(57)【要約】【課題】走査型電子顕微鏡において性能評価を比較的簡単かつ合目的的に行うことで管理・保守を容易にする。【解決手段】観察資料として基準となるラインパターンを用いて焦点深度を算出し（Ｓ４０、Ｓ８０）、算出した前記焦点深度を性能評価の指標として用いる（Ｓ４２、Ｓ８０）。例えば、基準となる焦点深度の値を保持する手段３２と、算出された前記焦点深度と前記の基準となる焦点深度の値とを比較し（Ｓ８２）、この比較結果に基づいて、前記焦点可変手段を制御する（Ｓ８４）。また、それまで算出された焦点深度の履歴（Ｔ１）と新たに算出された焦点深度とに基づき性能を評価する（Ｓ４２）。性能が劣化したと判断された場合、性能劣化の旨を警告する（Ｓ６４）。走査型電子顕微鏡を用いる各工程に対し、その工程に必要な装置性能を備えた装置を割り当てることも可能となる。【選択図】図６
2007194007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発する電子銃と、試料に照射する前記電子ビームの焦点位置を変化させる焦点可変手段と、試料上の所定領域を前記電子ビームで走査する走査手段と、前記電子ビームを前記試料に照射して発生した二次電子を検出する検出手段とを備えた走査型電子顕微鏡において、
観察試料として基準となるラインパタンを用いて焦点深度を算出する算出手段と、
算出した前記焦点深度を性能評価の指標として用いる焦点深度活用手段とを備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記焦点深度活用手段は、
基準となる焦点深度の値を保持する手段と、
算出された前記焦点深度と前記基準となる焦点深度の値とを比較し、この比較結果に基づいて、前記焦点可変手段を制御する手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
光学条件が変化した場合、前記基準ラインパタンを用いて焦点深度を算出する手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項２記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記光学条件は加速電圧であることを特徴とする請求項３記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
前記焦点深度活用手段は、
それまで算出された焦点深度の履歴と新たに算出された焦点深度とに基づき性能を評価する性能評価手段と、
前記性能評価手段により性能が劣化したと判断された場合、性能劣化の旨を警告する手段とを含む
ことを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
前記性能評価手段は、
前記焦点深度の算出の度に前記焦点深度を日時とともに記録する手段と、
記録された前記焦点深度から焦点深度の経時変化を表す近似線を求める手段と、
前記近似線により予測される焦点深度と前記の新たに算出された焦点深度とを比較する手段とを含む
ことを特徴とする請求項５記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項７】
電子ビームを発する電子銃と、試料に照射する前記電子ビームの焦点位置を変化させる焦点可変手段と、試料上の所定領域を前記電子ビームで走査する走査手段と、前記電子ビームを前記試料に照射して発生した二次電子を検出する検出手段と、電子ビームの走査と焦点位置を制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記焦点可変手段および前記走査手段を制御するコンピュータとを備えた走査型電子顕微鏡において、前記コンピュータに格納され実行されることにより、
観察試料として基準となるラインパタンを用いて焦点深度を算出する機能と、
算出した前記焦点深度を性能評価の指標として用いる機能を果たすことを特徴とする走査型電子顕微鏡の保守・管理プログラム。
【請求項８】
電子ビームを発する電子銃と、試料に照射する前記電子ビームの焦点位置を変化させる焦点可変手段と、試料上の所定領域を前記電子ビームで走査する走査手段と、前記電子ビームを前記試料に照射して発生した二次電子を検出する検出手段と、電子ビームの走査と焦点位置を制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記焦点可変手段および前記走査手段を制御するコンピュータとを備えた走査型電子顕微鏡の保守および管理を行う方法であり、当該方法は、
