JP6683583B2 - 電子ビーム画像取得装置および電子ビーム画像取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトマスクなどに形成されたパターンの画像を高速に取得して測定する電子ビーム測定装置および電子ビーム測定方法に関するものである。

近年、半導体用フォトマスクは半導体の微細化ロードマップに従って年々縮小し、フィーチャーサイズがどんどん小さく成っている。一方、液浸露光やダブル露光技術等による１９３ｎｍ紫外線光露光技術延命技術が採用された為、大量のＯＰＣと呼ばれる光学的補正技術が導入され、複雑な形状を持ちかつ本来のフィーチャーサイズの何分の１という小さなサブパターンがマスクに沢山現れるように成って来た。

フォトマスクは半導体デバイス製造における根幹であり、その欠陥は直ちにそれを用いて作られるデバイスの欠陥を意味する。そのため、マスクの品質を保証することは半導体デバイス製造を正しく行うために非常に重要である。

マスクが正確に出来ているかどうかを知るためには、本来のフィーチャーと共に、ＯＰＣ等を含むサブフィーチャーの大きさや形状を検査する必要がある。これらは、通常、ミクロン以下より正確にはｎｍサイズなので、光学的に測定することが困難で、現在は電子ビーム技術つまり、電子顕微鏡技術を用いて実現されている。

ｎｍフィーチャーサイズの測定を行うためには、サブｎｍ以上の測定再現性を要求される。サブｎｍとは原子の大きさにも匹敵する小ささであり、非常に微少量の測定が求められている。

一方、ＯＰＣ等サブフィーチャーが増加したことにより、１つのマスクの測定点はＯＰＣ以前とは比較に成らないほど増加した。そのため、より高い再現性精度と超高速測定の両方が必要とされてきている。一般に、両者は強いトレードオフの関係にあるため、両方を同時に向上させる技術は従来存在しなかった。

従来のＣＤ測定方法は以下の様に行われてきた。

先ず、ＸＹテーブルを利用してマスクと電子ビーム照射位置を移動して測定対象を含む場所に移動する。次いで、図１５に示すように、予めＦＯＶと呼ばれるミクロンの整数倍で定められる視野を設定する。視野とは電子ビームが走査される領域を示す。その領域の広さは測定対象を完全に含むように定められている。フォーカス値を幾つか代えて画像取得を行い、ベストフォーカスの値を求める。その後、そのフォーカス値を用いて電子ビーム走査をＦＯＶ全体に対して複数回行って画像を蓄積し、測定対象画像を取得する。次に画像に含まれるフィーチャーの形状を特定するために必要な複数のピーク位置を平均化や近似処理演算によって検出し、ピーク間の距離を測定することによって、フィーチャーサイズを求めていた。

また、試料上に形成されたパターンの測定領域を設定し、電子ビームをビームブランカで遮断して前記測定領域のみを電子ビームで照射し、当該測定領域のみの画像を取得する技術がある（特許文献１）。
再公表特許ＷＯ２００８／１１１３６５

従来の前者の図１５に記載の方法では、電子ビーム走査領域が旧来の汎用電子顕微鏡の時代から残る習慣によって、ＦＯＶと呼ばれるミクロンの整数倍等の予め装置によって決められた測定対象を含む非常に広い領域を電子ビーム走査することが行われてきた。この様な走査方法が利用し続けられてきた理由は、電子ビーム走査の安定化を担保し易い偏向コイル方式を利用した装置が従来から使用されてきたためである。偏向コイルを利用した場合、磁場を用いて電子ビームを偏向するため、真空中に偏向装置を配置する必要が無く、電子ビームの通り道をシンプルに保って汚染防止が出来ることにある。電子ビームの通り道が炭素等によって汚染すると、そこに電荷が蓄積し、ビームドリフト等不安定性の要因となることが知られている。

更に、偏向コイルは大きなインダクタンスやヒステリシスなどを持つため、電子ビーム走査を電気的に安定化させるためには、常に同じ様にコイルを駆動させる必要がある。つまり、安定動作を担保するためには同じ走査（例えば図１５の固定のＦＯＶ）の繰り返ししか出来ないという欠点があった。

仮に、図１５に示すＦＯＶを変えるために急激にコイルに加える電流を変化させたりすると、コイルによる逆電流、逆起電力や磁気回路の持つヒステリシスや磁気回路中の磁気スピンの動きの遅れなどがあるために、意図しない偏向が生じ、偏向装置としての安定性や信頼性（再現性）が欠けて測長装置などの定量測定装置に利用できなくなる。

このような古いタイプの偏向装置を測長装置に使用しているメーカは依然として存在するが、それらの装置のパフォーマンス、特にスループットを向上させることは既に限界にきている。

そのため、現状では、従来に増して非常に多くの測定点を効率良く、スループットを向上させて測定することが強く求められている。従来の電子ビーム走査方法では、無駄な電子ビーム走査が多く、測定再現性の向上と測定速度の向上を同時に実現することは困難と言う問題があった。

また、後者の特許文献１に記載の方法では、パターンの測定領域を設定し、ビームブランカで遮断して測定領域のみを電子ビームで照射し、当該測定領域の画像を取得していたため、余分は領域を偏向装置で走査する必要があり、スループットが悪いという問題があった。

本発明は、試料上に形成されたパターンの寸法を測長する画像を取得する電子ビーム画像取得装置において、試料上に形成されたパターンについて、電子ビームを最大走査可能な最大走査領域中で、指定された任意の領域のみを走査する走査装置と、電子ビームで最大走査可能な最大走査領域内で、画像取得の指定された各パターンについて当該パターンの測定対象の対向するエッジ部分を含んだ走査領域あるいは対向するエッジ部分をそれぞれ含んだそれぞれの部分走査領域を設定する走査領域設定手段と、走査領域設定手段で設定されたパターンの走査領域あるいは部分走査領域のみを、走査手段を制御して走査して走査領域画像あるいは部分走査領域画像を取得する画像取得手段とを備えるようにしている。

この際、走査装置は、１段あるいは２段の静電偏向器で構成するようにしている。

また、走査装置は電子ビームで最大走査可能な最大走査領域中で、任意の領域についてそれぞれ基準パターンの画像を取得して所定精度内であることの確認のメッセージを出力あるいは所定精度内でないときは補正あるいは所定精度内でないときはその旨のメッセージを出力するようにしている。

また、走査領域あるいは部分走査領域の設定は前記試料上に形成されたパターンを設計した設計データ上で設定し、当該設定した設計データ上の設定した走査領域あるいは部分走査領域について、予め前記試料上の所定パターンを電子ビームで走査して取得した画像をもとに校正し、当該校正した値をもとにステージを移動させて当該ステージ上に搭載した試料を所定の場所に移動させた状態で、画像取得手段によって走査領域画像あるいは部分走査領域画像を取得するようにしている。

また、試料上に形成されたパターンに対応する設計データ上のパターンを画面上に表示し、当該画面上で画像取得のパターンが指定されたときに、当該指定されたパターンについてその走査領域画像あるいは部分走査領域画像を取得するようにしている。

