(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子線を生成する電子源と、該一次電子線に対する加速電圧を供給する一次電子加速電源と、一次電子線を走査させる走査コイルと、一次電子線を試料上に集束させる対物レンズと、試料からの二次電子を検出する二次電子検出器と、試料を保持するホールダを装着するためのステージと、前記ホールダを介して試料にリターディング電圧を印加するリターディング電圧印加装置と、を有する走査型電子顕微鏡において、
前記ホールダは、所定の寸法の第１のフォトマスクを支持するための支持装置を有しており、該支持装置は、前記第１のフォトマスクの寸法と同一の寸法を有するアタッチメントを支持することが可能であり、該アタッチメントは、前記第１のフォトマスクの寸法より小さい寸法を有する、ナノインプリント用モールドを支持するように構成されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、
前記ホールダには寸法が既知の第１の寸法校正用試料が装着されており、前記アタッチメントには寸法が既知の第２の寸法校正用試料が装着されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、
前記アタッチメントは、ベースと、該ベースの上に装着され互いに直交する方向に沿って配置された２つのガイドブロックと、該ベースの上に装着された２つの保持機構と、を有し、前記ナノインプリント用モールドは前記ベースの上に配置され前記２つのガイドブロックと前記２つの保持機構によって支持されるように構成されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３記載の走査型電子顕微鏡において、
前記ベースの平面寸法は、前記第１のフォトマスクの平面寸法と同一であり、前記ベースは前記ホールダによって保持されるように構成されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３記載の走査型電子顕微鏡において、
前記保持機構の各々は、前記ベースに固定された支持部材と、前記支持部材に対して可動な押し付け部材と、前記押し付け部材と前記支持部材の間に設けられたバネと、を有し、前記バネの弾性力によって、前記ナノインプリント用モールドは、前記２つのガイドブロックに押し付けられるように構成されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、
前記ホールダの支持装置は、互いに直交する方向に沿って配置された２つのマスクガイドブロックと、該２つのマスクガイドブロックに対向するように配置された２つのピンを有し、前記第１のフォトマスクは、前記第１のフォトマスクの隣接する２辺が前記２つのマスクガイドブロックに当接するように配置され、前記第１のフォトマスクは、前記マスクガイドブロックと前記ピンの間に挟まれて配置されるように構成されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項２記載の走査型電子顕微鏡において、
前記ホールダの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍｈと前記アタッチメントの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍａを求め、前記ホールダの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍｈに対する前記アタッチメントの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍａの偏差を倍率ずれとして算出し、該倍率ずれに基づいて、前記ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値を補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、
前記ホールダに印加するリターディング電圧Ｖrを変化させ、前記二次電子検出器の出力Ｉが極小となるときのリターディング電圧Ｖr minを求め、該リターディング電圧Ｖr minより一次電子線に対する加速電圧Ｖ１を減算することによって、電圧値−ΔＶを求め、この電圧値−ΔＶに対応する倍率ずれを、予め求めた、電圧値−ΔＶと倍率ずれの関係から求め、該求めた倍率ずれに基づいて、前記ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値を補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項９】
走査型電子顕微鏡を用いた、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定方法において、
所定の寸法の第１のフォトマスクを保持するように構成されたホールダを用意するステップと、
ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを、前記第１のフォトマスクの代わりに前記ホールダに装着するステップと、
前記ホールダにリターディング電圧Ｖrを印加して、前記ホールダに設けた寸法校正用試料の寸法を測定しその測定値Ｍｈを得るステップと、
前記ホールダにリターディング電圧Ｖrを印加して、前記アタッチメントに設けた寸法校正用試料の寸法を測定しその測定値Ｍａを得るステップと、
倍率ずれを、前記寸法校正用試料の寸法の測定値の比（Ｍａ／Ｍｈ）として算出するステップと、
前記倍率ずれから、倍率ずれの補正係数を、前記倍率ずれの逆数（Ｍｈ／Ｍａ）として算出するステップと、
前記ホールダにリターディング電圧Ｖrを印加して、前記ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法を測定しその測定値Ｘを得るステップと、
前記パターンの寸法の測定値Ｘに前記倍率ずれの補正係数（Ｍｈ／Ｍａ）を乗算することによって、前記パターンの寸法をＸ１=Ｘ×（Ｍｈ／Ｍａ）として算出するステップと、
を有する測定方法。
【請求項１０】
前記アタッチメントは前記第１のフォトマスクの外形寸法と同一の外形寸法を有することを特徴とする請求項９記載の測定方法。
【請求項１１】
走査型電子顕微鏡を用いた、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定方法において、