観察試料として基準となるラインパタンを用いて焦点深度を算出するステップと、
算出した前記焦点深度を性能評価の指標として用いるステップとを含む
ことを特徴とする走査型電子顕微鏡の保守・管理方法。
【請求項９】
複数の走査型電子顕微鏡とこれらを管理するコンピュータとを含むシステムにおいて、前記コンピュータにより実施される方法であり、当該方法は、
業務遂行にともない前記複数の走査型電子顕微鏡の何れかを用いる各工程に対し、当該工程に必要とされる装置性能を当該工程の識別情報とともに記憶するステップと、
前記複数の走査型電子顕微鏡から収集した各走査型電子顕微鏡の装置性能を当該走査型電子顕微鏡の識別情報とともに記憶するするステップと、
前記の各工程に対し、当該工程に必要とされる装置性能を備えた走査型電子顕微鏡を割り当てるステップとを備え
前記の各ステップは、前記装置性能として、基準となるラインパタンを観察試料として用いて算出された焦点深度を用いる
ことを特徴とする走査型電子顕微鏡システムにおける資源割り当て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して走査型電子顕微鏡に関し、さらに具体的には走査型電子顕微鏡の性能評価をともなう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡を使用する場合、観察試料の状態や光学条件に応じた装置の調整、性能劣化の兆候の早期発見、複数の電子顕微鏡を用いるシステムにおける使用目的に応じた電子顕微鏡の割り当てなど、電子顕微鏡の管理・保守を行う必要がある（性能評価の目的）。このために、電子顕微鏡の性能を正しく把握することが重要である。評価の対象は、一般に分解能である。従来から知られている電子顕微鏡の電子光学系性能評価手法として代表的なものは、分解能サンプルを用いて電子顕微鏡像を取得し、目視による評価を行うのが主流であった。しかし、最近では、目視によらない分解能評価方法も提案されている。
【０００３】
例えば、金蒸着試料を電子顕微鏡で撮像した画像データを取得後、周波数解析等の手段を用いて、電子顕微鏡の性能評価を安定かつ定量的に行う方法がある（特許文献１参照）。この方法においては、周波数解析のために、画像データ取得後、複数の画像について２次元フーリエ変換を行いパワースペクトルを求める処理、得られたパワースペクトルについて周波数毎に加算平均を行う処理、さらに、移動平均やメディアンフィルタ等の平滑化処理などが必要である。
【０００４】
また、予め寸法の分かっている薄膜層の断面を鏡面加工し、走査型電子顕微鏡の画像データを取得後、周波数解析等の手段を用いて、走査型電子顕微鏡 の性能 評価 を安定かつ定量的に行う方法もある（特許文献２参照）。この方法では、画像データ取得後、得られた画像に２次元フーリエ変換を行いパワースペクトルを求める処理、パワースペクトルについて縞模様の周波数と信号強度の関係をグラフ化する処理、縞模様の周波数でのピークの信号強度から解像度を定量的に評価する処理、直流成分の信号強度と縞模様のピークの信号強度の比または差から解像度を定量的に評価する処理などが必要である。
以上の特許文献の方法によれば、解像度を定量的に評価することができる。また、評価結果のバラツキも少ないものと推察される。
【特許文献１】特開平１１−２２４６４０号公報（段落００１３、図７）
【特許文献２】特開２００４−１１１４０１号公報（段落００２８〜００３０、図８，９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献の方法では、評価試料から得られた画像を周波数解析するために専門的かつ複雑な計算機処理が必要である。したがって、走査型電子顕微鏡の性能評価を比較的簡単に行う技術が望まれる。
また、最初に述べた性能評価の目的にかなった形で性能評価を行うことができれば、好都合である。
【０００６】
