(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、
表面に照射される電子ビームの電子密度に応じて所定の強度の光を発生させる検出試料を用い、
移動可能なステージ上に載置された前記検出試料の所定位置に電子ビームを照射すると共に、前記検出試料から発生する光の強度を検出し、光の光強度が常に最大となるように焦点位置の光軸方向移動制御量及びステージの光軸方向移動制御量のいずれか一方を校正すると共に、
短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成した検出試料を用い、
該直方体状の検出試料を前記ステージ上に載置し、電子ビームを前記検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるように、電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴とする走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項２】
前記焦点位置の光軸方向移動制御量及びステージの光軸方向移動制御量のいずれか一方の校正をステージ上の複数箇所で行うことを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項３】
前記ステージを光軸方向に移動させた後に、光の強度が最大となるように焦点位置を光軸方向に移動させたときの焦点位置の光軸方向の移動量と、ステージの光軸方向の移動量との相関関係に基づいて、ステージの光軸方向の移動制御量と焦点位置の光軸方向の移動制御量とを校正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項４】
前記検出試料を、前記ステージ上に既知の間隔で複数配置し、
複数の検出試料のうちの１つである第１の検出試料に電子ビームを照射した後、複数の検出試料のうちの別の１つである第２の検出試料に電子ビームが照射されるように前記ステージを直線移動させたときのステージ移動の制御量と、前記第１の検出試料と前記第２の検出試料との間の距離とに基づいて、実際のステージの移動量に対するステージの移動制御量を校正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項５】
予め決定した任意の角度分光軸周りにステージを回転させた後、電子ビームを前記直方体状の検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、
光の検出時間が最も長くなる所定方向とステージを光軸周りに回転させる前の光の検出時間が最も長くなる方向との交差角度、及び、前記任意の角度が一致するように、前記ステージを回転させるためのステージの回転制御量を校正することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項６】
前記ステージ上に少なくとも２つの直方体状の検出試料を平行に載置し、
１つの直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなる所定方向を基準方向として、電子ビームの走査量及びステージの移動量の少なくとも一方を校正した後、
他の直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるときの所定方向と、前記基準方向とが一致するように電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項７】
電子ビームの照射により単一波長の光を発生させる材料よりなると共に、短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成され、かつ、対向する短手方向の両側面のうちの一方の側面に該単一波長の光を反射する反射面を備えた柱状の検出試料を用い、
前記検出試料内を散乱しながら伝搬して、前記反射面によって反射された光を含み、前記他方の側面に到達する光の一部を該他方の側面側から検出し、
該検出された単一波長の光の内、前記反射面からの第１の光と、電子ビームの照射位置からの第２の光の位相差に起因する合成光強度に基づいて電子ビームの実際の照射位置を検出し、
指示された電子ビームの照射位置が電子ビームの実際の照射位置と一致するように、電子ビームの走査制御量を校正することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項８】
試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、
表面に照射される電子ビームの電子密度に応じて所定の強度の光を発生させると共に、
短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成した検出試料を用い、
該直方体状の検出試料を前記ステージ上に載置し、電子ビームを前記検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるように、電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴とする走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項９】
予め決定した任意の角度分光軸周りにステージを回転させた後、電子ビームを前記直方体状の検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、
光の検出時間が最も長くなる所定方向とステージを光軸周りに回転させる前の光の検出時間が最も長くなる方向との交差角度、及び、前記任意の角度が一致するように、電子ビームの走査方向及び前記ステージを回転させるためのステージの回転制御量を校正することを特徴とする請求項８に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項１０】
試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、
表面に照射される電子ビームの電子密度に応じて所定の強度の光を発生させると共に、
移動可能なステージ上に少なくとも２つの直方体状の検出試料を平行に載置し、
