(57)【要約】【課題】高速かつ高い効率で焦点位置の検出を行うと共に、試料の帯電（チャージング）、損傷などを防ぐ。【解決手段】荷電粒子ビームが照射された試料からの２次荷粒子に基づいて画像信号を取得し試料像を形成する走査電子顕微鏡１０のオートフォーカス方法である。オートフォーカス装置４０として複数の走査ラインからなる１フレーム分の試料領域を走査するに際して収束手段を駆動して荷電粒子ビームの焦点位置を所定範囲にわたって移動させる画像情報取得工程と、得られた１フレーム内の焦点の変更された試料像に対し、画像信号を解析して適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得する焦点位置検出工程と、得られた焦点位置に荷電粒子ビーム照射するように収束手段を設定する焦点位置設定工程とを備える。【選択図】図４
2008117643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点位置に荷電粒子ビームを収束する収束手段と前記荷電粒子ビームを２次元的に走査する走査手段とを備え、前記荷電粒子ビームが照射された試料からの２次荷電粒子に基づいて画像信号を取得し試料像を形成する荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、
複数の走査ラインからなる１フレーム分の試料領域を走査するに際して前記収束手段を駆動して前記荷電粒子ビームの焦点位置を所定範囲にわたって移動させる画像情報取得工程と、
前記焦点移動中に得られた１フレームの前記試料像を表す画像信号を解析して適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得する焦点位置検出工程と、
前記収束手段を前記適正な焦点位置に設定する焦点位置設定工程とを備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項２】
前記焦点位置変更工程では、前記試料の１フレームの領域において前記所定範囲において焦点位置の移動を複数回にわたり行い、各移動回における画像信号を取得し、
前記焦点位置検出工程では、前記各移動回における画像信号に基づいて適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得することを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項３】
前記画像情報取得工程では、前記焦点位置の移動を複数周期からなる鋸歯状波に基づいて行うことを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項４】
前記焦点位置検出工程では、前記試料像の鮮鋭度を表す画像信号のスコア値を求め、このスコア値に基づいて前記適正な焦点位置を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項５】
前記焦点位置検知工程では、走査によって得られる複数回の画像信号から取得したスコア値を平均化して適正な焦点位置を得ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項６】
前記焦点位置検出工程では、前記画像信号中に現れる試料像のエッジ数が所定数以下のとき、その画像信号を無視して前記スコア値を得ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項７】
前記画像情報取得工程では、交差する方向に荷電粒子ビームを走査して１フレームの画像を複数取得し、
前記焦点位置検出工程では、前記複数の画像により適正な焦点位置を得ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項８】
前記画像情報取得工程では、複数フレームの画像を得るものとし、各フレームでは、荷電粒子ビームの焦点位置の走査方向、偏向量、位置、及び、周期数の少なくとも一つを相違させて荷電粒子ビームを走査し、
前記焦点位置検出工程では、得られた複数フレームの画像に基づいて適正な焦点位置を得ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法。
【請求項９】
前記請求項１乃至８のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法をコンピュータで実行することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１０】
