JP2001052642A - 走査型電子顕微鏡及び微細パターン測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】すべての測定点においてチャージアップの影響
を受けない安定した測定を可能とする。 【解決手段】加速電圧制御用電源２１と、加速電圧制御
用電源２１により設定された加速電圧で電子ビーム１’
を放出する電子銃１と、電子銃１から放出された電子ビ
ーム１’でサンプル１１表面を走査する電子光学系と、
サンプル１１に接続され、サンプル１１表面近傍にリタ
ーディング電界をかけるリターディング回路１２と、サ
ンプル１１の表面電位を測定する電位計プローブ９と、
電位計プローブ９により測定された表面電位とあらかじ
め設定された表面電位に基づいて加速電圧制御用電源２
１にフィードバックをかけるフィードバック演算回路３
０から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
評価技術に関連し、特にデバイスやレチクルの微細パタ
ーンを測定するための走査電子顕微鏡及び微細パターン
測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程で利用される
インライン用測長ＳＥＭ(Scanning Electron Microscop
e)においては、チャージアップ、ゲート破壊防止の為に
１ｋＶ程度の低加速電圧条件にて測定する事が必須とな
っている。被測定試料の構成に応じて加速電圧条件を選
択することにより、１次電子と２次電子量がほぼ等しく
なり、チャージアップが著しく低減され、非破壊での測
長が実現される。ところが、低加速電圧においては対物
レンズの収差などにより電子ビームが十分に絞れず解像
度が悪くなるという問題がある。

【０００３】この問題を解消する方法として電子銃にお
ける加速電圧は高電圧にして、試料近傍にて減速電界
（リターディング電界）をかけるという手法が取られて
いる。このリターディング電界をかける機構を備えた従
来の走査型電子顕微鏡の全体構成を図１２に示す。

【０００４】サンプル１１をステージ１０上にセット
し、サンプル１１の角度補正を行った後、測定点に移動
してサンプル１１に電子銃１から電子ビーム１’を照射
すると同時にサンプル１１にリターディング回路１２に
よりリターディング電圧をかける。電子銃１から放出さ
れる電子ビーム１’の加速電圧は加速電圧制御用電源２
１による電圧により制御される。また、放出されてから
サンプル１１表面に達するまでの電子ビーム１’の経路
には、ガンアライメントコイル２，コンデンサレンズ
３，対物レンズアライメントコイル４，スティグマコイ
ル５，走査コイル６，対物絞り７，対物レンズ８が配置
され、サンプル１１表面に達するまでの電子ビーム１’
の走査、結像するためのレンズの非対称性の補正等がな
される。

【０００５】そして、試料表面から生じた２次電子を２
次電子検出器１３で検出し、増幅器２７で増幅した後コ
ントラスト・ブライトネス制御回路２８で輝度変調を行
った後ＣＲＴ２９で微細パターン表面の画像を表示す
る。

【０００６】ところがこの方法においてはサンプル全面
にわたって電界が均一にかからないという問題があっ
た。特にレチクル等の様に石英基板（絶縁性）上にクロ
ム（導電性）膜がパターニングされている場合、サンプ
ル１１の中央部とエッジ部とで、また、サンプル１１表
面に形成された微細パターンの配列等により電界のかか
りかたが異なるために同一電圧条件でサンプル１１内す
べての測定点を判定する事が困難であった。

【０００７】また、サンプル１１としてシリコンウェハ
の様に導電性の素材を用いた場合においてもサンプル１
１の中央とエッジでは電界のかかりかたが異なり、エッ
ジ部において正確な測定が行えないという問題があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
走査型電子顕微鏡を用いた微細パターン測定方法では、
サンプル全面にわたって電界が均一にかからないという
問題があった。従って、電界のゆがみにより１次電子の
入射角が変化するためにあるいは２次電子の放出効率
や、飛程が歪められるために画像が変化し、従ってサン
プル内すべての測定点において同一の条件にて測定する
ことが困難であった。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、すべての測定点に
おいて同一の条件により安定した測定を可能とする走査
型電子顕微鏡及び微細パターン測定方法を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る走査型電子
顕微鏡は、減速電界型カラムを搭載し、かつ試料の表面
電位を測定する表面電位測定部と、表面電位測定部を用
いて検出された表面電位に基づいて減速電界型カラムに
フィードバックをかけるフィードバック制御部とを具備
してなることを特徴とする。

【００１１】ここで、減速電界型カラムとは、所定の加
速電圧で電子ビームを放出する電子銃、この電子銃から
放出された電子ビームで試料表面を走査する電子光学
系、前記試料表面近傍にリターディング電界をかけるリ
ターディング回路を含む。

