JP6470654B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。
半導体デバイスや磁気ディスクの製造プロセスにおいて、試料上に電子線やイオンビームなどの荷電粒子線（以下、一次ビーム）を照射し、発生した二次電子等の二次荷電粒子の信号を取得し、試料上に形成されたパターンの形状や寸法を測定する荷電粒子線測長装置、欠陥の有無を調べる荷電粒子線検査装置などが用いられている。このような荷電粒子線装置としては、従来、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）式の装置が使用されてきた。
近年では、半導体デバイスの微細化は限界に近づきつつあり、微細化に代わる高集積化への取り組みとしてデバイス構造の三次元化が推進されている。三次元デバイスの検査、計測を行う際には、凹凸を有する試料表面の一番高い部分と低い部分の情報を両方ともに取得することが要求されるため、ＳＥＭの焦点深度を深くする必要がある。焦点深度とは、観察の際のジャストフォーカスからのずれの許容範囲のことである。フォーカスのずれによる電子ビームのボケは電子ビームの試料上開き角が大きい程増大するので、焦点深度を深くするためには開き角を小さくする必要がある。しかし、開き角を小さくすると、電子の波動性により生じ、開き角に反比例して小さくなる回折収差が増大し、分解能が劣化するという物理的制約がある。すなわち、焦点深度と分解能はトレードオフの関係にある。
ここで、投影露光装置においては、焦点深度を向上するための手段として、光学系の光軸上に遮光板のある開口絞りを配置する変形照明技術が提案されている。例えば特許文献１においては、輪帯開口や四重極開口に加え、様々な有効光源形状を形成する開口の例が示されている。また、特許文献２には、これらの変形照明のうち、輪帯照明を荷電粒子線装置に応用した例が示されており、輪帯開口アパチャを通過した電子ビームをプローブ状に集束する方法が示されている。この方法によれば、分解能の向上と焦点深度の向上の両立を可能とする走査形荷電粒子顕微鏡が提供できる。
また、光学写真の高解像化手法としてデコンボリューション法がある。デコンボリューション法は、取得した画像からビームプロファイルの情報のみを除去することにより、元の画像を鮮鋭化する手法である。たとえば特許文献３には、撮像カメラ光学系の瞳面において、瞳面内座標に対して３次関数で与えられる位相分布を与えることによって焦点ずれに対する点像のぼけを均一化し、均一なぼけをデコンボリューション法によって除去して光学系の被写界深度や焦点深度を拡大する方法が示されている。なお、特許文献３に示されている輪帯構造は回転対称な位相分布のことであり、特許文献１や２に示されている輪帯開口とは異なるものであることに注意が必要である。また、特許文献４には、荷電粒子線装置にデコンボリューションを施した例が示されている。
特開２００４−６３９８８公報 特開２００２−１２４２０５号公報 特開２０１４−１９７１１５号公報 特開２００５−３０２３５９公報
発明者等は、微細で大きな段差を有する試料であっても良好な試料表面の画像を取得するために、光分野で有効であった輪帯開口アパチャに着目し、それを備えた特許文献２に記載の荷電粒子線装置について検討した。その結果、焦点深度は改善されるものの、分解能は（定義によらず）劣化することを見出した。そこで、分解能劣化の原因やその低減策について更に検討した。
例えば輪帯照明や四重極照明等の変形照明を使用した際に形成されるビームプロファイルは、通常照明と比較してメインピークが細くなる一方でサイドローブが高い形状となる。このため、取得されるＳＥＭ画像の見た目の分解能が劣化すると考えられ、この解決手段としてＳＥＭ画像からビームプロファイルの情報を除去するデコンボリューション法が有効と考えられる。しかしながら、デコンボリューション法では、画像を形成するビームプロファイルをあらかじめ取得しておくことが必須であるが、ＳＥＭのビームプロファイルは直接計測する手法がない。また、ノイズの多いＳＥＭ画像ではデコンボリューション法を適用した場合には高周波ノイズを増大するという課題がある。
本発明の目的は、焦点深度の向上および分解能の維持・向上の両立が可能な荷電粒子線装置を提供することにある。
上記目的を達成するための一実施形態として、荷電粒子源と、変形照明絞りと、レンズと、演算部と、記憶部とを備え、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子線を前記変形照明絞りと前記レンズとを介して試料上に照射して発生する信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置であって、
前記演算部は、前記荷電粒子線のビームプロファイルを推定するビーム演算処理を実行するビーム演算処理部と、前記推定されたビームプロファイルを用いて前記画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部とを備え、前記鮮鋭化処理は、前記推定されたビームプロファイルを前記推定されたビームプロファイルとは別に仮定された第二のビームプロファイルに変換する処理であることを特徴とする荷電粒子線装置とする。
また、荷電粒子源と、変形照明絞りと、対物レンズと、演算部及び記憶部を含む制御部と、表示部を含む入出力部とを備え、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子線を前記変形照明絞りと前記対物レンズとを介して試料上に照射して発生する信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置であって、
前記演算部は、前記荷電粒子線のビームプロファイルを推定するビーム演算処理を実行するビーム演算処理部と、前記推定されたビームプロファイルを用いて前記画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部とを備え、
前記表示部は、前記推定されたビームプロファイルを用いて鮮鋭化された前記画像の再構成画像と、第１条件で取得した第１画像に対応する第１再構成画像と、第２条件で取得した第２画像に対する第２再構成画像と、
前記第１再構成画像と前記第２再構成画像との比較結果とを表示するものであることを特徴とする荷電粒子線装置とする。
本発明によれば、焦点深度の向上および分解能の維持・向上の両立が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。
本発明の第１の実施例に係る荷電粒子線装置（電子線観察装置）の全体概略構成を説明するための図である。 荷電粒子線装置で用いる照明用開口形状を示す平面図であり、Ａは従来の円形開口絞りの開口形状、Ｂ乃至Ｈは第１の実施例に係る荷電粒子線装置で用いる各種変形照明絞りの開口形状の例を示す。 第１の実施例に係る荷電粒子線装置におけるビームプロファイル推定用フローチャートである。 第１の実施例に係る荷電粒子線装置の表示装置におけるビームプロファイル推定画面を示す図である。 第１の実施例に係る荷電粒子線装置における試料観察のフローチャートである。 第１の実施例に係る荷電粒子線装置の表示装置における試料観察画面を示す図である。 第１の実施例に係る荷電粒子線装置における寸法計測手順を示すフローチャートである。 第３の実施例に係る荷電粒子線装置の表示装置における試料観察画面を示す図である。 第３の実施例に係る荷電粒子線装置における光学伝達関数を示す図であり、Ａは２種類の条件における光学伝達関数を、Ｂは鮮鋭化処理後の光学伝達関数を示す。 第３の実施例に係る荷電粒子線装置における鮮鋭化フローチャートである。 第４の実施例に係る荷電粒子線装置（電子線観察装置）の概略構成を説明する図であり、Ａは円形開口絞り及び変形照明絞りを使用する場合、Ｂは変形照明絞りを退避させ円形開口絞りのみ使用する場合、Ｃは円形開口絞りを退避させ変形照明絞りのみ使用する場合、Ｄ〜ＦはＡの部分拡大図であり、Ｄは一次ビームが放射状に広がりながら円形開口絞り及び変形照明絞りに照射される場合、Ｅは一次ビームが円形開口絞りと変形照明絞りとの間にクロスオーバーが形成される場合、Ｆは円形開口絞りと変形照明絞りとの間にレンズが配置されている場合を示す。 第５の実施例に係る荷電粒子線装置における変形照明絞りの平面図である。 第６の実施例に係る荷電粒子線装置（電子線観察装置）の概略構成を説明する図であり、Ａは偏向器１３０１〜１３０３を動作させていない場合、Ｂは偏向器１３０１〜１３０３を動作させた場合を示す。
