JP7441809B2 - 荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法に関し、例えば、荷電粒子ビームを照射することで試料から放出される荷電粒子を検出し、当該荷電粒子に基づく画像を形成する技術に関する。
荷電粒子ビーム装置の一つして、半導体デバイスの評価・計測で用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。ＳＥＭを用いた計測において、試料に一次電子ビームを照射すると、電子と試料の相互作用によって様々なエネルギーをもった信号電子が、様々な方向に出射する。信号電子は、主に、二次電子（ＳＥ:Secondary Electron）と、反射電子（ＢＳＥ:Back Scattered Electron）とに区別される。例えば、二次電子は、５０ｅＶ以下等のエネルギーで出射する信号電子であり、反射電子は、当該エネルギーよりも大きく、一次電子ビームに近いエネルギーで出射する信号電子である。
このような荷電粒子ビーム装置に関する技術として、非特許文献１には、二次電子が、試料の表面形状や電位ポテンシャルに敏感であることが記載される。また、特許文献１には、反射電子を検出する複数のＢＳＥ検出器を用いた構成が示される。
米国特許出願公開第２０１９／００８８４４４号明細書
Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ，Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（１９９８、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）
近年、半導体デバイスの構造は微細化、３Ｄ化が進んでおり、半導体デバイスメーカ等の顧客が求める評価値が多様化している。特に、デバイス構造の３Ｄ化に伴い、歩留まり向上のために半導体基板上の穴や溝形状の底部寸法を高精度に計測したいというニーズが高まっている。
こうした中、信号電子の一つである二次電子を検出する方式は、半導体デバイス構造のパターン幅などの表面構造の寸法計測には有益であるが、穴・溝などの３Ｄ構造に対しては不向きとなる。これは、二次電子は、例えば、側壁に吸収されることなどによって、穴・溝から脱出できないためである。
一方、反射電子は、試料の組成や立体形状の情報を含んでおり、３Ｄ構造や、表面と底部の組成の違いなどの情報を含んでいる。また、反射電子は、高いエネルギーをもつため、穴・溝から側壁を貫通して脱出できる。このため、信号電子の他の一つである反射電子を検出する方式は、穴・溝構造の底部を含んだ３Ｄ構造の計測に有益である。また、試料から放出される信号電子は、出射エネルギーと出射角度に応じて試料に関する異なる情報を持っており、信号電子の弁別検出が、多様な計測に不可欠となっている。このため、例えば、特許文献１のように、複数のＢＳＥ検出器を用いることが有益となる。
しかし、特に、複数のＢＳＥ検出器を用いる装置では、信号処理部における特性ばらつきや、光学部品における特性ばらつきが問題となり得る。信号処理部における特性ばらつきとして、ＢＳＥ検出器のばらつき、各ＢＳＥ検出器の検出信号を処理する信号処理回路のばらつき、ＢＳＥ検出器の電源ばらつきなどが挙げられる。光学部品における特性ばらつきとして、電子・光変換器（シンチレータ）、ライトガイド等のばらつきが挙げられる。
これらの特性ばらつきは、ＳＥＭの測長性能などに影響を与える。また、ＢＳＥ検出器として用いられるＰｈｏｔｏｍｕｌ（フォトマル）や半導体光検出器は、入射フォトンがない場合でも、ノイズの一つである暗電流（ダークパルス）を発生し、ＳＥＭの検出画像のＳ／Ｎを低下させる。このため、ＳＥＭの検出画像を詳細かつ高精度に解析するためには、特性ばらつきやノイズの影響を高精度に補正する仕組みが求められる。
本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、特性ばらつきやノイズの影響を高精度に補正することが可能な荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、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。
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
本発明の代表的な実施の形態による荷電粒子ビーム装置は、複数チャネルの検出系と、複数チャネルの検出系の特性を制御パラメータの設定値を用いて制御する制御部とを有する。複数チャネルの検出系のそれぞれは、荷電粒子ビームの照射に応じて試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、検出器の前段に配置される光学部品と、検出器からの検出信号を処理する信号処理回路と、を有する。制御部は、荷電粒子ビームを照射させない状態で、複数チャネル毎の制御パラメータの設定値を用いて、検出器および信号処理回路における複数チャネル間の特性ばらつきを補正する第１のキャリブレーションを実行する。さらに、制御部は、荷電粒子ビームを照射させた状態で、複数チャネル毎の制御パラメータの設定値を用いて、光学部品における複数チャネル間の特性ばらつきを補正する第２のキャリブレーションを実行する。
