WO2020157860A1 - 荷電粒子線システム及び荷電粒子線撮像方法 - Google Patents

荷電粒子線システム及び荷電粒子線撮像方法 Download PDF

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WO2020157860A1
WO2020157860A1 PCT/JP2019/003175 JP2019003175W WO2020157860A1 WO 2020157860 A1 WO2020157860 A1 WO 2020157860A1 JP 2019003175 W JP2019003175 W JP 2019003175W WO 2020157860 A1 WO2020157860 A1 WO 2020157860A1
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WO
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charged particle
particle beam
stage
pattern
addressing
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PCT/JP2019/003175
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English (en)
French (fr)
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信裕 岡井
直正 鈴木
慎 榊原
敦子 新谷
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株式会社日立ハイテク
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube

Definitions

  • the present invention relates to a technique of a charged particle beam system and a charged particle beam imaging method.
  • a charged particle beam device typified by a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM (Scanning Electron Microscope)) captures an electron microscope image (hereinafter referred to as SEM image) by the following method. That is, the charged particle beam emitted from the charged particle source is accelerated and becomes a thin charged particle beam (primary electron beam) using the electrostatic lens or the magnetic field lens. Then, the primary electron beam is two-dimensionally scanned on the sample to be observed. Subsequently, secondary particles such as secondary electrons or backscattered electrons (reflected electrons) secondary generated from the sample by irradiation with the primary electron beam are detected. The detected signal intensity of the secondary particles becomes a brightness modulation input of the display device of the monitor which is scanned in synchronization with the scanning of the charged particle beam, whereby a two-dimensional scanning image is obtained.
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • a pattern defect a device pattern defect caused by a defect in the manufacturing process. It is indispensable that the user elucidates the cause of the defect and feeds the elucidated cause of the defect back to the semiconductor device manufacturing process.
  • the device pattern will be referred to as a pattern.
  • Such semiconductor devices include semiconductors for IoT (Internet Of Things), in-vehicle devices, and optical elements. Due to the increasing demand for these semiconductor devices, observation of three-dimensional structures is required. In the semiconductor device having these three-dimensional structures, the state of the side wall of the pattern and the information in the height direction are subject to process control. Therefore, there is a need for an SEM (hereinafter referred to as a tilted SEM) that can directly observe a place that cannot be observed in the top view image by tilting the stage on which the sample is placed.
  • a tilted SEM an SEM
  • the tilted SEM has a stage that can tilt the sample.
  • new information about the side wall can be obtained even by tilting the sample several degrees.
  • tilting the sample at a large angle of 10 degrees or more it becomes possible to observe the fine shape of the side wall and measure the height of the pattern, the taper angle, and the like.
  • tilting the stage on which the sample is mounted is appropriately referred to as “tilting the sample”.
  • a dangerous point (hot spot) in the pattern on the wafer that requires inspection and measurement is imaged as an inspection and measurement point.
  • Various dimensions of the pattern are measured from the SEM image obtained by such imaging, and the type of defect is determined. Then, the process variation is detected by monitoring these dimensional values and types of defects. Since such inspection measurement is automatically performed, an imaging recipe is created.
  • the imaging recipe has information such as the coordinates of the imaging point, the imaging condition, and the template image (registered image) of each imaging point.
  • the sample In the processing based on the imaging recipe with the tilted SEM, the sample is positioned without tilting, and the top view image is taken first. Then, based on the top view image, it is confirmed whether the pattern is an observation target.
  • the pattern of the observation target is appropriately referred to as the pattern of the observation target. Then, the image of the observation target pattern is captured after the sample is tilted at an arbitrary angle. In this way, the SEM image of the tilted sample is captured and the shape of the observation target pattern is evaluated.
  • tilted SEMs are equipped with a stage with a eucentric function that does not move the field of view even when the sample is tilted.
  • backlash may occur in the mechanical portion of the stage, or the stage position may not be properly adjusted to the eucentric condition during observation.
  • the pattern being observed moves in the visual field in accordance with the tilt movement.
  • the pattern to be observed may fall out of the field of view when moved to a desired tilt angle.
  • the pattern to be observed may not be displayed on the monitor, and the shape may not be evaluated.
  • the size of the observation visual field when inspecting and measuring the pattern on the semiconductor is several ⁇ m (approximately 3 ⁇ m or less), but the accuracy of the visual field escape correction by the eucentric stage is about 10 ⁇ m. Therefore, the pattern being observed often moves to the outside of the visual field when the sample is tilted. Therefore, in the tilted SEM, the most necessary technique is to suppress the escape of the visual field when the sample is tilted.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for always keeping the observation target pattern in the center of the visual field even when the sample is tilted.
  • the elemental analysis method is a step of placing a sample on a sample stage that can be tilted at an arbitrary angle and movable in an arbitrary direction, and a sample surface while holding the sample on the stage.
  • a step of aligning the center point of the analysis target region of the sample with a predetermined measurement position using the electron microscope image while moving the sample, and a predetermined sample A step of inclining to an angle; a step of correcting the positional deviation of the sample so that the center point of the area after the inclination coincides with the measurement position; and a characteristic X emitted from the analysis target area by irradiating the sample with an electron beam.
  • a step of detecting a line and analyzing an element of a substance existing in the vicinity of the surface of the region is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-242242 discloses that “the image position calculation processing device 15 successively calculates the position variation amounts ⁇ X and ⁇ Y of the pattern on the monitor 13 due to the tilt movement of the stage 11, and the image position correction device 18 determines the position. If the fluctuation amounts ⁇ X and ⁇ Y are within the beam deflection amount range, the deflection circuit 19 is controlled to correct the position of the electron beam 1. If the position fluctuation amounts ⁇ X and ⁇ Y are outside the beam deflection amount range. , The XY stage control device 23 is controlled to correct the position of the XY stage 1. The above operation is repeatedly executed during the tilt movement of the stage 11. As a result, the pattern is monitored by the monitor 13 even after the tilt movement of the stage 11 is completed.
  • the charged particle beam apparatus is disclosed which is located in the predetermined area above and does not require re-positioning after the stage is stopped to improve the efficiency of observation work.
  • the imaging recipe in the CD-SEM that does not tilt the sample and the defect review SEM is the name of the setting file for performing the inspection measurement based on the SEM image fully automatically.
  • the basic processing in imaging is performed in the following procedure.
  • A3 The beam is moved to the pattern to be observed and a high-magnification SEM image is captured (magnification is about 70,000 to 200,000 times). Then, the processes of (A2) and (A3) are repeated for each observation target pattern in the chip formed on the wafer.
  • the sample is tilted after a high-magnification top-view SEM image is taken under the condition that the sample (wafer) is not tilted and the observation target pattern is confirmed. Then, the tilted SEM image is captured again at a high magnification.
  • the tilted SEM image is an SEM image captured while the sample is tilted by tilting the sample. Therefore, in the imaging with the tilted SEM, it is essential that the observation target pattern is held in the visual field before and after the tilt of the sample.
  • FIGS. 19A to 19C are SEM images of a butt pattern of lines formed of a resist on a wafer, which is one of the patterns to be observed by the tilted SEM.
  • a line matching pattern is referred to as a line pattern 502 as appropriate.
  • 19A to 19C similar elements are designated by the same reference numerals.
  • the distance between the line patterns 502 is important, and it is essential that the line patterns 502 are not short-circuited.
  • the line pattern 502 is not sufficiently resolved, a short circuit occurs between the line patterns 502 due to exposure during the production of the line pattern 502 and insufficient development process.
  • FIG. 19A is an SEM image (top view SEM image) obtained under the condition that the sample is not tilted. That is, FIG. 19A is an SEM image of the sample at a tilt angle of 0°.
  • the line pattern 502 and the base 503 are observed in the observation visual field 501, and the two line patterns 502 appear to be sufficiently separated.
  • FIG. 19B shows an example of the SEM image when the upper side of the paper is inclined several degrees to the back side of the paper with respect to the top view SEM image of FIG. 19A.
  • the upper surface of the line pattern 502 is compressed in the vertical direction of the SEM image, and the side surface 504 of the line pattern 502, which is not seen in FIG. 19A, is observed.
  • FIG. 19C is an SEM image when a wafer, which is a sample, is tilted by 45° to the back side of the paper surface. In this way, the wafer, which is the sample 120, is largely tilted, so that the side surface 504 can be observed in a wide area, and detailed information on the fine shape of the side surface 504 can be obtained.
  • FIG. 19C when the SEM image of FIG. 19C is observed in detail, it can be seen that the lower portion of the side surface 504 has a skirt, and is formed shorter than it should be. Thus, the part where the lower part of the line pattern 502 is trailing should be visible in FIG. 19A. However, in the SEM image from directly above as shown in FIG. 19A, it is not clearly imaged due to the relationship of the scattering directions of the secondary particles, and it looks blurry, or almost unrecognizable as shown in FIG. 19A.
  • an etching process is performed after this, and the resist pattern is transferred to the base 503.
  • the bottom of the line pattern 502 approaches. If the lower portions of the line patterns 502 are close to each other, the portions between the line patterns 502 may not be sufficiently processed and the line patterns 502 may be connected to each other. In this way, by observing the observation target pattern from the arbitrary direction (angle) using the tilted SEM, information that cannot be obtained in the top view SEM image can be obtained. As a result, it becomes possible to identify a pattern defect that could not be identified in the top-view SEM image.
  • the SEM images are sequentially matched for each small tilt angle, so that the observation target pattern can always be held in the center of the visual field.
  • a small inclination angle as shown in FIGS. 19A and 19B, there is little difference in the appearance of patterns. Therefore, when matching is performed between two SEM images, it is possible to match whether or not the two SEM images have the same type of pattern (SEM images at the same location).
  • the technique described in Patent Document 2 by repeating this, it is possible to calculate the amount of movement of the visual field even if the inclination of the sample becomes large. Then, by moving the stage or the primary electron beam based on the calculated visual field movement amount, it is possible to correct the visual field and hold the observation target pattern in the visual field.
  • FIGS. 19A and 19C when the inclination angle changes greatly, the appearance of the pattern greatly deviates. Therefore, the SEM image of FIG. 19A and the SEM image of FIG. 19C are not recognized as the same type of pattern. That is, the matching accuracy is reduced.
  • the tilt angle of the sample becomes large, the amount of movement becomes large compared to the size of the visual field, and in most cases, the observation target pattern moves to the outside of the visual field, making visual field correction difficult.
  • the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to efficiently acquire an SEM image of a tilted sample.
  • the present invention provides an inclination control unit for inclining a stage unit of a charged particle beam device to a set angle, and an addressing for moving the stage unit to an addressing pattern preset in a sample. It is characterized by comprising a processing unit and a beam movement adjusting unit which adjusts the movement of the charged particle beam so that the imaged portion is irradiated with the charged particle beam based on the addressing pattern.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of an imaging method performed in a comparative example.
  • 6 is a flowchart illustrating a procedure of an image capturing process performed in the first embodiment.
  • the 1 which shows the example of the imaging recipe screen used by a 1st embodiment.
  • the 2 which shows the example of the imaging recipe screen used by a 1st embodiment.
  • the 1 which shows the example of the SEM image of a line pattern where each imaging direction differs.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of an imaging method performed in the second embodiment. It is a figure which shows the example of the imaging recipe screen used by 3rd Embodiment. It is a figure which shows the example of a template image creation screen.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a charged particle beam system Z according to the first embodiment. Since the SEM of this configuration is provided with a tiltable stage (stage portion) 121, it will be hereinafter referred to as a tilted SEM (charged particle beam device) 100 in order to distinguish it from a CD-SEM or a defect review SEM. Further, in the present embodiment, it is an object of a large sample such as a semiconductor wafer to observe defects and foreign matters in a pattern formed on the wafer from an arbitrary direction by inclining or rotating the wafer. Therefore, the energy of the primary electron beam B1 is set to a low incident energy of several tens eV to several keV.
  • the charged particle beam device having the tiltable stage 121 as in the present embodiment can be applied even if the target sample 120, the purpose, and the incident energy are large.
  • the sample 120 is a wafer.
  • the word of sample 120 is used in principle, but the word of wafer is used as appropriate when emphasizing the case of a semiconductor.
  • the setting of voltage and current in the tilted SEM 100 is performed as follows. First, the control device 200 reads the control condition stored in the control table 311 stored in the storage device 301. The control device 200 controls the tilted SEM 100 according to control conditions via the devices indicated by reference numerals 401 to 408. When the user instructs to change the measurement condition, the control device 200 reads the control table 311 stored in the storage device 301 and changes the control parameter.
  • Reference numeral 401 is an electron gun control device
  • reference numeral 402 is a focusing lens control device
  • reference numeral 403 is a scanning deflector control device.
  • Reference numeral 404 is a Wien filter control device
  • reference numeral 405 is a pull-up electrode control device.
  • Reference numeral 406 is an objective lens control device
  • reference numeral 407 is an electric field correction electrode control device
  • reference numeral 408 is a stage control device.
  • the tilted SEM 100 when an extraction voltage is applied between the field emission cathode 101 and the extraction electrode 102, emission electrons are emitted. The emitted electrons are further accelerated between the anode 104 that is at the ground potential with respect to the extraction electrode 102. The emitted electrons are referred to as the primary electron beam B1.
  • the energy of the primary electron beam B1 that has passed through the anode 104 matches the acceleration voltage of the electron gun (including the field emission cathode 101 and the extraction electrode 102).
  • the primary electron beam B1 (emitted electrons) that has passed through the anode 104 is focused by the focusing lens 105.
  • the objective lens 118 includes a magnetic pole 116 and an objective lens coil 117.
  • the objective lens 118 converges the primary electron beam B1 by leaking the magnetic field generated by the objective lens coil 117 from the gap of the magnetic pole 116 and concentrating it on the optical axis.
  • the strength of the objective lens 118 is adjusted by changing the current amount of the objective lens coil 117.
  • a negative voltage is applied to the stage 121.
  • the primary electron beam B1 that has passed through the objective lens 118 is decelerated by the deceleration electric field generated between the objective lens 118 and the sample 120 and reaches the sample 120.
  • the energy of the primary electron beam B1 when passing through the objective lens 118 is higher than the energy that is incident on the sample 120.
  • chromatic aberration in the objective lens 118 is reduced, and a thinner primary electron beam B1 can be obtained to achieve high resolution. it can.
  • the opening angle of the primary electron beam B1 in the objective lens 118 is determined by the primary electron beam diaphragm 106 installed below the focusing lens 105.
  • the centering of the primary electron beam diaphragm 106 is performed by an adjusting knob 107.
  • mechanical adjustment is performed, but by providing an electrostatic deflector (not shown) or a magnetic field deflector (not shown) before and after the diaphragm 106 for the primary electron beam, B1 may be deflected and adjusted.
  • the primary electron beam B1 narrowed down by the objective lens 118 is scanned on the sample 120 by the upper scanning deflector 108 and the lower scanning deflector 109. At this time, the deflection directions and intensities of the upper scanning deflector 108 and the lower scanning deflector 109 are adjusted so that the scanned primary electron beam B1 always passes through the center of the objective lens 118.
  • a pull-up electrode 115 is installed on the optical axis side of the objective lens 118, and by applying a voltage higher than that of the magnetic pole 116 to the pull-up electrode 115, the secondary particles B2 are further pulled up (raised). Further, the secondary particles B2 are converged by the electrostatic lens formed by the potential difference generated between the pull-up electrode 115 and the magnetic pole 116. As a result, the component in which the secondary particles B2 collide with the inner wall of the pull-up electrode 115 can be reduced.
  • the secondary particle B2 that has been accelerated and pulled up is deflected off-axis by the Wien filter 114. Then, the secondary particles B2 are detected by the detector 110.
  • ExB which is one of the Wien filters 114 is described.
  • ExB (that is, the Wien filter 114) is composed of two electrodes 111 and 112 facing each other, and a coil (not shown).
  • the electrode 112 on the detector 110 side is formed of a mesh so that the secondary particles B2 can pass through.
  • a current is applied to a coil (not shown) forming the Wien filter 114 so that the magnetic field 113 is generated in a direction perpendicular to the electric field.
  • the electric field and magnetic field 113 have a function of deflecting the primary electron beam B1.
  • a voltage and a current are applied to the coil so that the direction and amount of the primary electron beam B1 deflected by the electric field and the direction and amount of the primary electron beam B1 deflected by the magnetic field 113 are balanced, and the primary electron beam ExB is applied. Eliminate the effect of B1 on the orbit.
  • the deflection action of the electric field and the magnetic field 113 acts on the secondary particles B2 in the same direction, so that the secondary particles B2 are deflected from the optical axis of the primary electron beam B1.
  • the secondary particles B2 deflected from the optical axis of the primary electron beam B1 pass through the electrode 112 and reach the detector 110.
  • the secondary particles B2 that have reached the detector 110 serve as a brightness modulation input signal, are configured as an image (SEM image), are displayed on the monitor 302, and are stored in the storage device 301.
  • the stage 121 has a function of moving the mounted sample 120 in horizontal and vertical directions, and a function of tilting and rotating the sample 120.
  • the electric field between the magnetic pole 116 and the sample 120 is axially symmetric, so that the primary electron beam B1 is directly irradiated onto the sample 120.
