荷電粒子線システム、および測定パラメータ設定方法
【課題】シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および再現性誤差量の双方を考慮して、荷電粒子線システムの最適なパターン寸法計測条件を決定する。
【解決手段】本発明者等は、シュリンク量と計測再現性誤差量とがトレードオフの関係にあることを見出した。また、同じシュリンク量であっても、一次荷電粒子線１１の照射エネルギ等を決定する測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）によって計測再現性誤差量が異なることを見出した。そこで、測定パラメータである加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数の少なくとも２つを要因とする直交表を使って実験計画を立て、半導体デバイス１３のシュリンク量および計測再現性誤差量を計測する実験を行う。そして、実験結果から多元配置により各要因の水準の組み合わせにおけるシュリンク量および計測再現性誤差量を算出する。
【解決手段】本発明者等は、シュリンク量と計測再現性誤差量とがトレードオフの関係にあることを見出した。また、同じシュリンク量であっても、一次荷電粒子線１１の照射エネルギ等を決定する測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）によって計測再現性誤差量が異なることを見出した。そこで、測定パラメータである加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数の少なくとも２つを要因とする直交表を使って実験計画を立て、半導体デバイス１３のシュリンク量および計測再現性誤差量を計測する実験を行う。そして、実験結果から多元配置により各要因の水準の組み合わせにおけるシュリンク量および計測再現性誤差量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線を用いて半導体デバイスの回路パターンを計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの回路パターンを計測する技術として、荷電粒子線システムがある。荷電粒子線システムは、半導体デバイスに一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出する。そして、検出した二次荷電粒子を画像化して表示する。
【０００３】
近年、半導体デバイスの微細化が進んでおり、これに伴いリソグラフィ工程で用いる光源として波長のより短いものが望まれている。現在、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）よりも更に短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が検討されている。
【０００４】
ところで、荷電粒子線システムの一次荷電粒子線をＡｒＦエキシマレーザ用フォトレジスト（以下、ＡｒＦレジストと呼ぶ）に照射すると、ＡｒＦレジストのパターン寸法が変化する。この現象はシュリンクと呼ばれている。ＡｒＦレジスト以外でシュリンクする材料としてｌｏｗ-ｋ材料が知られている。ｌｏｗ-ｋ材料もＡｒＦレジストと同様に次世代の半導体材料として有望視されている。
【０００５】
このシュリンクは、荷電粒子線システムによる半導体デバイスの正確なパターン寸法計測を妨げるものである。シュリンクに関し、特許文献１には、荷電粒子線システムの一次荷電粒子線の照射エネルギを３００ｅＶ以下にするか、あるいはその照射密度を１．４Ｃ/ｍ２以下にすることで、荷電粒子線システムでｌｏｗ-ｋ材料を観察する際に発生するシュリンク量を２.４ｎｍ以下に抑える技術が開示されている。また、特許文献２には、荷電粒子線システムのチャンバ内のコンタミネーションおよび半導体デバイスから発生するコンタミネーションによって生じるレジストパターンの線幅太り現象と、パターン寸法計測回数との関係から、外部環境に影響されることのないシュリンク量を算出する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４-２２７８７９号公報
【特許文献２】特開２００５-２１７１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術によれば、一次荷電粒子線の照射エネルギを３００ｅＶ以下にするか、あるいはその照射密度を１．４Ｃ/ｍ２以下にすることで、ｌｏｗ-ｋ材料を観察する際に発生するシュリンク量を２.４ｎｍ以下に抑えることができる。また、特許文献２に記載の技術によれば、外部環境に影響されることのないシュリンク量を算出することができる。しかしながら、これらの技術は、計測再現性誤差量を考慮していない。特許文献１に記載の技術によりシュリンク量を小さくすることができたとしても、あるいは、特許文献２に記載の技術によりシュリンク量を算出することができたとしても、計測再現性誤差量が大きいと、半導体デバイスの寸法管理を高精度に行うことができない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量の双方を考慮して、荷電粒子線システムの最適なパターン寸法計測条件を決定する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）と計測再現性誤差量とがトレードオフの関係にあることを見出した。また、同じシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）であっても、一次荷電粒子線の照射エネルギあるいは照射密度を決定する測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）によって計測再現性誤差量が異なることを見出した。そこで、本発明では、測定パラメータである加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数の少なくとも２つを要因とする直交表を使って実験計画を立て、半導体デバイスのシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量を計測する実験を行う。そして、実験結果から多元配置により各要因の水準の組み合わせにおけるシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量を算出する。
【００１０】
例えば、本発明の荷電粒子線システムは、半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、測定パラメータを前記制御系に設定する情報処理系と、を有する荷電粒子線システムであって、
前記情報処理系は、
演算装置、記憶装置、およびユーザインターフェースを有し、
前記記憶装置は、
加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データを記憶し、
前記演算装置は、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、前記記憶装置に記憶する実験データ収集処理と、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力する測定条件支援処理と、を実行する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各要因の水準の組み合わせにおけるシュリンク量（あるいは測長値の
真値からのずれ量）および計測再現性誤差量の算出結果から、許容されるシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）において、計測再現性誤差量が最も小さくなる各要因の水準の組み合わせを検出することができる。したがって、シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量の双方を考慮して、荷電粒子線システムの最適なパターン寸法計測条件を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの概略構成図である。
【００１４】
図示するように、本実施形態の走査電子顕微鏡システムは、荷電粒子線光学系１０と、資料室２０と、制御系３０と、情報処理系４０と、を有する。
【００１５】
荷電粒子線光学系１０は、一次荷電粒子線１１を出射する電子銃１０１と、電子銃１０１から出射された一次荷電粒子線１１を半導体デバイス１３上で集束するためのコンデンサレンズ１０２および対物レンズ１０４と、電子銃１０１から出射された一次荷電粒子線１１を半導体デバイス１３上で二次元に走査するための偏向コイル１０３と、半導体デバイス１３への一次荷電粒子線１１の照射に起因して半導体デバイス１３から放出される二次荷電粒子１２を検出する二次荷電粒子検出器１０５と、を有する。
【００１６】
試料室２０は、一次荷電粒子線１１の入射方向に対して垂直方向に半導体デバイス１３を移動させる試料ステージ２０１を有する。
【００１７】
制御系３０は、情報処理系４０によって設定された測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）に従い荷電粒子線光学系１０の各部を制御する。また、情報処理系４０から出力された命令に従いステージ２０１を移動して、半導体デバイス１３の所望の測定点が一次荷電粒子線１１の照射位置にくるように制御する。
【００１８】
情報処理系４０は、演算装置４０１、データベース４０２と、ユーザーインターフェース４０３と、を有する。
【００１９】
演算装置４０１は、ユーザーインターフェース４０３を介してオペレータより受付けた指示に従い、測定パラメータ各々の設定値の最適な組み合わせを検出するために必要な、シュリンク量および再現性誤差量の測定を行う測定パラメータ各々の設定値の組み合わせが記述された実験計画表を生成し、データベース４０２に登録する（実験計画表生成処理）。
【００２０】
また、演算装置４０１は、データベース４０２に登録されている実験計画表に従い、制御系３０を制御して、実験計画表に記述されている測定パラメータ各々の設定値の組み合わせ毎に、半導体デバイス１３の回路パターンの測長を行い、そのときのシュリンク量および再現性誤差量を測定して、データベース４０２に登録する（実験データ収集処理）。
【００２１】
また、演算装置４０１は、データベース４０２に登録された測定パラメータ各々の設定値の組み合わせ毎のシュリンク量および再現性誤差量に従い、測定パラメータ各々の設定値の全ての組み合わせにおけるシュリンク量および再現性誤差量の相関図を生成し、ユーザインターフェース４０３に出力する。また、シュリンク量および再現性誤差量のバランスが最適となる測定パラメータ各々の設定値の組み合わせを検出し、ユーザインターフェース４０３に出力する（測定条件支援処理）。
【００２２】
また、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより入力された検査レシピ情報（測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）、半導体デバイス１３の情報、測定点の位置情報等）に従い、制御系３０を介してシステム全体の制御を行い、これにより二次荷電粒子検出器１０５で検出された二次荷電粒子１２を画像化して、ユーザインターフェース４０３に出力し、半導体デバイス１３の回路パターンを測長する（ＳＥＭ測定処理）。
【００２３】
次に、演算装置４０１が行う実験計画表生成処理、実験データ収集処理、および測定条件支援処理について説明する。なお、ＳＥＭ測定処理は、既存の走査電子顕微鏡システムのＳＥＭ測定処理と同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
先ず、実験計画表生成処理について説明する。
【００２５】
図２は実験計画表生成処理を説明するためのフロー図である。
【００２６】
このフローは、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより実験計画表の作成指示を受付けることで開始される。
【００２７】
まず、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータに直交表の選択画面を表示し、この選択画面を介して実験計画表データの作成に使用する直交表の指定を受付ける（Ｓ１０１）。本実施形態では、図３（Ａ）に示すＬ９直交表４０１１、図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２、および図３（Ｃ）に示すＬ１８直交表４０１３の中からいずれか一つを選択させる。なお、図３において、要因に付された添え字は水準を示している。
【００２８】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０１で指定された直交表で用いる水準表を決定する（Ｓ１０２）。水準表は直交表によって一意に決まる。Ｌ９直交表４０１１が選択された場合、図４（Ａ）に示す水準表４０１４が用いられる。この水準表４０１４では、４つの要因Ａ〜Ｄのそれぞれが３つの値をとる。また、Ｌ１８直交表４０１２が選択された場合、図４（Ｂ）に示す水準表４０１５が用いられる。この水準表４０１５では、８つの要因Ａ〜Ｈのうち列番上最初の要因Ａが２つの値をとり、残りの要因Ｂ〜Ｈが３つの値をとる。そして、Ｌ１８直交表４０１３が選択された場合、図４（Ｃ）に示す水準表４０１６が用いられる。この水準表４０１６では、８つの要因Ａ〜Ｈのうち列番上最初の要因Ａおよび２番目の要因Ｂの組み合わせが６つの値をとり、残りの要因Ｃ〜Ｈが３つの値をとる。なお、図４において、要因に付された添え字は水準を示している。
