JP2021093336A - 画像調整方法および荷電粒子ビームシステム - Google Patents

画像調整方法および荷電粒子ビームシステム Download PDF

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Abstract

【課題】試料における計測領域の深さが未知の場合でも、深部に存在する計測領域に対して、コントラストおよび明るさとフォーカスとを適切に調整することができる、荷電粒子ビーム装置による画像調整方法および荷電粒子ビームシステムを提供する。【解決手段】コンピュータシステムが荷電粒子ビーム装置を制御して実行する画像調整方法は、コンピュータシステムが、試料の撮像画像から計測領域を特定することと、特定した計測領域に基づいてセンタリング処理を行うことと、センタリング処理を行った視野内またはセンタリング処理を行った画像内における計測領域を抽出することと、抽出した計測領域に対して、コントラストおよび明るさを調整することと、コントラストおよび明るさを調整した計測領域に対してフォーカスを調整することとを備える。【選択図】図６

Description

本開示は、画像調整方法および荷電粒子ビームシステムに係り、特に、コントラストおよび明るさと、フォーカスとを調整するものに関する。
微細な回路パターンが、表面上に、深穴内部に、および深溝内部に存在する半導体メモリなどの機能素子製品の製造および検査工程では、加工されたパターン幅の測定および外観検査に、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下「ＳＥＭ」と略記する場合がある）が広く用いられている。ＳＥＭは、試料上に電子ビームを走査し、試料から放出される二次電子あるいは反射電子など（以下総称して「二次荷電粒子」と称する場合がある）を検出することによって、走査領域の画像を形成する装置である。ＳＥＭは、測定する試料のパターンの画像を撮像することができ、得た画像から、任意の２点間の距離を演算する。この演算は一般に「測長」と呼ばれ、この演算機能を持つ走査電子顕微鏡は測長電子顕微鏡（Critical Dimension SEM: CD-SEM）と呼ばれている。ＣＤ−ＳＥＭのような荷電粒子ビーム装置は、特許文献１においては、コントラストおよび明るさの自動調整（Auto Brightness and Contrast Control、以下「ＡＢＣＣ」と略記する場合がある）と、フォーカスの自動調整（Auto Focus Control、以下「ＡＦＣ」と略記する場合がある）とを実行する。正確に測長するためには、これらの自動調整機能によって状態が整えられた画像を用いる必要がある。
このような荷電粒子ビーム装置における画像調整技術の例は、特許文献１〜３に開示されている。
特開２００５−３２７５７８号公報 特開２０１４−１３９５４３号公報 特開２０１６−０２５０４８号公報
しかしながら、従来の技術では、試料の深部に存在するパターンが鮮明に撮像できないという課題があった。
近年、試料上に形成されるパターンの積層化が進み、深部に存在するパターンの幅を計測したいというニーズがある。しかしながら、一般的に、深部に存在するパターンからの二次荷電粒子の信号量よりも、表面に存在するパターンからの二次荷電粒子の信号量の方が多いため、ＡＢＣＣおよびＡＦＣを実行すると、パターンの表面のみが鮮明になるように調整がされてしまい、深部に存在するパターンを鮮明に撮像できず、結果として正確な測長ができない。表面のパターンにフォーカスを合わせた後、深さ方向にオフセットを指定して、フォーカスを調整することもできるが、このような方法には深さに関する正確な情報が必要であり、深さが不明確の場合は、画像を鮮明にすることができない。
そこで、本開示は、試料における計測領域の深さが未知の場合でも、深部に存在する計測領域に対して、コントラストおよび明るさとフォーカスとを適切に調整することで、鮮明な画像を得ることができる、画像調整方法および荷電粒子ビームシステムを提供することを目的とする。
本開示に係る画像調整方法の一例は、コンピュータシステムが荷電粒子ビーム装置を制御して実行する画像調整方法であって、
前記コンピュータシステムが、
試料の撮像画像から計測領域を特定することと、
前記特定した計測領域に基づいてセンタリング処理を行うことと、
前記センタリング処理を行った視野内または前記センタリング処理を行った画像内における計測領域を抽出することと、
前記抽出した計測領域に対して、コントラストおよび明るさを調整することと、
前記コントラストおよび明るさを調整した計測領域に対してフォーカスを調整することと、
を備える。
また、本開示に係る荷電粒子ビームシステムの一例は、荷電粒子ビーム装置およびコンピュータシステムを備える荷電粒子ビームシステムであって、
前記コンピュータシステムは、前記荷電粒子ビーム装置を制御することにより、
試料の撮像画像から計測領域を特定し、
前記特定した計測領域に基づいてセンタリング処理を行い、
前記センタリング処理を行った視野内または前記センタリング処理を行った画像内における計測領域を抽出し、
前記抽出した計測領域に対して、コントラストおよび明るさを調整し、
前記コントラストおよび明るさを調整した計測領域に対してフォーカスを調整する。
本開示に係る画像調整方法および荷電粒子ビームシステムによれば、試料における計測領域の深さが未知の場合でも、深部に存在する計測領域に対して、コントラストおよび明るさとフォーカスとを適切に調整することができる。
