電子線装置の自動補正方法、コンピュータプログラム、記録媒体及び電子線装置
【課題】特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、自動的にアライメント補正が行える場合にはアライメント補正を自動的に行えるようにする。
【解決手段】電子線装置の補正に際して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得ステップ（ＳＴ１１）と、観察領域のシフト量を求めるシフト量取得ステップとパターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定ステップ（ＳＴ１３，１６）と、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定ステップと（ＳＴ１８）、前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出ステップ（ＳＴ１９）と、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正ステップ（ＳＴ２０）と、を備える。
【解決手段】電子線装置の補正に際して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得ステップ（ＳＴ１１）と、観察領域のシフト量を求めるシフト量取得ステップとパターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定ステップ（ＳＴ１３，１６）と、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定ステップと（ＳＴ１８）、前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出ステップ（ＳＴ１９）と、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正ステップ（ＳＴ２０）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線装置の自動補正方法、コンピュータプログラム、記録媒体及び電子線装置に係り、特に試料上の観察対象領域に電子線を照射して試料から発生する電子により試料像を形成する電子線装置の自動調整方法、コンピュータプログラム、記録媒体及び電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子線装置として、電子線を偏向器で走査すると共に対物レンズで半導体基板やフォトマスク等の試料に収束させて照射し、試料から発生する二次電子線などの荷電粒子を検出器で検出し、走査用の同期信号発生器の情報に基づいて試料像を取得し、この試料像から半導基板等の評価を行う基板観察装置が知られている。
【０００３】
このような電子線装置にあっては、レンズのアライメント補正、非点収差補正、及び、焦点調整が正しく行われていないと、得られる画像の精度が悪化する。このため、従来、電子線装置においては、非点収差補正及び焦点調整（オートフォーカス）については自動調整が行われている。
自動調整を行う場合には、調整する対象、即ち、アライメント補正を行うアライメントコイル、非点収差補正を行うスティグコイル、焦点調整を行う対物レンズから所定のコイル、レンズを選択し、選択された調整対象に印加する電圧等を変化させることにより、試料を走査して画像を取得し、この画像の良否に基づいて選択された調整項目の調整を行っていた。
【０００４】
上述のような自動調整を行うものとして以下のものがある。特許文献１には、試料上に照射される電子ビームを細く集束するための集束レンズと、電子ビームを試料上でＸ方向とＹ方向へ二次元的に走査するための偏向手段と、電子ビーム通路に配置されたＸＹ方向の非点収差補正装置とを備えた電子ビーム装置において、試料上で二次元的に電子ビームを走査し、この走査によって得られた信号を積分するステップ、この電子ビーム走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら多数回行うステップ、対物レンズの励磁強度の変化に伴う非点存在時における積分値の変化曲線の２つのピークの中心とピークとの間のフォーカスのずれ量Ｄを求めるステップ、このずれ量Ｄに応じて予め記憶された非点補正装置に供給する複数の非点補正値のうち、求められたずれ量Ｄに対応した非点補正値を読み出すステップ、各非点補正値を非点収差補正装置に供給してその都度電子ビームを走査し、この走査によって得られた信号を積分するステップ、非点補正値の変化に伴う積分値の変化曲線のピーク時における非点補正値を非点収差補正装置にセットするステップよりなる電子ビーム装置における非点収差補正方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、電子線を偏向手段により偏向して走査し、任意の形状をなす試料上から発生する荷電粒子を検出して試料像を得るステップ、この走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら得られる試料像に対し、任意の形状をなす試料形状の所定の方向におけるエッジ成分の鮮鋭度を求めるステップ、更に対物レンズの励磁強度の変化と得られた所定の方向ごとの鮮鋭度をもとに、所定の方向ごとにおける対物レンズの励磁強度に対応するピーク位置を算出するステップ、この所定の方向のピーク位置の距離により、対応する非点収差補正コイルを補正するかどうかを判断するステップを備えたものが記載されている。
【特許文献１】特許第３１１２５４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アライメント補正を自動的に行うためには、アライメントずれ量を測定する必要性から、アライメント補正用のパターンが形成された試料の画像を使用しなければならず、このようなパターンが形成されていない試料ではアライメント補正を自動的に行えないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、自動的にアライメント補正が行える場合にはアライメント補正を自動的に行う電子線装置の自動調整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】
【０００８】
本発明において、前記の課題は次の手段で解決することができる。請求項１の発明は、対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得ステップと、前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得ステップと、前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定ステップと、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定ステップと、前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出ステップと、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正ステップと、を備えることを特徴とする電子線装置の自動調整方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の電子線装置の自動調整方法において、前記試料データ取得ステップは、取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法において、前記シフト量取得ステップは、取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、前記請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法によるアライメントの自動調整と、このアライメントの自動調整で獲得したパターン像データを使用した非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正の内少なくとも一方の自動補正とを行い、すべての自動補正が不必要となるまで前記アライメントの自動調整、前記非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を繰り返して行うことを特徴とする電子線装置の自動調整方法である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４記載の電子線装置の自動補正方法において、前記アライメントの自動補正を実行したとき、前記フォーカスの自動補正のみを行い、前記アライメントの自動補正が不必要であると判断されたとき、前記取得した複数のパターン像データに基づいて非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を順次行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、前記請求項１乃至５のいずれか記載の電子線装置の自動補正方法をコンピュータで実行することを特徴とするコンピュータプログラムである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６記載のプログラムを格納することを特徴とする記録媒体である。
