(57)【要約】【課題】本発明は、二次元領域を荷電粒子線走査する際の帯電の偏りを、抑制するのに好適な画像形成方法及び荷電粒子線装置の提供を目的とするものである。【解決手段】本発明では、第１の走査線と第２の走査線との間に、第３の走査線を走査させ、当該第１の走査線と第３の走査線との間、及び第２の走査線と第３の走査線との間で、前記第１，第２、及び第３の走査線が走査された後に、複数本の走査線を走査する方法、及び装置を提案する。【選択図】図１
2007059370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の二次元領域に対し、荷電粒子線を走査して当該走査領域の画像を形成する画像形成方法において、
第１の走査線と第２の走査線との間に、第３の走査線を走査させ、当該第１の走査線と第３の走査線との間、及び第２の走査線と第３の走査線との間で、前記第１，第２、及び第３の走査線が走査された後に、複数本の走査線を走査することを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第３の走査線は、前記第１の走査線と第２の走査線から、等距離に位置づけられることを特徴とする画像形成方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記複数本の走査線の中心に位置する走査線を、前記第３の走査線の次に走査される第４の走査線とすることを特徴とする画像形成方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１の走査線と第２の走査線は、前記二次元領域、或いは前記二次元領域の一部領域のそれぞれ端部に位置づけられることを特徴とする画像形成方法。
【請求項５】
試料上で荷電粒子線の走査する偏向器と、当該偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記試料上の二次元領域上で、第１の走査線と第２の走査線を走査し、次いで前記第１の走査線と第２の走査線の間に第３の走査線を走査すると共に、当該第３の走査線が走査された後に、前記第１及び第２の走査線との間に、複数の走査線が走査されるように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記制御装置は、前記第３の走査線を、前記第１の走査線と第２の走査線から等距離に位置づけるように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記制御装置は、前記複数本の走査線の中心に位置する走査線を、前記第３の走査線の次に走査される第４の走査線とすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記制御装置は、前記第１の走査線と第２の走査線を、前記二次元領域、或いは前記二次元領域の一部領域のそれぞれ端部に位置づけることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項５において、
前記制御装置は、前記試料上の二次元領域を単数、或いは分割された複数領域で構成し、当該領域毎に、前記第１，第２，第３の走査線を走査するように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記二次元領域は、２分割，４分割，８分割，１６分割，３２分割，６４分割のいずれかの数に分割されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
試料上の二次元領域に対し、荷電粒子線を走査して、当該走査領域の画像を形成する画像形成方法において、
前記試料上の二次元領域の上部に第１の走査線、下部に第２の走査線、及び当該第１の走査線と第２の走査線との間の中心に、第３の走査線を走査し、
前記第１と第３の走査線、及び第２と第３の走査線によって規定される第１の走査線間間隔の中心に、新たな走査線を走査し、前記第１，第２、及び第３の走査線と、当該第１，第２、及び第３の走査線間に形成された新たな走査線によって規定される第２の走査線間間隔の中心に更に新たな走査線を走査すると共に、既に走査された走査線間の中心への新たな走査線の走査を繰り返して、前記二次元領域の走査を行うことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第２の走査線間間隔の中心に走査される走査線と、前記第２の走査線間間隔を規定する走査線間の間隔の中心に、更に新たな走査線を走査することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記二次元領域において、前記第２の走査線は、前記第１の走査線に対して、最も離れた位置に走査され、前記第３の走査線及び前記新たな走査線は、それ以前に走査された走査線間の中心に走査されることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１４】
試料上で荷電粒子線の走査する偏向器と、当該偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記試料上の二次元領域の上部に第１の走査線、下部に第２の走査線、及び当該第１の走査線と第２の走査線との間であって、前記二次元領域の中心に第３の走査線を走査し、
