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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023158960
(43)【公開日】2023-10-31
(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム装置、およびプロセッサシステム
(51)【国際特許分類】
H01J 37/244 20060101AFI20231024BHJP
H01J 37/28 20060101ALI20231024BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20231024BHJP
G01T 1/20 20060101ALN20231024BHJP
【ＦＩ】
H01J37/244
H01J37/28 B
H01L21/66 J
G01T1/20 E
G01T1/20 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022069048
(22)【出願日】2022-04-19
(71)【出願人】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 昭夫
(72)【発明者】
【氏名】李 ウェン
(72)【発明者】
【氏名】水谷 俊介
(72)【発明者】
【氏名】石垣 直也
【テーマコード（参考）】
2G188
4M106
5C101
【Ｆターム（参考）】
2G188BB10
2G188CC22
2G188EE01
2G188EE03
2G188FF12
4M106AA01
4M106BA02
4M106CA39
4M106DB01
4M106DB05
4M106DJ17
5C101AA03
5C101BB11
5C101FF02
5C101FF06
5C101GG04
5C101GG05
5C101GG28
5C101GG34
5C101GG36
5C101GG49
5C101HH16
5C101HH25
5C101HH66
5C101HH68
5C101JJ10
(57)【要約】
【課題】反射電子（ＢＳＥ）検出器のダークパルスによる劣化を低減できる技術を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、試料からのＢＳＥを検出する複数のＢＳＥ検出器と、コントローラとを備え、コントローラは、期間内において、複数のＢＳＥ検出器のうちの、第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークの第１ピーク時刻と、第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻とを取得し、第１ピーク時刻と第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である第２ピークが存在する場合には、第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、当該時間差が閾値以内である第２ピークが存在しない場合には、第１ピークがダークパルスに起因すると判定する。
【選択図】図１２
【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、試料からのＢＳＥを検出する複数のＢＳＥ検出器と、コントローラとを備え、コントローラは、期間内において、複数のＢＳＥ検出器のうちの、第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークの第１ピーク時刻と、第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻とを取得し、第１ピーク時刻と第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である第２ピークが存在する場合には、第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、当該時間差が閾値以内である第２ピークが存在しない場合には、第１ピークがダークパルスに起因すると判定する。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料からの反射電子（ＢＳＥ）を検出する複数のＢＳＥ検出器と、コントローラと、を備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、
前記コントローラは、
期間内において、前記第１ピークの第１ピーク時刻を取得し、
前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうちの前記第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻を取得し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
前記複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、
前記コントローラは、
期間内において、前記第１ピークの第１ピーク時刻を取得し、
前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうちの前記第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻を取得し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項2】
試料からの反射電子（ＢＳＥ）を検出する第１ＢＳＥ検出器と、コントローラと、を備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、
前記コントローラは、
前記第１ＢＳＥ検出器の出力信号を対象とした、期間として、複数のフレームによる期間内において、前記第１ピークに対応する第１フレームの第１画素を特定し、前記第１画素に対応する第１ピーク時刻を含む第１サブ信号を選択し、
前記期間内において、前記第１フレームとは異なる第２フレームにおける前記第１画素と同一の画素位置での第２画素を特定し、前記第２画素に対応する第２ピーク時刻を含む第２サブ信号を選択し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
前記第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、
前記コントローラは、
前記第１ＢＳＥ検出器の出力信号を対象とした、期間として、複数のフレームによる期間内において、前記第１ピークに対応する第１フレームの第１画素を特定し、前記第１画素に対応する第１ピーク時刻を含む第１サブ信号を選択し、
前記期間内において、前記第１フレームとは異なる第２フレームにおける前記第１画素と同一の画素位置での第２画素を特定し、前記第２画素に対応する第２ピーク時刻を含む第２サブ信号を選択し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項3】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記コントローラは、