所定の寸法の第１のフォトマスクを保持するように構成されたホールダを用意するステップと、
ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを、前記第１のフォトマスクの代わりに前記ホールダに装着するステップと、
前記ホールダに印加するリターディング電圧Ｖrを変化させ、二次電子検出器の出力Ｉが極小となるときのリターディング電圧Ｖr minを求めるステップと、
前記極小リターディング電圧Ｖr minより一次電子線に対する加速電圧Ｖ１を減算しその差電圧値−ΔＶを求めるステップと、
差電圧値−ΔＶと倍率ずれの間の関係を予め求めるステップと、
前記差電圧値−ΔＶと倍率ずれの関係から、減算結果として得た差電圧値−ΔＶに対応する倍率ずれを求めるステップと、
前記倍率ずれを用いて、前記ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値Ｘを修正するステップと、
を有する測定方法。
【請求項１２】
前記アタッチメントは前記第１のフォトマスクの外形寸法と同一の外形寸法を有することを特徴とする請求項１１記載の測定方法。
【請求項１３】
所定の寸法の第１のフォトマスクを保持するホールダを装着可能な走査型電子顕微鏡用ステージに装着可能なアタッチメントであって、
前記第１のフォトマスクの寸法より小さい寸法を有する、ナノインプリント用モールドを支持するように構成され、前記第１のフォトマスクの代わりに前記ホールダに装着可能であり、
ベースと、該ベースの上に装着された２つのガイドブロックと、該ベースの上に装着された２つの保持機構と、を有し、前記ナノインプリント用モールドは前記ベースの上に配置され前記２つのガイドブロックと前記２つの保持機構によって支持されるように構成され、
前記ベースの平面寸法は、前記第１のフォトマスクの平面寸法と同一であり、前記ベースは前記ホールダによって保持されるように構成されていることを特徴とするアタッチメント。
【請求項１４】
請求項１３記載のアタッチメントにおいて、
前記保持機構の各々は、前記ベースに固定された支持部材と、前記支持部材に対して可動な押し付け部材と、前記押し付け部材と前記支持部材の間に設けられたバネと、を有し、前記バネの弾性力によって、前記ナノインプリント用モールドは、前記２つのガイドブロックに押し付けられるように構成されていることを特徴とするアタッチメント。
【請求項１５】
請求項１３記載のアタッチメントにおいて、
更に寸法が既知の寸法校正用試料を備えたことを特徴とするアタッチメント。
【請求項１６】
一次荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、該一次荷電粒子線に対する加速電圧を供給する加速電源と、一次荷電粒子線を走査させる走査コイルと、一次荷電粒子線を試料上に集束させる対物レンズと、試料からの二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と、試料を保持するホールダを装着するためのステージと、前記ホールダを介して試料にリターディング電圧を印加するリターディング電圧印加装置と、を有する走査型荷電粒子装置において、
前記ホールダは、所定の寸法の第１のフォトマスクを支持するための支持装置を有しており、該支持装置は、前記第１のフォトマスクの寸法と同一の寸法を有するアタッチメントを支持することが可能であり、該アタッチメントは、前記第１のフォトマスクの寸法より小さい寸法を有する、ナノインプリント用モールドを支持するように構成されており、
前記ホールダには寸法が既知の寸法校正用試料が装着されており、前記アタッチメントには寸法が既知の寸法校正用試料が装着されていることを特徴とする走査型荷電粒子装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の走査型荷電粒子装置において、
前記ホールダの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍｈと前記アタッチメントの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍａを求め、前記ホールダの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍｈに対する前記アタッチメントの寸法校正用試料の寸法の測定値Ｍａの偏差を倍率ずれとして算出し、該倍率ずれに基づいて、前記ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値を補正することを特徴とする走査型荷電粒子装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の走査型荷電粒子装置において、
前記ホールダに印加するリターディング電圧Ｖrを変化させて、前記二次荷電粒子検出器の出力Ｉが極小となるときのリターディング電圧Ｖr minを求め、前記極小リターディング電圧Ｖr minより前記一次荷電粒子線に対する加速電圧Ｖ１を減算し、その差電圧値−ΔＶを求め、予め求めた差電圧値−ΔＶと倍率ずれの間の関係から、減算結果として得た差電圧値−ΔＶに対応する倍率ずれを求め、該倍率ずれに基づいて、前記ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値を補正することを特徴とする走査型荷電粒子装置。
【請求項１９】
請求項１６記載の走査型荷電粒子装置において、
前記アタッチメントは、ベースと、該ベースの上に装着され互いに直交する方向に沿って配置された２つのガイドブロックと、該ベースの上に装着された２つの保持機構と、を有し、前記ナノインプリント用モールドは前記ベースの上に配置され前記２つのガイドブロックと前記２つの保持機構によって支持されるように構成されていることを特徴とする走査型荷電粒子装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の走査型荷電粒子装置において、