したがって、本発明は、性能評価を比較的簡単かつ合目的的に行うことで管理・保守を容易にした走査型電子顕微鏡などを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明は、一面において、観察試料として基準となるラインパタンを用いて焦点深度を算出する算出手段と、算出した焦点深度を性能評価の指標として用いる焦点深度活用手段とを備えた走査型電子顕微鏡を提供する。本発明の走査型電子顕微鏡によれば、分解能に匹敵する性能として焦点深度を容易に算出して、走査型電子顕微鏡の保守・管理に利用することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基準ラインパタンを準備するだけで焦点深度を自動的に算出することが可能となる。それに基づいて従来ばらつきの非常に大きかった電子光学系の性能判定を、焦点深度を用いて定量的に行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態と添付図面により本発明を詳細に説明する。
なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態による走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ＝scanning electron microscope）の構成を概念的に示す略ブロック図である。図１の走査型電子顕微鏡１００は、後述のコンピュータ３０の二次記憶装置３２に本発明の実施形態による保守・管理プログラムを格納し、必要に応じて、この保守・管理プログラムの必要部分が呼び出されて実行される。本発明は任意の走査型電子顕微鏡に広く適用可能である。したがって、図１の走査型電子顕微鏡１００について、構成および一般的な動作の詳細は省略することとして、概要を説明する。
【００１０】
図１の走査型電子顕微鏡１００において、電子銃１、引き出し電極２および加速電極３により生成された電子ビームＢは、電磁型のコンデンサレンズ４と同じく電磁型の対物レンズ５により微細なビームに絞られ、観察試料Ｓの表面に収束される。さらに、コンピュータ３０は電子ビーム走査制御系１０に対して走査範囲を指定し、電子ビーム走査制御系１０は、指定された走査範囲で走査するような走査電流を走査コイル６に供給する。この結果、試料Ｓの表面が電子ビームＢにより走査される。こうして試料Ｓの表面に電子ビームＢが照射されると、電子ビームＢが収束された部分（点）から照射表面の形状・材質等の情報を含む二次電子（破線矢印で示す）が放出され、この二次電子が二次電子検出器７により検出される。検出された信号は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２０によりデジタル信号に変換され、変換されたデジタル検出信号は、図示しない表示装置に供給され、ＳＥＭ像の表示が得られる。また、デジタル検出信号は、このＳＥＭ像表示と同時に、画像信号として画像メモリ２２にも記憶される。さらに、コンピュータ３０が、焦点位置制御系１２に対し焦点位置を設定すると、焦点位置制御系１２は焦点位置が設定された位置になるように光学レンズ制御系１４を介して対物レンズ５の励磁電流Ｉｄを変化させる。さらに、コンピュータ３０から焦点位置制御系１２に対して正焦点位置となるように指示を与えると、焦点位置制御系１２は、光学レンズ制御系１４を介して対物レンズ５の励磁電流Ｉｄを段階的に変更しながら、試料Ｓから放出される二次電子の発生効率が最良となるような励磁電流値を検出し、正焦点位置として決定する。
なお、以下において、図１に示すように、電子ビームの進行方向に沿った焦点位置をｈで表し、正焦点位置をＰｆで表す。
【００１１】
以上のような構成の走査型電子顕微鏡において、本発明の第１の実施形態により、分解能とは異なる評価対象として焦点深度を求め、この焦点深度を用いて性能劣化を早期に発見する方法、および所定の焦点深度を維持する方法を順に説明する。
図２は、焦点深度を自動的に算出する焦点深度算出プログラム（図示せず）の処理の流れを示すフローチャートである。この焦点深度算出プログラムは、図１の二次記憶装置３２に格納され、利用者による実行コマンドの発行または上位プログラムによる呼び出しに応じて、コンピュータ３０の図示しないＣＰＵにより実行される。焦点深度自動算出の前提条件として、基準となるラインパタンが観察できる状態であることが必要である。ここで、基準パタンとしてホールパタンを用いると、帯電の影響が大きく、算出値に影響を与えるため、ラインパタンを用いることが好ましい。基準となるラインパタンには、線幅が約１６０ｎｍで帯電による影響が少ない材質のものを用いる。ラインパタンを観察するために、観察範囲を手作業にて指定してもよいし、画像認識の手段などを用いて自動的に指定してもよい。
