JP5164355B2 - 荷電粒子ビームの走査方法及び荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビームの走査方法及び荷電粒子線装置に係り、特に荷電粒子線の走査位置を偏向器によって移動させる方法、及び装置に関する。

試料上の電子ビームの走査位置を偏向器によって移動させる技術（以下イメージシフトと称することもある）が知られている。当該技術は、試料ステージによって試料上の電子ビームの走査位置を移動させる技術と比較して、高精度、且つ高速に電子ビームの走査位置を移動できるという特徴がある。特許文献１には、そのようなイメージシフトにおいて、イメージシフト偏向器の制御パラメータ（制御電流）に対する試料上での電子ビームの移動量（イメージシフト量）、つまり、イメージシフトの感度を予め精密に測定して、登録する技術が説明されている。

特開２００６−１７３０３８号公報

昨今、特に半導体デバイスを測定、或いは検査する走査電子顕微鏡では、１のチップ上に多数の測定点がある場合、イメージシフトによって多数の測定点間の移動を行うことによる測定等の高速化が図られるようになってきた。

しかしながら、イメージシフトは、電子線光軸（本明細書では、偏向を受けずに電子ビームが試料に到達する際の電子ビーム軌道のことを言う）から、電子ビームを離軸させて、所望の位置にて電子ビームを走査させる技術であるため、レンズの偏向作用等の影響により、所望の位置に走査位置を移動できない場合があるという問題がある。

特許文献１に説明されているような、イメージシフトの感度をあらかじめ精密に測定しておき、イメージシフト量を補正する技術では、イメージシフトの偏向領域内に複数の測定点等が存在し、その測定点ごとにイメージシフト誤差の程度が異なる場合等に対応できないという問題がある。

本発明の目的は、荷電粒子ビームの走査位置を偏向する荷電粒子ビームの走査方法、及び荷電粒子線装置において、荷電粒子ビーム走査位置の偏向可能範囲内で、適正な個所に走査位置を位置づけることが可能な荷電粒子ビームの走査方法、及び荷電粒子線装置の提供にある。

更に、荷電粒子ビーム走査位置の偏向可能領範囲内にて、適正な荷電粒子ビームの光学条件を設定可能な方法、及び装置の提供にある。

上記技術課題を解決するための一例として、荷電粒子ビームの走査位置の偏向可能領域において、走査位置の偏向前の荷電粒子ビーム走査位置に、基準対象物を位置づけ、当該基準対象物を基準として、前記走査位置の偏向可能領域内の複数の対象物に、前記荷電粒子ビームの走査位置を偏向し、当該各偏向後の走査位置における前記対象物のずれに基づいて、前記走査位置の偏向量を補正する方法、及び当該補正を実現するための装置を提案する。

また、更なる他の一例として、複数の荷電粒子ビームの走査位置の偏向位置ごとに、荷電粒子ビームの調整条件を登録しておき、前記各偏向位置に走査位置が偏向されたときに、それぞれの調整条件に基づいて、荷電粒子線を調整する方法、及び装置を提案する。本発明の他の例については、発明を実施するための最良の形態の欄にて明らかにする。

上記本発明の一例によれば、荷電粒子ビームの走査位置の偏向可能領域内において、正確な走査位置の偏向が可能となる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）の概略図を説明する図である。なお、以下の説明では走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、それに限られることはなく、以下に紹介する実施例は、例えば集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置など、他の荷電粒子線装置にも、適用が可能である。

電子銃１は、電子源２，引出電極３、及び加速電極４から構成される。電子源２と引出電極との間には、引出電圧Ｖ１が印加され、これによって、電子源２から電子ビーム３６が引き出される。

加速電極４はアース電位に維持され、加速電極４と電子源２との間には、加速電圧Ｖ０が印加される。したがって電子ビーム３６は、この加速電圧Ｖ０によって加速される。加速された電子ビーム３６は、絞り１５によって不要な領域を除去され、レンズ制御電源５に接続された集束レンズ７および集束レンズ８によって集束される。更に対物レンズ９によって、試料ステージ１２上の半導体ウェハ等の試料１３に集束される。

試料ステージ１２は、ステージ駆動装置２３により、少なくとも水平移動可能である。試料１３は集束された電子ビーム３６によって照射され、走査信号発生器２４に接続された偏向器１６ａ，１６ｂによって走査される。このとき非点収差補正器４０は非点収差補正制御部４５で制御される。電子ビーム３６の照射によって試料１３から放出される電子３３（二次電子、及び／又は後方散乱電子等）は、信号検出器２１によって検出される。検出された電子３３は、ＣＲＴ等の像表示装置３２の輝度変調信号とすることで、像表示装置に試料１３の拡大像が表示される。図示はしていないが、以上の構成が電子ビームを照射するのに適した真空容器内に収納される。

