(57)【要約】  試料観察装置は、凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、前記関係を示す情報と前記画像における前記明るさ比とに基づいて、前記被観察対象部における欠陥の有無を判定する判定部と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、
前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、
前記加速電圧によって前記荷電粒子線を標準試料に照射したときの前記標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、
前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、
前記関係を示す情報と前記画像における前記明るさ比とに基づいて、前記被観察対象部における欠陥の有無を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする試料観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記判定部は、前記画像における前記明るさ比を前記関係を示す情報における前記明るさ比に関連付けることにより、前記被観察対象部の前記凹部の構造を表す値を求めることを特徴とする試料観察装置。
【請求項３】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記判定部は、前記画像における前記明るさ比が前記関係を示す情報に対して大きいかあるいは小さいかを求めることにより、前記被観察対象部における欠陥の種類を判定することを特徴とする試料観察装置。
【請求項４】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記演算部は、前記明るさ比と前記凹部の構造を表す値との関係が比例となるような加速電圧で前記荷電粒子線を照射することにより得られた画像から、前記関係を示す情報を作成することを特徴とする試料観察装置。
【請求項５】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記標準試料は、異なる幅及び高さを有する複数の凹部を有し、
前記演算部は、前記標準試料の前記複数の凹部に対して前記加速電圧で前記荷電粒子線を照射することにより得られた画像から、前記関係を示す情報を作成することを特徴とする試料観察装置。
【請求項６】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記画像生成部は、前記標準試料の前記凹部について複数の画像を取得し、
前記演算部は、前記複数の画像から前記明るさ比のばらつきを求め、前記明るさ比のばらつきを前記記憶部にさらに格納することを特徴とする試料観察装置。
【請求項７】
請求項６に記載の試料観察装置において、
前記演算部は、前記差分が前記明るさ比のばらつきの範囲内である場合、前記被観察対象部に欠陥がないと判定することを特徴とする試料観察装置。
【請求項８】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記標準試料における前記凹部の構造を表す値は、前記凹部の深さ又は前記凹部のアスペクト比であることを特徴とする試料観察装置。
【請求項９】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記関係を示す情報をグラフとして表示する表示部を更に備え、
前記グラフ上に前記画像における前記明るさ比が表示されることを特徴とする試料観察装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記試料が半導体ウェーハであり、
前記半導体ウェーハ上の複数の指定点における前記明るさ比をマップ上に表示する表示部を更に備えることを特徴とする試料観察装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の試料観察装置において、
前記記憶部は、前記関係を示す情報を複数の加速電圧ごとに予め記憶しており、
前記演算部は、前記複数の加速電圧の各々によって得られた画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求め、
前記判定部は、前記関係を示す情報と、前記複数の加速電圧の各々によって得られた画像における前記明るさ比との差分を求めることにより、前記被観察対象部における欠陥の有無を判定することを特徴とする試料観察装置。
【請求項１２】
凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、
前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、
前記加速電圧によって前記荷電粒子線を標準試料に照射したときの前記標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、
前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、
前記関係を示す情報と前記画像における前記明るさ比とに基づいて、前記被観察対象部の加工条件の適否を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする試料観察装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の試料観察装置において、
前記標準試料は、異なるエッチング時間で加工された複数の凹部を有し、
前記演算部は、前記標準試料の前記複数の凹部に対して前記加速電圧で前記荷電粒子線を照射することにより得られた画像から、前記関係を示す情報を作成することを特徴とする試料観察装置。
【請求項１４】
凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、
前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、
前記加速電圧によって前記荷電粒子線を標準試料に照射したときの前記標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、
前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、
前記関係を示す情報をグラフとして表示する表示部と、
を備え、
前記グラフ上に前記画像における前記明るさ比が表示されることを特徴とする試料観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、大容量化と高集積化のために半導体の微細化を進めてきた。しかしながら、デザインルール１０ｎｍの世代ともなると、露光の難易度がボトルネックとなり、微細化のスピードが鈍化している。そこで、半導体メーカは、これまで平面構造で作成していたデバイスを、積層構造にした三次元構造デバイスにすることにより、微細化に頼らず大容量化を進めている。【０００３】