【００１２】
また、電子顕微鏡像の焦点深度を左右する要素として（１）加速電圧、（２）コンデンサレンズ４の励磁電流がある。この電子光学系パラメータについては、電子顕微鏡の用途に応じて設計上の基準設定値が予め与えられている必要がある。さらに、以下に述べる焦点深度算出工程を実施する以前に、コンピュータ３０によってコントラストやブライトネスの変更を行わないように設定しておく。
【００１３】
図２において、焦点深度算出プログラムが呼び出されると、まず、ステップＳ２において、正焦点位置に対する（すなわち、試料Ｓの観察表面に焦点が合っていて、ｈ＝Ｐｆである場合の）プロファイル曲線の傾きθmaxを求める。図３は、基準となるラインパタンを有する試料Ｓからラインのエッジ部分のプロファイル曲線を取得する方法を説明する図である。図３の上部には、試料Ｓのラインパタンと直交する平面で試料Ｓを切った断面を示す。正焦点位置において撮影した試料Ｓの画像Ｉにおいて、ラインパタンの一方の縁（図の例では、ラインの左辺）を含む部分をデータ取得領域ＩＡを設定する。図３の例では、データ取得範囲ＩＡは、横方向（これをｘ軸の方向とする）の幅Ｘ、縦方向の長さＹの長方形である。ここで、プロファイル曲線とは、画像Ｉ（の取得領域ＩＡ）のラインパタンをｘ軸にそって画素ごとの輝度を求め、図３の下部に示すように横方向の位置（即ち、ｘ座標）と輝度との関係をグラフにして得られる曲線のことである。したがって、プロファイル曲線取得範囲ＩＡのＸ方向は、ラインパタンのエッジ部分のみとし、得られるプロファイル曲線に最小値と最大値が一つずつ現れるような範囲に設定する。また、理論的には、ｘ軸にそって１行分の画素データがあれば、プロファイル曲線が得られるが、実際には、ノイズの影響により輝度データに誤差が含まれるので、多数のデータを収集して、これらを平均化する（実際には、加算するだけでよい）方が正確な結果を得ることができる。したがって、データ取得範囲ＩＡの長さＹは、データのバラツキが抑えられるように、長めに設定することが好ましい。データ取得範囲ＩＡは、あらかじめ二次記憶装置３２に登録されている値を用いてもよいし、入力システムを用いて直接コンピュータ３０に与えてもよい。
【００１４】
このような条件を満たすプロファイル曲線取得範囲ＩＡを指定後、コンピュータ３０は取得範囲ＩＡを電子ビームで走査するように電子ビーム走査制御系１０に対して要求をだす。この結果、試料Ｓの指定範囲において電子ビームＢによる形状情報を含む二次電子を得ることができ、この二次電子が二次電子検出器７により検出され、Ａ／Ｄ変換された二次電子検出信号が、画像信号として画像メモリ２２に記憶される。この記憶された取得範囲ＩＡの画像情報から、プロファイル曲線を算出する。さらに、得られたプロファイル曲線に対して、最大値付近および最小値付近の値を除いた部分の線積分値から、例えば、最小二乗法などを用いて傾きθを算出し、コンピュータ３０に記憶する。
【００１５】
図４は、焦点位置ｈと得られるプロファイル曲線との関係を示す図である。図４から分かるように、プロファイル曲線の傾きθは、焦点ｈが正焦点位置Ｐｆにあるときに、最大θmaxとなる。焦点ｈが、正焦点位置Ｐｆから離れるほど、プロファイル曲線の傾きθ１（弱励磁側、すなわちｈ＜Ｐｆの場合）およびθ２（強励磁側、即ちＰｆ＜ｈの場合）は小さくなる。正焦点位置におけるプロファイル曲線の傾きθmaxは、後述のように焦点深度を算出する際の基準値となる。
【００１６】
図５は、プロファイル曲線の傾きθと焦点深度ｆｄとの関係を示す図である。焦点位置ｈを正焦点位置Ｐｆから弱励磁側に変更していき、そのときのプロファイル曲線の傾きθと正焦点位置Ｐｆに対して許容される傾きの許容下限値θlmtとを比較することで、弱励磁側の焦点限界位置Ｈ１が求められる。同様に、焦点位置ｈを正焦点位置Ｐｆから強励磁側に変更していき、そのときのプロファイルの傾きθと許容下限値θlmtとを比較することで、強励磁側の焦点限界位置Ｈ２が求まる。この二つの焦点限界位置の差を焦点深度とすることができる。以下、この要領で焦点深度ｆｄを求める。
