WO2022249489A1 - 深さ計測装置、深さ計測システム及び深さ指標値算出方法 - Google Patents

深さ計測装置、深さ計測システム及び深さ指標値算出方法 Download PDF

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    • G01N2223/6116—Specific applications or type of materials patterned objects; electronic devices semiconductor wafer

Definitions

  • the present disclosure relates to a depth measuring device, a depth measuring system, and a depth index value calculating method for measuring the depth of a pattern, particularly the depth of recesses such as holes and grooves.
  • Patent Document 1 there is linearity between (groove width/groove bottom brightness) N in a groove structure and between (hole area/hole bottom brightness) N and the depth of a groove or hole in a hole structure. Finding this out, a method of measuring the depth of a concave portion such as a groove or a hole from the line width or area of the pattern and the luminance value (signal amount) inside (bottom) of the pattern is disclosed.
  • an index value proportional to the depth (hereinafter referred to as a depth index value) is calculated from the line width or area of the pattern and the luminance value at the bottom of the pattern, and the pattern depth and the depth index value are measured in advance.
  • the absolute value of the pattern depth is calculated using a database that stores the relationship between .
  • the line width, area, and luminance value of the pattern for calculating the depth index value are measured by multiple depth measurement devices arranged in the manufacturing line.
  • depth index values calculated from these measured values also differ between devices.
  • the present disclosure relates to correction of instrumental differences in depth index values that occur between depth measuring devices.
  • a depth measurement system includes a plurality of depth measurement devices, each of which calculates a depth index value indicating a relative depth of a pattern on a sample.
  • a depth measurement system comprising: The depth measurement device consists of an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam, a detection system that detects the emitted electrons emitted from the sample irradiated with the electron beam, and a predetermined pattern depth measurement on the measurement target.
  • the depth measurement recipe which is an operation program for controlling the electron optical system and the detection system, the depth of a predetermined pattern is determined based on the measured value extracted from the electron image formed from the output from the detection system.
  • the plurality of depth measurement devices are divided into one reference device and other correction target devices,
  • the computer of the correction target device stores correction coefficients linked to the depth measurement recipe, and outputs depth index values of a predetermined pattern corrected using a mathematical model to which the correction coefficients are applied.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flow of instrumental error correction of depth index values
  • FIG. 4 is a diagram showing a depth index value correction coefficient calculation flow (correction method 1); It is an example of a correction coefficient management screen. It is an example of a correction coefficient edit screen.
  • FIG. 10 is a diagram showing a depth index value correction coefficient calculation flow (correction method 2); It is a figure for demonstrating the calculation example of a dimension value and a luminance value from a SEM image. It is a figure for demonstrating the calculation example of a dimension value and a luminance value from a SEM image.
  • FIG. 10 is a diagram showing a depth index value correction coefficient calculation flow (correction method 3); It is an example of a correction coefficient management screen. It is an example of a correction coefficient edit screen. It is an example of a depth measurement system. It is a figure which shows the calculation of a correction coefficient in a depth measurement system, and an operation
  • the present disclosure is applied to a scanning electron microscope (SEM) using an electron beam as a depth measurement device or depth measurement system.
  • SEM scanning electron microscope
  • this embodiment should not be construed to be limited, and instead of the scanning electron microscope, a transmission electron microscope (TEM), a projection electron microscope, a surface irradiation electron microscope, etc.
  • TEM transmission electron microscope
  • the present disclosure can also be applied to devices and systems using other microscopes.
  • the present disclosure can also be applied to an apparatus or system configured by using a plurality of electron beams (multi-beams) for the electron microscope described above, or to a general observation system.
  • the depth measurement apparatus of this embodiment calculates a depth index value indicating the relative depth of the pattern based on the two-dimensional pattern dimension value and the luminance value inside the pattern obtained using a scanning electron microscope. calculate.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a depth measuring device that measures the depth of a pattern.
  • the depth measurement device includes an imaging unit 101 , an overall control unit 102 , a signal processing unit 103 , an input/output unit 104 and a storage unit 105 .
  • the imaging unit 101 includes an electron gun 106 , a focusing lens 108 that focuses the electron beam 107 emitted from the electron gun 106 , and a focusing lens 109 that further focuses the electron beam 107 that has passed through the focusing lens 108 .
  • the imaging unit 101 further includes a deflector 110 that deflects the electron beam 107 and an objective lens 111 that controls the height at which the electron beam 107 is focused.
  • a shutter 130 that partially restricts passage of the electron beam 107, a blanking deflector 131 that restricts the electron beam reaching the sample 112 by deflecting the electron beam 107 off the optical axis, and a blanking deflector.
  • a blanking electrode 132 is provided to receive the electron beam 107 deflected by 131 .
  • the electron beam 107 passed through the optical elements related to electron beam irradiation and scanning (these optical elements are collectively referred to as an electron optical system) provided in the scanning electron microscope as described above is placed on the stage 113.
  • a sample 112 is irradiated.
  • Emitted electrons 114 such as secondary electrons (SE) and backscattered electrons (BSE) emitted from the sample by the irradiation of the electron beam 107 are deflected by a deflector 115 (first two It is guided in a predetermined direction by a secondary electron aligner).
  • the deflector 115 is a so-called Wien filter, which selectively deflects the emitted electrons 114 in a predetermined direction without deflecting the electron beam 107 .
  • Emitted electrons 114 that have passed through a detection aperture 116 provided for angle discrimination of the emitted electrons 114 are guided to a detector 119 arranged off-axis by a deflector 123 (second secondary electron aligner).
  • a detector 121 is also provided for detecting secondary electrons (tertiary electrons 120 ) generated by the collision of the emitted electrons 114 with the detection diaphragm 116 .
  • An energy filter 122 is provided immediately before the detector 119, and by discriminating energy, a secondary light emitted vertically upward from the bottom of the semiconductor pattern formed on the sample 112 and having a passage trajectory near the optical axis is emitted. Electrons can be selectively detected.
  • the optical elements related to the detection of the emitted electrons 114 as described above are collectively called a detection system.
  • the signal processing unit 103 generates an SEM image based on the output from the detection system.
  • the signal processing unit 103 generates image data by storing detection signals in a frame memory or the like in synchronization with scanning by a scanning deflector (not shown).
  • a scanning deflector not shown.
  • the electron optical system and detection system of the imaging unit 101 as described above are controlled by the overall control unit 102 .
  • Overall control unit 102 , input/output unit 104 and storage unit 105 are implemented as computer 100 .
  • the overall control unit 102 receives user instructions from the input/output unit 104, reads programs and data stored in the storage unit 105, and executes processing. By executing a program stored in the storage unit 105, control processing for acquiring an SEM image of the sample by the imaging unit 101, arithmetic processing for calculating a depth index value, and the like are executed.
  • the depth measurement device in FIG. 1 captures an SEM image of a pattern including recesses.
  • the pattern dimension value or pattern area of the recess and the luminance value inside the pattern are measured from the captured SEM image, and the depth index value is calculated.
  • a depth index value is represented by (Formula 1).
  • N is an arbitrary positive number, and is set to an appropriate value according to the shape of the pattern and the material of the sample.
  • Depth index value (pattern dimension value or pattern area/pattern luminance value) N Whether the pattern dimension value or the pattern area is used in calculating the depth index value depends on the shape of the two-dimensional pattern of the recesses.
  • the pattern dimension value is used.
  • a pattern dimension value of trench width can be used.
  • the pattern area is used.
  • the pattern area is used for hole patterns and patterns having planar shapes such as ellipses, squares, and rectangles.
  • FIG. 2B In a depth measurement system that uses a plurality of depth measurement devices shown in FIG. 1 and each calculates a depth index value, the procedure for correcting the instrumental difference between depth measurement devices is shown in the flowchart of FIG. 2B.
  • a mass-produced wafer is to be measured, and it is assumed that the depth of a predetermined pattern formed on the mass-produced wafer is measured by a plurality of depth measuring devices arranged on a wafer manufacturing line.
  • one of the plurality of depth measuring devices is used as a reference device 1001, and the other device ( Correction is performed so that the measured value of the device to be corrected 1002 is matched with the measured value of the reference device.
  • An arbitrary one of a plurality of depth measuring devices is selected as the reference device 1001 .
  • Both the reference device 1001 and the correction target device 1002 have the same device configuration as shown in FIG. .
  • the flowchart of FIG. 2B will be described below.
  • any one of the plurality of depth measurement devices (either a reference device or a device to be corrected)
  • necessary information such as the layout of the wafer to be measured, the coordinates of the measurement pattern, and the measurement conditions is sent from the input/output unit 104.
