(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料面の所定走査範囲に照射し、得られた複数の走査情報から出力データを形成する集束荷電粒子線装置であって、
高倍率の第１の走査情報を得るための第１の走査と、前記第１の走査情報よりも低倍率の第２の走査情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを、前記第１の走査の重畳の有無に応じて適宜組み合わせて実行し、前記第１の走査情報のみから前記出力データを形成することを特徴とする集束荷電粒子線装置。
【請求項２】
走査の際に隣接する荷電粒子線の照射スポットに重畳部位が生じる場合に、前記第１の走査と、前記第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行し、
前記重畳部位が生じない場合には、前記第１の走査のみを実行することを特徴とする請求項１に記載の集束荷電粒子線装置。
【請求項３】
荷電粒子線を試料面の所定走査範囲に照射し、得られた複数の走査情報から出力データを形成する集束荷電粒子線装置であって、
走査の際に隣接する荷電粒子線の照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準となる演算を行なう演算手段と、
前記走査情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記各走査情報から前記出力データを形成するデータ形成手段と、
前記演算手段による演算結果から前記重畳部位が生じるか否かを判定し、重畳すると判定した場合には、高倍率の第１の走査情報を得るための第１の走査と、前記第１の走査情報よりも低倍率の第２の走査情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行して、前記第１の走査情報のみを前記記憶手段に記憶し、重畳しないと判定した場合には、前記第１の走査のみを実行する制御手段とを備えることを特徴とする集束荷電粒子線装置。
【請求項４】
荷電粒子線を試料面の所定走査範囲に照射し、得られた複数の走査情報から出力データを形成する集束荷電粒子線装置の制御方法において、
走査の際に隣接する荷電粒子線の照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準となる演算を行なうステップと、
前記演算結果から前記重畳部位が生じるか否かを判定するステップと、
重畳すると判定した場合には、高倍率の第１の走査情報を得るための第１の走査と、前記第１の走査情報よりも低倍率の第２の走査情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行するステップと、
重畳しないと判定した場合には、前記第１の走査のみを実行するステップと、
前記第１の走査情報のみから前記出力データを形成するステップとを備えることを特徴とする集束荷電粒子線装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束荷電粒子線装置及び制御方法に関し、特に、入射電子線を試料面に所定倍率で照射して走査し、当該試料面から放出させる２次電子線の情報から画像形成を行なう走査型電子顕微鏡装置に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走査型電子顕微鏡装置（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いて試料面の拡大画像を得るには、走査範囲（Field Of View ：ＦＯＶ）内に入射電子線を照射し、１フレーム毎に２次電子線強度を取得し、画像表示手段（ディスプレイ）の各画素毎に２次電子線強度のグレーレベルを設定してディスプレイ上に画像表示していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高倍率の拡大画像を得たい場合、倍率が高くなるにつれてＦＯＶサイズは小さくなることから、倍率によっては走査時において隣接する照射スポット間で重なり合いが生じる。この場合、試料面上における入射電子の照射量が増加し、試料面の精細な情報が得られなくなる。特に試料が複雑な表面構造を有する半導体素子であれば、例えばコンタクトホールの拡大画像を得るときなど、底部位（ボトム）の情報が全く取得できず、コンタクトホールの測長した値が実際の寸法と全く異なるという問題が招来される。
【０００４】
更には、高倍率となれば、試料面上における単位面積あたりの入射電子の照射量、即ち入射電子の照射密度も増加するため、入射電子が所定部位（上記の例ではコンタクトホール内）に蓄積し、その結果として著しい画像劣化が生じるという問題もある。
【０００５】
このように、ＣＤ−ＳＥＭは半導体素子の如き緻密且つ複雑な表面構造の測長・検査を行なう際に好適な装置であるが、高倍率になるにつれて著しい測定精度の劣化を免れないという深刻な問題がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、高倍率においても精細な画像を得ることを可能とし、正確な出力データ（例えばＳＥＭ画像）を得ることを可能とする集束荷電粒子線装置及び制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するため、以下に示す発明の態様を有する。
【０００８】
第１の態様は、荷電粒子線を試料面の所定走査範囲に照射し、得られた複数の走査情報から出力データを形成する集束荷電粒子線装置であって、高倍率の第１の走査情報を得るための第１の走査と、前記第１の走査情報よりも低倍率の第２の走査情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを、前記第１の走査の重畳の有無に応じて適宜組み合わせて実行し、前記第１の走査情報のみから前記出力データを形成することを特徴とする。