電子ビーム３６の走査位置を移動させて対象物を測定，検査、或いは観察する場合、電子ビーム３６を移動させるのに、図４に示すように走査信号発生器２４からの制御信号と走査位置制御部２５からの制御信号を重畳させて偏向器１６ａ，１６ｂに供給することにより、同じ偏向器を用いて、電子ビームの走査と、電子ビームの走査範囲の移動を行うようにしても良いし、図２に示すように、走査範囲の移動を行うための偏向器４１ａ，41ｂを別に設けるようにしても良い。

偏向器４１の配置は図２に示すように同軸状に配置しても良いし、図３に示すように電子ビームの光軸４３に沿って並べるようにしても良い。例えば偏向器４１がコイルで構成された電磁偏向器である場合、通常の走査に使用する偏向器１６と、電子ビームの位置移動に使用する偏向器４１の誘電電流の影響を考慮すると図２の構成よりも、図３の構成の方が、影響が少ない。一方、偏向器１６が電極にて構成され、電圧を印加することによって電子ビームを偏向する静電偏向器である場合には、図４に図示するように、走査信号発生器２４からの走査信号電圧と、走査位置制御部２５からの偏向電圧とを重畳して制御することもできる。

レンズ制御電源５，走査信号発生器２４，走査位置制御部２５には、記憶部２７を備えた制御部３１が接続されている。記憶部２７には、以下に説明するフローチャート等を自動で実行するためのプログラムが記憶されており、制御部３１は、その記憶されたプログラムに従って、上記各構成要素を制御する。なお、以下の実施例では、制御部３１が走査電子顕微鏡本体に直接的に接続されている例をとって説明するが、それに限られることはなく、例えば制御部３１を遠隔配置し、ネットワークを経由して走査電子顕微鏡を制御するようにしても良い。更に記憶部２７は、上記走査電子顕微鏡の各構成要素を制御するための信号を発生する部分と一体化する必要はなく、何等かの通信手段を経由して別体配置するようにしても良い。

更に、画像処理部３７には、検出器２１にて検出された電子に基づいて形成される画像を記憶する記憶媒体が内蔵されており、記憶された画像に基づいて、試料上の測定対象についてのラインプロファイルを形成し、当該ラインプロファイルに基づいて、試料上の測定対象の寸法測定を行うためのプログラムが記憶されている。また、得られた２以上の画像に基づいて、その画像のずれを計算するプログラムを実行するように構成されている。

半導体デバイスを測定，検査する荷電粒子線装置の一例として測長用走査電子顕微鏡
(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ) や、欠陥評価用走査電子顕微鏡（Defect Review-Scanning electron Microscope：ＤＲ−ＳＥＭ）がある。この内、特にＣＤ−ＳＥＭでは測定対象となる半導体ウェハの各部位を精度良く測長する必要がある。

これらの測定，検査装置では、電子ビームの走査位置（観察領域と称することもある）を、測定対象に正確に位置づける必要がある。例えば、１の測定位置から、他の測定位置に電子ビームの走査位置を移動する場合に、所望の移動距離と、実際に移動した距離が大きく違っていると、測定倍率によっては測定対象が観察領域に入らない、あるいは測定対象物の一部が観察領域から外れてしまうという問題が生ずる。

そのような状態下では、正確な測定は不可能である。従って、予め観察領域の移動精度も考慮した上で、測定倍率を選択する必要がある。即ち、移動誤差も見込んで低倍率に設定する必要がある。

しかしながら倍率を低くすると、画像１画素当たりの試料の相対的なサイズが大きくなり、測長において１画素のずれが測長の精度に大きな影響を与えることになる。よって、移動精度の向上と、測長精度の向上はトレードオフの関係にある。

検査対象物の位置を制御する方法として、試料である半導体ウェハを搭載しているステージを移動させる方法と、荷電粒子線の走査位置を移動させる方法がある。一般的に移動距離が大きい場合はステージを移動させることが望ましい。移動距離が少ない場合は、ステージの位置制御の精度の問題から、所望の対象物が電子ビームの走査領域から外れることが考えられる。

一方、荷電粒子線を偏向し、走査位置を移動させる場合は、光学的条件や物理的条件から移動可能な範囲が決まってしまうため、検査視野を大きく移動させるには不向きであるが、極わずかな移動には適している。