  • a measurement recipe operation program
  • the created measurement recipe is expanded to another depth measurement device and stored (step 201).
  • the device difference correction coefficient of the depth index value is input from the input/output unit 104 and stored in the storage unit 105 (step 202). Details of the method for determining the instrumental error correction coefficient will be described later, but the correction coefficient must be calculated and set in advance for each measurement sample, depth measurement condition, and correction target device.
  • each of the correction target devices 1002 it is linked to the measurement recipe so that the set machine difference correction coefficient is applied to the depth measurement result (step 203).
  • Each depth measurement device executes the depth measurement recipe, measures the dimension value and luminance value from the captured image, and calculates the depth index value (step 204).
  • the depth index value is represented by (Equation 1), and an appropriate value of N is set in the depth measurement recipe.
  • the depth measurement device creates a mathematical model for correcting the depth index value to which the correction coefficient is applied. is used to correct the depth index value (step 206).
  • the corrected measurement result is output to the input/output unit 104 and stored in the storage unit 105 (step 207).
  • the correction coefficient is not set (NO in step 205)
  • the measurement result is output to the input/output unit 104 and stored in the storage unit 105 without being corrected (step 207).
  • the correction coefficient is not set, when the depth measurement device is the reference device, the depth measurement device is the device to be corrected, but the correction coefficient is set to be small enough so that the instrumental error can be regarded as 0. Including cases where there were no cases.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the procedure for calculating the correction coefficients A and B when correcting the machine difference by the correction method 1. As shown in FIG.
  • the reference device 1001 executes the correction coefficient calculation depth measurement recipe, measures the pattern dimension value and the pattern luminance value, and calculates the depth index value from these values by (Equation 1) (step 302). .
  • the correction target device 1002 executes the correction coefficient calculation depth measurement recipe for the same sample (measurement target), measures the pattern dimension value and the pattern luminance value, and uses these values (equation 1 ) to calculate the depth index value (step 303).
  • the magnitude of the instrumental difference varies depending on the measurement conditions when measuring the depth and the sample to be measured. Therefore, in principle, it is necessary to define a correction coefficient for each depth measurement recipe (see step 201).
  • the depth measurement recipe if there is a depth measurement recipe that has the same measurement conditions related to machine differences and the same measurement object (for example, a measurement recipe that differs only in measurement points) and the correction coefficient has already been calculated There is no problem in using the correction coefficient calculated for the existing depth measurement recipe as it is. In this case, calculation of the correction coefficient for the new depth measurement recipe can be omitted.
  • the measurement conditions related to instrumental differences include optical conditions, imaging magnification, number of pixels, scanning method, and the like.
  • FIG. 4A and B show GUI screens for the correction target device 1002 to register the correction coefficients A and B in step 305.
  • FIG. 4A and B show GUI screens for the correction target device 1002 to register the correction coefficients A and B in step 305.
  • Fig. 4A shows the correction coefficient management screen.
  • the correction coefficients A and B registered in the correction target device 1002 can be collectively checked.
  • Correction coefficients are managed by a management number 401, and a condition name 402 and correction coefficient values (A, B) 403 and 404 are registered for each management number.
  • condition name 402 measurement conditions and measurement objects related to the above-described machine difference are registered.
  • the user can determine whether to calculate the correction coefficient or apply the registered correction coefficient.
  • the correction coefficient management table 400 can be edited from the edit button 405 . It is also possible to add a new record or select a management number 401 to edit a condition name 402 and correction coefficient values 403 and 404 .
  • FIG. 4B shows the correction coefficient edit screen. When a management number is selected and the edit button 405 is pressed, the management number of the correction coefficient currently selected on the edit screen is displayed in the management number display column 410, and the correction coefficient registered with that management number is displayed in the correction coefficient. A numerical value display field 411 and a condition name are displayed in a condition name display field 412 . Enter the management number for storing the new correction coefficient in the management number input field 413, enter the correction coefficient obtained in the flowchart of FIG. . After that, by pressing the apply button 416, the correction coefficient management table 400 is updated.
  • correction method 2 fixes correction coefficient A to 1 and sets only correction coefficient B in the mathematical model (equation 2) of correction method 1.
  • FIG. A procedure for calculating the correction coefficient B is shown in the flow chart of FIG. Since steps 301 to 303, 305, and 306 are the same as those in the flowchart of FIG. 3, duplicate descriptions will be omitted.
  • the correction method 2 the difference between the average values of the depth index values calculated for the reference device and the correction target device is obtained, and the difference is used as the correction coefficient B (step 504).
  • the GUI screen for registering and managing correction coefficients is also the same as the screens shown in FIGS. 4A and 4B, and the correction coefficient A is fixed to 1, or the correction coefficient A is not displayed.
  • correction coefficient is calculated by calculating the offset amount from the average value of the depth index values calculated by each device, so it is easier than correction method 1.
  • Correction factor values can be determined.
  • correction method 3 In correction method 3, the pattern dimension value or pattern area and the luminance value are each corrected by a suitable mathematical model, and the depth index value is calculated from the corrected values, thereby non-linearly correcting the depth index value. .
  • An example of calculating the groove width and the brightness value from the SEM images of the same trench pattern captured by the depth inspection devices ⁇ and ⁇ shown in FIGS. 6A and 6B is shown.
  • the trench patterns in the SEM images 601 and 602 differ in brightness and groove width due to differences in magnification and differences in the detection system for each apparatus.
  • the groove width obtained from the SEM image 601 captured by the apparatus ⁇ (assumed as a reference apparatus) shown in FIG.
  • the groove width determined from the SEM image 602 taken in ) is represented by W ⁇
  • the luminance value of the trench bottom is represented by GL ⁇ . Note that the groove width and luminance value are calculated as average values of a plurality of trench patterns.
  • correction method 3 the pattern dimension value and the luminance value inside the pattern are each corrected using a mathematical model. For example, when correction is performed using a linear mathematical model, correction coefficients A CD and B CD for pattern dimension values and correction coefficients A GL and B GL for luminance values are calculated in advance, and correction target device 1002 Register these correction coefficients in .
  • the depth index value I ⁇ of the correction target device 1002 is obtained by using the groove width W ⁇ ' and the luminance value GL ⁇ ' corrected by a mathematical model using a correction coefficient, as shown in (Equation 4). corrected to the value I ⁇ '.
  • the machine difference can be corrected for the depth index value of an open pattern such as a trench pattern.
  • the hole diameter obtained from the SEM image 701 captured by the reference apparatus (apparatus ⁇ ) shown in FIG. 7A is represented by D ⁇
  • the brightness value of the hole bottom is represented by GL ⁇
  • the hole diameter determined from the SEM image 702 is represented by D ⁇
  • the luminance value of the hole bottom is represented by GL ⁇ .
  • the hole diameter and luminance value are preferably calculated as average values of a plurality of hole patterns.
  • the depth index values I ⁇ and I ⁇ of the devices ⁇ and ⁇ are calculated by (Equation 5).
  • S ⁇ ⁇ (D ⁇ /2) 2
  • S ⁇ ⁇ (D ⁇ /2) 2
  • I ⁇ (S ⁇ /GL ⁇ ) N
  • I ⁇ ( S ⁇ / GL ⁇ ) N
  • the depth index values I ⁇ and I ⁇ do not become the same value due to the instrumental difference.
  • the depth index value I ⁇ of the correction target device 1002 is obtained by using the hole diameter DW ⁇ ' and the luminance value GL ⁇ ' corrected by a mathematical model using a correction coefficient, as shown in (Equation 6). corrected to the value I ⁇ '.
  • Equation 6 it is possible to correct the instrumental difference in the depth index value of a closed pattern such as a hole pattern.
  • the machine difference can be corrected in the same manner for closed patterns other than hole patterns.
  • a method for calculating the area S according to the pattern shape may be applied.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the procedure for calculating the correction coefficients A CD , B CD , A GL , and B GL when the correction method 3 is used to correct the machine difference.
  • any one of the plurality of depth measurement devices (either a reference device or a device to be corrected)
  • necessary information such as the layout of the wafer to be measured, the coordinates of the measurement pattern, and the measurement conditions is sent from the input/output unit 104.
  • a depth measurement recipe operation program
  • the created measurement recipe is expanded to another depth measurement device and stored (step 801).
  • the reference device 1001 executes the correction coefficient calculation depth measurement recipe, and measures the pattern dimension value and the pattern luminance value (step 802).
  • the correction target device 1002 executes the correction coefficient calculation depth measurement recipe for the same sample, and measures the pattern dimension value and the pattern luminance value (step 803).
  • the dimension value at each measurement point by the reference device 1001 is y and the dimension value at each measurement point by the correction target device is x
  • the correction coefficient A CD , BCD are calculated (step 804).
