(57)【要約】【課題】  試料に照射する荷電粒子ビームを計測目的に応じて的確に制御することで、吸収電流検出感度と検出精度を向上させることができる荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法および装置を実現する。【解決手段】  半導体ウェハ試料４の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料４の平面状表面に設けられた構造の検査を行う際、半導体ウェハ試料４の上部に制御電極１６を配置し、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および制御電極の電位を制御して、試料表面電界の強度を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査方法において、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を制御するようにした荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項２】
試料組成ごとの電子放出率データに基づいて、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を設定するようにした請求項１記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項３】
試料の平面状表面物質の組成からの電子放出率が１になる条件を基本とし、試料の平面状表面の電子放出率と試料の平面状表面に設けられた被検査構造の電子放出率との差が大きくなるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を設定するようにした請求項１〜２の何れかに記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項４】
被計測試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査方法において、試料上を走査する荷電粒子ビームとして絞られた円形ビームを用い、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％以上が重なり合うように行うようにした荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項５】
荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％〜５０％が重なり合うようにした請求項４記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項６】
検出された吸収電流を荷電粒子ビームの電流量で規格化した請求項１〜５の何れかに記記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項７】
被計測試料である半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査方法において、荷電粒子ビームの所定の照射条件で計測領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、計測領域から放出された信号に基づいて、計測領域中のコンタクトホールの面積率を求めると共に、計測領域周辺のコンタクトホールが存在しない領域あるいは標準コンタクトホール部において、計測領域と同一面積の領域で、同一の荷電粒子ビームの照射条件で試料表面から放出された放出信号および試料の吸収電流量を検出し、放出信号および吸収電流量のそれぞれから前記コンタクトホールの面積率分の信号を差し引いてバックグランド信号を得、計測領域で荷電粒子ビームを２次元走査して得られた放出信号および吸収電流量からそれぞれのバックグランド信号を差し引いた信号に基づいて、コンタクトホールの検査を行うようにした荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法。
【請求項８】
半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査装置において、半導体ウェハ試料の上部に制御電極を配置し、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および制御電極の電位を制御して、試料表面電界の強度を制御するようにした荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置。
【請求項９】
検査のために各種信号を計測する条件を設定するための制御装置が備えられており、制御装置の中には、試料組成ごとの電子放出率データに基づいて、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を含む計測条件が記憶されている請求項８記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置。
【請求項１０】
前記制御装置に記憶されている計測条件は、試料の平面状表面物質の組成からの電子放出率が１になる条件を基本とし、試料の平面状表面の電子放出率と試料の平面状表面に設けられた被検査構造の電子放出率との差が大きくなるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度が設定されている請求項８および９記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置。
【請求項１１】
被計測試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査装置において、検査のために各種信号を計測する条件を設定するための制御装置が備えられており、制御装置は、試料上を走査する荷電粒子ビームとして絞られた円形ビームを用い、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％以上が重なり合うように、荷電粒子ビームの走査系を制御するように構成された荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％〜５０％が重なり合うよう制御した請求項１１記載の荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造過程で形成されるコンタクトホールやビアホール等の開口ホールの開口の程度やその他ウェハ試料の状況を検査する電子ビームなどの荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年半導体デバイスは、多層化が進んでおり、下部に形成される素子やシリコン基板と上部に形成される素子との間を導通させるため、下部と上部の素子との間にコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに導電性材料を注入することが行われている。
【０００３】