  • the secondary particles B2 are efficiently guided to above the objective lens 118 without being deflected by the action of this electric field and the action of the magnetic field 113 of the objective lens 118.
  • the electric field between the magnetic pole 116 and the sample 120 is tilted, so that the secondary particles B2 are deflected in the direction orthogonal to the optical axis.
  • the secondary particles B2 generated from the sample 120 collide with the inner wall while passing through the objective lens 118 and the pull-up electrode 115, and the number of the secondary particles B2 that can reach the detector 110 decreases.
  • this asymmetric electric field causes the generation of aberrations, resulting in a reduction in the resolution of the primary electron beam B1.
  • an axially symmetric electric field correction electrode 119 is provided in order to suppress the inclination of the electric field when the sample 120 is inclined. Then, in order to minimize the inclination of the electric field between the objective lens 118 and the sample 120, a negative voltage of an appropriate magnitude is applied to the electric field correction electrode 119.
  • the deflection action of the primary electron beam B1 and the secondary particles B2 generated when the sample 120 is tilted depends on the voltage applied to the magnetic pole 116 and the stage 121 and the tilt angle. Therefore, the control values stored in the control table 311 are set in the respective units via the control device 200 of the tilted SEM 100 and the devices 401 to 408 to minimize the deflection action of the primary electron beam B1 and the secondary particles B2. Turn into.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 200 in the first embodiment.
  • the control device 200 is, for example, a PC, and includes a memory 201, a CPU (Central Processing Unit) 202, a communication device 203, and an input device 204.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the communication device 203 communicates with each of the devices 401 to 408.
  • the input device 204 is a keyboard, a mouse, or the like.
  • a program stored in the storage device 301 of FIG. 1 is loaded into the memory 201, and the loaded program is executed by the CPU 202.
  • the processing unit 210, the stage control unit (tilt control unit) 211 that constitutes the processing unit 210, the global alignment processing unit 212, the addressing processing unit 213, the imaging processing unit (beam movement adjustment unit) 214, the registration processing unit. 215 is realized.
  • the stage control unit 211 controls the tilt and rotation of the stage 121 according to a control table 311 created in advance and information input from the input device 204.
  • the global alignment processing unit 212 performs the global alignment processing described below.
  • the addressing processing unit 213 performs addressing processing described later.
  • the imaging processing unit 214 irradiates the sample 120 with the primary electron beam B1 and performs imaging in which the detector 110 detects the secondary particles B2 generated from the sample 120.
  • the registration processing unit 215 registers a template image described later. By the way, the template image is used in the addressing process.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the imaging method performed in the comparative example. Reference will be made to FIGS. 1 and 2 as appropriate.
  • FIG. 3 shows a process for moving to the observation target pattern at a plurality of positions on the wafer, which is the sample 120, and imaging the tilted SEM 100.
  • the process shown in FIG. 3 is performed according to the imaging recipe created by the user. That is, the imaging conditions such as the coordinates of the imaging location in this processing, the template image used in the addressing processing described later, the imaging magnification, the number of frames of the SEM image, and the like are managed as an imaging recipe.
  • the imaging recipe is created by the user.
  • the observation target pattern is a pattern in the chip. A plurality of such patterns having the same shape are formed in the chip.
  • the imaging condition set by the imaging recipe is set as a control value in the control table 311.
  • the user mounts a wafer, which is the sample 120, on the stage 121 of the tilted SEM 100 (S101).
  • the inclination angle of the stage 121 is set to the initial angle.
  • the initial angle will be described assuming an inclination angle of 0°, but different angles may be used.
  • the global alignment processing unit 212 performs global alignment processing using an optical microscope (not shown) and SEM (S102).
  • the origin deviation and the rotation deviation of the sample 120 are calculated by observing the global alignment mark provided on the wafer which is the sample 120.
  • the stage coordinates and the in-plane coordinates of the wafer are associated with each other by the global alignment processing unit 212 on the basis of the deviation amounts of the origin deviation and the rotation deviation.
  • these correspondences are stored in the storage device 301.
  • the global alignment processing unit 212 converts the stage coordinates into wafer in-plane coordinates.
  • the global alignment in detail.
  • the mounting position varies with a size of about 100 ⁇ m every time no matter how accurately the positions are mounted. Therefore, even if the stage 121 is moved according to the target in-plane coordinates, the global alignment mark rarely falls within the field of view at the SEM magnification. Therefore, in the global alignment, the user first uses an optical microscope (not shown) having a field of view of about 1 mm to roughly adjust the relationship between the stage coordinates and the in-wafer coordinates, and then finely adjusts with the SEM. An optical microscope is provided on the tilted SEM 100. In global alignment, the stage is moved in accordance with the coordinates of the imaging point at which three or more patterns (global alignment marks) formed at known coordinates on the wafer are selected. Then, the global alignment is imaged by the optical microscope and the SEM.
  • the user searches the global alignment mark by moving the stage 121 in the XY directions randomly or in a predetermined direction until the global alignment mark is included in the visual field. Then, the global alignment processing unit 212 performs matching between the template image at the previously registered global alignment coordinates and the captured SEM image. Accordingly, the global alignment processing unit 212 compares the center coordinates of the template image with the center coordinates when the global alignment mark is actually imaged, and calculates the origin deviation and the rotation deviation of the sample 120.
  • the global alignment mark has the following conditions.
  • (C1) In order to obtain sufficient matching accuracy, the pattern of the global alignment mark and the base have sufficient contrast.
  • the (C2) size has a pattern of about several hundreds of ⁇ m when coarsely adjusted by an optical microscope, and about several ⁇ m when finely adjusted by SEM.
  • the global alignment mark used in the optical microscope and the global alignment used in the SEM are different, the same global alignment may be used if possible.
  • the addressing processing unit 213 moves the stage to the addressing pattern according to the coordinates of the observation target pattern input in the imaging recipe described later. Then, the addressing processing unit 213 performs addressing processing (S103).
  • the addressing processing unit 213 includes a matching process with a template image described later.
  • the addressing processing unit 213 searches for an addressing pattern existing near the coordinates of the observation target pattern input in the imaging recipe described later, and moves the stage to the detected addressing pattern.
  • step S103 the SEM image of the addressing pattern is taken under imaging conditions that are lower than those at the time of imaging the observation target pattern. Due to the movement error, the captured SEM image may not include the addressing pattern.
  • the user searches the addressing pattern by moving the stage 121 in the XY directions randomly or in a predetermined direction until the addressing pattern is included in the visual field. The search is performed by the stage control unit 211 moving the stage 121 via the information input to the input device 204.
  • the addressing processing unit 213 performs matching between the template image registered in advance and the SEM image of the observed addressing pattern. As a result, the addressing processing unit 213 detects a shift vector between the center coordinates of the template image and the center coordinates when the addressing pattern is actually observed.
  • the stage 121 is moved to a specific pattern with known coordinates near the observation target pattern, and the stage 121 is once observed. This specific pattern is called an addressing pattern.
  • the imaging processing unit 214 uses the scanning deflectors 108 and 109 instead of the stage 121 or a deflector (not shown) provided separately to move the beam to the pattern to be observed. By doing so, it is possible to capture an SEM image of the observation target pattern with high coordinate accuracy (S104 described below). This is because the positioning accuracy of the beam movement is generally higher than the positioning accuracy of the stage 121.
  • the addressing pattern satisfies the following conditions (B1) to (B4).
  • B1 It exists at a distance that can be moved by beam movement from the observation target pattern.
  • B2 The size of the addressing pattern is a size that can be recognized at a magnification lower than the imaging magnification of the observation target pattern in consideration of the positioning accuracy of the stage 121.
  • B3 It has a unique shape that can be easily recognized by matching, and there is no pattern with a similar shape in the vicinity so as to prevent misrecognition during matching.
  • B4 The contrast between the pattern and the background is large.
  • the image capturing processing unit 214 performs image capturing (S104). Specifically, the imaging processing unit 214 subtracts the shift vector detected in step S103 from the shift vector between the coordinates of the addressing pattern and the coordinate of the observation target pattern, or the scanning deflectors 108, 109, or separately.
  • the deflector (not shown) provided is controlled to move the primary electron beam B1. Moving the primary electron beam B1 is called beam movement.
  • an SEM image of the observation target pattern is captured.
  • the stage control unit 211 tilts the stage 121 at the set angle based on the information input by the user (S105; tilting step).
  • the imaging unit captures an inclined SEM image of the observation target pattern (S106).
  • the processes of steps S103 to S106 are repeated.
  • the observation target pattern moves when the sample 120 is tilted due to the tilt of the stage 121, and in severe cases, the observation target pattern is out of the visual field when tilted to a desired tilt angle.
  • the cause of movement of the pattern to be observed is backlash in the mechanical portion of the stage 121, that the position of the stage 121 is not properly adjusted to the eucentric condition during observation, and a slight bending of the wafer as the sample 120 is fixed. May occur.
  • -Inclined SEM100 is often used for the purpose of observing with an inclination of 10 degrees or more.
  • the observation target pattern cannot be held in the visual field at the imaging magnification of the observation target pattern (about 70,000 to 200,000 times), and in most cases, the pattern moves to the outside of the visual field.
  • the matching is repeated for each minute tilt angle until the target tilt angle is reached as described in Patent Document 2, matching between the tilt angles is possible. Can hold the pattern to be observed in the field of view.
  • the imaging magnification is reduced, the observation target pattern is more likely to be held in the visual field even if the inclination is suddenly greatly increased.
  • the size ratio of the pattern to be observed to the visual field is small, the matching accuracy is lowered and the visual field movement amount cannot be calculated with sufficient accuracy.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the imaging process performed in the first embodiment. Reference will be made to FIGS. 1 and 2 as appropriate.
  • the process shown in FIG. 4 is performed according to the imaging recipe created by the user. By performing the processing according to the imaging recipe in this way, it is possible to reduce the time and effort required for imaging. Since steps S101 to S105 are the same as steps S101 to S105 in FIG. 3, the same step numbers are given and the description thereof is omitted.
  • step S105 after the stage 121 is tilted, the addressing processing unit 213 moves the stage 121 to an addressing pattern and performs addressing processing (S201; addressing step).
  • the addressing processing unit 213 includes a matching process using a template image registered in advance.
  • step S201 the addressing processing unit 213 first searches for an addressing pattern existing in the vicinity of the coordinates of the observation target pattern input in the imaging recipe described later. Then, the addressing processing unit 213 moves the stage 121 to the searched addressing pattern. After the stage is moved, an addressing pattern may not be included in the visual field due to a movement error. In such a case, the user searches the addressing pattern by moving the stage 121 in the XY directions randomly or in a predetermined direction.
  • the addressing processing unit 213 performs SEM imaging under an imaging condition that is lower than that at the time of imaging the observation target pattern.
  • the amount of displacement between the addressing pattern and the pattern to be observed is not such that observation with an optical microscope is required, so SEM imaging may be performed under low-magnification imaging conditions.
  • the addressing processing unit 213 performs matching between the template image registered in advance and the captured SEM image.
  • the template image is the template image used in the addressing in step S103. By this matching, the addressing processing unit 213 calculates a shift vector between the center coordinates of the template image and the center coordinates when the addressing pattern is actually observed.
  • the imaging processing unit 214 performs imaging (S202; imaging step). That is, the image pickup processing unit 214 is provided in the scanning deflectors 108 and 109 or separately provided by the amount obtained by subtracting the shift vector calculated in step S103 from the relative vector between the coordinates of the addressing pattern and the coordinates of the observation target pattern. A deflector (not shown) is controlled to move the beam. As a result, an SEM image of the observation target pattern is captured.
  • steps S201 to S202 are repeated. Further, when observing a plurality of patterns to be observed in the chip, the processes of steps S103 to S202 are repeated. By performing such processing, even if the sample 120 is suddenly tilted at a large tilt angle, the SEM image can be captured while holding the observation target pattern in the visual field.
  • the addressing process is performed after the stage 121 is tilted.
  • the technique described in Patent Document 2 it is possible to incline with a large inclination angle from the beginning without repeating the inclination with a small inclination angle, and it is possible to improve throughput.
  • Imaging recipe screen P 5 and 6 are diagrams showing examples of the imaging recipe screen P used in the first embodiment.
  • the imaging recipe created here is for executing the addressing processing (S103, S201) and the imaging of the observation target pattern (S104, S202) among the processing shown in FIG.
  • Such an imaging recipe is created by using a GUI (Graphical User Interface).
  • the imaging recipe screen P has an observation target pattern number setting window P11, an observation target pattern coordinate setting window P21, an addressing processing area P100, and an observation target pattern imaging area P200.
  • the observation target pattern number setting window P11 the imaging location is designated by inputting the number of the observation target pattern.
  • the first observation target pattern is designated.
  • a plurality of observation target patterns having the same shape are formed in the chip. Therefore, these observation target patterns are sequentially numbered from the upper left, for example. The number of such an observation target pattern is input to the number setting window P11.
  • the second observation target pattern becomes the observation target
  • the third observation target pattern becomes the observation target
  • the in-chip coordinates of the observation target pattern on the wafer as the sample 120 are input.
  • the in-chip coordinates are coordinates set for each of a plurality of chips manufactured on the wafer as the sample 120.
  • the user directly inputs a numerical value via the input device 204, or the user selects and inputs the registration button P22 to fix the coordinate.
  • the registration button P22 is selected and input, the coordinates of the current location are registered.
  • the coordinates of the current location are the in-chip coordinates at the current center of the visual field.
  • the move button P23 is selected and input, the stage 121 moves to the displayed coordinates.
  • the registration button P22 is not changed from the set coordinates by being selectively input, the stage 121 does not move even if the moving button P23 is selectively input.
  • buttons P101 and P102 are displayed in the addressing processing area P100.
  • Buttons P103 and P104 are also displayed on the right side of these buttons P101 and P102 on the paper surface.
  • the autofocus selection button P101 specifies whether or not to perform an operation (autofocus) of automatically focusing on the addressing pattern by changing the exciting current of the objective lens 118 after moving to the coordinates of the addressing pattern. In the example of FIG. 5, no check is made, and the focus adjustment is set not to be performed after the stage is moved.
  • the button P103 can be used to set the type of autofocus.
  • the addressing processing unit 213 searches for an addressing pattern close to the coordinates input in the coordinate setting window P21 based on the in-chip coordinates of the addressing pattern registered in advance.
  • the pattern recognition selection button P102 specifies whether or not to perform matching with the template image of the registered addressing pattern (cross pattern in the example of FIG. 5) after moving the stage to the coordinates of the addressing pattern.
  • the matching here is the matching performed in step S201. In the example of FIG. 5, since the check is put in, the matching is set to be performed. Also, by selecting and inputting the button P104, it is possible to set a matching method or the like.
  • an SEM image of the addressing pattern currently used is displayed. That is, in the addressing process (S103 of FIG. 4), an image including an addressing pattern captured by moving the stage to the set coordinates and a template image registered in advance (the addressing pattern displayed in the addressing pattern display area P105) And are matched.
  • the position of the stage 121 after the movement depends on the positioning accuracy of the stage 121.
  • the positioning accuracy of the stage 121 is often insufficient for a high-magnification field of view such as an image of an observation target pattern. Therefore, even if the beam is moved to the observation target pattern, the observation target pattern often does not enter the visual field. Therefore, it is desirable that it is essential to check the pattern recognition selection button P102.
  • the imaging processing unit 214 captures an SEM image under the imaging conditions set at the time of selective input, displays the captured SEM image in the addressing pattern display area P105, and It is stored (registered) in the storage device 301 as a new template image.
  • the template image is already registered, it may be overwritten or may be registered as another template image.
  • the clear button P107 is selected and input, the template image registered this time is cleared.
  • an autofocus selection button P201 and a pattern recognition selection button P202 are displayed.
  • the autofocus selection button P201 like the autofocus selection button P101 in the addressing processing area P100, specifies whether or not to perform autofocus after the stage 121 moves to the observation target pattern.
  • the pattern recognition selection button P202 also specifies whether or not to match the registered template image with the observed pattern that is being imaged. Although not shown in the process of FIG. 4, this matching is performed to determine the presence or absence of a pattern defect in the imaged observation target pattern and the like.
  • the buttons P203 and P204 are the same as the buttons P103 and P104 in the addressing processing area P100, and thus the description thereof is omitted here.
  • the SEM image of the currently registered observation target pattern is displayed.
  • the imaging processing unit 214 captures an SEM image under the imaging conditions set at the time of the selective input. Then, the captured SEM image is displayed in the addressing pattern display area P205 and stored (registered) in the storage device 301 as a new template image. As described above, this template image is used to determine the presence/absence of pattern defects.
  • the clear button P207 is selected and input, the template image registered this time is cleared.
  • the processing unit 210 measures the length and angle of the observation target pattern in the obtained SEM image.
  • the save selection button P209 is selected and input, the SEM image displayed in the addressing pattern display area P205 is saved in the storage device 301.
  • the beam is moved without moving the stage, so that the observation target pattern is highly accurately positioned. Take an SEM image.
  • the movement accuracy between the coordinates of the addressing pattern and the observation target pattern is improved.
  • the imaging area P200 is displayed on the sheet H1.
  • the sheet H2 is additionally displayed.
  • An inclination setting screen P300 is displayed on the sheet H2.
  • the tilt setting screen P300 can be set when the stage 121 is tilted. That is, the tilt setting screen P300 displays the addressing processing area P301 and the imaging area P302 when the stage 121 is tilted.
