(57)【要約】  本発明は、光パラメータごとに変化する光の吸収特性にしたがって、試料の観察像のコントラストをできる限り高めることができる、荷電粒子線装置を提供することを目的とする。本発明に係る荷電粒子線装置は、試料に対して照射する光の偏光面などの光パラメータを変化させ、変化させた光パラメータに対応するコントラストを有する観察像を生成する。また、試料の形状パターンの特徴量に応じて、試料の光吸収係数が最大となるような光パラメータを特定する（図５参照）。
2020194575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
前記試料に対して照射する光を出射する光源、
前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料の観察像を生成する画像処理部、
前記光の物理的特性を表す光パラメータを制御する光制御部、
を備え、
前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を変化させることにより、変化させた前記偏光面に対応するコントラストを有する前記観察像を前記画像処理部に生成させる
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を第１偏光面に制御することにより、前記試料が前記第１偏光面に対応する第１光吸収係数を有するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させ、
前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を前記第１偏光面とは異なる第２偏光面に制御することにより、前記試料が前記第２偏光面に対応する第２光吸収係数を有するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させる
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】
前記光制御部は、前記光パラメータとして、
前記光を水平面上に投影したとき前記光と前記水平面上の座標軸との間に形成される角度、
前記光を垂直面上に投影したとき前記光と前記垂直面上の座標軸との間に形成される角度、
前記光の波長、
前記光の照射周期、
前記光の単位時間当たりの照射量、
のうち少なくともいずれかを制御する
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】
前記画像処理部は、前記光制御部が前記光パラメータを第１パラメータに調整したときにおける前記試料の第１観察像と、前記光制御部が前記光パラメータを第２パラメータに調整したときにおける前記試料の第２観察像とを生成し、
前記画像処理部は、前記第１観察像と前記第２観察像との間の差分を求めることにより差画像を生成し、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記差画像を表示する表示部を備える
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５】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して１次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
前記試料に対して照射する光を出射する光源、
前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料の観察像を生成する画像処理部、
前記光の物理的特性を表す光パラメータを制御する光制御部、
前記試料上に形成されている形状パターンの特徴量を抽出する特徴量抽出部、
前記光に対する前記試料の光吸収係数が最大となるような前記光パラメータを前記特徴量にしたがって特定する光パラメータ特定部、
を備える
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記荷電粒子線装置はさらに、１以上の前記光パラメータと前記光吸収係数との間の対応関係を記述した吸収係数データを格納する記憶部を備え、
前記光パラメータ特定部は、前記吸収係数データを参照することにより、前記観察像のコントラストができる限り大きくなる前記光パラメータを特定する
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７】
前記特徴量抽出部は、
前記形状パターンの寸法、
前記形状パターンの平面密度、
前記形状パターンの繰り返し周期、
前記形状パターンの面積、
前記形状パターンの輪郭線、
前記形状パターンを構成する材料の光物性、
のうち少なくともいずれかを前記特徴量として抽出する
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】
前記特徴量抽出部は、前記観察像または前記形状パターンの設計データを用いて、前記特徴量を抽出する
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９】
前記光制御部は、前記光パラメータを変更することにより、各前記光パラメータを有する前記光を前記試料に対して照射し、
前記画像処理部は、各前記光パラメータを有する前記光を前記試料に対して照射しているときにおける前記観察像のコントラストのうち、最もコントラストが高いときにおける前記光パラメータに対応する前記観察像を取得する
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１０】
前記光制御部は、前記光パラメータとして、前記光の単位時間当たりの照射量と、前記照射量以外の別パラメータとを制御するように構成されており、
前記光制御部は、前記別パラメータを第１パラメータに調整したときにおける前記観察像の第１コントラストと、前記別パラメータを第２パラメータに調整したときにおける前記観察像の第２コントラストとの間の差分が小さくなるように、前記別パラメータを前記第１パラメータに調整したときにおける前記照射量と前記別パラメータを前記第２パラメータに調整したときにおける前記照射量を調整する
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１１】
前記光制御部はさらに、
前記第１パラメータを有する前記光の前記照射量を測定する第１測定器、
前記第２パラメータを有する前記光の前記照射量を測定する第２測定器、
を備え、
前記光制御部は、前記第１測定器が測定した前記照射量、前記第２測定器が測定した前記照射量、前記第１パラメータを有する前記光に対する前記試料の第１吸光係数、および前記第２パラメータを有する前記光に対する前記試料の第２吸光係数を用いて、前記第１コントラストと前記第２コントラストとの間の差分が小さくなるように前記照射量を制御する
ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
前記光制御部は、前記観察像が有する各ピクセルの輝度値もしくは明度値のヒストグラム、または前記観察像が有する各ピクセルの輝度差もしくは明度差のヒストグラムを取得し、
前記光制御部は、前記ヒストグラム上の度数ピーク間隔が最大となるように、前記光パラメータを調整する
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１３】
前記光制御部は、前記光パラメータとして第１パラメータと第２パラメータを制御するように構成されており、
