(57)【要約】【課題】視野範囲内における小領域の周りの領域への電子ビームの照射をできるだけ低減して、観察対象のシュリンクを抑制する。【解決手段】視野範囲２００の走査と視野範囲内の小領域の走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順で指定したフレーム回数分だけ１次電子ビーム１０８の走査を行うことにより、視野範囲２００内における小領域の走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８においては１次電子ビーム１０８の照射量を抑え、視野範囲２００内の小領域の走査フレーム２０９部分については従来の走査方式と同等のＳ/Ｎ比を確保した観察画像６１３を取得する。【選択図】図２
2010272398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象に電子ビームを照射し、観察対象から発生する放出電子を検出して観察対象の観察画像を取得する荷電粒子線応用装置であって、
予めフレームに対応させ、視野範囲内で設定された任意位置及び任意サイズの所望の走査領域を含む、同一視野範囲におけるフレーム毎に対応した、互いに異なるサイズの走査領域それぞれの電子ビーム走査を予め指定された順番で行う機構と、
当該フレーム毎の電子ビーム走査により得られた同一視野範囲内における互いに異なる位置とサイズのフレーム画像を合成し、観察対象の視野範囲の全体画像を得る画像処理ユニットと
を備えていることを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項２】
前記画像処理ユニットは、フレーム毎に異なる位置とサイズの走査領域を電子ビーム走査して得た画像を合成して、視野範囲におけるフレーム毎の画像が重なった領域のＳ/Ｎ比を向上させる
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線応用装置。
【請求項３】
前記フレーム毎の電子ビーム走査の走査速度はフレーム同士で変えてある
ことを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線応用装置。
【請求項４】
観察対象に電子ビームを照射し、観察対象から発生する放出電子を検出して観察対象の観察画像を取得する荷電粒子線応用装置であって、
予めフレームに対応させ、視野範囲内で設定された任意位置及び任意サイズの所望の走査領域を設定する設定手段と、
当該設定された所望の走査領域を含む、同一視野範囲におけるフレーム毎に対応した、互いに異なるサイズの走査領域それぞれの電子ビーム走査を予め指定された順番で行う電子ビーム走査手段と、
当該フレーム毎の電子ビーム走査に同期して、同一視野範囲内における互いに異なる位置とサイズのフレーム画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段によって取得された、同一視野範囲内におけるフレーム毎に異なる位置とサイズのフレーム画像を合成して、フレーム毎の画像が重なった領域のＳ/Ｎ比を向上させた視野範囲の画像を合成する画像処理手段と
を備えていることを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線応用装置に係り、特に試料の測長や構造の観察に適用される走査型電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡は、観察対象（例えば、半導体ウェハの回路パターン）に電子ビームを照射し、このとき観察対象から発生する２次電子等の放出電子を検出して、観察対象の観察画像を取得する構成になっている。
【０００３】
走査型電子顕微鏡における観察画像の取得処理は、細く絞った１次電子ビームを観察対象の試料上に２次元走査しながら照射するステップと、試料上の１次電子ビームの照射部位から発生する２次電子や反射電子等を検出するステップと、その検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換するステップとを含んでいる。観察画像は、これらステップの実行により得られたデジタル値を、試料上における１次電子ビームの走査位置と同じ配置になるように２次元配列上に並べ、２次元デジタル画像を作成することより取得される。
【０００４】
ところで、特許文献１には、このような走査型電子顕微鏡に係り、観察画像の画質改善を図るため、１次電子ビームで同一の箇所を複数回走査し、この走査毎に得られた同一の箇所のフレーム画像の加算平均を行うことよって、２次元デジタル画像のＳ/Ｎ比を改善することが記載されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、同じく走査型電子顕微鏡に係り、観察画像の２次元デジタル画像の明るさむらを補正するため、１次電子ビームを走査する試料上の走査領域の大きさを変えながら、１次電子ビームの走査を複数回行う技術が記載されている。具体的には、試料の選択された小領域を一つのフレームサイクル間にラスタ走査し、その小領域を含む試料の実質的により広い領域をラスタ走査する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７１４５号公報
