(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビーム発生源と、前記荷電ビーム発生源で発生した荷電ビームを走査する偏向制御部と、前記荷電ビームの焦点制御部及び非点補正部と、前記荷電ビームを試料に照射したときの前記試料の表面情報を画像処理する画像処理部とを有する荷電ビーム装置であって、
前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件と焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件とを切り替える切換え部を更に有し、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における走査速度は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における走査速度を越える値に設定され、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における電流量は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における電流量を越える値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記画像処理部で処理されて１画像を得るための前記荷電ビームの総ドーズ量は、前記試料表面のパターン情報を得るときと前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときとで等しくなるように設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記画像処理部で処理されて１画像を得るための前記荷電ビームの総ドーズ量は、前記試料表面のパターン情報を得るときよりも、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときに小さな値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
前記請求項３記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビームの総ドーズ量は、前記１画面を構成するフレームの数で設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビームは、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときに、前記試料表面に対してチルトするように設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項６】
荷電ビーム発生源と、前記荷電ビーム発生源で発生した前記荷電ビームを走査する偏向制御部と、前記荷電ビームの焦点制御部及び非点補正部と、前記荷電ビームを試料に照射したときの前記試料の表面情報を画像処理する画像処理部とを有する荷電ビーム装置であって、
前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件と焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件とを切り替える切換え部を更に有し、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における走査線間隔は、走査すべき走査線間隔の整数倍（１は含まず）として走査し、その後、飛び越えられた走査すべき箇所へ戻って走査するように設定され、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における電流量は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における電流量を越える値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電ビーム装置において、
前記画像処理部で処理されて１画像を得るための前記荷電ビームの総ドーズ量は、前記試料表面のパターン情報を得るときよりも、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの方が小さな値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項８】
前記請求項６記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビームの総ドーズ量は、前記１画面を構成するフレームの数で設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項９】
