JP5591617B2 - 荷電粒子線装置および該装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置および該装置の制御方法に関し、例えば電子ビームの走査範囲を偏向器によって移動する際に発生する「イメージシフトずれ」を補正する荷電粒子線装置および該装置の制御方法に関する。

昨今、特に半導体デバイスの検査、或いは測長する走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）では、試料ステージを移動させずに電子ビームの走査位置を測定点へ偏向させる方法が用いられている。

当該方法は、イメージシフトと呼ばれる。当該方法は、試料ステージを移動させて測定点を電子ビームの走査位置に移動させる方法よりも、測定点と電子ビームの走査位置を高速で合わせることができるという特徴がある。これにより、１つのチップ上に多数の測定点がある場合でも、高速で全測定点を検査することが可能となる。

イメージシフトは、偏向器で発生させた電場および磁場を電子ビームに与えることで、電子ビームの走査位置を偏向する。このため、偏向器の物理的なずれ、偏向器へ印加する電流、電圧の誤差等により、走査位置が所望の位置からずれる場合がある。したがって、このようなイメージシフトずれを補正する必要がある。

特許文献１では、予め、座標データを画素ごとに補正するための補正値が格納された補正テーブルを作成しておき、測定点に対応した補正量を該テーブルから選択して照射位置のずれを補正する方法を開示している。

特開２００８−１８６６８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、試料ごとに走査位置すべてについての補正テーブルを作成する必要があり、多大なシミュレーション時間がかかる。

また、イメージシフトずれは、偏向量によって異なり、一般的には電子ビーム直下（光軸の原点）から遠くへ偏向するほど大きくなる。従って、光軸から遠く離れた測定点では、イメージシフトさせた電子ビーム（偏向ビーム）のずれが大きく、電子ビームの走査位置を測定点に合わせることができない。このため、特許文献１を含む従来のイメージシフト補正方法は、偏向ビームが測定点に照射できる範囲で補正することを前提とするものである。すなわち、従来のイメージシフト補正方法は、光軸から遠く離れた測定点を補正することは想定していない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、補正テーブルを用意しなくても、イメージシフトずれの補正を短時間化および高精度化した荷電粒子線装置および該装置の制御方法を提供する。また、電子ビームの原点である光軸から比較的遠くにある測定点へも正確にイメージシフトさせることができる荷電粒子線装置および該装置の制御方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明は、走査位置ごとに、偏向量の値に応じた近似式から補正式を作成し、該補正式から計算した補正量で電子ビームを補正し、走査位置を実測する。

すなわち、本発明による荷電粒子線装置は、偏向量を調整して荷電粒子線の走査位置を測定点へ偏向させ、前記走査位置における画像を取得する荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線の原点の走査位置における基準画像の重心、および第ｎ番目の走査位置における第ｎ番目の画像の重心をそれぞれ求め、両者の重心の差分からイメージシフトずれ量を計算する画像処理部と、前記偏向量およびイメージシフトずれ量から、前記第ｎ番目の走査位置に対応するイメージシフトずれ量を補正するための第ｎ番目の補正式を作成し、前記補正式から計算した補正量を前記偏向量に加減する制御部と、を備える。

また、本発明による荷電粒子線装置の制御方法は、偏向量を調整して荷電粒子線の走査位置を測定点へ偏向させ、前記走査位置における画像を取得する荷電粒子線装置の制御方法であって、画像処理部が、前記荷電粒子線の原点の走査位置における基準画像の重心、および第ｎ番目の走査位置における第ｎ番目の画像の重心をそれぞれ求め、両者の重心の差分からイメージシフトずれ量を計算するステップと、制御部が、前記偏向量およびイメージシフトずれ量から、前記第ｎ番目の走査位置に対応するイメージシフトずれ量を補正するための第ｎ番目の補正式を作成し、前記補正式から計算した補正量を前記偏向量に加減するステップと、を備える。

本発明によれば、補正テーブルを用意しなくても、イメージシフトずれの補正を短時間化および高精度化できる。また、光軸から比較的遠くにある測定点へも正確にイメージシフトさせることができる。

本実施形態に係る走査電子顕微鏡の概略構成図である。 本実施形態に係る偏向器の概略構成図である。 本実施形態に係る補正式を作成するための試料である。 本実施形態に係る補正式の作成フローチャートである。 本実施形態に係る実測画像である。 本実施形態に係る加速電圧とイメージシフトずれ量との関係を表す図である。 本実施形態に係る加速電圧ごとのイメージシフト補正式の作成フローチャートである。 本実施形態に係る加速電圧に依存するイメージシフト補正式の作成フローチャートである。 本実施形態に係る補正式を作成して全測定点を自動実測するフローチャートである。 本実施形態に係る予め作成した補正式を用いて全測定点を自動実測するフローチャートである。 本実施形態に係るイメージシフトずれ量の経時変化を表す図である。

本発明は、電子ビームの偏向により発生するイメージシフトずれを補正する機能を有する荷電粒子線装置および該装置の制御方法に関する。以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

