JP2005063678A - 荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法および自動非点補正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】非点が補正されていない像でも、最小錯乱円位置となる対物レンズ励磁量を求めることが可能な、精度の高い自動焦点補正および自動非点補正を行うことが可能な荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法および自動非点補正方法を実現する。
【解決手段】元画像51に対して、X方向に平行なフィルタによるX側エッジ成分抽出処理52と、画面のY方向に平行なフィルタによるY側エッジ成分抽出処理53との2つの処理を別々に行ない、それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行なうことにより、X方向、Y方向のエッジ成分を表す2次元数値行列54と55とを独立に求め、この2種の行列のそれぞれの総和を元画像I1におけるX側とY側それぞれの焦点評価量56,57とする。
【選択図】 図5
【解決手段】元画像51に対して、X方向に平行なフィルタによるX側エッジ成分抽出処理52と、画面のY方向に平行なフィルタによるY側エッジ成分抽出処理53との2つの処理を別々に行ない、それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行なうことにより、X方向、Y方向のエッジ成分を表す2次元数値行列54と55とを独立に求め、この2種の行列のそれぞれの総和を元画像I1におけるX側とY側それぞれの焦点評価量56,57とする。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次荷電粒子ビームの自動焦点補正機能、自動非点補正機能を有した走査電子顕微鏡等の走査型荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法、自動非点補正方法および走査型荷電粒子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査型荷電粒子ビーム装置の代表例として走査電子顕微鏡について説明する。走査電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズとによって、試料上に電子ビームを細く集束すると共に、偏向コイルによって、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。また、コンデンサレンズと対物レンズ絞りによって試料に照射される電子ビームの強度すなわち、ビーム電流量を調整できるように構成されている。試料に電子ビームを照射することによって2次電子が発生するが、この2次電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査と同期した陰極線管に供給し、試料の走査像を表示するようにしている。
【0003】
このような走査電子顕微鏡には高い分解能で像の観察を行うために、自動焦点補正機能および自動非点補正機能が備えられている。この機能の動作を含め、更に詳細に走査電子顕微鏡の説明を行なう。電子銃から発生し加速された電子ビームは、上段と下段の2段偏向コイルによって振り戻し走査される。各偏向コイルには、垂直走査信号発生回路および水平走査信号発生回路から鋸歯状波の信号が供給され、電子ビームを2次元走査を行なうことが一般的である。なお、2次元走査のための信号は、鋸歯状波以外の三角状波等が用いられるケースもある。
【0004】
走査された電子ビームは、対物レンズによって細く集束され、試料に照射される。したがって、試料上に集束された電子ビームと試料との相互作用により信号が発生する。この信号には、2次電子、1次イオン、後方散乱電子、X線等が含まれることは良く知られている。この信号に応じた検出特性を有した検出器により、信号が検出される。例えば、試料からの微弱なエネルギーを有した2次電子を検出するように構成された検出器により、2次電子が検出される。
【0005】
この検出信号は、垂直走査信号および水平走査信号との同期を取りながら、画像メモリーもしくはフィルム等の画像保存手段に、XY2次元画像として保存される。この画像は、画像処理装置に転送され、観察者にとって観察しやすいように画像処理が施された後、制御コンピュータ上に保存される。制御コンピュータ上に保存された画像データに基づき、制御コンピュータに接続されたモニター画面上に試料の2次元走査領域の走査像が表示される。ただし、このような構成以外の構成も従来から用いられている。例えば、画像メモリー、画像処理装置および制御コンピュータは、同じ1台のコンピュータ内に含めるように構成しても良いし、制御コンピュータとは異なる別の観察用コンピュータ上であっても良い。
【0006】
さて、試料上に電子ビームを照射する場合、試料面の高さが観察位置等に応じて変化する場合においても、正確に試料面に電子ビームを集束させるためには、対物レンズまたは対物レンズに接近して設けられる補助フォーカスコイルの励磁電流を制御する必要がある。
【0007】
また、レンズ場の不均一性に起因する非点収差を補正するための非点補正コイルが、通常、対物レンズの上部に設けられている。この非点補正コイルを制御することにより、試料表面をシャープに画像化することができる。上記したレンズやコイルの制御は、制御コンピュータからの指令により、レンズ制御電源やコイル制御電源を制御することによって行なわれる。
【0008】
この対物レンズ(もしくは補助フォーカスコイル)および非点補正コイルの制御は、観察者が制御コンピュータを操作することにより行なえるように構成されており、画像を観察者が最もシャープに像が見える位置になるようにエンコーダノブ等の手段を用いて制御する。ただし、操作の簡便化のために、この制御は、現在市販されている走査電子顕微鏡などの走査型荷電粒子ビーム装置では、電気回路またはコンピュータを用いて自動的に行える機能が備えられている場合がほとんどで、このような機能は自動焦点補正機能、自動非点補正機能と呼ばれており、例えば特許文献1に記載されている。以下、自動焦点補正機能について走査電子顕微鏡を例にして説明するが、走査型イオンビーム装置でも同様な動作が実行されている。
【0009】
まず、対物レンズまたは補助フォーカスコイルの励磁量B(t)をステップ状に変えながら、電子ビームを走査し、2次電子などの試料から発生した信号を検出し、検出信号を画像処理装置に供給し、ハイパスフィルタ等を通すことにより、画像のシャープさ、すなわち、焦点の合い具合を示す評価量S(t)を抽出する。以下、このS(t)を焦点評価量と呼ぶ。
【0010】
励磁量B(t)と評価量S(t)との関係を正規分布関数などの適当な関数でフィッティングし、評価量S(t)が極値S(J)となる位置t=Jを求める。このJは整数とは限らず、実数として求める。図1(a)は、励磁量B(t)と評価量S(t)との関係を示したグラフであり、横軸はフォーカスコイル(あるいは対物レンズ)励磁量B(t)、縦軸は焦点評価量S(t)である。また、図1(b)は、フォーカス励磁量に応じた光線図(ビーム径の変化を示した図)である。なお、自動非点補正を行う場合には、横軸が非点補正コイル励磁量となり、縦軸が非点評価量となる。
【0011】
前記したt=Jとなる励磁量B(J)を、対物レンズまたは補助フォーカスコイルにフィードバックした後、画像を取得する。このとき、動作を高速化させるために、偏向コイルへの信号を間引きしたり、幾何図形を描かせたりすることにより、検出信号を1次元信号として扱う場合もある。
【0012】
ところで、レンズに非点がある場合に自動焦点補正機能を用いると、コイル励磁量B(t)と焦点評価量S(t)との関係は、図2(a)のようになる。すなわち、上焦点および下焦点という2つのピークが出現する。図2(b)は、レンズに非点がない場合のフォーカス励磁量に応じた光線図を示し、図2(c)は、レンズに非点がある場合を示した図2(a)のケースに対応した光線図を示している。この図2(c)に示すように、上焦点と下焦点のそれぞれのピーク位置での荷電粒子ビームの断面は、ある一方向にのみ焦点が合い、それ以外の方向は全く焦点が合っていない。すなわち、荷電粒子ビームはライン状の形状となる。
【0013】
図2(c)では、便宜上、上焦点をX方向に焦点が合った状態、下焦点をY方向に焦点が合った状態とした光線図を示した。当然、非点の大きさや方向によっては、上焦点がY方向焦点、下焦点がX方向焦点となる場合もあるし、焦点方向がXY方向とはある角度ずれた状態となることもある。
【0014】
このようなレンズ非点がある状態で荷電粒子ビームを試料上でXY方向に2次元走査し、画像を取得した場合、ある方向にのみが像がシャープに見える、いわゆるラインフォーカス像が得られる。前記方向は、非点補正に用いる4極子の方向に依存するが、上焦点と下焦点とは必ず90°の角度をなす。
【0015】
この場合、合焦点位置としては、上焦点と下焦点の中央とすべきである。この位置で、ビームの方向性が真円すなわち最小錯乱円となるので、この位置を最小錯乱円位置と呼んでいる。対物レンズ励磁量あるいはフォーカスコイル励磁量を最小錯乱円位置に設定した後に、非点補正コイル励磁を最適に調整することにより、試料位置における荷電粒子ビーム断面が最小の真円となる。この時に得られる画像が最もシャープな画像となる。
【0016】
次に自動非点補正機能について説明するが、この機能は、制御対象が非点補正器(非点補正コイル)になるのみで、自動焦点補正機能とほぼ同様な動作となる。この非点補正機能について図3を用いて説明する。非点補正コイルの励磁を調整することにより生じる作用は、レンズ非点補正前の光線図を示す図3(a)において、最小錯乱円位置ZmとX焦点位置Zxとの距離、あるいは最小錯乱円位置ZmとY焦点位置Zyとの距離を変化させることと見なせる。
【0017】
一般的に、非点補正には、4極子コイルを使う。この場合、X焦点位置Zxと最小錯乱円位置Zmとの間の距離Dx(=Zm−Zx)と、Y焦点位置Zyと最小錯乱円位置Zmとの間の距離Dy(=Zm−Zy)とがDx=Dyの関係を保ちながら、焦点位置Zx,ZyがZ方向に動く。図3(b)は、XY焦点位置を最小錯乱円位置から離す作用を示すものであり、図3(c)は、それらを近づける作用を示すものである。図3(b)では錯乱円の半径が大きくなり、図3(c)では錯乱円の半径が小さくなる。結果として、4極子補正コイルによる補正作用は、最小錯乱円位置を不変に保ちながら、錯乱円の半径を変化させるものということができる。
【0018】
図3(c)の状態から補正量を増やし、光線が図3(d)のようになったときき、Dx=Dy=0、すなわち、X焦点位置とY焦点位置と最小錯乱円位置とが全て一致する。この結果として、錯乱円の半径が最小となる。このときの非点補正コイル励磁量が、最適非点補正コイル励磁量となる。以上の一連の操作において、非点補正コイル励磁量と非点評価量との関係は、図1(a)のS(t)‐b(t)曲線と同じになるので、t=Jとなる位置が最適非点補正コイル励磁量である。
【0019】
焦点位置が最小錯乱円位置に一致しない場合に、非点補正コイルを調整した場合には、現在の焦点位置と最小錯乱円位置との距離をDzとすると、Dz=DxとなったときにはX焦点が得られ、Dz=DyとなったときにはY焦点が得られる。すなわち、非点補正コイル励磁を調整することで、ラインフォーカス像が2回現れる。この時の非点補正コイル励磁量と非点評価量との関係は、図2(a)のS(t)‐b(t)曲線と同じになるので、t=Jとなる位置、すなわち、2つのラインフォーカス像が得られる励磁量の中点が最適非点補正コイル励磁量となる。以上説明したように、原理的には、自動焦点補正操作と自動非点補正操作を1回ずつ行なえば、最もシャープな画像が得られることになる。
【0020】
【特許文献1】
特開平11−73903号公報
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の自動焦点補正操作方式では、少なくとも以下に説明する7つの欠点を有している。まず第1に、非点が存在している場合に焦点を決めるのが困難であった。すなわち、非点がある場合に焦点補正コイルを操作すると、上焦点と下焦点の2つのピークが加算されるため、焦点評価量曲線は、図2(a)に示すように、ダブルピークとなる。そして、非点量に依存してピークの重なり方が異なるため、上焦点と下焦点とが近づくほど、ダブルピークが分離できなくなる。
【0022】
ところで、非点の有り無しは、焦点評価量曲線のピークがダブルピークなのか、シングルピークなのかで判断する必要がある。また、その判断結果に従って、最適励磁量をダブルピークの中心にするか、あるいはシングルピークの頂点にするかを再度判断する必要がある。これらの厳密な判断パラメータを見つけることは困難であり、従って、ダブルピークの片側頂点をシングルピークの頂点と見誤り、最適励磁量を求めることに失敗することがある。
【0023】
第2に、従来技術では、焦点がずれた状態で非点補正するのが困難であった。すなわち、焦点がずれた状態に非点補正コイルを操作した場合にも、上焦点と下焦点の2つのピークが重なってダブルピークとなる。しかし、焦点ずれが大きくなればなるほど、ダブルピーク曲線が広がりを持ち、結局ピークが分離できなくなったり、曲線が広がりすぎて、ピーク検出そのものが不可能となる。その結果として、焦点がずれた場合に非点補正することは大変困難であった。
【0024】
第3に、従来技術では、非点の有る無しの判定を行うことが困難であった。すなわち、前述したように、ダブルピークの分離が難しいことから、非点の有る無しの判定は、特に、非点量が小さいほど困難となる。
【0025】
第4に、従来技術では、ラインアンドスペースのような一方向のパターンで、非点補正が不可能であることを認識できなかった。すなわち、一方向パターンでは原理的に非点補正が不可能であるが、非点評価量曲線には明瞭なピークが現れる。このピークは、ダブルピークの片側である可能性があり、最適値とは限らないが、従来は、このピークを最適値として判断していた。
【0026】
第5に、従来技術では、自動非点補正機能を用いるための試料として、方向性が一様でかつ特徴が多い試料を用いる必要があった。すなわち、非点がある場合は、上焦点と下焦点の2つのピークが重なってダブルピークとなるが、試料の特徴に依存してダブルピークのそれぞれのピーク高さが異なり、検出に失敗することがあった。
【0027】
例えば、表面形状として、X方向に強い方向性を有した試料の場合、上焦点または下焦点ピークのどちらかが急峻なピークを有し、他方はなだらかとなる。これらを加算しても、急峻なピークのみが目立つ結果となる。従って、得られる励磁量は最適値でなく、上焦点または下焦点の励磁量であり、非点補正に失敗していた。
【0028】
第6に、従来技術では、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像に対して自動焦点補正もしくは自動非点補正の精度を上げることが困難であり、対物レンズおよび非点コイルの最適励磁位置を誤検出する原因でもあった。すなわち、走査電子顕微鏡画像のノイズに対して、画像の特徴量が少なく、焦点評価量がノイズに埋もれてしまっていた。また、前述のように、方向性の一様な試料を使わないと、非点検出に失敗していた。
【0029】
第7に、第6と同様にLSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像に対して自動焦点補正もしくは自動非点補正の精度を上げることが困難であり、対物レンズおよび非点コイルの最適励磁位置を誤検出する原因でもあった。
【0030】
その原因として、パターンの方向性が強い場合、自動焦点補正のケースでは、焦点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、対物レンズ励磁量−焦点評価量曲線がなだらかになり、最適焦点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。また、自動非点補正のケースでは、非点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、非点補正コイル励磁量−非点評価量曲線がなだらかになり、最適非点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。
【0031】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、非点が補正されていない像でも、焦点が合っている位置、すなわち、最小錯乱円位置となる対物レンズ励磁量を求めることが可能で、また、焦点が合っていない像でも、非点補正が最適となる非点補正コイル励磁量を求めることが可能な、更に、半導体パターンのような平坦で特徴が少ない試料に対して、精度の高い自動焦点補正および自動非点補正を行うことが可能な荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法および自動非点補正方法を実現するにある。
