JP6454533B2

JP6454533B2 - 荷電粒子線装置

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Publication number: JP6454533B2
Application number: JP2014252586A
Authority: JP
Inventors: 武史柿沼; 和之平尾; 礼奈山本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-12-15
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Description

本発明は、荷電粒子線装置に係り、特に所望の位置を特定するために用いられるパターンマッチング処理を実行する荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置等では、微細な測定、或いは検査対象パターンに、正確に視野位置や測定位置を設定するために、パターンマッチング法が用いられている。パターンマッチング法は、テンプレートと呼ばれる参照画像を予め用意しておき、荷電粒子線装置によって得られた画像の各位置にて、テンプレートとの相関値を評価することによって、テンプレートに表現されたパターンと同じパターンを特定する手法である。このような位置特定法はアドレッシングとも呼ばれ、アドレッシングパターンと既知の位置関係にある、測定、或いは検査対象パターンの探索に用いられている。特許文献１には、予めレシピに登録されたアドレッシング用のパターンが、アドレッシングパターンとして適切か否かを判定し、不適切であると判断された場合には、低倍率で取得した走査電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）画像から、最適なアドレッシングパターンを選択し、選択されたパターンを含むＳＥＭ画像領域を、テンプレートとして切り出すことによって、テンプレートを更新する手法が説明されている。

特許第５０４３７４１号

上述のように、半導体の測定や検査に用いられるＳＥＭは、レシピと呼ばれる動作プログラムによって、制御される。よって、特許文献１に説明されているようなレシピの最適化処理は、高精度測定や測定の高スループット化等にとって、非常に重要である。一方、レシピの適正化処理には相応の時間を要する。このような処理時間を極力抑制しつつ、高精度、高スループット測定を実現する装置の提供が望まれる。アドレッシング等の条件を変えることなく、適正に測定、検査処理を継続するためには、測定、検査中に、アドレッシングエラーの発生を抑制する処理を含めることが望ましいが、特許文献１には、そのような処理についての説明がない。

以下に、パターンの探索過程において、パターン探索の成功率を高い状態に維持することを目的とする荷電粒子線装置を提案する。更に、予めアドレッシング用のテンプレートを登録することなく、測定或いは検査対象となるパターンに、視野を位置付けることを目的とする荷電粒子線装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの試料への照射に基づいて検出される検出信号に基づいて、前記試料の画像を生成する演算装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記演算装置は、テンプレートとなる第１の画像を用いて、探索対象画像である第２の画像内のサーチを行い、当該第２の画像内に前記第１の画像に相当する領域が検出されなかった場合に、前記第２の画像に表示される領域より大きな領域を示す第３の画像内を、前記第２の画像、或いは当該第２の画像に基づいて形成される第２のテンプレートを用いてサーチする荷電粒子線装置を提案する。

また、上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの試料への照射に基づいて検出される検出信号に基づいて、前記試料の画像を生成する演算装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記演算装置は、前記荷電粒子ビームの走査によって得られた検出信号に基づいて生成される第１の画像に基づいて、テンプレートを作成し、当該テンプレートを用いて、前記第１の画像に表示される領域より大きな領域を示す第２の画像内をサーチし、当該サーチによって検出された第１の位置と、予め登録された第２の位置との間のずれに基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置移動信号を求める荷電粒子線装置を提案する。

上記態様によれば、テンプレートを用いたパターン探索において、パターン探索の成功率を高い状態に維持することが可能となる。更に、上記他の態様によれば、アドレッシングを行わなくとも所望の位置に視野を近づけることが可能となる。

走査電子顕微鏡の概要を示す図。測定、或いは検査対象となるパターン画像の一例を示す図。走査電子顕微鏡の測定工程の一例を示すフローチャート。広域データ上のアドレッシングパターン、撮像画像、及び測定対象パターンの位置関係を示す図。探索対象画像にアドレッシングパターンが表示されていない状態を示す図。走査電子顕微鏡による測定工程の一例を示すフローチャート。取得したＳＥＭ画像をテンプレートとして広域画像データのサーチを行う例を説明する図。走査電子顕微鏡による測定工程の一例を示すフローチャート。走査電子顕微鏡を含む測定システムの一例を示す図。