前記光制御部は、前記ヒストグラムとして、前記光パラメータが前記第１パラメータのときにおける第１ヒストグラムを取得するとともに、前記光パラメータが前記第２パラメータのときにおける第２ヒストグラムを取得し、
前記光制御部は、前記第１ヒストグラム上の度数ピーク間隔が最大となるように前記第１パラメータを制御するとともに、前記第２ヒストグラム上の度数ピーク間隔が最大となるように前記第２パラメータを制御する
ことを特徴とする請求項１２記載の荷電粒子線装置。
【請求項１４】
前記光制御部は、前記１次荷電粒子を前記試料に対して照射する第１時間間隔よりも短い第２時間間隔ごとに、前記試料に対して前記光を照射し、
前記光制御部は、前記光の平均強度、前記光の照射時間幅、前記光の照射周期、前記第２時間間隔、単位時間当たりの前記光の照射数のうち少なくともいずれかを制御することにより、前記光の単位時間当たりの照射量を制御する
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１５】
前記光物性は、前記材料の光吸収率、前記材料の光反射率、前記材料の誘電率、前記材料のアッベ数、前記材料の光屈折率、のうち少なくともいずれかである
ことを特徴とする請求項７記載の荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、歩留まり向上を目的として、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によるインライン検査計測が重要な検査項目となっている。特に、数ｋＶ以下の加速電圧を有する電子線を用いた低加速ＳＥＭ（ＬＶ  ＳＥＭ：Ｌｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ＳＥＭ）は、電子線の侵入深さが浅く、表面情報に富む画像が得られることから、リソグラフィ工程におけるレジストパターンや前工程におけるゲートパターンなど２次元形状の検査計測において極めて有用である。しかしながら、リソグラフィ工程において利用されるレジストや反射防止膜等の有機材料は互いに組成が近く、あるいはトランジスタを構成する珪素系の半導体材料は互いに組成が近いので、材料からの２次電子放出の差が得られにくい。このような材料によって構成された試料はＳＥＭの像コントラストが低くなってしまうので、半導体デバイスの超微細パターンや欠陥の視認性が低下する。ＳＥＭの視認性向上法として、加速電圧や照射電流などの観察条件の調整法や試料から放出される電子のエネルギ弁別技術が知られているが、条件によっては分解能や撮像速度が課題となる。【０００３】
特許文献１には、ＳＥＭの観察領域に光を照射することによりＳＥＭの像コントラストを制御する技術が開示されている。光照射によって励起キャリアが発生するので、半導体や絶縁体の導電率が変化する。材料の導電率の差はＳＥＭの画像の電位コントラストに反映される。光照射によるＳＥＭの電位コントラスト制御によって半導体デバイス等の導通不良箇所を検出できる。特許文献２には、照射する光の波長に依存する光の吸収特性の差に着目し、複数の光の波長選択によってＳＥＭの像コントラストを制御する方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２００３−１５１４８３号公報
【特許文献２】特許第５１９０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２は、材料間の光吸収特性の差に応じて光の波長を決定することにより、ＳＥＭの像コントラストを制御する。しかし、材料の光の吸収特性は波長以外の光パラメータにも大きく依存するので、単一の光パラメータを制御するのみでは、光の吸収特性の差を十分に利用できない。さらに、周期パターンを有する半導体デバイスにおいては、光の吸収特性が材料だけでなく半導体デバイスのパターンにも依存するので、単一の光パラメータを制御するのみでは、ＳＥＭの像コントラストを高精度に制御することが困難となる。【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光パラメータごとに変化する光の吸収特性にしたがって、試料の観察像のコントラストをできる限り高めることができる、荷電粒子線装置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】
本発明に係る荷電粒子線装置は、試料に対して照射する光の偏光面などの光パラメータを変化させ、変化させた光パラメータに対応するコントラストを有する観察像を生成する。また、試料の形状パターンの特徴量に応じて、試料の光吸収係数が最大となるような光パラメータを特定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る荷電粒子線装置によれば、異なる光パラメータを有する光を試料に対して照射して観察像を取得するので、試料の光吸収特性に応じた好適な光パラメータを用いることにより、観察像のコントラストを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る荷電粒子線装置１の構成図である。
【図２】光源１３が出射した光を、ユーザが設定した波長／偏光面／照射量に制御した上で試料８に対して照射するための構成を示す。
【図３Ａ】入力設定部２１を介して設定された条件にしたがって光制御部１４が光パラメータを制御する構成例を示す。
【図３Ｂ】光の波長と偏光面を制御する構成例を示す。
【図４】表示部２０が提供するＧＵＩの例である。
【図５】パターン形状に合わせて偏光面を調整し、撮像したＳＥＭ像の例である。
【図６】実施形態２に係る荷電粒子線装置１の構成図である。
【図７】光パラメータ特定部１５が光パラメータを決定する手順を説明するフローチャートである。
【図８Ａ】周期的な形状を有する試料の形状の特徴量を抽出する方法として、フーリエ変換を用いる例を示す。
【図８Ｂ】特徴量から偏光面を決定する方法を説明する図である。
【図９】試料８のＳＥＭ像からパターン形状の特徴量を抽出し、各パターンに合わせて光の吸収係数が最も高い光パラメータを用いて取得した観察像を示す。
【図１０】実施形態２において表示部２０が提供するＧＵＩの例である。
【図１１Ａ】Ｐ偏光とＳ偏光の照射割合を測定し、形状パターンの特徴量に合わせて光の照射量を調整する際の光路構成を示す。
【図１１Ｂ】照射量を調整した後の光路構成である。
【図１２Ａ】試料の特徴量を抽出する手順の１例を説明する図である。
【図１２Ｂ】特徴量抽出部１８が抽出した特徴量から光の照射条件を決定する方法を説明する図である。
【図１２Ｃ】偏光面ごとに単位時間当たりの照射量を制御して観察した結果を示す。
【図１３】実施形態３において表示部２０が提供するＧＵＩの例である。
【図１４Ａ】ＸＹＺステージ６の傾斜角度を調整することにより、試料８に照射される光の角度を制御する例である。
【図１４Ｂ】試料８に対して照射する光の角度を、装置筐体２３の外部に設置したミラー３５によって調整する例である。
【図１５Ａ】ＳＥＭ像の明度のヒストグラムをＸＹ方向それぞれにおいて取得した例である。
【図１５Ｂ】明度ヒストグラムを用いてコントラストを最大化する手順を示す。
【図１６】実施形態４において表示部２０が提供するＧＵＩの例である。
【図１７】試料８の磁区の像コントラストを向上させたＳＥＭ像の例である。
【図１８】実施形態６に係る荷電粒子線装置１の構成図である。
【図１９】複数の電子線照射によって取得させるＳＥＭ像である。
