JP5361137B2 - 荷電粒子ビーム測長装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビームを試料に照射走査し、該試料からの二次粒子から得られるデータに基づいて、試料中の部分の寸法データを得る荷電粒子ビーム測長装置、この装置での寸法校正方法、この装置及びその方法で用いられる校正用標準材に関する。

荷電粒子ビーム測長装置では、校正用標準材を用いて、試料の測長結果を校正している。この校正技術に関しては、例えば、以下の特許文献１に記載されているものがある。

この特許文献１では、校正用標準材として、シリコン基板上に、エッチング等で、一定幅で一定ピッチの溝を複数形成したものを用いている。この特許文献１に記載の技術では、この校正用標準部材の所定数の溝の間隔を測長し、この測長結果と実際の校正用標準部材の所定数の溝の間隔との誤差を求め、実際に試料を測長した際には、寸法の変化に対して誤差が線形変化するものとして、測長で得られた寸法を校正している。

特開2005−241328号公報

荷電粒子ビームによる測長技術では、常に、より正確に測長できることが望まれている。

そこで、本発明は、このような要望に応えるべく、測長により得られた寸法データをより精密に校正することができる荷電粒子ビーム測長装置、この装置での寸法データの校正方法、この装置及びその方法で用いられる校正用標準材を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、荷電粒子ビームを試料に照射走査し、該試料からの二次粒子から得られるデータに基づいて、試料中の部分の寸法データを得る荷電粒子ビーム測長装置において、校正用標準材は、互いに幅寸法が異なる複数の校正マーク部材を有する第一及び第二校正用標準部材を有し、該第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の高さと該第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の高さとは異なり、前記荷電粒子ビーム測長装置は、試料の高さを検出する高さ検出手段と、前記校正用標準材の各校正マーク部材の幅の寸法データが記憶されている第一の記憶手段と、前記校正用標準材を照射走査して得られた該校正用標準材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データ毎に、該実測寸法データと前記記憶手段に記憶されている複数の寸法データのうちの対応寸法データとの非線形な差を求める誤差算出手段と、前記校正用標準材を照射走査して得られた該校正用標準材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データと、前記誤差算出手段により求められた対応誤差との関係、又は各実測寸法データと、前記誤差算出手段により求められた対応誤差で補正した後の補正後幅寸法データとの関係を求める関係生成手段と、前記関係生成手段で求められた前記関係が記憶される第二の記憶手段と、前記荷電粒子ビームを試料に照射走査して得られた実測寸法データを、前記第二の記憶手段に記憶された前記関係を用いて補正する補正手段と、を備え、前記第一の記憶領域には、前記第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各寸法データ及び該校正マーク部材の高さと、前記第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各寸法データ及び該校正マーク部材の高さとが記憶されており、前記誤差算出手段は、前記第一校正用標準部材を照射走査して得られた該第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データ毎に、該実測寸法データと前記記憶手段に記憶されている複数の寸法データのうちの対応寸法データとの差を求めると共に、前記第二校正用標準部材を照射走査して得られた該第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データ毎に、該実測寸法データと前記記憶手段に記憶されている複数の寸法データのうちの対応寸法データとの差を求め、前記関係生成手段は、前記第一校正用標準部材を照射走査して得られた該第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データと前記誤差算出手段により求められた対応誤差との第一関係ａを求めると共に、前記第二校正用標準部材を照射走査して得られた該第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データと前記誤差算出手段により求められた対応誤差との第一関係ｂを求める第一関係生成手段と、前記第一関係ａ及び該第一関係ａを求める際に用いた前記第一校正用標準部材の高さと、前記第一関係ｂ及び該第一関係ｂを求める際に用いた前記第二校正用標準部材の高さとを用いて、実測寸法データと試料高さと前記誤差算出手段により求められた対応誤差との第二関係を求める、又は、実測寸法データと試料高さと前記誤差算出手段により求められた対応誤差で補正した後の補正後寸法データとの第二関係を求める第二関係生成手段と、を有し、前記第二の記憶手段は、前記第二関係生成手段で求められた前記第二関係が記憶され、前記補正手段は、前記荷電粒子ビームを試料に照射走査して得られた実測寸法データを、前記高さ検出手段で検出された該試料の高さと前記第二の記憶手段に記憶された前記第二関係とを用いて補正する、ことを特徴とする。

前記問題点を解決するための荷電粒子ビーム測長装置の前記校正用標準材は、複数の前記校正マーク部材の各寸法が予め定められた寸法になっており、複数の前記校正マーク部材は急峻な界面を有することを特徴とする。

なお、前記校正用標準材を寸法データの校正に用いる場合には、複数の前記校正マーク部材の寸法は、荷電粒子の入射ビーム径の２倍以上であることが好ましい。また、前記校正用標準材を荷電粒子の入射ビーム径の測定に用いる場合には、複数の前記校正マーク部材の寸法は、荷電粒子の入射ビーム径の２倍以下であることが好ましい。

また、前記校正用標準材の表面であって、複数の前記校正マーク部材が並んでいる方向に広がっている表面の面積は、荷電粒子ビームの照射により発生する二次粒子から得られる二次元分布データのデータ取得領域の面積以上であることが好ましい。