前記第１と第３の走査線、及び第２と第３の走査線によって規定される第１の走査線間間隔の中心に、新たな走査線を走査し、前記第１，第２、及び第３の走査線と、当該第１，第２、及び第３の走査線間に形成された新たな走査線によって規定される第２の走査線間間隔の中心に更に新たな走査線を走査すると共に、既に走査された走査線間の中心への新たな走査線の走査を繰り返して、前記二次元領域の走査を行うように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記制御装置は、前記第２の走査線間間隔の中心に走査される走査線と、前記第２の走査線間間隔を規定する走査線間の間隔の中心に、更に新たな走査線を走査するように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記制御装置は、前記二次元領域において、前記第１の走査線に対して、最も離れた位置に前記第２の走査線を走査し、前記第３の走査線及び前記新たな走査線を、それ以前に走査された走査線間の中心に走査するように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１７】
試料上の二次元領域に対し、荷電粒子線を走査して、当該走査領域の画像を形成する画像形成方法において、
前記試料上の二次元領域の上部に第１の走査線、下部に第２の走査線、及び当該第１の走査線と第２の走査線との間であって、前記二次元領域の中心に第３の走査線を走査し、その後、当該第１の走査線と第３の走査線との間、及び第２と第３の走査線との間に、更なる走査線を走査すると共に、
当該更なる走査線の走査は、既に走査された走査線間の中心に、新たな走査線を走査すると共に、既に走査された走査線と、新たに走査される走査線との間隔を狭めていくように、既に走査された走査線間の中心への新たな走査線の走査を繰り返すことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記新たな走査線の走査は、前記二次元領域内の同じ走査線間隔を持つ走査線間の中心への走査が終了した後に、既に走査された走査線との間隔を狭めて新たに走査線を走査することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１９】
請求項１７において、
前記第２の走査線は、前記二次元領域内において、前記第１の走査線から最も離れた位置に走査されるものであることを特徴とする画像形成方法。
【請求項２０】
試料上で荷電粒子線の走査する偏向器と、当該偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記試料上の二次元領域の上部に第１の走査線，下部に第２の走査線、及び当該第１の走査線と第２の走査線との間であって、前記二次元領域の中心に第３の走査線を走査し、その後、当該第１の走査線と第３の走査線との間、及び第２と第３の走査線との間に、更なる走査線を走査すると共に、
当該更なる走査線の走査は、既に走査された走査線間の中心に、新たな走査線を走査すると共に、既に走査された走査線と、新たに走査される走査線との間隔を狭めていくように、既に走査された走査線間の中心への新たな走査を繰り返すよう前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記制御装置は、前記新たな走査線の走査を、前記二次元領域内の同じ走査線間隔を持つ走査線間の中心への走査が終了した後に、既に走査された走査線との間隔を狭めて新たに走査線を走査するように、前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２２】
請求項２０において、
前記制御装置は、前記第２の走査線が、前記二次元領域内において、前記第１の走査線から最も離れた位置に走査されるよう前記偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２３】
試料上の二次元領域に対し、荷電粒子線を走査して当該走査領域の画像を形成し、当該画像に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定方法において、
前記試料の二次元領域に対し、第１の走査線と第２の走査線を走査し、当該第１の走査線と第２の走査線との間に第３の走査線を走査し、その後、当該第１の走査線と第３の走査線間、及び第２と第３の走査線間に、複数の走査線を走査することによって前記二次元領域の画像を形成し、当該画像上に、前記各走査線の線方向とは異なる方向に、測長方向を設定して、前記パターンの測長を行うことを特徴とするパターン寸法測定方法。
【請求項２４】
試料上の二次元領域に対し、荷電粒子線を走査して、当該走査領域の画像を形成する画像形成方法において、
前記試料の二次元領域を含む領域に、第１の走査線と第２の走査線を走査し、当該第１の走査線と第２の走査線との間に第３の走査線を走査し、その後、当該第１の走査線と第３の走査線間、及び第２と第３の走査線間に、複数の走査線を走査することによって前記試料の二次元領域を含む領域を帯電させ、
当該帯電した状態の前記二次元領域に、前記荷電粒子線を走査して、当該走査領域の画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【請求項２５】
試料上でスポット状に照射される荷電粒子線を偏向する偏向器と、当該偏向器を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記試料上の二次元領域の４隅に位置する第１の照射位置に前記荷電粒子線が照射されるように、当該荷電粒子線を偏向し、次に前記第１の照射点間の中心に、第２の照射位置が位置づけられるように、前記荷電粒子線を偏向し、次に、既に照射された照射位置間の中心に、次の照射位置が位置づけられるような前記荷電粒子線の偏向を繰り返すことで、前記二次元領域内に二次元的に広がる荷電粒子線の照射位置を照射するように、前記偏向器を制御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、荷電粒子線を用いた画像形成方法、及び荷電粒子線装置に係り、特に帯電の影響を抑制可能な画像形成方法、及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料へ電子線を当てると、２次電子が発生する。走査型電子顕微鏡では、その発生量が試料の形状に依存して変化する現象を利用して、試料表面の観察像を得ている。ここで、従来の走査型電子顕微鏡では画面内の水平方向、すなわちラスター方向へライン（画面内水平線）毎に走査する。各ラインを走査する順番は、画面内垂直方向で上から下へ向かった並びとなっていた。