請求項９記載のプログラムを格納したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上の観察対象領域に荷電粒子ビームを照射し、試料から発生する二次荷電粒子により試料像を形成する荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法、コンピュータプログラム、及び、記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置にあっては、試料に照射する電子線の観察視野は高精度かつ広域のものが求められ、オートフォーカス装置も高速で高い焦点精度が要求される。また、観察時試料の損傷を極力防止する必要があり、低ダメージ化が要求されている。
【０００３】
このようなオートフォーカス装置において、フォーカス値検出の代表的な方法として、フォーカスを変えながら、複数の画像を取得し複数の画像を参照して最適なフォーカス値を決定する方法がある。
【０００４】
図６は従来の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法を説明する図である。この例は、焦点位置を基準フォーカス位置ＦからΔfずつ変化させながら複数の画像（図６（ａ）〜（ｅ））を取得し、それぞれの画像における像の鮮鋭度を評価し、この鮮鋭度から最適なフォーカス値を算出するものである。図５に示す例ではＦ＋Δｆ×２の画像（図６（ｃ））が最適なフォーカス値を有するものとして検出される。
【０００５】
これに類似する方法が特許文献１に記載されている。特許文献１には、電子ビームを試料上に集束すると共に、試料上の所定領域でビームを次元的に走査する荷電粒子ビーム装置において、試料上におけるビームのフォーカスの状態を段階的に変化させ、各フォーカスの段階において試料上の特定領域をビームによって走査し、ビーム走査に基づいて得られた検出信号に適当な処理を施してピーク確度を判定し判定された複数のピーク確度を比較していずれかのピーク位置を選択し、選択されたピーク位置に対応する電子ビームのフォーカスの状態にビームのフォーカス状態をセットするものが記載されている。これらは、試料像を撮影する１フレーム毎にフォーカスを変化させて、適正なフォーカス位置を求める方法である。
【０００６】
また、焦点位置検出の他の方法として、焦点位置検出時のスキャン領域を狭くし、フォーカスを変化させることにより最適なフォーカス値を決定する方法がある。図７は従来の荷電粒子ビーム装置の他のオートフォーカス方法を示す図である。この例は、試料に荷電粒子ビームを狭い同一領域に複数回スキャンし、１スキャン毎にフォーカスを変化させるものである。図７に示す例では、スキャン領域を中央だけに限定し（図７（ａ））、フォーカスを変化させ、それぞれのフォーカス値における画像を、順に並べ画像を得る（図７（ｂ））。つまり図７（ｂ）の画像では、最上位置にＦｏｃｕｓ値：Ｆ時の画像が表示され、次の行には、Ｆｏｃｕｓ  ＋Δｆの画像が表示され、下方に向け次々にΔｆが加算された状態の画像が表示される。この例では、得られた図６（ｂ）の画像より、各行における画像の鮮鋭度を求め、この鮮鋭度より最適なフォーカス値を算出するものである。
【特許文献１】特開２００２−３３４６７８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前者のフォーカスを変化させながら複数の画像を取得する方法では、複数の画像を取得する必要があるため、実行時間が長くなるという問題がある。即ち、最適フォーカス値の算出に複数の画像を得る必要があり、この問題は、観察視野の高精細化（ピクセル数の増大）に伴ってより顕著に現れる。
【０００８】
また、後者のスキャン領域を狭くした方法では、高速に最適なフォーカス値を得ることができるが、荷電粒子ビームを試料の狭い領域に何回も照射するためその部分のダメージが大きくなるという欠点がある。また狭くした領域にパターンがない場合にはオートフォーカスできないという欠点もある。
【０００９】
