(57)【要約】【課題】最小限の標準試料及び観察対象となる試料からそれぞれ得られる二次信号に関する最小限の検出結果から観察対象となる試料の膜厚を正確にかつ安定して測定することが可能な膜厚測定方法及び膜厚測定装置並びに試料作製方法及び試料作製装置を提供する。【解決手段】膜厚測定方法は、標準試料における電子ビームの加速電圧と電子ビームに対する二次信号の強度比との関係である標準データを作成する標準データ作成工程Ｓ１と、標準データの変化点の加速電圧を基準値として抽出する基準値抽出工程Ｓ２と、対象試料に電子ビームを照射して電子ビームの加速電圧と電子ビームに対する二次信号の強度比との関係である測定データを作成する測定データ作成工程Ｓ３と、測定データの変化点の加速電圧を特性値として抽出する特性値抽出工程Ｓ４と、基準値と特性値との比較に基づいて標準試料の膜厚に対して対象試料の膜厚を評価する評価工程Ｓ５とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄片に形成された対象試料の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
所定の膜厚に形成された少なくとも一つの標準試料に対して厚さ方向に電子ビームを加速電圧を変化させて照射した場合における、照射した電子ビームの加速電圧と、照射した電子ビームに対する前記標準試料から放出される二次信号の強度比との関係である標準データを作成する標準データ作成工程と、
該標準データに形成された変化点を検出し、該変化点における加速電圧を基準値として抽出する基準値抽出工程と、
前記対象試料に対して厚さ方向に電子ビームを加速電圧を変化させて照射して前記対象試料から放出された二次信号の強度を検出し、照射した電子ビームの加速電圧と、照射した電子ビームに対する前記標準試料から放出される二次信号の強度比との関係である測定データを作成する測定データ作成工程と、
該測定データに形成された変化点を検出し、該変化点における加速電圧を特性値として抽出する特性値抽出工程と、
前記基準値と前記特性値との比較に基づいて、前記標準試料の膜厚に対して前記対象試料の膜厚を評価する評価工程とを備えることを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の膜厚測定方法において、
前記標準データ作成工程及び前記測定データ作成工程は、前記標準試料及び前記対象試料からの反射電子の強度または該反射電子の強度に基づいて表示される画像における対象範囲の輝度を前記二次信号の強度として、前記標準データ及び前記測定データを作成することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の膜厚測定方法において、
前記標準データ作成工程は、膜厚の異なる少なくとも二つの前記標準試料に対して前記標準データを作成し、
前記基準値抽出工程は、それぞれの前記標準データに対して前記基準値を抽出し、
前記評価工程は、前記標準データから、膜厚と前記基準値を表わす加速電圧との関係を算出し、得られた該膜厚と加速電圧との関係に前記特性値を表わす加速電圧を入力することで、前記対象試料の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の膜厚測定方法で測定された前記対象試料の膜厚に基づいて該対象試料のエッチング量を決定し、荷電粒子ビームを照射して前記対象試料を前記エッチング量だけエッチングすることを特徴とする試料作製方法。
【請求項５】
試料を固定する試料台と、
該試料台に固定された前記試料に加速電圧を変化させて電子ビームを照射可能な電子ビーム鏡筒と、
前記試料台に固定された前記試料に電子ビームを照射することで該試料から発生する二次信号を検出可能な二次信号検出手段と、
前記電子ビーム鏡筒を制御するとともに、前記二次信号検出手段での検出結果が入力され、前記試料の膜厚を解析する制御部とを備え、
該制御部は、前記電子ビーム鏡筒から照射された電子ビームの加速電圧と、照射された電子ビームに対する前記二次信号検出手段で検出された二次信号の強度比との関係である測定データを作成する測定データ作成手段と、
所定の膜厚に形成された標準試料に対して厚さ方向に電子ビームを加速電圧を変化させて照射した場合における、前記標準試料の膜厚を表わす膜厚データ、及び、照射した電子ビームの加速電圧と、照射した電子ビームに対する前記標準試料から放出される二次信号の強度比との関係である標準データを記憶する記憶手段と、
前記測定データ及び前記標準データに形成された変化点を検出し、該変化点における加速電圧を抽出可能な測定データ解析手段と、
