JP2007200595A - 荷電粒子線装置、荷電粒子線の焦点調整方法、微細構造の測定方法、微細構造の検査方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料へのダメ−ジを低減しつつ高い精度で荷電粒子ビームの焦点を調整する。
【解決手段】パターンの輪郭点をそれぞれが内部に含む焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎを配置し、対物レンズ２２の励磁条件をステップ状に変化させながら、各励磁条件に対応づけて焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎを電子ビームＥＢで順次に走査し、各励起条件と各焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎについて取得した検出信号に基づいて各励磁条件における電子ビームＥＢの集束状態を表す指標を算出し、得られた指標から最適の焦点位置を与える最適の励磁励起条件を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子線装置、荷電粒子線の焦点調整方法、微細構造の測定方法、微細構造の検査方法および半導体装置の製造方法に関し、例えば半導体装置やフォトマスク、液晶などの微細構造の荷電粒子線を用いた検査・観察等を対象とする。

半導体の微細なパタ−ンを観察および評価する目的として、様々な荷電ビ−ム照射装置が用いられており、代表的な装置として走査電子顕微鏡(ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ)が挙げられる。走査電子顕微鏡は、デバイスパタ−ンの断面観察など形状を観察する用途で使われるが、特に測定機能を有して製造プロセス中のデバイスパタ−ンの寸法などを測定する装置は、ＣＤ−ＳＥＭ(Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ)と呼ばれており、インラインでのプロセス評価のツ−ルとして広く用いられている。ＣＤ−ＳＥＭでは、電子ビ−ム照射によるデバイス性能へのダメ−ジを抑えるため、電子ビ−ムの加速電圧を１ｋＶ以下に低くし、さらにビ−ム電流量をｐＡオ−ダにまで抑えることにより、製造プロセスのインラインでの評価を可能としている。

しかし、デバイスを構成する材料には電子ビ−ム照射の影響を受けやすい性質を有するものが存在する。その典型例には、フォトリソグラフィに用いられるレジストや誘電率の低い絶縁膜などがある。これらの材料は、電子ビ−ムにより材質が変化するだけでなく、体積収縮などの形状変動を伴う。そのため、電子ビ−ムを照射して測定や観察を行った照射領域内でデバイスパタ−ンの形状が変形してしまい、結果としてパタ−ン寸法や膜厚が規格値から外れてデバイス性能が劣化する可能性がある。電子ビ−ムによるダメ−ジを抑えるために、ＣＤ−ＳＥＭは、より低加速電圧／低電流の照射条件を採用し、さらに測定または観察時の電子ビ−ムの走査方式を見直して電子ビ−ムのド−ズ量を抑える方式を採用している。このように測定または観察時の画像を取得する際の電子ビ−ム照射方式には様々なダメ−ジ低減策が施されている。

一方、近年のデバイスパタ−ンの微細化により、非常に高いパタ−ン寸法の測定精度が要求されており、電子ビ−ムの高分解能化、画像の高Ｓ／Ｎ化、パタ−ン寸法の測定アルゴリズムの改善などと共に自動焦点調整の高精度化が必要とされている。電子ビームの焦点調整方法には幾つかの方法を挙げることができる。例えば、同一ライン上を走査する度に電子ビ−ムの集束条件をステップ状に変えていき、各集束条件において二次電子信号の差分または微分の絶対値の積算値を算出し、その積算値が最大となる集束条件を最適の焦点位置を提供する集束条件とする手法がある。さらに、ライン走査ではなく水平走査および垂直走査を行うことで各集束条件に対応した二次元像を取得し、画像内の各画素間の二次電子信号の差分または微分の絶対値の積算値を算出することで最適な焦点位置を提供する集束条件とする手法がある。また、低倍率でＳＥＭ像を取得しておき、その輪郭に直交するように電子ビ−ムを走査して焦点位置を探索する手法もある(例えば特許文献１)。