そこで、本発明は上記の課題を解決して高速かつ高い効率で焦点位置の検出を行うと共に、試料の帯電（チャージング）、損傷などを防ぐことができる荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法、コンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を備える。即ち、請求項１の発明は、焦点位置に荷電粒子ビームを収束する収束手段と前記荷電粒子ビームを２次元的に走査する走査手段とを備え、前記荷電粒子ビームが照射された試料からの２次荷電粒子に基づいて画像信号を取得し試料像を形成する荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、複数の走査ラインからなる１フレーム分の試料領域を走査するに際して前記収束手段を駆動して前記荷電粒子ビームの焦点位置を所定範囲にわたって移動させる画像情報取得工程と、前記焦点移動中に得られた１フレームの前記試料像を表す画像信号を解析して適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得する焦点位置検出工程と、前記収束手段を前記適正な焦点位置に設定する焦点位置設定工程とを備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の荷電ビーム装置のオートフォーカス方法において、前記焦点位置変更工程では、前記試料の１フレームの領域において前記所定範囲にわたる焦点位置の移動を複数回にわたり行い、各移動回における画像信号を取得し、前記焦点位置検出工程では、前記各移動回における画像信号に基づいて適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、前記画像情報取得工程では、前記焦点位置の移動を複数周期からなる鋸歯状波に基づいて行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、前記焦点位置検出工程では、前記試料像の鮮鋭度を表す画像信号のスコア値を求め、このスコア値に基づいて前記適正な焦点位置を取得することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス装置において、前記焦点位置検知工程では、走査によって得られる複数回の画像信号から取得したスコア値を平均化して適正な焦点位置を得ることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、前記焦点位置検出工程では、前記画像信号中に現れる試料像のエッジ数が所定数以下のとき、その画像信号を無視して前記スコア値を得ることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、前記画像情報取得工程では、交差する方向に荷電粒子ビームを走査して１フレームの画像を複数取得し、前記焦点位置検出工程では、前記複数の画像により適正な焦点位置を得ることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法において、前記画像情報取得工程では、複数フレームの画像を得るものとし、各フレームでは、荷電粒子ビームの焦点位置の走査方向、偏向量、位置、及び、周期数の少なくとも一つを相違させて荷電粒子ビームを走査し、前記焦点位置検出工程では、得られた複数フレームの画像に基づいて適正な焦点位置を得ることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、前記請求項１乃至８のいずれか記載の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法をコンピュータで実行することを特徴とするコンピュータプログラムである。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項９記載のプログラムを格納したことを特徴とする記録媒体である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス動作において、最小で試料の１フレームをスキャンする間に適正な焦点位置を取得することができるので、試料を１フレームだけスキャンするだけ迅速なオートフォーカス動作を行うことができる。また複数回にわたり試料画像を積算すればノイズの低減を図ることができる。更に、試料の局所に荷電粒子ビームを照射することがないので試料の帯電、損傷などを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明が適用される荷電粒子ビーム装置の一例である走査電子顕微鏡について説明する。図１は実施の形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【００２２】
