WO2012127901A1 - 荷電粒子線装置及びパターン測定方法 - Google Patents

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particle beam
filter
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祐二 葛西
鈴木　誠
牧野　浩士
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    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/24495—Signal processing, e.g. mixing of two or more signals

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus for generating an image by detecting signal electrons generated from a sample by irradiation of a charged particle beam, and a method for measuring a pattern on a sample surface based on the image.
  • SEM scanning electron microscope
  • Patent Document 1 discloses mounting of an energy filter that can select signal electrons to be detected on the basis of its energy in an SEM. This type of SEM can obtain a contrast image according to the difference in the surface potential of the device by adjusting the threshold voltage of the energy filter.
  • Patent Document 2 discloses an SEM in which a detector for back scattered electrons and a detector for secondary electrons are mounted.
  • Patent No. 4069624 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-27369
  • the contrast of the backscattered electron image is low. For this reason, it is difficult to measure a pattern based only on a backscattered electron image. Therefore, it is a reasonable judgment to combine the backscattered electron image with the secondary electron image when managing the shape and size.
  • Patent Document 2 does not disclose a method for determining an optimal ratio for the synthesis of a backscattered electron image and a secondary electron image. For this reason, it is difficult to mount a function for synthesizing a backscattered electron image and a secondary electron image in a shape management / dimension management apparatus for a semiconductor device that is required to be automated and speeded up.
  • the present invention provides a charged particle source for irradiating a sample with a primary charged particle beam and first signal electrons having a first energy among signal charged particles generated from the sample.
  • a second detector for detecting second signal electrons having second energy among signal charged particles generated from the sample, signal intensity of the first signal electrons, and second signal electrons
  • a first calculation unit that generates a detection image corresponding to each combination ratio, and a ratio of signal intensity corresponding to two predetermined areas of the detection image generated for each combination ratio
  • a charged particle beam apparatus is proposed that includes a second calculation unit that calculates the ratio and a third calculation unit that determines a mixture ratio to be used for acquiring a detection image based on a change in the ratio of the signal intensity.
  • the present invention passes through a charged particle source that irradiates a sample with a primary charged particle beam, an energy filter that separates signal charged particles according to the magnitude of energy, and the energy filter.
  • a detector for detecting signal charged particles a first calculation unit for generating a detection image corresponding to each filter voltage by changing a filter voltage applied to the energy filter, and a predetermined detection image generated for each filter voltage
  • a second calculation unit that calculates a ratio of signal intensities corresponding to the two areas, and a third calculation unit that determines a filter voltage to be used for acquiring a detected image based on a change in the ratio of signal strengths.
  • Proposed charged particle beam device Proposed charged particle beam device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure example of a pattern to be observed in the first embodiment.
  • the flowchart which determines the setting conditions of a detection system.
  • the figure which shows a condition setting screen (initial screen).
  • the figure which shows a condition setting screen (observation screen of a reference image).
  • the figure which shows a condition setting screen (area selection screen).
  • the figure which shows a condition setting screen (filter setting screen).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a structure example of a pattern to be observed in the second embodiment. The figure which shows the example of an image at the time of condition setting execution.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a structure example of a pattern to be observed in the second embodiment. The figure which shows the example of an image at the time of condition setting execution.
  • FIG 10 is a diagram illustrating a structure example of a pattern to be observed in the third embodiment.
  • a scanning electron microscope will be described as an example of a charged particle beam apparatus, but the present invention can also be applied to a focused ion beam (FIB: Focused Ion Beam) microscope.
  • FIB Focused Ion Beam
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a scanning electron microscope.
  • an electron beam inspection apparatus used for observing circuit patterns and resist patterns formed on a semiconductor wafer, measuring dimensions, measuring shapes, inspecting, and reviewing defects will be described.
  • the electron emission source 101 is attached to the electron microscope barrel 1.
  • the electron emission source 101 is controlled by the electron source control unit 201 and emits the primary electron beam 102.
  • the primary electron beam 102 is accelerated by an electron source acceleration voltage 202 connected to the electron emission source 101.
  • the diameter of the primary electron beam 102 is optimized by one or more focusing lenses 103 and the current limiting diaphragm 104.
  • the focusing lens 103 is controlled by the lens control unit 203a.
  • the primary electron beam 102 is focused on the surface of the sample 106 by the objective lens 105.
  • the objective lens 105 is controlled by the lens control unit 203b.
  • a negative voltage (retarding voltage) 204 is applied to the sample 106.
  • a negative voltage (retarding voltage) 204 By applying a negative voltage (retarding voltage) 204, a deceleration electric field is generated between the sample 106 and the objective lens 105. Due to the deceleration electric field, the primary electron beam 102 is decelerated immediately before the sample and reaches the surface of the sample 106.
  • the irradiation voltage is given by electron source acceleration voltage-retarding voltage.
  • the primary electron beam 102 is deflected by the deflector 107 and scans the surface of the sample 106. At that time, signal electrons 108 are generated from the scanning position of the primary electron beam 102.
  • the deflector 107 is controlled by the deflection control unit 205.
  • the signal electrons 108 include a true secondary electron (TSE: True secondary electron) 108a having a kinetic energy smaller than 50 eV and a backscattered electron (Backscattered electron, BSE) having a kinetic energy higher than 50 eV. It is used in the meaning including 108b.
  • TSE true secondary electron
  • BSE backscattered electron
  • the signal electrons 108 generated from the sample 106 are accelerated by the retarding voltage 204 and enter the energy filter 109.
  • the signal electrons 108 that have passed through the energy filter 109 collide with a converting electrode 120 and generate second secondary electrons 130.
  • the second secondary electrons 130 are detected by the detector 110a.
  • the secondary electrons 131 repelled by the energy filter 109 are detected by the detector 110b.
  • a positive voltage is applied to the detectors 110a and 110b, and the secondary electrons 130 and 131 are attracted by the electric field generated by the voltage.
  • the detection signals of the detectors 110 a and 110 b are amplified by the amplifiers 206 a and 206 b and input to the synthesis operation unit 207.
  • the image that has been subjected to the synthesis calculation in the synthesis calculation unit 207 is displayed on the display unit 208.
  • control units 201, 203a, 203b, and 205 are controlled in an integrated manner by the central control unit 209. Control values and adjustment values are stored in the storage device 210.
  • FIG. 2 shows the basic structure of the energy filter 109.
  • the energy filter 109 includes two shield meshes 109a and one filter mesh 109b. These three meshes are provided with openings 111 through which the primary electron beam 102 passes.
  • a filter power supply 211 for applying a filter voltage is connected to the filter mesh 109b.
  • the filter power supply 211 is controlled by the central control unit 209 as in the other control units.
  • one filter mesh 109b is used, but a plurality of filter meshes 109b may be used.
  • the plurality of filter meshes 109b may be connected to the filter power supply 211 independently.
  • FIG. 3 schematically shows the energy distribution of signal electrons.
