(57)【要約】  複雑化したＬＳＩパターンであっても、スループットへの影響を最小限に抑えながら、電子線の走査方向によらずに高精度にパターン輪郭を得ることのできる試料観察方法を提供するために、試料観察方法において、観察対象のパターンのエッジ７０８に関し、電子ビームの走査方向７０７と平行なエッジの有無を判定し（Ｓ７０２）、ＹＥＳの場合には、パターンエッジ近傍の領域を局所プリドーズ領域７０９に指定し（Ｓ７０３）、電子ビームの局所プリドーズを実施（Ｓ７０４）して、画像取得時の電子ビーム照射により発生した二次電子が試料表面に引き戻されにくいよう初期帯電状態を制御する。
2010095392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、
観察対象パターンのエッジの中で、前記走査電子顕微鏡の電子ビームの走査方向に対して平行な部分を有するパターンエッジの有無を判定するステップと、
前記判定ステップで有の場合、有と判定された前記パターンエッジの近傍領域を選択的にプリドーズの領域に指定するステップと、
指定された前記プリドーズ領域に対し、電子ビームによるプリドーズを実行するステップと、
その後、電子ビーム照射を行い、前記観察対象パターンの画像を取得するステップと、を含むことを特徴とする試料観察方法。
【請求項２】
請求項１記載の試料観察方法において、
前記判定するステップで用いる前記観察対象パターンの形状情報は、製品の設計情報に基づいて作成されることを特徴とする試料観察方法。
【請求項３】
請求項１記載の試料観察方法において、
前記判定するステップで用いる前記観察対象パターンの形状情報は、前記観察対象パターンの観察画像取得時の走査より少ないフレーム積算枚数で取得した前記観察対象パターンの画像を用いて作成されることを特徴とする試料観察方法。
【請求項４】
請求項１記載の試料観察方法において、
指定された前記プリドーズの領域は、前記観察対象パターンの画像を構成する画素の大きさに応じて調整可能であることを特徴とする試料観察方法。
【請求項５】
請求項１記載の試料観察方法において、
前記観察対象パターンの画像を取得するステップに続き、更に、
取得した前記画像の中から、前記観察対象パターンの輪郭の抽出可否を判定するステップを有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項６】
請求項５記載の試料観察方法において、
パターン輪郭の抽出可否の判定には、パターンエッジ部の階調値を表すラインプロファイルを用いることを特徴とする試料観察方法。
【請求項７】
請求項５記載の試料観察方法において、
前記パターン輪郭の抽出可否の判定の結果が否の場合、再度プリドーズ領域を指定するステップ、再度指定されたプリドーズ領域への電子ビームによるプリドーズを実行するステップ、電子ビーム照射を行い前記観察対象パターンの画像を取得するステップとを更に有することを特徴とする試料観察方法。
【請求項８】
電子源と、前記電子源から引き出された電子ビームを走査する偏向器と、観察試料を載せる試料台と、前記試料台上の試料に前記電子ビームを照射して得られる電気信号を検出する検出器と、前記電子源と前記偏向器と前記試料台と前記検出器とを制御する制御演算装置と、前記検出器からの電気信号を可視信号に変換し、前記可視化信号に基づく画像を表示する表示画面を備えたコンピュータとを含む走査電子顕微鏡であって、
前記制御演算装置は、前記観察対象パターンのエッジの中に前記電子ビームの走査方向に対して平行なものが含まれるかどうかを判定するパターンレイアウト判定機能と、前記判定で含まれるとの結果の場合、前記観察対象パターンのエッジ近傍の選択された領域をプリドーズ領域に指定するプリドーズ領域指定機能とを更に有し、
前記コンピュータは、前記試料に形成された観察対象パターンの形状情報および指定された前記プリドーズ領域の情報を記憶する記憶部とを更に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８記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御演算装置は、前記観察対象パターンの輪郭を抽出するラインプロファイル抽出機能を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項９記載の走査電子顕微鏡において、
