JP4331854B2 - 走査型電子顕微鏡装置とその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）装置に関し、さらに詳しくは、測長用ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）装置（以下CD-SEMと略す）と、該CD-SEMにより実現される寸法測定（測長）方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤ−ＳＥＭの線幅測長方法としては、電子線走査範囲（Field Of View ）内に入射電子を走査させながら照射し、観察対象である試料上から発生した２次電子の量をシンチレータで輝度変換し、ディスプレイ上に表示していた。そして、この輝度レベルを用いて画像データ、線幅データを得るのが一般的なＣＤ−ＳＥＭである。
【０００３】
図１は、従来におけるＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法の例を示すフローチャートを示し、図２は図１に示された方法を説明する図である。
【０００４】
図１に示されるように、まずステップＳ１では例えば倍率５０Ｋ（Ｋは１０3 を意味する。）を選択する。このとき、電子線の走査領域は図２（ａ）に示される領域１で示され、例えばこの領域１にはデバイスチップ（試料）上に形成されたピッチラインパターン２が含まれる。そして、ステップＳ２においては上記走査範囲に電子線を照射し、ステップＳ３で上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。
【０００５】
次にステップＳ４において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域１を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ上へ出力される。また、ステップＳ５において、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴへ出力される。
【０００６】
この時、ステップＳ４においてＣＲＴに出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ６において倍率１００Ｋが選択される。なお、この時の電子線走査範囲は図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、領域３とされる。そして、ステップＳ７において領域３からなる走査範囲に電子線を照射し、ステップＳ８で上記ピッチラインパターン２から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。
【０００７】
次にステップＳ９において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率１００Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域３を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ上へ出力される。また、ステップＳ１０において、倍率１００Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴへ出力される。
【０００８】
この時、ステップＳ９においてＣＲＴに出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ１１において倍率１５０Ｋが選択される。なお、この時の電子線走査範囲は図２ （ｂ）及び図２（ｃ）に示されるように、領域５とされる。そして、ステップＳ１２において領域５からなる走査範囲に電子線を照射し、ステップＳ１３で上記ピッチラインパターン２から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。次にステップＳ１４において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率１５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域５を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ上へ出力される。また、ステップＳ１５において、倍率１５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴへ出力され動作を終了する。
【０００９】
以上のような動作において、シンチレータの２次電子取り込みタイミングは一定の間隔とされ、例えば１０-7（ｓｅｃ）のオーダーとされる。また、図２（ａ）に示された倍率５０Ｋの場合における領域１の単位面積当りの電子照射量を1.0 とすると、図２（ｂ）に示された倍率１００Ｋの場合における領域３の単位面積当りの電子照射量は4.0 となり、図２（ｃ）に示された倍率１５０Ｋの場合における領域５の単位面積当りの電子照射量は9.0 となる。
【００１０】
以上のように、近年においては半導体素子の微細化が急速に進んだため、超微細パターンの線幅を精度良く管理するためには、ＣＤ−ＳＥＭの測長倍率を上げて観察する必要性が増してきている。そして、測長倍率を上げることにより、１画素当りの分解能を高め、高精度なＳＥＭイメージ（画像）の取得や測長が可能になる。
【００１１】
しかしながら、上記のような手法を用いると、以下のような問題が発生してしまい高精度に線幅を測長できないという問題がある。すなわち、ＣＤ−ＳＥＭは測長倍率を上げるために、電子線照射領域を（以下においてＦＯＶとも記す。）小さくするが、高倍率となりＦＯＶが狭くなると、観察対象である試料の単位面積当りの電子照射量が増加し、小さな領域に非常に多量の電子が降り注いでしまう。その結果、高倍率下ではチャージアップの影響やコンタミネーション（あるいはカーボナイゼーション）の影響を強く受けるため、コントラストが変化して目的対象物（測長パターン）が黒ずんで見えたり、再現される像における線幅が変わってしまうという問題が生じる。
【００１２】
このチャージアップの影響は、高倍率下において電流密度を下げる等により回避可能だが、電流密度を下げると走査電子ビームの焦点ずれや、得られる輝度信号のＳ／Ｎ比の低下など他の問題が発生してしまうため、実際には電流密度を下げて使用することはできない。また、コンタミネーションに関しては、チャンバ−中のアモルファスカーボンなどが入射粒子と重合し、それが試料上で再蓄積するものだと考えられている。この影響を低減させるために、チャンバ−中の真空度を向上させ、アモルファスカーボン等を捕らえるコールドトラップ等の技術が採用されているが、十分な効果が得られていない。
【００１３】
つまり、現在の技術においては、測定精度を上げるために走査型電子顕微鏡の倍率を上げても、高倍率になるほどチャージアップ・コンタミネーションの影響を強く受けてしまうため、高精度なＳＥＭイメージの取得や高精度な線幅測長は困難であるという問題がある。
【００１４】
なお、特開平１０−２１３４２７号公報には、ウェーハ上の回路パターンのダメージやチャージアップを軽減し、短時間で回路パターンの寸法を測定する方法が開示されている。しかしながら、そこに開示される方法は、回路パターンのエッジ部分など測長のために最小限度必要な箇所だけを電子ビームにより走査するものであるため、高倍率になるほど単位面積当りの電子照射量が増加して測定精度が悪化することは依然として回避されない。また上記方法では、走査する場所を決定するため全領域に渡って電子線照射を行うので、その際にハイドロカーボンやコンタミネーションが発生してしまうという問題もある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので、高倍率下においても測定（観察）対象物にダメージ等を与えず、常に高精度なＳＥＭイメージと線幅測定値とを得ることができる走査型電子顕微鏡装置と該装置による測長方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、対象物へ電子線を照射し、上記照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法を提供することにより達成される。このような手段によれば、対象物に照射される単位面積当りの電子線量を増加させることなく倍率を高めることができる。また、検出の結果得られる全データのうち、頻度の逆数の割合に当るデータを画像データとして抽出し、上記画像データにより対象物の上記倍率における像を表示するものとすることができる。このような手段によれば、観察する倍率によらず所望の像を得ることができる。
【００１７】
また、上記走査型電子顕微鏡装置の制御方法は、検出の結果得られる全データのうち、倍率に応じた所定の時間に得られたデータのみを保存して、保存されたデータにより対象物の上記倍率における像を表示するものとすることができる。このような手段によれば、不要なデータを保存することが回避される。また、倍率が走査型電子顕微鏡装置に予め記憶された閾値倍率以上のときにおいて、上記倍率に応じた頻度で電子を検出するものとすることができる。このような手段によれば、閾値倍率に応じた電子の検出を迅速に行うことができる。
【００１８】
また、本発明の目的は、試料表面へ電子線を照射し、上記照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とし、電子を検出する間隔Ｔが、第一走査範囲をＦＯＶ１、第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とされる走査型電子顕微鏡装置の制御方法を提供することにより達成される。
【００１９】
また、本発明の目的は、対象物へ電子線を照射し、上記照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する検出手段を備えた走査型電子顕微鏡装置を提供することにより達成される。また、上記走査型電子顕微鏡装置は、検出の結果得られる全データのうち、頻度の逆数の割合に当るデータを画像データとして抽出するデータ抽出手段と、画像データにより対象物の倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えたものとすることができる。
【００２０】
また、上記走査型電子顕微鏡装置は、検出の結果得られる全データのうち、倍率に応じた所定の時間に得られたデータのみを保存するデータ保存手段と、保存されたデータにより対象物の上記倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えたものとすることができる。また、閾値倍率を予め記憶する記憶手段をさらに備え、検出手段は倍率が記憶手段に記憶された閾値倍率以上である場合に、倍率に応じた頻度で電子を検出するものとすることができる。
【００２１】
また、本発明の目的は、試料表面へ電子線を照射し、照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とする走査手段と、第一走査範囲をＦＯＶ１、前記第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、電子を検出する間隔Ｔを、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とする検出タイミング決定手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置を提供することにより達成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２３】
本発明の実施の形態においては、走査型電子顕微鏡の倍率が高くなり電子線照射領域が狭くなっても観察対象とする試料の単位面積当りの電子照射量を上げない工夫がなされ、より具体的には電子線走査方法や２次電子の取り込み領域、取り込みタイミングが各々以下のように制御される。
【００２４】
なお、走査型電子顕微鏡を高倍率化すると、観察対象としての試料の表面上を走査する電子走査速度は遅くなって行く。すなわち、実際の電子走査速度は変わらないにもかかわらず、試料上においては高倍率になるほど走査速度が小さくなってしまう。これに対しては、高倍率化に伴って走査速度を向上させることも考えられるが、通常、電子走査速度は最大走査速度で使用されているため、実際に走査速度を変更することはできない。そこで、本発明の実施の形態においては、高倍率下においても一方向の走査範囲は変更すること無く、シンチレータの取り込みタイミングと取り込み範囲を限定する方法が示される。
【００２５】
なお以下においては、本発明を測長用走査電子顕微鏡装置（ＣＤ−ＳＥＭ）に適用した場合について述べるが、本発明の適用範囲はそれのみに限られるものではなく、集束荷電粒子線装置全般に適用できる。
［実施の形態１］
図３は、本発明の実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図３に示されるように、このＣＤ−ＳＥＭは、電子銃７と、カラム９と、試料１０が置かれる試料室１１と、イオンポンプ１５，２３，２５と、倍率可変抵抗２７と、走査電源２９と、２次電子検出器３１，３５と、スキャン・ジェネレータ３２，３６と、増幅器３３，３７と、画像メモリ３９と、画像メモリ編集部４０と、ＣＲＴ４１とを備える。そして、電子銃７はアノード１３を含み、カラム９はコンデンサレンズ１７と、偏向コイル１９と、対物レンズ２１とを含む。なお、試料室１１は排気ポンプ（ドライポンプ）により排気される。
【００２６】
また、図４には、図３に示される主要部４２の拡大図が示される。ここで、含まれる偏向コイル１９の数は装置によって異なり、電極が代わりに用いられる場合もある。
【００２７】
