JP2012014890A - 電子ビームの照射方法及び走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パターンから放出される電子を適正にパターン外に導くための電界を形成する電子ビーム走査方法、及び走査電子顕微鏡の提供を目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、帯電を形成するための電子ビームを、試料に照射する際に、試料上に形成されたパターンのパターン中心を対称点とする第１の位置と第２の位置に、第１の電子ビームを照射した後、対称点を中心とした第１と第２の位置と同一の半径上であって、第１と第２の照射位置との間の２つの中心位置に更に第１の電子ビームを照射し、更にその後、半径上の既走査位置間の中心位置への第１の電子ビームの照射を繰り返す。
【選択図】 図３

Description

本発明は、走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に係り、特にパターンの測定や検査を行う前に、試料表面を帯電させる予備走査法、及び当該予備走査を行う装置に関する。

近年、半導体素子の高集積化及び微細化に伴い、試料（例えば半導体ウェハ）上に多種多様なパターンが形成され、その形状や寸法の評価，測定が益々重要となっている。特に、多層化された半導体ウェハの層間の導通を得るためのコンタクトホールやパターン間に形成される深溝等は、微細化に伴いホール径や溝幅が極めて小さくなり、アスペクト比（ホール等の深さ／ホール等の径（幅））が増加する傾向にある。

このようなコンタクトホール等の底部の検査や測定を行うためには、一次電子線（以下、電子ビームと称することもある）によって励起された二次電子を検出する必要があるが、アスペクト比が大きくなる程、二次電子がホールの側壁に衝突してホール内で消滅する可能性が高くなり、その結果ホール底の検査や測定が困難になる。特許文献１には、ホール底から放出される電子をホール外に導くための電界を形成するために、試料表面に正帯電を付着する手法（以下、プリドーズ、或いは予備照射と称することもある）が提案されている。具体的には、ホール等のパターンを含む試料領域に、試料を帯電させるビームを照射する手法が説明されている。特に特許文献１には、適正な表面電界を形成するために、プリドーズを複数回に分けて行う手法が説明されている。

また、ビームの走査範囲で帯電の偏りが生じることの無いよう、プリドーズの際にビームを飛び越し走査する手法が、特許文献２に説明されている。飛び越し走査によって、ビームの走査範囲において、帯電の局所的な偏りを緩和することができ、二次電子をより効率良くホールからホール外に導くことができる。

特開２００９−９９５４０号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２００９／００８４９５４） 特開２００７−５９３７０号公報（対応米国特許USP7,187,345）

特許文献１に説明されているようなプリドーズ法によれば、多くの二次電子をホール外に導くことができ、ホール底から放出される電子の検出効率を飛躍的に向上することができるが、プリドーズのための走査範囲内で帯電の偏りが発生した場合、二次電子の軌道が影響を受け、ホール外に適正に導かれない二次電子が発生することが考えられる。また、特許文献２に説明されているような飛び越し走査によるプリドーズ法によれば、プリドーズ領域の帯電の偏りをある程度、抑制できるものの、例えばホールパターンの中心と、プリドーズ領域の中心との間に変位がある場合、ホール中心をＺ方向（電子ビームの通過方向）に延伸する軸を基準とすると、帯電が軸対称ではなく、その偏った帯電のために二次電子の軌道が影響を受ける可能性がある。

以下に測定、或いは検査対象となるパターンから放出される電子を適正にパターン外に導くための電界を形成することを目的とする電子ビーム走査方法、及び走査電子顕微鏡について説明する。

上記目的を達成するための一態様として、試料に第１の電子ビームを照射して、試料を帯電させ、帯電した試料への第２の電子ビームの走査によって得られる電子に基づいて、試料の測定或いは検査を行う際に、試料上に形成されたパターンのパターン中心を対称点とする第１の位置と第２の位置に、第１の電子ビームを照射した後、対称点を中心とした第１と第２の位置と同一の半径上であって、第１と第２の照射位置との間の２つの中心位置に更に第１の電子ビームを照射し、更にその後、半径上の既走査位置間の中心位置への第１の電子ビームの照射を繰り返す電子ビーム照射方法、及び走査電子顕微鏡を提案する。

