(57)【要約】【課題】  荷電ビームの走査方向の影響を受けることなく任意のパターン形状の情報を取得する。【解決手段】  検査対象であるパターンＰ１のエッジＥＰ１の形状情報からパターンエッジＥＰ１にほぼ直交する第一の線群ＣＬｏとパターンエッジＥＰ１にほぼ平行な第二の線群ＣＬｐとを作成し、これらの線群ＣＬｏ，ＣＬｐで画定される格子群が線群ＣＬｏに沿った走査方向ＳＤａに順次走査されるように電子ビームＥＢの照射位置および照射順序を決定し、この照射順序に従って上記照射位置を電子ビームＥＢで順次走査する。【選択図】  図１
2005116795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象のパターンのエッジの形状情報を取得する手順と、
前記パターンエッジにほぼ直交する第一の線群を作成する手順と、
前記パターンエッジにほぼ平行な第二の線群を作成する手順と、
前記第一の線群と前記第二の線群とで画定される領域をそれぞれが荷電ビームの照射位置を含む格子群と規定する手順と、
前記第一または前記第二の線群の方向で前記格子群が順次走査されるように前記領域への前記荷電ビームの照射順序を決定する手順と、
前記照射順序に従って前記荷電ビームで前記パターンが形成された被検物を走査する手順と、
を備える荷電ビーム照射方法。
【請求項２】
前記第一の線群を作成する手順は、
前記パターンエッジを有限個の線分に分割する手順と、
分割された箇所から前記パターンエッジに直交する直線を作成する手順とを含み、
前記格子群を規定する手順は、
前記荷電ビームを走査させる距離を走査距離として設定する手順と、
その幅が前記走査距離に相当する帯状の領域を前記パターンエッジに沿う方向に設定する手順と、
前記帯状の領域を前記パターンエッジに直交する方向に有限個の領域に分割する第二の線群を作成する手順とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム照射方法。
【請求項３】
前記線分の長さは、前記荷電ビームの照射により得られる前記パターンの画像を構成する画素の所望の大きさに応じて局所的に調整可能である、ことを特徴とする請求項２に記載の荷電ビーム照射方法。
【請求項４】
前記第二の線群を作成する手順は、
前記パターンの画像を取得し、この画像のポテンシャル関数を算出する手順と、
前記ポテンシャル関数が等しい値を有する等ポテンシャル曲線を前記第二の線群として規定する手順とを含み、
前記第一の線群を作成する手順は、等ポテンシャル曲線にほぼ直交する線群を作成する手順である、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム照射方法。
【請求項５】
前記ポテンシャル関数を算出する手順は、
前記画像を複素平面ｚ＝ｘ＋ｉｙで表わし、この複素平面上の点に位置する画素の階調値に基づいてポテンシャル関数Ｖ（ｚ）を正則関数となるように定義する手順を含み、
前記第一の線群は、前記ポテンシャル関数Ｖ（ｚ）に対してコーシー・リーマンの関係で導かれる関数Ｗ（ｚ）を求め、Ｗ＝定数となるｚ平面上の曲線群を算出することにより作成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の荷電ビーム照射方法。
【請求項６】
前記パターンエッジの形状情報は、
前記パターンの描画を含む製造工程により製造される製品の設計情報またはＣＡＤ情報に基づいて作成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の荷電ビーム照射方法。
【請求項７】
検査対象のパターンのエッジに交差する複数の方向に沿って、前記パターンが形成された被検物を走査する第一の走査手順と、
前記第一の走査手順により得られた信号から前記複数の方向のそれぞれに対応付けて信号波形を取得する手順と、
前記信号波形の空間周波数を算出する手順と、
前記空間周波数が最も高くなる方向を適切な走査方向として規定する手順と、
前記規定された走査方向に沿って前記被検物を荷電ビームで走査する第二の走査手順と、
を備える荷電ビーム照射方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の荷電ビーム照射方法を用いる半導体装置の製造方法。
【請求項９】
