずれや非点収差の補正の高速・高精度化が挙げられる。【０００４】
非点収差の計測方法や補正方法として最も一般的な方法は、非点収差補正器の強度を変化させながら得られた２次元画像の質から求める方法である。画質の指標としては画像のコントラストやパターンの輪郭のシャープネスなどが用いられており、これらの指標を最大化することで非点収差の計測や補正を行う。【０００５】
これに対して電子ビームをチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から非点収差を計測する方法を用いることが、特開２００７−１４１８６６号公報、特開２００１−３５７８１１号公報、特開２００４−１４６１９２号公報、特開平０７−２６２９５２号公報などで提案されている。特開２００７−１４１８６６号公報では、視差による非点解析の結果を基に、非点量が０になるために必要な非点コイルの電流値を計算し、非点補正コイルを調整することが開示されている。特開２００１−３５７８１１号公報では、チルトによる像ずれ量から形成される楕円図形の情報に基づき、非点収差補正器を用いて非点収差を補正することが開示されている。特開２００４−１４６１９２号公報では、チルトによる像ずれ量から予め分かっている非点量と非点補正コイルの強度の関係から非点補正を行うことが開示されている。特開平０７−２６２９５２号公報では、チルトによる像ずれを観察しながら、非点補正コイルの励磁制御を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４１８６６号公報
【特許文献２】特開２００１−３５７８１１号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６１９２号公報
【特許文献４】特開平０７−２６２９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの電子ビームをチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から非点収差を計測する方法では、電子ビームをチルトした下方で発生している非点収差しか測定できないことにある。この方法では、電子ビーム鏡体によって発生する非点収差と、測定試料によって発生する非点収差の双方が存在する場合では計測、制御の精度が課題となっている。【０００８】
一方、発生する非点収差補正器の強度を変えながら補正画像の質を最適化する方法では、もっとも好ましい像を得るために条件を変化させて大量の画像を取得しなければならない。従って、この方法では、計測、制御にかかる時間が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この２つの課題は、電子ビーム鏡体から発生する非点収差を、非点収差補正器の強度を変化させながら得られる２次元画像の質から求める第１の非点収差計測方法で計測し、試料付近で発生する非点収差を電子ビームをチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から非点収差を計測する第２の非点収差計測方法で計測することにより解決できる。【００１０】
また、第１の非点収差計測により求めた非点収差と非点収差補正器の強度の関係を、第２の非点収差計測方法を用いて非点収差を求めることにより解決できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では非点収差補正器の強度を変化させながら得られる２次元画像の質から非点収差を求める方法と、電子ビームをチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から非点収差を計測する方法を併用することで高速かつ高精度な非点収差計測や非点収差補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態の走査電子顕微鏡の全体概略図
【図２】第１の実施例に係る非点収差の計測と補正手順を示す図
【図３】第１の実施例に係る視差法（第２の非点収差計測方法）の校正手順を示す図
【図４】第１の実施例に係るチルトビームの方位を示す図非点収差計測法の操作画面の図
【図５】第１の実施例に係る視差法校正試料の構造図
【図６】第１の実施例に係る視差法校正試料の校正マーク領域を示す図
【図７】第１の実施例に係る校正マークの配置図
【図８】第１の実施例に係る視差法校正試料の構造図
【図９】第１の実施例に係る視差法の校正の操作画面の図視差法の校正フローチャート
【図１０】視差法の校正動作の操作画面を示す図
【図１１】視差法校正試料の設置方法を示す図
