KR102278301B1 - 하전 입자선 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 본 개시는, 빔의 개방각의 적정한 평가나 설정을 가능하게 하는 하전 입자선 장치의 제안을 목적으로 한다.
[해결 수단] 상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 복수의 렌즈와, 시료 위의 소정의 높이에서 초점을 맞춤과 함께, 빔의 개방각의 조정을 행하도록 상기 복수의 렌즈를 제어하는 하전 입자선 장치로서, 시료 위에 형성된 패턴의 저부(底部)인 제1 높이에 초점을 맞춘 상태에서 상기 빔을 주사함으로써 얻어지는 검출 신호에 의거하여 제1 신호 파형을 생성(S102)하고, 당해 제1 신호 파형으로부터 상기 패턴의 저부 에지의 신호 파형의 특징량을 산출(S104)하고, 당해 특징량의 산출에 의거하여, 상기 빔의 개방각을 산출(S106)하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

Description

하전 입자선 장치{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS}
본 개시는, 하전 입자선 장치에 관한 것이고, 특히 빔의 개방각의 실측을 가능하게 하는 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
주사 전자 현미경 등의 하전 입자선 장치는, 시료 위에 빔을 가늘게 좁혀 조사하는 장치이다. 이때 빔의 개방각은 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)의 화상의 분해능에 영향을 주기 때문에, 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 특허문헌 1에는, 개방각이 적정해지도록, 렌즈 조건을 조정하는 전자빔 장치가 개시되어 있다.
일본국 특개2013-214402호 공보
특허문헌 1에서는, 최대 빔 전류시에 얻어지는 종합 렌즈 배율이 전자 광학특성으로부터 규정되는 이상적인 렌즈 배율에 거의 일치하도록 중간 렌즈의 위치를 조정하는 것이 설명되어 있지만, 실제로 측정 등일 때에 빔의 개방각이 적절히 설정되어 있는지를 확인하는 것이 바람직하다.
이하에, 빔의 개방각의 적정한 평가나 설정을 목적으로 하는 하전 입자선 장치를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 하전 입자선 장치로서, 복수의 렌즈와, 시료 위의 소정의 높이에서 초점을 맞춤과 함께, 빔의 개방각의 조정을 행하도록 상기 복수의 렌즈를 제어하는 제어 장치와, 시료에 대한 하전 입자빔의 조사에 기인하는 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력 신호를 처리하는 프로세서를 구비하고, 당해 프로세서는, 시료 위에 형성된 패턴의 저부(底部)인 제1 높이에 초점을 맞춘 상태에서 상기 빔을 주사함으로써 얻어지는 검출 신호에 의거하여 제1 신호 파형을 생성하고, 당해 제1 신호 파형으로부터 상기 패턴의 저부 에지의 신호 파형의 특징량을 산출하고, 당해 저부 에지의 신호 파형의 특징량의 산출에 의거하여, 상기 빔의 개방각의 산출, 및 상기 복수의 렌즈 조건의 설정 중 적어도 1개를 실행하는 하전 입자선 장치를 제안한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 일 태양으로서, 하전 입자선 장치로서, 복수의 렌즈와, 시료 위의 소정의 높이에서 초점을 맞춤과 함께, 빔의 개방각의 조정을 행하도록 상기 복수의 렌즈를 제어하는 제어 장치와, 시료에 대한 빔의 조사에 기인하는 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력 신호를 처리하는 프로세서를 구비하고, 당해 프로세서는, 상기 시료 위에 형성된 패턴에 대한 빔 주사에 의해 얻어지는 검출 신호에 의거하여 신호 파형을 생성하고, 당해 신호 파형에 복수의 임계값을 설정하고, 당해 설정에 의거하여 상기 패턴에 관한 복수의 특징량을 계측하고, 당해 복수의 특징량의 변화를 나타내는 기울기를 구하고, 상기 제어 장치는, 당해 기울기가 소정의 기울기가 되도록, 상기 복수의 렌즈의 조건을 조정하는 하전 입자선 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 빔의 개방각을 적정하게 평가, 혹은 설정하는 것이 가능해진다.
도 1은 주사 전자 현미경의 개요를 나타내는 도면.
도 2는 기지(旣知)인 테이퍼각을 가지는 패턴에 대한 빔 주사에 의해 얻어지는 프로파일을 이용하여, 빔의 개방각을 계측하는 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 3은 개방각 계측에 이용하는 패턴의 단면도.
도 4는 패턴의 보텀 에지에 빔을 주사했을 때에 얻어지는 프로파일 파형과, 테이퍼각과 보텀 에지의 파형의 특징량과의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 빔 개방각의 조정 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 6은 프로파일 파형에 복수의 임계값을 설정함으로써 얻어지는 측장값(測長値)의 변화를 나타내는 그래프.
도 7은 복수의 틸트각의 빔 주사에 의해 얻어지는 보텀 에지의 프로파일 파형의 특징량으로부터 빔의 개방각을 계측하는 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 8은 개방각 계측에 이용하는 시료의 단면도.
도 9는 복수의 틸트각의 빔 주사에 의해 얻어지는 보텀 에지의 프로파일 파형과, 틸트각과 보텀 에지의 파형의 특징량과의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 개방각 조정을 가능하게 하는 복수단의 렌즈를 구비한 광학계의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 복수의 개방각의 설정에 의해 얻어진 프로파일 파형으로부터, 대상이 되는 패턴의 측정에 적합한 개방각을 설정하는 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 12는 서로 다른 복수의 렌즈 조건(개방각)의 차분 연산 결과를 플롯한 그래프.
예를 들면, 미세화(微細化)가 진행되는 반도체 회로의 제조에서는, 그 패턴 치수를 계측함으로써 제조 수율을 관리하고 있다. 반도체 측장 장치에서는 집속(集束)시킨 전자선(빔)을 계측 대상 위에서 주사함으로써 얻어지는 전자의 검출에 의거하여 신호 파형을 생성하고, 당해 신호 파형을 이용하여 측정 개소(箇所)의 치수를 계산한다.
이때, 빔의 개방각은 SEM상의 분해능에 크게 영향을 주기 때문에, 최적의 빔의 개방각이 되도록 장치를 제어하는 것이 바람직하다. 특히, 장치 사용시의 빔 개방각의 적절한 평가에 의거하여, 장치 조건 설정을 행하는 것이 바람직하다.