以下の説明では、測長用走査電子顕微鏡(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ) や、欠陥評価用走査電子顕微鏡（Defect Review-Scanning electron Microscope：ＤＲ−ＳＥＭ）等の走査電子顕微鏡を例にとって説明する。しかし、それらに限られることはなく、例えば集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置等の荷電粒子線装置にも適用が可能である。

＜走査電子顕微鏡＞
図１は、本実施形態に係る走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子銃１は、電子源２、引出電極３及び加速電極４を備える。電子源２と引出電極との間には、引出電圧Ｖ１が印加される。これにより、電子源２から電子ビーム３６が引き出される。

加速電極４はアース電位に維持され、加速電極４と電子源２との間には、加速電圧Ｖ０が印加される。したがって、電子ビーム３６は、この加速電圧Ｖ０によって加速される。加速された電子ビーム３６は、絞り１５によって不要な領域を除去され、レンズ制御電源５に接続された集束レンズ７および集束レンズ８によって集束される。電子ビーム３６は、更に対物レンズ９によって、試料ステージ１２上の半導体ウェハ等の試料１３に集束される。

試料ステージ１２は、ステージ駆動装置２３により、少なくとも水平移動可能である。試料ステージ１２を移動することで、電子ビーム３６の走査位置に対する試料１３の位置を移動可能である。

偏向器１６ａ，１６ｂは、走査信号発生器２４および走査位置制御部２５に接続される。図２に示すように、走査信号発生器２４からの制御信号と走査位置制御部２５からの制御信号とを重畳させて偏向器１６ａ，１６ｂに供給する。これにより、制御部３１は、電子ビームの走査と、電子ビームの走査範囲の移動を同じ偏向器を用いて行うことができる。偏向器１６ａ、１６ｂにより電子ビーム３６を偏向することで、イメージシフトが可能である。

非点収差補正器４０は、非点収差補正制御部４５で制御される。電子ビーム３６の照射によって試料１３から放出される電子３３（二次電子、及び／又は後方散乱電子等）は、信号検出器２１によって検出される。検出された電子３３は、ＣＲＴ等の像表示装置３２の輝度変調信号とすることで、像表示装置に試料１３の拡大像が表示される。図示はしていないが、以上の構成が電子ビームを照射するのに適した真空容器内に収納される。

レンズ制御電源５、ステージ駆動装置２３、走査信号発生器２４および走査位置制御部２５には、記憶部２７を備えた制御部３１が接続されている。制御部３１は、図示しない入出力装置に接続されており、ユーザへ情報を提示したりユーザからの指令を受けたりすることができる。記憶部２７には、以下に説明するフローチャートチャート等を自動で実行するためのプログラムが記憶されている。制御部３１は、その記憶されたプログラムに従って、上記各構成要素を制御する。

更に、画像処理部３７には、検出器２１にて検出された電子３３に基づいて形成される画像を記憶する記憶媒体が内蔵されている。画像処理部３７は、記憶された画像に基づいて、試料上の測定対象についてのラインプロファイルを形成する。また、当該ラインプロファイルに基づいたプログラムを実行することにより試料上の測定対象の寸法測定を行う。さらに、画像処理部３７が、得られた２以上の画像に基づいて、その画像のずれを計算するプログラムを実行するように構成されている。

＜偏向量に依存する補正式の作成フローチャート＞
イメージシフトずれは、偏向量によって異なる。一般的には、電子ビームの原点から遠くへ偏向するほど大きくなる。ここで、電子ビームの原点とは、イメージシフトしていない状態、すなわち光軸の原点をいう。従来は、偏向ビームが測定点に照射できる範囲でイメージシフトし、発生したイメージシフトずれを予め作成した補正テーブルを用いて補正していた。

本実施形態では、偏向量に依存する補正式（以下、単に補正式と呼ぶ）を作成することを特徴とする。この補正式の利用方法は主に２つある。１つ目は、まず走査位置における補正式を作成する。その補正式に走査位置における偏向量を代入し、補正量を計算する。その補正量を元の偏向量にフィードバックし、補正後の偏向ビームで走査位置を実測する。すなわち、走査位置ごとに、偏向量の値に応じた近似式から補正式を作成し、該補正式から計算した補正量で電子ビームを補正し、走査位置を実測する処理を全測定点について行うものである。２つ目は、予め作成した補正式に走査位置を代入して補正量を計算する。この補正量と元の偏向量とを加減した偏向ビームを走査位置に照射し、走査位置を実測する。すなわち、予め全走査位置を補正できる補正式を作成しておき、該補正式から走査位置の補正量を計算し、補正後の偏向ビームで全測定点を実測するものである。以下、補正式を作成する方法について説明する。

補正式を作成するには、予め、電子ビームを偏向可能な実測領域に、位置情報が既知である格子状パターンを有する試料を用意しておく必要がある。既知の位置情報とイメージシフトによる走査位置とからイメージシフトずれを計算するためである。