【００２９】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０１で指定された直交表のどの要因に測定パラメータを割り当てるかについて、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより指定を受付ける（Ｓ１０３）。本発明者等は、シュリンク量と計測再現性誤差量とがトレードオフの関係にあることを見出した。また、同じシュリンク量であっても、一次荷電粒子線１１の照射エネルギあるいは照射密度を決定する計測パラメータによって計測再現性誤差量が異なることを見出した。そこで、本実施形態では、一次荷電粒子線１１の照射エネルギあるいは照射密度を決定する４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のうちの少なくとも２つを、指定された直交表のいずれかの要因に割り当てるようにしている。
【００３０】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０２で決定された水準表に従い、Ｓ１０３で測定パラメータが割り当てられた要因各々について、各水準の値の指定を受付ける（Ｓ１０４）。例えばＳ１０１で指定された直交表が図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２であり、Ｓ１０３で４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のそれぞれがＬ１８直交表４０１２の要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられた場合を考える。Ｌ１８直交表４０１２で用いられる水準表は図４（Ｂ）に示す水準表４０１５であり、したがって、要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇはそれぞれ３つの値（水準）をとる。そこで、演算装置４０１は、４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のそれぞれについて、３つの値の指定を受付ける。これらの値は、荷電粒子線システムのスペックおよび測定対象の半導体デバイス１３の寸法、材料等を考慮して、オペレータが経験に基づき決定すればよい。
【００３１】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０１で指定された直交表において、Ｓ１０３でオペレータより受付けた指定内容に従い要因に測定パラメータを割り当て、且つ、Ｓ１０４でオペレータより受付けた指定内容に従い各要因の水準に値を設定して、最適な測定パラメータの設定値を見つけ出すための荷電粒子線システムの実験計画表データを作成する。そして、作成した実験計画表データに、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより受付けた識別情報（半導体デバイス１３の種別情報、材料情報等）を付加して、データベース４０２に登録する（Ｓ１０５）。
【００３２】
図５は実験計画表データを模式的に表した図である。図示するように、実験計画表データ４０１７は、オペレータより指定された直交表において、オペレータより受付けた指定内容に従い要因に測定パラメータが割り当てられたものであり、この実験計画表データ４０１７を一意に識別するための識別情報４０１７１が付与されている。図５に示す例では、図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２において、４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のそれぞれが要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられた場合を示している。また、各要因の水準は、測定パラメータ「加速電圧」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ３００（Ｖ）、６００（Ｖ）、９００（Ｖ)であり、測定パラメータ「電流量」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ４（ｐＡ）、８（ｐＡ）、１２（ｐＡ)であり、測定パラメータ「観測倍率」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ１００（ｋ）、１５０（ｋ）、２００（ｋ)であり、そして、測定パラメータ「フレーム数」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ１６、８、４である。測定パラメータが割り当てられていないその他の要因Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｈは、水準１〜３の全てにおいてヌル値「ｎｕｌl」が設定される。また、図５において、符号４０１７２は、シュリンク量（感度）の測定データを登録するためのカラムである。また、符号４０１７３は、再現性誤差量（ＳＮ比）の測定データを登録するためのカラムである。初期状態では、ヌル値「ｎｕｌｌ」が登録される。
【００３３】
次に、実験データ収集処理について説明する。
【００３４】
図６は実験データ収集処理を説明するためのフロー図である。
【００３５】
このフローは、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより実験データ収集指示を受付けることで開始される。
【００３６】
まず、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより、実験計画表データの識別情報の指定を受付ける（Ｓ２０１）。次に、演算装置４０１は、オペレータより受付けた識別情報を持つ実験計画表データをデータベース４０２から読み出す（Ｓ２０２）。また、実験計画表データから実験のレコードを抽出するのに用いるカウンタ値ｎを初期値（＝１）に設定する（Ｓ２０２）。
【００３７】
次に、演算装置４０１は、実験計画表データから実験ｎのレコードを抽出し、このレコードで要因に割り当てられている測定パラメータを読み出す（Ｓ２０４）。例えば図５に示す実験計画表データ（識別情報：０００１）の場合、実験Ｎｏ.１のレコードでは、要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられている加速電圧：３００（Ｖ）、電流量：４（ｐＡ）、倍率：１００（ｋ）、フレーム数：１６が読み出され、実験Ｎｏ.２のレコードでは、要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられている加速電圧：６００（Ｖ）、電流量：４（ｐＡ）、倍率：１５０（ｋ）、フレーム数：８が読み出される。
【００３８】
次に、演算装置４０１は、読み出した測定パラメータを制御系３０に設定する（Ｓ２０５）。また、試料である半導体デバイス１３の測定点を特定するのに用いるカウンタ値ｍを初期値（＝１）に設定する（Ｓ２０６）。
【００３９】
次に、演算装置４０１は、例えばデータベース４０２に予め登録しておいた半導体デバイス１３の各測定点の位置情報からｍ番目の測定点の位置情報を読み出す。そして、読み出した位置情報を制御系３０に設定する。これを受けて、制御系３０は、演算装置４０１により設定された位置情報により特定される半導体デバイス１３の部位（ｍ番目の測定点）が荷電粒子線光学系１０の一次荷電粒子線１１の照射位置となるように、試料ステージ２０１を制御する。そして、演算装置４０１により設定された測定パラメータでｍ番目の測定点の回路パターンを測長するように、荷電粒子線光学系１０を制御する。これにより、ｍ番目の測定点で回路パターンの測長を複数回実施する（Ｓ２０７）。
【００４０】
次に、演算装置４０１は、ｍ番目の測定点で複数回実施した回路パターンの測長結果を用いてｍ番目の測定点におけるシュリンク量を算出する（Ｓ２０８）。例えば、ｊ回目に測長された回路パターンの測長値Ｌｊからｊ+１回目に測長された回路パターンの測長値Ｌｊ+１を差し引くことでシュリンク量（Ｌｊ-Ｌｊ+１）を算出する。
【００４１】
次に、演算装置４０１は、例えばデータベース４０２に予め登録しておいた半導体デバイス１３の全ての測定点で回路パターンの測長を実施したか否かを判断する（Ｓ２０９）。未実施の測定点がある場合（Ｓ２０９でＮＯ）、カウンタ値ｍを一つインクリメントし（Ｓ２１３）、Ｓ２０７に戻る。
【００４２】
一方、未実施の測定点がない場合（Ｓ２０９でＹＥＳ）、演算装置４０１は、各測定点でのシュリンク量の平均を求め、これを実験ｎのシュリンク量ｓに設定する。そして、このシュリンク量ｓを感度Ｓ（＝ｓ）として、実験ｎのレコードのフィールド４０１７２に登録する（Ｓ２１０）。それから、演算装置４０１は、各測定点でのシュリンク量のばらつき（シュリンク量ｓの分散の平方根σの３倍）を実験ｎの計測再現性誤差量３σに設定する。そして、計測再現性誤差量３σを用いてＳＮ比η（＝１０×ｌｏｇ（１/σ２））を求め、これを実験ｎのレコードのフィールド４０１７３に登録する（Ｓ２１１）。それから、Ｓ２１２に進む。
【００４３】
Ｓ２１２において、演算装置４０１は実験計画表データに登録されている全ての実験のレコードについて、半導体デバイス１３の回路パターンの測長を実施したか否か調べる。未実施の実験のレコードがあるならば（Ｓ２１２でＮＯ）、カウンタ値ｎを一つインクリメントし（Ｓ２４３）、Ｓ２０４に戻る。一方、全ての実験のレコードについて実施済みならば（Ｓ２１２でＹＥＳ）、このフローを終了する。
【００４４】
図７は感度Ｓ、ＳＮ比ηが登録された実験計画表データを模式的に表した図である。ここでは、図５に示す実験計画表データ（識別情報：０００１）において、実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ１８の全てのレコードのフィールド４０１７２、４０１７３に、感度Ｓ、ＳＮ比ηが登録された場合を示している。
【００４５】
次に、測定条件支援処理について説明する。
【００４６】
図８は測定支援処理を説明するためのフロー図である。
【００４７】
このフローは、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより測定条件支援指示を受付けることで開始される。
【００４８】
まず、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより、実験データ収集済みの実験計画表データの識別情報の指定を受付ける（Ｓ３０１）。次に、演算装置４０１は、オペレータより受付けた識別情報を持つ実験計画表データをデータベース４０２から読み出す（Ｓ３０２）。そして、この実験計画表データに格納されている各要因の水準値の組み合わせと当該組み合わせでの実験結果（感度Ｓ、ＳＮ比η）とを用いて、測定パラメータが割り当てられた各要因の全ての水準値の組み合わせ各々でのシュリンク量ｓ、再現性誤差量３σを示す多元配置データを生成する（Ｓ３０３）。この多元配置データ生成処理は後述する。
【００４９】
次に、演算装置４０１は、図９に示すような、各要因の全ての水準の組み合わせ各々におけるシュリンク量ｓおよび再現性誤差量３σの相関を示す相関図表データを生成する。ここで、ポイント４０３１のそれぞれが、実験計画表データに記述されている測定パラメータが割り当てられた各要因の水準値の組み合わせにおけるシュリンク量ｓおよび再現性誤差量３σの相関を示している（Ｓ３０４）。
【００５０】
次に、演算装置４０１は、相関図表データを用いて、図１０に示すような相関解析画面データを生成し、これをユーザインターフェース４０３に表示する（Ｓ３０５）。
【００５１】
図１０において、符号４０３２は、Ｓ３０４で作成した相関図表データの表示欄である。オペレータは、カーソル４０３９を操作して所望のポイント４０３１を指定することができる。符号４０３３は、指定されたポイント４０３１に対応する、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準値を示す表示欄である。ここでは、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準値として、加速度、電流量、倍率、およびフレーム数それぞれの設定値が示されている。
【００５２】
符号４０３４は、指定されたポイント４０３１に対応する、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準値の組み合わせ、つまり、表示欄４０３３に表示されている設定値の組み合わせに対する評価値ｒを示す表示欄である。本実施形態では、演算装置４０１が、指定されたポイント４０３１におけるシュリンク量ｓおよび再現性誤差量３σを用いて、次式により評価値ｒを算出している。評価値ｒは小さいほど評価が高い。
【００５３】
ｒ＝√（ａ×ｓ２＋ｂ×（３σ）２）
但し、ａ，ｂ＝ｃｏｎｓｔ
符号４０３５は、表示欄４０３２の相関図表データに示されている各ポイント４０３１のうち、最も評価が高いポイント４０３１を検索するための検索ボタンである。符号４０３６は、表示欄４０３３に表示されている各測定パラメータの設定値を用いて半導体デバイス１３の回路パターンを測長するための検査レシピの自動作成を指示するための作成ボタンである。そして、符号４０３５は、検査レシピ作成のキャンセルを指示するための終了ボタンである。
【００５４】
さて、図１０に示すような相関解析画面を介してオペレータよりポイント４０３１が指定されると（Ｓ３０６でＹＥＳ）、演算装置４０１は、この指定されたポイント４０３１に対応する各測定パラメータの設定値を表示欄４０３３に表示する。また、この指定されたポイント４０３１の評価値ｒを算出して表示欄４０３４に表示する（Ｓ３０７）。
【００５５】
また、図１０に示すような相関解析画面を介してオペレータより最適条件検索ボタン４０３５が指定されると（Ｓ３０８でＹＥＳ）、演算装置４０１は、表示欄４０３２の相関図表データに示されている各ポイント４０３１の評価値ｒを算出する（Ｓ３０９）。そして、演算装置４０１は、最も評価が高い評価値ｒが算出されたポイント４０３１を特定し、このポイント４０３１の評価値ｒを表示欄４０３４に表示すると共に、このポイント４０３１に対応する各測定パラメータの設定値を表示欄４０３３に表示する。また、表示欄４０３２において、このポイント４０３１が他のポイント４０３１から識別できるように表示する（Ｓ３１０）。
【００５６】
