(57)【要約】【課題】  微細パターンのドーズを分散させてシュリンク低減などを防止するため、任意の方向にのみ高倍率な画像を取得すると、平面座標軸におけるもう一方の方向への偏向による偏向収差が顕在化する。【解決手段】  偏向器の強度比と回転角の組み合わせ条件を複数変化させて、縦横画素サイズが異なる画像を取得し、前記画像における画素サイズの大きい方向のおける変化量に基づいて、強度比及び回転角を決める。本発明を用いることで、Ｙ方向に視野を引き伸ばしつつ、Ｘ方向に高精度に計測を行う際の偏向収差を低減することが可能となる。【選択図】  図２
2014135214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を設置する試料ステージと
前記試料へ荷電粒子線を走査させる走査光学系と、
前記荷電粒子線を偏向させる第１偏向器及び第２偏向器と、
前記試料から放出された電子に基づき、第１の方向よりも第２の方向の画素サイズが大きい画像を取得する画像取得部と、
前記第１偏向器及び第２偏向器における、偏向の強度比及び回転角の組合せの条件を変化させた複数の前記画像を保存する画像保存部と、
前記保存された複数の前記画像における前記第２の方向の変化量に基づき、前記第１偏向器及び第２偏向器に対し、前記偏向の強度比及び回転角の組合せを定める評価部とを有す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、
前記画像取得部にて取得される画像はラインパターンであり、
前記第２の方向は前記ラインパターンが延在する方向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、
前記画像取得部にて取得される画像はラインパターンであり、
前記第２の方向の変化量は前記ラインパターンの寸法計測値であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像取得部にて取得される画像はラインパターンであり、
前記評価部は、前記画像の中心部における前記ラインパターンの寸法計測値と前記画像の端部における前記ラインパターンの寸法計測値との差に基づき前記評価をすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像取得部にて取得される画像はラインパターンであり、
前記評価部は、２枚の前記画像の中心部における前記ラインパターンの位置ずれ量と前記２枚の前記画像の端部における前記ラインパターンの位置ずれ量との差に基づき前記評価をすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像取得部にて取得される画像はラインパターンであり、
前記評価部は、前記画像の中心部における前記ラインパターンの位置と前記画像の端部における前記ラインパターンの位置との差に基づき前記評価をすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記評価の値があらかじめ定めた許容範囲にない場合、許容範囲にないことを表示させる制御演算部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
試料を設置する試料ステージと、
前記試料へ荷電粒子線を走査させる走査光学系と、
前記走査光学系における収差を補正する収差補正手段と、
前記荷電粒子線を偏向させる偏向器と、
前記試料から放出された電子に基づき、第１の方向よりも第２の方向の画素サイズが大きい画像を取得する画像取得部と、
前記取得された前記第２の方向の偏向量に基いて、前記収差補正手段により収差を補正させる量を算出する制御演算部とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記収差補正手段が、焦点位置変更手段、非点補正手段、偏向色収差手段のいずれか、またはその組み合わせであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記収差補正手段は、前記第１の方向に走査を行った後に、走査線の開始位置を移動する偏向動作と連動して収差補正を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
前記偏向動作の回数より前記収差補正の動作の回数の方が少ないことを特徴とする荷電粒子線装置。
【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半導体を検査する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体微細回路の作製においては、ＡｒＦエキシマレーザーなどの光源を用いて、マスクに描画されたパターン形状を試料表面に塗布された感光性樹脂（レジスト）に転写することにより、微細パターンを形成する。これをリソグラフィ工程と呼ぶ。リソグラフィ工程において形成されたレジストパターンの寸法管理のための計測（測長）には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が一般的に用いられている。ＳＥＭとは、電子源から放出された電子線を、磁場あるいは電場によって形成される電子レンズにより試料表面上に集束させ、その電子線を磁場あるいは電場によって偏向することで試料表面上を走査させ、電子線の照射によって試料から放出される二次電子を検出する装置である。二次電子放出量が試料表面の構造に依存するため、照射位置ごとの二次電子放出量を画像として表示することで、試料構造や材料を反映したコントラストが得られる。このような画像をＳＥＭ画像と呼ぶ。電子線は、ナノメートル程度まで小さく集束させることができるので、ＳＥＭを用いることで、ナノメートル程度の寸法変動を計測することができ、微細パターンの寸法管理が可能となっている。
【０００３】
しかし、ＳＥＭを用いて微細レジストパターンを観察すると、電子線の照射によりレジストが収縮（シュリンク）するという問題がある。レジストがシュリンクするため、ＳＥＭ画像におけるパターン寸法はＳＥＭ観察前の寸法より小さくなる。そのため、測長した値に誤差が発生する。シュリンクを低減する手法として、特許文献１に、電子線照射を行う際、試料の物性に基づいて決定される照射密度を上回らないように、走査線間隔を設定する方法が開示されている。
【０００４】
また、ＳＥＭを用いて試料表面における走査範囲（視野）が数１０ミクロン以上となるような観察を行うと、電子線の偏向に起因する収差（偏向収差）が大きく発生し、視野の端で大きな画像ぼけや画像歪みが発生する問題がある。以上のような画像ぼけや画像歪みを低減する手法として、特許文献２には、２段の偏向器を用い、それぞれの偏向器で発生する偏向磁界の強度と方向を所定の値に設定する方法が開示されている。また、特許文献３には、２段の偏向器の偏向感度と偏向方向とを、視野の大きさに連動せしめて制御する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、走査位置に応じて焦点や非点を調整することで、偏向収差のうちの像面湾曲収差と非点収差を補正して画像ぼけを低減する方法が開示されている。しかし、通常のＳＥＭに搭載されている、磁場を利用した補正器やその制御回路の応答速度は電場を利用した調整方法よりも遅く、高速な補正条件の変化を実現できない。すなわち、高速な焦点補正や非点の制御を必要としない、偏向収差低減方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００３−０２１１８６号
