(57)【要約】【課題】本発明は、ビーム走査によって得られる検出信号を積算して画像を形成する装置において、取得画像のＳ／Ｎの向上と、シュリンクの低減の両立の実現を目的とするものである。【解決手段】上記目的を達成するために本発明によれば、画像データを積算して、画像を形成する荷電粒子線装置において、設定される走査線方向の大きさごとに、走査線方向とは垂直な方向に、異なる大きさであって、異なる走査線数を持つ複数の走査パターンによる走査が可能な偏向器と、１フレーム内にて、前記走査線方向とは垂直な方向の大きさに比例する数の走査線位置への走査によって得られる検出信号を１の走査位置の検出信号として、積算する演算装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置を提案する。【選択図】  図３
2013093251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを積算して、画像を形成する荷電粒子線装置において、
設定される走査線方向の大きさごとに、第１の走査線間間隔と走査線方向とは垂直な方向の第１の大きさの第１の走査領域を持つ第１の走査パターンと、走査線方向とは垂直な方向に前記第１の走査領域より大きな走査領域を持ち、第１の走査パターンより多くの走査線数を持つ第２の走査パターンを記憶する記憶媒体と、
前記第２の走査パターンを用いて荷電粒子線を走査したときに、前記第１の走査パターンと同じ走査線の走査によって得られる第１の検出信号と、当該第１の走査パターンと同じ走査線に隣接する第２の走査パターン固有の走査線の走査によって得られる第２の検出信号を積算して、前記第１の走査パターンの信号として画像メモリに記憶させる演算装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記記憶媒体には、設定される走査線方向の大きさごとに、異なる走査線数を有する複数の走査パターンが記憶されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記荷電粒子線を走査する偏向器と、
前記記憶媒体に記憶された走査パターンに従って、当該偏向器に走査信号を発生する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記演算装置は、１の走査位置への走査によって得られる信号と、隣接する走査位置への走査によって得られる信号の信号を積算すると共に、前記走査パターンに含まれる走査線数が多い程、前記隣接する走査位置の数を増加して前記積算を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記記憶媒体には、設定される走査線方向の大きさごとに、異なる走査線数を有する複数の走査パターンが記憶され、当該複数の走査パターンは、前記走査線方向に垂直な方向の大きさが大きい程、走査線数が多くなると共に、当該大きさに比例して、前記走査線数が増加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、
前記演算装置は、前記走査線間の間隔が大きい程、前記積算対象となる隣接する走査位置を増加させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
画像データを積算して、画像を形成する荷電粒子線装置において、
設定される走査線方向の大きさごとに、走査線方向とは垂直な方向に、異なる大きさであって、異なる走査線数を持つ複数の走査パターンによる走査が可能な偏向器と、
１フレーム内にて、前記走査線方向とは垂直な方向の大きさに比例する数の走査線位置への走査によって得られる検出信号を１の走査位置の検出信号として、積算する演算装置を備えた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、荷電粒子線装置に係り、特に走査線間間隔を拡張して、単位面積当たりのビーム照射量を抑制する走査法を採用する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置は、試料上の所望の領域（視野）にビームを走査し、当該走査領域から放出される荷電粒子を検出することによって、画像を形成する。さらに、このような画像形成を行う装置では、複数の二次元走査によって得られた画像データを積算して、積算画像を形成することにより、Ｓ／Ｎ比を向上する画像形成法が知られている。
【０００３】
