WO2016017561A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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particle beam
pattern
region
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秀樹 板井
久美子 清水
渉 森
源 川野
シャヘドゥル ホック
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a charged particle beam apparatus capable of appropriately setting beam scanning conditions.
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • Patent Document 1 discloses an electronic device that forms an image by integrating image signals obtained by selective scanning to a specific pattern and scanning of the specific pattern and a region including a region other than the specific pattern at the time of frame integration. A microscope is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses an electron beam apparatus that forms an image by selectively setting a scanning region at a portion such as a pattern edge and performing beam scanning.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-228688 describes a method of specifying a pattern shape from an electron beam image and controlling the scanning direction of the electron beam so as to be perpendicular to the edge of the pattern.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 by limiting the scanning region, it is possible to reduce the amount of beam irradiation per unit area, and as a result, it is possible to suppress the occurrence of charging or shrinking. It becomes.
  • the pattern or the edge of the pattern is not formed at the planned position.
  • the position of the scanning region with a narrow range is different from the position of the desired measurement target, and measurement may fail.
  • both Patent Documents 1 and 2 can suppress charging and shrinking by reducing the total beam irradiation amount, it is considered that the position of the scanning region and the position of the measurement object may be different. Absent.
  • a scanning deflector that scans a charged particle beam emitted from a charged particle source and a scanning of the charged particle beam are obtained below.
  • a charged particle beam apparatus comprising a detector for detecting charged particles and a control device for controlling the scanning deflector based on selection of a predetermined number of frames n, wherein the control device is based on the number of frames n.
  • a region on the sample corresponding to a pixel that satisfies a predetermined condition, or a region including the region on the sample is proposed.
  • a scanning deflector that scans a charged particle beam emitted from a charged particle source and a scanning of the charged particle beam are obtained below.
  • a charged particle beam apparatus comprising: a detector that detects charged particles; and a control device that adjusts at least two irradiation conditions of the charged particle beam. Measuring or inspecting a pattern formed on a sample based on a signal obtained by scanning one charged particle beam, wherein the control device includes a first region including the first region. The second charged particle beam having a small dose with respect to the first charged particle beam is scanned with respect to the region 2, and based on a signal obtained by scanning the second charged particle beam, We propose a charged particle beam device for identifying the first area.
  • a scanning deflector that scans a charged particle beam emitted from a charged particle source and scanning of the charged particle beam are obtained below.
  • a charged particle beam apparatus comprising: a detector that detects charged particles; and a control device that adjusts at least two irradiation conditions of the charged particle beam. Measuring or inspecting a pattern formed on a sample based on a signal obtained by scanning one charged particle beam, wherein the control device includes a first region including the first region.
  • the second charged particle beam having a small dose with respect to the first charged particle beam is scanned with respect to the region 2, and based on a signal obtained by scanning the second charged particle beam, We propose a charged particle beam device for selecting a scanning direction of the first charged particle beam.
  • the first configuration it is possible to achieve both suppression of the beam irradiation amount and maintenance of a high measurement success rate. Further, according to the second configuration, it is possible to realize both the setting of the scanning line direction in an appropriate direction and the suppression of the beam irradiation amount.
  • summary of a scanning electron microscope The figure which shows the outline
  • region. 6 is a flowchart showing a scanning area restriction processing step.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a scanning electron microscope (SEM) which is one type of charged particle beam apparatus.
  • SEM scanning electron microscope
  • An electron beam 103 extracted from the electron source 101 by the extraction electrode 102 and accelerated by an accelerating electrode (not shown) is focused by a condenser lens 104 which is a form of a focusing lens, and then is scanned on a sample 109 by a scanning deflector 105.
  • the electron beam 103 is decelerated by a negative voltage applied to an electrode built in the sample stage 108, and is focused by the lens action of the objective lens 106 and irradiated onto the sample 109.
  • secondary electrons and electrons 110 such as backscattered electrons are emitted from the irradiated portion.
  • the emitted electrons 110 are accelerated in the direction of the electron source by an acceleration action based on a negative voltage applied to the sample, and collide with the conversion electrode 112 to generate secondary electrons 111.
  • the secondary electrons 111 emitted from the conversion electrode 112 are captured by the detector 113, and the output of the detector 113 changes depending on the amount of captured secondary electrons. In accordance with this output, the brightness of a display device (not shown) changes.
  • an image of the scanning region is formed by synchronizing the deflection signal to the scanning deflector 105 and the output of the detector 113.
  • the scanning electron microscope illustrated in FIG. 1 includes a deflector (not shown) that moves the scanning region of the electron beam. This deflector is used to form an image of a pattern having the same shape existing at different positions. This deflector is also called an image shift deflector, and enables movement of the field of view of the electron microscope without moving the sample by the sample stage.
  • the image shift deflector and the scan deflector may be a common deflector, and the image shift signal and the scan signal may be superimposed and supplied to the deflector.
  • FIG. 1 An example in which electrons emitted from a sample are converted by a conversion electrode and detected is explained.
  • the present invention is not limited to such a configuration. It is possible to adopt a configuration in which the detection surface of the electron multiplier tube or the detector is arranged on the orbit.
  • a blanking deflector (not shown) is installed in the SEM 100.
  • the blanking deflector is a mechanism that blocks the beam irradiation to the sample by deflecting the beam to the outside of the beam optical axis, and is controlled according to an operation parameter stored in a coordinate memory to be described later.
  • an electrostatic deflector is used as the scanning deflector 105.
  • an electromagnetic deflector may be used.
  • the control device 120 controls each component of the scanning electron microscope, and forms a pattern on the sample based on the function of forming an image based on detected electrons and the intensity distribution of detected electrons called a line profile. It has a function to measure the pattern width.
  • the control device 120 includes a SEM control device that mainly controls the optical conditions of the SEM and a signal processing device that performs signal processing of the detection signal obtained by the detector 113.
  • the SEM control device includes a scan control device for controlling beam scanning conditions, and the scan control device executes beam scanning based on information stored in a coordinate memory as illustrated in FIG. To do.
  • the coordinate memory 200 stores time data, X coordinate data, Y coordinate data, operation parameters, and capture enable data for each address.
  • Data input to the “time” of the memory is irradiation time and arrival time at each address, and can be set in units of pixels.
  • beam operation parameters (blanking on / off, direction, etc.) can be set in units of pixels, and irradiation time (scanning time), blanking on / off in units of pixels can be controlled.
  • Each address corresponds to a pixel.
  • the time data in the coordinate memory is read by the timer, and the data is read from the coordinate memory in units of one coordinate data by counting up the address counter.
  • the update time of the address counter can be changed in coordinate units.
  • Blanking enable data controls blanking of the primary electron beam in coordinate units.
  • the capture enable data controls writing to the image memory included in the signal processing device.
  • the image memory is a memory that can store 256 levels of gradation in the depth direction, for example, with 1024 ⁇ 1024 pixels.
  • signal writing to each address is performed.
  • the beam irradiation position and the writing coordinates are matched.
  • a signal read corresponding to the address is converted from digital to analog by a DA converter and becomes a luminance modulation input of the image display device.
  • an integration process for integrating image data obtained based on a plurality of scans is performed. The integration process is performed, for example, by averaging the signals obtained from a plurality of frames for each pixel.
  • the control device 120 executes the following control based on the information input to the coordinate memory 200.
  • a primary electron beam scanning area for obtaining an observation image with a good S / N ratio is measured within the visual field range during the observation image acquisition process. Further, it is limited to only a desired pattern necessary for observation, and the irradiation amount of the primary electron beam in a region other than the desired pattern within the visual field range is suppressed to suppress pattern shrinkage.
  • an area having a signal amount equivalent to the desired pattern is extracted from the image in the process, and only the vicinity of the area or the vicinity of the area is set as an area to be scanned later. Limit the scan area. While repeating this, an observation image of a desired pattern is acquired.
  • an area having a signal amount equivalent to the desired pattern is extracted from the image in the process, and only the area or the vicinity of the area is scanned thereafter.
  • the scanning area is limited.
  • a desired pattern within a visual field range with a good S / N ratio can be obtained while continuously suppressing the irradiation amount of the primary electron beam.
  • An observation image can be acquired.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the integrated image forming process. Processing described below is executed according to an operation recipe stored in a storage medium built in the control device 120, for example.
  • the sample 109 is loaded onto the sample table 108 (step 302). Since the sample chamber 107 is maintained at a high vacuum, the sample is introduced into the sample chamber after the atmosphere in which the sample exists is evacuated by a preliminary exhaust chamber (not shown). Next, the sample stage 108 is driven so that the beam irradiation position of the sample 109 is irradiated with the electron beam 103 emitted from the electron source 101 (step 303). Next, based on the apparatus conditions stored in the operation recipe, conditions such as the number of frames n, which is the cumulative number, and the scanning area restriction method are set.
  • the control device 120 controls the scanning deflector 105 so as to perform beam scanning based on the set device conditions, and a signal based on the detection signal obtained by the scanning is stored in the coordinate memory illustrated in FIG.
  • the data is written into the frame memory (steps 304 and 305). For example, at this stage, the enable data for all addresses is set to allow writing to the memory. An analysis that will be described later is performed on an image formed based on the written data.
  • the scanning area is limited using information accumulated up to m (1 ⁇ m ⁇ n) frames.
  • the number of frames n is set so as to be sufficient to obtain an SN required for the desired measurement, and is set as a setting item of an operation recipe of the scanning electron microscope.
  • the beam scanning for the number of frames is executed. Details of this processing will be described later.
  • Steps 308 and 309 beam scanning is executed in a state where the scanning area is limited, and an image is formed by executing beam scanning of the selected area and writing of data to the selected address. This process is performed at a fixed frame interval ⁇ f (1 ⁇ ⁇ f ⁇ n), and the operator can also specify the frame interval.
  • the image data formed as described above is stored in a predetermined storage medium and used for pattern measurement and inspection. After the image acquisition, the sample is taken out from the sample chamber 107, and the measurement and inspection for the sample are finished (step 310).
  • FIG. 4 is a flowchart showing specific steps of the scanning area restriction process performed in step 307 of FIG.
  • image data obtained by scanning a predetermined number of frames (m) is acquired (step 402).
  • signal data of each pixel is acquired, and it is determined whether or not the signal amount satisfies a predetermined condition (steps 403 to 405).
  • it is determined whether or not the signal amount is a predetermined value or more.
