JP6698883B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本開示は、荷電粒子線装置に係り、特に、試料上に繰り返し形成されたパターンを高精度に測定し得る荷電粒子線装置に関する。

微細化が進む半導体デバイスの測定や検査を行うため、走査電子顕微鏡のような荷電粒子線装置が用いられている。一方、近年の電子デバイスの高機能化、多機能化に伴い微細化が進み、回路パターンが密集化するようになった。パターンの代表寸法が３０ｎｍ以下となり、よりピッチの小さいパターンを形成する新技術として、ＳＡＤＰ（Ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）、ＳＡＤＰを２回行うＳＡＱＰ（Ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｑｕａｄｒｕｐｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）といった技術が導入されている。このようなパターニング法で生成されたパターンは、同じようなパターンが繰り返し配列されているため、適正なプロセス評価を行うためには、評価の対象となるプロセスで生成されたパターンを正確に特定する必要がある。特許文献１には、画像データに基づいて、パターンのラフネスを評価し、ラフネス評価値に基づいてパターン位置を特定する手法が説明されている。また、特許文献２には、測定対象箇所と関連性が明らかなパターン領域に、傾斜ビームを照射することによって、パターンの種類を同定し、種類が同定されたパターンを測定する手法が説明されている。

特開２０１５―２０３６１４号公報 特許第６０４３５２８号（対応米国特許ＵＳＰ８，８７２，１０６）

特許文献１に開示の手法によれば、工程ごとにラフネスの評価値が異なる点に鑑み、ラフネス評価値の比較によってパターンの識別を行っているが、何等かの要因でラフネスの出来が安定しない場合、パターンの識別が困難となることが考えられる。また、特許文献２によれば、信号波形処理に基づく高精度なパターン識別が可能であるが、パターンのエッジの出来栄えや走査線方向によって、プロファイル形状が変化することが考えられ、正確なパターン識別ができなくなる場合が考えられる。

以下に、ＳＡＤＰやＳＡＱＰのような複数露光法等で生成された繰り返しパターンの識別を高精度に行う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を偏向する偏向器と、前記荷電粒子ビームの照射対象である試料を移動させるためのステージと、偏向器及びステージを制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置であって 制御装置は、前記試料上の第１の位置に荷電粒子ビームを照射することによって、試料に照射痕を形成させるように偏向器を制御し、照射痕の形成後、前記第１の位置を含むと共に、前記照射痕より大きな第１の視野に前記荷電粒子ビームを走査するように前記偏向器を制御することによって第１の画像を取得し、前記第１の位置を含み、前記照射痕より大きな視野であり、且つ前記第１の視野とは異なる位置の第２の視野に前記荷電粒子ビームを走査するように前記偏向器を制御することによって第２の画像を取得し、前記第１の画像と第２の画像に含まれる照射痕を重ねるように、前記第１の画像と第２の画像を合成する荷電粒子線装置を提案する。

上記構成によれば、高精度な測定や検査を行い得る画像を広範囲に亘って取得することが可能となる。

走査電子顕微鏡の概略を示す図。 繰り返しパターンの一例を示す図。 ビームの照射痕を付着した後、照射痕を含む複数の画像を生成し、照射痕を基準に複数の画像を重ね合わせる工程を示すフローチャート。 密集繰り返しパターン群内に高倍率画像を取得する領域を設定した例を示す図。 密集繰り返しパターン群内に高倍率画像を取得する領域と、低倍率画像を取得する領域を設定した例を示す図。 試料上に設定した低倍率画像取得領域の一例を示す図。 低倍率画像の撮像位置と密集繰り返しパターンの位置関係を示す図。 走査電子顕微鏡を含む計測システムの一例を示す図。 高倍率撮像箇所（コンタミネーション）を利用使用した低倍率画像の重ね合わせ方の説明図。 複数の低倍率画像を重ね合わせた例を示す図。 複数の低倍率画像を重ね合わせた場合の重畳画像例を示す図。 合成画像の表示例を示す図。 合成画像の画像生成条件を設定するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面の一例を示す図。 合成対象とした高倍率画像と低倍率画像の表示例を示す図。 繰り返しパターンに形成された照射痕と、低倍率画像との位置関係を説明する図。 合成画像を生成する際の視野位置設定工程を説明するためのフローチャート。