そして、図３及び図４に示されるように、２次電子検出器３１には増幅器３３及びスキャン・ジェネレータ３２が接続され、同様に２次電子検出器３５には増幅器３７及びスキャン・ジェネレータ３６が接続される。そして、増幅器３３，３７が画像メモリ３９に接続され、画像メモリ３９は画像メモリ編集部４０に接続される。また、ＣＲＴ４１が画像メモリ編集部４０に接続される。なお、偏向コイル１９には倍率可変抵抗２７を介して走査電源２９が接続される。
【００２８】
上記のような構成を有するＣＤ−ＳＥＭにおいては、電子銃７から発生した１次電子２０が偏向コイル１９により任意の倍率に偏向される。そして、偏向された１次電子２０はそのまま試料１０に衝突して、その試料１０からは２次電子２２が発生する。この２次電子２２は１次電子２０が入射した方向、すなわち試料１０の上方へ上がり、２次電子検出器３１，３５で検出される。そして、２次電子検出器３１，３５に含まれたシンチレータ４４において、検出された電子数に比例する信号が生成され、増幅器３３，３７で増幅されて映像信号が生成される。
【００２９】
さらに、映像信号は画像メモリ３９に記憶され、画像メモリ編集部４０で該映像信号が編集される。そして、画像メモリ編集部４０で編集された結果得られた画像がＣＲＴ４１に表示される。
【００３０】
ここで、試料１０から発生した２次電子２２をシンチレータ２１へ取り込むタイミングは、スキャン・ジェネレータにより制御され、所定のタイミングで２次電子２２が取り込まれる。また、倍率については偏向コイル１９を構成するスキャンコイルに流れる電流の大きさを調節することによって可変とされる。すなわち、スキャンコイルに流れる電流の大きさを変えることにより、１次電子２０の偏向距離が変えられる。ここで一般的には、１次電子を偏向させる偏向器としては電磁偏向式と静電偏向式の２つがあるが、本発明の実施の形態においては電磁偏向式の場合で説明される。なお静電偏向式の場合は、電極に印加する電圧のバランスを変化させることにより、倍率偏向及び縦と横の倍率が異なる縦横偏向が実現される。
【００３１】
以下においては、後に説明するように走査領域を変更する閾値倍率が５０Ｋとされる場合を例として説明する。図５は、本実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法の例を示すフローチャートを示し、図６は図５に示された方法を説明する図である。
【００３２】
図５に示されるように、まずステップＳ１では例えば倍率５０Ｋを選択する。このとき、選択された倍率５０Ｋは上記閾値倍率以下であるため、ステップＳ２においては、電子線の走査領域として初期設定による図６（ａ）の領域１が選択される。なお、この領域１にはデバイスチップ（試料）上に形成されたピッチラインパターン２が含まれる。
【００３３】
そして、ステップＳ３において上記走査範囲に電子線を照射し、上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。次にステップＳ４において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域１を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ５において、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００３４】
この時、ステップＳ４においてＣＲＴ４１に出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ６において倍率１００Ｋが選択される。このとき、選択された倍率１００Ｋは上記閾値倍率（５０Ｋ）より大きいため、ステップＳ７においては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域４５が、電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００３５】
次に、ステップＳ８において、領域４５からなる走査範囲に電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが以下のように変更される。すなわち、シンチレータの取り込み間隔Ｔは、被変更走査範囲をＦＯＶ１、固定走査範囲をＦＯＶ２とし、シンチレータの取り込みタイミングの初期値をｔ１とすると、次の式（１）のように示される。
【００３６】
Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１） …（１）
ここで、例えばＦＯＶ１は倍率１００Ｋに対応して1.5 μｍとされ、ＦＯＶ２は倍率５０Ｋに対応して3.0 μｍとされ、ｔ１は1/8388608 （sec ）とされるため、シンチレータの取り込みタイミングＴは（1/2 ）× 1/8388608（sec ）とされる。
【００３７】
従って、上記の式（１）から倍率が高められるほどＦＯＶ１が小さくなるため、取り込みタイミングＴが小さくなり、電子の検出頻度が高められることがわかる。
【００３８】
なおここで、スキャン・ジェネレータ３２，３６が、上記取り込みタイミングすなわち２次電子２２の検出タイミングを決定するため、上記の取り込みタイミングの変更は、スキャン・ジェネレータ３２，３６において取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。
【００３９】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、図６（ｂ）に示されるように、領域４５に対する横長の画像が得られる。従ってステップＳ９において、画像メモリ編集部４０により余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。すなわち上記例においては、固定走査範囲（横方向）における走査領域が可変方向の走査範囲（縦方向）における走査領域の二倍になっているため、半分の情報が捨てられる。つまり、図６（ｂ）に示されるように、横方向において走査開始から1/4 までと、3/4 から走査終了までの切捨て領域において得られる情報が除去されると共に、走査開始から1/4 より3/4 までの画像情報領域４７において得られるデータが抽出される。従ってこの例では、倍率１００Ｋの場合には、倍率５０Ｋの場合に対して二倍の頻度で２次電子が検出され、該頻度の逆数の割合に当る１／２のデータが画像データとして抽出される。
【００４０】
そして、ステップＳ１０において、倍率１００Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域４７を再現する従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１１において、倍率１００Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００４１】
この時、ステップＳ１０においてＣＲＴ４１に出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ１２において倍率１５０Ｋが選択される。このとき、ステップＳ１３においては、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示されるように、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域４９が、電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、上記と同様に各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００４２】
次に、ステップＳ１４において、領域４９からなる走査範囲に電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取込みタイミングが上記と同様に変更される。すなわち、上記式（１）において例えばＦＯＶ１は倍率１５０Ｋに対応して1.0 μｍとされ、ＦＯＶ２は倍率５０Ｋに対応して3.0 μｍとされ、ｔ１は1/8388608 （sec ）とされるため、シンチレータの取り込みタイミングＴは（1/3 ）× 1/8388608（sec ）とされる。なお、この取り込みタイミングの変更は、スキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。
【００４３】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることにより得られる情報が多くなるため、該情報を画像出力すると、図６（ｃ）に示されるように、領域４９に対する横長の画像が得られる。従って、ステップＳ１５において、画像メモリ編集部４０により余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。すなわち上記例においては、固定走査範囲（横方向）における走査領域は、可変方向の走査範囲（縦方向）における走査領域の三倍になっているため、２／３の情報が捨てられる。つまり、図６（ｃ）に示されるように、横方向において走査開始から1/3 までと、2/3 から走査終了までの切捨て領域において得られる情報が除去され、走査開始から1/3 より2/3 までの画像情報領域５１において得られるデータが抽出される。
【００４４】
そして、このように抽出された信号に基づき、ステップＳ１６において、倍率１５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域５１を再現する従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１７において、倍率１５０Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力され動作を終了する。
【００４５】
また上記の方法によれば、図６（ａ）に示された倍率５０Ｋの場合における領域１の単位面積当りの電子照射量を1.0 とすると、図６（ｂ）に示された倍率１００Ｋの場合における領域４５の単位面積当りの電子照射量も1.0 であり、図６（ｃ）に示された倍率１５０Ｋの場合における領域４９の単位面積当りの電子照射量も1.0 となる。
【００４６】
以上より本実施の形態１に係る測長用走査型電子顕微鏡装置によれば、測長箇所の単位面積当りの電子照射量は、観察する際の倍率が高倍率化したときにおいても増大しないため、観察対象とされる試料にチャージアップの影響やコンタミネーションの影響を与えることを回避し、これらの影響に基づくダメージ等から該試料を保護することができる。また、上記試料がダメージ等から保護されることにより、常に高精度な走査型電子顕微鏡画像と線幅測定値とを得ることができる。また、本実施の形態１に係る測長用走査型電子顕微鏡装置によれば、１画素当りの分解能が倍率によらず一定となることからも、測長の際の倍率によらず精度のよい測長値を得ることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態に係る測長用走査型電子顕微鏡装置においては、１次電子２０による走査速度を変えずにシンチレータ４４による２次電子２２の取り込みタイミングを変える手法を採用しているために、試料上から見れば実質的には走査速度が向上していることと等価になる。従って、このような点から電子の揺らぎによる画像形成に対する影響なども改善されるため、走査型電子顕微鏡により得られる画像の質の向上や、測長再現精度の向上を図ることができる。
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図７に示されるように、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な構成を有するが、倍率可変抵抗２７とスキャン・ジェネレータ３２，３６及び画像メモリ編集部４０に接続された制御部２８と、制御部２８に接続された記憶部３０とがさらに備えられる点で相違する。
【００４８】
また、図８は、本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。図８に示されるように、本実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭと同様に動作するが、走査範囲を変更する際の閾値とされる閾値倍率が記憶部３０に予め記憶され、供給される測定倍率 （設定倍率）が上記閾値倍率を超えると制御部２８において判断された場合にのみ、上記実施の形態１に説明されるようＣＤ−ＳＥＭが制御される点で相違するものである。
【００４９】
以下において、上記図７及び図８を参照しつつ本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明する。まず最初に、ステップＳ１においてＣＤ−ＳＥＭへ例えば５０Ｋという値の閾値倍率が入力され、ステップＳ２において該閾値倍率が記憶部３０に記憶される。そして、ステップＳ３において１次電子２０による照射スポットが測長点に移動される。その後ステップＳ４において、設定された測定倍率が上記閾値倍率以上か否かが制御部２８により判断され、測定倍率が上記閾値倍率以上である場合にはステップＳ５へ進む。
【００５０】
そして、ステップＳ５においては制御部２８により倍率１００Ｋが選択される。このとき、ステップＳ６においては、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域が、電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００５１】
次に、ステップＳ７において、電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが変更される。すなわち、シンチレータの取り込み間隔Ｔは、上式（１）で求められる時間とされる。なお、この取り込みタイミングの変更は、制御部２８によってスキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにしてシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。
