JP4906409B2 - 電子ビーム寸法測定装置及び電子ビーム寸法測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームを試料に照射して試料を観察する電子ビーム寸法測定装置及び電子ビーム寸法測定方法に関する。

半導体装置の製造工程において、電子顕微鏡等の電子ビーム装置による試料の観察や、パターンの線幅等の測定が行われている。電子ビーム装置による試料の観察や測定では、観察する部分に電子ビームを照射させながら走査して、二次電子等の電子量を輝度に変換して表示装置に画像として表示している。

このように試料を観察したり測定する際に、電子ビームを照射するが、この電子ビームの照射によって試料表面が帯電する現象が発生する。すなわち、試料に入射する荷電粒子と放出される荷電粒子が有する電荷の差によって、照射面が正または負に帯電する。試料表面に帯電が発生すると、放出された二次電子が加速されたり、試料に引き戻されたりして二次電子放出の効率が変化する。その結果、試料表面の画像の質が不安定になるという問題がある。また、試料表面の帯電が進行すると、一次電子ビームを偏向させ、画像に歪みを生じさせてしまう場合がある。

このような問題に対し、試料上の帯電を防止する方法が種々提案されている。

これに関する技術として、特許文献１には、二次電子の収率が１より大きくなる加速電圧と１より小さくなる加速電圧を利用して、試料表面の帯電を制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、試料表面から放出される２次電子を試料直上の電極電圧で押し返して試料表面電位がプラス方向に進行することを抑制する方法が開示されている。
特開２００３−１４２０１９号公報 特開２００６−５４０９４号公報

上記したように、電子ビーム装置における試料の観察において、試料が帯電する現象が発生するが、例えばウエハのように試料を電気的に接続できる場合には、電気的に接続されたウエハ上の導体を接地することにより、試料の帯電現象を防止することができ、特に問題にはならない。

しかし、試料が非導電性の場合や、導電性の材料が使用されていても接地することができず、電気的にフローティングな場合には試料の帯電現象が発生する。

例えば、半導体の露光の原盤として用いられるフォトマスクの寸法を測定する場合に、次の２つの状態で、帯電が発生してしまう。一つは、配線の製造途中過程であるガラス基板の上全体にクロム等の導体があり、その上にクロムへ配線をエッチングするためのレジスト配線がある状態である。二つめは、配線の製造工程が完了した状態であり、ガラス基板の上にクロム等の導体でできた配線がある状態である。

特に、クロムをエッチングする直前の状態では、ガラス基板上の全体にクロム等の導体の層があるため、ある場所で電子ビームを照射して帯電が発生すると、基板上全体の導体の層が帯電するため、別の場所の観察や寸法測定にも影響を及ぼしてしまう。また、一つの場所での帯電が微小であっても、数百〜数千の場所に電子ビームを照射すれば、最終的には大きな帯電となり、最初に測定した寸法と最後に測定した寸法の相関が取れなくなってしまう。

このような寸法の変化として、例えば、電子ビームの照射エネルギーが１５００[ｅＶ]の場合、試料表面電位が１０[Ｖ]変化すると２[μｍ]の寸法が６[ｎｍ]変動することが発明者の実験により確認された。

これに対し、電子ビーム寸法測定装置に対する寸法精度は２[μｍ]に対して誤差１[ｎｍ]以下となることが要求されている。従って、照射エネルギーが１５００[ｅＶ]の場合は、許容される試料表面の電位変化は、１．７[Ｖ]程度が許容範囲である。

また、配線描画プロセスの一過程であるレジスト材の寸法測定においては、レジスト材への損傷を避けるため、電子ビームの照射エネルギーを５００[ｅＶ]程度まで下げることが一般的である。この場合、寸法精度の要求を満たすためには、試料表面の電位変動を約０．６[Ｖ]以下にする必要がある。

さらに、レジスト材によっては電子ビームによる損傷感度が高いため、照射エネルギーを４００[ｅＶ]から３００[ｅＶ]程度にまで下げる必要があり、試料表面の電位変動は限りなく０[Ｖ]に近くなることが望ましい。