請求項６記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビームは、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときに、前記試料表面に対してチルトするように設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１０】
荷電ビーム発生源と、前記荷電ビーム発生源で発生した前記荷電ビームを走査する偏向制御部と、前記荷電ビームの焦点制御部及び非点補正部と、前記荷電ビームを試料に照射したときの前記試料の表面情報を画像処理する画像処理部とを有する荷電ビーム装置であって、
前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件と焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件とを切り替える切換え部を更に有し、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における走査速度は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における走査速度を越える値に設定され、かつ前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における走査線間隔は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における走査線間隔の整数倍（１は含まず）として走査し、その後、飛び越えられた走査すべき箇所へ戻って走査するように設定され、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における電流量は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における電流量を越える値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の荷電ビーム装置において、
前記画像処理部で処理されて１画像を得るための前記荷電ビームの総ドーズ量は、前記試料表面のパターン情報を得るときの量よりも、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの方が小さな値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビームは、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときに、前記試料表面に対してチルトするように設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
荷電ビームを用いて試料の表面形状や組成を観察する荷電ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスでは、リソグラフィやエッチング等でウエハ上に回路パターンを形成する。これらのプロセスの後には、各プロセスで形成されたパターンの寸法精度を管理し、欠陥を早期に発見するためにウエハ（試料）上のパターンの検査が行われる。このような生産ラインにおける検査では全ての回路パターンを検査することができないため、半導体装置の性能上重要な場所を抜き取って検査するのが一般的である。一方、半導体装置のパターンの複雑化や微細化にともない、検査の精度の向上が必要となるが、検査の精度を上げるときに検査時間も増加すると、ウエハ上の検査が必要な箇所も増大しているために検査装置のスループットが著しく低下する。このため、検査精度とスループットを両立することが必要である。【０００３】
一般的な荷電ビーム装置のひとつである走査電子顕微鏡として、例えばパターンの幅を検査する電子線検査装置を例に取ると、この検査装置ではウエハに電子ビームを照射して検査領域を走査し、電子線照射によりウエハ表面で発生する反射電子や２次電子の強度を位置ごとに取得して得られた位置情報と強度情報から画像を構成する。この画像上で観測されるパターンの寸法を測定する。【０００４】
なお、電子顕微鏡などの荷電ビーム装置に関しては、例えば特許文献１〜特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−３０６３３０号公報
【特許文献２】特開平０８−０３１３６４号公報
【特許文献３】特開２００１−００６５９９号公報
【特許文献４】特開２００１−１１０３４７号公報
【特許文献５】特開平１０−１５４４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パターンの幅を測定する測長検査の場合、ステージ（試料台）移動による測定箇所への移動、焦点や非点或いはその両者の補正（以下、自動焦点非点補正）、測長画像の取得といったステップが測定点の数だけ繰り返し行なわれる。従って、検査の度に行なわれるこれらのステップを高速かつ高精度に実施することは、荷電ビーム装置のスループットや測定精度などの性能にとって重要な課題となる。【０００７】