【００５２】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、横長の画像が得られる。従ってステップＳ８において、制御部２８により制御される画像メモリ編集部４０により余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。そして、ステップＳ９において、倍率１００Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１０では、倍率１００Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００５３】
一方、ステップＳ４において、制御部２８により測定倍率が上記閾値倍率以上でないと判断される場合にはステップＳ２０へ進む。そして、ステップＳ２０では制御部２８により倍率５０Ｋが選択される。このとき、ステップＳ２１においては、電子線の走査領域として初期設定による領域が選択される。そして、ステップＳ２２において上記走査範囲に電子線を照射し、上記試料から発生した２次電子をシンチレータ４４へ取り込む。次にステップＳ２３において、シンチレータ４４で輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより得られた倍率５０Ｋにおける画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ２４において、ＣＤ−ＳＥＭにより倍率５０Ｋで測長された結果得られた測長値がＣＲＴ４１へ出力される。
【００５４】
そしてステップＳ１１においては、制御部２８により他の測長点があるか否かが判断され、ある場合にはステップＳ３へ進み、ない場合には動作を終了する。
【００５５】
以上より、本実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭによれば、走査範囲を変更する際の基準となる閾値倍率が予め記憶部３０に記憶されるため、ＣＤ−ＳＥＭにおける走査範囲の変更が高速化される。
［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図９に示されるように、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な構成を有するが、制御部５８はさらに画像メモリ３９に接続される点で相違するものである。
【００５６】
図１０は、本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。図１０に示されるように、本実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭと同様に動作するが、シンチレータ４４における輝度変換により生成された信号のうち不要な情報を取り除く方法が相違する。
【００５７】
すなわち、本実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、画像メモリ３９のオン／オフが制御部５８によって切り替えられることにより、増幅器３３，３７から供給される情報が予め選択的に削減される。以下において、本実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を、図１０を参照しつつ説明する。
【００５８】
図１０に示されるように、まずステップＳ１では、例えば測定倍率として倍率５０Ｋが設定される。そして、ステップＳ２においては、電子線の走査範囲として初期設定により定められた領域が制御部５８により選択される。また、ステップＳ３において上記走査範囲に電子線を照射し、測定対象である試料から発生した２次電子をシンチレータ４４へ取り込む。次にステップＳ４において、シンチレータ４４で輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率５０Ｋにおいて得られた画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ５において、倍率５０Ｋにおいて測長された測長値がＣＲＴ４１へ出力される。
【００５９】
この時、ステップＳ４においてＣＲＴ４１に出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ６において、制御部５８により倍率１５０Ｋが選択される。このとき、選択された倍率１５０Ｋは閾値倍率とされる５０Ｋより大きいため、ステップＳ７においては、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域が、制御部５８により電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００６０】
次に、ステップＳ８において、走査範囲に電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが、制御部５８により上記式（１）に基づいて変更される。なお、この取り込みタイミングの変更は、スキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。なおこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、横長の画像が得られる。
【００６１】
次にステップＳ９において、制御部５８により切り替え時間Ｂが算出される。ここで切り替え時間Ｂは、例えば1/16384 （sec ）という値をとる一走査に要する時間Ｓを用いて、以下の式（２）により求められる。
【００６２】
Ｂ＝Ｓ／（ＦＯＶ２／ＦＯＶ１）…（２）
なおこの場合、式（２）において例えばＦＯＶ２は3.0 μｍであり、ＦＯＶ１は1.0 μｍとされる。そして、ステップＳ１０においては、制御部５８により走査開始から切り替え時間Ｂまで画像メモリ３９がオフとされ、この期間中に得られる情報が除去される。なお、上記の走査開始から切り替え時間Ｂまでに得られる情報は、図６（ｃ）に示された切り捨て領域の情報に対応する。
【００６３】
また、ステップＳ１１においては、制御部５８により走査開始後時間Ｂから時間２Ｂまで画像メモリ３９がオンとされ、この期間に得られた情報が有効情報として画像メモリ３９に保存される。なお、この有効情報は図６（ｃ）に示された領域５１の情報に対応する。そして、ステップＳ１２においては、制御部５８により走査開始後時間２Ｂから走査終了まで画像メモリ３９がオフとされ、この期間中に得られる情報が除去される。なお、上記の時間２Ｂから走査終了までに得られる情報は、図６（ｃ）に示された切り捨て領域の情報に対応する。
【００６４】
そして、ステップＳ１３において、倍率１５０Ｋで得られる画像（イメージ）が上記有効情報に基づき形成され、ＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１４において、倍率１５０Ｋで測長される測長値がＣＲＴ４１へ出力される。
【００６５】
以上より、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭによれば、シンチレータ４４による２次電子２２の取り込みタイミングを変更することに伴って不要となる情報を、画像メモリ３９への保存段階で除去するため、画像（イメージ）の形成が高速化できる。
［実施の形態４］
図１１は、本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図１１に示されるように、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な構成を有するが、制御部６０の構成及び記憶部６１に記憶されるデータが相違するものである。
【００６６】
図１２は本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートであり、図１３は本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明するためのグラフである。本実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭと同様に動作するが、閾値倍率を自己算出する点で相違するものである。以下において、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を、図１２を参照しつつ詳しく説明する。
【００６７】
まず、図１２に示されるようにステップＳ１では、試料表面に形成された閾値倍率取得のためのラインパターン（テストパターン）へ１次電子２０によるビームスポットが移動される。そして、ステップＳ２では上記ラインパターンの線幅を測長するための倍率範囲、例えば５０Ｋから２００Ｋの範囲が設定される。ここで、ステップＳ３においては、制御部６０により線幅を測長する際に可能な最高倍率が初期倍率として設定され、ステップＳ４においては該倍率下で線幅が測長され、該測長値が画像メモリ３９から制御部６０を介して記憶部６１に格納される。
【００６８】
また、ステップＳ５では上記倍率範囲内で設定し得る全ての倍率で測長したか否かが判断され、全ての倍率における測長が完了していない場合には、ステップＳ３に戻り先に設定された倍率より一段階低い倍率が新たに設定される。ここで、例えば上記倍率は単調減少するように順次設定される。なお、このときステップＳ４においては、新たに設定された倍率の下で、同じ箇所の線幅が測長される。なお、上記ラインパターンは例えば、デバイスチップのスクライブ領域・ダミー領域に形成された任意のパターンを有するピッチラインとすることができ、より具体的には５本以上のラインからなるピッチパターンとすることができる。このようなピッチパターンは、測定条件を均一化するために有用であるが、スペースパターンやコンタクトホールパターンであってもよい。
【００６９】
このようにして、線幅を測長する際に設定し得る最低倍率における測長まで完了すると、ステップＳ６へ進む。ここで、上記動作により得られた設定倍率と測長値との関係は、例えば図１３に示される測長値曲線５２で表され、測長値の誤差分布が算出される。そして、図１３に示されるように、得られた測長値の誤差がＣＤ−ＳＥＭの再現精度保証範囲、例えば３σ＝２ｎｍを超える場合には、制御部６０により閾値となる倍率があると判断される。このときステップＳ７においては、制御部６０により上記範囲を超えてしまう倍率Ｍｅより一段階低い倍率Ｍｃが閾値倍率と判断され、記憶部６１に該閾値倍率Ｍｃが記憶される。なお、ステップＳ６において、測長値の誤差がＣＤ−ＳＥＭの再現精度保証範囲、例えば３σ＝２ｎｍを超えず閾値となる倍率がないと制御部６０により判断される場合には、ステップＳ３０へ進む。
【００７０】
そして、ステップＳ３０においては制御部６０により、倍率が５０Ｋでシンチレータ４４における２次電子取り込みタイミングが初期値である通常モードが設定され、該通常モードにおいて測長される。
【００７１】
またステップＳ８においては、１次電子２０によるビームスポットを測定対象とする測長点へ移動させる。そして、ステップＳ９においては設定される測定倍率が記憶部６１に記憶された閾値倍率Ｍｃ以上であるか否かが制御部６０により判断され、測定倍率が閾値倍率Ｍｃ以上である場合にはステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では該測定倍率が選択され、ステップＳ１１においては、縦方向のみ縮小された領域が、電子線走査範囲として選択される。ここで、一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、上記のように各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズにおける磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００７２】
次に、ステップＳ１２において、電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが変更される。すなわち、シンチレータの取り込み間隔Ｔは、上記式（１）で求められる時間とされる。なお、この取り込みタイミングの変更は、制御部６０によりスキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにしてシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。
【００７３】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、横長の画像が得られる。従ってステップＳ１３において、制御部６０により制御される画像メモリ編集部４０によって余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。そして、ステップＳ１４において、設定された測定倍率における従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１５では、該測定倍率において測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００７４】
一方、ステップＳ９において、設定された測定倍率が上記閾値倍率以上でないと制御部６０により判断される場合にはステップＳ２０へ進む。そして、ステップＳ２０では閾値倍率Ｍｃより低い該測定倍率が選択される。このとき、ステップＳ２１においては、電子線の走査範囲として初期設定による領域が制御部６０により選択される。そして、ステップＳ２２において上記走査範囲に電子線を照射し、上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。
【００７５】