【０００３】
こうした従来技術によるスキャン方式では、画面内垂直方向で上から下へ向かって次々にラスタースキャンされるので、垂直方向で電子線照射によって発生する帯電現象にある偏りを発生させることが多かった。
【０００４】
すなわち、あるラインがスキャンされているときに、その直前にすでにスキャンされているライン上に残っている帯電がスキャン中の一次電子線および二次電子線へ影響を及ぼして、その軌道を変えることで最終的に得られる試料像を歪めていた。
【０００５】
特許文献１の開示によれば、荷電粒子ビームを飛び越し走査させることによって、帯電の影響を低減させることが説明されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示の技術によれば、飛び越し走査によって、帯電の蓄積をある程度緩和することが可能であるが、近接する走査線が形成される時間間隔が十分に設けられていないため、帯電の偏りが残るという問題があった。
【０００８】
本発明は、二次元領域を荷電粒子線走査する際の帯電の偏りを、抑制するのに好適な画像形成方法及び荷電粒子線装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、第１の走査線と第２の走査線との間に、第３の走査線を走査させ、当該第１の走査線と第３の走査線との間、及び第２の走査線と第３の走査線との間で、前記第１，第２、及び第３の走査線が走査された後に、複数本の走査線を走査する方法、及び装置を提案する。
【００１０】
以上のような構成によれば、第１，第２，第３の走査線間に、複数の走査線が介在するような隔たりがあるため、１の走査線の残留帯電が、他の走査線に与える影響を抑制することができるようになると共に、第１，第２，第３の走査線間の複数の走査線を走査している間、帯電を緩和することが可能であるため、走査領域に亘って、絶対的な帯電の影響を緩和すると共にその偏りを抑制することが可能となる。
【００１１】
このような構成の一例として、第１，第２，第３の走査線後に走査される第４の走査線は、第１と第３の走査線間の中心（両走査線から同じ距離離れた位置）、或いは第２と第３の走査線間の中心に位置づけられることが望ましい。
【００１２】
このような構成によれば、走査領域内において、第１，第２、及び第３の走査線からの帯電の影響を、最も受けにくい位置に第４の走査線を位置づけることになるため、帯電の偏りをより効果的に抑制することが可能となる。
【００１３】
本発明の他の構成、及び具体例は、発明を実施するための最良の形態の欄にて詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、明るさの偏りがない画像を形成する方法、及び装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に説明する本実施例では、局所的な表面帯電の影響によって試料像が歪むことを防ぐために、画面内垂直方向でラスタースキャンする順番を以前にスキャンした任意の２本の中間を常にスキャンする。
【００１６】
このようにすることで、以下の２種類の材質からできた試料で良好な像を取ることができる。すなわち、すでにスキャンしたライン上に長時間に渡って帯電を残す材質の場合、それ以前のスキャンから受ける影響がスキャン中のライン上で常に上下方向でバランスして、緩和する。このことは、以前にスキャンした２本のライン上にある帯電から等距離に位置するライン上で、両者から受ける影響を互いに打ち消し合うことによる。また他の材質、すでにスキャンしたライン上の帯電がある一定の時間を置いて消える材質では、以前にスキャンした２本ラインの中間を常に取ることで、ある一定の時間に過去へ遡って以前にスキャンした複数のラインのどれからも影響を最も受け難い統計的な遠方を常に取ることにもなり、最終的に表面帯電の影響で試料像が歪むことを最小限に抑えることが可能となる。
【実施例１】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の１形態を説明する。本発明の一実施例を図１に示す。なお、本実施例では、電子線を走査して試料の二次元像を形成する走査電子顕微鏡の例について説明するが、これに限られることはなく、帯電の影響が無視できないのであれば、イオンビームを走査してＳＩＭ(Scanning Ion Microscope) 像を形成するＦＩＢ
（Focused Ion Beam）装置に適用することも可能である。
【００１８】
本実施例では、図示するように、電子線源１と、当該電子線源１より放出された１次電子線２を収束する第一収束レンズ３および第二収束レンズ４と、前記１次電子線２を試料７表面上で走査するために偏向をかける偏向器５と、前記１次電子線２を試料７表面上で焦点を結ばせる対物レンズ６と、前記１次電子線２が試料７表面上に衝突した後に発生する２次電子１６を検出する２次電子検出器１２と、前記第一収束レンズ３および第二収束レンズ４を駆動する第一収束レンズ電源８および第二収束レンズ電源９と、前記１次電子線２を試料７表面上で所定の方法で走査させるよう偏向信号を生成する偏向信号発生器
