JP2007122995A - 走査電子顕微鏡装置における機差管理システムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機差の発生要因を簡便に推定し、この推定結果を元に走査電子顕微鏡装置を較正することで、複数台の装置間における計測寸法差を低減させ、より高精度な配線パターンの寸法管理を可能とする機差管理装置を提供することにある。
【解決手段】走査電子顕微鏡装置において、装置間での機差や経時変化による機差を管理するシステム及びその方法であって、標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に装置間や経時変化による機差を計測し、ほぼ同時に各種装置状態を示す指標値を計測する計測手段１０、３０１ａ、３０１ｂ；１８、３０１ａと、該計測手段によって計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析部３０１ｃ、３０１ｅと、該機差要因分析部で推定された機差発生要因を表示して出力する出力手段３０２とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、微小パターンの寸法計測を行う為の走査電子顕微鏡装置に係り、特に装置間や装置の経時変化による計測寸法の違い（機差）を管理する機能を備えた走査電子顕微鏡装置システム、走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システム、並びに走査電子顕微鏡装置を対象とした機差管理装置に関するものである。

半導体製造工程においては、パターンの微細化に伴い、より計測精度の高い寸法計測装置が求められている。計測精度に対する要求は、計測装置単体での計測精度の向上のみならず、生産ラインにある複数台の装置間での計測寸法差を低減することや、装置の経時変化による計測寸法の変動を低減することにまで及ぶ。

数十ナノメートルオーダの微細パターンの幅を計測する寸法計測ツールとしては、それらのパターンを数万から３０万倍の拡大倍率で撮像可能なパターン幅計測用の走査電子顕微鏡（測長ＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)またはＣＤ(Critical Dimension)ＳＥＭ）が従来から用いられている。

このような走査電子顕微鏡装置において、複数台の装置間での計測寸法差や装置の経時変化による寸法変動を低減する手法として、装置そのものの較正ではなく計測寸法に対して補正を行うことで機差を較正する手段が試みられてきた。

即ち、特開平５−２４８８４３号公報（特許文献１）には、測定サンプルと測定倍率が異なるそれぞれの測定条件に対して、各測定条件に対応した補正式ｙ＝ａｘ＋ｂを、設計値と特定の測長値とに基づいて作成し、これを端末装置からディスク装置に格納し、所定の測定条件での測長の際、ディスク装置に格納されている補正式の中からこの測定条件に対応する補正式を選択し、この補正式により測長値を補正する走査型電子顕微鏡が記載されている。

特開平５−２４８８４３号公報

パターンの寸法計測を行う走査電子顕微鏡装置において、複数台の装置間での計測寸法差および経時変化による計測寸法差を低減する手法として、上記特許文献１では計測したパターン寸法の補正を行っている。これは走査電子顕微鏡が非常に複雑な装置であり、現在要求されているような１ナノメートル以下の機差の発生要因を特定することが簡便でないためである。しかしながら、計測寸法の補正方法は機差の発生要因によって異なることが考えられるため、機差の発生要因が不明のままではパターンの寸法補正も正しく行うことができない。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、機差の発生要因を簡便に推定し、この推定結果を元に走査電子顕微鏡装置を較正することで、複数台の装置間における機差（計測寸法差）や経時変化による機差を低減させ、より高精度な配線パターンの寸法管理を可能とする走査電子顕微鏡装置における機差管理システムおよびその方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、パターンの寸法計測を目的とする走査電子顕微鏡装置において、複数台の該装置間での計測寸法差である機差を管理するためのシステム及びその方法であって、前記各装置から標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に装置間での機差を定期的に計測し、ほぼ同時に各種装置状態を示す指標値（各種画像特徴量又は／及び各種装置状態パラメータ）を計測する計測手段と、該計測手段によって装置間において計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析部と、該機差要因分析部で推定された機差発生要因を表示して出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、パターンの寸法計測を目的とする走査電子顕微鏡装置において、該装置における時系列の計測寸法差である機差を管理するためのシステム及びその方法であって、前記装置から時系列で標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に時系列での機差を計測し、ほぼ同じ時系列で各種装置状態を示す指標値（各種画像特徴量又は／及び各種装置状態パラメータ）を計測する計測手段と、該計測手段によって時系列で計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析部と、該機差要因分析部で推定された機差発生要因を表示して出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、更に、前記出力手段で出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを選定し、該選定された装置制御パラメータを前記装置間に対して自動的に適切量調整することにより前記装置間の機差を低減する装置制御部を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、更に、予め、機差発生要因候補と該機差発生要因を調整するために必要な装置制御パラメータとの関係を格納しておくデータベースと、前記出力手段で出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを前記データベースに格納された関係から選定し、該選定された装置制御パラメータを前記装置間に対して自動的に適切量調整することにより前記装置間の機差を低減する装置制御部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、予め、各種装置状態を示す指標と機差発生要因候補との関係を明らかにしておくことで、選定された装置状態を示す指標と関係のある機差発生要因候補を機差発生要因として推定することを特徴とする。

また、本発明は、予め、機差発生要因候補とこれらの要因により機差が発生した場合の装置制御パラメータの関係を明らかにしておくことで、推定された機差発生要因に対し、機差を低減するために必要な装置制御パラメータを選定し、選定された装置制御パラメータをユーザーに知らせる手段を提供する。

また、本発明は、予め、各種装置制御パラメータの制御量とそれによって生じる各種装置状態パラメータの関係を明らかにしておき、推定して選定される装置状態パラメータが所望の値になるような装置制御パラメータの制御量を走査電子顕微鏡装置に与えることで、機差を低減するシステム及び方法を提供する。

本発明によれば、複数台の装置間における機差や経時変化による機差の発生要因を簡便に推定することができ、推定結果に基づいて走査電子顕微鏡装置を調整することで、機差を低減することができるため、結果としてより高精度な配線パターンの寸法管理が可能となり、計測対象製品の性能向上につながる走査電子顕微鏡装置における機差管理システムおよびその方法を実現することが可能となる。

本発明に係る走査電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ装置もしくはＣＤＳＥＭ装置）、走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムまたは走査電子顕微鏡装置を対象とした機差管理装置の実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明は、微小パターンを撮像して得られた画像からパターンの寸法を計測する走査電子顕微鏡装置が、複数台含まれる走査電子顕微鏡装置システムにおいて、装置間の計測寸法差を低減することを目的とする。なお、本実施の形態においては以下、装置間での計測寸法（ＣＤ値）の差を機差と呼ぶこととする。

［第１の実施の形態］
本発明に係る複雑な装置構成を有する走査電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ装置もしくはＣＤＳＥＭ装置）においては、装置間で計測寸法に差が生じる要因を判別することも容易ではない。

