(57)【要約】【課題】半導体パターンのホールのボトムの輪郭が試料表面で遮蔽された場合であっても正しい傾斜状態を電子顕微鏡装置で測定できるようにする。【解決手段】電子顕微鏡装置を、相対的に低いエネルギーの電子を検出する高仰角に配置した第１検出手段と、及び相対的に高いエネルギーの電子を検出する低仰角に配置した第２検出手段と、第１の検出器より得た第１画像より、予め設定された領域内で半導体パターンのホール領域を特定する手段と、第２の検出器より得た第２画像で、ホール領域の外周と、外周からホール中心方向に検出した穴底までの距離に基づいて傾斜方位、及び傾斜角に関する指標をホール個別に算出する手段と、計測対象画像に含まれるホール個別に測定した結果から、計測対象画像の代表値としての穴の傾斜方位、及び穴の傾斜角に関する指標を算出する手段とを備えて構成する。【選択図】  図５
2018045871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上に形成されたホールの傾斜を測定する電子顕微鏡装置であって、
ホールが形成された半導体ウェーハに照射した１次電子ビームにより前記半導体ウェーハから発生した電子のうち相対的に低いエネルギーの電子を検出する高仰角に配置した第１検出部と、
前記半導体ウェーハに照射した前記１次電子ビームにより前記半導体ウェーハから発生した電子のうち相対的に高いエネルギーの電子を検出する低仰角に配置した第２検出部と、
前記相対的に低いエネルギーの電子を検出した前記第１検出部からの出力信号から得た第１画像を処理して予め設定された領域内で半導体パターンのホール領域を特定するホール領域特定部と、
前記相対的に高いエネルギーの電子を検出した前記第２検出部からの出力信号から得た第２画像を処理して前記ホール領域特定部で特定した前記ホール領域の外周と、前記外周から前記ホール領域の中心方向に検出した前記ホール領域の穴底までの距離に基づいて前記ホール領域の傾斜方位、及び前記ホール領域の傾斜角に関する指標を前記第２画像に含まれる複数の前記ホール領域について前記ホール領域ごとに算出する傾斜情報算出部と、
前記傾斜情報算出部で前記ホール領域ごとに算出した結果から、前記第２画像における複数の前記ホール領域の代表値としての前記ホール領域の傾斜方位、及び前記ホール領域の傾斜角に関する指標値を算出する指標値算出部と
を有することを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項２】
前記指標値算出部で算出した前記指標値に基づいて、重ね合わせ測定、穴底寸法測定、および穴の深さ測定の何れかまたは全てを選択して処理することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡装置。
【請求項３】
前記指標値算出部で算出した前記指標値に基づいて前記１次電子ビームを傾斜させて前記半導体ウェーハに照射して、前記半導体ウェーハから発生した電子を前記第１検出部と前記第２検出部とで検出することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡装置。
【請求項４】
前記第１検出部と前記第２検出部とで検出して得た信号を処理して、重ね合わせ測定、乃至穴底寸法測定、乃至穴の深さ測定の少なくとも一つ以上を行うことを特徴とする請求項３記載の電子顕微鏡装置。
【請求項５】
前記傾斜情報算出部で前記第２画像に対し予め設定された領域内において算出された前記ホール領域ごとの傾斜方位及び傾斜角に関する指標値を前記第２画像上に線分表示するとともに、前記指標値算出部で算出した前記ホール領域ごとの傾斜方位及び傾斜角に関する指標値から前記第２画像の代表値としての傾斜方位及び傾斜角に関する指標値を前記第２画像上に線分で表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡装置。
【請求項６】
前記傾斜情報算出部は、前記ホール領域の前記外周から前記ホール領域の中心方向に検出して得られる前記ホール領域の側壁端までの距離情報に基づいて前記ホール領域の傾斜の有無を判別し、前記ホール領域が傾斜していない無傾斜と判別されたホール領域は、前記表示部において線分表示を行わないことを特徴とする請求項５記載の電子顕微鏡装置。
【請求項７】
前記ホール領域が傾斜していない無傾斜と判別されたホール領域の個数が、前記第２画像内の計測対象ホール領域の数に対して予め設定した一定の割合を超えた場合、あるいは、前記ホール領域に測定した傾斜方位のばらつきが予め定めた値以上の場合、前記表示部において線分表示を行わず、前記第２画像の傾斜測定値を無傾斜を表す表示にすることを特徴とする請求項６記載の電子顕微鏡装置。
【請求項８】
半導体ウェーハ上に形成されたホールの傾斜を電子顕微鏡装置で測定する方法であって、
ホールが形成された半導体ウェーハに照射した１次電子ビームにより前記半導体ウェーハから発生した電子のうち相対的に低いエネルギーの電子を高仰角に配置した第１検出部で検出して第１画像を生成する工程と、
前記半導体ウェーハに照射した前記１次電子ビームにより前記半導体ウェーハから発生した電子のうち相対的に高いエネルギーの電子を低仰角に配置した第２検出部で検出して第２画像を生成する工程と、
前記第１画像を生成する工程で生成した前記第１画像を処理して予め設定された領域内で半導体パターンのホール領域を特定するホール領域特定工程と、
前記第２画像を生成する工程で生成した前記第２画像を処理して前記ホール領域の外周と、前記外周から前記ホール領域の中心方向に検出した穴底までの距離に基づいて傾斜方位、及び傾斜角に関する指標値をホール個別に算出する傾斜情報算出工程と、
前記傾斜情報算出工程で処理した前記第２画像に含まれる前記ホール領域ごとに測定した結果から、前記第２画像に含まれる複数の前記ホール領域の代表値としての穴の傾斜方位、及び穴の傾斜角に関する指標値を算出する工程と指標値算出工程と
を有することを特徴とする電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。
【請求項９】
前記傾斜情報算出工程において算出した前記指標値に基づいて、重ね合わせ測定、穴底寸法測定、および穴の深さ測定の何れかまたは全てを選択して処理する測定皇帝を更に含むことを特徴とする請求項８記載の電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。 
【請求項１０】
前記傾斜情報算出工程において算出した前記指標値に基づいて、前記１次電子ビームを傾斜させて前記半導体ウェーハに照射して、前記半導体ウェーハから発生した電子を前記第１検出部と前記第２検出部とで検出することを特徴とする請求項８記載の電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。
【請求項１１】
前記傾斜情報算出工程において算出した前記指標値に基づいて、重ね合わせ測定、穴底寸法測定、および穴の深さ測定の少なくとも一つ以上を行うことを特徴とする請求項１０記載の電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。
【請求項１２】
前記傾斜情報算出工程で前記第２画像に対し予め設定された領域内において算出された前記ホール領域ごとの傾斜方位及び傾斜角に関する指標値を画面上で前記第２画像上に線分表示する工程と、