【００１２】また、別の本発明に係る走査型電子顕微鏡
は、所定の加速電圧で電子ビームを放出する電子銃と、
この電子銃から放出される電子ビームの加速電圧を設定
する加速電圧制御用電源と、電子銃から放出された電子
ビームを収束及び偏向する電子光学系と、試料表面近傍
にリターディング電界をかけるリターディング回路と、
試料の表面電位を測定する表面電位測定部と、この表面
電位測定部により測定された表面電位があらかじめ設定
された表面電位となるように加速電圧制御用電源又はリ
ターディング回路の少なくともいずれか一方にフィード
バックをかけるフィードバック制御部とを具備してなる
ことを特徴とする。

【００１３】本発明の望ましい形態を以下に示す。

【００１４】（１）フィードバック制御部には、加速電
圧制御用電源へのフィードバック量に応じて電子光学系
の設定パラメータの補正を行う補正回路が設けられてな
る。

【００１５】（２）（１）における電子光学系とは、ガ
ンアライメントコイル，偏向電圧電源，対物レンズ励磁
電圧電源，対物レンズアライメントコイル，スティグマ
コイル，コントラスト・ブライトネス制御回路等を含む
が、これらの構成には限定されない。

【００１６】（３）表面電位測定部は１個のプローブと
該プローブに接続された静電電位計からなり、該プロー
ブは電子光学系と同軸に設定され、該静電電位計はフィ
ードバック制御部に接続されている。

【００１７】（４）表面電位測定部には、測定点を囲む
ポイントを測定可能な位置に少なくとも３個設けられた
プローブが設けられ、かつフィードバック制御部には、
複数のプローブにより測定点を囲むポイントで測定され
た複数の表面電位又は電位勾配に基づいて、測定点にお
ける表面電位を推定する推定機構が設けられてなる。

【００１８】また、補正電極の１種として例えばリター
ディング回路の電極を少なくとも２つに分割し、試料の
少なくとも２点のポイントに異なる電圧を与えるように
してもよいし、試料近傍に少なくとも２点のポイントに
２個以上の電極を設けてもよい。

【００１９】また、本発明に係る微細パターン測定方法
は、減速電界型カラムを搭載し、電子ビームを用いて微
細パターンを測定する走査型電子顕微鏡を用いた微細パ
ターン測定方法において、試料の表面電位を測定し、該
測定された表面電位とあらかじめ設定された表面電位に
基づいて減速電界型カラムにフィードバックをかけて微
細パターンを測定することを特徴とする。

【００２０】ここで、減速電界型カラムとは、所定の加
速電圧で電子ビームを放出する電子銃、この電子銃から
放出された電子ビームで試料表面を走査する電子光学
系、試料表面近傍にリターディング電界をかけるリター
ディング回路を含む。

【００２１】また、別の本発明に係る微細パターン測定
方法は、所定の加速電圧で放出された電子ビームを試料
表面近傍でリターディング電界をかけて減速し、該電子
ビームで試料表面を走査し、該試料表面から発生する２
次電子を検出して得られる測定データに基づいて該試料
上の微細パターンを観察する微細パターン測定方法にお
いて、試料の表面電位を測定する工程と、測定された表
面電位があらかじめ設定された表面電位となるように加
速電圧又はリターディング電界の少なくともいずれか一
方にフィードバックをかける工程とを含むことを特徴と
する。

【００２２】本発明の望ましい形態を以下に示す。

【００２３】（１）試料の表面電位の測定は、測定点を
囲む少なくとも３個のポイントで測定された表面電位又
は電位勾配に基づいて、測定点の表面電位を推定する。

【００２４】（２）試料の表面電位の測定は、測定点を
囲む少なくとも３個のポイントで測定された電位勾配に
基づいて、測定点近傍の等電位面を算出し、該等電位面
の傾きを補正して得られた３個のポイントでの電位勾配
に基づいて測定点での表面電位を推定する。

【００２５】（３）（２）における等電位面の傾きの補
正は、試料表面近傍に設けた補正電極により、又は試料
の複数点に異なる電圧を印加して行う。

【００２６】（４）電子ビームの試料表面での走査は電
子光学系により行い、かつフィードバックは、加速電圧
とともに電子光学系の設定パラメータにフィードバック
をかけることにより行う。

【００２７】（５）（４）における電子光学系とは、ガ
ンアライメントコイル，偏向電圧電源，対物レンズ励磁
電圧電源，対物レンズアライメントコイル，スティグマ
コイル，コントラスト・ブライトネス制御回路を含む
が、これらの構成には限定されない。

【００２８】（６）走査電子顕微鏡から走査される電子
ビームの走査範囲に補正を施し、２次電子を検出して得
られる画像に倍率補正を施し、又は微細パターンの測定
により得られた測定データに補正を施す。

【００２９】（作用）本発明では、減速電界型カラムを
搭載し、試料表面を観察する走査型電子顕微鏡におい
て、試料の表面電位を測定し、設定された表面電位との
差に基づいて減速電界型カラムにフィードバックをかけ
る。これによって、試料表面の観察時に、減速電界等に
より生じた不均一な電界の影響を打ち消すことができ、
安定した測定が可能となる。