本発明によれば、互いに幅寸法の異なる複数の校正マーク部材の幅を実測したときの各実測値に対する誤差に基づいて、校正関数を定め、この校正関数により試料の実測値を補正しているので、実測値の変化に対して誤差が非線形であっても、より精密に実測値を校正することができる。

以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。

まず、本発明に係る第一の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。

本実施形態の荷電粒子ビーム測長装置は、電子ビームを試料に照射走査して、この試料からの二次電子（又は反射電子）に基づいて、試料の部分の寸法を計測する走査電子顕微鏡である。

この走査電子顕微鏡は、図１に示すように、試料Ｍに電子ビームを照射走査して、この試料からの二次電子を検出する電子光学系１０と、各種電源回路等２１〜２７と、試料Ｍが搭載されるステージ３０と、試料Ｍ等を外部から搬送してステージ３０上に搭載する搬送装置（図示されていない）、電子光学系１０で検出された二次電子データを画像処理する画像処理装置５０と、各種電源回路等２１〜２７や画像処理装置５０や搬送装置を制御する統合制御装置６０と、統合制御装置６０からの出力を表示する一方で統合制御装置６０へ指示を与える入出力装置６５と、を備えている。

電子光学系１０は、電子ビームを発生する電子銃１１と、電子ビームを集束させるコンデンサレンズ１２と、電子ビームを試料Ｍ上で走査するための偏向器１３と、電子ビームを試料Ｍ上で合焦させる対物レンズ１４と、試料Ｍからの二次電子を検出する検出器１５と、試料Ｍの高さを検出する高さセンサ１６と、を備えている。

各電源回路等２１〜２７としては、電子銃１１を駆動制御する電子銃電源回路２１と、コンデンサレンズ１２を駆動制御するコンデンサレンズ電源回路２２と、偏向器１３を駆動制御する偏向器電源回路２３と、対物レンズ１４を駆動制御する対物レンズ電源回路２４と、高さセンサ１６を駆動制御すると共に高さセンサ１６からのアナログ信号をディジタル信号に変換するセンサコントローラ２６と、ステージ３０を駆動制御するステージコントローラ２７と、を備えている。以上の電源回路等２１〜２７は、いずれも、統合制御装置６０からの制御信号を受信する。なお、センサコントローラ２６は、統合制御装置６０からの制御信号を受信すると共に、前述したように、高さセンサ１６からのアナログ信号をディジタル信号に変換し、これを統合制御装置６０へ送信する。

画像処理装置５０は、検出器１５からの二次電子データから二次電子画像を取得する画像取得部５１と、この二次電子画像から所定部分の寸法を測定する寸法測定部５２と、後述の校正用標準材４０の寸法の実測値Ｌとその公証値Ｌｎとの差を求める減算器５４と、減算器５４による減算結果に基づいて試料Ｍに関する実測値Ｌａを補正するための校正関数を求める校正関数生成部５５と、試料Ｍに関する実測値Ｌａを校正関数を用いて補正する補正部５６と、各種データを記憶しておく記憶部５７と、寸法測定部５２で測定された測定データの送信先を減算器５４と補正部５６とのうちの一方に選択的に切り替える切換器５３と、備えている。

記憶部５７は、校正用標準材４０の公証値Ｌｎが記憶されている公証値記憶領域５８と、校正関数生成部５５が生成した校正関数が記憶される校正関数記憶領域５９と、を有している。

なお、この画像処理装置５０及び統合制御装置６０は、コンピュータであり、各種演算を実行するＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、入力インタフェース、出力インタフェース等を有して構成されている。したがって、画像処理装置５０の各機能部５１〜５６は、いずれも、外部記憶装置又はメモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで機能する。また、画像処理装置５０の記憶部５７は、外部記憶装置又はメモリを有して構成されている。

また、入出力装置６５もコンピュータであり、各種演算を実行するＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、入力インタフェース、出力インタフェースの他、各種データを表示する表示装置、各種指示等を受け付ける入力装置を備えている。

校正用標準材４０は、図２に示すように、校正用標準部材４１と、これが固定されるベース４５とを有している。校正用標準部材４１は、複数の校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…と、校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…の相互間の間隔を保持する間隔保持部材４３,４３，…と、端部形成部材４４,４４とを有している。複数の校正用マーク４２ａ，４２ｂ，…は、一定の方向に一定の間隔を保って並んでおり、この並んでいる方向の幅Ｌｎ１，Ｌｎ２，…が互いに異なっている。この実施形態で、複数の校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…は、幅Ｌｎ１，Ｌｎ２，…が１０ｎｍから１０ｎｍ単位で２００ｎｍのものまである。一方、複数の間隔保持部材４３,４３，…の幅は、いずれも３０ｎｍである。

校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…（以下では、必要ない限り、単に、４２とする）の表面のうち、並んでいる方向に対して平行な一の面（以下、照射面とする）４２ｓは、この照射面４２ｓと平行な間隔保持部材４３の面（以下、照射面とする）４３ｓとは、並んでいる方向に対して垂直な方向にズレており、校正マーク部材４２の照射面４２ｓに対して間隔保持部材４３の照射面４３ｓが凹んでいる。間隔保持部材４３の照射面４３ｓから校正マーク部材４２の照射面４２ｓまでの段差量、つまり高さ差Δｈと、校正マーク部材４２の幅Ｌｎとのアスペクト比（Δｈ/Ｌｎ）は、間隔保持部材４３に対する校正マーク部材４２の凸部分の倒れを防ぐ意味で、２以下が好ましい。そこで、本実施形態では、高さ差Δｈを２０ｎｍとし、アスペクト比（Δｈ/Ｌｎ1＝20/10＝2）を最大でも２以下にしている。