  • the addressing processing area P301 and the imaging area P302 are for addressing under the tilted condition and for setting the imaging of the observation target pattern, and the operation when each button is pressed is the addressing pattern in the tilted state and the processing of the observation target pattern.
  • 5 is the same as the addressing processing area P100 and the imaging area P200 in FIG.
  • an SEM image (sample image) of an inclined addressing pattern is displayed as a template image for addressing.
  • the + button PL is further selected and input in the state of FIG. 6, a sheet newly including the addressing processing area and the imaging area is displayed.
  • the registration button P206a will be described later.
  • the addressing process is performed after the stage 121 is tilted.
  • the technique described in Patent Document 2 it is possible to incline with a large inclination angle from the beginning without repeating the inclination with a small inclination angle, and it is possible to improve throughput.
  • FIGS. 19A to 19C are diagrams showing examples of SEM images of the line patterns 502 produced in different directions. 7A to 7E, the same reference numerals as those in FIGS. 19A to 19C are used.
  • the direction of the observation target pattern is defined on the assumption that the notch or orientation flat of the wafer, which is the sample 120, is installed on the front side (user side).
  • the wafer installation method under this condition will be referred to as a fixed position.
  • a semiconductor pattern is produced horizontally or vertically with respect to a fixed position.
  • FIG. 7A shows an SEM image of a line pattern 502 produced horizontally with respect to a fixed position, observed under a condition where the wafer is not tilted. That is, FIG. 7A shows the observation target pattern taken from directly above.
  • FIG. 7B shows an example of the SEM image when the upper side of the plane of FIG. 7A is inclined to the back side of the plane of FIG.
  • FIG. 7C which is produced perpendicularly to the fixed position, is tilted so that the upper side of the paper surface is on the back side of the paper surface
  • an SEM image as shown in FIG. 7D the shape of the tip portion 505 of the line pattern 502 can be observed.
  • the stage 121 mounted on the tilted SEM 100 can be tilted in any azimuth direction, the following is also possible. If the right or left side of the SEM image of FIG. 7C is inclined to the back side of the paper surface, that is, the left and right ends rotate around the vertical axis of the SEM image of FIG. By doing so, an SEM image in which FIG. 7B is rotated by 90 degrees can be obtained. By doing so, it is possible to evaluate whether or not the tip portions 505 of the line patterns 502 are close to each other.
  • the tilt direction of the stage 121 of many tilted SEMs 100 is only one azimuth direction. Therefore, when the wafer is placed on the stage 121 so that the SEM image as shown in FIG. 7C is obtained, it is necessary to rotate the stage 121 so that the observation target pattern is oriented as shown in FIG. 7B. For example, if the stage 121 is rotated clockwise by about 45°, the SEM image of FIG. 7E can be obtained, and it becomes possible to observe the side surface 504 of the line pattern 502 and whether the tip portions 505 are close to each other.
  • the line pattern 502 can be evaluated with more observation indexes.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the imaging method performed in the second embodiment.
  • processes similar to those shown in FIG. 4 are designated by the same step numbers, and description thereof will be omitted.
  • 8 is different from FIG. 4 in that after step S104, rotation is applied in addition to the inclination of the sample 120 (S105a).
  • the addressing process (S201) performed after this is performed on the rotated and tilted sample 120, and the procedure is the same as step S201 in FIG.
  • the sample 120 may be rotated and then tilted, or the sample 120 may be tilted and then rotated.
  • the second embodiment it is possible to efficiently capture an SEM image even when the stage 121 is rotated.
  • the registration button P206a shown in FIG. 6 is selected and input, so that the user registers the SEM image obtained by inclining the sample 120 in advance as a template image.
  • the third embodiment a method of creating and registering a template image having a desired inclination angle from design data, an SEM image having an inclination of 0°, or the like will be described.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the imaging recipe screen Pa used in the third embodiment. 9, the same elements as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. 9 is different from FIG. 6 in that auto buttons P401 and P402 are displayed in the addressing processing area P301a and the imaging area P302a. When the auto button P401 or the auto button P401 is selected and input, the template image creation screen Q shown in FIG. 10 is displayed on the monitor 302 as another window.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the template image creation screen Q displayed as a result of the automatic button P401 of FIG. 9 being selected and input.
  • the create button Q102 on the template image creation screen Q is selected and input, creation of the template image is started.
  • This template image is an image used in the matching process in the addressing process (FIG. 4 or step S202 in FIG. 8).
  • the created template image is displayed in the template image display area Q101.
  • the clear button Q103 is selected and input, the created template image is cleared.
  • a creation condition setting area Q200 is displayed.
  • a desired inclination angle is input to the angle setting window Q201 in units of frequency.
  • the create button Q102 is selected and input, a template image of the angle set in the angle setting window Q201 is created.
  • an SEM image selection button Q202 and a simulated image selection check button Q203 are displayed.
  • the SEM image selection button Q202 is checked, for example, an actual SEM image of an inclined addressing pattern is captured by the method of Patent Document 2. That is, the tilting and matching of the sample 120 are repeated for each constant small tilt angle until the tilt angle input to the angle setting window Q201 is reached.
  • the stage 121 is tilted by a small amount, and the images of the sample 120 before and after the tilt are compared to calculate the positional shift amount between the images. Then, the stage 121 is moved or the beam is moved so as to correct the positional deviation amount.
  • the stage movement or beam movement is performed so that the observation target pattern is always held in the center of the visual field.
  • the actual SEM image when the desired inclination angle is reached is acquired and displayed in the template image display area Q101.
  • the images before and after the inclination are matched using the actual SEM image of the addressing pattern immediately before the inclination as the template image.
  • the captured SEM image is stored as a template image.
  • the captured SEM image is displayed in the template image display area Q101. Further, the SEM image captured here is also displayed in the image display area P105a in FIG.
  • a window for making detailed settings is displayed.
  • this window for example, the step interval of the tilt angle, the imaging condition of the SEM image, the matching method, etc. can be set.
  • the manual selection button Q204 and the design data selection button Q205 can be selected.
  • the actual SEM image at the initial tilt angle here, 0°
  • the created simulated tilted SEM image is displayed in the template image display area Q101.
  • a window that can be set to generate the tilted SEM image of the addressing pattern is displayed.
  • the height of the addressing pattern and the like can be input.
  • a tilted SEM image of the addressing pattern is simulated based on the CAD data.
  • a CAD data selection screen is displayed.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 200a in the third embodiment. Note that, in FIG. 11, the same configurations as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the control device 200a shown in FIG. 11 differs from the control device 200 shown in FIG. 2 in that the processing unit 210a has a template image generation unit (registered image generation unit) 216.
  • the template image generation unit 216 generates a template image using the information input on the template image creation screen Q shown in FIG.
  • FIG. 12A is a flowchart showing a procedure for creating a template image.
  • FIG. 12A shows a case where the create button Q102 is selected and input after the SEM image select button Q202 is checked.
  • the template image generation unit 216 instructs the stage control unit 211 to tilt the stage 121 by a minute angle (S501).
  • the template image generation unit 216 compares the SEM images acquired before and after the tilt, and calculates the position shift amount of the addressing point in the displayed SEM image (S502).
  • the template image generation unit 216 determines whether the positional deviation amount calculated in step S502 is within the range of the beam deflection amount when the beam is moved (S511).
  • the range of the beam deflection amount means within the range of the maximum value of the beam deflection amount.
  • the template image generation unit 216 sets the primary electron beam B1 so as to correct the positional deviation amount calculated in step S502.
  • the beam is moved by controlling the scanning deflectors 108 and 109 or a deflector (not shown) provided separately (S512).
  • the template image generation unit 216 actually instructs the imaging processing unit 214 to move the beam.
  • step S511 if the positional deviation amount is outside the range of the beam deflection amount (S511 ⁇ Yes), the template image generation unit 216 corrects the positional deviation amount calculated in step S502 so that the stage control unit.
  • the stage 121 is moved by instructing 211 (S513).
  • the template image generation unit 216 determines whether or not the tilt angle of the stage 121 has reached the target angle (set angle) (S521). As a result of step S521, when the target angle is not reached (S521 ⁇ No), the processing unit 210a returns the process to step S501. When the target angle is reached as a result of step S521 (S521 ⁇ Yes), the template image generation unit 216 registers the finally imaged addressing pattern as a template image (S522).
  • the process shown in FIG. 12A simply shows the process shown in FIGS. 3 and 4 of Patent Document 2, and more specifically, the process shown in FIGS. 3 and 4 of Patent Document 2 is performed.
  • FIG. 12B is a flowchart showing a processing procedure when the template image is created in a simulated manner.
  • FIG. 12B shows the procedure of the template image refining process when the manual selection button Q204 is selected and input.
  • the template image generation unit 216 acquires an SEM image at a tilt angle of 0 degree (S301).
  • the pattern and the background are specified in the acquired SEM image (S302). This designation may be performed by the user clicking in the SEM image with the mouse, or may be determined by the template image generation unit 216 from the brightness in the SEM image. If there is CAD data, height information of CAD data may be used.
  • the template image generation unit 216 reads the tilt angle input in the angle setting window Q201 of FIG.
  • the template image generation unit 216 vertically compresses the SEM image with an inclination angle of 0° based on the height information of the set addressing pattern, and adds a side wall (S304). Then, the template image generation unit 216 adjusts the pattern in the simulated SEM image, the base, and the brightness of the side wall based on the contrast of the SEM image at the inclination angle of 0° and the detection acceptance of the inclined SEM 100 (S305). The process of adjusting the brightness of the pattern, the base, and the side wall in the image based on the detection acceptance of the tilted SEM 100 will be described later. Then, the generated template image is stored in the storage device 301 (S306).
  • the image P701 in FIG. 12B is an SEM image with a tilt angle of 0° acquired in step S301.
  • An image P702 in FIG. 12B is a tilted SEM image (image of tilted addressing pattern) generated by the processing shown in FIG. 12B.
  • the template image generation unit 216 fills the area indicated by reference numeral P711 by using the average gradation value.
  • a region corresponding to the defective region may be deleted before the matching is performed.
  • the detection acceptance represents which energy or angle component of the secondary particles B2 emitted from the sample 120 is detected.
  • the detection acceptance map is a map of the detection acceptance so that it can be visually determined.
  • the detection acceptance map is stored in the storage device 301 in advance.
  • 13A and 13B show two examples of typical detection acceptance maps in the tilted SEM 100.
  • the inclination angle of the sample 120 is both 0°.
  • energy is omitted from the map, and a detection acceptance map in which an elevation angle and an azimuth angle are two axes is shown.
  • the elevation angle is an angle of inclination from the optical axis of the primary electron beam B1, 0° indicates right above, and 90° indicates right side.
  • the azimuth angle corresponds to the rotation angle on the plane perpendicular to the optical axis of the primary electron beam B1. Then, the irradiation point of the primary electron beam B1 on the sample 120 is centered, and an angle counterclockwise with respect to the center is defined as an azimuth angle.
  • FIG. 13A shows the detection acceptance when the detector 110 is installed at the position X1 in FIG. 13C.
  • FIG. 13C is a diagram showing the position of the detector 110.
  • the position X1 in FIG. 13C corresponds to the position of the detector 110 in FIG.
  • the hatched portion indicates the detection region by the detector 110.
  • the detector 110 when the detector 110 is installed at the position X1 in FIG. 14C, the detection area does not depend on the azimuth angle, and the secondary particles B2 in the same elevation angle range are detected.
  • the detector 110 installed at the position X2 in FIG. 14C has the detection acceptance shown in FIG. 13B.
  • the position X2 is a position where the detector 110 is installed outside the objective lens 118.
  • the secondary particles B2 emitted in the direction of the detector 110 (0 degree) are detected up to a wide elevation angle, whereas the secondary particles B2 emitted in the direction opposite to the detector 110 ( ⁇ 180 degrees) are mostly detected. Not detected.
  • FIG. 14A and 14B are SEM images when the sample 120 is tilted as shown in FIG. 14C under the conditions of the detection acceptance shown in FIGS. 13A and 13B.
  • FIG. 14A shows an SEM image of the tilted sample 120 when the detector 110 is installed at the position X1 in FIG. 14C.
  • the position X1 in FIG. 14C corresponds to the position X1 in FIG. 13C.
  • 14A and 14B show a state in which the sample is inclined to the back side of the paper surface.
  • the structure of the sample 120 in FIG. 14C is actually minute, but is drawn large for clarity here.
  • the detector 110 When the detector 110 is installed at the position X1 in FIG. 14C, the detector 110 detects the secondary particles B2 emitted upward from the sample 120, as shown in the detection acceptance of FIG. 13A. Therefore, as shown in FIG. 14A, the image 602 corresponding to the surface 612 is captured brighter than the image 601 corresponding to the surface 611 of the sample 120. This is because many secondary particles B2 (see FIG. 1) are emitted from the surface 612 having a steep angle with respect to the irradiation direction of the primary electron beam B1.
  • the SEM image as shown in FIG. 14B is obtained.
  • the position X2 in FIG. 14C corresponds to the position X2 in FIG. 13C.
  • the image 601 corresponding to the surface 611 is captured brighter than the image 602 corresponding to the surface 612 of the sample 120 which is a shadow when viewed from the detector 110.
  • the surface 613 in FIG. 14C is not irradiated with the primary electron beam B1 and thus is not detected as an image.
  • many secondary particles B2 are emitted from the surface 612 having a steep angle with respect to the irradiation direction of the primary electron beam B1, but due to the position X2 of the detector 110.
  • the surface 611 is imaged brighter.
  • the appearance of the SEM image is different due to the different detection acceptance.
  • the detection acceptance depends on the configuration of the tilted SEM 100 including the arrangement of the detector 110, the optical conditions including the voltage setting of the electrode 112, the observation conditions, the tilt angle of the sample 120, and the like. Need to read.
  • step S305 of FIG. 12B the brightness of the template image is adjusted by the detection acceptance as described with reference to FIGS. 13A to 14C. That is, the shadow is added to the template image.
  • the simulated template image can be brought closer to the actual SEM image. This can reduce matching errors.
  • step S302 the template image generation unit 216 specifies the pattern and the base based on the CAD data.
  • step S304 the template image generation unit 216 acquires height information of the addressing pattern based on the CAD data.
  • step S305 the brightness adjustment based on the detected acceptance is performed on the tilted SEM image of the addressing pattern generated from the CAD data.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the procedure of the imaging method performed in the fourth embodiment. 15, processes similar to those shown in FIG. 4 are designated by the same step numbers, and description thereof will be omitted.
  • processing (S401) in which the stage control unit 211 adds the calculated amount of visual field movement at the observation target position as an offset to the amount of stage movement (S401) is added. That is, in FIG. 15, the addressing processing unit 213 estimates the shift amount of the addressing pattern based on the tilt (or rotation) amount of the stage 121. Then, the offset amount calculated based on the estimated displacement amount is added to the movement amount of the stage 121 in step S201.
  • the added offset amount is obtained by referring to the control table 311 for each optical condition to be observed, the control table 311 for each wafer surface coordinate on the wafer to be observed, or the function or map using the coordinate as a variable.
  • the addressing processing unit 213 calculates and obtains based on the above.
  • the sample 120 is tilted from the beginning.
  • the imaging method described so far the sample 120 is tilted for each observation target pattern, and when the imaging of the tilted SEM image in the current observation target pattern is completed, the tilt angle of the sample 120 is returned to the initial angle (0 degree) again.
  • the process enters. That is, the inclination angle of the sample 120 is changed at least twice (the initial angle and the set angle) for each pattern to be observed. Therefore, when the SEM image at the tilt angle of 0° is unnecessary, it is efficient to acquire the tilted SEM images in all the observation target patterns in the tilted state from the beginning.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the procedure of the imaging method performed in the fifth embodiment. 16, steps similar to those in FIG. 4 are assigned the same step numbers as those in FIG.
  • the user places a wafer, which is the sample 120, on the stage 121 (S101), and the stage control unit 2111 tilts the stage 121 (S105).
  • the global alignment processing unit 212 performs global alignment with the optical microscope and the SEM (S102).
  • the imaging processing unit 214 captures an SEM image of the observation target pattern (S202). Since the contents of each process are the same as the processes of the corresponding step numbers in FIG. 4, detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 17 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 200b in the fifth embodiment. Note that, in FIG. 17, the same configurations as those in FIG.
  • the control device 200b shown in FIG. 17 differs from the control device 200 shown in FIG. 2 in that the processing unit 210b has a recipe conversion unit 217.
  • the recipe conversion unit 217 converts an imaging recipe with a predetermined inclination angle input from the outside into an imaging recipe for the user to obtain an SEM image with a desired inclination angle.
  • an imaging recipe with a desired tilt angle is created based on an imaging recipe with a tilt angle of 0° created in advance in the tilt SEM.
  • an imaging recipe with a desired tilt angle is created based on an imaging recipe with a tilt angle of 0° created in advance in the tilt SEM.
  • a location that is predicted to be a pattern defect is found in the top view image captured according to the imaging recipe.
  • the imaging recipe used for imaging the top view image is transferred to the tilted SEM 100 system, and the recipe conversion unit 217 converts the imaging recipe into a recipe with a predetermined tilt angle.