【図２０】特徴量抽出部１８が抽出した特徴量から光の照射条件を決定する方法を説明する図である。
【図２１】実施形態６による光の照射条件でのコントラスト制御の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜本発明の基本原理について＞
以下ではまず本発明の基本原理について説明し、次に本発明の具体的な実施形態について説明する。本発明は、最も高い像コントラストとなる光照射条件（光パラメータ）を決定し、パターンや欠陥の視認性の高い像コントラストを提供する。本発明は、複数の光照射のパラメータで構成された好適な光照射条件（偏光面、照射方向、照射角度、波長、光の照射周期、光の単位時間当たりの照射量）を特定する。試料に対して光を照射することにより、試料には光子数に応じてキャリアが励起され、電子状態が変化する。光照射下における２次電子の放出量は式（１）となる。ΔＳは光照射による放出電子の増幅量、αは材料の吸収係数、Ｄｐｕｌｓｅは試料への単位時間当たりの光の照射量である。
【００１１】
【数１】
2020194575.tif 000003
【００１２】
単位時間当たりの光の照射量は式（２）で表される。Ｗａｖｅは光の平均出力、ｆｐｕｌｓｅはパルスレーザの場合の周波数、Ｎｓｈｏｔは単位時間当たりに照射するパルス数である。連続で光を発振する連続レーザにおいては、光の平均出力は単位時間当たりの光の照射量Ｄｃｗとなる。
【００１３】
【数２】
2020194575.tif 000004
【００１４】
吸収係数αは、式（３）で表される。κは消光係数であり、λは光の波長である。
【００１５】
【数３】
2020194575.tif 000005
【００１６】
消光係数κは式（４）で表される。Ｒは光強度に対する反射率であり、θは光の位相のずれである。
【００１７】
【数４】
2020194575.tif 000006
【００１８】
反射率Ｒは、偏光面がＰ偏光とＳ偏光いずれであるのかによって異なり、それぞれ式（５）（６）で表される。ＲｐはＰ偏光の反射率であり、ＲｓはＳ偏光の反射率である。Ｎは材料の複素屈折率であり、φは照射角度である。つまり、２次電子の放出効率は波長だけでなく、光の単位時間当たりの照射量、偏光面、光の照射角度に依存することがわかる。
【００１９】
【数５】
2020194575.tif 000007
【００２０】
【数６】
2020194575.tif 000008
【００２１】
＜実施の形態１＞
本発明の実施形態１では、断続的に照射される光の偏光面その他の光パラメータを制御することによって電子線照射時の試料からの放出電子の放出量を制御し、高い像コントラストを有する画像取得を実現する荷電粒子線装置について述べる。
【００２２】
図１は、本実施形態１に係る荷電粒子線装置１の構成図である。荷電粒子線装置１は、試料８に対して電子線３０（１次荷電粒子）を照射することにより試料８の観察像を取得する、走査型電子顕微鏡として構成されている。荷電粒子線装置１は、電子光学系、ステージ機構系、電子線制御系、光照射系、メインコンソール１６を備える。
【００２３】
電子光学系は、電子銃２、偏向器３、電子レンズ４、検出器５により構成されている。ステージ機構系は、ＸＹＺステージ６、試料ホルダ７により構成されている。電子線制御系は、電子銃制御部９、偏向信号制御部１０、検出制御部１１、電子レンズ制御部１２により構成されている。光照射系は、光源１３、光制御部１４、光照射部２４、入力設定部２１により構成されている。メインコンソール１６は、画像形成系と入出力系を備える。画像形成系は、偏向信号と同期した検出サンプリング機能を備えた画像処理部１７と画像信号処理部１９で構成されている。入出力系は、電子線３０の撮像条件の入力設定部２１と表示部２０で構成されている。
【００２４】
電子銃２より加速された電子線３０は、電子レンズ４によって集束され、試料８に照射される。偏向器３は、試料８上に対する電子線３０の照射位置を制御する。検出器５は、電子線３０を試料８に対して照射することにより試料８から放出される放出電子（２次荷電粒子）を検出する。入力設定部２１は、加速電圧、照射電流、偏向条件、検出サンプリング条件、電子レンズ条件などをユーザが指定入力するための機能部である。
【００２５】
光源１３は、試料８に対し照射する光を出射する。光源１３は、出力波長が紫外線から近赤外までの領域で単波長もしくは多波長が出力可能なレーザである。光源１３より放出された光は、装置筐体２３に具備されたガラス窓２２を介して、真空中に設置された試料８に対して照射される。光制御部１４は、光源１３が出射する物理的特性を表す光パラメータを制御する。ユーザは入力設定部２１を介して、光パラメータを光制御部１４に対して指定する。
【００２６】
図２は、光源１３が出射した光を、ユーザが設定した波長／偏光面／照射量に制御した上で試料８に対して照射するための構成を示す。一般的に、偏光面としては直線偏光と円偏光がある。直線偏光はＰ偏光とＳ偏光があり、円偏光は左回りと右回りがある。光照射部２４は、照射する光の波長／偏光面／照射量を制御する。光照射部２４は、例えば波長変換部／偏光制御部／強度制御部によって構成することができる。偏光制御部は、光の偏光面を変更することが可能な部品であり、例として、ワイヤーグリッドタイプや材料自体が有する複屈折現象を利用した結晶タイプがある。強度制御部は、例えば光のパルス幅によって光強度を制御することができる。光照射部２４は、これらデバイスを用いて光パラメータを変更することができる。
【００２７】
図３Ａは、入力設定部２１を介して設定された条件にしたがって光制御部１４が光パラメータを制御する構成例を示す。光制御部１４は、光照射部２４が備える各制御素子を制御することにより、試料８に対して照射される光の光パラメータを制御する。光制御部１４はさらに、光源１３が出射する光の波長などの光パラメータを制御する。図３Ａにおいては、偏光面と単位時間当たりの照射量を制御する構成例を示した。光照射部２４は偏光変換板３２と光量可変フィルタ３３で構成されており、光制御部１４はこれらを制御する。
【００２８】
光源１３より照射された光は、偏光変換板３２によって入力設定部２１が指定する偏光面に変換される。光量可変フィルタ３３は、入力設定部２１が指定する単位時間当たりの照射量になるように光量を制御する。偏光面および単位時間当たりの照射量を調整された光は、調整ミラー３１とガラス窓２２を介して試料８に照射される。
【００２９】
図３Ｂは、光の波長と偏光面を制御する構成例を示す。光照射部２４は、波長変換部３４と偏光変換板３２で構成されている。光源１３より照射された光は、入力設定部２１が指定する波長で照射されるように波長変換部３４によって調整され、偏光変換板３２により偏光面が制御される。
【００３０】
図４は、表示部２０が提供するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の例である。画像取得オペレーション指定部２０６は、電子線３０の加速電圧／照射電流／走査速度／照射間隔を設定するとともに、照射する光のサンプリング周期／単位時間当たりの照射量／波長／照射角度／照射強度（パルス幅）を設定する欄である。偏光面設定部２０５は、光の偏光面を設定する欄である。例えばＰ偏光／Ｓ偏光／円偏光／楕円偏光のなかからいずれかを選択できる。表示部２０１Ａは光を照射しない場合のＳＥＭ像を表示し、表示部２０１Ｂは設定した偏光面を有する光を照射した際のＳＥＭ画像を表示する。差画像表示部２０２は、表示部２０１Ａと２０１Ｂが表示しているＳＥＭ像の差画像を表示する。画像処理部１７は、光照射時のＳＥＭ像より光無照射時のＳＥＭ像を減算することにより、差画像を生成する。ユーザは差画像を介して、光照射によって強調されている部分を確認することにより、光照射によるコントラストの向上効果を確認することができる。撮像開始ボタン２０３は、荷電粒子線装置１に対して試料８の観察像を撮像開始するように指示するボタンである。差画像化ボタン２０４は、荷電粒子線装置１に対して差画像を生成するように指示するボタンである。