１１と、その偏向信号を受けて前記偏向器５を駆動する偏向器駆動器１０と、前記２次電子検出器１２にて検出した２次電子信号を増幅する増幅器１３と、その増幅された２次電子信号から像を生成する画像構成装置１８と、前記１次電子線２を所定の位置で焦点を結ばせるよう前記対物レンズ６を駆動する対物レンズ電源１４と、以上の制御を行う制御器１５により構成される。
【００１９】
ここで１次電子線２は、試料７上でまずライン１７ａ上をスキャンすると、次にライン１７ｂ上をスキャンする。その次に、すでにスキャンされているライン１７ａと１７ｂのいずれからも等距離に位置するライン１７ｃ上をスキャンする。
【００２０】
次に図２にて、偏向信号発生器１１および画像構成装置１８の詳細な動作を説明する。まず偏向信号発生器１１において、書込みクロック出力回路２１から出力されるクロックに従って、アドレス生成回路２２にて試料７上で電子線を照射する位置を示すアドレスを出力する。そのアドレスを元にＤ／Ａ変換器２３から１次電子線２を偏向させたい量に相当するアナログ信号を水平方向および垂直方向各々について発生させる。そのアナログ信号に従って、偏向器駆動器１０が偏向器５を駆動させる。
【００２１】
一方の画像構成装置１８は以下のように動作する。すなわち、２次電子検出器１２にて検出した２次電子信号は増幅器１３にて増幅された後にＡ／Ｄ変換器２４にてデジタル信号へ変換される。このデジタル信号は入力スイッチ２５にて示されている画像メモリ２６内にあるメモリ群へ記憶される。ここで選択されるメモリ群はアドレス生成回路２２にて生成されているアドレスによって示されるラインと一対一の関係となっている。ここで、アドレス生成回路２２で生成している１次電子線の偏向位置を図３に示している偏向パターンＡに従って制御する。従って、画像メモリへ送られて来る１ライン毎の画像データは試料上の観察領域の中で垂直方向（ラインと垂直）に上から下へ順番に並んでいない。入力スイッチ２５は、これらの画像データを画像メモリ内で垂直方向に上から下へ順番に並ぶように、やはり偏向パターンＡに従って並べ替えを行っている。
【００２２】
このような手順を繰り返して試料７上の所定の領域に相当する画像を取り終えると、画像メモリ２６に蓄積された画像データを以下の手順に従って表示する。すなわち、読出しクロック出力回路２７から出力されるクロックに従って、読出しアドレス生成回路２８にて表示器３３上で描画する位置を示すアドレスを出力する。そのアドレスを元にＤ／Ａ変換器２９から表示器３３内で発生させる描画用電子線を偏向させたい量に相当するアナログ信号を水平方向および垂直方向各々について発生させる。そのアナログ信号に従って、偏向増幅器３０にて表示器３３内にある偏向器を駆動させる。
【００２３】
このとき、画像構成装置１８は以下のように動作する。すなわち、画像メモリ２６内にすでに画像データが蓄積されている状態で、出力スイッチ３１にて示されている画像メモリ２６内にあるメモリ群から１ライン分の画像データをディジタル信号として読出す。ここで選択されるメモリ群は読出しアドレス生成回路２８にて生成されているアドレスによって示されるラインと一対一の関係となっている。読出されたディジタル信号をＤ／Ａ変換器３２にてアナログ信号へ変換して、表示器３３内へ供給する。表示器３３内では、そのアナログ信号に従ってカソードから発生している描画用電子線の輝度を変化させるとともに、その描画用電子線を先に説明した表示器３３内にある偏向器にて偏向することによって像を表示させる。
【００２４】
ここで、読出しアドレス生成回路２８で生成している表示器３３上で描画する位置を図４に示す偏向パターンＢに従って制御する。従って、画像メモリから出力されて来る１ライン毎の画像データは試料上の観察領域の中で垂直方向（ラインと垂直）に上から下へ順番に並んでいる。出力スイッチ３１は、これらの画像データを同じく偏向パターンＢに従って順番に表示器３３へ送る。これらの過程を経て試料の走査型電子顕微鏡像を表示する。
【００２５】
また、本図とは別に、画像メモリ２６に蓄積された画像データは制御器１５へ送られて、しかるべき画像処理を経て所定の目的を達成する。
【００２６】
ここで図３にて偏向パターンＡの説明を行う。本発明の走査型電子顕微鏡では、水平Ｘ方向でのこぎり型の波形に従って一定の周期でスキャンを行う。これはラスタースキャンと呼ばれている。それに対して、垂直Ｙ方向では、ラスタースキャンの周期にあわせて走査位置を制御している。偏向パターンＡの場合では、周期イ）で走査線位置“１”，周期ロ）で走査線位置“１７”,周期ハ）で走査線位置“９”,周期ニ）で走査線位置“１３”，周期ホ）で走査線位置“５”に位置するライン上をスキャンする。
【００２７】
図４にて偏向パターンＢの説明を行う。偏向パターンＢに従えば、従来の走査型電子顕微鏡で１次電子線偏向に使われるものと全く同じように、周期イ）→ロ）→ハ）→ニ）→ホ）と進行するに従って、１ラインまたは２ライン分とある決まった間隔でステップ状に移動したところに位置するライン上を偏向する。
【００２８】
図５に偏向パターンＡによって１次電子線２を試料７上で走査したときの軌跡の一例を示す。
【００２９】
例えば、図に示すような１７本のラインによって構成されている任意の領域において、Ｎ番目にライン１が、Ｎ＋１番目にライン１７が、Ｎ＋２番目にライン９が、Ｎ＋３番目にライン１３が、Ｎ＋４番目にライン５がスキャンされる。即ち、Ｎ＋３、及びＮ＋４は、ラインＮとＮ＋２、及びＮ＋１とＮ＋２によって規定される領域(第１の走査線間間隔)の中心に走査される。
【００３０】