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、荷電粒子ビーム装置における特性ばらつきやノイズの影響を高精度に補正することが可能になる。
本発明の実施の形態１による荷電粒子ビーム装置において、主要部の構成例を示す概略図である。 図１の荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法の一例を示すフロー図である。 本発明の実施の形態２による荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法において、図２のキャリブレーション［１］の詳細内容の一例を示すフロー図である。 本発明の実施の形態２による荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法において、図２のキャリブレーション［２］の詳細内容の一例を示すフロー図である。 図３Ａのキャリブレーションで用いられる信号振幅ヒストグラムの一例を示す図である。 図３Ｂにおけるロードレギュレーション補正の内容を説明する図である。 図３Ｂにおけるロードレギュレーション補正の内容を説明する図である。 本発明の実施の形態３による荷電粒子ビーム装置において、図１の画面表示部の表示内容の一例を示す図である。
以下、本発明の種々の実施の形態を図面に従い順次説明する。以下の実施の形態においては、荷電粒子ビーム装置が電子ビームを用いる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である場合を例とする。ただし、荷電粒子ビーム装置は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に限らず、例えば、イオンビームを用いるイオン顕微鏡等であってよく、ＣＴ（Computed Tomography）装置等のＸ線を用いる検査装置であってもよい。
（実施の形態１）
《荷電粒子ビーム装置の構成》
図１は、本発明の実施の形態１による荷電粒子ビーム装置において、主要部の構成例を示す概略図である。図１に示す荷電粒子ビーム装置１０は、電子顕微鏡本体１１と、信号処理部１２と、画面表示部１３とを備える。電子顕微鏡本体１１は、真空環境を構築するためのカラム１００を備える。カラム１００の内部には、電子銃１０１が配置される。電子銃１０１から放出された一次電子ビーム１０２は、一次電子ビーム光軸に沿って飛行する。偏向器１０４は、電子銃１０１からの一次電子ビーム１０２の軌道を調整し、対物レンズ１０７は、軌道調整された一次電子ビーム１０２を、試料ステージ１１１に設置された試料１０９に収束させる。
試料１０９には、試料ステージ１１１を介して負電圧が印加されている。このため、一次電子ビーム１０２は、電子銃１０１から放出された際のエネルギーよりも小さいエネルギーで試料１０９に衝突する。試料１０９は、当該一次電子ビーム１０２の照射に応じて信号電子を放出する。信号電子には、反射電子１０８と二次電子１０３とが含まれる。信号電子は、それぞれの出射エネルギー、出射角度に応じてカラム１００内を飛行する。なお、一次電子ビーム１０２は、荷電粒子ビームの一つであり、信号電子は、荷電粒子の一つである。
また、図１の荷電粒子ビーム装置１０は、複数チャネル（この例では２チャンネル）の検出系を備える。チャネルＡの検出系は、光学部品であるシンチレータ１０５ａと、検出器１０６ａと、信号処理回路１２１ａとを備え、同様に、チャネルＢの検出系は、光学部品であるシンチレータ１０５ｂと、検出器１０６ｂと、信号処理回路１２１ｂとを備える。シンチレータ１０５ａ，１０５ｂおよび検出器１０６ａ，１０６ｂは、カラム１００の内部に配置され、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂは、信号処理部１２内に設けられる。
シンチレータ１０５ａ，１０５ｂは、検出器１０６ａ，１０６ｂの前段に配置され、試料１０９からの反射電子１０８が入射された際に、反射電子１０８を光に変換する。検出器１０６ａ，１０６ｂは、例えば、例えば、ＳｉＰＭ（Silicon PhotoMultiplier）、ＭＰＰＣ（Multi Pixel Photon Counter）、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）、またはＰＭＴ（PhotoMultiplier Tube）等である。検出器１０６ａ，１０６ｂは、シンチレータ１０５ａ，１０５ｂからの光を電気信号である検出信号ＤＳａ，ＤＳｂに変換し、検出信号ＤＳａ，ＤＳｂを、ハーチメック１１０を介して出力する。
信号処理部１２は、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂに加えて、検出器用のバイアス電源１２０ａ，１２０ｂと、制御部１２２ａ，１２２ｂと、メモリ１２３と、画像処理部１２４とを備える。メモリ１２３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリとの組み合わせによって構成される。信号処理回路１２１ａ，１２１ｂは、検出器１０６ａ，１０６ｂからの検出信号ＤＳａ，ＤＳｂを処理する。バイアス電源１２０ａ，１２０ｂは、検出器１０６ａ，１０６ｂにハーチメック１１０を介してバイアス電圧ＶＢａ，ＶＢｂを供給することで、検出器１０６ａ，１０６ｂの利得を調整する。
