JP2000337846A - 走査形電子顕微鏡による測長方法 - Google Patents
走査形電子顕微鏡による測長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料の構成や膜種等によって測長誤差の生じ
ることのない走査形電子顕微鏡の測長方法を提供する。 【解決手段】 予め試料上の所定の領域に設けられた既
知のパターンを走査形電子顕微鏡によって測長し（Ｓ１
０１〜Ｓ１０４）、その測長結果を前記パターンの設計
値と比較することにより倍率補正係数を導出する（Ｓ１
０５，Ｓ１０８）。走査形電子顕微鏡によって測長され
た測定ポイントの測長値に前記倍率補正係数を掛けるこ
とによって真の寸法を求める（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）。
ることのない走査形電子顕微鏡の測長方法を提供する。 【解決手段】 予め試料上の所定の領域に設けられた既
知のパターンを走査形電子顕微鏡によって測長し（Ｓ１
０１〜Ｓ１０４）、その測長結果を前記パターンの設計
値と比較することにより倍率補正係数を導出する（Ｓ１
０５，Ｓ１０８）。走査形電子顕微鏡によって測長され
た測定ポイントの測長値に前記倍率補正係数を掛けるこ
とによって真の寸法を求める（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査形電子顕微鏡
による測長方法に関し、特に半導体装置の測長、検査に
好適な走査形電子顕微鏡による測長方法に関する。
による測長方法に関し、特に半導体装置の測長、検査に
好適な走査形電子顕微鏡による測長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の走査形電子顕微鏡（Scanning Ele
ctron Microscope：ＳＥＭ）、特に測長ＳＥＭは、測長
した値が真値であることと、測長した値が試料の構成・
膜種等によってばらつきやオフセットを持たないことが
必要とされている。従来、測長ＳＥＭの寸法校正手段と
しては、Ｓｉ上にチャージの発生が少ない材料（例えば
ＡｌやＷ等）を用いてピッチパターンを作成し、そのピ
ッチパターンに測長値を合わせ込むことで、測長ＳＥＭ
の測長校正値を得ていた。
ctron Microscope：ＳＥＭ）、特に測長ＳＥＭは、測長
した値が真値であることと、測長した値が試料の構成・
膜種等によってばらつきやオフセットを持たないことが
必要とされている。従来、測長ＳＥＭの寸法校正手段と
しては、Ｓｉ上にチャージの発生が少ない材料（例えば
ＡｌやＷ等）を用いてピッチパターンを作成し、そのピ
ッチパターンに測長値を合わせ込むことで、測長ＳＥＭ
の測長校正値を得ていた。
【０００３】また、近年の測長ＳＥＭにおいては、２次
電子分解能向上のために１次側の入射電子の加速電圧を
高くし、試料側に負の電圧を印加して入射電子の加速電
圧を減速させる減速電界方式（以下、リターディング方
式という）が採用されている。具体的には、従来方式
（試料側の電圧０）に対して、リターディング方式では
電子銃部から出る電子の加速電圧を＋Ｖｒだけ高くし、
試料に−Ｖｒの電圧を印加することで、電子銃部からＶ
＋Ｖｒの加速電圧で放出された電子は、対物レンズを通
過した後、試料側に印加された−Ｖｒの電圧により減速
され、最終的には加速電圧Ｖで試料に入射するように構
成されている。リターディング方式の特徴としては、１
次側の入射電子は加速電圧Ｖ＋Ｖｒで対物レンズ下まで
通過するのでレンズの色収差を低減することができるこ
と、試料から発生した２次電子は−Ｖｒの電界によって
検出器の方向へ加速されるので２次電子の収集効率が向
上することが挙げられる。
電子分解能向上のために１次側の入射電子の加速電圧を
高くし、試料側に負の電圧を印加して入射電子の加速電
圧を減速させる減速電界方式（以下、リターディング方
式という）が採用されている。具体的には、従来方式
（試料側の電圧０）に対して、リターディング方式では
電子銃部から出る電子の加速電圧を＋Ｖｒだけ高くし、
試料に−Ｖｒの電圧を印加することで、電子銃部からＶ
＋Ｖｒの加速電圧で放出された電子は、対物レンズを通
過した後、試料側に印加された−Ｖｒの電圧により減速
され、最終的には加速電圧Ｖで試料に入射するように構
成されている。リターディング方式の特徴としては、１
次側の入射電子は加速電圧Ｖ＋Ｖｒで対物レンズ下まで
通過するのでレンズの色収差を低減することができるこ
と、試料から発生した２次電子は−Ｖｒの電界によって
検出器の方向へ加速されるので２次電子の収集効率が向
上することが挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様なリターディング方式を採用した走査形電子顕微鏡に
おいては、試料側に印加する電圧によって試料に入射す
る電子ビームの加速電圧（以下、Landing Voltageとい
う）が変化するために、観察を行う試料が絶縁膜に覆わ
れている場合、又は表面に絶縁膜が付着している場合、
Landing Voltageが変化して倍率（Field of View）がず
れることが問題となる。測長ＳＥＭの寸法校正は、Land
ing Voltage一定、倍率一定の条件下で行うため、その
いずれか一方の値が変化すると、測長された寸法の値が
変るといった問題を生じる。つまり、Landing Voltage
が変化することによって、寸法誤差が発生していまい、
測長を行った寸法が真値ではないといった問題を生じて
いた。
様なリターディング方式を採用した走査形電子顕微鏡に
おいては、試料側に印加する電圧によって試料に入射す
る電子ビームの加速電圧（以下、Landing Voltageとい
う）が変化するために、観察を行う試料が絶縁膜に覆わ
れている場合、又は表面に絶縁膜が付着している場合、
Landing Voltageが変化して倍率（Field of View）がず
れることが問題となる。測長ＳＥＭの寸法校正は、Land
ing Voltage一定、倍率一定の条件下で行うため、その
いずれか一方の値が変化すると、測長された寸法の値が
変るといった問題を生じる。つまり、Landing Voltage
が変化することによって、寸法誤差が発生していまい、
測長を行った寸法が真値ではないといった問題を生じて
いた。
【０００５】この問題は、リターディング方式を採用し
ない従来の測長ＳＥＭでも同様に発生していた。すなわ
ち、試料の表面電位の変化によりLanding Voltageが変
化し、その結果寸法誤差が発生し、測長を行った寸法が
真値ではないといった問題を生じていた。表１は、従来
の測長ＳＥＭによって、Ｓｉウェーハに形成されたＳｉ
パターン、膜厚４００ｎｍのＢ−ＰＳＧ膜上パターン、
膜厚１０ｎｍのＳｉＯ2膜上パターン、膜厚１００ｎｍ
のＳｉＯ2膜上パターン、ＳｉＮ膜上パターン、ＨＴＯ
＋ＳｉＮ膜（３５ｎｍ）上パターン、膜厚２５ｎｍのＳ
ｉＯＮ膜上パターン、及び実デバイスＡと実デバイスＢ
上のパターン中のピッチを測長した結果を示すものであ
る。測長したピッチは、設計値が３５０ｎｍ，４００ｎ
ｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍ，８００ｎｍ
のものである。表中の数値の単位はｎｍである。
ない従来の測長ＳＥＭでも同様に発生していた。すなわ
ち、試料の表面電位の変化によりLanding Voltageが変
化し、その結果寸法誤差が発生し、測長を行った寸法が
真値ではないといった問題を生じていた。表１は、従来
の測長ＳＥＭによって、Ｓｉウェーハに形成されたＳｉ
パターン、膜厚４００ｎｍのＢ−ＰＳＧ膜上パターン、
膜厚１０ｎｍのＳｉＯ2膜上パターン、膜厚１００ｎｍ
のＳｉＯ2膜上パターン、ＳｉＮ膜上パターン、ＨＴＯ
＋ＳｉＮ膜（３５ｎｍ）上パターン、膜厚２５ｎｍのＳ
ｉＯＮ膜上パターン、及び実デバイスＡと実デバイスＢ
上のパターン中のピッチを測長した結果を示すものであ
る。測長したピッチは、設計値が３５０ｎｍ，４００ｎ
ｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍ，８００ｎｍ
のものである。表中の数値の単位はｎｍである。
【０００６】
【表１】
【０００７】図１８は、表１に示した測長データのう
ち、Ｓｉパターン、Ｂ−ＰＳＧ膜上パターン及び実デバ
イスＡのパターンのデータから得られる、ピッチ設計値
（横軸）とＳＥＭ測長値（縦軸）の関係を図示したもの
である。Ｓｉパターンのピッチ測長値はほぼ設計値と一
致しているが、Ｂ−ＰＳＧ絶縁膜上のパターンのピッチ
測長値や実デバイス上のパターンのピッチ測長値は設計
値からのずれが大きいことが分かる。これは、Ｂ−ＰＳ
Ｇ絶縁膜や実デバイス上のパターン測長の際に、電子ビ
ーム照射によって試料表面がチャージアップしたために
測長値に誤差が生じたためと考えられる。本発明は、こ
のような従来の走査形電子顕微鏡による測長の際の問題
点に鑑みなされたもので、試料の構成や膜種等によって
測長誤差の生じることのない走査形電子顕微鏡による測
長方法を提供することを目的とする。
ち、Ｓｉパターン、Ｂ−ＰＳＧ膜上パターン及び実デバ
イスＡのパターンのデータから得られる、ピッチ設計値
（横軸）とＳＥＭ測長値（縦軸）の関係を図示したもの
である。Ｓｉパターンのピッチ測長値はほぼ設計値と一
致しているが、Ｂ−ＰＳＧ絶縁膜上のパターンのピッチ
測長値や実デバイス上のパターンのピッチ測長値は設計
値からのずれが大きいことが分かる。これは、Ｂ−ＰＳ
Ｇ絶縁膜や実デバイス上のパターン測長の際に、電子ビ
ーム照射によって試料表面がチャージアップしたために
測長値に誤差が生じたためと考えられる。本発明は、こ
のような従来の走査形電子顕微鏡による測長の際の問題
点に鑑みなされたもので、試料の構成や膜種等によって
測長誤差の生じることのない走査形電子顕微鏡による測
長方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の走査形電子顕微鏡による測長方法では、
予め試料上の所定の領域に設けられた既知のパターンを
走査形電子顕微鏡によって測長するステップと、その測
長結果を前記パターンの設計値と比較することにより倍
率補正係数を導出するステップと、走査形電子顕微鏡に
よって測長された測定ポイントの測長値に前記倍率補正
係数を掛けることによって真の寸法を求めるステップと
を含むことを特徴とする。
めに、本発明の走査形電子顕微鏡による測長方法では、
予め試料上の所定の領域に設けられた既知のパターンを
走査形電子顕微鏡によって測長するステップと、その測
長結果を前記パターンの設計値と比較することにより倍
率補正係数を導出するステップと、走査形電子顕微鏡に