走査電子顕微鏡１０は、図１に示すように、鏡筒１１内上部の電子線源１２から発生した電子線１３を、アライメントコイル１４（走査手段）、スティグコイル１５（走査手段）で収差補正をしつつ走査し、対物レンズコイル１６（収束手段）でフォーカスを調整し、例えばウェハ等の資料２１を走査する。そして、試料室２０内の試料２１から発生する二次電子、反射電子などの荷電粒子１７を検出器１８で検出し、この検出器１８からの信号を顕微鏡制御装置３０で処理し、前記走査手段の走査に同期して画像表示装置３５に試料像として観察可能に表示するものである。また、本例に係る走査電子顕微鏡１０には、オートフォーカス装置４０が接続されている。
【００２３】
次にオートフォーカス装置４０について説明する。図２は実施の形態に係る走査電子顕微鏡のオートフォーカス装置の構成を示すブロック図である。オートフォーカス装置４０は、図２に示すように、焦点位置変更装置４１と、焦点位置検出装置４２と、焦点位置設定装置４３とを備えている。
【００２４】
なお、顕微鏡制御装置３０及びオートフォーカス装置４０はコンピュータにプログラムを実行させることにより前記機能を実現する。このプログラムは、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体に格納しておくことができ、コンピュータにイントールされることにより、コンピュータは前記機能を実現する。
【００２５】
焦点位置変更装置４１は、複数の走査ラインから構成される１フレーム分の試料領域を走査するに際して前記収束手段を駆動して前記荷電粒子ビームの焦点位置を所定範囲にわたって移動させる。即ち本例では、焦点位置変更装置４１は、顕微鏡制御装置３０を介して対物レンズコイル１６を駆動して、１フレームの間に荷電粒子ビームを基準フォーカス位置Ｆから指定された振り幅ΔＦを加えた位置（Ｆ＋ΔＦ）まで複数回（例えば４回〜６４回）変更して照射する。
【００２６】
図３は実施の形態に係る焦点位置変更装置の動作を示す模式図である。焦点位置変更装置４１は、図３（ａ）に示すように、試料２１の１領域を撮影するに際して、焦点位置を４周期にわたりＦ〜Ｆ＋ΔＦに変更する（図３（ｂ））。この変更は鋸歯状波によって行われる。なお、この変更は他の波形例えば三角波によるものであってもよい。また、反復周期は４に限らず１、２、８、１６…としてよい。
【００２７】
検出器１８は試料２１からの荷電粒子１７を検出して、顕微鏡制御装置３０は試料の１フレームの画像信号を得る。この動作では、荷電粒子ビームの走査は、試料の観察領域の全面について最小で１回だけ行われるから、試料にダメージを与えることがない。なお、走査は試料画像のノイズ低減のため複数回画像を積算することも可能である。
【００２８】
このように荷電粒子ビームの焦点位置が変更されつつ走査されると、画像信号として、図３（ｂ）に示すものが得られる。この例では、画像信号から得られる画像は、鋸歯状波の周期毎に４つに分けることができる。この周期毎の画像（分割画像）毎にフォーカスが合っている個所では、試料のパターン（模様）が明瞭に現れ、その前後では、焦点があっておらず徐々にパターンがぼやけていく。
【００２９】
次に焦点位置検出装置４２について説明する。焦点位置検出装置４２は、焦点位置変更装置４１による走査で取得した画像中からパターンの線（エッジ）を抽出し、このエッジの画像情報を解析して、鮮鋭度を表す画像信号のスコア値を求め、このスコア値に基づいて前記適正な焦点位置を取得する。
【００３０】
また、焦点位置検出装置４２は、画像の取得周期（位置）による試料のパターンの多寡や、部分的にパターンがない場合、これらによりスコア値に影響が出るのを防止する補正を行うものとしている。この補正は、得られた４周期の画像に基づいて試料像の鮮鋭度を表す画像信号のスコア値をそれぞれの周期で求め、これらのスコア値を平均することによる。
【００３１】
更に、焦点位置検出装置４２は、試料像の試料のパターンの多寡による影響を排除する補正を行うものとしている。この補正は、１周期における画像信号中にエッジ数が所定数より少ない場合、焦点位置検出の対象から外すことによる。
【００３２】
以下焦点位置検出装置４２の動作アルゴリズムについて説明する。図４は焦点位置検出装置の動作を示すフローチャート、図５は焦点位置検出装置の動作を示す模式図である。なお、説明中のｙ方向はフォーカスを変更させた方向を、ｘ方向はフォーカスを変更しない方向を、ｆは焦点の変更方向（電子線光軸上）をさす。
【００３３】
焦点位置検出装置４２は各分割画像の鮮鋭度を以下の手順で算出して評価する。まず、焦点位置検出装置４２は、繰り返し回数を設定する（ＳＴ１）。初期値を０とし、処理の繰り返し毎に「１」を加算して繰り返し回数を算出する。
【００３４】