한편, 최근 최첨단의 반도체 디바이스 구조는 고(高)어스펙트화가 진행되고 있어, 깊은 홈, 깊은 구멍 구조를 고정밀도로 측장하는 것이 바람직하다. 여기에서 고어스펙트비의 깊은 홈 구조를 갖는 시료의 저부에 빔을 집속시켜, SEM으로 관찰할 경우를 생각한다. 빔의 개방각이 개(槪)시료의 테이퍼각을 초과할 경우, 빔의 일부는 개시료의 입체 구조에 막혀 개시료의 저부에 도달할 수 없다. 빔의 개방각과 테이퍼각이 거의 동등할 경우, 약간 빔 개방각이 변화되는 것만으로도 당해 구조의 저부에 도달하는 빔의 양이 크게 변화되기 때문에, 얻어지는 측장값도 크게 변화된다. 이 때문에, 깊은 홈, 깊은 구멍 구조를 SEM으로 고정밀도로 관찰할 경우, 장치간의 측장 기차(機差)를 저감시키기 위해서는, 빔의 높이 방향, 즉, 빔의 개방각의 불균일을 저감시키는 것이 바람직하다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 실제의 빔 개방각을 정량적으로 파악하기 위해, 계측에 의해 빔의 개방각을 평가하는 하전 입자선 장치를 설명한다. 계측에 의해 빔의 개방각을 평가할 수 있으면, 복수의 장치간의 기차 저감이나 장치 성능 관리를 행하는 것이 가능해진다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 예를 들면 서로 다른 테이퍼각을 가지는 패턴에 대한 빔 주사에 의해 얻어진 복수의 신호 파형을 이용하여, 개방각의 평가를 행하는 평가법에 대해서 설명한다. 일례로서, 서로 다른 테이퍼각을 가지는 패턴이 마련된 시료에의 빔 주사에 의거하여 화상을 취득하고, 화상 해석에 의해 프로파일을 생성한다. 프로파일로부터 특징량을 추출하고, 상기 특징량과 테이퍼각의 관계에 의거하여 개방각을 구한다.
또한 서로 다른 빔 틸트각의 빔 주사에 의해 얻어진 복수의 신호 파형을 이용하여 개방각의 평가를 행하는 평가법에 대해서도 설명한다. 구체적으로는, 빔의 틸트각을 바꿔 복수의 화상을 취득하고, 화상 해석에 의해 프로파일을 생성한다. 그리고, 프로파일로부터 특징량을 추출하고, 상기 특징량과 빔 틸트각의 관계에 의거하여 개방각을 결정한다.
얻어진 계측 결과를 장치의 렌즈 제어에 피드백하고, 개방각을 조정함으로써, 장치의 개방각의 기차를 저감하는 것이 가능해진다.
빔의 개방각을 장치마다 계측하고, 장치의 개방각의 불균일이 소정의 값에 들어가도록 장치 상태를 관리함으로써, 고정밀도로 계측이 가능한 검사 장치를 제공한다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 주로 빔 조사에 의거하여 얻어지는 신호를 이용하여, 빔의 개방각을 평가하는 하전 입자선 장치에 대해서 설명한다. 이하에 설명하는 실시예에 따르면, 전자 현미경 등의 하전 입자선 장치의 빔의 개방각의 모니터나 절대값의 측정을 할 수 있고, 결과적으로 고정밀도로 장치 기차를 관리하는 것이 가능해진다. 또한, 이하의 설명에서는 빔 주사에 의거하여 신호 프로파일을 생성하고, 당해 신호 프로파일로부터 패턴의 치수값을 구하는 CD-SEM(Critical Dimension-SEM)을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 결함 검사를 위한 전자 현미경이나 분석용 전자 현미경, 혹은 집속 이온빔의 조사에 의거하여 화상을 생성하는 집속 이온빔 장치 등에의 적용도 가능하다.
도 1은, 주사 전자 현미경의 개요를 설명하는 도면이다. 주사 전자 현미경은 진공 용기(1) 중에, 하전 입자원(2), 집속 렌즈(3), 편향기(4), 대물 렌즈(5), 스테이지(6), 검출기(8), 가속 전극(10)을 구비하고 있다. 스테이지(6)는 시료에의 리타딩(retarding) 전압(전자빔에 대한 감속 전계를 생성하는 전압)(Vr)을 인가할 수 있는 구조로 되어 있다. 빔의 편향 방식은 이단 편향이어도 일단 편향이어도 된다. 또한, 편향기는 정전 편향기나 전자 편향기를 이용할 수 있다.
전자총(2)에서 발생한 빔(25)은 집속 렌즈(3), 대물 렌즈(5)에서 집속됨과 함께, 가속 전극(10)에 의해 가속된다. 가속 전극(10)을 통과한 빔(25)은, 스테이지(6) 혹은 시료(7)에 인가된 리타딩 전압에 의해 형성되는 감속 전계에 의해 감속되고, 시료(7)에 조사된다.
후술하는 개방각 계측, 조정 등에서 이용하는 시료(7)는 반도체 웨이퍼를 이용해도 되고, 교정용 시료로서 스테이지(6) 위에 고정해도 된다.
시료(7) 표면으로부터 방출된 이차 전자(Secondary Electron: SE)나 후방 산란 전자(Backscattered Electron: BSE) 등의 신호 전자(9), 혹은 당해 신호 전자가 다른 부재에 충돌함으로써 발생하는 추가적인 이차 전자는, 검출기(8)에서 검출되어, 전기 신호로 변환되고, 화상 처리부(13)에서 SEM상으로 변환된다.
생성된 SEM상은 연산부(14)에 건네 받아져 빔의 개방각 등이 계산된다. 또한, 개방각을 보정할 때에는, 계산된 개방각으로부터, 기준의 개방각이 되도록 제어부(12)(제어 장치)에 피드백이 걸린다. 또한, 제어부 이후에는 다른 해석 장치를 이용하여 운용하는 것도 가능하며, 이 형태에 구애받는 것은 아니다.