  • the horizontal axis is the energy of signal electrons
  • the vertical axis is the frequency of occurrence.
  • the signal electrons include two types of electrons having different energies and energy. True secondary electrons 108a and backscattered electrons 108b.
  • the energy distribution of the true secondary electrons 108a has a peak around several eV to 10 eV.
  • the energy distribution of the backscattered electrons 108 b strongly depends on the average atomic number of the sample 106.
  • the sample 106 having a large average atomic number (Z1) has an elastic scattering distribution having a peak at an energy substantially equal to the incident energy of the primary electron beam 102.
  • the sample 106 having a small average atomic number (Z2) the sample has a peak at about half of the incident energy of the primary electron beam 102.
  • the waveform of the backscattered electrons 108b having the smaller energy is indicated by a broken line.
  • the energy distribution of signal electrons actually generated during observation varies depending on the material constituting the sample 106. For this reason, the synthesis ratio of the two detection signals output from the two detectors 110a and 110b cannot be determined in advance.
  • FIG. 4 shows an example of a surface pattern of a three-dimensional device assumed as a measurement target.
  • the upper diagram is a plan view of the three-dimensional device
  • the lower diagram is a cross-sectional view of the three-dimensional device.
  • metal 301 is embedded in the lowermost layer
  • wiring patterns 302 are formed in parallel in a plurality of rows on the upper layer.
  • an opening 303 is formed in the base layer in the gap portion between the wiring patterns so as to be electrically connected to the lower layer metal 301.
  • FIG. 5 shows a processing procedure executed by the central control unit 209 in accordance with the processing program when setting the detection conditions.
  • An example of the setting screen displayed on the display unit 208 at this time is shown in FIG.
  • Setting of the detection condition is started by acquiring an initial image (that is, a reference image) of the measurement pattern.
  • the central control unit 209 sets the filter voltage to 0 V and the detection signal synthesis ratio to 1: 1.
  • the screen shown in FIG. Acquisition of the reference image is started when the operator clicks the “reference image” button 501 on the setting screen. After the acquisition operation is completed, the newly acquired reference image (planar image) is displayed on the image display unit 507 of the display unit 208.
  • step 402 in order to display the pattern edge to be measured in the image, a screen for accepting selection of an area by the operator is displayed.
  • Fig. 8 shows an example of the screen corresponding to this process.
  • the operator selects two adjacent areas in the initial image.
  • an area selection button 508 is displayed in an area next to the image display unit 507.
  • Area boxes 509a and 509b are displayed in a superimposed manner on the reference image of the image display unit 507. These two area boxes are referred to as “area box A” and “area box B”, respectively, in the following description.
  • the area selection button 508 is used to select the type of area box set on the reference image.
  • the shape used for displaying each area box is selected from the template 510.
  • the operator selects the type and shape of the area box and places each area box at an appropriate position on the image.
  • the template may be selected after the area box is arranged, and the shape of the area box may be changed.
  • the size of the area box may be arbitrarily changed between a preset minimum value and maximum value of the box area.
  • the central control unit 209 displays a filter voltage setting screen on the display unit 208 (step 403).
  • FIG. 9 shows a filter voltage setting screen.
  • the central control unit 209 starts processing for determining an optimum value of the filter voltage.
  • the filter voltage setting process can be skipped.
  • the central control unit 209 changes the filter voltage step by step by a predetermined amount from the initial value, and acquires an image of the sample 106 each time.
  • the central control unit 209 determines whether the filter voltage is changed, each time an image is acquired, the gradation ratio Calculate S A / S B.
  • the central control unit 209 optimizes the filter voltage according to the following procedure using the gradation ratio here as an evaluation value.
  • FIG. 10-1 shows the relationship between the energy of signal electrons and the signal intensity.
  • the horizontal axis is the energy of signal electrons
  • the vertical axis is the signal intensity.
  • the metal portion (the location selected in the area box A) of the lower layer of the three-dimensional device is composed of heavy metal
  • the peripheral portion is composed of light elements.
  • the central control unit 209 operates the energy filter 109 to set a finite filter voltage ( ⁇ Vf in the figure). Then, a signal having energy lower than ⁇ Vf is repelled by the energy filter 109, and only a signal having energy higher than ⁇ Vf is detected.
  • the detection signal can be prevented from being detected from the [I] part in FIG. At this time, the gradation ratio S A / S B increases.
  • ⁇ Vf is too large, the signal intensity from both the signal from area box A and the signal from area box B will be small and cannot be distinguished from noise at the time of signal detection.
  • the gradation ratio S is maintained while maintaining the gradation value of the area box A> 5N and the gradation value of the area box B> 5N.
  • ⁇ Vf can be determined so as to maximize A / S B.
  • the noise threshold is specified to be 5 times or more the noise amplitude N, but this constant may be changed.
  • FIG. 10-2 shows an example in which the gradation ratio S A / S B increases as ⁇ Vf increases.
  • S B is smaller than the noise threshold. Therefore, when the gradation ratio S A / S B changes in this way, the central control unit 209 sets ⁇ Vf at which S B becomes equal to the noise threshold value to the optimum value of the filter voltage.
  • FIG. 10-3 shows an example in which the gradation ratio S A / S B has a maximum value with respect to ⁇ Vf.
  • S A / S B is a maximum. Therefore, the central control unit 209 sets ⁇ Vf when S A / S B is maximized to the optimum value of the filter voltage.
  • the central control unit 209 displays an acquired image of the backscattered electron detection image (BSE image) (step 404).
  • FIG. 11 shows a BSE image setting screen.
  • the central control unit 209 executes BSE image acquisition processing.
  • the central control unit 209 uses only the detection signal detected by the detector 110a.
  • the central control unit 209 acquires an image using the filter voltage optimized in step 403.
  • the central control unit 209 displays the acquired image on the image display unit 507.
  • FIG. 12 shows an edge selection screen.
  • an edge selection button 505 When the operator presses an “edge selection” button 505 on the setting screen, an edge selection button 511 is displayed in the horizontal area of the image display unit 507.
  • An area box 509c is displayed on the BSE image of the image display unit 507.
  • the area box for designating the edge is referred to as “area box C” in the following description.
  • the shape of the area box is selected from the template 510 by the operator.
  • the operator places the area box C at an appropriate position on the BSE image. It is preferable that the size of the area box C can be arbitrarily changed.
  • the central control unit 209 displays a setting screen for automatically setting the mixing ratio of the two detection signals on the display unit 208 (step 406).
  • FIG. 13 shows a mixing ratio setting screen.
  • the central control unit 209 starts a process of automatically determining the mixture ratio of the two detectors 110a and 110b.
  • the central control unit 209 that has started the processing changes the mixing ratio of the detection signal of the detector 110a and the detection signal of the detector 110b in a stepwise manner, and synthesizes two detection signals each time based on the set mixing ratio. Acquired image.