半導体パターンの測定や検査において、レシピ実行時にアドレッシングエラーが発生した場合、測定点（ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＰｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＰ）を適正に特定するために、レシピの更新を行う場合、知識と技術を有するオペレータが実施しても、多大な時間と労力を費やす。評価が必要な測定点が多い場合には、オペレータの作業時間が増加する。また、レシピ更新に必要な情報を得るために、試料に電子ビームを照射すると、その分、試料の帯電量が増大する。また、レシピの最適化処理によって、装置が長時間占有される。

以下に説明する実施例では、レシピ更新の頻度を抑制しつつ、高いアドレッシングの成功率を維持することが可能な荷電粒子線装置について説明する。

以下に説明する実施例の１つでは、半導体パターン上に設定された測定点を含む領域についての広域データを予め取得しておく。次にレシピ実行時において、アドレッシングに失敗したとき、撮像した画像と広域のデータのマッチングを行い、マッチング位置から予め取得した広域データ上のアドレッシング位置を特定し、装置上のアドレッシングの位置を相対的に特定する。

上記構成によれば、レシピ実行時のアドレッシングエラーの発生の可能性を抑制することが可能となる。

以下に実施例を、図面を用いて説明する。

図１は、走査電子顕微鏡装置の概略を説明する図である。本例の走査電子顕微鏡は、陰極８、第一陽極９、第二陽極１０、収束レンズ１２、絞り板１５、収束レンズ１３、走査コイル１６、二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器１８、及び、対物レンズ１４を有する。走査コイル１６の近傍もしくは同一位置に、１段の偏向コイル３７が配置されている。偏向コイル３７は、対物レンズ１４の軸ずれを補正する対物レンズ用調整器として動作する。

また収束レンズ１３の近傍もしくは同一位置に、非点補正コイル３８及び調整器３９が配置されている。非点補正コイル３８は、Ｘ及びＹ方向の非点を補正するための多極からなるコイルである。調整器３９は、非点補正コイル３８の軸ずれを補正する非点補正コイル調整器として機能する。

本例の走査電子顕微鏡装置は、更に、二次信号用検出器２０、信号増幅器２１、画像メモリ２８、画像表示装置２９、画像処理装置３０、コンピュータ３４、入力装置３５、及び、記憶装置３６を有する。

本例の走査電子顕微鏡装置は、更に、高圧制御電源２３、第一収束レンズ制御電源２４、第二収束レンズ制御電源２５、対物レンズ制御電源２６、走査コイル制御電源２７、対物レンズ用調整器制御電源３１、非点補正コイル用制御電源３２、及び、非点補正コイル用調整器制御電源３３を有する。これらの電源は、コンピュータ３４によって制御される。

陰極８と第一陽極９の間には、高圧制御電源２３により電圧が印加される。それによって、陰極８から、所定のエミッション電流の一次電子線１１が引き出される。陰極８と第二陽極１０の間には、高圧制御電源２３により加速電圧が印加される。それによって、一次電子線１１が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線１１は、収束レンズ１２によって収束され、絞り板１５によって、不要な電子が除去され、収束レンズ１３によって収束され、対物レンズ１４によって、試料ステージ２２上に保持された試料１７上に微小スポットとして収束される。試料ステージ２２には、予め登録されたレシピに記憶された座標情報に基づいて、当該試料ステージ２２を駆動する駆動機構（図示せず）が設けられている。この駆動機構は、後述するコンピュータや演算装置から出力された照射位置移動信号（ステージの場合、駆動機構に供給する信号）に基づいて制御される。

対物レンズ１４は、インレンズ方式、アウトレンズ方式、及びシュノーケル方式（セミインレンズ方式）など、種々の形態をとることができる。また、本例の走査電子顕微鏡は、試料に電圧を印加して一次電子線を減速させるリターディング方式であってもよい。さらに、収束レンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。

