JP7120873B2 - 計測装置及び試料の表面の計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線を用いて試料の形状を計測する装置及び方法に関する。

半導体のプロセス開発では、エッチング処理が行われた試料のトレンチの深さ及びテーパ角、ノッチの有無を確認する必要がある。

半導体等の試料の形状を計測する方法として、走査型電子顕微鏡を用いる方法が知られている。なお、以下の説明では、走査型電子顕微鏡をＳＥＭとも記載する。

前述の計測方法では、ＳＥＭが、試料に対して一次電子線を走査し、試料から放出される放出電子（オージェ電子、二次電子、及び反射電子等）を検出器を用いて検出する。検出器を用いて検出された放出電子に対応する放出方向の検出信号は、一定の周期でサンプリングされる。放出電子の信号のサンプリングは、走査信号に同期するように行われ、二次元画像の画素に対応した抽出信号が得られる。ＳＥＭは、抽出された信号の強度を明るさに変換することによって画像を生成し、又は、一次電子線の走査位置の座標及び明るさの関係から画像を生成する。

例えば、特許文献１には、「試料が載置される試料ステージ及び鏡筒の一方を任意の傾斜角に設定することのできる走査型電子顕微鏡の偏向器を制御して前記試料ステージ上に載置された試料の測定部に電子ビームを照射し、前記測定部からの２次電子信号を画像処理し、この画像処理された信号に基づいて前記測定部のパターン形状を測定するパターン形状測定方法において、傾斜角を零にし、測定部に電子ビームを照射した時の２次電子信号を画像処理して前記測定部のパターンの底部寸法を算出する第１のステップと、傾斜角を第１の所定角度に設定し、測定部に電子ビームを照射した時の２次電子信号を画像処理して前記測定部のパターンのテーパ部の画素数を求める第２のステップと、傾斜角を前記第１の所定角度と異なる第２の所定角度に設定し、測定部に電子ビームを照射した時の２次電子信号を画像処理して前記テーパ部の画素数を求める第３のステップと、前記第２及び第３のステップによって求められた前記テーパ部の画素数、及び第１並びに第２の所定角度に基づいて前記パターンのテーパ角度及び深さを算出する第４のステップと、前記テーパ部の２次電子信号の強度の変化に基づいて前記テーパ部のプロファイルを求める第５のステップと、前記第１及び第５のステップによって求められたパターンの底部寸法及びテーパ部のプロファイルに基づいて前記測定パターンの表面積を算出する第６のステップとを備える」パターン形状測定方法が開示されている。

特開平３－２３３３０９号公報

特許文献１では、試料の表面に対して傾斜した電子線を照射することによって得られるプロファイルの構造が考慮されていない。測定精度を向上させるためには、前述の構造を考慮する必要がある。また、特許文献１では、ノッチの有無を判定することができない。

本発明は、効率的かつ高い精度で、試料の形状を計測することができる装置及び方法を提供する。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、荷電粒子線を照射して凹凸部を有する試料の形状を計測する計測装置であって、前記荷電粒子線を出力する粒子源と、前記荷電粒子線を集束するレンズと、前記荷電粒子線を照射した前記試料から放出される放出電子の信号を検出する検出器と、前記荷電粒子線の出力及び前記放出電子の信号の検出を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記試料に対して任意の角度で前記荷電粒子線を照射することによって、照射位置及び前記放出電子の強度の関係を示すプロファイルを生成し、二つの前記プロファイルを用いて、前記試料の形状を解析するための解析処理を実行し、前記解析処理の結果を出力し、前記プロファイルの生成では、前記制御装置は、第１の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第１のプロファイルを生成し、第２の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第２のプロファイルを生成し、前記解析処理では、前記制御装置は、前記第１のプロファイルにおける、信号強度の増加率が第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を第１のテーパ幅として算出し、前記第２のプロファイルにおける、信号強度の増加率が前記第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を第２のテーパ幅として算出し、前記第１のテーパ幅及び前記第２のテーパ幅に基づいて、前記凹凸部のテーパ幅及び深さに関連する特徴量を算出し、前記特徴量に基づいて、前記凹凸部のテーパ幅及び深さを算出し、前記解析処理の結果の出力では、前記制御装置は、前記凹凸部のテーパ幅及び深さを含む前記解析処理の結果を出力する。