また、図１０に示すような相関解析画面を介してオペレータよりレシピ作成ボタン４０３６が指定されると（Ｓ３１１でＹＥＳ）、演算装置４０１は、既存技術を用いて、表示欄４０３３に表示中の各測定パラメータの設定値を含む半導体デバイス１３の検査レシピデータを自動生成する（Ｓ３１２）。そして、作成した検査レシピデータに識別情報（半導体デバイス１３の種別情報、材料情報、実験計画表データの識別情報等）を付与してデータベース４０２登録し、このフローを終了する。また、終了ボタン４０３７が指定された場合も（Ｓ３１３でＹＥＳ）、このフローを終了する。
【００５７】
次に、多元配置データ生成処理（図８のＳ３０３）について説明する。
【００５８】
図１１は、多元配置データ生成処理（図８のＳ３０３）を説明するためのフロー図である。
【００５９】
先ず、演算装置４０１は、実験計画表データに基づいて、図１２（Ａ）に示すような感度Ｓの補助表データを生成する（Ｓ３０２１）。ここで、図７に示す実験計画表データを例に取り、感度Ｓの補助表データの生成を具体的に説明する。
【００６０】
実験計画表データの列番上１番目の要因Ａに着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ａは２つの水準（水準１、水準２）をとる。実験計画表データから要因Ａが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ａが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されている感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ａの水準１に対応するエントリ４０１８１に登録する。要因Ａの水準２についても同様に処理して感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ａの水準２に対応するエントリ４０１８１に登録する。
【００６１】
次に、実験計画表データの列番上２番目の要因Ｂ（電流量）に着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ｂ（電流量）は３つの水準（水準１、水準２、水準３）をとる。先ず、実験計画表データから要因Ｂが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ｂが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されている感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ｂ（電流量）の水準１に対応するエントリ４０１８１に登録する。要因Ｂの水準２、水準３についても同様に処理して感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ｂの水準２、水準３に対応するエントリ４０１８１に登録する。
【００６２】
上記の処理を実験計画表データの列番上最後の要因Ｈまで繰り返す。これにより、図１２（Ａ）に示すような、実験計画表データに記述されている各要因Ａ〜Ｈについて、水準毎に感度Ｓが登録された補助表データ４０１８が作成される。
【００６３】
次に、演算装置４０１は、実験計画表データに基づいて、図１２（Ｂ）に示すようなＳＮ比ηの補助表データを生成する（Ｓ３０２２）。ここで、図７に示す実験計画表データを例に取り、ＳＮ比ηの補助表データの生成を具体的に説明する。
【００６４】
実験計画表データの列番上１番目の要因Ａに着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ａは２つの水準（水準１、水準２）をとる。実験計画表データから要因Ａが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ａが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されているＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ａの水準１に対応するエントリ４０１９１に登録する。要因Ａの水準２についても同様に処理してＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ａの水準２に対応するエントリ４０１９１に登録する。
【００６５】
次に、実験計画表データの列番上２番目の要因Ｂ（電流量）に着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ｂ（電流量）は３つの水準（水準１、水準２、水準３）をとる。先ず、実験計画表データから要因Ｂが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ｂが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されているＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ｂ（電流量）の水準１に対応するエントリ４０１９１に登録する。要因Ｂの水準２、水準３についても同様に処理してＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ｂの水準２、水準３に対応するエントリ４０１９１に登録する。
【００６６】
上記の処理を実験計画表データの列番上最後の要因Ｈまで繰り返す。これにより、図１２（Ｂ）に示すような、実験計画表データに記述されている各要因Ａ〜Ｈについて、水準毎にＳＮ比ηが登録された補助表データ４０１９が作成される。
【００６７】
次に、演算装置４０１は、感度Ｓの補助表データ４０１８およびＳＮ比ηの補助表データ４０１９を用いて、実験計画表データに記述されている各要因Ａ〜Ｈの要因効果図データを生成する（Ｓ３０２３〜Ｓ３０２５）。ここで、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す補助表データ４０１８、４０１９を例に取り、各要因Ａ〜Ｈの要因効果図データの生成を具体的に説明する。
【００６８】
まず、実験計画表データの列番上１番目の要因Ａに着目する（Ｓ３０２３）。要因Ａの水準１、水準２に対応する各エントリ４０１８１に登録されている感度Ｓ各々を補助表データ４０１８から取り出して要因Ａの要因効果図にプロットする。同様に、要因Ａの水準１、水準２に対応する各エントリ４０１９１に登録されているＳＮ比η各々を補助表データ４０１９から取り出して要因Ａの要因効果図にプロットする。これにより、図１３（Ａ）に示す要因Ａの要因効果図データ４０４１を生成し、これをデータベース４０２に登録する（Ｓ３０２４）。
【００６９】
次に、要因Ａが実験計画表データの列番上最後の要因か否かを判断する（Ｓ３０２５）。要因Ａは実験計画表データの列番上最後の要因ではないので、Ｓ３０２３に戻り、実験計画表データの列番上２番目の要因Ｂ（電流量）に着目する。要因Ｂの水準１、水準２、水準３に対応する各エントリ４０１８１に登録されている感度Ｓ各々を補助表データ４０１８から取り出して要因Ｂの要因効果図にプロットする。同様に、要因Ｂの水準１、水準２、水準３に対応する各エントリ４０１９１に登録されているＳＮ比η各々を補助表データ４０１９から取り出して要因Ｂの要因効果図にプロットする。これにより、図１３（Ｂ）に示す要因Ｂの要因効果図データ４０４２を生成し、これをデータベース４０２に登録する（Ｓ３０２４）。
【００７０】
以上の処理を実験計画表データの列番上最後の要因Ｈまで繰り返す。これにより、図１３（Ａ）〜（Ｈ）に示す各要因Ａ〜Ｈの要因効果図データ４０４１〜４０４８を生成し、データベース４０２に登録する（Ｓ３０２３〜Ｓ３０２５）。これらの要因効果図データ４０４１〜４０４８は、オペレータの指示に従いユーザインターフェース４０３に表示するようにしてもよい。
【００７１】
次に、演算装置４０１は、測定パラメータが割り当てられた各要因が採り得る全ての水準の組合せ（多元配置された組合せ）の中から未選択の組合せを選択する（Ｓ３０２６）。なお、多元配置する組合せは、実験計画表データが採用する直交表に用いる水準表から作成することができる。例えば図７に示す実験計画表データの場合、図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２に対応する水準表（図４（Ｂ）に示す水準表）のうち、測定パラメータが割当てられた要因Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇの全ての水準の組合せを生成することで、多元配置する組合せを生成する。
【００７２】
次に、演算装置４０１は、Ｓ３０２６で選択した組合せに対応する感度ＳおよびＳＮ比ηを算出する（Ｓ３０２７）。
【００７３】
具体的には、次の要領で感度Ｓを算出する。先ず、選択した組合せに含まれている要因の水準に対応する感度Ｓを、データベース４０２に登録されている当該要因の要因効果図データから検索し、これを感度Ｓの累積値ΣＳ（初期値０）に加算する。この処理を選択した組合せに含まれている全ての要因のそれぞれに対して行う。次に、データベース４０２に登録されている各要因の要因効果図データにプロットされている感度Ｓの平均値Ｓａｖｅを算出する。以上のようにして算出した累積値ΣＳおよび平均値Ｓａｖｅを用いて、次式により選択した組合せに対応する感度Ｓを算出する。
【００７４】
Ｓ＝Ｓａｖｅ＋（ΣＳ-４Ｓａｖｅ）
また、次の要領でＳＮ比ηを算出する。先ず、選択した組合せに含まれている要因の水準に対応するＳＮ比ηを、データベース４０２に登録されている当該要因の要因効果図データから検索し、これをＳＮ比ηの累積値Ση（初期値０）に加算する。この処理を選択した組合せに含まれている全ての要因のそれぞれに対して行う。次に、データベース４０２に登録されている各要因の要因効果図データにプロットされているＳＮ比ηの平均値ηａｖｅを算出する。以上のようにして算出した累積値Σηおよび平均値ηａｖｅを用いて、次式により選択した組合せに対応するＳＮ比ηを算出する。
【００７５】
η＝ηａｖｅ＋（Ση-４ηａｖｅ）
次に、演算装置４０１は、Ｓ３０２７で算出した感度Ｓ、ＳＮ比ηを、それぞれシュリンク量ｓ、再現性誤差量３σに変換し、これらをＳ３０２６で選択した組合せに対応付けてデータベース４０２に登録する（Ｓ３０２８）。なお、上述したように感度Ｓとシュリンク量ｓとの間にはＳ＝ｓなる関係がある。したがって、感度Ｓがそのままシュリンク量ｓに設定される。また、ＳＮ比ηと再現性誤差量３σとの間には、η＝１０×ｌｏｇ（１/σ２）の関係がある。しがたって、この式にＳＮ比ηを代入してσを求め、これを３倍することで再現性誤差量３σを算出する。
【００７６】
次に、演算装置４０１は、多元配置された組合せの全てを選択したか否かを判断する（Ｓ３０２９）。未選択の組合せがある場合は（Ｓ３０２９でＮＯ）、Ｓ３０２６に戻る。一方、未選択の組合せがない場合は（Ｓ３０２９でＹＥＳ）、多元配置データが完成したことになるので、このフローを終了する。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００７８】
本実施形態によれば、オペレータは、ユーザインターフェース４０３に表示された、各測定パラメータの設定値の組み合わせにおけるシュリンク量および計測再現性誤差量の算出結果から、許容されるシュリンク量において、計測再現性誤差量が最も小さくなる各測定パラメータの設定値の組み合わせを知ることができる。したがって、シュリンク量および再現性誤差量の双方を考慮して、走査電子顕微鏡システムの最適なパターン測長条件を決定することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、演算装置４０１が、最も小さい評価値ｒとなる測定パラメータの設定値の組み合わせを検出してユーザインターフェース４０３に表示する。この組み合わせを用いて走査電子顕微鏡システムのパターン測長条件を決定することにより、オペレータの経験に依存しないで走査電子顕微鏡システムの最適なパターン測長条件を決定することが可能となり、これにより、パターン測長条件のオペレータ間のばらつきを少なくすることができる。
【００８０】
図１４は、相関図表データにプロットされた幾つかのポイント（推定値）４０３１について、そのポイントに対応する測定パラメータの設定値の組合せで実際に測長した結果（実験値）４０３２を重ねてプロットした図である。実験値より推定値の精度を見積もると、シュリンク量、計測再現性誤差量共に、０．３ｎｍ以内の精度で推定を行えていることがわかる。したがって、相関図表データを用いることで、走査電子顕微鏡システムの最適なパターン測長条件を決定できることがわかる。
【００８１】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより、許容されるシュリンク量の指定を受付けることで、図１０に示す相関解析画面の表示欄４０３２に、例えば図１５に示すような、許容されたシュリンク量のポイント４０３１のみがプロットされた相関図表データを表示するようにしてもよい。
【００８３】
また、演算装置４０１が、測定パラメータが割り当てられた要因各々について、当該要因の要因効果図データにプロットされている水準毎に、該水準と該水準でのシュリンク量および計測再現性誤差量とを、所定の関数（例えば多項式）に代入することで、回帰分析により、水準値間の値（内挿値）における計測再現性とシュリンク量とを示す相関関数を求め、この相関関数が表す内挿曲線４０３３１〜４０３３４を、図１６に示すように、図１０に示す相関解析画面の表示欄４０３２に表示する相関図表データに重ねて表示してもよい。オペレータは、内挿曲線４０３３１〜４０３３４が重畳された相関図表データを見ることにより、多元配置された組合せよりもシュリンク量が少なく、かつ計測再現性誤差量の少ない測定パラメータの設定値を容易に見つけ出すことが可能となる。
【００８４】
