(57)【要約】【課題】電気的なコンタクトの取りにくい試料を荷電粒子で安定的に観察する。【解決手段】被測定試料と電気的なコンタクトをとる試料保持パレットと電気的なコンタクトをとらない試料保持パレットとを設け、被測定試料に応じてパレットを選択する。また、真空内での試料の測定電位と、大気中で測定した試料の測定電位をもとにした予測電位との差を電位オフセットとして記憶し、後段の測定にフィードバックする。【選択図】図２
2010140733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ステージを有する電子光学系を備え、前記測定ステージに載置された被測定試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子や二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法や形状を測定する電子線装置において、
前記被測定試料を保持して前記測定ステージに搬入出する試料保持パレットを備え、
前記試料保持パレットは、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとる導電型の試料保持機能と、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持機能とを有しており、
前記被測定試料の状態に応じて前記試料保持パレットの前記何れかの試料保持機能を選択し得るように構成されている
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記被測定試料を保持して前記測定ステージに搬入出する試料保持パレットを備え、
前記試料保持パレットは、
前記被測定試料と電気的なコンタクトをとる導電型の試料保持パレットと、
前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持パレットとを有する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記被測定試料と電気的なコンタクトによる電気抵抗を測定する手段を有し、該電気抵抗測定値に応じて前記何れかの試料保持パレットを選択する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記電子線以外の試料電位を測定する手段を有する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記試料保持パレットは、絶縁型の試料保持パレットに設けられ、前記被測定試料との電気的なコンタクトをとる可動式の導電性接触機構を備え、
前記被測定試料に応じて前記導電性接触機構の位置を変更することにより、前記電気的なコンタクトの何れかを選択する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記被測定試料と電気的なコンタクトによる電気抵抗を測定し、その値に応じて前記導電性接触機構の位置を変更し前記電気的なコンタクトの何れかを選択する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記電子線以外の試料電位を測定する手段を有する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記被測定試料を収納したカセットに付与された該被測定試料の生産情報を認識するか、あるいは上位のコンピュータから与えられた該被測定試料の生産情報に基づいて、前記試料保持パレットの前記何れかの試料保持機能を選択する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記試料保持パレットの選択、あるいは、前記被測定試料と前記試料保持パレットの電気的なコンタクトの指定の表示を行う表示部を備えている
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１０】
請求項６において、
検出した電気抵抗値と、コンタクトの選択の基準値、およびそれらをもとにした電気的なコンタクトの選択結果を表示する表示部を備えている
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記電子光学系を制御する制御部と、データを格納している記憶部と、表示部と、前記被測定試料を収納するウエハカセットと、予備真空室と前記測定ステージ間で前記試料保持パレットを搬送する真空搬送ロボットとを備え、
前記予備真空室の大気側に位置し、前記被測定試料の表面電位の分布を測定する表面電位計を有し、
前記被測定試料の状態に応じて選択された前記試料保持パレットの試料保持機能を用いて前記被測定試料を保持し、前記真空搬送ロボットにより前記予備真空室と前記測定ステージ間で前記試料保持パレットを搬送する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１２】
測定ステージを有する電子光学系を備え、前記測定ステージに載置された被測定試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子や二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法や形状を測定する電子線装置において、