本発明によれば、効率的かつ高い精度で、試料の形状を計測できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１の走査電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。 実施例１の走査電子顕微鏡が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例１の試料の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例１の試料の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例１の試料の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例１の試料の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例１の特徴量Ａ（θ）の特性を説明する図である。 実施例１の特徴量Ａ（θ）の特性を説明する図である。 実施例１の特徴量Ａ（θ）の特性を説明する図である。 実施例１の走査電子顕微鏡が実行する解析処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例２の走査電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。 実施例２の走査電子顕微鏡が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例２の走査電子顕微鏡が実行する解析処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例２の試料のトレンチの側壁の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例２の試料のトレンチの側壁の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例２の試料のトレンチの側壁の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例２の試料のトレンチの側壁の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。 実施例２のノッチを有する試料のラインプロファイルの特性を示す図である。 実施例２のノッチを有する試料のラインプロファイルの特性を示す図である。 実施例２のノッチを有する試料のラインプロファイルの特性を示す図である。 実施例２の走査電子顕微鏡が出力する解析結果に含まれる情報の一例を示す図である。 実施例２の走査電子顕微鏡が出力する解析結果に含まれる情報の一例を示す図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例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。

以下に説明する発明の構成において、同一又は類似する構成又は機能には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数又は順序を限定するものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、及び範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、及び範囲等を表していない場合がある。したがって、本発明では、図面等に開示された位置、大きさ、形状、及び範囲等に限定されない。

図１は、実施例１の走査電子顕微鏡１０の構成の一例を示す図である。

なお、実施例１では試料の形状の計測に使用する計測装置（荷電粒子線装置）の一例として走査電子顕微鏡１０を用いているが、断続的な電子線を用いた電子顕微鏡でもよい。

走査電子顕微鏡１０は、電子光学系、ステージ機構系、ＳＥＭ制御系、信号処理系、及びＳＥＭ操作系から構成される。より具体的には、走査電子顕微鏡１０は、電子光学系及びステージ機構系を含む電子光学系鏡筒１０１、並びに、ＳＥＭ制御系、信号処理系、及びＳＥＭ操作系を含む制御ユニット１０２から構成される。

電子光学系は、電子銃１１１、偏向器１１３、対物レンズ１１５、及び検出器１１９から構成される。電子銃１１１は、一次電子線１１２を出力する。

一次電子線１１２は、偏向器１１３及び対物レンズ１１５の通過時にフォーカス等が調整される。また、一次電子線１１２は、偏向器１１３の通過時に軌道が偏向され、試料１１６を二次元に走査する。一次電子線１１２が照射された試料１１６から放出された二次電子又は反射電子等の放出電子は、検出器１１９によって検出される。検出器１１９によって検出された放出電子の信号は、制御ユニット１０２によって処理される。一次電子線１１２の照射位置に対応した二次元画像は、例えば、出力装置１２５に表示される。

ステージ機構系は、試料１１６を設置するステージを備える試料ホルダ１１７から構成される。ステージは、傾斜制御及び三次元方向（ＸＹＺ軸）の移動制御が可能である。実施例１の試料１１６は、エッチング加工等が行われた半導体等を想定する。また、試料１１６は、エッチング加工によるトレンチ等の凹凸を有するものとする。

実施例１では、ステージを傾斜させることによって、試料１１６の表面の垂線に対して任意の角度で傾斜した一次電子線１１２の照射を実現する。なお、電子銃１１１の向きを調整又は偏向器１１３による偏向等によって、前述の一次電子線１１２の照射を実現してもよい。

制御ユニット１０２は、演算装置１２１、記憶装置１２２、走査信号制御装置１２３、入力装置１２４、及び出力装置１２５を有する。なお、制御ユニット１０２は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶媒体を含んでもよい。

演算装置１２１は、記憶装置１２２に格納されるプログラムにしたがって、所定の演算処理を実行する。演算装置１２１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等が考えられる。

記憶装置１２２は、演算装置１２１が実行するプログラム及び当該プログラムが使用するデータを格納する。また、記憶装置１２２は、プログラムが使用するワークエリア等の一時記憶領域を含む。記憶装置１２２は、例えば、メモリ等が考えられる。記憶装置１２２に格納されるプログラム及びデータについては後述する。

走査信号制御装置１２３は、走査電子線の走査速度を制御する。例えば、走査信号制御装置１２３は、偏向器１１３と通信可能なように接続される。

入力装置１２４は、データの入力を行う装置であり、キーボード、マウス、及びタッチパネル等を含む。また、出力装置１２５は、データの出力を行う装置であり、タッチパネル及びディスプレイ等を含む。

