JPH0251833A - 寸法測定用走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、寸法測定用走査型電子顕微鏡に関し、測定精
度を向上させたものである。

（従来の技術） 従来の走査型電子顕微鏡による寸法測定の例を第４図な
いし第６図を用いて説明する。まず、第４図は走査型電
子顕微鏡（ＳＥＭ）により試料の拡大像を得る機構を原
理的に示している。同図中、４１は電子ご一ムを細く絞
った走査電子プローブであり、この走査電子プローブ４
１により試料４２の面上を２次元的に走査すると同時に
、これと同期しながらＣＲＴを走査することによって試
料４２から発生する２次電子量がＣＲＴ上に明暗として
表示され、拡大像４３が得られるようになっている。し
たがって、走査型電子顕微鏡では、その倍率Ｍが、次式
で示されるように、試料４２上の走査長さΩとＣＲＴ上
の走査長さＬの比で与えられる。

Ｍ＝Ｌ、ｌ　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
このような走査型電子顕微鏡を用いて試料４２の寸法測
定を行なう場合、予め測定を行なう倍率ごとに１画素４
４当り何ミクロンという校正値をもっておき、ＣＲＴ上
の長さ、即ち画素数を求めることにより、試料４２の寸
法を求めるという方法がとられている。

そして、第５図に示づように試料は通常、基準試料位Ｉ
Ｉ　Ｗ　Ｄ　ｏに置かれているが、ステージが２次元的
に移動した場合、或いは試料の平面度にむらがある場合
など試料位置ＷＤが電子ビーム４５の方向（上下方向）
にずれることがある。このようにずれると同図からも明
らかなように試料上の走査領域に変化が生じることにな
る。

また、走査型電子顕微鏡では電子ビーム４５を鋸歯状に
変化する磁界の中を通過させることにより第６図に示す
ようにローレンツ力Ｆ−ｅ　−ｖ・８（ｅ：電子の電荷
、■：電子の速度、Ｂ：磁界の強さ）によってビームを
曲げ試料上を走査するようにしている。第６図中、４７
は磁界の作用領域である。したがって電子ビームの速度
■が異なると受けるローレンツ力Ｆが変わるためビーム
の偏向角が変わる。この結果、この場合にも試料上の走
査領域に変化を生じることになる。このように試料位Ｉ
ＷＤ又はビーム速度Ｖ（電子銃の加速電圧）が変化する
と倍率Ｍに変化が生じてしまう。

（発明が解決しようとする課題） 走査型電子顕微鏡で寸法測定を行なう場合、上述したよ
うに試料位置又はビームの加速電圧変化によって倍率に
変化が生じると、得られる画素数が変化するために測定
結果に誤差が生じてしまうという問題があった。

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、試料位置
又はビームの加速電圧が変化した場合にも正確な寸法測
定を行なうことのできる寸法測定用走査型電子顕微鏡を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、電子ど一ムを被測
定試料上に合焦する自動焦点機構及び当該電子ビームを
前記被測定試料上に走査する走査手段を有する寸法測定
用走査型電子顕微鏡において、被測定試料の寸法測定時
における前記自動焦点機構による合焦状態を示す信号及
び電子ビームの加速電圧に応じて前記走査手段を制御し
当該電子ビームによる前記被測定試料上の走査領域を所
定領域とする走査ｆ！４域υＪｌｌ１手段を有すること
を要旨とする。

（作用） 上記構成において、被測定試料の寸法測定時に、自動焦
点機構による合焦状態を示す信号により試料位置が検出
される。そして、この試料位置及び電子ビームの加速電
圧に応じて走査手段における走査電圧が補正制御され、
被測定試料上の走査領域が所定の領域とされる。したが
って試料位置又は電子ビームの加速電圧が変化した場合
にも倍率が一定に保持されて正確な寸法測定が行なわれ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第３図に基づいて
説明する。

第１図は寸法測定用走査型電子顕微鏡の構成図である。

同図中、２は電子ビーム３を放射する電子銃、４は加速
高圧Ｎ源であり、その加速電圧は走査領域制御手段とし
ての中央演算装置１により読取ることができるようにな
っている。５は電子ビーム３を電磁的に軸合わせするた
めのアライメントコイル、６はアライメント電源、７は
集束レンズ、８は集束レンズ電源、９．１ｏは走査手段
としての上段走査コイル及び下段走査コイルであり、各
走査コイル９．１０には、Ｘ方向及びＹ方向の走査信号
発生器１５．１６が走査アンプ１３．１４及び走査電源
１１．１２を介して接続されている。１７はブランキン
グ回路である。

また、１８は対物レンズ、１９は対物レンズ電源であり
自動焦点機構２０により制御されている。

この自動焦点機構２０により、対物レンズ電源１９から
対物レンズ１８に流れる電流値が制御されて電子ビーム
３が被測定試料２２上に合焦されるようになっている。

そして、このとき対物レンズ１８に流れる電流値が電流
検出器２１により電圧値に変換され、この電圧信号が合
焦状態を示す信号として中央演算装置１に導かれている
。

そして、集束レンズ７で集束された電子ビーム３が、走
査コイル９．１０によって偏向され、被測定試料２２上
に走査される。このとき発生する２次電子が２次電子検
出器２４によって検出されアンプ２５．２６を介して寸
法測定器２７に導かれる。寸法測定器２７では、被測定
試料２２中の対象となるパターンのＣＲＴ２８上での画
素数と測定倍率における前述の校正値からそのパターン
の寸法値が計算されるようになっている。

