JP2017191758A - 電子顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子顕微鏡において、撮像対象段差パターンの溝部の材料と段差パターンの突起部の材料の組合せに係らずにパターンの段差を正しく判定できるようにする。【解決手段】電子顕微鏡を、１次電子線を照射する線源と、測定対象へ１次電子線を照射することによって測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、検出部で検出した信号を処理する処理部とを備えて構成し、検出部は、測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と２次電子の測定対象からの放出方向とのなす角が所定値以下の２次電子を検出する第１検出部と、測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と２次電子の測定対象からの放出方向とのなす角が所定値より大きい２次電子を検出する第２検出部とを備え、処理部は、第１検出部と第２検出部が出力する信号の比を求めてこの求めた比に関する情報を用いて測定対象に形成されたパターンの段差の情報を取得するようにした。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子顕微鏡装置に関する。

本技術分野の背景技術として、国際公開ＷＯ２０１５／１５９７９２号公報（特許文献１）がある。この公報には、「荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器と、当該検出器の出力に基づいて形成される画像の処理を行う画像処理装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記画像処理装置は、前記２以上の検出器によって得られた荷電粒子に基づいて得られる画像のエッジ領域にマスク処理を施し、前記２以上の画像の差分演算を行うことを特徴とする荷電粒子線装置を提案する。更にマスク処理が施された画像を用いてマッチング処理等を実行する荷電粒子線装置を提案する」と記載されている。

国際公開ＷＯ２０１５／１５９７９２号公報

前記特許文献１には、荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器によって得られた２以上の画像の差分演算により撮像対象のパターンの画像のエッジ領域を判定し、パターンの位置合わせを行う荷電粒子線装置が記載されている。しかし、特許文献１の処理方法では、撮像対象段差パターンの溝部の材料と段差パターンの突起部の材料の組合せによってはパターンの段差を正しく判定できず，パターンの位置合わせに失敗する場合がある。

本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、撮像対象段差パターンの溝部の材料と段差パターンの突起部の材料の組合せに係らずにパターンの段差を正しく判定できる電子顕微鏡を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明では、電子顕微鏡において、荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器によって得られた２以上の画像の比の演算により撮像対象の段差を判定するようにした。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明では、電子顕微鏡を、１次電子線を照射する線源と、測定対象へ１次電子線を照射することによって測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、検出部で検出した信号を処理する処理部とを備えて構成し、検出部は、測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と２次電子の測定対象からの放出方向とのなす角が所定値以下の２次電子を検出する第１検出部と、測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と２次電子の測定対象からの放出方向とのなす角が所定値より大きい２次電子を検出する第２検出部とを備え、処理部は、第１検出部と第２検出部が出力する信号の比を求めてこの求めた比に関する情報を用いて測定対象に形成されたパターンの段差の情報を取得するようにした。

また、上記課題を解決するために、本発明では、電子顕微鏡を、１次電子線を照射する線源と、測定対象へ１次電子線を照射することによって測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、検出部で検出した信号を処理する処理部とを備えて構成し、検出部は、測定対象から発生する２次電子を検出する第1検出部と、線源に対して第１検出部よりも測定対象の側に配置された第２検出部とを備え、処理部は、第１検出部と第２検出部が出力する信号の比を求め、この求めた比に関する情報を用いて測定対象に形成されたパターンの段差に関する情報を取得するようにした。

本発明によれば、撮像対象段差パターンの溝部の材料と段差パターンの突起部の材料の組合せによらずパターンの段差を判定することができるようになった。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る走査電子顕微鏡の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１において検査対象とする段差パターンが形成された試料の断面図である。 本発明の実施例１において検査対象とする段差パターンが形成された試料に電子線を照射したときの二次電子の放出天頂角分布を示す放出頂点角度と放出二次電子数の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１においてパターンの段差の判定処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施例１において試料の断面形状、各検出器の信号波形、比および断面判定結果とパターン形状、材質の関係を示す表である。 本発明の実施例１においてパターンの段差の判定条件を示した表である。 本発明の実施例１におけるパターンの段差の判定結果を出力した画面の正面図である。 本発明の実施例１におけるパターンの段差の判定条件の別の例を示した試料の断面形状と信号の比波形図、及びパターン段差の判定結果を示す図である。 本発明の実施例２におけるテンプレートマッチング処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施例２におけるテンプレートマッチング処理におけるテンプレートと工程Ｙで得られる画像との関係をまとめた表である。 本発明の実施例２におけるテンプレートマッチング処理結果を出力する画面の正面図である。 本発明の実施例３における段差パターンの溝部の深さ評価処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施例３において検査対象とする段差パターンが形成された試料の断面図である。 本発明の実施例３において評価対象の段差パターンに電子線を照射したときの二次電子の放出天頂角と二次電子放出数との関係を示すグラフである。 本発明の実施例３において検出器１の信号に対する検出器２の信号の比と開口角の関係の例である。 本発明の実施例３において段差パターンの溝部の深さ評価における入出力画面である。 本発明の実施例３における検出器１の信号に対する検出器２の信号の比Rのウエハ面内分布の例を示すウエハの平面図である。 本発明の実施例３における検出器１の信号に対する検出器２の信号の比Rのプロセス経時変化の例を示すグラフである。 本発明の実施例３における開口角を求める指標値の別の例を示す図で、比Rの波形における極小値や、極小値と壁の距離、比R波形の凹み部の面積などを示すグラフである。 本発明の実施例４における走査電子顕微鏡１００−１の概略の構成を示すブロック図である。検出器が三段の走査電子顕微鏡の構成図の例である。 本発明の実施例４における走査電子顕微鏡１００−２の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４における走査電子顕微鏡１００−３の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４における走査電子顕微鏡１００−４の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４における走査電子顕微鏡１００−５の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例５における検出器が三段の走査電子顕微鏡の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例５における検出器が三段の走査電子顕微鏡を用いたパターンの段差の判定処理の流れを説明するフローチャートである。

