特許 7280237 サンプル傾斜自動補正装置およびサンプル傾斜自動補正方法

(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】

(24)【登録日】2023-05-15

(45)【発行日】2023-05-23

(54)【発明の名称】サンプル傾斜自動補正装置およびサンプル傾斜自動補正方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20230516BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20230516BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

H01J37/28 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020218903

(22)【出願日】2020-12-28

(62)【分割の表示】P 2017033157の分割

【原出願日】2017-02-24

(65)【公開番号】P2021048145

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2020-12-28

【審判番号】

【審判請求日】2022-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】591012668

【氏名又は名称】株式会社ホロン

(74)【代理人】

【識別番号】100089141

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 守弘

(72)【発明者】

【氏名】山田 恵三

(72)【発明者】

【氏名】神力 建則

【合議体】

【審判長】山村 浩

【審判官】野村 伸雄

【審判官】金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－５２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２１４５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５１８２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01J 37/00-37/36

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプルの傾斜を補正すると共に、サンプルと対物レンズとの間の距離を一定になるように調整する装置において、
サンプルをＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、
サンプルをそれぞれ高さ方向に移動させるステージＺ１、ステージＺ２およびステージＺ３からなるステージＺと、
前記ステージＺ上に固定された前記サンプルの任意の３点以上の場所の高さを測定する高さ測定装置と、
前記高さ測定装置によって前記ステージＺ上に固定された前記サンプルの高さ方向の傾斜を測定した結果に基づいて、前記サンプルを前記ＸＹステージによって移動させたときに生じる前記サンプルの高さ方向の傾斜がゼロとなるように補正し、その後、前記距離が一定となるように、前記ステージＺ１、ステージＺ２およびステージＺ３の高さを独立にそれぞれ補正する高さ補正手段と、を備え、
前記ステージＺは、受け部を備えたサンプルホルダーを保持する支持部を備えると共に、電圧印加により収縮して高さを補正する圧電素子を有する機構を備えたものであり、
前記支持部は、前記サンプルホルダーの重力により前記受け部の穴に嵌り込むことによって、前記ＸＹステージが移動しても位置決めを維持するように、前記サンプルホルダーを保持する、ことを特徴とするサンプル傾斜補正装置。

【請求項2】

前記高さ測定装置は、電子線ビームを細く絞って前記サンプルに照射しつつ平面走査する対物レンズの下面にレーザービームを反射する反射鏡を設けて横方向からのレーザービームを該対物レンズの軸方向の下方向に反射させて前記サンプルの任意の３点に照射し、該３点からのそれぞれの反射光をもとに高さを測定することを特徴とする請求項１記載のサンプル傾斜補正装置。

【請求項3】

サンプルの傾斜を補正すると共に、サンプルと対物レンズとの間の距離を一定になるように調整する調整方法において、
サンプルをＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、
サンプルをそれぞれ高さ方向に移動させるステージＺ１、ステージＺ２およびステージＺ３からなるステージＺと、
前記ステージＺ上に固定された前記サンプルの任意の３点以上の場所の高さを測定する高さ測定装置と、を設け、
前記高さ測定装置によって前記ステージＺ上に固定された前記サンプルの高さ方向の傾斜を測定した結果に基づいて、前記サンプルを前記ＸＹステージによって移動させたときに生じる前記サンプルの高さ方向の傾斜がゼロとなるように補正し、その後、前記距離が一定となるように、前記ステージＺ１、ステージＺ２およびステージＺ３の高さを独立にそれぞれ補正する高さ補正ステップを設け、
前記ステージＺは、受け部を備えたサンプルホルダーを保持する支持部を設けると共に、電圧印加により収縮して高さを補正する圧電素子を有する機構を設けたものであり、
前記支持部は、前記サンプルホルダーの重力により前記受け部の穴に嵌り込むことによって、前記ＸＹステージが移動しても位置決めを維持するように、前記サンプルホルダーを保持する、ことを特徴とするサンプル傾斜補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サンプルの傾斜を自動的に補正するサンプル傾斜自動補正装置およびサンプル傾斜自動補正方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ウエハーに微細パターンを露光して形成するマスクなどが正しい寸法に出来ているかどうかを調べるためには、電子顕微鏡技術が必須である。さらに、高精細画像を取得するためにはオートフォーカス技術が非常に重要である。しかしながら最先端の電子顕微鏡では収差補正装置などを搭載しているため、焦点深度が非常に浅く、ほんの０．数ミクロン高さが異なるだけで取得しようとする像がぼけてしまう。

【0003】

このような状況下、対物レンズの焦点を変化させるオートフォーカスを用いて焦点合わせを行うと、マスクによってはオートフォーカスに失敗する場合があった。オートフォーカスが失敗すると、測定が出来ないばかりか、誤った測定値がプロセス制御に提供されることになり、余計に歩留りが下がる原因などになっていた。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電子ビーム観察装置に導入されたサンプルは、マスクホルダーやＸＹステージの上に載せられるため、どんなに精密に製造してもミクロンオーダーで傾いている。マスクが傾いた状態のまま、ＸＹステージにて移動して画像取得すると、移動する度にサンプルと対物レンズとの間の距離すなわちＷＤが異なるために、毎回時間のかかるフォーカス調整を必要とする。

【0005】

サンプルが大きく傾斜していると、測定位置によってＷＤの変動が大きいため、オートフォーカスを成功させるために、傾斜量の最大値に対応する広い高さ範囲をフォーカスサーチしてジャストフォーカス状態を探し出す必要が生じ、フォーカスを行うために時間が多くかかるようになる。時間を短縮するために荒くフォーカスの値を変えてフォーカスサーチすると、最近の低コントラストのフォトマスクではジャストフォーカスを見逃してしまう危険性もあるという問題があった。

【0006】

また、サンプルが大きく傾いていると、電子ビームの照射角度が変化し、測定の再現性劣化が生じるなどの問題もあった。

【0007】

また、ＸＹステージ移動による傾き変化に比べ、マスクホルダーに設置（固定）される際の傾斜によるＷＤ変化が大きいため、それを小さくすることが出来れば、ＷＤの変動幅を小さくすることが出来る。一般にマスクはパレットと呼ばれる搬送装置を用いて測定装置内に搬送される。測定すべきマスクは沢山あるので、この搬送装置は脱着可能で色々なマスクを搭載できる必要がある。容易に脱着可能でかつ位置ずれが起こりにくいことが必要であるが、従来はそのような装置は無かった。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、荷電粒子線装置においてサンプルの高さを精密に測定して傾きを補正すると共に、高速、精密かつ確実なオートフォーカスを実現することを目的とする。