前記制御演算装置は、前記ラインプロファイル抽出機能を用いて抽出された前記観察対象パターンの輪郭の抽出の可否を判定するパターン輪郭抽出可否判定機能を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項８記載の走査電子顕微鏡において、
前記コンピュータは、画像メモリを備えた描画部を有し、
前記画像メモリは、前記検出器で検出された電気信号を蓄積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】
本発明は、走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム応用装置、例えば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などを用いて被検物（ＬＳＩパターンが形成されたウエハ等）を観察する際には、電子銃から放出された電子ビームを走査偏向器で偏向し、電子ビーム走査により被検物の表面から発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子を検出し、得られた信号を処理して画像を取得する。【０００３】
図１に従来走査（以下、インターレス走査）を示す。１０１は走査順序、１０２は走査線番号、１０３は走査領域を示す。これまで一般的に使用されてきた画像表示では、被検物上の走査位置で得られた二次電子信号を画像表示用の素子（ピクセル）に伝送して、二次元画像を表示してきた。画像表示用の素子は通常、水平／垂直方向に均等に配置されており、インターレス走査では水平方向の走査の後に、垂直方向に一列とばしで移動して、再び水平走査を行う動作を繰り返す。次に、飛ばした列に対しても同様の動作を繰り返す。従来の電子顕微鏡の動作に関しては例えば、特許文献１や特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２３７１６号公報
【特許文献２】特開平５−１５１９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＳＩパターンなどの凹凸形状や材質の異なる箇所を電子ビームで走査すると、パターンの形状や電子ビームの走査方向に依存して、帯電状態が異なり、これに起因してＳＥＭ像におけるコントラスト変動が生じる場合がある。【０００６】
例えば、電子ビームの走査方向と直交するエッジと走査方向に平行なエッジとでは、エッジ部のコントラストや像解像度に違いが生じる場合がある。この現象は、エッジ部の階調値を表わすラインプロファイルの変動として観察される。例えば図２において、パターンエッジ２０１に対して垂直方向に沿った走査２０２では、そのラインプロファイルの立ち上がりがシャープであるのに対し、パターンエッジ２０１に対して平行方向に沿った走査２０３では、そのラインプロファイルの立ち上がりがブロードになる。【０００７】
この原因について、図３を用いて説明する。図３において、符号３０１は電子ビーム、符号３０２は絶縁体(フォトレジスト等)パターン、符号３０３は電子ビーム照射による試料表面の正帯電、符号３０４は電子ビーム照射により発生した二次電子、符号３０５は絶縁体パターン３０２に対し平行な走査方向、符号３０６は絶縁体パターン３０２に対し垂直な走査方向を示す。【０００８】
図３（ａ）は、絶縁体パターン３０２に対し平行方向３０５に電子ビームを走査する場合を示している。この場合、絶縁体部分を連続的に走査するため、試料表面の正帯電３０３が強くなり、電子ビーム照射により発生した二次電子３０４が試料表面に引き戻されやすくなる。これにより、二次電子の検出率が低下し、パターン輪郭の抽出が困難となる。【０００９】
一方、図３（ｂ）は絶縁体パターン３０２に対し垂直方向３０６に電子ビームを走査する場合を示している。図３（ａ）に比べると、連続して走査する絶縁体の距離が短いため、試料表面の正帯電３０３が図３（ａ）ほど強くなく、電子ビーム照射により発生した二次電子３０４は引き戻されにくいと考えられる。【００１０】
