(57)【要約】【課題】ホールやトレンチなどの底部及び下層のパターン形状などを観察するためには、加速電圧を上げて観察する技術がある。しかし、高加速条件で多層膜の試料を観察するとパターンが下層まで透過して見えるため、焦点位置が別の層のパターンを誤検出してしまい、対象とする層に焦点位置を合わせることが出来ない場合がある。したがって、高加速電圧の観察で、撮像したい層に安定して焦点を合わせる手法が必要である。【解決手段】第一の加速電圧条件で試料表面での合焦位置を求め、当該合焦位置に予め求められたオフセット量を加えることで第一の加速電圧条件より高い第二の加速電圧条件にしたときの合焦位置を求める。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に収束した荷電粒子線を照射して前記試料の画像を撮像する荷電粒子線装置において、
複数の加速電圧条件に変更することが可能な加速電圧変更手段と、
前記試料の観察対象位置に焦点を合わせるように制御する焦点制御部と、を有し、
前記焦点制御部は、第一の加速電圧条件で前記試料表面での合焦位置を求め、当該合焦位置にオフセット量を加えることで前記第一の加速電圧条件より高い第二の加速電圧条件にしたときの合焦位置を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記第二の加速電圧条件における合焦位置は前記試料の下層のパターンまたは前記試料のホールの穴底に対応する位置であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記焦点制御部は、
前記第一の加速電圧条件と前記第二の加速電圧条件を切替えたときの校正用試料における焦点位置の差を、少なくとも前記試料の観察条件が登録されたレシピの作成後かつ前記試料の観察前に求め、当該差を用いて前記オフセット量を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
前記焦点制御部は、
予めレシピに登録された、前記第一の加速電圧条件と前記第二の加速電圧条件を切替えたときの前記試料における焦点位置の第一の差と、
前記レシピの作成後かつ前記試料の観察前に求められた、前記第一の加速電圧条件と前記第二の加速電圧条件を切替えたときの校正用試料における焦点位置の第二の差と、の差分を前記第二の差に加えて前記オフセット量とすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料は半導体ウェハであって、
前記第二の差は前記半導体ウェハのロットごとまたはウェハごとに求められることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料を載置する試料ステージを備え、
前記校正用試料は、前記試料ステージ上に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
前記校正用試料は、下層パターンを有するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
試料に収束した荷電粒子線を照射して前記試料の画像を撮像する試料観察方法において、
第一の加速電圧条件で前記試料表面での第一の合焦位置を求め、
前記第一の加速電圧条件より高い第二の加速電圧条件に切り替え、
前記合焦位置にオフセット量を加えることで前記第二の加速電圧条件にしたときの第二の合焦位置を求め、
前記第二の合焦位置に焦点位置を制御して前記第二の加速電圧条件で前記試料の画像を撮像することを特徴とする試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いて取得した画像により試料の検査、観察、計測を行う荷電粒子線装置に関する。特に荷電粒子線装置の焦点調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスのパターン線幅は２Ｘｎｍからその先へと微細化が進んできているが、これまで高速化や高集積化の推進力となってきたパターンの微細化が限界に近づきつつある。一つの方策として、立体化による三次元構造デバイスの開発が進められてきている。この三次元構造デバイスは積層構造であるため、これまでよりも増して層が厚くなり、ホールやトレンチなどの工程ではアスペクト比がさらに大きくなる傾向にある。したがって、このような三次元構造のプロセス開発において、ウェハの出来栄えの良否判断を行うことのできる検査・計測手段が益々重要となってきている。
【０００３】
半導体デバイスの製造工場ではプロセス処理のウェハの出来栄え管理を行うため走査電子顕微鏡を用いている。これまで走査電子顕微鏡は、微細化に対応するため分解能の向上を行ってきたこともあり、相反して焦点深度は浅くなる方向であった。三次元構造デバイスではさらにアスペクトが大きくなるため、これまでの方式ではホールやトレンチの底部観察は困難になりつつある。
【０００４】
