(57)【要約】    【課題】  電子顕微鏡装置の装置間に存在する、あるいは、時間経過によって生ずる調整しきれない分解能の差によって生じる計測値の差を低減する電子顕微鏡装置および寸法計測方法を提供することにある。    【解決手段】  分解能（プローブ径）異なる電子顕微鏡装置による同一基準試料の電子線画像からプローブ径の違いによって生じる電子線画像の変化を補正するオペレータを予め求めておき、これを作用させて補正することによって、同一プローブ径による電子線画像と等価な補正計測用電子線画像を生成し、これを寸法計測に用いる。【選択図】  図１
2005322423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に集束した一次電子ビームを２次元走査し、試料から放出される二次電子または／および反射電子を検出して得られる電子線画像を用いて試料上のパターン寸法を計測する電子顕微鏡装置であって、
前記電子顕微鏡装置において基準試料を用いて分解能変化前の基準電子線画像と分解能変化後の基準電子線画像を取得する基準電子線画像取得部と、
該基準電子線画像取得部で取得された分解能変化前の基準電子線画像と分解能変化後の基準電子線画像とを基に分解能の変化を検出する分解能変化検出部と、
該分解能変化検出部で検出された電子顕微鏡装置の分解能の変化に基いて計測用電子線画像を補正する演算オペレータを生成する演算オペレータ生成部と、
前記電子顕微鏡装置において前記分解能変化後に計測用試料から計測用電子線画像を取得する計測用電子線画像取得部と、
該計測用電子線画像取得部で取得された計測用電子線画像を前記演算オペレータ生成部で生成された演算オペレータを用いて補正して補正計測用電子線画像を得る演算オペレータ作用部と、
該演算オペレータ作用部で得られた補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測する計測部とを備えたことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項２】
試料上に集束した一次電子ビームを２次元走査し、試料から放出される二次電子または／および反射電子を検出して得られる電子線画像を用いて試料上のパターン寸法を計測する複数の電子顕微鏡装置を備えた電子顕微鏡装置システムであって、
前記複数の内、基準電子顕微鏡装置及び計測用電子顕微鏡装置において基準試料を用いて基準電子線画像を取得する基準電子線画像取得部と、
該基準電子線画像取得部で取得された基準電子顕微鏡装置及び計測用電子顕微鏡装置毎の基準電子線画像を基に基準電子顕微鏡装置と計測用電子顕微鏡装置との間の分解能の差異を検出する分解能差異検出部と、
該分解能差異検出部で検出された基準電子顕微鏡装置と計測用電子顕微鏡装置との間の分解能の差異に基いて前記計測用電子顕微鏡装置で取得される計測用電子線画像を補正する演算オペレータを生成する演算オペレータ生成部と、
前記計測用電子顕微鏡装置において計測用試料から計測用電子線画像を取得する計測用電子線画像取得部と、
該計測用電子線画像取得部で取得された計測用電子線画像を前記演算オペレータ生成部で生成された演算オペレータを用いて補正して補正計測用電子線画像を得る演算オペレータ作用部と、
該演算オペレータ作用部で得られた補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測する計測部とを備えたことを特徴とする電子顕微鏡装置システム。
【請求項３】
前記演算オペレータ作用部及び前記計測部は、前記計測用電子顕微鏡装置に備えたことを特徴とする請求項２記載の電子顕微鏡装置システム。
【請求項４】
前記分解能差異検出部及び前記演算オペレータ生成部は、前記複数の電子顕微鏡装置にネットワークで接続されたデータステーションに設けたことを特徴とする請求項２記載の電子顕微鏡装置システム。
【請求項５】
試料上に集束した一次電子ビームを２次元走査し、試料から放出される二次電子または／および反射電子を検出して得られる電子線画像を用いて試料上のパターン寸法を計測する電子顕微鏡装置において、
前記電子顕微鏡装置において基準試料を用いて基準時期における基準電子線画像と前記基準時期から所定期間を経た後の基準電子線画像を取得する基準電子線画像取得部と、
該基準電子線画像取得部で取得された前記基準時期における基準電子線画像と前記基準時期から所定期間を経た後の基準電子線画像とを基に分解能の経時変化を検出する分解能経時変化検出部と、
該分解能経時変化検出部で検出された分解能の経時変化に基いて計測用電子線画像を補正する演算オペレータを生成する演算オペレータ生成部と、