そこで、本発明に係る第１の実施の形態では、装置状態を示す指標値として機差計測時に各装置で取得された２次電子画像データに基に得られる各種画像特徴量を用いる点にある。即ち、第１の実施の形態では、装置間での機差管理に当たって、機差計測時に各装置で取得された２次電子画像データに基に得られる各種画像特徴量（(Ｃａ)：画像の明るさ情報（例えば平均的な濃淡情報）、(Ｃｂ)：画像のコントラスト（例えば濃淡の最大値と最小値の差）、(Ｃｃ)：画像のノイズ強度、(Ｃｄ)：チルト指標値、(Ｃｅ)：繰り返しパターンのピッチ、(Ｃｆ)：画像から算出される分解能評価指標値、(Ｃｇ)：画像から算出される軸調（非点調整）指標値、等）をモニタしておき、各装置で取得された計測寸法（ＣＤ値）と装置状態を示す指標値である各種画像特徴量のモニタ結果とを比較して相関評価もしくは主成分分析等の分析を行なうことで機差の発生要因（（Ｆａ）：画像の明るさの違い、（Ｆｂ）：画像のコントラストの違い、（Ｆｃ）：画像のノイズ強度の違い、（Ｆｄ）：相対チルト角、（Ｆｅ）：撮像倍率の違い、（Ｆｆ）：分解能の違い、（Ｆｇ）：軸調（非点調整）精度の違い）を特定し、その結果をもとに各装置の各種装置制御（調整）パラメータ（(Ｐａ)及び(Ｐｂ)：光電子増倍管の増幅率、及びプローブ電流、(Ｐｃ)：プローブ電流、(Ｐｄ)：偏向コイルのチルト制御値、及びステージチルト角（ステージ設置角）、(Ｐｅ)：偏向コイルの倍率制御値、(Ｐｆ)：対物レンズ制御値、リターディング制御値、及びしぼり径(しぼり交換によって得られる)、(Ｐｇ)：軸調コイル（非点調整コイル）の制御値、等）の自動較正を行う。例えば、機差計測時に各装置で繰り返しパターンの画像を取得して（Ｃｅ）：画像特徴量の一つである繰り返しパターンのピッチを計測しておき、各装置間での計測寸法（ＣＤ値）と繰り返しパターンのピッチの間の相関を評価する。相関が強ければ機差発生要因として（Ｆｅ）：装置間での倍率設定誤差が考えられ、取得画像の倍率を設定している装置の制御（調整）パラメータ（（Ｐｅ）：偏向コイルの倍率制御値）を調整することで機差を低減することができる。

［第１の実施例］
本発明に係る上述のような第１の実施の形態を用いて機差を低減するような装置較正を行うことができる走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第１の実施例について説明する。

（１）システム構成
図１には、本発明に係る走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第１の実施例の構成を示す。即ち、本システムは、大別して複数台の走査電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ装置もしくはＣＤ ＳＥＭ装置）１０とこれらの機差を管理する機差管理装置１１からなり、データバスまたはネットワーク１２で接続されて構成される。

図２には、各走査電子顕微鏡装置単体１０の一実施例の構成を示す。即ち、走査電子顕微鏡装置１０は、大別して電子線画像を取得するための電子光学系２０１と、それらの画像を処理することで対象パターンの計測を行う情報処理系２０２の２つの部位からなる。

電子光学系２０１の主な構成は、試料２０３を搭載するステージ２０４、電子ビーム２０５を放出する電子銃２０６、電子ビームを絞るしぼり２０７、電子ビームを偏向する偏向レンズ２０８、電子ビームの焦点位置を調整する対物レンズ２０９、リターディング電極２１０、試料２０３から発生した２次電子を引き上げるブースター２１１、２次電子を電気信号に変換する機能を持つ２次電子検出器２１２、検出された電気信号強度を任意に増幅する光電子増倍管２１３、増幅された電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１４からなり、上記各部２０４、２０６〜２１３の制御は制御部２１５で行われる。

一方、デジタル信号化された２次電子データから撮像パターンの計測を行う情報処理系２０２の主な構成要素は、２次電子データから画像データを作成する画像生成部２１６、画像データからパターン寸法を算出する寸法計測部２１７、画像データや計測寸法等の各種データを記憶する記憶部２１８、及びユーザが撮像条件や寸法計測のパラメータを入力したり得られた結果を出力する機能（ＧＵＩ機能）を持つ入出力部２１９からなり、これらの各部位はデータバスまたはインターネット１２を通じて互いにデータが送受信されるようになっている。なお、画像生成部２１６及び寸法計測部２１７は一つのＣＰＵ部で構成しても良い。また、このデータバスまたはインターネット１２を通じて他の走査電子顕微鏡装置１０や機差管理装置１１とデータの送受信ができるようになっている。

図３には、機差管理装置１１の一実施例の構成を示す。機差管理装置１１の主な構成は、処理部３０１、記憶部３０２、入出力部（入出力手段）３０３からなる。処理部３０１は、各走査電子顕微鏡装置１０で得られた計測寸法（ＣＤ値）より計測寸法の差である機差を求める機差算出部３０１ａ、各走査電子顕微鏡装置１０で得られた画像データより後述する各種画像特徴量で示される装置状態を示す指標値（(Ｃａ)〜(Ｃｇ)等）を算出する画像特徴量算出部３０１ｂ、各装置１０で得られた計測寸法および算出した各種画像特徴量で示される装置状態を示す指標値（(Ｃａ)〜(Ｃｇ)等）を評価して機差発生要因（（Ｆａ）〜（Ｆｇ））を特定する機差要因分析部３０１ｃ、機差発生要因の分析結果に応じて各装置１０の各種装置制御パラメータ（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）を変更する装置制御部３０１ｄで構成される。これら機差算出部３０１ａ、画像特徴量算出部３０１ｂ、機差要因分析部３０１ｃ及び装置制御部３０１ｄは、それぞれプログラムによって処理されるように、処理部３０１として一つのＣＰＵ部で構成してもよい。記憶部３０２は、各走査電子顕微鏡装置１０で得られた計測寸法（ＣＤ値）を記憶する計測寸法記憶部３０２ａ、計測寸法（ＣＤ値）より算出した機差を記憶する機差記憶部３０２ｂ、各装置１０から得られた画像データ等を記憶する画像データ記憶部３０２ｃ、及び各画像データより算出した各種画像特徴量（（Ｃａ）〜（Ｃｇ）等）を記憶する画像特徴量記憶部３０２ｄで構成される。

(２)機差発生要因評価方法
図４には、機差発生要因を特定する処理の全体のシーケンスの一実施例を示す。

全体のシーケンスは、機差計測時において、まず走査電子顕微鏡装置１０（図２に示す）において制御部２１５において装置制御パラメータを設定し（Ｓ４１）、情報処理系２０２の画像生成部２１６で寸法計測標準ウエハ（機差計測用ウエハ）を用いて寸法計測用の２次電子画像データを取得し(Ｓ４２)、情報処理系２０２の寸法計測部２１７において画像生成部２１６から得られた２次電子画像データより対象パターンの寸法(ＣＤ値)を算出し(Ｓ４３)、装置１０で算出されたパターン寸法（ＣＤ値）は、データバス等１２を介して機差管理装置１１の記憶部３０２の計測寸法記憶部３０２ａに記憶される（Ｓ４４）。次に、同じ装置状態の走査電子顕微鏡装置１０において、情報処理系２０２の画像生成部２１６で装置管理標準ウエハを用いて画像特徴量算出用の２次電子画像データを取得して例えば機差管理装置１１の記憶部３０２の画像データ記憶部３０２ｃに記憶する（Ｓ４５）。機差管理装置１１の処理部３０１の画像特徴量算出部３０１ｂは、取得された２次電子画像データから各種画像特徴量等で示される装置状態を示す指標値（(Ｃａ)：画像の明るさ情報（例えば平均的な濃淡情報）、(Ｃｂ)：画像のコントラスト（例えば濃淡の最大値と最小値の差）、(Ｃｃ)：画像のノイズ強度、(Ｃｄ)：チルト指標値、(Ｃｅ)：繰り返しパターンのピッチ、(Ｃｆ)：画像から算出される分解能評価指標値、(Ｃｇ)：画像から算出される軸調（非点調整）指標値、等）を算出し(Ｓ４６)、その結果を画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶する（Ｓ４７）。これらを、機差管理対象となる全ての走査電子顕微鏡装置１０に対して行う（Ｓ４８）。

次に、機差算出部３０１ａは、計測寸法記憶部３０２ａに記憶された各装置１０から得られた計測寸法（ＣＤ値）から機差を算出して機差記憶部３０２ｂに記憶する。さらに、機差要因分析部３０１ｃは、機差記憶部３０２ｂに記憶された各装置１０から得られたＣＤ値と画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶された各装置１０から得られた各種画像特徴量等で示される装置状態を示す指標値の関係（相関関係）から機差発生要因（（Ｆａ）〜（Ｆｇ）等）を推定し(Ｓ４９)、装置制御部３０１ｄは該推定結果に基づいて各装置１０の制御部２１５に装置制御パラメータ（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）の変更を指令（指定）して（Ｓ５０）、機差較正を終了する。