荷電ビームを生成して検査対象であるパターンが形成された被検物に照射する荷電ビーム出射部と、
前記荷電ビームを偏向する偏向器と、
前記パターンのエッジの形状情報から前記パターンエッジにほぼ直交する第一の線群と前記パターンエッジにほぼ平行な第二の線群とを作成してこれら第一および第二の線群のいずれかの方向を走査方向と規定し、前記第一の線群と前記第二の線群とで画定される領域をそれぞれが荷電ビームの照射位置を含む格子群として規定し、前記被検物の前記領域が前記走査方向に順次走査されるように前記荷電ビームの照射位置および照射順序を決定する演算部と、
前記荷電ビームにより前記照射位置が前記照射順序で順次照射されるように前記偏向器を制御する偏向制御部と、
を備える荷電ビーム照射装置。
【請求項１０】
前記演算部は、
前記パターンエッジを有限個の線分に分割し、分割された箇所から前記パターンエッジに直交する直線を作成することにより前記第一の線群を作成し、
前記荷電ビームを走査させる距離を走査距離として設定し、その幅が前記走査距離に相当する帯状の領域を前記パターンエッジに沿う方向に設定することにより前記格子群を規定し、前記帯状の領域を前記パターンエッジに直交する方向に有限個の領域に分割することにより前記第二の線群を作成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の荷電ビーム照射装置。
【請求項１１】
前記線分の長さは、前記荷電ビームの照射により得られる前記パターンの画像を構成する画素の所望の大きさに応じて局所的に調整可能である、ことを特徴とする請求項１０に記載の荷電ビーム照射装置。
【請求項１２】
前記演算部は、
前記パターンの画像の入力を受けてこの画像のポテンシャル関数を算出し、前記ポテンシャル関数が等しい値を有する等ポテンシャル曲線を前記第二の線群として規定することにより前記第二の線群を作成し、
前記等ポテンシャル曲線にほぼ直交する線群を作成することにより前記第一の線群を作成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の荷電ビーム照射装置。
【請求項１３】
前記演算部は、
前記画像を複素平面ｚ＝ｘ＋ｉｙで表わし、この複素平面上の点に位置する画素の階調値に基づいてポテンシャル関数Ｖ（ｚ）を正則関数となるように定義することにより前記ポテンシャル関数を算出し、
前記ポテンシャル関数Ｖ（ｚ）に対してコーシー・リーマンの関係で導かれる関数Ｗ（ｚ）を求め、Ｗ＝定数となるｚ平面上の曲線群を算出することにより前記第一の線群を作成する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の荷電ビーム照射装置。
【請求項１４】
前記パターンエッジの形状情報は、前記パターンの描画を含む製造工程により製造される製品の設計情報またはＣＡＤ情報に基づいて作成されることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の荷電ビーム照射装置。
【請求項１５】
荷電ビームを生成して検査対象であるパターンが形成された被検物に照射する荷電ビーム出射部と、
前記荷電ビームを偏向して前記被検物を走査する偏向器と、
検査対象のパターンのエッジに交差する複数の方向に沿って前記被検物を走査して得られた信号の波形情報の入力を受け、前記信号波形の空間周波数を算出し、前記複数の方向のうち前記空間周波数が最も高くなる方向を適切な走査方向として規定する演算部と、
前記演算部により規定された走査方向に沿って前記被検物が前記荷電ビームで走査されるように前記偏向器を制御する偏向制御部と、
を備える荷電ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電ビーム照射方法、半導体装置の製造方法および荷電ビーム照射装置に関し、例えば、電子ビームの走査における電子ビーム照射位置の指定を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