次いでフォーカスの振り幅の判定を行う（ＳＴ２）。フォーカスの振れ幅（ΔＦ）が閾値１（予め定めた任意の定数）より大きい場合にはエラーと判断する。フォーカスの振れ幅は、後段の処理により増減する。振れ幅が大きすぎると、フォーカスの精度が不良となるためである。
【００３５】
次いで、繰り返し回数の判定を行う（ＳＴ３）、繰り返し回数が、閾値２（任意の定数）より大きい場合にはエラーと判断する。一定回数以上繰り返しても適正なフォーカス値を得ることができない場合は適正なフォーカス値が取得ができないものと判断する。
【００３６】
次いで画像取得を行う（ＳＴ４）。焦点位置変更装置４１により１フレーム内で指定されたフォーカス振り幅によりフォーカスを変化させた画像（図５（ａ）を取得する。またこのときのフォーカスを変化させた周期データ（周期、ゲイン、開始位置のオフセットなど）も記憶する。
【００３７】
次いで、エッジ閾値を算出する（ＳＴ５）。前述の画像に対し、平滑化処理など必要な処理を行い、画像の明るさと頻度を軸にしたヒストグラムを積分したものより、暗いほうからｙ１％、ｙ２％（それぞれｙ１％を約２％、ｙ２％を約９８％、等）を取り、その差分（ｙ２−ｙ１）をもとに、エッジ閾値を算出する。
【００３８】
次いで、スコア値の算出を行う（ＳＴ６）。取得した画像に対し、画像の１行毎にスコア値Ｓ（ｙ）及びエッジ数ＥＮ（ｙ）を算出する。得られるスコア値Ｓ（ｙ）の模式図を図５（ｃ）に示す。ここで画像をＩ（ｘ，ｙ）、ｍ，ｎは任意の定数、エッジ閾値をＥＴ、エッジ数をＥＮ（ｙ）として、差分Ｄ（ｘ、ｙ）を算出する。差分Ｄ（ｘ，ｙ）は、式（１）で得られる。
【００３９】
【数１】
2008117643.tif 000003
【００４０】
ただしＤ（ｘ、ｙ）≦０の場合はＤ（ｘ，ｙ）＝０とする。なお、差分Ｄ（ｘ，ｙ）は、以下の（２）式で求めることもできる（ｍ，ｎ，ｏ，ｐは任意の定数）。
【００４１】
【数２】
2008117643.tif 000004
【００４２】
各行のスコア値Ｓ（ｙ）、及び有効データ個数Ｅ（ｙ）は以下のようにして求められる。ここでＩＸはフォーカスを変化させない方向の画像サイズであり、ＥＮ（ｙ）は、Ｄ（ｘ，ｙ）＞０となった個数である。またＥＮ（ｙ）より、閾値ＥＮｉを算出する。ＥＮｉは任意の定数であってもよいし、ＥＮ（ｙ）の分散などにより求める値でもよい。
【００４３】
ＥＮ（ｙ）＜ＥＮｉとなるｙは、Ｓ（ｙ）＝０、Ｅ（ｙ）＝０とし、それ以外は以下の計算を実行することにより得られる。
【００４４】
【数３】
2008117643.tif 000005
【００４５】
【数４】
2008117643.tif 000006
【００４６】
ここでＳ（ｙ）をＥＮ（ｙ）で除することによりパターン数の多寡に影響されにくくなる。
また、ＥＮiとの比較により、パターンが少ないと判断される場所を計算より除外することができる。
【００４７】
次いで、スコア値の平均を求める（ＳＴ７）。画像内のフォーカスの周期数をｉとした場合に、各周期の画像のＹ方向の位置に対するフォーカス値をＦ１（ｆ），Ｆ２（ｆ）…Ｆｉ（ｆ）とし、各周期の画像のＹ方向の位置に対する鮮鋭度プロファイルをＳ１（ｆ），Ｓ２（ｆ）…Ｓｉ（ｆ）とし、Ｅ（ｙ）より、各フォーカス位置の有効データ数Ｅ（ｆ）を算出する。・・・（５）
ここで各周期の鮮鋭度プロファイルを加算する。
【００４８】
【数５】
2008117643.tif 000007
【００４９】
次いで、仮ピーク算出を行い（ＳＴ８）、有効周期の判定を行う（ＳＴ９）。得られた結果Ｓ（ｆ）に対し、ピーク位置Ｐを求める。各周期のピーク位置周辺の平均値Ａ１（ｆ），Ａ２（ｆ）…Ａｉ（ｆ）は以下のように求められる。なお、ｗは任意の定数である。
【００５０】
【数６】
2008117643.tif 000008
ここで、有効とする鋸歯状波の周期ｉを求めるため、以下の処理を行う。
Ａｉの最大値Ａmaxを求め、Ａmax／ｎ＜Ａｉとなる周期ｉのみを有効とする。（ｎは任意の定数）
【００５１】
また、例えばＡiの分散Ａσを求め、Ａmax／ｎ＜Ａiとなる周期iのみを有効にする方法を採用することができる（ｎは任意の定数）。この処理を行うことにより、パターンが少ないと判断される周期を計算より除外することができる。
【００５２】
次いで、フォーカス値を算出する（ＳＴ１０）。こうして得られた有効な周期iのみを用いて、（５）の操作、及び、（６）式を再実行し、得られたＳ（ｆ）に対し、ピーク位置を算出する。ただしＳ（ｆ）＝０となるＳ（ｆ）は、除外し近似を行う。これによりパターンのないエリアがあったとしても近似時には除外されるため最適フォーカス値の算出に影響を与えないようになる。なお、ピーク位置の算出に際しては、ピーク位置を中心とした２次近似を採用することができる他、ピーク位置の左右の一定範囲（２０％〜８０％など）の範囲の直線近似の交点を採用することができる。そして、得られたピーク位置より、最適フォーカス値、近似値と実際のデータとの一致度を示す決定係数Ｒ２を算出する。