前記電子光学系における電子線による真空内での前記被測定試料の測定電位と、大気中で測定した前記被測定試料の測定電位をもとにした予測電位との差を電位オフセットの情報として記憶し、該電位オフセットの情報を前記電子光学系における前記被測定試料の測定にフィードバックする
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記電位オフセットを前記被測定試料のアライメント時に求める
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記大気中で測定した前記被測定試料の測定電位の平均値をもとに前記電位オフセットを予め推定する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記被測定試料を保持して前記測定ステージに搬入出する試料保持パレットを備え、
前記試料保持パレットは、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとる導電型の試料保持機能と、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持機能とを備えており、
前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持機能を用いて前記被測定試料が搬送される場合に、前記真空内での前記被測定試料の測定電位と前記大気中で測定した前記被測定試料の測定電位をもとにした予測電位との差を電位オフセットの情報として記憶し、該電位オフセットの情報を前記電子光学系における前記被測定試料の測定にフィードバックする
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記試料保持パレットは、
前記被測定試料と電気的なコンタクトをとる導電型の試料保持パレットと、
前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持パレットとを有し、
前記導電型の試料保持パレットが選択されたときは前記オフセット情報を使用せず、前記絶縁型の試料保持パレットが選択されたとき前記電位オフセットの情報を前記電子光学系における前記被測定試料の測定にフィードバックする
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１７】
請求項１５において、
前記試料保持パレットは、前記絶縁型の試料保持パレットに設けられ、前記被測定試料との電気的なコンタクトをとる可動式の導電性接触機構を備え、
前記導電性接触機構により、前記試料保持パレットとして前記絶縁型の試料保持機能が選択されたとき前記電位オフセットの情報を前記電子光学系における前記被測定試料の測定にフィードバックする
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１８】
測定ステージを有する電子光学系を備え、前記測定ステージに載置された被測定試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子や二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法や形状を測定する電子線装置において、
前記試料保持パレット又は前記測定ステージに設けられた静電チャックの静電吸着力により前記被測定試料を前記測定ステージ上に保持し、
前記電子光学系における電子線による真空内での前記被測定試料の測定電位と、大気中で測定した前記被測定試料の測定電位をもとにした予測電位との差を電位オフセットの情報として記憶し、該電位オフセットの情報を前記電子光学系における前記被測定試料の測定にフィードバックすると共に、
前記静電吸着力を用いて前記測定ステージに保持された同一の前記被測定試料内の複数地点の測定を行うに際して、前記電位オフセットの経時変化の情報を更新する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記試料保持パレットは、誘電体の表面に被測定試料の載置面が形成され内部に一対の電極を備え、静電吸着力で前記被測定試料を吸着する機能を有する
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記被測定試料のアライメント時に求めた電位オフセットをオフセットの初期データとし、個々の前記測定点での精密な焦点補正から得られた微小な電位変化をオフセット経時データとしてオフセット計算にフィードバックする
ことを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線装置、特に半導体のパターンの寸法や形状計測に適した電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターンを有する半導体の検査においては、高精度な寸法管理が必要とされる。そこで半導体製造工程での微細パターンの寸法管理には、電子線装置の一つである、高精度寸法計測が可能な走査電子顕微鏡が用いられる。走査電子顕微鏡は試料上に収束した電子ビームを照射し、該電子ビーム照射によって試料から発生した二次電子や反射電子を検出器で捕らえることで走査電子顕微鏡像が得られる。特にパターン寸法を計測するときはCD-SEM（測長SEM）と呼ばれる電子顕微鏡が用いられる。
【０００３】