【００３０】また、少なくとも３個のプローブを用いる
ことにより、直接測定点の表面電位を測定することな
く、測定点近傍の表面電位を測定して測定点の表面電位
を推定することができるため、複数点計測により周囲の
パターン配置が非対称な場合にも表面電位の推定精度が
向上する。

【００３１】また、等電位面の傾きを補正して表面電位
を推定することにより、等電位面の傾きにより生じるビ
ームのひずみ等の影響を受けない微細パターンの観察が
可能となる。

【００３２】さらに、電子ビームの加速電圧のみならず
電子光学系の補正を行うことにより、加速電圧変更に伴
う電子光学系の設定パラメータの変更ができ、より高精
度の微細パターンの観察が可能となる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００３４】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る走査型電子顕微鏡の全体構成を示したもので
ある。

【００３５】図１に示すように、本実施形態に係る走査
型電子顕微鏡は、電子ビームを放出する電子銃、放出し
た電子ビームを測定対象である試料（サンプル１１）表
面に照射する電子光学系、電子光学系を通過した電子ビ
ームの試料表面へのランディングエネルギーを減速させ
るリターディング回路、試料の表面電位を測定する表面
電位測定部、電子銃及び電子光学系にフィードバックを
かけるフィードバック制御部、試料表面から放出される
２次電子を検出する２次電子検出機構とに大別される。

【００３６】サンプル１１に電子ビーム１’を放出する
電子銃１から照射された電子ビーム１’の経路には、ガ
ンアライメントコイル２，コンデンサレンズ３，対物レ
ンズアライメントコイル４，スティグマコイル５，走査
コイル６，対物絞り７，対物レンズ８からなる電子光学
系が設けられている。ガンアライメントコイル２及び対
物レンズアライメントコイル４は、コンデンサレンズ
３，対物レンズ８を補正するために設けられ、走査コイ
ル６は２対の電磁コイルからなり、各コイルにそれぞれ
異なった周期の電源を供給して一方にＸ方向の、他方に
Ｙ方向の鋸歯状波形信号を与えて電子ビーム１’を走査
する。また、電子ビーム１’の経路の下流側であって電
子光学系の先端には、表面電位測定部として電位計プロ
ーブ９が対物レンズ８と同軸に設けられている。

【００３７】また、電子銃１から照射された電子ビーム
１’が電子光学系を通過すると、ステージ１０上に載置
されたサンプル１１に照射される。ステージ１０にはリ
ターディング回路１２が接続され、ステージ１０を介し
てサンプル１１にリターディング電圧が印加されること
によりサンプル１１表面付近に減速電界が発生する。ま
た、２次電子検出機構として、サンプル１１から所定距
離離れた位置に２次電子検出器１３が配置され、サンプ
ル１１表面から放出される２次電子を検出する。

【００３８】ＥＯＳ制御回路３２は、リターディング回
路１２，加速電圧制御用電源２１，ビームアライメント
制御回路２２，スティグマ制御回路２３，偏向電圧電源
２４、対物レンズ励磁電圧電源２５，静電電位計２６，
フィードバック演算回路３０及びステージ制御回路３３
に接続されている。

【００３９】電子銃１には加速電圧制御用電源２１が接
続されており、この加速電圧制御用電源２１により、電
子銃１からの電子ビーム１’を所望の加速エネルギーで
放出することができる。ガンアライメントコイル２，対
物レンズアライメントコイル４はビームアライメント制
御回路２２に接続され、スティグマコイル５にはスティ
グマ制御回路２３が接続されており、これらビームアラ
イメント制御回路２２及びスティグマ制御回路２３によ
りビーム形状の補正を行う。

【００４０】また、走査コイル６は偏向電圧電源２４に
接続され、偏向電圧電源２４により走査コイル６に電圧
が与えられる。対物レンズ８には対物レンズ励磁電圧電
源２５が接続され、この電源２５により対物レンズ８に
励磁電圧が与えられる。電位計プローブ９には静電電位
計２６が接続され、電位計プローブ９により測定された
サンプル１１表面の電位を算出する。また、２次電子検
出器１３で検出された測定データは、増幅器２７を介し
てコントラスト・ブライトネス制御回路２８に入力さ
れ、変調されたコントラストを持つ２次元画像としてＣ
ＲＴ２９に拡大されて表示される。

【００４１】また、静電電位計２６で測定した電圧値は
フィードバック演算回路３０に入力され、このフィード
バック演算回路３０を介して加速電圧制御用電源２１，
ビームアライメント制御回路２２，スティグマ制御回路
２３，偏向電圧電源２４及び対物レンズ励磁電圧電源２
５に、あらかじめ設定された表面電位と測定した表面電
位との差が補正される。

【００４２】偏向電圧電源２４とＣＲＴ２９には走査電
源３１が接続され、この電源３１の制御により偏向電圧
電源２４の信号波形が形成されて電子ビーム走査が可能
になるとともに、ＣＲＴ２９のビーム走査もこのサンプ
ル１１上の走査に同期してなされる。