しかしながら、上記の焦点調整方法はいずれも電子ビ−ムの集束条件を変えながら同一箇所を繰り返し走査する手法であるため、電子ビ−ム照射によりダメ−ジを受ける材料では焦点調整の動作がデバイスパタ−ンへ及ぼす影響が大きくなってしまうという欠点がある。実際に寸法測定などに用いる画像を取得する時の照射量に比べて、焦点調整の場合には試料に照射される電子の量は多くなる傾向がある。この原因としては、焦点調整の精度を高くするために高倍率で処理すること、積算値の最大値を正確に算出するため集束条件の変化量をより細かく刻むことで処理時間が長くなること、画像のＳ／Ｎ比を向上させるため集束条件あたりの繰り返し走査回数を多くすること、などが挙げられる。その上、焦点調整には通常、パタ−ンの輪郭情報のみを用いるのであるが、上述の手法では全領域を照射するために焦点調整に必要ない箇所にまで照射ダメ−ジを引き起こしている。

試料へのビ−ム照射を極力抑える方法として、例えば特許文献２に開示された技術が挙げられる。特許文献２の技術は、二次元画像を取得する際に、垂直走査と同期しながら集束条件を変える方法である。この方法によれば、１画面分のビ−ム走査で集束条件を振り、その画像から積算値の最大を算出することで最適な集束条件を算出することが可能である。しかしながら、パタ−ンの輪郭が少ない場合には集束条件にオフセットを設けて繰り返し走査することになるため、結果的に同一箇所を繰り返して走査することになり、パタ−ンへのダメ−ジが増加してしまう。
特開平５−１９０１３２号公報 特開平７−１６１３２７号公報

本発明の目的は、試料へのダメ−ジを低減しつつ高い精度で荷電粒子ビームの焦点調整を実現する荷電粒子線装置、荷電粒子線の焦点調整方法、この焦点調整方法を用いた微細構造の測定方法、微細構造の検査方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。

即ち、本発明によれば、
荷電粒子線を生成し、表面に微細構造が形成された試料に照射させる荷電粒子源と、
電界および磁界の少なくともいずれかを励起して前記荷電粒子線を前記試料に集束させる対物レンズと、
前記荷電粒子線を前記試料上で走査させる偏向器と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から発生する二次荷電粒子、反射荷電粒子および後方散乱荷電粒子の少なくともいずれかを検出し、検出信号を出力する検出手段と、
前記微細構造の輪郭点をそれぞれが内部に含む複数の焦点調整領域を前記試料の表面領域に配置する焦点調整領域配置手段と、
前記対物レンズにより前記電界および前記磁界の少なくともいずれかを励起するための条件である励起条件をステップ状に変化させながら、各励起条件に対応づけて前記焦点調整領域が順次に走査されるように前記偏向器を制御する偏向制御手段と、
前記励起条件と前記焦点調整領域のそれぞれについて前記検出手段により出力された前記検出信号に基づいて各励起条件における集束状態を表す指標を算出し、得られた指標から最適の焦点位置を与える最適の励起条件を算出する焦点演算手段と、
前記最適の励起条件で前記対物レンズを駆動する対物レンズ制御手段と、
を備える荷電粒子線装置が提供される。

また、本発明によれば、
荷電粒子線を生成して電界および磁界の少なくともいずれかにより集束させ、表面に微細構造が形成された試料を走査し、前記試料から発生する二次荷電粒子、反射荷電粒子および後方散乱荷電粒子の少なくともいずれかを検出して検出信号を出力する荷電粒子線装置に使用される前記荷電粒子線の焦点調整方法であって、
前記微細構造の輪郭点をそれぞれが内部に含む複数の焦点調整領域を前記試料の表面領域に配置する手順と、
前記電界および前記磁界の少なくともいずれかを励起するための条件である励起条件をステップ状に変化させながら、各励起条件に対応づけて前記焦点調整領域を前記荷電粒子線で順次に走査する手順と、
前記励起条件と前記焦点調整領域のそれぞれについて前記検出信号を取得する手順と、
前記検出信号に基づいて各励起条件における前記荷電粒子線の集束状態を表す指標を算出し、得られた指標から最適の焦点位置を与える最適の励起条件を算出する手順と、
前記最適の励起条件で前記荷電粒子線を前記試料上で集束させる手順と、
を備える荷電粒子線の焦点調整方法が提供される。