【０００９】
ここで、走査の際に隣接する荷電粒子線の照射スポットに重畳部位が生じる場合に、前記第１の走査と、前記第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行し、前記重畳部位が生じない場合には、前記第１の走査のみを実行することが好適である。
【００１０】
第２の態様は、荷電粒子線を試料面の所定走査範囲に照射し、得られた複数の走査情報から出力データを形成する集束荷電粒子線装置であって、走査の際に隣接する荷電粒子線の照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準となる演算を行なう演算手段と、前記走査情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記各走査情報から前記出力データを形成するデータ形成手段と、前記演算手段による演算結果から前記重畳部位が生じるか否かを判定し、重畳すると判定した場合には、高倍率の第１の走査情報を得るための第１の走査と、前記第１の走査情報よりも低倍率の第２の走査情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行して、前記第１の走査情報のみを前記記憶手段に記憶し、重畳しないと判定した場合には、前記第１の走査のみを実行する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第３の態様は、荷電粒子線を試料面の所定走査範囲に照射し、得られた複数の走査情報から出力データを形成する集束荷電粒子線装置の制御方法において、走査の際に隣接する荷電粒子線の照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準となる演算を行なうステップと、前記演算結果から前記重畳部位が生じるか否かを判定するステップと、重畳すると判定した場合には、高倍率の第１の走査情報を得るための第１の走査と、前記第１の走査情報よりも低倍率の第２の走査情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行するステップと、重畳しないと判定した場合には、前記第１の走査のみを実行するステップと、前記第１の走査情報のみから前記出力データを形成するステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
〔作用〕
本発明の集束荷電粒子線装置においては、試料面を照射して得られる複数の走査情報を、所要の実走査範囲（高倍率）で得られる第１の走査情報と、実走査範囲に比して広い走査範囲（低倍率）で得られる第２の走査情報とを任意の順序で組み合わせることにより構成し、実走査範囲による第１の走査情報のみから出力データを形成する。前記実走査範囲が狭い場合、複数の走査情報を当該狭走査範囲のみで得れば、試料面における入射荷電粒子の照射量、特に単位面積あたりの照射量（照射密度）の増加を招き、正確な出力データが得られなくなる。そこで、狭走査範囲による第１の走査情報に加えて、隣接する第１の走査情報の合間に任意の順序で広い走査範囲による第２の走査情報を挿入する。これにより、広走査範囲の照射を行なう毎に前回の狭走査範囲の走査により発生した余分な荷電粒子が除去され、続く狭走査範囲の走査を実行しても発生する電荷蓄積の影響は無視し得る程度のものとなる。そして、広走査範囲の走査によって余分な電荷が除去された状態で得られた各第１の走査情報のみから出力データを形成することにより、狭走査範囲の走査にも係わらず極めて正確な出力データが得られることになる。
【００１３】
具体的に、集束荷電粒子線装置がＳＥＭ装置であれば、前記の如く高倍率で得られる第１のフレーム情報（第１の走査情報）に加え、低倍率で得られる第２のフレーム情報（第２の走査情報）を組み合わせ、第１のフレーム情報のみから画像形成（出力データ形成）を行なうことにより、高精細なＳＥＭ画像を得ることが可能となり、例えば半導体素子等の入り組んだ複雑な試料面の正確な情報を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について述べる。ここでは、集束荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡である測長用ＳＥＭ（Critical Dimension（ＣＤ）−ＳＥＭ）を制御する走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ装置）及びその制御方法を例示する。
【００１６】
図１は本実施形態のＳＥＭ装置の基本的構成例を示すブロック図であり、図２はＳＥＭ装置を用いて試料面の走査を行なう様子を示す模式図である。
図１中、１ａは入力されたＣＤ−ＳＥＭの入射電子線の最小ビーム角（分解能・解像力）ａを記憶する記憶手段、１ｂは入力された表示画面の画素サイズｂを記憶する記憶手段、１ｃは指定された実倍率に対応するＦＯＶサイズｃを記憶する記憶手段、１ｄは前記実倍率に比して低倍率に対応するＦＯＶサイズｄを記憶する記憶手段である。
【００１７】
２は演算手段であり、指定されたＦＯＶに対応して電子ビームの隣接する照射スポットに重畳部位が生じるか否かを判定するための値を算出する。即ち、図２（ａ）に示すように、走査の際に照射スポットＥは指定されたＦＯＶ６内で試料面７に対して矢印に示す方向へ移動してゆくが、高倍率になると隣接する照射スポットＥ間で重畳部位ｍが生じる。この場合、照射スポットＥ間で所定の限界許容量の重畳部位が生じる倍率が当該ＳＥＭ装置の限界倍率となる。このようなときに試料面における入射電子の蓄積が問題となるため、演算手段２により重畳発生如何の基準値を算出する。
【００１８】
具体的には、最小ビーム角ａ、入力された画素サイズｂ、入力された実倍率に対応するＦＯＶサイズｃから、演算値をＳとして、