  • the luminance value at each measurement point by the reference device 1001 is y
  • the luminance value at each measurement point by the correction target device is x.
  • step 805 Calculate the coefficients A GL and B GL (step 805).
  • the calculated correction coefficients A CD , B CD , A GL , and B GL are registered in the storage unit 105 of the correction target device 1002 (step 806). It is checked whether correction coefficients are registered in all the correction target devices 1002, and if there is an unregistered correction target device, steps 803 to 806 are executed for the correction target device.
  • 9A and 9B show GUI screens for the device 1002 to be corrected to register the correction coefficients A CD , B CD , A GL and B GL in step 806 . Since it is the same as the GUI screen shown in FIGS. 4A and 4B, redundant description will be omitted.
  • FIG. 9A shows the correction coefficient management screen.
  • correction coefficient management table 900 correction coefficients registered in the correction target device 1002 can be collectively checked.
  • correction coefficient values (A CD , B CD ) 901 for dimension values and correction coefficient values (A GL , B GL ) 902 for luminance values are registered as correction coefficient values.
  • FIG. 9B shows the correction coefficient edit screen. Although it is the same as the correction coefficient editing screen shown in FIG.
  • a correction coefficient value display column 911 for displaying the correction coefficient of the dimension value a correction coefficient value display column 912 for displaying the correction coefficient of the brightness value
  • the Correction coefficient value input fields 913 and 914 are provided for inputting a correction coefficient for the dimension value and a correction coefficient for the luminance value, respectively.
  • correction method 3 in order to create a mathematical model that corrects each of the dimension value and the brightness value, not only the depth index value but also the measurement using only the brightness value or the brightness value other than the depth index value is used.
  • the calculated measurement value can also be corrected for machine differences.
  • FIG. 10 shows another aspect of the depth measurement system of this embodiment, in which a management computer 1004 is further connected to the network 1003 .
  • the management computer 1004 has a function of managing correction coefficients registered in each device.
  • Correction is performed by inputting necessary information such as the layout of the wafer to be measured, the coordinates of the measurement pattern, and the measurement conditions from the input/output unit 104 in any one of the plurality of depth measurement devices of the depth measurement system.
  • a depth measurement recipe (operation program) for coefficient calculation is created and stored in the storage unit 105 .
  • the created measurement recipe is expanded to another depth measurement device and stored (step 1101).
  • Each device of the depth measurement system executes the correction coefficient calculation depth measurement recipe, and measures the pattern dimension value and the pattern luminance value (step 1102).
  • a selection screen shown in FIG. 12A is displayed on the management computer 1004 .
  • a selection list 1200 is provided with a division 1201 of a reference device and a correction target device.
  • the selection list 1200 has an apparatus name column 1202 , a measurement recipe column 1203 and a measurement data column 1204 .
  • the user selects the device name to be the reference device from the device name column 1202 by pull-down (step 1103).
  • the correction coefficient calculation depth measurement recipe held by the device can be selected. Therefore, the user selects the depth measurement recipe for correction coefficient calculation held by the reference device from the measurement recipe column 1203 by pull-down (step 1104).
  • the correction coefficient calculation depth measurement recipe is selected, the measurement data acquired by the apparatus executing the correction coefficient calculation depth measurement recipe can be selected. Therefore, the user selects the measurement data held by the reference device from the measurement data column 1204 by pull-down (step 1105).
  • the user selects the device name to be the correction target device from the device name column 1202 by pull-down (step 1106).
  • the correction coefficient calculation depth measurement recipe held by the device can be selected. Therefore, the user selects a correction coefficient calculation depth measurement recipe held by the correction target device from the measurement recipe column 1203 by pull-down (step 1107).
  • the correction coefficient calculation depth measurement recipe is selected, the measurement data acquired by the apparatus executing the correction coefficient calculation depth measurement recipe can be selected. Therefore, the user selects the measurement data held by the correction target device from the measurement data column 1204 by pull-down (step 1108).
  • fitting is performed on the measurement results of the selected reference device and correction target device, and the correction coefficients (A CD , B CD , A GL , B GL ) are calculated.
  • Calculation is performed (step 1109), and the fitting result and the calculated correction coefficient are displayed on the calculation result display screen shown in FIG. 12B (step 1110).
  • a calculation result display screen is displayed on the management computer 1004 .
  • the calculation result display screen shown in FIG. 12B will be described.
  • a measurement result 1211 before application of correction and a measurement result 1212 after application of correction based on the calculated correction coefficient are displayed.
  • the vertical axis is the measurement result of the reference device
  • the horizontal axis of the graph 1211 is the measurement result of the correction target device before correction
  • the horizontal axis of the graph 1212 is the measurement result of the correction target device after correction.
  • the data to be displayed as the measurement result can be selected in the data selection field 1210.
  • an example of selecting the depth index value is shown, but it is possible to select the dimension value and the brightness value by pull-down.
  • a correction coefficient calculated by fitting is displayed in a correction coefficient display portion 1214 , and an inter-apparatus difference index before and after correction is displayed in an inter-apparatus difference index display portion 1215 .
  • the user compares the displayed graphs 1211 and 1212 and confirms the change in the inter-apparatus difference index displayed in the inter-apparatus difference index display section 1215, so that the correction with the correction coefficient sufficiently corrects the apparatus difference. (step 1111). For example, by comparing the graphs 1211 and 1212, the depth index value after correction of the device to be corrected is more consistent with the depth index value of the reference device than the depth index value before correction. can be seen. Further, here, the inter-apparatus difference index Acc is calculated by (Equation 7).
  • Acc
  • value x is the depth index value or measured value of the correction target device
  • value y is the depth index of the reference device. value or measurement.
  • the value is the depth index value or measurement value selected in the data selection field 1210 . The smaller the difference between the average value x and the average value y, the smaller the value of the index Acc.
  • step 1111 If the correction coefficient is not appropriate (No in step 1111), review the measurement conditions of the depth measurement recipe for correction coefficient calculation, and perform again from step 1101. If the correction coefficient is appropriate (Yes in step 1111), set the management number in the management number input field 1213 on the calculation result display screen (FIG. 12B), and press the save button 1216 to save the calculated correction coefficient. It is registered as a device to be corrected (step 1112). At this time, it is preferable to automatically register the object to be measured and the measurement conditions as conditions to which the correction coefficient can be applied. As a result, it is displayed in the correction coefficient management table 900 (FIG. 9A). This is performed for all correction target devices (step 1113). As described above, the management computer 1004 can calculate and manage the correction coefficients of all correction target devices in the depth measurement system.
  • each correction target device calculates and manages a correction coefficient to be applied to the device. That is, the device to be corrected in step 1106 is this device, and the display screens of FIGS. 12A and 12B are also displayed on the computer of this device.
  • the user can easily calculate and register correction coefficients by selecting appropriate measurement data according to the program of the depth measurement system, thereby reducing instrumental differences in measurement values. Become.