このコンタクトホールの形成は、下部の素子やシリコン基板の上に絶縁物質であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のごとき酸化膜を蒸着し、その上にフォトレジストを塗布する。このレジストが塗布された材料を露光装置に装填し、形成すべきコンタクトホールの位置に光を選択的に照射し、その部分を感光させる。
【０００４】
この感光された材料は現像処理等が行われて感光された部分のレジストが取り除かれ、エッチング工程に材料は移される。エッチング工程では、レジストが取り除かれ、酸化膜が露出された部分がエッチングされ、酸化膜には多数のコンタクトホールが穿たれることになる。この後、デバイス材料の表面に残されたレジストは取り除かれ、形成されたコンタクトホール内には導電性材料が注入される。
【０００５】
ところで、コンタクトホール底面の開口具合は、半導体デバイスの動作の良否を左右する。したがって、このコンタクトホールは正確な位置に酸化膜を貫通して形成されなければならない。このホールが完全な孔として形成されていないと、最終的には製作されたデバイスが不良品となり、半導体デバイス製造の歩留まりを悪化させる要因となる。
【０００６】
このため、コンタクトホールを形成する過程では、コンタクトホールの開口度を検査し、その結果を開口度不良に至った製造過程にフィードバックし、不良原因の解消をする必要がある。このコンタクトホールの開口度を測定するために、測長機能を有した走査電子顕微鏡（ＣＤ―ＳＥＭ）やボルテージコントラストによるコンタクトホール底面のチャージ状況判定法が用いられている。
【０００７】
ＣＤ―ＳＥＭでは、コンタクトホールが形成されている試料領域において電子ビームを照射し、試料から発生した２次電子を検出している。この検出信号に基づいてコンタクトホールの開口径を測定し、測定された開口径に基づいて、形成されたコンタクトホールの良否の判定を行なうようにしている。
【０００８】
ボルテージコントラスト法では、コンタクトホールが形成されている試料領域において電子ビームを走査し、試料から発生した２次電子を検出し、この検出信号を映像信号として走査２次電子像を表示させる。この結果、コンタクトホールが正確に形成されているコンタクトホール部分は、電荷のチャージアップが生じないため、画面上黒く表示される。その一方、その底部にレジストが残っているコンタクトホールでは、チャージアップが生じ、画面上ではこのホール部分が明るく表示され、このような現象によりコンタクトホールの良否の判定を行なうことができる。
【０００９】
このようなＣＤ―ＳＥＭによる形状観察や、ボルテージコントラスト法によるコンタクトホールの開口度の良否判定は、コンタクトホールのアスペクトレシオ（ホールの深さ／ホールの開口径）が小さいとき（１０／１程度）までは、用いることができる。
【００１０】
ところで、半導体デバイス生産ラインにおいて生産されるチップ内に形成されるコンタクトホール等は、生産技術の進歩により、ホールの開口径が縮小されている。また、その一方、コンタクトホールが形成される酸化膜層の厚さは変化していない。この結果、コンタクトホールにおけるアスペクトレシオの増加を招いている。
【００１１】
このアスペクトレシオが増大してくると、コンタクトホールの底面で発生する信号を検出し、形状判定するＣＤ―ＳＥＭによる計測では、底面の計測が難しくなってきている。この理由は、試料表面を形成している物質は絶縁体であり、電子ビームのような荷電粒子ビームの照射により、試料表面がマイナスの電荷でチャージアップ現象が引き起こされることによる。
【００１２】
すなわち、ホール底面からのマイナスの２次電子が、マイナスにチャージアップされた試料表面に形成された電界により、ホールの外側に向かうことが抑制されることによる。その結果、コンタクトホール底面から発生した２次電子を充分検出できなくなることによる。
【００１３】
このため、ＣＤ―ＳＥＭによる計測では、ホール底面からの信号を検出する目的で、試料表面のチャージを防ぎ、ホール底面からの信号をホール外部に取り出すことが試みられている。しかしながら、アスペクトレシオが大きくなると、試料表面にかかる電界の影響は、ホール内部にまで影響を与えることができなくなる。したがって、ホール底部から発生する信号（例えば２次電子）を検出し、２次元画像としての計測を精度良く実施することが困難となってきた。
【００１４】
ボルテージコントラスト法によるコンタクトホールの検査では、ホールの底部で生じている事象のうち、開口と非開口を判断するために必要な信号のみを利用し、ホール開口度の判定を行なっている。これは、試料底面の不良、この場合は酸化膜の開口不良が発生した場合には、ホール底面に電荷が蓄積し、チャージ現象を引き起こす。
【００１５】
このような現象を観察することでホールの不良を判定することができるため、ＣＤ―ＳＥＭに比較してアスペクトレシオの大きな試料においても、ホールの開口／非開口の判断を行なうことは可能である。
【００１６】
しかしながら、このボルテージコントラスト法では、試料のコンタクトホールの底面でのチャージ現象を観察するため、チャージ現象が発生する前の段階で、ホールの開口／非開口の判断を行なうことは困難である。このことは、ボルテージコントラスト法による検査が、ホール開口の不良検出には向いているが、デバイス製作のプロセス管理（プロセスの揺らぎの検査）には向いていないことを意味する。
【００１７】
このような状況下で、コンタクトホールが形成されている層を透過しシリコンウェハに流れる電流、すなわち、吸収電流を測定することによってコンタクトホールの開口度の検査を行なうことが試みられている（例えば、特許文献１参照）。
【００１８】
この吸収電流値は、コンタクトホールの開口度に応じて変化する、すなわち、開口度が良好なコンタクトホールが形成されていれば、吸収電流の値が大きくなる。
【００１９】
その一方、コンタクトホールの開口度が悪い場合、たとえば、コンタクトホールの底部にエッチングで取り除かれなかったレジストが残っていたり、エッチング工程で充分な深さまでエッチングが行なわれなかった場合には、吸収電流の値が小さくなり、この吸収電流値によって、コンタクトホールの形成が不充分であることを判定することができる。
【００２０】
ここで、吸収電流値によってコンタクトホール開口度を検査する原理について簡単に説明する。試料物質に電子ビームが照射された場合、それらの相互作用により、２次電子および反射電子等が発生する。電子ビームの加速電圧または物質の材質に依存して、物質から入射電子数以上の電子が物質外へ放出または蓄積されるため、物質中では、放出または蓄積された２次電子等により、ポテンシャルが変化する。
【００２１】
ここで、試料物質を接地した場合、物質には相互作用により生じた２次電子等の放出量を相殺するように、電子が流れることになる。すなわち、入射電子流をＩp、２次電子流をＩse、反射電子流をＩbe、吸収電流をＩabとすると、これらの電流の関係は次式で表される。
【００２２】
Ｉp＝Ｉse＋Ｉbe＋Ｉab
Ｉab＝Ｉse−（Ｉbe＋Ｉp）
上式に示したように、吸収電流Ｉabは、試料に照射される電子ビーム（荷電粒子ビーム）の総量Ｉpに対して、電子ビームが照射された試料面上の物質の原子番号に応じて発生する反射電子量Ｉbeと、試料原子番号と加速電圧に応じて発生する２次電子信号量Ｉseとの差分で表される。
【特許文献１】特開２０００―１７４０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