図３は、本実施形態に係る格子状パターンを有する試料１３である。ここでは、簡略化のため、円形ドットパターンを有するウェハ３００を一例として示すが、集積回路パターンを有するウェハでもよい。ウェハ３００は、中心部となる基準走査位置３０１、第１〜第３番目の走査位置３０２〜３０４、最外部となる第４８番目の走査位置３０６を有する。ここでの走査位置３０２〜３０４、３０６は、イメージシフトずれの発生していない理想的な走査位置である。走査方向３０５は、イメージシフトしていく方向（順番）を表す。最初の測定点が３０１、最終測定点が３０６となる。実測領域３０７は、電子ビームを偏向可能な領域である。ドットパターンは、Ｘ方向にａ［μｍ］、Ｙ方向にｂ［μｍ］の既知のピッチで並んでいる。以下、この試料を実測しながら、補正式を作成する。

図４は、本実施形態に係る補正式を作成するフローチャートである。

まず、Ｓ４００〜４０４では、イメージシフトしていない状態の画像（基準画像）を取得する。この基準画像と、イメージシフトした走査位置の画像との差分から、イメージシフトずれを計算するためである。

Ｓ４００では、ユーザが、実測領域３０７を入出力装置に入力する。実測領域３０７は、電子ビームが偏向可能な領域であれば、任意の領域に設定できる。

Ｓ４０１では、制御部３１が、実測領域３０７の中心部が電子ビームの原点となるようにステージ駆動装置２３を移動する。電子ビームの原点では、電子ビームは偏向されていない状態である。図３では、基準走査位置３０１が実測領域３０７の中心部となる。

Ｓ４０２では、ユーザが、測定するピッチを制御部３１に入力する。図３のドットパターンの場合、パターンのピッチ（ａ，ｂ）を入力する。

Ｓ４０３では、制御部３１が、電子ビームを偏向して基準走査位置３０１に対応する画像を取得する。基準走査位置３０１は、電子ビームの原点に置かれており、イメージシフトずれは生じない。よって、この実測データを基準画像とし、記憶部２７に記憶させる。

Ｓ４０４では、画像処理部３７が、基準画像に含まれるドットパターンの重心（Ｘ_Ｇ０，Ｙ_Ｇ０）を求める。重心（Ｘ_Ｇ０，Ｙ_Ｇ０）を図５（ａ）に示す。クロスカーソルの位置は重心を表している。図のように、基準画像５００の中心と、パターンの重心（Ｘ_Ｇ０，Ｙ_Ｇ０）とが一致している。

次に、Ｓ４０５〜４１０では、イメージシフトした走査位置の画像と基準画像とを比較し、イメージシフトずれ量を計算する。また、偏向量およびイメージシフトずれ量等から補正式を作成する。これを、基準走査位置３０１以外の実測領域に含まれる全測定点（Ｎ箇所）について行う。図３の場合、第１番目の走査位置３０２〜第４８番目の走査位置３０６までの全４８箇所について行う。

Ｓ４０６では、走査位置制御部２５が、走査方向３０５に従い、現在の偏向ビーム下にある第ｎ−１番目の走査位置（１≦ｎ≦Ｎ）から１ピッチ分移動した第ｎ番目の走査位置（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ）へイメージシフトする。図３の場合、現在の走査位置が基準走査位置３０１（第０番目の走査位置）であれば、第１番目の走査位置３０２にイメージシフトする。

Ｓ４０７では、制御部３１が、Ｓ４０６の第ｎ番目の走査位置のパターンを実測する。これを第ｎ番目の画像とし、記憶部２７に記憶させる。

Ｓ４０８では、画像処理部３７が、Ｓ４０７で実測した画像に含まれるパターンの重心（Ｘ_Ｇｎ，Ｙ_Ｇｎ）を求める。重心（Ｘ_Ｇｎ，Ｙ_Ｇｎ）を図５（ｂ）に示す。図のように、パターンの重心（Ｘ_Ｇｎ，Ｙ_Ｇｎ）は、第ｎ番目の画像５０１の中心から外れている。

Ｓ４０９では、画像処理部３７が、Ｓ４０４で求めた基準画像に含まれるドットパターンの重心位置と、Ｓ４０８で求めた第ｎ番目の画像に含まれるドットパターンの重心位置とを比較し、差分からイメージシフトずれ量（ΔＸ_Ｇｎ，ΔＹ_Ｇｎ）を計算する。重心を比較している状態を図５（ｃ）に示す。

Ｓ４１０では、制御部３１が、第ｎ番目の走査位置において、偏向量およびイメージシフトずれ量等から補正式Ｆ_ｎ（Ｘ）およびＦ_ｎ（Ｙ）を作成する。補正式の作成方法の詳細は後述する。この補正式に元の偏向量（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ）を代入すれば、補正量（Ｆ_ｎ（Ｘ_ｎ），Ｆ_ｎ（Ｙ_ｎ））が計算できる。