また、取得した走査領域画像あるいは部分走査領域画像をもとに、対向するエッジ間の距離あるいはエッジで囲まれた面積を算出するようにしている。

また、走査領域あるいは部分走査領域内の画像のエッジ部分を用いて電子ビームの焦点合わせを行うようにしている。

また、走査領域画像あるいは部分走査領域画像の同一の画像を蓄積した蓄積回数あるいは当該画像取得時の電子ビームのピクセル密度について、当該蓄積回数あるいは当該ピクセル密度のときの画像から求めたパターンのサイズの再現性が閾値よりも良いときに蓄積回数を少なく、あるいはピクセル密度を低く、あるいは両者を少なくまたは低く、してスループットを向上させ、一方、閾値よりも悪いときに蓄積回数を多く、あるいはピクセル密度を高く、あるいは両者を多くまたは高く、して再現性を向上させるようにしている。

本発明は、試料上に形成されたパターンについて、電子ビームを最大走査可能な最大走査領域内で、画像取得の指定された各パターンについて当該パターンの測定対象の対向するエッジ部分を含んだ走査領域あるいは対向するエッジ部分をそれぞれ含んだそれぞれの部分走査領域を設定し、設定された走査領域あるいは部分走査領域のみを走査して走査領域画像あるいは部分走査領域画像を取得することにより、試料上の測定対象のパターンのエッジ部分を含む必要最小限の画像を取得して測長し、測長の再現性を確保した上で画像取得時間を短縮してスループットを向上させることが可能となる。

（１）従来のＣＤＳＥＭでは測定位置はＣＤＳＥＭのハードウエアーで固定されたＦＯＶによって制限されるため、任意の電子ビーム照射領域を定めることが出来なかったが，本発明では自由に出来る。従来画素の大きさはＦＯＶに連動していたため、視野範囲は全て同じ分解能で走査していた。そのため、従来は例えば０．３ｎｍの分解能で電子ビーム走査を行いたい場合、ＦＯＶ３ミクロンで１００００ピクセル×１００００ピクセルと言うような指定を行う必要があり、全体として１億ピクセルの画像取得が必要であり、膨大な時間が掛かり、実用的で無かった。

本発明では電子ビーム走査範囲および測定箇所の画素サイズを自由に定めることが可能であるため非常に短時間で電子ビーム走査を行うことが出来る。そのため、例えば、フィーチャーサイズ（パターン）が８００ｎｍ、長さ２００ｎｍであれば、例えば１００ｎｍ×２２０ｎｍ 程度の領域を電子ビーム走査すれば測定に十分な情報が取得出来るため、３０００ピクセル×６６０ピクセル程度の領域つまり２００万ピクセル程度を走査すれば良い。ピクセルクロックが一定の場合、従来の方法と比較して５０倍も画像取得時間を短くできる。

（２）また、本発明は、フィーチャー（パターン）の幅に無関係に電子ビーム走査範囲を決められるように成る。例えば、フォトマスク上のパターンのエッチングの出来が非常に良くて、パターンのエッジが１０ｎｍ程度の範囲の画像で表現出来るとすれば、その範囲の情報を集めれば、幅の測定は可能に成る。例えば０．３ｎｍのピクセルサイズを用いた場合、横方向に３０ピクセル走査するだけで良く、この値はフィーチャーの幅が変化しても一定である。従って、本発明では、更に１測定に必要とされる時間を短くすることが可能となる。例えば、横方向に３０ピクセル縦方向に２００ピクセル取ったとすると、計１２０００ピクセルの領域を走査すれば良いことに成り、先の方法よりもさらに１００倍程度速度が向上する。

（３）更に、本発明は、画像蓄積回数やピクセル密度を増減して実測再現性を目標再現性に合致するように走査領域（走査領域、部分走査領域）を走査する回数や走査するときの電子ビームのピクセル密度を動的に設定することにより、保証再現性を担保した上で短時間に画像を取得し、測長のスループットを向上できる。

本発明は、試料上に形成されたパターンについて、電子ビームを最大走査可能な最大走査領域内で、画像取得の指定された各パターンについて当該パターンの測定対象の対向するエッジ部分を含んだ走査領域あるいは対向するエッジ部分をそれぞれ含んだそれぞれの部分走査領域を設定し、設定された走査領域あるいは部分走査領域のみを走査して走査領域画像あるいは部分走査領域画像を取得し、試料上の測定対象のパターンのエッジ部分を含む必要最小限の画像を取得して測長し、測長の再現性を確保した上で画像取得時間を短縮してスループットを向上させることを実現した。

図１は、本発明のシステム構成図を示す。

図１において、電子銃１は、電子線ビームを発生・縮小するものであって、電子発生源（加熱した熱電子源、先端の尖った冷陰極など）、加速電極などから構成される公知のものである。

アパチャー２は、電子銃１から放出された電子ビームの中心部分（所定立体角内）の電子ビームを通過させ、それ以外を遮断する円形の絞りであって、ここでは、自動的に複数の穴径をもつものに切り替え可能なものである。図示のアパチャー２は、ＣＬ３の上側に配置したが、これに限らず、当該ＣＬ３の主面（レンズ中心）や下側になどに配置してもよい。

ＣＬ（コンデンサレンズ）３は、電子銃１から放出されてアパチャー２の中心部分を通過した電子ビームを収束する公知のものである。図示のＣＬ３は、模式的に表し、実際は磁界レンズあるいは静電レンズから構成されるものである。

ＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５は、２段の偏向器を表し、対向した電極をそれぞれ持つ静電偏向器であって、細く絞った電子ビーム１１をサンプル８上に照射しつつ平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）するものである。尚、ヒステリシスなどを特別に小さく設計した２段の磁気偏向器でもよい。

ＭＣＰ６は、２次電子検出器の例を表し、電子ビームがサンプル８に照射しつつ平面走査されたときに、放出された２次電子を検出するものであって、前面に正の電圧を印加したものである。

対物レンズ７は、電子ビーム１１をサンプル８上に細く絞って照射するためのものであって、通常、磁界型対物レンズである。

サンプル８は、ステージ９上に固定されたサンプル（例えばマスクなど）である。

ステージ９は、サンプル８を固定し、測長器２７で精密にＸ方向およびＹ方向の座標位置を測長しつつ所定場所に移動させるものである。

電子ビーム１１は、電子銃１から放出された１次電子ビームである。

２次電子ビーム１２は、電子ビーム１１を細く絞ってサンプル８上に照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子である。サンプル８から放出された２次電子１２は、対物レンズ７の磁界により軸上を螺旋しながら正電圧の印加されているＭＣＰ６に向かって進行し、当該ＭＣＰ６の検出面に衝突して増幅されて２次電子画像を生成するものである。

高圧電源２１は、ＰＣ３１からの指示に従い、電子銃１に正の高電圧を印加したり、陰極に加熱電圧を供給したりなどするものである。

ＣＬ電源２２は、ＰＣ３１からの指示に従い、ＣＬ３に所定電流を供給するものである。

偏向電源２３は、ＰＣ３１からの指示に従い、ＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５に所定の偏向電圧を印加するものである。

２次電子検出器２４は、ＭＣＰ６に所定電圧を印加したり、ＭＣＰ６で増幅された信号を更に増幅したりなどし、ＰＣ３１に２次電子信号（２次電子画像）を送出するものである。