近年、測定するウエハ上に絶縁膜が形成されている場合が増加している。例えば、シリコンウエハ上に形成されたSiO2等の絶縁膜に対してエッチングによる開口部形成等の処理を行い層間絶縁膜を形成するプロセス等がある。この場合、絶縁膜内部に電荷が蓄積されている可能性があり、試料表面の電位分布の原因となる。この問題に対して従来は、特許文献１で述べられているように、表面電位計を用いて大気中で予め試料表面の電位を計測し、電子ビームでの測定時には計測した電位に従って光学調整を行う方法がとられてきた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３８０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしこれらの試料では、絶縁体により試料が電気的に装置から絶縁された状態となる場合が多い。このことにより試料には、１）装置との容量カップリングで電位が誘起されてしまう、２）観測に用いる電子線で電位が変動するなどの問題が生じるようになる。
【０００６】
これらの電位変動は、電子線観察時の焦点ずれの原因となる。すなわち、試料上に残る帯電は、荷電粒子線のフォーカスずれを招き、更には倍率の変動や荷電粒子線装置による測定の誤差要因にもなっていた。フォーカスずれの問題を解決するために、走査電子顕微鏡の測定点ごとにフォーカスのオフセット値を記憶させ、フォーカスずれによって自動測定が妨げられないような方法も知られている。しかし、オフセットによるフォーカス誤差がオートフォーカス時間の増大やエラーの原因となる。また、試料の測定中に予期せぬコンタクトが生じてしまうとオフセットが変動してしまうという課題もある。前述した従来技術ではこれらの問題に対処することが出来ない。一方、コンタクトを容易に取れる試料はコンタクトをとることが望ましい。
【０００７】
本発明の目的は、電気的なコンタクトの取りにくい試料を荷電粒子で安定的に観察することのできる
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、測定ステージを有する電子光学系を備え、前記測定ステージに載置された被測定試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子や二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法や形状を測定する電子線装置において、前記被測定試料を保持して前記測定ステージに搬入出する試料保持パレットを備え、前記試料保持パレットは、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとる導電型の試料保持機能と、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持機能とを有しており、前記被測定試料の状態に応じて前記試料保持パレットの前記何れかの試料保持機能を選択し得るように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
例えば、各試料保持機能として、前記被測定試料と電気的なコンタクトをとる導電型の試料保持パレットと前記被測定試料と電気的なコンタクトをとらない絶縁型の試料保持パレットとを有すること、あるいは、前記被測定試料との電気的なコンタクトをとる可動式の導電性接触機構を備え、前記被測定試料に応じて前記導電性接触機構の位置を変更することにより前記電気的なコンタクトの何れかを選択するように構成されていることが有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気的に安定な試料状態を作ることが可能となり、電子線による計測を安定に行うことができる。また、電位のオフセットをフィードバックすることで焦点ずれを抑えることが可能になり、高速な計測にも寄与することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
電子線装置において、電気的なコンタクトの取りにくい試料を荷電粒子で安定的に観察する場合、予め、被測定試料と電気的なコンタクトをとる試料保持パレットと電気的なコンタクトをとらない試料保持パレットとを設け、被測定試料に応じてパレットを選択することが効果的である。この際、被測定試料と電気的なコンタクトによる電気抵抗を測定し、その値に応じてパレットを選択することが有効である。同様に、被測定試料との電気的なコンタクトをとる動作が可能な機構を設けた試料保持パレットを用いて、被測定試料に応じて電気的なコンタクトを選択しても良い。
【００１２】
また、真空内での試料の測定電位と、大気中で測定した試料の測定電位をもとにした予測電位との差を電位オフセットとして記憶し、後段の測定にフィードバックすることも有効である。この際、電位オフセットをウエハアライメント時に求めることや電位オフセットを同一試料内の測定に従って更新していくことも効果的である。更に、大気中で測定した試料の測定電位の平均値をもとに電位オフセット予め推定しておくことも可能である。
【００１３】
さらに、これらの制御を問題なく行うために、ユーザィンターフェィスには、オペレータによるパレットの選択、あるいは、試料とパレットのコンタクトの有無の指定や確認、などを行うための表示を行うことが望ましい。  
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 