三次元構造デバイスは積層構造であるため、これまでのデバイスよりも層が厚くなる。したがって、三次元構造デバイスの製造上の課題は、層が厚くなった積層構造の加工である。加工アスペクト比（ホールやトレンチの平面サイズと深さとの比）は、従来に比べて高くなるため、ホールあるいはトレンチのエッチング工程による加工は非常に困難になることが予想される。また、開発ＴＡＴ（turn around time）を向上させるために、三次元構造デバイスを評価・検査する技術も重要となってきている。【０００４】
エッチングにおけるコンタクトホール加工の評価方法は、ベタウェーハを用いてエッチングレートを評価した後、そのデータを元にしてエッチング時間を算出し、加工時間の目安を決定する。エッチングに際しては、プラズマの発光解析をリアルタイムで実施し、エッチングの終点判定を行っている。しかしながら、三次元デバイスの積層構造では、膜毎にエッチレートが異なること、各層の厚さは〜１００ｎｍと薄いこと等からエッチングの終点判定が困難になると予想される。このため、サンプルを割断して断面解析することで、コンタクトホールの開口／非開口を評価しており、ＴＡＴ低下の一因となっている。【０００５】
電子顕微鏡技術を用いたパターンの出来栄え評価として、特許文献１では、基板電流を用いてアスペクト比の大きなホール底部の微細構造を解析し、ホール底部に存在する残膜の膜厚を推定する技術が開示されている。しかしながら、基板電流は、下層にパターンが存在すると測定は難しく、残膜の厚さにも制限が生じるため、エッチングパターンの出来栄え評価への適用は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３５４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、電子顕微鏡技術を用いたパターンの出来栄え評価としては、ＳＥＭ式のウェーハ検査装置を用いる方法もある。ＳＥＭ式のウェーハ検査装置では、電子線照射によって形成される開口部／非開口部の帯電電位の差を検出することが可能である。しかしながら、ＳＥＭ式ウェーハ検査装置では使用できる加速電圧が最大で５ｋＶ程度と低いため、２ｕｍを超えるような深い構造を持つサンプルの底部分に一次電子が到達しない。また、一次電子が到達した場合でも穴底から放出される二次電子のエネルギーが数ｅＶと弱く、検出器まで戻ることができない。したがって、深い構造を持つコンタクトホールの検査が困難である。【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、深い構造を持つ三次元構造デバイスの出来栄えを評価することが可能な試料観察装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、前記加速電圧によって前記荷電粒子線を標準試料に照射したときの前記標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、前記関係を示す情報と前記画像における前記明るさ比とに基づいて、前記被観察対象部における欠陥の有無を判定する判定部と、を備える試料観察装置が提供される。【００１０】
他の例によれば、凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、前記加速電圧によって前記荷電粒子線を標準試料に照射したときの前記標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、前記関係を示す情報と前記画像における前記明るさ比とに基づいて、前記被観察対象部の加工条件の適否を判定する判定部と、を備える試料観察装置が提供される。【００１１】
他の例によれば、凹部である被観察対象部を含む試料に、ある加速電圧によって荷電粒子線を照射する荷電粒子光学カラムと、前記荷電粒子線の照射によって得られる信号から前記被観察対象部を含む画像を取得する画像生成部と、前記加速電圧によって前記荷電粒子線を標準試料に照射したときの前記標準試料における凹部と当該凹部の周辺部との明るさ比と、前記標準試料における前記凹部の構造を表す値との関係を示す情報を、予め記憶する記憶部と、前記画像における前記凹部と前記凹部の周辺部との明るさ比を求める演算部と、前記関係を示す情報をグラフとして表示する表示部と、を備える試料観察装置が提供される。当該試料観察装置においては、前記グラフ上に前記画像における前記明るさ比が表示される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、三次元構造デバイスのように深い構造を持つサンプルの出来栄えを判定することができる。【００１３】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される走査電子顕微鏡を示した図である。
【図２】画像処理部及びデータベースの構成を示した図である。
【図３Ａ】ホールサンプルＡ（標準試料）の一例であり、ホールサンプルＡの鳥瞰図である。
【図３Ｂ】ホールサンプルＡ（標準試料）の一例であり、ホールサンプルＡの断面構造を示す図である。
【図４Ａ】標準試料のＳＥＭ画像の一例である。
【図４Ｂ】標準試料に対して電子線を走査した際の二次荷電粒子の挙動の一例である。
【図５Ａ】図４ＡのＳＥＭ画像を用いて明るさ比（コントラスト比）と明るさばらつきの算出する方法を説明する図である。
【図５Ｂ】ホールサンプルＡの深さと明るさ比（コントラスト比）との関係を示したグラフの一例である。
【図６】標準試料からグラフを作成する処理のフローチャートである。
【図７Ａ】ホールエッチング工程で実際に発生しうる欠陥を説明するための図である。
【図７Ｂ】図７Ａの構造のＳＥＭ画像の一例である。
【図７Ｃ】図７Ａの各ホールについて計算したコントラスト比と、図５Ｂのグラフとを比較した例である。
【図８】３次元積層デバイスのホール工程での欠陥を検出する処理のフローチャートである。
【図９Ａ】ホールサンプルＢ（標準試料）のＳＥＭ画像の一例である。
【図９Ｂ】ホールサンプルＢ（標準試料）の断面構造を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ａの一部を拡大した図である。
【図９Ｄ】ホールサンプルＢ（標準試料）のＳＥＭ画像から作成されたグラフの一例である。
【図１０Ａ】エッチング時間Ｔ１で処理されたホールのＳＥＭ画像の一例である。
【図１０Ｂ】エッチング時間Ｔ２で処理されたホールのＳＥＭ画像の一例である。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂの画像に対応するコントラスト比をグラフにプロットした一例である。
【図１１】ＳＥＭ式計測装置において検査を実行した際のフローチャートである。
【図１２Ａ】チップ単位でコントラスト比の差分を表示させたマップの一例である。
【図１２Ｂ】チップ単位でコントラスト比の差分を表示した別の例である。
【図１３Ａ】モニタに表示される画面の一例である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの取得画像表示欄を拡大した図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａのデバイス構造情報欄を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１６】