１つの直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなる所定方向を基準方向として、電子ビームの走査量及びステージの移動量の少なくとも一方を校正した後、
他の直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるときの所定方向と、前記基準方向とが一致するように電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴とする走査型電子顕微鏡の校正方法。
【請求項１１】
試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、
電子ビームの照射により単一波長の光を発生させる材料よりなると共に、短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成され、かつ、対向する短手方向の両側面のうちの一方の側面に該単一波長の光を反射する反射面を備えた柱状の検出試料を用い、
前記検出試料内を伝搬して前記他方の側面に到達する光を該他方の側面側から検出し、
該検出された光強度に基づいて電子ビームの実際の照射位置を検出し、
指示された電子ビームの照射位置が電子ビームの実際の照射位置と一致するように、電子ビームの走査制御量を校正することを特徴とする走査型電子顕微鏡の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型電子顕微鏡の校正方法に係り、特に、高集積回路半導体の寸法測定等に用いられる走査型電子顕微鏡の校正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体製造装置におけるパターンの寸法測定は走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；以下、ＳＥＭと称す。）により行われている。このＳＥＭは、光の代わりに電子線を微小試料表面に走査して、微小試料の表面や透過像を観測する装置であり、数十倍というレベルから数十万倍という分子レベルまでの広範囲において試料を観察することができる点に大きな特徴を持っている。
【０００３】
一般に、ＳＥＭでは、まず、電子銃により発生した電子が電磁レンズ群により収束されて電子ビームとなり、この電子ビームがステージ上の一点に収束するように焦点位置制御用電磁レンズにより調整される。この電子ビームは、ビーム走査用電極による磁界の制御によって、ステージ上を二次元走査される。
【０００４】
ステージ上に試料が載置されて電子ビームが照射されると、測定対象の試料表面からは試料表面の凹凸状態に応じた２次電子が二次元的に放出される。ＳＥＭでは、放出された２次電子を捕集してシンチレータやフォトマル（光電子増倍管）等の検出器によって検出して電気的に変換し、ＣＲＴなどの表示部の走査線の走査信号と同期させることにより、２試料表面の凹凸状態に応じた２次電子像（以下、ＳＥＭ像と称す。）を得ている。なお、電子ビームの走査範囲は狭いため、ステージ駆動系によりステージをＸ−Ｙ方向に移動させて測定対象の試料全体のＳＥＭ像を得ている。
【０００５】
また、ＳＥＭは、微小な領域の観察が可能であるため、試料の観察ばかりでなく、寸法測定の装置としても使用されている。この場合、寸法測定精度の校正作業を行い、測定精度を保つ必要がある。従来では、例えば、予め寸法の分かっている標準試料のＳＥＭ像を形成し、このＳＥＭ像が、画面上で予め決定した寸法のドットの何個分に対応するかで、基準となる寸法を算出し、校正を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、ＳＥＭの電子ビームは必ず試料面上で一点に収束されていること、および、電子ビーム制御信号による理想的な照射位置と実際の電子ビームの照射位置とが一致していることを大前提としている。しかしながら、実際には、電子ビームの収束位置、及び、電子ビーム制御信号による理想的な照射位置と実際の電子ビームの照射位置との一致についての確認はされていない。
【０００７】
そのため、実際には、電子ビームは必ず試料面上で一点に収束されていなくても、また、電子ビームの理想的な照射位置と実際の電子ビームの照射位置とが一致していなくても一致していないこと自体検知できず、そのため、実際の試料表面と検出した画像とにずれが生じ、検出精度が悪くなっている、という問題がある。
【０００８】
また、電子ビーム制御信号による理想的な照射位置と実際の電子ビームの照射位置とが一致していないために、ユーザが設定した照射位置に実際に電子ビームが照射されておらず、異なる位置に電子ビームが照射されているにもかかわらず、ユーザが指定した照射位置のＳＥＭ像として認識されてしまう、と言う問題もある。
【０００９】
以上のことから、本発明は、ユーザが設定した電子ビームの照射位置と実際の電子ビームの照射位置を正確に一致させ、高精度に校正可能な走査型電子顕微鏡の校正方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法では、試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、表面に照射される電子ビームの電子密度に応じて所定の強度の光を発生させる検出試料を用い、移動可能なステージ上に載置された前記検出試料の所定位置に電子ビームを照射すると共に、前記検出試料から発生する光の強度を検出し、光の光強度が常に最大となるように焦点位置の光軸方向移動制御量及びステージの光軸方向移動制御量のいずれか一方を校正すると共に、短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成した検出試料を用い、該直方体状の検出試料を前記ステージ上に載置し、電子ビームを前記検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるように、電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法では、実際に検出試料に照射される電子ビームの焦点位置が検出試料の表面に精度よく収束されたときに、該表面に照射される電子ビームの密度は最大となり、検出される光強度は最大となることから、検出される光強度が常に最大となるように焦点位置の調整量及びステージの移動量の少なくとも一方を校正する。