  • the central control unit 209 calculates the gradation ratio S C / S A. Using the gradation ratio as an evaluation value, the central control unit 209 determines an optimal mixing ratio according to the following procedure. However, the area to compare the area box C and the gradation value and area box B, may be calculated gradation ratio S C / S B as an evaluation value.
  • FIG. 10-4 is an example in which the gradation ratio S C / S A increases as the mixing ratio increases. If the mixing ratio is increased too much, S A becomes smaller than the noise threshold. Therefore, when the gradation ratio S C / S A changes in this way, the central control unit 209 determines the mixing ratio at which S A becomes equal to the noise threshold value as an optimal value.
  • Figure 10-5 is an example of the case where the gradation ratio S C / S A has a maximum value with respect to the mixing ratio. In a range of the mixing ratio where both S C and S A do not fall below the noise threshold, S C / S A becomes maximum. Therefore, the central control unit 209 sets the mixing ratio when S C / S A is maximized to an optimum value.
  • the central control unit 209 automatically optimizes the mixing ratio of the filter voltage and the detection signal, and acquires an image under the condition that the gradation ratio is the best.
  • the optimal mixing ratio for true secondary electrons and backscattered electrons can be automatically set according to the sample 106 to be measured.
  • the aperture 303 which is the second darkest in the image and has a small gradation difference from the darkest region.
  • the filter voltage for acquiring the reference image is set to 0 V and the detection signal synthesis ratio is set to 1: 1.
  • these values may be arbitrarily set by the operator.
  • the filter voltage when the filter voltage is determined in step 403, the image of the process is not displayed, but a list of each image when the filter voltage is changed stepwise may be displayed. Further, the operator may look at these list images, and the condition of the arbitrarily selected image may be used as the filter setting voltage.
  • the image in the processing process is not displayed, but a list of each image when the composite ratio of the detection signals is changed stepwise. May be displayed. Further, the operator may look at these lists, and an arbitrarily selected image condition may be used as the composition ratio.
  • Example 2 14A to 14C, another example of the surface pattern of the three-dimensional device assumed as a measurement target will be described.
  • this three-dimensional device a lattice in which a line and space pattern 601 (hereinafter referred to as “lower layer line 601”) extending in the horizontal direction and a line and space 602 (hereinafter referred to as “upper layer line 602”) extending in the vertical direction are stacked.
  • lower layer line 601 a line and space pattern 601
  • upper layer line 602 hereinafter referred to as “upper layer line 602”
  • FIGS. 15A to 15C show examples of images when steps 401 to 406 are executed. As can be seen by comparing FIGS. 15A and 15C, the horizontal streak pattern 1501 that was not displayed in FIG. 15A is drawn in FIG. 15C after adjusting the mixing ratio. Has been.
  • the three-dimensional device that can be measured as a measurement target is not limited to the three-dimensional device shown in FIG. 4 or FIG. It is also suitable for measurement of a three-dimensional device having the pattern structure shown in FIGS.
  • the three-dimensional device shown in this figure is assumed to have a shape in which the base layer 710 is separated in the arrangement direction of the patterns 711 as shown in FIG. As shown in FIG. 15B, this pattern structure is formed of three layers having different height positions when viewed from the irradiation direction of the primary electron beam. For this reason, a structure in which three representative brightness levels are included in the detection signal is assumed.
  • the level difference between the base layer 710 and its base is small. For this reason, the difference in brightness is slight. Therefore, when the reference image is acquired in step 401, the shape of the darkest part 701 needs to be emphasized, and the boundary 702 of the part adjacent to the darkest part needs to be emphasized.
  • the method of the present invention can be applied.
  • step 403 is a step of emphasizing the shape of the darkest part 701
  • step 406 corresponds to a step of emphasizing the contour 702.
  • FIG. 17 shows a configuration example of a scanning electron microscope according to another embodiment.
  • signal electrons 108 that spread over a wide range from the central axis such as backscattered electrons (BSE) 108b
  • BSE backscattered electrons
  • annular detector 801a having a large opening with respect to the central axis.
  • TSE true secondary electrons
  • the signal electrons 108 that are accelerated by the retarding voltage 204 and do not spread over a wide range from the central axis are for passing the primary electron beam 102 in the center.
  • Detection is performed by a disk-shaped detector 801b having an opening.
  • the detection signals detected by the respective detectors 801a and 801b are amplified by the amplifiers 206a and 206b, and the respective signals are subjected to image calculation by the synthesis calculation unit 207 and then displayed on the display unit 208.
  • the detectors 801a and 801b are arranged at different heights in the central axis direction.
  • An annular filter mesh 802 having a shape equivalent to that of the detector is disposed under the detection surface of the detector 801a.
  • a filter power source 211 is connected to the filter mesh 802, and the filter voltage is controlled by the central control unit 209.
  • the technique described in the first embodiment is also applied to a scanning electron microscope having a detector that detects signal electrons that have passed through the energy filter and a detector that detects signal electrons that have not passed through or collided with the energy filter. Can be applied as is.
  • FIG. 18 illustrates another example of the scanning electron microscope.
  • the scanning electron microscope according to the present embodiment uses the energy filter 109 that separates the signal electrons 108 generated from the sample 106 by energy level.
  • the detector 901 that detects only secondary electrons that have passed through the energy filter 109 is mounted on the scanning electron microscope.
  • the detection signal detected by the detector 901 is amplified by the amplifier 206 and displayed on the display unit 208.
  • the energy filter 109 has the configuration shown in FIG.
  • the detector 901 is formed in a disk shape having an opening for passing the primary electron beam 102
  • the optimum value of the filter power supply 211 for acquiring a backscattered electron (BSE) image due to a difference in material contrast is This can be easily determined by executing steps 401 to 403 shown in FIG.
  • Example 4 If two types of signal electrons having different emission angles and energy levels can be separately detected by the two detectors, as shown in FIG. A scanning electron microscope having no filter may be used. In this case, adjustment of the energy filter is unnecessary. Even in this case, the mixing ratio of the two detection signals can be automatically determined by executing the processing from step 404 to step 406 shown in FIG.
  • Example 5 In the above-described embodiments, the configuration in which the retarding voltage 204 is applied has been described. However, the retarding voltage 204 may not be applied. Alternatively, a configuration may be employed in which an electrode for applying a positive voltage is disposed immediately above the sample without the retarding voltage 204 being applied, and the signal electrons 108 output from the sample 106 are accelerated. Of course, a configuration may be adopted in which an electrode for applying a positive voltage is applied so that the retarding voltage 204 is applied to pull up and accelerate the signal electrons 108.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be partly or entirely realized as, for example, an integrated circuit or other hardware.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. That is, it may be realized as software.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a memory, a hard disk, a storage device such as an SSD (Solid State Drive), or a storage medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for explanation, and do not represent all control lines and information lines necessary for the product. In practice, it can be considered that almost all components are connected to each other.