【特許文献２】特表２００１−５０８５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば、半導体ウェハに形成された回路パターンのような観察対象では、１次電子ビームがその表面に照射されると、この照射された１次電子ビームの強度や照射時間に応じて観察対象のシュリンクが発生し、さらに、このシュリンクの量も、１次電子ビームの照射量が同じであっても、観察対象のパターンの形状（ライン＆スペース，孤立したホール，密集したホール等）の違いにより異なることが知られている。
【０００８】
そのため、特許文献１に記載されたような、同一の箇所を複数回走査する構成は、Ｓ/Ｎ比が改善された２次元デジタル画像を取得できる反面、この複数回走査した箇所にシュリンクの発生を招くことになり、パターンの測長や観察を行う上での障害になっていた。
【０００９】
また、特許文献２は、必要な小領域を含む、試料のより広い領域をさらに走査することにより、電荷をプリチャージしてチャージアップによる画像の明るさむらを補正する技術に係るものであり、これら小領域及び小領域を含む広い領域は、観察対象のシュリンクの発生を考慮して設定されたものではなかった。
【００１０】
さらに、特許文献２に記載されている技術では、取得した画像をパターンマッチングに使用したり単純に観察するとき、その小領域に必要なパターンの情報が含まれない場合は、その小領域を含む広い領域を再度走査して画像を取得することになる。その際、既に走査されている小領域も再度走査されることになるため、余分に１次電子ビームが照射されることになり、また、この広い領域の再走査のためのシーケンスをさらに行うことが、スループットを低下させる要因にもなっていた。
【００１１】
本発明は、従来の観察画像を取得するのと同等の時間で、視野範囲を保ちつつ、この視野範囲内の所望の小領域に関してはＳ/Ｎ比のよい観察画像を提供すること、及び視野範囲内における小領域の周りの領域への電子ビームの照射をできるだけ低減して、観察対象のシュリンクを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、例えば走査型電子顕微鏡といった荷電粒子線応用装置において、Ｓ/Ｎ比のよい観察画像を得るための１次電子ビームの走査領域を、視野範囲内の測長や観察に必要なパターンが含まれる小領域に制限し、視野範囲における小領域以外の部分の１次電子ビームの照射量を抑制することによって、パターン形状によるシュリンク量の差異を低減するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
そのために、本願発明は、１次電子ビームの走査を行う視野範囲内から、Ｓ/Ｎ比のよい観察画像を取得する任意位置及び任意サイズからなる小領域を指定し、少なくとも視野範囲の走査と小領域それぞれの走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順で指定したフレーム回数分だけ１次電子ビームの走査を行い、視野範囲における異なるサイズと位置とからなる複数のフレーム画像を取得し、これら取得した複数のフレーム画像を合成することにより、視野範囲の観察画像を得ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、視野範囲の走査と視野範囲内の小領域の走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順で指定したフレーム回数分だけ１次電子ビームの走査を行うことにより、視野範囲内における小領域の周りの領域においては１次電子ビームの照射量を抑え、視野範囲内の小領域については従来の走査方式と同等のＳ/Ｎ比を確保した観察画像が取得できる。
【００１５】
また、本発明においては、合成の基となる各フレーム画像の取得は、従来の走査動作内で走査領域を切り替えているだけなので、走査時間が増加することはない。
【００１６】
さらに、本発明によれば、任意位置及び任意サイズからなる小領域毎に走査回数を調整して１次電子ビームの照射量を加減できるので、観察試料のパターン形状によるシュリンク量の違いを低減でき、またチャージアップによるコンタミネーションが低減する効果も期待できる。
【００１７】
また、任意位置及び任意サイズからなる小領域の設定の内容によっては、観察画像の取得に要する走査時間を短縮できるため、スループットの向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る荷電粒子線応用装置の一実施の形態としての走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図２】本発明に係る荷電粒子線応用装置の一実施の形態としての走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図３】視野範囲における１次電子ビームのラスタ走査による走査領域の説明図である。
【図４】走査パターンテーブル及び走査領域定義テーブルそれぞれの一実施例の構成図である。
【図５】操作者が視野範囲内の各フレームについて領域設定を行う際に使用するＧＵＩの一実施例である。
【図６】画像生成部により生成されるフレーム番号に対応したフレーム画像とこれらフレーム番号毎のフレーム画像を基に生成された観察画像との説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係る荷電粒子線応用装置の実施の形態につき、走査型電子顕微鏡を例に、図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る荷電粒子線応用装置の一実施の形態としての走査型電子顕微鏡の構成図である。