少なくとも一つの前記標準試料に関する前記標準データの前記変化点における加速電圧である基準値と、対象となる前記試料に関する前記測定データの前記変化点における加速電圧である特性値との比較に基づいて、前記膜厚データが表わす前記標準試料の膜厚に対して対象となる前記試料の膜厚を評価する評価手段とを有することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の膜厚測定装置において、
前記二次信号検出手段は、前記二次信号として前記試料からの反射電子を検出可能であるとともに、
前記制御部は、前記反射電子の強度または該反射電子の強度を画像化した画像データにおける対象範囲の輝度を前記二次信号の強度として、前記試料の膜厚を解析することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の膜厚測定装置において、
前記制御部の前記記憶手段には、膜厚の異なる少なくとも二つの前記標準試料の前記膜厚データ及び前記標準データが記憶されていて、
前記制御部の前記評価手段は、複数の前記標準試料の前記膜厚データ及び前記標準データから、膜厚と前記基準値を表わす加速電圧との関係を算出し、得られた該膜厚と加速電圧との関係に前記特性値を表わす加速電圧を入力して対象となる前記試料の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の膜厚測定装置を備えた試料作製装置において、
前記試料台に固定された前記試料に荷電粒子ビームを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒を備え、
前記制御部は、前記評価手段によって評価された対象となる前記試料の膜厚に基づいて、該試料のエッチング量を決定し、該エッチング量に応じて前記荷電粒子ビーム鏡筒によって前記試料に荷電粒子ビームを照射させることを特徴とする試料作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄片に形成された試料の膜厚を測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置、並びに、該膜厚測定方法を使用した試料作製方法、及び、該膜厚測定装置を備えた試料作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスなどの特定箇所の解析を行う手法として、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）が用いられている。ＴＥＭやＳＴＥＭによる試料観察は、試料に対して厚さ方向に電子ビームを照射し、試料を透過した電子ビームを検出して画像化することで行われる。このため、ＴＥＭやＳＴＥＭによる試料観察で、鮮明な観察像を得るためには、集束イオンビーム加工などによって試料を一定の膜厚で、例えば１００ｎｍ程度の薄片に精度良く加工する必要がある。そして、試料を精度良く薄片に加工するには、所定の膜厚に形成されているか精度良く測定し、この測定結果に基づいて加工に用いられる集束イオンビームなどの制御を行うことが重要である。
【０００３】
このような薄片に形成された試料の膜厚の測定方法としては、膜厚を測定する薄片に形成された膜厚測定領域と、膜厚測定領域外で薄片に形成されていない参照領域とにおいて、試料に電子ビームをそれぞれ照射して発生する二次電子の強度を検出し、膜厚測定領域の二次電子の強度を参照領域の二次電子の強度で除した計算値に基づいて観察試料の膜厚測定領域の膜厚を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。より詳しくは、予め、膜厚測定領域の膜厚が既知である標準試料を、膜厚を異なるものとして多数用意して、それぞれについて膜厚測定領域及び参照領域のおける二次電子の強度を測定し、上記計算値を算出する。そして、これらの測定結果から、膜厚と上記計算値との関係を調べておく。そして、次に観察対象となる試料について、膜厚測定領域及び参照領域のおける二次電子の強度を測定し、上記計算値を算出することで、予め調べておいた膜厚と上記計算値との関係から、観察対象となる試料の膜厚測定領域の膜厚を評価することができるとされている。
