特許 6596295 荷電粒子線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6596295

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/04 20060101AFI20191010BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/04 B

   H01J37/28 B

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-203339(P2015-203339)

(22)【出願日】2015年10月15日

(65)【公開番号】特開2017-76523(P2017-76523A)

(43)【公開日】2017年4月20日

【審査請求日】2018年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】福田 宗行

(72)【発明者】

【氏名】桃井 義典

(72)【発明者】

【氏名】三浦 秋博

(72)【発明者】

【氏名】三藤 啓明

(72)【発明者】

【氏名】笹嶋 二大

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１７８８７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／０４

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを調整する光学素子と、当該光学素子に対する前記荷電粒子ビームの入射条件を調整する調整素子と、当該調整素子を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記光学素子の条件設定に基づいて、前記光学素子の状態を示す第１の特徴量と、前記条件設定に基づいて前記光学素子が到達する状態を示す第２に特徴量との差異を算出し、当該差異が所定値以上のときに、前記調整素子による調整を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記特徴量は、前記光学素子の温度に関するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記第１の特徴量と第２の特徴量の差異は、前記光学素子の平衡温度からの乖離の程度を示すものであることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項１において、
前記制御装置は、前記光学素子の温度変動を継続的に追跡するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項１において、
前記制御装置は、前記調整素子による前回の調整時間からの時間経過を計測し、当該経過時間が所定値以上である場合に、前記調整素子による調整を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項6】

請求項１において、
前記制御装置は、前回前記調整素子による調整が行われたときの前記光学素子の特徴量と、前記荷電粒子ビームの照射点が試料上の所定の位置に位置付けられたとき前記光学素子の特徴量との差分が、所定値以上である場合に、前記調整素子を用いた調整を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項7】

荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを調整する光学素子と、当該光学素子に対する前記荷電粒子ビームの入射条件を調整する調整素子と、当該調整素子を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記光学素子の条件設定に基づいて、前記光学素子の平衡状態との乖離を算出し、当該平衡状態との乖離が所定値以上であるときに、前記調整素子による調整を実行し、所定値未満である場合には、前記調整素子による調整を実行しないことを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項8】

請求項１又は７おいて、
前記条件設定は、当該荷電粒子線装置の設定履歴に存在する条件設定であることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項9】

請求項１おいて、
前記光学素子は、対物レンズであって、
前記特徴量は、前記対物レンズのレンズ電流であることを特徴とする荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子ビームにより半導体デバイスや液晶等の微細な回路パターンを観察、検査、或いは計測する荷電粒子線装置に係り、特に荷電粒子ビームの光学条件を調整する調整素子を備えた荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの微細化と複雑化にともない、ウェハ上に形成された約１０ｎｍの微細パターンを高精度かつ高速に検査計測して、リソグラフィやエッチングの工程を管理する手法が世界中の半導体工場で広く利用されている。特に、測長走査電子顕微鏡（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＣＤ−ＳＥＭ）は、微細パターンの工程管理には不可欠な計測装置である。

【0003】

ＣＤ−ＳＥＭのような装置を用いて、高精度測定を行うためには、装置条件が適正に設定されている必要がある。特許文献１には、自動焦点調整（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ：ＡＦ)の要否を、ＳＥＭ像のパワースペクトル高周波成分の評価に基づいて判断する手法が説明されている。特許文献２には、荷電粒子線の軸調整の要否をＳＥＭ像の画質評価値に基づいて判断する方法が開示されている。特許文献３には、収差補正器を載せたＳＥＭで、環境センサの出力結果や、複数の方位から撮影した画像の鮮鋭度の検出結果に基づき、収差補正の要否を判定する方法が開示されている。特許文献４には、２つのコイルを備え、双方のコイルに流す電流の総和を一定にしつつ、両電流の差分を調整することによって、発熱量を一定にしつつ、集束条件を調整することができる電磁レンズが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−３３３０２０号公報

【特許文献2】特開２０１０−１８２４２４号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，２９４，１１８）

【特許文献3】特開２０１４−１３５２２７号公報

【特許文献4】特開２００９−１７６５４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体デバイスの量産工場に設置されるＣＤ−ＳＥＭには極めて高い処理能力が求められており、特に、自動計測中の移動／画像取り込み／測定の時間（Ｍｏｖｅ Ａｃｑｕｉｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅ：ＭＡＭタイム）の短縮、単位時間当たりのウェハ処理能力の向上が求められている。近年は、標準的なライン＆スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンの線幅計測に加えて、深溝と深孔のボトム幅と側壁形状の計測に頻繁に利用されている。