前記傾斜情報算出工程で前記第２画像に対し予め設定された領域内において算出された前記ホール領域ごとの傾斜方位及び傾斜角に関する指標値から前記第２画像の代表値としての傾斜方位及び傾斜角に関する指標値を前記画面上に線分で表示する工程と、
を有することを特徴とする請求項８記載の電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。
【請求項１３】
前記傾斜情報算出工程において、前記ホール領域の前記外周から前記ホール領域の中心方向に検出して得られる前記ホール領域の側壁端までの距離情報に基づいて前記ホール領域の傾斜の有無を判別する工程と、
前記ホール領域の傾斜の有無を判別する工程において傾斜していない無傾斜と判別されたホール領域について、前記画面上に線分表示を行わないことを特徴とする請求項１２記載の電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。
【請求項１４】
前記ホール領域が傾斜していない無傾斜と判別されたホール領域の個数が、前記第２画像内の計測対象ホール領域の数に対して予め設定した一定の割合を超えた場合、あるいは、前記ホール領域に測定した傾斜方位のばらつきが予め定めた値以上の場合、前記画面上において線分表示を行わず、前記画面上で前記第２画像の傾斜測定値を無傾斜を表す表示にすることを特徴とする請求項１３記載の電子顕微鏡装置を用いた傾斜ホール計測方法。
【請求項１５】
半導体ウェーハ上に形成されたホールの傾斜を測定する電子顕微鏡装置であって、
ホールが多数形成された半導体ウェーハに照射した１次電子ビームにより前記半導体ウェーハから発生した電子を検出して得た画像で、前駆半導体ウェーハに形成された前記ホールの外周と、該外周から前記ホールの中心方向に検出した穴底までの距離に基づいて前記ホールの傾斜方位、及び傾斜角に関する指標を前記ホールごとに算出する手段と、
前記画像に含まれる前記ホールごとに測定した結果から、前記画像に含まれる多数の前記ホールの代表値としての前記ホールの傾斜方位、及び前記ホールの傾斜角に関する指標を算出する手段とを
有することを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項１６】
前記画像に対し予め設定された領域内において算出された、前記ホールごとの傾斜方位及び傾斜角に関する指標を前記画像に線分表示し、
前記ホールごとの傾斜方位、及び傾斜角に関する指標から求めた前記画像に含まれる多数の前記ホールの代表値としての傾斜方位、及び傾斜角に関する指標値を、線分で表示し、
前記代表値としての傾斜方位、及び該傾斜角に関する指標値を前記画像の測定出力とすることを特徴とする請求項１５記載の電子顕微鏡装置。
【請求項１７】
前記ホールの領域の前記外周から前記ホールの中心方向に検出した前記ホールの側壁端までの距離に基づいて前記ホールの傾斜の有無を判別し、無傾斜と判別されたホールは、前記画像において線分表示を行わないことを特徴とする請求項１６記載の電子顕微鏡装置。
【請求項１８】
前記無傾斜と判別されたホールの個数が、前記画像内の計測対象ホール数に対して一定の割合を超えた場合、あるいは、前記ホールごとに測定した傾斜方位のばらつきが予め定めた値以上の場合、前記線分表示を行わず、前記画像の傾斜測定値を前記無傾斜を表す表示にすることを特徴とする請求項１７記載の電子顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハに形成されたパターンを計測する電子顕微鏡装置及びそれを用いた傾斜ホールの測定方法に係り、特に半導体ウェーハに形成されたホールパターンの傾斜を測定する電子顕微鏡装置及びそれを用いた傾斜ホールの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの加工装置であるドライエッチング装置は、ガスチャンバ内の平行平板コンデンサ間の電界により、イオン化したガス分子をウェーハ表面に作用させて加工するものであるが、ウェーハ固定治具がこの加工で時間と共に損傷を受け、ウェーハ外周部で電界が乱れ、ウェーハに対し垂直に加工できなくなる。ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）や３Ｄ−ＮＡＮＤ（３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ＮＡＮＤ  ｔｙｐｅ  ｆｌｕｓｈ  ｍｅｍｏｒｙ）で加工される高いアスペクト比のホール（穴）では、ホールの傾斜となり、歩留まり低下の要因となる。
【０００３】
特許文献１には、基板上に形成されたホールパターンの検査を目的に、ホールパターンの画像を取得し、画像からホールパターンの上面形状と、下面形状を求め、ホールパターンの上面と下面間の位置ずれを検出する方法が開示されている。この位置ずれがホールの傾斜に起因することが特許文献１の図２に示されている。
【０００４】
特許文献２は、基板上のホールパターンを計測する電子線顕微鏡システムであって、後方散乱電子と二次電子の画像をそれぞれ取得し、二次電子像からホールのトップ輪郭を、後方散乱電子像からホールのボトム輪郭を検出し、各輪郭の中心のずれを評価することでホールが垂直にあいていないことを判別できることが開示されている。
【０００５】
特許文献３は、基板上のホールパターンのオーバーレイを計測する電子線顕微鏡システムであって、工程毎に形成される回路パターン領域を分けて認識し、各パターンについて基準画像と計測画像間の差異を画像処理により定量化し、差異の定量化結果からオーバーレイを算出する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献４は、基板上のホールパターンの計測のための電子線顕微鏡システムであって、高加速電圧で加速した一次電子線を試料に照射する手段と、低角の後方散乱電子の検出手段を設け、試料を透過した穴底から放出された電子の検出を行うことで、穴の深さや、穴底の径を計測する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４２７４６４９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０６５３０号公報
【特許文献３】特開２０１３-１６８５９５号公報
【特許文献４】特開２０１５-１０６５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
加工されたホールは正常な場合でも、底に向かうほどその径は小さくなる。垂直に加工されていれば、ウェ−ハの直上から撮像した画像（トップビュー画像）で観察した場合、ホールボトムの輪郭はホールトップの輪郭の内側に収まり、ホールボトムの輪郭が試料表面で遮蔽されることはない。しかしながら、ＤＲＡＭや３Ｄ−ＮＡＮＤで観察される高いアスペクト比のホールでは、ホールに傾斜が生じると、トップビュー画像ではホールボトムの輪郭が試料表面で傾斜の度合いに応じて遮蔽される。このため、ＤＲＡＭや３Ｄ−ＮＡＮＤにおける高アスペクトホールでの傾斜ホール測定に対して，特許文献１及び２に開示されている技術は，以下の課題を有する。
【０００９】
すなわち、特許文献１及び２ではホールの傾斜をホールのトップ輪郭とボトム輪郭の中心のずれによりホールの傾斜を測定できることが開示されているが、ホールボトムの輪郭が試料表面で遮蔽された場合、ホールボトムの中心は正しく検出できず、トップ輪郭とボトム輪郭の中心のずれで表されるホールの傾斜は実際より小さくなり、正しい傾斜状態が測定できない。
【００１０】
