(57)【要約】【課題】深溝や深孔の底部を大電流条件で高精度に観察するのに適した電子ビーム装置を提供する。【解決手段】電子源１００からの電子ビーム１１６を第１の開口１５３に照射する照射光学系と、第１の開口の開口像を試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、電子光学系により電子ビームが試料に照射されることにより放出される２次電子１１７を検出する検出器１２１，１２２と、電子光学系の走査偏向器１０６，１０８により、電子ビームを２次元に走査しながら試料に照射して得られた検出器の検出信号から２次元画像を生成する画像処理部１４８とを有し、画像処理部は、検出信号からの２次元画像情報から第１の開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する。【選択図】図１
2019160606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源からの電子ビームを第１の開口に照射する照射光学系と、前記第１の開口の開口像を試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、
前記電子光学系により前記電子ビームが前記試料に照射されることにより放出される２次電子を検出する検出器と、
前記電子光学系の走査偏向器により、前記電子ビームを２次元に走査しながら前記試料に照射して得られた前記検出器の検出信号から２次元画像を生成する画像処理部とを有し、
前記画像処理部は、前記検出信号からの２次元画像情報から前記第１の開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する電子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の開口は円形開口である電子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記画像処理部は、前記理想開口像の電子ビーム強度分布情報を、前記第１の開口の開口形状と前記縮小投影光学系の投影倍率の積として算出する電子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記画像処理部は、情報伝達ゲインが０となるゼロ点周波数の情報を前記ゼロ点周波数の周辺の周波数のデータを用いて推定する電子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記画像処理部は、前記第１の開口の第１の開口像を前記試料上に投影結像して得られる第１の２次元画像情報と、前記第１の開口像とはサイズの異なる前記第１の開口の第２の開口像を前記試料上に投影結像して得られる第２の２次元画像情報とを用いて、前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記電子光学系は、前記第１の開口像を前記試料上に投影結像したときの前記第１の開口の開口形状または前記縮小投影光学系の投影倍率の少なくともいずれか一方を異ならせることにより、前記第２の開口像を前記試料上に投影結像させる電子ビーム装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記電子光学系は、前記第１の開口像を前記試料上に投影結像するときの開口角と前記第２の開口像を前記試料上に投影結像するときの開口角とが等しくなるように設定される電子ビーム装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記画像処理部は、指定された画像処理パラメータに応じた程度に高分解能化した前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記検出信号からの２次元画像情報から欠陥候補を抽出する異常判定部を有し、
前記画像処理部は、前記異常判定部が欠陥候補を抽出したときの前記検出信号からの２次元画像情報について前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記画像処理部は、前記異常判定部が欠陥候補を抽出したときの領域に対して全照射量を増やして撮像を行って得た検出信号からの２次元画像情報について前記再構成画像を生成する電子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記縮小投影光学系は第２の開口を有し、