【0006】

このような種々の測定対象を測定すべく、自動計測中に電子ビームの設定条件を変えると、切り替え直後から対物レンズ等の光学素子の平衡状態がくずれて電子ビームのフォーカスがずれ、さらに非点や軸ずれが発生する場合がある。対物レンズが平衡状態となる温度と、現在の温度の乖離を評価することができないため、適正なビーム条件で測定を行うためには、装置が安定する十分な時間、測定を中断するか、頻繁にビームの自動調整を行うことが考えられる。しかしながら、測定の中断や頻繁な自動調整はＭＡＭタイムを低下させてしまう。

【0007】

特に特許文献１乃至３に説明されているような画像処理技術等を用いて、調整の要否判断を行う場合、調整のために画像取得を行う必要や、調整の要否を判断するためのセンサ等を設ける必要がある。また、画像等を見て対物レンズの平衡状態との乖離を評価することは困難であるため、対物レンズの平衡状態との乖離に応じて変化する適正な調整タイミングを判断することができない。特許文献４に説明されているように、発熱量を一定にしつつ、集束条件を調整するために２つのコイルに流す電流量を調整することも考えられるが、電磁レンズに２つのコイルを入れる点と２つのコイルを同時に制御する点で、スペースとコスト面で装置への適用が困難である。

【0008】

以下に、レンズやセンサ等を追加することのない簡単な構成で、ＭＡＭタイムの低下を抑制しつつ、適正なビーム調整を行うことを目的とする荷電粒子線装置を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための一態様として、以下に荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを調整する光学素子と、当該光学素子に対する前記荷電粒子ビームの入射条件を調整する調整素子と、当該調整素子を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、前記光学素子の条件設定に基づいて、前記光学素子の状態を示す第１の特徴量と、前記条件設定に基づいて前記光学素子が到達する状態を示す第２に特徴量との差異を求め、当該差異が所定値以上のときに、前記調整素子による調整を実行する荷電粒子線装置を提案する。

【発明の効果】

【0010】

上記構成によれば、装置の高スループット化と、適正なタイミングでのビーム調整に基づく高精度測定或いは検査の両立が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】荷電粒子線装置の基本構成を示す概略図。

【図2】温度変動追跡処理工程を示すフローチャート。

【図3】自動計測中の閾値判定処理工程を説明するフローチャート。

【図4】電子ビームの加速と電流及び焦点深度に対する温度閾値のリスト

【図5】計測レシピの編集画面での自動計測中の閾値判定の設定例を示す図。

【図6】光学素子の特徴量の変位を示す図。

【図7】自動計測中の光学条件切り替えシーケンス

【図8】第２の実施例に係る荷電粒子線装置の基本構成を示す概略図

【図9】レシピに記憶された測定装置の測定工程を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

ビームの設定変更で生じる温度変動量と磁場変動量と圧力変化量などは、材料物性を通して光学素子の動作状況に作用する光学素子の特性量である。光学素子を制御する電流と電圧などの制御値の装置設定の履歴より、光学素子の特性量を算出することができる場合がある。例えば、対物レンズの発熱量の装置設定の履歴に基づき、電子ビームの設定条件における平衡状態からの温度変動量を計算できる。

【0013】

以下に、該温度変動量が任意の閾値を超えた場合に、任意の自動調整を実施する機能を備えた荷電粒子線装置について説明する。温度変動量をモニタするモニタ装置を備えたることで、測長値変動が生じる切り替え条件でのみ自動調整を実施することが可能となり、不必要な自動調整を回避することができる。これによってで、スループットと高精度測定の両立が可能な自動計測を実現する荷電粒子線装置の提供が可能となる。

【0014】

以下に説明する実施例によれば、不必要な自動調整を回避して、信号検出方法及び、電子ビームの加速と電流及び焦点深度を即座に変更する装置の提供が可能となり、計測対象の多様化、ユーザの使い勝手の向上、及び高精度測定を併せて実現できる。

