JP2018152217A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子線の照射により発生するコンタミネーションの付着による計測精度劣化・情報消失のリスクを抑制する。
【解決手段】荷電粒子線を走査する偏向器と、荷電粒子線が試料と相互作用して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、演算部と計測部と記憶部とを備えるシステム制御部とを有する荷電粒子線装置において、計測部は、偏向器により荷電粒子線を試料上で走査させ検出器から出力される信号に基づき形成される画像から特徴量を計測し（S303）、演算部は、計測部で計測される特徴量の変化から、荷電粒子線が試料に照射されることによって試料の表面に付着するコンタミネーション量を算出し（S304）、記憶部は、画像にコンタミネーション量の情報を付加して記憶する（S313）。
【選択図】図３

Description

本発明は荷電粒子線装置に関するものである。

微細構造、或いは微細形状を持つ試料の観察や局所的な組成分析には、試料上に電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を照射し、発生した二次電子などの二次荷電粒子の信号を取得する荷電粒子線装置が使用されている。その中でも、荷電粒子線として電子線を用いる走査電子顕微鏡は、その高い分解能から寸法計測や欠陥検査などにも適用されている。この走査電子顕微鏡による観察中の電子線照射により、試料室内の雰囲気中に存在する主に炭化水素系の汚染物質（コンタミネーション）が試料に付着する。コンタミネーションが付着すると、試料が本来持つ情報、すなわち試料の組成情報、試料形状などの情報が変化し、半導体などの微細構造の寸法計測精度や組成分析などの結果に誤差が生じる。

コンタミネーションの影響を回避するため、特許文献１には、データベースに予め格納された観察試料の情報を基に観察視野中の電子線照射による電位変化領域を見積り、計測領域を選択することで、コンタミネーションをはじめとする電子線照射による試料表面の電位変化に伴う現象による寸法計測精度劣化を防ぐ寸法計測装置及び方法が示されている。

特開２０１０−１６００８０号公報

試料表面にコンタミネーションが付着すると、観察試料形状や組成情報が変化する。走査電子顕微鏡の場合、コンタミネーションが付着すると、付着していない場合と比べて取得した画像中の特徴量が変化する。特徴量とは、画像の明るさ、コントラスト、試料形状パターンのいずれか、あるいはそれらの組み合わせのことである。例えば、図１Ａは平坦試料であるが、観察領域101に電子線が照射されるとコンタミネーションが付着する。この結果、観察領域101より広い領域102の画像を取得すると、観察領域101とその周辺領域とからは異なる量の二次荷電粒子信号が取得され、画像としては明るさが異なったものとなる。しかしながら、試料から放出される信号とコンタミネーションから放出される信号とを区別する手段はなく、得られた画像の明るさの違いが試料自身によるものか、コンタミネーションによるものかどうか判断できない。図１Ｂはラインアンドスペースパターンを有する試料であるが、観察領域103に電子線を照射しつづけると、観察領域103に含まれるライン104は電子線が照射されていない領域のライン105よりもコンタミネーションが付着した分太くなる。半導体デバイスのプロセス管理などのために、ラインの寸法を正確に評価する必要がある場合には、対象の寸法が変動してしまうことになり問題である。

特許文献１においては、得られた画像中にどの程度コンタミネーションによる変化が含まれ、それに伴いどの程度情報が失われたのかを判断することはできず、コンタミネーションによる情報消失は避けられない。コンタミネーションによる計測精度劣化・情報消失のリスクを管理する必要がある。

荷電粒子線を走査する偏向器と、荷電粒子線が試料と相互作用して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、演算部と計測部と記憶部とを備えるシステム制御部とを有し、計測部は、偏向器により荷電粒子線を試料上で走査させ検出器から出力される信号に基づき形成される画像から特徴量を計測し、演算部は、計測部で計測される特徴量の変化から、荷電粒子線が試料に照射されることによって試料の表面に付着するコンタミネーション量を算出し、記憶部は、画像にコンタミネーション量の情報を付加して記憶する荷電粒子線装置である。