特に、絶縁材料の計測においては、ウエハ表面の帯電による自動焦点非点補正ステップでの焦点の計測誤差が発生し、その誤差に起因する計測精度の低下が大きな問題となる。ウエハが帯電すると、その電荷により発生する電界で荷電粒子の軌道が曲げられて、自動焦点非点補正ステップで計測誤差が生じる。これによって焦点ずれや非点が発生すると、その後で取得する測長用画像がぼやけて測長の計測誤差を引き起こす。【０００８】
自動焦点非点補正ステップの計測の精度向上は測長の高精度化につながることから、自動焦点非点補正の高精度化が重要課題になると考えられる。【０００９】
ただし、自動焦点非点補正ステップと測長ステップにおける走査速度、走査方法およびフレーム数は同じ条件を用いているのが実情である。これは、ウエハ上のパターン及び材料が現在と比較して簡単であったため、帯電の影響が顕在化していなかったことと半導体装置の製造プロセスにおける寸法精度の要求が現在より厳しくなかったためと考えられる。【００１０】
なお、先に挙げた、特許文献１および特許文献２には、自動焦点補正ステップにおいて、得られる画像のＳ／Ｎを改善するために走査速度を切換える技術が開示されている。前記画像から得られるプロファイルデータのＳ／Ｎ比（信号とノイズの強度比）が低い場合に走査速度の減速または走査本数の増やすことによってデータのＳ／Ｎ比を上げ自動焦点補正の精度向上を実現する。この技術では試料に電子ビームを多く照射することにより自動焦点補正に用いる画像データのＳ／Ｎを向上している。しかしながら、特許文献１および特許文献２の技術では、自動焦点補正ステップに走査速度を遅くする等の手段により画像のＳ／Ｎを改善しており、電子ビームを試料に多く照射することになる。このため、レジストのような絶縁膜からなるパターンを観察する際には電子ビームの照射量の増加により試料の帯電量も増大し、パターンエッジ部の信号が劣化し、正確な画像が得られないとの問題が生じる。【００１１】
特許文献３および特許文献４には試料の表面構造に応じて自動焦点補正ステップで用いる走査パターンを、あらかじめ保有しておいたパターンの中から選択して用いる技術が開示されている。この技術により、自動焦点補正の高精度化が可能になる。しかしながら、この技術では、ラインの数を間引くことによるコントラストの劣化や走査ライン間に生じる局所的な帯電の影響については考慮されていない。そのため、コントラストの劣化や局所的な帯電による自動焦点補正計測誤差計測等の計測の精度劣化の問題が生じる。【００１２】
また、計測の高速化の１つの試みとして特許文献５では、自動焦点補正ステップで走査ライン数を間引くことが提案されている。この特許は、試料に対し電子ビームを所定の間隔で飛越して走査する電子ビーム制御手段と該試料に対する焦点を変化させる焦点制御手段を持つ走査電子顕微鏡の装置特許である。この方法では、自動焦点非点補正ステップと測長ステップとで走査の方法を変えている。この方法を用いると電子ビームが試料表面を飛び越し走査することによって、走査本数が減るので自動焦点補正にかかる時間が短縮される。しかしながら、特許文献５の方法では、走査ラインを間引くことによりパターンのエッジ部を走査しなくなる危険性があり、焦点非点補正精度の安定性に問題がある。【００１３】
本発明の目的は、焦点又は非点或いはその両者の補正精度を向上させ、試料表面パターンの正確な画像が得られる荷電ビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための一形態として、荷電ビーム発生源と、前記荷電ビーム発生源で発生した荷電ビームを走査する偏向制御部と、前記荷電ビームの焦点制御部及び非点補正部と、前記荷電ビームを試料に照射したときの前記試料の表面情報を画像処理する画像処理部とを有する荷電ビーム装置であって、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件と焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件とを切り替える切換え部を更に有し、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における走査速度は、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件における走査速度を越える値に設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置とする。【００１５】
また、荷電ビーム発生源と、前記荷電ビーム発生源で発生した前記荷電ビームを走査する偏向制御部と、前記荷電ビームの焦点制御部及び非点補正部と、前記荷電ビームを試料に照射したときの前記試料の表面情報を画像処理する画像処理部とを有する荷電ビーム装置であって、前記試料表面のパターン情報を得るときの前記荷電ビームの走査条件と焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件とを切り替える切換え部を更に有し、前記焦点又は非点或いはその両者の補正を行うときの前記荷電ビームの走査条件における走査線間隔は、走査すべき走査線間隔の整数倍（１は含まず）として走査し、その後、飛び越えられた走査すべき箇所へ戻って走査するように設定されるものであることを特徴とする荷電ビーム装置とする。