荷電ビーム照射装置、例えば電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などを用いて被検物を観察する際には、電子銃から放出された電子ビームを走査偏向器によりラスタ走査を行い、電子ビーム照射により被検物の表面から発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、二次電子等という）を検出し、得られた信号を処理して電子ビーム照射による画像（ＳＥＭ画像）を取得する。ラスタ走査の特徴は、電子ビームの照射位置が、例えば画面の左から右へと、連続的に移動することである。これまで一般に使用されてきた画像表示では、披検物上の走査位置で得られた二次電子信号を画像表示用の素子（ピクセル）に伝送して二次元画像を表示してきた。画像表示用の素子は、通常、水平／垂直方向に均等に配置されており、図８（ａ）に示すように、ラスタ走査では水平方向の走査の後に垂直方向に移動して再び水平走査を行う動作を繰り返す。
【０００３】
しかし、ＬＳＩパターンなどの凹凸形状や材質が異なる箇所を電子ビームで走査すると、パターンの形状や電子ビームの走査方向に依存してチャージアップが発生し、これに起因してＳＥＭ画像にコントラスト変動が生じる場合がある。さらに電子ビームの走査方向と直交するエッジと走査方向に平行なエッジとでは、エッジ部のコントラストや像解像度に違いが生じる場合がある。これはエッジ部の階調値を表すラインプロファイルを見れば明らかである。例えば図８（ａ）においてパターンエッジＥＰ１に対して直交する方向Ｄ０−Ｄ１に沿った走査では、そのラインプロファイルは、図８（ｃ）に示すように、コントラストが急峻に立ち上がっているのに対し、パターンエッジＥＰ１に対して斜めの方向Ｃ０−Ｃ１に沿った走査では、図８（ｂ）に示すように、そのラインプロファイルの立ち上がりが緩やかになる。
【０００４】
このように、同一の断面形状であっても走査する方向に依存してパターンエッジの解像度に差が生じてしまう。従来より測定してきた単純なラインパターン等の配線パターンでは、パターンの長手方向に対して直交するような走査方向で画像を取得しているため、エッジ部の解像度に問題が生じることは特になかった。しかし、近年のＬＳＩパターンの微細化および複雑化により、配線パターンなどの一次元計測だけでは十分な形状評価およびプロセス管理が不可能になっており、さらに、ラスタ走査で得られた二次元画像を用いて二次元的な形状評価を行う傾向が強まっている。この形状評価の項目としては、従来のラインパターンの線幅だけでなく、例えば穴パターンの面積や周囲長、パターン角部の丸まりの程度などが挙げられる。
【０００５】
上述した通り、ラスタ走査ではパターン形状や走査方向に依存したコントラスト変動、およびエッジの向きによる解像度の変化が生じる場合がある。従って、ラスタ走査で得られた画像から二次元的な形状計測を行うと、計測結果に走査方向の影響が含まれる場合があり、そのときは正確な計測結果を得ることができない。そこで、走査方向の影響の無い画像を取得するために、ラスタ走査以外の走査手法が必要となる。
【０００６】
走査方向の影響が無い走査方法としてランダム走査が挙げられる（例えば特許文献１）。この手法の一つの特徴は、電子ビームによって走査される走査平面における電子ビーム照射位置を指定する照射位置情報信号を、互いにランダムに照射位置を指定するように順々に出力し、この出力された照射位置情報信号に対応する照射位置に電子ビームを照射する点にある。
【特許文献１】特開平５−１５１９２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、測定倍率に応じた電子ビームの全照射領域をランダム走査すると、測定用の画像を得るために非常に長い時間が必要になるという問題があった。
【０００８】
また、パターンエッジに対して直交するように走査した場合、通常の画像表示では画像表示用の素子が水平／垂直方向に均等に配置されているため、図９（ａ）に示すように、斜め方向Ｅ０−Ｅ１に電子ビームを走査して画像信号を表示させると、そのラインプロファイルは図９（ｂ）のように急峻に立ち上がるものの、斜め方向の格子が連続的に繋がらずに画像信号の情報が欠落してしまうという問題があった。
【０００９】
また、穴パターンの測定を目的として、穴の径方向に電子ビームを走査して極座標系に変換した後に測定を行う手法も実用化されている。しかしながら、極座標系では穴パターンのみに適用可能であり、任意のパターン形状に適用できる手法ではない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、荷電ビームの走査方向の影響を受けることなく任意のパターン形状の情報を取得することができる荷電ビーム照射方法、半導体装置の製造方法および荷電ビーム照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、