本開示の実施形態１に係る荷電粒子ビーム装置の構成を示す図。 実施形態１においてＦＯＶを移動させるためのＧＵＩの構成を示す図。 実施形態１において画像を取得するためのＧＵＩの構成を示す図。 実施形態１において電子光学条件を設定するＧＵＩの構成を示す図。 実施形態１におけるアライナーの作用を説明する図。 実施形態１に係る荷電粒子ビーム装置に設けられる制御装置の、画像に関する機能の一部を表す機能概略図。 試料の計測領域の一部が上層のパターンによって覆われている状態の図。 実施形態１におけるＡＢＣＣの動作を説明する図。 実施形態１におけるＡＦＣの動作を説明する図。 実施形態２において荷電粒子ビーム装置が計測領域を抽出するために実行する処理の概要を示すフロー図。 図１０のステップＳ１００の内容をより詳細に示すフロー図。 図１１のステップＳ１１０において使用される画像表示ＧＵＩの構成を示す図。 図１１のステップＳ１１０において使用される、レシピを作成するＧＵＩの構成を示す図。 図１１のステップＳ１２０の内容をより詳細に示すフロー図。 図１１のステップＳ１２０において使用される、テンプレート設定ＧＵＩの構成を示す図。 図１４のステップＳ１２６において使用される、ＡＢＣＣ調整ＧＵＩの構成を示す図。 図１０のステップＳ２００の内容をより詳細に示すフロー図。 実施形態３におけるオーバーレイ計測を説明する図。 図１８のパターンに対応して取得される画像の例。 実施形態３におけるオーバーレイ計測のレシピ作成ＧＵＩの構成を示す図。
以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号又は対応する番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
以下の実施の形態の説明では、電子ビームを使用した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）とコンピュータシステムとで構成される荷電粒子ビームシステム（パターン計測システム）に、本開示を適用した例を示す。しかし、この実施の形態は限定的に解釈されるべきではなく、例えば、イオンビーム等の荷電粒子ビームを使用する装置、また一般的な観察装置に対しても、本開示は適用され得る。
また、以下に説明する実施形態では、走査型電子顕微鏡の一例として、試料（半導体ウェハ）上のパターンを計測するパターン計測装置を例にとって説明するが、「走査型電子顕微鏡」とは、電子ビームを用いて試料の画像を撮像する装置を広く含むものとする。走査型電子顕微鏡のその他の例としては、走査型電子顕微鏡を用いた検査装置、レビュー装置、汎用の走査型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡を備えた試料加工装置や試料解析装置等が挙げられ、本開示はこれらの装置にも適用が可能である。また、以下に説明する実施形態において走査型電子顕微鏡とは、上記走査型電子顕微鏡がネットワークで接続されたシステムや上記走査型電子顕微鏡を複数組み合わせた複合装置をも含むものとする。
また、以下に説明する実施形態の機能、動作、処理、フローにおいては、主に「荷電粒子ビームシステム」「制御装置」「ホストコンピュータ」を主語（動作主体）として各要素や各ステップの流れについての説明を行うが、「コンピュータシステム」を主語（動作主体）とした説明としてもよいし、コンピュータシステムが実行する「各種プログラム」を主語（動作主体）とした説明としてもよい。プログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、また、モジュール化されていても良い。各種プログラムはプログラム配布サーバや記憶メディアによってコンピュータシステムにインストールされてもよい。また、本開示の実施形態は、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。
また、以下に説明する実施形態において「試料」とは、パターンが形成された半導体ウェハを一例として説明するが、これに限られるものではなく、金属、セラミックス、生体試料等であっても良い。
また、以下に説明する実施形態において半導体ウェハ上のパターンを計測する走査型電子顕微鏡における「計測」とは、半導体ウェハ上のパターンの寸法を測定することを一例として説明するが、これに限られるものではなく、当該パターンの観察、検査であっても良い。
また、以下に説明する実施形態において「センタリング処理」とは、たとえば、画像内或いは視野内の中心またはその近傍に、計測領域を位置付ける処理をいい、少なくとも、当該計測領域の全体を、画像内或いは視野内に位置付ける処理を意味し得るものとする。
また、以下に説明する電子ビームのフォーカス調整は、対物レンズの励磁電流を制御する実施形態にて説明を行うが、対物レンズ以外の他のレンズや電極を用いてフォーカス調整を行っても良いし、試料に印加する負電圧（リターディング電圧）を調整することで電子ビームのフォーカス調整を行う、いわゆるリターディングフォーカス調整であっても良い。
実施形態１．
図１に、本開示の実施形態１に係る荷電粒子ビームシステム（パターン計測システム）１００の構成を示す。荷電粒子ビームシステム１００は、走査型電子顕微鏡（パターン計測装置）２３０とコンピュータシステム２３１とで構成され、本実施形態に係る画像調整方法を実施する。
走査型電子顕微鏡２３０は、荷電粒子ビーム装置の例である。コンピュータシステム２３１は走査型電子顕微鏡２３０を制御し、走査型電子顕微鏡２３０を用いた画像調整方法を実行する。
走査型電子顕微鏡２３０は、荷電粒子として電子ビーム２０２を放出する電子源２０１と、電子ビーム２０２の光軸を調整するアライナー２２２と、試料（ウェハ）２３２に対する電子ビーム２０２の焦点位置を調整する対物レンズ２０３と、試料から放出される荷電粒子としての二次電子または反射電子２０６を検出する検出器とを備える。検出器は、試料からの反射電子を検出する反射電子検出器２０４と、試料（ウェハ）２３２から放出される二次電子を検出する二次電子検出器２０５とを含む。
また、走査型電子顕微鏡２３０は、試料（ウェハ）２３２に照射する電子ビーム２０２を走査する走査偏向器２３３と、電子ビーム２０２を偏向させるイメージシフト偏向器２０８と、試料（ウェハ）２３２を載置するステージ２０９とを備える。イメージシフト偏向器２０８およびステージ２０９は、試料に関してＦＯＶ（Field Of View、視野）に表示される領域を調整するＦＯＶ位置調整機構（図示無し）を構成する。ＦＯＶ位置調整機構は、イメージシフト偏向器２０８およびステージ２０９のうち一方のみによって構成されてもよい。
なお、走査型電子顕微鏡２３０は、これ以外に他のレンズや電極を含んでもよいし、検出系は、その他の検出器を含んでもよい。また、電子光学系および検出系の構成は、一部が上記構成要素と異なっていてもよく、上述の構成に限定されるものではない