Ｓ４１１では、制御部３１が、Ｓ４０９で実測から計算したイメージシフトずれ量（ΔＸ_Ｇｎ，ΔＹ_Ｇｎ）と、Ｓ４１０で補正式から計算した補正量（Ｆ_ｎ（Ｘ_ｎ），Ｆ_ｎ（Ｙ_ｎ））とを比較する。比較した差分値が、所定の許容値範囲内であれば、第ｎ番目の走査位置における補正式が完成する。所定の許容値範囲内になければ、Ｓ４１０で補正式から計算した補正量を偏向量に加減し、補正後の偏向ビームでＳ４０７〜４１０を行う。この処理を、所定の許容値範囲内に収まるまで繰り返す。なお、本処理は、補正式および実測画像を高精度化したい場合は行うが、短時間で実測を済ませたい場合等は省略可能である。

以上のように、走査位置ごとに、偏向量の値に応じた近似式から補正式を作成し、該補正式から計算した補正量で電子ビームを補正し、走査位置を実測する。これにより、補正テーブルを作成しなくとも、イメージシフトずれを補正できるので、実測時間を短縮できる。また、Ｓ４１１により補正式および実測画像を高精度化することができる。さらに、作成した補正式に任意の偏向量を代入し、計算した補正量を元の偏向量に加減すれば、補正後の偏向ビームが得られる。これにより、任意の走査位置において、イメージシフトずれ無く実測することができる。

なお、基準走査位置３０１は、実測領域３０７の中心部としたが（Ｓ４０１）、第ｎ番目の走査位置との差分が求まればよいので、任意の走査位置（ビームを偏向させた走査位置）にすることも可能である。

＜補正式の作成方法＞
Ｓ４１０で説明した補正式Ｆ_ｎ（Ｘ）およびＦ_ｎ（Ｙ）を作成する方法について具体的に説明する。

補正式は、Ｓ４０９で実測から計算したイメージシフトずれ量（ΔＸ_Ｇｎ，ΔＹ_Ｇｎ）、基準走査位置（Ｘ_０，Ｙ_０）からの偏向量（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ）、第ｎ−１番目の走査位置における補正式Ｆ_ｎ−１（Ｘ）およびＦ_ｎ−１（Ｙ）を用いて作成する。ｎが増加するにつれてイメージシフトずれ量が大きくなるため、第ｎ−１番目の補正式を元に第ｎ番目の補正式を作成していくことを特徴とする。

第１番目の走査位置（ｎ＝１）の補正量の算出には、次の近似式（１）を用いる。

ここで、ａ_０、ｂ_０は係数である。基準走査位置から第１番目の走査位置へのイメージシフトずれ量（ΔＸ_Ｇ１，ΔＹ_Ｇ１）はそのまま補正量となるため、ａ_０＝ΔＸ_Ｇ１、ｂ_０＝ΔＹ_Ｇ１が求まる。これにより、補正式が完成する。なお、近似式とは係数を求める前の式、補正式とは実測データから計算した係数を近似式に代入した後の式とする。

第２番目の走査位置（ｎ＝２）の補正量の算出には、第１番目の走査位置の補正量の算出に、回転率や膨張率を考慮した１次の近似式（２）を用いる。

ここで、Ｆ_２（Ｘ）およびＦ_２（Ｙ）は実測から得られたイメージシフトずれ量（ΔＸ_Ｇ２，ΔＹ_Ｇ２）、ＸおよびＹは偏向量（Ｘ_２，Ｙ_２）、Ｆ_１（Ｘ）およびＦ_１（Ｙ）は第１番目の走査位置の補正量であるため、既知である。また、第２番目の走査位置（ｎ＝２）の補正量の算出の場合には、ａ_１＝ｂ_２、ａ_２＝ｂ_１と置き、補正式が完成する。

第３番目の走査位置（ｎ＝３）の補正量の算出には、第２番目の走査位置の補正量の算出に、さらに台形歪率を考慮した１次の近似式（３）を用いる。

同様に、Ｆ_３（Ｘ）およびＦ_３（Ｙ）は実測から得られたイメージシフトずれ量（ΔＸ_Ｇ３，ΔＹ_Ｇ３）、ＸおよびＹは偏向量（Ｘ_３，Ｙ_３）、Ｆ_２（Ｘ）およびＦ_２（Ｙ）は第２番目の走査位置の補正式に（Ｘ_３，Ｙ_３）を代入した式である。以上より、係数ａ_３，ｂ_３が求まり、補正式が完成する。

第４〜８番目の走査位置（ｎ＝４〜８）の補正量の算出には、さらに高次化した２次の近似式（４）を用いる。

第９番目の走査位置以降（ｎ＝９〜）の補正量の算出には、さらに高次化した３次の近似式（５）を用いる。

以上のようにして、偏向量の値に応じて高次化した補正式（６）を作成する。

この近似式Ｆ（Ｘ）およびＦ（Ｙ）に、目的の走査位置への偏向量（Ｘ，Ｙ）を代入することで、補正量が求まる。

以上のように、光軸から離れるとともに発生するずれの成分を考慮し、高次化した補正式を作成する。これにより、偏向ビームと測定点とのずれが大きいために、従来はイメージシフトさせることができなかった領域にまでも、電子ビームをずれなく照射できる。また、補正式を作成することで、任意の走査位置についても適切な補正量を算出できる。