信号処理回路１２１ａ，１２１ｂは、例えば、アナログディジタル変換器と、その後段に設けられる増幅器、可変利得増幅器、フィルタ、乗算器、加算器、減算器、クランプ回路等を備える。すなわち、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂは、この例では、ディジタル処理によって増幅等の処理を行う。
制御部１２２ａは、チャネルＡの検出系の特性、詳細には、検出器１０６ａおよび信号処理回路１２１ａの特性を制御パラメータの設定値を用いて制御する。制御パラメータの設定値には、検出器１０６ａおよび信号処理回路１２１ａに対する利得とオフセット値と、検出器１０６ａからのダークパルスを除去するためのしきい値と、ロードレギュレーション補正値とが含まれる。これらの各制御パラメータの設定値の大きさは、パラメータ制御信号によって定められる。
パラメータ制御信号には、利得調整信号ＧＡａと、ノイズ除去信号ＮＲａと、振幅補正信号ＡＭＣａと、オフセット調整信号ＯＦａと、バイアス制御信号ＢＣａとが含まれる。バイアス制御信号ＢＣａは、バイアス電源１２０ａ，１２０ｂを介してバイアス電圧ＶＢａ，ＶＢｂの値、ひいては検出器１０６ａ，１０６ｂの利得を調整するための信号である。利得調整信号ＧＡａは、信号処理回路１２１ａの利得、ひいては画像の明るさ等を調整するための信号である。
ノイズ除去信号ＮＲａは、検出器１０６ａからのダークパルスを含むノイズを除去するためのしきい値、すなわち、ノイズ成分と信号成分とを区別するしきい値を調整するための信号である。振幅補正信号ＡＭＣａは、ロードレギュレーションによって発生する振幅ばらつきを補正するための信号であり、例えば、ロードレギュレーション補正値である補正係数等を調整するための信号である。オフセット調整信号ＯＦａは、信号処理回路１２１ａのオフセット値、ひいては画像のコントラスト等を調整するための信号である。
同様に、制御部１２２ｂは、チャネルＢの検出系の特性、詳細には、検出器１０６ｂおよび信号処理回路１２１ｂの特性を制御パラメータの設定値を用いて制御する。当該制御パラメータの設定値を定めるためのパラメータ制御信号には、利得調整信号ＧＡｂと、ノイズ除去信号ＮＲｂと、振幅補正信号ＡＭＣｂと、オフセット調整信号ＯＦｂと、バイアス制御信号ＢＣｂとが含まれる。
画像処理部１２４には、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂからの出力信号ＯＴａ，ＯＴｂが入力される。出力信号ＯＴａ，ＯＴｂは、連続信号であっても、信号振幅ヒストグラム（図４参照）で表される離散信号であってもよい。画像処理部１２４は、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂからの出力信号ＯＴａ，ＯＴｂに基づいて、単位時間毎の、言い換えれば画素毎の階調値を求めることで、試料１０９の形状を表す画像を生成する。
さらに、画像処理部１２４は、各画素の階調値の度数分布、すなわち画素階調ヒストグラムを作成し、画像の輝度値やコントラスト値等を求める。画像処理部１２４は、このような処理によって生成したデータを、画像データ１２９としてメモリ１２３に保存する。画像データ１２９には、詳細は後述するが、試料１０９を対象に取得した画像、画素階調ヒストグラム、輝度値、コントラスト値等のデータに加えて、無信号時の各種データも含まれる。また、メモリ１２３は、画像処理部１２４から入力された画像データ１２９に加えて、制御部１２２ａ，１２２ｂから入力された制御パラメータの設定値１２５ａ，１２５ｂを、画像データ１２９の付属データとして記憶する。
画面表示部１３は、例えば、ＧＵＩ（Graphical User Interface）等であり、メモリ１２３に保存された装置データ１２８を、画像およびテキストとして画面上に表示する。装置データ１２８には、画像データ１２９と、画像データ１２９に付属する制御パラメータの設定値１２５ａ，１２５ｂとが含まれる。
なお、図１における制御部１２２ａ，１２２ｂおよび画像処理部１２４は、代表的には、メモリ１２３に保存されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサが実行することで実現される。図１における信号処理回路１２１ａ，１２１ｂは、代表的には、アナログディジタル変換器と、プロセッサによるプログラム処理との組み合わせによって実現される。
ただし、制御部１２２ａ，１２２ｂおよび画像処理部１２４は、このようなソフトウェアに限らず、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実現されてもよい。また、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂの一部が、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等のハードウェアで構成されてもよく、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂの全てが、アナログ回路で構成されてもよい。