  • Electron microscope tube 101 Electron emission source 102 ... Primary electron beam 103 ... Condensing lens 104 ... Current limiting aperture 105 ... Objective lens 106 ... Sample 107 ... Deflector 108 ... Signal electron 108a ... True secondary electron 108b ... Back scattering Electron 109 ... Energy filter 110a ... Detector 110b ... Detector 120 ... Conversion electrode 130, 131 ... Secondary electron 201 ... Control unit 203a, 203b ... Control unit 205 ... Control unit 204 ... Retarding voltage 206a, 206b ... Amplifier 207 ... Composition calculation unit 208 ... display unit

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Abstract

　エネルギーの異なる信号荷電粒子の合成機能を自動化することを目的とする。このため、一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、試料から発生した信号荷電粒子のうち第１のエネルギーを有する第１の信号電子を検出する第１の検出器と、試料から発生した信号荷電粒子のうち第２のエネルギーを有する第２の信号電子を検出する第２の検出器と、第１の信号電子の信号強度と第２の信号電子の信号強度の合成比を変化させ、各合成比に対応する検出画像を生成する第１の演算部と、各合成比について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の演算部と、信号強度の比の変化に基づいて、検出画像の取得に使用する混合比を決定する第３の演算部とを荷電粒子線装置に搭載する。

Description

荷電粒子線装置及びパターン測定方法
　本発明は、荷電粒子線の照射により試料から発生する信号電子を検出して画像を生成する荷電粒子線装置及びその画像に基づいて試料表面のパターンを測定する方法に関する。
　半導体デバイスの高集積化に伴い、最表面にあるパターンだけでなく、上層パターンと下層パターンの位置合わせ管理（形状管理）や中層部を貫通するホール開口部の寸法管理が重要となっている。これら多層化されたデバイス（３次元デバイス）の形状管理や寸法管理には、一般に、走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」という。）が用いられている。
　特許文献１は、検出する信号電子を、そのエネルギーにより選別することができるエネルギーフィルタのＳＥＭへの搭載を開示する。この種のＳＥＭは、エネルギーフィルタの閾値電圧を調整することにより、デバイスの表面電位の違いに応じたコントラスト像を得ることができる。
　特許文献２は、後方散乱電子（back scattered electron）用の検出器と二次電子（secondary electron）用の検出器を実装するＳＥＭを開示する。
特許第４０６９６２４号 特開平８－２７３５６９号公報
　ところが、エネルギーフィルタの閾値電圧（threshold voltage）を、観察デバイスに応じて自動的に設定する方法は知られていない。このため、自動化と高速化が要求される半導体デバイスの形状管理・寸法管理装置には、エネルギーフィルタを実装することが困難である。
　また、後方散乱電子像のコントラストは低い。このため、後方散乱電子像だけに基づいてパターンを測定することは困難である。従って、形状管理や寸法管理に際し、後方散乱電子像を二次電子像に合成することは合理的な判断である。
　しかし、特許文献２は、後方散乱電子像と二次電子像の合成に最適な比率を決定する手法を開示しない。このため、自動化と高速化が要求される半導体デバイスの形状管理・寸法管理装置への後方散乱電子像と二次電子像の合成機能の搭載は困難である。
　本発明は、以上の課題を解決するため、一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、試料から発生した信号荷電粒子のうち第１のエネルギーを有する第１の信号電子を検出する第１の検出器と、試料から発生した信号荷電粒子のうち第２のエネルギーを有する第２の信号電子を検出する第２の検出器と、第１の信号電子の信号強度と第２の信号電子の信号強度の合成比を変化させ、各合成比に対応する検出画像を生成する第１の演算部と、各合成比について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の演算部と、信号強度の比の変化に基づいて、検出画像の取得に使用する混合比を決定する第３の演算部とを有する荷電粒子線装置を提案する。
　また、本発明は、以上の課題を解決するため、一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、信号荷電粒子をエネルギーの大きさに応じて分離するエネルギーフィルタと、エネルギーフィルタを通過した信号荷電粒子を検出する検出器と、エネルギーフィルタに印加するフィルタ電圧を変化させ、各フィルタ電圧に対応する検出画像を生成する第１の演算部と、各フィルタ電圧について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の演算部と、信号強度の比の変化に基づいて、検出画像の取得に使用するフィルタ電圧を決定する第３の演算部とを有する荷電粒子線装置を提案する。
　本発明によれば、３次元デバイスの形状管理及び寸法管理の自動化に必要な取得条件の設定を自動化できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
走査電子顕微鏡の第１の構成例を示す図。 エネルギーフィルタの構成例を示す図。 信号電子のエネルギー分布を示す図。 実施例１で観察対象とするパターンの構造例を示す図。 検出系の設定条件を決定するフローチャート。 条件設定画面（初期画面）を示す図。 条件設定画面（基準画像の観察画面）を示す図。 条件設定画面（エリア選択画面）を示す図。 条件設定画面（フィルタ設定画面）を示す図。 信号電子のエネルギー分布と信号強度の関係を示す図。 階調比がパターン１で変化する場合に最適なフィルタ電圧の決定方法を説明する図。 階調比がパターン２で変化する場合に最適なフィルタ電圧の決定方法を説明する図。 階調比がパターン１で変化する場合に最適な合成比の決定方法を説明する図。 階調比がパターン２で変化する場合に最適な合成比の決定方法を説明する図。 条件設定画面（ＢＳＥ画像の観察画面）を示す図。 条件設定画面（エッジ選択画面）を示す図。 条件設定画面（エッジ強調画面）を示す図。 実施例２で観察対象とするパターンの構造例を示す図。 条件設定実行時の画像例を示す図。 実施例３で観察対象とするパターンの構造例を示す図。 走査電子顕微鏡の第２の構成例を示す図。 走査電子顕微鏡の第３の構成例を示す図。 走査電子顕微鏡の第４の構成例を示す図。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本発明は、後述する形態例に限定されるものでなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。以下の説明では、荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡を例に説明するが、本発明は集束イオンビーム（FIB: Focused Ion Beam）顕微鏡にも適用することができる。
