(57)【要約】【課題】オペレータのスキルによらず、荷電粒子線装置で取得された画像の回転を自動的に補正する。【解決手段】測長対象であるパターン形状の特徴やパターン配列上の特徴に着目して試料の回転量を検出し、当該検出量に基づいて作業画面上で表示される取得画像の回転角を画像処理により自動的に補正する。または、測長対象であるパターン形状の特徴やパターン配列上の特徴に着目して試料の回転量を検出し、当該検出量に基づいて試料回転機構の回転角を自動的に補正し、その後、測長対象のパターンを再取得する。【選択図】図３
2013105603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する電子源と、
前記電子線を試料に照射する照射系と、
前記電子線を偏向走査する走査系と、
前記電子線の照射により試料から発生される二次電子像を検出する検出部と、
前記試料を載置する試料台と、
前記二次電子像に含まれる少なくとも一つの線対称パターンに対し、それぞれが、前記線対称パターンの対称軸を挟んで対向する２辺と交差し、かつ、第１の基準軸に平行な第１及び第２の線を設定する処理と、前記２辺と前記第１の線の２つの交点の中点を第１の中点として算出する処理と、前記２辺と前記第２の線の２つの交点の中点を第２の中点として算出する処理と、前記第１及び第２の中点を通る第３の直線を求める処理と、前記第３の直線と前記第１の基準軸と直交する第２の基準軸とのなす角を前記線対称パターンの回転角として算出する処理と、算出された回転角を補正量とする画像処理により前記二次電子像を回転補正する処理とを実行する画像処理装置と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像処理装置は、前記第１の基準線方向に繰り返し配列された複数の線対称パターンのそれぞれについて前記回転角を算出し、算出された複数の前記回転角の平均値を前記複数の線対称パターンの補正量とする
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
電子線を発生する電子源と、
電子線を試料に照射する照射系と、
電子線を偏向走査する走査系と、
電子線の照射により試料から発生される二次電子像を検出する検出部と、
前記試料を載置する試料台と、
前記試料台を電子線の照射軸に対して直交する面内で回転させる試料回動機構と、
前記試料台を電子線の照射軸に対して直交する面内で移動させる試料移動機構と、
前記二次電子像に含まれる少なくとも一つの線対称パターンに対し、それぞれが、前記線対称パターンの対称軸を挟んで対向する２辺と交差し、かつ、第１の基準軸に平行な第１及び第２の線を設定する処理と、前記２辺と前記第１の線の２つの交点の中点を第１の中点として算出する処理と、前記２辺と前記第２の線の２つの交点の中点を第２の中点として算出する処理と、前記第１及び第２の中点を通る第３の直線を求める処理と、前記第３の直線と前記第１の基準軸と直交する第２の基準軸とのなす角を前記線対称パターンの回転角として算出する処理と、算出された回転角を補正量として前記試料回動機構に与え、前記試料台を回転駆動する処理と、前記試料台の回転駆動後に前記試料の二次電子像を再検出する処理とを実行する制御装置と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記第１の基準線方向に繰り返し配列された複数の線対称パターンのそれぞれについて前記回転角を算出し、算出された複数の前記回転角の平均値を前記複数の線対称パターンの補正量とする
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子線を発生する電子源と、
前記電子線を試料に照射する照射系と、
前記電子線を偏向走査する走査系と、
前記電子線の照射により試料から発生される二次電子像を検出する検出部と、
前記試料を載置する試料台と、
