(57)【要約】【課題】  本発明は、深孔、深溝のような高アスペクトの構造体の底部のエッジ情報を顕在化することを荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、上記目的を達成するために、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、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、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を提案する。【選択図】  図３
2014022040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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、測長を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記偏向器はウィーンフィルタであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項1において、
前記制御装置は、前記偏向器の偏向状態を少なくとも２つに変化させると共に、当該２つの偏向状態にて得られた信号波形を用いて前記測長を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記制御装置は、前記偏向器の偏向状態を複数変化したときに得られる信号波形のピーク高さが所定の条件を満たすときの信号波形を用いて、前記測長を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記他部材は、前記試料から放出された荷電粒子の衝突によって電子を発生する変換電極であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記制御装置は、前記測長の方向に応じて、前記偏向器による偏向方向を選択することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
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、当該偏向器を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記検出器の出力に基づいて信号波形を形成し、当該信号波形のピークが示す輝度が所定の条件を満たすように、前記試料から放出される荷電粒子を偏向し、当該偏向に基づいて得られる信号波形を用いて、前記試料上のパターン寸法の測長を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記偏向器はウィーンフィルタであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記制御装置は、前記偏向器の偏向状態を複数変化したときに得られる信号波形のピークのピークトップ、或いは所定値以上の輝度を持つピークを用いて、前記測長を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記他部材は、前記試料から放出された荷電粒子の衝突によって電子を発生する変換電極であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項７において、
前記制御装置は、前記測長の方向に応じて、前記偏向器による偏向方向を選択することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
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、当該偏向器を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記偏向器による偏向後に検出される信号波形に基づいて、前記試料上に形成されたライン、及び／又はスペースの判定を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置、及びパターン測定方法に係り、特に試料から放出される荷電粒子を偏向して検出する荷電粒子線装置、及びパターン測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パターンの微細化に伴い，デバイスにおいては微妙な形状の差が動作特性に影響をおよぼすことから，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（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ： ＳＥＭ）には高感度・高精度化が、従来に増して求められるようになった。特に，深い孔や溝のようなアスペクト比（深さ／幅）の大きなパターンの底部等から放出される信号の高効率検出が求められている。
【０００３】
この場合，信号が少ないなかで，出てくる信号をいかに効率的に検出するかが重要であり，検出信号の角度・方向弁別を有効に活用すること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ような深孔の底から放出された電子に基づいて、高コントラストの孔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（光軸との相対角が小さい軌道を通過する電子（高アングル電子））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（高アングル電子に対して相対的に光軸との相対角が大きい軌道を通過する電子（低アングル電子））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。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平０９−５０７３３１号公報（対応米国特許ＵＳＰ  ５，４９３，１１６）
