(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を設置するステージと、
荷電粒子源から発せられた荷電粒子ビームを収束する荷電粒子光学系と、
該荷電粒子光学系によって収束された収束荷電粒子ビームを走査して前記試料上に照射する走査手段と、
前記荷電粒子光学系によって収束された収束荷電粒子ビームの焦点位置を制御する焦点制御手段と、
前記荷電粒子光学系によって収束する収束荷電粒子ビームの非点収差を調整する非点収差調整手段と、
前記走査手段によって収束荷電粒子ビームが走査照射された試料から発生する複数の焦点位置を有する粒子画像を検出して複数の焦点位置を有する２次元の粒子画像を得る焦点スキャンを前記収束荷電粒子ビームの走査の方向を最初の走査方向に対して略45°あるいは135°あるいは−45°あるいは−135°変えて２回繰り返して行う粒子画像検出手段と、
該粒子画像検出手段から得られる複数の焦点位置を有する前記収束荷電粒子ビームの走査方向の異なる2種類の２次元の粒子画像から各画像において45°方向と135°方向の鮮鋭度を求め、2回の焦点スキャンの結果をまとめることにより、0°，45°，90°，135°の４方向の複数の焦点位置に対する方向鮮鋭度を求め、これら求められた少なくとも４の方向鮮鋭度における合焦位置を求め、これら求められた４方向についての合焦位置の関係から前記収束荷電粒子ビームの非点隔差を算出する画像処理手段と、
該画像処理手段で算出された収束荷電粒子ビームの非点隔差に基づく非点収差補正量を前記非点収差調整手段にフィードバックして収束荷電粒子ビームの非点収差を調整制御する制御系とを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記試料上には、少なくとも３方向のエッジ成分を含むパターンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記試料上には、一方向のエッジ成分を有するパターンを形成した少なくとも３つの領域を有して少なくとも３方向のエッジ成分を含むパターンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記粒子画像検出手段を、前記焦点制御手段を制御することによって試料上から複数の焦点位置を有する粒子画像を検出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記粒子画像検出手段を、試料上の異なる複数の領域から複数の焦点位置を有する粒子画像を検出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記試料が、傾けた試料、若しくは階段状の段差を持った試料であることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記試料に対して高速に焦点位置を変化させながら収束荷電粒子ビームを走査して照射することを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記画像処理手段における非点隔差としては、非点隔差の大きさと方向または非点隔差のベクトルであることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
更に、前記制御系によって少なくとも非点収差が調整制御された収束荷電粒子ビームを前記走査手段によって被対象基板上に走査して照射して該被対象基板上から発生する粒子画像を前記粒子画像検出手段により検出するように構成し、この検出される粒子画像に基いて前記被対象基板上に存在する欠陥を検査する欠陥検査画像処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
更に、前記制御系によって少なくとも非点収差が調整制御された収束荷電粒子ビームを前記走査手段によって被対象基板上に走査して照射して該被対象基板上から発生する粒子画像を前記粒子画像検出手段により検出するように構成し、この検出される粒子画像に基いて前記被対象基板上に存在するパターンの寸法を計測する計測画像処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
更に、被対象基板上の高さを光学的に検出する高さ検出手段を備え、該高さ検出手段によって光学的に検出された被対象基板上の高さに基いて前記焦点制御手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
荷電粒子源から発せられた荷電粒子ビームを荷電粒子光学系で収束し、この収束された収束荷電粒子ビームを走査手段で走査して少なくとも３方向のエッジ成分を含むパターンが形成されている試料上に照射し、該試料から発生する複数の焦点位置を有する粒子画像を検出して複数の焦点位置を有する２次元の粒子画像を得る焦点スキャンを前記荷電粒子ビームの走査の方向を最初の走査方向に対して略45°あるいは135°あるいは−45°あるいは−135°変えて２回行う第１の過程と、
該第１の過程で得られた複数の焦点位置を有する前記収束荷電粒子ビームの走査方向の異なる2種類の２次元の粒子画像から各画像において前記収束荷電粒子ビームの走査方向と異なる45°方向と135°方向の鮮鋭度を求め、2回の焦点スキャンの結果をまとめることにより、0°，45°，90°，135°の４方向の複数の焦点位置に対する方向鮮鋭度を求め、４方向についての方向鮮鋭度における合焦位置を求め、これら求められた４方向についての合焦位置の関係から収束荷電粒子ビームの非点隔差および焦点オフセットを算出する第２の過程と、
該第２の過程で算出された収束荷電粒子ビームの非点隔差に基づく非点収差補正量を非点収差調整手段にフィードバックして収束荷電粒子ビームの非点収差を調整制御し、更に前記算出された収束荷電粒子ビームの焦点オフセットに基づく焦点補正量を焦点制御手段にフィードバックして収束荷電粒子ビームの焦点を調整制御する第３の過程とを有することを特徴とする自動非点収差調整方法。
【請求項１３】
それぞれの方向鮮鋭度に対する合焦位置は、それぞれの方向鮮鋭度の最大値を求め、この最大値前後の値を用いて、２次関数あるいはガウシアン関数のようなピークを持つ関数に当てはめることによって、真のピーク位置を補間して求めることを特徴とする、請求項１２記載の自動非点収差調整方法。
【請求項１４】
それぞれの方向鮮鋭度に対する合焦位置は、それぞれの方向鮮鋭度の極大値が複数ある場合に、これらのピーク位置のそれぞれの高さに応じた加重平均をもとめ、これを合焦位置とすることを特徴とする、請求項１２記載の自動非点収差調整方法。
【請求項１５】
それぞれの方向鮮鋭度に対する合焦位置は、それぞれの方向鮮鋭度の焦点位置に対する変化を示す曲線に対し、これが、閾値レベルを上回った点に対して、曲線と閾値で囲まれる部分の重心を求め、これを合焦位置とすることを特徴とする、請求項１２記載の自動非点収差調整方法。
【請求項１６】
それぞれの方向鮮鋭度に対する合焦位置は、それぞれの評価値の方向鮮鋭度に対する変化を示す曲線に対し、これを左右に鏡像反転させた曲線との一致度を計算し、この一致度が最良となる鏡像反転の対称軸を求め、これを合焦位置とすることを特徴とする、請求項１２記載の自動非点収差調整方法。
【請求項１７】
対象基板に隣接して設けられた校正用の標準試料上で非点収差と焦点の少なくとも一方の補正を行い、常に、非点収差と焦点の合った状態で被対象基板の観察・検査・計測をおこなうことを特徴とする、請求項１２記載の自動非点収差調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビームを用いて高精度の検査・計測や加工等を行う荷電粒子光学系における非点収差等を自動調整する荷電粒子線装置および自動非点収差調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウェハなどに形成された微細回路パターンを検査・計測するための自動検査システムとして、電子線顕微鏡が用いられてきている。欠陥検査の場合には、走査電子顕微鏡から検出される電子線画像を用いて検出画像と基準となる参照画像とを比較して行われている。また、半導体装置の製造プロセス条件の設定やモニタなどに使用される微細回路パターンの線幅や穴径などを測定する場合には、走査型電子顕微鏡から検出される電子線画像を用いて画像処理による測長が行われている。
【０００３】
このように、パターンの電子線像を比較することによりその欠陥を検出する比較検査や、電子線像を処理してパターンの線幅などを測定する場合には、得られる電子線像の質がその検査結果の信頼性に多大な影響を与える。電子線像の質は、電子光学系の収差や、デフォーカスによる解像度の低下などにより劣化する。これらの像質の劣化は検査感度や測長の性能を低下させる。また、これらの画像ではパターンの幅が変化したり、画像のエッジ検出の結果が安定して得られなくなるため、欠陥の検出感度や、パターンの線幅や穴径の測定結果が不安定になることとなる。
【０００４】
従来、電子線光学系の焦点・非点収差合わせは、電子線像を目で観察しながら対物レンズの制御電流と２組の非点収差補正コイルの制御電流を調節することにより行っている。焦点合わせは、対物レンズに流す電流を変えることによってビームの収束高さを変えることによって実現できる。
【０００５】
このように、電子線像を目で観察しながら対物レンズの制御電流と２組の非点収差補正コイルの制御電流を調節する方法は多くの時間を要するのに加え、電子線で試料表面を何度も走査することとなり、試料へのダメージも問題となる可能性がある。また、手動で調整を行なうと調整結果に個人差がでてしまう。また、通常、非点収差や焦点位置の時間変動が生じるため、自動検査や測長を行なう場合に、定期的に人が非点収差・焦点位置の調整を行なう必要があり、自動化の妨げになっていた。