【００１５】
請求項８の発明は、対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得手段と、前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得手段と、前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定手段と、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定手段と、前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出手段と、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正手段と、を備えることを特徴とする電子線装置である。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８記載の電子線装置において、前記試料データ取得手段は、取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理をなすことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９記載の電子線装置において、前記シフト量取得手段は、取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電子線装置において、対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得し、前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求め、前記パターン像データがレンズアライメントの補正に適するかを判定し、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定し、前記シフト量からアライメント補正量を求め、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うようにしたので、特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、試料のパターンにより自動的にアライメント補正が行えるかどうかを判定し、アライメント補正を自動的に行うことができ、電子線装置の自動調整を効率良く行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態例に係る電子線装置を走査電子顕微鏡に適用した例について説明する。図１は走査電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。この走査電子顕微鏡１０は、図１に示すように、鏡筒１１内上部の電子線源１２から発生した電子線４１を、アライメントコイル１３（第１補正手段）、スティグコイル１４（第２補正手段）で補正し、対物レンズコイル１５（フォーカス調整手段）でフォーカスを調整し、試料を走査する。試料２１から発生する二次電子、反射電子などの荷電粒子４２を検出器３０で検出し、図示しないモニター等の画像表示手段で試料像を表示し観察するものである。通常対物レンズに入射する電子ビームは、そのレンズ軸にアライメントすることで、収差を最小にすることができる。
【００２０】
本例に係る走査電子顕微鏡１０では、アライメントの補正、非点補正、フォーカス補正の３段階の補正を、記載の順序で行うものとしている。なお、これらの補正は、走査電子顕微鏡１０に内蔵され各部を制御するコンピュータにより、プログラムを実行することにより行われる。また、このプログラムはＦＤ、ＣＤ等の媒体に格納されたものをコンピュータのＨＤ、ＲＯＭ等にインストールされて実行される。
【００２１】
次に、前記補正の全体の手順について説明する。図２は走査顕微鏡における各補正コイル調整の全体の手順を示すフローチャートである。本例では、補正を開始するとまず観察対象となる試料の所定領域を、フォーカスを変えて走査し複数の画像を取得する（ＳＴ１）。ここで、試料にはパターンが形成されており、取得された複数の画像には観察領域に配されたパターン像が形成されている。ここで、電子ビームは、試料上において、プローブ径が可能な限り小さいほうが望ましく、また同時に、プローブ形は真円に近いほうが望ましい。
【００２２】
次に、このパターンがアライメント補正に適しているか、即ちアライメント補正が可能か否かを判定する（ＳＴ２）。アライメント補正が可能かどうかは、後述するようにパターンの状態により定まる。本例では、後述するように画像全体の状態と、パターンの状態を２回判定する。アライメント補正が可能である場合（ＳＴ２のＹｅｓ）には自動的にアライメントコイル１３を調整してアライメント補正（ＳＴ３，ＳＴ４）を実行し、アライメント補正ができない場合（ＳＴ２のＮｏ）には、次の補正である非点補正（ＳＴ５〜ＳＴ７）に移行する。
【００２３】
アライメント補正の実行に際しては、アライメント補正が必要かどうかを判定する（ＳＴ３）。アライメント補正が不必要な程度にアライメントが整っていれば、アライメント補正を行わず次の非点補正の処理に移行する（ＳＴ３のＮｏ）。アライメント補正が必要な場合、即ち、所定の値以上に軸がずれている場合（ＳＴ３のＹｅｓ）には、アライメント補正を実行する（ＳＴ４）。アライメント補正を実行した場合には、非点補正を行うことなく次のフォーカス補正（ＳＴ８〜ＳＴ１０）の処理に移行する。この場合非点補正を行わずフォーカス補正を行うのは、アライメント補正と非点補正とを続けて行うと、両補正が互いに影響をして、補正状態が収束しないからである。このため、本例では、非点補正は、アライメント補正を行わない場合、即ちアライメント補正ができない場合（ＳＴ２のＮｏ）と、アライメント補正を行う必要がない場合（ＳＴ３のＮｏ）に実行する。
【００２４】
非点補正では、まず前記取得した複数のパターンの画像から非点補正が可能かどうかを判定する（ＳＴ５）。非点補正が可能かどうかは、パターンの状態により定まり、非点補正が可能である場合（ＳＴ５のＹｅｓ）には自動的にスティグコイル１４を調整して非点補正（ＳＴ６，ＳＴ７）を実行し、非点補正ができない場合（ＳＴ５のＮｏ）には、次のフォーカス補正（ＳＴ８〜ＳＴ１０）に移行する。
【００２５】
非点補正の実行に際しては、まず非点補正が必要かどうかを判定する（ＳＴ６）。非点補正が不必要な程度に非点収差が補正されていれば、非点補正を行わず次のフォーカス補正の処理に移行する（ＳＴ６のＮｏ）。非点補正が必要な程度に非点収差がある場合（ＳＴ６のＹｅｓ）には、非点補正を実行する（ＳＴ７）。非点補正が終了した後、フォーカス補正（ＳＴ８〜ＳＴ１０）の処理に移行する。尚、非点収差の補正には、発明者らが提案している特開２００７−１０９４０８号公報に記載の方法を使用することができる。
【００２６】
フォーカス補正では、まず前記取得した複数のパターンの画像からフォーカス補正が可能かどうかを判定する（ＳＴ８）。フォーカス補正が可能かどうかは、パターンの状態により定まり、フォーカス補正が可能である場合（ＳＴ８のＹｅｓ）には自動的に対物レンズコイル１５を調整してフォーカス補正（ＳＴ９）を実行し、フォーカス補正ができない場合（ＳＴ８のＮｏ）には一連の自動補正処理を終了する。
【００２７】
フォーカス補正を実行（ＳＴ９）後、フォーカス補正の前にアライメント補正あるいは非点補正が行われているかを判定し、アライメント補正あるいは非点補正が行われている場合には、再度フォーカスの必要な複数枚の画像を撮影（ＳＴ１）して、上述した処理を実行し、アライメント補正、非点補正、フォーカス補正のすべての補正が終了するまで、これらの処理（ＳＴ１〜ＳＴ１０）を繰り返す。
【００２８】
以下、実施の形態に係る電子線装置の自動調整方法により実行されるアライメント補正について説明する。まずアライメント補正の基本的な考え方について説明する。図３はオートフォーカス処理時における撮影領域のずれの状態を示す模式図である。
【００２９】