【0009】

そのため、本発明は、サンプルの傾斜を自動的に補正するサンプル傾斜自動補正装置において、サンプルあるいはサンプルを収納したサンプルホルダーを保持すると共に、サンプルあるいはサンプルを収納したサンプルホルダーの高さ方向の傾斜を補正するステージＺと、ステージＺ上に固定された前記サンプルの任意の３点以上の高さを測定する高さ測定装置と、高さ測定装置によってステージＺ上に固定されたサンプルの高さ方向の傾斜を測定し、高さ方向の傾斜がゼロとなるようにステージＺの高さ方向の調整を行う高さ補正手段とを備える。

【0010】

この際、高さ測定装置は、電子線ビームを細く絞ってサンプルに照射しつつ平面走査する対物レンズの下面にレーザービームを反射する反射鏡を設けて横方向からのレーザビームを対物レンズの軸方向の下方向に反射させてサンプルの任意の３点に照射し、３点からのそれぞれの反射光をもとに高さを精密測定するようにしている。

【0011】

また、高さ測定装置は、電子線ビームを細く絞って前記サンプルに照射しつつ平面走査する対物レンズを用い、対物レンズを制御してサンプル上の任意の３点における自動フォーカス値をもとに高さを精密測定するようにしている。

【0012】

また、ステージＺは、高さ方向の任意の３点でそれぞれ自動調整可能な機構とするようにしている。

【0013】

また、機構として、圧電素子とするようにしている。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、荷電粒子線装置においてサンプルの高さを精密に測定して傾きを０．１μｍ以下に補正すると共に、高速、精密かつ確実なオートフォーカスを実現することが可能となる。

【0015】

また、サンプルあるいはサンプルを固定したホルダーを交換する毎に、サンプルの高さ調整が自動的に行われるため、自動フォーカスを高速かつ確実に行うことが可能となる。

【0016】

また、サンプルを自動的に水平に設置（補正）するため、オートフォーカスのサーチ範囲を減らすことが可能であり、スループットの上昇に寄与する。

【0017】

また、ＷＤを一定に保てるので、画像回転を防止できる。

【0018】

また、サンプルが水平に設置されているので、サンプルに照射される電子ビーム角度がサンプル上のいずれの場所であっても、一定となるため、測定の再現性が向上する。

【0019】

また、半導体ウエハーの場合には、深いコンタクトホールなどが形成されているが、入射角度を一定に保てるため、ホール底に一定角度の電子ビームを照射することが出来、測定の再現性が向上する。

【0020】

また、パレット上のフォトマスクは簡単に着脱可能であり、多種サイズのマスクなどをパレットを交換するだけで装置に搬入して測定することが出来る。

【0021】

本発明のパレットを利用すると以下の利点がさらに生じる。

【0022】

搬送異常が発生してフォトマスクが搬送ロボットから脱落しても裸搬送に比べるとマスクの損傷が少ない。チャージアップ防止のため等のマスクのアースを取りやすい。パレットが板状電極として機能しマスク裏面の電場が安定する。パレットに対するマスクの位置決めは装着装置があり容易なので、パレットの位置決め精度で装置内位置決めを行うことが出来る。

【実施例1】

【0023】

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。これは、荷電粒子線の例として電子ビームを例に以下詳細に説明する。

【0024】

図１において、電子銃１は、電子線を発生させる公知のものであって、数百Ｖないし数十ＫＶに加速された電子ビーム２を発生させるものである。

【0025】

電子ビーム２は、電子銃１で発生・加速された電子ビームである。電子ビーム２は、図示外の集束レンズで集束される。

【0026】

偏向装置３は、集束された電子ビーム２について、Ｘ、Ｙ方向にそれぞれ偏向（通常は２段偏向）し、対物レンズ５で細く絞られた電子ビーム２がサンプル７上を平面走査（ＸおよびＹ方向に走査）する公知のものである。

【0027】

電子検出器４は、サンプル７上を細く絞った電子ビーム２で平面走査したときに放出される２次電子、反射電子などを検出・増幅し、画像（２次電子画像、反射電子画像など）を生成するためのものである。

【0028】

対物レンズ５は、電子ビーム２を細く絞ってサンプル７の表面に照射するものである。

【0029】

サンプルホルダー６は、サンプル７を固定するものである。

【0030】

ピエゾ圧電素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３（ステージＺ）８は、ＸＹステージ９とサンプルホルダー６との間に設置されたものであって、電圧を印加することにより収縮してサンプル７の軸方向（高さ方向）の傾きを自動調整するためのものである。

【0031】

ＸＹステージ９は、サンプル７をＸＹ方向に精密に移動させるものであって、図示外のレーザー干渉計でリアルタイムに精密に測定しつつ移動させるものである。

【0032】

全体制御１１は、装置全体を制御するソフトウェアである。

【0033】

ジャストフォーカス判定手段１２は、対物レンズ５で電子ビーム２をサンプル７の表面にフォーカスする位置をずらしてジャストフォーカス時の該対物レンズ５に流れる電流（実際は対物レンズに同軸に配置した空芯のダイナミックコイルに流れる電流）を検出する公知のものである。サンプル７上の任意の３点におけるジャストフォーカス値をそれぞれ検出し、これら３つのジャストフォーカス値からサンプル７の軸方向からの傾きをゼロとなるようにピエゾ圧電素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３８に電圧を印加し、サンプル７の傾きを自動補正する。

【0034】

画像処理手段１３は、電子検出器４で検出した信号（２次電子、反射電子を検出・増幅した信号）をもとに、画像（２次電子画像、反射電子画像など）を生成するものである。

【0035】

オートフォーカス制御手段１４は、サンプル７の表面で電子ビームが自動フォーカスされるように対物レンズ（実際はダイナミックコイル）５に電流を供給し、オートフォーカスするものである。

【0036】

サンプル高さ情報処理手段１５は、高さセンサー１５１，１５２によってレーザービームをサンプル７の方向に放射し、戻ってきたレーザービームをもとにサンプル７の任意の３点の高さ情報を測定するものである。

【0037】

ステージＺ制御手段１６は、ピエゾ圧電素子Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３（ステージＺ）８に所定直流電圧を印加し、ＸＹステージ９に搭載されているサンプルホルダー６に固定したサンプル７のＸ軸方向の傾きをゼロに自動補正するものである。

