(57)【要約】【課題】  プローブの移動量が小さく、焦点深度内でプローブ像が観察されると合焦度の違いが小さくなり高さの違いの検出が困難となる。そのため従来技術では荷電粒子線照射方向の距離を精度よく高速に求めることが困難であった。【解決手段】  焦点位置の異なる複数枚のプローブ像の平面上の位置が同じ任意部分の焦度評価値複数個用いてフィッティング補間処理を行い、得られた曲線と移動中のプローブ像の焦点評価値の比較により、プローブ移動量の検出をする。【選択図】  図１
2005147671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する手段と、荷電粒子線を前記試料上に照射する照射光学系と、前記試料に接触させるためのプローブとを備えた荷電粒子線装置において、
前記プローブの任意の領域に関し、前記荷電粒子線の合焦点位置と前記プローブとの相対距離を変えて複数の焦点評価値を計算し、
該複数の焦点評価値は、前記合焦点位置が焦点深度外であるデータを少なくとも１つ含み、
前記複数の焦点評価値から、前記プローブの高さを推定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
試料を保持する手段と、荷電粒子線を前記試料上に照射する照射光学系と、前記試料に接触させるためのプローブとを備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線の合焦点位置と前記プローブの相対距離を変える手段と、
前記プローブの任意の領域に関して焦点評価値を計算するコンピュータとを有し、
前記荷電粒子線の合焦点位置と前記プローブとの相対距離を変えて複数の焦点評価値を計算し、
前記複数の焦点評価値は、前記合焦点位置が焦点深度外であるデータを少なくとも一つ含み、
前記複数の焦点評価値から、前記プローブの高さを推定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記複数の焦点評価値から、プローブ-試料間距離に対する焦点評価値のフィッティングカーブを算出し、
該フィッティングカーブを基に前記プローブの高さを算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記焦点評価値または前記フィッティングカーブを格納するメモリを備え、該メモリに格納された焦点評価値またはフィッティングカーブからプローブの高さを算出する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記プローブと前記荷電粒子線の合焦点位置との相対距離を、荷電粒子線の合焦点位置を変更することにより変えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
プローブの高さ方向の位置を制御する手段を有し、
前記プローブと前記荷電粒子線の合焦点位置との相対距離を、プローブの高さを変更することにより変えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記推定されたプローブと前記試料との距離を表示する表示手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記プローブの任意の領域を指定するための入力手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記プローブ像の任意の領域を複数箇所指定するための入力手段と、
該複数箇所指定された領域に関して推定されたプローブと試料との距離を表示する表示手段とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料の荷電粒子線像を表示する表示手段と、
該試料の荷電粒子線像の任意領域を任意の個数だけ指定する入力手段とを有し、
該任意領域の高さを推定する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、
前記プローブの高さと前記試料の高さから、プローブと試料の相対距離を計算し、
前記表示手段に表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線像の任意領域の画像データを格納する記憶手段を備え、