荷電粒子線の照射によるコンタミネーションにより、試料に関する情報が消失するリスクを低減する。

コンタミネーションによる画像の特徴量の変化の例を説明するための図である。 コンタミネーションによる画像の特徴量の変化の例を説明するための図である。 走査電子顕微鏡の要部構成を示す図である。 コンタミネーション情報を付加した画像取得のフローチャートである。 オペレータ操作パネルを説明する図である。 コンタミネーション量を記載したテキストファイルを説明する図である。 コンタミネーション量を算出するステップを説明する図である。 観察領域と広領域との関係を示す図である。 観察領域に対するＸ方向の走査波形を示す図である。 観察領域に対するＹ方向の走査波形を示す図である。 広領域に対するＸ方向の走査波形を示す図である。 広領域に対するＹ方向の走査波形を示す図である。 コンタミネーション緩和モードにおける画像取得のフローチャートである。 オペレータ操作パネルを説明する図である。 コンタミネーション緩和モードにおける画像取得のフローチャートである。 観察領域のサイズに応じて広照射領域を設定する例である。 コンタミネーション付着前のパターン形状、ラインプロファイルを示す図である。 コンタミネーション付着後のパターン形状、ラインプロファイルを示す図である。 コンタミネーション付着画像におけるコンタミネーション量の変化に伴う特徴量の変化を示す図である。 コンタミネーション付着前の画像を復元する方法について説明するための図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。なお、実施例を説明する図において、同一の要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、荷電粒子線として電子線を使用した試料の観察・検査装置における実施例を示すが、荷電粒子線としてイオンビームを使用する場合、また、計測装置や一般的な電子顕微鏡の場合においても本発明の効果は失わない。

図２は、実施例１に係る荷電粒子線装置の代表例である走査電子顕微鏡の要部構成を示す図である。まず、装置構成について説明する。電子源201 から電子線202が引き出される下流方向には、走査偏向用偏向器203、対物レンズ204、検出器205が配置されている。対物レンズ204は励磁電流によってフォーカスを制御する電磁レンズに限られず、静電レンズ、あるいは電磁レンズと静電レンズの複合であってもよい。ステージ206はその上に試料207を載置して移動する構成となっている。電子源201、走査偏向用偏向器203、対物レンズ204、検出器205、ステージ206は、真空容器内に配置されるとともに、各部にはシステム制御部208が接続されている。試料は、図示しない搬出系より真空外との間で出し入れされる。

システム制御部208は、機能的には、演算部209、記憶部210、計測部211が配置され、画像表示装置を備えた入出力装置212と接続されている。システム制御部208は、演算部209や計測部211として記憶部210に記憶されたプログラム等を実行させることにより、コンタミネーション量演算、各種画像処理、あるいは制御装置等の制御等を行うことができる。入出力装置212はキーボードやマウス等の入力手段と、液晶表示デバイスなどの表示手段が、入力部、出力部として別構成とされていても良く、タッチパネルなどを利用した一体型の入出力手段で構成されていても良い。

次に、本実施例の装置を用いて実施される観察について説明する。オペレータにより予め設定された試料中の観察領域に電子線を照射及び走査して発生した信号を検出器により検出し、検出された信号の量をもとに画像を形成する。電子源201から放出された電子線202は対物レンズ204によって制御され、ビーム径が極小になるように試料207上に集束される。走査偏向用偏向器203は、電子線202が試料207の定められた領域を走査するように、システム制御部208により制御される。試料207の表面に到達した電子線202は、表面付近の物質と相互に作用する。これにより、反射電子、二次電子、オージェ電子などが試料から発生し、取得すべき信号となる。電子線202が試料207上の到達した位置から発生した二次電子213は検出器205によって検出される。検出器205から検出される二次電子213の信号処理が、システム制御部208から走査偏向用偏向器203に送られる走査信号と同期して行われることによりSEM画像が形成され、試料207の観察が実施される。なお、本図においては、検出器205は対物レンズ204や走査偏向用偏向器203より上流に配置しているが、特定の配置に限定することを意図するものではない。また、図示はしないが、電子源201と対物レンズ204の間には電子銃の光軸を補正するアライナが配置され、電子線の中心軸が絞りや電子光学系に対してずれている場合に補正できる構成となっている。

ここで、上述したとおり、観察中の電子線照射により試料表面にコンタミネーションが付着すると、画像中の特徴量が変化する。本実施例では、この特徴量の変化を計測し、計測結果をもとに観察中の試料表面のコンタミネーション付着量を管理し、この情報を画像に付加することでコンタミネーションによる情報消失リスクを低減する。この手順について図３及び図４を使って説明する。図３はコンタミネーション情報を付与した画像取得までの観察のフローチャートであり、図４はオペレータが操作するＧＵＩの一例である。以降、観察による電子線照射による試料面へのコンタミネーションの付着量を「コンタミネーション量」という。

はじめに、オペレータは操作パネル401の操作によって観察条件を設定する（ステップS301）。観察条件には、例えば加速電圧、倍率設定などの光学条件、スキャンモード、フレーム数、スキャンサイズ、フォーカスを調整する対物レンズの励磁電流値、明るさ、コントラストなどが含まれる。観察条件の設定は、オペレータが観察条件設定部403（図４参照）を通じて直接入力するのでもよく、予め用意された観察条件のテーブルをプルダウン等の方法で選択して設定する方法でもよい。次に、オペレータは、コンタミネーション情報付加方法選択欄408から、観察により得られた画像に対してコンタミネーション情報を付加する所望の方法を選択する（ステップS314）。本例では、テキストファイルを画像と共に保存する例（「ファイル形式で保存」）を選択する。