前記電子顕微鏡装置において前記基準時期から所定期間を経た後に計測用試料から計測用電子線画像を取得する計測用電子線画像取得部と、
該計測用電子線画像取得部で取得された計測用電子線画像を前記演算オペレータ生成部で生成された演算オペレータを用いて補正して補正計測用電子線画像を得る演算オペレータ作用部と、
該演算オペレータ作用部で得られた補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測する計測部とを備えたことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項６】
試料上に集束した一次電子ビームを２次元走査し、試料から放出される二次電子または／および反射電子を検出して得られる電子線画像を用いて試料上のパターン寸法を計測する複数の電子顕微鏡装置を備えた電子顕微鏡装置システムを用いた寸法計測方法であって、
予め、前記複数の内、基準電子顕微鏡装置及び計測用電子顕微鏡装置において基準試料を用いて基準電子線画像を取得し、該取得された基準電子顕微鏡装置及び計測用電子顕微鏡装置毎の基準電子線画像を基に基準電子顕微鏡装置と計測用電子顕微鏡装置との間の分解能の差異を検出し、該検出された基準電子顕微鏡装置と計測用電子顕微鏡装置との間の分解能の差異に基いて前記計測用電子顕微鏡装置で取得される計測用電子線画像を補正する演算オペレータを生成する演算オペレータ生成ステップと、
前記計測用電子顕微鏡装置において計測用試料から計測用電子線画像を取得する計測用電子線画像取得ステップと、
該計測用電子線画像取得ステップで取得された計測用電子線画像を前記演算オペレータ生成部で生成された演算オペレータを用いて補正して補正計測用電子線画像を得る演算オペレータ作用ステップと、
該演算オペレータ作用ステップで得られた補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測する計測ステップとを有することを特徴とする電子顕微鏡装置システムを用いた寸法計測方法。
【請求項７】
試料上に集束した一次電子ビームを２次元走査し、試料から放出される二次電子または／および反射電子を検出して得られる電子線画像を用いて試料上のパターン寸法を計測する電子顕微鏡装置を用いた寸法計測方法であって、
前記電子顕微鏡装置において基準試料を用いて基準時期における基準電子線画像と前記基準時期から所定期間を経た後の基準電子線画像を取得し、該取得された前記基準時期における基準電子線画像と前記基準時期から所定期間を経た後の基準電子線画像とを基に分解能の経時変化を検出し、該検出された分解能の経時変化に基いて計測用電子線画像を補正する演算オペレータを生成する演算オペレータ生成ステップと、
前記電子顕微鏡装置において前記基準時期から所定期間を経た後に計測用試料から計測用電子線画像を取得する計測用電子線画像取得ステップと、
該計測用電子線画像取得ステップで取得された計測用電子線画像を前記演算オペレータ生成部で生成された演算オペレータを用いて補正して補正計測用電子線画像を得る演算オペレータ作用ステップと、
該演算オペレータ作用ステップで得られた補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測する計測ステップとを有することを特徴とする電子顕微鏡装置を用いた寸法計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の微小寸法を計測するのに用いられる電子線顕微鏡装置およびそのシステム並びに電子顕微鏡装置およびそのシステムを用いた寸法計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスにおいてはＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）で取得した電子線画像を用いて微細なパターンの寸法計測を行うことが一般的に行われている。そして、上記寸法計測には、反射電子線像ではなく二次電子線像が用いられるのが一般的である。以下、単に電子線画像と表現した場合には二次電子線画像をさすものとする。
【０００３】
ところで、図９には、（ａ）に示す対象物の断面写真と、（ｂ）に示す二次電子線画像と、（ｃ）に示すそのラインプロファイルとの関係を示す。二次電子強度は、対象物の勾配が大きいほど大きいので、同図（ｂ）のように、対象パターンのエッジ部に相当する部分が明るく、平坦部が暗い画像が得られる。寸法計測は、ＧＵＩ画面上に画像を表示させ、人がカーソル移動させてｗ１（ボトム寸法に相当）、ｗ２（トップ寸法に相当）を計測する場合もあれば、図１０に示すような種々のエッジ検出手法により自動計測する場合もある。図１０（ａ）は最大傾斜位置をエッジとして検出する方法（最大傾斜法）であり、図１０（ｂ）は所定のしきい値（ｔｈ＝ｍａｘ×ａ＋ｍｉｎ×（１−ａ）  但し、ａ：所定の比率（０．０〜１．０））でエッジ検出を行う方法（しきい値法）であり、図１０（ｃ）はエッジ部と基材部に直線をあてはめこれらの交点をエッジとして検出する方法（直線近似法）である。