本発明は、１次電子線を照射する線源と、測定対象へ１次電子線を照射することによって測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、検出部で検出した信号を処理する処理部とを備えた電子顕微鏡において、検出部は、測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と２次電子の測定対象からの放出方向とのなす角が所定値以下の２次電子を検出する第１検出部と、測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と２次電子の測定対象からの放出方向とのなす角が所定値より大きい２次電子を検出する第２検出部とを備え、処理部は、第１検出部と第２検出部が出力する信号の比を求めてこの求めた比に関する情報を用いて測定対象に形成されたパターンの段差の情報を取得するようにして、撮像対象段差パターンの溝部の材料と段差パターンの突起部の材料の組合せによらずパターンの段差を判定することができるようにしたものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。

ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

本実施例では、撮像対象のパターンの段差を判定する走査電子顕微鏡の例を説明する。
図１は、本実施例に係る走査電子顕微鏡１００の構成図の例である。
走査電子顕微鏡１００は、撮像部１０１、全体制御部１０２、信号処理部１０３、入出力部１０４および記憶部１０５を備えている。

撮像部１０１は、電子銃１０６、電子銃１０６から照射された電子線１０７を加速する加速電極１０８、電子線１０７を集束する集束レンズ１０９、電子線１０７の軌道を偏向させる偏向レンズ１１０、電子線１０７の集束する高さを制御する対物レンズ１１１、撮像対象の試料１１２を載置するステージ１１３、電子線１０７が照射された試料１１２から発生した二次電子１１４の軌道を制御する二次電子アライナ１１５、二次電子１１４の検出角度を弁別するための検出絞り１１６、検出絞り１１６を通過した二次電子１１４を検出するための反射板１１７、反射板１１７に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１１８を検出する検出器１：１１９、検出絞り１１６に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１２０を検出する検出器２：１２１、を備え、全体制御部１０２により制御されている。

検出器１：１１９および検出器２：１２１で検出された信号を、全体制御部１０２からの指示に従い、信号処理部１０３で画像データに変換する。

本実施例では、試料の表面から二次電子が放出される角度を天頂角（試料の表面を平面と見たときに、試料表面に対して垂直な方向からの角度：試料１１２に照射する電子線１０７の光軸方向に対する角度）のある範囲(弁別境界天頂角；ｑ_ｐ)で区切って検出する。この二次電子の天頂角弁別検出を行う目的の一つは、段差パターンの溝部からの信号の選択的な検出である。そのために、弁別境界天頂角ｑ_Dは、想定される評価対象の段差パターンの溝部の開口角と同程度の大きさとすることが望ましく、本実施例では３０度とする。

二次電子アライナ１１５の調整および検出絞り１１６の穴径の選択により、検出器１：１１９では弁別境界天頂角ｑ_Dより小さい角度の二次電子を検出し、検出器２は弁別境界天頂角ｑ_Dより大きい角度の二次電子を検出する。

図２Ａは、ライン状のパターンや溝、穴などの突起部と溝部とにより形成された段差のあるパターン(以下、段差パターンと記す)を有する試料の段差パターン部に電子線を照射した際に発生する二次電子の放出天頂角分布の模式図である。試料の段差パターンの溝部２０２は段差パターンの突起部２０１よりも二次電子放出率の高い材料で形成されている例で説明する。また、段差パターンの溝部の開口角ｑ_ｃ２０７は、弁別境界天頂角ｑ_D２１１より少し大きくなっている。

図２Ｂに示すように、段差パターンの突起部の中央の平坦部２０３に電子線を照射した場合に発生する二次電子の放出天頂角分布２０４は、４５度付近を中心に対称な形状となっている。これに対し、段差パターンの溝部の中央の平坦部２０５に電子線を照射した場合に発生する二次電子の放出天頂角分布２０６は、材料の違いにより電子数が全体に増幅し、さらに照射点からの開口角ｑ_ｃ２０７より大きな天頂角の二次電子が減少する。