【０００６】
このような課題を解決するために、従来からさまざまな自動非点収差補正方法が提案されてきた。例えば、特開平７−１５３４０７号公報（従来技術１）には、荷電粒子線の２次元の走査により、試料から得られる２次電子信号を微分して変化状態の大きいデジタルデータを抽出し、この抽出されたデジタルデータに対応する試料上の位置を求め、この求められた位置を中心に対物レンズに流す励磁を変化させながらＸ方向のみおよびＹ方向のみに荷電粒子線を走査し、これら各走査によって得られた２次電子信号のデジタルデータの最大値でＸ方向の焦点情報およびＹ方向の焦点情報を検出し、これらＸ方向の焦点情報およびＹ方向の焦点情報から対物レンズに流す電流を決定して対物レンズに送出し、その後非点収差補正コイルに流す電流を変化させてＸまたはＹの一方向に荷電粒子線を走査し、得られた２次電子信号のデジタルデータの最大値で非点収差補正コイルに流す電流値を決定して送出する荷電粒子線の焦点調節と非点収差調節とを行う装置が記載されている。
【０００７】
また、特開平９−１６１７０６号公報（従来技術２）では、さまざまな方向に電子線をスキャンしながら焦点を振ることによって非点収差の方向を求めてから、この方向のみに非点収差が変化するよう２種類の非点補正量の関係を保ちながら非点補正量を変化させ、像が鮮明になる条件を探す方法が提案されている。これによって、２自由度の非点補正量の条件を１自由度に限定して調整することができ、調整時間が短縮される。
【０００８】
また、特開平１０−１０６４６９号公報（従来技術３）では、まず合焦状態からわずかずれた状態に自動焦点調整を行ってから、２次元画像のＦＦＴを用いて非点収差の方向を求め、この方向のみに非点収差が変化するよう２種類の非点補正量の関係を保ちながら非点補正量を変化させ、像が鮮明になる条件を探す方法が提案されている。
【０００９】
また、特開平９−８２２５７号公報（従来技術４）では、２次元粒子画像のフーリエ変換を用い、焦点を変化させながらフーリエ変換の大きさの変化が反転する点をまず求めることによって合焦位置を求め、次に、合焦位置の前後の焦点位置で各１枚の２次粒子像を測定し、これらのフーリエ変換の大小の分布から非点収差の方向を求め、この方向に非点収差が変化するように非点収差補正を行うことが提案されている。
【００１０】
また、ＵＳＰ６０２５６００（従来技術５）では焦点位置を増加させながら取得したＳＥＭ画像の４方向の鮮鋭度を求め、これらの最大値が得られるまで焦点位置を増加させ、これら４方向の鮮鋭度の最大値から、非点収差の補正量を求めることが提案されていた。
【００１１】
また、特開昭５９−１８５５５号公報およびその米国出願であるＵＳＰ４５５４４５２（従来技術６）では焦点位置を増加させながらＳＥＭ画像をいろいろな方向にスキャンすることでその方向の鮮鋭度を求め、これら各方向の鮮鋭度の最大値から、非点収差の補正量を求めることが提案されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１では、２種類の非点補正量と焦点補正量の計３種類の制御量をそれぞれ逐次的に変化させながら、粒子画像の鮮鋭度が最も高くなる点を試行錯誤で求めてゆく方法であるため、補正完了までに要する時間がかかり過ぎることになり、その結果試料に長時間荷電粒子線が当たり、試料にチャージアップ、汚れ等のダメージが生じることになる。また、鮮鋭度を目安に自動、あるいは、目視で調整を行うと、試料のパターンによっては真に非点収差がなくなった状態にならないことが起こりやすくなる。
【００１３】
また、従来技術２でも、焦点をふって非点収差の方向を調べてから、非点調整量を変化させながら１次元スキャンを焦点を振って繰り返して、２方向の合焦位置が一致する条件を探すということを繰り返す必要があり、この間時間がかかるという課題があった。また、電子線のスキャンが一次元であるために試料に放射状の痕がついてしまうという課題があった。また、試料に一様にテキスチャーがついていないとスキャン１次元スキャンの場所によって十分な信号が得られないために安定した非点収差補正が行なえないといった課題もあった。
【００１４】
また、従来技術３でも、やはり、焦点を振ってから非点補正量を振るという２ステップの調整を行うため、調整時間がかかるうえに、試料のダメージが大きくなる課題があった。また、ＦＦＴから非点収差の方向を求めるためには、非点収差が発生していないときの画像のスペクトルが均一であるという前提が必要となり、使用できる試料が限定されてしまうという課題があった。
【００１５】
以上説明したように従来技術１、２、３のいずれにも、粒子画像から安定に非点収差の方向と大きさを求める方法と、非点収差の方向と大きさから非点調整手段への補正量を計算することとについて示唆されていないため、試行錯誤で非点補正量を変化させては結果をみることを繰り返さざるを得ず、調整に時間がかかると同時に試料のコンタミネーションやチャージアップによるダメージが生じることになっていた。また、一次元ビームスキャンの場合は、試料上のパターンが粗な場所をスキャンした場合に精度が悪化するという課題もあった。
【００１６】
また、従来技術４では、焦点をふった２次元画像のフーリエ変換から非点収差の方向と“強度”を求めているが、非点収差の方向と“強度”から非点調整手段の補正量を求める具体的な方法について示唆されておらず、また“強度”の物理的意味付けが不明確であり、非点調整手段の補正量が十分な精度で求められないという課題を有していた。
【００１７】
また、従来技術５では、一連の焦点位置をずらしたＳＥＭ画像から非点収差補正量を求めることができ、試料ダメージを少なくすることが可能となる。しかし、この方法は非点収差が大きい場合に鮮鋭度の曲線が非対称となったり、双峰性であった場合を考慮していなかった。また、一枚の画像から方向性鮮鋭度を求めるとビームノイズや検出器の応答性のために垂直方向の鮮鋭度と水平方向の鮮鋭度が斜め方向の鮮鋭度に比べてノイズが多く、試料が暗い場合に動作が不安定になるという問題もあった。。
【００１８】
従来技術６では、スキャン方向を３方向以上に回転させて信号を得て、この断面シグナルからそれぞれの方向の鮮鋭度を求めるために、スキャン時間に時間がかかることと、基本的に一次元微分処理なのでほかの方向のエッジの影響を受けて鮮鋭度に誤差が乗りやすいという問題がある。
【００１９】
また、従来技術５、６共通の課題として、鮮鋭度の最大値の線形結合を用いて非点収差補正量を求めているので、試料のパターンのエッジがある方向に偏っている場合、ある方向の鮮鋭度が別の方向のエッジに影響されて大きくなってしまうために非点収差補正量が正確に求まらず、非点収差補正の収束に時間がかかる、という問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、多様な試料に対応して、少数の２次元画像から、２個以上の非点収差補正量と焦点補正量を一括して求め、試料のダメージを最小限に押さえながら、短時間で非点収差と焦点の自動補正を行うことができるようにした荷電粒子線装置および自動非点収差調整方法を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、多様な試料に対応して、少数の２次元画像から、２個以上の非点収差補正量を同時に求め、試料のダメージを最小限に押さえながら、短時間で非点収差の自動補正を行うことができるようにした荷電粒子線装置および自動非点収差調整方法を提供することにある。
【００２２】
また、本発明のさらに他の目的は、荷電粒子線光学系の非点収差と焦点の自動補正を行うことで被対象基板から得られる粒子画像の質の向上を図り、長時間安定で、かつ高信頼性を有する検査、計測、または加工等を行うことのできる荷電粒子線装置を提供することにある。
【００２３】
また、本発明のさらに他の目的は、荷電粒子線光学系において試料のダメージを最小限に押さえながら、短時間で非点収差と焦点の自動補正を行うことに適した荷電粒子線の非点収差・焦点調整用試料を提供することにある。
【００２４】
また、本発明のさらに他の目的は、２枚の２次元の粒子画像から短時間で非点収差と焦点の自動補正を行うことができるようにした自動非点収差調整方法およびそのための試料を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、荷電粒子線装置を、試料を設置するステージと、荷電粒子源から発せられた荷電粒子ビームを収束する荷電粒子光学系と、該荷電粒子光学系によって収束された収束荷電粒子ビームを走査して前記試料上に照射する走査手段と、前記荷電粒子光学系によって収束された収束荷電粒子ビームの焦点位置を制御する焦点制御手段と、前記荷電粒子光学系によって収束する収束荷電粒子ビームの非点収差を調整する非点収差調整手段と、前記走査手段によって収束荷電粒子ビームが走査照射された試料から発生する複数の焦点位置を有する粒子画像を検出して複数の焦点位置を有する２次元の粒子画像を得る焦点スキャンを前記収束荷電粒子ビームの走査の方向を最初の走査方向に対して略45°あるいは135°あるいは−45°あるいは−135°変えて２回繰り返して行う粒子画像検出手段と、該粒子画像検出手段から得られる複数の焦点位置を有する前記収束荷電粒子ビームの走査方向の異なる2種類の２次元の粒子画像から各画像において45°方向と135°方向の鮮鋭度を求め、2回の焦点スキャンの結果をまとめることにより、0°，45°，90°，135°の４方向の複数の焦点位置に対する方向鮮鋭度を求め、これら求められた少なくとも４の方向鮮鋭度における合焦位置を求め、これら求められた４方向についての合焦位置の関係から前記収束荷電粒子ビームの非点隔差を算出する画像処理手段と、該画像処理手段で算出された収束荷電粒子ビームの非点隔差に基づく非点収差補正量を前記非点収差調整手段にフィードバックして収束荷電粒子ビームの非点収差を調整制御する制御系とを備えて構成した。
