JP2017130334A - 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置の画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【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いて、パルスカウント方式を用いて分解能を向上させ、深穴パターンの底部の視認性向上させるため、高精度にパルス信号を検出することを可能にする。
【解決手段】収束させた荷電粒子線を試料に照射し走査して試料から発生した二次荷電粒子を検出部で検出し、検出部からの出力信号を受けて処理し、処理した信号を受けて試料の画像を形成する荷電粒子ビーム装置の画像形成方法において、検出部からの出力信号を受けて処理することを、検出部からの出力信号をアナログ処理することと、検出部からの出力信号をパルスカウント処理することにより行い、パルスカウント処理することは、検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去し、このリンギングパルス信号を除去した信号に対してパルスをカウントすることにより行うようにした。
【選択図】 図１

Description

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荷電粒子ビーム装置の画像形成方法に関する。

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、入射する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。

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。

特開２０１１−１７５８１１号公報

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。

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（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：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。

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。

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。

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。

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（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：測長ＳＥＭ）における通常の電子ビームの走査を、ＴＶ（Ｔｅｌｅ−Ｖｉｓｉｏｎ）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。

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。

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。

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。

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。出力値の読み取り方法として通常は、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する。サンプリングされた信号の振幅情報を画素単位で積分・平均化して画素単位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ようになる。このパルス信号は、アナログ検出方式の場合、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）が小さくなってしまうという課題が発生する。

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、パルス信号弁別の高分解能を実現するためには、パルス信号の幅がなるべく狭くなるようにホトマル、プリアンプ回路の高速化・広帯域化を行うことが必須である。パルス信号の幅を狭くすることにより、ホトマルや検出回路がリンギング現象を起こして、真の信号パルスの後に閾値を超える後発パルスが発生してしまう。このリンギングパルスの存在は、低振幅信号を高効率に検出する場合の障害になる。

このような現象は、深穴パターンの底部を観察する場合にも生じる。すなわち、深穴パターンの底部を観察する場合、深穴パターンの底部で発生した二次電子の内検出器に到達する二次電子の割合が少なくなり、深穴パターンの底部の視認性を向上させるためには、パルスカウント方式に依る検出が行われる。しかし、この場合にもリンギングパルスの存在が、低振幅信号を高効率に検出する場合の障害になる。

そこで、本発明では、微細なパターンを検査又は計測する荷電粒子ビーム装置おいて、パルスカウント方式を用いて分解能を向上させ、深穴パターンの底部の視認性を向上させることを実現するため、高精度にパルス信号を検出することを可能にする荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置の画像形成方法を提供することを目的とする。

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線を試料に照射して走査する荷電粒子光学系と、荷電粒子光学系で収束させた荷電粒子線を照射して走査された試料から発生した二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出部と、二次荷電粒子を検出部で検出した二次荷電粒子検出部からの出力信号を受けて処理する二次電子信号検出部と、二次電子信号検出部で処理した信号を受けて試料の画像を生成する画像処理部と、荷電粒子光学系と二次荷電粒子検出部と二次電子信号検出部と画像処理部とを制御する制御部とを備えて構成し、二次電子信号検出部は二次荷電粒子検出部からの出力信号をアナログ処理するアナログ処理部と二次荷電粒子検出部からの出力信号をパルスカウントして処理するパルスカウント処理部とを有し、パルスカウント処理部は、二次荷電粒子検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去するリンギングパルス除去部とこのリンギングパルス除去部でリンギングパルス信号を除去した信号に対してパルスをカウントするパルスカウント部とを備え構成した。

また、上記した課題を解決するために、本発明では、収束させた荷電粒子線を試料に照射して走査することにより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からの出力信号を受けて処理し、処理した信号を受けて試料の画像を形成する荷電粒子ビーム装置の画像形成方法において、検出部からの出力信号を受けて処理することを、検出部からの出力信号をアナログ処理部でアナログ処理することと、検出部からの出力信号をパルスカウントして処理するパルスカウント処理することにより行い、パルスカウント処理することは、検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去し、このリンギングパルス信号を除去した信号に対してパルスをカウントすることによりパルスカウント処理を行うようにした。