　＜形態例１＞
　（全体構成）
　図１に、走査電子顕微鏡の第１の形態例を示す。ここでは、半導体ウェハ上に形成された回路パターンやレジストパターンの観察、寸法計測、形状計測、検査、欠陥レビューに用いられる電子線検査装置について説明する。
　電子顕微鏡鏡筒１には、電子放出源１０１が取り付けられる。電子放出源１０１は、電子源制御部２０１により制御され、一次電子線１０２を放出する。一次電子線１０２は、電子放出源１０１に接続された電子源加速電圧２０２により加速される。この後、一次電子線１０２は、一つ以上の集束レンズ１０３と電流制限絞り１０４により、その直径が最適化される。集束レンズ１０３は、レンズ制御部２０３ａにより制御される。その後、一次電子線１０２は、対物レンズ１０５により試料１０６の表面に焦点を結ぶ。対物レンズ１０５は、レンズ制御部２０３ｂにより制御される。
　試料１０６には、負電圧（リターディング電圧）２０４が印加される。負電圧（リターディング電圧）２０４の印加により、試料１０６と対物レンズ１０５の間には減速電界が発生する。減速電界により、一次電子線１０２は試料直前で減速され、試料１０６の表面に到達する。なお、照射電圧は、電子源加速電圧－リターディング電圧で与えられる。
　一次電子線１０２は偏向器１０７により偏向され、試料１０６の表面を走査する。その際、一次電子線１０２の走査位置からは信号電子１０８が発生される。ここで、偏向器１０７は、偏向制御部２０５により制御される。
　本形態例の場合、信号電子１０８は、運動エネルギーが５０ｅＶよりも小さい真の二次電子（TSE: True secondary electron）１０８ａと、５０ｅＶよりも高い運動エネルギーを持つ後方散乱電子（Backscattered electron，ＢＳＥ）１０８ｂを含む意味で使用する。
　試料１０６から発生した信号電子１０８は、リターディング電圧２０４により加速され、エネルギーフィルタ１０９に入射する。エネルギーフィルタ１０９を通過した信号電子１０８は変換電極（converting electrode）１２０に衝突し、第２の二次電子１３０を発生する。第２の二次電子１３０は、検出器１１０ａで検出される。エネルギーフィルタ１０９で撥ね返された二次電子１３１は、検出器１１０ｂで検出される。なお、検出器１１０ａと１１０ｂには正の電圧が印加されており、当該電圧により発生した電界により二次電子１３０及び１３１が吸引される。
　検出器１１０ａ及び１１０ｂの検出信号は、増幅器２０６ａ及び２０６ｂにおいて増幅され、合成演算部２０７に入力される。合成演算部２０７において合成演算された後の画像は、表示部２０８に表示される。
　制御部２０１、２０３ａ、２０３ｂ及び２０５は、中央制御部２０９により統合的に制御される。制御値や調整値は記憶装置２１０に保存される。
　図２に、エネルギーフィルタ１０９の基本構造を示す。エネルギーフィルタ１０９は、２枚のシールドメッシュ１０９ａと、１枚のフィルタメッシュ１０９ｂから構成される。これら３枚のメッシュには、一次電子線１０２を通過させるための開口１１１が設けられている。
　フィルタメッシュ１０９ｂには、フィルタ電圧を印加するためのフィルタ電源２１１が接続されている。フィルタ電源２１１は、他の制御部同様、中央制御部２０９により制御される。図２においては、フィルタメッシュ１０９ｂを１枚としているが、複数枚であっても良い。なお、複数枚のフィルタメッシュ１０９ｂは、独立にフィルタ電源２１１に接続される構造でも良い。
　（信号電子のエネルギー分布）
　図３に、信号電子のエネルギー分布を模式的に示す。ここで、横軸は信号電子のエネルギーであり、縦軸は発生頻度である。前述したように、信号電子には、射出方向とエネルギーが異なる２種類の電子が含まれている。真の二次電子１０８ａと後方散乱電子１０８ｂである。
　図３において、真の二次電子１０８ａのエネルギー分布は、数ｅＶから１０ｅＶの辺りにピークを持つ。一方、後方散乱電子１０８ｂのエネルギー分布は、試料１０６の平均原子番号に強く依存する。例えば平均原子番号（Ｚ１）が大きい試料１０６の場合、一次電子線１０２の入射エネルギーとほぼ等しいエネルギーにピークを持つ弾性散乱的な分布を持つ。一方、平均原子番号（Ｚ２）が小さい試料１０６の場合、一次電子線１０２の入射エネルギーの半分程度のエネルギーにピークを持つ。図３においては、エネルギーが小さい方の後方散乱電子１０８ｂの波形を破線で示している。
　図３に示すように、観察（測定）時に実際に発生する信号電子のエネルギー分布は、試料１０６を構成する材料により変化する。このため、２つの検出器１１０ａ及び１１０ｂから出力される２つの検出信号の合成比率を事前に決定することはできない。
　以下の実施例では、これら２つの検出信号の合成比率を自動的に調整し、３次元デバイスの形状管理及び寸法管理を自動化する合成演算部２０７や中央制御部２０９の処理機能について説明する。
　（実施例１）
　図４に、測定対象として想定する３次元デバイスの表面パターンの一例を示す。上段の図は３次元デバイスの平面図であり、下段の図は３次元デバイスの断面図である。この３次元デバイスは、最下層に金属３０１が埋め込まれており、その上層に配線パターン３０２が複数列平行に形成されている。なお、配線パターン同士のギャップ部分には、下層の金属３０１と導通させるための開口３０３が下地層に形成されている。
　この３次元デバイスの開口３０３の寸法を測定する場合、合成画像内におけるギャップ底部と下層の金属部分の区別をはっきりさせる必要がある。
　検出条件の設定時に、中央制御部２０９が、処理プログラムに従って実行する処理手順を図５に示す。この際、表示部２０８に表示される設定画面の一例を図６に示す。検出条件の設定は、測定パターンの初期画像（すなわち、基準画像）を取得することから開始される。初期画像を取得する際、中央制御部２０９は、フィルタ電圧を０Ｖ、検出信号の合成比率を１：１に設定する。
　基準画像の取得時（ステップ４０１）、表示部２０８には、図７に示す画面が表示される。基準画像の取得は、オペレータが、設定画面上の「基準画像」ボタン５０１をクリック操作することで開始される。取得動作の終了後、表示部２０８の画像表示部５０７には、新たに取得された基準画像（平面画像）が表示される。
　基準画像が取得されると、次は、エリアの入力受付処理に移行する（ステップ４０２）。ここでは、測定対象とするパターンエッジを画像内に表示させるために、オペレータによるエリアの選択を受け付けるための画面が表示される。
　図８に、当該処理に対応する画面例を示す。この画面において、オペレータは、初期画像内で隣接する２つの領域を選択する。オペレータが設定画面内の「エリア選択」ボタン５０２を押すと、画像表示部５０７の横の領域に、エリア選択ボタン５０８が表示される。また、画像表示部５０７の基準画像の上には、エリアボックス５０９ａ及び５０９ｂが重畳的に表示される。この二つのエリアボックスを、以下の説明では、それぞれ「エリアボックスＡ」及び「エリアボックスＢ」と呼ぶ。