前記ベースの平面寸法は、前記第１のフォトマスクの平面寸法と同一であり、前記ベースは前記ホールダによって保持されるように構成されていることを特徴とする走査型荷電粒子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ又はナノインプリント用モールド上のパターンを測定する微小寸法測定走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ウェーハ上のパターンを測定するために、微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM: Critical Dimension Scanning Electron Microscope）等の荷電粒子線装置が用いられる。近年、試料の観察方式として、リターディング電圧印加方式が用いられている。リターディング電圧印加方式の試料観察では、試料、又は、試料を支持するホールダに、リターディング電圧を印加する。それによって、試料表面に照射する荷電粒子線の照射エネルギー強度を制御する。
【０００３】
ウェーハのパターンの寸法測定では、試料の表面の帯電が問題となる。試料の表面が帯電している状態で、対物レンズを用いてフォーカスを合わると、試料表面よりずれた位置にて、結像する。この状態で、対物レンズの励磁電流を用いて倍率計算を行うと、実際の像の倍率とは異なる値が得られる。これを倍率ずれと称する。
【０００４】
倍率ずれの問題を解決するには、試料の帯電量、即ち、試料の表面電位を測定する必要がある。試料の表面電位を測定したら、表面電位を打ち消すようにリターディング電圧を制御すればよい。それによって、ウェーハに照射する電子線などの荷電粒子を所望のエネルギーに制御することができる。特許文献１、２、３には、試料の表面電位を求める手法が提案されている。
【０００５】
リターディング電圧印加方式の試料観察は、ウェーハの観察だけでなく、フォトリソグラフィの原版であるフォトマスクの観察においても、使用されている。フォトマスクは、石英ガラスの上に遮光用パターンを形成したものである。フォトマスクには、従来、プレートサイズ152x152ｘ6.35mmの6025と呼ばれるフォトマスクが用いられている。しかしながら、近年、プレートサイズ65x65x6.35mmのナノインプリント用モールドが用いられている。
【０００６】
微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）によって、フォトマスク上のパターン寸法を測定する場合、フォトマスクをホールダと称する搬送台に装着する。しかしながら、従来のホールダでは、プレートサイズ152x152ｘ6.35mmの6025フォトマスクを搭載することはできるが、プレートサイズ65x65x6.35mmのナノインプリント用モールドを搭載することはできなかった。更に、リターディング電圧は、6025フォトマスクに直接印加するのではなく、ホールダに印加する。そのため、6025フォトマスクの帯電量を直接測定することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００３／００７３３０
【特許文献２】特開２００１−５２６４２号公報
【特許文献３】特開２００７−２５７９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、ウェーハのパターンの寸法測定において、倍率ずれの問題に対する解決手段として、試料の表面電位を測定する方法が提案されている。しかしながら、このような方法は、ウェーハのパターンの寸法測定に好適であるが、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定に適用することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、リターディング電圧印加方式によってナノインプリント用モールド上のパターン寸法を正確に測定することができる微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）等の荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、ナノインプリント用モールドをホールダに装着するためのアタッチメントを用いる。アタッチメントの外形寸法は、6025フォトマスクの外形寸法と同一である。従って、従来のホールダに、ナノインプリント用モールドを装着したアタッチメントを装着することができる。従来のホールダにリターディング電圧を印加する。
【００１１】
本発明によると、倍率ずれを求め、それを用いて、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定結果を修正する。倍率ずれは、ホールダの寸法校正用試料とナノインプリント用モールドの寸法校正用試料を用いて求める。更に、倍率ずれは、ナノインプリント用モールドの帯電電圧から求めてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、リターディング電圧印加方式によってナノインプリント用モールド上のパターン寸法を正確に測定することができる微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）等の荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）の構成例を示す図である。
【図２Ａ】ホールダに6025フォトマスクを装着した状態を示す説明図である。
【図２Ｂ】ホールダにアタッチメントを装着した状態を示す説明図である。
【図３Ａ】本発明によるアタッチメントの平面構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明によるアタッチメントの側面構成を示す図である。
【図４Ａ】本発明による微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムの上面構成を示す図である。
【図４Ｂ】本発明による微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムの前面構成を示す図である。
【図４Ｃ】本発明による微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムの側面構成を示す図である。
【図５】本発明の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムを用いた測定方法の第１の例を説明する図である。
【図６】本発明による微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）を用いた電位計測方法を説明する説明図である。
