(57)【要約】【課題】  走査型電子顕微鏡の寸法検査精度及び再現性を向上させる。【解決手段】  加速電圧印加手段１３から電子銃１１に印加される加速電圧を変化させた各電子ビーム１２を照射し、これにより試料１６から放出された各二次電子を二次電子検出手段１９により検出し、該検出された二次電子に基づいてコントラスト検出手段２２によりコントラストをそれぞれ検出し、各加速電圧と検出されたコントラストに基づいてコントラストが最大となる最適加速電圧を決定する。その後、最適加速加速電圧により加速された電子ビーム１２を試料１６に照射して、実パターンの寸法測定を行う。【選択図】      図１
2005251697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発する電子銃と、
前記電子銃に加速電圧を印加する加速電圧印加手段と、
前記加速電圧により加速された電子ビームを試料上に走査する走査手段と、
前記試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出手段と、
前記二次電子に基づいてコントラストを検出するコントラスト検出手段と、
前記加速電圧印加手段により印加される加速電圧を変化させて、前記コントラスト検出手段により各加速電圧でのコントラストをそれぞれ検出させると共に、各加速電圧と検出されたコントラストとに基づいてコントラストが最大となる最適加速電圧を演算し、該最適加速電圧を前記加速電圧印加手段から前記電子銃に印加させる制御部とを備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記試料は、寸法検査用パターンと、該寸法検査用パターンと同じ寸法を有する加速電圧最適化用パターンとを有し、
前記制御部は、前記最適化用パターンに対して加速電圧が異なる各電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御し、前記寸法検査用パターンに対して最適加速電圧で加速された電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記試料は加速電圧最適化用パターンを複数有し、
前記制御部は、複数の加速電圧最適化用パターンに加速電圧が異なる電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
電子銃に加速電圧を印加する加速電圧印加手段と、加速された電子ビームを試料上に走査する走査手段と、該試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出手段と、該二次電子に基づいてコントラストを検出するコントラスト検出手段とを備えた走査型電子顕微鏡において加速電圧を最適化する方法であって、
前記加速電圧印加手段から印加される加速電圧を変化させた各電子ビームの照射により前記試料から放出された各二次電子を前記二次電子検出手段により検出し、該検出された各二次電子に基づいて前記コントラスト検出手段によりコントラストをそれぞれ検出し、各加速電圧と検出されたコントラストに基づいてコントラストが最大となる最適加速電圧を決定することを特徴とする走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法。
【請求項５】
請求項４に記載の走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法において、
前記試料は、寸法検査用パターンと、該寸法検査用パターンと同じ寸法を有する加速電圧最適化用パターンとを有し、
前記加速電圧最適化用パターンに対して加速電圧が異なる各電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御し、前記寸法検査用パターンに対して前記最適加速電圧で加速された電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することを特徴とする走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法。
【請求項６】
請求項５に記載の走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法において、
前記試料は前記最適化用パターンを複数有し、
複数の最適化用寸法検査用パターンに加速電圧が異なる電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することを特徴とする走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡に係り、特に測長走査型電子顕微鏡の寸法再現精度の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置の微細化及び高集積化に伴い、半導体装置の検査に用いられる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に対する検査精度の要求は厳しくなっている。特に、測長走査型電子顕微鏡（「ＣＤ（Critical Dimension）−ＳＥＭ」ともいう。）の検査再現性の向上は、極めて重要視されている。