【実施例１】
【００１４】
図1〜図６で、本発明の第一の実施の形態を説明する。図1は、本発明に係る電子線測長装置の主要部分の構成を示す概念図である。電子線測長装置（電子線装置）１００は、観察試料であるウエハ１０７に電子線を照射する電子光学系１０１と、この電子光学系を制御する制御部１１２と、過去のデータを格納している記憶部１１３、及び、オペレータが入力を行い、走査電子顕微鏡像の表示を行うための表示部１１４、などから構成されている。電子光学系１０１は、電子銃１０２、コンデンサレンズ１０３、偏向器１０４、対物レンズ１０５、測定ステージ１０６、２次電子検出器１０８、パレット１０９、表面電位計１１７、対物レンズ１０５と測定ステージ１０６の間に配置された対向電極１１８などを備えている。測定ステージ１０６は、Ｘ、Ｙステージ及びθステージを備えており、半導体ウエハ１０７を１次電子線１１０の入射方向に対して垂直方向に移動させる機能を有する。制御部１１２は、電子光学系１０１の機構を制御する機構制御部１１５と、ウエハ１０７に１次電子線１１０を照射し、得られた２次電子線１１１の信号波形を処理してパターン寸法を算出する等の演算処理を行う演算部１１６を備えている。演算部１１６は、画像取得部１１２１、寸法測定部１１２２、オフセット演算部１１２３、電位予測演算部１１２４を備えている。対向電極１１８は、測定ステージ１０６と同芯位置に配置され、外径は測定中にウエハ１０６が測定室内の測定ステージ上に搭載されあるいは搬出されるために移動するほとんどの領域においてウエハ１０６を上から覆うだけの大きさであり、中央に１次電子１１０を通す開口部を有している。
【００１５】
図２は、ウエハを電子線装置に搬入するまでを説明するための図である。図２では電子線装置１００を上から見ており、２０１はウエハカセット、２０２は大気側ロボットの搬送アーム、２１０は電子光学系１０１を備えた測定室、２０６はパレットＡ、２０７はパレットＢ、２０９は予備排気室、２０５は真空搬送ロボット、２１１はウエハ搬送経路、２１２は回転ステージを示している。
【００１６】
ウエハカセット２０１に置かれているウエハ１０７は、大気搬送ロボットの搬送アーム２０２により予備真空室２０９にある２種類のパレットと呼ばれる試料保持部品（パレットＡ２０６あるいはパレットＢ２０７）のいずれかに搬送される。パレット内に搬送される際に、大気側にある表面電位計１１７によりウエハ１０７の表面電位の分布を測定する。表面電位計１１７は、ウエハの搬送経路上で、かつその中心がウエハの中心と一致するように配置されている。予備真空室２０９でパレットに載せられたウエハは、パレットと共に真空搬送ロボット２０５の搬送アームにより電子光学系１０１内の測定ステージ１０６上に移動され、図１に示した状態となり、電子線による測定が開始される。すなわち、被測定試料となるウエハ１０７は、パレット１０９により保持されたままの状態で、測定ステージ１０６上に置かれている。アライメントを行いさらに電位等の測定が終了したウエハ１０７は、真空搬送ロボット２０５によりパレット１０９と共に測定ステージ１０６から搬出され、さらに、予備真空室２０９、大気搬送ロボットを経て、元のウエハカセット２０１に回収される。
【００１７】
図１に戻り、ウエハ１０７上で偏向器１０４により走査された１次電子１１０は２次電子１１１を誘発する。この２次電子を２次電子検出器１０８により信号化し、演算部１１６に送ることでウエハ上にある色々な形状の観察が可能となる。
【００１８】
本発明で用いるパレット１０９の具体的な例を図３（図３Ａ、図３Ｂ）に示す。本実施例のパレットは、一対のパレット２０６、２０７により、電気的コンタクトが容易なウエハと困難なウエハの両方に対応する１組の機能が実現される。１つのパレットは、図３Ａに示した、押えピンが導電性のコンタクトパレット２０６であり、パレットの導電性台座３０４に付けられた絶縁性支えピン３０３の上に電気的コンタクトが容易なウエハ１０７Ａを載せ、左右から押えピン（半径方向に可動な導電性押えピン３０２）によりウエハを固定する。もう１つのパレットは、図３Ｂに示した、絶縁性の非コンタクトパレット２０７であり、パレットの導電性台座３０４に付けられた絶縁性支えピン３０３の上に電気的コンタクトが困難なウエハウエハ１０７Ｂを載せ、左右から押えピン（半径方向に可動な絶縁性押えピン３０５）によりウエハを固定する。
【００１９】
まず、通常の電気的コンタクトの容易なウエハ、すなわちウエハ表面が硬い絶縁膜で覆われていないウエハ、を測定する場合は導電性のコンタクトパレット２０６を用いる。この場合は押えピンをとおしてウエハ電位を安定させることが可能であり、良好な測定を図ることができる。すなわち、電気的なコンタクトの容易なウエハでは、コンタクトをとることで電位を固定することが可能である。次に、電気的コンタクトが困難なウエハ、すなわちウエハの表面が硬い絶縁膜で覆われている場合、を測定する場合は絶縁性の非コンタクトパレット２０７を用いる。電気的コンタクトが困難なウエハの場合、不用意にコンタクトをとろうとすると、高抵抗状態でのコンタクトが実現することで緩やかな電位変化が起きたり、ステージ移動中の加速度で突然コンタクトが実現したり、測定中のウエハ電位を不安定にする危険性がある。また、無理にコンタクトをとろうとすると、絶縁膜に傷を付けることになり、ウエハの破損や粒子の飛散も問題となる。従って、電気的コンタクトが困難なウエハの場合、ウエハとの接触面が絶縁物で構成されているパレットを用いることが望ましい。
