(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線を用いて生成する画像のオートフォーカス合わせを行うオートフォーカス方法およびオートフォーカス装置に関し、フォーカス電流を所定幅で変えて試料からラインプロファイルを複数取得し、これら各ラインプロファイルを微分した値の絶対値の総和をそれぞれ算出し、これら総和が最大の点あるいは隣接する総和がほぼ等しくなる点を合焦点と決定してその画像を取得し、再現性高くフォーカス合わせした画像を自動取得することを目的とする。【構成】  対物レンズの電流あるいは電圧を所定幅で順次変えたときに試料からラインプロファイルをそれぞれ取得するステップと、取得した各ラインプロファイルを微分してその絶対値の総和をそれぞれ算出するステップと、算出した総和が最大あるいは隣接する総和がほぼ等しくなるときの対物レンズの電流あるいは電圧に調整するステップとを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を用いて生成する画像のオートフォーカス合わせを行うオートフォーカス方法において、
対物レンズの電流あるいは電圧を所定幅で順次変えたときに試料からラインプロファイルをそれぞれ取得するステップと、
前記取得した各ラインプロファイルを微分してその絶対値の総和をそれぞれ算出するステップと、
前記算出した総和が最大あるいは隣接する総和がほぼ等しくなるときの対物レンズの電流あるいは電圧に調整するステップと、
を有するオートフォーカス方法。
【請求項２】
前記試料上で、任意の異なる場所から順次ラインプロファイルを取得し、当該取得したラインプロファイルを微分してその絶対値の総和をそれぞれ算出し、算出した総和が所定基準値よりも大きいときのラインプロファイルを取得した場所をパターンのある場所と決定し、当該決定した場所について、請求項１記載のラインプロファイルを取得することを特徴とするオートフォーカス方法。
【請求項３】
前記対物レンズの電流あるいは電圧を所定幅で順次変えるとして、最初は所定幅を大きめと設定し、前記算出した総和が最大あるいは隣接する総和がほぼ等しくなったときに当該所定幅を順次小さくして所定閾値になるまで繰り返し、フォーカス合わせを荒い調整から順次微細調整することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のオートフォーカス方法。
【請求項４】
前記対物レンズの電流あるいは電圧を所定幅で順次変えるとして、所定数のチャネルに設定したそれぞれの値に順次変えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項５】
前記所定数のチャネルに設定する値の幅を、最初は所定幅を大きめの値と設定し、前記算出した総和が最大あるいは隣接する総和がほぼ等しくなったときに当該所定幅の値を順次小さく設定して所定閾値になるまで繰り返し、フォーカス合わせを荒い調整から順次微細調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項６】
荷電粒子線を用いて生成する画像のオートフォーカス合わせを行うオートフォーカス装置において、
対物レンズの電流あるいは電圧を所定幅で順次変えたときに試料からラインプロファイルをそれぞれ取得する手段と、
前記取得した各ラインプロファイルを微分してその絶対値の総和をそれぞれ算出する手段と、
前記算出した総和が最大あるいは隣接する総和がほぼ等しくなるときの対物レンズの電流あるいは電圧に調整する手段と、
を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いて生成する画像のオートフォーカス合わせを行うオートフォーカス方法およびオートフォーカス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査型電子顕微鏡などでマスクやＬＳＩのパターンから焦点のあった画像を取得する場合、対物レンズの電流を少しずつ変えてそのときの画像がもっとも鮮鋭になる点を操作員が目視して決めてそのときの画像を取得したり、あるいは画像をライン走査して最もシャープになる点の画像を取得したりしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した前者の操作員が画像のフォーカスを調整していたのでは手間がかかると共人によってバラツキができたりし再現性に欠けたるという問題があった。
【０００４】