一方、走査電子顕微鏡の代表的な観察対象の１つである半導体デバイスの微細化に伴い、さまざまなパターン構造や材料が開発されている。例えば、フォトリソグラフィーの感光材料としてフッ化アルゴンエキシマレーザ光に感光するフォトレジストがある。このようなフォトレジストは、電子ビームの照射によってパターンがシュリンクすることがわかってきた。特許文献１には、パターンのシュリンクを抑制すために、走査線と垂直な方向（Ｙ方向）の倍率を、走査線方向（Ｘ方向）と比べて、低倍率とし、単位面積当たりの照射量を減らすことによって、シュリンクを低減する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３１５２４号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，２８５，７７７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画像のＳ／Ｎを向上するためには、同一領域に対し、複数の走査を行うことによって得られる信号を積算する必要があるが、この積算数がかさむと、パターンのシュリンク量が大きくなる。特許文献１に開示の手法によれば、単位面積当たりの照射量を減らすことができるため、シュリンクの低減を実現することができるが、積算枚数の増加に伴って発生するシュリンクについては何ら考慮されておらず、Ｓ／Ｎの向上とシュリンクの低減はトレードオフの関係にあった。
【０００６】
以下に、取得画像のＳ／Ｎの向上と、シュリンクの低減の両立の実現を目的とする荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために一態様として、画像データを積算して、画像を形成する荷電粒子線装置において、設定される走査線方向の大きさごとに、第１の走査線間間隔と走査線方向とは垂直な方向の第１の大きさの第１の走査領域を持つ第１の走査パターンと、走査線方向とは垂直な方向に前記第１の走査領域より大きな走査領域を持ち、第１の走査パターンより多くの走査線数を持つ第２の走査パターンを記憶する記憶媒体と、前記第２の走査パターンを用いて荷電粒子線を走査したときに、前記第１の走査パターンと同じ走査線の走査によって得られる第１の検出信号と、当該第１の走査パターンと同じ走査線に隣接する第２の走査パターン固有の走査線の走査によって得られる第２の検出信号を積算して、前記第１の走査パターンの信号として画像メモリに記憶させる演算装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、取得画像のＳ／Ｎの向上と、シュリンクの低減の両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図２】走査電子顕微鏡の制御装置の概要を示す図。
【図３】通常走査と変倍走査の走査位置を示す図。
【図４】変倍走査条件の設定に基づいて、画像データを生成する工程を示すフローチャート。
【図５】走査条件の設定に基づいて、画像データを生成する工程を示すフローチャート。
【図６】走査条件を設定するためのＧＵＩ画面例を示す図。
【図７】走査線間走査に基づく積算信号と、複数フレーム走査による積算信号を更に積算する例を示す図。
【図８】複数の走査領域の大きさと、フレーム枚数の組み合わせを示す図。
【図９】走査条件の設定に基づいて、画像データを生成する工程を示すフローチャート。
【図１０】変倍走査例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、半導体ウェーハやマスク表面の計測を行う荷電粒子線装置を実施例として説明する。
【００１１】
半導体デバイスの微細化に伴い、さまざまなパターン構造や材料が開発されている。そんな中、フォトリソグラフィーの感光材料としてフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光に感光するフォトレジスト（ＡｒＦレジスト）が使用されている。しかし、このフォトレジストは電子ビームが照射されるとフォトレジストで形成されているパターンが縮小（シュリンク）することがわかってきた。そのため、パターン計測を行う走査型電子顕微鏡によるパターンへの電子ビーム照射によりシュリンクが起こり、高い寸法精度を得るのが困難になってきている。このシュリンクを低減するためにこれまでいくつかの方策が取られてきている。シュリンクを低減させるためには電子線の照射密度を減らしていくことが必要である。例えば走査型電子顕微鏡の加速電圧やプローブ電流などの測定条件を変えることでシュリンク低減を実現することが考えられるが、二次電子の信号量が低下してしまう。そのため、走査回数を増やして信号量を確保する必要があり、シュリンク低減量も多くを望めない。Ｙ方向（走査線に対し垂直な方向）に走査領域を拡げることで照射密度を低減することも考えられるが、Ｓ／Ｎ比改善のため複数回の走査が必要になり、どうしてもシュリンクが起こってしまう。