도 10은, 개방각 조정을 가능하게 하는 복수단의 렌즈를 구비한 광학계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10은, 3단의 렌즈를 구비한 광학계를 예시하고 있다. 전자원(1001)으로부터 방출되고, 도시하지 않은 가속 전극에서 가속된 전자빔(1002)은, 제1 수속(收束) 렌즈(1003)에 의해 수속되고, 다이어프램판(1004)에 의해 불필요한 영역이 제거된 후, 제2 수속 렌즈(1005), 및 대물 렌즈(1006)에 의해 수속되고, 시료(1008)에 조사된다. 도 10에 예시하는 광학계의 경우, 제1 수속 렌즈(1003)와 제2 수속 렌즈(1005)의 수속 조건과, 다이어프램판(1004)에 마련된 구멍의 공경(孔徑)에 의해, 빔의 개방각(α)이 결정된다. 또한, 빔의 초점 조정은, 주로 대물 렌즈(1006)의 수속 조건의 제어에 의해 행해진다.
제어부(12)는, 원하는 개방각이 되도록 각 렌즈에 공급하는 여자(勵磁) 전류 등의 신호를 적절히 제어한다. 제어부(12) 내에는 도시하지 않은 전원이 내장되어 있고, 제2 수속 렌즈(1005)의 수속점을, 빔 광축 위에 임의의 위치에 설정할 수 있다. 예를 들면 제2 수속 렌즈(1005)의 상점(像点)을 P1, P2와 같이 서로 다른 위치에 설정할 수 있다. 이때, 제어부(12)는, 제2 수속 렌즈(1005)의 수속 조건의 변화에 상관없이, 시료 표면, 혹은 패턴의 특정한 높이에 초점이 맞도록, 대물 렌즈(1006)에 공급하는 여자 전류 등의 신호를 제어한다.
본 명세서에서 설명하는 방법의 전부는, 방법의 실시형태 중 1개 또는 복수의 스텝의 결과를 비일시적인 컴퓨터 가독 기억 매체에 저장하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서의 설명은, 웨이퍼의 측정이나 검사를 위한 방법을 실행하기 위한 웨이퍼 측정, 검사 툴의 컴퓨터 시스템상에서 실행 가능한 프로그램 명령을 저장하는 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 설명이기도 하다. 컴퓨터 시스템은, 퍼스널 컴퓨터 시스템, 화상 컴퓨터, 메인 프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 기기, 인터넷 기기, 또는 다른 기기를 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있고, 기억 매체로부터 명령을 실행하는 1개 또는 복수의 프로세서를 갖는 임의의 디바이스로서 정의되어도 된다.
[실시예 1]
도 2는, 빔의 개방각을 계측하는 공정을 나타내는 플로우 차트이다. 우선, 제어부(12)는 스테이지(6) 위에 시료(7)가 실린 상태에서 스테이지(6)를 이동시키고, 빔의 조사 위치에 시료(7)를 이동한다(스텝 100). 도 3의 (a)에 예시하는 바와 같이, 시료(7)에는 깊은 홈(20)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 깊은 홈(20)의 테이퍼각(23)의 각도가 기지인 것을 이용한다. 또한, 기지인 테이퍼각(측벽각)을 가지는 패턴은, 깊은 홈뿐만 아니라 깊은 구멍이나 계단 형상으로 에칭된 패턴이어도 된다. 여기에서는, 복수의 패턴이 형성된 시료를 채용하는 예에 대해서 설명한다. 복수의 패턴은 각각 서로 다른 기지인 테이퍼각을 가지는 패턴이며, 후술하는 바와 같이 빔 개방각의 평가에 이용된다. 또한, 이러한 시료를 미리 스테이지(6)에 표준 시료로서 탑재해 두도록 해도 되고, 필요에 따라 외부로부터 도입하여 테이퍼각 평가를 행하도록 해도 된다.
다음으로, 깊은 홈(20)의 저부(21)에 빔(25)을 포커스한다(스텝 101). 저부(21)에 빔을 포커스시키기 위해, 예를 들면 저부(21)의 초점 평가값을 선택적으로 평가하여 오토 포커스 처리를 실행한다. 또한, 깊은 홈(20)의 깊이가 기지일 경우에는, 당해 기지인 깊이에 대응하는 초점 조정량(예를 들면 여자 전류 변화량)을 미리 소정의 기억 매체에 기억시켜 둔 다음에, 시료 상부(22)에 포커스를 맞춘 후, 상기 초점 조정량만큼, 초점을 변화시킴으로써 저부(21)에 포커스를 맞추도록 해도 된다. 이와 같이 저부(21)에 포커스가 맞은 상태에서 얻어진 신호 전자에 의거하여, 빔의 조사 위치(좌표)와 신호량과의 관계를 나타내는 신호 프로파일(제1 신호 파형)을 생성한다(스텝 102). 이때 취득하는 신호 전자는 SE 혹은 BSE 중 어느 것이어도 된다.
다음으로, 빔(25)을 시료의 서로 다른 높이에 포커스한다(스텝 103). 예를 들면, 시료 상부(22) 혹은 시료 상부(22)와 시료 저부(21)의 중간 위치에 포커스한다. 여기에서도 스텝 102와 마찬가지로 SEM상을 취득하고, SEM상의 프로파일(제2 신호 파형)을 얻는다.
여기에서, 서로 다른 복수의 높이에 초점을 맞춤으로써 얻어진 적어도 2개의 신호 프로파일에 대해서, 깊은 홈(20)의 측벽(테이퍼부)과 저부의 경계(보텀 에지(24))에 대응하는 위치의 파형에 주목한다.
도 4의 (a)는 어떤 개방각의 빔 주사에 의해 얻어진 프로파일로부터, 보텀 에지에 대응하는 부분의 파형의 예를 나타내는 도면이다. 스텝 104에서는, 예를 들면 제1 수속 렌즈(1003)와 제2 수속 렌즈(1005)의 수속 조건을 조정함으로써 빔의 개방각을 소정의 조건으로 설정한 상태에서, 대물 렌즈(1006)를 조정하고, 깊은 홈(20)의 저부(21)에 포커스를 맞춰 빔 주사를 행함으로써 보텀 프로파일(50)을 취득함과 함께, 시료 상부(22)에 포커스를 맞춰 빔 주사를 행함으로써 보텀 프로파일(51)을 취득한다. 스텝 104에서는 추가로 2개의 보텀 프로파일(50, 51)의 차이(프로파일 신호차)를 연산한다. 프로파일 신호차는, 도 4의 (a)의 사선부(52)의 면적에 상당한다.