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Abstract

複数の深さ計測装置を備え、複数の深さ計測装置のそれぞれが試料上のパターンの相対的な深さを示す深さ指標値を算出する深さ計測システムであって、複数の深さ計測装置は、１台の基準装置１００１とその他の補正対象装置１００２とに区分されており、深さ計測装置はそれぞれ、計測対象における所定のパターンの深さを計測する深さ計測レシピを実行することにより、得られた電子像から抽出された計測値に基づき、所定のパターンの深さ指標値を算出し、補正対象装置は、深さ計測レシピに紐づけられた補正係数を記憶しており、補正係数が適用された数理モデルを用いて補正された所定のパターンの深さ指標値を出力する。

Description

深さ計測装置、深さ計測システム及び深さ指標値算出方法
　本開示は、パターンの深さ、特に穴や溝等の凹部の深さの計測する深さ計測装置、深さ計測システム及び深さ指標値算出方法に関する。
　近年、半導体の複雑化、立体化によって３次元形状の計測ニーズが高まっており、測長ＳＥＭ（Critical Dimension - Scanning Electron Microscope）を用いて３次元形状を計測する手法が提案されている。特許文献１では、例えば、溝構造では（溝幅／溝底の輝度）Ｎ、穴構造では（穴の面積／穴底の輝度）Ｎと、溝や穴の深さとの間に線形性を有することを見出し、パターンの線幅あるいは面積とパターンの内側（底部）の輝度値（信号量）とから、溝や穴といった凹部における深さを計測する手法が開示されている。
国際公開第２０２０／０９５３４６号
　特許文献１では、パターンの線幅あるいは面積とパターン底部の輝度値とから深さに比例する指標値（以下、深さ指標値と呼ぶ）を算出し、あらかじめ実測したパターン深さと深さ指標値との関係を記憶したデータベースを用いてパターン深さの絶対値を算出する。しかし、本手法を半導体装置製造工程の管理に利用しようとする場合、製造ラインに配置された複数の深さ計測装置により、深さ指標値を算出するためのパターンの線幅や面積、輝度値を計測することになるが、様々な要因により深さ計測装置間で機差が存在するため、これらの計測値から算出される深さ指標値にも装置間機差が発生することになる。本開示は、深さ計測装置間で発生する深さ指標値の機差の補正にかかわる。
　本開示の一態様である深さ計測システムは、複数の深さ計測装置を備え、複数の深さ計測装置のそれぞれが試料上のパターンの相対的な深さを示す深さ指標値を算出する深さ計測システムであって、
　深さ計測装置はそれぞれ、電子ビームを試料に照射する電子光学系と、電子ビームが照射された試料から放出された放出電子を検出する検出系と、計測対象における所定のパターンの深さを計測する動作プログラムである深さ計測レシピを実行することにより、電子光学系と検出系とを制御して検出系からの出力から形成した電子像から抽出された計測値に基づき、所定のパターンの深さ指標値を算出するコンピュータとを備え、
　複数の深さ計測装置は、１台の基準装置とその他の補正対象装置とに区分され、
　補正対象装置のコンピュータは、深さ計測レシピに紐づけられた補正係数を記憶しており、補正係数が適用された数理モデルを用いて補正された所定のパターンの深さ指標値を出力する。
　基準装置と補正対象装置間の倍率誤差や検出系ゲイン差などにより発生する機差を低減することが可能となる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
深さ計測装置の概略図である。 深さ計測システムの一例である。 深さ指標値の機差補正フローを示す図である。 深さ指標値の補正係数算出フロー（補正方法１）を示す図である。 補正係数管理画面の例である。 補正係数編集画面の例である。 深さ指標値の補正係数算出フロー（補正方法２）を示す図である。 ＳＥＭ像からの寸法値と輝度値の算出例を説明するための図である。 ＳＥＭ像からの寸法値と輝度値の算出例を説明するための図である。 ＳＥＭ像からの寸法値と輝度値の算出例を説明するための図である。 ＳＥＭ像からの寸法値と輝度値の算出例を説明するための図である。 深さ指標値の補正係数算出フロー（補正方法３）を示す図である。 補正係数管理画面の例である。 補正係数編集画面の例である。 深さ計測システムの一例である。 深さ計測システムにおける補正係数の算出、運用フローを示す図である。 選択画面の例である。 算出結果表示画面の例である。
　以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号又は対応する番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
　本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
　また、以下の実施の形態の説明では、深さ計測装置または深さ計測システムとして、電子ビームを使用した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に、本開示を適用した例を示す。しかし、この実施の形態は限定的に解釈されるべきではなく、走査電子顕微鏡に代えて、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）、プロジェクション型の電子顕微鏡、面照射型の電子顕微鏡等の他の顕微鏡を使用した装置、システムにも、本開示は適用され得る。また、上述した電子顕微鏡を複数本の電子ビーム（マルチビーム）を用いて構成した装置、システム、或いは、一般的な観察システムに対しても、本開示は適用され得る。
　また、以下に説明する実施形態の機能、動作、処理、フローにおいては、主に「コンピュータ」「全体制御部」「管理コンピュータ」を主語（動作主体）として各要素や各ステップの流れについての説明を行うが、「深さ計測装置」「深さ計測システム」を主語（動作主体）とした説明としてもよいし、コンピュータが実行する「各種プログラム」を主語（動作主体）とした説明としてもよい。プログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、また、モジュール化されていてもよい。各種プログラムはプログラム配布サーバや記憶メディアによってコンピュータシステムにインストールされてもよい。
　半導体デバイスの複雑化、微細化に伴い、エッチングはデバイスの出来を左右する重要な工程となっている。本実施例の深さ計測装置は、走査型電子顕微鏡を用いて得られる、２次元のパターン寸法値とパターンの内側の輝度値に基づき、パターンの相対的な深さを示す深さ指標値を算出する。
　図１はパターンの深さについて寸法計測を行う深さ計測装置の概略図である。深さ計測装置は、撮像部１０１、全体制御部１０２、信号処理部１０３、入出力部１０４および記憶部１０５を備えている。
　撮像部１０１は、電子銃１０６、電子銃１０６から放出される電子ビーム１０７を集束する集束レンズ１０８、及び集束レンズ１０８を通過した電子ビーム１０７を更に集束する集束レンズ１０９を備えている。撮像部１０１は更に、電子ビーム１０７を偏向する偏向器１１０ 、電子ビーム１０７の集束する高さを制御する対物レンズ１１１を備えている。　また、電子ビーム１０７の通過を一部制限するシャッター１３０、電子ビーム１０７を光軸外に偏向することによって、試料１１２への電子ビームの到達を制限するブランキング偏向器１３１、及びブランキング偏向器１３１によって偏向された電子ビーム１０７を受け止めるブランキング用電極１３２が設けられている。
　以上のような走査電子顕微鏡内に設けられた、電子ビームの照射や走査にかかわる光学素子（これら光学素子を電子光学系と総称する）を通過した電子ビーム１０７は、ステージ１１３上に載せられた試料１１２に照射される。電子ビーム１０７の照射によって試料から放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）や後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）等の放出電子１１４は、放出電子偏向用の偏向器１１５（第１の二次電子アライナ）によって所定の方向に導かれる。偏向器１１５は所謂ウィーンフィルタであり、電子ビーム１０７を偏向させることなく、放出電子１１４を所定の方向に選択的に偏向させる。
　放出電子１１４を角度弁別するために設けられた検出絞り１１６を通過した放出電子１１４は、偏向器１２３（第２の二次電子アライナ）により軸外に配置された検出器１１９に導かれる。また、検出絞り１１６への放出電子１１４の衝突によって発生する二次電子（三次電子１２０）を検出するための検出器１２１も設けられている。検出器１１９の直前にはエネルギーフィルタ１２２が設けられており、エネルギー弁別することにより、試料１１２上に形成された半導体パターンの底部から鉛直上向きに放出され、光軸近傍に通過軌道をもつ二次電子を選択的に検出することができる。以上のような、放出電子１１４の検出にかかわる光学素子を検出系と総称する。