これは、隣接する段差パターンの突起部の側壁により二次電子が遮蔽されることによる現象である。同様に、側壁部２０８に電子線を照射した場合に発生する二次電子２０９は、エッジ効果により電子数は全体に増幅するが、天頂角分布は段差パターンの溝部中央の平坦部に照射した場合と同様に、照射点からの開口角ｑ_b２１０より大きな天頂角の二次電子が減少する傾向を示す。

この現象を数式で表す。段差パターンの突起部の中央の平坦部２０３に電子線を照射した場合に検出器１：１１９で検出される二次電子数をS_1a、検出器２：１２１で検出される二次電子数をS_2a、側壁部２０８に電子線を照射した場合に検出器１：１１９で検出される二次電子数をS_1b、検出器２：１２１で検出される二次電子数をS_2b、側壁に遮蔽される二次電子数をS_{Shade_b}、段差パターンの溝部中央の平坦部２０５に電子線を照射した場合に検出器１：１１９で検出される二次電子数をS_1c、検出器２：１２１で検出される二次電子数をS_2c、側壁に遮蔽される二次電子数をS_{Shade_c}、とする。

検出器１：１１９で検出される二次電子数Ｓ_１ａは下記の式（数１）で表され、検出器２：１２１で検出される二次電子数Ｓ_２ａは下記の式（数２）で表される。さらに、これらの比は下記の式(数３)で表される。αはエッジ効果による二次電子放出率の違いを補正する係数であり、βは材料の違いによる二次電子放出率の違いを補正する係数である。材料が均質な場合にはβは１と考えればよい。

すなわち、検出器１：１１９の信号強度に対する検出器２：１２１の信号強度の比Rは、段差パターンの突起部と段差パターンの溝部の材料の違いによらず、段差パターンの突起部と比べて段差パターンの溝部の方が小さくなる特徴を有している。

図３は、図２Ｂに示した二次電子の放出天頂角分布の特性を利用した、パターンの段差の判定処理を説明するフローチャートの例である。

はじめに、検出器１：１１９および検出器２：１２１の画像を取得する（Ｓ３０１）。
つぎに、検出器１：１１９の画像信号強度に対する検出器２：１２１の画像信号強度の比Rを画素ごとに算出し、比R画像を生成する（Ｓ３０２）。

図４に、試料の断面形状４１１、検出器１：１１９の信号波形（画像信号）４１２、検出器２：１２１の信号波形（画像信号）４１３、および検出器１：１１９の信号波形（画像信号）４１２に対する検出器２：１２１の信号波形（画像信号）４１３の比R：４１４の波形及びパターン段差の判定結果４１５の模式図を示す。図２Ｂで説明した通り、材料が均質な場合（図４の４０１の列）でも、下層の材料の二次電子放出率が高く明るい場合(図４の４０２の列)でも、比R：４１４の欄の波形は、段差パターンの突起部４０１１，４０２１に比べて段差パターンの溝部４０１２，４０２２の方が小さくなる。

また、線幅が微細になると（図４の４０３）、段差パターンの突起部４０３１の左右エッジ部における信号極大領域が、検出器１の信号波形４１２及び検出器２信号波形４１３の何れも、干渉してひとつになるが、比R：４１４は信号極大領域の数によらず段差パターンの突起部４０３１に比べて段差パターンの溝部４０３２が小さくなる。

さらに、アスペクト比が低い場合(図４の４０４)には、比R：４１４は段差パターンの溝部４０４２の側で一旦減少し、段差パターンの壁４０４３から離れるに従い段差パターンの突起部４０４１の比Rに近づいていく。これは、壁４０４３から離れるほど遮蔽効果がなくなるためである。

次のステップとして、検出器１：１１９の信号波形４１２から信号の極大領域４０５を抽出する（Ｓ３０３）。

二次電子信号強度はエッジ効果により側壁部で増大することから、エッジ部を検出するために信号の極大領域を抽出する。具体的な抽出方法としては、適切な信号量を基準とし、検出器１：１１９の信号波形４１２において基準より大きな信号となる領域を極大領域４０５として決定する。

最後に、抽出した信号の極大領域４０５内の比R：４１４の増減傾向から、パターンの段差の判定条件に基づき、パターンの段差を判定する（Ｓ３０４）。

図５の表にパターンの段差の判定条件を示す。検出器１信号極大領域波形５１１が波形５２１の場合に、検出器１：１１９の信号波形（画像信号）に対する検出器２：１２１の信号波形（画像信号）の比R：５１２を表す曲線がパターン５０１のように右下がりであれば、パターン段差の判定結果は右が段差パターンの溝部５０２であると判定する。