本発明によれば、試料へのダメ−ジを低減しつつ高い精度で荷電粒子ビームの焦点調整を実現することができる。

また、本発明によれば、微細構造へのダメージを抑制しながら高精度の測定・検査を行うことができる。

さらに、本発明によれば、高い歩留まりで、かつ、優れたスループットで半導体装置を製造することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（１）荷電粒子線装置
図１は、本発明にかかる荷電粒子線装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す電子ビーム装置２は、電子ビーム鏡筒１０と、主制御部３０と、対物レンズ制御部３２と、走査制御部３４と、画像変換部３８と、画像メモリ４０と、輪郭抽出部４２と、焦点演算部４６と、焦点調整領域配置部４４とを備える。主制御部３０は、例えば制御コンピュータで構成される。

電子ビーム鏡筒１０は、電子銃１２と、コンデンサレンズ１４と、絞り１６と、偏向器１８と、対物レンズ２２と、ステージ２４と、二次電子検出部２８とを含む。ステージ２４には、微細構造としてのパターンが表面に形成された試料であるウェーハＷが載置されている。

電子銃１２から放射された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ１４によって集束され、絞り１６により断面積のサイズが調整された後、対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２は、本実施形態では磁界を励磁し、この磁界により電子ビームＥＢがウェーハＷの表面で結像するように電子ビームＥＢを集束させる。集束された電子ビームＥＢは、走査制御部３４から制御信号を受ける走査偏向器１８によりウェーハＷ上で偏向走査される。走査偏向器１８は、主制御部３０からの指令信号に基づいて走査制御部３４で生成され送られる走査信号に従って電子ビームＥＢを走査する。

電子ビームＥＢの走査により、ウェーハＷの表面から二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、「二次電子等」という）ＳＥが放出される。放出された二次電子等ＳＥは、ウェーハＷと対物レンズ２２との間に形成された磁界によって加速されながら対物レンズ２２を通過して二次電子検出器２８に入射する。二次電子検出器２８は、検出された二次電子等ＳＥの量を表わす検出信号を画像変換部３８へ出力し、画像変換部３８は、走査制御部３４から送られる走査信号と同期をとりながら、二次電子検出器２８から受け取った検出信号を画像信号に変換してＳＥＭ画像として画像メモリ４０に格納させる。輪郭抽出部４２は、画像メモリ４０からＳＥＭ画像を取り出して輪郭を抽出し、輪郭位置の情報を走査制御部３４および焦点調整領域配置部４４に供給する。焦点調整領域配置部４４は、供給された輪郭位置の情報から焦点調整に適したパターン形状を設定し、焦点調整を行う領域（以下、「焦点調整領域」という）をウェーハＷの表面領域に配置し、その情報を主制御部３０へ供給する。主制御部３０は、焦点調整領域配置部４４から送られた焦点調整領域の配置情報に基づいて指令信号を生成して走査制御部３４へ供給する。走査制御部３４は、主制御部３０からの指令信号に従い、焦点調整領域配置部４４によりウェーハＷの表面領域に配置された焦点調整領域用の走査信号を生成する。焦点演算部４６は、焦点調整領域の走査により得られたＳＥＭ像の画像信号から電子ビームＥＢの集束状態を表す指標を算出し、対物レンズの最適の励磁条件を示す指標を主制御部３０に供給する。主制御部３０は、焦点演算部４６から供給された指標に基づいて指令信号を生成して対物レンズ制御部３２に供給し、対物レンズ制御部３２は、主制御部３０から送られた指令信号に従って最適の励磁条件に応じた励磁電流を設定する。

図１に示す電子ビーム装置２の動作について、本発明にかかる荷電粒子線の焦点調整方法の実施の形態として図２〜図８を参照しながら以下に説明する。

（２）荷電粒子線の焦点調整方法
（i）第１の実施の形態
図２は、本発明かかる焦点調整方法の第１の実施の形態の具体的手順を示すフローチャートであり、図３は、焦点調整領域を輪郭位置に配置する方法の一例を示す説明図であり、図４は、焦点調整領域内の走査方法の具体例を示す説明図であり、図５は、対物レンズの励磁電流を変化させながら最適の焦点位置を算出する焦点調整方法の一例を示す説明図であり、さらに、図６は、各焦点調整領域において複数条件の励磁で処理する方法の説明図である。

まず、焦点調整領域の範囲を設定する（図２、ステップＳ１）。焦点調整領域の模式図を図３（ａ）に示す。この領域の範囲は、水平方向の大きさ（Δｘ）および垂直方向の大きさ（Δｙ）で規定される。