なお、上記した、二次電子を利用して試料表面の帯電を制御する方法では、試料表面の電位を１[Ｖ]以下の精度で一定にすることは困難である。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、試料表面の電位を１[Ｖ]以下で一定にして精度よく試料を測定することのできる電子ビーム寸法測定装置及び電子ビーム寸法測定方法を提供することを目的とする。

上記した課題は、電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射手段と、前記試料の直上に配置された二次電子制御を有し、前記試料から放出される電子を検出する検出手段と、前記試料と前記二次電子制御電極との距離を測定する距離測定手段と、前記試料を載置するとともに、前記試料を上下方向に移動させる移動手段を有するステージと、前記試料と前記二次電子制御電極との間を一定距離とし、且つ前記二次電子制御電極に制御電圧を印加しつつ前記試料の表面に前記電子ビームを照射させた後、前記試料の寸法測定を行う制御手段と、を有することを特徴とする電子ビーム寸法測定装置により解決する。

上記した電子ビーム寸法測定装置において、前記制御電圧は、前記試料と材質が同一の校正試料の表面が帯電していない状態で寸法測定した値を第１の測定値とし、前記校正試料の表面が帯電した状態で前記電子ビームの照射と寸法測定を交互に行い、測定値に変化がなくなったときの値を第２の測定値としたときに、前記第１の測定値と第２の測定値とが等しいときの電圧であっても良い。

また、上記した電子ビーム寸法測定装置において、前記制御手段は、前記電子ビーム照射手段に、前記電子ビームを試料の表面全体に照射させてもよいし、前記電子ビーム照射手段に、前記電子ビームを前記試料上の導体が露出している範囲に照射させるようにしてもよい。

また、上記した課題は、電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射手段と、前記試料の直上に配置された二次電子制御電極を有し、前記試料から放出される電子を検出する検出手段と、前記試料と前記二次電子制御電極との距離を測定する距離測定手段と、前記試料を載置するとともに、前記試料を上下方向に移動させる移動手段を有するステージと、制御手段と、を備えた電子ビーム寸法測定装置を用いた電子ビーム寸法測定方法であって、前記試料と前記二次電子制御電極との間を一定距離とし、且つ前記二次電子制御電極に制御電圧を印加しつつ前記試料の表面に前記電子ビームを照射するステップと、前記電子ビームを照射した後、前記試料の寸法測定を行うステップと、を含むことを特徴とする電子ビーム寸法測定方法により解決する。

本発明では、測定対象の試料の表面と二次電子制御電極との間の距離を所定の一定の値にし、二次電子制御電極に予め求めた電圧を印加して電子ビームを照射している。二次電子制御電極に印加する電圧は、試料の表面と二次電子制御電極との間の距離を所定の一定の値にしたときに、試料表面の電位が一定になるように調整された電圧である。試料の表面と二次電子制御電極との間の距離を一定にすることにより、試料表面から出る電子には一定の力が作用し、表面から出た電子が試料表面に押し返される割合も一定になる。これにより、試料表面の電位が一定に保たれ、電子ビームの軌道が一定になり、電子ビームの照射範囲が一定になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

はじめに、電子ビーム寸法測定装置の構成について説明する。次に、本発明の特徴である試料表面の電位を一定にする処理について説明する。次に、電子ビーム寸法測定装置を用いた電子ビーム寸法測定方法について説明する。最後に、本発明の電子ビーム寸法測定方法により寸法を測定した実施例について説明する。

（電子ビーム寸法測定装置の構成）
図１は、本実施形態に係る電子ビーム寸法測定装置の構成図である。

この電子ビーム寸法測定装置１００は、電子走査部１０と、信号処理部３０と、表示部４０と、距離測定部５０と、電子走査部１０、信号処理部３０、表示部４０及び距離測定部５０の各部を制御する制御部２０とに大別される。このうち、電子走査部１０は、電子鏡筒部（コラム）１５と試料室１６とで構成される。

電子鏡筒部１５は、電子銃（電子ビーム照射手段）１とコンデンサレンズ２と偏向コイル３と対物レンズ４とを有し、試料室１６は、ＸＹＺステージ５と絶縁物で構成される試料支持部６とを有している。