【００１７】
ここで、図２にもどり、ステップＳ４において、傾きの許容下限値θlmtを設定する。そして、ステップＳ６において、処理回数パラメータｉを１に設定し、ステップＳ８において、焦点位置ｈ＝Ｐｆ-Δ・ｉにおけるプロファイル曲線の傾きθi-を求める。ここで、Δは、焦点位置の微小変化分である。判断ステップＳ１０において、傾きθi-が許容下限値θlmtに等しいか、またはθlmtより小さいか否かを判断し、等しくも小さくもない場合、ステップＳ１２においてパラメータｉをインクリメントして、ステップＳ８に戻る。判断ステップＳ１０において、傾きθi-が許容下限値θlmtに等しいか、またはθlmtより小さければ、焦点位置が弱励磁側の焦点限界位置Ｈ１に達したと判断し、ステップＳ１４において、傾きθi-を弱励磁側の焦点限界位置Ｈ１として、所定の記憶箇所に記憶する。
【００１８】
次に、前段と同様に、ステップＳ１６において、処理回数パラメータｉを１に設定し、ステップＳ１８において、焦点位置ｈ＝Ｐｆ＋Δ・ｉにおけるプロファイル曲線の傾きθi+を求める。判断ステップＳ２０において、傾きθi+が許容下限値θlmtに等しいか、またはθlmtより小さいか否かを判断し、等しくも小さくもない場合、ステップＳ２２においてパラメータｉをインクリメントして、ステップＳ１８に戻る。判断ステップＳ２０において、傾きθi+が許容下限値θlmtに等しいか、またはθlmtより小さければ、焦点位置が強励磁側の焦点限界位置Ｈ２に達したと判断し、ステップＳ２４において、傾きθi+を強励磁側の焦点限界位置Ｈ２として、所定の記憶箇所に記憶する。最後に、ステップＳ２６において、焦点深度ｆｄをｆｄ＝Ｈ２−Ｈ１として求める。このように、周波数分析のような複雑な処理を必要とすることなく、焦点深度を自動的に算出することが可能である。
なお、図３および図４から容易に解るように、プロファイル曲線の傾きθは分解能と強い相関関係にあり、分解能をほぼ反映すると言える。また、ステップＳ４においてプロファイル曲線の傾きに許される許容下限値θlmtを設定することは、焦点深度ｆｄを設定することであり、許容可能な分解能を設定することになる。  
【００１９】
多くの業務用電子顕微鏡の場合、その電子顕微鏡の持つ焦点深度の設計推奨値が予め決められている。また、いくつかの焦点深度モード（分解能モード）が用意されており、そのひとつひとつに焦点深度の設計推奨値が決められていることもある。これらの焦点深度と算出された焦点深度データを比較することで、電子顕微鏡が初期の性能を発揮しているか否かの判断が可能になる。
＜＜性能劣化の早期発見＞＞
【００２０】
次に、図６〜図８を参照して、焦点深度の定期的な算出・記録により性能劣化を早期に発見する方法を説明する。図６は、性能劣化を早期に発見するために、例えば一日に一回という具合に定期的に実行される焦点深度監視プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図７は、焦点深度監視プログラムにおいて性能劣化の判断に使用する焦点深度記録テーブルＴ１のフィールドの構成例を示す図である。図８は、算出した焦点深度をプロットしたグラフを用いて、新たに算出した焦点深度を評価するようすを示す図である。図８において、線Ｌは、プロットされた焦点深度を適切な手法で近似した線であり、直線でも曲線でもよい。図８に示すように、走査型電子顕微鏡の焦点深度ｆｄは時間の経過とともに徐々に深くなる。本実施形態の焦点深度の評価方法は、この近似線Ｌの現在の値と新たに測定された焦点深度との比較に基づくものである。
【００２１】
図６において、まず、ステップＳ４０において、上述の要領で焦点深度ｆｄを測定し、判断ステップＳ４２において、測定された焦点深度ｆｄが近似線Ｌの現在の値から導き出される想定の範囲Ｒｅの中にあるか否かを判断する。例えば、焦点深度ｆｄと近似線Ｌの現在の値との差が−１／Ｒｅから１／Ｒｅの範囲にあるか否かを判断する。測定された焦点深度ｆｄが想定の範囲にあれば、ステップＳ４４において、図７の焦点深度テーブルＴ１に、現在の日時および測定時の光学条件（例えば、加速電圧など）と関係付けて、測定された焦点深度ｆｄを記録し、ステップＳ４６において、それまで記録された焦点深度に新たな焦点深度ｆｄの値を加えて修正した近似線Ｌを求め、図６の処理を終了する。このようにして、焦点深度テーブルＴ１に焦点深度の測定履歴を保存していく。