測長走査型電子顕微鏡は、電子ビームを加速して試料に照射して、試料から放出される二次電子に基づいてプロファイルを想定し、寸法を検査する装置である。
【０００３】
試料の寸法検査を精度良くかつ再現性良く行うために、測長走査型電子顕微鏡において、増幅器のゲインを変化させることによりコントラストを補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９０７８３号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、試料から放出される二次電子量が少ない場合には、上記ゲインを変化させても十分なコントラストが得られないという問題があった。
本発明者は、寸法検査の精度及び再現性を左右する項目として、加速電圧（Ｖａｃｃ）に着目した。
図６は、加速電圧（Ｖａｃｃ）と二次電子放出量との関係を示す図である。図６に示すように、検査対象となる試料の種類（銅や酸化膜等）に応じて、二次電子放出量の波形が異なり、最適な加速電圧も異なる。
従来の測長走査型電子顕微鏡は、予め設定された複数の加速電圧の中から最適だと思われる加速電圧を試料に応じて選択していた。よって、選択される加速電圧は必ずしも最適な加速電圧ではなく、十分な量の二次電子を収集することができず、十分なコントラストが得られない場合があった。このため、寸法検査の精度及び再現性が不安定になってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、寸法検査精度及び再現性が高い走査型電子顕微鏡を提供することを目的とする。また、本発明は、走査型電子顕微鏡の寸法検査精度及び再現性が高めることが可能な加速電圧最適化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る走査型電子顕微鏡は、電子ビームを発する電子銃と、
前記電子銃に加速電圧を印加する加速電圧印加手段と、
前記加速電圧により加速された電子ビームを試料上に走査する走査手段と、
前記試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出手段と、
前記二次電子に基づいてコントラストを検出するコントラスト検出手段と、
前記加速電圧印加手段により印加される加速電圧を変化させて、前記コントラスト検出手段により各加速電圧でのコントラストをそれぞれ検出させると共に、各加速電圧と検出されたコントラストとに基づいてコントラストが最大となる最適加速電圧を決定し、該最適加速電圧を前記加速電圧印加手段から前記電子銃に印加させる制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る走査型電子顕微鏡において、前記試料は、寸法検査用パターンと、該寸法検査用パターンと同じ寸法を有する加速電圧最適化用パターンとを有し、
前記制御部は、前記最適化用パターンに対して加速電圧が異なる各電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御し、前記寸法検査用パターンに対して最適加速電圧で加速された電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することが好適である。
【０００９】
本発明に係る走査型電子顕微鏡において、前記試料は加速電圧最適化用パターンを複数有し、
前記制御部は、複数の加速電圧最適化用パターンに加速電圧が異なる電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することが好適である。
【００１０】
本発明に係る走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法は、電子銃に加速電圧を印加する加速電圧印加手段と、加速された電子ビームを試料上に走査する走査手段と、該試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出手段と、該二次電子に基づいてコントラストを検出するコントラスト検出手段とを備えた走査型電子顕微鏡において加速電圧を最適化する方法であって、
前記加速電圧印加手段から印加される加速電圧を変化させた各電子ビームの照射により前記試料から放出された各二次電子を前記二次電子検出手段により検出し、該検出された各二次電子に基づいて前記コントラスト検出手段によりコントラストをそれぞれ検出し、各加速電圧と検出されたコントラストに基づいてコントラストが最大となる最適加速電圧を決定することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法において、前記試料は、寸法検査用パターンと、該寸法検査用パターンと同じ寸法を有する加速電圧最適化用パターンとを有し、
前記加速電圧最適化用パターンに対して加速電圧が異なる各電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御し、前記寸法検査用パターンに対して前記最適加速電圧で加速された電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することが好適である。
【００１２】