【0032】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法は、荷電粒子ビームを試料上に収束させるためのレンズの強度をステップ状に変化させることにより、試料上のビームのフォーカスの状態をステップ状に変化させ、各フォーカスのステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して焦点評価量を求め、レンズ強度と焦点評価量の関係から合焦点位置を求め、ビームを収束するレンズの強度をこの合焦点位置に対応したレンズ強度に設定するようにした自動焦点補正方法であって、前記画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、各フォーカスのステップごとに求められた焦点評価量に基づいて、第1と第2の方向の合焦点位置であるレンズ強度をそれぞれ求め、その中点を合焦点位置としてビームを収束するレンズの強度を設定するようにしたことを特徴としている。
【0033】
上記した本発明に基づく自動焦点補正方法では、上焦点と下焦点を別々に検出するようにしたため、非点がある場合でも、自動焦点補正機能を正常に動作させることができる。
【0034】
本発明に基づく自動非点補正方法は、非点補正器の強度をステップ状に変化させ、非点補正器の強度の各ステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して非点評価量を求め、非点補正器の強度と非点評価量の関係から最適非点補正位置を求め、非点補正器の強度をこの最適非点補正位置に対応した強度に設定するようにした自動非点補正方法であって、前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、非点補正器の強度の各ステップごとに求められた非点評価量に基づいて、第1と第2の方向の最適非点補正位置である非点補正器強度をそれぞれ求め、その中点を最適非点補正位置として非点補正器の強度を設定するようにしたことを特徴としている。
【0035】
上記した本発明に基づく自動非点補正方法では、上焦点と下焦点を別々に検出するようにしたため、焦点がずれた場合でも、自動非点補正機能を正常に動作させることができる。
【0036】
本発明に基づく自動焦点補正および自動非点補正方法は、画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに求め、各フォーカスのステップごとに求められた焦点評価量に基づいて、第1と第2の方向の合焦点位置であるレンズ強度をそれぞれ求め、その中点を合焦点位置としてビームを収束するレンズの強度を設定するようにした自動焦点補正動作と、前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、非点補正器の強度の各ステップごとに求められた非点評価量に基づいて、第1と第2の方向の最適非点補正位置である非点補正器強度をそれぞれ求め、その中点を最適非点補正位置として非点補正器の強度を設定するようにした自動非点補正動作とを少なくとも1回以上ずつ繰り返し行うことにより、焦点補正と非点補正とを同時に行なうようにしたことを特徴としている。
【0037】
上記した本発明に基づく自動焦点補正および自動非点補正方法では、自動焦点補正動作と自動非点補正動作とを少なくとも1回以上ずつ繰り返し行うので、焦点と非点が完全に補正された画像が得られる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図4は、本発明を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示しており、図示していない電子銃から発生した電子ビーム1は、コンデンサレンズ(図示せず)と対物レンズ2によって観察試料3上に細く集束される。なお、電子ビーム1は、図示していないコンデンサレンズと対物レンズ絞りとによって、ビーム強度すなわちビーム電流量が調整される。
【0039】
ビーム強度が調整された後、電子ビーム1は、2段偏向コイル4,5により振り戻し走査される。上段偏向コイル4、下段偏向コイル5のそれぞれには、水平と垂直の偏向コイルが含まれている。上段偏向コイル4内の垂直偏向コイルには、垂直走査信号発生回路6より、増幅器7を介して垂直走査信号が供給され、上段偏向コイル4内の水平偏向コイルには、水平走査信号発生回路8より、増幅器9を介して水平走査信号が供給される。下段偏向コイル5内の垂直偏向コイルには、垂直走査信号発生回路6より、増幅器10を介して垂直走査信号が供給され、下段偏向コイル4内の水平偏向コイルには、水平走査信号発生回路8より、増幅器10を介して水平走査信号が供給される。
【0040】
2段の偏向コイル4,5によって走査された電子ビーム1は、対物レンズ2によって細く集束され、試料3に照射されるが、この対物レンズ2には、レンズ制御電源12から励磁電流が供給される。また、対物レンズ2に接近して補助フォーカスコイル(レンズ)13が配置されておリ、この補助フォーカスコイル13にも、レンズ制御電源から励磁電流が供給されるように構成されている。この補助フォーカスコイル13は、応答速度を速くするために通常空芯のレンズが使用されている。
【0041】
対物レンズ2、あるいは、対物レンズ2と補助フォーカスコイル13とによって電子ビーム1は細く集束されて観察試料3に照射される。この結果、試料上に集束された電子ビームと試料との相互作用により信号が発生する。この信号には、2次電子、後方散乱電子、X線等が含まれることは良く知られており、これらの信号に応じた検出特性を有した検出器により、それぞれの信号が検出される。例えば、本実施の形態では、試料3からの微弱なエネルギーを有した2次電子eを検出するように構成された検出器12により、2次電子eを検出しているが、後方散乱電子(反射電子)を検出する検出器を用いて反射電子信号を得るようにしても良い。
【0042】
この検出信号は、増幅器15によって増幅された後、垂直走査信号発生回路6からの垂直走査信号、および、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号との同期を取りながら、画像メモリー16に、XY2次元画像として保存される。この画像は、画像処理装置17に転送され、観察者にとって観察しやすいように画像処理が施された後、制御コンピュータ18上に保存される。制御コンピュータ上18に保存された画像データに基づき、制御コンピュータ18に接続されたモニター(図示せず)の画面上に試料の2次元走査領域の走査像が表示される。
【0043】
ただし、このような構成以外の構成も用いることができる。例えば、画像メモリー16、画像処理装置17および制御コンピュータ18は、同じ1台のコンピュータ内に含めるように構成しても良いし、制御コンピュータ18とは異なる別の観察用コンピュータを設けるようにしても良い。
【0044】
さて、観察試料3上に電子ビーム1を照射する場合、試料面の高さが観察位置等に応じて変化する場合においても、正確に試料面に電子ビーム1を集束させるためには、対物レンズ2または対物レンズ2に接近して設けられる補助フォーカスコイル13の励磁電流を制御する必要がある。
【0045】
また、レンズ場の不均一性に起因する非点収差を補正するための非点補正コイル20が、通常、対物レンズ2の上部に設けられている。この非点補正コイル20を制御することにより、試料表面をシャープに画像化することができる。上記したレンズやコイルの制御は、制御コンピュータ18からの指令により、レンズ制御電源12や非点補正コイル制御電源(図示せず)を制御することによって行なわれる。
【0046】
この対物レンズ2(もしくは補助フォーカスコイル13)および非点補正コイルの制御は、観察者が制御コンピュータ18を操作することにより行なえるようにも構成されており、画像を観察者が最もシャープに像が見える位置になるようにエンコーダノブ等の手段を用いて制御することもできる。しかしながら、本実施の形態では、この制御は、制御コンピュータ18によりコントロールされる各構成要素により、自動的に行う。以上説明した構成の動作を次に説明する。
【0047】
最初に自動焦点補正動作について説明する。電子ビーム1は図示していないコンデンサレンズと対物レンズ2あるいは補助フォーカスコイル13によって、観察試料3上に細く集束される。また電子ビーム1は、2段の偏向コイル4,5によって振り戻し走査され、試料3上の特定の2次元領域は電子ビームによって走査されることになる。
【0048】
試料3への電子ビームの照射によって発生した2次電子eは、2次電子検出器14によって検出される。検出器14で検出された2次電子信号は、増幅器15で増幅された後、垂直走査信号発生回路6からの垂直走査信号と、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。
【0049】
この際、例えば、1画面分の2次元画像データを取得するごとに、制御コンピュータ18からの指令により、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させる。この励磁量のステップ状の変化は、レンズ制御電源12を制御コンピュータ18が制御することによって行なわれる。それぞれの励磁量ごとの画像データは、画像メモリー16に蓄えられるが、この画像メモリー16に蓄えられた画像データは、1枚ずつ画像処理装置17に転送される。
【0050】
画像処理装置17では、焦点評価量計算を画面のある特定の2方向それぞれについて行なう。このような処理を図5に示したフロー図を用いて説明する。図5において、画像メモリー16から転送された元画像(I1)51に対して、1次元のエッジ抽出フィルタを用いて、試料の凹凸におけるエッジ成分抽出処理を行なう。この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。
【0051】
図5に示した処理フローでは、画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つが用意されている。この画面のX方向に平行なフィルタによるX側エッジ成分抽出処理52と、画面のY方向に平行なフィルタによるY側エッジ成分抽出処理53との2つの処理を元画像51に対して別々に行なう。
【0052】
このエッジ成分抽出処理52,53を行なう際、それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行なうことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列54と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列55とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0053】
この2次元数値行列IX2,IY2は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させて得られた画像ごとに求められ、求められたIX2とIY2それぞれの行列の総和を求める。この総和を元画像I1におけるX側とY側それぞれの焦点評価量56,57とする。
【0054】
このような焦点評価量を求める処理が画像処理装置17においてなされ、求められた焦点評価量の計算結果は、制御コンピュータ18に転送される。制御コンピュータ18は、焦点評価量計算結果を図6に示すように、X方向とY方向それぞれ別々にプロットする。制御コンピュータ18は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量と、各励磁量における画像の焦点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量B(X),B(Y)を求める。
【0055】
この最も適切なレンズ励磁量B(X),B(Y)は、非点がない場合には同一となるが、非点がある場合には、異なる値となる。この非点がある場合では、最も適切なレンズ励磁量として、X側焦点評価量がピークとなる対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量B(X)と、Y側焦点評価量がピークとなる対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量B(Y)との中点B(J)を用いれば良い。
【0056】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
このようにして求められた対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量に基づき、制御コンピュータ18はレンズ制御電源12をコントロールし、対物レンズ2あるいは補助フォーカスコイルの励磁量を求められた励磁量となるような励磁電流を発生する。
【0057】
次に自動非点補正動作について説明する。自動非点補正の場合、制御するコイルあるいはレンズが、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13であるのに対し、非点補正コイル(非点補正器)20になること以外は、基本的には自動焦点補正動作と同様な動作によって行われる。
【0058】
試料3への電子ビームの照射によって発生した2次電子eは、2次電子検出器14によって検出される。検出器14で検出された2次電子信号は、増幅器15で増幅された後、垂直走査信号発生回路6からの垂直走査信号と、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。
【0059】
この際、例えば、1画面分の2次元画像データを取得するごとに、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させる。この励磁量のステップ状の変化は、図示していない非点補正コイル電源を制御コンピュータ18が制御することによって行なわれる。それぞれの励磁量ごとの画像データは、画像メモリー16に蓄えられるが、この画像メモリー16に蓄えられた画像データは、1枚ずつ画像処理装置17に転送される。
【0060】
画像処理装置17では、非点評価量計算を画面のある特定の2方向それぞれについて行なう。このような処理は、図5を用いて説明した自動焦点補正動作と同様に行われる。図5において、画像メモリー16から転送された元画像51に対して、1次元のエッジ抽出フィルタを用いて、エッジ成分抽出処理を行なう。この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。
【0061】
図5に示した処理フローでは、画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つが用意されている。この画面のX方向に平行なフィルタによるX側エッジ成分抽出処理52と、画面のY方向に平行なフィルタによるY側エッジ成分抽出処理53との2つの処理を別々に行なう。
【0062】
このエッジ成分抽出処理52,53を行なう際、それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行なうことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列54と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列55とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0063】
この2次元数値行列IX2,IY2は、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させて得られた画像ごとに求められ、求められたIX2とIY2それぞれの行列の総和を求める。この総和を元画像I1におけるX側とY側それぞれの非点評価量56,57とする。
【0064】
このような非点評価量を求める処理が画像処理装置17においてなされ、求められた非点評価量の計算結果は、制御コンピュータ18に転送される。制御コンピュータ18は、非点評価量計算結果をレンズ励磁量対焦点評価量を示した図6と同様に、X方向とY方向それぞれ別々にプロットする。制御コンピュータ18は、非点補正コイル20の励磁量と、各励磁量における画像の非点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切な非点補正コイル励磁量B(X),B(Y)を求める。
【0065】
この最も適切な非点補正コイル励磁量B(X),B(Y)は、電子ビームのフォーカスずれがない場合には、原理的に同一となるが、フォーカスずれがある場合には、B(X),B(Y)は異なる値となる。このフォーカスずれがある場合では、最も適切な非点補正コイル励磁量として、X側非点評価量がピークとなる非点補正コイル20の励磁量B(X)と、Y側非点評価量がピークとなる非点補正コイル20の励磁量B(Y)との中点B(J)を用いれば良い。
【0066】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
このようにして求められた非点補正コイル20の励磁量に基づき、制御コンピュータ18は図示していない非点補正コイル電源をコントロールし、非点補正コイル20の励磁量を求められた励磁量となるような励磁電流を発生させる。なお、図6において、丸印でプロットされた曲線は、従来の試料の2次元走査に伴って得られた検出信号を1画面ごとに積算処理して得られたものである。