【００１２】
これにより、電子ビームの焦点位置と実際の電子ビームの焦点位置を正確に一致させることができ、電子ビームの焦点位置を高精度に校正できる。
【００１３】
なお、焦点位置の校正は、例えば、停止した状態のステージ上の異なる個所のそれぞれで、検出される光強度が常に最大となるように焦点位置の調整量を校正したり、焦点位置の調整量を停止した状態で検出される光強度が常に最大となるようにステージの移動量を校正するなどにより行える。また、電子ビームの走査中に検出される光強度が常に最大となるように焦点位置を光軸方向に移動させることにより、焦点位置の校正を行うこともできる。
また、前記ステージが光軸に対して直交する方向に移動又は電子ビームが光軸に対して直交する方向に走査されると、前記ステージ上の電子ビームの照射位置はステージの移動方向又は電子ビームの走査方向と同じ方向に移動する。このとき電子ビームが直方体状の検出試料上を通過すると、直方体状の検出試料の表面から光が発せられる。この光が発せられる時間は、ステージの移動速度が一定であれば電子ビームが実際に通過した直方体状の検出試料表面の距離に対応している。そのため、検出される光の検出時間が最も長くなる場合は、電子ビームが実際に直方体状の検出試料の長手方向に沿って移動した場合となる。
従って、検出される光の検出時間が最も長くなるときの前記ステージの移動方向又は電子ビームの走査方向は、電子ビームが実際に検出試料の長手方向に沿って移動した方向であり、光の検出時間が最も長くなるように、電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正する。
これにより、前記ステージの移動方向と、実際の電子ビームが移動する方向とを精度よく一致させることができ、高精度な校正が可能となる。
【００１４】
また、請求項２に記載したように、前記光軸方向移動制御量の校正をステージ上の複数箇所で行うようにすることにより、ステージの斜きに合わせて焦点位置が校正されるので、ステージの傾きにより焦点位置がずれるのを防止してステージの傾きによる誤差をなくすことができる。
【００１５】
この場合、所定の位置で焦点位置の光軸方向移動制御量を校正した後に、ステージを移動させて電子ビームの照射位置を別の位置に変えると、ステージが傾いていれば、焦点位置はステージ上からずれた位置になり、光強度は最大にはならない。
【００１６】
光強度を最大とするには、ステージを移動後の各位置で焦点位置の光軸方向移動制御量を調整する方法と、ステージを移動後の各位置でステージの傾きを調整する方法とが採用できる。
【００１７】
前者のステージを移動後の各位置で焦点位置の光軸方向移動制御量を調整する方法によれば、ステージを傾かせたままで、ステージを移動させても常に焦点位置がステージ上となり、ステージが傾いていても良好に試料を観察できる。
【００１８】
後者のステージを移動後の各位置でステージの傾きを調整する方法によれば、ステージが傾いていなければ電子ビームの焦点位置がステージ上からずれることがないので、ステージを移動させた後の前記焦点位置の光軸方向移動制御量はゼロになるが、ステージが傾いていれば電子ビームの焦点位置がステージ上からずれるので、ステージを移動させた後の前記焦点位置の光軸方向移動制御量はゼロにならず、ステージの傾き量に相当する量となる。
【００１９】
したがって、ステージを移動させた後の前記焦点位置の光軸方向移動制御量がゼロになるようにステージの傾きを調整することにより、始めに校正した位置を基準としてステージの傾きがなくなるように正確に補正されるので、高精度な校正が可能となる。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法において、前記ステージを光軸方向に移動させた後に、光の強度が最大となるように焦点位置を光軸方向に移動させたときの焦点位置の光軸方向移動量と、ステージの光軸方向の移動量との相関関係に基づいて、ステージの光軸方向の移動制御量と焦点位置の光軸方向の移動制御量とを校正することを特徴としている。
【００２１】
焦点位置を校正した後に、光軸方向にステージを移動させると、ステージに対して焦点位置がずれることとなる。このずれ量は、実際のステージの光軸方向の移動量であり、光軸方向にステージを移動させた後に、検出される光が最大光強度となるときの焦点位置の調整量と相関する距離となる。
【００２２】
請求項３の発明では、焦点位置の光軸方向移動量と、ステージの光軸方向の移動量との相関関係に基づいて、ステージの光軸方向の移動制御量と焦点位置の光軸方向の移動制御量とを校正する。これにより、実際のステージの光軸方向の移動及び焦点位置の光軸方向の移動とを正確に一致させることができ、高精度な校正が可能としている。なお、実際のステージの光軸方向の移動量は、干渉計などの位置検出手段を用いて測定するようにするとよい。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法において、前記検出試料を、前記ステージ上に既知の間隔で複数配置し、複数の検出試料のうちの１つである第１の検出試料に電子ビームを照射した後、複数の検出試料のうちの別の１つである第２の検出試料に電子ビームが照射されるように前記ステージを移動させた時のステージ移動の制御量と、前記第１の検出試料と前記第２の検出試料との間の距離とに基づいて、実際のステージの移動量に対するステージの移動制御量を校正することを特徴としている。
【００２８】
また、請求項８の発明の走査型電子顕微鏡の校正方法では、試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成した検出試料を用い、該直方体状の検出試料を前記ステージ上に載置し、電子ビームを前記検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるように、電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴としている。
【００２９】
前記ステージが光軸に対して直交する方向に移動又は電子ビームが光軸に対して直交する方向に走査されると、前記ステージ上の電子ビームの照射位置はステージの移動方向又は電子ビームの走査方向と同じ方向に移動する。このとき電子ビームが直方体状の検出試料上を通過すると、直方体状の検出試料の表面から光が発せられる。この光が発せられる時間は、ステージの移動速度が一定であれば電子ビームが実際に通過した直方体状の検出試料表面の距離に対応している。そのため、検出される光の検出時間が最も長くなる場合は、電子ビームが実際に直方体状の検出試料の長手方向に沿って移動した場合となる。