また、検出器１信号極大領域波形５１１が波形５２２の場合に、検出器１：１１９の信号波形（画像信号）に対する検出器２：１２１の信号波形（画像信号）の比R：５１２を表す曲線がパターン５０３のように左下がりであれば、パターン段差の判定結果５１３は左が凹５０４であると判定する。

さらに、検出器１信号極大領域波形５１１が波形５２３の場合に、検出器１：１１９の信号波形（画像信号）に対する検出器２：１２１の信号波形（画像信号）の比R：５１２を表す曲線がパターン５０５のように両下がりであれば、パターン段差の判定結果５１３は左右とも溝５０６、すなわち段差パターンの突起部と判定する。

図４のパターンの段差の判定結果に示す通り、試料の材料や寸法、アスペクト比によらずパターンの段差を定性的に判定することができる。

図６は、パターンの段差の判定結果の出力画面６０１の例である。
検出器１の撮像画像６０２や撮像画像の一部である信号波形６０３のほかに、比Rの波形６０４および得られたパターンの段差の判定結果６０５を表示する。ただし、撮像画像６０２は検出器２の画像であってもよく、検出器１と２との混合画像であってもよい。

本実施例では、検出器１：１１９の信号波形から信号極大領域を抽出し、図５の表に示したようなパターンの段差の判定基準に基づいてパターンの段差を判定する手法を説明した。しかし、本実施例では、比Rが常に段差パターンの突起部より段差パターンの溝部で小さいような段差パターンの溝部のアスペクト比が十分大きい対象については、図７に示すように、比R７０１が予め設定した基準値７０２より大きい領域を段差パターンの突起部と判定することも可能である。基準値７０２は、最大値と最小値との中間値で設定してもよい。

ここまで、評価対象のパターンの段差を判定する処理について説明した。このパターンの段差の判定結果を用いて、自動で計測位置を決定するほか、パターンの段差の判定結果を用いてパターンの位置合わせや、テンプレートと類似のパターンの抽出を行うことができる。

本実施例では比Rを用いたテンプレートマッチング処理の例を説明する。実施例１では、パターンの段差の判定結果を用いてテンプレートと類似のパターンを抽出する処理について説明したが、本実施例では、パターンの段差の判定まで実施しない例を説明する。

本実施例における走査電子顕微鏡の構成は実施例１で説明した図１に示した構成と同じであるので、その説明を省略する。

図８は、図１に示した走査電子顕微鏡による、テンプレートマッチング処理を説明するフローチャートの例である。

はじめに、検出器１：１１９および検出器２：１２１の画像を取得する（Ｓ８０１）。
つぎに、検出器１：１１９の画像信号に対する検出器２：１２１の画像信号の比Rを画素ごとに算出し、比R画像を生成する（Ｓ８０２）。

取得した検出器１：１１９の画像９０１および算出した比R画像９０２の例を、図９の工程Ｙ：９４０に示す。図９には、工程Ｘ（テンプレート）９３０と工程Ｙ９４０について、検出器１で取得される検出器１画像９１０に関して画像９１１とその一部の信号波形９１２、パターンの断面形状９１３を示し、検出器１と検出器２の信号強度の比Ｒに基づいて得られる画像９２０に関して比Ｒ画像とその一部の信号波形９２２を示す。

段差パターンの突起部と段差パターンの溝部の材料の違いにより、検出器１画像９１０で得られる画像９１１のうち工程Ｙ：９４０で得られる画像９０１のＡ−Ｂ断面における画像信号波形９０１１は、断面形状９０１２に示す段差パターンの突起部９０１２１に対応する信号波形９０１１１よりも段差パターンの溝部９０１２２に対応する信号波形９０１１２が暗くなっている。

また、検出器１の信号と検出器２の信号比較９２０で得られる比R画像９２１のうち工程Ｙ９４０で得られる比Ｒ画像９０２のＡ−Ｂ断面における信号波形９０２１では、パターンの段差部境界の段差パターンの溝部側に極小領域９０２１１が現れる。この現象は、実施例１で述べた遮蔽効果によるものである。

つぎに、取得画像中で探索するテンプレートパターンの検出器１：１１９および検出器２：１２１の画像を読み込む。これは、あらかじめ取得し、記憶部１０５にて保存しておいたものである（Ｓ８０３）。

テンプレートパターンの検出器１：１１９の画像９０３の例を、図９の工程Ｘ９３０に示す。工程Ｙ９４０とはパターンの段差９０３２の関係は同様だが材料が異なり、画像９０３におけるＡ−Ｂ断面における画像信号波形９０３１は、段差パターン９０３２の突起部９０３２１の信号波形９０３１１よりも段差パターン９０３２の溝部９０３２２の信号波形９０３１２が明るくなっている。本例では、画像信号を用いたテンプレートマッチングを実施すると、信号の大小関係が類似している間違った領域９０４を抽出する可能性がある。