図１６に示す例では、領域Ａがシュリンク量と計測再現性誤差量とのバランスが最適であることがわかる。そこで、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより指定された当該曲線上の領域Ａ内の点におけるシュリンク量および計測再現性誤差量を特定し、領域Ａを通過する観測倍率の内挿曲線４０３３３を表す相関関数に、この特定したシュリンク量および計測再現性誤差量を代入することで、観測倍率の設定値（水準値）を算出しユーザインターフェース４０３に出力する。
【００８５】
本実施形態において、最適な測定パラメータの設定値を検出するためには、実験計画表データにおいて測定パラメータが割り当てられた各要因の水準値を大きく振って測定パラメータの依存性を明確にすることが好ましい。また、直交表は水準数を多くすると飛躍的に実験数が多くなるので、せいぜい３水準までとすることが現実的である。このため、実験に用いた水準値（測定パラメータの設定値）が最適な測定パラメータの設定値であるとはかぎらない。そこで、図１６に示すように、内挿による推定と組み合わせることで、最適な測定パラメータの検出が容易となる。
【００８６】
また、上記の実施形態において、半導体デバイス１３の回路パターン測長値の真値からのずれ量ｓ’をシュリンク量ｓに代わりに用いることもできる。ただし、半導体デバイス１３の各測定点の回路パターン長の真値を予めデータベース４０２に登録しておく必要がある。そして、演算装置４０１が、図６のＳ２０７において、ｍ番目の測定点での回路パターン測長値と、ｍ番目の測定点での回路パターン長の真値との差分を求め、この差分をｍ番目の測定点における回路パターン測長値の真値からのずれ量ｓ’とする。
【００８７】
このようにすることで、上記の実施形態と同様に、回路パターン測長値の真値からのずれ量が少なく、かつ計測再現性誤差量の少ない測定パラメータ各々の設定値の組合せを容易に見つけ出すことが可能となる。なお、相関図表データに表示する値として、半導体デバイス１３の回路パターン測長値の真値からのずれ量ｓ’の代わりに、半導体デバイス１３の回路パターン測長値そのものを用いてもかまわない。
【００８８】
また、上記の実施形態の走査電子顕微鏡システムにおいて、制御系３０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Inteｇrated Circuits）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。
【００８９】
また、情報処理系４０（演算装置４０１、データベース４０２、およびユーザインターフェース４０３）は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の外部記憶装置、ＣＤ-ＲＯＭやＤＶＤ-ＲＯＭ等の可搬性を有する記憶媒体から情報を読み出す読取装置、キーボードやマウスなどの入力装置、ディスプレイなどの出力装置、通信回線を介して相手装置と通信を行なうための通信装置、およびこれらの各装置を接続するバスを備えた一般的なコンピュータにおいて、ＣＰＵがメモリ上にロードされた所定のプログラムを実行することにより実現できる。
【００９０】
また、図１７に示すように、データベース４０２をネットワーク共有にすることで、複数の上記実施形態の走査電子顕微鏡システムで、実験計画表データおよび検査レシピを共用できるようにしてもよい。あるいは、図１８に示すように、情報処理系４０をネットワーク共有にすることで、オペレータが、複数の上記実施形態の走査電子顕微鏡システムの制御系３０に対する各種設定を同じユーザインターフェース４０３から行えるようにしてかまわない。
【００９１】
また、上記の実施形態では、本発明を走査電子顕微鏡システムに適用した場合を例にとり説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、電子線描画装置およびイオンビーム照射装置等の他の荷電粒子線応用装置にも適用可能である。また、測定対象の試料も半導体デバイスに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの概略構成図である。
【図２】図２は実験計画表生成処理を説明するためのフロー図である。
【図３】図３（Ａ）はＬ９直交表を示す図であり、図３（Ｂ）はＬ１８直交表を示す図であり、そして、図３（Ｃ）はＬ１８直交表を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は図３（Ａ）に示すＬ９直交表に用いる水準表を示す図であり、図４（Ｂ）は図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表に用いる水準表を示す図であり、そして、図４（Ｃ）は図３（Ｃ）に示すＬ１８直交表に用いる水準表を示す図である。
【図５】図５は実験計画表データを模式的に表した図である。
【図６】図６は実験データ収集処理を説明するためのフロー図である。
【図７】図７は感度Ｓ、ＳＮ比ηが登録された実験計画表データを模式的に表した図である。
【図８】図８は測定支援処理を説明するためのフロー図である。
【図９】図９は相関図表データを模式的に表した図である。
【図１０】図１０は相関解析画面データを模式的に表した図である。
【図１１】図１１は多元配置データ生成処理（図８のＳ３０３）を説明するためのフロー図である。
【図１２】図１２（Ａ）は感度Ｓの補助表データを生成する模式的に表した図であり、図１２（Ｂ）はＳＮ比ηの補助表データを模式的に表した図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜（Ｈ）は要因Ａ〜Ｈの要因効果図データを模式的に表した図である。
【図１４】図１４は相関図表データにプロットされた幾つかの推定値について、その推定値に対応する測定パラメータの設定値の組合せで実際に測長した実験値を重ねてプロットした図である。
【図１５】図１５は相関図表データを模式的に表した図である。
【図１６】図１６は相関図表データを模式的に表した図である。
【図１７】図１７は本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの変形例を示す図である。
【図１８】図１８は本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０：荷電粒子線光学系、１１：一次荷電粒子線、１２：二次荷電粒子、１３：半導体デバイス、２０：資料室、３０：制御系、４０：情報処理系、１０１：電子銃、１０２：コンデンサレンズ、１０３：偏向コイル、１０４：対物レンズ、１０５：二次荷電粒子検出器、２０１：試料ステージ、４０１：演算装置、４０２：データベース、４０３：ユーザインターフェース
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線を用いて半導体デバイスの回路パターンを計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの回路パターンを計測する技術として、荷電粒子線システムがある。荷電粒子線システムは、半導体デバイスに一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出する。そして、検出した二次荷電粒子を画像化して表示する。
【０００３】
近年、半導体デバイスの微細化が進んでおり、これに伴いリソグラフィ工程で用いる光源として波長のより短いものが望まれている。現在、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）よりも更に短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が検討されている。
【０００４】
ところで、荷電粒子線システムの一次荷電粒子線をＡｒＦエキシマレーザ用フォトレジスト（以下、ＡｒＦレジストと呼ぶ）に照射すると、ＡｒＦレジストのパターン寸法が変化する。この現象はシュリンクと呼ばれている。ＡｒＦレジスト以外でシュリンクする材料としてｌｏｗ-ｋ材料が知られている。ｌｏｗ-ｋ材料もＡｒＦレジストと同様に次世代の半導体材料として有望視されている。
【０００５】
このシュリンクは、荷電粒子線システムによる半導体デバイスの正確なパターン寸法計測を妨げるものである。シュリンクに関し、特許文献１には、荷電粒子線システムの一次荷電粒子線の照射エネルギを３００ｅＶ以下にするか、あるいはその照射密度を１．４Ｃ/ｍ２以下にすることで、荷電粒子線システムでｌｏｗ-ｋ材料を観察する際に発生するシュリンク量を２.４ｎｍ以下に抑える技術が開示されている。また、特許文献２には、荷電粒子線システムのチャンバ内のコンタミネーションおよび半導体デバイスから発生するコンタミネーションによって生じるレジストパターンの線幅太り現象と、パターン寸法計測回数との関係から、外部環境に影響されることのないシュリンク量を算出する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４-２２７８７９号公報
【特許文献２】特開２００５-２１７１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術によれば、一次荷電粒子線の照射エネルギを３００ｅＶ以下にするか、あるいはその照射密度を１．４Ｃ/ｍ２以下にすることで、ｌｏｗ-ｋ材料を観察する際に発生するシュリンク量を２.４ｎｍ以下に抑えることができる。また、特許文献２に記載の技術によれば、外部環境に影響されることのないシュリンク量を算出することができる。しかしながら、これらの技術は、計測再現性誤差量を考慮していない。特許文献１に記載の技術によりシュリンク量を小さくすることができたとしても、あるいは、特許文献２に記載の技術によりシュリンク量を算出することができたとしても、計測再現性誤差量が大きいと、半導体デバイスの寸法管理を高精度に行うことができない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量の双方を考慮して、荷電粒子線システムの最適なパターン寸法計測条件を決定する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）と計測再現性誤差量とがトレードオフの関係にあることを見出した。また、同じシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）であっても、一次荷電粒子線の照射エネルギあるいは照射密度を決定する測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）によって計測再現性誤差量が異なることを見出した。そこで、本発明では、測定パラメータである加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数の少なくとも２つを要因とする直交表を使って実験計画を立て、半導体デバイスのシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量を計測する実験を行う。そして、実験結果から多元配置により各要因の水準の組み合わせにおけるシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量を算出する。
【００１０】
例えば、本発明の荷電粒子線システムは、半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、測定パラメータを前記制御系に設定する情報処理系と、を有する荷電粒子線システムであって、
前記情報処理系は、
演算装置、記憶装置、およびユーザインターフェースを有し、
前記記憶装置は、
加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データを記憶し、
前記演算装置は、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、前記記憶装置に記憶する実験データ収集処理と、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力する測定条件支援処理と、を実行する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各要因の水準の組み合わせにおけるシュリンク量（あるいは測長値の
真値からのずれ量）および計測再現性誤差量の算出結果から、許容されるシュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）において、計測再現性誤差量が最も小さくなる各要因の水準の組み合わせを検出することができる。したがって、シュリンク量（あるいは測長値の真値からのずれ量）および計測再現性誤差量の双方を考慮して、荷電粒子線システムの最適なパターン寸法計測条件を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの概略構成図である。
【００１４】
図示するように、本実施形態の走査電子顕微鏡システムは、荷電粒子線光学系１０と、資料室２０と、制御系３０と、情報処理系４０と、を有する。
【００１５】
荷電粒子線光学系１０は、一次荷電粒子線１１を出射する電子銃１０１と、電子銃１０１から出射された一次荷電粒子線１１を半導体デバイス１３上で集束するためのコンデンサレンズ１０２および対物レンズ１０４と、電子銃１０１から出射された一次荷電粒子線１１を半導体デバイス１３上で二次元に走査するための偏向コイル１０３と、半導体デバイス１３への一次荷電粒子線１１の照射に起因して半導体デバイス１３から放出される二次荷電粒子１２を検出する二次荷電粒子検出器１０５と、を有する。
【００１６】
試料室２０は、一次荷電粒子線１１の入射方向に対して垂直方向に半導体デバイス１３を移動させる試料ステージ２０１を有する。
【００１７】
制御系３０は、情報処理系４０によって設定された測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）に従い荷電粒子線光学系１０の各部を制御する。また、情報処理系４０から出力された命令に従いステージ２０１を移動して、半導体デバイス１３の所望の測定点が一次荷電粒子線１１の照射位置にくるように制御する。
【００１８】
情報処理系４０は、演算装置４０１、データベース４０２と、ユーザーインターフェース４０３と、を有する。
【００１９】