Ｓ＝ｃ／（ａ×ｂ）
を算出する。算出の結果、Ｓ≦１であれば重畳部位が生じるものと見做され、Ｓ＞１であれば生じないと見做される。
【００１９】
３は制御手段であり、４は電子ビームの走査により得られる複数のフレーム情報を記憶する手段である画像メモリ、５は画像メモリ４に記憶されたフレーム情報を重ね合わせて表示する手段であるディスプレイである。
【００２０】
制御手段３は、演算手段２による演算結果から前記重畳部位が生じるか否か、即ち演算値Ｓの１に対する大小を判定する、Ｓ≦１（重畳する）と判定した場合には、複数のフレーム情報を所要の実倍率で得られる第１のフレーム情報と前記実倍率に比して低倍率で得られる第２のフレーム情報とを任意の順序で組み合わせることにより構成する。ここで倍率とは、電子ビームを照射する範囲、即ち走査範囲であるＦＯＶに対応し、高倍率（低倍率）であればＦＯＶは小さく（大きく）なる。そして制御手段３は、第１のフレーム情報のみを画像メモリ４に記憶する。即ち、第２のフレーム情報は前記重畳部位が生じない低倍率による電子ビームによる走査を行なうための言わばダミーのフレーム情報であり、ディスプレイ５による画像表示には供されない。他方、Ｓ＞１（重畳しない）と判定した場合には、複数のフレーム情報を第１のフレーム情報のみから構成し、当該第１のフレーム情報を画像メモリ４に記憶し、ディスプレイ５に画像表示する。
【００２１】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、実倍率（高倍率）のＦＯＶ８における走査に、所定の低倍率のＦＯＶ９における走査を織りまぜて行い、ＦＯＶ９の第２のフレーム情報は画像形成には用いず、実際に必要な実倍率のＦＯＶ８の第１のフレーム情報のみからＳＥＭ画像を得る。
【００２２】
ここで、第２のフレーム情報を形成する場合の第１のフレーム情報との組み合わせの態様としては、後述するように、第１、第２のフレーム情報を１回ずつ交互に組み合わせる態様（本実施形態）や、ｎ回連続して第１のフレーム情報を形成した後、ｍ回連続して第２のフレーム情報を形成する態様（ｎ，ｍ：任意の自然数）（第２の実施形態）、前記構成に加えて、記憶手段１ｄを複数設けて各々にＦＯＶサイズｄ（倍率）の異なる第２のフレーム情報を記憶し、第１のフレーム情報と組み合わせる態様（第３の実施形態）等が好ましい。
【００２３】
本実施形態のＳＥＭ装置においては、試料面を照射して得られる複数のフレーム情報を、所要の実倍率で得られる第１のフレーム情報と、実倍率に比して低倍率で得られる第２のフレーム情報とを任意の順序で組み合わせることにより構成し、実倍率による第１のフレーム情報のみからＳＥＭ画像を形成する。前記実倍率が高倍率である場合、複数のフレーム情報を当該高倍率のみで得れば、試料面における電子ビームの照射量、特に単位面積あたりの照射量（照射密度）の増加を招き、半導体素子などの入り組んだ構造の複雑な試料面の正確な情報を得ることが困難となる。そこで、高倍率による第１のフレーム情報に加えて、隣接する第１のフレーム情報の合間に任意の順序で低倍率による第２のフレーム情報を挿入する。これにより、低倍率走査を行なう毎に前回の高倍率による余分な入射電子が除去され、続く高倍率走査を実行しても発生する電子蓄積の影響は無視し得る程度のものとなる。そして、低倍率走査によって余分な入射電子が除去された状態で得られた各第１のフレーム情報のみから画像を形成することにより、高倍率にも係わらず極めて正確で高精細なＳＥＭ画像が得られる。
【００２４】
続いて、上記の如く構成されたＳＥＭ装置を用いてＣＤ−ＳＥＭによる画像を得る方法について説明する。
図３は、本実施形態のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。この図３において、破線で示す枠の外部分が従来と同様の画像取得方法を示しており、本実施形態では３２フレーム情報からＳＥＭ画像を構成する場合について例示する。
【００２５】
先ず、ＣＤ−ＳＥＭの最小ビーム角ａ（ここでは５ｎｍ）を入力し、記憶手段１ａに格納する（ステップＳ１）。次に、ディスプレイ５の画素サイズｂ（ここでは５００画素（×５００画素））を入力して記憶手段１ｂに格納し（ステップＳ２）、続いて低倍率に対応する任意のＦＯＶサイズｄ（ここでは１６μｍ）を入力して記憶手段１ｄに格納し（ステップＳ３）、続いてＣＤ−ＳＥＭで倍率を所定の実倍率（ここでは２０万倍：ＦＯＶサイズｃ＝７５０ｎｍ）に指定し、記憶手段１ｃに格納する（ステップＳ４）。
【００２６】
次に、演算手段２により、最小ビーム角ａ、画素サイズｂ及びＦＯＶサイズｃから演算値Ｓ（＝ｃ／（ａ×ｂ））を算出する（ステップＳ５）。続いて、当該演算結果を制御手段３が判断し（ステップＳ６）、Ｓ≦１と判断された場合には第１及び第２のフレーム情報を形成し、Ｓ＞１と判断された場合には第１のフレーム情報のみを形成する。本例では、
0003683130.tif 000002
となるので、Ｓ≦１と判断される。
【００２７】
ステップＳ６でＳ≦１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ７）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ８）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ９，１０）。
【００２８】
次に、記憶手段１ｄに格納されたＦＯＶサイズｄを読み出し、これにより１フレーム情報（第２のフレーム情報）を得る（ステップＳ１１）。この第２のフレーム情報は画像メモリ４には格納しない（ステップＳ１２）。これらの動作、即ち１回ずつの第１及び第２のフレーム情報を形成する動作を１単位として、１２８回目まで繰り返し行う。即ち、カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ１３）。これにより、画像メモリ４に格納された高倍率による第１のフレーム情報のみをディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００２９】