【００３０】
従って、検出される光の検出時間が最も長くなるときの前記ステージの移動方向又は電子ビームの走査方向は、電子ビームが実際に検出試料の長手方向に沿って移動した方向であり、光の検出時間が最も長くなるように、電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正する。
【００３１】
これにより、前記ステージの移動方向と、実際の電子ビームが移動する方向とを精度よく一致させることができ、高精度な校正が可能となる。
【００３２】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の走査型電子顕微鏡の校正方法において、予め決定した任意の角度分光軸周りにステージを回転させた後、電子ビームを前記直方体状の検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなる所定方向とステージを光軸周りに回転させる前の光の検出時間が最も長くなる方向との交差角度、及び、前記任意の角度が一致するように、前記ステージを回転させるためのステージの回転制御量を校正することを特徴としている。
【００３３】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法において、予め決定した任意の角度分光軸周りにステージを回転させた後、電子ビームを前記直方体状の検出試料上に照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなる所定方向とステージを光軸周りに回転させる前の光の検出時間が最も長くなる方向との交差角度、及び、前記任意の角度が一致するように、電子ビームの走査方向及び前記ステージを回転させるためのステージの回転制御量を校正することを特徴としている。
【００３４】
前記ステージの移動方向の校正を行った後に、前記ステージを任意の角度回転させて、検出される光の検出時間が最も長くなる所定方向を検出すると、該所定方向は実際に電子ビームが検出試料の長手方向に沿って移動する方向となる。
【００３５】
検出した所定方向(ステージが任意の角度回転された後の検出試料の長手方向)とステージが回転される前に検出された所定方向との交差角度は、ステージの回転量に相当するため、前記交差角度と前記任意の角度とは理想的には一致することとなるが、一致しない場合は、ステージの回転制御量と実際にステージが回転した回転角度とがずれていることとなるため、前記交差角度及び前記任意の角度が一致するように、前記ステージを回転させるためのステージの回転制御量を校正する。これにより、実際のステージの回転制御量と該回転制御量対応するステージの回転角度とを正確に校正することができる。
【００３６】
請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項記載の走査型電子顕微鏡の校正方法において、前記ステージ上に少なくとも２つの直方体状の検出試料を平行に載置し、１つの直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなる所定方向を基準方向として、電子ビームの走査量及びステージの移動量の少なくとも一方を校正した後、他の直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるときの所定方向と、前記基準方向とが一致するように電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴としている。
【００３７】
また、請求項１０の発明の走査型電子顕微鏡の校正方法では、試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、移動可能なステージ上に少なくとも２つの直方体状の検出試料を平行に載置し、１つの直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなる所定方向を基準方向として、電子ビームの走査量及びステージの移動量の少なくとも一方を校正した後、他の直方体状の検出試料に電子ビームを照射して電子ビームを走査又はステージを移動したときに、光の検出時間が最も長くなるときの所定方向と、前記基準方向とが一致するように電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正することを特徴としている。
【００３８】
１つの直方体状の検出試料を用いて前記ステージの移動方向の校正を行った後に、他の１つの直方体状の検出試料を用いて検出される光の検出時間が最も長くなる所定方向を検出すると、該所定方向は実際に電子ビームが検出試料の長手方向に沿って移動する方向となる。
【００３９】
ステージ上には少なくとも２つの直方体状の検出試料を平行に載置されているため、検出した所定方向は、前記１つの直方体状の検出試料を用いて前記ステージの移動方向の校正を行った時の１つの直方体状の検出試料の長手方向と理想的には一致するが、ビーム走査の平行度がずれていたり、ステージの移動方向の平行度に誤差が有る場合などでは一致しなくなる。
【００４０】
そのため、前記１つの直方体状の検出試料を用いて前記ステージの移動方向の校正を行った時の１つの直方体状の検出試料の長手方向と検出した所定方向とが一致するように電子ビームの走査方向及びステージの移動方向の少なくとも一方を校正する。これにより、電子ビーム走査の平行精度を高精度に校正することが可能である。
【００４１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の走査型電子顕微鏡の校正方法において、電子ビームの照射により単一波長の光を発生させる材料よりなると共に、対向する両側面のうちの一方の側面に該単一波長の光を反射する反射面を備えた柱状の検出試料を用い、前記検出試料内を伝搬して前記他方の側面に到達する光を該他方の側面側から検出し、電子ビームの走査距離と検出される光強度との関係に基づいて電子ビームの実際の照射位置を検出し、該検出した電子ビームの実際の照射位置と走査による電子ビームの照射位置とのずれ量に応じて走査による電子ビームの照射位置を校正することを特徴とする。