一次電子線１１は走査コイル１６によって、試料１７上を二次元的に走査される。一次電子線を照射すると、試料１７から二次電子等が発生する。試料１７から発生する二次信号１９は、対物レンズ１４の上部に進行した後、二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器１８によって、一次電子より分離されて二次信号検出器２０に検出される。二次信号検出器２０で検出された信号は、信号増幅器２１によって増幅された後、画像メモリ２８に転送される。画像メモリ２８に転送された画像は、画像表示装置２９に試料像として表示される。また、走査コイル１６には、走査信号の他に、視野（ＦｉｅｌｄＯｆＶｉｅｗ：ＦＯＶ）を移動させるための偏向信号を供給することができる。このような視野移動は、イメージシフトとも呼ばれ、後述するコンピュータや演算装置から出力された照射位置移動信号（イメージシフトの場合、偏向器に印加される電圧、或いは供給される電流）に基づいて制御される。なお、イメージシフト偏向器と走査偏向器を別の偏向器とするようにしても良い。

走査コイル１６の近傍もしくは同じ位置に１段の偏向コイル３７（対物レンズ用調整器）が配置されており、対物レンズ１４の軸ずれを補正する調整器として動作する。また、対物レンズ１４と絞り板１５との間には、Ｘ及びＹ方向の非点を補正するための多極からなる非点補正コイル３８が配置される。非点補正コイル用制御電源３２によって制御される非点補正コイル３８の近傍、もしくは同じ位置には非点補正コイルの軸ずれを補正する調整器３９（非点補正コイル調整器）が配置される。対物レンズ用調整器３７は対物レンズ用調整器制御電源３１によって制御され、非点補正コイル調整器３９は非点補正コイル用調整器制御電源３３によって制御される。コンピュータ３４には、画像処理装置３０、記憶装置３６、入力装置３５も接続されている。

画像メモリ２８、画像表示装置２９、画像処理装置３０、コンピュータ３４、入力装置３５、及び、記憶装置３６によって、以下に説明するレシピのアドレッシングの最適化処理を実行する。レシピのアドレッシングの最適化処理は、コンピュータ３４によって実行可能なプログラムとして構成される。レシピ及び各種のパターン、テンプレート画像、設計データ、ＳＥＭ画像、撮像条件、光学条件等は、記憶装置３６に記憶されている。

図９は、走査電子顕微鏡を含む測定システムの一例を示す図である。本システムには、ＳＥＭ本体９０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置９０２、及び演算処理装置９０３からなる走査電子顕微鏡システムが含まれている。演算処理装置９０３には、制御装置９０２に所定の制御信号を供給、及びＳＥＭ本体９０１にて得られた信号の信号処理を実行する演算処理部９０４と、得られた画像情報や、レシピ情報を記憶するメモリ９０５が内蔵されている。なお、本実施例では、制御装置８０２と演算処理装置８０３が別体のものとして説明するが一体型の制御装置であっても良い。

偏向器によるビーム走査によって、試料から放出された電子、或いは変換電極にて発生した電子は、検出器にて捕捉され、制御装置９０２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。演算処理装置９０３に内蔵されるＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェアによって、目的に応じた画像処理が行われる。

演算処理部９０４には、設計データ記憶媒体９１２に記憶された設計データに基づいて、半導体デバイスパターンの配列を示すレイアウトデータを作成するレイアウトデータ作成部９０６が含まれている。レイアウトデータ作成部９０６では、設計データ記憶媒体９１２に記憶されたベクトルデータをパターンの配置や形状を示すレイアウトデータに変換する。また、演算処理部９０４には、ＳＥＭ本体で得られた検出信号に基づいて形成される画像、或いは上記レイアウトデータに基づいて得られる画像から、テンプレートマッチング用のテンプレートを作成するテンプレート作成部９０７が含まれている。更に、作成されたテンプレートを用いたマッチング処理を行うマッチング処理実行部９０８が含まれている。

マッチング処理部９０８では、探索対象画像内で、テンプレートを用いたサーチを行い、探索対象画像の各部位でテンプレートとの相関値を求め、相関値が所定条件を満たす（例えば相関値が最も高い、或いは相関値が所定値以上）位置を、マッチング位置として検出する。