【００３１】
図５は、パターン形状に合わせて偏光面を調整し、撮像したＳＥＭ像の例である。試料８として、反射防止膜４１の上にレジスト４２が塗布されているものを用いた。反射防止膜４１上に形成されたレジスト４２は、ピッチの異なるラインアンドスペースとして形成されている。図５に示す評価において使用したレジスト４２と反射防止膜４１の吸収係数が最も高い波長は、レジスト４２については２００ｎｍ、反射防止膜４１については４００ｎｍであった。ラインアンドスペースのピッチ幅は、ラインピッチＡについてはピッチ幅５００ｎｍ、ラインピッチＢについてはピッチ幅２５０ｎｍである。電子線の照射条件は、加速電圧０．８ｋｅＶ、照射電流１５ｐＡ、走査速度はＴＶレートスキャンである。光照射条件は、波長４００ｎｍ、光の単位時間当たりの照射量１００ｍＷ、偏光面はＰ偏光とＳ偏光とした。照射角度は３０度である。検出サンプリング周波数は１００ＭＨｚである。
【００３２】
ラインピッチＡにおいては、Ｐ偏光を照射した際に、反射防止膜４１の画像明度がレジスト４２と比較して明るくなるので、反射防止膜４１とレジスト４２との間で像コントラストが向上する。これに対し、Ｓ偏光を照射した際には、反射防止膜４１とレジスト４２との間のコントラストは低い。本照射条件では、Ｐ偏光が反射防止膜４１に効率的に吸収されるので、高い像コントラストが得られる。ラインピッチＢにおいては、Ｓ偏光を照射した際に、反射防止膜４１に光が効率的に吸収されるので、像コントラストが向上する。これに対し、Ｐ偏光を照射した際には、像コントラストが低くなる。
【００３３】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る荷電粒子線装置１は、光の偏光面を含む光パラメータを変えながら光パラメータごとに試料８の観察像を生成することにより、光パラメータごとに異なるコントラストを有する観察像を生成する。これにより、各光パラメータに対する試料８の光吸収特性に応じてそれぞれ異なるコントラストを有する観察像を得ることができる。したがって、試料８の光吸収特性に合わせて光パラメータを選択することにより、観察像の視認性を向上させることができる。
【００３４】
本実施形態１に係る荷電粒子線装置１は、各光パラメータに対応するそれぞれ異なるコントラストを有する観察像を生成するとともに、観察像間の差画像を生成し、差画像表示部２０２上に表示する。これにより、それぞれ異なるコントラストを有する観察像間の差異を明確に視認することができる。
【００３５】
図５においては、光パラメータとして偏光面を調整する例を示したが、試料８の光吸収特性に応じてその他の光パラメータを調整することにより観察像のコントラストを調整してもよい。例えば光の単位時間当たりの照射量、パルス幅、照射角度（仰角）、波長、照射方向（方位角）、光の照射周期、などを調整することができる。照射角度は、垂直面上において垂線（Ｚ軸）と電子線３０との間で形成される角度である。照射方向は、水平面上において電子線３０といずれかの座標軸（ＸＹ軸）との間で形成される角度である。
【００３６】
＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、試料８の形状パターンの特徴量を抽出したうえで、試料８に対して照射する光の光パラメータをその特徴量にしたがって制御する構成例について説明する。
【００３７】
図６は、本実施形態２に係る荷電粒子線装置１の構成図である。本実施形態２に係る荷電粒子線装置１は、実施形態１で説明した構成に加えて、特徴量抽出部１８と光パラメータ特定部１５を備える。特徴量抽出部１８は、試料８の形状パターンを取得し、その形状パターンの特徴量を抽出する。光パラメータ特定部１５は、その特徴量にしたがって、試料８に対して照射する光の吸収係数が最大となるパラメータを決定する。特徴量抽出部１８は、ＳＥＭ像、放出電子信号、設計データなどから、形状パターンの寸法／密度／周期／面積／輪郭線／試料８を構成している材料の光物性、などの特徴量を抽出する。記憶装置８１については後述する。
【００３８】
図７は、光パラメータ特定部１５が光パラメータを決定する手順を説明するフローチャートである。以下図７の各ステップについて説明する。
【００３９】
（図７：ステップＳ１〜Ｓ３）
ユーザは試料８を挿入し、ステージ機構系は試料を観察位置まで移動する（Ｓ１）。ユーザは電子線３０の照射電流などの照射条件を設定し、画像処理部１７はその照射条件にしたがって試料８のＳＥＭ像を取得する（Ｓ２）。特徴量抽出部１８は、Ｓ２で得たＳＥＭ像より試料８の形状パターンとその特徴量を抽出する（Ｓ３）。
【００４０】
（図７：ステップＳ４〜Ｓ６）
光パラメータ特定部１５は、光パラメータ（例えば単位時間当たりの照射量）をいずれかの値に仮設定する（Ｓ４）。光制御部１４と光照射部２４は、その光パラメータを用いて光を試料８に対して照射する（Ｓ５）。画像処理部１７は、試料８のＳＥＭ像を取得するとともに、ＳＥＭ像のコントラストを算出する（Ｓ６）。光パラメータの値を変えながら、ステップＳ４〜Ｓ６を繰り返す。例えばステップＳ４において光パラメータとして単位時間当たりの照射量を仮設定する場合、照射量の数値を変えながら、設定可能な数値範囲全体にわたってＳ４〜Ｓ６を繰り返す。
【００４１】
（図７：ステップＳ７）
光パラメータ特定部１５は、光パラメータの各値におけるコントラストと、光を照射していないときにおける像コントラストをそれぞれ比較する。光パラメータ特定部１５は、コントラストが最も高い値を採用する。光を照射しないときのコントラストが最も高い場合は、光パラメータとして「照射なし」を採用することになる。
【００４２】
（図７：ステップＳ４〜Ｓ７）
ステップＳ４〜Ｓ７を、光パラメータの全組み合わせについて繰り返し実施する。例えば単位時間当たりの照射量についてＳ４〜Ｓ７を実施した後、波長についてＳ４〜Ｓ７を実施する。その他の光パラメータについても同様に実施する。光パラメータの組み合わせとしては、図４の画像取得オペレーション指定部２０６上で指定することができる各パラメータが例として挙げられる。
【００４３】
図８Ａは、周期的な形状を有する試料の形状の特徴量を抽出する方法として、フーリエ変換を用いる例を示す。入力設定部２１で設定した照射条件にしたがって電子線３０を試料８に対して照射し、検出器５は試料８より放出された放出電子を検出する。画像処理部１７は放出電子信号を画像化する。特徴量抽出部１８は、ＳＥＭ像をフーリエ変換後、試料８の形状パターンを周波数分析によって解析し、寸法、ピッチ等の特徴量を抽出する。画像中心から輝点もしくは輝線までの幅が各形状のパターン周波数であり、パターン寸法はパターン周波数の逆数より算出することができる。
【００４４】
図８Ａにおいて、ｆｘは試料のＸ方向のパターン周波数であり、ｆｙはＹ方向のパターン周波数である。図８Ａにおいて、ｆｘはｆｙより小さい値であることがわかる。Ｘ方向のパターン密度Ｐｘ、Ｙ方向のパターン密度Ｐｙとし、ＰｘはＦＯＶとｆｘの積、ＰｙはＦＯＶとｆｙの積で求まる。図８Ａにおいては、パターン周波数の低いＸ方向のパターン密度Ｐｘは、パターン周波数の高いＹ方向のパターン密度Ｐｙより低くなる。
