(57)【要約】      （修正有）【課題】微細なパターンを検査又は計測する検査計測装置における計測・検査画像の視認性を向上させる。【解決手段】荷電粒子ビーム装置１０００を、荷電粒子ビームＡ２を試料１１０の表面に照射して走査する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームが照射された試料から発生した二次荷電粒子Ａ４を検出する検出部１０７と、検出部の検出信号を受けて試料の画像を形成する画像形成部５０と、画像形成部で形成した画像を処理する画像処理部２０５と、画像処理部で処理して結果を表示する表示部２１５とを備えて構成し、画像形成部は、検出部の検出信号のうちアナログ信号成分を処理して画像を形成するアナログ信号処理部５２と、検出部の検出信号のうちパルス信号成分を処理して画像を形成するパルスカウント方式信号処理部５３と、アナログ信号処理部で形成した画像とパルスカウント方式信号処理部で形成した画像を合成する画像合成処理部５４とを有して構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収束させた荷電粒子ビームを試料の表面に照射して走査する荷電粒子光学系と、
前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した二次荷電粒子を検出する検出部と、
前記検出部の検出信号を受けて前記試料の画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成した画像を処理する画像処理部と、
前記画像処理部で処理して結果を表示する表示部と
を備えた荷電粒子ビーム装置であって、
前記画像形成部は、
前記検出部の検出信号のうちアナログ信号成分を処理して画像を形成するアナログ信号処理部と、
前記検出部の検出信号のうちパルス信号成分を処理して画像を形成するパルスカウント方式信号処理部と、
前記アナログ信号処理部で形成した画像と前記パルスカウント方式信号処理部で形成した画像を合成する画像合成処理部と
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記アナログ信号処理部は、前記荷電粒子光学系で前記試料表面の同一領域に前記荷電粒子ビームを照射して走査することを複数回繰返した時に前記検出部から出力された検出信号を受けて複数のフレームの画像を形成し、前記形成した複数のフレームの画像を加算して加算画像を形成し、前記形成した加算画像を前記画像合成部へ出力することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記パルスカウント方式信号処理部は、前記荷電粒子光学系で前記試料表面の同一領域に前記荷電粒子ビームを照射して走査することを複数回繰返した時に前記検出部から出力された検出信号を受けて、予め設定したしきい値を超えたパルスを検出して前記検出したパルスの位置情報を記憶することを複数のフレームに亘って行い、前記複数のフレーム分の前記検出したパルスの位置情報を加算して画像を生成し、前記生成した画像を前記画像合成部へ出力することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記アナログ信号処理部は、前記検出部の検出信号をローパスフィルタを通して低周波信号成分を抽出し、前記抽出した低周波信号成分を処理して画像を形成することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記パルスカウント方式信号処理部は、前記検出部の検出信号をハイパスフィルタを通して高周波信号成分を抽出し、前記抽出した光周波信号成分を処理して画像を形成することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記検出部は、前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した比較的小さいエネルギを有する二次荷電粒子を検出する第１の検出器と、前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した比較的大きいエネルギを有する二次荷電粒子を検出する第２の検出器とを有し、前記アナログ信号処理部は前記第１の検出器から出力された検出信号を処理し、前記パルスカウント方式信号処理部は前記第２の検出器から出力された検出信号を処理することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
収束させた荷電粒子ビームを試料の表面に照射して走査する荷電粒子光学系と、
前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した二次荷電粒子を検出する検出部と、
前記検出部の検出信号を受けて前記試料の画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成した画像を処理する画像処理部と、
前記画像処理部で処理して結果を表示する表示部と
を備えた荷電粒子ビーム装置であって、
前記画像形成部は、
前記検出部の検出信号を低周波成分と高周波成分に分離して前記分離した低周波信号成分と高周波信号成分とを出力するする信号分配部と、
前記信号分配部から出力された低周波信号成分を処理して画像を形成する低周波信号処理部と、
前記信号分配部から出力された高周波信号成分を処理して画像を形成する高周波信号処理部と、
前記低周波信号処理部で形成した画像と前記高周波信号処理部で形成した画像を合成する画像合成処理部と
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
請求項７記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記低周波信号処理部は、前記荷電粒子光学系で前記試料表面の同一領域に前記荷電粒子ビームを照射して走査することを複数回繰返した時に前記検出部から出力された検出信号を受けて複数のフレームの画像を形成し、前記形成した複数のフレームの画像を加算して加算画像を形成し、前記形成した加算画像を前記画像合成部へ出力することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