しかし荷電粒子線の走査位置を移動させる場合、ウェハ上で例えばＸ方向に視野を１０μｍ移動させるとすると、単純にＸ方向に荷電粒子線を移動させるだけではなく、レンズの特性等を考慮して制御しなければならない場合が多い。荷電粒子線の走査位置を移動させるということは、荷電粒子線を光軸から離軸させて対物レンズを通過させることになり、レンズの偏向作用によっては試料上での荷電粒子線の到達位置がズレたり、対物レンズが磁場レンズで構成されている場合、磁場による回転作用の影響を受けて更に到達位置がずれてしまうといった問題が発生する。このずれ量が小さい場合は無視できるが、対物レンズの構成によってずれ量が大きく現われることがある。また、荷電粒子線の走査位置の移動量が大きくなると光軸からの離軸量が大きくなる。つまり荷電粒子線がレンズの外側を通過するため、レンズの偏向作用の影響を大きく受けてずれ量も大きくなってしまう。

以下に、このずれ量を予め計測しておき、所望の位置に到達するよう荷電粒子線の移動量を制御する実施例について説明する。

まず、例えば図５のように特定のパターンで構成され、ｘ方向にａ［μｍ］、ｙ方向にｂ［μｍ］のピッチで並んでいるウェハを用意する。この例では対象物がドットパターンなので、円の重心を求めた上で、この重心位置のずれを計測することによって、荷電粒子線の移動誤差量を計算することができる。

この測定例を図７のフローチャートに沿って説明する。まず、測定を実施するための領域４７を決定する（Step１００）。次にパターン列の中心部の領域４６を画面の中心に表示するよう視野を移動させる。これを基準位置とする（Step１０１）。このとき荷電粒子線の走査位置の移動量に対する誤差量の計測精度をあげるため電子ビーム３６の移動量は「０」であること望ましい。従って視野移動にはステージ駆動装置２３を用いるのがよい。

次に基準となる中心部の領域４６で計測倍率を決定する（Step１０２）。このとき倍率が高すぎると、電子ビーム３６の位置精度が悪い場合に計測対象物が視野に入らない、或いは一部が視野から外れるといった問題が発生し、計測不可能になってしまうため、測定に適した倍率を選択する必要がある。

次に測定するピッチ（ｘ，ｙ）を決定し入力する（Step１０３）。図５の例ではドットパターンなので例えばパターンのピッチ（ａ，ｂ）を入力する。次に基準位置である領域４６の画像を取得し、これを基準画像とする（Step１０４）。取得した基準画像から基準対象物の重心（Ｘ０，Ｙ０）を求める（Step１０５）。例えば図８の領域４６に示すようにクロスカーソル位置を重心（Ｘ０，Ｙ０）とする。次に図６に示すように１番目となる領域５１に電子ビーム３６の走査位置を移動させて（Step１０６）画像を取得する（Step１０７）。

図６では左下から順次画像を取得する方法であるが、取得する順番は任意である。次に領域５１で取得した画像パターンの重心位置（Ｘ１，Ｙ１）を求める（Step１０８）。図８のように基準画像である領域４６の重心位置と領域５１の画像の重心位置を比較して誤差量（Δｘ１，Δｙ１）を計測する（Step１０８）。これらの重心位置の計測や誤差量の測定は画像処理部３７が行う。例えば取得した画像を記憶して、対象物となるドットパターンの重心位置を計算する。その重心位置が画像の画素位置（Ｘ，Ｙ）に位置するかを検知し、記憶する。中心部の領域４６の基準となる画像の重心位置（Ｘ０，Ｙ０）と、ｎ番目に取得した重心位置（Ｘｎ,Ｙｎ）と比較して画素サイズから誤差量（Δｘｎ,Δｙｎ）を計算する。順次領域５２，５３と画像の取得，重心の計測、及び重心と基準となる画像中心間の誤差量の計測という一連のデータ処理を、指定した領域内で指定したピッチに従って実施する。またはピッチのｋ倍分で電子ビーム３６の移動を制御してもよい。

前述したデータ処理のうちStep１０６からStep１０９を繰り返し実施し、指定領域内の画像取得および計測が終了すると（Step１１０）、電子ビーム３６の移動量に応じた補正式が導出される（Step１１１）。具体的には、（Δｘｎ，Δｙｎ）分、移動量が変化するような電流或いは電圧（信号）を、元の信号に、加算或いは減算するようにする。記憶部２７には、もともと所定の偏向距離に対する信号が、電子ビームの加速エネルギーや、対物レンズの集束条件等ごとに記憶されているが、これらの信号の補正信号として、得られた信号を記憶するようにする。