【００２０】
但し、ウエハに電気的なコンタクトをとらない場合は、ウエハに残留する電荷と装置・ウエハ間の容量カップリングにより、装置内でウエハに新たな電位が発生する可能性がある。この場合、大気中で表面電位計により測定したウエハ面内の電位分布と実際にウエハを計測する際の電位分布が異なることになる。
【００２１】
図４に、ウエハ面内の電位分布を比較した。図中、黒丸印は大気中での測定、三角印はウエハに電気的なコンタクトをとった場合、丸印は小型の対抗電極を採用し、かつ、コンタクトをとらない場合を示し、四角印は大型の対抗電極を採用し、かつ、コンタクトをとらない場合を示している。ここで、小型の対向電極とは測定中に試料が移動する一部の領域においてのみ試料を上から覆う大きさの電極であり、大型の対向電極とは測定中に試料が移動するほとんどの領域において試料を上から覆うだけの大きさの電極である。
【００２２】
小型の対向電極の場合は容量カップリングの影響が大きく、大気中測定の場合と大きく異なっている。本実施例では試料の直上に大型の対向電極１１８を設置し、試料電位の安定化を図っている。すなわち、非コンタクト試料では真空中の表面電位分布が大気中と異なるが、大型の対向電極１１８を設置することにより、表面電位分布の差を大幅に低減できる。このオフセットは試料に電気的なコンタクトをとることにより解消される。しかし、表面が絶縁膜で覆われているような試料では、オフセットが完全には解消されず、まだ若干のオフセットが残存している。
【００２３】
図４に示したように、本実施例での電位分布は大気中測定（及び電気的なコンタクトをとった場合）と同じ傾向を示し、ほぼ一定のオフセット（図４の例では約４０Ｖ）のみとなっている。従って、測定中に不用意にコンタクトがとられることがなければ、ウエハ内の１点で、大気中で測定した電位との差ΔＶ（すなわちオフセット）を測定することで、ウエハ面内の他の測定点での電位の差も予測することが可能となる。
【００２４】
具体的に本実施例では、上記ウエハ内の１点としてアライメント点を選択し、ウエハのアライメントを行うためのアライメントマークの計測時にウエハ電位のオフセットも計測しておき、後段の計測ではこのオフセットΔＶを用いて計測を行うこととした。予測電位と実際の電位の差が大きいと、電子線の焦点ずれが生じ、この差の補正を行うための時間は電位の差が大きいほど長くなる。従って、計測したオフセットを用いて測定点での電位の予測精度を向上させることは高速な計測を行うために重要な手段となる。
【００２５】
以上述べた本実施例の電子線装置１００による処理の手順を、図５のフローチャートに従って述べる。まず、真空搬送ロボット２０５によりウエハを搬送する際に使用するパレットとして、予め、コンタクトパレット２０６または絶縁性の非コンタクトパレット２０７のいずれかが選択される（Ｓ５００）。すなわち、ウエハの表面が硬い絶縁膜で覆われているか否かに対応していずれかのパレットが選択され、その結果が機構制御部１１５に送られる。ここでは、まず、絶縁膜が形成されているウエハを計測する場合を想定し、図３Ｂに示した絶縁性の非コンタクトパレット２０７が選択されたものとする。電子線装置１００は、表面電位計１１７により大気中での試料電位計測を行い（Ｓ５０２）、試料電位のデータ５４０を得る。機構制御部１１５は、ウエハを、絶縁性の非コンタクトパレット２０７を用いて真空内の測定室２１０へ搬送し（Ｓ５０４）、測定ステージのＸ、Ｙステージ及びθステージを制御して、電子線装置の光学系を用いて低倍率の視野内でアライメントマークを観察できる場所に移動させる（Ｓ５０６）。演算部１１６は、アライメント点でウエハに設けられた検査マークやパターンの形状等に関するデータに基づいて、測定ステージを制御してウエハのアライメントを行うと共に、この地点でのウエハの電位を電子線により計測する（Ｓ５０８）。具体的には、焦点を大きく変化させることで焦点変化に対応する電位変化を求めている。従ってこの時の焦点補正は大きな電位変化による焦点変化を補正するものであり、実際のパターン計測には後段のより精密な焦点補正が必要となる。ここで得られた表面電位と予め測定した表面電位計との値の差が、絶縁膜が形成されているウエハに関して、真空中で誘起された電位である。このアライメント点での電位のデータ５３０がオフセット電位ΔＶとなる。演算部１１６は、このデータ５３０を用いてオフセットの算出（Ｓ５１６）を行う。一方、電位計測に続いて、アライメントマークでの焦点補正（Ｓ５１０）と位置計測（Ｓ５１２）を行い、ウエハの正確な位置を求めた後に、目的である測定点へ移動する（Ｓ５１４）。既に表面電位計での計測とオフセットの算出（Ｓ５１６）が終わっているので、これら測定点での電位の予測（Ｓ５１８）が可能となる。次に、焦点補正（Ｓ５２０）、測定点での寸法計測（Ｓ５２２）を行う。測定点では電子光学系により、高倍率でＳＥＭ撮像して寸法計測を行いそのデータを記憶する。電子線装置１００は、以下、同様の処理をウエハ面内の全測定点の測定が完了するまで繰り返す（Ｓ５２４）。
【００２６】
電位の予測（Ｓ５１８）に際しては、表面電位計での計測とオフセットの算出が終わっているので、これら測定点での電位の予測が可能となり、このため、個々の測定点での電位測定は必要なく、いきなり精焦点補正、さらには測定点での寸法計測を行うことが可能となり、ウエハ処理の高速化が実現できる。本実施例に基づく実験例によればオフセットΔＶが４０Ｖ〜５０Ｖ程度であり、本発明によりウエハ１枚当たりの処理時間を半分にすることが出来た。