【００４２】
また、請求項１１の発明の走査型電子顕微鏡の校正方法では、試料に対して２次元状に電子ビームを走査することで、当該試料から発する２次電子を２次元的に検出して２次電子像を読み取る走査型電子顕微鏡の校正方法であって、電子ビームの照射により単一波長の光を発生させる材料よりなると共に、短手方向が電子ビームの直径と同程度或いは電子ビームの直径よりも小さい幅の直方体状に形成され、かつ、対向する短手方向の両側面のうちの一方の側面に該単一波長の光を反射する反射面を備えた柱状の検出試料を用い、前記検出試料内を伝搬して前記他方の側面に到達する光を該他方の側面側から検出し、該検出された光強度に基づいて電子ビームの実際の照射位置を検出し、指示された電子ビームの照射位置が電子ビームの実際の照射位置と一致するように、電子ビームの走査制御量を校正することを特徴としている。
【００４３】
電子ビームの照射位置から光が発せられるが、この光は検出試料内を伝搬する。本発明では、対向する両側面のうちの一方の側面に該単一波長の光を反射する反射面を備えた柱状の検出試料を用いているため、電子ビームの照射位置から発生した光の一部は検出試料内を伝搬して反射面に到達し、反射面で反射されて前記反射面と対向する側面に向かうこととなる。
【００４４】
また、電子ビームの照射位置から発生した光の別の一部は、前記反射面と対向する側面に向かうため、電子ビームの照射位置から前記反射面と対向する側面に向かう光は、前記反射面で反射されて前記反射面と対向する側面に向かう光(以下、第１の光と称す。)と電子ビームの照射位置から発生した光(以下、第２の光と称す。)との干渉光となる。
【００４５】
ここで、第１の光と第２の光の相対位相角が、同一であれば、相互に強調され、１８０度であれば、相殺されて０となる。この場合の相対位相差を決定する要因は、光の発生点(すなわち、光照射位置)から反射面までの光路長(距離)Ｄであり、波長をλとすると、
Ｄ＝（（λ／２）×（２ｎ））
のとき(但し、ｎは自然数)、第１の光と第２の光の相対位相角は０度となり、第１の光と第２の光は相互に強調される。また、
Ｄ＝（（λ／２）×（２ｎ＋１））
のとき、第１の光と第２の光の相対位相角は１８０度となり、第１の光と第２の光は相殺される。以上の理由により前記反射面と対向する側面に向かう光の強度は、最大強度から最小強度に徐々に移行し、最大強度から最小強度に徐々に移行するというように、周期的に変化することとなる。
【００４６】
従って、電子ビームの走査距離と検出される光強度との関係に基づいて電子ビームの実際の照射位置(移動量)を正確に検出することができる。
【００４７】
これにより、検出した電子ビームの実際の照射位置(移動量)と、走査による電子ビームの照射位置とのずれ量とを検出することができ、該ずれ量に応じて走査による電子ビームの照射位置を高精度に校正できる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１には本発明を適用した実施の形態の走査型電子顕微鏡(以下、ＳＥＭと称す。)の構成を模擬的に示している。図１に示すように本実施の形態のＳＥＭは、電子を発生させる電子銃１０、電磁レンズ群１２、ビーム走査用電極１４、焦点位置制御用電磁レンズ１６、２次電子検出部１８、可視光検出器２０、ステージ２２、ステージ駆動部２４、表示部２６及びコントローラ２８から構成されている。
【００４９】
電磁レンズ群１２は、電子銃１０からの電子ビームがステージ２２に導かれるように電子ビームを収束させる。電磁レンズ群１２の後段に設けられたビーム走査用電極１４は、磁界の発生状態を制御することで、電磁レンズ群１２により収束された電子ビームのステージ２２上での照射位置を制御する。
【００５０】
ビーム走査用電極１４の後段に設けられた焦点位置制御用電磁レンズ１６は、磁界の強さを制御することで、ビーム走査用電極１４により照射位置が制御された電子ビームの焦点位置を調整する。なお、通常、電子ビームは図２に示すように、Ｘ方向に走査されて、Ｘ方向の終点から、若干Ｙ軸方向にずれた位置のＸ方向の始点に移動され、再びＸ方向に走査される。
【００５１】
２次電子検出部１８は、ステージ２２上に載置された検出試料に電子ビームが照射されたときに試料表面から発生する２次電子を補足し、該２次電子を蛍光面などで相当する電気信号に変換した後、フォトマル等の光電子倍増管により増幅してディスプレイ２６に出力する。
【００５２】
可視光検出器２０は、ステージ２２上に載置された検出試料に電子ビームが照射されたときに試料表面から発生する光を検出してコントローラ２８に出力する。
【００５３】
ステージ２２は、試料が載置される載置面２２ａを備えており、該載置面２２ａがＸ方向、該Ｘ方向と直交するＹ方向、及びＸＹ平面に直交するＺ方向に移動可能に構成されている。ステージ２２の移動は、コントローラ２８からの指示に基づいて駆動されるステージ駆動部２４により制御されている。
【００５４】
表示部２６は、ＣＲＴなどから構成され、２次電子検出部１８からの電気信号に基づく画像を試料像(ＳＥＭ像)として表示する。なお、コントローラ２８から出力されたデータに基づいてテキスト画像などを表示するように構成することもできる。
【００５５】
また、コントローラ２８は、電子銃１０、電磁レンズ群１２、焦点位置制御用電磁レンズ１６、ビーム走査用電極１４、及びステージ駆動部２４をそれぞれ制御すると共に、校正プログラムに基づいてＳＥＭの校正処理を行う。
【００５６】
ここで、コントローラ２８による校正プログラムに基づくＳＥＭの校正処理について図３のフローチャートを参照しながら説明する。まず、図３のステップ１００で、ＳＥＭの電源がオンとなり、ステージ２２の載置面２２ａにウエハ状(略円状)の校正用試料３０が載置されると、ステップ１０２に移行して、電子ビームの焦点位置の校正処理を開始する。なお、載置面２２ａには、例えば、直径１０ｍｍ、厚さ１００ｎｍのウエハ状の校正用試料３０が載置される。この校正用試料３０は、電子線の照射により励起し、可視光線領域の電磁波を発生する材料より構成され、表面は平滑で、極めて薄いカーボンが蒸着されて導通が確保されている。
【００５７】
