JP6858722B2 - 電子ビーム装置及び試料検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子ビームを用いて観察、検査、計測を行う電子ビーム装置及び電子ビーム装置を用いた試料検査方法に関する。
電子ビームを用いた試料の観察、検査、計測等に用いられる走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)などの電子ビーム装置は、電子源から放出された電子を加速し、静電レンズや電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを1次電子と呼んでいる。1次電子の入射によって試料からは2次電子(低エネルギーの電子を二次電子、高エネルギーの電子を反射電子と分けて呼ぶ場合もある)が放出される。電子ビームを偏向して試料上を走査しながら、これら2次電子を検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。また、試料に吸収される電子を検出することで、吸収電流像を形成することも可能である。
走査電子顕微鏡において、深溝や深孔の底部の観察あるいは高精度なパターン寸法計測を行うためには、電子ビームの電流量を増大させることにより信号量を大きくする必要がある。しかも電子ビームの開口角を小さくしなければ、デフォーカスによるビームボケが大きくなり、深溝や深孔の底部を上部より分離して観察することが困難となる。電流量を維持しながら開口角を小さくすると電子源像が大きくなり分解能が低下することになる。
このため、画像処理により取得した画像の分解能を向上させる方法が知られている。特許文献1や特許文献2には1次ビームの大きさやプロファイルを推定して、それを元にフーリエ変換を用いて画像処理する方法が開示されている。
特開平4−341741号公報 特開2017−27829号公報
特許文献1及び特許文献2においては、画像処理に用いる1次ビームの強度分布を正確に求める方法が明らかになっていない。従来の走査電子顕微鏡は電子源の像を試料上に形成するため、1次ビームの強度分布は、電子源像、光学収差、ビーム振動などにより決まることになる。更に取得画像には試料内での電子線散乱の影響も現れる。これらの要因のうち、深溝や深孔を観察する場合には信号電子の検出効率が低いために大電流が必要となるため、電子源像が1次ビームの強度分布の支配的要因の1つとなる。ここで、電子源像を正確に把握することは極めて困難であり、このため、精度よく画像処理を行って画像の分解能を向上させることができない。さらに、電子源像の大きさを制御できないことは電子ビーム装置間のビーム特性差(機差)の原因にもなる。
本発明は深溝や深孔の底部を大電流条件で高精度に観察するのに適した電子ビーム装置を提供するものである。
本発明の一実施の形態である電子ビーム装置は、電子源からの電子ビームを第1の開口に照射する照射光学系と、第1の開口の開口像を試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、電子光学系により電子ビームが試料に照射されることにより放出される2次電子を検出する検出器と、電子光学系の走査偏向器により、電子ビームを2次元に走査しながら試料に照射して得られた検出器の検出信号から2次元画像を生成する画像処理部とを有し、画像処理部は、検出信号からの2次元画像情報から第1の開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
大電流条件でも画像処理により高分解能画像の取得が可能であり、特に深孔や深溝の観察に効果的である。
走査電子顕微鏡の全体概略図である。 走査電子顕微鏡の電子軌道を説明する図である。 図2の開口基準軌道の詳細を示す図である。 試料近傍の電子軌道を示す図である。 試料上に形成される開口像221を示す図である。 開口像の電子ビーム強度分布である。 理想開口像の電子ビーム強度分布である。 エッジサイズ像の電子ビーム強度分布である。 開口像による情報伝達のゲインを示す図である。 異なるサイズの2つの開口像による情報伝達のゲインを示す図である。 画像処理パラメータPごとの復元画像の情報伝達のゲインを示す図である。 表示装置に表示されるGUIの例を示す。 高速検査のためのフローチャートである。 高速検査のための別のフローチャートである。 開口像サイズを計測するフローチャートである。 複数の電子ビーム装置間の機差を低減するフローチャートである。
