JP4825734B2 - 異種計測装置間のキャリブレーション方法及びそのシステム - Google Patents

Description

本発明は、ラフネスを考慮したサンプリングにより異種計測装置間の高精度キャリブレーションを行うことができる異種計測装置間のキャリブレーション方法及びそのシステムに関する。

ナノメートルオーダの分解能を有する計測装置としては、ＣＤ−ＳＥＭ装置が知られている。このＣＤ−ＳＥＭ装置は、安定であり、かつ高スループットを有する利点がある。しかし、平面的な計測パターンの寸法を計測するため、パターンの高さ方向の計測箇所，即ち上部，下部あるいはその間の断面の何処を測定しているのかが分からないという課題を有していた。

他方、断面寸法を計測できる計測装置としては、ＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electronic Microscope）装置や断面観察ＳＥＭ装置やＡＦＭ（Atomic Force Microscope）装置やＴＥＭ（Transmission Electronic Microscope）装置が知られている。これらのＳＴＥＭ装置や断面観察ＳＥＭ装置やＡＦＭ装置やＴＥＭ装置は、比較的高精度に断面寸法を計測できる利点がある。しかし、ＡＦＭ装置の場合，ＣＤ−ＳＥＭに比べ，長い計測時間が必要であるという課題を有していた。また，ＳＴＥＭ装置や断面観察ＳＥＭ装置やＴＥＭ装置の場合には試料をＦＩＢ加工装置等を用いて断面加工する必要があり、ＡＦＭ装置以上に計測コストが大となる課題を有していた。

特表２００６−５１０９１２号公報 特開２００３−２８７５０８号公報 特開２００６−１１８８６７号公報

上記ＣＤ−ＳＥＭ装置では、高スループットで多数のラフネスを有する平面的な計測パターンの寸法を計測できることになる。他方、上記ＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置又はＡＦＭ装置又はＴＥＭ装置では計測パターンの断面形状（立体形状）がＣＤ−ＳＥＭ装置に比べて比較的高精度に測定できるため，所望の高さにおける寸法とのキャリブレーションが可能であるが，あまり多くの点を計測することは困難である。

そのため、上記ＣＤ−ＳＥＭ装置（測長ＳＥＭ装置）と上記断面観察ＳＥＭ装置又はＡＦＭ装置との異種計測装置間でのキャリブレーション時において、上記ＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置又はＡＦＭ装置又はＴＥＭ装置でたまたま計測した断面形状の計測結果が上記ＣＤ−ＳＥＭ装置で計測される寸法のどの値に対応するのかが分からないという課題を有していた。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ラフネスを考慮したサンプリングにより異種計測装置間の高精度キャリブレーションを行うことができる異種計測装置間のキャリブレーション方法及びそのシステム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、ＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて被計測対象のＣＤ平均寸法及びラフネスを計測するＣＤ−ＳＥＭ計測過程と、該ＣＤ−ＳＥＭ計測過程において計測されるラフネスを統計処理してキャリブレーションに必要な前記被計測対象に対して断面計測装置を用いて断面計測する断面計測点数を算出する断面計測点数算出過程と、該断面計測点数算出過程で算出された断面計測点数を満たすように前記被計測対象に対して前記断面計測装置を用いて断面計測を実施し、該実施された断面計測結果において指定された断面計測高さのＣＤ平均寸法を算出する断面計測過程と、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法と前記断面計測過程において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法との差であるキャリブレーション補正値を算出する補正値算出過程とを有することを特徴とする異種計測装置間のキャリブレーション方法及びそのシステムである。

また、本発明は、前記断面計測点数算出過程において、前記断面計測点数を、少なくとも前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程において計測されるラフネスを統計処理して得られる寸法ばらつきを示す標準偏差と、指定する許容するキャリブレーションに必要な要求精度とに基づいて算出されることを特徴とする。また、本発明は、前記断面計測点数算出過程において、前記断面計測点数を、さらに指定される信頼区間に基づいて算出されることを特徴とする。

また、本発明は、さらに、前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする。また、本発明は、さらに、前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法並びに前記断面計測過程において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする。また、本発明は、さらに、前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法及び該被計測対象の寸法ばらつきを示す標準偏差並びに前記断面計測過程において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする。また、本発明は、さらに、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で観察された前記被計測対象のＣＤ−ＳＥＭ画像に対して、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法を前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値で補正されたＣＤ平均寸法を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする。

また、本発明は、さらに、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で観察された前記被計測対象のＣＤ−ＳＥＭ画像に対して、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測されたＣＤ−ＳＥＭサンプリング箇所及び特定のＣＤ−ＳＥＭサンプリング箇所での２次電子信号波形並びに前記断面計測過程において断面計測を実施する断面計測サンプリング箇所及び特定の断面計測サンプリング箇所での断面形状波形を表示して提示する提示過程を有することを特徴する。