前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうち、第１の数（Ｎ１）以上のＢＳＥ検出器の検出信号で、ピーク間の前記時間差が前記閾値以内であるという条件を満たす場合には、前記条件を満たすピークがＢＳＥに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
前記コントローラは、
前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうち、第１の数（Ｎ１）以上のＢＳＥ検出器の検出信号で、ピーク間の前記時間差が前記閾値以内であるという条件を満たす場合には、前記条件を満たすピークがＢＳＥに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項4】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記コントローラは、
前記複数のＢＳＥ検出器の出力信号を対象とした、前記期間として、複数のフレームによる期間内において、前記第１ピークに対応する第１フレームの第１画素を特定し、前記第１画素に対応する第１ピーク時刻を含む第１サブ信号を選択し、
前記期間内において、前記第１フレームとは異なる第２フレームにおける前記第１画素と同一の画素位置での第２画素を特定し、前記第２画素に対応する第２ピーク時刻を含む第２サブ信号を選択し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
前記コントローラは、
前記複数のＢＳＥ検出器の出力信号を対象とした、前記期間として、複数のフレームによる期間内において、前記第１ピークに対応する第１フレームの第１画素を特定し、前記第１画素に対応する第１ピーク時刻を含む第１サブ信号を選択し、
前記期間内において、前記第１フレームとは異なる第２フレームにおける前記第１画素と同一の画素位置での第２画素を特定し、前記第２画素に対応する第２ピーク時刻を含む第２サブ信号を選択し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１サブ信号の前記第１ピーク時刻と前記第２サブ信号の前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２サブ信号が存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項5】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記試料からの二次電子（ＳＥ）を検出するＳＥ検出器を備え、
前記コントローラは、
前記ＳＥ検出器の出力信号に基づいて、前記試料の構造の位置および形状を推定し、
前記構造の位置および形状に基づいて、前記複数のＢＳＥ検出器のそれぞれのＢＳＥ検出器におけるＢＳＥの受信の確率を推定し、
前記構造の位置に対応した前記第１ＢＳＥ検出器の出力信号に基づいて、前記第１ピークがＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定し、
前記判定に際して前記確率に応じた重み付けによる補正を行う、
荷電粒子ビーム装置。
前記試料からの二次電子（ＳＥ）を検出するＳＥ検出器を備え、
前記コントローラは、
前記ＳＥ検出器の出力信号に基づいて、前記試料の構造の位置および形状を推定し、
前記構造の位置および形状に基づいて、前記複数のＢＳＥ検出器のそれぞれのＢＳＥ検出器におけるＢＳＥの受信の確率を推定し、
前記構造の位置に対応した前記第１ＢＳＥ検出器の出力信号に基づいて、前記第１ピークがＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定し、
前記判定に際して前記確率に応じた重み付けによる補正を行う、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項6】
請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記コントローラは、前記構造の縦横比を推定し、前記縦横比と、前記構造と前記複数のＢＳＥ検出器との配置関係とに応じて、前記確率に応じた重み付けを決定する、
荷電粒子ビーム装置。
前記コントローラは、前記構造の縦横比を推定し、前記縦横比と、前記構造と前記複数のＢＳＥ検出器との配置関係とに応じて、前記確率に応じた重み付けを決定する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項7】
請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記コントローラは、前記判定の結果に基づいて、前記出力信号における、前記ダークパルスと判定された部分を除去する、
荷電粒子ビーム装置。
前記コントローラは、前記判定の結果に基づいて、前記出力信号における、前記ダークパルスと判定された部分を除去する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項8】
請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記コントローラは、前記判定の結果に基づいて、前記出力信号におけるシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ）を演算し、Ｓ／Ｎ値が目標値未満である場合には、前記閾値を再度設定して再度判定する、
荷電粒子ビーム装置。
前記コントローラは、前記判定の結果に基づいて、前記出力信号におけるシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ）を演算し、Ｓ／Ｎ値が目標値未満である場合には、前記閾値を再度設定して再度判定する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項9】
１以上のプロセッサとメモリとを備えるプロセッサシステムであって、
前記プロセッサシステムは、
試料からの反射電子（ＢＳＥ）を検出する複数のＢＳＥ検出器の出力信号を参照し、
前記複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、
期間内において、前記第１ピークの第１ピーク時刻を取得し、
前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうちの前記第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻を取得し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
プロセッサシステム。
前記プロセッサシステムは、
試料からの反射電子（ＢＳＥ）を検出する複数のＢＳＥ検出器の出力信号を参照し、
前記複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、
期間内において、前記第１ピークの第１ピーク時刻を取得し、