試料観察装置としては、荷電粒子線（例えば、電子）を試料表面で走査して、二次的に発生する電子を用いる荷電粒子線装置がある。荷電粒子線装置の代表的な例として、電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）がある。本発明は、電子顕微鏡全般に適用可能であり、例えば、レビューＳＥＭ、ＣＤ（critical dimension）−ＳＥＭ、ＯＬ（overlay）−ＳＥＭ、ＳＥＭ式検査装置、高加速ＳＥＭなどに適用可能である。
【００１７】
［第１実施例］
図１は、本発明が適用される走査電子顕微鏡を示した図である。走査電子顕微鏡は、電子光学系であるカラム１０２を備える。カラム１０２は、電子線１０３を照射する電子光学系として、電子源１０４と、コンデンサレンズ１０５と、偏向走査用コイル１０６と、対物レンズ１０７とを含む。また、走査電子顕微鏡は、検出器１１０及び１１１をさらに含む。なお、検出器はこれに限定されない。
【００１８】
電子源１０４は、マイナスの高圧電位に保たれる陰極（図示省略）と、電子線の出口に配置された陽極（図示省略）とを有する電子銃によって構成される。電子源１０４において、電子銃の陰極と陽極との間に掛けられた電圧が変更可能である。電圧を変更することにより、加速された電子が放出される。なお、加速電圧の変更方法は、電子源１０４に印加する電圧を変更する方法と、試料ステージ１０１にマイナスの電圧をかけて制御する方法（リターディング）の２種類がある。加速電圧の変更方法は、これら２種類のいずれを用いてもよい。
【００１９】
走査電子顕微鏡は、試料ステージ１０１を備える。本走査電子顕微鏡で観察する観察対象試料１０９は、試料準備室（図示省略）を通して試料室まで移動され、試料ステージ１０１に戴置される。なお、試料ステージ１０１には、標準試料１０８も載置される。標準試料１０８の詳細については後述する。本実施例では、試料ステージ１０１に試料１０９と標準試料１０８の両方が載置される構成となっているが、この構成に限定されない。
【００２０】
電子源１０４から発射された電子線１０３は、コンデンサレンズ１０５によって収束される。電子線１０３は、偏向走査用コイル１０６によって試料ステージ１０１上の試料１０９上を走査するように偏向される。さらに、電子線１０３は、対物レンズ１０７によって試料ステージ１０１に搭載された試料１０９に収束して照射及び走査される。
【００２１】
電子線１０３の照射によって、試料１０９から二次電子や反射電子等のサンプルの情報をもった二次荷電粒子１１２が放出される。この二次荷電粒子１１２が、検出器１１０及び１１１によって検出される。検出器１１０及び１１１からの出力は、Ａ／Ｄ変換部１２０でデジタル化される。その後、画像処理部１２１が、電子線１０３の走査位置を画素に対応付けて画像を生成する。画像処理部１２１からの出力は、装置全体の制御をする制御部１２２を経て、モニタ（表示部）１２８に送られる。そして、モニタ１２８には、試料１０９のＳＥＭ画像が表示される。また、画像処理部１２１からの出力されたＳＥＭ画像は、データベース１２３に記憶される。
【００２２】
走査電子顕微鏡は、制御系として、装置全体を制御する制御部１２２と、上記電子光学系を構成するレンズ１０５、１０７やコイル１０６等を制御する電子光学系制御部１２５と、試料ステージ１０１を制御するステージ制御部１２７とを備える。
【００２３】
ユーザは、マウスやコントローラ、操作卓等の入力部１２４を介して所定の入力パラメータを入力する。入力パラメータは、データベース１２３に記憶されるとともに、制御部１２２及び画像処理部１２１に送られる。制御部１２２は、電子光学系制御部１２５及び高電圧電源１２６に制御信号を送り、ＳＥＭの撮像条件を設定する。上記電子光学系の各構成要素は、設定された撮像条件に基づいて動作する。また、制御部１２２は、入力パラメータによって決定された観察座標に基づいてステージ制御部１２７の制御を行う。試料ステージ１０１は、ステージ制御部１２７の制御によりＸ、Ｙ方向に移動される。また、制御部１２２は、Ａ／Ｄ変換部１２０及び画像処理部１２１を制御し、これにより、上述の通りＳＥＭ画像が生成される。
【００２４】
ここで、制御部１２２及び画像処理部１２１は、専用の回路基板などのハードウェアによって構成されてもよい。また、制御部１２２及び画像処理部１２１は、汎用のコンピュータを用いて実現されてもよく、コンピュータ上で実行されるプログラムの機能として実現されてもよい。すなわち、制御部１２２及び画像処理部１２１の処理は、プログラムコードとしてメモリなどの記憶部に格納し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。
【００２５】
なお、制御部１２２は、レシピ作成部を備えてもよい。レシピとは、走査電子顕微鏡の動作条件を記録したプログラムであり、撮像条件及び画像取得位置の座標情報などを含んだ一連の動作シーケンスを定義したものである。レシピ作成部は、オペレータが指定した入力パラメータ（サンプル情報、及び、サンプルの座標情報等）、及び、撮像条件に基づいてレシピを作成する。これにより、上述した走査電子顕微鏡の一連の動作を自動的に実行してもよい。
【００２６】
次に、本実施例の特徴を説明する。本実施例では、まず、凹部（ホールやトレンチ等）を含む標準試料１０８を走査電子顕微鏡で観察する。ここで、「標準試料」とは、構造が異なる複数の凹部を有し、これら複数の凹部の構造が既知のものである。すなわち、標準試料１０８は、既知の幅及び高さ（平面サイズ及び深さ）となるように加工されたものである。なお、標準試料１０８として、基準ウェーハとして提供しても良い。
【００２７】
本実施例では、標準試料１０８における凹部と凹部の周辺部（表面部）との明るさ比と、標準試料１０８における凹部の構造を表す値との関係を示す情報（グラフ、数値情報など）を、複数の加速電圧のそれぞれについて作成し、作成された情報は、データベース１２３に予め記憶される。ここで、「凹部の構造を表す値」は、深さ、アスペクト比（凹部の平面のサイズと凹部の深さとの比）などである。
【００２８】
次に、実際に観察すべき凹部（被観察対象部）を含む試料１０９を、任意の加速電圧で走査電子顕微鏡によって観察する。走査電子顕微鏡は、この加速電圧における画像を生成し、当該画像における凹部と凹部の周辺部との明るさ比を算出する。走査電子顕微鏡は、データベース１２３から、同じ加速電圧における情報を読み出す。そして、走査電子顕微鏡は、ここで算出した明るさ比と、上記の関係を示す情報とを比較して差分を出力することにより、観察すべき凹部における欠陥の有無を判定する。
【００２９】
次に、画像処理部１２１及びデータベース１２３について説明する。図２は、画像処理部１２１及びデータベース１２３の構成を示した図である。画像処理部１２１は、画像生成部２０１と、画像パラメータ演算部２０２と、判定部２０３とを備える。また、データベース１２３は、画像データベース２０４と、数値・グラフデータベース２０５とを備える。なお、データベース１２３は、汎用のコンピュータなどの記憶装置に格納されている。
【００３０】