通常上下極のポールピースの加工精度により、本来期待される軸に対してビームが入射されない。そのため対物レンズ上方に設置したアライメントコイルに偏向磁場もしくは偏向電界を与えることで、二次元的な最適アライメント位置に入射させることができる。
【００３０】
またこのレンズアライメントが正しく調整されたかどうかを確認するには、ジャストフォーカスから前後にフォーカスを変化させて、試料上の対象物が移動しないことにより確認できる。すなわち、走査電子顕微鏡１０が備えているオートフォーカス機能を作動させ、対物レンズコイル１５の励磁を変えた状態で試料の撮影を行うのである。これにより、フォーカスを変更した複数の画像よりレンズアライメントを調整するかどうかの判定及び補正処理を行うことが可能となる。
【００３１】
レンズアライメントがずれている状態（図３（ａ））では、フォーカスを変更した際、即ち対物レンズコイル１５の励磁を変更した際に、パターンの位置ずれ（図３（ａ）中Ａ１、Ａ２）が生じる。一方、レンズアライメントがずれていない状態（図３（ｂ））では、フォーカスを変更しても、パターンのずれが発生しない（図３（ｂ）中Ａ）。本発明は、この現象を利用してアライメントのずれ量を検出し、アライメントの補正を行う。
【００３２】
次に本例に係るアライメントの補正の手順について説明する。オートフォーカス処理時に取得するフォーカスの異なる複数の画像より、レンズアライメントを調整するかどうかの判定及び補正処理は、以下の手順で算出する。図４はアライメントの補正の手順を示すフローチャートである。まず、オートフォーカス時にフォーカスの異なるそれぞれの画像データを取得して保存する（ＳＴ１１）このとき、データをその一部を投影処理したものとして保存することや、画像全部を保存することができる。次に、画像の鮮鋭度より最適フォーカス値を得る（ＳＴ１２）。このときパターンの有無を判定する（ＳＴ１３）。この判定は前記アライメント適否判定の（ＳＴ２）の最初の判定となる。
【００３３】
パターンがないと判断された場合（ＳＴ１３のＮｏ）には、アライメント補正に適さないものとして終了し、パターンがあると判断された場合（ＳＴ１３のＹｅｓ）には、得られた最適フォーカス値より、複数枚のパターンシフト量算出画像を決定する（ＳＴ１４）。そして、使用するプロファイルの重み付け処理を行う（ＳＴ１５）。そして、この処理されたプロファイルからアライメント補正に適するかの２回目の判定を行う。この判定は、アライメント補正量を検出できるパターンであるかで判定を行う（ＳＴ１６）。
【００３４】
このアライメント補正ができない場合（ＳＴ１６のＮｏ）にはアライメント補正は終了する。アライメント補正ができる場合（ＳＴ１６のＹｅｓ）には、パターンシフト量を算出し（ＳＴ１７）、更にアライメント補正量を算出し（ＳＴ１８）アライメント補正が必要かどうか判定し（ＳＴ１９）、アライメント補正が必要であれば（ＳＴ１９のＹｅｓ）アライメントの自動補正（ＳＴ２０）を実行し、アライメント補正が不必要、即ちアライメントが整っていれば（ＳＴ１９のＮｏ）、アライメント補正は終了する。
【００３５】
以下各処理について説明する。まず、フォーカスの異なるそれぞれの画像データの取得（ＳＴ１１）について説明する。本例では、オートフォーカス時に得られるフォーカスの異なる複数画像についてそれぞれ画像の一部を投影処理したプロファイルを保存しておく。このように投影処理を行う場合には画像に対し、電子線ビームの回転角に合わせ、格子状に取得する、あるいはＣＡＤデータよりパターン量の多い箇所を抽出するなどの方法を採ることができる。
【００３６】
図５はフォーカスの異なる複数の画像から取得されるプロファイルデータを示す図である。フォーカスの異なる画像に付いての画像データは、図５（ａ）に示すようにフォーカスの状態に応じて複数得られる。本例では、得られた各画像データについて３×３の格子状領域のプロファイルデータを取得する。例えば、図５（ｂ）に示すように、縦横それぞれ３個所において各位置における画像データの輝度を取得して各個所におけるプロファイルデータ（図５（ｃ）、（ｄ））を取得するのである。尚、このプロファイルデータの取得領域は前記格子状領域に限ることなく適宜設定することができる。
【００３７】
このように、プロファイルデータを用いることで、複数の原画像のデータを保持する場合に比べ、メモリやＨＤＤ等の記憶デバイスの使用量を大幅に減らせ、かつ処理を高速化できる。尚、対象画像が小さく、フォーカスの異なる画像を保存が可能な場合には画像全部を保存するようにしてもよい。
【００３８】
次に画像の鮮鋭度より最適フォーカス値を得る処理（ＳＴ１２）について説明する。
本例では、先ほど取得したプロファイルを保存すると同時に、各プロファイルの鮮鋭度を求める。得られた鮮鋭度より、パターンが存在するかどうかの判断を行い、パターンが存在すると判断した場合には最適フォーカス値を求める。パターンの有無の判断は、レンズアライメントが補正できるかどうかの判定（ＳＴ２）のうち最初の判定である。このように、パターンの有無によりアライメント補正が可能であるかを判定しているので、試料にパターンがない場合には以下の処理を行うことなく、アライメント補正の実行を停止するので、無駄な処理を行うことなく迅速に処理を続行することができる。
【００３９】
この画像からパターンが存在するかどうかの判定（ＳＴ１３）を行うには、例えば各画像の鮮鋭度をもとに近似した場合の相関係数が一定値以上であるかどうかに行う。最適フォーカス値も同様に各画像の鮮鋭度をもとに近似した値により算出することができる。
【００４０】
次に、得られた最適フォーカス値より、複数枚のパターンシフト量算出画像を決定する処理（ＳＴ１４）について説明する。ここでは、上述した処理で求めた最適フォーカスより、パターンシフト量算出画像を決定する。求められた最適フォーカスからフォーカスのずれ量が近い複数の画像を抽出する。図６は最適フォーカス値を得るための複数の画像を示す模式図である。本例では画像Ｆ１から画像７まで７つの画像を取得している。
【００４１】
ここでは、得られた最適フォーカス値を挟む２つの画像のうち所定の量以上ずれている２つの画像を選択する。例えば、得られた最適フォーカス値と、画像Ｆ４のフォーカス値が近い場合には、この画像Ｆ４を挟む画像Ｆ３と画像Ｆ５とのプロファイルを比較する。また、最適フォーカスが画像Ｆ３と画像Ｆ４との間にあるような場合には画像Ｆ３と画像Ｆ４とを比較する。このようにフォーカスのずれ量の近い画像を選択することにより、高精度なパターンずれ量抽出が可能となる。ここで、最適フォーカスからのずれ量によりプロファイルが変化するため、比較する画像は最適フォーカスからのずれ量が近いことが望ましい。
【００４２】
次に、使用するプロファイルの重み付け処理（ＳＴ１５）について説明する。プロファイル位置によっては、このデータ上に像がまったくなかった場合など、不良なデータが存在することも考えられるので、情報量が少ないプロファイルは排除あるいは、重み付けする必要がある。即ち、ステップＳＴ１４で得られた最適フォーカス値に最も近い画像を使用して、各プロファイルの情報量を算出して、重み付けを行う。
この重み付けは、次の手順で行う。
【００４３】
各プロファイルにおける値に重み付け係数Ｗを乗じて重み付けを行う、この場合、複数あるプロファイルの分散の平均をσａ、対象プロファイルの分散をσｍとし、ＤＤ＝σｍ／σａを求める。そして、このＤが閾値以下である場合にはＷ＝０、閾値以上ではＷ＝１とする処理を行う。
【００４４】
この処理では、アライメント補正ができるパターンがあるかの判定（ＳＴ１６）も行う。即ち対象プロファイルの重み付け係数Ｗが１となる部分が一定値を超える場合にはパターンがあるとしてアライメント補正が可能であると判断し、一定値以下であればアライメント補正ができないものとして以下の計算対象から除外し、次の非点補正処理に移行する（ＳＴ２のＮｏ、ＳＴ５）。尚、この重み付けの処理は上述したものに限らず、また、重み付け処理を省略することができる。
【００４５】
次にパターンシフト量の算出（ＳＴ１７）及び補正が必要かどうかの判定（ＳＴ１８）について説明する。本例では、ステップＳＴ１４で求めたパターンシフト量の比較対象となる画像の同一位置におけるプロファイルごとにずれ量を算出する。
【００４６】
図７は比較対象となる画像データを示す模式図である。例えば図７（ａ）に示す画像Ｆａの水平方向最上位置におけるプロファイルＦａ（ｔ）と、図７（ｂ）に示す画像Ｆｂの水平方向最上位置におけるプロファイルＦｂ（ｔ）とを比較する。
【００４７】
この比較は例えば以下のように行う。Ｆａ（ｔ）と、Ｆｂ（ｔ）の２つのプロファイルを比較するとき、例えば所定の値（２ｃ）の範囲で両プロファイルを比較するものとする。図８は２つのプロファイルの類似度判定処理における処理を示すものであり、（ａ）は類似度取得の開始状態を示す模式図、（ｂ）は類似度取得の終了状態を示す模式図である。