また、本発明は、ＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて被計測対象に対して計測されるラフネスを統計処理してキャリブレーションに必要な前記被計測対象に対する断面計測装置を用いて断面計測する断面計測点数を算出する断面計測点数算出過程と、前記ＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて製造されるロット単位での被計測対象に対して逐次計測してＣＤ平均寸法の変化を計測するＣＤ−ＳＥＭ計測過程と、前記断面計測点数算出過程で算出された断面計測点数を満たすように前記製造される所定の周期毎の被計測対象に対して前記断面計測装置を用いて断面計測を実施し、該実施された断面計測結果において指定された断面計測高さのＣＤ平均寸法の変化を算出する断面計測過程と、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で逐次ロット単位毎の被計測対象に対して計測された前記ＣＤ平均寸法の変化と前記断面計測過程において算出された所定の周期毎の被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法の変化とに基づいてバイアス管理を行うバイアス管理過程とを有することを特徴とする異種計測装置間のキャリブレーション方法。

また、本発明は、前記バイアス管理過程において、同じ被計測対象に対して前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測されたＣＤ平均寸法と前記断面計測過程において算出された断面計測高さのＣＤ平均寸法との差がキャリブレーション補正値であることを特徴とする。

また、本発明は、前記キャリブレーション補正値としては、被計測対象の断面形状の変化に起因する誤差またはＣＤ−ＳＥＭ装置の計測条件の変化として捕らえることが可能となる。

本発明によれば、ラフネスを考慮したサンプリングにより異種計測装置間の高精度キャリブレーションを行うことができ、そのキャリブレーション結果を提示することができる。

本発明に係る異種計測装置間の較正（キャリブレーション）方法及びそのシステムの実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る測長ＳＥＭ装置（ＣＤ−ＳＥＭ装置）１０００の構成を示すブロック図である。図１において、測長ＳＥＭを構成する電子光学系２００は、電子銃２０１、１次電子ビーム３０３、コンデンサレンズ２０２、対物レンズ２０３、偏向器２０４、ＥｘＢ偏向器２０５、２次電子検出器２０６、アライメントコイル２０８、非点補正コイル２０９、及び対物レンズ絞り２１０を備えて構成される。そして、試料室内には試料（ウェーハ）１００を載置するｘ−ｙステージ１０１を備えて構成される。さらに、２次電子検出器２０６で検出された２次電子信号は、Ａ／Ｄ変換器２０７でディジタル信号に変換されて画像処理部３００に入力される。画像処理部３００は、ＣＰＵ及び画像メモリを有し、記憶媒体３０１、表示装置３０２及び図８に示すネットワーク４０００に接続するためのＩ／Ｆ（インターフェース）３２０を接続して構成される。

電子銃２０１より出た１次電子ビーム３０３はコンデンサレンズ２０２で収束され、ビーム偏向器２０４、ＥｘＢ偏向器２０５、対物レンズ２０３を経てステージ１０１上におかれたウェーハ１００上に焦点を結んで照射される。そして、電子ビームが照射されると、ウェーハ１００からは２次電子が発生する。試料ウェーハ１００から発生した２次電子は、ＥｘＢ偏向器２０５により偏向され、２次電子検出器２０７で検出される。

偏向器２０４による電子ビームの２次元走査、あるいは偏向器２０４による電子ビームのＸ方向の繰り返し走査と、ステージ１０１によるウェーハのＹ方向の連続的な移動に同期して試料から発生する電子を検出することで、２次元の電子線像（ＣＤ−ＳＥＭ画像）が得られる。さらに、２次電子検出器２０６で検出された２次電子信号はＡ／Ｄ変換器２０７によってディジタル信号（ＣＤ−ＳＥＭサンプリング信号）１１００に変換され、画像処理部３００に送られる。

画像処理部３００はディジタル画像１１００を一時記憶するための画像メモリと、画像メモリ上の画像からのラインプロファイルや特徴量の算出を行うＣＰＵを有し、さらに、検出した画像あるいはラインプロファイルあるいは算出されたパターン形状情報などを保存するための記憶媒体３０１を有する。また、画像処理部３００には表示装置３０２が接続され、必要な装置の操作、検出結果の確認等をグラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）によって実現できるようになっている。

次に、２次電子信号（ＣＤ−ＳＥＭサンプリング信号）１１００から得られる２次電子信号量を基にしきい値法によるＣＤ計測手順について図２を用いて説明する。画像処理部３００は（１）各エッジにおけるピークの信号量（最大信号量）と下地部の信号量を求める。（２）下地部分の信号量を基準に、各ピーク（ＳＬ ｏｒ ＳＲ）＊（しきい値（％）／１００の信号量）との交点を左右各々のエッジ位置とする。図２に示す実施例の場合、各ピーク（ＳＬ ｏｒ ＳＲ）＊しきい値５０％の場合を示す。（３）左右のエッジ位置の間の距離をＣＤ計測結果とする。

次に、ＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置又はＡＦＭ装置又はＴＥＭ装置等からなる断面計測装置を用いた断面計測について説明する。