【0067】
前記した自動焦点補正動作において、もし、一方向しか特徴のないパターン、例えばラインアンドスペースのようなパターンについて、自動焦点補正を行う場合には、B(X)もしくはB(Y)のいずれか片方にしかピークが生じない。この場合、いずれか片方のピークをもって、合焦点位置とし、対物レンズもしくは補助フォーカスコイルにフィードバックする。あるいは、動作エラーとし、別のパターン位置に試料を移動させてから、前記した自動焦点補正動作を行うようエラーメッセージを表示するようにしても良い。
【0068】
次に、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、パターンの方向性の強い試料に対して有効な、本発明の実施の形態について、図7に基づいて説明する。なお、この実施の形態において、自動焦点補正、自動非点補正は、図4に示された構成により実行される。
【0069】
この実施の形態においても、電子ビーム1を2段の偏向コイル4,5によって振り戻し走査され、観察試料3からの2次電子eが2次電子検出器14によって検出される。検出信号は、垂直走査信号および水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。この画像データは、画像処理装置17に転送され、画像処理装置17において焦点評価量計算が以下に示す手順で行われる。
【0070】
画像処理装置17では、焦点評価量計算を画面のX方向およびY方向それぞれについて行う。図7はこの計算処理のフローを示しており、元画像(I1)501に対して、エッジ抽出フィルタ、例えば、3×3ピクセルあるいは5×5ピクセル単位の1次元ゾーベルフィルタやラプラスフィルタ等を用いて、エッジ成分抽出処理を行う。
【0071】
この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。ここでは、仮に画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つとしておく。X側エッジ成分抽出処理502と、Y側エッジ成分抽出処理503との2つを別々に行う。それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行うことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列504と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列505とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0072】
次に、IX2,IY2それぞれに領域分割処理506および507をかけ、分割された領域ごとに行列要素の総和を計算する。ここで、あらかじめ実験的に求めておいたしきい値を用い、領域ごとの総和量にしきい値処理510および511を施す。すなわち、領域を0又は1の2値化をすることになる。
【0073】
結果として、2値化された領域は、領域マスク512と領域マスク513となり、これをMx、Myとする。このマスクMx、Myを元の数値行列IX2,IY2に掛け算する。すなわち、マスキング514および515を施す。マスキングされた行列をIX3,IY3とし、それらの行列要素の総和を焦点評価量とする。
【0074】
これ以降は、制御コンピュータ18からの指令により、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置13に転送しつつ、上述した焦点評価量計算を行う。その後、制御コンピュータ18に焦点評価量計算結果を渡し、結果を図6のように、X方向とY方向それぞれの焦点評価量を別々にプロットする。
【0075】
制御コンピュータ18は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量と、各励磁量における画像の焦点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量を求める。これをB(X)、B(Y)とする。非点がない場合は、B(X)とB(Y)は同一となるが、非点がある場合は、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切なレンズ励磁量B(J)として、X側焦点評価量がピークになるレンズ励磁量B(X)と、Y側焦点評価量がピークとなるレンズ励磁量B(Y)との中点B(J)を設定すればよい。なお、B(J)は次のように表される。
【0076】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
なお、上記したマスクは必ずしも1枚1枚の画像について求める必要はなく、自動焦点処理開始時に最初に得られた画像が、有る程度焦点の合った画像で有りさえすれば、その画像で一組のマスクMx、Myを作成し、全ての画像に同じマスクを適用すればよい。または、全ての画像からn組のマスクを作成し、焦点評価量対レンズ励磁量曲線をN通り求め、最もピークが急峻な曲線から、最適焦点補正レンズ励磁量を求めることにより、マスキングの効果を最大限に発揮させることができる。
【0077】
以上の操作は、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、パターンの方向性の強い試料に対して有効である。例えば、図8に示すように、パターン画像を空間周波数の高いエッジ部分603と、空間周波数の低いパターン背景部分601,あるいは、パターン上地部分602に分ける。一般に走査電子顕微鏡のような荷電粒子ビーム顕微鏡の画像にはノイズ成分が多いため、焦点評価量計算時にはできる限りノイズ成分を減らしたい。焦点評価は、空間周波数の高い領域がどれだけシャープであるかを評価することと同意義なので、空間周波数の低い領域は、焦点評価には全く関係がない。
【0078】
従って、パターン背景部分601とパターン上地部分602を領域マスクMx、Myでマスキングすることによって、効果的に焦点評価量のノイズを低減することができる。特に、画像倍率が高くなるほど、空間周波数の低いパターン背景や上地部分が画像面積に占める割合が高くなることから、上記のマスキング手法は、倍率が高いほど有効となる。
【0079】
次に自動非点補正動作について説明する。自動非点補正の場合、制御するコイルあるいはレンズが、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13であるのに対し、非点補正コイル20になること以外は、基本的には自動焦点補正動作と同様な動作によって行われる。画像処理装置17において焦点評価量計算が以下に示す手順で行われる。
【0080】
試料3への電子ビームの照射によって発生した2次電子eは、2次電子検出器14によって検出される。検出器14で検出された2次電子信号は、増幅器15で増幅された後、垂直走査信号発生回路からの垂直走査信号と、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。
【0081】
この際、例えば、1画面分の2次元画像データを取得するごとに、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させる。この励磁量のステップ状の変化は、図示していない非点補正コイル電源を制御コンピュータ18が制御することによって行なわれる。それぞれの励磁量ごとの画像データは、画像メモリー16に蓄えられるが、この画像メモリー16に蓄えられた画像データは、1枚ずつ画像処理装置17に転送される。
【0082】
画像処理装置17では、非点評価量計算を画面のX方向およびY方向それぞれについて行う。この非点評価量計算は、図7を用いて説明した焦点評価量計算と同様な方法で行われる。すなわち、図7の計算処理のフローを実行することにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列504と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列505とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0083】
次に、IX2,IY2それぞれに領域分割処理506および507をかけ、分割された領域ごとに行列要素の総和を計算する。ここで、あらかじめ実験的に求めておいたしきい値を用い、領域ごとの総和量にしきい値処理510および511を施す。すなわち、領域を0又は1の2値化をすることになる。
【0084】
結果として、2値化された領域は、領域マスク512と領域マスク513となり、これをMx、Myとおく。このマスクMx、Myを元の数値行列IX2,IY2に掛け算する。すなわち、マスキング514および515を施す。マスキングされた行列をIX3,IY3とおき、それらの行列要素の総和を非点評価量とする。
【0085】
これ以降は、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置13に転送しつつ、上述した非点評価量計算を行う。その後、制御コンピュータ18に非点評価量計算結果を渡し、結果を図8に示しした焦点評価量と同様に、X方向とY方向それぞれの非点評価量を別々にプロットする。
【0086】
制御コンピュータ18は、非点補正コイル20の励磁量と、各励磁量における画像の非点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量を求める。これをB(X)、B(Y)とする。焦点ずれがない場合は、B(X)とB(Y)は同一となるが、焦点がずれていると、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切な非点補正コイル励磁量B(J)として、X側非点評価量がピークになる非点補正コイル励磁量B(X)と、Y側非点評価量がピークとなる非点補正コイル励磁量B(Y)との中点B(J)を設定すればよい。なお、B(J)は次のように表される。
【0087】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
なお、上記したマスクは必ずしも1枚1枚の画像について求める必要はなく、自動非点処理開始時に最初に得られた画像が、有る程度非点の少ない画像で有りさえすれば、その画像で一組のマスクMx、Myを作成し、全ての画像に同じマスクを適用すればよい。または、全ての画像からn組のマスクを作成し、非点評価量対非点補正コイル励磁量曲線をN通り求め、最もピークが急峻な曲線から、最適非点補正コイル励磁量を求めることにより、マスキングの効果を最大限に発揮させることができる。
【0088】
また、上述した自動焦点補正動作と自動非点補正動作をそれぞれ1画面取得ごとに1回ずつ繰り返し実行することにより、焦点と非点とが完全に補正された画像が得られる。更に、上述した実施の形態では、半導体パターン配線のように、縦方向と横方向の特徴が非常に強い、言い換えれば、直線形状の組合せパターンが多い試料に対して有効に作用する。そして、半導体パターンを高倍率観察した場合、平坦な上地と下地の割合が多くなるが、このような場合には本実施の形態は、更に有効に作用する。
【0089】
ところで、従来技術の欠点の一つとして、パターンの方向性が強い場合、自動焦点補正のケースでは、焦点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、対物レンズ励磁量−焦点評価量曲線がなだらかになり、最適焦点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。また、自動非点補正のケースでは、非点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、非点補正コイル励磁量−非点評価量曲線がなだらかになり、最適非点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。次に説明する実施の形態では、この点に着目してなされたものである。
【0090】
この実施の形態においても、電子ビーム1は2段の偏向コイル4,5によって振り戻し走査され、観察試料3からの2次電子eが2次電子検出器14によって検出される。検出信号は、垂直走査信号および水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。この画像データは、画像処理装置17に転送され、画像処理装置17において焦点評価量計算が以下に示す手順で行われる。
【0091】
まず、画像処理装置17では、転送された画像データから、パターンの方向性を検証する。この方向性の検証は、公知の手法が存在するのでその内容の説明は省くが、例えば、ハフ変換やラドン変換等の良く知られた方向性検証手法を使うことができる。この方向性の検証の結果として、図9に示すように、画像の座標系(xi,yi)に対して、最もパターンPの特徴の多い方向θspが求まる。このとき、画像の焦点が必ずしも最適である必要はなく、ある程度形状が見えてさえいれば良い。
【0092】
次に、このθspを制御コンピュータ18に渡す。制御コンピュータ18は垂直走査信号発生回路6および水平走査信号発生回路8に指令を出し、それぞれの走査信号の混合比を可変させる。いわゆる走査角回転を指示する。これにより、観察試料3上で電子ビームを走査する方向を−θspだけ回転させる。結果として、パターン方向性の最も強い方向が画像のX方向に一致した画像が得られる。
【0093】
次に、走査角を−θspだけ回転させたまま、制御コンピュータ18からの指令により、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置17に転送する。
【0094】
画像処理装置17では、焦点評価量計算を画面のX方向およびY方向それぞれについて行なう。この動作は図5を用いて説明した計算と同様な計算フローにより行われる。すなわち、元画像51に対して、エッジ抽出フィルタ、例えば、3×3ピクセルあるいは5×5ピクセル単位の1次元ゾーベルフィルタやラプラスフィルタ等を用いて、エッジ成分抽出処理を行う。
【0095】
この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。ここでは、仮に画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つとしておく。X側エッジ成分抽出処理52と、Y側エッジ成分抽出処理53との2つを別々に行う。それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行うことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列54と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列55とが独立に求まる。
【0096】
これらをIX2,IY2とすると、次に、IX2,IY2それぞれの総和を求める。この総和をもって、画像I1におけるX側とY側それぞれの焦点評価量56および57とする。その後、制御コンピュータ18に焦点評価量計算結果を渡し、結果を図6に示すように、X方向Y方向それぞれの焦点評価量を別々にプロットする。
【0097】
制御コンピュータ18は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量と、各励磁量における画像の焦点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量を求める。これをB(X)、B(Y)とする。非点がない場合は、B(X)とB(Y)は同一となるが、非点がある場合は、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切なレンズ励磁量B(J)として、X側焦点評価量がピークになるレンズ励磁量B(X)と、Y側焦点評価量がピークとなるレンズ励磁量B(Y)との中点B(J)を設定すればよい。なお、B(J)は次のように表される。
【0098】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
ピークがどちらかしか生じないような、一方向しかない観察試料の場合は、そのどちらかのピークを設定するか、あるいは、動作エラーとして処理を終了すれば良い。前者は、非点ズレの可能性がない場合に適用し、後者は非点ズレの可能性が多い場合に適用する。これらの選択は、設計者または観察者に委ねられる。
【0099】
さて、ここまでは、画面のX方向およびY方向を例にして説明したが、これは説明の便宜上であり、X方向およびY方向をパターンの方向性の最も強い方向とそれと独立な任意の方向とすれば、1枚の画像から2つの独立した方向の合焦点位置を同時に求めたことになる。
【0100】
以上説明したように、上記した実施の形態では、試料上に形成されたパターンの方向性にかかわらず、高精度に最適対物レンズ励磁量を求めることができる。なお、電子ビームの走査角を−θspだけ回転させる代わりに、画像処理装置17内で画像を−θspだけ回転させる演算を行なうことによっても、同じ結果が得られる。更に、電子ビームの走査角を−θspだけ回転させる代わりに、試料3が載せられたステージ(図示せず)を−θspだけ回転させることによっても、同じ結果が得られる。