まず、比較のため２つのプロファイルが領域〔０〜１〕の間であって、Ｆａ（ｔ）が〔０〜（ｗ−２ｃ）〕に、Ｆｂ（ｔ）が〔（ｃ）〜（ｗ―ｃ）〕に分布するようにパラメータを変換する。そして、Ｆｂ（ｔ）を固定して、Ｆａ（ｔ）の始点を０とした状態から（図８（ａ））から２ｃとなる状態（（図８）ｂ））になるまでシフトしつつ、比較し類似度Ｓ（ｔ）が最大となる個所を求める。下記式（１）に従ってＳｎ（ｔ）を求め、前記プロファイルＦａ（ｔ）及びＦｂ（ｔ）で、類似度Ｓ（ｔ）が最大となる位置ｔを求める。ここで、ｗはプロファイルの幅、ｃは上述したマッチングの無効領域とする。
【００４８】
【数１】
…式（１）
【００４９】
そして、ここで得られたｔの精度を高めるために、ｔを中心として近傍のＳ（ｔ−ｋ）からＳ（ｔ＋ｋ）のデータを用い二次近似などによりずれ量Ｄを算出する（ｋは任意の定数）。
【００５０】
これを各プロファイルについて繰り返し、水平方向のずれ量Ｘと、垂直方向のずれ量Ｙとを求める。図９は画像の各方向におけるずれ量取得位置を示す模式図である。例えばスキャンローテーションが０°で、３×３で格子状にプロファイルを取得した場合に得られたずれ量の水平方向距離をＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３、鉛直方向距離をＤＶ１，ＤＶ２，ＤＶ３としたとき（図９参照）、水平方向のずれ量Ｘ及び鉛直方向のずれ量Ｙは、上述の重み付け係数Ｗより以下の式（２）に基づいて算出できる。
ここで、
ｎＨ：計算に採用する水平方向のプロファイル数
ｎＶ：計算に採用する垂直方向のプロファイル数
とする。
【００５１】
【数２】
…式（２）
【００５２】
次いで、得られたずれ量（Ｘ，Ｙ）に基づいてフォーカス１カウントあたりの像の移動量を求める。取得した画像のピクセルサイズＰ（１Ｐｉｘｅｌあたりの大きさ）と、オートフォーカスのフォーカスステップ値Ｆｓ、得られたフォーカス値により算出される高さ補正係数ｈ、焦点深度係数を用いて、式（３）に基づいて、フォーカス１カウントあたりの像の移動量を示すベクトル（Ｘ’，Ｙ’）を算出する
【００５３】
【数３】
…式（３）
【００５４】
そして、取得した画像回転角度θとコイルの取り付けずれ角αに基づいて、（Ｘ’，Ｙ’）を回転角度補正し、計算結果に対してゲインとオフセットで補正し、アライメントコイルの補正値を算出する（ＳＴ１８）。
ここで、
（ＬＸ，ＬＹ）：現在のレンズアライメント値
（ＧＬＸ，ＧＬＹ）：レンズアライメント補正ゲイン値
（ＯＬＸ，ＯＬＹ）：レンズアライメント補正オフセット値
とすると、補正後のレンズアライメント値（ΔＬＸ、ΔＬＹ）は、式（４）に基づいて得られる。
【００５５】
【数４】
…式（４）
【００５６】
そして、アライメント補正が必要かどうかの判定を行う（ＳＴ１９）。この判定は、（ΔＬｘ２＋ΔＬｙ２）１／２が、閾値内かどうかにより行う。当該値が閾値内であれば、アライメントが許容される程度に正しく、当該値が閾値以上であればアライメントが狂っており補正が必要であると判定される。そして、閾値外であれば現在のアライメントコイルの値にそれぞれΔＬｘ、ΔＬｙを加算し、レンズアライメント補正を自動実行する（ＳＴ１９）。
【００５７】
これにより、走査電子顕微鏡１０のアライメント補正は終了し、前記図２に示した手順により他の補正、即ち非点補正及びフォーカス補正を所定の手順に従って行い、すべての補正が終了した状態で試料の観察を行うこととなる。
【００５８】
以上説明したように、本例に係る電子線装置の自動補正方法によれば、特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、試料のパターンにより自動的にアライメント補正が行えるかどうかを判定し、アライメント補正を自動的に行うことができ、電子線装置の自動調整を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
【図２】走査顕微鏡における各補正コイル調整の全体の手順を示すフローチャートである。
【図３】オートフォーカス処理時における撮影領域のずれの状態を示す模式図である。
【図４】アライメントの補正の手順を示すフローチャートである。
【図５】フォーカスの異なる複数の画像から取得されるプロファイルデータを示す図である。
【図６】最適フォーカス値を得るための複数の画像を示す模式図である。
【図７】比較対象となる画像データを示す模式図である。
【図８】２つのプロファイルの類似度判定処理における処理を示す模式図である。
【図９】画像の各方向におけるずれ量取得位置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 走査電子顕微鏡
１１ 鏡筒
１２ 電子線源
１３ アライメントコイル
１４ スティグコイル
１５ 対物レンズコイル
２１ 試料
３０ 検出器
４１ 電子線
４２ 荷電粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線装置の自動補正方法、コンピュータプログラム、記録媒体及び電子線装置に係り、特に試料上の観察対象領域に電子線を照射して試料から発生する電子により試料像を形成する電子線装置の自動調整方法、コンピュータプログラム、記録媒体及び電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子線装置として、電子線を偏向器で走査すると共に対物レンズで半導体基板やフォトマスク等の試料に収束させて照射し、試料から発生する二次電子線などの荷電粒子を検出器で検出し、走査用の同期信号発生器の情報に基づいて試料像を取得し、この試料像から半導基板等の評価を行う基板観察装置が知られている。
【０００３】
このような電子線装置にあっては、レンズのアライメント補正、非点収差補正、及び、焦点調整が正しく行われていないと、得られる画像の精度が悪化する。このため、従来、電子線装置においては、非点収差補正及び焦点調整（オートフォーカス）については自動調整が行われている。
自動調整を行う場合には、調整する対象、即ち、アライメント補正を行うアライメントコイル、非点収差補正を行うスティグコイル、焦点調整を行う対物レンズから所定のコイル、レンズを選択し、選択された調整対象に印加する電圧等を変化させることにより、試料を走査して画像を取得し、この画像の良否に基づいて選択された調整項目の調整を行っていた。
【０００４】
上述のような自動調整を行うものとして以下のものがある。特許文献１には、試料上に照射される電子ビームを細く集束するための集束レンズと、電子ビームを試料上でＸ方向とＹ方向へ二次元的に走査するための偏向手段と、電子ビーム通路に配置されたＸＹ方向の非点収差補正装置とを備えた電子ビーム装置において、試料上で二次元的に電子ビームを走査し、この走査によって得られた信号を積分するステップ、この電子ビーム走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら多数回行うステップ、対物レンズの励磁強度の変化に伴う非点存在時における積分値の変化曲線の２つのピークの中心とピークとの間のフォーカスのずれ量Ｄを求めるステップ、このずれ量Ｄに応じて予め記憶された非点補正装置に供給する複数の非点補正値のうち、求められたずれ量Ｄに対応した非点補正値を読み出すステップ、各非点補正値を非点収差補正装置に供給してその都度電子ビームを走査し、この走査によって得られた信号を積分するステップ、非点補正値の変化に伴う積分値の変化曲線のピーク時における非点補正値を非点収差補正装置にセットするステップよりなる電子ビーム装置における非点収差補正方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、電子線を偏向手段により偏向して走査し、任意の形状をなす試料上から発生する荷電粒子を検出して試料像を得るステップ、この走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら得られる試料像に対し、任意の形状をなす試料形状の所定の方向におけるエッジ成分の鮮鋭度を求めるステップ、更に対物レンズの励磁強度の変化と得られた所定の方向ごとの鮮鋭度をもとに、所定の方向ごとにおける対物レンズの励磁強度に対応するピーク位置を算出するステップ、この所定の方向のピーク位置の距離により、対応する非点収差補正コイルを補正するかどうかを判断するステップを備えたものが記載されている。