試料室１６にはＸＹＺステージ５を移動させるためのモーター（不図示）、及び試料室１６内を所定の減圧雰囲気に保持するための真空排気ポンプ（不図示）がそれぞれ接続されている。

電子銃１から照射された電子ビーム９をコンデンサレンズ２、偏向コイル３、対物レンズ４を通して、ＸＹＺステージ５上の試料７に照射するようになっている。

電子ビーム９が照射されて試料７から出た二次電子又は反射電子の量は、二次電子制御電極８ａやシンチレータ等で構成される電子検出器８によって検出され、信号処理部３０においてその検出量がＡＤ変換器によってデジタル量に変換され、さらに輝度信号に変換されて表示部４０で表示される。偏向コイル３の電子偏向量と表示部４０の画像スキャン量は制御部２０によって制御される。

制御部２０はマイクロコンピュータで構成され、測長を実行するためのプログラムが格納されている。また、制御部２０は電子ビーム９の加速電圧を決定し、電気的に接続されている電子銃１に対して加速電圧を印加する。

図２は、距離測定室５１を含む電子ビーム寸法測定装置１００を示した図である。距離測定室５１では、ＸＹＺステージ５上の試料７の高さを測定する。この測定には試料７と接触しない非接触型測定装置５２を使用する。本実施形態では、試料室１６とは別に距離測定室５１を設け、ＸＹＺステージ５を距離測定室５１に移動させて試料７の高さを測定するようにしている。非接触型測定装置５２として、例えばＣＣＤカメラを使用し、ＣＣＤカメラのオートフォーカス機構により、焦点が合った位置を検知することにより試料７の高さを測定する。

なお、試料７の高さの測定は、ＣＣＤカメラを使用する装置に限らず、試料電位により焦点位置に誤差を生じない測定装置であればよい。

以上のように構成した電子ビーム寸法測定装置１００において、試料支持部６を介してＸＹＺステージ５上に載置された試料７の観察又は測長をする前に、試料７と同じ材質の校正試料を用いて、中和シャワー条件を決定する。中和シャワー条件は、試料７表面の電位を一定（例えば０[Ｖ]）にするための中和シャワー（電子ビームの照射）に必要な、電子ビームの加速電圧、試料表面と二次電子制御電極との間の距離（基準距離）、及び二次電子制御電極に印加する電圧値（基準電圧）である。これらの条件を決定した後、試料７と二次電子制御電極との間の距離を基準距離に設定し、二次電子制御電極に基準電圧を印加して、試料７の中和シャワーを行う。

（試料の表面の電位を一定にする処理）
試料７の観察又は測長に先立って行う中和シャワーにより、試料７の表面の電位を一定にすることができる。この原理について以下に示す。

図３は、一次電子のエネルギーと二次電子放出比との関係を模式的に示したものである。図３に示すように、一次電子のエネルギーを低いエネルギーから増加していくと、二次電子放出比も増加し、Ｅ１で１になる。さらに一次電子のエネルギーを増加すると、Ｅｍで二次電子放出比が最大となり、Ｅ２を越えると再び二次電子放出比は１より小さくなる。ここで、Ｅ１、Ｅｍ、Ｅ２の値は、試料の材質に依存して変化するが、Ｅｍの値はほぼ５００[ｅＶ]から１０００[ｅＶ]の間になっている。

図４は、二次電子放出比と絶縁膜表面の帯電状態の関係を模式的に示したものである。図４（ａ）は、二次電子放出比が１より大きい場合である。二次電子放出比が１より大きい範囲では、試料７から放出される二次電子４２の数が試料に入射する一次電子４１の数を上回るため、試料７の表面は正に帯電する。一方、図４（ｂ）は、二次電子放出比が１より小さい場合で、図３の一次電子エネルギーがＥ１より低いか、またはＥ２より高い場合に対応している。二次電子放出比が１より小さい範囲では、試料７の表面に電子が多く残り、試料７の表面は負に帯電する。