以下、本発明の数々の実施例について、図面に基づき詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、電子線を使用した試料の観察・検査装置における実施例を示すが、イオンビームを使用する場合、また、計測装置や一般的な電子顕微鏡の場合においても本発明の効果は失われない。
本発明の第1の実施例に係る荷電粒子線装置について、図１乃至図７を用いて説明する。
まず、荷電粒子線装置構成について電子線観察装置を例に説明する。図１は、本実施例に係る電子線観察装置の概略全体構成を示す図である。電子源１０１から電子線１０２が引出される下流方向には、変形照明絞り１０３、検出器１０４、走査偏向用偏向器１０５、対物レンズ１０６が配置されている。更に、電子光学系には、一次ビームの中心軸（光軸）調整用アライナ、収差補正器等も付加されている（図示せず）。なお、本実施例における対物レンズ１０６は励磁電流によってフォーカスを制御する電磁レンズである例を示すが、静電レンズまたは電磁レンズと静電レンズの複合であってもよい。ステージ１０７は上にウェハ、すなわち試料１０８を載置して移動する構成となっている。電子源１０１、検出器１０４、走査偏向用偏向器１０５、対物レンズ１０６、ステージ１０７の各部には制御装置１０９が接続し、さらに制御装置１０９にはシステム制御部１１０が接続している。
システム制御部１１０は、機能的には記憶装置１１１、演算部１１２が配置され、表示装置を備えた入出力部１１３が接続されている。また、図示していないが、制御系、回路系以外の構成要素は真空容器内に配置しており、真空排気して動作させていることは言うまでもない。また、真空外からウェハをステージ上に配置するウェハ搬送系が具備されていることも言うまでもない。
なお、システム制御部１１０は、より具体的には、演算部１１２である中央処理部や記憶装置１１１である記憶部を備えた構成とし、この中央処理部を上述の演算部１１２として記憶装置１１１に記憶されたプログラム等を実行させることにより、欠陥検査や寸法計測にかかわる画像処理、あるいは制御装置１０９等の制御を行うことができる。本明細書において、このシステム制御部１１０、入出力部１１３、制御装置１０９等をも含め、制御部と総称する場合がある。更に、入出力部１１３は、キーボードやマウス等の入力手段と、液晶表示デバイスなどの表示手段が、入力部、出力部として別構成とされていても良いし、タッチパネルなどを利用した一体型の入出力手段で構成されていても良い。なお、符号１２０は、ビームプロファイルを推定するビーム演算処理部、符号１２１は、推定されたビームプロファイルを用いて画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理部、符号１２２は第一の推定ビームプロファイルを使用して鮮鋭化処理を行って得られた第一の再構成画像と第二の推定ビームプロファイルを使用して鮮鋭化処理を行って得られた第二の再構成画像とが同一（許容範囲内）であるかを比較する比較処理部である。
次に、本実施例の電子線観察装置を用いて実施される画像観察に関して説明する。電子源１０１から放出された電子線１０２は対物レンズ１０６によってそのフォーカスを制御され、試料１０８上にビーム径が極小になるように集束される。走査偏向用偏向器１０５は電子線１０２が試料１０８の定められた領域を走査するように制御装置１０９により制御される。試料１０８の表面に到達した電子線１０２は、表面付近の物質と相互に作用する。これにより、反射電子、二次電子、オージェ電子等の二次的な電子が試料から発生し、取得すべき信号となる。本実施例においては信号が二次電子である場合について示す。電子線１０２が試料１０８に到達した位置から発生した二次電子１１４は検出器１０４により検出される。検出器１０４から検出される二次電子１１４の信号処理が、制御装置１０９から走査偏向用偏向器１０５に送られる走査信号と同期して行われることによりＳＥＭ画像が形成され、試料１０８の観察が実施される。なお、本実施例においては、検出器１０４は対物レンズ１０６や走査偏向用偏向器１０５より上流に配置したが、配置の順序は入れ替わっていてもよい。また、図示しないが電子源１０１と対物レンズ１０６の間には電子線の光軸を補正するアライナが配置され、電子線の中心軸が絞りや電子光学系に対してずれている場合に補正できる構成となっている。
ここで、本実施例においては電流制限電子源１０１から試料１０８の間には変形照明絞り１０３が設けられており、これにより所望の電子線を選択し、絞りを通過させるように構成している。電子線装置の光学系に収差がないと仮定する場合、電子線の試料上のビームプロファイル形状は変形照明絞り１０３の開口形状のパワースペクトル（フーリエ変換の絶対値の２乗）として一意に定まる。
Figure 0006470654
（１）式において、Ａは絞り形状、Ｐはビームプロファイルであり、ＦＴはフーリエ変換を示す。回折収差はビームプロファイルの拡がりの寸法で表され、（１）式に対して波長λと開き角αの比を掛けて伸び縮みさせることで得られる。（１）式から、変形照明絞り１０３が様々な開口形状となることで回折収差を制御することができる。
変形照明絞り１０３の開口形状の例を図２のＢ〜Ｈに示す。なお、図２のＡは従来使用されている円形開口である。図２のＢ及びＣが輪帯開口、Ｄが四重極開口、Ｅが四角開口、Ｆが楕円開口、Ｇ及びＨは更に複雑な開口形状の場合である。いずれの場合であっても、電子線１０２が変形照明絞り１０３に到達した際に、遮蔽部２０１に到達した電子線は遮蔽され、開口部２０２に到達した電子線のみが変形照明絞り１０３を通過する。図２のＡの円形開口は中心に対して回転対称な開口形状であり、方向依存性のないビームプロファイルを形成するのに用いる。図２のＢ及びＣの輪帯開口は、中央遮蔽部２０３を持ち、電子線の中心が遮蔽され、外側の電子線のみを選択する。この中央遮蔽部２０３を中空に配置するため、中央遮蔽部支持部２０４が遮蔽部２０１と中央遮蔽部２０３を接続している。図２のＢは中央遮蔽部支持部２０４が４本の場合、図２のＣは中央遮蔽部支持部２０４が３本の場合をそれぞれ示している。なお、図２のＢまたはＣに示した中央遮蔽部２０３の大きさと、中央遮蔽部支持部２０４の大きさ及びその本数は一例であり、様々な変形を取り得、その形状に応じて形成されるビームプロファイルも変化する。図２のＤの四重極開口は、図２のＢ及びＣの輪帯開口と同様に外側の電子線のみを選択し、中央遮蔽部支持部２０４の代わりに選択する電子線を四箇所に限定している。図２のＢ、Ｃ、Ｄのいずれの場合も中心を遮蔽し、外側の光のみを選択的に使用することでフォーカスがずれた状態でも電子線の位相が揃い、焦点深度が向上する。また、図２のＡ、Ｂ、Ｃが方向依存性のないビームプロファイルを形成するのに対し、Ｄ、Ｅ、Ｆは方向依存性のあるビームプロファイルを形成するために用いられる。図２のＤ、Ｅはビームプロファイル形状が四角に近くなるため、半導体デバイス等のように、試料のパターンの形状が四角形である場合に用いられ、図２のＦは水平方向と垂直方向の回折収差の大きさが変わるために、例えば、ラインアンドスペースのように、一次元の形状を持つ試料の観察に使用する。そのほかに、図２のＧ、Ｈ等のような複雑な形状をとることも可能である。なお、（１）式には回折収差の影響のみを示したが、電子線観察装置を構成する各種光学素子が発生する収差を考慮すれば、収差の影響を考慮したビームプロファイルを計算できる。