前記指定された領域の高さから、荷電粒子線画像の複数の領域間の相対距離を算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項８または１０に記載の荷電粒子線装置において、
前記入力手段により指定された領域にマーキングを行なう手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置において、
前記マーキングを実行可否の問い合せを表示する表示手段と、
該問い合せに対する回答を入力するための入力手段とを有し、
該回答がマーキングの実行可であった場合には、前記マーキングを実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
試料を保持する手段と、荷電粒子線を前記試料上に照射する照射光学系と、前記試料に接触させるためのプローブと、前記試料からの二次電子を検出する二次電子検出器とを備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線の合焦点位置と前記プローブの相対距離を変える手段と、
前記プローブの任意の領域に関して焦点評価値を計算するコンピュータとを有し、
前記試料の二次電子像を合焦点位置で観察する第１の動作モードと、
合焦点位置の前記プローブ位置に対する特性曲線を取得するための第２の動作モードと、
前記第１の動作モードと第２の動作モードとを切替えるための入力手段とを備え、
前記第２の動作モードにおいて、
前記荷電粒子線の合焦点位置と前記プローブとの相対距離を変えて複数の焦点評価値を計算し、
前記複数の焦点評価値は、前記荷電粒子線の合焦点位置と前記プローブとの相対距離が焦点深度外であるデータを少なくとも一つ含み、
前記複数の焦点評価値から、前記プローブの高さを推定する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】
本発明はプローブを有した荷電粒子線装置に係り、特に、焦点ずれを利用して、荷電粒子線方向の距離を求める装置、およびプローブ位置を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上に走査して試料から所望の情報（例えば２次元に走査すると試料像）を得る。このような荷電粒子線装置では、分解能の高い試料像を得るために焦点補正を行う必要がある。焦点補正は、装置の制御値、例えば対物レンズの励磁電流を変更して、荷電粒子線が試料上でもっとも細く絞られている位置（合焦点位置）が観察対象となる位置に一致するようにする。例えば、特開２００１−３４４５９９号公報には、試料像の任意部分の合焦度を評価する技術が開示されている。
【０００３】
また、荷電粒子線装置の中には、プローブを試料室内で機械的に動作させて試料にあて、さまざまな機能を実現するものがある。このような可動プローブを有した荷電粒子線装置においてプローブを試料に接触させる際には、プローブと試料との距離を正確に測定する必要がある。
従来、プローブの高さは、熟練した装置オペレータが、プローブ画像のフォーカス度合いから目視で合焦点位置を判断し、現時点のプローブ高さは合焦点位置相当の高さであると推定していた。この方法により高さを推定するには、合焦点位置が少なくともプローブ画像の一部分に含まれていなければならない。また、試料面の高さについては、光学式の高さ測定装置により測定可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４４５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の目視によるプローブの合焦点位置の特定は、フォーカスが完全にぼけた画像で行うことはできず、少なくともプローブ画像の一部分には合焦点位置が含まれていなければならない。また、人間が判断する以上、プローブの合焦点位置を画像から正確に判断することは不可能である。従って、目視によりプローブの高さを正確に測定することは困難であり、結果的に、プローブ−試料間の距離を正確に測定することも困難である。
【０００６】
また、焦点深度が深く、プローブ画像の全領域がフォーカスして見えるような場合にも、目視による高さ判定は困難である。ここで、焦点深度とは、荷電粒子線の被写体（試料）に対する入射方向において、画像がフォーカスして見える範囲をいう。焦点深度が深いと、試料が合焦点位置になくてもフォーカスされた画像が得られ、目視によっては、当該画像が合焦点位置にあるのか、合焦点位置からはわずかにずれた位置にあるのか判断が困難となる。上記の目視による判断は、プローブ高さやプローブ−試料間距離の測定精度を高くするほど困難となる。