【図７】本発明の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムを用いた測定方法の第２の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して本発明による走査型電子顕微鏡の例を説明する。本例の走査型電子顕微鏡は、一次電子線１０３を生成する電子源１０１、一次電子線１０３を加速する一次電子加速電極１０２、一次電子線１０３を集束させるコンデンサレンズ１０４、試料１０８ａからの二次電子１０９を反射させる反射板１０５、一次電子線１０３を走査させる走査コイル１０６、一次電子線１０３を試料１０８ａ上に集束させる対物レンズ１０７、試料１０８ａを保持するホールダ１２０を支持するステージ１１５、及び、試料１０８ａからの二次電子１０９を検出する二次電子検出器１１０を有する。これらは、鏡筒１００と試料室１００ａ内に配置されている。走査型電子顕微鏡は、更に、一次電子加速電極１０２に電圧を供給する一次電子加速電源１１３、ホールダ１２０にリターディング電圧を印加するリターディング回路１１４、及び、表面電位推定部１１２を備えた制御コンピュータ１１１を有する。表面電位推定部１１２による帯電電圧の推定は、後に図６及び図７を参照して説明する。
【００１５】
本発明の走査型電子顕微鏡は、リターディング電圧印加装置を備えている。リターディング電圧印加装置は、リターディング回路１１４を含む。
【００１６】
電子源１０１からの一次電子線１０３は、一次電子加速電極１０２によって加速され、反射板１０５の中心孔を通過し、走査コイル１０６によって偏向走査され、対物レンズ１０７によって試料１０８ａ上に集束される。一次電子線１０３は、ホールダ１２０に印加されたリターディング電圧によって生成される電場によって減速されて、試料１０８ａに照射される。試料１０８ａに一次電子線１０３が照射されると、試料から二次電子１０９が発生する。二次電子１０９は、試料１０８ａに印加されたリターディング電圧によって電子銃側に加速される。二次電子１０９は反射板１０５に衝突する。それによって、二次電子が発生する。この二次電子は、二次電子検出器１１０によって検出される。二次電子検出器１１０の出力は、制御コンピュータ１１１に送られる。制御コンピュータ１１１は、走査コイル１０６による電子ビームの走査に同期して二次電子検出器からの出力を画像信号に変換してディスプレイに表示する。それによって、試料表面の形状を二次元画像として表示する。表示された画像より、パターン寸法幅を測定することができる。
【００１７】
ここで、リターディング電圧について簡単に説明する。走査電子顕微鏡では、電子線の照射によって、試料上の回路パターンの素子が損傷する可能性がある。そこで、試料上に照射する電子線を減速させるために、試料に電圧を印加し、電界を発生させる。この電圧をリターディング電圧と呼ぶ。リターディング電圧を制御することにより、電子線の照射エネルギー強度を制御することができる。尚、リターディング電圧は、試料に直接印加してもよいが、試料を支持するホールダに印加してもよい。
【００１８】
制御コンピュータ１１１は、一次電子加速電源１１３及びリターディング回路１１４を制御するばかりでなく、試料の搬送も制御する。オペレータはマウスやキーボード、表示装置であるLCDディスプレイ画面上のボタンといったユーザーインターフェースを使って搬送動作の指示を出す。尚、試料の搬送については、後に説明する。
【００１９】
本例の走査型電子顕微鏡は、微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM: Critical Dimension Scanning Electron Microscope）であってよい。本例では、試料は、6025フォトマスクと呼ばれるプレートサイズ152×152×6.35mmフォトマスク、又は、プレートサイズ65×65×6.35mmのナノインプリント用モールドである。フォトマスクは、石英ガラスによって形成されたプレートであり、その上に遮光用パターンが形成されている。
【００２０】
走査型電子顕微鏡によって鮮明な画像を得るためには、一次電子線１０３を試料の表面上で収束させなければならない。しかしながら、試料表面の高さの変動、試料表面に付着する電荷等のため、一次電子線１０３を試料表面で収束させるのは難しい。このため、近年の荷電粒子線装置は、オートフォーカス機構を搭載している。多くのオートフォーカス機構では、対物レンズの励磁もしくはリターディング電圧の調整により、荷電粒子線が焦点を結ぶ位置を変化させ、それぞれの焦点位置にて画像を取り込む。次に、これらの画像に対して、焦点評価用のフィルタ処理（微分、２次微分、ソーベル、ラプラシアン等）を施し、焦点評価画像を作成し、焦点評価値（鮮鋭度ともいう）を算出する。ここで、焦点評価値としては、焦点評価画像に対するフィルタ処理値の合計、その平均値、分散値等を用いることができる。ここまでの工程は、通常オートフォーカスとして実行され、焦点評価値の最大値の励磁電流値若しくはリターディング電圧を合焦点時の励磁電流若しくはリターディング電圧とする。
【００２１】
図２Ａを参照して、ホールダの構造を説明する。試料ステージマスク台116に、ホールダ120が配置されている。ホールダ120上には、２つのマスクガイドブロック121、122が設けられ、更に２つのピン123、124が設けられている。２つのマスクガイドブロック121、122は互いに直交する方向に沿って延びている。正方形の6025フォトマスク108は、マスクガイドブロック121、122とピン123、124の間に挟まれて配置されている。6025フォトマスクの寸法は152×152×6.35mmである。即ち、6025フォトマスク108の隣接する2辺は、２つのマスクガイドブロック121、122に当接するように配置され、他の2辺は、２つのピン123、124によってそれぞれ保持されている。
【００２２】
ホールダ120上には、更に、寸法校正用試料128が設けられている。寸法校正用試料128は、寸法が既知の標準試料である。例えば、「100ｎｍ」試料の場合、その寸法が正確に100ｎｍであることが予め計測されている。
【００２３】
試料ステージマスク台116とホールダ120の間には、ストッパ131と、リターディング電圧印加部132、133が設けられている。リターディング電圧印加部132、133を介して、ホールダ120にリターディング電圧が印加される。リターディング電圧は、ホールダ120を介して、6025フォトマスク108に印加される。
【００２４】