この補正式を用いることで、電子ビーム３６の走査位置を精度良く制御することができる（Step１１２）。

既知のピッチごとに誤差量を取得することによって、イメージシフトの偏向位置に因らず、正確な走査位置合わせが可能となる。また、ＣＤ−ＳＥＭ等での測定位置が予め決まっている場合は、本例のようにマトリクス状に誤差量を求めるのではなく、測定対象試料と同じ配置条件のパターンを持つテスト試料を用いて、測定の必要な対象パターンについて選択的に誤差量を求めるようにしても良い。

以上の手順は一例であり、データの処理方法としては領域内で必要とされる画像の取得を全て行った後、誤差量の計算をしてもよい。

更に、調整用のパターンが図５のようなドットパターンの場合は、円の重心を求める手法が適しているが、例えば図１８に図示されるパターン５８のようなパターンの場合、重心ではなく、図１９に説明されているように、パターン５８の一部のエッジ部を基準として、パターンマッチングすることでずれ量の測定を行うようにしても良い。より具体的には、エッジ部のテンプレート５９と、実際のＳＥＭ像に表示されたエッジ部とのパターンマッチングを行うときに得られる、テンプレート及び／又はＳＥＭ像の移動量Δｘ，Δｙを、ずれ量とするようにしても良い。

図１０は電子ビーム３６のＸ方向，Ｙ方向の移動範囲のマップを作成し、各画像取得した位置に誤差量４８を表示させた場合の一例である。電子ビーム３６の走査位置の移動量（Ｘ，Ｙ）を軸として、その座標点での誤差量（Δｘｎ，Δｙｎ）を表示させることでユーザーが容易に確認することができ、対称・非対称性等の確認も一目瞭然となる。

また誤差量４８のスケール２６を同時に表示することで誤差量を定量的に確認することもできる。また誤差量が「０」のときの理想マップ４４を同じ領域に表示させることで、誤差の発生する方向や大きさ等も視覚的に確認が可能になる。

また、誤差量は図９の表５４のように表してもよい。例えば誤差量に閾値を設けて、その値以上の表示値の位置の色を変えることで、誤差量が大きい走査位置がわかりやすくなる。前述したのと同様に図１０のマップにおいても誤差量に閾値を設けて、その値以上の位置の色を変えて表示することも可能である。

前述した実施例では荷電粒子線の移動量が「０」である領域を中心とし、移動範囲
（±Ｘ，±Ｙ）の全領域を計測しているが、対称性が予めわかっているのであれば、計測範囲を全領域の１／２或いは１／４の範囲にしてもよい。

誤差量の計測範囲は、装置上で許容される荷電粒子線の移動量よりも広範囲に設定すると、補正計算方法によっては精度良く補正が可能になる。例えば図１１の領域４７に示すように、装置上のＸ移動量範囲とＹ移動範囲よりも広範囲をとれば誤差量の補正計算の精度が向上することになる。補正計算には例えば図１０の表示されている点のうち、４箇所の点で四辺形を作成し、四辺形の方程式を使ってその内側の或る位置での誤差量を計算する方法がある。この場合は図１１のように全ての領域で補正しようとすると移動範囲よりも外側の情報が必要になってくる。この場合、走査位置のアドレス情報に基づいて、誤差量が算出される。

また、この精度を上げようとすると、先に述べた荷電粒子線の走査位置の移動を対象物のピッチのｋ倍分にするよりもピッチに従って画像を取得し、誤差量を計測するほうが良い。

一方、試料１３が試料ステージ１２に搭載されてステージ駆動装置２３によって動く場合は、ステージの精度の影響を受けやすいため、誤差量の計測の時間内にステージの微少移動、ドリフトが発生すると誤差量の計測にステージのドリフト量も含まれてしまい、電子ビーム３６だけの誤差量を測定できなくなる。つまり電子ビーム３６の走査位置制御の位置精度が低下する要因になる。この問題を解決するにはステージ自体の精度を上げることが望まれるが、このステージの移動量を定期的に測定して、電子ビーム３６の位置精度に影響がないよう制御すること必要になる。

誤差量計測のパターンが図５である場合のステージのドリフト量の測定方法の基本的な一例を示す。まず電子ビーム３６の走査位置の移動量が「０」である領域４６の画像を取得して対象物であるドットパターンの重心位置を求める。一定時間が経過した後、再度領域４６の画像を取得して同様に重心位置を求める。この重心位置のずれ分がステージのドリフト量に相当する。しかしステージのドリフト量は測定を開始する前の状態を反映する傾向にあるため、例えば測定視野の確定にステージの移動で視野を決定したとすると、測定直前のステージの動いた方向や距離などの影響を受けることになる。