【実施例1】

【0015】

図１は、荷電粒子線装置の概要を示す図であり、ＣＤ−ＳＥＭの構成を例示するものである。

【0016】

ＣＤ−ＳＥＭのカラム１には、電子銃２が備えられ、電子銃２から放出された電子ビーム４がステージ１２上に配置されたウェハ１１に照射される。カラム１内部は真空引きされており、真空空間内を電子ビーム４が通過する。電子ビーム４は、偏向器５によって、一次元的、或いは二次元的に走査され、その走査に基づいて、ウェハ１１より放出される電子、或いは当該電子が他部材に衝突することによって生じる２次電子１３は、検出器１３によって検出される。検出信号１５は、偏向器７の走査信号８と同期して、制御ＰＣ２１等に内蔵されたメモリ等に記憶され、波形信号や画像信号となる。

【0017】

制御ＰＣ２１（制御装置）は、レシピと呼ばれるＣＤ−ＳＥＭを動作させる動作プログラムが記憶されたメモリを備えており、ＣＤ−ＳＥＭに内蔵された光学素子やステージは、レシピに従って動作する。レシピには、測定対象に応じた、電子ビームの加速電圧条件や、その加速電圧に設定したときの対物レンズ９の集束条件（励磁電流）が書き込まれており、測定座標や試料の種類に応じた光学素子（対物レンズ等）の光学条件が自動で設定される。また、レシピにはアライナ７等を用いた光軸調整タイミングの情報も書き込まれており、必要な頻度で光軸調整（ビームアライメント）を行うことができる。なお、光軸調整は電子ビーム４が理想光軸を通過するように、ビームを偏向することによって行われる。例えば対物レンズ９を光学素子とした光軸調整を行う場合には、対物レンズの励磁条件を変化させたときに発生する画像の動き（視差）がゼロ、或いはゼロに近くなるように、アライナ７の偏向条件（調整素子による調整条件）を調整する。

【0018】

カラム１と制御ＰＣ２１は、バスライン２０を介して接続されており、バスライン２０は、電子銃２の加速電圧を決定する制御電圧２、検出器１４によって得られる検出信号１５、アライナ５のアライナ信号６、偏向器７の偏向信号８、及び対物レンズ９のレンズ電流１０等の信号を、制御ＰＣ２１からカラム１へ、及び制御ＰＣ２１からカラム１へ伝達する。

【0019】

なお、制御ＰＣ２１は、ウェハ１１上の測定点を、電子ビーム４の照射点に位置付けるように、ステージ１２を移動する制御を行っている過程で、レンズ電流１０をモニタしている。このモニタに基づいて、対物レンズ９の発熱による温度変動２６を求めている。更に、制御電圧３（加速電圧）の変化に伴って、変化する温度閾値２４を用いて、温度の閾値判定２７を行い、装置の状況にあわせて自動調整の選択２８をして、アライナ信号６やレンズ電流などで光学素子を制御して自動調整を実施する。

【0020】

温度の閾値判定２７は、ＧＵＩ２２に表示されるレシピ編集画面２５の自動調整モニタの設定に従って動作し、計測対象パターンに依存した閾値判定をおこなう。自動調整の選択２８は、ＧＵＩ２２に表示される計測レシピ編集画面２５の自動調整範囲のパラメータ設定に従って、動作する。温度閾値２４のメンテナンス又はレシピ編集画面２５のチューニング作業時に発熱の温度ログ２３を表示する。その結果、光学条件を切替え時の安定待ちをせずに、測長値変動が生じる切り替え条件でのみ自動調整を実施することが可能となり、適切なタイミングでの自動調整により高い自動化率を、不必要な自動調整の回避で高いスループットを両立する自動計測が可能なＣＤ−ＳＥＭを実現できた。

【0021】

具体的な動作原理について以下に述べる。対物レンズのコイルに十分な時間に渡り一定の電流を流すと、構成する材料の熱伝導と大気の熱伝導と発熱量がバランスして、温度が平衡状態になる。この時の、熱伝導の式により対物レンズの発熱による平衡状態は、

【0022】

である。Ｔは温度、Ｔ_Ｂは対物レンズが設置された環境温度、Ｋは有効熱低効率、Ｗは発熱量、Ωは対物レンズコイルの抵抗、Ｉは対物レンズ電流である。一方、発熱量を変えたときの平衡温度からの乖離は、