画像生成部２０１は、Ａ／Ｄ変換部１２０でデジタル化された情報を受け取り、電子線１０３の走査位置を画素に対応付けてＳＥＭ画像を生成する。画像生成部２０１は、生成したＳＥＭ画像を画像データベース２０４に格納する。
【００３１】
画像パラメータ演算部２０２は、標準試料１０８に電子線１０３を照射することで得られたＳＥＭ画像から選択した箇所の明るさ比及び構造に応じたグラフを作成する。ここで、明るさ比は、「パターン部の明るさ／パターン部の周辺部の明るさ」である。ここで、グラフは、「深さと明るさ比との関係を表すグラフ」、あるいは、「アスペクト比と明るさ比との関係を表すグラフ」などである。画像パラメータ演算部２０２は、明るさ比の数値、凹部の構造を表す値、及び、グラフを数値・グラフデータベース２０５に格納する。
【００３２】
また、画像パラメータ演算部２０２は、実際に観察すべき凹部（被観察対象部）を含む試料１０９に電子線１０３を照射することにより得られたＳＥＭ画像から、明るさ比（パターン部の明るさ／周辺部の明るさ）を算出する。
【００３３】
判定部２０３は、試料１０９のＳＥＭ画像及び明るさ比などの情報と、画像データベース２０４及び数値・グラフデータベース２０５に格納されている情報とを比較し、差分情報を抽出する。判定部２０３は、差分がある場合、試料１０９の被観察対象部に欠陥があると判定する。また、差分がある場合、差分に応じた加工時間の調整を行うことによりで、条件の見直しに活用することもできる。
【００３４】
次に、データベース１２３の作成処理について説明する。一例として、３次元積層デバイスの構造を模擬した標準試料１０８を使う場合を挙げる。図３Ａ及び図３Ｂは、標準試料１０８の一例である。ここでは、３次元積層デバイスの構造を模擬したホールサンプルＡを例としている。図３Ａは、ホールサンプルＡの鳥瞰図であり、図３ＢはホールサンプルＡの断面構造である。
【００３５】
ホールサンプルＡは、酸化膜層３０２と配線層３０３の積層構造となっている。配線層３０３は、階段状に長さを変えて成膜されている。この積層構造にホール３０１をエッチングで形成する。配線層３０３がストッパ膜となるため、ホール３０１は、それぞれ、異なる深さ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４）を有する。また、ホール３０１は、それぞれ穴径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）が異なる。ここでは、ホールサンプルＡの深さは、Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ４とする。また、ホールサンプルＡの穴径は、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３とする。
【００３６】
以上のように、ホール３０１の穴径、酸化膜層３０２及び配線層３０３の膜厚を変えることにより、アスペクト比の異なるサンプルの作成が可能である。配線層３０３は、多様な材質に対応しており、例として金属膜や窒化膜が挙げられる。なお、上述したように、標準試料１０８のパターンサイズや深さ、材料は既知である。
【００３７】
図４Ａは、標準試料１０８に対して電子線１０３を走査して得られたＳＥＭ画像の一例である。また、図４Ｂは、標準試料１０８に対して電子線１０３を走査した際の二次荷電粒子の挙動の一例である。なお、図４Ａ及び図４Ｂの例では、穴径が同じホール３０１のみを抽出して説明する。
【００３８】
図４Ｂに示すように、本実施例では、高加速電圧の電子線を用いることにより、一次電子がホール３０１の穴底に到達し、二次荷電粒子４０１がホール３０１から放出される。ここで高加速電圧とは、５ｋＶ以上の電圧である。しかし、二次荷電粒子４０１の一部は、ホールパターンの側壁部などで遮蔽されるため、検出器１１０、１１１に到達しない。検出器１１０、１１１によって検出される二次荷電粒子信号は、パターンの深さに応じて低下する。
【００３９】
したがって、画像生成部２０１で形成されるＳＥＭ画像は、図４Ａに示すように深さに応じて明るさに差が生じる。また、ホール３０１の開口部の大きさが変わった場合も、開口部のサイズに応じて、二次荷電粒子信号が増減し、ホールパターンの明るさに差が生じる。
【００４０】
次に、ホールサンプルＡの明るさ比及び明るさばらつきの算出方法について説明する。図５Ａは、図４ＡのＳＥＭ画像から明るさ比と明るさばらつきを算出する方法の一例を示す。図５Ａは、図４Ａの一部を拡大したものである。なお、算出方法は以下の方法に限定されない。
【００４１】
先述の通り、深さに応じてホールの明るさは異なる。ホール５０１の底部の平均明るさを取得する範囲を５０２に示す。また、ホールサンプルＡの表面部の平均明るさを取得する範囲を５０３に示す。下層構造によっては、範囲５０３の明るさのばらつきは大きくなるため、範囲５０３は、明るさが安定している領域を指定するのが好ましい。範囲５０２、５０３の平均明るさをそれぞれＢｂ、Ｂｔとすると、ホール５０１のコントラスト比（Ｃａ）は以下の式で求めることができる。
【式１】
【００４２】
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【００４３】
また、データのばらつきを考慮するため、同じホールで複数回画像を取得し、その平均値および分散を求める方法もある。ばらつきの計算方法は、これに限定されない。全ての画像から、式（１）を用いて、コントラスト比を求める。画像パラメータ演算部２０２は、全てのホールの画像を取得し、かつコントラスト比を計算した後、そのデータを用いてグラフを作成する。
【００４４】
図５Ｂは、ホールサンプルＡの深さと明るさ比（Ｃａ）との関係を示したグラフの一例である。図５Ｂは、直径Ｄ１のホールのデータ系列５０４と、直径Ｄ２のホールのデータ系列５０５を示す。また、上記手順で求めたデータ系列５０４のばらつき範囲が５０６である。ホールサンプルＡのＳＥＭ画像は、画像生成部２０１によってデータベース１２３内の画像データベース２０４に格納される。また、上述した明るさ比の数値、明るさばらつきの数値、及びグラフは、数値・グラフデータベース２０５に格納される。なお、図５Ｂでは、ホールサンプルＡの深さと明るさ比（Ｃａ）との関係を示したグラフを示したが、これに限定されず、ホールサンプルＡのアスペクト比と明るさ比（Ｃａ）との関係を示したグラフを作成してもよい。
【００４５】
なお、グラフの作成のために５ｋＶ以上の高加速電圧を用いる。加速電圧は、深さと明るさ比との関係あるいはアスペクト比と明るさ比との関係が比例となるような高加速電圧を用いるのが好ましい。深さと明るさ比との関係が比例関係になることにより、明るさ比からの深さの推定がより容易になり、欠陥の有無の判定の精度が向上する。
【００４６】
また、グラフは、深さと明るさ比との関係あるいはアスペクト比と明るさ比との関係が比例するものに限定されない。例えば、グラフは、直線（一次関数）以外にも、二次関数などの多項式関数、指数関数、対数関数などでもよい。
【００４７】
次に、標準試料１０８からグラフを作成するときの処理について説明する。図６は、標準試料からグラフを作成するときのフローチャートである。ここでは、標準試料１０８として、凹部の構造が既知の試料が用いられる。
【００４８】