よって測長された測定ポイントの測長値に前記倍率補正
係数を掛けることによって真の寸法を求めるステップと
を含むことを特徴とする。
【０００９】この方法では、例えば半導体ウェーハ試料
におけるスクライブやチップ内の空き領域などに予め、
補正データを得るためのライン・アンド・スペースやコ
ンタクトホール等の特定のテストパターンを設けた試料
を用いる。そして、そのテストパターンを測長し、測長
誤差を補正する倍率補正係数を求めることで、試料表面
のチャージアップ（入射電子が照射した場所の表面電位
変化）によって生じるＳＥＭの寸法測長誤差を補償す
る。
におけるスクライブやチップ内の空き領域などに予め、
補正データを得るためのライン・アンド・スペースやコ
ンタクトホール等の特定のテストパターンを設けた試料
を用いる。そして、そのテストパターンを測長し、測長
誤差を補正する倍率補正係数を求めることで、試料表面
のチャージアップ（入射電子が照射した場所の表面電位
変化）によって生じるＳＥＭの寸法測長誤差を補償す
る。
【００１０】本発明の走査形電子顕微鏡による測長方法
は、また、試料上のパターンを走査形電子顕微鏡によっ
て測長するステップと、その測長結果を前記パターンの
設計値と比較することにより倍率補正係数を導出するス
テップと、走査形電子顕微鏡によって測長された測定ポ
イントの測長値に前記倍率補正係数を掛けることによっ
て真の寸法を求めるステップとを含むことを特徴とす
る。この方法では、倍率補正係数を求めるための専用の
テストパターンを試料上に設けることなく、実サンプル
のパターンのうちライン幅、スペース幅又はピッチを測
定できるパターンを用いて試料表面のチャージアップに
起因する倍率補正係数を求める。
は、また、試料上のパターンを走査形電子顕微鏡によっ
て測長するステップと、その測長結果を前記パターンの
設計値と比較することにより倍率補正係数を導出するス
テップと、走査形電子顕微鏡によって測長された測定ポ
イントの測長値に前記倍率補正係数を掛けることによっ
て真の寸法を求めるステップとを含むことを特徴とす
る。この方法では、倍率補正係数を求めるための専用の
テストパターンを試料上に設けることなく、実サンプル
のパターンのうちライン幅、スペース幅又はピッチを測
定できるパターンを用いて試料表面のチャージアップに
起因する倍率補正係数を求める。
【００１１】倍率補正係数は、試料毎に導出してもよ
い。試料が半導体ウェーハの場合、測定ポイントが含ま
れるチップ毎に倍率補正係数を導出してもよい。また、
測定ポイントの近くのパターンを用いて倍率補正係数を
導出してもよい。試料表面のチャージアップの状況は、
試料の構造、材質、あるいは試料がステージ等に保持さ
れている状態など様々な要因によって微妙に変動する。
従って、チャージアップに起因するＳＥＭの測長誤差を
高精度に補償するには、チャージアップの状況が測長ポ
イントと近似していると考えられる、測長ポイントにで
きるだけ近い場所のパターンを用いて倍率補正係数を導
出するのがよい。チップ毎に倍率補正係数を導出する場
合、あるいは測長ポイントの近くのパターンを用いて倍
率補正係数を導出する場合には、通常は倍率補正係数を
求めるための専用のテストパターンではなく、実サンプ
ルのパターンを用いて倍率補正係数を求めることにな
る。に起因する。
い。試料が半導体ウェーハの場合、測定ポイントが含ま
れるチップ毎に倍率補正係数を導出してもよい。また、
測定ポイントの近くのパターンを用いて倍率補正係数を
導出してもよい。試料表面のチャージアップの状況は、
試料の構造、材質、あるいは試料がステージ等に保持さ
れている状態など様々な要因によって微妙に変動する。
従って、チャージアップに起因するＳＥＭの測長誤差を
高精度に補償するには、チャージアップの状況が測長ポ
イントと近似していると考えられる、測長ポイントにで
きるだけ近い場所のパターンを用いて倍率補正係数を導
出するのがよい。チップ毎に倍率補正係数を導出する場
合、あるいは測長ポイントの近くのパターンを用いて倍
率補正係数を導出する場合には、通常は倍率補正係数を
求めるための専用のテストパターンではなく、実サンプ
ルのパターンを用いて倍率補正係数を求めることにな
る。に起因する。
【００１２】倍率補正係数の導出に当たっては、パター
ンのピッチの測長結果を設計値と比較するのが望まし
い。これは、一般的に光で露光して形成されたパターン
は、近接効果や光の干渉等によってライン幅やスペース
幅は設計値からずれてしまうことがあるが、ピッチはお
おむね設計値の通りになるからである。ピッチの測長結
果を得る際には、複数のピッチの測長値を平均するのが
望ましい。ピッチの測長結果を倍率補正係数の導出に利
用する場合の測長の一態様としては、ＳＥＭの視野内の
測長ポイントのライン幅、スペース幅とともにピッチを
一括測長し、ピッチの測長結果から導出した倍率補正係
数によって、ラインやスペースの測長値を補正する方法
がある。
ンのピッチの測長結果を設計値と比較するのが望まし
い。これは、一般的に光で露光して形成されたパターン
は、近接効果や光の干渉等によってライン幅やスペース
幅は設計値からずれてしまうことがあるが、ピッチはお
おむね設計値の通りになるからである。ピッチの測長結
果を得る際には、複数のピッチの測長値を平均するのが
望ましい。ピッチの測長結果を倍率補正係数の導出に利
用する場合の測長の一態様としては、ＳＥＭの視野内の
測長ポイントのライン幅、スペース幅とともにピッチを
一括測長し、ピッチの測長結果から導出した倍率補正係
数によって、ラインやスペースの測長値を補正する方法
がある。
【００１３】本発明の走査形電子顕微鏡による測長方法
は、また、対物レンズから試料までの距離を検出するセ
ンサの出力を用いて走査形電子顕微鏡を測定ポイントに
オートフォーカスさせるステップと、対物レンズの励磁
電流を変化させながら試料から放出された試料信号の変
化をモニターしてフォーカスずれに相当する対物レンズ
の励磁電流ΔIobjを検出するステップと、対物レンズの
励磁電流ΔIobjを試料に入射する電子ビームの加速電圧
ΔＶに換算するステップと、試料に入射する電子ビーム
の加速電圧をΔＶだけ変更するステップと、測定ポイン
トの測長を行うステップと、を含むことを特徴とする。
は、また、対物レンズから試料までの距離を検出するセ
ンサの出力を用いて走査形電子顕微鏡を測定ポイントに
オートフォーカスさせるステップと、対物レンズの励磁
電流を変化させながら試料から放出された試料信号の変
化をモニターしてフォーカスずれに相当する対物レンズ
の励磁電流ΔIobjを検出するステップと、対物レンズの
励磁電流ΔIobjを試料に入射する電子ビームの加速電圧
ΔＶに換算するステップと、試料に入射する電子ビーム
の加速電圧をΔＶだけ変更するステップと、測定ポイン
トの測長を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】オートフォーカスは、対物レンズの励磁電
流を制御することで行ってもよいし、試料を載置してい
る試料ステージ等を機械的に移動させることで行っても
よい。この方法によると、試料表面のチャージアップが
原因で生じる電子ビーム加速電圧の変化を打ち消し、試
料に入射する電子ビームの加速電圧を設定値とすること
ができるため、ＳＥＭ測長値には試料表面のチャージア
ップに起因する誤差が含まれない。
流を制御することで行ってもよいし、試料を載置してい
る試料ステージ等を機械的に移動させることで行っても
よい。この方法によると、試料表面のチャージアップが
原因で生じる電子ビーム加速電圧の変化を打ち消し、試
料に入射する電子ビームの加速電圧を設定値とすること
ができるため、ＳＥＭ測長値には試料表面のチャージア
ップに起因する誤差が含まれない。
【００１５】本発明の走査形電子顕微鏡による測長方法
は、また、対物レンズから試料までの距離を検出するセ
ンサの出力を用いて走査形電子顕微鏡を測定ポイントに
オートフォーカスさせるステップと、試料に印加する電
圧を変化させながら試料から放出された試料信号の変化
をモニターしてフォーカスずれに相当する試料印加電圧
ΔVbを検出するステップと、試料に入射する電子ビーム
加速電圧をΔVbだけ変更するステップと、測定ポイント
の測長を行うステップと、を含むことを特徴とする。
は、また、対物レンズから試料までの距離を検出するセ
ンサの出力を用いて走査形電子顕微鏡を測定ポイントに
オートフォーカスさせるステップと、試料に印加する電
圧を変化させながら試料から放出された試料信号の変化
をモニターしてフォーカスずれに相当する試料印加電圧
ΔVbを検出するステップと、試料に入射する電子ビーム
加速電圧をΔVbだけ変更するステップと、測定ポイント
の測長を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】オートフォーカスは、対物レンズの励磁電
流を制御することで行ってもよいし、試料を載置してい
る試料ステージ等を機械的に移動させることで行っても
よい。この方法によると、前記方法と同様に、試料表面
のチャージアップが原因で生じる電子ビーム加速電圧の
変化を打ち消し、試料に入射する電子ビームの加速電圧
を設定値とすることができるため、ＳＥＭ測長値には試
料表面のチャージアップに起因する誤差が含まれない。
流を制御することで行ってもよいし、試料を載置してい
る試料ステージ等を機械的に移動させることで行っても
よい。この方法によると、前記方法と同様に、試料表面
のチャージアップが原因で生じる電子ビーム加速電圧の
変化を打ち消し、試料に入射する電子ビームの加速電圧
を設定値とすることができるため、ＳＥＭ測長値には試
料表面のチャージアップに起因する誤差が含まれない。
【００１７】本発明の走査形電子顕微鏡による測長方法
は、また、予め試料に入射する電子ビームの加速電圧と
倍率補正係数との対応関係を求めておくステップと、試
料上の測長ポイントに入射する電子ビームの実際の加速
電圧を求めるステップと、前記予め求めておいた対応関
係を参照して前記測長ポイントに入射する電子ビームの
実際の加速電圧に対応する倍率補正係数を求めるステッ
プと、測定ポイントの測長を行うステップと、測長値に
前記倍率補正係数を掛けることによって真の寸法を求め
るステップと、を含むことを特徴とする。
は、また、予め試料に入射する電子ビームの加速電圧と
倍率補正係数との対応関係を求めておくステップと、試
料上の測長ポイントに入射する電子ビームの実際の加速
電圧を求めるステップと、前記予め求めておいた対応関
係を参照して前記測長ポイントに入射する電子ビームの
実際の加速電圧に対応する倍率補正係数を求めるステッ
プと、測定ポイントの測長を行うステップと、測長値に