【特許文献２】特開平９−１６７５８７号
【特許文献３】特開平３−１７３０５３号
【特許文献４】特開２００６−１７３０３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、半導体回路パターンの微細化が進んだ結果、許容される測長誤差が小さくなっており、許容されるシュリンクの量も小さくなっている。そのため、最先端のパターンにおける測長誤差の許容値を満足するためには、Ｙ方向の画素サイズ（ＳＥＭ画像を構成する１画素に対応する試料上のサイズ）を例えば数１０ナノメートル以上に広げて電子線照射密度を低減しシュリンクを抑制する必要がある。その結果、Ｙ方向の視野は１０ミクロン以上とする必要がある。一方で、測長を行う方向であるＸ方向には１ナノメートル程度の精度で観察を行う必要があるため、Ｘ方向の画素サイズは１ナノメール程度の大きさである必要がある。
【０００８】
しかし、Ｘ方向での高倍観察を行いつつ、Ｙ方向への視野の大きさを（例えば１０ミクロン以上に）広げると、偏向収差による画像ぼけや画像歪みが顕在化する。つまり、視野中心部と比較して電子線の偏向量が大きい視野の端部で画像ぼけや画像歪みが生じる。画像ぼけが生じると測長結果が変化するため、画像ぼけは測長誤差の要因となる。さらに、画像ぼけが極端に大きい場合にはパターンの輪郭が判別できなくなり、測長自体が出来なくなることもある。
【０００９】
このような問題を解消するためには、偏向収差を低減する必要がある。図２６は、偏向収差量の偏向量依存性を模式的に示したものである。偏向量の絶対値が大きくなるほど、偏向収差量は大きくなる。曲線２６０１は偏向収差量が大きい場合、曲線２６０２は偏向収差量が最小の場合である。特許文献２、３には、Ｘ方向へのｎｍオーダーの計測と、Ｙ方向への大きな偏向量とを両立させるような偏向収差を評価する方法について具体的な記述は無い。また、偏向収差を評価する方法は、２０ナノメートル以上の大きさに代表される低倍観察を用いる方法であり、本願のように特定方向へ高倍観察を行うときに生じる画像ぼけや画像歪みは考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を鑑み、本願に係る荷電粒子線装置は、試料を設置する試料ステージと前記試料へ荷電粒子線を走査させる走査光学系と、前記荷電粒子線を偏向させる第１偏向器及び第２偏向器と、前記試料から放出された電子に基づき、第１の方向よりも第２の方向の画素サイズが大きい画像を取得する画像取得部と、前記第１偏向器及び第２偏向器における、偏向の強度比及び回転角の組合せの条件を変化させた複数の前記画像を保存する画像保存部と、前記保存された複数の前記画像における前記第２の方向の変化量に基づき、前記第１偏向器及び第２偏向器に対し、前記偏向の強度比及び回転角の組合せを定める評価部とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本願に係る他の荷電粒子線装置は、試料を設置する試料ステージと、前記試料へ荷電粒子線を走査させる走査光学系と、前記走査光学系における収差を補正する収差補正手段と、前記荷電粒子線を偏向させる偏向器と、前記試料から放出された電子に基づき、第１の方向よりも第２の方向の画素サイズが大きい画像を取得する画像取得部と、前記取得された前記第２の方向の偏向量に基いて、前記収差補正手段により収差を補正させる量を算出する制御演算部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を用いることで、ラインパターンの効率的な計測を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】レジストラインパターンの模式図
【図１Ｂ】レジストラインパターンおよび電子線の走査位置の模式図
【図２】実施例１にかかわるＳＥＭの概略構成全体図
【図３】実施例１にかかわるフローチャート
【図４】実施例１にかかわる表示の一例
【図５】測長値のＹ位置依存性
【図６】実施例１にかかわる偏向収差の評価結果の表示の一例
【図７】強度比および回転角と計測された評価値の表
【図８】実施例１にかかわる偏向収差の計測結果の表示の一例
【図９】実施例１にかかわる偏向収差の計測結果の表示の一例
【図１０】実施例２にかかわるフローチャート
【図１１】軸ずれ量のＹ位置依存性
【図１２】実施例２にかかわる偏向収差の評価結果の表示の一例
【図１３】実施例３にかかわるフローチャート
【図１４】パターン位置のＹ位置依存性
【図１５】実施例３にかかわる偏向収差の評価結果の表示の一例
【図１６】実施例４にかかわるフローチャート
【図１７】実施例４にかかわる視野の模式図
【図１８】実施例５にかかわるＳＥＭの概略構成全体図
【図１９】実施例５にかかわるフローチャート
【図２０Ａ】実施例５にかかわる表示の一例
【図２０Ｂ】実施例５にかかわる表示の一例
【図２０Ｃ】実施例５にかかわる表示の一例
【図２１】実施例６にかかわるＳＥＭの概略構成全体図
【図２２】偏向制御信号と焦点制御信号修正量の関係
【図２３】偏向制御信号と焦点制御信号修正量の関係の表
【図２４】実施例７にかかわるＳＥＭの概略構成全体図
【図２５】補正条件を指定するＧＵＩ表示
【図２６】偏向収差の偏向量依存性の模式図
【図２７】軸ずれ量の算出方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は荷電粒子線を走査して画像を取得する装置であれば、任意の形態で実施できるが、以降では、ＳＥＭを例にとって説明する。また、以降で記述する演算手段や制御手段は、それぞれ個別に記述するが、複数の手段を単一のプロセッサあるいは複数のプロセッサにより実現してもよい。
【００１５】
また、本発明はシュリンクだけでなく、次に挙げる要因にも効果を発揮する。
【００１６】
すなわち、近年、半導体微細回路の作製工程においてウィグリングと呼ばれるラインパターンのうねりが問題となっている。ウィグリングのＹ方向の周期は数１０ナノメールから数１００ナノメートル程度であり、これを効率よくＳＥＭで計測するためには、Ｙ方向の視野を１０ミクロン以上に広げる必要がある。一方で、レジストパターンの観察時と同じく、測長を行う方向であるＸ方向の画素サイズは１ナノメール程度の大きさである必要がある。よって、画像歪みが生じると、ウィグリング計測におおけるパターンの本来のうねりに加えて、画像歪みによる見た目のパターンのうねりが生じるため、正確にウィグリングを計測できなくなる。さらに、電子線の照射がウィグリングの要因となっている可能性がある。このウィグリングの問題に対してもシュリンクと同様に、Ｙ方向の視野を大きく広げて電子線照射密度を低減することが効果的である。
【００１７】