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは走査電子顕微鏡を例に説明するが、走査電子顕微鏡以外の電子ビーム装置にも適用可能である。
図1は、本発明の実施の形態に係る走査電子顕微鏡を示す全体概略図である。電子銃101により電子源100から放出された電子ビーム(1次電子116)は、第1コンデンサレンズ103、第2コンデンサレンズ105及び開口照射レンズ150の3段のレンズを通り、第1の開口板154に照射される。第1の開口板154には第1の開口153が設けられている。また、第1の開口153は、開口板ステージ155を制御する開口位置制御部163により電子ビームに対する開口の位置を調整可能とされている。第1の開口153を透過した電子ビームは、第1縮小レンズ151、第2縮小レンズ152及び対物レンズ113の3段のレンズを通り、ステージ115に保持された試料114上に照射される。詳細は後述するが、以上の電子光学系により、試料114上に第1の開口153の像(開口像)が投影結像される。第1の開口153は円形開口とすることが望ましい。円形開口は等方的であるために画像処理が行いやすいためである。
なお、この構成例では、対物レンズ上磁路110にはブースター電圧制御部141から正電圧が、試料114には試料電圧制御部144から負電圧が印加されることにより、静電レンズが形成されているため、対物レンズ113は磁場電場重畳レンズとなっている。また、対物レンズ113の磁路開口は試料114側に向いており、セミインレンズ型と呼ばれるレンズ構造となっている。対物レンズ制御部142は、対物レンズコイル112に流れる励磁電流を制御する。また、第1縮小レンズ151と第2縮小レンズ152の間に第2の開口板954を設けてもよい。第2の開口板954には第2の開口953が設けられている。第2の開口953の目的は電子ビームの波としての干渉効果を制御することにあり、これにより回折収差やデフォーカス時のビームボケの制御が可能となる。第2の開口953の大きさは、開口位置での電子ビームの半値幅より大きいことが望ましく、更に電子ビームの大部分を透過させることで他の電子ビーム特性に与える影響を無視することができる。
電子ビームが試料114に照射されることにより放出される2次電子117(低速電子を二次電子、高速電子を反射電子と分類する場合もある)は縮小投影光学系(走査電子顕微鏡の電子光学系を第1の開口板154の上下で区分し、第1の開口板154から試料114側の電子光学系を縮小投影光学系と呼び、電子源100から第1の開口板154までの電子光学系を照射光学系と呼ぶ)の中間にある第1検出器121あるいは対物レンズ113の底面にある第2検出器122により検出される。第1検出器121は第1検出系制御部136によって、第2検出器122は第2検出系制御部138によって制御される。試料114上の1次電子116は、第1走査偏向器106と第2走査偏向器108により2次元に走査され、結果として試料114の2次元画像情報を得ることができる。2次元走査は一般的に横方向のライン走査を縦方向に開始位置を移動しながら行われる。この2次元画像情報の中心位置は、第1走査偏向器制御部137によって制御される第1走査偏向器106と第2走査偏向器制御部139によって制御される第2走査偏向器108により規定される。この例では第1走査偏向器106及び第2走査偏向器108は静電偏向器とする。
なお、電子銃101は電子銃制御部131により、第1コンデンサレンズ103は第1コンデンサレンズ制御部133により、第2コンデンサレンズ105は第2コンデンサレンズ制御部135により、開口照射レンズ150は開口照射レンズ制御部160により、第1縮小レンズ151は第1縮小レンズ制御部161により、第2縮小レンズ152は第2縮小レンズ制御部162により、それぞれ制御される。また、電子銃101の後段には1次電子116のビーム軸を制御するための第1アライナー102が配置され、第1アライナー制御部132によって制御される。これら電子光学系の各要素または検出器に対する制御部は、装置全体を制御する装置制御部146により、記録装置145に記憶された制御データ等に基づいて統一的に制御される。第1検出器121または第2検出器122によって検出された検出信号は、記録装置145に記憶される。画像処理部148は検出信号より2次元画像を生成し、生成された2次元画像は記録装置145に記憶されたり、表示装置147に表示されたりする。また、異常判定部149は検出信号からの2次元画像情報から欠陥候補を抽出する。