本発明に係る走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法において、前記試料は前記最適化用パターンを複数有し、
複数の最適化用寸法検査用パターンに加速電圧が異なる電子ビームが照射されるように前記走査手段を制御することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、寸法測定前に加速電圧を最適化することにより走査型電子顕微鏡の寸法検査精度及び再現性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態による走査型電子顕微鏡を説明するための概念図である。
図１に示すように、電子銃１１から発せられた電子ビーム１２は、加速電圧印加手段１３から電子銃１１に印加された加速電圧により加速される。該加速電圧は、制御部２３から送信される加速電圧制御信号により設定される。加速電圧により加速した電子ビーム１２は走査手段１４としての偏向器により走査され、ステージ１５上に保持された試料１６の所望位置に照射される。ここで、走査手段１４は、制御部２３から送信される走査制御信号に基づいて電子ビーム１２を走査する。該走査制御信号は、制御部２３から表示手段２１に対しても送信され、増幅手段２０から送信される画像信号と同期する。
【００１６】
試料１６から放出された二次電子１８は、二次電子検出手段１９としての光電子増倍管により検出されると共に、該二次電子検出手段１９において映像信号に変換される。該変換された映像信号は増幅手段２０により増幅され、増幅された映像信号は表示手段２１とコントラスト検出手段２２とに送信される。表示手段２１は、受信した映像信号と該映像信号と同期した走査制御信号とに基づいて、試料１６の映像を画面（図示せず）に表示する。一方、コントラスト検出手段２２は、受信した映像信号に基づきコントラストを検出し、検出したコントラストを制御部２３に送信する。
【００１７】
制御部２３は、加速電圧印加手段１３に対して加速電圧を設定する加速電圧制御信号を送信する。また、制御部２３は、走査手段１４と表示手段２１に対して走査制御信号を送信する。
【００１８】
詳細は後述するが、制御部２３は、試料１６の種類に応じて予め設定された分だけ加速電圧を変化させて、各加速電圧の電子ビームを試料１６に形成された加速電圧最適化用パターン（以下「最適化用パターン」と略する。）に照射させる。制御部２３は、各加速電圧と、コントラスト検出手段２２から送信されたコントラストとに基づいて、最適な加速電圧を決定する。制御部２３は、加速電圧制御信号を送信して最適加速電圧を加速電圧印加手段１３に設定し、該最適加速電圧により加速された電子ビームを試料１６の寸法検査用パターンに照射させる。
【００１９】
次に、上記走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法について説明する。
ここで、試料について説明する。図２は、寸法検査を行う試料であって、最適化用パターンを有する試料を示す上面図である。図３は、寸法検査用パターンを示す断面図である。図２に示すように、走査型電子顕微鏡で検査される試料１６の回路領域３０には寸法検査用パターン（後述）が形成され、回路領域以外の領域には同一で複数の最適化用パターン３１，３２，３３，３４，…が形成されている。図３に示すように、回路領域３０には、寸法検査用パターン３０ａ、すなわち寸法検査が行われる実パターン３０ａが形成されている。本実施の形態１において、寸法検査用パターン３０ａは、シリコン基板１６ａ上の膜厚６００ｎｍのシリコン酸化膜１６ｂ内に形成された複数のホールパターンである。図２において、拡大して示すように、最適化用パターン３１は、検査用パターン３０ａと同様にシリコン基板上のシリコン酸化膜内に形成された複数のホールパターン３１ａからなる、該ホールパターン３１ａの寸法は寸法検査用パターン３０ａと同じ寸法で形成されている。なお、寸法検査用パターンがライン・アンド・スペース・パターン（以下「Ｌ／Ｓパターン」という。）の場合には、図４に示すように、最適化用パターン３１として複数のＬ／Ｓパターン３１ｂを用いることができる。
【００２０】
図５は、本実施の形態において、走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法を説明するための図である。
先ず、加速電圧制御信号に基づき加速電圧印加手段１３から４００Ｖの加速電圧を電子銃１１に印加することにより加速した電子ビーム１２を、走査制御信号に基づき走査手段１４により走査して試料１６に設けられた複数の最適化用パターン３１〜３４のうちの１つの最適化用パターン３１に照射する。そして、この電子ビーム１２の照射により試料１６から放出された二次電子を二次電子検出手段１９により検出し映像信号に変換する。変換された映像信号は増幅手段２０により増幅される。その後、コントラスト検出手段２２により映像信号のコントラストが検出され、検出されたコントラストが制御部２３に送信される。その後、制御部２３は、加速電圧印加手段１３に対して加速電圧制御信号を送信して加速電圧を６００Ｖに設定する。
【００２１】