オペレータは、入力部１２４を介して標準試料１０８の入力パラメータを入力する（６０１）。入力パラメータを入力した後、標準試料１０８の画像取得位置に試料ステージ１０１を移動させる。
【００４９】
入力パラメータは、サンプル情報、サンプルの画像取得位置の座標情報、及び、明るさ比を求めるパターン部と周辺部の座標情報と範囲情報等である。ここで、「サンプル情報」は、標準試料１０８のレイアウトやパターン（凹部、トレンチなど）の情報（座標情報も含む）、パターンの深さの情報、パターンの大きさ及び構造（アスペクト比など）の情報を含む。「サンプルの画像取得位置の座標情報」は、標準試料１０８における画像取得位置の座標情報である。「明るさ比を求めるパターン部と周辺部の座標情報と範囲情報」は、例えば、パターン部の一部の座標情報と範囲情報と、パターン部の周辺部の座標情報と範囲情報とを含む。なお、「明るさ比を求めるパターン部と周辺部の座標情報と範囲情報」は、ステップ６０１において予め入力されてもよいし、あるいは、ステップ６０３において画像を取得した後に画面上で指定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、入力部１２４を介して画像取得位置での撮像に必要なＳＥＭの撮像条件（加速電圧などの条件）を入力する（６０２）。入力された撮像条件によって標準試料１０８を走査し、画像処理部１２１の画像生成部２０１によって標準試料１０８のＳＥＭ画像を生成する（６０３）。画像生成部２０１は、生成した画像を画像データベース２０４に登録する。
【００５１】
走査電子顕微鏡において、ＳＥＭ画像は、標準試料１０８に作りこまれた全てのパターンについて取得する（６０４）。全てのパターンについてＳＥＭ画像を取得している場合には、ステップ６０５に進み、そうでない場合は、ステップ６０１に戻る。
【００５２】
また、ばらつきを考慮して、標準試料１０８の同じパターンついて複数のＳＥＭ画像を取得する（６０５）。同じパターンについて複数のＳＥＭ画像を取得している場合には、ステップ６０６に進み、そうでない場合は、ステップ６０１に戻る。
【００５３】
なお、レシピを作成する場合は、あらかじめ複数のパターンについての入力パラメータを設定し、複数回同じパターンについてＳＥＭ画像を取得するように設定する。これにより、自動的に複数のパターンのそれぞれについて複数のＳＥＭ画像を自動的に取得することができる。この場合、ステップ６０４及び６０５の判定処理は省略することができる。
【００５４】
次に、画像処理部１２１の画像パラメータ演算部２０２は、コントラスト比（パターン部の明るさ／周辺部の明るさ）を算出する（６０６）。画像パラメータ演算部２０２は、図５Ａで示したようにＳＥＭ画像からコントラスト比を計算するための場所を選択し、式（１）を用いてコントラスト比を算出する。
【００５５】
次に、画像処理部１２１の画像パラメータ演算部２０２は、同じパターンの複数のＳＥＭ画像を元に、明るさ比のばらつき範囲（閾値）を計算する（６０７）。次に、画像パラメータ演算部２０２は、標準試料１０８の深さあるいはアスペクト比と明るさ比との関係を示すグラフを作成する（６０８）。グラフは、複数の点群データから直線あるいは曲線を生成するための近似処理によって作成してもよい。その後、画像パラメータ演算部２０２は、明るさ比の数値、明るさばらつきの数値、及びグラフを、数値・グラフデータベース２０５に登録する。以上で、データベース１２３の作成フローは終了である。
【００５６】
なお、グラフを作成しない構成でもよい。画像パラメータ演算部２０２は、データとして、深さと明るさ比との関係あるいはアスペクト比と明るさ比との関係を表す情報を作成すればよく、各深さあるいは各アスペクト比に対応した明るさ比が数値として定義されていればよい。
【００５７】
次に、３次元積層デバイスのホール工程での欠陥検出について説明する。図７Ａは、３次元積層デバイス構造を持つサンプル７００のホールエッチング工程で実際に発生しうる欠陥を模擬したものを示す。サンプル７００での各ホールのターゲット深さは、サンプルを設計／製造するユーザに対して既知である。この工程では、複数の深さを持つホールを同時にエッチングするため、ターゲット深さが浅いホールでは、下層ストッパ膜を突き抜けるパンチング欠陥７０１が発生する。また、ターゲット深さが深いホールでは、エッチング不足による非開口欠陥７０４が発生する。
【００５８】
図７Ｂは、図７Ａの構造をＳＥＭで確認した場合の画像例である。パンチング欠陥７０１では、深さは右隣のホール７０２と同程度の明るさになっている。また、非開口欠陥７０４についても、左隣のホール７０３と同程度の明るさとなっている。
【００５９】
図７Ａ及び図７Ｂの各ホールについて、式（１）を用いてコントラスト比を計算する。図７Ｃは、図７Ｂの画像内の各ホールについて計算したコントラスト比と、数値・グラフデータベース２０５に登録された図５Ｂのデータ系列５０４及びばらつき範囲５０６とを比較した例である。なお、数値・グラフデータベース２０５から読み出す図７Ｃのグラフは、図７Ｂと画像と同じ条件（加速電圧）で標準試料１０８を観察したときの画像から作成されたものである。
【００６０】
パンチング欠陥７０１が発生したホールのコントラスト比７０５は、ホールの深さが深くなった分、検出される信号量が低下するため、明るさが低下している。したがって、ホールの周辺とのコントラスト比も低下する。一方で、非開口欠陥７０４が発生したホールのコントラスト比７０６は、浅い分だけ検出信号が増加している。しがって、ホールの周辺とのコントラスト比も大きくなる。
【００６１】
ばらつきの範囲を閾値として用いると、コントラスト比７０５、７０６は、数値・グラフデータベース２０５に登録されたデータ系列５０４から逸脱しており、欠陥が発生していると推定される。本実施例では、判定部２０３は、コントラスト比７０５、７０６とデータ系列５０４との差分を求めることにより、ホールの欠陥の有無を判定する。この判定により、ホールエッチング工程のエッチング条件（加工条件）が適切ではないことが分かる。したがって、ホールの欠陥を検出することにより、ホールエッチング工程のエッチング条件が適切であるかを判定することができる。
【００６２】
なお、判定部２０３は、コントラスト比７０６をデータ系列５０４におけるコントラスト比に関連付けることにより、非開口欠陥７０４が発生したホールの深さ７０７を求めてもよい。これにより、欠陥が発生したホールの実際の深さがどの程度が推定することができる。
【００６３】
また、判定部２０３は、コントラスト比７０５、７０６がデータ系列５０４に対して大きいかあるいは小さいかを求めることにより、欠陥の種類を判定してもよい。上述したように、コントラスト比７０５、７０６が、データ系列５０４に対して上下のどちらにずれたかを判定することにより、パンチングあるいは非開口であることを判定することが可能である。
【００６４】
次に、深さと明るさ比との関係を示すグラフを用いて、３次元積層デバイスのホール工程での欠陥を検出し、エッチング工程のエッチング条件を判定する処理について説明する。図８は、３次元積層デバイスのホール工程での欠陥を検出する処理のフローチャートである。
【００６５】