前記倍率補正係数を掛けることによって真の寸法を求め
るステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】この方法において、試料上の測長ポイント
に入射する電子ビームの実際の加速電圧を求めるステッ
プはどの様にして実現しても構わないが、例えば、走査
形電子顕微鏡に設定された電子ビームの加速電圧に対応
した対物レンズ励磁条件でのフォーカスずれを解消する
対物レンズ補正電流ΔIobjを求めるステップと、対物レ
ンズ補正電流ΔIobjを試料に入射する電子ビームの加速
電圧ΔＶに換算するステップと、を含むものとすること
ができる。あるいは、走査形電子顕微鏡に設定された電
子ビームの加速電圧に対応した対物レンズ励磁条件での
フォーカスずれを解消する試料印加電圧ΔVbを求めるこ
とによって実現してもよい。
に入射する電子ビームの実際の加速電圧を求めるステッ
プはどの様にして実現しても構わないが、例えば、走査
形電子顕微鏡に設定された電子ビームの加速電圧に対応
した対物レンズ励磁条件でのフォーカスずれを解消する
対物レンズ補正電流ΔIobjを求めるステップと、対物レ
ンズ補正電流ΔIobjを試料に入射する電子ビームの加速
電圧ΔＶに換算するステップと、を含むものとすること
ができる。あるいは、走査形電子顕微鏡に設定された電
子ビームの加速電圧に対応した対物レンズ励磁条件での
フォーカスずれを解消する試料印加電圧ΔVbを求めるこ
とによって実現してもよい。
【００１９】本発明の測長方法によれば、走査形電子顕
微鏡を用いた測長において、試料表面の電位変化に起因
する測長誤差を補償して真の寸法値を得ることが可能と
なる。リターディング方式を使用しない一般的な測長Ｓ
ＥＭにおいては、入射電子照射による試料表面のチャー
ジアップに起因する測長寸法誤差を充分に補正して、試
料の構成・種類を問わず、真値を得ることが可能とな
る。すなわち、市長がチャージアップすると、試料の表
面電位が変化し、それに伴って入射ビームのLanding Vo
ltageの誤差に起因する倍率ずれ（倍率ずれが発生する
ことは測長値にオフセット値が入ることを意味する）が
発生するが、この問題が解消されるために、電子ビーム
照射によって試料の表面電位に変化が生じても、常に真
値を測長することが可能となる。
微鏡を用いた測長において、試料表面の電位変化に起因
する測長誤差を補償して真の寸法値を得ることが可能と
なる。リターディング方式を使用しない一般的な測長Ｓ
ＥＭにおいては、入射電子照射による試料表面のチャー
ジアップに起因する測長寸法誤差を充分に補正して、試
料の構成・種類を問わず、真値を得ることが可能とな
る。すなわち、市長がチャージアップすると、試料の表
面電位が変化し、それに伴って入射ビームのLanding Vo
ltageの誤差に起因する倍率ずれ（倍率ずれが発生する
ことは測長値にオフセット値が入ることを意味する）が
発生するが、この問題が解消されるために、電子ビーム
照射によって試料の表面電位に変化が生じても、常に真
値を測長することが可能となる。
【００２０】また、リターディング方式を採用する測長
ＳＥＭにおいては、今まで問題となっていたLanding Vo
ltageの設定誤差に起因する倍率ずれの問題が解消され
る。すなわち、試料の裏面に絶縁膜が付いている場合、
又は電子ビームを照射する箇所の層間構造が変化した場
合など、測長を行う試料によっては寸法誤差が発生する
ことがある問題を解消でき、常に真値を測長することが
可能となる。さらに、本発明の一つの態様によると、試
料上に入射する電子ビームの加速電圧を、試料の構成、
種類を問わず常に設計値とすることが可能となる。
ＳＥＭにおいては、今まで問題となっていたLanding Vo
ltageの設定誤差に起因する倍率ずれの問題が解消され
る。すなわち、試料の裏面に絶縁膜が付いている場合、
又は電子ビームを照射する箇所の層間構造が変化した場
合など、測長を行う試料によっては寸法誤差が発生する
ことがある問題を解消でき、常に真値を測長することが
可能となる。さらに、本発明の一つの態様によると、試
料上に入射する電子ビームの加速電圧を、試料の構成、
種類を問わず常に設計値とすることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】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。なお、以下の説明では、主と
して本発明を測長ＳＥＭによる半導体ウェーハ上のパタ
ーン計測に適応した場合について述べるが、本発明の適
用範囲はそれのみに限定されるものではない。
施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、主と
して本発明を測長ＳＥＭによる半導体ウェーハ上のパタ
ーン計測に適応した場合について述べるが、本発明の適
用範囲はそれのみに限定されるものではない。
【００２２】図１は、本発明による測長ＳＥＭの測長方
法の一例を説明するフローチャートである。先ず、測長
ＳＥＭで測長を行うウェーハをチャンバー内に入れ（S1
01）、グローバルアライメントを行う（S102）。グロー
バルアライメントは、例えばウェーハ上の既知の２点を
光学顕微鏡で検出してウェーハの並進方向と回転方向の
アライメントを実施するもので、ウェーハ座標系と測長
ＳＥＭのステージ座標系を整合させることを目的として
行われる。その後、第１測長ポイントを測長する前に、
補正データ取得用パターンへ移動する（S103）。
法の一例を説明するフローチャートである。先ず、測長
ＳＥＭで測長を行うウェーハをチャンバー内に入れ（S1
01）、グローバルアライメントを行う（S102）。グロー
バルアライメントは、例えばウェーハ上の既知の２点を
光学顕微鏡で検出してウェーハの並進方向と回転方向の
アライメントを実施するもので、ウェーハ座標系と測長
ＳＥＭのステージ座標系を整合させることを目的として
行われる。その後、第１測長ポイントを測長する前に、
補正データ取得用パターンへ移動する（S103）。
【００２３】図２に、補正データ取得用パターンの一例
を示す。補正データ取得用パターンはチップ内の空き領
域あるいはチップとチップの境界部分（スクライブ）に
形成されたテストパターンであり、このテストパターン
は図２（ａ）に示すようなライン・アンド・スペースパ
ターン、図２（ｂ）に示すようなスペース・アンド・ラ
インパターン、図２（ｃ）に示すようなコンタクトホー
ルのパターン等とすることができる。
を示す。補正データ取得用パターンはチップ内の空き領
域あるいはチップとチップの境界部分（スクライブ）に
形成されたテストパターンであり、このテストパターン
は図２（ａ）に示すようなライン・アンド・スペースパ
ターン、図２（ｂ）に示すようなスペース・アンド・ラ
インパターン、図２（ｃ）に示すようなコンタクトホー
ルのパターン等とすることができる。
【００２４】補正データ取得用パターンへ移動した後、
そのパターンを測長し、測長データを得る（S104）。次
に、測長データと設計値（真値）との比較を行う（S10
5）。このとき、一般的に光で露光・形成されたパター
ンは、近接効果や光の干渉等によってライン幅やスペー
ス幅が変化してしまうので、ピッチを測長した測定デー
タを使用するほうが良い。但し、この様な制約が無い場
合には、ライン幅やスペース幅の測定データを使用して
も構わない。測長データと設計値（真値）とを比較した
結果、寸法誤差の発生が無ければスタンダードウェーハ
測長時に取得した倍率補正係数を使用し（S106）、全測
長ポイントを測長する（S107）。
そのパターンを測長し、測長データを得る（S104）。次
に、測長データと設計値（真値）との比較を行う（S10
5）。このとき、一般的に光で露光・形成されたパター
ンは、近接効果や光の干渉等によってライン幅やスペー
ス幅が変化してしまうので、ピッチを測長した測定デー
タを使用するほうが良い。但し、この様な制約が無い場
合には、ライン幅やスペース幅の測定データを使用して
も構わない。測長データと設計値（真値）とを比較した
結果、寸法誤差の発生が無ければスタンダードウェーハ
測長時に取得した倍率補正係数を使用し（S106）、全測
長ポイントを測長する（S107）。
【００２５】測長データと設計値（真値）とを比較した
結果、寸法誤差が発生していた場合には、寸法誤差成分
を除去させる倍率補正係数を算出する（S108）。例え
ば、ＳＥＭの倍率Magが100000倍の時に電子ビームの走
査幅（Field of View）Elが1500nmあるとする。スタン
ダートウェーハでピッチ幅400nmを測定した場合、出力
された値が402nmと仮定すると、誤差分の2nmを除かなけ
ればならない。この場合、El×倍率補正係数を変えて補
正を行うが、通常El×1.0（倍率補正係数Mag(a)＝1.0）
なので、この場合倍率補正係数をMag(a)＝0.995として
扱う。この状態で他のウェーハパターンを測長しても同
じ結果が得られない場合、もう一度補正パターンより倍
率補正係数を算出する。倍率補正係数Mag(a)は、設計値
（真値）を測長値で除算することで算出される。例え
ば、SiN膜付きウェーハの補正パターンより算出された
値が410nmで、設計データ（真値）が400nmだとした場
合、倍率補正係数Mag(a)は0.9756となる。
結果、寸法誤差が発生していた場合には、寸法誤差成分
を除去させる倍率補正係数を算出する（S108）。例え
ば、ＳＥＭの倍率Magが100000倍の時に電子ビームの走
査幅（Field of View）Elが1500nmあるとする。スタン
ダートウェーハでピッチ幅400nmを測定した場合、出力
された値が402nmと仮定すると、誤差分の2nmを除かなけ
ればならない。この場合、El×倍率補正係数を変えて補
正を行うが、通常El×1.0（倍率補正係数Mag(a)＝1.0）
なので、この場合倍率補正係数をMag(a)＝0.995として
扱う。この状態で他のウェーハパターンを測長しても同
じ結果が得られない場合、もう一度補正パターンより倍
率補正係数を算出する。倍率補正係数Mag(a)は、設計値
（真値）を測長値で除算することで算出される。例え
ば、SiN膜付きウェーハの補正パターンより算出された
値が410nmで、設計データ（真値）が400nmだとした場
合、倍率補正係数Mag(a)は0.9756となる。
【００２６】以後、この倍率補正係数Mag(a)（＝0.975
6）を用いて測長を行えば、真値を得ることができる。
従って、まず第１測長ポイントを測長し（S109）、測長
値に倍率補正係数を掛けて真の測長値を算出する（S11
0）。続いて、他の測長ポイントを測長し、同様に先に
得られた倍率補正係数に基づいて真の測長値を算出する