記憶装置１２２は、制御モジュール１３１を実現するプログラムを格納する。また、記憶装置１２２は、ラインプロファイル情報１３２を格納する。

なお、記憶装置１２２は、図示しないプログラム及び情報を格納してもよい。例えば、記憶装置１２２は、加速電圧、照射電流、走査幅（照射時間）、ピクセルスプリット数（照射周期）、及びタイミングディレイ等の計測条件を管理する計測条件情報を格納してもよい。また、記憶装置１２２は、検出された放出電子から生成された電位コントラスト像等の電子顕微鏡像を管理する画像管理情報を格納してもよい。

制御モジュール１３１は、電子光学系鏡筒１０１の各構成部品を制御する。また、制御モジュール１３１は、二次電子の信号から画像を生成する。なお、制御ユニット１０２は、制御モジュール１３１とは別に、画像を生成する画像生成モジュールを有してもよい。

ラインプロファイル情報１３２は、ラインプロファイルを管理するための情報である。ラインプロファイルは、画素及び画素におけるコントラストの強度（放出電子の信号の強度）を対応づけた情報であり、また、試料１１６の形状を示す情報である。本実施例のラインプロファイルは、二次電子から生成される電子顕微鏡像の画像に基づいて生成される。

本実施例では、ＳＥＭ制御系は制御モジュール１３１及び走査信号制御装置１２３から構成され、信号処理系は制御モジュール１３１から構成され、ＳＥＭ操作系は入力装置１２４及び出力装置１２５から構成される。

図２は、実施例１の走査電子顕微鏡１０が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄは、実施例１の試料１１６の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃは、実施例１の特徴量Ａ（θ）の特性を説明する図である。

走査電子顕微鏡１０は、ユーザから開始要求を受信した場合、又は、計測条件を満たした場合、以下で説明する処理を開始する。

走査電子顕微鏡１０は、試料１１６が形成する平面に垂直な方向に対して、一次電子線１１２を入射する角度θを設定する（ステップＳ１０１）。

具体的には、制御モジュール１３１が角度θを設定する。角度θは、計測条件情報に基づいて設定してもよいし、また、ユーザからの入力に基づいて設定してもよい。このとき、走査信号制御装置１２３は、角度θに基づいてステージを制御する。

次に、走査電子顕微鏡１０は、一次電子線１１２を試料１１６に対して照射する（ステップＳ１０２）。このとき、検出器１１９は、試料１１６から放出された放出電子を検出し、制御ユニット１０２に放出電子の信号を出力する。制御ユニット１０２の制御モジュール１３１は、角度θと放出電子の信号とを対応づけた検出データを記憶装置１２２に格納する。

次に、走査電子顕微鏡１０は、放出電子の信号を用いた画像処理を実行する（ステップＳ１０３）。

例えば、制御モジュール１３１が、一定の時間範囲に検出された放出電子の信号を用いて電子顕微鏡像を生成する。すなわち、試料１１６の一部分の形状を示す電子顕微鏡像が生成される。このとき、制御モジュール１３１は、複数の電子顕微鏡像を結合することによって一つの画像を生成する。

次に、走査電子顕微鏡１０は、画像が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

例えば、制御モジュール１３１は、結合された電子顕微鏡像の向きが一致しているか否かを判定する。結合された電子顕微鏡像の向きが一致している場合、制御モジュール１３１は、画像が適切であると判定する。

画像が適切でないと判定された場合、走査電子顕微鏡１０は、ステップＳ１０２に戻り、同様の処理を実行する。なお、走査電子顕微鏡１０は、ステップＳ１０３に戻ってもよい。

画像が適切であると判定された場合、走査電子顕微鏡１０は、画像を用いてラインプロファイルを生成する（ステップＳ１０５）。

具体的には、制御モジュール１３１が、画像を用いてラインプロファイルを生成する。また、制御モジュール１３１は、角度θ及びラインプロファイルを対応づけた情報を、ラインプロファイル情報１３２として記憶装置１２２に格納する。

例えば、図３Ａに示すような表面の形状の場合、図３Ｂに示すようなラインプロファイルが生成される。また、図３Ｃに示すような表面の形状の場合、図３Ｄに示すようなラインプロファイルが生成される。なお、図３Ａは、角度θが０度で一次電子線１１２を照射した状態を示し、図３Ｃは、０度より大きい角度θで一次電子線１１２を照射した状態を示す。

また、制御モジュール１３１は、ラインプロファイルにおいて、信号強度の増加率が第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を、テーパ幅として算出する。第１の閾値は予め設定されているものとする。前述の定義を満たす範囲が複数存在する場合、最も大きい範囲がテーパ幅として算出される。