前記第２の開口の大きさは開口位置での前記電子ビームの半値幅よりも大きくされる電子ビーム装置。
【請求項１２】
第１の電子ビーム装置または第２の電子ビーム装置のいずれかの電子ビーム装置を用いて試料を検査する試料検査方法であって、
前記第１及び第２の電子ビーム装置のそれぞれは、
電子源からの電子ビームを開口に照射する照射光学系と、前記開口の開口像を前記試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、
前記電子光学系により前記電子ビームが前記試料に照射されることにより放出される２次電子を検出する検出器と、
前記電子光学系の走査偏向器により、前記電子ビームを２次元に走査しながら前記試料に照射して、前記検出器の検出信号から２次元画像を生成する画像処理部とを有し、
前記第１の電子ビーム装置の前記開口の開口形状と前記縮小投影光学系の投影倍率とに基づき、前記第１の電子ビーム装置の前記開口像のサイズを算出し、
前記第２の電子ビーム装置の前記開口の開口形状と前記縮小投影光学系の投影倍率とに基づき、前記第２の電子ビーム装置の前記開口像のサイズを算出し、
前記第１の電子ビーム装置の前記開口像のサイズと前記第２の電子ビーム装置の前記開口像のサイズとが異なる場合は、前記第２の電子ビーム装置の前記開口像のサイズが前記第１の電子ビーム装置の前記開口像のサイズに等しくなるように、前記第２の電子ビーム装置の前記縮小投影光学系の投影倍率を調整する試料検査方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記第１の電子ビーム装置及び前記第２の電子ビーム装置の前記画像処理部は、前記検出信号からの２次元画像情報から前記開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する試料検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを用いて観察、検査、計測を行う電子ビーム装置及び電子ビーム装置を用いた試料検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームを用いた試料の観察、検査、計測等に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などの電子ビーム装置は、電子源から放出された電子を加速し、静電レンズや電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを１次電子と呼んでいる。１次電子の入射によって試料からは２次電子（低エネルギーの電子を二次電子、高エネルギーの電子を反射電子と分けて呼ぶ場合もある）が放出される。電子ビームを偏向して試料上を走査しながら、これら２次電子を検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。また、試料に吸収される電子を検出することで、吸収電流像を形成することも可能である。
【０００３】
走査電子顕微鏡において、深溝や深孔の底部の観察あるいは高精度なパターン寸法計測を行うためには、電子ビームの電流量を増大させることにより信号量を大きくする必要がある。しかも電子ビームの開口角を小さくしなければ、デフォーカスによるビームボケが大きくなり、深溝や深孔の底部を上部より分離して観察することが困難となる。電流量を維持しながら開口角を小さくすると電子源像が大きくなり分解能が低下することになる。
【０００４】
このため、画像処理により取得した画像の分解能を向上させる方法が知られている。特許文献１や特許文献２には１次ビームの大きさやプロファイルを推定して、それを元にフーリエ変換を用いて画像処理する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３４１７４１号公報
【特許文献２】特開２０１７−２７８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２においては、画像処理に用いる１次ビームの強度分布を正確に求める方法が明らかになっていない。従来の走査電子顕微鏡は電子源の像を試料上に形成するため、１次ビームの強度分布は、電子源像、光学収差、ビーム振動などにより決まることになる。更に取得画像には試料内での電子線散乱の影響も現れる。これらの要因のうち、深溝や深孔を観察する場合には信号電子の検出効率が低いために大電流が必要となるため、電子源像が１次ビームの強度分布の支配的要因の１つとなる。ここで、電子源像を正確に把握することは極めて困難であり、このため、精度よく画像処理を行って画像の分解能を向上させることができない。さらに、電子源像の大きさを制御できないことは電子ビーム装置間のビーム特性差（機差）の原因にもなる。