また、別の要因として、電子線照射による試料帯電の問題がある。近年、半導体微細回路の作製工程において、導電性の低い絶縁体材料が多用されるようになっている。絶縁体に電子線を照射すると、試料に帯電が生じ、一次電子線の軌道や二次電子放出量に影響を与え、正しくＳＥＭ画像を取得できない問題がある。また、帯電による試料内部の電場により試料の一部が絶縁破壊したり、クーロン力により試料のパターン形状が変形したりして、デバイスの性能を劣化させる可能性がある。これに対し、Ｙ方向の視野を大きく広げれば広げえるほど電子線照射密度が低減することができ、帯電を低減できる。
【００１８】
以上のように、シュリンク、ウィグリング、帯電といった試料ダメージの少ない高精度計測や、ウィグリングなどの長周期の現象を効率的に計測するために、Ｙ方向の視野サイズを１０ミクロン以上に広げつつ、Ｘ方向にナノメートル程度の高精細な測長を行う必要が出てきている。
【実施例１】
【００１９】
上記の課題を解決するための第１の方法の実施形態の一例として、Ｘ方向の画素サイズよりＹ方向の画素サイズが大きい（すなわち、Ｘ方向よりもＹ方向の倍率が低い）ＳＥＭ画像を利用して、偏向収差による画像ぼけを高精度に計測し、最適な二段偏向器の強度比と回転角を設定するＳＥＭを説明する。本実施例では、偏向収差によってラインパターンの測長値が変化することを利用し、画像内の測長値の変化量から、偏向収差の大きさを評価する。
【００２０】
図２は、本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図である。電子銃制御部２１１によって制御された電子銃２０１から発せられた一次電子線２０７は、ステージ２０５の上に置かれた試料２０９の表面に収束して照射される。一次電子線の焦点の調整は、対物レンズ制御部２１４によって対物レンズ２０４に印加される電流量を制御することにより、またはリターディング制御部２１５によってステージ２０５に印加されるリターディング電圧を制御することにより行う。
【００２１】
一次電子線２０７の照射によって試料表面から発生する二次電子２０８は、検出器２０６によって検出される。二段偏向器制御部２１２によって上段偏向器２０２および下段偏向器２０３に印加される電流を制御することで、一次電子線２０７を試料表面上で走査させることができる。二段偏向器制御部２１２には上下段設定保存部２１３が備わっており、上段偏向器２０２および下段偏向器２０３の二段の偏向器の強度比と回転角が上段設定保存部２１３に保存されている設定値となるよう、これらの偏向器の電流を制御する。
【００２２】
装置全体の制御を行う制御演算装置２２１は、予め登録されている動作手順などを表した制御プログラムを処理するプロセッサを含み、各制御部へ制御信号を送信する。また、検出器２０６にも接続されており、二次電子の強度の信号を検出信号として受信する。また、二段偏向器制御部２１２へ送信する制御信号と検出器２０６より受信する検出信号とに基づいてＳＥＭ画像を生成し画像保存部２２３に保存する。あるいは、生成されたＳＥＭ画像を表示装置２３１に表示させることもできる。また、画像保存部２２３に保存された画像を用いて偏向収差の評価値を算出する偏向収差評価部２２２を備えている。また、複数の、強度比と回転角の組み合わせ条件と、その条件における偏向収差の評価値を保存する探索条件保存部２２４を備えている。
【００２３】
なお、本実施例では、上段偏向器２０２および下段偏向器２０３が、電流によって生じる磁場によって一次電子線２０７を偏向させる電磁偏向器である場合について記述するが、そのいずれか、あるいは両方が電場によって一次電子線２０７を偏向させる静電偏向器であっても良い。また、対物レンズ以外の静電レンズあるいは電磁レンズ、一次電子線２０７の非点収差の補正を行う非点補正器、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３以外の一次電子線２０７を偏向させる偏向器については図２では省略したが、これらが含まれていても良い。また、その他の電子線に作用する構成要素が含まれていても良い。また、検出器２０６が検出する電子は、二次電子のみならず、反射電子や、試料表面から発生した二次電子や反射電子がＳＥＭの構成要素（たとえば対物レンズなど）に入射し、その結果発生した電子（いわゆる３次電子）であっても良い。
【００２４】
図３は、本実施例にかかわるフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って説明する。
【００２５】
ステップＳ３００にて、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３の二段の偏向器の強度比と回転角の設定値の組み合わせ条件の最適条件を探索する範囲として、複数の組み合わせ条件を探索条件保存部２２４に保存する。保存する条件は、あらかじめ定めた基準条件と近い強度比と回転角の値を持つ複数の条件である。基準条件としては、このフローチャート実施前に、装置にてこのフローチャート実施以前に使用されていた強度比と回転角の組み合わせ条件、つまり上下段設定保存部２１３に保存されている条件であっても良いし、表示装置２３１に図４のような基準条件の入力を促す表示を示し、操作者に入力させた決定した条件であっても良いし、電子光学系の計算によって求めた値でも良い。以上のような参照可能な条件がない場合には、強度比１、回転角１８０°を基準条件としても良い。なお、あらかじめ探索条件保存部２２４に探査を行う条件が記録されている場合には、このステップを省略しても良い。
【００２６】
ステップＳ３０１にて、制御演算装置２２１を用いて、探索条件保存部２２５に保存された組み合わせ条件のうちの一つを読み出して、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３の二段の偏向器の強度比と回転角の設定値として、上下段設定保存部２１３に記録する。
【００２７】
ステップＳ３０２では、制御演算装置２２１を用いて二段偏向器制御部２１２に制御信号を送信し、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３により一次電子線２０７を偏向させることで、試料表面上を走査させながら、検出器２０６により二次電子を検出し、検出信号を用いて図１Ａに示したようなライン形状のパターンのＳＥＭ画像データを生成し、画像保存部２２３に保存する。この際、二段偏向器制御部２１２は、上下段設定保存部２１３に保存された強度比および回転角にもとづいて、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３を制御する。また、生成されるＳＥＭ画像のＹ方向の画素サイズがＸ方向の画素サイズよりも大きくなるよう制御信号を送信する。なお、ＳＥＭ画像を取得する視野に複数のラインパターンが含まれていてもよい。
【００２８】
ステップＳ３０３では、偏向収差評価部２２２を用いて、画像保存部２２３に保存された画像を読み出し、ラインパターンの寸法のＹ位置依存性を計測する。あるＹ位置でのパターン寸法を計測する際には、そのＹ位置における画像輝度のＸ位置依存性（輝度プロファイル）を求め、輝度プロファイルからパターン寸法を計測する。寸法計測の方法は、閾値法などＳＥＭ画像の輝度プロファイルからパターンの寸法を計測方法であれば任意の方法でよい。また、輝度プロファイルのＳ／Ｎを向上するため、計測を行うＹ位置近傍の輝度プロファイルの平均をとって、これを用いて測長を行っても良い。また、画像内に複数のラインパターンが含まれる場合には、それらの寸法を計測して平均化した値を用いても良い。