図2に図1の走査電子顕微鏡の電子光学系における電子の基準軌道を示す。基準軌道として、電子源中心100aを物点とする電子源基準軌道201(一点鎖線)と開口中心154aを物点とする開口基準軌道202(実線)とを示している。電子源基準軌道201では、電子源中心100aを物点とする電子ビームが、2つのコンデンサレンズ103,105により電子源第2中間像211を形成し、開口照射レンズ150により平行ビームとして開口板154を照射する。開口153を透過した平行ビームは、2つの縮小レンズ151,152により電子源像213を形成する。このとき、電子源像213は対物レンズ113の後方焦点面に電子源像213を形成するように制御される。
一方、開口基準軌道202では、開口中心154aを物点とする電子ビームが、2つの縮小レンズ151,152と対物レンズ113とにより試料114上に縮小された開口153の開口像221を形成する。図3に開口基準軌道202の詳細を示す。図3は、開口板154の開口153を試料上に開口像221として投影結像する電子軌道の開口の右端と左端からの3方向の電子軌道(それぞれ、開口右端軌道251(破線)及び開口左端軌道252(点線)という)を示している。電子軌道が第1縮小レンズ151と第2縮小レンズ152により開口中間像220を形成した後に、レンズ条件に従った倍率で試料114上に開口像221として投影結像される様子が示されている。
図4Aに試料114近傍での電子軌道を示す。図では開口板154の開口153の両端を物点とした電子軌道を有する1次電子401を示しており、図3に示した電子軌道により、開口角402の角度を持って試料114上に焦点を結んでいる。左右の焦点位置の間に開口像221が形成されることになる。また、開口角402の中心を通る軌道と試料面とのなす角度が入射角403であり、本実施例では左右ともおおよそ90度である。この状態をテレセントリックと呼び、深溝や深孔の観察では重要な電子ビーム特性である。図2において説明したように、対物レンズ113の後方焦点面に電子源像213を形成しているのはこの状態を実現するためである。すなわち、対物レンズ113の後方焦点面は対物レンズ113に対して試料側から光軸方向に沿って平行ビームを入射した場合に、焦点を結ぶ位置である。図3に示されるように、開口右端軌道251のうち光軸方向に沿って直進する軌道251a及び開口左端軌道252のうち光軸方向に沿って直進する軌道252aは、2つの縮小レンズ151,152により電子源像213の位置で点405に入射される。点405は対物レンズ113の後方焦点面上の点であるから、点405から対物レンズ113に入射された電子ビームは、試料面に対して垂直に入射する電子軌道を有することになる。
図4Bは開口板154の開口153が円形開口である場合に、試料114上に形成される開口像221を示す。図5A〜Cを用いて、本実施例の開口像221から得られる電子ビーム強度分布について説明する。図5Aは開口像221の電子ビーム強度分布(ビームプロファイル)である。ここで、開口像221の電子ビーム強度分布は、開口像221の中心410(図4Bを参照)での一次元分布で代表させている。以下、図5B,Cも同じである。開口像221の電子ビーム強度分布は、図5Bに示す理想的な開口像の電子ビーム強度分布に比べると開口像のエッジ部分で電子ビーム強度が低下しており、開口像全体の幅を「開口像サイズ」、エッジ部分の幅を「エッジサイズ」と呼ぶ。例えば、開口像サイズは相対強度が0.5である電子ビーム強度分布の広がりとして、エッジサイズは相対強度が0.1〜0.9である電子ビーム強度分布の広がりとして定義することができる。
ここで、理想的な開口像は開口板154の開口153の開口形状に投影倍率を乗じたものになる。開口の投影倍率は、縮小投影光学系の3つのレンズにより定まる。一方、エッジサイズは、電子光学系の光学収差やビーム振動で決まる。このため、エッジサイズ像の強度分布を正確に求めることは困難であるが、図5Cがエッジサイズの原因となる光学収差やビーム振動によるエッジサイズ像の強度分布であるとすると、図5Aに示す開口像の電子ビーム強度分布は、図5Bに示す理想開口像の電子ビーム強度分布と図5Cに示すエッジサイズ像の電子ビーム強度分布との2つの分布のコンボリューションとして形成される関係にある。