本発明はＤＲＡＭや３Ｄ−ＮＡＮＤの高アスペクトホールのホール傾斜をトップビュー画像で、ホール傾斜によりホールのボトム部分が表面層に遮蔽された場合においても、その傾斜度合いを測定可能な電子顕微鏡装置及びそれを用いた傾斜ホールの測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、電子顕微鏡装置を、ホールが形成された半導体ウェーハに照射した１次電子ビームにより前記半導体ウェーハから発生した電子のうち相対的に低いエネルギーの電子を検出する高仰角に配置した第１検出部と、半導体ウェーハに照射した１次電子ビームにより半導体ウェーハから発生した電子のうち相対的に高いエネルギーの電子を検出する低仰角に配置した第２検出部と、相対的に低いエネルギーの電子を検出した第１の検出部からの出力信号から得た第１画像を処理して予め設定された領域内で半導体パターンのホール領域を特定するホール領域特定部と、相対的に高いエネルギーの電子を検出した第２の検出器からの出力信号から得た第２画像を処理して前記ホール領域特定部で特定したホール領域の外周と、外周からホール領域の中心方向に検出したホール領域の穴底までの距離に基づいてホール領域の傾斜方位、及びホール領域の傾斜角に関する指標を第２画像に含まれる複数のホール領域についてホールごとに算出する傾斜情報算出部と、傾斜情報算出部でホール領域ごとに算出した結果から、第２画像における複数のホール領域の代表値としてホール領域の傾斜方位、及びホール領域の傾斜角に関する指標を算出する指標値算出部とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高いアスペクト比を持つホールのトップビュー画像より、ホール傾斜によってホールのボトム部分が表面層に遮蔽された場合においても、その傾斜度合いを測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係わる電子線顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る計測対象試料の穴底にプラグのあるホールの正常、及び傾斜状態を示すトップビュー画像(上側)とホール断面図(下側)である。
【図３】本発明の実施例１に係る計測対象試料の穴底にプラグのないホールの正常、及び傾斜状態を示すトップビュー画像(上側)とホール断面図(下側)である。
【図４】本発明の実施例１に係る計測対象試料である傾斜ホールのトップビュー画像の模式図(上側)と、模式図上の線Ａ−Ｂ上の濃淡値の変化を模式的に示したグラフ(下側)である。
【図５】本発明の実施例１に係るホールの傾斜方位と傾斜長を求める傾斜計測の処理フロー図である。
【図６】本発明の実施例１に係るホールの傾斜計測における方位と位置を説明するＢＳＥ画像の模式図である。
【図７】本発明の実施例１に係るホールが計測対象画像内に複数ある場合の代表値の求め方を説明する処理フロー図である。
【図８】本発明の実施例１に係る計測対象画像に対する処理領域の設定例を示すホールを含む画像の模式図である。
【図９】本発明の実施例１に係る無傾斜判定を加えたホールの傾斜計測の処理フロー図である。
【図１０】本発明の実施例１に係るホールが画像内に複数ある場合の代表値の求め方に、傾斜無しの判定処理を加えた計測対象画像の代表計測値を算出する処理のフロー図である。
【図１１】本発明の実施例１に係るホールの底にプラグがある場合の傾斜方位の検出方法について説明する図で、穴底にプラグがあり、重ね合せずれの少ないホールの説明図である。
【図１２】穴底にプラグがあり、側壁傾斜と反対方向に重ね合せずれのあるホールのトップビュー画像模式図（ａ）と線Ａ−Ｂ上の画像濃淡値の波形を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例１に係るホールの底にプラグがある場合の傾斜方位の検出方法について説明する図で、穴底にプラグがあり、側壁傾斜と同一方向に重ね合せずれのあるホールのトップビュー画像模式図（ａ）と線Ａ−Ｂ上の画像濃淡値の波形を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例１に係るホールの底にプラグがある場合の傾斜方位の検出方法について説明する図で、穴底にプラグがあり、重ね合せずれの少ないホールのトップビュー画像模式図（ａ）と、検出方位と各検出方位における側壁端検出位置を示す画像の視野を示す模式図（ｂ）と、各方位におけるホール外周点と側壁端検出位置の距離ｄをプロットしたグラフ（ｃ）である。
【図１５】本発明の実施例１に係るホールの底にプラグがある場合の傾斜方位の検出方法について説明する図で、穴底にプラグがあり、側壁傾斜と反対方向に重ね合せずれのあるホールのトップビュー画像模式図（ａ）と、検出方位と各検出方位における側壁端検出位置を示す画像の視野を示す模式図（ｂ）と、各方位におけるホール外周点と側壁端検出位置の距離ｄをプロットしたグラフ（ｃ）である。
【図１６】本発明の実施例１に係るホールの底にプラグがある場合の傾斜方位の検出方法について説明する図で、穴底にプラグがあり、側壁傾斜と同一方向に重ね合せずれのあるホールのトップビュー画像模式図（ａ）と、検出方位と各検出方位における側壁端検出位置を示す画像の視野を示す模式図（ｂ）と、各方位におけるホール外周点と側壁端検出位置の距離ｄをプロットしたグラフ（ｃ）である。
【図１７】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いた計測の動作フロー図である。
【図１８】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いた計測の動作フローにおいて、ホール傾斜測定に加えて重ね合わせ測定を行うときの処理フロー図である。
【図１９】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いた計測の動作フローにおいて、ホール傾斜測定に基づいてビームチルトを行い重ね合わせ測定を行うときの処理フロー図である。
【図２０】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いた計測の動作フローにおいて、ホール傾斜測定の後にビームチルトによる重ね合わせ測定を行うときの装置動作フロー図である。
【図２１】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いたホール傾斜の計測結果の画像表示例を示す画面の正面図である。
【図２２】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いた正常ホールが多いホール傾斜計測結果の画像表示例を示す画面の正面図である。
【図２３】本発明の実施例１に係る電子線顕微鏡装置を用いた正常ホールが多いが全てのホールで小さな傾斜量が測定されたホール傾斜の計測結果の画像表示例を示す画面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、電子線顕微鏡装置において、高いアスペクト比を持つホールが形成された試料に収束させた電子ビームを照射し、試料から発生した比較的エネルギが低い二次電子と，比較的エネルギーが高い反射電子を別検出器で同時検出して，二次電子像と反射電子像を生成し，反射電子像でホールの底が顕在化できる特性を利用して，二次電子像と反射電子像から得られる情報を比較することによりにホールの傾斜を測定するようにしたものである。