【００２６】
また、本発明では、自動非点収差調整方法において、荷電粒子源から発せられた荷電粒子ビームを荷電粒子光学系で収束し、この収束された収束荷電粒子ビームを走査手段で走査して少なくとも３方向のエッジ成分を含むパターンが形成されている試料上に照射し、該試料から発生する複数の焦点位置を有する粒子画像を検出して複数の焦点位置を有する２次元の粒子画像を得る焦点スキャンを前記荷電粒子ビームの走査の方向を最初の走査方向に対して略45°あるいは135°あるいは−45°あるいは−135°変えて２回行う第１の過程と、該第１の過程で得られた複数の焦点位置を有する前記収束荷電粒子ビームの走査方向の異なる２種類の２次元の粒子画像から各画像において前記収束荷電粒子ビームの走査方向と異なる45°方向と135°方向の鮮鋭度を求め、2回の焦点スキャンの結果をまとめることにより、0°，45°，90°，135°の４方向の複数の焦点位置に対する方向鮮鋭度を求め、４方向についての方向鮮鋭度における合焦位置を求め、これら求められた４方向についての合焦位置の関係から収束荷電粒子ビームの非点隔差および焦点オフセットを算出する第２の過程と、該第２の過程で算出された収束荷電粒子ビームの非点隔差に基づく非点収差補正量を非点収差調整手段にフィードバックして収束荷電粒子ビームの非点収差を調整制御し、更に前記算出された収束荷電粒子ビームの焦点オフセットに基づく焦点補正量を焦点制御手段にフィードバックして収束荷電粒子ビームの焦点を調整制御する第３の過程とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明では、荷電粒子線の非点収差調整用試料を、一方向のパターンを持つ少なくとも３つの領域を荷電粒子光学系の視野内にもつように構成したことを特徴とする。
【００２８】
以上説明したように、本発明では、焦点を変化させながら取得した少数の２次元の粒子画像を用いて画像処理することによって直交方向のパターンに対する合焦位置の間隔である非点隔差（例えば大きさδと方向αまたはベクトル）と焦点オフセットｚを算出することにある。非点収差が発生している状態では焦点を合焦状態から変化させた時に画像は均等にぼけず、ビームの楕円形状が最も細くなる点では楕円の長軸方向と平行な模様は鮮明になる。一方楕円の長軸方向に直交する模様はぼけが大きくなる。粒子画像上からこれを計測するために、本発明では方向性鮮鋭度｛ｄ0(f),ｄ45(f),ｄ90(f),ｄ135(f)｝を定義し、フォーカスを振りながら方向性鮮鋭度の変化を解析し、これから非点隔差（例えば大きさδと方向αまたはベクトル）、および焦点オフセットｚを求める。このとき、４５°方向と１３５°方向の方向性鮮鋭度がノイズに対して強くかすかなパターンに対しても正確であるので、スキャン方向を規準方向にしたときと、略45°または135°または-45°または-135°回転させたときと、２組の状態で取得し、それぞれの画像の組に対して、４５°方向と１３５°方向の方向性鮮鋭度を計算することで４組の方向性鮮鋭度｛ｄ0(f),ｄ45(f),ｄ90(f),ｄ135(f)｝を得る。更にこれを少なくとも２種類の非点収差補正量と焦点補正量に一括して配分することによって非点収差・焦点調整を実現する。
【００２９】
この構成によれば、焦点を変化させて取得した少数の２次元の粒子画像から非点収差補正量と焦点補正量が一括して計算されるため、高速で試料に対するダメージの少ない非点収差・焦点調整が実現される。また、焦点距離を変化させながら同じ試料の画像の方向性鮮鋭度を比較することによって非点隔差が求められるので、試料上のパターン（模様）に依存せずに高精度の非点・焦点調整が実現される。試料上のパターン（模様）についての唯一の条件は、各方向のエッジ成分をわずかでも含むものであることである。ここで、エッジ成分と呼ぶのは明確なパターン境界とは限らず、わずかな傷、微細な模様、コーナ部の微少な円弧状のパターンなども含む。
【００３０】
また、本発明では、方向性鮮鋭度を解析する場合に、鮮鋭度の最大値を用いた場合には非点収差補正の誤差が大きくなる問題に対して、方向性鮮鋭度の曲線の重心を求める。重心は、鮮鋭度の曲線が非対称であったり、あるいは、双峰性であった場合に、裾野の広いほう、あるいは、副次的な峰のある方に、鮮鋭度曲線の中心位置を補正する効果があり、これにより、常に正確に非点収差補正が行えるようになる。ただし、荷電粒子光学系の非点収差以外の収差の影響によって、非点収差補正量は一般に誤差をもっているため、必要に応じて、非点収差が大きい場合には複数回繰り返して非点収差補正を行い、非点補正量の変化が十分小さくなる（収束）するまで繰り返すことも行なう。これにより、非点収差補正が失敗することが防止される。
【００３１】
また、本発明では、各方向鮮鋭度における合焦位置｛ｐ0,ｐ45,ｐ90,ｐ135｝を用いて非点収差補正量を求めるときに、線形演算のほかに非線型補正演算を用いる方法も提供する。この方法によれば、試料上のパターンの方向に偏りがある場合にも、これによる強度の強いの方向のパターンの影響による隣接方向の鮮鋭度曲線の形状のずれを補正して非点収差補正量を計算できるので、安定して高速に非点収差を補正することが可能になる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る荷電粒子線装置および自動非点収差補正方法並びに荷電粒子線の非点収差調整用の試料の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３３】
本発明に係る荷電粒子線装置の一実施の形態である検査／計測装置は、図１に示すように、荷電粒子光学系１０と荷電粒子光学系１０を構成する各種要素を制御する制御系と荷電粒子光学系１０内の粒子検出器１６で検出される２次粒子または反射粒子に基づく画像について画像処理する画像処理系とから構成される。
【００３４】
荷電粒子光学系１０は、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを出射する荷電粒子線源１４と、該荷電粒子線源１４から出射される荷電粒子ビームの非点収差を電界を与えることによって補正する非点収差補正器６０と、上記荷電粒子線源１４から出射される荷電粒子ビームを偏向させて走査するビーム偏向器１５と、該ビーム偏向器１５によって偏向される荷電粒子ビームを磁界によって集束させる対物レンズ１８と、試料２０を搭載し、校正用ターゲット６２を試料２０の周辺に固定した試料台２１を載置して移動するＸＹステージ４６と、接地に近い電位が付与されるグリッド電極１９と、試料台２１上に設けられて試料２０および校正用ターゲット６２に対して荷電粒子ビームが電子ビームの場合負の電位、荷電粒子ビームがイオンビームの場合正の電位を付与するリターディング電極（図示せず）と、試料２０等の高さを例えば光学的に測定する高さ検出センサ１３と、試料２０に荷電粒子ビームを照射することによって試料２０の表面から放出される２次粒子または反射粒子を例えば反射板で反射させて検出する粒子検出器１６とを備えて構成する。なお、非点収差補正器６０は、磁界に基づく非点収差補正コイル、または電界に基づく非点収差補正電極によって構成することができる。また、対物レンズ１８は磁界に基づく対物コイル、または電界に基づく静電対物レンズによって構成することができる。更に対物レンズ１８には、焦点補正用のコイル１８ａを設けてもよい。このように非点収差調整手段は、非点収差補正器６０および非点収差補正回路部６１等で構成される。
【００３５】
ステージ制御部５０は、全体制御装置２６からの制御指令に基いてＸＹステージ４６の位置（変位）を検出しながらＸＹステージ４６の移動（走行）を駆動制御するものである。なお、ＸＹステージ４６には、ＸＹステージ４６の位置（変位）をモニタする位置モニタ用測長器が備えられ、モニタされたＸＹステージ４６の位置（変位）がステージ制御部５０を介して全体制御装置２６に提供できるように構成されている。
【００３６】
焦点位置制御部２２は、全体制御装置２６からの指令を基に、高さ検出センサ１３によって測定された試料面の高さ情報に基いて対物レンズ１８を駆動制御して荷電粒子ビームの焦点を試料２０上に合わせる。なお、ＸＹステージ４６にＺステージを付加することによって、焦点合わせを対物レンズ１８でおこなう代わりにＺステージを駆動制御してもよい。このように焦点制御手段は、対物レンズ１８またはＺステージおよび焦点位置制御部２２等で構成される。
【００３７】
偏向制御部４７は、全体制御装置２６からの制御指令に基いてビーム偏向器１５に対して偏向信号を与えるが、このとき、試料２０の表面の高さ変動にともなう像倍率変動、対物レンズ１８の制御にともなう像回転を補償するように偏向信号に補正を加える。
【００３８】
グリッド電位調整部４８は、全体制御装置２６からの電位調整指令に基いて試料２０の上方に近接して設けられたグリッド電極１９に与える電位を調整するものである。試料台電位調整部４９は、全体制御装置２６からの電位調整指令に基いて試料台２１上に設けられたリターディング電極への電位を調整するものである。これらグリッド電極１９およびリターディング電極によって試料２０に負または正の電位を付与することにより、対物レンズ１８と試料２０との間で電子ビームまたはイオンビームを減速させることで低加速電圧領域での高分解能化を図ることができる。
【００３９】
線源電位調整部５１は、全体制御装置２６からの指令に基いて荷電粒子線源１４に与える電位を調整することによって荷電粒子線源１４から出射される荷電粒子ビームの加速電圧やビーム電流を調整するものである。