  • information on the signal amount of the pixel (X, Y) is extracted from the information on the signal amount accumulated up to m frames, and the signal amount of the pixel (X, Y) is set to the specified signal amount threshold value st.
  • the pixel is set as the scanning position of the subsequent frame. More specifically, when the signal amount of the pixel (X, Y) exceeds the threshold value st, the time, operation parameter, and enable are set for the corresponding address of the coordinate memory illustrated in FIG. Since the pixel (X, Y) is a pixel that performs beam irradiation and acquires a signal, the coordinate memory is set so as to perform appropriate irradiation time, blanking off, and writing processing.
  • the pixel memory that does not satisfy the predetermined condition is not irradiated with the beam, so the coordinate memory is updated so that blanking on and writing processing are not performed.
  • the signal amount threshold value st can be specified by a method of setting a signal amount value, for example, a luminance value, or a ratio such as the upper percentage of the signal amount in the entire image. This value is automatically calculated from a template image of a desired pattern, or the user can specify a threshold value as a numerical value.
  • the pixel (X, Y) is set as a scanning target in the next frame and thereafter.
  • steps 306 and 307 for each frame in the observation image acquisition, a portion where the signal amount has increased due to noise or the like during scanning in the visual field region is excluded from the scanning region. By doing so, an image having a higher S / N can be acquired.
  • the total number of frames is determined by the image quality required by the operator of the electron microscope. As the number of frames increases, the amount of signal increases, but excessive beam irradiation induces sample charging and the like. Therefore, it is necessary to set an appropriate number of frames so as to satisfy the required accuracy of measurement and the like and to avoid unnecessary beam irradiation.
  • scanning with a predetermined number of frames can be performed at a portion where the signal amount is large, and therefore, the signal amount of a portion serving as a measurement reference at the time of pattern dimension measurement, such as an edge portion, satisfies a required specification. It is possible to suppress only the irradiation amount other than the edge that is not directly required for measurement, etc., so high-precision measurement according to the required specifications and suppression of charging and shrinkage generated by beam scanning are possible. Coexistence is possible.
  • FIG. 7 shows an example of a GUI used when the operator makes settings related to scanning restriction within the visual field range.
  • the GUI 700 is installed in an image processing device in the control device 120, and is OSD-displayed on a display device (not shown) according to a start command.
  • the GUI 700 includes an image display area 710, a scanning area restriction unit 720, a signal amount acquisition unit 740, and a scan button 750.
  • the image display area 710 a template image of a desired pattern acquired in advance or an image acquired when scanning the field of view is displayed.
  • the operator can resize and move the signal amount acquisition cursor 711 displayed in the image display area 710 using the input device of the image processing apparatus.
  • the scanning area restriction unit 720 has a function of inputting a setting value when executing a scan for restricting the scanning area.
  • the number n of frames for scan execution can be set.
  • the restriction start frame setting text box 722 can set the number m of frames for starting restriction of the scanning area.
  • the Frame interval setting text box 723 can set the number of frames ⁇ f of the interval for executing the processing of Steps 306 and 307 in FIG.
  • a signal amount threshold st can be set.
  • the signal amount setting switching radio button 725 selects whether the signal amount threshold value st is set by the signal amount or the percentage of the upper signal amount of the entire image displayed in the image display area 710. Can be done.
  • the algorithm setting unit 728 for determining the scanning area can set how to determine the scanning area for the next frame and thereafter.
  • the signal amount acquisition amount setting unit 740 has a function of acquiring and displaying the signal amount of the designated area from the image displayed in the image display area 710.
  • the cursor display / non-display button 741 can control display / non-display of the signal amount acquisition cursor 711 in the image display area 710.
  • the signal amount display format switching radio button 743 displays the display format of the acquired signal amount information as a signal amount, or a ratio such as the upper percentage of the signal amount of the entire image displayed in the image display area 710 You can select whether to display with.
  • the signal amount reading button 742 can read the signal amount in the area surrounded by the signal amount acquisition cursor 711 in the image display area 710, and the read signal amount is the signal amount display format switching radio.
  • the minimum value is displayed in the minimum signal amount text box 744 and the maximum value is displayed in the maximum signal amount text box 745 in accordance with the content selected by the button 743.
  • the scan button 750 can perform scanning in the visual field region based on the content set in the scanning region restriction unit 720.
  • the observation target is set as the scanning target in the next frame and thereafter.
  • the pixel designated as the scanning target in step 406 is the pixel (X, Y) and the neighboring pixels ⁇ (X ⁇ 1, Y ⁇ 1) -1 (X ⁇ 1, Y).
  • the pixel to be scanned may be a pixel (X, Y) and four neighbors ⁇ (X-1, Y) (X, Y-1) (X, Y + 1) (X + 1, Y) ⁇ . This is not the case.
  • the GUI of FIG. 7 includes a scanning area algorithm radio button 729 as an item for setting an algorithm for determining such a scanning area, and includes only a pixel within a threshold value, a pixel within a threshold value +4 neighborhood, and within a threshold value. It is possible to select from the vicinity of the pixel +8 and others.
  • the vicinity only in the scanning direction is acquired, and only before and after the signal amount threshold value st is set in the scanning area.
  • the scanning area determination method can be executed with any algorithm or standard created by the user. It has become. When an arbitrary algorithm is read, it can be read using an algorithm read button 730.
  • the process of step 405 it is determined whether or not the signal amount is within the range (srmin, srmax) specified in advance, and the process of step 406 is executed only when the signal is within the range. For example, when image processing such as brightness / contrast adjustment is performed on the generated image in a later process, this method is effective because there is no adjustment according to the large signal amount. .
  • the minimum value is set in the signal amount threshold Minimum setting text box 726 and the signal amount threshold Maximum setting text box.
  • Each of the maximum values can be set to 727.
  • the information on the scanning area of the nth frame is used as outline information or information for outputting outline information.
  • the scanning area of the nth frame is only an area close to a threshold value designated in advance. For example, when the threshold value designated in advance is a value with a large signal amount, the scan region is close to the contour information of the desired pattern. This information is output together with the observation image acquisition in step 309 in FIG.
  • the embodiment described above relates to the charged particle beam apparatus, and the embodiment thereof has been specifically described by taking a scanning electron microscope applied to sample length measurement and structure observation as an example. It is needless to say that the invention can be variously modified without departing from the scope of the invention.
  • the embodiment described below relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to a charged particle beam apparatus that determines scanning parameters of a high-dose beam irradiated on a sample from sample information obtained by low-dose beam scanning.
  • a CD-SEM Crohn's-Dimensional Scanning Electron Microscope
  • CD-SEM Crohn's-Dimensional Scanning Electron Microscope
  • Patterns to be measured and inspected are further miniaturized, and the number of measurements and inspections per wafer is increasing. Therefore, improvement in the throughput of CD-SEM is required.
  • the surrounding area including the target pattern is scanned in the XY direction (for example, the X direction is from left to right and the Y direction is from top to bottom), and the SEM image is scanned. Have acquired.
  • the beam in view of the charging phenomenon when the electron beam is irradiated as described above and the possibility of deformation of the pattern formed on the sample, the beam is placed at an appropriate position while suppressing the irradiation amount of the beam.
  • a charged particle beam apparatus for setting a scanning region will be described.
  • a charged particle beam apparatus that sets a scanning region and a scanning speed according to the state of a sample will be described.
  • a scanning electron microscope that is mainly equipped with an electrostatic scanning deflector suitable for high-speed scanning and whose scanning speed can be variably controlled, That is, scan with a small dose per unit area to obtain a first image, then perform pattern recognition of the measurement and inspection object from the first image, and set scanning parameters such as scanning area and speed. Determine automatically. Thereafter, a scanning electron microscope that scans at a lower speed than that at the time of the first image acquisition, that is, increases the dose per unit area, scans the obtained scanning region, and performs measurement and inspection will be described.
  • a first charged particle beam for scanning the first region in a second region that is wider than a region (first region) where the beam is scanned for measurement and inspection.
  • the scanning area of the first image is determined using the design data of the semiconductor device or the like (step 801).
  • the scanning area of the first image is set so as to include the measurement target pattern.
  • the control device 120 is configured to be able to access design data stored in an external storage medium or the like.
  • the control device 120 converts the design data into pattern layout data, and at the coordinate position of the wafer corresponding to the set scanning area.
  • the sample stage 108 is driven so that the beam of the scanning electron microscope is irradiated.
  • the controller 120 executes the beam scanning for acquiring the first image after the scanning region of the electron beam is positioned at the wafer position where the first image is acquired (step 802).
  • the scanning range determined in step 801 is scanned at high speed (speed a) as compared with the scanning speed of beam scanning for measurement and inspection described later. In this way, the entire surface is scanned with a small dose per unit area, and a first image including pattern information to be measured and inspected is acquired.
  • step 803 pattern recognition processing existing in the first image is executed.
  • a profile waveform is extracted from the first image, and a region between which a luminance value is a predetermined threshold value (edge portion) or a predetermined threshold value or more The position (pattern region sandwiched between edges) is recognized.
  • the contrast value (luminance value) in the X direction (X pixel) is calculated for each Y line.
  • profile waveforms such as A and B illustrated in FIG. 9C are acquired, and the pixel position where the contrast value in the X direction is maximum is determined as the edge portion.
  • a threshold value is provided for the contrast value, and a value equal to or greater than that value is recognized as the pattern position. This is because in order to prevent the maximum value from being erroneously detected as an edge because a slight difference in contrast value occurs as shown in the contrast of B in FIG. It is.
  • step 804 the width of the pattern edge is obtained.
  • the contrast difference between the adjacent X pixels in the left direction is calculated from the maximum value.
  • a pixel position whose change amount is equal to or less than a preset threshold value is determined as a background portion other than the pattern.
  • the rightward direction is also performed from the maximum value, the pixel position of the background portion is calculated, and the edge width is determined. Thereby, the first scanning region is determined.
  • step 805 for the first scanning area obtained in S4, the second scanning area is set so that the edge is surely included in the scanning area. Since the edge position obtained in step 803 is a position determined from an image acquired with a low-dose electron beam, the detailed position of the edge portion may be different from the true position. Therefore, in order to avoid that edge information cannot be obtained sufficiently, a certain value may be added before and after the scanning area to enlarge the scanning area to form the second scanning range.