一次電子のエネルギーが十分大きく、二次電子放出比が１より小さい場合、試料７の表面が負に帯電するため、一次電子は試料７の付近で減速する。この帯電は、一次電子がＥ２のエネルギーまで減速され、二次電子放出比が１に近づくまで進行することになる。このとき帯電電圧はＥ２と一次電子エネルギーの差となり、大きな負の値（例えば、−１００[Ｖ]を超える値）に帯電する場合もある。このような帯電が発生すると、二次電子像が大きく歪み、測長誤差が増大する。

一方、二次電子放出比が１より大きい場合には試料７の表面が正に帯電するが、数[Ｖ]帯電すると比較的量の多い数[ｅＶ]のエネルギーしか持たない二次電子４３は試料７の表面に引き戻されるようになる。一次電子と表面に引き戻される二次電子とをあわせた入射電流と放出される二次電子による放出電流とがつりあい、それ以上帯電が進行しない。このため、試料７の観察等には二次電子放出比が１より大きくなる範囲が採用されている。

このような帯電均一化において、従来は、照射電子ビームのエネルギーを変えて試料表面の電位をプラス方向またはマイナス方向に帯電させ、試料表面の電位の変化を抑制している。この際に、二次電子放出比を１にして、帯電を防止するように、加速電圧を設定するようにしている。しかし、試料７の材質によって二次電子４２の発生効率が１になる加速電圧が異なるため、加速電圧を調整しながら二次電子発生効率が１になるような加速電圧を見出さなければならず、加速電圧の設定が困難である。また、この方法では、１[Ｖ]以下の精度で帯電を制御することは困難である。

本実施形態では、試料７の表面と試料直上の電極（本実施形態では、電子検出器８の二次電子制御電極８ａ）との間の距離に着目した。

電子ビームが照射され、試料７表面から発生する二次電子量は、照射する電子ビームのエネルギー及び二次電子が受ける力に依存する。この力は、二次電子制御電極８ａに印加される電圧によって発生する電界に依存し、この電界は、試料７表面と二次電子制御電極８ａとの間の距離（以下、「試料−電極間距離」ともいう。）及び二次電子制御電極８ａに印加する制御電圧によって決定される。

従って、制御電圧と試料−電極間距離とを一定にすることにより、二次電子が受ける力を一定にすることができる。

図５は、試料７の表面と二次電子制御電極８ａとの間の距離が一定でない場合に発生する問題点を示している。

図５（ａ）に示すように、試料−電極間距離がＷ１のときに、試料７ａ表面の電位が０[Ｖ]になったとする。このとき、試料７ａの表面が帯電していないため、試料７ａを精度良く測定することができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＸＹＺステージ５に載置された別の試料７ｂについて寸法を測定する。図５（ｂ）では、試料７ｂのガラス基板の厚さが図５（ａ）のガラス基板の厚さと異なり、試料−電極間距離がＷ２に変化している。

試料表面から放出される電子に作用する力Ｆは、電子の電荷と、試料表面と二次電子制御電極８ａとの間の電界との積となる。従って、Ｗ２（＞Ｗ１）の場合には、電子に作用する力が弱くなり、試料７ｂに戻される電子の量が多くなる。これにより、試料７ｂの表面はマイナス側に帯電するようになる。

一方、試料−電極間距離を一定にし、制御電圧を一定にすると、電子に作用する力が一定となるため、試料７に戻される電子の量が一定になり、試料７の表面電位が０[Ｖ]になる。

このように、試料表面と二次電子制御電極８ａとの間の距離を一定にすることにより、二次電子制御電極８ａに印加する制御電圧と電子ビームの加速電圧の値を制御して、試料表面の電位を一定にすることができる。

（試料表面の電位を一定にする方法）
上記したように、試料表面から放出される二次電子は試料７と二次電子制御電極８ａとの間の電界によって二次電子制御電極８ａに到達するか、試料７表面に引き戻されるかが決まる。従って、二次電子の挙動を一定にするために、二次電子制御電極８ａに印加する電圧及び試料７表面と二次電子制御電極８ａとの間の距離を一定にして、電界が一定になるようにする。