【０００４】
さて、画像上で計測した寸法を実寸法に変換するためには、ＳＥＭの拡大倍率が予め分かっている必要がある。ＳＥＭの拡大倍率の校正には、寸法が既知の標準試料が用いられる。日本電子顕微鏡学会関東支部編の「走査電子顕微鏡」４８頁（非特許文献１）に記載されているように、標準試料としては、レーザー光による干渉パターンをもとに、シリコンの異方性エッチングを使って作製したシリコン・マイクロスケール等が知られる。シリコン・マイクロスケールは一定ピッチのライン＆スペースパターンであり、この繰り返しピッチは使用するレーザーの波長によって決まるため、正確な値が保証されている。電子線像上でのピッチ間隔をシリコン・マイクロスケールのピッチ間隔で割り算した結果がＳＥＭの拡大倍率となる。
【０００５】
半導体デバイスパターンの微細化により、計測精度に対する要求は年々厳しさを増している。国際半導体技術ロードマップ委員会ＩＴＲＳ（International Technology Roadmap for Semiconductors）では、９０ｎｍノードでの寸法計測精度として０．６ｎｍを、６５ｎｍノードでの寸法計測精度として０．４１ｎｍを要求している。そして、この要求は、単一ＳＥＭ計測装置の計測再現のみならず、ＳＥＭ装置間の計測再現性、すなわち、同一の対象物を複数台のＳＥＭで計測した場合の計測値の一致も含む。従来は、複数台のＳＥＭ間の計測値を一致させるため、上記のような既知のピッチを有する標準試料用いて装置間の倍率合わせが行われてきた。 
また、特開平１１−４００９６号公報（特許文献１）には、電子ビーム装置において、焦点ずれ演算器によって試料像のフーリエスペクトルから焦点ずれ量に対応する特徴周波数を求め、ビーム分布発生器でその特徴周波数に対応する焦点ずれビーム分布関数を生成し、デコンボリューション演算器によって一次元像メモリに記憶された試料像から上記焦点ずれビーム分布関数を除去し、この除去された試料像に対して測長演算器で寸法測定することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−４００９６号公報
【０００７】
【非特許文献１】日本電子顕微鏡学会関東支部編の「走査電子顕微鏡」４８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のように複数台のＳＥＭで倍率合わせを行っても、ＳＥＭの分解能が互いに異なっている場合には、同一対象物を計測した場合の計測値が一致するとは限らない。ＳＥＭの分解能は走査する一次電子ビームのスポット径（以下、プローブ径と記す）に依存する。図１１は矩形の断面形状を有するライン＆スペースパターン（図１１（ａ）、ラインピッチｐ０、ライン幅ｗ０）の、二次電子線画像のラインプロファイルを、プローブ径＝ｄ１＝０の場合（図１１（ｂ））、プローブ径＝ｄ１の場合（図１１（ｂ））、プローブ径＝ｄ２（＞ｄ１）の場合について示したものである。有限プローブ径によるラインプロファイルは、プローブ径０の場合のラインプロファイルに、ビーム強度分布をコンボリューションしたものに等しいから、図１１（ｂ）、（ｃ）のように、パターンエッジ相当部のプロファイル幅が広がる。例えば図１０（ｂ）に示すしきい値法にてエッジ検出を行うと、図上の破線位置がエッジ位置として検出される。上記従来の技術においては、パターンピッチの計測結果ｐ１、ｐ２、ｐ３が実寸に合うよう倍率合わせが行われる。しかし、同図のように、ライン幅の計測結果はプローブ径が大きいほど大きくなる（ｗ１＜ｗ２＜ｗ３）。このように、倍率合わせを行ってもプローブ径が異なれば、ライン幅の計測結果が一般に一致しない。
【０００９】
ＳＥＭの分解能は対物レンズの収差（球面収差、色収差）、電子源の大きさ、対物レンズ絞りの形状など様々な要因で決まる。複数台のＳＥＭが同一の分解能を有していることが理想であるが、電子源や対物レンズ絞りには個体差があり、軸調整を行う作業者の技能にも個人差があることに加え、時間を経ることによって、電子源の劣化や、対物レンズ絞りのコンタミネーションの影響なども生じるため、分解能を一致させた状態を維持するのは実際問題として困難である。