他方、ステップＳ６でＳ＞１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され（ステップＳ１４）、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ１５）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ１６）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ１７，１８）。カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ１９）。これにより、画像メモリ４に格納された実倍率による第１のフレーム情報をディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料面の高倍率によるＳＥＭ画像を得るに際して、高倍率の隣接する第１のフレーム情報間に低倍率の第２のフレーム情報を挿入し、第１、第２のフレーム情報を１回ずつ交互に得ることにより、第２のフレーム情報を得る走査によって蓄積電子が除去された状態で第１のフレーム情報を得ることができる。このようにして取得した第１のフレーム情報のみから画像を形成することにより、高倍率においても正確且つ精細なＳＥＭ画像を得ることが可能となり、半導体素子の表面等の入り組んだ構造でも正確に再現し、高精度の測長・検査を行なうことができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態と同様にＳＥＭ装置及びその制御方法を例示するが、第１、第２のフレーム情報の組み合わせ方が若干異なる点で相違する。なお、第１の実施形態に対応する構成要素等については同符号を記して説明を省略する。
【００３２】
図４は、本実施形態のＳＥＭ装置の基本的構成例を示すブロック図である。
このＳＥＭ装置は、第１の実施形態の諸構成要素（１ａ〜１ｄ，２〜５）に加え、指定された実倍率に対応するＦＯＶサイズｃの走査数（Ｒｎ）と、前記実倍率に比して低倍率に対応するＦＯＶサイズｄの走査数（Ｄｎ）とをそれぞれ記憶する記憶手段１ｅが設けられている。
【００３３】
以下、このＳＥＭ装置を用いてＣＤ−ＳＥＭによる画像を得る方法について説明する。
図５は、本実施形態のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。この図５において、破線で示す枠の外部分が従来と同様の画像取得方法を示しており、本実施形態ではｎ回連続して第１のフレーム情報を形成した後、ｍ回連続して第２のフレーム情報を形成し、これを１単位として所定回数繰り返す態様を採り、ｎ＝４，ｍ＝１とし、３２回の第１のフレーム情報のみからＳＥＭ画像を構成する場合について例示する。
【００３４】
先ず、ＣＤ−ＳＥＭの最小ビーム角ａ（ここでは５ｎｍ）を入力し、記憶手段１ａに格納する（ステップＳ２１）。次に、ディスプレイ５の画素サイズｂ（ここでは５００画素（×５００画素））を入力して記憶手段１ｂに格納し（ステップＳ２２）、続いて低倍率に対応する任意のＦＯＶサイズｄ（ここでは１６μｍ）を入力して記憶手段１ｄに格納し（ステップＳ２３）、続いてＣＤ−ＳＥＭで倍率を所定の実倍率（ここでは１５万倍：ＦＯＶサイズｃ＝１０００ｎｍ）に指定し、記憶手段１ｃに格納し（ステップＳ２４）、更にはＦＯＶサイズｃの走査数（ここではＲｎ＝４）及びＦＯＶサイズｄの走査数（ここではＤｎ＝１）をそれぞれ入力して記憶手段１ｅに格納する（ステップＳ２５）。
【００３５】
次に、演算手段２により、最小ビーム角ａ、画素サイズｂ及びＦＯＶサイズｃから演算値Ｓ（＝ｃ／（ａ×ｂ））を算出する（ステップＳ２６）。続いて、当該演算結果を制御手段３が判断し（ステップＳ２７）、Ｓ≦１と判断された場合には第１及び第２のフレーム情報を形成し、Ｓ＞１と判断された場合には第１のフレーム情報のみを形成する。本例では、
0003683130.tif 000003
となるので、Ｓ≦１と判断される。
【００３６】
ステップＳ２７でＳ≦１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ２８）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ２９）。この第１のフレーム情報の取得動作を連続して４回実行する。即ち、第１のフレーム情報の総数をカウントしておき（ステップＳ３０，３１）、記憶手段１ｅから読み出されたＦＯＶサイズｃの走査数（Ｒｎ＝４）に基づいて第１のフレーム情報の取得回数が所定回数（４回）に達していれば次ステップへ進み、達しなければ前記取得動作を繰り返す（ステップＳ３２）。
【００３７】
第１のフレーム情報を連続して所定回数（４回）取得した後、記憶手段１ｄに格納されたＦＯＶサイズｄを読み出し、これにより１フレーム情報（第２のフレーム情報）を得る（ステップＳ３３）。この第２のフレーム情報は画像メモリ４には格納しない（ステップＳ３４）。本例では、記憶手段１ｅから読み出されたＦＯＶサイズｄの走査数Ｄｎは１であるため、第２のフレーム情報を得る動作は１回のみである。これらの動作、即ち４回の第１フレーム情報及び１回の第２のフレーム情報を形成する動作を１単位として、８０回目まで繰り返し行う。即ち、カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ３５）。これにより、画像メモリ４に格納された高倍率による第１のフレーム情報のみをディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００３８】