演算装置４０１は、ユーザーインターフェース４０３を介してオペレータより受付けた指示に従い、測定パラメータ各々の設定値の最適な組み合わせを検出するために必要な、シュリンク量および再現性誤差量の測定を行う測定パラメータ各々の設定値の組み合わせが記述された実験計画表を生成し、データベース４０２に登録する（実験計画表生成処理）。
【００２０】
また、演算装置４０１は、データベース４０２に登録されている実験計画表に従い、制御系３０を制御して、実験計画表に記述されている測定パラメータ各々の設定値の組み合わせ毎に、半導体デバイス１３の回路パターンの測長を行い、そのときのシュリンク量および再現性誤差量を測定して、データベース４０２に登録する（実験データ収集処理）。
【００２１】
また、演算装置４０１は、データベース４０２に登録された測定パラメータ各々の設定値の組み合わせ毎のシュリンク量および再現性誤差量に従い、測定パラメータ各々の設定値の全ての組み合わせにおけるシュリンク量および再現性誤差量の相関図を生成し、ユーザインターフェース４０３に出力する。また、シュリンク量および再現性誤差量のバランスが最適となる測定パラメータ各々の設定値の組み合わせを検出し、ユーザインターフェース４０３に出力する（測定条件支援処理）。
【００２２】
また、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより入力された検査レシピ情報（測定パラメータ（加速電圧、電流量、観察倍率、フレーム数）、半導体デバイス１３の情報、測定点の位置情報等）に従い、制御系３０を介してシステム全体の制御を行い、これにより二次荷電粒子検出器１０５で検出された二次荷電粒子１２を画像化して、ユーザインターフェース４０３に出力し、半導体デバイス１３の回路パターンを測長する（ＳＥＭ測定処理）。
【００２３】
次に、演算装置４０１が行う実験計画表生成処理、実験データ収集処理、および測定条件支援処理について説明する。なお、ＳＥＭ測定処理は、既存の走査電子顕微鏡システムのＳＥＭ測定処理と同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
先ず、実験計画表生成処理について説明する。
【００２５】
図２は実験計画表生成処理を説明するためのフロー図である。
【００２６】
このフローは、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより実験計画表の作成指示を受付けることで開始される。
【００２７】
まず、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータに直交表の選択画面を表示し、この選択画面を介して実験計画表データの作成に使用する直交表の指定を受付ける（Ｓ１０１）。本実施形態では、図３（Ａ）に示すＬ９直交表４０１１、図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２、および図３（Ｃ）に示すＬ１８直交表４０１３の中からいずれか一つを選択させる。なお、図３において、要因に付された添え字は水準を示している。
【００２８】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０１で指定された直交表で用いる水準表を決定する（Ｓ１０２）。水準表は直交表によって一意に決まる。Ｌ９直交表４０１１が選択された場合、図４（Ａ）に示す水準表４０１４が用いられる。この水準表４０１４では、４つの要因Ａ〜Ｄのそれぞれが３つの値をとる。また、Ｌ１８直交表４０１２が選択された場合、図４（Ｂ）に示す水準表４０１５が用いられる。この水準表４０１５では、８つの要因Ａ〜Ｈのうち列番上最初の要因Ａが２つの値をとり、残りの要因Ｂ〜Ｈが３つの値をとる。そして、Ｌ１８直交表４０１３が選択された場合、図４（Ｃ）に示す水準表４０１６が用いられる。この水準表４０１６では、８つの要因Ａ〜Ｈのうち列番上最初の要因Ａおよび２番目の要因Ｂの組み合わせが６つの値をとり、残りの要因Ｃ〜Ｈが３つの値をとる。なお、図４において、要因に付された添え字は水準を示している。
【００２９】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０１で指定された直交表のどの要因に測定パラメータを割り当てるかについて、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより指定を受付ける（Ｓ１０３）。本発明者等は、シュリンク量と計測再現性誤差量とがトレードオフの関係にあることを見出した。また、同じシュリンク量であっても、一次荷電粒子線１１の照射エネルギあるいは照射密度を決定する計測パラメータによって計測再現性誤差量が異なることを見出した。そこで、本実施形態では、一次荷電粒子線１１の照射エネルギあるいは照射密度を決定する４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のうちの少なくとも２つを、指定された直交表のいずれかの要因に割り当てるようにしている。
【００３０】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０２で決定された水準表に従い、Ｓ１０３で測定パラメータが割り当てられた要因各々について、各水準の値の指定を受付ける（Ｓ１０４）。例えばＳ１０１で指定された直交表が図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２であり、Ｓ１０３で４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のそれぞれがＬ１８直交表４０１２の要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられた場合を考える。Ｌ１８直交表４０１２で用いられる水準表は図４（Ｂ）に示す水準表４０１５であり、したがって、要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇはそれぞれ３つの値（水準）をとる。そこで、演算装置４０１は、４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のそれぞれについて、３つの値の指定を受付ける。これらの値は、荷電粒子線システムのスペックおよび測定対象の半導体デバイス１３の寸法、材料等を考慮して、オペレータが経験に基づき決定すればよい。
【００３１】
次に、演算装置４０１は、Ｓ１０１で指定された直交表において、Ｓ１０３でオペレータより受付けた指定内容に従い要因に測定パラメータを割り当て、且つ、Ｓ１０４でオペレータより受付けた指定内容に従い各要因の水準に値を設定して、最適な測定パラメータの設定値を見つけ出すための荷電粒子線システムの実験計画表データを作成する。そして、作成した実験計画表データに、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより受付けた識別情報（半導体デバイス１３の種別情報、材料情報等）を付加して、データベース４０２に登録する（Ｓ１０５）。
【００３２】
図５は実験計画表データを模式的に表した図である。図示するように、実験計画表データ４０１７は、オペレータより指定された直交表において、オペレータより受付けた指定内容に従い要因に測定パラメータが割り当てられたものであり、この実験計画表データ４０１７を一意に識別するための識別情報４０１７１が付与されている。図５に示す例では、図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２において、４つの計測パラメータ「加速電圧」、「電流量」、「観察倍率」、「フレーム数」のそれぞれが要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられた場合を示している。また、各要因の水準は、測定パラメータ「加速電圧」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ３００（Ｖ）、６００（Ｖ）、９００（Ｖ)であり、測定パラメータ「電流量」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ４（ｐＡ）、８（ｐＡ）、１２（ｐＡ)であり、測定パラメータ「観測倍率」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ１００（ｋ）、１５０（ｋ）、２００（ｋ)であり、そして、測定パラメータ「フレーム数」の水準１、水準２、水準３がそれぞれ１６、８、４である。測定パラメータが割り当てられていないその他の要因Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｈは、水準１〜３の全てにおいてヌル値「ｎｕｌl」が設定される。また、図５において、符号４０１７２は、シュリンク量（感度）の測定データを登録するためのカラムである。また、符号４０１７３は、再現性誤差量（ＳＮ比）の測定データを登録するためのカラムである。初期状態では、ヌル値「ｎｕｌｌ」が登録される。
【００３３】
次に、実験データ収集処理について説明する。
【００３４】
図６は実験データ収集処理を説明するためのフロー図である。
【００３５】
このフローは、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより実験データ収集指示を受付けることで開始される。
【００３６】
まず、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより、実験計画表データの識別情報の指定を受付ける（Ｓ２０１）。次に、演算装置４０１は、オペレータより受付けた識別情報を持つ実験計画表データをデータベース４０２から読み出す（Ｓ２０２）。また、実験計画表データから実験のレコードを抽出するのに用いるカウンタ値ｎを初期値（＝１）に設定する（Ｓ２０２）。
【００３７】
次に、演算装置４０１は、実験計画表データから実験ｎのレコードを抽出し、このレコードで要因に割り当てられている測定パラメータを読み出す（Ｓ２０４）。例えば図５に示す実験計画表データ（識別情報：０００１）の場合、実験Ｎｏ.１のレコードでは、要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられている加速電圧：３００（Ｖ）、電流量：４（ｐＡ）、倍率：１００（ｋ）、フレーム数：１６が読み出され、実験Ｎｏ.２のレコードでは、要因Ｃ、Ｂ、Ｆ、Ｇに割り当てられている加速電圧：６００（Ｖ）、電流量：４（ｐＡ）、倍率：１５０（ｋ）、フレーム数：８が読み出される。
【００３８】
次に、演算装置４０１は、読み出した測定パラメータを制御系３０に設定する（Ｓ２０５）。また、試料である半導体デバイス１３の測定点を特定するのに用いるカウンタ値ｍを初期値（＝１）に設定する（Ｓ２０６）。
【００３９】
次に、演算装置４０１は、例えばデータベース４０２に予め登録しておいた半導体デバイス１３の各測定点の位置情報からｍ番目の測定点の位置情報を読み出す。そして、読み出した位置情報を制御系３０に設定する。これを受けて、制御系３０は、演算装置４０１により設定された位置情報により特定される半導体デバイス１３の部位（ｍ番目の測定点）が荷電粒子線光学系１０の一次荷電粒子線１１の照射位置となるように、試料ステージ２０１を制御する。そして、演算装置４０１により設定された測定パラメータでｍ番目の測定点の回路パターンを測長するように、荷電粒子線光学系１０を制御する。これにより、ｍ番目の測定点で回路パターンの測長を複数回実施する（Ｓ２０７）。
【００４０】
次に、演算装置４０１は、ｍ番目の測定点で複数回実施した回路パターンの測長結果を用いてｍ番目の測定点におけるシュリンク量を算出する（Ｓ２０８）。例えば、ｊ回目に測長された回路パターンの測長値Ｌｊからｊ+１回目に測長された回路パターンの測長値Ｌｊ+１を差し引くことでシュリンク量（Ｌｊ-Ｌｊ+１）を算出する。
【００４１】
次に、演算装置４０１は、例えばデータベース４０２に予め登録しておいた半導体デバイス１３の全ての測定点で回路パターンの測長を実施したか否かを判断する（Ｓ２０９）。未実施の測定点がある場合（Ｓ２０９でＮＯ）、カウンタ値ｍを一つインクリメントし（Ｓ２１３）、Ｓ２０７に戻る。
【００４２】
一方、未実施の測定点がない場合（Ｓ２０９でＹＥＳ）、演算装置４０１は、各測定点でのシュリンク量の平均を求め、これを実験ｎのシュリンク量ｓに設定する。そして、このシュリンク量ｓを感度Ｓ（＝ｓ）として、実験ｎのレコードのフィールド４０１７２に登録する（Ｓ２１０）。それから、演算装置４０１は、各測定点でのシュリンク量のばらつき（シュリンク量ｓの分散の平方根σの３倍）を実験ｎの計測再現性誤差量３σに設定する。そして、計測再現性誤差量３σを用いてＳＮ比η（＝１０×ｌｏｇ（１/σ２））を求め、これを実験ｎのレコードのフィールド４０１７３に登録する（Ｓ２１１）。それから、Ｓ２１２に進む。
【００４３】
Ｓ２１２において、演算装置４０１は実験計画表データに登録されている全ての実験のレコードについて、半導体デバイス１３の回路パターンの測長を実施したか否か調べる。未実施の実験のレコードがあるならば（Ｓ２１２でＮＯ）、カウンタ値ｎを一つインクリメントし（Ｓ２４３）、Ｓ２０４に戻る。一方、全ての実験のレコードについて実施済みならば（Ｓ２１２でＹＥＳ）、このフローを終了する。
【００４４】
図７は感度Ｓ、ＳＮ比ηが登録された実験計画表データを模式的に表した図である。ここでは、図５に示す実験計画表データ（識別情報：０００１）において、実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ１８の全てのレコードのフィールド４０１７２、４０１７３に、感度Ｓ、ＳＮ比ηが登録された場合を示している。
【００４５】
次に、測定条件支援処理について説明する。
【００４６】
図８は測定支援処理を説明するためのフロー図である。
【００４７】
このフローは、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより測定条件支援指示を受付けることで開始される。