なお、図３では、走査位置の中心部から渦巻状の順序で画像を取得していく方法を説明したが、イメージシフトずれ量が徐々に大きくなるような順序であれば、他の方法でも構わない。また、他の幾何的な近似が可能であれば、上述した近似式に限られない。

＜加速電圧ごとの補正式の作成フローチャート＞
イメージシフトずれ量は、偏向量だけでなく電子ビーム３６の加速電圧にも依存する。つまり、同じ測定点へイメージシフトさせる場合でも、加速電圧によってイメージシフトずれ量は変化する。

図６は、本実施形態に係る加速電圧とイメージシフトずれ量との関係を表す図である。図６（ａ）は、加速電圧とイメージシフトずれの要因の関係を表す図である。加速電圧が大きくなると、イメージシフトの膨張成分６００は一端増加した後に減少し、加速電圧が一定値を超えると再び増加する傾向がある。また、イメージシフトの回転成分６０１は単調増加する傾向がある。図６（ｂ）は、イメージシフトずれのない理想的な走査位置６０２とイメージシフトずれ６０３の様子を加速電圧ごとに表した概念図である。加速電圧が大きくなると、走査位置６０２の外延ではイメージシフトずれ６０３が顕著になる。従って、加速電圧ごとの補正式を作成する必要がある。以下、加速電圧ごとの補正式の作成方法について説明する。

図７は、本実施形態に係る加速電圧ごとの補正式の作成フローチャートである。ここでの動作主体は、特に表記が無い限り制御部３１である。

Ｓ７００では、電子ビーム３６の加速電圧範囲１００〜２，０００Ｖを１００Ｖ単位で増加させながら、以降の処理を行うループを開始する。なお、加速電圧の範囲、および増加させる単位は任意の値に設定可能である。

Ｓ７０１では、Ｓ７００で設定した加速電圧Ｖで、補正式を作成する。ここでの処理は、上述のＳ４００〜４１１と同様であるので、詳細は省略する。
Ｓ７０２では、加速電圧２０００Ｖの補正式を作成すると、ループが終了する。

以上のようにして、加速電圧ごとの補正式を作成する。加速電圧に依存する補正式に目的の走査位置への偏向量（Ｘ，Ｙ）を代入することで、補正量が求まる。

現在の走査電子顕微鏡では、加速電圧は１００〜３０，０００Ｖの範囲で運用されている。例えば、１００Ｖ単位で加速電圧を切り替えて運用する場合、従来は３００種の補正テーブルを用意しておく必要があった。１つのテーブルに全走査位置の補正データが含まれるため、３００種の補正テーブルを完成するには莫大な処理時間がかかっていた。一方、本実施形態の方法では、３００種の補正式を作成するだけでよい。これにより、処理時間を短縮することができる。

＜加速電圧も考慮した補正式の作成フローチャート＞
前述した加速電圧ごとの補正式を作成する方法では、加速電圧の運用範囲が広いほど、または切り替え電圧が小さいほど、多くの補正式を用意する必要がある。このような場合は、補正式の作成時間が多大となる。そこで、偏向量および加速電圧の両方に依存する補正式を効率的に作成する方法を提案する。この補正式により、従来の補正テーブルを作成する処理時間を大幅に短縮することができる。

図８は、本実施形態に係る加速電圧に依存する補正式の作成フローチャートである。ここでの動作主体は、特に表記が無い限り制御部３１である。

Ｓ８００では、電子ビーム３６の加速電圧範囲１００〜２０００Ｖのうち、一部の加速電圧について、以降の処理を行うループを開始する。ここでは、１００Ｖ、８００Ｖ、１５００Ｖ、２０００Ｖについて行うが、任意の値に設定可能である。

Ｓ８０１では、Ｓ８００で設定した加速電圧Ｖで、補正式を作成する。ここでの処理は、上述のＳ７０１と同様であるので、詳細は省略する。

Ｓ８０２では、Ｓ８０１の処理により、加速電圧Ｖ、および加速電圧Ｖごとに作成した補正式（式（６））の係数ａ_０〜ａ_９、ｂ_０〜ｂ_９の関係から、次の近似式を用いる。

ここで、既知の加速電圧Ｖおよびａ_０〜ａ_９、ｂ_０〜ｂ_９から、係数Ｃ_００〜Ｃ_９３、ｄ_００〜ｄ_９３を計算できる。以上より、加速電圧に依存する補正式（８）が完成する。

このように、全ての加速電圧ではなく、その中の一部の加速電圧を用いて、偏向量および加速電圧の両方に依存する補正式を作成する。この補正式を用いれば、任意の偏向量だけでなく、任意の加速電圧におけるイメージシフト補正量を算出可能である。これにより、補正式の作成時間を短縮できる。また、補正式を一元化することで使用性を向上できる。

＜補正しながら全測定点を自動実測するフローチャート＞
各種の補正式を作成する方法については前述したとおりである。以下では、補正式を作成して全測定点を自動実測する方法について説明する。