【図１２】第２の実施例に係る焦点ずれの計測と補正手順を示す図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例で使用する走査電子顕微鏡の全体概略図である。電子銃１０１から放出された電子ビーム１０２はコンデンサレンズ１０３と電磁レンズ１０８によりホルダー１１０に固定された試料１０９上に結像される。本実施例では対物レンズは電磁レンズ１０８と、静電レンズ電極１２１と試料１０９間の電場により生じる静電レンズにより、主に構成されている。そして試料１０９から放出される２次電子や反射電子１０４は電子ビーム鏡体１２６の略中間にある検出器１０５により検出される。試料１０９上の電子ビーム１０２は電磁偏向器１０６により２次元に走査され、結果として２次元画像を得ることが出来る。２次元画像は装置全体の制御演算装置１１８で演算され、表示装置１１９に表示される。電子ビーム鏡体１２６には更に非点収差の補正が可能な非点収差補正器１２３と、電子ビームをチルトするためのチルト偏向器１２５が存在する。但し、電磁偏向器１０６とチルト偏向器１２５は共用も可能である。なお、電子銃１０１、コンデンサレンズ１０３、非点収差補正器１２３、チルト偏向器１２５、電磁偏向器１０６、電磁レンズ１０８、静電レンズ電極１２１、ホルダー１１０はそれぞれ、電子銃制御部１１１、コンデンサレンズ制御部１１２、非点収差補正器制御部１２２、チルト偏向器制御部１２４、電磁偏向器制御部１１４、電磁レンズ制御部１１５、静電レンズ電極制御部１２０、試料電圧制御部１１６を介して装置全体の制御演算装置１１８と各々接続され制御されている。また、装置全体の制御演算装置１１８には記録装置１１７を有している。【００１４】
図２は、図１に示す走査電子顕微鏡の電子ビーム鏡体１２６を詳細に示したものである。ここで、対物レンズ２０３は、図１では、電磁レンズ１０８と、静電レンズ電極１２１と試料１０９間の電場により生じる静電レンズにより、主に構成される。図２を用いて非点収差の計測および補正手順を示す。まず、電子ビーム鏡体１２６内部の電子源から試料までの電子ビームの非点収差は、非点収差補正器の強度を変化させながら得られた２次元画像の質から求める第１の非点収差計測方法（以下、像シャープネス法と称す）で計測及び補正する（図２Ａ）。この非点収差はある程度安定であるので測定間隔は長くても良く、１回の測定に時間を掛けても問題とはならない。このときに用いる試料２０４は導電性のもので電子ビーム１０２に対して安定なものを用いる。【００１５】
次に導電性試料２０４に換えて、測定試料２０５を搬入し、対物レンズ２０３から測定試料２０５周辺の非点収差を電子ビームをチルト偏向器２０２によりチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から非点収差を計測する第２の非点収差計測方法（以下、視差法と称す）で計測する（図２Ｂ）。走査電子顕微鏡でシリコンウエハ上の絶縁体試料、例えばレジストやシリコン酸化膜を計測する場合はプロセス工程の中で絶縁膜が電荷を取り込むので非点収差が発生する。この非点収差は測定するウエハやウエハ内の位置毎に異なるため、ウエハ内の測定点毎に非点収差を計測する必要がある。この場合は図２Ｂに示す視差法による高速な非点収差計測を用いることが有効である。【００１６】
なお、視差法は焦点ずれの計測にも用いることが可能である。視差法を含む２種類以上の補正手段を効率良く使い分けることは焦点補正にも有効であり、非点収差補正または焦点補正若しくはその双方の補正に適用が可能である。焦点補正については、実施例２で説明する。【００１７】
次に、計測した非点収差を非点収差補正器の強度に精度良くフィードバックする方法について説明する。像シャープネス法で計測した非点収差とそれを補正するために必要な非点収差補正器２０１の強度変化の関係を予め換算式として記憶装置１１７に記憶しておき、視差法で計測した非点収差を図２Ｃに示すように非点収差補正器制御部１２２により、非点収差補正器２０１にフィードバックする手段を設けた。【００１８】
この場合、視差法に用いる電子ビームをチルトする偏向器２０２は非点収差補正器２０１の下方に位置することが望ましい。もしチルト偏向器２０２の下方に非点収差補正器２０１を配置すると、電子ビーム鏡体の非点収差が変化して非点収差補正器２０１の強度が変化し、視差法で計測される非点収差が変化してしまうために、純粋に試料２０５に起因する非点収差を計測することが出来なくなってしまう。したがって、本実施例では図１に示すように非点収差補正器２０１はチルト偏向器２０２の上方に配置した。なお、本実施例では電子ビームの試料２０５上の位置を規定する偏向器（図１に示す電磁偏向器１０６）と電子ビームをチルトする偏向器２０２（図1に示すチルト偏向器１２５）を分けているが、試料２０５上の位置を規定する偏向器２０２の２段の強度や偏向方向を変えることで、両者の機能を兼用することも可能である。【００１９】