ここで、図１の信号処理部１２は、代表的には、マイクロコントローラ等が実装された配線基板等で構成される。この場合、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂ、制御部１２２ａ，１２２ｂおよび画像処理部１２４は、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂ内のアナログディジタル変換器を含めて当該マイクロコントローラ等に搭載され得る。また、メモリ１２３も、当該マイクロコントローラ等に搭載され得る。図１の画面表示部１３は、例えば、液晶ディスプレイ等を代表とする一般的なディスプレイによって構成される。
《荷電粒子ビーム装置の概略動作》
図２は、図１の荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法の一例を示すフロー図である。図２のステップＳ１において、所定の搬送装置等は、試料１０９である半導体ウェハをカラム１００内に設けられる試料ステージ１１１上に設置する。そして、荷電粒子ビーム装置１０は、例えば、試料ステージ１１１を移動させること等で半導体ウェハをアライメントする。
続いて、ステップＳ２において、偏向器１０４等は、電子銃１０１から放出される一次電子ビーム１０２の照射位置を、試料１０９上の計測点に移動させる。次いで、ステップＳ３において、荷電粒子ビーム装置１０は、ブランキングにより一次電子ビーム１０２を遮断する。そして、ステップＳ４において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、ステップＳ３に伴い一次電子ビーム１０２を照射させない状態で、言い換えれば、無信号状態で、キャリブレーション［１］を実行する。
キャリブレーション［１］において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、概略的には、複数チャネル毎の制御パラメータの設定値を用いて、検出器１０６ａ，１０６ｂおよび信号処理回路１２１ａ，１２１ｂにおける複数チャネル間の特性ばらつきを補正する。さらに、制御部１２２ａ，１２２ｂは、キャリブレーション［１］の結果として、画像処理部１２４を介して生成された複数チャネル毎の無信号画像と、当該無信号画像に伴う制御パラメータの設定値とを、キャリブレーション［１］に伴う装置データ１２８としてメモリ１２３に保存する。
続いて、ステップＳ５において、荷電粒子ビーム装置１０は、ブランキングを解除する。そして、ステップＳ６において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、ステップＳ５に伴い一次電子ビーム１０２を照射させた状態で、キャリブレーション［２］を実行する。キャリブレーション［２］において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、概略的には、複数チャネル毎の制御パラメータの設定値を用いて、特に、光学部品であるシンチレータ１０５ａ，１０５ｂにおける複数チャネル間の特性ばらつきを補正する。
さらに、制御部１２２ａ，１２２ｂは、キャリブレーション［２］の結果として、画像処理部１２４を介して生成された複数チャネル毎の測長画像と、当該測長画像に伴う制御パラメータの設定値とを、キャリブレーション［２］に伴う装置データ１２８としてメモリ１２３に保存する。なお、キャリブレーション［１］およびキャリブレーション［２］に伴う各装置データ１２８は、画面表示部１３で表示することができる。また、制御部１２２ａ，１２２ｂは、当該各装置データ１２８を装置外部へ出力してもよい。具体的には、例えば、装置メーカは、各装置データ１２８を荷電粒子ビーム装置１０のユーザへ提供してもよい。
次いで、ステップＳ７において、荷電粒子ビーム装置１０は、他に計測点が有るか否かを判定し、他に計測点が有る場合には、ステップＳ２に戻って、同様の処理を繰り返す。キャリブレーション［１］およびキャリブレーション［２］は、例えば、計測点毎に、一次電子ビーム１０２を、照射有無に関わらず適宜走査しながら行われる。この際には、起点となる計測点を複数定めることができる。
このようなキャリブレーション方法を用いることで、特性ばらつきやノイズの影響を高精度に補正することが可能になる。比較例として、実施の形態１のような２段階のキャリブレーションではなく、一次電子ビーム１０２を照射した状態で、各チャネルの検出系全体を対象に１段階のキャリブレーションを行う場合を想定する。この場合、検出系全体に含まれる様々なばらつき要因が複数の制御パラメータに対して複雑に影響を及ぼし得る。その結果、複数の制御パラメータの設定値を適切に定めることが困難となり、キャリブレーション精度が低下する恐れがある。
一方、実施の形態１のような２段階のキャリブレーションを用いると、ステップＳ４によって、検出系全体の中から検出器１０６ａ，１０６ｂおよび信号処理回路１２１ａ，１２１ｂのばらつき要因を対象として、複数チャネル間の特性ばらつきを補正できる。そして、ステップＳ４によって得られた制御パラメータの設定値を反映させた上で、すなわち、検出器１０６ａ，１０６ｂおよび信号処理回路１２１ａ，１２１ｂの特性ばらつきを無くした上で、ステップＳ６が行われる。