마찬가지의 처리를, 도 3의 (b)에 예시하는 바와 같은 도 3의 (a)에 예시하는 패턴과는 다른 테이퍼각(33)을 갖는 패턴(30)에 대하여 행한다(스텝 105). 본 실시예에서는, 테이퍼각(22)보다 테이퍼각(23)이 큰 예를 나타내고 있다.
서로 다른 테이퍼각을 가지는 복수의 패턴에 대해서, 프로파일의 신호차를 계산한 후, 빔 개방각을 계산한다(스텝 106).
여기에서, 보텀 에지(24)의 프로파일은 빔(25)의 가속 전압 및 시료의 깊은 홈 구조의 깊이에 따라서도 크게 변화하기 때문에, 빔의 개방각 계측에 있어서는, 서로 다른 테이퍼각이며 또한 같은 깊이의 깊은 홈 구조를 가지는 패턴을 이용한다.
도 3의 (a)에 예시하는 바와 같이, 패턴의 테이퍼각에 대하여 빔의 개방각이 작을 때, 저부(21)에 포커스를 맞춰도, 빔(25)은 당해 시료의 테이퍼 구조에 충돌하지 않고 보텀 에지(24)에 도달한다. 이때, 보텀 에지(24) 부근에서는 도 4의 (a)에 나타내는 프로파일(50)(실선)이 얻어진다. 또한 시료 상부(22)에 빔을 포커스시켰을 때, 도 4의 (a)에 나타내는 프로파일(51)(점선)이 얻어진다. 당해 2개의 프로파일은, 포커스 조건은 서로 다르지만 같은 개소를 빔 주사함으로써 얻어지기 때문에, 양자(兩者)에 큰 차이는 없다.
한편, 도 3의 (b)에 예시하는 바와 같이, 패턴의 테이퍼각에 대하여 빔(25)의 개방각이 클 때, 저부(31)에 빔을 포커스시켜 보텀 에지(34)를 스캔하면(빔(25)이 보텀 에지(34)에 조사되었을 때), 빔의 일부가 시료 상부(32)에 충돌하여, 에지 효과에 의해 이차 전자가 발생한다.
발생된 이차 전자는 보텀 에지를 스캔하고 있을 때의 신호로서 카운트되기 때문에, 도 4의 (b)의 실선의 프로파일(53)에 나타내는 바와 같이, 보텀 에지에 있어서의 신호 강도가 커진다.
또한 시료 상부(32)에 빔을 포커스시켰을 때, 보텀 에지에 크로스오버한 빔의 대부분은 패턴 측벽에 충돌한다. 이때 발생하는 이차 전자는 거의 검출기에 도달하지 않기 때문에, 보텀 에지의 신호 강도는 작아지고, 도 4의 (b)의 점선으로 나타내는 보텀 에지의 프로파일(54)이 얻어진다. 그러므로, 저부(31)에 포커스를 맞춘 빔의 주사에 의해 얻어지는 보텀 에지의 프로파일과, 시료 상부(32)에 포커스를 맞춘 빔의 주사에 의해 얻어지는 보텀 에지의 프로파일과의 사이에는 큰 신호차가 발생한다. 본 실시예에서는 2개의 프로파일의 신호차를 정량 평가하기 위해, 2개의 파형간의 면적을 예를 들면 적분 등을 이용하여 구한다.
다음으로, 종축을 보텀 에지의 프로파일의 신호차, 횡축을 패턴의 테이퍼각으로 하는 그래프를 작성하면 도 4의 (c)와 같은 관계가 얻어진다. 패턴의 테이퍼각을 크게 해 가면, 보텀 에지의 신호차가 감소하고, 어떤 테이퍼각 이상에서는 테이퍼각의 변화에 따르지 않는 일정한 값에 점근(漸近)한다. 이 관계를 이용하여, 개방각을 예를 들면 이하와 같이 계산한다. 우선 테이퍼각이 충분히 큰 영역의 점을 몇점 이용하여, 직선(56)을 근사(近似)로 구한다. 다음으로, 테이퍼각의 작은 영역의 점을 몇점 이용하여, 직선(57)을 직선 근사로 구한다. 얻어진 두 개의 직선의 교점의 테이퍼각(58)을, 개방각이라고 정의할 수 있다.
여기에서, 개방각을 계측하기 위한 특징량은, 두 개의 보텀 프로파일로 둘러싸인 면적에 구애받는 것은 아니고, 기준의 신호 강도로부터의 차여도 된다. 예를 들면, 시료 상부에 포커스를 맞춰 얻어진 보텀 에지의 프로파일 중, 신호 강도가 극소가 되는 좌표의 신호 강도와, 시료의 저부에 포커스를 맞춰 얻어진 보텀 에지의 프로파일 중, 당해 좌표에 있어서의 신호 강도와의 차를 계산해도 된다. 이 경우, 종축을 특징량, 횡축을 테이퍼각으로 취하면 도 4의 (c)와 마찬가지의 그래프를 그릴 수 있다. 어느 특징량의 정의에 있어서도, 테이퍼각의 변화에 대하여, 특징량이 어떤 일정한 값에 점근하는 성질을 이용하여 개방각을 계산한다.
상기의 방법 이외에도, 포커스 조건이 서로 다른 빔의 주사에 의해 얻어지는 복수의 특징량을 비교하는 다른 방법을 적용하는 것도 가능하다. 서로 다른 포커스 조건에 있어서의 보텀 에지의 빔 주사시의 신호량차를 현재화(顯在化)할 수 있으면 된다. 그 외에도 보텀 에지에 대해서, 패턴 저부에 초점을 맞췄을 때에 얻어지는 신호 파형(제1 신호 파형)의 형상을 평가할 수 있는 다른 특징량을 적용하는 것도 가능하다.
또한, 현실의 시료에서는 테이퍼 상부의 러프니스, 라운딩 등의 영향에 의해, 신호차(52, 55)가 상대적으로 증감하는 것을 생각할 수 있기 때문에, 그 증감만큼을 예상하여, 교점의 테이퍼 각도로부터 오프셋을 부여하여, 개방각으로 결정해도 된다. 이 경우, 예를 들면 미리 러프니스 평가값 등과 오프셋량의 관계를 나타내는 테이블 등을 작성해 두고, SEM 화상 취득에 의거하여 러프니스 평가값을 구한 다음에, 당해 테이블을 참조함으로써, 오프셋량을 구하도록 해도 된다.