他方、ステップＳ２７でＳ＞１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され（ステップＳ３６）、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ３７）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ３８）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ３９，４０）。カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ４１）。これにより、画像メモリ４に格納された実倍率による第１のフレーム情報をディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料面の高倍率によるＳＥＭ画像を得るに際して、高倍率の第１のフレーム情報を４回連続して取得する毎に低倍率の第２のフレーム情報を１回挿入することにより、第２のフレーム情報を得る走査によって蓄積電子が除去された状態で第１のフレーム情報を得ることができる。このようにして取得した第１のフレーム情報のみから画像を形成することにより、高倍率においても正確且つ高精細なＳＥＭ画像を得ることが可能となり、半導体素子の表面等の入り組んだ構造でも正確に再現し、高精度の測長・検査を行なうことができる。
【００４０】
特に本実施形態では、第１のフレーム情報の数に比して第２のフレーム情報の数の割合が少なく構成されているため、画像形成に必要な時間を短縮することができ、蓄積電子の影響がさほど懸念されない試料、例えば比較的複雑でない表面をもつ試料等に適用して好適である。
【００４１】
−変形例−
ここで、本実施形態の変形例について説明する。この変形例では、本実施形態と同様の構成を備えたＳＥＭ装置を例示するが、ｎ回連続して第１のフレーム情報を形成した後、ｍ回連続して第２のフレーム情報を形成して１単位を構成するに際して、ｎ＝１，ｍ＝２とし、３２回の第１のフレーム情報のみからＳＥＭ画像を構成する。
【００４２】
以下、このＳＥＭ装置を用いてＣＤ−ＳＥＭによる画像を得る方法について説明する。
図６は、本変形例のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。この図６において、破線で示す枠の外部分が従来と同様の画像取得方法を示している。
【００４３】
先ず、ＣＤ−ＳＥＭの最小ビーム角ａ（ここでは５ｎｍ）を入力し、記憶手段１ａに格納する（ステップＳ５１）。次に、ディスプレイ５の画素サイズｂ（ここでは５００画素（×５００画素））を入力して記憶手段１ｂに格納し（ステップＳ５２）、続いて低倍率に対応する任意のＦＯＶサイズｄ（ここでは１６μｍ）を入力して記憶手段１ｄに格納し（ステップＳ５３）、続いてＣＤ−ＳＥＭで倍率を所定の実倍率（ここでは１０万倍：ＦＯＶサイズｃ＝１５００ｎｍ）に指定し、記憶手段１ｃに格納し（ステップＳ５４）、更にはＦＯＶサイズｃの走査数（ここではＲｎ＝１）及びＦＯＶサイズｄの走査数（ここではＤｎ＝２）をそれぞれ入力して記憶手段１ｅに格納する（ステップＳ５５）。
【００４４】
次に、演算手段２により、最小ビーム角ａ、画素サイズｂ及びＦＯＶサイズｃから演算値Ｓ（＝ｃ／（ａ×ｂ））を算出する（ステップＳ５６）。続いて、当該演算結果を制御手段３が判断し（ステップＳ５７）、Ｓ≦１と判断された場合には第１及び第２のフレーム情報を形成し、Ｓ＞１と判断された場合には第１のフレーム情報のみを形成する。本例では、
0003683130.tif 000004
となるので、Ｓ≦１と判断される。
【００４５】
ステップＳ５７でＳ≦１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ５８）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ５９）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ６０，６１）。
【００４６】
１回の第１のフレーム情報を取得した後、記憶手段１ｄに格納されたＦＯＶサイズｄを読み出し、これにより１フレーム情報（第２のフレーム情報）を得る（ステップＳ６２）。続いて、ＦＯＶサイズｄの走査数Ｄｎが所定回数に達したか否かを判定する。本例では、記憶手段１ｅから読み出されたＦＯＶサイズｄの走査数Ｄｎは２であるため、第２のフレーム情報を得る動作は２回であり、これに達していれば次ステップへ進み、達しなければ前記取得動作を繰り返す（ステップＳ６３）。この第２のフレーム情報は画像メモリ４には格納しない（ステップＳ６４）。
【００４７】
これらの動作、即ち１回の第１フレーム情報及び２回の第２のフレーム情報を形成する動作を１単位として、１９２回目まで繰り返し行う。即ち、カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ６５）。これにより、画像メモリ４に格納された高倍率による第１のフレーム情報のみをディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００４８】
他方、ステップＳ５７でＳ＞１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され（ステップＳ６６）、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ６７）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ６８）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ６９，７０）。カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ７１）。これにより、画像メモリ４に格納された実倍率による第１のフレーム情報をディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００４９】