【特許文献１】国際公開第０６／０７３０６３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような方法では、膜厚測定領域における二次電子の強度とともに、薄片に形成されていない参照領域における二次電子の強度を検出する必要があった。また、観察対象となる試料の膜厚を精度良く評価するためには、膜厚と、膜厚測定領域の二次電子の強度を参照領域の二次電子の強度で除した計算値との関係を精度良く求めておく必要が有り、すなわち標準試料によるデータを、膜厚を異なるものとして多数用意しておく必要あった。このため、観察対象となる試料の膜厚を測定するに際しては、多数のデータを採取しなければならない問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、最小限のサンプル数の標準試料及び観察対象となる試料からそれぞれ得られる、二次信号に関する最小限の検出結果から、観察対象となる試料の膜厚を正確に、かつ、安定して測定することが可能な膜厚測定方法及び膜厚測定装置、並びに、該膜厚測定方法を使用した試料作製方法、及び、該膜厚測定装置を備えた試料作製装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、薄片に形成された対象試料の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、所定の膜厚に形成された少なくとも一つの標準試料に対して厚さ方向に電子ビームを加速電圧を変化させて照射した場合における、照射した電子ビームの加速電圧と、照射した電子ビームに対する前記標準試料から放出される二次信号の強度比との関係である標準データを作成する標準データ作成工程と、該標準データに形成された変化点を検出し、該変化点における加速電圧を基準値として抽出する基準値抽出工程と、前記対象試料に対して厚さ方向に電子ビームを加速電圧を変化させて照射して前記対象試料から放出された二次信号の強度を検出し、照射した電子ビームの加速電圧と、照射した電子ビームに対する前記標準試料から放出される二次信号の強度比との関係である測定データを作成する測定データ作成工程と、該測定データに形成された変化点を検出し、該変化点における加速電圧を特性値として抽出する特性値抽出工程と、前記基準値と前記特性値との比較に基づいて、前記標準試料の膜厚に対して前記対象試料の膜厚を評価する評価工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の膜厚測定装置は、試料を固定する試料台と、該試料台に固定された前記試料に加速電圧を変化させて電子ビームを照射可能な電子ビーム鏡筒と、前記試料台に固定された前記試料に電子ビームを照射することで該試料から発生する二次信号を検出可能な二次信号検出手段と、前記電子ビーム鏡筒を制御するとともに、前記二次信号検出手段での検出結果が入力され、前記試料の膜厚を解析する制御部とを備え、該制御部は、前記電子ビーム鏡筒から照射された電子ビームの加速電圧と、照射された電子ビームに対する前記二次信号検出手段で検出された二次信号の強度比との関係である測定データを作成する測定データ作成手段と、所定の膜厚に形成された標準試料に対して厚さ方向に電子ビームを加速電圧を変化させて照射した場合における、前記標準試料の膜厚を表わす膜厚データ、及び、照射した電子ビームの加速電圧と、照射した電子ビームに対する前記標準試料から放出される二次信号の強度比との関係である標準データを記憶する記憶手段と、前記測定データ及び前記標準データに形成された変化点を検出し、該変化点における加速電圧を抽出可能な測定データ解析手段と、少なくとも一つの前記標準試料に関する前記標準データの前記変化点における加速電圧である基準値と、対象となる前記試料に関する前記測定データの前記変化点における加速電圧である特性値との比較に基づいて、前記膜厚データが表わす前記標準試料の膜厚に対して対象となる前記試料の膜厚を評価する評価手段とを有することを特徴としている。
【０００８】
この発明に係る膜厚測定方法及び膜厚測定装置によれば、まず、標準データ作成工程として、所定の膜厚に形成された少なくとも一つの標準試料について標準データを作成し、予め制御部の記憶手段に、標準試料の膜厚データと標準データとを記憶させておく。そして、基準値抽出工程として、制御部の測定データ解析手段は、基準値として、記憶手段に記憶された標準データにおいて、変化点を検出し、この変化点における加速電圧を抽出する。ここで、変化点における加速電圧の大きさは、標準試料の膜厚に依存するものである。
【０００９】
次に、測定データ作成工程として、観察対象となる対象試料を測定する。すなわち、制御部の測定データ作成手段は、試料台に固定された試料に対して、電子ビーム鏡筒から電子ビームを照射させる。そして、二次信号検出手段によって、電子ビームが照射されることで対象試料から発生する二次信号を検出していく。この電子ビーム照射及び二次信号検出の過程を、電子ビームの加速電圧を変化させながら繰り返す。そして、制御部の測定データ作成手段は、照射された電子ビームの強度及び加速電圧と、対応して発生した二次信号の強度から、その対象試料における測定データを作成する。ここで、測定データにおいて、検出される二次信号の強度は、照射した電子ビームの強度で規格化され、電子ビームの強度の変動の影響を控除することができる。