次にステップＳ２３において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより得られた上記測定倍率における画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ２４において、ＣＤ−ＳＥＭにより該測定倍率で測長された結果得られた測長値がＣＲＴ４１へ出力される。そしてステップＳ１６においては、制御部６０により他の測長点があるか否かが判断され、ある場合にはステップＳ８へ戻り、ない場合には動作を終了する。
【００７６】
以上より、本実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭによれば、電子線の走査範囲やシンチレータによる２次電子の取り込みタイミングを変更する際に参照される閾値倍率Ｍｃが、試料表面に形成された閾値倍率取得のためのラインパターンを実際に測長した結果に応じて自己的に算出されるため、測長のための制御を容易に最適化することができる。すなわち、例えば、実デバイスチップの層間構造（実際には表面構造）によっては、測長値の誤差がＣＤ−ＳＥＭの再現精度保証範囲を超える倍率が変化するため、このような場合に試料に応じた最適な閾値倍率を得ることは、特に有用である。
［実施の形態５］
本発明の実施の形態５に係るＣＤ−ＳＥＭは、その構成及び動作において上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭと同様なものであるが、上記閾値倍率Ｍｃが以下のように自己算出される点で相違するものである。
【００７７】
すなわち、上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、ラインパターンの線幅を測長するための倍率範囲、例えば５０Ｋから２００Ｋまでの範囲における種々の倍率での測長結果に基づいて、制御部６０により閾値倍率が求められた。これに対し、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、ある第一の倍率における測長値と該第一の倍率より一段階低い第二の倍率における測長値とが制御部において比較され、両測長値の差がＣＤ−ＳＥＭの測定再現精度（たとえば３σ＝２ｎｍ）を超えた場合に、該制御部において上記第二の倍率が閾値倍率Ｍｃとして選択され記憶部に記憶される。
【００７８】
また、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、図１４に示されるように、例えば設定される倍率が２００Ｋのとき領域５３が制御部により電子線走査領域とされ、倍率１５０Ｋのとき領域５４、倍率１００Ｋのとき領域５５、倍率７５Ｋのとき領域５６がそれぞれ電子線走査領域とされる。このように、測長する倍率に応じて電子線走査領域がずらされることにより、電子線の照射対象である試料に与えるダメージが軽減されるため、測長の精度を高めることができる。
［実施の形態６］
本発明の実施の形態６に係るＣＤ−ＳＥＭは、その構成及び動作において上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭと同様なものであるが、上記閾値倍率Ｍｃが以下のように自己算出される点で相違するものである。
【００７９】
すなわち、上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、ラインパターンの線幅を測長するための倍率範囲、例えば５０Ｋから２００Ｋまでの範囲において、倍率が上記のように高倍率から低倍率へ単調減少するように順次設定され測長が行われた。これに対し本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、上記倍率範囲においてラインパターンの線幅を測長するための最低倍率から順に、該ラインパターンの線幅を測長するための最高倍率まで単調増加するよう倍率が順次設定され測長が行われる。
【００８０】
そして、上記のような動作により得られた種々の設定倍率と該設定倍率における測長値とにより、上記図１３に示されるような測長値曲線が得られる。
【００８１】
以上のような本実施の形態６に係るＣＤ−ＳＥＭによっても、上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な効果を得ることができる。
【００８２】
以下において、本発明の課題を解決するための手段について付記する。
（１）対象物へ電子線を照射し、照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（２）倍率が高くなるほど上記頻度が高められる（１）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（３）上記倍率が、走査型電子顕微鏡装置に予め記憶された閾値倍率以上のときにおいて、上記倍率に応じた頻度で電子を検出する（１）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（４）閾値倍率は、種々の倍率においてテストパターンを測長することにより得られた測長値の誤差分布に応じて決定される（３）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。このような手段によれば、対象物に応じて最適な閾値倍率を自動的に得ることができる。
（５）テストパターンの測長においては、上記倍率が単調増加または単調減少するように順次設定される（４）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（６）第一の倍率において得られた第一測長値と第一の倍率より低い第二の倍率において得られた第二測長値との差が所定値を超える場合における第二の倍率が、閾値倍率として選択される（３）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。このような手段によれば、各倍率毎の測定誤差を考慮して閾値倍率を選択することができるため、走査型電子顕微鏡装置の測定環境に応じて最適な測長を実現できる。
（７）試料表面へ電子線を照射し、照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とし、電子を検出する間隔Ｔが、第一走査範囲をＦＯＶ１、第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とされる走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（８）検出の結果得られる全データのうち、ＦＯＶ１／ＦＯＶ２の割合に当るデータを画像データとして抽出し、画像データにより試料表面の観察倍率における像を表示する（７）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（９）切り替え時間Ｂが、電子線の一走査時間をＳとするとき、Ｂ＝Ｓ／（ＦＯＶ２／ＦＯＶ１）で求められる値とされ、電子線の走査開始後時間Ｂから時間２Ｂまでの間だけ電子の検出により得られたデータを保存して、上記データにより試料表面の倍率における像を表示する（７）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（１０）対象物へ電子線を照射し、上記照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する検出手段を備えた走査型電子顕微鏡装置。
（１１）上記倍率が高くなるほど頻度が高められる（１０）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１２）閾値倍率を予め記憶する記憶手段をさらに備え、検出手段は、倍率が記憶手段に記憶された閾値倍率以上である場合に倍率に応じた頻度で電子を検出する（１０）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１３）種々の倍率においてテストパターンを測長することにより得られた測長値の誤差分布を算出し、誤差分布に応じて閾値倍率を決定する閾値倍率決定手段をさらに備えた（１２）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１４）閾値倍率決定手段は、テストパターンの測長において、倍率を単調増加または単調減少するように順次設定する（１３）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１５）第一の倍率において得られた第一測長値と第一の倍率より低い第二の倍率において得られた第二測長値との差が所定値を超える場合における第二の倍率を、閾値倍率として記憶手段に記憶する（１２）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１６）試料表面へ電子線を照射し、照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とする走査手段と、第一走査範囲をＦＯＶ１、第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、電子を検出する間隔Ｔを、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とする検出タイミング決定手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置。
（１７）検出の結果得られる全データのうち、ＦＯＶ１／ＦＯＶ２の割合に当るデータを画像データとして抽出するデータ抽出手段と、画像データにより試料表面の観察倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えた（１６）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１８）電子線の一走査時間をＳとするとき、切り替え時間Ｂを、次式Ｂ＝Ｓ／（ＦＯＶ２／ＦＯＶ１）により求める切り替え時間算出手段と、電子線の走査開始後時間Ｂから時間２Ｂまでの間だけ電子の検出により得られたデータを保存するデータ保存手段と、データ保存手段に保存されたデータより試料表面の倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えた（１６）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
【００８３】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、走査型電子顕微鏡装置において対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出することにより、対象物に照射される単位面積当りの電子線量を増加させることなく倍率を高めることができるため、対象物にチャージアップの影響やコンタミネーションの影響を与えることを回避し、これらの影響に基づくダメージ等から保護することができる。また、上記対象物がダメージ等から保護されることにより、常に高精度な走査型電子顕微鏡画像と線幅測定値とを得ることができる。
【００８４】
また、検出の結果得られる全データのうち、頻度の逆数の割合に当るデータを画像データとして抽出して像を表示するものとすれば、観察する倍率によらず所望の像を得ることができる。ここで、倍率に応じた所定の時間に得られたデータのみを保存して、保存されたデータにより像を表示すれば、不要なデータを保存することが回避されるため、表示速度を高めることができる。
【００８５】
また、倍率が予め記憶された閾値倍率以上のときにおいて、上記倍率に応じた頻度で電子を検出すれば、閾値倍率に応じた電子の検出を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来におけるＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を示すフローチャートである。
【図２】図１に示されたＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る測長用走査型電子顕微鏡装置（ＣＤ−ＳＥＭ）の全体構成を示す図である。
【図４】図３に示された主要部を示す拡大図である。
【図５】本実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示されたＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態５に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１，３，５，４５，４７，４９，５１，５３〜５６ 領域
２ ピッチラインパターン
７ 電子銃
９ カラム
１０ 試料
１１ 試料室
１３ アノード
１５，２３，２５ イオンポンプ
１７ コンデンサレンズ
１９ 偏向コイル
２０ １次電子（入射電子）
２１ 対物レンズ
２２ ２次電子
２７ 倍率可変抵抗
２８，５８，６０ 制御部
２９ 走査電源
３０，６１ 記憶部
３１，３５ ２次電子検出器
３２，３６ スキャン・ジェネレータ
３３，３７ 増幅器
３９ 画像メモリ
４０ 画像メモリ編集部
４１ ＣＲＴ
４２ 主要部
４３ 光ファイバ
４４ シンチレータ
５２ 測長値曲線
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）装置に関し、さらに詳しくは、測長用ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）装置（以下CD-SEMと略す）と、該CD-SEMにより実現される寸法測定（測長）方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤ−ＳＥＭの線幅測長方法としては、電子線走査範囲（Field Of View ）内に入射電子を走査させながら照射し、観察対象である試料上から発生した２次電子の量をシンチレータで輝度変換し、ディスプレイ上に表示していた。そして、この輝度レベルを用いて画像データ、線幅データを得るのが一般的なＣＤ−ＳＥＭである。
【０００３】