上記構成によれば、パターンの中心に対する帯電の偏りを抑制することが可能となるため、深孔や深溝等の底部から放出される電子の検出効率を飛躍的に向上することが可能となる。

プリドーズのために、パターン中心を対称点として、複数の位置に電子ビーム照射を行う場合の照射順序の一例を説明する図。 プリドーズのために、パターン中心を対称点として、複数の位置に電子ビーム照射を行う場合の照射順序の他の例を説明する図。 プリドーズのための電子ビームの照射順序と、走査方向の一例を説明する図。 プリドーズのための電子ビームの照射順序と、走査方向の他の例を説明する図。 プリドーズのための電子ビームの照射順序と、走査方向の更に他の例を説明する図。 プリドーズのための電子ビームの照射順序と、走査方向の更に他の例を説明する図。 走査電子顕微鏡の概略説明図。 複数のＳＥＭを含む測定、或いは検査システムの一例を説明する図。 プリドーズのための電子ビームの走査位置の例を説明する図。 設計データ上での測定対象パターンの指定に基づいて、プリドーズ条件を決定する工程を説明するフローチャート。 プリドーズ条件を決定する制御プロセッサの一例を説明する図。

以下に説明する実施例では、アスペクト比の大きな深孔等の測定や検査を高精度に実施するために、特に測定，検査対象となるパターンを中心として、プリドーズのための予備照射領域が軸対称であり、且つ軸対称に設定された予備照射領域内で帯電の偏りを抑制し得る走査方法、及び装置を説明する。特に、深さ／底径が大きな場合は、側壁帯電分布の偏りにより、照射電子と深孔の孔底から出てくる２次電子が側壁に衝突し、孔底からの２次電子が観測できない場合がある。これにより、孔底からの信号が弱くなり、すなわち、画像が見えなくなる。さらに、走査により、生成された試料の電荷分布は時間とともに、変動する可能性もある。

そこで、本実施例では、荷電粒子ビームを、ホールを一つ以上含む基板表面に向ける荷電粒子光学カラムと、前記基板上面および底面を含む表面から生じる二次荷電粒子，後方散乱荷電粒子、および透過荷電粒子のうち、少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、荷電粒子ビームを表面上に、複数回、走査させる走査偏向器を備えた走査電子顕微鏡等の装置にて、ある一つの走査ａ位置に着目したとき、この走査位置ａ（第１の走査位置）に対して、前記ホールの中心を対称点（対称中心）とした走査位置ｂ（第２の走査位置）を次の走査位置とすると共に、当該走査位置ａ，ｂと同一半径上であって、当該走査位置ａと走査位置ｂの中心を第３の走査位置とし、当該第３の走査位置に対し、上記対称点を中心とした対称位置に第４の走査位置を設定する荷電粒子線装置を主に説明する。更にこのような同一半径上の既走査位置間の中心への走査を繰り返すことによって、プリドーズを実施する装置について併せて説明する。

また、走査位置ａから走査位置ｂへ、若しくは走査位置ｂから走査位置ａへの走査を連続的（即ち、両走査位置の走査の間に、他の走査位置への走査を介在させない）に行うことによって、帯電緩和時間の影響が少ない高い軸対称性を確保することが可能となる。なお、第３の走査位置（走査位置ｃ）と第４の走査位置（走査位置ｄ）は、既に走査済みの走査位置（例えば走査位置ａ，走査位置ｂ）の中心とホール中心を結んだ２つの直線に対する相対角度が最も大きい直線上に、走査位置ｃと走査位置ｄとを、上記対称点を中心とした点対称位置に設定することができる。

さらに、上記各走査位置に対する走査では、走査方向（走査線の開始点から終了点までの方向）を、ホール中心からホール外側に向かって、或いはホール外側からホール中心に向かって、設定するようにしても良い。また、複数フレームの信号を積算する場合には、１フレーム或いは所定のフレーム数単位で、走査方向を９０度、若しくは１８０度回転させながら、複数フレームの走査を行うようにしても良い。さらに、上記走査を行うに当たり、ホール孔底と側壁を走査対象から除外することが望ましい。