パターンの輪郭以外に電子ビームＥＢを照射しない場合には、焦点調整領域の範囲を小さく設定してパターンの輪郭近傍のみに電子ビームＥＢが照射されるようにする。このように照射調整領域をパターン輪郭近傍に制限することで余分な領域に電子ビームＥＢが照射しないようにするだけでなく、焦点調整時の倍率を高く設定することができるので、焦点調整の精度が向上するという効果もある。

続いて、ＳＥＭを低倍率モードに設定する（図２、ステップＳ２）。ここでは焦点調整領域よりも広い領域のＳＥＭ画像が得られるように倍率を設定する。設定した倍率で電子ビームＥＢを生成し、水平方向および垂直方向にパターン上を走査するによって二次元のＳＥＭ像を取得し（ステップＳ３）、画像メモリ４０に格納する。得られたＳＥＭ像の模式図を図３（ｂ）に示す。

なお、ＳＥＭ像を取得する際にはパターンの輪郭が確認できる程度には電子ビームＥＢの焦点を粗く合わせておく必要がある。その焦点合わせには光学的な高さ測定器（図示せず）を用いればよい。また、低倍率で対物レンズの励磁条件を振って、各励磁条件下で得られた二次元像の画素間の差分の絶対値を積算し、この積算値値に基づいて最適焦点位置近傍での対物レンズの励磁電流を設定することも可能である。

次に、輪郭抽出部４２は、得られたＳＥＭ像を画像メモリ４０から取り出して所定の画像処理を施し（図２、ステップＳ４）、パターンの輪郭位置を抽出する（ステップＳ５）。

一般的に、ＳＥＭ像にはノイズが多いので、輪郭位置の抽出に際し、平滑化処理を行った後に２値化処理やＳｏｂｅｌフィルタなどをＳＥＭ像に適用する。抽出されたパターン輪郭の模式図を図３（ｃ）に示す。

次に、焦点調整領域配置部４４は、得られた輪郭位置の情報から焦点調整に適したパターン形状を設定してウェーハＷの表面領域に焦点調整領域を配置する（図２、ステップＳ６）。ＳＥＭ像での焦点調整に適したパターン形状とは、例えば横方向に電子ビームＥＢが走査される場合、縦方向の輪郭部分に対応する形状が挙げられる。走査方向に平行なパターン輪郭部分よりも走査方向に直交するパターン輪郭部分の方が、検出される二次電子信号の強度変化が急峻になるため、電子ビームＥＢを横方向に走査する場合には縦方向のパターン輪郭部分を中心に焦点調整領域を配置する。また、単純な線状パターンではなく複雑な縦横方向のパターン輪郭が含まれている画像の場合には、初期に設定した焦点調整領域の範囲内で輪郭情報が多く含まれる箇所を抽出して焦点調整領域を配置すると効果的である。これら焦点調整領域の配置方法については、いくつかの手法を焦点調整領域配置部４４に予め設定しておけば、パターンに適した焦点調整領域の配置が可能となる。図３（ｄ）は、電子ビームＥＢの水平走査に直交するパターンの輪郭部分に特に注目して、その輪郭位置に焦点調整領域を配置した場合を示している。ここではＳＥＭ像の上端近傍の輪郭位置から焦点調整領域Ｐ１をまず設定し、領域Ｐ１のサイズに応じた所定のピッチで輪郭に沿って下端方向に移動して焦点調整領域Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎを順次に設定する。ここで、ｎは対物レンズ２２の励磁の総ステップ数に相当する数量である。本実施形態ではＳＥＭ像の上端から下端へ順番に焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎを配置したが、隣接した領域を電子ビームＥＢで照射すると材料がダメージを受けやすくなる傾向があるので、焦点調整領域をランダムに、または互いに隣接しないように配置することが望ましい。

次に、走査制御部３４は、主制御部３０からの指令信号に基づき、焦点調整領域配置部４４により配置された焦点調整領域用の走査信号を生成する（図２、ステップＳ７）。この走査信号は、焦点調整領域の水平方向と垂直方向の大きさ、および同一励磁条件下での走査回数、ライン走査とラスタ走査との選択などによって決定される。