【００２９】
ステップＳ３０２にて保存されたＳＥＭ画像は、Ｙ方向の視野がＸ方向の視野より大きいため、視野の上下端に近づくほど画像取得の際の一次電子線の偏向量がＸ方向の偏向量よりも相対的に大きくなる。図２６に示したように偏向量の大きくなるに従って、偏向収差が大きくなる。偏向収差が大きくなると、偏向収差に起因する画像ぼけによってラインパターンの測長値が変化するので、測長値のＹ位置依存性は図５に示すような曲線となる。曲線５０１は偏向収差が大きい場合、曲線５０２は小さい場合を示す。
【００３０】
したがって、これらの曲線の曲率を求めることで、偏向収差の程度を定量的に評価することができる。具体的には、得られた測長値のＹ位置依存性に対し、二次近似を行って二次の係数を求め、これを偏向収差の評価値として探索条件保存部２２４に保存する。さらに、このＳＥＭ画像ではＸ方向の画素サイズが小さく、わずかなパターン寸法に違いも高精度に検出することができる。したがって、このステップにおける方法により、偏向収差量のわずかな変化も高精度に検出することができる。必要であれば、図６に示したように、画像保存部２２３に保存されたＳＥＭ画像、パターン寸法のＹ位置依存性、および評価値を示す表示を表示装置２３１に表示させることで、操作者に偏向収差の計測結果を知らしめても良い。
【００３１】
なお、評価値を求める方法としては、測長値のＹ方向に対する変化の程度を定量化する手法ではあれば、任意の方法を用いてよい。例えば、単純に、画像中心での測長値と、画像上端での測長値あるいは画像下端での測長値あるいはそれらの平均値、との差を評価値としても良いし、測長値のＹ位置依存性における最小値と最大値の差を用いても良い。
【００３２】
あるいは、別の方法として、測長値のＹ位置依存性の二次の係数を求めるのではなく、単純にある視野中心ではない一定のＹ位置５０３における測長値５０４や測長値５０４を評価値として算出しても良い。上述の方法は、測長条件や要求される精度に応じて定められる。
【００３３】
得られた評価値を保存する探索条件保存部２２４には、ステップＳ３００で保存された強度比と回転角とあわせて、図７に示すようなデータが保存されることになる。
【００３４】
ステップＳ３０４では、探索条件保存部２２４に保存された強度比と回転角の組み合わせ条件の全条件について評価値の算出が終了したかどうかを判定する。終了していない場合は、ステップＳ３０１に戻り、次の強度比と回転角の組み合わせ条件に設定する。終了した場合は、ステップＳ３０５に進む。なお、このステップにおいて、図７に示すような表形式の表示、あるいは、図８に示すようなマッピング形式の表示、あるいは図９に示すような等高線形式の表示を、表示装置２３１に表示させ、操作者に計測結果を知らしめても良い。
【００３５】
ステップＳ３０５では、制御演算装置２２１を用いて探索条件保存部２２４に保存された強度比と回転角の組み合わせ条件のなかで、評価値が最小となる条件を選択し、これを上下段設定保存部２１３に保存する。あるいは、評価値の強度比、回転角依存性に対してフィッティングを行い、フィッティング関数から評価値が最小となる強度比、回転角の条件を求めて、上下段設定保存部２１３に保存してもよい。このフィッティングを用いる方法により、探索条件保存部２２４に保存された離散的な条件の評価結果を用い、その間を補完して最適な条件を求めることができる。
【００３６】
ステップＳ３０６では、制御演算装置２２１を用いて二段偏向器制御部２１２に制御信号を送信し、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３により一次電子線２０７を偏向させることで、試料表面上を走査させながら、検出器２０６により二次電子を検出し、検出信号を用いて測長を行いたいパターンのＳＥＭ画像データを生成し、画像保存部２２３に保存する。この際、二段偏向器制御部２１２は、ステップＳ３０５にて上下段設定保存部２１３に保存された条件に基づいて、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３を制御する。生成されるＳＥＭ画像の画素サイズは、測長の目的に応じて任意に設定すれば良い。例えば、測長時のレジストパターンのシュリンク低減や、ラインパターンのウィグリングの効率的な計測が目的の場合には、ＳＥＭ画像のＹ方向の画素サイズがＸ方向の画素サイズよりも大きくなるよう制御信号を送信する。このような画像を取得する場合、視野がＹ方向に大きく延びることとなり、偏向収差に影響による画像ぼけが顕在化するリスクがあるが、上下段設定保存部２１３に保存されている強度比と回転角の条件では偏向収差が小さくなるため、画像ぼけが低減されたＳＥＭ画像を得ることができる。
【００３７】
ステップＳ３０７では、制御演算装置２２１を用い、ステップＳ３０６にて画像保存部２２３に保存された画像を読み出し、測長を行う。
【００３８】
以上のフローチャートでは、Ｙ方向の画素サイズをＸ方向の画素サイズよりも大きくする場合を例にとって説明したが、逆にＸ方向の画素サイズがＹ方向の画素サイズよりも大きい場合にも、同様の方法により偏向収差による画像ぼけを高精度に計測し、強度比と回転角の最適条件を見出すことが可能である。
【００３９】
なお、本フローチャートでは、最適な強度比と回転角とを決定し、それらの条件を装置に設定してＳＥＭ画像を取得し、測長を行うフローチャートであるが、そのうちの一部を実施しても良い。たとえば、Ｓ３０５まで、つまり、最適な強度比と回転角の条件を上下段設定保存部２１３に保存するまでを実施しても良い。これにより、以降の画像取得時には、保存された設定を読み出すことで偏向収差による画像ぼけの小さいＳＥＭ画像を取得することが可能となる。
【００４０】
上記の方法を用いることにより、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。また、多くの電子光学系で、偏向収差による画像ぼけが小さい強度比と回転角の条件は、偏向収差による画像歪みが小さい条件とほぼ一致するため、偏向収差による画像歪みも抑制することができる。これにより、ＳＥＭ画像取得する際の試料ダメージ低減や、ウィグリングなどの長周期の現象の効率的な計測を実現することができる。この方法は、画像取得の際に偏向信号にオフセットをのせる必要がなく偏向信号の振幅ゲインをかえるだけで実現でき、制御を簡便なものとすることができる。
【実施例２】
【００４１】
上記の課題を解決するための第１の方法の実施形態の別の一例として、Ｘ方向の画素サイズよりＹ方向の画素サイズが大きいＳＥＭ画像を利用して、偏向に伴う軸ずれを高精度に計測することで、最適な二段偏向器の強度比と回転角を設定するＳＥＭを説明する。
【００４２】
ここで、軸ずれとは、焦点位置を一定量変化させた際の一次電子線の照射位置の変化量のことである。焦点位置を変化させる手段が異なれば軸ずれ量も異なり、例えば、焦点位置を変化させる手段がリターディング電圧の場合には、リターディング中心からの軸ずれ量と呼ぶ。
【００４３】