【００４０】
そして、これら線源電位調整部５１、グリット電位調整部４８、および試料台電位調整部４９は、所望の画質の粒子像を粒子検出器１６によって検出できるために全体制御装置２６によって制御される。
【００４１】
本発明に係る非点収差調整部６４は、非点収差・焦点補正時に、焦点位置制御部２２に焦点位置（フォーカスｆ）を変えるべく制御指令を出して焦点位置制御部２２により対物レンズ１８を駆動制御し、荷電粒子ビームを、試料２０上または校正用ターゲット６２上の例えば図４（ａ）（ｂ）の各々に示すような各方向のエッジ成分を同程度に含むパターンが形成された領域に照射しながらフォーカスを変える。すると、粒子検出器１６からは、フォーカスｆを変えた複数枚の粒子画像信号が検出され、夫々の粒子画像信号がＡ／Ｄ変換器２４で粒子デジタル画像信号（デジタル画像データ）に変換されて画像メモリ５２に非点収差調整部６４から出力されるフォーカス指令値ｆに対応させて記憶される。そして、非点収差・焦点補正量算出用画像処理回路５３は、画像メモリ５２に記憶されたフォーカスｆを変えた複数枚の粒子デジタル画像信号を読み出して、各フォーカス指令値ｆに対応する粒子デジタル画像信号について方向性鮮鋭度ｄ０（ｆ），ｄ４５（ｆ），ｄ９０（ｆ），ｄ１３５（ｆ）を求め、これら方向性鮮鋭度ｄ０（ｆ），ｄ４５（ｆ），ｄ９０（ｆ），ｄ１３５（ｆ）がピークとなるフォーカス値ｆ０，ｆ４５，ｆ９０，ｆ１３５を求め、これらフォーカス値ｆ０，ｆ４５，ｆ９０，ｆ１３５から非点隔差（非点隔差ベクトル（ｄｘ，ｄｙ）、または非点隔差の方向αと大きさδ）、および焦点オフセット値ｚを求め、これら求められた非点隔差および焦点オフセット値ｚを全体制御装置２６に提供して記憶装置５７に記憶する。
【００４２】
全体制御装置２６は、予め求めておいた非点収差補正器６０の特性である非点隔差と非点収差補正量との関係から上記求められて記憶装置５７に記憶された非点隔差に応じた非点収差補正量（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）を算出し、予め求めておいた対物レンズ１８の特性の関係から上記求められて記憶装置５７に記憶された焦点オフセット値ｚに応じた焦点補正量を算出し、この算出された非点収差・焦点補正量を非点収差調整部６４に提供する。
【００４３】
従って、非点収差調整部６４は、全体制御装置２６から提供された非点補正量（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）を非点収差補正回路部６１に与えることにより非点収差補正器（磁界に基づく非点収差補正コイル、または電界に基づく非点収差補正電極によって構成される。）６０によって荷電粒子ビームの非点収差が補正され、焦点補正量を焦点位置制御部２２に与えることにより対物レンズ１８へのコイル電流または焦点補正用のコイル１８ａ（図示せず）へのコイル電流が制御されて焦点が補正される。
【００４４】
別の方法として、ステージ４６の一部としてＺステージを具備する場合には、非点収差調整部６４は、全体制御装置２６を介してまたは直接ステージ制御部５０に焦点を振る（試料高さを変える）制御指令を出し、ステージ制御部５０によりステージ４６のＺ軸を駆動して焦点を振ることによって、粒子検出器１６から焦点を振った粒子画像を得、非点収差・焦点補正量算出用画像処理回路５３において非点収差・焦点補正量を求め、算出された焦点補正量についてはステージ４６のＺ軸にフィードバックし、非点補正量については非点収差補正器６０にフィードバックして補正を行うことも可能である。もちろん、焦点を振って画像を取得するのと最終的な焦点補正を行う先が別々、すなわち、どちらか一方が焦点位置制御部２２、もう一方がステージ４６のＺ軸でもよいし、両方を組み合わせて同時に制御しても、焦点位置と試料２０または校正用ターゲット６２の相対位置を所望の距離に制御できればよい。なお、対物レンズ１８を制御する方が、Ｚステージを制御するよりも応答性に優れている。
【００４５】
以上説明したように、非点収差および焦点補正をする際、全体制御装置２６からの指令による非点収差調整部６４からの制御に基いて非点収差および焦点補正が行われる。その結果、全体制御装置２６は、画像メモリ５２に取り込まれた非点収差および焦点が補正された粒子画像を直接または画像処理回路５３を介して提供を受けることによって表示手段５８に表示して非点収差等の補正の良否を目視確認することができる。
【００４６】
さらに、例えば、検査・測定時には、ステージ４６を制御して試料２０上の所定の位置を荷電粒子光学系の視野に持ってきて、粒子検出器１６で粒子画像信号を得、この粒子画像信号をＡ／Ｄ変換器２４で粒子デジタル画像信号に変換して画像メモリ５５に記憶させる。そして、検査・計測用画像処理回路５６は、画像メモリ５５に記憶された検出粒子デジタル画像信号に基いて試料２０上に形成された微細なパターンの寸法計測や試料２０上に発生した微細なパターンの欠陥や微細な異物等の欠陥について検査が行われ、その結果が全体制御装置２６に提供される。この時、少なくとも定期的に本発明に係る非点収差・焦点補正を行うことによって常に収差の補正された粒子画像による検査または測定（計測）を実現することができる。
【００４７】
なお、粒子画像に基づく欠陥等の検査の場合には、検査・計測用画像処理回路５６において、検出される検出粒子デジタル画像信号を繰り返しパターン分遅延させて比較対象となる参照粒子デジタル画像信号を作成し、そして検出粒子デジタル画像信号と参照粒子デジタル画像信号とを位置合わせして比較することによって不一致もしくは差画像として欠陥候補を抽出し、この欠陥候補における特徴量を抽出し、この特徴量から虚報を除去する判定をする処理が行われて真の欠陥が検査されることになる。
【００４８】
また、光学的な高さ検出センサ１３は、試料２０へのチャージアップ、汚れ、ダメージなどの影響が少ないので、各検査または計測位置での試料２０の表面の高さ変動を検出し、焦点位置制御部２２にフィードバックされて常に合焦点状態が保たれる。このように光学的な高さ検出センサ１３を用いる場合は、予め、あるいは検査または計測中定期的に、試料２０上の別の位置、あるいは、試料台２１上に設けられた校正用ターゲット６２で非点収差・焦点自動調整を行うことによって、非点収差・焦点自動調整のための収束荷電粒子ビームの照射を実際の試料に対してなくしたり、または大幅に少なくすることができ、試料２０へのチャージアップ、汚れ、ダメージなどの影響をなくすることができる。
【００４９】
次に、本発明に係る収束荷電粒子光学系における非点収差と焦点の自動調整について説明する。本発明では、少数の２次元の粒子画像から非点隔差と焦点オフセットをもとめ、これを非点収差の補正値と焦点の補正値に同時に変換して一度に補正を行なうものである。
【００５０】
図２には、非点収差補正器６０の一実施例である磁界に基づく２組の非点収差補正コイルで構成した場合を示す。即ち、２組の非点収差補正コイルで構成した場合には、１組のコイルに電流を流すと、ある方向にビームを伸ばし、それと直交する方向にビームを縮めるように働く。これを２組、４５°方向にずらしたものを（図２のｓｔｘ，ｓｔｙ）を組み合わせて制御すると、任意の方向に必要な量だけ非点収差を調整することが可能となる。当然、非点収差補正器６０を電界に基づく電極によって構成することもできる。
【００５１】
次に、非点収差の様子について図３を用いて説明する。左側の列は非点収差の補正された状態での収束荷電粒子ビームの形状で、上から順に焦点位置が高い（Ｚ＞０）場合、合焦位置の場合（Ｚ＝０）、焦点位置が低い（Ｚ＜０）場合である。このように、合焦位置では小さい点に絞れており、その上下では対称に円の径が大きくなる。これに対してｓｔｘに電流を流して非点収差を発生させると図３の真ん中の列のようにＺ＞０では横方向にビームが伸び、Ｚ＜０では縦方向にビームが伸び、合焦位置では真円となるが径は十分に小さくならない。ｓｔｙに電流を流すと合焦位置から外れた場合にビームが楕円となる方向が４５°回転するが、やはりＺ＞０とＺ＜０で楕円の長軸は直交する。このｓｔｘとｓｔｙを組み合わせると任意の方向へ任意の方向の非点収差を発生させ、これによって調整前の荷電粒子光学系の持っている非点収差を打ち消して非点収差を補正することができる。
【００５２】
即ち、図３に示すように非点収差が生じている状態では、合焦点からずれると、荷電粒子ビームは楕円状にぼける。焦点を挟んで±Ｚの位置でビームの楕円形状は最も細くなり、その楕円の方向が直交する。非点収差の大きさはこの２点間の焦点の距離２Ｚで表わされ、非点収差の方向は楕円の方向で表わされる。２点間の焦点の距離２Ｚは非点隔差と呼ばれ、図６中ではδで表わされる。また、非点隔差の方向は、図６中では主点主軸方向αで表わされる。また、非点隔差のベクトルとしては（ｄｘ，ｄｙ）で表わすことができる。
【００５３】
次に、非点収差および焦点の補正について図４〜図７を用いて説明する。図４（ａ）、（ｂ）には、試料２０上または校正用ターゲット６２上に形成された非点収差・焦点補正用のパターンの実施例を示す。非点収差・焦点補正用のパターンとしては、非点収差が生じる３方向以上のエッジ成分を同程度に含むパターンであればよい。図４（ａ）は、４方向を向いた直線状のパターンを別々の領域に形成したものである。図４（ｂ）は、４方向のエッジ成分を有する曲線形状パターンを２次元に等ピッチで配列して形成したものである。特に、試料上の場合、３方向以上のエッジ成分を同程度に含むパターンが形成されていれば、それを用いることができる。但し、この場合、このパターンが形成されている位置情報を予め、入力手段５９を用いて全体制御装置２６に入力して記憶装置５７等に登録しておくか、あるいは操作者が非点収差・焦点補正の都度試料上の位置を指定する必要がある。また、当然、校正用ターゲット６２が試料台２１上に設置された位置情報については、入力手段５９を用いて全体制御装置２６に入力して記憶装置５７等に登録してあるものとする。