検査対象のパターンのエッジの形状情報を取得する手順と、
上記パターンエッジにほぼ直交する第一の線群を作成する手順と、
上記パターンエッジにほぼ平行な第二の線群を作成する手順と、
上記第一の線群と上記第二の線群とで画定される領域をそれぞれが荷電ビームの照射位置を含む格子群と規定する手順と、
上記第一または上記第二の線群の方向で上記格子群が順次走査されるように上記領域への上記荷電ビームの照射順序を決定する手順と、
上記照射順序に従って上記荷電ビームで上記パターンが形成された被検物を走査する手順と、
を備える荷電ビーム照射方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、
検査対象のパターンのエッジに交差する複数の方向に沿って、上記パターンが形成された被検物を走査する第一の走査手順と、
上記第一の走査手順により得られた信号から上記複数の方向のそれぞれに対応付けて信号波形を取得する手順と、
上記信号波形の空間周波数を算出する手順と、
上記空間周波数が最も高くなる方向を適切な走査方向として規定する手順と、
上記規定された走査方向に沿って上記被検物を荷電ビームで走査する第二の走査手順と、
を備える荷電ビーム照射方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、
上述した荷電ビーム照射方法を用いる半導体装置の製造方法が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して検査対象であるパターンが形成された被検物に照射する荷電ビーム出射部と、
上記荷電ビームを偏向する偏向器と、
上記パターンのエッジの形状情報から上記パターンエッジにほぼ直交する第一の線群と上記パターンエッジにほぼ平行な第二の線群とを作成してこれら第一および第二の線群のいずれかの方向を走査方向と規定し、上記第一の線群と上記第二の線群とで画定される領域をそれぞれが荷電ビームの照射位置を含む格子群として規定し、上記被検物の上記領域が上記走査方向に順次走査されるように上記荷電ビームの照射位置および照射順序を決定する演算部と、
上記荷電ビームにより上記照射位置が上記照射順序で順次照射されるように上記偏向器を制御する偏向制御部と、
を備える荷電ビーム照射装置が提供される。
【００１５】
さらに、本発明によれば、
荷電ビームを生成して検査対象であるパターンが形成された被検物に照射する荷電ビーム出射部と、
上記荷電ビームを偏向して上記被検物を走査する偏向器と、
検査対象のパターンのエッジに交差する複数の方向に沿って上記被検物を走査して得られた信号の波形情報の入力を受け、上記信号波形の空間周波数を算出し、上記複数の方向のうち上記空間周波数が最も高くなる方向を適切な走査方向として規定する演算部と、
上記演算部により規定された走査方向に沿って上記被検物が上記荷電ビームで走査されるように上記偏向器を制御する偏向制御部と、
を備える荷電ビーム照射装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、任意の形状のパターン輪郭に直交する方向に荷電ビームを走査するので、荷電ビームの走査方向の影響を受けることなく高精度の輪郭情報を安定して取得することができる。また、高精度の輪郭情報を取得できるので、高スループットでかつ高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図１〜図７を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態においては荷電ビームとして電子ビームを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限ることなく、例えばイオンビームを荷電ビームとして用いる場合にも勿論適用可能である。
【００１８】
（１）荷電ビーム照射方法の第１の実施の形態