オペレータは観察ボタン402により観察を開始すると（ステップS302）、試料への電子線の照射が開始され、画像が形成される。計測部211（図２参照）によって、形成した画像から特徴量の変化量が計測され（ステップS303）、演算部209によって特徴量の変化量から１フレーム毎のコンタミネーション量が演算される（ステップS304）。なお、画像中の特徴量の計測及びコンタミネーション量の演算は、後述する画像の表示と同様に、１フレーム毎に行っても、積算後の画像毎に行っても良い。１フレーム毎に演算する場合、形成した画像は一時的に記憶部210に保存され、特徴量の計測及びコンタミネーション量の演算を行う。ここで、特徴量として、画像の明るさ、コントラスト、試料形状パターンのいずれか、あるいはそれらの組み合わせをとることができる。演算部209が求めたコンタミネーション量が予め設定された閾値以上であれば、観察を終了すると判断し（ステップS305）、操作パネル401のアラート表示部405にコンタミネーション量が規定値以上であり観察を終了する旨のアラート、および／またはコンタミネーション量を表示し（ステップS306）、観察を終了する（ステップS307）。このとき、観察により形成した画像とその観察領域のコンタミネーション量の両者を関連付けて記憶部210に格納しておいてもよい。なお、ステップS305にてコンタミネーション量を判断する閾値は、オペレータが特定の値を入力しても良いし、観察条件に応じて、予め記憶部に記憶されたプログラムに基づき自動的に設定してもよい。

コンタミネーション量が閾値以下である場合は、画像の形成の回数、すなわち積算するフレーム数に達したかどうかが判断される。オペレータは、観察前に積算するフレーム数として操作パネル401の入力部409より任意の値を設定している。積算するフレーム数は観察条件に応じて記憶部210に予め記憶されている値が自動的に設定されてもよい。設定した積算フレーム数に応じて、１フレームごとに画像が積算され（ステップS308）、設定した積算フレーム数に達するまで「特徴量の変化量の計測」以降のステップが繰り返される（ステップS309）。設定した積算フレームに達すると、積算された画像が出力画面404に表示される（ステップS310）。オペレータは表示された画像を保存するかを判断する（ステップS311）。画像を保存する場合は操作パネル401の保存ボタン406を押下し、観察中のコンタミネーション量をコンタミネーション情報として画像に付加し（ステップS312）、コンタミネーション量が付加された画像を記憶部210に保存する（ステップS313）。図５はコンタミネーション量を記載したテキストファイルの一例である。このように、形成した画像のコンタミネーション量のほかに観察条件、光学条件などを組み合わせてコンタミネーション情報とする。画像へのコンタミネーション量の付加方式は、操作パネル401のコンタミネーション情報付加方法選択欄408を設定することによって選択する。演算部がコンタミネーション量を記載したテキストファイル1601を画像に関連付けて記憶部210に保存するほかに、コンタミネーション量を保存する画像上に記載する方式、コンタミネーション量を付加せず、原画像のみを保存する方式も設定できる。最後に観察終了ボタン407を押下し、操作を終了する（ステップS307）。画像を保存しない場合は特徴量の変化量の計測（ステップS303）に戻る。

図６を用いて、計測した特徴量の変化量からコンタミネーション量を算出するステップS304について説明する。記憶部210には、観察結果データベース220、学習モデルデータベース221、今回観察条件及び試料情報222が格納されている。観察結果データベース220は過去の観察結果を蓄積するものであり、観察時の観察条件（例えば、観察時の光学条件（加速電圧、プローブ電流等）、真空度、検出器条件等のパラメータ）及び試料情報（試料材料、試料パターン形状等）と、観測結果としての特徴量の変化量及びコンタミネーション量とを格納している。コンタミネーション量は、例えば走査プローブ顕微鏡を用いて計測することができる。学習モデルデータベース221は、所定の観察条件及び試料情報の下における、特徴量の変化量とコンタミネーション量との関係をモデル化して格納するものである。このように機械学習（ステップS320）にて観察結果データベース220に格納された観察結果を教師データとして学習モデルを生成しておき、今回の観察条件及び試料情報222に該当する学習モデルを呼び出し、今回の観察において得られた特徴量の変化からコンタミネーション量を算出する（ステップS321）。