ＳＴＥＭ装置の構成については、例えば特許文献２（特開２００３−２８７５０８号公報）に記載されている。また、ＡＦＭ装置の構成については、例えば特許文献３（特開２００６−１１８８６７号公報）に記載されている。なお、断面観察ＳＥＭ装置及びＴＥＭ装置等の構成については説明を省略する。

ＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置等からなる断面計測装置を用いた断面計測によるＣＤ計測手順について図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）にはＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置等の断面計測装置によって取得される断面計測が可能な透過電子像２００９を示す。まずステップ（１）において計測対象高さｙaを次の（１）式に基づいて決定する。

ｙa＝（(Ｈth(％)／１００)＊(ｙt−ｙs)）＋ｙs （１）
なお、ｙtは断面の先端部の高さ、ｙsは断面の底部の高さである。ここで，高さしきい値Ｈthは，パターン断面においてＣＤ−ＳＥＭとキャリブレーションを行ないたい高さ，即ちＣＤ−ＳＥＭで計測を行いたいサンプルの高さである。

図３（ｂ）には、透過電子像（断面計測サンプリング像）２００９を基に検出される透過電子信号波形２０１０を示す。次に、ステップ（２）において、ステップ（１）において指定した計測対象高さｙaにおける透過電子信号波形２０１０からエッジ位置Ｓaを次の（２）式に基づいて決定する。

Ｓa＝（Ｔｈ／１００＊(Ｓs−Ｓt)）＋Ｓt （２）
なお、Ｓsはサンプル以外の部分（一般には試料作成時の保護膜で満たされている）から得られる透過電子信号量を示し、Ｓtはサンプルのパターン部分から得られる透過電子信号量を示す。この信号量がＳａとなる位置をパターンのエッジ位置とし，この左右のエッジ位置の差からＣＤ計測値を求めることができる。なお，断面ＳＥＭ装置においては，ＣＤ−ＳＥＭと同様に，図２に示すようなパターンエッジ部が明るいピークとなる波形が得られるため，ＣＤ−ＳＥＭと同様のアルゴリズムでエッジ位置およびＣＤ値を算出すればよい。

以上により、計測対象高さｙaが決定されたエッジ位置間のＣＤ計測値が得られることになる。

次に、本発明に係るパターンの形状ばらつきを考慮したサンプリング点数の決定方法について図４を用いて説明する。ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００と断面計測装置（例えばＳＴＥＭ装置や断面観察ＳＥＭ装置やＡＦＭ装置など）２０００の異種計測装置間でのキャリブレーションを行う際には、図４に示すように、寸法や形状の異なる複数のサンプルを計測して、それら複数のサンプルセットの計測結果から計測結果の較正を行う。例えば、それぞれの計測装置の計測結果がリニアである場合には、図４に示すように、２種類の計測装置間の計測結果の関係を表わす式（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を求めればよい。特許文献１には、異種計測装置が持つ各々の計測ばらつきを考慮した較正手法が開示されているが、現存の半導体計測においては、サンプルばらつきが各種計測装置の計測再現性に比べて非常に大きい場合もあり、高精度な較正（キャリブレーション）を実現するためには、計測装置の精度だけではなく、サンプルのばらつきを考慮することが必要となる。異種計測装置間で較正（キャリブレーション）を行う場合には、比較する計測装置間で全く同じ箇所を計測することが望ましいが、各々の計測装置はその計測原理に応じて計測箇所の選択に制限があるため、実際には完全に同じ場所を計測するのは困難である。図５はこのようなサンプリングの違いとその影響を示した実施例である。図５（ａ）はＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によって観察されるラフネスパターンの２次電子線像（ＣＤ−ＳＥＭ画像）に対するサンプリング位置の違いを示している。

例えば、ＳＴＥＭ装置や断面観察ＳＥＭ装置等の断面計測装置２０００による断面計測を行う場合には、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工等を施して断面計測用のサンプルを作成する必要があり、隣接した箇所を連続的に計測することは困難であるため、断面計測のサンプリングは例えば図５（ａ）に実線で示すように２０９０で示す断面形状を計測する１点となる。一方、ＣＤ−ＳＥＭ計測装置１０００による計測は図５（ａ）に鎖線及び各鎖線で得られる２次電子信号波形１１００_１〜１１００_ｍｍｍで示すようにラフネスパターンに対して比較的密に行うことができる。このような場合に、図５（ａ）に示すようなラフネスパターンによるサンプル寸法のばらつきが、較正結果にどのような影響を与えるかについて、図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、ラフネスのあるサンプルをＣＤ−ＳＥＭ装置で鎖線で示すように密に（通常１枚の画像から数百点の計測が可能）計測して２次電子信号１１００_１〜１１００_ｍｍｍを検出すると、図５（ｂ）に示すように、ＣＤ−ＳＥＭの計測結果は実線で示すように寸法ばらつき（標準偏差σ）に応じた分布を持つ。これに対し、断面計測も完全に同じサンプリングが可能であれば、断面計測結果もＣＤ−ＳＥＭ計測結果とほぼ同じばらつき（標準偏差σ）の分布に従う。図５（ｂ）に鎖線で示す断面計測の分布および平均値（真値）はＣＤ−ＳＥＭ計測と完全に同じサンプリングが可能である場合を想定した図である。異種の二つの計測装置が図４に示す関係を保っている場合には、断面計測の寸法ばらつき（標準偏差）σ’はＣＤ−ＳＥＭ計測結果である寸法ばらつき（標準偏差）σの１／ａ、断面計測のＣＤ−ＳＥＭ計測に対するオフセットはｂ／ａとなるが、実際には計測不可能な値である。なお、異種それぞれの計測装置のピッチが既知のサンプル等で個別にキャリブレーションされている場合には、ａ＝１となる。図５（ａ）のように、１点しか断面計測ができない場合には、断面計測の結果がとり得る値の範囲は、サンプルばらつきσ／ａと同じだけ変動する可能性がある。この場合、オフセットｂ／ａの推定値は、例えばｂ’に示したように真値に対しサンプルのばらつきの大きさだけの較正誤差（キャリブレーション誤差）が生じうることになる。