はじめに、制御部２１５において、図４のステップＳ４１で設定される装置制御パラメータについて説明する。装置制御パラメータには、図２及び図１８に示す走査電子顕微鏡装置１０、１８における、ステージ２０４の位置を制御する位置制御パラメータ、電子銃２０６から電子ビーム２０５を放出させるための電圧及び電流制御パラメータ、電子ビーム２０５を整形するための非点調整コイル制御パラメータ、電子ビームの偏向量や走査角度及び走査範囲を設定するための偏向レンズ２０８制御パラメータ、電子ビームの焦点位置を制御する対物レンズ２０９制御パラメータ、ウエハ近傍での電子ビームの加速電圧を調整するリターディング電極２１０電圧及び電流制御パラメータ、放出された２次電子を引き上げるブースター２１１電圧及び電流制御パラメータ、２次電子検出器２１２の検出感度調整パラメータ、光電子増倍管２１３の増幅率調整パラメータ、Ａ／Ｄ変換器２１４の変換ゲインとオフセットの調整パラメータなどが挙げられる。この他にも、走査電子顕微鏡内部の真空室における真空度調整パラメータや電子ビームの軌道周辺における温度及び湿度調整パラメータ、装置周辺の温度及び湿度調整パラメータなどが装置制御パラメータとして挙げられる。

次に、各装置１０において実行する図４に示すＣＤ値算出用の２次電子画像データ取得シーケンス(Ｓ４２)について具体的に説明する。

対象となる寸法計測標準ウエハ上の寸法計測パターンは、装置状態のわずかな違いにも敏感に反応してＣＤ値が変化するようなパターンであることが望ましい。このようなパターンの例として、エッジ部が非常にシャープなものが挙げられる。さらに、同一ウエハ上においてパターン寸法のばらつきが小さいものほど望ましい。この理由は、各装置間でのＣＤ値の差異を比較する際、計測したＣＤ値の対象形状依存性を排除する必要があるため、同一装置で複数箇所のＣＤ値を計測し、この平均値をもって各装置における代表ＣＤ値とするからである。同一ウエハ上のパターン寸法ばらつきが大きいと、対象形状依存性を排除するためにより多くの箇所を計測して平均値を算出しなくては、必要な計測精度が得られなくなってしまう。

このような寸法計測標準ウエハを用いた２次電子画像データ取得シーケンス（Ｓ４２）について図５に従って具体的に説明する。まず、ステージ２０４上に寸法計測対象パターンを含んだ寸法計測標準ウエハ２０３をセットする(Ｓ４２１)。次に、制御部２１５から指示を出し、電子線照射により寸法計測対象パターンの画像を取得できる位置にステージを移動させる(Ｓ４２２)。次に、電子銃２０６から電子ビーム２０５を放出し、しぼり２０７を通過した電子ビームを１次電子線偏向器２０８により偏向させることで、ステージ上の試料に電子ビームを走査させる(Ｓ４２３)。このとき合焦点位置で画像を撮像するように対物レンズ２０９を制御し、高分解能画像を得るためにリターディング電極２１０を作用させる。次に、電子線走査により試料から放出される２次電子信号をブースター２１１により２次電子検出器２１２まで引き上げて検出する(Ｓ４２４)。このとき、対物レンズ２０９の設定値（実際に画像を撮像した際の対物レンズ制御値）を制御部２１５から読み取り、記憶部２１８にて取得画像の撮像倍率として記憶する。この値を記憶する理由は、対物レンズ２０９の設定により取得画像の倍率が微妙に変化するため、この微妙な倍率変動値を後のＣＤ値算出処理に反映させることが正しいＣＤ値を算出する上で必須だからである。最後に、取得した２次電子信号について光電子増倍管２１３を通して増幅した後、Ａ／Ｄ変換器２１４により電気信号をデジタル信号化し、デジタル信号化された２次電子データから画像生成部２１６において画像データを作成する(Ｓ４２５)ことで、２次電子画像データを取得することができる。取得した２次電子画像データは、走査電子顕微鏡装置１０の記憶部２１８および機差管理装置１１の画像データ記憶部３０２ｃに記憶される。機差発生要因を推定する複数の装置１０に亘って、このようなシーケンスで、多数箇所における計測対象の２次電子画像データを取得する。

次に、各装置１０の寸法計測部２１７等において実行する図４に示す機差評価を目的とした２次電子画像データからＣＤ値の算出するシーケンス（Ｓ４３）を図６に従って具体的に説明する。まず、はじめに、２次電子画像データから画像プロファイルを作成する。まず、図７（ａ）に示す、取得した走査電子顕微鏡画像７１においてプロファイル作成に必要な画像範囲７２を選択する（Ｓ４３１）。必要な画像選択範囲７２とは、寸法計測方向（以後、Ｘ方向とする）には少なくとも寸法計測対象パターン部が全て含まれる範囲であり、これに垂直な方向（以後、Ｙ方向とする）には走査電子顕微鏡特有のノイズを低減させるために、各Ｘ座標の画素値をＹ方向に平均化する処理に必要な画素数の範囲（数百画素）であり、画素値の平均化に用いる画素数が多ければ走査型電子顕微鏡特有のノイズ成分を低減することができる。なお、Ｘ、Ｙ両方向の選択範囲は、寸法計測対象パターンの形状により適宜変更することができる。次に、選択した画像範囲７２において、各Ｘ座標の画素値をＹ方向に平均化する処理を施し、図７（ｂ）に示すようなＸ方向の１ライン波形７３を作成する（Ｓ４３２）。最後に、指定されたフィルタパラメータ（Ｓ４３３）のフィルタを、得られた１ライン波形に作用させて平滑化することで（Ｓ４３４）、図７（ｃ）に示すような画像プロファイル７４を作成する。ここで、フィルタ処理（Ｓ４３４）は必要に応じて行っても、行わなくても良い。

次に、作成した画像プロファイル７４からＣＤ値を算出する（Ｓ４３５）。ＣＤ値の算出法は様々なものがあるが、例えば図７（ｃ）のように、画像プロファイルの最大、最小値に対し中間の値をとるＸ方向座標を画像プロファイルの左右外側傾斜部より算出し、２点間の座標の幅をＣＤ値７５とする。

以上が、２次電子画像データからＣＤ値を算出する処理内容である。

図４のステップＳ４２で取得した多数箇所の２次電子画像データからＣＤ値を算出し、各算出ＣＤ値の平均もしくは中央値をデータ取得装置の代表ＣＤ値とし、算出ＣＤ値の分布を代表ＣＤ値の誤差範囲として、各走査電子顕微鏡装置における計測ＣＤ値を算出する。ここで算出されたＣＤ値は、走査電子顕微鏡装置１０の記憶部２１８および機差管理装置１１の計測寸法記憶部３０２ａに記憶される。

次に、各装置１０において実行する図４に示す装置状態を示す指標値である各種画像特徴量算出用の２次電子画像データ取得シーケンス(Ｓ４５)について具体的に説明する。

各種画像特徴量とは、装置状態を反映して画像上に現れる特徴量のことであり、この実施例としては、（Ｃａ）：画像の明るさ情報（平均明度値）、（Ｃｂ）：画像のコントラスト、（Ｃｃ）：画像のノイズ強度、（Ｃｄ）：チルト指標値、（Ｃｅ）：繰り返しパターンのピッチ、（Ｃｆ）：画像から算出される分解能評価指標値、（Ｃｇ）：画像から算出される軸調（非点調整）指標値、等が挙げられる。