【０００７】
本発明の目的は、目視によらずに、プローブ高さ、またはプローブ−試料間の距離を正確に測定可能な方法及び当該方法を実現可能な荷電粒子線装置を提供することである。特に、焦点深度が、必要な高さ測定の精度よりも広い場合でも、プローブ−試料間の距離を正確に測定可能な荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、目視によらずに対象物（プローブ、試料など）の位置（高さ、基準位置との相対距離等）を検出するために、複数の焦点評価値を利用して、対象物の位置を推定する。まず、位置測定を行いたい対象物に対して合焦点位置を変えた荷電粒子線を照射して、複数の焦点評価値を測定し、得られた複数の焦点評価値をフィッティングすることにより焦点評価値の位置に対する特性曲線を求める。ないしはデータ補完を行う。
【０００９】
次に、現位置における対象物の焦点評価値を求め、前述した特性曲線ないし補完データから正しい位置を推定する。得られた対象物の位置を何らかの基準位置と比較することにより、対象物の絶対位置を測定することもできる。
焦点深度が、必要な高さ測定の精度よりも広い場合においては、特性曲線を生成するまたはデータ補完を行なうための焦点評価値データが、合焦点位置が焦点深度外にあるようなデータを少なくとも一つは含むようにする。ここで、焦点深度とは、人間の目の分解能を基準として、焦点があっているとみなされる深さ方向の距離で定義される量である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、目視によらず、従来よりも精度の高いプローブ高さ測定を行なうことが可能となる。また、焦点深度が測定精度よりも広い場合であっても、従来よりも精度の高いプローブ高さ測定を行なうことが可能となる。
【実施例１】
【００１１】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。
図１は、本実施例の一例であるプローブ駆動機構を有した走査電子顕微鏡の概略構成図である。
【００１２】
プローブ装置101は電子ビーム照射手段102と、試料103を載置する試料ステージ104と、この試料ステージ104を内包する試料室105には試料103に接触するプローブ106を移動させるプローブ移動機構107を有し、さらに、電子ビーム108の照射によって得られる2次電子109を検出する2次電子検出器110と、電子ビーム照射領域を画像として表示する画像表示手段111とを少なくとも有している。
【００１３】
ここで電子ビーム照射手段102は、いわゆる照射光学系に相当し、電子源115、収束レンズ116、対物レンズ117、偏向器118、絞り板121からなる。さらに収束レンズ116で収束される電子ビームは、絞り板121で不要な領域が除去される。試料103はプローブ106と独立に位置移動させるための試料台112に載置されており、試料台112はプローブ移動機構107とともに試料ステージ104の上に搭載されている。プローブ移動機構107および試料台112はそれぞれプローブ移動制御手段107A、試料移動制御手段112Aによって繊細な移動ができる。プローブ106を試料104に接触させて、電圧印加や得られる信号の検出、試料からの信号の検出等をテスタ113によって行なう。電子ビーム制御部114は、電子源115、収束レンズ116、対物レンズ117、偏向器118等を制御し、電子ビーム108を試料104の所望の位置に照射させることができる。対物レンズ117は、インレンズ方式、アウトレンズ方式、およびシュノーケル方式（セミインレンズ方式）など、種々の形態をとることができる。
【００１４】
また、試料に負の電圧を印加して電子ビーム108を減速させるリターディング方式も可能である。さらに、各々のレンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。コンピュータ119は、試料像やプローブ像の任意の領域から焦点評価値を算出し、その結果を記憶媒体120に記録し、移動中のプローブなどの焦点評価値から高さの算出を行うと共に、試料ステージ104、プローブ移動制御手段107A、試料移動制御手段112A、電子ビーム制御部114を制御し、2次電子検出器110からの信号を受け入れ、テスタ113への指令やテスタ113からの情報の管理、画像表示手段111への表示管理や画像の記憶などを行なう。図示されてはいないが、コンピュータ119には、マウス、キーボードなどのデータ入力手段が備えられており、後述する種々の操作、データ入力、領域指定などの動作を、オペレータが可能なように構成されている。