試料内に吸収される吸収電子量は、試料に照射する電子により発生する反射電子、２次電子等により変化し、その変化量は、試料表面の組成と形状に依存する。酸化物試料等の場合、試料から発生する２次電子量δは、入射電子量と同じになる条件もあるため、吸収電子検出量は０となる場合もある。
【００２４】
高感度で吸収電流計測を実施しようとした場合、検出器系の感度を向上させるか、照射する荷電粒子ビームの電流量を増加させ見かけ上の検出値を増加させる必要がある。検出器系の感度は、初段のＩ−Ｖ変換増幅器の増幅率を大きくすることで対応は可能であるが、感度のみを向上させても、吸収電流計測系全体の安定性を向上させなければ、精度の高い計測はできない。
【００２５】
計測系全体の安定性を向上させる目的で、照射電流量を増加させ、照射電流量を安定にさせることを行ったとしても、照射されるビームにより試料表面上でのチャージアップ現象が激しくなるため、検出感度を向上させることは困難となる。更には、吸収電流量が０の条件の場合の計測では、検出数値が０のため何を計測しているのかが不明確になってしまう。また、計測領域にビームを照射する際、計測領域に見合う大きさのビームを計測領域に的確に照射することは困難である。
【００２６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、試料に照射する荷電粒子ビームを計測目的に応じて的確に制御することで、吸収電流検出感度と検出精度を向上させることができる荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法および装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
請求項１の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査方法において、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を制御するようにしたことを特徴としている。
【００２８】
請求項２の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、請求項１の発明において、試料組成ごとの電子放出率データに基づいて、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を設定するようにしたことを特徴としている。
【００２９】
請求項３の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、請求項１〜２の発明において、試料の平面状表面物質の組成からの電子放出率が１になる条件を基本とし、試料の平面状表面の電子放出率と試料の平面状表面に設けられた被検査構造の電子放出率との差が大きくなるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を設定するようにしたことを特徴としている。
【００３０】
請求項４の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、被計測試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査方法において、試料上を走査する荷電粒子ビームとして絞られた円形ビームを用い、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％以上が重なり合うように行うようにしたことを特徴としている。
【００３１】
請求項５の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、請求項４の発明において、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％〜５０％が重なり合うようにしたことを特徴としている。
【００３２】
請求項６の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、請求項１〜５の発明において、検出された吸収電流を荷電粒子ビームの電流量で規格化したことを特徴としている。
【００３３】
請求項７の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、被計測試料である半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査方法において、荷電粒子ビームの所定の照射条件で計測領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、計測領域から放出された信号に基づいて、計測領域中のコンタクトホールの面積率を求めると共に、計測領域周辺のコンタクトホールが存在しない領域あるいは標準コンタクトホール部において、計測領域と同一面積の領域で、同一の荷電粒子ビームの照射条件で試料表面から放出された放出信号および試料の吸収電流量を検出し、放出信号および吸収電流量のそれぞれから前記コンタクトホールの面積率分の信号を差し引いてバックグランド信号を得、計測領域で荷電粒子ビームを２次元走査して得られた放出信号および吸収電流量からそれぞれのバックグランド信号を差し引いた信号に基づいて、コンタクトホールの検査を行うようにしたことを特徴としている。
【００３４】
請求項８の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査装置において、半導体ウェハ試料の上部に制御電極を配置し、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および制御電極の電位を制御して、試料表面電界の強度を制御するようにしたことを特徴としている。
【００３５】
請求項９の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、請求項８の発明において、検査のために各種信号を計測する条件を設定するための制御装置が備えられており、制御装置の中には、試料組成ごとの電子放出率データに基づいて、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を含む計測条件が記憶されていることを特徴としている。
【００３６】
請求項１０の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、請求項８〜９の発明において、前記制御装置に記憶されている計測条件は、試料の平面状表面物質の組成からの電子放出率が１になる条件を基本とし、試料の平面状表面の電子放出率と試料の平面状表面に設けられた被検査構造の電子放出率との差が大きくなるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度が設定されていることを特徴としている。
【００３７】