図１は、本発明にかかる荷電ビーム照射方法の第１の実施の形態の概要を説明する図である。同図（ａ）に示すように、本実施形態の電子ビーム照射方法では、パターンエッジＥＰ１に直交する曲線群ＣＬｏとパターンエッジＥＰ１に平行な曲線群ＣＬｐとを形成し、これらの曲線群ＣＬｏ，ＣＬｐで画定される格子群を電子ビームの照射領域と設定する。さらに、このように設定された走査位置に対し、パターンエッジＥＰ１に直交する方向（曲線群ＣＬｏの方向）に電子ビームを走査する（図１に示す例では走査方向ＳＤａ，ＳＤｂ）。図１（ａ）の座標系は、通常の水平／垂直方向の座標系（ｘ−ｙ座標系）から座標変換された系（ξ−η座標系）で表現されており、走査方向Ａ０−Ａ１およびＢ０−Ｂ１のいずれもη方向となり、このη方向に電子ビームが走査されてξ−η座標系においてＳＥＭ像が形成される。
【００１９】
電子ビームの照射位置は、第一および第二の曲線群で画定される格子の各中心座標をｘ−ｙ座標系で算出し、この照射位置に電子ビームが照射するように電子ビームの偏向器を制御する。電子ビームの照射により発生した二次電子信号は、検出器（図７の符号６６参照）にて検出され増幅されて照射位置に対応したξ−η座標系の画像メモリ（図７のエッジ直交走査画像メモリ２４参照）に記憶される。これをパターンエッジＥＰ１に直交する方向、即ちη方向に繰り返すことで、パターンエッジＥＰ１に直交する方向への電子ビーム走査が可能となる。
【００２０】
図２は、このような走査面をξ−η座標系で表わした例である。パターンエッジＥＰ１は一本の直線となり、パターンエッジＥＰ１に対して水平な方向がξ軸であり、パターンエッジＥＰ１に垂直な方向がη軸であることが分かる。走査方向Ａ０−Ａ１およびＢ０−Ｂ１での各ラインプロファイルを比較すると、図１（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示すように、コントラストが同様に急峻に立ち上がり、かつピクセル情報の欠落などが無く同一の情報量を得ることができる。
【００２１】
本実施形態のビーム照射方法のより具体的な手順を図３の流れ図を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、検査パターンの輪郭形状を取得する（ステップＳ１）。この輪郭形状は、実際に電子ビームで検査パターンＰ１をラスタ走査して取得したＳＥＭ画像を用いても、設計情報やＣＡＤ情報、さらにはリソグラフィなどの形状シミュレーション情報を用いても取得可能である。図３では実際に電子ビームをラスタ走査する手法を示している。この段階ではｘ−ｙ座標系でのＳＥＭ画像として表現される。このＳＥＭ画像を用いて輪郭形状、つまりパターンエッジＥＰ１を抽出する（ステップＳ２）。パターンエッジＥＰ１は、例えば２値化処理やラプラシアンフィルタ、ソーベルフィルタ等の画像処理により抽出可能である。輪郭の抽出自体についても様々な手法を用いることができる。
【００２３】
次に、パターンエッジＥＰ１に直交して電子ビームを走査するときの距離（以下、走査距離という）を設定し、走査領域を設定する（ステップＳ３）。パターンエッジＥＰ１に沿って走査距離が通過する領域が電子ビームの走査領域となる。次いで、図２に示したように、ｘ−ｙ座標系からξ−η座標系へと走査面を変換することにより、設定した走査領域内でパターンエッジＥＰ１に直交するような曲線群ＣＬｏとパターンエッジに平行な曲線群ＣＬｐとを特定する（ステップＳ４）。このような曲線群ＣＬｏ，ＣＬｐを形成する具体的な手法については後に詳述する。
【００２４】
このようにして格子群を形成した後に、ξ−η座標系のη軸に沿って電子ビームを走査することにより（ステップＳ５）、ξ−η座標系におけるＳＥＭ画像を取得することができる。
【００２５】
パターンエッジに直交する曲線群ＣＬｏとパターンエッジに平行な曲線群ＣＬｐとを形成する手法は多数存在しており、いずれの手法を用いても良いが、以下では、幾何学的手法と等ポテンシャル曲線を利用した手法とを取り上げて説明する。
【００２６】
（Ａ）幾何学的手法
図４は、幾何学的手法を用いて曲線群ＣＬｏ，ＣＬｐを形成する方法を説明する流れ図である。
【００２７】