まず、入力パラメータを入力部１２４を介して入力する。上述したように、入力パラメータは、サンプル情報、サンプルの画像取得位置の座標情報、及び、明るさ比を求めるパターン部と周辺部の座標情報と範囲情報等である。ここでは、実際に観察する試料１０９に関する入力パラメータを入力する。また、入力部１２４を介してＳＥＭの撮像条件（加速電圧などの条件）も入力する。その後、以下の処理が実行される。
【００６６】
次に、エッチング済みのウェーハサンプルを試料１０９として試料ステージ１０１にロードする（８０１）。ウェーハサンプルをロードした後、画像取得位置を、標準試料１０８と同じ構造を持つウェーハサンプルの位置へ移動させる（８０２）。
【００６７】
画像取得位置において電子線１０３を走査し、画像生成部２０１によってＳＥＭ画像を取得する（８０３）。取得したＳＥＭ画像に対して、画像パラメータ演算部２０２によって、ウェーハサンプル上のパターン部（ホールあるいはトレンチ）とパターン部の周辺部を選択する（８０４）。次に、画像パラメータ演算部２０２によって、選択された範囲を元に、コントラスト比を計算する（８０５）。
【００６８】
次に、判定部２０３によって、深さと明るさ比との関係あるいはアスペクト比と明るさ比との関係を表すグラフをデータベース１２３から読み込む（８０６）。データベース１２３から読み込むグラフは、標準試料１０８を観察したときと同一の撮像条件（加速電圧）で得られた画像から作成したものである。そして、判定部２０３によって、読み込んだグラフと、算出したコントラスト比とを比較する（８０６）。その後、判定部２０３によって、読み込んだグラフと、算出したコントラスト比との間の差分を出力する（８０７）。
【００６９】
次に、判定部２０３によって、出力された差分が所定の範囲かどうかを判定する（８０８）。例えば、差分が、ばらつき範囲（図５の５０６）内であれば、判定部２０３は、欠陥なしと判定し、ステップ８０９へ進む。ステップ８０９に進んだ場合、エッチング条件出しが完了となる。
【００７０】
一方、差分がばらつき範囲を超える場合には、判定部２０３は、欠陥が存在していると判定する（８１０）。その後、オペレータは、エッチング条件の再評価を行う（８１１）。再評価を行ったエッチング条件でウェーハサンプルを作成し、再度ステップ８０１から実行する。欠陥が検出されなくなるまでステップ８０１〜８０８を繰り返す。
【００７１】
従来のＳＥＭ式のウェーハ検査装置では、加速電圧の可変範囲が狭いため、一次電子が３次元構造デバイスの穴底に到達しない、あるいは、二次電子が検出器まで到達しないという課題があった。また、従来の基板電流を用いた解析装置では、３次元構造デバイスの下層構造やホール底の残膜厚によっては基板電流を検出できないという課題があった。したがって、従来では、サンプルを割断して断面解析を行う必要があり、解析に時間がかかるだけでなく、解析点数も少なかった。
【００７２】
本実施例によれば、３次元構造デバイスの底部に到達可能な高加速電圧で電子線１０３を照射可能な走査電子顕微鏡を用いる。さらに、既知のサイズ／深さを持つホールあるいはトレンチを形成した標準試料１０８を用意する。標準試料１０８には、複数の深さや大きさを持つパターン（ホールやトレンチ等）がレイアウトされている。標準試料１０８を高加速電圧で観察し、得られた二次電子信号画像あるいは反射電子信号画像からデータベース１２３を構築する。そして、サンプルを加工した後に、標準試料１０８を観察したときと同一の撮像条件（加速電圧）でそのサンプルを観察する。データベース１２３から読み込んだグラフとサンプルの明るさ比とを比較することにより、３次元構造デバイスの出来栄えを判定することが可能となる。以上のように、３次元構造デバイスのように複雑で且つ深い構造を持つサンプルの出来栄えを判定することができる。従来サンプルを割断して確認を行っていたのに比べると、適切なエッチング条件を得るまでのＴＡＴは向上し、早期の歩留まり向上に寄与できる。
【００７３】
［第２実施例］
次に、上述した画像処理部１２１及びデータベース１２３を用いてエッチング時間（加工条件）の最適化を行う構成について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、本実施例において用いる標準試料１０８の一例である。ここでは、３次元積層デバイスの構造を模擬したホールサンプルＢを例としている。ホールサンプルＢは、同じ穴径の複数のホールを備える。ホールサンプルＢでは、異なるエッチング時間でエッチング工程を実行することにより、深さが異なるホールが形成されている。
【００７４】
本実施例では、標準試料１０８としてホールサンプルＢを用いて、データベース１２３内の画像データベース２０４及び数値・グラフデータベース２０５に格納されるデータを作成する。標準試料１０８からグラフを作成するときの処理は図６と同様である。
【００７５】
図９Ａは、ホールサンプルＢのＳＥＭ画像であり、図９ＢはホールサンプルＢの断面構造を示す図である。例えば、ホールサンプルＢは、エッチングストッパ層９１０に達する深さでエッチングされた基準ホール群９０１と、基準ホール群９０１に比べてエッチング時間を短く設定することにより深さが浅く形成されたホール群９０２と、を含む。図９Ａに示すように、基準ホール群９０１及びホール群９０２に電子線１０３を照射して得られるＳＥＭ画像は、深さに応じてホール底部の明るさが異なる。
【００７６】
図９Ｃは、図９Ａの一部を拡大したものである。同じサイズで作られたホールの底部９０３の明るさから平均明るさＢｂを求める。また、サンプル表面部の平均明るさＢｔを表面部９０４から求める。第１実施例と同様に、平均の明るさＢｂ及び平均明るさＢｔを元に、式（１）からホールのコントラスト比（Ｃａ）を求める。また、コントラスト比（Ｃａ）のばらつきを標準偏差から求める。ばらつきの計算方法はこれに限定されるものではない。
【００７７】
ホールサンプルＢに作られたホールそれぞれで繰り返しコントラスト比（Ｃａ）の計算を行い、それぞれでのＢｂ、Ｂｔ、Ｃａ、ばらつきを求めることによりグラフを作成する。図９Ｄは、ホールサンプルＢのＳＥＭ画像から作成されたグラフの一例である。グラフ９０５及びばらつき範囲９０６の値は、データベース１２３内の数値・グラフデータベース２０５に格納される。また、ホールサンプルＢのＳＥＭ画像は、データベース１２３内の画像データベース２０４に格納される。
【００７８】
次に、エッチング時間の最適化の処理について説明する。この処理は、図８の処理と同様である。
【００７９】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、ターゲット深さが同じウェーハを異なるエッチング時間Ｔ１、Ｔ２で処理した後、走査電子顕微鏡によって取得したＳＥＭ画像である。図１０Ａのホール１００１はエッチング時間Ｔ１で処理され、図１０Ｂのホール１００２はエッチング時間Ｔ２で処理されているとする。この実施例でのターゲット深さは、図９Ｂに示す基準ホール群９０１のホールと同じ深さとする。撮像条件は、図９ＡのＳＥＭ画像を取得した場合と同じである。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すウェーハを試料１０９として図８の処理が実行される。なお、図８のステップ８０４以降は、以下で説明する処理となる。
【００８０】