また、上述した後者の画像のライン走査して最もシャープにある点の画像を取得していたのでは、ラインの波形がなだらかな場合などに充分な再現性のあるフォーカスを合わせた画像を取得し難いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するため、フォーカス電流を所定幅で変えて試料からラインプロファイルを複数取得し、これら各ラインプロファイルを微分した値の絶対値の総和をそれぞれ算出し、これら総和が最大の点あるいは隣接する総和がほぼ等しくなる点を合焦点と決定してその画像を取得するようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、フォーカス電流を所定幅で変えて試料からラインプロファイルを複数取得し、これら各ラインプロファイルを微分した値の絶対値の総和をそれぞれ算出し、これら総和が最大の点あるいは隣接する総和がほぼ等しくなる点を合焦点と決定してその画像を取得することにより、再現性高くフォーカス合わせした画像を自動取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、フォーカス電流を所定幅で変えて試料からラインプロファイルを複数取得し、これら各ラインプロファイルを微分した値の絶対値の総和をそれぞれ算出し、これら総和が最大の点あるいは隣接する総和がほぼ等しくなる点を合焦点と決定してその画像を取得し、再現性高くフォーカス合わせした画像を自動取得することを実現した。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明のシステム構成図を示す。
図１において、鏡筒１は、公知の鏡筒であって、例えば走査型電子顕微鏡の場合には、荷電粒子線である電子線ビームを発生する電子銃、発生された電子線ビームを集束する集束レンズ、細く絞った電子線ビームを試料４の表面を照射しつつ平面走査（ｘ方向およびＹ方向に走査）するように２段偏向する偏向コイル、試料４の表面上で細く絞った電子線ビームを形成（フォーカス合わせ）する対物レンズ２、および２次電子、反射電子を検出する検出器などから構成されるものである。尚、レンズは静電型でもよい。また、荷電粒子線は、電子線ビームだけでなく、イオンビームなどの各種荷電粒子線でもよい。
【０００９】
対物レンズ２は、鏡筒１を構成する図示外の集束レンズで集束された電子線ビームを、試料４の表面でフォーカスして細く絞った電子線ビームを当該試料４の表面に照射するものである。電子線ビームが試料４の表面に細く絞って照射された状態で、鏡筒を構成する図示外の偏向コイルが平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）し、そのときに放出された２次電子、光、反射された反射電子、更に、吸収された吸収電子などを図示外の公知の検出器で検出し、試料４の表面の画像を図示外の表示装置の画面上に表示する。
【００１０】
試料室３は、試料４を収納する図示外の真空排気系で真空（１０−４Ｔｏｒｒ以下）に排気する部屋である。
【００１１】
試料４は、観察、検査対象の試料であって、例えばＬＳＩのパターンを焼き付けるマスクなどである。
【００１２】
ＰＣ１１は、パソコンであって、ここでは、プログラムに従い各種処理を行うものであり、ラインプロファイル取得手段１２、フォーカス電流調整手段１３、評価値算出手段１４、パターン特定手段１５、および画像ファイル１６などから構成されるものである。
【００１３】
ラインプロファイル取得手段１２は、鏡筒１を制御する図示外の制御装置に指令を発し、試料４の上の特定場所のラインの画像（ラインプロファイル）を取得するものである。取得したラインプロファイルは、画像ファイル１６に一時的に保存し、各種処理を行うために使用する（図２から図４を用いて後述する）。
【００１４】
フォーカス電流調整手段１３は、対物レンズ２の電流（フォーカス電流）を調整するものである（図２から図４を用いて後述する）。
【００１５】
評価値算出手段１４は、ラインプロファイルを微分してその絶対値の総和を算出するものである（図２から図４を用いて後述する）。
【００１６】
パターン特定手段１５は、試料４、例えばマスク上でパターンの存在する場所を特定するものである（図２から図４を用いて後述する）。
【００１７】
画像ファイル１６は、試料４から取得したラインプロファイルなどを保存するものである。
【００１８】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。
【００１９】
図２において、Ｓ２は、１〜１５チャネルに適当な電流値を与える。例えば１〜１５チャネルに順番に、
Ｉ、Ｉ＋Δｉ、Ｉ＋２Δｉ、・・・Ｉ＋１４Δｉ
を与える。Ｉは始点の電流値、Δｉはステップ幅の電流値（最初は、通常ｍＡの値、装置によって異なるので実験して適切な値を設定した電流値）である。
