(57)【要約】  測定対象のパターン形状に起因する測長値の変動を軽減し測長精度を向上させることのできる測長機能を備えた走査型電子顕微鏡及び試料寸法測定方法を提供する。  測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（１００）は、電子ビームを放出する電子銃（１）と、試料上に形成されたパターンの測定領域を設定する測定対象領域設定部（５０）と、指定された測定領域を記録する記憶部と、測定領域に応じて電子ビームの照射を制御するビームブランカ部（１１）と、記憶部から指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では電子ビームをビームブランカ部で遮断し、当該測定領域ではビームブランカ部を通過させた電子ビームを試料上に照射して当該測定領域の画像を取得しパターンの測長を行う制御部（２０）とを有する。測定領域は一対の測定領域であって、当該各測定領域の面積は等しくするようにしても良い。
2008111365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する電子銃と、
試料上に形成されたパターンの測定領域を設定する測定対象領域設定部と、
前記指定された測定領域を記録する記憶部と、
前記測定領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部と、
前記記憶部から前記指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では前記電子ビームを前記ビームブランカ部で遮断し、当該測定領域では前記ビームブランカ部を通過させた前記電子ビームを前記試料上に照射して当該測定領域の画像を取得し前記パターンの測長を行う制御部と
を有することを特徴とする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記測定領域は一対の測定領域であって、当該各測定領域の面積は等しいことを特徴とする請求項１に記載の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記ビームブランカ部は、静電電極と、開口部を備えたビーム制御板とを有し、
前記制御部は、前記電子ビームを走査し、前記測定領域では、前記静電電極に電圧を印加しないで前記電子ビームが前記開口部を通過するようにして前記試料上に電子ビームを照射させ、前記測定領域以外の領域では、前記静電電極に電圧を印加して前記電子ビームを前記ビーム制御板に照射するようにして遮断することを特徴とする請求項１に記載の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記ビームブランカ部は、静電電極と、開口部を備えたビーム制御板とを有し、
前記制御部は、前記記憶部に格納された前記測定領域を示す座標データを参照して、前記静電電極に電圧を印加して前記電子ビームを遮断した状態で前記測定対象領域に照射位置を偏向させた後、前記静電電極に印加した電圧をオフにし、前記測定領域内にのみ前記電子ビームを照射させることを特徴とする請求項１に記載の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成されたパターンの測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定象領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部とを有する走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法であって、
前記記憶部から測定領域を抽出するステップと、
前記測定領域にのみ電子ビームを照射するステップと、
前記測定領域の画像を取得するステップと、
前記画像を基にパターンのエッジを抽出して前記パターンの寸法を測定するステップと
を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【請求項６】
前記測定領域は一対の測定領域であって、当該各測定領域の面積は等しいことを特徴とする請求項５に記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【請求項７】
前記測定領域にのみ電子ビームを照射するステップは、
前記測定領域を包含する最小領域を設定するステップと、
前記測定領域のときに前記ビームブランカの静電電極に印加する電圧をオフにして前記試料上に電子ビームを照射し、前記測定領域以外の領域のときに前記ビームブランカの静電電極に印加する電圧をオンにして電子ビームを遮断するステップとを有することを特徴とする請求項５に記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【請求項８】
前記測定領域にのみ電子ビームを照射するステップは、
前記記憶部に格納された前記測定領域を示す座標データを参照して、前記ビームブランカの静電電極に電圧を印加して前記電子ビームを遮断した状態で前記測定領域に照射位置を偏向させるステップと、
前記静電電極に印加した電圧をオフにして、前記測定領域内にのみ前記電子ビームを照射させるステップとを有することを特徴とする請求項５に記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを試料に照射して試料の観察や測長をする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡及び試料寸法測長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、電子顕微鏡等の電子ビーム装置による試料の観察や、パターンの線幅等の測定が行われている。電子ビーム装置による試料の観察や測定では、観察する部分に電子ビームを照射させながら走査して、二次電子等の電子量を輝度に変換して表示装置に画像として表示している。【０００３】