対物電源２５は、ＰＣ３１からの指示に従い、対物レンズ７に所定電流を供給したりなどするものである。

ステージ制御電源２６は、ステージ９を駆動するモータに所定制御電源を供給してサンプル８を所定場所に移動させるものである。

測長器２７は、ステージ９あるいはサンプル８の位置を精密に測定するレーザ干渉計などである。

ＰＣ３１は、プログラムにより各種制御、処理を行う公知のパソコンであって、ここでは、走査領域設定手段３２、走査方法指定手段３３、グローバルアライメント手段３４、画像取得手段３５、測長手段３６、信頼性判定手段３７、ＤＢ４１などから構成されるものである。

走査領域設定手段３２は、サンプル８上のパターンの走査領域（走査領域、部分走査領域）を設定するものである（図２などを用いて後述する）。

走査方法指定手段３３は、サンプル８上のパターンの走査領域を走査する走査方法を指定するものである（図２などを用いて後述する）。

グローバルアライメント手段３４は、サンプル８上のパターンと、設計データ上のパターンとの座標変換式を生成するものである（図２などを用いて後述する）。

画像取得手段３５は、サンプル８上のパターンの走査領域（走査領域、部分走査領域）を細く絞った電子ビームで走査して画像（走査領域画像、部分走査領域画像）を取得するものである（図２などを用いて後述する）。

測長手段３６は、画像取得手段３５によって取得した画像（走査領域画像、部分走査領域画像）からエッジ部分を抽出してパターンの測長を行うものである（図２などを用いて後述する）。

信頼性判定手段３７は、取得した画像（走査領域画像、部分走査領域画像）からエッジ部分を抽出してパターンの測長した値の信頼性を判定するものである（図１４を用いて後述する）。

ＤＢ４１は、各種データを検索し易く格納したものであって、ここでは、ＣＡＤデータ、結果データ、信頼性データなどを格納したものである。

次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。

図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図２において、Ｓ１（ステップＳ１という、以下同一）は、ＣＡＤデータ（ＧＤＳＩＩ，ＶＳＢ，ＯＡＳＩＳなど）を読み込む。これは、画像取得対象のパターンの設計データを読み込む。設計データは、右側に記載されているように、パターンの始点、終点の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２）などから構成されている。

Ｓ２は、指定された位置を画像情報の展開する。これは、Ｓ１で読み込んだＣＡＤデータ上で、図１のステージ９に固定したサンプル８（マスク）上のパターンのうち測定したいとして指定されたパターンの位置の画像を、表示可能な画像情報に展開する。

Ｓ３は、１回の電子ビーム走査可能な範囲を画面に表示する。これは、Ｓ２で表示可能な画像情報に展開されたうちの、１回の電子ビーム走査可能な範囲の画像をディスプレイ上の画面に表示、例えば図３に示すように表示する。

Ｓ４は、走査領域、走査方法、ピクセルサイズ、走査分解能、蓄積回数等の設定を行う。これは、Ｓ３で画面上に表示された例えば図５の１回の電子ビーム走査可能な範囲の画像上に示すように、走査領域（走査領域、部分走査領域）を表示、および図示外で走査方法（図９、図１０参照）、ピクセルサイズ（図１４参照）、走査分解能、蓄積回数（図１４参照）などを設定する。ここでは、走査領域として、右側に記載した、走査領域の（始点座標、終点座標）として、
・走査領域（Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２）
を設定する。

Ｓ５は、走査領域の抽出を行う。これは、Ｓ４で設定された情報のうち、ここでは、走査領域の情報を抽出する。

Ｓ６は、走査開始始点、終点の座標の抽出を行う。

Ｓ７は、グローバルアライメントを行う。これは、ＣＡＤデータの位置座標とマスクの位置座標との関係を算出し、ＣＡＤデータ上の座標を指定すると、自動的にステージ９を移動制御してサンプル（マスク）８をＣＡＤデータ上で指定された座標（電子ビームが照射する座標）に移動できるようにする。

Ｓ８は、測定位置に移動する。これは、Ｓ７でグローバルアライメントした後、ＣＡＤデータ上で指定された測定位置（走査領域）にステージ９を移動させてサンプル（マスク）８を位置づける。

Ｓ９は、走査開始電圧、終了電圧の計算を行う。これは、Ｓ８で測定位置（走査領域）にステージ９を位置付けた状態で、Ｓ６で抽出した走査領域の走査開始点、終了点の座標に対応する走査開始電圧、終了電圧の計算を行う（図９、図１０など参照）。

Ｓ１０は、ＤＡＣに電圧値を設定する。これは、ＰＣ３１が偏向電源２３に偏向電圧を供給する図示外のＤＡＣ（デジタル・アナログ変換器）に走査開始電圧、走査終了電圧値を設定し、走査開始電圧値から走査終了電圧値に向けて一定速度で変化する電圧を偏向電源２３を経由してＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５に印加するように設定する。

Ｓ１１は、電子ビームを走査し、２次電子信号を取得する。これは、Ｓ１０で設定した走査開始電圧から走査終了電圧に向けて一定速度で変化する電圧をＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５に印加し、電子ビームをサンプル８上で走査領域（走査領域、部分走査領域）を走査させ、そのときに発生した２次電子１２をＭＣＰ６，２次電子検出器２４を経由してＰＣ３１が取り込んで取得し、図示外のメモリ上に保存（蓄積）する。

Ｓ１２は、走査位置座標と信号強度の対応計算を行う。

Ｓ１３は、エッジ抽出する。

Ｓ１４は、長さ等の計算を行う。これらＳ１２からＳ１４は、Ｓ１１でメモリ上に保存した走査領域（走査領域、部分走査領域）の２次電子画像をもとに、走査位置座標と信号強度の関係からパターンのエッジ部分を抽出し、当該抽出したエッジ部分をもとに長さ等の計算（例えば対向するエッジの最大部分（あるいは最大と最小の平均、最大から所定だけ小さい部分など）を算出してエッジ間の距離を寸法として計算）など公知の手法でパターンの長さなどを算出する。

Ｓ１５は、結果を出力する。

以上によって、ＣＡＤデータを読み込んで指定されたパターンのエッジ部分を含む走査領域（走査領域、部分走査領域）を設定し、ＣＡＤデータと、ステージ９に固定されたサンプル（マスク）８上のパターンとをグローバルアライメントによって座標変換式を算出し、これをもとにサンプル（マスク）８を位置づけて前記走査領域を電子ビームで平面走査して走査領域画像（走査領域画像、部分走査領域画像）を取得してメモリに蓄積し、これらをもとにパターンの寸法を測定することが可能となる。この際、ＣＡＤデータ上で指定されたパターンについて、当該パターンのサイズなどに対応して必要最小限の走査領域（走査領域、部分走査領域）を設定し、電子ビームでエッジ部分を検出するために必要最小限の走査領域を電子ビームで走査して画像を取得することにより、測長の再現性を確保した上で画像取得時間を短縮してスループットを向上させることが可能となる。以下順次詳細に説明する。