  • step 806 the scanning order is determined so that the position of the scanning area obtained in steps 804 and 805 can be scanned in the shortest time. If the moving distance of the beam is made the shortest, the scanning order is determined so that the added value of the distances of the plurality of scanning regions becomes the smallest. On the other hand, for example, if the influence on the beam due to the charging attached to the sample due to the beam irradiation to the adjacent scanning region is taken into account, after scanning the first scanning region, the first scanning region is separated from the first scanning region. The scanning of the third scanning region may be performed, and then the scanning of the second scanning region closer to the first scanning region may be executed as compared with the third scanning region.
  • step 807 the number of scans at the same position as the scan speed, that is, the number of image overlays is determined. Since the second image used for measurement and inspection is acquired at a higher dose than the first image acquisition, the second image is scanned at a speed slower than the first scanning speed (speed a). At this time, it is necessary to set an optimum scanning speed depending on the state of the sample.
  • the scanning speed is obtained as follows. Several different speeds (for example, speeds b, c, d, e, where a> b> c> d> e, etc.) and several stages of scanning times (for example, once, four times, eight times, etc.) A second image is acquired using a matrix as shown in FIG. 10, and the S / N is evaluated.
  • a condition that is equal to or higher than a preset S / N and has the fastest throughput is determined from the scanning speed and the number of scans as a scanning parameter.
  • the scanning parameters are set for each target pattern.
  • the determination method as described above it is possible to set measurement conditions that achieve both high-speed measurement and high accuracy.
  • a beam having a combination of different scanning times and scanning speeds is scanned with respect to the patterns arranged at different positions.
  • the image quality evaluation values such as S / N and sharpness are obtained, and the image quality evaluation value satisfies a predetermined condition (for example, the image quality evaluation value is the best). You may make it memorize
  • the deflection scanning start position is set before the position obtained in step 804 or 805 according to the scanning speed. To do.
  • blanking is performed by a beam blanker. At this time, considering the response delay of blanking, the blanking timing is determined so that scanning can be performed from the scanning range of step 804 or step 805.
  • Example 1 in FIG. 12 the region including the edges on both sides of the target pattern is used as the scanning range.
  • the pattern width is wide as in Example 2 in FIG. 12, and is sufficiently linear even when the rise of the deflector is taken into consideration. If scanning is possible in the region, after scanning one edge, the blanking is performed and the edge is moved to the opposite edge, and the scanning range is determined so that scanning can be performed.
  • the scanning parameters such as the scanning range, scanning speed, and order are determined. If the determined scanning parameters are controlled by the scanning control apparatus to acquire SEM images of the same pattern in the wafer surface, measurement and inspection with good throughput and high S / N are possible.
  • the scanning range obtained in S4 or S5 is scanned under the scanning condition obtained in S7, otherwise the speed a when the first image is obtained, or Scanning is performed at a speed between the speed a and the speed obtained in S7, and an SEM image is obtained.
  • the scanning speed is changed stepwise. This speed change amount is determined by values before and after the speed change.
  • the embodiments described below relate to an electron microscope, an electron beam irradiation method, and a computer program therefor, and in particular, after scanning for pattern detection (hereinafter, rough scanning), scanning for imaging based on the result.
  • the present invention relates to a beam irradiation method, an electron microscope, and a computer program.
  • Beam scanning includes a method of scanning an electron beam in one direction and moving a sample in the vertical direction and a method of moving the electron beam. In this method, it is difficult to image all of the pattern edges that are two-dimensionally arranged and face in various directions, particularly in a charged sample.
  • this embodiment proposes a method for determining the optimum scanning based on the pattern arrangement information and performing imaging, and a charged particle beam apparatus for realizing the method.
  • the pattern formed on the sample by electron beam irradiation may be damaged or shrink.
  • the image SN is lowered and the length measurement accuracy is lowered.
  • the beam irradiation energy is lowered, the damage is reduced, but there is a problem that the resolution is degraded and the measurement accuracy is lowered. Therefore, in this embodiment, a method is proposed in which only a portion having a pattern to be measured is selectively irradiated with a beam, thereby reducing the total irradiation dose to the sample and reducing damage.
  • a fixed scanning waveform is not used.
  • scanning data information defining scanning
  • the flow of image formation based on actual scanning from confirmation of the measurement target pattern is pattern information acquisition ⁇ scanning data Fs creation ⁇ scanning execution and image acquisition.
  • the above scanning method can reduce the influence of charging and improve observation and measurement accuracy.
  • shrinkage reduction and measurement accuracy can be improved by optimizing the beam scanning area.
  • optimizing the scanning according to the pattern unnecessary beam scanning can be eliminated and the image acquisition time can be shortened, so that the high throughput (high speed) required for the inline SEM can be realized.
  • the control device 120 has a scanning condition conversion function creation unit 1402 (from the pattern information ( ⁇ ) to the function Fs ( ⁇ ) as a mechanism for determining scanning conditions from the pattern information 1401 ( ⁇ ) to be observed. And a scanning data creation unit 1403 are incorporated.
  • the output of the scanning data creation unit 1403 is a signal for scanning using the beam deflection system 1405 (for example, the scanning deflector 105) by the control system 1404 after appropriate conversion (DA conversion, amplification, etc.) is performed. .
  • pattern information In order to obtain pattern information ( ⁇ ), beam scanning in a scanning electron microscope is performed in two stages. The first stage is a rough scan, and the second stage is an imaging scan. In rough scanning, an image is acquired at a low dose, and pattern arrangement (edge direction) and size information ( ⁇ ) are obtained. Low dose is achieved by fast scanning, probe current change, or a combination of both. However, as described above, if the probe current is changed, the optical condition of the beam also changes, and it may take time to shift from the coarse scan to the imaging scan. It is desirable to perform beam switching with a low dose and a high dose.
  • scan data (Fs ( ⁇ )) is created. Scan data is input to the deflection system, and scanning for imaging is performed.
  • pattern data can be used to omit rough scanning.
  • the template ⁇ and the scanning data F ( ⁇ ) corresponding to the template ⁇ are recorded in advance in the control unit.
  • the position of the observation pattern is specified by alignment and addressing, and imaging scanning based on the template is performed.
  • Rough scan and imaging scan images can be created with desired signal electrons.
  • a coarse scan can be created with low energy secondary electrons (SE)
  • an imaging scan can be created with backscattered electrons (BSE).
  • SE secondary electrons
  • BSE backscattered electrons
  • an edge can be emphasized by adding a coarse scan SE image in a certain ratio to the BSE image acquired by the imaging scan.
  • FIG. 15 it is conceivable to perform imaging scanning based on the coarse scan information ⁇ 1501 and add ⁇ to the obtained image at a certain ratio to generate a final image 1505.
  • An example of detecting pattern information ⁇ and creating scan data Fs ( ⁇ ) is shown below.
  • the scanning direction for imaging is perpendicular to the edge direction (y), that is, in this case, the horizontal direction ( Scan line 1602) in the x direction.
  • the imaging scan scan data in which + x direction scan, ⁇ x direction scan, or + x and ⁇ x direction scan are combined can be considered.
  • the cross scan in the + and ⁇ directions includes a scan that reverses the direction for each frame and a scan that reverses the direction for each line in the y direction.
  • the purpose of scanning in a combination of two directions of ⁇ x is to eliminate the asymmetry of the left and right edges.
  • the coarse scan results in an image with a low SN because it is performed at a low dose.
  • a method of compressing the image and an image process for removing noise are used in combination.
  • the signal at the time of coarse scanning may be taken in as part of the integrated data of the captured image.
  • pixel signals in a region to be overlapped before and after rotation in the scanning direction may be selectively integrated.
  • a horizontal (x direction) pattern pattern whose longitudinal direction of the pattern edge 1701 is the X direction
  • scanning using a scanning line 1702 in the vertical (y) direction To implement.
  • the scanning direction for imaging is performed in the ⁇ direction so as to improve the symmetry of the upper and lower edges of the pattern.
  • scanning for imaging is performed in the direction perpendicular to the respective edges.
  • the edge 1801 of the pattern A is 45 ° and the edge 1802 of the pattern B is in the 0 ° direction.
  • scanning using the scanning line 1803 in the ⁇ 45 ° direction so as to clarify the edge 1801 of the pattern A, and scanning line 1804 in the ⁇ 90 ° direction is used to clarify the edge 1802 of the pattern B.
  • Perform a scan Further, reciprocal scanning is performed in the above two directions so as to improve the symmetry of both edges of each pattern.
  • the edge 1901 of the hole pattern as shown in FIG. 19 has edges in all directions from 0 ° to 360 °.
  • the imaging scanning direction is performed at 90 ° / n intervals.
  • n 1 scans in the 0 ° and 90 ° directions (scanning using the two-way scanning lines 1902) are performed in an intersection.
  • n 2 imaging scanning is performed in the directions of 0 °, 45 °, and 90 °. If the two edges become asymmetric due to charging or the like in a direction having opposite edges, reciprocal scanning is performed in that direction.
  • the hole pattern 2001 may be subjected to rough scanning, and scanning using a high-dose beam may be selectively performed on the specified edges (2002, 2003).
  • the position to be measured can be accurately determined by performing coarse scanning by beam scanning so that the scanning line is formed in the direction perpendicular to the edge to be measured. It becomes possible to specify.
  • a periodic pattern template is prepared in order to selectively scan the plurality of pattern portions, and a position specified by template matching is selectively scanned. Necessary information can be acquired while suppressing the amount.
  • the template matching is executed by an image processing device built in the control device 120, and the template is stored in a predetermined storage medium in the control device 120.
  • a template 2301 is created in advance so that the scanning width is K1x horizontally and K2y vertically for a pattern having a horizontal width x and a vertical width y.
  • five imaging scanning areas 2302 can be specified from the coarse image by template matching.
  • an image having a high S / N is obtained for the region including the measurement target pattern while suppressing unnecessary scanning. It is possible to perform the measurement used.
  • the pattern 2303 is a pattern including edges in the vertical direction and the horizontal direction, and therefore, vertical scanning (scanning for revealing the horizontal edge) in each scanning region. By alternately performing horizontal scanning (scanning for revealing vertical edges), the shape of the pattern 2303 can be accurately evaluated.
  • an edge parallel to the coarse scanning direction may not be detected due to the influence of charging.
  • rough scanning is performed in two directions perpendicular to each other at a low dose.
  • the vertical direction such as the edge 2002 in FIG.
  • An edge is detected, and an edge in which the horizontal direction is emphasized relative to the vertical direction, such as the edge 2003 in FIG. Based on these two results, it can be determined that the observation target is circular.