　信号処理部１０３では、検出系からの出力に基づいてＳＥＭ像を生成する。信号処理部１０３では、図示しない走査偏向器の走査と同期して、フレームメモリ等に検出信号を記憶させることで画像データを生成する。フレームメモリに検出信号を記憶する際、フレームメモリの走査位置に対応する位置に検出信号を記憶させることで、信号プロファイル（一次元情報）、ＳＥＭ像（二次元情報）を生成する。
　上記したような撮像部１０１の電子光学系及び検出系は、全体制御部１０２によって制御される。全体制御部１０２、入出力部１０４および記憶部１０５はコンピュータ１００として実装される。全体制御部１０２は、入出力部１０４からのユーザの指示を受けて、記憶部１０５に記憶されているプログラム、データを読み出して処理を実行する。記憶部１０５が記憶するプログラムを実行することにより、撮像部１０１により試料のＳＥＭ像を取得するための制御処理や、深さ指標値を算出するための演算処理などを実行する。
　図１に示す深さ計測装置において深さを計測する方法について示す。図１の深さ計測装置は凹部を含むパターンのＳＥＭ像を撮像する。撮像したＳＥＭ像から凹部のパターン寸法値またはパターン面積と、パターンの内側の輝度値とを計測し、深さ指標値を算出する。深さ指標値は（式１）で表される。Ｎは任意の正数であり、パターンの形状や試料の材質に応じた適切な値を設定する。
（式１）
深さ指標値＝（パターン寸法値またはパターン面積／パターン輝度値）Ｎ
深さ指標値の算出において、パターン寸法値またはパターン面積のいずれを使うかは凹部の２次元パターンの形状に依存する。凹部の２次元パターン形状が開いたパターンである場合には、パターン寸法値を用いる。例えば、トレンチパターンでは溝幅のパターン寸法値を用いることができる。一方、凹部の２次元パターン形状が閉じたパターンである場合には、パターン面積を用いる。例えば、ホールパターンや、楕円、正方形や長方形などの平面形状を有するパターンでは、パターン面積を用いる。
　図１に示した深さ計測装置を複数台使用し、それぞれが深さ指標値を算出する深さ計測システムにおいて、深さ計測装置間の機差を補正する手順を図２Ｂのフローチャートに示す。計測対象は量産ウェハであり、量産ウェハ上に形成される所定のパターンの深さを、ウェハ製造ラインに配置された複数台の深さ計測装置により計測する場面を想定する。
　図２Ａに示すように、複数台の深さ計測装置が算出する深さ指標値から機差を抑制するため、複数の深さ計測装置のいずれかの装置を基準装置１００１として、他の装置（補正対象装置１００２という）の測定値を基準装置の測定値にあわせる補正を行う。基準装置１００１は、複数の深さ計測装置のうちの任意の１台が選択される。基準装置１００１も補正対象装置１００２もいずれも同じ図１に示す装置構成をしており、各装置の全体制御部１０２（コンピュータ１００）は、ネットワーク１００３を介して相互に接続されていることが望ましい。以下、図２Ｂのフローチャートについて説明する。
　複数台の深さ計測装置の任意の１台（基準装置でも、補正対象装置でもよい）において、入出力部１０４から、計測するウェハのレイアウトや計測パターンの座標、計測条件などの必要な情報を入力することによって、深さ計測用の計測レシピ（動作プログラム）を作成し、記憶部１０５に記憶させる。作成した計測レシピは、他の深さ計測装置へ展開され、記憶される（ステップ２０１）。
　次に、補正対象装置１００２のそれぞれにおいて、入出力部１０４から、深さ指標値の機差補正係数を入力し、記憶部１０５に記憶させる（ステップ２０２）。機差補正係数の決定方法の詳細については後述するが、補正係数は計測サンプル、深さ計測条件、補正対象装置ごとに事前に算出し、設定する必要がある。
　次に、補正対象装置１００２のそれぞれにおいて、設定した機差補正係数を深さ計測結果に適用するよう、計測レシピに紐づける（ステップ２０３）。
　各深さ計測装置は、深さ計測レシピを実行し、撮像した画像から寸法値、輝度値を計測して、深さ指標値を算出する（ステップ２０４）。深さ指標値は（式１）で表され、深さ計測レシピにおいて適切なＮの値が設定されている。このとき、深さ計測装置は、計測レシピに深さ指標値の補正係数が適用されている場合には（ステップ２０５でYES）、補正係数が適用された深さ指標値を補正する数理モデルを用いて、深さ指標値を補正する（ステップ２０６）。補正後の計測結果は入出力部１０４に出力、及び記憶部１０５に記憶される（ステップ２０７）。一方、補正係数が設定されていない場合には（ステップ２０５でNO）、計測結果を補正することなく、入出力部１０４に出力、及び記憶部１０５に記憶する（ステップ２０７）。補正係数が設定されていない場合とは、当該深さ計測装置が基準装置である場合、当該深さ計測装置は補正対象装置であるが、機差が０とみなせる程度に小さく補正係数が設定されなかった場合を含む。
　このように数理モデルを用いて、補正対象装置１００２の深さ指標値を補正することにより、基準装置１００１と補正対象装置１００２の間の、倍率機差や検出系のゲイン差、その他要因により発生する機差を低減することが可能になる。以下、深さ指標値の補正方法について、いくつかの例を説明する。
　（深さ指標値の補正方法１）
　補正方法１は、深さ指標値を補正する数理モデルとして１次式を使用し、線形補正により深さ指標値を補正する方法である。補正後の深さ指標値Ｉｃ、補正対象装置１００２がステップ２０４で（式１）にしたがって算出した深さ指標値Ｉｏ、ステップ２０２で設定された補正係数をＡ，Ｂとすると、（式２）に示す線形補正式により深さ指標値を補正する。
（式２）
Ｉｃ＝Ａ・Ｉｏ＋Ｂ
補正方法１により機差補正を行う場合の、補正係数Ａ，Ｂの算出手順を図３のフローチャートに示す。
　（式２）に示す１次式でフィッティングを行い、補正係数Ａ，Ｂを求めるため、計測対象のウェハに対して複数の測定点で深さ計測を実施する必要がある。このため、複数台の深さ計測装置の任意の１台（基準装置でも、補正対象装置でもよい）において、入出力部１０４から、計測するウェハのレイアウトや計測パターンの座標、計測条件などの必要な情報を入力することによって、補正係数算出用深さ計測レシピ（動作プログラム）を作成し、記憶部１０５に記憶させる。作成した計測レシピは、他の深さ計測装置へ展開され、記憶される（ステップ３０１）。図２Ｂのステップ２０１で作成される計測レシピとは測定点のみが異なる計測レシピとなる。
　基準装置１００１は、補正係数算出用深さ計測レシピを実行し、パターン寸法値、パターン輝度値の計測を行い、それらの値から（式１）により深さ指標値の算出を行う（ステップ３０２）。同様に、補正対象装置１００２は、同じサンプル（計測対象）に対して、補正係数算出用深さ計測レシピを実行し、パターン寸法値、パターン輝度値の計測を行い、それらの値から（式１）により深さ指標値の算出を行う（ステップ３０３）。
　基準装置１００１による各計測点での深さ指標値をｙ、補正対象装置による各計測点での深さ指標値をｘとして、１次式（ｙ＝Ａｘ＋Ｂ）でフィッティングを実施し、補正係数Ａ，Ｂを算出する（ステップ３０４）。算出した補正係数Ａ，Ｂを補正対象装置１００２の記憶部１０５に登録する（ステップ３０５）。全ての補正対象装置１００２で補正係数が登録されているかどうかを確認し、未登録の補正対象装置があれば、当該補正対象装置に対して、ステップ３０３～３０５を実施する。
　機差の大きさは、深さ計測するときの計測条件、計測対象とする試料に応じて異なる。したがって、原則として、深さ計測レシピ（ステップ２０１参照）ごとに補正係数を定める必要がある。一方で、当該深さ計測レシピについて、機差にかかわる計測条件、計測対象が同じ深さ計測レシピ（例えば、測定点のみが異なる計測レシピ）が存在し、既に補正係数が算出されている場合には、既存の深さ計測レシピについて算出した補正係数をそのまま流用することは差し支えない。この場合は新たな深さ計測レシピに対する補正係数の算出は省略することができる。機差にかかわる計測条件とは、光学条件、撮影倍率、画素数、スキャン方法などである。
　図４Ａ，Ｂに、補正対象装置１００２がステップ３０５で補正係数Ａ，Ｂを登録するためのＧＵＩ画面を示す。
　図４Ａに補正係数管理画面を示す。補正係数管理テーブル４００により、補正対象装置１００２に登録されている補正係数Ａ，Ｂを一括で確認することができる。補正係数は、管理番号４０１で管理され、管理番号ごとに条件名４０２、補正係数値（Ａ，Ｂ）４０３，４０４が登録されている。条件名４０２には、上述した機差にかかわる計測条件、計測対象が登録されている。ユーザは、条件名４０２を確認することにより、補正係数の算出を行うか、登録済みの補正係数を適用するか、判断することができる。
　編集ボタン４０５から補正係数管理テーブル４００を編集することができる。新規レコードを追加する、あるいは管理番号４０１を選択して、条件名４０２、補正係数値４０３，４０４を編集することも可能である。図４Ｂに補正係数編集画面を示す。管理番号を選択して編集ボタン４０５を押した場合には、編集画面において現在選択した補正係数の管理番号が管理番号表示欄４１０に示され、その管理番号で登録されている補正係数が補正係数値表示欄４１１、条件名が条件名表示欄４１２に示される。新たに補正係数を保存する管理番号を管理番号入力欄４１３に入力し、図３のフローチャートで求めた補正係数を補正係数値入力欄４１４に、登録する条件名を条件名入力欄４１５に入力する。その後、適用ボタン４１６を押すことにより、補正係数管理テーブル４００が更新される。