　エリア選択ボタン５０８は、基準画像上に設定するエリアボックスの種類の選択に使用される。各エリアボックスの表示に使用する形状は、テンプレート５１０の中から選択される。オペレータは、エリアボックスの種類と形状を選択し、画像上の適切な位置に各エリアボックスを配置する。もっとも、エリアボックスの配置後にテンプレートを選択し、エリアボックスの形状を変更しても良い。エリアボックスのサイズは、予め設定されたボックス面積の最小値と最大値の間で任意に変更できるようにすれば良い。
　エリアの選択が終了すると、中央制御部２０９は、フィルタ電圧の設定画面を表示部２０８に表示する（ステップ４０３）。図９に、フィルタ電圧の設定画面を示す。オペレータが設定画面の「フィルタ設定」ボタン５０３を押すと、中央制御部２０９は、フィルタ電圧の最適値を決定する処理を開始する。なお、後述する検出信号の合成比率に必要な画像が得られている場合には、このフィルタ電圧の設定処理をスキップすることができる。
　フィルタ電圧の自動設定処理においては、検出器１１０ａで検出された検出信号だけを使用する。ここで、中央制御部２０９は、フィルタ電圧を初期値から所定量ずつステップ的に変化させ、その都度、試料１０６の画像を取得する。画像内のエリアボックスＡ及びＢで囲まれた領域の階調値をそれぞれＳＡ及びＳＢとすると、中央制御部２０９は、フィルタ電圧が変更され、画像が取得されるたびに、階調比ＳＡ／ＳＢを計算する。中央制御部２０９は、ここでの階調比を評価値とし、次の手順でフィルタ電圧の最適化を行う。
　以下、図１０－１～図１０－３を用い、フィルタ電圧の最適値を設定する方法を説明する。図１０－１に、信号電子のエネルギーと信号強度の関係を示す。横軸は信号電子のエネルギーであり、縦軸は信号強度である。なお、３次元デバイスの下層の金属部分（エリアボックスＡで選択した場所）は重金属で構成され、その周辺部（エリアボックスＢで選択した場所）は軽元素で構成されることが多い。
　その場合、エネルギーが低い二次電子の検出信号の部分では、両者の強度差は僅かである（図中[Ｉ]の領域）。一方、エネルギーが入射エネルギーＥ０に近い後方散乱電子の検出信号の部分では、エリアボックスＢの部分よりもエリアボックスＡの部分から多く検出される（図中[II]の領域）。
　前述したように、中央制御部２０９は、エネルギーフィルタ１０９を作動させ、有限のフィルタ電圧（図中ΔＶｆ）を設定する。すると、ΔＶｆより低いエネルギーの信号は、エネルギーフィルタ１０９で撥ね返され、ΔＶｆよりも高エネルギーの信号のみが検出される。
　従って、ΔＶｆを十分大きくすると、図１０－１の[Ｉ]部からは検出信号を検出しないようにできる。このとき、階調比ＳＡ／ＳＢは増大する。一方、ΔＶｆをあまり大きくしすぎると、エリアボックスＡからの信号もエリアボックスＢからの信号も信号絶対強度が小さくなり、信号検出時のノイズと区別できなくなってしまう。
　ノイズの振幅に相当する画像上の階調をＮとし、その５倍をノイズ閾値とすると、エリアボックスＡの階調値＞５Ｎ、エリアボックスＢの階調値＞５Ｎを保ちつつ階調比ＳＡ／ＳＢを最大化するようにΔＶｆを決めることが出来る。このとき、ノイズ閾値をノイズ振幅Ｎの５倍以上と規定したが、この定数は変化しても良い。
　ΔＶｆを最適化する方法を、図１０－２及び図１０－３を用いて説明する。図１０－２は、ΔＶｆを大きくするほど、階調比ＳＡ／ＳＢも大きくなる場合の例を示している。この場合、ΔＶｆを大きくしすぎると、ＳＢがノイズ閾値より小さくなる。従って、階調比ＳＡ／ＳＢがこのように変化する場合、中央制御部２０９は、ＳＢがノイズ閾値に等しくなるΔＶｆをフィルタ電圧の最適値に設定する。
　図１０－３は、階調比ＳＡ／ＳＢがΔＶｆに対して極大値を持つ場合の例である。ＳＡ及びＳＢが共にノイズ閾値を下回らないΔＶｆの範囲において、ＳＡ／ＳＢは極大となる。そこで、中央制御部２０９は、ＳＡ／ＳＢが極大となる時のΔＶｆをフィルタ電圧の最適値に設定する。
　以上の手順は、評価値（階調比ＳＡ／ＳＢ）を数値化して大小関係を判定するだけであり、自動化することは容易である。中央制御部２０９は、このようにして求めたフィルタ電圧を最適値に設定する。
　フィルタ電圧の設定が終了すると、中央制御部２０９は、後方散乱電子の検出画像（ＢＳＥ画像）の取得画像を表示する（ステップ４０４）。図１１に、ＢＳＥ画像の設定画面を示す。オペレータが「ＢＳＥ画像」ボタン５０４を押すと、中央制御部２０９は、ＢＳＥ画像の取得処理を実行する。
　この場合、中央制御部２０９は、検出器１１０ａで検出された検出信号だけを使用する。中央制御部２０９は、ステップ４０３で最適化されたフィルタ電圧を用いて画像を取得する。中央制御部２０９は、最適化されたフィルタ電圧に基づいて新たな画像が取得されると、画像表示部５０７に取得画像を表示する。
　ＢＳＥ画像が取得されると、中央制御部２０９は、ＢＳＥ画像内のうち観察しようとするエッジの領域をオペレータに設定入力させるための処理を実行する（ステップ４０５）。図１２に、エッジ選択画面を示す。オペレータが設定画面の「エッジ選択」ボタン５０５を押すと、画像表示部５０７の横の領域に、エッジ選択ボタン５１１が表示される。また、画像表示部５０７のＢＳＥ画像の上には、エリアボックス５０９ｃが表示される。このエッジを指定するエリアボックスを、以下の説明では、「エリアボックスＣ」と呼ぶ。エリアボックスの形状は、オペレータが、テンプレート５１０から選択する。また、オペレータは、ＢＳＥ画像上の適切な位置にエリアボックスＣを配置する。エリアボックスＣのサイズは任意に変更できると良い。
　エリアボックスＣの設定が終了すると、中央制御部２０９は、２つの検出信号の混合比を自動設定するための設定画面を表示部２０８に表示する（ステップ４０６）。図１３に、混合比の設定画面を示す。オペレータが設定画面の「エッジ強調」ボタン５０６を押すと、中央制御部２０９は、２つの検出器１１０ａ及び１１０ｂの混合比を自動的に決定する処理を開始する。
　処理を開始した中央制御部２０９は、検出器１１０ａの検出信号と検出器１１０ｂの検出信号の混合比をステップ的に変化させ、その都度、設定された混合比に基づいて２つの検出信号を合成した画像を取得する。
　ここで、画像内のエリアボックスＣの階調をＳＣとする。この場合、中央制御部２０９は、階調比ＳＣ／ＳＡを計算する。この階調比を評価値とし、中央制御部２０９は、以下の手順により最適な混合比を決定する。もっとも、エリアボックスＣと階調値を比較する領域をエリアボックスＢとし、評価値として階調比ＳＣ／ＳＢを算出しても良い。
　以下、図１０－４及び図１０－５を用い、混合比の最適値を設定する方法を説明する。図１０－４は、混合比を大きくするほど階調比ＳＣ／ＳＡも大きくなる場合の例である。混合比を大きくしすぎると、ＳＡがノイズ閾値より小さくなる。そこで、階調比ＳＣ／ＳＡがこのように変化する場合、中央制御部２０９は、ＳＡがノイズ閾値に等しくなる混合比を最適値に決定する。
　これに対し、図１０－５は、階調比ＳＣ／ＳＡが混合比に対して極大値を持つ場合の例である。ＳＣ及びＳＡが共にノイズ閾値を下回らない混合比の範囲において、ＳＣ／ＳＡが極大となる。そこで、中央制御部２０９は、ＳＣ／ＳＡが極大となる時の混合比を最適値に設定する。
　（まとめ）
　以上の手順により、中央制御部２０９は、フィルタ電圧と検出信号の混合比を自動的に最適化し、階調比が最も良好となる条件で画像を取得する。これにより、真の二次電子と後方散乱電子に最適な混合比を、測定対象とする試料１０６に応じて自動的に設定することができる。これにより、画像内で２番目に暗く、最も暗い領域との階調差が小さい開口３０３の観察が可能になる。これにより、３次元デバイスの構造が未知の場合でも、開口３０３の寸法を最適な条件で測定することができる。