以下に、荷電粒子線装置において試料を高倍率での撮像後に、低倍率で撮像することで、広領域の測定を行う荷電粒子線装置について説明する。

走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）に代表される荷電粒子線装置は、試料に対する電子ビーム等の荷電粒子線の走査によって得られる荷電粒子（二次電子等）を検出し、画像を形成する装置である。ステージという試料台に試料をのせ、ステージ移動との荷電粒子の偏向によって、試料の所望位置を検査することができる。特に半導体を測定，検査するＳＥＭは、半導体デバイス上の所望の位置に存在する回路パターンを測定するために、レシピと呼ばれる装置の動作条件を記憶したプログラムが予め作成され、当該レシピにて設定した条件に基づいて、測定，検査が実行される。荷電粒子線装置は高い倍率と高い計測再現性があり、単純な測長やピッチ測定だけでなく、画像に写っているパターンの出来ばえを評価する指標が提案されるなど、新たな用途、用件が発生している。

一方、ＳＡＤＰ、ＳＡＱＰなどプロセス装置による微細化技術が進んでいる。ＳＡＤＰとはよりピッチの小さいパターンを形成する新技術であり、従来のリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、全体に膜を形成し、エッチングを施してレジストパターン側壁にパターンを形成する手法である。これにより、最初のリソグラフィで作成したパターンのピッチの半分のピッチの密集パターンを形成することができる。ＳＡＱＰとは、ＳＡＤＰで形成したパターンに対して膜堆積を行い、エッチングを施してピッチを分割するという方法で微細なラインアンドスペースのパターンを形成する。

こういった繰り返し密集パターンの検査としては、撮像範囲を広くとることが望ましいが、解像度を低下させると画像のパターンが判定不能となってしまう。が、解像度を上げた多ピクセル画像の撮像はスループット低下や、記憶領域の圧迫につながる。

また、ＣＤ―ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳＥＭ）計測シーケンスでは測定パターンを正確に捉えるために計測領域近傍で位置あわせを実施しているが、位置あわせ場所からステージ移動を伴う距離に存在する計測対象の密集繰返しパターンに正確に到達することは難しい。つまり、高倍率で撮像した画像は解像度が高いが、撮像場所の精度が下がる。

このように高解像度で広領域の画像を得ることは難しいため、繰り返し密集パターンの正確な特定と高精度な測定を困難にしている。つまり、繰り返し密集パターンの計測を行うために、高解像度で広領域の画像を高効率に取得できれば、ＳＡＤＰ等で生成されたパターンを高精度に測定することができる。

以下に、高解像度画像の取得と、広い領域の画像取得を高効率に実現し得る荷電粒子線装置について説明する。

荷電粒子線を用いた表面観察装置、例えば電子顕微鏡を用いて観察を行うと、装置条件によっては、試料の電子線を照射した部分にコンタミネーション（炭素付着）が付着する。コンタミネーションは、基板を観察するための真空室内に残留、または基板自体から放出された炭化水素系のガス分子が、荷電粒子が照射された部分に凝集して固体化・堆積するものである。

本実施例では、高倍率（狭視野）画像を取得することによって、試料上の第１の位置にコンタミネーションを付着させ、当該コンタミネーションを、コンタミネーションが付着した領域を含む広い領域（広視野）にビームを走査することによって得られる低倍率画像の基準位置とする荷電粒子線装置について説明する。より具体的には、第１の照射領域にビームを照射することによって、照射痕を試料に付着し、当該照射痕を含むと共に当該照射痕より広い第１の領域に、ビームを走査することによって得られる第１の画像を取得し、前記照射痕を含み、当該照射痕より広い領域であって、前記第１の領域とは異なる位置の第２の領域に、ビームを走査することによって得られる第２の画像を取得し、当該第１の画像と第２の画像を、上記照射痕を基準に重ね合わせる荷電粒子線装置について説明する。

本実施例では、試料の撮影領域にはコンタミネーションが残ることを利用する。画像の合成位置をコンタミネーション箇所で特定し、複数の画像を合成することで広領域の計測を可能とする。なお、ビームの照射痕は、コンタミネーション以外にも、ビームの照射に基づくスパッタ現象によって試料上に形成されるものであっても良いし、ビームを照射することによって試料に付着する帯電であっても良い。帯電を付着させると、低倍率画像を取得したときに、他の部分に対する電位の違いによって、試料から放出される荷電粒子の量に違いが生じ、電位コントラストが形成されるため、電位コントラストを利用して、異なる位置の低倍率像を重ね合わせるようにする。なお、コンタミネーションの付着を確かにするために、通常の観察用のビームよりドーズ量を増やすようにしても良い。