つぎに、テンプレートパターンの検出器１の画像信号強度に対する検出器２の画像信号強度の比Rを画素ごとに算出し比R画像を生成する（Ｓ８０４）。

生成したテンプレートパターンの比R画像９０５とそのＡ−Ｂ断面における信号波形９０５１とを、図９の工程Ｘ９３０に示す。信号波形９０５１には、工程Ｙ９４０と同様に、画像信号によらず、パターンの段差の境界の段差パターン９０３２の溝部９０３２２の側に極小領域９０５１１が現れる。

最後に、撮像画像の比R画像９０２におけるテンプレートパターンの比R画像９０５との類似領域９０６を抽出する（Ｓ８０５）。具体的な抽出方法としては、相関値が最大となる位置を決定するほか、一般的なテンプレートマッチング手法が適用可能である。

図９に示したように、比R画像９２１を用いることで、材料起因の信号の違いがなくなるため、材料の異なる工程間でのマッチングに適した手法である。

図１０は、検出器１の信号に対する検出器２の信号の比Rを用いたテンプレートマッチング処理結果の出力画面１００１の例である。

撮像画像１００２のほかに、比R画像１００３およびマッチング処理により選択された領域１００４を表示する。

本実施例によれば、評価対象(試料)の材質とテンプレートを作成した素材の材料とが異なる場合であっても、高い信頼度でパターンマッチングを行うことができる。

本実施例では、検出器１の信号に対する検出器２の信号の比Rを用いた段差パターンの溝部の深さ又は段差パターンの突起部の高さの評価処理の例を説明する。

本実施例の走査電子顕微鏡の構成は実施例１で説明した走査電子顕微鏡１００と同じであるので、説明を省略する。

図１１は、図１に示した走査電子顕微鏡による、段差パターンの溝部の深さ評価処理を説明するフローチャートの例である。

はじめに、検出器１および検出器２の画像を取得する（Ｓ１１０１）。
つぎに、取得画像における、深さ評価対象の段差パターンの溝部の中心座標を求める（Ｓ１１０２）。
つぎに、中心座標における検出器１の信号に対する検出器２の信号の比R_{x_ev}を算出する（Ｓ１１０３）。

図１２Ａに、高さが高い段差パターン１２０３と高さが低い段差パターン１２０４の断面におけるそれぞれのパターンの開口角ｑ_Ｈとｑ_Ｌを示す。図１２Ｂのグラフには、開口角が異なるそれぞれの段差パターン１２０３と１２０４の溝部の中心座標１２０１における二次電子の放出天頂角分布１２０２を示す。

段差パターンの溝部が深くなるほどアスペクト比は大きく、開口角q_xは小さくなる。すなわち、図１２Ａに示したケースの場合、段差パターン１２０３では開口角q_xはｑ_Ｈ、段差パターン１２０４では開口角q_xはｑ_Ｌであり、ｑ_Ｈ＜ｑ_Ｌとなる。開口角q_xが小さくなるほど検出器２で検出される信号が小さくなる。すなわち、図１３に示すように、中心座標(図１２Ａの１２０１)における検出器１：１１９の検出信号に対する検出器２：１２１の検出信号の比R_xは開口角q_xが小さいほど小さくなる。

つぎに、図１３のグラフに示す、段差パターンの溝部の検出器１の信号強度に対する検出器２の信号強度の比である比R_xと開口角q_xの関係１３０１を記憶部１０５から読み込む（Ｓ１１０４）。これは、あらかじめ取得し、記憶部１０５に保存しておいたものである。

比R_xと開口角q_xの関係１３０１の取得は、実サンプルによる評価、シミュレーションによる評価、などにより実施する。

つぎに、比R_xと開口角q_xの関係１３０１に基づき、算出した深さ評価対象の比R_{x_ev}１３０２に対応する段差パターンの溝部の開口角q_{x_ev}１３０３を求める（Ｓ１１０５）。

つぎに深さを求めるために、検出器１の画像から、段差パターンの溝部の幅CDを計測する（Ｓ１１０６）。具体的な手法としては、段差パターンの側壁部に発生する信号極大座標間の距離を算出するほか、一般的に使用される電子顕微鏡画像を用いた寸法計測アルゴリズムにより計測する。

最後に、下記の式に従い、深さ評価対象の開口角q_{x_ev}と段差パターンの溝部の幅CDから段差パターンの溝部の深さHを算出する（１１０７）。

図１１に示したフロー図では、段差パターンの溝部の深さを求める例を示したが、これを段差パターンの高さを求めるとしてもよい。

図１４は、段差パターンの溝部の深さ評価における入出力画面１４０１の例である。
撮像画像１４０２や撮像画像の一部である信号波形１４０３のほかに、比R波形１４０４や段差パターンの溝部中心座標における検出器１の信号に対する検出器２の信号の比R_{x_ev}１３０２を表示する。また、開口角q_{x_ev}を求めるために必要なデータベース１４０５を読み込むためのGUI１４０１を有し、読み込まれたデータベース１４０５を表示する。