このように、同一の形状であっても、電子ビームの走査する方向に依存してエッジの解像度に差が生じてしまう。これまで測定してきた単純なラインパターン等の配線パターンでは、パターンの長手方向に対して直交するような走査方向で画像を取得しているため、エッジ部の解像度に問題が生じることは特になかった。しかし、近年のＬＳＩパターンの複雑化により、配線パターンなどの一次元計測だけでは十分な形状評価およびプロセス管理が困難になってきている。【００１１】
上述した通り、インターレス走査ではパターン形状や走査方向に依存したコントラスト変動、およびエッジ方向による解像度の変化が生じる場合がある。従って、インターレス走査で得られた画像から二次元的な形状計測を行うと、計測結果に走査方向の影響が含まれる場合があり、正確な計測結果を得ることができない。【００１２】
特許文献１には、エネルギーフィルタを用いて二次電子のエネルギーを弁別し、得られる電子収量の変化から試料電位の変動を測定し、電子ビーム照射時に形成される帯電の時定数を抽出し、抽出した時定数を基にインターレス走査の走査間隔を最適化し、ＳＥＭ像に現れる歪みや倍率変動を抑制する技術が開示されている。この方法でも上記課題に対して一定の効果が期待されるものの、今後のＬＳＩパターン形状の複雑化に対して、走査間隔の最適化が困難になることが予想される。【００１３】
また、特許文献２には、観察領域全面またはより広い領域にプリドーズを実施し、二次電子の検出量を向上させる方法が提案されている。しかしながら、レジスト等の有機物質にプリドーズを行うと、パターン自体がダメージを受け、正しい形状の画像が取得できないという問題が生じる。また、観察領域全面プリドーズでは時間がかかり、スループットが低下するとの問題も生じる。【００１４】
本発明の目的は、複雑化したＬＳＩパターンであっても、スループットへの影響を最小限に抑えながら、電子線の走査方向によらずに高精度にパターン輪郭を得ることのできる試料観察方法を提供することにある。
また、レジストパターンを観察する場合であってもパターンダメージの少ない試料観察方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため一形態として、走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、観察対象パターンのエッジの中で、前記走査電子顕微鏡の電子ビームの走査方向に対して平行な部分を有するパターンエッジの有無を判定するステップと、前記判定ステップで有の場合、有と判定された前記パターンエッジの近傍領域を選択的にプリドーズの領域に指定するステップと、指定された前記プリドーズ領域に対し、電子ビームによるプリドーズを実行するステップと、その後、電子ビーム照射を行い、前記観察対象パターンの画像を取得するステップとを含むことを特徴とする試料観察方法とする。
【発明の効果】
【００１６】
複雑化したＬＳＩパターンであっても、スループットへの影響を最小限に抑えながら、電子線の走査方向によらずに高精度にパターン輪郭取得が可能な試料観察方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】インターレス走査（従来走査）の走査手順を説明するための説明図である。
【図２】電子ビームの走査方向とラインプロファイルのピーク強度の相関を説明するための説明図であり、（a）は走査方向とラインパターンエッジとの関係を示す平面図、（ｂ）は走査方向とラインプロファイルとの対応を示す図である。
【図３】電子ビームの走査により発生した二次電子が試料表面に引き戻される状況を説明するための説明図であり、（a）は走査方向とラインパターンとが同一方向である場合、（ｂ）は走査方向とラインパターンとが直交する場合である。
【図４】本発明に係る試料観察方法で用いる走査電子顕微鏡の装置構成の概略図である。
【図５】局所プリドーズによる初期帯電制御の最適形態を説明するための説明図である。
【図６】照射エネルギーに対する二次電子発生効率δを示す図である。