本発明の走査型電子顕微鏡は、リターディング電圧印加装置を備えている。リターディング電圧印加装置は、リターディング電圧印加部132、133を含む。
【００２５】
図２Ｂは、ホールダ120に本発明によるアタッチメント200を装着した状態を示す。本例のアタッチメント200の寸法は、6025フォトマスク108と同一寸法を有する。従って、正方形のアタッチメント200は、マスクガイドブロック121、122とピン123、124の間に挟まれて配置されている。アタッチメント200によって、ナノインプリント用モールド108ａが保持されている。アタッチメント200には、寸法校正用試料228が設けられている。アタッチメント200の構造は、後に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。
【００２６】
リターディング電圧印加部132、133を介して、ホールダ120にリターディング電圧が印加される。リターディング電圧は、ホールダ120を介して、アタッチメント200に印加される。リターディング電圧は、更に、アタッチメント200を介して、ナノインプリント用モールド108ａに印加される。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、アタッチメント200の構造の例を説明する。図３Ａは、アタッチメント200の平面構成を示し、図３Ｂは、アタッチメント200の断面構成を示す。本例のアタッチメント200は、ベース201と、ベース201の上に装着された２つのガイドブロック221、222と、２つの保持機構223、224と、寸法校正用試料228を有する。ベース201の平面寸法は、6025フォトマスクの平面寸法と同一であってよい。即ち、ベース201は、152×152mmの正方形である。尚、ベース201の厚さ寸法は、6025フォトマスクの厚さ寸法と同一であってよい。
【００２８】
２つのガイドブロック221、222は互いに直交する方向に沿って延びている。正方形のナノインプリント用モールド108ａは、ガイドブロック221、222と保持機構223、224の間に挟まれて配置されている。ナノインプリント用モールド108ａの寸法は65×65×6.35mmである。
【００２９】
保持機構223は、押し付け部材2231、バネ2232、及び、支持部材2233を有する。支持部材2233は、例えばネジによって、ベース201に固定される。押し付け部材2231は、支持部材2233に対して可動である。即ち、押し付け部材2231を、支持部材2223から離れる方向又は近づく方向に移動させると、バネ2232が伸縮する。ナノインプリント用モールド108ａは、バネの弾性力によって、２つのガイドブロック221、222に押し付けられている。保持機構224は、保持機構223と同様の構造を有する。
【００３０】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して本発明の微小寸法測定走査電子顕微鏡システムについて説明する。図４Ａは本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡システムの上面構成を示し、図４Ｂは、その前面構成を示し、図４Ｃは、その側面構成を示す。本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡システムは、微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM: Critical Dimension Scanning Electron Microscope）２０とミニエンバイラメント方式の試料搬送装置１１を有する。ここでミニエンバイラメント方式とは、所定の清浄度を有する局所的な空間又は環境を備えるという意味である。従って、ミニエンバイラメント方式の試料搬送装置１１とは、試料の保管及び搬送を所定の清浄度を有する局所的な空間又は環境にて行うものである。微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）２０は、鏡筒１００と試料室１００ａを有する。鏡筒１００内には、電子光学系が配置されている。試料搬送装置１１と試料室１００ａの間に、ロードロック室（真空排気室）３１が設けられている。
【００３１】
本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡システムは、6025フォトマスクを測定対象とするように構成されている。試料搬送装置１１は、6025フォトマスクを支持したホールダ120を搬送するように構成されている。上述のように、ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントの平面寸法は、6025フォトマスクの平面寸法と同一である。従って、本例の試料搬送装置１１は、6025フォトマスクの代わりに、ナノインプリント用モールドを微小寸法測定走査電子顕微鏡２０に搬送することができる。本例の試料搬送装置１１はナノインプリント用モールドを支持したアタッチメントを支持したホールダ120を搬送することができる。
【００３２】
試料搬送装置１１内には、試料搬送ロボット１５が設けられている。試料搬送装置１１の前側にはBOLTS面１２が設けられ、このBOLTS面１２には、保管庫１０とロードポート１３が並んで設けられている。保管庫１０内には、複数枚の6025フォトマスクを収納することができる。本例では、保管庫１０内に、6025フォトマスクの代わりに、ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを収納する。ロードポート１３には、スミフポッド１４が配置される。スミフポッド１４には、１枚の6025フォトマスクを収納することができる。本例では、スミフポッド１４に、１枚のナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを収納する。ロードポート１３とスミフポッド１４は、それぞれミニエンバイラメント方式の装置及び容器として既知であり、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３３】
保管庫１０には、前面の窓１０ａ、上面の窓１０ｂ、及び、側面の窓１０ｃが設けられている。これらの窓から、保管庫１０の内部の状態を監視することができる。保管庫１０はミニエンバイラメント方式の密閉容器より構成されている。
【００３４】