【００４５】
図８Ｂは、特徴量から偏光面を決定する方法を説明する図である。図８Ｂの横軸は光の波長λとパターン周波数ｆの積であり、回折効率を表すパラメータに相当する。縦軸は試料に対するＰ偏光とＳ偏光それぞれに対する吸収係数である。本グラフは、あらかじめ光学シミュレーションや実測によってデータベース化できる。図８Ｂは波長がλ１であるときの値を示した。λ１ｆｘにおいてはＳ偏光の方がＰ偏光よりも試料８の光に対する吸収係数が高く、λ１ｆｙにおいてはＰ偏光の方が試料８の光吸収係数が大きい。式（１）に示すように、試料８の光吸収係数が大きい偏光面の光を照射したほうが画像明度の変化が増加し、コントラストも向上する。
【００４６】
Ｘ方向のパターンとＹ方向のパターンに対するコントラストの向上効果を均一にするため、Ｓ偏光の光強度ＩｓとＰ偏光の光強度Ｉｐは、Ｓ偏光とＰ偏光のそれぞれの吸収係数αｓ 、αｐとパターン密度Ｐｘ、Ｐｙの積（αｓＰｘ 、αｐＰｙ）によって除算することにより調整してもよい。詳細は後述の実施形態３で説明する。
【００４７】
図９は、試料８のＳＥＭ像からパターン形状の特徴量を抽出し、各パターンに合わせて光の吸収係数が最も高い光パラメータを用いて取得した観察像を示す。試料８としては、下地のシリコン基板４３上に酸化膜４５を形成し、酸化膜４５上にポリシリコン４４が形成されているものを用いた。ポリシリコン４４はＸＹ方向でピッチが異なるアイランド形状に形成されている。電子線３０の照射条件は、加速電圧１．５ｋｅＶ、照射電流３００ｐＡ、走査速度１５０ｎｓｅｃ／画素である。光照射条件は、波長５３５ｎｍ、偏光面はコントラストを向上させたいパターンに合わせてＰまたはＳ偏光を照射した。検出サンプリング周波数は４００ＭＨｚである。
【００４８】
図８Ｂから、Ｘ方向のパターン周波数ｆｘについてはＳ偏光に対する吸収係数が高く、Ｙ方向のパターン周波数ｆｙについては、Ｐ偏光に対する吸収係数が高いことがわかる。ここでは、パターン密度Ｐｘ 、Ｐｙと吸収係数αｓ 、αｐを考慮し、Ｓ偏光の単位時間当たりの光の照射量は７ｍＷ、Ｐ偏光の単位時間当たりの光の照射量は１０ｍＷとした。図９の例においては、Ｓ偏光を照射した場合、Ｘ方向の形状パターンの酸化膜４５が強調された像コントラストとなり、Ｙ方向のパターンに対する変化は小さい。これに対して、Ｐ偏光の光を照射した場合、Ｘ方向のパターンに対する画像明度変化と比較して、Ｙ方向パターンの酸化膜４５の画像明度が増加し、Ｙ方向のコントラストが強調される。このように、パターン形状の方向にあわせた偏光面を含む光照射パラメータを用いることによって、任意のコントラスト制御が可能となる。
【００４９】
図１０は、本実施形態２において表示部２０が提供するＧＵＩの例である。特徴量抽出欄２１２は、特徴量を抽出する方法を選択することができる。例えば図８Ａで例示した観察像のフーリエ解析の他に、設計データから形状パターンの特徴量を抽出する方法、観察像上でパターン寸法を計測する方法、などが例として挙げられる。
【００５０】
特徴量と、その特徴量を有する試料８の像コントラストを最も高めることができる光パラメータとの間の対応関係を、あらかじめデータベースとして格納しておく場合、光パラメータ特定部１５は、そのデータベースを参照することにより、抽出した特徴量に対応する光パラメータを自動的に特定することができる。この場合は図７のフローチャートを実施する必要はなく、図１０の画面上で特徴量に対応した各光パラメータを自動選択することができる。データベースは、例えば特徴量と光パラメータの対応関係を記述したデータを記憶装置８１に格納することにより構成することができる。
【００５１】
表示部２０７と２０８は、それぞれ異なる光パラメータにおける観察像を表示する。光照射条件モニタ部２０９は、各光パラメータの現在値を表示する。撮像条件表示部２１０と２１１は、それぞれ表示部２０７と２０８に対応する撮像条件を表示する。
【００５２】
＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る荷電粒子線装置１は、試料８の特徴量に応じて、その特徴量における光吸収係数が最も高い光パラメータを特定し、その光パラメータを有する光を照射した上で観察像を取得する。これにより、試料８の形状パターンごとに観察像のコントラストをできる限り高めることができる。
【００５３】
本実施形態２に係る荷電粒子線装置１は、特徴量と光パラメータとの間の対応関係を記述したデータベースを参照することにより、あるいは、図７のフローチャートにしたがって特徴量に対応する光パラメータを探索することにより、コントラストを高めることができる光パラメータを特定する。データベースを用いる場合は、最適な光パラメータを速やかに特定することができる。データベースをあらかじめ準備することができない場合であっても、図７にしたがって光パラメータを特定することができる。さらには図７にしたがって特定した光パラメータを記憶装置８１に格納することにより、データベースを構築することもできる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
図９において説明した形状パターンは、形状パターンのＸ方向における特徴量とＹ方向における特徴量が互いに異なるので、各方向における光吸収係数が互いに異なる。そこで本発明の実施形態３では、各観察方向における特徴量が異なる場合であっても、各観察方向において均一にコントラストを向上させる手順について説明する。荷電粒子線装置１の構成は実施形態２と同様である。
【００５５】
図１１Ａは、Ｐ偏光とＳ偏光の照射割合を測定し、形状パターンの特徴量に合わせて光の照射量を調整する際の光路構成を示す。光量可変フィルタ３３は、単位時間当たりの照射量を調整する。光源１３よりＰ偏光の光が放出され、無偏光ビームスプリッタ４７により２つの光路に分割される。一方の光路は、Ｐ偏光のまま光量可変フィルタ３３によって単位時間当たり照射量を調整し、ビームモニタ４９によりＰ偏光の単位時間当たりの照射量を測定する。もう一方の光路は、偏光変換板３２を用いてＰ偏光からＳ偏光に偏光面を変換させた後、光量可変フィルタ３３で単位時間当たりの照射量を調整し、ビームモニタ４９でＳ偏光の単位時間当たりの照射量を測定する。
【００５６】
図１１Ｂは、照射量を調整した後の光路構成である。図１１Ａの光路構成において測定した照射量にしたがって、光制御部１４は後述の手順を用いて試料の形状パターンに応じて照射量を制御する。ビームモニタ４９は可動式であり、単位時間当たりの照射量の調整が完了すると、光路上から外される。
【００５７】
図１２Ａは、試料の特徴量を抽出する手順の１例を説明する図である。図１２Ａにおいて特徴量抽出部１８は、Ｘ方向とＹ方向それぞれラインプロファイルを取得し、ラインの寸法やピッチなどの特徴量を抽出する。図１２Ａにおいては、ラインピッチを特徴量として抽出した。ラインピッチは、例えば観察像の明度ピーク間隔として抽出することができる。図１２Ａにおいて、Ｘ方向におけるラインピッチはＬｘ、Ｙ方向におけるラインピッチはＬｙである。
【００５８】