電子ビームの焦点位置の校正処理は、まず、ステージ駆動部２４によりステージの位置を基準位置(ゼロ点)に固定し、電子銃１０から電子ビームを発生させ、載置面２２ａ上の校正用試料３０の一点に電子ビームが照射されるように電磁レンズ群１２、焦点位置制御用電磁レンズ１６、及びビーム走査用電極１４を制御する。載置面２２ａ上の校正用試料３０の一点に電子ビームが照射されると、電磁レンズ群１２、焦点位置制御用電磁レンズ１６、及びビーム走査用電極１４の設定を固定する。
【００５８】
このとき、電子ビームの焦点が合っていれば、図４の直線３１ａに示すように、校正用試料３０表面の一点に電子ビームが集中して電子密度が最大になるが、電子ビームの焦点が合っていないと、図４の破線３１ｂに示すように、校正用試料３０表面の上層の或る一転に電子ビームが集まり、校正用試料３０表面には該１点から広がった円形領域に電子ビームが照射されるので、校正用試料３０表面の一点に電子ビームが集中したときよりも電子密度が小さくなる。
【００５９】
校正用試料３０は、電子ビームの電子密度に応じた強度の光を発生するので、電子ビームの焦点が合っていれば、可視光検出器２０には最大の光強度の光が検出されることとなり、電子ビームの焦点が合っていなければ、前記最大の光強度の光よりも小さい光強度の光が検出されることとなる。
【００６０】
コントローラ２８は、焦点位置制御用電磁レンズ１６による制御量(例えば、焦点位置制御用電磁レンズ１６に印加される電流値や電圧値等。以下同様。)を基準の制御量とした後、該制御量を中心として予め定めた範囲で焦点位置制御用電磁レンズ１６による制御量を変動させる。このとき、コントローラ２８は、可視光検出器２０からの光強度を監視して、光強度が最大のときの制御量と基準の制御量とが一致しているかを判断する。
【００６１】
最大の光強度の光が検出された時の焦点位置制御用電磁レンズ１６による制御量が、焦点位置制御用電磁レンズ１６による基準の制御量と一致していると判断すれば、電気的な制御による焦点位置と実際の電子ビームの焦点位置が一致しているので、次のステップ１０４に移行する。
【００６２】
また、最大の光強度の光が検出された時の焦点位置制御用電磁レンズ１６による制御量が、焦点位置制御用電磁レンズ１６による基準の制御量と一致していないと判断すると、電気的な制御による焦点位置と実際の電子ビームの焦点位置が一致していないこととなるので、焦点位置制御用電磁レンズ１６による基準の制御量を、最大の光強度の光が検出された時の制御量に校正し、次のステップ１０４に移行する。これにより、電気的な制御による焦点位置と実際の電子ビームの焦点位置が一致するようになるので、実際の試料表面のＳＥＭ像を正確に表示させることができる。
【００６３】
次のステップ１０４では、ステージ２２の傾きの校正処理を行う。まず、コントローラ２８は、ステージ駆動部２４により予め決定している所定距離だけＸＹ方向にステージ２２を移動させ、ステージ２２の位置を固定する。
【００６４】
次に、コントローラ２８は、電子銃１０から電子ビームを発生させ、可視光検出器２０からの光強度を監視しながら、校正後の焦点位置を中心として予め定めた範囲で焦点位置制御用電磁レンズ１６による制御量を変動させ、光強度が最大となるときの制御量が校正後の焦点位置の制御量とが一致しているかを判断する。
【００６５】
一致している場合は、ステージ２２は傾いていないので、次のステップ１０６に移行する。一致していない場合は、ステージ２２は傾いているので、光強度が最大となるときの制御量が校正後の焦点位置の制御量と一致するようにステージ駆動部２４によりステージ２２の傾きを校正し、ステップ１０６に移行する。
【００６６】
次のステップ１０６では、ステージ２２の垂直方向の校正処理を行う。まず、コントローラ２８は、ステージ駆動部２４により予め決定している所定距離だけＺ方向にステージ２２を移動させ、ステージ２２の位置を固定する。
【００６７】
次に、コントローラ２８は、電子銃１０から電子ビームを発生させ、焦点位置制御用電磁レンズ１６により、電子ビームの焦点位置をＺ方向にずらす。このとき、電子ビームの焦点位置が前記所定距離分だけＺ方向にずれるように焦点位置制御用電磁レンズ１６の調整量を設定した後、この調整量を中心として予め定めた範囲で焦点位置制御用電磁レンズ１６による制御量を変動させる。
【００６８】
コントローラ２８は、可視光検出器２０からの光強度を監視して、光強度が最大となるときの制御量と、前記所定距離分だけ焦点位置がＺ方向にずれるように予め焦点位置制御用電磁レンズ１６に設定された制御量とが一致しているかを判断する。
【００６９】
一致しているときは、ステージ駆動部２４によるステージ２２のＺ方向の移動量と焦点位置制御用電磁レンズ１６による焦点位置のＺ方向の移動量との整合性がとれているため、次のステップ１０８に移行する。
【００７０】
一致していないときは、電子ビームの焦点位置が載置面２２ａ上の校正用試料３０の表面からずれており、ステージ駆動部２４によるステージ２２のＺ方向の移動量と焦点位置制御用電磁レンズ１６による焦点位置のＺ方向の移動量との整合性がとれていないため、ステージ駆動部２４によるステージ２２のＺ方向の移動量と、可視光検出器２０から検出される光が最大光強度となるときの焦点位置制御用電磁レンズ１６による焦点位置の調整量との相関関係を検出し、この相関関係に基づいて、焦点位置制御用電磁レンズ１６による焦点位置の調整量を校正し、次のステップ１０８に移行する。
【００７１】
これにより、電気的な制御によるＺ方向の移動量とステージ駆動部２４による実際の電子ビームのＺ方向の焦点位置の移動量が一致するようになるので、実際の試料表面のＳＥＭ像を正確に表示させることができる。
【００７２】
ステップ１０８では、ステージ２２の水平方向の移動量の校正処理を行う。まず、例えば、１辺の長さが５００ｎｍの立方体状の校正用試料３０を複数用意し、載置面２２ａに、複数並べた後、互いの校正用試料３０までの距離を厳密に測定しておく。なお、この校正用試料３０は、電子線の照射により励起し、可視光線領域の電磁波を発生する材料より構成され、表面は平滑で、極めて薄いカーボンが蒸着されて導通が確保されている。
【００７３】
次に、コントローラ２８は、ステージ駆動部２４によりステージ２２の位置を基準位置(ゼロ点)に固定すると共に、電磁レンズ群１２、焦点位置制御用電磁レンズ１６、及びビーム走査用電極１４の設定を固定する。
【００７４】
その後、コントローラ２８は、電子銃１０から電子ビームを発生させ、電子ビームが少なくとも２つの校正用試料３０上を通過するように、ステージ２２がステージ駆動部２４によりＸＹ平面内の所定の一方向に移動されるように制御する。