【０００７】
本発明は深溝や深孔の底部を大電流条件で高精度に観察するのに適した電子ビーム装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施の形態である電子ビーム装置は、電子源からの電子ビームを第１の開口に照射する照射光学系と、第１の開口の開口像を試料上に投影結像する縮小投影光学系とを有する電子光学系と、電子光学系により電子ビームが試料に照射されることにより放出される２次電子を検出する検出器と、電子光学系の走査偏向器により、電子ビームを２次元に走査しながら試料に照射して得られた検出器の検出信号から２次元画像を生成する画像処理部とを有し、画像処理部は、検出信号からの２次元画像情報から第１の開口の理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションして再構成画像を生成する。
【０００９】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
大電流条件でも画像処理により高分解能画像の取得が可能であり、特に深孔や深溝の観察に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡の全体概略図である。
【図２】走査電子顕微鏡の電子軌道を説明する図である。
【図３】図２の開口基準軌道の詳細を示す図である。
【図４Ａ】試料近傍の電子軌道を示す図である。
【図４Ｂ】試料上に形成される開口像２２１を示す図である。
【図５Ａ】開口像の電子ビーム強度分布である。
【図５Ｂ】理想開口像の電子ビーム強度分布である。
【図５Ｃ】エッジサイズ像の電子ビーム強度分布である。
【図６】開口像による情報伝達のゲインを示す図である。
【図７】異なるサイズの２つの開口像による情報伝達のゲインを示す図である。
【図８】画像処理パラメータＰごとの復元画像の情報伝達のゲインを示す図である。
【図９】表示装置に表示されるＧＵＩの例を示す。
【図１０】高速検査のためのフローチャートである。
【図１１】高速検査のための別のフローチャートである。
【図１２】開口像サイズを計測するフローチャートである。
【図１３】複数の電子ビーム装置間の機差を低減するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは走査電子顕微鏡を例に説明するが、走査電子顕微鏡以外の電子ビーム装置にも適用可能である。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る走査電子顕微鏡を示す全体概略図である。電子銃１０１により電子源１００から放出された電子ビーム（１次電子１１６）は、第１コンデンサレンズ１０３、第２コンデンサレンズ１０５及び開口照射レンズ１５０の３段のレンズを通り、第１の開口板１５４に照射される。第１の開口板１５４には第１の開口１５３が設けられている。また、第１の開口１５３は、開口板ステージ１５５を制御する開口位置制御部１６３により電子ビームに対する開口の位置を調整可能とされている。第１の開口１５３を透過した電子ビームは、第１縮小レンズ１５１、第２縮小レンズ１５２及び対物レンズ１１３の３段のレンズを通り、ステージ１１５に保持された試料１１４上に照射される。詳細は後述するが、以上の電子光学系により、試料１１４上に第１の開口１５３の像（開口像）が投影結像される。第１の開口１５３は円形開口とすることが望ましい。円形開口は等方的であるために画像処理が行いやすいためである。
【００１４】
なお、この構成例では、対物レンズ上磁路１１０にはブースター電圧制御部１４１から正電圧が、試料１１４には試料電圧制御部１４４から負電圧が印加されることにより、静電レンズが形成されているため、対物レンズ１１３は磁場電場重畳レンズとなっている。また、対物レンズ１１３の磁路開口は試料１１４側に向いており、セミインレンズ型と呼ばれるレンズ構造となっている。対物レンズ制御部１４２は、対物レンズコイル１１２に流れる励磁電流を制御する。また、第１縮小レンズ１５１と第２縮小レンズ１５２の間に第２の開口板９５４を設けてもよい。第２の開口板９５４には第２の開口９５３が設けられている。第２の開口９５３の目的は電子ビームの波としての干渉効果を制御することにあり、これにより回折収差やデフォーカス時のビームボケの制御が可能となる。第２の開口９５３の大きさは、開口位置での電子ビームの半値幅より大きいことが望ましく、更に電子ビームの大部分を透過させることで他の電子ビーム特性に与える影響を無視することができる。