なお、信号強度が最小値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由し、信号強度の最大値からの信号強度の減少率が変化する点までの範囲は、上記定義のテーパ幅と等価な範囲である。

特許文献１等の従来技術では、最小値及から最大値までの範囲をテーパ幅として設定している。しかし、試料１１６の表面の垂線に対して傾斜させた一次電子線１１２を照射した場合、図３Ｄに示すラインプロファイルが生成される。当該ラインプロファイルでは右側の最大値を定めることが可能だが、最大値近くに極大値もある。走査電子顕微鏡１０及び試料１１６の条件によっては試料表面における帯電等の影響で最大値と極大値の関係が反転することがあり、従来技術ではテーパ幅を見誤るおそれがある。そこで、実施例１では、当該構造を考慮し、前述の範囲をテーパ幅として設定することで、計測精度を向上させることができる。

実施例１では、図３Ａに示すように、トレンチの開口部から底部に向けて細くなるテーパを順テーパと定義し、トレンチの開口部から底部に向けて太くなるテーパを逆テーパと定義する。また、図３Ａに示すように、底面と側壁とがなす角をテーパ角と定義する。順テーパの場合、テーパ角は９０度より小さく、逆テーパの場合、テーパ角は９０度より大きい。

次に、走査電子顕微鏡１０は、特徴量Ａ（θ）を算出できるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

具体的には、制御モジュール１３１は、角度θが異なるラインプロファイル情報１３２が二つ存在するか否かを判定する。角度θが異なるラインプロファイル情報１３２が二つ存在しないと判定された場合、制御モジュール１３１は、特徴量Ａ（θ）を算出できないと判定する。

特徴量Ａ（θ）を算出できないと判定された場合、走査電子顕微鏡１０は、ステップＳ１０１に戻り、同様の処理を実行する。

特徴量Ａ（θ）を算出できると判定された場合、走査電子顕微鏡１０は、特徴量Ａ（θ）を算出する（ステップＳ１０７）。

具体的には、走査電子顕微鏡１０は、二つのラインプロファイルのテーパ幅Ｔａ＿１、Ｔａ＿２を式（１）に代入することによって特徴量Ａ（θ）を算出する。なお、特徴量Ａ（θ）は角度を変数とする関数である。

Ｔａ＿１は角度θがθ１であるラインプロファイルのテーパ幅を表し、Ｔａ＿２は角度θがθ２であるラインプロファイルのテーパ幅を表す。なお、θ１はθ２より大きい。

ここで、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃを用いて特徴量Ａ（θ）と試料１１６の形状との関係性について説明する。

特徴量Ａ（θ）が０以上となる角度の絶対値はトレンチのテーパ角に対応する。また、特徴量Ａ（θ）の傾きはトレンチの深さを表す。

試料１１６のトレンチの形状が順テーパである場合、特徴量Ａ（θ）は図４Ａに示すようになる。試料１１６のトレンチの形状がテーパを形成しない場合、特徴量Ａ（θ）は図４Ｂに示すようになる。試料１１６のトレンチの形状が逆テーパである場合、特徴量Ａ（θ）は図４Ｃに示すようになる。このように、トレンチの形状が逆テーパの場合、傾斜角は正の値となり、トレンチの形状が順テーパの場合、傾斜角は負の値となる。

図２の説明に戻る。

次に、走査電子顕微鏡１０は、特徴量Ａ（θ）が閾値（第２の閾値）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の処理は、特徴量Ａ（θ）が有意な値であるか否かを判定するための処理である。なお、第２の閾値は予め設定されているものとする。

特徴量Ａ（θ）が第２の閾値以下であると判定された場合、走査電子顕微鏡１０は、ステップＳ１０１に戻り、同様の処理を実行する。このとき、制御モジュール１３１は、記憶装置１２２に格納される二つのラインプロファイル情報１３２を削除してもよいし、いずれか一つのラインプロファイル情報１３２を削除してもよい。

特徴量Ａ（θ）が第２の閾値より大きいと判定された場合、走査電子顕微鏡１０は解析処理を実行する（ステップＳ１０９）。解析処理の詳細は図５を用いて説明する。

次に、走査電子顕微鏡１０は、解析結果を出力し（ステップＳ１１０）、処理を終了する。

具体的には、制御モジュール１３１は、解析結果を表示するための表示情報を生成し、出力装置１２５に表示情報を出力する。

図５は、実施例１の走査電子顕微鏡１０が実行する解析処理の一例を説明するフローチャートである。

制御モジュール１３１は、式（２）に特徴量Ａ（θ）及びθ１を代入することによって、トレンチの深さｗを算出する（ステップＳ２０１）。

次に、制御モジュール１３１は、特徴量Ａ（θ）、θ１、及びトレンチの深さｗを用いてテーパ角を算出する（ステップＳ２０２）。ここで、テーパ角の算出方法について説明する。