本実施形態では、複数の校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…及び端部形成部材４４,４４がモリブデンで形成され、複数の間隔保持部材４３,４３，…がシリコンで形成されている。

この校正用標準部材４１は、スパッタ等により、モリブデンとシリコンの多層膜部材を形成し、シリコン膜に対して各層が並んでいる方向に対して垂直な方向にエッチングを施して、モリブデン膜の端面に対してシリコン膜の端面に段差を生じさせたものである。

この校正用標準部材４１は、シリコン等で形成されたベース４５に固定されている。

校正用標準材４０の複数の校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…の各幅の寸法Ｌｎ１，Ｌｎ２，…は、透過電子顕微鏡の格子像により精密に計測され、この値が公証値として、記憶部５７の公証値記憶領域５８に記憶される。なお、各校正マーク部材４２ａ，４２ｂ，…の各幅の寸法Ｌｎ１，Ｌｎ２，…は、光干渉やＡＦＭ（Atomic Force Microscope）で精密に計測することも可能である。

ところで、本実施形態において、各部材４２,４３をモリブデンとシリコンで形成するのは、以下の理由による。

1）モリブデンとシリコン中のケイ素とは、原子番号の差が大きく、反射電子信号コントラストを得易い。

2）スパッタにより均一厚みの多層膜の形成が可能である。

3）急峻な界面が得られる。

4）高い選択比を得られるエッチング液が存在する。

従来の校正用標準材は、前述したように、シリコン基板上に、エッチング等で、一定幅で一定ピッチの溝を複数形成したものである。この校正用標準材では、凸部分と凹部分との高さ差により、両者からの反射電子信号相互のコントラストを確保している。しかしながら、コントラストを確保するために凸部分と凹部分との高さ差を一定以上確保しつつ、より精密な校正を行うために凸部分の幅をすると、凸部分の倒れが起こり易くなり、凸部分の幅を狭くするには一定の限界がある。これに対して、本実施形態では、凸部分と凹部分との高さ差により、両者からの反射電子信号相互のコントラストを得つつも、凸部分を形成する物質（モリブデン）と凹部分を形成する物質（シリコン）とを異ならせることでも、両者からの反射電子信号相互のコントラストを得ているため、凸部分と凹部分との高さ差を従来技術よりも小さくしても、十分なコントラストを得られる。このため、本実施形態では、凸部分の幅を狭くしても、凸部分の倒れを回避することができる。すなわち、本実施形態では、従来技術よりも、凸部分の幅を狭めることができる。

また、本実施形態では、モリブデンとシリコンとのうち、シリコンをエッチングしているが、モリブデンをエッチングしてもよい。この場合、シリコンの剛性が高いことから、アスペクト比を大きくすることができるという利点がある。しかし、この場合、校正マーク部材を形成するシリコンからの反射電子信号自体が低減するので、このように、モリブデンをエッチングする方法は、ビームのチルト角を測定するときのように、高アスペクト比が要求される校正に向いている。

次に、本実施形態の走査電子顕微鏡の動作について、図３に示すフローチャートに従って説明する。

まず、校正前処理を行うか試料Ｍの実測処理を行うかの指示を入出力装置６５で受け付ける（Ｓ０）。校正前処理を行う場合、統合制御装置６０は、図示されていない搬送装置に指示を与え、ステージ３０の所定位置に校正用標準材４０をセットさせた後、この校正用標準材４０上に電子ビームが照射されるようステージ３０を移動させる（Ｓ１）。また、統合制御装置６０は、画像処理装置５０の切換器５３に指示を与え、画像処理装置５０の寸法測定部５０で得られた寸法データが減算器５４へ送られるようにしている。

続いて、統合制御装置６０は、電子銃電源回路２１に指示を与え、電子銃１１から電子ビームを出力させ（Ｓ２）、入出力装置６５が受け付けた倍率になるように、偏向器電源回路２３に指示を与え、倍率を受付倍率に設定する（Ｓ３）。この際、オペレータは、この校正前処理後に行う実測処理で採用する倍率を入出力装置６５に入力することが好ましい。統合制御装置６０は、次に、コンデンサレンズ電源回路２２、偏向器電源回路２３、対物レンズ電源回路２４等に指示を与え、校正用標準材４０上に電子ビームを合焦させると共に、この校正用標準材４０上に電子ビームを照射走査させる（Ｓ４）。

この結果、校正用標準材４０から二次電子が放出され、この二次電子が検出器１５により捕らえられる。この検出器１５からの二次電子データは、画像処理装置５０の画像取得部５１へ送られ、そこで二次電子像が生成される（Ｓ５）。この二次電子像では、図４に示すように、校正マーク部材４２の幅方向のエッジ部分がホワイトバンドと呼ばれるピークとして現れる。画像処理装置５０の寸法測定部５２は、このホワイトバンド間を測定し、各校正マーク部材４２の幅寸法を得ている（Ｓ６）。