ステップＳ６では、検出系全体のばらつき要因、実質的には、検出系全体の中から検出器１０６ａ，１０６ｂにより前段に配置されるシンチレータ１０５ａ，１０５ｂ等の光学部品のばらつき要因を対象として、複数チャネル間の特性ばらつきを再度補正できる。その結果、適切な制御パラメータの設定値を容易に得られ易くなり、キャリブレーションの精度を高めることが可能になる。
《実施の形態１の主要な効果》
以上、実施の形態１の方式を用いることで、代表的には、特性ばらつきやノイズの影響を高精度に補正することが可能になる。その結果、良好なＳＥＭの検出画像を得ることができ、計測精度の向上等が図れる。また、２段階のキャリブレーションで取得した装置データ１２８を、荷電粒子ビーム装置１０のユーザに提供することで、ユーザは、オフラインで画像の詳細解析を行うことが可能になる。なお、この例では、複数チャネルの検出系を有する構成を例としたが、ノイズの影響を補正する観点では、１チャネルの検出系を有する構成であってもよい。
（実施の形態２）
《荷電粒子ビーム装置の詳細動作》
図３Ａは、本発明の実施の形態２による荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法において、図２のキャリブレーション［１］の詳細内容の一例を示すフロー図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態２による荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法において、図２のキャリブレーション［２］の詳細内容の一例を示すフロー図である。
図２のキャリブレーション［１］（ステップＳ４）において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、図３Ａに示されるように、まず、チャネル毎に検出器１０６ａ，１０６ｂのダークパルスを検出する（ステップＳ４１）。また、制御部１２２ａ，１２２ｂは、複数チャネル間の特性ばらつきを無くすように、各チャネルの検出器１０６ａ，１０６ｂおよび信号処理回路１２１ａ，１２１ｂに対する利得とオフセット値を補正する（ステップＳ４２）。すなわち、制御部１２２ａ，１２２ｂは、複数チャネル間の特性ばらつきを無くすように、バイアス制御信号ＢＣａ，ＢＣｂおよび利得調整信号ＧＡａ，ＧＡｂの値と、オフセット調整信号ＯＦａ，ＯＦｂの値とを探索する。
続いて、制御部１２２ａ，１２２ｂは、ステップＳ４２で補正した制御パラメータ、すなわち利得およびオフセット値を反映させた状態で、複数チャネル毎の無信号画像Ａ１を取得し、メモリ１２３に保存する（ステップＳ４３）。無信号画像Ａ１は、例えば、一次電子ビーム１０２のブランキングを維持した状態で、一次電子ビーム１０２を走査することで生成される。次いで、ステップＳ４４において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、チャネル毎に得られる信号振幅ヒストグラムから、ダークパルスを含むノイズを除去するためのしきい値をチャネル毎に決定する。そして、制御部１２２ａ，１２２ｂは、決定したしきい値を表すノイズ除去信号ＮＲａ，ＮＲｂを信号処理回路１２１ａ，１２１ｂに設定する。
次いで、制御部１２２ａ，１２２ｂは、ステップＳ４２での利得およびオフセット値と、ステップＳ４４でのしきい値とが設定された状態で、複数チャネル毎の無信号画像Ａ２を取得し、メモリ１２３に保存する（ステップＳ４５）。また、制御部１２２ａ，１２２ｂは、無信号画像Ａ１，Ａ２に伴う各制御パラメータの設定値、すなわち、各チャネルの利得、オフセット値、しきい値等をメモリ１２３に保存する（ステップＳ４６）。
なお、例えば、ステップＳ４６でのチャネルＡの利得は、検出器１０６ａの利得と信号処理回路１２１ａの利得の合計値である。各チャネルの利得は、例えば、予めメモリ１２３に保存している、バイアス制御信号ＢＣａに対する検出器１０６ａの利得の関係と、利得調整信号ＧＡａに対する信号処理回路１２１ａの利得の関係とから算出され得る。チャネルＢの利得に関しても同様である。さらに、同様にして、各チャネルのオフセット値も、オフセット調整信号ＯＦａ，ＯＦｂに対する信号処理回路１２１ａ，１２１ｂのオフセット値の関係から算出され得る。
図４は、図３Ａのキャリブレーションで用いられる信号振幅ヒストグラムの一例を示す図である。例えば、図３ＡのステップＳ４１でダークパルスを検出する際に、一次電子ビーム１０２は、ブランキングされた状態で走査される。その結果、チャネル毎に、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂの出力信号ＯＴａ，ＯＴｂに基づいて、図４に示されるような信号振幅ヒストグラムが得られる。図４において、横軸は信号振幅値であり、縦軸は振幅値毎の度数である。