상술한 바와 같이 개방각을 계측한 후, 개방각의 조정을 행한다. 여기에서는 SEM상에 의한 측장값에 의거하여, 빔의 개방각을 조정하는 방법을 제안한다. 도 5는 개방각의 조정 공정을 나타내는 플로우 차트이다. 제어부(12)는 스테이지(6)를 이동시키고, 빔의 조사 위치에 시료(7)를 이동한다(스텝 200). 시료(7)는, 예를 들면 반도체 시료이며, 그 위에는 라인 패턴이나 홀 패턴이 형성되어 있다.
목적으로 하는 패턴에 빔의 조사 위치(시야)를 위치 부여한 후, 빔을 패턴의 저부에 포커스시키고(스텝 201), 빔 주사를 행한다. 다음으로, 빔 주사에 의해 얻어지는 이차 전자 등의 신호를 검출하고, 당해 신호에 의거하여 프로파일(라인 프로파일)을 생성한다(스텝 202). 생성된 라인 프로파일은, 예를 들면 깊은 홈 형상의 패턴일 경우, 한쪽 측벽과 다른쪽 측벽의 각각에 대응하는 위치에 피크를 가지는 신호 파형이 된다. 이러한 신호 파형의 피크의 신호 강도를 100％, 베이스 라인의 신호 강도를 0％라고 정의하고, 예를 들면 10％ 단위로 복수의 임계값을 설정하고, 임계값법에 의해, 깊은 홈의 폭(측장값)을 측정한다(스텝 203).
빔의 개방각이 바뀌면 입체 구조에 대한 빔의 예상각(패턴 측벽과 빔 사이의 상대각)이 바뀌기 때문에, 에지부에 있어서의 라인 프로파일이 변화된다. 개방각이 클수록, 입체 장벽의 영향을 받기 쉬워지고, 프로파일이 루즈해져, 측장값은 변화된다. 프로파일이 루즈해지면, 임계값을 톱측에 설정했을 경우에는 라인 폭의 측장값은 작아지고, 보텀측에 설정했을 경우에는 커진다.
이 임계값의 변화에 대한 측장값의 변화를 이용하여, 장치간의 개방각을 비교하고, 양자를 일치시키는 조정을 행한다. 예를 들면, 측장값에 의거하여 개방각을 비교하고, 장치간의 기차를 억제하도록, 개방각을 조절한다. 도 6의 (a)에 예시하는 바와 같이, 어떤 장치 A에서 기준 시료의 패턴을 측장하여, 임계값과 측장값의 관계(60)를 얻는다. 다음으로, 다른 장치 B에서 같은 패턴을 측장하여, 마찬가지로 임계값과 측장값의 관계(61)를 얻는다.
임계값에 대한 측장값의 변화의 기울기로부터, 개방각의 기차를 판단한다(스텝 204). 장치 A에 대하여 장치 B의 개방각을 맞출 경우, 도 6의 (a)와 같이 장치 B의 그래프의 기울기가 장치 A의 기울기보다 작으면, 개방각은 작다고 판단할 수 있다.
그 때문에, 장치 B의 개방각을 크게 하도록 장치를 조정하면 된다(스텝 205). 또한, 여기에서는 두 개의 장치에 대해서 비교하는 방법을 기술했지만 이에 한정되지 않고, 복수대의 장치에 대해서도 비교하는 것이 가능하다. 그 경우, 임의의 장치를 기준 기(機)로 해서 다른 장치를 맞춰 넣거나, 혹은 복수대의 장치의 평균값을 기준으로 해서 각 장치를 조정하는 방법이 있다. 연산부(14)에 내장되어 있는 프로세서는, 도시하지 않은 기억 매체에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 복수의 장치에 대해서, 임계값의 변화에 따라 변화되는 측장값을 직선 근사하고, 당해 근사 곡선의 기울기를 구함으로써, 각각의 기울기를 구한다. 복수의 장치간의 기울기를 일치시키도록, 빔의 개방각을 조정하면 된다. 또한, 장치 A의 개방각에 장치 B의 개방각을 일치시킬 경우, 장치 A에서 평가한 시료, 혹은 같다고 간주할 수 있는 시료를 장치 B에 도입하고, 장치 B에서, 장치 B의 개방각을 장치 A의 개방각에 근접시키도록 렌즈 조건을 조정한다. 이 경우, 개방각 조정과 기울기 평가를 반복하여 서서히 장치 B의 개방각을 장치 A의 개방각에 근접시켜 가도록 해도 되고, 미리 기울기의 차분과 렌즈 조정량과의 관계를 나타내는 테이블을 준비해 두고, 기울기의 차분을 당해 테이블에 참조하여, 렌즈 조건을 판독하고, 개방각 조정을 행하도록 해도 된다. 또한, 2 이상의 개방각에서 기울기를 구하고, 기울기를 설명 변수, 렌즈 조건을 목적 변수로 하는 회귀 분석을 행함으로써, 기울기가 장치 A와 일치하는 장치 B의 렌즈 조건을 구하도록 해도 된다.
또한, 하전 입자선 장치의 개방각은, 빔을 제어하는 복수의 렌즈의 강도를 바꿈으로써 조정할 수 있다. SEM에서는 시료 표면에 포커스를 맞출 필요가 있지만, 이때 도 1에 예시하는 바와 같이 중간의 크로스오버 높이(11)에 대해서는 변경하는 것이 가능하다. 크로스오버 높이(11)를 변경해서 시료 표면에 포커스를 맞추면, 시료 바로 위에 있어서의 빔의 개방각이 변화된다. 이때, 크로스오버 높이(11)는 집속 렌즈(3)의 여자 전류의 조정에 의해 제어 가능하다. 그 때문에, 예를 들면 여자 전류와 측장값의 상관을 취득해서 기록해 두면, 도 6의 (b)와 같은 검량선(62)을 작성하는 것이 가능하다. 미리 임계값마다 검량선을 작성하여, 측장값의 어긋남량과 검량선으로부터 조정에 필요한 여자 전류량을 산출할 수 있다.
또한, 미리 검량선(62)을 작성해 두고, 당해 검량선을 참조함으로써 개방각을 조정하도록 해도 된다. 예를 들면 측장값에 규정의 범위(63)를 마련해 두고, 대응하는 개방각 범위(64)를 설정해 둘 수 있다.