このように試料を観察したり測定する際に、電子ビームを照射するが、この電子ビームの照射によって試料表面が帯電する現象が発生する。すなわち、試料に入射する荷電粒子と放出される荷電粒子が有する電荷の差によって、照射面が正または負に帯電する。試料表面の帯電電位に伴って、放出された二次電子が加速されたり、試料に引き戻されたりして二次電子放出の効率が変化する。その結果、検出される電子量が不安定になるという問題がある。【０００４】
このような問題に対し、特許文献１には、回路パターンのダメージやチャージアップを軽減して回路パターンの寸法を測定する方法が開示されている。【０００５】
上記したように、電子ビーム装置における試料の観察において、試料が帯電する現象が発生するが、例えばウエハのように試料を電気的に接続できる場合には、電気的に接続されたウエハ上の導体を接地することにより放電できるので、試料の帯電を低減することができ、実用上の問題にはならない。【０００６】
しかし、例えば、配線の製造工程が完了した状態では、ガラス基板上に孤立した導電体配線部が存在したり、ガラス基板上の導電体配線が粗や密の部分が存在する場合がある。【０００７】
このような、半導体ウエハ又はフォトマスク上に形成されたパターンを、電子ビーム装置を用いて測定するとき、測定対象パターンの形状、配線幅、材料、膜厚などに依存して測定対象の表面の電位分布が変化する。例えば、配線幅が同じパターンであっても、パターンの形成間隔の粗密によって表面電位の分布が相違している。具体的には、パターンの形成間隔が密になるほど、パターンの表面電位が強電位になる。このため、測定対象のパターンの線幅が太くなるのに伴い、寸法エラーが大きくなってしまう現象が発生している。【０００８】
このように、配線幅等に依存して、局所的にチャージ量の異なるチャージアップが発生する。このチャージアップの影響で一次ビームが偏向され測長倍率が変わり、寸法測定エラーが発生してしまう。
【特許文献１】特開平１０−２１３４２７号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、測定対象の材料やパターン形状等に起因する測長値の変動を軽減し、測長精度を向上させることのできる測長機能を備えた走査型電子顕微鏡及び試料寸法測定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
上記した課題は、電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成されたパターンの測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部と、前記記憶部から前記指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では前記電子ビームを前記ビームブランカ部で遮断し、当該測定領域では前記ビームブランカ部を通過させた前記電子ビームを前記試料上に照射して当該測定領域の画像を取得し前記パターンの測長を行う制御部とを有することを特徴とする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡により解決する。
【００１１】
上記した測長機能を備えた走査型電子顕微鏡において、前記測定領域は一対の測定領域であって、当該各測定領域の面積は等しくするようにしても良い。
【００１２】
本発明の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡では、測定に必要な部分を指定し、その部分に電子ビームを照射してＳＥＭ画像を取得する。また、測定に必要な指定範囲は例えばラインパターンの場合、相対するエッジがそれぞれ含まれる一対の領域であり、各領域の面積が等しくなるように指定する。
【００１３】
このように、面積の等しい一対の測定に必要な部分だけに電子ビームを照射することにより、照射されるビーム量を同一にすることができる。従って、指定範囲以外の他の部分が照射されることによる試料表面の電位の上昇がなく、パターンの形状に影響されず、高精度の測長を行うことが可能となる。
【００１４】
また、上記した測長機能を備えた走査型電子顕微鏡において、前記ビームブランカ部は、静電電極と、開口部を備えたビーム制御板とを有し、前記制御部は、前記電子ビームを走査し、前記測定領域では、前記静電電極に電圧を印加しないで前記電子ビームが前記開口部を通過するようにして前記試料上に電子ビームを照射させ、前記測定領域以外の領域では、前記静電電極に電圧を印加して前記電子ビームを前記ビーム制御板に照射するようにして遮断するようにしても良く、前記制御部は、前記記憶部に格納された前記測定領域を示す座標データを参照して、前記静電電極に電圧を印加して前記電子ビームを遮断した状態で前記測定対象領域に照射位置を偏向させた後、前記静電電極に印加した電圧をオフにし、前記測定領域内にのみ前記電子ビームを照射させるようにしても良い。
【００１５】
本発明の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡では、電子ビームの走査をラスタスキャン又はベクタスキャンのいずれを利用することも可能である。ベクタスキャンを用いる場合は、測定に必要な部分に移動して電子ビームを照射するため、ラスタスキャンよりも大幅に測定時間が短縮される。
【００１６】