図１は、従来におけるＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法の例を示すフローチャートを示し、図２は図１に示された方法を説明する図である。
【０００４】
図１に示されるように、まずステップＳ１では例えば倍率５０Ｋ（Ｋは１０3 を意味する。）を選択する。このとき、電子線の走査領域は図２（ａ）に示される領域１で示され、例えばこの領域１にはデバイスチップ（試料）上に形成されたピッチラインパターン２が含まれる。そして、ステップＳ２においては上記走査範囲に電子線を照射し、ステップＳ３で上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。
【０００５】
次にステップＳ４において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域１を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ上へ出力される。また、ステップＳ５において、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴへ出力される。
【０００６】
この時、ステップＳ４においてＣＲＴに出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ６において倍率１００Ｋが選択される。なお、この時の電子線走査範囲は図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、領域３とされる。そして、ステップＳ７において領域３からなる走査範囲に電子線を照射し、ステップＳ８で上記ピッチラインパターン２から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。
【０００７】
次にステップＳ９において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率１００Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域３を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ上へ出力される。また、ステップＳ１０において、倍率１００Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴへ出力される。
【０００８】
この時、ステップＳ９においてＣＲＴに出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ１１において倍率１５０Ｋが選択される。なお、この時の電子線走査範囲は図２ （ｂ）及び図２（ｃ）に示されるように、領域５とされる。そして、ステップＳ１２において領域５からなる走査範囲に電子線を照射し、ステップＳ１３で上記ピッチラインパターン２から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。次にステップＳ１４において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率１５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域５を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ上へ出力される。また、ステップＳ１５において、倍率１５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴへ出力され動作を終了する。
【０００９】
以上のような動作において、シンチレータの２次電子取り込みタイミングは一定の間隔とされ、例えば１０-7（ｓｅｃ）のオーダーとされる。また、図２（ａ）に示された倍率５０Ｋの場合における領域１の単位面積当りの電子照射量を1.0 とすると、図２（ｂ）に示された倍率１００Ｋの場合における領域３の単位面積当りの電子照射量は4.0 となり、図２（ｃ）に示された倍率１５０Ｋの場合における領域５の単位面積当りの電子照射量は9.0 となる。
【００１０】
以上のように、近年においては半導体素子の微細化が急速に進んだため、超微細パターンの線幅を精度良く管理するためには、ＣＤ−ＳＥＭの測長倍率を上げて観察する必要性が増してきている。そして、測長倍率を上げることにより、１画素当りの分解能を高め、高精度なＳＥＭイメージ（画像）の取得や測長が可能になる。
【００１１】
しかしながら、上記のような手法を用いると、以下のような問題が発生してしまい高精度に線幅を測長できないという問題がある。すなわち、ＣＤ−ＳＥＭは測長倍率を上げるために、電子線照射領域を（以下においてＦＯＶとも記す。）小さくするが、高倍率となりＦＯＶが狭くなると、観察対象である試料の単位面積当りの電子照射量が増加し、小さな領域に非常に多量の電子が降り注いでしまう。その結果、高倍率下ではチャージアップの影響やコンタミネーション（あるいはカーボナイゼーション）の影響を強く受けるため、コントラストが変化して目的対象物（測長パターン）が黒ずんで見えたり、再現される像における線幅が変わってしまうという問題が生じる。
【００１２】
このチャージアップの影響は、高倍率下において電流密度を下げる等により回避可能だが、電流密度を下げると走査電子ビームの焦点ずれや、得られる輝度信号のＳ／Ｎ比の低下など他の問題が発生してしまうため、実際には電流密度を下げて使用することはできない。また、コンタミネーションに関しては、チャンバ−中のアモルファスカーボンなどが入射粒子と重合し、それが試料上で再蓄積するものだと考えられている。この影響を低減させるために、チャンバ−中の真空度を向上させ、アモルファスカーボン等を捕らえるコールドトラップ等の技術が採用されているが、十分な効果が得られていない。
【００１３】
つまり、現在の技術においては、測定精度を上げるために走査型電子顕微鏡の倍率を上げても、高倍率になるほどチャージアップ・コンタミネーションの影響を強く受けてしまうため、高精度なＳＥＭイメージの取得や高精度な線幅測長は困難であるという問題がある。
【００１４】
なお、特開平１０−２１３４２７号公報には、ウェーハ上の回路パターンのダメージやチャージアップを軽減し、短時間で回路パターンの寸法を測定する方法が開示されている。しかしながら、そこに開示される方法は、回路パターンのエッジ部分など測長のために最小限度必要な箇所だけを電子ビームにより走査するものであるため、高倍率になるほど単位面積当りの電子照射量が増加して測定精度が悪化することは依然として回避されない。また上記方法では、走査する場所を決定するため全領域に渡って電子線照射を行うので、その際にハイドロカーボンやコンタミネーションが発生してしまうという問題もある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので、高倍率下においても測定（観察）対象物にダメージ等を与えず、常に高精度なＳＥＭイメージと線幅測定値とを得ることができる走査型電子顕微鏡装置と該装置による測長方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、対象物へ電子線を照射し、上記照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法を提供することにより達成される。このような手段によれば、対象物に照射される単位面積当りの電子線量を増加させることなく倍率を高めることができる。また、検出の結果得られる全データのうち、頻度の逆数の割合に当るデータを画像データとして抽出し、上記画像データにより対象物の上記倍率における像を表示するものとすることができる。このような手段によれば、観察する倍率によらず所望の像を得ることができる。
【００１７】
また、上記走査型電子顕微鏡装置の制御方法は、検出の結果得られる全データのうち、倍率に応じた所定の時間に得られたデータのみを保存して、保存されたデータにより対象物の上記倍率における像を表示するものとすることができる。このような手段によれば、不要なデータを保存することが回避される。また、倍率が走査型電子顕微鏡装置に予め記憶された閾値倍率以上のときにおいて、上記倍率に応じた頻度で電子を検出するものとすることができる。このような手段によれば、閾値倍率に応じた電子の検出を迅速に行うことができる。
【００１８】
また、本発明の目的は、試料表面へ電子線を照射し、上記照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とし、電子を検出する間隔Ｔが、第一走査範囲をＦＯＶ１、第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とされる走査型電子顕微鏡装置の制御方法を提供することにより達成される。
【００１９】
また、本発明の目的は、対象物へ電子線を照射し、上記照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する検出手段を備えた走査型電子顕微鏡装置を提供することにより達成される。また、上記走査型電子顕微鏡装置は、検出の結果得られる全データのうち、頻度の逆数の割合に当るデータを画像データとして抽出するデータ抽出手段と、画像データにより対象物の倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えたものとすることができる。
【００２０】
また、上記走査型電子顕微鏡装置は、検出の結果得られる全データのうち、倍率に応じた所定の時間に得られたデータのみを保存するデータ保存手段と、保存されたデータにより対象物の上記倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えたものとすることができる。また、閾値倍率を予め記憶する記憶手段をさらに備え、検出手段は倍率が記憶手段に記憶された閾値倍率以上である場合に、倍率に応じた頻度で電子を検出するものとすることができる。
【００２１】
また、本発明の目的は、試料表面へ電子線を照射し、照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とする走査手段と、第一走査範囲をＦＯＶ１、前記第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、電子を検出する間隔Ｔを、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とする検出タイミング決定手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置を提供することにより達成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２３】
本発明の実施の形態においては、走査型電子顕微鏡の倍率が高くなり電子線照射領域が狭くなっても観察対象とする試料の単位面積当りの電子照射量を上げない工夫がなされ、より具体的には電子線走査方法や２次電子の取り込み領域、取り込みタイミングが各々以下のように制御される。
【００２４】
なお、走査型電子顕微鏡を高倍率化すると、観察対象としての試料の表面上を走査する電子走査速度は遅くなって行く。すなわち、実際の電子走査速度は変わらないにもかかわらず、試料上においては高倍率になるほど走査速度が小さくなってしまう。これに対しては、高倍率化に伴って走査速度を向上させることも考えられるが、通常、電子走査速度は最大走査速度で使用されているため、実際に走査速度を変更することはできない。そこで、本発明の実施の形態においては、高倍率下においても一方向の走査範囲は変更すること無く、シンチレータの取り込みタイミングと取り込み範囲を限定する方法が示される。
【００２５】
なお以下においては、本発明を測長用走査電子顕微鏡装置（ＣＤ−ＳＥＭ）に適用した場合について述べるが、本発明の適用範囲はそれのみに限られるものではなく、集束荷電粒子線装置全般に適用できる。
［実施の形態１］
図３は、本発明の実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図３に示されるように、このＣＤ−ＳＥＭは、電子銃７と、カラム９と、試料１０が置かれる試料室１１と、イオンポンプ１５，２３，２５と、倍率可変抵抗２７と、走査電源２９と、２次電子検出器３１，３５と、スキャン・ジェネレータ３２，３６と、増幅器３３，３７と、画像メモリ３９と、画像メモリ編集部４０と、ＣＲＴ４１とを備える。そして、電子銃７はアノード１３を含み、カラム９はコンデンサレンズ１７と、偏向コイル１９と、対物レンズ２１とを含む。なお、試料室１１は排気ポンプ（ドライポンプ）により排気される。
【００２６】
また、図４には、図３に示される主要部４２の拡大図が示される。ここで、含まれる偏向コイル１９の数は装置によって異なり、電極が代わりに用いられる場合もある。
【００２７】
そして、図３及び図４に示されるように、２次電子検出器３１には増幅器３３及びスキャン・ジェネレータ３２が接続され、同様に２次電子検出器３５には増幅器３７及びスキャン・ジェネレータ３６が接続される。そして、増幅器３３，３７が画像メモリ３９に接続され、画像メモリ３９は画像メモリ編集部４０に接続される。また、ＣＲＴ４１が画像メモリ編集部４０に接続される。なお、偏向コイル１９には倍率可変抵抗２７を介して走査電源２９が接続される。
【００２８】
上記のような構成を有するＣＤ−ＳＥＭにおいては、電子銃７から発生した１次電子２０が偏向コイル１９により任意の倍率に偏向される。そして、偏向された１次電子２０はそのまま試料１０に衝突して、その試料１０からは２次電子２２が発生する。この２次電子２２は１次電子２０が入射した方向、すなわち試料１０の上方へ上がり、２次電子検出器３１，３５で検出される。そして、２次電子検出器３１，３５に含まれたシンチレータ４４において、検出された電子数に比例する信号が生成され、増幅器３３，３７で増幅されて映像信号が生成される。
【００２９】