コンピュータシステム２３１は、検出器によって検出された信号を調整する信号調整機２０７と、調整された信号に基づいて画像を生成する画像生成部２１１とを備える。また、コンピュータシステム２３１は、画像生成部２１１から画像を受信する機能と、制御装置１０１に命令を送信する機能とを備えるホストコンピュータ２１２を備える（ただし、ホストコンピュータ２１２は、荷電粒子ビームシステム１００またはコンピュータシステム２３１の一部を構成しないものであってもよい）。ホストコンピュータ２１２は、記憶装置２１３に接続される。
また、コンピュータシステム２３１は、走査型電子顕微鏡２３０の各構成要素を制御する制御装置１０１を備える。制御装置１０１はたとえば演算手段および記憶手段を備える公知のコンピュータを用いて構成することができる。演算手段はたとえばプロセッサを備え、記憶手段はたとえば半導体メモリを備える。
図２は、実施形態１においてＦＯＶを移動させるためのＧＵＩ２１４の構成を示す。ＧＵＩ２１４を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。ＧＵＩ２１４はたとえばホストコンピュータ２１２において表示され、制御装置１０１は、ＧＵＩ２１４に対する操作に応じてＦＯＶを移動させる。これによって、ホストコンピュータ２１２のＦＯＶに表示される試料の領域が変化する。たとえば、ユーザがホストコンピュータ２１２においてＧＵＩ２１４を操作すると、制御装置１０１がＦＯＶ位置調整機構を制御し、計測対象に対してＦＯＶを移動させる。これによって、計測の対象となる部分（計測領域）をＦＯＶ内に移動させることが可能となる。
図３は、実施形態１において画像を取得するためのＧＵＩ２１５の構成を示す。ＧＵＩ２１５を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。ＧＵＩ２１５はたとえばホストコンピュータ２１２において表示され、制御装置１０１は、ＧＵＩ２１５に対する操作に応じて、ＦＯＶ内の画像を取得する。
たとえば、ユーザがホストコンピュータ２１２においてＧＵＩ２１５の撮像ボタン２１６を操作すると、制御装置１０１からの命令により、電子源２０１から放出された電子ビーム２０２は、加速電極（図示無し）によって加速され、対物レンズ２０３を通過し、試料（ウェハ）２３２に照射される。このようにして、荷電粒子ビームシステム１００は、試料に対して電子ビーム２０２（荷電粒子ビーム）の走査を行う。荷電粒子ビームシステム１００において走査を行うための構成は、たとえば電子源２０１、アライナー２２２、走査偏向器２３３およびイメージシフト偏向器２０８を含むスキャナとして実現される。
次に、反射電子検出器２０４または二次電子検出器２０５が、電子ビーム２０２の操作に際して試料から放出される荷電粒子を検出する。試料から放出される荷電粒子は、電子ビーム２０２が反射されて検出される反射電子と、電子ビーム２０２に応じて試料から放出される二次電子との少なくとも一方を含む。
反射電子検出器２０４または二次電子検出器２０５は、この二次電子または反射電子２０６を検出し、結果に応じた信号を取得し、その信号を出力する。このようにして、荷電粒子ビームシステム１００は、検出された荷電粒子に応じた信号を取得する。
この信号は信号調整機２０７によって調整され、画像生成部２１１はこの調整した信号に基づいて画像を生成する。このように、信号調整機２０７および画像生成部２１１は、検出された荷電粒子に応じた信号を調整して画像を取得する画像調整器２３４として機能する。画像はホストコンピュータ２１２に送信され、ＦＯＶ内に表示される。このように、撮像画像１０７は、制御装置１０１が、試料に対して荷電粒子ビームを走査した際に、試料から放出された荷電粒子に応じた信号を調整して取得した画像である。
図４は、実施形態１において電子光学条件を設定するＧＵＩ２１８の構成を示す。ＧＵＩ２１８を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。ＧＵＩ２１８はたとえばホストコンピュータ２１２において表示され、制御装置１０１は、ＧＵＩ２１８に対する操作に応じて、電子光学条件を設定または変更する。
ＧＵＩ２１８は、電子ビーム２０２の加速度を指示するための加速度指示手段２１９（たとえば数値を入力することができる）と、光学条件（オプティクス、Optics）を指示するためのオプティクス指示手段２２０（たとえば数値を入力するか、複数の条件のうち１つを指定することができる）とを含む。光学条件とはたとえば電子ビーム２０２のモードを意味し、モードによって焦点深度が異なるので、画像の見え方に関係する。
ユーザは、ＧＵＩ２１８において電子ビーム２０２の加速度および光学条件などの電子光学条件を変更することができる。加速度または光学条件が変化すると、電子ビーム２０２が光軸の中心からずれる場合があるが、その場合には、アライナー２２２の電流値を調整することにより、光軸と電子ビーム２０２との関係を調整することができる。
図５を用いて、実施形態１におけるアライナー２２２の作用を説明する。図５（ａ）は、電子ビーム２０２が傾いている状態２２３を示す。図５（ｂ）は、電子ビーム２０２の傾きにより画像がずれていることを示す。図５（ａ）に示すように傾いた電子ビーム２０２は、図５（ｂ）の中央の実線で表される円形領域ではなく、破線で表されるずれた円形領域に対して照射される。アライナー２２２の作用により、このような画像のずれ２２４を解消または軽減することができる。
光軸を調整する際には、電子ビーム２０２が光軸の中心を通っているとフォーカスを変化させても画像の位置がずれない特性を利用することができる。たとえば、対物レンズ２０３に流れる電流値をサインカーブに沿って変化させ、その際に取得した画像のずれを最小にするように、アライナー２２２の電流値を変更する。
この光軸調整は自動でも手動でもよい。自動で実施する場合は、自動光軸調整を実施するボタン２２１を操作する。手動で実施する場合は、ＧＵＩ２１８からアライナー２２２の電流値を変更して調整する（このための操作手段がＧＵＩ２１８に設けられてもよい）。