分解能の違いが発覚した場合、図１及び図７に示したアライメントコイル（２０８）の調整、非点収差補正コイル（２０９）の調整、対物レンズ絞り（２１０）の交換などが行われるが、これらの調整によって必ず分解能が一致するという保証はない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置間に存在する、あるいは、時間経過によって生ずる調整しきれない分解能の差を画像処理によって補正することにより、高い計測精度を有する電子顕微鏡装置およびそのシステム並びに電子顕微鏡装置およびそのシステムを用いた寸法計測方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の別の目的は、上記の分解能の違いを定量化することにより、電子顕微鏡装置およびそのシステムの高い計測精度の維持を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、複数の内、基準及び計測用の電子顕微鏡装置による同一試料（基準試料）の基準電子線画像からプローブ径（分解能）の装置間の差異を検出し、基準電子顕微鏡装置と計測用電子顕微鏡装置との間のプローブ径（分解能）の差異を補正する演算オペレータを生成し、該生成された演算オペレータを用いて計測用電子顕微鏡装置が計測用試料から取得される計測用電子線画像に対して補正することにより上記基準電子顕微鏡装置で取得される基準電子線画像に相当する補正計測用電子線画像を生成し、該生成した補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は、電子顕微鏡装置において基準時期における基準試料から取得される電子顕微鏡装置の基準電子線画像と、基準時期から所定期間を経た後の基準試料から取得される基準電子線画像からプローブ径の経時変化を補正する演算オペレータを生成し、該生成された演算オペレータを用いて上記所定期間を経た後に計測用試料から取得される計測用電子線画像に対して補正することにより基準時期に取得される基準電子線画像に相当する補正計測用電子線画像を生成し、該生成した補正計測用電子線画像を用いてパターン寸法を計測するようにしたものである。
【００１４】
なお、装置間または経時変化の間のプローブ径（分解能）の差異の検出は、例えば、基準電子線画像をフーリエ変換し、そのパワースペクトル空間の最大周波数の逆数（逆フーリエ変換）から求める方法と、基準電子線画像に対するＣＧ法（エッジ強度の画像平均を分解能の評価値とする方法）とが考えられる。さらに、補正する演算オペレータは、検出されたプローブ径（分解能）の差異に基いて生成すればよいことになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電子顕微鏡装置の装置間に存在する、あるいは、時間経過によって生ずる調整しきれない分解能の差によって生じる計測値の差を低減することが可能となる。これにより、精度の高い計測が可能となる。
【００１６】
また、本発明によれば、上記分解能の差が定量化されるため、装置の状態のモニタや、装置調整作業を高精度に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る複数の電子顕微鏡装置から構成される電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）システムまたは単独の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
[第１の実施の形態]
まず、電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）システムの第１の実施の形態について図１〜図５を用いて説明する。図１は、１号機〜ｎ号機の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）１０（１）〜１０（ｎ）がネットワーク６００で接続され、例えば装置間をサーバ（データステーション）５００が制御する第１の実施の形態を示す概略構成図である。図２は、第１の実施の形態の概略構成を示す斜視図である。１０（１）〜１０（３）は１〜３号機の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）を示し、１０（ｋ）はｋ号機の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）を示し、１０（ｎ）はｎ号機の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）を示す。各電子顕微鏡装置は、本体部（電子光学系）２００と、２次電子検出器２０６で検出した画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０７と、記憶装置３０１及び表示装置３０２を接続した画像処理部３００と、全体を制御する主制御部（図示せず）とから構成される。なお、主制御部は、画像処理部３００の一部を実行してもよい。また、主制御部は、上記記憶装置３０１及び表示装置３０２を接続しても良い。