図９は、本実施形態に係る補正式を作成して全測定点を自動実測するフローチャートである。ここでの動作主体は、特に表記が無い限り制御部３１である。

Ｓ９００では、全測定点（Ｍ）について、以降の処理を行うループを開始する。
Ｓ９０１では、第ｍ番目の走査位置における補正式を作成する（１≦ｍ≦Ｍ）。ここでの処理は、上述のＳ４００〜４１１と同様であるので、詳細は省略する。この補正式には、前述の加速電圧ごとの補正式、および加速電圧に依存する補正式も含まれる。加速電圧ごとの補正式等は、電子ビーム３６の走査位置と関連づけて記憶部２７に記憶されている。

Ｓ９０２では、Ｓ９０１で作成した補正式から補正量を計算し、偏向量に加減する。または、走査位置の実測から計算したイメージシフトずれ量を補正量として、偏向量に加減してもよい。高精度に補正したい場合は前者を行い、補正時間を短く済ませたい場合は後者を行う。
Ｓ９０３では、補正後の偏向ビームで第ｍ番目の走査位置を実測する。

以上の処理を全測定点（Ｍ）について行う。このように、走査位置ごとに、偏向量の値に応じた近似式から補正式を作成し、該補正式から計算した補正量で電子ビームを補正し、走査位置を実測する。これにより、従来よりも短時間でイメージシフトによる自動実測が可能である。よって、パターン検出エラーを低減し、走査型電子顕微鏡システムにおけるスループットの向上が実現できる。

＜予め作成した補正式で全測定点を自動実測するフローチャート＞
前述のＳ９００〜９０３の自動実測が終了した後は補正式が作成されている。この補正式は、次回以降の自動実測に利用することができる。以下では、予め作成した補正式を用いて全測定点を自動実測する方法について説明する。

図１０は、本実施形態に係る予め作成した補正式を用いて自動実測するフローチャートである。ここでの動作主体は、特に表記が無い限り制御部３１である。

Ｓ１０００では、全測定点（Ｍ）について、以降の処理を行うループを開始する。
Ｓ１００１では、予め作成した補正式を用いて、第ｍ番目の走査位置における補正量を計算する（１≦ｍ≦Ｍ）。例えば、補正式（６）または（８）に偏向量（Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍ）等を代入し、補正量Ｆ（Ｘ_ｍ）およびＦ（Ｙ_ｍ）またはＦ（Ｘ_ｍ，Ｖ_ｍ）およびＦ（Ｙ_ｍ，Ｖ_ｍ）を計算する。

Ｓ１００２では、Ｓ１００１で計算した補正量を偏向量に加減する。これにより、偏向ビームを補正する。

Ｓ１００３では、Ｓ１００２の補正後の偏向ビームを第ｍ番目の走査位置に照射する。
Ｓ１００４では、第ｍ番目の走査位置を実測する。

以上の処理を全測定点（Ｍ）について行う。このように、予め作成した補正式を用いて全測定点を自動実測すれば、補正式作成時間が削減できる。また、走査方向３０５に係わらず、任意の走査位置に補正後の偏向ビームを照射できる。

＜補正式のメンテナンス方法＞
原則として、補正式は、一度作成すれば繰り返し利用することができる。しかし、電子ビームは、偏向器によるイメージシフトずれとは別に、時間経過に伴う照射位置ずれが起こるという特徴がある。この照射位置のずれは、電子ビームのシフト率、回転率、膨張率等が経時変化することで発生する。ずれ量が許容値を超える場合、作成した補正式では、偏向量とイメージシフトずれ量との相関を満足できなくなる。

このような場合、補正式（６）または（８）等を作成しなおす必要があるが、全測定点について実測するとかなりの時間がかかってしまう。また、補正式を高精度化するほど、多数点（例えば１１点×１１点＝１２１点）の実測時間が必要である。そこで、少数点の実測により、補正式（６）を作成しなおす方法を提案する。なお、本方法は、その他の補正式にも適用可能である。

補正式（６）の係数ａ_０〜ａ_９、ｂ_０〜ｂ_９は、イメージシフトずれ量の傾向を表す成分（シフト率、回転率、膨張率等）が含まれている。

図１１は、イメージシフトずれ量の経時変化を表す図である。ここでは、シフト項１１００および回転項１１０１が経時変化する場合を考える。シフト項１１００は補正式（６）の係数（ａ_０，ｂ_０）に対応し、回転項１１０１は係数（ａ_２，ｂ_１）に対応する。したがって、この２セットのみを実測から計算し、補正式（２）に代入する。これにより、新たなシフト項係数（ａ’_０，ｂ’_０）と回転項係数（ａ’_２，ｂ’_１）とを得る。この係数を、補正式（６）の係数（ａ_０，ｂ_０）に置換するか、または前回との差分を演算すれば、修正後の補正式

が得られる。

以上のように、経時変化を起こした要因に基づき、必要最小限の測定点を実測し、補正式（６）をメンテナンスする。これにより、短時間で補正式を作成しなおし、高精度な補正式を維持することができる。

＜まとめ＞
本発明は、走査位置ごとに、偏向量の値に応じた近似式から補正式を作成し、該補正式から計算した補正量で電子ビームを補正し、走査位置を検査する。これにより、補正テーブルを作成する必要がないので、補正処理時間を短縮できる。また、従来イメージシフトさせることができなかった領域にまでも、電子ビームをずれなく照射できる。さらに、補正式を作成しておけば、任意の走査位置において、イメージシフトずれ無く検査することができる。