【0038】

ＸＹステージ制御手段１７は、ＸＹステージ９を、図示外のレーザー干渉計をもとに精密に測長しつつ所定場所にサンプル７を移動させるものである。

【0039】

図２は、本発明の光学式高さ測定装置（下面図）を示す。

【0040】

図２において、反射鏡１５３，１５４は、導光器の１つである反射鏡であって、高さセンサーＺ１、Ｚ２からのレーザービームを反射してサンプル７に向けて反射、およびサンプル７で反射したレーザービームを高さセンサーＺ１、Ｚ２の方向に反射するものである。レーザーヘッドから放射されるレーザービームのサイズは、０.１から１ｍｍ程度の直径であり、実験では約０．６ｍｍ直径のものを用いた。このため、レーザービームをサンプル７に垂直に当てるための反射鏡１５３，１５４は、０.１ないし２ｍｍ程度の反射部分を有するものであればよく、非常に小さいものを用いることができる。これにより、ＸＹステージ９が移動した際に機械干渉が起こることを防止できる。

【0041】

高さセンサー（Ｚ１、Ｚ２）１５１，１５２は、分光器からのレーザービームを反射鏡１５３，１５４に出力してサンプル７を照射し、サンプル７で反射したレーザービームを反射鏡１５３，１５４を経由して取り込んで分光器に送出するものである。高さセンサーＺ１、Ｚ２から放射されるレーザービームのサイズは、０．１から１．数ｍｍ程度の直径であり、実験では約０．６ｍｍ直径のものを用いた。尚、高さセンサーＺ１、Ｚ２から放射されるレーザービームは反射鏡１５３，１５４によって反射されてサンプル７を照射し、サンプル７で反射したレーザービームは反射鏡１５３，１５４で反射して高さセンサーＺ１、Ｚ２に入射するときの光路長が変化しないように、高さセンサーＺ１、Ｚ２、反射鏡１５３，１５４を取り付ける部分（通常は対物レンズ５あるいはその周辺の部材）は熱変化による膨張により誤差を発生するので、出来るだけ光路を短くする、あるいは熱変化による影響を受けない、あるいは熱膨張係数の小さい材料、あるいは熱膨張係数が同じ材料を採用するなどし、光路長が変化しないように工夫する。

【0042】

図示外の分光器は、高さセンサーＺ１、Ｚ２および反射鏡１５３，１５４と一体となって分光干渉型レーザー変位測定装置を構成するものである。分光干渉型レーザー変位測定装置を構成する分光器、高さセンサーＺ１、Ｚ２および反射鏡１５３，１５４のうち、高さセンサーＺ１、Ｚ２の大きさは長さ数センチメートル、幅数ｍｍと通常非常に小型である。高さセンサーＺ１、Ｚ２の内部には光学素子が内蔵され、高さセンサーＺ１、Ｚ２の端部には外部（分光器）からレーザービームを入れるための光ファイバーが付いている。電気回路は高さセンサーＺ１、Ｚ２の内部には存在しないため、電気ノイズの発生源にはならない。利用しているレーザービームの出力もｍＷ以下と小さいため、熱源にもならず、測定対象（例えばサンプル７）やその近傍の部材が温度の影響を受けることもない。高さセンサーＺ１、Ｚ２は非磁性金属のハウジングで覆われている。レーザービーム出射用のレンズはガラスで出来ており、通常、図２の構造の場合には試料室の内部に配置し、プラズマ洗浄等にも耐えることが出来る。サンプル７の高さの測定速度は最高２００μｓにもなるため、ほぼ実時間で高さ測定を実行できる。

【0043】

また、図示外の分光器、高さセンサーＺ１、Ｚ２および反射鏡１５３，１５４による高さの測定精度は１ｎｍの測定分解能を有し、測定再現性も１０ｎｍ以上が得られる。本実施例では２つの高さセンサーを利用している。２つの高さセンサーは対物レンズ５の中心に対して本実施例では対称配置される。計算によって補正できるので必ずしも対称に配置する必要はない。１つでもよい。

【0044】

また、図２において、
・対物レンズ５の中心におけるサンプル７の高さ＝Ｚｅ
・高さセンサーＺ１の反射鏡１５３におけるサンプル７の高さ＝Ｚ１
・高さセンサーＺ２の反射鏡１５４におけるサンプル７の高さ＝Ｚ２
と定義すると、
・対物レンズの中心におけるサンプル７の高さＺｅ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２と計算できる（高さセンサーＺ１、Ｚ２を光軸に軸対称に配置した場合）。

【0045】

また、図２において、本発明に係る分光器、高さセンサーＺ１、Ｚ２および反射鏡１５３，１５４によるサンプル７の高さ測定の動作および特徴について説明する。

【0046】

（１）高さセンサーＺ１から出射したレーザー光線は、サンプル７に対して真横に出射する。このレーザービームは９０度の反射鏡１５３により、進行方向を９０度曲げられ、サンプル７の面にほぼ垂直に照射する。

【0047】

（２）サンプル７の面で反射したレーザー光線は再び同じ経路を戻り、高さセンサーＺ１を経由し、更に光ファイバーで分光器に到達する。

【0048】

（３）分光器で、放出したレーザービーム（広波長帯域のレーザー光線）とサンプル７で反射したレーザービームとを干渉させ、距離情報（変位データ）を作り出す。この方式では絶対値が測定できる。これをもとにフォーカス制御を行う。

【0049】

（４）本発明のサンプル７の高さの測定方法は、サンプル７に対して入射角度がほぼ垂直であるので、サンプル７の傾斜に対して測定値の変動（誤差）がきわめて少ないので、従来サンプル７の傾斜補正も必要なく、使い方が容易である。また、サンプル７の表面の模様に対しても影響を受けにくい。

【0050】

（５）更に、高さセンサーから外部に光ファイバーで導かれたレーザー光線は外部にある分光器に取り込まれ、距離（サンプル７の高さ）に変換する。この分光器は発熱するが、通常、真空の試料室の内部に無いので、測定の誤差原因に成らない。分光器で測定されたデータは、ＴＣＰ／ＩＰあるいはＵＳＢ等の通信手段によってパソコンに導かれ、測定点座標との対応関係の保存などの所望の処理を行う。

【0051】

（６）図２に示す２つの高さセンサーＺ１、Ｚ２、反射鏡１５３，１５４は、電子ビーム２のサンプル７上の照射位置とは異なった場所の高さを測定するが、サンプル７は極めて平坦なので、例えば、２つの高さセンサーＺ１、Ｚ２が対物レンズ５の中心に対して同じ距離に配置した場合、両者の出力値の平均値が電子ビーム２のサンプル７上の照射点の当該サンプルの高さを表す（推定する）。このような計算をパソコンで行うことにより、電子ビーム２のサンプル７上の照射点位置の試料の高さを直接測らなくても精密かつリアルタイムに求めることができる。