以下に、走査電子顕微鏡(図1参照)により、開口像の電子ビームを用いて取得したSEM画像を、開口像の電子ビーム強度分布を元に高分解能化する手法について説明する。画像処理は、画像処理部148(図1参照)により行われる。本手法では、SEM画像の分解能をエッジサイズの分解能(以降、エッジ分解能と呼ぶ)近くまで向上させることができる。
まず、電子ビーム強度分布情報を用いてSEM画像を高分解能化する原理を説明する。SEM画像(検出器の検出信号からの2次元画像情報)は試料情報と電子ビーム強度分布情報のコンボリューションとして表現されるので、フーリエ変換の性質を使用すると試料情報と電子ビーム強度分布情報の積算として表すことができる(数1)。
Figure 0006858722
ここで、IはSEM画像、Sは電子ビーム強度分布情報を含まない試料情報、BPは電子ビーム強度分布情報であり、FTはフーリエ変換、FT-1はフーリエ逆変換を表している。したがって、電子ビーム強度分布情報を含まない試料情報として再構成した再構成画像は、(数1)の両辺から電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションすることで得られる。具体的には、SEM画像Iと電子ビーム強度分布情報BP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える(数2)。
Figure 0006858722
このデコンボリューションにより、走査電子顕微鏡により取得したSEM画像を高分解能化することができることが知られている。しかしながら、課題にも述べたように、従来のように電子源像で画像を取得する場合、電子源像の電子ビームの電子ビーム強度分布情報を正確に得ることは極めて困難であった。
図6の波形601は開口像の電子ビームで画像を取得する際の情報伝達のゲイン(Optical Transfer Function)である。波形601は、図5Aに示した開口像の電子ビーム強度分布をフーリエ変換(数3)することにより求めることができる。
Figure 0006858722
ここで、f(x)は電子ビーム強度分布(図5Aの波形)、g(w)は情報伝達ゲイン、wは角度周波数(なお、図6では角度周波数を相対値とした相対周波数で示している)である。
波形601に示されるように、角度周波数(相対周波数)が高くになるに従いゲインが低下して点602(「ゼロ点周波数」という)において一度ゼロとなる。このことは高周波の情報ほど得ることが困難であることを示している。しかしながら、ゼロ点周波数602を超えて更に高周波領域になるとゲインの絶対値が増加する。これは開口像を用いた場合の特徴であり、高分解能な画像を得られるポテンシャルを有することを示している。すなわち、ゼロ点周波数を超えてさらに高周波領域まで情報を得ることができる。
具体的には、(数2)の電子ビーム強度分布情報BPとして、理想開口像の電子ビーム強度分布(図5Bの波形)を適用する。先に述べたように、開口像の電子ビーム強度分布は、理想開口像の電子ビーム強度分布とエッジサイズ像の電子ビーム強度分布とのコンボリューションとして形成されるため、開口像のゲインは、理想開口像のゲインとエッジサイズ像のゲインとを乗じたものになる。また、理想開口像のゲインは開口形状と投影倍率から計算で得られる。これにより、開口像によって得たSEM画像から理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションすることにより、エッジサイズ像相当の電子ビームで画像取得した画像が復元できることを意味している。図6にエッジサイズに相当するビームで画像取得した場合のゲイン(波形603)を合わせて示している。このように、開口像の電子ビームによる情報伝達のゲインよりも全周波数帯域で情報伝達ゲインが向上していることが理解できる。
理想開口像のゲインは、開口153の開口形状と投影倍率との積で推定される理想開口像の矩形プロファイル(図5Bの波形)をフーリエ変換することで正確に求まるため、開口像サイズには関わりなく、本手法の画像処理により同じ分解能(エッジ分解能相当)の画像を得ることができる。すなわち、大電流化に伴って開口像が大きくなっても、小電流に近い分解能の画像を復元することが可能であることを示している。従って、本手法は開口像サイズがエッジサイズより大きい方が効果を発揮する。通常の電子光学系の能力を考慮すると5nm以上のサイズが有力と考えられる。これに加えて、撮像時の画素サイズも実質的な分解能劣化要因であるために、開口像サイズが画素サイズより大きいことが望ましい。