なお、入射ビーム径に対して、校正マーク部材４２の幅が２倍以上なければ、ホワイトバンドが消失するので、本実施形態では、３ｎｍの入射ビーム径に対して、校正マーク部材４２の幅Ｌｎを、最小でも１０ｎｍにしている。

寸法測定部５２で得られた寸法データは、切換器５３を介して、減算器５４に送られ、そこで、公証値記憶領域５８に記憶されている公証値Ｌｎとの差が求められる（Ｓ７）。電子ビームは、校正用標準材４０の第一校正マーク部材４２ａの表面から、第二校正マーク部材４２ｂの表面へと順次照射されるように、統合制御装置６０により制御される。このため、寸法測定部５２からは、第一校正マーク部材４２ａの幅寸法Ｌ１から第二校正マーク部材４２ｂの幅寸法Ｌ２へと順次出力される。減算器５４は、この順序に従い、公証値記憶領域５８に記憶されている複数の公証値Ｌｎ１，Ｌｎ２，…のうちから、第一校正マーク部材４２ａの公証値Ｌｎ１から第二校正マーク部材４２ｂの公証値Ｌｎ２へと順次抽出し、実測幅寸法Ｌ１，Ｌ２，…に対して、対応する公証値Ｌｎ１，Ｌｎ２，…を減算している。

実測幅寸法Ｌ１，Ｌ２，…と公証値Ｌｎ１，Ｌｎ２，…との減算処理（Ｓ７）が終了すると、校正関数生成部５５は、この減算結果に基づいて、試料Ｍに関する実測値Ｌａを補正するための校正関数ｆを求め、この校正関数ｆとこのときの倍率Ｍとを対応付けて、校正関数記憶領域５９に格納する（Ｓ８）。

図５に示すように、仮に、幅の公証値Ｌｎが２０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ，１５０ｎｍの校正マーク部材４２を実測した結果、実測値Ｌａとして、２４.５ｎｍ，５３.２ｎｍ，１０２.０ｎｍ，１５１.３０ｎｍが得られたとする。この場合、実測値Ｌａ（２４.５ｎｍ，５３.２ｎｍ，１０２.０ｎｍ，１５１.３０ｎｍ）から、対応公証値公証値Ｌｎ（２０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ，１５０ｎｍ）を減算して得れる差ｅは、４.５ｎｍ、３.２ｎｍ、２.０ｎｍ、１.３ｎｍである。この実測値Ｌａと差ｅとの関係は、図６に示すように、線形関係ではない、つまり非線形関係であるため、ここでは、二次関数でフィッティングし、ｅ＝ｅ（Ｌａ）の関数を得る。なお、本実施形態で、実測値Ｌａと差ｅとの非線形関係は、多層膜を利用して、極めて小さい形状の寸法により寸法校正を行うようにしたことで見出されたと考えられる。

ところで、公証値Ｌｎと実測値Ｌａと差ｅとの関係は、以下の式を満たす。

Ｌａ＝Ｌｎ＋ｅ
そこで、この式中のｅに、関数ｅ（Ｌａ）を代入して、公証値Ｌｎについて解くと、実測値Ｌａを変数とする、以下の式が得られる。

Ｌｎ＝Ｌａ−ｅ（Ｌａ）
本実施形態では、この式を以下に示すように、校正関数ｆとし、校正関数記憶領域５９に格納している。

Ｌｐ＝Ｌａ−ｅ（Ｌａ）＝ｆ（Ｌａ）
校正関数ｆが校正関数記憶領域５９に格納されると（Ｓ８）、統合制御装置６０は、入出力装置６５に、「他の倍率で校正前処理を実行するか？」を表示させる。入出力装置６５が他の倍率で校正前処理を実行する旨を受け付けると（Ｓ９）、ステップ３に戻って、統合制御装置６０は新たな倍率を設定して、この倍率での校正関数を求める。また、入出力装置６５が他の倍率で校正前処理を実行しない旨を受け付けると（Ｓ９）、ステップ１０に進み、統合制御装置６０は、入出力装置６５に、「実測処理を実行するか？」を表示させる。入出力装置６５が実測処理を行わない旨を受け付けると（Ｓ１０）、一連の処理が終了する。また、入出力装置６５が実測処理を行う旨を受け付けると（Ｓ１０）、実測処理を開始し、統合制御装置６０は、図示されていない搬送装置に指示を与え、ステージ３０の所定位置に試料Ｍをセットさせた後（Ｓ２０ａ）、この試料Ｍ上に電子ビームが照射されるようステージ３０を移動させる（Ｓ２０ｂ）。また、統合制御装置６０は、実測処理を開始するにあたり、画像処理装置５０の切換器５３に指示を与え、画像処理装置５０の寸法測定部５０で得られた寸法データが補正部５６へ送られるようにしている。

統合制御装置６０は、続いて、前述のステップ３,４と同様に、倍率設定（Ｓ２２）、電子ビーム制御（Ｓ２３）を行う。そして、画像処理装置５０は、前述のステップ５，６と同様に、二次電子像取得（Ｓ２４）、寸法実測（Ｓ２５）を行う。但し、このステップ２４では、試料Ｍの所定領域内の二次電子像を取得し、ステップ２５では、この所定領域内の所定部分の寸法実測を行う。