【特許文献２】特開２００６−２２８９９９号公報（対応米国特許ＵＳＰ  ７，４４９，６９０）
【特許文献３】特開２００６−３３２０３８号公報（対応米国特許ＵＳＰ  ７，４６２，８２８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１乃至３に説明されているように、角度弁別に基づく特定方向電子の選択的検出によれば、孔底等の情報を強調した画像を形成することができる。しかしながら、孔底から放出される電子の内、側壁に近い部分から放出される電子は側壁に衝突する可能性が高いため、検出効率が低くなる。特に特許文献２、３に説明されているように、左右の検出器の出力を均等にしようと試みると、ホールパターンを対象とした場合、左右のエッジの輝度が均一化され、１のエッジの信号を十分に検出できなくなる可能性がある。特に２つのエッジ間の寸法を測定する測長型走査電子顕微鏡（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳＥＭ：  ＣＤ−ＳＥＭ）の場合、測長基準となる２つのエッジの双方が高いＳ／Ｎ比を持っていないと、高精度測長を実現することが困難となる。
【０００６】
以下、深孔、深溝のような高アスペクトの構造体の底部のエッジ情報を顕在化することを目的とする荷電粒子線装置、及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なパターンの識別を目的とする荷電粒子線装置、及びパターン測定方法について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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、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を提案する。
【０００８】
また、上記目的を達成するための他の態様として、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、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、前記検出器の出力に基づいて信号波形を形成し、当該信号波形のピークが示す輝度が所定の条件を満たすように、前記試料から放出される荷電粒子を偏向し、当該偏向に基づいて得られる信号波形を用いて、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を提案する。
【０００９】
更に、上記目的を達成するための他の態様として、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、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、前記偏向器による偏向後に検出される信号波形に基づいて、前記試料上に形成されたライン、及び／又はスペースの判定を行う荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、深孔、深溝のような高アスペクトの構造体の底部のエッジ情報を顕在化することが可能となる。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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図２】二次信号偏向器による二次信号の偏向軌道の一例を示す図。
【図３】二次電子偏向器による二次電子の偏向軌道の一例を示す図。
【図４】二次電子の偏向による効果を示す図。
【図５】二次電子の偏向による効果を示す図。
【図６】二次電子アライメントに基づいて得られる信号波形を用いて測長を行う工程を示すフローチャート。
【図７】異なる二次電子アライメント条件にて得られた２つの信号波形を重ねた例を示す図。
【図８】二次電子アライメント条件を変化させたときのピークの輝度の変化を示す図。
【図９】走査電子顕微鏡を含む測定システムの概要を示す図。
【図１０】測定条件を設定するためのＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１１】マルチチャンネルプレートを検出器とする走査電子顕微鏡の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
特定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、特定の角度や方向に検出器や二次電子変換電極を配置することが考えられる。角度・方向弁別のための主な手法としては，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，信号を弁別できる角度や方向に制限があり，任意の角度・方向での弁別は難しい。
【００１３】
この点を改良するために，複数の検出素子からなる環状検出器を用いることが考えられる。しかし環状検出器では，弁別性能に柔軟性をもたせるために素子を分割する数を多くすると，素子あたりの検出信号が減少する。し，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，二次電子アライナの使用によって、ある程度抑制することが可能であるが、十分な信号量を確保できない場合がある。
【００１４】
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、及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、二次電子を角度・方向弁別検出する際に，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、及びパターン寸法測定方法について説明する。
【００１５】