以上説明したように、本変形例によれば、試料面の高倍率によるＳＥＭ画像を得るに際して、高倍率の第１のフレーム情報を１回取得する毎に低倍率の第２のフレーム情報を連続して２回挿入することにより、第２のフレーム情報を得る走査によって蓄積電子が除去された状態で第１のフレーム情報を得ることができる。このようにして取得した第１のフレーム情報のみから画像を形成することにより、高倍率においても正確且つ高精細なＳＥＭ画像を得ることが可能となり、半導体素子の表面等の入り組んだ構造でも正確に再現し、高精度の測長・検査を行なうことができる。
【００５０】
特に本変形例では、第１のフレーム情報の数に比して第２のフレーム情報の数の割合が多く構成されているため、蓄積電子の影響が大きく懸念される試料、例えば極めて複雑な形状の表面をもつ試料等に適用して好適である。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態と同様にＳＥＭ装置及びその制御方法を例示するが、第１、第２のフレーム情報の組み合わせ方が若干異なる点で相違する。なお、第１の実施形態に対応する構成要素等については同符号を記して説明を省略する。
【００５２】
図７は、本実施形態のＳＥＭ装置の基本的構成例を示すブロック図である。
このＳＥＭ装置は、第１の実施形態の諸構成要素（１ａ〜１ｄ，２〜５）に加え、記憶手段１ｄに格納されるＦＯＶサイズｄとは異なる低倍率のＦＯＶサイズｄ’を格納する記憶手段１ｄ’と、指定された実倍率に対応するＦＯＶサイズｃの走査数（Ｒｎ）と、前記実倍率に比して低倍率に対応するＦＯＶサイズｄの走査数（Ｄｎ）とをそれぞれ記憶する記憶手段１ｅとが設けられている。
【００５３】
以下、このＳＥＭ装置を用いてＣＤ−ＳＥＭによる画像を得る方法について説明する。
図８は、本実施形態のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。この図８において、破線で示す枠の外部分が従来と同様の画像取得方法を示しており、本実施形態では記憶手段１ｄを複数（１ｄ，１ｄ’）設けて各々にＦＯＶサイズｄ（倍率）の異なる第２のフレーム情報を記憶し、第１のフレーム情報と組み合わせる態様を採り、ｎ回連続して第１のフレーム情報を形成した後、ｍ回連続してＦＯＶサイズｄで第２のフレーム情報を形成し、続いてｍ’回連続してＦＯＶサイズｄ’で第２のフレーム情報を形成して、これを１単位として所定回数繰り返す。ここではｎ＝１，ｍ＝１，ｍ’＝１とし、３２回の第１のフレーム情報のみからＳＥＭ画像を構成する場合について例示する。
【００５４】
先ず、ＣＤ−ＳＥＭの最小ビーム角ａ（ここでは５ｎｍ）を入力し、記憶手段１ａに格納する（ステップＳ８１）。次に、ディスプレイ５の画素サイズｂ（ここでは５００画素（×５００画素））を入力して記憶手段１ｂに格納し（ステップＳ８２）、続いて低倍率に対応する任意のＦＯＶサイズｄ（ここでは１２μｍ）を入力して記憶手段１ｄに格納し（ステップＳ８３）、続いてＦＯＶサイズｄとは異なる低倍率に対応する任意のＦＯＶサイズｄ’（ここでは２４μｍ）を入力して記憶手段１ｄ’に格納し（ステップＳ８４）、続いてＣＤ−ＳＥＭで倍率を所定の実倍率（ここでは７万５千倍：ＦＯＶサイズｃ＝２０００ｎｍ）に指定して記憶手段１ｃに格納し（ステップＳ８５）、更にはＦＯＶサイズｃの走査数（ここではＲｎ＝１）及びＦＯＶサイズｄ，ｄ’の走査数（ここではＤｎ，Ｄ’ｎ＝１）をそれぞれ入力して記憶手段１ｅに格納する（ステップＳ８６）。
【００５５】
次に、演算手段２により、最小ビーム角ａ、画素サイズｂ及びＦＯＶサイズｃから演算値Ｓ（＝ｃ／（ａ×ｂ））を算出する（ステップＳ８７）。続いて、当該演算結果を制御手段３が判断し（ステップＳ８８）、Ｓ≦１と判断された場合には第１及び第２のフレーム情報を形成し、Ｓ＞１と判断された場合には第１のフレーム情報のみを形成する。本例では、
0003683130.tif 000005
となるので、Ｓ≦１と判断される。
【００５６】
ステップＳ８８でＳ≦１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ８９）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ９０）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ９１，９２）。そして、第１のフレーム情報の所定回数（Ｒｎ）の走査が行なわれたか否かを判定し、行なわれたならば次ステップへ進み、行なわれてなければ第１のフレーム情報取得のための前記動作を繰り返す（ステップＳ９３）。
【００５７】
次に、記憶手段１ｄに格納されたＦＯＶサイズｄを読み出し、これにより１フレーム情報（第２のフレーム情報）を得る（ステップＳ９４）。そして、ＦＯＶサイズｄによる第２のフレーム情報の所定回数（Ｄｎ）の走査が行なわれたか否かを判定し、行なわれたならば次ステップへ進み、行なわれてなければ第２のフレーム情報取得のための前記動作を繰り返す（ステップＳ９５）。この第２のフレーム情報は画像メモリ４には格納しない（ステップＳ９６）。
【００５８】
次に、記憶手段１ｄ’に格納されたＦＯＶサイズｄ’を読み出し、これにより１フレーム情報（第２のフレーム情報）を得る（ステップＳ９７）。そして、ＦＯＶサイズｄ’による第２のフレーム情報の所定回数（Ｄ’ｎ）の走査が行なわれたか否かを判定し、行なわれたならば次ステップへ進み、行なわれてなければ第２のフレーム情報取得のための前記動作を繰り返す（ステップＳ９８）。この第２のフレーム情報は画像メモリ４には格納しない（ステップＳ９９）。
【００５９】