例えば図１２に示すように、ステージを停止した直後、つまり測定開始直後はドリフト量が多いが、時間が経つにつれてドリフト量は減少傾向にある特性を持ったステージだとすると、測定時間を短くしてドリフト量の計測を実施すれば図１２に示すようなドリフトの傾向が精度よく測定できる。

前述した電子ビーム３６の走査位置制御方法に、このステージのドリフト量を組み合わせることで走査位置制御の精度が向上する。よって、図７において領域４６の画像取得
（Step１０４）から誤差量の計測（Step１０９）までを繰りかえす間にステージ移動量の測定を行わなければならない。例えば図１４のように電子ビーム３６の移動量が「０」である領域４６で画像取得してドットパターンの重心位置を計測する。これを第１の領域
４６とする。

領域５１から領域６１まで順次画像取得してドットパターンの重心位置を各々計測する。その後、再度電子ビーム３６の移動量を「０」の領域４６に戻り画像取得および重心位置の計測を行う。これを第２の領域４６とする。両画像共に電子ビーム３６の移動量が
「０」なので、第１の領域４６と第２の領域４６の重心位置のずれ量がステージのドリフト量として計測できる。もちろん、ずれ量が無い場合はステージのドリフトが無いことを意味する。

更に測定方法のタイミングによっても精度に影響する。例えば図１２のような特性のうち図１３のように３点のみの測定ではドリフト量の測定精度は低下する。これを複数点で測定することで精度向上につながる。

例えば図７のフローチャートのうち、電子ビーム３６の走査位置移動（Step１０６）から指定領域内の計測終了（Step１１０）の間に、ステージのドリフト量を計測する例を図１６のフローチャートに示す。ドリフトを測定するピッチＳは予め設定しておく。例えば図１４の領域５１から領域６１までのＹ方向１列の計測が終了したときにドリフト量を測定する場合、ピッチは「１１」と設定する。電子ビーム３６の走査位置を移動させながら（Step１０６）、図１４の領域５１から領域６１まで画像を取得して重心位置を計測し、誤差量を求める（Step１０７〜Step１０９）。

領域６１を取得したらドリフト測定指定ピッチ１１になるので、電子ビーム３６の移動量が「０」である領域４６の画像を取得して(Step１２１)対象物の重心位置（Ｘ０′，
Ｙ０′）を求める（Step１２２）。第１の領域４６の対象物の重心位置（Ｘ０，Ｙ０）との差（Δｘ０，Δｙ０）を計算してこれをステージのドリフト量とする（Step１２３）。このドリフト量をピッチ「１１」で割った値（Δｘ０／１１，Δｙ０／１１）を領域５１から領域６１までの点での測定した誤差量（Δｘｎ，Δｙｎ）に各々加算、或いは減算していく。この値を（Δｘｎ′，Δｙｎ′）で表し、電子ビーム３６の走査位置の誤差量として計算される。これを式１で表す。
（式１）
（Δｘｎ′，Δｙｎ′）＝（Δｘｎ＋Δｘ０／ｓ，Δｙｎ＋Δｙ０／ｓ）
ドリフト量が「０」であればステージのドリフトが無いことを示し、それ以外の場合はステージの移動を考慮した補正を行わなければならない。

なお、先に説明したように、ドリフトは、測定直前のステージの動いた方向等によって変化することがある。よって、本例にて決定した誤差量を用いて、パターンにおける測長を実行する場合、直前のステージの移動方向等によって、変化させる必要がある。例えば、左方向から右方向に向かってステージが移動し、その後、停止した場合、ドリフトは左方向から右方向に向かって発生する可能性がある。

例えば、半導体ウェハ上の複数点の測定，検査を行う場合、測定する個所が同じであったとしても、その直前の測定，検査がどこで行われたかによって、ドリフトの発生方向が変化する可能性がある。よって、実際の測定を行うための測定手順を設定する場合には、直前に測定される測定対象の個所に応じて、補正式を導出することが望ましい。

更に直前の測定位置との距離に応じて、ドリフト量が変化するため、測定点間の距離とドリフト量との関係に基づいて、補正式を導出しても良い。

また、イメージシフト偏向領域内の複数の測定個所に、観察領域を位置づける場合、観察順番（観察時間）に応じて、ドリフトの影響が変化することが考えられるため、その変動要素も加味した補正式を導出することが望ましい。