寸法測定部５２で得られた試料Ｍの実測寸法データＬａは、切換器５３を介して、補正部５６に送られる。補正部５６は、統合制御装置６０からステップ２２で設定した倍率データを取得し、この倍率に対応した校正関数ｆ（Ｌａ）を校正関数記憶領域５９から抽出する（Ｓ２６）。なお、設定倍率と同一倍率での校正関数が校正関数記憶領域５９に格納されていない場合には、補正部５６は、設定倍率に最も近い倍率での校正関数を構成関数記憶領域５９から抽出する。補正部５６は、抽出した校正関数ｆ（Ｌａ）に、寸法測定部５２から送られてきた実測寸法データＬａを代入し、この実測寸法データＬａを補正する（Ｓ２７）。そして、補正後の寸法データＬｐを、統合制御装置６０を介して入出力装置６５へ出力する（Ｓ２８）。

入出力装置６５が、補正後の寸法データＬｐを表示した後、この試料Ｍの他の部分の寸法実測の指示を受け付けると（Ｓ２９）、再び、ステップ２２ｂに戻り、他の部分の寸法実測をしない旨の指示を受け付けると、一連の処理が終了する。

また、ステップ０で、入出力装置６５が、試料Ｍの実測処理を行う旨の指示を受け付けると、統合制御装置６０は、搬送装置により、ステージ３０の所定位置に試料Ｍをセットさせた後、この試料Ｍに電子ビームが照射されるようステージ３０を移動させる（Ｓ２０）。この際、統合制御装置６０は、画像処理装置５０の切換器５３に指示を与え、画像処理装置５０の寸法測定部５０で得られた寸法データが減算器５４へ送られるようにしている。

続いて、統合制御装置６０は、電子銃電源回路２１に指示を与え、電子銃１１から電子ビームを出力させた後（Ｓ２１）、前述のステップ２２に進む。

校正前処理（Ｓ１〜Ｓ１０）に続いて、実測処理（Ｓ２０ａ，２０ｂ，２２〜Ｓ２９）を行う場合、前述したように、オペレータが、校正前処理での倍率設定（Ｓ３）で、実測処理で採用する倍率を入出力装置６５に入力すれば、ステップ８では、実測処理で採用する倍率での校正関数を得ることができる。しかしながら、直ちに、実測処理（Ｓ２０，２１，２２〜２９）を行う場合には、校正関数記憶領域５９には、実測時に採用する倍率での校正関数が格納されていない可能性がある。このような場合、補正部５６は、前述したように、設定倍率に最も近い倍率での校正関数を構成関数記憶領域５９から抽出する。

以上のように、本実施形態では、互いに幅寸法の異なる校正マーク部材４２を実測したときの各実測値に対する誤差に基づいて、校正関数を定め、この校正関数により試料Ｍの実測値を補正しているので、実測値の変化に対して誤差が非線形であっても、より精密に実測値を校正することができる。

なお、本実施形態では、校正関数記憶領域５９に、校正関数ｆ（Ｌａ）＝Ｌａ−ｅ（Ｌａ）を格納しておき、補正部５６では、試料Ｍの実測値Ｌａをこの校正関数に代入して、実測値Ｌａを補正しているが、校正関数記憶領域５９に、関数ｅ（Ｌａ）を格納しておき、補正部５６では、試料Ｍの実測値Ｌａをこの関数ｅ（Ｌａ）に代入して、公証値に対する実測値の差ｅを求めてから、実測値Ｌａから差ｅを減算して、実測値Ｌａを補正するようにしてもよい。

また、本実施形態では、校正関数を記憶領域に記憶しておき、これを用いて実測値Ｌａを補正しているが、校正関数の替わりに、各実測値Ｌａと補正後の値Ｌｐとの関係、又は各実測値と誤差ｅとの関係を数値として、テーブルで管理しておき、このテーブルに示されている数値を用いて、実測値Ｌａを補正するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、各倍率毎に、実測値Ｌａを変数とする校正関数を求め、各倍率毎の校正関数を記憶領域に格納しているが、実測値Ｌａのみならず、倍率Ｍも変数とする校正関数を求め、この校正関数を記憶領域に格納するようにしてもよい。

また、本実施形態では、所定の方向に校正マーク部材４２が並んでいる校正用標準部材４１を有する校正用標準材４０を用いているが、校正マーク部材４２が並んでいる方向が互いに９０°を成す二つの校正用標準部材４１，４１を有する校正用標準材を用いれば、ステージ３０の上面に対して平行な面内で、一方向の寸法校正のみならず、この一方向に対して垂直な方向の寸法校正も行うことができることは言うまでもない。

次に、図７〜図１０を用いて、本発明に係る第二の実施形態について説明する。

本実施形態の校正用標準材４０Ａは、図８に示すように、第一校正用標準部材４１Ａと第二校正用標準部材４１Ｂと、これらが固定されるベース４５とを備えている。

第一校正用標準部材４１Ａと第二校正用標準部材４１Ｂとは、いずれも、第一の実施形態における校正用標準部材４１の構成と基本的に同一であるが、ベース４５から第一校正用標準部材４１Ａの照射面４２ｓまでの高さＨ１と、ベース４５から第二校正用標準部材４１Ｂの照射面４２ｓまでの高さＨ２とが異なっている。両校正用標準部材４１Ａ，４１Ｂの高さの差ΔＨは、この実施形態では、１００μｍである。