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，試料から射出する荷電粒子を，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射出角度に応じて選択的に検出する。特に形状観察の難しい凹部から出てくる信号のうち，不要な情報を抑制することで，有用な情報を際立たせ，形状検査等をおこなうことが可能となる。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の偏向状態を切り換えるように、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方向の情報が強調されると共に、他方向の情報は制限される。更に他の偏向状態では、他の特定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ことによって、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ことが可能となる。
【００１６】
本実施例によれば，深孔・深溝の底部側壁付近の情報（例えばエッジ情報）を高精度に検出することが可能となり，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。
【００１７】
図１は走査電子顕微鏡の概要を示す図である。電界放出陰極１１と引出電極１３との間に引出電圧１２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上を二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ため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），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次電子とは逆方法に進行し，２次電子制限板３１に到達する。高角の２次電子２（ａ）は２次電子制限板３１の孔を通過し，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は、２次電子２（ａ）が、反射板２７の電子ビーム通過開口を通過して、電界放出陰極１１に向かうことのないよう、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に向かって偏向する。
【００１８】
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、二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。
【００１９】
角度弁別するためには高角の２次電子２（ａ）を2次電子制限板３１の孔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精度の結果，あるいは孔径の選択を目的として意図的に２次電子制限板３１の孔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の孔に通すため，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１次電子の軌道に影響しないよう，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。
【００２０】
２次電子アライナＩＩ３３（ａ），３３（ｂ）の制御方法の概念を図２に示す。イメージシフト偏向器２５，２６を使用して試料表面の離軸した位置Ｌｓに１次電子を照射する。そこから放出された高角の２次電子２（ａ）は光軸を逆方向に進行する。対物レンズ１７，イメージシフト偏向器２５，２６を通過する際に偏向作用を受け，2次電子アライナＩＩ（Ｌ）３３（ｂ）に離軸量ＬＬ，角度θＳＥで進入する。2次電子アライナＩＩ（Ｌ）３３（ｂ）を用いて，2次電子アライナＩＩ（Ｕ）３３（ａ）の中心を通過するように２次電子２（ａ）を角度θＬで偏向する。次に2次電子アライナＩＩ（Ｕ）３３（ａ）を用いて，光軸に平行になるように角度θＵで偏向すれば，２次電子制限板３１の中心を光軸に平行に通すことができるようになる。
【００２１】
なお，図２では断面図を用いて説明しているが，実際には対物レンズ１７における磁場による回転を考慮して方位角方向についても制御する必要がある。その際は，イメージシフト，各２次電子アライナにおける方位各成分について，磁場による回転角度を予め求めておき，行列演算して制御する。磁場による回転角度は，後述の２次電子到達位置検知方法，あるいは電子軌道シミュレーションなどを用いて求めることができる。
【００２２】
次に，２次電子制限板３１において光軸外へ偏向制御する方法について図３に示す。イメージシフト未使用時の２次電子２（ａ）に対し，θＬとθＵが同角度で反対方向となるように制御すると，軌道は光軸と平行を保ったまま位置だけをずらすことができる。本実施例ではこれを利用し，高角の２次電子２（ａ）のうち，所望の角度の信号だけを２次電子制限板３１の孔に通すために，２次電子アライナを用い，高角の２次電子２（ａ）の２次電子制限板３１への到達位置を制御する。
【００２３】
また本実施例装置は、検出された二次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。
【００２４】
なお、図３の説明は制御計算機が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次信号検出器１３で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。
【００２５】
以下の本実施例では，荷電粒子線を通常使用される基板に対して垂直方向への入射を変更することなく，当該走査箇所から放出された２次電子を２次電子アライナにより偏向し，上段検出器２８（ａ）に検出される高角の２次電子２（ａ）のうち，２次電子制限板３１を通過する角度成分を制限することにより，特定方向に射出した荷電粒子のみ検出し，検出された信号のプロファイルを導出し，そのプロファイルに基づいてパターンの微細な形状を検出する方法，およびその装置について説明する。なお  本発明は，各種の荷電粒子線装置（ＳＥＭ，ＦＩＢ等）に適用可能であるが，以下の実施例では代表としてＳＥＭを用いる場合を例にとって説明する。
〔実施例1〕：深溝・深孔中の微細な形状