なお、エッジ分解能以上の高分解能を画像処理によって得るには、エッジサイズ像のゲインを正確に知る必要がある。エッジサイズ像を規定するビーム振動などは正確に把握することが困難なものであるため、本手法の画像処理により得られる分解能もエッジ分解能相当にとどまる。しかしながら、本手法により開口像サイズに起因する分解能劣化を救済することができ、分解能劣化の主因がビームサイズとなる大電流条件(例えば、深溝や深孔の底部観察等における光学条件)において、特に本手法を適用することの利点は大きい。
なお、図6に示したように、本手法では情報伝達が不可能な周波数(「ゼロ点周波数」)が生じる。ゲインが0となる周波数での情報復元を行おうとしても計算が発散してしまうためである。これに対処する一つの手段は、ゼロ点周波数の周辺の周波数のデータを用いてゼロ点周波数の情報を推定する方法である。簡便な方法の例としては、取得画像のフーリエ変換で該当周波数近傍での分布を関数フィッティングする方法が挙げられる。
この他にも、複数の画像を取得して画像処理を行ってもよい。図7に開口角を等しくした異なるサイズの開口像のゲインを示した。異なる投影倍率または異なる開口形状の少なくともいずれか一方を用いることにより、異なるサイズの開口像の画像取得が可能となる。この場合、図7に示すように、開口像によりゼロ点周波数が異なり、同じ周波数でもゲインの値がより大きい開口像の2次元画像情報を用いることで、より正確な画像処理が可能となる。エッジ分解能の主要因である光学収差は開口角に依存するために、開口角を等しくするように光学条件を設定することで、開口像のサイズが異なっていていても、分解能の復元目標となるエッジ分解能は等しくすることができる。
一方、検出器から取得されるSEM画像のSNが低い場合、本手法の画像処理により分解能を向上させると、ノイズの影響をも増幅し、処理された画像にかえって悪影響を及ぼす場合がある。このため、画像処理部148では分解能向上の程度を規定する画像処理パラメータPを指定し、画像処理パラメータPにしたがってSEM画像の高分解能化を行うようにすることが望ましい。
ここで、α=(エッジサイズ像のゲイン)/(開口像のゲイン)とし、画像処理による分解能向上指数Gが、例えば(αP+(1−P))となるように画像処理を行う。P=1のときG=αとなってSEM画像をエッジ分解能へ向上させ、P=0のときG=1となって復元なしとなる。0<P<1で中間的な分解能向上が行われる。図8に画像処理パラメータPごとの復元画像の情報伝達のゲインを示す。このように、画像処理パラメータPを指定して高分解能化することにより、SNの低い画像に対しても本手法を適用した高分解能化が可能になる。なお、分解能向上指数Gは例示のものに限定されない。P=1のときG=α、P=0のときG=1、0<P<1でG=α〜1となる関数であればよい。
図9に表示装置147に表示されるGUI(Graphical User Interface)の例を示す。画像処理により画像の分解能を大きく変化させるため、画面900に画像処理前画像901と画像処理後画像902とを表示する。これにより、処理前後の画像を比較することが可能になり、取得した画像を総合的に判断することが可能になる。また、本手法に本質的なパラメータはパラメータ表示部903に表示される。表示されるパラメータには、倍率、開口像サイズ、半開口角(開口角(図4A参照)の1/2)、画像処理パラメータPを含む。開口像サイズの単位は「nm」、半開口角の単位は「mrad」である。オペレータは、パラメータ表示部903においてこれらの値を設定することにより、光学パラメータの調整や決定あるいは画像処理の最適化を容易に行うことが可能となる。
次に、本実施の形態の電子ビーム装置を用いた試料の検査方法について説明する。図10に高速検査のためのフローチャートを示す。深穴、深溝等の三次元形状について検査を行う場合、小開口角で大電流の光学条件を設定するため、開口像サイズが大きくなり、本手法による画像処理により得られたSEM画像の高解像化が可能である。しかしながら、欠陥検査を目的とする場合は、必ずしもすべての箇所で画像処理を行う必要はない。第1の撮像箇所へ移動し(ステップ1001)、撮像し(ステップ1002)、撮像されたSEM画像(検出信号からの2次元画像情報)に対して異常判定部149にて異常判定を行う。撮像されたSEM画像より欠陥候補ありと判定された場合には、画像処理部148にて画像処理により高分解な欠陥解析画像を形成する(ステップ1004)。欠陥候補なしと判定された場合には、次の撮像箇所へ移動する(ステップ1005)。