このように、変形照明絞り１０３の開口形状に応じて所望のビームプロファイルを得ることができるが、このビームプロファイルの拡がりはナノメートルオーダーで非常に小さいため、実際に形状を確認或いは測定することができない。そこで、本実施例では以下に示す２種類の条件を使用する方法にてこのビームプロファイルを推定する。ビームプロファイルを推定する手順に関して、図３及び４を使用して説明する。図３はビームプロファイルを推定するためのフローチャートである。オペレーターは、表示装置を備えた入出力装置１１３を介してビームプロファイルの推定を開始する（図３中ステップＳ３０１）。表示装置には図４に示すようなビームプロファイル推定画面が現れる。以下、特に断らない場合は図４を参照する。オペレーターは条件選択部４０１における条件１及び条件２の二つの条件を選択し、決定ボタン４０２を押下する（ステップＳ３０２）。本実施例においては、この二つの条件は変形照明絞り１０３の種類と各種光学条件の組合せとした。なお、本実施例においては開口条件と光学条件をそれぞれ直接選択する例について示したが、これらを組合せた条件として別途記憶装置１１１に保存しておき、プルダウンから選択できるようにしてもよい。変形照明絞り１０３の選択に関しては、図４においては、条件１に円形開口、条件２に輪帯開口を選択した場合を示した。また、光学条件は、レンズのフォーカス条件や、電子ビームのビーム電流、開き角、加速電圧、及び光軸調整の結果などをまとめたものであり、事前に調整、設定された結果が記憶装置１１１に保存されている。条件が選択されると、システム制御部１１０から制御装置１０９を介して電子線観察装置に制御信号が送られ、所望の開口条件及び光学条件が設定される。同時に、変形照明絞り１０３の種類に応じて、事前に設定され、記憶装置１１１に記憶されている開口の大きさ等の開口形状のパラメータがパラメータ表示部４０３に表示される。オペレーターは必要に応じてパラメータ表示部４０３に変形照明絞り１０３のパラメータを変更、修正、入力する（ステップＳ３０３）。各パラメータの入力を完了すると、オペレーターは推定開始ボタン４０４を押下し、ビームプロファイル推定ルーチンを開始する（ステップＳ３０４）。なお、ビーム推定ルーチンはビーム演算処理部１２０にて実行される。ビームプロファイル推定ルーチンにおいては、これまでのステップで設定された条件１及び２の条件にてＳＥＭ画像（４０５（１）及び４０５（２））が１枚ずつ取得される（ステップＳ３０５）。
続いて、これまでのステップで設定した条件におけるビームプロファイルが演算部１１２内のビーム演算処理部１２０により計算されて仮定され、このビームプロファイルとＳＥＭ画像４０５（１）及び４０５（２）を元に、演算部１１２内の鮮鋭化処理部１２１により鮮鋭化処理が施され、画像が４０６（１）及び４０６（２）として再構成される（ステップＳ３０６）。この再構成画像４０６（１）及び４０６（２）は、推定したビームプロファイルの影響が除去されている。従って、もしステップＳ３０６においての推定したビームプロファイルが実際のビームプロファイルと一致しているならば、再構成画像４０６（１）及び４０６（２）からは変形照明絞り１０３の情報は全て除去されて、試料１０８の条件のみが残り、両者は同じ画像となる。そこで、演算部１１２内の比較処理部１２２は再構成画像４０６（１）及び４０６（２）から比較用パラメータを抽出し（ステップＳ３０７）、閾値と比較する（ステップＳ３０８）。閾値を超えている場合には、演算部１１２は前回値を参考に閾値が小さくなるようにパラメータ表示部４０３の変形照明絞り１０３のパラメータをフィードバックし（ステップＳ３０９）、ビームプロファイル仮定による画像再構成ＳＥＭ画像取得ステップ（ステップＳ３０６）に戻る。ステップＳ３０８にて閾値以下となったら、結果表示部４０７に結果が表示される。必要に応じて、保存条件設定ボックス４０８内で、条件１及び条件２を保存するかどうかを選択した上でファイル名を入力し、完了ボタン４０９の押下によりビームプロファイルの推定を完了する（ステップＳ３１０）。
なお、このビームプロファイル推定フローにおいては試料に関して特に記述していないが、ビームプロファイル推定用の試料を電子線観察装置内に常備してもよい。また、二つの条件で観察する場所は同一の座標であってもよいし、同一のパターンが配置されている別の座標であってもよい。
本実施例におけるビームプロファイル推定フローにおいては再構成画像４０６（１）と４０６（２）の比較用パラメータ抽出方法について特定していないが、例えば、２枚の画像の差画像を形成した場合には、２枚の画像が似ているほど差画像全体が暗くなるので、そのピーク値や画像のコントラスト等を比較用パラメータとしてもよい。あるいは、２枚の画像の相互相関をとった場合、２枚の画像が似ているほど相関が高く、ピーク値が大きくなるため、このピーク値の逆数、或いはピーク値に−１を乗じたものを比較用パラメータとしてもよい。そのほかにも、２枚の画像の近さを評価する手段であれば比較用パラメータとして採用できる。なお、本実施例においては、２つの条件による画像の取得のうち、両方を同時に実施する構成としたが、同一の試料、同一の視野で観察するのであれば、２つの条件のうち１つの条件はあらかじめ記憶装置１１１に保存しておいてもよい。
次に、推定したビームプロファイルを元にして画像鮮鋭化を行う方法について説明する。なお、画像先鋭化処理は、鮮鋭化処理部にて実行される。ビームプロファイルの推定フローにおけるＳＥＭ画像４０５（１）及び４０５（２）にも同様の鮮鋭化処理を施し、再構成画像４０６（１）及び４０６（２）を取得した。本実施例においては、鮮鋭化手法としてデコンボリューション処理を行った。ＳＥＭ画像は試料情報とビームプロファイルのコンボリューションとして表現され、フーリエ変換の性質を使用すると試料情報とビームプロファイルの積算で表すことができる。
Figure 0006470654
ただし、ＩはＳＥＭ画像、Ｓはビームプロファイル情報を含まない試料情報、Ｐはビームプロファイルである。ＦＴはフーリエ変換、ＦＴ−１は逆フーリエ変換を表している。従って、再構成画像、すなわちビームプロファイル情報を含まない試料情報は、（２）式の両辺からビームプロファイル分をデコンボリューションすることで得られる。この処理は、ＳＥＭ画像ＳとビームプロファイルＰをフーリエ変換したものを除算して逆フーリエ変換することで行う。
Figure 0006470654
このデコンボリューションにより、取得したＳＥＭ画像を鮮鋭化することができた。また、ビームプロファイル推定手法においても、再構成画像４０６（１）、または４０６（２）が得られた。以上より、ビームプロファイルを推定し、それを使用することで、取得したＳＥＭ画像を鮮鋭化することができた。