また、観測する試料であるチップの設計データから、予めホール位置を特定すると良い。また、走査前に、ホール位置を事前測定に基づいて、特定しておくことが望ましい。

以下に、適正なプリドーズ条件の設定を可能とする方法，装置，システム、及びコンピュータプログラム（或いは当該コンピュータプログラムを記憶する記憶媒体、或いは当該プログラムを伝達する伝達媒体）について、図面を用いて説明する。より具体的には、測定装置の一種である測長用走査電子顕微鏡（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）を含む装置，システム、及びこれらで実現されるコンピュータプログラムについて説明する。

図８は、データ管理装置８０１を中心として、複数のＳＥＭが接続されたシステムを例示している。特に本実施例の場合、ＳＥＭ８０２は主に半導体露光プロセスに用いられるフォトマスクやレチクルのパターンの測定や検査を行うためのものであり、ＳＥＭ８０３は主に、上記フォトマスク等を用いた露光によって半導体ウェハ上に転写されたパターンを測定，検査するためのものである。ＳＥＭ８０２とＳＥＭ８０３は、電子顕微鏡としての基本構造に大きな違いはないものの、それぞれ半導体ウェハとフォトマスクの大きさの違いや、帯電に対する耐性の違いに対応した構成となっている。

各ＳＥＭ８０２，ＳＥＭ８０３にはそれぞれの制御装置８０４，８０５が接続され、ＳＥＭに必要な制御が行われる。各ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。

電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）或いは後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。フレームメモリには複数フレームの積算画像信号が記憶される。また、走査偏向器による走査は任意の大きさ，位置、及び方向について可能であり、後述する画像を形成するための走査やエッジ部分への選択的走査を可能にしている。

以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置８０４，８０５にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線８０６，８０７を介してデータ管理装置８０１に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、ＳＥＭによって得られた信号に基づいて測定を行うデータ管理装置を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、データ管理装置にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。またビームの照射条件等を、外部の記憶媒体に記憶しておき、制御装置を当該記憶媒体にアクセス可能に構成することも可能である。

また、上記データ管理装置或いは制御装置等のコンピュータには、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従って測定、或いは演算が行われる。当該プログラムは、コンピュータにて読み取り可能な記録媒体に記憶されている。更にデザインデータ管理装置には、半導体製造工程に用いられるフォトマスク（以下単にマスクと称することもある）やウェハの設計データが記憶されている。この設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、データ管理装置とは別に設けられた記憶媒体にデザインデータを記憶させておいても良い。

また、データ管理装置８０１には、シミュレータ８０８が接続されている。シミュレータ８０８には、外部の記憶媒体、或いはデータ管理装置９０１に記憶された設計データと、半導体製造プロセス条件等に基づいて、パターンレイアウトを作成するプログラムと、それを実行する演算装置が内蔵されており、当該シミュレーション後のレイアウトデータを、データ管理装置に伝送可能に構成されている。なお、本実施例では、シミュレーションをシミュレータ９０８内にて行う例について説明するが、これに限られることはなく、例えばデータ管理装置８０８内にて、上記プログラムを実行することにより、シミュレーションを行うようにしても良い。

また、データ管理装置８０１は、ＳＥＭの動作を制御するプログラム（レシピ）を、半導体の設計データに基づいて作成する機能が備えられており、レシピ設定部としても機能する。具体的には、設計データ，パターンの輪郭線データ、或いはシミュレーションが施された設計データ上で所望の測定点，オートフォーカス，オートスティグマ，アドレッシング点等のＳＥＭにとって必要な処理を行うための位置等を設定し、当該設定に基づいて、ＳＥＭの試料ステージや偏向器等を自動制御するためのプログラムを作成する。すなわち、データ管理装置８０１や制御装置８０５は測定条件設定装置として機能する。