請求項７記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記高周波信号処理部は、前記荷電粒子光学系で前記試料表面の同一領域に前記荷電粒子ビームを照射して走査することを複数回繰返した時に前記検出部から出力された検出信号を受けて、予め設定したしきい値を超えた高周波信号を検出して前記検出した高周波信号が発生した位置の情報を記憶することを複数のフレームに亘って行い、前記複数のフレーム分の前記検出した高周波信号の発生位置情報を加算して画像を生成し、前記生成した画像を前記画像合成部へ出力することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項７記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記検出部は、前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した比較的小さいエネルギを有する二次荷電粒子を検出する第１の検出器と、前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した比較的大きいエネルギを有する二次荷電粒子を検出する第２の検出器とを有し、前記低周波信号処理部は前記第１の検出器から出力された検出信号を処理し、前記高周波信号処理部は前記第２の検出器から出力された検出信号を処理することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
荷電粒子光学系により収束させた荷電粒子ビームを試料の表面に照射して走査し、
前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した二次荷電粒子を検出部で検出し、
前記二次荷電粒子を検出した検出部の検出信号を受けて画像形成部で前記試料の画像を形成し、
前記画像形成部で形成した画像を画像処理部で処理し、
前記画像処理部で処理した結果を表示部に表示する
荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法であって、
前記画像形成部で前記試料の画像を形成することを、
前記検出部の検出信号のうちアナログ信号成分をアナログ信号処理部で処理して画像を形成し、
前記検出部の検出信号のうちパルス信号成分をパルスカウント方式信号処理部で処理して画像を形成し、
前記アナログ信号処理部で形成した画像と前記パルスカウント方式信号処理部で形成した画像を画像合成処理部で合成する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法であって、前記アナログ信号処理部で画像を形成することを、前記荷電粒子光学系で前記試料表面の同一領域に前記荷電粒子ビームを照射して走査することを複数回繰返した時に前記検出部から出力された検出信号を受けて複数のフレームの画像を形成し、前記形成した複数のフレームの画像を加算して加算画像を形成することにより行い、前記形成した加算画像を前記画像合成部へ出力することを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法であって、前記パルスカウント方式信号処理部で画像を生成することを、前記荷電粒子光学系で前記試料表面の同一領域に前記荷電粒子ビームを照射して走査することを複数回繰返した時に前記検出部から出力された複数のフレームの検出信号を受けて、予め設定したしきい値を超えたパルスを検出して前記検出したパルスの位置情報を記憶することを複数のフレームに亘って行い、前記複数のフレーム分の前記検出したパルスの位置情報を加算して画像を生成することにより行い、前記生成した画像を前記画像合成部へ出力することを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法であって、前記アナログ信号処理部で処理して画像を形成することを、前記検出部の検出信号をローパスフィルタを通して低周波信号成分を抽出し、前記抽出した低周波信号成分を処理して画像を形成することにより行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法であって、前記パルスカウント方式信号処理部で処理した画像を形成することを、前記検出部の検出信号をハイパスフィルタを通して高周波信号成分を抽出し、前記抽出した光周波信号成分を処理して画像を形成することにより行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法であって、前記検出部は、前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した二次荷電粒子のうち比較的小さいエネルギを有する二次荷電粒子を第１の検出器で検出し、前記荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された前記試料から発生した二次荷電粒子のうち比較的大きいエネルギを有する二次荷電粒子を第２の検出器で検出し、前記第１の検出器の検出信号を前記アナログ信号処理部で処理して画像を形成し、前記第２の検出器の検出信号を前記パルスカウント方式信号処理部で処理して画像を形成することを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上に形成された微細なパターンを計測、観察又は検査するための荷電粒子ビーム装置及びそれを用いた画像の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子ビーム計測装置では、試料に電子ビームを照射した際に発生する二次電子や反射電子を検出するために、シンチレータと光電子増倍管を組み合わせて使われている。シンチレータから発せられる光が光電子増倍管に入射すると光電面から光電子が放出され、その電子は光電子増倍管で増幅される。ここで、入射す光が強い領域では光電子増倍管出力のパルス間隔が狭いため、おのおの重なり合ったアナログ波形となる。しかし光が弱くなるとおのおのが離散したパルス状の出力波形となる。