  • the pattern is detected by rough scanning, and the scanning speed is changed depending on the presence or absence of an edge in imaging scanning.
  • a region without an edge is scanned at high speed, and the periphery including the edge is scanned at a relatively low speed.
  • the purpose of slowing the scanning speed is to increase the incident dose and improve the SN.
  • the imaging time can be shortened by scanning a region that is not a measurement target at high speed.
  • shrinkage is reduced.
  • FIG. 24A a pattern is detected by rough scanning, and divided into a pattern area (B) and a non-pattern area (A) as shown in FIG. 24B based on edge detection processing or the like. To do.
  • FIG. 24C shows an x scanning waveform when the pattern of FIG. 24 is imaged by x scanning. If the inclination is ⁇ in a region without a pattern and the inclination is ⁇ in a region with a pattern, ⁇ > ⁇ .
  • FIG. 1 An example of changing the irradiation dose depending on the presence or absence of a pattern is shown in FIG.
  • the irradiation current is decreased in the region A, and the irradiation current is increased in the region B having the pattern.
  • imaging scan data is created so as to be always perpendicular to a pattern edge detected by rough scanning in any pattern. Note that, as described above, the beam selectively scanned on the edge portion with respect to the coarse scan performs a low-speed scan with respect to the coarse scan.

Abstract

　本発明は、ビーム照射量の抑制と高い測定成功率の維持の両立の実現する荷電粒子線装置の提供を目的とする。本発明は、所定のフレーム数ｎの選択に基づいて、走査偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、前記フレーム数ｎより小さいフレーム数ｍ（ｍ≧１）分、前記荷電粒子ビームを走査することによって得られる画像の中で、所定の条件を満たす画素に相当する試料上の部位、或いは当該試料上の部位を含む領域に、前記荷電粒子ビームが選択的に走査されるように、前記走査偏向器を制御する荷電粒子線装置を提案する。

Description

荷電粒子線装置
　本発明は荷電粒子線装置に係り、特にビームの走査条件を適正に設定することができる荷電粒子線装置に関する。
　半導体パターンの微細化に伴い、僅かな形状差がデバイスの動作特性に影響を及ぼすようになり、形状管理のニーズが高まっている。そのため、半導体の検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）には、高感度、高精度が従来に増して求められるようになっている。ＳＥＭでは、試料に電子線を照射した際に、試料から放出される２次電子を検出して表面の形状を観察している。この際、検出される２次電子はエネルギーが低く、試料の帯電の影響を受け易い。近年のパターンの微細化やｌｏｗ－ｋなどの低誘電率材料の使用によって、帯電の影響が顕在化し、管理が必要となる場所の信号を捉える事が困難な場合が出てきている。また、パターンの中には、ビーム照射によってシュリンクするものもあり、適正な照射条件の設定が求められている。
　特許文献１には、フレーム積算時に、特定のパターンへの選択的走査と、当該特定パターンと、特定パターン以外の領域を含む領域の走査によって得られた画像信号を積算して画像を形成する電子顕微鏡が開示されている。また、特許文献２には、パターンエッジのような部分に選択的に走査領域を設定してビーム走査を行うことによって、画像を形成する電子ビーム装置が開示されている。特許文献３には、電子ビーム画像からパターンの形状を特定し、当該パターンのエッジに垂直になるように、電子ビームの走査方向を制御する手法が説明されている。
特開２０１０－２７２３９８号公報 特開２０１３－１８５８５２号公報 ＵＳＰ６，８７９，７１９
　特許文献１や特許文献２に開示されているように、走査領域を制限することによって、単位面積当たりのビーム照射量を減らすことができ、結果として帯電やシュリンク等の発生を抑制することが可能となる。しかしながら、パターンの出来栄えによっては、予定した位置にパターンやパターンのエッジが形成されていない可能性がある。その結果、範囲を狭めた走査領域の位置と、所望の測定対象との位置が異なり、測定に失敗する可能性がある。特許文献１、２共に、トータルのビーム照射量を減らすことにより、帯電やシュリンクの抑制を行うことができるものの、走査領域の位置と測定対象の位置が異なる可能性があることまでは考慮されていない。また、特許文献３の手法では、パターン形状を特定するためのビーム走査と、電子ビームの走査方向を制御した走査を別に行う必要があるため、ビーム照射量が増加する。
　以下に走査範囲を制限してビーム走査を行う場合であっても、測定対象の位置と走査領域の位置を正確に合わせることによって、ビーム照射量の抑制と高い測定成功率の維持の両立の実現を第１の目的とする荷電粒子線装置について説明する。
　以下に適正な方向への走査線方向の設定と、ビーム照射量の抑制の両立の実現を第２の目的とする荷電粒子線装置について説明する。
　上記第１の目的を達成するための第１の構成の一態様として、以下に荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、所定のフレーム数ｎの選択に基づいて、前記走査偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、前記フレーム数ｎより小さいフレーム数ｍ（ｍ≧１）分、前記荷電粒子ビームを走査することによって得られる画像の中で、所定の条件を満たす画素に相当する試料上の部位、或いは当該試料上の部位を含む領域に、前記荷電粒子ビームが選択的に走査されるように、前記走査偏向器を制御する荷電粒子線装置を提案する。
　上記第１の目的を達成するための第１の構成の一態様として、以下に荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、前記荷電粒子ビームの照射条件を少なくとも２つに調整する制御装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、試料上の第１の領域に第１の荷電粒子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの測定、或いは検査を実行するものであって、前記制御装置は、前記第１の領域を含む第２の領域に対して、前記第１の荷電粒子ビームに対してドーズ量が小さい第２の荷電粒子ビームを走査すると共に、当該第２の荷電粒子ビームの走査によって得られる信号に基づいて、前記第１の領域を特定する荷電粒子線装置を提案する。
　上記第２の目的を達成するための第２の構成の一態様として、以下に荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、前記荷電粒子ビームの照射条件を少なくとも２つに調整する制御装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、試料上の第１の領域に第１の荷電粒子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの測定、或いは検査を実行するものであって、前記制御装置は、前記第１の領域を含む第２の領域に対して、前記第１の荷電粒子ビームに対してドーズ量が小さい第２の荷電粒子ビームを走査すると共に、当該第２の荷電粒子ビームの走査によって得られる信号に基づいて、前記第１の荷電粒子ビームの走査方向を選択する荷電粒子線装置を提案する。
　上記第１の構成によれば、ビーム照射量の抑制と高い測定成功率の維持の両立の実現が可能となる。また、上記第２の構成によれば、適正な方向への走査線方向の設定と、ビーム照射量の抑制の両立の実現が可能となる。
走査電子顕微鏡の概要を示す図。 画素単位でビームの照射条件を記憶する座標メモリの概要を示す図。 走査領域の制限処理を伴う画像積算工程を示すフローチャート。 走査領域の制限処理工程を示すフローチャート。 走査領域制限処理の概要を示す図。 走査領域制限処理の概要を示す図。 ビーム走査条件を設定するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面の一例を示す図。 低ドーズ画像内でパターン認識を行うことによって、高ドーズ走査を行う領域を選択する工程を示す図。 走査領域の決定方法の説明図。 ビームの走査条件ごとの画質評価値を記録するデータベースの一例を示す図。 走査偏向器とブランキング偏向器に供給する制御信号の一例を示す図。 低ドーズ画像内で高ドーズの走査領域を選択した例を示す図。 ビーム走査範囲内のパターンの配置と走査速度の関係を示す図。 測定対象パターン情報に基づいて、ビームの走査パターンを決定する工程を示す図。 測定対象パターン情報の入力に基づいて、画像形成を行う処理の流れを示す図。 縦パターンに適した走査方向を決定する工程を示す図。 横パターンに適した走査方向を決定する工程を示す図。 ２次元的に配置されたパターンに適した走査方向を決定する工程を示す図。 ホール形状に適した走査方向を決定する工程を示す図。 ２方向の走査線による低ドーズ走査に基づいて、エッジの方向を決定する工程を示す図。 １つの視野を複数の走査領域に分割した例を示す図。 パターンのある箇所のみを走査する例を示す図。 テンプレートによるパターン認識に基づいて、走査領域を決定する工程を示す図。 視野内を低ドーズ領域と高ドーズ領域に分割した例を示す図。 パターンの有無に応じた走査パターンの一例を示す図。 パターンのエッジ方向に応じた走査パターンの一例を示す図。