【００４３】さらに、ステージ１０にはステージ制御回
路３３が接続され、ステージ１０の動作を制御する。

【００４４】以下、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡
を用いた微細パターン測定方法を図２に示すフローチャ
ートに沿って説明する。

【００４５】まず、サンプル１１が装置内のステージ１
０上にセットされる（１２１）。グローバルアライメン
ト等によりサンプル１１の角度補正を行い（１２２）、
リターディング回路１２によりリターディング電圧をサ
ンプル１１にかけた後、測定点に移動して電子ビーム
１’を照射する（１２３）。次いで、対物レンズ８と同
軸に設けられた電位計プローブ９にて測定点近傍の表面
電位を測定する（１２４）。測定された表面電位（Ｖ）
とあらかじめ設定された電位（ｖ）との差（△Ｖ）をフ
ィードバック演算回路３０にて計算し（１２５）、この
計算結果に基づいて加速電圧制御用電源２１、あるいは
リターディング回路１２にフィードバックをかける。加
速電圧制御用電源２１にフィードバックをかけた場合に
は、同時にガンアライメントコイル２，コンデンサレン
ズ３，対物レンズアライメントコイル４，スティグマコ
イル５，コントラスト・ブライトネス制御回路２８等の
電子光学系にもフィードバックをかける。なお、リター
ディング回路１２にフィードバックをかける場合には、
これら電子光学系へのフィードバックは必要ない。フィ
ードバックは具体的には、電子銃１から放出される電子
ビーム１’の加速電圧を調整し、あるいはリターディン
グ回路１２からサンプル１１に与える電圧を調整するこ
とにより行う（１２６）。

【００４６】また、加速電圧制御用電源２１へのフィー
ドバックにより加速電圧が変化し、電子ビーム１’の光
軸ずれ、走査範囲の変化、フォーカスずれ等が生じるの
で、フィードバック後の加速電圧に応じてビームアライ
メント制御回路２２，スティグマ制御回路２３，偏向電
圧電源２４，対物レンズ励磁電圧電源２５，コントラス
ト・ブライトネス制御回路２８にフィードバックをかけ
るようにする。

【００４７】具体的なフィードバックの手法としては、
加速電圧毎にこれら電子光学系のパラメータをあらかじ
めフィードバック演算回路３０に記憶させておき、加速
電圧に応じてこれらのパラメータを設定するようにする
手法でも良いし、画像処理によりベストの条件を自動的
に探し出して設定する方法でも良い。

【００４８】以上の様にして表面電位を設定電位に揃え
た上で通常の測長作業を行う（１２７）。なお、偏向電
圧電源２４に補正をかけるのではなく、補正された加速
電圧に基づいて画像に倍率補正をかけるか測長値に補正
をかけても良い。

【００４９】（第２実施形態）図３は本発明の第２実施
形態に係る微細パターン測定方法のフローチャートであ
る。以下の実施形態で用いる走査型電子顕微鏡は第１実
施形態とほぼ同じであるため、図１を用いて説明する。
なお、本実施形態及び第３実施形態では、測定点を囲む
３点での表面電位から測定点の表面電位を推定する推定
機構がフィードバック演算回路３０に設けられている。

【００５０】まず、サンプル１１をステージ１０上にセ
ットする（１３１）。グローバルアライメント等により
サンプル１１の角度補正を行う（１３２）。ここまでは
第１実施形態と同様である。次に、リターディング回路
１２によりリターディング電圧をかけた後（１３３）測
定点に移動し、サンプル１１上に電子ビーム１’を照射
する（１３４）。測定実行命令が走査型電子顕微鏡に出
されるとステージ１０が動き測定ポイントへ移動し、測
定点上に電子ビーム１’がある所定の時間照射される。

【００５１】次に、ビームブランキング等により電子ビ
ーム１’がサンプル１１上に当たらないようにした上
で、測定点からある所定の距離離れたポイント上に電位
計プローブ９が位置するようにステージ１０を移動させ
る。電位計プローブ９は第１実施形態と同様に対物レン
ズ８と同軸に設置させておいてもよいし、また、例えば
光学顕微鏡の近傍に設置するなど対物レンズ８から離れ
た箇所に設置するのでも良い。このポイントにてサンプ
ル１１の表面電位を測定する（１３５）。次に、軸定点
からある所定の距離離れたポイントにて、上記と同様に
表面電位を測定する。このようにして測定点を囲む少な
くとも３点にて表面電位を測定した後（１３６）、フィ
ードバック演算回路３０に設けられた推定機構により、
３点の座標と表面電位の値から測定点における表面電位
Ｖを推定する（１３７）。