【００１２】
そこで本実施例では、複数回の走査を行う場合であっても、同一個所へのビーム照射回数を抑制可能な荷電粒子線装置を提案する。
【００１３】
ＡｒＦレジストなど電子線照射にてシュリンクが発生するような試料では電子線照射密度を下げる必要がある。通常、走査電子顕微鏡は、Ｘ方向とＹ方向の倍率を等しくなるように、走査線の長さと、走査線間間隔が設定される。通常走査において、単位面積当たりの電子線照射密度を小さくするためには、倍率を下げる必要があるが、その分、電子顕微鏡画像を用いたパターンの寸法測定を行う際の測定精度が低下する。
【００１４】
そのため、走査線の走査方向（Ｘ方向）の倍率に対して垂直方向（Ｙ方向）の倍率を小さくすることで単位面積あたりの電子線照射密度を小さくしてシュリンク量を抑えることも考えられている。この場合、試料像の縦横比が１になるようにするため、走査線の間隔がＸ方向とＹ方向の倍率が等しい場合に比べて大きくなる。そして、その間隔はＸ方向の倍率とＹ方向の倍率によって決まる。
【００１５】
通常、これらの画像を計測に使用する場合、二次電子信号のＳ／Ｎ改善のため走査を複数回実施し、それらの合成により計測用画像を作成している（この計測用画像を作成するための走査実施回数をフレーム積算数とする。）。
【００１６】
パターンのシュリンク量は、フレーム積算数に応じて変化するため、Ｓ／Ｎを向上するために、フレーム積算数を増加させると、シュリンク量も増加してしまう。
【００１７】
そこで、Ｘ方向とＹ方向の倍率を変更したことでできた走査線の間隔に対して新たな走査線を設けることで同じ位置での照射によるシュリンクを低減させる手法、及びこれを実現するための装置を提案する。
【００１８】
走査線の間隔に対して走査線が重ならない本数は、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率で決まってくる。たとえば、Ｘ方向の倍率が３０万倍、Ｙ方向が６万倍の場合、６万倍での走査線間隔に対し、３０万倍の走査線間隔は５倍であるので、重ならない走査線を５本走査することができる。
【００１９】
この場合、通常走査であれば、フレーム積算数５枚分に相当する画像を、同一走査位置に対して１回の走査にて作成することができる。
【００２０】
また、フレーム積算数を８枚にしたい場合、上述のようにＹ方向の倍率が６万倍のままだと、５回走査した後、再度最初の一番上から３枚走査した場合、２回走査した位置と１回のみ走査した位置の画像が合成されてしまうことになるが、走査重なり回数を設定することで、走査する位置の走査回数に違いがでないようにすることもできる。例えば、通常走査で８枚のフレームを要する場合、通常走査と比較してＹ方向の倍率を１／４とした上で、走査を２回繰り返す場合と、通常走査と比較してＹ方向の倍率を１／２とした上で、走査を４回繰り返す場合の少なくとも２つのパターンが考えられるが、この２つを選択可能とすることによって、走査回数の異なる画像を積算することのない設定が可能となる。
【００２１】
以下、図面を用いてより詳細に、パターンのシュリンクを抑制する手法、及び装置について説明する。なお、以下に説明する実施例では、荷電粒子線装置の一態様として、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を例に採って説明するが、これに限られることはなく、例えば、液体金属イオン源や気体イオン源から放出されるイオンビームを試料に照射する集束イオンビーム（Focused Ion Beam）装置を画像形成装置として適用することも可能である。
【００２２】
図１はＳＥＭの概要構成図である。電子源１０１から引出電極１０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１０４によって、絞られた後に、走査偏向器１０５により、試料１０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。試料１０９の周囲は、真空試料室１０７によって包囲されている。電子ビーム１０３は試料台１０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１０６のレンズ作用によって集束されて試料１０９上に照射される。
【００２３】