図７は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源３０１から放出された電子は、加速電極３０２によって加速され、当該加速された電子ビーム３１４は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ３０３によって、絞られた後に、走査偏向器３０５により、試料３０７上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム３１４は試料台３０８に内蔵された電極に印加された負電圧電源３０９により減速されると共に、対物レンズ３０６のレンズ作用によって集束されて試料３０７上に照射される。試料３０７は、真空雰囲気が維持された試料室内に配置される。

電子ビーム３１４が試料３０７に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子３１５が放出される。放出された電子３１５は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、検出器３０４によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器３０４の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器３０５への偏向信号と、検出器３０４の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図７に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。この偏向器は異なる位置に存在する同一形状のパターンの画像等を形成するために用いられる。この偏向器はイメージシフト偏向器とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野（Field Of View：ＦＯＶ）位置の移動を可能とする。また、イメージシフト偏向器と走査偏向器を共通の偏向器とし、イメージシフト用の信号と走査用の信号を重畳して、偏向器に供給するようにしても良い。

なお、図７に例示する走査電子顕微鏡は、走査電子顕微鏡の各構成の装置仕様を記憶する装置仕様データ３１２、装置条件を記憶する走査条件データ３１２を記憶する記憶媒体が設けられている。このような記憶媒体は、図８に例示する走査電子顕微鏡の制御装置８０４，８０５に内蔵するようにしても良いし、走査電子顕微鏡からアクセス可能な他の記憶媒体に記憶するようにしても良い。また、図７に例示する試料表面電位推定装置３１０は、試料に印加する負電圧（リターディング電圧）を制御する。

制御装置８０４，８０５は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。また、制御装置８０４，８０５は、後述する試料上の部分的な電子ビーム照射を実現するために、走査偏向器３０５に信号を供給し、任意の位置への電子ビーム照射を可能とするよう走査偏向器３０５を制御する。

制御装置８０４，８０５には、パターンの測定、或いは検査用画像を形成するための領域を帯電させる第１の電子ビームの条件と、画像形成用の第２の電子ビームのビーム条件が書き込まれたレシピを記憶する記憶媒体が内蔵されている。走査電子顕微鏡は、当該記憶媒体に記憶された条件に従って、電子ビームの試料への到達エネルギー，ビーム電流、及び／又は倍率を制御する。これらのビーム条件は、いずれも試料帯電を制御するためのものであり、予め試料帯電と各ビーム条件（到達エネルギー，ビーム電流，倍率、或いはこれら条件の２以上の組み合わせ等）を記憶媒体に記憶させておき、プリドーズ条件の指定に基づいて、これら条件を読み出して設定するようにしても良い。

次に、測定、或いは検査の対象となるパターンに対し、軸対称（パターン中心を中心とした）であり、且つ帯電の偏りを抑制し得る走査法について、図１，図２を用いて説明する。

図１ではまずホール１０１の周辺のプリドーズ領域１０２を正帯電化するために、高エネルギーの１次電子を、ホール中心１０４に対して軸対称に照査する。その、走査１０３の順番は１→２→３→４→５→６→７→８→９→１０→１１→１２→１３→１４→１５→１６の様に走査する。さらにこのとき走査１，３，５，７，９，１１，１３，１５に対して、ホール中心に対して、軸対称の走査２，４，６，８，１０，１２，１４，１６があるため、プリドーズ領域の帯電分布が軸対称となる。さらに、１→２，３→４，５→６，７→８，９→１０，１１→１２，１３→１４，１５→１６が時間的に連続に走査しているため、帯電分布の時間変化も軸対称となり、プリドーズ領域の帯電分布がより、軸対称となる。ラスター走査によるプリドーズでは、プリドーズ領域上部から下部に向かって走査線を順次移動させているため、プリドーズ領域の中で帯電緩和時間に差異が生じ、プリドーズ領域面内で帯電の偏りが発生する可能性があるが、上記走査法によれば、そのような偏りを抑制することが可能となる。