【００５２】このようにして推定された表面電位Ｖとあ
らかじめ設定された電位（ｖ）との差（Δｖ）に応じ
て、第１実施形態と同様に電子銃１の加速電圧制御用電
源２１あるいはリターディング回路１２、及びガンアラ
イメントコイル２，偏向電圧電源２４，対物レンズ励磁
電圧電源２５，対物レンズアライメントコイル４，ステ
ィグマコイル５，コントラスト・ブライトネス制御回路
２８等にフィードバックをかけ（１３８）、ビームブラ
ンキングを解除したのち通常の測長作業を行う（１３
９）。なお、リターディング回路１２にフィードバック
をかける場合にはこれら電子光学系へのフィードバック
は必要ない。また、偏向電圧電源２４に補正をかけるの
ではなく、補正された加速電圧に基づいて画像に倍率補
正をかけるか測長値に補正をかけてもよい。

【００５３】このように、本実施形態では直接測定点の
表面電位を測定することなく、測定点近傍の表面電位を
測定することにより、測定点の表面電位を推定すること
ができるため、複数点計測により周囲のパターン配置が
非対称な場合にも表面電位の推定精度が向上する。

【００５４】（第３実施形態）図４は本発明の第３実施
形態に係る微細パターン測定方法を説明するための図で
ある。まず、サンプル１１を装置内にセットする（１４
１）。グローバルアライメント等によりサンプル１１の
角度補正を行った後（１４２）、サンプル１１にリター
ディング回路１２によりリターディング電圧をかけ（１
４３）、測定点に移動し、サンプル１１上に電子ビーム
１’を照射する（１４４）。測定実行命令が走査型電子
顕微鏡に出されるとステージ１０が動き測定ポイントへ
移動し、測定点上に電子ビーム１’が所定の時間照射さ
れる。

【００５５】次に、本実施形態における表面電位の推定
方法を図５を用いて説明する。

【００５６】図５に示すように測定点１５１を囲むよう
にして設置された少なくとも３個以上（本実施形態では
３個の場合で説明する）の静電電位計プローブ９にて各
ポイントでの表面電位を同時に測定する（１４５）。８
は対物レンズである。その後、第２実施形態と同様にフ
ィードバック演算回路３０に設けられた推定機構によ
り、３点の座標と表面電位との値に基づいて、測定点に
おける表面電位ｖを推定する（１４６）。このようにし
て推定された表面電位Ｖとあらかじめ設定された電位
（ｖ）との差（Δｖ）に応じて第１実施形態と同様に電
子銃１の加速電圧制御用電源、あるいはリターディング
回路１２，ガンアライメントコイル２，スティグマコイ
ル５、コントラスト・ブライトネス制御回路２８等にフ
ィードバックをかけ（１４７）、通常の測長作業を行う
（１４８）。なお、リターディング回路１２にフィード
バックをかける場合にはこれら電子光学系へのフィード
バックは必要ない。また、偏向電圧電源２４に補正をか
けるのではなく、補正された加速電圧に基づいて画像に
倍率補正をかけるか測長値に補正をかけてもよい。

【００５７】このように、第２実施形態と同様に直接測
定点の表面電位を測定することなく、測定点近傍の表面
電位を測定することにより、測定点の表面電位を推定す
ることができる。また、本実施形態ではプローブ９を３
個用い、同時に測定点近傍の表面電位を測定するため、
１個のプローブを用い、ステージ１０を移動して順次測
定する場合よりも、時間とともに変化する誤差や、ステ
ージ１０の移動に伴い発生する誤差の影響を受けること
がない。

【００５８】（第４実施形態）図６は本発明の第４実施
形態に係る微細パターン測定方法を説明するための図で
ある。以下の実施形態における走査型電子顕微鏡のフィ
ードバック演算回路３０には、測定点を囲む３点での電
位勾配の分布から、測定点の表面電位を推定する推定機
構が設けられている。

【００５９】まず、サンプル１１を装置内にセットする
（１６１）。グローバルアライメント等によりサンプル
１１の角度補正を行った後（１６２）サンプル１１にリ
ターディング回路１２によりリターディング電圧をかけ
（１６３）、測定点に移動してサンプル１１上に電子ビ
ーム１’を照射する（１６４）。測定実行命令が装置に
出されるとステージ１０が動き測定ポイントへ移動し、
測定点上に電子ビーム１’をある所定の時間照射する。

【００６０】次に、本実施形態における表面電位の推定
方法を図７を用いて説明する。

【００６１】図７に示すように、等電位面が１７１に示
すようにサンプル１１，対物レンズ８に対して傾きを持
っている場合、任意の３点における表面電位は異なる。
測定点１５１を囲む少なくとも３点以上のポイントにて
この等電位面１７１で示される電位勾配の分布をプロー
ブ９の高さをサンプル１１表面に対して上下させて測定
する（１６５）。そして、得られた電位勾配の分布よ
り、第２，３実施形態と同様に測定点の表面電位Ｖを推
定する（１６６）。