【図７】第１の実施例の説明図であり、（ａ）は試料観察方法の流れ図、（ｂ）は局所プリドーズ領域の指定方法、（ｃ）局所プリドーズ用のマスクファイルを示す。
【図８】第２の実施例の説明図であり、（ａ）は試料観察方法の流れ図、（ｂ）局所プリドーズ領域の指定方法、（ｃ）局所プリドーズ用のマスクファイルを示す。
【図９】本発明の効果を説明するための説明図であり、（ａ）は局所プリドーズを行なわずに電子線を走査して取得した画像の模式図、（ｂ）は局所プリドーズ後電子線を走査して取得した画像の模式図、（ｃ）は設計情報に対応した画像の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
まず、本試料観察方法に用いる走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)の装置構成について図４を用いて説明する。なお、領域を選択的に指定し局所的にプリドーズすることを、以下「局所プリドーズ」と呼ぶ。
〔装置の構成〕
本発明に係る試料観察方法で用いる走査電子顕微鏡の装置構成を図４のブロック図に示す。符号４００はＳＥＭの鏡体を示す。電子源は陰極４０１と第一陽極４０２とを備え、陰極４０１と第一陽極４０２の間には、制御演算装置４２２で制御される高電圧制御電源４１３により電圧が印加され、所定のエミッション電流が陰極４０１から引き出される。陰極４０１と第二陽極４０３の間には演算装置４２２で制御される高電圧制御電源４１３により加速電圧が印加されるため、陰極４０１から放出された一次電子ビーム４０４は加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子ビーム４０４は、集束レンズ制御電源４１４で制御された集束レンズ４０５で収束され、絞り板４０７で一次電子ビーム４０４の不要な領域が除去される。
【００２０】
その後、一次電子ビーム４０４は、対物レンズ制御電源４１５で制御された対物レンズ４０６により、試料４０８に微小スポットとして収束されると共に、偏向器４１０で試料上を二次元的に走査される。偏向器４１０の走査信号は、観察倍率に応じて偏向器制御電源４１６により制御される。また、試料４０８は二次元的に移動可能な試料ステージ４２３上に固定されている。試料ステージ４２３はステージ制御部４１７により移動が制御される。
【００２１】
一次電子ビーム４０４の照射によって試料４０８から発生した二次電子（電気信号）４０９は、二次電子検出器４１１により検出される。描画装置４２０は検出された二次電子信号を可視信号に変換して別の平面上に適宜配列するように制御を行うことで、ＳＥＭ像表示装置４１８に試料の表面形状に対応した画像をＳＥＭ像として表示する。描画装置４２０及びＳＥＭ像表示装置４１８は、別に設置されたコンピュータ４４０内にある。
【００２２】
二次電子検出器４１１で検出された信号は、信号アンプ４１２で増幅された後、制御演算装置４２２を介して描画装置４２０内の画像メモリに蓄積されるようになっている。
【００２３】
描画装置４２０内の画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号は、演算装置４２２内で生成され、アナログ変換された後に、偏向器４１０に供給されるＸ方向のアドレス信号は、例えば描画装置４２０内の画像メモリが５１２×５１２画素（ｐｉｘｅｌ）の場合、０から５１２を繰り返すデジタル信号であり、Ｙ方向のアドレス信号はＸ方向のアドレス信号が０から５１２に到達したときにプラス１される０から５１２の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。
【００２４】
描画装置４２０内の画像メモリのアドレスと電子ビームを走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには偏向器４１０による電子ビーム偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、ＳＥＭ像表示装置４１８の輝度変調信号となる。
【００２５】