このうち、（Ｃａ）：画像の平均明度値、（Ｃｂ）：画像のコントラストは画像諧調値のヒストグラムを求めることで明らかとなり、（Ｃｃ）：画像のノイズ強度はパターンのない部分の画像強度ばらつきを求めることで得られる。また、（Ｃｄ）：チルト指標値はチルト評価用ピラミッド型パターンの２次電子画像データを取得し、ピラミッド稜線分布を解析することで算出でき、(Ｃｅ)：繰り返しパターンのピッチは繰り返しパターンの２次電子画像データを取得することで計測することができる。さらに、（Ｃｆ）：分解能評価指標値は、画像のＤＦＴ（デジタルフーリエ変換）やＡＣＦ（自己相関係数）から求める方法や、画像上の凸部の幅を計測する方法（ＡＢＷ法）など、いくつかの算出法が知られている。たとえばＤＦＴ法では、元画像のＤＦＴ結果から画像上の最小周期を算出し、これを解像限界として分解能評価指標値としている。また、(Ｃｇ)：非点調整指標値は、例えば（Ｃｆ）：分解能評価指標値を複数の方向に対して求めることで、各方向におけるビーム形状のゆがみを求めることができる。各装置で得られたこれらの指標値を比較すると、それぞれ機差発生要因として、(Ｆａ)：画像の明るさの違い、(Ｆｂ)：画像のコントラストの違い、(Ｆｃ)：画像のノイズ強度の違い、(Ｆｄ)：相対チルト角、(Ｆｅ)：撮像倍率の違い、(Ｆｆ)：分解能の違い、(Ｆｇ)：非点の違い、を明らかにすることができる。算出した各種画像特徴量は、機差管理装置１１の画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶される。

これら各種画像特徴量を求めるために用いる装置管理標準ウエハには、ラインパターンやホールパターン、ドットパターンのほか、上述したチルト評価用のピラミッド型パターンやパターンピッチ計測用の繰り返しパターン、および分解能指標値や非点調整指標値を求めるための全周方向にエッジを有する非常に細かい密集パターンが含まれている。また、装置管理標準ウエハと先述した寸法計測標準ウエハは両機能を備えた一枚のウエハであっても良い。

このような装置管理標準ウエハを用いた２次電子画像データ取得シーケンスは、先に図５に従って説明したとおりである。各種画像特徴量の算出に当たっても、ＣＤ値算出時と同様に、算出した特徴量から対象形状依存性を排除するため、多数箇所の画像を取得し各画像から得られた各種画像特徴量の平均値をもって、各走査電子顕微鏡装置における画像特徴量とすることとする。取得した２次電子画像データは、走査電子顕微鏡装置１０の記憶部２１８および機差管理装置１１の画像データ記憶部３０２ｃに記憶される。

次に、画像特徴量算出部３０１ｂで実行する図４に示す各種画像特徴量(Ｓ４６)について具体的に説明する。ＣＤ値の算出と同様に、画像特徴量算出部３０１ｂは画像データ記憶部３０２ｃより取得した多数箇所の２次電子画像データを読み出し、該多数箇所の２次電子画像データから各種画像特徴量を算出し、各種特徴量の平均値もしくは中央値をデータ取得装置の代表値とし、算出特徴量の分布を代表値の誤差範囲として、各走査電子顕微鏡装置における各種画像特徴量（（Ｃａ）〜（Ｃｇ）等）を算出する。各種画像特徴量の算出方法については、上記したとおりである。ここで算出された各種画像特徴量（（Ｃａ）〜（Ｃｇ）等）は、走査電子顕微鏡装置１０の記憶部２１８および機差管理装置１１の画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶される。

機差要因分析部３０１１ｃは、機差記憶部３０２ｂに記憶された各装置１０から得られた計測寸法（ＣＤ値）の機差と、画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶された各装置１０から得られた各種画像特徴量で示される装置状態を表す指標値（（Ｃａ）〜（Ｃｇ）等）を比較して相関を評価すると、それぞれ機差発生要因として、（Ｆａ）：画像の明るさの違い、（Ｆｂ）：画像のコントラストの違い、（Ｆｃ）：画像のノイズ強度の違い、（Ｆｄ）：相対チルト角、（Ｆｅ）：撮像倍率の違い、（Ｆｆ）：分解能の違い、（Ｆｇ）：軸調精度の違い、等を明らかにすることができる。

次に、機差要因分析部３０１ｃが実行する図４に示す機差発生要因の推定シーケンス（Ｓ４９）について具体的に説明する。本ステップにおける処理は、機差管理装置１１の機差要因分析部３０１ｃで行われる。まず、機差管理装置１１の計測寸法記憶部３０２ａで記憶された各装置１０で得られたＣＤ値と、図４のステップＳ４６において算出して画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶された各装置１０で得られた上記各種画像特徴量との相関を評価し、ＣＤ値との相関があらかじめ指定したしきい値よりも強い場合には、該当する画像特徴量で表される機差発生要因（（Ｆａ）〜（Ｆｇ）等）により機差が発生しているとする。なお、ＣＤ値と画像特徴量の相関評価の代わりに、主成分分析を用いても、その他のＣＤ値に対する画像特徴量の追従性を評価する手法を用いても良い。

次に、装置制御部３０１ｄが各装置１０に出力する図４に示す各装置の装置制御パラメータの変更ステップ（制御命令）（Ｓ５０）について具体的に説明する。上記各種画像特徴量で示される装置状態を表す指標値（（Ｃａ）〜（Ｃｇ）等）が、ＣＤ値との相関に基づいて機差発生要因（（Ｆａ）〜（Ｆｇ）等）と推定された場合、調整すべき装置制御パラメータの実施例としては、(Ｆａ)及び（Ｆｂ）：画像の明るさの違い及び画像のコントラストの違い（平均明度値及びコントラストといった画像のマクロな明度分布）に対しては、（Ｐａ）及び（Ｐｂ）：光電子増倍管の増幅率及びプローブ電流（電子ビーム電流）の変更により調整でき、(Ｆｃ)：画像のノイズ強度の違いに対しては、（Ｐｃ）：プローブ電流（電子ビーム電流）により調整でき、(Ｆｄ)：相対チルト角に対しては、（Ｐｄ）：偏向コイルのビームチルト制御値及びステージ設置角の変更により調整でき、(Ｆｅ)：撮像倍率の違いに対しては、（Ｐｅ）：偏向コイルの倍率制御値により調整でき、(Ｆｆ)：分解能の違いについては、（Ｐｆ）：対物レンズ制御値、リターディング制御値及びしぼり交換により調整でき、(Ｆｇ)：非点の違いに対しては、（Ｐｇ）：軸調コイル（非点調整コイル）の制御値に調製できる等が挙げられる。

また、各装置制御パラメータ（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）の調整量は、（１）調整ごとに各画像特徴量もしくは機差を求めて、これらが最小となる調整量を探索する、もしくは（２）予め各装置制御パラメータ（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）の調整量と各画像特徴量（（Ｃａ）〜（Ｃｇ）等）の変化量の関係を調べておき、必要な画像特徴量の変化量に対応した各装置制御パラメータの調整量を適用する、といった手法により決定できる。

そして、各装置制御パラメータ（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）の任意調整量は、機差管理装置１１の装置制御部３０１ｄより各走査電子顕微鏡装置１０の制御部２１５へ受け渡され、各走査電子顕微鏡装置１０へ反映される。

次に、本システムの実行にあたって必要な各情報処理系２０２に設けられた入出力装置２１９及び機差管理装置１１に設けられた入出力装置３０３を用いた入力出力画面の一実施例について説明する。

図８は各走査電子顕微鏡装置１０の入出力装置２１９において、機差評価用のデータ取得時に押下するアイコンの実施例を示し、図９は機差管理装置１１の入出力装置３０３において、機差評価を開始する際に、機差評価対象装置およびその機差評価時のデータ（装置制御パラメータのデータ等）を指定する画面の実施例及び実行時に押下するアイコンの実施例を示す。