図３は、本発明の動作説明フローチャート（グローバルアライメント）を示す。

図３において、Ｓ２１は、グローバルアライメントでマスクとＣＡＤデータの座標変換式を求める。これは、後述する図４に示すように、マスク（サンプル）８上に予め形成されている３点のグローバルアライメント（グローバルアライメントの位置に形成された所定のマーク）の画像を取得し、マスク上の位置（座標）をそれぞれ計算する。そして、計算したマスク上の３点のグローバルアライメントの位置（座標）と、ＣＡＤデータ上の３点のグローバルアライメントの位置（座標）との関係を表す座標変換式を求める。以降は、ＣＡＤデータ上の座標を、マスク上の座標に当該座標変換式で変換し、図１のステージ９をレーザ干渉計（測長器２７）で測長しつつ精密に移動制御する。

Ｓ２２は、ある時間経過後、同上の座標変換式を求める。これは、Ｓ２１でマスク上の３点のグローバルアライメントの位置と、ＣＡＤデータ上の３点のグローバルアライメントの位置とから求めた両者の座標変換式について、ある時間経過後に再度、両者の座標変換式を求める。

Ｓ２３は、座標が全体にシフトか判別する。ＹＥＳの場合には、ＣＡＤデータ上の３点のグローバルアライメントの位置に対して、マスク上のグローバルアライメントの位置が全体にシフトしていると判明したので、Ｓ２４で図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極が片側汚染と判定、即ち、ＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の対向する電極のうち片側が汚染してチャージして無用の偏向成分が発生したと判明したので、Ｓ２７でその旨（電極の片側汚染）のエラーメッセージを表示する。ＮＯの場合には、Ｓ２５に進む。

Ｓ２５は、幅が変化（拡縮）か判別する。ＹＥＳの場合には、ＣＡＤデータ上の３点のグローバルアライメントの位置の配置に対して、マスク上のグローバルアライメントの位置の配置が拡大、あるいは縮小されていると判明したので、Ｓ２６で図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極が両側汚染と判定、即ち、ＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の対向する電極の両側が汚染してチャージして無用の拡大あるいは縮小成分が発生したと判明したので、Ｓ２７でその旨（電極の両側汚染）のエラーメッセージを表示する。ＮＯの場合には、終了する。

Ｓ２８は、Ｓ２７でエラーメッセージを表示した後、復旧処理を行う。ここでは、Ｓ２９で電極にオゾン、プラズマによる洗浄、即ち、図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極の表面にオゾン、プラズマを照射して汚染の除去を行う。そして、終了する。

以上のように、所定時間毎に、マスク上のグローバルアライメントと、ＣＡＤデータ上のグローバルアライメントとの位置関係を求め、マスク上のグローバルアライメントの配置がシフト、拡縮しているか判定し、シフトあるいは拡縮していると判明した場合には電極（図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極）の汚染と自動判定し、自動的にオゾン、プラズマを照射して当該汚染を除去して自動復旧を図ることが可能となる。

図４は、本発明の説明図（その２）を示す。図４は、マスク上のグローバルアライメントを３点設けた例を示す。グローバルアライメントは、３点に限らす、２点、４点、５点・・・などであってもよい。ここでは、マスクの寸法は、例えば図示の１０ｃｍ×１０ｃｍのサイズであり、４辺のうちの３辺（あるいは４辺）の所定位置に所定寸法、所定パターンを予め形成したものである、ＣＡＤデータ上にも同一場所に同一寸法、パターンのデータが形成されているので、両者の配置や拡縮を比較することで、マスク上の画像のシフトや、拡縮を判定することが可能となる。

図５は、本発明の説明図（その２）を示す。図５は、図４のマスクのうち１度の電子ビーム走査可能な領域（最大走査領域）の例を模式的に示す。

図５において、測定対象パターンは、ユーザから指定（ＣＡＤデータ上で指定）された測定対象のパターン（マスク上のパターン）を示す。

走査領域の指定（１）は、ユーザから×の位置あるいは座標が指定（ＣＡＤデータ上で指定）された場合に、当該指定された位置を中心に、当該測定対象のパターンのエッジ部分の両側を含む所定矩形を走査領域（１）として自動設定したものである。

走査領域の指定（２）は、ユーザから×の位置あるいは座標が指定（ＣＡＤデータ上で指定）された場合に、当該指定された位置を中心に、当該測定対象のパターンの各エッジ部分を含む所定矩形をそれぞれ走査領域（２）として自動設定したものである。

尚、走査領域以外の他の情報、例えばパターンの測定方向（縦方向、横方向など）、走査方法（図９参照）、ピクセルサイズ（図１４参照）、走査分解能、蓄積回数などは、予め測定情報として指定あるいはデフォルトの値を設定する。

また、エッジ部分を含む走査領域は、エッジの最大部分から所定ピクセル（実験で予め求めた値）だけ外側および内側に設け、更にマージ（実験で求めた余裕値）をとった領域に自動設定すればよい。

以上のように、パターンのサイズ、形状などに対応して、当該測定対象のパターンの対向するエッジ部分を含む走査領域（１）、各エッジ部分を含むそれぞれの走査領域（２）を自動設定することにより、パターンの大きさや形状に依存して測定するときに必要なエッジ部分を１つあるいは対向する２つを含む走査領域（１）、（２）を設定してエッジ抽出に必要最小限の走査領域を設定して走査時間を最小必要限に削減し、スループットを向上させることが可能となる。

図６は、本発明の走査領域の測定条件の設定データ例を示す。ここでは、設計データとして、図示の下記の情報を設定する。

・走査領域：
・開始座標：
・終了座標：
・走査分解能（Ｘ）：
・走査分解能（Ｙ）：
・蓄積回数：
・その他：
ここで、走査領域は走査領域を表すインデックスである。開始座標、終了座標は矩形の走査領域を表す開始座標（矩形の左上の座標）と終了座標（矩形の右下の座標）である。走査分解能（Ｘ）、走査分解能（Ｙ）は走査領域を電子ビームが走査するときのＸ方向、Ｙ方向の分解能（間隔）である。蓄積回数は画像（走査画像、部分走査画像）を取得してメモリに蓄積する回数である。

図７は、本発明の動作説明図（リニアリティーの測定）を示す。

図７の（ａ）はフローチャートを示す。

図７の（ａ）において、Ｓ３１は、ステージで測定位置に移動する。

Ｓ３２は、測長する。これらＳ３１、Ｓ３２は、図１のステージ９に固定したマスク（サンプル）８上の特定のパターンの位置に当該ステージ９で移動させて位置付け、特定のパターンの画像を取得して当該パターンの寸法を測長する。

Ｓ３３は、次の測定点に移動して測定する。次の測定点に移動し、Ｓ３２と同様にパターンの寸法を測定する。

Ｓ３４は、おわりか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ３５に進む。ＮＯの場合には、Ｓ３１に戻り繰り返す。

Ｓ３５は、評価する。

Ｓ３６は、補正計数を算出する。

Ｓ３７は、リニアリティーを求める。これらＳ３５からＳ３７は、Ｓ３２、Ｓ３３で測定したパターンの測定点１の測定データ１、測定点２の測定データ２・・・測定点Ｎの測定データＮについて、後述する図７の（ｂ）に示すようにプロットし、補正計数を算出おおびリニアリティーを求める。