　図１は、荷電粒子線装置の１種である走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の概要を示す図である。電子源１０１から引出電極１０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１０４によって、絞られた後に、走査偏向器１０５により、試料１０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１０３は試料台１０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１０６のレンズ作用によって集束されて試料１０９上に照射される。
　電子ビーム１０３が試料１０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１１０が放出される。放出された電子１１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１１２に衝突し、二次電子１１１を生じさせる。変換電極１１２から放出された二次電子１１１は、検出器１１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１１３の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１０５への偏向信号と、検出器１１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図１に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。この偏向器は異なる位置に存在する同一形状のパターンの画像等を形成するために用いられる。この偏向器はイメージシフト偏向器とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野位置の移動を可能とする。イメージシフト偏向器と走査偏向器を共通の偏向器とし、イメージシフト用の信号と走査用の信号を重畳して、偏向器に供給するようにしても良い。
　なお、図１の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。また、ＳＥＭ１００内には図示しないブランキング用偏向器が設置されている。ブランキング偏向器はビームをビーム光軸外に偏向することで、試料に対するビーム照射を遮断する機構であり、後述する座標メモリに記憶された動作パラメータに従って制御される。
　なお、本実施例では、走査偏向器１０５として静電式の偏向器を採用している。電磁式の偏向器と比較して、高速な走査が可能である。なお、高速走査が要求されないのであれば、電磁式の偏向器を用いるようにしても良い。
　制御装置１２０は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。また、制御装置１２０内には、主にＳＥＭの光学条件を制御するＳＥＭ制御装置と、検出器１１３によって得られた検出信号の信号処理を行う信号処理装置が含まれている。ＳＥＭの制御装置は、ビームの走査条件を制御するための走査制御装置が含まれており、走査制御装置は図２に例示するような座標メモリに記憶された情報に基づいて、ビーム走査を実行する。座標メモリ２００には、アドレス毎に、時間データ、Ｘ座標データ、Ｙ座標データ、動作パラメータ、取込みイネーブルデータが格納されている。メモリの「時間」に入力されるデータは、各アドレスでの照射時間や到達時間等であり、画素単位での設定が可能となっている。また、ビームの動作パラメータ（ブランキングのオンオフ、方向等）も画素単位での設定が可能であり、画素単位での照射時間（走査時間）、ブランキングオンオフ等の制御が可能となっている。各アドレスは画素に対応する。タイマによって座標メモリの時間データが読み出され、アドレスカウンタのカウントアップにより、座標メモリから、１座標データを１単位として、データが読み出される。アドレスカウンタの更新時間は、座標単位で変更することができる。ブランキングイネーブルデータは、１次電子線のブランキングを座標単位で制御する。また、取込みイネーブルデータは、信号処理装置内に含まれる画像メモリへの書込みを制御する。
　画像メモリは、例えば１０２４×１０２４の画素で、深さ方向に２５６段階の階調を記憶することが可能なメモリである。ＳＥＭ制御装置から出力される信号に基づいて、各アドレス（画素）に対する信号の書き込みを実施する。画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号を、ビームの照射位置に同期させることによって、ビームの照射位置と書き込み座標を一致させる。アドレスに対応して読み出された信号は、Ｄ－Ａ変換器でデジタルからアナログに変換され、像表示装置の輝度変調入力となる。制御装置１２０では、複数回の走査に基づいて得られた画像データを積算する積算処理が行われる。積算処理は例えば画素毎に複数のフレームによって得られる信号を加算平均することによって行う。
　制御装置１２０は、座標メモリ２００に入力された情報に基づいて、下記のような制御を実行する。
　本実施例は、例えば走査型電子顕微鏡といった荷電粒子線装置において、Ｓ/Ｎ比のよい観察画像を得るための１次電子ビームの走査領域を、観察画像の取得過程で視野範囲内の測長や観察に必要な所望のパターンのみに限定していき、視野範囲内における所望のパターン以外の領域の１次電子ビームの照射量を抑制し、パターンのシュリンクを抑えることを特徴とする。
　そのため、観察画像を取得する際に、その過程の画像内から所望パターンと同等の信号量を持つ領域を抽出し、その領域或いは領域の周辺近傍のみを以降の走査対象の領域とすることで、スキャン領域を制限する。これを繰り返しながら、所望パターンの観察画像を取得することを特徴とする。
　上述のような構成によれば、観察画像を取得する際に、その過程の画像内から所望パターンと同等の信号量を持つ領域を抽出し、その領域或いは領域の周辺近傍のみを以降の走査対象の領域とすることにより、スキャン領域を制限する。また、前記スキャン領域の制限を、観察画像の取得が完了するまで繰り返すことにより、継続的に１次電子ビームの照射量を抑制しながら、Ｓ/Ｎ比のよい視野範囲内の所望のパターンの観察画像を取得できる。
　図３は、積算画像の形成工程を示すフローチャートである。後述する処理は、例えば制御装置１２０内に内蔵された記憶媒体に記憶された動作レシピに従って実行される。
　まず、試料台１０８上に試料１０９を搬入する（ステップ３０２）。試料室１０７は高真空が維持されているため、図示しない予備排気室によって、試料が存在する雰囲気を真空状態とした後、試料を試料室に導入する。次に、試料１０９のビーム照射位置に、電子源１０１から放出される電子ビーム１０３が照射されるように、試料台１０８を駆動する（ステップ３０３）。次に、動作レシピに記憶された装置条件に基づいて、積算枚数であるフレーム数ｎや走査領域の制限方式などの条件を設定する。
　制御装置１２０は、設定された装置条件に基づいたビーム走査を行うよう走査偏向器１０５を制御すると共に、走査によって得られた検出信号に基づく信号を、図２に例示した座標メモリに記憶されたイネーブルデータに基づいて、フレームメモリに書き込む（ステップ３０４、ステップ３０５）。例えばこの段階では全てのアドレスのイネーブルデータは、メモリへの書き込みを許容する設定となっている。このように書き込まれたデータに基づいて形成される画像について、後述するような分析を実行する。
　ステップ３０７では、ｍ（１≦ｍ＜ｎ）フレームまで蓄積された情報を用いて走査領域の制限をする。ここでフレーム数ｎは、所望の測定に要するＳＮを得るに足るように設定されるものであり、走査電子顕微鏡の動作レシピの設定項目として設定し、当該設定条件に基づいて、制御装置１２０は、フレーム数分のビーム走査を実行する。本処理の詳細については後述する。ステップ３０８、３０９では、走査領域が制限された状態でビーム走査を実行し、選択された領域のビーム走査と、選択されたアドレスへのデータの書き込みを実行することによって、画像を形成する。この処理は、一定フレームの間隔Δｆ(１≦Δｆ＜ｎ)で実施し、このフレームの間隔は、操作者が指定することもできる。
　以上のようにして形成された画像データは、所定の記憶媒体に記憶され、パターンの測定や検査に供される。画像取得後は、試料室１０７から試料を搬出し、当該試料に対する測定、検査を終了する（ステップ３１０）。
　図４は、図３のステップ３０７で行われる走査領域制限処理の具体的な工程を示すフローチャートである。まず、所定フレーム数（ｍ）の走査によって得られた画像データを取得する（ステップ４０２）。次に、各ピクセルの信号データを取得し、信号量が所定の条件を満たすか否かの判定を行う（ステップ４０３～４０５）。本例の場合、信号量が所定値以上あるか否かを判定する。例えば、ｍフレームまでに蓄積された信号量の情報から、ピクセル(Ｘ，Ｙ)の信号量の情報を取り出し、ピクセル(Ｘ，Ｙ)の信号量が、指定していた信号量の閾値ｓｔを超えている場合は、当該ピクセルを後のフレームの走査個所として設定する。より具体的には、ピクセル（Ｘ，Ｙ）の信号量が閾値ｓｔを超えている場合には、図２に例示した座標メモリの対応するアドレスについて、時間、動作パラメータ、及びイネーブルを設定する。ピクセル（Ｘ，Ｙ）は、ビーム照射を行い、信号を取得する画素であるため、適正な照射時間、ブランキングオフ、及び書き込み処理を行うよう座標メモリを設定する。
　一方、所定の条件を満たさなかったピクセルにはビームを照射しないため、ブランキングオン、及び書き込み処理を行わない設定となるよう、座標メモリを更新する。
　なお、信号量の閾値ｓｔは、信号量の値、例えば輝度値を設定する方法や、画像全体での信号量の上位何パーセントと言った割合での指定が可能である。本値は所望のパターンのテンプレート画像から自動で算出する方法や、ユーザが閾値を数値で指定することもできる。
　以上の処理を行うことによって、ピクセル(Ｘ，Ｙ)を次フレーム以降の走査対象とする。図３に示すとおり、観察画像の取得において、フレーム毎にステップ３０６、３０７を繰り返すことで、視野領域内の走査中に、ノイズ等で信号量が上がってしまった部分が、スキャン領域から除外されていくことでよりＳ／Ｎの高い像を取得することができる。
　また、積算フレーム数は、電子顕微鏡の操作者が要求する画像の画質によって決められるものである。フレーム数が多い程、信号量が増大する一方、過剰なビーム照射は、試料帯電等を誘発する。よって、測定等の要求精度を満たすと共に、不要なビーム照射を行わないように適正なフレーム数を設定する必要がある。本実施例によれば、信号量が多い個所は所定のフレーム数での走査が可能となるため、エッジ部分等、パターンの寸法測定の際に測定基準となる部位の信号量は要求仕様を満たすことができ、測定等に直接必要のないエッジ以外の部分等の照射量のみ抑制することが可能となるため、要求仕様に沿った高精度測定と、ビーム走査によって発生する帯電やシュリンクの抑制の両立が可能となる。
　図７は、操作者が、視野範囲内の走査制限に関する設定を行う際に使用するＧＵＩの一実施例である。ＧＵＩ７００は、制御装置１２０内の画像処理装置にインストールされており、起動命令に従って、図示しない表示装置にＯＳＤ表示される。本実施例では、ＧＵＩ７００は、画像表示領域７１０と、走査領域制限部７２０、信号量取得部７４０、スキャンボタン７５０から構成される。