図１２Ｂは、特徴量抽出部１８が抽出した特徴量から光の照射条件を決定する方法を説明する図である。図１２Ｂのグラフにおいて、横軸は波長λとラインピッチＬの比、縦軸は試料８に対する照射光の吸収係数である。Ｐ偏光の単位時間当たりの照射量ＤｐとＳ偏光の単位時間当たりの照射量Ｄｓが等しくなるとき、各ラインピッチにおけるコントラストは均一となる。各偏光面の単位時間当たりの照射量は式（７）（８）で算出される。αＰは波長λとラインピッチＬに対するＰ偏光の吸収係数、αＳは波長λとラインピッチＬに対するＳ偏光の吸収係数、ＤＰｐｕｌｓｅとＤＳｐｕｌｓｅは、試料８に対して照射されるＰ偏光とＳ偏光それぞれの単位時間当たりの照射量である。Ｄｐ＝ＤｓとなるようにＤＰｐｕｌｓｅとＤＳｐｕｌｓｅのいずれかまたは双方を調整することにより、各方向におけるコントラストを均一にすることができる。
【００５９】
【数７】
2020194575.tif 000009
【００６０】
【数８】
2020194575.tif 000010
【００６１】
図１２Ｃは、偏光面ごとに単位時間当たりの照射量を制御して観察した結果を示す。試料８としては、下地のシリコンカーバイド基板４６上に、ポリシリコン４４のパターンが形成されたものを用いた。ポリシリコン４４は、Ｘ方向及びＹ方向でピッチが異なるアイランド形状として形成されている。電子線３０の照射条件は、加速電圧 ０．３ｋｅＶ、照射電流１ｎＡ、走査速度２０ｎｓｅｃ／画素である。光照射条件は、波長３００ｎｍ、検出サンプリング２ｎｓｅｃである。偏光面と単位時間当たりの照射量は、図１２Ａ〜図１２Ｂで説明した手順にしたがって、コントラストが一定となるように制御した。
【００６２】
ラインピッチλ１／ｄｘとλ１／ｄｙそれぞれにおけるコントラストの向上効果が一定とするためには、式（７）（８）より、Ｐ偏光の単位時間当たりの照射量が、Ｓ偏光の単位時間当たりの照射量に対して３分の２となるように制御する必要があることがわかった。図１２Ｃの光照射ＯＦＦの条件においては、ポリシリコン４４とシリコンカーバイド基板４６のコントラスト差が小さい。一方、形状パターンの特徴量に応じた偏光ごとの単位時間当たりの光の照射量を制御した結果、均一なコントラスト向上効果が確認できた。
【００６３】
本実施形態３では、光量可変フィルタ３３を用いて単位時間当たりの照射量を制御したが、パルスレーザの場合であれば、光量可変フィルタ３３の代わりにパルスピッカを用いて、Ｐ偏光の単位時間当たりのパルス数を、Ｓ偏光の単位時間当たりのパルス数に対し、３分の２となるように制御しても構わない。
【００６４】
図１３は、本実施形態３において表示部２０が提供するＧＵＩの例である。図１３においては特徴量としてラインプロファイルからパターン寸法を抽出した。光を照射しない場合のＳＥＭ像を表示部２０１Ａに表示し、決定した光照射条件で撮像した画像を表示部２０１Ｂに表示する。偏光面割合調整部２１３は、Ｓ偏光とＰ偏光の割合を手動で調整するために用いるスクロールバーである。照射量調整部２１４は、Ｐ偏光とＳ偏光それぞれの単位時間当たりの照射量を調整するために用いるスクロールバーである。偏光種類選択ボタン２１６は、偏光面を選択するために用いる。ライブ画像表示部２１５は、光照射条件抽出中のＳＥＭ画像を表示する。光制御部１４は、以上説明した手順にしたがって、試料８の特徴量に合わせて光の偏光面や単位時間当たりの照射量を選択する。その選択結果が図１３の画面上において自動的に反映される。
【００６５】
＜実施の形態３：まとめ＞
本実施形態３に係る荷電粒子線装置１は、試料８のパターン形状の特徴量にしたがって光パラメータを特定するとともに、各光パラメータに対応する光吸収係数にしたがって、光パラメータごとに単位時間当たりの照射量を調整する。これにより、光パラメータごとのコントラストを均一にすることができる。したがって、例えば観察方向ごとに試料８の特徴量が異なる場合であっても、均一なコントラストを得ることができる。
【００６６】
＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、試料８からの放出電子の効率が最大となる光パラメータを特定し、高いコントラストを有する観察像を得ることができる構成例について説明する。本実施形態４に係る荷電粒子線装置１は、実施形態１〜３で説明した構成に加えて、試料８に対して照射する光の角度を調整する機構を備える。角度以外の光照射条件を調整する機能部（例えば光照射部２４）は、調整ミラー３１の前後どちらに設置してもよい。
【００６７】
図１４Ａは、ＸＹＺステージ６の傾斜角度を調整することにより、試料８に照射される光の角度を制御する例である。光制御部１４は、ＸＹＺステージ６に対して傾斜角度を指定することにより、光の角度を制御する。
【００６８】
図１４Ｂは、試料８に対して照射する光の角度を、装置筐体２３の外部に設置したミラー３５によって調整する例である。光制御部１４は、ミラー３５に対して傾斜角度を指定することにより、光の角度を制御する。
【００６９】
光源１３として例えば波長可変のパルスレーザを用いることにより、パルス幅や単位時間当たりの照射パルス数を制御できる。パルス幅や単位時間当たりの照射パルス数は、パルスレーザが搭載する機能によって調整することもできるし、照射光学系に組み込んだ別機能によって調整してもよい。例えばＱスイッチによってパルス幅を調整し、ポッケルスセルを用いたパルスピッカによって単位時間当たりの照射パルス数を調整することができる。パルスレーザの偏光は、実施形態３と同様の構成を用いて調整することができる。
【００７０】
図１５Ａは、ＳＥＭ像の明度のヒストグラムをＸＹ方向それぞれにおいて取得した例である。試料８としては図１２Ａと同様のものを用いた。明度ヒストグラムは、ＳＥＭ像における各ピクセルの明度値の度数分布を表す。コントラストを最適化することができればよいので、明度ヒストグラムに代えて明度差ヒストグラムを用いてもよい。さらに明度に代えて輝度を用いてもよい。以下では明度ヒストグラムを用いるものとする。
【００７１】
図１５Ｂは、明度ヒストグラムを用いてコントラストを最大化する手順を示す。像コントラストを最大化するためには、明度ヒストグラムの度数ピーク間隔Ｈが最も大きくなる光パラメータを特定すればよいと考えられる。図１５Ｂに示す例において、光制御部１４はまず波長と偏光面を変えながら明度ヒストグラムを作成し、ピーク間隔Ｈが最大となる波長と偏光面を特定する。次に光制御部１４は、ピーク間隔Ｈが最大となる光照射角度を特定する。最後に光制御部１４は、ピーク間隔Ｈが最大となる光の単位時間当たりの照射量を特定する。照射量は、例えばパルス幅、単位時間あたりに含まれるパルス数、パルスレーザの平均出力、などによって調整することができる。
【００７２】
ピーク間隔Ｈは、光パラメータごとに最大化することができる。図１５Ｂで例示した光パラメータの他に、波長、試料に対する照射方向（方位角）、光の照射周期などについてもそれぞれピーク間隔Ｈを最大化してもよい。調整する順番は、どのパラメータからでも構わない。観察方向ごとに光パラメータの最適値を調整してもよい。さらに、試料８の特徴量にしたがって最適な光パラメータを定める場合（例えば実施形態１で説明したような手順によって定める場合）は、それ以外の光パラメータのみ調整してもよい。例えばＸ方向においてはＰ偏光が最適でありＹ方向においてはＳ偏光が最適である場合、Ｘ方向の明度ヒストグラムについてはＰ偏光を前提として波長のみ最適化し、Ｙ方向の明度ヒストグラムについてはＳ偏光を前提として波長のみ最適化してもよい。
【００７３】