【0052】

（７）また、イマージョンタイプの対物レンズ５のポールピース先端とサンプル７との間隔は通常、数ｍｍと狭いため、その位置に試料の高さセンサーを配置することは事実上不可能であるが、本発明では、対物レンズ５のポールピース先端から離れた位置に反射鏡１５３，１５４を配置でき、０.１ないし２ｍｍ程度のサイズの導光器（反射鏡、プリズム、光ファイバーなど）を任意の場所に容易に配置し、試料の高さを高精度かつリアルタイムに測定できる。

【0053】

以下図１、図２の本発明の概略を説明する。

【0054】

（１）本発明を利用すると、電子ビームオートフォーカスを行う前に、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３によって傾斜補正して十分に電子ビーム合焦点状態に近い状態を作り上げることが出来るため、電子ビームオートフォーカスがジャストフォーカス値を探す範囲を従来の約１０分の１程度以下にすることが可能で、その分だけ高速かつ高精度にオートフォーカスが出来る。

【0055】

（２）サンプル７の傾斜補正を行った場合、ステージ移動に伴うＷＤ変化の主要因が無くなるため、ＸＹステージ９であらゆる方向に移動してもＷＤの変化は非常に小さく出来る。この場合、電子ビームフォーカスを行う際に大きく対物レンズ５の強さを変える必要が無いため、画像回転が無く、高精度、高再現性の測定が実現できる。

【0056】

特に、図２に示すように、サンプル７であるフォトマスクの水平設置が確保できると、１つの高さセンサーで測定しても、２つの高さセンサーで距離測定して平均値を取っても、差が非常に小さくなる。従って、２つ使用していた高さセンサーを１つにすることが可能となり、シンプルかつ、コストダウンが出来る。

【0057】

（３）光学式高さセンサーが従来の梃子式とは異なり非常にコンパクトなので光軸調整が不要で実装、メインテナンスが容易である。特に、メインテナンスの際にチャンバーの蓋を開けても、光学系に全く影響が無い。サンプル７のシム等をもちいた機械的な傾斜補正が不要で、電子ビーム照射点での測定を必要としないので、対物レンズ５のポールピース先端とサンプル７９の表面の狭い空間に高さセンサーを押し込める必要が無い。従来のレーザー光線梃子方式では、電子ビーム照射箇所に光が当たり、導電率や電子の蓄積が変化して測定再現性に影響を与えるため、レーザーを測定中は切るなどの措置が取られていたが、本方式では、電子ビーム照射点に光を当てないので、そのような措置は不要である。

【0058】

（４）センサーヘッドはパッシブなので、センサー動作時に電磁波や熱等を発生しないため、測定点の温度変化を与えず、測定が非常に安定化出来る。材料がカラスと非磁性金属なため、真空の汚染を避けることが出来る。可動部が無く、長寿命。センサーと測定点の距離が短いため外乱の影響が小さい。

【0059】

（５）実時間で対物レンズ５のポールピースと試料９の表面の距離が測定できるので、外部環境変化で試料９の高さが変化した場合にも、その変化をリアルタイム測定することが可能で、電子ビームオートフォーカスが成功しやすく出来る。

【0060】

（６）２つの光学式高さセンサーを同時に実時間測定できない場合でも、予め作成したフォーカスマップを活用することで、ほぼ実時間で測定しているのと同じような高さ測定を行うことが出来る。

【0061】

（７）電子ビーム画像だけではオートフォーカス困難な試料９でも、最初に光学式高さセンサーで高さを測定し、合焦点状態に近い状態にまで持っていくことが出来るので、非常に細かく電子ビームフォーカスパラメータを振ることが出来る。これにより、ジャストフォーカスがより正確になり、立体物やエッジコントラストが低い測定対象における電子ビーム合焦点状態を得やすくなる。

【0062】

（８）３点支持のＺステージ２２を利用した場合には、試料９が水平になり、かつ試料９の高さを一定にすることが可能となり、電子ビーム照射を垂直にすることが出来るようになる。これにより、より正確な電子ビーム画像を取得することが可能となる。

【0063】

（９）電子ビーム照射角度が斜めになった場合、3軸ステージを制御することで、垂直照射にすることが出来る。

【0064】

（１０） Z軸ステージの可動範囲で、サンプルを積極的に傾けて任意の角度に電子ビーム照射角度を制御することが出来る。

【0065】

図３は、本発明のステージ外観図を示す。

【0066】

図３において、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３は、フォトマスクを支える独立の３点の支点の例を示す。これら３点のステージＺ１、Ｚ２，Ｚ３の各支点はフォトマスクを支持しやすいように、正三角形や二等辺三角形など三脚（三点支持）をなすように配置されている。各テージはピエゾ圧電素子およびリニア位置制御を行うための内蔵容量センサーなどから成っており、コンピュータからの電気信号によりｎｍのオーダーの正確さで高さ方向に移動するようにフィードバック制御が行われている。ピエゾ圧電素子は発生力が大きくかつ、非常に大きな剛性をもつため、横方向変位が小さく、振動に強い。これらの性質により、真っ直ぐに（Ｚ軸方向に真っ直ぐに）フォトマスクを移動することが出来る。

【0067】

ここで、ステージＺ１は、支持部が円錐からなり、これの受け部に円錐穴となり、自由度が０である（回転は可能である、図７を用いて後述する）。

【0068】

ステージＺ２は、支持部が円錐からなり、これの受け部は長円錐穴となり、自由度が１である（長円錐の方向にわずか移動可能である、図７を用いて後述する）。

【0069】

ステージＺ３は、支持部が平坦からなり、これの受け部は平坦であり、自由が２である（平面上にＸ、Ｙ方向に自動に移動可能、図７を用いて後述する）。

【0070】

図４は、本発明のステージ詳細外観図を示す。これは、既述した図３のステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の支持部を取り出して分かり易く図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示したものである。

【0071】

図４の（ａ）支持部Ｚ１（円錐）は、図３のステージＺ１の支持部を分かり易く抽出したものである。

【0072】

図４の（ｂ）支持部Ｚ２（長円錐）は、図３のステージＺ２の支持部を分かり易く抽出したものである。

【0073】

図４の（ｃ）支持部Ｚ３（平坦）は、図３のステージＺ３の支持部を分かり易く抽出したものである。

【0074】

図４の（ｄ）各支持部内の構造例を示す。各支持部内にピエゾ圧電素子８を内臓および容量センサを内蔵し、ピエゾ圧電素子に電圧を印加などし、Ｚ方向の距離を自動調整するものである。