【００１５】
また、焦点評価値とは、画像のフォーカス具合を定量的に評価する値であり、色々な計算方法がある。
【００１６】
なお、図１の説明はコンピュータ119が走査電子顕微鏡と一体、あるいはそれに準ずるものとして説明したが、むろんそれに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられたコンピュータで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には2次信号検出器110で検出される検出信号をコンピュータ119に伝達したり、コンピュータ119から走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体120に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給するコンピュータ119で、当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００１７】
さらにコンピュータ119からプローブ移動制御手段107Aにプローブ高さの信号を送り、その信号によってプローブ106の位置を自動制御することが可能となる。
更に、図１に示した荷電粒子線は、通常のＳＥＭ観察を行なう（試料の二次電子像を合焦点位置で観察する）第１の動作モードと、合焦点位置の高さに対する特性曲線を取得するための第２の動作モードを持ち、第１の動作モードと第２の動作モードの切替え手段を備えている。このような切替え手段は、例えば、表示画面111に表示されるアイコン等で実現される。
図２に、荷電粒子線装置内のプローブと試料との相対位置関係について模式的に示す。まず、試料201上の任意の位置に対して荷電粒子線202の焦点があう荷電粒子線の制御値を求める。ここで荷電粒子線の制御値とは、照射光学系を制御するために与える各種電気信号等で、具体的には、図１の電子レンズ、収束レンズ、偏向器への印加電圧や絞り板の穴径などである。
【００１８】
次に、荷電粒子線の照射位置を変えて荷電粒子線204がプローブ203に照射されるようにする。更に、荷電粒子線204の合焦点位置がプローブ203の任意位置（例えばプローブ先端部）になるように荷電粒子線の制御値を変化させる。荷電粒子線の制御値と合焦点位置には一定の関係があるので、制御値から焦点位置をもとめることができる。よって、試料201の位置とプローブ203の位置の差からプローブ203の試料201からの高さを求めることができる。プローブを位置205や位置206に移動させた場合でも、そのそれぞれの位置について、合焦点位置を荷電粒子線207および荷電粒子線208のように変えることで高さを求めることができる。
【００１９】
図３には、プローブ106の位置を固定し荷電粒子線301の合焦点位置を変えて焦点評価値を求める場合の模式図と、最終的に得られる焦点評価値の高さに対するフィッティングカーブを示す。まず、プローブ106の２次電子画像上の任意の領域を指定する。指定領域は、任意の形状、任意のサイズで指定可能である。次に荷電粒子線301の制御値を変更して合焦点位置（ビームがもっとも絞れた位置）の高さを変え、それぞれの高さで電子線を走査してプローブ106像を取り込む。これにより、指定領域における焦点評価値を計算することで、焦点評価値のデータ列302を得る。ここで、焦点評価値とは、画像の焦点の合い具合を定量的に評価する値であり、本実施例では、微分画像データの平均値として計算した。具体的には、まず、入力手段より指定された領域の画像データを位置に関して微分し、微分画像データを生成する。本実施例においては、画像データを構成するピクセルの輝度情報を位置に関して微分することにより、微分画像データを求めた。微分演算は、例えば、ソーベル（Sobel）やラプラシアン（Laplacian）などの微分系のフィルタを用いれば実行可能である。最後に、得られた微分画像データを指定領域内の全ピクセルについて平均すれば、焦点評価値を計算することができる。平均値ではなく、加算値を用いても構わない。輝度変化の弱い領域は微分すると殆どゼロになるため、微分画像データには寄与しないからである。