ライン“１”，“５”，“９”，“１３”，“１７”間（第２の走査線間間隔）には、まだ複数の走査線が走査されるべき状態で残されているので、各走査線にて発生する帯電の他の走査線への影響を、抑制することが可能となる。続いて、ライン“３”，“７”，“１１”，“１５”のいずれかがスキャンされる。このライン“３”,“７”,“１１”，“１５”に対する走査は、同じ走査線間隔を持つ走査線間の中心への走査（ライン“５”,“１３”に対する走査）が終了した後に、既に走査された走査線（ライン“１”,“５”，“９”，“１３”，“１７”）との間隔を狭めて新たに走査線を走査することに相当する。このように、すでに走査されたライン間の中心に、次に走査線が走査されるような行程を繰り返すことで、帯電の偏りを抑えることが可能となる。この効果は、走査線の数が多いときは、より顕著となる。即ち、Ｍ本の走査線を走査する場合、１番目にライン１を走査し、２番目にラインＭを走査し、３番目にライン１とラインＭの中心に位置するラインｍを走査するようにする（Ｍが偶数であるならば、ライン１とラインＭの中心に最も近い走査線を選択する）。
【００３１】
次にライン１とラインｍ、或いはラインｍとラインＭを、もとのライン１とラインＭに見立てて、その中心に位置するラインを走査する。このような処理を繰り返し、ライン１とラインＭを徐々に狭めていくような処理を行うことによって、各走査線が持つ帯電現象を他の走査線に与えないという効果を長く継続させることができる。走査線間に複数の走査線が走査される領域が残される状態を長く維持することによって、この効果はより顕著なものとなる。
【００３２】
以上の構成によって、電子線試料上走査によって発生するラスタースキャンと垂直方向での帯電現象偏りを抑えることのできる走査型電子顕微鏡を実現できる。また、本例の場合、既に走査された位置に対して、最も離れた位置に新たな走査線を設定すると共に、連続する走査線間の間隔を走査線複数本分空けて走査しているため、走査領域全体の帯電値の上昇を抑制することができるようになると共に、帯電現象の偏りを効果的に防止することが可能となる。なお、１フレーム或いは１領域を走査する際に、最終的には既に走査された位置に近接する位置に、新たな走査線が設定されることになるが、そのときには既に走査された走査線の帯電状態がある程度緩和されているため、全体として帯電状態を抑制することが可能となる。
【００３３】
本実施例の走査型電子顕微鏡によって得られる効果の一例を図６に示す。従来のＴＶスキャンで特定の材質によってできたコンタクトホールと呼ばれる穴を観察するときには波線で示すように縦方向で楕円となる。しかし、本発明のスキャン方式を取ることで真円に近い実線で示した本来の形で観察可能となる。また、同じコンタクトホール像の断面Ａ−Ｂのプロファイルを図７に示す。図中で波線によって描かれている従来のＴＶスキャンでの像では、画面垂直方向で上側、つまり最初にスキャンされる側に位置するＡ側に比べて、下側に位置しており最後にスキャンされるＢ側はプロファイル上で高く示されている。これは、Ａ側に比べてＢ側が明るく像表示されることを示している。しかし、図中実線によって描かれている本発明のスキャン方式による像ではＡ側とＢ側のプロファイル上での傾き、つまり明るさの差が無いことが分かる。
【００３４】
図８にて、所定の領域を連続してつなげて１画面を構成する時に用いる偏向パターンＣの説明を行う。本図は、２領域をつなげて１画面を構成する時の一例を示している。
【００３５】
本例では、まず領域１，２に位置するａライン，ｅラインを順次スキャンする。本例では、周期イ１でａ１、周期ロ１でａ２、周期ハ１でｅ１、周期ニ１でｅ２をスキャンする。
【００３６】
次に領域をまたがって、２本のｇラインを走査する。そして、すでにスキャンされているａラインとｅラインの中間に位置する２本のｃラインをスキャンする。そして、残りの走査線を走査して、全走査線の走査を行う。
【００３７】
以上のように、以前走査した走査位置から複数の走査線から最も離間した位置を次の走査位置として設定することで、帯電の影響を緩和することが可能となる。最後に、取り込んだ２つの領域をつなぎ合わせて１画面を構成する。
【００３８】
図９は上述した偏向パターンｃによって１次電子線２を試料７上で走査したときの軌跡の一例である。
【００３９】
図９の例においても、図５の例で説明したような、すでに走査されたラインの中心に、次の走査線が走査されるような行程を繰り返すような処理を行うことが望ましい。また、本例では、走査領域を２つに分割して操作する例について説明したが、これに限られることはなく、例えば、４分割，８分割，１６分割，３２分割，６４分割のように領域分割するようにしても良い。但し、分割数が多すぎると本実施例の効果が薄れるため、６４分割程度を限度とすることが望ましい。その理由として、あまり走査線の数が多すぎると、前の走査線が発生させた帯電の影響が残っている状態で、隣接した位置で次の走査線を走査することになり、帯電の偏りが発生してしまうからである。また、分割領域ごとに共通した走査順序となるように走査すれば、領域ごとに帯電状態が偏ることを抑制できる。更に、制御装置に、上記分割数を切り替える機能を持たせ、その切り替えに連動して、走査パターンを切り替えるように構成しても良い。
【００４０】
図１０にて、一旦１本置き間欠的にラインを選択してスキャンし、次ステップで残りのラインをスキャンするインターレス方式へ本発明を適用したときの一例を示す。なお、従来からあるＴＶスキャンでは基本的にインターレス方式を採用している。本図は、２領域にて１画面を構成しようとする場合を示している。本例では、まず領域１，２で１番目に位置するａ＿evenのライン全てを順次スキャンする。図では、周期イ１でａ１＿even、周期ロ１でａ２＿even、周期ハ１でａ３＿even、周期ニ１でａ４＿evenをスキャンする。
【００４１】
次に領域をまたがって、すでにスキャンされているａ＿evenライン２本の中間に位置するｃ＿evenラインを領域１，２でスキャンする。図では、周期イ２でｃ１＿even、周期ロ２でｃ２＿even、周期ハ２でｃ３＿even、周期ニ２でｃ４＿evenをスキャンする。
【００４２】