【００５４】
そこで、まず、全体制御装置２６からステージ制御部５０への非点収差・焦点補正用のパターンの位置情報に基いてステージ４６を駆動制御して非点収差・焦点補正用のパターンを荷電粒子光学系の光軸近傍に位置付ける。次に、全体制御装置２６からの偏向制御部４７への指令に基いて、荷電粒子ビームを上記非点収差・焦点補正用のパターン上を走査照射しつつ、非点収差調整部６４から焦点位置制御部２２への指令で図５に示すように（１）フォーカスｆを変化させながら粒子検出器１６で複数枚の画像を取得して画像メモリ５２に記憶し、画像処理回路５３において、各画像について方向性鮮鋭度（０°，４５°，９０°，１３５°）を、図６（ａ）に示す如くｄ０（ｆ），ｄ４５（ｆ），ｄ９０（ｆ），ｄ１３５（ｆ）として計算する（ステップＳ５１）。なお、フォーカス値ｆについては、非点収差調整部６４から焦点位置制御部２２への指令値として取得することができる。なお、後述のように２種類以上のスキャン方向を用いてフォーカスｆの変化を行い、画像を処理することによって精度を高めることができる。
【００５５】
次に、画像処理回路５３において、（２）４種の方向性鮮鋭度は各方向毎にｆの関数となり、図６（ａ）に示す如く各関数による曲線毎にその中心位置ｐ０，ｐ４５，ｐ９０，ｐ１３５を求める（ステップＳ５２）。
【００５６】
次に、画像処理回路５３において、（３）図６（ｂ）に示す正弦波の関係からｐ０，ｐ４５，ｐ９０，ｐ１３５から非点収差に起因する方向によるフォーカス位置のずれ（非点隔差）の方向αと大きさδ、及び、焦点オフセットｚを求めて全体制御装置２６に提供して記憶装置５７に記憶させる（ステップＳ５３）。なお、このステップＳ５３において非点隔差の方向αと大きさδとを求める必要はなく、非点隔差のベクトル（ｄｘ，ｄｙ）でもよい。非点隔差の大きさδは、次に示す（数１）式によって表わすことができる。また、非点隔差の方向（非点主軸方向）αは、次に示す（数２）式によって表わすことができる。また、焦点オフセット値ｚは、次に示す（数３）式によって表わすことができる。
【００５７】
【数１】
0003994691.tif 000002
【数２】
0003994691.tif 000003
【数３】
ｚ＝（ｐ０＋ｐ４５＋ｐ９０＋ｐ１３５）／４                    （数３）
なお、記憶装置５４には、以上説明した方向性鮮鋭度ｄ０（ｆ），ｄ４５（ｆ），ｄ９０（ｆ），ｄ１３５（ｆ）を求めるプログラムや方向性鮮鋭度からその中心位置ｐ０，ｐ４５，ｐ９０，ｐ１３５を求めるプログラムや非点隔差および焦点オフセット値を求めるプログラム等が記憶されていて、非点収差・焦点補正量算出用画像処理回路５３においてそれらプログラムに基いて実行できるように構成されている。当然、記憶装置５４としてＲＯＭ等で構成することができる。
【００５８】
（４）予め、全体制御装置２６において、非点収差補正器６０の特性である非点収差制御値（ｓｔｘ，ｓｔｙ）の変化と、非点隔差の方向αと大きさδまたは非点隔差のベクトル（ｄｘ，ｄｙ）の変化量（感度）との関係を求めておけば、これを利用して非点隔差（α、δまたは（ｄｘ，ｄｙ））を必要な非点収差補正値（１，２）（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）へ変換配分することが可能となり（ステップＳ５４）、非点収差補正値（１，２）（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）およびフォーカス値ｚを設定して非点収差調整部６４に提供することができる（ステップＳ５５）。なお、非点収差補正値（１，２）（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）およびフォーカス値ｚの算出は、全体制御装置２６で行うのではなく、非点収差補正器６０や対物レンズ１８の特性を全体制御装置２６から提供を受けることによって画像処理回路５３において実行してもよい。
【００５９】
（５）非点収差調整部６４は、全体制御装置２６から提供を受けた焦点オフセット値ｚを焦点位置制御部２２に送って焦点位置制御部２２により対物レンズ１８または焦点補正用のコイル１８ａにおける対物コイル電流または焦点補正コイル電流を補正し、全体制御装置２６から提供を受けた非点収差補正値（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）を非点収差補正回路６１に送って非点収差補正回路６１により非点収差補正コイル電流または非点収差補正静電圧を補正する。このように非点収差補正と焦点合わせとを一括して実行することができる。
【００６０】
（６）非点収差が小さい場合には上記動作一回でオートスティグマ動作は完了するが、非点収差が大きい場合には、非点収差以外の収差他の要因（高次の非点収差や像歪等がある。）によって一回では補正しきれない。この場合（１）に戻り再度オートスティグマをかけ、ｚ、（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）が小さくなるまでループを繰り返す。
【００６１】
以上の方法によって、高速で試料２０や校正用ターゲット６２に対するダメージの少ない非点収差・焦点の一括調整が実現される。また、焦点距離を変化させながら同じ試料２０または校正用ターゲット６２の画像の方向性鮮鋭度を比較することによって非点隔差が求められるので、試料２０や校正用ターゲット６２の模様（非点収差・焦点補正用のパターン）に依存せずに高精度の非点収差・焦点の一括調整が実現される。試料２０や校正用ターゲット６２の模様についての唯一の条件は、各方向のエッジ成分を同程度に含むパターンであることである。
【００６２】
なお、上記実施例ではθ＝０°，４５°，９０°，１３５°の４種類の方向性鮮鋭度を用いたが、非点隔差の方向αと大きさδがわかればθは４方向でなくてもよく、最低３方向以上の任意個数のθに対する方向性鮮鋭度ｄθ（ｆ）を用いればよい。この場合、各θ毎に曲線ｄθ（ｆ）の中心位置ｐθを求め、さらに正弦波（正弦波に近似した波形でもよい。）をｐθに当てはめて、この正弦波の振幅と位相を求めてやればこれが非点隔差の大きさδと方向αとなる。
【００６３】
次に、画像処理回路５３において粒子画像の方向性鮮鋭度を求める具体的な実施例について説明する。
【００６４】
第１の実施例としては、図７（ａ）に示すように領域によって方向の異なる縞パターンを持った自動非点収差補正専用の試料（ターゲット）６２に対して荷電粒子ビームを走査照射することによって粒子検出器１６によって粒子画像を検出して観察する。そして、この各領域の粒子画像の振幅を計測することによって方向性鮮鋭度ｄθを求めるものである。この振幅は、直接に各領域における振幅｛ｓ（ｘ，ｙ）の最大値−ｓ（ｘ，ｙ）の最小値｝を計測してもよいし、各領域における粒子画像の濃淡値（階調値）ｓ（ｘ，ｙ）の分散｛Ｖ＝Σxy（ｓ（ｘ，ｙ）−ｓmean）2／Ｎ｝を求めてもよい。あるいは、ラプラシアン等の２次元微分の結果ｓ（ｘ，ｙ）の微分ｔ（ｘ，ｙ）の絶対値の和｛Σxy｜ｔ（ｘ，ｙ）｜｝や二乗和｛Σxy（ｔ（ｘ，ｙ））2｝を求めてもよい。この時の結果を方向性鮮鋭度ｄθと定義する。角度方向θはどのように定義しても良いが、図ではパターンの法線方向が左右方向になる場合を０°とし、ここから時計周りに定義している。パターンの方向としては図に示すように４方向の場合にとらわれず、１８０°の角度範囲を略ｎ等分する任意の角度の組み合わせが考えられる。この場合のｎは３以上の任意の整数である。
【００６５】
第２の実施例としては、図７（ｂ）に示すようなパターンを持った試料２０やターゲット６２の場合で、粒子検出器１６によって検出された粒子画像に対して方向性微分演算を施すことによって方向性鮮鋭度ｄθを求めるものである。方向性微分は図に例示したようなマスクを画像に対して畳込み演算を行なうことによって実現される。微分結果の画像に対して各点の値の二乗の和を計算して、これを鮮鋭度ｄθとする。ここで、図示した微分マスクは一例で、方向性微分を取る為のマスクの要件（ある軸を中心として対称の位置にある値は符号が反転していて値が略等しい。）を満たしていれば、これにとらわれる必要はない。ノイズの抑圧と微分の方向選択性の向上のためにさまざまな微分マスクのバリエーションが考えられる。また、画像微分を計算する前のフィルタリング、画像の縮小も画像に適合したものを選択する必要がある。また、画像を回転してから方向性微分を行なうことにより単純な０°微分あるいは９０°微分を用いて任意の方向θの方向性微分を行なうことも可能である。
【００６６】
更に方向性鮮鋭度を正確に求めるために以下のようにしても良い。図１６に示すように、鮮鋭度の曲線の性質が走査線の方向と検出器の周波数応答とノイズの性質の影響で0°、90°、45°と135°では違うので、一枚の画像から方向性微分によって４方向の鮮鋭度を求める方法では、非点収差の誤差につながって問題がある。すなわち、０°と90°の鮮鋭度はピークの高さに対するすそ野の高さが相対的に高く、また、特に0°はすそ野のノイズが大きいため、鮮鋭度曲線の中心を求める際に誤差が大きくなる。この理由は、９０°方向については複数の走査線をまたがる方向に微分をすることとなるので、走査線間の一次ビームの電流量の違いによる明るさのばらつきが影響して、ノイズが大きくなる。０°方向については走査線方向に微分をすることになるので、検出器の周波数応答に起因して信号がなまる分だけ、鮮鋭度のピークが小さくなる。これに対して、４５°，１３５°方向については、水平、垂直方向のいずれに対しても応答の低い微分フィルターを用いれば、上記いずれの影響も受けにくいため、ピークが高く裾野の低い鮮鋭度曲線が選られる。