画像パラメータ演算部２０２は、ホール１００１及びホール１００２に関して、図９Ｃと同様に、ホール底部及びパターン表面部からパターンの明るさを計算する場所を決定する。そして、画像パラメータ演算部２０２は、式（１）を用いてコントラスト比を計算する。
【００８１】
判定部２０３は、数値・グラフデータベース２０５からグラフを読み出す。図１０Ｃは、図９ＡのＳＥＭ画像から作成したグラフの一例である。判定部２０３は、図１０Ｃのグラフに、図１０Ａ及び図１０Ｂに対応するコントラスト比１００３、１００４をプロットする。
【００８２】
図１０Ａ及び図１０Ｂのウェーハはターゲット深さが同じである。したがって、図１０Ｃのグラフ上でｘ軸の値は同じである。まず、ホール１００１のＳＥＭ画像から算出したコントラスト比１００３は、グラフ１００５およびばらつき範囲１００６に比べ、十分に高い。判定部２０３は、コントラスト比１００３をｘ方向に外挿し、グラフ１００５と接した点の深さ１００７をホール１００１の深さとして求めることができる。
【００８３】
一方で、ホール１００２のＳＥＭ画像から算出したコントラスト比１００４については、グラフ１００５のばらつき範囲１００６内にプロットされる。したがって、ホール１００２はターゲットの深さに達していると考えられ、エッチング時間としては、Ｔ２とした方が最適と推定可能となる。
【００８４】
本実施例によれば、評価対象となる試料１０９のＳＥＭ画像から得られた情報と、異なるエッチング時間でエッチング工程を実行した標準試料１０８（ホールサンプルＢ）から作成されたグラフとを比較することにより、最適なエッチング時間を判定することができる。従来では、サンプルを割って断面観察していたが、本実施例では、断面観察することなく、エッチング時間の最適化が確認可能となり、エッチング条件出しに要する時間を短縮することができる。これにより、ＴＡＴの改善を実現することが可能となる。
【００８５】
［第３実施例］
次に、パターン寸法測定機能を持つＳＥＭ式計測装置に上述した画像処理部１２１とデータベース１２３を搭載した実施例について説明する。図１１は、ＳＥＭ式計測装置において検査を実行した際のフローチャートである。
【００８６】
まず、入力パラメータを入力部１２４を介して入力する。上述したように、入力パラメータは、サンプル情報、サンプルの画像取得位置の座標情報、及び、明るさ比を求めるパターン部と周辺部の座標情報と範囲情報等である。ここでは、エッチング済みのウェーハサンプルである試料１０９に関する入力パラメータを入力する。また、入力部１２４を介してＳＥＭの撮像条件（加速電圧などの条件）も入力する。その後、以下の処理が実行される。
【００８７】
次に、試料１０９として試料ステージ１０１にロードする（１１０１）。ウェーハサンプルをロードした後、測定位置を、ウェーハ内の指定点へ移動させる（１１０２）。
【００８８】
ウェーハ内の指定点において電子線１０３を走査し、画像生成部２０１によってＳＥＭ画像を取得し、指定点における位置の寸法を測定する（１１０３）。取得したＳＥＭ画像に対して、画像パラメータ演算部２０２によって、上述したように、ウェーハサンプル上のパターン部とパターン部の周辺部を選択する。そして、画像パラメータ演算部２０２によって、選択された範囲を元に、コントラスト比を計算する（１１０４）。
【００８９】
次に、判定部２０３によって、深さと明るさ比との関係あるいはアスペクト比と明るさ比との関係を表すグラフをデータベース１２３から読み込む。そして、判定部２０３によって、読み込んだグラフと、算出したコントラスト比とを比較する（１１０５）。その後、判定部２０３によって、読み込んだグラフと、算出したコントラスト比との間の差分を出力する（１１０６）。
【００９０】
図１２Ａは、チップ単位でコントラスト比の差分を表示させたマップである。マップ１２０１は、モニタ１２８の画面として表示される。マップ１２０１には、半導体ウェーハ上の複数の指定点におけるコントラスト比が表示される。
【００９１】
マップ１２０１では、正常なコントラストのチップ１２０２と、軽度の異常コントラストチップ１２０３と、重度の異常コントラストチップ１２０４とが表示される。これらは、標準試料１０８との差分の大きさに合わせて、色あるいは濃淡などを変えて表示される。図１２Ｂは、チップ単位でコントラスト比の差分を表示した別の例である。図１２Ｂの画面では、各チップの座標に対応させて、寸法とコントラストが表示される。
【００９２】
次に、判定部２０３によって、寸法異常の有無（１１０７）及びコントラスト比の異常の有無（１１０８）を判定する。寸法及びコントラスト比のそれぞれで異常がない場合は、エッチング条件出しが完了したとして（１１０９）、次の工程へとサンプルを流す。
【００９３】
寸法あるいはコントラスト比で異常があった場合は、ステップ１１１０へ進む。異常がある場合は、エッチングの条件が不十分であったり、エッチング装置に異常が発生したりしていることが疑われる。したがって、装置の不具合を確認し（１１１０）、装置の不具合が確認された場合には、装置の点検（エッチャー状態の点検）をする（１１１１）。その後、エッチング条件を再評価（１１１２）し、ステップ１１０１に戻る。ステップ１１１０において、装置の不具合でない場合には、エッチング条件を再評価（１１１２）し、ステップ１１０１に戻る。
【００９４】
本実施例では、標準試料１０８を走査電子顕微鏡で観察し、その深さあるいはアスペクト比とコントラスト比（＝パターン部の明るさ／周辺部の明るさ）との関係を予めデータベース１２３に格納しておく。標準試料１０８と同様の構造を持つ半導体ウェーハに対して、データベース１２３の作成時と同じ撮像条件によって画像を取得する。取得した画像からコントラスト比とデータベース１２３に記憶したデータとを比較する。データベース１２３との差分を出力することにより、半導体ウェーハにおけるパターン加工の出来栄えを評価できる。
【００９５】
本実施例によれば、深い構造を持つ３次元デバイスの半導体の量産工程に適用して、半導体デバイスの歩留まり向上に貢献できる。特に、半導体の量産ラインでの寸法管理に合わせて、コントラスト評価による検査を実施することにより、装置不具合や欠陥を早期に発見でき、ＴＡＴの改善を実現することができる。
【００９６】
［第４実施例］
次に、上述した実施例を実行する際にモニタ１２８に表示される画面について説明する。図１３Ａは、モニタ１２８に表示される画面の一例である。
【００９７】
画面１３０１は、ウェーハマップ表示欄１３０２と、スキャン条件欄１３０３と、取得画像表示欄１３０４と、デバイス構造情報欄１３０５と、計算結果（グラフ）表示欄１３０６と、ツールボックス１３０７とを備える。
【００９８】
ウェーハマップ表示欄１３０２には、画像取得中のチップあるいは標準試料が表示される。また、ウェーハマップ表示欄１３０２には、判定処理後の差分のマップ（図１２Ａのマップ）が表示される。
【００９９】
スキャン条件欄１３０３には、ＳＥＭの撮像条件などが表示される。取得画像表示欄１３０４には、取得したＳＥＭ画像が表示される。なお、取得画像表示欄１３０４に表示されたＳＥＭ画像上で、コントラスト比の計算に使用するパターン部の範囲及びパターン部の周囲の表面部の範囲を指定してもよい。この場合、ツールボックス１３０７の各ボタンを押すことにより、取得画像表示欄１３０４に表示されたＳＥＭ画像上に矩形、多角形、円形などの範囲を指定することができる。