図３に視差法の校正手順を示す。図２と同一の符号については説明を省略する。まず、像シャープネス法を用いて非点収差計測用校正用試料５０１の非点収差を計測し、装置全体の制御演算装置１１８において非点収差の補正に必要な非点収差補正器１２３の強度変化を求める（図３Ａ）。求めた強度変化は記憶装置１１７に格納する。次に視差法により非点収差を計測する（図３Ｂ）。同様に視差法により計測した非点収差を記憶装置に格納する。そして、像シャープネス法を用いて得られた非点収差補正器強度と、視差法を用いて得られた非点収差の２つの計測データを装置全体の制御演算装置１１８で照合し換算式を求める（図３Ｃ）。その後、換算式を用いて装置全体の制御演算装置１１８により演算して非点収差補正器制御部１２２から非点収差補正器２０１へフィードバックを行う。【００２０】
換算式は多項式近似で求められるが、非点収差には水平方向と垂直方向の２方向の成分があるため、ここでは換算式を２次元の線形マトリックスで表現している。また、測定の初期状態によってはオフセットが生じる可能性もあり、換算式にオフセット項を加えることも有効である。更に、校正範囲が大きなときは２次の多項式を用いる方法もある。【００２１】
ここまで述べてきた非点収差計測の使い分けを選択する画面は図１に示す表示装置１１９に表示される。【００２２】
図４にその選択画面３０１を示す。画面にはカラム測定時間選択３０２と試料測定方法選択３０３が表示されている。カラム測定時間選択３０２は、すぐに開始するモードから、ウエハ毎、ロット毎、日毎の頻度のことなるモードおよび、よりフレキシブルな運用に対してユーザが設定できるモードなど複数の選択肢を用意してある。電子ビーム鏡体１２６（カラム）に起因する非点収差の安定性は装置やその使用方法にも依存するため、ユーザがその頻度を画面上３０１で手動にて選択できるようにしている。試料測定方法選択３０３には像シャープネス法、視差法、なし、ユーザー設定の各モードがある。また、本実施例で用いる電子ビームをチルト偏向器１２５によりチルトする４つの方位は、０ｄｅｇ、９０ｄｅｇ、２２５ｄｅｇ、３１５ｄｅｇである。方位が対称でないのは異なる方向の非点収差を測る必要があるためである。本実施例では、チルト方位と平行方向の視差と、異なるチルト方位と垂直方向の視差とを組み合わせて非点収差を求めた。この結果、視差の情報を最大限に活用し、精度良く非点収差を求めることが可能となった。具体的には、２つの平行方向の視差と２つの垂直方向の視差からそれぞれ、
非点収差１＝（０ｄｅｇ平行視差−９０ｄｅｇ平行視差−２２５ｄｅｇ垂直視差＋３１５ｄｅｇ垂直視差）／２／チルト仰角
非点収差２＝（０ｄｅｇ垂直視差−９０ｄｅｇ垂直視差＋２２５ｄｅｇ平行視差−３１５ｄｅｇ平行視差）／２／チルト仰角の式を用いて２つの方向の非点収差を求めた。【００２３】
図５にこの校正で用いた視差法校正試料５０１の構造を示す。視差法の校正には安定した非点収差を生じる試料が必要である。しかし、絶縁体試料を帯電させて非点収差を作成する従来方法では、電荷の拡散により非点収差が低減していくことや電子ビーム照射によって非点収差が変化することが安定した校正の阻害要因となる。この問題を解決するには、導電性試料を用いて非点収差を発生させることが望ましい。【００２４】
図５Ａは校正試料の平面図、図５ＢはＡ−Ａ’断面図である。試料６００は深さ（または高さ）の異なる複数の穴による段差を有している。試料６００の中央には１つの大きな深穴６０２があり、その周囲である校正マーク領域６０１内に中央の深穴６０２よりも小口径で浅穴６０３が複数配置されている。大きな深穴６０２は口径が１ｍｍ角で、１００μｍの深さ（段差）を有し、静電レンズ電極と試料６００との間の段差近傍で静電リターディングポテンシャル６０６を湾曲させる。この湾曲により段差に対して非対称な電場が生じ、結果として非点収差が生じることになる。【００２５】
一方、校正マーク領域内６０１には図６に示す、校正用マークであるホールアレイ７０１、７０２の穴が形成されている。図６Ａは平面図、図６ＢはＡ−Ａ’断面図である。撮像倍率に応じて最適な校正マーク６０１の大きさが異なるために、異なる大きさのホールアレイ７０１、７０２をそれぞれの校正マーク領域内６０１に設けている。穴の深さは１００ｎｍと浅く、高倍での校正に用いる直径１００ｎｍ程度の穴の形成が可能であり、これにより非点収差の計測を行うことが出来る。したがって、穴の深さ（段差）は大きな深穴６０２と比較して２桁以上の差が生じることになる。【００２６】