本発明のうち代表的な形態によれば、高速・微弱パルス信号の検出精度を向上させることができるようになり、微細なパターンを検査又は計測する検査計測装置の分解能と深溝・深穴視認性を向上させることができるようになった。

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パルスカウント処理部の構成を示すブロック図である。 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。 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パルスカウント処理部の構成を示すブロック図である。 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パルスカウント処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置のパルスカウント処理部の構成を示すブロック図である。 従来例に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置のパルスカウント処理部の構成を示すブロック図である。 走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置の信号パルスとリンギングパルスの波形を示す波形図である。 信号パルスとリンギングパルスおよびアンダーシュートパルスの関係を示す波形図である。 本発明の実施例に係る走査型電子顕微鏡を用いた計測観察検査装置で信号パルス、リンギングパルス、アンダーシュートパルスの弁別処理方法を示す波形図である。

本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて取得した試料の二次電子・反射電子信号をアナログ積算方式とパルスカウント方式から画像を形成し、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。特に画像を形成するパルスカウント方式におけるリンギングパルス信号の弁別除去処理部構成と処理方法に関するものである。

リンギングパルス信号は、ホトマルを含む検出回路の高速・広帯域化に伴う回避できない課題である。リンギングパルスを削除するため、図７に示すように閾値ThMを上げる方法はあるが、低振幅信号Ｂ１、Ｂ３を検出できない欠点はある。

リンギングパルスが現す現象に関して、図６、図７、図８を用いて説明する。リンギングパルスＢ４は信号パルスＢ２が現した後に、検出器１０７、プリアンプ３０の特性および検出器１０７とプリアンプ３０間の接続特性により一定の時間間隔ｔ１、ｔ２で現す。リンギングパルスＢ４の振幅値は信号パルスＢ２の振幅値に比例する。上記以外、リンギングパルスは一つ重要の特徴がある：リンギングパルスＢ４とその元の信号パルスＢ２の間に、アンダーシュートＢ６が存在する。且つアンダーシュートＢ６の最小値が信号パルスの最低レベル（通常が０レベル）以下になる。
本発明では、上記徳性及びリンギングパルスと信号パルスの異なる特性を利用してリンギングパルスを判別・除去する手法を用いた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ものである。

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。

図１、図２、図６、図７、図８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。

［計測検査装置］
図２は、実施例１の計測・検査装置を含むシステム全体の構成を示す。実施例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の表面に形成されたパターンの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。

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、及び二次電子信号検出部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、二次電子信号検出部５０が接続され、二次電子信号検出部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や二次電子信号検出部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。

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１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。

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。

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信号（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）や反射電子信号（Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ）などの二次荷電粒子Ａ４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。

二次電子信号（ＳＥ）や反射電子信号（ＢＳＥ）などの二次荷電粒子Ａ４を検出した検出器１０７から出力されるアナログ信号は、プリアンプ回路３０で電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換されて、二次電子信号検出部５０に入力される。二次電子信号検出部５０では、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、画像合成部５４で画素単位或はブロック単位で画像の合成演算を行う。画像合成部５４で合成された画像信号が画像処理部２０５に入力される。

画像処理部２０５では、二次電子信号検出部５０から出力された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。

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(図示せず)に記憶管理する。また制御部２１０からＧＵＩ部２１５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。

コンピュータ２００は例えばＰＣ（Ｐａｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等で実現できる。コンピュータ２００及び二次電子信号検出部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（プリアンプ回路３０，二次電子信号検出部５０）を一体化した形態なども可能である。

コンピュータ２００は、画像処理部２０５、制御部２１０、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ: 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。これらの各部は、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処理回路又はそれらの組合せなどで実現される。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。

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、二次電子信号検出部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２１５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(図示せず)に記憶し管理する。

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。

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、電子レンズ（１０２，１０４）、絞り１０３、ブランキング制御電極１０５等を含む電子光学系を駆動することで、電子ビーム（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の試料１１０への照射を制御する。即ち、電子光学制御部２２０は、カラム１００内の電子光学レンズ（１０２，１０４）等を含む電子光学系を制御する。