　（深さ指標値の補正方法２）
　深さ指標値の補正方法は上述のものに限られない。補正方法２は、補正方法１の数理モデル（式２）において、補正係数Ａを１に固定し、補正係数Ｂのみを設定するものである。補正係数Ｂの算出手順を図５のフローチャートに示す。ステップ３０１～３０３、３０５、３０６は図３のフローチャートと同じであるので、重複する説明は省略する。補正方法２では、基準装置と補正対象装置でそれぞれ算出した深さ指標値の平均値との間の差分を求め、その差分を補正係数Ｂとする（ステップ５０４）。
　補正係数を登録、管理するＧＵＩ画面も図４Ａ，Ｂに示した画面と同様であり、補正係数Ａが１に固定されている、または補正係数Ａの表示がない画面になる。
　補正方法２の場合、１次式にフィッティングする必要はなく、各装置で算出した深さ指標値の平均値からオフセット量を算出することで補正係数を算出するため、補正方法１よりも簡便に補正係数値を求めることが可能である。
　（深さ指標値の補正方法３）
　補正方法３では、パターン寸法値またはパターン面積と、輝度値とをそれぞれ適した数理モデルにより補正し、補正後の値から深さ指標値を算出することにより、深さ指標値を非線形に補正する。図６Ａ，Ｂに示す、深さ検査装置α，βによって撮像した同一のトレンチパターンのＳＥＭ像から溝幅と輝度値を算出する例を示す。ＳＥＭ像６０１、６０２におけるトレンチパターンは、装置ごとの倍率機差や検出系の機差等により明るさや溝幅が異なる。図６Ａに示す装置α（基準装置とする）で撮像したＳＥＭ像６０１から求めた溝幅をＷα、トレンチ底部の輝度値をＧＬαで表し、図６Ｂに示す装置β（補正対象装置とする）で撮像したＳＥＭ像６０２から求めた溝幅をＷβ、トレンチ底部の輝度値をＧＬβで表す。なお、溝幅、輝度値は複数のトレンチパターンの平均値として算出している。
　装置α，βの深さ指標値Ｉα、Ｉβは（式３）により算出される。
（式３）
Ｉα＝（Ｗα／ＧＬα）Ｎ
Ｉβ＝（Ｗβ／ＧＬβ）Ｎ
機差補正していない状態では、機差により深さ指標値Ｉα、Ｉβは同じ値にはならない。
　補正方法３では、パターン寸法値とパターンの内側の輝度値とを、それぞれ数理モデルで補正する。例えば、１次式の数理モデルで補正するとした場合、パターン寸法値についての補正係数ＡＣＤ，ＢＣＤと輝度値についての補正係数ＡＧＬ，ＢＧＬを算出しておき、事前に補正対象装置１００２にこれらの補正係数を登録しておく。
　補正対象装置１００２の深さ指標値Ｉβは、（式４）に示すように、補正係数を用いた数理モデルで補正した溝幅Ｗβ’ 、輝度値ＧＬβ’ を用いて、深さ指標値Ｉβ’ に補正される。
（式４）
Ｗβ’ ＝ＡＣＤ・Ｗβ＋ＢＣＤ
ＧＬβ’ ＝ＡＧＬ・ＧＬβ＋ＢＧＬ
Ｉβ’ ＝（Ｗβ’ ／ＧＬβ’ ）Ｎ
（式４）を用いることによってトレンチパターンのような、閉じていないパターンの深さ指標値について、機差を補正することができる。
　図７Ａ，Ｂに示す、深さ検査装置α，βによって撮像した同一のホールパターンのＳＥＭ像からパターン面積と輝度値を算出する例を示す。図７Ａに示す基準装置（装置α）で撮像したＳＥＭ像７０１から求めた穴径をＤα、ホール底部の輝度値をＧＬαで表し、図７Ｂに示す補正対象装置（装置β）で撮像したＳＥＭ像７０２から求めた穴径をＤβ、ホール底部の輝度値をＧＬβで表す。なお、トレンチパターンの場合と同様に、穴径、輝度値は複数のホールパターンの平均値として算出するとよい。
　装置α，βの深さ指標値Ｉα、Ｉβは（式５）により算出される。
（式５）
Ｓα＝π・（Ｄα／２）２
Ｓβ＝π・（Ｄβ／２）２
Ｉα＝（Ｓα／ＧＬα）Ｎ
Ｉβ＝（Ｓβ／ＧＬβ）Ｎ
機差補正していない状態では、機差により深さ指標値Ｉα、Ｉβは同じ値にはならない。
　補正対象装置１００２の深さ指標値Ｉβは、（式６）に示すように、補正係数を用いた数理モデルで補正した穴径ＤＷβ’ 、輝度値ＧＬβ’ を用いて、深さ指標値Ｉβ’ に補正される。
（式６）
Ｄβ’ ＝ＡＣＤ・Ｄβ＋ＢＣＤ
ＧＬβ’ ＝ＡＧＬ・ＧＬβ＋ＢＧＬ
Ｓβ’ ＝π・（Ｄβ’ ／２）２
Ｉβ’ ＝（Ｓβ’ ／ＧＬβ’ ）Ｎ
（式６）を用いることによって、ホールパターンのような、閉じたパターンの深さ指標値について、機差を補正することができる。ホールパターン以外の閉じたパターンでも同様に機差を補正することができる。パターン形状に応じた面積Ｓの算出方法を適用すればよい。
　補正方法３により機差補正を行う場合の、補正係数ＡＣＤ，ＢＣＤ，ＡＧＬ，ＢＧＬの算出手順を図８のフローチャートに示す。
　複数台の深さ計測装置の任意の１台（基準装置でも、補正対象装置でもよい）において、入出力部１０４から、計測するウェハのレイアウトや計測パターンの座標、計測条件などの必要な情報を入力することによって、補正係数算出用深さ計測レシピ（動作プログラム）を作成し、記憶部１０５に記憶させる。作成した計測レシピは、他の深さ計測装置へ展開され、記憶される（ステップ８０１）。
　基準装置１００１は、補正係数算出用深さ計測レシピを実行し、パターン寸法値、パターン輝度値の計測を行う（ステップ８０２）。同様に、補正対象装置１００２は、同じサンプルに対して、補正係数算出用深さ計測レシピを実行し、パターン寸法値、パターン輝度値の計測を行う（ステップ８０３）
　基準装置１００１による各計測点での寸法値をｙ、補正対象装置による各計測点での寸法値をｘとして、１次式（ｙ＝ＡＣＤｘ＋ＢＣＤ）でフィッティングを実施し、補正係数ＡＣＤ，ＢＣＤを算出する（ステップ８０４）。同様に、基準装置１００１による各計測点での輝度値をｙ、補正対象装置による各計測点での輝度値をｘとして、１次式（ｙ＝ＡＧＬｘ＋ＢＧＬ）でフィッティングを実施し、補正係数ＡＧＬ，ＢＧＬを算出する（ステップ８０５）。算出した補正係数ＡＣＤ，ＢＣＤ，ＡＧＬ，ＢＧＬを補正対象装置１００２の記憶部１０５に登録する（ステップ８０６）。全ての補正対象装置１００２で補正係数が登録されているかどうかを確認し、未登録の補正対象装置があれば、当該補正対象装置に対して、ステップ８０３～８０６を実施する。
　図９Ａ，Ｂに、補正対象装置１００２がステップ８０６で補正係数ＡＣＤ，ＢＣＤ，ＡＧＬ，ＢＧＬを登録するためのＧＵＩ画面を示す。図４Ａ，Ｂに示したＧＵＩ画面と同様であるので重複する説明は省略する。
　図９Ａに補正係数管理画面を示す。補正係数管理テーブル９００により、補正対象装置１００２に登録されている補正係数を一括で確認することができる。図４Ａに示す補正係数管理画面と同様であるが、補正係数値として寸法値の補正係数値（ＡＣＤ，ＢＣＤ）９０１、輝度値の補正係数値（ＡＧＬ，ＢＧＬ）９０２が登録されている。図９Ｂに補正係数編集画面を示す。図４Ｂに示す補正係数編集画面と同様であるが、寸法値の補正係数を表示する補正係数値表示欄９１１、輝度値の補正係数を表示する補正係数値表示欄９１２、図８のフローチャートで求めた寸法値の補正係数及び輝度値の補正係数をそれぞれ入力する補正係数値入力欄９１３、９１４が設けられている。
　補正方法３では、寸法値、輝度値それぞれを補正する数理モデルを作成するため、深さ指標値だけでなく、輝度値のみを利用する計測や、深さ指標値以外の輝度値を利用して算出した計測値においても機差を補正することができる。
　実施例２では、実施例１で説明した深さ指標値を数理モデルにより機差を補正するために必要な補正係数を自動で算出、管理する運用方法、及び深さ計測システムについて示す。本実施例の深さ計測システムの一態様は、図２Ａのように複数の深さ計測装置１００１，１００２が相互にアクセス可能にネットワーク１００３で接続されている。一方、図１０は、本実施例の深さ計測システムの別の態様であり、ネットワーク１００３にさらに管理コンピュータ１００４が接続されている。管理コンピュータ１００４は、各装置に登録されている補正係数を管理する機能を有している。
　図１０の深さ計測システムにおいて、補正係数を算出、運用する手順を、図１１のフローチャートと図１２Ａ，ＢのＧＵＩ画面とを用いて説明する。ここでは、実施例１で説明した補正方法３に基づく補正係数を算出する例について説明する。他の補正方法に基づく補正係数を算出する場合も同様である。
　深さ計測システムの複数台の深さ計測装置の任意の１台において、入出力部１０４から、計測するウェハのレイアウトや計測パターンの座標、計測条件などの必要な情報を入力することによって、補正係数算出用深さ計測レシピ（動作プログラム）を作成し、記憶部１０５に記憶させる。作成した計測レシピは、他の深さ計測装置へ展開され、記憶される（ステップ１１０１）。深さ計測システムの各装置は、補正係数算出用深さ計測レシピを実行し、パターン寸法値、パターン輝度値の計測を行う（ステップ１１０２）。
　管理コンピュータ１００４には図１２Ａに示す選択画面が表示される。選択リスト１２００は、区分１２０１として基準装置と補正対象装置の区分が設けられている。選択リスト１２００には、装置名欄１２０２、計測レシピ欄１２０３、計測データ欄１２０４が設けられている。