【００６２】電位勾配の分布の測定はプローブの高さを
上下させることで可能である。このようにして推定され
た表面電位Ｖとあらかじめ設定された電位（ｖ）との差
（Δｖ）に応じて、第１実施形態と同様に電子銃１の加
速電圧制御用電源２１あるいはリターディング回路１
２，ガンアライメントコイル２、偏向電圧電源２４，対
物レンズ励磁電圧電源２５，対物レンズアライメントコ
イル４，スティグマコイル５，コントラスト・ブライト
ネス制御回路２８等にフィードバックをかけ（１６
７）、通常の測長作業を行う（１６８）。あるいは偏向
電圧電源２４に補正をかけるのではなく、補正された加
速電圧に基づいて画像に倍率補正をかけるか測長値に補
正をかけてもよい。

【００６３】このように、本実施形態では第３実施形態
と同様の効果を奏する。さらに、３点の電位勾配より測
定点の表面電位を推定する。等電位面が傾いている場合
は加速電圧でフィードバックをかけてもその補正の効果
が少ないため、このように等電位面の傾きをチェックす
ることにより、補正の必要があるか否かの判断が可能と
なる。

【００６４】（第５実施形態）図８は本発明の第５実施
形態に係る微細パターン測定方法のフローチャートを示
す図である。

【００６５】まず、サンプル１１を装置内にセットする
（１８１）。グローバルアライメント等によりサンプル
１１の角度補正を行った後（１８２）、サンプル１１に
リターディング回路１２によりリターディング電圧をか
けた後（１８３）、測定点に移動しサンプル１１上にビ
ームを所定の時間照射する（１８４）。測定実行命令が
装置に出されるとステージ１０が動き測定ポイントへ移
動し、測定点上に電子ビーム１’をある所定の時間照射
する。その後、第４実施形態と同様の方法にて測定点近
傍の３点以上の電位勾配分布を求める（１８５）。ここ
までは第４実施形態と同様である。

【００６６】次に、サンプル上に補正電圧をかけて等電
位面の傾きを補正する。この補正に用いられる走査型電
子顕微鏡のサンプル１１近傍の模式図を図９に示す。図
９に示すように、本実施形態では対物レンズ８と同軸に
補正電極１９１が設置されており、この補正電極１９１
に、３点以上のポイントにおける電位勾配の測定結果か
ら等電位面１７１の傾きを補正する電圧を与える。これ
により、測定点１５１近傍において等電位面１７１はサ
ンプル１１表面に対して平行となる。

【００６７】このように補正された等電位面における電
位分布に基づいて、第２〜第４実施形態と同容に測定点
の表面電位Ｖを推定する（１８７）。このように推定さ
れた表面電位Ｖとあらかじめ設定された電位（ｖ）との
差（Δｖ）に応じて第１実施形態と同様に電子銃１の加
速電圧制御用電源２１、あるいはリターディング回路１
２，ガンアライメントコイル２、偏向電圧電源２４，対
物レンズ励磁電圧電源２５，対物レンズアライメントコ
イル４，スティグマコイル５，コントラスト・ブライト
ネス制御回路２８等にフィードバックをかけ（１８
８）、通常の測長作業を行う（１８９）。なお、リター
ディング回路１２にフィードバックをかける場合にはこ
れら電子光学系へのフィードバックは必要ない。また、
偏向電圧電源２４に補正をかけるのではなく、補正され
た加速電圧に基づいて画像に倍率補正をかけるか測長値
に補正をかけてもよい。

【００６８】このように、本実施形態では第４実施形態
と同様の効果を奏するとともに、等電位面の傾きの影響
の無い測定が可能となるため、等電位面に傾きがある場
合に生じる電子ビーム１’のひずみ等の影響を低減する
ことができ、高精度の画像が得られる。

【００６９】なお、本実施形態では補正電極１９１によ
り補正電圧を与えて等電位面１７１の傾きを補正する場
合を示したが、補正電極と同様に電位勾配補正機能を持
つ３個以上の電位計プローブ９により傾きを補正するこ
とも可能である。また、本実施形態においては表面電位
を測定してから測定結果に応じて加速電圧あるいはリタ
ーディング電極にフィードバックをかける例を示した
が、同一の構造、パターン配置を持つ複数の被測定試料
に対して同じ測定ポイントを測定するような場合には、
各々に対して表面電位を測定する工程を経ずに、予め算
出されたフィードバック量を加速電圧、またはリターデ
ィング電極に適用するようにしてもよい。

【００７０】また、リターディング回路により傾きを補
正することも可能である。図１０は等電位面の傾き補正
機能を持つリターディング回路を有する走査型電子顕微
鏡の全体構成を示す模式図である。図１と共通する部分
には同一の符号を付し、説明は省略する。図１０に示す
ように、リターディング回路２０１はフィードバック演
算回路３０に接続される。また、ステージ１０の３点に
電圧を与える３極のリターディング電極２０２ａ〜２０
２ｃが設けられており、これらリターディング電極２０
２ａ〜２０２ｃは、リターディング回路２０１に接続さ
れている。この走査型電子顕微鏡では、フィードバック
演算回路３０からの等電位面の傾きを補正するフィード
バック量を受け、リターディング電極２０２ａ〜２０２
ｃにより、ステージ１０の３点にそれぞれ異なる電圧を
印加して、サンプル１１表面の等電位面の傾きを補正す
ることができる。