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による制御に従い、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Ａ２の偏向による走査を制御する。

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（ＳＥ）・反射電子（ＢＳＥ）などの二次荷電粒子Ａ４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への電子ビームＡ２の照射による二次電子（ＳＥ）や反射電子（ＢＳＥ）などの二次荷電粒子Ａ４の検出を制御する。

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。

１１５は、上記各制御部（電子光学制御部２２０，走査制御部２３０，検出制御部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。

次に、二次電子信号検出部５０にあるパルスカウント処理部５３の詳細を、図１に示す。
二次電子信号（ＳＥ）や反射電子信号（ＢＳＥ）などの二次荷電粒子Ａ４が入射した検出器１０７から出力されるアナログ信号は、プリアンプ回路３０で電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換されてパルスカウント方式処理部５３に入力される。

図７はパルスカウント方式処理部５３に入力される信号波形を示すイメージ図である。パルス信号弁別の高分解能を実現するためには、パルス信号の幅がなるべく狭くなるように、検出器１０７を構成するホトマル、及びプリアンプ回路３０を高速化・広帯域化することが必須である。

しかし、検出器１０７を構成するホトマル、及びプリアンプ回路３０を高速化・広帯域化すると、ホトマルや検出回路がリンギング現象を起こして、図７に示すように真の信号パルスＢ１、Ｂ２、Ｂ３以外に閾値ThMを超えるリンギングパルスＢ４が生じてしまう。このリンギングパルスＢ４が信号パルスとして後段のパルス計数回路５３５で誤認識されてカウントされてしまうと、信号の検出精度が低下することになる。

このリンギングパルスを信号パルスと誤認識してしまうのを防ぐために、図１に示す実施例１におけるパルスカウント処理部５３では、プリアンプ回路３０から入力された信号から真の信号パルス候補を抽出する一次パルス信号検出部５３１、プリアンプ回路３０から入力された信号からアンダーシュート信号を検出するアンダーシュート検出部５３２、一次パルス信号検出部５３１とアンダーシュート検出部５３２との信号を受けてリンギングパルスを判定するリンギングパルス判定部５３３、リンギングパルス判定部５３３で判定したリンギングパルスを一次パルス信号検出部５３１から出力された信号の中から除去するリンギングパルス除去部５３４、リンギングパルス除去部５３４でリンギングパルスを除去した信号についてパルスをカウントする係数回路５３５を備えて構成され、係数回路５３５の出力は画像処理部２０５へ送られる。

次に、パルスカウント処理部５３の動作について説明する。
プリアンプ回路３０から入力された信号を、一次パルス信号検出部５３１に入力して閾値ThMと比較して、閾値ThMより大きい入力信号が真の信号パルスの候補である一次パルスと判別され、その判別した結果が一次パルス信号検出部５３１から出力される。並行して、上記プリアンプ回路３０から入力された信号をアンダーシュート検出部５３２に入力する。

アンダーシュート検出部５３２では閾値ThLと比較して、ランダムノイズを含む信号の最小値以下に設定されたThLより小さい信号がアンダーシュート信号と判定され、その判定結果がアンダーシュート検出部５３２から出力される。

一次パルス信号検出部５３１からの出力とアンダーシュート信号検出部５３２からの出力とはリンギングパルス判定部５３３に入力される。リンギングパルス判定部５３３では、図７に示すようにアンダーシュートパルス信号Ｂ６を挟んで連続する二つの一次信号パルスＢ２とＢ４が存在すれば、アンダーシュートパルス信号Ｂ６の後の一次信号パルスＢ４をリンギングパルス信号と判別する。このリンギングパルス信号に関する情報はリンギングパルス除去部５３４に送られる。

リンギングパルス除去部５３４では、一次パルス信号検出部５３１から出力された信号に対してリンギングパルス判定部５３３でリンギングパルスと判定された信号が除去される。リンギングパルス除去部５３４から出力されたリンギングパルスが除去された信号パルスは、計数回路部５３５に入力する。