【特許文献１】特許第３１１２５４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アライメント補正を自動的に行うためには、アライメントずれ量を測定する必要性から、アライメント補正用のパターンが形成された試料の画像を使用しなければならず、このようなパターンが形成されていない試料ではアライメント補正を自動的に行えないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、自動的にアライメント補正が行える場合にはアライメント補正を自動的に行う電子線装置の自動調整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】
【０００８】
本発明において、前記の課題は次の手段で解決することができる。請求項１の発明は、対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得ステップと、前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得ステップと、前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定ステップと、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定ステップと、前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出ステップと、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正ステップと、を備えることを特徴とする電子線装置の自動調整方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の電子線装置の自動調整方法において、前記試料データ取得ステップは、取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法において、前記シフト量取得ステップは、取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、前記請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法によるアライメントの自動調整と、このアライメントの自動調整で獲得したパターン像データを使用した非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正の内少なくとも一方の自動補正とを行い、すべての自動補正が不必要となるまで前記アライメントの自動調整、前記非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を繰り返して行うことを特徴とする電子線装置の自動調整方法である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４記載の電子線装置の自動補正方法において、前記アライメントの自動補正を実行したとき、前記フォーカスの自動補正のみを行い、前記アライメントの自動補正が不必要であると判断されたとき、前記取得した複数のパターン像データに基づいて非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を順次行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、前記請求項１乃至５のいずれか記載の電子線装置の自動補正方法をコンピュータで実行することを特徴とするコンピュータプログラムである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６記載のプログラムを格納することを特徴とする記録媒体である。
【００１５】
請求項８の発明は、対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得手段と、前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得手段と、前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定手段と、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定手段と、前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出手段と、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正手段と、を備えることを特徴とする電子線装置である。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８記載の電子線装置において、前記試料データ取得手段は、取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理をなすことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９記載の電子線装置において、前記シフト量取得手段は、取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電子線装置において、対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得し、前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求め、前記パターン像データがレンズアライメントの補正に適するかを判定し、前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定し、前記シフト量からアライメント補正量を求め、前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うようにしたので、特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、試料のパターンにより自動的にアライメント補正が行えるかどうかを判定し、アライメント補正を自動的に行うことができ、電子線装置の自動調整を効率良く行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態例に係る電子線装置を走査電子顕微鏡に適用した例について説明する。図１は走査電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。この走査電子顕微鏡１０は、図１に示すように、鏡筒１１内上部の電子線源１２から発生した電子線４１を、アライメントコイル１３（第１補正手段）、スティグコイル１４（第２補正手段）で補正し、対物レンズコイル１５（フォーカス調整手段）でフォーカスを調整し、試料を走査する。試料２１から発生する二次電子、反射電子などの荷電粒子４２を検出器３０で検出し、図示しないモニター等の画像表示手段で試料像を表示し観察するものである。通常対物レンズに入射する電子ビームは、そのレンズ軸にアライメントすることで、収差を最小にすることができる。
【００２０】
本例に係る走査電子顕微鏡１０では、アライメントの補正、非点補正、フォーカス補正の３段階の補正を、記載の順序で行うものとしている。なお、これらの補正は、走査電子顕微鏡１０に内蔵され各部を制御するコンピュータにより、プログラムを実行することにより行われる。また、このプログラムはＦＤ、ＣＤ等の媒体に格納されたものをコンピュータのＨＤ、ＲＯＭ等にインストールされて実行される。
【００２１】
次に、前記補正の全体の手順について説明する。図２は走査顕微鏡における各補正コイル調整の全体の手順を示すフローチャートである。本例では、補正を開始するとまず観察対象となる試料の所定領域を、フォーカスを変えて走査し複数の画像を取得する（ＳＴ１）。ここで、試料にはパターンが形成されており、取得された複数の画像には観察領域に配されたパターン像が形成されている。ここで、電子ビームは、試料上において、プローブ径が可能な限り小さいほうが望ましく、また同時に、プローブ形は真円に近いほうが望ましい。
【００２２】
次に、このパターンがアライメント補正に適しているか、即ちアライメント補正が可能か否かを判定する（ＳＴ２）。アライメント補正が可能かどうかは、後述するようにパターンの状態により定まる。本例では、後述するように画像全体の状態と、パターンの状態を２回判定する。アライメント補正が可能である場合（ＳＴ２のＹｅｓ）には自動的にアライメントコイル１３を調整してアライメント補正（ＳＴ３，ＳＴ４）を実行し、アライメント補正ができない場合（ＳＴ２のＮｏ）には、次の補正である非点補正（ＳＴ５〜ＳＴ７）に移行する。
【００２３】