さらに、本走査法にて、ホールとホール側壁を電子走査していないので、側壁表面での帯電量が減少し、１次電子及び孔底からの２次電子が、側壁にキャッチされなくなる。換言すれば、孔底に帯電用のビームが照射されない分、孔底と試料表面との電位差を高めることができるため、二次電子の引き上げ効果が増大する。さらに、互いに、ホール中心に対して軸対称の走査位置ｃと走査位置ｄを新たに実施する場合は、既に走査済みの走査線の中心とホール中心を結んだ複数の線にて、隣り合う二つの線の間の角度が最も大きい二つの線の中心線を、走査位置ｃとｄの軸対称線に対応させる。

なお、本実施例ではホールのホール中心を対称点（対称中心）とした走査位置（例えば走査位置１に対して走査位置２、走査位置３に対して走査位置４）を次の走査位置とすると共に、既走査位置と同一半径上であって、当該既走査位置の中心（例えば走査位置１，２に対する走査位置３，４）に次の走査位置を設定している。またこの既走査位置間の中心への走査を繰り返すことで、所定数の走査を完了する。本実施例では、（ｃ，ｄ）＝（３，４），（５，６），（７，８），（９，１０），（１１，１２），（１３，１４），（１５，１６）が対応している。これにより、平面での帯電分布が均一となり、プリドーズ領域の帯電分布がより、軸対称となる。

このように、プリドーズを実施した後にラスタ走査１０５で、ホールを観測する。また図２では、プリドーズ領域１０２を２個のドーナツ領域１０５，１０６に分けた。一つのドーナツ領域内の走査後に、他のドーナツ領域を走査する。これにより、プリドーズ周方向の帯電分布均一性が向上し、プリドーズ領域の帯電分布がより、軸対称となる。このように、プリドーズを実施した後に、既走査線間の中心位置への走査を繰り返す走査法による走査（走査線１０７）を行うことによって、画像取得、或いは検査，測定を実行する。

以上により、側壁の帯電分布を軸対称とできるので、孔底からの２次電子が側壁に捕捉されにくくなり、孔底から放出される２次電子の信号強度が増大する。

図９は、同一半径上に複数のプリドーズ領域を設定する種々の態様を説明する図である。なお、本例では各プリドーズ領域９０１を矩形走査する例を説明するが、これに限られることはなく、例えば太いビーム径のビームを各プリドーズ領域に、上述した順番にて照射していくことで、本実施例にて説明したプリドーズを実行するようにしても良い。また、特に問題がなければ、走査形状は任意の形状とすることもできる。

図９（ａ）は、プリドーズ領域を、ホール中心を中心とした同一半径９０２上に位置付けた例を説明する図である。図９（ｂ）は同一半径領域９０３を設定し、当該領域内に複数のプリドーズ領域９０１が位置づけられるように設定した例を説明する図である。一般的にホールパターンは円形であることが多いため、ホールと同じ円形であって、当該ホールを包囲するように、プリドーズ領域９０１を配置することが望ましいが、近隣に相対的に帯電が付着し易い領域や、電子ビーム照射に対し脆弱なパターンが存在し、当該部分に電子ビームを照射したくない場合等に対応すべく、プリドーズ領域の配置の自由度を確保することのできる本手法は有効である。図９（ｂ）の例の場合、隣接するプリドーズ領域のホール中心からの距離が異なっているが、ホール中心からの距離が近いプリドーズ領域と遠いプリドーズ領域を交互に配置すると共に、ホール中心に対し、対向するプリドーズ領域のホール中心からの距離を一定としているため、ホールを中心とした電位のバランスは保たれている。

図３は、プリドーズ走査に関する第２の実施例を説明する図である。図３では、プリドーズ走査の順番は１→２→３→４→５→６→７→８で、実施例１と同様に、側壁帯電が軸対称となる。さらに、観測のための走査の順番，方向も、プリドーズ走査と一致している。これにより、プリドーズ走査だけではなく、観測時の走査も軸対称とすることになり、側壁の帯電分布を、さらに軸対称にできるので、孔底からの２次電子が側壁に補捉されにくくなり、孔底からの２次電子信号強度が増大する。