【００２２】
一方、判断ステップＳ４２において、判断結果がＮｏの場合、ステップＳ４８において、処理回数パラメータｉを、例えば２に設定し、ステップＳ５０において、再び焦点深度ｆｄ’を測定する。
そして、判断ステップＳ５２において、焦点深度ｆｄ’が近似線Ｌの現在の値から導き出される想定の範囲Ｒｅの中にあるか否かを判断する。想定の範囲内であれば（Ｙｅｓの場合）、判断ステップＳ５４において、ｉ＝１か否かを判断し、ｉ＝１でなければ、ステップＳ５６において、パラメータｉをディクリメントして、上記の焦点深度測定ステップＳ５０に戻る。判断ステップＳ５４において、ｉ＝１である場合、２回連続して想定の範囲Ｒｅの焦点深度が測定されたことになるので、最後に測定された焦点深度ｆｄ’を焦点深度テーブルＴ１に記録すべく、ステップＳ４４に進む。
【００２３】
上記の判断ステップＳ５２において、測定された焦点深度ｆｄ’が想定の範囲Ｒｅ内でない場合（Ｎｏの場合）、さらなる判断ステップＳ５８において、焦点深度ｆｄ’がステップＳ４０で測定された焦点深度ｆｄにほぼ等しいか否かを判断する。ほぼ等しいと言えない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ６６において、さらに焦点深度ｆｄ”を測定し、判断ステップＳ６８において、測定した焦点深度ｆｄ”がステップＳ４０またはＳ５０で測定した焦点深度ｆｄまたはｆｄ”にほぼ等しいか否かを判断する。測定した焦点深度ｆｄ”が焦点深度ｆｄおよびｆｄ”の何れかにほぼ等しい場合、等しい方の値が正しいものと判断して、ｆｄまたはｆｄ’の等しいほうを採用して（ステップＳ７２またはＳ７０）、ステップＳ４４に進む。解りやすいように、ステップＳ７０、Ｓ７２を書いたが、実際には、ｆｄ”＝ｆｄまたはｆｄ’であるから、最後に測定した焦点深度ｆｄ”を記録すればよいので、ステップＳ７０およびＳ７２は省略することができる。一方、判断ステップＳ６８において、測定した焦点深度ｆｄ”が焦点深度ｆｄおよびｆｄ’の何れとも等しくない場合、走査型電子顕微鏡１００の光学系が不安定であり、正しい観察ができないと推察されるので、ステップＳ７４において、音声、視覚的表示またはその両方などの適切な手段により、その旨のエラー警告を利用者に発する。
【００２４】
さらに、判断ステップＳ５８における判断結果がＹｅｓの場合、すなわちステップＳ５０で測定された焦点深度ｆｄ’が想定の範囲Ｒｅ内になく、かつステップＳ４０における測定値ｆｄにほぼ等しい場合、判断ステップＳ６０において、ｉ＝０か否かを判断する。パラメータｉが０でない場合、再びｆｄ’測定ステップＳ５０に戻る。判断ステップＳ６０において、ｉ＝０である場合、想定の範囲Ｒｅ外のほぼ同じ値が３回連続して測定されたことになり、測定結果は信頼できると推察されるので、性能が劣化したと判断し、ステップＳ６４において、その旨を音声、視覚的表示またはその両方などの適切な手段により、その旨の性能劣化警告を利用者に発する。
【００２５】
このように、本実施形態の焦点深度監視方法またはプログラムによれば、焦点深度の測定履歴をとることにより、走査型電子顕微鏡の光学系の劣化を早期に発見することが可能となる。また、ステップＳ５８〜Ｓ７４の処理により走査型電子顕微鏡の不具合を発見することが可能となる。このように、焦点深度の急激な変化を検出できるので、ほぼリアルタイムに走査型電子顕微鏡の劣化または不具合を特定することが可能となる。利用者は、上記音の警告を受けて、電子光学系の保守／管理を実施することが可能となる。
【００２６】
従来、絞りといった消耗品の管理は時間管理（Time Base Maintenance）にて実施されていた。そこで、「電子光学系の劣化」といった定量的な状態管理（Condition Base Maintenance）を導入することで、必要なタイミングでのみの電子光学系の保守／管理を実施することが可能となるため、保守／管理のための余分な時間を割く必要が無くなり、設備総合効率を向上することが可能になる。
＜＜焦点深度の維持管理＞＞
【００２７】