【００１５】
電子ビームが試料１１４に照射されることにより放出される２次電子１１７（低速電子を二次電子、高速電子を反射電子と分類する場合もある）は縮小投影光学系（走査電子顕微鏡の電子光学系を第１の開口板１５４の上下で区分し、第１の開口板１５４から試料１１４側の電子光学系を縮小投影光学系と呼び、電子源１００から第１の開口板１５４までの電子光学系を照射光学系と呼ぶ）の中間にある第１検出器１２１あるいは対物レンズ１１３の底面にある第２検出器１２２により検出される。第１検出器１２１は第１検出系制御部１３６によって、第２検出器１２２は第２検出系制御部１３８によって制御される。試料１１４上の１次電子１１６は、第１走査偏向器１０６と第２走査偏向器１０８により２次元に走査され、結果として試料１１４の２次元画像情報を得ることができる。２次元走査は一般的に横方向のライン走査を縦方向に開始位置を移動しながら行われる。この２次元画像情報の中心位置は、第１走査偏向器制御部１３７によって制御される第１走査偏向器１０６と第２走査偏向器制御部１３９によって制御される第２走査偏向器１０８により規定される。この例では第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８は静電偏向器とする。
【００１６】
なお、電子銃１０１は電子銃制御部１３１により、第１コンデンサレンズ１０３は第１コンデンサレンズ制御部１３３により、第２コンデンサレンズ１０５は第２コンデンサレンズ制御部１３５により、開口照射レンズ１５０は開口照射レンズ制御部１６０により、第１縮小レンズ１５１は第１縮小レンズ制御部１６１により、第２縮小レンズ１５２は第２縮小レンズ制御部１６２により、それぞれ制御される。また、電子銃１０１の後段には１次電子１１６のビーム軸を制御するための第１アライナー１０２が配置され、第１アライナー制御部１３２によって制御される。これら電子光学系の各要素または検出器に対する制御部は、装置全体を制御する装置制御部１４６により、記録装置１４５に記憶された制御データ等に基づいて統一的に制御される。第１検出器１２１または第２検出器１２２によって検出された検出信号は、記録装置１４５に記憶される。画像処理部１４８は検出信号より２次元画像を生成し、生成された２次元画像は記録装置１４５に記憶されたり、表示装置１４７に表示されたりする。また、異常判定部１４９は検出信号からの２次元画像情報から欠陥候補を抽出する。
【００１７】
図２に図１の走査電子顕微鏡の電子光学系における電子の基準軌道を示す。基準軌道として、電子源中心１００ａを物点とする電子源基準軌道２０１（一点鎖線）と開口中心１５４ａを物点とする開口基準軌道２０２（実線）とを示している。電子源基準軌道２０１では、電子源中心１００ａを物点とする電子ビームが、２つのコンデンサレンズ１０３，１０５により電子源第２中間像２１１を形成し、開口照射レンズ１５０により平行ビームとして開口板１５４を照射する。開口１５３を透過した平行ビームは、２つの縮小レンズ１５１，１５２により電子源像２１３を形成する。このとき、電子源像２１３は対物レンズ１１３の後方焦点面に電子源像２１３を形成するように制御される。
【００１８】
一方、開口基準軌道２０２では、開口中心１５４ａを物点とする電子ビームが、２つの縮小レンズ１５１，１５２と対物レンズ１１３とにより試料１１４上に縮小された開口１５３の開口像２２１を形成する。図３に開口基準軌道２０２の詳細を示す。図３は、開口板１５４の開口１５３を試料上に開口像２２１として投影結像する電子軌道の開口の右端と左端からの３方向の電子軌道（それぞれ、開口右端軌道２５１（破線）及び開口左端軌道２５２（点線）という）を示している。電子軌道が第１縮小レンズ１５１と第２縮小レンズ１５２により開口中間像２２０を形成した後に、レンズ条件に従った倍率で試料１１４上に開口像２２１として投影結像される様子が示されている。
【００１９】