請求項１１の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、被計測試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査し、試料の吸収電流を検出し、吸収電流値に基づいて試料の平面状表面に設けられた構造の検査を行う検査装置において、検査のために各種信号を計測する条件を設定するための制御装置が備えられており、制御装置は、試料上を走査する荷電粒子ビームとして絞られた円形ビームを用い、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％以上が重なり合うように、荷電粒子ビームの走査系を制御するように構成されたことを特徴としている。
【００３８】
請求項１２の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、請求項１１の発明において、前記制御装置は、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％〜５０％が重なり合うよう制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３９】
請求項１の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および試料表面電界の強度を制御するようにしたので、試料表面のチャージアップによる不安定要素を最小とすることができ、安定した試料吸収電流量を正確に計測することができる。
【００４０】
請求項２および３の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、請求項１の発明と同様な効果を得ることができる。
【００４１】
請求項４の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、試料上を走査する荷電粒子ビームとして絞られた円形ビームを用い、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％以上が重なり合うように行うようにしたので、計測領域で荷電粒子ビームが照射されない箇所がなくなり、常に再現性が良い安定した計測結果が得られる。
【００４２】
請求項５の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、請求項４の発明と同様な効果が得られる。
【００４３】
請求項６の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、検出された吸収電流を荷電粒子ビームの電流量で規格化したので、荷電粒子ビームの電流量の変動に依存しない計測結果を得ることができる。
【００４４】
請求項７の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法は、荷電粒子ビームの所定の照射条件で計測領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、計測領域から放出された信号に基づいて、計測領域中のコンタクトホールの面積率を求めると共に、計測領域周辺のコンタクトホールが存在しない領域あるいは標準コンタクトホール部において、計測領域と同一面積の領域で、同一の荷電粒子ビームの照射条件で試料表面から放出された放出信号および試料の吸収電流量を検出し、放出信号および吸収電流量のそれぞれから前記コンタクトホールの面積率分の信号を差し引いてバックグランド信号を得、計測領域で荷電粒子ビームを２次元走査して得られた放出信号および吸収電流量からそれぞれのバックグランド信号を差し引いた信号に基づいて、コンタクトホールの検査を行うようにしたので、吸収電流量のホール面積あたりの信号計測量を得ることができる。
【００４５】
請求項８の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、半導体ウェハ試料の上部に制御電極を配置し、半導体ウェハ試料の所定２次元領域で荷電粒子ビームを走査する際、試料の平面状表面の電子放出率が１となるように、荷電粒子ビームの加速電圧および制御電極の電位を制御して、試料表面電界の強度を制御するようにしたので、試料表面のチャージアップによる不安定要素を最小とすることができ、安定した試料吸収電流量を正確に計測することができる。
【００４６】
請求項９および１０の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、請求項８の発明と同様な効果が得られる。
【００４７】
請求項１１の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、検査のために各種信号を計測する条件を設定するための制御装置が備えられており、制御装置は、試料上を走査する荷電粒子ビームとして絞られた円形ビームを用い、荷電粒子ビームの走査を、隣り合った円形ビームのほぼ３０％以上が重なり合うように、荷電粒子ビームの走査系を制御するように構成したので、計測領域で荷電粒子ビームが照射されない箇所がなくなり、常に再現性が良い安定した計測結果が得られる。
【００４８】
請求項１２の発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置は、請求項１１の発明と同様な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に基づく荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査装置を示している。この実施の形態の一例として示した装置は、走査電子顕微鏡とその制御系、試料の吸収電流信号検出系、計測条件制御系、計測データ記憶系および計測処理系とより構成されている。
【００５０】
走査電子顕微鏡部分の上部には、電子を発生し加速して電子ビームＥＢを出射する電子銃１が設けられている。電子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ（ＣＬ）２と対物レンズ（ＯＬ）３とによって集束され、コンタクトホールの開口度を検査する半導体ウェハ試料４に照射される。対物レンズ３の上部には、電子ビームＥＢを走査するための走査コイル５が設けられている。
【００５１】
上記電子銃１の加速電圧は、加速電圧電源６から印加されるが、その電圧値は、レンズ制御部７によって制御される。レンズ制御部７は、電子銃１の加速電圧に応じてコンデンサレンズ２，対物レンズ３の励磁強度を制御し、加速電圧に応じて最適な励磁強度を各レンズに与える。
【００５２】
コンデンサレンズ２の下部には、電子ビームの電流制限絞り８が配置されている。絞り８の光軸部分には電子ビームＥＢの通過開口９が穿たれており、開口９を通過した電子ビームＥＢが対物レンズ３によって集束されて試料４に照射される。この結果、コンデンサレンズ２の励磁強度を変化させれば、開口９を通過する電子ビームの電流密度が変化し、試料に４に照射される電子ビームの電流値を最適化することができる。
【００５３】
例えば、試料４に照射する電子ビーム電流を大きくしたい場合には、レンズ制御部７によってコンデンサレンズ２の励磁強度を強くし、絞り８の開口９を通過する電子ビームの電流密度を高くすればよく、逆に試料４に照射する電子ビーム電流を小さくしたい場合には、レンズ制御部７によってコンデンサレンズ２の励磁強度を弱くし、絞り８の開口９を通過する電子ビームの電流密度を低くすればよい。なお、試料４に照射される電子ビームＥＢの電流値を変化させるためにコンデンサレンズ２の励磁強度を変化させた場合には、レンズ制御部７によって、対物レンズ３の励磁強度も試料４表面に電子ビームＥＢがフォーカスされるように変化させられる。