【００４８】
まず、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより、実験データ収集済みの実験計画表データの識別情報の指定を受付ける（Ｓ３０１）。次に、演算装置４０１は、オペレータより受付けた識別情報を持つ実験計画表データをデータベース４０２から読み出す（Ｓ３０２）。そして、この実験計画表データに格納されている各要因の水準値の組み合わせと当該組み合わせでの実験結果（感度Ｓ、ＳＮ比η）とを用いて、測定パラメータが割り当てられた各要因の全ての水準値の組み合わせ各々でのシュリンク量ｓ、再現性誤差量３σを示す多元配置データを生成する（Ｓ３０３）。この多元配置データ生成処理は後述する。
【００４９】
次に、演算装置４０１は、図９に示すような、各要因の全ての水準の組み合わせ各々におけるシュリンク量ｓおよび再現性誤差量３σの相関を示す相関図表データを生成する。ここで、ポイント４０３１のそれぞれが、実験計画表データに記述されている測定パラメータが割り当てられた各要因の水準値の組み合わせにおけるシュリンク量ｓおよび再現性誤差量３σの相関を示している（Ｓ３０４）。
【００５０】
次に、演算装置４０１は、相関図表データを用いて、図１０に示すような相関解析画面データを生成し、これをユーザインターフェース４０３に表示する（Ｓ３０５）。
【００５１】
図１０において、符号４０３２は、Ｓ３０４で作成した相関図表データの表示欄である。オペレータは、カーソル４０３９を操作して所望のポイント４０３１を指定することができる。符号４０３３は、指定されたポイント４０３１に対応する、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準値を示す表示欄である。ここでは、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準値として、加速度、電流量、倍率、およびフレーム数それぞれの設定値が示されている。
【００５２】
符号４０３４は、指定されたポイント４０３１に対応する、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準値の組み合わせ、つまり、表示欄４０３３に表示されている設定値の組み合わせに対する評価値ｒを示す表示欄である。本実施形態では、演算装置４０１が、指定されたポイント４０３１におけるシュリンク量ｓおよび再現性誤差量３σを用いて、次式により評価値ｒを算出している。評価値ｒは小さいほど評価が高い。
【００５３】
ｒ＝√（ａ×ｓ２＋ｂ×（３σ）２）
但し、ａ，ｂ＝ｃｏｎｓｔ
符号４０３５は、表示欄４０３２の相関図表データに示されている各ポイント４０３１のうち、最も評価が高いポイント４０３１を検索するための検索ボタンである。符号４０３６は、表示欄４０３３に表示されている各測定パラメータの設定値を用いて半導体デバイス１３の回路パターンを測長するための検査レシピの自動作成を指示するための作成ボタンである。そして、符号４０３５は、検査レシピ作成のキャンセルを指示するための終了ボタンである。
【００５４】
さて、図１０に示すような相関解析画面を介してオペレータよりポイント４０３１が指定されると（Ｓ３０６でＹＥＳ）、演算装置４０１は、この指定されたポイント４０３１に対応する各測定パラメータの設定値を表示欄４０３３に表示する。また、この指定されたポイント４０３１の評価値ｒを算出して表示欄４０３４に表示する（Ｓ３０７）。
【００５５】
また、図１０に示すような相関解析画面を介してオペレータより最適条件検索ボタン４０３５が指定されると（Ｓ３０８でＹＥＳ）、演算装置４０１は、表示欄４０３２の相関図表データに示されている各ポイント４０３１の評価値ｒを算出する（Ｓ３０９）。そして、演算装置４０１は、最も評価が高い評価値ｒが算出されたポイント４０３１を特定し、このポイント４０３１の評価値ｒを表示欄４０３４に表示すると共に、このポイント４０３１に対応する各測定パラメータの設定値を表示欄４０３３に表示する。また、表示欄４０３２において、このポイント４０３１が他のポイント４０３１から識別できるように表示する（Ｓ３１０）。
【００５６】
また、図１０に示すような相関解析画面を介してオペレータよりレシピ作成ボタン４０３６が指定されると（Ｓ３１１でＹＥＳ）、演算装置４０１は、既存技術を用いて、表示欄４０３３に表示中の各測定パラメータの設定値を含む半導体デバイス１３の検査レシピデータを自動生成する（Ｓ３１２）。そして、作成した検査レシピデータに識別情報（半導体デバイス１３の種別情報、材料情報、実験計画表データの識別情報等）を付与してデータベース４０２登録し、このフローを終了する。また、終了ボタン４０３７が指定された場合も（Ｓ３１３でＹＥＳ）、このフローを終了する。
【００５７】
次に、多元配置データ生成処理（図８のＳ３０３）について説明する。
【００５８】
図１１は、多元配置データ生成処理（図８のＳ３０３）を説明するためのフロー図である。
【００５９】
先ず、演算装置４０１は、実験計画表データに基づいて、図１２（Ａ）に示すような感度Ｓの補助表データを生成する（Ｓ３０２１）。ここで、図７に示す実験計画表データを例に取り、感度Ｓの補助表データの生成を具体的に説明する。
【００６０】
実験計画表データの列番上１番目の要因Ａに着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ａは２つの水準（水準１、水準２）をとる。実験計画表データから要因Ａが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ａが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されている感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ａの水準１に対応するエントリ４０１８１に登録する。要因Ａの水準２についても同様に処理して感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ａの水準２に対応するエントリ４０１８１に登録する。
【００６１】
次に、実験計画表データの列番上２番目の要因Ｂ（電流量）に着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ｂ（電流量）は３つの水準（水準１、水準２、水準３）をとる。先ず、実験計画表データから要因Ｂが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ｂが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されている感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ｂ（電流量）の水準１に対応するエントリ４０１８１に登録する。要因Ｂの水準２、水準３についても同様に処理して感度Ｓの平均を算出し、これを感度Ｓの補助表データ４０１８の要因Ｂの水準２、水準３に対応するエントリ４０１８１に登録する。
【００６２】
上記の処理を実験計画表データの列番上最後の要因Ｈまで繰り返す。これにより、図１２（Ａ）に示すような、実験計画表データに記述されている各要因Ａ〜Ｈについて、水準毎に感度Ｓが登録された補助表データ４０１８が作成される。
【００６３】
次に、演算装置４０１は、実験計画表データに基づいて、図１２（Ｂ）に示すようなＳＮ比ηの補助表データを生成する（Ｓ３０２２）。ここで、図７に示す実験計画表データを例に取り、ＳＮ比ηの補助表データの生成を具体的に説明する。
【００６４】
実験計画表データの列番上１番目の要因Ａに着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ａは２つの水準（水準１、水準２）をとる。実験計画表データから要因Ａが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ａが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１８のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されているＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ａの水準１に対応するエントリ４０１９１に登録する。要因Ａの水準２についても同様に処理してＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ａの水準２に対応するエントリ４０１９１に登録する。
【００６５】
次に、実験計画表データの列番上２番目の要因Ｂ（電流量）に着目する。図４（Ｂ）に示す水準表によれば、要因Ｂ（電流量）は３つの水準（水準１、水準２、水準３）をとる。先ず、実験計画表データから要因Ｂが水準１のレコードを検索する。図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２から、要因Ｂが水準１であるレコードは実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードであることが分かる。そこで、実験計画表データから実験Ｎｏ.１〜実験Ｎｏ.３、実験Ｎｏ.１０〜実験Ｎｏ.１３のレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４０１７２に登録されているＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ｂ（電流量）の水準１に対応するエントリ４０１９１に登録する。要因Ｂの水準２、水準３についても同様に処理してＳＮ比ηの平均を算出し、これをＳＮ比ηの補助表データ４０１９の要因Ｂの水準２、水準３に対応するエントリ４０１９１に登録する。
【００６６】
上記の処理を実験計画表データの列番上最後の要因Ｈまで繰り返す。これにより、図１２（Ｂ）に示すような、実験計画表データに記述されている各要因Ａ〜Ｈについて、水準毎にＳＮ比ηが登録された補助表データ４０１９が作成される。
【００６７】
次に、演算装置４０１は、感度Ｓの補助表データ４０１８およびＳＮ比ηの補助表データ４０１９を用いて、実験計画表データに記述されている各要因Ａ〜Ｈの要因効果図データを生成する（Ｓ３０２３〜Ｓ３０２５）。ここで、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す補助表データ４０１８、４０１９を例に取り、各要因Ａ〜Ｈの要因効果図データの生成を具体的に説明する。
【００６８】
まず、実験計画表データの列番上１番目の要因Ａに着目する（Ｓ３０２３）。要因Ａの水準１、水準２に対応する各エントリ４０１８１に登録されている感度Ｓ各々を補助表データ４０１８から取り出して要因Ａの要因効果図にプロットする。同様に、要因Ａの水準１、水準２に対応する各エントリ４０１９１に登録されているＳＮ比η各々を補助表データ４０１９から取り出して要因Ａの要因効果図にプロットする。これにより、図１３（Ａ）に示す要因Ａの要因効果図データ４０４１を生成し、これをデータベース４０２に登録する（Ｓ３０２４）。
【００６９】
次に、要因Ａが実験計画表データの列番上最後の要因か否かを判断する（Ｓ３０２５）。要因Ａは実験計画表データの列番上最後の要因ではないので、Ｓ３０２３に戻り、実験計画表データの列番上２番目の要因Ｂ（電流量）に着目する。要因Ｂの水準１、水準２、水準３に対応する各エントリ４０１８１に登録されている感度Ｓ各々を補助表データ４０１８から取り出して要因Ｂの要因効果図にプロットする。同様に、要因Ｂの水準１、水準２、水準３に対応する各エントリ４０１９１に登録されているＳＮ比η各々を補助表データ４０１９から取り出して要因Ｂの要因効果図にプロットする。これにより、図１３（Ｂ）に示す要因Ｂの要因効果図データ４０４２を生成し、これをデータベース４０２に登録する（Ｓ３０２４）。
【００７０】
以上の処理を実験計画表データの列番上最後の要因Ｈまで繰り返す。これにより、図１３（Ａ）〜（Ｈ）に示す各要因Ａ〜Ｈの要因効果図データ４０４１〜４０４８を生成し、データベース４０２に登録する（Ｓ３０２３〜Ｓ３０２５）。これらの要因効果図データ４０４１〜４０４８は、オペレータの指示に従いユーザインターフェース４０３に表示するようにしてもよい。
【００７１】
次に、演算装置４０１は、測定パラメータが割り当てられた各要因が採り得る全ての水準の組合せ（多元配置された組合せ）の中から未選択の組合せを選択する（Ｓ３０２６）。なお、多元配置する組合せは、実験計画表データが採用する直交表に用いる水準表から作成することができる。例えば図７に示す実験計画表データの場合、図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表４０１２に対応する水準表（図４（Ｂ）に示す水準表）のうち、測定パラメータが割当てられた要因Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇの全ての水準の組合せを生成することで、多元配置する組合せを生成する。
【００７２】
次に、演算装置４０１は、Ｓ３０２６で選択した組合せに対応する感度ＳおよびＳＮ比ηを算出する（Ｓ３０２７）。
【００７３】
具体的には、次の要領で感度Ｓを算出する。先ず、選択した組合せに含まれている要因の水準に対応する感度Ｓを、データベース４０２に登録されている当該要因の要因効果図データから検索し、これを感度Ｓの累積値ΣＳ（初期値０）に加算する。この処理を選択した組合せに含まれている全ての要因のそれぞれに対して行う。次に、データベース４０２に登録されている各要因の要因効果図データにプロットされている感度Ｓの平均値Ｓａｖｅを算出する。以上のようにして算出した累積値ΣＳおよび平均値Ｓａｖｅを用いて、次式により選択した組合せに対応する感度Ｓを算出する。
【００７４】
Ｓ＝Ｓａｖｅ＋（ΣＳ-４Ｓａｖｅ）