そこで、図１７に示すように、1回目のFocus sweepと2回目のFocus sweepでスキャン方向を略−45°回転させる。それぞれの画像セットで性質の優れた45°と135°鮮鋭度のみを計算する。２回目は画像が45°回転しているため、それぞれ０°と90°方向の鮮鋭度すなわちｄ０とｄ９０を計算していることになる。スキャン方向は−４５°の代わりに１３５°回転させてもよい。また４５°あるいは−１３５°回転させても良いが、この場合は微分方向４５°がｄ９０、微分方向１３５°がｄ０に対応することとなる。なお、０°及び９０°から微分方向がずれていれば、必ずしも±４５°と±１３５°方向に微分を行わなくても良く、例えば、６０°と１５０°あるいは−１５０°と−６０°方向への微分を回転しない画像と、−４５°回転された画像に対して行っても、４種類のノイズに強い方向性鮮鋭度が選られる。ただしこの場合は、得られる４組の方向性鮮鋭度は｛ｄ15(f),ｄ60(f),ｄ105(f),ｄ150(f)｝となるが、角度を表す数字をすべておきかえれば本文中の計算式はすべて成り立つ。
これによって、ノイズに対して強くかすかなパターンに対しても正確な非点収差測定が可能となる。また、試料のコンタミネーション等によって暗くなった場合にも安定な非点収差測定・補正が可能となる
図１８にこの場合のフローチャートを示す。全体制御装置２６からの偏向制御部４７への指令に基いて、荷電粒子ビームを上記非点収差・焦点補正用のパターン上を走査照射しつつ、非点収差調整部６４から焦点位置制御部２２への指令で（１）フォーカスｆを変化させながら粒子検出器１６で複数枚の画像を取得して画像メモリ５２に記憶し、画像処理回路５３において、各画像について方向性鮮鋭度（４５°，１３５°）を、図１７に示す如くｄ４５（ｆ），ｄ１３５（ｆ）として計算する（ループＬ５１）。
【００６７】
（２）次に。全体制御装置２６からの偏向制御部４７への指令に基いて、荷電粒子ビームを上記非点収差・焦点補正用のパターン上を上記ループとは−４５°回転させて走査照射しつつ、非点収差調整部６４から焦点位置制御部２２への指令で図５に示すように（１）フォーカスｆを変化させながら粒子検出器１６で複数枚の画像を取得して画像メモリ５２に記憶し、画像処理回路５３において、各画像について方向性鮮鋭度（４５°，１３５°）を、図１７に示す如くｄ０（ｆ），ｄ９０（ｆ）として計算する（ループＬ５１’）。
【００６８】
次に、画像処理回路５３において、（３）４種の方向性鮮鋭度は各方向毎にｆの関数となり、図６（ａ）に示す如く各関数による曲線毎にその中心位置ｐ０，ｐ４５，ｐ９０，ｐ１３５を求める(ステップ５２）。
【００６９】
次に、画像処理回路５３において、（４）図６（ｂ）に示す正弦波の関係からｐ０，ｐ４５，ｐ９０，ｐ１３５から非点収差に起因する方向によるフォーカス位置のずれ（非点隔差）の方向αと大きさδ、及び、焦点オフセットｚを求めて全体制御装置２６に提供して記憶装置５７に記憶させる(ステップ５３）。なお、このステップにおいて非点隔差の方向αと大きさδとを求める必要はなく、非点隔差のベクトル（ｄｘ，ｄｙ）でもよい。
【００７０】
（５）予め、全体制御装置２６において、非点収差補正器６０の特性である非点収差制御値（ｓｔｘ，ｓｔｙ）の変化と、非点隔差の方向αと大きさδまたは非点隔差のベクトル（ｄｘ，ｄｙ）の変化量（感度）との関係を求めておけば、これを利用して非点隔差（α、δまたは（ｄｘ，ｄｙ））を必要な非点収差補正値（１，２）（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）へ変換配分することが可能となり、非点収差補正値（１，２）（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）およびフォーカス値ｚを設定して非点収差調整部６４に提供することができる(ステップ５４）。
【００７１】
（６）非点収差調整部６４は、全体制御装置２６から提供を受けた焦点オフセット値ｚを焦点位置制御部２２に送って焦点位置制御部２２により対物レンズ１８または焦点補正用のコイル１８ａにおける対物コイル電流または焦点補正コイル電流を補正し、全体制御装置２６から提供を受けた非点収差補正値（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）を非点収差補正回路６１に送って非点収差補正回路６１により非点収差補正コイル電流または非点収差補正静電圧を補正する。このように非点収差補正と焦点合わせとを一括して実行することができる(ステップ５５）。
【００７２】
（７）非点収差が小さい場合には上記動作一回でオートスティグマ動作は完了するが、非点収差が大きい場合には、非点収差以外の収差他の要因（高次の非点収差や像歪等がある。）によって一回では補正しきれない。この場合（１）に戻り再度オートスティグマをかけ、ｚ、（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）が小さくなるまでループを繰り返す。
【００７３】
更に、図１６に示すような鮮鋭度の曲線の性質が走査線の方向と検出器の周波数応答とノイズの性質の影響で0°、90°、45°と135°では違う現象にたいして、別の原理により対処する方法の実施例について示す。走査線の明るさノイズはランダムであり、同じ条件で粒子画像を２回スキャンした場合の走査線の明るさノイズは画像間で無相関である。このため、２枚の画像でそれぞれ方向性微分を計算した後、２枚の微分画像の各画素の共分散値、あるいは、その平方根を求めるとノイズ成分が消えて、微分画像の二乗平均あるいはその平方根の値が求められる。なお、二つの微分画像をｆ(ｘ，ｙ)、ｇ(ｘ，ｙ)とすれば、共分散は（Σｆ（ｘ，ｙ）ｇ（ｘ，ｙ））／Ｎで計算できる（Ｎは共分散計算領域内の画素数）。この方法によれば、図１６に示した９０°の鮮鋭度曲線の裾野がノイズで持ち上がる現象は抑制でき、とくに、ノイズが問題となるパターンの弱い試料での自動非点補正の安定度・精度が向上できる。共分散を用いる場合は、２回の焦点スキャンによって選られた一組の焦点位置ｆが共通の画像に対して、上記方向微分後の共分散を０°，４５°，９０°，１３５°方向の微分に対して求め、それぞれ、方向性鮮鋭度ｄ０（ｆ），ｄ４５（ｆ），ｄ９０（ｆ），ｄ１３５（ｆ）とすればいい。
【００７４】
次に、画像処理回路５３においてｆの関数である方向性鮮鋭度ｄθ（ｆ）に対してその中心位置ｐθを求める具体的な実施例について説明する。中心位置ｐθを求める方法としては、ｄθ（ｆ）が最大となるｆの位置の前後の値に２次関数、ガウス関数等を当てはめた場合の関数の中心位置として求める方法と、ｄθ（ｆ）がある閾値以上の点に対する重心として求める方法等から適当なものを用いればよい。
【００７５】
２次関数、ガウス関数等を当てはめた場合の関数の中心位置を求める方法を図１１をもちいて示す。このように鮮鋭度が最大となる点をもとめ、この前後のＮ点のデータに対して、２次関数、ガウス関数等の凸関数を当てはめる。Ｎ＝３の場合は、２次関数、ガウス関数がすべてのデータを通るようにパラメータを決定することができ、これによって、鮮鋭度曲線の中心の位置を補間して求められる。
ただし、単純な最大位置あるいは最大位置の補間では特に非点収差が大きい場合に誤差が生じる。これを図１２を用いて示す。（ａ）の様に略±４５°方向に非点収差を生じている場合の０°方向の鮮鋭度を考える。すると、±４５°方向に荷電粒子線のスポットの焦点があっている場合に０°方向のスポット断面長さが狭くなり、合焦状態では０°方向のスポット断面長さが広くなる。スポット断面長さが狭いほど鮮鋭度が高くなるので、（ｂ）のように、ｄ０（f），ｄ９０（ｆ）の曲線のように、非点収差の生じていない方向の鮮鋭度曲線は非点収差が大きい場合に、双峰性となる傾向がある。この場合、単純な最大値を用いると（ｃ）のＢ点のように偏った位置が鮮鋭度の中心と判断されてしまう。この例の場合にはｄ４５（ｆ）の最大値ｐ４５に近い値がｄ０（ｆ）の中心とされてしまう。
図１２の例で示すと、最大値を用いるとp0がp45に近い値となり、p90がp135に近い値となる。この場合、非点較差の±45°方向の成分p45−p135が本来の大きさの倍以上となってしまうので、これを使って補正を行うと、この方向の非点収差を補正しすぎて不安定となる。
【００７６】
逆に、最大値のサーチの方法によっては極大値であるＣ点をｄ０（ｆ）の中心としてしまうこともある。この場合、非点較差の±45°方向の成分がほとんど補正されないこととなる。このため、図６によって示したように非点較差の大きさと、非点主軸方向を正しく求める場合には（ｃ）のＡ点のように、Ｂ、Ｃの中間をｄ０（ｆ）の中心として求める必要がある。
【００７７】
このために、本発明ではＢ、Ｃの中間をＢ、Ｃの山の大きさに応じて求めて方向性鮮鋭度の中心とする。このためには色々な方法が考えられるが、いくつかの実施例を以下に示す。ただし、以下に示す実施例にとらわれず、方向性鮮鋭度が双峰性であった場合に、山の大きさに応じてその中間の値を求める方法を用いる事が本発明の範囲内で可能である。
図１３に重心を用いる場合を示す。このように最大値をまず求め、これに一定の１以下の値αを掛けこれを閾値とし、方向性鮮鋭度の焦点位置に対する変化を示す曲線が、閾値レベルを上回った点に対して、曲線と閾値で囲まれる部分の重心を求め、これを方向性鮮鋭度の中心とする。すなわち、
ｐθ＝Σｆ・（ｄθ（ｆ）−α最大値）／Σｄ（ｄθ（ｆ）−α最大値）
によって、方向性鮮鋭度の中心ｐθを求める。
【００７８】