【００５４】
電流制限絞り８の下部には、試料４に照射される電子ビームの開き角を調整するための開き角制御レンズ１０が設けられている。電子ビームの開き角は、試料４の観察目的に応じて変化させられるが、コンタクトホールの開口度の検査の際には、できる限り開き角が小さくなるようにレンズ１０は調整される。この開き角制御レンズ１０もレンズ制御部７によって制御されており、レンズ１０の励磁強度は、加速電圧の変化によっても開き角が変化しないように制御される。また、開き角制御レンズ１０によって開き角を制御した際、対物レンズ３の励磁強度も試料４表面上に電子ビームがフォーカスされるように制御される。
【００５５】
試料４に照射される電子ビームは、走査コイル５によって２次元方向に偏向を受け、その結果、試料４の所望の２次元領域は電子ビームによって走査される。この電子ビームによって走査される試料の２次元領域は、走査制御部１１から走査コイル５に供給される走査信号によって決められる。
【００５６】
試料４への電子ビームの照射により、試料４からは反射電子や２次電子が放出される。この放出された電子は、対物レンズ３の上部に設けられたドーナツ状の検出器１２によって検出される。検出器１２によって検出された信号は、増幅器１３によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１４によってディジタル信号に変換され、２次元画像データ記憶装置１５に供給されて記憶される。２次元画像データ記憶装置１５には、走査制御部１１から試料の走査信号が参照信号として供給されている。
【００５７】
試料４の上部には、リング状の制御電極１６が設けられており、このの制御電極１６には、可変電圧電源１７から所望の電圧が印加されている。電源１７から制御電極１６に印加される電圧値は、レンズ制御部７によって制御される。その結果、制御電極１６の電位は、所望の電界強度を試料４の表面上に発生させる。この制御電極１６の外側には、ドーナツ状のシールド電極１８が配置されているが、このシールド電極１８は、制御電極１６で発生する電界の試料面上での領域を制御する。
【００５８】
半導体ウェハ試料４は、図示していないがＸ、Ｙ２方向に移動可能な試料ステージ上の試料ホルダーに固定されており、試料ステージを適宜移動させることにより、試料の計測領域を電子ビームの光軸上に配置することができる。この図示していない試料ホルダーの端部には、試料に照射される電子ビームの電流を検出するためのファラデーカップ１９が設けられている。電子ビーム電流を検出する際には、試料ステージが移動させられ、ファラデーカップ１９がほぼ光軸上に配置される。
【００５９】
試料４の裏面には図示していない裏面検出端子が設けられており、その端子は試料に流れる微少電荷移動信号を検出する。電荷移動信号は、電流を電圧出力に変換する前置増幅器２０に供給される。なお、ファラデーカップ１９の出力端子は試料の裏面検出端子に接続されている。増幅器２０の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２１を介して計測データ記憶装置２２に供給されて記憶される。前置増幅器２０には、走査制御部１１から走査信号やブランキング信号のタイミング信号が供給され、前置増幅器制御部２３からリフレッシュ信号が供給される。また、Ａ／Ｄ変換器２１には前置増幅器２０からの信号の読み取りのタイミング信号が供給される。
【００６０】
２次元画像データ記憶装置１５に記憶されたデータと計測データ記憶装置２２に記憶されたデータは、計測結果処理装置２４に供給されて所望のデータ処理が実行される。計測結果処理装置２４において実行されたデータ処理の結果は、記憶装置２５に供給されて記録される。なお、上記したレンズ制御部７，走査制御部１１、前置増幅器制御部２３は、計測条件制御装置２６からのデータに基づいて各レンズや走査コイルの制御を行う。このような構成のシステムの動作を次に説明する。
【００６１】
まず、本実施の形態で計測される試料４は、被計測領域が一定の条件であることが必要である。すなわち、試料は均一の組成および平坦な表面で構成されており、また試料に開口されたホールあるいはその開口部を有していることである。例えば、本実施の形態における被検査試料は、半導体デバイスの製造過程のウェハであり、試料表面はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のごとき酸化膜で覆われており、その酸化膜には、多数のコンタクトホールが形成されている。本実施の形態では、試料表面を構成する部分から放出される電子の放出率が、入射電子量と同じになる条件（電子放出率が１．０となる条件）を求めることを、試料の組成情報から得ることが特徴となっている。
【００６２】
さて、図１に示したシステム構成において、計測を実行する際、各レンズ、計測検出系の制御条件は、計測条件制御装置２６により求められ、各制御部に指示が出される。例えば、各レンズの励磁強度は、レンズ制御部７により制御される。加速電圧電源６では、レンズ制御部７から指示された加速電圧を発生し、電子銃１に供給して、電子銃１から安定した電子ビーム放出制御が行われる。
【００６３】
電子銃から出射された電子ビームは、照射電流制御レンズとして動作するコンデンサレンズ２と電流制限絞り８により計測に必要な照射電流量に制限される。照射電流制御に必要なコンデンサレンズ制御はレンズ制御部７から行われる。絞り８の開口９を通過し、電流制限された電子ビームは、開き角制御レンズ１０により試料面上で必要なビームサイズとなる開き角に制御される。この開き角は、計測条件制御装置２６により求められた制御データに基づき、レンズ制御部７が制御する。
【００６４】
対物レンズ３は、開き角制御レンズ１０により制御された開き角の時、試料表面上に電子ビームを合焦点させる条件に、レンズ制御部７によって制御される。制御電極１６には、計測条件制御装置２６で求められた電界強度を試料表面上に発生させるための電位を与えるため、レンズ制御部７によって制御される可変電圧電源１７から所定の電圧が印加される。シールド電極１８は、制御電極１６で発生する電界の試料表面上での領域を制限するように動作する。
【００６５】
試料４の計測領域の制御は、走査制御部１１により行われる。走査制御部１１は、計測条件制御装置２６で指示された試料表面領域を電子ビームで走査するよう、走査コイル５に供給する走査信号を制御する。試料４への電子ビームの照射によって発生した反射電子や２次電子は、放出電子検出器１２によって検出される。検出された信号は増幅器１３で増幅された後、走査制御部１１からの同期信号に同期してＡ／Ｄ変換され、ディジタルデータとして２次元画像データ記憶装置１５に供給されて記憶される。
【００６６】
試料４は、図示していない２次元方向に移動可能な試料ステージ上に設けられた試料保持装置に固定され、また、試料ステージ上には、試料裏面検出端子（図示されていない）に接続される、照射電流検出用ファラデーカップ１９が設けられている。試料ステージは、電子ビームの照射電流を検出するときには、ファラデーカップ１９が光軸上に配置されるように移動し、試料の特定領域を計測する際には、その特定領域が光軸上に配置されるように移動させられる。