【００２７】
一方、最初のステップ（Ｓ５００）で、コンタクトパレット２０６か選択された場合には、オフセットの算出処理（Ｓ５１６）が不要であり、測定点での寸法計測（Ｓ５２２）にはオフセット情報を使用しない。
【００２８】
なお、本実施例ではパレットの選択をユーザインターフェイスよりオペレータがマニュアルで指定することで行った。図６にそのディスプレイ画面１１４を示す。ディスプレイ画面には電子線の計測条件や２次電子画像１１４１のほかに、左下の「Contact」１１４２の箇所に「ON」又は「OFF」を選択する表示部がある。電気的コンタクトが困難な絶縁膜を有するウエハを測定する場合は、オペレータがマニュアルで「OFF」を選択し、これにより、絶縁性の非コンタクトパレット２０７が選択され、その結果を機構制御部１１５は受け取る。なお、ディスプレイ画面１１４の右下の"Position"１１４３には、ウエハの計測位置が表示されている。
【００２９】
また、パレットの選択方法としては、オペレータの入力する命令に限らず、電子線装置１００自身が、ウエハの表面が絶縁膜で覆われているか否かの判定を自動的に行う、すなわち、電子線装置がカセットに付与されたウエハの生産情報を認識するか、あるいは上位のコンピュータから制御部１１２に送られるウエハの生産情報に基づいて自動的に判定するようにしても良い。あるいはまた、ウエハと電気的なコンタクトによる電気抵抗を測定する手段を設け、この電気抵抗測定値に応じて電子線装置１００が何れかのパレットを選択するようにしても良い。
【００３０】
本実施例によれば、絶縁膜を有するウエハであっても電気的に安定な試料状態を作ることが可能となり、電子線による計測を安定に行うことができる。また、電位のオフセットをフィードバックすることで焦点ずれを抑えることが可能になり高速な計測にも寄与することが出来る。
【実施例２】
【００３１】
次に、図７〜図９で、本発明の電子線装置の第二の実施の形態を説明する。  
電子線装置１００としては、第一の実施と同様の装置を用いるが、図３のパレットに代えて、本実施例では図７に示すパレット１０９を用いる。図７のパレットは、導電性台座３０４に設けられた孔内を上下動する可動式の導電性接触ピン６０１を有しており、これのアクチュエータを機構制御部１１５で制御して動かすことで、ウエハ１０７の裏面から電気的にコンタクトをとることが出来る。本実施例によれば、パレットの構造は複雑になるが、１つのパレットで電気的コンタクトが容易なウエハと困難なウエハの両方に対応する１組の機能を備えている。本実施例では、機構制御部１１５が、電気的にコンタクトを試みた接触ピン６０１の２点をウエハに軽く接触させ、２点間に所定の電圧を印加し、流れる電流からコンタクトの抵抗値を測定する。そして、この測定された抵抗値の大きさを判断基準として、機構制御部１１５が電気的コンタクトの選択を行う。すなわち、測定された抵抗値が所定値よりも大きな場合は電気的コンタクトをとらず、抵抗値が所定値よりも小さい場合に電気的コンタクトを選択する。なお、パレットに載置された絶縁膜を有するウエハ１０７に電気的にコンタクトをとる方式は、ピン６０１を側方からウエハ１０７に当接させるなど、他の構成でもよい。
【００３２】
本実施例による電子線装置における試料電位計測のフローチャートを図８に示す。電子線装置１００は、まず、大気中での試料電位計測を表面電位計１１７により行い（Ｓ８００）、試料電位のデータ８３０、８４０を得る。データ８３０は演算部１１６におけるオフセットの予測演算（Ｓ８１０）に用いられる。次に、機構制御部１１５がウエハを、パレット１０９を用いて真空内の測定室２１０の測定ステージ１０６上へ真空搬送ロボットで搬送し（Ｓ８０２）、接触ピン６０１の２点間に所定の低い電圧を印加してウエハのコンタクト抵抗を測定し（Ｓ８０４）、その結果に基いてコンタクトの選択を行う（Ｓ８０６）。すなわち、測定されたウエハのコンタクト抵抗が大きな場合は、接触ピン６０１を押し上げず、換言するとコンタクトをとらずにオフセット情報を生かす。抵抗が小さい場合はアクチュエータで導電性接触ピン６０１を押し上げてコンタクトをとり、オフセット情報は使用しない。次に、駆動機構により測定ステージ１０６をウエハのアライメントマークの観察できる場所に移動させる（Ｓ８０８）。ウエハのコンタクト抵抗が大きな場合、演算部１１６は、オフセットの予測演算（Ｓ８１０）で得られたオフセット情報を生かしてアライメント点での電位を予測する（Ｓ８１２）。さらに、アライメント点での焦点補正及びウエハの電位測定を行なう（Ｓ８１４）。このアライメント点での電位のデータ８５０がオフセット電位ΔＶとなる。このデータ８５０を用いて演算部１１６は、オフセットの算出（Ｓ８２０）を行う。一方、電子線装置１００は、電位計測に続いて、アライメント点の位置計測（Ｓ８１６）を行い、ウエハの正確な位置を求めた後に、目的である測定点へ移動する（Ｓ８１８）。既に表面電位計での計測データ８４０が得られているので、これとオフセットの算出（Ｓ８２０）の結果を用いて、演算部１１６は測定点での電位の予測（Ｓ８２２）が可能となる。電子線装置１００は、さらに、測定点での焦点補正（Ｓ８２４）、測定点での寸法計測（Ｓ８２６）を行い、以下、同様にして、ウエハ面内の全測定点の測定が完了するまで、同様の処理を繰り返す（Ｓ８２８）。