  • all the observation target patterns may be converted, or only the observation target patterns recognized as defects may be converted. Converting only the observation target pattern recognized as a defect means that the setting corresponding to the number of the observation target pattern recognized as a defect is converted.
  • FIG. 18 shows an example of the recipe creation screen P800 used in the fifth embodiment.
  • the recipe creation screen P800 has a creation source file name display window P801, a creation destination file name display window P802, and an angle input window P803. Further, the recipe file name as the conversion source is directly input to the creation source file name display window P801, whereby the recipe file as the conversion source is designated.
  • a recipe file as a conversion source may be selected on a file selection screen (not shown) which is a dialog screen displayed by selecting and inputting the button P811.
  • the recipe file name as the conversion destination is specified by directly inputting the recipe file name as the conversion destination in the creation destination file name display window P802. Further, by selecting and inputting the button P812, the storage destination of the recipe file as the conversion destination may be designated.
  • a tilt angle is input to the angle input window P803.
  • 30° is input.
  • the setting button P813 is selected and input, detailed settings regarding conversion of the recipe file can be performed.
  • the create button P821 an imaging recipe in which the tilt angle (for example, 0°) of the conversion source recipe file is converted into the tilt angle input in the angle input window P803 is created.
  • the screen displayed when the setting button P813 is selected and input includes, for example, the contents shown in FIG.
  • the cancel button P822 the information input on the recipe creation screen P800 is cleared.
  • a desired recipe can be obtained from the imaging recipe of the predetermined tilt angle created by the tilt SEM or the imaging recipe related to the predetermined tilt angle (for example, the tilt angle of 0° in the CD-SEM and the review SEM) acquired from the outside.
  • the imaging recipe related to the tilt angle (recipe generating step) it is possible to reduce the trouble of creating the imaging recipe.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are included.
  • the sample 120 is tilted to obtain an SEM image of the sample 120 tilted.
  • a method of inclining the column of the electron optical system or inclining the primary electron beam B1 to make it enter the sample 120 is also applicable.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • each of the above-described configurations and functions, each of the units 210 to 217, the storage device 301, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • each of the above-described configurations, functions and the like may be realized by software by a processor such as the CPU 202 interpreting and executing a program for realizing each function.
  • Information such as a program, a table, and a file that realizes each function is stored in an HD (Hard Disk), a memory 201, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or an IC (Integrated Circuit) card.
  • control lines and the information lines are shown to be necessary for the description, and not all the control lines and the information lines on the product are necessarily shown. In reality, almost all configurations can be considered as interconnected.

Abstract

傾斜ＳＥＭのステージを、設定された角度に傾斜させるステージ制御部（２１１）と、予め試料に設定されているアドレッシングパターンにステージ部を移動させるアドレッシング処理部（２１３）と、アドレッシングパターンを基に、撮像箇所に荷電粒子線ビームが照射されるよう、荷電粒子線ビームの移動を調整する撮像処理部（２１４）ビーム移動調整部と、を有することを特徴とする。

Description

荷電粒子線システム及び荷電粒子線撮像方法
　本発明は、荷電粒子線システム及び荷電粒子線撮像方法の技術に関する。
　走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）と称する）に代表される荷電粒子線装置は、以下の手法によって電子顕微鏡画像（以下、ＳＥＭ画像と称する）を撮像する。すなわち、荷電粒子源から放出された荷電粒子線は、加速され、静電レンズ、あるいは磁界レンズを用いて細い荷電粒子ビーム（一次電子ビーム）となる。そして、観察する試料上に、一次電子ビームが二次元走査される。続いて、一次電子ビームの照射によって試料から二次的に発生する二次電子あるいは後方散乱電子（反射電子）等の二次粒子が検出される。検出された二次粒子の信号強度が荷電粒子線の走査と同期して走査されるモニタの表示装置の輝度変調入力となることで二次元の走査像が得られる。
　ここで、半導体デバイスの製造プロセスでは歩留まりの向上と製造プロセスの安定稼働が求められる。そのため、製造プロセスの不具合により発生するデバイスパターンの欠陥（以下、パターン欠陥と称する）の発生状況がインラインで観察される。そして、ユーザが欠陥の発生原因を解明し、解明した欠陥の発生原因を半導体デバイスの製造プロセスにフィードバックすることが不可欠である。以降、デバイスパターンをパターンと称する。
　このようなパターン欠陥の観察はプロセス管理で求められる主要技術の一つである。そして、高分解能でパターンの形状や欠陥を観察、計測するためのＳＥＭが製品化されている。このようなＳＥＭとして、例えば、測長ＳＥＭ（ＣＤ－ＳＥＭ：Critical Dimension－ＳＥＭ）や、欠陥レビューＳＥＭがある。現在広く用いられているＣＤ－ＳＥＭや、欠陥レビューＳＥＭは、試料が載置されるステージを傾斜する機能を有しておらず、試料の真上から撮像したＳＥＭ画像であるトップビュー画像が用いられることによってパターンや、異物の形状が評価されている。
　近年、プロセスの微細化限界が近づいたことによるデバイスの立体化や、三次元構造を有する半導体デバイスの観察が求められている。このような半導体デバイスとしてＩｏＴ（Internet Of Things）用半導体や、車載デバイス、光学素子がある。これらの半導体デバイスの需要の増加により、三次元構造の観察が求められている。これらの立体構造を持つ半導体デバイスでは、パターンの側壁の状態や、高さ方向の情報がプロセス管理の対象となる。そのため、試料が載置されているステージを傾斜することでトップビュー画像では観察できない場所を直接観察できるＳＥＭ（以降、傾斜ＳＥＭと称する）が必要とされている。傾斜ＳＥＭはＣＤ－ＳＥＭや欠陥レビューＳＥＭとは異なり、試料を傾斜可能なステージを備えている。このような傾斜ＳＥＭでは試料を数度傾斜するだけでも側壁に関する新たな情報が得られる。特に、１０度以上の大きな角度に試料を傾斜することで側壁の細かな形状を観察したり、パターンの高さやテーパ角等を計測することが可能となる。なお、以降では、試料が載置されているステージを傾斜することを「試料を傾斜する」と適宜記載する。
　半導体プロセス管理用のＳＥＭにおいて、ウエハ上のパターンのうち、検査計測を要する危険ポイント（ホットスポット）を検査計測ポイントとして撮像することが行われる。このような撮像によって得られたＳＥＭ画像からパターンの各種寸法の計測が行われたり、欠陥の種類の判別が行われたりする。そして、これらの寸法値や、欠陥の種類がモニタされることによってプロセス変動が検出される。このような検査計測が自動で行われるために、撮像レシピが作成される。撮像レシピは、撮像ポイントの座標、撮像条件及び各撮像ポイントのテンプレート画像（登録画像）等の情報を有する。
　傾斜ＳＥＭでの撮像レシピに基づく処理では、試料を傾斜しない状態で位置決めをし、まずトップビュー画像が撮像される。そして、トップビュー画像を基に観察対象のパターンであるかが確認される。観察対象のパターンを観察対象パターンと適宜称する。その後、試料が任意の角度に傾斜された後に観察対象パターンの画像が撮像される。このようにして、傾斜された試料のＳＥＭ画像が撮像され、観察対象パターンの形状が評価される。
　傾斜ＳＥＭには、一般に、試料を傾斜したときにも視野が移動しないユーセントリック機能を備えたステージを備えられている。しかし、ステージの機構部にガタが発生していたり、観察時にステージ位置がユーセントリック条件に正しく調整されていなかったりする場合がある。このような場合、ステージを傾斜したときに傾斜移動に従って観察中のパターンが視野内で移動してしまう。ひどい場合には、所望の傾斜角まで移動したときに観察対象パターンが視野から外れてしまうことがある。
　つまり、観察対象パターンがモニタに表示されない状態となってしまい、形状評価が行えない状態となってしまうおそれがある。ここで、半導体上のパターンを検査計測するときの観察視野の大きさは数μｍ（大体３μｍ以下）であるが、ユーセントリックステージによる視野逃げ補正の精度は１０μｍ程度になる。そのため、往々にして試料の傾斜時において、観察しているパターンが視野の外側に移動してしまうことになる。従って、傾斜ＳＥＭでは、試料の傾斜時における視野逃げを抑える技術が最も必要となる。
　このような背景のもと、試料の傾斜時においても観察対象パターンを常に視野の中心に保持する技術が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
　特許文献１には、「元素分析方法は、任意の角度に傾斜でき、かつ、任意の方向に移動可能な試料ステージ上に試料を載置する工程と、試料をステージ上に保持しつつ試料表面に電子線を走査し試料の電子顕微鏡画像を得る工程と、試料を移動させながら電子顕微鏡画像を用いて試料の分析対象領域の中心点を所定の測定位置に一致させる工程と、試料を所定の角度に傾斜させる工程と、傾斜後の前記領域の中心点が前記測定位置に一致するように試料の位置ずれを補正する工程と、試料に電子線を照射し分析対象領域から放出される特性Ｘ線を検出し前記領域の表面近傍に存在する物質の元素を分析する工程とを含む」元素分析方法及び元素分析装置が開示されている。
　また、特許文献２には、「画像位置演算処理装置１５はステージ１１の傾斜移動に伴うモニター１３上のパターンの位置変動量△Ｘ、△Ｙを遂次演算し、画像位置補正装置１８は位置変動量△Ｘ、△Ｙがビーム偏向量の範囲内であれば、偏向回路１９を制御して電子ビーム１の位置補正を行う。位置変動量△Ｘ、△Ｙがビーム偏向量の範囲外なら、ＸＹステージ制御装置２３を制御してＸＹステージ１の位置補正を行う。以上の動作はステージ１１の傾斜移動中、繰り返し実行される。これにより、ステージ１１の傾斜移動終了後もパターンはモニター１３上の所定領域内に位置しステージ停止後の位置再調整が不要で観察作業の効率を向上できる」荷電粒子線装置が開示されている。
特開２００７－１９２７４１号公報 特開平９－１４７７７８号公報
　ここでは、まず、半導体プロセス管理用のＳＥＭにおける撮像レシピの処理手順について、その概要を記載する。その後、前記した傾斜ＳＥＭにおける視野移動補正について、傾斜ＳＥＭで得られるＳＥＭ画像を基に、これまでの技術が有する課題について説明する。
　試料を傾斜しないＣＤ－ＳＥＭや欠陥レビューＳＥＭにおける撮像レシピは、ＳＥＭ画像を基にした検査計測を全自動で行うための設定ファイルの名称である。撮像における基本処理は、以下の手順で行われる。
　（Ａ１）光学顕微鏡及びＳＥＭを用いて、試料１２０としてのウエハとステージの座標が合わせられるグローバルアライメント（倍率は１００～１万倍程度）。
　（Ａ２）観察対象パターンの近傍に作製された特徴的（ユニーク）なパターンにステージが移動されるアドレッシング（倍率は３万倍程度）。
　（Ａ３）観察対象パターンにビーム移動して、高倍率のＳＥＭ画像を撮像（倍率は７万～２０万倍程度）。
　そして、（Ａ２）と（Ａ３）の処理が、ウエハに形成されるチップ内の各観察対象パターンに対して繰り返される。
　傾斜ＳＥＭでの撮像では、（Ａ３）の処理において、試料（ウエハ）を傾斜しない条件で高倍率のトップビューＳＥＭ画像を撮像して、観察対象パターンを確認した後に、試料が傾斜される。そして、再度高倍率で傾斜ＳＥＭ画像が撮像される。傾斜ＳＥＭ画像とは、試料が傾斜されることで、試料が傾斜されている状態において撮像されたＳＥＭ画像である。従って、傾斜ＳＥＭにおける撮像では、試料の傾斜前後で観察対象パターンが視野内に保持されていることが必須となる。
　次に、傾斜ＳＥＭで得られる観察対象パターンのＳＥＭ画像の特徴について図１９Ａ～図１９Ｃを参照して説明する。
　図１９Ａ～図１９Ｃは、傾斜ＳＥＭで観察対象パターンの一つである、ウエハにおいてレジストで作成されたラインの突き合わせパターンのＳＥＭ画像を示す図である。ラインの突き合わせパターンをラインパターン５０２と適宜称する。なお、図１９Ａ～図１９Ｃにおいて、同様の要素については同一の符号を付す。
　この種のパターンではラインパターン５０２間の距離が重要であり、ラインパターン５０２の間が短絡しないことが必須である。しかし、ラインパターン５０２を作製する際の露光や、現像工程の不十分さにより、ラインパターン５０２が十分解像していない場合にはラインパターン５０２の間に短絡が発生する。
　図１９Ａは試料を傾斜しない条件で得られるＳＥＭ画像（トップビューＳＥＭ画像）である。すなわち、図１９Ａは、試料の傾斜角０°でのＳＥＭ画像である。
　観察視野５０１の中にラインパターン５０２と下地５０３が観察されており、２つのラインパターン５０２の間は十分分離しているように見える。
　次に、図１９ＡのトップビューＳＥＭ画像に対して紙面上方を紙面の奥側に数°傾斜したときのＳＥＭ画像の例を図１９Ｂに示す。ラインパターン５０２の上面がＳＥＭ画像の縦方向に圧縮されるとともに、図１９Ａでは見られなかったラインパターン５０２の側面５０４が観察されるようになる。
　さらに、図１９Ｃは試料であるウエハを傾斜することで、紙面の奥側に４５°傾斜させたときのＳＥＭ画像である。
　このように試料１２０であるウエハが大きく傾斜されることで、側面５０４は広い面積で観察できるようになり、側面５０４の細かい形状の情報を詳細に得ることができる。さらに、図１９ＣのＳＥＭ画像を詳細に観察すると、側面５０４の下部が裾を引いており、本来あるべき距離よりも短く形成されていることが分かる。このように、ラインパターン５０２の下部が裾を引いている部分は、図１９Ａでも見えるはずである。しかし、図１９Ａのように真上からのＳＥＭ画像では、二次粒子の散乱方向の関係から明瞭に撮像されず、ぼやけて見えたり、図１９Ａに示すように、ほとんど認識できなかったりする。