【００６７】
前置増幅器２０は、試料裏面検出端子から検出される微少電荷移動信号を電圧出力に変換する。また、電子ビーム照射電流の検出時には、ファラデーカップ１９からの検出信号を電圧出力に変換する。前置増幅器２０から出力される電圧値は、Ａ／Ｄ変換器２１によってディジタル信号に変換され、計測データ記憶装置２２にディジタルデータとして記憶される。
【００６８】
２次元画像データ記憶装置１５に記憶されたデータと、計測データ記憶装置２２に記憶された計測データは、計測結果処理装置２４に供給される。計測結果処理装置２４では、計測データに基づいて、あるいは、計測データと画像データとに基づいて計測結果を算出する。算出された計測結果は、記憶装置２５に供給されて記憶される。
【００６９】
ここで、計測条件制御装置２６では、計測レシピを保管し、計測要求に応じて事前に準備された計測レシピ条件に基づき各制御部に対して制御条件を出力する機能を有している。図２は計測条件制御装置２６の内部構成を説明するための図であり、入力情報に基づき生成される制御情報処理の流れを示している。計測レシピの作成においては、新規検査レシピ要求に基づき、試料型式（レシピ名に同じ）、検査工程（被計測物の表面処理状態情報）、計測位置、計測領域等の情報等が入力される。
【００７０】
これら入力された情報に基づき、計測条件制御装置２６内に所有している、もしくは、外部の試料情報データベース２９から、試料計測領域における表面組成情報やコンタクトホール底面組成情報を得る。なお、試料情報データベースが無い場合には、これら情報を計測条件制御装置２６に接続されているキーボードなどの入力手段を用いて直接入力しても良い。
【００７１】
計測条件制御装置２６では、入力された情報に基づいて次に説明する動作を実行する。まず、電子放出率制御装置（電子放出率抽出プログラム）３０では入力された組成情報を基に各々の試料組成による電子放出率データを抽出する。電子放出率データとは、図３に示すように試料４に照射される電子ビームの加速電圧に応じた電子放出率δの値である。例えば、図３（ｂ）に示した電子放出データは、素材Ａ（Ｓｉ）のものであり、図３（ｃ）に示した電子放出率データは、素材Ｂ（ＳiＯ2）のものである。電子放出率データは、各組成に対して計測対象試料の平均原子番号を求める機能と加速電圧と試料表面電界強度から構成されるデータベース群として記録されている。
【００７２】
本実施の形態では、前記したように、試料表面を構成する部分から放出される電子の放出率が、入射電子量と同じになる条件（電子放出率δが１．０となる条件）を、試料の組成情報から得る手段を有することが特徴となっている。この電子放出率は、試料表面を覆う電界強度に比例するが、加速電圧条件を変更することにより、試料組成による電子放出率が変化する。電子放出率制御装置３０は、与えられた各組成に対して、以下の計算式で最適加速電圧を求める。なお、以下の計算式で、Ｖｍは加速電圧、δｍ、Ｅｍは物質に依存した定数である。
【００７３】
【数１】
2005183881.tif 000003
【００７４】
上記計算式により、試料組成毎に求められた最適加速電圧に対して、試料表面電界強度データベースに登録されている電子放出率データを、試料表面組成毎に求める。試料組成毎の加速電圧、試料表面電界強度に対する組成間での電子放出率差の大きな組み合わせ条件を抽出し、これを計測条件として加速電圧、試料表面電界強度を決定する。なお、加速電圧、試料表面電界強度の決定では、試料表面からの信号放出率が１．０になるような条件とされる。
【００７５】
被測定試料が図３の（ｂ）と（ｃ）に示す電子放出率を有する２つの組成で構成されている場合、試料表面組成から放出される電子放出率を１．０に設定すれば、試料表面部分に電子ビームが照射されている場合には、吸収電子量は０．０ｐＡとなる。したがって、表面組成部に開口されたホール（異なる組成）があれば、ホール部に流れる吸収電子量は、ホール部からの吸収電流量として検出することができる。
【００７６】
なお、図３（ｄ）に示すように、試料組成の違いによる吸収電流値の差分を大きくとることができれば、組成の違いを明確に判断することがたやすくなる。また、試料表面の電界強度を変えた場合、電子放出率曲線は、図３（ａ）に示すように、変化させることができる。したがって、電子放出率抽出プログラム３０によってレンズ制御部７を制御し、レンズ制御部７の制御によって電子銃１の加速電圧電源６と制御電極１６の可変電圧電源１７の出力電圧は調整され、電子ビームの加速電圧と試料の表面電界の値は、試料組成の違いによる吸収電流の差分が大きくなるような値とされる。なお、試料表面からの信号放出率が１．０となる条件が求まらない場合は、差分計測（後で説明）を実施するレシピ条件が設定される。
【００７７】
本実施の形態における第２の特徴は、被計測領域に対する電子ビームの照射方式に関する。走査条件抽出プログラム３１では、所定の照射電流量に制限された電子ビームを試料の被計測領域において２次元走査する条件を設定する。この際、被計測領域全体に電子ビームが照射されることが条件となる。図１に示した実施の形態では、試料４からの情報を走査電子顕微鏡機能を用いて取得しているので、試料に照射される電子ビームは、絞られた円形ビーム（インテンシティーの高いガウシアン分布ビーム）となる。試料に照射される電子ビームは、試料面高さ変化によるビーム形状（サイズ）変化を受けないよう、ビーム開き角を約２ｍｒａｄ以下に狭め、円形ビームとしている。この場合のビームシェイプは、インテンシティーの高いガウシアン分布ビームとなっているが、ビーム開き角を狭くしているためビーム周辺部分でのビーム強度分布は、裾野がのびたような形状となっており、ビームプロファイルを見ると図４のような形状となっている。図７で示したビーム形状は、図４の左に示すビームサイズを表している。この円形ビームは、図５に示すように被計測領域Ｒ内で２次元的に走査される。
【００７８】
この走査の際の隣り合った円形ビームの間隔であるが、円形ビームの重なりがないように走査すると、電子ビームが照射されない領域が大きくなり、計測の精度や再現性が悪くなる。したがって、本実施の形態では、図６に示すように、円形ビームＢをある割合で重なり合わせ、ビームＢが照射されない領域を減少させるようにしている。図６の例では、隣り合ったビームの重なりの割合は３０％とされている。
【００７９】
図７には、異なった重なり割合の電子ビームの走査例を示している。この図７（ａ）はビームの重なり割合が５０％、（ｂ）は３０％、（ｃ）は２５％の例を示している。（ｃ）の２５％の例では、ビームＢが照射されない領域Ｓが生じ、計測の精度や再現性に問題を有している。２次元走査領域Ｒ全面に円形のビームを照射するための条件は、理論的には円形ビームを３０％程度重なり合わせて走査することである。
【００８０】
実際に計測したところ、３０％以上のビームの重なり割合の条件から計測時の繰り返し計測精度が向上し始めた。隣り合ったビームの重なりの割合が５０％以上となると、計測精度の向上は、他の要因によるところが大きくなることが判明しており、ビームの重なりの割合が大きくなればなるほど走査時間が長くなることを勘案すれば、ビームの重なりの割合は５０％程度を上限とすることが望ましい。走査条件抽出プログラム３１では、入力された計測領域情報を基に、図５に示す試料上の計測領域を２次元走査する際の電子ビームの走査線数、ビームサイズ、照射電流量、走査時間、ビーム停留時間を求める。走査線数、ビームサイズを求める際には、ビームサイズの３０％以上が重なり走査される条件を優先することが必要である（アナログ走査の場合においても、基本的に走査電子顕微鏡は走査線を用いているので走査線数を基本とした算出を行うことができる）。