これに対して、断面計測を複数点で行う場合を考える。本実施例では、ＣＤ−ＳＥＭによる計測点は、断面計測の範囲を全てカバーすると仮定する。このとき、較正における異種装置間の計測位置ずれに起因する誤差は、ＣＤ−ＳＥＭによる計測対象を母集団とした場合に、母集団の平均寸法に相当する断面計測結果を、限られたサンプリングによりどう推定するかという問題として考えることができる。これは、ＣＤ−ＳＥＭ計測の対象寸法ばらつきがランダムで、断面計測点が無作為に抽出される場合は、母集団のばらつきと断面計測のサンプリング数から母集団の平均寸法の推定精度を見積もることができる。例えば、図６に示すように、ＣＤ−ＳＥＭの計測範囲（鎖線の枠で示す。）およびそれに対応した断面計測（実線で示す。）の点数を増やす場合を考える。図６において、サンプルのばらつき（ラフネス）は連続的に変化するが、その分布は通常ランダムである。このため、図６（ａ）に示すように、鎖線の枠で示すＣＤ−ＳＥＭの計測範囲に対して、実線で示すように一定の間隔で断面計測を行えば、断面計測のサンプリングは無作為であると言える。図５では断面計測を一点のみで行う場合を示したが、このように、図６に示すように断面計測を複数点の計測を行うと、断面計測の平均値がとり得る値の確率分布は断面計測の計測点数ｎに応じてその範囲が狭くなる。断面計測の平均値μ’＝μ−（ｂ／ａ）、断面計測の標準偏差σ’＝σ／ａに従う正規母集団からのｎ個の標本をＸ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎとする。なお、σはＣＤ−ＳＥＭ計測の寸法ばらつきを示す標準偏差である。

そして、ｔを次の（３）式におくと、ｔは自由度ｎ−１のｔ分布に従う。

ｔ＝（Ｘｍｅａｎ−μ’）／（σ’／ｓｑｒｔ（ｎ）） （３）
ここで、通常は異種のそれぞれの計測装置がある程度キャリブレーションされているとするとａはほぼ１になるため、σ’（断面計測の標準偏差）＝σ（ＣＤ−ＳＥＭ計測の標準偏差）とすることができる。このとき、断面計測の平均値（真値）μ’の推定値がとり得る範囲は、信頼区間を用いて推定することができる。ｎ個のサンプルの平均値がとり得る範囲は次の（４）式となる。

μ’−ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n)＜Ｘmean＜μ’＋ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n) （４）
ここで、ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n)は外側の確率が（α／２）％となるｔの値（自由度ｎ−１）であり、断面計測の平均値（真値）μ’の推定誤差の最大値は±ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n)となる。αは一般に５％が用いられることが多い（１−α＝９５％信頼区間）。この±ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n)は、図６（ａ）に示したラインパターンのように、ある同じ寸法・形状になるように形成されたパターンにおける計測データセット間において、母集団の平均と、母集団から無作為にサンプリング数ｎ個を抽出した場合の平均値のマッチング誤差（較正に必要な要求精度（誤差Δ（ｎｍ）））に相当する。母集団のばらつき（標準偏差σ）とサンプリングデータ数ｎが与えられれば、このマッチング誤差を推定することができ、また反対に、マッチング誤差の許容値を与えれば、その許容誤差によるマッチングを実現するために必要なサンプリング数ｎを算出することができる。つまり、予めＣＤ−ＳＥＭによりサンプルの寸法ばらつき（標準偏差σ）を評価しておけば、これらの結果（上記（４）式の関係、特に９５％の信頼区間が得られる関係）から、図７に示すように、較正（キャリブレーション）に必要な要求精度（誤差Δ（ｎｍ））を実現するための、断面計測点数ｎを決定することが可能となる。当然、信頼区間を変えると断面計測点数も変更になる。このように、必要に応じてサンプリング点数を増やすことで、サンプルのばらつきを考慮した高精度な異種計測装置間での較正（キャリブレーション）が可能となる。なお，図４に示すように，寸法や形状の異なる複数のデータセットを用いて，近似直線によるキャリブレーションを行う場合には，近似直線による推定精度Δ’はデータセット数Ｍの場合，Δ’＝Δ／ｓｑｒｔ(Ｍ−１)となる。直線の推定誤差の許容値を設定する場合には，Δの代わりにこのΔ’を用いればよい。