ずれ量演算部９０９では、マッチング位置と予め登録された所定位置とのずれを算出する。ずれの演算は例えば、画像上の２点間の距離を算出することによって行われ、そのずれを相殺するイメージシフト偏向器の偏向信号やステージの駆動信号が求められる。また、測定処理実行部９１０では、検出器によって検出された信号に基づいて、波形プロファイルを生成し、当該生成された波形プロファイルに基づいて、或いは信号波形を一次微分、或いは二次微分することによって得られる信号波形に基づいて、パターン寸法を測定する。

輪郭線抽出部９１１は、ＳＥＭ画像のエッジ部分を細線化することによって、ＳＥＭ画像に表示されたパターンの輪郭線を抽出する。輪郭線は、例えばエッジの各点について、当該エッジに直交する方向の輝度プロファイルを形成し、当該輝度プロファイルのピーク部分を繋ぐような処理に基づいて形成する。

演算処理装置９０３とネットワークを経由して接続されている入力装置９１３に設けられた表示装置には、操作者に対して画像や測定結果等を表示するＧＵＩが表示される。

なお，演算処理装置９０３における制御や処理の一部又は全てを，ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機等に割り振って処理・制御することも可能である。また、入力装置９１３は、測定や検査等に必要とされる電子デバイスの座標，パターンの種類、撮影条件（光学条件やステージの移動条件）を含む測定条件を、撮像レシピとして設定する撮像レシピ作成装置としても機能する。また、入力装置９１３は、入力された座標情報や、パターンの種類に関する情報を、設計データのレイヤ情報やパターンの識別情報と照合し、必要な情報を設計データ記憶媒体９１２から読み出す機能も備えている。

設計データ記憶媒体９１２に記憶される設計データは、ＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。また、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、図形データは、設計データに基づいて形成されるパターンの理想形状を示す線分画像情報に替えて、露光シミュレーションを施すことによって、実パターンに近くなるような変形処理が施された線分画像情報であっても良い。

図２は、半導体パターンの検査に用いる配線パターンの画像３００の例を示す。配線パターンの検査では、評価対象である測定点（ＭＰ）３０１のほかに、アドレッシングポイント又はアドレッシング用パターン３０２、オートフォーカスポイント又はオートフォーカス用パターン３０３、オートスティグマポイント又はオートスティグマ用パターン３０４が用いられる。

配線パターンにおける評価対象である測定点３０１は予め設定されている。低倍率の画像上で、測定点３０１を探すのは困難である。そこで、測定点３０１の近傍に、容易に見つけることができる特徴的パターン又は形状等を設定する。これが、アドレッシング用パターン３０２である。アドレッシング用パターン３０２と測定点３０１の間の偏差（座標）は既知である。アドレッシングとは、アドレッシング用パターン３０２を探し、そこから測定点３０１に到達する処理である。先ず、比較的低倍率の広い画像上で、アドレッシング用パターン３０２を探し出す。次に、比較的高倍率の画像上にて、所定の偏差だけ、視野を移動させる。それによって、測定点３０１が視野の中心となる画像が得られる。

オートフォーカス用パターン３０３は、オートフォーカス調整を行うために用いるパターンである。また、オートスティグマ用パターン３０４は、オートスティグマ調整を行うために用いるパターンである。通常、オートフォーカス及びオートスティグマ調整は、測定点３０１以外の点にて行う。これは、測定点に電子ビームを繰返し照射すると、試料表面が損傷する。それを回避するために、オートフォーカス用パターン３０３とオートスティグマ用パターン３０４は測定点３０１とは異なる点に設定する。オートフォーカス用パターン３０３及びオートスティグマ用パターン３０４から測定点３０１までの偏差（座標）は予め登録されている。

測定点３０１、アドレッシング用パターン３０２、オートフォーカス用パターン３０３、及び、オートスティグマ用パターン３０４は、撮像ポイントと称される。これらの撮像ポイントの座標、パターンのサイズ及び形状、撮像シーケンス、撮像条件、及び、アドレッシング用パターン３０２のテンプレート画像は、撮像レシピとして管理される。