描画装置４２０内の画像メモリには、Ｓ／Ｎ改善のため画像（画像データ）を重ねて（合成して）記憶する機能が備えられている。例えば、８回の二次元走査で得られた画像を重ねて記憶することで、１枚の完成した像を形成する。すなわち、１回もしくはそれ以上のＸ−Ｙ走査単位で形成された画像を合成して最終的な画像を形成する。１枚の完成したＳＥＭ像を形成するための画像数（以下、フレーム積算枚数）は任意に設定が可能であり、二次電子発生効率等の条件を考慮して適正な値が設定される。
【００２６】
入力装置４１９はオペレータと演算装置４２２のインターフェースを行うもので、オペレータはこの入力装置４１９を介して上述の各ユニットの制御を行う他に、測定点の指定や寸法測定の指令を行う。入力装置４１９は、描画装置４２０及びＳＥＭ像表示装置４１８同様、別に設置されたコンピュータ４４０内にある。
【００２７】
また、本装置４２２は検出された二次電子等に基づいて観察対象パターンの輪郭を抽出するラインプロファイル抽出機能４２４を備えている。ラインプロファイルは一次電子ビームを走査したときの電子検出量、或いはＳＥＭ像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、パターンエッジ部の階調値を表し、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計測等にも用いられる。本装置４２２においては、パターン輪郭の抽出可否を判定する機能４２５において前記ラインプロファイルを用いる。
【００２８】
また、記憶装置４２１において検査対象のパターンエッジ形状情報を記憶する。記憶装置４２１は、描画装置４２０、ＳＥＭ像表示装置４１８及び入力装置４１９同様、別に設置されたコンピュータ４４０内にある。制御演算装置４２２は、さらに、記憶装置４２１に記憶された形状情報に基づき、電子ビームの走査方向に対して平行なパターンエッジを含むかどうかを判定するパターンレイアウト判定機能４２６を持つ。
【００２９】
制御演算装置４２２は局所プリドーズ領域を指定する機能４２７を有しており、検査対象において、電子ビームの走査方向に対して平行なパターンエッジを含む場合、局所プリドーズ領域を指定する機能４２７で局所プリドーズ用のマスクファイルを作成し、作成したマスクファイルは記憶装置４２１に格納しておく。
〔帯電制御の原理〕
走査方向の影響が無い、又は影響が無視できる画像を取得するためには、画像取得をする前に予めパターンエッジ近傍の初期帯電状態を制御する方法が有効と考えられる。
局所プリドーズにより試料表面の初期帯電状態を制御するためには、局所プリドーズ時の電子ビーム照射条件と試料表面の帯電極性との関係が重要となってくる。
【００３０】
画像取得時の電子ビーム照射で発生した二次電子が試料表面に引き戻されないためには、図５に示すように観察対象パターン５０２の近傍を負の帯電状態に制御することが望ましい。５０１は電子ビーム、５０２は絶縁体パターン(観察対象パターン)、５０３は局所プリドーズでパターンの両サイドを負に帯電させる様子、５０４は負帯電により二次電子が引き戻されない様子、５０５は検出される二次電子を示す。パターンの両サイドを挟むように局所プリドーズで負に帯電させ、画像取得時の二次電子が試料表面に引き戻されないようにする。この方法を用いることで、検出される二次電子の量は向上する。
【００３１】
局所プリドーズの際、極性が負になるよう帯電制御するためには、電子ビームの照射条件が重要なパラメータとなってくる。そこで、本発明の原理を説明するに当たり、照射エネルギーと帯電極性の関係を説明する。
【００３２】
電子ビーム照射による試料の表面帯電は、（二次電子量）／（一次電子量）で定義される二次電子発生効率δによって決まる。二次電子発生効率δは図６のような特性を示す。そして、この二次電子発生効率δが１、つまり、一次電子と二次電子の個数が一致する照射エネルギーを境界として、照射エネルギーは３つの範囲（６０１、６０２、６０３）に区分される。照射エネルギー範囲６０１と６０３では二次電子の個数が一次電子より少なく、試料は負に帯電する。それに対し、照射エネルギー範囲６０２では二次電子が一次電子より多いので、試料は正に帯電する。試料が数Ｖに正帯電すると、エネルギーが数ｅＶと小さい二次電子は試料表面に引き戻される。この現象により、照射エネルギー範囲を選ぶことにより試料表面を負に帯電させることが可能となる。