【0101】
次に自動非点補正動作について説明する。自動非点補正の場合、制御するコイルあるいはレンズが、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13であるのに対し、非点補正コイル20になること以外は、基本的には上記した実施の形態における自動焦点補正動作と同様な動作によって行われる。
【0102】
ただし、非点補正コイル20には方向があるので、その方向補正を行なう必要がある。その補正の方法を図10、図11に基づいて説明する。図4では非点補正器としてコイルを用いた磁界型の補正器を例示したが、非点補正器として電極を用いた静電型の補正器を用いることもできる。いずれにしても、一般に、非点補正器は8極のコイルまたは電極によって8回対称の補正場を発生させる。これを制御する際には、便宜上、45°ずらした2つの4極子補正場をそれぞれ制御する。これらを非点補正器A、非点補正器Bと呼ぶ。非点補正器Aと非点補正器Bは、それぞれある特定の方向θbにビームを発散させ、それと90°の角をなすθf方向にビームを収束させる作用を有する。
【0103】
図10は非点補正器Aの作用を示しており、(a)は荷電粒子ビームに対する非点補正器の作用を、(b)は得られる画像に対する非点補正器の作用を示し、(c)は画像座標系と、非点補正器作用方向との関係を示している。また、図11は非点補正器Bの作用を示しており、(a)は荷電粒子ビームに対する非点補正器の作用を、(b)は得られる画像に対する非点補正器の作用を示し、(c)は画像座標系と、非点補正器作用方向との関係を示している。
【0104】
ところで、得られる画像の座標系(xi,yi)に対する非点補正器の作用方向は、非点補正器の取り付け角度と走査コイルの角度の関係や、非点補正器より試料側に存在する磁界レンズのラーマ―回転作用等によって一意に決定されるが、基本的には画像の座標系(xi,yi)とは一致しない。したがって、予めこれらの関係を把握しておく必要がある。
【0105】
すなわち、ある加速電圧や照射電流等の使用条件において、非点補正器Aの作用する座標系(xa,ya)と、画像の座標系(xi,yi)とがなす角度θsaを計算または実験により求め、使用条件ごとの一覧表にする。また、非点補正器Bの作用する座標系(xb,yb)と、画像の座標系(xi,yi)とがなす角度θsbを計算または実験により求め、使用条件ごとの一覧表にする。
【0106】
ただし、θsaとθsbとの差は、+45°または−45°となることは当然である。これらの一覧表は、システムパラメーターとし、自動非点補正処理実行時に自動的に制御コンピュータ18に読み込まれる。なお、角度を実験によって求める場合には、出きるだけ細かい粒子状で、一様な方向を有した試料を観察すれば、前述した方向性検証手法等を使うことにより、容易に作用方向は分かる。
【0107】
次に、非点補正器Aと非点補正器Bとをそれぞれ独立に使い、自動非点補正を行なう。一例として、非点補正器Aによる自動非点補正動作について説明する。
【0108】
まず、非点補正器Aの作用方向θsaを制御コンピュータ18に渡す。制御コンピュータ18は、垂直走査信号発生回路6および水平走査信号発生回路8に指令を出し、それぞれの走査信号の混合比を可変させる。いわゆる走査角回転を指示する。これにより、観察試料3上で電子ビームを走査する方向を−θsaだけ回転させる。結果として、パターン方向性の最も強い方向が画像のX方向に一致した画像が得られる。
【0109】
次に、走査角を−θsaだけ回転させたまま、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正器Aの励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置17に転送する。これ以降の処理は、前述した自動焦点補正方法と同様であり、非点補正器の作用方向Xa方向とYa方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量が求まる。これをB(X)、B(Y)とする。
【0110】
焦点ずれがない場合は、原理的にB(X)とB(Y)は同一となるが、焦点がずれていると、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切な非点補正器Aの励磁量は、X側非点評価量がピークになる非点補正器Aの励磁量B(X)と、Y側非点評価量がピークとなる非点補正器Aの励磁量B(Y)との中点B(J)である。
【0111】
ピークがどちらかしか生じないような、一方向しかない観察試料の場合は、そのどちらかのピークを設定するか、あるいは、動作エラーとして処理を終了すれば良い。前者は、焦点ズレの可能性がない場合に適用し、後者は焦点ズレの可能性が多い場合に適用する。ただし、一般には、焦点は観察試料の高さによって大きく変わるので、設計者や観察者は後者を選択することになる。
【0112】
非点補正器Bでも、電子ビームの走査方向の回転角が−θsbになるだけで、非点補正器Aの自動非点補正と全く同じ手順を踏むことにより、最適非点補正器Bの励磁量B(J)が求まる。
【0113】
前述した自動非点補正において、観察試料3上に形成されたパターンの方向性が強い場合は、走査角回転によって画像の方向性が変わるため、非点評価量曲線の急峻さが低下し、すなわち、自動非点補正の精度が低下する。その場合は、観察試料の方向性成分θspを、試料ステージ回転モーターにフィードバックすることにより、観察試料の方向と非点補正器の作用方向θsaを一致させれば良い。この時、最も精度の高い非点補正が可能となる。
【0114】
更に、前述した自動非点補正において、試料上のパターンの方向性が一方向しかないラインアンドスペースパターンのような試料を用いる場合は、試料ステージ回転モーターを90°動かす。このモーターを動かす前後で、2回非点評価量を測定することにより、X側非点評価量と、Y側非点評価量を別々に求めることができる。
【0115】
この試料ステージ回転モーターを動かす機能を用いれば、方向性の強い観察試料を用いた自動非点補正の精度を、著しく向上させることが可能である。加えて、前記実施の形態で説明した自動焦点補正において、試料ステージ回転を併用した方式を適用することにより、非点のある場合の自動焦点補正精度をより向上させることができる。
【0116】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、電子ビームを用いた走査電子顕微鏡を例にして説明したが、本発明に基づく自動焦点補正、自動非点補正は、走査型の荷電粒子ビーム装置にも適用することができる。イオンビームを用いる装置では、対物レンズや偏向器等のレンズやコイルは、電極を用いた静電型のレンズや偏向器が使用される。
【0117】
また、自動焦点補正動作を行う際、電子ビームのフォーカスの状態を対物レンズの励磁量を変化させるか、補助フォーカスコイルの励磁量を変化させるかは任意に選択することができる。補助フォーカスコイルを用いた場合、空芯のコイルを用いるので、フォーカス状態のステップ状の変化を速く行う利点がある。この補助フォーカスコイルの励磁量を変化させてビームのフォーカス状態をステップ状に変化させた場合、結果として得られた最適焦点位置に対応した補助フォーカスコイルの励磁量に該コイルに流す励磁電流を設定しても良いし、最適焦点位置に対応した補助フォーカスコイルの励磁量分、対物レンズの励磁量を調整し、自動焦点補正動作が終了した後は、補助フォーカスコイルを使用しない方式を用いても良い。
【0118】
ただし、イオンビーム装置の場合は、補助フォーカスコイルの磁場強度が弱いので、補助フォーカスコイルを用いることはできず、通常は、静電型の対物レンズのレンズ強度を変化させてイオンビームのフォーカス状態をステップ状に変えることになる。
【0119】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、上焦点と下焦点を別々に検出しその中点に焦点を合わせるようにしたため、非点がある場合でも自動焦点補正機能を正常に動作させることができる。また、焦点がずれている場合でも、自動非点補正機能を正常に動作させることができる。更に、上焦点と下焦点を別々に検出したため、高精度で非点を検出することができ、非点の有る無しの判定を行うことが可能となった。
【0120】
試料表面に形成された一方向のパターンに対し、上焦点と下焦点を別々に検出するアルゴリズムを用いると、上焦点か下焦点のいずれかしか検出できないため、ラインアンドスペースのような一方向のパターンで、非点補正を行うことが不可能であることを認識できるようになった。
【0121】
従来技術では、非点がある場合は、上焦点と下焦点の2つのピークが重なってダブルピークとなるが、試料の表面形状の特徴に依存してダブルピークのそれぞれのピーク高さが異なり、2つのピークの検出に失敗することがあった。それに対し、本発明においては、上焦点と下焦点を別々に検出するように画像データの処理を行うようにしたので、上焦点を求める曲線のピーク高さと、下焦点を求める曲線のピーク高さとが異なる場合でも関係なく、上焦点と下焦点を分離して検出できるため、試料の特徴にほとんど依存せずに自動非点補正機能を使用することができる。その結果、自動非点補正機能を行うための試料として、方向性が少なくとも2方向ある試料を用いれば良く、試料の選択範囲が広がることになる。
【0122】
従来技術では、LSIパターンのように試料表面が平坦で特徴がなく、パターンの方向性が強い画像に対して、自動焦点補正あるいは自動非点補正の精度を上げることが困難であり、また、対物レンズや補助フォーカスレンズの最適励磁位置、非点補正器の最適励磁位置を誤検出する原因となっていた。これに対して、本発明では、画像データのX方向とY方向の情報を独立に処理するようにしたので、LSIパターンのようにX、Y方向の方向性が強い試料に対して、高精度に自動焦点補正と自動非点補正を行うことができるようになった。
【0123】
また、本発明では、自動焦点補正動作を行う際、焦点評価量を求める画像処理の方向と試料パターンの方向とを一致させ、また、自動非点補正動作を行う際、非点評価量を求める画像処理の方向と非点補正器の作用方向とを一致させ、更に、自動非点補正動作を行う際、非点評価量を求める画像処理の方向と非点補正器の作用方向とを一致させると共に、試料上のパターンの方向も一致させるようにしたため、焦点評価量および非点評価量をより高い精度で測定することができるようになった。したがつて、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像に対して、自動焦点補正および自動非点補正処理の精度を、著しく向上させることができる。
【0124】
LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像のノイズに対して効果的なマスキングを行い、自動焦点補正および自動非点補正時のノイズ成分を低減し、焦点評価量や非点評価量を効率よく計算できるようにしたため、LSIパターンが形成された試料から得られた画像データに基づいて実行される自動焦点補正動作および自動非点補正動作の精度を高くすることができる。また、LSIパターンの高倍率における観察時において、自動焦点補正および自動非点補正時の画像データに含まれるノイズ成分を大きく低減することができ、高い精度で自動焦点補正や非点補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動焦点補正機能を説明するための図である。
【図2】非点がある場合における自動焦点補正機能を説明するための図である。
【図3】非点補正の原理を説明するための図である。
【図4】本発明に基づく自動焦点補正方法および自動非点補正方法を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図5】X方向とY方向の焦点評価量を計算する方法を説明するための図である。
【図6】X,Y方向独立に焦点補正量を評価した場合のレンズ励磁量対焦点評価量曲線を示す図である。
【図7】X焦点評価量およびY焦点評価量それぞれの計算方法を説明するための図である。
【図8】半導体パターン画像のノイズ低減方法を説明するための図である。
【図9】試料の表面に形成されたパターンの方向性を示す図である。
【図10】非点補正器の作用方向を示す図である。
【図11】非点補正器の作用方向を示す図である。
【符号の説明】
1 電子ビーム
2 対物レンズ
3 観察試料
4 上段偏向コイル
5 下段偏向コイル
6 垂直走査信号発生回路
7,9,10,11,15 増幅器
8 水平走査信号発生回路
12 レンズ制御電源
13 補助フォーカスコイル
14 検出器
16 画像メモリー
17 画像処理装置
18 制御コンピュータ
20 非点補正コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次荷電粒子ビームの自動焦点補正機能、自動非点補正機能を有した走査電子顕微鏡等の走査型荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法、自動非点補正方法および走査型荷電粒子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査型荷電粒子ビーム装置の代表例として走査電子顕微鏡について説明する。走査電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズとによって、試料上に電子ビームを細く集束すると共に、偏向コイルによって、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。また、コンデンサレンズと対物レンズ絞りによって試料に照射される電子ビームの強度すなわち、ビーム電流量を調整できるように構成されている。試料に電子ビームを照射することによって2次電子が発生するが、この2次電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査と同期した陰極線管に供給し、試料の走査像を表示するようにしている。
【0003】
このような走査電子顕微鏡には高い分解能で像の観察を行うために、自動焦点補正機能および自動非点補正機能が備えられている。この機能の動作を含め、更に詳細に走査電子顕微鏡の説明を行なう。電子銃から発生し加速された電子ビームは、上段と下段の2段偏向コイルによって振り戻し走査される。各偏向コイルには、垂直走査信号発生回路および水平走査信号発生回路から鋸歯状波の信号が供給され、電子ビームを2次元走査を行なうことが一般的である。なお、2次元走査のための信号は、鋸歯状波以外の三角状波等が用いられるケースもある。
【0004】
走査された電子ビームは、対物レンズによって細く集束され、試料に照射される。したがって、試料上に集束された電子ビームと試料との相互作用により信号が発生する。この信号には、2次電子、1次イオン、後方散乱電子、X線等が含まれることは良く知られている。この信号に応じた検出特性を有した検出器により、信号が検出される。例えば、試料からの微弱なエネルギーを有した2次電子を検出するように構成された検出器により、2次電子が検出される。
【0005】
この検出信号は、垂直走査信号および水平走査信号との同期を取りながら、画像メモリーもしくはフィルム等の画像保存手段に、XY2次元画像として保存される。この画像は、画像処理装置に転送され、観察者にとって観察しやすいように画像処理が施された後、制御コンピュータ上に保存される。制御コンピュータ上に保存された画像データに基づき、制御コンピュータに接続されたモニター画面上に試料の2次元走査領域の走査像が表示される。ただし、このような構成以外の構成も従来から用いられている。例えば、画像メモリー、画像処理装置および制御コンピュータは、同じ1台のコンピュータ内に含めるように構成しても良いし、制御コンピュータとは異なる別の観察用コンピュータ上であっても良い。
【0006】
さて、試料上に電子ビームを照射する場合、試料面の高さが観察位置等に応じて変化する場合においても、正確に試料面に電子ビームを集束させるためには、対物レンズまたは対物レンズに接近して設けられる補助フォーカスコイルの励磁電流を制御する必要がある。
【0007】
また、レンズ場の不均一性に起因する非点収差を補正するための非点補正コイルが、通常、対物レンズの上部に設けられている。この非点補正コイルを制御することにより、試料表面をシャープに画像化することができる。上記したレンズやコイルの制御は、制御コンピュータからの指令により、レンズ制御電源やコイル制御電源を制御することによって行なわれる。
【0008】
この対物レンズ(もしくは補助フォーカスコイル)および非点補正コイルの制御は、観察者が制御コンピュータを操作することにより行なえるように構成されており、画像を観察者が最もシャープに像が見える位置になるようにエンコーダノブ等の手段を用いて制御する。ただし、操作の簡便化のために、この制御は、現在市販されている走査電子顕微鏡などの走査型荷電粒子ビーム装置では、電気回路またはコンピュータを用いて自動的に行える機能が備えられている場合がほとんどで、このような機能は自動焦点補正機能、自動非点補正機能と呼ばれており、例えば特許文献1に記載されている。以下、自動焦点補正機能について走査電子顕微鏡を例にして説明するが、走査型イオンビーム装置でも同様な動作が実行されている。