通常、一次電子線を偏向させない場合は、軸ずれが発生しないように一次電子線の軌道が調整されている。しかし、一般に、一次電子線を偏向させた場合には、偏向量に応じて軸ずれが発生する。二段偏向器により偏向させる場合には、軸ずれ量は、二段偏向器の強度比と回転角に依存する。
【００４４】
一部の電子光学系においては、偏向収差による画像ぼけや画像歪みが最小となる二段偏向器の強度比と回転角の条件は、偏向にともなうリターディング中心からの軸ずれ量が最小となる条件とほぼ一致する。したがって、計測した偏向に伴う軸ずれ量を偏向収差の評価値とし、評価値が最小となる二段偏向器の強度比と回転角を求め、その条件を設定することで、偏向収差による画像ぼけや画像歪みを低減できる。ここでは、前記のような電子光学系に対する実施例を記述するが、偏向収差による画像ぼけや画像歪みが最小となる条件が、他の焦点位置変化手段で計測される軸ずれ量が最小となる条件とほぼ一致する電子光学系に対しては、それに応じた焦点位置変化手段を用いることで、同様な方法が適用可能である。
【００４５】
本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図は、後述する部分を除き図２と同様である。
【００４６】
図１０は、本実施例にかかわるフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って説明する。
【００４７】
ステップＳ１０００からＳ１００２は、ステップＳ３００からＳ３０２と同様である。
【００４８】
ステップＳ１００３では、制御演算装置２２１を用いてリターディング制御部２１２に制御信号を送信し、ステージ２０５に印加するリターディング電圧を変化させて焦点位置を変化させた後、ステップＳ１００２と同様な動作を行い、ＳＥＭ画像データを生成し、画像保存部２２３に保存する。
【００４９】
ステップＳ１００４では、偏向収差評価部２２２を用いて画像保存部２２３に保存された２枚のＳＥＭ画像を読み出し、図１１に示すような、軸ずれ量のＹ位置依存性を計測する。プロット１１０１は偏向収差が大きい場合の軸ずれ量、プロット１１０２は偏向収差が小さい場合の軸ずれ量である。軸ずれ量は、２枚の画像の同じＹ位置における輝度プロファイルを比較してＸ方向へのシフト量を算出することにより、計測できる。シフト量の算出方法としては、正規化相関法を用いても良いし、それぞれのプロファイルにおけるピーク位置を求めてその位置の違いをシフト量とする算出方法を用いても良い。これらに限らず、２つの輝度プロファイルからパターン位置のシフト量を算出する方法であれば任意の方法でよい。また、輝度プロファイルのＳ／Ｎを向上するため、計測を行うＹ位置近傍の輝度プロファイルの平均をとって、これを用いてシフト量を算出しても良い。
【００５０】
また、軸ずれ量を求める方法として、２枚のＳＥＭ画像を用いる代わりに、焦点位置の異なる３枚以上のＳＥＭ画像を用いて、それらの画像の同じＹ位置におけるパターン位置と、それらの焦点位置との関係を線形近似して、その一次の係数を軸ずれ量としても良い。つまり、図２７に示したような、パターン位置と焦点位置の関係２７０１を３枚以上のＳＥＭ画像から求め、その近似直線２７０２の傾きを軸ずれ量とする方法である。３枚以上の画像を用いることで、軸ずれ量の計測精度を向上されることが出来る。
【００５１】
得られた軸ずれ量のＹ位置依存性に対し、線形近似を行って一次の係数を求め、これを評価値として探索条件保存部２２４に保存する。ステップＳ１００２、及びＳ１００３にて保存されたＳＥＭ画像は、Ｙ方向の視野がＸ方向の視野より大きいため、視野の上下端に近づくほど画像取得の際の一次電子線の偏向量が大きくなり、偏向に伴う軸ずれ量が大きくなる。一方、このＳＥＭ画像ではＸ方向の画素サイズが小さく、わずかな軸ずれも高精度に検出することができる。必要であれば、図１２に示したように、画像保存部２２３に保存された２枚のＳＥＭ画像、軸ずれ量のＹ位置依存性、および評価値を示す表示を表示装置２３１に表示させることで、操作者に計測結果を知らしめても良い。
【００５２】
あるいは、別の方法として、測長値のＹ位置依存性の一次の係数を求めるのではなく、単純にある視野中心ではない一定のＹ位置１１０３における軸ずれ量１１０４や軸ずれ量１１０５を評価値として算出しても良い。
【００５３】
得られた評価値を保存する探索条件保存部２２４には、実施例１におけるステップＳ３０３と同様に、ステップＳ１０００で保存された強度比と回転角とあわせて、図７に示すようなデータが保存されることになる。なお、評価値を求める方法としては、軸ずれ量のＹ方向に対する変化の程度を定量化する手法ではあれば、任意の方法を用いてよい。例えば、単純に、画像中心での軸ずれ量と、画像上端での軸ずれ量あるいは画像下端での軸ずれ量あるいはそれらの平均値、との差を評価値としても良いし、軸ずれ量のＹ位置依存性における最小値と最大値の差を用いても良い。
【００５４】
ステップＳ１００５からＳ１００８は、ステップＳ３０４からＳ３０７と同様である。
【００５５】
以上のフローチャートでは、Ｙ方向の画素サイズをＸ方向の画素サイズよりも大きくする場合を例にとって説明したが、逆にＸ方向の画素サイズがＹ方向の画素サイズよりも大きい場合にも、同様の方法により偏向に伴う軸ずれを高精度に計測し、強度比と回転角の最適条件を見出すことが可能である。
【００５６】
なお、本フローチャートでは、最適な強度比と回転角とを決定し、それらの条件を装置に設定してＳＥＭ画像を取得し、測長を行うフローチャートであるが、そのうちの一部を実施しても良い。たとえば、Ｓ１００６まで、つまり、最適な強度比と回転角の条件を上下段設定保存部２１３に保存するまでを実施しても良い。これにより、以降の画像取得時には、保存された設定を読み出すことで偏向収差による画像ぼけや画像歪みの小さいＳＥＭ画像を取得することが可能となる。
【００５７】
上記の方法を用いることにより、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけや画像歪みを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。特に、本実施例の方法はＳＥＭ画像取得する際の試料ダメージ低減や、ウィグリングなどの長周期の現象の効率的な計測を実現することに効果を発揮する。
【実施例３】
【００５８】
上記の課題を解決するための第１の方法の実施形態の別の一例として、Ｘ方向の画素サイズよりＹ方向の画素サイズが大きいＳＥＭ画像を利用して、偏向収差による画像歪みを高精度に計測することで、最適な二段偏向器の強度比と回転角を設定するＳＥＭを説明する。
【００５９】
本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図は、後述する部分を除き図２と同様である。
【００６０】
図１３は、本実施例にかかわるフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って説明する。
【００６１】
ステップＳ１３００からＳ１３０２は、ステップＳ３００からＳ３０２と同様である。
【００６２】