図11は高速検査のための別のフローチャートである。本例では、撮像されたSEM画像より欠陥候補ありと判定された場合には、欠陥候補有と判定された領域に対して電子ビームの全照射量を増やした撮像を追加で実施して、ステップ1002よりもSNを向上させたSEM画像を得る(ステップ1010)。画像処理部148にて、SNを向上させたSEM画像について画像処理により高分解な欠陥解析画像を形成する(ステップ1011)。これにより画像処理時のノイズの影響を軽減して欠陥解析を行うことができる。
また、先に開口像サイズを第1の開口板154の第1の開口153の開口形状と投影倍率に基づき、演算により求めることを説明した。しかしながら、電子ビーム装置の正確な投影倍率が未知である場合もある。この場合は、開口像サイズを実機より求めることができる。図12に開口像サイズを計測するフローチャートを示す。この例では、計測用マークとしてシリコンに埋め込んだタングステンラインパターンを用いる。まず、この計測用マークの位置に移動する(ステップ1201)。次にタングステン埋込ラインを撮像し(ステップ1202)、1次元の電子ビーム強度分布を取得する(ステップ1203)。開口像の強度分布は半円形状となる。開口153が円形であることに基づき、この電子ビーム強度分布を元に開口像の径を算出する(ステップ1204)。開口153の形状が既知であるために、装置の投影倍率が未知であっても開口像サイズを精度よく推定することが可能となり、画像処理を精度よく行うことが可能になる。なお、埋込ライン構造を用いたのは2次電子放出のエッジ効果による電子ビーム強度分布の変形を避けるためである。
さらに、試料の検査を行う複数台の電子ビーム装置の機差を低減する手法について説明する。個々の装置それぞれの全体構成は図1に示すものと同等であり、そのいずれかを用いて試料を検査する。開口形状の情報は記録装置145に格納されており、第1縮小レンズ制御部161、第2縮小レンズ制御部162、対物レンズ制御部142を制御した各電磁レンズの励磁パラメータから求められる縮小投影光学系の投影倍率と開口形状データとを用いて、装置制御部146において開口像サイズを算出する。なお、開口は円形開口であり、開口像サイズは円形開口像の直径で代表させるものとする。
機差低減のフローチャートを図13に示す。まず、第1の装置の開口像サイズを求め(ステップ1301)、次に第2の装置の開口像サイズを求める(ステップ1302)。両者のサイズを比較し(ステップ1303)、異なる場合には、第1の開口像サイズを基準として、第2の開口像サイズを第2の装置の投影倍率を制御することにより調整する(ステップ1304)。これにより第1の装置の開口像サイズと第2の装置の開口像サイズとの違いに起因する機差を低減して検査を実行できる(ステップ1305)。ステップ1305において、図10、図11で説明した高速検査のためのフローを適用してもよい。対象となる装置が更に存在する場合には、本手法を第3、第4の装置に拡張して適用することにより、複数の装置の機差を管理することが可能である。なお、投影倍率を調整する際には、開口像の開口角が変化しないよう第1及び第2コンデンサレンズの調整を行う。
従来の電子源像を用いた装置では、電子源像サイズの正しい推定が困難である、大電流では倍率が大きいため外乱などによるビーム振動が顕著である、といったデメリットがある。ビーム振動は装置全体に係わることなので制御が難しく、機差低減の大きな障害である。このため、開口像を用いる本手法は機差低減の観点からも有効と考えられる。
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、ある例の構成の一部を他の例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある例の構成に他の例の構成を加えることも可能である。また、各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、本発明は深溝や深孔の検査に限定されることなく、大電流で撮像を行う際に広く有効である。