【0009】
まず、対物レンズまたは補助フォーカスコイルの励磁量B(t)をステップ状に変えながら、電子ビームを走査し、2次電子などの試料から発生した信号を検出し、検出信号を画像処理装置に供給し、ハイパスフィルタ等を通すことにより、画像のシャープさ、すなわち、焦点の合い具合を示す評価量S(t)を抽出する。以下、このS(t)を焦点評価量と呼ぶ。
【0010】
励磁量B(t)と評価量S(t)との関係を正規分布関数などの適当な関数でフィッティングし、評価量S(t)が極値S(J)となる位置t=Jを求める。このJは整数とは限らず、実数として求める。図1(a)は、励磁量B(t)と評価量S(t)との関係を示したグラフであり、横軸はフォーカスコイル(あるいは対物レンズ)励磁量B(t)、縦軸は焦点評価量S(t)である。また、図1(b)は、フォーカス励磁量に応じた光線図(ビーム径の変化を示した図)である。なお、自動非点補正を行う場合には、横軸が非点補正コイル励磁量となり、縦軸が非点評価量となる。
【0011】
前記したt=Jとなる励磁量B(J)を、対物レンズまたは補助フォーカスコイルにフィードバックした後、画像を取得する。このとき、動作を高速化させるために、偏向コイルへの信号を間引きしたり、幾何図形を描かせたりすることにより、検出信号を1次元信号として扱う場合もある。
【0012】
ところで、レンズに非点がある場合に自動焦点補正機能を用いると、コイル励磁量B(t)と焦点評価量S(t)との関係は、図2(a)のようになる。すなわち、上焦点および下焦点という2つのピークが出現する。図2(b)は、レンズに非点がない場合のフォーカス励磁量に応じた光線図を示し、図2(c)は、レンズに非点がある場合を示した図2(a)のケースに対応した光線図を示している。この図2(c)に示すように、上焦点と下焦点のそれぞれのピーク位置での荷電粒子ビームの断面は、ある一方向にのみ焦点が合い、それ以外の方向は全く焦点が合っていない。すなわち、荷電粒子ビームはライン状の形状となる。
【0013】
図2(c)では、便宜上、上焦点をX方向に焦点が合った状態、下焦点をY方向に焦点が合った状態とした光線図を示した。当然、非点の大きさや方向によっては、上焦点がY方向焦点、下焦点がX方向焦点となる場合もあるし、焦点方向がXY方向とはある角度ずれた状態となることもある。
【0014】
このようなレンズ非点がある状態で荷電粒子ビームを試料上でXY方向に2次元走査し、画像を取得した場合、ある方向にのみが像がシャープに見える、いわゆるラインフォーカス像が得られる。前記方向は、非点補正に用いる4極子の方向に依存するが、上焦点と下焦点とは必ず90°の角度をなす。
【0015】
この場合、合焦点位置としては、上焦点と下焦点の中央とすべきである。この位置で、ビームの方向性が真円すなわち最小錯乱円となるので、この位置を最小錯乱円位置と呼んでいる。対物レンズ励磁量あるいはフォーカスコイル励磁量を最小錯乱円位置に設定した後に、非点補正コイル励磁を最適に調整することにより、試料位置における荷電粒子ビーム断面が最小の真円となる。この時に得られる画像が最もシャープな画像となる。
【0016】
次に自動非点補正機能について説明するが、この機能は、制御対象が非点補正器(非点補正コイル)になるのみで、自動焦点補正機能とほぼ同様な動作となる。この非点補正機能について図3を用いて説明する。非点補正コイルの励磁を調整することにより生じる作用は、レンズ非点補正前の光線図を示す図3(a)において、最小錯乱円位置ZmとX焦点位置Zxとの距離、あるいは最小錯乱円位置ZmとY焦点位置Zyとの距離を変化させることと見なせる。
【0017】
一般的に、非点補正には、4極子コイルを使う。この場合、X焦点位置Zxと最小錯乱円位置Zmとの間の距離Dx(=Zm−Zx)と、Y焦点位置Zyと最小錯乱円位置Zmとの間の距離Dy(=Zm−Zy)とがDx=Dyの関係を保ちながら、焦点位置Zx,ZyがZ方向に動く。図3(b)は、XY焦点位置を最小錯乱円位置から離す作用を示すものであり、図3(c)は、それらを近づける作用を示すものである。図3(b)では錯乱円の半径が大きくなり、図3(c)では錯乱円の半径が小さくなる。結果として、4極子補正コイルによる補正作用は、最小錯乱円位置を不変に保ちながら、錯乱円の半径を変化させるものということができる。
【0018】
図3(c)の状態から補正量を増やし、光線が図3(d)のようになったときき、Dx=Dy=0、すなわち、X焦点位置とY焦点位置と最小錯乱円位置とが全て一致する。この結果として、錯乱円の半径が最小となる。このときの非点補正コイル励磁量が、最適非点補正コイル励磁量となる。以上の一連の操作において、非点補正コイル励磁量と非点評価量との関係は、図1(a)のS(t)‐b(t)曲線と同じになるので、t=Jとなる位置が最適非点補正コイル励磁量である。
【0019】
焦点位置が最小錯乱円位置に一致しない場合に、非点補正コイルを調整した場合には、現在の焦点位置と最小錯乱円位置との距離をDzとすると、Dz=DxとなったときにはX焦点が得られ、Dz=DyとなったときにはY焦点が得られる。すなわち、非点補正コイル励磁を調整することで、ラインフォーカス像が2回現れる。この時の非点補正コイル励磁量と非点評価量との関係は、図2(a)のS(t)‐b(t)曲線と同じになるので、t=Jとなる位置、すなわち、2つのラインフォーカス像が得られる励磁量の中点が最適非点補正コイル励磁量となる。以上説明したように、原理的には、自動焦点補正操作と自動非点補正操作を1回ずつ行なえば、最もシャープな画像が得られることになる。
【0020】
【特許文献1】
特開平11−73903号公報
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の自動焦点補正操作方式では、少なくとも以下に説明する7つの欠点を有している。まず第1に、非点が存在している場合に焦点を決めるのが困難であった。すなわち、非点がある場合に焦点補正コイルを操作すると、上焦点と下焦点の2つのピークが加算されるため、焦点評価量曲線は、図2(a)に示すように、ダブルピークとなる。そして、非点量に依存してピークの重なり方が異なるため、上焦点と下焦点とが近づくほど、ダブルピークが分離できなくなる。
【0022】
ところで、非点の有り無しは、焦点評価量曲線のピークがダブルピークなのか、シングルピークなのかで判断する必要がある。また、その判断結果に従って、最適励磁量をダブルピークの中心にするか、あるいはシングルピークの頂点にするかを再度判断する必要がある。これらの厳密な判断パラメータを見つけることは困難であり、従って、ダブルピークの片側頂点をシングルピークの頂点と見誤り、最適励磁量を求めることに失敗することがある。
【0023】
第2に、従来技術では、焦点がずれた状態で非点補正するのが困難であった。すなわち、焦点がずれた状態に非点補正コイルを操作した場合にも、上焦点と下焦点の2つのピークが重なってダブルピークとなる。しかし、焦点ずれが大きくなればなるほど、ダブルピーク曲線が広がりを持ち、結局ピークが分離できなくなったり、曲線が広がりすぎて、ピーク検出そのものが不可能となる。その結果として、焦点がずれた場合に非点補正することは大変困難であった。
【0024】
第3に、従来技術では、非点の有る無しの判定を行うことが困難であった。すなわち、前述したように、ダブルピークの分離が難しいことから、非点の有る無しの判定は、特に、非点量が小さいほど困難となる。
【0025】
第4に、従来技術では、ラインアンドスペースのような一方向のパターンで、非点補正が不可能であることを認識できなかった。すなわち、一方向パターンでは原理的に非点補正が不可能であるが、非点評価量曲線には明瞭なピークが現れる。このピークは、ダブルピークの片側である可能性があり、最適値とは限らないが、従来は、このピークを最適値として判断していた。
【0026】
第5に、従来技術では、自動非点補正機能を用いるための試料として、方向性が一様でかつ特徴が多い試料を用いる必要があった。すなわち、非点がある場合は、上焦点と下焦点の2つのピークが重なってダブルピークとなるが、試料の特徴に依存してダブルピークのそれぞれのピーク高さが異なり、検出に失敗することがあった。
【0027】
例えば、表面形状として、X方向に強い方向性を有した試料の場合、上焦点または下焦点ピークのどちらかが急峻なピークを有し、他方はなだらかとなる。これらを加算しても、急峻なピークのみが目立つ結果となる。従って、得られる励磁量は最適値でなく、上焦点または下焦点の励磁量であり、非点補正に失敗していた。
【0028】
第6に、従来技術では、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像に対して自動焦点補正もしくは自動非点補正の精度を上げることが困難であり、対物レンズおよび非点コイルの最適励磁位置を誤検出する原因でもあった。すなわち、走査電子顕微鏡画像のノイズに対して、画像の特徴量が少なく、焦点評価量がノイズに埋もれてしまっていた。また、前述のように、方向性の一様な試料を使わないと、非点検出に失敗していた。
【0029】
第7に、第6と同様にLSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像に対して自動焦点補正もしくは自動非点補正の精度を上げることが困難であり、対物レンズおよび非点コイルの最適励磁位置を誤検出する原因でもあった。
【0030】
その原因として、パターンの方向性が強い場合、自動焦点補正のケースでは、焦点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、対物レンズ励磁量−焦点評価量曲線がなだらかになり、最適焦点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。また、自動非点補正のケースでは、非点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、非点補正コイル励磁量−非点評価量曲線がなだらかになり、最適非点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。
【0031】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、非点が補正されていない像でも、焦点が合っている位置、すなわち、最小錯乱円位置となる対物レンズ励磁量を求めることが可能で、また、焦点が合っていない像でも、非点補正が最適となる非点補正コイル励磁量を求めることが可能な、更に、半導体パターンのような平坦で特徴が少ない試料に対して、精度の高い自動焦点補正および自動非点補正を行うことが可能な荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法および自動非点補正方法を実現するにある。
【0032】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法は、荷電粒子ビームを試料上に収束させるためのレンズの強度をステップ状に変化させることにより、試料上のビームのフォーカスの状態をステップ状に変化させ、各フォーカスのステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して焦点評価量を求め、レンズ強度と焦点評価量の関係から合焦点位置を求め、ビームを収束するレンズの強度をこの合焦点位置に対応したレンズ強度に設定するようにした自動焦点補正方法であって、前記画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、各フォーカスのステップごとに求められた焦点評価量に基づいて、第1と第2の方向の合焦点位置であるレンズ強度をそれぞれ求め、その中点を合焦点位置としてビームを収束するレンズの強度を設定するようにしたことを特徴としている。
【0033】
上記した本発明に基づく自動焦点補正方法では、上焦点と下焦点を別々に検出するようにしたため、非点がある場合でも、自動焦点補正機能を正常に動作させることができる。
【0034】
本発明に基づく自動非点補正方法は、非点補正器の強度をステップ状に変化させ、非点補正器の強度の各ステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して非点評価量を求め、非点補正器の強度と非点評価量の関係から最適非点補正位置を求め、非点補正器の強度をこの最適非点補正位置に対応した強度に設定するようにした自動非点補正方法であって、前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、非点補正器の強度の各ステップごとに求められた非点評価量に基づいて、第1と第2の方向の最適非点補正位置である非点補正器強度をそれぞれ求め、その中点を最適非点補正位置として非点補正器の強度を設定するようにしたことを特徴としている。
【0035】
上記した本発明に基づく自動非点補正方法では、上焦点と下焦点を別々に検出するようにしたため、焦点がずれた場合でも、自動非点補正機能を正常に動作させることができる。
【0036】
本発明に基づく自動焦点補正および自動非点補正方法は、画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに求め、各フォーカスのステップごとに求められた焦点評価量に基づいて、第1と第2の方向の合焦点位置であるレンズ強度をそれぞれ求め、その中点を合焦点位置としてビームを収束するレンズの強度を設定するようにした自動焦点補正動作と、前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、非点補正器の強度の各ステップごとに求められた非点評価量に基づいて、第1と第2の方向の最適非点補正位置である非点補正器強度をそれぞれ求め、その中点を最適非点補正位置として非点補正器の強度を設定するようにした自動非点補正動作とを少なくとも1回以上ずつ繰り返し行うことにより、焦点補正と非点補正とを同時に行なうようにしたことを特徴としている。
【0037】
上記した本発明に基づく自動焦点補正および自動非点補正方法では、自動焦点補正動作と自動非点補正動作とを少なくとも1回以上ずつ繰り返し行うので、焦点と非点が完全に補正された画像が得られる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図4は、本発明を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示しており、図示していない電子銃から発生した電子ビーム1は、コンデンサレンズ(図示せず)と対物レンズ2によって観察試料3上に細く集束される。なお、電子ビーム1は、図示していないコンデンサレンズと対物レンズ絞りとによって、ビーム強度すなわちビーム電流量が調整される。
【0039】
ビーム強度が調整された後、電子ビーム1は、2段偏向コイル4,5により振り戻し走査される。上段偏向コイル4、下段偏向コイル5のそれぞれには、水平と垂直の偏向コイルが含まれている。上段偏向コイル4内の垂直偏向コイルには、垂直走査信号発生回路6より、増幅器7を介して垂直走査信号が供給され、上段偏向コイル4内の水平偏向コイルには、水平走査信号発生回路8より、増幅器9を介して水平走査信号が供給される。下段偏向コイル5内の垂直偏向コイルには、垂直走査信号発生回路6より、増幅器10を介して垂直走査信号が供給され、下段偏向コイル4内の水平偏向コイルには、水平走査信号発生回路8より、増幅器10を介して水平走査信号が供給される。
【0040】
2段の偏向コイル4,5によって走査された電子ビーム1は、対物レンズ2によって細く集束され、試料3に照射されるが、この対物レンズ2には、レンズ制御電源12から励磁電流が供給される。また、対物レンズ2に接近して補助フォーカスコイル(レンズ)13が配置されておリ、この補助フォーカスコイル13にも、レンズ制御電源から励磁電流が供給されるように構成されている。この補助フォーカスコイル13は、応答速度を速くするために通常空芯のレンズが使用されている。
【0041】
対物レンズ2、あるいは、対物レンズ2と補助フォーカスコイル13とによって電子ビーム1は細く集束されて観察試料3に照射される。この結果、試料上に集束された電子ビームと試料との相互作用により信号が発生する。この信号には、2次電子、後方散乱電子、X線等が含まれることは良く知られており、これらの信号に応じた検出特性を有した検出器により、それぞれの信号が検出される。例えば、本実施の形態では、試料3からの微弱なエネルギーを有した2次電子eを検出するように構成された検出器12により、2次電子eを検出しているが、後方散乱電子(反射電子)を検出する検出器を用いて反射電子信号を得るようにしても良い。
【0042】
この検出信号は、増幅器15によって増幅された後、垂直走査信号発生回路6からの垂直走査信号、および、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号との同期を取りながら、画像メモリー16に、XY2次元画像として保存される。この画像は、画像処理装置17に転送され、観察者にとって観察しやすいように画像処理が施された後、制御コンピュータ18上に保存される。制御コンピュータ上18に保存された画像データに基づき、制御コンピュータ18に接続されたモニター(図示せず)の画面上に試料の2次元走査領域の走査像が表示される。