【００２０】
荷電粒子線301の制御値と焦点位置の高さは一対一の関係があるので、焦点評価値と指定領域の高さは、焦点評価値を求めた画像に対応する制御値から正確に関連づけることができる。データ列302に対して曲線をフィッティング補間処理して焦点評価値の荷電粒子線制御値依存性曲線303を求める。フィッティングする曲線は２次曲線やガウス曲線などで回帰分析や主成分分析によってあてはめる。
用いるフィッティングカーブの種類によるが、データ列202のデータ点数は、少なくとも２点以上は必要である。フィッティングカーブとして直線が使用できる場合もあり得るためである。データ点数は入力手段を介して装置オペレータが任意に設定可能である。あるいは、データ点数の決まった測定モードを装置に複数備えておき、オペレータが、測定モードを選択するようにしても良い。モードの選択は、例えば、画像表示手段111にモード選択のための画像を表示させ、入力手段により所望のモードを選択する。モードとしては、例えば、高精細モードや通常モードなどを備えておく。
【００２１】
得られた荷電粒子線制御値依存性曲線303（フィッティングカーブ）は、コンピュータ109内の画像メモリに格納する。メモリではなく、ハードディスクなど他の記憶手段に格納しても良い。また、必ずしもフィッティングカーブを作る必要はなく、単にデータ列202の各データを補完しても良い。
焦点深度が必要な高さ測定の精度よりも広い場合は、フィッティングを行うためのデータ列が、焦点深度外の焦点評価値を少なくとも一つ含んでいると、より正確なフィッティングカーブが得られる。これは次の理由による。測定によって得られる焦点評価値は、高さ方向に対して有限の誤差（ノイズ）を含んでいる。焦点深度が、必要な高さ測定の精度よりも広い場合には、焦点深度内での焦点評価値の変化の大きさはこの誤差と同程度かそれ以下となり、正確なフィッティングカーブを描くことが困難となるためである。これを回避するためには、誤差よりも大きな焦点評価値変化を得る必要があり、そのためには焦点深度外の焦点評価値を少なくともひとつ含む必要がある。なお、正確なフィッティングカーブを得る目的からみると、データ列を焦点深度内から得る必要は必ずしもなく、すべて焦点深度外から得ても問題はない。
【００２２】
ここで、焦点深度とは、人間の目の分解能を基準として、焦点があっているとみなされる深さ方向の距離で定義され、本実施例では次のように定義する。いま、目の分解能をd、荷電粒子線の開き角をa、観察倍率をMとすると、焦点深度Dは、D=2d/aMで与えられる。通常の走査電子顕微鏡（SEM）の場合、目の分解能dは、SEM像の画素サイズに相当すると考えてよい。電子ビームは深さ方向にその直径が変化しているが、この電子ビーム径が画素サイズよりも小さい範囲（深さ方向の距離）が焦点深度に相当する。
【００２３】
焦点評価値の高さ依存性曲線上で、焦点深度を一般的に定義するのは困難であるが、図３のフィッティングカーブで言えば、フィッティングカーブの極大値の周囲に位置する３つの測定点を含む領域は、カーブの大きさがあまり変化しておらず、焦点深度内であると考えられる。一方、フィッティングカーブの極大値の周囲に位置する３つの測定点の更に外側では、焦点評価値が急激に変化しており、焦点深度の境界は、３つの測定点とその外側の４つめの点との間の領域に存在すると考えられる。そこで、焦点深度の端部が存在すると考えられる範囲を第１の領域、第１の領域の外側の焦点評価値が急激に変化する領域を第２の領域とする。以上、本実施例では、焦点深度の範囲を、焦点評価値の高さ依存性曲線上で、フィッティングカーブの極大値を含み焦点評価値の変化量がその周囲の領域の変化量に比べて小さい第１の領域と定義する。
【００２４】
一度荷電粒子線制御値依存性曲線303が得られれば、これを用いてプローブ高さの正確な測定が可能となる。すなわち、プローブの任意領域に任意の合焦点位置の荷電粒子線を照射して焦点評価値を計算し、荷電粒子線制御値依存性曲線303から逆に高さを推定する。プローブではなく、試料に対して荷電粒子線制御値依存性曲線を計算しておき、試料像から焦点評価値を計算すれば、試料の高さを推定することができる。何らかの基準位置との比較により、高さの絶対値も推定できる。更に、推定されたプローブ高さと試料高さとの差を取ることにより、試料とプローブ間の相対距離を測定することも可能である。これらの演算は、コンピュータ109により実行される。