図１６は、本実施形態４において表示部２０が提供するＧＵＩの例である。ユーザは光照射条件選択部２１７上で、最適値を探索する光パラメータと探索範囲を入力する。偏光種類選択部２２２上で照射する偏光面にチェックする。照射する光の波長、単位時間当たりの照射量、照射角度、光照射間隔、試料に対して光の照射方向（方位角）、パルス幅が設定可能となっている。表示部２０１Ａは光を照射しない場合のＳＥＭ像を表示し、表示部２０１Ｂはピーク間隔Ｈが最も大きい光パラメータを用いて撮像した画像を表示する。ライブ画像表示部２１５は光パラメータ探索中のＳＥＭ画像を表示する。画像処理表示部２２１は、取得した画像同士の合成画像もしくは差分画像を表示する。ユーザは画像選択部２１８内で画像ファイルを選択する。ユーザは次に演算選択部２１９上で画像の演算方法を決定する。例えば、画像選択部２１８内で選択したＡとＢの画像の差画像を出力したい場合はマイナス記号を選択し、合成画像を出力したい場合はプラス記号を選択する。処理開始ボタン２２０を選択すると画像処理部１７は画像処理を開始する。
【００７４】
＜実施の形態４：まとめ＞
本実施形態４に係る荷電粒子線装置１は、ＳＥＭ画像の明度ヒストグラムのピーク間隔Ｈが大きくなるように光パラメータを特定する。これにより、ＳＥＭ画像のパターンコントラストを向上させるように、光パラメータを最適化することができる。
【００７５】
＜実施の形態５＞
以上の実施形態においては、試料８上の形状パターンが直線状に配列されており、観察方向に応じてＰ偏光またはＳ偏光を用いる例を説明したが、これ以外の形状パターンであっても本発明を適用することができる。本発明の実施形態５ではその１例として、材料の磁区を撮影したＳＥＭ画像の像コントラストを向上させる例について説明する。荷電粒子線装置１の構成は実施形態１〜４と同様である。偏光変換板３２は、λ／２偏光板やλ／４偏光板でもよいし、λ／２偏光板とλ／４偏光板を組み合わせてもよい。偏光面を変換できるその他素子であってもよい。ＧＵＩは図１６と同様である。
【００７６】
図１７は、試料８の磁区の像コントラストを向上させたＳＥＭ像の例である。試料８としては、磁区のことなるドメインを有する鉄薄膜を用いた。電子線３０の照射条件は、加速電圧０．５ｋｅＶ、照射電流２０ｐＡ、走査速度１００ｎｓｅｃ／画素である。光照射条件は、波長８００ｎｍ、偏光面は（１）円偏光  左回り、（２）円偏光  右回りとした。磁区のことなるドメインを有する試料８に対して、左右の異なる円偏光を有する光を照射した場合、磁気円二色性によって磁化軸ごとに異なる吸収係数が得られる。つまり偏光を制御した光照射下で得られるＳＥＭ像は、磁区の状態を反映したコントラストを有する。図１７（１）においては、地面に対して上向きの成分の磁区を持つ領域の信号量が増加したのに対して、図１７（２）においては、地面に対して下向きの成分の磁区を持つ領域のコントラストが増加した。さらに、図１６のＧＵＩを用いて、図１７の（１）と（２）の差画像を取得した（図１７（３））。差画像化することによって、種類の異なる偏光面照射による各ドメインの磁区に対する影響を評価することができる。
【００７７】
＜実施の形態６＞
複数の電子線照射によって１枚のＳＥＭ像に含まれる形状パターンのＸ方向における特徴量とＹ方向における特徴量が互いに異なるので、各方向における光吸収係数が互いに異なる。そこで本発明の実施形態６では、複数の電子線照射による広視野観察において、各観察方向における特徴量が異なる場合であっても、各観察方向において均一にコントラストを向上させる手順について説明する。断続的に照射される光の偏光面その他の光パラメータを制御することによって電子線照射時の試料からの放出電子の放出量を制御し、高い像コントラストを有する画像取得を実現する荷電粒子線装置について述べる。
【００７８】
図１８は、本実施形態６に係る荷電粒子線装置１の構成図である。荷電粒子線装置１は、試料８に対して複数の電子線５５、５６、５７（１次荷電粒子）を照射することにより試料８の観察像を広視野に取得する、マルチビーム走査型電子顕微鏡として構成されている。荷電粒子線装置１は、電子光学系、ステージ機構系、電子線制御系、光照射系、メインコンソール１６を備える。電子光学系は、複数の電子線を形成，照射するマルチビーム光学器５０、検出器５１、５２、５３により構成されている。ステージ機構系は、ＸＹＺステージ６、試料ホルダ７により構成されている。電子線制御系は、マルチビーム電子線制御部６１、検出制御部（ａ）５８、検出制御部（ｂ）５９、検出制御部（ｃ）６０により構成されている。光照射系は、光源１３、光制御部１４、光照射部２４、入力設定部２１により構成されている。メインコンソール１６は、画像形成系と入出力系を備える。画像形成系は、偏向信号と同期した検出サンプリング機能を備えた画像処理部１７と画像信号処理部１９で構成されている。入出力系は、電子線５５，５６，５７の撮像条件の入力設定部２１と表示部２０で構成されている。特徴量抽出部１８は、試料８の形状パターンを取得し、その形状パターンの特徴量を抽出する。光パラメータ特定部１５は、その特徴量にしたがって、試料８に対して照射する光の吸収係数が最大となるパラメータを決定する。特徴量抽出部１８は、ＳＥＭ像、放出電子信号、設計データなどから、形状パターンの寸法／密度／周期／面積／輪郭線／試料８を構成している材料の光物性、などの特徴量を抽出する。
【００７９】
マルチビーム光学器５０より加速された電子線５５、５６、５７は試料８に照射され、試料８上に対する電子線５５，５６，５７の照射位置を制御する。検出器５は、電子線５５，５６，５７を試料８に対して照射することにより試料８から放出される放出電子（２次荷電粒子）を検出する。入力設定部２１は、加速電圧、照射電流、偏向条件、検出サンプリング条件、電子レンズ条件などをユーザが指定入力するための機能部である。
【００８０】
図１９に複数の電子線照射によって取得されるＳＥＭ像を示す。図１９に示すように，複数の電子線照射でＳＥＭ観察が可能となるため、一つの観察で取得可能な領域が拡大する。これにより、広視野で観察が可能となるためパターン特徴量の異なる領域が１枚の画像で取得されてしまう。本実施例では、図１９に示すように、パターンピッチは同様であるが、パターンの形成方向が異なるパターンＡとパターンＢが一視野内に混在する試料及び条件で撮像した。
【００８１】
はじめに、各検出器で取得されたＳＥＭ像毎での形状パターンの特徴量抽出を実施する。本実施形態において、試料の形状パターンに対する特徴量の抽出方法は、実施例３で用いた試料パターンのラインピッチより特定した。
【００８２】
図２０は、複数の電子線照射によって取得された各画像から特徴量抽出部１８が抽出した特徴量で光の照射条件を決定する方法を説明する図である。図２０のグラフにおいて、横軸は波長λとラインピッチＬの比、縦軸は試料８に対する照射光の吸収係数である。パターンＡのラインピッチＬＡと、パターンＢに対するラインピッチＬＢがプロットされている。パターンＡに対する単位時間当たりの照射量ＤＡとパターンＢに対する単位時間当たりの照射量ＤＢが等しくなるとき、各ラインピッチにおけるコントラストは均一となる。各偏光面の単位時間当たりの照射量は式（９）（１０）で算出される。
【００８３】
【数９】
2020194575.tif 000011
【００８４】
【数１０】
2020194575.tif 000012
【００８５】
αＰ（Ａ）は波長λとラインピッチＬＡに対するＰ偏光の吸収係数、αＳ（Ａ）は波長λとラインピッチＬＡに対するＳ偏光の吸収係数、αＰ（Ｂ）は波長λとラインピッチＬＢに対するＰ偏光の吸収係数、αＳ（Ｂ）は波長λとラインピッチＬＢに対するＳ偏光の吸収係数である。ＤＡとＤＢは、試料８に対して照射されるＰ偏光とＳ偏光の単位時間当たりの照射量である。ＤＡ＝ＤＢとなるようにＤＰｐｕｌｓｅとＤＳｐｕｌｓｅのいずれかまたは双方を調整することにより、各方向におけるコントラストを均一にすることができる。