【０００３】
このようなアナログ波形とパルス状の出力波形の検出方式に関係する先行技術例として、特開２０１１−１７５８１１号公報（特許文献１）、に記載された技術がある。特許文献１では、以下の内容が記載されている。荷電粒子線装置において、出力信号が当該検出器へ一つの荷電粒子が入射される状態における出力信号であるか、当該検出器へ複数の荷電粒子が入射される状態における出力信号であるかを判定する判定部と、前記出力信号が当該検出器へ一つの荷電粒子が入射される状態における出力信号であると判断された場合には、パルスカウント法による信号処理により画像形成を行い、前記出力信号が当該検出器へ複数の荷電粒子が入射される状態における出力信号であると判断された場合には、アナログ法による信号処理により画像形成を行う演算部を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７５８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体製造プロセスにおいて、半導体基板（ウェハ）上に形成される回路パターンの微細化が急速に進んでおり、それらのパターンが設計通りに形成されているか否か等を監視するプロセスモニタリングの重要性が益々増加している。例えば、半導体製造プロセスにおける異常や不良（欠陥）の発生を早期に或いは事前に検知するために、各製造工程の終了時に、ウェハ上の回路パターン等の計測及び検査が行われる。
【０００６】
上記計測、観察、又は検査の際、走査型電子ビーム方式を用いた電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）などの計測検査装置及び対応する計測検査方法においては、対象のウェハ（試料）に対して電子ビーム（電子線）を走査（スキャン）しながら照射し、これにより発生する二次電子・反射などのエネルギーを検出する。そしてその検出に基づき信号処理・画像処理などにより画像（計測画像や検査画像）を生成し、当該画像に基づいて計測、観察又は検査が行われる。
【０００７】
例えば、回路パターンにおける欠陥の検査を行う装置（検査装置、検査機能）の場合は、検査画像を用いて、同様の回路パターンの画像同士を比較し、それらの差が大きい箇所を欠陥として判定・検出する。
【０００８】
また回路パターンにおける計測を行う装置（計測装置、計測機能）の場合は、二次電子・反射電子などの発生量が試料の凹凸（表面形状）によって変化するので、その二次電子などの信号の評価処理により、試料の表面形状の変化などを捉えることができる。特に、回路パターンのエッジ部で二次電子などの信号が急激に増減することを利用して、当該回路パターンの画像内でのエッジ位置を推定することで、回路パターンの寸法値などを計測することができる。そしてその計測結果に基づいて、当該回路パターンの加工の良否などを評価することができる。
【０００９】
更に、他の検査装置で検出した欠陥を詳細に観察する装置（レビュー装置）の場合は、他の検査装置で検出した欠陥の位置座標に基づいて低倍率の二次電子像で欠陥位置を検出し、次に高倍率の二次電子像で欠陥の拡大像を撮像し、この拡大画像で欠陥を観察すると共に、拡大画像から欠陥の画像上の特徴量を抽出して欠陥の分類を行っている。
【００１０】
従来例のＳＥＭ等の計測検査装置における電子ビーム走査方式について、以下に説明する。例えばＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）における通常の電子ビームの走査を、ＴＶ走査またはラスタ走査などと呼ぶ。またＴＶ走査を基準としてその走査測度をｎ倍速とした走査をｎ倍速走査などと呼ぶ。
【００１１】
従来のラスタ走査方式またはＴＶ走査方式では、電子ビームの走査方向や走査速度、試料上に形成されたパターンの形状などに応じて、試料の帯電量に違いが生じるという課題がある。これは、計測又は検査対象のパターンが微細化するに伴い、より顕著になってくる。この試料の帯電量の違いにより、計測又は検査対象の微細なパターンを電子ビームで走査し二次電子を検出して得た画像において、画像コントラストが低下、あるいは回路パターンのエッジが消失する等、試料表面状態の観察すなわち測定や検査の精度が低下するまたは不可能になるという問題が発生する。
【００１２】
上記計測・検査の精度低下に関して、単位領域あたりの電子ビーム照射時間を短くし、即ち照射電荷密度を小さくし、試料の帯電量を下げる又は適切にすることが有効である。このためには、電子ビーム照射走査速度をｎ倍速のように速くすること即ち高速走査を実現することが有効である。しかし、上記電子ビームの高速走査による照射電荷密度低下に伴い、試料から生じる二次電子・反射電子などの発生頻度が減少、すなわち二次電子等の検出頻度が低下するという問題が生じる。
【００１３】
二次電子・反射電子などの検出方式として、アナログ検出方式とパルスカウント方式がある。
【００１４】
アナログ検出方式は、二次電子の信号強度を画素単位の積分値を用いて画像化する方式である。信号波形に対し、周期的に出力値を読み取り、それぞれの波高値を画素データとする手法が好適とされる。出力値の読み方法として通常はアナログ・デジタル変換器(以下、ＡＤＣと記す)を用いてサンプリングである。サンプリングされた信号の振幅情報を画素で積分・平均化して画素の階調値差を生成するので、画像の明るさ変化情報を得ることが可能である。しかし、微細なパターン上を電子ビーで高速に走査した場合、試料からの二次電子の発生頻度が低下して、検出系からは幅が狭く離散的なパルス信号が出力されるが、このパルス信号は検出系のバックグランドノイズに漏れてしまい、検出信号の信号対雑音比（Ｓ/Ｎ比）が小さくなる課題はある。
【００１５】