焦点調整領域内の電子ビームＥＢの走査方法として３つの具体例を図４（ａ）〜（ｃ）に示した。最も試料へのダメージが少ないのは、図４（ａ）に示すように、焦点調整領域内を水平方向に１回だけライン走査する方法である。しかしながら、１回だけの方法では、試料からの二次電子信号が少ないので精度が劣る可能性がある。そこで、図４（ｂ）に示すように、繰り返しライン走査を行って積算した画像信号を用いると、高速且つ精度の良い集束状態を表す指標が得られる。また、図４（ｃ）に示す例のように、水平走査と垂直走査によりラスタ走査を行うと、２次元的な画像信号を得られるので、集束状態を表す指標の安定性が大きく向上する。測定対象または検査対象となる微細構造の形状や配置態様、微細構造を構成する物質の材質などに応じてそれぞれ適切な方式を選ぶことにより、ダメージの少ない安定した焦点調整が可能となる。

次に、走査制御部３４は、焦点調整領域の始点を設定して（図２、ステップＳ８）、対物レンズ２２の励磁条件を初期状態に設定する（ステップＳ９）。例えば図３（ｄ）に示す例では、焦点調整領域Ｐ１を始点として設定する。さらに、図５（ａ）に示すように、主制御部３０は、対物レンズ２２の励磁電流を一定量ずつステップ状に変える毎に焦点調整領域が変更するように制御信号を生成して走査制御部３４に供給し、走査制御部３４は、設定された焦点調整領域用の走査信号を生成して走査偏向器１８により電子ビームＥＢを走査する（図２、ステップＳ１０〜Ｓ１５）。図５（ｂ）は、パターンの輪郭に直交するように走査した際の二次電子信号の量を示している。同図において、横軸は水平走査位置を表し、縦軸は二次電子信号量を表す。符号ＷＰ１からＷＰｎで指示される波形は、それぞれ各焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎにおける二次電子信号量を示している。同図に示す例では、波形ＷＰ１の状態で焦点が合っておらず、このため輪郭からの二次電子信号が少ないが、ＷＰ２，ＷＰ３と徐々に焦点が合ってくると輪郭部の二次電子信号が急峻な増加を見せ、ある焦点調整領域Ｐｉにおいて最も急峻となる。これ以降は焦点が再びずれてくるので輪郭からの二次電子信号が再び少なくなる。

次に、焦点演算部４６は、焦点調整領域の走査により得られたＳＥＭ像を画像メモリ４０から取り出し、その画像信号から集束状態を表す指標を算出する（図２、ステップＳ１２）。ライン走査による二次電子信号波形の場合は、水平走査方向で隣接する画素間の信号強度の差分または微分の絶対値の積算値を算出する。ラスタ走査による二次電子信号画像の場合は、二次元的に隣接する画素間の信号強度の差分または微分の絶対値の積算値を算出する。この処理を全ての焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎについて、即ち、対物レンズの励磁条件に従った規定回数分ｎだけ行い（ステップＳ１３〜Ｓ１５）、信号強度の差分または微分の絶対値の積算値の最大値を、集束状態を表す指標として焦点演算部４６が算出する（ステップＳ１６）。図５（ｃ）では焦点調整領域Ｐｉにおける積算値が最大となる状態を示している。このようにして算出された指標に対応する励磁条件が対物レンズの最適の励磁条件を示す。対物レンズ制御部３２は、焦点演算部４６により算出され主制御部３０を介して送られた最適の励磁条件に応じた励磁電流を設定する（ステップＳ１７）。これにより、電子ビームＥＢの焦点を最適の位置に合わせることができる。

また、対物レンズ２２の励磁のステップ数に比べて焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎの数が少ない（ｎが小さい）場合には、図６に示すように、各焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎにおいて複数の励磁条件下で処理を行ってもよい。これにより同一焦点調整領域で全ての励磁条件を処理する場合に比べて、電子ビームＥＢによる照射量を大幅に減らすことが可能である。例えば焦点調整領域が３箇所の場合は、焦点調整領域が１つだけの場合に処理すべき照射量の１／３の照射量で焦点調整を完了させることができる。