図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示すように、テーパ角は、式（３）に示すように傾きｗの直線と角度の軸との交点の絶対値として求めることができる。

そこで、制御モジュール１３１は、式（３）に特徴量Ａ（θ）、θ１、及びトレンチの深さｗを代入して、定数ｂを算出する。さらに、制御モジュール１３１は、式（３）に基づいてＡ（θ）が０となるθ（傾斜角）を算出し、当該絶対値をテーパ角として算出する。

前述のように、実施例１では、テーパの種類の違いにかかわらず、テーパ角を算出できる。以上が、テーパ角の算出方法の説明である。

次に、制御モジュール１３１は、傾斜角に基づいて、トレンチの形状が順テーパであるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。

具体的には、制御モジュール１３１は傾斜角が０度より小さいか否かを判定する。テーパ角が０度より小さい場合、制御モジュール１３１は、トレンチの形状が順テーパであると判定する。

トレンチの形状が順テーパであると判定された場合、制御モジュール１３１はステップＳ２０５に進む。

トレンチの形状が順テーパでないと判定された場合、制御モジュール１３１は、傾斜角に基づいて、トレンチの形状が逆テーパであるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

具体的には、制御モジュール１３１は傾斜角が０度より大きいか否かを判定する。テーパ角が０度より大きい場合、制御モジュール１３１は、トレンチの形状が逆テーパであると判定する。

トレンチの形状が逆テーパであると判定された場合、制御モジュール１３１はステップＳ２０５に進む。

トレンチの形状が逆テーパでない、すなわち、テーパを有さないと判定された場合、制御モジュール１３１はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、制御モジュール１３１は解析結果を生成する（ステップＳ２０５）。その後、制御モジュール１３１は解析処理を終了する。

例えば、制御モジュール１３１は、テーパ角、テーパ幅、及びテーパの種類を含む情報を解析結果として生成する。解析結果にはラインプロファイル及び画像が含まれてもよい。

実施例１によれば、試料１１６の表面の垂線に対して傾斜した一次電子線１１２を照射して得られた二つのラインプロファイルを用いることによって、トレンチの異常を判定することができる。

試料１１６を計測するために、試料１１６の加工等の作業が不要であるため、プロセス開発の効率の向上及びコストの削減を実現できる。また、角度が異なる画像を三つ以上取得する必要がないため、処理コストを低減することができる。

実施例２では、試料１１６の表面の垂線に対して傾斜した一次電子線１１２を照射して得られたラインプロファイルを用いて、トレンチの側壁の異常を判定する。以下、実施例１との差異を中心に、実施例２について説明する。

図６は、実施例２の走査電子顕微鏡１０の構成の一例を示す図である。

実施例２の走査電子顕微鏡１０は電子光学系鏡筒１０１及び制御ユニット１０２から構成される。電子光学系鏡筒１０１の構成は実施例１と同一である。制御ユニット１０２のハードウェア構成は実施例１と同一である。

実施例２では、制御ユニット１０２のソフトウェア構成が一部異なる。具体的には、記憶装置１２２は、比較用ラインプロファイル情報１３３を保持する。

比較用ラインプロファイル情報１３３は、トレンチの側壁が正常である試料１１６から得られたラインプロファイルを管理するための情報である。比較用ラインプロファイル情報１３３は、角度及びラインプロファイルを対応づけたデータを含む。実施例２では、予め、正常な試料１１６のラインプロファイルを比較用ラインプロファイルとして格納する。

なお、比較用ラインプロファイルは、実際の計測結果に基づいて生成されてもよいし、また、シミュレーションの結果に基づいて生成されてもよい。

その他の構成は実施例１と同一である。

図７は、実施例２の走査電子顕微鏡１０が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理、及びステップＳ１１０の処理は実施例１で説明した処理と同一である。

ステップＳ１０５の処理が実行された後、走査電子顕微鏡１０は解析処理を実行する（ステップＳ１１５）。解析処理の詳細は図８を用いて説明する。

図８は、実施例２の走査電子顕微鏡１０が実行する解析処理の一例を説明するフローチャートである。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、実施例２の試料１１６のトレンチの側壁の形状及びラインプロファイルの関係性を示す図である。図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、実施例２のノッチを有する試料１１６のラインプロファイルの特性を示す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例２の走査電子顕微鏡１０が出力する解析結果に含まれる情報の一例を示す図である。