図９は、光学系の条件が変更されるたびに走査型電子顕微鏡を所定の焦点深度に維持する焦点深度自動制御プログラムの処理を示すフローチャートである。例えば、加速電圧といった光学系の条件が変更されるたびに、変更に関与したプログラムが、変更の後に、焦点深度自動制御プログラムを呼び出して、図９の処理を行う。図９において、まずステップＳ８０において、焦点深度ｆｄを測定する。次に、ステップＳ８２において、焦点深度ｆｄと所定の焦点深度ＦＤとの誤差が許容範囲Ｒｔにあるか否かを判断する。許容範囲にあれば（Ｙｅｓの場合）、処理を終了する。焦点深度ｆｄと所定の焦点深度ＦＤとの誤差が許容範囲Ｒｔにない場合、ステップＳ８４において、コンデンサレンズ４の駆動値を所定の微少量だけ調節する。具体的には、焦点深度ｆｄが深く（すなわち大きく）なっている場合にはビームの開き角を小さく、浅く（すなわち小さく）なっている場合にはビームの開き角を大きくなるようにコンデンサレンズ４の駆動値を変更する。この変更後、ステップＳ８０に戻る。以降、誤差｜ｆｄ−ＦＤ｜が許容範囲Ｒｔに入るまで、ステップＳ８０〜Ｓ８４を繰り返す。
【００２８】
以上の処理を行うことにより、常に適正な焦点深度を維持することが可能となる。これにより、加速電圧といった光学条件が変更されるたびに変わっていた焦点深度を一定に保つことが可能となり、光学条件による性能の差異を減らすことが可能となる。さらに、複数台数の装置にて、本アルゴリズムを用いた焦点深度の維持を実施すると、全ての装置で同じ性能を持たせることが可能となり、装置機差による測定誤差を低減することが可能となる。
【００２９】
なお、図６に関連して述べた焦点深度監視プログラムと、図９で述べた焦点深度自動制御プログラムを組み合わせて使用することも可能である。この場合、焦点深度自動制御プログラムの作用により、焦点深度ｆｄは、ほぼＦＤに維持される。すなわち、図８の近似線はｘ軸と平行になるので、図６のステップＳ４２およびＳ５２において、焦点深度ｆｄまたはｆｄ’が想定範囲、すなわちＦＤ−（Ｒｅ／２）からＦＤ＋（Ｒｅ／２）の範囲にあるかどうかを判断すればよく、近似線修正ステップＳ４６は不要となる。
＜第２の実施形態＞
【００３０】
図１０は、本発明の第２の実施形態により複数の走査型電子顕微鏡を含むシステムの要部構成例を示すブロック図である。図１０のシステムは、Ｎ台の走査型電子顕微鏡Ｍ１，Ｍ２，．．．，ＭＮとこれらを管理するコンピュータ３５を含む。なお、図１０のシステムは、例えば、工程ごとに専用の走査型電子顕微鏡を用いる半導体製造装置などであるから、図示した以外の種々の装置を含むが、説明には不要なので省略した。各装置とコンピュータ３５はネットワークでつながっており、各装置（実際には、各装置のコンピュータ３０）は一定時間ごと、あるいはコンピュータ３５が必要とするときにコンピュータに対して電子光学系の劣化情報を報告する。コンピュータ３５は各装置から報告された劣化情報を収集/保持すると共に、各工程で必要となる装置の分解能情報を保持する。これらの二つの情報から、コンピュータは、各工程に合った装置を選択することが可能となる。その実施形態を次に説明する。
【００３１】
図１１は、コンピュータ３５が保持する工程・装置性能テーブルのフィールド構成例を示す図である。図１１の工程・装置性能テーブルには、システム本来の業務を遂行する上で、走査型電子顕微鏡を必要とする工程Ｐ１，Ｐ２，・・・の各々Ｐｊ（ｊ＝１，２，・・・）に対して必要な走査型電子顕微鏡の性能値（例えば、焦点深度など）Ｒｊを工程の識別情報Ｐｊに関係付けて格納されている。
図１２は、コンピュータ３５が保持するＳＥＭ装置・装置性能テーブルのフィールド構成例を示す図である。図１２のＳＥＭ装置・装置性能テーブルには、各走査型電子顕微鏡Ｍｋの装置性能Ｒｋが、その走査型電子顕微鏡の識別情報Ｍｋに関係付けて格納されている。
図１３は、複数の走査型電子顕微鏡の何れかＭｋを用いる各工程Ｐｊに対し、その工程Ｐｊに必要な装置性能Ｒｊを備えた走査型電子顕微鏡を割り当てる処理を示すフローチャートである。図１３のステップＳ９０において、各工程Ｐｊに対し、その工程に必要な装置性能値Ｒｊと図１２のＳＥＭ装置・装置性能テーブルに格納されている装置性能値Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮを比較して、工程Ｐｊに相応しい走査型電子顕微鏡Ｍｋを割り当てる。
これにより、装置性能をそれほど必要としない工程と、装置性能を必要とする工程が混在する工場において、装置性能を考慮した装置利用スケジュールを立てることが可能となる。