【発明の効果】
【００１６】
焦点又は非点或いはその両者の補正精度が向上し、試料表面パターンの正確な画像が得られる荷電ビーム装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１に係る走査電子顕微鏡の概念図である。
【図２】実施例１に係る自動焦点非点補正および測長の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】実施例１に係る画像取得手順の説明図である。
【図４】実施例１に係る測長時の走査順序を示す説明図である。
【図５】実施例１に係る自動焦点非点補正時の走査順序を示す説明図である。
【図６】実施例１に係る自動焦点非点補正時の条件を設定する画面の一例である。
【図７】実施例２に係る自動焦点非点補正および測長の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】実施例２に係る自動焦点非点補正時の走査順序を示す説明図である。
【図９】実施例５に係る視差法の原理の説明図である。
【図１０】実施例１に係るパターンレイアウトを模式的に示す平面図である。
【図１１】実施例１に係る高速走査の効果を示す説明図である。
【図１２】実施例２に係る飛ばし戻り走査の効果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、パターンの正確な画像を得るためには問題となる検出器の応答や電源ノイズが、焦点や非点を補正する場合には問題とはならないこと、したがって、焦点や非点の補正においては、それらを気にせずに像のコントラストや位置が正確に求められる走査条件を決定できるとの知見に基づいて生まれたものである。
以下、実施例により本発明を説明する。なお、各実施例において、検査画像を取得する主たるステップを測長ステップと呼ぶが、このステップは荷電粒子ビームを測定箇所で走査する動作をするステップを一般的に指し、その目的は測長だけでなくパターンの形状や材質の情報を取得するための任意のものであってもよく、走査電子顕微鏡だけでなく、イオン走査顕微鏡など荷電ビームを走査する装置に適用できる。
【実施例１】
【００１９】
荷電ビーム装置のひとつである走査電子顕微鏡の実施例について図面を用いて説明する。図１に、本実施例における走査電子顕微鏡の概略構成を示す。走査電子顕微鏡は、電子ビームを発生する電子銃（荷電ビーム発生源）１と、電子ビームを試料表面に集束させる集束レンズ２と、非点を補正する非点補正装置３と、電子ビームを試料表面上で走査させる偏向器４と、電子ビームを試料表面に集束させる対物レンズ５と、試料表面から放出される２次電子を検出する検出器６と、検出器６により検出された信号を画像として表示するモニタ７と、電子ビームの照射位置を制御する電子ビーム偏向制御部８と、自動焦点非点補正時と測長時の走査方法と走査速度を設定する測長・自動焦点非点補正設定切換部９と、対物レンズ５の焦点を制御する焦点制御部１０と、検出器６の信号から生成される画像を処理し、合焦位置を算出するＣＰＵ画像処理部）１１から構成されている。【００２０】
次に本実施例について、図１０のパターンレイアウトと図２のフローチャートに従って説明する。本実施例ではウエハ内に２０チップ存在し、１チップ当たり１点ずつ測定を行った。各チップには測長すべきパターンであるデバイス領域のラインアンドスペースパターンの近傍のスクライブ領域にパターンレイアウトの番号が形成されている。焦点や非点の補正を行うためには２次元パターンが必要であり、ここでは数字の間の形成されている矩形パターンを用いて焦点や非点の補正を行った。しかしパターンの選び方は本実施例に限らず、ホールパターンでは測長すべきパターンそのものを用いたり、ラインパターンでもライン端を用いたり、焦点や非点の補正領域と測長領域が重なる場合もある。【００２１】
まず、自動焦点補正における、走査速度の設定をする（Ｓ１）。この際、走査速度を測長ステップの１フレーム４０ｍｓｅｃ（通常）より、高速な１フレーム５ｍｓｅｃに設定する。ここで１フレームとは図３に示すように顕微鏡の視野内を一通り走査する際の単位である。通常１フレームのみの信号取得ではＳ／Ｎが低い、焦点補正はフレーム走査を３回繰り返し、３フレームの信号を加算することで画像を形成している。【００２２】