【００８１】
このようにして求められた加速電圧、試料表面電界強度、照射電流量、ビームサイズに基づきレンズ制御条件抽出プログラム３２で各レンズ制御量が決定される。以上により求められた計測条件において、被計測試料表面における試料チャージアップを抑えるための加速電圧、照射電流量、ビーム照射時間（ビーム停留時間）、ビームサイズ、計測領域サイズ、走査線数等が決定される。また、求められたレンズ制御条件、走査系制御条件は、計測レシピと関連付けされ、レシピはレシピデータベース３３に記憶され、各レンズ制御量、走査計測制御量は、計測条件制御装置２６内のそれぞれのデータベースに記憶される。
【００８２】
同一試料上の異なった領域で同一の検査を繰り返し行う場合には、繰り返しレシピが選択され、選択されたレシピは、計測レシピデータベース３３から計測条件を抽出し、各レンズ制御、走査計測制御データベースに記録されている制御量を各制御装置へ設定し計測を実行する。
【００８３】
次に、計測データ処理系では、走査フィールド毎の試料内電荷成分として計測されたデータを記憶する機能（計測データ記憶装置２２）を有する。また、各走査フィールド毎の走査領域に応じた試料表面情報(画像情報)を記憶する機能（２次元データ記憶装置１５）を有し、更に、走査フィールドサイズ、ディジタル制御ピクセル数、ビームサイズ、照射電流値を記憶する機能（計測条件制御装置２６）を有する。このような機能に基づいて計測されたデータから、計測領域に対するホール面積情報の収集等、計測データ処理が実行される。
【００８４】
次に、データ収集条件設定と計測について説明する。計測されたデータを元に以下の計算を行うが、荷電粒子ビーム照射領域に含まれるコンタクトホール領域が未知数の場合、計測データの信頼性は低下する。そのため、計測領域内に構成されるコンタクトホールの領域を明確にし、計測された吸収電流が通過したホール面積の変化を知る必要がある。
【００８５】
本計測手法においては、被計測試料情報を基に計測条件が設定されるが、設定される計測条件には、ビーム加速電圧、照射電流値、試料表面電界強度、ビームスポットサイズ、ビーム停留時間／計測時間、ビーム走査領域が含まれている。本計測手法では、照射するビームを計測領域に２次元面として走査することにより、計測領域を明確に規定することができる。
【００８６】
この実施の形態では、吸収電流計測時に走査される２次元面から得られる２次電子（もしくは、反射電子）情報を、検出器１２によって検出する。検出信号は、増幅器１３によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１４を介して２次元データ記憶装置１５に供給されて記憶される。試料から発生した２次電子や反射電子の検出信号は、電子ビームの走査制御に同期した画像情報として記憶される。記憶された画像情報には、コンタクトホールの位置、サイズ等の情報が含まれていることから、画像情報に基づいて、計測領域におけるコンタクトホール領域を抽出することができる。
【００８７】
図８は計測領域における走査領域を示す情報として収集された画像データ３５からコンタクトホールＨの形状（面積）を画像処理により抽出し、計測領域（ピクセル数）Ｒに対するコンタクトホールＨの占める面積比（ピクセル数）を割り出すフローの概念図である。コンタクトホール領域の抽出には、２次元データのヒストグラムＧに対して領域分離のためのスレッショルドレベルＬを設定し、ホール領域を抽出している。なお、ホール領域の抽出には、このほかホールエッジ部の輝度変化率から領域分岐点を抽出しても良い。
【００８８】
次に、電子ビームの走査領域に対するフィールドサイズデータから、コンタクトホールの占める面積Ｑを導き出す。
【００８９】
【数２】
2005183881.tif 000004
【００９０】
上式において、Field Size、Pixel Size、ホール面積は、次のように定義される。
【００９１】
Field Size＝走査領域面積  Ｘ＊Ｙ（ｍ2）
Pixel Size＝ディジタル走査ピクセル数  Ｘ＊Ｙ（Pixel）
ホール面積＝画像処理により求められた計測領域Ｒにおけるホール面積Ｑ
計測データ記憶装置２２に記録されたデータは、ホールを通過して検出された信号であるため、計測データ比較を行う際には、ホール単位面積あたりの計測値で比較することが望ましい。したがって、計測されたデータ精度を向上させ比較を行うためには、計測データを計測領域におけるホール面積で規格化することで行う。
【００９２】
ここで、規格化された計測データをData(comp)とすると、この規格化されたデータData(comp)は、次の計算式によって規格化される。なお、Data(norm)は計測された生データである。
【００９３】
Data(comp)  =  Data(norm)  ＊  (ホール面積率)  ［δ・m2/A］
上式によって計算された規格化されたデータData(comp)は、ホールサイズに対する計測データ(単位面積あたりに計測される計測値)となり、ホールの開口率として比較することができる。このような計測データを計測領域におけるホール面積で規格化する処理、規格化されたデータをホールの開口率として比較する処理は、計測結果処理装置２４によって実行される。この計測結果処理装置２４において処理され、ホールの開口率の比較結果等は、結果記録装置２５に記録される。
【００９４】
上記したように、計測精度を向上させるために、計測データの規格化や照射電流の補正を行うようにした。その上で、更に精度良い計測を実施する場合、もしくは、試料表面からの信号放出率δ＝１．０の条件が満たされないときには、差分計測を行うことで計測精度を向上させることができる。このデータ差分計測による信号処理について、以下説明する。
【００９５】
差分計測処理とは、コンタクトホール部を計測した条件と同一計測条件でコンタクトホール周辺のホールが無い場所の計測を実施する（オフセット差分）か、もしくは、標準となるコンタクトホール部とのデータを比較する処理を行うことである。この差分計測では、事前にホールが無い部分（もしくは、標準コンタクトホール部）での計測を実施し、標準データを取得する。
【００９６】
この取得された標準データから、コンタクトホール計測地点でのホール面積率分でのデータを減じた値を求める。次に、実際に開口度を求めるためにコンタクトホール部で計測されたデータから、前記ホール面積率分減じたデータを差し引くことにより、ホール部を通過した信号量を抽出することができる。
【００９７】
このように、ビーム照射直前の計測値を計測におけるオフセット値として計測データから引き算することで、ビーム照射時に発生した試料表面での現象による計測誤差を差し引くことができ、試料内電荷変化量を精度良く計測することができることになる。
【００９８】