試料１３のうち半導体ウェハは、面内で必ずしも同一高さではない。よって電子ビーム３６の走査位置の移動量は、高さに連動して制御する必要がある。例えば走査位置の制御に偏向器４１を使う場合、偏向器４１に同じ電流、或いは電圧を印加しても、試料高さが異なると、その移動量が変化してしまう。

また、電子ビーム３６の走査位置を移動させた場合、移動させる距離が大きいと像面湾曲収差は非点収差等の収差による像の変化が現れる。これによって画像が鮮明でなくなる、つまり画像がぼけてしまい、対象物の重心計測の精度の低下を招く。よって電子ビーム３６の移動距離によっては像面湾曲収差や非点収差等の像ぼけの原因になる収差の調整が必要になる。

図７の誤差量測定フローチャートに沿って重心計測から誤差量を測定するなかで、例えば像面湾曲収差の補正、つまり焦点補正や非点収差補正などを実施すれば、電子ビーム
３６の移動量制御の精度が向上する。

更にその補正量を電子ビーム３６の移動量と関連付けて記憶させることで、移動量に連動して収差補正を行うことが可能になり、電子ビーム３６の走査位置の移動によって視野移動を実施した場合にも常に鮮明な画像を得ることができる。

また、電子ビーム３６の走査位置を移動させるということは対物レンズ９の光軸４３から離軸することを意味し、対物レンズ９の焦点調整をすると画像の位置が動くことになり調整がしにくい状態になる。これによりすべての調整の精度が低下する可能性がある。これを回避するべく、対物レンズ９の光軸４３を電子ビーム３６が通過するように電子ビーム３６の軸調整を実施する必要がある。電子ビーム３６の走査位置の移動量に関連付けて軸調整量を記憶しておけば、電子ビーム３６の走査位置を移動させた場合で焦点調整を行うときに、画像の位置移動が無い状態で精度良く焦点調整が可能になる。

各調整量は図１０の位置の誤差量と同様に移動量に対するマップとして表すことでユーザーの確認が容易になる。また図９のように表として表示してもよい。

焦点補正や非点収差調整、および軸調整などの調整は、電子ビーム３６の走査位置を移動させたときにユーザーが行っても良いが、自動化することで制御部３１による統括制御が可能になる。なお、焦点補正は、対物レンズへの励磁電流を調整しても良いし、試料に印加する負電圧を調整するようにしても良い。また、一般的な電磁レンズや静電レンズだけではなく、焦点補正用に別途設けられた他のレンズを用いて、焦点調整を行うようにしても良い。

これらの一連の調整が記憶部２７に電子ビーム３６の走査位置と関連付けて記憶されており、検査装置として電子ビーム３６の走査位置を移動させながら検査を行う場合、位置制御の精度が良く、更に鮮明な画像で検査を実施することが可能になる。

操作者はこれらの測定に関する入力を像表示装置３２から行うことができる。例えば入力領域５５でＸ方向，Ｙ方向のピッチや計測する点数等の必要な情報を入力する。或いは画像表示領域内で計測する領域を指定ポインタ５７で指示することもできる。

また、図１５に示すように像表示装置３２上には図９や図１０の表やグラフを表示させることでユーザーによる確認が容易になる。

このデータ処理方法によって電子ビーム３６の走査位置の制御が可能になるが、この誤差量の測定方法だけを使って装置状態の調査をすることもできる。例えば図７のフローチャートに従って誤差量の計測を実施し指定領域内の計測を終了（Step１１０）した後、誤差量がある閾値以上になった場所がある場合にユーザーに対して、例えば再調整が必要であるとワーニングメッセージを像表示装置３２表示させる。或いは誤差量を図９または図１０のように表示させてもよい。

近年、半導体ウェハの中には、ウェハの全面に亘って、固定的に帯電が蓄積するウェハが散見されるようになってきた。この帯電は接地しても除去することが困難であることが判っている。この固定的帯電の原因は、例えばスピンコーターによるレジスト塗布時の摩擦によって、レジスト内部で有極性物質が分極し、電位が固定するものであるとか、プラズマを使用したエッチング処理に基づく帯電であると言われている。

このようなウェハの広い領域に亘って、固定的に蓄積する帯電（以下グローバル帯電と称することもある）は、ウェハの中央部にて最も大きな電位を示し、ウェハの縁部に行くに従って電位が小さくなるような傾向を示す。試料表面に残留する電位は、静電レンズの形成原理に基づくレンズを形成する。上述のようにグローバル帯電は、ウェハ中央部とウェハ縁部での電位が異なるため、レンズ作用もウェハ中央部とウェハ縁部とでは異なる。