まず、検査パターンＰ１のＳＥＭ画像を取得し（ステップＳ４１）、検査パターンＰ１の輪郭形状ＥＰ１を抽出した後に（ステップＳ４２）、輪郭ＥＰ１を有限個の曲線に分割する（ステップＳ４３）。この分割数および分割間隔は予め設定しておく。ここで、この分割間隔を局所的に狭く設定すれば、観察したい箇所を詳細に走査することが可能となる。例えば、曲率が大きい箇所は走査方向の影響を受けやすいため分割間隔を小さくする必要がある。その場合、分割された曲線について隣接する曲線との間で角度変化量を算出すれば、その曲率の変化を確認できる。この角度変化に応じた分割間隔を設定することにより、分割する数量を最適化することが可能になる。
【００２８】
次に、電子ビームの走査距離を設定する（ステップＳ４４）。次いで、検査対象の輪郭ＥＰ１を有限個の曲線に分割した箇所から検査対象の輪郭ＥＰ１に直交する方向に走査距離に相当する長さを有する曲線群を作成する（ステップＳ４５）。この曲線群は前述した曲線群ＣＬｏに相当しており、走査距離が短い場合は直線群とみなすことができる。曲線群ＣＬｏの方向はパターンエッジに直交する方向としているが、この方向は輪郭ＥＰ１の隣接複数点を通過する直線（輪郭ＥＰ１の接線）に直交する直線（法線）の方向を用いることで設定できる。
【００２９】
続いて、検査対象パターンの輪郭に沿う方向に走査距離の幅を有する帯状の領域を設定する（ステップＳ４６）。さらに、この帯状の領域を検査対象に沿う方向に有限個の領域に分割する曲線群ＣＬｐを作成する（ステップＳ４７）。この分割数および分割間隔は予め設定した値を用いるが、輪郭に近い部分については分割の間隔を小さくすることも可能である。
【００３０】
このようにして検査対象の輪郭に直交する曲線群ＣＬｏと輪郭に沿った曲線群ＣＬｐとから、輪郭に直交した方向に向かう格子列を含む格子群が形成される。このように輪郭ＥＰ１と交差する方向（η軸方向）に並ぶように特定された格子列を電子ビームの走査位置として設定する（ステップＳ４８）。これにより、走査時の電子ビームの照射位置は、電子ビームの走査方向に連続的に配列されることになる。電子ビームは、輪郭ＥＰ１に対して直交する方向に走査する場合には、そのような走査信号が送られた電子光学系の偏向器によって走査平面上を走査する。なお、この走査方向は、輪郭に沿う方向（ξ方向）に設定することも可能である。その場合、電子ビームは輪郭に沿った方向（ξ軸方向）に並んだ格子列上を走査することになる。電子ビームを走査することで検査対象から発生した信号は、走査方向に並んだ格子列に順次出力される。
【００３１】
（Ｂ）等ポテンシャル曲線を用いた手法
図５は、等ポテンシャル曲線を用いて曲線群を形成する方法を説明する流れ図である。この手法を概説すると、輪郭を抽出するためにラスタ走査で取得したＳＥＭ画像を用いて、このＳＥＭ画像の階調値に基づいて等ポテンシャル曲線を描き、この等ポテンシャル曲線に直交する曲線群を作成して得られた曲線群に沿って電子ビームを走査するものである。
【００３２】
まず、ラスタ走査により検査パターンＰ１のＳＥＭ画像を取得する（ステップＳ５１）。次に、ＳＥＭ画像を有する平面を複素平面ｚ＝ｘ＋ｉｙと定義して、複素平面上の任意の位置ｚｉ＝ｘｉ＋ｉｙｉにおけるピクセルの階調値ｇｉに基づき、画像上の位置ｚｉにおける画像のポテンシャル関数を次式のように定義する。
Ｖ（ｚ）＝Σ｛ｆ（ｇｉ）／ｈ（｜ｚ−ｚｉ｜）｝・・・（式１）
【００３３】
ここで、ｆ（ｇｉ）はｇｉに関して単調な関数であり、ｈ（｜ｚ−ｚｉ｜）は｜ｚ−ｚｉ｜と共に滑らかに減少する関数であり、ｚ平面上で微分可能な関数とする。次に、この関数の等ポテンシャル曲線を算出する（ステップＳ５２）。得られた等ポテンシャル曲線を破線ＰＬで示す。この等ポテンシャル曲線は前述した曲線群ＣＬｐに相当する。次に、上述の式１のポテンシャル関数と以下のコーシー・リーマンの関係で導かれる関数Ｗ（ｚ）を算出する。
∂Ｖ／∂ｘ＝∂Ｗ／∂ｙ，∂Ｖ／∂ｙ＝−∂Ｗ／∂ｘ・・・（式２）
【００３４】
さらに、数値計算によりＷを計算して、Ｗ＝定数となるｚ平面上の曲線群を順次作成する（ステップＳ５３）。このときの定数の値を調整することにより走査間隔を設定することができる。関数Ｖ＋ｉＷは正則関数であるため、この曲線群は複素解析の原理により、常に等ポテンシャル曲線に対して直交する。即ち、この曲線群は前述のパターンエッジに直交する曲線群ＣＬｏに相当する。次に、走査距離を設定して電子ビームの走査領域を規定し（ステップＳ５４）、得られた曲線群ＣＬｏに沿って電子ビームを走査することにより（ステップＳ５５）、パターンエッジに直交した走査が可能となる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、任意の形状のパターン輪郭に直交する方向またはこれに平行な方向に荷電ビームを走査するので、電子ビームの走査方向の影響を受けることなく高精度の輪郭情報を安定して取得することができる。