図９は照射痕を利用した画像の重ね合わせ処理の概要を示す図である。

先ず計測精度が高い高倍率で撮像を行う（撮像場所２０４の撮像）。この結果、コンタミネーションが撮像箇所に発生する。この撮像においては、まず計測領域近傍での位置あわせ場所からステージ移動を伴わない箇所を撮像する。次いで、後述する低倍率画像取得領域に含まれる他の高倍率の撮影箇所２０３を撮像する。ここでは同一の低倍率の撮像範囲に含まれる予定の位置を撮像する。以降、同一の低倍率の撮像範囲に含まれる位置の撮像を繰り返す。

その後、高倍率で撮像した領域を複数含めた広領域を低倍率で撮影する。まず、位置あわせ場所での高倍率撮像箇所と、別の高倍率撮像箇所（撮像場所２０４）を含めた領域を低倍率で撮像することによって、低倍率画像１（２０６）を取得する。以降は先に撮像した低倍率画像領域に含まれる高倍率の撮像箇所（例えば撮影箇所２０３）を含む範囲を撮像することによって、低倍率画像２（２０７）を取得する。

この撮像結果で得られる低倍率画像には、高倍率の撮像箇所がコンタミネーション跡として存在している。低倍率画像は高倍率撮像箇所を重複させて撮像していることから、同一のコンタミネーションを含む複数の低倍率画像が存在する。試料の同一コンタミネーションであるから、この位置で画像を合成することを繰り返せば、広領域画像に加工が可能となる。最初の位置あわせ場所での高倍率撮像箇所は座標精度が高く、この箇所を含む広領域画像は繰り返し密集パターンでも測定が可能となる。また、ＣＡＤデータがあれば、同時に画像上のパターン形状からも、画像の合成位置が推測できる。

このように、低倍率の画像のコンタミネーションの位置から、高倍率で撮像した計測領域の正確な座標を推定することができ、このコンタミネーションの位置をもとに複数の低倍率画像を合成することができる。合成した画像は広領域を網羅する画像であり、位置合わせ場所から従来、計測困難な領域までを単一画像でとらえることができる。
この結果、パターン解析が可能な解像度をもつ、広領域の画像が得ることができ、従来、計測困難な領域の繰り返し密集パターンの測定が可能となる。

上記のような構成によれば、高倍率の撮像後に低倍率の撮像を行うことで、広領域を網羅する画像を作成することができ、従来、困難であった繰り返し密集パターンの計測が可能となる。

以下、具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、荷電粒子線装置の概要を示す図である。図１に示すように、荷電粒子線装置（１００）は、大きく分ければ荷電粒子光学系装置（１０）と、制御コンピュータ（２０）とを含んで構成される。

荷電粒子光学系装置（１０）は、荷電粒子源（１）、集束レンズ（３）、偏向レンズ（４）、対物レンズ（５）、二次電子検出器（６）などを含んで構成され、荷電粒子源（１）から出射した荷電粒子線（２）を集束レンズ（３）で集束させ、偏向レンズ（４）で走査、偏向させ、対物レンズ（５）で焦点を合わせて、試料ステージ（７）上に保持された試料（８）に照射するとともに、試料（８）の荷電粒子線（２）の照射箇所から放出される二次電子（９）を二次電子検出器（６）によって検出する。

そして、二次電子検出器（６）によって検出された二次電子（９）の検出信号は、図示しない増幅器、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器などを介して画像処理装置（２２）へ送信される。画像処理装置（２２）は、二次電子検出器（６）からの検出信号と偏向レンズ（４）の走査制御信号とに基づいて、試料（８）表面の二次電子（９）に基づく画像を、観察画像として生成するとともに、生成した観察画像を表示装置（２３）に表示する。

制御コンピュータ（２０）は、試料（８）のパターン設計についての設計データ（２１）を含む情報を記憶した記憶装置を有するとともに、画像処理装置（２２）、表示装置（２３）、キーボード、マウスなど入力装置（２４）に接続され、さらに、図示しない制御装置を介して荷電粒子光学系装置（１０）に接続されている。