これを補う手法として、高加速電圧の条件を用いることで、試料深くまで電子を照射し、二次電子や反射電子を効率良く検出することで、ホールやトレンチ、また下層パターンの観察が実現でき、検査・計測が可能となる。
【０００５】
特許文献１には、走査電子顕微鏡において合焦点位置と異なる高さ位置に焦点を合わせることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１７６２８５号公報（米国特許第５５１２７４７号明細書）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、ホールやトレンチなどの底部及び下層のパターン形状などを観察するためには、加速電圧を上げて観察する技術がある。しかし、高加速電圧で多層膜の試料を観察すると、対象とする層に焦点位置を合わせることが出来ない場合がある。試料が多層膜の場合には撮像する位置によりパターンが下層まで透過して見え、焦点位置が別の層のパターンを誤検出してしまうためである。したがって、高加速電圧の観察で、撮像したい層に安定して焦点を合わせる手法が必要である。
【０００８】
特許文献１では、加速電圧を変えたときの焦点ずれについて考慮されておらず、加速電圧を変えた場合には対象とする層に安定して焦点合わせすることはできない可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、特に表層よりも深い試料像を得るために、加速電圧を変更した場合にも対象とする層に安定して焦点合わせを行うことができる装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、第一の加速電圧条件で試料表面での合焦位置を求め、当該合焦位置に予め求められたオフセット量を加えることで第一の加速電圧条件より高い第二の加速電圧条件にしたときの合焦位置を求める。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特に表層よりも深い試料像を得るために、加速電圧を変更した場合にも対象とする層に安定して焦点合わせを行うことができる装置および方法を提供することができる。
【００１２】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例の走査電子顕微鏡の構成図。
【図２】加速電圧による入射電子の広がりを説明する図。
【図３】低加速電圧の撮像画像を示す図
【図４】加速電圧の変化によりＢ層またはＣ層に焦点の合った撮像画像を示す図。
【図５】加速電圧条件による焦点高さと焦点評価値の関係を示す図。
【図６】本実施例の焦点合わせ機能を用いて観察するための全体フロー図。
【図７】観察条件作成時と製品ウェハ観察時の焦点位置の補正処理を説明する図。
【図８】加速電圧条件間の焦点位置の校正手順を示すフロー図。
【図９】加速電圧間の補正値を含む観察条件作成手順を示すフロー図。
【図１０】製品ウェハを観察する手順を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１５】
以下、荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡を用いた例を説明するが、これは本発明の単なる一例であって、本発明は以下説明する実施の形態に限定されるものではない。本発明において荷電粒子線装置とは荷電粒子線を用いて試料の画像を撮像する装置を広く含むものとする。荷電粒子線装置の一例として、走査型電子顕微鏡を用いた検査装置、レビュー装置、パターン計測装置が挙げられる。また、汎用の走査型電子顕微鏡や、走査型電子顕微鏡を備えた試料加工装置や試料解析装置にも適用可能である。また、以下で荷電粒子線装置とは、上記の荷電粒子線装置がネットワークで接続されたシステムや上記の荷電粒子線装置の複合装置も含むものとする。
【００１６】
本明細書において、「欠陥」とはパターンの欠陥に限らず、異物やパターン寸法異常、構造不良等、観察対象物を広く含むものとする。
【００１７】
本明細書において、「試料」とは下層パターンを有する半導体ウェハを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、ホールの底部分や、微細な３次元構造を持つ被観察対象に対しても、本発明は有効である。
【００１８】
本明細書において「欠陥画像」とは欠陥検査の対象となる画像（被検査画像）であって、真の欠陥の画像のみならず、欠陥候補の画像や擬似欠陥の画像も含むものとする。また、「参照画像」とは欠陥抽出のために欠陥画像との比較に用いられる画像であって、正常な領域すなわち欠陥が無いと推定される領域の画像である。
【００１９】
本明細書において、「高加速」とは例えば１０ｋＶ以上であり、「低加速」とは１ｋＶ以下のことを指すが、加速電圧はこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１は本実施例の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた荷電粒子線装置を示した図である。この走査電子顕微鏡には後述する自動焦点制御機能が組み込まれている。