（S111）。全ての測長ポイントに対する測長が終了する
と、ウェーハをアンロードして（S112）、処理を終了す
る。
6）を用いて測長を行えば、真値を得ることができる。
従って、まず第１測長ポイントを測長し（S109）、測長
値に倍率補正係数を掛けて真の測長値を算出する（S11
0）。続いて、他の測長ポイントを測長し、同様に先に
得られた倍率補正係数に基づいて真の測長値を算出する
（S111）。全ての測長ポイントに対する測長が終了する
と、ウェーハをアンロードして（S112）、処理を終了す
る。
【００２７】図３は、本発明による測長ＳＥＭの測長方
法の他の例を説明するフローチャートである。ここで
は、特別の補正データ取得用パターンを用いることなく
実デバイス（チップ）内に形成されている寸法が既知の
パターンを測長することによって倍率補正係数を算出す
る。従って、この場合には、スクライブやチップの空き
領域に予めテストパターンを形成しておく必要はない。
法の他の例を説明するフローチャートである。ここで
は、特別の補正データ取得用パターンを用いることなく
実デバイス（チップ）内に形成されている寸法が既知の
パターンを測長することによって倍率補正係数を算出す
る。従って、この場合には、スクライブやチップの空き
領域に予めテストパターンを形成しておく必要はない。
【００２８】先ず、測長ＳＥＭが測長を行うウェーハを
チャンバー内に入れ（S201）、グローバルアライメント
を行う（S202）。その後、第１測長ポイントを測長する
前に、実デバイス内に形成されている既知のライン・ア
ンド・スペースパターンやコンタクトホールパターンの
位置に移動し（S203）、ピッチパターンを測長する（S2
04）。図４は、実デバイス内に形成されていて測長ＳＥ
Ｍの測長値校正のために利用できるパターンの一例を示
す図であり、このパターンには図４（ａ）に示すような
ライン・アンド・スペースパターン、図４（ｂ）に示す
ようなスペース・アンド・ラインパターン、図４（ｃ）
に示すようなコンタクトホールのパターン等がある。
チャンバー内に入れ（S201）、グローバルアライメント
を行う（S202）。その後、第１測長ポイントを測長する
前に、実デバイス内に形成されている既知のライン・ア
ンド・スペースパターンやコンタクトホールパターンの
位置に移動し（S203）、ピッチパターンを測長する（S2
04）。図４は、実デバイス内に形成されていて測長ＳＥ
Ｍの測長値校正のために利用できるパターンの一例を示
す図であり、このパターンには図４（ａ）に示すような
ライン・アンド・スペースパターン、図４（ｂ）に示す
ようなスペース・アンド・ラインパターン、図４（ｃ）
に示すようなコンタクトホールのパターン等がある。
【００２９】次に、ピッチパターン測長で得られた測長
データと設計値（真値）との比較を行う（S205）。ここ
で、一般的に光で露光・形成されたパターンは、近接効
果や光の干渉等によってライン幅やスペース幅が変化し
てしまうので、ピッチを測長した測定データを使用する
ほうが良い。但し、この様な制約が無い場合は、ライン
幅やスペース幅の測定データを使用しても構わない。測
長データと設計値（真値）とを比較した結果、寸法誤差
の発生が無ければスタンダードウェーハ測長時に取得し
た倍率補正係数を使用し（S206）、全測長ポイントを測
長する（S207）。
データと設計値（真値）との比較を行う（S205）。ここ
で、一般的に光で露光・形成されたパターンは、近接効
果や光の干渉等によってライン幅やスペース幅が変化し
てしまうので、ピッチを測長した測定データを使用する
ほうが良い。但し、この様な制約が無い場合は、ライン
幅やスペース幅の測定データを使用しても構わない。測
長データと設計値（真値）とを比較した結果、寸法誤差
の発生が無ければスタンダードウェーハ測長時に取得し
た倍率補正係数を使用し（S206）、全測長ポイントを測
長する（S207）。
【００３０】測長データと設計値（真値）とを比較した
結果、寸法誤差があった場合は、寸法誤差成分を除去さ
せる倍率補正係数Mag(a)を算出する（S208）。この倍率
補正係数Mag(a)は、設計値（真値）を測長値で除算する
ことで算出される。以降の測定ポイントにおいて、こう
して算出された倍率補正係数Mag(a)を用いて測長を行え
ば、真値を得ることができる。第１測長ポイントを測長
し（S209）、測長値に倍率補正係数Mag(a)を掛けて真の
測長値を算出する（S210）。続いて、他の測長ポイント
を測長し、同様に先に得られた倍率補正係数Mag(a)に基
づいて真の測長値を算出する（S211）。全ての測長ポイ
ントに対する測長が終了すると、ウェーハをアンロード
して（S212）、処理を終了する。
結果、寸法誤差があった場合は、寸法誤差成分を除去さ
せる倍率補正係数Mag(a)を算出する（S208）。この倍率
補正係数Mag(a)は、設計値（真値）を測長値で除算する
ことで算出される。以降の測定ポイントにおいて、こう
して算出された倍率補正係数Mag(a)を用いて測長を行え
ば、真値を得ることができる。第１測長ポイントを測長
し（S209）、測長値に倍率補正係数Mag(a)を掛けて真の
測長値を算出する（S210）。続いて、他の測長ポイント
を測長し、同様に先に得られた倍率補正係数Mag(a)に基
づいて真の測長値を算出する（S211）。全ての測長ポイ
ントに対する測長が終了すると、ウェーハをアンロード
して（S212）、処理を終了する。
【００３１】図５は、本発明による測長ＳＥＭの測長方
法の他の例を説明するフローチャートである。ここで
は、第１測長ポイントでライン幅、スペース幅及びピッ
チを一括測長し、そのうちのピッチ測長データを用いて
測長寸法校正のための倍率補正係数Mag(a)を算出する。
従って、スクライブやチップの空き領域に予めテストパ
ターンを形成しておく必要はない。但し、この場合はピ
ッチパターンを必要とするので、第１測長ポイントのパ
ターンが単体パターンや周期性の無いパターンでは効果
を得ることが出来ない。従って、第１測長ポイントに
は、周期性のあるパターンを含む測長ポイントを選択す
る必要がある。
法の他の例を説明するフローチャートである。ここで
は、第１測長ポイントでライン幅、スペース幅及びピッ
チを一括測長し、そのうちのピッチ測長データを用いて
測長寸法校正のための倍率補正係数Mag(a)を算出する。
従って、スクライブやチップの空き領域に予めテストパ
ターンを形成しておく必要はない。但し、この場合はピ
ッチパターンを必要とするので、第１測長ポイントのパ
ターンが単体パターンや周期性の無いパターンでは効果
を得ることが出来ない。従って、第１測長ポイントに
は、周期性のあるパターンを含む測長ポイントを選択す
る必要がある。
【００３２】先ず、測長ＳＥＭで測長を行うウェーハを
チャンバー内に入れ（S301）、グローバルアライメント
を行う（S302）。その後、第１測長ポイントの実デバイ
スパターンへ移動し（S303）、ライン幅、スペース幅及
びピッチを一括測長する（S304）。次に、ピッチ測長デ
ータとピッチ設計値（真値）との比較を行う（S305）。
一般的に光で露光・形成されたパターンは、近接効果や
光の干渉等によってライン幅やスペース幅が変化してし
まうので、ピッチを測長した測定データを使用する。ピ
ッチの寸法誤差がない場合には、スタンダードウェーハ
測長時に取得した倍率補正係数を使用して（S306）、全
測長ポイントを測長する（S307）。
チャンバー内に入れ（S301）、グローバルアライメント
を行う（S302）。その後、第１測長ポイントの実デバイ
スパターンへ移動し（S303）、ライン幅、スペース幅及
びピッチを一括測長する（S304）。次に、ピッチ測長デ
ータとピッチ設計値（真値）との比較を行う（S305）。
一般的に光で露光・形成されたパターンは、近接効果や
光の干渉等によってライン幅やスペース幅が変化してし
まうので、ピッチを測長した測定データを使用する。ピ
ッチの寸法誤差がない場合には、スタンダードウェーハ
測長時に取得した倍率補正係数を使用して（S306）、全
測長ポイントを測長する（S307）。
【００３３】ピッチ測長データとピッチ設計値（真値）
との比較を行った結果、ピッチの寸法誤差が発生した場
合は、そのピッチ誤差から寸法誤差成分を除去するため
の倍率補正係数Mag(a)を算出し（S308）、その値を第１
測長ポイントのライン幅及びスペース幅の測長値にフィ
ードバックする。すなわち、第１測長ポイントのライン
幅及びスペース幅の測長値に倍率補正係数Mag(a)を掛け
て真値を得る（S309）。その後、他の測長ポイントを測
長し、同様に先に得られた倍率補正係数Mag(a)に基づい
て真の測長値を算出する（S310）。全ての測長ポイント
に対する測長が終了すると、ウェーハをアンロードして
（S311）、処理を終了する。
との比較を行った結果、ピッチの寸法誤差が発生した場
合は、そのピッチ誤差から寸法誤差成分を除去するため
の倍率補正係数Mag(a)を算出し（S308）、その値を第１
測長ポイントのライン幅及びスペース幅の測長値にフィ
ードバックする。すなわち、第１測長ポイントのライン
幅及びスペース幅の測長値に倍率補正係数Mag(a)を掛け
て真値を得る（S309）。その後、他の測長ポイントを測
長し、同様に先に得られた倍率補正係数Mag(a)に基づい
て真の測長値を算出する（S310）。全ての測長ポイント
に対する測長が終了すると、ウェーハをアンロードして
（S311）、処理を終了する。
【００３４】本発明による測長ＳＥＭの測長に当たって
は、図６に模式的に示すように、ロット内の各ウェーハ
毎に倍率補正係数を算出してもよい。例えば、ウェーハ
１１について図１，図３あるいは図５の方法で求めた倍
率補正係数をａ、ウェーハ１２について図１，図３ある
いは図５の方法で求めた倍率補正係数をｂ、ウェーハ１
３について図１，図３あるいは図５の方法で求めた倍率
補正係数をｃとすると、ウェーハ１１に関しては測長Ｓ
ＥＭの測長値に倍率補正係数ａを掛けることで真の寸法
を求める。同様に、ウェーハ１２に関しては測長ＳＥＭ
の測長値に倍率補正係数ｂを掛けることで真の寸法を求
め、ウェーハ１３に関しては測長ＳＥＭの測長値に倍率
補正係数ｃを掛けることで真の寸法を求める。
は、図６に模式的に示すように、ロット内の各ウェーハ
毎に倍率補正係数を算出してもよい。例えば、ウェーハ
１１について図１，図３あるいは図５の方法で求めた倍
率補正係数をａ、ウェーハ１２について図１，図３ある
いは図５の方法で求めた倍率補正係数をｂ、ウェーハ１
３について図１，図３あるいは図５の方法で求めた倍率
補正係数をｃとすると、ウェーハ１１に関しては測長Ｓ
ＥＭの測長値に倍率補正係数ａを掛けることで真の寸法