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明が適用される走査型電子顕微鏡装置(以下、電子顕微鏡装置と記す)１００の基本構成を示す図である。電子顕微鏡装置１００は、一次電子ビーム１０２を発射する電子銃１０１、一次電子ビーム１０２を収束させるコンデンサレンズ１０３、一次電子ビーム１０２を偏向させる偏光レンズ１０４、一次電子ビーム１０２を収束させる対物レンズ１０５、試料１１７を搭載して平面内で移動可能なステージ１０８、一次電子ビーム１０２が照射された試料１１７から発生した反射電子１１０を検出する環状シンチレータ１０６、環状シンチレータ１０６から出力された光信号を伝達する光ファイバ１１１、光ファイバ１１１から送られてきた光信号を入力する光電子増倍管１１２、光電子増倍管１１２から出力された信号を処理して画像を生成するＢＳＥ像生成部１１３、一次電子ビーム１０２が照射された試料１１７から発生した二次電子１１４の軌道を変えるＥ×Ｂ偏向器１０７、Ｅ×Ｂ偏向器１０７で軌道が変えられた二次電子を検出する光電子増倍管１１５、光電子増倍管１１５から出力された信号を処理して画像を生成するＳＥ像生成部１１６、データを記憶する記憶部１１８、演算部１１９、入出力部１０９、全体を制御する制御部１２０を備えている。
【００１７】
なお１１０は反射電子、１１４は二次電子としたが、１１０は相対的に高いエネルギーを持つ電子、１１４は相対的に低いエネルギーを持つ電子としても、本開示技術の提供する機能の本質を損なうものではない。
【００１８】
発射する電子銃１０１、コンデンサレンズ１０３、偏光レンズ１０４、対物レンズ１０５、ステージ１０８、環状シンチレータ１０６、光ファイバ１１１、光電子増倍管１１２、及び光電子増倍管１１５は、図示していない内部が真空排気可能なカラムの中に設置されている。
【００１９】
このような構成において、電子銃１０１にて発生した高加速電圧（例えば１５キロボルト以上）の一次電子ビーム１０２は，コンデンサレンズ１０３で集束され、さらに対物レンズ１０５にて試料１１７の表面に集束され，偏向レンズ１０４により試料上を２次元的に走査される。本発明が対象とする試料は，穴の径は数十ｎｍ程度に対して，深さが数ミクロン程度のアスペクト比の高いホールパターンである。
【００２０】
一次電子ビーム１０２が照射された試料１１７から放出された反射電子（ＢＳＥ）１１０は、環状シンチレータ１０６で検出されて光信号に変換され，光ファイバ１１１により光電子増倍管１１２に導かれ，光電子増倍管１１２から出力された信号からＢＳＥ像生成部１１３にてデジタル画像が形成される。反射電子を検出する環状シンチレータ１０６として，環状のＹＡＧシンチレータ，環状の半導体検出器，あるいは，ロビンソン型検出器が適用可能である。また，環状の代わりに，複数方位に検出器を配置するような構成でもよい。
【００２１】
一次電子ビーム１０２が照射された試料１１７から放出された二次電子（ＳＥ）１１４は，Ｅ×Ｂ偏向器１０７で軌道が変えられて光電子増倍管１１５に導かれ，光電子増倍管１１５から出力された信号からＳＥ像生成部１１６にてデジタル画像が形成される。試料１１７上の同一箇所のＢＳＥ像とＳＥ像が同時に撮像されるのが本構成の特徴である。ステージ１０８を移動することにより，試料１１７の任意の位置で画像が撮像される。撮像された画像は、記憶部１１８に保存される。
【００２２】
制御部１２０は、電子銃１０１周辺に印加する電圧、コンデンサレンズ１０３および対物レンズ１０５の焦点調整、偏向レンズ１０４による一次電子ビーム０２の試料１１７表面上の走査、ステージ１０８の移動、ＢＳＥ像生成部１１３，ＳＥ像生成部１１６の動作タイミング、入出力Ｉ／Ｆ（図示せず）を介した外部とのデータ送受信等を制御する。演算部１１９では，ＢＳＥ像生成部１１３，ＳＥ像生成部１１６で生成された画像の処理、数値演算を行う。試料情報の入力，撮像条件の入力，検査結果の出力等は入出力部１０９により行われる。
【００２３】
図２、図３で計測の対象であるホールパターン(以下、ホールと記載する)の撮像画像例とデバイスの断面の関係を説明する。図２は下層２０３の上に上層２０１が積層され、ホールの底にプラグ２０２が下層に形成される事例である。図２(a)は正常なホールの例、図２(b)(c)は傾斜したホールの例である。図２の上の列は対象を直上から撮像したトップビュー画像２１０，２１１，２１２の例、下の列はデバイスのホール断面２２０，２２１，２２２である。
【００２４】
図２(a)の正常事例の場合、トップビュー画像２１０においてプラグ２０２はホール領域２００の内側に包含され、プラグ２０２の周辺には下層２０３が観察される。上層表面でのホール開口部をホールトップ、下層２０３上でのホール領域をホールボトムと呼ぶ。トップビュー画像２１０において、上層２０１に比べて下層２０３は暗くなる。図２(a)のホール断面では開口部は垂直に描いているが、実際はホールの下部に向かうに従い径が小さくなっている。そのため、トップビュー画像２１０において上層２０１から下層２０３に向かう部分は、上層２０１の明るさから下層２０３の明るさにステップ的に変化せず、連続的に変化する。また、プラグ２０２と、上層２０１、下層２０３に付したハッチングの濃淡を反映した明暗は、実際のものと対応するとは限らない。特にプラグ２０２は金属材料であるため明るくなり、電子線の照射条件によっては上層２０１と同様な明るさを持つ場合もある。
【００２５】
図２(b)は傾斜ホールの事例である。トップビュー画像２１１においてホール領域２００の中に側壁２０４が観察されるようになる。図２(b)はプラグ２０２がホールの底に整列した場合を示しており、トップビュー画像２１１においてプラグ２０２の右側は上層２０１に遮蔽される。
【００２６】
図２(c)はホールのトップ輪郭とプラグ２０２との重ね合わせが、図２(b)とは異なる傾斜ホールの事例である。トップビュー画像２１２において、プラグ２０２の左側が側壁２０４に遮蔽され、プラグ２０２の右側には下層２０３が観察されるようになる。
【００２７】
図３はホールの底にプラグが形成されない工程の事例であり、下層３０２の上に上層３０１が積層される。図３(a)は正常なホールの例、図３(b)は傾斜したホールの例である。
【００２８】
図３(a)の正常事例の場合、トップビュー画像３１０において、上層３０１に比べて下層３０２は暗くなる。図３(a)のホール断面３２０では開口部は垂直に描いているが、実際はホールの下部に向かうに従い径が小さくなっている。そのため、トップビュー画像３１０において上層３０１から下層３０２に向かう部分は、上層３０１の明るさから下層３０２の明るさにステップ的に変化せず、連続的に変化する。
【００２９】
図３(b)はホール断面３２１に示すように、傾斜ホールの事例である。トップビュー画像３１１においてホール領域３００の中に側壁３０３が観察されるようになる。
【００３０】
まず図３のホール底にプラグが無い場合を例に図４から図９を用いて以下説明を進める。
図４の上段は傾斜ホールのトップビュー画像の模式図と、下段は上段の模式図上の線Ａ−Ｂ上の濃淡値の変化を模式的に示したグラフである。図4の上段の画像模式図の座標系ｘ、ｙは画像座標系を現している。
【００３１】
ホールトップ外周４００は上層部における穴の輪郭である。ホール内部には側壁４０１、及び下層４０２がある。側壁４０１と下層（あるいは穴底）４０２の境界を、側壁エッジ（あるいは側壁端）４０３と称することとする。
【００３２】