【００１９】
本体部２００は、電子銃２０１と、該電子銃２０１から放出された１次電子ビームを集束して微小スポットとして試料１００上に照射するコンデンサレンズ２０２及び対物レンズ２０３と、上記放出される１次電子ビームをアライメントするアライメントコイル２０８と、上記１次電子ビームの非点収差を補正する非点補正コイル２０９と、上記１次電子ビームを２次元に走査する偏向器２０４及び２０５と、対物レンズ絞り２１０と、上記試料１００を載置してＸ−Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージ１０１とによって構成される。
【００２０】
画像処理部３００は、記憶装置３０１及び表示装置３０２を接続し、ＣＰＵ部３１０と、画像メモリ３２０とから構成される。本発明の特徴とするＣＰＵ部３１０は、Ａ／Ｄ変換器２０７から得られる各号機の基準サンプルパターンおよび計測対象パターンの電子線画像を取得する電子線画像取得部３１１と、該電子線画像取得部３１１で取得された計測対象パターンの電子線画像ｐｋ（ｘ，ｙ）に対して各号機用演算オペレータｄｐｋａ（ｘ，ｙ）またはｄｐｋｂ（ｘ，ｙ）を作用させて分解能を補正した計測用電子線画像を得る演算オペレータ作用部３１２と、該演算オペレータ作用部３１２から得られる補正計測用電子線画像を基に寸法計測する計測部３１３とで構成される。画像メモリ３２０は、各種電子線画像を一時記憶する画像メモリである。
【００２１】
電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）１０（１）〜１０（ｎ）間を制御するサーバ（データステーション）５００には、機能的に、基準機（マスター装置）１０（１）の演算処理部３００のＣＰＵ部３１０の電子線画像取得部３１１で取得された各号機の基準サンプルパターンの基準電子線画像ｉ１（ｘ，ｙ）（プローブ径ｐ１に相当）と、各号機（例えばｋ号機）の演算処理部３００のＣＰＵ部３１０の電子線画像取得部３１１で取得された各号機の基準サンプルパターンの基準電子線画像ｉｋ（ｘ，ｙ）（プローブ径ｐｋに相当）とを基に機差であるプローブ径差異（分解能差異）を検出するプローブ径差異検出部（分解能差異検出部：分解能変化検出部）５０１と、該プローブ径差異検出部５０１で検出されたプローブ径の差異に基いて各号機（例えばｋ号機）の演算オペレータ（ｄＰｋａまたはｄＰｋｂ）を生成する演算オペレータ生成部５０２とを有して構成される。これら、プローブ径差異検出部５０１と演算オペレータ生成部５０２とを、サーバ（データステーション）５００内に有するように説明したが、電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）１０（１）〜１０（ｎ）の何れかの画像処理部（主制御部も含む）または各号機全ての画像処理部（主制御部も含む）に備えても良い。
【００２２】
（１）基本的な実施の形態
はじめに、本発明に係る基本的な実施の形態について説明する。プローブ径＝０による基準対象物の基準電子線画像をｉ０（ｘ，ｙ）とすると、プローブ径ｐ１（ｘ，ｙ）による基準電子線画像ｉ１（ｘ，ｙ）は次の（１）式のように、ｉ０（ｘ，ｙ）とｐ１（ｘ，ｙ）のコンボリューションにより表される。
【００２３】
【数１】
2005322423.tif 000003
【００２４】
同様に、プローブ径ｐ２（ｘ，ｙ）（ｋ号機または１号機における一定期間経過後に相当）による同一の基準対象物の基準電子線画像ｉ２（ｘ，ｙ）は、次の（２）式のように、ｉ０（ｘ，ｙ）とｐ２（ｘ，ｙ）のコンボリューションにより表される。
【００２５】
【数２】
2005322423.tif 000004
【００２６】
ここで、プローブ径ｐ２（ｘ，ｙ）がｐ１（ｘ，ｙ）よりも大きいとすると、ｐ２（ｘ，ｙ）はｐ１（ｘ，ｙ）に、ぼかしフィルタｄｐ（ｘ，ｙ）を作用させることによって得られると考えられるので、次の（３）式が成り立つ。
【００２７】
【数３】
2005322423.tif 000005
【００２８】
従って、（１）式〜（３）式の関係から、ｉ２（ｘ，ｙ）とｉ１（ｘ，ｙ）の間には次の（４）式の関係が成り立つ。
【００２９】
【数４】
2005322423.tif 000006
【００３０】
ｉ０（ｘ，ｙ）のフーリエ変換結果をＩ０（Ｘ，Ｙ）というように、大文字をそれぞれのフーリエ変換結果とすると、例えばプローブ径差異検出部５０１において上記（４）式の両辺をフーリエ変換すると次の（５）式の関係が得られ、例えば演算オペレータ生成部５０２においてｄＰ（Ｘ，Ｙ）を逆フーリエ変換すれば、ｄｐ（ｘ，ｙ）を求めることができることになる。