ステップＳ１３０３では、偏向収差評価部２２２を用いて、画像保存部２２３に保存された画像を読み出し、図１４に示すような、ラインパターン位置のＹ位置依存性を計測する。プロット１４０１は偏向収差が大きい場合のパターン位置のＹ位置依存性、プロット１４０２は偏向収差が小さい場合のパターン位置のＹ位置依存性である。あるＹ位置でのパターン寸法を計測する際には、そのＹ位置における画像輝度のＸ位置依存性（輝度プロファイル）を求め、輝度プロファイルからパターン位置を計測する。パターン位置の計測方法は、閾値法などＳＥＭ画像の輝度プロファイルからパターンの位置を計測方法であれば任意の方法でよい。また、輝度プロファイルのＳ／Ｎを向上するため、計測を行うＹ位置近傍の輝度プロファイルの平均をとって、これを用いてパターン位置の計測を行っても良い。また、画像内に複数のラインパターンが含まれる場合には、それらの位置を計測して平均化した値を用いても良い。
【００６３】
得られたパターン位置のＹ位置依存性に対し、３次近似を行って３次の係数を求め、これを偏向収差の評価値として探索条件保存部２２４に保存する。ステップＳ１３０２にて保存されたＳＥＭ画像は、Ｙ方向の視野がＸ方向の視野より大きいため、視野の上下端に近づくほど画像取得の際の一次電子線の偏向量が大きくなり、偏向収差が大きくなる。偏向収差に起因する画像歪みによって、ラインパターンの位置が偏向量の３乗に比例して変化するので、パターン位置のＹ位置依存性から偏向収差の程度を定量的に評価することができる。さらに、このＳＥＭ画像ではＸ方向の画素サイズが小さく、わずかなパターン位置の違いも高精度に検出することができる。したがって、このステップにおける方法により、偏向収差量のわずかな変化も高精度に検出することができる。必要であれば、図１５に示したように、画像保存部２２３に保存されたＳＥＭ画像、パターン位置のＹ位置依存性、および評価値を示す表示を表示装置２３１に表示させることで、操作者に計測結果を知らしめても良い。
【００６４】
あるいは、別の方法として、測長値のＹ位置依存性の３次の係数を求めるのではなく、単純にある視野中心ではない一定のＹ位置１４０３におけるパターン位置１４０４やパターン位置１４０５を評価値として算出しても良い。
【００６５】
得られた評価値を保存する探索条件保存部２２４には、実施例１におけるステップＳ３０３と同様に、ステップＳ１３００で保存された強度比と回転角とあわせて、図７に示すようなデータが保存されることになる。なお、評価値を求める方法としては、パターン位置のＹ方向に対する変化の程度を定量化する手法ではあれば、任意の方法を用いてよい。
【００６６】
ステップＳ１３０４からＳ１３０７は、ステップＳ３０４からＳ３０７と同様である。
【００６７】
以上のフローチャートでは、Ｙ方向の画素サイズをＸ方向の画素サイズよりも大きくする場合を例にとって説明したが、逆にＸ方向の画素サイズがＹ方向の画素サイズよりも大きい場合にも、同様の方法により偏向収差による画像歪みに計測し、強度比と回転角の最適条件を見出すことが可能である。
【００６８】
なお、本フローチャートでは、最適な強度比と回転角とを決定し、それらの条件を装置に設定してＳＥＭ画像を取得し、測長を行うフローチャートであるが、そのうちの一部を実施しても良い。たとえば、Ｓ１３０５まで、つまり、最適な強度比と回転角の条件を上下段設定保存部２１３に保存するまでを実施しても良い。これにより、以降の画像取得時には、保存された設定を読み出すことで偏向収差による画像歪みの小さいＳＥＭ画像を取得することが可能となる。
【００６９】
上記の方法を用いることにより、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像歪みを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。特に、本実施例の方法は、画像歪みの低減に最も効果的である。これにより、ウィグリングなどの長周期の現象の効率的で高精度な計測を実現することができる。また、多くの電子光学系で、偏向収差による画像歪みが小さい強度比と回転角の条件は、偏向収差による画像ぼけが小さい条件とほぼ一致するため、偏向収差による画像ぼけも抑制することができる。これにより、ＳＥＭ画像取得する際の試料ダメージ低減しつつ、高精度な計測を実現することができる。
【実施例４】
【００７０】
上記の課題を解決するための第２の方法の実施形態の一例として、偏向量にオフセットをのせた状態で取得したＳＥＭ画像を利用して、偏向収差による画像ぼけを高精度に計測し、最適な二段偏向器の強度比と回転角を設定するＳＥＭを説明する。
【００７１】
本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図は、後述する部分を除き図２と同様である。
【００７２】
図１６は、本実施例にかかわるフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って説明する。
【００７３】
ステップＳ１６００およびＳ１６０１は、ステップＳ３００およびＳ３０１と同様である。
【００７４】
ステップＳ１６０２では、制御演算装置２２１を用いて二段偏向器制御部２１２に制御信号を送信し、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３により一次電子線２０７を偏向させることで、試料表面上を走査させながら、検出器２０６により二次電子を検出し、ＳＥＭ画像データを生成し、画像保存部２２３に保存する。この際、二段偏向器制御部２１２は、上下段設定保存部２１３に保存された強度比および回転角にもとづいて、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３を制御する。また、視野の中心における偏向量が０ではなく、たとえば数ミクロン程度と大きくなるように、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３に印加する電流にオフセットをのせるよう制御する。
【００７５】
つまり、図１７に示したように、通常の視野の中心における偏向量が０となるような視野１７０１ではなく、視野１７０２を走査させる。図１７では、視野の中心をＹ方向に大きく移動させるよう電流にオフセットをのせた場合を例として示したが、視野の中心の移動方向は任意である。画素サイズはＸ方向Ｙ方向ともナノメートル程度と小さくなるよう制御する。これにより、大きく偏向しつつ、小さい画素サイズでＳＥＭ画像を取得することができる。また、視野１７０３のように、Ｘ方向とＹ方向の大きさが異なる視野の画像を取得し、その画像の一部を用いることで、視野１７０２を走査して得られた画像と同等の画像を得ても良い。なお、ＳＥＭ画像を取得するパターンは、ラインパターンである必要がなく、任意のパターンでよい。ただし、高精度に偏向収差による画像ぼけを計測するためには、数ナノメートル程度の微細な構造をもつパターンが望ましい。
【００７６】