アライメント補正の実行に際しては、アライメント補正が必要かどうかを判定する（ＳＴ３）。アライメント補正が不必要な程度にアライメントが整っていれば、アライメント補正を行わず次の非点補正の処理に移行する（ＳＴ３のＮｏ）。アライメント補正が必要な場合、即ち、所定の値以上に軸がずれている場合（ＳＴ３のＹｅｓ）には、アライメント補正を実行する（ＳＴ４）。アライメント補正を実行した場合には、非点補正を行うことなく次のフォーカス補正（ＳＴ８〜ＳＴ１０）の処理に移行する。この場合非点補正を行わずフォーカス補正を行うのは、アライメント補正と非点補正とを続けて行うと、両補正が互いに影響をして、補正状態が収束しないからである。このため、本例では、非点補正は、アライメント補正を行わない場合、即ちアライメント補正ができない場合（ＳＴ２のＮｏ）と、アライメント補正を行う必要がない場合（ＳＴ３のＮｏ）に実行する。
【００２４】
非点補正では、まず前記取得した複数のパターンの画像から非点補正が可能かどうかを判定する（ＳＴ５）。非点補正が可能かどうかは、パターンの状態により定まり、非点補正が可能である場合（ＳＴ５のＹｅｓ）には自動的にスティグコイル１４を調整して非点補正（ＳＴ６，ＳＴ７）を実行し、非点補正ができない場合（ＳＴ５のＮｏ）には、次のフォーカス補正（ＳＴ８〜ＳＴ１０）に移行する。
【００２５】
非点補正の実行に際しては、まず非点補正が必要かどうかを判定する（ＳＴ６）。非点補正が不必要な程度に非点収差が補正されていれば、非点補正を行わず次のフォーカス補正の処理に移行する（ＳＴ６のＮｏ）。非点補正が必要な程度に非点収差がある場合（ＳＴ６のＹｅｓ）には、非点補正を実行する（ＳＴ７）。非点補正が終了した後、フォーカス補正（ＳＴ８〜ＳＴ１０）の処理に移行する。尚、非点収差の補正には、発明者らが提案している特開２００７−１０９４０８号公報に記載の方法を使用することができる。
【００２６】
フォーカス補正では、まず前記取得した複数のパターンの画像からフォーカス補正が可能かどうかを判定する（ＳＴ８）。フォーカス補正が可能かどうかは、パターンの状態により定まり、フォーカス補正が可能である場合（ＳＴ８のＹｅｓ）には自動的に対物レンズコイル１５を調整してフォーカス補正（ＳＴ９）を実行し、フォーカス補正ができない場合（ＳＴ８のＮｏ）には一連の自動補正処理を終了する。
【００２７】
フォーカス補正を実行（ＳＴ９）後、フォーカス補正の前にアライメント補正あるいは非点補正が行われているかを判定し、アライメント補正あるいは非点補正が行われている場合には、再度フォーカスの必要な複数枚の画像を撮影（ＳＴ１）して、上述した処理を実行し、アライメント補正、非点補正、フォーカス補正のすべての補正が終了するまで、これらの処理（ＳＴ１〜ＳＴ１０）を繰り返す。
【００２８】
以下、実施の形態に係る電子線装置の自動調整方法により実行されるアライメント補正について説明する。まずアライメント補正の基本的な考え方について説明する。図３はオートフォーカス処理時における撮影領域のずれの状態を示す模式図である。
【００２９】
通常上下極のポールピースの加工精度により、本来期待される軸に対してビームが入射されない。そのため対物レンズ上方に設置したアライメントコイルに偏向磁場もしくは偏向電界を与えることで、二次元的な最適アライメント位置に入射させることができる。
【００３０】
またこのレンズアライメントが正しく調整されたかどうかを確認するには、ジャストフォーカスから前後にフォーカスを変化させて、試料上の対象物が移動しないことにより確認できる。すなわち、走査電子顕微鏡１０が備えているオートフォーカス機能を作動させ、対物レンズコイル１５の励磁を変えた状態で試料の撮影を行うのである。これにより、フォーカスを変更した複数の画像よりレンズアライメントを調整するかどうかの判定及び補正処理を行うことが可能となる。
【００３１】
レンズアライメントがずれている状態（図３（ａ））では、フォーカスを変更した際、即ち対物レンズコイル１５の励磁を変更した際に、パターンの位置ずれ（図３（ａ）中Ａ１、Ａ２）が生じる。一方、レンズアライメントがずれていない状態（図３（ｂ））では、フォーカスを変更しても、パターンのずれが発生しない（図３（ｂ）中Ａ）。本発明は、この現象を利用してアライメントのずれ量を検出し、アライメントの補正を行う。
【００３２】
次に本例に係るアライメントの補正の手順について説明する。オートフォーカス処理時に取得するフォーカスの異なる複数の画像より、レンズアライメントを調整するかどうかの判定及び補正処理は、以下の手順で算出する。図４はアライメントの補正の手順を示すフローチャートである。まず、オートフォーカス時にフォーカスの異なるそれぞれの画像データを取得して保存する（ＳＴ１１）このとき、データをその一部を投影処理したものとして保存することや、画像全部を保存することができる。次に、画像の鮮鋭度より最適フォーカス値を得る（ＳＴ１２）。このときパターンの有無を判定する（ＳＴ１３）。この判定は前記アライメント適否判定の（ＳＴ２）の最初の判定となる。
【００３３】
パターンがないと判断された場合（ＳＴ１３のＮｏ）には、アライメント補正に適さないものとして終了し、パターンがあると判断された場合（ＳＴ１３のＹｅｓ）には、得られた最適フォーカス値より、複数枚のパターンシフト量算出画像を決定する（ＳＴ１４）。そして、使用するプロファイルの重み付け処理を行う（ＳＴ１５）。そして、この処理されたプロファイルからアライメント補正に適するかの２回目の判定を行う。この判定は、アライメント補正量を検出できるパターンであるかで判定を行う（ＳＴ１６）。
【００３４】
このアライメント補正ができない場合（ＳＴ１６のＮｏ）にはアライメント補正は終了する。アライメント補正ができる場合（ＳＴ１６のＹｅｓ）には、パターンシフト量を算出し（ＳＴ１７）、更にアライメント補正量を算出し（ＳＴ１８）アライメント補正が必要かどうか判定し（ＳＴ１９）、アライメント補正が必要であれば（ＳＴ１９のＹｅｓ）アライメントの自動補正（ＳＴ２０）を実行し、アライメント補正が不必要、即ちアライメントが整っていれば（ＳＴ１９のＮｏ）、アライメント補正は終了する。
【００３５】
以下各処理について説明する。まず、フォーカスの異なるそれぞれの画像データの取得（ＳＴ１１）について説明する。本例では、オートフォーカス時に得られるフォーカスの異なる複数画像についてそれぞれ画像の一部を投影処理したプロファイルを保存しておく。このように投影処理を行う場合には画像に対し、電子線ビームの回転角に合わせ、格子状に取得する、あるいはＣＡＤデータよりパターン量の多い箇所を抽出するなどの方法を採ることができる。
【００３６】
図５はフォーカスの異なる複数の画像から取得されるプロファイルデータを示す図である。フォーカスの異なる画像に付いての画像データは、図５（ａ）に示すようにフォーカスの状態に応じて複数得られる。本例では、得られた各画像データについて３×３の格子状領域のプロファイルデータを取得する。例えば、図５（ｂ）に示すように、縦横それぞれ３個所において各位置における画像データの輝度を取得して各個所におけるプロファイルデータ（図５（ｃ）、（ｄ））を取得するのである。尚、このプロファイルデータの取得領域は前記格子状領域に限ることなく適宜設定することができる。
【００３７】
このように、プロファイルデータを用いることで、複数の原画像のデータを保持する場合に比べ、メモリやＨＤＤ等の記憶デバイスの使用量を大幅に減らせ、かつ処理を高速化できる。尚、対象画像が小さく、フォーカスの異なる画像を保存が可能な場合には画像全部を保存するようにしてもよい。
【００３８】
次に画像の鮮鋭度より最適フォーカス値を得る処理（ＳＴ１２）について説明する。
本例では、先ほど取得したプロファイルを保存すると同時に、各プロファイルの鮮鋭度を求める。得られた鮮鋭度より、パターンが存在するかどうかの判断を行い、パターンが存在すると判断した場合には最適フォーカス値を求める。パターンの有無の判断は、レンズアライメントが補正できるかどうかの判定（ＳＴ２）のうち最初の判定である。このように、パターンの有無によりアライメント補正が可能であるかを判定しているので、試料にパターンがない場合には以下の処理を行うことなく、アライメント補正の実行を停止するので、無駄な処理を行うことなく迅速に処理を続行することができる。
【００３９】
この画像からパターンが存在するかどうかの判定（ＳＴ１３）を行うには、例えば各画像の鮮鋭度をもとに近似した場合の相関係数が一定値以上であるかどうかに行う。最適フォーカス値も同様に各画像の鮮鋭度をもとに近似した値により算出することができる。
【００４０】
次に、得られた最適フォーカス値より、複数枚のパターンシフト量算出画像を決定する処理（ＳＴ１４）について説明する。ここでは、上述した処理で求めた最適フォーカスより、パターンシフト量算出画像を決定する。求められた最適フォーカスからフォーカスのずれ量が近い複数の画像を抽出する。図６は最適フォーカス値を得るための複数の画像を示す模式図である。本例では画像Ｆ１から画像７まで７つの画像を取得している。