図７に本実施の形態で校正に用いた校正マーク領域の位置を示す。使用した位置は大きな深穴６０２を中心に４方位に並んでいる。方位１  １２０１と、方位２  １２０２は非点収差１を発生し、符合が反対となる。４５度回転した方位となる方位３  １２０３と、方位４  １２０４は非点収差２を発生し、符合が反対となる。したがって、視差法の校正には最低限２方位、望ましくは４方位の校正マークが必要となる。【００２７】
以上のように穴の機能を使い分けることで安定した非点計測が可能となる。なお、静電リターディングポテンシャル６０６を湾曲させるためには大きな深穴６０２の口径と段差のアスペクト比は低いほうが良く、非点収差の計測精度を上げるためにはアスペクト比は高いほうが良い。したがって、大きな深穴６０２のアスペクト比が、小口径で浅穴６０３のアスペクト比より小さいことが好ましい構造である。また、静電リターディングポテンシャル６０６を湾曲させることや非点収差を計測するためには段差は穴でなく突起でも実現できる。なお、本実施例では四角い穴を用いたが、発生させる非点収差の大きさの方位依存性をより小さくするためには円形の穴とすることも有効である。【００２８】
また、簡便な方法として図８に示す試料の端部６０５を利用した方法がある。すなわち、非点収差計測用の複数の小口径で浅穴６０３の端に浅穴６０３の深さよりも大きい段差の端部６０５を有する構造である。この構造では非点収差の変化に偏りが出る欠点が存在するが、計測する非点収差が小さい場合には有効に機能する。【００２９】
図９に視差法校正のフローチャートを示す。まず、オペレータは校正試料上の計測すべき座標を手動で入力し、記憶装置に登録する（Ｓ１）。次に、大きな深穴６０２あるいは大きい段差の端部６０５から充分離れている校正マーク領域６０１にチルト偏向器制御部１２４により、電子ビームを起因した非点収差のない座標へ移動する（Ｓ２）。そこで像シャープネス法により非点収差補正を行っておく（Ｓ３）。更に４方位のチルトビーム形成条件を調整したのち（Ｓ４）、チルト偏向器制御部１２４により、電子ビーム１０２を非点収差のある座標へ移動する（Ｓ５）。その座標で像シャープネス法による非点計測（値は非点収差補正器１２３の強度変化として得られる）（Ｓ６）と、視差法による非点計測を行う（Ｓ７）。非点収差のある座標での計測は登録点の数だけ行うことになる。【００３０】
このようにして得られた複数のデータから、装置全体の制御演算装置により非点収差補正器の強度変化と第２の非点収差計測方法による非点収差の変換行列を求める（Ｓ８）。この結果、第２の非点収差計測方法により計測した非点収差を非点収差補正器制御部１２２により非点収差補正器にフィードバックすることが可能となる。また実施例では、計測すべき座標は複数の向きに、大きな深穴６０２や端部６０５から離れて行くように選択した。これにより試料上で生じる可能性のある様々な非点収差に対応することが容易となる。【００３１】
本実施例では視差法の校正を行う頻度は選択できるようにしている。校正を行う頻度は、装置に求める精度と装置の安定度に依存して行う。図１０に校正動作選択１００２の表示画面１００１を示す。直ぐに開始するモードから、日毎、週毎、月毎等、頻度の異なるモード、ユーザが設定できるモードなど複数の選択肢を用意してある。【００３２】
また、この校正試料５０１，６００の設置方法として図１１の２通りとした。図１１Ａは静電チャック１１０３を用いた場合である。この場合はステージ１１０１から出入りするものは測定試料１１０２しかないので、視差法校正試料１１０４はステージに設置している。【００３３】
これに対して図１１Ｂは試料ホルダー１１０５を用いた場合である。この場合は試料ホルダー１１０５もステージから出入りすることになるために、視差法校正試料１１０４は試料ホルダー１１０５上に設置している。【００３４】
以上の手段を用いることで視差法を非点収差補正に適用することが可能となった。また、これらの動作は各制御部により自動で行うことが可能である。これにより、従来は１測定点当たり３秒必要であった非点収差補正動作を１秒にまで短縮することが出来た。また、ラインパターンの端のように像シャープネス法での非点収差の計測が困難なパターン領域での計測再現性も向上し、非点収差２００ｎｍの再現性を得ることが出来た。これにより、非点収差補正に用いることの出来るパターンの自由度を大きく広げることが可能となった。
【実施例２】
【００３５】