本実施例のような高速走査の場合において、フレーム数を多くしないと従来の自動焦点非点補正によって取得した画像より総ドーズ量が低減してしまい、画像のノイズを増やしてしまう場合があるので、本実施例では通用の自動焦点非点補正と比較してフレーム数を高速化した比率８を乗じた２４フレームとしている。ちなみに、測長ステップのフレーム数は更に高いＳ／Ｎが要求されるため、通常８〜１６フレームである。なお本実施例では、自動焦点補正でも走査順序は変えていない。図４と図５は本実施例における走査方法を示しているが、いずれも上から順に走査を行っている。【００２３】
図１１に高速化の効果を示した。スペース部の信号強度に対するホワイトバンドの信号強度の大きさをコントラストと定義すると、１フレーム当たりの走査時間を少なく、すなわち走査速度を速くすることでコントラストが向上することが分かる。これは高精度の焦点あるいは非点補正に有効である。【００２４】
ここで行った高速走査が局所的な帯電に有効であること自体は知られている。しかし、高速走査の条件によっては検出器の応答や５０Ｈｚノイズの影響で画像が歪み、従来と異なる画像が得られる場合がある。このことは測長値の安定性要求の高い測長画像の取得においては問題となるため、実施されていないのが実情であった。パターン形状でなく、像のコントラストや位置を用いる焦点補正や非点補正では大きな問題とならない。このため、焦点非点補正ステップにのみ測長ステップより高速な走査をすることが可能であり、高速走査を行なうことによって、走査中に生じる局所的な帯電による画像コントラストの低下を抑制することが出来る。このことは、測長時の焦点誤差を防ぐことにつながり、測長の高精度化が実現できる。【００２５】
次に自動焦点領域に移動し（Ｓ２）、自動焦点を開始する（Ｓ３）。次いで、ｘ方向及びｙ方向の各スティグマコイルに供給する電流値を同時に変化させながら走査画像データを取得する（Ｓ４）。電子ビームは、試料上において、プローブ径が小さく、また同時に、プローブ形は真円に近いほうが望ましい。スティグマコイルとは非点補正装置に内蔵しているコイルのことで、前記プローブ形を真円に近づける調整がスティグマコイルの役割である。取得した前記走査画像を観察し、鮮明画像が得られる電流値より、スティグマコイルに供給する電流値を求め（Ｓ５）、スティグマコイルに電流値を設定し（Ｓ６）、非点補正を行う。試料よっては非点補正を行なわないこともある。例えば、帯電しない試料は非点補正を行なわない。なぜなら、非点は材質の磁気的不均質、絞り等への帯電などによって生じるため、非帯電試料は非点を生じないからである。次に対物レンズ５の励磁条件を変化させながら発生した２次電子を検出器６で検出し、対物レンズ５の励磁電流の異なる画像データを取得する（Ｓ７）。【００２６】
複数の得られた画像プロファイルのシャープネスから各々の画像の鮮明度の評価値を算出する（Ｓ８）。求めた評価値の最大値を合焦点とし、合焦点の最適励磁電流を決定し、最適励磁条件を対物レンズ５に設定する（Ｓ９）。前記合焦点とは焦点が合っている状態を意味する。以上のように非点及び焦点の補正方法をここではコントラスト法と呼ぶこととする。【００２７】
次に、試料を測長領域に移動し（Ｓ１０）、測長用の走査速度切り替える（Ｓ１１）。電子銃１から生成される電子ビームを偏向器４によって試料上で走査させ、発生した２次電子を２次電子検出器６で検出する。検出器６で検出された２次電子信号をもとに画像取得部１１においてパターンの寸法が測長される（Ｓ１２）。他に測長点があり、画像取得を続けるとき（Ｎｏ）は、次の自動焦点領域に移動し（Ｓ１３）、自動焦点開始Ｓ３から同様の作業を行なう。上記走査電子顕微鏡は高速に走査する走査機構を有するものである。【００２８】
本実施例における設定画面を図６に示す。本画面はモニタ７に表示される。自動焦点非点補正における走査順序および走査速度の設定、および測長における走査順序および走査速度の設定の時、予め決められた複数の走査方法と複数の走査速度から選択することができる他、オペレータが手動で走査方法や走査速度の数値などを設定することもできる。更に総ドーズ量調整のためのフレーム数の設定が可能である。【００２９】
本実施例は高速走査によって１ライン走査における帯電の量を抑制し、帯電の緩和時間を短縮していることによって、帯電の影響を低減することが可能になる。そのため、帯電の影響を受けやすいレジスト試料などにおいて有効となる。本実施例によれば、ウエハ内２０点のレジストラインの測長再現性が０．４ｎｍから０．３ｎｍに向上した。なお、焦点補正と非点補正の両者への適用はもちろん、いずれか一方の補正にも有効である。また、試料情報もラインの寸法のみならず、２次元形状や異物の同定などにも適用できる。【００３０】
本実施例によれば、走査速度を速めることにより荷電ビームの帯電量を低減できるため、焦点又は非点或いはその両者の補正精度が向上し、試料表面パターンの正確な画像が得られる荷電ビーム装置を提供することができる。
【実施例２】
【００３１】
第２の実施例を図７のフローチャートを用いて説明する。用いた走査電子顕微鏡は図１と同様の構成である。なお、実施例１に記載され、本実施例に記載されていない事項は実施例１と同様である。【００３２】