計測対象の画像を視認したユーザが、画像を取得するＧＵＩ２１５において計測領域を抽出するボタン２１７を操作すると、制御装置１０１は計測領域を抽出する。本実施形態では、抽出すべき計測領域の特定はユーザが手動で行う。たとえば、ユーザは、ＧＵＩ２１５においてＦＯＶ１０８中の特定の領域の輪郭をマークし、その後に、計測領域を抽出するボタン２１７を操作する。これに応じ、制御装置１０１は、その輪郭で囲まれた領域を計測領域として特定し抽出する。
また、当該計測領域の特定および抽出処理は、公知の画像処理技術に基づいて制御装置１０１が自動で実行することもできる。例えば、ユーザが計測領域を抽出するボタン２１７を操作すると、制御装置１０１は公知の画像処理技術に基づいて該当する計測領域を自動で特定、抽出し、ＧＵＩ２１５上に表示する。このように、制御装置１０１は、画像における計測領域を取得する計測領域取得器として機能する。
次に、信号調整機２０７が、計測領域内から検出された二次電子または反射電子２０６の信号を調整する。信号の調整は、たとえば信号のバイアスを増減することおよび振幅を増減することにより実施される。コントラストおよび明るさの調整は、このような信号の調整により実現することができる。画像生成部２１１は、調整された信号を用いて画像を生成する。
図６は、実施形態１に係る荷電粒子ビームシステム１００に設けられる制御装置１０１の、画像に関する機能の一部を表す機能概略図である。制御装置１０１は、画像のコントラストおよび明るさとフォーカスとを調整することができ、とくに、試料の深部に存在する計測領域に対してこれらの調整を行うことができる。
本明細書において、「深部」とは、ＦＯＶ内において試料の頂部より深い位置にある領域を意味し、たとえば、試料表面における凹構造（たとえば深穴または深溝）の底部をいう。「頂部」とは、ＦＯＶ内において最も高い位置にある試料の部位をいい、たとえば試料が平坦な頂面を有する場合にはその頂面をいう（頂面に高低差が存在する場合にはそのうち最も高い位置にある部分または点をいう）。荷電粒子ビームシステム１００において、高低方向は当業者が適宜定義可能であるが、たとえばステージ２０９に対して電子源２０１または対物レンズ２０３の方向が「高」方向として定義される。
制御装置１０１は、試料２３２の現在の撮像画像１０７から計測領域１０６を特定し、当該計測領域１０６をＦＯＶ１０８内へと移動させるセンタリング処理１０２、ＦＯＶ１０８における画像から計測領域１０６を抽出する抽出処理１０３、計測領域１０６に対してコントラストおよび明るさを調整するＡＢＣＣ１０４、および、計測領域１０６に対してフォーカスを調整するＡＦＣ１０５を実行することができる。
とくに、制御装置１０１は、センタリング処理を行った視野内またはセンタリング処理を行った画像内における計測領域を抽出することができる。また、制御装置１０１は、抽出した計測領域に対して、コントラストおよび明るさを調整することができる。また、制御装置１０１は、コントラストおよび明るさを調整した計測領域に対してフォーカスを調整することができる。
図６に示す、試料の各時点での撮像画像１０７は、たとえば画像生成部２１１（図１参照）によって生成される。計測領域１０６の全体または一部が撮像画像１０７内に存在する場合には、制御装置１０１は計測領域１０６の位置を取得することができる。
ここで、試料の表面には円形の穴が形成されており、計測領域１０６はその底面に対応する領域であるが、従来のＳＥＭではパターンの表面のみが鮮明になるように調整がされてしまい、穴の底部にフォーカスを合わせた画像が取得できない。図６のセンタリング処理１０２および抽出処理１０３の時点の撮像画像１０７は、従来のＳＥＭによって取得される画像と同等の画像であり、計測領域１０６に対する調整が行われていない。この状態を、計測領域１０６をグレーに着色することにより表す。
センタリング処理１０２において、ユーザは位置ずれ１１０を入力する。これはたとえばホストコンピュータ２１２における適切なＧＵＩを介して行われる。制御装置１０１は、この位置ずれ１１０に応じて補正を行う。たとえば、計測領域１０６の全体がＦＯＶ１０８内に入るように、位置ずれ１１０に応じて走査型電子顕微鏡２３０の各構成要素を調整する。このように、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域１０６に基づいてセンタリング処理１０２を実施する。
次に、計測領域の抽出処理１０３について説明する。制御装置１０１は、撮像画像１０７において計測領域１０６を抽出する。たとえば、計測領域の輪郭線１１２を取得し、輪郭線１１２で囲われた場所を計測領域１０６とする。
ここで、図７に示すように、計測領域１０６の一部が上層のパターン１２３によって覆われている場合がある。このような場合に輪郭線１１２を抽出する方法は公知であるため詳細な説明は省略するが、たとえば特許文献２に記載される手法を用いることができる。すなわち、上層のデザインデータおよび下層のデザインデータから合成細線化マスクデータを作成し、上層パターンを除去することにより下層パターンの輪郭線を抽出することができる。
次に、ＡＢＣＣ１０４について説明する。制御装置１０１は、信号調整機２０７を制御して信号を調整することによりＡＢＣＣ１０４を実行する。
図８を用いて、実施形態１におけるＡＢＣＣ１０４の動作を説明する。検出器（たとえば反射電子検出器２０４または二次電子検出器２０５）からの信号１１３において、振幅が比較的小さく、目標の信号波形１１４の振幅よりも小さいとする。また、信号１１３の強度（画像の明るさに対応する）の平均値１１５も比較的小さく、目標の明るさ１１６よりも小さいとする。
信号調整機２０７は、信号１１３に、制御信号によって表されるゲイン値（増幅度）を乗算し、信号１１３の振幅を目標の信号波形１１４の振幅に一致させるかまたは近づける。これによって、計測領域１０６内のコントラストが調整される。また、信号調整機２０７は、信号１１３に、制御信号によって表されるバイアス値を加算し、強度の平均値１１５を目標の明るさ１１６に一致させるかまたは近づける。これによって、計測領域１０６内の明るさの度合いが調整される。