傾斜長４０４とはホールトップ外周４００から側壁エッジ４０３までのトップビュー画像上での距離最大値のものであり、距離最大を与える方位を傾斜方位４０５とする。ホールトップ外周４００から側壁エッジ４０３へ向かう方向を傾斜方位と定義するが、側壁エッジ４０３からホールトップ外周４００に向かう方向と定義しても構わない。また、ホールトップ外周４００から穴底までという表現をとることもあるが、ホールトップ外周４００から側壁エッジ４０３までと同義である。
【００３３】
傾斜長Ｌ：４０４は頂上から見た側壁４０１の長さであり、上層の膜厚のプロセスデータなどにより穴の深さＤの設計値が分かれば、ホールの傾斜角度θは、
θ＝ａｔａｎ（Ｌ／Ｄ）  …（数１）
で得ることができるので、傾斜長Ｌ：４０４は傾斜角の指標とすることができる。
【００３４】
線Ａ−Ｂ上の濃淡値はホール外周位置４０６で最大値Ｍａｘ取り、側壁エッジ位置４０７に向けて減少し、下層４０２内の位置４０８で最小値Ｍｉｎとなる。最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎより予め設定したパラメータα（０≦α≦１）を用いて、
ｔｈ＝α×(Ｍａｘ−Ｍｉｎ)＋Ｍｉｎ  …（数２）
で決定されるしきい値thにより、側壁エッジ位置４０７、あるいはその近傍を決めることができる。あるいは、側壁エッジ位置４０７付近の濃淡変化は大きいので、濃淡変化の微分値を計算し、ホール外周位置４０６近傍を除きＡからＢの方向に最初に現れる局所的な微分最大値位置を求めても良い。
【００３５】
図５及び図６を用いて傾斜長及び傾斜方位の求め方を説明する。図６は図５のフローチャート中で出てくる方位や位置に関する説明図である。
【００３６】
まず、ＳＥ生成部１１５より得られるＳＥ画像でホール領域を検出する（Ｓ５００）。ＳＥ像では上層３０１と下層３０２のコントラストが高いため、予め定めたしきい値、あるいは大津の二値化方法など動的に決定されるしきい値によって、ＳＥ像の上層領域とホール領域を切り分ける。切り分けた後、上層領域を０、ホール領域を１とした上層マスク画像を生成し、ホール領域を特定する。
【００３７】
次に、ＢＳＥ像生成部１１３より得られるＢＳＥ画像を前述の上層マスク画像でマスクし、ＢＳＥ画像のホール領域のみ非ゼロの画素値を持つ画像を作成する（Ｓ５０１）。Ｓ５０３にて、処理で使用する変数ｋ、ｍａｘを０で初期化すると共に、方位数Ｎをセットする。Ｎは偶数とする。図６に示すように、Ｎは画像の（ｘ、ｙ）＝（０、−１）の方向を方位０として等角度にＮ個の方位を定めるものである。
【００３８】
ホール領域中心から方位ｋの方向にあるホール領域の外周上の位置ｐ(ｋ)を定め（Ｓ５０４）、ＢＳＥ像生成部１１３より得られるＢＳＥ画像で位置ｐ(ｋ)から方位((ｋ＋Ｎ/２) ｍｏｄ Ｎ)の方向に画像濃淡値を探索し、図４で説明した方法などによって側壁エッジの位置ｅ(ｋ)を検出する（Ｓ５０５）。ここでＡ ｍｏｄ Ｂは剰余演算を表し、ＡをＢで割ったときの剰余数である。
【００３９】
得られたｅ(ｋ)とｐ(ｋ)の距離ｄ(ｋ)を計算し（Ｓ５０６）、変数ｍａｘと比較する（Ｓ５０７）。ｄ(ｋ)が大きければｍａｘを値ｄ(ｋ)で、ｍａｘｋを値ｋに更新する（Ｓ５０８）。変数ｋを１増加させ（Ｓ５０９）、ｋがＮより小さければＳ５０４に戻り、Ｎ以上であればＳ５１１に進む（Ｓ５１０）。最終的に得られたｍａｘｋが傾斜方位、ｍａｘが傾斜長として算出される。
【００４０】
以上の処理において、ＳＥ像生成部１１６で生成されるＳＥ画像、およびＢＳＥ像生成部１１３で生成されるＢＳＥ画像は、記憶部１１８に記憶され、演算部１１９より読み出され画像処理される。画像処理の結果得られる数値も記憶部１１８に記憶され、演算部１１９より読み出され処理される。ホール領域特定手段、傾斜方位（ｍａｘｋ）、傾斜長（ｍａｘ）の算出手段は演算部１１９に含まれるものとする。
【００４１】
図７はホールが計測対象画像内に複数ある場合の代表値の求め方の処理フロー図である。計測対象画像中の処理対象ホール数をＭとする（Ｓ７００）。カウンターｋを０に初期化し（Ｓ７０１）、ｋ番目のホールの傾斜方位Ｄ(ｋ)、傾斜長Ｌ(ｋ)を測定する（Ｓ７０２）。ｋを１加算し、ｋがＭより小さければＳ７０２に戻り、Ｍ以上であればＤ(ｋ)、Ｌ(ｋ)(ｋ＝０、…、Ｍ−１)から、計測対象画像のＤ，Ｌ代表値を計算する（Ｓ７０５）。
【００４２】
代表値は、（１）方位及び傾斜長の平均値、（２）方位の中央値と、方位の中央値との差分が一定範囲内の方位にある傾斜長Ｌ(ｋ)の平均値、（３）方位の最頻値と、方位の最頻値との差分が一定範囲内の方位にある傾斜長の平均値、（４）傾斜長の中央値と、傾斜長の中央値との差分が一定範囲内にある傾斜長の方位(ｋ)の平均値、（５）傾斜長の最頻値と、傾斜長の最頻値の差分が一定範囲内にある傾斜長の方位(ｋ)の平均値、などが考えられる。一定範囲として定める値は、予め設定しておけばよい。
【００４３】
なお、計測対象画像の代表値としての穴の傾斜方位Ｄと傾斜長Ｌ（傾斜角に関する指標）を算出する手段は、演算部１１９に含まれるものとする。
【００４４】
画像内のホールを選択的に測定する場合は図８の斜線で示すような処理領域を予め設定しておく。図８(a)は画像内のホールを全て測定する場合であるが、画像の縁にかかるホールは測定しないように処理領域８０１を限定している。図８(b)は画像内のホールを選択的に測定する場合である。列ごと以外にも選択に方法は考えられるが、選択領域８０２と非選択領域８０３が異なるプロセスで形成されている場合、ホールの形成状態が異なることもあるので、別々に測定することが有効である。
【００４５】
図９は図５で示したホール傾斜の測定処理に、無傾斜の判定を追加したフロー図である、図９のＳ５００からＳ５１０までの処理は図５で説明したものと同じで、Ｓ９００に処理が進んだ時点で、方位０からＮ−１におけるホール領域外周点ｐ(ｋ)から側壁エッジｅ(ｋ)までの距離ｄ(ｋ)が求められている。
【００４６】
Ｓ９００で処理変数ｋとｃｏｕｎｔを初期化する。方位ｋで求めた距離ｄ(ｋ)と、方位ｋに対向する方位(ｋ＋Ｎ／２)で得られた距離ｄ(ｋ＋Ｎ／２)との差分の絶対値△ｄを求める（Ｓ９０１）。予め定めたしきい値ＴＨ１と△ｄを比較し（Ｓ９０２）、△ｄが小さければ変数ｃｏｕｎｔを１だけ増やす（Ｓ９０３）。変数ｋを１増やし（Ｓ９０４）、ｋとＮを比較し（Ｓ９０５）、ｋがＮ／２より小さければＳ９０１に戻り処理を繰り返す。
【００４７】
ｋがＮ／２以上であればＳ９０６に進み、予め定めたしきい値ＴＨ２とｃｏｕｎｔを比較する（Ｓ９０６）。ｃｏｕｎｔが予め定めたしきい値ＴＨ２より大きい場合、対向する距離ｄ(ｋ)と距離ｄ(ｋ＋Ｎ／２)の差分が小さい方位が多いことを示し、例えばｃｏｕｎｔがＮ／２に等しければ、全ての方位でホール外周から側壁端までの距離は同程度であり、これはホール傾斜による側壁は観察されないことを意味している（Ｓ９０７）。ｃｏｕｎｔの値がＮ／２に近いほどホールの傾斜は無いと考えられる。ｃｏｕｎｔが予め定めたしきい値ＴＨ２以下の場合は図５のＳ５１１と同様に傾斜方位と傾斜長を出力する（Ｓ９０８）。
【００４８】
図１０は図７で説明したホールが画像内に複数ある場合の代表値の求め方に、傾斜無しの判定処理を追加した場合のフロー図である。先ず、画像中の処理対象ホール数をＭとする（Ｓ１０００）。変数ｋおよびｃｏｕｎｔとフラグ配列ＦＬＡＧ(ｋ)を０に初期化し（Ｓ１００１）、ｋ番目のホールの測定を図９の処理フローで示したような手順で行う（Ｓ１００２）。次に、測定対象ホールの傾斜の有無を判定し（Ｓ１００３）、傾斜があれば（Ｓ１００３でＹｅｓの場合）、ｋ番目のホールの傾斜方位をＤ(ｋ)、傾斜長をＬ(ｋ)とし（Ｓ１００４）、傾斜が無ければ（Ｓ１００３でＮｏの場合）、変数ｃｏｕｎｔを１増やし、ＦＬＡＧ(ｋ)を１とする。次に、変数ｋを１増やし（Ｓ１００６）、変数ｋをＭと比較し（Ｓ１００７）、変数ｋがＭより小さければ（Ｓ１００７でＹｅｓの場合）、Ｓ１００２に戻り処理を繰り返す。