以上は、コンタミネーション情報とともに画像を取得する観察フローについて説明したが、種々の変形が可能である。例えば、図３のフローチャートでは観察終了前にアラート表示部405にアラートやコンタミネーション量を表示する例を示したが、表示を省略してもよい。また、計測する特徴量の種類としてはオペレータが選択しても、装置が自動的に選択してもよい。また、コンタミネーション量そのものに代えて、計測した特徴量の変化量の絶対値をコンタミネーション量として扱うこともできる。

本実施例では、観察における電子線照射を、観察領域への照射と、観察領域を含む広い領域への照射とを組み合わせて行う。実施例１と共通する装置構成や観察手順に関しては説明を省略する。

本実施例では、観察領域への電子線の照射と、観察領域を含む広い領域への電子線の照射を一定の比率で切り替える。この観察領域を含む、観察領域よりも広い領域を「広領域」と呼ぶ。コンタミネーションは電子線が照射された外側の領域から電子線が照射された領域に向かって移動し、付着する。広領域に電子線を照射することにより、電子線が照射される範囲が観察領域よりも外側の領域に広がり、観察領域へのコンタミネーションの付着は緩和される。

観察領域と広領域について図７Ａ〜Ｅを使って説明する。図７Ａに観察領域501と広領域502との関係を示している。広領域502は観察領域501よりも広く、かつ観察領域501を内包している。電子線は図の左から右へ向かうＸ方向に走査され、Ｘ方向の初期位置へ戻り、次のラインへ移り再びＸ方向に走査される。観察領域501に電子線を照射する場合のＸ方向及びＹ方向の走査波形を図７Ｂ及び図７Ｃに、広領域502に電子線を照射する場合のＸ方向及びＹ方向の走査波形を図７Ｄ及び図７Ｅにそれぞれ示す。観察領域501のＸ方向、Ｙ方向の走査波形の中心が（ａ_１，ｂ_１）であり、Ｘ方向の走査波形の振幅はＡ_１、Ｙ方向の走査波形の振幅はＢ_１である。また、広領域502のＸ方向、Ｙ方向の走査波形の中心が（ａ_２，ｂ_２）であり、Ｘ方向の走査波形の振幅はＡ_２、Ｙ方向の走査波形の振幅はＢ_２である。観察領域501のＸ方向、Ｙ方向の走査波形の中心（ａ_１，ｂ_１）と広領域502のＸ方向、Ｙ方向の走査波形の中心（ａ_２，ｂ_２）とは近接していることが望ましい。どの方向から観察領域に向けて移動してくるコンタミネーションに対しても同等にせき止めることができるためである。また、図７Ｂ及び図７Ｃに示されるように、照射時間ｔ_３で観察領域501への走査が完了する。領域への１回の走査を１フレームと呼ぶ。領域の画像を生成する場合には通常１回の走査のみでは信号が微弱であるため、複数フレームの画像を積算して画像を生成する。同様に、図７Ｄ及び図７Ｅに示されるように、照射時間ｔ_４で広領域502への走査が完了する。

試料への電子線の照射はシステム制御部208（図２参照）にて行われるが、実施例２では観察領域への照射と広領域への照射とを切り替えながら繰り返し行う。１回の観察領域への照射時間をｔ_１とし、当該期間中の取得フレーム数をＮ_１とする。また、１回の広領域への照射時間をｔ_２とし、当該期間中の取得フレーム数をＮ_２とする。上述の通り、観察領域の１フレームには時間ｔ_３の照射時間が必要であり、広領域の１フレームには時間ｔ_４の照射時間が必要であるから、
観察領域への照射時間ｔ_１＝取得フレーム数Ｎ_１×１フレーム毎の照射時間ｔ_３
広領域への照射時間ｔ_２＝取得フレーム数Ｎ_２×１フレーム毎の照射時間ｔ_４
という関係が成り立つ。

照射は順番に切り替えて行い、観察領域への照射時間ｔ_１と広領域への照射時間ｔ_２との比率ｔ_１：ｔ_２を照射比率と呼ぶ。照射比率は観察条件、試料情報に応じて変わる。試料情報とは、試料材料、試料パターン形状のいずれか、またはこれらの組み合わせである。決定した照射比率に基づき、システム制御部208から走査偏向用偏向器203に送る走査信号を切り替えることで観察領域照射と広領域照射を切り替えることができる。

オペレータが観察領域照射と広領域照射とを設定し、画像を取得する手順について図８、図９を用いて説明する。なお、試料への電子線の照射を観察領域照射と広領域照射とで切り替えて実施するモードを「コンタミネーション緩和モード」という。図８はコンタミネーション緩和モードにおける画像取得のフローチャートであり、図９はオペレータが操作するGUIの一例である。なお、図９に示す操作パネル401は、観察条件設定部403に広領域設定部801、及びコンタミネーション緩和モード設定部805が含まれている点以外は図４と同じであり、同一部分に関する説明は省略する。