図１４に加重平均を用いる場合を示す。方向性鮮鋭度の極大値が複数ある場合に、これらのピーク位置をそれぞれ求め、それぞれの高さに応じた加重平均をもとめ、これを方向性鮮鋭度の中心とする。すなわち極大位置をＢ、Ｃとすると、
ｐθ＝（ｄθ(Ｃ)・Ｂ+ｄθ(Ｂ)・Ｃ）／（ｄθ(Ｃ)+ｄθ(Ｂ)）
によって、方向性鮮鋭度の中心ｐθを求める。
【００７９】
図１５に対称性マッチングを用いる方法を示す。方向性鮮鋭度の焦点位置に対する変化を示す曲線ｄθ（ｆ）に対し、これを対称軸ｆ＝ａに対して左右に鏡像反転させた曲線ｄθ（ａ−ｆ）との一致度のｐθに対する変化を計算し、この一致度が最良となる鏡像反転の対称軸ａを求め、これを合焦位置ｐθとする。一致度としては相関値が最大となる点を用いてもいいし、差の自乗和が最小となる点を用いてもいいし、一致度の指針として一般に用いられている他の指針を用いても良いことはいうまでもない。
【００８０】
次に、全体制御装置２６において画像処理回路５３から得られる非点隔差から非点収差補正値を求める具体的な実施例について説明する。０°，４５°，９０°，１３５°のｐ０、ｐ４５、ｐ９０、ｐ１３５の４方向を用いる場合には、画像処理回路５３においてまず非点隔差ベクトル（ｄｘ，ｄｙ）＝（ｐ０−ｐ９０，ｐ４５−ｐ１３５）を計算して全体制御装置２６に提供する。次に、全体制御装置２６は、次に示す（数４）式に基いて非点収差補正量（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）の配分を行う。
【００８１】
【数４】
Δｓｔｘ＝ｍｘｘ・ｄｘ＋ｍｘｙ・ｄｙ
Δｓｔｙ＝ｍｙｘ・ｄｘ＋ｍｙｙ・ｄｙ                          （数４）
但し、（ｍｘｘ，ｍｘｙ，ｍｙｘ，ｍｙｙ）は、予め非点収差補正器６０の特性に基いて算出される非点収差補正量配分パラメータであり、例えば記憶装置５７に記憶されている。従って、非点収差調整部６４は、全体制御装置２６から得られる非点収差補正量を（βΔｓｔｘ、βΔｓｔｙ）だけ変化させるように非点収差補正回路部６１に送信し、非点収差補正回路部６１によって非点収差補正器６０を（βΔｓｔｘ、βΔｓｔｙ）だけ補正する。βは補正量減少係数である。
【００８２】
また、全体制御装置２６において、画像処理回路５３から得られる焦点オフセットｚは各方向に対する焦点位置の平均値となるので、焦点補正量としては（ｐ０＋ｐ４５＋ｐ９０＋ｐ１３５）／４を設定すればよい。従って、非点収差調整部６４は、全体制御装置２６から得られる焦点補正量を例えば焦点位置制御部２２に送信し、焦点位置制御部２２によって対物レンズ１８を焦点補正量で補正する。
【００８３】
なお、別の実施例として、画像処理回路５３において、非点隔差ベクトル（ｄｘ，ｄｙ）から非点隔差の大きさδ＝｜（ｄｘ，ｄｙ）｜、方向α＝１／２ａｒｃｔａｎ（ｄｙ／ｄｘ）を一旦求めて全体制御装置２６に送信し、全体制御装置２６はこれら送信された非点隔差の大きさδおよび方向αから非点収差補正量（Δｓｔｘ，Δｓｔｙ）に変換してもよい。
【００８４】
また、ｎ方向（ｎは３以上の任意の整数）の方向性鮮鋭度ｐθを用いる場合には、画像処理回路５３は、これらのデータに正弦波を当てはめてその位相、振幅、オフセットから非点隔差の方向α、大きさδ、焦点オフセットｚを求めればよい。
【００８５】
さらに、非点収差補正量を変えると焦点位置が干渉を受けて若干ずれることがあるので、この場合は、例えば全体制御装置２６において、ΔｓｔｘとΔｓｔｙそれぞれについて適当な係数を掛けたものを焦点補正量の変化分に足し込んでやるとよい。
【００８６】
さらにこれに対して、非点収差補正量をより正確に計算し、高速。高精度に非点補正を行うための実施例を示す。上記方法では鮮鋭度の重心位置が隣接方向の鮮鋭度に引きずられてずれる現象が起こる。例えば、縦・横のエッジを斜めのエッジに比べて多く含む例えば図１９のようなパターンに対する45°方向の鮮鋭度曲線d45では、斜め方向のエッジはパターンのコーナー部のみなので、縦・横のエッジの影響を相対的に強く受け、本来のピーク位置だけでなく、d0，d90のピーク位置にもピークが現れる。d135についても同様である。そのために、先鋭度曲線の重心によって計算した非点較差ベクトルの成分dxは実際よりも小さ目の値となる。半導体を試料２０として用いた場合、一般に半導体パターンは縦・横のパターンを用いて構成されているので、このような現象が起こりやすい。
このため、非点較差ベクトルを補正したものを用いて非点収差補正量Δstx，Δstyを求めるようにする。図２０のように、非点較差ｄｘがｄｙに比較して小さく、ピークｄ０，ｄ９０が大きい場合には非点較差ｄｙは実際よりも小さい方向にずれるので、これを補正できる式を用いればよい。下記３種類の補正式を例としてあげるが、上記補正を行える類似の働きをする式を用いても同じことである。第1の補正式では、非点較差dxとdyの大小関係によって非点較差ベクトル(dx,dy)を補正する。非点較差ベクトル(dx，dy)=(p0-p90,p45-p135)を(dx/dy)^pによって補正して（記号 ^ はべき乗を示す）、
【００８７】
【数５】
0003994691.tif 000004
【数６】
0003994691.tif 000005
によって非点補正量配分をおこなう。mxx,mxy,myx,myyは従来の非点補正量配分パラメータである。pは非線型補正用のべき乗パラメータである。
ここで、pは鮮鋭度の重心位置が隣接方向の鮮鋭度に引きずられてずれる現象を補正するパラメータで、０＜p＜1の値である。
第２の補正式では、非点較差dxとdyの大小関係に加えて方向性鮮鋭度のピーク高さを用いて非点較差ベクトル(dx,dy)を補正する。それぞれpd0，pd45，pd90，pd135をd0，d45，d90，d135曲線のピーク高さとし、px＝pd0＋pd90、py＝pd45＋pd135 とすると、
【００８８】
【数７】
0003994691.tif 000006
【数８】
0003994691.tif 000007
によって非点補正量配分をおこなう。ここで、a：1.8（1〜2）、bp，bd：5、cp，cd：0.5程度の補正係数である。すなわちpx＜pyでかつdx＞dyの場合に最大a倍程度dxを補正する。またpx＞pyでかつdx＜dyの場合に最大a倍程度dyを補正する。
第3の補正式として
【００８９】
【数９】
0003994691.tif 000008
【数１０】
0003994691.tif 000009
によって非点補正量配分をおこなう。a：1.8（1〜2）、bp，bd：2程度、cp，cd：４程度の補正係数である。すなわちpx＜pyでかつdx＞dyの場合に最大a倍程度dxを補正する。またpx＞pyでかつdx＜dyの場合に最大a倍程度dyを補正する。
これらの式によって、試料パターンの方向に偏りがある場合でも、これを補正して高精度に非点収差補正量を計算でき、非点収差補正を高速、高精度に行うことが可能となる。
【００９０】
次に、本発明に係る非点収差・焦点自動補正をさらに高速に行うための別の実施例について図８および図９を用いて説明する。即ち、校正用ターゲット６２として、図８（ａ）に示すように表面が傾いており、この表面上に適当なパターンの形成された校正用ターゲット６２ａ、または図８（ｂ）に示すように表面が階段状になっており、この表面上に適当なパターンの形成された校正用ターゲット６２ｂを用いる。本ターゲット６２ａ、６２ｂは、図１および図１０に示すように試料台２０上に備えておけばよい。すると、このターゲット（試料）６２ａ、６２ｂの粒子画像を一枚得るだけで、画像中の領域によって焦点ｆのことなる画像が得られる。これをスキャン方向を回転させて２枚得ることによって、既述のノイズに強い方向鮮鋭度の計算が可能になる。なお、校正用ターゲット６２ａの基準点の高さ、および校正用ターゲット６２ｂの基準面の高さと実際の試料２０の表面の高さの差を予め計測しておくものとする。方法としては、ターゲット６２と試料２０の双方で自動高さ補正をかけるか、後述のように光学式高さセンサで計測する方法が例として挙げられる。
【００９１】
即ち、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す校正用ターゲット６２ａ、６２ｂを用いたため、一枚の粒子画像の異なった領域からフォーカスｆが変わった画像が得られることにある。そのため、図９に示すフローチャートにおいて、図５に示すフローチャートと相違するのは、領域毎に高さ（フォーカス）ｆが変えられた３方向以上のエッジ成分を同程度に含む一枚の粒子画像を取得し、各領域ごとに方向性鮮鋭度ｐθ（ｆ）を計算するステップＳ５１’である。後は、図５に示すステップＳ５２〜Ｓ５５と同様に非点収差・焦点補正量を求めて調整をおこなえばよい。これによって一枚の画像だけから高速に非点収差・焦点補正を行うことが可能となる。
【００９２】
また、水平な平面状の校正用ターゲット６２または実際の試料２０を用いても上記実施例と同様の効果を得ることも可能である。即ち、焦点位置を高速に変化させながら粒子画像を撮像すると、上記実施例と同様に画像中の領域によって焦点の異なる画像を得ることができ、これによって一枚の画像だけから高速に非点収差・焦点補正を行うことが可能となる。
【００９３】
次に、被対象基板に対する検査または計測と非点収差・焦点補正との関係について説明する。まず、被対象基板（実際の試料）２０を試料台２１上に搭載する。そして、全体制御装置２６に対しては、上記被対象基板２０上において検査または計測すべき少なくとも位置情報が記録媒体やネットワーク等で構成された入力手段５９を用いて入力されて記憶されている。従って、被対象基板２０に対して検査または計測する場合、全体制御装置２６からの指令でステージ４６が制御されて被対象基板２０上の所定の位置は、荷電粒子光学系の視野に持ってこられ、次に荷電粒子ビームが走査照射されて粒子検出器１６で粒子画像が検出されてＡ／Ｄ変換後画像メモリ５５に記憶され、検査・計測用画像処理回路５６で画像処理が行われて検査または計測が行われる。この時、各検査または計測位置で本発明に係る非点収差・焦点補正を行うことによって常に収差の補正された粒子画像に基づく検査または計測を実現することができる。