【００４９】
変数ｋがＭ以上であれば（Ｓ１００７でＮｏの場合）、予め定めたしきい値ＴＨ３とｃｏｕｎｔを比較し（Ｓ１００８）、ｃｏｕｎｔがＴＨ３以下であれば（Ｓ１００８でＮｏの場合）、ＦＬＡＧ（ｋ）が０であるｋ（ただしｋ∈（０，…，Ｍ−１））からＤ（ｋ）、Ｌ（ｋ）の代表値を計算する（Ｓ１００９）。代表値の計算方法は前述の通りである。ｃｏｕｎｔがＴＨ３より大きければ（Ｓ１００８でＹｅｓの場合）、計測対象画像はホール傾斜無しとする（Ｓ１０１０）。
【００５０】
図１１から図１６により、ホールの底にプラグがある場合の傾斜方位の検出方法について説明する。
【００５１】
図１１(a)はホール傾斜が少なく、プラグのずれも少ないホールのトップビュー画像模式図、図１１(b)は図１１(a)の線Ａ−Ｂ上の画像濃淡値を表す濃淡値波形１１１０である。図１１(a)の水平実線でハッチングした領域１０００は側壁、右斜め下の実線斜線でハッチングした領域１００１は下層、水平破線でハッチングした領域１００２はプラグである。なお、図１２から図１６のホールトップビュー画像模式図における各領域のハッチングは図１１と同様、水平実線は側壁、右斜め下の実線斜線は下層、水平実線は側壁、水平破線はプラグを表している。
【００５２】
図１１(b)の濃淡値波形１１１０はＡからＢの方向に向かってホール外周１１０３で減少し始め、側壁エッジ１１０４で下層１１０１の暗い部分に達する。ホールトップ外周(ホール外周)１１０３の濃淡値をＭａｘ，ホール外周１１０３よりＡからＢの方向に最初に現れる局所最小濃淡値をＭｉｎとし、（数２）よりしきい値ｔｈを求め、側壁エッジ１１０４の位置ないしその近傍位置を求めることができる。局所最小濃淡値検出時には画像ノイズなどを拾わないように濃淡値Ｍａｘより一定以上差分のある値を探索するといように感度を下げた方が良い結果が得られる。
【００５３】
図１２(a)のホールのトップビュー画像模式図は、ホール傾斜により側壁１２００が見えると共に、プラグ１２０２が側壁１２００の反対側にずれてプラグ１２０２が部分的に観察される場合である。プラグ１２０２が表面層と同程度に明るい場合の濃淡値波形１２１０を図１２(b)に示す。ホール外周１２０３からＢの方向へ向かっても、プラグ１２０２の部分で濃淡値は減少せず、プラグ１２０２と下層１２０１の境界であるプラグ端１２０４近傍で濃淡値は減少する。このため、図１１で説明した側壁エッジ１１０４の検出法を適用すると、プラグ端１２０４を側壁エッジとして誤検出する。
【００５４】
図１３(a) のホールのトップビュー画像模式図は、ホールが傾斜して側壁１３００が見えると共に、プラグ１３０２が側壁１３００と同じ側にずれて観察される場合である。プラグ１３０２が表面層と同程度に明るい場合、濃淡値波形１３１０は図１３(b)に示すように、ホール外周１３０３から側壁端１３０４までで濃淡値は十分減少せず、プラグ１３０２と下層１３０１の境界であるプラグ端１３０５近傍で濃淡値は減少する。このため、図１１で説明した側壁エッジ１１０４の検出法では、感度をある程度下げて局所最小値を探索するため、図１１の方法を適用するとプラグ端１３０５を側壁エッジとして誤検出する可能性がある。
【００５５】
図１４(a)は図１１(a)で示したホールと同様の状態、すなわちプラグ１４０２のずれが少なく、プラグ１４０２の端部とホール外周が接触していない場合のホールのトップビュー画像模式図である。
【００５６】
図１４(b)に等角度の１６方位で側壁１４００と下層１４０１の境界である側壁端１４０３を検出した結果を示す。丸を付した番号は方位番号、丸で囲んだ数字の位置は側壁端１４０３の検出位置を現す。放射状の直線１４０４は等角度の１６方位を表し、ホール外周１４０５を細実線の円で、側壁端１４０３を太実線の円で、プラグ１４０２の外周１４０６を破線の円で表わしている。
【００５７】
図１４(c)は各方位（放射状の直線１４０４）におけるホール外周１４０５の点と側壁端１４０３の検出位置の距離ｄをプロットしたものであり、縦軸が距離ｄ、横軸は図１４（ｂ）で丸を付した数字に対応する各方位である。距離ｄは、方位１２：１４０７で最大となり、これより傾斜方位１２、傾斜長は方位１２でのｄとなる。
【００５８】
図１５(a)は図１２(a)で示したホールと同様の状態、すなわちホール傾斜により側壁１５００が見えると共に、プラグ１５０２が側壁１５００の反対側にずれてプラグ１５０２が部分的に観察される場合のホールのトップビュー画像模式図である。
【００５９】
図１５(b)に等角度の１６方位で側壁１５００と下層１５０１の境界である側壁端１５０３を検出した結果を示す。丸を付した番号は方位番号、丸で囲んだ数字の位置は側壁端１５０３の検出位置を現す。放射状の直線１５０４は等角度の１６方位を表し、ホール外周１５０５を細実線の円で、側壁端１５０３を太実線の円で、プラグ１５０２の外周(プラグ端)１５０６を破線の円で表わしている。方位２、３、４でプラグ端１５０６を検出している。
【００６０】
図１５(c)は各方位（放射状の直線１５０４）におけるホール外周１５０５の点と側壁端１５０３の検出位置の距離ｄをプロットしたものであり、縦軸が距離ｄ、横軸は図１５（ｂ）で丸を付した数字に対応する各方位である。楕円１５０８で囲んだ方位２，３，４の距離ｄは側壁端１５０３を検出した他の方位とは異なるパターンを示す。楕円１５０８で囲んだ部分を検出する方法としては、互いに隣接する方位の距離ｄを調べ、予め定めたしきい値以上のｄを両端に待つ区間で、かつその区間の外側に隣接する方位のｄが、それぞれの両端の方位のｄより小さい区間を検出すればよい。検出した区間を除いた各方位で最大距離ｄを与える方位を検出する。図１５(c)では方位１３：１５０７で最大となり、これより傾斜方位１３、傾斜長は方位１３でのｄとなる。
【００６１】
図１６(a)は図１３(a)で示したホールと同様の状態、すなわちホールが傾斜して側壁１６００が見えると共に、プラグ１６０２が側壁１６００と同じ側にずれて観察される場合のホールのトップビュー画像模式図である。
【００６２】
図１６(b)に等角度の１６方位で側壁１６００と下層１６０１の境界である側壁端１６０３を検出した結果を示す。丸を付した番号は方位番号、丸で囲んだ数字の位置は側壁端１６０３の検出位置を現す。放射状の直線１６０４は等角度の１６方位を表し、ホール外周１６０５を細実線の円で、側壁端１６０３を太実線の円で、プラグ１６０２の外周(プラグ端)１６０６を破線の円で表わしている。方位６から１３でプラグ端１６０６を検出している。
【００６３】
図１６(c) は各方位（放射状の直線１６０４）におけるホール外周１６０５の点と側壁端１６０３の検出位置の距離ｄをプロットしたものであり、縦軸が距離ｄ、横軸は図１６（ｂ）で丸を付した数字に対応する各方位である。楕円１６０７で囲んだ領域に示すように、方位６から１３の距離ｄは側壁端１６０３を検出した他の方位とは異なるパターンを示す。楕円１６０７で示す部分は、図１５で説明した方法と同様の方法で検出できる。
【００６４】
図１６(b)に示す場合は、ホール外周１６０５と実際の側壁端１６０３の距離が最大となる部分が、プラグ１６０２によって検出できないので、側壁端１６０３の部分を除いた各方位で最小距離ｄを与える方位１６０８（方位２）を検出する。実際の最大距離ｄを与える方位は、最小距離ｄを与える方位の１８０度反対側になり、これより傾斜方位１６０９（方位１０）が定まる。側壁端１６０３は方位１０のホール外周１６０５の点からホール中心方向に濃淡値の局所最小値を感度を上げて検出する（図１３（ｂ）の局所最小となる位置：側壁端１３０４を検出できる感度とする）。