상기와 같은 전제에서, 각각의 장치에 대해서, 얻어진 측장값이 규정의 측장값의 범위에 들어가 있을 경우, 개방각도 사양의 범위 내에 들어가 있다고 판단한다. 그렇지 않으면, 집속 렌즈의 여자 강도를 변화시켜, 개방각을 조정하고, 측장값이 소정의 범위에 들어가면 개방각 조정이 완료된 것이라고 판단한다.
개방각을 조절하는 수단은 상기 방법에 한하지 않고, 예를 들면 시료(7)에 인가하는 전압, 혹은, 가속 렌즈(10)에 인가하는 전압을 변경해도 된다. 또한 대물 렌즈(10)와 시료(7) 사이의 거리를 기계적으로 변경해도 된다.
또한, 개방각이 클수록, 상(像) 분해능은 높아지므로, 고분해능화의 관점에서 보면, 개방각을 극력 크게 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 패턴의 테이퍼각 이상의 개방각으로 하면, 상술한 바와 같이 보텀 에지의 주사시에 빔과 패턴이 간섭하여, 프로파일에 루즈해짐이 발생한다. 즉, 고분해능화와 적정한 프로파일 파형 형성의 양립을 실현하기 위해서는, 보텀 에지 주사시에 빔이 패턴에 간섭하지 않는 개방각 범위 중에서 가장 큰 개방각을 선택하는 것이 바람직하다.
그래서, 도 11에 예시하는 플로우 차트에 따라서 적절한 개방각을 설정한다. 도 11은, 복수의 개방각의 설정에 의해 얻어진 프로파일 파형으로부터, 대상이 되는 패턴의 측정에 적합한 개방각을 설정하는 공정을 나타내는 플로우 차트이다. 도 11에 예시하는 바와 같이, SEM 내에 깊은 홈 등의 패턴이 형성된 시료를 도입하고, 스테이지(6)나 시야 이동용 편향기를 제어함으로써, 측정 대상이 되는 패턴을 시야 내에 포함하도록 시야 이동을 행한다(스텝 1101). 다음으로, 소정의 개방각에서 깊은 홈의 저부에 초점이 맞도록, 렌즈 조건을 조정한다(스텝 1102). 스텝 1102에서 조정된 렌즈 조건을 유지한 상태에서, 깊은 홈을 포함하는 영역에 빔 주사함으로써, 보텀 에지를 포함하는 제1 프로파일 파형을 생성한다(스텝 1103).
다음으로, 시료 표면에 초점이 맞도록, 렌즈 조건을 조정하고(스텝 1104), 이 렌즈 조건 하, 보텀 에지를 포함하는 영역에 빔 주사함으로써, 제2 프로파일 파형을 생성한다(스텝 1104). 제1 프로파일 파형과 제2 프로파일 파형을 취득 후, 보텀 에지에 대응하는 파형에 대해서, 예를 들면 도 4의 (a) (b)에 예시한 방법을 이용하여, 특징량의 산출을 행한다(스텝 1105). 스텝 1102∼1106의 처리를, 서로 다른 렌즈 조건(개방각)의 설정 하, 복수회 반복함과 함께, 도 12에 예시하는 렌즈 조건과 보텀 에지의 신호차와의 관계를 나타내는 그래프에 플롯한다.
「빔 개방각＜패턴의 측벽의 테이퍼각」의 상태에서, 보텀 에지에 빔을 조사하면, 보텀 에지로부터 방출된 전자량에 따른 휘도 신호가 된다. 한편, 「빔 개방각＞패턴의 측벽의 테이퍼각」의 상태에서, 보텀 에지에 빔을 조사하면, 빔의 일부가 시료 표면이나 깊은 홈의 측벽에 간섭하게 되기 때문에, 시료로부터 방출되는 전자의 양은 간섭만큼 증가한다. 한편, 시료 표면에 초점을 맞춰 보텀 에지부에 빔 조사하면, 개방각에 따라 약간 신호량이 변화되지만, 저부에 초점을 맞춰 빔 조사를 행했을 때와 비교하여, 서로 다른 개방각간의 신호량의 변화는 적다.
이상과 같은 전제 하, 서로 다른 복수의 렌즈 조건(개방각)의 차분 연산 결과를, 도 12와 같은 그래프에 플롯하면, 「빔 개방각＜패턴의 측벽의 테이퍼각」의 영역에서는, 개방각을 변화시켜도, 차분 연산 결과에 큰 변화는 없지만, 「빔 개방각＞패턴의 측벽의 테이퍼각」의 영역에서는, 「빔 개방각＜패턴의 측벽의 테이퍼각」의 영역과 비교하여, 차분 연산 결과가 크며, 또한 개방각의 변화에 수반하여 크게 변화된다. 그러므로 도 12에 예시하는 바와 같이, 2개의 영역을 각각 직선 근사하고, 근사 직선(1201)(「빔 개방각＜패턴의 측벽의 테이퍼각」)과 근사 직선(1202)(「빔 개방각＞패턴의 측벽의 테이퍼각」)을 생성함과 함께, 그 교점에 대응하는 렌즈 조건(1203)을 구함으로써, 「빔 개방각≒패턴의 측벽의 테이퍼각」이 되는 렌즈 조건을 찾아낼 수 있다(스텝 1107).
이 렌즈 조건을 설정함으로써(스텝 1108), 프로파일 파형의 피크의 루즈해짐을 억제하면서, 분해능이 높은 화상을 생성하는 것이 가능해진다. 또한, 빔과 측벽과의 간섭을 피하기 위해, 상술한 바와 같이 해서 구해진 렌즈 조건보다 개방각이 좁아지는 렌즈 조건(예를 들면, 크로스오버 높이(11)를 소정량 낮추기 위해 집속 렌즈(3)의 여자 전류를 소정량 약하게 함)을 설정하도록 해도 된다.
도 11에 예시하는 동작 프로그램에 의해 동작하는 하전 입자선 장치에 의하면, 실제의 측정 대상이 되는 패턴에 있어서, 최적의 개방각이 되는 렌즈 조건을 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 측정에 요하는 빔의 개방각이 결정되어 있을 경우에는, 예를 들면, 그 빔 개방각과 같은 테이퍼각을 가지는 개방각 교정용 시료를 미리 준비해 두고, 측정 전에 그 교정 시료를 이용하여 개방각을 조정하도록 해도 된다.