【００５３】
更に、決定係数の比較を行い（ＳＴ１１）、フォーカス値の設定を行う（ＳＴ１２）。得られた決定係数Ｒ２を閾値３（所定の定数）と比較し、予め定めた閾値３より小さい場合には、フォーカスレンジ（前記ΔＦ）の範囲を拡大し（ＳＴ１４）、再度繰り返し回数の設定（ＳＴ１）からの処理を繰り返す。また、決定係数Ｒ２が閾値３より大きい場合には、計算されたフォーカス値を設定フォーカス値として焦点位置検出装置４２に設定する。
【００５４】
次に、フォーカスレンジ判定２を行う（ＳＴ１３）。フォーカスレンジの値をとして、所定の精度を確保できる閾値４を定めておきΔＦが閾値４以下である場合には正常終了し、そうでない場合には、フォーカスレンジを縮小し、再度繰り返し回数の設定（ＳＴ１）より繰り返す。
【００５５】
以上の手順により焦点位置検出装置４２は、フォーカス値を決定する。焦点位置設定装置４３は、このフォーカス値に基づいて対物レンズコイル１６等の調整を行うことができ、走査電子顕微鏡１０のオートフォーカス操作を実行できる。
【００５６】
なお、上記例では、焦点位置変更装置４１及び焦点位置検出装置４２による処理は毎回実行されるように説明したが、オートフォーカス装置はオペレータ等の外部からの切替操作により、フォーカス（画像）の鮮鋭度の評価を行うようにしてもよい。また、焦点位置検出装置４２の設定フォーカス値と現在のフォーカス値とを比較してその差が一定範囲を超えた場合に警告を表示するか、もしくは焦点位置設定装置４３に自動調整を行うようすることができる。
【００５７】
また、実施の形態例では、試料としてウェハを挙げたが、試料はこれに限定されず、電子ビームによって検出可能なパターン等が形成されたマスク等の任意の試料であってもよい。また、荷電粒子ビーム装置は、走査電子顕微鏡に限定されず、半導体製造・検査装置などの電子ビーム照射装置であってもよい。更に、荷電粒子ビーム装置で使用する荷電粒子は、電子に限らず、イオンなどの他の荷電粒子であってもよい。
【００５８】
更に、上記例では焦点位置変更装置は、１フレームの走査中において走査方向を同一のものとしたが、走査方向を交差する２方向で行うことができる。
【００５９】
そして、上記例は定めた一定の荷電粒子ビームの焦点位置の走査方向、偏向量、位置、及び、周期数で１フレームの画像を取得して焦点位置を求める場合について説明したが、焦点位置変更装置は複数フレームの画像を得るものとし、各フレームでは、荷電粒子ビームの焦点位置の走査方向、偏向量、位置、及び、周期数の少なくとも一つを相違させて荷電粒子ビームを走査するものとし、焦点位置検出装置では、得られた複数フレームの画像に基づいて適正な焦点位置を得るようにしてもよい。このようにすると、パターンが局所的にしかない場合や、パターンのエッジが特定方向だけにある場合にも精度良くオートフォーカス動作を行うことができる。
【００６０】
また、上記請求の範囲では、本発明を方法として記載したが、本発明を装置の発明として特定すると以下の手段を挙げることができる。
【００６１】
この場合、第１の手段は、焦点位置に荷電粒子ビームを収束する収束手段と前記荷電粒子ビームを２次元的に走査する走査手段とを備え、前記荷電粒子ビームが照射された試料からの２次荷電粒子に基づいて画像信号を取得し試料像を形成する荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス装置において、複数の走査ラインからなる１フレーム分の試料領域を走査するに際して前記収束手段を駆動して前記荷電粒子ビームの焦点位置を所定範囲にわたって移動させる焦点位置変更装置と、前記焦点変更中に得られた１フレームの前記試料像を表す画像信号を解析して適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得する焦点位置検出装置と、得られた焦点位置に荷電粒子ビームを照射するように前記収束手段を設定する焦点位置設定装置と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス装置である。
【００６２】