　画像表示領域７１０は、予め取得した所望のパターンのテンプレート画像や、視野範囲内を走査した際に取得した画像が表示される。操作者は、画像処理装置の入力装置を用いて、画像表示領域７１０内に表示される、信号量取得カーソル７１１のリサイズ及び移動ができるようになっている。
　走査領域制限部７２０は、走査領域を制限するスキャンを実行する際の設定値を入力する機能を持っている。ＳｃａｎＦｒａｍｅ設定テキストボックス７２１には、スキャン実行のフレーム数ｎを設定できるようになっている。制限開始Ｆｒａｍｅ設定テキストボックス７２２は、走査領域の制限を開始するフレーム数ｍを設定できるようになっている。Ｆｒａｍｅ間隔設定テキストボックス７２３は、図３のステップ３０６、３０７の処理を実行する間隔のフレーム数Δｆを設定できるようになっている。信号量の閾値設定エリア７２４では、信号量の閾値ｓｔが設定できるようになっている。信号量設定切換えラジオボタン７２５では、信号量の閾値ｓｔを信号量で設定するか、画像表示領域７１０に表示している画像全体の信号量の上位何パーセントのような割合で設定するのかを選択することができるようになっている。また、走査領域決定のアルゴリズム設定部７２８では、次フレーム以降の走査領域をどのように決定するかを設定できるようになっている。
　信号量取得量設定部７４０は、画像表示領域７１０に表示されている画像から、指定した領域の信号量を取得し、表示する機能を持っている。カーソル表示／非表示ボタン７４１では、画像表示領域７１０内の信号量取得カーソル７１１を表示／非表示の制御ができるようになっている。信号量表示形式切換えラジオボタン７４３は、取得した信号量の情報の表示形式を、信号量で表示するか、画像表示領域７１０に表示している画像全体の信号量の上位何パーセントのような割合で表示するのかを選択することができるようになっている。信号量読込みボタン７４２は、画像表示領域７１０内の信号量取得カーソル７１１に囲まれた領域の信号量の読込みを実行できるようになっており、読込んだ信号量は、信号量表示形式切換えラジオボタン７４３で選択された内容に合わせて、最小値を最小信号量テキストボックス７４４に、最大値を最大信号量テキストボックス７４５に表示する。
　スキャンボタン７５０は、走査領域制限部７２０に設定した内容を基に、視野領域内の走査の実行ができるようになっている。
　この実施例は、実施例１における図４のステップ４０６の処理に対して、ｍフレームとｍ＋Δｆフレーム間でドリフトが発生した場合にも、観察対象を次フレーム以降の走査対象にするものである。ピクセル(Ｘ，Ｙ)のｍフレーム以降の走査領域をのみとした場合、ｍフレームとｍ＋Δｆフレーム間で何らかの原因でドリフトが発生し、観察対象の位置がオフセットしてしまった場合に、ｍ＋Δｆフレームでの走査時には、パターンが走査領域外になってしまう可能性がある。これに対して、ステップ４０６で走査対象に指定するピクセルを図５に示すように、ピクセル(Ｘ，Ｙ)と周囲８近傍のピクセル｛(Ｘ－１，Ｙ－１) (Ｘ－１，Ｙ) (Ｘ－１，Ｙ＋１) (Ｘ，Ｙ－１) (Ｘ，Ｙ＋１) (Ｘ＋１，Ｙ－１) (Ｘ＋１，Ｙ) (Ｘ＋１，Ｙ＋１)｝を走査対象として設定することで対応することができる。また、走査対象にするピクセルは、ピクセル(Ｘ，Ｙ)と４近傍｛（Ｘ－１、Ｙ）（Ｘ、Ｙ－１）（Ｘ，Ｙ＋１）（Ｘ＋１,Ｙ）｝などを用いても良くこの限りではない。
　図７のＧＵＩにおいては、このような走査領域を決定するアルゴリズムを設定するための項目として、走査領域アルゴリズムラジオボタン７２９を備えており、閾値内のピクセルのみ、閾値内のピクセル＋４近傍、閾値内のピクセル＋８近傍、その他から選択することができるようになっている。
　加えて、走査領域の制限処理の時間を短縮する場合には、図６に示すように、走査方向のみの近傍を取得し、信号量の閾値ｓｔを越えている前後のみを走査領域に設定する方法もある。また、図６においても、例えば、前後の１ピクセルを含むことで、ドリフトに対応することができる。本方式は、走査方向と直交となるパターンの場合には特に有効である。図７のＧＵＩにおいては、走査領域アルゴリズムラジオボタン７２９の選択項目として、「その他」を選択した場合には、走査領域の決定方法をユーザが作成した任意のアルゴリズムや基準で実行することができるようになっている。任意のアルゴリズムを読込む際には、アルゴリズム読込みボタン７３０を利用して読込めるようになっている。
　この実施例は、実施例１、２の図４のステップ４０５の処理に対して、観察したいパターンが必ずしも信号量の多いものとは限らないという課題に対して、走査領域を決定する信号量を閾値ｓｔではなく、信号量の範囲（ｓｒｍｉｎ，ｓｒｍａｘ）として持つことで課題を解決するものである。ステップ４０５の処理において、予め指定していた信号量の範囲（ｓｒｍｉｎ，ｓｒｍａｘ）内であるかを判定し、範囲内の場合にのみステップ４０６の処理を実施するものである。例えば、生成した画像に対して、後工程でブライトネス・コントラスト調整といった画像処理などを実施する場合に、信号量の大きい部分に合わせて調整してしまうことが無いため、本方式が効果的である。図７のＧＵＩにおいては、信号量の閾値設定エリア７２４の中で、信号量の範囲を設定する場合に、信号量の閾値Ｍｉｎｉｍｕｍ設定テキストボックス７２６に最小値を、信号量の閾値Ｍａｘｉｍｕｍ設定テキストボックス７２７に最大値をそれぞれ設定することができるようになっている。
　この実施例は、ｎフレーム目の走査領域の情報を輪郭線情報または、輪郭線情報を出力するための情報として利用するものである。ｎフレーム目の走査領域は、予め指定していた閾値に近い領域のみとなる。例えば、予め指定していた閾値が信号量の多い値の場合、スキャン領域は所望パターンの輪郭線情報に近くなる。この情報を図３のステップ３０９の観察画像の取得と合わせて出力する。
　以上、上述の実施例は、荷電粒子線装置に係り、試料の測長や構造の観察に適用される走査型電子顕微鏡を例にその実施の形態について具体的に説明したが、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　以下に説明する実施例は、荷電粒子線装置に係り、特に試料に照射する高ドーズのビームの走査パラメータを低ドーズのビーム走査により得られた試料情報から決定する荷電粒子線装置に関する。
　半導体デバイスの寸法管理には、走査電子顕微鏡の一つであり、高い空間分解能を有するＣＤ－ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が広く使用されている。測定、検査対象であるパターンは、更なる微細化が進んでおり、ウエハ一枚当たりの測定、検査数は増大する一方である。それゆえ、ＣＤ－ＳＥＭのスループットの向上が求められている。ＣＤ-ＳＥＭでパターンの測定、検査を行う場合、対象パターンを含む周辺の領域について、ＸＹ方向（例えば、Ｘ方向は左から右へ、Ｙ方向は上から下へ）に走査し、ＳＥＭ像を取得している。
　しかしながら、この走査方法では対象パターン以外の余分な領域を走査していることになる。即ち、スループットの更なる向上や、ウエハの帯電やパターンのシュリンク等を抑制するためには、余分な領域の走査をなくし、必要な個所を選択的に走査することが考えられる。但し、試料帯電やパターンの変形等によって、選択的に走査すべき個所に、正確にビームの走査位置を設定できなくなる場合がある。
　なお、試料帯電を抑制するには高速走査が有効である。しかしながら、シンチレータの発光強度、時間が十分でないと、検出信号は不足する。また、帯電によってドリフトが発生する場合、得られた画像からパターン認識にて、エッジを抽出し、走査領域がずれた分を補正することが考えられるが、仮に何百枚と重ね合わせるとなると膨大な計算システムが必要になる。
　本実施例では、上述のような電子ビームを照射したときの帯電現象や、試料上に形成されたパターンの変形等の可能性に鑑み、ビームの照射量を抑制しつつ、適正な位置にビーム走査領域を設定する荷電粒子線装置について説明する。特に、試料の状態に応じた走査領域と走査速度の設定を行う荷電粒子線装置について説明する。
　以下に、スループット向上と試料ダメージ、試料帯電の観点から走査領域と走査速度などの走査パラメータを決定できる走査電子顕微鏡について説明する。
　本実施例では主に、高速走査に適した静電型の走査偏向器を備え、走査速度を可変制御できる走査電子顕微鏡において、測定、検査したい箇所を決定するために、はじめに、高速に走査、すなわち単位面積当たりのドーズ量を小さくして走査し、第一の画像を取得する、次に、第一の画像より、測定、検査対象のパターン認識を行い、走査領域と速度などの走査パラメータを自動で決定する。その後、第一の画像取得時よりも低速に走査、すなわち単位面積当たりのドーズ量を大きくして、求めた走査領域を走査して、測定、検査を行う走査電子顕微鏡について説明する。
　より具体的には、測定、検査のためにビームが走査される領域（第１の領域）より広い領域である第２の領域に、第１の領域を走査するための第１の荷電粒子ビームよりドーズ量の小さい第２のビームを走査することによって得られる信号から、第１の領域を特定し、当該第１の領域の特定に基づいて、第１の荷電粒子ビームの走査を実行する荷電粒子線装置を説明する。
　上記構成によれば、スループット向上と試料ダメージ低減、試料帯電を最適化した測定、検査が実現できる。
　以下に、図１に例示するような走査電子顕微鏡を用いて、ウエハ面内に形成された同一レイアウトのパターンのうち、一つを使用して、測定、検査対象パターンの最適な走査領域、走査速度を決定する工程を、図８のフローチャートを用いて説明する。
　まず、半導体デバイスの設計データ等を用いて、第１の画像の走査領域を決定する（ステップ８０１）。第１の画像の走査領域は、測定対象パターンを含むように設定する。制御装置１２０は、外部の記憶媒体等に記憶された設計データにアクセス可能に構成されており、設計データをパターンのレイアウトデータに変換すると共に、設定された走査領域に相当するウエハの座標位置に、走査電子顕微鏡のビームが照射されるように、試料台１０８を駆動する。
　制御装置１２０は、第１の画像を取得するウエハ位置に電子ビームの走査領域が位置づけられた後、第１の画像を取得するためのビーム走査を実行する（ステップ８０２）。この際、後述する測定や検査のためのビーム走査の走査速度に比較して、ステップ８０１で決定した走査範囲を高速（速度ａ）走査する。このように、単位面積当たりのドーズを小さくして全面走査し、測定、検査対象のパターン情報を含んだ第一の画像を取得する。なお、走査速度を高速化する以外にも、ビームの通過を制限する複数の大きさの開口を持つアパーチャを用意しておき、開口の大きさを小さくすることによって、ドーズ量を制限することも考えられるが、ビームの照射条件が変わってしまうため、高速測定、検査を可能とするためには、ビーム自体の照射条件は変えない、走査の高速化によるドーズ制御を行うことが望ましい。
　ステップ８０３では、第１の画像内に存在するパターン認識処理を実行する。この処理は例えば、図９に例示するように、第１の画像からプロファイル波形を抽出し、輝度値が所定の閾値以上の位置（エッジ部）、或いは所定の閾値以上の位置に挟まれた領域の位置（エッジに挟まれたパターン領域）を認識する。具体的には、Ｙライン毎にＸ方向（Ｘピクセル）のコントラスト値（輝度値）を算出する。例えば図９（ｃ）に例示するようなＡ、Ｂのようなプロファイル波形を取得し、Ｘ方向のコントラスト値が最大となるピクセル位置をエッジ部と決定する。なお、コントラスト値には閾値を設け、その値以上をパターン位置と認識する。これは、パターンがない場所についてはランダムノイズにより、図９（ｃ）のＢのコントラストに示したように多少のコントラスト値の差が発生するため、最大値をエッジと誤検出しないようにさせるためである。