次に、本実施例において試料を観察する手順に関して、図５及び６を使用して説明する。図５は試料を観察するためのフローチャートである。オペレーターは、表示装置を備えた入出力装置１１３を介して試料の観察を開始する（図５中ステップＳ５０１）。表示装置には図６に示す試料観察画面が現れる。以下、特に断らない場合は図６を参照する。オペレーターは条件読み出し条件設定部６０１からあらかじめ決定され記憶装置１１１に保存されている条件ファイルを選択し、設定ボタン６０２を押下することで所望の開口条件及び光学条件を設定する（ステップＳ５０２）。ここで読み出される条件は上述したビームプロファイル推定フローにて保存した条件である。条件が選択されると、システム制御部１１０から制御装置１０９を介して電子線観察装置に制御信号が送られ、所望の絞り及び光学条件が設定される。各種条件が設定された後、画像制御パネル６０３と画像取得ボタン群６０４、鮮鋭化選択チェックボックス６０５がアクティブとなる。オペレーターは、鮮鋭化を実行するかどうかを鮮鋭化選択チェックボックス６０５により選択する（ステップＳ５０３）。また、画像制御パネル６０３内に示されたフォーカス、非点、倍率、コントラストなどのＳＥＭ像の条件を決定する各種パラメータを必要に応じて設定する（ステップＳ５０４）。オペレーターが画像取得ボタン群６０４のうちのいずれかを押下すると、ＳＥＭ画像６０６、或いはＳＥＭ画像６０６と鮮鋭化画像６０７の両方のいずれかに画像が表示される（ステップＳ５０５）。なお、鮮鋭化を実行することを選択した場合は上述した画像鮮鋭化手法により実施する。オペレーターは、画像の調整が十分かどうかを判断し、必要に応じてパラメータ設定ステップＳ５０４とＳＥＭ画像取得ステップＳ５０５を繰り返して微調整を行う（ステップＳ５０６）。このステップは省略してもよい。また、本実施例においては、鮮鋭化選択ステップＳ５０３を行ってからパラメータ設定ステップＳ５０４、画像取得ステップＳ５０５を実施したが、これらのステップは順不同である。オペレーターは、ＳＥＭ画像、鮮鋭化画像をそれぞれ保存するかどうかチェックボックス６０８（ａ）及び６０８（ｂ）から選び（ステップＳ５０７）、画像保存ボタン６０９を押下してＳＥＭ画像または鮮鋭化画像を保存し（ステップＳ５０８）、画像取得のフローを完了する（ステップＳ５０９）。本実施例においては、図３及び４で説明したビームプロファイル推定と図５及び６で説明した試料観察は別々に実施する構成とした。従って、あらかじめビームプロファイルを推定しておくことにより、試料観察の際に再びビームプロファイルを推定する必要はなく、記憶装置１１１に保存されているビームプロファイルを呼び出して鮮鋭化処理を行うことで、リアルタイムに画像鮮鋭化を行うことが可能である。
次に、本実施例の構成を取得したＳＥＭ画像を元に半導体デバイスの寸法を計測する測長ＳＥＭに適用し、寸法を計測する手順に関して図７に示すフローを用いて説明する。オペレーターは、入出力部１１３を通じて計測のための画面（図示せず）を開き、手順を開始する（ステップＳ７０１）。オペレーターは、計測したい試料内のチップの配置、計測したいデバイスのチップ内の座標、大体の寸法、材料、チップの数など、計測に必要な条件を全て示したレシピを設定し、登録する（ステップＳ７０２）。このレシピに応じて、システム制御部１１０はあらかじめ記憶装置１１１に登録されている開口条件や光学条件から適切なものを選択し、計測が開始される（ステップＳ７０３）。システム制御部１１０は、レシピに対応した座標におけるＳＥＭ画像を取得し（ステップＳ７０４）、上述の鮮鋭化手法により画像を鮮鋭化する（ステップＳ７０５）。得られた鮮鋭化画像の測定すべき領域を選択して寸法を計測し（ステップＳ７０６）、得られたＳＥＭ画像、鮮鋭化画像、寸法のうち、必要な情報を記憶装置１１１内に保存する（ステップＳ７０７）。システム制御部１１０はレシピ内に示された全ての点を計測したかどうかを判定し、終了するまでステップＳ７０４からＳ７０７までを繰り返し実行する（ステップＳ７０８）。全ての点を計測した後、計測を完了する（ステップＳ７０９）。なお、計測に際して記憶装置１１１に保存されているビームプロファイルを呼び出して鮮鋭化処理を行うことで、リアルタイムに画像鮮鋭化を行うことが可能であり、スループットを低下する原因にはならない。また、本実施例においては画像取得、鮮鋭化、寸法計測の一連のフローをリアルタイム処理とする例を示したが、画像取得を先に行い、それ以外を後で実施するなど、オフライン作業を含むフローとなっていてもよい。
本実施例によれば、変形照明絞りを用いた場合のビームプロファイルを推定し、更に画像の鮮鋭化を行うことにより、焦点深度の向上および分解能の維持・向上が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。これにより、高段差のある試料であっても高分解能な観察が可能であり、また高精度な寸法計測が可能となる。
なお、本実施例においては、光軸調整などの光学系の設定は全て別途実施されており、オペレーターが直接設定する例に関しては示していない。しかし、ビームプロファイル推定や試料の観察などの前にオペレーターが実施しても構わないし、画像から測定された鮮鋭度をもとに制御系にフィードバックする等の方法で、自動的に実施、判断するようにしてもよい。尚、図４にその一例を示したビームプロファイル推定画面や図６に示した試料観察画面は、この例に限定されることなく、色々な変形を取りうることは言うまでもない。
本発明の第２の実施例について説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
実施例１においては、画像鮮鋭化の手法として（３）式のデコンボリューションを用いた例に関して説明した。本実施例においては、デコンボリューションを使用する代わりに、ビームプロファイルを任意の鮮鋭ビームのプロファイルに変換する例に関して示す。電子線観察装置の構成、ビームプロファイルの推定、試料観察、寸法計測の手順に関しては実施例１と同一であるため、本実施例においてはそれらの説明を省略し、画像鮮鋭化の方法のみ述べる。鮮鋭ビームプロファイルをＰｓ、鮮鋭化画像をＩｓとすると、本実施例における鮮鋭化画像ＩｓはＰｓと試料情報Ｓのコンボリューションにより得られるため、（３）式を利用して、以下の処理で得ることが可能である。
Figure 0006470654
なお、Ｉは取得したＳＥＭ画像、Ｐは取得画像のビームプロファイル（推定ビームプロファイル）であり、実施例１において説明した方法であらかじめ推定してある。ここで、Ｉｓは鮮鋭ビームプロファイルＰｓの情報を含むが十分分解能が高く、鮮鋭化された画像となる。鮮鋭ビームプロファイルＰｓとしては、本実施例における電子線観察装置構成で最も分解能を高くなる光学条件における円形開口絞りのビームプロファイルや、得たい分解能に対してその分散が同等以下であるガウス分布のビームプロファイル等、オペレーターが最適な形状を決めてよい。或いは、ＳＥＭ画像がボケて見えないように、画素サイズと同程度幅を持つビームプロファイル、すなわちビームプロファイルの半値幅が画素サイズの１から５倍程度となるように決めてもよい。従って、取得したＳＥＭ画像Ｉ、推定してあるビームプロファイルＰ、任意の鮮鋭ビームプロファイルＰｓをパラメータとして（４）式により画像鮮鋭化が可能である。この手法は、ＳＥＭ画像のノイズが多く、画像のノイズが目立つようになる場合に（Ｓ／Ｎが３０以下）、ノイズを拡大せずに鮮鋭化できる方法として特に有効である。
本実施例においても、変形照明絞りを用いた場合のビームプロファイルを推定し、更に画像の鮮鋭化を行うことにより、焦点深度の向上および分解能の維持・向上が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。これにより、高段差のある試料であっても高分解能な観察が可能であり、また高精度な寸法計測が可能となる。なお、本実施例においては、光軸調整などの光学系の設定は全て別途実施されており、オペレーターが直接設定する例に関しては示していないが、ビームプロファイル推定や試料の観察などの前にオペレーターが実施しても構わないし、画像から測定された鮮鋭度をもとに制御系にフィードバックする等の方法で、自動的に実施、判断するようにしてもよいことに関しては実施例１と同様である。
本発明の第３の実施例について用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