この実施例の寸法測定用走査型電子顕微鏡は、測定精度
向上のため、上述のような測定機構に加えて、さらに中
央演算装置１内に走査電圧補正テーブルが設けられ、こ
の走査電圧補正テーブルから導びかれた補正電圧が走査
信号発生器１５．１６から出力される走査信号に加算さ
れるようになっている。

以下、その走査電圧補正テーブルの作成方法及び走査電
圧補正テーブルから補正電圧を導く方法について、第２
図及び第３図を用いてさらに詳しく説明する。

この走査電圧補正テーブルの作成に関連して、中央演算
装置１の部分には、ボリューム２９、切換スイッチ３０
、Ａ／Ｄコンバータ３１．Ｄ／Ａコンバータ３２及びバ
スドライバ３３．３４等が付設されている。

そしてまず、切換スイッチ３０はＯ−１が導通状態とな
るようにしておき、バスドライバは３３が導通で３４が
絶縁状態としておく。また、ビーム方向に上下できるス
テージ２３上に基準パターン（試料）を載せ、基準パタ
ーンの位置が基準試料位置となるようにしておく。この
ようにしたのち、電子ビームの加速電圧は、例えばＡＣ
Ｃ２として基準パターンの測長を行ない、その測長値が
公称値となるようにボリューム２９を操作して走査信号
発生器１５．１６からの走査信号に加算する電圧ＶＳＣ
を調整し、走査型電子顕微鏡の倍率を調整する。このと
きのボリューム２９の電圧値ＶｓｃをＡ／Ｄコンバータ
３１を介して中央演算装置！！１に取込む。上記と同様
のことを、ステージ２３を基準試料位置から上下に動か
しながら（ｊなうと、第２図に示すように、加速電圧Ａ
ＣＣ２についての特性線を得ることができる。同図中、
横軸のＶＦＣは、電流検出器２１の出力電圧値であり、
基準試料位置からのずれ伝に対応した値を表わしている
。また、ＶＳ　Ｔ　Ｄ　Ｆ　Ｃは基準試料位置における
電圧値を示している。

さらに、実用範囲となる電子ビームの加速電圧において
、例えばＡＣＣＩ等の幾つかの加速電圧を選び、上述と
同様のことを行なうことによって、第２図に示すような
走査電圧補正テーブル（補正式）が得られる。

次に、上述のようにして得られた走査電圧補正テーブル
を用いて被測定試料２２の寸法測定を行なう場合は、切
換スイッチ３０はＯ−２が導通となるようにしておき、
バスドライバは３４が導通で３３が絶縁状態としておく
。中央演算装置１の読出した加速電圧及び試料位置に対
応した電圧値を第３図中、それぞれＡＣＣａ及びＶａＦ
Ｃとする。この時、中央演算装置１はＡＣＣａをはさむ
加速電圧ＡＣＣＩ　、ＡＣＣ２の両直線の式よりＡＣＣ
ａの直線の式を比例配分により求める。そして、このＡ
ＣＣａの直線の式から補正電圧ｖａｓｃが求められる。

この補正電圧ＶａｓｃをＤ／Ａコンバータ３２を介して
走査信号発生器１５．１６からの走査信号に加え合せる
。この補正電圧ｖａＳＣは先に走査電圧補正テーブルを
作成する際にボリューム２９によって発生させたものと
全く等価であるので、寸法測定時に電子ビームの加速電
圧又は試料位置が変化した場合にも走査型電子顕微鏡の
倍率が一定に保たれて正確な寸法測定が行なわれる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば走査型レーザ顕微鏡においては苅物レンズの位置
を直接読取るようにすれば同様の考え方で本発明を適、
用することができる。そしてこの場合は光の速度は一定
であるので加速電圧による補正という考え方は必要がな
くなる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被測定試料の寸
法測定時に、自動焦点機構による合焦状態を示す信号に
より試料位置が検出され、この試料位置及び電子ビーム
の加速電圧に応じて走査手段が制御されて被測定試料上
の走査領域が所定の領域とされる。したがって試料位置
又は電子ビームの加速電圧が変化した場合にも倍率が一
定に保持されて正確な寸法測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る寸法測定用走査型電
子顕微鏡の実施例を示すもので、第１図は構成図、第２
図は走査領域制御手段における走査電圧補正テーブルの
一例を示す図、第３図は同士走査電圧補正テーブルから
補正電圧の導出作用を説明するための図、第４図は従来
の走査型電子顕微鏡における試料の拡大像を得る機構を
説明するための図、第５図は試料位置のずれによる試料
上の走査領域の変化を説明するための図、第６図は加速
電圧の変動による試料上の走査領域の変化を説明するた
めの図である。 １：中央演痺装置（走査領域制御手段）、４：加速電圧
電源、 ９．１ｏ：上段及び下段の走査コイル（走査手段）、 １５．１６：走査信号発生器、 ２０：自動焦点機構、 ２７：寸法測定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子ビームを被測定試料上に合焦する自動焦点機構及び
   当該電子ビームを前記被測定試料上に走査する走査手段
   を有する寸法測定用走査型電子顕微鏡において、 被測定試料の寸法測定時における前記自動焦点機構によ
   る合焦状態を示す信号及び電子ビームの加速電圧に応じ
   て前記走査手段を制御し当該電子ビームによる前記被測
   定試料上の走査領域を所定領域とする走査領域制御手段
   を有することを特徴とする寸法測定用走査型電子顕微鏡
   。