【００３２】
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。
例えば、実施形態１と２を組み合わせてもよい。すなわち、図１０の各装置Ｍｋが、実施形態１で述べた焦点深度監視プログラム、焦点深度自動制御プログラム、またはこれらの両方を備えてもよい。
また、一台の走査型電子顕微鏡が、焦点深度監視プログラムと焦点深度自動制御プログラムの両方を備える変形例を既に説明したが、これらのプログラムを別々に備える代わりに、２つを統合して１つのプログラムとし、定期的に実行するほか、光学条件が変更されたときにも実行するようにすればよい。この場合、図６のフローチャートを段落００２９のように変更するほか、図９のステップＳ８０は削除し、判断ステップＳ８２を図６のステップＳ４２の直後に挿入し、ステップＳ８４の処理の後、ステップＳ４０に戻るようにすればよい。
なお、図１においては、説明の都合上、アナログ／デジタル変換器２０と画像メモリ２２を個別の要素として描いたが、これらの要素は、実際には、例えば図示しない画像入力装置または画像処理装置に含めてもよいし、コンピュータ３０に含めてもよい。さらに、図１０に示した本発明の実施形態２において、走査型電子顕微鏡１００が、そのアナログ／デジタル変換器２０と画像メモリ２２がコンピュータ３０ではなく、前記の図示しない画像入力装置または画像処理装置に含まれている形態を有する場合、各装置のコンピュータ３０を省略し、コンピュータ３５が各装置の電子ビーム走査制御系１０および焦点位置制御系１２を直に制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態による走査型電子顕微鏡の構成を概念的に示す略ブロック図である。
【図２】焦点深度を自動的に算出する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】基準となるラインパタンを有する試料Ｓからラインのエッジ部分のプロファイル曲線を取得する方法を説明する図である。
【図４】焦点位置と得られるプロファイル曲線との関係を示す図である。
【図５】プロファイル曲線の傾きと焦点深度との関係を示す図である。
【図６】性能劣化の早期発見のために定期的に実行される焦点深度監視プログラムの処理の流れを示すフローチャートである
【図７】焦点深度監視プログラムで使用される焦点深度記録テーブルＴ１のフィールドの構成例を示す図である。
【図８】算出した焦点深度をプロットしたグラフを用いて、新たに算出した焦点深度を評価するようすを示す図である。
【図９】走査型電子顕微鏡を所定の焦点深度に維持する焦点深度自動制御プログラムの処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態により複数の走査型電子顕微鏡を含むシステムの要部構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０のコンピュータ３５が保持する工程・装置性能テーブルのフィールド構成例を示す図である。
【図１２】図１０のコンピュータ３５が保持するＳＥＭ装置・装置性能テーブルのフィールド構成例を示す図である。
【図１３】複数の走査型電子顕微鏡の何れかを用いる各工程に対し、その工程に必要な装置性能を備えた走査型電子顕微鏡を割り当てる処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１      電子銃
２      引き出し電極
３      加速電極
４      コンデンサレンズ
５      対物レンズ
６      走査コイル
７      二次電子検出器
１０    電子ビーム走査制御系
１２    焦点位置制御系
１４    光学レンズ制御系
２０    アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）
２２    画像メモリ
３０    コンピュータ
３２    二次記憶装置
Ｂ      電子ビーム
Ｓ      試料
【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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