【００２５】
図３では、プローブ106の位置を固定し、荷電粒子線の合焦点位置を変えてプローブに照射することにより焦点評価値のデータ列202を計算した例を示したが、荷電粒子線の合焦点位置ではなく、プローブ106を高さ方向に移動して、合焦点位置とプローブの相対距離を変えても良い。この場合、図１に示した荷電粒子線装置は、プローブ移動機構107の他、高さ方向のプローブ位置制御手段を備える必要がある。従って、プローブの高さ位置を機械的に変更することから、プローブを移動させてデータ列202を取得する方法は、荷電粒子線の合焦点位置を変えてデータ列202を測定する方法に比べて、時間がかかるという欠点がある。
【００２６】
なお、図３で説明した荷電粒子線制御値依存性曲線は、定期的に測定し直す必要がある。例えば、プローブの交換時、ないし観測するＳＥＭ像の倍率を変えた時などである。
図４には、図３に示した荷電粒子線制御値依存性曲線303を求め、求めた荷電粒子線制御値依存性曲線303を用いてプローブと試料との距離を測定するためのフローチャートを示した。
【００２７】
まず、オペレータが、荷電粒子線装置に備えられたモード切替スイッチをオンすることで、荷電粒子線制御値依存性曲線303の取得プロセスを開始する。次に、入力手段を用いて画像表示手段111に、焦点評価値を取得する画像の領域とデータ列202の測定点数を入力する。以下では、図４に示した各ステップの内容を番号毎に箇条書きする。
【００２８】
5001：設定されている電子光学条件から計算した焦点深度を基に焦点位置のずらし量を求める。ずらし量を制御する対象は対物レンズ117の励磁電流と試料台112に印加する負電圧などがある。焦点を制御する対象においてあらかじめ求められている制御値と高さの関係から焦点深度を制御値に変換したずらし量をコンピュータ119に伝達し焦点位置を制御する。本方式でずらし量を求めることで高さをもとめるために必要最小限な情報で計算を行うことができる。また荷電粒子線の走査によるプローブ106や試料103のダメージも最小にすることができる。
【００２９】
5002：焦点の制御対象から初期値を取得して5001で求めたずらし量に対応した制御値を制御対象に設定し、荷電粒子線の走査を行う。
【００３０】
5003：荷電粒子線の走査により得られたプローブ像を取得し記憶装置に保存する。
【００３１】
5004：プローブ像の任意の領域の焦点評価値を計算し、記憶装置に保存する。
【００３２】
5005：制御値を段階的に変えながら5002の処理を所定回数（n回）実行する。このとき、所定回数nは、制御値を検索する幅に換算した値を電子光学条件から求めた焦点深度で割った回数とする。
【００３３】
5006：5003から5005の処理で得られた焦点評価値列に対して曲線をフィッティングしてプローブの領域に対する高さ依存性曲線を求める。
【００３４】
5007：荷電粒子線の焦点位置を固定した上で、プローブを駆動する。このとき得られる駆動中のプローブ像から領域の焦点評価値Aを計算する。
【００３５】
5008：5007で求めた焦点評価値Aが、5006で得られた高さ依存性曲線の範囲にあるかどうかを判定する。範囲内にある場合、つぎのフローに進む。範囲内にない場合、5001に戻り、制御幅を変えて5001以降のフローを行う。
【００３６】
5009：5008で求めた焦点評価値を高さ依存性曲線との比較により高さに換算し、表示装置に結果を表示する。
【００３７】
上で説明した5001から5009の各ステップは、コンピュータ109にソフトウェアとしてインストールされ、荷電粒子線装置の動作を制御する。なお、以上の説明はプローブの1つの領域についてであるが複数の領域やプローブ以外の対象物についても同様の処理を繰返すことで求めることができる。
【実施例２】
【００３８】
本実施例では、プローブの任意領域の高さを推定する方法を示す。具体的には、電子ビームの焦点位置を固定した状態でプローブの高さを変えたときのプローブの変化量（移動量）を求める方法を示す。
【００３９】