この場合において、イメージシフトずれと補正式から計算した補正量との差分値が所定の範囲内になければ、補正後の偏向ビームで検査し、再度イメージシフトずれおよび補正式を作成する。この処理を差分値が所定の範囲内になるまで繰り返す。これにより、補正式および画像の高精度化を図ることができる。

また、本発明は、加速電圧ごとの補正式を作成する。これにより、従来の加速電圧ごとに補正テーブルを作成していた時間を大幅に削減することができる。

また、本発明は、運用する加速電圧の一部を用いて任意の偏向量および任意の加速電圧における補正式を作成する。これにより、さらに補正テーブルを作成する時間を大幅に削減し、かつ補正式を一元化できる。

また、本発明は、全走査位置において偏向量の値に応じて高次化した補正式を作成し、偏向ビームの補正、検査を自動化する。これにより、従来よりも短時間でイメージシフトによる自動検査が可能である。よって、パターン検出エラーを低減し、走査型電子顕微鏡システムにおけるスループットの向上が実現できる。

また、本発明は、予め作成した補正式を用いて任意の走査位置における補正量を計算する。この補正量をイメージシフト偏向量に加減した補正後の偏向ビームで任意の走査位置を検査する。これにより、任意の走査位置においてイメージシフトずれの発生を防止できる。

また、本発明は、経時変化を起こした要因に基づき、必要最小限の測定点を検査し、補正式をメンテナンスする。これにより、補正式を一から作成する必要がなく、短時間で高精度な補正式を作成しなおすことができる。

なお、本発明は、走査位置ごとに記録した補正量を用いて補正テーブルを作成することも可能である。その場合は、従来よりも広範囲の走査位置について、補正テーブルを短時間で作成することができる。

１ 電子銃
２ 電子源
３ 引出電極
４ 加速電極
５ レンズ制御電源
６，１９ 電極
７，８ 集束レンズ
９ 対物レンズ
１０ クロスオーバ
１１ 位置モニター用測定装置
１２ 試料ステージ
１３ 試料
１４ 可変減速電源
１５ 絞り
１６ａ，１６ｂ 偏向器
１７ ブランキング偏向器
１８ 走査信号発生器
２０ 直交電磁界発生器
２１ 検出器
２２ 試料高さ測定装置
２３ ステージ駆動装置
２４ 走査信号発生器
２５ 走査位置制御部
２６ スケール
２７ 記憶部
３１ 制御部
３２ 像表示装置
３３ 電子
３４ 電極制御部
３６ 電子ビーム
３７ 画像処理部
４０ 非点収差補正器
４１ａ，４１ｂ 偏向器
４３ 光軸
４５ 非点収差補正制御部

Claims (14)