【００３３】
一方、ウエハのコンタクト抵抗が小さい場合、演算部１１６は、オフセットの予測演算（Ｓ８１０）、オフセットの算出（Ｓ８２０）を行わず、アライメント点での電位予測（Ｓ８１２）、測定点での電位の予測（Ｓ８２２）にオフセット情報を使用しない。
【００３４】
本実施例では、電子線装置１００が、大気中で測定（Ｓ８００）した電位分布をもとに生じるアライメント点でのオフセットの値を予測して（Ｓ８１０）、電位の予測（Ｓ８１２）及び電位の計測（Ｓ８１４）を行う。オフセットの大きさは、ウエハ全体での電位の平均値と装置内での容量カップリングにより決まるので、おおよそのオフセット予測が可能である。これにより、始めの１点の予測電位の精度も向上することが可能となり、よりウエハ処理の高速化を図ることが出来る。これはアライメントの時間も処理時間に影響する１枚のウエハ当たり４、５点しか測定しない場合に効果的な手段である。本実施例に基づく実験結果によれば、コンタクトの困難なウエハで測定点数の少ないウエハの処理時間を３０％低減することが出来た。
【００３５】
また、本実施例では、電子線装置１００が電気的コンタクトの選択（Ｓ８０６）を自動的に行う。ディスプレイ画面１１４のユーザインターフェイス上には、図９に示すように、検出した抵抗値と、コンタクトの選択の基準値、およびそれらをもとにした電気的コンタクトの選択結果が表示欄１１４４、１１４５、１１４２にそれぞれ表示されており、装置の使用状況が分かるようになっている。本実施例では、基準抵抗１０ＭΩに対して基準抵抗よりも大きな抵抗値１０ＧΩが観測されたため、表示欄１１４２にコンタクトがＯＦＦとなった結果が表示されている。
【００３６】
本実施例によれば、絶縁膜を有するウエハであっても電気的に安定な試料状態を作ることが可能となり、電子線による計測を安定に行うことができる。また、電位のオフセットをフィードバックすることで焦点ずれを抑えることが可能になり高速な計測にも寄与することが出来る。さらに、１つのパレットで電気的コンタクトが容易なウエハと困難なウエハの両方に対応することが出来る利点がある。
【実施例３】
【００３７】
次に、図１０〜図１２で、本発明の電子線装置の第三の実施の形態を説明する。  
本実施例では、ウエハを保持し搬送するパレットとして、図１０（図１０Ａ，図１０Ｂ）に示す静電チャック付きのパレットを用いた。
【００３８】
まず、図１０Ａに示す静電チャック付きのパレット９００は、薄い誘電体９０３を挟んでウエハの下部に一対の電極（電極Ａ９０１及び電極Ｂ９０２を有するダイポール型電極）があり、制御スイッチ（図示略）を介して直流電源（電圧Ｖ１，Ｖ２）が印加されるように構成されている。そのために、ウエハの電位はこの一対の電極電位の影響を受けることになる。従って、絶縁膜を有するウエハでは、電気的なコンタクトをとらない場合、静電チャックの一対の電極間の電位と帯電によるオフセット電位によりウエハ電位が決まる。
【００３９】
一方、図１０Ｂに示す静電チャック付きのパレット９１０は、誘電体９０３の開口部を上下動可能な可動式接触ピン９２０を備えている。電気的なコンタクトの容易なウエハでは、可動式接触ピン９２０でコンタクトをとることで電位を固定することが可能である。すなわち、静電チャック付きのパレットにおいても実施例１、２と同様の状況にある。
【００４０】
ところで、静電チャックにおける課題の１つは、高抵抗な誘電体９０３を通して電荷が移動することにあり、これによりウエハ電位が長期的に変化する（経時変化）ことになる。この経時変化がある値を超えると、焦点補正が困難となり計測フローがエラーを起こして止まってしまう。そこで本実施例では、電位オフセットを同一試料内の測定に従って順次更新していくこととした。図１１に、オフセットの更新履歴の測定データの一例を示す。１回の測定あたり約０.５Ｖずつオフセットが小さくなっていく様子が分かる。
【００４１】
本実施例における電子線装置による計測処理のフローチャートを図１２に示す。  
ここでは、まず、測定対象が絶縁膜を有するウエハである場合を想定する。最初に、表面電位計１１７により大気中での試料電位計測を行い（Ｓ１２００）、試料電位のデータ１２３０を得る。次に、機構制御部１１５がウエハを静電チャック付きのパレット９００上に置き（Ｓ１２０２）、さらに、一対の電極（電極Ａ９０１及び電極Ｂ９０２）間に直流電圧を印加し、静電チャックをオン状態とする（Ｓ１２０４）。次に、静電チャック付きのパレット９００と共にウエハを、真空内の測定室２１０へ移動させる（Ｓ１２０６）。さらに、測定ステージ１０６を制御してアライメントマークを観察できる場所に移動させる（Ｓ１２０８）。電子線装置はこの地点でのウエハの電位を電子線により計測し（Ｓ１２１０）、このときのウエハ電位のデータをオフセット電位ΔＶの初期データ１２４０とする。そして、この初期データ１２４０を用いてオフセットの計算（Ｓ１２１８）を行う。電子線装置は、電位計測に続いて、さらに、アライメントマークでの焦点補正（Ｓ１２１２）と位置計測（Ｓ１２１４）を行い、ウエハの正確な位置を求めた後に、目的である測定点へ移動する（Ｓ１２１６）。既に表面電位計での計測とオフセットの算出（Ｓ１２１８）が終わっているので、これら測定点での電位の予測（Ｓ１２２０）が可能となる。次に、焦点補正及び電位測定（Ｓ１２２２）、測定点での寸法計測（Ｓ１２２４）を行う。電子線装置は、以下、同様にして、ウエハ面内の全測定点の測定が完了するまで同様の処理を繰り返す（Ｓ１２２６）。