【００２１】
まず、外観検査装置で検査された１セットの試料が搬送される。１セットの試料とは例えば１ロット単位のウェハのことである。走査電子顕微鏡は搬送された１セットの試料を格納しておく試料格納手段（図示省略）を備え、この１セットの試料の中から観察を行う試料が順次選択され走査電子顕微鏡の試料準備室（図示省略）を通して試料室まで移動され、試料ステージ１０１に戴置される。
【００２２】
本例の走査電子顕微鏡は、撮像装置１０２を有する。撮像装置１０２は、ＳＥＭを構成している。
【００２３】
電子線ＥＢを照射する電子光学系は、コンデンサレンズ１０４、偏向走査用コイル１０５、対物レンズ１０６、検出器１０９及び１２５を含む。電子源１０３から発射された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ１０４によって収束され、偏向走査用コイル１０５によって試料ステージ上の撮像対象の試料１０７上を走査するように偏向される。さらに電子ビームＥＢは、対物レンズ１０６によって試料ステージ１０１に搭載された試料１０７に収束して照射、走査される。ここで電子源１０３では電子銃の陰極と陽極の間に掛けられた電圧を変更することもでき、加速された電子が放出される。この電圧を加速電圧と呼ぶ。本実施例では複数の加速電圧条件で電子線照射することが可能である。
【００２４】
この照射によって、試料１０７から二次電子や反射電子等の試料の情報をもった二次荷電粒子が放出され、これが検出器１０９及び１２５によって検出される。検出器１０９及び１２５からの出力は、Ａ／Ｄ変換部１１０でデジタル化され、画像演算部１１１によって電子線の走査位置が画素に対応付けられて画像が生成される。さらに必要に応じて検査対象の画像と欠陥位置に対応する正常部の画像である参照画像との差画像を求めることで、欠陥抽出を行うなどの画像処理が行われる。画像演算部１１１からの出力は、装置全体の制御をする制御部１１２を経て、モニタ１１３に送られ、試料１０７のＳＥＭ画像が表示される。
【００２５】
なお、画像演算部１１１、制御部１１２をはじめ本システムの構成はこれに限られず、システムを構成する装置の一部または全部が共通の装置であってもよい。また以下に説明する処理は、ハードウェア、ソフトウェアいずれの方式でも実現可能である。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップもしくはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、システムを構成する装置に搭載された中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはシステムに接続された汎用のコンピュータに搭載された汎用ＣＰＵにより、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。このプログラムが記録された記録媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。
【００２６】
ＳＥＭ画像撮像までの走査電子顕微鏡の動作は、電子線照射条件や画像取得条件等の観察条件を指定したレシピに基づいて、制御部１１２から各部へ指示される。
【００２７】
ユーザは、マウスやコントローラ、操作卓等の入力部１１４を介して欠陥観察条件、動作結果モニタリング条件等の入力項目を入力する。入力パラメータは、制御部１１２に送られる。制御部１１２は、電子光学系を構成するレンズやコイル等を制御する電子光学系制御部１１５及び高電圧安定化電源１１６に制御信号を送り、ＳＥＭの撮像条件を設定する。この撮像条件に基づいて電子光学系の各部が動作することとなる。
【００２８】
また、電子光学系制御部１１５には焦点制御部も含まれ、この焦点制御部によって観察対象位置に焦点をあわせるように各光学部品が制御される。具体的には、焦点制御部からの焦点制御信号により対物レンズ１０６の励磁電流を調節することで焦点制御を行うことができる。自動焦点制御はレンズの焦点条件を自動的に最適値に設定する制御であり、その方法は、レンズの条件を変化させながら、複数枚のフレーム走査を行い検出器1０９及び１２５から得られた二次電子や反射電子の検出信号から焦点評価値を求め、これを比較評価し、最適な焦点評価値が得られたときのフォーカス条件を電子レンズの制御条件として設定するものである。以下で説明する焦点合わせの処理は、特に断りが無い限り、焦点制御部が行うものとする。
【００２９】
校正試料１０８は電子光学系の条件による焦点位置の校正を行う試料である。校正試料１０８はステージ上に備えられている。また、後述するように、この校正試料１０８は加速条件を変えたときの見え方を事前に把握するためのものであり、多層構造、すなわち少なくとも２層以上からなる構造である必要がある。
【００３０】