このように、本実施形態では、第一の実施形態と異なる校正用標準材４０Ａを用いるので、走査電子顕微鏡においても、実測値の補正を行う画像処理装置の構成が第一の実施形態の画像処理装置と異なる。なお、画像処理装置のハード構成、その他の装置の構成は第一の実施形態と同様である。

本実施形態の画像処理装置５０ａは、図７に示すように、検出器１５からの二次電子データから二次電子画像を取得する画像取得部５１と、この二次電子画像から所定部分の寸法を測定する寸法測定部５２と、校正用標準材４０Ａの寸法の実測値Ｌとその公証値Ｌｎとの差を求める減算器５４と、実測値Ｌａを変数とする第一校正関数を求める第一校正関数生成部５５ａと、実測値Ｌａ及び試料Ｍの高さＨを変数とする第二校正関数を求める第二公正関数生成部５５ｂと、試料Ｍに関する実測値Ｌａを第二校正関数を用いて補正する補正部５６ａと、各種データを記憶しておく記憶部５７ａと、寸法測定部５２で測定された測定データの送信先を減算器５４と補正部５６とのうちの一方に選択的に切り替える切換器５３と、備えている。

記憶部５７は、校正用標準材４０Ａの公証値Ｌｎが記憶されている公証値記憶領域５８ａと、第一校正関数生成部５６ａが生成した第一校正関数が記憶される第一校正関数記憶領域５９ａと、第二校正関数生成部５６ｂが生成した第二校正関数が記憶される第二校正関数記憶領域５９ｂと、を有している。公証値記憶領域５８ａには、校正用標準材４０Ａの第一校正用標準部材４１Ａの各校正マーク部材４２の幅の公証値及びその高さと、校正用標準材４０Ａの第二校正用標準部材４１Ｂの各校正マーク部材４２の幅の公証値及びその高さとが記憶されている。

次に、本実施形態の走査電子顕微鏡の動作について、図９に示すフローチャートに従って説明する。

本実施形態においても、図３を用いて説明した第一の実施形態と同様に、校正前処理を行うか試料Ｍの実測処理を行うかの指示受付（Ｓ０）が行われる。そして、校正前処理を行う旨の指示を受けた場合、第一の実施形態と同様に、標準材セット・ステージ移動（Ｓ１）、電子ビーム生成（Ｓ２）、倍率設定（Ｓ３）、電子ビーム制御（Ｓ４）、二次電子像取得（Ｓ５）、各校正用マーク部材４２の幅の実測（Ｓ６）、各校正用マーク部材４２の幅の実測値と対応公証値との差の算出（Ｓ７）が行われる。但し、本実施形態では、ステップ４で、電子ビームが第一校正用標準部材４１Ａ上に照射される関係で、ステップ７では、第一校正用標準部材４１Ａの各校正用マーク部材４２の幅の実測値と対応公証値との差の算出が行われる。

続いて、第一校正関数生成部５５ａは、第一校正関数を求め、これを第一校正関数記憶領域５９ａに格納する（Ｓ８ａ）。第一校正関数は、第一の実施形態での校正関数の求め方と同様の方法で求められる。但し、ここでは、第一校正関数として、実測値を変数Ｌａとして、差ｅを求める関数ｅ（Ｌａ）が求められる。

第一校正関数生成部５５ａは、次に、２つの第一校正関数を求めたか否かについて判断し（Ｓ９ａ）、２つの校正関数を求めていない場合には、第二校正用標準部材４１Ｂを電子ビームで走査するよう統合制御装置６０へ指示を与える。この指示により、再び、ステップ４に戻り、ステップ５，６，７を経て、ステップ８ａで、第一校正関数生成部５５ａにより、第二校正用標準部材４１Ｂの各校正マーク部材４２の実測に基づく第一校正関数が求められ、この第一校正関数が第一校正関数記憶領域５９ａに格納される。そして、再び、第一校正関数生成部５５ａは、２つの第一校正関数を求めたか否かについて判断し（Ｓ９ａ）、２つの第一校正関数を求めた場合には、その旨を第二校正関数生成部５５ｂに通知する。この通知を受けた第二校正関数生成部５５ｂは、第一校正関数記憶領域５９ａに格納される２つの第一校正関数を用いて、第二校正関数を求め、これを第二校正関数記憶領域５９ｂに格納する（Ｓ８ｂ）。

ここで、第二校正関数の求め方について、図１０を用いて説明する。

前述した二回のステップ８ａでの処理により、高さＨ１の第一校正用標準部材４１Ａの各校正マーク部材４２の幅の実測に基づく第一校正関数ｅ_H1＝ｅ_H1（Ｌａ）が求められると共に、高さＨ２の第二校正用標準部材４１Ｂの各校正マーク部材４２の実測に基づく第一校正関数ｅ_H2＝ｅ_H2（Ｌａ）が求められる。実測値が同じ場合、高さＨと差ｅとの関係は、一次関数でフィッテングできるため、本実施形態の場合、この一次関数を求めて、実測値Ｌａと高さＨとを変数として、差ｅを求める関数ｅ＝ｅ（Ｌａ，Ｈ）を生成する。そして、以下の式を二次校正関数ｇとする。