次に、すでにスキャンしたｃ＿evenラインと次領域にａ＿evenラインの中間に位置するｄ＿evenライン，ａ＿evenラインとｃ＿evenラインの中間に位置するｂ＿evenラインについて同様にスキャンを行う。ここまでで、インターレスの１フィールドevenに該当するスキャンを終了する。
【００４３】
次に、１本置きにevenにてスキャンされたラインの中間に位置するodd に該当するライン上をevenと同様にａ＿odd→ｃ＿odd→ｄ＿odd→ｂ＿oddの順で、周期イ３〜ニ４にて次々にスキャンを行い、odd に該当する残り１フィールドを取り込む。最後にevenでの１フィールドとoddでの１フィールドを合成して１画面を構成する。
【００４４】
図１１に偏向パターンＤによって１次電子線２を試料７上で走査したときの軌跡の一例を示す。例えば、図に示すように２つの領域によって１画面を構成されている時、Ｎ番目にラインａ１＿even、Ｎ＋１番目に次領域のラインａ２＿even、Ｎ＋２番目に前の領域へ戻ってラインｃ１＿even、Ｎ＋３番目に再び次領域のｃ２＿even、以下インターレスの
evenに該当するライン上をＮ＋７番目のｂ２＿evenまでスキャンを行う。インターレス
even該当ライン終了後、同様にodd に該当するライン上をＮ＋８〜Ｎ＋１５番目までスキャンを行う。
【００４５】
図１２に、１ラインのみ本実施例のルールから外して、以前にスキャンされた２本のラインの中間位置を取らずに、画面端でスキャンしたときの一例を示す。このようにしても実質的に本発明の効果に変化は無い。つまり、画面端でスキャンが重なって、その部分で帯電の部分的な偏りが出来ても、画面の主要な部分での帯電状況へは影響しない。また、図１３に示すように、１本だけでなく２本のラインを画面端で重ねても、本発明の効果に変化は無い。また、図１４に示すように、１本のみを画面下端ではなく上端で、以前にスキャンされた２本のラインの中間位置を取らずにスキャンしても、本発明の効果に変化は無い。
【実施例２】
【００４６】
次に、上述のような走査線間の中心を次々と走査する走査方法を用いて形成した画像に基づいて、パターンの測長を行う例について説明する。図１５は、本例の走査方法を用いて形成された画像の一例を示す図である。
【００４７】
この画像上には、その一部が９０度屈折したラインパターンが表示されている。このようなラインパターンの線幅を測長する場合、従来、ラスター走査の走査線方向に対し、パターンエッジが９０度の方向になるようにラスター走査の走査線方向、及び試料方向を設定していた。なぜなら、図１６に図示するように、ラスター走査の走査線方向と、それ以外の方向では、線幅が同じであるにも係らず、異なる測長値となるからである。このように走査線方向と、それ以外の方向では、測長値が異なってしまうため、走査線方向以外で測定された測長値の保障ができないという問題があった。
【００４８】
このように走査線方向（例えばＸ方向）とそれ以外（例えばＹ方向）で、測長値、或いは倍率が変化してしまう要因として、帯電の影響が考えられる。一の走査線を走査した後に、隣接した個所で走査を行うと、先に走査した個所の帯電の影響によって、意図した走査線間間隔とは異なる間隔で電子線が走査されることになり、Ｘ方向とＹ方向の倍率が１：１の関係ではなくなることが考えられる。
【００４９】
本例では、このような問題を解決するために、試料上の二次元領域を複数の走査線によって走査する際に、第１の走査線と第２の走査線間に第３の走査線を走査させ、その後、第１と第２の走査線との間、及び第２と第３の走査線との間で、複数の走査線を走査するようにすると共に、当該走査に基づいて形成される画像の走査線方向と異なる方向に、測長方向を設定できるようにした。
【００５０】
具体的には、図１５に図示するように、走査線方向とは異なる方向（本例の場合、走査線方向に対して９０度の方向）に測長方向が設定できるように、測長範囲設定用ボックス４０を設けた。上記本例特有の走査によって、走査線方向とそれ以外の方向（特に走査線方向に対して垂直な方向）との間の倍率誤差を抑制することができるため、本例によれば、方向に依らず正確な測長が可能となる。この効果は例えば図１５に示すような測長を行うときに特に発揮される。
【００５１】
図１５の例では、１つの画像上に測長方向の異なる２つの測長ポイント４１，４２が存在する。このような測長を行う場合、従来では、測長精度を確保するために、２つの測長ポイントごとに走査線方向を変化させる必要があった。本例では１つの画面上において複数方向の測長を高精度に行うことができるという効果がある。本例では、図示された実際のラインパターンが、同じ線幅であった場合、走査方向に依らず、Ｘ方向の線幅Ｌと、Ｙ方向の線幅Ｌｒｒを高い精度で一致させることができる。
【００５２】
更に、上記走査を行うことによって、走査線方向を回転させ、任意の方向に走査線方向を設定したとしても、高い精度を持って測長ができるという効果もある。図１６に説明するように、走査方向を回転させる（ラスターローテーション）することによっても、走査方向に依らず、高い測長精度を維持することが可能となる。
【００５３】
なお、測長範囲設定用ボックス４０は、形成された画像上に表示可能であり、測定基準位置４３，４４の位置を任意に設定可能にする。測長基準位置４３，４４は例えば図示しないポインティングデバイスにより、画像上の任意の位置に設定することができるように構成する。制御器１５は例えば測長範囲設定用ボックス４０を記憶し、当該測長範囲設定ボックス４０内の測長基準位置４３，４４間の画素をカウントし、その際の設定倍率等に基づいて、測長基準位置４３，４４間の測長を行うようにプログラムされている。
【実施例３】
【００５４】