（ii）第２の実施の形態
上述した第１の実施の形態ではパターンの輪郭位置に焦点調整領域を設定する場合について説明したが、本実施形態の特徴は、輪郭位置ではなく特徴的な形状を有するパターンに焦点調整領域を設定することにある。これにより、任意のパターン形状に対して焦点調整を行うことが可能となる。図７に本実施形態の具体的手順を示すフローチャートを示し、図８に特徴的な形状を有するパターンの位置に焦点調整領域を配置する方法の一例を示す。図７に示す手順では、ステップ番号Ｓ２１，Ｓ２４〜Ｓ２６に示す手順が本実施形態に特徴的な手順であり、その他の手順は図２に示す手順と実質的に同一であり、図２のステップ番号にそれぞれ２０を加えたものに相当する。従って、以下では図２と相異する手順を中心に説明する。

まず、焦点調整処理を行う特徴的な形状を有するパターン形状を基準テンプレート画像として設定する（図７、ステップＳ２１）。この画像はあらかじめ任意のパターン形状をＳＥＭ上で登録することも可能であるし、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）などの設計情報を元に作成して登録することも可能である。ここでは、特徴的なパターン形状として図８（ａ）に示すホールパターンを具体例として取り上げて説明する。このような基準テンプレート画像を用いることにより、焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎを容易に設定することができる。

次に、第１の実施の形態と同様に、低倍モードを設定して低倍率の二次元像を取得する（図７、ステップＳ２１、Ｓ２２）。ここでは、図８（ｂ）に示すように、ホールパターンが規則的に配列している状態の低倍率画像が取得されたものとする。続いて、取得した低倍率画像に対して基準テンプレート画像で画像認識を行い（図７、ステップＳ２４）、基準テンプレート画像と一致する位置を算出する（ステップＳ２５）。図８（ｂ）の低倍率画像に対して図８（ａ）の基準テンプレート画像で画像認識を行った結果を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）においては、各ホールパターンの中心部に記された十字マークが基準テンプレート画像と一致した位置を表す。

次に、図８（ｄ）に示すように、基準テンプレート画像と一致した位置に焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎを配置する（図７、ステップＳ２６）。このように、基準テンプレート画像で設定した任意のパターン形状に対して、対物レンズ２２の励磁条件と任意のパターン形状を有する焦点調整領域Ｐ１〜Ｐｎとを変更しながら焦点調整処理を行うことが可能となる（図７、ステップＳ２７〜Ｓ３７）。本実施形態は、特に、図８のようなホールパターンや繰り返しパターンなどに有効な手法を提供する。

（３）微細構造の測定方法
上述した荷電粒子線の焦点調整方法を微細構造の測定に用いることにより、微細構造上の同一箇所ではなく集束条件に応じて焦点調整箇所を順次変更しながら焦点合わせ処理を行うことができるので、微細構造、例えばパターンの形状の変動や材料の改質を抑制しながらパターンの寸法を高精度で測定することが可能になる。

（４）微細構造の検査方法
上述した荷電粒子線の焦点調整方法を欠陥検査に用いることにより、微細構造上の同一箇所ではなく集束条件に応じて焦点調整箇所を順次変更しながら焦点合わせ処理が行われるので、検査対象である微細構造に対するダメージが分散・低減され、形状変動や材料変質が抑制されるので、正確な欠陥検査を行うことが可能になる。

（５）半導体装置の製造方法
上述した荷電粒子線の焦点調整方法、これを用いた微細構造の測定方法および微細構造の検査方法の少なくとも一つを半導体装置の製造工程に採用することにより、高い歩留まりでかつ短いＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）で半導体装置を製造することが可能になる。

（６）プログラム
上述した一連の荷電粒子線の焦点調整方法、これを用いた微細構造の測定方法および微細構造の検査方法の少なくとも一つは、プログラムとしてレシピファイルの形態で荷電粒子線装置のメモリに取り込んでもよい。これにより、上述した焦点調整方法、これを用いた寸法微細構造の測定方法および微細構造の検査方法の少なくとも一つを、制御コンピュータを含む一般的な荷電粒子線装置に実行させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限ることなくその技術的範囲内で種々変更して適用できることは勿論である。例えば、上記実施形態では荷電粒子線として電子ビームを用いる場合について説明したが、これに限ることなく、例えばイオンビームについても本発明を適用することが可能である。また、対物レンズとして磁界型の対物レンズ２２を取り上げて説明したが、これに限ることなく、電界型または電界磁界重畳型のレンズを用いることも可能である。