【0043】
ただし、このような構成以外の構成も用いることができる。例えば、画像メモリー16、画像処理装置17および制御コンピュータ18は、同じ1台のコンピュータ内に含めるように構成しても良いし、制御コンピュータ18とは異なる別の観察用コンピュータを設けるようにしても良い。
【0044】
さて、観察試料3上に電子ビーム1を照射する場合、試料面の高さが観察位置等に応じて変化する場合においても、正確に試料面に電子ビーム1を集束させるためには、対物レンズ2または対物レンズ2に接近して設けられる補助フォーカスコイル13の励磁電流を制御する必要がある。
【0045】
また、レンズ場の不均一性に起因する非点収差を補正するための非点補正コイル20が、通常、対物レンズ2の上部に設けられている。この非点補正コイル20を制御することにより、試料表面をシャープに画像化することができる。上記したレンズやコイルの制御は、制御コンピュータ18からの指令により、レンズ制御電源12や非点補正コイル制御電源(図示せず)を制御することによって行なわれる。
【0046】
この対物レンズ2(もしくは補助フォーカスコイル13)および非点補正コイルの制御は、観察者が制御コンピュータ18を操作することにより行なえるようにも構成されており、画像を観察者が最もシャープに像が見える位置になるようにエンコーダノブ等の手段を用いて制御することもできる。しかしながら、本実施の形態では、この制御は、制御コンピュータ18によりコントロールされる各構成要素により、自動的に行う。以上説明した構成の動作を次に説明する。
【0047】
最初に自動焦点補正動作について説明する。電子ビーム1は図示していないコンデンサレンズと対物レンズ2あるいは補助フォーカスコイル13によって、観察試料3上に細く集束される。また電子ビーム1は、2段の偏向コイル4,5によって振り戻し走査され、試料3上の特定の2次元領域は電子ビームによって走査されることになる。
【0048】
試料3への電子ビームの照射によって発生した2次電子eは、2次電子検出器14によって検出される。検出器14で検出された2次電子信号は、増幅器15で増幅された後、垂直走査信号発生回路6からの垂直走査信号と、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。
【0049】
この際、例えば、1画面分の2次元画像データを取得するごとに、制御コンピュータ18からの指令により、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させる。この励磁量のステップ状の変化は、レンズ制御電源12を制御コンピュータ18が制御することによって行なわれる。それぞれの励磁量ごとの画像データは、画像メモリー16に蓄えられるが、この画像メモリー16に蓄えられた画像データは、1枚ずつ画像処理装置17に転送される。
【0050】
画像処理装置17では、焦点評価量計算を画面のある特定の2方向それぞれについて行なう。このような処理を図5に示したフロー図を用いて説明する。図5において、画像メモリー16から転送された元画像(I1)51に対して、1次元のエッジ抽出フィルタを用いて、試料の凹凸におけるエッジ成分抽出処理を行なう。この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。
【0051】
図5に示した処理フローでは、画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つが用意されている。この画面のX方向に平行なフィルタによるX側エッジ成分抽出処理52と、画面のY方向に平行なフィルタによるY側エッジ成分抽出処理53との2つの処理を元画像51に対して別々に行なう。
【0052】
このエッジ成分抽出処理52,53を行なう際、それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行なうことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列54と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列55とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0053】
この2次元数値行列IX2,IY2は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させて得られた画像ごとに求められ、求められたIX2とIY2それぞれの行列の総和を求める。この総和を元画像I1におけるX側とY側それぞれの焦点評価量56,57とする。
【0054】
このような焦点評価量を求める処理が画像処理装置17においてなされ、求められた焦点評価量の計算結果は、制御コンピュータ18に転送される。制御コンピュータ18は、焦点評価量計算結果を図6に示すように、X方向とY方向それぞれ別々にプロットする。制御コンピュータ18は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量と、各励磁量における画像の焦点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量B(X),B(Y)を求める。
【0055】
この最も適切なレンズ励磁量B(X),B(Y)は、非点がない場合には同一となるが、非点がある場合には、異なる値となる。この非点がある場合では、最も適切なレンズ励磁量として、X側焦点評価量がピークとなる対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量B(X)と、Y側焦点評価量がピークとなる対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量B(Y)との中点B(J)を用いれば良い。
【0056】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
このようにして求められた対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量に基づき、制御コンピュータ18はレンズ制御電源12をコントロールし、対物レンズ2あるいは補助フォーカスコイルの励磁量を求められた励磁量となるような励磁電流を発生する。
【0057】
次に自動非点補正動作について説明する。自動非点補正の場合、制御するコイルあるいはレンズが、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13であるのに対し、非点補正コイル(非点補正器)20になること以外は、基本的には自動焦点補正動作と同様な動作によって行われる。
【0058】
試料3への電子ビームの照射によって発生した2次電子eは、2次電子検出器14によって検出される。検出器14で検出された2次電子信号は、増幅器15で増幅された後、垂直走査信号発生回路6からの垂直走査信号と、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。
【0059】
この際、例えば、1画面分の2次元画像データを取得するごとに、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させる。この励磁量のステップ状の変化は、図示していない非点補正コイル電源を制御コンピュータ18が制御することによって行なわれる。それぞれの励磁量ごとの画像データは、画像メモリー16に蓄えられるが、この画像メモリー16に蓄えられた画像データは、1枚ずつ画像処理装置17に転送される。
【0060】
画像処理装置17では、非点評価量計算を画面のある特定の2方向それぞれについて行なう。このような処理は、図5を用いて説明した自動焦点補正動作と同様に行われる。図5において、画像メモリー16から転送された元画像51に対して、1次元のエッジ抽出フィルタを用いて、エッジ成分抽出処理を行なう。この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。
【0061】
図5に示した処理フローでは、画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つが用意されている。この画面のX方向に平行なフィルタによるX側エッジ成分抽出処理52と、画面のY方向に平行なフィルタによるY側エッジ成分抽出処理53との2つの処理を別々に行なう。
【0062】
このエッジ成分抽出処理52,53を行なう際、それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行なうことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列54と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列55とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0063】
この2次元数値行列IX2,IY2は、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させて得られた画像ごとに求められ、求められたIX2とIY2それぞれの行列の総和を求める。この総和を元画像I1におけるX側とY側それぞれの非点評価量56,57とする。
【0064】
このような非点評価量を求める処理が画像処理装置17においてなされ、求められた非点評価量の計算結果は、制御コンピュータ18に転送される。制御コンピュータ18は、非点評価量計算結果をレンズ励磁量対焦点評価量を示した図6と同様に、X方向とY方向それぞれ別々にプロットする。制御コンピュータ18は、非点補正コイル20の励磁量と、各励磁量における画像の非点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切な非点補正コイル励磁量B(X),B(Y)を求める。
【0065】
この最も適切な非点補正コイル励磁量B(X),B(Y)は、電子ビームのフォーカスずれがない場合には、原理的に同一となるが、フォーカスずれがある場合には、B(X),B(Y)は異なる値となる。このフォーカスずれがある場合では、最も適切な非点補正コイル励磁量として、X側非点評価量がピークとなる非点補正コイル20の励磁量B(X)と、Y側非点評価量がピークとなる非点補正コイル20の励磁量B(Y)との中点B(J)を用いれば良い。
【0066】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
このようにして求められた非点補正コイル20の励磁量に基づき、制御コンピュータ18は図示していない非点補正コイル電源をコントロールし、非点補正コイル20の励磁量を求められた励磁量となるような励磁電流を発生させる。なお、図6において、丸印でプロットされた曲線は、従来の試料の2次元走査に伴って得られた検出信号を1画面ごとに積算処理して得られたものである。
【0067】
前記した自動焦点補正動作において、もし、一方向しか特徴のないパターン、例えばラインアンドスペースのようなパターンについて、自動焦点補正を行う場合には、B(X)もしくはB(Y)のいずれか片方にしかピークが生じない。この場合、いずれか片方のピークをもって、合焦点位置とし、対物レンズもしくは補助フォーカスコイルにフィードバックする。あるいは、動作エラーとし、別のパターン位置に試料を移動させてから、前記した自動焦点補正動作を行うようエラーメッセージを表示するようにしても良い。
【0068】
次に、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、パターンの方向性の強い試料に対して有効な、本発明の実施の形態について、図7に基づいて説明する。なお、この実施の形態において、自動焦点補正、自動非点補正は、図4に示された構成により実行される。
【0069】
この実施の形態においても、電子ビーム1を2段の偏向コイル4,5によって振り戻し走査され、観察試料3からの2次電子eが2次電子検出器14によって検出される。検出信号は、垂直走査信号および水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。この画像データは、画像処理装置17に転送され、画像処理装置17において焦点評価量計算が以下に示す手順で行われる。
【0070】
画像処理装置17では、焦点評価量計算を画面のX方向およびY方向それぞれについて行う。図7はこの計算処理のフローを示しており、元画像(I1)501に対して、エッジ抽出フィルタ、例えば、3×3ピクセルあるいは5×5ピクセル単位の1次元ゾーベルフィルタやラプラスフィルタ等を用いて、エッジ成分抽出処理を行う。
【0071】
この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。ここでは、仮に画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つとしておく。X側エッジ成分抽出処理502と、Y側エッジ成分抽出処理503との2つを別々に行う。それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行うことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列504と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列505とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0072】
次に、IX2,IY2それぞれに領域分割処理506および507をかけ、分割された領域ごとに行列要素の総和を計算する。ここで、あらかじめ実験的に求めておいたしきい値を用い、領域ごとの総和量にしきい値処理510および511を施す。すなわち、領域を0又は1の2値化をすることになる。
【0073】
結果として、2値化された領域は、領域マスク512と領域マスク513となり、これをMx、Myとする。このマスクMx、Myを元の数値行列IX2,IY2に掛け算する。すなわち、マスキング514および515を施す。マスキングされた行列をIX3,IY3とし、それらの行列要素の総和を焦点評価量とする。
【0074】
これ以降は、制御コンピュータ18からの指令により、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置13に転送しつつ、上述した焦点評価量計算を行う。その後、制御コンピュータ18に焦点評価量計算結果を渡し、結果を図6のように、X方向とY方向それぞれの焦点評価量を別々にプロットする。
【0075】
制御コンピュータ18は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量と、各励磁量における画像の焦点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量を求める。これをB(X)、B(Y)とする。非点がない場合は、B(X)とB(Y)は同一となるが、非点がある場合は、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切なレンズ励磁量B(J)として、X側焦点評価量がピークになるレンズ励磁量B(X)と、Y側焦点評価量がピークとなるレンズ励磁量B(Y)との中点B(J)を設定すればよい。なお、B(J)は次のように表される。
【0076】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
なお、上記したマスクは必ずしも1枚1枚の画像について求める必要はなく、自動焦点処理開始時に最初に得られた画像が、有る程度焦点の合った画像で有りさえすれば、その画像で一組のマスクMx、Myを作成し、全ての画像に同じマスクを適用すればよい。または、全ての画像からn組のマスクを作成し、焦点評価量対レンズ励磁量曲線をN通り求め、最もピークが急峻な曲線から、最適焦点補正レンズ励磁量を求めることにより、マスキングの効果を最大限に発揮させることができる。
【0077】
以上の操作は、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、パターンの方向性の強い試料に対して有効である。例えば、図8に示すように、パターン画像を空間周波数の高いエッジ部分603と、空間周波数の低いパターン背景部分601,あるいは、パターン上地部分602に分ける。一般に走査電子顕微鏡のような荷電粒子ビーム顕微鏡の画像にはノイズ成分が多いため、焦点評価量計算時にはできる限りノイズ成分を減らしたい。焦点評価は、空間周波数の高い領域がどれだけシャープであるかを評価することと同意義なので、空間周波数の低い領域は、焦点評価には全く関係がない。
【0078】
従って、パターン背景部分601とパターン上地部分602を領域マスクMx、Myでマスキングすることによって、効果的に焦点評価量のノイズを低減することができる。特に、画像倍率が高くなるほど、空間周波数の低いパターン背景や上地部分が画像面積に占める割合が高くなることから、上記のマスキング手法は、倍率が高いほど有効となる。