オペレータは照射方式の選択を図９の操作パネル401で行う。照射方式はスキャンモードとして、観察領域の照射のみ行う「通常モード」と「コンタミネーション緩和モード」のどちらかを選択できる。「通常モード」を選択した場合には図３のフローチャート（実施例１）に従う。本実施例では「コンタミネーション緩和モード」を選択する。

オペレータがコンタミネーション緩和モードを選択すると（ステップS701）、続いて広領域設定をオートモードで行うかマニュアルモードで行うかを判断する（ステップS702）。オートモードの場合、オートモードのチェックボックス802にチェックをすると、オペレータが設定した観察条件に基づき、観察領域と広領域の照射比率や、広領域の範囲などの広領域条件が自動的に決められ（ステップS703）、観察を開始する（ステップS705）。具体的には、広領域条件を設定するステップS703では、観察結果データベース220（図６参照）に観察条件、試料情報とコンタミネーション量とを関連付けた情報を保有しているので、システム制御部208の演算部209は想定されるコンタミネーション量を算出し、想定されるコンタミネーション量の多寡に応じて適切な広領域条件を決定する。オートモードで行わない場合、オペレータはマニュアルモードのチェックボックス803にチェックをし、オペレータ自身が観察領域と広領域の照射比率や、広領域照射範囲を広領域設定部801のプルダウン804から選択し、（ステップS704）、広領域条件を設定し（ステップS703）、観察を開始する（ステップS705）。マニュアルモードでの広領域条件の設定にあたっては、プルダウン方式に限られず、オペレータが数値を直接入力する方式でもよい。また、設定するパラメータも図に示したような照射比率ではなく、観察領域と広領域それぞれの１フレームごとの照射時間ｔ_３、ｔ_４やそれぞれの取得フレーム数Ｎ_１、Ｎ_２により設定してもよい。

観察領域の観察（ステップS705）にあたっては、図３に示したフローチャートと同様であるが、本実施例では電子線の照射が観察領域への照射と観察領域を含む広領域への照射とを設定された条件に基づく所定の比率で切り替えて行われる。このときの画像の取得はコンタミネーション緩和モード選択時に設定するコンタミネーション緩和モードの設定に従う。この設定は、操作パネル401のコンタミネーション緩和モード設定部805（図９参照）において行う。

コンタミネーション緩和モード設定部805は、広領域照射において形成される画像の保存及び使用に関する処理方法を選択するものである。広領域照射時にその画像を表示または保存するように設定でき、また、広領域内の観察領域部分だけを選択的に表示してもよいし、広領域内の観察領域部分をコンタミネーション量の演算に使用してもよい。これにあわせて、表示した観察領域の画素数が観察領域への照射のときの画素数と同じとなるように広領域照射時も小さい画素間隔で照射してもよいし、或いは、広領域中の観察領域部分へ電子線が照射されるときのみ観察領域と同じ画素数となるよう画素間隔を調整し、それ以外の領域は粗い画素間隔となるように電子線を照射してもよい。

さらに、観察中の特徴量から演算したコンタミネーション量をシステム制御部208（図２参照）にフィードバックし、電子線の観察領域への照射と、広領域照射の照射比率などの広領域条件を自動的に変えて観察するようにしてもよい。この場合の画像取得のフローチャートを図１０に示す。この場合、画像の特徴量から求めた観察中のコンタミネーション量から広領域条件の再設定の要否を判断する（ステップS712）。この判断に用いるコンタミネーション量の閾値を広領域条件閾値Ｃ_１と呼ぶ。この広領域条件閾値Ｃ_１は、観察終了を判断する（ステップS711、図３のステップS305と同じ）ためのコンタミネーション量の閾値である観察終了閾値Ｃ_２とは別に設定され、広領域条件閾値Ｃ_１＜観察終了閾値Ｃ_２の関係を有する。観察中にコンタミネーション量が広領域条件閾値を超えなければ、コンタミネーションは殆どついていないものとして観察を繰り返し、広領域条件閾値を超えた場合には、観察を継続するとコンタミネーションが無視できないレベルにまで付着すると判断する。そのため、コンタミネーション付着をより強く抑制するよう広領域条件を再設定し（ステップS703）、観察を繰り返す。コンタミネーション付着をより強く抑制する条件とは、例えば、広領域の範囲をより広くする、あるいは、広領域照射時間をより長くして、観察領域への照射期間に対する広領域への照射時間の比率を高めるなどである。