さらに、映像信号は画像メモリ３９に記憶され、画像メモリ編集部４０で該映像信号が編集される。そして、画像メモリ編集部４０で編集された結果得られた画像がＣＲＴ４１に表示される。
【００３０】
ここで、試料１０から発生した２次電子２２をシンチレータ２１へ取り込むタイミングは、スキャン・ジェネレータにより制御され、所定のタイミングで２次電子２２が取り込まれる。また、倍率については偏向コイル１９を構成するスキャンコイルに流れる電流の大きさを調節することによって可変とされる。すなわち、スキャンコイルに流れる電流の大きさを変えることにより、１次電子２０の偏向距離が変えられる。ここで一般的には、１次電子を偏向させる偏向器としては電磁偏向式と静電偏向式の２つがあるが、本発明の実施の形態においては電磁偏向式の場合で説明される。なお静電偏向式の場合は、電極に印加する電圧のバランスを変化させることにより、倍率偏向及び縦と横の倍率が異なる縦横偏向が実現される。
【００３１】
以下においては、後に説明するように走査領域を変更する閾値倍率が５０Ｋとされる場合を例として説明する。図５は、本実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法の例を示すフローチャートを示し、図６は図５に示された方法を説明する図である。
【００３２】
図５に示されるように、まずステップＳ１では例えば倍率５０Ｋを選択する。このとき、選択された倍率５０Ｋは上記閾値倍率以下であるため、ステップＳ２においては、電子線の走査領域として初期設定による図６（ａ）の領域１が選択される。なお、この領域１にはデバイスチップ（試料）上に形成されたピッチラインパターン２が含まれる。
【００３３】
そして、ステップＳ３において上記走査範囲に電子線を照射し、上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。次にステップＳ４において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域１を再現する画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ５において、倍率５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００３４】
この時、ステップＳ４においてＣＲＴ４１に出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ６において倍率１００Ｋが選択される。このとき、選択された倍率１００Ｋは上記閾値倍率（５０Ｋ）より大きいため、ステップＳ７においては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域４５が、電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００３５】
次に、ステップＳ８において、領域４５からなる走査範囲に電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが以下のように変更される。すなわち、シンチレータの取り込み間隔Ｔは、被変更走査範囲をＦＯＶ１、固定走査範囲をＦＯＶ２とし、シンチレータの取り込みタイミングの初期値をｔ１とすると、次の式（１）のように示される。
【００３６】
Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１） …（１）
ここで、例えばＦＯＶ１は倍率１００Ｋに対応して1.5 μｍとされ、ＦＯＶ２は倍率５０Ｋに対応して3.0 μｍとされ、ｔ１は1/8388608 （sec ）とされるため、シンチレータの取り込みタイミングＴは（1/2 ）× 1/8388608（sec ）とされる。
【００３７】
従って、上記の式（１）から倍率が高められるほどＦＯＶ１が小さくなるため、取り込みタイミングＴが小さくなり、電子の検出頻度が高められることがわかる。
【００３８】
なおここで、スキャン・ジェネレータ３２，３６が、上記取り込みタイミングすなわち２次電子２２の検出タイミングを決定するため、上記の取り込みタイミングの変更は、スキャン・ジェネレータ３２，３６において取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。
【００３９】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、図６（ｂ）に示されるように、領域４５に対する横長の画像が得られる。従ってステップＳ９において、画像メモリ編集部４０により余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。すなわち上記例においては、固定走査範囲（横方向）における走査領域が可変方向の走査範囲（縦方向）における走査領域の二倍になっているため、半分の情報が捨てられる。つまり、図６（ｂ）に示されるように、横方向において走査開始から1/4 までと、3/4 から走査終了までの切捨て領域において得られる情報が除去されると共に、走査開始から1/4 より3/4 までの画像情報領域４７において得られるデータが抽出される。従ってこの例では、倍率１００Ｋの場合には、倍率５０Ｋの場合に対して二倍の頻度で２次電子が検出され、該頻度の逆数の割合に当る１／２のデータが画像データとして抽出される。
【００４０】
そして、ステップＳ１０において、倍率１００Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域４７を再現する従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１１において、倍率１００Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００４１】
この時、ステップＳ１０においてＣＲＴ４１に出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ１２において倍率１５０Ｋが選択される。このとき、ステップＳ１３においては、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示されるように、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域４９が、電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、上記と同様に各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００４２】
次に、ステップＳ１４において、領域４９からなる走査範囲に電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取込みタイミングが上記と同様に変更される。すなわち、上記式（１）において例えばＦＯＶ１は倍率１５０Ｋに対応して1.0 μｍとされ、ＦＯＶ２は倍率５０Ｋに対応して3.0 μｍとされ、ｔ１は1/8388608 （sec ）とされるため、シンチレータの取り込みタイミングＴは（1/3 ）× 1/8388608（sec ）とされる。なお、この取り込みタイミングの変更は、スキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。
【００４３】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることにより得られる情報が多くなるため、該情報を画像出力すると、図６（ｃ）に示されるように、領域４９に対する横長の画像が得られる。従って、ステップＳ１５において、画像メモリ編集部４０により余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。すなわち上記例においては、固定走査範囲（横方向）における走査領域は、可変方向の走査範囲（縦方向）における走査領域の三倍になっているため、２／３の情報が捨てられる。つまり、図６（ｃ）に示されるように、横方向において走査開始から1/3 までと、2/3 から走査終了までの切捨て領域において得られる情報が除去され、走査開始から1/3 より2/3 までの画像情報領域５１において得られるデータが抽出される。
【００４４】
そして、このように抽出された信号に基づき、ステップＳ１６において、倍率１５０Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた領域５１を再現する従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１７において、倍率１５０Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力され動作を終了する。
【００４５】
また上記の方法によれば、図６（ａ）に示された倍率５０Ｋの場合における領域１の単位面積当りの電子照射量を1.0 とすると、図６（ｂ）に示された倍率１００Ｋの場合における領域４５の単位面積当りの電子照射量も1.0 であり、図６（ｃ）に示された倍率１５０Ｋの場合における領域４９の単位面積当りの電子照射量も1.0 となる。
【００４６】
以上より本実施の形態１に係る測長用走査型電子顕微鏡装置によれば、測長箇所の単位面積当りの電子照射量は、観察する際の倍率が高倍率化したときにおいても増大しないため、観察対象とされる試料にチャージアップの影響やコンタミネーションの影響を与えることを回避し、これらの影響に基づくダメージ等から該試料を保護することができる。また、上記試料がダメージ等から保護されることにより、常に高精度な走査型電子顕微鏡画像と線幅測定値とを得ることができる。また、本実施の形態１に係る測長用走査型電子顕微鏡装置によれば、１画素当りの分解能が倍率によらず一定となることからも、測長の際の倍率によらず精度のよい測長値を得ることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態に係る測長用走査型電子顕微鏡装置においては、１次電子２０による走査速度を変えずにシンチレータ４４による２次電子２２の取り込みタイミングを変える手法を採用しているために、試料上から見れば実質的には走査速度が向上していることと等価になる。従って、このような点から電子の揺らぎによる画像形成に対する影響なども改善されるため、走査型電子顕微鏡により得られる画像の質の向上や、測長再現精度の向上を図ることができる。
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図７に示されるように、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な構成を有するが、倍率可変抵抗２７とスキャン・ジェネレータ３２，３６及び画像メモリ編集部４０に接続された制御部２８と、制御部２８に接続された記憶部３０とがさらに備えられる点で相違する。
【００４８】
また、図８は、本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。図８に示されるように、本実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭと同様に動作するが、走査範囲を変更する際の閾値とされる閾値倍率が記憶部３０に予め記憶され、供給される測定倍率 （設定倍率）が上記閾値倍率を超えると制御部２８において判断された場合にのみ、上記実施の形態１に説明されるようＣＤ−ＳＥＭが制御される点で相違するものである。
【００４９】
以下において、上記図７及び図８を参照しつつ本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明する。まず最初に、ステップＳ１においてＣＤ−ＳＥＭへ例えば５０Ｋという値の閾値倍率が入力され、ステップＳ２において該閾値倍率が記憶部３０に記憶される。そして、ステップＳ３において１次電子２０による照射スポットが測長点に移動される。その後ステップＳ４において、設定された測定倍率が上記閾値倍率以上か否かが制御部２８により判断され、測定倍率が上記閾値倍率以上である場合にはステップＳ５へ進む。
【００５０】
そして、ステップＳ５においては制御部２８により倍率１００Ｋが選択される。このとき、ステップＳ６においては、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域が、電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００５１】
次に、ステップＳ７において、電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが変更される。すなわち、シンチレータの取り込み間隔Ｔは、上式（１）で求められる時間とされる。なお、この取り込みタイミングの変更は、制御部２８によってスキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにしてシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。
【００５２】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、横長の画像が得られる。従ってステップＳ８において、制御部２８により制御される画像メモリ編集部４０により余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。そして、ステップＳ９において、倍率１００Ｋにおける走査型電子顕微鏡装置により得られた従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１０では、倍率１００Ｋにおいて走査型電子顕微鏡装置により測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００５３】