【００１０】
次に、特性値抽出工程として、制御部の測定データ解析手段は、特性値として、作成された測定データにおいて、変化点を検出し、この変化点における加速電圧を抽出する。そして、上記同様に、変化点における加速電圧の大きさは、対象試料の膜厚に依存するものである。このため、評価工程として、制御部の評価手段が、基準値と特性値とを比較することで、この比較に基づいて、少なくとも一つの標準試料の膜厚から、対象試料の膜厚を正確に、かつ、安定して評価することができる。
【００１１】
また、上記の膜厚測定方法において、前記標準データ作成工程及び前記測定データ作成工程は、前記標準試料及び前記対象試料からの反射電子の強度または該反射電子の強度に基づいて表示される画像における対象範囲の輝度を前記二次信号の強度として、前記標準データ及び前記測定データを作成することがより好ましいとされている。
【００１２】
また、上記の膜厚測定装置において、前記二次信号検出手段は、前記二次信号として前記試料からの反射電子を検出可能であるとともに、前記制御部は、前記反射電子の強度または該反射電子の強度を画像化した画像データにおける対象範囲の輝度を前記二次信号の強度として、前記試料の膜厚を解析することがより好ましいとされている。
【００１３】
この発明に係る膜厚測定方法及び膜厚測定装置によれば、反射電子の強度または反射電子の強度に基づいて表示される画像における対象範囲の輝度を二次信号の強度とすることで、標準データ及び測定データのそれぞれにおける変化点がより明確に形成される。このため、変化点における加速電圧である基準値及び特性値をより正確に抽出することができ、これにより、対象試料の膜厚を、より正確に、かつ、より安定して評価することができる。
【００１４】
また、上記の膜厚測定方法において、前記標準データ作成工程は、膜厚の異なる少なくとも二つの前記標準試料に対して前記標準データを作成し、前記基準値抽出工程は、それぞれの前記標準データに対して前記基準値を抽出し、前記評価工程は、前記標準データから、膜厚と前記基準値を表わす加速電圧との関係を算出し、得られた該膜厚と加速電圧との関係に前記特性値を表わす加速電圧を入力することで、前記対象試料の膜厚を算出することがより好ましいとされている。
【００１５】
また、上記の膜厚測定装置において、前記制御部の前記記憶手段には、膜厚の異なる少なくとも二つの前記標準試料の前記膜厚データ及び前記標準データが記憶されていて、前記制御部の前記評価手段は、複数の前記標準試料の前記膜厚データ及び前記標準データから、膜厚と前記基準値を表わす加速電圧との関係を算出し、得られた該膜厚と加速電圧との関係に前記特性値を表わす加速電圧を入力して対象となる前記試料の膜厚を算出することがより好ましいとされている。
【００１６】
この発明に係る膜厚測定方法及び膜厚測定装置によれば、標準データ作成工程において、制御部の記憶手段には、膜厚の異なる少なくとも二つの標準試料の膜厚データ及び標準データが記憶されている。このため、評価工程において、制御部の評価手段は、異なる二つの膜厚と基準値を表わす加速電圧とから、膜厚と加速電圧との関係を定量的に評価することができる。それ故に、制御部の評価手段は、この膜厚と加速電圧との関係から、測定データ解析工程において測定データ解析手段によって抽出された特性値を表わす加速電圧から、対応する対象試料の膜厚を正確に算出することができる。
【００１７】
また、本発明の試料作製方法は、上記の膜厚測定方法で測定された前記対象試料の膜厚に基づいて該対象試料のエッチング量を決定し、荷電粒子ビームを照射して前記対象試料を前記エッチング量だけエッチングすることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の試料作製装置は、前記試料台に固定された前記試料に荷電粒子ビームを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒を備え、前記制御部は、前記評価手段によって評価された対象となる前記試料の膜厚に基づいて、該試料のエッチング量を決定し、該エッチング量に応じて前記荷電粒子ビーム鏡筒によって前記試料に荷電粒子ビームを照射させることを特徴としている。
【００１９】