これらの動作、即ち１回ずつの第１のフレーム情報及びＦＯＶサイズｄ，ｄ’による各第２のフレーム情報を形成する動作を１単位として、１９２回目まで繰り返し行う。即ち、カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ１００）。これにより、画像メモリ４に格納された高倍率による第１のフレーム情報のみをディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００６０】
他方、ステップＳ６でＳ＞１と判断された場合、ＦＯＶサイズｃで走査が実行され（ステップＳ１０１）、１フレーム情報（第１のフレーム情報）を得て、この第１のフレーム情報を画像メモリ４に格納し（ステップＳ１０２）、ディスプレイ５上に画像表示する（ステップＳ１０３）。ここで、第１のフレーム情報の総数をカウントしておく（ステップＳ１０４，１０５）。カウントされたフレーム情報（第１のフレーム情報）の総数が３２に達していれば終了し、達しなければ前記単位を繰り返す（ステップＳ１０６）。これにより、画像メモリ４に格納された実倍率による第１のフレーム情報をディスプレイ５上に重ねて画像表示する。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料面の高倍率によるＳＥＭ画像を得るに際して、高倍率の隣接する第１のフレーム情報間に異なる低倍率の複数（本例では２種）の各第２のフレーム情報を挿入し、第１、各第２のフレーム情報を１回ずつ得ることにより、各第２のフレーム情報を得る走査によって蓄積電子が除去された状態で第１のフレーム情報を得ることができる。このようにして取得した第１のフレーム情報のみから画像を形成することにより、高倍率においても正確且つ精細なＳＥＭ画像を得ることが可能となり、半導体素子の表面等の入り組んだ構造でも正確に再現し、高精度の測長・検査を行なうことができる。
【００６２】
特に本実施形態では、倍率（ＦＯＶサイズ）の異なる複数（２種）の第２のフレーム情報を隣接する第１のフレーム情報間に挿入するので、各第２のフレーム情報のＦＯＶサイズを調節することにより、試料面の性質や測定目的等に応じて得られる画像をきめ細かに制御することが可能となる。
【００６３】
ここで、本実施形態のＳＥＭ装置を用いて半導体素子面の画像を得た結果について、比較例との比較に基づいて説明する。
図９は、半導体素子面の各構成要素を表す電子顕微鏡写真である。ここで、（ａ）〜（ｃ）が従来のＳＥＭ装置を用いて得られた画像（比較例）であり、（ｄ）〜（ｆ）が本実施形態のＳＥＭ装置を用いて得られた画像である。
【００６４】
（ａ），（ｄ）が半導体素子面のラインパターン（幅２００ｎｍ）について、倍率が７万５千倍、ＦＯＶサイズが２０００ｎｍに設定して得られたものである。このように、（ａ）に比して（ｄ）では特にラインパターンのエッジ部位が格段に明確であることが判り、正確な測長に耐え得るものである。
【００６５】
（ｂ），（ｅ）が半導体素子面のコンタクトパターン（孔径３００ｎｍ）について、倍率が１０万倍、ＦＯＶサイズが１５００ｎｍに設定して得られたものである。このように、（ｂ）に比して（ｅ）では特にコンタクトパターンのエッジ部位が格段に明確であることが判り、ボトムの確実な情報を得ることができ、正確な測長に耐え得るものである。
【００６６】
（ｃ），（ｆ）が半導体素子面のコンタクトパターン（孔径１３０ｎｍ）について、倍率が２０万倍、ＦＯＶサイズが７５０ｎｍに設定して得られたものである。このように高倍率としても、（ｃ）に比して（ｆ）では特にコンタクトパターンのエッジ部位が格段に明確であることが判り、極めて微小なコンタクト孔でもボトムの確実な情報を得ることができ、正確な測長に耐え得るものである。
【００６７】
なお、第１〜第３の実施形態ではＳＥＭ装置を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、入射荷電粒子線を試料面に照射して複数の走査情報を得て、これらにより出力データを形成する集束荷電粒子線装置全般に対して適用可能である。
【００６８】
また、以下に示す諸態様もまた、本発明を構成する。
【００６９】
態様１は、電子線を試料面に所定倍率となるように照射し、得られた複数のフレーム情報から画像を形成する走査型電子顕微鏡装置であって、高倍率の第１のフレーム情報を得るための第１の走査と、前記第１のフレーム情報よりも低倍率の第２のフレーム情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを、前記第１の走査の重畳の有無に応じて適宜組み合わせて実行し、前記第１のフレーム情報のみから前記画像を形成する。
【００７０】
態様２は、態様１に記載の走査型電子顕微鏡装置であって、走査の際に電子線の隣接する照射スポットに重畳部位が生じる場合に、前記第１の走査と、前記第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行し、前記重畳部位が生じない場合には、前記第１の走査のみを実行する。
【００７１】
態様３は、電子線を試料面に所定倍率となるように照射し、得られた複数のフレーム情報から画像を形成する走査型電子顕微鏡装置であって、走査の際に電子線の隣接する照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準となる演算を行なう演算手段と、前記フレーム情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記フレーム情報から前記画像を形成する画像形成手段と、前記演算手段による演算結果から前記重畳部位が生じるか否かを判定し、重畳すると判定した場合には、高倍率の第１のフレーム情報を得るための第１の走査と、前記第１のフレーム情報よりも低倍率の第２のフレーム情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行して、前記第１のフレーム情報のみを前記記憶手段に記憶し、重畳しないと判定した場合には、前記第１の走査のみを実行する制御手段とを備える。