電子ビーム１０３が試料１０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１１０が放出される。放出された電子１１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１１２に衝突し、二次電子１１１を生じさせる。変換電極１１２から放出された二次電子１１１は、検出器１１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１１３の出力が変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１０５への偏向信号と、検出器１１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
【００２４】
なお、図１の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００２５】
制御装置１１４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布（輝度分布）情報を形成する演算装置を備えている。
【００２６】
図２は図１に例示した制御装置１１４の概要を説明する図である。なお、図１の例では、走査偏向器１０５として電磁式の偏向器を採用しているが、これに限られることはなく、図２に例示するように静電式の偏向器の採用も可能である。画像メモリ２０９は、例えば１０２４×１０２４の画素で、深さ方向に２５６段階の階調を記憶することが可能なメモリである。クロック信号生成回路２０７から出力される信号を同期信号としてアドレス生成回路２０８が動作する。クロック信号生成回路２０７の出力信号の速度が一回の二次元走査の時間を決めている。例えば出力信号の周期が６０ｎｓであれば、１／１５秒に一枚の二次元走査を行うＴＶ走査となる。このクロックの周期は任意に決めることができ１枚の画像を１秒で形成するようなゆっくりした走査も可能である。
【００２７】
画像メモリ２０９のメモリ位置に対応したアドレス信号がアドレス生成回路２０８で生成され、Ｙ走査Ｄ−Ａ変換器２１２、Ｘ走査Ｄ−Ａ変換器２１３に出力される。Ｘ走査Ｄ−Ａ変換器２１２に入力されるアドレス信号は０から１０２３を繰り返すデジタル信号で、これをアナログ信号に変換する。Ｙ走査Ｄ−Ａ変換器２１２に入力される信号はＸ走査Ｄ−Ａ変換器２１３の出力が１０２３から０に到達したときにプラス１される。当該信号は、０から１０２３の繰り返しのデジタル信号であり、これを鋸歯波のアナログ信号に変換する。これらの鋸歯状アナログ信号はＹ走査アンプ２１４とＸ走査アンプ２１５で増幅され、走査偏向器２０１に供給される。
【００２８】
Ｙ走査アンプ２１４とＸ走査アンプ２１５の増幅度を変えることでビームの走査領域の大きさを任意に換えることができる。
【００２９】
試料から放出される電子は、検出器１１３によって検出され、この検出信号は、これを信号Ａ−Ｄ変換器２１６でデジタル化し、画像メモリ２０９に記録される。画像メモリ２０９のアドレスと電子ビームを走査したアドレスが対応しているので、画像メモリ２０９には二次元像が記録される。画像メモリ２０９内の信号は、図示しない読み出しクロック回路からの出力信号を用いて、読み出しアドレス生成回路から時系列で順次に読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号は、演算装置２０３に備えられた表示装置、或いはネットワーク接続された入力装置２０６の輝度変調入力となる。
【００３０】
また、図２に例示する制御装置１１４は、アドレス信号と画像メモリのアドレスを一致させて、画像メモリに検出信号を記憶させる以外に、アドレス信号と画像メモリのアドレスを一致させない状態で、検出信号を記憶することができる。
【００３１】
通常、書き込みアドレスと画像メモリ位置は対応しているが、以下に説明する本実施例では、フレーム数の増加に伴って、Ｙ方向のアドレスに対して、Ｙ方向のメモリ位置を変化させている。具体的には、設定フレーム数（積算数）が４枚であった場合、１フレーム目は、アドレスとメモリ位置は同じ位置であるが、２フレーム目は、アドレスに対して、−１本分メモリ位置をずらして、検出信号を記憶させる。そして３フレーム目は、−２本分、４フレーム目は−３本分、メモリ位置をずらして登録を実行する。すなわち、１〜４本目の走査線を同じメモリ位置（１本目のメモリ位置）に登録させる。
【００３２】
以上のように、メモリの書き込みアドレスと、走査信号のアドレスをそれぞれ個々に生成するために、アドレス生成回路２０８には、ビーム走査を行う走査信号を生成するための走査信号生成回路２１０と、画像メモリ２０９への書き込みアドレス信号を生成するための書き込みアドレス生成回路２１１を備えている。また、後述するようにフレーム単位で走査線位置をずらすのではなく、１フレームで設定された走査線分の走査を実行し、画像積算の段階で１〜４本目の走査によって得られた信号を、１本目の信号として積算を行うようにしても良い。演算装置２０３では、主に複数回の走査に基づいて得られた画像データを積算する積算処理が行われる。