【0079】
次に自動非点補正動作について説明する。自動非点補正の場合、制御するコイルあるいはレンズが、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13であるのに対し、非点補正コイル20になること以外は、基本的には自動焦点補正動作と同様な動作によって行われる。画像処理装置17において焦点評価量計算が以下に示す手順で行われる。
【0080】
試料3への電子ビームの照射によって発生した2次電子eは、2次電子検出器14によって検出される。検出器14で検出された2次電子信号は、増幅器15で増幅された後、垂直走査信号発生回路からの垂直走査信号と、水平走査信号発生回路8からの水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。
【0081】
この際、例えば、1画面分の2次元画像データを取得するごとに、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させる。この励磁量のステップ状の変化は、図示していない非点補正コイル電源を制御コンピュータ18が制御することによって行なわれる。それぞれの励磁量ごとの画像データは、画像メモリー16に蓄えられるが、この画像メモリー16に蓄えられた画像データは、1枚ずつ画像処理装置17に転送される。
【0082】
画像処理装置17では、非点評価量計算を画面のX方向およびY方向それぞれについて行う。この非点評価量計算は、図7を用いて説明した焦点評価量計算と同様な方法で行われる。すなわち、図7の計算処理のフローを実行することにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列504と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列505とが独立に求まる。これらをIX2,IY2とする。
【0083】
次に、IX2,IY2それぞれに領域分割処理506および507をかけ、分割された領域ごとに行列要素の総和を計算する。ここで、あらかじめ実験的に求めておいたしきい値を用い、領域ごとの総和量にしきい値処理510および511を施す。すなわち、領域を0又は1の2値化をすることになる。
【0084】
結果として、2値化された領域は、領域マスク512と領域マスク513となり、これをMx、Myとおく。このマスクMx、Myを元の数値行列IX2,IY2に掛け算する。すなわち、マスキング514および515を施す。マスキングされた行列をIX3,IY3とおき、それらの行列要素の総和を非点評価量とする。
【0085】
これ以降は、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正コイル20の励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置13に転送しつつ、上述した非点評価量計算を行う。その後、制御コンピュータ18に非点評価量計算結果を渡し、結果を図8に示しした焦点評価量と同様に、X方向とY方向それぞれの非点評価量を別々にプロットする。
【0086】
制御コンピュータ18は、非点補正コイル20の励磁量と、各励磁量における画像の非点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量を求める。これをB(X)、B(Y)とする。焦点ずれがない場合は、B(X)とB(Y)は同一となるが、焦点がずれていると、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切な非点補正コイル励磁量B(J)として、X側非点評価量がピークになる非点補正コイル励磁量B(X)と、Y側非点評価量がピークとなる非点補正コイル励磁量B(Y)との中点B(J)を設定すればよい。なお、B(J)は次のように表される。
【0087】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
なお、上記したマスクは必ずしも1枚1枚の画像について求める必要はなく、自動非点処理開始時に最初に得られた画像が、有る程度非点の少ない画像で有りさえすれば、その画像で一組のマスクMx、Myを作成し、全ての画像に同じマスクを適用すればよい。または、全ての画像からn組のマスクを作成し、非点評価量対非点補正コイル励磁量曲線をN通り求め、最もピークが急峻な曲線から、最適非点補正コイル励磁量を求めることにより、マスキングの効果を最大限に発揮させることができる。
【0088】
また、上述した自動焦点補正動作と自動非点補正動作をそれぞれ1画面取得ごとに1回ずつ繰り返し実行することにより、焦点と非点とが完全に補正された画像が得られる。更に、上述した実施の形態では、半導体パターン配線のように、縦方向と横方向の特徴が非常に強い、言い換えれば、直線形状の組合せパターンが多い試料に対して有効に作用する。そして、半導体パターンを高倍率観察した場合、平坦な上地と下地の割合が多くなるが、このような場合には本実施の形態は、更に有効に作用する。
【0089】
ところで、従来技術の欠点の一つとして、パターンの方向性が強い場合、自動焦点補正のケースでは、焦点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、対物レンズ励磁量−焦点評価量曲線がなだらかになり、最適焦点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。また、自動非点補正のケースでは、非点評価量を求める方向とパターンの方向が一致しない場合に、非点補正コイル励磁量−非点評価量曲線がなだらかになり、最適非点補正量が精度良く求まらないことが挙げられる。次に説明する実施の形態では、この点に着目してなされたものである。
【0090】
この実施の形態においても、電子ビーム1は2段の偏向コイル4,5によって振り戻し走査され、観察試料3からの2次電子eが2次電子検出器14によって検出される。検出信号は、垂直走査信号および水平走査信号と同期して、画像メモリー16に2次元画像データとして蓄えられる。この画像データは、画像処理装置17に転送され、画像処理装置17において焦点評価量計算が以下に示す手順で行われる。
【0091】
まず、画像処理装置17では、転送された画像データから、パターンの方向性を検証する。この方向性の検証は、公知の手法が存在するのでその内容の説明は省くが、例えば、ハフ変換やラドン変換等の良く知られた方向性検証手法を使うことができる。この方向性の検証の結果として、図9に示すように、画像の座標系(xi,yi)に対して、最もパターンPの特徴の多い方向θspが求まる。このとき、画像の焦点が必ずしも最適である必要はなく、ある程度形状が見えてさえいれば良い。
【0092】
次に、このθspを制御コンピュータ18に渡す。制御コンピュータ18は垂直走査信号発生回路6および水平走査信号発生回路8に指令を出し、それぞれの走査信号の混合比を可変させる。いわゆる走査角回転を指示する。これにより、観察試料3上で電子ビームを走査する方向を−θspだけ回転させる。結果として、パターン方向性の最も強い方向が画像のX方向に一致した画像が得られる。
【0093】
次に、走査角を−θspだけ回転させたまま、制御コンピュータ18からの指令により、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置17に転送する。
【0094】
画像処理装置17では、焦点評価量計算を画面のX方向およびY方向それぞれについて行なう。この動作は図5を用いて説明した計算と同様な計算フローにより行われる。すなわち、元画像51に対して、エッジ抽出フィルタ、例えば、3×3ピクセルあるいは5×5ピクセル単位の1次元ゾーベルフィルタやラプラスフィルタ等を用いて、エッジ成分抽出処理を行う。
【0095】
この際、1次元フィルタの方向性を利用し、2つの独立な方向のフィルタを用意する。ここでは、仮に画面のX方向に平行なフィルタと画面のY方向に平行なフィルタの2つとしておく。X側エッジ成分抽出処理52と、Y側エッジ成分抽出処理53との2つを別々に行う。それぞれにノイズ低減フィルタ適用や、数値規格化などの処理を行うことにより、X方向エッジ成分を表す2次元数値行列54と、Y方向エッジ成分を表す2次元数値行列55とが独立に求まる。
【0096】
これらをIX2,IY2とすると、次に、IX2,IY2それぞれの総和を求める。この総和をもって、画像I1におけるX側とY側それぞれの焦点評価量56および57とする。その後、制御コンピュータ18に焦点評価量計算結果を渡し、結果を図6に示すように、X方向Y方向それぞれの焦点評価量を別々にプロットする。
【0097】
制御コンピュータ18は、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13の励磁量と、各励磁量における画像の焦点評価量との相関を計算し、X方向とY方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量を求める。これをB(X)、B(Y)とする。非点がない場合は、B(X)とB(Y)は同一となるが、非点がある場合は、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切なレンズ励磁量B(J)として、X側焦点評価量がピークになるレンズ励磁量B(X)と、Y側焦点評価量がピークとなるレンズ励磁量B(Y)との中点B(J)を設定すればよい。なお、B(J)は次のように表される。
【0098】
B(J)=(B(X)+B(Y))/2
ピークがどちらかしか生じないような、一方向しかない観察試料の場合は、そのどちらかのピークを設定するか、あるいは、動作エラーとして処理を終了すれば良い。前者は、非点ズレの可能性がない場合に適用し、後者は非点ズレの可能性が多い場合に適用する。これらの選択は、設計者または観察者に委ねられる。
【0099】
さて、ここまでは、画面のX方向およびY方向を例にして説明したが、これは説明の便宜上であり、X方向およびY方向をパターンの方向性の最も強い方向とそれと独立な任意の方向とすれば、1枚の画像から2つの独立した方向の合焦点位置を同時に求めたことになる。
【0100】
以上説明したように、上記した実施の形態では、試料上に形成されたパターンの方向性にかかわらず、高精度に最適対物レンズ励磁量を求めることができる。なお、電子ビームの走査角を−θspだけ回転させる代わりに、画像処理装置17内で画像を−θspだけ回転させる演算を行なうことによっても、同じ結果が得られる。更に、電子ビームの走査角を−θspだけ回転させる代わりに、試料3が載せられたステージ(図示せず)を−θspだけ回転させることによっても、同じ結果が得られる。
【0101】
次に自動非点補正動作について説明する。自動非点補正の場合、制御するコイルあるいはレンズが、対物レンズ2もしくは補助フォーカスコイル13であるのに対し、非点補正コイル20になること以外は、基本的には上記した実施の形態における自動焦点補正動作と同様な動作によって行われる。
【0102】
ただし、非点補正コイル20には方向があるので、その方向補正を行なう必要がある。その補正の方法を図10、図11に基づいて説明する。図4では非点補正器としてコイルを用いた磁界型の補正器を例示したが、非点補正器として電極を用いた静電型の補正器を用いることもできる。いずれにしても、一般に、非点補正器は8極のコイルまたは電極によって8回対称の補正場を発生させる。これを制御する際には、便宜上、45°ずらした2つの4極子補正場をそれぞれ制御する。これらを非点補正器A、非点補正器Bと呼ぶ。非点補正器Aと非点補正器Bは、それぞれある特定の方向θbにビームを発散させ、それと90°の角をなすθf方向にビームを収束させる作用を有する。
【0103】
図10は非点補正器Aの作用を示しており、(a)は荷電粒子ビームに対する非点補正器の作用を、(b)は得られる画像に対する非点補正器の作用を示し、(c)は画像座標系と、非点補正器作用方向との関係を示している。また、図11は非点補正器Bの作用を示しており、(a)は荷電粒子ビームに対する非点補正器の作用を、(b)は得られる画像に対する非点補正器の作用を示し、(c)は画像座標系と、非点補正器作用方向との関係を示している。
【0104】
ところで、得られる画像の座標系(xi,yi)に対する非点補正器の作用方向は、非点補正器の取り付け角度と走査コイルの角度の関係や、非点補正器より試料側に存在する磁界レンズのラーマ―回転作用等によって一意に決定されるが、基本的には画像の座標系(xi,yi)とは一致しない。したがって、予めこれらの関係を把握しておく必要がある。
【0105】
すなわち、ある加速電圧や照射電流等の使用条件において、非点補正器Aの作用する座標系(xa,ya)と、画像の座標系(xi,yi)とがなす角度θsaを計算または実験により求め、使用条件ごとの一覧表にする。また、非点補正器Bの作用する座標系(xb,yb)と、画像の座標系(xi,yi)とがなす角度θsbを計算または実験により求め、使用条件ごとの一覧表にする。
【0106】
ただし、θsaとθsbとの差は、+45°または−45°となることは当然である。これらの一覧表は、システムパラメーターとし、自動非点補正処理実行時に自動的に制御コンピュータ18に読み込まれる。なお、角度を実験によって求める場合には、出きるだけ細かい粒子状で、一様な方向を有した試料を観察すれば、前述した方向性検証手法等を使うことにより、容易に作用方向は分かる。
【0107】
次に、非点補正器Aと非点補正器Bとをそれぞれ独立に使い、自動非点補正を行なう。一例として、非点補正器Aによる自動非点補正動作について説明する。
【0108】
まず、非点補正器Aの作用方向θsaを制御コンピュータ18に渡す。制御コンピュータ18は、垂直走査信号発生回路6および水平走査信号発生回路8に指令を出し、それぞれの走査信号の混合比を可変させる。いわゆる走査角回転を指示する。これにより、観察試料3上で電子ビームを走査する方向を−θsaだけ回転させる。結果として、パターン方向性の最も強い方向が画像のX方向に一致した画像が得られる。
【0109】
次に、走査角を−θsaだけ回転させたまま、制御コンピュータ18からの指令により、非点補正器Aの励磁量をステップ状に変化させ、それぞれの励磁量ごとに画像メモリー16に蓄えられた画像を1枚ずつ画像処理装置17に転送する。これ以降の処理は、前述した自動焦点補正方法と同様であり、非点補正器の作用方向Xa方向とYa方向それぞれについて、最も適切なレンズ励磁量が求まる。これをB(X)、B(Y)とする。
【0110】
焦点ずれがない場合は、原理的にB(X)とB(Y)は同一となるが、焦点がずれていると、B(X)とB(Y)とは異なる値が得られる。このとき、最も適切な非点補正器Aの励磁量は、X側非点評価量がピークになる非点補正器Aの励磁量B(X)と、Y側非点評価量がピークとなる非点補正器Aの励磁量B(Y)との中点B(J)である。
【0111】
ピークがどちらかしか生じないような、一方向しかない観察試料の場合は、そのどちらかのピークを設定するか、あるいは、動作エラーとして処理を終了すれば良い。前者は、焦点ズレの可能性がない場合に適用し、後者は焦点ズレの可能性が多い場合に適用する。ただし、一般には、焦点は観察試料の高さによって大きく変わるので、設計者や観察者は後者を選択することになる。
【0112】
非点補正器Bでも、電子ビームの走査方向の回転角が−θsbになるだけで、非点補正器Aの自動非点補正と全く同じ手順を踏むことにより、最適非点補正器Bの励磁量B(J)が求まる。
【0113】
前述した自動非点補正において、観察試料3上に形成されたパターンの方向性が強い場合は、走査角回転によって画像の方向性が変わるため、非点評価量曲線の急峻さが低下し、すなわち、自動非点補正の精度が低下する。その場合は、観察試料の方向性成分θspを、試料ステージ回転モーターにフィードバックすることにより、観察試料の方向と非点補正器の作用方向θsaを一致させれば良い。この時、最も精度の高い非点補正が可能となる。
【0114】
更に、前述した自動非点補正において、試料上のパターンの方向性が一方向しかないラインアンドスペースパターンのような試料を用いる場合は、試料ステージ回転モーターを90°動かす。このモーターを動かす前後で、2回非点評価量を測定することにより、X側非点評価量と、Y側非点評価量を別々に求めることができる。
【0115】
この試料ステージ回転モーターを動かす機能を用いれば、方向性の強い観察試料を用いた自動非点補正の精度を、著しく向上させることが可能である。加えて、前記実施の形態で説明した自動焦点補正において、試料ステージ回転を併用した方式を適用することにより、非点のある場合の自動焦点補正精度をより向上させることができる。
【0116】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、電子ビームを用いた走査電子顕微鏡を例にして説明したが、本発明に基づく自動焦点補正、自動非点補正は、走査型の荷電粒子ビーム装置にも適用することができる。イオンビームを用いる装置では、対物レンズや偏向器等のレンズやコイルは、電極を用いた静電型のレンズや偏向器が使用される。
【0117】