またさらに、広領域を設定するにあたって、観察領域のサイズに応じて広領域を決定するようにしてもよい。すなわち、狭い観察領域を観察するときには、単位面積当たりの電子線照射量が大きくなり、コンタミネーションを引き寄せる力が強い。このような場合は、コンタミネーションが観察領域に集まり、付着しやすい。これに対し、広い観察領域を観察するときには、単位面積当たりの電子線照射量が小さくなり、コンタミネーションを引き寄せる力が弱い。このような場合は、観察領域にコンタミネーションが付着しにくい。このため、観察領域への照射と広領域への照射とを切り替える方式は、狭い観察領域においては効果的である一方、広い観察領域観察時では効果は小さくなる。

図１１に広領域のサイズを観察領域のサイズに応じて設定する例を示す。観察領域のサイズをｐ、広領域のサイズをｑとする。ここで、ｐは２Ａ_１または２Ｂ_１を、ｑは２Ａ_２または２Ｂ_２を一般化して表記したものである（図７Ａを参照）。観察領域が広い場合は、コンタミネーションの付着のリスクが低く、広領域への切り替えを必要とせず、観察領域が狭い場合は観察領域より広い広領域に電子線を照射させるため、広領域のサイズは観察領域の増大に応じて線形に増加させることとした。

このとき、観察領域のサイズｐと広領域のサイズｑとを、以下の関係を満たすように設定する。
ｑ＝ａ×ｐ＋ｂ
ただし、ｐ≧ｐ_０の場合は、ａ＝１，ｂ＝０、ｐ＜ｐ_０の場合は、０≦ａ＜１，ｂ＞０
ここで、ｐ_０とは、観察領域と広領域の切替を行うための領域サイズの閾値であり、観察に先立って予め決定されている。なお、閾値ｐ_０の大きさは、実験的に５μｍ以下であることがわかっている。また、図１１の例ではｐ＝ｐ_０のときに観察領域のサイズｐと広領域のサイズｑとが等しくなり、ｑ＝ａ×ｐ_０＋ｂ（０≦ａ＜１，ｂ＞０）＝ｐ_０が成立しているが、この一致は必須ではない。一度設定した領域サイズの閾値の条件は記憶部に格納され、観察条件設定のときに自動的に呼びだされる。

本実施例では、演算したコンタミネーション量を基に、コンタミネーションが付着した状態の画像からコンタミネーションの付着がない状態の画像を復元する。コンタミネーションが付着すると画像中の特徴量が変化する。この変化は、試料形状の寸法がコンタミネーション付着量に応じて増加することと、試料表面の材料が炭化水素（コンタミネーション）に変化することにより二次電子放出量が変化すること、によって起こる。図１２Ａ〜Ｂに、コンタミネーションの付着による形状変化と二次電子放出量の変化の例を示す。図１２Ａはコンタミネーションが付着していないときであって、上段が試料の断面図、中段が試料の上面図、下段が試料のラインプロファイルであり、上面図の線ａ−ａ’に沿って取得したプロファイルである。また、図１２Ｂは試料表面にコンタミネーションが付着したときであって、上段が試料の断面図、中段が試料の上面図、下段が試料のラインプロファイルであり、上面図の線ｂ−ｂ’に沿って取得したプロファイルである。

電子線1203が試料、すなわちパターン1201に照射されると、二次電子1204が放出される。一方、電子線照射によりコンタミネーション1202が厚さｄだけ付着すると、パターン1201の幅は２ｄ増加する。また、コンタミネーションが付着したときの二次電子1205の放出量は、コンタミネーションが付着していないときの二次電子1204の放出量に対して変化する。これは、コンタミネーションの材料である炭化水素が、パターン1201を構成する材料と異なることによって起こる。つまり、コンタミネーションの付着によって、二次電子の放出量、すなわち検出される信号量が変化し、画像中の明るさが変化する。この結果として、図１２Ａ〜Ｂの下段に示すように、コンタミネーション付着後のラインプロファイルはコンタミネーション付着前のラインプロファイルと比較して明るさが増加し、線幅も太く変化する。

パターンの寸法値はラインプロファイルを用いて算出するため、算出されるパターンの寸法値はコンタミネーション付着前と付着後とで変わってしまう。ラインの幅を計測する場合において、計測の基準点は、一般的には画像中の最大明るさの５０％の点Ｏを選択する。例えば、コンタミネーション付着前では点Ｏ_１にて、コンタミネーション付着後では点Ｏ_２にてラインの幅を計測することになる。これにより、明るさ情報により点Ｏの位置も左右されるので、形状の変化のみならず、明るさの変化も計測に影響を与えることになるため、コンタミネーションが付着しない状態でのパターン寸法値を正しく計測することは困難である。