このとき、制御コンピュータ（２０）は、入力装置（２４）を介してユーザが入力する観察画像取得のための様々な情報（観察領域、倍率、明るさなど）を取得して、その情報に基づき、前記した図示しない制御装置を介して、荷電粒子光学系装置（１０）内の荷電粒子源（１）、集束レンズ（３）、偏向レンズ（４）、対物レンズ（５）、試料ステージ（７）などの動作を制御する。また、制御コンピュータ（２０）は、画像処理装置（２２）により生成された観察画像に対し、さらに処理を加えて、より高度な観察、測長、検査のための画像を生成し、その結果を表示装置（２３）に表示する。なお、図１に例示する荷電粒子線装置は、図示しない視野移動用偏向器を備えている。視野移動用偏向器は、イメージシフト偏向器とも呼ばれ、電子顕微鏡の視野（走査領域）を移動させることによって、ステージ移動を伴わない視野移動を可能にするものである。

図２は密集繰返しパターン（２０１）の一例を示す図である。単位面積内に類似パターンが連続しており、計測領域近傍で位置あわせを実施しているが、位置あわせ場所からステージ移動を伴う距離に存在する密集繰返しパターンは、ステージ移動精度により、正確な位置測定が困難となる。この領域は計測が苦手な領域（２０２）となっている。

図３は、コンタミネーション付着を伴う測定座標特定処理工程を示すフローチャートである。最初に試料を高倍率で撮像する（３０１）。この結果、高倍率画像が作成され、試料にはコンタミネーションが付着する。高倍率撮像箇所は、位置合わせ場所（例えばアドレッシング用パターン位置）からステージ移動を伴わない（すなわち、イメージシフト偏向器による偏向範囲）を選択する。

次に試料を２０１での高倍率撮像箇所を含めた広領域を低倍率で撮像する（３０２）。この結果、低倍率画像が作成される。低倍率画像には高倍率撮像箇所が含まれており、コンタミネーションの付着によって、他の部分と異なる輝度領域となっている。低倍率画像取得時には、別低倍率画像と同一の高倍率撮像箇所が含まれるように、撮像場所を選択する。次に、得られた低倍率画像を高倍率撮像位置で位置合わせする（３０３）。このとき、同一の高倍率撮像箇所が複数の低倍率画像に含まれていることを利用し、共通の高倍率撮像箇所で複数の低倍率画像を重ね合わせることができる。この重ね合わせを繰り返すことで、さらに広範囲を単一画像として扱うことができ、位置合わせ場所と、計測が苦手な領域に含まれるパターンとの位置関係が明確となる。この結果、従来、計測困難な領域の座標を特定する（３０４）ことができる。

画像撮像の状況を図４、５、６、７に示す。図４に例示するように、試料上の高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）には、コンタミネーションが付着し、以降の撮像画像には付着箇所が確認できる。繰返しパターン（２０１）の、計測領域近傍で位置あわせを実施し、位置合わせ場所からステージ移動しない撮像場所（２０４）を撮像する。また、低倍率の撮像範囲となる試料上の座標を高倍率で撮像する。結果、試料は図４に示すようなコンタミネーションが付着する。

次に、図５に例示するように低倍率での撮像を行う。低倍率画像撮像の際には、位置合わせ場所からステージ移動しない撮像場所（２０４）と、それとは別の高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）を視野内に含めるようにして撮像を行う。次の撮像位置では先の低倍率画像と同一の高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）と、また別の高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）を含めて撮像を行う。こうして低倍率の撮像箇所（２０５）を決定し、順次撮像を行う。結果、図６のような撮像が行われ、図７のような低倍率の画像（２０５）が保存される。低倍の画像（２０５）には密集繰返しパターン（２０１）も存在するが、この時点では、正確な位置を特定することは出来ない。

図８は、走査電子顕微鏡８０１を含む計測システムの一例を示す図である。なお、図８の例では、撮像システムである走査電子顕微鏡８０１と、検出信号に基づいて、測定処理を実行する演算処理装置８０５（パターン計測装置８０２）がネットワークを経由して接続されている例を示しているが、これに限られることはなく、走査電子顕微鏡の制御装置に含まれる画像処理装置で、本実施例で説明するような演算処理を行うようにしても良い。図８に例示するシステムには、走査電子顕微鏡８０１、得られた信号に基づいてパターンの計測等を実行するパターン計測装置８０２、及び半導体デバイスの設計データ、或いは設計データに基づいて生成されるレイアウトデータが記憶される設計データ記憶媒体８０３、及び表示部を備えた入力装置８０４が含まれている。