図７の（ｂ）は、リニアリティーの例を示す。

図７の（ｂ−１）は、グラフの例を示す。図示のグラフは、図７の（ａ）で測定した各点の座標ＸまたはＹを横軸、そのときの測定データの基準値Ｄからのずれ量Δｄを縦軸にプロットして線でつないだもの（リニアリティーを表すグラフ）である。

図７の（ｂ−２）は、補正係数の例を示す。補正係数は、図示の下記の式（１）で求める。

補正係数Ｋｘ又はｙ＝±Δｄｘ又はｙ／Ｄｘ又はｙ・・・・・・（式１）
以上のように、マスク上の測定点１の測定データ１、次の測定点２の測定データ２、・・・・測定点Ｎの測定データＮを測定し、ＣＡＤデータ上の測定データと比較してその誤差を算出し、図７の（ｂ−１）のグラフに示すように、基準値Ｄからの誤差Δｄをプロットして線でつないで当該グラフを生成し、マスク上の各位置におけるリニアリティー（誤差）を算出することが可能となる。そして、リニアリティーが許容範囲を超えるときには電極（図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極）が汚染したと判定し、自動クリーニング（オゾン、プラズマを照射して除去）して自動復旧（リニアリティーを許容範囲に自動復旧）させることが可能となる。

図８は、本発明の動作説明図（自動フォーカス合わせ）を示す。

図８の（ａ）はフローチャートを示す。

図８の（ａ）において、Ｓ４１は、フォーカスレンズの値を初期値にする。

Ｓ４２は、電子ビームをエッジ部分に照射する。

Ｓ４３は、２次電子信号を取得する。

Ｓ４４は、フォーカスの値を変化させる。

Ｓ４５は、最大値か判別する。ＹＥＳの場合にはＳ４６に進む。ＮＯの場合には、Ｓ４２以降を繰り返す。

以上のＳ４１からＳ４５のＹＥＳにより、図１の対物レンズ７の値を初期値に設定し、ステージ９に固定したマスク（サンプル）８の上の所定のパターンのエッジ部分に電子ビームを照射しながら走査し、そのときに放出された２次電子信号を取得し、メモリに格納することを、フォーカスレンズの値を初期値から最大値にまで所定幅で順次繰り返し、フォーカス値の初期値から最大値まで所定幅で変化させたときのエッジ部分の２次電子信号をメモリに格納することができる。

Ｓ４６は、プロファイルを抽出する。

Ｓ４７は、最大ピークを持つものを合焦点とする。これらＳ４６、Ｓ４７は、Ｓ４１からＳ４５でメモリに保存した２次電子信号のプロファイルを順次抽出し、最大ピークを持つときのフォーカスレンズの値を合焦点の値と決定する。

以上によって、マスク上の任意のパターンのエッジ部分の２次電子信号をフォーカスレンズの値を変えて保存し、当該保存した２次電子信号のプロファイルのエッジ部分の最大のフォーカスレンズの値を合焦点と自動判定することにより、パターンのエッジ部分の２次電子信号のみで高速に画像を取得し、自動フォーカスすることが可能となる。

図８の（ｂ）は動作説明図を示す。

図８の（ｂ−１）から（ｂ−３）は、幅が広いパターンの例を示す。

図８の（ｂ−１）は、図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極に印加する電圧波形を示す。横軸は時間で、縦軸は電圧を示す。

図８の（ｂ−２）は、幅が大きいパターンの例を示す。この幅が大きいパターンでも、走査領域（１）はパターンのエッジ部分を検出するのみでよいので、図８の（ｂ−５）の幅が狭いパターンの場合の走査領域（１）と同一でよく、２次電子信号の取得時間を大幅に短縮できる。

図８の（ｂ−３）は、図８の（ｂ−２）の走査領域（１）を電子ビームで走査したときにフォーカスレンズの値を初期値１から最大値５まで順次変化させたときに取得された２次電子信号のプロファイルを模式的に示したものである。このプロファイル中の最大のピークのものが合焦点と判定（ベストフォーカスと判定）されるものである。

図８の（ｂ−４）から（ｂ−６）は、幅が小さいパターンの例を示す。

図８の（ｂ−４）は、図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極に印加する電圧波形を示す。横軸は時間で、縦軸は電圧を示す。

図８の（ｂ−５）は、幅が小さいパターンの例を示す。この幅が小さいパターンは、走査領域（１）はパターンのエッジ部分を検出するのみでよいので、図８の（ｂ−２）の幅が広いパターンの場合の走査領域（１）と同一である。

図８の（ｂ−６）は、図８の（ｂ−５）の走査領域（１）を電子ビームで走査したときにフォーカスレンズの値を初期値１から最大値５まで順次変化させたときに取得された２次電子信号のプロファイルを模式的に示したものである。このプロファイル中の最大のピークのものが合焦点と判定（ベストフォーカスと判定）されるものである。

図９は、本発明の説明図を示す。

図９の（ａ）は、パターンの対向するエッジ部分を含む走査領域を設定した場合の走査方法の例を示す。

図９の（ａ−１）から（ａ−２）はパターンの対向するエッジ部分の間の距離が大の場合の例を模式的に示し、図９の（ａ−３）から（ａ−４）はパターンの対向するエッジ部分の間の距離が小の場合の例を模式的に示す。

図９の（ａ−１）は、測定対象のパターンと走査領域と走査電圧（Ｘ，Ｙ）の例を示す。以下画像取得の手順を詳細に説明する。

（１）図９の（ａ−１）に示すように、測定対象のパターン５１が指定されると、当該指定されたパターン５１を走査するための走査領域５２として、パターン５１の測定指定された方向の対向するエッジ部分を含む走査領域５２を図示の下記のように設定する。

・走査領域５２：
・左上の座標：（Ｘ１、Ｙ１）
・左下の座標：（Ｘ２，Ｙ２）
（２）（１）で設定した走査領域５２を走査するように、図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極に印加する電圧として、
・Ｘ方向：始点をＸ１に電子ビームを偏向する電圧ＥＸ１
終点をＸ２に電子ビームを偏向する電圧ＥＸ２
・Ｙ方向：始点をＹ１に電子ビームを偏向する電圧ＥＹ１
終点をＹ２に電子ビームを偏向する電圧ＥＹ２
を設定する。

（３）（２）で設定した電圧をもとにＸ方向の始点から終点に向けて電子ビームをクロックに同期して１走査する。

（４）次に、Ｙ方向に始点から終点に向けて所定量だけ（所定ステップだけ、１クロックに相当する量だけ）電子ビームを走査（偏向）させる。そして、（３）と同様に（２）で設定した電圧をもとにＸ方向の始点から終点に向けて電子ビームをクロックに同期して１走査する。

（５）同様に、Ｙ方向に終点まで（４）を繰り返す。

以上の（１）から（５）により、図９の（ａ−１）の走査領域５２について、上から下に向けて横方向に電子ビームをパターン５１の対向するエッジ部分を含んで走査することを繰り返し、そのときの２次電子信号をメモリに、走査信号の座標に対応づけてそれぞれ記憶することにより、パターン５１について走査領域５２で設定した部分（パターンの対向するエッジ部分を含んだ部分）の２次電子画像を取得することが可能となる。