アドレッシング用パターンと測定点の間の偏差は、テンプレートとして予め登録された座標既知のアドレッシング用パターンのＳＥＭ画像と、実際の撮像シーケンスにおいて撮像されたＳＥＭ画像（実撮像テンプレート）とを比較し、両者の偏差を求めることにより得られる。

図３を参照して走査電子顕微鏡装置によって、測長を行う処理を説明する。測長を行う処理の手順、設定条件等は、予めレシピとして設定されている。従って、レシピを実行することにより、パターンの測長が行われる。通常のレシピの実行処理を説明する。ステップＳ１０１にてアライメントを実行する。ステップＳ１０２にて、測長点の座標へ視野を移動する。それによって、測定点を含む視野が得られる。ステップＳ１０３にて、アドレッシングを行う。先ず、アドレッシングパターンを探す。ステップＳ１０４にて、アドレッシングパターンを検出し、アドレッシングに成功する。次に、アドレッシングパターンから所定のオフセット量だけ視野を移動させる。それによって、測定点（ＭＰ）が中心に配置された視野が得られる。尚、アドレッシングパターンから測定点（ＭＰ）までのオフセット量は予め登録されている。ステップＳ１０５にて、測定点（ＭＰ）からオートフォーカス用パターンに移動し、オートフォーカスを行う。また、測定点（ＭＰ）からオートスティグマ用パターンに移動し、オートスティグマを行う。測定点（ＭＰ）からオートフォーカス用パターン及びオートスティグマ用パターンまでの偏差は予め登録されている。オートフォーカス調整及びオートスティグマ調整を行ったのちに、ステップＳ１０６にて測長を行う。

図３を参照して、本実施例によるレシピの実行処理を説明する。本実施例によると、レシピを実行するとき、ステップＳ１０３にて、アドレッシングを行いＳ１０４にて、アドレッシングパターンの検出にてアドレッシングに失敗した場合において、Ｓ１０７にて現在位置の視野画像と予め作成した広域データとのマッチングを行う。広域のデータとは予めレシピ作成時にオペレータが準備しておいた測定点やアドレッシングパターンを含む大領域の設計データである。Ｓ１０８にて広域データ上の視野画像のマッチング位置から広域データ上でのアドレッシングパターンの相対位置を特定する。Ｓ１０９にて視野画像の位置から装置上のアドレッシング位置へＳ１０８の結果を元に移動する。Ｓ１０３にて再度アドレッシングを行い、アドレッシングパターンを検出し、Ｓ１０４にてアドレッシングを成功させ測定点の位置を特定する。

Ｓ１０８では、図４に例示するような原理に基づいて、相対位置を算出する。具体的には、撮像した画像４０２と広域データ４０１のマッチングを行い設定した基準位置（例えば視野画像中心）（ｘ１，ｙ１）と、広域データ上でのアドレッシングパターン４０３が存在する位置との差分（Δｘ，Δｙ）から、広域データ上でのアドレッシングパターン４０３が存在する位置（ｘ１＋Δｘ，ｙ１＋Δｙ)を求める。広域データ上のアドレッシングパターン４０３、測長点４０４の座標は既知である。

図５は、アドレッシングが成功しなかったときに、アドレッシングのために取得した探索対象画像（被サーチ画像）をテンプレートとして、広域データ内でサーチを行う更に他の例を示す図である。

図５は、ステージ移動によって、座標（ｘ_t，ｙ_t）に視野を位置付け、領域５０１の画像を取得し、テンプレート５０３（第１の画像）を用いて、領域５０１（探索対象視野）の画像（第２の画像）内をサーチすることによって、被探索パターン５０２を検出する例を示している。被探索パターン５０２と測定対象パターン５０６は既知の位置関係（Δｘ，Δｙ）にあるため、領域５０１内で被探索パターン５０２が検出できれば、（Δｘ，Δｙ）分、ビームを偏向する信号を偏向器に供給することで、高倍視野５０７の画像の取得が可能となる。被探索パターン５０２が領域５０１の中心にない場合、或いはもともと領域５０１の中心に被探索パターン５０２を設定していない場合は、そのずれ分の重畳した偏向信号を偏向器に供給する。