本実施例ではコントラスト法による自動焦点非点補正における、走査順序の設定を行う。この際、走査順序を飛ばし・戻り走査に設定し（処理１：Ｓ１）、飛ばし間隔を選択する。飛ばし間隔は、走査すべき走査線間隔の整数倍（１は含まず）とする。この時「飛ばし・戻り走査」とは電子ビームの走査を一定の間隔、または異なる間隔で飛越した後、出来るだけ前走査の帯電の影響が緩和された領域を走査するように制御する方法である。この走査方法を自動焦点非点補正に採用することによって、走査ライン間における局所的な帯電の影響を抑制でき、かつ飛ばし・戻り走査によって、走査ラインを間引く必要がないので、パターンエッジ部の走査欠如を防ぐことができる。このことは、測長ステップの焦点誤差を防ぐことにつながり、測長の高精度化が実現できる。【００３３】
図８は本実施例における走査順序を概念的に示したものである。実際には５１２ライン走査しているものを１２ラインに低減して示している。走査線を、測長時と異なり、より大きな間隔である、３つ抜かして飛ばし走査を行った後に、間を埋めるように戻り走査を行っている。この時に、（１）→（２）→（３）は途中のラインを飛ばす「飛ばし走査」、（３）→（４）は走査位置が戻る方向になるので「戻り走査」となり、合わせて本走査を「飛ばし・戻り走査」と呼ぶこととしている。具体的には、実施例１と同様に図６に示す画面において、「飛ばし・戻り走査」を選択し、始めに抜かすライン数を設定することになる。【００３４】
次に自動焦点非点補正領域に移動し（Ｓ２）、焦点非点補正を行い、更に測長領域に移動して、測長を行う。Ｓ２〜Ｓ１３は図２の説明と同様である。上記走査電子顕微鏡は任意の数の走査ラインを飛ばした後、帯電の緩和された間引いた任意のラインに戻り走査機構を有するものである。【００３５】
図１２に飛ばし戻り走査の効果を示した。コントラストは飛ばし本数を多くするにしたがい向上するが、極大値が存在する。従って本実施例では３２ライン飛ばしでの走査を採用した。飛ばし本数としては８本以上が好ましい。【００３６】
ここで行った「飛ばし・戻り走査」が局所的な帯電に有効であることは知られている。しかし、走査の条件によっては偏向器の時期的応答や５０Ｈｚノイズの影響で画像が歪み、従来と異なる画像が得られる場合がある。実施例１と同様に、このことは測長値の安定性要求の高い測長画像の取得においては懸念事項となるが、パターン形状でなく、像のコントラストや位置を用いる焦点非点補正では大きな問題とならない。このため、焦点非点補正ステップにのみ測長ステップより飛ばし間隔を大きくするような、異なる順序での走査をすることが可能であり、本発明が有効となる。【００３７】
本実施例によれば、ウエハ内２０点のレジストホールの測長再現性が０．６ｎｍから０．４ｎｍに向上した。なお、本実施例の「飛ばし・戻り」走査は実施例１の高速走査と組み合せあわせることが可能であり、特に、大電流時での帯電の影響の抑制に効果的である。【００３８】
本実施例によれば、「飛ばし・戻り」走査により、荷電ビームの帯電量を低減でき、焦点又は非点或いはその両者の補正精度が向上し、試料表面パターンの正確な画像が得られる荷電ビーム装置を提供することができる。
【実施例３】
【００３９】
第３の実施例について以下に説明する。なお、実施例１や実施例２に記載され、本実施例に記載されていない事項は各実施例と同様である。【００４０】
これまでの実施例では走査方法を変更しても、総ドーズ量は従来と同じにしていた。総ドーズ量はこれまで述べてきた局所帯電とは別に、観察領域周辺の平均的な帯電の指標となり、これが多いと帯電による焦点変化の原因となる。従って、総ドーズ量を抑制することも、帯電に対しては有効な対策となりうる。総ドーズ量の抑制はノイズの増大につながるので、精度劣化の懸念があるが、本実施例では局所帯電の影響を低減により画像コントラストが向上するので、総ドーズ量を低減できる。【００４１】
本実施例では１フレーム５ｍｓｅｃと設定した上に、フレーム数を高速化した比率を乗じたものより小さいフレーム数（２４フレーム＝３フレーム×４０ｍｓｅｃ／５ｍｓｅｃ）である１８フレームに限定する。これにより総ドーズ量は２／３に低減される。本実施例でも焦点非点補正にはコントラスト法を用いた。本実施例によれば、ウエハ内２０点のレジストラインの測長再現性が０．４ｎｍから０．２５ｎｍに向上している。このことはノイズの増大以上に平均的な帯電の抑制効果が精度向上に結び付いたことを示している。なお、フレーム数の低減に伴い、スループットも４０枚／時から４３枚／時へと向上した。【００４２】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られる。また、画像を得るための荷電ビームの総ドーズ量を低減（フレーム数低減）することにより、スループット向上の効果が得られる。
【実施例４】
【００４３】
第４の実施例について以下に説明する。なお、実施例１や実施例２に記載され、本実施例に記載されていない事項は各実施例と同様である。【００４４】