このようにして、荷電粒子ビームシステム１００は計測領域１０６に対してコントラストおよび明るさを調整し、調整後の信号１１７を取得する。調整後の信号１１７に係る画像では、計測領域１０６がより明瞭に現れる。この状態を、図６では計測領域１０６を白くすることにより表す。なお、ＡＢＣＣ１０４直後の状態では、計測領域１０６に対してフォーカスが調整されておらず、鮮明度はそれほど高くない場合がある（計測領域１０６内の線を破線とすることにより表す）。
次に、ＡＦＣ１０５について説明する。制御装置１０１は、フォーカスの調整値を変更することによりＡＦＣ１０５を実行する。フォーカスの調整値は、たとえば電子ビーム２０２のモードとして具体化されるが、他の態様で具体化されてもよい。
図９を用いて、実施形態１におけるＡＦＣ１０５の動作を説明する。制御装置１０１がフォーカスの調整値１２１（横軸）を変更すると、画像の鮮鋭度１２０（縦軸）が変化する。そのためＡＦＣ１０５では、フォーカスの調整範囲１１９内でフォーカスの調整値１２１を変更しながら、画像を繰り返し取得しつつ各画像の鮮鋭度を計算し、最も鮮鋭度が高くなるフォーカスの調整値（目標値１２２）を正焦点位置とする。このように、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域に対してフォーカスを調整するフォーカス調整器を備えるということができる。なお、フォーカス調整器は、電子ビーム２０２の照射、信号の調整および画像の取得に係る各機構を含む構造であってもよい。
ＡＦＣ１０５により、計測対象における任意の計測領域（たとえば深部にある領域）の画像を鮮明にすることができる。この状態を、図６では計測領域１０６内の線を実線とすることにより表す。
なお、ＡＢＣＣ１０４およびＡＦＣ１０５において、目標の信号波形１１４、目標の明るさ１１６、およびフォーカスの調整範囲１１９は、走査型電子顕微鏡２３０の電子光学条件（電子ビーム２０２の加速度および光学条件等）により異なる。制御装置１０１は、目標の信号波形１１４、目標の明るさ１１６、およびフォーカスの調整範囲１１９を、特定のまたは様々な電子光学条件についてあらかじめ記憶していてもよい。
その後、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域１０６において測長を行ってもよい。ここで、上述のように、測長の対象となる計測領域１０６は鮮明になっているので、より好ましい条件下で測長を行うことができる。
なお、上述した制御装置１０１、画像調整器２３４は、汎用のコンピュータを用いて実現することができ、コンピュータ上で実行されるプログラムの機能として実現されてもよい。そのため、図１では、当該構成要素をコンピュータシステム２３１によって実現される例が示されている。コンピュータシステム２３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、メモリおよび／またはハードディスク（記憶装置２１３を含む）などの記憶部とを少なくとも備える。例えば、コンピュータシステム２３１をマルチプロセッサシステムとして構成し、制御装置１０１をメインプロセッサで、画像調整器２３４をサブプロセッサで構成してもよい。
このように、本実施形態に係る荷電粒子ビームシステム１００によれば、ユーザが計測対象について任意の計測領域１０６を設定し、その計測領域１０６に対してＡＢＣＣおよびＡＦＣを実行することができる。計測領域１０６はたとえば計測対象の深部に設定することができ、より具体的には深穴または深溝の底部に設定することができる。とくに、計測領域１０６の設定は、その深さに関わらずＦＯＶ１０８の画像上で行うことができるので、計測領域１０６の深さが未知の場合でも、深部に存在する計測領域１０６に対して、コントラストおよび明るさとフォーカスとを適切に調整することができる、
実施形態２．
実施形態１では、ユーザが手動で計測領域１０６を特定した。実施形態２では、荷電粒子ビームシステム１００が自動的に計測領域１０６を特定して抽出する。以下、実施形態１との相違について説明する。
図１０は、実施形態２において荷電粒子ビームシステム１００が計測領域１０６を抽出するために実行する処理の概要を示すフロー図である。荷電粒子ビームシステム１００は、ユーザの操作に応じ、まずレシピを作成する（ステップＳ１００）。レシピとは、たとえば計測領域１０６を自動的に特定するための手順およびパラメータ等を含む情報である。さらに、レシピは、測長を自動的に行うための手順およびパラメータ等を含んでもよい。荷電粒子ビームシステム１００は、次に、作成されたレシピを実行する（ステップＳ２００）。これによって計測領域１０６が特定される。
図１１は、ステップＳ１００の内容をより詳細に示すフロー図である。この処理により、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。ステップＳ１００において、ユーザは測長点の座標を入力し、荷電粒子ビームシステム１００は、この測長点の座標を受け付けて登録する（ステップＳ１１０）。ここで、ユーザは、ＦＯＶを移動するＧＵＩ２１４（図２）を使用して、ＦＯＶ位置を移動させる。
図１２は、ステップＳ１１０において使用される画像表示ＧＵＩ３１７の構成を示す。ＧＵＩ３１７を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。このＧＵＩ３１７はたとえばホストコンピュータ２１２において表示され、画像表示ＧＵＩ３１７に表示されるＦＯＶは、ＦＯＶを移動するＧＵＩ２１４に対する操作に応じて変化する。
図１３は、ステップＳ１１０において使用される、レシピを作成するＧＵＩ３０８の構成を示す。ＧＵＩ３０８を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。このＧＵＩ３０８はたとえばホストコンピュータ２１２において表示される。ユーザは、画像表示ＧＵＩ３１７に、測長に使用したい画像３２１が表示された状態で、レシピを作成するＧＵＩ３０８の測長点登録ボタン３２９を操作する。荷電粒子ビームシステム１００は、測長点登録ボタン３２９が操作された時点でのＦＯＶの位置を、測長点の座標として登録する。ＦＯＶの位置は、たとえばＦＯＶ位置の座標３２６として表示される。
次に、荷電粒子ビームシステム１００は、テンプレート画像を登録するとともに、計測領域を登録する（ステップＳ１２０）。