【００６５】
図１７に計測時の全体フローチャートを示す。まず、観察対象であるウェーハを図１に示した電子顕微鏡装置１００のステージ１０８にロードする（Ｓ１７００）。次に計測点数Ｎからなる計測位置座標データを制御部１２０の外部入出力Ｉ／Ｆ（図示せず）を介して読み込む（Ｓ１７０１）。同様にして処理に必要な前述のしきい値や、パラメータを読み込む（Ｓ１７０２）。次にウェーハのアライメントを行う（S１７０３）。これは、ウェーハ上の座標で記述されている計測位置座標の位置に基づいてステージ１０８を移動したとき、目標である計測点が視野の中央にくるようにするため、ウェーハ上の座標を既知のウェーハ上の位置決めマークを用いて、ウェーハ座標とステージ座標とを関連付けるものである。
【００６６】
以降、全ての計測点、あるいは図示はしていないが選択された計測点について順次Ｓ１７０５からＳ１７０８で示す一連の手順を繰り返し、ホールの傾斜測定を行う。まずｎ番目の計測点位置にステージ移動する（Ｓ１７０５）。図には示さないが、計測点近傍にステージ移動し詳細な座標補正を行った後に、ビーム移動によって計測点の視野出しを行ってもかまわない。次に計測点においてＳＥ画像とＢＳＥ画像を撮像する（Ｓ１７０６）。ＳＥ画像とＢＳＥ画像の撮像に伴う装置制御は図１で説明したとおりである。
【００６７】
次に、ホールの傾斜測定処理を行う（Ｓ１７０７）。Ｓ１７０７の処理内容は図４から図１６を用いて説明した内容であり、処理は図1の演算部１１９で実行される。またＳ１７０７で計算されたホール傾斜の方位及び傾斜長の代表値（図７のＳ７０５あるいは図１０のＳ１００９参照）は、図1の記憶部１１８に記憶され、制御部１２０により入出力Ｉ／Ｆ（図示せず）を介して外部に出力される。
【００６８】
次の測定点へのステージ移動は、ホールの傾斜測定処理（Ｓ１７０７）の終了を待たずに実行してもかまわない。次の測定点へのステージ移動の時間内に測定処理が終了するのであれば、移動中に測定処理を行う。次の測定点へのステージ移動時間内に計測処理が終了できない場合は、撮像と計測処理を非同期化し、記憶部１１８に画像を記憶し撮像画像を逐次処理するか、撮像画像を別の記憶手段に蓄積し別途オフラインでバッチ処理を行えばよい。次の測定点がある場合は次の測定点に移動し、Ｓ１７０５からＳ１７０８を繰り返す。全ての測定画像の取得を終了したら、ウェーハをステージ１０８からアンロードして終了する。
【００６９】
図２で示したプラグ２０２のあるホール工程では、ホール領域２００の上層での開口部（ホール外周部）とプラグ２０２の重ね合わせが正しく行われていることが重要であり、重ね合わせの測定（オーバ−レイ測定）を行うこともある。しかしながらホールの傾斜が大きいと正しい重ね合わせの測定は困難になる。
【００７０】
図１８にホールの傾斜の度合いに応じて、重ね合わせ測定の可否を制御する処理フローを示す。まずホールの傾斜測定処理を行う（Ｓ１８００）。Ｓ１８００の処理内容は図４から図１６を用いて説明した内容である。続いて、重ね合わせ測定を行い（Ｓ１８０１）、ホール傾斜測定処理で得られた傾斜長と予め設定したしきい値ＴＨ４を比較し（Ｓ１８０２）、傾斜長がＴＨ４以上であれば（Ｓ１８０２でＮｏの場合）重ね合わせ測定値とホール傾斜値を出力し（Ｓ１８０３）、傾斜長がしきい値ＴＨ４より大きければ（Ｓ１８０２でＹｅｓの場合）ホール傾斜値のみを出力する（Ｓ１８０４）。
【００７１】
図１７の装置動作全体の処理フローにおいて、ホール傾斜測定Ｓ１７０７を、Ｓ１８００からＳ１８０４に置き換えれば、ホールの傾斜の度合いに応じて、重ね合わせ測定の可否判定を実行できる。なお、トップビュー画像において穴底のプラグが側壁、あるいは表面層にある程度遮蔽されていても、例えば特許文献３に記載されているような基準画像と計測画像で層別に画像比較を行う手法によれば計測が可能である。
【００７２】
Ｓ１８０１の重ね合わせ測定の替わり、特許文献２に記載されているような穴の深さ測定や、穴底寸法の測定を行ってもよい。あるいは、重ね合わせ測定、穴の深さ測定、穴底寸法の測定の少なくとも一つ以上を行ってもよい。Ｓ１８０３では測定項目に応じた出力を行う。
【００７３】
図１９にホールの傾斜の度合いに応じて、ビームをチルトさせて撮像を行う処理フローを示す。まずホールの傾斜測定処理を行う（Ｓ１９００）。Ｓ１９００の処理内容は図４から図１６を用いて説明した内容である。
【００７４】
次に、Ｓ１９００のホール傾斜測定処理で得られた傾斜長をホールの傾斜角度に換算し１次ビームをチルトさせる（Ｓ１９０１）。１次ビームのチルトは、換算した傾斜角度を図１の制御部１２０に入力し、制御部１２０は偏光レンズ１０４、対物レンズ１０５を制御して行う。
【００７５】
次にビームチルトした状態で画像を撮像する（Ｓ１９０２）。撮像した画像はホールの上層開口部の中心と、ホールの底の中心が整列された状態になっているので、ホールの底の観察にも適した画像であり、この画像を観察画像として記憶部１１８に記憶して処理を終了してもよい。重ね合わせ測定を行う際は、次のステップＳ１９０３に進む。最後に重ね合わせ測定値とホール傾斜値を出力する（Ｓ１９０４）。
【００７６】
図１７の装置動作全体の処理フローにおいて、ホール傾斜測定Ｓ１７０７を、Ｓ１９００からＳ１９０４に置き換えれば、計測点全点に渡ってホールの傾斜の度合いに応じたチルト画像による重ね合わせ測定を実行できる。Ｓ１９０３の重ね合わせ測定の替わりに、特許文献２に記載されている穴の深さ測定や、穴底寸法の測定を行ってもよい。あるいは、重ね合わせ測定、穴の深さ測定、穴底寸法の測定の少なくとも一つ以上を行ってもよい。Ｓ１９０４では測定項目に応じた出力を行う。
【００７７】
図２０に計測対象となったホールの傾斜を全て計測した後に、ビームをチルトさせ重ね合わせ測定をするフローを示す。まず、観察対象であるウェーハを図１に示した電子顕微鏡装置１００のステージ１０８にロードする（Ｓ２０００）。次に計測点数Ｎからなる計測位置座標データを制御部１２０の外部入出力Ｉ／Ｆ（図示せず）を介して外部の記憶手段(図示せず)から読み込む（Ｓ２００１）。同様にして処理に必要な前述のしきい値や、パラメータを読み込む（Ｓ２００２）。次にウェーハのアライメントを行う（S２００３）。
【００７８】
以降、全ての計測点、あるいは図示はしていないが選択された計測点について順次Ｓ２００５からＳ２００８で示す一連の手順を繰り返し、ホールの傾斜測定を行う。まずｎ番目の計測点位置にステージ移動する（Ｓ２００５）。次に計測点においてＳＥ画像とＢＳＥ画像を撮像し（Ｓ２００６）、ホールの傾斜測定処理を演算部１１９で行う（Ｓ２００７）。次の測定点がある場合は次の測定点に移動し、Ｓ２００５からＳ２００８を繰り返す。次にホールの傾斜測定で得られた、ホールの傾斜角θ(n)、傾斜方位φ（ｎ）を用いてビームをチルトさせて画像を撮像し、合わせ測定を行う。
【００７９】