任意領域の高さを推定するためには、前提として、焦点評価値の正確な高さ依存性データ（図３のフィッティングカーブ）が必要である。焦点評価値は、プローブを固定した状態で荷電粒子線の焦点位置（高さ）を変化させても、逆に荷電粒子線の焦点位置を固定した状態でプローブの高さを変化させても、同じ値を得ることができる。よって、荷電粒子線の焦点位置を固定した状態でプローブの高さを変えたときに得られる焦点評価値をすでに得た焦点評価値の高さ依存性曲線と比較することでプローブの高さ変化量を検出することが可能になる。そこで、まず焦点評価値を得るにはプローブを固定し、その状態で荷電粒子線の焦点位置を変化させ、焦点評価値の高さ依存性を測定する。こうすることで、焦点評価値の正確な高さ依存性曲線が得られる。
【００４０】
図５には、図３で生成したフィッティングカーブを用いて、プローブの任意領域の高さを推定する方法を示す。制御値を固定し、焦点位置の高さを固定した荷電粒子線402に対してプローブ401を移動させる。このとき図３で求めた焦点評価値の高さ依存性曲線303を得たのと同一の領域の焦点評価値403とこの曲線303とを比較することで、プローブ401の移動量を検出することができる。ここで、焦点位置の異なる複数枚のプローブ像から特定領域の形状を画像処理によって認識してプローブ像の同一領域を認識し、この領域内の焦点評価値の変化から荷電粒子線照射方向の相対的な移動量を求めることができる。なお、ここでいう相対的な移動量とは、特定の基準点からプローブまでの高さのことではなく、プローブの移動前と移動後の高さの差を意味する。言うまでもなく、ある時点でのプローブの任意領域の高さを特定の基準値と比較することにより、プローブの任意領域の高さ測定も可能である。このような基準値は、例えば荷電粒子線装置に備えられたコンピュータ119や記憶媒体120に格納しておくことができる。
【００４１】
本実施例においては、プローブ像から焦点評価値を得る際、電子光学条件や倍率から求めた焦点深度を基に焦点ずらし量を設定する。このように焦点のぼけた位置を用いることで焦点深度以上の精度で試料の高さを求めることが可能となる。さらにプローブ移動中の焦点評価値をすでに得られた焦点評価値の高さ依存性曲線との比較を行うことによって処理時間を短縮することができ、試料やプローブの荷電粒子線によるダメージを最小にすることができる。
【実施例３】
【００４２】
本実施例によるプローブ高さ検知法は、焦点評価値の高さ依存性曲線が、焦点ずれ位置での変化の度合いによって高さ測定の精度が変わるため、その変化の度合いを制御することで測定精度を変えることができる。焦点ずれ位置での高さ依存性曲線の変化の度合いは荷電粒子線の開き角によって変わり、開き角が大きいほど、すなわち荷電粒子線のビーム径が大きく変化するほど、高さ依存性曲線の焦点ずれ位置での変化の度合いは大きくなる。
【００４３】
そこで、図６を用いて、本実施例による高さ検知法の高精度化について説明する。
【００４４】
本高精度化は、図１における、電子ビーム照射手段の形態を一部変更することで可能になる。図６は、電子ビーム照射装置601、プローブ106および試料103からなる。電子ビーム照射装置601は、電子源115、絞り板121、収束レンズ116、収束レンズ602、静電レンズ603、対物レンズ117、偏向器118からなる。
【００４５】
このような構成によれば、電子源115から放出された電子ビーム108は収束レンズ116で収束され、絞り板121で電子ビーム108の不要な領域が除去された後に、収束レンズ602、静電レンズ603および対物レンズ117により試料103またはプローブ106に微小スポットとして収束される。微小スポットとなった電子ビームは偏向器118によって試料103上やプローブ106において２次元的に走査することが可能となる。このとき収束レンズ602または静電レンズ603の強度を変えることで、試料103上またはプローブ106に収束される電子ビームの開き角を変えることができる。また、電子ビームの開き角は、絞り板121の穴径によっても変えることができる。
【００４６】
このような方法によれば、電子ビームの照射条件は、通常の走査電子顕微鏡による像観察の条件から、焦点評価値による高さ検知法に最適な条件へと容易に変更することができる。ここで、通常、収束レンズ602には、磁界型レンズを用いることが多いが、この場合、走査電子顕微鏡による像観察条件から高さ検知法条件に一旦変更した後で、元の走査電子顕微鏡像の観察条件に戻すためには、磁界型の収束レンズ602の残留磁界による影響で収束レンズ条件の調整が必要となり、操作が煩雑になる場合がある。そこで、走査電子顕微鏡による像観察条件と高さ検知法条件の間での変更には、収束レンズ602の条件は変更せずに、静電レンズ603によって電子ビーム条件を変更すればよい。静電レンズ603の変更には残留磁界の影響がないため、収束レンズ602条件や静電レンズ603条件の再調整は不要となる。