【0023】

となる。ここで、δＴは対物レンズの平衡温度からの乖離、Ｋは有効熱抵抗率、τは緩和時間、Ｗは発熱量、ｔは時間である。この式から、対物レンズが平衡温度の状態から発熱量のモニタを開始して設定履歴を追跡すれば、Ｔ_０＝Ｋ×Ω×Ｉ_２としてΔＴを追跡することが可能である。ΔＴ_０が正確でない場合でも、緩和時間よりも十分に長い時間、発熱量をモニタすれば、ΔＴの算出への影響を抑制できる。発熱量をモニタする時間間隔が緩和時間τよりも十分短い場合、平衡温度からの乖離は、

【0024】

である。Ｗｉとｔｉをモニタし、１回前に計算してメモリに記憶したΔＴ_ｉ−１とｔ_ｉ−１からΔＴｉを求めるフローを繰り返せばδＴを正確に求めることができる。

【0025】

図２は、具体的な対物レンズの設定による温度変動追跡のフローチャートである。時間間隔又は対物レンズの電流変化量などを判断基準として、対物レンズの温度モニタ要否判断２０２をおこない、モニタが必要な場合は平衡温度からの乖離の算出２０３でδＴとΔＴｉを求めて装置に保持し、温度変動追跡の継続判断２０４をしてＳＴＡＲＴ２０１に戻る。次に、平衡温度からの乖離の算出２０３がおこなわれる場合は、δＴとΔＴ_ｉ＋１を求めて装置に保持する。

【0026】

電子ビームの設定条件を変更後に、δＴが閾値を超えて自動調整を実施した場合、次の要否判定時にδＴが閾値を超える場合が多い。しかし、非平衡状態で自動調整した電子ビームの設定条件は、対物レンズの平衡状態の該設定条件とは異なり、該要否判定では自動調整が必須ではなく誤った閾値判定をしている場合が多い。その結果、電子ビームの設定条件を変更後、不適切に自動調整が連続して実施されてしまう。この問題を回避するためには、前回自動調整からの経過時間と温度変動量を自動調整の要否判定基準に変更しなければならない。

【0027】

図３は、自動計測中の閾値判定のフローチャートである。図２の温度変動追跡を事前に開始してδＴをすぐに参照できる状態で、ウェハをロードしてレシピを読み込み、電子ビームの設定した状態をＳＴＡＲＴ３０１とする。対物レンズの平衡温度からの乖離により、閾値判定３０２をする。自動調整３０３をして、その時のδＴと実施時間を装置に保持する。測定点に移動して計測３０４をおこなう。

【0028】

３０５で計測を継続する場合はＳＴＡＲＴ３０１に戻り、電子ビームの設定が変更された場合は、対物レンズの平衡温度からの乖離により閾値判定３０２をおこない、変更されていない場合は、前回の自動調整３０３で記録したδＴと実施時間とのそれぞれの差分に対して閾値判定３０２をおこなう。閾値判定３０２は、電子ビーム設定に対する温度閾値とレシピ設定に従う。測定点に移動して計測３０４するときの測定点数はレシピ設定に従う。

【0029】

一般に、平衡状態の光学素子で、電子ビームの設定条件を調整しているため、光学素子の特長量が基準値から乖離すると、電子ビームのフォーカスと非点と軸がずれる。電子ビームのフォーカスと非点と軸のずれ量は、電子ビームの加速と電流及び焦点深度に依存するため、光学素子の特長量の閾値のリストを装置に保持する必要がある。図４は、電子ビームの加速と電流及び焦点深度に対する温度閾値のリストの例である。加速と電流と焦点深度の組み合わせは、装置の型式に依存し、装置間でも異なる場合がある。閾値は対物レンズの平衡温度からの乖離の許容値である。閾値は基準値の範囲で指定する場合もある。モニタする光学素子の特長量が複数ある場合はそれぞれに対して閾値のリストを持ち、ＧＵＩに表示できるようにすれば装置メンテナンスやレシピチューニング時に使用する。

【0030】

半導体デバイス量産工場では、１日に５０個〜２０００個の測長レシピを１台の装置に投入している。該測長レシピには、光学素子の特長量の閾値は、測定対象パターンにも依存する場合も含まれる。電子ビームのフォーカスと非点と軸の許容誤差が測定対象パターンに依存する場合があるためである。このとき、電子ビームの加速と電流及び焦点深度に依存する光学素子の特長量の閾値とは異なり、対象となる測長レシピ毎に該閾値判定の設定が必要となる。