図４（ａ）に，深溝パターンの模式図を示す。通常のＳＥＭで深溝パターンを観察すると，穴底から出た信号は，側壁に遮蔽されて検出されにくいので，孔上部に比べ，信号量が低下し，図４（ｂ）のような画像とプロファイルとなる。しかしこの状態では，溝底の形状を確認することはできないため，通常プリチャージや引き上げ電界の強化等により，溝底からの信号量全体を増やす手段を用いる。信号量が増えれば，そのぶん溝底形状は確認しやすくなるが，それだけでは不十分な場合も多い。そこで，本手法を用い，信号の選択的検出を行う。まず，ＳＥアライナによって二次電子を図３中ａの方向に曲げると，図４中（ｃ）のような画像と信号プロファイルが得られる。次に，二次電子を図３中ｂの方向に曲げると，図４（ｄ）のような画像と信号プロファイルが得られる。その結果，図４（ａ）の深溝パターンの左右の側壁底部には，図４（ｂ）では検出できなかった底部の微細形状１０２が存在することを検出できる。
【００２６】
ＳＥアライナの動作は，任意の方向・角度に設定が可能なので，図４のように３６０度にエッジのある孔形状でも，エッジの全方向での底部観察が可能である。また，ＳＥアライナの制御は電圧・電流印加だけなので，動作がすばやく，左右に切り替えた際に視野がずれることもないため，自動化された工程においてもスループットを落とさずに適用が可能である。
【００２７】
図６は二次電子アライナによる二次電子到達位置の制御に基づいて、試料上の寸法測定を実行する工程を示すフローチャートである。まず、演算器４０に接続された入力装置から、パターンの測定条件を設定する（ステップ６０１）。図９は、測定条件を設定する入力装置９０２がネットワークを介して、走査電子顕微鏡９０１を含む測定装置に接続された測定システムの一例を示す図である。図１０は入力装置９０２の表示装置に表示される測定条件設定用のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面の一例を示す図である。このＧＵＩ画面では、電子ビームを用いた測定の条件（例えば電子ビームの光学条件）を設定することが可能となっている。ここで設定された光学条件に基づいて、光学条件設定部９０５は制御装置４１による制御条件を設定し、記憶装置４５にその設定情報を記憶する。これらの条件に基づいて、試料ステージや視野位置調整用の偏向器の制御条件が設定される。
【００２８】
また、座標情報（Ｌｏｃａｔｉｏｎ）と視野サイズ（ＦＯＶ  ｓｉｚｅ）の入力に基づいて、演算器４０に内蔵された演算処理部９０３の設計データ抽出部９０６は、設計データ記憶媒体９０４から、当該座標の設計データを読み出し、図形データとして、表示領域１００１に表示する。また、電子ビームの光学条件と共に、当該表示領域１００１にて、測定対象パターンの測定基準（測定始点と測定終点）を示す測長ボックス１００２、１００３を設定する。パターン測定部９０８では、測長ボックス１００２、１００３の内部にて、所定の輝度部分、或いはピークトップの検出に基づいて、測定始点と測定終点を設定し、両者間の寸法を測定する。
【００２９】
次に、光学条件設定部９０５は、設定された測長ボックスの位置に応じて、記憶装置４５に記憶された設定条件に基づいて、二次電子アライナの条件を設定する（ステップ６０２）。二次電子アライナの条件として、測長ボックスに含まれるエッジの輝度が十分に確保できる二次電子アライメント条件が選択される。測定条件に応じて予め二次電子アライナ条件が記憶されている場合には、測長に要する２つのアライメント条件が記憶装置４５から読み出される。また、適正なアライメント条件が判らない場合には、測長方向に二次電子軌道を所定偏向強度単位で偏向し、エッジを示すピークが所定値以上となった偏向強度のときの信号波形を選択するようにしても良い。図８はホールの右エッジ、或いは左エッジの複数の二次電子アライナの偏向強度に対する輝度の推移を表したグラフである。エッジ部分の輝度が低い状態（例えば図４（ｂ）の状態）と、エッジの部分の輝度が高い状態（例えば図４（ｃ）（ｄ））の両方の情報が検出できるため、その中から輝度の最も高い、或いは輝度が所定値以上アライメント条件によって得られた信号波形を用いて測長を行うようにしても良い。また、ピーク位置を通過する近似関数を作成し、当該近似関数に基づいてピーク位置を同定するようにしても良い。
【００３０】
ホールパターンの場合、右エッジと左エッジで適正なアライメント条件が異なるため、複数の選択肢の中から２つの適正なアライメント条件の選択に基づくピーク抽出を行う。また、下層のパターンと上層のパターンとの間を測定するような場合は、下層パターンの１のエッジ位置が判ればよいので、１のアライメント条件のみを設定するようにしても良い。
【００３１】
次に、１又は複数の２次電子アライメント条件において、設定された光学条件に基づくビーム走査を行い、信号波形、或いは画像を形成する（ステップ６０３）。このステップでは図１０に例示したフレーム数（Ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  Ｆｒａｍｅｓ）の設定に応じてビーム走査を行う。２次電子アライメント条件が予めわかっている場合には、測定基準となるエッジの数に応じて、２次電子アライメント条件がわからない場合には、所定の偏向強度数の２次電子アライメント条件を設定し、その条件ごとに画像、或いは信号波形を形成する。この処理後、エッジ位置を検出し、複数のエッジ間の寸法測定を実行する（ステップ６０４、６０５）。寸法測定は例えば、図７に例示するように、波形合成部９０７によって、左エッジが強調された波形７０１と、右エッジが強調された波形７０２を選択、重畳し、パターン測定部９０８によって、所望のエッジ間の寸法（図７の場合ｘ１）を測定する。理論上、２次電子アライナは、陰極から放出される電子ビームを偏向することがないため、波形７０１と波形７０２を取得したときの視野は全く同じとなる。よって、例えば得られた波形の端部の位置を一致させるように重ねることで、２つのエッジの相対位置は実パターンのエッジ間の距離を示すものとなり、高精度な寸法測定を行うことができる。
【００３２】