また、自動焦点補正動作を行う際、電子ビームのフォーカスの状態を対物レンズの励磁量を変化させるか、補助フォーカスコイルの励磁量を変化させるかは任意に選択することができる。補助フォーカスコイルを用いた場合、空芯のコイルを用いるので、フォーカス状態のステップ状の変化を速く行う利点がある。この補助フォーカスコイルの励磁量を変化させてビームのフォーカス状態をステップ状に変化させた場合、結果として得られた最適焦点位置に対応した補助フォーカスコイルの励磁量に該コイルに流す励磁電流を設定しても良いし、最適焦点位置に対応した補助フォーカスコイルの励磁量分、対物レンズの励磁量を調整し、自動焦点補正動作が終了した後は、補助フォーカスコイルを使用しない方式を用いても良い。
【0118】
ただし、イオンビーム装置の場合は、補助フォーカスコイルの磁場強度が弱いので、補助フォーカスコイルを用いることはできず、通常は、静電型の対物レンズのレンズ強度を変化させてイオンビームのフォーカス状態をステップ状に変えることになる。
【0119】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、上焦点と下焦点を別々に検出しその中点に焦点を合わせるようにしたため、非点がある場合でも自動焦点補正機能を正常に動作させることができる。また、焦点がずれている場合でも、自動非点補正機能を正常に動作させることができる。更に、上焦点と下焦点を別々に検出したため、高精度で非点を検出することができ、非点の有る無しの判定を行うことが可能となった。
【0120】
試料表面に形成された一方向のパターンに対し、上焦点と下焦点を別々に検出するアルゴリズムを用いると、上焦点か下焦点のいずれかしか検出できないため、ラインアンドスペースのような一方向のパターンで、非点補正を行うことが不可能であることを認識できるようになった。
【0121】
従来技術では、非点がある場合は、上焦点と下焦点の2つのピークが重なってダブルピークとなるが、試料の表面形状の特徴に依存してダブルピークのそれぞれのピーク高さが異なり、2つのピークの検出に失敗することがあった。それに対し、本発明においては、上焦点と下焦点を別々に検出するように画像データの処理を行うようにしたので、上焦点を求める曲線のピーク高さと、下焦点を求める曲線のピーク高さとが異なる場合でも関係なく、上焦点と下焦点を分離して検出できるため、試料の特徴にほとんど依存せずに自動非点補正機能を使用することができる。その結果、自動非点補正機能を行うための試料として、方向性が少なくとも2方向ある試料を用いれば良く、試料の選択範囲が広がることになる。
【0122】
従来技術では、LSIパターンのように試料表面が平坦で特徴がなく、パターンの方向性が強い画像に対して、自動焦点補正あるいは自動非点補正の精度を上げることが困難であり、また、対物レンズや補助フォーカスレンズの最適励磁位置、非点補正器の最適励磁位置を誤検出する原因となっていた。これに対して、本発明では、画像データのX方向とY方向の情報を独立に処理するようにしたので、LSIパターンのようにX、Y方向の方向性が強い試料に対して、高精度に自動焦点補正と自動非点補正を行うことができるようになった。
【0123】
また、本発明では、自動焦点補正動作を行う際、焦点評価量を求める画像処理の方向と試料パターンの方向とを一致させ、また、自動非点補正動作を行う際、非点評価量を求める画像処理の方向と非点補正器の作用方向とを一致させ、更に、自動非点補正動作を行う際、非点評価量を求める画像処理の方向と非点補正器の作用方向とを一致させると共に、試料上のパターンの方向も一致させるようにしたため、焦点評価量および非点評価量をより高い精度で測定することができるようになった。したがつて、LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像に対して、自動焦点補正および自動非点補正処理の精度を、著しく向上させることができる。
【0124】
LSIパターンのように平坦で特徴が少なく、方向性の強い画像のノイズに対して効果的なマスキングを行い、自動焦点補正および自動非点補正時のノイズ成分を低減し、焦点評価量や非点評価量を効率よく計算できるようにしたため、LSIパターンが形成された試料から得られた画像データに基づいて実行される自動焦点補正動作および自動非点補正動作の精度を高くすることができる。また、LSIパターンの高倍率における観察時において、自動焦点補正および自動非点補正時の画像データに含まれるノイズ成分を大きく低減することができ、高い精度で自動焦点補正や非点補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動焦点補正機能を説明するための図である。
【図2】非点がある場合における自動焦点補正機能を説明するための図である。
【図3】非点補正の原理を説明するための図である。
【図4】本発明に基づく自動焦点補正方法および自動非点補正方法を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図5】X方向とY方向の焦点評価量を計算する方法を説明するための図である。
【図6】X,Y方向独立に焦点補正量を評価した場合のレンズ励磁量対焦点評価量曲線を示す図である。
【図7】X焦点評価量およびY焦点評価量それぞれの計算方法を説明するための図である。
【図8】半導体パターン画像のノイズ低減方法を説明するための図である。
【図9】試料の表面に形成されたパターンの方向性を示す図である。
【図10】非点補正器の作用方向を示す図である。
【図11】非点補正器の作用方向を示す図である。
【符号の説明】
1 電子ビーム
2 対物レンズ
3 観察試料
4 上段偏向コイル
5 下段偏向コイル
6 垂直走査信号発生回路
7,9,10,11,15 増幅器
8 水平走査信号発生回路
12 レンズ制御電源
13 補助フォーカスコイル
14 検出器
16 画像メモリー
17 画像処理装置
18 制御コンピュータ
20 非点補正コイル
Claims (23)
- 一次荷電粒子ビームを試料上に集束すると共に、試料上の所定領域でビームを2次元的に走査し、試料上の走査によって得られた信号を検出し、ビームの走査に同期して検出信号に基づき試料像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、荷電粒子ビームを試料上に収束させるためのレンズの強度をステップ状に変化させることにより、試料上のビームのフォーカスの状態をステップ状に変化させ、各フォーカスのステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して焦点評価量を求め、レンズ強度と焦点評価量の関係から合焦点位置を求め、ビームを収束するレンズの強度をこの合焦点位置に対応したレンズ強度に設定するようにした自動焦点補正方法であって、前記画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、各フォーカスのステップごとに求められた焦点評価量に基づいて、第1と第2の方向の合焦点位置であるレンズ強度をそれぞれ求め、その中点を合焦点位置としてビームを収束するレンズの強度を設定するようにした荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 1枚の画像における任意の第1と第2の方向ごとに、1次元のエッジ抽出フィルタを用いてエッジ成分抽出処理を行ない、第1の方向におけるエッジ成分を表す2次元数値行列と、第2の方向におけるエッジ成分を表す2次元数値行列とを求め、更にそれぞれの行列の総和ないしは平均値を求め、この総和ないしは平均値をそれぞれの方向の焦点評価量とした請求項1記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 観察試料の表面形状により、第1と第2の方向のいずれか一方の方向において、合焦点位置が得られない場合には、他方の方向において得られた合焦点位置に基づいて、ビームを収束するレンズの強度を設定するようにした請求項1〜2の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 観察試料の表面形状により、第1と第2の方向のいずれか一方の方向において、合焦点位置が得られない場合には、動作エラーのメッセージを表示装置等に表示、あるいは、警報を発生させるようにした請求項1〜2の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 対物レンズの強度を変化させ、観察試料上に収束する荷電粒子ビームのフォーカス状態をステップ状に変化させるようにした請求項1〜4の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 対物レンズに接近して配置された補助フォーカスレンズの強度を変化させ、観察試料上に収束する荷電粒子ビームのフォーカス状態をステップ状に変化させるようにした請求項1〜4の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させて画像データを取得し、この画像データに基づいて第1と第2の方向における合焦点位置を求めるようにした請求項1〜6の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させ、その後ビームの2次元走査方向に対して試料を相対的に回転させ、回転の前後においてそれぞれ画像データを取得し、取得された2種の画像データに基づいて焦点評価量を求めるようにした請求項1〜6の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させるため、試料が載せられたステージを回転させるようにした請求項7〜8の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させるため、試料に照射されるビームの走査方向を回転させるようにした請求項7〜8の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 荷電粒子ビーム光学系の非点を検出することが不可能な観察試料の場合に、自動焦点補正を中断するか否かを選択できるようにした請求項1〜10の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 前記画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、画像を多数の領域に分割し、分割された領域ごとに焦点評価量を求め、焦点評価量が低い領域を画像の焦点評価量を求める際に除外するようにした請求項1〜11の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動焦点補正方法。
- 一次荷電粒子ビームを試料上に集束すると共に、試料上の所定領域でビームを2次元的に走査し、試料上の走査によって得られた信号を検出し、ビームの走査に同期して検出信号に基づき試料像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、非点補正器の強度をステップ状に変化させ、非点補正器の強度の各ステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して非点評価量を求め、非点補正器の強度と非点評価量の関係から最適非点補正位置を求め、非点補正器の強度をこの最適非点補正位置に対応した強度に設定するようにした自動非点補正方法であって、前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、非点補正器の強度の各ステップごとに求められた非点評価量に基づいて、第1と第2の方向の最適非点補正位置である非点補正器強度をそれぞれ求め、その中点を最適非点補正位置として非点補正器の強度を設定するようにした荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 1枚の画像における任意の第1と第2の方向ごとに、1次元のエッジ抽出フィルタを用いてエッジ成分抽出処理を行ない、第1の方向におけるエッジ成分を表す2次元数値行列と、第2の方向におけるエッジ成分を表す2次元数値行列とを求め、更にそれぞれの行列の総和ないしは平均値を求め、この総和ないしは平均値をそれぞれの方向の非点評価量とした請求項13記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 観察試料の表面形状により、第1と第2の方向のいずれか一方の方向において、最適非点補正位置が得られない場合には、他方の方向において得られた最適非点補正位置に基づいて、非点補正器の強度を設定するようにした請求項13〜14の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 観察試料の表面形状により、第1と第2の方向のいずれか一方の方向において、最適非点補正位置が得られない場合には、動作エラーのメッセージを表示装置等に表示、あるいは、警報を発生させるようにした請求項13〜14記載の何れかにの荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させて画像データを取得し、この画像データに基づいて第1と第2の方向における非点評価量、更には最適非点補正位置を求めるようにした請求項13〜14の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させ、その後ビームの2次元走査方向に対して試料を相対的に回転させ、回転の前後においてそれぞれ画像データを取得し、取得された2種の画像データに基づいて非点評価量、更には最適非点補正位置を求めるようにした請求項13〜14の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させるため、試料が載せられたステージを回転させるようにした請求項13〜14の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 観察試料上の所定領域でビームを2次元的に走査する際、2次元走査の方向を観察試料表面上に形成されたパターンの特徴の多い方向と一致させるため、試料に照射されるビームの走査方向を回転させるようにした請求項13〜14の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 荷電粒子ビーム光学系の非点を検出することが不可能な観察試料の場合に、自動非点補正を中断するか否かを選択できるようにした請求項13〜20の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、画像を多数の領域に分割し、分割された領域ごとに非点評価量を求め、非点評価量が低い領域を画像の非点評価量を求める際に除外するようにした請求項13〜21の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置における自動非点補正方法。
- 一次荷電粒子ビームを試料上に集束すると共に、試料上の所定領域でビームを2次元的に走査し、試料上の走査によって得られた信号を検出し、ビームの走査に同期して検出信号に基づき試料像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、荷電粒子ビームを試料上に収束させるためのレンズの強度をステップ状に変化させることにより、試料上のビームのフォーカスの状態をステップ状に変化させ、各フォーカスのステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して焦点評価量を求め、レンズ強度と焦点評価量の関係から合焦点位置を求め、ビームを収束するレンズの強度をこの合焦点位置に対応したレンズ強度に設定するようにすると共に、非点補正器の強度をステップ状に変化させ、非点補正器の強度の各ステップごとに試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号により画像データを得、画像データを画像処理して非点評価量を求め、非点補正器の強度と非点評価量の関係から最適非点補正位置を求め、非点補正器の強度をこの最適非点補正位置に対応した強度に設定するようにした自動焦点補正方法および自動非点補正方法であって、前記画像データを画像処理して焦点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、各フォーカスのステップごとに求められた焦点評価量に基づいて、第1と第2の方向の合焦点位置であるレンズ強度をそれぞれ求め、その中点を合焦点位置としてビームを収束するレンズの強度を設定するようにした自動焦点補正動作と、前記画像データを画像処理して非点評価量を求める際、1枚の画像を任意の第1の方向と第2の方向の2つの独立な方向ごとに画像処理し、非点補正器の強度の各ステップごとに求められた非点評価量に基づいて、第1と第2の方向の最適非点補正位置である非点補正器強度をそれぞれ求め、その中点を最適非点補正位置として非点補正器の強度を設定するようにした自動非点補正動作とを少なくとも1回以上ずつ繰り返し行うことにより、焦点補正と非点補正とを同時に行なうようにした自動焦点非点補正方法。
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