次に、本発明に係る異種計測装置間の較正（キャリブレーション）システム構成について図８を用いて説明する。即ち、本発明に係る異種計測装置間の較正（キャリブレーションを行う較正部（キャリブレーション部）３０００を、１台若しくは複数台のＣＤ−ＳＥＭ装置１０００と、特定の種類若しくは複数種類の断面計測装置（例えばＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置又はＡＦＭ装置又はＴＥＭ装置等で構成される。）とネットワーク４０００を介して接続して構成される。較正部（キャリブレーション部）３０００は、コンピュータを有する演算部３０１０と、ＣＤ−ＳＥＭ装置で計測される平均値やラフネス（寸法ばらつき（標準偏差σ））、断面計測装置において決定されたｎ点で測定される平均値及びその標準偏差、較正値（キャリブレーション値）等を表示するＧＵＩ等を有する表示部３０１１と、表示部３０１１を用いて信頼区間（例えば９５％）や較正に必要な要求精度（誤差Δ（ｎｍ））等を入力する入力部３０１２と、レシピを含めて様々な条件や検出した画像を記憶する記憶部３０１３とを備えて構成される。勿論、較正部（キャリブレーション部）３０００は、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００内の例えば画像処理部３００に備えても良く、また断面計測装置２０００の画像処理部または演算部に備えても良い。この場合、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００と断面計測装置２０００とを直接ネットワーク４０００で接続すればよい。

次に、本発明に係る異種計測装置間の較正方法（キャリブレーション方法）の一実施の形態について図９を用いて説明する。まず、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００は、ラフネスのあるサンプルについて、図６（ａ）に示したように鎖線の枠で示す各ＣＤ−ＳＥＭの計測範囲に対して、具体的には図５（ａ）に鎖線で示すように密に（通常１枚の画像から数百点の計測が可能）計測して２次電子信号１１００_１〜１１００_ｍｍｍを検出し、該検出された２次電子信号（ＣＤ−ＳＥＭサンプリング信号）１１００_１〜１１００_ｍｍｍから得られる２次電子信号量を基に、画像処理部３００において例えば図２に示すように、しきい値法（各ピーク（ＳＬ ｏｒ ＳＲ）に対してしきい値５０％）によって得られる左右のエッジ位置の間の距離（ＣＤ計測値）を算出し、該算出された距離（ＣＤ計測値）の平均値（平均寸法）μ及びラフネス等による寸法ばらつき（標準偏差σ）を統計処理に基づいてＣＤ計測結果として算出して例えば図１に示す記憶媒体３０１又は図８に示す記憶部３０１３に格納する（Ｓ１０１）。次に、例えば、較正部（キャリブレーション部）３０００における演算部（例えば断面計測点数演算部及び補正値演算部を構成する）、３０１０は、ステップＳ１０１においてＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によって統計処理して記憶媒体３０１または記憶部３０１３に格納されたラフネス計測結果（特にラフネス等による寸法ばらつき（標準偏差σ））と、入力部３０１２を用いて入力された信頼区間（例えば９５％）や較正に必要な要求精度（誤差Δ（ｎｍ））等とを基に、上記（４）式、即ち図７に従って較正（キャリブレーション）に必要な断面計測点数ｎを算出し、ネットワーク４０００を介して断面計測装置２０００に送信する（Ｓ１０２）。

較正（キャリブレーション）に必要な断面計測点数ｎを受けた断面計測装置（例えばＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置又はＡＦＭ装置など）２０００は、上記断面計測点数ｎを満たす例えば図６（ａ）に示す断面計測サンプリング（実線）について断面計測を実施し、例えば図５（ａ）に示す断面形状計測結果２００９が得られて断面計測装置２０００内の記憶媒体（図示せず）に一時格納されることになる（Ｓ１０３）。なお、断面計測装置がＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置の場合には、上記断面計測点数ｎを満たす断面計測用のサンプルについてＦＩＢ（Focus Ion Beam）加工装置等を用いて作成する必要がある。そして、断面計測装置２０００に設けられた表示部（図示せず）のＧＵＩ（Graphic User Interface）に表示された断面形状計測結果である例えば透過電子像２００９を用いて図３（ａ）に示すように所望の計測対象高さｙa（例えば５０％）を指定する（Ｓ１０４）。次に、断面計測装置２０００内に設けられた画像処理部（演算部）（図示せず）において、図３（ｂ）に示すように、上記断面計測点数ｎを満たす断面計測サンプリングについて検出される例えば透過電子信号波形２０１０_１〜２０１０_ｎを基に指定された所望の計測高さｙaにおけるエッジ位置を決定し、該決定したエッジ位置間の距離であるＣＤ計測値を算出し、該算出されたＣＤ計測値の平均値μ’を算出して断面計測装置２０００内の記憶媒体（図示せず）に格納すると共に、ネットワーク４０００を介して送信して較正部（キャリブレーション部）３０００の記憶部３０１３に格納する（Ｓ１０５）。