図６は、試料表面が一定電位でない場合に、試料の測定値が時間の経過によって変化する様子を示している。

時間ｔ０において測定した寸法がαであるとする。試料上の寸法測定をする間、試料上には電子ビームが照射されるため、試料表面が帯電し、電子ビームの軌道が変化する。そのため、例えば、図６に示すように時間の経過とともに寸法が大きく測定されるようになってしまう。

そこで、時間ｔ１において、試料表面を一定電位にするために、中和シャワーを実施する。この中和シャワーは、時間ｔ０における測定値と一致するまで行う。図６では、時間ｔ２まで実施することにより、時間ｔ０の状態に戻ったことになる。その後、試料上の寸法測定、中和シャワーを繰り返し行う。

図７は、二次電子制御電極８ａに制御電圧をパラメータとする寸法測定値の時間変化を示している。

時間ｔ０における寸法測定値をβとする。この時点は図６の時間ｔ１に対応している。この時点から、二次電子制御電極８ａに所定の電圧を印加して、安定した測定値を求める。

図７のＬ２は、試料表面が０[Ｖ]になり、測定値がαになることを示している。また、図７のＬ１、Ｌ３は、試料表面がプラスまたはマイナスに帯電し、測定値がαにならないことを示している。

測定値が安定するのは、試料への入射電流と試料から出る放出電流とがつりあい、帯電が進行しなくなるためである。よって、試料表面の帯電は進行しなくなるが、試料表面が０[Ｖ]になるとは限らず、図７のＬ１又はＬ３のように、測定値がαになるとは限らない。

そこで、二次電子制御電極８ａの制御電圧を変えて、二次電子が受ける力を変化させ、試料表面の電位が０[Ｖ]になるような制御電圧を求める。この制御電圧、電子ビームの加速電圧、及び、試料７と二次電子制御電極８ａとの間の距離を使用することにより、試料表面の帯電を進行させず、しかも試料表面の電位を０[Ｖ]にすることが可能となる。

以下に、中和シャワー条件を決定する方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。

中和シャワー条件を決定する前提として、電子ビームの加速電圧及び、試料表面と二次電子制御電極８ａとの間の距離を予め決めておく。例えば、加速電圧は５００[ｅＶ]とし、試料表面と二次電子制御電極との間の距離は３[ｍｍ]とする。

まず、ステップＳ１１において、校正試料を用いて基準寸法を測長する。この校正試料は測長対象とする試料７と材質が同じであるとする。

校正試料は、基板全体が導体で構成され、寸法が既知であるものとする。この校正試料を接地して試料表面の電位を０[Ｖ]とし、試料表面の電位が変動する前に測長して、基準寸法とする。測長は、試料上に電子ビームを照射しながら走査し、画像を取得し、取得した画像から寸法を測定する。

なお、校正試料は、基板全体を導体で構成したものだけでなく、ステージ上で一時的に接地する機構を持つものであれば良い。ステージ上で一時的に接地する機構を持つ校正試料を使用する場合には、接地状態で基準となる寸法を測定するようにする。

次のステップＳ１２では、校正試料の接地をはずす。接地をはずしたときから、試料表面はプラス又はマイナス方向に帯電が進行する。

次のステップＳ１３では、二次電子制御電極に印加する電圧を所定の値、例えば−５０[Ｖ]に設定する。

次のステップＳ１４では、二次電子制御電極の所定の電圧を印加し、電子ビームを所定の時間、例えば１０秒間照射する。

次のステップＳ１５では、試料の電子顕微鏡像を取得して、校正試料の測長をする。校正試料の測長における二次電子制御電極に印加する電圧は、ステップＳ１３で調整されてステップＳ１８で決定する電圧とは異なり、電子ビームの分解能が十分高く、かつ二次電子の捕獲効率が高い測長に適した電圧値とする。

次のステップＳ１６では、校正試料の測長値が安定したか否かを判定する。校正試料の測長は、ステップＳ１４において、ｔ＝０から所定の時間ｎだけ電子ビームを照射したあと、ステップＳ１５で測長をする。よって、測長時間は、ｔ＝ｎ，２ｎ、３ｎ、…となる。例えば、２ｎの時点の測長値と３ｎの時点での測長値の差が所定の値、例えば０．１[ｎｍ]よりも小さくなったとき、測長値が安定したとする。