前記二次電子像に含まれる同一形状を有する複数のサブパターンが第３の基準軸の方向に繰り返し配列されたパターンに対し、前記サブパターンの２辺と交差する前記第３の基準軸に平行な第４の線を設定する処理と、前記２辺と前記第４の線の２つの交点の中点を第３の中点として算出する処理と、前記第３の中点を通り、かつ、前記第３の基準軸と直交する第４の基準軸に平行な第５の線をサブパターン毎に設定する処理と、前記第５の線と各サブパターン内の２つのエッジとの交点を検出する処理と、前記サブパターン毎に検出された２つのエッジとの交点の中点を検出する処理と、複数の前記サブパターンについて検出された複数の中点について近似直線を算出する処理と、算出された近似直線と前記第４の基準軸とのなす角を前記パターンの回転角として算出する処理と、算出された回転角を補正量とする画像処理により前記二次電子像を回転補正する処理とを実行する画像処理装置と
を有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に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像処理装置は、前記サブパターンは線対称図形である
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
電子線を発生する電子源と、
電子線を試料に照射する照射系と、
電子線を偏向走査する走査系と、
電子線の照射により試料から発生される二次電子像を検出する検出部と、
前記試料を載置する試料台と、
前記試料台を電子線の照射軸に対して直交する面内で回転させる試料回動機構と、
前記試料台を電子線の照射軸に対して直交する面内で移動させる試料移動機構と、
前記二次電子像に含まれる同一形状を有する複数のサブパターンが第３の基準軸の方向に繰り返し配列されたパターンに対し、前記サブパターンの２辺と交差する前記第３の基準軸に平行な第４の線を設定する処理と、前記２辺と前記第４の線の２つの交点の中点を第３の中点として算出する処理と、前記第３の中点を通り、かつ、前記第３の基準軸と直交する第４の基準軸に平行な第５の線をサブパターン毎に設定する処理と、前記第５の線と各サブパターン内の２つのエッジとの交点を検出する処理と、前記サブパターン毎に検出された２つのエッジとの交点の中点を検出する処理と、複数の前記サブパターンについて検出された複数の中点について近似直線を算出する処理と、算出された近似直線と前記第４の基準軸とのなす角を前記パターンの回転角として算出する処理と、算出された回転角を補正量として前記試料回動機構に与え、前記試料台を回転駆動する処理と、前記試料台の回転駆動後に前記試料の二次電子像を再検出する処理とを実行する制御装置と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記サブパターンは線対称図形である
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線装置により取得された二次電子像に含まれる少なくとも一つの線対称パターンに対し、それぞれが、前記線対称パターンの対称軸を挟んで対向する２辺と交差し、かつ、第１の基準軸に平行な第１及び第２の線を設定する処理部と、
前記２辺と前記第１の線の２つの交点の中点を第１の中点として算出する処理部と、
前記２辺と前記第２の線の２つの交点の中点を第２の中点として算出する処理部と、
前記第１及び第２の中点を通る第３の直線を求める処理部と、
前記第３の直線と前記第１の基準軸と直交する第２の基準軸とのなす角を前記線対称パターンの回転角として算出する処理部と、
算出された回転角を補正量とする画像処理により前記二次電子像を回転補正する処理部と
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項１０】
荷電粒子線装置により取得された二次電子像に含まれる少なくとも一つの線対称パターンに対し、それぞれが、前記線対称パターンの対称軸を挟んで対向する２辺と交差し、かつ、第１の基準軸に平行な第１及び第２の線を設定する処理部と、
前記２辺と前記第１の線の２つの交点の中点を第１の中点として算出する処理部と、
前記２辺と前記第２の線の２つの交点の中点を第２の中点として算出する処理部と、
前記第１及び第２の中点を通る第３の直線を求める処理部と、
前記第３の直線と前記第１の基準軸と直交する第２の基準軸とのなす角を前記線対称パターンの回転角として算出する処理部と、
算出された回転角を補正量として、前記荷電粒子線装置の試料回動機構に与え、試料台を電子線の照射軸に対して直交する面内で回転駆動する処理部と、
前記試料台の回転駆動後に、前記荷電粒子線装置に対して前記試料の二次電子像を再検出させる処理部と
を有する制御装置。