　ステップ８０４では、パターンのエッジの幅を求める。図９（ｄ）に示すようにステップ８０３で求めたコントラスト値について、最大値から左方向の隣会うＸピクセルのコントラストの差分を算出する。その変化量が予め設定された閾値以下になったピクセル位置がパターン以外のバックグランド部と判定する。同様に最大値から右方向も実施しバックグランド部のピクセル位置を算出し、エッジの幅を決定する。これにより、第一の走査領域を決定する。
　ステップ８０５では、図９（ｄ）に示すようにＳ４で求めた第一の走査領域について、走査領域内にエッジが確実に含まれるように、第二の走査領域を設定する。ステップ８０３で求めたエッジ位置は低ドーズの電子ビームにて取得した画像から決定した位置であるため、エッジ部の詳細位置が真の位置と異なる可能性がある。そのため、エッジの情報を十分に得られないことを回避するため、必要に応じて、一定の値を走査領域の前後に足して、走査領域を拡大させ、第二走査範囲としてもよい。
　ステップ８０６では、ステップ８０４、ステップ８０５で求めた走査領域の位置を最短で走査できるように走査順番を決定する。ビームの移動距離を最短にするのであれば、複数の走査領域の距離の加算値が最も小さくなるように、走査順序を決定する。一方、例えば隣接する走査領域へのビーム照射によって試料に付着する帯電によるビームへの影響を考慮するのであれば、第１の走査領域を走査した後、当該第１の走査領域とは離間した第３の走査領域の走査を行い、その後、第３の走査領域に比べて、第１の走査領域に近い第２の走査領域の走査を実行するようにしても良い。このような走査順序によれば、第３の走査領域への走査を行っている間、第１の走査領域に付着した帯電がある程度、緩和するので、第２の走査領域の走査の際に、第１の走査領域に付着した帯電によるビームへの影響を抑制することが可能となる。
　ステップ８０７では、走査速度と同一箇所の走査回数、すなわち画像の重ね合わせの回数を決定する。測定、検査に使用する第二の画像は、第一の画像取得より高ドーズで取得するため、第一の走査速度（速度ａ）より、遅い速度で走査させる。このとき、試料の状態によって最適な走査速度にする必要がある。走査速度は次のように求める。数段階の異なる速度（例えば、速度ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、但し、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅなど）と数段階の走査回数（例えば、１回、４回、８回など）の図１０に示すようなマトリクスにて第二の画像を取得し、Ｓ／Ｎを評価する。
　予め設定したＳ／Ｎ以上でかつ走査速度と走査回数から最もスループットが速い条件を走査パラメータとして決定する。また、図９のように第一の画像において対象パターンが複数ある場合で、対象パターン毎に予め設定したＳ／Ｎ以上となる走査パラメータが異なる場合は、対象パターン毎に走査パラメータを設定する。
　以上のような決定法によれば、測定の高速化と高精度化を両立した測定条件の設定を行うことが可能となる。制御装置１２０の記憶媒体に、上述のような走査電子顕微鏡の装置条件を自動的に決定するために、例えば異なる位置に配置されパターンに対し、走査回数と走査速度の異なる組み合わせのビームを走査し、Ｓ／Ｎや鮮鋭度等の画質評価値を求め、当該画質評価値が所定の条件を満たす（例えば画質評価値が最も良いもの）走査回数と走査速度の組み合わせを装置条件として設定するための動作プログラムを記憶しておくようにしても良い。
　また、図１１のように静電型偏向器が線形偏向となるように立ち上がり時間を考慮して、走査速度に応じて偏向走査の開始位置をステップ８０４またはステップ８０５で求めた位置よりも前にする。また、走査領域を移動する必要がある場合はビームブランカによりブランキングを行う。このとき、ブランキングの応答遅れを考慮して、ステップ８０４またはステップ８０５の走査範囲から走査できるようにブランキングのタイミングを決定する。
　なお、図１２の例１では対象パターンの両側のエッジを含んだ領域を走査範囲としたが、図１２の例２のようにパターン幅が広く、偏向器の立ち上がりを考慮しても十分に線形領域で走査できる場合は、片側のエッジを走査した後、ブランキングをした状態で反対側のエッジに移動し、走査できるように走査範囲を決定する。
　以上により、走査範囲、および走査速度、順番等の走査パラメータが決定される。決定された走査パラメータを走査制御装置にて制御してウエハ面内の同一パターンのＳＥＭ像を取得すれば、スループットを維持し、かつＳ／Ｎがよい測定、検査が可能となる。
　測定、検査したいパターンの周囲の情報も取得したい場合は、Ｓ４またはＳ５により求めた走査範囲をＳ７で求めた走査条件で走査し、それ以外は第一の画像を得たときの速度a、もしくは速度aとＳ７で求めた速度の間の速度にて走査し、ＳＥＭ像を得る。このとき、図１２のように走査速度ａからＳ７で求めた速度に瞬時に変化することは応答性の観点からできないため、段階的に走査速度を変化させる。この速度変化量は、速度変化前後の値により決定される。
　以下に説明する実施例は、電子顕微鏡及び電子ビーム照射方法、及びそのためのコンピュータプログラムに係り、特に、パターン検出用走査(以後、粗走査)を実施してから、その結果に基づいて撮像用走査を実施するビーム照射方法、電子顕微鏡、及びコンピュータプログラムに関する。
　半導体デバイスの多様化に伴って、２次元や３次元パターンの観察・計測ニーズが高くなっており、それらのデバイスに於いて、観察視野内にパターンエッジの向きが多方向になっていることが多い。ビーム走査は、電子ビームを一方向に走査し、その垂直方向に試料を移動する方法と電子ビームを移動する手法がある。この方法では、特に帯電する試料に於いて、２次元的に配置され様々な方向を向くパターンエッジのすべてを同程度の精度で撮像することは困難である。
　そこで、本実施例では、パターン配置情報に基づいて最適な走査を決定し、撮像を実施する方法、及びそれを実現する荷電粒子線装置を提案する。電子ビーム照射によって試料上に形成されたパターンが破損、或いはシュリンクしてしまう場合がある。ダメージを低減するために照射電流とフレーム積算数の低減を考えられるが、その場合は画像ＳＮが低下し、測長精度が低下する。また、ビーム照射エネルギーを低くすると、ダメージが減少するが、分解能が劣化し計測精度が低下する問題が起きる。そこで、本実施例では、計測対象のパターンがある部分のみを選択的にビーム照射することで、試料への総照射ドーズを低減し、ダメージを低減する方法を提案する。
　電子ビームを偏向するために固定の三角波形信号を用いて、一様な速度で、正方形又は長方形の領域を走査する走査法に対して、本実施例では、固定の走査波形を用いずに、観察・計測対象パターンの情報に基づいて走査波形を作成し、ビーム照射を行う方法を提案する。以後、走査を定義する情報を走査データと記す。本実施例では、走査データが検出対象のパターンの関数になり、走査データＦｓ＝Ｆｓ（検出パターン）で定義することができる。測定対象パターンの確認から実際の走査に基づく画像形成の流れは、パターン情報取得→走査データＦｓ作成→走査実施と画像取得となる。
　以上の走査法によって帯電の影響を少なくし、観察・計測精度向上をできる。また、ビーム照射によるダメージが高いデバイスにおいては、ビーム走査領域の最適化によって、シュリンク低減と計測精度を向上できる。さらに、パターンによって走査を最適化することで、必要以上のビーム走査をなくし、画像取得時間を短縮することで、インラインＳＥＭに必要とされる高スループット(高速)化も実現できる。
　制御装置１２０には、図１４に示すように、観察対象のパターン情報１４０１（χ）より走査条件を決定する仕組みとして、走査条件変換関数作成部１４０２（パターン情報（χ）から関数Ｆｓ（χ）を演算する部分）と、走査データ作成部１４０３が内蔵されている。走査データ作成部１４０３の出力は、適切な変換（ＤＡ変換、増幅等）が施された後、制御系１４０４によるビーム偏向系１４０５（例えば走査偏向器１０５）を用いた走査のための信号となる。
　パターン情報（χ）を得るために、走査型電子顕微鏡におけるビーム走査を２段階に分けて行う。１段目を粗走査とし、２段目を撮像用走査とする。粗走査では、低ドーズで画像を取得し、パターンの配置(エッジの向き)と大きさ情報（χ）を得る。低ドーズは高速走査、プローブ電流変化、又は両方の組み合わせで実現する。但し、上述したように、プローブ電流を変化させると、ビームの光学条件も変化させてしまい、粗走査から撮像用走査への移行に時間がかかってしまう可能性があるため、走査速度の切り替えによって低ドーズ、高ドーズのビーム切り替えを行うことが望ましい。
　次に、パターンの向きと大きさ情報χに基づき、走査データ（Ｆｓ（χ））を作成する。走査データを偏向系に入力し、撮像用走査を実施する。
　パターン情報χとして、パターンデータ（テンプレート）を使用し粗走査を省くこともできる。その場合、制御部にテンプレートχとそれに対する走査データＦ(χ)を予め記録する。特に、レシピで観察・計測を実施する際に、アラインメントとアドレシングによって観察パターンの位置を特定し、テンプレートに基づいた撮像走査を実施する。
　粗走査と撮像走査の画像を所望の信号電子で作成できる。例えば、粗走査を低エネルギーの２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）で作成し、撮像用走査を反射電子（Ｂａｃｋ－Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ）で生成することができる。撮像走査によって取得したＢＳＥ画像に、粗走査のＳＥ画像をある割合で足すことで、例えばエッジを強調できる。一般的に、図１５に示すように、粗走査情報χ１５０１に基づいて撮像走査を実施し、得た画像にχをある割合で加算して最終画像１５０５を生成することを考えられる。以下に、パターン情報χの検出と走査データＦｓ（χ）を作成する例を示す。
　図１６に示すように、パターンが縦ライン（パターンエッジ１６０１の長手方向がＹ方向のパターン）である場合、撮像用走査の方向をエッジ方向（ｙ）と垂直方向、即ちこの場合は横方向（ｘ方向の走査線１６０２）とする。撮像走査としては、＋ｘ方向走査、－ｘ方向走査、又は、＋ｘと－ｘ方向走査を交合に行う走査データが考えられる。また、＋と－方向の交合走査は、フレーム毎に方向を逆にする走査とｙ方向のライン毎に方向を逆にする走査がある。走査を±ｘの２方向の組み合わせで実施する目的は、左右のエッジの非対称性をなくすることである。
　粗走査は低ドーズで行うためにＳＮの低い画像になるが、その画像からエッジを正確に特定するために、画像を圧縮する方法やノイズ除去する画像処理を併用して実施する。なお、上述したように、粗走査画像を取得した結果、粗走査用のビームの走査線方向と、撮像走査用の走査線方向が同じと判断されたとき（粗走査から撮像捜査へ移行する際に、走査線方向の変更が必要ないとき）は、粗走査の際の信号も撮像画像の積算データの一部として取り込むようにしても良い。また、走査線方向を変えるときであっても、走査方向の回転前後で重畳する領域の画素の信号であって、必要な部分の画素信号を選択的に積算するようにしても良い。
　上述のような構成によれば、適正な走査方向の設定を、ビーム照射量を抑制しつつ実現することが可能となる。