【００３１】
【数５】
2005322423.tif 000007
【００３２】
ｄＰ（Ｘ，Ｙ）はプローブ径の違い（機差または経時変化）を反映するものであり、試料にはよらない。従って、以上の手順にて、基準試料を用いて、上記（５）式の関係から、ｋ号機または１号機における一定期間経過後の電子線画像取得部３１１から取得される基準電子線画像のフーリエ変換画像Ｉ２（Ｘ，Ｙ）と１号機の電子線画像取得部３１１から取得される基準電子線画像のフーリエ変換画像Ｉ１（Ｘ，Ｙ）との比に基いてｄＰ（Ｘ，Ｙ）を求めておけば、電子線画像取得部３１１で取得されるプローブ径ｐ２（ｘ，ｙ）による別の試料の計測用電子線画像に対して、演算オペレータ作用部３１２でｄＰ（Ｘ，Ｙ）を作用（デコンボリューション）して補正すれば、プローブ径ｐ１（ｘ，ｙ）に相当する補正計測用電子線画像を生成することができる。なお、ｄｐ（ｘ，ｙ）は、ｄＰ（Ｘ，Ｙ）を逆フーリエ変換すれば求まることになる。
【００３３】
以上、プローブ径ｐ２（ｘ，ｙ）がｐ１（ｘ，ｙ）より大きいとしたが、逆の場合には上記（３）式は次の（６）式のように書き替えられ、結果として次の（７）式の関係が得られることになる。
【００３４】
【数６】
2005322423.tif 000008
【００３５】
【数７】
2005322423.tif 000009
【００３６】
この場合も、基準試料（基準サンプル）を用いて、上記（７）式の関係から、１号機の電子線画像取得部３１１から取得される基準電子線画像のフーリエ変換画像Ｉ１（Ｘ，Ｙ）とｋ号機または１号機における一定期間経過後の電子線画像取得部３１１から取得される基準電子線画像のフーリエ変換画像Ｉ２（Ｘ，Ｙ）との比に基いてｄＰ（Ｘ，Ｙ）を求めておけば、電子線画像取得部３１１で取得される電子プローブ径ｐ２（ｘ，ｙ）による別の試料の計測用電子線画像に対して、演算オペレータ作用部３１２でｄＰ（Ｘ，Ｙ）を作用（コンボリューション）させて補正すれば、プローブ径ｐ１（ｘ，ｙ）に相当する補正計測用電子線画像を生成することができる。なお、ｄｐ（ｘ，ｙ）は、ｄＰ（Ｘ，Ｙ）を逆フーリエ変換すれば求まることになる。
【００３７】
なお、電子線画像はノイズが大きいため、上記（５）式あるいは上記（７）式で算出したｄｐ（ｘ，ｙ）も非常にノイジィーなデータとなるため、これに２次元のガウスフィルターをフィッティングするようにしても良い。あるいは、ラインパターンの計測が目的の場合は、２次元処理をする代わりに、ライン加算したラインプロファイルを用い、１次元で処理するようにしても良い。あるいはフーリエ変換を用いずに、（８）式あるいは（９）式のｄｐ（ｘ，ｙ）に種々のサイズのガウスフィルタを代入して右辺が左辺に最も一致するようなフィルタサイズを求めてもよい。この場合も２次元処理をする代わりにライン加算したプロファイルを用い、１次元処理をするようにしてもよい。
【００３８】
【数８】
2005322423.tif 000010
【００３９】
【数９】
2005322423.tif 000011
【００４０】
（２）プローブ径の差異の検出方法
次に、プローブ径の差異の検出方法について説明する。プローブ径（分解能）を直接計測する手段はないため、プローブ径の差異の検出は電子線画像の違いにより検出せざるを得ない。従来から行われているのは、金粒子の蒸着試料などを用い、電子線画像上で視認できる最小のギャップサイズを測ることが行われている。サイズが小さいほど、分解能が高い（＝プローブ径が小さい）ことになる。この方法には、粒子間隔の定義があいまいであること、測定者の主観が入るなどの問題点があるため、画像処理により分解能を定量化する方法もいくつか提案されている。
【００４１】
例えば、上記（５）式または上記（７）式に基いて、電子線画像をフーリエ変換し、そのパワースペクトル空間の最大周波数の逆数から求める方法（分解能が高いほど、空間周波数が高い領域までデータが存在する）、あるいは、Journal of Electron Microscopy 51(6):369-382(2002)に記載のＣＧ法などがある。
【００４２】
ＣＧ法は、エッジ強度が強いほど分解能が高いという考え方に基づき、エッジ強度の画像平均を分解能の評価値とする方法である。処理手順を図４に示す。まず、カーネル（例えば５×５）内の画素値に二次曲面をフィッティングして（図４（ｂ）参照）、二次曲面式から各方位（θ）の各画素（ｘ，ｙ）における濃度勾配ｇｐ（ｘ、ｙ）を求める（Ｓ５１）。次に、局所分解能（画像上各点の分解能）Ｒｐ（ｘ，ｙ；θ）を、画像明るさレンジに相当するΔＣを各方位の濃度勾配ｇｐ（ｘ，ｙ）でわり算した値として定義する（Ｓ５２）。これを、濃度勾配を重みとして１／Ｒｐ（ｘ，ｙ；θ）の全画素平均を行い、方位ｋごとの分解能評価値Ｒｋを算出する（Ｓ５３）。ＣＧ法は（ａ）局所領域への二次曲面の当てはめにより、ノイズの影響の低減と方位別の分解能を算出可能にし、（ｂ）濃度にリンクしたコントラストしきい値の導入により濃度（明るさ）変化の影響をなくし、（ｃ）濃度勾配を重みとすることで、非エッジ部の影響を低減している点が特徴である。