本発明の他の形態によれば、上記の形態に係る測長機能を備えた走査型電子顕微鏡において実施される試料寸法測長方法が提供される。その一形態に係る試料寸法測長方法は、電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成されたパターンの測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定象領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部とを有する走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法であって、前記記憶部から測定領域を抽出するステップと、前記測定領域にのみ電子ビームを照射するステップと、前記測定領域の画像を取得するステップと、前記画像を基にパターンのエッジを抽出して前記パターンの寸法を測定するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
上記した試料寸法測長方法において、前記測定領域は一対の測定領域であって、当該各測定領域の面積は等しくなるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態で使用される走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図２】図２は、ラインパターンの太さと寸法誤差との関係を示す図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、測定対象領域を設定する一例を示す図（その１）である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、測定対象領域を設定する一例を示す図（その２）である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、測定対象領域を設定する一例を示す図（その３）である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、測定対象領域を設定する一例を示す図（その４）である。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、オンオフ制御テーブルを説明する図である。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、ビームブランカの動作を説明する図である。
【図９】図９は、試料寸法測長方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。【００２０】
はじめに、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡の構成について説明する。次に、パターンの高精度な測長について説明する。次に、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法について説明する。【００２１】
（走査型電子顕微鏡の構成）
図１は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。【００２２】
この走査型電子顕微鏡１００は、電子走査部１０と、信号処理部３０と、表示部４０と、測定対象領域設定部５０と、電子走査部１０、信号処理部３０、表示部４０及び測定対象領域設定部５０の各部を制御する制御部２０とに大別される。このうち、電子走査部１０は、電子鏡筒部１５と試料室１６とで構成される。【００２３】
電子鏡筒部１５は、電子銃１とコンデンサレンズ２とビームブランカ部１１と偏向コイル３と対物レンズ４とを有し、試料室１６は、ＸＹステージ５と試料支持部６とを有している。【００２４】
ビームブランカ部１１は、開口部１１ｂを有するビーム制御板１１ａと電子ビームを偏向させる静電電極１１ｃで構成される。ビームブランカ部１１はコンデンサレンズ２と偏向コイル３の間に配置される。【００２５】
試料室１６にはＸＹステージ５を移動させるためのモーター（不図示）、及び試料室１６内を所定の減圧雰囲気に保持するための真空排気ポンプ（不図示）がそれぞれ接続されている。【００２６】
電子銃１から照射された電子ビーム９をコンデンサレンズ２、ビームブランカ部１１の開口部１１ｂ、偏向コイル３、対物レンズ４を通して、ＸＹステージ５上の試料７に照射するようになっている。【００２７】
電子ビーム９が照射されて試料７から出た二次電子又は反射電子の量は、シンチレータ等で構成される電子検出器８によって検出され、信号処理部３０においてその検出量がＡＤ変換器によってデジタル量に変換され、さらに輝度信号に変換されて表示部４０で表示される。偏向コイル３の電子偏向量と表示部４０の画像スキャン量は制御部２０によって制御される。【００２８】
測定対象領域設定部５０は、試料７に形成されるパターンのうち電子ビーム９を照射する範囲を指定する。指定された領域は、位置座標データとして制御部２０の測定対象領域位置情報格納部２０ａに格納される。【００２９】
制御部２０はマイクロコンピュータで構成され、測長を実行するためのプログラムが格納されている。また、制御部２０は電子ビーム９の加速電圧を決定し、電気的に接続されている電子銃１に対して加速電圧を印加する。【００３０】
以上のように構成した走査型電子顕微鏡１００において、試料支持部６を介してＸＹステージ５上に載置された試料７の観察又は測長をする際には、測定対象領域位置情報格納部２０ａから電子ビームを照射する領域の位置情報を抽出して、指定された照射範囲にのみ電子ビームを照射させるようにビームブランカ部１１の電極１１ｃ及び偏向部３を制御する。【００３１】
（パターンの高精度な測長）
以下、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡１００を用いたパターンの高精度な測長にすいて説明する。【００３２】