測長値が安定したと判定されたときは、この測長値をステップＳ１３で設定した制御電圧における測長値とし、ステップＳ１７に移行する。測長値が安定していないと判定されたときは、ステップＳ１４に戻り、さらに電子ビームを照射して測長を継続する。

次のステップＳ１７では、測長値とステップＳ１１で求めた基準値とを比較する。測長値と基準値との差（Ｄとする）を求め、Ｄが所定の値、例えば０．２[ｎｍ]より小さいか否かを判定する。Ｄが所定の値よりも小さいと判定されたとき、ステップＳ１８に移行する。一方、Ｄが所定の値よりも大きいと判定されたときは、ステップＳ１３に移行し、二次電子制御電極に印加する電圧を変えて、処理を継続する。

次のステップＳ１８では、ステップＳ１３で設定した二次電子制御電極に印加する電圧を中和シャワー条件の基準電圧とし、本処理は終了する。

なお、試料上の中和シャワー照射領域は、測長領域を含むことを基本とするが、試料上の導体が露出している位置をＣＡＤや反射電子像等で検出し、その場所に中和シャワーを実施するだけでもよい。

また、校正試料の材質は測長対象試料の材質と同じであることが望ましいが、異なる材質であっても、同じ中和シャワー条件で寸法の相関が取れれば適用可能である。本発明者は、ＳｉとＣｒで同じ中和シャワー条件で寸法の相関が取れることを確認している。

（電子ビーム寸法測定方法）
次に、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置１００を用いて試料７上の電位を一定にして試料７の測長をする方法について図９のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ２１において、中和シャワー条件を決定する。この条件は図８で説明した方法により決定する。

次のステップＳ２２では、電子ビームの加速電圧及び二次電子制御電極に印加する電圧をステップＳ２１で決定した中和シャワー条件の値に設定する。

次のステップＳ２３では、試料を試料室１６のＸＹＺステージ５に載置する。

次のステップＳ２４では、ＸＹＺステージ５を距離測定室５１に移動し、ＸＹＺステージ５に載置した試料７の高さを測定する。試料７と二次電子制御電極８ａとの間の距離を予め定めた一定の距離にするために、ＸＹＺステージ５を上下方向（Ｚ方向）に移動して高さ調整を行う。その後、距離測定室５１から試料室１６にＸＹＺステージ５を移動する。

次のステップＳ２５では、中和シャワーを実施する。この中和シャワーを行う時間は、中和シャワー条件を決定する際に、測定値が安定するまでにかかった時間である。また、中和シャワーを照射する範囲は、試料上全体に電子ビームを照射するようにしてもよく、試料上の導体が露出している部分に照射するようにしてもよい。試料上の導体が露出している部分は、例えば、ＣＡＤデータを用いて検出する。

次のステップＳ２６では、中和シャワーを実施した後、試料の表面が帯電されていない状態で、試料の測長を行う。試料の測長における二次電子制御電極に印加する電圧は、ステップＳ２１で決定した電圧とは異なり、電子ビームの分解能が十分高く、かつ二次電子の捕獲効率が高い測長に適した電圧値とする。

ステップＳ２４からステップＳ２６を繰り返し、試料内の測長点すべてを測定する。

なお、試料全面での高さの変化が小さければステップＳ２５とステップＳ２６を繰り返すようにしても良い。

次のステップＳ２７では、測長を終了した試料７を試料室１６から取り出す。

次のステップＳ２８では、すべての試料の測長が終了したか否かを判定する。測長が終了していなければ、ステップＳ２３に戻り、測長を継続する。

以上説明したように、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置を用いた測定方法では、試料の寸法の測定に先立って、試料上の電位を一定にしている。この電位を一定にするために、試料表面と二次電子制御電極との間の距離を一定にしたときの、二次電子制御電極に印加する制御電圧、及び電子ビームの加速電圧を求める。この中和シャワー条件で試料の中和シャワーを行うことにより、試料の表面電位が０[Ｖ]で一定になり、電子ビームが試料上の異なる電位の影響を受けて電子ビームの照射範囲が変化することがなく、安定した測定を行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、試料の測定を行う度に試料表面の電位一定化処理を行うようにしていたが、これに限らず、試料表面の電位一定化が必要なときにのみ行うようにしても良い。例えば、測長を５回行う毎に中和シャワーをするようにしても良い。