実施例１においては、画像鮮鋭化の手法として（３）式のデコンボリューションを用いた例に関して説明し、実施例２においては、ビームプロファイルを鮮鋭ビームのプロファイルに変換する例に関して説明した。本実施例においては、２種類の画像を取得し、その情報を複合する方法に関して示す。電子線観察装置の構成、ビームプロファイルの推定手順に関しては実施例１と同一であるため、本実施例においては説明を省略する。
図８を用いて本実施例における試料鮮鋭化の方法及び試料観察方法を説明する。図８は本実施例に係る荷電粒子線装置の表示装置における試料観察画面であり、図６に示す試料観察画面との違いは、ＳＥＭ画像が８０１（ａ）及び８０１（ｂ）の２枚取得される点である。試料を観察する手順について図５の試料観察のフローを用いて説明する。実施例１と同様に、オペレーターは、表示装置を備えた入出力装置１１３を介して試料の観察を開始すると（ステップＳ５０１）、図８に示す試料観察画面が現れる。読み出し条件設定部６０１からあらかじめ決定され記憶装置１１１に保存されている条件ファイルを選択し、設定ボタン６０２を押下することで所望の開口条件及び光学条件を設定する（ステップＳ５０２）。ここで、実施例１と異なり、読み出される条件は上述したビームプロファイル推定フローにて保存した条件が２つ選択される。条件が選択されると、システム制御部１１０から制御装置１０９を介して電子線観察装置本体に制御信号が送られ、所望の絞り及び光学条件が設定される。各種条件が設定された後、画像制御パネル６０３と画像取得ボタン群６０４、鮮鋭化選択チェックボックス６０５がアクティブとなる。オペレーターは、鮮鋭化を実行するかどうかを鮮鋭化選択チェックボックス６０５により選択する（ステップＳ５０３）。本ステップにおいて、鮮鋭化しないことを選択する場合は実施例１で鮮鋭化しないことを選択した場合と同様であるので、ここでは鮮鋭化することを選択した場合に関して示す。オペレーターは各種パラメータを必要に応じて設定する（ステップＳ５０４）。オペレーターが画像取得ボタン群６０４のうちのいずれかを押下すると、ＳＥＭ画像８０１（ａ）及び８０１（ｂ）と鮮鋭化画像８０２の両方のいずれかに画像が表示される（ステップＳ５０５）。オペレーターは、画像の調整が十分かどうかを判断し、不十分と判断した場合にはパラメータ設定ステップＳ５０４とＳＥＭ画像取得ステップＳ５０５を繰り返して微調整を行う（ステップＳ５０６）。十分と判断した場合には、このステップは省略してもよい。また、本実施例においては、鮮鋭化選択ステップＳ５０３を行ってからパラメータ設定ステップＳ５０４、画像取得ステップＳ５０５を実施したが、これらのステップは順不同である。オペレーターは、ＳＥＭ画像、鮮鋭化画像をそれぞれ保存するかどうかチェックボックス８０３（ａ）、８０３（ｂ）、及び８０３（ｃ）から選び（ステップＳ５０７）、画像保存ボタン６０９を押下してＳＥＭ画像または鮮鋭化画像を保存し（ステップＳ５０８）、画像取得のフローを完了する（ステップＳ５０８）。本実施例においては、図３及び４で説明したビームプロファイル推定と試料観察は別々に実施する構成とした。従って、あらかじめビームプロファイルを推定しておくことにより、試料観察の際に再びビームプロファイルを推定する必要はなく、記憶装置１１１に保存されているビームプロファイルを呼び出して鮮鋭化処理を行うことで、リアルタイムに画像鮮鋭化を行うことが可能である。
次に、本実施例における画像鮮鋭化の方法に関して図９及び図１０を用いて説明する。上述したとおり、本実施例においては、２種類の条件を使用し、同じ場所のＳＥＭ画像を２枚取得する。なお、条件としては、荷電粒子線装置の光学系倍率、変形照明絞りの試料に対して平行な方向での回転、変形照明絞りの開口形状のいずれかを変化させたものである。図９はこの２種類の条件のビームプロファイルをフーリエ変換し、空間周波数領域の情報に変換したものである。これは光学伝達関数と呼ばれ、各空間周波数における情報の伝達の能力、すなわち利得を示し、利得が高いほど情報を伝達できる。なお、図９においては、簡単のために空間周波数を一次元で示したが、実際にはＳＥＭ画像の座標は二次元であるため、光学伝達関数の空間周波数軸も二次元である。図９のＡに示した例では、条件１と条件２の光学伝達関数は２箇所交差する点を持っている。このときの空間周波数をν１及びν２と呼ぶ。ν１よりも下の空間周波数領域（領域Ａ）においては条件１の方が利得が高く、ｖ１からｖ２までの領域（領域Ｂ）では条件２の方が利得が高く、ｖ２以上の領域（領域Ｃ）では再び条件１の方が利得が高くなる。従って、領域Ａ及びＣにおいては条件１、領域Ｂにおいては条件２の光学伝達関数を選択したものが図９のＢの鮮鋭化条件である。この条件では、条件１及び条件２それぞれのＳＥＭ画像よりも鮮鋭化されたＳＥＭ画像が得られる。この条件１及び２としては、試料上の開き角や光学系全体の倍率を変えた条件、絞りの種類を変えた条件が考えられる。また、図２のＤ〜Ｈのように、開口形状が回転対称でなく、異方性がある場合においては、光学伝達関数にも異方性があるため、方向の違いを採用してもよい。
次に、条件１及び条件２のＳＥＭ画像が取得された後の鮮鋭化フローを図１０に示す。まず、鮮鋭化が開始されると（ステップＳ１００１）、演算部１１２は条件１及び条件２の光学伝達関数を計算して交差点を求め、その交差点の空間周波数を境界として領域を分割し、更にその領域は、光学伝達関数の利得が高い方として設定する（ステップＳ１００２）。次に、演算部１１２は、ＳＥＭ画像１及び２のフーリエ変換画像を取得し（ステップＳ１００３）、この２つのフーリエ変換画像をステップ１００２で設定された領域で分割する（ステップＳ１００４）。演算部１１２は、ステップＳ１００４で分割された条件１及び条件２のフーリエ変換画像のうち、ステップＳ１００２にて利得が高い方の条件を選択する。更に、各領域のフーリエ変換を接続することで鮮鋭フーリエ変換画像を取得する（ステップＳ１００５）。演算部１１２はこの鮮鋭フーリエ変換画像に逆フーリエ変換処理を施すことで鮮鋭化画像を取得し（ステップＳ１００６）、一連の鮮鋭化処理を完了する（ステップＳ１００７）。
本実施例においても、変形照明絞りを用いた場合のビームプロファイルを推定し、更に画像の鮮鋭化を行うことにより、焦点深度の向上および分解能の維持・向上が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。これにより、高段差のある試料であっても高分解能な観察が可能であり、また高精度な寸法計測が可能となる。なお、本実施例においては、光軸調整などの光学系の設定は全て別途実施されており、オペレーターが直接設定する例に関しては示していないが、ビームプロファイル推定や試料の観察などの前にオペレーターが実施しても構わないし、画像から測定された鮮鋭度をもとに制御系にフィードバックする等の方法で、自動的に実施、判断するようにしてもよいことに関しては実施例１及び２と同様である。
本発明の第４の実施例について用いて説明する。なお、実施例１乃至３の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
実施例１から３においては、変形照明絞り１０３を１段含む例について示した。実際の荷電粒子線装置においては円形開口絞りを使用することが通常条件であり、必要な場合にのみ変形照明絞りを使用する方が構成として望ましい。そこで、本実施例においては、図１の構成における変形照明絞り１０３のほかに円形開口絞りを別途備え、通常は円形開口絞りを選択し必要な場合に変形照明絞りを使用する例に関して説明する。ビームプロファイルの推定、試料観察、寸法計測の手順、及び画像鮮鋭化手法に関しては実施例１〜３と同一であるため、本実施例においてはそれらの説明を省略する。