次に、走査速度の高速化と、実施例１にて説明した走査法の組み合わせによって、帯電による影響の更なる緩和を実現する例を説明する。図１７は、実施例１にて説明した偏向パターンＡ，Ｂに対し、２倍の走査レートで電子ビームを走査したときの偏向パターン
（偏向パターンＥ、実線で表記）を説明するための図である。通常より高速に走査することによる帯電抑制と、実施例１に説明するような走査法を組み合わせることによって、更に帯電の影響が顕著な試料に対しても観察・測定が可能となる。
【００５５】
図２２は、本例の走査法を含む種々の走査法と、走査速度を設定するＧＵＩ(GraphicalUser Interface) の一例を説明するための図である。図２２のＧＵＩ画面には、一般的なテレビスキャンと、実施例１にて説明したような走査法（帯電に対して有効な走査法であるため、対帯電(Anti-charge) 走査とした）を選択するウィンドウと、走査速度（高速走査，通常走査，低速走査）を選択するウィンドウが含まれている。ここで言う高速走査とは、図１７に示すような走査レートでの走査を示す（図３，図４に示すような走査速度を通常走査とした場合）。また、図２３に示すような走査レートで行われる走査は低速走査である。
【００５６】
本例では、テレビスキャンを選択した場合には、低速走査が選択できないような禁止処理がなされ、対帯電走査を選択した場合には、低速走査が選択できるようにした。実施例１に説明するような走査法は、帯電の影響を受けにくいため、テレビスキャンと比較すると、比較的遅い速度で走査をすることができる。
【００５７】
よって、実施例１に説明する走査法を選択したときには、遅い走査が選択可能なように、或いは実施例１に説明する走査法を選択しなかったときには、遅い走査が選択できないようにした。これによって、帯電に対して脆弱な試料を走査するときに、試料に帯電を蓄積してしまう走査法（テレビスキャン）と、試料に帯電を蓄積する遅い走査の組み合わせ（偏向パターンＨ）を、誤って選択することがないようにした。
【００５８】
本例では、テレビスキャンを選択した上で、高速走査，通常走査，低速走査を選択すると、それぞれ偏向パターンＦ，偏向パターンＢ，偏向パターンＨが選択される。更に、対帯電走査を選択した上で、高速走査，通常走査，低速走査を選択すると、それぞれ偏向パターンＥ，偏向パターンＡ，偏向パターンＧが選択される。
【００５９】
以上のように、電子ビームの走査法に依存して、試料に与える帯電の影響が異なるため、それに応じて、選択し得る電子ビームに関するパラメータの設定範囲を変化させることによって、帯電の影響を考慮することなく、任意のパラメータを設定することが可能となる。なお、本例では走査法と走査速度を設定パラメータとしたが、これに限られることはなく、帯電の影響が異なる試料の種類をも設定パラメータの一部とすることも可能である。この際、帯電に弱い試料の種類が選択された場合には、遅い走査が選択できない、或いはラスター走査が選択できない、というような禁止処理を行うことが考えられる。また、ビーム電流や倍率等も設定パラメータの一部となり得る。本例では、図示しないポインティングデバイスによって、所望の設定を行うことができる。図２２に示すＧＵＩ画面上にて設定されたパラメータは、制御器１５に送られ、偏向器の制御信号に変換される。
【実施例４】
【００６０】
次に、電子線を照射して試料表面を予め帯電させておき、その帯電状態のもと、画像形成のための電子線を走査する予備帯電技術に、上記した本例で説明する走査法を適用した例について説明する。
【００６１】
図１８は、予備帯電技術（プリドーズ）の概要を説明するための図である。予備帯電技術は、例えば半導体デバイスのコンタクトホールの底から、電子を引き上げるために、電子線照射によって、試料表面を正に帯電させる技術である。正の帯電状態で、画像形成用の電子線を照射することによって、コンタクトホール底から効率良く二次電子を引き上げることが可能になる。そのために、画像形成用の電子線走査の前に、予め試料表面を帯電させるための電子線を走査する。このような予備帯電技術は、特開平５−１５１９２７号公報（対応米国特許USP5,412,209）や、特開２０００−２００５７９号公報（対応米国特許USP6,635,873）に説明されている。
【００６２】
本例では、予備帯電のための走査として、第１の走査線と第２の走査線間に第３の走査線を走査させ、その後、第１と第２の走査線との間、及び第２と第３の走査線との間で、複数の走査線を走査するようにする走査法を適用することを提案する。予備帯電走査は、試料表面を帯電させるものであり、その帯電状態を持続させることによって、安定したコンタクトホール底からの二次電子の高効率検出を主眼とするものである。よって、その帯電が偏って形成されると、画像形成のための走査に対し、長時間に亘って悪影響を及ぼすことになる。
【００６３】
本例では、このような事情に鑑み、上述のような予備帯電走査を行った後、画像形成用の走査を行う。このように走査することによって、偏りのない安定した帯電状態を形成することが可能となる。なお図１８に説明する例では、画像形成用の倍率に対して、予備帯電走査の倍率を低くする例について説明しているが、これに限られることはなく、例えば二次電子放出効率δ＞１の到達エネルギーの電子線を用いて、試料表面を走査することによって、予備帯電走査を行うことも可能である。
【００６４】
図１９は、一般的なＴＶスキャンによって、予備帯電走査を行った場合と、上記本例の走査法によって予備帯電走査を行った場合のＹ走査方向への明るさの変化を示す図である。二点鎖線は、ＴＶスキャンを行ったときの像の明るさの推移を示している。一般的な走査では一の走査線の近傍に次の走査線が走査され、これが繰り返される。よって、画像の上部から下部にいくに従って、徐々に帯電が蓄積することになり、画像の上部と下部では帯電状態が異なることになるため、上部と下部では明るさが異なる。
【００６５】