　選択リスト１２００の基準装置レコードにおいて、ユーザは装置名欄１２０２から基準装置とする装置名をプルダウンにて選択する（ステップ１１０３）。基準装置が選択されると、当該装置が保持している補正係数算出用深さ計測レシピが選択可能になる。そこで、ユーザは、計測レシピ欄１２０３から基準装置が保持する補正係数算出用深さ計測レシピをプルダウンにて選択する（ステップ１１０４）。補正係数算出用深さ計測レシピが選択されると、当該装置が当該補正係数算出用深さ計測レシピを実行して取得した計測データが選択可能になる。そこで、ユーザは計測データ欄１２０４から基準装置が保持する計測データをプルダウンにて選択する（ステップ１１０５）。
　続いて、選択リスト１２００の補正対象装置レコードにおいて、ユーザは装置名欄１２０２から補正対象装置とする装置名をプルダウンにて選択する（ステップ１１０６）。補正対象装置が選択されると、当該装置が保持している補正係数算出用深さ計測レシピが選択可能になる。そこで、ユーザは、計測レシピ欄１２０３から補正対象装置が保持する補正係数算出用深さ計測レシピをプルダウンにて選択する（ステップ１１０７）。補正係数算出用深さ計測レシピが選択されると、当該装置が当該補正係数算出用深さ計測レシピを実行して取得した計測データが選択可能になる。そこで、ユーザは計測データ欄１２０４から補正対象装置が保持する計測データをプルダウンにて選択する（ステップ１１０８）。
　選択画面（図１２Ａ）の実行ボタン１２０５が押されることにより、選択した基準装置、補正対象装置の計測結果について、フィッティングを実施し、補正係数（ＡＣＤ，ＢＣＤ，ＡＧＬ，ＢＧＬ）を算出し（ステップ１１０９）、フィッティング結果と算出した補正係数を図１２Ｂに示す算出結果表示画面に表示する（ステップ１１１０）。算出結果表示画面は管理コンピュータ１００４に表示される。
　図１２Ｂに示す算出結果表示画面について説明する。補正適用前の計測結果１２１１と算出した補正係数に基づく補正適用後の計測結果１２１２とが表示される。いずれも縦軸が基準装置の計測結果であり、グラフ１２１１では横軸が補正前の補正対象装置の計測結果、グラフ１２１２では横軸が補正後の補正対象装置の計測結果とされている。これにより、基準装置の値と補正対象装置の値との対応関係が、補正前と補正後とで比較可能となる。計測結果として表示させるデータは、データ選択欄１２１０で選択でき、ここでは深さ指標値を選択した例を示しているが、プルダウンにより寸法値や輝度値を選択することが可能である。フィッティングによって算出された補正係数は補正係数表示部１２１４に、補正前後の装置間差指標が装置間差指標表示部１２１５に表示されている。ユーザは、表示されるグラフ１２１１、１２１２を比較したり、装置間差指標表示部１２１５に表示される装置間差指標の変化を確認したりすることにより、当該補正係数による補正により機差が十分に低減されているかを確認する（ステップ１１１１）。例えば、グラフ１２１１、１２１２を比較することにより、補正対象装置の補正後の深さ指標値は、補正前の深さ指標値に比べ、基準装置の深さ指標値に対してより一致していることが見て取れる。また、ここでは装置間差指標Ａｃｃを（式７）により算出している。
（式７）
Ａｃｃ＝｜値ｘの平均値－値ｙの平均値｜／値ｙの平均値
ここで、値ｘは補正対象装置の深さ指標値または計測値であり、値ｙは基準装置の深さ指標値または計測値である。値はデータ選択欄１２１０で選択されている深さ指標値または計測値とする。値ｘの平均値と値ｙの平均値との差が小さくなるほど、指標Ａｃｃの値は小さくなる。
　補正係数が適切でない場合には（ステップ１１１１でNo）、補正係数算出用深さ計測レシピの計測条件を見直して、ステップ１１０１から再度実施する。補正係数が適切である場合には（ステップ１１１１でYes）、算出結果表示画面（図１２Ｂ）の管理番号入力欄１２１３に管理番号を設定し、保存ボタン１２１６を押すことにより、算出した補正係数を補正対象装置に登録する（ステップ１１１２）。このとき、補正係数が適用可能な条件として、測定対象と計測条件とを自動で登録するとよい。これにより、補正係数管理テーブル９００（図９Ａ）に表示されるようになる。これを全ての補正対象装置で実施する（ステップ１１１３）。以上により、管理コンピュータ１００４は、深さ計測システムにおけるすべての補正対象装置の補正係数を算出、管理することができる。
　図２Ａに示す深さ計測システムの場合には、ステップ１１０４～ステップ１１１２までの処理を、補正対象装置ごとに実行することで、図１１のフローチャートが実行できる。この場合は、補正対象装置それぞれが当該装置に適用される補正係数を算出し、管理することになる。すなわち、ステップ１１０６の補正対象装置は当該装置であり、図１２Ａ，Ｂの表示画面も当該装置のコンピュータにおいて表示される。
　本実施例では、ユーザは深さ計測システムのプログラムにしたがって適切な計測データを選択することにより、簡便に補正係数の算出、登録をすることが可能となり、計測値の機差の低減が可能になる。
１００：コンピュータ、１０１：撮像部、１０２：全体制御部、１０３：信号処理部、１０４：入出力部、１０５：記憶部、１０６：電子銃、１０７：電子ビーム、１０８，１０９：集束レンズ、１１０：偏向器、１１１：対物レンズ、１１２：試料、１１３：ステージ、１１４：放出電子、１１５：偏向器、１１６：検出絞り、１１９，１２１：検出器、１２０：三次電子、１２２：エネルギーフィルタ、１２３：偏向器、１３０：シャッター、１３１：ブランキング偏向器、１３２：ブランキング用電極、４００：補正係数管理テーブル、４０１：管理番号、４０２：条件名、４０３，４０４，９０１，９０２：補正係数値、４０５：編集ボタン、４１０：管理番号表示欄、４１１，９１１，９１２：補正係数値表示欄、４１２：条件名表示欄、４１３：管理番号入力欄、４１４，９１３，９１４：補正係数値入力欄、４１５：条件名入力欄、４１６：適用ボタン、６０１，６０２，７０１，７０２：ＳＥＭ像、１００１：基準装置、１００２：補正対象装置、１００３：ネットワーク、１００４：管理コンピュータ、１２００：選択リスト、１２０１：区分、１２０２：装置名欄、１２０３：計測レシピ欄、１２０４：計測データ欄、１２０５：実行ボタン、１２１０：データ選択欄、１２１１，１２１２：計測結果、１２１３：管理番号入力欄、１２１４：補正係数表示部、１２１５：装置間差指標表示部、１２１６：保存ボタン。

Claims (18)

  1. 　複数の深さ計測装置を備え、前記複数の深さ計測装置のそれぞれが試料上のパターンの相対的な深さを示す深さ指標値を算出する深さ計測システムであって、
    　前記深さ計測装置はそれぞれ、
    　電子ビームを試料に照射する電子光学系と、
    　前記電子ビームが照射された試料から放出された放出電子を検出する検出系と、
    　計測対象における所定のパターンの深さを計測する動作プログラムである深さ計測レシピを実行することにより、前記電子光学系と前記検出系とを制御して前記検出系からの出力から形成した電子像から抽出された計測値に基づき、前記所定のパターンの前記深さ指標値を算出するコンピュータとを備え、
    　前記複数の深さ計測装置は、１台の基準装置とその他の補正対象装置とに区分され、
    　前記補正対象装置の前記コンピュータは、前記深さ計測レシピに紐づけられた補正係数を記憶しており、前記補正係数が適用された数理モデルを用いて補正された前記所定のパターンの前記深さ指標値を出力する深さ計測システム。
  2. 　請求項１において、
    　前記複数の深さ計測装置は、前記深さ計測レシピと計測条件の等しい補正係数算出用深さ計測レシピを実行することにより、前記電子光学系と前記検出系とを制御して前記検出系からの出力から形成した電子像から前記計測値を抽出し、または抽出された前記計測値に基づき、前記計測対象の前記所定のパターンの前記深さ指標値を算出し、
    　前記補正係数は、前記補正対象装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値を、前記数理モデルにしたがって前記基準装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値にフィッティングして求められた補正係数、または前記補正対象装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値を、前記数理モデルにしたがって前記基準装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値にフィッティングして求められた補正係数である深さ計測システム。
  3. 　請求項１において、
    　前記数理モデルは、Ｉｃ＝Ａ・Ｉｏ＋Ｂとして表現され、
    　前記Ｉｃは補正後の前記深さ指標値であり、前記Ｉｏは補正前の前記深さ指標値であり、前記Ａ及び前記Ｂが前記補正係数である深さ計測システム。
  4. 　請求項１において、
    　前記数理モデルは、Ｉｃ＝Ｉｏ＋Ｂとして表現され、
    　前記Ｉｃは補正後の前記深さ指標値であり、前記Ｉｏは補正前の前記深さ指標値であり、前記Ｂが前記補正係数である深さ計測システム。
  5. 　請求項１において、
    　前記深さ指標値は、パターンの寸法値と当該パターンの内側の輝度値との関数として表現され、
    　前記数理モデルは、Ｗｃ＝ＡＣＤ・Ｗｏ＋ＢＣＤ及びＧＬｃ＝ＡＧＬ・ＧＬｏ＋ＢＧＬとして表現され、