一方、パルスカウント方式は、微細なパターン上を電子ビーで高速に走査した場合に二次電子検出系から出力される離散的なパルス信号に対して、波高弁別を行い、ある閾値を超えるパルス信号の数を計数する方式である。微細なパターン上を電子ビームで高速に走査した場合に生じる二次電子等の発生頻度の低下に対して、パルスカウント方式は、アナログ検出方式と比較して高い信号対雑音比（Ｓ/Ｎ比）で信号を検出でき、低頻度の二次電子等検出に有効である。しかし、パルスカウント方式では、信号出力がパルスのあり・なし情報しかなく、白黒の二値化画像しか得られない。各画素のパルス頻度で画像の明るさ変化情報を表す階調値を生成するために、たくさんのフレーム積算数が必要になる。
【００１６】
そこで、本発明では、微細なパターンを検査又は計測する検査計測装置における計測・検査画像の視認性を向上させる荷電粒子ビーム装置及びそれを用いた画像の形成方法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】
【００１７】
上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム装置を、収束させた荷電粒子ビームを試料の表面に照射して走査する荷電粒子光学系と、この荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された試料から発生した二次荷電粒子を検出する検出部と、この検出部の検出信号を受けて試料の画像を形成する画像形成部と、この画像形成部で形成した画像を処理する画像処理部と、この画像処理部で処理して結果を表示する表示部とを備えて構成し、画像形成部は、検出部の検出信号のうちアナログ信号成分を処理して画像を形成するアナログ信号処理部と、検出部の検出信号のうちパルス信号成分を処理して画像を形成するパルスカウント方式信号処理部と、アナログ信号処理部で形成した画像とパルスカウント方式信号処理部で形成した画像を合成する画像合成処理部とを有して構成した。
【００１８】
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム装置を、収束させた荷電粒子ビームを試料の表面に照射して走査する荷電粒子光学系と、この荷電粒子光学系により荷電粒子ビームが照射された試料から発生した二次荷電粒子を検出する検出部と、この検出部の検出信号を受けて試料の画像を形成する画像形成部と、この画像形成部で形成した画像を処理する画像処理部と、この画像処理部で処理して結果を表示する表示部とを備えて構成し、画像形成部は、検出部の検出信号を低周波成分と高周波成分に分離して分離した低周波信号成分と高周波信号成分とを出力するする信号分配部と、信号分配部から出力された低周波信号成分を処理して画像を形成する低周波信号処理部と、信号分配部から出力された高周波信号成分を処理して画像を形成する高周波信号処理部と、低周波信号処理部で形成した画像と高周波信号処理部で形成した画像を合成する画像合成処理部とを有して構成した。
【００１９】
更に、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム装置を用いた画像の形成方法を、電子光学系により収束させた荷電粒子ビームを試料の表面に照射して走査し、電子光学系により荷電粒子ビームが照射された試料から発生した二次荷電粒子を検出部で検出し、二次荷電粒子を検出した検出部の検出信号を受けて画像形成部で試料の画像を形成し、画像形成部で形成した画像を画像処理部で処理し、画像処理部で処理した結果を表示部に表示することにより行い、画像形成部で試料の画像を形成することを、検出部の検出信号のうちアナログ信号成分をアナログ信号処理部で処理して画像を形成し、検出部の検出信号のうちパルス信号成分をパルスカウント方式信号処理部で処理して画像を形成し、アナログ信号処理部で形成した画像とパルスカウント方式信号処理部で形成した画像を画像合成処理部で合成するようにした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のうち代表的な形態によれば、計測・検査装置において、アナログ方式とパルスカウント方式を併用画像を合成する構成としたことにより，高分解能・高速走査に伴う微小化二次電子の高感度検出と検出画像の輝度階調適正化を可能とし，計測・検査装置の分解能向上，高スループット化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置の二次電子検出信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置のアナログ信号処理部で形成した画像とパルスカウント方式信号処理部で形成した画像を合成する方法を示す画像の図である。
【図４】本発明の実施例２に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置の二次電子検出信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例３に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて取得した試料の荷電粒子画像信号を高周波成分と低周波成分とに分けてそれぞれの信号成分から画像を形成し、この形成した画像を合成することにより、試料上に形成されたパターンの境界領域が鮮明な画像を得られるようにしたものである。
【００２３】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付しその繰り返しの説明は省略する。以下、計測検査装置及び計測検査方法とは、計測のみを行う場合、検査のみを行う場合、及び計測と検査の両方が可能な場合を含む。
【実施例１】
【００２４】
図１、図２、図３を用いて、本発明の第１の実施例の走査型電子ビーム方式の計測検査装置及びそれを用いた計測検査方法について、従来例と比較しながら説明する。
【００２５】
［計測検査装置］
図１は、実施の形態１の計測・検査装置を含むシステム全体の構成を示す。実施の形態１の計測・検査装置１０００は、半導体ウェハを試料１１０として自動的な計測及び検査を行う機能を有する走査型電子ビーム方式の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）への適用例である。本計測・検査装置１０００は、試料１１０の表面のパターンにおける寸法値を計測する計測機能、及び同パターンにおける異常や欠陥などの状態を検出する検査機能を備える。