本実施例で用いる段差パターンの溝部中心座標における比R_xと開口角q_xの関係１３０１は、図１３に示したグラフ形式で保存するほか、下記のような数式で保存することもできる。

ここで、関数f(q)は図２Ｂに示した段差パターンの突起部２０１の中央に電子線を照射した場合の遮蔽がないときの二次電子放出天頂角特性（二次電子の放出天頂角分布）２０４を表す。一方、関数g(q)は、二次電子が遮蔽された場合であり、図２Ｂに示した段差パターンの溝部２０２の中央に電子線を照射した場合の二次電子放出天頂角特性（二次電子の放出天頂角分布）２０６を示し、ｑ_ｘが開口角ｑ_ｃとなった場合を示し、f(q)と開口角q_xの交点と放出天頂角９０度で二次電子数ゼロの点を結んだ直線を表す。

本実施例では、深さを求める手法を説明したが、製造プロセスのモニタなど定量的な深さ評価が不要な場合には、段差パターンの溝部中心座標における比R_{x_ev}を開口角q_{x_ev}の代わりに用いて出力してもよい。この場合、図１５に示すような比R_xのウエハ面内分布１５０１や、図１６に示す比R_xの経時変化をモニタすることができる。これにより、深さの変動の面内分布や時間変動を知ることができる。

本実施例では、段差パターンの溝部中心座標における比R_xを用いているが、図１７に示すような、比Rの極小値１７０１や、比Rの極小値と壁の距離１７０２、比R波形の凹み部の面積１７０３なども、開口角q_xに応じて変化するため、これらの指標を用いて開口角q_xを求めることもできる。

本実施例では、段差パターンの溝部中心座標における比R_xと開口角q_xの関係から評価対象の開口角q_xを求めて深さを算出したが、開口角q_xの代わりに段差パターンの溝部のアスペクト比を用いてもよい。例えば、図１３のグラフにおいて、横軸の開口角q_xをアスペクト比に置き換えたデータベースを作成すればよい。この場合、[数４]の右辺のうち、CD以外の項がアスペクト比に相当する。

実施例１から実施例３においては、図１に示す走査電子顕微鏡１００を用いているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、この構成の他の二次電子の天頂角弁別を行う走査電子顕微鏡の構成の例を以下に示す。

図１８に示した走査電子顕微鏡１００−１の例では、図１に示した走査電子顕微鏡１００における検出絞り１１６を通過した二次電子１１４を反射板１１７で反射して３次電子を検出器１：１１９で検出する構成に替えて、検出絞り１１６を通過した二次電子１１４の軌道を制御する二次電子アライナ１２２と直接検出器１２３で構成した。

このような構成とすることにより、二次電子アライナ１２２により二次電子１１４の軌道を制御して直接検出器１２３で検出するようにした。

図１９に示した走査電子顕微鏡１００−２の例では、図１に示した走査電子顕微鏡１００における二次電子１１４の検出角度を弁別するための検出絞り１１６、検出絞り１１６を通過した二次電子１１４を検出するための反射板１１７、反射板１１７に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１１８を検出する検出器１：１１９、検出絞り１１６に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１２０を検出する検出器２：１２１を備えた構成に替えて、直接検出器１２４と、直接検出器１２５を備えた構成とした。

このような構成とすることにより、二次電子アライナ１１５を通過した二次電子１１４のうち、放出天頂角の大きい二次電子を直接検出器１２４で検出し、直接検出器１２４で検出される二次電子より放出天頂角の小さい二次電子を直接検出器１２５で検出するようにした。

図２０に示した走査電子顕微鏡１００−３の例では、図１に示した走査電子顕微鏡１００における二次電子１１４の検出角度を弁別するための検出絞り１１６、検出絞り１１６を通過した二次電子１１４を検出するための反射板１１７、反射板１１７に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１１８を検出する検出器１：１１９、検出絞り１１６に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１２０を検出する検出器２：１２１を備えた構成に替えて、直接検出器１２４と二次電子アライナ１２２と直接検出器１２３を備えた構成とした。

このような構成とすることにより、二次電子アライナ１１５を通過した二次電子１１４のうち、放出天頂角の大きい二次電子を直接検出器１２４で検出し、直接検出器１２４を通過した二次電子１１４の軌道を二次電子アライナ１２２で制御し、二次電子アライナ１２２で軌道を制御された二次電子１１４を直接検出器１２３で検出するようにした。

図２１に示した走査電子顕微鏡１００−４の例では、図１に示した走査電子顕微鏡１００における検出絞り１１６、検出絞り１１６を通過した二次電子１１４を検出するための反射板１１７、反射板１１７に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１１８を検出する検出器１：１１９、検出絞り１１６に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１２０を検出する検出器２：１２１を備えた構成に替えて、二重ドーナッツ構造の直接検出器１２４と、その内側の直接検出器１２９で構成した。