図４は、プリドーズ走査に関する第３の実施例を説明する図である。図４では、プリドーズ走査の順番は１→２→３→４→５→６→７→８で、実施例１と同様に、側壁帯電が軸対称となる。さらに、観測のための走査の順番，方向も、プリドーズ走査と一致している。さらに、走査方向１０８がホール中心を向いているので、走査自体が軸対称となる。これにより、走査自体が軸対称となっているので、プリドーズ走査と、観測時の走査側壁の帯電分布を、さらに軸対称とできるので、孔底からの２次電子が側壁に補捉されにくくなるため、孔底からの２次電子信号強度が増大する。

図５は、プリドーズ走査に関する第４の実施例を説明する図である。図５では、最初のフレーム２０１で図１と同じプリドーズ領域での走査を実施し、次のフレーム２０２では、走査方向を９０度、右に回転させる。さらに、次のフレーム２０３では、更に９０度、走査方向を右に回転させる。さらに次のフレーム２０４でも、９０度右に回転させる。さらに次のフレームにて、９０度右に回転させると、元に戻る。これを、全フレームが終わるまで繰り返す。フレーム数は４の倍数がこのましい。この様に、１フレーム毎に走査方向を９０度回転させることで、本実施例の様に、走査自体の軸対称性をさらに向上できる。

さらに、走査順番も９０度回転させることで、プリドーズ領域での、帯電分布の軸対称性をさらに向上できる。以上より、側壁の帯電分布を軸対称とできるので、孔底からの２次電子が側壁に補捉されにくくなるため、孔底からの２次電子信号強度が増大する。

図６は、プリドーズ走査に関する第５の実施例を説明する図である。図６では、最初のフレーム２０５で図４と同じプリドーズ領域での走査を実施し、次のフレーム２０６では、走査を１８０度、回転させる。さらに次のフレームで、１８０度回転させる。これにより、もとの走査にもどる。これを、全フレームが終わるまで繰り返す。フレーム数は２の倍数がこのましい。この様に、１フレーム毎に走査方向を１８０度回転させることで、本実施例の様に、走査自体の軸対称性を向上できる。

さらに、走査順番も１８０度回転させることで、プリドーズ領域での、帯電分布の軸対称性を向上できる。以上により、側壁の帯電分布を軸対称とできるので、孔底からの２次電子が側壁に補捉されにくくなるため、孔底からの２次電子信号強度が増大する。

また、本実施例では、観察用のビームもプリドーズと同じ要領で、走査方向の回転と走査順序の変更を行う（フレーム２０７，２０８）。このような走査を観察の際にも行うことによって、帯電分布の軸対称性を維持しつつ、観察を実行することが可能となる。

次に、プリドーズ走査に関する第６の実施例を説明する。図７に例示するように、上述した走査電子顕微鏡は、対物レンズ３０６と試料３０７の距離などの装置仕様データ３１２、及び加速電圧，倍率などユーザが設定する条件からなる走査条件データ３１２を記憶する記憶媒体が備えられ、また、測定試料の誘電率や導電率といった物性値や、パターンのレイアウトデータが記録された設計データ３１１を記憶する記憶媒体が備えられている。設計データは外部の記憶媒体に記憶しておき、必要に応じてアクセスするようにしても良い。

本実施例装置では、これらの情報を試料表面電位推定装置３１０に入力し、その推定値に基づいて、負電圧電源３０９を調整する構成となっている。試料表面電位推定装置３１０では、主に荷電粒子の軌道計算と帯電後の電位計算を実施する。荷電粒子は電磁界中ではローレンツ力を受ける。そのため、設計データ３１１，装置仕様データ３１２，走査条件データ３１３から荷電粒子の初速、測定空間の電界と磁界の大きさを求めることで、例えば一次電子であれば、電子源３０１から試料３０７に至るまでの軌道および試料３０７に衝突した位置や速度を計算することができる。

また、試料３０７に衝突した一次電子は、試料内で散乱するとともに二次電子３１５などを放出する。ここで、観測する試料であるチップの設計データ３１１から、予めウェハ内のホール位置を特定し、走査法を決定することができる。

さらに、走査前に、ホール位置を別の測定にて、予めホール位置を特定することで、ホールが、設計通り、形成されていない場合でも、軸対称の走査を実施可能である。このように、ホール中心位置が実際とずれないことから、側壁の帯電分布を軸対称とできるので、孔底からの２次電子が側壁に補捉されにくくなるため、孔底からの２次電子信号強度が増大する。