また、電位を一定にするために照射する電子ビームを大電流にしてビーム照射量を多くするようにしてもよい。中和シャワー条件を求める際に、所定の加速電圧の電子ビームを照射して、測長値が安定する時間を求めたが、加速電圧を図３のＥｍに相当する値にしてビーム照射量を多くすることにより、電位が一定化されるまでの時間を短縮することが可能となる。

（実施例）
以下に、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置１００を用いて、試料７上の寸法を測定した結果について説明する。

図１０（ａ）は、試料と二次電子制御電極との間の距離を一定にしたときの寸法測定結果であり、図１０（ｂ）は、試料と二次電子制御電極との間の距離を一定にしないときの寸法測定結果である。

本実施例では、材質がクロムの場合を対象として、中和シャワー条件（試料表面と二次電子制御電極との間の距離、電子ビームの加速電圧、二次電子制御電極に印加する電圧）を測定した結果、それぞれ３[ｍｍ]，５００[Ｖ]，−５０[Ｖ]となった。

図１０（ａ）のｔ１、ｔ２の時点は、寸法測定の対象試料を変えた時点を示している。上記の中和シャワー条件により中和シャワーを行い、試料の寸法を測定した結果、図１０（ａ）からわかるように、試料の高さが変化した場合であっても、試料表面と二次電子制御電極との間の距離を一定に調整することにより、寸法測定値（α´）に変化はない。このように、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置を用いることにより、寸法測定を精度よく実施することが可能となる。

一方、図１０（ｂ）は、本実施形態の電子ビーム寸法測定方法との比較のため、電子ビームの加速電圧及び二次電子制御電極に印加する電圧は本実施形態の場合と同じ値にし、試料表面と二次電子制御電極との間の距離を一定に調整する処理を行わずに中和シャワーを行い、寸法測定を行った結果である。

図１０（ｂ）からわかるように、試料を変えたとき（ｔ１、ｔ２の時点）、試料の高さが変化する事により測定結果に変化が発生している。この結果からわかるように、試料表面と二次電子制御電極との間の距離が変わることにより、測定誤差が発生することがわかる。

なお、本実施例において試料の高さが３００[μｍ]変化した場合、２[μｍ]の寸法に対して約１[ｎｍ]の誤差が生じる事を実験により測定した。

本発明の実施形態で使用される電子ビーム寸法測定装置の構成図である。 図１に係る電子ビーム寸法測定装置の距離測定部を示す図である。 一次電子のエネルギーと二次電子放出比との関係を示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は二次電子放出比と試料表面の帯電の関係を示す図である。 試料と二次電子制御電極との間の距離によって試料表面が帯電することを説明する図である。 寸法測定値の時間変化を示す図である。 二次電子制御電極の制御電圧をパラメータとしたときの寸法測定値の時間変化を示す図である。 二次電子制御電極の制御電圧を決定する処理を示すフローチャートである。 電子ビーム寸法測定方法を示すフローチャートである。 図１０（ａ）は、試料と二次電子制御電極との間の距離を一定にしたときの寸法測定結果であり、図１０（ｂ）は、試料と二次電子制御電極との間の距離を一定にしないときの寸法測定結果である。

符号の説明

１００…電子ビーム寸法測定装置、１…電子銃、２…コンデンサレンズ、３…偏向コイル、４…対物レンズ、５…ＸＹＺステージ、６…試料支持部、７…試料、８…電子検出器、９…電子ビーム、１０…電子走査部、１５…電子鏡筒部、１６…試料室、２０…制御部、３０…信号処理部、４０…表示部、４１…一次電子、４２，４３…二次電子、５０…距離測定部、５１…距離測定室、５２…非接触型測定装置。