図５では、本来の領域５０１の位置ではなく、視野が矢印５０８方向にずれ、領域５０４の画像を、探索対象画像として取得した例を示している。

図６は、半導体デバイスの測定工程を示すフローチャートである。真空排気された試料室に試料を導入し、試料をステージ上に載置した後、予めメモリ９０５等に記憶されたレシピ条件に従って、ステージを駆動する（ステップ６０１、６０２）。本例では、座標（ｘ_t，ｙ_t）に視野中心（電子ビーム光軸直下）が位置づけられるように、ステージ駆動する。座標（ｘ_t，ｙ_t）に視野を位置付けた後、探索対象画像を取得する（ステップ６０３）。そして、マッチング処理実行部９０８は、探索対象画像内で、テンプレート５０３を用いたパターンサーチ（マッチング処理）を実行する（ステップ６０４）。この際、図５に例示するように、領域５０４の探索対象画像内には、被探索パターン５０２が含まれていないので、その位置を特定することができず、サーチに失敗することになる。なお、サーチの成否は例えば、テンプレートと画像との間の相関値が所定値以上の領域を検出できた場合には、当該領域をマッチング位置とし、サーチ領域内で得られた相関値が、いずれも所定値未満であったような場合は、マッチング失敗と判断し、マッチング失敗時の処理ステップに移行する。

マッチング失敗時には、探索対象画像として取得した領域５０４の画像をテンプレートとしたサーチ処理を実行する（ステップ６０５）。

この場合の探索対象画像は、設計データ記憶媒体９１１に記憶された設計データに基づいて、レイアウトデータ作成部９０６によって作成されたレイアウトデータであり、領域５０４より大きな領域の画像（第３の画像）である。レイアウトデータには各部位の座標情報が予め記憶されており、サーチ処理によって、レイアウトデータ上の領域５０４の座標を特定することが可能となる。また、レイアウトデータ上でのサーチを高精度に行うべく、輪郭線抽出部９１１では、領域５０４のＳＥＭ画像内のエッジ部分について、輪郭線抽出を行い、テンプレート作成部９０７では、当該輪郭線画像に基づいて、テンプレートを生成するようにしても良い。レイアウトデータは、パターンの輪郭を示す線図であるため、相関値計算の対象となるテンプレートも輪郭線データ化し、テンプレートとレイアウトデータ間の対応点間の距離に応じて、相関を求めるようにすると良い。

上述のようにレイアウトデータは、座標情報を持っているため、マッチング位置のレイアウトデータ上の座標情報（図５の例では（ｘ_d，ｙ_d））を検出することが可能となる。ずれ量演算部９０９では、（ｘ_d，ｙ_d）と、予め記憶されているレイアウトデータ上の本来の視野中心（ｘ_t，ｙ_t）との差分を求めることによって、現在の視野位置と、本来位置合わせをしたかった視野位置とのずれ（Δｘ_d1，Δｙ_d1）を求める（ステップ６０６）。なお、ステップ６０５のサーチ処理も失敗した場合、装置の不具合等で視野位置が大きくずれていることが考えられるため、入力装置９１２の表示装置等にエラーメッセージを表示する（ステップ６０７）。

以上のようにして求められたずれ量（Δｘ_d1，Δｙ_d1）と、既知の距離情報である（Δｘ，Δｙ）から現在のビーム照射位置と、測定対象となるパターンを測定するための視野中心との差分（Δｘ−Δｘ_d1，Δｙ−Δｙ_d1）を求め、当該ずれ分に相当する偏向信号（照射位置移動信号）を偏向器に供給すれば、高倍視野５０７の視野中心にビームを偏向することが可能となる（ステップ６０９）。一方で、光軸中心から測定対象パターンまでの距離が大きいと、ビームが光軸より大きく離間することになり、像が歪む可能性があるため、光軸からの距離が所定値以上の位置にビームを偏向することになるような場合は、光軸と移動先の座標情報との差分情報に基づいて、ステージを移動することによって、ビーム光軸と測定対象パターンを近接させる処理を実行する。