ここで、パターン計測装置８０２は走査電子顕微鏡８０１とＬＡＮにて接続されており、パターン計測装置８０２は走査電子顕微鏡８０１から検出信号や測定結果を取得する。検出信号や測定結果は測長ファイル、画像、その撮像条件のファイル等が含まれる。検出信号や測定結果には図７に例示するように、撮像した撮像箇所（２０３）を含む低倍率の撮像箇所（２０５）の撮像結果が含まれ、その中には低倍率の画像が存在する。画像合成処理ユニット８０７は、検出信号や測定結果に含まれる画像を合成し、その結果画像を入力装置８０４等の表示装置に表示する。

画像合成処理ユニット８０７では検出信号等に含まれる低倍率画像（２０５）を撮像位置毎に整理する。まず、図９に例示するように、位置合わせ場所からステージ移動しない撮像場所（２０４）を含む低倍率画像１（２０６）を特定する。その画像に含まれる別の高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）を含む低倍率画像２（２０７）を特定する。この低倍率画像１（２０６）と低倍率画像２（２０７）は、高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）が同一であるため、この個所を重ね合わせることができる。

図１０に例示するように、複数の低倍率画像の双方に含まれる高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）の位置を合わせるように、複数の低倍率画像を重ね合わせることで、図１１に例示するように、複数の低倍率画像を重畳することが可能となる。この結果、計測が苦手な領域（２０２）であっても、正確な座標を得ることができる。

図１２に例示するように、入力装置８０４は重畳した画像（２１０）で合成した画像を可視化する画面（４００）を備えている。画面（４００）では試料のチップ配列を図示して表示する（４０１）。この図示されたチップ座標を選択すると、そのチップ座標Ｘ，Ｙ値は４０２と４０３に反映される。あるいは直接所望のチップ座標Ｘを４０２に、チップ座標Ｙを４０３に入力することもできる。

ここでＶｉｅｗボタン（４０４）を押下することにより、図１３に例示するように、チップ座標Ｘが４０２、チップ座標Ｙが４０３に合致する重畳した画像（２１０）を表示する画面（４１０）を表示する。同一チップの画像が複数枚存在する場合には、表示対象の重畳した画像（２１０）を選択できる機能があってよい。

画面（４１０）では画面（４００）で指定したチップ座標（４０２）、（４０３）値と、重畳した画像（２１０）を表示する。特に説明しないが重畳した画像（２１０）には拡大・縮表表示機能が備わっている。

対象低倍率画像一覧（４１１）では、重畳した画像（２１０）を構成する低倍率画像１（２０６）や低倍率画像２（２０７）を一覧表示する。

低倍率画像名称と合わせ、重畳した画像（２１０）での位置合わせ座標を表示してもよい。この対象低倍率画像一覧（４１１）の画像行を選択すると重畳した画像（２１０）上に、当該画像領域をオーバーレイ表示する。選択は複数行可能としてよい。

Ｖｉｅｗボタン（４１７）を押下することで、図１４に例示するように、別画面（４２０）に低倍率画像一覧（４１１）の選択行に相当する低倍率画像と高倍率画像を表示させることができる。

重畳した画像（２１０）上でポイントを指定した場合には、対象低倍率画像一覧（４１１）での対象画像一覧をハイライト表示する。また、そのポイントでの座標を座標（４１２）に表示する。

あわせてポイント指定した近辺の測長値と測長点情報を測長点情報表示領域（４１３）に表示する。この測長点情報表示領域（４１３）に表示する情報は高倍率で撮像した撮像の情報を表示することもできる。

コントラスト値（４１４）を上下させることで重畳した画像（２１０）のコントラストを、輝度値（４１５）を上下させることで重畳した画像（２１０）の輝度を変更させた画像の観察を行うことができる。また、重畳した画像（２１０）の表示における補間方法は、補間方法（４１６）から選択することができる。