検査装置からの欠陥座標データは、図示しないネットワークを介して制御部１１２に送られ、この欠陥座標データに基づいて観察位置が決定することができる。他の方法としては、観察位置の決定はユーザがマニュアルで入力部１１４を通して観察位置を指定する方法でもよい。また、予めレシピで観察位置のダイ内の原点からの位置を示す相対位置座標を設定しておきレシピ実行により複数のダイの対応する場所を自動的に観察できるようにしてもよい。この方法は定点観察とよばれることがある。なお、レシピとはデバイスとプロセス情報に対応したアライメント位置や、観察時の画像取得条件や比較検査及び測長等の画像処理条件や観察フローを予め記憶したデータファイルのことである。レシピにはその他にも後述するように焦点位置などのパラメータも適宜記憶させることができる。
【００３１】
制御部１１２は、決定された観察位置に基づいてステージ制御部１１７の制御を行う。試料ステージ１０１は、ステージ制御部１１７の制御によりＸ方向およびＹ方向に移動する。
【００３２】
また制御部１１２は、レシピ作成部１１９を有する。レシピ作成部１１９はモニタ１１３、入力部１１４を通して観察者が指定した撮像条件に基づいてレシピを作成する。撮像条件とは、具体的には、焦点位置情報、撮像視野の中心位置、視野サイズ、撮像倍率、分解能、等を含む画像を取得するための設定項目を指す。なお、焦点位置情報とは、合焦点位置を決めるためのレンジ(振り幅)や、ピッチ、また合焦点位置からのオフセット値等の高さを示す値のことである。作成されたレシピは記憶装置１１８に記憶され、次の観察時に読み出すことができる。
【００３３】
レシピ作成については図示しないネットワークを介して接続されたレシピ作成装置で行ってもよい。この場合にはレシピ作成装置からレシピを受信するためのネットワークインターフェースが荷電粒子線装置に備えられている。
【００３４】
図２は低加速電圧および高加速電圧のときの入射電子線の試料内での拡がりを説明するための図である。図２にはホールパターンと膜中に下層のパターンが存在する試料を示している。図２（ａ）と（ｂ）の、左側のホールパターンは表層のＡ層からＣ層までをエッチングしたホールパターンである。また、ホール右側には膜が存在し、その膜中にはＢ層のパターン１３と、更に下層のＣ層のパターン１４が存在する場合を示した図である。
【００３５】
図２（ａ）は低加速電圧のときの状態を説明するための図である。電子ビーム１１は、電子源１０３により低加速電圧に加速された電子ビームは電子光学系を通り、試料１０７に収束して照射される。この電子ビーム１１は、試料内部への入射電子エネルギーが小さいため、ホールパターン及び表層のＡ層から浅い部分しか電子が到達せず、得られる深さ方向の情報は非常に少ない。
【００３６】
一方、図２（ｂ）は高加速電圧のときの状態を説明するための図である。（ａ）と同様、電子源１０３で高加速電圧条件に加速された電子ビームは電子光学系を通り、試料１０７に収束して照射された図である。加速電圧が高くなるにつれ、試料に照射された電子の拡散領域１２が拡大していく。したがって、低加速電圧条件では表層の情報が得られるのに対し、高加速電圧条件ではより内部の情報を得ることができる。すなわち、試料へ照射された電子が試料のホールの底部や膜中内部のＢ層及びＣ層で拡散した領域から発生する情報が得られる。これにより、高加速電圧条件では深さの情報を含んだパターンの観察をすることが可能である。本実施例で説明する焦点合わせ方法はこのように高加速電圧条件で下層パターンやホールの穴底を観察対象とする場合に、その観察対象に常に安定して焦点合わせをするためのものである。
【００３７】
図３は低加速電圧条件での撮像画像を示す図である。
【００３８】
図２の試料を上から見た撮像画像であり、ホールと下層の配線部分を低加速電圧の条件で撮像した時の図である。上記で説明したように低加速電圧条件の場合は膜中の情報は得られず、表層からの浅い部分の情報を得ているため、ホールの表層に近い情報のみ観察できる画像となる。このため、膜中のＢ層及びＣ層のパターンは低加速電圧条件では観察することができない。このように、低加速電圧条件で取得した画像を用いて自動焦点位置決めを行うと、膜の表層に焦点位置が合う。
【００３９】
図４は高加速電圧条件での撮像画像を示す図である。
【００４０】
図２の試料を上から見た撮像画像であり、ホールと下層の配線部分を高加速電圧の条件で撮像したときの画像である。
【００４１】
高加速電圧条件で観察することでホールパターンの穴底や、膜中のＢ層及びＣ層パターンが確認することが可能となる。高加速電圧条件において自動で焦点位置の検出を行うと、電子が試料深くに入射するため、表層の情報は少なくなり、膜中の複数層のパターンを見ることができる。しかし、同一視野内にＢ層とＣ層のパターンが存在するときに、自動焦点検出を行うと、Ｂ層とＣ層のどちらのパターンに焦点が合うかは、パターンのレイアウトや材質に依存してしまう。すなわち、Ｂ層やＣ層のレイアウトや材質によっては、コントラストが大きくなるところが変わり焦点信号の自動検出が失敗する場合がある。失敗した場合は焦点位置が意図しない層に合ってしまい、対象とする層に焦点位置を合わせることができない。