【００２１】
本実施の形態の走査型電子顕微鏡１は、電子源１０１と、加速電極１０２と、集束レンズ１０３と、偏向器１０４と、対物レンズ１０５と、ステージ１０７と、検出器１１０と、デジタル化手段１１１と、偏向制御部１１２と、全体制御部１１３と、画像処理部１１４と、画像生成部１１５と、画像メモリ１１６と、レシピ部１１７と、入出力部１１８と、バス１１９と、結果記憶部１２０とを備えている。
【００２２】
電子源１０１は、観察対象の試料ウェハ１０６に照射する１次電子ビーム１０８を発生する。加速電極１０２は、電子源１０１により発生された１次電子ビーム１０８を加速して後段に進行させる。集束レンズ１０３は、加速電極１０２により加速された１次電子ビーム１０８を集束する。偏向器１０４は集束レンズ１０３により集束された１次電子ビーム１０８を偏向して２次元走査する。対物レンズ１０５は、偏向器１０４により偏向された１次電子ビーム１０８をステージ１０７に載置されている試料１０６に微小スポットとして集束させる。ステージ１０７は、試料すなわち試料ウェハ１０６が載置される。検出器１１０は、１次電子ビーム１０８の照射によって試料１０６から発生した２次電子等の放出電子１０９を検出する。デジタル化手段１１１は、検出器１１０の検出出力をＡ／Ｄ変換してデジタル化する。偏向制御部１１２は、試料１０６上における１次電子ビーム１０８の２次元走査に合わせて偏向器１０４の偏向量を制御する偏向信号１２１を生成するとともに、検出器１１０の検出出力をデジタル化するためのサンプリングクロック１２２をデジタル化手段１１１に供給する。全体制御部１１３は、バス１１９を介して走査型電子顕微鏡１の各部と接続され、電子顕微鏡各部を制御する。画像生成部１１５は、デジタル化手段１１１によってデジタル化されたデジタル検出データに基づいて、試料１０６の観察画像の画像データを生成する。画像メモリ１１６には、画像生成部１１５で生成された観察画像を含む各種画像データが格納される。画像処理部１１４は、画像生成部１１５による生成画像又は画像メモリ１１６の格納画像を用いて試料１０６である半導体ウェハの回路パターンの測長等のための画像処理を行う。レシピ部１１７には、検査条件やテンプレート画像等を格納したレシピファイルが記憶されている。結果記憶部１２０には、レシピ部１１７の検査条件にしたがって行われた検査の検査結果等が記憶される。入出力部１１８は、各種操作指示を入力するためのキーボードやポインティングデバイスといった入力デバイスと、ＧＵＩ（Graphical User Interface）や各種データ等をＯＳＤ（On Screen Display）出力するためのモニタとを含む。
【００２３】
次に、本実施の形態の走査型電子顕微鏡１によって実行される検査処理の流れについて説明する。
【００２４】
検査対象の観察画像の取得は、操作者がレシピ部１１７から呼び出したレシピに基づき行われる。取得処理の開始にあたって、入出力部１１８のモニタには、呼び出したレシピに基づくＯＳＤ画面が表示される。操作者は、このＯＳＤ画面を参照し、各種電子光学系条件（例えば、加速電圧、プローブ電流、撮像倍率）や試料１０６の観察箇所や寸法測長を行う箇所といった検査情報を、入出力部１１８の入力デバイスを用いて入力する。
【００２５】
観察画像の取得処理は、レシピの検査条件及びこの設定した検査情報に基づいて行われ、ステージ１０７に搭載された試料１０６における観察箇所のデジタル画像データの取得が、次のようにして行われる。
【００２６】
まず、電子源１０１より放出された１次電子ビーム１０８は、加速電極１０２により加速された後、集束レンズ１０３で収束され、偏向器１０４で偏向され、その後さらに対物レンズ１０５で収束され、試料１０６の観察箇所の観察部位に照射される。偏向制御部１１２は、偏向器１０４の偏向量を制御する偏向信号１２１を制御しながら、１次電子ビーム１０８の照射部位を、観察箇所で、すなわちレシピに登録された倍率で定まる視野範囲内で走査移動する。
【００２７】
図２は、偏向制御部の偏向信号と試料の視野範囲内における１次電子ビーム１０８の照射部位との説明図である。
【００２８】
偏向制御部１１２は、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲をＹ座標信号２０１，Ｘ座標信号２０２に従う形で１次電子ビーム１０８が２次元走査するように、１次電子ビーム１０８の偏向範囲を制御する。本実施の形態の場合、偏向信号１２１は、Ｘ座標方向及びＹ座標方向それぞれの走査信号２０１，２０２にブランク信号２０３，２０４を組み合わせて構成される。
【００２９】
Ｙ座走査標信号２０１及びＸ座標走査信号２０２は、それぞれの信号レベルの大きさが視野範囲におけるＹ座標方向のＹ座標位置及びＸ座標方向のＸ座標位置に対応し、１次電子ビーム１０８をこの視野範囲内でラスタ走査するために用いられる。
【００３０】
Ｙブランク信号２０３及びＸブランク信号２０４は、有効（例えばハイレベル）な場合は、対応する座標方向に関して１次電子ビームが視野範囲を照射するのを許容し、無効（例えばローレベル）な場合は、試料１０６が存在しない場所へ１次電子ビームの照射先を飛ばすための信号である。したがって、Ｙブランク信号２０３及びＸブランク信号２０４が共に有効の場合にのみ、１次電子ビーム１０８は視野範囲内に照射することが可能になる。
【００３１】