【００８６】
図２１は、偏光面ごとに単位時間当たりの照射量を制御して観察した結果を示す。試料８としては、下地のシリコン７０上に、ポリシリコン７１のパターンが形成されたものを用いた。ポリシリコン７１は、Ｘ方向及びＹ方向で同じピッチのラインアンドスペースが形成されているが、パターンＡとパターンＢのパターン形成の位相が９０度異なって形成されている。電子線３０の照射条件は、加速電圧 ５．０ｋｅＶ、照射電流５ｎＡ、走査速度１００ｎｓｅｃ／画素である。光照射条件は、波長４０５ｎｍ、検出サンプリング２０ｎｓｅｃである。偏光面と単位時間当たりの照射量は、図２０で説明した手順にしたがって、コントラストが一定となるように制御した。また、ＧＵＩは図１３と同様である。
【００８７】
図１９に示した形状パターンの試料にて観察を実施した。パターンＡとＢそれぞれにおけるコントラストの向上効果が一定とするためには、式（９）（１０）より、パターンＡに対するＳ及びＰ偏光の単位時間当たりの照射量が、パターンＢに対するＳ及びＰ偏光の単位時間当たりの照射量に対して２分の１となるように制御する必要があることがわかった。図２１（ａ）の光照射ＯＦＦの条件においては、ポリシリコン４４とシリコンカーバイド基板４６のコントラスト差が小さい。また、図２１（ｂ）に示した形状パターンの特徴量を抽出せずに光を照射した条件でＳＥＭ像を取得すると、パターンＡ内にシリコンとポリシリコンのコントラストと比較して、パターンＢのシリコンとポリシリコンのコントラスト差が小さく、パターンＡとＢで均一なコントラスト向上効果が得られない。一方、形状パターンの特徴量に応じた偏光ごとの単位時間当たりの光の照射量を制御した結果、図２１（ｃ）に示すようにパターンＡ及びパターンＢ共に均一なコントラスト向上効果が確認できた。
【００８８】
本実施形態６では、光量可変フィルタを用いて単位時間当たりの照射量を制御したが、パルスレーザの場合であれば、光量可変フィルタの代わりにパルスピッカを用いて、Ｐ偏光の単位時間当たりのパルス数を、Ｓ偏光の単位時間当たりのパルス数に対し、３分の２となるように制御しても構わない。
【００８９】
本実施形態６に係る荷電粒子線装置１は、試料８のパターン形状の特徴量にしたがって光パラメータを特定するとともに、各光パラメータに対応する光吸収係数にしたがって、光パラメータごとに単位時間当たりの照射量を調整する。これにより、光パラメータごとのコントラストを均一にすることができる。したがって、例えば観察方向ごとに試料８の特徴量が異なる場合であっても、均一なコントラストを得ることができる。
【００９０】
＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００９１】
以上の実施形態においては、試料８の観察像を取得する構成例として、荷電粒子線装置１が走査電子顕微鏡として構成されている例を説明したが、本発明はそれ以外の荷電粒子線装置においても用いることができる。すなわち、試料８に対して光を照射することにより２次荷電粒子の放出効率を調整するその他の荷電粒子線装置に対して、本発明を適用することができる。
【００９２】
以上の実施形態においては、光源１３としてパルスレーザを用いたが、光が照射可能なその他光源を用いることもできる。図３においては、偏光変換板３２を用いて偏光を制御する例を説明したが、その他手段を用いて偏光を制御してもよい。例えばλ／４偏光板を用いて直接偏光を円偏光や楕円偏光に変換してもよい。
【００９３】
実施形態４において、光の照射角度を調整する構成は、図１４Ａと図１４Ｂに例示するものに限られない。例えば図１４Ｂにおいて、調整ミラー３１の角度を調整することにより光の照射角度を制御してもよい。
【００９４】
以上の実施形態において、試料の形状パターンが有する光物性としては、試料８の材料の光吸収率、試料８の材料の光反射率、試料８の材料の誘電率、試料８の材料のアッベ数、試料８の材料の光屈折率、などが考えられる。
【００９５】
以上の実施形態において、試料８に対して光を照射することにより放出電子の効率を確実に高めるためには、電子線３０を試料８に対して照射する周期よりも短い時間間隔で光を試料８に対して照射することが望ましい。
【００９６】
以上の実施形態において、メインコンソール１６は、コンピュータなどの演算装置によって構成することができる。メインコンソール１６が備える各機能部（画像処理部１７、特徴量抽出部１８、入力設定部２１）、光制御部１４、光パラメータ特定部１５は、これらの機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、これらの機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することにより構成することもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１  荷電粒子線装置
２  電子銃
３  偏向器
４  電子レンズ
５  検出器
６  ＸＹＺステージ
７  試料ホルダ
８  試料
９  電子銃制御部
１０  偏向信号制御部
１１  検出制御部
１２  電子レンズ制御部
１３  光源
１４  光制御部
１５  光パラメータ特定部
１６  メインコンソール
１７  画像処理部
１８  特徴量抽出部
１９  画像信号処理部
２０  表示部
２１  入力設定部
２２  ガラス窓
２３  筐体
２４  光照射部
２５  照射光
３０  電子線
３１  調整ミラー
３２  偏光変換板
３３  光量可変フィルタ
３４  波長変換部
４１  反射防止膜
４２  レジスト
４３  シリコン基板
４４  ポリシリコン
４５  酸化膜
４６  シリコンカーバイド基板
４７  無偏光ビームスプリッタ
４９  ビームモニタ
５０  マルチビーム光学器
５１  検出器
５２  検出器
５３  検出器
５５  電子線
５６  電子線
５７  電子線
５８  検出制御部（ａ）
５９  検出制御部（ｂ）
６０  検出制御部（ｃ）
６１  マルチビーム電子線制御部
７０  シリコン
７１  ポリシリコン
８１  記憶装置
２０１Ａ  表示部
２０１Ｂ  表示部
２０２  差画像表示部
２０３  撮像開始ボタン
２０４  差画像化ボタン
２０５  偏光面設定部
２０６  画像取得オペレーション指定部
２０７  表示部
２０８  表示部
２０９  光照射条件モニタ部
２１０  撮像条件表示部
２１１  撮像条件表示部
２１２  特徴量抽出欄
２１３  偏光面割合調整部
２１４  照射量調整部
２１５  ライブ画像表示部
２１６  偏光種類選択ボタン
２１７  光照射条件選択部
２１８  画像選択部
２１９  演算選択部
２２０  処理開始ボタン
２２１  画像処理表示部
２２２  偏光種類選択部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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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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【図２１】
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【国際調査報告】
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