図４Ａに試料１１４近傍での電子軌道を示す。図では開口板１５４の開口１５３の両端を物点とした電子軌道を有する１次電子４０１を示しており、図３に示した電子軌道により、開口角４０２の角度を持って試料１１４上に焦点を結んでいる。左右の焦点位置の間に開口像２２１が形成されることになる。また、開口角４０２の中心を通る軌道と試料面とのなす角度が入射角４０３であり、本実施例では左右ともおおよそ９０度である。この状態をテレセントリックと呼び、深溝や深孔の観察では重要な電子ビーム特性である。図２において説明したように、対物レンズ１１３の後方焦点面に電子源像２１３を形成しているのはこの状態を実現するためである。すなわち、対物レンズ１１３の後方焦点面は対物レンズ１１３に対して試料側から光軸方向に沿って平行ビームを入射した場合に、焦点を結ぶ位置である。図３に示されるように、開口右端軌道２５１のうち光軸方向に沿って直進する軌道２５１ａ及び開口左端軌道２５２のうち光軸方向に沿って直進する軌道２５２ａは、２つの縮小レンズ１５１，１５２により電子源像２１３の位置で点４０５に入射される。点４０５は対物レンズ１１３の後方焦点面上の点であるから、点４０５から対物レンズ１１３に入射された電子ビームは、試料面に対して垂直に入射する電子軌道を有することになる。
【００２０】
図４Ｂは開口板１５４の開口１５３が円形開口である場合に、試料１１４上に形成される開口像２２１を示す。図５Ａ〜Ｃを用いて、本実施例の開口像２２１から得られる電子ビーム強度分布について説明する。図５Ａは開口像２２１の電子ビーム強度分布（ビームプロファイル）である。ここで、開口像２２１の電子ビーム強度分布は、開口像２２１の中心４１０（図４Ｂを参照）での一次元分布で代表させている。以下、図５Ｂ，Ｃも同じである。開口像２２１の電子ビーム強度分布は、図５Ｂに示す理想的な開口像の電子ビーム強度分布に比べると開口像のエッジ部分で電子ビーム強度が低下しており、開口像全体の幅を「開口像サイズ」、エッジ部分の幅を「エッジサイズ」と呼ぶ。例えば、開口像サイズは相対強度が0.5である電子ビーム強度分布の広がりとして、エッジサイズは相対強度が0.1〜0.9である電子ビーム強度分布の広がりとして定義することができる。
【００２１】
ここで、理想的な開口像は開口板１５４の開口１５３の開口形状に投影倍率を乗じたものになる。開口の投影倍率は、縮小投影光学系の３つのレンズにより定まる。一方、エッジサイズは、電子光学系の光学収差やビーム振動で決まる。このため、エッジサイズ像の強度分布を正確に求めることは困難であるが、図５Ｃがエッジサイズの原因となる光学収差やビーム振動によるエッジサイズ像の強度分布であるとすると、図５Ａに示す開口像の電子ビーム強度分布は、図５Ｂに示す理想開口像の電子ビーム強度分布と図５Ｃに示すエッジサイズ像の電子ビーム強度分布との２つの分布のコンボリューションとして形成される関係にある。
【００２２】
以下に、走査電子顕微鏡（図１参照）により、開口像の電子ビームを用いて取得したＳＥＭ画像を、開口像の電子ビーム強度分布を元に高分解能化する手法について説明する。画像処理は、画像処理部１４８（図１参照）により行われる。本手法では、ＳＥＭ画像の分解能をエッジサイズの分解能（以降、エッジ分解能と呼ぶ）近くまで向上させることができる。
【００２３】
まず、電子ビーム強度分布情報を用いてＳＥＭ画像を高分解能化する原理を説明する。ＳＥＭ画像（検出器の検出信号からの２次元画像情報）は試料情報と電子ビーム強度分布情報のコンボリューションとして表現されるので、フーリエ変換の性質を使用すると試料情報と電子ビーム強度分布情報の積算として表すことができる（数１）。
【００２４】
【数１】
2019160606.tif 000003
【００２５】
ここで、ＩはＳＥＭ画像、Ｓは電子ビーム強度分布情報を含まない試料情報、ＢＰは電子ビーム強度分布情報であり、ＦＴはフーリエ変換、ＦＴ-1はフーリエ逆変換を表している。したがって、電子ビーム強度分布情報を含まない試料情報として再構成した再構成画像は、（数１）の両辺から電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションすることで得られる。具体的には、ＳＥＭ画像Ｉと電子ビーム強度分布情報ＢＰをフーリエ変換したものを除算して逆フーリエ変換することで行える（数２）。
【００２６】
【数２】
2019160606.tif 000004
【００２７】
このデコンボリューションにより、走査電子顕微鏡により取得したＳＥＭ画像を高分解能化することができることが知られている。しかしながら、課題にも述べたように、従来のように電子源像で画像を取得する場合、電子源像の電子ビームの電子ビーム強度分布情報を正確に得ることは極めて困難であった。
【００２８】