1. 偏向量を調整して荷電粒子線の走査位置を測定点へ偏向させ、前記走査位置における画像を取得する荷電粒子線装置であって、
   ｎ（ｎ≧２）が増加するにつれて前記荷電粒子線の原点である光軸から離れる場合において、前記荷電粒子線の原点の走査位置における基準画像の重心、および第ｎ番目の走査位置における第ｎ番目の画像の重心をそれぞれ求め、両者の重心の差分からイメージシフトずれ量を計算する画像処理部と、
   前記偏向量およびイメージシフトずれ量から、前記第ｎ番目の走査位置に対応するイメージシフトずれ量を補正するための第ｎ番目の補正式を作成し、前記補正式から計算した補正量を前記偏向量に加減する制御部と、
   を備え、
   前記補正式は、前記第ｎ番目の走査位置に対応する近似式に前記偏向量およびイメージシフトずれ量を代入して求めた係数を、前記近似式の係数に置き換えることで作成されるものであり、ここで、前記第ｎ番目の走査位置に対応する近似式は、第ｎ−１番目の走査位置における補正式と、前記第ｎ番目の走査位置における偏向量に対応する項とを含む式で作成され、前記補正式は、ｎが増加するにつれて高次化するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記制御部は、
   前記作成した第ｎ番目の補正式に、前記第ｎ＋１番目の走査位置における偏向量に対応する高次項を付加することにより、第ｎ＋１番目の走査位置における第ｎ＋１番目の近似式を作成し、
   前記第ｎ＋１番目の近似式に、第ｎ＋１番目の走査位置における偏向量およびイメージシフトずれ量を代入することにより、前記第ｎ＋１番目の走査位置における偏向量に対応する前記高次項の係数を算出し、
   前記第ｎ＋１番目の近似式に、前記算出した係数を代入することにより、第ｎ＋１番目の走査位置における第ｎ＋１番目の補正式を作成することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
3. 前記制御部は、前記イメージシフトずれ量と前記補正量との差分値が、所定の許容値範囲内にない場合、前記補正量を前記偏向量に加減し、前記偏向量を補正した後の荷電粒子線で、前記第ｎ番目の走査位置における画像を取得する処理を実行し、
   前記制御部は、当該処理を前記差分値が前記所定の許容値範囲内に収まるまで繰り返すことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
4. 前記制御部は、前記荷電粒子線を加速させる所望の加速電圧ごとに補正式を作成することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
5. 前記制御部は、
   前記加速電圧の所定の範囲内にある複数の加速電圧を用いて複数の補正式を作成し、
   前記複数の加速電圧、及び、前記複数の補正式の係数の関係から、近似式を作成し、
   前記複数の加速電圧、及び、前記複数の補正式の係数から、前記近似式の係数を計算することにより、任意の偏向量および任意の加速電圧における補正式を作成することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
6. 前記制御部は、前記第ｎ番目の走査位置までのｎ個の前記補正式を予め作成しておき、第ｍ（ｍ≦ｎ）番目の走査位置における前記補正式から計算した補正量を前記偏向量に加減した補正後の荷電粒子線で、前記第ｍ番目の走査位置における画像を取得することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
7. 前記制御部は、前記荷電粒子線が経時変化を起こした要因に基づき、前記予め作成した前記ｎ個の補正式に前記要因をフィードバックすることで、前記ｎ個の補正式をメンテナンスすることを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線装置。
8. 偏向量を調整して荷電粒子線の走査位置を測定点へ偏向させ、前記走査位置における画像を取得する荷電粒子線装置の制御方法であって、
   画像処理部が、
   ｎ（ｎ≧２）が増加するにつれて前記荷電粒子線の原点である光軸から離れる場合において、前記荷電粒子線の原点の走査位置における基準画像の重心、および第ｎ番目の走査位置における第ｎ番目の画像の重心をそれぞれ求め、両者の重心の差分からイメージシフトずれ量を計算するステップと、
   制御部が、前記偏向量およびイメージシフトずれ量から、前記第ｎ番目の走査位置に対応するイメージシフトずれ量を補正するための第ｎ番目の補正式を作成するステップと、
   前記制御部が、前記補正式から計算した補正量を前記偏向量に加減するステップと、
   を備え、
   前記補正式を作成するステップでは、前記第ｎ番目の走査位置に対応する近似式に前記偏向量およびイメージシフトずれ量を代入して求めた係数を、前記近似式の係数に置き換えることで作成し、ここで、前記第ｎ番目の走査位置に対応する近似式は、第ｎ−１番目の走査位置における補正式と、前記第ｎ番目の走査位置における偏向量に対応する項とを含む式で作成され、前記補正式は、ｎが増加するにつれて高次化するものであることを特徴とする制御方法。
9. 前記補正式を作成するステップでは、
   前記作成した第ｎ番目の補正式に、前記第ｎ＋１番目の走査位置における偏向量に対応する高次項を付加することにより、第ｎ＋１番目の走査位置における第ｎ＋１番目の近似式を作成し、
   前記第ｎ＋１番目の近似式に、第ｎ＋１番目の走査位置における偏向量およびイメージシフトずれ量を代入することにより、前記第ｎ＋１番目の走査位置における偏向量に対応する前記高次項の係数を算出し、
   前記第ｎ＋１番目の近似式に、前記算出した係数を代入することにより、第ｎ＋１番目の走査位置における第ｎ＋１番目の補正式を作成することを特徴とする請求項８記載の制御方法。
10. さらに、前記制御部が、前記イメージシフトずれ量と前記補正量との差分値が、所定の許容値範囲内にない場合、前記補正量を前記偏向量に加減し、前記偏向量を補正した後の荷電粒子線で、前記第ｎ番目の走査位置における画像を取得するステップを備え、
    前記制御部は、当該ステップを前記差分値が前記所定の許容値範囲内に収まるまで繰り返すことを特徴とする請求項８記載の制御方法。
11. 前記補正式を作成するステップでは、前記荷電粒子線を加速させる所望の加速電圧ごとに補正式を作成することを特徴とする請求項８記載の制御方法。
12. 前記補正式を作成するステップでは、
    前記加速電圧の所定の範囲内にある複数の加速電圧を用いて複数の補正式を作成し、
    前記複数の加速電圧、及び、前記複数の補正式の係数の関係から、近似式を作成し、
    前記複数の加速電圧、及び、前記複数の補正式の係数から、前記近似式の係数を計算することにより、任意の偏向量および任意の加速電圧における補正式を作成することを特徴とする請求項１１記載の制御方法。
13. 前記補正式を作成するステップでは、前記第ｎ番目の走査位置までのｎ個の前記補正式を予め作成しておき、
    第ｍ（ｍ≦ｎ）番目の走査位置における補正式から計算した補正量を前記偏向量に加減した補正後の荷電粒子線で、前記第ｍ番目の走査位置における画像を取得するステップをさらに備えることを特徴とする請求項８記載の制御方法。
14. さらに、前記制御部が、前記荷電粒子線が経時変化を起こした要因に基づき、前記作成した前記ｎ個の補正式に前記要因をフィードバックすることで、前記ｎ個の補正式をメンテナンスするステップを備えることを特徴とする請求項１３記載の制御方法。

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