図１１は本実施例における電子線観察装置の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては光学系を構成する部分に関してのみ示し、その他の部分に関しては実施例１から３と同様である。例えば、各部には制御装置１０９が接続し、さらに制御装置１０９にはシステム制御部１１０が接続し、システム制御部１１０は、機能的には記憶装置１１１、演算部１１２が配置され、表示装置を備えた入出力部１１３が接続されている。ステージ等に関しても省略している。図１１において、図１と異なる点は、電子線観察装置が円形開口絞り１１０１を備えている点である。変形照明絞り１０３は可動機構に搭載されており、電子線１０２が照射されない位置に退避可能である。変形照明絞り１０３が退避しており、円形開口絞り１１０１のみに電子線１０２が照射され、電子線１０２が円形開口絞り１１０１によって選択され、通過した状態が図１１のＢである。円形開口絞り１１０１は可動機構に搭載されており電子線１０２が照射されない位置に退避可能であってもよい。円形開口絞り１１０１が退避しており、変形照明絞り１０３のみに電子線１０２が照射され、電子線１０２が変形照明絞り１０３によって選択され、通過した状態が図１１のＣである。
ここで、図１１のＡに示すように、円形開口絞り１１０１と変形照明絞り１０３をともに退避しないで使用してもよい。円形開口絞り１１０１と変形照明絞り１０３の両方によって電子線１０２が選択される場合においても焦点深度の向上および分解能の維持・向上の効果は失われないが、本実施例においては、特に、円形開口絞り１１０１によって選択された電子線１１０２が十分な拡がりを持ち、変形照明絞り１０３によってのみ電子線１０２から電子線１１０３として選択される例に関して示す。円形開口絞り１１０１を退避せずに最終的に電子線１０２が変形照明絞り１０３によってのみ選択される場合に関して、図１１のＤ〜Ｆを使用して説明する。図１１のＤは、図１１のＡにおける円形開口絞り１１０１及び変形照明絞り１０３付近の電子線１０２の拡大図である。本図を用いて変形照明絞り１０３のみにより電子線１０２を選択する場合を説明する。円形開口絞りの半径をＲｃ、変形照明絞りの開口において最も外側を通過する点における光軸１１５からの距離をＲｏとし、絞り間距離をＬとする。円形開口絞り１１０１を通過した電子線１１０２が変形照明絞り１０３より十分拡がっており変形照明絞り１０３によって選択されて電子線１１０３となるためには、円形開口絞り１１０１の半径Ｒｃは幾何的に次式で表現される最小半径Ｒｃｍｉｎ以上である必要がある。
Figure 0006470654
ここで、θは図１１のＤに示した変形照明絞り１０３によって選択された電子線１１０３が変形照明絞り１０３に対してなす角である。（５）式のように円形開口絞り及び変形照明絞りの開口の大きさを規定することにより、円形開口絞り１１０１を退避させず、変形照明絞りのみ可動機構に搭載して円形開口絞りと変形照明絞りを切り替えることができた。なお、図１１のＤにおいては、円形開口絞り１１０１は変形開口絞り１０３に対して上流に配置する例に関して示したが、円形開口絞り１１０１を下流側に配置する場合においても（５）式におけるＬの正負を反転させることで記述可能である。また、図１１のＤにおいては、角度θが鋭角である場合に関して示したが、角度θは鈍角であってもよい。
円形開口絞り１１０１と変形開口絞り１０３の間にクロスオーバー１１０４を形成する場合にも（５）式は成立する。この場合の変形照明絞り１０３のみにより電子線１０２を選択する場合を説明するための図１１のＡにおける円形開口絞り１１０１及び変形照明絞り１０３付近の電子線１０２の拡大図を図１１のＥに示す。図１１のＥより、（５）式におけるＲｏあるいはＲｃ及びＲｃｍｉｎのいずれか一方の正負が反転した場合であることは幾何的に明らかである。
また、円形開口絞り１１０１と変形開口絞り１０３の間には、１段以上のレンズがあってもよい。この場合に関して示したものが図１１のＦである。この場合に関しては、図１１のＤやＥのように角度θ及び絞り間距離Ｌで考えると式が煩雑になるため、レンズ１１０５の倍率をＭ、円形開口絞りの最小開口半径をＲｃｍｉｎ、物面開き角をα、物面からレンズ１１０５までの距離をａ、変形照明絞りの開口において最も外側を通過する点における光軸１１５からの距離をＲｏとした場合の条件を考える。図１１のＦより、幾何的に円形開口絞り１１０１とレンズ１１０５の距離Ｌｃ、レンズ１１０５と変形照明絞り１０３の距離は次式で決定されることが分かり、かつ、円形開口絞りの開口半径ＲｃはＲｃｍｉｎ以上である必要がある。
Figure 0006470654
（６）式のように円形開口絞り及び変形照明絞りの開口の大きさを規定することにより、円形開口絞り１１０１を退避させず、変形照明絞りのみ可動機構に搭載して円形開口絞りと変形照明絞りを切り替えることができた。なお、本実施例においては、円形開口絞り１１０１は変形開口絞り１０３に対して上流に配置する例に関して示したが、円形開口絞り１１０１を下流側に配置する場合においても記述可能である。また、本実施例においては、レンズ１１０５が物点を持ち、実像を結ぶ条件で記載したが、物点がない場合やレンズ１１０５の強さが弱く実像を結ばない条件であっても、仮想物面や仮想像面を定義し、（６）式と同様に条件式を求めることができる。
なお、本実施例において、円形開口絞りの半径として最小開口半径Ｒｃｍｉｎを選択する場合、円形開口絞り１１０１の径と変形照明絞りの開口において最も外側を通過する点における光軸１１５からの距離が一致するため、同一の開き角の条件として決定することが可能である。
また、本実施例においては、円形開口絞り１１０１を選択する場合と変形照明絞り１０３の一方を選択する場合において、レンズ等の光学素子の強さを変えない前提で記述してきたが、これらを変化させ、異なる光学条件を形成することも可能である。
本実施例においても、変形照明絞りを用いた場合のビームプロファイルを推定し、更に画像の鮮鋭化を行うことにより、焦点深度の向上および分解能の維持・向上が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。これにより、高段差のある試料であっても高分解能な観察が可能であり、また高精度な寸法計測が可能となる。また、円形開口絞りと変形照明絞りとを備えることにより、通常は円形開口絞りを選択し必要な場合に変形照明絞りを使用することができる。
本発明の第５の実施例について用いて説明する。なお、実施例１乃至４の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
実施例４では、円形開口絞りを使用することを通常条件とし、必要な場合にのみ変形照明絞りを使用するための構成として、変形照明絞り１０３と円形開口絞り１１０１が光軸１１５に沿って縦方向に並んでいる場合に関して示した。本実施例においては、変形照明絞りがその同一平面内に複数種類の変形照明絞り用の開口を有し、かつ、可動機構に搭載されており、この可動機構によって開口を選択することで絞りを切り替えることができる構成である場合に関して説明する。ビームプロファイルの推定、試料観察、寸法計測の手順、及び画像鮮鋭化手法に関しては実施例１〜３と同一であるため、本実施例においてはそれらの説明を省略する。