【００４２】
図４（ａ）は高加速電圧条件によりＢ層のパターンに焦点が合った場合の図である。Ｂ層のパターンに焦点位置が合っているため、Ｂ層のパターンは明瞭に確認できる。しかし、図２よりホールの穴底はＣ層と同位置にあるため、Ｂ層に焦点が合うと、ホールの穴底と焦点位置がずれてしまうため、穴底を明瞭に観察することができない。また、膜中のＣ層のパターンも焦点位置がずれているため、パターンが明瞭ではなく、ぼけて見えている。
【００４３】
図４（ｂ）は高加速電圧条件によりＣ層のパターンに焦点が合った場合の図である。Ｃ層のパターンに焦点位置が合っているため、Ｃ層のパターンは明瞭に確認できる。また、ホールの穴底に焦点が合っているため、穴底が明瞭に見え、膜中のＣ層のパターンも明瞭に観察できる。
【００４４】
このように、どの層に焦点を合わせるかで見え方が大きく変わってしまうため、レイアウトや材質に依らずウェハ面内のどの座標においても安定して観察対象の焦点位置を得るには、観察対象とするパターンが存在する層の位置を特定して焦点を合わせることが必要である。
【００４５】
図５は加速電圧条件による焦点高さと焦点評価値との関係を示す図である。図５は図２の試料構造に対応した焦点高さと焦点評価値との関係を示している。これを用いて以下に説明する手法で観察対象の焦点位置に合わせることが可能となる。
【００４６】
図５の左側のカーブは低加速電圧条件で自動焦点検出を行ったときのカーブ４０である。低加速電圧条件であるため下層パターンは観察できず、表層パターンＡ層に焦点が合っている。表層近傍において高さ位置を検出するため、ある高さのステップで焦点をずらしながら画像を取得していく。グラフの黒丸で表した点が一つの画像に対応している。取得した画像から焦点評価値を求める。焦点評価値が最大値を取ったところを最大検出値としてＡ層に対する最適な焦点条件が得られる。この場合Ａ層に最もパターンに焦点の合った点がａ点となる。
【００４７】
また、図５の右側にあるカーブ４１とカーブ４２は高加速電圧条件の焦点位置を表したカーブである。カーブ４１は図４（ａ）で得られた画像の場合でのカーブである。グラフのｂ点で焦点が合っている。グラフのｂ点に対応する高さにフォーカスを合わせればＢ層のパターンに焦点位置が合っている状態となる。また、カーブ４２は図４（ｂ）で得られた画像のカーブで、ｃ点はＣ層のパターンに焦点位置の合わせた条件である。
【００４８】
以下で、詳しく説明するように、低加速電圧条件で試料の表面に自動焦点合わせを行い合焦位置を求め、その後、観察対象とする層ごとに予め求められた適切なオフセット量を加えることで、高加速電圧条件で下層パターンを観察するときの焦点位置に設定することができる。Ｃ層パターンを撮像したい場合は、表層であるＡ層のａ点を検出したのち、ａ点とｃ点の差のオフセット値を求め、この値をレシピに登録する。これにより、ウェハのどの座標でも常に目的の層に焦点を合わせることができる。
【００４９】
図６は本実施例の焦点合わせ機能を用いて観察するための全体フロー図である。
【００５０】
まず、加速電圧条件間の校正を行う（Ｓ１０１）。すなわち、基準となる低（基準）加速電圧条件と観察を行う高加速条件との焦点位置を校正試料１０８を用いて求める。加速電圧条件を変えただけでも焦点は変動する。この変動量を校正試料を用いて求めておくことで加速電圧変化による経時的な変化値を求めることができる。例えば、電子源１０３として電界放出電子銃やショットキー電子銃が知られているが、特に電界放出電子銃を用いた場合、時間の経過に伴い、電子の放出源である陰極表面にガス分子が付着することで、電子銃から放出される電子電流量の変動による影響を受け、画像に生じる明るさなどの変動が発生する。この付着したガスを放出するためフラッシング処理や、エミッションの出力値が保たれるように定期的に実施する必要がある。しかし、これらの処理を行うことで、電流値の変動による影響があるため、結果的に光軸ズレが発生したり、熱変動による焦点位置の変化が発生したりして、安定した状態を維持することが困難である。これらが加速電圧条件を変えたときの焦点変動量の経時的変化の原因となる。このため、使用する加速電圧条件毎に校正を行い、加速電圧条件間の焦点位置の差を求めておくことで、常に安定した状態で焦点位置を行うことができる。Ｓ１０１で行う校正処理の詳細は図８を用いて後述する。
【００５１】
次に観察条件作成を行う（Ｓ１０２）。ここでは基準加速条件（低加速）と観察加速条件（高加速）を用いて、観察試料における焦点の高さを手動で測定する。これにより、試料表面から観察対象パターンが存在する層までの焦点補正値を求めることができる。この焦点補正値を記憶し、これを用いてレシピを作成する。Ｓ１０２で行う校正処理の詳細は図９を用いて後述する。
【００５２】
次に、製品ウェハの観察を開始する（Ｓ１０３）。ここではＳ１０２で観察条件として作成したレシピの記載に基づき、製品ウェハの観察を行う。
【００５３】