このような構成とすることにより、二次電子アライナ１１５を通過した二次電子１１４のうち放出天頂角の大きいものを直接検出器１２４で検出し、放出天頂角の小さいものを直接検出器１２９で検出するようにした。

図２２に示した走査電子顕微鏡１００−５の例では、図１に示した走査電子顕微鏡１００における検出絞り１１６、検出絞り１１６を通過した二次電子１１４を検出するための反射板１１７、反射板１１７に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１１８を検出する検出器１：１１９、検出絞り１１６に二次電子１１４が衝突して発生した三次電子１２０を検出する検出器２：１２１を備えた構成に替えて、二次電子アライナ１２２と軸対称に配置した直接検出器１３０と直接検出器１３１とを備えて構成した。

このような構成とすることにより、二次電子アライナ１１５を通過した二次電子１１４を更に二次電子アライナ１２２を通過させることにより、放出天頂角が小さい二次電子を直接検出器１３１の方向に偏向し、放出天頂角が大きい二次電子を直接検出器１３０の方向に偏向させてそれぞれの検出器で検出するようにした。

本実施例では、撮像対象のパターンの段差を判定する走査電子顕微鏡の例を説明する。実施例１では検出器が二個の例を説明したが、本実施例では三個の例を説明する。

図２３は、本実施例に係る走査電子顕微鏡１５０の構成図の例である。
基本的な構成は実施例１で図１を用いて説明した走査電子顕微鏡１００の構成と同じだが、検出絞りが二段構成となっており、検出絞り１：１１６に対して試料１１２の側に検出絞り２：１２６と検出器３：１２８とが追加されている。このような構成で、二次電子アライナ１１５を通過した二次電子１１４が検出絞り２：１２６に衝突し、発生した三次電子１２７を検出器３：１２８で検出される。

図２４は、図２３に示した走査電子顕微鏡１５０による、パターンの段差の判定処理を説明するフローチャートの例である。

はじめに、各検出器の画像を取得する（Ｓ２２０１）。
つぎに、検出器の組合せをかえて、検出器間の画像信号の比を算出する（Ｓ２２０２）。
つづけて、比の変化量が最大となる組合せを、最適な組み合わせとして選択する（Ｓ２２０３）。

例えば、図１２Ａに示すアスペクト比が大きい段差パターン１２０３においては、検出器１：１１９の信号に対する検出器２：１２１と検出器３：１２８の信号の和の比をとると、段差パターンの突起部における比Rと段差パターンの溝部における比Rの差が大きくなる。またアスペクト比が小さい段差パターン１２０４においては、検出器１：１１９と検出器２：１２１の信号の和に対する検出器３：１２８の信号の比をとると、段差パターンの突起部における比Rと段差パターンの溝部における比Rの差が大きくなる。

以降の処理、検出器1の画像から信号極大領域を抽出するステップ（Ｓ２２０４）と信号極大領域内の比の増減傾向からパターンの段差判定条件に基づきパターンの段差を判定するステップ（Ｓ２２０５）は、図３のパターンの段差の判定処理を行うフローチャートのＳ３０３とＳ３０４と同じであるので、説明を省略する。

本実施例において対象にアスペクトの大きいパターンと小さいパターンが混在する場合には、上述した二種類の比を算出し、それぞれからパターンの段差を抽出した結果を重ね合わせるとよい。

本実施例によれば、アスペクト比が小さい段差パターンであっても、より確実にパターンの段差を検出することができる。

本実施例では、実施例１から実施例５で用いていた、検出器１：１１９の信号に対する検出器２：１２１の信号の比Rの代わりに、別の指標値を用いる例を説明する。

特許文献１には、検出器１の信号と検出器２の信号の差Ｄを用いて、パターンの段差の判定を行っているが、下式（数６）の通り、単純な差を用いると、材料の違いによる二次電子放出率の違いβ次第で、段差パターンの溝部と差と段差パターンの突起部の差の大小関係が逆転する可能性がある。

そこで、本実施例では、平坦膜を対象に、各検出器での検出信号の違いを補正する係数γをあらかじめ求めておき、以下の式（数７）で表すように、各検出器の信号を補正係数γで補正した後に差D_ｃを求めるようにした。このような差D_ｃを用いることにより、材料の違いによらず、段差パターンの溝部の差（Ｓ_２ｃ−γＳ_１ｃ）が常に負数となる結果が得られる。これにより確実にパターンの段差判定を行うことができる。

実施例１から実施例５で説明した検出器１：１１９の信号に対する検出器２：１２１の信号の比Rの代わりに、（数７）で表される差D_ｃを用いてパターンの段差判定を行う処理を行うようにしてもよい。