また、図１０は、本システムの実行によって機差評価結果として得られる出力画面１０００の実施例を示す。１００１は、機差要因分析部３０１ｃにおいて、機差評価結果として、画面上には各装置Ａ〜Ｚでの計測寸法（ＣＤ値（○））及び各種画像特徴量１（◇）、２（△）、〜、Ｎ（□）、または基準装置を基準として得られた機差（ＣＤ値の差）及び装置Ａ〜Ｚ間での各種画像特徴量１〜Ｎの差をグラフで表示したものであり、１００２は、１００１に示すグラフの代わりに表で表示したものである。さらに、１００３は、機差要因分析部３０１ｃにおいて、機差評価結果として、画面上には各装置Ａ〜Ｚの機差を示す計測寸法（ＣＤ値）と各種画像特徴量１〜Ｎとの相関値、または基準装置を基準として得られた機差（ＣＤ値の差）と装置間での各種画像特徴量１〜Ｎの差の相関値をグラフで表示したものであり、１００４は、１００３に示すグラフの代わりに表で表示したものである。１００３及び１００４に示すように、画像特徴量１〜Ｎの内、画像特徴量２が機差（ＣＤ値（○））に対して最も相関があることが表示されることになり、画像特徴量２で表される要因により機差が発生していることが判明し、機差発生要因が推定され、機差発生要因候補を選定することが可能となる。

また、図１０は、本システムの実行によって機差の発生要因候補情報を元に、機差が低減されるように自動的に走査電子顕微鏡装置を調整するための入出力画面１０００の実施例を示す。１００５には、装置制御部３０１ｄにおいて、予め、機差発生要因（（Ｆａ）〜（Ｆｇ）等）とその要因を調整するために必要な装置制御パラメータ（装置調整パラメータ）（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）との関係をデータベースとして記憶部内３０２内に格納して明らかにしておかれた、各種画像特徴量１〜Ｎ（機差の発生要因候補情報）に対応する装置制御パラメータ候補の一覧を表示したものであり、１００６は例えば装置Ａにおける変更前後の装置制御パラメータまたは装置制御パラメータの履歴を表示したものである。また、１００８には、出力結果に応じて装置制御を行うか否かを選択するアイコンを表示したものである。このように入出力装置（入出力手段）３０３を用いて入出力画面１０００を表示することによって、装置制御部３０１ｄは、機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを選定し、選定された装置制御パラメータを適切量調整することにより、発生要因を排除し、機差を低減もしくは無くすことが可能となる。

即ち、記憶部３０２内に、機差発生要因（（Ｆａ）〜（Ｆｇ）等）と該機差発生要因を調整するために必要な装置制御パラメータ（（Ｐａ）〜（Ｐｇ）等）との関係を格納しておかれるデータベースを設け、上記入出力装置３０３で表示されて出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを上記データベースに格納しておかれた関係から選定し、該選定された装置制御パラメータを上記装置間の制御部２１５に対して自動的に適切量調整することにより上記装置間の機差を低減する装置制御部３０１ｄを設けて構成される。

以上説明したように、第１の実施例によれば、走査電子顕微鏡装置間での機差を低減するための機差較正を実現することが可能となる。

［第２の実施例］
次に、本発明に係る第１の実施の形態における第２の実施例について説明する。即ち、第２の実施例において、第１の実施例との相違点は、機差管理装置１１内に存在した画像特徴量算出部３０１ｂを、図１１に示すように、各走査電子顕微鏡装置１０ａの情報処理系２０２内に存在させたことにある。

その結果、各走査電子顕微鏡装置１０ａの記憶部２１８より２次電子画像データを読み出し、画像特徴量算出部３０１ｂで各２次電子画像データの各種画像特徴量を算出し、該算出された各種画像特徴量は、データバスまたはインターネット１２を介して機差管理装置１５の画像特徴量記憶部３０２ｄに記憶されることになる。

以上、第２の実施例によれば、走査電子顕微鏡装置間での機差を低減するための機差較正を実現することが可能となる。

［第３の実施例］
次に、本発明に係る第１の実施の形態における第３の実施例について説明する。即ち、第３の実施例における第１及び第２の実施例との相違点は、各走査電子顕微鏡装置とは別に存在した機差管理装置１１を、図１２に示すように、各走査電子顕微鏡装置１０ｃ内に存在させ、データバスまたはインターネット１２で接続するように構成したことにある。第３の実施例においては、各走査電子顕微鏡装置１０ｃは、大別して電子線画像を取得するための電子光学系２０１と、それらの画像を処理することで対象パターンの計測を行う情報処理系２０２と、機差の管理および較正を行う機差評価部１１の３つの部位から構成される。

その結果、第３の実施例である走査電子顕微鏡装置システムは、図１３に示すように、機差較正機能を有する、複数台の走査電子顕微鏡装置１０ｃをデータバスまたはインターネット１２で接続して構成される。

以上、第３の実施例によれば、走査電子顕微鏡装置間での機差を低減するための機差較正を実現することが可能となる。

［第４の実施例］
本発明に係る第１の実施の形態における第４の実施例について説明する。即ち、第４の実施例において、第１乃至第３の実施例との相違点は、図１４に示すように、第１の実施の形態で示す機差管理装置１１ａを、単体で存在させるものである。

第４の実施例では、予め各装置から２次電子画像データ及びＣＤ値を機差管理装置１１ａの入出力部３０３から入力でき、機差管理装置１１ａ内の処理部３０１及び記憶部３０２の処理により装置制御パラメータの変更指令値を、機差管理装置１１ａの入出力部３０３から出力することができる。機差管理装置１１ａ内の処理は、第１の実施の形態と同様である。

本第４の実施例の実行にあたって、必要な入力画面の実施例を図９及び図１５に示す。図１５は、複数台の走査電子顕微鏡装置で取得した計測対象の寸法(ＣＤ値)および２次電子画像データを入力する際にデータの格納方法を指定する入力画面１５００の実施例であり、入力データのパス１５０１および入力データの情報を入力する入力部１５０２を持つ。また、第１の実施の形態と同じく、図９は、機差評価を開始する際に、評価対象装置およびそのデータを指定する画面の実施例および実行時に押下するアイコンの実施例である。

以上、第４の実施例によれば、走査電子顕微鏡装置間での機差を低減するための機差較正情報を得ることができる。

［第２の実施の形態］
本発明に係る複雑な装置構成を有する走査電子顕微鏡装置においては、装置間で計測寸法に差が生じる要因を判別することも容易ではない。

そこで、本発明に係る第２の実施の形態において、第１の実施の形態との相違点は、装置状態を示す指標値として機差計測時に各装置における各種入力制御パラメータに対する実際の出力値や、試料室の真空度などの環境指標値等、各装置の各種装置状態パラメータを用いる点にある。

即ち、第２の実施の形態では、装置間での機差管理に当たって、機差計測時に各装置で取得された各種装置状態パラメータ（各種入力制御パラメータに対する実際の出力値や試料室の真空度などの環境指標値、等）を自動的にモニタ（計測）しておき、各装置で得られた計測寸法と各種装置状態パラメータのモニタ結果を比較することで機差の発生要因を特定し、その結果をもとに装置の自動較正を行う。例えば、機差計測時に各装置の各種装置状態パラメータを計測しておき、各装置で算出したの計測寸法（ＣＤ値）と上記各種装置状態パラメータとの相関を評価する。相関が強い装置状態パラメータに表れる装置変動要因が機差発生要因と考えられ、該当するパラメータを調整することで機差を低減することができる。上述した各種入力制御パラメータに対する実際の出力制御値は、各装置において部品の個体差や径時変化により異なることが考えられ、装置間で同一の制御パラメータを用いていても同一の制御がなされていないことが予想されることから、実際の制御値を評価することは重要である。

［第５の実施例］
本発明に係る上述のような第２の実施の形態を用いて機差を低減するような装置較正を行うことができる走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第５の実施例について説明する。

(１)システム構成
図１６には本発明に係る走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第５の実施例の構成を示す。即ち、本システムは大別して複数台の走査電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ装置もしくはＣＤ ＳＥＭ装置）１８とこれらの機差を管理する機差管理装置１９からなり、データバスまたはネットワーク１２で接続されて構成される。