上記したように、ラインパターンが孤立しているときと、ラインパターンが密集しているときとでは、電子ビームを照射したときの試料表面の電位分布が異なる。そのため、パターンの太さによっても電子ビームを照射したときの表面電位分布が異なる。【００３３】
太いパターンは細いパターンに比べてパターン表面の電位が高くなることが発明者によって確認された。図２は、パターンの寸法と測定エラーとの関係を示す図である。図２に示すように、パターンが太くなる程、測定エラーが大きくなることが分かる。【００３４】
本実施形態では、パターンの太さ、ひいてはパターンの形状によらず、測定部分のパターン表面の電位分布を一定にするために、電子ビームの照射範囲及び照射電子ビーム量に着目した。【００３５】
パターンの表面電位分布を一定にするための基本的考え方は、パターンの測定対象領域のみに電子ビームを照射して、その領域のＳＥＭ画像を取得することである。【００３６】
以下に、（１）ラインパターンの幅を測長する場合、（２）ホールパターンを測長する場合、及び（３）ラインパターンの幅とピッチを同時に測長する場合を例として説明する。【００３７】
（１）ラインパターンの幅を測長する場合
この場合は、測定対象領域としては、ラインパターンの相対するエッジをそれぞれ含む一対の領域を指定する。【００３８】
図３（Ａ）は、ラインパターンＬ１，Ｌ２のＳＥＭ画像を示している。ここでは、ラインパターンＬ２の線幅を測長するものとする。【００３９】
ラインパターンＬ２の左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１で測定対象領域を指定する。また、ラインパターンＬ２の右側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ２で測定対象領域を指定する。これらのボックスＢ１とＢ２は面積が等しくなるように指定することが好ましい。【００４０】
図３（Ａ）は、ラインパターンＬ２に対して等しい面積のボックスＢ１とＢ２が指定された様子を示している。ボックスＢ１とＢ２の面積が等しい場合は、それぞれの領域での表面電位の電位分布は等しくなる。よって、照射電子ビームの軌道がパターンの表面電位の影響を受けて曲げられるとしても、ボックスＢ１とＢ２で指定した領域上では同等な軌道で照射されることになる。従って、照射範囲が大きく異なることがなく、同等な倍率で測長可能となる。【００４１】
図３（Ｂ）は、ボックスＢ１，Ｂ２で指定した測定対象領域内に電子ビームを照射して得られる画像Ｓ１，Ｓ２を示している。【００４２】
一方、図３（Ｃ）に示すように、ボックスＢ３とＢ４の面積が異なる場合には、各領域の表面電位の電位分布が異なる。図３（Ｃ）の場合、面積の広いボックスＢ４で指定された領域の表面電位が強電位になり、電子ビームの軌道は影響を強く受ける。そのため、ボックスＢ３とＢ４では照射範囲が異なり、倍率が異なるＳＥＭ画像が取得されることになる。図３（Ｄ）に示すように、画像Ｓ４から得られるエッジ位置は、画像Ｓ２から得られるエッジ位置と異なり、ラインパターンＬ２の幅が実際の幅とは異なる結果となってしまう。【００４３】
なお、ボックスＢ１とＢ２はそれぞれエッジが観測可能な大きさに設定するが、面積を極力小さくすることにより、測定領域以外からの不要な二次電子を発生させることがなくなり、より正確な測長を行うことが可能となる。【００４４】
ラインパターンのピッチを測長する場合もラインパターンの幅を測長する場合と同様に、測定対象となる一対の領域を指定する。【００４５】
図４を参照してラインパターンのピッチを測長する場合について説明する。ピッチを測定する対象としてラインＬ３とラインＬ５を選択する。ラインＬ３の左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ５で指定する。またラインＬ５についても同様に左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ６でその範囲を指定する。このとき、ボックスＢ５とボックスＢ６の面積を等しくなるように指定することが好ましい。【００４６】
図４（Ａ）はラインＬ３とラインＬ５に対して等しい面積のボックスＢ５とボックスＢ６が指定された様子を示している。図４（Ａ）のようにボックスＢ５とボックスＢ６の面積が等しい場合、それぞれの領域の表面電位分布は等しくなるため、照射電子ビームの軌道が表面電位によって曲げられるとしても、ボックスＢ５とボックスＢ６で指定した領域上では同じような軌道をとることになる。【００４７】
図４（Ｂ）は、ボックスＢ５，Ｂ６で指定した測定対象領域内に電子ビームを照射して得られる画像Ｓ５，Ｓ６を示している。【００４８】
一方、図４（Ｃ）に示すようにボックスＢ７とボックスＢ８の面積が異なる場合は、それぞれの領域の表面電位分布が異なる。図４（Ｃ）の場合、面積の広いボックスＢ８で指定した領域の表面電位が強電位になり、電子ビームの軌道が大きく影響を受ける。そのため、図４（Ｄ）に示すように、実際の位置とは異なる位置のＳＥＭ画像Ｓ８が取得されることになる。よって、ラインＬ３、Ｌ５間のピッチも実際のピッチとは異なる結果となる。【００４９】
（２）ホールパターンを測長する場合
この場合は、測定対象領域としては、ホールパターンの相対するエッジをそれぞれ含む二対の領域を指定する。【００５０】
図５のホールパターンＨ１を対象とする。ホールパターンＨ１の左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ９で測定対象領域を指定する。また、ホールパターンＨ１の右側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１０で測定対象領域を指定する。さらに、ホールパターンＨ１の上側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１１で測定対象領域を指定し、下側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１２で測定対象領域を指定する。これらのボックスＢ９〜Ｂ１２は面積が等しくなるように指定する。【００５１】