【００９４】
また、検査／計測装置が、チャージアップ、汚れ、ダメージなどの被対象基板への影響の少ない例えば光学的な高さ検出センサ１３を持っている場合には、各検査または計測位置では光学的な高さ検出センサ１３を用いた試料高さの焦点へのフィードバックを行い、焦点・非点収差調整のための収束荷電粒子ビームの走査照射を行わずに、検査または計測のための収束荷電粒子ビームの走査照射を行うことによって、被対象基板（試料）２０へのチャージアップ、汚れ、ダメージなどの影響を最小限に抑えることも可能である。この場合は、予め、あるいは検査または計測中に定期的に試料２０上の別の位置、あるいは、試料台２１上に設けられた校正用ターゲット６２を用いて非点収差・焦点自動調整を行う。
【００９５】
ところで、校正用ターゲット６２は、図８に示された傾いたあるいは階段状の試料でも、図１に示された上面が水平な試料でもよい。
【００９６】
以上説明した本発明に係る非点収差・焦点自動調整によって、焦点位置と非点収差の経時変化によるずれを補正することになる。しかし、予め本発明に係る非点収差・焦点自動調整によって、光学的な高さ検出センサ１３との検出オフセットを合せておく必要がある。実際の試料（被対象基板）２０上の各検査または計測位置での高さの違い（変動）は、光学的な高さ検出センサ１３によって検出して合焦点補正を行う。これによって、検査または計測時のみ非点収差のない収束荷電粒子ビームを実際の試料２０に合焦点状態で走査照射することによって、チャージアップ、汚れ、ダメージなどの影響を最小限に抑えた状態で粒子画像を検出することができ、その結果被対象基板に対して高精度の検査または計測をおこなうことが可能となる。
【００９７】
また、光学的高さ検出センサ１３と焦点位置制御部２２との間のオフセットのみならずゲインも校正したい場合には、あらかじめ、高さの分かった校正用ターゲット６２を複数用意して、これらの上で、自動焦点補正と光学的高さ検出センサ１３による検出の両方を行うことにより、ゲインさらにはリニアリティーも校正することができる。また、ステージ４６のＺ軸によって校正用ターゲット６２あるいは試料２０の高さを変えながら、このうえで自動焦点補正と光学的高さ検出センサ１３による検出の両方を行うことにより、ゲインさらにはリニアリティーの校正を行うことも可能である。
【００９８】
また、図１０に示すようにステージ４６を横方向に連続移動させながら、ビーム偏向器１５を駆動して収束荷電粒子ビームを上記ステージの移動方向と交差する方向（特にほぼ直交する方向）に走査し、粒子検出器１６で粒子画像を連続検出し、高速の検査または計測を行う場合には、次に説明するような制御を行う。
【００９９】
即ち、光学的な高さ検出センサ１３の高さ検出値を、焦点位置制御部２２と偏向制御部４７とに常にフィードバックし、常に、焦点のずれと偏向の回転を補正しながら粒子画像を連続的に検出することによって、実際の試料２０の全面に亘っての高精度・高感度の検査または計測を実現することができる。なお、焦点の補正のために焦点位置制御部２２を駆動する代わりに、ステージ４６のＺ軸を駆動しても同様の効果が得られることは言うまでもない。この間、図１０に示すように定期的に校正用試料６２に移動して、自動焦点・非点収差補正を行うことによって、長時間にわたって、焦点・非点収差を高精度に補正された粒子画像を用いた高精度・高感度検査を行うことが可能となる。
【０１００】
以上説明した実施の形態では、荷電粒子線装置を検査／計測装置に適用した場合について説明したが、荷電粒子ビームを用いた加工装置等にも適用することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、収束荷電粒子ビームの走査照射によって検出される少数の粒子画像を用いて試料にダメージを与えずに高速・高精度に非点収差および焦点の自動調整を行うことができる効果を奏する。
【０１０２】
また、本発明によれば、試料にダメージを与えずに高速・高精度に非点収差および焦点の自動調整が行われた収束荷電粒子ビームを被対象基板に走査照射することによって検出される粒子画像に基いてパターンや異物などの欠陥を検査またはパターンの寸法を計測する場合に、長時間にわたって検出される粒子画像の画質を維持し、安定し、しかも高精度の自動検査または計測を行うことができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る荷電粒子線装置の一実施の形態である検査／計測装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】非点収差補正コイルの平面図である。
【図３】非点収差とビームスポット形状の関係を示す図である。
【図４】焦点・非点収差補正用パターンの実施例を示す平面図である。
【図５】図１に示す非点収差・焦点補正量算出用画像処理回路で実行する画像処理フローを示すフロー図である。
【図６】計算される方向性鮮鋭度ｄθ（ｆ）と、非点隔差の大きさδと方向αおよび焦点オフセットｚとの関係を示すグラフである。
【図７】方向性鮮鋭度を求めるための画像処理の例を示す図である。
【図８】焦点・非点収差補正を高速に行なうための校正用ターゲット（試料）形状を示す平面図である。
【図９】図８に示す校正用ターゲットを用いた場合における図１に示す非点収差・焦点補正量算出用画像処理回路で実行する画像処理フローを示すフロー図である。
【図１０】焦点・非点収差のドリフトの定期校正を行なう場合の視野移動シーケンスを示すウェハの平面図である。
【図１１】方向性鮮鋭度曲線の最大位置を補間する方法を説明するためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）ｚ方向の各位置におけるビーム形状を示す断面図、（ｂ）（ｃ）ともに方向性鮮鋭度曲線が双峰性を示す場合を説明するためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【図１３】方向性鮮鋭度曲線の中心位置を重心を用いて求める方法を説明するためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【図１４】方向性鮮鋭度曲線の中心位置を極大位置の加重平均を用いて求める方法を説明するためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【図１５】（ａ）（ｂ）ともに、方向性鮮鋭度曲線の中心を対称性マッチングを用いて求める方法を説明するためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【図１６】方向性鮮鋭度曲線の方向による特性の違いを示すためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【図１７】２方向にスキャンをした２枚の画像から４方向の方向性鮮鋭度をより正確に求める方法を説明するためのウェハの平面図とフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフとを組合わせた図である。
【図１８】図１７に示す方法で方向性鮮鋭度を算出する場合の非点収差補正の処理フローを示すフロー図である。
【図１９】方向鮮鋭度がほかの方向のパターンの影響でずれる場合を説明するためのウェハの平面図とフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフとを組合わせた図である。
【図２０】図１９で示した現象を補正してより高精度な非点収差補正をおこなう原理を説明するためのフォーカス値と先鋭との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…荷電粒子光学系    １３…光学的高さ検出センサ    １４…荷電粒子源（電子源またはイオン源）    １５…ビーム偏向器    １８…対物レンズ    １８ａ…焦点補正用のコイル    １６…粒子検出器    １９…グリッド電極    ２０…試料    実際の試料（被対象基板）    ２１…試料台    ２２…焦点位置制御部    ２４…Ａ／Ｄ変換器    ２６…全体制御装置    ４６…ＸＹステージ
４７…偏向制御部    ４８…グリッド電位調整部    ４９…試料台電位調整部
５０…ステージ制御部    ５１…線源電位調整部    ５２、５５…画像メモリ    ５３…非点収差・焦点補正量算出用画像処理回路    ５４…記憶装置
５６…検査・計測用画像処理回路    ５７…記憶装置    ５８…表示装置（表示手段）    ６０…非点収差補正器    ６１…非点収差補正回路部    ６２…校正用ターゲット    ６４…非点収差調整部
【図１】
0003994691.tif 000010
【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】
0003994691.tif 000017
【図９】
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【図１０】
0003994691.tif 000019
【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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