図１７に各走査電子顕微鏡装置単体１８の一実施例の構成を示す。即ち、走査電子顕微鏡装置１８は大別して電子線画像を取得するための電子光学系１９０１と、それらの画像を処理することで対象パターンの計測を行う情報処理系２０２の２つの部位からなる。

電子光学系１９０１における図２に示す電子光学系２０１との相違点は、機差計測時において、各構成部位への入力制御値に対する実際の出力値（（Ａ）：電子銃への印加電圧値及び電流値、（Ｂ）：偏向レンズ電流、（Ｃ）：対物レンズ電流、（Ｄ）：リターディング電流及び電圧、（Ｅ）：ブースター電流及び電圧、（Ｆ）：２次電子検出器での入出力値、（Ｇ）：光電子倍増管での入出力値など）や、次に述べる各種環境指標値等の各種装置状態パラメータを計測（モニタ）する計測部２３０を有する点にある。環境指標値の例としては、装置各部位での温度、湿度、真空度、電場、磁場、振動のほか、装置の稼働時間、試料の帯電状況が挙げられる。

情報処理系２０２は、図２に示すものと同様に構成される。なお、記憶部２１８には、機差計測時において計測部２３０で計測された各種装置状態パラメータが記憶される。また、データバス又はインターネット１２を通じて他の走査電子顕微鏡装置１８や機差管理装置１９とデータの送受信ができるようになっている。

また、機差管理装置１９の一実施例の主な構成は、図１８に示すように、処理部３０１’、記憶部３０２’、及び入出力部３０３から構成される。処理部３０１’は各走査電子顕微鏡装置１８で得られた計測寸法より機差を求める機差算出部３０１ａ、各装置１８で得られた計測寸法（ＣＤ値）および各種装置状態パラメータを評価して機差発生要因を特定する機差要因分析部３０１ｅ、機差発生要因の分析結果に応じて各装置１８の各種装置制御パラメータを変更する装置制御部３０１ｄで構成され、記憶部３０２’は各走査電子顕微鏡装置１８で得られた計測寸法を記憶する計測寸法記憶部３０２ａ、計測寸法より算出した機差を記憶する機差記憶部３０２ｂ、各種装置状態パラメータを記憶する各種装置状態パラメータ記憶部３０２ｅで構成される。

(２)機差発生要因評価方法
図１９には、機差発生要因を特定する処理の全体のシーケンスの一実施例を示す。

図４に示すシーケンスと相違する点は、計測対象の寸法(ＣＤ値)を算出すると同時に各種装置状態パラメータを各走査電子顕微鏡装置１８の計測部２３０で計測し（Ｓ５１）、該計測された各種装置状態パラメータを記憶部２１８及び各種装置状態パラメータ記憶部３０２ｅに記憶し（Ｓ５２）、さらに、機差要因分析部３０１ｅにおいて各装置１８で得られたＣＤ値と各種装置状態パラメータの関係から機差発生要因を推定し(Ｓ５３)、装置制御部３０１ｄにおいて該推定結果に基づいて各装置１８の制御部２１５に対して装置制御パラメータの変更を指令(Ｓ５０)して、機差較正を終了する点にある。即ち、ステップＳ４１〜Ｓ４４、Ｓ４８及びＳ５０は、図４と同様である。特に、機差計測時に各装置に対してステップＳ４１において設定される装置制御パラメータは、前述したとおりである。

次に、図１９のステップＳ５１で計測する各種装置状態パラメータについて具体的に説明する。各走査電子顕微鏡装置１８の計測部２３０で計測される各種装置状態パラメータの実施例を次に挙げる。電子ビームの状態に影響を与えるパラメータとして、（Ａ）：電子銃への印加電圧値及び電流値（プローブ電流値）、（Ｂ）：偏向レンズ電流、（Ｃ）：対物レンズ電流、（Ｄ）：リターディング電流および電圧、（Ｅ）：ブースター電流および電圧などがあり、対象から放出される２次電子の状態に影響を与えるパラメータとして、（Ｆ）：２次電子検出器での入出力値、（Ｇ）：光電子増倍管での入出力値などがある。また、この他の２次電子画像データ取得時の誤差要因となるパラメータとして、（Ｈ）：ステージ停止精度、装置各部の（Ｉ）：温度、（Ｊ）：湿度、（Ｋ）：振動、（Ｌ）：磁場、（Ｍ）：電場、（Ｎ）：真空度（真空室）、（Ｏ）：装置の稼働時間、（Ｐ）：試料の帯電状況、などが挙げられる。計測した各種装置状態パラメータは、機差管理装置１９の各種装置状態パラメータ記憶部３０２ｅに記憶される。

次に、図１９に示す機差発生要因の推定シーケンス（Ｓ５３）について具体的に説明する。本ステップにおける処理は、機差管理装置１９の機差要因分析部３０１ｅで行われる。まず、機差管理装置１９の計測寸法記憶部３０８で記憶された各装置で得られたＣＤ値と、図１９のステップＳ５１において計測し、各種装置状態パラメータ記憶部１４０４で記憶された上述の各種装置状態パラメータとの相関を評価し、ＣＤ値との相関があらかじめ指定したしきい値よりも強い場合には、該当する装置状態パラメータで表される要因により機差が発生しているとする。

ＣＤ値と装置状態パラメータの相関評価の代わりに、主成分分析を用いても、その他のＣＤ値に対する装置状態パラメータの追従性を評価する手法を用いても良い。

次に、図１９に示す装置制御パラメータの変更シーケンス（Ｓ５０）について説明する。上記各装置状態パラメータのうち、（Ａ）から（Ｈ）で挙げられたような入力制御値に対する実際の制御値を計測しているものに関しては、計測された実際の制御値が所望の値になるような入力制御値を与えることが有効である。また、その他の（Ｉ）から（Ｐ）で挙げられたような環境指標値に関しては、該当する環境指標値が目的の値になるように環境を変更することがのぞましいが、自動制御による装置較正が難しい場合には機差管理装置１９の入出力装置３０３において、アラームを出力することで操作者に状況を伝えることができる。また、各制御値の調整量は、（１）調整ごとに各装置状態パラメータもしくは機差を求めて、これらが最小となる調整量を探索する、もしくは（２）あらかじめ各制御値の調整量と各装置状態パラメータの変化量の関係を調べておき、必要な装置状態パラメータの変化量に対応した各制御値の調整量を適用する、といった手法により決定できる。各制御値の任意調整量は、機差管理装置１９の装置制御部３０１ｄより各走査電子顕微鏡装置の制御部２１５へ受け渡され、各走査電子顕微鏡装置へ反映される。

本システムの実行にあたって必要な入力画面の実施例を示す。

図８は、各走査電子顕微鏡装置１８において、機差評価用のデータ取得時に押下するアイコンの実施例であり、図９は、機差管理装置１９において機差評価を開始する際に、評価対象装置およびそのデータを指定する画面の実施例および実行時に押下するアイコンの実施例である。

また、図２０に、本システムの実行によって得られる出力画面２０００の実施例を示す。２００１に示す画面上には各装置での計測寸法（ＣＤ値）（○）および各装置状態パラメータもしくは、基準装置を基準として得られた機差および装置間での装置状態パラメータ（装置状態１（◇）、２（△）、・・・、Ｎ（□））の差をグラフで表示することができ、２００２にはその表で表示することができる。さらに２００３には計測寸法と各装置状態パラメータの相関値もしくは、機差と装置間での装置状態パラメータの差の相関値をグラフで表示することができ、２００４にはその表で表示することができる。２００３、２００４に示すように、装置間の機差（ＣＤ値）は、装置状態２が最も相関が高く、装置状態２のパラメータに表される装置変動要因により機差が発生していることが判明し、機差発生要因が推定され、機差の発生要因候補を選定することが可能となる。