次に、この製品ウェハの観察する際に、加速電圧条件間の校正を実施済みかどうか判断する（Ｓ１０４）。ここでの判断基準は時間、及び電流値などをモニタしておき設定値を超えた場合に自動で校正をするように設定できる。この場合、校正処理を実施しているかを確認するため、たとえば、時間管理であれば、測定実施前の設定基準時間内に校正されているかを判断する。また、別の例として、ウェハ単位またはロット単位で校正してもよい。
【００５４】
Ｓ１０４で設定値を超えている、すなわち校正が必要と判断された場合は、加速電圧条件間の校正を行う（Ｓ１０５）。
【００５５】
Ｓ１０４で設定値を超えていない場合は、校正が不要なのでそのまま製品ウェハ処理の観察を行う（Ｓ１０６）。
【００５６】
Ｓ１０６では、製品のウェハに対し、Ｓ１０２で観察条件作成したレシピに従い、基準加速条件で自動焦点位置を検出後に、観察加速条件に変更し、目的の観察高さへ移動を行い撮像することができる。これにより高加速電圧での観察においても下層パターンやホール穴底に焦点合わせすることができ、製品ウェハの観察時も安定した条件で撮像することができる。
【００５７】
図７は観察条件作成時と製品ウェハ観察時の焦点位置の補正処理を示した図である。
【００５８】
ここでは観察条件作成した時と製品ウェハの観察時では、同じ加速電圧に設定してもビーム電流の変化や光軸ズレ等の原因によって焦点位置がズレることが考えられるため、これを補正するための処理を行う。図６で説明したフローに従いこの処理の説明を行う。
【００５９】
図７は基準加速条件での焦点位置Ａを基準値とし、観察加速条件の焦点位置を取得したときの焦点位置を表している。図の縦方向は焦点位置の深さを表し、図の横方向は処理手順を表している。
【００６０】
まず観察条件作成（Ｓ１０２）を行う前に、校正１では校正試料を用いて自動的に基準加速条件と観察加速条件の焦点高さの関係を求める。校正１はレシピ作成時までに実行しておく。基準加速条件での焦点位置をｄ０、観察加速条件での焦点位置をｄ１とする。この差をΔＤ１とする。ΔＤ１は加速電圧の変更に起因する焦点位置の変化量である。
【００６１】
次に、観察条件作成ステップ（Ｓ１０２）では、観察対象の試料を用いて、基準加速条件と観察加速条件の焦点高さの変化量を求める。観察加速条件における焦点位置は自動的に求めると前述のように誤った位置に焦点が合う可能性があるため、本ステップではユーザが観察したいパターンの合焦位置にマニュアルで調整する。基準加速条件での焦点位置をｅ０、観察加速条件での焦点位置をｅ１とする。この差をΔＥとする。ΔＥは、観察対象試料を用いた場合の、基準加速条件の焦点位置と観察加速条件で観察対象のパターンを観察したときの合焦位置との差を表す。この値ΔＥが基準加速条件での焦点位置から観察加速条件での焦点位置までのオフセット値となり、レシピに登録される。
【００６２】
観察条件作成時の観察試料で求めたΔＥと校正試料で求めたΔＤ１の差から、観察加速条件における観察対象の試料と校正試料との合焦位置の差がｇ１であることが判る。装置の状態としてはΔＤ１とｇ１の合計値（ΔＤ１＋ｇ１）として記録しておく。
【００６３】
しかし、観察条件作成時と、製品ウェハの観察実行時には、加速電圧条件を変えたときの焦点位置の経時変化による誤差が生じる。すなわち、ΔＤ１とΔＤ２が必ずしも一致しない。
【００６４】
これを補正するため、レシピの作成後かつ製品ウェハの観察前に、校正１と同様に、校正２を行う。校正２は例えばロット単位またはウェハ単位で実行される。ここでは、校正１に用いた校正用試料を用いて自動で基準加速条件と観察加速条件の焦点位置の関係を求める。ここで求まる、基準加速条件での焦点位置をｄ０、観察加速条件での焦点位置をｄ２とする。この差をΔＤ２とする。ΔＤ２は、実際の観察時における加速電圧の変更に起因する焦点位置の変化量を表す。ここで得られたΔＤ２は、前述の経時変化による誤差のため、校正１で求めたΔＤ１とは違う値となっている。
【００６５】
製品ウェハの観察実行時に、基準加速条件で自動焦点合わせした焦点位置（ｅ１０）からレシピ登録したオフセット量ΔＥだけ補正するには、装置側は観察条件作成時に取得した校正値（ΔＤ１＋ｇ１）だけ、観察時に焦点高さにオフセットを加えなければならない。しかし、製品ウェハ観察前の校正２では観察条件作成時のΔＤ１に対応する量がΔＤ２に変わっているため、観察条件作成ステップで求めたΔＥまたは観察条件作成時に取得した校正値（ΔＤ１＋ｇ１）を単純にｅ１０に加えるだけでは実際の観察対象のパターンの焦点位置（ｅ１１）から焦点がずれてしまう。そこで、（ΔＤ１＋ｇ１）−ΔＤ２によりこれらの差ｇ２を求め、製品ウェハ観察時には、ΔＤ２＋ｇ２の値をｅ１０からオフセット移動する。すなわち、実際の観察時における加速電圧の変更に起因する焦点位置の変化量を介して、オフセット量を決定する。これにより、加速電圧条件の変更のみに起因する焦点変化量の経時変化（ΔＤ２−ΔＤ１）を考慮したオフセット量を求められるので、観察条件作成時のΔＥと同様のオフセットを製品ウェハに対しても安定して行うことができる。
【００６６】
図８〜図１０を用いて詳細なフローについて説明する。
【００６７】