図６の波形６０１は開口像の電子ビームで画像を取得する際の情報伝達のゲイン（Optical Transfer Function）である。波形６０１は、図５Ａに示した開口像の電子ビーム強度分布をフーリエ変換（数３）することにより求めることができる。
【００２９】
【数３】
2019160606.tif 000005
【００３０】
ここで、ｆ(ｘ)は電子ビーム強度分布（図５Ａの波形）、ｇ(ｗ)は情報伝達ゲイン、ｗは角度周波数（なお、図６では角度周波数を相対値とした相対周波数で示している）である。
【００３１】
波形６０１に示されるように、角度周波数（相対周波数）が高くになるに従いゲインが低下して点６０２（「ゼロ点周波数」という）において一度ゼロとなる。このことは高周波の情報ほど得ることが困難であることを示している。しかしながら、ゼロ点周波数６０２を超えて更に高周波領域になるとゲインの絶対値が増加する。これは開口像を用いた場合の特徴であり、高分解能な画像を得られるポテンシャルを有することを示している。すなわち、ゼロ点周波数を超えてさらに高周波領域まで情報を得ることができる。
【００３２】
具体的には、（数２）の電子ビーム強度分布情報ＢＰとして、理想開口像の電子ビーム強度分布（図５Ｂの波形）を適用する。先に述べたように、開口像の電子ビーム強度分布は、理想開口像の電子ビーム強度分布とエッジサイズ像の電子ビーム強度分布とのコンボリューションとして形成されるため、開口像のゲインは、理想開口像のゲインとエッジサイズ像のゲインとを乗じたものになる。また、理想開口像のゲインは開口形状と投影倍率から計算で得られる。これにより、開口像によって得たＳＥＭ画像から理想開口像の電子ビーム強度分布情報をデコンボリューションすることにより、エッジサイズ像相当の電子ビームで画像取得した画像が復元できることを意味している。図６にエッジサイズに相当するビームで画像取得した場合のゲイン（波形６０３）を合わせて示している。このように、開口像の電子ビームによる情報伝達のゲインよりも全周波数帯域で情報伝達ゲインが向上していることが理解できる。
【００３３】
理想開口像のゲインは、開口１５３の開口形状と投影倍率との積で推定される理想開口像の矩形プロファイル（図５Ｂの波形）をフーリエ変換することで正確に求まるため、開口像サイズには関わりなく、本手法の画像処理により同じ分解能（エッジ分解能相当）の画像を得ることができる。すなわち、大電流化に伴って開口像が大きくなっても、小電流に近い分解能の画像を復元することが可能であることを示している。従って、本手法は開口像サイズがエッジサイズより大きい方が効果を発揮する。通常の電子光学系の能力を考慮すると5nm以上のサイズが有力と考えられる。これに加えて、撮像時の画素サイズも実質的な分解能劣化要因であるために、開口像サイズが画素サイズより大きいことが望ましい。
【００３４】
なお、エッジ分解能以上の高分解能を画像処理によって得るには、エッジサイズ像のゲインを正確に知る必要がある。エッジサイズ像を規定するビーム振動などは正確に把握することが困難なものであるため、本手法の画像処理により得られる分解能もエッジ分解能相当にとどまる。しかしながら、本手法により開口像サイズに起因する分解能劣化を救済することができ、分解能劣化の主因がビームサイズとなる大電流条件（例えば、深溝や深孔の底部観察等における光学条件）において、特に本手法を適用することの利点は大きい。
【００３５】
なお、図６に示したように、本手法では情報伝達が不可能な周波数（「ゼロ点周波数」）が生じる。ゲインが０となる周波数での情報復元を行おうとしても計算が発散してしまうためである。これに対処する一つの手段は、ゼロ点周波数の周辺の周波数のデータを用いてゼロ点周波数の情報を推定する方法である。簡便な方法の例としては、取得画像のフーリエ変換で該当周波数近傍での分布を関数フィッティングする方法が挙げられる。
【００３６】
この他にも、複数の画像を取得して画像処理を行ってもよい。図７に開口角を等しくした異なるサイズの開口像のゲインを示した。異なる投影倍率または異なる開口形状の少なくともいずれか一方を用いることにより、異なるサイズの開口像の画像取得が可能となる。この場合、図７に示すように、開口像によりゼロ点周波数が異なり、同じ周波数でもゲインの値がより大きい開口像の２次元画像情報を用いることで、より正確な画像処理が可能となる。エッジ分解能の主要因である光学収差は開口角に依存するために、開口角を等しくするように光学条件を設定することで、開口像のサイズが異なっていていても、分解能の復元目標となるエッジ分解能は等しくすることができる。
【００３７】