　なお、前述の実施例においては、基準画像を取得する際のフィルタ電圧を０Ｖ、検出信号の合成比率を１：１に設定したが、それらの値はオペレータが任意に設定しても良い。
　前述の実施例では、ステップ４０３でフィルタ電圧を決定する際、処理過程の画像を表示させなかったが、ステップ的にフィルタ電圧を変化させた時の各画像の一覧を表示させても良い。また、これらの一覧画像をオペレータが見て、任意に選択した画像の条件をフィルタ設定電圧としても良い。
　前述の実施例では、ステップ４０６で２つの検出信号の合成比率を決定する際、処理過程の画像を表示させなかったが、ステップ的に検出信号の合成比率を変化させた時の各画像の一覧を表示させも良い。また、これらの一覧表をオペレータが見て、任意に選択した画像の条件を合成比率としても良い。
　（実施例２）
　図１４（ａ）～（ｃ）に、測定対象として想定する３次元デバイスの表面パターンの他の一例について説明する。この３次元デバイスにおいては、横方向に延びるライン＆スペースパターン６０１（以下「下層ライン６０１」という。）と、縦方向に延びるライン＆スペース６０２（以下「上層ライン６０２」という。）を積層した格子状デバイスを想定する。
　上層ライン６０２と下層ライン６０１が交差する領域を除いた隙間部分６０３の面積はデバイス特性を左右し、寸法管理が要求される。従って、隙間部分６０３の横幅を測定する必要があり、下層ライン６０１と隙間部分６０３のコントラストを強調しつつ、下層ライン６０１のエッジと上層ライン６０２のエッジをそれぞれ明確にする必要がある。
　上層ライン６０１のライン間幅に比べてライン高さが高い場合、ライン間のスペースは深い溝状となり、下層ライン６０１の有無は判別困難になる。このデバイスにおいても、図５に示した方法によれば、設定パタメータを最適化することができる。図１５（ａ）～（ｃ）に、ステップ４０１からステップ４０６まで実行した時の画像例を示す。図１５（ａ）と（ｃ）を比較して分かるように、図１５（ａ）では表示されていなかった横方向の筋模様１５０１が、混合比を調整した後の図１５（ｃ）では描画されている。
　（実施例３）
　測定対象として測定可能な３次元デバイスは、図４や図１４に示す３次元デバイスに限らない。図１６（ａ）～（ｃ）に示すパターン構造を有する３次元デバイスの測定にも好適である。本図に示す３次元デバイスは、図１５（ｂ）に示すように、パターン７１１の並び方向に下地層７１０が分離されているような形状を想定する。このパターン構造は、図１５（ｂ）に示すように、一次電子線の照射方向から見て高さ位置が異なる３つの層で形成される。このため、検出信号には、３つの代表的な明るさが含まれる構造を想定する。
　ただし、下地層７１０とその基体との段差は小さい。このため、その明るさの違いはわずかである。従って、ステップ４０１における基準画像の取得時には、最も暗い部位７０１の形状を強調する必要があり、かつ、最も暗い部位と隣り合う部位の境界の輪郭７０２を強調する必要がある場合には、前述した本発明の方法を適用することができる。
　実際、ステップ４０３は、最も暗い部位７０１の形状を強調する工程であり、ステップ４０６は輪郭７０２を強調する工程に対応する。
　＜形態例２＞
　図１７に、他の形態例に係る走査電子顕微鏡の構成例を示す。図１７には、図１との対応部分に同一符号を付して示す。本形態例の場合、後方散乱電子（ＢＳＥ）１０８ｂのように、中心軸から広範囲に広がった信号電子１０８は、中心軸に対し大きな開口を有する環状の検出器（annular detector）８０１ａにおいて検出する。また、真の二次電子（ＴＳＥ）１０８ａのように、リターディング電圧２０４によって加速され、なおかつ中心軸から広範囲には広がらないような信号電子１０８は、中心に一次電子線１０２を通過させるための開口を有する円盤状の検出器８０１ｂにおいて検出する。
　それぞれの検出器８０１ａ及び８０１ｂで検出された検出信号は、増幅器２０６ａ及び２０６ｂにおいて増幅され、それぞれの信号は、合成演算部２０７で画像演算された後、表示部２０８に表示される。
　検出器８０１ａ及び８０１ｂは、それぞれ中心軸方向に高さを変えて配置される。検出器８０１ａの検出面の下には、同検出器と同等の形状を有する環状のフィルタメッシュ８０２が配置される。フィルタメッシュ８０２には、フィルタ電源２１１が接続されており、中央制御部２０９によりフィルタ電圧が制御される。
　このように、エネルギーフィルタを通過した信号電子を検出する検出器と、エネルギーフィルタを通過も衝突もしない信号電子を検出する検出器を有する走査電子顕微鏡の場合にも、形態例１で説明した技術をそのまま応用することができる。
　＜形態例３＞
　図１８に、走査電子顕微鏡の他の形態例を説明する。本形態例に係る走査電子顕微鏡は、形態例１の場合と同様、試料１０６から発生した信号電子１０８をエネルギーレベル別に分離するエネルギーフィルタ１０９を使用する。
　ただし、本形態例の場合、エネルギーフィルタ１０９を通過した二次電子のみを検出する検出器９０１だけを走査電子顕微鏡に搭載する。この場合、検出器９０１で検出した検出信号は増幅器２０６で増幅され、表示部２０８に表示される。
　この形態例の場合、エネルギーフィルタ１０９は、図２に示す構成を有している。検出器９０１が、一次電子線１０２を通すための開口を有する円盤状に形成されている場合、材料コントラストの違いによる後方散乱電子（ＢＳＥ）像を取得するためのフィルタ電源２１１の最適値は、図５に示すステップ４０１からステップ４０３までを実行すれば容易に決定することができる。
　＜形態例４＞
　なお、射出角度とエネルギーレベルが異なる２種類の信号電子を２つの検出器で別々に検出可能であれば、図１との対応部分に同一符号を付して示す図１９に示すように、エネルギーフィルタを有しない走査電子顕微鏡であっても良い。この場合において、エネルギーフィルタの調整は不要である。この場合でも、図５に示すステップ４０４からステップ４０６までの処理の実行により、２つの検出信号の混合比を自動的に決定することができる。
　＜形態例５＞
　前述の形態例においては、いずれもリターディング電圧２０４を印加する構成について記載した。しかし、リターディング電圧２０４を印加しなくても良い。また、リターディング電圧２０４が印加されず、試料直上に正電圧を印加する電極を配置し、試料１０６から出力された信号電子１０８を加速的に引上げる構成でも良い。勿論、リターディング電圧２０４を印加し、信号電子１０８を引上げ、加速するよう正電圧を印加する電極が配置される構成であっても良い。
　＜他の形態例＞
　本発明は上述した形態例に限定されず、様々な変形例を含む。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細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、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある形態例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
　また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
　また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
　１…電子顕微鏡筒
　１０１…電子放出源
　１０２…一次電子線
　１０３…集束レンズ
　１０４…電流制限絞り
　１０５…対物レンズ
　１０６…試料
　１０７…偏向器
　１０８…信号電子
　１０８ａ…真の二次電子