【0031】

図５では、自動計測中の閾値判定の設定ができる測長レシピの編集画面の５つの例を取り上げる。図５−aは、自動計測中の閾値判定のＯＮ／ＯＦＦボタンを測長レシピの編集画面例である。図５−ｂは、測長シーケンス毎に自動調整の範囲を設定できるようにした編集画面例である。図５−ｃは、強制的に自動調整を実施する場合の編集画面例である。図５−ｄは、測定対象パターンにあわせて閾値判定の変更設定を測長レシピの編集画面に追加した例である。図５−eは、電子ビームの設定履歴によって閾値判定を変更するための閾値リスト編集画面の例である。

【0032】

測長レシピの閾値判定のチューニングや光学素子の特長量の閾値のリストのメンテナンスなどが必要となる場合がある。しかし、切り替え条件の組み合わせは、装置が保持する電子ビームの設定条件の階乗分あり、実機でのチューニングやメンテナンスが困難である。そこで、閾値判定の精度確認方法とチューニング・メンテナンス方法など効率的な稼働中の装置の作業手順をマニュアルに記載した。マニュアルに沿って作業を進めるため、図６の光学素子の特長量の平衡状態からの乖離のログ画面を表示し、マニュアルにもログ画面の説明を記載した。図６は、光学素子の特長量の平衡状態からの乖離のログ画面の例である。時間軸６０１と対物レンズの平衡温度からの乖離δＴ軸６０２のログ画面に、自動調整のマーカー６０４をプロットした例である。時間軸６０５に対して、δＴ軸６０６と測長再現性３σ軸６０７の座標でログを表示した例である。３σ軸６０７に変えて、測長値や分解能やフォーカス値などの軸でも良い。

【0033】

計測対象パターンの微細化・複雑化により、電子ビームの設定をサンプル種類ごとに変更して計測する必要が生じている。特に昨今、５００Ｖ〜１６００Ｖという比較的低エネルギーの範囲の電子ビームに加え、２０００Ｖ〜５０００Ｖの電子ビームも用いるようになりつつある。しかし、電子ビームの加速エネルギーを大きく変化させると、長時間、電子ビームのフォーカスがずれ、更に非点や軸ずれが発生する。これらフォーカスずれ等は測長値変動の要因となる可能性がある。測長値変動が発生するレベルで光学条件を切り替える場合、装置が安定するまで待ち時間を設けることで測長値変動を抑制することができる。しかし、更なる高スループット化が求められる半導体デバイス等の量産工場では、装置の稼働時間の向上を求められるものと考えられる。

【0034】

一方、電子ビームのフォーカス調整、非点補正、軸調整等の自動調整機能を利用すると、待ち時間なく測長変動を抑制できる。しかし、調整のためにも相応の時間が必要となるため、適正な光学条件を満たしつつ、これらの調整を極力行わないような自動計測アルゴリズムが求められると考えられる。

【0035】

測長値は、気温と気圧などの環境やカラム内の光学素子の設定の変化によって、変動する。特に、対物レンズの光学条件の切り替え時の発熱量の変動に応じて測長値が変動する。図７は、自動計測中に光学条件を切り替えるシーケンスの例を示す図である。対物レンズの発熱量の変動履歴をモニタする機能と、光学条件毎の変動履歴の閾値のリストと、閾値を超えた場合に自動調整を実施する機能と、閾値を超えていた場合に生じる連続発動と測長シーケンスに対する自動調整の排他処理機能をＣＤ−ＳＥＭに搭載することによって、サンプルの切り替えによって、大きく光学条件を変化させる場合であっても、高精度測定を待ち時間なく行うことが可能となる。

【0036】

図９は、レシピに記憶された動作プログラムに基づいて、半導体ウェハの測定を実行するときの測定処理工程を示すフローチャートであり、特に対物レンズの平衡温度からの乖離算出、前回の自動調整時間からの経過時間、及び前回の自動調整時の対物レンズ温度と現在の対物レンズ温度との差分演算を、測定処理と並行して行う工程を示すものである。まず、制御ＰＣ２1は、測定対象試料に応じて選択、或いは生成されたレシピを読み込み、動作プログラムとして装置に設定する（ステップ９０１）。次に、ウェハ１１を図示しない試料室に導入し、ステージ１２に載置する（ステップ９０２）。試料をステージに載置する前に、プリアライメント等のステージ上の適正な位置にウェハを載置するための処理を実行する。