[실시예 2]
도 7은, 빔을 경사시킴으로써 빔의 개방각을 계측하는 공정을 나타내는 플로우 차트이다. 제어부(12)는 스테이지(6)를 이동시키고, 빔의 조사 위치(시야)로 시료(7)를 이동한다(스텝 300).
시료(7)에는 도 8의 (a)의 사선부로 나타나는 바와 같은, 테이퍼각이 0도, 혹은 기지인 형상을 가지는 패턴(70)이 형성되어 있다. 다음으로, 경체(鏡體) 내의 편향기 혹은 빔 조정용 얼라인먼트 기기를 이용하여, 빔의 이상 광축에 대한 빔의 입사각을 설정한다(스텝 301). 여기에서는 도 8의 (a)에 예시하는 바와 같이 빔 틸트각을 0도(빔의 이상 광축과 같은 각도)로 설정한 예에 대해서 설명한다.
우선, 패턴(70)의 저부(71)에 빔(25)을 포커스하여(스텝 302), SEM상을 취득하고, 화상을 해석해서 프로파일을 얻는다(스텝 303).
다음으로, 얻어진 프로파일로부터 특징량을 추출한다(스텝 304). 여기에서 패턴(70)의 저부(71)와 측벽의 경계(이후, 보텀 에지(72))의 프로파일에 주목한다.
빔의 개방각(74)이 패턴(70)의 테이퍼각보다 클 경우, 보텀 에지(72)를 빔(25)이 통과할 때(빔(25)의 초점과 보텀 에지(72)의 위치가 일치했을 때), 빔의 일부는 시료의 구조의 상부(73)에 충돌한다. 이때 에지 효과로 발생하는 이차 전자는, 보텀 에지의 신호에 가산된다. 이 상황에서 빔을 스캔하면, 보텀 에지의 프로파일은 도 9의 (a)의 그래프의 실선(빔 프로파일(80))으로 나타내는 바와 같이, 스커트를 끄는 것처럼 상승한다. 스커트의 끄는 쪽의 차이를 판별함으로써, 개방각을 추정하는 것이 가능하다.
보텀 에지의 프로파일 중, 신호가 상승하기 전의 평탄부의 신호를 직선 근사하여, 기울기가 평탄한 직선(81)을 구한다. 다음으로, 보텀 프로파일이 급준(急峻)하게 상승하는 신호 중, 예를 들면 가장 신호의 증가율이 큰 신호를 몇점 이용하여 직선 근사하여, 직선(82)을 얻는다. 얻어진 2개의 직선과 보텀 프로파일(80)로 둘러싸인 사선부의 면적(83)을, 스커트의 면적(특징량)이라고 정의한다.
다음으로, 도 8의 (b)에 예시하는 바와 같이 빔(25)의 틸트각을 변경(스텝 305)한다. 빔 경사를 행하기 위해, 예를 들면 2단의 편향기로 이루어지는 틸트용 편향기를 이용할 수 있다. 빔 틸트를 위해, 우선 상단의 편향기를 이용하여, 빔을 이상 광축으로부터 이축(離軸)시키고, 이축된 빔을 이상 광축을 향하여 되돌아오도록 하단의 편향기를 이용한 빔 편향을 행함으로써, 원하는 방향으로 빔을 경사시킨다. 틸트빔이어도 마찬가지로, 저부(71)에 빔(25)을 포커스하여, SEM상을 취득하고, 프로파일을 얻는다. 얻어진 프로파일로부터, 스커트의 면적을 계산한다.
도 8의 (b)에 예시하는 바와 같이, 빔의 틸트각(t1)이 「빔의 개방각(α1)-패턴 측벽의 테이퍼각」(도 8의 (b)의 예에서는 패턴 측벽의 테이퍼각이 0도이기 때문에, 「t1＝α1」)이 되면, 보텀 에지(72)에 빔(25)이 주사되어 있을 때, 빔(25)은 패턴의 측벽에 충돌하지 않는다.
그러므로, t1(≥α1)의 틸트각의 빔으로, 보텀 에지를 주사했을 때에 얻어지는 프로파일(보텀 프로파일)은, 도 9의 (b)의 그래프의 실선(84)으로 나타내는 바와 같이, 스커트를 끌지 않고 급준하게 상승한다. 이 때문에, 보텀 프로파일 중 평탄부의 신호를 직선 근사하여 얻어진 직선(85)과, 보텀 프로파일이 급준하게 상승하는 신호를 직선 근사하여 구한 직선(86)과, 보텀 프로파일(84)에 둘러싸이는 스커트의 면적(87)은 작아진다.
지정된 빔의 틸트각에서 보텀 프로파일의 스커트의 면적을 계산한 후, 이하 의 방법으로 개방각을 계산한다(스텝 306). 틸트각을 횡축, 스커트의 면적을 종축에 취하여 그래프를 그리면, 도 9의 (c)와 같은 관계를 얻을 수 있다. 틸트각을 크게 하면, 스커트의 면적이 감소하고, 어떤 틸트각 이상에서는 틸트각에 따르지 않는 값으로 점근한다. 이 관계를 이용하여, 개방각을 예를 들면 이하와 같이 계산한다. 우선 틸트각이 큰 영역의 점을 몇점 이용하여, 점선(88)과 같이 직선 근사한다. 다음으로, 테이퍼각이 작은 영역의 점을 몇점 이용하여, 점선(89)과 같이 직선 근사한다. 얻어진 두 개의 직선의 교점(90)의 틸트각을, 개방각으로서 구한다. 현실의 시료에서는 테이퍼 상부의 러프니스, 빔 틸트에 의해 빔의 블러(blur) 등의 영향에 의해, 신호차(83, 87)가 상대적으로 증감하는 것을 생각할 수 있기 때문에, 개방각은 교점의 틸트 각도로부터 오프셋을 부여하여 결정해도 된다. 틸트각은, 미리 소정의 기억 매체에 편향기에 공급하는 여자 전류, 인가 전압, 혹은 DAC값 등의 편향 신호와 관련지어 기억되어 있으며, 프로세서는 기억 매체에 기억된 틸트각을 바탕으로, 빔의 개방각을 계산한다. 개방각을 계측한 후, (실시예 1)과 마찬가지로 개방각을 조정한다.