計数回路部５３５では、リンギングパルス除去部５３４から入力した信号に含まれるパルス波形信号について全部真の信号パルスとして画素ごとにカウント(パルスカウント)する。この計数回路部５３５で画素ごとにカウントされたデータは画像処理部２０５へ送られる。画像処理部２０５では、計数回路部５３５から出力された画素ごとの信号パルスのカウント情報を画素の諧調値に変換して画像を生成する画像処理が行われる。

パルスカウント処理部５３の各部で処理を行うのに必要な各閾値は、画像処理部２０５における画像処理結果に応じて制御部２１０を経由して設定される。画像処理部２０５の処理結果や制御部２１０の各パレメータ設定結果をＧＵＩ部２１５で表示・確認できる。

本実施例によるパルスカウント方式を採用することにより、検出器のホトマルや検出回路がリンギング現象を発生しても、その影響を受けることなく微細なパターンを高分解能で観察できるようになり、更に、深穴パターンの底部の視認性向上させることができるようになった。

以上、本実施例によれば、振幅値、パルス幅が真の信号パルスと区別できないリンギングパルスを弁別・除去でき、高精度パルス信号検出・カウントする方法を実現することにより、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。

本発明の第２の実施例を、図３及び図８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２を用いて説明したものとパルスカウント処理部５３ｂを除いて同じであるので、説明を省略する。

実施例１においては、アンダーシュートパルス信号Ｂ６を挟んで連続する二つの一次信号パルスＢ２とＢ４が存在すれば、アンダーシュートパルス信号Ｂ６の後の一次信号パルスＢ４をリンギングパルス信号と判別していた。

しかし、アンダーシュートパルス信号Ｂ６を挟んで連続する二つの一次信号パルスＢ２とＢ４のうち、一次信号パルスＢ４が必ずしもリンギングパルス信号ではない場合がある。 この場合、一次信号パルスＢ２が発生してからアンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生するまでに時間に対して、アンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生してから一次信号パルスＢ４が発生するまでの時間が長いという特徴がある。

そこで、本実施例では、リンギングパルス信号の御検出を防止するために、一次信号パルスＢ２が発生してからアンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生するまでに時間と、アンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生してから一次信号パルスＢ４が発生するまでの時間とを比較して、両者の時間の差が一定以下の場合にだけ一次信号パルスＢ４をリンギングパルス信号と判別するようにパルスカウント処理部５３ｂを構成した。

図３は、本実施例におけるパルスカウント処理部５３ｂの構成を示す。本実施例におけるパルスカウント処理部５３ｂは、一次信号パルス検出部５３１とアンダーシュート検出部５３２の後に、検出された一次信号パルスおよびアンダーシュート信号の時間間隔を計測するパルス信号間隔計測部５３６を設けた点が、実施例１で説明した図１のパルスカウント処理部５３と異なる。

図８は実施例１で説明した図７の波形を示すグラフと同じものであって、一次パルスＢ２とアンダーシュートパルスＢ６の時間間隔ｔ１、アンダーシュートパルスＢ６と一次パルスＢ４の時間間隔ｔ２が追加して表示されている。パルス信号間隔計測部５３６は、一次パルスＢ２とアンダーシュートパルスＢ６の時間間隔ｔ１と、アンダーシュートパルスＢ６と一次パルスＢ４の時間間隔ｔ２とを計測する。

リンギングパルス判定部５３３は、パルス信号間隔計測部５３６で計測した、一次パルスＢ２とアンダーシュートパルスＢ６の時間間隔ｔ１と、アンダーシュートパルスＢ６と一次パルスＢ４の時間間隔ｔ２との差が予め設定した時間差以下であった場合に、アンダーシュートパルスＢ６及びこのアンダーシュートパルスＢ６を挟む二つの連続した一次パルスＢ２とＢ４、の情報を用いて一次パルスＢ４をリンギングパルス信号として判定する。判定されたリンギングパルスＢ４は、リンギングパルス除去部５３４で除去される。

計数回路部５３５では、リンギングパルス除去部５３４から入力した信号に含まれるリンギングパルスが除去されたパルス波形信号における信号パルスを全部真の信号パルスとしてで画素ごとにカウント(パルスカウント)する。この計数回路部５３５で画素ごとにカウントされたデータは画像処理部２０５へ送られる。画像処理部２０５では、計数回路部５３５から出力された画素ごとの信号パルスのカウント情報を画素の諧調値に変換して画像を生成する画像処理が行われる。