高倍視野５０７にビーム照射位置を位置付けた後、測定対象パターンにビーム走査を行い、測定処理実行部９１０は、測定パターンの測長を実行する（ステップ６１０、６１１）。なお、図６の例では、ステップ６０９のビームシフト後、測定用のビーム走査（高倍率観察）を行っているが、予め登録されたテンプレートと比較すると、ステップ６０３で取得された探索対象画像は低倍率であるため、相対的に位置合わせ精度が低い場合がある。このような場合は、ステップ６０９の後、更に、テンプレート５０３を用いたサーチを行うと良い。探索対象画像を用いたサーチによって、おおよそ正確な位置に視野が位置づけられているので、ステップ６０９のビームシフト後に取得した探索対象画像には、被探索パターン５０２が含まれる可能性が高く、アドレッシングの成功率を向上させることができる。演算処理部９０４、或いは制御装置９０２では、ステップ６０９のビームシフト後に取得した探索対象画像上で実施したサーチに基づいて、現在のビーム照射位置を特定し、現在の照射位置座標と、測定対象パターンの座標との差分に基づいて、ビームの偏向信号を生成する。

以上のように、アドレッシングが失敗したときに、選択的に探索対象画像を用いたサーチを行うことによって、アドレッシングエラーが発生した場合であっても、測定、検査処理を継続することが可能となる。

本実施例は、広域データに設計データを使用する変わりにＳＥＭ像を適用するものである。図１〜図３を参照し、実施例１から変更があるステップのみ、以下に示す。

Ｓ１０６：現在位置の視野画像と予め準備していた広域のＳＥＭ像とのマッチングを行う。広域のＳＥＭ像とは予めレシピ作成時にオペレータが準備しておいた測定点やアドレッシングパターンを含む大領域のＳＥＭ像である。広視野の画像を得るには、低倍率にて撮像する。しかしながら、低倍率にすると、画素あたりの表示領域が大きくなり、解像度が低下する。この場合には、画像取得時のフレーム枚数を増やしたり、画素数を増やしたり、高倍率の画像を接合して広視野の画像を生成してよい。それによって、解像度低下は回避できる。このように変更することにより、設計データを使用しないシステム構成においても、アドレッシングの最適化を図ることができる。

実施例１、２では、アドレッシングが失敗したときに、探索対象画像を用いて、サーチ処理を行う例について説明したが、以下に説明する実施例では、予め登録されたテンプレートを用いたアドレッシングを行うことなく、ＳＥＭ画像を取得し、当該ＳＥＭ画像に基づいて形成されるテンプレートを用いて、視野位置を特定する例について説明する。図７は、試料上の座標（ｘ_t，ｙ_t）を中心とした領域７０１にビーム照射を行うべく、ステージ移動を行ったときに、実際には領域７０２の画像が取得された例を示す図である。即ち、試料帯電やステージの停止精度の影響により、目的の視野位置（領域７０１）からずれて視野（領域７０２）が設定された状態を示す図である。

図８は、予め登録されたテンプレートを用いることなく、測定対象パターンに測定用の視野を位置付ける工程を示すフローチャートである。まず、ＳＥＭに試料を導入し、予め登録された座標情報（測定対象パターンの座標）にビームの照射位置が位置づけられるように、ステージ移動を行う（ステップ８０１、８０２）。ステージ移動後、ＳＥＭ画像を取得する（ステップ８０３）。このＳＥＭ画像は、輪郭線抽出部９１１にて、輪郭線抽出処理が行われ、輪郭線画像となり、テンプレート作成部９０７では、当該輪郭線画像に基づいてテンプレートを形成する。更に、形成されたテンプレートを用いて、当該テンプレートより広い領域のレイアウトデータ７０３内をサーチする（ステップ８０４）。レイアウトデータ７０３内でマッチングが成功した場合には、レイアウトデータ上のＳＥＭ画像取得位置（ｘ_d，ｙ_d）と、測定対象パターン５０６の中心座標（ｘ_t，ｙ_t）（或いは本来位置合わせを行いたかった視野の中心座標）との距離（Δｘ_d1，Δｙ_d1）を求める（ステップ８０５）。