を求める。同様に、ウェーハ１２に関しては測長ＳＥＭ
の測長値に倍率補正係数ｂを掛けることで真の寸法を求
め、ウェーハ１３に関しては測長ＳＥＭの測長値に倍率
補正係数ｃを掛けることで真の寸法を求める。
【００３５】これまで説明した本発明の実施の形態にお
いては、各プロセス毎に絶縁膜や経過したプロセスの違
いにより、チャージの度合やバイアス電圧の影響具合が
変化するため、倍率補正係数を各試料（各プロセスウェ
ーハ又はウェーハ単体）毎に得て、測長値に補正をかけ
ることで真の寸法を得る。しかし、１枚のウェーハであ
っても、ウェーハ中心部とウェーハ周辺部では、バイア
ス電圧の印加状態が変化することが起こりうる。そのた
め、倍率補正係数を各試料の各チップ毎に得て、同チッ
プ内の測長ならば同じ倍率補正係数を使用し、測長値の
真値を得るようにしてもよい。すなわち、１枚のウェー
ハについて１つの倍率補正係数を用いるのではなく、図
７に模式的に示すように、ウェーハ１０内の各チップ毎
に倍率補正係数ａ〜ｅを算出し、各チップに関する測長
ＳＥＭの測長値にそのチップの倍率補正係数ａ〜ｅを掛
けることにより真の寸法を得るようにしてもよい。
いては、各プロセス毎に絶縁膜や経過したプロセスの違
いにより、チャージの度合やバイアス電圧の影響具合が
変化するため、倍率補正係数を各試料（各プロセスウェ
ーハ又はウェーハ単体）毎に得て、測長値に補正をかけ
ることで真の寸法を得る。しかし、１枚のウェーハであ
っても、ウェーハ中心部とウェーハ周辺部では、バイア
ス電圧の印加状態が変化することが起こりうる。そのた
め、倍率補正係数を各試料の各チップ毎に得て、同チッ
プ内の測長ならば同じ倍率補正係数を使用し、測長値の
真値を得るようにしてもよい。すなわち、１枚のウェー
ハについて１つの倍率補正係数を用いるのではなく、図
７に模式的に示すように、ウェーハ１０内の各チップ毎
に倍率補正係数ａ〜ｅを算出し、各チップに関する測長
ＳＥＭの測長値にそのチップの倍率補正係数ａ〜ｅを掛
けることにより真の寸法を得るようにしてもよい。
【００３６】さらに、同一チップ内の測長であっても、
入射ビームの照射領域、試料の下地構成（膜種・膜厚・
組合せ）によりチャージの度合が変化するため、倍率補
正係数を各試料、各チップ内の測定ポイント毎に得て、
測長値の真値を得るようにしてもよい。すなわち、図８
に模式的に示すように、ウェーハ内、チップ毎、測長ポ
イント毎に倍率補正係数を算出し、その倍率補正係数を
用いて真の寸法を求めるようにしてもよい。
入射ビームの照射領域、試料の下地構成（膜種・膜厚・
組合せ）によりチャージの度合が変化するため、倍率補
正係数を各試料、各チップ内の測定ポイント毎に得て、
測長値の真値を得るようにしてもよい。すなわち、図８
に模式的に示すように、ウェーハ内、チップ毎、測長ポ
イント毎に倍率補正係数を算出し、その倍率補正係数を
用いて真の寸法を求めるようにしてもよい。
【００３７】これまで説明してきた方法は、測長ＳＥＭ
で測長された測長値に倍率補正係数を掛けて真の寸法を
求める方法であった。これに対して、図９から図１４を
用いて以下に説明する方法は、Landing Voltageが設計
値となるように電子ビームの試料への入射電圧を制御す
る方法である。この方法によると、測長ＳＥＭで測長さ
れた測長値は、倍率補正係数を用いた補正を加えること
なくそれがそのまま真の寸法となる。
で測長された測長値に倍率補正係数を掛けて真の寸法を
求める方法であった。これに対して、図９から図１４を
用いて以下に説明する方法は、Landing Voltageが設計
値となるように電子ビームの試料への入射電圧を制御す
る方法である。この方法によると、測長ＳＥＭで測長さ
れた測長値は、倍率補正係数を用いた補正を加えること
なくそれがそのまま真の寸法となる。
【００３８】最初に、図９、図１０及び図１１を用い
て、ウェーハステージ２１のZ軸駆動系が無い場合につ
いて説明する。図９は、リターディング方式を採用した
測長ＳＥＭ装置の対物レンズ付近の模式図である。ウェ
ーハステージ２１上に保持されたウェーハ１０には、電
源２２からリターディング電圧−Ｖｒが印加されてい
る。電子銃２３から加速電圧Ｖ０で加速された入射電子
ビーム２４は励磁コイル２６によって励磁される対物レ
ンズ２５によってウェーハ１０上に収束される。入射電
子ビーム２４は、また偏向コイル２７によってウェーハ
１０上を走査され、ウェーハから放出された二次電子は
図示しない二次電子検出器で検出される。引き出し電極
３０は、ウェーハから放出された二次電子を上方に引き
出すための電極である。対物レンズ２５からウェーハ１
０の表面までの距離Ｚは、光源２８ａと光検出器２８ｂ
を備えるＺセンサにより検出される。Ｚセンサは、光源
２８ａからの光ビーム２９をウェーハ１０の表面に斜め
入射させ、ウェーハで反射した光ビームが光検出器２８
ｂに入射する位置を検出することで、対物レンズ２５の
焦点距離として与えられている距離と対物レンズ２５か
らウェーハ１０の表面までの距離の間の誤差ΔZを検出
することができる。
て、ウェーハステージ２１のZ軸駆動系が無い場合につ
いて説明する。図９は、リターディング方式を採用した
測長ＳＥＭ装置の対物レンズ付近の模式図である。ウェ
ーハステージ２１上に保持されたウェーハ１０には、電
源２２からリターディング電圧−Ｖｒが印加されてい
る。電子銃２３から加速電圧Ｖ０で加速された入射電子
ビーム２４は励磁コイル２６によって励磁される対物レ
ンズ２５によってウェーハ１０上に収束される。入射電
子ビーム２４は、また偏向コイル２７によってウェーハ
１０上を走査され、ウェーハから放出された二次電子は
図示しない二次電子検出器で検出される。引き出し電極
３０は、ウェーハから放出された二次電子を上方に引き
出すための電極である。対物レンズ２５からウェーハ１
０の表面までの距離Ｚは、光源２８ａと光検出器２８ｂ
を備えるＺセンサにより検出される。Ｚセンサは、光源
２８ａからの光ビーム２９をウェーハ１０の表面に斜め
入射させ、ウェーハで反射した光ビームが光検出器２８
ｂに入射する位置を検出することで、対物レンズ２５の
焦点距離として与えられている距離と対物レンズ２５か
らウェーハ１０の表面までの距離の間の誤差ΔZを検出
することができる。
【００３９】この方法では、図１０のフローチャートに
示すように、先ずウェーハ１０をウェーハステージ２１
上にロードし（S401）、グローバルアライメント（S40
2）を行い、そののち第１の測長ポイントへステージ移
動する（S403）。図１１（ａ）は、このときの対物レン
ズ２５の焦点距離とウェーハ１０の位置関係を示してい
る。対物レンズの焦点距離は装置の初期値に設定されて
おり、ウェーハ１０の表面に焦点が合っていない。次
に、Ｚセンサ２８ａ，２８ｂによりフォーカスずれΔZ
を検出し（S404）、ΔZに対応した対物レンズ励磁電流
の補正電流ΔIobjを励磁コイル２６に与える（S405）。
こうして対物レンズ２５の焦点距離は、図１１（ｂ）に
示すように、Ｚセンサ２８ａ，２８ｂにより与えられた
フォーカスFzに設定される（S406）。
示すように、先ずウェーハ１０をウェーハステージ２１
上にロードし（S401）、グローバルアライメント（S40
2）を行い、そののち第１の測長ポイントへステージ移
動する（S403）。図１１（ａ）は、このときの対物レン
ズ２５の焦点距離とウェーハ１０の位置関係を示してい
る。対物レンズの焦点距離は装置の初期値に設定されて
おり、ウェーハ１０の表面に焦点が合っていない。次
に、Ｚセンサ２８ａ，２８ｂによりフォーカスずれΔZ
を検出し（S404）、ΔZに対応した対物レンズ励磁電流
の補正電流ΔIobjを励磁コイル２６に与える（S405）。
こうして対物レンズ２５の焦点距離は、図１１（ｂ）に
示すように、Ｚセンサ２８ａ，２８ｂにより与えられた
フォーカスFzに設定される（S406）。
【００４０】しかし、励磁コイル２６に補正電流ΔIobj
を与えることによって図１１（ｂ）のようにウェーハ表
面に入射ビーム２４のフォーカスが合うのは理想的な場
合であり、実際にはウェーハ１０表面の帯電、あるいは
ウェーハ１０に印加するリターディング電圧の設定誤差
のために、図１１（ｃ）に示すようなフォーカスずれΔ
Z'が生じる。次に、測長ＳＥＭの二次電子検出信号を観
察しながら励磁コイル２６の電流値ΔIobj'を変化さ
せ、Ｚセンサで追込めなかったフォーカスずれΔZ'分を
補償するベストフォーカスポイントFbを求める。こうし
て、フォーカスずれ量ΔZ'に相当する励磁コイル２６の
電流値ΔIobj'が求められる（S407）。次に、ΔZ'分を
追込んだ電流値ΔIobj'を加速電圧ΔV'に換算し（S40
8）、電子ビームの試料への入射電圧を制御する（S40
9）。入射電圧を制御する際、LandingVoltageが一定と
なれば良いため、ΔV'を入射電圧（電子銃）側で制御し
ても、バイアス電圧（リターディング電圧）２２側で制
御しても、あるいはその両手段を併用して制御してもよ
い。
を与えることによって図１１（ｂ）のようにウェーハ表
面に入射ビーム２４のフォーカスが合うのは理想的な場
合であり、実際にはウェーハ１０表面の帯電、あるいは
ウェーハ１０に印加するリターディング電圧の設定誤差
のために、図１１（ｃ）に示すようなフォーカスずれΔ
Z'が生じる。次に、測長ＳＥＭの二次電子検出信号を観
察しながら励磁コイル２６の電流値ΔIobj'を変化さ
せ、Ｚセンサで追込めなかったフォーカスずれΔZ'分を
補償するベストフォーカスポイントFbを求める。こうし
て、フォーカスずれ量ΔZ'に相当する励磁コイル２６の
電流値ΔIobj'が求められる（S407）。次に、ΔZ'分を
追込んだ電流値ΔIobj'を加速電圧ΔV'に換算し（S40
8）、電子ビームの試料への入射電圧を制御する（S40
9）。入射電圧を制御する際、LandingVoltageが一定と
なれば良いため、ΔV'を入射電圧（電子銃）側で制御し
ても、バイアス電圧（リターディング電圧）２２側で制
御しても、あるいはその両手段を併用して制御してもよ
い。
【００４１】こうしてLanding Voltageを設定値として
測長を行う（S410）。このときの対物レンズ２５の励磁
電流は、ステップ405にてＺセンサの検出値に対応して
設定された励磁電流とするが、像信号を用いて再度フォ
ーカスを合わせ直してもよい。測長の後、その測長ポイ
ントの測長で測定が終了かどうかを判定し（S411）、終
了であればウェーハをアンロードして（S412）、処理を
終了する。まだ測長ポイントが残っていれば、次の測長
ポイントへステージ移動し（S403）、全ての測長ポイン
トについての測長が終了するまで同様の処理を繰り返
す。
測長を行う（S410）。このときの対物レンズ２５の励磁