同様に、図９の（ａ−３）から（ａ−４）に示すパターン５３の幅が小さい場合についても当該幅が小さいパターンの対向するエッジ部分を含んだ狭い走査領域５４について走査してその２次電子信号をメモリに保存し、幅の狭いパターン５３について幅の狭い走査領域５４で設定した部分（パターンの対向するエッジ部分を含んだ部分）の２次電子画像を取得することが可能となる。

図９の（ａ−２）は、図９の（ａ−１）の走査領域５２を電子ビームでＸ方向に１走査したときに検出される２次電子信号のプロファイルも例を示す。エッジ部分でピークがそれぞれ検出される。

以上のように、測定対象として指定されたパターン５１，５３の測定方向の幅に大小があった場合でも、測長に必要なパターンの対向するエッジ部分を含む必要最小限の幅の走査領域５２，５４を設定し、当該必要最小限の幅の走査領域５２，５４を走査して２次電子画像を取得することにより、電子ビームの走査領域を必要最小限に動的に設定し、高速に２次電子画像を取得し、スループットを向上させることが可能となる。

図９の（ｂ）は、パターンの対向するエッジ部分毎に走査領域５２をそれぞれ設定した例を模式的に示す。以下画像取得の手順を詳細に説明する。

（１）図９の（ｂ−１）に示すように、測定対象のパターン５１が指定されると、当該指定されたパターン５１を走査するための部分走査領域５２’として、パターン５１の測定指定された方向の対向するエッジ部分をそれぞれ独立に含む部分走査領域５２’を図示の下記のように、ここでは、２つ設定する。

・左側の部分走査領域５２’：
・左上の座標：（Ｘ１、Ｙ１）
・左下の座標：（Ｘ２，Ｙ２）
・右側の部分走査領域５２’：
・左上の座標：（Ｘ３、Ｙ３）
・左下の座標：（Ｘ４，Ｙ４）
（２）（１）で設定した２つの部分走査領域５２’をそれぞれ走査するように、図１のＤＥＦ（１）４，ＤＥＦ（２）５の電極に印加する電圧として、
・左側の部分走査領域５２’：
・Ｘ方向：始点をＸ１に電子ビームを偏向する電圧ＥＸ１
終点をＸ２に電子ビームを偏向する電圧ＥＸ２
・Ｙ方向：始点をＹ１に電子ビームを偏向する電圧ＥＹ１
終点をＹ２に電子ビームを偏向する電圧ＥＹ２
・右側の部分走査領域５２’：
・Ｘ方向：始点をＸ３に電子ビームを偏向する電圧ＥＸ３
終点をＸ４に電子ビームを偏向する電圧ＥＸ４
・Ｙ方向：始点をＹ３に電子ビームを偏向する電圧ＥＹ３
終点をＹ４に電子ビームを偏向する電圧ＥＹ４
をそれぞれ設定する。

（３）（２）で設定した電圧をもとに、左側の部分走査領域５２’について、Ｘ方向の始点から終点に向けて電子ビームをクロックに同期して１走査する。

（４）次に、Ｙ方向に始点から終点に向けて所定量だけ（所定ステップだけ、１クロックに相当する量だけ）電子ビームを走査（偏向）させる。そして、（３）と同様に（２）で設定した電圧をもとにＸ方向の始点から終点に向けて電子ビームをクロックに同期して１走査する。

（５）同様に、Ｙ方向に終点まで（４）を繰り返す。

（６）次に、右側の部分走査領域５２’についても、（３）から（５）を繰り返す。

以上の（１）から（６）により、図９の（ｂ−１）の左側の走査領域５２について、上から下に向けて横方向に電子ビームをパターン５１の対向するエッジ部分を含んで走査することを繰り返し、そのときの２次電子信号をメモリに、走査信号の座標に対応づけてそれぞれ記憶し、同様に、右側の部分走査領域５２’についても走査して記憶することにより、パターン５１の対応するエッジ部分についてそれぞれ部分走査領域５２’で設定した部分（パターンの対向する１つのエッジ部分を含んだ部分）の２次電子画像をそれぞれ取得することが可能となる。

同様に、図９の（ｂ−３）から（ｂ−４）に示すパターン５３の幅が小さい場合についても当該幅が小さいパターンの対向するエッジ部分についてそれぞれ設定した部分走査領域５４’について走査してその２次電子信号をメモリに保存することが可能となる。

図９の（ｂ−２）は、図９の（ｂ−１）の２つの部分走査領域５２’を電子ビームでＸ方向にそれぞれ１走査したときに検出される２次電子信号のプロファイルも例を示す。エッジ部分でピークがそれぞれ検出される。

以上のように、測定対象として指定されたパターン５１，５３の測定方向の幅に大小があった場合でも、測長に必要なパターンの対向するエッジ部分のみを含む必要最小限の幅の２つの部分走査領域５２’，５４’を設定し、当該必要最小限の幅の部分走査領域５２’，５４’を走査して２次電子画像を取得することにより、パターンの測定方向の幅に大小があってもほぼ同じ幅の必要最小限に動的に設定し、高速に２次電子画像を取得し、スループットを向上させることが可能となる。

図１０は、本発明の説明図（図９の続き）を示す。

図１０の（ｃ）は、部分走査領域５２’，５４’について、左側の部分走査領域から右側の部分走査領域にジャンプして走査を継続する実施例を示す。図９の（ｂ）は左側の部分走査領域５２’と右側の部分走査領域５２’は、それぞれ独立に走査した後に次の部分走査領域５２’を走査していたが、当該図１０の（ｃ）ではＸ方向の走査について、左側の部分走査領域５２’を走査した次に右側の部分走査領域５２’にジャンプにして継続して走査することを繰り返すように走査制御する実施例である。これにより、横方向に同じ位置（横方向にＹ座標が同じ位置）の２次電子画像を取得することが可能となる。

図１１は、本発明の部分走査領域画像から幅を測定する方法説明図を示す。これは、既述した図９の（ｂ），図１０の（ｃ）の部分走査領域５２’、５４’を電子ビームで走査して取得した部分走査領域画像からパターンの幅を測定する方法を説明するものである。

図１１において、Ｓ５１は、部分走査領域画像を取得する。

Ｓ５２は、部分走査領域５２’をそれぞれ電子ビームで走査して部分走査領域画像を取得する様子を模式的に示す。これは、既述した図９の（ｂ−１）のパターンの対向するエッジ部分をそれぞれ含む２つの部分走査領域５２’を、電子ビームでＸ方向に走査し、そのときに発生した２次電子信号を取得する様子を模式的に示す。

Ｓ５３は、部分走査領域画像に含まれるエッジ位置を抽出する。これは、Ｓ５２で取得した例えば既述した図９の（ｂ−２）に示す２次電子信号のプロファイル上で、エッジ部分のエッジ位置（例えばエッジ部分の最大ピークの位置あるいは最大ピークから所定値だけ小さい位置など）を抽出する。