以上の結果、較正部（キャリブレーション部）３０００における演算部３０１０は、マッチング誤差（較正に必要な要求精度（誤差Δ（ｎｍ）））を許容した上において（断面計測結果であるｎ点での平均値μ’がとり得る範囲（±ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n)）において）、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００内の記憶媒体３０１又は記憶部３０１３に格納されたＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によって計測されたＣＤ計測値の平均値μと、断面計測装置２０００内の記憶媒体（図示せず）又は記憶部３０１３に格納された断面計測装置２０００によって計測された断面測定点数ｎでの断面形状のＣＤ計測値の平均値μ’との差であるキャリブレーション補正値（ｂ／ａ）（ＣＤ−ＳＥＭ装置による計測結果の補正値）を算出して表示部３０１１又はＣＤ−ＳＥＭ装置１０００の表示部３０２又は断面計測装置２０００の表示部（図示せず）に表示して提示することができることになる（Ｓ１０６）。

なお、キャリブレーション補正値（ｂ／ａ）（ＣＤ−ＳＥＭ装置による計測結果の補正値）を提示する際、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によって計測されたＣＤ計測値の平均値μ及び寸法ばらつき（標準偏差σ）並びに断面計測装置２０００によって計測された断面測定点数ｎでの断面形状のＣＤ計測値の平均値μ’を提示しても良く、さらに断面計測装置２０００によって計測された断面測定点数ｎでの断面形状のＣＤ計測値の寸法ばらつき（標準偏差）を提示しても良く、さらに信頼区間（１−α）、許容するマッチング誤差（較正に必要な要求精度（誤差Δ（ｎｍ）））、断面計測ポイント数ｎ、断面計測結果であるｎ点での平均値μ’がとり得る範囲（±ｔ＿α/2＊σ/sqrt(n)）の何れか一つ若しくは複数若しくは全てを提示するようにしても良い。

以上により、真値に対するキャリブレーション補正値（ｂ／ａ）（ＣＤ−ＳＥＭ装置による計測結果の補正値）が算出されるので、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００の表示部３０２は、キャリブレーションの結果として、図５（ａ）と同様に、図１０に示すように、ＧＵＩとして、ＣＤ−ＳＥＭ装置で観察されるラフネスパターンを有する２次電子線像（ＣＤ−ＳＥＭ画像）に対して、鎖線で示すようにＣＤ−ＳＥＭサンプリングを実行して得られる２次電子信号波形１１００_１〜１１００_ｍｍｍおよび実線で示すように上記断面計測点数ｎを満たす断面計測サンプリングを実行して得られる断面形状（例えば透過電子像）２００９_１〜２００９_ｎを表示し、さらに、ＣＤ−ＳＥＭ画像上に平均ＣＤ−ＳＥＭ信号波形及びキャリブレーション後の平均寸法μ’を重畳し、その際断面計測サンプリングによって得られる平均断面形状を表示することが可能となる。

また、真値に対するキャリブレーション補正値（ｂ／ａ）（ＣＤ−ＳＥＭ装置による計測結果の補正値）が算出されるので、被計測対象として、様々なサンプル寸法を有するバリエーションが用意できるなら、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によるＣＤ計測結果（ｙ）に対して図４に示すようにゲイン（ａ）とオフセット（ｂ）を補正することが可能となる。

また、真値に対するキャリブレーション補正値（ｂ／ａ）（ＣＤ−ＳＥＭ装置による計測結果の補正値）が算出されるので、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００の画像処理部３００においてオフセットの代わりに所望の寸法を出力する画像処理条件を指定することも可能となる。

また、較正部３０００の表示部３０１１又はＣＤ−ＳＥＭ装置１０００の表示部３０２又は断面計測装置２０００の表示部（図示せず）に、図１１に示すように、例えばロット単位（高頻度）でのＣＤ−ＳＥＭ装置１０００による線幅計測値（ＣＤ計測値）の平均値と、定期的な断面計測装置（例えばＡＦＭ装置）２０００による較正（キャリブレーション）に必要な断面計測点数ｎでの断面形状計測（立体形状計測）によるＣＤ計測値の平均値とをＧＵＩとして表示することによって、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によって計測されるＣＤ計測値の平均値があまり変化せずに、キャリブレーション補正値（ｂ／ａ）に変化が見られ、その結果線幅自体は不変であるが、断面形状変化に起因するバイアス誤差が生じていることを把握すること、即ちバイアス値を管理することが可能となる。当然、断面形状が変化すれば、キャリブレーション補正値（ｂ／ａ）も変化することになる。