偏向制御部１１２は、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲を、Ｙ座標走査信号２０１及びＸ座標操作信号２０２に従う形で偏向器１０４の作動を制御し、１次電子ビーム１０８が、この視野範囲に対応する試料１０６上の部分、すなわち、Ｙ座標走査信号２０１及びＸ座標走査信号２０２により規定される走査領域を、２次元走査するように制御する。
【００３２】
図３は、視野範囲における１次電子ビームのラスタ走査による走査領域の説明図である。
【００３３】
例えば、偏向制御部１１２に、同一視野範囲２００の画像サイズ（ｘ，ｙ）を（ｐｎ，ｑｎ）とした場合、そのＹ座標走査信号２０１及びＸ座標走査信号２０２により規定される走査領域の、Ｙ座標軸方向及びＸ座標軸方向のそれぞれ全てを有効とするＹブランク信号２０３及びＸブランク信号２０４とを生成させると、図３（ａ）に示すような、視野範囲２００全体を走査領域とする走査フレーム（走査領域）２０７が取得できる。これに対し、偏向制御部１１２に、そのＹ座標走査信号２０１及びＸ座標走査信号２０２により規定される走査領域の、Ｙ座標軸方向及びＸ座標軸方向のそれぞれ全てを有効とせず、Ｙ座標軸方向及びＸ座標軸方向のそれぞれ一部を無効とするＹブランク信号２０５及びＸブランク信号２０６とを生成させると、図３（ｂ）に示すような、視野範囲２００内の任意位置に任意サイズの小領域の走査フレーム２０９が１又は複数個取得できる。この場合、視野範囲２００内の小領域からなる走査フレーム２０９の周りの、図中、斜線を施した領域は、１次電子ビーム１０８が走査すなわち照射されないブランク領域２０８である。このように、Ｙ座標走査信号２０１及びＸ座標操作信号２０２による走査フレーム毎にＹブランク信号とＸブランク信号のパターンを切り替えることより、１次電子ビーム１０８のラスタースキャンの走査領域をフレーム毎に変更することができる。
【００３４】
なお、上述した偏向制御部１１２では、偏向器１０４による１次電子ビーム１０８の偏向方法として、ブランク信号２０３，２０４を使用した視野範囲２００内の走査方法を採用しているが、視野範囲２００内における小領域の走査フレーム２０９の生成は、これに限るものではなく、別の偏向方法を採用して実現することも可能であり、視野範囲２００の走査方法についても、ラスタ走査以外の走査方法、例えばベクター走査等にも適用できる。
【００３５】
このように、本実施の形態の走査型電子顕微鏡１では、偏向制御部１１２は、視野範囲２００内の任意位置及び任意サイズの小領域に走査領域を制限して１次電子ビームを走査し、視野範囲２００内の小領域の走査フレーム２０９についても、デジタル画像データが取得できる構成になっている。
【００３６】
次に、本実施の形態による走査型電子顕微鏡１における観察画像の取得構成について説明する。
【００３７】
本実施の形態による走査型電子顕微鏡１では、観察画像の取得は、レシピ部１１７から呼び出したレシピにしたがって条件が設定されて行われ、試料１０６の観察箇所について、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲２００の２次元デジタル画像の取得が行われる。そして、画像取得に際しては、入出力部１１８を操作して視野範囲２００のフレーム毎の走査パターンのパラメータを設定できるようになっている。
【００３８】
そのため、走査型電子顕微鏡１の全体制御部１１３には、走査パターンのパラメータを設定するための走査パターンテーブル３１０と、走査領域を定義するための走査領域定義テーブル３２０とが設けられている。
【００３９】
図４は、走査パターンテーブル及び走査領域定義テーブルそれぞれの一実施例の構成図である。
【００４０】
図示の例では、走査パターンテーブル３１０には、走査パターン３１１（Ａ，Ｂ，Ｃ，…）毎に対応させて、それぞれ対応する走査領域定義テーブル３２０に記憶されている領域テーブルＩＤ３２１を設定登録できるようになっている。
【００４１】
走査領域定義テーブル３２０には、領域テーブルＩＤ３２１（１，２，３，…）毎に対応させて、フレーム毎の走査領域データ３２２を設定登録できるようになっている。走査領域データ３２２には、フレーム毎の視野範囲２００内に設定登録された領域数データ３２３と、この領域数データ３２３によって定義される領域毎の、視野範囲２００のＸ座標軸方向及びＹ座標軸方向それぞれの１次電子ビーム１０８の走査開始座標データ３２４と、この走査開始座標データ３２３を基準とした画像サイズデータ３２５とが記憶される。
【００４２】
図示の例では、走査パターンテーブル３１０には、走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”，“Ｄ”それぞれに対応させて、領域ＩＤ３２１“１”，“２”，“３”，“４”が設定登録され、走査領域定義テーブル３２０には、領域ＩＤ３２１“１” に対応させて、視野範囲２００の開始座標を（０，０）とし画像サイズを５１２×５１２とする１つの画像フレームが走査領域データ３２２-１として設定登録され、領域ＩＤ３２１“２” に対応させて、視野範囲２００の開始座標を（３２，３２）とし画像サイズを１２８×１２８とする画像フレームと、開始座標を（２５６，１６０）とし画像サイズを１２８×１２８とする画像フレームとが走査領域データ３２２-１として設定登録されている様子が示されている。なお、領域ＩＤ３２１“３”，“４”の走査領域データ３２２については図示省略してある。
【００４３】
次に、この走査パターンテーブル３１０を利用して、視野範囲２００における１次電子ビーム１０８の走査領域を、フレーム毎に設定する方法について説明する。
【００４４】