【００４１】
ここでは、得られた最適フォーカス値を挟む２つの画像のうち所定の量以上ずれている２つの画像を選択する。例えば、得られた最適フォーカス値と、画像Ｆ４のフォーカス値が近い場合には、この画像Ｆ４を挟む画像Ｆ３と画像Ｆ５とのプロファイルを比較する。また、最適フォーカスが画像Ｆ３と画像Ｆ４との間にあるような場合には画像Ｆ３と画像Ｆ４とを比較する。このようにフォーカスのずれ量の近い画像を選択することにより、高精度なパターンずれ量抽出が可能となる。ここで、最適フォーカスからのずれ量によりプロファイルが変化するため、比較する画像は最適フォーカスからのずれ量が近いことが望ましい。
【００４２】
次に、使用するプロファイルの重み付け処理（ＳＴ１５）について説明する。プロファイル位置によっては、このデータ上に像がまったくなかった場合など、不良なデータが存在することも考えられるので、情報量が少ないプロファイルは排除あるいは、重み付けする必要がある。即ち、ステップＳＴ１４で得られた最適フォーカス値に最も近い画像を使用して、各プロファイルの情報量を算出して、重み付けを行う。
この重み付けは、次の手順で行う。
【００４３】
各プロファイルにおける値に重み付け係数Ｗを乗じて重み付けを行う、この場合、複数あるプロファイルの分散の平均をσａ、対象プロファイルの分散をσｍとし、ＤＤ＝σｍ／σａを求める。そして、このＤが閾値以下である場合にはＷ＝０、閾値以上ではＷ＝１とする処理を行う。
【００４４】
この処理では、アライメント補正ができるパターンがあるかの判定（ＳＴ１６）も行う。即ち対象プロファイルの重み付け係数Ｗが１となる部分が一定値を超える場合にはパターンがあるとしてアライメント補正が可能であると判断し、一定値以下であればアライメント補正ができないものとして以下の計算対象から除外し、次の非点補正処理に移行する（ＳＴ２のＮｏ、ＳＴ５）。尚、この重み付けの処理は上述したものに限らず、また、重み付け処理を省略することができる。
【００４５】
次にパターンシフト量の算出（ＳＴ１７）及び補正が必要かどうかの判定（ＳＴ１８）について説明する。本例では、ステップＳＴ１４で求めたパターンシフト量の比較対象となる画像の同一位置におけるプロファイルごとにずれ量を算出する。
【００４６】
図７は比較対象となる画像データを示す模式図である。例えば図７（ａ）に示す画像Ｆａの水平方向最上位置におけるプロファイルＦａ（ｔ）と、図７（ｂ）に示す画像Ｆｂの水平方向最上位置におけるプロファイルＦｂ（ｔ）とを比較する。
【００４７】
この比較は例えば以下のように行う。Ｆａ（ｔ）と、Ｆｂ（ｔ）の２つのプロファイルを比較するとき、例えば所定の値（２ｃ）の範囲で両プロファイルを比較するものとする。図８は２つのプロファイルの類似度判定処理における処理を示すものであり、（ａ）は類似度取得の開始状態を示す模式図、（ｂ）は類似度取得の終了状態を示す模式図である。
まず、比較のため２つのプロファイルが領域〔０〜１〕の間であって、Ｆａ（ｔ）が〔０〜（ｗ−２ｃ）〕に、Ｆｂ（ｔ）が〔（ｃ）〜（ｗ―ｃ）〕に分布するようにパラメータを変換する。そして、Ｆｂ（ｔ）を固定して、Ｆａ（ｔ）の始点を０とした状態から（図８（ａ））から２ｃとなる状態（（図８）ｂ））になるまでシフトしつつ、比較し類似度Ｓ（ｔ）が最大となる個所を求める。下記式（１）に従ってＳｎ（ｔ）を求め、前記プロファイルＦａ（ｔ）及びＦｂ（ｔ）で、類似度Ｓ（ｔ）が最大となる位置ｔを求める。ここで、ｗはプロファイルの幅、ｃは上述したマッチングの無効領域とする。
【００４８】
【数１】
…式（１）
【００４９】
そして、ここで得られたｔの精度を高めるために、ｔを中心として近傍のＳ（ｔ−ｋ）からＳ（ｔ＋ｋ）のデータを用い二次近似などによりずれ量Ｄを算出する（ｋは任意の定数）。
【００５０】
これを各プロファイルについて繰り返し、水平方向のずれ量Ｘと、垂直方向のずれ量Ｙとを求める。図９は画像の各方向におけるずれ量取得位置を示す模式図である。例えばスキャンローテーションが０°で、３×３で格子状にプロファイルを取得した場合に得られたずれ量の水平方向距離をＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３、鉛直方向距離をＤＶ１，ＤＶ２，ＤＶ３としたとき（図９参照）、水平方向のずれ量Ｘ及び鉛直方向のずれ量Ｙは、上述の重み付け係数Ｗより以下の式（２）に基づいて算出できる。
ここで、
ｎＨ：計算に採用する水平方向のプロファイル数
ｎＶ：計算に採用する垂直方向のプロファイル数
とする。
【００５１】
【数２】
…式（２）
【００５２】
次いで、得られたずれ量（Ｘ，Ｙ）に基づいてフォーカス１カウントあたりの像の移動量を求める。取得した画像のピクセルサイズＰ（１Ｐｉｘｅｌあたりの大きさ）と、オートフォーカスのフォーカスステップ値Ｆｓ、得られたフォーカス値により算出される高さ補正係数ｈ、焦点深度係数を用いて、式（３）に基づいて、フォーカス１カウントあたりの像の移動量を示すベクトル（Ｘ’，Ｙ’）を算出する
【００５３】
【数３】
…式（３）
【００５４】
そして、取得した画像回転角度θとコイルの取り付けずれ角αに基づいて、（Ｘ’，Ｙ’）を回転角度補正し、計算結果に対してゲインとオフセットで補正し、アライメントコイルの補正値を算出する（ＳＴ１８）。
ここで、
（ＬＸ，ＬＹ）：現在のレンズアライメント値
（ＧＬＸ，ＧＬＹ）：レンズアライメント補正ゲイン値
（ＯＬＸ，ＯＬＹ）：レンズアライメント補正オフセット値
とすると、補正後のレンズアライメント値（ΔＬＸ、ΔＬＹ）は、式（４）に基づいて得られる。
【００５５】
【数４】
…式（４）
【００５６】
そして、アライメント補正が必要かどうかの判定を行う（ＳＴ１９）。この判定は、（ΔＬｘ２＋ΔＬｙ２）１／２が、閾値内かどうかにより行う。当該値が閾値内であれば、アライメントが許容される程度に正しく、当該値が閾値以上であればアライメントが狂っており補正が必要であると判定される。そして、閾値外であれば現在のアライメントコイルの値にそれぞれΔＬｘ、ΔＬｙを加算し、レンズアライメント補正を自動実行する（ＳＴ１９）。
【００５７】
これにより、走査電子顕微鏡１０のアライメント補正は終了し、前記図２に示した手順により他の補正、即ち非点補正及びフォーカス補正を所定の手順に従って行い、すべての補正が終了した状態で試料の観察を行うこととなる。
【００５８】
以上説明したように、本例に係る電子線装置の自動補正方法によれば、特にアライメント補正用のパターンを備えた試料でなくても、試料のパターンにより自動的にアライメント補正が行えるかどうかを判定し、アライメント補正を自動的に行うことができ、電子線装置の自動調整を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
【図２】走査顕微鏡における各補正コイル調整の全体の手順を示すフローチャートである。
【図３】オートフォーカス処理時における撮影領域のずれの状態を示す模式図である。
【図４】アライメントの補正の手順を示すフローチャートである。
【図５】フォーカスの異なる複数の画像から取得されるプロファイルデータを示す図である。
【図６】最適フォーカス値を得るための複数の画像を示す模式図である。
【図７】比較対象となる画像データを示す模式図である。
【図８】２つのプロファイルの類似度判定処理における処理を示す模式図である。
【図９】画像の各方向におけるずれ量取得位置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 走査電子顕微鏡
１１ 鏡筒
１２ 電子線源
１３ アライメントコイル
１４ スティグコイル
１５ 対物レンズコイル
２１ 試料
３０ 検出器
４１ 電子線
４２ 荷電粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得ステップと、
前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得ステップと、
前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定ステップと、
前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定ステップと、
前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出ステップと、
前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正ステップと、
を備えたことを特徴とする電子線装置の自動調整方法。
【請求項２】