図４の信号振幅ヒストグラムには、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂのノイズ、詳細には、アナログディジタル変換器等のノイズに起因する分布１５０と、検出器１０６ａ，１０６ｂからのダークパルスに起因する分布１５１とが含まれる。仮に、一次電子ビーム１０２が照射された状態では、信号振幅ヒストグラムには、このような各分布１５０，１５１に加え、それに混ざり合うように、信号成分に伴う様々な分布が含まれ得る。このため、図４の場合と異なり、信号振幅ヒストグラムの中からダークパルス等を明確に区別することは困難となり得る。
図３ＡのステップＳ４４では、図４に示したような信号振幅ヒストグラムに基づいて、ダークパルスを含むノイズを除去するためのしきい値ＴＨを決定することができる。また、図３ＡのステップＳ４２では、例えば、図４に示したような信号振幅ヒストグラムにおいて、信号振幅値の分布箇所が各チャネルで同等となるように、各チャネルの利得、オフセット値を補正すればよい。
図２のキャリブレーション［２］（ステップＳ６）において、制御部１２２ａ，１２２ｂは、図３Ｂに示されるように、まず、チャネル毎に画像信号を検出する（ステップＳ６１）。具体的には、制御部１２２ａ，１２２ｂは、一次電子ビーム１０２を照射および走査することで得られる信号処理回路１２１ａ，１２１ｂの出力信号ＯＴａ，ＯＴｂに基づいて画像信号を検出する。画像信号は、例えば、図４の場合と同様の信号振幅ヒストグラム等であってよい。
続いて、制御部１２２ａ，１２２ｂは、複数チャネル間の特性ばらつきを無くすように、各チャネルのシンチレータ１０５ａ，１０５ｂ等を含めた検出系全体の利得とオフセット値を補正する（ステップＳ６２）。すなわち、制御部１２２ａ，１２２ｂは、複数チャネル間の特性ばらつきを無くすように、バイアス制御信号ＢＣａ，ＢＣｂおよび利得調整信号ＧＡａ，ＧＡｂの値と、オフセット調整信号ＯＦａ，ＯＦｂの値とを再度探索する。この際に、制御部１２２ａ，１２２ｂは、信号振幅ヒストグラム等に基づいて補正を行ってもよい。
次いで、制御部１２２ａ，１２２ｂは、チャネル毎にダークパルス等のしきい値、すなわちノイズ除去信号ＮＲａ，ＮＲｂを再決定し、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂに設定する（ステップＳ６３）。この際に、制御部１２２ａ，１２２ｂは、例えば、図３ＡのステップＳ４４で定めたしきい値と、ステップＳ４２で定めた各チャネルの利得との関係に、図３ＢのステップＳ６２で定めた各チャネルの利得を反映させることで、演算によってしきい値を算出してもよい。
続いて、制御部１２２ａ，１２２ｂは、チャネル毎にロードレギュレーション補正を行う（ステップＳ６４）。具体的には、制御部１２２ａ，１２２ｂは、例えば、各チャネルのバイアス電源１２０ａ，１２０ｂの特性に応じて定められる補正係数を、振幅補正信号ＡＭＣａ，ＡＭＣｂとして信号処理回路１２１ａ，１２１ｂに設定することで、検出信号ＤＳａ，ＤＳｂの振幅を補正する。
図５Ａおよび図５Ｂは、図３Ｂにおけるロードレギュレーション補正の内容を説明する図である。図５Ａには、検出器１０６の等価回路が示される。図５Ｂには、検出器１０６からの検出信号ＤＳに対するバイアス電圧ＶＢの特性の一例が示される。図５Ｂに示されるように、検出信号ＤＳの振幅、例えば、電流振幅が大きくなると、バイアス電圧ＶＢが低下し、この影響で検出信号ＤＳの振幅が正しい振幅から低下する場合がある。この振幅低下は、各チャネルの特性ばらつきを増大させる要因になり得る。
そこで、この低下した振幅を正しい振幅に補正することが有益となる。この補正のことをロードレギュレーション補正と呼んでいる。ロードレギュレーション補正の補正係数は、例えば、この低下した振幅と正しい振幅との比率を表す係数であり、低下した振幅を正しい振幅に戻すための係数である。
図３ＢのステップＳ６４の後、制御部１２２ａ，１２２ｂは、ステップＳ６２での利得およびオフセット値と、ステップＳ６３でのしきい値と、ステップＳ６４でのロードレギュレーション補正値、すなわち補正係数とが設定された状態で、複数チャネル毎の測長画像を取得し、メモリ１２３に保存する（ステップＳ６５）。測長画像は、一次電子ビーム１０２を照射および走査することで生成される。また、制御部１２２ａ，１２２ｂは、測長画像に伴う各制御パラメータの設定値、すなわち、各チャネルの利得、オフセット値、しきい値、ロードレギュレーション補正値等をメモリ１２３に保存する（ステップＳ６６）。
なお、ステップＳ６２における各チャンネルの利得は、例えば、予めメモリ１２３に保存している、基準利得時の出力信号ＯＴａ，ＯＴｂにおける信号振幅ヒストグラムと比較することで算出され得る。また、各チャンネルのオフセット値も、予めメモリ１２３に保存している、オフセット調整信号ＯＦａ，ＯＦｂに対する信号処理回路１２１ａ，１２１ｂのオフセット値の関係から算出され得る。
また、特に、検出器１０６ａ，１０６ｂがＳｉＰＭ等の場合、環境温度によって検出器１０６ａ，１０６ｂの特性、例えば、ダークパルスのレベル等が大きく変化する場合がある。また、ロードレギュレーション補正値も、試料１０９の種類毎に変わり得る。このため、図３Ａのキャリブレーション［１］と図３Ｂのキャリブレーション［２］は、例えば、ＳＥＭを用いた計測工程において、試料１０９を変更する毎に、荷電粒子ビーム装置１０のユーザによって行われてもよい。