    　前記Ｗｃは補正後の前記パターンの寸法値であり、前記Ｗｏは補正前の前記パターンの寸法値であり、前記ＧＬｃは補正後の前記パターンの内側の輝度値であり、前記ＧＬｏは補正前の前記パターンの内側の輝度値であり、前記ＡＣＤ，前記ＢＣＤ，前記ＡＧＬ，前記ＢＧＬが前記補正係数である深さ計測システム。
  6. 　請求項１において、
    　前記補正対象装置の前記コンピュータは、前記補正係数が適用される条件を記憶し、
    　前記条件には、前記計測対象と前記電子像を取得する計測条件とを含む深さ計測システム。
  7. 　請求項２において、
    　前記複数の深さ計測装置はネットワークで接続されており、
    　前記補正対象装置は、前記基準装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値または算出された前記深さ指標値を、前記ネットワークを介して取得し、前記補正係数を算出する深さ計測システム。
  8. 　請求項７において、
    　前記補正対象装置の前記コンピュータは、前記基準装置による前記計測値と当該補正対象装置による補正前の前記計測値との対応関係と、前記基準装置による前記計測値と当該補正対象装置による補正後の前記計測値との対応関係とを比較可能に表示する、または前記基準装置による前記深さ指標値と当該補正対象装置による補正前の前記深さ指標値との対応関係と、前記基準装置による前記深さ指標値と当該補正対象装置による補正後の前記深さ指標値との対応関係とを比較可能に表示する深さ計測システム。
  9. 　請求項８において、
    　前記補正対象装置の前記コンピュータは、前記基準装置による前記計測値または前記深さ指標値と当該補正対象装置による前記計測値または前記深さ指標値との差異を示す装置間差指標を算出し、補正前後における前記装置間差指標の変化を表示する深さ計測システム。
  10. 　請求項２において、
    　管理コンピュータを備え、
    　前記複数の深さ計測装置及び前記管理コンピュータはネットワークで接続されており、
    　前記管理コンピュータは、前記基準装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値または算出された前記深さ指標値、及び前記補正対象装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値または算出された前記深さ指標値を、前記ネットワークを介して取得し、当該補正対象装置の前記補正係数を算出する深さ計測システム。
  11. 　請求項１０において、
    　前記管理コンピュータは、前記基準装置による前記計測値と当該補正対象装置による補正前の前記計測値との対応関係と、前記基準装置による前記計測値と当該補正対象装置による補正後の前記計測値との対応関係とを比較可能に表示する、または前記基準装置による前記深さ指標値と当該補正対象装置による補正前の前記深さ指標値との対応関係と、前記基準装置による前記深さ指標値と当該補正対象装置による補正後の前記深さ指標値との対応関係とを比較可能に表示する深さ計測システム。
  12. 　請求項１１において、
    　前記管理コンピュータは、前記基準装置による前記計測値または前記深さ指標値と当該補正対象装置による前記計測値または前記深さ指標値との差異を示す装置間差指標を算出し、補正前後における前記装置間差指標の変化を表示する深さ計測システム。
  13. 　複数の深さ計測装置を備え、測定対象のパターンの相対的な深さを示す深さ指標値を算出する深さ計測システムにおける深さ指標値算出方法であって、
    　前記深さ計測装置はそれぞれ、電子ビームを試料に照射する電子光学系と、前記電子ビームが照射された試料から放出された放出電子を検出する検出系と、計測対象における所定のパターンの深さを計測する動作プログラムである深さ計測レシピを実行することにより、前記電子光学系と前記検出系とを制御して前記検出系からの出力から形成した電子像から抽出された計測値に基づき、前記所定のパターンの前記深さ指標値を算出するコンピュータとを備え、
    　前記複数の深さ計測装置は、１台の基準装置とその他の補正対象装置とに区分され、
    　前記補正対象装置の前記コンピュータは、前記深さ計測レシピに紐づけられた補正係数を記憶しており、
    　前記基準装置は、前記深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値を出力し、
    　前記補正対象装置は、前記深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値を、前記補正係数が適用された数理モデルを用いて補正して出力する深さ指標値算出方法。
  14. 　請求項１３において、
    　前記複数の深さ計測装置は、前記深さ計測レシピと計測条件の等しい補正係数算出用深さ計測レシピを実行することにより、前記電子光学系と前記検出系とを制御して前記検出系からの出力から形成した電子像から前記計測値を抽出し、または抽出された前記計測値に基づき、前記計測対象の前記所定のパターンの前記深さ指標値を算出し、
    　前記補正係数は、前記補正対象装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値を、前記数理モデルにしたがって前記基準装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値にフィッティングして求められた補正係数、または前記補正対象装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値を、前記数理モデルにしたがって前記基準装置で前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値にフィッティングして求められた補正係数である深さ指標値算出方法。
  15. 　請求項１４において、
    　前記複数の深さ計測装置はネットワークで接続されており、
    　前記補正対象装置は、前記基準装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値または算出された前記深さ指標値を、前記ネットワークを介して取得し、前記補正係数を算出する深さ指標値算出方法。
  16. 　請求項１４において、
    　前記深さ計測システムは管理コンピュータを備え、前記複数の深さ計測装置及び前記管理コンピュータはネットワークで接続されており、
    　前記管理コンピュータは、前記基準装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値または算出された前記深さ指標値、及び前記補正対象装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値または算出された前記深さ指標値を、前記ネットワークを介して取得し、当該補正対象装置の前記補正係数を算出する深さ指標値算出方法。
  17. 　試料上のパターンの相対的な深さを示す深さ指標値を算出する深さ計測装置であって、
    　電子ビームを試料に照射する電子光学系と、
    　前記電子ビームが照射された試料から放出された放出電子を検出する検出系と、
    　計測対象における所定のパターンの深さを計測する動作プログラムである深さ計測レシピを実行することにより、前記電子光学系と前記検出系とを制御して前記検出系からの出力から形成した電子像から抽出された計測値に基づき、前記所定のパターンの前記深さ指標値を算出するコンピュータとを備え、
    　複数台の前記深さ計測装置を備える深さ計測システムにおいて、基準装置と補正対象装置とに区分されており、
    　前記補正対象装置に区分された場合、前記コンピュータは、前記深さ計測レシピに紐づけられた補正係数を記憶し、前記補正係数が適用された数理モデルを用いて補正された前記所定のパターンの前記深さ指標値を出力する深さ計測装置。
  18. 　請求項１７において、
    　前記コンピュータは、前記深さ計測レシピと計測条件の等しい補正係数算出用深さ計測レシピを実行することにより、前記電子光学系と前記検出系とを制御して前記検出系からの出力から形成した電子像から前記計測値を抽出し、または抽出された前記計測値に基づき、前記計測対象の前記所定のパターンの前記深さ指標値を算出し、
    　前記補正係数は、前記補正対象装置に区分された深さ計測装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値を、前記数理モデルにしたがって前記基準装置に区分された深さ計測装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して抽出された前記計測値にフィッティングして求められた補正係数、または前記補正対象装置に区分された深さ計測装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値を、前記数理モデルにしたがって前記基準装置に区分された深さ計測装置が前記補正係数算出用深さ計測レシピを実行して算出された前記深さ指標値にフィッティングして求められた補正係数である深さ計測装置。
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