【００３３】
以上を考慮すると、電子ビームの走査方向とパターンエッジが平行となる場合、選択的にパターンエッジ近傍領域（指定領域）が負に帯電するように、局所プリドーズ時の電子ビーム照射条件（照射エネルギー、ドーズ量など）を設定し、画像取得時の電子ビーム照射で発生する二次電子が試料表面に戻らないようにすればよいことが分かる。以下、実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００３４】
第１の実施例について、図７を用いて説明する。なお、上記〔帯電制御の原理〕〔装置の構成〕に記載され、本実施例に未記載の内容は〔帯電制御の原理〕〔装置の構成〕に記載の内容と同様である。【００３５】
本実施例では観察対象をレジストパターンとした。観察するレジストパターンのライン幅は１００ｎｍ、膜厚は１５０ｎｍである。図７（ａ）は、本実施例における試料観察方法の具体的な手順を示す流れ図である。【００３６】
まず、ウェハをＳＥＭの試料室にロードし（Ｓ７０１−１）、画像取得位置までステージ移動をする（Ｓ７０１−２）。次に、製品の設計情報の中の観察対象パターンの形状情報を用いて、電子ビームの走査方向と平行なパターンエッジが含まれるかどうかをパターンレイアウト判定機能４２６（図４参照）で判定する（Ｓ７０２）。【００３７】
判定の結果、含まれなければ（ＮＯの場合）、そのまま観察対象パターンの画像を取得 (本番画像取得)し、終了する。含まれる場合（ＹＥＳの場合）、設計情報に基づき局所プリドーズ領域指定機能４２７（図４参照）を用いて、図７（ｂ）のように局所プリドーズ領域７０９を指定し、その情報から局所プリドーズ用のマスクファイル（図７（ｃ））を作成する（Ｓ７０３）。作成したマスクファイルは記憶装置４２１（図４参照）に保存する。図７（ｂ）及び（ｃ）において、符号７０７は電子ビームの走査方向、符号７０８は走査方向と平行なパターンエッジ、符号７０９は指定した局所プリドーズ領域、符号７１０は局所プリドーズ時に電子ビームを照射しない領域を示す。【００３８】
次に、記憶装置４２１（図４参照）に保存したマスクファイルを読み出し、局所プリドーズを実行する（Ｓ７０４）。局所プリドーズ時の条件を以下に示す。まず、局所プリドーズ領域はパターンエッジから２０ｎｍ程度離れたところを開始点とし、幅５０ｎｍの領域を設定する。電子ビームの照射条件は、照射エネルギーを１０Ｖ、ドーズ量を単位平方センチメートル当たり２３３０μＣとする。局所プリドーズが終了した後、本番の画像取得条件に切り替え、画像取得を行う（Ｓ７０５）。このときの電子ビーム照射条件は、照射エネルギーを３００Ｖ、ドーズ量を単位平方センチメートル当たり４４０μＣとする。【００３９】
次に、ラインプロファイル抽出機能４２４（図４参照）で取得した画像のラインプロファイルを抽出する。さらに、パターン輪郭抽出可否判定機能４２５（図４参照）でラインプロファイルのピーク強度を算出し、パターン輪郭の抽出可否を判定する（Ｓ７０６）。【００４０】
抽出できていたら（ＹＥＳの場合）、そのまま終了する。抽出できていない場合は（ＮＯの場合）、新しいパターンに移動し、再度Ｓ７０２のステップより実行する。但し、観察対象がレジスト等の有機物以外の材料（二酸化シリコンやシリコンナイトライド等の無機材料）で構成され、電子線照射によるダメージが小さい場合には、新しいパターンに移動せず、同一箇所で再度実行しても良い。また、局所プリドーズを行なってから画像取得が終了するまでの所要時間がｍｓオーダーであり、局所プリドーズの効果は持続する、すなわち帯電量の変化量は無視できると考えてよい。【００４１】
なお、指定するプリドーズの領域は、画像を構成する画素の所望の大きさに応じて調整可能である。本実施例においては、局所プリドーズをパターンエッジから２０ｎｍ離した位置で行なったが、パターンエッジを電子線照射しない範囲でパターンエッジに近づけることができる。また、局所プリドーズの幅を５０ｎｍとしたが、２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とすることができる。【００４２】