続いて、加速電圧印加手段１３から電子銃１１に６００Ｖの加速電圧を印加して加速した電子ビーム１２を、走査制御信号に基づき走査手段１４により最適化用パターン３２に照射する。そして、上述した場合と同様に、コントラスト検出手段２２によりコントラストを検出し、該検出されたコントラストが制御部２３に送信される。その後、制御部２３は、加速電圧印加手段１３に対して加速電圧制御信号を送信して加速電圧を８００Ｖに設定する。
【００２２】
次に、加速電圧印加手段１３から電子銃１１に８００Ｖの加速電圧を印加して加速した電子ビーム１２を、走査制御信号に基づき走査手段１４により最適化用パターン３３に照射する。そして、上述した場合と同様に、コントラスト検出手段２２によりコントラストを検出し、該検出されたコントラストが制御部２３に送信される。その後、制御部２３は、加速電圧印加手段１３に対して加速電圧制御信号を送信して加速電圧を１０００Ｖに設定する。
【００２３】
次に、加速電圧印加手段１３から電子銃１１に１０００Ｖの加速電圧を印加して加速した電子ビーム１２を、走査制御信号に基づき走査手段１４により最適化用パターン３４に照射する。そして、上述した場合と同様に、コントラスト検出手段２２によりコントラストを検出し、該検出されたコントラストが制御部２３に送信される。
【００２４】
次に、制御部２３は、加速電圧４００，６００，８００，１０００Ｖと該各加速電圧に対応して検出されたコントラストとに基づいて、最適な加速電圧を求める。
具体的には、図５（ａ）に示すように、横軸に加速電圧をとり縦軸にコントラストをプロットする。そして、図５（ｂ）に示すように、このプロットに対して二次関数で曲線近似を行い、コントラストが最高となる加速電圧を最適加速電圧として決定する。図５（ｂ）に示す場合には、７００Ｖが最適加速電圧となる。
【００２５】
その後、制御部２３は、加速電圧印加手段１３に対して加速電圧制御信号を送信して、加速電圧を最適加速電圧である７００Ｖに設定する。そして、加速電圧印加手段１３から電子銃１１に７００Ｖの加速電圧を印加して加速した電子ビーム１２を、走査制御信号に基づき走査手段１４により寸法検査用パターン３０ａ（図３参照）に照射する。そして、この電子ビーム１２の照射により試料１６から放出された二次電子を二次電子検出手段１９により検出し映像信号に変換する。変換された映像信号は増幅手段２０により増幅される。増幅された映像信号と、該映像信号と同期した走査制御信号とに基づいて、試料１６の寸法検査用パターン３０ａの映像が表示手段２１により画像表示される。このとき、画像のコントラストは最大であるため、パターン３０ａの寸法検査を精度良くかつ再現性良く行うことができる。
なお、加速電圧の最適化後で寸法検査の前に、必要に応じてステージ１５上に設けられたマイクロスケールを用いてピッチ校正を行ってもよい。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態では、寸法検査用パターン３０ａの寸法検査を行う前に、最適化用パターン３１ａに対して加速電圧を変化させて電子ビームを照射し、該照射により放出された二次電子に基づきコントラストを検出し、該コントラストに基づいて最適な加速電圧を決定することとした。これにより、コントラストが最大となるような最適加速電圧で加速された電子ビームにより実パターンの寸法測定を行うことができるため、寸法測定の精度及び再現性を向上させることができる。
また、異なる加速電圧の電子ビームを違う最適化用パターンに照射してコントラストを検出するようにしたので、チャージアップの影響を取り除くことができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、４つの加速電圧に対してコントラストを求め、最適な加速電圧を決定したが、変化させる加速電圧の数は寸法測定に許容される時間等との関係で、任意に決定することができる。また、変化させる加速電圧の値も、試料の種類に応じて適宜決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態による走査型電子顕微鏡を説明するための概念図である。
【図２】加速電圧最適化用パターンを有する試料を示す上面図である。
【図３】検査用パターンを示す断面図である。
【図４】加速電圧最適化用パターンを示す上面図である
【図５】本発明の実施の形態において、走査型電子顕微鏡における加速電圧最適化方法を説明するための図である。
【図６】加速電圧と二次電子放出量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１    電子銃
１２    電子ビーム
１３    加速電圧印加手段
１４    走査手段
１５    ステージ
１６    試料
１８    二次電子
１９    二次電子検出手段
２０    増幅手段
２１    表示手段
２２    コントラスト検出手段
２３    制御部
３０    回路領域
３０ａ  寸法検査用パターン（ホールパターン）
３１，３２，３３，３４  加速電圧最適化用パターン
３１ａ  ホールパターン
３１ｂ  Ｌ／Ｓパターン
【図１】
2005251697.tif 000003
【図２】
2005251697.tif 000004
【図３】
2005251697.tif 000005
【図４】
2005251697.tif 000006
【図５】
2005251697.tif 000007
【図６】
2005251697.tif 000008