《実施の形態２の主要な効果》
以上、実施の形態２の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。特に、キャリブレーション［１］によってダークパルス等を含むノイズのしきい値を高精度に定め、キャリブレーション［２］によって当該しきい値を一定の規則に則って調整することが可能になる。また、キャリブレーション［２］でのロードレギュレーション補正によって、検出器１０６ａ，１０６ｂからの信号振幅が大きい場合であっても、チャネル間の振幅ばらつきを低減することが可能になる。さらに、環境温度の変化に伴う計測精度のばらつき等を補正することが可能になる。
（実施の形態３）
《画面表示部の表示内容》
図６は、本発明の実施の形態３による荷電粒子ビーム装置において、図１の画面表示部の表示内容の一例を示す図である。図６の画面表示部１３には、キャリブレーション［１］に伴う装置データ［１］として、図３ＡのステップＳ４３およびステップＳ４５で保存された無信号画像Ａ１および無信号画像Ａ２と、ステップＳ４６で保存された各無信号画像（この例ではＡ２）に伴う制御パラメータの設定値とがチャネル毎に表示される。制御パラメータの設定値には、検出器の利得と、信号処理回路の利得と、信号処理回路のオフセット値と、ダークパルス等を含むノイズを除去するためのしきい値とが含まれる。
さらに、図６の画面表示部１３には、キャリブレーション［２］に伴う装置データ［２］として、図３ＢのステップＳ６５で保存された測長画像と、ステップＳ６６で保存された測長画像に伴う制御パラメータの設定値とがチャネル毎に表示される。制御パラメータの設定値には、検出器の利得と、信号処理回路の利得と、信号処理回路のオフセット値と、ダークパルス等を含むノイズを除去するためのしきい値とに加えて、ロードレギュレーション補正の補正係数とが含まれる。
なお、画面表示部１３は、無信号画像Ａ１、無信号画像Ａ２、測長画像の代わりに又は加えて、各画像に対応する画素階調ヒストグラムや、輝度値およびコントラスト値等を表示してもよい。また、画面表示部１３は、検出器１０６ａ，１０６ｂのバイアス電圧ＶＢａ，ＶＢｂ、バイアス制御信号ＢＣａ，ＢＣｂを表示してもよい。さらに、画面表示部１３は、検出器１０６ａ，１０６ｂがＳｉＰＭ等の場合は、そのブレークダウン電圧や、ブレークダウン電圧とバイアス電圧ＶＢａ，ＶＢｂとの差電圧や、ダークパルスの除去量および残留量等を表示してもよい。
また、このような装置データ［１］および装置データ［２］は、装置メーカから荷電粒子ビーム装置１０のユーザに提供され得る。この場合、ユーザは、提供された装置データ［１］および装置データ［２］を画面表示部１３に表示させながら、オフラインでの画像解析を行うことが可能になる。例えば、ユーザは、装置データ［１］および装置データ［２］に基づいて、計測精度の向上や装置機差の低減を図ったり、計測を行う際にキャリブレーション要否の判断を行ったりすること等が可能になる。
また、画面表示部１３は、装置データの表示に限らず、同様の画面を用いて、制御パラメータの設定値に関するユーザからの入力を受け付け、入力された設定値を図１の設定値データ１２７として、制御部１２２ａ，１２２ｂに出力してもよい。この場合、制御部１２２ａ，１２２ｂは、設定値データ１２７に基づいて、信号処理回路１２１ａ，１２１ｂ等に各パラメータ制御信号を出力する。
《実施の形態３の主要な効果》
以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。特に、荷電粒子ビーム装置１０のユーザに対して、オフラインでの画像解析に有益な情報を提供することが可能になる。
１０…荷電粒子ビーム装置、１１…電子顕微鏡本体、１２…信号処理部、１３…画面表示部、１０２…一次電子ビーム、１０５ａ，１０５ｂ…シンチレータ、１０６，１０６ａ，１０６ｂ…検出器、１０８…反射電子、１２１ａ，１２１ｂ…信号処理回路、１２２ａ，１２２ｂ…制御部、１２３…メモリ、１２４…画像処理部、１２８…装置データ、ＡＭＣａ，ＡＭＣｂ…振幅補正信号、ＢＣａ，ＢＣｂ…バイアス制御信号、ＤＳａ，ＤＳｂ…検出信号、ＧＡａ，ＧＡｂ…利得調整信号、ＮＲａ，ＮＲｂ…ノイズ除去信号、ＯＦａ，ＯＦｂ…オフセット調整信号、ＯＴａ，ＯＴｂ…出力信号、ＴＨ…しきい値

Claims (6)

  1. 複数チャネルの検出系と、前記複数チャネルの検出系の特性を制御パラメータの設定値を用いて制御する制御部とを有する荷電粒子ビーム装置であって、
    前記複数チャネルの検出系のそれぞれは、
    荷電粒子ビームの照射に応じて試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、
    前記検出器の前段に配置される光学部品と、
    前記検出器からの検出信号を処理する信号処理回路と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記荷電粒子ビームを照射させない状態で、前記複数チャネル毎の前記制御パラメータの設定値を用いて、前記検出器および前記信号処理回路における前記複数チャネル間の特性ばらつきを補正する第１のキャリブレーションと、