試料搬送装置１１では、フォトマスクが配置又は搬送される領域では、局所的に高いクリーン度が必要である。そのため、試料搬送装置１１の全体は、箱によって覆われている。この箱の天井には、FFU（Fan Filter Unit）が設けられている。FFUを介して、箱の内部は、周囲より高圧の且つ高いクリーン度の空気が供給される。
【００３５】
ロードロック室（真空排気室）３１は密閉構造を有し、その内部は、真空排気されることができる。ロードロック室３１の内部は、第１室と第２室の２つに分割されている。各室には、マスク台３２Ａ、３２Ｂがそれぞれ設けられている。マスク台には、ホールダ120が配置される。
【００３６】
本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）には、図示しないコンピュータ、マウス、キーボード等の入力装置、LCDディスプレイを有する表示装置、記憶装置が接続されている。本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）では、搬送動作を含む全ての動作をコンピュータによって制御する。オペレータは入力装置を介して、命令及びデータを入力する。オペレータは、表示装置に表示されたボタン等のユーザーインターフェースを用いて、搬送動作の指示を入力する。
【００３７】
本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）の動作を説明する。先ず、測定対象のナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを収納したスミフポッド１４を、オペレータが手動で、又は、無人搬送車（AGV: Automatic Guided Vehicle）によって、ロードポート１３上に配置する。スミフポッド１４には１つのアタッチメントが収納されている。オペレータは、入力装置を介して、保管庫１０内のマスク収納棚の１つの段、即ち、保管位置を指定する。スミフポッド１４はロードポート１３によって開けられる。試料搬送ロボット１５は、スミフポッド１４よりアタッチメントを取り出し、保管庫１０内の指定された位置に配置する。オペレータが手動で、又は、無人搬送車（AGV）によって、空のスミフポッド１４を、測定対象のナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを収納したスミフポッド１４と交換する。同様に、スミフポッド１４内のアタッチメントを保管庫１０内の指定された位置に搬送する。これを繰返し、測定対象の全てのアタッチメントを保管庫１０に保管する。保管庫１０内に保管されたアタッチメントとその位置は、記憶装置に記憶され、且つ、表示装置に表示される。
【００３８】
こうして、ロードポート１３上のスミフポッド１４内に収納されたナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントは、試料搬送ロボット１５によって、外部に取り出されることなく、保管庫１０内に搬送される。
【００３９】
次に、オペレータは、入力装置を介して、ナノインプリント用モールドの測定を実行する命令を入力する。試料搬送ロボット１５は、保管庫１０内の指定された位置よりアタッチメントを取り出し、それを、ロードロック室３１内の２つの室のマスク台３２Ａ、３２Ｂに配置されたホールダ120上に、それぞれ配置する。こうして、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントは、ホールダ120によって支持される。
【００４０】
ロードロック室３１を密閉し、２つの室内を真空排気する。ロードロック室３１の２つの室内が規定の真空度に到達すると、ロードロック室３１の第１室と微小寸法測定走査電子顕微鏡２０の試料室１００ａの間の扉を開け、第１のマスク台３２Ａの上のホールダ120を、微小寸法測定走査電子顕微鏡２０の試料ステージマスク台１１６に搬送する。次に、ロードロック室３１の第１室と試料室１００ａの間の扉を閉じる。図２Ｂに示したように、ホールダ120にリターディング電圧を印加し、電子光学系によって、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定を行う。寸法測定では、ホールダ上の寸法校正用試料128とアタッチメント上の寸法校正用試料228を用いて、パターン寸法の測定の補正を行う。
【００４１】
寸法測定が終了すると、ロードロック室３１の第１室と試料室１００ａの間の扉を開け、試料ステージマスク台１１６の上のホールダを、ロードロック室３１の第１のマスク台３２Ａに戻す。ロードロック室３１の第１室と試料室１００ａの間の扉を閉じる。
【００４２】
次に、ロードロック室３１の第２室と試料室１００ａの間の扉を開け、第２のマスク台３２Ｂの上のホールダを、試料ステージマスク台１１６の上に搬送する。ロードロック室３１の第２室と試料室１００ａの間の扉を閉じ、電子光学系によって、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定を行う。
【００４３】
一方、ロードロック室３１の第１室を大気圧に戻し、第１のマスク台３２Ａ上のホールダ上の寸法測定が終了したアタッチメントを試料搬送ロボット１５によって、保管庫１０内の元の位置に戻す。微小寸法測定走査電子顕微鏡20における寸法計測が終了すると、ロードロック室３１の第２室と試料室１００ａの間の扉を開け、寸法計測が終了したホールダを、第２のマスク台３２Ｂの上に戻す。ロードロック室３１の第２室と試料室１００ａの間の扉を閉じ、ロードロック室３１の第２室を大気圧に戻す。寸法測定が終了した第２のマスク台３２Ｂ上のホールダ上の寸法測定が終了したアタッチメントを試料搬送ロボット１５によって、保管庫１０内の元の位置に戻す。
【００４４】
本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムによると、ロードロック室３１の内部には、２つのマスク台３２Ａ、３２Ｂを設けるため、２つのホールダを同時に且つ順次に、試料ステージマスク台１１６に搬送することができる。そのため、ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを支持するホールダの搬送動作を効率的に行うことができる。
【００４５】