Ｌｐ＝Ｌａ−ｅ（Ｌａ，Ｈ）＝ｇ（Ｌａ，Ｈ）
第二校正関数ｇが求められると（Ｓ８ｂ）、第一の実施形態と同様に、実測処理の指示を受け付けたか否かを判断（Ｓ１０）、実測処理の指示を受け付けなかった場合には、処理終了、実測処理の指示を受け付けた場合には、試料Ｍのセット（Ｓ２０ａ）、ステージ移動（Ｓ２０ｂ）が行われる。

統合制御装置６０は、次に、高さセンサ１６に試料Ｍの高さを検知させる（Ｓ２１ａ）。以下、第一の実施形態と同様に、倍率設定（Ｓ２２）、電子ビーム制御（Ｓ２３）、二次電子像取得（Ｓ２４）、寸法実測（Ｓ２５）が行われる。寸法測定部５２による寸法実測（Ｓ２５）で得られた寸法データは、切換器５３を介して、補正部５６ａに送られる。

この補正部５６ａは、寸法測定部５２から実測値Ｌａを取得すると共に、統合制御装置６０からステップ２１ａで得られた試料Ｍの高さＨを取得する。続いて、補正部５６ａは、第二校正関数記憶領域５９ａから第二校正関数ｇ（Ｌａ，Ｈ）を抽出し、この第二校正関数ｇ（Ｌａ，Ｈ）に実測値Ｌａ及び試料Ｍの高さＨを代入し、実測寸法データＬａを補正する（Ｓ２７ａ）。そして、補正後の寸法データＬｐを、統合制御装置６０を介して入出力装置６５へ出力する（Ｓ２８）。

入出力装置６５が、補正後の寸法データＬｐを表示した後、第一の実施形態と同様に、この試料Ｍの他の部分の寸法実測の指示を受け付けると（Ｓ２９）、再び、ステップ２２ｂに戻り、他の部分の寸法実測をしない旨の指示を受け付けると、一連の処理が終了する。

以上のように、本実施形態でも、互いに幅寸法の異なる校正マーク部材４２を実測したときの各実測値に対する誤差に基づいて、校正関数を定め、この校正関数により試料Ｍの実測値を補正しているので、実測値の変化に対して誤差が非線形であっても、より精密に実測値を校正することができる。しかも、本実施形態では、試料Ｍの高さに応じても、試料Ｍの実測値を補正しているので、極めて精密に実測値を補正することができる。

なお、本実施形態では、第二校正関数記憶領域５９ｂに、第二校正関数ｇ（Ｌａ，Ｈ）＝Ｌａ−ｅ（Ｌａ，Ｈ）を格納しておき、補正部５６ａでは、試料Ｍの実測値Ｌａ及び高さＨをこの校正関数に代入して、実測値Ｌａを補正しているが、校正関数記憶領域５９に、関数ｅ（Ｌａ，Ｈ）を格納しておき、補正部５６では、試料Ｍの実測値Ｌａ及び高さＨをこの関数ｅ（Ｌａ，Ｈ）に代入して、公証値に対する実測値の差ｅを求めてから、実測値Ｌａから差ｅを減算して、実測値Ｌａを補正するようにしてもよい。

また、以上の第二の実施形態では、倍率に応じた補正を行っていないが、第一の実施形態と同様に、倍率に応じた補正も併せて行うようにすることが好ましい。

また、以上の実施形態では、いずれも、校正用標準材４０，４０Ａを用いて、校正関数を求めているが、予めこの校正関数を記憶部に格納しておき、この校正関数で実測値を補正するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、実測値Ｌａの補正のみに、校正用標準材４０，４０Ａを用いているが、校正用標準材は、実測値の補正以外に、入射ビーム径、入射ビームのチルト角を求める際にも用いることができる。入射ビーム径を求める場合には、複数の校正マーク部材の幅を、ビーム径の２倍以下、望むらくは1倍以下のとする。この場合、校正マーク部材の二次電子像には、前述したホワイトバンドが現れれず、なだらかな山形、言い換えるとガウス関数的な形状の像が得られ、この山型の特徴量からビーム径を求めることができる。また、入射ビームのチルト角を求める場合には、以上の実施形態と同様の校正用標準材を用いる。この場合、左右のホワイトバンドの幅の差からビームのチルト角を求める。

本発明に係る第一の実施形態における走査電子顕微鏡の構成を示す説明図である。 本発明に係る第一の実施形態における校正用標準材の模式的な斜視図である。 本発明に係る第一の実施形態における走査電子顕微鏡の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第一の実施形態における校正用標準材の二次電子像を示す説明図である。 本発明に係る第一の実施形態における各校正マーク部材の幅の公証値とその実測値との関係を示すグラフである。 本発明に係る第一の実施形態における実測値と誤差との関係を示すグラフである。 本発明に係る第二の実施形態における走査電子顕微鏡の構成を示す説明図である。 本発明に係る第二の実施形態における校正用標準材の模式的な斜視図である。 本発明に係る第二の実施形態における走査電子顕微鏡の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第二の実施形態における実測値と試料高さと誤差との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０：電子光学系、１１：電子銃、１２：コンデンサレンズ、１３：偏向器、１４：対物レンズ、１５：検出器、１６：高さセンサ、３０：ステージ、４０，４０Ａ：校正用標準材、４１，４１Ａ，４１Ｂ：校正用標準部材、４２：校正マーク部材、４３：間隔保持部材、５０：画像処理装置、５１：画像取得部、５２：寸法測定部、５３：切換器、５４：減算器、５５：校正関数生成部、５５ａ：第一校正関数生成部、５５ｂ：第二校正関数生成部、５６：補正部、５７，５７ａ：記憶部、５８，５８ａ：公証値記憶領域、５９：校正関数記憶領域、５９ａ：第一校正関数記憶領域、５９ｂ：第二校正関数記憶領域、６０：統合制御装置、６５：入出力装置