101…電子銃、102…第1アライナー、103…第1コンデンサレンズ、105…第2コンデンサレンズ、106…第1走査偏向器、108…第2走査偏向器、113…対物レンズ、114…試料、115…ステージ、116…1次電子、117…2次電子、121…第1検出器、122…第2検出器、131…電子銃制御部、132…第1アライナー制御部、133…第1コンデンサレンズ制御部、135…第2コンデンサレンズ制御部、136…第1検出系制御部、137…第1走査偏向器制御部、138…第2検出系制御部、139…第2走査偏向器制御部、141…ブースター電圧制御部、142…対物レンズ制御部、144…試料電圧制御部、145…記録装置、146…装置制御部、147…表示装置、148…画像処理部、149…異常判定部、150…開口照射レンズ、151…第1縮小レンズ、152…第2縮小レンズ、153…第1の開口、154…第1の開口板、155…開口板ステージ、160…開口照射レンズ制御部、161…第1縮小レンズ制御部、162…第2縮小レンズ制御部、163…開口位置制御部、201…電子源基準軌道、202…開口基準軌道、210…電子源第1中間像、211…電子源第2中間像、212…電子源第3中間像、213…電子源像、220…開口中間像、221…開口像、251…開口右端軌道、252…開口左端軌道、402…開口角、403…入射角、953…第2の開口、954…第2の開口板。

Claims (13)

  1. 電子源からの電子ビームを第1の開口に照射する照射光学系と、前記第1の開口の開口像を試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、
    前記電子光学系により前記電子ビームが前記試料に照射されることにより放出される2次電子を検出する検出器と、
    前記電子光学系の走査偏向器により、前記電子ビームを2次元に走査しながら前記試料に照射して得られた前記検出器の検出信号から2次元画像を生成する画像処理部とを有し、
    前記画像処理部は、前記検出信号からの2次元画像情報から前記第1の開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する電子ビーム装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1の開口は円形開口である電子ビーム装置。
  3. 請求項1において、
    前記画像処理部は、前記理想開口像の電子ビーム強度分布情報を、前記第1の開口の開口形状と前記縮小投影光学系の投影倍率の積として算出する電子ビーム装置。
  4. 請求項1において、
    前記画像処理部は、情報伝達ゲインが0となるゼロ点周波数の情報を前記ゼロ点周波数の周辺の周波数のデータを用いて推定する電子ビーム装置。
  5. 請求項1において、
    前記画像処理部は、前記第1の開口の第1の開口像を前記試料上に投影結像して得られる第1の2次元画像情報と、前記第1の開口像とはサイズの異なる前記第1の開口の第2の開口像を前記試料上に投影結像して得られる第2の2次元画像情報とを用いて、前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
  6. 請求項5において、
    前記電子光学系は、前記第1の開口像を前記試料上に投影結像したときの前記第1の開口の開口形状または前記縮小投影光学系の投影倍率の少なくともいずれか一方を異ならせることにより、前記第2の開口像を前記試料上に投影結像させる電子ビーム装置。
  7. 請求項6において、
    前記電子光学系は、前記第1の開口像を前記試料上に投影結像するときの開口角と前記第2の開口像を前記試料上に投影結像するときの開口角とが等しくなるように設定される電子ビーム装置。
  8. 請求項1において、
    前記画像処理部は、指定された画像処理パラメータに応じた程度に高分解能化した前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
  9. 請求項1において、
    前記検出信号からの2次元画像情報から欠陥候補を抽出する異常判定部を有し、
    前記画像処理部は、前記異常判定部が欠陥候補を抽出したときの前記検出信号からの2次元画像情報について前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
  10. 請求項9において、
    前記画像処理部は、前記異常判定部が欠陥候補を抽出したときの領域に対して全照射量を増やして撮像を行って得た検出信号からの2次元画像情報について前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
  11. 請求項1において、
    前記縮小投影光学系は第2の開口を有し、
    前記第2の開口の大きさは開口位置での前記電子ビームの半値幅よりも大きくされる電子ビーム装置。