上記したビーム照射時に発生した試料表面での現象による計測誤差を差し引く処理を、図９に示したフロー図に基づいて説明する。まずホールが形成されていない試料表面上（もしくは、標準コンタクトホール部）で、計測領域と同じ面積で電子ビームの２次元走査を行い、放出電子を検出してリファレンス信号を得、２次元データ記憶装置１５に計測値（リファレンス部）３８としてに記憶する。次にホールが形成されている計測領域Ｒで電子ビームの２次元走査を行い、試料４の表面から放出された２次電子や反射電子を検出器１２によって検出し、２次元データ記憶装置１５に計測値（ホール部）３９として記憶すると共に、試料４の裏面から得られた吸収電流を増幅器２０によって電圧信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器２１を介して計測データ記憶装置２２内に計測値（ＰＣＤ）４０として記憶する。
【００９９】
計測結果処理装置２４では、計測値（リファレンス部）３８として記憶されたリファレンス信号４１から、計測値（ホール部）３９に基づいて図８のフローによって求められているホール面積Ｑに相当するリファレンス信号を引き算し、画像部バックグランド信号ＢＧを得る。計測値（ＰＣＤ）４０として記憶された吸収電流データ４２は、画像部バックグランド信号ＢＧとの差分が演算によって求められ、領域Ｒにおけるホール部の計測信号ＨＳが得られる。この計測信号ＨＳは、画像部バックグランド信号分が除かれているため、より精度の高いものとなる。
【０１００】
次に、照射電流による補正について説明する。試料４の裏面から検出される信号量は、微少電荷の変化であるため電流値として絶対値で表すことが難しい。本発明の実施の形態における計測方式では、被計測試料４と同じ計測経路にファラデーカップ１９を配置し、照射電流量を同一尺度で計測する手段を設けている。このため、計測結果として得られる信号には、Ｉ−Ｖ変換増幅器２０で起こりやすい増幅率の誤差による計測誤差成分が無くなるため、計測精度を向上させることができる。
【０１０１】
この原理を図１０を用いて説明する。図１０は試料４に照射される電子ビームと、電子ビームＥＢによって照射された試料部分から得られる信号を示している。この図１０において、電子ビームの電流量Ｉｐの電子ビームＥＢが試料４に照射されると、前に記述したように、試料４表面から２次電子・反射電子−ｓｅ・ＢＥが放出される。試料の裏面から検出される吸収電流量の計測において、計測される信号量ａｅは、ビーム加速電圧と、試料表面電界強度に対する試料組成で変化することが知られており、ある条件範囲では、図１０（ｂ）に示すように、照射電流量Ｉｐに比例した吸収電流量ａｅを得ることができる。吸収電流量ａｅと照射電流量Ｉｐとの関係は次式によって表すことができる。
【０１０２】
ａｅ＝Ｉｐ−（ｓｅ・ＢＥ）
このことから、計測した吸収電流値ａｅを照射電流値Ｉｐとの比率で比較することにより、計測毎の照射電流値変化を無視できることとなる。また、同一の検出系で照射電流量と、吸収電流量を計測することで、微少電流の絶対値変換誤差を考慮する必要が無くなり、照射電流量基準に基づく計測結果比較検証を精度良くできることになる。
【０１０３】
検出される信号の比較においては、計測される吸収電流量が正負の信号を取ることから、単純に照射電流比で比較することは難しいため、試料４からの信号放出率δで比較を行うことが望ましい。以上のことから、吸収電流値ａｅを次式に示す計算式によって規格化する。
【０１０４】
δ＝１−（ａｅ／Ｉｐ）
上式によって照射電流Ｉｐで規格化した吸収電流値ａｅを、信号放出率δとして計測データを比較する処理を行う。実際の装置上で、信号放出率として処理する計算式は、以下のように定義される。なお、下式でＰＣＤは、ファラデーカップ１９によって検出された電子ビームの照射電流量であり、（data）は。電子ビームを照射した領域から検出された信号である。
【０１０５】
δ＝１−（data）／ＰＣＤ
上記したように、計測精度を向上させるために、計測データの規格化や照射電流の補正を行うようにした。この計測データの規格化や照射電流の補正によって、精度良い計測を実施することができるが、更に精度の向上を達成するため、もしくは、試料表面からの信号放出率δ＝１．０の条件が満たされないときには、図９を用いて説明した差分計測を併せて行うことで目的を達成することができる。
【０１０６】
以上本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、走査電子顕微鏡をベースとしたシステムを例に説明したが、イオンビームを走査する走査型イオン顕微鏡をベースとしたシステムにも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、半導体デバイスを製造する産業で利用される。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明を実施するための最良の形態である走査電子顕微鏡をべーすにした電子ビーム検査システムを示す図である。
【図２】図１に示したシステムの中の計測条件制御装置２６の内部構造の一例を示す図である。
【図３】電子ビームの加速電圧に対する試料からの電子放出率変化を示す図である。
【図４】試料に照射される電子ビームのビームプロファイルを示す図である。
【図５】計測領域における電子ビームの２次元走査の様子を示す図である。
【図６】円形のビームを走査する際、隣り合ったビームの一部を重ねるように走査する様子を示す図である。
【図７】３種類の重なり割合におけるビームの重なりの様子を示す図である。
【図８】計測領域における走査領域を示す情報として収集された画像データからコンタクトホールの形状を画像処理により抽出し、計測領域に対するコンタクトホールの占める面積比を割り出すフローの概念図である。
【図９】ビーム照射時に発生した試料表面での現象による計測誤差を差し引く処理を示すフロー図である。
【図１０】照射電流による補正の説明図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  電子銃
２  コンデンサレンズ
３  対物レンズ
４  試料
５  走査コイル
６  加速電圧電源
７  レンズ制御部
８  電流制限絞り
９  開口
１０  開き角制御レンズ
１１  走査制御部
１２  放出電子検出器
１３  増幅器
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  ２次元データ記憶装置
１６  制御電極
１７  可変電圧電源
１８  シールド電極
１９  ファラデーカップ
２０  増幅器
２１  Ａ／Ｄ変換器
２２  計測データ記憶装置
２３  増幅器制御部
２４  計測結果処理装置
２５  結果記録部
２６  計測条件制御装置
【図１】
2005183881.tif 000005
【図２】
2005183881.tif 000006
【図３】
2005183881.tif 000007
【図４】
2005183881.tif 000008
【図５】
2005183881.tif 000009
【図６】
2005183881.tif 000010
【図７】
2005183881.tif 000011
【図８】
2005183881.tif 000012
【図９】
2005183881.tif 000013
【図１０】
2005183881.tif 000014