一方、ステップＳ４において、制御部２８により測定倍率が上記閾値倍率以上でないと判断される場合にはステップＳ２０へ進む。そして、ステップＳ２０では制御部２８により倍率５０Ｋが選択される。このとき、ステップＳ２１においては、電子線の走査領域として初期設定による領域が選択される。そして、ステップＳ２２において上記走査範囲に電子線を照射し、上記試料から発生した２次電子をシンチレータ４４へ取り込む。次にステップＳ２３において、シンチレータ４４で輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより得られた倍率５０Ｋにおける画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ２４において、ＣＤ−ＳＥＭにより倍率５０Ｋで測長された結果得られた測長値がＣＲＴ４１へ出力される。
【００５４】
そしてステップＳ１１においては、制御部２８により他の測長点があるか否かが判断され、ある場合にはステップＳ３へ進み、ない場合には動作を終了する。
【００５５】
以上より、本実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭによれば、走査範囲を変更する際の基準となる閾値倍率が予め記憶部３０に記憶されるため、ＣＤ−ＳＥＭにおける走査範囲の変更が高速化される。
［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図９に示されるように、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な構成を有するが、制御部５８はさらに画像メモリ３９に接続される点で相違するものである。
【００５６】
図１０は、本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。図１０に示されるように、本実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭと同様に動作するが、シンチレータ４４における輝度変換により生成された信号のうち不要な情報を取り除く方法が相違する。
【００５７】
すなわち、本実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、画像メモリ３９のオン／オフが制御部５８によって切り替えられることにより、増幅器３３，３７から供給される情報が予め選択的に削減される。以下において、本実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を、図１０を参照しつつ説明する。
【００５８】
図１０に示されるように、まずステップＳ１では、例えば測定倍率として倍率５０Ｋが設定される。そして、ステップＳ２においては、電子線の走査範囲として初期設定により定められた領域が制御部５８により選択される。また、ステップＳ３において上記走査範囲に電子線を照射し、測定対象である試料から発生した２次電子をシンチレータ４４へ取り込む。次にステップＳ４において、シンチレータ４４で輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、倍率５０Ｋにおいて得られた画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ５において、倍率５０Ｋにおいて測長された測長値がＣＲＴ４１へ出力される。
【００５９】
この時、ステップＳ４においてＣＲＴ４１に出力された画像から所望の情報が得られない場合等には、さらに倍率が上げられることになるが、例えばステップＳ６において、制御部５８により倍率１５０Ｋが選択される。このとき、選択された倍率１５０Ｋは閾値倍率とされる５０Ｋより大きいため、ステップＳ７においては、横方向について倍率５０Ｋのときと同じ長さを有し縦方向のみ縮小された領域が、制御部５８により電子線走査範囲として選択される。ここで、上記のように一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズの磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００６０】
次に、ステップＳ８において、走査範囲に電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが、制御部５８により上記式（１）に基づいて変更される。なお、この取り込みタイミングの変更は、スキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。なおこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、横長の画像が得られる。
【００６１】
次にステップＳ９において、制御部５８により切り替え時間Ｂが算出される。ここで切り替え時間Ｂは、例えば1/16384 （sec ）という値をとる一走査に要する時間Ｓを用いて、以下の式（２）により求められる。
【００６２】
Ｂ＝Ｓ／（ＦＯＶ２／ＦＯＶ１）…（２）
なおこの場合、式（２）において例えばＦＯＶ２は3.0 μｍであり、ＦＯＶ１は1.0 μｍとされる。そして、ステップＳ１０においては、制御部５８により走査開始から切り替え時間Ｂまで画像メモリ３９がオフとされ、この期間中に得られる情報が除去される。なお、上記の走査開始から切り替え時間Ｂまでに得られる情報は、図６（ｃ）に示された切り捨て領域の情報に対応する。
【００６３】
また、ステップＳ１１においては、制御部５８により走査開始後時間Ｂから時間２Ｂまで画像メモリ３９がオンとされ、この期間に得られた情報が有効情報として画像メモリ３９に保存される。なお、この有効情報は図６（ｃ）に示された領域５１の情報に対応する。そして、ステップＳ１２においては、制御部５８により走査開始後時間２Ｂから走査終了まで画像メモリ３９がオフとされ、この期間中に得られる情報が除去される。なお、上記の時間２Ｂから走査終了までに得られる情報は、図６（ｃ）に示された切り捨て領域の情報に対応する。
【００６４】
そして、ステップＳ１３において、倍率１５０Ｋで得られる画像（イメージ）が上記有効情報に基づき形成され、ＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１４において、倍率１５０Ｋで測長される測長値がＣＲＴ４１へ出力される。
【００６５】
以上より、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭによれば、シンチレータ４４による２次電子２２の取り込みタイミングを変更することに伴って不要となる情報を、画像メモリ３９への保存段階で除去するため、画像（イメージ）の形成が高速化できる。
［実施の形態４］
図１１は、本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。図１１に示されるように、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な構成を有するが、制御部６０の構成及び記憶部６１に記憶されるデータが相違するものである。
【００６６】
図１２は本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートであり、図１３は本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明するためのグラフである。本実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭは上記実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭと同様に動作するが、閾値倍率を自己算出する点で相違するものである。以下において、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を、図１２を参照しつつ詳しく説明する。
【００６７】
まず、図１２に示されるようにステップＳ１では、試料表面に形成された閾値倍率取得のためのラインパターン（テストパターン）へ１次電子２０によるビームスポットが移動される。そして、ステップＳ２では上記ラインパターンの線幅を測長するための倍率範囲、例えば５０Ｋから２００Ｋの範囲が設定される。ここで、ステップＳ３においては、制御部６０により線幅を測長する際に可能な最高倍率が初期倍率として設定され、ステップＳ４においては該倍率下で線幅が測長され、該測長値が画像メモリ３９から制御部６０を介して記憶部６１に格納される。
【００６８】
また、ステップＳ５では上記倍率範囲内で設定し得る全ての倍率で測長したか否かが判断され、全ての倍率における測長が完了していない場合には、ステップＳ３に戻り先に設定された倍率より一段階低い倍率が新たに設定される。ここで、例えば上記倍率は単調減少するように順次設定される。なお、このときステップＳ４においては、新たに設定された倍率の下で、同じ箇所の線幅が測長される。なお、上記ラインパターンは例えば、デバイスチップのスクライブ領域・ダミー領域に形成された任意のパターンを有するピッチラインとすることができ、より具体的には５本以上のラインからなるピッチパターンとすることができる。このようなピッチパターンは、測定条件を均一化するために有用であるが、スペースパターンやコンタクトホールパターンであってもよい。
【００６９】
このようにして、線幅を測長する際に設定し得る最低倍率における測長まで完了すると、ステップＳ６へ進む。ここで、上記動作により得られた設定倍率と測長値との関係は、例えば図１３に示される測長値曲線５２で表され、測長値の誤差分布が算出される。そして、図１３に示されるように、得られた測長値の誤差がＣＤ−ＳＥＭの再現精度保証範囲、例えば３σ＝２ｎｍを超える場合には、制御部６０により閾値となる倍率があると判断される。このときステップＳ７においては、制御部６０により上記範囲を超えてしまう倍率Ｍｅより一段階低い倍率Ｍｃが閾値倍率と判断され、記憶部６１に該閾値倍率Ｍｃが記憶される。なお、ステップＳ６において、測長値の誤差がＣＤ−ＳＥＭの再現精度保証範囲、例えば３σ＝２ｎｍを超えず閾値となる倍率がないと制御部６０により判断される場合には、ステップＳ３０へ進む。
【００７０】
そして、ステップＳ３０においては制御部６０により、倍率が５０Ｋでシンチレータ４４における２次電子取り込みタイミングが初期値である通常モードが設定され、該通常モードにおいて測長される。
【００７１】
またステップＳ８においては、１次電子２０によるビームスポットを測定対象とする測長点へ移動させる。そして、ステップＳ９においては設定される測定倍率が記憶部６１に記憶された閾値倍率Ｍｃ以上であるか否かが制御部６０により判断され、測定倍率が閾値倍率Ｍｃ以上である場合にはステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では該測定倍率が選択され、ステップＳ１１においては、縦方向のみ縮小された領域が、電子線走査範囲として選択される。ここで、一方向（縦方向）だけについて走査領域を変更するためには、上記のように各方向に対応する偏向コイル１９へ流す電流の比を変化させ、電磁レンズにおける磁界のバランスを調整すればよい。なお、電子線走査における固定軸は、縦横いずれの方向であってもよい。
【００７２】
次に、ステップＳ１２において、電子線を照射することにより上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む際の取り込みタイミングが変更される。すなわち、シンチレータの取り込み間隔Ｔは、上記式（１）で求められる時間とされる。なお、この取り込みタイミングの変更は、制御部６０によりスキャン・ジェネレータ３２，３６の取り込み間隔を上記の時間に設定することにより実現される。そして、このようにしてシンチレータ４４へ取り込まれた２次電子２２は輝度変換されて輝度レベルに応じた信号が生成される。
【００７３】
またこのとき、上記のように取り込み間隔が短くなることによって、得られる上記信号が多くなるため、該信号による情報を画像出力すると、横長の画像が得られる。従ってステップＳ１３において、制御部６０により制御される画像メモリ編集部４０によって余分な情報が切り捨てられ、データが抽出される。そして、ステップＳ１４において、設定された測定倍率における従来と等価な画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ１５では、該測定倍率において測長されるピッチパターン２のライン幅（測長値）がＣＲＴ４１へ出力される。
【００７４】
一方、ステップＳ９において、設定された測定倍率が上記閾値倍率以上でないと制御部６０により判断される場合にはステップＳ２０へ進む。そして、ステップＳ２０では閾値倍率Ｍｃより低い該測定倍率が選択される。このとき、ステップＳ２１においては、電子線の走査範囲として初期設定による領域が制御部６０により選択される。そして、ステップＳ２２において上記走査範囲に電子線を照射し、上記試料から発生した２次電子をシンチレータへ取り込む。
【００７５】
次にステップＳ２３において、シンチレータで輝度変換されることにより生成された信号に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより得られた上記測定倍率における画像（イメージ）がＣＲＴ４１上へ出力される。また、ステップＳ２４において、ＣＤ−ＳＥＭにより該測定倍率で測長された結果得られた測長値がＣＲＴ４１へ出力される。そしてステップＳ１６においては、制御部６０により他の測長点があるか否かが判断され、ある場合にはステップＳ８へ戻り、ない場合には動作を終了する。
【００７６】
以上より、本実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭによれば、電子線の走査範囲やシンチレータによる２次電子の取り込みタイミングを変更する際に参照される閾値倍率Ｍｃが、試料表面に形成された閾値倍率取得のためのラインパターンを実際に測長した結果に応じて自己的に算出されるため、測長のための制御を容易に最適化することができる。すなわち、例えば、実デバイスチップの層間構造（実際には表面構造）によっては、測長値の誤差がＣＤ−ＳＥＭの再現精度保証範囲を超える倍率が変化するため、このような場合に試料に応じた最適な閾値倍率を得ることは、特に有用である。