【００２６】
本計測・検査装置１０００は、本体であるカラム１００、試料１１０などを載置するステージである試料台１１２を含む機構系、信号処理系であるコンピュータ２００、及び二次電子検出信号処理部５０等を有する構成である。カラム１００は、ＳＥＭ方式の電子光学系や検出器１０７などを内蔵している。カラム１００の検出器１０７に対しては、プリアンプ回路３０を通じて、二次電子検出信号処理部５０が接続され、二次電子検出信号処理部５０がコンピュータ２００に接続されている。プリアンプ回路３０や二次電子検出信号処理部５０は例えば電子回路基板などで構成される。例えばカラム１００の側面近辺（内側または外側）にプリアンプ回路３０などの基板が接続されてもよい。
【００２７】
コンピュータ２００は例えばＰＣ等で実現できる。コンピュータ２００及び二次電子検出信号処理部５０等は、例えば制御ラックに格納される。またカラム１００、電子回路基板、コンピュータ２００等の間は、ケーブルなどで接続される。なおコンピュータ２００と他の基板（３０，５０）を一体化した形態なども可能である。
【００２８】
コンピュータ２００は、画像処理部２０５、制御部２１０、ＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）部２１５、電子光学制御部２２０、走査制御部２３０、検出制御部２４０、機構系制御部２５０などを備える。例えばプロセッサ及びメモリ等の公知の要素によるソフトウェアプログラム処理あるいは専用回路処理などで実現される。なおコンピュータ２００及び制御部２１０等において、計測機能と検査機能の両方を備えるが、一方のみ備える形態も勿論可能である。
【００２９】
制御部２１０は、ＧＵＩ部２１５によるＧＵＩ画面などを通じたユーザの指示入力に従い、本計測・検査装置１０００の全体及び各部を制御する処理、及び計測・検査の処理を行う。制御部２１０は、計測・検査の実行時、二次電子検出信号処理部５０及び画像処理部２０５を通じて検出・生成された画像を含むデータ情報を取得し、ＧＵＩ部２５０によるＧＵＩ画面に表示させる。制御部２１０は、上記画像を含むデータ情報や、計測・検査の設定情報などを、メモリやストレージ等の記憶手段に記憶し管理する。
【００３０】
ＧＵＩ部２１５は、計測・検査を行うユーザに対してＧＵＩ画面を提供する処理を行う。ユーザは、ＧＵＩ画面において計測・検査の作業に関して計測機能や検査機能を選択的に実行可能であり、各種の操作指示やデータ情報閲覧などが可能である。ＧＵＩ部２１５では、計測・検査の条件などを入力・設定する画面や、計測・検査の結果を二次元画像などの形式で表示する画面などを提供する。ＧＵＩ部２１５は、キーボードやマウスやディスプレイ等の入出力装置や通信インタフェース部などを含む。計測機能や検査機能を選択的に実行可能である。
【００３１】
電子光学制御部２２０は、ブランキング制御回路などを含む構成であり、制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の電子銃１０１、レンズ（１０２，１０４）、絞り１０３、ブランキング制御電極１０５等を含む光学系を駆動することで、電子ビーム（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の照射を制御する。カラム１００内の光学レンズ等を含む電子光学系を制御する。
【００３２】
走査制御部２３０は、偏向制御回路２３１を含む構成であり、制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の偏向器１０８を含む部位を駆動することで、試料１１０に対する電子ビーム（Ａ２）の照射による走査制御を行う。また走査制御部２３０は、後述の各走査速度の走査モードに対応する走査制御機能を実現し、指定された走査速度に応じて走査制御を行う。偏向制御回路２３１は、偏向器１０８に対して偏向制御信号を印加することにより、電子ビームの偏向による走査を制御する。
【００３３】
検出制御部２４０は、対物レンズ制御回路２４１などを含む構成であり、制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の対物レンズ１０９を含む部位を駆動することで、検出器１０７による試料１１０からの二次電子信号Ａ４（ＳＥ）の検出を制御する。対物レンズ制御回路２４１は、対物レンズ１０９に対して対物レンズ制御信号を印加することにより、試料１１０へのビームＡ２の照射による二次電子（ＳＥ）Ａ４の検出を制御する。
【００３４】
機構系制御部２５０は、制御部２１０からの制御に従い、試料台１１２等の機構系に対する制御信号の印加により、動作を制御する。例えば、試料台１１２に搭載した試料１１０の観察位置の情報に対応させて、試料台１１２のＸ，Ｙ方向への移動を制御する。
【００３５】
１１５は、上記各制御部（２２０，２３０，２４０）から対応する電極などを駆動制御する際のドライバ回路やその端子である。
【００３６】
カラム１００内は、図示していない真空排気ポンプにより内部を排気して真空の状態にすることが可能である。カラム１００の内部に配置した電子光学系などを構成する要素として、電子銃１０１、第１コンデンサレンズ１０２、絞り１０３、第２コンデンサレンズ１０４、ブランキング制御電極１０５、アパーチャ１０６、偏向器１０８、及び対物レンズ１０９等を有する。またカラム１００内には、検出系を構成する要素である検出器１０７などを備える。検出器１０７は、図２に示すように、シンチレータ７１と光電子増倍管７２を備えて構成されている。
【００３７】
電子銃１０１は、一次電子ビームであるビームＡ１を出射する。第１コンデンサレンズ１０２は、集束レンズであり、電子銃１０１から出射されたビームＡ１が通る。第２コンデンサレンズ１０４は、集束レンズであり、絞り１０３で絞られたビームＡ１が通る。電子銃１０１から出射されたビームＡ１は、第１コンデンサレンズ１０２、絞り１０３、及び第２コンデンサレンズ１０４を通じて集束される。
【００３８】