Claims (12)

1. 電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射手段と、
   前記試料の直上に配置された二次電子制御電極を有し、前記試料から放出される電子を検出する検出手段と、
   前記試料と前記二次電子制御電極との距離を測定する距離測定手段と、
   前記試料を載置するとともに、前記試料を上下方向に移動させる移動手段を有するステージと、
   前記試料と前記二次電子制御電極との間を一定距離とし、且つ前記二次電子制御電極に制御電圧を印加しつつ前記試料の表面に前記電子ビームを照射させた後、前記試料の寸法測定を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする電子ビーム寸法測定装置。
2. 前記制御電圧は、前記試料を電気的に接続しない状態で前記電子ビームの照射及び前記寸法測定を行って得られる測定値が、前記試料を接地した状態で前記寸法測定を行って得られる測定値と、同じ値となるように選ばれた電圧であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム寸法測定装置。
3. 前記ステージは、前記試料を電気的に接続せずに保持できる保持手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム寸法測定装置。
4. 前記制御手段は、前記電子ビームを前記試料の表面全体に照射させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム寸法測定装置。
5. 前記制御手段は、前記電子ビームを前記試料上の導体が露出している範囲に照射させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム寸法測定装置。
6. 前記制御手段は、前記寸法測定前の前記電子ビームの照射電子量を、前記寸法測定を行うときの照射電子量よりも大きくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム寸法測定装置。
7. 電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射手段と、前記試料の直上に配置された二次電子制御電極を有し、前記試料から放出される電子を検出する検出手段と、前記試料と前記二次電子制御電極との距離を測定する距離測定手段と、前記試料を載置するとともに、前記試料を上下方向に移動させる移動手段を有するステージと、制御手段と、を備えた電子ビーム寸法測定装置を用いた電子ビーム寸法測定方法であって、
   前記試料と前記二次電子制御電極との間を一定距離とし、且つ前記二次電子制御電極に制御電圧を印加しつつ前記試料の表面に前記電子ビームを照射するステップと、
   前記電子ビームを照射した後、前記試料の寸法測定を行うステップと、
   を含むことを特徴とする電子ビーム寸法測定方法。
8. 前記制御電圧は、前記試料を電気的に接続しない状態で前記電子ビームの照射及び前記寸法測定を行って得られる測定値が、前記試料を接地した状態で前記寸法測定を行って得られる測定値と、同じ値となるように選ばれた電圧であることを特徴とする請求項７に記載の電子ビーム寸法測定方法。
9. 前記試料と同一の材料からなる校正試料を接地し、且つ前記校正試料と前記二次電子制御電極との間の距離を前記一定距離として寸法測定を行って第１の測定値を求める第１のステップと、
   前記校正試料を電気的に接続せず、且つ前記校正試料と前記二次電子制御電極との間の距離を前記一定距離としつつ前記二次電子制御電極に所定電圧を印加しながら前記校正試料の表面に前記電子ビームを照射する第２のステップと、
   前記電子ビームの照射後の前記校正試料の寸法測定を行って第２の測定値を求める第３のステップと、
   前記第２の測定値と前記第１の測定値とを比較する第４のステップと、を有し、
   前記第２のステップで前記二次電子制御電極に印加する電圧を変化させながら、前記第２乃至第４のステップを繰り返して、前記第２の測定値が前記第１の測定値と同じ値となる前記二次電子制御電極への印加電圧を前記制御電圧として求めることを特徴とする請求項７又は８に記載の電子ビーム寸法測定方法。
10. 前記電子ビームは、前記試料の表面全体に照射されることを特徴とする請求項７又は８に記載の電ビーム寸法測定方法。
11. 前記電子ビームは、前記試料上の導体が露出している範囲に照射されることを特徴とする請求項７又は８に記載の電子ビーム寸法測定方法。
12. 前記寸法測定前の前記電子ビームの照射電子量が、前記寸法測定を行うときの照射電子量よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至１１の何れか１項に記載の電子ビーム寸法測定方法。

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