Claims (7)

1. 荷電粒子ビームを試料に照射走査し、該試料からの二次粒子から得られるデータに基づいて、試料中の部分の寸法データを得る荷電粒子ビーム測長装置において、
   校正用標準材は、
   互いに幅寸法が異なる複数の校正マーク部材を有する第一及び第二校正用標準部材を有し、該第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の高さと該第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の高さとは異なり、
   前記荷電粒子ビーム測長装置は、
   試料の高さを検出する高さ検出手段と、
   前記校正用標準材の各校正マーク部材の幅の寸法データが記憶されている第一の記憶手段と、
   前記校正用標準材を照射走査して得られた該校正用標準材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データ毎に、該実測寸法データと前記記憶手段に記憶されている複数の寸法データのうちの対応寸法データとの非線形な差を求める誤差算出手段と、
   前記校正用標準材を照射走査して得られた該校正用標準材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データと、前記誤差算出手段により求められた対応誤差との関係、又は各実測寸法データと、前記誤差算出手段により求められた対応誤差で補正した後の補正後幅寸法データとの関係を求める関係生成手段と、
   前記関係生成手段で求められた前記関係が記憶される第二の記憶手段と、
   前記荷電粒子ビームを試料に照射走査して得られた実測寸法データを、前記第二の記憶手段に記憶された前記関係を用いて補正する補正手段と、を備え、
   前記第一の記憶領域には、前記第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各寸法データ及び該校正マーク部材の高さと、前記第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各寸法データ及び該校正マーク部材の高さとが記憶されており、
   前記誤差算出手段は、前記第一校正用標準部材を照射走査して得られた該第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データ毎に、該実測寸法データと前記記憶手段に記憶されている複数の寸法データのうちの対応寸法データとの差を求めると共に、前記第二校正用標準部材を照射走査して得られた該第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データ毎に、該実測寸法データと前記記憶手段に記憶されている複数の寸法データのうちの対応寸法データとの差を求め、
   前記関係生成手段は、
   前記第一校正用標準部材を照射走査して得られた該第一校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データと前記誤差算出手段により求められた対応誤差との第一関係ａを求めると共に、前記第二校正用標準部材を照射走査して得られた該第二校正用標準部材の複数の校正マーク部材の幅の各実測寸法データと前記誤差算出手段により求められた対応誤差との第一関係ｂを求める第一関係生成手段と、
   前記第一関係ａ及び該第一関係ａを求める際に用いた前記第一校正用標準部材の高さと、前記第一関係ｂ及び該第一関係ｂを求める際に用いた前記第二校正用標準部材の高さとを用いて、実測寸法データと試料高さと前記誤差算出手段により求められた対応誤差との第二関係を求める、又は、実測寸法データと試料高さと前記誤差算出手段により求められた対応誤差で補正した後の補正後寸法データとの第二関係を求める第二関係生成手段と、
   を有し、
   前記第二の記憶手段は、前記第二関係生成手段で求められた前記第二関係が記憶され、
   前記補正手段は、前記荷電粒子ビームを試料に照射走査して得られた実測寸法データを、前記高さ検出手段で検出された該試料の高さと前記第二の記憶手段に記憶された前記第二関係とを用いて補正する、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム測長装置において、
   前記校正用標準材を備えている、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム測長装置において、
   前記校正用標準材は、
   複数の前記校正マーク部材の各寸法が予め定められた寸法になっており、複数の前記校正マーク部材は急峻な界面を有する、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。
4. 請求項３に記載の荷電粒子ビーム測長装置において、
   前記校正用標準材は、
   複数の前記校正マーク部材のうちの隣り合っている２つの校正マーク部材の間に配置され、該２つの校正マーク部材の間の間隔を保持する間隔保持部材を備え、
   前記間隔保持部材は、前記校正マーク部材と異なる物質で形成されている、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子ビーム測長装置において、
   前記校正用標準材は、
   前記校正マーク部材の表面と、前記間隔保持部材の表面であって、該校正マーク部材の該表面と同じ側の表面との間には、段差がある、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。
6. 請求項４及び５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム測長装置において、
   前記校正用標準材は、
   前記校正マーク部材と前記間隔保持部材とのうち、一方の部材がシリコンを含み、他方の部材がモリブデンを含む、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。
7. 請求項３から６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム測長装置において、
   前記校正用標準材を二つ備え、
   二つの前記校正用標準材のうち、第一の校正用標準部材は、
   該第一の校正用標準部材の複数の前記校正マーク部材の並んでいる方向が、第二の校正用標準部材の複数の前記校正マーク部材の並んでいる方向に対して、垂直な方向成分を含む方向である、
   又は、該第一の校正用標準部材の前記校正マーク部材の高さが、第二の校正用標準部材の前記校正マーク部材の高さと異なる、
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム測長装置。

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