電流は、ステップ405にてＺセンサの検出値に対応して
設定された励磁電流とするが、像信号を用いて再度フォ
ーカスを合わせ直してもよい。測長の後、その測長ポイ
ントの測長で測定が終了かどうかを判定し（S411）、終
了であればウェーハをアンロードして（S412）、処理を
終了する。まだ測長ポイントが残っていれば、次の測長
ポイントへステージ移動し（S403）、全ての測長ポイン
トについての測長が終了するまで同様の処理を繰り返
す。
【００４２】上記方法によって、先に表１に示した、Ｓ
ｉウェーハに形成されたＳｉパターン、膜厚４００ｎｍ
のＢ−ＰＳＧ膜上パターン、膜厚１０ｎｍのＳｉＯ2膜
上パターン、膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2膜上パターン、
ＳｉＮ膜上パターン、ＨＴＯ＋ＳｉＮ膜（３５ｎｍ）上
パターン、膜厚２５ｎｍのＳｉＯＮ膜上パターン、及び
実デバイスＡと実デバイスＢ上のパターン中のピッチを
測長した。測長したピッチは、設計値が３５０ｎｍ，４
００ｎｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍ，８０
０ｎｍのものである。結果を表２に示す。表中の数値の
単位はｎｍである。
ｉウェーハに形成されたＳｉパターン、膜厚４００ｎｍ
のＢ−ＰＳＧ膜上パターン、膜厚１０ｎｍのＳｉＯ2膜
上パターン、膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2膜上パターン、
ＳｉＮ膜上パターン、ＨＴＯ＋ＳｉＮ膜（３５ｎｍ）上
パターン、膜厚２５ｎｍのＳｉＯＮ膜上パターン、及び
実デバイスＡと実デバイスＢ上のパターン中のピッチを
測長した。測長したピッチは、設計値が３５０ｎｍ，４
００ｎｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍ，８０
０ｎｍのものである。結果を表２に示す。表中の数値の
単位はｎｍである。
【００４３】
【表２】
【００４４】図１７は、表１に示した測長データのう
ち、Ｓｉパターン、Ｂ−ＰＳＧ膜上パターン及び実デバ
イスＡのパターンのデータから得られる、ピッチ設計値
（横軸）とＳＥＭ測長値（縦軸）の関係を図示したもの
である。３つの測長値がほぼ重なり、Ｓｉパターンのみ
ならず、Ｂ−ＰＳＧ膜や実デバイスＡのパターンのピッ
チ測長値も設計値とよく一致している。これは、Ｂ−Ｐ
ＳＧ絶縁膜や実デバイス上のパターン測長の際に、電子
ビーム照射による試料表面のチャージアップの影響を考
慮したためである。
ち、Ｓｉパターン、Ｂ−ＰＳＧ膜上パターン及び実デバ
イスＡのパターンのデータから得られる、ピッチ設計値
（横軸）とＳＥＭ測長値（縦軸）の関係を図示したもの
である。３つの測長値がほぼ重なり、Ｓｉパターンのみ
ならず、Ｂ−ＰＳＧ膜や実デバイスＡのパターンのピッ
チ測長値も設計値とよく一致している。これは、Ｂ−Ｐ
ＳＧ絶縁膜や実デバイス上のパターン測長の際に、電子
ビーム照射による試料表面のチャージアップの影響を考
慮したためである。
【００４５】従来技術では、ピッチ校正用パターンと測
定を行う試料において、試料の材質、材料、膜厚、膜
種、膜組合せ等の条件が異なってしまうと、入射電子の
チャージアップや、試料自体の絶縁抵抗が変化するた
め、表１や図１８に示すように、測長値が常に真値（絶
対値）となることが少なかった。しかし、本発明による
と、ピッチ校正用パターンと測定を行う試料の条件が異
なっても、表２や図１７に示すように、常に真値を得る
ことが可能となる。
定を行う試料において、試料の材質、材料、膜厚、膜
種、膜組合せ等の条件が異なってしまうと、入射電子の
チャージアップや、試料自体の絶縁抵抗が変化するた
め、表１や図１８に示すように、測長値が常に真値（絶
対値）となることが少なかった。しかし、本発明による
と、ピッチ校正用パターンと測定を行う試料の条件が異
なっても、表２や図１７に示すように、常に真値を得る
ことが可能となる。
【００４６】次に、図９及び図１２を参照して、ウェー
ハステージのZ軸駆動系が有る場合について説明する。
図１２のフローチャートに示すように、先ずウェーハ１
０をウェーハステージ２１にロードし（S501）、グロー
バルアライメントを行う（S502）。その後、第１の測長
ポイントへステージ移動し（S503）、Ｚセンサ２８ａ，
２８ｂによりフォーカスずれ量ΔZを検出する（S50
4）。次に、検出されたΔZに対応してウェーハステージ
２１のZ軸を駆動し（S505）、Ｚセンサ２８ａ，２８ｂ
により与えられたフォーカスFzに設定する（S506）。
ハステージのZ軸駆動系が有る場合について説明する。
図１２のフローチャートに示すように、先ずウェーハ１
０をウェーハステージ２１にロードし（S501）、グロー
バルアライメントを行う（S502）。その後、第１の測長
ポイントへステージ移動し（S503）、Ｚセンサ２８ａ，
２８ｂによりフォーカスずれ量ΔZを検出する（S50
4）。次に、検出されたΔZに対応してウェーハステージ
２１のZ軸を駆動し（S505）、Ｚセンサ２８ａ，２８ｂ
により与えられたフォーカスFzに設定する（S506）。
【００４７】この場合も、Ｚセンサにより与えられたフ
ォーカス位置にウェーハ１０を位置付けても、入射ビー
ム２４のフォーカスがウェーハ表面に合うのは理想的な
場合であり、実際にはウェーハ１０表面の帯電、あるい
はウェーハ１０に印加するリターディング電圧の設定誤
差のためにフォーカスずれΔZ'が生じる。そこで、測長
ＳＥＭの二次電子検出信号を観察しながら、Ｚセンサで
追込めなかったΔZ'分を励磁コイル２６の電流値ΔIob
j'を変化させ、ベストフォーカスポイントFbを求める。
こうして、フォーカスずれ量ΔZ'に相当する励磁コイル
２６の電流値ΔIobj'が求められる（S507）。次に、Δ
Z'分を追込んだ電流値ΔIobj'を加速電圧ΔV'に換算し
（S508）、電子ビームの試料への入射電圧を制御する
（S509）。入射電圧を制御する際、Landing Voltageが
一定となれば良いため、ΔV'を入射電圧（電子銃）側で
制御しても、バイアス電圧（リターディング電圧）２２
側で制御しても、あるいはその両手段を併用して制御し
ても良い。
ォーカス位置にウェーハ１０を位置付けても、入射ビー
ム２４のフォーカスがウェーハ表面に合うのは理想的な
場合であり、実際にはウェーハ１０表面の帯電、あるい
はウェーハ１０に印加するリターディング電圧の設定誤
差のためにフォーカスずれΔZ'が生じる。そこで、測長
ＳＥＭの二次電子検出信号を観察しながら、Ｚセンサで
追込めなかったΔZ'分を励磁コイル２６の電流値ΔIob
j'を変化させ、ベストフォーカスポイントFbを求める。
こうして、フォーカスずれ量ΔZ'に相当する励磁コイル
２６の電流値ΔIobj'が求められる（S507）。次に、Δ
Z'分を追込んだ電流値ΔIobj'を加速電圧ΔV'に換算し
（S508）、電子ビームの試料への入射電圧を制御する
（S509）。入射電圧を制御する際、Landing Voltageが
一定となれば良いため、ΔV'を入射電圧（電子銃）側で
制御しても、バイアス電圧（リターディング電圧）２２
側で制御しても、あるいはその両手段を併用して制御し
ても良い。
【００４８】こうしてLanding Voltageを設定値として
測長を行う（S510）。このときの対物レンズ２５の励磁
電流は、Ｚセンサにより与えられた距離にフォーカスで
きる励磁電流であるが、像信号を用いてフォーカスを合
わせ直してもよい。測長の後、その測長ポイントの測長
で測定が終了かどうかを判定し（S511）、終了であれば
ウェーハをアンロードして（S512）、処理を終了する。
まだ測長ポイントが残っていれば、次の測長ポイントへ
ステージ移動し（S503）、全ての測長ポイントについて
の測長が終了するまで同様の処理を繰り返す。
測長を行う（S510）。このときの対物レンズ２５の励磁
電流は、Ｚセンサにより与えられた距離にフォーカスで
きる励磁電流であるが、像信号を用いてフォーカスを合
わせ直してもよい。測長の後、その測長ポイントの測長
で測定が終了かどうかを判定し（S511）、終了であれば
ウェーハをアンロードして（S512）、処理を終了する。
まだ測長ポイントが残っていれば、次の測長ポイントへ
ステージ移動し（S503）、全ての測長ポイントについて
の測長が終了するまで同様の処理を繰り返す。
【００４９】図９と図１３を用いて、本発明の他の実施
の形態を説明する。ここで説明するのは、ウェーハステ
ージのZ軸駆動系が無いリターディング方式を採用した
測長ＳＥＭ装置の場合である。図１３のフローチャート
に示したように、先ず、ウェーハ１０をウェーハステー
ジ２１にロードし（S601）、グローバルアライメントを
行い（S602）、その後第１の測長ポイントへステージ移
動する（S603）。Ｚセンサ２８ａ，２８ｂによりフォー
カスずれ量ΔZを検出し（S604）、ΔZに対応した電流Δ
Iobjを対物レンズ２５の励磁コイル２６に与えて（S60
5）、Ｚセンサにより与えられたフォーカスFzに設定す
る（S606）。次に、Ｚセンサで追込めなかったフォーカ
スずれΔZ'分をウェーハバイアス電圧（リターディング
電圧）ΔVbを変化させ、ベストフォーカスポイントFbを
求める（S607）。こうして、ベストフォーカスを与える
ウェーハバイアス電圧ΔVbが求められる（S608）。フォ
ーカスずれΔZ'分のウェーハバイアス電圧ΔVbが入射電
圧誤差となるため、このΔVbを入射電圧側（電子銃側）
あるいはウェーハバアイアス側にかけて、あるいはその
両方を併用してLanding Voltageを一定とする（S60
9）。
の形態を説明する。ここで説明するのは、ウェーハステ
ージのZ軸駆動系が無いリターディング方式を採用した
測長ＳＥＭ装置の場合である。図１３のフローチャート
に示したように、先ず、ウェーハ１０をウェーハステー
ジ２１にロードし（S601）、グローバルアライメントを
行い（S602）、その後第１の測長ポイントへステージ移
動する（S603）。Ｚセンサ２８ａ，２８ｂによりフォー
カスずれ量ΔZを検出し（S604）、ΔZに対応した電流Δ
Iobjを対物レンズ２５の励磁コイル２６に与えて（S60
5）、Ｚセンサにより与えられたフォーカスFzに設定す
る（S606）。次に、Ｚセンサで追込めなかったフォーカ
スずれΔZ'分をウェーハバイアス電圧（リターディング
電圧）ΔVbを変化させ、ベストフォーカスポイントFbを
求める（S607）。こうして、ベストフォーカスを与える
ウェーハバイアス電圧ΔVbが求められる（S608）。フォ
ーカスずれΔZ'分のウェーハバイアス電圧ΔVbが入射電
圧誤差となるため、このΔVbを入射電圧側（電子銃側）