このような状態で、測定用の走査を行うと、予備帯電時に形成された、偏った帯電の影響により、電子検出量や画素の明るさの推移を表すラインプロファイルが、図１９の一点鎖線のようになる。一方、本例の走査法により予備帯電を行った場合、Ｙ方向の位置に依らず、帯電状態が安定しているため、試料表面の形状を示す適正なラインプロファイルを形成することが可能となる。
【実施例５】
【００６６】
図２０は、実施例１にて説明した走査法を更に改良したものであり、Ｘ方向の走査を交互に反対に行うことを説明する図である。即ち、最初にライン１を図面左方向から右方向に向かって走査し、その次にライン１７を図面右方向から左方向に向かって走査する。このように走査方向を走査線ごとに変化させることによって、走査方向に依存して偏って帯電の影響が蓄積するような試料であっても、帯電の影響に依らず、左右の均一性の高い試料像を形成することが可能となる。
【実施例６】
【００６７】
図２１は、実施例１にて説明した、既に走査された走査線軌道の中心に、次の走査線を走査する走査法を二次元的に展開した例を示す図である。本例の場合、先ず、二次元的照射領域の角部の座標（１７，１）にスポット状に電子ビーム（Ｎ）（パルスビーム）を照射する。次に、走査対象領域の中で、座標（１７，１）から最も離間した座標(１，１７)に電子ビーム（Ｎ＋１）を照射する。その次に、座標（１，１７）と座標（１７，１）の中間であって、当該両座標から最も離間した座標（１，１）及び座標（１７，１７）に電子ビーム（Ｎ＋２）（Ｎ＋３）を照射する。その後は既に電子ビームが照射された照射位置の中心に、電子ビーム（Ｎ＋５，Ｎ＋６，Ｎ＋７，Ｎ＋８）を照射し、更にその後、既に電子ビームが照射された個所の電子ビーム照射を繰り返すことで、走査領域全体の照射を完了するようにする。
【００６８】
なお、上記の走査順序はあくまでも一例に過ぎず、例えば電子ビーム（Ｎ＋４）を照射した後に、座標（１，１７）と座標（１７，１７）の間の座標（９，１７）等、二次元的照射領域を規定する各片の中心に次の照射点を設定するようにしても良い。以前の２つの照射点の中心に次の照射点が位置づけられるようにすると共に、１つ前の照射点と２つ前の照射点の両点に対し、最も離れた位置、或いはそれに準ずる位置に次の照射点を設定することが望ましい。そして、座標上、同じ照射位置間間隔の中心位置に対するビーム照射が終了した後に、より狭い照射位置間間隔の中心位置に、次の照射位置が設定されるようにすると共に、その照射位置間間隔を徐々に狭くするようにすることが望ましい。
【００６９】
既に照射された照射位置の中心に次の照射位置が位置づけられるような偏向を繰り返すことで、二次元的に広がる全ての座標の照射を完了する。
【００７０】
なお、以上のようにパルス状に電子ビームを照射する場合であっても、一般的な走査電子顕微鏡と同様に、走査偏向器に与える信号と表示装置の偏向信号の同期をとることで、試料上の二次元領域の画像を形成することができる。また、ビームの照射点間移動のときには、電子ビームが試料に照射されないように、例えばブランキング用の偏向器によって、電子ビームの軌道を試料から逸らすことによって、選択的に所望の照射位置に電子ビームを照射させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】走査型電子顕微鏡の概略図。
【図２】走査型電子顕微鏡の画像メモリの一例を示す図。
【図３】偏向パターンの一例を説明する図。
【図４】偏向パターンの一例を説明する図。
【図５】偏向パターンの軌跡の一例を説明する図。
【図６】コンタクトホールの観察例を説明する図。
【図７】コンタクトホールを走査したときのラインプロファイルの一例を説明する図。
【図８】偏向パターンの一例を説明する図。
【図９】偏向パターンの軌跡の一例を説明する図。
【図１０】偏向パターンの一例を説明する図。
【図１１】偏向パターンの軌跡の一例を説明する図。
【図１２】偏向パターンの軌跡の一例を説明する図。
【図１３】偏向パターンの軌跡の一例を説明する図。
【図１４】偏向パターンの軌跡の一例を説明する図。
【図１５】本例の走査方法を用いて形成された画像の一例を示す図。
【図１６】走査方向に依らず、高い精度で測長を行うことが可能な例を示す図。
【図１７】高速走査の一例を示す図である。
【図１８】予備帯電技術の概要を説明する図。
【図１９】走査法の違いによるＹ走査方向への明るさの変化を示す図。
【図２０】Ｘ方向の走査を交互に反対に行うことを説明する図。
【図２１】パルスビームを用いて二次元領域を走査することを説明する図。
【図２２】走査法を設定するためのＧＵＩ画面の一例を説明する図。
【図２３】低速走査の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…電子線源、２…１次電子線、３…第一収束レンズ、４…第二収束レンズ、５…偏向器、６…対物レンズ、７…試料、８…第一収束レンズ電源、９…第二収束レンズ電源、
１０…偏向器駆動器、１１…偏向信号発生器、１２…２次電子検出器、１３…増幅器、
１４…対物レンズ電源、１５…制御器、１６…２次電子、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…ライン、１８…画像構成装置、２１…書込みクロック出力回路、２２…アドレス生成回路、
２３，２９，３２…Ｄ／Ａ変換器、２４…Ａ／Ｄ変換器、２５…入力スイッチ、２６…画像メモリ、２７…読出しクロック出力回路、２８…読出しアドレス生成回路、３０…偏向増幅器、３１…出力スイッチ、３３…表示器。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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