【００３６】
（２）荷電ビーム照射方法の第２の実施の形態
次に、本発明にかかる荷電ビーム照射方法の第２の実施の形態について説明する。本実施形態は、輪郭に直交する方向を設定するために、パターンエッジの空間分解能を利用する方法である。
【００３７】
図６は、本実施形態の概要を説明する流れ図である。まず、検査対象のパターンＰ３の輪郭形状を取得した後（ステップＳ１１）、取得した検査画像の輪郭上の位置における複数の探索角度の信号波形を取得し（ステップＳ１２）、各探索角度における信号波形の空間周波数から探索角度と空間周波数との関係を算出する。この信号波形の空間周波数は、パターンエッジ部の空間分解能に代表される波形の立ち上がりの急峻さなど信号強度の程度を表わしている。これらの探索角度と空間周波数との関係から空間周波数が最も高くなる信号波形の探索角度を算出し（ステップＳ１３）、電子ビームでの走査に最適な方向ＳＤと設定する（ステップＳ１４）。ここで複数方向の信号波形を取得する際に静止画像上でなく、実際に電子ビームを複数方向に走査して空間周波数が最も高くなる角度を求めることも可能である。
【００３８】
空間周波数が最も高くなる信号波形の探索角度を最適の走査方向として設定するので、電子ビームの走査方向の影響を受けることなく高精度の輪郭情報を安定して取得することができる。
【００３９】
（３）半導体装置の製造方法
上述した荷電ビームの照射方法の実施の形態を用いることにより、荷電ビームの走査方向の影響を受けることなくパターンの輪郭情報を高精度で取得できるので、高スループットでかつ高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【００４０】
（４）荷電ビーム照射装置の実施の一形態
本発明にかかる荷電ビーム照射装置の実施の一形態について図７を参照しながら説明する。上述した電子ビーム照射方法を実現する装置の一例を図７のブロック図に示す。同図に示す電子ビーム照射装置１の特徴は、電子ビーム照射部１０、メインコンピュータ２０、画像処理部３０およびパターンエッジ位置メモリ３２の他、それぞれ２系統の偏向制御ユニットと画像形成ユニットをさらに備え、かつ、メインコンピュータ２０が２系統の演算部を含む点にある。ここで、２系統とは、ラスタ走査の系統と、パターンエッジに直交するように走査するエッジ直交走査の系統をいう。これらの構成部が２系統に分離している理由は、ラスタ走査は直交座標系、つまりｘ−ｙ座標系であるため走査位置を容易に算出できるのに対し、エッジ直交走査では任意のパターン形状に対応する必要があり、走査位置の点数や画像メモリ容量が検査対象パターンの形状によって大きく変化するからである。
【００４１】
電子ビーム照射部１０は、電子銃５２、コンデンサレンズ５４、絞り５６、走査偏向器５８、対物レンズ６２、ステージ６４および検出器６６を含む。走査偏向器５８は、水平走査用偏向器５８ａと垂直走査用偏向器５８ｂとを有する。ステージ６４の上面には、観察または測定対象であるパターン（図示せず）が上面に形成されたウェーハＷが載置されている。電子銃５２は電子ビームＥＢを発生させ、この電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ５４、絞り５６および対物レンズ６２を通過してウェーハＷの上面のパターンに到達し、走査偏向器５８により走査される。電子ビームＥＢの照射によりウェーハＷの表面から二次電子等が発生し、これらの二次電子等を検出器６６が検出してその信号強度に依存した信号を各系統の画像形成ユニットが処理する。
【００４２】
メインコンピュータ２０は、ラスタ走査用演算部３６とエッジ直交走査用演算部３８とを含む。ラスタ走査用演算部３６は、ラスタ走査の照射位置を算出する。エッジ直交走査用演算部３８は、上述した荷電ビーム照射方法の実施の形態の少なくとも一つに従ってパターンエッジに直交する方向や照射位置を算出する。前述したとおり、これら２つの走査方法は全く異なっているために、偏向系を完全に独立させる必要がある。ラスタ走査系の偏向制御ユニットは、偏向器５８にラスタ走査をさせるためのラスタ走査偏向制御部１６と、ラスタ走査用の偏向信号を生成してラスタ走査偏向制御部１６に供給するラスタ走査用制御部１８とを含む。エッジ直交走査系の偏向制御ユニットは、偏向器５８に、パターンエッジに直交するように走査させるためのエッジ直交走査偏向制御部２６と、エッジ直交走査用の走査信号を生成してエッジ直交走査偏向制御部２６に供給するエッジ直交走査用制御部２８とを含む。