あるいはウェーハバアイアス側にかけて、あるいはその
両方を併用してLanding Voltageを一定とする（S60
9）。
【００５０】こうしてLanding Voltageを設定値として
測長を行う（S610）。このときの対物レンズ２５の励磁
電流は、ステップ605においてＺセンサにより与えられ
た距離にフォーカスできる励磁電流であるが、像信号を
用いてフォーカスを合わせ直してもよい。測長の後、そ
の測長ポイントの測長で測定が終了かどうかを判定し
（S611）、終了であればウェーハをアンロードして（S6
12）、処理を終了する。まだ測長ポイントが残っていれ
ば、次の測長ポイントへステージ移動し（S603）、全て
の測長ポイントについての測長が終了するまで同様の処
理を繰り返す。
測長を行う（S610）。このときの対物レンズ２５の励磁
電流は、ステップ605においてＺセンサにより与えられ
た距離にフォーカスできる励磁電流であるが、像信号を
用いてフォーカスを合わせ直してもよい。測長の後、そ
の測長ポイントの測長で測定が終了かどうかを判定し
（S611）、終了であればウェーハをアンロードして（S6
12）、処理を終了する。まだ測長ポイントが残っていれ
ば、次の測長ポイントへステージ移動し（S603）、全て
の測長ポイントについての測長が終了するまで同様の処
理を繰り返す。
【００５１】次に、図１４に示したフローチャートを用
いて、ウェーハステージのZ軸駆動系が有る場合につい
て説明する。先ず、ウェーハ１０を測長ＳＥＭのウェー
ハステージ２１にロードし（S701）、グローバルアライ
メントを行い（S702）、そののち第１の測長ポイントへ
移動する（S703）。次に、Ｚセンサによりフォーカスず
れ量ΔZを検出し（S704）、ΔZに対応してウェーハステ
ージ２１のZ軸を稼動させて（S705）、Ｚセンサにより
決定されるフォーカスFzに設定される（S706）。次に、
Ｚセンサで追込めなかったΔZ'分をウェーハバイアス電
圧（リターディング電圧）ΔVbを変化させベストフォー
カスポイントFbを求める（S707）。こうして、ベストフ
ォーカスを与えるウェーハバイアス電圧ΔVbが求められ
る（S708）。フォーカスずれΔZ'分のウェーハバイアス
電圧ΔVbが入射電圧誤差となるため、このΔVbを入射電
圧側（電子銃側）あるいはウェーハバアイアス側にかけ
て、あるいはその両方を併用してLanding Voltageを一
定とする（S709）。
いて、ウェーハステージのZ軸駆動系が有る場合につい
て説明する。先ず、ウェーハ１０を測長ＳＥＭのウェー
ハステージ２１にロードし（S701）、グローバルアライ
メントを行い（S702）、そののち第１の測長ポイントへ
移動する（S703）。次に、Ｚセンサによりフォーカスず
れ量ΔZを検出し（S704）、ΔZに対応してウェーハステ
ージ２１のZ軸を稼動させて（S705）、Ｚセンサにより
決定されるフォーカスFzに設定される（S706）。次に、
Ｚセンサで追込めなかったΔZ'分をウェーハバイアス電
圧（リターディング電圧）ΔVbを変化させベストフォー
カスポイントFbを求める（S707）。こうして、ベストフ
ォーカスを与えるウェーハバイアス電圧ΔVbが求められ
る（S708）。フォーカスずれΔZ'分のウェーハバイアス
電圧ΔVbが入射電圧誤差となるため、このΔVbを入射電
圧側（電子銃側）あるいはウェーハバアイアス側にかけ
て、あるいはその両方を併用してLanding Voltageを一
定とする（S709）。
【００５２】こうしてLanding Voltageを設定値として
測長を行う（S710）。測長の後、その測長ポイントの測
長で測定が終了かどうかを判定し（S711）、終了であれ
ばウェーハをアンロードして（S712）、処理を終了す
る。まだ測長ポイントが残っていれば、次の測長ポイン
トへステージ移動し（S703）、全ての測長ポイントにつ
いての測長が終了するまで同様の処理を繰り返す。
測長を行う（S710）。測長の後、その測長ポイントの測
長で測定が終了かどうかを判定し（S711）、終了であれ
ばウェーハをアンロードして（S712）、処理を終了す
る。まだ測長ポイントが残っていれば、次の測長ポイン
トへステージ移動し（S703）、全ての測長ポイントにつ
いての測長が終了するまで同様の処理を繰り返す。
【００５３】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。この実施の形態では、試料表面のチャージアッ
プ（入射電子が照射した場所の表面電位変化）によって
ΔVだけ影響を受けた試料入射電子ビームの実際のLandi
ng Voltageを求め、その実際のLanding Voltageに対応
する倍率補正係数を使用してＳＥＭの測長値を補正す
る。
明する。この実施の形態では、試料表面のチャージアッ
プ（入射電子が照射した場所の表面電位変化）によって
ΔVだけ影響を受けた試料入射電子ビームの実際のLandi
ng Voltageを求め、その実際のLanding Voltageに対応
する倍率補正係数を使用してＳＥＭの測長値を補正す
る。
【００５４】図１５のフローチャートに示したように、
先ず、各プロセスのスタンダードウェーハ、例えばポリ
シリコン工程を経た半導体ウェーハ、ＳｉＯ2工程を経
た半導体ウェーハ、ＳｉＯＮ工程を経た半導体ウェー
ハ、ＳｉＮ工程を経た半導体ウェーハ、Ｂ−ＰＳＧ工程
を経た半導体ウェーハ、Ａｌ工程を経た半導体ウェー
ハ、Ｗ工程を経た半導体ウェーハ、Ｃｕ工程を経た半導
体ウェーハ等あるいはそれらの工程を複数経た半導体ウ
ェーハ、又は実デバイスの標準的なウェーハで、Vacc
（Landing Voltage）毎にピッチを測定する（S801）。
測長値の一例を、表３に示す。表３は、スタンダードウ
ェーハとして採用したＳｉウェーハ、実デバイスＣ、実
デバイスＤについて、Vacc（Landing Voltage）を500V
から800Vまで50V毎に変化させて、設計値が600nmのピッ
チを測長した結果を表にしたものである。
先ず、各プロセスのスタンダードウェーハ、例えばポリ
シリコン工程を経た半導体ウェーハ、ＳｉＯ2工程を経
た半導体ウェーハ、ＳｉＯＮ工程を経た半導体ウェー
ハ、ＳｉＮ工程を経た半導体ウェーハ、Ｂ−ＰＳＧ工程
を経た半導体ウェーハ、Ａｌ工程を経た半導体ウェー
ハ、Ｗ工程を経た半導体ウェーハ、Ｃｕ工程を経た半導
体ウェーハ等あるいはそれらの工程を複数経た半導体ウ
ェーハ、又は実デバイスの標準的なウェーハで、Vacc
（Landing Voltage）毎にピッチを測定する（S801）。
測長値の一例を、表３に示す。表３は、スタンダードウ
ェーハとして採用したＳｉウェーハ、実デバイスＣ、実
デバイスＤについて、Vacc（Landing Voltage）を500V
から800Vまで50V毎に変化させて、設計値が600nmのピッ
チを測長した結果を表にしたものである。
【００５５】
【表３】
【００５６】このデータテーブルから、各プロセスのス
タンダードウェーハに対して、設計値を測長値で割っ
て、Vacc毎の倍率補正係数を求め、Vaccデータテーブル
を作成する（S802）。Vaccデータテーブルの一例を、表
４に示す。
タンダードウェーハに対して、設計値を測長値で割っ
て、Vacc毎の倍率補正係数を求め、Vaccデータテーブル
を作成する（S802）。Vaccデータテーブルの一例を、表
４に示す。
【００５７】
【表４】
【００５８】続いて、各スタンダードウェーハのVaccテ
ーブルより、スタンダードウェーハ毎にVacc（Landing
Voltage）と倍率補正係数の関係を表す近似曲線式を算
出する（S803）。表４から求められた近似曲線式の一例
を図１６に示す。ここまでが準備段階であり、実際のデ
バイスの測長にかかる前に行ってデータを求めておく。
ーブルより、スタンダードウェーハ毎にVacc（Landing
Voltage）と倍率補正係数の関係を表す近似曲線式を算
出する（S803）。表４から求められた近似曲線式の一例
を図１６に示す。ここまでが準備段階であり、実際のデ
バイスの測長にかかる前に行ってデータを求めておく。
【００５９】次に、実デバイスについての測長を行う。
例えばSiON膜プロセスを経過したウェーハによって説明
すると、先ず、SiONウェーハをチャンバーへロードし、
グローバルアライメントを行う。SiONウェーハは絶縁膜
がついているために、ΔV分だけLanding Voltageが違っ
てくる。このΔV分を、例えば図１０、図１２〜図１４
のフローチャートで説明した方法によって算出する（S8
04）。Landing VoltageがΔVだけずれていることが確認
されたら、実際にウェーハ上にかかっているLanding Vo
ltageが分かるので、先にSiONスタンダードウェーハに
ついて求めたVacc（Landing Voltage）と倍率補正係数
の関係を表す近似曲線式から、測長ポイントにおける倍
率補正係数を求める（S805）。
例えばSiON膜プロセスを経過したウェーハによって説明
すると、先ず、SiONウェーハをチャンバーへロードし、
グローバルアライメントを行う。SiONウェーハは絶縁膜
がついているために、ΔV分だけLanding Voltageが違っ
てくる。このΔV分を、例えば図１０、図１２〜図１４
のフローチャートで説明した方法によって算出する（S8
04）。Landing VoltageがΔVだけずれていることが確認
されたら、実際にウェーハ上にかかっているLanding Vo
ltageが分かるので、先にSiONスタンダードウェーハに
ついて求めたVacc（Landing Voltage）と倍率補正係数
の関係を表す近似曲線式から、測長ポイントにおける倍
率補正係数を求める（S805）。
【００６０】最後に、こうして求めた倍率補正係数を使
用して測長値から真値を算出する（S806）。例えば、Si
ON膜が付いたウェーハにLanding Voltageが600Vになる
ようにＳＥＭを設定したとする。仮に、この時の倍率補
正係数がスタンダードウェーハでは0.954であったとす
る。次に、ΔVを測定したところ、実際のLanding Volta
geが550Vだった場合、倍率補正係数を0.954からLanding
Voltageが550Vの時の倍率補正係数（仮に、0.956）を
用いて測長値に0.956を掛けることで真値を求める。
用して測長値から真値を算出する（S806）。例えば、Si
ON膜が付いたウェーハにLanding Voltageが600Vになる
ようにＳＥＭを設定したとする。仮に、この時の倍率補
正係数がスタンダードウェーハでは0.954であったとす
る。次に、ΔVを測定したところ、実際のLanding Volta