図８は、図６のＳ１０１の加速電圧条件間の焦点位置の校正ステップにおける校正手順の詳細を示すフロー図である。
【００６８】
基準加速条件と観察加速条件とを組み合わせた焦点位置決めを行うため、自動焦点動作の際には、使用される加速電圧条件の状態を把握しておく必要がある。「加速電圧条件の状態」とは、例えば観察条件作成前（図７の校正１）の基準加速条件と観察加速条件でのオフセット値の関係のことである。
【００６９】
図８において、校正を開始すると、まず校正試料に電子線が照射されるようにステージ位置を移動する（Ｓ２０１）。ここで、校正試料１０８はステージ上に具備されているものとする。
【００７０】
次に、基準加速条件切り替えを行う（Ｓ２０２）。基準となる光学条件を事前に決めておくことで自動的に切り替わる。ここで、基準加速条件とは、具体的には試料表面の観察をするのに適した、いわゆる低加速条件である。基準加速条件の下では試料の表層のみが撮像されるので自動で試料表面に焦点合わせを行うことができる。
【００７１】
次に、基準加速条件での自動光軸調整を行う（Ｓ２０３）。装置性能を最大限に発揮するため、像観察前には、電磁アライメント（ビームアライメント、アパーチャアライメント、スティグマアライメントなど）を行うことが望ましい。特に、本実施例では焦点合わせ前に光軸調整を行うことで、最適な光学条件での画像に基づいて焦点調整できる。
【００７２】
次に、焦点合わせを実行し、焦点位置を読み取る（Ｓ２０４）。対物レンズ１０６により焦点位置を変更しながら画像を撮像し、焦点評価値が最大となるところを検出する。焦点評価値が最大となるところとは図５のａ点を意味し、焦点の合った状態のことである。焦点評価値の最大値を検出後、その焦点位置の値を読み込む。この時の値をｄ０とする。
【００７３】
次に、観察加速条件に切り替える（Ｓ２０５）。ここで、観察加速条件とは、具体的には下層にある対象パターンを観察する際の光学条件であり、いわゆる高加速条件である。高加速条件の下では試料の下層のパターンも撮像される。
【００７４】
次に、観察加速条件での自動光軸調整を行う（Ｓ２０６）。装置性能を最大限に発揮するため、像観察前には、この光軸調整は電磁アライメントを行うことが望ましい。特に、加速電圧条件を変化させると一般に新たに光軸調整が必要となるので、本実施例では観察加速条件における焦点合わせ前に再度光軸調整を行うこととしている。
【００７５】
次に、焦点合わせを実行し、焦点位置を読み取る（Ｓ２０７）。対物レンズ１０６により焦点位置を変更し、焦点評価値が最大となるところを検出する。焦点評価値が最大となるところとは図５のｂ点またはｃ点を意味し、焦点の合った状態のことである。焦点評価値の最大値を検出後、その焦点位置の値を読み込む。この時の値をｄ１とする。
【００７６】
次に、基準加速条件と観察加速条件で読み取られた値の差を求める（Ｓ２０８）。すなわち、ΔＤ１＝ｄ１−ｄ０を計算する。補正値ΔＤ１は装置の状態情報としてデータが管理される。
【００７７】
次に、その他の観察加速条件において校正処理を実施するか判断を行う（Ｓ２０９）。もし、他の加速電圧条件も使用する場合は、Ｓ２０５から順に同様のフローで処理される。その場合は使用予定の複数の加速電圧条件を校正対象条件として登録しておけばよい。
【００７８】
その他の光学条件で校正する必要が無い場合は、校正処理のフローは終了となる。
【００７９】
図９は、図６のＳ１０２の加速電圧間の補正値の観察条件作成ステップにおける処理手順を示すフロー図である。図９では、観察加速条件での焦点位置調整およびレシピへの登録手順を説明する。
【００８０】
まず、試料の観察対象位置を視野中心に合わせる（Ｓ３０１）。検査装置からの欠陥座標データを用いて観察位置に移動しても良いし、観察者がマニュアルで目的とする位置へステージを移動しても良い。
【００８１】
次に、基準加速条件に設定する（Ｓ３０２）。ここでは自動焦点合わせを行うためのものであるので、低加速条件に設定する。加速電圧条件は数値で入力しても良いし、予め用意された複数のモードから選択してもよい。
【００８２】
次に、自動焦点合わせを行い、得られた合焦点位置を読み取る（Ｓ３０３）。ここで得られた焦点高さの値（ｅ０）を自動で読み取り装置内に記憶しておく。
【００８３】
次に、観察加速条件の設定を行う（Ｓ３０４）。ここでは実際に観察したい対象パターンが確認できるような加速電圧条件を設定する。観察加速条件は基準加速条件よりも高加速条件である。観察倍率なども決める。
【００８４】
次に、観察者がマニュアル操作により観察したい対象パターンに焦点位置を調整し合わせる（Ｓ３０５）。また、表層パターンと目的パターンの高さが分かる情報を持っている場合、その数値を入力することで対応することもできる。
【００８５】
次に、調整後の焦点位置を読み取る（Ｓ３０６）。Ｓ３０６で読み取った値を（ｅ１）とする。
【００８６】
次に、基準加速条件での合焦点位置（ｅ０）と観察加速条件で焦点位置を調整した位置（ｅ１）の差から補正値（ΔＥ）を求める。得られた値を補正値として登録を行う（Ｓ３０７）。なお、最終的には上記の焦点位置や、撮像倍率、撮像位置などとの情報もレシピにまとめて登録する。