［実施の形態５］
本発明の実施の形態５に係るＣＤ−ＳＥＭは、その構成及び動作において上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭと同様なものであるが、上記閾値倍率Ｍｃが以下のように自己算出される点で相違するものである。
【００７７】
すなわち、上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、ラインパターンの線幅を測長するための倍率範囲、例えば５０Ｋから２００Ｋまでの範囲における種々の倍率での測長結果に基づいて、制御部６０により閾値倍率が求められた。これに対し、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、ある第一の倍率における測長値と該第一の倍率より一段階低い第二の倍率における測長値とが制御部において比較され、両測長値の差がＣＤ−ＳＥＭの測定再現精度（たとえば３σ＝２ｎｍ）を超えた場合に、該制御部において上記第二の倍率が閾値倍率Ｍｃとして選択され記憶部に記憶される。
【００７８】
また、本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、図１４に示されるように、例えば設定される倍率が２００Ｋのとき領域５３が制御部により電子線走査領域とされ、倍率１５０Ｋのとき領域５４、倍率１００Ｋのとき領域５５、倍率７５Ｋのとき領域５６がそれぞれ電子線走査領域とされる。このように、測長する倍率に応じて電子線走査領域がずらされることにより、電子線の照射対象である試料に与えるダメージが軽減されるため、測長の精度を高めることができる。
［実施の形態６］
本発明の実施の形態６に係るＣＤ−ＳＥＭは、その構成及び動作において上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭと同様なものであるが、上記閾値倍率Ｍｃが以下のように自己算出される点で相違するものである。
【００７９】
すなわち、上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、ラインパターンの線幅を測長するための倍率範囲、例えば５０Ｋから２００Ｋまでの範囲において、倍率が上記のように高倍率から低倍率へ単調減少するように順次設定され測長が行われた。これに対し本実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭにおいては、上記倍率範囲においてラインパターンの線幅を測長するための最低倍率から順に、該ラインパターンの線幅を測長するための最高倍率まで単調増加するよう倍率が順次設定され測長が行われる。
【００８０】
そして、上記のような動作により得られた種々の設定倍率と該設定倍率における測長値とにより、上記図１３に示されるような測長値曲線が得られる。
【００８１】
以上のような本実施の形態６に係るＣＤ−ＳＥＭによっても、上記実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭと同様な効果を得ることができる。
【００８２】
以下において、本発明の課題を解決するための手段について付記する。
（１）対象物へ電子線を照射し、照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（２）倍率が高くなるほど上記頻度が高められる（１）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（３）上記倍率が、走査型電子顕微鏡装置に予め記憶された閾値倍率以上のときにおいて、上記倍率に応じた頻度で電子を検出する（１）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（４）閾値倍率は、種々の倍率においてテストパターンを測長することにより得られた測長値の誤差分布に応じて決定される（３）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。このような手段によれば、対象物に応じて最適な閾値倍率を自動的に得ることができる。
（５）テストパターンの測長においては、上記倍率が単調増加または単調減少するように順次設定される（４）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（６）第一の倍率において得られた第一測長値と第一の倍率より低い第二の倍率において得られた第二測長値との差が所定値を超える場合における第二の倍率が、閾値倍率として選択される（３）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。このような手段によれば、各倍率毎の測定誤差を考慮して閾値倍率を選択することができるため、走査型電子顕微鏡装置の測定環境に応じて最適な測長を実現できる。
（７）試料表面へ電子線を照射し、照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とし、電子を検出する間隔Ｔが、第一走査範囲をＦＯＶ１、第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とされる走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（８）検出の結果得られる全データのうち、ＦＯＶ１／ＦＯＶ２の割合に当るデータを画像データとして抽出し、画像データにより試料表面の観察倍率における像を表示する（７）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（９）切り替え時間Ｂが、電子線の一走査時間をＳとするとき、Ｂ＝Ｓ／（ＦＯＶ２／ＦＯＶ１）で求められる値とされ、電子線の走査開始後時間Ｂから時間２Ｂまでの間だけ電子の検出により得られたデータを保存して、上記データにより試料表面の倍率における像を表示する（７）に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法。
（１０）対象物へ電子線を照射し、上記照射に起因して対象物から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出する検出手段を備えた走査型電子顕微鏡装置。
（１１）上記倍率が高くなるほど頻度が高められる（１０）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１２）閾値倍率を予め記憶する記憶手段をさらに備え、検出手段は、倍率が記憶手段に記憶された閾値倍率以上である場合に倍率に応じた頻度で電子を検出する（１０）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１３）種々の倍率においてテストパターンを測長することにより得られた測長値の誤差分布を算出し、誤差分布に応じて閾値倍率を決定する閾値倍率決定手段をさらに備えた（１２）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１４）閾値倍率決定手段は、テストパターンの測長において、倍率を単調増加または単調減少するように順次設定する（１３）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１５）第一の倍率において得られた第一測長値と第一の倍率より低い第二の倍率において得られた第二測長値との差が所定値を超える場合における第二の倍率を、閾値倍率として記憶手段に記憶する（１２）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１６）試料表面へ電子線を照射し、照射に起因して試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とする走査手段と、第一走査範囲をＦＯＶ１、第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、電子を検出する間隔Ｔを、Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）で求められる値とする検出タイミング決定手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置。
（１７）検出の結果得られる全データのうち、ＦＯＶ１／ＦＯＶ２の割合に当るデータを画像データとして抽出するデータ抽出手段と、画像データにより試料表面の観察倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えた（１６）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
（１８）電子線の一走査時間をＳとするとき、切り替え時間Ｂを、次式Ｂ＝Ｓ／（ＦＯＶ２／ＦＯＶ１）により求める切り替え時間算出手段と、電子線の走査開始後時間Ｂから時間２Ｂまでの間だけ電子の検出により得られたデータを保存するデータ保存手段と、データ保存手段に保存されたデータより試料表面の倍率における像を表示する表示手段とをさらに備えた（１６）に記載の走査型電子顕微鏡装置。
【００８３】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、走査型電子顕微鏡装置において対象物を観察する倍率に応じた頻度で電子を検出することにより、対象物に照射される単位面積当りの電子線量を増加させることなく倍率を高めることができるため、対象物にチャージアップの影響やコンタミネーションの影響を与えることを回避し、これらの影響に基づくダメージ等から保護することができる。また、上記対象物がダメージ等から保護されることにより、常に高精度な走査型電子顕微鏡画像と線幅測定値とを得ることができる。
【００８４】
また、検出の結果得られる全データのうち、頻度の逆数の割合に当るデータを画像データとして抽出して像を表示するものとすれば、観察する倍率によらず所望の像を得ることができる。ここで、倍率に応じた所定の時間に得られたデータのみを保存して、保存されたデータにより像を表示すれば、不要なデータを保存することが回避されるため、表示速度を高めることができる。
【００８５】
また、倍率が予め記憶された閾値倍率以上のときにおいて、上記倍率に応じた頻度で電子を検出すれば、閾値倍率に応じた電子の検出を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来におけるＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を示すフローチャートである。
【図２】図１に示されたＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る測長用走査型電子顕微鏡装置（ＣＤ−ＳＥＭ）の全体構成を示す図である。
【図４】図３に示された主要部を示す拡大図である。
【図５】本実施の形態１に係るＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示されたＣＤ−ＳＥＭの倍率変更方法と測長方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態５に係るＣＤ−ＳＥＭの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１，３，５，４５，４７，４９，５１，５３〜５６ 領域
２ ピッチラインパターン
７ 電子銃
９ カラム
１０ 試料
１１ 試料室
１３ アノード
１５，２３，２５ イオンポンプ
１７ コンデンサレンズ
１９ 偏向コイル
２０ １次電子（入射電子）
２１ 対物レンズ
２２ ２次電子
２７ 倍率可変抵抗
２８，５８，６０ 制御部
２９ 走査電源
３０，６１ 記憶部
３１，３５ ２次電子検出器
３２，３６ スキャン・ジェネレータ
３３，３７ 増幅器
３９ 画像メモリ
４０ 画像メモリ編集部
４１ ＣＲＴ
４２ 主要部
４３ 光ファイバ
４４ シンチレータ
５２ 測長値曲線
Claims (2)
- 試料表面へ電子線を照射し、前記照射に起因して前記試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、
前記試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を前記試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とし、
前記電子を検出する間隔Ｔが、前記第一走査範囲をＦＯＶ１、前記第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、
Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）
で求められる値とされる走査型電子顕微鏡装置の制御方法。 - 試料表面へ電子線を照射し、前記照射に起因して前記試料表面から放出される電子を検出する走査型電子顕微鏡装置であって、
前記試料表面における異なる二つの方向のうち、第一の方向における第一走査範囲を前記試料表面の観察倍率に応じて選択すると共に、第二の方向における第二走査範囲を一定とする走査手段と、
前記第一走査範囲をＦＯＶ１、前記第二走査範囲をＦＯＶ２とし、検出間隔の初期値をｔ１とするとき、前記電子を検出する間隔Ｔを、
Ｔ＝（ＦＯＶ１／ＦＯＶ２）×（ｔ１）
で求められる値とする検出タイミング決定手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置。
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