図１０は、半導体デバイスの設計データに基づいて、測定条件を決定する工程を説明するフローチャートである。まず、設計データ上で測定対象パターンを選択する（ステップ１００１）。設計データは外部の記憶媒体、或いは走査電子顕微鏡装置に設けられた記憶媒体に予め記憶されている。次に、測定対象として選択されたパターンについて、プロセスパラメータ等を用いたシミュレーションを実行する（ステップ１００２）。シミュレーションは外部のシミュレータ８０８を用いても良いし、走査電子顕微鏡装置内に設けられた演算装置にて実行するようにしても良い。シミュレーションの手法自体は既存のものを用いることができる。半導体デバイス上に形成されるパターンは、製造条件等によって設計データ（レイアウトデータ）とは異なる形状にて形成されることがある。一方、プリドーズ領域の中心と、パターン中心が偏心してしまっては、二次電子軌道を偏向してしまう可能性がある。

よって、本実施例では、シミュレーションによって実パターン形状を予測し、当該予測形状に基づいてパターン中心を特定する。中心位置特定（ステップ１００３）については、シミュレーションによって得られた形状と、予め登録された辞書パターン形状との間でフィッティングを行い、当該辞書パターンが持つ中心位置情報に基づいて、パターン中心を特定したり、パターンの曲率に基づいて、その中心を求める等の既存の手法を用いることができる。次に、ステップ１００３にて特定されたパターン中心を中心とすると共に、パターン領域を除外したプリドーズ領域を設定する（ステップ１００４）。ホールパターンの場合、ホール中心から同一半径上にプリドーズ領域を設定することが望ましい。次に、決定されたプリドーズ領域に沿って、複数の走査位置を設定する（ステップ１００５）。この設定は、オペレータがＧＵＩ画面上で任意の位置（但し複数の走査位置が軸対称に配置されるように）に配置するようにしても良いし、予め登録されたパターンを用いるようにしても良い。なお、プリドーズ領域のパターンと複数の走査位置の配置パターンが予め関連付けて記憶されている場合には、当該ステップは不要となる。

以上のようにして決定されたプリドーズ条件を所定の記憶媒体に記憶することで、プリドーズ条件決定プロセスを終了する（ステップ１００６）。当該プリドーズ条件は、走査電子顕微鏡の測定レシピとして記憶される。

以上のようにして設定されたレシピに基づいて、プリドーズ（ステップ１００７）を行い、試料表面に帯電を付着させた後に、画像形成、或いはプロファイル形成のためのビーム走査を行う（ステップ１００８）。以上のように適正なプリドーズに基づいて、測定や検査を実施（ステップ１００９）することによって、ホール底から放出される電子の検出効率を向上することが可能となる。

図１１は、制御装置８０４，８０５、或いはデータ管理装置８０１に内蔵されているプリドーズ条件決定用制御プロセッサの概要を説明する図である。制御プロセッサは、演算部１１０１と記憶部１１０２を含み、演算部１１０１内には、シミュレータ８０８、或いは設計データから得られるパターンデータの中心位置を特定するパターン中心位置決定部１１０３が含まれている。また、記憶部１１０２内にはプリドーズ領域情報記憶部１１０６が設けられており、得られたパターンデータとプリドーズ領域との距離、プリドーズ領域の大きさ，形状等の情報が記憶されている。上述したように、ホール底や側壁をプリドーズ対象から除外するように走査することが望まれるため、設計データやシミュレーションに基づいて形成されるパターンの輪郭線外にプリドーズ領域を設定するよう、プリドーズ領域情報を設定しておくことが望ましい。