【００８７】
以上により、補正値が登録され、観察条件作成ステップが終了する。
【００８８】
図１０は、製品ウェハの観察を実行する手順を示すフロー図である。図６のＳ１０３−Ｓ１０６に対応するフローである。図７の校正２および製品ウェハの観察ステップに相当するものである。
【００８９】
観察条件作成ステップＳ１０２（図９で説明）で登録したレシピに含まれる焦点条件で、製品ウェハを観察するときでも継続的に安定した焦点位置を維持しなければならない。
【００９０】
まず、観察条件がレシピ登録してある場合は、試料の情報より、ウェハのデバイスやプロセス情報をもとに登録してあるレシピを選択する。そのレシピ情報から観察条件作成時に登録した、補正値ΔＥを読み込む（Ｓ４０１）。ΔＥはΔＤ１＋ｇ１として記憶されている。
【００９１】
次に、校正試料に移動し、基準加速条件と観察加速条件とで校正試料の合焦点位置、すなわちｄ０とｄ２とを求め、その差である校正値ΔＤ２を求める（Ｓ４０２）。ΔＤ２は製品ウェハ観察直前における、加速電圧条件変更に起因する焦点位置ずれを表す量である。なお、図１０ではＳ４０２はウェハごとに行うフローとして記載しているが、ロット単位で行ってもよい。なお、Ｓ４０２は実質的には図８のＳ２０４〜Ｓ２０８で説明した処理と同様のため説明を省略する。
【００９２】
次に、読み込んだ補正値ΔＥ（＝ΔＤ１＋ｇ１）と製品ウェハを観察する前に実施した加速電圧条件間の校正値ΔＤ２の差を求める。ここでの差を変動補正値ｇ２とする（Ｓ４０３）。
【００９３】
次に、そのレシピに登録されている観察座標、また検査装置からの欠陥位置を観察したい場合には検査装置から得られた欠陥座標データに従い、ステージを移動し試料の目的の座標に移動する（Ｓ４０４）。
【００９４】
次に、レシピ情報により示された基準加速条件に変更し、自動焦点合わせを行う。得られた焦点位置を読み取る。ここで得られた焦点高さの値（ｅ１０）を自動で読み取り、装置内に記憶しておく（Ｓ４０５）。
【００９５】
次に、レシピ情報に従い、観察加速条件に変更する（Ｓ４０６）。観察加速条件は基準加速条件より高加速条件である。
【００９６】
次に、焦点位置を目的の高さまで移動させる（Ｓ４０７）。具体的には、前で求めた校正値ΔＤ２と、変動補正値ｇ２を加算した値（ΔＤ２＋ｇ２）をオフセットとして、基準加速条件で求めた合焦点位置（ｅ１０）から焦点の高さを移動することで、装置状態を考慮したオフセット値（ΔＥ’）だけ移動することができる。
【００９７】
次に、その焦点位置にて観察加速条件で画像を撮像する（Ｓ４０８）。これにより目的としている位置で安定して焦点が合った状態の画像の取得が可能となる。
【００９８】
次の撮像位置があれば同じフローにて対応する。
【００９９】
なお、ここでは１つの撮像位置に対して高加速条件での撮像終了後に、次の位置へ移動し同様のフローで撮像することを想定して記載したが、複数の位置を撮像する場合には、最初に低加速条件で、焦点合わせ及び位置読み込み処理Ｓ４０５を各撮像位置で実施し、その終了後に、最初の位置に戻り各撮像位置でＳ４０６以降の処理を実施しても良い。
【０１００】
以上述べたように、本発明によれば、特に、表層よりも深い試料像を得るため、高加速条件を用いた場合にも、対象とする任意の層に存在する目的のパターン位置に焦点を安定して合わせることが可能となる。また、製品ウェハを実際に観察する際にも観察条件作成時と同様の焦点位置に安定して合わせることが可能となる。
【０１０１】
なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例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、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、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。
【０１０２】
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、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。
【０１０３】
また、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、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
４０：低加速条件での自動焦点で焦点検出を行ったときのカーブ
４１：高加速条件の焦点位置を表したカーブ（Ｂ層焦点）
４２：高加速条件の焦点位置を表したカーブ（Ｃ層焦点）
【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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