【請求項１１】
荷電粒子線装置により取得された二次電子像に含まれる同一形状を有する複数のサブパターンが第３の基準軸の方向に繰り返し配列されたパターンに対し、前記サブパターンの２辺と交差する前記第３の基準軸に平行な第４の線を設定する処理部と、
前記２辺と前記第４の線の２つの交点の中点を第３の中点として算出する処理部と、
前記第３の中点を通り、かつ、前記第３の基準軸と直交する第４の基準軸に平行な第５の線をサブパターン毎に設定する処理部と、
前記第５の線と各サブパターン内の２つのエッジとの交点を検出する処理部と、
前記サブパターン毎に検出された２つのエッジとの交点の中点を検出する処理部と、
複数の前記サブパターンについて検出された複数の中点について近似直線を算出する処理部と、
算出された近似直線と前記第４の基準軸とのなす角を前記パターンの回転角として算出する処理部と、
算出された回転角を補正量とする画像処理により前記二次電子像を回転補正する処理部と
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項１２】
荷電粒子線装置により取得された二次電子像に含まれる同一形状を有する複数のサブパターンが第３の基準軸の方向に繰り返し配列されたパターンに対し、前記サブパターンの２辺と交差する前記第３の基準軸に平行な第４の線を設定する処理部と、
前記２辺と前記第４の線の２つの交点の中点を第３の中点として算出する処理部と、
前記第３の中点を通り、かつ、前記第３の基準軸と直交する第４の基準軸に平行な第５の線をサブパターン毎に設定する処理部と、
前記第５の線と各サブパターン内の２つのエッジとの交点を検出する処理部と、
前記サブパターン毎に検出された２つのエッジとの交点の中点を検出する処理部と、
複数の前記サブパターンについて検出された複数の中点について近似直線を算出する処理部と、
算出された近似直線と前記第４の基準軸とのなす角を前記パターンの回転角として算出する処理部と、
算出された回転角を補正量として前記荷電粒子線装置の試料回動機構に与えて前記試料台を回転駆動する処理部と、
前記試料台の回転駆動後に、前記荷電粒子線装置に対して前記試料の二次電子像を再検出させる処理部と
を有することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば試料の測長に使用して好適な電子顕微鏡装置その他の荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板の断面などの微細な形状観察や測長に、走査電子顕微鏡（SEM:Scanning Electron Microscope）を使う頻度が増えている。これに伴い、ナノメートルレベルでの試料回動機構や試料移動機構の制御が必要となってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７０１５５号公報
【特許文献２】特開平４−３４１７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば線対称のパターンや一方向に連続する同一パターンが形成された試料の断面を撮影し、その取得画像よりパターンの寸法を測長する場合、取得画像が水平方向や垂直方向に対して傾かないように補正する必要がある。しかし、現状において傾き補正は、オペレータのスキルに依存しており、測定結果に個人差が残る可能性がある。また、オペレータによる位置補正は手間がかかり、補正に要する時間も長くなる。
【０００５】
そこで、本発明者らは、取得画像の作業画面上での位置補正や測長対象である試料の撮影領域での位置補正を自動化するための技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書において提案する一つの発明は、測長対象であるパターン形状の特徴やパターン配列上の特徴に着目して試料の回転量を検出し、当該検出量に基づいて作業画面上で表示される取得画像の回転角を自動的に補正する。
【０００７】