制御モジュール１３１は、一つのラインプロファイル情報１３２のラインプロファイルと、比較用ラインプロファイル情報１３３のラインプロファイルとを比較する（ステップＳ３０１）。

具体的には、制御モジュール１３１は、比較用ラインプロファイル情報１３３を参照し、ステップＳ１０１において設定された角度θに対応する比較用ラインプロファイルを取得する。制御モジュール１３１は、取得した比較用ラインプロファイルと、ステップＳ１０５において生成されたラインプロファイルとを比較する。

制御モジュール１３１は、二つのラインプロファイルの形状が異なるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。

ここで、ラインプロファイルの形状の比較について説明する。

図９Ａ及び図９Ｃは試料１１６の一例を示す。なお、試料１１６の素材が異なる部分は、パターンを用いて区別している。

図９Ｂ及び図９Ｄはラインプロファイルの一例を示す。なお、ラインプロファイルの棒グラフ９０１は、一次電子線１１２が照射された試料１１６の面を表す。

図９Ａに示すように、側壁にノッチが存在しないトレンチ部分に一次電子線１１２を照射した場合、図９Ｂに示すようなラインプロファイルが得られる。図９Ｃに示すように、側壁にノッチが存在するトレンチ部分に一次電子線１１２を照射した場合、図９Ｄに示すようなラインプロファイルが得られる。

図９Ｂ及び図９Ｄに示すように、ノッチが存在する試料１１６から得られたラインプロファイルは、正常な試料１１６からえら得たラインプロファイルと相違する部分が存在する。

制御モジュール１３１は、二つのラインプロファイルの比較結果に基づいて、相違する部分が存在するか否かを判定する。相違する部分が存在する場合、制御モジュール１３１は、二つのラインプロファイルの形状が異なると判定する。なお、信号強度の大きさの違いは考慮されない。

二つのラインプロファイルの形状が一致すると判定された場合、制御モジュール１３１はステップＳ３０４に進む。

二つのラインプロファイルの形状が異なると判定された場合、制御モジュール１３１は、異常の程度を示す指標を算出する（ステップＳ３０３）。その後、制御モジュール１３１はステップＳ３０４に進む。

ここで、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃを用いて、算出される指標について説明する。

図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、部分９０２を拡大した図である。なお、点線は比較用ラインプロファイルを示す。図に示すように、ノッチの大きさに応じて、比較用ラインプロファイルとの相違の大きさが異なる。すなわち、ノッチが大きいほど斜線部分（領域ＡＢＥ）及び点線部分（領域ＥＣＤ）の極値が大きくなり、また、斜線部分及び点線部分が大きくなる。

そこで、制御モジュール１３１は、斜線部分の面積又はＣＤ間の距離等を指標として算出する。以上が異常の程度を示す指標の説明である。

ステップＳ３０４では、制御モジュール１３１は解析結果を生成する（ステップＳ３０４）。その後、制御モジュール１３１は解析処理を終了する。

例えば、制御モジュール１３１は、ノッチの有無及び指標を含む情報を解析結果として生成する。解析結果にはラインプロファイル及び画像が含まれてもよい。なお、試料１１６の複数の箇所に対して解析処理を実行することによって、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すようなグラフを含む解析結果を出力してもよい。

図１１Ａは、斜線部分の面積が指標として算出された場合に出力されるグラフである。なお、側壁異常度は、面積の大きさの相対値等に基づいて設定されているものとする。

図１１Ａに示すグラフを参照することによって、効率的かつ高い精度で試料１１６のトレンチの側壁の異常を把握できる。また、トレンチの側壁の異常の大きさも把握することができる。

図１１Ｂは、ＣＤ間の距離が指標として算出された場合に出力されるグラフである。図１１Ｂに示すグラフを参照することによって、側壁の大きさを見積もることができる。これによって、プロセス開発のコスト及び時間の削減が可能となる。

実施例２によれば、試料１１６の表面の垂線に対して傾斜した一次電子線１１２を照射して得られたラインプロファイル及び比較用ラインプロファイルを比較することによって、試料１１６のトレンチの側壁の異常を判定することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに提供し、そのコンピュータが備えるプロセッサが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、本実施例に記載の機能を実現するプログラムコードは、例えば、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することによって、それをコンピュータのハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ等の記憶媒体に格納し、コンピュータが備えるプロセッサが当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。