このようにコンタミネーション付着の前後では、試料形状の変化と二次電子放出量の変化に伴い、画像中の特徴量が変化する。そこで、図６に関連して説明したように、観察結果データベースから、複数の特徴量、例えば試料形状変化及び二次電子放出量の変化とそのときのコンタミネーション量との関係を示す学習モデルが得られていれば、コンタミネーション付着後の画像からコンタミネーション付着前の画像を予測し、復元することができる。図１３はコンタミネーション付着画像におけるコンタミネーション量の変化に伴う特徴量の変化を示す図である。ここでの特徴量はラインプロファイルから求められるラインの寸法値である。なお、特徴量は寸法値に限定されるものではなく、画像の明るさやコントラスト、或いはそれらの組み合わせでもよい。

図１２Ａ及びＢ下段に示すような、取得された画像中の一ライン分のラインプロファイルから寸法値を計測する場合、画像中の明るさは材料や形状の違いに応じて異なることから、隣あった画素間で明るさが急激に変化する点が材料や形状の境界と判断できる。そこで、まず、画像全体をある閾値を設けて二値化し、隣り合う画素が異なる値である点を境界として抽出する。そして各境界に対して垂直な線分を引き、ラインプロファイルを取得する。なお、境界を求めるには、画像の二値化に限られず、隣り合う二点画素間の差分あるいは微分値を求め、その値が閾値以上である点を境界としてもよい。ここで、取得したラインプロファイルより、最大明るさの５０％の点で求める線幅、すなわち寸法値以外に、最大明るさの点で求める線幅及び、明るさ変化によらない、すなわちあらかじめ定めた固定の明るさの点で求める線幅をも計測する。線幅の計測は、ラインプロファイル一つ一つから計測した値としてもよいし、複数のラインプロファイルを積算した値としてもよい。寸法値は、最大明るさの変動に応じて計測の基準点Ｏを変動させることにより、コンタミネーションの付着に対する感度が低くなるが、最大明るさの点と固定の明るさの点で計測した線幅は、それぞれコンタミネーションの付着を受けて大きく変化する。そのため、時間変化に対するこれらの線幅の変化量からコンタミネーションが付着した時間とその量を推定し、最大明るさの５０％の点で求める寸法値を補正でき、コンタミネーション付着による変化と関連づいた寸法値を求めることができる。使用する特徴量の数や種類を増加させることにより、画像全体の変化を推定し、コンタミネーション付着前の画像を復元することが可能である。

図１３に示すように、特徴量、すなわち寸法値は、コンタミネーションの量が増えるに従って増加する。特徴値が増加していく様子をコンタミネーションの量を増加させながら複数の実験値を取得してプロットし、近似線をひくことでコンタミネーション量ｆと特徴量ｇの関係を表す式ｇ＝ｎ×ｆ＋ｍを求めることができる。特徴量切片ｍはｆ＝０、すなわちコンタミネーションが付着していないときの特徴量を意味する。すなわち、特徴量切片ｍを求めることによってコンタミネーションがない場合の特徴量を算出することができる。このようにして求められる関係式を学習モデルデータベース221に格納すればよい。

なお、特徴量のコンタミネーション量との関係は、必ずしも一次の線形関数で表されるわけではない。また、コンタミネーション量との関係を求める特徴量としては複数点、複数種類設定して同様の近似式を求めてもよい。また、実験結果に基づいてモデルを構築するのみならず、シミュレーションによって求めた結果に基づき構成されていてもよい。

続いて、予め構築されたデータベースを基に、コンタミネーション付着前の画像を復元する方法について説明する。図１４は上述のようにして得られたコンタミネーション量と特徴量との関係式のグラフの上に、観察にて得られたコンタミネーション量ａの値をプロットしたものである。コンタミネーション量と特徴量との関係式としては、観察中の試料情報、観察条件に相当するコンタミネーション量と特徴量の関係式を参照する。今回の観察のコンタミネーション量ａの特徴量ｇ_ａは関係式より、ｇ_ａ＝ｎ×ａ＋ｍであり、この特徴量が取得された画像に現れている値であると考えらえる。一方、特徴量切片ｍがコンタミネーションがない場合の特徴量であるので、画像の補正量はｇ_ａ−ｍとして求められる。この補正量を取得した画像から差し引くことで、コンタミネーションが付着していない状態での画像が復元できる。

なお、コンタミネーションが付着していない状態での画像が復元するには、観察中の試料情報、観察条件に相当するコンタミネーション量と特徴量の関係式（モデル）を使用するが、学習モデルデータベース中に今回の観察条件に相当するデータが存在しない場合もありうる。そのような場合には、観察条件の一部が同一の観察結果を参照し、今回の観察条件に適用する関係式を予測してもよい。例えば、観察条件の一つであるプローブ電流の条件について、今回観察と同一のものがデータベース中に存在せず、異なるプローブ電流値の観察結果が複数存在したとする。このとき、データベース内の各プローブ電流でのコンタミネーション量と特徴量の関係式における傾き、切片などの係数とプローブ電流との関係式を導出することで、今回の観察条件でのコンタミネーション量と特徴量の関係式を予測することができる。