【００３３】
なお、通常、ＳＥＭは倍率の設定に伴って、Ｘ方向（走査線方向）とＹ方向（走査線に対し垂直な方向）のサンプリング点の間隔は同じに設定される。具体的には、５１２×５１２画素のＳＥＭの場合、５１２本の走査線と、１走査線当たり、５１２のサンプリング点が設定され、両方向のサンプリング点間の間隔は同じになる。一方、本実施例装置は、このような通常走査モードに加えて、Ｘ方向とＹ方向の視野サイズを変える変倍モードを備えている。図６は、ＳＥＭの走査条件を設定するＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す図である。このＧＵＩ画面は入力装置２０６等に表示され、当該ＧＵＩ画面の設定に基づいて、制御装置１１４は偏向器２０１への走査信号を供給する。
【００３４】
図６のＧＵＩ画面には、ビーム走査の方式（Scan type）を決定するボタンが設けられており、通常走査モード（Normal）と縦横変倍走査モード（Rectangular）が選択可能となっている。通常走査モードを選択すると、図３（ａ）に例示するように、走査線数５１２本、１走査線当たりのサンプリング点を５１２点（サンプリング点間の距離は走査線間間隔と同じ）とすることによって、縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向の倍率を同じに設定する。このような走査条件は予め制御装置１１４に内蔵された記憶媒体（図示せず）に記憶されており、入力装置２０６による設定に基づいて、当該記憶媒体から読み出される。また、倍率はＦＯＶ（Field Of View：視野）ｓｉｚｅに数値入力をすることによって、設定することができる。通常走査モードの場合、ＸとＹは同じ値となる。また、視野の大きさを入力するのではなく、倍率（表示領域の大きさ／ビームの走査領域の大きさ）を入力するようにしても良い。更に、フレーム数（Frame Number）を入力することによって、画像の積算枚数を設定する。図３（ａ）は、４フレーム分の走査を行うことによって、画像信号３０１〜３０４を取得する例を示している。取得された画像信号の内、同じアドレスを持つ信号（例えば積算対象３０５〜３０８）を積算することによって、積算画像を形成する。また、ビームの他のパラメータとして、視野位置（Location）、ビーム電流（Beam current）、ビームの試料への到達エネルギー（Landing Energy）の設定が可能となっている。到達エネルギーは、加速電極に印加される加速電圧から、試料に印加する負電圧（リターディング電圧）を減算した値である。加速電圧とリターディング電圧を設定可能とするようにしても良い。
【００３５】
また、入力装置２０６は、設計データ記憶媒体２０４へのアクセスが可能であり、読み出した設計データに対し、視野位置や視野の大きさの設定を行うことによって、電子顕微鏡の装置条件の設定が可能となっている。このような設定に基づいて、レシピと呼ばれるＳＥＭの動作プログラムを作成し、演算装置に内蔵される記憶媒体に装置条件を記憶する。図６に例示するＧＵＩ画面では、パターンの識別情報（Pattern Name）やアドレス（Location）を入力することによって、対応する設計データを図形情報として読み出し、表示領域６０１に表示できるようになっている。
【００３６】
なお、設計データ記憶媒体２０４に記憶される設計データは、ＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。また、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、図形データは、設計データに基づいて形成されるパターンの理想形状を示す線分画像情報に換えて、シミュレーター２０５による露光シミュレーションを施すことによって、実パターンに近くなるような変形処理が施された線分画像情報であっても良い。
【００３７】
演算装置２０３は、画像メモリ２０９に記憶された画像信号を所定の条件に従って積算する。なお、本実施例では演算装置２０３はＳＥＭの制御装置１１４に直接的に接続、あるいは内蔵されるものとして説明するが、それに限られることはなく、外部の演算装置にて、積算処理を行うようにしても良い。
【００３８】