【００２０】
Ｓ３は、与えられた電流をフォーカス電流とする。これは、Ｓ２で与えられた電流（１〜１５チャネルに設定されたそれぞれの値）をフォーカス電流（対物レンズ２に供給してフォーカスする電流）とする。
【００２１】
Ｓ４は、マスクを走査して画像波形（ラインプロファイル）を取得する。これは、Ｓ３で与えられたフォーカス電流（１〜１５チャネルに設定されたフォーカス電流）を対物レンズ２に順次供給して電子線ビームを試料４であるマスクにフォーカスした状態で、図示外の偏向コイルに偏向電流を流して走査し、例えばそのときに放出された２次電子を検出・増幅して当該２次電子画像のラインプロファイル（図３の（ｂ））をそれぞれ取得する。
【００２２】
Ｓ５は、微分処理して評価値を求める。これは、Ｓ４で取得した例えば図３の（ｂ）のラインプロファイルについて微分処理して図３の（ｃ）の値を得た後、当該値の絶対値の総和（図３の（ｄ）の評価値）を算出する。
【００２３】
Ｓ６は、評価値を記憶する（Ｅ）。
Ｓ７は、  Ｎ＝１５か判別する。これは、１〜１５チャネルのＮ＝１から始めてＮ＝１５までＳ３からＳ６を繰り返したか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ２で１〜１５チャネルに設定したフォーカス電流でラインプロファイルをそれぞれ取得し（Ｓ４）、微分処理（Ｓ５）し、その絶対値の総和を評価値として算出（Ｓ６）の処理を全て終了したので、Ｓ８に進む。ＮＯの場合には、次のチャネルに設定されたフォーカス電流値についてＳ３以降を繰り返す。．
以上のＳ２〜Ｓ７のＹＥＳによって、例えば後述する図３の（ａ）のパターン中のある場所で、対物レンズ２の電流を１〜１５チャネルに設定したフォーカス電流値で電子線ビームを当該パターンにフォーカス調整したときのラインプロファイルを順次取得して微分し、更に微分した値の絶対値の総和を評価値としてそれぞれ算出できたこととなる。
【００２４】
Ｓ８は、評価値の中から最大値Ｅｍａｘ（１）を探す。Ｅｍａｘ（１）に対応するＮ（１〜１５チャネルのうちのいずれのチャネルＮ）の電流値Ｉｏを記憶する。
【００２５】
Ｓ９は、８チャネルにＩｏを与え、８チャネルを中心に再設定する。これは、１〜１５チャネルに設定したフォーカス電流値でそれぞれ取得したラインプロファイルの評価値のうち最大値Ｅｍａｘを探し、当該最大値Ｅｍａｘ（１）のラインプロファイルのフォーカス電流値Ｉｏを取り出し、当該電流値Ｉｏを８チャネルに設定し、再設定する。例えば
１チャネル：Ｉｏ−７Δｉ
・・・
６チャネル：Ｉｏ−２Δｉ
７チャネル：Ｉｏ−Δｉ
８チャネル：Ｉｏ
９チャネル：Ｉｏ＋Δｉ
１０チャネル：Ｉｏ＋２Δｉ
１１チャネル：Ｉｏ＋３Δｉ
・・・
１５チャネル：Ｉｏ＋７Δｉ
と再設定する。
【００２６】
Ｓ１０は、各Ｎに対しての評価値を求めてＮｍａｘ（２）を記憶する。これは、Ｓ４からＳ６と同様にして、再設定した１〜１５チャネルについてそれぞれラインプロファイルを取得し、微分してその絶対値の総和を評価値として算出し、最大の評価値をＮｍａｘ（２）として記憶する。
【００２７】
Ｓ１１は、Ｎｍａｘ（１）＝Ｎｍａｘ（２）か判別する。ＹＥＳの場合には、現在のステップ（Δｉ）における評価値が最大となる点を検出できたと判明したので、Ｓ１２に進む。一方、ＮＯの場合には、現在のステップ（Δｉ）における評価値が最大となる点が未だ検出されていないと判明したので、Ｓ２以降を繰り返し、現在のステップ（Δｉ）で最大の評価値が得られるまで繰り返す。
【００２８】
Ｓ１２は、Ｓ１１のＹＥＳで現在のステップ（Δｉ）で最大の評価値の点（フォーカス電流値）が得られたと判明したので、Δｉ（振り幅の刻み値）は、限度以下か判別する。例えば１００μＡ以下か判別する。ＹＥＳの場合には、限界以下のステップ（Δｉ）のときの最大の評価値のときのフォーカス電流値を検出できたと判明したので、Ｓ１４で各チャネルの電流値を固定する。これにより、１〜１５チャネルのうち最大評価値のチャネルにジャストフォーカスの対物電流値に固定され、ジャストフォーカスの画像が得られる状態に対物レンズ２の電流値が固定（自動フォーカスして固定）されることとなる。一方、Ｓ１２のＮＯの場合には、ステップ（Δｉ）が限度以下になっていないので、Δｉ（ふり幅の刻み値）を０．１倍とする（Δｉ＝０．１×Δｉとする）。これにより、１／１０に小さくしたΔｉでＳ２からＳ１２を繰り返し、当該更新したΔｉで評価値が最大のフォーカス電流値を算出し、Δｉが限度以下（例えば１００μＡ以下）になったときにそのときのフォーカス電流値をジャストフォーカス電流値と決定して固定し、フォーカス合わせを完了する（０．１倍としたがこれに限られず、実験で適切な値を決めて設定してもよい）。