【0037】

次に、レシピを参照して光学条件（例えば対物レンズの励磁条件）を大きく変更する必要があるか否かを判定し、必要がある場合には光学条件の設定を行うと共に、その設定時間（起算時間）を記録する（ステップ９０３）。この起算時間は前述したδＴ等を算出するために用いられる。また、光学条件を変更する必要がない場合には、測定点とビームの照射位置が一致するようにステージ移動を行う（ステップ９０６）。光学条件を大きく変更する必要がある場合とは、例えば電子ビームの加速エネルギーを５００ｅＶから５０００ｅＶに変更するような場合であり、加速エネルギーの大きな変化に伴って、対物レンズの集束条件を大きく変えるようなケースが相当する。

【0038】

ステップ９０３にて光学条件を変化させたとき、軸調整等の自動調整を実行するか否かの判定を行う（ステップ９０４）。まず第１の判断基準（Ｔｈ１）に基づいて、自動調整の要否を判定する。具体的には、前回の自動調整時間からの経過時間ΔＴｐが所定値以上（Ｔｈ１１≦ΔＴｐ）の場合に、自動調整を実行する。このような判定を行う理由は、前回の自動調整から相当の時間が経過した後では、光軸が大きくずれていることが考えられるためである。また、前回の自動調整時のレンズ温度ｔａと、現在のレンズ温度ｔｎの変化分が所定値以上（Ｔｈ１２≦（ｔａ−ｔｎ））である場合に、自動調整を実行する（ステップ９０５）。ステップ９０５では、上記ΔＴｐを算出するための起算時間を登録する。

【0039】

レンズの温度の変化が所定値以上である場合、対物レンズ条件が平衡状態に近づくために大きく変動していることが考えられ、それに伴って光軸等の条件が変化している場合があるため、このような判断基準に基づいて、自動調整の要否を判定する。更に、上述したδＴが所定値以上（Ｔｈ１３≦δＴ）である場合に、自動調整を行う判定を行う。δＴが大きい状態とはレンズ条件の時間経過に対する変動が大きい状態であるため、自動調整を行うタイミングとして判定する。ステップ９０３では、３つのパラメータについて、それぞれ閾値判定を行っており、この３つのパラメータの少なくとも１つが上記所定の条件を満たしたときに、自動調整を実行する。δＴは、対物レンズの状態を示す特徴量の１つである温度の乖離を示す指標値である。即ち、現在の温度（第１の特徴量）と、平衡状態となったときに到達する温度（第２の特徴量）との差異を示すものであり、このような指標値を求めて、閾値判定を行うことによって、対物レンズを第１の状態から第２の状態とし、すぐに第１の状態に戻したような場合に、不必要な自動調整を行うことなく、測定を継続することが可能となる。

【0040】

以上のように、自動調整時と現在の時間との乖離の程度や、対物レンズ等の光学素子の光学条件（励磁電流）と経過時間から求められるレンズの温度情報（平衡温度からの乖離の程度や、前回調整時の対物レンズの温度と現在の対物レンズの温度の差分情報等）を用いて、自動調整の要否判定を行うことによって、適正なタイミングでの調整を行うことが可能となる。

【0041】

ステップ９０５にて自動調整が行われた後、電子ビームの照射位置を測定対象パターンに位置付けるようにステージ移動を行う（ステップ９０６）。なお、図９に例示するフローチャートでは、測定点移動の前に自動調整を行う例について説明しているが、自動調整を行う場合の画像取得を測定点で行うようにしても良い。次にステップ９０７にて、第２の閾値（Ｔｈ２）判定を行う（ステップ９０７）。ここでは前回の自動調整時間からの経過時間が所定値以上（Ｔｈ２１≦Ｔｐ）の場合、或いは前回の自動調整時のレンズ温度と、現在のレンズ温度との乖離が所定値以上（Ｔｈ２２≦ｔａ−ｔｎ）である場合、又はいずれの条件をも満たす場合に、自動調整（ステップ９０８）の判定を行う。

【0042】

光学条件を変更し、第１の閾値判定に基づく自動調整を行ってすぐのタイミングでは、Ｔｈ２１、Ｔｈ２２を用いた閾値判定条件を満たすことはないが、光学条件を変更することなく、しばらく測定を継続していくと、計時変化や対物レンズの平衡状態への推移に伴って発生する軸ずれ等が顕在化してくる可能性があるため、ステップ９０７のような自動調整の要否判断を行うことによって、適切なタイミングで自動調整を行うことが可能となる。