本発明にかかる荷電粒子線装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明かかる焦点調整方法の第１の実施の形態の具体的手順を示すフローチャートである。 焦点調整領域を輪郭位置に配置する方法の一例を示す説明図である。 焦点調整領域内の走査方法の具体例を示す説明図である。 対物レンズの励磁を変化させながら最適の焦点位置を算出する焦点調整方法の一例を示す説明図である。 各焦点調整領域において複数条件の励磁で処理する方法の説明図である。 本発明かかる焦点調整方法の第２の実施の形態の具体的手順を示すフローチャートである。 特徴的な形状を有するパターンの位置に焦点調整領域を配置する方法の一例を示す説明図である。

符号の説明

２：電子ビーム装置
１０：電子ビーム鏡筒
１２：電子銃
１４：コンデンサレンズ
１６：絞り
１８：走査偏向器
２２：対物レンズ
２４：ステージ
２８：二次電子検出部
３０：主制御部
３２：対物レンズ制御部
３４：走査制御部
３８：画像変換部
４０：画像メモリ
４２：輪郭抽出部
４４：焦点調整領域配置部
４６：焦点演算部
ＥＢ：電子ビーム
Ｐ１〜Ｐｎ：焦点調整領域

Claims (5)

1. 荷電粒子線を生成し、表面に微細構造が形成された試料に照射させる荷電粒子源と、
   電界および磁界の少なくともいずれかを励起して前記荷電粒子線を前記試料に集束させる対物レンズと、
   前記荷電粒子線を前記試料上で走査させる偏向器と、
   前記荷電粒子線の照射により前記試料から発生する二次荷電粒子、反射荷電粒子および後方散乱荷電粒子の少なくともいずれかを検出し、検出信号を出力する検出手段と、
   前記微細構造の輪郭点をそれぞれが内部に含む複数の焦点調整領域を前記試料の表面領域に配置する焦点調整領域配置手段と、
   前記対物レンズにより前記電界および前記磁界の少なくともいずれかを励起するための条件である励起条件をステップ状に変化させながら、各励起条件に対応づけて前記焦点調整領域が順次に走査されるように前記偏向器を制御する偏向制御手段と、
   前記励起条件と前記焦点調整領域のそれぞれについて前記検出手段により出力された前記検出信号に基づいて各励起条件における集束状態を表す指標を算出し、得られた指標から最適の焦点位置を与える最適の励起条件を算出する焦点演算手段と、
   前記最適の励起条件で前記対物レンズを駆動する対物レンズ制御手段と、
   を備える荷電粒子線装置。
2. 荷電粒子線を生成して電界および磁界の少なくともいずれかにより集束させ、表面に微細構造が形成された試料を走査し、前記試料から発生する二次荷電粒子、反射荷電粒子および後方散乱荷電粒子の少なくともいずれかを検出して検出信号を出力する荷電粒子線装置に使用される前記荷電粒子線の焦点調整方法であって、
   前記微細構造の輪郭点をそれぞれが内部に含む複数の焦点調整領域を前記試料の表面領域に配置する手順と、
   前記電界および前記磁界の少なくともいずれかを励起するための条件である励起条件をステップ状に変化させながら、各励起条件に対応づけて前記焦点調整領域を前記荷電粒子線で順次に走査する手順と、
   前記励起条件と前記焦点調整領域のそれぞれについて前記検出信号を取得する手順と、
   前記検出信号に基づいて各励起条件における前記荷電粒子線の集束状態を表す指標を算出し、得られた指標から最適の焦点位置を与える最適の励起条件を算出する手順と、
   前記最適の励起条件で前記荷電粒子線を前記試料上で集束させる手順と、
   を備える荷電粒子線の焦点調整方法。
3. 請求項２に記載の荷電粒子線の焦点調整方法を用いて前記微細構造の寸法を測定する微細構造の測定方法。
4. 請求項２に記載の荷電粒子線の焦点調整方法を用いて前記微細構造を検査する微細構造の検査方法。
5. 半導体装置の製造工程に、請求項２に記載の荷電粒子線の焦点調整方法を用いた半導体装置の製造方法。

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