また、較正部３０００の表示部３０１１又はＣＤ−ＳＥＭ装置１０００の表示部３０２又は断面計測装置２０００の表示部（図示せず）に、図１２に示すように、例えばロット単位（高頻度）でのＣＤ−ＳＥＭ装置１０００による線幅計測値（ＣＤ計測値）の平均値と、定期的な断面計測装置（例えばＡＦＭ装置）２０００による較正（キャリブレーション）に必要な断面計測点数ｎでの断面形状計測（立体形状計測）によるＣＤ計測値の平均値とをＧＵＩとして表示することによって、ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００によって計測されるＣＤ計測値の平均値及びキャリブレーション補正値（ｂ／ａ）に変化が見られ、その結果ＣＤ−ＳＥＭ装置１０００における計測条件に変化（例えば対物レンズ絞り２１０の交換）があったことを把握することが可能となる。当然、計測条件（撮像条件や画像処理条件）を変化させた時、キャリブレーション補正値（ｂ／ａ）も変化することになる。

本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ装置（測長ＳＥＭ装置）の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ装置において観察されるＣＤ−ＳＥＭ画像（２次電子線像）を基にしきい値法によるＣＤ計測値を算出ための手順の説明図である。 本発明に係る断面計測装置であるＳＴＥＭ装置又は断面観察ＳＥＭ装置において観察される透過電子像（断面計測像）を基にＣＤ計測値を算出ための手順の説明図である。 本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ装置による計測結果と断面計測装置による断面計測結果との関係を示す図である。 本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ装置と断面計測装置とで完全に同じサンプリングが可能である場合を仮定したときの、ＣＤ−ＳＥＭ計測結果の分布（平均値μ、標準偏差σ）と断面計測結果の確率分布（平均値（真値）、標準偏差σ／ａ）との関係を示す図である。 本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ装置でのＣＤ−ＳＥＭ計測結果の分布（平均値μ、標準偏差σ）と断面計測装置での断面計測の計測点数をｎにした場合の断面計測結果の平均値の分布（平均値（真値）、平均値がとり得る範囲）との関係を示す図である。 本発明に係る予めＣＤ−ＳＥＭ装置によるラフネス計測結果を統計処理して得られる標準偏差σを基に許容する誤差Δ（ｎｍ）及び信頼区間を指定することによってキャリブレーション（較正）に必要な断面計測点数ｎを算出するための説明図である。 本発明に係る異種計測装置間の較正（キャリブレーション）システムの一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係る異種計測装置間の較正方法（キャリブレーション方法）の一実施の形態を示す処理フロー図である。 本発明に係る異種計測装置間の較正方法（キャリブレーション方法）の結果であるＧＵＩ画面の第１の実施例を示す図である。 本発明に係る異種計測装置間の較正方法（キャリブレーション方法）を用いてバイアス値管理を行うＧＵＩ画面の第２の実施例を示す図である。 本発明に係る異種計測装置間の較正方法（キャリブレーション方法）を用いてＣＤ−ＳＥＭ装置の計測条件の変化を表示するＧＵＩ画面の第３の実施例を示す図である。

符号の説明

１００…試料、１０１…ｘ−ｙステージ、２００…電子光学系、２０１…電子銃、２０２…コンデンサレンズ、２０３…対物レンズ、２０４…偏向器、２０５…ＥｘＢ偏向器、２０６…２次電子検出器、２０７…Ａ／Ｄ変換器、２０８…アライメントコイル、２０９…非点補正コイル、２１０…対物レンズ絞り、３００…画像処理部、３０１…記憶媒体、３０２…表示装置、３０３…１次電子ビーム、３２０…Ｉ／Ｆ、１０００…ＣＤ−ＳＥＭ装置（測長ＳＥＭ装置）、１１００…２次電子信号（ＣＤ−ＳＥＭサンプリング信号）、２０００…断面計測装置（ＳＴＥＭ装置、断面観察ＳＥＭ装置、ＡＦＭ装置等）、２００９…透過電子像（断面計測サンプリング像）、２０１０…透過電子信号、３０００…較正部（キャリブレーション部）、３０１０…演算部、３０１１…表示部、３０１２…入力部、３０１３…記憶部、４０００…ネットワーク。

Claims (15)

1. ＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて被計測対象のＣＤ平均寸法及びラフネスを計測するＣＤ−ＳＥＭ計測過程と、
   該ＣＤ−ＳＥＭ計測過程において計測されるラフネスを統計処理してキャリブレーションに必要な前記被計測対象に対して断面計測装置を用いて断面計測する断面計測点数を算出する断面計測点数算出過程と、
   該断面計測点数算出過程で算出された断面計測点数を満たすように前記被計測対象に対して前記断面計測装置を用いて断面計測を実施し、該実施された断面計測結果において指定された断面計測高さのＣＤ平均寸法を算出する断面計測過程と、
   前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法と前記断面計測過程において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法との差であるキャリブレーション補正値を算出する補正値算出過程とを有することを特徴とする異種計測装置間のキャリブレーション方法。
2. 前記断面計測点数算出過程において、前記断面計測点数を、少なくとも前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程において計測されるラフネスを統計処理して得られる寸法ばらつきを示す標準偏差と、指定する許容するキャリブレーションに必要な要求精度とに基づいて算出されることを特徴とする請求項１記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
3. 前記断面計測点数算出過程において、前記断面計測点数を、さらに指定される信頼区間に基づいて算出されることを特徴とする請求項２記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
4. さらに、前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする請求項１記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
5. さらに、前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法並びに前記断面計測過程において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする請求項１記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
6. さらに、前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法及び該被計測対象の寸法ばらつきを示す標準偏差並びに前記断面計測過程において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする請求項１記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
7. さらに、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で観察された前記被計測対象のＣＤ−ＳＥＭ画像に対して、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法を前記補正値算出過程において算出されたキャリブレーション補正値で補正されたＣＤ平均寸法を表示して提示する提示過程を有することを特徴とする請求項１記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
8. さらに、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で観察された前記被計測対象のＣＤ−ＳＥＭ画像に対して、前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測されたＣＤ−ＳＥＭサンプリング箇所及び特定のＣＤ−ＳＥＭサンプリング箇所での２次電子信号波形並びに前記断面計測過程において断面計測を実施する断面計測サンプリング箇所及び特定の断面計測サンプリング箇所での断面形状波形を表示して提示する提示過程を有することを特徴する請求項１記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
9. ＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて被計測対象に対して計測されるラフネスを統計処理してキャリブレーションに必要な前記被計測対象に対する断面計測装置を用いて断面計測する断面計測点数を算出する断面計測点数算出過程と、
   前記ＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて製造されるロット単位での被計測対象に対して逐次計測してＣＤ平均寸法の変化を計測するＣＤ−ＳＥＭ計測過程と、
   前記断面計測点数算出過程で算出された断面計測点数を満たすように前記製造される所定の周期毎の被計測対象に対して前記断面計測装置を用いて断面計測を実施し、該実施された断面計測結果において指定された断面計測高さのＣＤ平均寸法の変化を算出する断面計測過程と、
   前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で逐次ロット単位毎の被計測対象に対して計測された前記ＣＤ平均寸法の変化と前記断面計測過程において算出された所定の周期毎の被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法の変化とに基づいてバイアス管理を行うバイアス管理過程とを有することを特徴とする異種計測装置間のキャリブレーション方法。
10. 前記バイアス管理過程において、同じ被計測対象に対して前記ＣＤ−ＳＥＭ計測過程で計測されたＣＤ平均寸法と前記断面計測過程において算出された断面計測高さのＣＤ平均寸法との差がキャリブレーション補正値であることを特徴とする請求項９記載の異種計測装置間のキャリブレーション方法。
11. 被計測対象のＣＤ平均寸法及びラフネスを計測するＣＤ−ＳＥＭ装置と、
    該ＣＤ−ＳＥＭ装置で計測されるラフネスを統計処理してキャリブレーションに必要な前記被計測対象に対して断面計測する断面計測点数を算出する断面計測点数演算部と、
    該断面計測点数演算部で算出された断面計測点数を満たすように前記被計測対象に対して断面計測を実施し、該実施された断面計測結果において指定された断面計測高さのＣＤ平均寸法を算出する断面計測装置と、
    前記ＣＤ−ＳＥＭ装置で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法と前記断面計測装置において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法との差であるキャリブレーション補正値を算出する補正値演算部とを備えたことを特徴とする異種計測装置間のキャリブレーションシステム。
12. 前記断面計測点数演算部において、前記断面計測点数を、少なくとも前記ＣＤ−ＳＥＭ装置において計測されるラフネスを統計処理して得られる寸法ばらつきを示す標準偏差と、指定する許容するキャリブレーションに必要な要求精度とに基づいて算出されるように構成することを特徴とする請求項１１記載の異種計測装置間のキャリブレーションシステム。
13. さらに、前記補正値演算部において算出されたキャリブレーション補正値を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１１記載の異種計測装置間のキャリブレーションシステム。
14. さらに、前記補正値演算部において算出されたキャリブレーション補正値、前記ＣＤ−ＳＥＭ装置で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法及び該被計測対象の寸法ばらつきを示す標準偏差並びに前記断面計測装置において算出された被計測対象の断面計測高さのＣＤ平均寸法を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１１記載の異種計測装置間のキャリブレーションシステム。
15. さらに、前記ＣＤ−ＳＥＭ装置で観察された前記被計測対象のＣＤ−ＳＥＭ画像に対して、前記ＣＤ−ＳＥＭ装置で計測された前記被計測対象のＣＤ平均寸法を前記補正値演算部において算出されたキャリブレーション補正値で補正されたＣＤ平均寸法を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１１記載の異種計測装置間のキャリブレーションシステム。

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