画面（４２０）では合成対象となった低倍率画像と高倍率画像を観察することができる。画面（４２０）では低倍率画像一覧（４１１）の選択行に相当する低倍率画像（４２１）を表示する。画面（４２０）上には特に述べないが、低倍率画像（４２１）の画像名称、撮像位置情報が表示されている。

この低倍率画像（４２１）上のポイントを指定するか、Ｖｉｅｗボタン（４２２）を押下することで、ポイント近傍の高倍率での撮像箇所（４２３）に相当する、高倍率画像（４２５）を画面（４２４）上に表示することができる。画面（４２４）には高倍率画像（４２５）の情報として画像名称、測長値、測長座標を表示し、撮像内容の確認をすることができる。これで合成した画像上で、高倍率での精度良い測長結果も参照することができる。

次に、更により具体的な実施例を図１５、図１６を用いて説明する。図１５は、多重露光で生成されたパターン１５０１に対する電子顕微鏡の視野位置設定工程を示す図である。図１６は、視野位置設定工程を説明するためのフローチャートである。まず、電子顕微鏡内に試料を導入した後、アドレッシングのための低倍像を取得する。アドレッシングとは、テンプレート画像１５０２を用いたテンプレートマッチングによって、試料上の正確な位置を特定するために行われるものであり、この視野位置特定に基づいて、測定対象パターンへの視野移動を行う。図１５の例ではテンプレートマッチング用のパターン画像として、多重露光法で生成されるパターン群の角部の画像が登録されている。テンプレート画像１５０２は、メモリ８０６に予め登録されており、マッチング処理ユニット８０８は、アドレッシングパターンへ視野を移動させるためのステージ移動後、電子ビーム走査によって得られた低倍率画像（被サーチ画像、第１の低倍率画像１５０３）について、テンプレート画像１５０２を用いたサーチを行うことによって、アドレッシングパターン１５０４の位置（座標）を同定する（ステップ１６０２）。

ここで、アドレッシングパターン１５０４の位置が、目的としていたステージ座標に対し、（Δｘ，Δｙ）分、ずれていたことがわかり、現在の視野位置（ｘ_１，ｙ_１）を特定することができる。この状態でステージ移動を行うことなく、所定量視野移動のためのビーム偏向を行い、領域１５０５、１５０６について高倍率画像を取得する。領域１５０５、１５０６と、アドレッシングパターン１５０４は、イメージシフト偏向器による偏向可能範囲に含まれている。次に、測定対象パターン領域１５１４方向に向かって視野を移動させるように、ステージ移動を行う（ステップ１６０５）。ステージ移動後、ビーム走査に基づいて、低倍率画像（第２の低倍率画像１５０７）を取得する（ステップ１６０６）。

第２の低倍率画像１５０７と、第１の低倍率画像１５０３との視野の重なりは、ステージ移動誤差を考慮して、ある程度大きく設定することが望ましい。第２の低倍率画像１５０７には、コンタミネーションが付着した領域１５０５、１５０６が表示されているので、第１の低倍率画像１５０３に対し、相対的に第２の低倍率画像１５０７を移動させ、コンタミネーション画像を用いたパターンマッチングを実行する。この際、両者が重なった領域には、共通のコンタミネーションパターン（１５０５、１５０６）が存在するので、一致度判定によって、両者が重なる位置を特定する。

画像合成処理ユニット８０７は、位置合わせの後、２つの低倍率画像の重ね合わせを行う（ステップ１６０７）。この重ね合わせによって、第２の低倍率画像１５０７の視野位置を特定することが可能となる。これは既に特定されている第１の低倍率画像１５０３との相対位置がわかるからである。また、パターンカウント処理ユニット８０９は、パターン群の一番端からのパターン数をカウントする。多重露光法で生成されたパターンは、所定の規則でパターン（スペーサー、ギャップ）が配列されており、例えばスペーサーの順番を特定することができれば、視野内に含まれるパターンの種類を特定することができる。このような露光法の種類に応じたパターンの種類の情報は、予めメモリ８０６に記憶させておき、パターン形成領域の端から、パターンをカウントすることによって、パターンの種類を同定することができる。なお、本実施例のように、パターン群の端から間隔を空けることなく、連続的に画像を取得することにより、パターン群の端から離間した視野のパターンであっても、正確にパターンの種類を特定することが可能となる。