まず、入出力部１１８又はレシピ部１１７から全体制御部１１３に対して、視野範囲２００の、例えば上記各走査フレーム２０７，２０９についての走査パターンのパラメータを設定する。
【００４５】
図５は、操作者が視野範囲内の各フレームについて領域設定を行う際に使用するＧＵＩの一実施例である。
【００４６】
ＧＵＩ５００は、レシピ部１１７から呼び出したレシピにしたがって、全体制御部１１３により入出力部１１８のモニタのディスプレイスクリーン５０１上にＯＳＤ表示される。  本実施例では、ＧＵＩ５００は、画像表示領域５０２と、座標・サイズボックス５０３と、走査領域選択リストボックス５０４と、登録（「SET」）ボタン５０５と、クリア（「CLEAR」）ボタン５０６と、走査領域表示ボックス５０７と、走査順序設定ボックス５０８と、パターン繰り返し数設定ボックス５０９と、スキャンボタン５１０とを備えた構成になっている。
【００４７】
画像表示領域５０２は、予めレシピにより取得した観察試料のテンプレート画像やその視野範囲２００に設定した走査領域５１１が表示される。操作者は、この画像表示領域５０２に表示されたテンプレート画像の視野範囲２００上で、入出力部１１８のポインティングデバイスをドラッグ＆ドロップして、任意位置に任意サイズの走査領域５１１を設定することが可能になっている。
【００４８】
座標・サイズボックス５０３は、テンプレート画像の視野範囲２００上に走査領域５１１を設定する際、設定する走査領域５１１の視野範囲２００のＸ座標軸方向及びＹ座標軸方向それぞれの位置，サイズを設定入力できるようになっている。また、座標・サイズボックス５０３には、上述のように入出力部１１８のポインティングデバイスをドラッグ＆ドロップして視野範囲２００上の走査領域５１１を設定した場合、又は走査パターンテーブル３１０に登録済みの走査パターン３１１を指定して視野範囲２００上の走査領域５１１を設定した場合には、これら設定した視野範囲２００上の走査領域５１１のＸ座標軸方向及びＹ座標軸方向それぞれの位置，サイズが表示されるようになっている。図示の例では、画像表示領域５０２に表示された視野範囲２００上の走査領域５１１-２の位置，サイズが選択表示されている。
【００４９】
走査領域選択リストボックス５０４は、登録ボタン５０５の操作によりこれから走査パターンテーブル３１０に設定登録する走査パターン３１１（“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”，…）を指定する場合や、走査パターンテーブル３１０に既に登録済みの走査パターン３１１（“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”，…）を呼び出す場合に選択操作するものである。図示の例では、任意の１つの走査パターン３１１をチェックボックスで選択指定できる構成になっており、走査パターン３１１“Ｂ”が指定されている。
【００５０】
登録ボタン５０５は、座標・サイズボックス５０３に位置及びサイズが表示されている視野範囲２００上の走査領域５１１を、走査領域選択リストボックス５０４に選択表示されている走査パターン３１１（“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”，…のいずれか）に対応させて、図４で示した走査パターンテーブル３１０及び走査領域定義テーブル３２０に登録する場合に操作される。
【００５１】
これに対し、クリアボタン５０６は、走査領域選択リストボックス５０４に選択表示されている走査パターン３１１に対応して座標・サイズボックス５０３に位置及びサイズが表示されている視野範囲２００上の走査領域５１１を取り消す場合や、座標・サイズボックス５０３に位置及びサイズが表示されている、既に走査パターンテーブル３１０や走査領域定義テーブル３２１に登録済みの走査パターン３１１の走査領域を、走査パターンテーブル３１０や走査領域定義テーブル３２１から消去する場合に操作される。
【００５２】
走査領域表示ボックス５０７は、走査領域選択リストボックス５０４に選択表示されている走査パターン３１１に対応して登録済みの視野範囲２００上の走査領域５１１について、各走査領域５１１の番号“NO.”、視野範囲２００上のＸ座標軸方向及びＹ座標軸方向それぞれの位置座標“Ｘ”，“Ｙ”、各走査領域５１１のサイズ“WIDTH”，“HEIGHT”が表示される。図示の例では、パターン“Ｂ”の走査パターン３１１について、番号“１”の走査領域として、位置座標（Ｘ，Ｙ）が（32，32）、幅（WIDTH）が“128”，高さ（HEIGHT）が“128”の第１の走査領域５１１-１と、番号“２”の走査領域として、位置座標（Ｘ，Ｙ）が（256，128）、幅が“128”，高さが“256”の第２の走査領域５１１-２との、２つの走査領域５１１が登録されていることが示されている。なお、図示の例では、前述した座標・サイズボックス５０３には、この２つの走査領域５１１-１，２の中の、第２の走査領域５１１-２が選択表示されている状態を表している。
【００５３】