Ｓ５４は、得られた複数のエッジ間の距離を求める。そして、距離を複数組求めて平均などし、更に標準偏差を求めて所定閾値以下のときに当該平均の値をパターンのサイズと決定する。

以上のように、部分走査領域画像中のエッジ位置をもとにエッジ間の距離を求めて平均化、更に標準偏差などを求めて当該標準偏差が所定閾値以下のときにパターンのサイズと決定することが可能となる。

図１２は、本発明の画像取得例（その１）を示す。

図１２の（ａ）は、パターンが円形の場合の画像取得例を示す。パターンが円形の場合としては、パターンがコンタクトホールの場合がある。

図１２の（ａ−１）は、Ｘ方向およびＹ方向にエッジ部分のみそれぞれ走査して２組の２次電子画像を取得する走査方向の例を示す。

図１２の（ａ−２）は、４５°方向にエッジ部分のみ１回走査して１組の２次電子画像を取得する走査方向の例を示す。

図１２の（ａ−３）は、本発明の方法であって、円形のパターンの中心に向かって角度分割した方向からエッジ部分のみ走査したり、逆に中心から外方向にエッジ部分のみ走査したりして１組の２次電子画像を取得する走査方法の例を示す。

以上のいずれの走査方向においても、円形のパターンのエッジ部分のみを電子ビームで走査するので、全体を走査する従来に比して走査時間を短縮してスループットを向上させることが可能となる。

図１２の（ｂ）は、円形方向に半径を変えて複数回、走査して１組の２次電子画像を取得する走査方向の例を示す。これにより、円形のパターンのエッジ部分のみを含む円形状の２次電子信号のプロファイルを、走査時間を短縮して取得することが可能となる。

図１３は、本発明の画像取得例（その２）を示す。

図１３において、マスク上に形成されたパターン１は、パターンの幅が大きく、ここでは、走査分解能が２ｎｍと設定されている。

マスク上に形成されたパターン２は、パターンの幅が小さく、ここでは、走査分解能が０．３ｎｍと設定されている。

以上のようにパターン１，２のサイズに対応して走査分解能（縦方向の許容測定誤差に相当）を設定することにより、部分走査領域５５、５６内を当該設定された走査分解能で電子ビームを走査して２次電子信号を検出して部分走査領域画像として保存することにより、パターン１，２のサイズに応じた最適な走査分解能で高速に部分走査領域画像を取得することが可能となる。

図１４は、本発明の画像取得例（その３）を示す。

図１４の（ａ）は、保証できる装置性能の例を模式的に示す。ここでは、横軸をパターンのサイズ、形状などの違いによる測定対象種類を示し、縦軸は各測定対象種類の測定再現性を示す。

図１４の（ａ−１）は、従来の固定測定法による保証できる装置性能の例を模式的に示す。従来の固定測定法は、パターンのサイズ、形状などに対応して動的にパラメータを変えることなく固定パラメータの画像取得、蓄積回数などで測定していたため、パターンのサイズ、形状に応じて図示のように保証できる装置性能にバラツキが生じていた。

図１４の（ａ−２）は、本発明の条件個別最適化測定法による保証できる装置性能の例を模式的に示す。本発明の条件個別最適化測定法は、パターンのサイズ、形状などに対応して動的にパラメータを変えて測定していたため、パターンのサイズ、形状に応じて図示のように保証できる装置性能が測定対象種類について一定となり、安定した再現性を保証できるとい特徴があります。次に、以下具体的に詳細に説明する。

図１４の（ｂ）は、条件個別最適化測定法（蓄積回数）の例を示す。

図１４の（ｂ）において、図示のテーブルは、下記の情報を対応づけて登録したものであって、パラメータとして蓄積回数を動的に変更するためのものである。

・測定点：
・初期画像蓄積回数：
・実測再現性：
・目標再現性：
・最適画像蓄積回数：
ここで、測定点は測定対象のパターンを特定する測定点である。初期画像蓄積回数は測定点の走査領域画像（走査領域画像、部分走査領域画像）を蓄積する回数である。実測再現性は実測した再現性（例えば標準偏差３σ）である。目標再現性は当該測定点のパターンの目標とする再現性（例えば標準偏差３σ）である。最適画像蓄積回数は実測再現性が目標再現性と同じとなるときの走査領域画像を蓄積する回数（取得する回数）である。

次に、測定法を説明する。

（１）上記テーブルに設定されている初期画像蓄積回数だけ、測定点のパターンについて走査領域画像を取得してメモリに蓄積し、当該蓄積した各走査領域画像をもとにエッジ位置を抽出して算出した蓄積数分の測定値について平均値、標準偏差３σ（再現性）を求めると図示のようになる。

（２）次に、初期画像蓄積回数で図示のテーブルに示すように、実測再現性が得られたので、この実測再現性が目標再現性よりも大きい（悪い）、あるいは小さい（良い）場合について、蓄積回数を増減する手順を説明する。

・実測再現性が目標再現性よりも大きい（悪い）場合：ここでは、測定点Ｃは実測再現性が０．４で目標再現性０．２よりも大きい（悪い）ので、再現性を小さく（良く）するために、蓄積回数を例えば４の整数倍に増やして走査領域画像を蓄積してそのときの再現性（例えば標準偏差３σ）を求め、目標再現性と等しくなる当該蓄積回数を求める、ここでは、６４回となったので、図示の最適画像蓄積回数を６４と設定し、以降、測定点Ｃのパターン（および同じ形状のパターン）について当該最適画像蓄積回数６４と設定することにより、目標再現性に合致させて再現性を向上させることが可能となる。

・実測再現性が目標再現性よりも小さい（良い）場合：ここでは、測定点Ｂは実測再現性が０．１で目標再現性０．２よりも小さい（良い）ので、再現性を大きく（悪く）して蓄積回数を減らしてスループットを向上させるために、蓄積回数を減らして走査領域画像を蓄積してそのときの再現性（例えば標準偏差３σ）を求め、目標再現性と等しくなる当該蓄積回数を求める、ここでは、４回となったので、図示の最適画像蓄積回数を４と設定し、以降、測定点Ｂのパターン（および同じ形状のパターン）について当該最適画像蓄積回数４と設定することにより、目標再現性に合致させてスループットを向上させることが可能となる。

図１４の（ｃ）は、条件個別最適化測定法（ピクセル密度）の例を示す。

図１４の（ｃ）において、図示のテーブルは、下記の情報を対応づけて登録したものであって、パラメータとしてピクセル密度を動的に変更するためのものである。

・測定点：
・初期ピクセル密度／μｍ：
・実測再現性：
・目標再現性：
・最適ピクセル密度／μｍ：
ここで、測定点は測定対象のパターンを特定する測定点である。初期ピクセル密度／μｍは測定点の走査領域（走査領域画、部分走査領域画）を走査する電子ビームのピクセル密度／μｍである。実測再現性は実測した再現性（例えば標準偏差３σ）である。目標再現性は当該測定点のパターンの目標とする再現性（例えば標準偏差３σ）である。最適ピクセル密度／μｍは実測再現性が目標再現性と同じとなるときの走査領域画を走査する電子ビームのピクセル密度／μｍである。