また、図２０は、本システムの実行によって機差の発生要因候補情報を元に、機差が低減されるように自動的に走査電子顕微鏡装置を調整するための入出力画面２０００の実施例を示す。２００５には、装置制御部３０１ｄにおいて、予め、機差発生要因とその要因を調整するために必要な装置制御パラメータ（装置調整パラメータ）との関係をデータベースとして記憶部３０２内に格納して明らかにしておかれた、各種装置状態パラメータ１〜Ｎ（機差の発生要因候補情報）に対応する装置制御パラメータ候補の一覧を表示したものであり、２００６は例えば装置Ａにおける変更前後の装置制御パラメータまたは装置制御パラメータの履歴を表示したものである。また、２００８には、出力結果に応じて装置制御を行うか否かを選択するアイコンを表示したものである。このように入出力画面を表示することによって、装置制御部３０１ｄは、機差の発生要因候補に応じて適切な装置制御パラメータを選定し、選定された装置制御パラメータを適切量調整することにより、発生要因を排除し、機差を低減もしくは無くすことが可能となる。

即ち、記憶部３０２内に、機差発生要因と該機差発生要因を調整するために必要な装置制御パラメータとの関係を格納しておかれるデータベースを設け、上記入出力装置３０３で表示されて出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを上記データベースに格納しておかれた関係から選定し、該選定された装置制御パラメータを上記装置間の制御部２１５に対して自動的に適切量調整することにより上記装置間の機差を低減する装置制御部３０１ｄを設けて構成される。

以上により、走査電子顕微鏡装置間での機差を低減するための機差較正を実現できる。

［第６の実施例］
本発明に係る第２の実施の形態において、第６の実施例は、第５の実施例である各走査電子顕微鏡装置とは別に存在した機差管理装置１９を、図１２に示すように、各走査電子顕微鏡装置内に存在させたシステムとしたものである。

［第７の実施例］
本発明に係る第２の実施の形態において、第７の実施例は、第５の実施例である各走査電子顕微鏡装置とデータバス又はネットワーク１２でつながれて存在した機差管理装置１９を、図１４に示すように、単体で存在させたものである。

本第７の実施例では、あらかじめ得られた装置状態パラメータおよびＣＤ値を、機差管理装置１９の入出力部３０３から入力することができ、機差管理装置１９内の処理により決定された装置制御パラメータの変更値を、機差管理装置１９の入出力部３０３から出力できる。機差管理装置１９内での処理内容は第５の実施例と同じである。

本装置の実行にあたって必要な入力画面の実施例を図２１および図９に示す。図２１は、複数台の走査電子顕微鏡装置で取得した計測対象の寸法(ＣＤ値)および各種装置状態パラメータを入力する際にデータの格納方法を指定する入力画面２１００の実施例であり、入力データのパス２１０１および入力データの情報を入力する入力部２１０２を持つ。図９は、機差評価を開始する際に、評価対象装置およびそのデータを指定する画面の実施例および実行時に押下するアイコンの実施例である。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、走査電子顕微鏡装置間での機差を低減するための機差較正情報を得ることができる。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態では、各種画像特徴量を用いて機差要因分析を行う場合について説明をし、第２の実施の形態では各種装置状態パラメータを用いて機差要因分析を行う場合について説明した。第３の実施の形態は、各種画像特徴量と各種装置状態パラメータの両方を用いて機差要因分析を行うシステムである。このように、本発明は第３の実施の形態であっても良い。

［第４の実施の形態］
本発明に係る第１、第２及び第３の実施の形態では機差を低減することを目的に使用されているが、機差、すなわち異なる装置間での計測寸法差の代わりに、本発明に係る第４の実施の形態は、時系列の異なる同一の装置で発生する計測寸法差、すなわち計測寸法の経時変化について、その発生要因を推定し、これを低減する目的で使用してもよい。即ち、本発明に係る第４の実施の形態は、図１０並びに図２０に示す装置Ａ、Ｂ、・・・、Ｎが同一の装置（走査電子顕微鏡装置）における時系列となる。そのため、システム構成は、少なくとも一台の走査電子顕微鏡装置１０、１８と一つの機差管理装置１１、１９とで構成されることになる。

［第５の実施の形態］
本発明に係る第１乃至第４の実施の形態においては、計測寸法の機差もしくは径時変化の発生要因を推定し、そののち推定要因に基づいて自動的に装置を較正する機能について説明したが、本発明に係る第５の実施の形態では、自動的に装置を較正することは行わず、システムの入出力部２１９、３０３において表示された機差もしくは径時変化と、これらの発生要因推定結果および推定結果に基づいた較正装置制御パラメータ候補および制御量の情報をもとに、ユーザーがマニュアルで装置較正を行ってもよい。

［第６の実施の形態］
本発明に係る第１乃至第５の実施の形態では、計測寸法の機差を計測するごとに機差発生要因を推定するシーケンスについて説明を行った。本発明に係る第６の実施の形態は、機差発生要因の推定頻度を機差計測と同頻度とは限定しない実施の形態である。

該第６の実施の形態における機差較正処理の全体のシーケンスを、図２２に示す。

全体のシーケンスは、図４に示すＳ４１〜Ｓ５０又は／及び図１９に示すＳ４１〜Ｓ４４、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ４８、Ｓ５３、Ｓ５０を実行して機差発生要因を推定する(Ｓ２２１)。次の機差計測時には、機差管理装置１１又は／及び１９においてステップＳ２３１で推定された機差発生要因の影響を受けて変化する画像特徴量又は／及び装置状態パラメータを各装置１０又は／及び１８からモニタし(Ｓ２２２)、機差が目標仕様内に収まっていない場合には、装置制御部３０１ｄが各装置の制御部２１５へモニタ結果に基づいて装置制御パラメータを変更することで走査電子顕微鏡装置を較正する(Ｓ２２４)。このとき、機差要因分析部３０１ｃ、３０１ｅはモニタした画像特徴量又は／及び装置状態パラメータと各装置での計測寸法（ＣＤ値）の間の相関を評価し(Ｓ２２３)、その相関が小さい場合には機差発生要因を新たに分析しなおす必要が生じる。その場合には、機差管理装置１１又は／及び１９はステップＳ２２１に戻って、再度機差発生要因を推定しなおし、ステップＳ２２１で推定された機差発生要因の影響を受けて変化する画像特徴量又は／及び装置状態パラメータをモニタし(Ｓ２２２)、機差が目標仕様内に収まっていない場合には、装置制御部３０１ｄが各装置の制御部２１５へモニタ結果に基づいて装置制御パラメータを変更することで走査電子顕微鏡装置を較正する(Ｓ２２４)ことを繰り返す。

以上説明したように、本発明に係る第１〜第６の実施の形態によれば、走査電子顕微鏡装置、走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムまたは走査電子顕微鏡装置を対象とした機差管理装置において、複数台の装置間における機差の発生要因を簡便に推定することができ、推定結果に基づいて走査電子顕微鏡装置を調整することで、機差を低減することができるため、結果としてより高精度な配線パターンの寸法管理が可能となり、計測対象製品の性能向上につながる。