この発明に係る試料作製方法及び試料作製装置によれば、上記膜厚測定方法及び上記膜厚測定装置により、対象試料の膜厚を正確に評価することができるので、対象試料の膜厚に基づいて、対象試料に必要とされるエッチング量を正確に決定することができ、それ故に荷電粒子ビーム鏡筒から荷電粒子ビームを対象試料に照射して、対象試料を所望の膜厚に正確に加工することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の膜厚測定方法及び膜厚測定装置によれば、照射する電子ビームの加速電圧と、照射する電子ビームに対する放出される二次信号の強度比との関係から、対象試料の膜厚を評価することで、最小限のサンプル数の標準試料及び対象試料からそれぞれ得られる二次信号に関する最小限の検出結果から、対象試料の膜厚を正確に、かつ、安定して測定することが可能である。
また、本発明の試料作製方法及び試料作製装置によれば、上記試料作製方法及び上記試料作製装置を備えることで、対象試料を所望の膜厚に正確に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１から図５は、この発明に係る実施形態を示している。図１に示すように、試料作製装置１は、試料Ｐを固定する試料台２と、荷電粒子ビームとして集束イオンビームＡを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒である集束イオンビーム鏡筒３と、試料Ｐに対して厚さ方向Ｘに電子ビームＢを照射可能な電子ビーム鏡筒４と、二次信号として反射電子Ｃを検出可能な二次信号検出手段である反射電子検出器（ＢＳＥ検出器）５と、各種手動入力可能な操作部６と、画像を表示するモニタ７と、制御部１０と、膜厚測定装置２０とを備える。集束イオンビーム鏡筒３は、操作部６による操作、及び、制御部１０による制御の下、加速電圧及びビーム強度を所望の値に設定し、また、図示しない走査手段によって試料Ｐの所望の位置に、集束イオンビームＡを照射可能である。また、電子ビーム鏡筒４は、操作部６による操作、及び、制御部１０による制御の下、加速電圧及びビーム強度を所望の値に設定し、また、図示しない走査手段によって所望の位置に電子ビームＢを照射可能である。また、反射電子検出器５によって検出された反射電子Ｃの強度は、制御部１０に入力される。なお、反射電子検出器５は、シンチレータや半導体検出器など、主として二次電子よりも大きいエネルギーを有する電子を検出可能なものを用いる。
【００２２】
また、制御部１０は、反射電子検出器５による検出結果に基づいて試料Ｐの膜厚を解析可能であり、画像解析手段１１と、測定データ作成手段１２と、記憶手段１３と、測定データ解析手段１４と、評価手段１５とを備える。画像解析手段１１は、反射電子検出器５によって検出された反射電子Ｃの強度の分布を輝度の分布として画像化した画像データを作成可能であり、モニタ７によって画像として表示することが可能である。また、画像解析手段１１は、画像の所定の範囲について、輝度の平均値Ｉｐ（以下、対象範囲の輝度とする）を求め、これを二次信号の強度として測定データ作成手段１２に入力可能である。測定データ作成手段１２は、照射された電子ビームＢの強度Ｉｂに対して、該強度Ｉｂで電子ビームＢを照射した際の対象範囲の輝度Ｉｐを比で表した強度比Ｒｉを算出し、照射された電子ビームＢの加速電圧Ｅｂと、対応する強度比Ｒｉとの関係である測定データＭを作成可能である。また、記憶手段１３は、膜厚が既知の標準試料についての膜厚を表わす膜厚データＬと、この標準試料についての上記測定データＭである標準データＮとを対応づけて記憶することが可能である。なお、本実施形態においては、膜厚データＬについては操作部６によって入力されることによって、標準データＮについては後述するように測定データ作成手段１２によって標準試料に関する測定データＭを作成することによって、記憶手段１３に記憶されている。また、測定データ解析手段１４は、測定データＭを解析し、測定データＭにおいて形成されている変化点を検出し、この変化点において対応する加速電圧である特性値Ｅｍ抽出することが可能である。同様に、測定データ解析手段１４は、標準データＮを解析し、標準データＮにおいて形成されている変化点を検出し、この変化点において対応する加速電圧である基準値Ｅｎを抽出することが可能である。また、評価手段１５は、標準データＮの基準値Ｅｎと、測定データＭの特性値Ｅｍとを比較し、この比較に基づいて、記憶手段１３に記憶された膜厚データＬが表わす標準試料の膜厚に対して対象となる試料Ｐの膜厚を評価することが可能である。そして、これらで構成される制御部１０、試料台２、電子ビーム鏡筒４、及び、反射電子検出器５によって、試料台２に固定された試料Ｐの膜厚を測定する膜厚測定装置２０を構成している。以下に、制御部１０の各構成による膜厚測定方法の詳細、及び、膜厚測定装置２０としての作用、並びに、上記膜厚測定方法を使用した試料作製方法、及び、試料作製装置１の作用について、図２に示すフロー図、及び、図３から図５に示す説明図に基づいて説明する。