　半導体の製造工程では、この後に、エッチング工程が行われ、レジストパターンが下地５０３に転写される。このように、ラインパターン５０２の下部が裾を引いていると、ラインパターン５０２の下部が接近してしまう。ラインパターン５０２の下部が接近していると、ラインパターン５０２間の部分が十分に加工されず、ラインパターン５０２同士がつながってしまうおそれがある。このように、傾斜ＳＥＭを用いて任意の方向（角度）から観察対象パターンを観察することで、トップビューＳＥＭ画像では得られなかった情報が得られる。これによって、トップビューＳＥＭ画像では判別できなかったパターンの欠陥を判別することが可能となる。
　特許文献２に記載の技術により、小さな傾斜角ごとにＳＥＭ画像のマッチングが逐次行われることで、観察対象パターンを常に視野の中央に保持することができる。ここで、図１９Ａと図１９Ｂとに示すような小さな傾斜角の場合はパターンの見え方の差が少ない。そのため、２枚のＳＥＭ画像間でマッチングを行う際、２枚のＳＥＭ画像が同種のパターン（同じ箇所のＳＥＭ画像）であるか否かをマッチングすることができる。特許文献２に記載の技術では、これを繰り返すことによって、試料の傾斜が大きくなっても視野の移動量を算出することができる。そして、算出した視野移動量を基にステージや、一次電子ビームを移動することで、視野を補正して観察対象パターンを視野内に保持することが可能となる。
　特許文献２に記載の技術では、これを、繰り返すことで、視野の中に観察対象パターンを保持した状態で、試料を大きく傾斜させた状態のＳＥＭ画像を得ることができる。しかし、特に大きく傾斜させる場合には、試料の傾斜とマッチングを繰り返す処理とを数多く行う必要があり、長時間を要する。これによって、スループットが大幅に低下してしまう。半導体プロセス管理用ＳＥＭでは、観察対象パターンがウエハ１枚あたり数十点以上（多い場合は数百点以上）にもなるため、スループットの低下は大きな課題である。
　一方、図１９Ａと図１９Ｃとのように、傾斜角が大きく変わる場合、パターンの見え方が大きく乖離する。そのため、図１９ＡのＳＥＭ画像と、図１９ＣのＳＥＭ画像とが同種のパターンと認識されない。つまり、マッチングの精度が低下する。試料の傾斜角が大きくなると、視野のサイズに較べて移動量が大きくなるため、ほとんどの場合において視野外まで観察対象パターンが移動して視野補正が困難となる。
　このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、傾斜した試料のＳＥＭ画像を効率的に取得することを課題とする。
　前記した課題を解決するため、本発明は、荷電粒子線装置のステージ部を、設定された角度に傾斜させる傾斜制御部と、予め試料に設定されているアドレッシングパターンに前記ステージ部を移動させるアドレッシング処理部と、前記アドレッシングパターンを基に、撮像箇所に荷電粒子線ビームが照射されるよう、前記荷電粒子線ビームの移動を調整するビーム移動調整部と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、傾斜した試料のＳＥＭ画像を効率的に取得することができる。
第１実施形態に係る荷電粒子線システムの概略図である。 第１実施形態における制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 比較例で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態で行われる撮像処理の手順を示すフローチャートである 第１実施形態で用いられる撮像レシピ画面の例を示す図（その１）である。 第１実施形態で用いられる撮像レシピ画面の例を示す図（その２）である。 それぞれ撮像方向の異なるラインパターンのＳＥＭ画像の例を示す図（その１）である。 それぞれ撮像方向の異なるラインパターンのＳＥＭ画像の例を示す図（その２）である。 それぞれ撮像方向の異なるラインパターンのＳＥＭ画像の例を示す図（その３）である。 それぞれ撮像方向の異なるラインパターンのＳＥＭ画像の例を示す図（その４）である。 それぞれ撮像方向の異なるラインパターンのＳＥＭ画像の例を示す図（その５）である。 第２実施形態で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。 第３実施形態で用いられる撮像レシピ画面の例を示す図である。 テンプレート画像作成画面の例を示す図である。 第３実施形態における制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 テンプレート画像の作成手順を示すフローチャートである。 テンプレート画像を模擬的に作成する際の処理手順を示すフローチャートである。 検出アクセプタンスの例を示す図（その１）である。 検出アクセプタンスの例を示す図（その２）である。 検出器の位置を示す図（その１）である。 取得されるＳＥＭ画像の例を示す図（その１）である。 取得されるＳＥＭ画像の例を示す図（その２）である。 検出器の位置を示す図（その２）である。 第４実施形態で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。 第５実施形態で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。 第５実施形態における制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 第５実施形態で用いられるレシピ作成画面の例を示す。 ラインパターンのＳＥＭ画像例を示す図（その１）である。 ラインパターンのＳＥＭ画像例を示す図（その２）である。 ラインパターンのＳＥＭ画像例を示す図（その３）である。
　次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
　なお、各図において、同様の要素について、同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。なお、本実施形態では荷電粒子線装置の一つである走査電子顕微鏡を例として説明するが、例えばイオン顕微鏡等の他の荷電粒子線装置においても本実施形態は適用可能である。
　［第１実施形態］
　（荷電粒子線システムＺ）
　図１は、第１実施形態に係る荷電粒子線システムＺの概略図である。
　本構成のＳＥＭは傾斜可能なステージ（ステージ部）１２１を備えているため、ＣＤ－ＳＥＭや欠陥レビューＳＥＭと区別するために、以降は傾斜ＳＥＭ（荷電粒子線装置）１００と表記する。
　また、本実施形態では、半導体ウエハ等の大型試料に対して、ウエハ上に作製されたパターンの欠陥や異物を、ウエハを傾斜や回転させることで任意の方向から観察することを目的とする。従って、一次電子ビームＢ１のエネルギは数十ｅＶから数ｋｅＶの低入射エネルギに設定されている。ただし、本実施形態と同様に傾斜可能なステージ１２１を有する荷電粒子線装置であれば、対象としている試料１２０や目的、入射エネルギが大きくても適用が可能である。なお、本実施形態では、試料１２０はウエハである。また、本実施形態において、原則的に試料１２０の語を用いるが、半導体である場合を強調等する場合には、ウエハの語を適宜用いる。
　傾斜ＳＥＭ１００内の電圧や電流の設定は以下のようにして行われる。まず、記憶装置３０１に格納されている制御テーブル３１１に保存されている制御条件を制御装置２００が読み出す。制御装置２００は、符号４０１～４０８に示される各装置を介して、制御条件に従って傾斜ＳＥＭ１００の制御を行う。ユーザが測定条件を変更するように指示した場合、制御装置２００が記憶装置３０１に格納されている制御テーブル３１１を読み出し、制御パラメータの変更を行う。なお、符号４０１は電子銃制御装置、符号４０２は集束レンズ制御装置、符号４０３は走査偏向器制御装置である。また、符号４０４はウィーンフィルタ制御装置、符号４０５は引上電極制御装置である。そして、符号４０６は対物レンズ制御装置、符号４０７は電界補正電極制御装置、符号４０８はステージ制御装置である。
　傾斜ＳＥＭ１００では、電界放出陰極１０１と引出電極１０２の間に引出電圧が印加されることで、放出電子が放出される。放出電子は、引出電極１０２に対して接地電位にある陽極１０４の間でさらに加速される。放出電子を一次電子ビームＢ１と称する。陽極１０４を通過した一次電子ビームＢ１のエネルギは電子銃（電界放出陰極１０１と引出電極１０２とを含む）の加速電圧と一致する。陽極１０４を通過した一次電子ビームＢ１（放出電子）は集束レンズ１０５で集束される。そして、一次電子ビームＢ１は上走査偏向器１０８、下走査偏向器１０９で走査偏向を受けた後、対物レンズ１１８で試料１２０上に細く絞られる。対物レンズ１１８は磁極１１６と対物レンズコイル１１７とで構成される。対物レンズ１１８は、対物レンズコイル１１７で発生した磁界を磁極１１６のギャップから漏洩させて光軸上に集中させることで一次電子ビームＢ１を収束させる。
　対物レンズ１１８の強度は対物レンズコイル１１７の電流量を変化させることで調整される。ここで、ステージ１２１には負の電圧が印加されている。対物レンズ１１８を通過した一次電子ビームＢ１は、対物レンズ１１８と試料１２０との間に生成される減速電界で減速され、試料１２０に到達する。この構成では、対物レンズ１１８を通過するときの一次電子ビームＢ１のエネルギは試料１２０に入射するエネルギよりも高くなっている。この結果、最終的なエネルギの一次電子ビームＢ１を対物レンズ１１８に通す場合に比較すると、対物レンズ１１８での色収差が減少し、より細い一次電子ビームＢ１が得られて高い分解能を達成することができる。
　対物レンズ１１８における一次電子ビームＢ１の開き角は集束レンズ１０５の下方に設置されている一次電子ビーム用絞り１０６で決められる。一次電子ビーム用絞り１０６のセンタリングは調整つまみ１０７で行われる。図１の例では機械的な調節が行われているが、一次電子ビーム用絞り１０６の前後に静電偏向器（不図示）または磁界偏向器（不図示）が設けられることで、一次電子ビームＢ１を偏向させて調整してもよい。対物レンズ１１８で細く絞られた一次電子ビームＢ１は上走査偏向器１０８と下走査偏向器１０９によって試料１２０上を走査される。この時、上走査偏向器１０８と下走査偏向器１０９の偏向方向と強度は走査した一次電子ビームＢ１が常に対物レンズ１１８の中央を通るように調整されている。
　一次電子ビームＢ１が試料１２０に照射されると、二次粒子Ｂ２が発生する。対物レンズ１１８と試料１２０との間に生成された一次電子ビームＢ１に対する減速電界は、試料１２０で発生した二次粒子Ｂ２に対しては加速電界として働く。そのため、二次粒子Ｂ２は、対物レンズ１１８の通路内に吸引され、試料１２０と磁極１１６の間に形成された加速電界と対物レンズ１１８の磁界１１３とでレンズ作用を受けながら傾斜ＳＥＭ１００の上方に上昇する。
　ここで、磁極１１６に電圧が印加され、加速電界が強くされることにより、より多くの二次粒子Ｂ２を引き上げさせることができる。対物レンズ１１８の光軸側には引上電極１１５が設置され、この引上電極１１５に磁極１１６よりも高い電圧を印加することで二次粒子Ｂ２はさらに上方に引き上げられる（上昇させられる）。さらに、引上電極１１５と磁極１１６との間に生じた電位差によって形成された静電レンズにより二次粒子Ｂ２は収束される。これにより、二次粒子Ｂ２が引上電極１１５の内壁に衝突する成分を減らすことができる。
　加速され、引き上げられた二次粒子Ｂ２は、ウィーンフィルタ１１４により軸外に偏向される。そして、二次粒子Ｂ２は検出器１１０により検出される。図１の例ではウィーンフィルタ１１４の一つであるＥｘＢが記載されている。ＥｘＢ（すなわち、ウィーンフィルタ１１４）は対向する２枚の電極１１１及び電極１１２、及びコイル（不図示）で構成されている。ここで、検出器１１０側の電極１１２は二次粒子Ｂ２が通過できるようにメッシュで形成されている。電極１１２に電極１１１より高い電圧が印加されることで、電極１１２から電極１１１に向かう電界が発生する。
　さらに、この電界に直行する方向に磁界１１３が発生するように、ウィーンフィルタ１１４を構成するコイル（不図示）に電流が流される。電界や磁界１１３は一次電子ビームＢ１を偏向する作用をもつ。まず、電界により一次電子ビームＢ１が偏向される方向と量、と磁界１１３によって一次電子ビームＢ１が偏向される方向と量とが釣り合うように電圧と電流がコイルに印加され、ＥｘＢによる一次電子ビームＢ１の軌道への影響を消失させる。一方、本条件では、二次粒子Ｂ２に対しては電界と磁界１１３とによる偏向作用が同じ方向に働くため、二次粒子Ｂ２は一次電子ビームＢ１の光軸から偏向される。一次電子ビームＢ１の光軸から偏向された二次粒子Ｂ２は、電極１１２を通過し、検出器１１０に到達する。検出器１１０に到達した二次粒子Ｂ２は、輝度変調入力信号となり画像（ＳＥＭ画像）として構成され、モニタ３０２に表示され、記憶装置３０１に格納される。
　ステージ１２１は、載置されている試料１２０を水平・垂直方向に移動する機能、及び、試料１２０を傾斜及び回転させる機能を備えている。試料１２０を傾斜していないときは、磁極１１６と試料１２０との間の電界が軸対称となるため、一次電子ビームＢ１は真っ直ぐに試料１２０に照射される。二次粒子Ｂ２は、この電界の作用と対物レンズ１１８の磁界１１３の作用で、偏向されずに効率よく対物レンズ１１８の上方まで導かれる。しかし、試料１２０が傾斜されると、磁極１１６と試料１２０との間の電界が傾くために、二次粒子Ｂ２は光軸と直交する方向に偏向される。その結果、試料１２０から発生した二次粒子Ｂ２は対物レンズ１１８や引上電極１１５を通過する途中で内壁に衝突し、検出器１１０に到達できる二次粒子Ｂ２の数が減少する。その上、この非対称な電界は収差発生の原因となり、一次電子ビームＢ１の分解能低下を招く。
　そこで、試料１２０を傾斜したときの電界の傾きを抑えるため、軸対称の電界補正電極１１９が設けられている。そして、対物レンズ１１８と試料１２０との間の電界の傾きを最小化するため、電界補正電極１１９に適切な大きさの負の電圧が印加される。なお、試料１２０を傾斜したときに生じる一次電子ビームＢ１や二次粒子Ｂ２の偏向作用は、磁極１１６やステージ１２１に印加した電圧、傾斜角に依存する。そのため、制御テーブル３１１に保存された制御値が傾斜ＳＥＭ１００全体の制御装置２００及び各装置４０１～４０８を介して各部に設定されることで、一次電子ビームＢ１や二次粒子Ｂ２の偏向作用を最小化する。
　（制御装置２００）
　図２は、第１実施形態における制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。適宜、図１を参照する。
　図２に示すように、制御装置２００は、例えばＰＣ等であり、メモリ２０１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０２、通信装置２０３、入力装置２０４を有している。
　通信装置２０３は、各装置４０１～４０８との通信を行うものである。
　入力装置２０４は、キーボードや、マウス等である。
　メモリ２０１には、図１の記憶装置３０１に格納されたプログラムがロードされ、ＣＰＵ２０２によってロードされたプログラムが実行される。これによって、処理部２１０、及び、処理部２１０を構成するステージ制御部（傾斜制御部）２１１、グローバルアライメント処理部２１２、アドレッシング処理部２１３、撮像処理部（ビーム移動調整部）２１４、登録処理部２１５が具現化する。
　ステージ制御部２１１は、予め作成されている制御テーブル３１１や、入力装置２０４から入力された情報に従って、ステージ１２１の傾斜や、回転を制御する。
　グローバルアライメント処理部２１２は、後記するグローバルアライメント処理を行う。
　アドレッシング処理部２１３は、後記するアドレッシング処理を行う。
　撮像処理部２１４は、一次電子ビームＢ１を試料１２０に照射し、試料１２０から生じた二次粒子Ｂ２を検出器１１０で検出する撮像を行う。
　登録処理部２１５は、後記するテンプレート画像の登録を行う。ちなみに、テンプレート画像はアドレッシング処理において用いられるものである。
　（フローチャート）
　＜比較例＞
　図３は、比較例で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。適宜、図１及び図２を参照する。
　図３では、傾斜ＳＥＭ１００において、試料１２０であるウエハ上の複数箇所の観察対象パターンに移動し、撮像するための処理を示す。図３に示す処理は、ユーザによって作成される撮像レシピに従って行われる。すなわち、本処理における撮像箇所の座標や、後記するアドレッシング処理に用いられるテンプレート画像、撮像倍率、ＳＥＭ画像のフレーム枚数等の撮像条件は撮像レシピとして管理される。撮像レシピは、ユーザによって作成される。ここで、観察対象パターンはチップ内におけるパターンである。このようなパターンは、チップ内に同形状のものが複数形成されている。ちなみに、撮像レシピによって設定された撮像条件は、制御テーブル３１１における制御値として設定される。
　まず、ユーザが、試料１２０であるウエハを傾斜ＳＥＭ１００のステージ１２１に載置する（Ｓ１０１）。ステージ１２１の傾斜角は初期角度に設定する。ここでは、初期角度は傾斜角０°を想定して説明を進めるが、異なる角度でもよい。
　次に、グローバルアライメント処理部２１２が、光学顕微鏡（図示せず）とＳＥＭとによるグローバルアライメント処理を行う（Ｓ１０２）。ここでは、試料１２０であるウエハ上に設けられているグローバルアライメントマークが観察されることにより、試料１２０の原点ずれや回転ずれが算出される。そして、これらの原点ずれや、回転ずれのずれ量を基にグローバルアライメント処理部２１２によって、ステージ座標とウエハ面内座標とが対応される。そして、これらの対応関係が記憶装置３０１に格納される。次に、グローバルアライメント処理部２１２が、ステージ座標をウエハ面内座標に変換する。
　ここで、グローバルアライメントについて詳細に説明する。試料１２０としてのウエハをステージ１２１に載置する際、どんなに位置を正確に合わせて載置しても、毎回数１００μｍ程度の大きさで載置位置がばらつく。そのため、目的のウエハ面内座標に従って、ステージ１２１が移動されてもＳＥＭの倍率ではグローバルアライメントマークが視野内に入ることはほとんどない。従って、グローバルアライメントでは、ユーザによって、まず１ｍｍ程度の視野を持つ光学顕微鏡（不図示）が用いられて、ステージ座標とウエハ内座標との関係が粗調整された後、ＳＥＭで微調整される。光学顕微鏡は、傾斜ＳＥＭ１００に備わっている。グローバルアライメントでは、ウエハ上の既知の座標に作製されたパターン（グローバルアライメントマーク）が３箇所以上選択される、撮像ポイントの座標に従ってステージ移動が行われる。そして、光学顕微鏡及びＳＥＭによってグローバルアライメントの撮像が行われる。
　撮像したＳＥＭ画像にグローバルアライメントマークが含まれない場合、グローバルアライメントマークが視野内に含まれるまで、ユーザはステージ１２１をＸＹ方向にランダムあるいは決められた方向に移動してグローバルアライメントマークを探索する。そして、グローバルアライメント処理部２１２は、予め登録されているグローバルアライメント座標におけるテンプレート画像と撮像したＳＥＭ画像とのマッチングを行う。これによって、グローバルアライメント処理部２１２は、テンプレート画像の中心座標と、実際にグローバルアライメントマークを撮像した際の中心座標を比較し、試料１２０の原点ずれや回転ずれを算出する。