また、今回の観察によって得られた結果はデータベースに新たなデータ点として追加し、コンタミネーション量と特徴量の関係式を更新してもよい。オペレータは、例えば、図４（図９）の保存ボタン406を押し、追加・更新チェックボックス411にチェックを入れることで、今回の画像と演算結果をデータベースに追加し、更新することができる。

201…電子源、202…電子線、203…走査偏向用偏向器、204…対物レンズ、205…検出器、206…ステージ、207…試料、208…システム制御部、209…演算部、210…記憶部、211…計測部、212…入出力装置、213…二次電子、401…操作パネル、402…観察ボタン、403…観察条件設定部、404…出力画面、405…アラート表示部、406…保存ボタン、407…観察終了ボタン、408…コンタミネーション情報付加方法選択欄、409…入力部、410…画像表示ボタン、411…追加・更新チェックボックス、501…観察領域、502…広領域、801…広領域設定部、802…オートモードチェックボックス、803…マニュアルモードチェックボックス、805…コンタミネーション緩和モード設定部。

Claims (11)

1. 荷電粒子線を走査する偏向器と、
   荷電粒子線が試料と相互作用して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、
   演算部と計測部と記憶部とを備えるシステム制御部とを有し、
   前記計測部は、前記偏向器により荷電粒子線を前記試料上で走査させて前記検出器から出力される信号に基づき形成される画像から特徴量を計測し、
   前記演算部は、前記計測部で計測される特徴量の変化から、荷電粒子線が前記試料に照射されることによって前記試料の表面に付着するコンタミネーション量を算出し、
   前記記憶部は、前記画像に前記コンタミネーション量の情報を付加して記憶する荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記記憶部は、前記画像を前記コンタミネーション量の情報を記載したテキストファイルとともに記憶する荷電粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記演算部において、前記演算部により算出されるコンタミネーション量が第１の閾値以上となった場合に、前記試料への荷電粒子線の照射を終了する警告を表示する荷電粒子線装置。
4. 請求項３において、
   前記試料上に、前記画像を形成する観察領域と前記観察領域を含む広領域とを設定し、
   前記偏向器は、所定の比率で前記観察領域への走査期間と前記広領域への走査期間とを切り替えるよう制御される荷電粒子線装置。
5. 請求項４において、
   前記演算部において、前記演算部により算出されるコンタミネーション量が第２の閾値以上となった場合に、前記観察領域への走査期間に対する前記広領域への走査期間の比率を高める、もしくは前記広領域の面積を広げる荷電粒子線装置。
6. 請求項５において、
   前記第１の閾値は前記第２の閾値よりも大きい荷電粒子線装置。
7. 請求項４において、
   前記観察領域のサイズが所定の閾値より広い場合には、前記広領域のサイズを前記観察領域のサイズと同一として設定し、
   前記観察領域のサイズが前記所定の閾値より狭い場合には、前記広領域のサイズは前記観察領域のサイズよりも広い領域として設定する荷電粒子線装置。
8. 請求項１において、
   前記記憶部は、観察結果データベースと学習モデルデータベースを格納しており、
   前記観察結果データベースは、過去の観察結果及び当該過去の観察結果を得た観察条件及び試料情報を蓄積し、
   前記学習モデルデータベースは、前記観察結果データベースに蓄積された過去の観察結果を教師モデルとして生成した、所定の観察条件及び試料情報の下における特徴量の変化とコンタミネーション量との関係を示す学習モデルを蓄積し、
   前記演算部は、今回の観察条件及び試料情報に該当する学習モデルを前記学習モデルデータベースから呼び出し、前記計測部で計測される特徴量の変化からコンタミネーション量を算出する荷電粒子線装置。
9. 請求項８において、
   前記演算部は、前記学習モデルにおける特徴量の変化とコンタミネーション量の関係に基づき、前記画像を補正し、コンタミネーション付着前画像を復元する荷電粒子線装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項記載において、
    前記特徴量は、前記画像の明るさ、コントラスト、試料形状パターンのいずれか、あるいはそれらの組み合わせである荷電粒子線装置。
11. 請求項１０において、
    前記演算部は、１フレームごとに、前記計測部で計測される特徴量の変化から、荷電粒子線が前記試料に照射されることによって前記試料の表面に付着するコンタミネーション量を算出する荷電粒子線装置。

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