図５（Ａ）は、ホールパターンＨ１に対してボックスＢ５〜Ｂ８が指定された様子を示す図である。図５（Ａ）に示すように、ボックスＢ９〜Ｂ１２の面積が等しい場合は、それぞれの領域での表面電位の電位分布は等しくなる。よって、照射電子ビームの軌道がパターンの表面電位の影響を受け曲げられる場合であっても、ボックスＢ９〜Ｂ１２で指定した領域上では同等な軌道で照射されることになる。これにより、ボックスＢ９〜Ｂ１２で指定した領域には同量のビーム量で電子ビームが照射され、図５（Ｂ）に示すような同じ倍率のＳＥＭ画像Ｓ９を取得することが可能となる。【００５２】
（３）ラインパターンの幅とピッチを同時に測長する場合
この場合は、測定対象領域としては、ラインパターンの相対するエッジをそれぞれ含む一対の領域、及びピッチを測定する対象となるそれぞれのラインパターンのエッジを含む一対の領域を指定する。【００５３】
図６（Ａ）のラインパターンＬ７を、ラインパターンの幅の測長対象とする。また、図６（Ａ）のラインパターンＬ６，Ｌ８をピッチ測長の対象とする。【００５４】
ラインパターンＬ７の左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１５で測定対象領域を指定する。また、ラインパターンＬ７の右側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１６で測定対象領域を指定する。これらのボックスＢ１５とＢ１６は面積が等しくなるように指定する。【００５５】
また、ラインパターンＬ６の左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１３で測定対象領域を指定する。また、ラインパターンＬ８の左側のエッジ部分が観測可能な大きさのボックスＢ１４で測定対象領域を指定する。これらのボックスＢ１３とＢ１４は面積が等しくなるように指定する。【００５６】
このように、測定対象となる一対の領域の面積が等しくなるようにすることにより、一次電子が表面電位による受ける影響を同等にすることが可能となるため、図６（Ｂ）に示すような指定範囲のＳＥＭ画像Ｓ１０〜Ｓ１３を取得し、精度良く測長を実施することが可能となる。【００５７】
なお、測定対象となる一対の領域の面積が等しくなれば良いため、ボックスＢ１３〜Ｂ１６はすべて面積が等しくなるように指定してもよい。【００５８】
上記（１）から（３）において、測定対象領域の指定は、測定対象領域設定部５０において指定する。この指定は、パターンの設計情報が蓄積されているＣＡＤデータを基にＣＡＤシステムを用いて指定するようにしてもよい。また、試料のＳＥＭ画像を取得し、ＳＥＭ画像から測定対象領域を設定するようにしてもよい。いずれの場合でも、測定対象領域は、サイズが可変の枠（ボックス）で指定される。【００５９】
測定対象領域が指定されると、その座標データが制御部２０の測定対象領域位置情報格納部（記憶部）２０ａに格納される。【００６０】
測長に際して、制御部２０は、記憶部２０ａに格納された測定対象領域の情報を抽出し、電子ビームを指定された測定対象領域だけに照射しながら走査させ、その部分のＳＥＭ画像を取得する。このときの電子ビームの走査は、ベクタスキャンでも良いし、ラスタスキャンでもよい。【００６１】
ベクタスキャンの場合は、記憶部２０ａに格納された測定対象領域位置情報を参照し、測定対象領域の座標位置に照射位置を移動させてから測定対象領域内に電子ビームを照射して、この部分のＳＥＭ画像を取得する。測定対象領域に移動させる際には、ビームブランカ部１１において、ビームブランカをオンにして、電子ビームをビーム制御板１１ａに当たるようにする。【００６２】
ラスタスキャンの場合は、測定対象領域に照射位置が偏向されたときに、試料上に電子ビームが照射されるようにする。指定された測定対象領域にのみ電子ビームを照射するために、電子ビームの走査と同期して電子ビームのオンオフ制御を行う。【００６３】
以下、図７及び図８を参照して、ラスタスキャンの場合の電子ビーム照射制御について説明する。【００６４】
電子ビームのオンオフ制御は、指定された測定対象領域を示す座標データを基に作成されるオンオフ制御テーブルを参照して行う。図７はオンオフ制御テーブルの一例を説明する図である。【００６５】
図７（Ａ）は、ラインパターンＬ９，Ｌ１０のＳＥＭ画像上で測定対象領域をボックスＢ１７，Ｂ１８で設定した様子を示している。ボックスＢ１７の頂点Ｐ１〜Ｐ４の位置座標は、それぞれ（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ１）、（ｘ１、ｙ２）、（ｘ２、ｙ２）である。また、ボックスＢ１８の頂点Ｐ５〜Ｐ８の位置座標は、それぞれ（ｘ３、ｙ１）、（ｘ４、ｙ１）、（ｘ３、ｙ２）、（ｘ４、ｙ２）である。この位置座標に対応して、オンオフ制御テーブルが生成される。【００６６】
図７（Ｂ）はオンオフ制御テーブルの一例を示している。図７（Ｂ）のオンオフ制御テーブルでは、ｘ方向について、電子ビームがｘ１に偏向された時点でビームブランカ部１１をオフにし、ｘ２に偏向された時点でビームブランカ部１１をオンにする。すなわち、ｘ１からｘ２の間はビームブランカ部１１の静電電極１１ｃに印加する電圧をオフにして、電子ビーム９がアパーチャ１１ｂを通過するようにする。電子ビームのｘ方向の位置座標がｘ３からｘ４の間も同様である。【００６７】
また、電子ビームのｘ方向の位置座標がｘ２からｘ３の間は電子ビーム９を試料７上に照射しないようにする。すなわち、この間はビームブランカ部１１の静電電極１１ｃに電圧を印加し、電子ビーム９がビーム制御板１１ａに当たるようにする。【００６８】