また、次の要領でＳＮ比ηを算出する。先ず、選択した組合せに含まれている要因の水準に対応するＳＮ比ηを、データベース４０２に登録されている当該要因の要因効果図データから検索し、これをＳＮ比ηの累積値Ση（初期値０）に加算する。この処理を選択した組合せに含まれている全ての要因のそれぞれに対して行う。次に、データベース４０２に登録されている各要因の要因効果図データにプロットされているＳＮ比ηの平均値ηａｖｅを算出する。以上のようにして算出した累積値Σηおよび平均値ηａｖｅを用いて、次式により選択した組合せに対応するＳＮ比ηを算出する。
【００７５】
η＝ηａｖｅ＋（Ση-４ηａｖｅ）
次に、演算装置４０１は、Ｓ３０２７で算出した感度Ｓ、ＳＮ比ηを、それぞれシュリンク量ｓ、再現性誤差量３σに変換し、これらをＳ３０２６で選択した組合せに対応付けてデータベース４０２に登録する（Ｓ３０２８）。なお、上述したように感度Ｓとシュリンク量ｓとの間にはＳ＝ｓなる関係がある。したがって、感度Ｓがそのままシュリンク量ｓに設定される。また、ＳＮ比ηと再現性誤差量３σとの間には、η＝１０×ｌｏｇ（１/σ２）の関係がある。しがたって、この式にＳＮ比ηを代入してσを求め、これを３倍することで再現性誤差量３σを算出する。
【００７６】
次に、演算装置４０１は、多元配置された組合せの全てを選択したか否かを判断する（Ｓ３０２９）。未選択の組合せがある場合は（Ｓ３０２９でＮＯ）、Ｓ３０２６に戻る。一方、未選択の組合せがない場合は（Ｓ３０２９でＹＥＳ）、多元配置データが完成したことになるので、このフローを終了する。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００７８】
本実施形態によれば、オペレータは、ユーザインターフェース４０３に表示された、各測定パラメータの設定値の組み合わせにおけるシュリンク量および計測再現性誤差量の算出結果から、許容されるシュリンク量において、計測再現性誤差量が最も小さくなる各測定パラメータの設定値の組み合わせを知ることができる。したがって、シュリンク量および再現性誤差量の双方を考慮して、走査電子顕微鏡システムの最適なパターン測長条件を決定することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、演算装置４０１が、最も小さい評価値ｒとなる測定パラメータの設定値の組み合わせを検出してユーザインターフェース４０３に表示する。この組み合わせを用いて走査電子顕微鏡システムのパターン測長条件を決定することにより、オペレータの経験に依存しないで走査電子顕微鏡システムの最適なパターン測長条件を決定することが可能となり、これにより、パターン測長条件のオペレータ間のばらつきを少なくすることができる。
【００８０】
図１４は、相関図表データにプロットされた幾つかのポイント（推定値）４０３１について、そのポイントに対応する測定パラメータの設定値の組合せで実際に測長した結果（実験値）４０３２を重ねてプロットした図である。実験値より推定値の精度を見積もると、シュリンク量、計測再現性誤差量共に、０．３ｎｍ以内の精度で推定を行えていることがわかる。したがって、相関図表データを用いることで、走査電子顕微鏡システムの最適なパターン測長条件を決定できることがわかる。
【００８１】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、演算装置４０１がユーザインターフェース４０３を介してオペレータより、許容されるシュリンク量の指定を受付けることで、図１０に示す相関解析画面の表示欄４０３２に、例えば図１５に示すような、許容されたシュリンク量のポイント４０３１のみがプロットされた相関図表データを表示するようにしてもよい。
【００８３】
また、演算装置４０１が、測定パラメータが割り当てられた要因各々について、当該要因の要因効果図データにプロットされている水準毎に、該水準と該水準でのシュリンク量および計測再現性誤差量とを、所定の関数（例えば多項式）に代入することで、回帰分析により、水準値間の値（内挿値）における計測再現性とシュリンク量とを示す相関関数を求め、この相関関数が表す内挿曲線４０３３１〜４０３３４を、図１６に示すように、図１０に示す相関解析画面の表示欄４０３２に表示する相関図表データに重ねて表示してもよい。オペレータは、内挿曲線４０３３１〜４０３３４が重畳された相関図表データを見ることにより、多元配置された組合せよりもシュリンク量が少なく、かつ計測再現性誤差量の少ない測定パラメータの設定値を容易に見つけ出すことが可能となる。
【００８４】
図１６に示す例では、領域Ａがシュリンク量と計測再現性誤差量とのバランスが最適であることがわかる。そこで、演算装置４０１は、ユーザインターフェース４０３を介してオペレータより指定された当該曲線上の領域Ａ内の点におけるシュリンク量および計測再現性誤差量を特定し、領域Ａを通過する観測倍率の内挿曲線４０３３３を表す相関関数に、この特定したシュリンク量および計測再現性誤差量を代入することで、観測倍率の設定値（水準値）を算出しユーザインターフェース４０３に出力する。
【００８５】
本実施形態において、最適な測定パラメータの設定値を検出するためには、実験計画表データにおいて測定パラメータが割り当てられた各要因の水準値を大きく振って測定パラメータの依存性を明確にすることが好ましい。また、直交表は水準数を多くすると飛躍的に実験数が多くなるので、せいぜい３水準までとすることが現実的である。このため、実験に用いた水準値（測定パラメータの設定値）が最適な測定パラメータの設定値であるとはかぎらない。そこで、図１６に示すように、内挿による推定と組み合わせることで、最適な測定パラメータの検出が容易となる。
【００８６】
また、上記の実施形態において、半導体デバイス１３の回路パターン測長値の真値からのずれ量ｓ’をシュリンク量ｓに代わりに用いることもできる。ただし、半導体デバイス１３の各測定点の回路パターン長の真値を予めデータベース４０２に登録しておく必要がある。そして、演算装置４０１が、図６のＳ２０７において、ｍ番目の測定点での回路パターン測長値と、ｍ番目の測定点での回路パターン長の真値との差分を求め、この差分をｍ番目の測定点における回路パターン測長値の真値からのずれ量ｓ’とする。
【００８７】
このようにすることで、上記の実施形態と同様に、回路パターン測長値の真値からのずれ量が少なく、かつ計測再現性誤差量の少ない測定パラメータ各々の設定値の組合せを容易に見つけ出すことが可能となる。なお、相関図表データに表示する値として、半導体デバイス１３の回路パターン測長値の真値からのずれ量ｓ’の代わりに、半導体デバイス１３の回路パターン測長値そのものを用いてもかまわない。
【００８８】
また、上記の実施形態の走査電子顕微鏡システムにおいて、制御系３０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Inteｇrated Circuits）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。
【００８９】
また、情報処理系４０（演算装置４０１、データベース４０２、およびユーザインターフェース４０３）は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の外部記憶装置、ＣＤ-ＲＯＭやＤＶＤ-ＲＯＭ等の可搬性を有する記憶媒体から情報を読み出す読取装置、キーボードやマウスなどの入力装置、ディスプレイなどの出力装置、通信回線を介して相手装置と通信を行なうための通信装置、およびこれらの各装置を接続するバスを備えた一般的なコンピュータにおいて、ＣＰＵがメモリ上にロードされた所定のプログラムを実行することにより実現できる。
【００９０】
また、図１７に示すように、データベース４０２をネットワーク共有にすることで、複数の上記実施形態の走査電子顕微鏡システムで、実験計画表データおよび検査レシピを共用できるようにしてもよい。あるいは、図１８に示すように、情報処理系４０をネットワーク共有にすることで、オペレータが、複数の上記実施形態の走査電子顕微鏡システムの制御系３０に対する各種設定を同じユーザインターフェース４０３から行えるようにしてかまわない。
【００９１】
また、上記の実施形態では、本発明を走査電子顕微鏡システムに適用した場合を例にとり説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、電子線描画装置およびイオンビーム照射装置等の他の荷電粒子線応用装置にも適用可能である。また、測定対象の試料も半導体デバイスに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの概略構成図である。
【図２】図２は実験計画表生成処理を説明するためのフロー図である。
【図３】図３（Ａ）はＬ９直交表を示す図であり、図３（Ｂ）はＬ１８直交表を示す図であり、そして、図３（Ｃ）はＬ１８直交表を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は図３（Ａ）に示すＬ９直交表に用いる水準表を示す図であり、図４（Ｂ）は図３（Ｂ）に示すＬ１８直交表に用いる水準表を示す図であり、そして、図４（Ｃ）は図３（Ｃ）に示すＬ１８直交表に用いる水準表を示す図である。
【図５】図５は実験計画表データを模式的に表した図である。
【図６】図６は実験データ収集処理を説明するためのフロー図である。
【図７】図７は感度Ｓ、ＳＮ比ηが登録された実験計画表データを模式的に表した図である。
【図８】図８は測定支援処理を説明するためのフロー図である。
【図９】図９は相関図表データを模式的に表した図である。
【図１０】図１０は相関解析画面データを模式的に表した図である。
【図１１】図１１は多元配置データ生成処理（図８のＳ３０３）を説明するためのフロー図である。
【図１２】図１２（Ａ）は感度Ｓの補助表データを生成する模式的に表した図であり、図１２（Ｂ）はＳＮ比ηの補助表データを模式的に表した図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜（Ｈ）は要因Ａ〜Ｈの要因効果図データを模式的に表した図である。
【図１４】図１４は相関図表データにプロットされた幾つかの推定値について、その推定値に対応する測定パラメータの設定値の組合せで実際に測長した実験値を重ねてプロットした図である。
【図１５】図１５は相関図表データを模式的に表した図である。
【図１６】図１６は相関図表データを模式的に表した図である。
【図１７】図１７は本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの変形例を示す図である。
【図１８】図１８は本発明の一実施形態が適用された走査電子顕微鏡システムの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０：荷電粒子線光学系、１１：一次荷電粒子線、１２：二次荷電粒子、１３：半導体デバイス、２０：資料室、３０：制御系、４０：情報処理系、１０１：電子銃、１０２：コンデンサレンズ、１０３：偏向コイル、１０４：対物レンズ、１０５：二次荷電粒子検出器、２０１：試料ステージ、４０１：演算装置、４０２：データベース、４０３：ユーザインターフェース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、測定パラメータを前記制御系に設定する情報処理系と、を有する荷電粒子線システムであって、
前記情報処理系は、
演算装置、記憶装置、およびユーザインターフェースを有し、
前記記憶装置は、
加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データを記憶し、
前記演算装置は、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、前記記憶装置に記憶する実験データ収集処理と、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力する測定条件支援処理と、を実行すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記実験データ収集処理において、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを複数回測長させ、各測定点での複数回の測長結果の差分の平均をシュリンク量として算出すると共に、各測定点での複数回の測長結果の差分のばらつきを計測再現性誤差量として算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線システムであって、
前記記憶装置は、
前記半導体体デバイスの複数の測定点各々での回路パターン長の真値を記憶し、
前記演算装置は、前記実験データ収集処理において、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、各測定点での測長結果と真値との差分の平均を測長値の真値からのずれ量として算出すると共に、各測定点での複数回の測長結果の差分のばらつきを計測再現性誤差量として算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々について、
当該組合せに含まれている要因毎に、当該要因の水準を含む実験番号に対するシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量より定まる感度の平均を求め、当該組合せに含まれている要因毎に求めた感度の平均の総和ΣＳと、全ての実験番号に対するシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量より定まる感度の平均Ｓａｖｅと、測定パラメータが割り当てられている要因の数Ａとを用いて、式Ｓ＝Ｓａｖｅ＋（ΣＳ-Ａ×Ｓａｖｅ）により、当該組合せにおける感度Ｓを算出し、算出した感度Ｓから当該組合せにおけるシュリンク量ｓあるいは測長値の真値からのずれ量ｓを算出すると共に、