また、本明細書において提案する一つの発明は、測長対象であるパターン形状の特徴やパターン配列上の特徴に着目して試料の回転量を検出し、当該検出量に基づいて試料回転機構の回転角を自動的に補正し、その後、測長対象のパターンを再取得する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特定のパターン形状や特定のパターン配列を有する試料について、測長する試料の取得画像の作業画面内における回転方向の位置ズレを自動的に補正することができる。なお、これ以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】形態例に係る電子顕微鏡の概略構成例を示す図。
【図２】実施の形態１で測長対象とする半導体断面の概略構造を説明する図。
【図３】実施の形態１による回転量の自動検出原理を説明する図。
【図４】実施の形態２で測長対象とする半導体断面の概略構造を説明する図。
【図５】実施の形態２による回転量の自動検出原理を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略するものとする。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一又は同様な部分の説明を原則として繰り返さないものとする。
【００１１】
［電子顕微鏡の構成］
図１に、本形態例において使用する走査電子顕微鏡の概略構成例を示す。ここでは、走査電子顕微鏡の例として測長用走査電子顕微鏡を説明するが、本発明は測長用走査電子顕微鏡に限定されるものではない。また、本発明は測長用途の走査電子顕微鏡に限るものではなく、観察用途の走査電子顕微鏡や集束イオンビーム（FIB: Focused Ion Beam）を使用する顕微鏡等にも応用することができる。
【００１２】
測長用走査電子顕微鏡は、電子源１、一次電子加速電極２（高圧電源３）、収束レンズ４、絞り５、走査コイル６、二次電子検出器７、対物レンズ８、試料ステージ９を有する。これらは、高真空が維持された筐体１４の内部に配置されている。
【００１３】
試料ステージ９は、試料台１０、Ｘステージ１１、Ｙステージ１２、Ｚステージ１３を有している。この形態例の場合、試料台１０は、静電チャック方式の試料台である。静電チャック方式には、クーロン方式、ジョンソンラーベック方式など幾つかの形式があるが、本形態例ではクーロン方式のものを使用する。
【００１４】
因みに、Ｘステージ１１は、試料台１０に載置された試料１５をＸ軸方向に移動する移動機構であり、Ｙステージ１２は、試料台１０に載置された試料１５をＹ軸方向に移動する移動機構である。また、Ｚステージ１３は、Ｚ軸方向に移動する移動機構（試料移動機構）である。この他、試料台１０をＺ軸方向に対して傾斜させる機構とＺ軸を中心に回動させる機構（試料回動機構）が設けられている。
【００１５】
本形態例の場合、試料１５には、半導体メモリを想定する。勿論、試料１５は、半導体集積回路、太陽電池、有機ＥＬデバイス等その他でもよい。本形態例における観察対象は、半導体メモリの断面構造である。このため、試料１５は、半導体メモリの断面がＸＹ平面に対して平行になるように配置されている。
【００１６】
因みに、電子源１から放出された電子ビーム１６は、一次電子加速電極２に印加されている高電圧により加速され、収束レンズ４に入力される。電子ビーム１６は収束レンズ４で収束された後、その一部だけが絞り５を通過する。収束レンズ４による絞り量の調整によりビーム電流量が調節される。
【００１７】
絞り５を通過した電子ビーム１６は、走査コイル６が発生する電磁界により２次元的（ＸＹ平面内）に偏向走査される。この電子ビーム１６は、試料１５の直上に配置された対物レンズ８により焦点合わせされ、試料１５の所定領域を照射する。試料１５を照射する電子ビーム１６の照射点からは二次電子１７が放出される。二次電子１７は、二次電子検出器７により検出される。
【００１８】
検出された二次電子１７の量は、試料表面の形状を反映した情報を含んでいる。この電流量を表す検出信号は、画像処理装置を兼用する制御装置１８に与えられる。コンピュータで構成される制御装置１８は、装置全体を制御する機能に加え、電子ビームの走査位置と二次電子の検出信号を同期させてモニタ１９に表示する機能も有している。制御装置１８は、高圧電源３、収束レンズ４、走査コイル６、対物レンズ８及び試料ステージ９を制御する。ここで、制御装置１８は、試料台１０の回転や各ステージの移動等も制御する。
【００１９】
モニタ１９の作業画面には、試料１５の微細パターンが画像化されて表示される。測長用走査電子顕微鏡は、画像内の明暗変化に基づいてパターンのエッジを判別し、パターンの寸法を導出する。本形態例の場合、例えばゲート電極の線幅を測定する。