ブランキング制御電極１０５は、ビーム照射の遮断をオン／オフ制御するブランキング制御を行う場合に使用される。通常、遮断オフ時には、ブランキング制御電極１０５間をビームがそのまま通過し、Ａ２のようにアパーチャ１０６を通る。遮断オン時には、ブランキング制御電極１０５間でビームが曲げられ、Ａ３のようにアパーチャ１０６を通らずに遮断される。アパーチャ１０６を通過したビームＡ２は、偏向器１０８を通じて偏向制御される。即ちビームＡ２は、偏向制御を含む走査制御を通じて、対物レンズ１０９等を経て、試料台１１２上の試料１１０に対して走査しながら照射される。試料１１０に対する電子ビームＡ２の照射により試料１１０から発生する二次電子Ａ４（ＳＥ）の一部は検出器１０７に入射して、電気信号・アナログ信号（検出信号、パルス信号などともいう）として検出される。
【００３９】
二次電子Ａ４が入射した検出器１０７で検出されたアナログ信号は、プリアンプ回路３０での電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換部３１、及び増幅器３２による前置増幅を経て、二次電子検出信号検出部５０に入力される。二次電子検出信号検出部５０では、後述の信号分配部５１による二つの経路を分けて、それぞれアナログ方式信号検出部５２とパルスカウント方式信号検出部５３を経て、アナログ方式で得たアナログ画像信号とパルスカウント方式で得たパルス画像信号を、画像構成部５４で画素単位で画像の合成演算を行う。最後合成された画像信号が画像処理部２０５に入力される。
【００４０】
画像処理部２０５では、二次電子検出信号処理部５０の出力のデジタル信号ないしサンプリングデータを用いて、計測または検査に応じた画像処理を施すことで、二次元の計測画像または検査画像を生成する。画像処理部２０５は、計測機能の場合は計測画像を生成し、当該画像内のパターン寸法値の計算などを行う。また、検査機能の場合は、検査画像を生成し、当該画像内の欠陥などを検出・判定する処理などを行う。
【００４１】
制御部２１０は、当該画像を含むデータ情報を取得してコンピュータ２００内のメモリ等に記憶管理する。また制御部２１０からＧＵＩ部２５０の処理を通じて、当該画像及びデータ情報を含むＧＵＩ画面を生成しユーザに対し表示する。例えば計測機能の場合、計測画像内の情報に基づいて回路パターンの寸法などが計測される。検査機能の場合、検査画像内の情報に基づいて異常や欠陥などが検出される。
【００４２】
次に、二次電子検出信号処理部５０の詳細を、図２に示す。  
二次電子検出信号処理部５０は、信号分配機５１、アナログ方式信号処理部５２、パルスカウント式信号処理部５３、画像合成処理部５４を備え、検出器１０７に繋がるプリアンプ回路３０から出力された検出器１０７の検出信号を受けて処理し、その結果生成した合成画像を画像処理部２０５へ出力する。
【００４３】
信号分配機５１は、プリアンプ回路３０から増幅して出力された検出器１０７の検出信号を入力し、この入力した検出信号のうちアナログ成分をアナログ方式信号処理部５２へ、パルス信号成分をパルスカウント式信号処理部５３へ分配する。
【００４４】
信号分配機５１から検出器１０７の検出信号のアナログ信号成分が入力されたアナログ方式信号処理部５２では、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して、多諧調(例えば、２５６諧調)のデジタル画像を形成する。このデジタル画像を形成するに際し、例えば、本計測検査装置１０００がＣＤ−ＳＥＭ(測長ＳＥＭ)の場合には、画像のコントラストを改善するために、対物レンズ１０８で収束させた電子ビームＡ２で試料表面の同じ計測領域を複数回繰返して走査して同じ領域の複数のフレームの画像を取得し、これら複数フレームの画像を加算して１枚の計測用画像を生成する。
【００４５】
試料１１０に形成された計測用のパターンの幅が数１０ｎｍよりも小さい微細なパターンであり、この微細なパターン上を電子ビームＡ２の走査速度を上げて高速走査して撮像した場合、アナログ方式信号処理部５２で複数フレームの画像を加算して生成した計測用画像であっても、微細なパターンのエッジ部分が特定できるような鮮明な画像を得ることが難しい場合がある。このような画像からパターンの寸法を正確に求めることは大変難しく、たとえ寸法を求めたとしても、それには大きな誤差成分が含まれたものとなってしまう。
【００４６】
一方、信号分配機５１から検出器１０７の検出信号のパルス信号成分が入力されたパルスカウント方式信号処理部５２では、入力したパルス信号のうち予め設定したしきい値レベルよりも大きいパルス信号を抽出してその位置におけるパルスカウント数を１として位置情報とともに記憶する。位置情報は、電子ビームを走査する偏向電極１０８を制御する偏向制御部２３１の偏向制御信号から求められる。
【００４７】
本計測検査装置１０００がＣＤ−ＳＥＭ(測長ＳＥＭ)の場合には、前記したように、収束させた電子ビームＡ２で試料表面の同じ計測領域を複数回繰返して走査して同じ領域の複数のフレームの画像を取得し、これら複数フレームの画像を加算して１枚の計測用画像を生成する。すなわち、しきい値レベルよりも大きいパルスの数が位置ごとにフレーム数の分だけ加算され、各位置のパルスカウント数に対応した画像が形成される。
プリアンプ回路３０から増幅して出力された検出器１０７の検出信号のうち、パルス信号成分は、パターンのエッジ部分から比較的多く検出される。従って、フレーム数の分だけ加算されて形成された各位置のパルスカウント数に対応した画像としては、パターンのエッジの画像が得られる。
【００４８】
画像合成部５４では、図３に示すように、アナログ方式信号処理部５２で複数フレームの画像を加算して生成した１枚の計測用画像３０１：ＧＶＡＣ（Ｉ，Ｊ）の（Ｉ．Ｊ）で表される各画素３０３の信号と、パルスカウント方式信号処理部５２で形成されたパターンのエッジの画像３０２：ＧＶＰＣ（Ｉ，Ｊ）の（Ｉ，Ｊ）で表される各画素３０４の信号とを、画素単位または数画素単位の微小領域ごとに合成して合成画像ＧＶ（Ｉ，Ｊ）を作成することにより、アナログ方式信号処理部５２で複数フレームの画像を加算して生成した１枚の計測用画像よりもパターンのエッジ部分が明確になりバックグランドノイズが除去され画質が改善された画像３１０を得ることができる。
【００４９】