【００４３】
ラスタ走査系の画像形成ユニットは、ラスタ走査画像変換部１２とラスタ走査画像メモリ１４とを含む。ラスタ走査画像変換部１２は、ラスタ走査で検出器６６により検出された二次電子等の信号を二次元画像に変換する。ラスタ走査画像メモリ１４は、ラスタ走査で取得した二次元画像を保存する。同様に、エッジ直交走査画像変換部２２は、エッジ直交走査にて検出器６６により検出された二次電子等の信号をエッジに直交した座標系（ξ−η座標系）にて画像に変換し、エッジ直交走査画像メモリ２４は、エッジ直交走査で取得した画像を保存する。画像メモリも二系統に分離されているのは、ラスタ走査では通常の二次元画像が形成できるが、エッジ直交走査では通常の二次元画像が表示できず直交座標系でのみ画像が形成されるからである。
【００４４】
本実施形態によれば、ラスタ走査の系統以外にパターンエッジに直交するように走査するエッジ直交走査用の演算部３８、偏向制御ユニットおよび画像形成ユニットを備えるので、電子ビームの走査方向の影響を受けることなく高精度の輪郭情報を安定して取得することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限ることなく、その技術的範囲内で種々変更して適用可能であることは勿論である。例えば、前述した電子ビーム照射装置では、ラスタ走査の系統およびエッジ直交走査系統の２系統を備える形態について説明したが、このエッジ直交走査系統に代えて、またはこれに加えて、パターンエッジに平行に走査するための演算部、偏向制御ユニットおよび画像形成ユニットを備えることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかる荷電ビーム照射方法の第１の実施形態の概要を説明する図である。
【図２】図１に示す荷電ビーム照射方法における走査面をξ−η座標系で表わした例である。
【図３】図１に示す荷電ビーム照射方法の具体的な手順を説明する流れ図である。
【図４】パターン輪郭に直交する曲線群の具体的作成手順の一例を説明する流れ図である。
【図５】パターン輪郭に直交する曲線群の具体的作成手順の他の一例を説明する流れ図である。
【図６】本発明にかかる荷電ビーム照射方法の第２の実施の形態の概要を説明する流れ図である。
【図７】本発明にかかる荷電ビーム照射装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本願発明の背景技術の一つとして直交格子上で電子ビームをラスタ走査する方法を説明する図である。
【図９】本願発明の背景技術の一つとして直交格子上で電子ビームを斜めに走査する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電子ビーム照射システム
１０  電子ビーム照射部
１２  ラスタ走査画像変換部
１４  ラスタ走査画像メモリ
１６  ラスタ走査偏向制御部
１８  ラスタ走査制御部
２０  メインコンピュータ
２２  エッジ直交走査画像変換部
２４  エッジ直交走査画像メモリ
２６  エッジ直交走査偏向制御部
２８  エッジ直交走査制御部
３０  画像処理部
３２  パターンエッジ位置メモリ
３６  ラスタ走査用演算部
３８  エッジ直交走査用演算部
５４ａ，５４ｂ  コンデンサレンズ
５６  絞り
５８ａ，５８ｂ  走査偏向器
６２  対物レンズ
６４  ステージ
６６  検出器
ＥＰ１，  パターン輪郭
Ｐ１，Ｐ３  検査対象パターン
ＳＤｅ，ＳＤｄ，ＳＤｖ  電子ビームの走査方向
Ｗ  ウェーハ
【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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【図９】
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