以降、全ての計測点、あるいは図示はしていないがＳ２００４からＳ２００９で選択された計測点について順次Ｓ２０１１からＳ２０１６で示す一連の手順を繰り返し、ホールの重ね合わせ測定を行う。まずｎ番目の計測点位置にステージ移動する（Ｓ２０１１）。次に１次ビームを傾斜角θ(n)、傾斜方位φ（ｎ）に基づき傾斜させ（Ｓ２０１２）、計測点においてＳＥ画像とＢＳＥ画像を撮像し（Ｓ２０１３）、ホールの重ね合わせ測定を演算部１１９で行う（Ｓ２０１４）。次の測定点がある場合は次の測定点に移動し、Ｓ２０１１からＳ２０１６を繰り返す。全ての測定画像の取得を終了したら、ウェーハをステージ１０８からアンロードして終了する（Ｓ２０１７）。Ｓ２０１４の重ね合わせ測定に替えて、特許文献１に記載されている穴の深さ測定や、穴底寸法の測定を行ってもよい。あるいは、重ね合わせ測定、穴の深さ測定、穴底寸法の測定の少なくとも一つ以上を行ってもよい。
【００８０】
図２０ではＳ２０１２で測定点ごとに１次ビームを傾斜角θ(n)、傾斜方位φ（ｎ）に基づき傾斜（チルト）させたが、本実施例ではこれに限ることなく、得られた全ての傾斜角θ(n)、傾斜方位φ（ｎ）の平均値、あるいは中央値、あるいは最頻値を用いて、全ての測定点で同じチルト状態のビームで撮像してもよい。こうすることで１次ビームのチルト制御を１回にでき、測定時間を短くすることができる。
【００８１】
以上の説明ではＳＥ像とＢＳＥ像の２画像を使用するとして説明してきたが、どちらかの画像により、上層パターンとホールのコントラスト、及びホール底のコントラストの両方が良好な画像を撮像できるならば、どちらか１画像を選択して処理しても構わない。
【００８２】
ＢＳＥ像が選択されるのならば、ＳＥ像の取得は必ずしも必要ではなく、図５から図２０までのＳＥ像が処理対象になっている部分を全てＢＳＥ像に置き換えて処理すれば良い。図１におけるＳＥ検出手段１１５、ＳＥ像生成部１１６は本出願開示機能を構成する用途としては不要である。検出器特開２０１５-１０６５３０号公報には、穴の深さ計測や、穴底寸法の測定ではＢＳＥ像を使用するほうが好ましいことが記載されている。
【００８３】
または、ＳＥ像が選択されるのならば、ＢＳＥ像の取得は必ずしも必要ではなく、図５から図２０まででＢＳＥ像が処理対象となっている部分を全てＳＥ像にすればよい。
【００８４】
あるいは、ＳＥ像とＢＳＥ像を合成した１枚の画像で、上層パターンとホールのコントラスト、及びホール底のコントラストの両方が良好な画像を生成することができるならば、ＳＥ像とＢＳＥ像を撮像し、図５から図２０までのＳＥ像及びＢＳＥ像が処理対象になっている部分を、処理対象を混合生成画像に置き換えて処理すればよい。
【００８５】
図２１はホール傾斜の測定結果の画像を表示する画面２１５０の例である。２１００、２１０３から２１１０の９個のホールが測定対象である。２１０１は側壁端（側壁エッジ）を模式的に表したものである。測定結果は２１０２に示すようにホールの傾斜方向を示す、ホール２１００の外周から側壁エッジ２１０１へのベクトルとして現される。２１０２の表示はベクトルである必要はなく、例えばホール２１００の外周と側壁エッジ２１０１を結ぶ線分であってもよい。あるいはホール２１００とベクトル２１０２の対応が分かる範囲で、２１０２のベクトルの始点を任意の位置に移して描画しても構わない。実際の測定において個々のホールの傾斜度合いが異なることは多い。
【００８６】
図２１の２１１２は測定結果の代表値の描画領域、ベクトル２１１１は９個のホールの測定結果の代表値を表している。傾斜方位、傾斜長さの代表値は表示領域２１１３に数値として表示しても良い。無傾斜として判定された場合は、例えば数値表示は“−“とすればよい。代表描画領域２１１２は必ずしも測定ホールと別の場所にする必要性は無く、測定結果の視認性は妨げられるが、測定ホール２１００，２０１３乃至２１１０のいずれかに重畳して表示しても良い。
【００８７】
図２２は正常ホールが多い測定結果の画像を表示する画面２２５０の例である。２２００、２２０２から２２０９の９個のホールが測定対象である。２２０１の黒四角マークはホール２２００に傾斜が無いと判定された結果を表している。図２２の例では９個のホール中、７個が無傾斜と判定されている。１画像中の計測対象ホール数に占める、無傾斜ホールの比率を予めしきい値として設定しておき、画像中の無傾斜ホールの比率がこのしきい値を超えた場合は、測定結果の代表値も傾斜無しとする。代表描画領域２２１０の黒四角マーク２２１１は測定結果の代表値が傾斜無しであることを示している。２１１２は傾斜方位、傾斜長さの代表値の数値を表示する表示領域であり、無傾斜として判定された場合は、例えば数値表示は“−“とする。
【００８８】
図２３は正常ホールが多い測定結果の画像を表示する画面２３５０の例である。２３００から２２０８の９個のホールが測定対象である。この例は、小さな傾斜量が全てのホールで測定されている例である。傾斜がほぼないため、ホールトップとホールボトムのわずかなずれによって、測定される傾斜方位が大きくばらつく。この状態を判定するために、傾斜方位角のバラツキを計算し、バラツキに対するしきい値ＴＨ５を予め設けておく。傾斜方位角のバラツキが設定したしきい値以上の場合、測定結果の代表値も傾斜無しとする。代表描画領域２３０９の黒四角マーク２３１０は測定結果の代表値が傾斜無しであることを示している。表示領域２３１１は傾斜方位、傾斜長さの代表値の数値を表示する領域であるが、傾斜方位のばらつきを表示しても良い。またバラツキに対するしきい値ＴＨ５を併せて表示しても良い。
【００８９】
本実施例によれば、高いアスペクト比を持つホールのトップビュー画像より、ホール傾斜によってホールのボトム部分が表面層に遮蔽された場合においても、その傾斜度合いを測定が可能となる。また、ホール傾斜測定と併せて、重ね合わせ計測や、深さ計測、穴底寸法の計測を行った場合、ホール傾斜の度合いが大きい場合、重ね合わせ計測、深さ計測、穴底寸法計測の計測結果の出力を止め、誤計測結果の出力を抑止できるという効果もある。
【００９０】
以上、本願発明を詳述したが、計測画像を出発点とし、計測対象を計測し得た画像で、ホール領域の外周と、該外周からホール中心方向に検出した穴底までの距離に基づいて傾斜方位、及び傾斜角に関する指標をホール個別に算出する手段と、計測対象画像に含まれる該ホール個別に測定した結果から、該計測対象画像の代表値としての穴の傾斜方位、及び穴の傾斜角に関する指標を算出する手段とを設けた電子顕微鏡装置やホール計測方法も本明細書での開示として含むものである。
【符号の説明】
【００９１】
１００…電子顕微鏡装置、１０１…電子銃、１０２…一次電子ビーム、１０３…コンデンサレンズ、１０４…偏光レンズ、１０５…対物レンズ、１０６…環状シンチレータ、１０７…Ｅ×Ｂ偏向器、１０８…ステージ、１０９…入出力部、１１０…反射電子、１１１…光ファイバ、１１２…光電子増倍管、１１３…画像生成部、１１４…二次電子、１１５…光電子増倍管、１１６…画像生成部、１１７…試料、１１８…記憶部、１１９…演算部、１２０…制御部、２００…ホール領域、２０１…上層、２０２…プラグ、２０３…下層、２０４…側壁、３００…ホール領域、３０１…上層、３０２…下層、３０３…側壁、４００…ホールトップ外周、４０１…側壁、４０２…下層、４０３…側壁エッジ、４０４…傾斜長、４０５…傾斜方位、１１００…側壁、１１０１…下層、１１０２…プラグ、１１０３…ホールトップ外周、１１０４…側壁エッジ、１２００…側壁、１２０１…下層、１３００…側壁、１３０１…下層、１３０２…プラグ、１４００…側壁、１４０１…下層、１４０２…プラグ、１５００…側壁、１５０１…下層、１５０２…プラグ、１６００…側壁、１６０１…下層、１６０２…プラグ。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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