【0043】

以上のような工程を経ることによって、画像を取得することなく、自動調整の適切なタイミングを知ることができるようになり、適正な光学条件のもと、画像取得、及び取得画像に基づく測定を実行することが可能となる（ステップ９０９、９１０）。或る測定点の測定を実行した後、未計測の測定点がある場合には、再度、自動調整の要否を判定した上で、測定を継続する。試料室に導入したウェハの全ての測定点の測定が終了したら、ウェハを試料室外に搬出し、当該ウェハの測定を終了する（ステップ９１１）。

【0044】

本実施例では、ＳＥＭの画像取得とは別に、対物レンズ等の光学素子の温度状態を継続的にモニタしているため、光学条件がずれた状態で取得した画像を用いた誤った判定等を行うことなく、適切なタイミングでの自動調整を行うことができる。

【実施例2】

【0045】

実施例２では、レビュー装置と検査装置への適用例について説明する。半導体デバイス、液晶デバイス、ハードディスク等の微細パターンを形成する技術は、加工工程数が数百工程に及ぶ非常に多くのステップのプロセスにより構成されている。プロセスの不良により、微細パターン上や成膜上に欠陥が生じると、デバイスの製造不良が多量に発生する場合があり、デバイス製造の歩留り維持および向上のために、継続的に不良原因を特定し対策を実施する必要がある。そのため、主要プロセス毎に異物や配線の断線などを検査して、デバイスの欠陥を監視する。一般に、検査装置は異物検査や外観検査等の光学応用装置を用いるが、スループットの制約がある。そのため、検査対象の工程の絞り込みや抜き打ち検査を用いて、欠陥の個数や密度をモニタして欠陥を監視している。さらに、検査装置により検出した欠陥座標のレビュー装置により、欠陥の解析分類をおこなうことがある。特に走査電子顕微鏡を用いたレビュー装置では、欠陥の高倍観察像と元素の解析をおこなう。

【0046】

図８は、第２の実施例に係る荷電粒子線装置、すなわちレビュー装置の全体構成図を示す模式図である。レビュー装置は、ウェハ８０１を保持するステージ８０２と、電子ビーム８０３をウェハ上に集束するカラム８０４と、該ウェハ８０１から放出される２次電子８０５を検出信号８０６に変換する２次電子検出器８０７と、該検出信号をデジタル画像に変換する画像生成システムと、該デジタル画像から観察対象の座標と形状特徴量を解析する画像処理システムで構成され、該観察対象の座標に該電子ビームを照射する偏向信号８０８と、該偏向信号に従い該電子ビームを偏向する偏向器８０９により構成される。該ウェハから放出されるＸ線を特性Ｘ線信号８１０に変換するＸ線検出器８１１を追加するとより詳細に欠陥を解析できる。自動欠陥レビュー中に、対物レンズ電流８１２をモニタして発熱による温度変動８２６を保持し、制御電圧８１３などで変更する電子ビームの設定に対する温度閾値８２４を用いて、温度の閾値判定８２７を行い、装置の状況にあわせて自動調整の選択８２８をして、アライナ信号８１４やレンズ電流などでアライナ８１５や対物レンズ８１６などの光学素子を制御して自動調整を実施する。温度の閾値判定８２７は、ＧＵＩ８２２に表示されるレシピ編集画面８２５の自動調整モニタの設定に従って動作し、欠陥レビュー対象パターンに依存した閾値判定をおこなう。自動調整の選択８２８は、該ＧＵＩに表示される該検査レシピ編集画面の自動調整範囲のパラメータ設定に従って動作する。温度閾値８２４のメンテナンス又は該検査レシピ編集画面のチューニング作業時に発熱の温度ログ８２３を表示する。その結果、光学条件を切替え時の安定待ちをせずに、測長値変動が生じる切り替え条件でのみ自動調整を実施することが可能となり、適切なタイミングでの自動調整により高い自動化率と、不必要な自動調整の回避で高いスループットを両立する自動欠陥レビューが可能なレビュー装置を実現できた。