【００２９】
以上のように、ステップΔｉ（対物レンズ２のふり幅の刻み値）を適当（デフォルト）に決めて当該ステップΔｉで１〜１５チャネルに設定してラインプロファイルを取得して微分してその値の絶対値の総和を評価値として算出し、最大の評価値Ｅｍａｘ（１）のときの対物レンズ２の電流値をほぼ中央の例えば８チャネルに設定して当該ステップΔｉで再設定してそのときの最大評価値Ｅｍａｘ（２）を求めてＥｍａｘ（１）＝Ｅｍａｘ（２）となるまで繰り返し、Ｅｍａｘ（１）＝Ｅｍａｘ（２）となったときに当該ステップΔｉの最大の評価値が求まったと判明したので、ステップΔｉを０．１倍してＳ２からＳ１２を同様に繰り返し、ステップΔｉが限界以下（例えば例えば１００μＡ以下）となったときにそのときの最大評価値のときのチャネルに設定されている対物レンズの電流値をジャストフォーカスの電流値として決定して固定し、自動フォーカスを完了したこととなる。これにより、ラインプロファイルを微分し、その微分した値の絶対値の総和を評価値として算出し、最大の評価値となる対物レンズの電流値を自動算出して固定するので、ラインプロファイルの全体の情報を関与させて評価値を算出し、ジャストフォーカスのファインプロファイルを決定するので精度良好で再現性良好に自動フォーカス調整することが可能となった。
【００３０】
図３は、本発明の説明図を示す。
図３の（ａ）は、試料（マスク）４上のパターンの例を示す。試料４であるマスク上には、パターンのある部分と無い部分とがあるので、本発明の自動フォーカスを効率良く動作させるために、パターンのある部分を走査線が横切ることが望ましいので、当該パターンを横切る走査線（場所）を特定する様子を示す。
【００３１】
図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のパターンを横切った走査線のときに取得された２次電子画像のラインプロファイル（横軸は走査線の長さ方向に対応する距離、縦軸はそのときの輝度で表したプロファイル、波形）を示す。ここでは、図３の（ａ）のパターンの外では信号輝度が小さく、パターンの内部では信号輝度が図示のように大きく、パターンの外からパターンの内に入るときに図示のような曲線を描く（電子線ビームを図３の（ａ）の走査線のラインで走査したときに得られる２次電子を検出・増幅したときに得られる特徴ある公知の曲線を描く）ものである。
【００３２】
図３の（ｃ）は、図３の（ｂ）のラインプロファイルを微分処理した値をプロットした様子を示す。評価値は、ラインプロファイルを微分処理した値の絶対値の総和として算出する。
【００３３】
図３の（ｄ）は、フォーカス電流値を横軸とし、評価値を縦軸としたときの当該評価値の遷移の状態を示す。これは、図３の（ｃ）のラインプロファイルを微分処理した値の絶対値の総和を評価値として求め、求めた評価値を、このときの対物レンズ２の電流値に対応づけてプロットし当該プロットした点を通る曲線を概念的に表した様子を示す。
【００３４】
・左側の過焦点と記載した部分は、後述する図３の（ｅ−１）の対物レンズ２の対物レンズ電流値（フォーカス電流値）が過焦点の状態のときのラインプロファイルの評価値の遷移の状態を示す。
【００３５】
・中央の正焦点と記載した部分は、後述する図３の（ｅ−２）の対物レンズ２の対物レンズ電流値（フォーカス電流値）が正焦点の状態のときのラインプロファイルの評価値の遷移の状態を示す。
【００３６】
・右側の不足焦点と記載した部分は、後述する図３の（ｅ−３）の対物レンズ２の対物レンズ電流値（フォーカス電流値）が不足焦点の状態のときのラインプロファイルの評価値の遷移の状態を示す。
【００３７】
以上のように、対物レンズの電流値を過焦点側あるいは不足焦点側から所定ステップΔｉで順次変えながらそのときに取得したラインプロファイルの評価値を算出してプロットすると、過焦点から正焦点、更に不足焦点（あるいは逆に、不足焦点から正焦点、更に過焦点）に遷移するので、そのときの評価値が最大となる点（既述した図２のＳ１１のＹＥＳ，更に、Ｓ１２のＹＥＳ）を求めることで、正焦点のフォーカス電流値を高精度かつ再現性良好に自動調整することが可能となる。
【００３８】
図４は、本発明の説明図（パターンの特定）を示す。
図４の（ａ）は、フローチャートを示す。
【００３９】
図４の（ａ）において、Ｓ２１は、走査する。これは、例えば既述した図３の（ａ）のマスク上で任意の場所を電子線ビームで走査する。
【００４０】
Ｓ２２は、プロファイルを取得する。これは、Ｓ２１でマスク上の任意の場所を、電子線ビームで走査したときの２次電子線のラインプロファイル（２次電子線を検出・増幅し、走査方向を横軸、およびそのときの輝度を縦軸としたラインプロファイル画像）を取得する。