ステップＳ１６０３では、偏向収差評価部２２２を用いて、画像保存部２２３に保存された画像を読み出して分解能を計測し、これを偏向収差の評価値とする。ＳＥＭ画像の分解能計測には、ＣＧ法やＤＲ法など、ＳＥＭ画像全体の画像ぼけを定量化する方法であれば任意の方法を用いればよい。あるいは、パターンがラインパターンである場合には、ラインパターンの測長値は分解能と相関するので、測長値を分解能計測値としてもよい。この画像は、視野の全域において大きく偏向して取得されており、偏向収差による画像ぼけが生じている。したがって、画像の分解能を計測することで、偏向収差による画像ぼけの程度を定量化することができる。また、画素サイズは、ナノメートル程度と小さいため、高精度に偏向収差による画像ぼけを計測できる。また、この方法は、任意の試料に対して実施できる利点がある。
【００７７】
ステップＳ１６０４からＳ１６０７は、ステップＳ３０４からＳ３０７と同様である。
【００７８】
上記の方法を用いることにより、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。これにより、ＳＥＭ画像取得する際の試料ダメージ低減や、ウィグリングなどの長周期の現象の効率的な計測を実現することができる。
【００７９】
なお、本フローチャートでは、最適な強度比と回転角とを決定し、それらの条件を装置に設定してＳＥＭ画像を取得し、測長を行うフローチャートであるが、そのうちの一部を実施しても良い。たとえば、Ｓ１６０５まで、つまり、最適な強度比と回転角の条件を上下段設定保存部２１３に保存するまでを実施しても良い。これにより、以降の画像取得時には、保存された設定を読み出すことで偏向収差による画像ぼけの小さいＳＥＭ画像を取得することが可能となる。
【実施例５】
【００８０】
上記の課題を解決するための第１の方法、および第２の方法の実施形態の別の一例として、偏向収差による画像ぼけ、偏向に伴う軸ずれ、偏向収差による画像歪みなどを高精度に計測することで、装置の状態をモニタするＳＥＭを説明する。
【００８１】
図１８は本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図であり、装置全体の制御を行う制御演算装置２２１には、偏向収差評価部２２２によって求めた偏向収差の評価値を一時的に保存する評価値保存部２２５と、偏向収差が許容範囲にあるかどうかを判定する偏向収差判定部２２６とが備わっている。図１８に示したその他の構成要素については、後述する部分を除き図２と同様である。
【００８２】
なお、対物レンズ以外の静電レンズあるいは電磁レンズ、一次電子線２０７の非点収差の補正を行う非点補正器、上段偏向器２０２と下段偏向器２０３以外の一次電子線２０７を偏向させる偏向器、その他の電子線に作用する構成要素が含まれていても良い。
【００８３】
図１９は、本実施例にかかわるフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って説明する。
【００８４】
ステップＳ１９０１は、ステップＳ３０２と同様である。
【００８５】
ステップＳ１９０２は、偏向収差評価部２２２を用いて、画像保存部２２３に保存された画像を読み出して求めた評価値を、探索条件保存部２２４ではなく、評価値保存部２２５に保存する。これを除けば、ステップＳ３０３と同様である。
【００８６】
ステップＳ１９０３では、偏向収差判定部２２６を用いて、ステップＳ１９０２にて評価値保存部２２５に保存した評価値を読み出し、あらかじめ定めた許容範囲内にあるかどうかを判定する。許容範囲にある場合は、ステップＳ１９０４に進む。許容範囲にない場合は、ステップＳ１９０５に進む。
【００８７】
ステップＳ１９０４では、偏向収差の影響が許容される範囲内であり、二段の偏向器の強度比と回転角が十分調整されていることを示す図２０Ａのような表示を、表示装置２３１に表示させる。なお、必要の無い場合は、このステップを省略し、そのままフローチャートを終了しても良い。
【００８８】
ステップＳ１９０５では、偏向収差の影響が許容される範囲を超えていることを示す図２０Ｂのような表示を、表示装置２３１に表示させ、操作者の注意を喚起する。あるいは、図２０Ｃのように、操作者に二段の偏向器の強度比と回転角の調整を行うよう促す表示を表示させ、操作者の入力により、実施例１から４に記載したいずれかの方法により、強度比と回転角の調整を実行するようにしても良い。さらには、このような表示を表示させること無く、自動で、実施例１から４に記載したいずれか方法により、強度比と回転角の調整を実行しても良い。
【００８９】
なお、ここでは、実施例１に記載の方法で偏向収差の評価値を求める場合について記述したが、ステップＳ１９０２のかわりにＳ１００３およびＳ１００４を実行して実施例２に記載の方法で偏向収差の評価値を求めても良いし、
ステップＳ１９０２のかわりにＳ１３０３を実行して実施例３に記載の方法で偏向収差の評価値を求めても良いし、ステップＳ１９０１およびＳ１９０２のかわりにＳ１６０２およびＳ１６０３を実行して実施例４に記載の方法で偏向収差の評価値を求めても良い。なお、いずれの場合にも、偏向収差評価部２２２を用いて求めた評価値を、探索条件保存部２２４ではなく、評価値保存部２２５に保存する。
【００９０】
上記の方法を用いることにより、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけが大きい状態にあることを検知することができる。この方法を定期的に実施することで、常に装置の状態を最適に維持することができる。
【実施例６】
【００９１】
上記の課題を解決するための第３の方法の実施形態の一例として、Ｙ方向の偏向量に応じて焦点や非点もしくは偏向色収差を調整することで、偏向に伴う収差（像面湾曲収差や非点収差もしくは偏向色収差）を低減し、視野の上下端の画像ぼけを低減するＳＥＭを説明する。
【００９２】
図２１は本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図であり、一次電子線２０７を偏向させる偏向器２４１と、一次電子線２０７の偏向収差を補正する収差補正器２４２（本実施例では非点補正器）を備えている。偏向器２４１は偏向器制御部２５１により制御され、非点補正器２４２は非点補正器制御部２５２により制御される。なお、偏向器２４１は、１段の構成であっても良いし、図２の上段偏向器２０２と下段偏向器２０３のような二段の構成であっても良い。さらに、これ以外に偏向器を備えていても良い。装置全体の制御を行う制御演算装置２２１には、Ｙ方向の偏向量に応じた動的補正量を算出する動的補正量演算部２２７が備わっている。図２１に示したその他の構成要素については、後述する部分を除き図２と同様である。なお、対物レンズ以外の静電レンズあるいは電磁レンズ、偏向器２５２以外の一次電子線２０７を偏向させる偏向器、その他の電子線に作用する構成要素が含まれていても良い。
【００９３】
以下で、動的補正量演算部２２７の動作について説明する。
【００９４】
動的補正量演算部２２７は、制御演算装置２２１が偏向器制御部２５１に送信する偏向制御信号に基づいて、制御演算装置２２１が対物レンズ制御部２１４に送信する焦点制御信号に修正を加える。すなわち、ここでは対物レンズを収差補正器としても用いていることになる。図２２は、偏向制御信号と焦点制御信号修正量の例である。これは、走査線の方向がＸ方向である場合の例であり、Ｘ方向の偏向制御信号は高速に変化している一方で、Ｙ方向の偏向制御信号の変化はＸ方向の偏向制御信号の変化に比べて低周波数である。Ｙ方向の偏向制御信号に見られるステップ一段が、走査線１本に対応する。焦点制御信号修正量は図２２に示したように、走査線毎に変化させる。上記の方法により、像面湾曲収差を低減できる。