図６に例示するＧＵＩ画面上で変倍走査モード（Rectangular）を選択すると、例えば図３（ｂ）に例示するように、Ｘ方向（横方向）に対し、視野がＹ方向（縦方向）に長い走査領域にてビーム走査が行われる。このような走査パターンは、設定倍率（Ｘ方向の走査領域のサイズ）ごとに、制御装置１１４内の図示しない記憶媒体や外部の記憶媒体等に記憶されており、１のＸ方向の視野サイズに対し、複数のＹ方向の視野サイズがあり、その組み合わせが、複数の走査パターンとして登録されている。また、この複数の走査パターンには、Ｙ方向の視野サイズが大きい程、走査線数が多くなるようなパターンが含まれている。更に、変倍走査パターンには、同じ視野サイズであっても、走査線数の異なる複数の走査パターンが含まれていることが望ましい。例えばＸ方向の視野サイズに対して、Ｙ方向の視野サイズが４倍の走査パターンの場合、２０４８本の走査線からなる走査パターン（走査パターン１）、１０２４本の走査線からなり、走査パターン１に対し、走査線間間隔が２倍の走査パターン（走査パターン２）、及び５１２本の走査線からなり、走査線間間隔が走査パターンに対して４倍の走査パターン（走査パターン３）等を記憶しておくことが望ましい。
【００３９】
このような走査によって得られた画像信号は、走査信号のアドレスと書き込みアドレスを一致させた状態で、走査と書き込みを行うとＸ方向に対してＹ方向に長い画像となるが、本実施例の場合、このようにして得られた画像信号を、Ｘ方向が高倍率、Ｙ方向が低倍率となるように、画像信号を記憶する。なお、通常走査モードと走査線数は同じである。
【００４０】
即ち、Ｘ方向のサンプリングポイント間の間隔に対して、Ｙ方向のサンプリングポイント間の間隔（走査線間間隔）を拡張し、書き込み時には、Ｘ方向に対して相対的にＹ方向の書き込みアドレス間の間隔を狭める。このようにして形成された画像は、見た目上、Ｘ方向に対し相対的に圧縮したようなものとなる。
【００４１】
このようなＸ方向とＹ方向の倍率が異なる画像は、試料上に形成されたパターンの形状を正確に現したものではないが、Ｘ方向に向かってパターンの寸法を測定するような場合であり、且つ寸法測定対象パターンが図１０に例示するようなＹ方向に長いラインパターン１００１であるような場合、Ｘ方向には高倍率であり、且つ寸法測定対象となるラインパターン１００１が漏れなく視野内に収まった画像１００２を形成することができる。図１０の例では、走査領域１００３は、Ｘ方向に対しＹ方向の長さが４倍長く設定されている。即ち、画像１００２はＹ方向に対し相対的にＸ方向の倍率が４倍となる。
【００４２】
このような走査法によれば、寸法測定精度を高く維持しつつ、単位面積当たりのビーム照射量を減らすことができるため、ビーム照射によってシュリンクするようなパターンを測定対象とする場合に、シュリンクの抑制と測定精度の維持の両立をはかることが可能となる。
【００４３】
更に、発明者らの検討によって、単位面積当たりの照射量を減らすだけではなく、同一走査線軌道上へのビーム照射を低減することによっても、パターンのシュリンクを抑制できることが明らかになった。そこで、本実施例では、単に走査線間間隔を拡げて単位面積当たりの照射量を減らすのではなく、更に走査線位置を意図してずらすことによって、同一走査線軌道上への重畳走査線数を減らしつつ、必要な信号量を確保する手法を提案する。より具体的には、変倍走査によって拡張した走査線間に、新たな走査線を設定することによって、実質的にフレーム数を増加させる。
【００４４】
図３（ｂ）は変倍走査時の走査線位置を示す図である。図３（ａ）の通常走査時と比較すると、Ｙ方向の倍率が１／４（視野の大きさが４倍）となり、更にＹ方向の視野を拡張することによって４倍となる走査線位置３１０間の間隔に、新たな走査線位置３１１〜３１３を設定している。即ち、視野の大きさが４倍となった分、通常走査と比較して走査線数も４倍（２０４８本）としている。更に、本実施例では、走査線位置３１０〜３１３への走査によって得られた検出信号を、同じアドレスの信号として画像メモリ２０９に記憶、或いは積算して画像メモリ２０９に記憶している。このような処理を走査領域３０９全体に対して実施する。
【００４５】
このような積算処理によって得られる画像は、図１０に例示するようなラインパターン１００１であれば、測定対象となるパターン幅の情報を高精度に表現したものとなり、１走査線位置に対する走査線数を抑制することが可能となる。図３（ｂ）の走査法では、異なる走査線位置の検出信号を積算することになるが、積算対象が近い位置にあり、且つ視野の上下に延びるパターンであるため、測定精度を低下させることなく、Ｓ／Ｎを向上することが可能となる。
【００４６】