　ここで、グローバルアライメントマークは、以下の条件を備えていることが望ましい。
　（Ｃ１）十分なマッチング精度を得るために、グローバルアライメントマークのパターンと下地に十分なコントラストが付いている。
　（Ｃ２）サイズは光学顕微鏡での粗調整時には数１００μｍ、及び、ＳＥＭでの微調整時には数μｍ程度のパターンである。
　また、光学顕微鏡で用いられるグローバルアライメントマークと、ＳＥＭで用いられるグローバルアライメントは異なるが、可能であれば同じグローバルアライメントが用いられてもよい。
　次に、アドレッシング処理部２１３が、後記する撮像レシピに入力された観察対象パターンの座標に従って、アドレッシングパターンまでステージ移動を行う。そして、アドレッシング処理部２１３はアドレッシング処理を行う（Ｓ１０３）。このアドレッシング処理部２１３には、後記するテンプレート画像とのマッチング処理が含まれる。アドレッシング処理部２１３は、後記する撮像レシピに入力された観察対象パターンの座標の近くに存在するアドレッシングパターンを探索し、検出したアドレッシングパターンまでステージ移動を行う。
　ステップＳ１０３において、アドレッシングパターンは、観察対象パターンの撮像時よりも低倍の撮像条件でＳＥＭ撮像される。移動誤差によって、撮像したＳＥＭ画像にアドレッシングパターンが含まれない場合がある。このような場合、ユーザは、ステージ移動の後、アドレッシングパターンが視野内に含まれるまで、ステージ１２１をＸＹ方向にランダムあるいは決められた方向に移動してアドレッシングパターンを探索する。探索は、入力装置２０４に入力された情報を介して、ステージ制御部２１１がステージ１２１を移動することで行われる。ここで、アドレッシング処理部２１３は、予め登録されているテンプレート画像と、観察したアドレッシングパターンのＳＥＭ画像とのマッチングを行う。これによって、アドレッシング処理部２１３は、テンプレート画像の中心座標と実際にアドレッシングパターンを観察した際の中心座標とのずれベクトルを検出する。
　ここで、アドレッシングについて詳細に説明する。観察対象パターンを直接観察しようとした場合、ステージ１２１の位置決め精度の不足により、観察箇所が観察対象パターンからずれて視野に入らない場合が多い。そこで、位置決め用として、観察対象パターンの近傍にある、座標が既知の特定パターンにステージ１２１を移動させ、一旦観察する。この特定パターンをアドレッシングパターンと称する。
　そして、その後に撮像処理部２１４は、ステージ１２１ではなくて走査偏向器１０８，１０９、あるいは別に設けられた偏向器（不図示）を用いて観察対象パターンにビーム移動させる。このようにすることで、高い座標精度で観察対象パターンのＳＥＭ画像を撮像する（後記するＳ１０４）ことができる。このようにするのは、一般的にビーム移動の位置決め精度がステージ１２１の位置決め精度より高いことによる。
　以上の特徴から、アドレッシングパターンは、以下の条件（Ｂ１）～（Ｂ４）を満たしていることが望ましい。
　（Ｂ１）観察対象パターンからビーム移動により移動可能な距離に存在する。
　（Ｂ２）アドレッシングパターンのサイズはステージ１２１の位置決め精度を考慮して、観察対象パターンの撮像倍率よりも低い倍率で認識可能な大きさである。
　（Ｂ３）マッチングで認識が容易なユニークな形状を持ち、マッチング時に誤認識しないように近傍に似た形状のパターンがない。
　（Ｂ４）パターンと下地とのコントラストが大きい。
　次に、撮像処理部２１４が撮像を行う（Ｓ１０４）。具体的には、撮像処理部２１４が、アドレッシングパターンの座標と観察対象パターンの座標とのずれベクトルから、ステップＳ１０３で検出されたずれベクトルを差し引いた分だけ、走査偏向器１０８，１０９、あるいは別に設けられた偏向器（不図示）を制御して一次電子ビームＢ１を移動させる。一次電子ビームＢ１を移動させることを、ビーム移動と称する。これによって、観察対象パターンのＳＥＭ画像が撮像される。
　続いて、観察対象パターンを斜めから観察するため、ユーザが入力した情報を基に、ステージ制御部２１１がステージ１２１を設定した角度に傾斜させる（Ｓ１０５；傾斜ステップ）。
　その後、撮像部が観察対象パターンの傾斜ＳＥＭ画像の撮像を行う（Ｓ１０６）。
　複数の観察対象パターンの撮像を行う場合、ステップＳ１０３～Ｓ１０６の処理が繰り返される。
　図３の撮像処理では、ステージ１２１の傾斜に伴う試料１２０の傾斜時に観察対象パターンが移動し、ひどい場合には、所望の傾斜角まで傾斜したときに観察対象パターンが視野から外れてしまう。観察対象パターンが移動してしまう原因として、ステージ１２１の機構部におけるガタ、観察時にユーセントリック条件にステージ１２１の位置が正しく調整されていないこと、試料１２０としてのウエハの固定時にウエハに微小なたわみが生じること等がある。
　傾斜ＳＥＭ１００では１０度以上傾斜して観察する用途で用いられることが多い。このような場合、観察対象パターンの撮像倍率（７万～２０万倍程度）では、観察対象パターンを視野内に保持できず、ほとんどの場合視野外まで移動してしまう。特許文献２に記載のように目的の傾斜角に到達するまで微小な傾斜角ごとにマッチングを繰り返した場合、各傾斜角間でのマッチングは可能であるので、最終的に試料１２０を大きく傾斜させても視野の中に観察対象パターンを保持することができる。しかし、前記したように、試料１２０の傾斜とマッチングを繰り返すには長い時間を要し、スループットが大幅に低下する。一方、撮像倍率を小さくすれば、いきなり大きく傾斜しても観察対象パターンは視野内に保持される可能性が高くなる。しかし、視野に対する観察対象パターンのサイズ比率が小さくなるため、マッチング精度が下がり、十分な精度で視野移動量を算出することができない。
　そこで、本実施形態では図４に示す撮像処理を行うことで、傾斜ＳＥＭ１００において、大きく試料１２０を傾斜したときにも観察対象パターンを視野内に保持して撮像することが可能となる。
　図４は、第１実施形態で行われる撮像処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図１及び図２を参照する。
　図４に示す処理は、ユーザによって作成される撮像レシピに従って行われる。このように撮像レシピに従って処理が行われることにより、撮像時の手間を軽減することができる。
　ステップＳ１０１～Ｓ１０５までは図３におけるステップＳ１０１～Ｓ１０５と同様の処理であるため、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
　ステップＳ１０５において、ステージ１２１が傾斜された後、アドレッシング処理部２１３が、アドレッシングパターンにステージ１２１を移動し、アドレッシング処理を行う（Ｓ２０１；アドレッシングステップ）。このアドレッシング処理部２１３には、予め登録されているテンプレート画像によるマッチング処理が含まれる。
　ステップＳ２０１において、アドレッシング処理部２１３は、まず、後記する撮像レシピに入力された観察対象パターンの座標の近傍に存在するアドレッシングパターンを探索する。そして、アドレッシング処理部２１３は、探索したアドレッシングパターンにステージ１２１を移動させる。ステージ移動後、移動誤差のため、視野にアドレッシングパターンが入っていない場合がある。このような場合、ユーザが、ステージ１２１をＸＹ方向にランダムあるいは決められた方向に移動させてアドレッシングパターンを探索する。
　アドレッシング処理部２１３は、観察対象パターン撮像時よりも低倍の撮像条件でＳＥＭ撮像する。アドレッシングパターンと観察対象パターンとのずれ量は、光学顕微鏡での観察を要するほどのものでもないため、低倍の撮像条件によるＳＥＭ撮像されればよい。次に、アドレッシング処理部２１３は、予め登録されているテンプレート画像と、撮像したＳＥＭ画像とのマッチングを行う。テンプレート画像はステップＳ１０３のアドレッシングで使用したテンプレート画像である。このマッチングによって、テンプレート画像の中心座標と実際にアドレッシングパターンを観察した際の中心座標とのずれベクトルをアドレッシング処理部２１３が算出する。
　このようなマッチング処理が行われることにより、アドレッシング処理の精度を向上させることができる。
　そして、撮像処理部２１４が撮像を行う（Ｓ２０２；撮像ステップ）。つまり、撮像処理部２１４は、アドレッシングパターンの座標と観察対象パターンの座標との相対ベクトルから、ステップＳ１０３で算出されたずれベクトルを差し引いた分だけ、走査偏向器１０８，１０９、あるいは別に設けられた偏向器（不図示）を制御してビーム移動させる。これによって、観察対象パターンのＳＥＭ画像が撮像される。
　もし、一つの観察対象パターンを複数の傾斜角で観察する場合、ステップＳ２０１～Ｓ２０２の処理が繰り返される。また、チップ内における複数の観察対象パターンを観察する場合、ステップＳ１０３～Ｓ２０２の処理が繰り返される。このような処理が行われることにより、いきなり大きな傾斜角で試料１２０を傾斜させても観察対象パターンを視野に保持してＳＥＭ画像を撮像することができる。
　図４に示す処理によれば、ステージ１２１の傾斜後にアドレッシング処理が行われている。これにより、特許文献２に記載の技術のように、小さな傾斜角での傾斜が繰り返されることなく、最初から大きな傾斜角での傾斜が可能となり、スループットを向上させることができる。
　（撮像レシピ画面Ｐ）
　図５及び図６は、第１実施形態で用いられる撮像レシピ画面Ｐの例を示す図である。
　ここで、作成される撮像レシピは、図４に示される処理のうち、アドレッシング処理（Ｓ１０３，Ｓ２０１）と、観察対象パターンの撮像（Ｓ１０４，Ｓ２０２）を実行するためのものである。このような撮像レシピは、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を用いることによって作成される。
　撮像レシピ画面Ｐは、観察対象パターンの番号設定窓Ｐ１１、観察対象パターンの座標設定窓Ｐ２１、アドレッシング処理領域Ｐ１００、観察対象パターンの撮像領域Ｐ２００を有している。観察対象パターンの番号設定窓Ｐ１１では、観察対象パターンの番号が入力されることで撮像箇所が指定される。図５の例では「１」が入力されていることで、一点目の観察対象パターンが指定されている。ここで、前記したように、同形状を有する観察対象パターンが、チップ内に複数形成されている。そこで、これらの観察対象パターンは、例えば、左上から順に通番されている。番号設定窓Ｐ１１には、このような観察対象パターンの番号が入力される。
　そして、番号設定窓Ｐ１１に「２」が入力されれば、２番目の観察対象パターンが観察対象となり、「３」が入力されれば、３番目の観察対象パターンが観察対象となる。
　座標設定窓Ｐ２１は、試料１２０としてのウエハにおける観察対象パターンのチップ内座標が入力される。チップ内座標とは、試料１２０としてのウエハに複数作製されているチップ毎に設定されている座標である。座標設定窓Ｐ２１には、入力装置２０４を介してユーザが直接数値を入力するか、あるいは、ユーザが登録ボタンＰ２２を選択入力することで座標が確定される。登録ボタンＰ２２が選択入力されると、現在地の座標が登録される。現在地の座標とは、現在の視野中心におけるチップ内座標である。そして、移動ボタンＰ２３が選択入力されることで、表示されている座標にステージ１２１が移動する。当然ながら、登録ボタンＰ２２が選択入力されることで設定された座標から変更していない場合、移動ボタンＰ２３が選択入力されてもステージ１２１は移動しない。
　次に、アドレッシング処理領域Ｐ１００について説明する。アドレッシング処理領域Ｐ１００には、オートフォーカス選択ボタンＰ１０１と、パターン認識選択ボタンＰ１０２が表示されている。これらのボタンＰ１０１，Ｐ１０２の紙面右側にもボタンＰ１０３，Ｐ１０４が表示されている。
　オートフォーカス選択ボタンＰ１０１はアドレッシングパターンの座標に移動した後に、対物レンズ１１８の励磁電流を変化させてアドレッシングパターンに自動で焦点を合わせる動作（オートフォーカス）をさせるか否かを指定する。図５の例ではチェックが入っておらず、ステージ移動後にフォーカス調整は実行されない設定となっている。なお、ボタンＰ１０３では、オートフォーカスの種類を設定することができる。
　なお、アドレッシングパターンへの移動は、予め登録されているアドレッシングパターンのチップ内座標を基に、座標設定窓Ｐ２１に入力された座標に近いアドレッシングパターンをアドレッシング処理部２１３が検索する。
　パターン認識選択ボタンＰ１０２は、アドレッシングパターンの座標にステージ移動した後に、登録されたアドレッシングパターンのテンプレート画像（図５の例では十字のパターン）とのマッチングを行うか否かを指定する。ここでのマッチングは、ステップＳ２０１で行われるマッチングである。図５の例ではチェックが入っているので、マッチングが行われるよう設定されている。また、ボタンＰ１０４が選択入力されることで、マッチングの手法等を設定することができる。
　アドレッシングパターン表示領域Ｐ１０５には、現在用いられているアドレッシングパターンのＳＥＭ画像が表示されている。つまり、アドレッシング処理（図４のＳ１０３)では、設定された座標にステージ移動して撮像したアドレッシングパターンを含む画像と、予め登録されたテンプレート画像（アドレッシングパターン表示領域Ｐ１０５に表示されているアドレッシングパターン）とがマッチングされる。
　パターン認識選択ボタンＰ１０２のチェックが外されると、ステージ移動後に登録されているテンプレート画像とのマッチングが行われない。そのため、移動後のステージ１２１の位置はステージ１２１の位置決め精度に依存することになる。ステージ１２１の位置決め精度は、観察対象パターンを撮像するような高倍の視野に対しては不十分なことが多い。そのため、ビーム移動をして観察対象パターンに移動しても、視野内に観察対象パターンが入らないことが多い。従って、パターン認識選択ボタンＰ１０２にチェックを入れることは必須とすることが望ましい。
　そして、登録ボタンＰ１０６が選択入力されると、選択入力した時点で設定されている撮像条件で撮像処理部２１４がＳＥＭ画像を撮像し、撮像したＳＥＭ画像をアドレッシングパターン表示領域Ｐ１０５に表示し、新たなテンプレート画像として記憶装置３０１に格納（登録）する。既に、テンプレート画像が登録されている場合、上書きされてもよいし、別のテンプレート画像として登録されてもよい。
　クリアボタンＰ１０７が選択入力されると、今回、登録されたテンプレート画像がクリアされる。
　観察対象パターンの撮像領域Ｐ２００では、オートフォーカス選択ボタンＰ２０１とパターン認識選択ボタンＰ２０２が表示されている。オートフォーカス選択ボタンＰ２０１は、アドレッシング処理領域Ｐ１００におけるオートフォーカス選択ボタンＰ１０１と同様、観察対象パターンにステージ１２１が移動した後にオートフォーカスを行うか否かを指定する。パターン認識選択ボタンＰ２０２も、アドレッシング処理領域Ｐ１００におけるパターン認識選択ボタンＰ１０２と同様に、登録されたテンプレート画像と、撮像されている観察対象パターンとのマッチングを行うか否かを指定する。このマッチングは、図４の処理に示していないが、撮像された観察対象パターンに対してパターン欠陥の有無を判定するため等に行われるものである。
　ボタンＰ２０３，Ｐ２０４については、アドレッシング処理領域Ｐ１００におけるボタンＰ１０３，Ｐ１０４と同様であるので、ここでの説明を省略する。
　また、アドレッシングパターン表示領域Ｐ２０５には、現在登録されている観察対象パターンのＳＥＭ画像が表示されている。
　登録ボタンＰ２０６が選択入力されると、選択入力した時点で設定されている撮像条件で撮像処理部２１４がＳＥＭ画像を撮像する。その後、撮像されたＳＥＭ画像がアドレッシングパターン表示領域Ｐ２０５に表示され、新たなテンプレート画像として記憶装置３０１に格納（登録）される。前記したように、このテンプレート画像は、パターン欠陥の有無を判定するため等に用いられる。
　クリアボタンＰ２０７が選択入力されると、今回、登録されたテンプレート画像がクリアされる。
　測定選択ボタンＰ２０８でチェックが入力されると、処理部２１０は、得られたＳＥＭ画像内の観察対象パターンに対して長さや角度の測定を行う。保存選択ボタンＰ２０９が選択入力されることによって、アドレッシングパターン表示領域Ｐ２０５に表示されているＳＥＭ画像が記憶装置３０１に保存される。
　なお、本実施形態の撮像処理では、前記したように、ステージ移動でアドレッシングパターンへの移動・マッチング処理が行われた後に、ステージ移動せずにビーム移動することによって観察対象パターンを高い位置精度でＳＥＭ画像を撮像する。ビーム移動が用いられることで、アドレッシングパターンと観察対象パターンとの座標間の移動精度が向上する。
　撮像レシピ画面Ｐにおいて、撮像領域Ｐ２００はシートＨ１に表示されている。
　図５における＋ボタンＰＬが選択入力されると、図６に示すように、シートＨ２が追加表示される。シートＨ２には、傾斜設定画面Ｐ３００が表示されている。傾斜設定画面Ｐ３００ではステージ１２１が傾斜した場合における設定が可能である。すなわち、傾斜設定画面Ｐ３００には、ステージ１２１が傾斜している場合におけるアドレッシング処理領域Ｐ３０１と、撮像領域Ｐ３０２とが表示されている。
　アドレッシング処理領域Ｐ３０１及び撮像領域Ｐ３０２は傾斜した条件でのアドレッシングと観察対象パターンの撮像設定用であり、各ボタンを押したときの動作は、傾斜した状態でのアドレッシングパターンや、観察対象パターンの処理が行われること以外は、図５のアドレッシング処理領域Ｐ１００及び撮像領域Ｐ２００と同様である。なお、画像表示領域Ｐ１０５ａには、アドレッシングのテンプレート画像として、傾斜したアドレッシングパターンのＳＥＭ画像（試料の画像）が表示されている。
　図６の状態で、さらに＋ボタンＰＬが選択入力されると、新たにアドレッシング処理領域、撮像領域が含まれるシートが表示される。なお、登録ボタンＰ２０６ａについては後記する。
　第１実施形態によれば、ステージ１２１の傾斜後にアドレッシング処理が行われている。これにより、特許文献２に記載の技術のように、小さな傾斜角での傾斜が繰り返されることなく、最初から大きな傾斜角での傾斜が可能となり、スループットを向上させることができる。
　特許文献２に記載の技術では、所望の傾斜角に至るまで、何度も一次電子ビームＢ１の照射が行われるため、試料１２０に照射痕や、ごみがついてしまうおそれがある。
　第１実施形態よれば、これらの課題を解決することができる。
　また、既存の傾斜ＳＥＭ１００を利用することもできる。
　［第２実施形態］
　次に、第２実施形態について図７Ａ～図７Ｅ、及び、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態に記載され、第２実施形態に未記載の事項は、特段の事情がない限り、第２実施形態にも適用できる。
　第１実施形態では、試料１２０を傾斜しても観察対象パターンを視野内に保持する撮像処理について説明した。しかし、実際には試料１２０を傾斜するだけでなく、回転させることで、観察目的の場所をより詳細に観察することも行われる。