一方、ｙ方向については、電子ビームがｙ１に偏向された時点でビームブランカ部１１をオフにし、ｙ２に偏向された時点でビームブランカ部１１をオンにする。【００６９】
次にビームブランカ部１１の動作について、図８を参照して説明する。図８（Ａ）は図７（Ａ）と同じＳＥＭ画像とし、図８（Ａ）の破線ＬＳＡの範囲をラスタスキャンするものとする。【００７０】
ビームブランカ部１１は、スキャン信号に同期して、電子ビーム９のオンオフを制御する。図８（Ｂ）に、偏向部３の静電電極に印加するｘ方向及びｙ方向のスキャン信号を示している。ｘ方向には、図８（Ｂ）に示すようなのこぎり波信号が印加される。【００７１】
電子ビームをオンオフするタイミングは、オンオフ制御テーブルから取得する測定対象領域の位置座標を参照して決定される。例えば、ｘ方向について、ｘ１からｘ２の間は、電子ビームを試料上に照射するため、ビームブランカ部１１はオフにし、電子ビームをビームブランカ部１１の開口部１１ｂを通過させる。ｘ２からｘ３までは、試料上に電子ビームを照射しないようにする。このときは、ビームブランカ部１１をオンにして電子ビームをビーム制御板１１ａに当たるように偏向させる。【００７２】
ｙ方向には、図８（Ｂ）に示すようなのこぎり波信号が印加される。オンオフ制御テーブルから電子ビームをオンオフする座標を取得し、ｙ１からｙ２の間はビームブランカ部１１をオフにして、電子ビームを試料上に照射する。【００７３】
なお、ラスタスキャンを採用する場合、試料上のすべての視野範囲を走査するのではなく、図８（Ａ）の破線ＬＳＡで示したように、測定対象領域を含む最小面積を走査範囲とするようにしても良い。これにより、すべての範囲を走査する場合に比べてスループットが大幅に向上する。【００７４】
また、測定対象領域はオペレータによって指定されるが、ラインパターンの幅等の測長において一対の測定対象領域を指定する場合、一方のエッジに対する測定対象領域を指定したときに自動的に他方のエッジに対する測定対象領域が指定されるようにしても良い。【００７５】
以上説明したように、本実施形態の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡では、測定に必要な部分を指定し、その部分に電子ビームを照射してＳＥＭ画像を取得する。また、測定に必要な指定範囲は例えばラインパターンの場合、相対するエッジがそれぞれ含まれる一対の領域であり、各領域の面積が等しくなるように指定する。【００７６】
このように、面積の等しい一対の測定に必要な部分だけに電子ビームを照射することにより、照射されるビーム量を同一にすることができる。従って、指定範囲以外の他の部分が照射されることによる試料表面の電位の上昇がなく、パターンの形状に影響されず、高精度の測長を行うことが可能となる。【００７７】
また、ベクタスキャンを用いる場合は、測定に必要な部分に移動して電子ビームを照射するため、ラスタスキャンよりも大幅に測定時間が短縮される。また、ラスタスキャンを用いる場合でも、測定対象領域の座標から、測定対象領域を含む範囲を算出し、その範囲についてラスタスキャンを行うことにより、試料上の全体をスキャンするよりも大幅に測定時間を短縮することが可能となる。【００７８】
（走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法）
次に、図９を参照して測長機能を備えた走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法について説明する。なお、本実施形態では、測定対象領域は測定対象領域設定部５０を介して設定され、その位置情報が記憶部２０ａに格納されているものとする。また、測定対象領域として一対の領域を指定する場合は、それぞれの面積が等しく設定されているものとする。【００７９】
まずステップＳ１１では、初期設定を行う。初期設定では、電子ビームをスキャンする方法(ラスタスキャンかベクタスキャンか)を決定する。ラスタスキャンの場合には、測定対象領域を包含する最適な走査範囲を決定する。【００８０】
次のステップＳ１２では、記憶部２０ａから測定対象領域の位置情報を抽出する。【００８１】
次のステップＳ１３では、測定対象領域に電子ビームを照射する。スキャン方法がラスタスキャンの場合には、測定対象領域ではビームブランカをオフにして試料上に電子ビームを照射させ、測定対象領域以外の領域では、ビームブランカをオンにして電子ビームを遮断する。また、スキャン方法がベクタスキャンの場合には、測定対象領域に直接電子ビーム照射位置を移動させて、測定対象領域内に電子ビームを照射させる。【００８２】
次のステップＳ１４では、測定対象領域のＳＥＭ画像を取得する。【００８３】
次のステップＳ１５では、ステップＳ１４で取得したＳＥＭ画像を基に、パターンのエッジを抽出し、パターンの寸法を算出する。【００８４】
以上説明したように、本実施形態の走査型電子顕微鏡を用いた測長方法では、あらかじめ指定された測定対象領域にのみ電子ビームを照射してその部分のＳＥＭ画像を取得している。このため、測定対象領域以外には電子ビームが照射されず、測定対象領域以外から二次電子が発生することがなく、電子ビームが影響を受けることがない。【００８５】
また、ラインパターンの線幅測定のような場合には、ラインの両側のエッジをそれぞれ含む一対の測定対象領域が設定されるが、この一対の測定対象領域の面積を等しくするように設定する。これにより、測定対象領域上の電位分布が同等となり、それぞれの領域を照射する電子ビームの軌道が同等になる。従って、電子ビームの軌道が変動することによる測定誤差の発生を防止することが可能となる。【００８６】
なお、本実施形態では、測長の際に一対の矩形の測定対象領域を用いた具体例について説明したが、２箇所以上の複数の測定対象領域に適用しても良いし、曲線等の輪郭の測長に適用しても良い。【００８７】