一方、マッチングに失敗した場合、即ち、テンプレートに含まれるパターンと同じと思われるパターンが検出できない場合は、サーチ領域を拡大してマッチング処理を続行する（ステップ８１０）。例えば、サーチ領域の拡大を行う場合、例えばもとのサーチ領域の整数倍の大きさのサーチ領域を設定し、既サーチ領域以外の拡大サーチ領域をサーチする。なお、ステップ８１０のサーチ処理も失敗した場合、装置の不具合等で視野位置が大きくずれていることが考えられるため、入力装置９１２の表示装置等にエラーメッセージを表示する（ステップ８１１）。

ステップ８０４におけるマッチングに成功した場合、（Δｘ_d1，Δｙ_d1）分、ビーム照射位置を偏向すれば、測定対象パターン５０６に視野中心に位置付けることができる。一方、（Δｘ_d1，Δｙ_d1）分、偏向したときに、光軸からビーム軌道が大きく離間するようになると、像が歪む可能性があるため、光軸と視野移動先の距離を求め、その距離が所定値を超えるような場合に、再度、ステージ移動を行うようにしても良い（ステップ８０６）。

視野移動（ビームシフト）後、測定用のビームを走査することによって、測長を実行する（ステップ８０７、８０８、８０９）。

以上のように、実際のレシピ実行時に取得した画像を用いたマッチング処理を行うことによって、アドレッシングを行わなくても、所望の位置に視野を近づけることが可能となる。

また、測定点が広域テンプレートに複数含まれるようなレシピを作成した場合、測定点(１点目)の広域テンプレートを使用した位置合わせ(補正)が正確に行えれば、広域テンプレート内の他の測定点(２点目以降)に関しては、１点目の補正量を加味したステージ移動でダイレクトに移動することが可能なため、広域テンプレート内の２点目以降はステージ移動後のアドレッシングを行わなくても測長を行うことが可能となる。

具体的には、広域テンプレート内の複数の測定点を測定する場合、第１点目については、広域テンプレートを用いた位置特定を行った後に、アドレッシングを行い、２点目以降については広域テンプレートを用いた位置特定と、第１点目のアドレッシングによって特定された位置ずれ情報に基づいた視野位置によって、視野合わせを行うようにすると良い。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

８…陰極、９…第一陽極、１０…第二陽極、１１…一次電子線、１２…第一収束レンズ、１３…第二収束レンズ、１４…対物レンズ、１５…絞り板、１６…走査コイル、１７…試料、１８…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、１９…二次信号、２０…二次信号用検出器、２１…信号増幅器、２２…試料ステージ、２３…高圧制御電源、２４…第一収束レンズ制御電源、２５…第二収束レンズ制御電源、２６…対物レンズ制御電源、２７…走査コイル制御電源、２８…画像メモリ、２９…画像表示装置、３０…画像処理装置、３１…対物レンズ用調整器制御電源、３２…非点補正コイル用制御電源、３３…非点補正コイル用調整器制御電源、３４…コンピュータ、３５…入力装置、３６…記憶装置、３７…対物レンズ用調整器、３８…非点補正コイル、３９…非点補正コイル用調整器

Claims

荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの試料への照射に基づいて検出される検出信号に基づいて、前記試料の画像を生成する演算装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記演算装置は、テンプレートとなる第１の画像を用いて、探索対象画像である第２の画像内のサーチを行い、当該第２の画像内に前記第１の画像に相当する領域が検出されなかった場合に、前記第２の画像に表示される領域より大きな領域を示す第３の画像内を、前記第２の画像、或いは当該第２の画像に基づいて形成される第２のテンプレートを用いてサーチすることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１において、
前記演算装置は、前記第２のテンプレートを用いたサーチの後、再度、前記第１の画像を用いたサーチを実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１において、
前記演算装置は、前記第２の画像又は第２のテンプレートによるサーチによって特定される座標と、前記第１の画像を用いたサーチによって特定される座標に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置移動信号を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項３において、
前記荷電粒子ビームの照射位置を偏向する偏向器を備え、当該偏向器は、前記照射位置移動信号に基づいて、前記荷電粒子ビームを偏向することを特徴とする荷電粒子線装置。