図９を用いて、実施例よりもさらに複雑なパターンを有するウェハを観察した場合について説明する。図９（ａ）は従来走査を用いて取得した画像、図９（ｂ）は本発明を用いて取得した画像、図９（ｃ）は設計情報を示す。従来走査を用いて取得した画像において、消失していたパターンの輪郭が、本発明を用いることで図９（ｂ）のように抽出可能となり、図９（ｃ）に示す設計情報に対応した画像が得られるようになった。半導体デバイスの生産管理に本実施例の方法を適用した結果、画像誤認率を低減することが可能になった。図９の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、符号９０１は電子ビームの走査方向を示す。【００４３】
本実施例によれば、電子ビームの走査方向と平行なパターンエッジを有する場合、局所プリドーズを行なうことにより、初期帯電状態を制御することで、試料表面に引き戻される二次電子量の低減が可能となり、複雑化したＬＳＩパターンであっても、電子線の走査方向によらずに高精度に任意のパターン輪郭を抽出できる試料観察方法の提供が可能である。【００４４】
また、局所プリドーズであることから、観察視野全面プリドーズに比べプリドーズ時間の短縮が可能であり、スループットの低減を抑えることができる。また、レジストパターン等の有機物を用いたパターンを観察する場合であっても、局所プリドーズ時にはパターンへの電子線照射を行なわないため、パターンダメージの少ない試料観察方法を提供することができる。また、レジストパターン等の有機物パターンへの電子ビーム照射がなされないため、カーボン等の物質が飛散することがなく、局所プリドーズ時には観察物たるパターンや試料室内部を汚染することがない。また、本試料観察方法は半導体デバイスの生産管理に適用することができる。また、観察対象パターンのエッジの中に電子ビームの走査方向に対して平行なものが含まれるかどうかを判定するパターンレイアウト判定機能と、前記判定で含まれるとの結果の場合、前記観察対象パターンのエッジ近傍の選択された領域をプリドーズ領域に指定するプリドーズ領域指定機能とを備えることにより本試料観察方法に好適な走査電子顕微鏡を提供することができる。
【実施例２】
【００４５】
第２の実施例について、図８を用いて説明する。なお、上記〔帯電制御の原理〕〔装置の構成〕および実施例１に記載され、本実施例に未記載の内容は〔帯電制御の原理〕〔装置の構成〕および実施例１に記載の内容と同様である。【００４６】
本実施例では観察対象をレジストパターンとした。観察するレジストパターンのライン幅は１００ｎｍ、膜厚は１５０ｎｍである。図８（ａ）は、本実施例における試料観察方法の具体的な手順を示す流れ図である。【００４７】
実施例１同様、まずウェハをＳＥＭの試料室にロードし（S８０１−１）、画像取得位置までステージ移動をする（Ｓ８０１−２）。次に、フレーム積算枚数以外の条件を本番画像取得条件に合わせ、本走査より少ないフレーム積算枚数で観察対象パターンの画像を取得する（Ｓ８０２）。本走査より少ないフレーム積算枚数とは、パターンのレイアウトが識別できる程度の低フレーム積算枚数で良いものとする（例えば、２フレーム積算枚数画像など）。低フレーム積算枚数画像から観察対象パターンの形状情報を取得し、観察対象パターンに、電子ビームの走査方向と平行なパターンエッジが含まれるかどうかをパターンレイアウト判定機能４２６（図４参照）で判定する（Ｓ８０３）。【００４８】
判定の結果、含まれなければ（ＮＯの場合）そのまま観察対象パターンの画像を取得(本番画像取得)し、終了する。含まれる場合（ＹＥＳの場合）、低フレーム積算枚数画像の情報に基づき局所プリドーズ領域指定機能４２７（図４参照）を用いて、図８（ｂ）のように局所プリドーズ領域を指定し、その情報から局所プリドーズ用のマスクファイル（図８（ｃ））を作成する（Ｓ８０４）。作成したマスクファイルは図４の記憶装置４２１に保存する。図８（ｂ）及び図８（ｃ）において、符号８０８は電子ビームの走査方向、符号８０９は走査方向と平行なパターンエッジ、符号８１０は指定した局所プリドーズ領域、符号８１１は局所プリドーズ時に電子ビームを照射しない領域を示す。【００４９】