図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、図３（ａ）が５１２本の走査を４フレームに亘って行うことによって、計２０４８本の走査を行っているのに対し、図３（ｂ）が２０４８本の走査を１フレームで行うことによって、計２０４８本の走査を行っているため、取得信号量はいずれも同じである。図３（ｂ）の走査法は、同一個所への走査線の重複を極力抑制するという目的に鑑み、変倍走査によって拡張した走査線間に新たな走査線を設定し、異なる走査線位置から得られる検出信号を積算することによって、通常の変倍走査より更にシュリンクの発生を抑制することができる。
【００４７】
また、積算は拡張前の元の走査線（走査線３１０（本走査線、実線で表記））と、主走査線間に走査線間間隔の拡張後に挿入される走査線（走査線３１１〜３１３（副走査線、点線で表記））との間で行われるため、上下に圧縮したような画像となるものの、パターンの形状を再現した画像を形成することが可能となる。
【００４８】
図４は、ビームの走査条件の設定から、画像信号を取得するまでの工程を示すフローチャートである。まず、図６に例示するようなＧＵＩ画面上にて、走査条件を設定する（ステップ４０１）。次に設定された走査条件に基づくビーム走査を実行する（ステップ４０２）。この走査によって得られた検出信号を設定フレーム数分、積算し、画像メモリに記憶する（ステップ４０３、４０４）。図３（ｂ）の例は、積算数が“４”と設定され、主走査線３１０、及び副走査線３１１〜３１３の４走査によって得られる検出信号を、Ｙ方向に同一アドレスの信号として積算する。なお、検出信号にアドレス信号を付して、後処理によって積算するようにしても良い。
【００４９】
次に、設計データを用いて測定レシピを設定する工程を図５のフローチャートを用いて説明する。まず、図６に例示するようなＧＵＩ画面から、試料上の座標情報（Location）や、パターンの名称（Pattern Name）等を入力することによって、画像を取得したい領域の設計データを読み出す。なお、レシピの設定は入力装置２０６、或いはその他、必要なプログラムが記憶されたコンピュータによって行うことができ、入力装置２０６の設定に基づいて、設計データ記憶媒体２０４から設計データを読み出し、当該設計データに基づいて、パターンの配置、形状を示す図形データを作成し、ＧＵＩ画面上に表示する。次に図形データ上で視野を設定する（ステップ５０２）。視野設定は倍率の設定や視野サイズ（FOV size）、及び視野の位置の設定によって行う。本例では、Ｘ方向の視野サイズとＹ方向の視野サイズが一致した視野６０２を初期の視野として設定する例を説明する。次に、フレーム数（積算枚数）の設定を行う（ステップ５０３）。
【００５０】
次に、許容重複走査線数の設定を行う（ステップ５０４）。この設定は例えば、走査線数（Number of Lineｓ）を設定することによって行う。ここで、例えば、設定フレーム数が４枚であり、許容重複走査線数が２本であった場合、視野６０２だけでは、必要な信号を取得することができないため、領域６０３も走査対象とし、視野６０２と領域６０３からなる長方形状の走査領域を設定する。具体的には、Ｙ方向に走査領域を２倍に拡張することで走査線間間隔を２倍とし、その間に副走査線を挿入することによって、必要な走査線数を確保する。視野６０２の走査線数が５１２本の場合、フレーム数を４に設定すると、必要な走査線数は２０４８本となる。重複走査線数が２本である場合、視野６０２では１０２４本の走査線が設定されることになり、必要走査線数の半分しか確保できないため、視野６０２と同じ大きさの領域６０３をも走査領域とすることによって、２０４８本の走査線数を設定する。入力装置２０６等に記憶された記憶媒体には、「視野領域数＝必要フレーム数／許容重複走査線数」を演算する演算式が記憶されており、上記必要フレーム数と許容重複走査線数の２つの条件を設定によって、視野領域数（或いは走査領域の大きさ）を演算する。
【００５１】
なお、先に走査領域の大きさと、他の１の条件を決定することによって、残りの条件を演算するようにしても良い。また、必要フレーム数や許容重複走査線数に換えて、必要ドーズ量、ビーム電流、必要信号量を指標化した値、或いは試料へのダメージを指標化した値をパラメータとした演算式を用いて、装置条件を設定するようなアルゴリズムを用意するようにしても良い。
【００５２】
次に、設定された走査領域の全てにパターンが含まれているか否かの判定を行い、含まれていると判断できる場合には、ＧＵＩ画面にて設定した条件をレシピとして登録（ステップ５０５）し、含まれていないと判断できる場合には、エラーメッセージを発生（ステップ５０６）し、オペレータに装置条件の再設定を促す。例えば、必要フレーム数が８枚であり、許容重複走査線数が１本である場合、初期の設定視野６０２を基準とすると、視野６０２と同じ大きさの視野が他に７つ必要となる。近接した位置に走査領域を設定しようとすると、領域６０４のように、パターンから外れた位置に走査領域を設定してしまう場合があるため、このような場合にはエラーメッセージを発生することによって、誤った設定を防止する。設定領域内にパターンが含まれているか否かの判定は、設定領域に含まれる設定データの情報を参照し、設定領域内にパターンの頂点が含まれるかの判定等に基づいて、行うようにしても良いし、他の図形判定アルゴリズムを用いて判断を行うようにしても良い。