合成画像ＧＶ（Ｉ，Ｊ）の合成の仕方としては、いくつかの方法がある。例えば、図３の(ａ)に示したように、計測用画像３０１：ＧＶＡＣ（Ｉ，Ｊ）とエッジの画像３０２：ＧＶＰＣ（Ｉ，Ｊ）とをある関係式を用いて算出するフィルタリング方法、（ｂ）に示したように、計測用画像３０１：ＧＶＡＣ（Ｉ，Ｊ）とエッジの画像３０２：ＧＶＰＣ（Ｉ，Ｊ）と掛け合わせてそれにある係数ＧＫを掛け合わせる方法、又は、（ｃ）に示したように、エッジの画像３０２：ＧＶＰＣ（Ｉ，Ｊ）にある係数ＧＫを掛けたものと計測用画像３０１：ＧＶＡＣ（Ｉ，Ｊ）とを足し合わせる方法などがある。
【００５０】
画像合成部５４で合成された画像３１０は、画像処理部２０５に送られる。本計測検査装置１０００がＣＤ−ＳＥＭ(測長ＳＥＭ)の場合には、画像３１０が入力された画像処理部２０５では、入力した画像３１０から計測画像を生成し、当該画像内のパターン寸法値の計算などを行い、その結果をＧＵＩ部２１５から出力する。また、本計測・検査装置１０００が検査装置の場合には、画像３１０が入力された画像処理部２０５では、入力した画像３１０から検査用の画像を生成し、参照用の画像と比較して当該画像内のパターンの欠陥を検出し、その結果をＧＵＩ部２１５から出力する。
【００５１】
以上、本実施例によれば、アナログ信号を入力して積算画像を形成するアナログ積算方式とパルスカウント方式を併用して画像を生成する荷電粒子ビーム計測・検査装置により，高分解能・高速走査に伴う微弱な二次電子の高感度検出と検出画像の輝度階調適正化を可能とし，分解能向上，高スループット化に貢献する。
【実施例２】
【００５２】
本発明の第２の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例における走査型電子ビーム方式の検査・計測装置の構成は、実施例１で図１を用いて説明したものと二次電子検出信号処理部６０を除いて同じであるので、説明を省略する。
【００５３】
図４は、本実施例における二次電子検出信号処理部６０の構成を示す。本実施例における二次電子検出信号処理部６０は、アナログ方式信号処理部６１０とパルスカウント式信号処理部６２０を備えている。プリアンプ回路３０から増幅して出力された検出器１０７の検出信号は、アナログ方式信号処理部６１０とパルスカウント式信号処理部６２０とに同時に入力される。アナログ方式信号処理部６１０では、入力した信号からアナログ信号を抽出してアナログ方式で信号処理を行って画像を形成し、パルスカウント式信号処理部６２０では、入力した信号からパルス信号成分を抽出してパルスカウント方式で信号を処理してエッジ画像を作成する。
【００５４】
アナログ方式信号処理部６１０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１１、増幅器（ＡＭＰ）６１２，アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）６１３、積算器６１４、画像化処理部６１５を備えている。この構成において、プリアンプ回路３０から増幅して出力された検出器１０７の検出信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１１に入力して高周波成分を遮断して低周波成分が増幅器（ＡＭＰ）６１２に送られ、増幅されてアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）６１３でデジタル信号に変換されたのち、積算器６１４に入力する。積算器６１４では、画像のコントラストを改善するために、試料表面の同じ計測領域を複数回繰返して走査して得られた同じ領域の複数のフレームのデジタル信号を加算する。積算器６１４で所定のフレーム数のデジタル信号が加算されたのち、加算された信号は画像化処理部６１５に送られて複数フレームの信号が加算された画像が形成される。
【００５５】
一方、パルスカウント式信号処理部６２０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２１、増幅器（ＡＭＰ）６２２，比較器６２３、計数器６２４、画像化処理部６２５を備えている。この構成において、プリアンプ回路３０から増幅して出力された検出器１０７の検出信号はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２１に入力して低周波成分が遮断されてパルス信号などの高周波成分が増幅器（ＡＭＰ）６２２に送られて増幅され、比較器６２３で予め設定したしきい値と比較されてしきい値よりも大きいパルス信号が計数器６２４に送られる。計数器６２４では、試料表面の同じ計測領域を複数回繰返して走査して得られた同じ領域の複数のフレームごとに比較器６２３から送られてきたパルス信号を画素ごとに計数する。計数器６２４で所定のフレーム数のパルス信号が計数されたのち、この計数された情報は画像化処理部６２５に送られて複数フレームのパルス数に応じた画像が形成される。
【００５６】
実施例１で説明したように、アナログ方式信号処理部６１０の画像化処理部６１５で形成される複数フレームの信号が加算された画像(フレーム加算画像)は、撮像対象のパターンが微細な場合にはパターンのエッジ部分が特定できるような鮮明な画像を得ることが難しい場合がある。このような画像からパターンの寸法を正確に求めることは大変難しく、たとえ寸法を求めたとしても、それには大きな誤差成分が含まれたものとなってしまう。一方、パルスカウント式信号処理部６２０の画像化処理部６２５で形成される画像としては、実施例１で説明したように、パターンのエッジの画像が得られる。
【００５７】
画像合成部６３０では、実施例１において図３を用いて説明したのと同様に、アナログ方式信号処理部６１０の画像化処理部６１５から出力された複数フレームの画像を加算して生成した１枚の計測用画像と、パルスカウント方式信号処理部６２０で形成されたパターンのエッジの画像とを、画素単位または数画素単位の微小領域ごとに合成する。これにより、アナログ方式信号処理部６１０で複数フレームの画像を加算して生成した１枚の計測用画像よりもパターンのエッジ部分が明確になりバックグランドノイズが除去され画質が改善された画像を作成することができる。