【００４３】
以下で示す実施の形態におけるプローブ径差異検出部５０１でのプローブ径の差異の検出には、以上述べた方法のいずれかを適用すれば良い。
【００４４】
（３）第１の実施の形態の動作説明
基準装置１号機のプローブ径に相当する電子線画像をｋ号機１０（ｋ）の電子線画像ｍｋ（ｘ，ｙ）から生成する第１の実施の形態の場合について図１〜図３を用いて説明する。処理の流れは、上記「基本的な実施の形態」で述べたのと同様である。予め、図３にｋ号機用の演算オペレータ生成時で示すように、基準試料を用いて、１号機の電子線画像取得部３１１で基準サンプルの基準電子線画像ｉ１（ｘ，ｙ）（プローブ径ｐ１に相当）を取得し（Ｓ３１）、ｋ号機の電子線画像取得部３１１で基準サンプルの基準電子線画像ｉｋ（ｘ，ｙ）（プローブ径ｐｋに相当）を取得し（Ｓ３２）、電子線画像のプローブ径の差異を、プローブ径差異検出部５０１において上記「プローブ径の差異の検出方法」により調べ（Ｓ３３）、演算オペレータ生成部５０２において１号機のプローブ径よりｋ号機のプローブ径の法が大きい場合には上記（５）式に従って演算オペレータｄＰｋａを算出し、ｋ号機のプローブ径より１号機のプローブ径の方が大きい場合には上記（７）式に従って演算オペレータｄＰｋｂを算出してｋ号機の記憶装置３０１に記憶しておく（Ｓ３４）。
【００４５】
ｋ号機１０（ｋ）における実際のパターンの計測時には、電子線画像取得部３１１でｋ号機の計測用電子線画像ｍｋ（ｘ，ｙ）を取得し、該取得されたｋ号機の計測用電子線画像ｍｋ（ｘ，ｙ）に対して、演算オペレータ作用部３１２でｋ号機の記憶装置３０１に記憶してある演算オペレータｄＰｋａまたはｄＰｋｂを作用（デコンボリューション）させて補正することにより基準装置１号機のプローブ径に相当する補正計測用電子線画像を生成し（Ｓ４２）、これを用いて計測部３１３においてパターンの計測を行う（Ｓ４３）。
【００４６】
図５はｋ号機の表示装置３０２に表示されるＧＵＩ画面の一実施例を示す図である。画面上にはオリジナルの画像、及び、生成した画像（分解能補正画像）、及び、それぞれによる計測結果が表示される。本第１の実施の形態によれば、装置間の計測値の差異（機差）を軽減することができ、半導体プロセスが要求する計測精度を達成することが可能となる。
【００４７】
[第２の実施の形態]
次に、電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）の第２の実施の形態について図６〜図８を用いて説明する。図６は、電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）１０の第２の実施の形態を示す概略構成図である。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、基準時期（ｔ＝ｔ０）におけるプローブ径に相当する基準試料から取得される基準電子線画像を、一定期間（ｔ＝ｔ’）を経てプローブ径が変化した場合の基準試料から取得される基準電子線画像から生成する点であり、主制御部４００にプローブ径差異検出部（分解能差異検出部：分解能変化検出部）５０１と演算オペレータ生成部５０２を有することにある。勿論、プローブ径差異検出部５０１と演算オペレータ生成部５０２とは、演算処理部３００内に設けても良いし、第１の実施の形態と同様に、サーバ５００内に設けてもよい。
【００４８】
（１）第２の実施の形態の動作説明
基準時期（ｔ＝ｔ０）におけるプローブ径に相当する基準サンプルの基準電子線画像を、一定期間（ｔ＝ｔ’）を経てプローブ径が変化した場合の基準サンプルの基準電子線画像から生成する第２の実施の形態の場合について図６〜図８を用いて説明する。
【００４９】
処理の流れは、第１の実施の形態で説明した「基本的な実施の形態」で述べたのと同様である。さらに、第１の実施の形態で説明した「プローブ径の差異の検出方法」についても同様である。
【００５０】
予め、基準時期（ｔ＝ｔ０）には、基準試料（基準サンプル）から取得される基準電子線画像ｉ１（０）を電子線画像取得部３１１で取得して記憶装置３０１等に保存しておく（Ｓ７１）。
【００５１】