1: 진공 용기 2: 하전 입자원
3: 집속 렌즈 4: 편향기
5: 대물 렌즈 6: 스테이지
7: 시료 8: 검출기
9: 신호 전자 10: 가속 전극
11: 크로스오버 높이 12: 제어부
13: 화상 처리부 14: 연산부
20: 깊은 홈 21: 시료 저부
22: 시료 상부 23: 테이퍼각
24: 보텀 에지 25: 빔
30: 패턴 31: 시료 저부
32: 시료 상부 33: 테이퍼각
34: 보텀 에지 50: 보텀 프로파일
51: 보텀 프로파일 52: 두 개의 프로파일의 신호차
53: 빔 프로파일 54: 빔 프로파일
55: 두 개의 프로파일의 신호차
56: 근사 직선 57: 근사 직선
58: 직선의 교점 60: 근사 직선
61: 근사 직선 62: 근사 직선
63: 측장값 범위 64: 개방각 범위
70: 패턴 71: 시료 저부
72: 보텀 에지 73: 톱 에지
74: 빔의 개방각 80: 빔 프로파일
81: 근사 직선 82: 근사 직선
83: 스커트의 면적 84: 빔 프로파일
85: 근사 직선 86: 근사 직선
87: 근사 직선 88: 근사 직선
89: 근사 직선 90: 직선의 교점

Claims (12)

  1. 하전 입자원으로부터 방출되는 빔을 수속(收束)하는 복수의 렌즈와, 시료 위의 소정의 높이에서 초점을 맞춤과 함께, 빔의 개방각의 조정을 행하도록 상기 복수의 렌즈를 제어하는 제어 장치와, 시료에 대한 하전 입자빔의 조사에 기인하는 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력 신호를 처리하는 프로세서를 구비한 하전 입자선 장치로서,
    상기 프로세서는, 시료 위에 형성된 패턴의 저부(底部)인 제1 높이에 초점을 맞춘 상태에서 상기 빔을 주사함으로써 얻어지는 검출 신호에 의거하여 제1 신호 파형을 생성하고, 당해 제1 신호 파형으로부터 상기 패턴의 저부 에지의 신호 파형의 특징량을 산출하고, 당해 저부 에지의 신호 파형의 특징량의 산출에 의거하여, 상기 빔의 개방각의 산출, 및 상기 복수의 렌즈의 조건의 설정 중 적어도 1개를 실행하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 신호 파형과, 상기 제1 높이와는 다른 높이에 초점을 맞춘 상태에서 빔을 주사함으로써 얻어지는 검출 신호에 의거하여 생성되는 제2 신호 파형과의 차이에 의거하여, 상기 특징량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 복수의 측벽각이 서로 다른 패턴에의 빔 주사에 의거하여, 각각의 상기 특징량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 측벽각의 변화에 대한 상기 복수의 특징량의 변화를 복수의 직선으로 근사(近似)하고, 복수의 직선의 교점에 대응하는 상기 측벽각의 특정에 의거하여, 상기 개방각을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 복수의 개방각에서 상기 빔이 시료에 조사되도록, 상기 복수의 렌즈를 제어하고, 상기 프로세서는 복수의 렌즈 조건의 각각에 대해서 상기특징량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 렌즈 조건의 변화에 대한 상기 복수의 특징량의 변화를 복수의 직선으로 근사하고, 복수의 직선의 교점에 대응하는 상기 렌즈 조건의 특정에 의거하여, 상기 렌즈 조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔을 경사시키는 편향기를 구비하고, 상기 제어 장치는, 복수의 빔 경사각에서 상기 빔이 시료에 조사되도록, 상기 편향기를 제어하고, 상기 프로세서는 복수의 빔 경사각의 각각에서, 상기 특징량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 빔의 경사각의 변화에 대한 상기 복수의 특징량의 변화를 복수의 직선으로 근사하고, 복수의 직선의 교점에 대응하는 상기 빔의 경사각의 특정에 의거하여, 상기 개방각을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  9. 하전 입자원으로부터 방출되는 빔을 수속하는 복수의 렌즈와, 시료 위의 소정의 높이에서 초점을 맞춤과 함께, 빔의 개방각의 조정을 행하도록 상기 복수의 렌즈를 제어하는 제어 장치와, 시료에 대한 하전 입자빔의 조사에 기인하는 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력 신호를 처리하는 프로세서를 구비한 하전 입자선 장치로서,
    상기 프로세서는, 상기 시료 위에 형성된 패턴에 대한 빔 주사에 의해 얻어지는 검출 신호에 의거하여 신호 파형을 생성하고, 당해 신호 파형에 복수의 임계값을 설정하고, 당해 설정에 의거하여 상기 패턴에 관한 복수의 특징량을 계측하고, 당해 복수의 특징량의 변화를 나타내는 기울기를 구하고, 상기 제어 장치는, 당해 기울기가 소정의 기울기가 되도록, 상기 복수의 렌즈의 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 패턴의 저부인 제1 높이에 초점을 맞춘 상태에서 상기 빔을 주사하고, 상기 프로세서는 당해 빔의 주사에 의해 얻어지는 검출 신호에 의거하여 상기 신호 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  11. 제1항에 기재된 하전 입자선 장치의 빔 개방각을 조정하는 빔 개방각의 조정 방법으로서,
    하나의 하전 입자선 장치를 이용하여 패턴의 치수를 측정하여, 제1 치수값을 출력하는 스텝과, 당해 패턴이 형성된 시료를 다른 하전 입자선 장치에 도입하는 스텝과, 당해 다른 하전 입자선 장치를 이용하여 상기 패턴의 치수를 측정하여, 제2 치수값을 출력하는 스텝과, 당해 제2 치수값이 상기 제1 치수값과 같거나, 혹은 제1 치수값을 기준으로 한 소정 범위 내에 포함되도록, 상기 다른 하전 입자선 장치가 갖는 렌즈를 조정하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 빔 개방각의 조정 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 시료 위에 형성된 패턴에 대한 빔 주사에 의해 얻어지는 검출 신호에 의거하여, 시료 위에 형성된 패턴의 치수를 측정하고, 상기 제어 장치는, 당해 치수값이 소정값이 되도록 상기 복수의 렌즈를 조정하여, 상기 빔의 개방각을 제어하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
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