次に、視野移動用偏向器による偏向範囲に、測定対象パターン領域１５１４が含まれているか否かの判定を行い、含まれていない場合は再度ビーム偏向による視野移動を行い、高倍率像を取得する（図１５の例では、領域１５０８、１５０９にビームを走査し、高倍率画像を取得する）。そして、測定対象パターン１５１４に向かって視野を移動させるためのステージ移動、第３の低倍率画像１５１０の取得、領域１５０８、１５０９に付着したコンタミネーションパターンを用いた第２の低倍率画像１５０７と第３の低倍率画像１５１０の重ね合わせを実行する。このように、演算処理装置８０５は、視野移動用偏向器による偏向範囲に、測定対象パターン領域１５１４が含まれる領域に到達するまで、ステップ１６０３〜１６０７を繰り返す。

視野移動用偏向器による偏向範囲に、測定対象パターン領域１５１４が含まれた（低倍率画像１５１３内に測定対象パターン１５１４が含まれた）と判断される場合に、測定対象パターン領域１５１４にビームを偏向し、当該領域を走査する（ステップ１６０８）ことによって、パターンの測長を実行する（ステップ１６０９）。測定対象パターン領域１５１４への視野の位置づけは、第４の低倍率画像である低倍率画像１５１３におけるパターン認識に基づいて行われる。具体的には、ＳＡＤＰパターンであり、且つコアギャップが一番端に形成される露光法の場合、コアギャップ、スペーサー、スペーサーギャップ、スペーサー、コアギャップ、スペーサー、スペーサーギャップ、、、のように規則的に配列されることになる。よって、重畳領域によって重ね合わせられた低倍率画像を用いて、所望の測定対象パターンの位置を特定し、当該測定対象パターンに正確に視野が位置づけられるようにする。例えば、測定対象パターンを「ＳＡＤＰパターンの端から３番目のコアギャップ」と指定すると、上記配列のＳＡＤＰパターンの場合、１０番目のパターンが、それに相当する。よって、重ね合わせられた低倍率画像に含まれるパターンを、パターンカウント処理ユニット８０９を用いて、端からカウントし、所望の測定対象パターンの低倍率画像上の位置を特定することによって、高倍率画像の視野位置を正確に特定する。

本実施例では所望の測定対象パターンが、視野移動用偏向器の偏向範囲に含まれるまでステージ移動を繰り返し、且つパターン群の端部から測定対象パターンに至るまで、途切れることなく低倍率像を取得し、低倍率画像同士を重ね合わせることによって、パターン群の端部から離間した位置であっても正確なパターン特定を行うことが可能となる。なお、パターンをカウントするのではなく、電子顕微鏡画像を用いて特定パターンのピッチを求めることによって、低倍率画像上の所望のパターンに至るまでの距離を求め、当該距離情報を用いて、測定対象パターンの位置を特定するようにしても良い。

なお、ステージ移動を伴う視野移動を行うとき、移動後のステージ座標と、低倍率画像を用いて特定した移動後の視野位置に違いがある場合には、次のステージ移動時にその違いを補償するようなステージ移動を行うようにすると良い。

図１５では、低倍率画像の重畳領域に２つのコンタミネーションパターンを付着させる例について説明しているが、１つであっても良い。また、高倍率画像を取得するための走査を行うのではなく、低倍率画像内で認識ができる程度の大きさの照射痕が残るスポット状の照射を行うようにしても良い。しかしながら、複数のコンタミネーションパターンを試料に付着させることによって、コンタミネーションパターンの配列をパターンとして捉えることが可能となり、低倍率画像間の合成精度の向上が期待できる。更に、各低倍率画像内で複数の高倍率画像を生成することによって、パターン群の端から測定対象パターンに至るまでの複数のパターンの測定値を取得することができる。この測定値の統計値（例えば加算平均値）を求めたり、測定位置と測定値の関係を評価することによって、測定値の位置依存性を求めるようにしても良い。

上述の実施例によれば、パターン群の端から離間した位置の測定結果であっても、パターン群の端を基準とした正確な位置特定を行うことが可能となり、結果として適正な測定対象を測定することが可能となる。また、合成画像を生成しておくことによって、測定が適正に行われたか否かを後から検証することもできる。