【0075】

図５は、本発明のフォトマスク固定機構例（表面）を示す。これは、フォトマスクを搬送するために利用されるパレットである。パレットは一般に金属で出来ており、導電性を持っている。アルミやチタン等が使用できる。特殊な場合は、セラミックスや石英を用いることも出来る。その場合は表面にめっきなどを行い導電性を持たせる。パレットには図示のように、３方向にフォトマスクを機械的に押さえつけて装着するための回転固定機構が付いており、フォトマスクとパレットの位置関係を固定している。

【0076】

図６は、本発明のフォトマスク固定機構例（裏面）を示す。これは、パレットの裏面を示しており、図５の突起が挿入される穴とその位置を示している。後述する図７に示すように、円錐形状の突起の１つは正確に雄雌の関係にある円錐状の穴（ステージＺ１）に合致する。パレットには重力が作用しているため、円錐状のピン（ステージＺ１の支持部）と穴（円錐状の受け部）の接触による摩擦は非常に大きくなり、一旦穴に嵌ったピンは容易に外れない（重力落とし込み方法）。従って、通常ＸＹステージ９の加減速により発生するサブＧ以下の加速度が生じても外れないように設計されている。これにより、ＸＹステージ移動を伴って、急な加減速動作が発生してもずれることなく正確な位置決めが維持される。

【0077】

１Ｇよりも大きな横加速度に耐えるためには、より大きな摩擦係数をもつ材料を突起およびその接触面に用いることが望ましい。あるいは深い穴と高い突起にするなどの方法がある。パレットの重量を増すことも１つの方法である。

【0078】

一方、もう１つの円錐状の突起（ステージＺ２の円錐状の突起）は、１方向は雄雌関係でぴったり隙間なく接するが、もう１方向にすきまが有る長穴（ステージＺ２の受け部の長円錐穴）に挿入される。この穴には先の円錐穴方向にすきまがあるため、ピンの位置と穴の位置関係の僅かな寸法誤差を許して自由に移動できる（自由度＝１）。しかしながら、それとは垂直方向に対しては、すきまが無いので、円錐状のピンはきっちりと合わさり、正確に位置決めが行われる。この２つの穴（円錐穴、長円錐穴の２つの穴）によってサブミクロンオーダーの位置決めがされる。３つ目の突起はパレットを単にパレットの荷重を受けて水平に維持（ステージＺ３の平坦部で維持）するために使用される。

【0079】

以上のようにパレットの位置は機械部品によって行われるため、ピンやパレットを構成する材料には熱膨張係数の小さな材料を用いた方が、装置の設置環境に依存なく正確なＸＸＹＺ方向の位置決めが成される。

【0080】

図７は、本発明のフォトマスク固定機構説明図を示す。

【0081】

図７の（ａ）は、円錐ー円錐穴（ステージＺ１）を設けた例を示す。これは、図示の下側にステージＺ１として円錐状の突起（ピン）を設け、上側に円錐穴を受け部として設けた例を示す。この例では、下側の突起（ピン）が受け側の円錐穴に重力ではまり込み、自由度０となり、固定される。

【0082】

図７の（ｂ）は、円錐ー長円錐穴（ステージＺ２）を設けた例を示す。これは、図示の下側にステージＺ２として円錐状の突起（ピン）を設け、上側に長円錐穴を受け部として設けた例を示す。この例では、下側の突起（ピン）が受け側の長円錐穴に重力ではまり込むが、円錐の縁の方向は自由度０で、長円錐の方向はわずかの距離だけ自由度１であり、１方向にわずかに移動可能となる（図６の説明参照）。

【0083】

図７の（ｃ）は、平坦（ステージＺ３）を設けた例を示す。これは、図示の下側にステージＺ３として平坦状の突起（ピン）を設け、上側に平坦な受け部として設けた例を示す。この例では、下側の平坦部が受け側の平坦部に重力で押されているのみで、いわば静摩擦で固定されている状態である。自由度２であるが、静摩擦力で移動はしなく固定される（できるだけ静摩擦力の大きい材料で作成し固定することが望ましい）。

【0084】

図８は、本発明のフォトマスク傾斜測定フローチャートを示す。

【0085】

図８において、Ｓ１は、ステージＺ（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）をニュートラルの高さに初期化する。

【0086】

Ｓ２は、マスク上の定められた座標にステージを移動する。これは、フォトマスクの出来るだけ中心部になるように左右上下対称に３点以上のマスク上の定められた座標にステージを順次移動し、該Ｓ２を繰り返す。例えば後述する図９のフォトマスク７１に示すように、（ｘ０、ｙ０）、（ｘ１．ｙ０）、（ｘ２、ｙ０）・・・（ｘｎ，ｙｎ）というように９点以上にフォトマスク７１を図示外のＸＹステージ９を移動して位置づける（位置は図示外のレーザー干渉計で精密測定しつつ位置づける）。

【0087】

Ｓ３は、マスク高さセンサーで高さを測定し記録する。これは、Ｓ２でＸＹステージ９を用いてフォトマスク７１上の所定位置に位置づけた状態で、高さセンサーで各位置のサンプル７の高さをそれぞれ測定して記録、例えば後述する図１０に示すように、座標（Ｘ、Ｙ）に対応づけて高さ（Ｚ）を記録する。

【0088】

Ｓ４は、終わりか判別する。これは、Ｓ３で、各位置のサンプル７の高さの測定が終わりか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ５に進む。ＮＯの場合には、Ｓ２以降を繰り返す。

【0089】

Ｓ５は、フォトマスク傾斜近似関数を算出する。これは、Ｓ３で記録したフォトマスク７１（サンプル７）の各高さ位置Ｚを通る近似関数のパラメータを算出する。フォトマスク７１の場合には良い平面なので、低い次数の近似式で精度良く近似できる。

【0090】

具体的にいえば、Ｓ３で記録した３点以上の位置（ｘ，ｙ）とそのときの試料の高さＺのデータをもとに、近似関数（例えばＺ＝aＸ＋bＹ+c）のパラメータを算出、例えば後述する図１１に示すようにフォトマスク傾斜の近似曲線のパラメータのフィッティングを行う。

【0091】

Ｓ６は、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３に与える補正量を計算して記録する。

【0092】

以上によって、フォトマスク７１上の複数位置の高さを高さセンサーでその高さＺをそれぞれ実測し（図１０）、これらをもとにフォトマスク傾斜近似曲線のパラメータのフィッティングを行い、フォトマスク傾斜マップ（図１１）を作成することが可能となる。フォトマスク傾斜近似曲線にステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における位置座標を入力することで、図１２に示すような各ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の位置におけるフォトマスクの傾斜量を算出することが出来る。