本実施例における電子線観察装置構成は図１と同様であるが、変形照明絞り１０３は可動機構に搭載されており、同一平面内に複数種類の変形照明絞り用の開口を有している。本実施例における変形照明絞り１０３の開口が配置されている平面を図１２に示す。図１２には、４つの開口が配置されており、それぞれ円形開口、中央遮蔽部支持部が４本の輪帯開口、中央遮蔽部支持部が３本の輪帯開口、四重極開口が配置されている例を示したが、どのような組み合わせであってもよい。各開口の間隔は、電子線１０２が変形照明絞り１０３を照射する範囲に対して十分離れている。例えば、本実施例において使用した可動絞り機構の間隔は２．５ｍｍであり、可動絞り機構のノッチに合わせて動かすことで２．５ｍｍの送り量で位置が切り替えられるため、絞りの開口を切り替えることができる。このようにして使用したい開口が電子線１０２によって照射されるように可動機構を動かすことで変形照明絞りを選択できた。なお、本実施例においては、可動絞り機構を手動で動かすことで変形照明絞りを選択、切り替える例に関して示したが、モータなどの自動可動機構に接続され、制御部により絞りを切り替える構成であってもよい。
以上より、通常は円形開口絞りを選択し必要な場合に変形照明絞りを使用することができた。
本実施例においても、変形照明絞りを用いた場合のビームプロファイルを推定し、更に画像の鮮鋭化を行うことにより、焦点深度の向上および分解能の維持・向上が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。これにより、高段差のある試料であっても高分解能な観察が可能であり、また高精度な寸法計測が可能となる。また、所望の変形照明を容易に選定することができる。
本発明の第６の実施例について用いて説明する。なお、実施例１乃至３及び５の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
実施例４では、円形開口絞りを使用することを通常条件とし、必要な場合にのみ変形照明絞りを使用するための構成として、変形照明絞り１０３と円形開口絞り１１０１が光軸１１５に沿って縦方向に並んでいる場合に関して示し、実施例５では同一平面内の複数種類の変形照明絞り用の開口を可動機構によって選択、切り替える場合に関して示した。本実施例においては、実施例５と同様に変形照明絞り１０３の同一平面内に複数種類の開口を有しており、開口電子線の偏向によって選択する場合に関して示す。ビームプロファイルの推定、試料観察、寸法計測の手順、及び画像鮮鋭化手法に関しては実施例１〜３と同一であるため、本実施例においてはそれらの説明を省略する。
図１３は本実施例における電子線観察装置の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては光学系を構成する部分に関してのみ示し、その他の部分に関しては実施例１から３と同様である。例えば、各部には制御装置１０９が接続し、さらに制御装置１０９にはシステム制御部１１０が接続し、システム制御部１１０は、機能的には記憶装置１１１、演算部１１２が配置され、表示装置を備えた入出力部１１３が接続されている。ステージ等に関しても省略している。図１３における図１と異なる部分は、三段の偏向器１３０１〜１３０３が配置されている点である。図１３のＡに関しては、偏向器１３０１〜１３０３は動作させておらず、電子線１０２は図１と同様の軌道を通過している。図１３のＢは偏向器１３０１〜１３０３を動作させた場合である。変形照明絞りより上流に配置されている偏向器１３０１によって電子線１０２は紙面右の方向に大きく偏向されて変形照明絞り１０３を照明する。これにより、変形照明絞り１０３上の光軸に沿った位置以外に配置されている開口を選択して通過することが可能となる。変形照明絞り１０３を通過した後、電子線１０２は偏向されたままの状態であるので、これをもとの軌道に戻すため、絞りより下流に配置されている偏向器１３０２及び１３０３を使用する。なお、絞りより下流に配置する偏向器は１段でもよいが、偏向器の縦方向の配置によらず、偏向器１３０１による軌道の変化を補正し元の軌道に戻すために、本実施例においては１３０２及び１３０３の２段とした。また、本実施例においては、絞りより上流の偏向器は偏向器１３０１の１段のみとしたが、絞りに対して垂直に照射したい場合にはもう１段追加し、２段の構成としてもよい。
以上より、通常は円形開口絞りを選択し必要な場合に変形照明絞りを使用することができた。
本実施例においても、変形照明絞りを用いた場合のビームプロファイルを推定し、更に画像の鮮鋭化を行うことにより、焦点深度の向上および分解能の維持・向上が可能な荷電粒子線装置を提供することができる。これにより、高段差のある試料であっても高分解能な観察が可能であり、また高精度な寸法計測が可能となる。また、同一平面上に配置された複数種類の変形照明絞り用の開口の一種類の開口に一次ビームを偏向し元の軌道に戻すための偏向器を備えることにより、所望の絞りを機械的に移動することなく容易に選定することができる。
なお、本発明は以下の実施形態を含む。
（１）荷電粒子源と、変形照明絞りと、対物レンズと、演算部及び記憶部を含む制御部と、表示部を含む入出力部とを備え、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子線を前記変形照明絞りと前記対物レンズとを介して試料上に照射して発生する信号を検出して画像を取得する試料観察システムであって、
前記演算部は、前記荷電粒子線のビームプロファイルを推定するビーム演算処理を実行するビーム演算処理部と、前記推定されたビームプロファイルを用いて前記画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部とを備えることを特徴とする試料観察システム。
（２）前記（１）の試料観察システムにおいて、
前記変形照明絞りの開口形状は、輪帯開口であることを特徴とする試料観察システム。
本発明は、荷電粒子線装置、特に荷電粒子線を利用した高感度、高効率な観察・検査および計測技術として有用である。
１０１…電子源、１０２…電子線、１０３…変形照明絞り、１０４…検出器、１０５…走査偏向用偏向器、１０６…対物レンズ、１０７…ステージ、１０８…試料、１０９…制御装置、１１０…システム制御部、１１１…記憶装置、１１２…演算部、１１３…入出力部、１１４…二次電子、１１５…光軸、１２０…ビーム演算処理部、１２１…鮮鋭化処理部、１２２…比較処理部、２０１…遮蔽部、２０２…開口部、２０３…中央遮蔽部、２０４…中央遮蔽部支持部、Ｓ３０１…ビームプロファイル推定開始ステップ、Ｓ３０２…条件選択ステップ、Ｓ３０３…パラメータ設定ステップ、Ｓ３０４…ビームプロファイル推定ルーチン開始ステップ、Ｓ３０５…ＳＥＭ画像取得ステップ、Ｓ３０６…ビームプロファイル仮定による画像再構成ＳＥＭ画像取得ステップ、４０１…条件選択部、４０２…決定ボタン、４０３…パラメータ表示部、４０４…推定開始ボタン、４０５（１）…条件１におけるＳＥＭ画像、４０５（２）…条件２におけるＳＥＭ画像、４０６（１）…条件１における再構成画像、４０６（２）…条件２における再構成画像、４０７…結果表示部、４０８…保存条件設定ボックス、４０９…完了ボタン、Ｓ５０１…観察開始ステップ、Ｓ５０２…条件設定ステップ、Ｓ５０３…鮮鋭化選択ステップ、Ｓ５０４…パラメータ設定ステップ、Ｓ５０５…ＳＥＭ画像取得ステップ、Ｓ５０６…ビーム微調整判断ステップ、Ｓ５０７…保存画像選択ステップ、Ｓ５０８…観察完了ステップ、６０１…条件設定部、６０２…設定ボタン、６０３…画像制御パネル、６０４…画像取得ボタン群、６０５…鮮鋭化選択チェックボックス、６０６…ＳＥＭ画像、６０７…鮮鋭化画像、６０８（ａ）…チェックボックス、６０８（ｂ）…チェックボックス、６０９…画像保存ボタン、Ｓ７０１…開始ステップ、Ｓ７０２…レシピ設定ステップ、Ｓ７０３…計測開始ステップ、Ｓ７０４…ＳＥＭ画像取得ステップ、Ｓ７０５…画像鮮鋭化ステップ、Ｓ７０６…寸法計測ステップ、Ｓ７０７…情報保存ステップ、Ｓ７０８…終了判定ステップ、Ｓ７０９…計測完了ステップ、８０１（ａ）…ＳＥＭ画像、８０１（ｂ）…ＳＥＭ画像、８０２…鮮鋭化画像、８０３（ａ）…チェックボックス、８０３（ｂ）…チェックボックス、８０３（ｃ）…チェックボックス、Ｓ１００１…開始ステップ、Ｓ１００２…光学伝達関数分割ステップ、Ｓ１００３…フーリエ変換画像取得ステップ、Ｓ１００４…フーリエ変換画像分割ステップ、Ｓ１００５…鮮鋭フーリエ変換画像取得ステップ、Ｓ１００６…鮮鋭化画像取得ステップ、Ｓ１００７…完了ステップ、１１０１…円形開口絞り、１１０２…電子線、１１０３…電子線、１１０４…クロスオーバー、１１０５…レンズ、１３０１…偏向器、１３０２…偏向器、１３０３…偏向器。