geが550Vだった場合、倍率補正係数を0.954からLanding
Voltageが550Vの時の倍率補正係数（仮に、0.956）を
用いて測長値に0.956を掛けることで真値を求める。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、走査形電子顕微鏡を用
いた測長において、試料表面の電位変化に起因する測長
誤差を補償して真の寸法値を得ることが可能となる。例
えば、リターディング方式を使用しない一般的な測長Ｓ
ＥＭにおいては、入射電子照射による試料表面のチャー
ジアップに起因する測長寸法誤差を充分に補正して、試
料の構成・種類を問わず、真値を得ることが可能とな
る。また、リターディング方式を採用した測長ＳＥＭに
おいては、試料に印加すべく電子顕微鏡に設定された電
圧と実際に試料に印加された電圧との差を正確に補正で
きるために、試料上に照射される加速電圧は試料の構成
・種類を問わず常に一定となる。
いた測長において、試料表面の電位変化に起因する測長
誤差を補償して真の寸法値を得ることが可能となる。例
えば、リターディング方式を使用しない一般的な測長Ｓ
ＥＭにおいては、入射電子照射による試料表面のチャー
ジアップに起因する測長寸法誤差を充分に補正して、試
料の構成・種類を問わず、真値を得ることが可能とな
る。また、リターディング方式を採用した測長ＳＥＭに
おいては、試料に印加すべく電子顕微鏡に設定された電
圧と実際に試料に印加された電圧との差を正確に補正で
きるために、試料上に照射される加速電圧は試料の構成
・種類を問わず常に一定となる。
【図１】本発明による測長ＳＥＭの測長方法の一例を説
明するフローチャート。
明するフローチャート。
【図２】補正データ取得用パターンの一例を示す図。
【図３】本発明による測長ＳＥＭの測長方法の他の例を
説明するフローチャート。
説明するフローチャート。
【図４】実デバイス内に形成されていて測長ＳＥＭの測
長値校正のために利用できるパターンの一例を示す図。
長値校正のために利用できるパターンの一例を示す図。
【図５】本発明による測長ＳＥＭの測長方法の他の例を
説明するフローチャート。
説明するフローチャート。
【図６】ロット内の各ウェーハ毎に倍率補正係数を算出
する方法を説明する模式図。
する方法を説明する模式図。
【図７】ウェーハ内の各チップ毎に倍率補正係数を算出
する方法を説明する模式図。
する方法を説明する模式図。
【図８】測長ポイント毎に倍率補正係数を算出する方法
を説明する模式図。
を説明する模式図。
【図９】リターディング方式を採用した測長ＳＥＭ装置
の対物レンズ付近の模式図。
の対物レンズ付近の模式図。
【図１０】Landing Voltageが設計値となるように電子
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の一例を示す
フローチャート。
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の一例を示す
フローチャート。
【図１１】測長ＳＥＭの高さ合わせの方法を説明する模
式図。
式図。
【図１２】Landing Voltageが設計値となるように電子
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の他の例を示
すフローチャート。
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の他の例を示
すフローチャート。
【図１３】Landing Voltageが設計値となるように電子
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の他の例を示
すフローチャート。
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の他の例を示
すフローチャート。
【図１４】Landing Voltageが設計値となるように電子
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の他の例を示
すフローチャート。
ビームの試料への入射電圧を制御する方法の他の例を示
すフローチャート。
【図１５】本発明による測長方法の他の例を説明するフ
ローチャート。
ローチャート。
【図１６】Vacc（Landing Voltage）と倍率補正係数の
関係を表す近似曲線式の一例を示す図。
関係を表す近似曲線式の一例を示す図。
【図１７】本発明の方法によるＳＥＭ測長値（縦軸）と
ピッチ設計値（横軸）の関係を示す図。
ピッチ設計値（横軸）の関係を示す図。
【図１８】従来の方法によるＳＥＭ測長値（縦軸）とピ
ッチ設計値（横軸）の関係を示す図。
ッチ設計値（横軸）の関係を示す図。
１０…ウェーハ、２１…ウェーハステージ、２２…電
源、２３…電子銃、２４…入射電子ビーム、２５…対物
レンズ、２６…励磁コイル、２７…偏向コイル、２８ａ
…光源、２８ｂ…光検出器、２９…光ビーム、３０…引
き出し電極
源、２３…電子銃、２４…入射電子ビーム、２５…対物
レンズ、２６…励磁コイル、２７…偏向コイル、２８ａ
…光源、２８ｂ…光検出器、２９…光ビーム、３０…引
き出し電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 孝一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2F067 AA25 AA54 BB01 BB04 CC17 FF18 GG08 HH06 JJ05 KK04 LL00 QQ03 RR24 TT01 UU32
Claims (11)
- 【請求項１】 予め試料上の所定の領域に設けられた既
知のパターンを走査形電子顕微鏡によって測長するステ
ップと、その測長結果を前記パターンの設計値と比較す
ることにより倍率補正係数を導出するステップと、走査
形電子顕微鏡によって測長された測定ポイントの測長値
に前記倍率補正係数を掛けることによって真の寸法を求
めるステップとを含むことを特徴とする走査形電子顕微
鏡による測長方法。 - 【請求項２】 試料上のパターンを走査形電子顕微鏡に
よって測長するステップと、その測長結果を前記パター
ンの設計値と比較することにより倍率補正係数を導出す
るステップと、走査形電子顕微鏡によって測長された測
定ポイントの測長値に前記倍率補正係数を掛けることに
よって真の寸法を求めるステップとを含むことを特徴と
する走査形電子顕微鏡による測長方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の走査形電子顕微鏡
による測長方法において、試料毎に倍率補正係数を導出
することを特徴とする走査形電子顕微鏡による測長方
法。 - 【請求項４】 請求項２記載の走査形電子顕微鏡による
測長方法において、前記試料は半導体ウェーハであり、
測定ポイントが含まれるチップ毎に倍率補正係数を導出
することを特徴とする走査形電子顕微鏡による測長方
法。 - 【請求項５】 請求項２記載の走査形電子顕微鏡による
測長方法において、測定ポイントの近くのパターンを用
いて倍率補正係数を導出することを特徴とする走査形電
子顕微鏡による測長方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載の走査
形電子顕微鏡による測長方法において、前記パターンの
ピッチの測長結果を設計値と比較して倍率補正係数を導
出することを特徴とする走査形電子顕微鏡による測長方
法。 - 【請求項７】 対物レンズから試料までの距離を検出す
るセンサの出力を用いて走査形電子顕微鏡を測定ポイン
トにオートフォーカスさせるステップと、対物レンズの
励磁電流を変化させながら試料から放出された試料信号
の変化をモニターしてフォーカスずれに相当する対物レ
ンズの励磁電流ΔIobjを検出するステップと、 前記対物レンズの励磁電流ΔIobjを試料に入射する電子
ビームの加速電圧ΔＶに換算するステップと、 試料に入射する電子ビームの加速電圧をΔＶだけ変更す
るステップと、 測定ポイントの測長を行うステップと、を含むことを特
徴とする走査形電子顕微鏡による測長方法。 - 【請求項８】 対物レンズから試料までの距離を検出す
るセンサの出力を用いて走査形電子顕微鏡を測定ポイン
トにオートフォーカスさせるステップと、 試料に印加する電圧を変化させながら試料から放出され
た試料信号の変化をモニターしてフォーカスずれに相当
する試料印加電圧ΔVbを検出するステップと、 試料に入射する電子ビーム加速電圧をΔVbだけ変更する
ステップと、 測定ポイントの測長を行うステップと、を含むことを特
徴とする走査形電子顕微鏡による測長方法。 - 【請求項９】 予め試料に入射する電子ビームの加速電
圧と倍率補正係数との対応関係を求めておくステップ
と、 試料上の測長ポイントに入射する電子ビームの実際の加
速電圧を求めるステップと、 前記予め求めておいた対応関係を参照して前記測長ポイ
ントに入射する電子ビームの実際の加速電圧に対応する
倍率補正係数を求めるステップと、 測定ポイントの測長を行うステップと、 測長値に前記倍率補正係数を掛けることによって真の寸
法を求めるステップと、を含むことを特徴とする走査形
電子顕微鏡による測長方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の走査形電子顕微鏡によ
る測長方法において、前記試料上の測長ポイントに入射
する電子ビームの実際の加速電圧を求めるステップは、 走査形電子顕微鏡に設定された電子ビームの加速電圧に
対応した対物レンズ励磁条件でのフォーカスずれを解消
する対物レンズ補正電流ΔIobjを求めるステップと、 前記対物レンズ補正電流ΔIobjを試料に入射する電子ビ
ームの加速電圧ΔＶに換算するステップと、を含むこと
を特徴とする走査形電子顕微鏡による測長方法。 - 【請求項１１】 請求項９記載の走査形電子顕微鏡によ
る測長方法において、前記試料上の測長ポイントに入射
する電子ビームの実際の加速電圧を求めるステップは、 走査形電子顕微鏡に設定された電子ビームの加速電圧に
対応した対物レンズ励磁条件でのフォーカスずれを解消
する試料印加電圧ΔVbを求めるステップと、を含むこと
を特徴とする走査形電子顕微鏡による測長方法。
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- 2000-05-22 US US09/575,635 patent/US6653634B1/en not_active Expired - Fee Related
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