実施例１に説明するような技術を、このようなウェハに適用する場合、ウェハの位置によってレンズの偏向作用が異なるため、その偏向作用の変化に応じた誤差量に基づく、補正式を用意することが考えられる。一例として、電子ビーム３６の走査位置の帯電電圧ごとに、走査位置ごとの補正式を求めておくことが考えられる。

図１７は、半導体ウェハ上のグローバル帯電の状況を模式的に示した図である。図示されるように、グローバル帯電は、中心に行くに従って帯電が強くなる傾向がある。即ち、ウェハ中央の方が、レンズ作用が大きいため、ウェハ縁部と比べて、イメージシフト偏向領域の縁部における補正量が大きくなる傾向がある。一方で、イメージシフト領域の中央個所では、イメージシフト領域の縁部に比べてレンズ作用の影響を受けないので、ウェハ縁部とウェハ中央での補正量の変化は少ない。

以上のような事情に鑑みて、帯電電圧ごとに、イメージシフトの偏向領域内における各位置の誤差量（Δｘｎ，Δｙｎ）を計測し、補正式を導出しておくことが望ましい。このような構成によれば、グローバル帯電があっても正確な走査位置の位置合わせが可能となる。

なお、グローバル帯電の分布が既知である場合は、ウェハの帯電マップを用意し、当該帯電マップに測定位置を突き合わせることによって、当該測定位置の帯電状況に応じた補正式を読み出して適用することが可能である。また、グローバル帯電が未知の場合は、静電電位計（Surface Potential Measurement：ＳＰＭ）を用いて、真空容器内、或いはウェハが通過する軌道近傍にて帯電の分布を計測し、各測定対象個所における帯電状況に基づいて、予め帯電状況ごとに登録されている補正式を用いて、イメージシフトを行うようにしても良い。なお、ＳＰＭによる帯電計測技術は、ＷＯ０３／００７３３０に説明されている。

また、ウェハ表面方向に関するグローバル帯電の変化の推移を、関数にて近似し、当該関数に基づいて、電子ビーム走査位置の補正式を導出するようにしても良い。

なお、上述した本発明の一例を、ビームを二次元的に走査するときの走査位置を移動するいわゆるイメージシフトに適用しても良いし、ビームを一次元的に走査する（ラインスキャン）ときの走査位置を移動する際に適用するようにしても良い。

走査電子顕微鏡の概略を示す図。 偏向器の構成の一例を示す図。 偏向器の構成の一例を示す図。 偏向器の構成の一例を示す図。 ドットパターンが所定のピッチで配列された試料の一例を示す図。 測定箇所の移動順序の一例を示す図。 走査位置の位置誤差量測定の手順を示すフローチャート。 走査位置の位置誤差量の計算方法の一例を説明する図。 走査位置の位置誤差量の表示例を説明する図。 走査位置の位置誤差量をグラフ化して表示した例を説明する図。 移動範囲と測定領域の一例を示す図。 時間とステージのドリフト量の関係を示す図。 時間とステージのドリフト量の関係を示す図。 ステージのドリフト量を計測する順番例。 像表示装置に表示する一例。 ステージドリフト量計測と、走査位置の位置誤差の計測手順を説明するフローチャート。 グローバル帯電が蓄積されたウェハの概略図。 測定用のパターンが所定のピッチで配列された資料の一例を示す図。 パターンマッチング用テンプレートの一例を示す図。

符号の説明

１ 電子銃
２ 電子源
３ 引出電極
４ 加速電極
５ レンズ制御電源
６，１９ 電極
７，８ 集束レンズ
９ 対物レンズ
１０ クロスオーバ
１１ 位置モニター用測定装置
１２ 試料ステージ
１３ 試料
１４ 可変減速電源
１５ 絞り
１６ａ，１６ｂ 偏向器
１７ ブランキング偏向器
１８ 走査信号発生器
２０ 直交電磁界発生器
２１ 検出器
２２ 試料高さ測定装置
２３ ステージ駆動装置
２４ 走査信号発生器
２５ 走査位置制御部
２６ スケール
２７ 記憶部
３１ 制御部
３２ 像表示装置
３３ 電子
３４ 電極制御部
３６ 電子ビーム
３７ 画像処理部
４０ 非点収差補正器
４１ａ，４１ｂ 偏向器
４２ 測定結果マップ
４３ 光軸
４４ 理想マップ
４５ 非点収差補正制御部
４６，４７，５１，５２，５３ 領域
４８ 誤差量
４９ 移動範囲
５０ 表示領域
５４ 測定結果表
５５ 入力領域
５６ 画像表示領域
５７ 指定ポインタ

Claims (12)