高スループット化の１つとして、大電流化が考えられる。大電流化することによって、少ないフレーム数で画像のコントラストを決定するＳ／Ｎを確保できるため、高速化が可能になる。Ｓ／Ｎを決定している制御因子は総ドーズ量であり、総ドーズ量の制御因子はプローブ電流、走査速度およびフレーム数である。【００４５】
本実施例では電流量をこれまでの１０ｐＡから６０ｐＡへと増やす。これにより高速化が期待できるが、局所帯電の影響が顕在化する。６０ｐＡで総ドーズ量を同じくするには０．５フレームで画像取得することになり、矛盾が生じてしまう。従って大電流化に伴う高速走査は必須であり、本実施例では１フレーム１０ｍｓｅｃにする。これにより２フレームで画像取得すれば良いことになる。更に局所帯電の影響も軽減できる。以上の様に焦点非点補正時の高速走査は、大電流化に伴い欠かせない手法となる。ちなみにこの時の測長ステップのフレーム数は、１フレーム４０ｍｓｅｃの基準走査速度で、２フレームであった。本実施例でも焦点非点補正にはコントラスト法を用いた。本実施例によれば、ウエハ内２０点のレジストホールの測長再現性を０．４ｎｍとすることが出来た上に、スループットも４０枚／時から５０枚／時へと向上した。【００４６】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られる。また、荷電ビームの電流量を増加し、高速走査をすることにより、よりスループット向上の効果が得られる。
【実施例５】
【００４７】
以下、第５の実施例について説明する。なお、実施例１や実施例２に記載され、本実施例に記載されていない事項は各実施例と同様である。【００４８】
本実施例では焦点非点補正法として視差法を用いる。視差法の原理を図９に示す。焦点面がずれている場合にビームをチルトさせると試料面上のビーム位置が変化し（視差が生じる）、焦点の計算ができる。また、チルトの方向を変えることで非点の計測も可能である。この方法の特徴はＳ／Ｎの悪い画像でも、焦点非点の計測が可能であることにある。つまり、視差法は画像内のパターンエッジの位置を計測する必要があり、局所帯電によるエッジ部のコントラストの低下は精度劣化につながる。従って、他実施例による走査方法と視差法を組み合わせることにより、視差法をより有効に活用することが出来る。【００４９】
本実施例では１フレーム１０ｍｓｅｃのもと８フレームのみで画像取得を行なう（総ドーズ量を変えない場合は１２フレーム＝３フレーム×４０ｍｓｅｃ／１０ｍｓｅｃ）。これにより、よりフレーム数の少ない画像取得による平均的な帯電の影響の抑制と走査方法の工夫による局所的な帯電の影響の抑制の双方を同時に解決することが出来る。本実施例の結果として、ウエハ内２０点のレジストホールの測長再現性を０．４ｎｍとすることが出来た上に、スループットも５５枚／時へと向上した。【００５０】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られる。また、焦点非点補正法として視差法を用いることにより、Ｓ／Ｎの悪い画像でも焦点非点補正が可能であり、画像作成のためのフレーム数を低減できることから、よりスループット向上効果が得られる。
【実施例６】
【００５１】
以下、第６の実施例について説明する。なお、実施例１や実施例２に記載され、本実施例に記載されていない事項は各実施例と同様である。【００５２】
本実施例ではさらに総ドーズ量を低減して、平均的な帯電を抑制するためにフレーム数を低減した。具体的には１フレーム４０ｍｓｅｃの走査速度で２フレームとした。本実施例でも焦点非点補正にはコントラスト法を用いた。「飛ばし・戻り走査」は局所的な帯電の影響を抑制できるため、フレーム数を低減しても従来技術と同程度のコントラストを得ることができる。すなわち、基準となる形状や組成の情報の取得時の走査順序におけるフレーム数より小さく設定した場合においても高精度な自動焦点非点補正が可能となる。本発明の結果として、ウエハ内２０点のレジストホールの測長再現性を０．４ｎｍに出来た上に、スループットも４０枚／時から４３枚／時へと向上した。【００５３】
本実施例においても実施例２と同様の効果が得られる。また、画像を得るための荷電ビームの総ドーズ量を低減（フレーム数低減）することにより、スループット向上の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５４】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…非点補正装置、４…偏向器、５…対物レンズ、６…検出器、７…モニタ、８…電子ビーム偏向制御部、９…測長・自動焦点非点補正設定切換部、１０…焦点制御部、１１…ＣＰＵ（画像処理部）、１００１…ウエハ、１００２…チップ、１００３…デバイス領域、１００４…スクライブ領域、１００５…測長領域、１００６…焦点補正領域、１００７…試料台。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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