パルスカウント処理部５３ｂの各部で処理を行うのに必要な各閾値は、画像処理部２０５における画像処理結果に応じて制御部２１０を経由して設定される。画像処理部２０５の処理結果や制御部２１０の各パラメータ設定結果をＧＵＩ部２１５で表示・確認することができる。

以上、本実施例によれば、振幅値、パルス幅が真の信号パルスと区別できないリンギングパルスを弁別・除去でき、高精度パルス信号検出・カウントする方法を実現することにより、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。

本発明の第３の実施例を、図４、図９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２を用いて説明したものとパルスカウント処理部５３ｃを除いて同じであるので、説明を省略する。

実施例２においては、リンギングパルス信号の御検出を防止するために、一次信号パルスＢ２が発生してからアンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生するまでに時間と、アンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生してから一次信号パルスＢ４が発生するまでの時間とを比較して、両者の時間の差が一定以下の場合にだけ一次信号パルスＢ４をリンギングパルス信号と判別するようにした。

しかし、この時間の差分値を検出してリンギングパルス信号の誤検出を防止しようとした場合、この時間の差分値の情報だけでは必ずしもリンギングパルス信号の誤検出を防止できるとは限らない場合が発生する。すなわち、一次信号パルスＢ２の信号レベルが低い場合であってもアンダーシュートパルス信号Ｂ６が発生する場合があるが、このような場合、アンダーシュートパルス信号Ｂ６の直後に発生する一次信号パルスＢ４が、必ずしもリンギングパルス信号ではなく、一次信号である場合も生じる。

そこで、本実施例においては、実施例２で図３及び図８を用いて説明した時間の差分値の情報を用いる方法に加えて、一次信号のピークレベルの情報を用いてリンギングパルス信号を判別するようにした。

図４は、本実施例におけるパルスカウント処理部５３ｃの構成を示す。本実施例におけるパルスカウント処理部５３ｃは、実施例２で説明したパルスカウント処理部５３ｂの構成に対して、一次信号パルス検出部５３１と並行して、アンダーシュート検出部５３２の前に、閾値ThHを越える大振幅信号パルスを検出する大振幅信号検出部５３７を設けたことを特徴とする。

本実施例に係る図９に示した波形のグラフは、実施例１の図７及び実施例２の図８に示した波形のグラフと同じ波形を表している。本実施例においては、図９に示すように、パルス信号を検出するための閾値ThMと、アンダーシュートを検出するための閾値ThLに加えて、パルス信号のピークレベルに対するしきい値ThHを設定するようにした。

即ち、本実施例では、アンダーシュートＢ６を発生させる信号パルスＢ２の信号レベル(信号強度)が、アンダーシュートＢ６を発生させない信号パルスＢ１やＢ３の信号レベルに対して大きいという特性を利用して、しきい値ThHを超える信号パルスを検出する。そして、この検出した信号の直後のアンダーシュートＢ６に対して実施例２で説明したような判定を行うようにした。

図４及び図９に示した例においては、プリアンプ回路３０から入力した信号に対して、大振幅信号検出部５３７でしきい値ThHを超えるパルス信号を検出し、アンダーシュート検出部５３２でアンダーシュートパルスＢ６を検出する。次に、パルス間隔計測部５３６において、大振幅信号検出部５３７で検出したしきい値ThHを超えるパルス信号Ｂ２及びアンダーシュート検出部５３２で検出したアンダーシュートパルスＢ６、更に一次信号パルス検出部５３１で検出したパルス信号の情報を用いて、時間間隔ｔ１とｔ２とを計測する。

次に、リンギングパルス測定部５３３において、パルス信号間隔計測部５３６で計測した、一次パルスＢ２とアンダーシュートパルスＢ６の時間間隔ｔ１と、アンダーシュートパルスＢ６と一次パルスＢ４の時間間隔ｔ２との差が予め設定した時間差以下であった場合に、アンダーシュートパルスＢ６及びこのアンダーシュートパルスＢ６を挟む二つの連続した一次パルスＢ２とＢ４、の情報を用いて一次パルスＢ４をリンギングパルス信号として判定する。