【００４２】
これまでの実施例のフローチャートとの差は、本実施例では、個々の測定点での精密な焦点補正（Ｓ１２２２）から得られた微小な電位変化もオフセットデータ１２５０としてオフセット計算（Ｓ１２１８）にフィードバックすることにある。これにより、静電チャック特有のウエハ電位の経時変化に伴う課題、すなわち、ウエハ面内の全測定点の測定が完了するまで測定を繰り返す（Ｓ１２２６）際に、オフセットの微小な誤差が堆積し、最終的に焦点補正エラーを起こすという確率を、少なくすることが出来る。実験によれば、本実施により、これまで１００枚に３から４枚生じていたエラーを無くすことが可能となった。
【００４３】
以上の様に、本実施例でのオフセットの更新手段は静電チャック付きのパレットに対して特に有効である。なお、電子線装置の測定対象として想定されている対象が絶縁膜を有するウエハのみである場合には、上記静電チャック付きのパレット９００のみを用いればよい。
【００４４】
次に、電子線装置の測定対象として電気的なコンタクトの容易なウエハも含む場合には、図１０Ｂに示す静電チャック付きのパレット９１０を採用し、コンタクトをとることで電位を固定することが可能である。この場合、演算部１１６は、オフセットの計算（Ｓ１２１８）を行わず、測定点での電位の予測（Ｓ１２２０）及び焦点補正及び電位測定（Ｓ１２２２）にオフセット情報を使用しない。
【００４５】
本実施例によれば、絶縁膜を有するウエハであっても電気的に安定な試料状態を作ることが可能となり、電子線による計測を安定に行うことができる。また、電位のオフセットをフィードバックすることで焦点ずれを抑えることが可能になり高速な計測にも寄与することが出来る。さらに、静電力によりウエハを固定保持することで、操作性ひいてはスループットが向上すると共に、機械的な力による固定保持に比べて絶縁膜に傷を付ける等ウエハを破損させたり破損に伴う飛散粒子の発生による測定エラーなどの可能性を低減、排除できる利点がある。
【実施例４】
【００４６】
上記実施例１乃至３において、測定ステージ１０６上におけるパレットの固定には、静電チャックや機械式のクランプ機構が用いられる。ここで、測定ステージ１０６のパレットの固定に静電チャックを採用する場合、パレットとしては上記実施例１又は２に示した構成を採用し、静電チャック付き測定ステージ１０６からのウエハ電位の経時変化を、上記実施例３に示したのと同じ思想で補正しても良い。すなわち、本実施例では、機構制御部１１５が真空搬送ロボットでウエハをパレットと共に測定ステージ１０６上に搬送し、一対の電極間に直流電圧を印加し、静電チャックをオン状態とし、測定ステージ１０６に静電チャックでウエハをパレットと共に固定する。そして、絶縁膜を有するウエハの電位オフセットを、上記実施例３と同様に、同一試料内の測定に従って順次更新していくものである。  
本実施例でも、上記実施例３と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１になる電子線装置の全体の構成を示す図。
【図２】実施例１における、パレットを用いたウエハ搬送機構の一形態を示す図。
【図３Ａ】実施例１における、導電性のコンタクトパレットの構成例を示す図。
【図３Ｂ】実施例１における、絶縁性のコンタクトパレットの構成例を示す図。
【図４】実施例１の電子線装置における、試料表面の電位の計測結果を示す図。
【図５】実施例１の電子線装置における、計測処理を示すフローチャート。
【図６】実施例１の電子線装置における、ディスプレイの一形態を示す図。
【図７】本発明の実施例２における、パレットの構成例を示す図。
【図８】実施例２における、計測処理を示すフローチャート。
【図９】実施例２の電子線装置における、ディスプレイの一形態を示す図。
【図１０Ａ】実施例３の電子線装置における、静電チャック方式のパレットの構成例を示す図。
【図１０Ｂ】実施例３の電子線装置における、静電チャック方式のパレットの他の構成例を示す図。
【図１１】実施例３の静電チャック方式のパレットにおける、オフセットの経時変化を示す図。
【図１２】実施例３の電子線装置における、計測処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１００―電子線装置、１０１―電子光学系、１０２―電子銃、１０３―コンデンサレンズ、１０４―偏向器、１０５−対物レンズ、１０６−測定ステージ、１０７−ウエハ、１０８−２次電子検出器、１０９−パレット、１１０−１次電子、１１１−２次電子、１１２−制御部、１１３−記憶部、１１４−表示部、１１５−機構制御部、１１６−演算部、１１７−表面電位計、１１８−対向電極、２０１−ウエハカセット、２０２−大気側ロボットの搬送アーム、２０５−真空搬送ロボット、２０６−パレットＡ、２０７−パレットＢ、２０９−予備排気室、２１０−測定室、２１１−ウエハ搬送経路、２１２−回転ステージ、３０２−導電性押えピン、３０３−絶縁性支えピン、３０４−導電性台座、３０５−絶縁性押えピン、６０１−可動式導電性接触ピン、９０１−静電チャック付きのパレット、９０１−電極Ａ、９０２−電極Ｂ、９０３−誘電体。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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