次に、記憶装置４２１（図４参照）に保存したマスクファイルを読み出し、局所プリドーズを実行する（Ｓ８０５）。局所プリドーズ時の条件を以下に示す。まず、局所プリドーズ領域はパターンエッジから２０ｎｍ程度離れたところを開始点とし、幅５０ｎｍの領域を設定する。電子ビームの照射条件は、照射エネルギーを１０Ｖ、ドーズ量を単位平方センチメートル当たり２３３０μＣとする。【００５０】
局所プリドーズが終了した後、本番の画像取得条件に切り替え、画像取得を行う（Ｓ８０６）。このときの電子ビーム照射条件は、照射エネルギーを３００Ｖ、ドーズ量を単位平方センチメートル当たり４４０μＣとする。ラインプロファイル抽出機能４２４（図４参照）で取得した画像のラインプロファイルを抽出する。さらに、パターン輪郭抽出可否判定機能４２５（図４参照）でラインプロファイルのピーク強度を算出し、パターン輪郭の抽出可否を判定する（Ｓ８０７）。【００５１】
抽出できていたら（ＹＥＳの場合）、そのまま終了する。抽出できていない場合（ＮＯの場合）は、新しいパターンに移動し、再度Ｓ８０３のステップより実行する。但し、実施例１と同様、観察対象パターンがレジスト以外で、電子線照射によるダメージが小さいものである場合、新しいパターンに移動せず、同一箇所で再度実行して良い。また、局所プリドーズしてから画像取得が終了するまでの所要時間がｍｓオーダーであることより、局所プリドーズの効果は持続する、すなわち帯電量の変化量は無視できるほど小さい。【００５２】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、電子ビームの走査方向と平行なパターンエッジが含まれるかどうかを判定するためのパターンを、実際のパターンが形成された試料表面の画像データを用いて取得することから、設計情報のない未知のパターンであっても高精度にパターン輪郭を抽出できる。
【符号の説明】
【００５３】
１０１：走査順序、１０２：走査線番号、１０３：走査領域、２０１：パターンエッジ、２０２：パターンエッジに対し垂直方向に沿った走査、２０３：パターンエッジに対し平行方向に沿った走査、３０１：電子ビーム、３０２：絶縁体パターン、３０３：試料表面の帯電、３０４：電子ビーム照射により発生した二次電子、３０５：パターンに対し平行な走査方向、３０６：パターンに対し垂直な走査方向、４００：ＳＥＭの鏡体、４０１：陰極、４０２：第一陽極、４０３：第二陽極、４０４：一次電子ビーム、４０５：集束レンズ、４０６：対物レンズ、４０７：絞り板、４０８：試料、４０９：二次電子、４１０：偏向器、４１１：二次電子検出器、４１２：信号アンプ、４１３：高電圧制御電源、４１４：集束レンズ制御電源、４１５：対物レンズ制御電源、４１６：偏向器制御電源、４１７：ステージ制御部、４１８：ＳＥＭ像表示装置、４１９：入力装置、４２０：描画装置、４２１：記憶装置、４２２：制御演算装置、４２３：試料ステージ、４２４：ラインプロファイル抽出機能、４２５：パターン輪郭の抽出可否判定機能、４２６：パターンレイアウト判定機能、４２７：局所プリドーズ領域指定機能、４４０：表示部を備えたコンピュータ、５０１：電子ビーム、５０２：絶縁体パターン、５０３：負帯電、５０４：負帯電により二次電子が試料表面に引き戻されない様子、５０５：検出される二次電子、６０１：二次電子発生効率が１より小さい範囲、６０２：二次電子発生効率が１よりも大きい範囲、６０３：二次電子発生効率が１よりも小さい範囲、７０７：電子ビームの走査方向、７０８：走査方向と平行なパターンエッジ、７０９：指定した局所プリドーズ領域、７１０：局所プリドーズ時に電子ビーム照射しない領域、８０８：電子ビームの走査方向、８０９：走査方向と平行なパターンエッジ、８１０：指定した局所プリドーズ領域、８１１：局所プリドーズ時に電子ビーム照射しない領域、９０１：電子ビームの走査方向。
【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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【国際調査報告】
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