判定されたリンギングパルスＢ４は、リンギングパルス除去部５３４で除去される。前記アンダーシュートパルスＢ６を挟む二つの連続した一次パルスＢ２とＢ４とからＢ４をリンギングパルス信号として判定する。判定されたリンギングパルスＢ４をリンギングパルス除去部５３４で除去する。

計数回路部５３５では、リンギングパルス除去部５３４から入力した信号に含まれるリンギングパルスが除去されたパルス波形信号における信号パルスを全部真の信号パルスとして画素ごとにカウント(パルスカウント)する。この計数回路部５３５で画素ごとにカウントされたデータは画像処理部２０５へ送られる。画像処理部２０５では、計数回路部５３５から出力された画素ごとの信号パルスのカウント情報を画素の諧調値に変換して画像を生成する画像処理が行われる。

パルスカウント処理部５３ｂの各部で処理を行うのに必要な各閾値は、画像処理部２０５における画像処理結果に応じて制御部２１０を経由して設定される。画像処理部２０５の処理結果や制御部２１０の各パラメータ設定結果をＧＵＩ部２１５で表示・確認することができる。

以上、本実施例によれば、振幅値、パルス幅が真の信号パルスと区別できないリンギングパルスを弁別・除去でき、高精度パルス信号検出・カウントする方法を実現することにより、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。

本発明の第４の実施例を、図５を用いて説明する。
前記説明した本発明の第１、第２、第３の実施例は、プリアンプ３０の出力アナロ信号をアナログ回路方式を用いてリンギング信号パルスの弁別・除去処理を行ったが、図５に示す第４の実施例では、まずプリアンプ３０の出力アナロ信号をアナログ・デジタル変換器５３０でデジタル信号に変換する。

その後、デジタル回路処理で第３の実施例で図４を用いて説明したパルスカウント処理部５３ｃの構成に準じた一次信号検出部５３１a、大振幅信号検出部５３7a、アンダーシュート検出部５３２a、パルス信号間隔計測部５３６a、リンギングパルス検出部５３３a、リンギングパルス除去部５３４a、パルスカウント（計数回路）部５３５aで順次処理を行う。この時の各機能ブロックの処理方法および処理結果は基本的に第３の実施例で説明したものと同じである。

また、図５に示した本実施例の構成において、大振幅パルス検出部５３７ａを削除して、第２の実施例で図３を用いて説明したパルスカウント処理部５３ｂに準じた構成としてもよく、更にそれからパルス間隔計測部５３６ａを削除して、第１の実施例で図１を用いて説明したパルスカウント処理部５３に準じた構成としてもよい。

以上、本実施例によれば、デジタル方式でも高精度パルス信号検出・カウントする方法を実現することにより、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。

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。

３０，３０ａ・・・プリアンプ回路
５０・・・二次電子信号検出部
５２・・・アナログ方式信号処理部
５３，５３a,５３b,５３c・・・パルスカウント方式信号処理部
５４・・・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
２１５・・・GUI部
５３０・・・アナログ・デジタル変換器
５３１、５３１a・・・一次パルス検出部
５３２、５３２a・・・アンダーシュート検出部
５３３、５３３a・・・リンギングパルス検出部
５３４、５３４a・・・リンギングパルス除去部
５３５、５３５a・・・パルスカウント（計数回路）部
５３６、５３６a・・・ パルス信号間隔計測部
５３７、５３７a・・・大振幅信号検出部

Claims (10)