本発明に係る第１の実施の形態である走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第１の実施例の概略構成を示す図である。 図1に示す各走査電子顕微鏡装置単体の一実施例の構成を示す図である。 図１に示す機差管理装置の一実施例の構成を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態である機差発生要因を特定する処理の全体のシーケンスの一実施例を示す図である。 図４に示す寸法計測標準ウエハを用いた２次電子画像データ取得シーケンスを具体的に示す図である。 図４に示す機差評価を目的とした２次電子画像データからＣＤ値の算出するシーケンスを具体的に示す図である。 機差評価を目的とした２次電子画像データからＣＤ値の算出するための説明図である。 本発明に係る各走査電子顕微鏡装置の入出力装置において、機差評価用のデータ取得時に押下するアイコンの実施例を示す図である。 本発明に係る機差管理装置の入出力装置において、機差評価を開始する際に、機差評価対象装置およびその機差評価時のデータ（装置制御パラメータのデータ等）を指定する画面、並びに実行時に押下するアイコンの実施例を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態である走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの実行によって機差評価結果として得られる出力画面、並びに機差の発生要因候補情報を元に、機差が低減されるように自動的に走査電子顕微鏡装置を調整するための入出力画面の実施例を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態である走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第２の実施例の構成を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態における第３の実施例の構成を示す図である。 図１２に示す第３の実施例である走査電子顕微鏡装置システムの概略構成を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態における第４の実施例の構成を示す図である。 図１４に示す第４の実施例の実行にあたって、必要な入力画面の実施例を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態である走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの第５の実施例の構成を示す図である。 図１６に示す各走査電子顕微鏡装置単体の一実施例の構成を示す図である。 図１６に示す機差管理装置の一実施例を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態である機差発生要因を特定する処理の全体のシーケンスの一実施例を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態である走査電子顕微鏡装置を含む機差管理システムの実行によって機差評価結果として得られる出力画面、並びに機差の発生要因候補情報を元に、機差が低減されるように自動的に走査電子顕微鏡装置を調整するための入出力画面の実施例を示す図である。 本発明に係る複数台の走査電子顕微鏡装置で取得した計測対象の寸法(ＣＤ値)および各種装置状態パラメータを入力する際にデータの格納方法を指定する画面の実施例を示す図である。 本発明に係る第６の実施の形態における機差較正処理の全体のシーケンスを示す図である。

符号の説明

１０、１０ａ〜１０ｃ、１８…走査電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ）、１１、１９…機差管理装置、１２…データバスまたはネットワーク、７１…画像、７２…画像選択範囲、７３…１ライン波形、７４…画像プロファイル、７５…ＣＤ値（機差）、２０１…電子光学系、２０２…情報処理系、２０３…試料（ウエハ）、２０４…ステージ、２０５…電子ビーム、２０６…電子銃、２０７…しぼり、２０８…偏向レンズ、２０９…対物レンズ、２１０…リターディング電極、２１１…ブースター、２１２…２次電子検出器、２１３…光電子増倍管、２１４…Ａ／Ｄ変換器、２１５…制御部、２１６…画像生成部、２１７…寸法計測部、２１８…記憶部、２１９…入出力部、３０１、３０１’…処理部、３０１ａ…機差算出部、３０１ｂ…画像特徴量算出部、３０１ｃ…機差要因分析部、３０１ｄ…装置制御部、３０１ｅ…機差要因分析部、３０２、３０２’…記憶部、３０２ａ…計測寸法記憶部、３０２ｂ…機差記憶部、３０２ｃ…画像データ記憶部、３０２ｄ…画像特徴量記憶部、３０２ｅ…各種装置状態パラメータ記憶部、３０３…入出力部、１０００、２０００…機差評価結果として得られる出力画面及び機差が低減されるように自動的に走査電子顕微鏡装置を調整するための入出力画面、１５００，２１００…入力画面、１５０１，２１０１…入力データのパス、１５０２，２１０２…入力部。

Claims (16)

1. パターンの寸法計測を目的とする走査電子顕微鏡装置において、複数台の該装置間での計測寸法差である機差を管理するためのシステムであって、
   前記各装置から標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に装置間での機差を定期的に計測し、ほぼ同時に各種装置状態を示す指標値を計測する計測手段と、
   該計測手段によって装置間において計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析部と、
   該機差要因分析部で推定された機差発生要因を表示して出力する出力手段とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
2. パターンの寸法計測を目的とする走査電子顕微鏡装置において、該装置における時系列の計測寸法差である機差を管理するためのシステムであって、
   前記装置から時系列で標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に時系列での機差を計測し、ほぼ同じ時系列で各種装置状態を示す指標値を計測する計測手段と、
   該計測手段によって時系列で計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析部と、
   該機差要因分析部で推定された機差発生要因を表示して出力する出力手段とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
3. 前記計測手段において、前記各種装置状態を示す指標値として、前記撮像して得られる２次電子画像データから取得される各種画像特徴量であることを特徴とする請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
4. 前記各種画像特徴量が、画像の明るさ、画像のコントラスト、画像のノイズ、画像取得時のチルト角、繰り返しパターンのピッチ、画像より算出される分解能指標値、及び画像より算出される軸調指標値を含むことを特徴とする請求項３記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
5. 前記計測手段において、前記各種装置状態を示す指標値として、前記走査電子顕微鏡装置を構成する各種部位から計測される各種装置状態パラメータであることを特徴とする請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
6. 前記各種装置状態パラメータとして、少なくとも電子銃への印加電圧値及び電流値（プローブ電流値）、偏向レンズ電流、対物レンズ電流、リターディング電流および電圧、及びブースター電流および電圧を含むことを特徴とする請求項５記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
7. 更に、前記出力手段で出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを選定し、該選定された装置制御パラメータを前記装置間に対して自動的に適切量調整することにより前記装置間の機差を低減する装置制御部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
8. 更に、予め、機差発生要因候補と該機差発生要因を調整するために必要な装置制御パラメータとの関係を格納しておくデータベースと、
   前記出力手段で出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを前記データベースに格納された関係から選定し、該選定された装置制御パラメータを前記装置間に対して自動的に適切量調整することにより前記装置間の機差を低減する装置制御部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理システム。
9. パターンの寸法計測を目的とする走査電子顕微鏡装置において、複数台の該装置間での計測寸法差である機差を管理するための方法であって、
   前記各装置から標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に装置間での機差を定期的に計測し、ほぼ同時に各種装置状態を示す指標値を計測する計測過程と、
   該計測過程によって装置間において計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析過程と、
   該機差要因分析過程で推定された機差発生要因を表示して出力する出力過程とを有することを特徴とする走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
10. パターンの寸法計測を目的とする走査電子顕微鏡装置において、該装置における時系列の計測寸法差である機差を管理するための方法であって、
    前記装置から時系列で標準ウエハを撮像して得られる２次電子画像データを基に時系列での機差を計測し、ほぼ同じ時系列で各種装置状態を示す指標値を計測する計測過程と、
    該計測過程によって時系列で計測された前記機差と前記各種装置状態を示す指標値との関係を分析して機差発生要因を推定する機差要因分析過程と、
    該機差要因分析過程で推定された機差発生要因を表示して出力する出力過程とを有することを特徴とする走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
11. 前記計測過程において、前記各種装置状態を示す指標値として、前記撮像して得られる２次電子画像データから取得される各種画像特徴量であることを特徴とする請求項９又は１０記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
12. 前記各種画像特徴量が、画像の明るさ、画像のコントラスト、画像のノイズ、画像取得時のチルト角、繰り返しパターンのピッチ、画像より算出される分解能指標値、及び画像より算出される軸調指標値を含むことを特徴とする請求項１１記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
13. 前記計測過程において、前記各種装置状態を示す指標値として、前記走査電子顕微鏡装置を構成する各種部位から計測される各種装置状態パラメータであることを特徴とする請求項９又は１０記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
14. 前記各種装置状態パラメータとして、少なくとも電子銃への印加電圧値及び電流値（プローブ電流値）、偏向レンズ電流、対物レンズ電流、リターディング電流および電圧、及びブースター電流および電圧を含むことを特徴とする請求項１３記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
15. 更に、前記出力過程で出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを選定し、該選定された装置制御パラメータを前記装置間に対して自動的に適切量調整することにより前記装置間の機差を低減する装置制御過程を有することを特徴とする請求項９又は１０記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。
16. 更に、予め、機差発生要因候補と該機差発生要因を調整するために必要な装置制御パラメータとの関係をデータベースとして格納しておく格納過程と、
    前記出力過程で出力された機差発生要因に応じて適切な装置制御パラメータを前記データベースに格納された関係から選定し、該選定された装置制御パラメータを前記装置間に対して自動的に適切量調整することにより前記装置間の機差を低減する装置制御過程とを有することを特徴とする請求項９又は１０記載の走査電子顕微鏡装置における機差管理方法。

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