本例の微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）システムによると、保管庫１０内に保管されたナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントは、試料搬送ロボット１５によって、ロードロック室３１に搬送され、ホールダ上に装着される。ホールダは、微小寸法測定走査電子顕微鏡２０の試料室１００ａ内に搬送され、そこでナノインプリント用モールドの寸法計測が行われる。ホールダは、微小寸法測定走査電子顕微鏡２０の試料室１００ａから、ロードロック室３１に搬送される。ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントは、ロードロック室３１から保管庫１０に戻される。この間に、ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントは、外部に取り出されることはない。ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメント及びそれを支持するホールダ120は、高いクリーン度の雰囲気にて、即ち、ミニエンバイラメント方式の環境にて、搬送される。
【００４６】
図５を参照して、本発明によるナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定の方法の第１の例を説明する。ステップＳ１０１にて、スミフポッド１４より、測定対象のナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを取り出す。上述のように、アタッチメントを取り出すのは試料搬送ロボット１５である。ステップＳ１０２にて、アタッチメントを、ロードロック室３１のマスク台３２Ａの上のホールダ120上に搬送し、ホールダ120に装着する。ステップＳ１０３にて、アタッチメントを支持するホールダを、微小寸法測定走査電子顕微鏡20の試料ステージマスク台１１６の上に搬送する。ステップＳ１０４にて、ホールダに、リターディング電圧を印加する。ステップＳ１０５にて、ホールダの寸法校正用試料128の寸法を測定する。この測定値を、Ｍｈとする。ステップＳ１０６にて、アタッチメントの寸法校正用試料228の寸法を測定する。この測定値を、Ｍａとする。ステップＳ１０７にて、倍率ずれがあるか否かを判定する。Ｍｈ＝Ｍａならば倍率ずれがないと判定する。Ｍｈ≠Ｍａならば倍率ずれがあると判定する。ここで倍率ずれは、ホールダの寸法校正用試料128に対するアタッチメントの寸法校正用試料228の倍率ずれである。即ち、ナノインプリント用モールドの倍率ずれである。倍率ずれがない場合にはステップＳ１０８に進み、倍率ずれがある場合にはステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０８にて、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定を行う。このとき、予め設定されたリターディング電圧を印加して、寸法測定を行う。ステップＳ１０９にて、倍率ずれを演算する。倍率ずれは、ホールダの寸法校正用試料128を基準として、アタッチメントの寸法校正用試料228の測定値の偏奇量として算出する。従って倍率ずれΔＭは、例えば、次の式によって表される。
ΔＭ＝（Ｍｈ−Ｍａ）／Ｍｈ×１００(%)、又は、ΔＭ＝Ｍａ／Ｍｈ…式（１）
【００４７】
ステップＳ１１０にて、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定を行う。このとき、予め設定されたリターディング電圧を印加して、寸法測定を行う。ステップＳ１１１にて、倍率ずれΔＭを用いて、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定結果を修正する。先ず、倍率ずれの補正係数ｋを求める。倍率ずれの補正係数ｋを、例えば、倍率ずれの逆数１／ΔＭ＝Ｍｈ／Ｍａとして求めてよい。ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値がＸの場合、測定値Ｘに倍率ずれの補正係数ｋ＝１／ΔＭを乗算することにより、真の測定値Ｘ１が得られる。
Ｘ１=Ｘ×（Ｍｈ／Ｍａ）            …式（２）
【００４８】
Ｘ１は、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定値となる。本例では、ホールダの寸法校正用試料128を基準として、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法の測定値を補正する。
【００４９】
ナノインプリント用モールドの倍率ずれについて考察する。一般に、倍率ずれは、試料の帯電によって起きる。試料が帯電していると、試料表面よりずれた位置に結像し、焦点ずれが起きる。倍率は、対物レンズの励磁電流から演算する。そのため、焦点ずれが起きた状態で倍率を計算すると、倍率ずれが発生し、正しい寸法測定値が得られない。そこで、試料の帯電量が判れば、それ寸法測定値にフィードバックすることにより、正しい測定値が得られる。
【００５０】
更に、リターディング電圧を印加しない状態では、試料表面の帯電がないが、リターディング電圧を印加すると、試料表面の帯電が発生する例が知られている。このような帯電現象は、従来から知られているウェーハ帯電とは異なる現象である。
【００５１】
リターディング電圧はホールダに印加されているため、アタッチメントに印加されている電圧は不明である。そのためホールダ側とナノインプリント用モールドが載っているアタッチメントで電位差が生じる可能性があり、ナノインプリント用モールドにフォーカスを合わせるとフォーカスにずれが起き、倍率ずれが発生し、測定の再現性に悪影響を及ぼす。
【００５２】
図６を参照して、試料の表面電位計測方法の原理を説明する。図６の実線の曲線６１は、試料が帯電していない場合のリターディング電圧Ｖrと、試料から放出される二次電子の関係を示し、横軸は、リターディング電圧Ｖr、縦軸は、二次電子検出器の出力Ｉである。電子線の加速電圧を−Ｖ1とする。加速電圧−Ｖ1は、電子顕微鏡によって決まる固定値である。電子は負電荷を有するので、リターディング電圧Ｖrは負の電位である。
【００５３】