走査順序設定ボックス５０８には、今までの設定作業で設定登録されたフレーム毎の走査パターン３１１（“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”，…）について、観察時に順次用いるフレーム毎の走査パターン３１１、及びその走査パターン３１１の組み合わせの順番を設定入力するためのものである。走査順序設定ボックス５０８には、設定入力したフレーム毎の走査パターン３１１、及び同じく設定入力した走査パターン３１１の組み合わせの順番が表示される。図示の例では、まず、視野範囲２００の開始座標を（０，０）とし画像サイズをＷ５１２×Ｈ５１２とする視野範囲２００全域の走査パターン３１１“Ａ”の実行が指定され、次に、視野範囲２００の開始座標を（３２，３２）とし画像サイズを１２８×１２８とする走査領域５１１-１と、開始座標を（２５６，１６０）とし画像サイズを１２８×１２８とする走査領域５１１-２との２つの小領域からなる走査パターン３１１“Ｂ” の実行が、順序だって設定入力されている。なお、このようにして走査順序設定ボックス５０８に設定入力される走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”は、先に述べた登録ボタン５０５の操作により、図４に示した走査パターンテーブル３１０及び走査領域定義テーブル３２０に登録されている走査パターン３１１であって、操作者は、画像表示領域５０２や走査領域表示ボックス５０７により設定しようとする走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”の内容を確認しながら、走査順序設定ボックス５０８に所望の走査パターン３１１を所望の順番で設定入力する。
【００５４】
パターン繰り返し数設定ボックス５０９は、走査順序設定ボックス５０８に表示された順序の走査パターン３１１の繰り返し回数を設定入力するためのものである。図示の例では、各回が走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”の順で、この走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”の順の走査を “２”回行うことが設定入力されていることが示されている。
【００５５】
スキャンボタン５１０は、上述した各項目の設定入力が完了し、各回の走査がパターン繰り返し数設定ボックス５０９に表示された走査パターン３１１の順番で、パターン繰り返し数設定ボックス５０９に表示された繰り返し走査回数分だけ、テンプレート画像に対応する試料１０６の観察箇所の観察を実行開始するためのものである。このスキャンボタン５１０の操作により、全体制御部１１３は、走査順序設定ボックス５０８により設定入力された走査パターン３１１の走査順（“Ａ”→“Ｂ”）、及びパターン繰り返し数設定ボックス５０９により設定入力された繰り返し回数（“２回”）にしたがって、これから実行するフレームの番号に対応した走査パターン３１１（“Ａ”又は “Ｂ”）の走査領域５１１の内容を、走査パターンテーブル３１０及び走査領域定義テーブル３２０の登録内容に基づき偏向制御部１１２にバス１１９を介して送信し、偏向制御部１１２にフレーム毎の走査領域を切り替えて偏向器１０４の偏向制御を実行させる。
【００５６】
偏向制御部１１２は、全体制御部１１３からのフレームの番号に対応した走査パターン３１１（“Ａ”又は “Ｂ”）の走査領域５１１の内容を受信すると、フレーム番号に対応した走査パターン３１１に基づく１次電子ビーム１０８の偏向制御を行い、例えば図６に示すような、試料１０６の視野範囲２００に係るフレーム画像を取得する。
【００５７】
図６は、画像生成部により生成されるフレーム番号に対応したフレーム画像とこれらフレーム番号毎のフレーム画像を基に生成された観察画像との説明図である。
【００５８】
例えば、図５で説明したように、走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”の順で、この走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”の順の走査を “２”回行う場合を説明すると、全体制御部１１３からフレームの番号に対応した走査パターン３１１（“Ａ”又は “Ｂ”）の走査フレーム（２０７又は２０９）の内容を受信した偏向制御部１１２は、次のように偏向器１０４及びデジタル化手段１１４を作動制御し、画像生成部１１５はフレームの番号“１”〜“４”に対応した走査パターン３１１（“Ａ”又は “Ｂ”）の４フレーム分のデジタル検出データを取得することになる。
【００５９】
図６（ａ）は、試料１０６の視野範囲２００における、フレームの番号“１”，“３”に対応した走査パターン３１１ “Ａ”を走査領域とするフレーム画像６１１を示したものである。なお、図中において、６００，…は、試料１０６の視野範囲２００内に位置した、試料１０６上に形成されている、例えばホール等のパターンの形状に該当する。
【００６０】
偏向制御部１１２は、フレームの番号“１”，“３”に対応した走査パターン３１１としてパターン“Ａ”の走査領域の内容を受信すると、図示の例ではパターン“Ａ”は図３，４に示した走査パターンテーブル３１０及び走査領域定義テーブル３２０で説明したように、視野範囲２００全域を走査フレーム２０７とするものであるから、試料１０６の視野範囲２００全域を１次電子ビーム１０８でラスタ走査するように、偏向器１０４を作業制御する。これにより、画像生成部１１５は、試料１０６の視野範囲２００全域の走査順に対応したデジタル検出データを取得する。画像生成部１１５は、デジタル化手段１１１から入力されるデジタル検出データを基に、画素積算やデジタルフィルタ等の処理を行い、今回の試料観察のフレームの番号“１”，“３”に対応するデジタル画像データ６１１を生成して画像メモリ１１６に記憶する。
【００６１】