【００７５】
このとき、コントローラ２８は、ステージ駆動部２４による電気的な制御量に応じたステージ２２の移動量と、可視光検出器２０からの光の検出タイミングとを監視する。その後、光の検出タイミングとステージ２２の移動速度とに基づいて実際に電子ビームが移動した移動量を演算し、ステージ駆動部２４による電気的な制御に応じたステージ２２の移動量と一致するかを判断する。
【００７６】
一致しているときは、ステージ駆動部２４による電気的な制御量に応じたステージ２２のＸＹ平面内の所定の一方向の移動量と、実際の電子ビームの移動量とが一致しているため、次のステップ１１０に移行する。
【００７７】
一致していないときは、ステージ駆動部２４による電気的な制御量と、実際の電子ビームのＸＹ平面内の所定の一方向の移動量とがずれているため、ステージ駆動部２４による電気的な制御量によるステージ２２のＸＹ平面内の所定の一方向の移動量が実際の電子ビームのＸＹ平面内の所定の一方向の移動量と一致するように、ステージ駆動部２４による電気的な制御量を校正し、ステップ１１０に移行する。
【００７８】
ステップ１１０では、ステージ２２のＸ方向の移動方向とビーム走査用電極１４による電子ビームのＸ方向の走査方向との校正処理を行う。まず、例えば、長手方向長さが１００ｍｍ、短手方向の長さが５００ｎｍ、厚さが５００ｎｍの棒状の校正用試料３０を１つ用意し、ステージ駆動部２４によるＸ方向の移動方向と長手方向とが厳密に一致するように載置面２２ａの中心に配置する。  なお、この校正用試料３０も、電子線の照射により励起し、可視光線領域の電磁波を発生する材料より構成され、表面は平滑で、極めて薄いカーボンが蒸着されて導通が確保されている。
【００７９】
次に、コントローラ２８は、ビーム走査用電極１４により電子ビームが校正用試料３０上をＸ方向に走査するとともに、一走査が終了したら、ステージ駆動部２４によりステージ２２を回転させて再びビーム走査用電極１４により電子ビームをＸ方向に走査する操作が繰り返されるように制御する。
【００８０】
このとき、コントローラ２８は、可視光検出器２０からの光の検出時間を監視し、最も長い時間光が検出されたときの回転角度を検知する。検知した回転角度が０度であれば、ステージ駆動部２４によるＸ方向の移動方向とビーム走査用電極１４による電子ビームのＸ方向の移動方向とが一致しているため、ステップ１１２に移行する。
【００８１】
また、検知した回転角度が０度でなく、所定の角度であれば該角度だけ電子ビームのＸ方向の移動方向を回転させて、ステージ駆動部２４によるＸ方向の移動方向とビーム走査用電極１４による電子ビームのＸ方向の移動方向とが一致させるように校正を行って、ステップ１１２に移行する。
【００８２】
ステップ１１２では、ステージ２２のＸ方向の移動方向の平行度の校正処理を行う。なお、校正用試料３０は、ステップ１１０で用いたものと同様の形状の校正用試料３０を用い、ステージ駆動部２４によるＸ方向の移動方向と長手方向とが厳密に一致するように平行に、例えば、５ｍｍ間隔で複数配置する。
【００８３】
各々１つの校正用試料３０に対する処理は上述したステップ１１０と同様であるので、説明は省略する。ステップ１１２では、載置面上に載置した校正用試料３０の数だけ、回転角度が検知されるので、全ての回転角度が一致しているかを判断する。
【００８４】
一致している場合は、ステップ１１４に移行し、一致していない場合は、全ての回転角度が一致するように、ビーム走査用電極１４による電子ビームのＸ方向の走査方向の調整量を校正する。
【００８５】
ステップ１１４では、ステージ２２のＹ方向の移動方向とビーム走査用電極１４による電子ビームのＹ方向の走査方向との校正処理を行う。ステージ２２を９０度回転させた後に、上述したステップ１１０と同様の処理を行うため、説明は省略する。
【００８６】
次のステップ１１６では、ステージ２２のＹ方向の移動方向の平行度の校正処理を行う。なお、校正用試料３０は、ステップ１１２で用いたものと同様の形状の校正用試料３０を用い、ステージ２２を９０度回転させた後に、上述したステップ１１０と同様の処理を行うため、説明は省略する。
【００８７】
ステップ１１８では、電子ビームの照射位置の校正処理を行う。なお、載置面２２ａには、例えば、図５に示すように、長手方向長さが１０ｍｍ、短手方向の長さが５００ｎｍ、厚さが５００ｎｍの柱状に形成し、例えば、モリブデンまたはタングステン基板の上に設置された校正用試料３０ａが載置されている。
【００８８】
この校正用試料３０ａは、電子ビームの照射により特定波長の電磁波、とりわけ可視光領域の光を発する材料、例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12のＹ3+の一部をＮｄ3+で置換したＹＡＧ：Ｎｄ（Ｎｄ３＋は７２０ｎｍ〜８３０ｎｍ）より構成する。
【００８９】
また、校正用試料３０ａの一方の側面には、蒸着によりＡｌ膜３４が形成されている。このＡｌ膜３４は、校正用試料３０ａの内部を伝搬する光を反射する。反射面と対向する面側には、検出器３２が形成されている。検出器３２は、例えば、ＰｂＳｅ、ＰｂＳなどの赤外検出器により構成されており、校正用試料３０ａの内部を伝搬して到達した光の強度を検出してコントローラ２８に出力する。
【００９０】
なお、校正用試料３０ａの電子ビームが照射される表面は平滑で、極めて薄いカーボン膜が蒸着に設けられており、導通が確保されている。なお、この校正用試料３０ａは、長手方向がＸ方向またはＹ方向のいずれか一方と一致するように載置面２２ａ上に配置されている。
【００９１】
コントローラ２８は、ステージ駆動部２４によりステージ２２の位置を基準位置(ゼロ点)に固定し、電子銃１０から電子ビームを発生させ、載置面２２ａ上の校正用試料３０ａの一点に電子ビームが照射されるように電磁レンズ群１２、焦点位置制御用電磁レンズ１６、及びビーム走査用電極１４を制御する。
【００９２】
次に、ビーム走査用電極１４をを制御して電子ビームが校正用試料３０ａの長手方向に沿って、例えば、２μｍなどのように、予め定めた所定間隔ずつ移動するようにビーム走査用電極１４による電子ビームの照射位置を移動させる。
【００９３】