【００４７】
ここで、電子ビームの開き角について、本実施例による高さ測定法での最適値は次のようにして決めればよい。これを図７を用いて説明する。
【００４８】
図６を用いて説明した手法により、ビームの開き角を制御することが可能になるが、このとき電子ビームのビーム径の高さ方向依存性はビームの開き角によって異なる。たとえば、ビームの開き角が小さい場合、ビームプロファイル701のように高さ依存性は小さいが、ビームの開き角が大きくなるにしたがって、ビームプロファイルの高さ依存性は702から704のように大きくなる。
【００４９】
ところで、走査電子顕微鏡における像観察の最小分解能は、モニタ画像のピクセルサイズによって下限が規定されるため、最高分解能を得るには電子ビーム径がモニタのピクセルサイズよりも小さい必要がある。いま、あるモニタにおけるピクセルサイズをLpとすると、像観察に適切な電子ビーム径はこのモニタ上ではLp以下であればよい。一方、本実施例による高さ測定法は、上述したように、電子ビームの開き角が大きいほうが高さ検出精度はあがる。したがって、本実施例において、焦点位置での最高分解能を得ながら、かつ、高さ分解能を高くするには、焦点位置でのビーム径がLpとなるビームプロファイル702が得られるように電子ビームの開き角を決めればよい。さらに、これ以上の高さ精度を必要とする場合には、上述したように開き角を制御してビームプロファイルを703より大きくすればよい。
【実施例４】
【００５０】
本実施例の荷電粒子線装置では、プローブの特定領域を常にモニタし、その領域内の焦点評価値を計測する。そのため、プローブの特定領域のモニタには、異なる荷電粒子線像について、たとえば画像処理を用いることで常に特定領域を追随すればよい。そのためには、たとえば、プローブ像の特定領域内の形状の特徴を利用して異なる画像間での相関を取り、同一領域を認識すればよい。その場合、特定領域内の形状の特徴を際立たせるために、図８に示すように、あらかじめプローブ801の高さ計測を行いたい個所に、特徴的な形状のマーク802を構成しておけばよい。このマーク802を極細いプローブ801先端領域に形成する場合には、たとえば集束イオンビーム装置等のマーキングを行なう手段をもちいて形成すればよい。この場合、例えば、図１に示した荷電粒子線装置には、マーキングを行なう手段が付加されることになる。あるいは、画像表示手段にマーキング実行可否の問い合せを表示し、該問い合せに対する回答を装置オペレータに入力させ、マーキング実行可の回答が入力された場合には、マーキングを実行するように装置を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一例であるプローブを有した走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】従来の高さ検知法を説明する図。
【図３】焦点評価値のデータ列をフィッティングした例。
【図４】制御手順の一実施例。
【図５】移動中のプローブの焦点評価値列から高さを検知する方法を説明する図。
【図６】荷電粒子線の開き角を制御する装置の概略構成図。
【図７】荷電粒子線のビーム径の開き角依存性を説明する図。
【図８】マークつきプローブを示す図。
【符号の説明】
【００５２】
101…プローブ装置、102…電子ビーム照射手段、103…試料、104…試料ステージ、105…試料室、106…プローブ、107…プローブ移動機構、108…電子ビーム、109…2次電子、110…2次電子検出器、111…画像表示手段、112…試料台、113…テスタ、114…電子ビーム制御部、115…電子源、116、117…収束レンズ、118…偏向器、119…コンピュータ、120…記憶媒体、121…絞り板、302…焦点評価値列、602…収束レンズ、603…静電レンズ。
【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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