【００２３】
図２に示すように、まず、標準データ作成工程Ｓ１として、観察対象試料Ｐ３と同じ材質で、かつ、厚みが既知である標準試料の標準データＮを作成する。本実施形態では、膜厚Ｑ１の標準試料Ｐ１と、標準試料Ｐ１の膜厚Ｑ１よりも大きい膜厚Ｑ２の標準試料Ｐ２と、膜厚の異なる二つの標準試料を使用する。まず、標準試料Ｐ１を試料台２に固定する。そして、操作部６によって標準試料Ｐ１と対応する膜厚Ｑ１を入力する。入力された膜厚Ｑ１は、膜厚データＬ１として制御部１０の記憶手段１３によって記憶される。次に、制御部１０の測定データ作成手段１２は、電子ビーム鏡筒４によって電子ビームＢを所定の加速電圧Ｅｂ、強度Ｉｂで標準試料Ｐ１の所定の範囲で走査する。また、反射電子検出器５では、電子ビームＢの照射に伴って標準試料Ｐ１からの反射電子Ｃを検出する。検出された反射電子Ｃの強度は、制御部１０の画像解析手段１１において輝度に変換され、電子ビームＢを走査する位置情報と対応づけて画像データが作成される。図４は、この画像データに基づいてモニタ７に表示された試料Ｐの画像の一例である。反射電子の強度は試料の厚みが入射電子の侵入長程度より薄い範囲では厚みに応じて減少する。このため、入射電子の侵入長より十分厚い部分Ｐｂと侵入長程度以下の薄膜に形成された部分Ｐａを反射電子像上で比較すると部分Ｐａは部分Ｐｂに対して暗く表現される。さらに制御部１０の画像解析手段１１は、この画像データの内、予め設定された膜厚測定の対象となる範囲（例えば、図４に示す範囲Ｆ）における輝度の平均値である対象範囲の輝度Ｉｐを算出する。算出された対象範囲の輝度Ｉｐは、測定データ作成手段１２に入力され、対応する電子ビームＢの強度Ｉｂから、強度比Ｒｉ（＝Ｉｐ／Ｉｂ）が算出される。これを照射する電子ビームＢの加速電圧Ｅｂを変化させながら繰り返し行い、電子ビームＢの加速電圧Ｅｂと、対応する強度比Ｒｉとの関係である測定データＭを作成し、これを標準試料Ｐ１における標準データＮ１として記憶手段１３において膜厚データＬ１と対応づけて記憶させる。そして、標準試料Ｐ２についても上記同様の工程を行い、操作部６によって膜厚Ｑ２を入力し、対応する膜厚データＬ２を記憶手段１３に記憶させるとともに、測定データ作成手段１２によって標準試料Ｐ２と対応する標準データＮ２を作成し、記憶手段１３において膜厚データＬ２と対応づけて記憶させる。
【００２４】
図４において、一点鎖線は、標準データＮ１を、二点鎖線は、標準データＮ２を示している。ここで、図４に示すように、加速電圧Ｅｂの増加に対して強度比Ｒｉがほとんど変化しない領域と、加速電圧Ｅｂの増加に対して強度比Ｒｉが漸減する領域が存在し、その境界で変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａが形成される。実際の測定データでは、前記変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａは明瞭なグラフ上の傾きとしては認識されないが、例えば、前記強度比Ｒｉがほとんど変化しない領域、及び、前記強度比Ｒｉが漸減する領域に直線を当てはめ、その交点を求めるといった方法で変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａを認識することができる。このように強度比Ｒｉが変化し始める変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａは、電子線のエネルギーの増加に伴い、侵入長が試料厚みと略等しくなった場合であると考えられるので、この変化点における加速電圧Ｅｂを試料厚みと対応する値として用いることが可能である。
【００２５】
以上のようにして、標準データＮ１、Ｎ２が作成されたら、次に基準値抽出工程Ｓ２として、制御部１０の測定データ解析手段１４は、標準データＮ１、Ｎ２から、それぞれに形成された変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａを検出し（ステップＳ２ａ）、それぞれの変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａにける加速電圧を基準値Ｅｎ１、Ｅｎ２として抽出する（ステップＳ２ｂ）。そして、これらの基準値Ｅｎ１、Ｅｎ２を対応する膜厚データＬ１、Ｌ２と関連づけて記憶手段１３に記憶させる。ここで、電子ビームＢを試料Ｐに透過させるには、試料Ｐの膜厚が大きいほどエネルギーを高くする、すなわち加速電圧Ｅｂを高くする必要がある。つまり、標準データＮ１、Ｎ２において、変化点Ｎ１ａ、Ｎ２ａにおける加速電圧である基準値Ｅｎ１、Ｅｎ２は、対応する標準試料Ｐ１、Ｐ２の膜厚Ｑ１、Ｑ２に依存する。このため、膜厚Ｑ２である標準試料Ｐ２の変化点Ｎ２ａの加速電圧Ｅｎ２は、膜厚Ｑ２よりも小さい膜厚Ｑ１である標準試料Ｐ１の加速電圧Ｅｎ１よりも大きくなる。なお、上記の標準データ作成工程Ｓ１及び基準値抽出工程Ｓ２は、予め制御部１３の記憶手段１３に、膜厚データＬ１、Ｌ２、標準データＮ１、Ｎ２、及び、基準値Ｅｎ１、Ｅｎ２が記憶されているときには行わなくてよい。