図６の参照符号６０１は、リターディング電圧Ｖrが、電子線の加速電圧−Ｖ1より小さい場合（Ｖr＜−Ｖ1）を示す。この場合、一次電子は試料には到達できない。一次電子は試料に到達する前に電子銃の方向に反転する。反転した一次電子は、反射板１０５に到達する。それによって反射板１０５から二次電子が発生し、二次電子検出器１１０によって検出される。一次電子は、反射板を通過するときの速度で反射板に戻ってくる。そのため、反射板で発生する二次電子はリターディング電圧によらず一定の量である。したがって、二次電子検出器の出力はリターディング電圧によらずほぼ一定の値になる。
【００５４】
図６の参照符号６０２は、リターディング電圧Ｖrが、電子線の加速電圧−Ｖ1に略等しい場合（Ｖr＝−Ｖ1）を示す。この場合、加速電圧−Ｖ1による加速と、リターディング電圧Ｖrによる減速は略同一である。従って、一次電子のエネルギーは試料表面上で０［ｅＶ］になる。そのため、試料から二次電子を発生させることができない。二次電子検出器の出力は低下する。
【００５５】
図６の参照符号６０３は、リターディング電圧Ｖrが、電子線の加速電圧−Ｖ1より大きい場合（Ｖr＞−Ｖ1）を示す。この場合、一次電子線は試料表面に到達し、試料から二次電子が発生し、その二次電子は二次電子検出器１１０によって検出される。リターディング電圧Ｖrを高くすることにより、試料への到達する電子のエネルギーが大きくなる。従って、リターディング電圧Ｖrをプラス方向に上昇させるにしたがい二次電子の発生量が増える。試料の測定時に用いるリターディング電圧Ｖrの値は、この範囲（Ｖr＞−Ｖ1）にて、設定される。
【００５６】
図６の破線の曲線６２は、試料が帯電している場合のＶr−Ｉ特性を示す。ここでは、試料の帯電電圧を−０．２ｋｖとする。試料が帯電している場合のＶr−Ｉ特性は、試料が帯電していない場合のＶr−Ｉ特性と同様であるが、帯電電圧に相当する量だけシフトしている。Ｖr−Ｉ曲線のシフト量を求めることによって、試料の帯電電圧を求めることができる。
【００５７】
以上より、リターディング電圧Ｖrを変化させると、二次電子検出器１１０の出力Ｉが極小となる電圧値が存在する。これをＶr minとする。帯電電圧ΔＶがゼロの場合、この電圧値Ｖr minは、電子線の加速電圧−Ｖ1に等しい。即ち、Ｖr min＝−Ｖ1である。帯電電圧ΔＶがゼロでない場合、この電圧値Ｖr minは、電子線の加速電圧Ｖ1に等しくない。即ち、Ｖr min＝−Ｖ1−ΔＶである。従って、帯電電圧−ΔＶは次の式によって得られる。
−ΔＶ＝Ｖr min＋Ｖ1          …式（３）
【００５８】
Ｖr minは、二次電子検出器１１０の出力Ｉが極小となるときのリターディング電圧、−Ｖ1は電子線の加速電圧である。電圧値Ｖr minが電子線の加速電圧−Ｖ1に等しい場合には、帯電電圧ΔＶはゼロであることが判る。こうして、リターディング電圧Ｖrを増減させ、二次電子検出器１１０の出力Ｉを検出することによって、帯電電圧の値が判る。
【００５９】
しかしながら、本例では、ナノインプリント用モールドはアタッチメントに支持され、アタッチメントはホールダによって支持されている。ホールダにリターディング電圧Ｖrを印加するとき、ホールダとナノインプリント用モールドに均一な帯電が発生するか否か不明である。
【００６０】
図７を参照して、本発明によるナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定の方法の第２の例を説明する。ステップＳ２０１にて、図２Ｂに示すように、ナノインプリント用モールドを支持するアタッチメントを、ホールダに装着し、このホールダを試料ステージマスク台に装着する。ステップＳ２０２にて、リターディング電圧Ｖrを変化させ、二次電子検出器１１０の出力Ｉが最小となる電圧値Ｖr minを求める。ステップＳ２０３にて、上述の式（３）によって帯電電圧−ΔＶを求める。ステップＳ２０４にて、ナノインプリント用モールド上のパターンの寸法測定を行う。このとき、予め設定されたリターディング電圧を印加して、寸法測定を行う。ステップＳ２０５にて、帯電電圧値−ΔＶから、倍率ずれΔＭを求め、求めた倍率ずれによって測定結果を修正する。
【００６１】
例えば、帯電電圧値−ΔＶと倍率ずれΔＭの間の関係を予め求めておく。帯電電圧値−ΔＶを求めたら、この関係より、倍率ずれΔＭが得られる。倍率ずれの補正係数ｋは、上述のように、倍率ずれの逆数として求めてよい。こうして、倍率ずれの補正係数ｋが得られたら、それによって測定値を修正することができる。尚、ここで求めた倍率ずれΔＭは、ナノインプリント用モールドの帯電電圧に起因した倍率ずればかりでなく、アタッチメントを用いたことに起因する倍率ずれを含むものである。
以上、本発明を微小寸法測定走査電子顕微鏡（CD-SEM）を例として説明したが、本発明は走査型荷電粒子線装置に適用可能である。
【００６２】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００６３】
１０…保管庫、１０ａ…前面の窓、１０ｂ…上面の窓、１０ｃ…側面の窓、１１…試料搬送装置、１２…BOLTS面、１３…ロードポート、１４…SMIFポッド、１５…試料搬送ロボット、３１…ロードロック室、３２Ａ、３２Ｂ…マスク台、１００…鏡筒、１００ａ…試料室、１０１…電子源、１０２…一次電子加速電極、１０３…一次電子、１０４…コンデンサレンズ、１０５…反射板、１０６…走査コイル、１０７…対物レンズ、108…6025フォトマスク、108ａ…ナノインプリント用モールド（試料）、１０９…二次電子、１１０…二次電子検出器、１１１…制御コンピュータ、１１２…表面電位推定部、１１３…一次電子加速電源、１１４…リターディング回路、１１５…ステージ、116…試料ステージマスク台、120…ホールダ、121、122…マスクガイドブロック、123、124…ピン、128…寸法校正用試料、131…ストッパ、132、133…リターディング電圧印加部、200…アタッチメント、201ベース、221、222…ガイドブロック、223、224…保持機構、228…寸法校正用試料
【図１】
0005473439.tif 000002
【図２Ａ】
0005473439.tif 000003
【図２Ｂ】
0005473439.tif 000004
【図３Ａ】
0005473439.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
0005473439.tif 000007
【図４Ｂ】
0005473439.tif 000008
【図４Ｃ】
0005473439.tif 000009
【図５】
0005473439.tif 000010
【図６】
0005473439.tif 000011
【図７】
0005473439.tif 000012