【００７１】この３極のリターディング電極２０２ａ〜
２０２ｃを有する走査電子顕微鏡による微細パターン補
正方法を図１１を用いて説明する。図１１は走査電子顕
微鏡のサンプル１１近傍を拡大した図である。

【００７２】図１１に示すように、電位計プローブ９で
サンプル１１表面上を走査している際に、フィードバッ
ク演算回路３０による計算結果に基づいて、測定点２１
１直下に存在するリターディング電極２０２ｃのリター
ディング電圧にフィードバックをかける。このようにし
て表面電位を設定電位に揃えた上で通常の測長作業を行
う。測定点２１１以外の部分では、チャージアップの状
態が測定点２１１近傍と異なる場合があり、その場合に
も測定点２１１と同じようにリターディング電圧にフィ
ードバックをかけると過補正になりチャージアップする
ために測定点２１１にこの影響が及ぶ場合があるが、本
手法によれば、周囲の影響を受けないで測定することが
可能となる。

【００７３】また、本発明は上記実施形態に限定される
ものでない。加速電圧にフィードバックをかけた際に補
正が必要となる電子光学系は上記実施形態に記載された
ものに限定されず、電子銃１とサンプル１１の間に設け
られ、加速電圧の変更に伴い設定パラメータを補正する
必要のあるすべての電子光学系を含む。また、加速電圧
のフィードバックを行う場合、これら電子光学系の設定
パラメータの補正は必ずしも必要でなく、加速電圧のフ
ィードバックのみを行う場合でもよい。さらに、走査コ
イル６による電子ビーム１’の走査方法は何でも良い。
また、電子ビーム１’を照射する場合のみならず、イオ
ンビーム等荷電粒子ビームを照射するものに置換するこ
とができる。また、測定点を挟む２点の表面電位を２個
のプローブで測定し、これら２点の測定値から測定点を
挟む表面電位を推定することも可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、試
料近傍においてリターディング電界をかけて走査型電子
顕微鏡を用いる場合でも、減速電界等により生じた不均
一な電界の影響を打ち消すことができ、あらかじめ設定
された電圧条件で試料内すべての測定点を安定して測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る走査型電子顕微鏡
の全体構成を示す模式図。

【図２】同実施形態に係る微細パターン測定方法のフロ
ーチャートを示す図。

【図３】本発明の第２実施形態に係る微細パターン測定
方法のフローチャートを示す図。

【図４】本発明の第３実施形態に係る微細パターン測定
方法のフローチャートを示す図。

【図５】同実施形態に係る表面電位の推定方法を説明す
るための図。

【図６】本発明の第４実施形態に係る微細パターン測定
方法のフローチャートを示す図。

【図７】同実施形態に係る表面電位の推定方法を説明す
るための図。

【図８】本発明の第５実施形態に係る微細パターン測定
方法のフローチャートを示す図。

【図９】同実施形態に係る等電位面の傾き補正を説明す
るための図。

【図１０】等電位面の傾き補正機能を持つリターディン
グ回路を有する走査型電子顕微鏡の全体構成を示す模式
図。

【図１１】図１１における走査電子顕微鏡のサンプル近
傍を拡大した図。

【図１２】従来の走査型電子顕微鏡の全体構成を示す模
式図。

【符号の説明】

１…電子銃 ２…ガンアライメントコイル ３…コンデンサレンズ ４…対物レンズアライメントコイル ５…スティグマコイル ６…走査コイル ７…対物絞り ８…対物レンズ ９…電位計プローブ １０…ステージ １１…サンプル １２，２０１…リターディング回路 １３…２次電子検出器 ２１…加速電圧制御用電源 ２２…ビームアライメント制御回路 ２３…スティグマ制御回路 ２４…偏向電圧電源 ２５…対物レンズ励磁電圧電源 ２６…静電電位計 ２７…増幅器 ２８…コントラスト・ブライトネス制御回路 ２９…ＣＲＴ ３０…フィードバック演算回路 ３１…走査電源 ３２…ＥＯＳ制御回路 ３３…ステージ制御回路 １５１，２１１…測定点 １７１…等電位面 １９１…補正電極 ２０２ａ〜２０２ｃ…リターディング電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 文朗 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5C033 UU04 UU05 UU08