また、測長を実施する前に、所望の領域へ電子ビームを照射して、変動のない一定のチャージアップ状態にするようにしても良い。これにより、さらに精度良く測長を行うことが可能となる。【００８８】
また、図９のステップＳ１２では、記憶部２０ａから測定対象領域の位置情報を抽出したが、測定対象とするラインパターンの特定に際してプリサーチを行うようにしても良い。すなわち、まず、測定対象となるラインパターンを含む測定対象領域の概略の位置情報を記憶部２０ａから抽出するか、又はオペレータによる指示を受けた後、概略位置情報に対応した概略のＳＥＭ画像を取得する。このＳＥＭ画像を基に測定対象とする目的のラインパターンを特定する。その後、ラインパターンを含む所望の領域へ電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にし、特定された目的のラインパターンに対して必要最小限の測定対象領域に対して電子ビームを照射し測長を行う。この場合には、測定対象領域の位置情報がパターンの測定に必要な最小限の領域ではなく、概略の位置情報であっても、目的とするラインパターンの幅を精度良く測長することが可能となる。【００８９】
また、図９のステップＳ１３において、電子検出器８のノイズ除去等のために、複数回の測長を実行して、得られた測定結果のデータをアベレージング処理する場合においても、測定対象領域のみを照射することで、安定した測長精度が得られる。なお、毎回の測長を実施する毎に、もしくは所望回数毎に、所望の領域へ電子ビームを照射して、安定したチャージアップ状態を維持させるようにしても良い。
【図１】
2008111365.tif 000003
【図２】
2008111365.tif 000004
【図３】
2008111365.tif 000005
【図４】
2008111365.tif 000006
【図５】
2008111365.tif 000007
【図６】
2008111365.tif 000008
【図７】
2008111365.tif 000009
【図８】
2008111365.tif 000010
【図９】
2008111365.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月29日(2008.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する電子銃と、
試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、
前記指定された測定領域を記録する記憶部と、
前記測定領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部と、
前記記憶部から前記指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では前記電子ビームを前記ビームブランカ部で遮蔽し、当該測定領域では前記ビームブランカ部を通過させた前記電子ビームを前記試料上に照射して当該測定領域の画像を取得し前記パターンの測長を行う制御部と
を有することを特徴とする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記制御手段は、前記測定領域に前記電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にした後、前記測長を行うことを特徴とする請求項１に記載の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定対象領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部とを有する走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法であって、
前記記憶部から測定領域を抽出するステップと、
前記測定領域にのみ電子ビームを照射して前記測定領域の画像を取得するステップと、
前記画像を基にパターンのエッジを抽出して前記パターンの寸法を測定するステップと
を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【請求項４】
前記画像を取得するステップの前に、前記測定領域に前記電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にするステップを有することを特徴とする請求項３に記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記した課題は、電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部と、前記記憶部から前記指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では前記電子ビームを前記ビームブランカ部で遮蔽し、当該測定領域では前記ビームブランカ部を通過させた前記電子ビームを前記試料上に照射して当該測定領域の画像を取得し前記パターンの測長を行う制御部とを有することを特徴とする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡により解決する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記した測長機能を備えた走査型電子顕微鏡において、前記制御手段は、前記測定領域に前記電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にした後、前記測長を行うようにしてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の他の形態によれば、上記の形態に係る測長機能を備えた走査型電子顕微鏡において実施される試料寸法測長方法が提供される。