当該組合せに含まれている要因毎に、当該要因の水準を含む実験番号に対する計測再現性誤差量より定まるＳＮ比の平均を求め、当該組合せに含まれている要因毎に求めたＳＮ比の平均の総和Σηと、全ての実験番号に対する計測再現性誤差量より定まるＳＮ比の平均ηａｖｅと、測定パラメータが割り当てられている要因の数Ａとを用いて、式η＝ηａｖｅ＋（Ση-Ａ×ηａｖｅ）により、当該組合せにおけるＳＮ比ηを算出し、算出したＳＮ比ηから当該組合せにおける計測再現性誤差量３σを算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せのうち、前記ユーザインターフェースを介してオペレータより受付けた許容範囲にあるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量を持つ組合せにおけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
測定パラメータが割り当てられている要因各々について、
当該要因の水準毎に、当該要因の水準と、当該要因の水準を含む実験番号に対するシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量の平均および計測再現性誤差量の平均とを、当該要因の水準、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量、および計測再現性誤差量を変数とする所定の関数に代入することで、回帰分析により、当該要因の水準間の値（内挿値）におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量と計測再現性誤差量との相関を示す相関関数を算出し、算出した相関関数が表す内挿曲線を前記相関図表データが示す相関図表に重ねて前記ユーザインターフェースに出力すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
前記ユーザインターフェースを介してオペレータより受付けた検索指示に従い、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の組合せ毎に、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量に対する評価値を算出し、最も評価の高い評価値を持つ組合せを前記ユーザインターフェースに出力すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
シュリンク量ｓあるいは測長値の真値からのずれ量ｓと、計測再現性誤差量３σとを用いて、式ｒ＝√（ａ×ｓ２＋ｂ×（３σ）２）、ａ，ｂ＝ｃｏｎｓｔにより、評価値ｒを算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項９】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、
実験計画表データに採用する直交表と、加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータと、前記少なくとも２つの測定パラメータの前記直交表の要因への割当てと、前記少なくとも２つの測定パラメータが割当てられた各要因がとる各水準の値とを、前記ユーザーインターフェースを介してオペレータより受付けて、前記実験計画表データを生成し、前記記憶装置に記憶する実験計画表生成処理を、さらに実行すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１０】
半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、を有する荷電粒子線システムにおいて、前記荷電粒子線光学系の測定パラメータを前記制御系に設定するためのコンピュータで読取可能なプログラムであって、
前記コンピュータに、
記憶装置から、加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データを読み出し、該読み出した実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、前記記憶装置に記憶する実験データ収集処理と、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力する測定条件支援処理と、を実行させること
を特徴とするコンピュータで読取可能なプログラム。
【請求項１１】
半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、を有する荷電粒子線システムにおいて、前記荷電粒子線光学系の測定パラメータを前記制御系に設定するための測定パラメータ設定方法であって、
加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し出力すること
を特徴とする測定パラメータ設定方法。
【請求項１】
半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、測定パラメータを前記制御系に設定する情報処理系と、を有する荷電粒子線システムであって、
前記情報処理系は、
演算装置、記憶装置、およびユーザインターフェースを有し、
前記記憶装置は、
加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データを記憶し、
前記演算装置は、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、前記記憶装置に記憶する実験データ収集処理と、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力する測定条件支援処理と、を実行すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記実験データ収集処理において、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを複数回測長させ、各測定点での複数回の測長結果の差分の平均をシュリンク量として算出すると共に、各測定点での複数回の測長結果の差分のばらつきを計測再現性誤差量として算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線システムであって、
前記記憶装置は、
前記半導体体デバイスの複数の測定点各々での回路パターン長の真値を記憶し、
前記演算装置は、前記実験データ収集処理において、
前記実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、各測定点での測長結果と真値との差分の平均を測長値の真値からのずれ量として算出すると共に、各測定点での複数回の測長結果の差分のばらつきを計測再現性誤差量として算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々について、
当該組合せに含まれている要因毎に、当該要因の水準を含む実験番号に対するシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量より定まる感度の平均を求め、当該組合せに含まれている要因毎に求めた感度の平均の総和ΣＳと、全ての実験番号に対するシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量より定まる感度の平均Ｓａｖｅと、測定パラメータが割り当てられている要因の数Ａとを用いて、式Ｓ＝Ｓａｖｅ＋（ΣＳ-Ａ×Ｓａｖｅ）により、当該組合せにおける感度Ｓを算出し、算出した感度Ｓから当該組合せにおけるシュリンク量ｓあるいは測長値の真値からのずれ量ｓを算出すると共に、
当該組合せに含まれている要因毎に、当該要因の水準を含む実験番号に対する計測再現性誤差量より定まるＳＮ比の平均を求め、当該組合せに含まれている要因毎に求めたＳＮ比の平均の総和Σηと、全ての実験番号に対する計測再現性誤差量より定まるＳＮ比の平均ηａｖｅと、測定パラメータが割り当てられている要因の数Ａとを用いて、式η＝ηａｖｅ＋（Ση-Ａ×ηａｖｅ）により、当該組合せにおけるＳＮ比ηを算出し、算出したＳＮ比ηから当該組合せにおける計測再現性誤差量３σを算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せのうち、前記ユーザインターフェースを介してオペレータより受付けた許容範囲にあるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量を持つ組合せにおけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
測定パラメータが割り当てられている要因各々について、
当該要因の水準毎に、当該要因の水準と、当該要因の水準を含む実験番号に対するシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量の平均および計測再現性誤差量の平均とを、当該要因の水準、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量、および計測再現性誤差量を変数とする所定の関数に代入することで、回帰分析により、当該要因の水準間の値（内挿値）におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量と計測再現性誤差量との相関を示す相関関数を算出し、算出した相関関数が表す内挿曲線を前記相関図表データが示す相関図表に重ねて前記ユーザインターフェースに出力すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
前記ユーザインターフェースを介してオペレータより受付けた検索指示に従い、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の組合せ毎に、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量に対する評価値を算出し、最も評価の高い評価値を持つ組合せを前記ユーザインターフェースに出力すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、前記測定条件支援処理において、
シュリンク量ｓあるいは測長値の真値からのずれ量ｓと、計測再現性誤差量３σとを用いて、式ｒ＝√（ａ×ｓ２＋ｂ×（３σ）２）、ａ，ｂ＝ｃｏｎｓｔにより、評価値ｒを算出すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項９】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の荷電粒子線システムであって、
前記演算装置は、
実験計画表データに採用する直交表と、加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータと、前記少なくとも２つの測定パラメータの前記直交表の要因への割当てと、前記少なくとも２つの測定パラメータが割当てられた各要因がとる各水準の値とを、前記ユーザーインターフェースを介してオペレータより受付けて、前記実験計画表データを生成し、前記記憶装置に記憶する実験計画表生成処理を、さらに実行すること
を特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１０】
半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、を有する荷電粒子線システムにおいて、前記荷電粒子線光学系の測定パラメータを前記制御系に設定するためのコンピュータで読取可能なプログラムであって、
前記コンピュータに、
記憶装置から、加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データを読み出し、該読み出した実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、前記記憶装置に記憶する実験データ収集処理と、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し、前記ユーザインターフェースに出力する測定条件支援処理と、を実行させること
を特徴とするコンピュータで読取可能なプログラム。
【請求項１１】
半導体デバイスに対して一次荷電粒子線を照射し、これにより発生する二次荷電粒子を検出することで前記半導体デバイスの回路パターンを測長する荷電粒子線光学系と、設定された測定パラメータに従い前記荷電粒子線光学系を制御する制御系と、を有する荷電粒子線システムにおいて、前記荷電粒子線光学系の測定パラメータを前記制御系に設定するための測定パラメータ設定方法であって、
加速電圧、電流量、観察倍率、およびフレーム数のうちの少なくとも２つの測定パラメータがいずれかの要因に割り当てられた直交表でなる実験計画表データに記述されている実験番号毎に、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値を前記制御系に設定して、前記荷電粒子線光学系に、前記半導体体デバイスの複数の測定点で回路パターンを測長させ、該測長結果からシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量を算出し、
前記実験計画表データに記述されている実験番号各々での、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値と、シュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量とを用いて、測定パラメータが割り当てられている各要因の水準が示す設定値の全ての組合せ各々におけるシュリンク量あるいは測長値の真値からのずれ量および計測再現性誤差量の相関図表データを生成し出力すること
を特徴とする測定パラメータ設定方法。
【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】
【公開番号】特開２００７−２８５９０６（Ｐ２００７−２８５９０６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１４１３５（Ｐ２００６−１１４１３５）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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