    前記荷電粒子ビームを照射させた状態で、前記複数チャネル毎の前記制御パラメータの設定値を用いて、前記光学部品における前記複数チャネル間の特性ばらつきを補正する第２のキャリブレーションと、
    を実行し、
    前記第２のキャリブレーションの際には、前記第１のキャリブレーションで得られる前記制御パラメータの設定値を前記複数チャネルの前記検出系に反映させた状態で、前記荷電粒子ビームを照射させ、
    前記第１のキャリブレーションの際に、前記制御パラメータの設定値として、前記検出器および前記信号処理回路に対する利得とオフセット値と、前記検出器からのダークパルスを除去するためのしきい値とを探索し、
    前記第２のキャリブレーションの際に、前記制御パラメータの設定値として、前記検出器および前記信号処理回路に対する利得とオフセット値と、前記検出器からのダークパルスを除去するためのしきい値と、前記検出器からの前記検出信号の振幅低下を補正するためのロードレギュレーション補正における補正係数とを探索する、
    荷電粒子ビーム装置。
  2. 請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
    さらに、前記複数チャネルの前記信号処理回路からの出力信号に基づいて画像を生成する画像処理部を有し、
    前記制御部は、
    前記第１のキャリブレーションの結果として、前記画像処理部を介して生成された前記複数チャネル毎の画像と、当該画像に伴う前記制御パラメータの設定値とを第１の装置データとしてメモリに保存し、
    前記第２のキャリブレーションの結果として、前記画像処理部を介して生成された前記複数チャネル毎の画像と、当該画像に伴う前記制御パラメータの設定値とを第２の装置データとしてメモリに保存し、
    前記第１の装置データおよび前記第２の装置データを装置外部へ出力する、
    荷電粒子ビーム装置。
  3. 請求項２記載の荷電粒子ビーム装置において、
    さらに、前記第１の装置データおよび前記第２の装置データを画面上に表示する画面表示部を有する、
    荷電粒子ビーム装置。
  4. 荷電粒子ビームの照射に応じて試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の前段に配置される光学部品と、前記検出器からの検出信号を処理する信号処理回路とを備える検出系を複数チャネル有する荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法であって、
    前記荷電粒子ビームを照射させない状態で、前記複数チャネル毎の制御パラメータの設定値を用いて、前記検出器および前記信号処理回路における前記複数チャネル間の特性ばらつきを補正する第１のキャリブレーションを行い、
    前記荷電粒子ビームを照射させた状態で、前記複数チャネル毎の前記制御パラメータの設定値を用いて、前記光学部品における前記複数チャネル間の特性ばらつきを補正する第２のキャリブレーションを行い、
    前記第２のキャリブレーションの際には、前記第１のキャリブレーションで得られる前記制御パラメータの設定値を前記複数チャネルの前記検出系に反映させた状態で、前記荷電粒子ビームを照射させ、
    前記第１のキャリブレーションの際に、前記制御パラメータの設定値として、前記検出器および前記信号処理回路に対する利得とオフセット値と、前記検出器からのダークパルスを除去するためのしきい値とを探索し、
    前記第２のキャリブレーションの際に、前記制御パラメータの設定値として、前記検出器および前記信号処理回路に対する利得とオフセット値と、前記検出器からのダークパルスを除去するためのしきい値と、前記検出器からの前記検出信号の振幅低下を補正するためのロードレギュレーション補正における補正係数とを探索する、
    荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法。
  5. 請求項４記載の荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法において、
    前記第１のキャリブレーションの結果として、前記複数チャネル毎に前記信号処理回路の出力信号に基づく画像を生成し、当該画像と、当該画像に伴う前記制御パラメータの設定値とを第１の装置データとしてメモリに保存し、
    前記第２のキャリブレーションの結果として、前記複数チャネル毎に前記信号処理回路の出力信号に基づく画像を生成し、当該画像と、当該画像に伴う前記制御パラメータの設定値とを第２の装置データとしてメモリに保存し、
    前記第１の装置データおよび前記第２の装置データを装置外部へ出力する、
    荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法。
  6. 請求項４記載の荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法において、
    前記試料を変更する毎に、前記第１のキャリブレーションと前記第２のキャリブレーションとを行う、
    荷電粒子ビーム装置のキャリブレーション方法。
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