　図７Ａ～図７Ｅは、それぞれ異なる方向に作製されたラインパターン５０２のＳＥＭ画像の例を示す図である。図７Ａ～図７Ｅにおいて、各符号は図１９Ａ～図１９Ｃと同一のものを使用する。
　ここでは、試料１２０であるウエハのノッチあるいはオリフラを手前（ユーザ側）に設置したことを前提として観察対象パターンの方向を定義する。この条件でのウエハの設置方法を定位置と称することとする。一般的に半導体のパターンは、定位置に対して水平あるいは垂直に作製される。図７Ａに定位置に対して水平に作製されたラインパターン５０２を、ウエハを傾斜しない条件で観察したＳＥＭ画像を示す。すなわち、図７Ａは、観察対象パターンを真上方向から撮像したものが示されている。
　そして、図７Ａにおいて、紙面上方を紙面の奥側に傾斜したときのＳＥＭ画像の例を図７Ｂに示す。この方向に傾斜した場合、ラインパターン５０２の側面５０４や、ラインパターン５０２の先端部５０５同士が接近しているか否かを詳細に観察することができる。一方、図７Ｃに示される、定位置に対して垂直に作製された観察対象パターンを、紙面上方が紙面奥側になるよう傾斜させると図７Ｄに示すようなＳＥＭ画像が得られる。図７Ｄに示すＳＥＭ画像では、ラインパターン５０２の先端部５０５の形状は観察できる。しかし、ラインパターン５０２の側面５０４や、ラインパターン５０２の先端部５０５同士が接近しているか否かを観察することが困難である。従って、ラインパターン５０２の形状評価をすることができない。傾斜ＳＥＭ１００に搭載したステージ１２１が任意の方位方向に傾斜することができるならば、以下のようなことも可能である。図７ＣのＳＥＭ画像の右方あるいは左方を紙面の奥側に傾斜すれば、つまり、図７ＣのＳＥＭ画像の縦軸を中心に、左右両端が紙面手前側と、奥側にそれぞれ回転するようにすれば図７Ｂが９０度回転したようなＳＥＭ画像を得ることができる。このようにすれば、ラインパターン５０２の先端部５０５同士が接近しているか否かの評価が可能となる。しかし、多くの傾斜ＳＥＭ１００のステージ１２１の傾斜方向は一つの方位角方向のみである。従って、図７ＣのようなＳＥＭ画像が得られるようにウエハがステージ１２１に載置されている場合、観察対象パターンが図７Ｂの向きになるようにステージ１２１を回転させる必要がある。例えば、ステージ１２１を時計回りに４５°程度回転させれば図７ＥのＳＥＭ画像が得られ、ラインパターン５０２の側面５０４や、先端部５０５同士が接近しているか否か等が観察可能となる。
　図７Ａ～図７Ｅで説明したように、試料１２０を傾斜させるだけでなく、回転させることで、任意の方向から観察した傾斜ＳＥＭ画像を撮像することが可能となる。これにより、ラインパターン５０２をより多くの観察指標で評価できるようになる。
　（フローチャート）
　図８は、第２実施形態で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。
　図８において、図４に示す処理と同様の処理については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
　図８において、図４と異なる点は、ステップＳ１０４の後、試料１２０の傾斜に加えて回転が加わっている点である（Ｓ１０５ａ）。
　この後に行われるアドレッシング処理（Ｓ２０１）は、回転・傾斜された試料１２０に対して行われるが、その手順は図４のステップＳ２０１と同様である。
　なお、ステップＳ１０５ａでは、試料１２０を回転させた後に傾斜させても、試料１２０を傾斜させた後に回転させてもよい。
　第２実施形態によれば、ステージ１２１を回転させた際においても、効率的なＳＥＭ画像の撮像を行うことができる。
　［第３実施形態］
　次に、第３実施形態について図９～図１４Ｃを参照して説明する。
　なお、第１実施形態及び第２実施形態に記載され、第３実施形態に未記載の事項は、特段の事情がない限り、第３実施形態にも適用できる。
　第１実施形態では、図６に示す登録ボタンＰ２０６ａが選択入力されることで、ユーザが、予め試料１２０を傾斜して撮像したＳＥＭ画像をテンプレート画像として登録している。しかし、第３実施形態では、所望の傾斜角のテンプレート画像を設計データや、傾斜０°のＳＥＭ画像等から作成して登録する方法について説明する。
　図９は、第３実施形態で用いられる撮像レシピ画面Ｐａの例を示す図である。
　図９において、図６と同様の要素については同一の符号を付して説明を省略する。
　図９において、図６と異なる点は、アドレッシング処理領域Ｐ３０１ａ及び撮像領域Ｐ３０２ａにオートボタンＰ４０１，Ｐ４０２が表示されている点である。オートボタンＰ４０１もしくはオートボタンＰ４０１が選択入力されると、図１０に示すテンプレート画像作成画面Ｑが別ウィンドウとしてモニタ３０２に表示される。
　図１０では、図９のオートボタンＰ４０１が選択入力された結果、表示されるテンプレート画像作成画面Ｑの例を示す図である。
　テンプレート画像作成画面Ｑの作成ボタンＱ１０２が選択入力されることで、テンプレート画像の作成が開始される。このテンプレート画像は、アドレッシング処理（図４や、図８のステップＳ２０２）におけるマッチング処理で用いられる画像である。作成されたテンプレート画像はテンプレート画像表示領域Ｑ１０１に表示される。クリアボタンＱ１０３が選択入力されると、作成されたテンプレート画像がクリアされる。
　テンプレート画像作成画面Ｑの下部には、作成条件設定領域Ｑ２００が表示されている。
　角度設定窓Ｑ２０１には、所望の傾斜角が度数単位で入力される。作成ボタンＱ１０２が選択入力されると、角度設定窓Ｑ２０１で設定された角度のテンプレート画像が作成される。
　また、作成条件設定領域Ｑ２００には、ＳＥＭ画像選択ボタンＱ２０２及びシミュレート画像選択チェックボタンＱ２０３が表示されている。ＳＥＭ画像選択ボタンＱ２０２にチェックが入ると、例えば、特許文献２の手法によって傾斜したアドレッシングパターンの実ＳＥＭ画像が撮像される。つまり、角度設定窓Ｑ２０１に入力された傾斜角に至るまで、一定の小さな傾斜角ごとに試料１２０の傾斜とマッチングが繰り返される。ここでは、ステージ１２１が微小量だけ傾斜され、当該傾斜前後における試料１２０の画像が比較されることで画像間の位置ずれ量が算出される。そして、この位置ずれ量を補正するようにステージ１２１が移動されるか、ビーム移動が行われる。これを、ステージ１２１の角度が設定された角度に至るまで繰り返し、設定された角度で取得した画像がテンプレート画像として生成される。なお、この処理については後記する。このようにして、常に視野の中心に観察対象パターンが保持されるようにステージ移動あるいはビーム移動が行われる。その後、所望の傾斜角に到達したときの実ＳＥＭ画像が取得されテンプレート画像表示領域Ｑ１０１に表示される。このように、ここでは、特許文献２の手法によって傾斜直前のアドレッシングパターンの実ＳＥＭ画像をテンプレート画像として傾斜前後の画像をマッチングしている。
　そして、撮像されたＳＥＭ画像がテンプレート画像として格納される。ここで、撮像されたＳＥＭ画像は、テンプレート画像表示領域Ｑ１０１に表示される。さらに、ここで撮像されたＳＥＭ画像は、図９の画像表示領域Ｐ１０５ａにも表示される。
　また、ボタンＱ２１１が選択入力されると、詳細な設定をするためのウィンドウが表示される。このウィンドウによって、例えば、傾斜角のステップ間隔や、ＳＥＭ画像の撮像条件、マッチング方法等が設定可能である。
　一方、シミュレート画像選択チェックボタンＱ２０３にチェックが入力されると、マニュアル選択ボタンＱ２０４及び設計データ選択ボタンＱ２０５が選択可能となる。
　マニュアル選択ボタンＱ２０４にチェックが入力されると、初期傾斜角（ここでは０°）での実ＳＥＭ画像が用いられて、傾斜されたアドレッシングパターンの模擬的な傾斜ＳＥＭ像が作成される。作成された模擬的な傾斜ＳＥＭ像はテンプレート画像表示領域Ｑ１０１に表示される。ボタンＱ２１２が選択入力されると、アドレッシングパターンの傾斜ＳＥＭ画像を生成するための設定が可能なウィンドウが表示される。ここでは、アドレッシングパターンの高さ等が入力できる。
　設計データ選択ボタンＱ２０５のチェックが入力されると、ＣＡＤデータを基にアドレッシングパターンの傾斜ＳＥＭ画像が模擬的に作成される。また、ボタンＱ２１３が選択入力されると、ＣＡＤデータの選択画面が表示される。
　（制御装置２００ａ）
　図１１は、第３実施形態における制御装置２００ａの構成を示す機能ブロック図である。なお、図１１において、図２と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　図１１に示す制御装置２００ａにおいて、図２に示す制御装置２００と異なる点は、処理部２１０ａがテンプレート画像生成部（登録画像生成部）２１６を有している点である。
　テンプレート画像生成部２１６は、図１０に示すテンプレート画像作成画面Ｑに入力された情報等を用いて、テンプレート画像を生成する。
　（フローチャート）
　図１２Ａは、テンプレート画像の作成手順を示すフローチャートである。
　ここで、図１２Ａは、ＳＥＭ画像選択ボタンＱ２０２にチェックが入れられた後に、作成ボタンＱ１０２が選択入力された場合を示す。
　まず、テンプレート画像生成部２１６は、ステージ制御部２１１に指示してステージ１２１を微小角度だけ傾斜させる（Ｓ５０１）。
　次に、テンプレート画像生成部２１６は、傾斜前後で取得されるＳＥＭ画像を比較し、表示されているＳＥＭ画像内におけるアドレッシングポイントの位置ずれ量を算出する（Ｓ５０２）。
　そして、テンプレート画像生成部２１６は、ステップＳ５０２で算出した位置ずれ量がビーム移動を行う際のビーム偏向量の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ５１１）。ビーム偏向量の範囲内とは、ビーム偏向量の最大値の範囲内という意味である。
　ステップＳ５１１の結果、位置ずれ量がビーム偏向量の範囲内である場合（Ｓ５１１→Ｙｅｓ）、テンプレート画像生成部２１６は、ステップＳ５０２で算出された位置ずれ量を補正するよう、一次電子ビームＢ１を移動させるため、走査偏向器１０８，１０９、あるいは別に設けられた偏向器（不図示）を制御することでビーム移動を行う（Ｓ５１２）。ステップＳ５１２において、実際には、テンプレート画像生成部２１６が、撮像処理部２１４に指示することでビーム移動が行われる。
　また、ステップＳ５１１の結果、位置ずれ量がビーム偏向量の範囲外である場合（Ｓ５１１→Ｙｅｓ）、テンプレート画像生成部２１６は、ステップＳ５０２で算出された位置ずれ量を補正するよう、ステージ制御部２１１に指示することでステージ１２１を移動させる（Ｓ５１３）。
　ステップＳ５１２，Ｓ５１３の後、テンプレート画像生成部２１６は、ステージ１２１の傾斜角度が目標角度（設定された角度）に到達したか否かを判定する（Ｓ５２１）。
　ステップＳ５２１の結果、目標角度に到達していない場合（Ｓ５２１→Ｎｏ）、処理部２１０ａはステップＳ５０１へ処理を戻す。
　ステップＳ５２１の結果、目標角度に到達している場合（Ｓ５２１→Ｙｅｓ）、テンプレート画像生成部２１６は最終的に撮像したアドレッシングパターンをテンプレート画像として登録する（Ｓ５２２）。
　なお、図１２Ａに示す処理は、特許文献２の図３及び図４の処理を簡潔に示したものであり、より詳細には特許文献２の図３及び図４に示される処理が行われる。
　図１２Ｂは、テンプレート画像を模擬的に作成する際の処理手順を示すフローチャートである。
　図１２Ｂでは、マニュアル選択ボタンＱ２０４が選択入力された場合におけるテンプレート画像の精製処理の手順を示す。
　まず、テンプレート画像生成部２１６は、傾斜角０度でのＳＥＭ画像を取得する（Ｓ３０１）。
　次に、取得したＳＥＭ画像の中で、パターンと下地とが指定される（Ｓ３０２）。この指定は、ユーザがＳＥＭ画像内をマウスでクリックすることによって行われてもよいし、テンプレート画像生成部２１６がＳＥＭ画像における明るさから判定してもよい。もし、ＣＡＤデータがあるならば、ＣＡＤデータの高さ情報等が用いられてもよい。
　次に、テンプレート画像生成部２１６は、図１０の角度設定窓Ｑ２０１に入力されている傾斜角を模擬的な傾斜ＳＥＭ画像を作成するためのパラメータとして読み込む（Ｓ３０３）。
　続いて、テンプレート画像生成部２１６は、設定されているアドレッシングパターンの高さ情報をもとに、傾斜角０°のＳＥＭ画像を縦方向に圧縮し、側壁を追加する（Ｓ３０４）。
　そして、テンプレート画像生成部２１６は、傾斜角０°におけるＳＥＭ画像のコントラスト及び、傾斜ＳＥＭ１００の検出アクセプタンスを基に模擬的なＳＥＭ画像内のパターンと下地、側壁の明るさを調整する（Ｓ３０５）。傾斜ＳＥＭ１００の検出アクセプタンスを基に画像内のパターンと下地、側壁の明るさを調整する処理については後記する。
　そして、生成したテンプレート画像を記憶装置３０１に格納する（Ｓ３０６）。
　このように、傾斜角０°等、予め撮像してあるＳＥＭ画像を基に、所望の傾斜角のテンプレート画像を生成することで、テンプレート画像の撮像を省略することができ、撮像の効率を向上させることができる。
　ここで、図１２Ｂにおける画像Ｐ７０１は、ステップＳ３０１で取得される傾斜角０°のＳＥＭ画像である。また、図１２Ｂにおける画像Ｐ７０２は、図１２Ｂに示す処理で生成された傾斜ＳＥＭ画像（傾斜したアドレッシングパターンの画像）である。画像Ｐ７０２では、符号Ｐ７１１に示すように、画像Ｐ７０１での視野に対し一部の情報が欠損する。そこで、テンプレート画像生成部２１６は平均階調値を用いることによって符号Ｐ７１１の領域を穴埋めする。あるいは、マッチングの際に、マッチング対象となる観察対象パターンのＳＥＭ画像において、欠損した領域（符号Ｐ７１１）に相当する領域が削除された上で、マッチングが行われるようにしてもよい。
　ここで、図１２ＢのステップＳ３０５の明るさ調整で行われる検出アクセプタンスについて図１３Ａ～図１４Ｃを参照して説明する。
　検出アクセプタンスは、試料１２０から放出される二次粒子Ｂ２のうち、どのエネルギや角度成分のものが検出されるか否かを表したものである。また、検出アクセプタンスを目視で判断できるようにマップ化したものが検出アクセプタンスマップである。検出アクセプタンスマップは、記憶装置３０１に予め格納されている。
　図１３Ａ及び図１３Ｂに傾斜ＳＥＭ１００における代表的な検出アクセプタンスマップの例を２つ示す。
　なお、試料１２０の傾斜角は共に０°としている。ここでは、簡便のため、エネルギは該マップから省き、仰角と方位角を２つの軸とした検出アクセプタンスマップを示す。仰角は一次電子ビームＢ１の光軸からの傾き角とし、０°は真上を示し、９０°は真横を示す。方位角は一次電子ビームＢ１の光軸に垂直な面での回転角に相当する。そして、試料１２０上の一次電子ビームＢ１の照射点を中心とし、この中心周りに対して反時計周りの角度を方位角として定義する。
　図１３Ａは、検出器１１０が図１３Ｃにおける位置Ｘ１に設置されている場合における検出アクセプタンスを示す。また、図１３Ｃは、検出器１１０の位置を示す図である。
　図１３Ｃにおける位置Ｘ１は、図１における検出器１１０の位置に相当する。また、図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、斜線部分は検出器１１０による検出領域を示している。
　図１４Ａに示すように、図１４Ｃの位置Ｘ１に検出器１１０が設置されている場合、検出領域は方位角に依存せず、同じ仰角範囲の二次粒子Ｂ２が検出されている。
　一方、図１４Ｃの位置Ｘ２に設置された検出器１１０では、図１３Ｂに示す検出アクセプタンスとなる。位置Ｘ２は、検出器１１０が対物レンズ１１８の外側に設置されている位置である。検出器１１０の方向（０度）に放出された二次粒子Ｂ２が広い仰角まで検出されるのに対し、検出器１１０とは反対方向（±１８０度）に放出された二次粒子Ｂ２はほとんど検出されない。
　ここで、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す検出アクセプタンスの条件において、試料１２０を図１４Ｃのように傾斜した場合におけるＳＥＭ画像を図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。
　図１４Ａは、図１４Ｃにおける位置Ｘ１に検出器１１０が設置されている場合における傾斜した試料１２０のＳＥＭ画像を示している。なお、図１４Ｃにおける位置Ｘ１は、図１３Ｃにおける位置Ｘ１に対応する。図１４Ａ及び図１４Ｂでは、試料が紙面奥側に傾斜している状態を示している。また、図１４Ｃにおける試料１２０の構造物は、実際には微小であるが、ここでは分かりやすくするため大きく描画している。
　図１４Ｃにおける位置Ｘ１に検出器１１０が設置されている場合、図１３Ａの検出アクセプタンスに示されるように、検出器１１０は試料１２０から上方に放出された二次粒子Ｂ２を検出する。従って、図１４Ａに示すように、試料１２０の面６１１に対応する画像６０１に較べて面６１２に対応する画像６０２の方が明るく撮像される。これは、一次電子ビームＢ１の照射方向に対して、急峻な角度を有する面６１２から多くの二次粒子Ｂ２（図１参照）が放出されるためである。
　これに対して、図１４Ｃにおける位置Ｘ２に検出器１１０が設置されている場合、図１４Ｂに示すようなＳＥＭ画像が得られる。なお、図１４Ｃにおける位置Ｘ２は、図１３Ｃにおける位置Ｘ２に対応する。図１３Ｂの検出アクセプタンスに示すように、検出器１１０から見て影となる試料１２０の面６１２に対応する画像６０２に較べて面６１１に対応する画像６０１の方が明るく撮像される。なお、図１４Ｃの面６１３には、一次電子ビームＢ１が照射されないため、画像として検出されない。また、前記したように、一次電子ビームＢ１の照射方向に対して、急峻な角度を有する面６１２から多くの二次粒子Ｂ２（図１参照）が放出されるが、検出器１１０の位置Ｘ２により面６１１の方が明るく撮像される。
　このように、検出アクセプタンスが異なることで、ＳＥＭ画像の見え方が異なる。検出アクセプタンスは、検出器１１０の配置を含めた傾斜ＳＥＭ１００の構成、電極１１２の電圧設定等を含む光学条件、観察条件、試料１２０の傾斜角等に依存するため、観察条件を制御テーブル３１１等から読み出す必要がある。
　図１２ＢのステップＳ３０５では、図１３Ａ～図１４Ｃを参照して説明したような検出アクセプタンスによるテンプレート画像の明るさ調整が行われる。つまり、テンプレート画像に陰影が付加される。
　このように、検出アクセプタンスによるテンプレート画像の明るさ調整が行われることで、模擬的に生成されたテンプレート画像を実際のＳＥＭ画像に近づけることができる。これによって、マッチングのエラーを低減することができる。
　なお、図１０において、設計データ選択ボタンＱ２０５にチェックが入力されている場合、図１２ＢのステップＳ３０１ではＣＡＤデータが読み込まれる。
　そして、ステップＳ３０２では、ＣＡＤデータを基にテンプレート画像生成部２１６が、パターンと下地を指定する。
　そして、ステップＳ３０４では、テンプレート画像生成部２１６が、ＣＡＤデータを基にアドレッシングパターンの高さ情報を取得する。