1. 収束させた荷電粒子線を試料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で収束させた荷電粒子線を照射して走査された前記試料から発生した二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出部と、
   前記二次荷電粒子を検出部で検出した前記二次荷電粒子検出部からの出力信号を受けて処理する二次電子信号検出部と、
   前記二次電子信号検出部で処理した信号を受けて前記試料の画像を生成する画像処理部と、
   前記荷電粒子光学系と前記二次荷電粒子検出部と前記二次電子信号検出部と前記画像処理部とを制御する制御部と
   を備えた荷電粒子ビーム装置であって、
   前記二次電子信号検出部は前記二次荷電粒子検出部からの出力信号をアナログ処理するアナログ処理部と前記二次荷電粒子検出部からの出力信号をパルスカウントして処理するパルスカウント処理部とを有し、
   前記パルスカウント処理部は、前記二次荷電粒子検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去するリンギングパルス除去部と前記リンギングパルス除去部でリンギングパルス信号を除去した信号に対してパルスをカウントするパルスカウント部とを備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
2. 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処理部は、前記二次荷電粒子検出部からの出力信号のうちアンダーシュート信号を検出してリンギングパルスを判定するリンギングパルス判定部を更に備え、前記リンギングパルス除去部は、前記リンギングパルス判定部でリンギングパルスを判定した情報に基づいて前記二次荷電粒子検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
3. 請求項２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処理部は、前記二次荷電粒子検出部からの出力信号のうちアンダーシュート信号を検出して前記アンダーシュート信号と前記アンダーシュート信号の前後のパルス信号とのパルス間隔を計測するパルス間隔計測部を更に備え、前記リンギングパルス判定部は、前記パルス間隔計測部で計測したパルス間隔の情報を用いてリンギングパルスを判定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
4. 請求項３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処理部は、前記二次荷電粒子検出部からの出力信号のうち予め設定したしきい値を超えるパルス信号を検出する大振幅信号検出部を更に備え、前記パルス間隔計測部は、前記大振幅信号検出部で検出した予め設定したしきい値を超えたパルス信号と前記パルス信号の直後に発生したリンギングパルス及びパルス信号についてパルス間隔を計測することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
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処理部は、前記二次荷電粒子検出部から出力されたアナログの出力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部を備え、前記リンギングパルス除去部は、前記アナログ・デジタル変換部でデジタル信号に変換された信号を処理することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
6. 収束させた荷電粒子線を試料に照射して走査することにより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前記検出部からの出力信号を受けて処理し、
   前記処理した信号を受けて前記試料の画像を形成する
   荷電粒子ビーム装置の画像形成方法であって、
   前記検出部からの出力信号を受けて処理することを、前記検出部からの出力信号をアナログ処理部でアナログ処理することと、前記検出部からの出力信号をパルスカウントして処理するパルスカウント処理することにより行い、
   前記パルスカウント処理することは、前記検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去し、前記リンギングパルス信号を除去した信号に対してパルスをカウントすることによりパルスカウント処理を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置の画像形成方法。
7. 請求項６記載の荷電粒子ビーム装置の画像形成方法であって、前記パルスカウント処理を、前記検出部からの出力信号のうちアンダーシュート信号を検出してリンギングパルスを判定し、前記リンギングパルスを判定した情報に基づいて前記検出部からの出力信号のうちリンギングパルス信号を除去し、前記リンギングパルス信号を除去した信号を用いて処理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の画像形成方法。
8. 請求項７記載の荷電粒子ビーム装置の画像形成方法であって、前記パルスカウント処理を、前記検出部からの出力信号のうちアンダーシュート信号を検出して前記アンダーシュート信号と前記アンダーシュート信号の前後のパルス信号とのパルス間隔を計測し、前記計測したパルス間隔の情報を用いてリンギングパルスを判定した情報に基づいて行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置の画像形成方法。
9. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置の画像形成方法であって、前記パルスカウント処理を、前記検出部からの出力信号のうち予め設定したしきい値を超えるパルス信号を検出し、前記検出した予め設定したしきい値を超えたパルス信号と前記パルス信号の直後に発生したリンギングパルス及びパルス信号についてパルス間隔を計測し、前記計測したパルス間隔の情報を用いてリンギングパルスを判定した情報に基づいて行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置の画像形成方法。
10. 請求項６記載の荷電粒子ビーム装置の画像形成方法であって、前記パルスカウント処理を、前記検出部から出力されたアナログの出力信号をデジタル信号に変換し、前記リンギングパルス除去部は、前記デジタル信号に変換された信号を処理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の画像形成方法。

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