【０１００】
デバイス構造情報欄１３０５には、観察対象の試料１０９のデバイス構造の情報が表示される。このデバイス構造の情報は、入力部１２４を介して入力される。なお、デバイス構造情報欄１３０５には、観察対象の試料１０９のデバイス構造の情報が入力されると、その試料に対応した標準試料１０８の情報が出力される。
【０１０１】
計算結果（グラフ）表示欄１３０６には、コントラスト比の計算結果及びグラフが表示される。例えば、計算結果（グラフ）表示欄１３０６には、図７Ｃあるいは図１０Ｃのグラフが表示される。計算結果（グラフ）表示欄１３０６には、グラフに限られず、数値などのリストが表示されてもよい。例えば、図１２Ｂのリストが表示されてもよい。
【０１０２】
図１３Ｂは、取得画像表示欄１３０４を拡大した図である。取得画像表示欄１３０４は、Ｉｍａｇｅタブ１３０８と、Ｌｉｓｔタブ１３０９とを備える。図１３の左側の図は、Ｉｍａｇｅタブ１３０８を押した場合の画面であり、図１３の右側の図は、Ｌｉｓｔタブ１３０９を押した場合の画面である。
【０１０３】
Ｉｍａｇｅタブ１３０８の画面では、取得したＳＥＭ画像１３１０が表示される。ＳＥＭ画像１３１０には、ツールボックス１３０７を用いて、コントラスト比の計算に使用するパターン部の範囲１３１１ａ及びパターン部の周囲の表面部の範囲１３１１ｂが指定されている。
【０１０４】
Ｌｉｓｔタブ１３０９の画面では、取得したＳＥＭ画像１３１０のサムネイル画像が表示される。サムネイル画像の横側には、対応するＳＥＭ画像に関する、パターン部（例えば、ホール）の明るさと、パターン部の周囲の表面部の明るさと、コントラスト比とが表示される。
【０１０５】
図１３Ｃは、デバイス構造情報欄１３０５を拡大した図である。デバイス構造情報欄１３０５には、パターン部のタイプを選択するボックス１３１２と、サンプルの表面の構造を選択するボックス１３１３と、サンプルのパターン部の底部の構造を選択するボックス１３１４と、サイズのタイプ（径あるいは幅）を選択するボックス１３１５と、サイズのタイプ（深さあるいは高さ）を選択するボックス１３１６と、検索ボタン１３１７と、検索結果表示欄１３１８と、が表示される。オペレータは、入力部１２４を介して適切なパラメータを入力することができる。
【０１０６】
データベース１２３には、サンプルの構造の情報と標準試料１０８とを関連付けた情報が格納されている。ボックス１３１２〜１３１６の情報を入力した後に、検索ボタン１３１７を押すと、その構造に対応した標準試料１０８の情報が検索結果表示欄１３１８に表示される。
【０１０７】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１０８】
例えば、欠陥の有無の判定あるいは最適な加工条件の判定を支援する点においては、判定部２０３の代わりに、データベース１２３から取得した情報と試料１０９から計算した明るさ比とを表示するモニタ（表示部）１２８を少なくとも備えていればよい。例えば、グラフには、試料１０９から計算した明るさ比がプロットされる。この場合、図８の判定部２０３の処理を実行することなく、オペレータがモニタ１２８上のグラフなどを参照することにより、欠陥の有無あるいは最適な加工条件を判定することができる。なお、モニタ１２８のグラフ上にばらつきの範囲も同時に表示させるようにすると、判定の時間をより短縮することができる。
【０１０９】
また、上述の実施例では、１つのグラフを用いて欠陥の有無の判定あるいは最適な加工条件の判定を行っているが、複数のグラフを用いて判定を行ってもよい。データベース１２３には、複数の加速電圧ごとにグラフが格納されており、走査電子顕微鏡は、複数の加速電圧の各々によって画像を取得する。判定部２０３は、グラフと、複数の加速電圧の各々によって得られた画像における明るさ比との差分を求めることにより、試料における欠陥の有無あるいは最適な加工条件の判定行ってもよい。複数の加速条件によって得られた画像を用いて判定することにより、欠陥の有無の判定あるいは最適な加工条件の判定の精度を向上させることができる。
【０１１０】
上述したように、実施例の構成は、それらの一部や全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現することができる。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードで実現してもよい。この場合、プログラムコードを記録した非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を情報処理装置（コンピュータ）に提供し、その情報処理装置（又はＣＰＵ）が非一時的なコンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。非一時的なコンピュータ可読媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
【０１１１】
また、プログラムコードは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によって情報処理装置に供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムを情報処理装置に供給できる。
【０１１２】
また、図面における制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１０１    ：試料ステージ
１０２    ：カラム
１０３    ：電子線
１０４    ：電子源
１０５    ：コンデンサレンズ
１０６    ：偏向走査用コイル
１０７    ：対物レンズ
１０８    ：標準試料
１０９    ：試料
１０９    ：観察対象試料（ウェーハ）
１１０，１１１    ：検出器
１１２    ：二次荷電粒子
１２０    ：Ａ／Ｄ変換部
１２１    ：画像処理部
１２２    ：制御部
１２３    ：データベース
１２４    ：入力部
１２５    ：電子光学系制御部
１２６    ：高電圧電源
１２７    ：ステージ制御部
１２８    ：モニタ（表示部）
２０１    ：画像生成部
２０２    ：画像パラメータ演算部（演算部）
２０３    ：判定部
２０４    ：画像データベース
２０５    ：数値・グラフデータベース
【図１】
2014175150.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月24日(2016.10.24)
【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】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
請求項６に記載の試料観察装置において、
前記演算部は、前記被観察対象部を含む前記画像における前記明るさ比が前記明るさ比の前記ばらつきの範囲内である場合、前記被観察対象部に欠陥がないと判定することを特徴とする試料観察装置。
【国際調査報告】
2014175150.tif 000030
2014175150.tif 000031