その一形態に係る試料寸法測長方法は、電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい一又は複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定対象領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部とを有する走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法であって、前記記憶部から測定領域を抽出するステップと、前記測定領域にのみ電子ビームを照射して前記測定領域の画像を取得するステップと、前記画像を基にパターンのエッジを抽出して前記パターンの寸法を測定するステップとを有することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記した試料寸法測長方法において、前記画像を取得するステップの前に、前記測定領域に前記電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にするステップを有するようにしてもよい。
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月17日(2008.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する電子銃と、
試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、
前記指定された測定領域を記録する記憶部と、
前記測定領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部と、
前記記憶部から前記指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では前記電子ビームを前記ビームブランカ部で遮蔽し、当該測定領域では前記ビームブランカ部を通過させた前記電子ビームを前記試料上に照射して当該測定領域の画像を取得し前記パターンの測長を行う制御部と
を有することを特徴とする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記制御部は、前記測定領域に前記電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にした後、前記測長を行うことを特徴とする請求項１に記載の測長機能を備えた走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定対象領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部とを有する走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法であって、
前記記憶部から測定領域を抽出するステップと、
前記測定領域にのみ電子ビームを照射して前記測定領域の画像を取得するステップと、
前記画像を基にパターンのエッジを抽出して前記パターンの寸法を測定するステップと
を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【請求項４】
前記画像を取得するステップの前に、前記測定領域に前記電子ビームを照射して一定のチャージアップ状態にするステップを有することを特徴とする請求項３に記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記した課題は、電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部と、前記記憶部から前記指定された測定領域を抽出し、当該測定領域以外の領域では前記電子ビームを前記ビームブランカ部で遮蔽し、当該測定領域では前記ビームブランカ部を通過させた前記電子ビームを前記試料上に照射して当該測定領域の画像を取得し前記パターンの測長を行う制御部とを有することを特徴とする測長機能を備えた走査型電子顕微鏡により解決する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の他の形態によれば、上記の形態に係る測長機能を備えた走査型電子顕微鏡において実施される試料寸法測長方法が提供される。その一形態に係る試料寸法測長方法は、電子ビームを放出する電子銃と、試料上に形成された複数のパターンのうち、少なくとも一つのパターンにおいて一対の面積が等しい複数の測定領域を設定するか、又は異なるパターン間で一対の面積が等しい複数の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記指定された測定領域を記録する記憶部と、前記測定対象領域に応じて前記電子ビームの照射を制御するビームブランカ部とを有する走査型電子顕微鏡を用いた試料寸法測長方法であって、前記記憶部から測定領域を抽出するステップと、前記測定領域にのみ電子ビームを照射して前記測定領域の画像を取得するステップと、前記画像を基にパターンのエッジを抽出して前記パターンの寸法を測定するステップとを有することを特徴とする。
【国際調査報告】
2008111365.tif 000012
2008111365.tif 000013
2008111365.tif 000014
2008111365.tif 000015
2008111365.tif 000016
2008111365.tif 000017
2008111365.tif 000018
2008111365.tif 000019