図１４は、ステップＳ１２０の内容をより詳細に示すフロー図である。この処理により、作業を効率的に進めることができる。ユーザは、画像表示ＧＵＩ３１７（図１２）において、ＡＢＣＣボタン３１８およびＡＦＣボタン３１９を操作する。荷電粒子ビームシステム１００は、ＡＢＣＣボタン３１８が操作されることに応じ、画像３２１に対してＡＢＣＣを実行する（ステップＳ１２１）。また、荷電粒子ビームシステム１００は、ＡＦＣボタン３１９が操作されることに応じ、画像３２１に対してＡＦＣを実行する（ステップＳ１２２）。
ＡＢＣＣおよびＡＦＣを実行した後の画像が不鮮明な場合は、ユーザは、必要に応じて画像フィルターボタン３２０を操作してもよい。荷電粒子ビームシステム１００は、画像フィルターボタン３２０が操作されると、画像３２１に画像フィルターを適用する（ステップＳ１２３）。
図１５は、ステップＳ１２０において使用される、テンプレート画像を登録するためのテンプレート設定ＧＵＩ３１０の構成を示す。テンプレート設定ＧＵＩ３１０を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。テンプレート設定ＧＵＩ３１０は、たとえばホストコンピュータ２１２において表示される。ユーザは、テンプレート設定ＧＵＩ３１０においてテンプレート画像登録ボタン３１１を操作する。荷電粒子ビームシステム１００は、テンプレート画像登録ボタン３１１が操作されることに応じ、その時点の画像をテンプレート画像１０９として登録する（ステップＳ１２４）。なお、この処理は、ＧＵＩ３０８（図１３）のテンプレート設定ボタン３０９に対する操作に応じて行われてもよい。
テンプレート設定ＧＵＩ３１０に表示されるテンプレート画像１０９は、たとえば画像表示ＧＵＩ３１７における画像３２１と同一の画像から選択することができる。ユーザは、テンプレート画像１０９内に所望の計測領域１０６の全体が存在するように、テンプレート画像１０９を決定することができる。
次に、ユーザは、センタリング動作確認ボタン３１５を操作してもよい。荷電粒子ビームシステム１００は、センタリング動作確認ボタン３１５が操作されることに応じ、センタリング処理（たとえば図６のセンタリング処理１０２）を実行してもよい。これによって、ユーザは、テンプレート画像が正しく使用できることを確認することができる。センタリング処理の実行結果が正しくない場合には、ユーザはステップＳ１２４を再度実行することができる。
次に、ユーザは計測領域設定ボタン３１４を操作する。荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域設定ボタン３１４が操作されることに応じ、テンプレート画像１０９において計測領域を特定することにより、計測領域を仮決定する（ステップＳ１２５）。テンプレート画像１０９における計測領域の特定は、荷電粒子ビームシステム１００が自動的に実行する。
この処理は、公知の画像処理技術に基づいて実行することができ、たとえばテンプレート画像１０９の中央または中央付近に表れる構造に対応する領域を特定することによって実行することができる。より具体的な例として、荷電粒子ビームシステム１００は、テンプレート画像１０９の中央または中央付近の閉じた輪郭を抽出し、この閉じた輪郭の内部を計測領域として特定してもよい。
なお、本実施形態では荷電粒子ビームシステム１００が計測領域を自動的に特定するが、変形例として、実施形態１のように、ユーザが手動で計測領域を特定してもよい。この場合には、計測領域の特定は、ユーザがテンプレート画像１０９において計測領域を描画することによって行ってもよい。また、ユーザは、計測領域を手動描画した後に、計測領域抽出確認ボタン３１６を操作してもよい。ＳＥＭは、計測領域抽出確認ボタン３１６が操作されることに応じて、計測領域を抽出し、抽出された計測領域を表示してもよい。このようにすると、計測領域の抽出が正しく実行できるかを確認することができる。
次に、ユーザは、ＡＢＣＣを実行するボタン３２７を操作する。このボタンが操作されることに応じ、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域に対してＡＢＣＣを実行する（ステップＳ１２６）。ここで、荷電粒子ビームシステム１００による自動的なＡＢＣＣに代えて、またはこれに加えて、ユーザが手動でＡＢＣＣを行ってもよい。
図１６は、ステップＳ１２６において使用される、ＡＢＣＣ調整ＧＵＩ３３０の構成を示す。ＡＢＣＣ調整ＧＵＩ３３０を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。ＡＢＣＣ調整ＧＵＩ３３０は、たとえばホストコンピュータ２１２において表示される。ユーザは、ＡＢＣＣ調整ＧＵＩ３３０において、明るさ調節手段およびコントラスト調節手段を操作してもよい。荷電粒子ビームシステム１００は、明るさ調節手段が一方に操作されることに応じて、明るさを増加し、明るさ調節手段が他方に操作されることに応じて、明るさを減少させる。また、ＳＥＭは、コントラスト調節手段が一方に操作されることに応じて、コントラストを強め、コントラスト調節手段が他方に操作されることに応じてコントラストを弱める。
次に、ユーザはＡＦＣを実行するボタン３２８を操作する。このボタンが操作されることに応じ、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域に対してＡＦＣを実行する（ステップＳ１２７）。ここで、ユーザは、ＡＦＣが正しく実行されることを確認してもよく、正しく実行されなかった場合には手動でＡＢＣＣを行い、その後に再度ＡＦＣを行ってもよい。
次に、ユーザは計測領域決定ボタン３２５を操作する。このボタンが操作されることに応じ、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域を決定する（ステップＳ１２８）。このステップＳ１２８において、荷電粒子ビームシステム１００は、レシピとして、測長点の座標、テンプレート画像、およびテンプレート画像における計測領域を含む情報を作成する。このようにして、ステップＳ１２０の処理が終了する。