【0093】

尚、ステージＺ１，Ｚ２，Ｚ３の位置がフォトマスク７１の外周よりも十分内側にある場合は、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の各位置の高さを直接測定することが出来る。このようにすれば、近似計算しないで、直接補正量を決めてもよい。

【0094】

図９は、本発明のマスク傾斜量測定点の例を示す。これは、１５ｃｍｘ１５ｃｍの矩形のフォトマスク７１について、ステージＺ１，Ｚ２．Ｚ３が図示のように外周近辺にあり、黒丸の９点について高さをそれぞれ測定する場合の例を模式的に示す。これは９点の高さをそれぞれ測定して記録したものを図１０に示す。

【0095】

図１０は、本発明の各測定点の基準点に対する高さＺ（図９）を示す。これは、既述した図９の黒丸の９点について、高さをそれぞれ測定して記録したものである。

【0096】

図１１は、本発明の各ステージ位置の傾斜量を示す。これは、既述した図１０で測定した９点の位置における各高さより、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における傾斜量（高さの差ΔＺ）をそれぞれ算出して記録したものである。このステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における傾斜量（高さの差ΔＺ）を補正（０となるように補正）するように図１のピエゾ圧電素子Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３にそれぞれ対応する所定の電圧を印加することにより、サンプル７（パレット）を交換する毎に自動的に高さ測定して自動補正し、傾斜量を０にすることが可能となる。

【0097】

図１２は、本発明の測定点を通過する近似曲線（直線近似）例を示す。近似は、フォトマスクが通常平坦であるので１次直線Ｚ＝ａＸ＋ｂＹを用い、これのパラメータａ，ｂを、既述した図１１の傾斜量（高さの差）を代入して算出する。

【0098】

図１２の（ａ）は補正前のフォトマスクの傾斜を模式的に示し、図１２の（ｂ）は補正後のフォトマスクの傾斜を模式的に示す。補正後は、図示のように、傾斜量が補正され、ほぼ水平に自動補正されている様子が見える。

【0099】

次に、図１３から図１７を用いて、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における高さをそれぞれ実測して自動補正する例を詳細に説明する。

【0100】

図１３は、本発明のフォトマスク傾斜測定フローチャートを示す。

【0101】

図１３において、Ｓ１１は、ステージＺ（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）をニュートラルの高さに初期化する。

【0102】

Ｓ１２は、各ステージＺ１，Ｚ２，Ｚ３の座標にステージを移動する。これは、各ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の真上にフォトマスクが来るようにステージを順次移動する。例えば後述する図１４のフォトマスク７１に示すように、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の３点に該フォトマスク７１を図示外のＸＹステージ９を移動して位置づける（位置は図示外のレーザー干渉計で精密測定しつつ位置づける）。

【0103】

Ｓ１３は、マスク高さセンサーで高さを測定し記録する。これは、Ｓ１２でＸＹステージ９を用いてフォトマスク７１上のステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３に位置づけた状態で、高さセンサーで各位置のサンプル７の高さをそれぞれ測定して記録、例えば後述する図１５に示すように、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３に対応づけて高さ（Ｚ）を記録する。

【0104】

Ｓ１４は、終わりか判別する。これは、Ｓ１３で、各位置のサンプル７の高さの測定が終わりか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ１５に進む。ＮＯの場合には、Ｓ１２以降を繰り返す。

【0105】

Ｓ１５は、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３に与える補正量を計算して記録する。

【0106】

以上によって、フォトマスク７１上のステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における高さＺをそれぞれ実測し（図１５）、これらをもとにステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における補正量を算出できる（図１６）。

【0107】

図１４は、本発明のマスク傾斜量測定点の例を示す。これは、１５ｃｍｘ１５ｃｍの矩形のフォトマスク７１について、ステージＺ１，Ｚ２．Ｚ３が図示のように外周近辺にあり、この３点について高さをそれぞれ測定する場合の例を模式的に示す。

【0108】

図１５は、本発明のステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における高さＺ（図１４）を示す。これは、既述した図１４の３について、高さをそれぞれ測定して記録したものである。

【0109】

図１６は、本発明の各ステージ位置の補正量を示す。これは、既述した図１５で測定した３点のステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における補正量（高さの差ΔＺ）をそれぞれ算出して記録したものである。

【0110】

図１７は、本発明のオフセット（３５ミクロン）を加えた補正量例を示す。ここで、図１６のステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３における補正量を満たして水平（傾斜がゼロ）にする解の組み合わせは無限にあるので、図１のピエゾ圧電素子の中点の値である３５ミクロンをオフセットとし、該１７図に示すようにステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の補正量を図示のように決定する。これにより、初期状態でほぼ中点に位置で水平にステージＺ１、Ｚ２．Ｚ３が自動補正されることとなる。

【0111】

図１８は、本発明のマスク傾斜補正つきＷＤ制御ＣＤ測定フローチャートを示す。これは、図１から図１７で既述したステージＺ１、Ｚ２．Ｚ３の高さを自動補正してサンプル７を水平に自動調整し、サンプル７であるマスクのパターンの側長を行う場合の全体のフローチャートを示す。

【0112】

ここで、
（１） 図１から図７を用いて既述したように、本発明の装置（光学式高さセンサー）は電子ビーム照射とは無関係にほぼ連続的にサンプル７の高さ測定を光学的に実行できる。そのため、測定対象のサンプル７を真空チャンバーに搬入した瞬間から、高さ測定を実行できる。フォーカスマップは、対物レンズポールピース先端から測定対象までの距離（いわゆる試料の高さ）を測定対象観察位置（Ｘ、Ｙ）の関数として表現したものである。対物レンズ５は天板に固定されているため、天板が大きく気圧変動して動かない限り、ほぼ同じ高さに位置する。あるいは装置の温度が一定に保たれていれば、長さが変化しないので同じ高さに保持される。
（２） 一方、測定対象のサンプル７は、サンプルホルダーに設置される際に、必ずしも水平に置かれるとは限らないため、サンプル７が傾斜している可能性があるが、一旦固定されるとほぼ一定の値に保持される性質を持っている。また、サンプル７を移動するためのＸＹステージ９には、ヨーイング、ピッチング、ローリング等の特性があり、ステージ移動に伴って、サンプル７の高さがミクロン単位で変化する可能性があるが、精度のよいＸＹステージ９は非常に高い繰り返し再現性を持つため、一種の固有値として扱うことが出来る。つまり、ステージ位置変化に対するサンプル７の高さの変化は、上記２つの値の合成で精度良く計算することが出来る。本発明では、一番大きな成分であるパレットの初期傾斜を出来るだけ０になるようにステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３を用いて調節した後、ステージ固有の高さ変位を補正してＷＤを一定にする技術を開示している。以下説明する。