上述の実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。

１０ 走査電子顕微鏡
１０１ 電子光学系鏡筒
１０２ 制御ユニット
１１１ 電子銃
１１２ 一次電子線
１１３ 偏向器
１１５ 対物レンズ
１１６ 試料
１１７ 試料ホルダ
１１９ 検出器
１２１ 演算装置
１２２ 記憶装置
１２３ 走査信号制御装置
１２４ 入力装置
１２５ 出力装置
１３１ 制御モジュール
１３２ ラインプロファイル情報
１３３ 比較用ラインプロファイル情報

Claims (10)

1. 荷電粒子線を照射して凹凸部を有する試料の形状を計測する計測装置であって、
   前記荷電粒子線を出力する粒子源と、
   前記荷電粒子線を集束するレンズと、
   前記荷電粒子線を照射した前記試料から放出される放出電子の信号を検出する検出器と、
   前記荷電粒子線の出力及び前記放出電子の信号の検出を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記試料に対して任意の角度で前記荷電粒子線を照射することによって、照射位置及び前記放出電子の強度の関係を示すプロファイルを生成し、
   二つの前記プロファイルを用いて、前記試料の形状を解析するための解析処理を実行し、
   前記解析処理の結果を出力し、
   前記プロファイルの生成では、前記制御装置は、
   第１の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第１のプロファイルを生成し、
   第２の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第２のプロファイルを生成し、
   前記解析処理では、前記制御装置は、
   前記第１のプロファイルにおける、信号強度の増加率が第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を第１のテーパ幅として算出し、
   前記第２のプロファイルにおける、信号強度の増加率が前記第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を第２のテーパ幅として算出し、
   前記第１のテーパ幅及び前記第２のテーパ幅に基づいて、前記凹凸部のテーパ幅及び深さに関連する特徴量を算出し、
   前記特徴量に基づいて、前記凹凸部のテーパ幅及び深さを算出し、
   前記解析処理の結果の出力では、前記制御装置は、前記凹凸部のテーパ幅及び深さを含む前記解析処理の結果を出力することを特徴とする計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記制御装置は、
   前記特徴量に基づいて、前記凹凸部のテーパの種別を特定し、
   前記凹凸部のテーパの種別を含む前記解析処理の結果を出力することを特徴とする計測装置。
3. 荷電粒子線を照射して凹凸部を有する試料の形状を計測する計測装置であって、
   前記荷電粒子線を出力する粒子源と、
   前記荷電粒子線を集束するレンズと、
   前記荷電粒子線を照射した前記試料から放出される放出電子の信号を検出する検出器と、
   前記荷電粒子線の出力及び前記放出電子の信号の検出を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   角度に対応づけられる比較用プロファイルを格納する比較用プロファイル情報を管理し、
   前記試料に対して任意の角度で前記荷電粒子線を照射することによって、照射位置及び前記放出電子の強度の関係を示すプロファイルを生成し、
   二つの前記プロファイルを用いて、前記試料の形状を解析するための解析処理を実行し、
   前記解析処理の結果を出力し、
   前記プロファイルの生成では、前記制御装置は、第３の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第３のプロファイルを生成し、
   前記解析処理では、前記制御装置は、前記第３の角度に対応づけられる前記比較用プロファイル及び前記第３のプロファイルを比較することによって、前記凹凸部の側壁の異常の有無を判定し、
   前記解析処理の結果の出力では、前記制御装置は、前記凹凸部の側壁の異常の有無に関する情報を含む前記解析処理の結果を出力することを特徴とする計測装置。
4. 請求項３に記載の計測装置であって、
   前記制御装置は、前記第３のプロファイルの形状が、前記第３の角度に対応づけられる前記比較用プロファイルの形状と異なる場合、前記凹凸部の側壁に異常があると判定することを特徴とする計測装置。
5. 請求項４に記載の計測装置であって、
   前記制御装置は、
   前記凹凸部の側壁に異常があると判定された場合、前記第３のプロファイルの形状及び前記第３の角度に対応づけられる前記比較用プロファイルの形状の違いを示す値を、前記凹凸部の側壁の異常の大きさを示す指標として算出し、
   前記指標を含む前記解析処理の結果を出力することを特徴とする計測装置。
6. 荷電粒子線を照射して凹凸部を有する試料の形状を計測する計測装置が実行する試料の計測方法であって、