上述の実施例は、図１に例示したような走査電子顕微鏡に内蔵された２次電子アライナを用いてパターンの寸法測定を行う例について説明したが、例えば図１１に例示するような走査電子顕微鏡を用いて寸法測定を行うようにしても良い。図１１の走査電子顕微鏡は、図１の反射板２７、３１に代えて電子を直接的に検出するマイクロチャンネルプレート１１０１、１１０２を検出器が設けられている。本例の場合、マイクロチャンネルプレート１１０２が、電子ビーム通過開口を備えた開口部形成部材となる。マイクロチャンネルプレート１１０１、１１０２によって検出された信号は、増幅器１１０３、１１０４によって増幅され、図示しない信号処理装置に伝達される。
【００３３】
また、図１、１１に例示した走査電子顕微鏡は、低アングル電子を検出するための検出器（下検出器２８（ｂ）、マイクロチャンネルプレート１１０２）を備えている。上述の実施例では、低アングル電子の通過を制限する部材に対して適正な位置に２次電子の軌道が位置付けられるようにアライメントを行う場合であって、上側の検出信号の変化に基づいて、適正なアライメント条件を求める例を説明したが、下側の検出器の出力に基づいて適正なアライメント条件を見出すようにしても良い。図８の例は、上側の検出器の出力に基づいて、ある特定のエッジの輝度が最も高い偏向強度を求めているが、上側の検出器での出力が最大になるということは反対に、下側の検出器の出力は最小になると考えられる。よって、下側の検出器の出力に基づいて、アライメント条件を求めるようにしても良い。
［実施例２］：ＬＳ判定
図５（ａ）は，通常のＳＥＭにおけるラインアンドスペース画像の例を示したものである。ラインとスペースの太さが等しく，明るさにあまり差がない場合，プロファイルは図５（ｂ）のようになり，ラインとスペースは判定しにくい。本発明によれば，二次電子を図３中a方向に偏向することで，図５（ｃ）に示すように，スペース部分に陰影がつき，凹凸を容易に判定できる。ライン部とスペース部では，射出する二次電子の仰角成分が異なる。スペース部から射出する二次電子は，隣接するラインパターンが発生した二次電子を遮蔽するので，射出可能な仰角の範囲はスペースの幅とラインパターンの高さによって制限されるため，2次電子のほとんどが高角成分である。そのため，ライン部分に比べ，ＳＥアライナと二次電子制限板を用いた検出信号制御による影響を受けやすく，図５（ｃ）のように，スペース部分に影のある画像が形成される。このとき，ライン部分とスペース部分のプロファイル変化の違いから，ラインとスペースを見分けることができる。上記のような理由から，スペース部は偏向後，輝度に非対称さが生じる。そのため，図５（ｄ）のようにプロファイルの勾配がライン部に比べて大きくなる。これを利用すると，凹凸が判定でき，図５（ａ）は図５（ｅ）のような形状であることが判別できる。
【００３４】
より具体的には、「ラインとスペース」の間のピークなのか「スペースとライン」の間のピークなのかによって、アライメント後の信号に変化に違いが出るため、ピークの特徴を抽出することで、凹凸判定を行う。例えば、図５（ｄ）に例示するように、偏向方向（アライメント方向）が図３（ａ）の場合、高いピークの偏向方向にスペース、偏向方向と反対方向にラインが存在することが判る。また、裾部分が拡がるピークの偏向方向にスペース、偏向方向と反対側にラインが存在することが判る。更に、低いピークの偏向方向にライン、偏向方向と反対方向にスペースが存在することが判る。そして、裾部分が狭まるピークの偏向方向にライン、偏向方向と反対側にスペースが存在することが判る。また、偏向方向が図３（ｂ）の場合、図３（ａ）と逆の結果が得られることになる。
【００３５】
以上のようなピークの変化を、例えば、アライメント前後の信号波形間の比較、アライメントなしの信号波形とアライメントありの信号波形との比較、或いはアライメントあり同士の比較（例えば逆方向にアライメントに基づいて得られる複数の信号波形間の比較）に基づいて求めることによって、ライン或いはスペースの判定を行うようにすると良い。また、アライメント後の信号波形に含まれる隣接するピーク間の比較によって、上記特徴を抽出するようにしても良い。
【００３６】
演算処理部９０３では、以上のような判断基準に基づいて、２つのピークに囲まれた領域がラインなのかスペースなのかを判断する。また、２次電子アライナは一次電子ビームを偏向しないので、測定に要する波形と凹凸判定のための波形の相対位置が変化することがなく、判定結果を取り違えてしまうようなことのない高精度な判定が可能となる。測定のためのビーム走査の前、或いは後にステージの移動や偏向器による視野移動を行うことなく、連続的に２次電子アライメントを実行し、上述のような凹凸判定を行うことによって、上述のような効果を得ることが可能となる。なお、信号波形を微分し、波形の特徴を顕在化した上で凹凸判定を行うようにしても良い。また、アライメント後の信号波形を用いて凹凸判定と測定の両方を行うようにしても良い。この場合、２次電子アライメントによるエッジ部分のピークが顕在化した信号波形を用いて、パターンの測定を行うことができる。
【００３７】
本実施例によれば，ＳＥＭ画像内のラインとスペースのような，類似形状が連続するパターンで，とくに波形の特徴だけでは判定が困難なパターンでも，高さ情報を利用できるのでより正確に凹凸を判定することができる。また，入射電子の傾斜やステージの傾斜は行なわないため，視野ずれの補正等が不要でスループットに与える影響は小さく，自動化された生産工程においても有効である。また，二次電子の偏向は，全方向への偏向が可能で，縦パターン・横パターンの両方に対応でき，さらに単純なラインアンドスペースなどの1次元形状だけでなく，縦横にエッジがあるような2次元パターンでも判定可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  一次電子ビーム，
２（ａ）  ２次電子（高角成分），（ｂ）：２次電子（低角成分）
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
【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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