【００７２】
態様４は、態様３に記載の走査型電子顕微鏡装置であって、電子線の隣接する照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準として、分解能ａと、画素数ｂと、指定された前記実倍率ｃとを用いて、
Ｓ＝ｃ／（ａ×ｂ）
を算出し、Ｓ≧１であれば前記複数のフレーム情報を前記第１のフレーム情報のみから構成し、Ｓ＜１であれば前記複数のフレーム情報を前記第１及び第２のフレーム情報から構成する。
【００７３】
態様５は、態様３又は４に記載の走査型電子顕微鏡装置であって、前記第１及び第２のフレーム情報を組み合わせる際に、前記第１及び第２のフレーム情報を１回ずつ交互に組み合わせる。
【００７４】
態様６は、態様３又は４に記載の走査型電子顕微鏡装置であって、前記第１及び第２のフレーム情報を組み合わせる際に、ｎ回連続して第１のフレーム情報を形成した後、ｍ回連続して第２のフレーム情報を形成する（ｎ，ｍ：任意の自然数）。
【００７５】
態様７は、態様６に記載の走査型電子顕微鏡装置であって、前記第１及び第２のフレーム情報を組み合わせる際に、倍率の異なる複数の第２のフレーム情報を任意の組み合わせで第１のフレーム情報と組み合わせる。
【００７６】
態様８は、電子線を試料面に所定倍率となるように照射し、得られた複数のフレーム情報から画像を形成する走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、走査の際に隣接する電子線の照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準となる演算を行なうステップと、前記演算結果から前記重畳部位が生じるか否かを判定するステップと、重畳すると判定した場合には、高倍率の第１のフレーム情報を得るための第１の走査と、前記第１のフレーム情報よりも低倍率の第２のフレーム情報を得るための前記第１の走査よりも広い走査範囲を走査する第２の走査とを任意の順序で組み合わせて実行するステップと、重畳しないと判定した場合には、前記第１の走査のみを実行するステップと、前記第１の走査情報のみから前記画像を形成するステップとを備えることを特徴とする。
【００７７】
態様９は、態様８に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、電子線の隣接する照射スポットに重畳部位が生じるか否かの基準として、分解能ａと、画素数ｂと、指定された前記実倍率ｃとを用いて、
Ｓ＝ｃ／（ａ×ｂ）
を算出し、Ｓ≧１であれば前記複数のフレーム情報を前記第１のフレーム情報のみから構成し、Ｓ＜１であれば前記複数のフレーム情報を前記第１及び第２のフレーム情報から構成する。
【００７８】
態様１０は、態様８又は９に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、前記第１及び第２のフレーム情報を組み合わせる際に、前記第１及び第２のフレーム情報を１回ずつ交互に組み合わせる。
【００７９】
態様１１は、態様８又は９に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、前記第１及び第２のフレーム情報を組み合わせる際に、ｎ回連続して第１のフレーム情報を形成した後、ｍ回連続して第２のフレーム情報を形成する（ｎ，ｍ：任意の自然数）。
【００８０】
態様１２は、態様１１に記載の走査型電子顕微鏡装置の制御方法であって、前記第１及び第２のフレーム情報を組み合わせる際に、倍率の異なる複数の第２のフレーム情報を任意の組み合わせで第１のフレーム情報と組み合わせる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、高倍率においても精細で正確な出力データ（例えばＳＥＭ画像）が得られる。これにより、測長再現精度が大幅に向上し、試料が例えば半導体素子であればコンタクトホールの正確な開孔の確認及び正確な測長を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のＳＥＭ装置の基本的構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態のＳＥＭ装置を用いて試料面の走査を行なう様子を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態のＳＥＭ装置の基本的構成例を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態の変形例のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。
【図７】第３の実施形態のＳＥＭ装置の基本的構成例を示すブロック図である。
【図８】第３の実施形態のＳＥＭ装置を用いた画像取得方法を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施形態のＳＥＭ装置（及び比較例として従来のＳＥＭ装置）を用い、得られた半導体基板面（半導体素子面）の微細なパターンを表す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ  記憶装置
２  演算手段
３  制御手段
４  画像メモリ
５  ディスプレイ
６，８，９  ＦＯＶ
７  試料面
【図１】
0003683130.tif 000006
【図２】
0003683130.tif 000007
【図３】
0003683130.tif 000008
【図４】
0003683130.tif 000009
【図５】
0003683130.tif 000010
【図６】
0003683130.tif 000011
【図７】
0003683130.tif 000012
【図８】
0003683130.tif 000013
【図９】
0003683130.tif 000014