１・・・荷電粒子源
２・・・荷電粒子線
３・・・集束レンズ
４・・・偏向レンズ
５・・・対物レンズ
６・・・二次電子検出器
７・・・試料ステージ
８・・・試料
９・・・二次電子
１０・・・荷電粒子光学系装置
２０・・・制御コンピュータ
２１・・・設計データ（ＣＡＤデータ）
２２・・・画像処理装置
２３・・・表示装置
２４・・・入力装置（キーボード、マウスなど）
２０１・・・密集繰返しパターン
２０２・・・計測が苦手な領域
２０３・・・高倍率で撮像した撮像箇所
２０４・・・移動しない撮像場所
２０５・・・低倍の撮像箇所
２０６・・・低倍率画像１
２０７・・・別の高倍率で撮像した撮像箇所（２０３）を含む低倍率画像２
２１０・・・複数の低倍率画像を重畳結果
４００・・・合成した画像を可視化する画面
４０１・・・試料のチップ配列を図示して表示する
４０２・・・チップ座標Ｘ
４０３・・・チップ座標Ｘ
４０４・・・画面（４００）のＶｉｅｗボタン
４１０・・・重畳した画像（２１０）を表示する画面
４１１・・・対象低倍率画像一覧
４１２・・・選択座標
４１３・・・測長点情報表示領域
４１４・・・コントラスト値
４１５・・・輝度値
４１６・・・補間方法
４１７・・・画面（４１０）のＶｉｅｗボタン
４２０・・・低倍率画像の表示画面
４２１・・・低倍率画像
４２２・・・画面（４２０）のＶｉｅｗボタン
４２３・・・近傍の高倍率での撮像箇所
４２４・・・高倍率画像の表示画面
４２５・・・高倍率画像

Claims (6)

1. 荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、前記荷電粒子ビームの照射対象である試料を移動させるためのステージと、前記偏向器及びステージを制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
   前記制御装置は、前記試料上の第１の位置に前記荷電粒子ビームを照射することによって、前記試料に照射痕を形成させるように前記偏向器を制御し、当該照射痕の形成後、前記第１の位置を含むと共に、前記照射痕より大きな第１の視野に前記荷電粒子ビームを走査するように前記偏向器を制御することによって第１の画像を取得し、前記第１の位置を含み、前記照射痕より大きな視野であり、且つ前記第１の視野とは異なる位置の第２の視野に前記荷電粒子ビームを走査するように前記偏向器を制御することによって第２の画像を取得し、前記第１の画像と第２の画像に含まれる照射痕を重ねるように、前記第１の画像と第２の画像を合成することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記第２の画像内に前記照射痕が複数含まれるように前記荷電粒子ビームを照射し、前記複数の照射痕の一部を用いて、前記第１の画像との位置合わせを行い、前記複数の照射痕の他の一部を用いて、前記第２の画像と視野の一部が重畳する第３の画像との間の位置合わせを行い、当該第２の画像と第３の画像を合成することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記制御装置は、第１の画像を取得後、前記第２の画像取得前に、前記ステージを制御して、前記試料を移動させることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記複数の画像を合成して生成される合成画像に含まれるパターン群の端部からの距離、或いはパターンの数に基づいて、合成画像に含まれるパターンの種類を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 複数露光法にて生成されたパターンの画像を生成する画像生成方法において、
   複数露光法で生成されたパターン群の一部に、荷電粒子ビームを照射することによってビームの照射痕を形成し、当該照射痕を含むと共に当該照射痕より大きな第１の視野に荷電粒子ビームを走査することによって第１の画像を取得し、前記照射痕を含み、当該照射痕より大きな視野であり、且つ前記第１の視野とは異なる位置の第２の視野に荷電粒子ビームを走査することによって第２の画像を取得し、当該第１の画像と第２の画像に含まれる照射痕を重ねるように、前記第１の画像と第２の画像を合成することを特徴とする画像生成方法。
6. 荷電粒子線装置によって得られた検出信号に基づいて画像を生成する演算処理装置と、当該演算処理装置の出力に基づいて画像を表示する表示装置を備えた画像処理装置において、
   前記演算処理装置は、荷電粒子ビームの照射痕が含まれる第１の画像と、当該第１の画像と同じ照射痕が含まれると共に、前記第１の画像とは異なる視野位置の第２の画像とを、前記照射痕を重ねるように合成し、前記表示装置は合成された合成像を表示することを特徴とする画像処理装置。

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