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減速電界型カラムを搭載し、かつ試料の
   表面電位を測定する表面電位測定部と、前記表面電位測
   定部を用いて検出された表面電位に基づいて前記減速電
   界型カラムにフィードバックをかけるフィードバック制
   御部とを具備してなることを特徴とする走査型電子顕微
   鏡。
2. 【請求項２】 所定の加速電圧で電子ビームを放出する
   電子銃と、この電子銃から放出される電子ビームの加速
   電圧を設定する加速電圧制御用電源と、前記電子ビーム
   を成形するとともに、加速電圧を制御し、前記試料表面
   に収束及び走査させる電子光学系と、前記試料表面近傍
   にリターディング電界をかけるリターディング回路と、
   前記試料の表面電位を測定する表面電位測定部と、この
   表面電位測定部により測定された表面電位があらかじめ
   設定された表面電位となるように前記加速電圧制御用電
   源又は前記リターディング回路の少なくともいずれか一
   方にフィードバックをかけるフィードバック制御部とを
   具備してなることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記フィードバック制御部には、前記加
   速電圧制御用電源へのフィードバック量に応じて前記電
   子光学系の設定パラメータの補正を行う補正回路が設け
   られてなることを特徴とする請求項２に記載の走査型電
   子顕微鏡。
4. 【請求項４】 前記表面電位測定部は１個のプローブと
   該プローブに接続された静電電位計からなり、該プロー
   ブは前記電子光学系と同軸に設定され、該静電電位計は
   前記フィードバック制御部に接続されてなることを特徴
   とする請求項１又は２に記載の走査型電子顕微鏡。
5. 【請求項５】 前記表面電位測定部には、測定点を囲む
   ポイントを測定可能な位置に少なくとも３個設けられた
   プローブが設けられ、かつ前記フィードバック制御部に
   は、前記複数のプローブにより測定点を囲むポイントで
   測定された複数の表面電位又は電位勾配に基づいて、測
   定点における表面電位を推定する推定機構が設けられて
   なることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型電
   子顕微鏡。
6. 【請求項６】 前記試料近傍には、該試料表面に生じる
   電位勾配を補正する少なくとも２個以上の補正電極が形
   成されてなることを特徴とする請求項５に記載の走査型
   電子顕微鏡。
7. 【請求項７】 前記試料近傍には、前記リターディング
   回路に接続され、該試料表面近傍に生じるリターディン
   グ電圧にフィードバックをかけるリターディング電極が
   設けられてなることを特徴とする請求項２に記載の走査
   電子顕微鏡。
8. 【請求項８】 前記リターディング電極は、前記試料表
   面の複数位置に対して異なる電圧を印加する複数の電極
   からなることを特徴とする請求項７に記載の走査電子顕
   微鏡。
9. 【請求項９】 減速電界型カラムを搭載し、電子ビーム
   を用いて微細パターンを測定する走査型電子顕微鏡を用
   いた微細パターン測定方法において、前記試料の表面電
   位を測定し、該測定された表面電位とあらかじめ設定さ
   れた表面電位に基づいて前記減速電界型カラムにフィー
   ドバックをかけて微細パターンを測定することを特徴と
   する微細パターン測定方法。
10. 【請求項１０】 所定の加速電圧で放出された電子ビー
    ムを試料表面近傍でリターディング電界をかけて減速
    し、該電子ビームで試料表面を走査し、該試料表面から
    発生する２次電子を検出して得られる測定データに基づ
    いて該試料上の微細パターンを観察する微細パターン測
    定方法において、前記試料の表面電位を測定する工程
    と、測定された表面電位があらかじめ設定された表面電
    位となるように前記加速電圧又は前記リターディング電
    界の少なくともいずれか一方にフィードバックをかける
    工程とを含むことを特徴とする微細パターン測定方法。
11. 【請求項１１】 前記試料の表面電位の測定は、測定点
    を囲む少なくとも３個のポイントで測定された表面電位
    又は電位勾配に基づいて、前記測定点の表面電位を推定
    することを特徴とする請求項９又は１０に記載の微細パ
    ターン測定方法。
12. 【請求項１２】 前記試料の表面電位の測定は、測定点
    を囲む少なくとも３個のポイントで測定された電位勾配
    に基づいて、測定点近傍の等電位面を算出し、該等電位
    面の傾きを補正して得られた３個のポイントでの電位勾
    配に基づいて前記測定点での表面電位を推定することを
    特徴とする請求項９又は１０に記載の微細パターン測定
    方法。
13. 【請求項１３】 前記電子ビームの試料表面での走査は
    電子光学系により行い、かつ前記フィードバックは、前
    記加速電圧とともに前記電子光学系の設定パラメータに
    フィードバックをかけることにより行うことを特徴とす
    る請求項１０に記載の微細パターン測定方法。
14. 【請求項１４】 前記走査電子顕微鏡から走査される電
    子ビームの走査範囲に補正を施し、前記２次電子を検出
    して得られる画像に倍率補正を施し、又は前記微細パタ
    ーンの測定により得られた測定データに補正を施すこと
    を特徴とする請求項９又は１０に記載の微細パターン測
    定方法。