【0113】

図１８において、Ｓ２１は、前述したような方法を用いて、フォトマスクの傾斜を補正し、水平にし、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３が適切な可動範囲を得られるように、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３それぞれに傾斜補正値とオフセットを設定する。

【0114】

Ｓ２２は、ステージを移動する。これは、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３にそれぞれ加えてステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３を所望の高さに移動する。

【0115】

Ｓ２３は、ＸＹステージでサンプル７のＣＤ測定点に移動する。

【0116】

Ｓ２４は、ＣＤ測定点におけるＷＤ値が一定に成るように、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３に制御電圧を印加する（傾斜補正値+オフセット値+ＷＤ制御用電圧）。隣接する測定点の場合には、高さは殆ど変わらないので、前の値を保持しておき、次に加える電圧との差を小さくしておくと、静定速度が速くなり高さ制御の高安定性が得られる。

【0117】

Ｓ２５は、オートフォーカスする。これは、Ｓ２４の状態で、対物レンズ５（空芯のダイナミックコイル）に電流を流してフォーカスを変化してジャストフォーカスの点の焦点電流を供給する。

【0118】

Ｓ２６は、ＣＤ測定する。ジャストフォーカスされた画像を取得し、所定のパターンの幅などを測長する。

【0119】

Ｓ２７は、終わりか判別する。ＹＥＳの場合には終了する。ＮＯの場合には、Ｓ２４に戻り繰り返す。

【0120】

図１８は、本発明のマスク傾斜補正つきＷＤ制御ＣＤ測定フローチャートを示す。これは、図１から図１７で既述したステージＺ１、Ｚ２．Ｚ３の高さを自動補正してサンプル７を水平に自動調整し、サンプル７であるマスクのパターンの測長を行う場合の全体のフローチャートを示す。

【0121】

ここで、
（１） 図１から図７を用いて既述したように、本発明の装置（光学式高さセンサー）は電子ビーム照射とは無関係にほぼ連続的にサンプル７の高さ測定を光学的に実行できる。そのため、測定対象のサンプル７を真空チャンバーに搬入した瞬間から、高さ測定を実行できる。フォーカスマップは、対物レンズポールピース先端から測定対象までの距離（いわゆる試料の高さ）を測定対象観察位置（Ｘ、Ｙ）の関数として表現したものである。対物レンズ５は天板に固定されているため、天板が大きく気圧変動して動かない限り、ほぼ同じ高さに位置する。あるいは装置の温度が一定に保たれていれば、長さが変化しないので同じ高さに保持される。
（２） 一方、測定対象のサンプル７は、サンプルホルダーに設置される際に、必ずしも水平に置かれるとは限らないため、サンプル７が傾斜している可能性があるが、一旦固定されるとほぼ一定の値に保持される性質を持っている。また、サンプル７を移動するためのＸＹステージ９には、ヨーイング、ピッチング、ローリング等の特性があり、ステージ移動に伴って、サンプル７の高さがミクロン単位で変化する可能性があるが、精度のよいＸＹステージ９は非常に高い繰り返し再現性を持つため、一種の固有値として扱うことが出来る。つまり、ステージ位置変化に対するサンプル７の高さの変化は、上記２つの値の合成で精度良く計算することが出来る。本発明では、一番大きな成分であるパレットの初期傾斜を出来るだけ０になるようにステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３を用いて調節した後、ステージ固有の高さ変位を補正してＷＤを一定にする技術を開示している。以下説明する。

【0122】

図１８において、Ｓ２１は、前述したような方法を用いて、フォトマスクの傾斜を補正し、水平にし、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３が適切な可動範囲を得られるように、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３それぞれに傾斜補正値とオフセットを設定する。

【0123】

Ｓ２２は、ステージを移動する。これは、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３にそれぞれ加えてステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３を所望の高さに移動する。

【0124】

Ｓ２３は、ＸＹステージでサンプル７のＣＤ測定点に移動する。

【0125】

Ｓ２４は、ＣＤ測定点におけるＷＤ値が一定に成るように、ステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３に制御電圧を印加する（傾斜補正値+オフセット値+ＷＤ制御用電圧）。隣接する測定点の場合には、高さは殆ど変わらないので、前の値を保持しておき、次に加える電圧との差を小さくしておくと、静定速度が速くなり高さ制御の高安定性が得られる。

【0126】

Ｓ２５は、オートフォーカスする。これは、Ｓ２４の状態で、対物レンズ５（空芯のダイナミックコイル）に電流を流してフォーカスを変化してジャストフォーカスの点の焦点電流を供給する。

【0127】

Ｓ２６は、ＣＤ測定する。ジャストフォーカスされた画像を取得し、所定のパターンの幅などを測長する。

【0128】

Ｓ２７は、終わりか判別する。ＹＥＳの場合には終了する。ＮＯの場合には、Ｓ２４に戻り繰り返す。

【0129】

以上のようにステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の高さ補正を自動的に行った後、ＸＹステージで測定点に移動してＷＤ補正、オートフォーカスしてパターンを自動測長などすることが可能となる。この際、パレットを交換しても自動的にステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３の高さ補正を行い水平に自動補正できるため、常に水平な状態のパレット（フォトマスク）上の測定点に迅速かつ正確に移動して高速測長が可能となった。

【0130】

図１９は、本発明のマスク傾斜測定フローチャートを示す。これは、サンプル７の高さを実際に測定する場合のサンプル７の高さ測定フローチャートである。ここで、高さセンサーは１つでもフォトマスクの高さを測定することが出来るが、２つ用いると、電子ビーム照射している箇所の高さを求めることが出来る。以下詳細に説明する。

【0131】

図１９において、Ｓ３１は、測定座標（Ｘｎ，Ｙｎ）にサンプルを移動する。これは、サンプル７（フォトマスク）を、指示された測定点（Ｘｎ，Ｙｎ）にＸＹステージ９で移動する（レーザー干渉計で精密測定しつつ移動する）。

【0132】

Ｓ３２は、測定点が２つのセンサーで測定できる領域内か判別する。これは、図１に示す２つの高さセンサー（Ｚ１、Ｚ２）を用いた場合に、これら２つの高さセンサー１５１，１５２の両者が測定領域内のときはＳ３２のＹＥＳとなり、Ｓ３３に進む。ＮＯの場合には、２つの高さセンサーの１つ、あるいは２つともに測定領域内でない（測定領域外）と判明したので、Ｓ３２のＮＯとなり、Ｓ３４に進む。