【００２６】
次に、測定データ作成工程Ｓ３として、観察対象となる対象試料Ｐ３の測定データＭ３を作成する。まず、対象試料Ｐ３を試料台２に固定する。次に、制御部１０の測定データ作成手段１２は、電子ビーム鏡筒４によって電子ビームＢを所定の加速電圧Ｅｂ、強度Ｉｂで対象試料Ｐ３に照射させる。そして、加速電圧Ｅｂ、強度Ｉｂを一定としたまま、対象試料Ｐ３の所定の範囲で走査する。また、反射電子検出器５では、電子ビームＢの照射に伴って対象試料Ｐ３からの反射電子Ｃを検出する。そして、検出された反射電子Ｃの強度は、制御部１０の画像解析手段１１において輝度に変換され、電子ビームＢを走査する位置情報と対応づけて画像データが作成される。さらに制御部１０の画像解析手段１１は、この画像データの内、予め設定された膜厚測定の対象となる範囲Ｆにおける輝度Ｉｐを算出する。算出された対象範囲の輝度Ｉｐは、測定データ作成手段１２に入力され、対応する電子ビームＢの強度Ｉｂから、強度比Ｒｉ（＝Ｉｐ／Ｉｂ）が算出される。これを照射する電子ビームＢの加速電圧Ｅｂを変化させながら繰り返し行い、対象試料Ｐ３について、図４に示すように、電子ビームＢの加速電圧Ｅｂと、対応する強度比Ｒｉとの関係である測定データＭ３を作成する。次に、特性値抽出工程Ｓ４として、制御部１０の測定データ解析手段１４は、対象試料Ｐ３の測定データＭ３から変化点Ｍ３ａを検出し（ステップＳ４ａ）、変化点Ｍ３ａにける加速電圧を特性値Ｅｍ３として抽出する（ステップＳ４ｂ）。
【００２７】
そして、次に、評価工程Ｓ５として、制御部１０の評価手段１５は、基準値抽出工程Ｓ２で抽出された基準値Ｅｎ１、Ｅｎ２と、特性値抽出工程Ｓ４で抽出された特性値Ｅｍ３とを比較し、この比較に基づいて、標準試料Ｐ１、Ｐ２それぞれの膜厚Ｑ１、Ｑ２から対象試料Ｐ３の膜厚Ｑ３を算出する。すなわち、制御部１０の評価手段１５は、二つの標準試料Ｐ１、Ｐ２に関する膜厚Ｑ１、Ｑ２及び対応する基準値Ｅｎ１、Ｅｎ３から、膜厚Ｑと電子ビームＢの加速電圧Ｅｂとの関係を表わす直線近似式を求める。そして、制御部１０の評価手段１５は、求めた直線近似式において、加速電圧Ｅｂとして特性値Ｅｍ３を入力することで、特性値Ｅｍ３と対応する対象試料Ｐ３の膜厚Ｑ３を求めることができる。
【００２８】
ここで、上記の標準試料Ｐ１、Ｐ２の標準データＮ１、Ｎ２、また、対象試料Ｐ３の測定データＭ３において、対象範囲の輝度Ｉｐを電子ビームＢの強度Ｉｂで規格化した強度比Ｒｉを用いることで加速電圧Ｅｂを変えた際の強度Ｉｂの変動の影響を受けないようにしている。
【００２９】
次に、試料加工工程Ｓ６として、対象試料Ｐ３をエッチングして所望の膜厚となるように加工する。すなわち、制御部１０は、評価工程Ｓ５で算出された対象試料Ｐ３の膜厚Ｑ３と、加工後の目標とする膜厚とを比較してエッチング量を算出する（ステップＳ６ａ）。そして、制御部１０は、算出されたエッチング量に基づいて集束イオンビーム鏡筒３から対象試料Ｐ３に集束イオンビームＡを照射させて対象試料Ｐ３をエッチングする（ステップＳ６ｂ）。これにより、対象試料Ｐ３を所望の膜厚に正確に加工することができる。なお、再び測定データ作成工程Ｓ３から繰り返し行って対象試料Ｐ３の膜厚が所望の膜厚となっているか確認しても良い。そして、さらに加工が必要と判断した場合には、繰り返し試料加工工程Ｓ６を行うようにしても良い。
【００３０】
以上のように、試料作製装置１において、膜厚測定装置２０は、照射する電子ビームＢの加速電圧Ｅｂと、照射する電子ビームＢに対する検出される対象範囲の輝度Ｉｐの強度比Ｒｉとの関係から対象試料Ｐ３の膜厚Ｑ３を算出することで、最小限のサンプル数の標準試料と、対象試料からそれぞれ得られる最小限の検出結果から、対象試料の膜厚を正確に、かつ、安定して測定することが可能である。また、試料作製装置１では、このような膜厚測定装置２０を備えることで、対象試料Ｐ３を所望の膜厚に正確に加工することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、標準試料Ｐ１、Ｐ２と二つの標準試料に基づいて対象試料の膜厚の測定を行ったが、これに限るものでは無い。