　そして、ステップＳ３０５では、ＣＡＤデータから生成されたアドレッシングパターンの傾斜ＳＥＭ画像に対して、検出アクセプタンスに基づく明るさ調整が行われる。
　なお、設計データ選択ボタンＱ２０５にチェックが入力されている場合でも、図１２ＢのステップＳ３０３，Ｓ３０６の処理は、図１２Ｂで説明した処理と同じである。
　さらに、図９において、オートボタンＰ４０１が選択入力された場合、アドレッシングパターンが観察対象パターンとなること以外は、図１０～図１４Ｃにおいて説明した処理が行われる。
　このように、ＣＡＤデータを基に、所望の傾斜角のテンプレート画像を生成することで、テンプレート画像の撮像を省略することができ、撮像の効率を向上させることができる。
　［第４実施形態］
　次に、本発明の第４実施形態について図１５を参照して説明する。なお、第１実施形態～第３実施形態に記載され、第４実施形態に未記載の事項は、特段の事情がない限り、第４実施形態にも適用できる。
　第４実施形態では、傾斜後にアドレッシングを行うときのステージ移動量に補正を加えている。
　図１５は、第４実施形態で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。
　図１５において、図４に示す処理と同様の処理については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
　図１５では、図４の処理に加えて、ステージ制御部２１１が、予め算出した観察対象位置での視野移動量をステージ移動量にオフセットとして追加する処理（Ｓ４０１）が加えられている。すなわち、図１５では、アドレッシング処理部２１３がステージ１２１の傾斜（または回転）量を基に、アドレッシングパターンのずれ量を推定する。そして、推定されたずれ量を基に算出されたオフセット量が、ステップＳ２０１におけるステージ１２１の移動量に追加される。
　ここで、追加されるオフセット量は観察する光学条件ごとの制御テーブル３１１を参照して求めることや、観察するウエハ上のウエハ面座標ごとの制御テーブル３１１、あるいは座標を変数とした関数や、マップ等を基にアドレッシング処理部２１３が計算して求める。
　このようにすることで、アドレッシングパターンの探索時間を短縮することができる。
　［第５実施形態］
　次に、第５実施形態について図１６及び図１８を参照して説明する。なお、第１実施形態～第４実施形態に記載され、本実施形態に未記載の事項は、特段の事情がない限り、第５実施形態にも適用できる。
　第５実施形態では、最初から試料１２０が傾斜された状態で行われる。これまでに説明した撮像方法では、観察対象パターンごとに試料１２０を傾斜し、現在の観察対象パターンでの傾斜ＳＥＭ画像の撮像が完了すると再び試料１２０の傾斜角を初期角度（０度）に戻す工程が入る。すなわち、観察対象パターンごとに試料１２０の傾斜角を少なくとも２回（初期角度と設定角度）は変化させることになる。そこで、傾斜角０°でのＳＥＭ画像が不要な場合、最初から傾斜させた状態で、すべての観察対象パターンにおける傾斜ＳＥＭ画像が取得されるようにすると効率がよい。
　図１６は、第５実施形態で行われる撮像方法の手順を示すフローチャートである。
　図１６において、図４と同様の処理については、図４と同様のステップ番号を付す。
　まず、ユーザが試料１２０であるウエハをステージ１２１に載置し（Ｓ１０１）、ステージ制御部２１１１がステージ１２１を傾斜する（Ｓ１０５）。
　そして、試料１２０が傾斜された状態で、グローバルアライメント処理部２１２が光学顕微鏡とＳＥＭによるグローバルアライメントを行う（Ｓ１０２）。
　続いて、アドレッシング処理部２１３がアドレッシング（Ｓ２０１）を行った後に、撮像処理部２１４が、観察対象パターンのＳＥＭ画像を撮像する（Ｓ２０２）。
　各処理の内容は、図４において該当するステップ番号の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
　図１６に示すような処理が行われることで、不要な傾斜角の撮像を省略することができるので、撮像の手間を軽減することができる。
　（制御装置２００ｂ）
　図１７は、第５実施形態における制御装置２００ｂの構成を示す機能ブロック図である。なお、図１７において、図２と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　図１７に示す制御装置２００ｂにおいて、図２に示す制御装置２００と異なる点は、処理部２１０ｂがレシピ変換部２１７を有している点である。
　レシピ変換部２１７は、外部から入力された所定の傾斜角の撮像レシピを、ユーザが所望の傾斜角のＳＥＭ画像を得るための撮像レシピに変換する。
　図１６に示す撮像方法の撮像レシピを作成するには、傾斜させた状態でグローバルアライメント、アドレッシング、観察対象パターンのテンプレート画像を順次取得して登録していく。
　しかし、傾斜角０°の撮像レシピが既に作成されている場合、この撮像レシピを目的の傾斜角の撮像レシピに変換されるようにすると、ユーザが撮像レシピを作製する手間が省ける。例えば、傾斜ＳＥＭにおいて予め作成された傾斜角０°の撮像レシピを基に、目的の傾斜角の撮像レシピを作成する。あるいは、例えば、試料１２０を傾斜しないＣＤ－ＳＥＭや欠陥レビューＳＥＭにおいて、撮像レシピに従って撮像されたトップビュー画像でパターン欠陥と予測される場所が発見されたとする。このような場合、トップビュー画像の撮像で用いられた撮像レシピが傾斜ＳＥＭ１００システムに転送され、レシピ変換部２１７が、撮像レシピを所定の傾斜角のレシピに変換する。
　このとき、すべての観察対象パターンについて変換してもよいし、欠陥と認識された観察対象パターンのみを変換してもよい。欠陥と認識された観察対象パターンのみを変換するとは、欠陥と認識された観察対象パターンの番号に対応する設定が変換されることである。
　図１８は、第５実施形態で用いられるレシピ作成画面Ｐ８００の例を示す。
　レシピ作成画面Ｐ８００には、作成元ファイル名表示窓Ｐ８０１と、作成先ファイル名表示窓Ｐ８０２と、角度入力窓Ｐ８０３とを有している。
　また、作成元ファイル名表示窓Ｐ８０１に変換元となるレシピファイル名が直接入力されることで、変換元となるレシピファイルが指定される。ボタンＰ８１１が選択入力されることで表示されるダイアログ画面であるファイル選択画面（不図示）で変換元となるレシピファイルが選択されてもよい。
　作成先ファイル名表示窓Ｐ８０２に変換先となるレシピファイル名が直接入力されることで、変換先となるレシピファイル名が指定される。また、ボタンＰ８１２が選択入力されることで、変換先となるレシピファイルの格納先が指定されてもよい。
　角度入力窓Ｐ８０３には傾斜角が入力される。図１８の例では３０°が入力されている。セッティングボタンＰ８１３が選択入力されると、レシピファイルの変換に関する詳細設定を行うことができる。
　そして、作成ボタンＰ８２１が選択入力されることで、変換元のレシピファイルの傾斜角（例えば０°）を、角度入力窓Ｐ８０３に入力された傾斜角に変換した撮像レシピが作成される。なお、セッティングボタンＰ８１３が選択入力された際に表示される画面は、例えば図１０に示すような内容を含む。キャンセルボタンＰ８２２が選択入力されることで、レシピ作成画面Ｐ８００に入力された情報がクリアされる。
　このように、傾斜ＳＥＭで作成された所定の傾斜角の撮像レシピ、あるいは、外部から取得した所定の傾斜角（例えば、ＣＤ－ＳＥＭやレビューＳＥＭでは傾斜角０°）に関する撮像レシピから、所望の傾斜角に関する撮像レシピを生成する（レシピ生成ステップ）ことで、撮像レシピ作成の手間を軽減することができる。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、各実施形態では試料１２０を傾斜することで、試料１２０を傾斜した状態でのＳＥＭ画像を得ている。しかし、試料１２０を傾斜させる代わりに、電子光学系のカラムを傾斜したり、あるいは一次電子ビームＢ１を傾斜させて試料１２０に入射させる手法にも適用可能である。
　本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態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、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、前記した各構成、機能、各部２１０～２１７、記憶装置３０１等は、それらの一部またはすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図２等に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ２０２等の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ソフトウェアで実現してもよい。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、ＨＤ（Hard Disk）に格納すること以外に、メモリ２０１や、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
　また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
　１００　傾斜ＳＥＭ（荷電粒子線装置）
　１２０　試料
　１２１　ステージ（ステージ部）
　２００　制御装置
　２１１　ステージ制御部（傾斜制御部）
　２１３　アドレッシング処理部
　２１４　撮像処理部（ビーム移動調整部）
　２１６　テンプレート画像生成部（登録画像生成部）
　Ｂ１　　一次電子ビーム（荷電粒子線ビーム）
　Ｐ１０５ａ　画像表示領域（試料の画像が表示されている）
　Ｐ７０２　画像（傾斜したアドレッシングパターンの画像）
　Ｑ１０１　テンプレート画像表示領域（登録画像が表示されている）
　Ｓ１０５　傾斜（傾斜ステップ）
　Ｓ２０１　アドレッシング処理（アドレッシングステップ）
　Ｓ２０２　撮像（ビーム移動ステップ）
　Ｚ　　　荷電粒子線システム

Claims (15)

  1. 　荷電粒子線装置のステージ部を、設定された角度に傾斜させる傾斜制御部と、
    　予め試料に設定されているアドレッシングパターンに前記ステージ部を移動させるアドレッシング処理部と、
    　前記アドレッシングパターンを基に、撮像箇所に荷電粒子線ビームが照射されるよう、前記荷電粒子線ビームの移動を調整するビーム移動調整部と、
    　を有することを特徴とする荷電粒子線システム。
  2. 　前記傾斜制御部は、
    　前記傾斜とともに、前記ステージ部の回転を行う
    　ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線システム。
  3. 　前記アドレッシング処理部は、
    　前記アドレッシングパターンに前記ステージ部を移動させた後、前記試料の画像と、予め設定されている登録画像とをマッチングさせる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線システム。
  4. 　前記登録画像を生成する登録画像生成部
    　を有することを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線システム。
  5. 　前記登録画像生成部は、
    　前記ステージ部を微小量だけ傾斜させ、
    　当該傾斜前後における前記試料の画像を比較することで画像間の位置ずれ量を算出し、前記位置ずれ量を補正するように前記ステージ部を移動することを、前記ステージ部の角度が設定された角度に至るまで繰り返し、
    　設定された角度で取得した前記画像を前記登録画像として生成する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線システム。
  6. 　前記登録画像生成部は、
    　前記ステージ部を微小量だけ傾斜させ、
    　当該傾斜前後における前記試料の画像を比較することで画像間の位置ずれ量を算出し、前記位置ずれ量を補正するように前記荷電粒子線ビームを移動することを、前記ステージ部の角度が設定された角度に至るまで繰り返し、
    　設定された角度で取得した前記画像を前記登録画像として生成する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線システム。
  7. 　前記登録画像生成部は、
    　設計データを基に、傾斜した前記アドレッシングパターンの画像を生成することで、前記登録画像を生成する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線システム。
  8. 　前記登録画像生成部は、
    　生成した前記登録画像に、検出器の位置に基づいて画像の濃淡を調整する
    　ことを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子線システム。
  9. 　前記登録画像生成部は、
    　予め撮像してある前記アドレッシングパターンの画像を基に、傾斜した前記アドレッシングパターンの画像を生成することで前記登録画像を生成する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線システム。
  10. 　前記登録画像生成部は、
    　生成した前記登録画像に、検出器の位置に基づいて画像の濃淡を調整する
    　ことを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子線システム。
  11. 　前記アドレッシング処理部は、
    　前記ステージ部の傾斜量を基に、傾斜後の前記アドレッシングパターンの位置を推定し、
    　推定された前記アドレッシングパターンの位置を基に、前記アドレッシングパターンに前記ステージ部を移動させる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線システム。
  12. 　前記ステージ部に前記試料が載置された後、前記ステージ部が傾斜され、前記アドレッシング処理部による処理が行われる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線システム。
  13. 　荷電粒子線装置のステージ部を、設定された角度に傾斜させる傾斜ステップと、
    　予め試料に設定されているアドレッシングパターンに前記ステージ部を移動させるアドレッシングステップと、
    　前記アドレッシングパターンを基に、撮像箇所に荷電粒子線ビームが照射されるよう、前記荷電粒子線ビームの移動を調整するビーム移動ステップと、
    　を有することを特徴とする荷電粒子線撮像方法。
  14. 　前記傾斜ステップ、前記アドレッシングステップ、前記ビーム移動ステップは、事前に入力部を介して情報が入力されることで生成されるレシピに従って行われる
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の荷電粒子線撮像方法。
  15. 　外部から入力された前記レシピを基に、前記ステージ部を所定角度傾斜させて撮像するための前記レシピを生成するレシピ生成ステップ
    　を有することを特徴とする請求項１４に記載の荷電粒子線撮像方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023021540A1 (ja) * 2021-08-16 2023-02-23 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置
WO2023144909A1 (ja) * 2022-01-26 2023-08-03 株式会社日立ハイテク 異物高さの測定方法及び荷電粒子線装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09147778A (ja) * 1995-11-28 1997-06-06 Hitachi Ltd 荷電粒子線装置
JP2009110734A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線顕微装置及び顕微方法
JP2010108633A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Jeol Ltd 透過型電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法及び装置
JP2012022903A (ja) * 2010-07-15 2012-02-02 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子ビーム応用装置、および荷電粒子ビーム応用装置における基準マークの検出方法
JP2016171087A (ja) * 2013-01-23 2016-09-23 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン測定方法、荷電粒子線装置の装置条件設定方法、および荷電粒子線装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09147778A (ja) * 1995-11-28 1997-06-06 Hitachi Ltd 荷電粒子線装置
JP2009110734A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線顕微装置及び顕微方法
JP2010108633A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Jeol Ltd 透過型電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法及び装置
JP2012022903A (ja) * 2010-07-15 2012-02-02 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子ビーム応用装置、および荷電粒子ビーム応用装置における基準マークの検出方法
JP2016171087A (ja) * 2013-01-23 2016-09-23 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン測定方法、荷電粒子線装置の装置条件設定方法、および荷電粒子線装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023021540A1 (ja) * 2021-08-16 2023-02-23 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置
WO2023144909A1 (ja) * 2022-01-26 2023-08-03 株式会社日立ハイテク 異物高さの測定方法及び荷電粒子線装置

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