【0133】

Ｓ３３は、Ｓ３２のＹＥＳで、２つの高さセンサー１５１，１５２が測定領域内と判明したので、２つのセンサーの平均値を高さと決定する。

【0134】

Ｓ３４は、Ｓ３２のＮＯで、２つの高さセンサーの１つ、あるいは２つが測定領域内でないと判明したので、更に、Ｚ１の高さＯＫか判別する。これは、２つの高さセンサー）の１つあるいは２つが測定領域内でないと判明したので、更に、Ｚ１の高さがＯＫ（測定領域内）かを判定する。ＹＥＳの場合には、ＯＫの高さセンサーの高さＺ１と、フォーカスマップ上でのＮＧの高さセンサの位置（Ｘ＋Ｌ，Ｙ）の高さＺ（Ｘ＋Ｌ，Ｙ）との平均値の高さ（Ｚ１＋Ｚ（Ｘ＋Ｌ、Ｙ））／２を算出する。一方、Ｓ３４のＮＯの場合には、Ｓ３６に進む。

【0135】

Ｓ３６は、Ｓ３４のＮＯで、Ｚ１の高さＮＧと判明したので、更に、Ｚ２の高さＯＫか判別する。これは、２つの高さセンサー（Ｚ１，Ｚ２）のうちＺ１のセンサーが測定領域内でないと判明したので、更に、Ｚ２の高さがＯＫ（測定領域内）かを判定する。ＹＥＳの場合には、ＯＫの高さセンサ（Ｚ２）の高さＺ２と、フォーカスマップ上でのＮＧの高さセンサ（Ｚ１）の位置（Ｘ－Ｌ，Ｙ）の高さＺ（Ｘ－Ｌ，Ｙ）との平均値の高さ（Ｚ２＋Ｚ（Ｘ－Ｌ、Ｙ））／２を算出する。一方、Ｓ３６のＮＯの場合には、Ｚ１，Ｚ２の両高さセンサーがＮＧと判明したので、マップ値（Ｘ，Ｙ）の高さＺと同一と算出する。

【0136】

以上によって、指示された測定点にサンプル７（フォトマスク）を移動して位置決めした状態で高さセンサ（Ｚ１，Ｚ２）を用いて高さを測定し、両者で検出できたときは平均値、１つのみでできたとき１つは測定した試料の高さとできない方はマップ上の高さとの平均値、２つともに測定できないときはマップ上の高さから算出することにより、リアルタイムかつ高精度に指示されたフォトマスク上の位置の高さを測定することが可能となる。

【0137】

図２０は、本発明のステージＺを用いたオートフォーカスフローチャートを示す。これは、ステージＺ（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）を用いてサンプル７の高さＺ０をオートフォーカスするフローチャートである。

【0138】

図２０において、Ｓ４１は、ステージＺをフォーカス近傍に移動する。

【0139】

Ｓ４２は、ステージＺを所定量移動させる。

【0140】

Ｓ４３は、フォーカス評価用画像を取得する。これらＳ４１からＳ４３は、例えば図１のＸＹステージ９に搭載したピエゾ圧電素子Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３の上にサンプルホルダー６に固定したサンプル７の表面の高さがフォーカス（合焦点）する近傍のＺ方向に位置に、当該ピエゾ圧電素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３（ステージＺ）に所定電圧を印加して移動させ（Ｓ１）、この状態で更に所定量だけ移動させたときの画像（２次電子画像であって、フォーカス評価用の画像）を順次取得する（Ｓ４２、Ｓ４３）。Ｚ方向の移動は，高さセンサーを用いてリアルタイムに測定しつつピエゾ圧電素子Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３に所定電圧を印加して精密に移動させる。以下同様。

【0141】

Ｓ４４は、終わりか判別する。フォーカス評価用画像の取得が終了か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ４５に進む。ＮＯの場合にはＳ４２以降を繰り返す。

【0142】

Ｓ４５は、合焦点距離を推定する。これは、Ｓ４３で取得したステージを合号焦点位置（Ｚ方向の位置）の前後の画像からＺ方向の距離を横軸、縦軸をそのときの合焦点の度合いを表す関数を作成し、最も焦点のあっているＺ方向の距離を関数から算出し、これを合焦点距離と推定する。

【0143】

Ｓ４６は、ステージを合焦点位置に移動する。これは、Ｓ４５で推定した合焦点位置（Ｚ方向の距離）にステージＺ１、Ｚ２、Ｚ３で移動させる。

【0144】

以上によって、ステージＺを用いてサンプル７の測定点（パターン）におけるＺ方向の距離を自動調整（オートフォーカス）することにより、ＷＤを常に一定に保持し、倍率を常に一定に保持したり、電子ビームの照射方向を常にサンプル７の表面に垂直に照射したりなどすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0145】

【図1】本発明の１実施例構成図である。

【図2】本発明の光学式高さ測定装置（下面図）である。

【図3】本発明のステージ概観図である。

【図4】本発明のステージ詳細概観図である。

【図5】本発明のフォトマスク固定機構図（表面）である。

【図6】本発明のフォトマスク固定機構図（裏面）である。

【図7】本発明のフォトマスク固定機構説明図である。

【図8】本発明のフォトマスク傾斜測定フローチャートである。

【図9】本発明のマスク傾斜量測定点の例である。

【図10】本発明の測定点の高さＺ例（図９）である。

【図11】本発明のステージ位置の傾斜量例である。

【図12】本発明の測定点を通過する近似局面（直線近似）例である。

【図13】本発明のフォトマスク傾斜測定フローチャートである。

【図14】本発明のマスク傾斜量測定点の例である。

【図15】本発明のステージの高さ例である。

【図16】本発明のステージの補正量例ある。

【図17】本発明のオフセットを加えた補正量例である。

【図18】本発明のフォトマスク傾斜補正つきＷＤ制御ＣＤ測定フローチャートである。

【図19】本発明のマスク傾斜測定フローチャートである。

【図20】本発明のステージを用いたオートフォーカスフローチャートである。

【符号の説明】

【0146】

１：電子銃
２：電子ビーム
３：偏向装置
４：電子検出器
５：対物レンズ
６：サンプルホルダー
７：サンプル（試料）
８：ピエゾ圧電素子
９：ＸＹステージ
１１：全体制御
１２：ジャストフォーカス判定手段
１３：画像処理手段
１４：オートフォーカス制御手段
１５：サンプル高さ情報処理手段
１６：ステージＺ制御手段
１７：ＸＹステージ制御手段
１５１，１５２：センサー（高さセンサー）
１５３，１５４：反射鏡
１５５，１５６：光ファイバ
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３：ステージＺ（高さステージ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】