【００５３】
図７は、必要フレーム数（１走査線位置に対する走査線数）が１６本であり、許容重複走査線数が４として設定されたときの画像処理の概要を示す図である。フレーム７０１〜７０４は、通常走査に比べて、Ｙ方向に４倍の長さを持ち、本走査線７０６と７１１との間の間隔は、通常走査と比較して４倍の長さを持っている。走査線７０６と７１１との間には、３本の副走査線７０７〜７０９が設定され、フレーム７０１〜７０４の本走査線７０６と副走査線７０７〜７０９の積算信号が、信号７１０として画像メモリに登録される。信号７１０は１６本の走査線によって得られた検出信号の積算信号である。
【００５４】
以上のような処理をフレーム全体で行うことによって、画像信号７０５を形成する。
【００５５】
図８は、必要走査線数が２０４８本である場合のフレーム数と、視野の大きさの組み合わせを示す図である。許容重複走査線数が４以上である場合には、通常走査と同様に、Ｘ方向とＹ方向の視野サイズが等しい視野を設定し、同一個所に４回の走査（４フレーム）を実行する（図８（ａ））。また、許容重複走査線数が２である場合には、Ｙ方向の視野サイズを２倍（走査線間間隔を２倍）とし、走査線間に１本の走査位置を設定することによって、１フレーム当たり、１０２４本の走査を行う。そして、１０２４本の走査を２フレーム行うことによって、２０４８本の走査を実行する（図８（ｂ））。許容重複走査線数が１である場合には、１フレーム内にすべての走査線位置を設定すべく、Ｙ方向の視野サイズを４倍（走査線間間隔を４倍）とし、走査線間に３本の走査線位置を設定することによって、必要な走査線数を確保する。
【００５６】
以上のような設定をＧＵＩ画面上で行うことによって、視野の大きさ、試料へのダメージ、及び画像のＳ／Ｎを考慮しつつ、適切な装置条件を設定することが可能となる。
【００５７】
図９は、必要な信号量の設定に基づいて、装置条件を設定する工程を示すフローチャートである。まず、図５のフローチャートと同様に、座標情報等の設定に基づいて、設計データを読み出す（ステップ９０１）。その上で、必要な信号量を設定する（ステップ９０２）。本例では、走査線数（Number of Lines）を設定する例を示すが、信号量を指標化した他のパラメータを指定可能としても良い。次に、設定された信号量に基づいて、予めデータベースに記憶されているフレーム数（重複走査線数）と、視野サイズの組み合わせを読み出す（ステップ９０３）。この組み合わせとは、例えば図８に例示したフレーム数と、視野サイズの組み合わせであり、このような情報を、表示領域６０１に重畳表示することによって、オペレータはパターンの大きさに対し、適切な位置に走査領域が設定されているか否かを確認しつつ、装置設定を行うことができる。
【００５８】
以上のような設定を行った上で、例えばパターンのない個所に走査領域が設定されているような場合は、エラーメッセージを発生（ステップ９０５）し、適正に走査領域が設定されているような場合は、装置条件をレシピに登録する（ステップ９０４）。
【００５９】
以上のように、必要信号量の設定に応じて、他の条件の組み合わせを選択できるようにすれば、必要な画質を優先して、他の装置条件の設定を行うことが可能となる。また、必要信号量に換えて、画質を指標化した値を用いるようにしても良い。更に、許容重複走査線数、或いは試料ダメージの指標値に応じて、視野サイズやフレーム数の組み合わせを読み出すようにしても良い。以上のような構成によれば、試料ダメージを優先して、装置条件の設定を行うことが可能となる。
【００６０】
なお、これまで説明してきた実施例は、インターレス走査のような走査法にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１  電子源
１０２  引出電極
１０３  電子ビーム
１０４  コンデンサレンズ
１０５  走査偏向器
１０６  対物レンズ
１０７  真空試料室
１０８  試料台
１０９  試料
１１０  電子
１１１  二次電子
１１２  変換電極
１１３  検出器
１１４  制御装置
【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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