【００９５】
従来の方法では、Ｘ方向の偏向制御信号にも応じて変化させなくてはならず高速な制御が必要であったが、この方法は低速な制御で実現できる。この方法では、Ｘ方向の偏向に起因する像面湾曲収差は低減できないが、Ｙ方向にのみ大きく偏向してＳＥＭ画像を取得する場合にはＸ方向の偏向に起因する像面湾曲収差は無視できる程度であり、十分像面湾曲収差を低減できる。焦点制御信号修正量は、あらかじめ定めた図２３のような表を参照して決定してもよいし、あらかじめ定めた焦点制御信号修正量とＹ方向の偏向制御信号との関係式から算出しても良い。また、ここでは焦点制御信号修正量を走査線毎に変化させる場合について、すなわち画素サイズが小さいＸ方向にライン走査を行い、画素サイズが大きいＹ方向に走査線の開始位置を移動する偏向動作毎に収差補正を行う、述べたが、他の連動方法を用いても良い。例えば複数の走査線毎に変化させるような、走査線の開始位置を移動する偏向動作の回数より収差補正動作の回数の方が少ない低速な制御で像面湾曲収差を低減することができるようにしても良い。
【００９６】
上記の方法を用いることにより、高速な焦点制御を必要とせずに像面湾曲収差を低減することができ、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。
【００９７】
なお、ここでは、対物レンズ制御部２１４に送信する焦点制御信号に修正を加えて像面湾曲収差を低減する場合を例にとって説明したが、そのかわりに、収差補正器としてリターディング電極を用いる場合は、リターディング制御部２１５に送信する電圧制御信号に修正を加えても良いし、その他の焦点を制御する手段がある場合にはその手段を制御する制御信号に修正を加えても良い。
【００９８】
また、あるいは像面湾曲収差の低減ではなく、制御演算装置２２１が非点補正器制御部２５２に送信する非点制御信号や、他の非点を制御する手段がある場合にはその手段を制御する制御信号に修正を加えて、非点収差を低減してもよい。
【００９９】
さらには、像面湾曲収差と非点収差の両方を低減しても良い。これにより、高速な焦点と非点の制御を必要とせずに、像面湾曲収差と非点収差の両方を低減することができ、Ｙ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。この方法を用いる場合には、他の実施例で得られた最適な条件においてもわずかに残る偏向収差についても低減することができ、さらに偏向収差の小さい状態を実現できる利点がある。
【実施例７】
【０１００】
上記の課題を解決するための第３の方法の実施形態の別の一例として、偏向色収差補正の例を示す。図２４は本実施例にかかわるＳＥＭの概略構成全体図であり、図２１と異なるのは収差補正器２６２が偏向色収差、非点収差、像面湾曲の全ての収差を補正できるように構成されていることにある。具体的にはオフセット電圧と非点補正電圧の重畳が可能な８極静電偏向器２６３とそれを取り巻くように配置された電磁偏向器２６４からなる。このため、オフセット電圧の制御により焦点補正を、静電偏向と電磁偏向を逆方向に行うことで偏向色収差を補正することが出来る。偏向色収差も偏向に伴い発生する収差であり、像面湾曲や非点収差同様に偏向に伴う分解の劣化の原因となる。
【０１０１】
本実施例でもＹ方向の偏向制御信号に従って、収差補正器制御部２５２を制御する。ここでは補正をする走査線の間隔を不等間隔とした。具体的には偏向長に伴い急激に増加する像面湾曲を制度よく補正するために偏向量の大きなＹ方向の両端に近づくほど補正の頻度を高めた。
【０１０２】
図２５に本実施例における表示装置の画面を示す。本実施例でも補正する収差の種類は選択が可能である。画面の上段は補正する収差の種類を選択するものでONかOFFで選択するようになっている。この図では像面湾曲を補正するための焦点補正と偏向色収差補正が選択されている。また、収差を補正するタイミングの選択も可能であり、画面の下段に示すように走査線の数（すなわち走査線の開始位置を偏向により異動する回数）に対して同じ数毎に補正する場合は等間隔を、異なる数で補正する場合は不等間隔を選択することになる。
【０１０３】
更にその際の走査線の本数を指定できる。不等間隔の場合は表示している本数を基準に、Ｙ方向の両端に行くほど間隔が狭まることになる。図では不等間隔で基準が５本の走査線が指定されていることが分かる。このように本実施例では補正のタイミングを変えることが可能である。
【０１０４】
以上によりＹ方向の視野サイズを大きく広げた際の、視野の上下端における偏向収差による画像ぼけを抑制し、Ｘ方向に高精細な測長を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１…ラインパターン、１０２…走査線、１０３…走査線間隔、１０４…視野、２０１…電子銃、２０２…上段偏向器、２０３…下段偏向器、２０４…対物レンズ、２０５…ステージ、２０６…検出器、２０７…一次電子線、２０８…二次電子、２０９…試料、２１１…電子銃制御部、２１２…二段偏向器制御部、２１３…上下段設定保存部、２１４…対物レンズ制御部、２１５…リターディング制御部、２２１…制御演算装置、２２２…偏向収差評価部、２２３…画像保存部、２２４…探索条件保存部、２２５…評価値保存部、２２６…偏向収差判定部、２２７…動的補正量演算部、２３１…表示装置、２５１…偏向器制御部、２５２…収差補正制御部、２５２…収差補正制御部、２６２…収差補正器、２６３…電磁偏向器、２６４…８極静電偏向器、５０１…測長値のＹ位置依存性、５０２…測長値のＹ位置依存性、５０３…評価値を求める際に利用するＹ位置、５０４…測長値、５０５…測長値、１１０１…軸ずれ量のＹ位置依存性、１１０２…軸ずれ量のＹ位置依存性、１１０３…評価値を求める際に利用するＹ位置、１１０４…軸ずれ量、１１０５…軸ずれ量、１４０１…パターン位置のＹ位置依存性、１４０２…パターン位置のＹ位置依存性、１４０３…評価値を求める際に利用するＹ位置、１４０４…パターン位置、１４０５…パターン位置、１７０１…偏向オフセットなしの視野、１７０２…偏向オフセットありの視野、２６０１…偏向収差量の偏向量依存性、２６０２…偏向収差量の偏向量依存性、２７０１…１枚のＳＥＭ画像から評価したあるＹ位置におけるパターン位置、２７０２…パターン位置の焦点位置依存性の近似直線
【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７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図６】
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【図８】
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【図１２】
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【図１５】
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