次に、測定法を説明する。

（１）上記テーブルに設定されている初期ピクセル密度／μｍの電子ビームで、測定点のパターンの走査領域を走査して画像を取得してメモリに蓄積し、当該蓄積した各走査領域画像をもとにエッジ位置を抽出して算出した測定値について平均値、標準偏差３σ（再現性）を求めると図示のようになる。

（２）次に、初期ピクセル密度／μｍで図示のテーブルに示すように、実測再現性が得られたので、この実測再現性が目標再現性よりも大きい（悪い）、あるいは小さい（良い）場合について、ピクセル密度／μｍを増減する手順を説明する。

・実測再現性が目標再現性よりも大きい（悪い）場合：ここでは、測定点Ｃは実測再現性が０．４で目標再現性０．２よりも大きい（悪い）ので、再現性を小さく（良く）するために、ピクセル密度／μｍを例えば５１２から整数倍に順次増やして走査領域画像を蓄積してそのときの再現性（例えば標準偏差３σ）を求め、目標再現性と等しくなる当該ピクセル密度／μｍを求める、ここでは、２０４８となったので、図示の最適ピクセル密度／μｍを２０４８と設定し、以降、測定点Ｃのパターン（および同じ形状のパターン）について当該最適ピクセル密度／μｍ ２０４８と設定することにより、目標再現性に合致させて再現性を向上させることが可能となる。

・実測再現性が目標再現性よりも小さい（良い）場合：ここでは、測定点Ｂは実測再現性が０．１で目標再現性０．２よりも小さい（良い）ので、再現性を大きく（悪く）してピクセル密度／μｍを減らしてスループットを向上させるために、ピクセル密度／μｍを減らして走査領域画像を蓄積してそのときの再現性（例えば標準偏差３σ）を求め、目標再現性と等しくなる当該ピクセル密度／μｍを求める、ここでは、１２６となったので、図示の最適ピクセル密度／μｍを１２６と設定し、以降、測定点Ｂのパターン（および同じ形状のパターン）について当該最適ピクセル密度／μｍを１２６と設定することにより、目標再現性に合致させてスループットを向上させることが可能となる。

本発明のシステム構成図である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明の動作説明フローチャート（グローバルアライメント）である。 本発明の説明図（その１）である。 本発明の説明図（その２）である。 本発明の走査領域の測定条件の設定データ例である。 本発明の動作説明図（リニアリティーの測定）である。 本発明の動作説明図（自動フォーカス合わせ）である。 本発明の説明図である。 本発明の説明図（図９の続き）である。 本発明の部分走査領域画像から幅を測定する方法説明図である。 本発明の画像取得例（その１）である。 本発明の画像取得例（その２）である。 本発明の画像取得例（その３）である。 従来の電子ビーム走査方法である。

１：電子銃
２：アパチャー
３：ＣＬ（コンデンサレンズ）
４：ＤＥＦ（１）
５：ＤＥＦ（２）
６：ＭＣＰ
７：対物レンズ
８：サンプル
９：ステージ
１１：電子ビーム
１２：２次電子
２１：高圧電源
２２：ＣＬ電源
２３：偏向電源
２４：２次電子検出器
２５：対物電源
２６：ステージ制御電源
２７：測長器
３１：ＰＣ（パソコン）
３２：走査領域設定手段
３３：走査方法指定手段
３４：グローバルアライメント手段
３５：画像取得手段
３６：測長手段
３７：信頼性判定手段
４１：ＤＢ

Claims (11)

1. 試料上に形成されたパターンの寸法を測長する画像を取得する電子ビーム画像取得装置において、
   前記試料上に形成されたパターンについて、電子ビームを最大走査可能な最大走査領域中で、設定された走査領域のみを走査する走査手段と、
   前記電子ビームで最大走査可能な最大走査領域内で、画像取得の指定された各パターンについて、該パターンが円形のパターンの場合には、該パターンの設計データ上の中心位置を中心に、エッジ部分を含むパターンの一部のみを含んだ走査領域を自動設定する走査領域設定手段と、
   前記走査領域設定手段で設定された前記走査領域のみを、前記走査手段を制御して走査して該走査領域画像を取得する画像取得手段と
   を備えたことを特徴とする電子ビーム画像取得装置。
2. 前記自動設定した走査領域を、該走査領域内の該パターンの半径方向に電子ビームで走査し、該走査領域画像を取得することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム画像取得装置。
3. 前記走査手段は、１段あるいは２段の静電偏向器で構成したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の電子ビーム画像取得装置。
4. 前記走査手段は電子ビームで最大走査可能な最大走査領域中で、任意の領域についてそれぞれ基準パターンの画像を取得して該パターンの寸法が所定精度内であることの確認のメッセージを出力あるいは所定精度内でないときは補正あるいは所定精度内でないときはその旨のメッセージを出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子ビーム画像取得装置。
5. 前記走査領域の設定は前記試料上に形成されたパターンを設計した設計データ上で設定し、当該設定した設計データ上の設定した走査領域について、予め前記試料上の所定パターンを電子ビームで走査して取得した当該所定パターンであるグローバルアライメント画像をもとに設計データの位置座標とマスクの位置座標との関係を算出し、当該算出した関係をもとにステージを移動させて当該ステージ上に搭載した前記試料を所定の場所に移動させた状態で、前記画像取得手段によって走査領域画像を取得することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子ビーム画像取得装置。
6. 試料上に形成されたパターンに対応する設計データ上のパターンを画面上に表示し、当該画面上で画像取得のパターンが指定されたときに、当該指定されたパターンについてその走査領域画像を取得することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子ビーム画像取得装置。
7. 前記取得した走査領域画像をもとに、対向するエッジ間の距離あるいはエッジで囲まれた面積を算出することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子ビーム画像取得装置。
8. 前記走査領域内の画像のエッジ部分を用いて電子ビームの焦点合わせを行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電子ビーム画像取得装置。
9. 前記走査領域画像の同一場所の画像を蓄積した蓄積回数あるいは当該画像取得時の電子ビームのピクセル密度について、当該蓄積回数あるいは当該ピクセル密度のときの画像から求めたパターンのサイズの再現性が閾値よりも良いときに蓄積回数を少なく、あるいはピクセル密度を低く、あるいは両者を少なくまたは低く、してスループットを向上させ、一方、閾値よりも悪いときに蓄積回数を多く、あるいはピクセル密度を高く、あるいは両者を多くまたは高く、して再現性を向上させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の電子ビーム画像取得装置。
10. 試料上に形成されたパターンの寸法を測長する画像を取得する電子ビーム画像取得方法において、
    前記電子ビームで最大走査可能な最大走査領域内で、画像取得の指定された各パターンについて、該パターンが円形のパターンの場合には、該パターンの設計データ上の中心位置を中心に、エッジ部分を含むパターンの一部のみを含んだ走査領域を自動設定する走査領域設定ステップと、
    前記走査領域設定ステップで設定された前記走査領域のみを、走査手段を制御して走査して走査領域画像を取得する画像取得ステップと
    を有することを特徴とする電子ビーム画像取得方法。
11. 前記自動設定した走査領域を、該走査領域内の該パターンの半径方向に電子ビームで走査し、該走査領域画像を取得することを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム画像取得方法。

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