一定期間（ｔ＝ｔ’）を経た後の演算オペレータ生成時には、同一基準試料（基準サンプル）から取得される基準電子線画像ｉ１（ｔ０’）を電子線画像取得部３１１で取得し（Ｓ７２）、プローブ径差異検出部５０１および演算オペレータ生成部５０２において上記基準時期における基準電子線画像ｉ１（０）と上記一定期間（所定期間）後の基準電子線画像ｉ１（ｔ０’）とに基いてプローブ径の差異を検出し（Ｓ７３）、該検出されたプローブ径の差異を基に演算オペレータｄＰｋａまたはｄＰｋｂを生成する（Ｓ７４）。
【００５２】
続いて、一定期間後（ｔ＝ｔ’）の計測時には、計測対象パターンの計測用電子線画像ｍ１（ｘ，ｙ）を電子線画像取得部３１１で取得し（Ｓ８１）、上記生成された演算オペレータｄＰｋａまたはｄＰｋｂを上記取得された計測対象パターンの計測用電子線画像ｍ１（ｘ，ｙ）に対して作用させることによって、基準時期（ｔ＝ｔ０）におけるプローブ径に相当する補正計測用電子線画像を補正生成する（Ｓ８２）。そして、計測部３１３は、補正生成された補正計測用電子線画像を用いてパターン計測を行う（Ｓ８３）。
【００５３】
なお、以上示したような、画像の保存、画像処理演算は、各装置が実施しても良いが、図１及び図２に示すようなデータステーション５００を設け、一括管理するようにしても良い。データステーション５００においては、図８に示すような計測値のトレンドを管理してもよい。
【００５４】
以上説明した第２の実施の形態によれば、電子顕微鏡装置において時間経過によって生ずる調整しきれない分解能の差によって生じる計測値の差を低減することが可能となり、これにより、精度の高い計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る複数の電子顕微鏡装置を備えた電子顕微鏡装置システムの第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す電子顕微鏡装置システムの概略図である。
【図３】本発明に係る電子顕微鏡装置システムの第１の実施の形態である、例えばサーバ（データステーション）でのｋ号機用の演算オペレータ生成フローとｋ号機のＣＰＵ部での寸法計測フローとを示す図である。
【図４】装置間または経時変化前後に基準試料を用いて取得される基準電子線画像から装置間または経時変化前後のプローブ径（分解能）の差異を検出する手法であるＣＧ法の処理手順を示す図である。
【図５】所定の電子顕微鏡装置の表示装置に表示されるＧＵＩ画面の一実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る電子顕微鏡装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係る電子顕微鏡装置の第２の実施の形態である、例えば主制御部での一定時間後の演算オペレータ生成フローとＣＰＵ部での一定時間後での寸法計測フローとを示す図である。
【図８】所定の電子顕微鏡装置の表示装置に表示されるＧＵＩ画面上への計測データの表示方法の一実施例を示す図である。
【図９】計測対象断面形状と電子線画像とラインプロファイルの関係を示す図である。
【図１０】エッジ検出アルゴリズムを説明するための図である。
【図１１】プローブ径の違いによるラインプロファイルの違いを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…電子顕微鏡装置、１０（１〜ｎ）…１号機〜ｎ号機の電子顕微鏡装置、１００…試料、１０１…Ｘ−Ｙステージ、２００…本体部（電子光学系）、２０１…電子銃、２０２…コンデンサレンズ、２０３…対物レンズ、２０４…偏向器、２０５…偏向器、２０６…２次電子検出器、２０７…Ａ／Ｄ変換器、２０８…アライメントコイル、２０９…非点補正コイル、２１０…対物レンズ絞り、３００…画像処理部、３０１…記憶装置、３０２…表示装置、３１０…ＣＰＵ部、３１１…電子線画像取得部、３１２…演算オペレータ作用部、３１３…計測部、３２０…画像メモリ、４００…主制御部、５００…サーバ（データステーション）、５０１…プローブ径差異検出部（分解能差異検出部：分解能変化検出部）、５０２…演算オペレータ生成部、６００…ネットワーク。
【図１】
2005322423.tif 000012
【図２】
2005322423.tif 000013
【図３】
2005322423.tif 000014
【図４】
2005322423.tif 000015
【図５】
2005322423.tif 000016
【図６】
2005322423.tif 000017
【図７】
2005322423.tif 000018
【図８】
2005322423.tif 000019
【図９】
2005322423.tif 000020
【図１０】
2005322423.tif 000021
【図１１】
2005322423.tif 000022