【００２０】
［形態例１］
ここでは、測長用走査電子顕微鏡により取得された画像が理想位置から回転している場合に、その回転量を自動的に検出するために用いて好適な検出方法の一例を説明する。
【００２１】
図２に、本形態例が観察対象とする半導体断面像の概略を示す。図２は、半導体基板に形成された酸化膜１０１の断面構造を模式化して表している。本例の場合、Ｘ軸方向に繰り返し出現する酸化膜１０１のＹ軸方向のエッジ間の寸法１０２、１０２’、１０２”が測長対象である。もっとも、測長方向はＹ軸方向に限るものではない。
【００２２】
本形態例で説明する自動検出方法は、測長対象とするサブパターンが、線対称構造を有することを前提とする。図２は、線対称構造を有する複数の同一パターンが、Ｘ軸方向に繰り返し連続的に出現する例を表している。もっとも、線対称構造を有するサブパターンであれば、本形態例で説明する回転量の自動検出方法は、同パターンが１つだけ出現する場合にも適用することができる。もっとも、本形態例で説明する方法は、複数の同一パターンが連続する場合の方がより高い精度で回転量を検出することができる。
【００２３】
図２は、測長対象とするサブパターンが、ＸＹ軸に対して理想的な位置関係にある場合を表しているが、測長用走査電子顕微鏡により撮像され取得された画像が理想的な位置関係にあるとは限らない。一般には、図３に示すように、撮像画像が、ＸＹ平面内で回転量を有している。
【００２４】
なお、図３は、本形態例による検出原理を説明するために、回転角θを強調して表している。図３では、測長対象とする酸化膜１０１のパターンが時計回りに回転した状態を表している。なお、図２及び図３は、半導体基板に形成されている複数のサブパターンの形状が完全に同じであるかのように表しているが、物理的には完全に同じ形状であることはなく、許容範囲内でパターン歪が存在する。図３では、このパターン歪を考慮し、検出対象とする回転角θを、各サブパターンに対応する回転角θ１、θ１’、θ１”で表している。図３に示す画像は、モニタ１９の作業画面に表示されている。
【００２５】
まず、画像処理装置による自動補正処理は、回転量を自動算出するエリア２０２を、オペレータが指定することから開始される。エリア２０２は、作業画面に表示された画像上に指定される。図中では、指定されたエリア２０２を破線で示している。エリア２０２は長方形であり、各辺は基準線を与えるＸ軸とＹ軸に対して平行に描画される。指定されたエリア２０２の位置情報は、画像処理装置としての制御装置１８に取り込まれる。図３では、サブパターンを３つ含むようにエリア２０２が設定された例を表している。
【００２６】
制御装置１８は、エリア２０２が指定されると、Ｙ軸方向にエリア２０２の辺長Ｌｙを計算する。次に、制御装置１８は、Ｙ軸方向についてエリア２０２の上辺から下方に辺長ＬｙのＡ％に相当する位置２０３を通るＸ軸に平行な直線２０５を引くと共に、エリア２０２の下辺から上方に辺長ＬｙのＢ％に相当する位置２０４を通るＸ軸に平行な直線２０６を引く。ここでの数値ＡとＢは任意であり、数値ＡとＢは同じでもよい。数値ＡとＢは予め定められた値を用いてもよいし、オペレータが補正の都度、手動で設定してもよい。また、ここでの「引く」とは、制御装置１８が計算上必要とする処理であり、必ずしもモニタ１９に表示される必要は無い。以下の説明でも同様である。
【００２７】
次に、制御装置１８は、各サブパターンについて、酸化膜１０１と直線２０５の交点を検出する。交点は、各サブパターンに付き２つ検出される。制御装置１８は、サブパターン毎に２つの交点の中点を計算する。図３では、計算される中点を、エリア２０２の左から右方向に順番に２０７、２０７’、２０７”として表している。
【００２８】
同様に、制御装置１８は、酸化膜１０１のパターンと直線２０６の交点を検出する。交点は、各サブパターンに付き２つ検出される。制御装置１８は、サブパターン毎に２つの交点の中点を計算する。図３では、計算される中点を、エリア２０２の左から順番に２０８、２０８’、２０８”として表している。
【００２９】
この後、制御装置１８は、各サブパターンにつき計算された２つの交点（上辺側の交点２０７、２０７’、２０７”と下辺側の交点２０８、２０８’、２０８”）を通る直線を引く。図３では、この直線を、エリア２０２の左から右方向に順番に２０９、２０９’、２０９”として表している。制御装置１８は、各直線２０９、２０９’、２０９”を対応するサブパターンの画像軸（縦軸）として扱う。