第２の実施例を図１に示す走査電子顕微鏡の全体概略図に従って説明する。電子銃１０１から放出された電子ビーム１０２はコンデンサレンズ１０３と電磁レンズ１０８により試料１０９上に結像される。本実施の形態では対物レンズは電磁レンズ１０８と、静電レンズ電極１２１と試料１０９間の電場により生じる静電レンズにより、主に構成されている。そして、対物レンズの一部である電磁レンズ１０８の強度を変えることで電子ビームの焦点位置を変化させることが出来る。視差法では非点収差のみならず、焦点ずれを計測することも可能である。焦点ずれはチルト偏向器２０２により４方向にチルトした際の視差の平均値を求めることで計測できる。より具体的には以下の式を用いることになる。焦点ずれ＝（０ｄｅｇ平行視差＋９０ｄｅｇ平行視差＋２２５ｄｅｇ平行視差＋３１５ｄｅｇ平行視差）／４／チルト仰角
この方法は非点収差計測に用いられる計測データと同じものを用いるために、非点と焦点の同時計測が可能であるといえる。計測した焦点ずれは電磁レンズ制御部により、電磁レンズ１０８にフィードバックすることで補正が可能となる。もし、焦点ずれ計測のみでよければ４方向である必要はない。例えば２方向のチルトのみで以下の式を用いることは可能である。
焦点ずれ＝（０ｄｅｇ平行視差＋１８０ｄｅｇ平行視差）／２／チルト仰角
この方法を用いれば焦点補正に限定されるが、方向数の少ない分、より高速な計測が可能となる。【００３６】
図１２に本実施例での焦点ずれの計測および補正手順を示す。図２に示す非点収差の計測および補正手順と同様な構成の説明は省略する。まず、電子ビーム鏡体（カラム）内部の電子光学素子による焦点ずれは、導電性試料２０４に電子ビームを照射して、像シャープネス法（第１の焦点ずれ計測方法）により２次元画像の質を評価することで焦点ずれ計測及び対物レンズ２０３を制御しながら焦点ずれを補正する（図１２Ａ）。この焦点ずれは、ある程度安定であるので測定間隔は長くても良く、１回の測定に時間を掛けても問題とはならない。このときに用いる導電性試料２０４は電子ビームに対して安定なものを用いる。【００３７】
次に測定試料２０５を搬入し、対物レンズ２０３から測定試料２０５周辺の焦点ずれを電子ビームをチルト偏向器によりチルトさせたときに生じる電子ビームの位置ずれの変化から視差法により計測する（図１２Ｂ）。走査電子顕微鏡でシリコンウエハ上の絶縁体試料、例えばレジストやシリコン酸化膜を計測する場合はプロセス工程の中で絶縁膜が電荷を取り込むので焦点ずれが発生する。この焦点ずれは測定するウエハやウエハ内の位置により異なるため、測定点毎に焦点ずれを計測必要がある。従って、この場合は図１２Ｂに示す視差法（第２の焦点ずれ計測方法）による高速な焦点ずれ計測を用いる。【００３８】
計測結果は図１２Ｃに示すように換算式を用いて制御部から対物レンズ２０３へフィードバックする。なお、視差法は非点収差の計測も同時に出来るので非点収差の非点補正器２０１へのフィードバックも同時に可能である。また、焦点ずれの原因が測定試料２０５の帯電であることが明らかな場合は測定試料２０５に印加する電位を試料電圧制御部１１６により変化させることで焦点補正を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１−電子銃、１０２−電子ビーム、１０３−コンデンサレンズ、１０４−２次電子や反射電子、１０５−検出器、１０６−電磁偏向器、１０８−電磁レンズ、１０９−試料、１１０−ホルダー、１１１−電子銃制御部、１１２−コンデンサレンズ制御部、１１４−電磁偏向器制御部、１１５−電磁レンズ制御部、１１６−試料電圧制御部、１１７−記憶装置、１１８−装置全体の制御演算部、１１９−表示装置、１２０−静電レンズ制御部、１２１−静電レンズ電極、１２２−非点収差補正器制御部、１２３−非点収差補正器、１２４−チルト偏向器制御部、１２５−チルト偏向器、１２６−電子ビーム鏡体、２０１−非点収差補正器、２０２−チルト偏向器、２０３−対物レンズ、２０４−導電性試料、２０５−測定試料、３０１−選択画面、３０２−カラム測定時間選択項目、３０３−試料測定方法選択項目、５０１−視差法校正用試料、６００−視差法校正用試料、６０１−校正マーク領域、６０２−大きな深穴、６０３−小口径で浅穴、６０４−校正用試料、６０５−端部、６０６−静電リターディングポテンシャル、７０１-低倍用ホールアレイ、７０２−高倍用ホールアレイ、１００１−選択画面、１００２−校正動作選択項目、１１０１−ステージ、１１０２−測定試料、１１０３−静電チャック、１１０４−校正試料、１１０５−試料ホルダー、１２０１−方位１、１２０２−方位２、１２０３−方位３、１２０４−方位４
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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