Claims (12)

  1. 荷電粒子源と、変形照明絞りと、レンズと、演算部と、記憶部とを備え、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子線を前記変形照明絞りと前記レンズとを介して試料上に照射して発生する信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置であって、
    前記演算部は、前記荷電粒子線のビームプロファイルを推定するビーム演算処理を実行するビーム演算処理部と、前記推定されたビームプロファイルを用いて前記画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部とを備え、
    前記鮮鋭化処理は、前記推定されたビームプロファイルを前記推定されたビームプロファイルとは別に仮定された第二のビームプロファイルに変換する処理であることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記ビーム演算処理は、
    前記変形照明絞りの開口形状と、
    該荷電粒子線装置の光学系倍率、荷電粒子線加速電圧、前記レンズの強さ、のいずれかを含む光学条件で決まる照射条件を入力値として演算して前記ビームプロファイルを推定する処理であり、
    前記鮮鋭化処理は、前記推定されたビームプロファイルを用いた前記画像のデコンボリューション処理であり、
    前記記憶部は、前記推定されたビームプロファイルを記憶するものである
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記第二のビームプロファイルは、円形開口絞りを用いた場合の円形ビームプロファイル、ガウシアンビームを用いた場合のガウシアンビームプロファイル、前記画像の画素サイズの１倍から５倍のサイズの画素ビームプロファイルのいずれかであることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記鮮鋭化処理は、
    第一の条件で取得された第一の画像を用い、前記鮮鋭化処理部により前記第一の条件に対応する第一の光学伝達関数を算出し、
    前記鮮鋭化処理部により前記第一の画像のフーリエ画像を算出し、
    第二の条件で取得された第二の画像を用い、前記鮮鋭化処理部により前記第二の条件に対応する第二の光学伝達関数を算出し、
    前記鮮鋭化処理部により前記第二の画像のフーリエ画像を算出し、
    前記鮮鋭化処理部により第一の光学伝達関数と第二の光学伝達関数が交差する空間周波数を算出し、
    前記空間周波数を境界として光学伝達関数を複数の領域に分割し、
    前記複数の領域において、第一の光学伝達関数と第二の光学伝達関数のうち利得の高い方の条件に該当するフーリエ画像を第一のフーリエ画像と第二のフーリエ画像から選択して全領域に関して接合した鮮鋭フーリエ画像を形成し、
    前記鮮鋭フーリエ画像に逆フーリエ変換をかける処理である
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 請求項４に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記第一の条件または前記第二の条件は、該荷電粒子線装置の光学系倍率、前記変形照明絞りの前記試料に対して平行な方向での回転、前記変形照明絞りの開口形状、のいずれかを変化させたものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記変形照明絞りとは別に円形開口絞りと、前記変形照明絞りを前記荷電粒子線が照明されない位置に退避する可動機構とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記変形照明絞りは同一平面上に複数種類の変形照明用の開口を有し、
    前記複数種類の開口から一種類の開口を選択する選択手段が更に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 請求項７に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記選択手段は、前記変形照明絞り用の可動機構部であることを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 請求項７に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記選択手段は、前記変形照明絞りよりも上流に配置された第一偏向器と、前記変形照明絞りよりも下流に配置された第二偏向器とを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記演算部は比較処理部を含み、
    前記比較処理部は、
    第一の照射条件にて前記荷電粒子線装置にて取得された第一の入力画像に対して、第一の照射条件を入力値として前記ビーム演算処理部で求めた第一の推定ビームプロファイルを使用して前記鮮鋭化処理を行って得られた第一の再構成画像と、
    第二の照射条件にて前記荷電粒子線装置にて取得された第二の入力画像に対して、第二の照射条件を入力値として前記ビーム演算処理部で求めた第二の推定ビームプロファイルを使用して前記鮮鋭化処理を行って得られた第二の再構成画像と、が同一であるかを比較するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 荷電粒子源と、変形照明絞りと、対物レンズと、演算部及び記憶部を含む制御部と、表示部を含む入出力部とを備え、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子線を前記変形照明絞りと前記対物レンズとを介して試料上に照射して発生する信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置であって、
    前記演算部は、前記荷電粒子線のビームプロファイルを推定するビーム演算処理を実行するビーム演算処理部と、前記推定されたビームプロファイルを用いて前記画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部とを備え、
    前記表示部は、前記推定されたビームプロファイルを用いて鮮鋭化された前記画像の再構成画像と、
    第１条件で取得した第１画像に対応する第１再構成画像と、
    第２条件で取得した第２画像に対する第２再構成画像と、
    前記第１再構成画像と前記第２再構成画像との比較結果と、
    を表示するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 請求項１１に記載の荷電粒子線装置であって、
    前記表示部は、
    第１条件で取得した第１画像及び第２条件で取得した第２画像と、
    前記第１画像及び前記第２画像の光学伝達関数において各空間周波周領域において利得の大きな部分を用いて得られる鮮鋭化画像と、
    を表示するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
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