標準試料を一つとしても、この標準試料の基準値に対して対象試料の特性値が高いかどうか比較することで、標準試料の膜厚に対して対象試料の膜厚が大きいかどうかを正確に評価することができる。また、標準試料を三つ以上とすれば、膜厚と加速電圧との関係を直線近似式で求めるに際して、より高精度に算出し、この関係式に基づいて対象試料の膜厚を、より正確に算出することができる。さらに、膜厚Ｑと電子ビームＢの加速電圧Ｅｂとの関係式は、直線近似式に限られるもので無く、曲線近似式によって求めるものとしても良い。また、本実施形態では、標準データ作成工程として、膜厚が既知の標準試料に電子ビームを照射して標準データを作成したが、これに限るものでは無く、モンテカルロ法など、既知のシュミレーション手法により、目標とする膜厚における標準データ及び対応する基準値を算出しても良い。あるいは、先行して測定データ作成工程及び特性値抽出工程を行い、標準データ作成工程及び基準値抽出工程として、対象試料について抽出された特性値と適合する基準値、標準データとなる膜厚を逆算するものとしても良い。
【００３２】
また、本実施形態では、上記のような膜厚測定を、制御部１０の各構成による制御、解析に基づいて自動的に行うものとしたが、これに限るものでは無い。操作者が、操作部６からの入力によって手動により、上記工程に沿って対象試料の膜厚測定を行うものとしても良い。また、本実施形態では、電子ビームＢを照射して試料から放出され検出する二次信号の強度として、検出された反射電子の強度を画像化した際の対象範囲の輝度Ｉｐとしたが、これに限るものでは無く、検出される反射電子の強度自体によって標準データ及び測定データを構成しても良い。さらには、電子ビームＢを照射して試料から放出される二次信号としては、反射電子に限られるもので無く、二次電子、吸収電流、二次Ｘ線などがあり、これらを検出して標準データ及び測定データを構成しても良い。例えば、二次電子においては、照射される電子ビームの加速電圧が低い場合は、照射表面からのみ二次電子が発生するので、二次電子の強度は略一定の値を示す。一方、電子ビームの加速電圧が高くなると、照射表面と反対側の面からも二次電子が発生し、検出される二次電子の強度は急激に高くなる。このため、同様に、膜厚に対応する加速電圧で変化点を形成し、これに基づいて対象試料の膜厚を測定することができる。なお、上記のように反射電子の強度または反射電子の強度に基づいて表示される画像における対象範囲の輝度を、標準データ及び測定データのパラメータとなる二次信号の強度とすることで、標準データ及び測定データにおける変化点がより明確に形成され、好適である。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施形態の膜厚測定装置及び試料作製装置の構成図である。
【図２】この発明の実施形態の膜厚測定方法及び試料作製方法のフロー図である。
【図３】この発明の実施形態の膜厚測定装置において、試料から放出される反射電子を検出して得られた画像の説明図である。
【図４】この発明の実施形態の膜厚測定装置において、作成された標準データ及び測定データの説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  試料作製装置
２  試料台
３  集束イオンビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒）
４  電子ビーム鏡筒
５  反射電子検出器（二次信号検出手段）
１０  制御部
１２  測定データ作成手段
１３  記憶手段
１４  測定データ解析手段
１５  評価手段
２０  膜厚測定装置
Ａ  集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）
Ｂ  電子ビーム
Ｃ  反射電子（二次信号）
Ｅｂ  加速電圧
Ｅｍ３  特性値
Ｅｎ１、Ｅｎ２  基準値
Ｉｂ  電子ビームの強度
Ｉｐ  画像の輝度
Ｍ、Ｍ３  測定データ
Ｍ３ａ  変化点
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２  標準データ
Ｎ１ａ、Ｎ２ａ  変化点
Ｐ  試料
Ｐ１、Ｐ２  標準試料
Ｐ３  対象試料
Ｒｉ  強度比
Ｓ１  標準データ作成工程
Ｓ２  基準値抽出工程
Ｓ３  測定データ作成工程
Ｓ４  特性値抽出工程
Ｓ５  評価工程
Ｘ  厚さ方向
【図１】
2008267895.tif 000003
【図２】
2008267895.tif 000004
【図３】
2008267895.tif 000005
【図４】
2008267895.tif 000006