   前記荷電粒子線を出力する粒子源と、
   前記荷電粒子線を集束するレンズと、
   前記荷電粒子線を照射した前記試料から放出される放出電子の信号を検出する検出器と、
   前記荷電粒子線の出力及び前記放出電子の信号の検出を制御する制御装置と、を有し、
   前記試料の計測方法は、
   前記制御装置が、前記試料に対して任意の角度で前記荷電粒子線を照射することによって、照射位置及び前記放出電子の強度の関係を示すプロファイルを生成する第１のステップと、
   前記制御装置が、二つの前記プロファイルを用いて、前記試料の形状を解析するための解析処理を実行する第２のステップと、
   前記制御装置が、前記解析処理の結果を出力する第３のステップと、を含み、
   前記第１のステップは、
   前記制御装置が、第１の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第１のプロファイルを生成するステップと、
   前記制御装置が、第２の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第２のプロファイルを生成するステップと、を含み、
   前記第２のステップは、
   前記制御装置が、前記第１のプロファイルにおける、信号強度の増加率が第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を第１のテーパ幅として算出するステップと、
   前記制御装置が、前記第２のプロファイルにおける、信号強度の増加率が前記第１の閾値より大きくなる点から信号強度の最大値を経由して、信号強度が最小値となる点までの範囲を第２のテーパ幅として算出するステップと、
   前記制御装置が、前記第１のテーパ幅及び前記第２のテーパ幅に基づいて、前記凹凸部のテーパ幅及び深さに関連する特徴量を算出するステップと、
   前記制御装置が、前記特徴量に基づいて、前記凹凸部のテーパ幅及び深さを算出するステップと、を含み、
   前記第３のステップは、前記制御装置が、前記凹凸部のテーパ幅及び深さを含む前記解析処理の結果を出力するステップを含むことを特徴とする試料の計測方法。
7. 請求項６に記載の試料の計測方法であって、
   前記第２のステップは、前記制御装置が、前記特徴量に基づいて、前記凹凸部のテーパの種別を特定するステップを含み、
   前記第３のステップは、前記制御装置が、前記凹凸部のテーパの種別を含む前記解析処理の結果を出力するステップを含むことを特徴とする試料の計測方法。
8. 荷電粒子線を照射して凹凸部を有する試料の形状を計測する計測装置が実行する試料の計測方法であって、
   前記荷電粒子線を出力する粒子源と、
   前記荷電粒子線を集束するレンズと、
   前記荷電粒子線を照射した前記試料から放出される放出電子の信号を検出する検出器と、
   前記荷電粒子線の出力及び前記放出電子の信号の検出を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、角度に対応づけられる比較用プロファイルを格納する比較用プロファイル情報を管理し、
   前記試料の計測方法は、
   前記制御装置が、前記試料に対して任意の角度で前記荷電粒子線を照射することによって、照射位置及び前記放出電子の強度の関係を示すプロファイルを生成する第１のステップと、
   前記制御装置が、二つの前記プロファイルを用いて、前記試料の形状を解析するための解析処理を実行する第２のステップと、
   前記制御装置が、前記解析処理の結果を出力する第３のステップと、を含み、
   前記第１のステップは、前記制御装置が、第３の角度で前記荷電粒子線を前記試料に対して照射することによって、第３のプロファイルを生成するステップを含み、
   前記第２のステップは、前記制御装置が、前記第３の角度に対応づけられる前記比較用プロファイル及び前記第３のプロファイルを比較することによって、前記凹凸部の側壁の異常の有無を判定するステップを含み、
   前記第３のステップは、前記制御装置が、前記凹凸部の側壁の異常の有無に関する情報を含む前記解析処理の結果を出力するステップを含むことを特徴とする試料の計測方法。
9. 請求項８に記載の試料の計測方法であって、
   前記第２のステップでは、前記第３のプロファイルの形状が、前記第３の角度に対応づけられる前記比較用プロファイルの形状と異なる場合、前記制御装置が、前記凹凸部の側壁に異常があると判定することを特徴とする試料の計測方法。
10. 請求項９に記載の試料の計測方法であって、
    前記第２のステップは、前記制御装置が、前記凹凸部の側壁に異常があると判定された場合、前記第３のプロファイルの形状及び前記第３の角度に対応づけられる前記比較用プロファイルの形状の違いを示す値を、前記凹凸部の側壁の異常の大きさを示す指標として算出するステップを含み、
    前記第３のステップは、前記制御装置が、前記指標を含む前記解析処理の結果を出力するステップを含むことを特徴とする試料の計測方法。

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