最後に、ユーザは、レシピを作成するＧＵＩ３０８において、レシピ登録ボタン３３１を操作する。このボタンが操作されることに応じ、荷電粒子ビームシステム１００は、ステップＳ１２０で作成されたレシピを登録する（ステップＳ１３０）。この登録により、レシピはたとえば記憶装置２１３に保存される。このようにしてステップＳ１００が終了する。
図１０のフロー図において、次にユーザは、荷電粒子ビームシステム１００にレシピを実行させる（ステップＳ２００）。これはたとえばホストコンピュータ２１２における操作を介して行われる。
図１７は、ステップＳ２００の内容をより詳細に示すフロー図である。この処理により、作業を効率的に進めることができる。とくに図示しないが、ステップＳ２００の実行に際し、制御装置１０１は記憶装置２１３からレシピに含まれる情報を読み取る。
ステップＳ２００において、まず荷電粒子ビームシステム１００は、試料を導入する（ステップＳ２０１）。たとえば、荷電粒子ビームシステム１００は、試料収納容器（ＦＯＵＰ：Front Opening Unify Pod）内に設置された試料（ウェハ）２３２をステージ２０９上に載置する試料自動搬送装置を備えており（図示無し）、当該試料自動搬送装置を介して試料（ウェハ）２３２をステージ２０９上に載置する。この場合、コンピュータシステム２３１は、当該試料自動搬送装置による試料の搬出入等の制御も併せて実施する。また、ユーザが、直接、ステージ２０９上に試料（ウェハ）２３２を載置してもよい。
次に、荷電粒子ビームシステム１００は、アライメント処理を実行する（ステップＳ２０２）。これは、たとえばステージ２０９を操作して試料の傾きを変更することによって実行される。
次に、荷電粒子ビームシステム１００は、アドレシング処理を実行する（ステップＳ２０３）。これは、測長点の位置を大まかに設定する処理であり、たとえば測長点をＦＯＶ内またはその近傍に移動させることによって実行される。次に、荷電粒子ビームシステム１００は、レシピに登録されている測長点に応じてＦＯＶを移動させる（ステップＳ２０４）。これはステップＳ２０３の一部として実行されてもよい。
次に、荷電粒子ビームシステム１００は、ＦＯＶ内の画像を取得する（ステップＳ２０５）。次に、荷電粒子ビームシステム１００は、取得された画像に対してＡＢＣＣを実行する（ステップＳ２０６）。これはたとえば実施形態１のＡＢＣＣ１０４（図６）と同様にして実行される。このようにして調整後画像が取得される。次に、荷電粒子ビームシステム１００は、調整後画像に対してＡＦＣを実行する（ステップＳ２０７）。これはたとえば実施形態１のＡＦＣ１０５（図６）と同様にして実行される。
次に、荷電粒子ビームシステム１００は、ＡＦＣが行われた後の画像と、レシピに登録されているテンプレート画像１０９とに基づいて、パターンマッチング処理を行う（ステップＳ２０８）。これによって、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域１０６の位置ずれ１１０（図６）を算出する。このように、本実施形態では、荷電粒子ビームシステム１００は、画像に基づいて自動的に計測領域１０６を取得する。
その後の処理は、実施形態１と同様とすることができる。たとえば、荷電粒子ビームシステム１００は、計測領域の位置を特定し（ステップＳ２０９）、センタリング処理を行い（ステップＳ２１０）、計測領域を抽出し（ステップＳ２１１）、計測領域に対してＡＢＣＣを実行し（ステップＳ２１２）、計測領域に対してＡＦＣを実行し（ステップＳ２１３）、測長対象に対して測長処理を実行する（ステップＳ２１４）。
このように、本実施形態に係る荷電粒子ビームシステム１００によれば、計測領域を自動的に決定することができ、また、センタリング処理を自動的に行うことができるので、ユーザの労力が低減できる。また、実施形態１と同様に、計測領域の深さが未知の場合でも、深部に存在する計測領域に対して、コントラストおよび明るさとフォーカスとを適切に調整することができる。
実施形態３．
実施形態３は、実施形態１または２において、オーバーレイ計測を実行するものである。このような実施形態は、レシピに従って特定される計測領域がオーバーレイを有する場合に有用である。以下、実施形態１または２との相違を説明する。
図１８を用いて、オーバーレイ計測を説明する。図１８の例では、試料のパターン４０１が、上層部の構造４０５（たとえば表面に形成された穴）と下層部の構造４０６（たとえば穴の底面）とを有し、上層部の重心４０２（たとえば上層部の構造４０５の重心）と、下層部の重心４０３（たとえば下層部の構造４０６の重心）とが一致しない。このような場合において、上層部の重心４０２と下層部の重心４０３との間のズレ４０４を計測する処理がオーバーレイ計測の例である。
なお、本明細書において「重心」とは、試料における重心ではなく、画像上の領域の重心を意味する。たとえば図１８のように円板形状の領域については、重心は円の中心に一致する。
図１９は、図１８のパターン４０１に対応して取得される画像の例である。この画像では、下層部に対してフォーカスが調整されている。ここで、下層部は試料の深部に存在するものであるが、実施形態１または２において説明したように、荷電粒子ビームシステム１００は下層部の構造４０６を計測領域として特定し、下層部の構造４０６の画像を鮮明に取得することができる。このため、上層部の重心４０２の位置のみならず下層部の重心４０３の位置も正確に取得することができ、オーバーレイを正確に計測することができる。
図２０は、実施形態３におけるオーバーレイ計測のレシピ作成ＧＵＩ４０７の構成を示す。ＧＵＩ４０７を用いることにより、直感的に操作方法を理解することができるとともに、作業を効率的に進めることができる。ＧＵＩ４０７はたとえばホストコンピュータ２１２において表示され、制御装置１０１は、ＧＵＩ４０７に対する操作に応じてオーバーレイ計測のレシピを作成する。
たとえばユーザは、ホストコンピュータ２１２においてＧＵＩ４０７を操作することにより、上層部に対する画像の取得に用いる検出器と、下層部に対する画像の取得に用いる検出器とを、個別に指定することができる。制御装置１０１は、ＧＵＩ４０７に対する操作に応じ、上層部の構造４０５および下層部の構造４０６それぞれに対して用いられる検出器を表す情報を、レシピに登録する。図２０の例では、上層部の構造４０５に対する画像の取得は二次電子検出器２０５によって行われ、下層部の構造４０６に対する画像の取得は反射電子検出器２０４によって行われる。