【００４１】
Ｓ２３は、微分処理する。
Ｓ２４は、評価値を算出する。これらＳ２３、Ｓ２４は、Ｓ２２で取得したある場所のラインプロファイル（既述した図３の（ｂ）に示すパターンがある部分、あるいはパターンの無い部分のラインプロファイル）について、既述したの微分処理してその絶対値の総和を求めて評価値とする（図２のＳ５）。
【００４２】
Ｓ２５は、Ｓ２４で算出した評価値が基準値以上か判別する。ＹＥＳの場合には、プロファイルの評価値が基準値以上でパターンのある部分のプロファイルと判明したので、Ｓ２６に進む。一方、ＮＯの場合には、プロファイルの評価値が基準値以下でパターンの無い部分のプロファイルと判明したので、ここでは、終了する。
【００４３】
Ｓ２６は、Ｓ２５のＹＥＳの場合に、パターン有りと判定する。
以上のＳ２１からＳ２６によって、電子線ビームが走査するマスク上の走査線の部分にパターンがあるか否かを特定し、パターンがあると特定された場合に、当該前処理で特定したパターンのある場所について、図２で既述した自動フォーカス調整を行うことで、当該自動フォーカス調整をより確実かつ精度良好かつ再現性良好に実施することが可能となる。
【００４４】
Ｓ２７はオートフォーカスを実施する。これは、既述した図２のＳ１からＳ１４を実施する。
【００４５】
Ｓ２８は、測定を行う。これは、Ｓ２７でオートフォーカスを行ってそのときのジャストフォーカスの電流を対物レンズ２に供給した状態で測定対象のパターンを含む画像を取得し、当該画像上でパターンの測定（幅、長さなどの測定）を行う。
【００４６】
以上によって、試料４であるマスク上のパターンのある場所を見つけて（Ｓ２１からＳ２５のＹＥＳ），その場所でラインプロファイルを取得してジャストフォーカスの対物レンズ２に供給する電流を決定した後、当該ジャストフォーカス電流を対物レンズ２に供給してジャストフォーカスの画像を取得し、画像上でパターンの寸法などを測定することにより、精度良好かつ再現性良好な測定結果を得ることが可能となる。
【００４７】
図４の（ｂ）は、マスク上でパターンのある場所を探すときの様子を模式的に示したものである。
【００４８】
図４の（ｂ−１）は、マスクの全体の画像を示す。この状態ではマスク上のパターンが微細でどこに存在するか不明である。
【００４９】
図４の（ｂ−２）は、図４の（ｂ−１）のマスクの全体の画像のうち、任意の領域Ａ（あるいは測定対象の領域）を拡大した様子を示す。この図４の（ｂ−２）の領域Ａを拡大した領域上でここでは、走査線１５本について既述した図４の（ａ）のＳ２１で走査してそれぞれのラインプロファイルを取得してその評価値を算出し（Ｓ２１からＳ２４）、評価値が基準値以上の走査線の場所がパターンのある場所として特定し、当該特定した場所で図２のフローチャートに従いジャストフォーカス電流値を決め、当該ジャストフォーカス電流値で図４の（ｂ−２）の領域の画像を取得し、当該取得した画像上でパターンの精密測定を行う。これにより、図４の（ｂ−２）の領域Ａ内のパターンのある場所（走査線）を特定して当該特定した走査線でジャストフォーカス電流値を算出し、高精度かつ迅速に正焦点（図３の（ｅ−２））を自動決定し、正確にフォーカスのあった再現性の良い画像を取得することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、フォーカス電流を所定幅で変えて試料からラインプロファイルを複数取得し、これら各ラインプロファイルを微分した値の絶対値の総和をそれぞれ算出し、これら総和が最大の点あるいは隣接する総和がほぼ等しくなる点を合焦点と決定してその画像を取得し、再現性高くフォーカス合わせした画像を自動取得するオートフォーカス方法およびオートフォーカス装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のシステム構成図である。
【図２】本発明の動作説明フローチャートである。
【図３】本発明の説明図である。
【図４】本発明の説明図（パターンの特定）である。
【符号の説明】
【００５２】
１：鏡筒
２：対物レンズ
３：試料室
４：試料
１１：ＰＣ（パソコン）
１２：ラインプロファイル取得手段
１３：フォーカス電流調整手段
１４：評価値算出手段
１５：パターン特定手段
１６：画像ファイル
【図１】
2007178764.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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