　図１７に示すように、粗走査で横（ｘ方向）パターン（パターンエッジ１７０１の長手方向がＸ方向であるパターン）が特定された場合は、縦（ｙ）方向の走査線１７０２を用いた走査を実施する。また、縦パターン同様、パターンの上下エッジの対称性を向上するように、撮像用走査の向きを±方向に交合に実施する。
　図１８に示すように、視野内に２方向のエッジが検出された場合は、撮像用走査はそれぞれのエッジに垂直な方向に、交合に実施する。図１８の例では、パターンＡのエッジ１８０１が４５°、パターンＢのエッジ１８０２は０°方向になっている。この場合は、パターンＡのエッジ１８０１を明確にするように－４５°方向の走査線１８０３を用いた走査、パターンＢのエッジ１８０２を明確にするために－９０°方向の走査線１８０４を用いた走査を実施する。さらに、それぞれのパターンの両エッジの対称性を向上するように、上の２方向に往復走査を実施する。
　図１９に示すようなホールパターンのエッジ１９０１は、０°～３６０°の全ての方向にエッジを有している。このような場合、撮像走査方向を９０°／ｎ間隔に実施する。但し、ｎ＝１，２，３・・・の整数である。図１９では、ｎ＝１で０°と９０°方向の走査（２方向の走査線１９０２を用いた走査）を交合に実施する。ｎ＝２の場合は、０°、４５°、９０°方向に撮像走査を実施する。なお、互いに逆向きのエッジがある方向に於いて、帯電等の原因でその２つのエッジが非対称になる場合は、その方向に往復走査を実施する。
　また、図２０に例示するように、ホールパターン２００１に対し、粗走査を行い、特定されたエッジ（２００２、２００３）について、高ドーズのビームを用いた走査を選択的に行うようにしても良い。測定対象となるエッジの方向が特定できている場合、測定対象エッジに対し、垂直な方向に走査線が形成されるようなビーム走査による粗走査を行うことによって、測定対象となる位置を正確に特定することが可能となる。
　図２１に示すように、粗走査で、視野内に２個のパターンが検出された場合、パターンがある領域のみを、パターンエッジと垂直方向に走査する。パターンＡ２１０１を含む領域を、Ｘ方向の走査線Ａ２１０３で走査し、パターンＢ２１０２を含む領域を、Ｙ方向の走査線Ｂ２１０４で走査する。走査領域を測定対象となるパターン部位に限定することで、帯電低減と資料へのダメージを減らすことができる。また、走査領域が狭くなるため、撮像時間も短縮し、高スループット化をできる。
　また、図２２に例示するようにパターンが一つしかない場合、そのパターンエッジの垂直方向に、パターンがある領域のみを走査して撮像する。
　同じパターンが周期的に配置されている場合、これら複数のパターン部分を選択的に走査すべく、周期パターンのテンプレートを用意し、テンプレートマッチングによって特定された位置を選択的に走査することによって、ドーズ量を抑制しつつ、必要な情報を取得することができる。テンプレートマッチングは制御装置１２０に内蔵された画像処理装置にて実行され、テンプレートは制御装置１２０内の所定の記憶媒体に記憶しておく。
　本例の場合、パターン面積のｎ（ｎ＝実数）倍のテンプレートを作成しておき、テンプレートと重畳する領域にビームが走査されるように走査偏向器１０５を制御する。
　図２３に例示するように、横幅ｘ、縦幅ｙのパターンに対して、走査幅を横にＫ１ｘ、縦にＫ２ｙとするように予めテンプレート２３０１を作成しておく。図２３（ｂ）のような粗画像の場合、周期パターンが５個あるため、テンプレートマッチングによって、粗画像から５つの撮像用走査領域２３０２を特定することができる。特定された領域（テンプレートと重なる粗画像領域）に対して、選択的にビーム走査を行うことによって、不要な走査を抑制しつつ、測定対象パターンが含まれる領域について、Ｓ／Ｎの高い画像を用いた測定を行うことが可能となる。なお、パターン２３０３は、縦方向と横方向にエッジからなるパターンであるため、それぞれの走査領域にて、縦方向の走査（横方向のエッジを顕在化するための走査）と。横方向の走査（縦方向のエッジを顕在化するための走査）を交互に行うようすることによって、パターン２３０３の形状を正確に評価することが可能となる。
　２次元パターンの場合、帯電の影響で粗走査方向に平行なエッジが検出されない可能性がある。これを避けるために、粗走査を低ドーズで互いに垂直な２方向に実施する。図２０に例示するように、ホールパターン２００１をｘとｙ方向に粗走査した場合、ｘ走査で図２０（ｂ）のエッジ２００２のような縦方向が横方向に対して相対的に強調されたエッジが検出され、ｙ走査で図２０（ｃ）のエッジ２００３のような横方向が縦方向に対して相対的に強調されたエッジが検出される。この２つの結果に基づいて、観察対象が円形であると判断できる。
　本実施例では、粗走査でパターンを検出し、撮像走査ではエッジの有無によって走査速度を変化する。エッジのない領域を高速に走査し、エッジを含めてその周辺を比較的に低速度で走査する。走査速度を遅くする目的は入射ドーズを高くしＳＮを向上することである。計測対象ではない領域を高速で走査することで撮像時間を短縮できる。また、ダメージ受けやすい試料の場合はシュリンク低減になる。
　図２４（ａ）に示すように粗走査でパターンを検出し、エッジ検出処理等に基づいて、図２４（ｂ）に示すようにパターンの領域（Ｂ）とそうではない領域（Ａ）に分割する。パターン領域として、エッジの前後に、エッジ幅のｎ％の幅を持たせる。但し、ｎ＝実数である。図２４のパターンをｘ走査で撮像する場合のｘ走査波形を図２４（ｃ）に示す。パターンのない領域で傾きをθ、パターンがある領域で傾きをαとすると、θ＞αになる。
　また、パターンの有無によって照射ドーズを変える例を図２４（ｄ）に示す。領域Ａに照射電流を低くし、パターンのある領域Ｂに照射電流を高くする。
　電子ビーム照射によってダメージを受けやすい縦（ｙ）ラインパターンを計測する際に、シュリンク低減するために、ｘ走査をｙ方向にある間隔をおいて実施する手法がある。但し、その手法では、図２５（ａ）に示すように、縦ラインパターンがｙ方向に不連続である場合、パターンがない箇所を走査する可能性がある。これを避けるために、粗走査で不連続の部分を特定し(図２５（ｂ）)、その部分を避けるように、ｙ方向の間隔を決定する(図２５（ｃ）)。
　一般的に、どんなパターンに於いても、図２６に示すように、粗走査で検出されたパターンエッジに常に垂直になるように、撮像走査データを作成する。なお、上述したように粗走査に対して、エッジ部分に選択的に走査されるビームは、粗走査に対して低速の走査を行う。
　１０１　電子源
　１０２　引出電極
　１０３　電子ビーム
　１０４　コンデンサレンズ
　１０５　走査偏向器
　１０６　対物レンズ
　１０７　試料室
　１０８　試料台
　１０９　試料
　１１０　電子
　１１１　二次電子
　１１２　変換電極
　１１３　検出器
　１２０　制御装置

Claims (11)

  1. 　荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、所定のフレーム数ｎの選択に基づいて、前記走査偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
    　前記制御装置は、前記フレーム数ｎより小さいフレーム数ｍ（ｍ≧１）分、前記荷電粒子ビームを走査することによって得られる画像の中で、所定の条件を満たす画素に相当する試料上の部位、或いは当該試料上の部位を含む領域に、前記荷電粒子ビームが選択的に走査されるように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記フレーム数ｍ以降のフレームで、前記荷電粒子ビームの選択的走査を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記複数のフレーム数ｎの信号を積算して画像信号を生成することを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記フレーム数ｍの走査によって得られた画像の中で、信号量が所定値以上の画素に相当する試料上の部位、或いは当該試料上の部位を含む領域に、前記荷電粒子ビームが選択的に走査されるように、前記走査偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、前記荷電粒子ビームの照射条件を少なくとも２つに調整する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
    　前記制御装置は、試料上の第１の領域に第１の荷電粒子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの測定、或いは検査を実行するものであって、前記制御装置は、前記第１の領域を含む第２の領域に対して、前記第１の荷電粒子ビームに対してドーズ量が小さい第２の荷電粒子ビームを走査すると共に、当該第２の荷電粒子ビームの走査によって得られる信号に基づいて、前記第１の領域を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記第２の荷電粒子ビームは、前記第１の荷電粒子ビームと比較して、走査速度が速いことを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項５において、
    　前記制御装置は、前記第２の荷電粒子ビームを走査することによって得られる信号から、信号量が所定値以上の試料上の部位、パターンのエッジ部、或いはパターンの位置を特定し、当該特定した領域を含むように、前記第１の荷電粒子ビームを走査することを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項５において、
    　前記制御装置は、走査速度と走査回数の異なる組み合わせの荷電粒子ビームの走査によって得られる画像の画質を評価し、当該評価結果が所定の条件を満たす走査回数と走査速度の組み合わせを、前記第１の荷電粒子ビームのビーム条件として設定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、前記荷電粒子ビームの照射条件を少なくとも２つに調整する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
    　前記制御装置は、試料上の第１の領域に第１の荷電粒子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの測定、或いは検査を実行するものであって、前記制御装置は、前記第１の領域を含む第２の領域に対して、前記第１の荷電粒子ビームに対してドーズ量が小さい第２の荷電粒子ビームを走査すると共に、当該第２の荷電粒子ビームの走査によって得られる信号に基づいて、前記第１の荷電粒子ビームの走査方向を選択することを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　請求項９において、
    　前記第２の荷電粒子ビームは、前記第１の荷電粒子ビームと比較して、走査速度が速いことを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　請求項９において、
    　前記制御装置は、前記第２の荷電粒子ビームを走査することによって得られる信号から、パターンのエッジ部、或いはパターンの位置をし、当該特定した領域を含むように、前記第１の荷電粒子ビームを走査することを特徴とする荷電粒子線装置。
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