  12. 第1の電子ビーム装置または第2の電子ビーム装置のいずれかの電子ビーム装置を用いて試料を検査する試料検査方法であって、
    前記第1及び第2の電子ビーム装置のそれぞれは、
    電子源からの電子ビームを開口に照射する照射光学系と、前記開口の開口像を前記試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、
    前記電子光学系により前記電子ビームが前記試料に照射されることにより放出される2次電子を検出する検出器と、
    前記電子光学系の走査偏向器により、前記電子ビームを2次元に走査しながら前記試料に照射して、前記検出器の検出信号から2次元画像を生成する画像処理部とを有し、
    前記第1の電子ビーム装置の前記開口の開口形状と前記縮小投影光学系の投影倍率とに基づき、前記第1の電子ビーム装置の前記開口像のサイズを算出し、
    前記第2の電子ビーム装置の前記開口の開口形状と前記縮小投影光学系の投影倍率とに基づき、前記第2の電子ビーム装置の前記開口像のサイズを算出し、
    前記第1の電子ビーム装置の前記開口像のサイズと前記第2の電子ビーム装置の前記開口像のサイズとが異なる場合は、前記第2の電子ビーム装置の前記開口像のサイズが前記第1の電子ビーム装置の前記開口像のサイズに等しくなるように、前記第2の電子ビーム装置の前記縮小投影光学系の投影倍率を調整する試料検査方法。
  13. 請求項12において、
    前記第1の電子ビーム装置及び前記第2の電子ビーム装置の前記画像処理部は、前記検出信号からの2次元画像情報から前記開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する試料検査方法。
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Families Citing this family (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3112503B2 (ja) 1991-05-17 2000-11-27 株式会社日立製作所 荷電ビームを用いた画面処理方法及び荷電ビーム顕微鏡装置
JP3288794B2 (ja) * 1992-08-31 2002-06-04 株式会社東芝 荷電ビーム補正方法及びマーク検出方法
JP3424512B2 (ja) * 1997-07-18 2003-07-07 株式会社日立製作所 粒子ビーム検査装置および検査方法並びに粒子ビーム応用装置
JP3986260B2 (ja) * 2001-01-19 2007-10-03 株式会社東芝 欠陥検査装置及びそれを用いたデバイス製造方法
US8581190B2 (en) * 2008-09-25 2013-11-12 Hitachi High-Technologies Corporation Charged particle beam apparatus and geometrical aberration measurement method therefor
US8669524B2 (en) * 2010-10-25 2014-03-11 The Reseach Foundation of State University of New York Scanning incremental focus microscopy
JP6207081B2 (ja) * 2014-03-24 2017-10-04 株式会社日立ハイテクサイエンス 集束イオンビーム装置
EP3010031B1 (en) * 2014-10-16 2017-03-22 Fei Company Charged Particle Microscope with special aperture plate
US9875536B2 (en) * 2015-03-31 2018-01-23 Kla-Tencor Corp. Sub-pixel and sub-resolution localization of defects on patterned wafers
JP6470654B2 (ja) * 2015-07-24 2019-02-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置

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