　１０８ｂ…後方散乱電子
　１０９…エネルギーフィルタ
　１１０ａ…検出器
　１１０ｂ…検出器
　１２０…変換電極
　１３０、１３１…二次電子
　２０１…制御部
　２０３ａ、２０３ｂ…制御部
　２０５…制御部
　２０４…リターディング電圧
　２０６ａ、２０６ｂ…増幅器
　２０７…合成演算部
　２０８…表示部

Claims (14)

  1. 　一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、
    　前記試料から発生した信号荷電粒子のうち第１のエネルギーを有する第１の信号電子を検出する第１の検出器と、
    　前記試料から発生した信号荷電粒子のうち第２のエネルギーを有する第２の信号電子を検出する第２の検出器と、
    　前記第１の信号電子の信号強度と前記第２の信号電子の信号強度の合成比を変化させ、各合成比に対応する検出画像を生成する第１の演算部と、
    　各合成比について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の演算部と、
    　前記信号強度の比の変化に基づいて、前記検出画像の取得に使用する混合比を決定する第３の演算部と
    　を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第３の演算部は、前記２つのエリアに対応する２つの信号強度のいずれもが所定の閾値より大きい範囲において、前記信号強度の比の最大値を与える合成比を、前記検出画像の取得時に使用する混合比に決定する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記２つのエリアのうちの一つは、オペレータにより表示画面上で指定されたエッジを指定するエリアである
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１の検出器と前記第２の検出器で検出される信号荷電粒子をエネルギーの大きさに応じて分離するエネルギーフィルタを有する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記エネルギーフィルタに印加するフィルタ電圧を変化させ、各フィルタ電圧に対応する検出画像を生成する第４の演算部と、
    　各フィルタ電圧について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第５の演算部と、
    　前記信号強度の比の変化に基づいて、前記検出画像の取得に使用するフィルタ電圧を決定する第６の演算部と
    　を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第６の演算部は、前記２つのエリアに対応する２つの信号強度のいずれもが所定の閾値より大きい範囲において、前記信号強度の比の最大値を与えるフィルタ電圧を、前記検出画像の取得時に使用するフィルタ電圧に決定する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記２つのエリアは、オペレータにより表示画面上で指定されたエリアである
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１の検出器は、前記信号荷電粒子のうち前記エネルギーフィルタを通過した信号荷電粒子により発生される二次電子を検出し、
    　前記第２の検出器は、前記信号荷電粒子のうち前記エネルギーフィルタに衝突して発生する二次電子を検出する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１の検出器は、前記信号荷電粒子のうち前記エネルギーフィルタを通過しない信号荷電粒子を検出し、
    　前記第２の検出器は、前記信号荷電粒子のうち前記エネルギーフィルタを通過した信号荷電粒子を検出する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、
    　信号荷電粒子をエネルギーの大きさに応じて分離するエネルギーフィルタと、
    　前記エネルギーフィルタを通過した信号荷電粒子を検出する検出器と、
    　前記エネルギーフィルタに印加するフィルタ電圧を変化させ、各フィルタ電圧に対応する検出画像を生成する第１の演算部と、
    　各フィルタ電圧について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の演算部と、
    　前記信号強度の比の変化に基づいて、前記検出画像の取得に使用するフィルタ電圧を決定する第３の演算部と
    　を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第３の演算部は、前記２つのエリアに対応する２つの信号強度のいずれもが所定の閾値より大きい範囲において、前記信号強度の比の最大値を与えるフィルタ電圧を、前記検出画像の取得時に使用するフィルタ電圧に決定する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 　請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記２つのエリアは、オペレータにより表示画面上で指定されたエリアである
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  13. 　一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、前記試料から発生した信号荷電粒子のうち第１のエネルギーを有する第１の信号電子を検出する第１の検出器と、前記試料から発生した信号荷電粒子のうち第２のエネルギーを有する第２の信号電子を検出する第２の検出器とを有する荷電粒子線装置におけるパターン測定方法において、
    　前記第１の信号電子の信号強度と前記第２の信号電子の信号強度の合成比を変化させ、各合成比に対応する検出画像を生成する第１の処理と、
    　各合成比について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の処理と、
    　前記信号強度の比の変化に基づいて、前記検出画像の取得に使用する混合比を決定する第３の処理と、
    　決定された混合比を用いて取得された検出画像に基づいてパターンを測定する第４の処理と
    　を有することを特徴とするパターン測定方法。
  14. 　一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子源と、信号荷電粒子をエネルギーの大きさに応じて分離するエネルギーフィルタと、前記エネルギーフィルタを通過した信号荷電粒子を検出する検出器とを有する荷電粒子線装置におけるパターン測定方法において、
    　前記エネルギーフィルタに印加するフィルタ電圧を変化させ、各フィルタ電圧に対応する検出画像を生成する第１の処理と、
    　各フィルタ電圧について生成された検出画像の所定の２つのエリアに対応する信号強度の比を算出する第２の処理と、
    　前記信号強度の比の変化に基づいて、前記検出画像の取得に使用するフィルタ電圧を決定する第３の処理と、
    　決定されたフィルタ電圧を用いて取得された検出画像に基づいてパターンを測定する第４の処理と
    　を有することを特徴とするパターン測定方法。
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