プリドーズ領域決定部１１０４は、プリドーズ領域情報記憶部１１０６に記憶された領域情報に基づいて、パターン中心を中心としたプリドーズ領域を決定する。また、走査パターン記憶部１１０７には、プリドーズ領域情報記憶部１１０６に記憶されたプリドーズ領域情報に応じた複数の走査位置情報，走査パターンの情報が記憶され、走査条件決定部１１０５では、当該記憶情報に基づいて、走査位置と走査パターンを決定する。光学条件記憶部１１０８にはプリドーズ時のビーム電流，倍率（走査範囲の大きさ），ビームの試料への到達エネルギー，ビームの集束条件等の光学条件が記憶されている。走査条件決定部１１０５は光学条件記憶部１１０８に記憶された情報に基づいてビーム条件を決定し、走査電子顕微鏡の装置条件として出力する。

以上のような構成によれば、パターンの形成状態に応じて適正なビーム条件を決定することが可能となる。

３０１ 電子源
３０２ 加速電極
３０３ コンデンサレンズ
３０４ 検出器
３０５ 走査偏向器
３０６ 対物レンズ
３０７ 試料
３０８ 試料台
３０９ 負電圧電源

Claims (10)

1. 試料に第１の電子ビームを照射して、試料を帯電させ、当該帯電した試料への第２の電子ビームの走査によって得られる電子に基づいて、前記試料の測定或いは検査を行う電子ビーム照射方法において、
   前記試料上に形成されたパターンのパターン中心を対称点とする第１の位置と第２の位置に、前記第１の電子ビームを照射した後、前記対称点を中心とした前記第１と第２の位置と同一の半径上であって、前記第１と第２の照射位置との間の２つの中心位置に更に前記第１の電子ビームを照射し、更にその後、前記半径上の既走査位置間の中心位置への前記第１の電子ビームの照射を繰り返すことを特徴とする電子ビーム照射方法。
2. 請求項１において、
   前記パターンの内側領域を除外して前記第１のビームを照射することを特徴とする電子ビーム照射方法。
3. 請求項１において、
   前記パターン中心を対称点とした２つの位置に対する前記電子ビームの照射は、当該２つの電子ビームの照射間に、他の位置への電子ビーム照射を行うことなく、連続的に実施することを特徴とする電子ビーム照射方法。
4. 請求項１において、
   前記第１の電子ビームの照射は、複数フレームに亘って行うと共に、１フレーム毎に、走査方向を９０度、若しくは１８０度回転することを特徴とする電子ビーム照射方法。
5. 請求項１において、
   前記第１の電子ビームを、前記パターンの外側からパターン中心に向かって、或いは前記パターン中心から前記パターンの外側に向かって、走査することを特徴とする電子ビーム照射方法。
6. 電子源と、
   当該電子源から放出された電子ビームを集束するレンズと、
   電子ビームの照射位置を偏向する偏向器と、を備えた走査電子顕微鏡において、
   前記偏向器を制御する制御装置を備え、当該制御装置は、試料に第１の電子ビームを照射して、試料を帯電させ、当該帯電した試料への第２の電子ビームの走査を行うよう、前記偏向器を制御し、当該制御装置は、前記試料上に形成されたパターンのパターン中心を対称点とする第１の位置と第２の位置に、前記第１の電子ビームを照射した後、前記対称点を中心とした前記第１と第２の位置と同一の半径上であって、前記第１と第２の照射位置との間の２つの中心位置に更に前記第１の電子ビームを照射し、更にその後、前記半径上の既走査位置間の中心位置への前記第１の電子ビームの照射を繰り返すよう前記偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
7. 請求項６において、
   前記制御装置は、前記パターンの内側領域を除外して前記第１のビームを照射するように前記偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
8. 請求項６において、
   前記制御装置は、前記パターン中心を対称点とした２つの位置に対する前記電子ビームの照射を、当該２つの電子ビームの照射間に、他の位置への電子ビーム照射を行うことなく、連続的に実施するように前記偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
9. 請求項６において、
   前記制御装置は、第１の電子ビームの照射を、複数フレームに亘って行うと共に、１フレーム毎に、走査方向を９０度、若しくは１８０度回転するよう前記偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
10. 請求項６において、
    前記制御装置は、前記第１の電子ビームを、前記パターンの外側からパターン中心に向かって、或いは前記パターン中心から前記パターンの外側に向かって、走査するように前記偏向器を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。

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