このように、本実施形態に係る荷電粒子ビームシステム１００は、オーバーレイ計測を行うことができる。自動的に決定することができる。また、実施形態１と同様に、計測領域（とくに下層部の構造４０６における計測領域）の深さが未知の場合でも、深部に存在する計測領域に対して、コントラストおよび明るさとフォーカスとを適切に調整することができる。
以上、本開示の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１００…荷電粒子ビームシステム（パターン計測システム）
１０１…制御装置
１０２…センタリング処理
１０３…抽出処理
１０４…ＡＢＣＣ
１０５…ＡＦＣ
１０６…計測領域
１０７…撮像画像
１０８…ＦＯＶ
１０９…テンプレート画像
１１２…輪郭線
２０１…電子源
２０２…電子ビーム
２０３…対物レンズ
２０４…反射電子検出器
２０５…二次電子検出器
２０６…反射電子
２０７…信号調整機
２０８…イメージシフト偏向器
２０９…ステージ
２１１…画像生成部
２１２…ホストコンピュータ
２１３…記憶装置
２１４，２１５，２１８，３０８，３１０，３１７，３３０，４０７…ＧＵＩ
２３０…走査型電子顕微鏡（パターン計測装置）
２３１…コンピュータシステム
２３２…試料（ウェハ）
２３３…走査偏向器
２３４…画像調整器

Claims (16)

  1. コンピュータシステムが荷電粒子ビーム装置を制御して実行する画像調整方法であって、
    前記コンピュータシステムが、
    試料の撮像画像から計測領域を特定することと、
    前記特定した計測領域に基づいてセンタリング処理を行うことと、
    前記センタリング処理を行った視野内または前記センタリング処理を行った画像内における計測領域を抽出することと、
    前記抽出した計測領域に対して、コントラストおよび明るさを調整することと、
    前記コントラストおよび明るさを調整した計測領域に対してフォーカスを調整することと、
    を備える、方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    前記撮像画像は、
    前記コンピュータシステムが、前記試料に対して荷電粒子ビームを走査した際に、前記試料から放出された荷電粒子に応じた信号を調整して取得した画像である、方法。
  3. 請求項１に記載の方法において、前記コンピュータシステムは、前記計測領域を抽出する際に、前記センタリング処理を行った前記画像に基づいて自動的に前記計測領域を抽出する、方法。
  4. 請求項１に記載の方法において、前記計測領域は、前記試料の頂部より深い位置にある領域である、方法。
  5. 請求項１に記載の方法において、ＦＯＶを移動させるためのＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  6. 請求項２に記載の方法において、撮像ボタンを備えるＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備え、
    前記コンピュータシステムは、前記撮像ボタンの操作に応じて、前記試料に対して前記荷電粒子ビームの走査を行う、方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、電子光学条件を設定または変更するためのＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  8. 請求項１に記載の方法において、前記コンピュータシステムが、ユーザの操作に応じて、前記計測領域を自動的に特定するための手順およびパラメータを含むレシピを作成することをさらに備える、方法。
  9. 請求項８に記載の方法において、ＦＯＶを表示するためのＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  10. 請求項８に記載の方法において、測長点の座標を登録するためのＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  11. 請求項８に記載の方法において、前記コンピュータシステムがテンプレート画像を登録することを更に備える、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法において、前記テンプレート画像を登録するためのテンプレート設定ＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  13. 請求項１１に記載の方法において、コントラストおよび明るさを調整するためのＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  14. 請求項１に記載の方法において、前記計測領域を自動的に特定するための手順およびパラメータを含むレシピを前記コンピュータシステムが実行することをさらに備える、方法。
  15. 請求項８に記載の方法において、オーバーレイ計測のレシピを作成するためのＧＵＩを前記コンピュータシステムが表示することをさらに備える、方法。
  16. 荷電粒子ビーム装置およびコンピュータシステムを備える荷電粒子ビームシステムであって、
    前記コンピュータシステムは、前記荷電粒子ビーム装置を制御することにより、
    試料の撮像画像から計測領域を特定し、
    前記特定した計測領域に基づいてセンタリング処理を行い、
    前記センタリング処理を行った視野内または前記センタリング処理を行った画像内における計測領域を抽出し、
    前記抽出した計測領域に対して、コントラストおよび明るさを調整し、
    前記コントラストおよび明るさを調整した計測領域に対してフォーカスを調整する、
    荷電粒子ビームシステム。
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