一方、検出器から取得されるＳＥＭ画像のＳＮが低い場合、本手法の画像処理により分解能を向上させると、ノイズの影響をも増幅し、処理された画像にかえって悪影響を及ぼす場合がある。このため、画像処理部１４８では分解能向上の程度を規定する画像処理パラメータＰを指定し、画像処理パラメータＰにしたがってＳＥＭ画像の高分解能化を行うようにすることが望ましい。
【００３８】
ここで、α＝（エッジサイズ像のゲイン）／（開口像のゲイン）とし、画像処理による分解能向上指数Ｇが、例えば（αＰ＋（１−Ｐ））となるように画像処理を行う。Ｐ＝１のときＧ＝αとなってＳＥＭ画像をエッジ分解能へ向上させ、Ｐ＝０のときＧ＝１となって復元なしとなる。０＜Ｐ＜１で中間的な分解能向上が行われる。図８に画像処理パラメータＰごとの復元画像の情報伝達のゲインを示す。このように、画像処理パラメータＰを指定して高分解能化することにより、ＳＮの低い画像に対しても本手法を適用した高分解能化が可能になる。なお、分解能向上指数Ｇは例示のものに限定されない。Ｐ＝１のときＧ＝α、Ｐ＝０のときＧ＝１、０＜Ｐ＜１でＧ＝α〜１となる関数であればよい。
【００３９】
図９に表示装置１４７に表示されるＧＵＩ（Graphical User Interface）の例を示す。画像処理により画像の分解能を大きく変化させるため、画面９００に画像処理前画像９０１と画像処理後画像９０２とを表示する。これにより、処理前後の画像を比較することが可能になり、取得した画像を総合的に判断することが可能になる。また、本手法に本質的なパラメータはパラメータ表示部９０３に表示される。表示されるパラメータには、倍率、開口像サイズ、半開口角（開口角（図４Ａ参照）の1/2）、画像処理パラメータＰを含む。開口像サイズの単位は「nm」、半開口角の単位は「mrad」である。オペレータは、パラメータ表示部９０３においてこれらの値を設定することにより、光学パラメータの調整や決定あるいは画像処理の最適化を容易に行うことが可能となる。
【００４０】
次に、本実施の形態の電子ビーム装置を用いた試料の検査方法について説明する。図１０に高速検査のためのフローチャートを示す。深穴、深溝等の三次元形状について検査を行う場合、小開口角で大電流の光学条件を設定するため、開口像サイズが大きくなり、本手法による画像処理により得られたＳＥＭ画像の高解像化が可能である。しかしながら、欠陥検査を目的とする場合は、必ずしもすべての箇所で画像処理を行う必要はない。第１の撮像箇所へ移動し（ステップ１００１）、撮像し（ステップ１００２）、撮像されたＳＥＭ画像（検出信号からの２次元画像情報）に対して異常判定部１４９にて異常判定を行う。撮像されたＳＥＭ画像より欠陥候補ありと判定された場合には、画像処理部１４８にて画像処理により高分解な欠陥解析画像を形成する（ステップ１００４）。欠陥候補なしと判定された場合には、次の撮像箇所へ移動する（ステップ１００５）。
【００４１】
図１１は高速検査のための別のフローチャートである。本例では、撮像されたＳＥＭ画像より欠陥候補ありと判定された場合には、欠陥候補有と判定された領域に対して電子ビームの全照射量を増やした撮像を追加で実施して、ステップ１００２よりもＳＮを向上させたＳＥＭ画像を得る（ステップ１０１０）。画像処理部１４８にて、ＳＮを向上させたＳＥＭ画像について画像処理により高分解な欠陥解析画像を形成する（ステップ１０１１）。これにより画像処理時のノイズの影響を軽減して欠陥解析を行うことができる。
【００４２】
また、先に開口像サイズを第１の開口板１５４の第１の開口１５３の開口形状と投影倍率に基づき、演算により求めることを説明した。しかしながら、電子ビーム装置の正確な投影倍率が未知である場合もある。この場合は、開口像サイズを実機より求めることができる。図１２に開口像サイズを計測するフローチャートを示す。この例では、計測用マークとしてシリコンに埋め込んだタングステンラインパターンを用いる。まず、この計測用マークの位置に移動する（ステップ１２０１）。次にタングステン埋込ラインを撮像し（ステップ１２０２）、１次元の電子ビーム強度分布を取得する（ステップ１２０３）。開口像の強度分布は半円形状となる。開口１５３が円形であることに基づき、この電子ビーム強度分布を元に開口像の径を算出する（ステップ１２０４）。開口１５３の形状が既知であるために、装置の投影倍率が未知であっても開口像サイズを精度よく推定することが可能となり、画像処理を精度よく行うことが可能になる。なお、埋込ライン構造を用いたのは２次電子放出のエッジ効果による電子ビーム強度分布の変形を避けるためである。