【００３０】
次に、制御装置１８は、Ｘ軸に平行な直線２０５と直線２０６の中間位置を通る直線２１０を画面上に引く。
【００３１】
続いて、制御装置１８は、各サブパターンの画像軸を与える直線２０９、２０９’、２０９”とＸ軸に平行な直線２１０との交点を算出し、各交点から直線２１０に対して垂直な、すなわちＹ軸に平行な基準直線２１１、２１１’、２１１”を引く。
【００３２】
この後、制御装置１８は、各サブパターンの画像軸を与える直線２０９、２０９’、２０９”が基準直線２１１、２１１’、２１１”に対してなす角を回転角θ１、θ１’、θ１”として計算する。制御装置１８は、計算されたこれら複数の回転角θ１、θ１’、θ１”の平均値Θを算出し、当該平均値Θをエリア２０２内にあるパターンに適用する補正量に決定する。
【００３３】
この後、制御装置１８は、計算された補正量に基づいて補正処理を実行する。補正処理の方法は２つある。
【００３４】
一つは、画像処理による補正である。具体的には、制御装置１８が画像処理により、モニタ１９に表示されている画像を、各サブパターンの画像軸を与える直線２０９、２０９’、２０９”から基準直線２１１、２１１’、２１１”の方向に補正量だけ反時計周りに回転する。
【００３５】
もう一つは、ハードウェア的な回転補正である。具体的には、制御装置１８が不図示の試料回動機構を制御し、試料台１０をＺ軸周りの補正量だけ回転駆動する。この回転駆動の後、制御装置１８は、試料像の再取得を実行する。これらの補正動作の結果、測長対象とする画像は図２に示すような理想的な位置関係に補正される。
【００３６】
以上の通り、本形態例に係る回転量の自動検出方法を適用すれば、従来手法に比して試料の回転補正を正確、かつ、容易に実現することができる。この結果、寸法の測長精度も高めることができる。
【００３７】
［形態例２］
続いて、測長用走査電子顕微鏡により取得された画像が理想位置から回転している場合に、その回転量を自動的に検出するために用いて好適な他の検出方法を説明する。
【００３８】
図４に、本形態例が観察対象とする半導体断面像の概略を示す。低加速電圧の測長用走査電子顕微鏡では、わずかな密度の違いを組成コントラストに反映した画像を観察することができる。図４も、半導体基板に形成されたパターンの断面構造を模式化して表した図である。本例の場合、第１の組成の領域３０１で囲まれた空間に不連続かつ一列に出現する第２の組成の領域３０２、３０２’、３０２”の膜厚（層厚）が測長対象である。領域３０１は例えば酸化膜であり、領域３０２、３０２’、３０２”は例えば絶縁膜である。なお、領域３０２、３０２’、３０２”は、同一プロセスにより層として形成される。
【００３９】
本形態例で説明する自動検出方法は、同一形状のサブパターンが一方向に繰り返し出現することを前提とする。すなわち、本形態例では、サブパターンが線対称であることは必ずしも要求されない。もっとも図４は、線対称構造を有する複数の同一パターンが、Ｘ軸方向に繰り返し連続的に出現する例を表している。
【００４０】
図４は、測長対象とする第２の組成の領域３０２、３０２’、３０２”と第１の組成の領域３０１とで構成される繰り返しパターンが、ＸＹ軸に対して理想的な位置関係にある場合を表しているが、測長用走査電子顕微鏡により撮像され取得された画像が理想的な位置関係にあるとは限らない。一般には、図５に示すように、撮像画像が、ＸＹ平面内で回転量を有している。
【００４１】
なお、図５は、本形態例による検出原理を説明するために、回転角θを強調して表している。図５では、測長対象とするパターンが時計回りに回転した状態を表している。なお、図４及び図５は、半導体基板に形成されている複数のパターンの形状が完全に同じであかのように表しているが、物理的には完全に同じ形状であることはなく、許容範囲内でパターン歪が存在する。
【００４２】
まず、画像処理装置による自動補正処理は、回転量を自動算出するエリア４０２を、オペレータが指定することから開始される。エリア４０２は、作業画面に表示された画像上に指定される。図中では、指定されたエリア４０２を破線で示している。エリア４０２は長方形であり、各辺は基準線を与えるＸ軸とＹ軸に対して平行に描画される。指定されたエリア４０２の位置情報は、画像処理装置としての制御装置１８に取り込まれる。図５では、同一形状を有する３つのサブパターンを含むようにエリア４０２が設定された例を表している。