このとき、電子ビームの照射位置からは、波長５３２ｎｍの可視光領域の電磁波が発生し、柱状の校正用試料３０ａ内を伝播する。この電磁波のうち長手方向に沿ってＡｌ膜３４に向かって伝搬した電磁波はＡｌ膜３４により反射されて検出器３２に向かうように伝搬し、検出器３２に向かって伝搬した電磁波と共に検出器３２に検出されることとなる。
【００９４】
このとき、電子ビーム照射位置の移動は、往復の光路長変動となり２倍の影響力となるため、干渉による強調効果によって光強度が最大となってから、干渉により相殺されて光強度が最小となる位置関係は、波長の半分、例えば、０．２６６μとなる。
【００９５】
コントローラ２８は、校正用試料３０ａの反射面と対向する面に取り付けられた検出器３２からの光の発光強度と電子ビームの移動に要したビーム走査用電極１４への制御信号とを共に記録する。
【００９６】
検出器３２からの光の発光強度は干渉効果によって周期的に増減するので、この周期的な増減とビーム走査用電極１４への制御信号とにより実際の電子ビームの正確な照射位置を検出することができる。
【００９７】
このようにして、検出した実際の電子ビームの正確な照射位置に基づいて電子ビームの移動に要したビーム走査用電極１４への制御信号との相関関係を求め、該相関関係に基づいてビーム走査用電極１４への制御信号により制御した電子ビームの照射位置と実際に電子ビームが照射している位置を高精度に一致させることができる。このような電子ビームの照射位置の校正処理が終了したら、校正プログラムに基づくＳＥＭの校正処理が終了するので、本ルーチンを終了する。
【００９８】
このように、本実施の形態では、校正プログラムに基づくＳＥＭの校正処理として、焦点位置の校正処理、ステージ２２の傾き処理、焦点位置のＺ方向の校正処理、ステージ２２のＸＹ方向の移動量の校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＸ方向の移動方向校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＸ方向の平行度の校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＹ方向の移動方向校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＹ方向の平行度の校正処理、及び電子ビームの照射位置の校正処理を順に行うことにより、ユーザが設定した電子ビームの照射位置と実際の電子ビームの照射位置を正確に一致させた高精度な校正が可能である。
【００９９】
なお、本実施の形態は、校正プログラムに基づくＳＥＭの校正処理として、焦点位置の校正処理、ステージ２２の傾き処理、焦点位置のＺ方向の校正処理、ステージ２２のＸＹ方向の移動量の校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＸ方向の移動方向校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＸ方向の平行度の校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＹ方向の移動方向校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＹ方向の平行度の校正処理、及び電子ビームの照射位置の校正処理を順に行うようにしたが、焦点位置の校正処理を行った後の順序はこれに限定されない。
【０１００】
また、校正プログラムに基づくＳＥＭの校正処理は、焦点位置の校正処理を行った後に、ステージ２２の傾き処理、焦点位置のＺ方向の校正処理、ステージ２２のＸＹ方向の移動量の校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＸ方向の移動方向校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＸ方向の平行度の校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＹ方向の移動方向校正処理、ステージ２２と電子ビーム間のＹ方向の平行度の校正処理、及び電子ビームの照射位置の校正処理の少なくとも１つようにを行うものであってもよい。なお、本発明は、本実施の形態で述べた数値に限定されるものではない。
【０１０１】
また、本実施の形態では、コントローラ２８に組み込まれた校正プログラムに基づいてＳＥＭの校正処理を自動的に行うようにしたが、ユーザが目視しながら手動で校正処理を行うように構成することも可能である。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ユーザが設定した電子ビームの照射位置と実際の電子ビームの照射位置を正確に一致させ、高精度な校正ができる、と言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の走査型電子顕微鏡の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した走査型電子顕微鏡の電子ビームの走査方向の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示した走査型電子顕微鏡の校正プログラムに基づくＳＥＭの校正処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】電子ビームの焦点のが合っているときと合っていないときの状態を示す説明図である。
【図５】電子ビームの照射位置の校正処理で使用する校正用試料の一構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  電子銃
１２  電磁レンズ群
１４  ビーム走査用電極
１６  焦点位置制御用電磁レンズ
１８  ２次電子検出部
２０  可視光検出器
２２  ステージ
２２ａ            該載置面
２２ａ            載置面
２４  ステージ駆動部
２６  ディスプレイ
２６  表示部
２８  コントローラ
３０、３０ａ      校正用試料
３１ａ      直線
３１ｂ      破線
３２  検出器
３４  Ａｌ膜
【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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