また、第２の手段は、前記第１の手段記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置の焦点位置変更装置において、試料の１フレームの領域において前記所定範囲において焦点位置の移動を複数回にわたり行い、各移動回における画像信号を取得し、前記焦点位置検出装置は、前記各移動回における画像信号に基づいて適正な荷電粒子ビームの焦点位置を取得することを特徴とするものである。
【００６３】
また、第３の手段は、前記第１又は第２の手段記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置において、前記焦点位置変更装置は、前記焦点位置の移動を鋸歯状波に基づいて行うことを特徴とするものである。
【００６４】
また、第４の手段は、前記第１乃至第３の手段のいずれか記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置焦点位置検出装置において、前記試料像の鮮鋭度を表す画像信号のスコア値を求め、このスコア値に基づいて前記適正な焦点位置を取得することを特徴とするものである。
【００６５】
また、第５の手段は、前記第１乃至第４の手段のいずれか記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置において、前記焦点位置検出装置は前記焦点位置検知装置走査によって得られる複数回の画像信号から取得したスコア値を平均化して適正な焦点位置を得ることを特徴とする。
【００６６】
また、第６の手段は、前記第１乃至第５の手段のいずれか記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置において、前記焦点位置検出装置は、前記画像信号中に現れる試料像のエッジ数が所定数以下のとき、その画像信号を無視して前記スコア値を得ることを特徴とすることを特徴とする。
【００６７】
また、第７の手段は、前記第１乃至第６の手段のいずれか記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置において、前記焦点位置変更装置は、交差する方向に荷電粒子ビームを走査して１フレームの複数の画像を得て、複数の画像により適正な焦点位置を得ることを特徴とする。
【００６８】
請求項８の手段は、前記第１乃至第７の手段のいずれか記載の荷電粒子ビームのオートフォーカス装置において、前記焦点位置変更装置は、複数フレームの画像を得るものとし、各フレームでは、荷電粒子ビームの焦点位置の走査方向、偏向量、位置、及び、周期数の少なくとも一つを相違させて荷電粒子ビームを走査し、前記焦点位置検出装置は、得られた複数フレームの画像に基づいて適正な焦点位置を得ることを特徴とする。
【００６９】
そして、第９の手段は、前記第１乃至第８のいずれか記載のオートフォーカス装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る走査電子顕微鏡のオートフォーカス装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係る焦点位置変更装置の動作を示す模式図である。
【図４】実施の形態に係る焦点位置検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態に係る焦点位置検出装置の動作を示す模式図である。
【図６】従来の荷電粒子ビーム装置のオートフォーカス方法を説明する図である。
【図７】従来の荷電粒子ビーム装置他のオートフォーカス方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  走査電子顕微鏡
１１  鏡筒
１２  電子線源
１３  電子線
１４  アライメントコイル
１５  スティグコイル
１６  対物レンズコイル
１７  荷電粒子
１８  検出器
２０  試料室
２１  試料
３０  顕微鏡制御装置
３５  画像表示装置
４０  オートフォーカス装置
４１  焦点位置変更装置
４２  焦点位置検出装置
４３  焦点位置設定装置
【図１】
2008117643.tif 000009
【図２】
2008117643.tif 000010
【図３】
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【図４】
2008117643.tif 000012
【図５】
2008117643.tif 000013
【図６】
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【図７】
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