１００，１００−１，１００−２，１００−３，１００−４，１００−５，１５０…走査電子顕微鏡 １０１…撮像部 １０２…全体制御部 １０３…信号処理部 １０４…入出力部 １０５…記憶部 １１５，１２２…二次電子アナライザ １１６，１２６…検出絞り １１７…反射板 １１９…検出器１ １２１…検出器２ １２３，１２４，１２５，１２９…直接検出器 １２８…検出器３

Claims (10)

1. １次電子線を照射する線源と、
   測定対象へ前記１次電子線を照射することによって前記測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した信号を処理する処理部とを有し、
   前記検出部は、
   前記測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と前記２次電子の前記測定対象からの放出方向とのなす角が所定値以下の２次電子を検出する第1検出部と、
   前記測定対象に照射する１次電子線の光軸方向と前記２次電子の前記測定対象からの放出方向とのなす角が所定値より大きい２次電子を検出する第２検出部と、
   を備え、
   前記処理部は、前記第１検出部と前記第２検出部が出力する信号の比を求めて前記求めた比に関する情報を用いて前記測定対象に形成されたパターンの段差の情報を取得することを特徴とする電子顕微鏡装置。
2. 請求項１に記載の電子顕微鏡装置であって、前記処理部は、前記第１検出部で前記２次電子を検出して得た信号の信号極大領域を抽出し、前記抽出した信号極大領域における前記第１検出部で前記２次電子を検出して得た信号と前記第２検出部で前記２次電子を検出して得た信号の比の情報を用いて前記パターンの段差を判定することを特徴とする電子顕微鏡装置。
3. 請求項２に記載の電子顕微鏡装置であって、前記処理部は、前記抽出した信号極大領域における前記第１検出部で前記２次電子を検出して得た信号と前記第２検出部で前記２次電子を検出して得た信号の比の増減傾向から予め設定した判定条件に基づいて前記パターンの段差を判定することを特徴とする電子顕微鏡装置。
4. 請求項１に記載の電子顕微鏡装置であって、画面を有する出力部を更に備え、前記検出部で前記測定対象から発生する２次電子を検出して得た画像と、前記処理部で取得した前記測定対象に形成されたパターンの段差の情報とを前記画面上に表示することを特徴とする電子顕微鏡装置。
5. 請求項１に記載の電子顕微鏡装置であって、前記第１検出部で前記２次電子を検出して得た信号と前記第２検出部で前記２次電子を検出して得た信号の比の情報と前記パターンの段差の溝部の開口角の関係を記憶しておく記憶部を更に備え、前記処理部で求めた比の情報を用いて前記記憶部に記憶しておいた前記比の情報と前記パターンの段差の溝部の開口角の関係に基づいて前記パターンの段差の溝の深さを求めることを特徴とする電子顕微鏡装置。
6. １次電子線を照射する線源と、
   測定対象へ前記１次電子線を照射することによって前記測定対象から発生する２次電子を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した信号を処理する処理部とを有し、
   前記検出部は、
   前記測定対象から発生する２次電子を検出する第1検出部と、
   前記線源に対して前記第１検出部よりも前記測定対象の側に配置された第２検出部と、
   を備え、
   前記処理部は、前記第１検出部と前記第２検出部が出力する信号の比を求め、前記求めた比に関する情報を用いて前記測定対象に形成されたパターンの段差に関する情報を取得することを特徴とする電子顕微鏡装置。
7. 請求項６に記載の電子顕微鏡装置であって、前記処理部は、前記第１検出部と前記第２検出部が出力する信号から前記測定対象に形成されたパターンの溝部の中心座標を求め、前記求めた中心座標における前記第１検出部と前記第２検出部が出力する信号の比を求めることを特徴とする電子顕微鏡装置。
8. 請求項７に記載の電子顕微鏡装置であって、前記第１検出部で前記２次電子を検出して得た信号と前記第２検出部で前記２次電子を検出して得た信号の比の情報と前記パターンの段差の溝部の開口角の関係を記憶しておく記憶部を更に備え、前記処理部は、前記求めた中心座標における前記第１検出部と前記第２検出部が出力する信号の比の情報を用いて前記記憶部に記憶しておいた前記比の情報と前記パターンの段差の溝部の開口角の関係から前記測定対象に形成されたパターンの段差の開口角を求めることを特徴とする電子顕微鏡装置。
9. 請求項８に記載の電子顕微鏡装置であって、前記処理部は、前記第１検出部が出力する信号から前記測定対象に形成されたパターンの溝部の幅を求め、前記求めたパターンの溝部の幅の情報と前記測定対象に形成されたパターンの段差の開口角の情報を用いて前記測定対象に形成されたパターンの段差に関する情報を取得することを特徴とする電子顕微鏡装置。
10. 請求項６に記載の電子顕微鏡装置であって、画面を有する出力部を更に備え、前記検出部で前記測定対象から発生する２次電子を検出して得た画像と、前記処理部で取得した前記測定対象に形成されたパターンの段差の情報とを前記画面上に表示することを特徴とする電子顕微鏡装置。

Images