これに対し、図６（ｂ）は、試料１０６の視野範囲２００における、フレームの番号“２”，“４”に対応した走査パターン３１１ “Ｂ”の走査領域とするフレーム画像６１２を示したものである。
【００６２】
偏向制御部１１２は、フレームの番号に対応した走査パターン３１１としてパターン“Ｂ”の走査フレーム２０９の内容を受信すると、この場合、パターン“Ｂ”は図４に示した走査パターンテーブル３１０及び走査領域定義テーブル３２０で説明したように、視野範囲２００の開始座標を（３２，３２）とし画像サイズを１２８×１２８とする走査領域２０９-１と、開始座標を（２５６，１６０）とし画像サイズを１２８×１２８とする走査領域２０９-２との２つの小領域を走査フレーム２０９とするものであるから、試料１０６の視野範囲２００における各走査領域２０９-１，２だけを１次電子ビーム１０８でラスタ走査し、視野範囲２００における残りの領域についてはブランク領域２０８として１次電子ビーム１０８を走査しないように、偏向器１０４を作業制御する。これにより、画像生成部１１５は、試料１０６の視野範囲２００全域の中、小領域の走査フレーム２０９についてのみ走査順に対応したデジタル検出データを取得する。画像生成部１１５は、デジタル化手段１１１から入力されるデジタル検出データを基に、画素積算やデジタルフィルタ等の処理を行い、今回の試料観察のフレームの番号“２”，“４”に対応するデジタル画像データ６１２を生成して画像メモリ１１６に記憶する。
【００６３】
この結果、画像メモリ１１６には、今回の試料観察で、試料１０６の視野範囲２００について、フレームの番号“１”〜“４”に対応して、試料１０６の視野範囲２００全域を走査フレーム２０７とした画像データ６１１と、試料１０６の視野範囲２００内の１６個のパターン６００（６００-1〜１６）の中の特定の２個のパターン６００-５，１１部分を走査フレーム２０９とした画像データ６１２とを、それぞれ２フレーム分ずつ取得することになる。
【００６４】
画像処理部１１４は、画像メモリ１１６から読み出した今回の試料観察に対応するフレームの番号“１”〜“４”のデジタル画像データに対して、フレームの加算平均処理を入力されたライン毎に行う。
【００６５】
例えば、上述のように、試料１０６の視野範囲２００全域を走査フレーム２０７とした画像データ６１１と、試料１０６の視野範囲２００内の１６個のパターン６００の中の特定の２個のパターン部分を走査フレーム２０９とした画像データ６１２とを、それぞれ２フレーム分ずつ取得した場合、視野範囲２００のフレーム加算平均後の画像６１３は、図６（ｃ）に示す通り、試料１０６の視野範囲２００において、小領域としての走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８部分は２フレーム分の情報量を、小領域としての走査フレーム２０９部分は４フレーム分の情報量を持つことになる。よって、それぞれの走査領域６２１，６２２を同じ係数Ｃ（＝１/４）で加算平均すると、走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８部分の画像は半分の輝度になってしまう。
【００６６】
そのため、画像処理部１１４は、視野範囲２００のブランク領域２０８部分は係数“１/２”で、走査フレーム２０９部分は係数“１/４”で、係数Ｃを切り替えながら加算平均を行い、試料１０６の視野範囲２００についての画像合成処理を行う必要がある。実際には、この積算係数Ｃは、視野範囲２００の試料観察に用いる領域テーブルＩＤ３０２の、重なる領域の数と重なるフレーム数から容易に求めることができる。
【００６７】
次に、画像合成処理におけるこの積算係数Ｃの算出方法の一実施例について説明する。
【００６８】
この場合、画像合成における積算係数Ｃは、走査するフレーム数（フレーム番号“１”〜“４”の４つ）と、そのフレームの中で重なっている座標領域（走査フレーム２０７，２０９）の関係から決まる。
【００６９】
まず、走査パターンの組み合わせにおいて、走査フレーム２０７，２０９毎に走査領域が重なっている部分の数（領域部分２０８，２０９-１，２０９-２の３つ）を、図３に示した走査パターンテーブル３１０と走査領域定義テーブル３２０とから、座標と大きさの関係を用いて計算する。
【００７０】
各重なっている部分（領域部分２０８，２０９-１，２０９-２）の積算係数Ｃは、その重なり数をＯ（領域部分２０８では“１”， 領域部分２０９-１，２０９-２では“２”）、パターンを繰り返す回数をＲ（例えば２回）とすると、式（１）になる。
【００７１】
【数１】
2010272398.tif 000003
【００７２】
次に、画像メモリ１１６に走査したフレーム（フレーム番号“１”，“２” ，・・・）毎の画像データＩ(ｘ,ｙ)が入ってくるので、画像処理部１１４にて、フレーム（フレーム番号“１”，“２” ，・・・）毎に画像データＩ(ｘ,ｙ)を積算し、積算画像Ｐ(ｘ,ｙ)を求める。
【００７３】
積算係数Ｃは前記の通り、重なり具合によって変わるので、座標によって積算係数Ｃを切り替えながら、式（２）に示すように視野範囲２００の各座標について計算することになる。
【００７４】
【数２】
2010272398.tif 000004
【００７５】