【００５８】
画像合成部６３０における、画像の合成方法については、実施例１で図３を用いて説明したのと同じであるので、説明を省略する。
【００５９】
画像合成部６３０で合成された画像は、画像処理部２０５に送られる。本計測・検査装置１０００がＣＤ−ＳＥＭ(測長ＳＥＭ)の場合には、合成画像が入力された画像処理部２０５では、入力した合成画像から計測用の画像を生成し、当該画像内のパターン寸法値の計算などを行い、その結果をＧＵＩ部２１５から出力する。また、本計測・検査装置１０００が検査装置の場合には、合成画像が入力された画像処理部２０５では、入力した合成画像から検査用の画像を生成し、参照用の画像と比較して当該画像内のパターンの欠陥を検出し、その結果をＧＵＩ部２１５から出力する。
【００６０】
以上、本実施例によれば、アナログ信号を入力して積算画像を形成するアナログ積算方式とパルスカウント方式を併用して画像を生成する荷電粒子ビーム計測・検査装置により，高分解能・高速走査に伴う微弱な二次電子の高感度検出と検出画像の輝度階調適正化を可能とし，分解能向上，高スループット化に貢献する。
【実施例３】
【００６１】
本発明の第３の実施例を、図５を用いて説明する。
【００６２】
図５に示した計測・検査装置５０００が図１に示した実施例１の計測・検査装置１０００と異なる点は、実施例１の図１に示した計測・検査装置１０００では、本体であるカラム１００の内部に検出器１０７を１つだけ設けたのに対して、図５に示した本実施例における計測・検査装置５０００の本体であるカラム５００には、検出器１０７のほかに、検出器１０７ａを備えた点にある。
【００６３】
図５に示した本実施例における計測・検査装置５０００においては、検出器１０７で収束させた電子ビームＡ２が照射された試料１１０から発生した比較的小さいエネルギを有する二次電子（ＳＥ）を検出し、検出器１０７ａで試料１１０から発生した比較的大きなエネルギを有する反射電子（ＢＳＥ）を検出する。
【００６４】
また、実施例１においては、検出器１０７からの検出信号が増幅器３０で増幅されたのちに二次電子検出信号処理部５０に入って、アナログ方式信号処理部５２とパルスカウント方式信号処理部５３とに入って信号処理がなされていた。これに対して、本実施例においては、比較的小さいエネルギを有する二次電子（ＳＥ）Ａ４を検出した検出器１０７から出力された信号が増幅器３０で増幅されたのちに信号処理部３５０のアナログ方式信号処理部３５１に入力し、アナログ方式で信号処理が実行されて画像が形成される。また、比較的大きなエネルギを有する反射電子（ＢＳＥ）を検出した検出器１０７ａから出力された信号が増幅器３０ａで増幅されたのちに信号検出部３５０のパルスカウント方式信号処理部３５２に入力してパルスカウント方式で信号処理が実行されてパターンエッジの画像が形成さる。
【００６５】
アナログ方式信号処理部３５１で形成された画像とパルスカウント方式信号処理部３５２で形成された画像とはそれぞれ画像合成部３５３に入力して、実施例１で図３を用いて説明したような方式と同様に方式で合成画像が形成される。
【００６６】
実施例１で説明したように、アナログ方式信号処理部３５１で形成される複数フレームの信号が加算された画像(フレーム加算画像)は、撮像対象のパターンが微細な場合には微細なパターンのエッジ部分が特定できるような鮮明な画像を得ることが難しい場合がある。このような画像からパターンの寸法を正確に求めることは大変難しく、たとえ寸法を求めたとしても、それには大きな誤差成分が含まれたものとなってしまう。一方、パルスカウント式信号処理部３５２で形成される画像としては、実施例１で説明したように、パターンのエッジの画像が得られる。
【００６７】
画像合成部３５３では、実施例１において図３を用いて説明したのと同様に、アナログ方式信号処理部３５１から出力された複数フレームの画像を加算して生成した１枚の計測用画像と、パルスカウント方式信号処理部３５２で形成されたパターンのエッジの画像とを、画素単位または数画素単位の微小領域ごとに合成する。これにより、アナログ方式信号処理部３５１で複数フレームの画像を加算して生成した１枚の計測用画像よりもパターンのエッジ部分が明確になりバックグランドノイズが除去され画質が改善された画像を作成することができる。
【００６８】
画像合成部３５３で合成された画像は、実施例１に場合と同様に、画像処理部２０５に送られる。本計測検査装置５０００がＣＤ−ＳＥＭ(測長ＳＥＭ)の場合には、画像処理部２０５では、入力した画像から計測画像を生成し、当該画像内のパターン寸法値の計算などを行い、その結果をＧＵＩ部２１５から出力する。また、本計測検・査装置５０００が検査装置の場合には、画像処理部２０５では、入力した画像から検査用の画像を生成し、参照用の画像と比較して当該画像内のパターンの欠陥を検出し、その結果をＧＵＩ部２１５から出力する。
【００６９】
以上、本実施例によれば、アナログ信号を入力して積算画像を形成するアナログ積算方式とパルスカウント方式を併用して画像を生成する荷電粒子ビーム計測・検査装置により，高分解能・高速走査に伴う微弱な二次電子の高感度検出と検出画像の輝度階調適正化を可能とし，分解能向上，高スループット化に貢献する。
【００７０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７１】
３０，３０ａ・・・プリアンプ回路    ５０，６０・・・二次電子検出信号処理部  ５１・・・信号分配部    ５２，３５１、６１０・・・アナログ方式信号処理部    ５３，３５２，６２０・・・パルスカウント方式信号処理部    ５４，３５３，６３０・・・画像合成部    １００，５００・・・カラム    １０７，１０７ａ・・・検出器    ２００・・・コンピュータ(信号処理系)    ２０５・・・画像処理部    ２１０・・・制御部    １０００，５０００・・・計測・検査装置。
【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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