【0047】

再度図７を用いて、自動検査中に光学条件を切り替える時のシーケンスを説明する。まず、半導体ウェハをロードする。次に、異物検査装置と外観検査装置で検出した検査データを中央制御装置に読み込む。次に、検査データから対象欠陥を抽出する。次に、任意のビーム加速で観察できるようにカラムを設定する。次に、電子ビームの走査観察像などを用いて座標補正のために、ウェハアライメントをおこなう。次に、ステージ制御と電子ビームの偏向を組み合わせて、欠陥位置に移動する。次に、電子ビームを走査し、２次電子検出器が出力する電気信号を画像生成システムで変換してデジタル画像を形成する。次に、画像処理システムは、該デジタル画像から対象欠陥の座標と形状特徴量を抽出する。デジタル画像を形成する際に、事前に低倍撮像にて対象欠陥の座標を検出し、対象欠陥のズーム画像を取得する方法もある。形状特徴量は、対象欠陥の外観分類をするために用いるパラメータである。次に、デジタル画像から抽出した欠陥座標に偏向システムを用いて電子ビームを照射する。次に、試料から放出されるＸ線エネルギースペクトルを取得して対象欠陥の組成分類する。上記フローを繰り返すことにより、複数の対象欠陥に自動的に移動し、各対象欠陥に対してデジタル画像又は形状特徴量又は元素リストなどを効率的に収集することができる。

【0048】

欠陥レビュー対象パターンの微細化・複雑化により、電子ビームの設定をサンプル種類ごとに変更する必要が生じている。電子ビームのフォーカスと非点と軸の変動により、電子ビームの設定変更直後から最大２時間の間、デジタル画像の画質劣化、形状特徴量又は元素リストの誤検出が発生する。一般に、該画質劣化又は該誤検出が生じる電子ビームの設定変更を伴うサンプル交換の場合は、装置が安定するまで待ち時間を設けている。しかし、量産工場では、装置が安定するまで待つことができずに、サンプル種類毎に待ち時間を設けることなく欠陥レビューすることが求められる。

【0049】

電子ビームのフォーカスと非点と軸の自動調整機能を利用すると、待ち時間なく欠陥レビューを継続できるが、欠陥レビュー時間よりも長い調整時間を必要とする場合がある。すなわち、画質劣化や誤検出が生じる条件を抽出して、自動調整機能を実施できないことが問題である。画質劣化や誤検出が生じる条件は、気温と気圧などの環境変動と、カラムの設定履歴に依存するが、対物レンズの光学条件の切り替え時の発熱量の変動履歴の影響が強い。そこで、対物レンズの発熱量の変動履歴をモニタする機能と、光学条件毎の変動履歴の閾値のリストと、閾値を超えた場合に自動調整を実施する機能と、閾値を超えていた場合に生じる連続発動と測長シーケンスに対する自動調整の排他処理をレビュー装置に搭載して、サンプル種類毎に待ち時間を設けることなく欠陥レビューを継続することが可能となった。

【符号の説明】

【0050】

１…カラム、２…電子銃、３…制御電圧、４…電子ビーム、５…アライナ、６…アライナ信号、７…偏向器、８…偏向信号、９…対物レンズ、１０…対物レンズ電流、１１…ウェハ、１２…ステージ、１３…２次電子、１４…検出器、１５…検出信号、２０…バスライン、２１…制御ＰＣ、２２…ＧＵＩ、２３…発熱の温度ログ、２４…温度閾値、２５…レシピ編集画面、２６…発熱による温度変動、２７…温度の閾値判定、２８…自動調整の選択、２０１…ＳＴＡＲＴ、２０２…対物レンズの温度モニタ要否判断、２０３…平衡温度からの乖離の算出、２０４…温度変動追跡の継続判断、２０５…ＥＮＤ、３０１…ＳＴＡＲＴ、３０２…閾値判定、３０３…自動調整、３０４…測定点に移動して計測、３０５…計測の継続判断、３０６…ＥＮＤ、６０１…時間軸、６０２…δＴ軸、６０３…δＴのログカーブ、６０４…自動調整のマーカー、６０５…時間軸、６０６…δＴ軸、６０７…３σ軸、８０１…ウェハ、８０２…ステージ、８０３…電子ビーム、８０４…カラム、８０５…２次電子、８０６…検出信号、８０７…２次電子検出器、８０８…偏向信号、８０９…偏向器、８１０…特性Ｘ線信号、８１１…Ｘ線検出器、８１２…対物レンズ電流、８１３…制御電圧、８１４…アライナ信号、８１５…アライナ、８１６…対物レンズ、８２１…制御ＰＣ、８２２…ＧＵＩ、８２３…発熱の温度ログ、８２４…温度閾値、８２５…レシピ編集画面、８２６…発熱による温度変動、８２７…温度の閾値判定、８２８…自動調整のフロー選択

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】