この結果、本実施の形態の走査型電子顕微鏡１によれば、視野範囲２００の走査と視野範囲内の小領域の走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順（“Ａ”→“Ｂ”）で指定したフレーム回数分（２回）だけ１次電子ビーム１０８の走査を行うことにより、視野範囲２００内における小領域の走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８においては１次電子ビーム１０８の照射量を抑え、視野範囲２００内の小領域の走査フレーム２０９部分については従来の走査方式と同等のＳ/Ｎ比を確保した図６（ｃ）に示すような観察画像６１３が取得できる。そのため、視野範囲２００内における小領域の走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８のパターン６００-１〜４，６００-６〜１０，６００-１２〜１６については、１次電子ビーム１０８の照射量を加減できるので、観察試料１０６のパターン６００-１〜４，６００-６〜１０，６００-１２〜１６それぞれの形状によるシュリンク量の違いを低減できる。また、観察箇所の小領域の走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８部分の様子もＳ/Ｎ比は低下するものの確認は行えるので、試料１０６上における観察対象の確認や変更等にも支障を来たすことはない。さらに、任意位置及び任意サイズからなる小領域の走査フレーム２０９，・・・毎に走査回数を調整してまたチャージアップによるコンタミネーションが低減する等の効果も期待できる。
【００７６】
また、上述した実施の形態では、領域の境界処理として、走査フレーム２０９とブランク領域２０８との切り替えを、１次電子ビーム１０８のブランキング制御により行っているが、ブランク信号に対して１次電子ビーム１０８の応答にはタイムラグがある。
【００７７】
そのため、上述した実施の形態の説明では発明理解を容易にするために省略したが、小領域の走査フレーム２０９部分を実際の走査領域の画像サイズよりも大きめに取り、加算平均を行うときにタイムラグの部分を捨てるという処理が必要になる。この捨てた部分についてはブランク領域２０８と同じ扱いで加算平均の処理を行う。実際の走査領域の画像サイズに対してどの程度捨てる領域を設定するかについては、図５に示した実際のＧＵＩでは、ユーザが視野範囲２００内の小領域の走査フレーム２０９の設定に当たり、事前に設定できるようになっている。
【００７８】
また、上述した実施の形態では、走査フレーム毎の１次電子ビーム１０８の走査速度については特に言及していないが、例えば、走査フレーム２０７の１次電子ビーム１０８の走査速度と、走査フレーム２０９の１次電子ビーム１０８の走査速度とを、フレーム毎に変えることも可能である。例えば、走査フレーム２０７の１次電子ビーム１０８の走査速度を、走査フレーム２０９の１次電子ビーム１０８の走査速度よりも速くしておけば、走査フレーム２０９の周りのブランク領域２０８は、１次電子ビーム１０８の照射時間がさらに短くなり、パターン６００-１〜４，６００-６〜１０，６００-１２〜１６それぞれの形状によるシュリンク量の違いを一層低減できる。この場合は、フレーム毎の１次電子ビーム１０８の走査速度は、例えば図５に示したＧＵＩにおいて、走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”，・・・毎に設定できるようになっており、走査パターンテーブル３１０が偏向制御部１１２に指示可能に、走査パターン３１１“Ａ”，“Ｂ”，・・・毎に対応して設定された走査速度を記憶するようになっている。
【００７９】
以上、本発明の荷電粒子線応用装置に係り、試料の測長や構造の観察に適用される走査型電子顕微鏡を例にその実施の形態について具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８０】
１０１  電子源、  １０２  加速電極、  １０３  集束レンズ、  １０４  偏向器、
１０５  対物レンズ、  １０６  試料ウェハ（試料）、  １０７  ステージ、
１０８  １次電子ビーム、  １０９  放出電子信号、  １１０  検出器、
１１１  デジタル化手段、  １１２  偏向制御部、  １１３  全体制御部、
１１４  画像処理部、  １１５  画像生成部、  １１６  画像メモリ、
１１７  レシピ部、  １１８  入出力部、  １１９  バス、  １２０  結果記憶部、
１２１  偏向信号、  １２２  サンプリングクロック、  ２００  視野範囲、
２０１  Ｙ座標信号、  ２０２  Ｘ座標信号、  ２０３  Ｙブランク信号、
２０４  Ｘブランク信号、
２０５  Ｙブランク信号、  ２０６  Ｘブランク信号、  
２０７，２０９  走査フレーム（走査領域）、  ２０８  ブランク領域、
３１０  走査パターンテーブル、  ３２０  走査領域定義テーブル、
５０１  ディスプレイスクリーン、  
５０２  画像表示領域、  ５０３  座標・サイズボックス、
５０４  走査領域選択リストボックス、  ５０５  登録ボタン、
５０６  クリアボタン、  ５０７  走査領域表示ボックス、
５０８  走査順序設定ボックス、  ５０９  パターン繰り返し数設定ボックス、
５１０  スキャンボタン、  ５１１  走査領域、  ６００  パターン、
６１１，６１２  デジタル画像データ
【図１】
2010272398.tif 000005
【図２】
2010272398.tif 000006
【図３】
2010272398.tif 000007
【図４】
2010272398.tif 000008
【図５】
2010272398.tif 000009
【図６】
2010272398.tif 000010