前記試料データ取得ステップは、
取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理を含むことを特徴とする請求項１記載の電子線装置の自動調整方法。
【請求項３】
前記シフト量取得ステップは、
取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、
得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、
使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法。
【請求項４】
前記請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法によるアライメントの自動調整と、このアライメントの自動調整で獲得したパターン像データを使用した非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正の内少なくとも一方の自動補正とを行い、すべての自動補正が不必要となるまで前記アライメントの自動調整、前記非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を繰り返して行うことを特徴とする電子線装置の自動調整方法。
【請求項５】
前記アライメントの自動補正を実行したとき、前記フォーカスの自動補正のみを行い、前記アライメントの自動補正が不必要であると判断されたとき、前記取得した複数のパターン像データに基づいて非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を順次行うことを特徴とする請求項４記載の電子線装置の自動補正方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれか記載の電子線装置の自動補正方法をコンピュータで実行することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項７】
請求項６記載のプログラムを格納したことを特徴とする記録媒体。
【請求項８】
対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得手段と、
前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得手段と、
前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定手段と、
前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定手段と、
前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出手段と、
前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正手段と、
を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
前記試料データ取得手段は、
取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理をなすことを特徴とする請求項８記載の電子線装置。
【請求項１０】
前記シフト量取得手段は、
取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、
得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、
使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理をなすことを特徴とする請求項９記載の電子線装置。
【請求項１】
対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得ステップと、
前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得ステップと、
前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定ステップと、
前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定ステップと、
前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出ステップと、
前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正ステップと、
を備えたことを特徴とする電子線装置の自動調整方法。
【請求項２】
前記試料データ取得ステップは、
取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理を含むことを特徴とする請求項１記載の電子線装置の自動調整方法。
【請求項３】
前記シフト量取得ステップは、
取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、
得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、
使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法。
【請求項４】
前記請求項１乃至３のいずれか記載の電子線装置の自動調整方法によるアライメントの自動調整と、このアライメントの自動調整で獲得したパターン像データを使用した非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正の内少なくとも一方の自動補正とを行い、すべての自動補正が不必要となるまで前記アライメントの自動調整、前記非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を繰り返して行うことを特徴とする電子線装置の自動調整方法。
【請求項５】
前記アライメントの自動補正を実行したとき、前記フォーカスの自動補正のみを行い、前記アライメントの自動補正が不必要であると判断されたとき、前記取得した複数のパターン像データに基づいて非点収差の自動補正及びフォーカスの自動補正を順次行うことを特徴とする請求項４記載の電子線装置の自動補正方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれか記載の電子線装置の自動補正方法をコンピュータで実行することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項７】
請求項６記載のプログラムを格納したことを特徴とする記録媒体。
【請求項８】
対物レンズの励磁を所定の複数の異なる値に設定し、偏向手段を所定の偏向値で駆動してパターンが表示された試料の観察領域を電子線で走査し、試料から発生する荷電粒子を検出して、対物レンズの励磁状態に対応した複数のパターン像データを取得するパターン像データ取得手段と、
前記複数のパターン像データに基づいて前記対物レンズの励磁の変化による前記試料における観察領域のシフト量を求めるシフト量取得手段と、
前記パターン像データが前記観察領域でレンズアライメントの補正に適しているかを判定する補正適否判定手段と、
前記シフト量取得ステップで求めたシフト量に基づいてレンズアライメント補正を実行する必要があるかどうかを判定する補正実行判定手段と、
前記シフト量からアライメント補正量を求める補正量算出手段と、
前記アライメント補正量に基づいてアライメント補正を行うアライメント補正手段と、
を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
前記試料データ取得手段は、
取得したパターン像データを投影処理してプロファイルデータを生成し、このプロファイルデータをパターン像データとする処理をなすことを特徴とする請求項８記載の電子線装置。
【請求項１０】
前記シフト量取得手段は、
取得した前記複数のパターン像データの鮮鋭度から最適フォーカス値を求め、
得られた最適フォーカス値から、シフト量を求める複数枚の試料像を決定し、
使用する試料像のパターンにプロファイルの重み付け処理をなすことを特徴とする請求項９記載の電子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８７５９８（Ｐ２００９−８７５９８Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５３１５９（Ｐ２００７−２５３１５９）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]