【００４３】
制御装置１８は、エリア４０２が指定されると、Ｙ軸方向のエリア４０２の辺長Ｌｙを計算する。次に、制御装置１８は、Ｙ軸方向についてエリア４０２の下方から上方に辺長ＬｙのＣ％に相当する位置４０３を通るＸ軸に平行な直線４０４を引く。ここでの数値Ｃは任意である。数値Ｃは予め定められた値を用いてもよいし、オペレータが補正の都度、手動で設定してもよい。また、ここでの「引く」とは、制御装置１８が計算上必要とする処理であり、必ずしもモニタ１９に表示される必要は無い。以下の説明でも同様である。
【００４４】
次に、制御装置１８は、各サブパターンについて、領域３０１と直線４０４の交点を検出する。交点は、各サブパターンに付き２つ検出される。制御装置１８は、サブパターン毎に２つの交点の中点を計算する。図５では、計算される中点を、エリア４０２の左から右方向に順番に４０５、４０５’、４０５”として表している。
【００４５】
この後、制御装置１８は、各パターンにつき計算された中点４０５、４０５’、４０５”）を通る、直線４０４に対して垂直な、すなわちＹ軸に平行な直線４０６、４０６’、４０６”を引く。
【００４６】
次に、制御装置１８は、各パターン内で直線４０６、４０６’、４０６”と交差する画面上のエッジを検出する。具体的には、第２の領域３０２、３０２’、３０２”のエッジと直線４０６、４０６’、４０６”との交点を検出する。交点は、各サブパターンに付き２つ検出される。制御装置１８は、各サブパターン内の上辺側の交点を４０７、４０７’、４０７”とし、下辺側の交点を４０８、４０８’、４０８”とする。
【００４７】
この後、制御装置１８は、サブパターン毎に２つの交点（上辺側の交点４０７、４０７’、４０７”と下辺側の交点４０８、４０８’、４０８”）の中点を求め、それら中点を直線近似する直線４０９を引く。直線近似の方法は既知であるので説明を省略する。一般には、各点との誤差が最小になる直線を演算により特定する手法が用いられる。
【００４８】
次に、制御装置１８は、直線４０９がＸ軸に平行な直線４１０に対してなす角を回転角θ２として計算する。制御装置１８は、計算されたこれら回転角θ２をエリア４０２内にあるパターンに適用する補正量に決定する。
【００４９】
この後、制御装置１８は、計算された補正量に基づいて補正処理を実行する。補正処理の方法は２つある。
【００５０】
一つは、画像処理による補正である。具体的には、制御装置１８が画像処理により、モニタ１９に表示されている画像を、各パターンの画像軸を与える直線４０９から直線４１０の方向に補正量だけ反時計周りに回転する。
【００５１】
もう一つは、ハードウェア的な回転補正である。具体的には、制御装置１８が不図示の試料回動機構を制御し、試料台１０をＺ軸周りの補正量だけ回転駆動する。この回転駆動の後、制御装置１８は、試料像の再取得を実行する。これらの補正動作の結果、測長対象とする画像は図４に示すような理想的な位置関係に補正される。
【００５２】
以上の通り、本形態例に係る回転量の自動検出方法を適用すれば、従来手法に比して試料の回転補正を正確、かつ、容易に実現することができる。この結果、寸法の測長精度も高めることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…電子源
２…一次電子加速電極
３…高圧電源
４…収束レンズ
５…絞り
６…走査コイル
７…二次電子検出器
８…対物レンズ
９…試料ステージ
１０…試料台
１１…Ｘステージ
１２…Ｙステージ
１３…Ｚステージ
１４…筐体
１５…試料
１６…電子ビーム
１７…二次電子
１８…制御装置（画像処理装置）
１９…モニタ
１０１…酸化膜
１０２…エッジ間寸法
２０２…回転角を算出するエリア
θ１、θ１’、θ１”…回転角
３０１…第１の組成の領域
３０２、３０２’、３０２”…第２の組成の領域
４０２…回転角を算出するエリア
θ２…回転角
【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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