1. 偏向器を用いて荷電粒子線の走査位置を偏向して、
   前記荷電粒子線を走査する荷電粒子線の走査方法において、
   基準対象物と、当該基準対象物との間に既知の寸法を有する複数の対象物が形成された試料の前記基準対象物に、前記荷電粒子線の走査位置を位置づけ、
   更に前記荷電粒子線の走査位置を、前記複数の対象物を走査するように偏向し、
   当該偏向された走査位置と前記対象物との第１の位置誤差を、前記複数の対象物ごとに検出する工程と、
   前記基準対象物に、再度前記荷電粒子線の走査位置を位置づけ、
   当該再度位置付けられた走査位置と、前記基準対象物との第２の位置誤差を検出する工程と、
   前記第２の位置誤差を当該走査した対象物の数で除算して第３の位置誤差を求め、
   当該求めた第３の位置誤差を、当該複数の対象物ごとに検出された第１の位置誤差に加算、或いは減算する工程と、
   当該加算、或いは減算結果に基づいて、
   前記荷電粒子線の走査位置の偏向範囲における前記偏向器の偏向信号を導出する工程と、を有することを特徴とする荷電粒子線の走査方法。
2. 請求項１において、
   前記基準対象物は、前記荷電粒子線の光軸下に位置づけられることを特徴とする荷電粒子線の走査方法。
3. 請求項１において、
   前記荷電粒子線の走査によって、前記基準対象物と、前記複数の対象物の画像を取得し、前記基準対象物の重心と前記対象物の重心間の距離に基づいて、
   前記第１の位置誤差を検出することを特徴とする荷電粒子線の走査方法。
4. 請求項１において、
   前記荷電粒子線の走査によって、前記基準対象物と、前記複数の対象物の画像を取得し、当該基準対象物と前記複数の対象物との間でパターンマッチングを行うことによって得られる両者間の距離に基づいて、前記第１の位置誤差を検出することを特徴とする荷電粒子線の走査方法。
5. 請求項１において、
   前記複数の対象物は、前記試料上に既知の間隔にて二次元的に配列されていることを特徴とする荷電粒子線の走査方法。
6. 請求項１において、
   前記第３の位置誤差は、
   前記試料を移動させる移動ステージの移動成分であることを特徴とする荷電粒子線の走査方法。
7. 荷電粒子源から放出される荷電粒子線の走査位置を偏向する偏向器と、
   当該偏向器に偏向信号を供給する制御部を備えた荷電粒子線装置において、
   前記制御部は、基準対象物と、当該基準対象物との間に既知の寸法を有する複数の対象物が形成された試料の前記基準対象物に、
   前記荷電粒子線の走査位置を位置づけるように前記偏向器を制御し、
   更に前記荷電粒子線の走査位置を、前記複数の対象物を走査するように偏向し、
   当該偏向された走査位置と前記対象物との第１の位置誤差を、前記複数の対象物ごとに検出したのちに、
   前記基準対象物に、再度前記荷電粒子線の走査位置を位置づけ、
   当該再度位置付けられた走査位置と、前記基準対象物との第２の位置誤差を検出し、
   前記第２の位置誤差を当該走査した対象物の数で除算して第３の位置誤差を求め、
   当該求めた第３の位置誤差を、当該複数の対象物ごとに検出された第１の位置誤差に加算、或いは減算し、
   当該加算、或いは減算結果に基づいて、
   前記荷電粒子線の走査位置の偏向範囲における前記偏向器の偏向信号を導出することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項７において、
   前記制御部は、前記荷電粒子線の走査によって、前記基準対象物と、前記複数の対象物の画像を取得し、
   前記基準対象物の重心と前記対象物の重心間の距離に基づいて、
   前記第１の位置誤差を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項７において、
   前記制御部は、前記荷電粒子線の走査によって、前記基準対象物と、前記複数の対象物の画像を取得し、当該基準対象物と前記複数の対象物との間でパターンマッチングを行うことによって得られる両者間の距離に基づいて、
   前記第１の位置誤差を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項７において、
    前記制御部は、前記荷電粒子線の走査位置の偏向範囲における複数の位置について、前記偏向器に供給される信号を個々に記憶する記憶部を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 請求項１０において、
    前記記憶部には、前記導出された偏向信号が記憶されていることを特徴とする荷電粒子装置。
12. 請求項７において、
    前記制御部は、前記荷電粒子線の走査位置の偏向範囲における複数の位置について、
    非点補正器に供給される信号、対物レンズに供給される信号、或いは試料に印加される電圧を、個々に記憶する記憶部を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。

Images