【００４３】
さらに、試料の検査を行う複数台の電子ビーム装置の機差を低減する手法について説明する。個々の装置それぞれの全体構成は図１に示すものと同等であり、そのいずれかを用いて試料を検査する。開口形状の情報は記録装置１４５に格納されており、第１縮小レンズ制御部１６１、第２縮小レンズ制御部１６２、対物レンズ制御部１４２を制御した各電磁レンズの励磁パラメータから求められる縮小投影光学系の投影倍率と開口形状データとを用いて、装置制御部１４６において開口像サイズを算出する。なお、開口は円形開口であり、開口像サイズは円形開口像の直径で代表させるものとする。
【００４４】
機差低減のフローチャートを図１３に示す。まず、第１の装置の開口像サイズを求め（ステップ１３０１）、次に第２の装置の開口像サイズを求める（ステップ１３０２）。両者のサイズを比較し（ステップ１３０３）、異なる場合には、第１の開口像サイズを基準として、第２の開口像サイズを第２の装置の投影倍率を制御することにより調整する（ステップ１３０４）。これにより第１の装置の開口像サイズと第２の装置の開口像サイズとの違いに起因する機差を低減して検査を実行できる（ステップ１３０５）。ステップ１３０５において、図１０、図１１で説明した高速検査のためのフローを適用してもよい。対象となる装置が更に存在する場合には、本手法を第３、第４の装置に拡張して適用することにより、複数の装置の機差を管理することが可能である。なお、投影倍率を調整する際には、開口像の開口角が変化しないよう第１及び第２コンデンサレンズの調整を行う。
【００４５】
従来の電子源像を用いた装置では、電子源像サイズの正しい推定が困難である、大電流では倍率が大きいため外乱などによるビーム振動が顕著である、といったデメリットがある。ビーム振動は装置全体に係わることなので制御が難しく、機差低減の大きな障害である。このため、開口像を用いる本手法は機差低減の観点からも有効と考えられる。
【００４６】
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、ある例の構成の一部を他の例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある例の構成に他の例の構成を加えることも可能である。また、各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、本発明は深溝や深孔の検査に限定されることなく、大電流で撮像を行う際に広く有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１…電子銃、１０２…第１アライナー、１０３…第１コンデンサレンズ、１０５…第２コンデンサレンズ、１０６…第１走査偏向器、１０８…第２走査偏向器、１１３…対物レンズ、１１４…試料、１１５…ステージ、１１６…１次電子、１１７…２次電子、１２１…第１検出器、１２２…第２検出器、１３１…電子銃制御部、１３２…第１アライナー制御部、１３３…第１コンデンサレンズ制御部、１３５…第２コンデンサレンズ制御部、１３６…第１検出系制御部、１３７…第１走査偏向器制御部、１３８…第２検出系制御部、１３９…第２走査偏向器制御部、１４１…ブースター電圧制御部、１４２…対物レンズ制御部、１４４…試料電圧制御部、１４５…記録装置、１４６…装置制御部、１４７…表示装置、１４８…画像処理部、１４９…異常判定部、１５０…開口照射レンズ、１５１…第１縮小レンズ、１５２…第２縮小レンズ、１５３…第１の開口、１５４…第１の開口板、１５５…開口板ステージ、１６０…開口照射レンズ制御部、１６１…第１縮小レンズ制御部、１６２…第２縮小レンズ制御部、１６３…開口位置制御部、２０１…電子源基準軌道、２０２…開口基準軌道、２１０…電子源第１中間像、２１１…電子源第２中間像、２１２…電子源第３中間像、２１３…電子源像、２２０…開口中間像、２２１…開口像、２５１…開口右端軌道、２５２…開口左端軌道、４０２…開口角、４０３…入射角、９５３…第２の開口、９５４…第２の開口板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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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【図１３】
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