前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうちの前記第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻を取得し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、
前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する、
プロセッサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子ビーム装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
荷電粒子ビーム装置は、試料に一次電子による荷電粒子ビームを照射することによって発生する二次電子等の信号電子を検出して、試料の顕微鏡像を画像として得る。荷電粒子ビーム装置としては、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭと記載する場合がある）などがある。ＳＥＭは、半導体デバイスの評価・計測装置として用いられている。
【0003】
近年、半導体デバイスの構造は、微細化や３次元化が進んでおり、半導体デバイスメーカーである顧客が求める評価値は、多様化している。デバイス構造の３次元化に伴い、歩留まり向上のために、半導体基板面上の穴や溝などの構造の形状についての寸法を高精度に計測したいというニーズがある。計測したい寸法は、試料の高さ・深さ方向（例えば鉛直方向）での寸法や、試料の面内方向（例えば水平方向）での底部寸法などがある。
【0004】
上記ＳＥＭを用いた計測において、試料面に一次電子による荷電粒子ビームを照射すると、一次電子と試料との相互作用によって、様々なエネルギーを持った信号電子が様々な方向に出射する。その信号電子は、出射エネルギーおよび出射角度に応じて試料に関する異なる情報を持っている。その信号電子の弁別・検出が、多様な計測には不可欠である。なお、信号電子が情報を持つとは、画像や波形として検出される信号電子を調べることでそのような情報が得られるということである。
【0005】
一般に、５０ｅＶ以下のエネルギーで出射する信号電子を、二次電子（Secondary Electron：ＳＥと記載する場合がある）と呼ぶ。その二次電子のエネルギーよりも大きく一次電子に近いエネルギーで出射する信号電子を、反射電子（Back Scattered Electron：ＢＳＥと記載する場合がある）と呼ぶ。これらの信号電子は区別される。
【0006】
二次電子は、試料の表面形状や電位ポテンシャルに敏感であり、半導体デバイス構造のパターン幅などの表面構造の寸法計測に有効である。しかし、二次電子は、穴や溝などの３次元構造に対しては、その構造の側壁に吸収される等してその構造から脱出しにくく、検出および計測が難しい。
【0007】
一方、反射電子は、試料の組成や立体形状の情報を持っており、３次元構造や、試料表面と底部との組成の違い等の情報が得られる。それとともに、反射電子は、高いエネルギーを有するため、穴や溝の構造の底部から側壁を貫通して脱出しやすく、構造の底部からの信号電子の検出および計測が可能となる。
【0008】
先行技術例として、特許文献１には、反射電子を検出する反射電子検出器（BSE detector）などが記載されている。図２の広角検出器２５（large angle detector 25）は、４つのセグメント２５１～２５４を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国出願公開第２０１９／００８８４４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
反射電子検出器（ＢＳＥ検出器と記載する場合がある）は、例えば、シンチレータと、フォトマル（Photomultiplier tube：光電子倍増管）や半導体光検出器とを有して構成される。シンチレータは、反射電子を検出してフォトンに変換するデバイスである。フォトマルや半導体光検出器は、発生したフォトンをパルス波形である反射電子信号（ＢＳＥ信号と記載する場合がある）に変換するデバイスである。
【0011】
ＢＳＥ信号の波形は、立ち上がりが例えば１０ｎｓ程度と高速であり、立ち下がりが例えば１００ｎｓ程度と遅いパルス状の信号である。ＢＳＥ検出器に用いられる半導体光検出器は、入射フォトンが無い場合でも、ノイズである暗電流が発生する。このノイズである暗電流は、ダークパルス、ダークノイズ、ダークカウント等とも呼ばれる。
【0012】
このダークパルスは、ＢＳＥ信号の波形との区別が難しい。このため、従来のＳＥＭでは、ＢＳＥ検出器で発生するダークパルスにより、検出画像のシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎと記載する場合がある）が劣化していた。Ｓ／Ｎが劣化することで、穴・溝などの３次元構造の詳細な情報を得ることができず、測長精度が劣化し、機差が大きくなる。
【0013】
本発明の目的は、上記荷電粒子ビーム装置の技術に関して、ＢＳＥ検出器のダークパルスによる劣化を低減できる技術、言い換えると、計測精度向上などを実現できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本開示のうち代表的な実施の形態は以下に示す構成を有する。実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、試料からの反射電子（ＢＳＥ）を検出する複数のＢＳＥ検出器と、コントローラと、を備える荷電粒子ビーム装置であって、前記複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、前記コントローラは、期間内において、前記第１ピークの第１ピーク時刻を取得し、前記期間内において、前記複数のＢＳＥ検出器のうちの前記第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻を取得し、前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在する場合には、前記第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、前記第１ピーク時刻と前記第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である前記第２ピークが存在しない場合には、前記第１ピークがダークパルスに起因すると判定する。
【発明の効果】
【0015】
本開示のうち代表的な実施の形態によれば、上記荷電粒子ビーム装置の技術に関して、ＢＳＥ検出器のダークパルスによる劣化を低減できる、言い換えると、計測精度向上などを実現できる。上記した以外の課題、構成および効果等については、発明を実施するための形態において示される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施の形態１の荷電粒子ビーム装置（例えばＳＥＭ）を含む、全体のシステム（半導体計測システム）の構成例を示す。
【図2】実施の形態１の荷電粒子ビーム装置（例えばＳＥＭ）の本体の構成例を示す。
【図3】実施の形態１で、ＳＥＭの一次電子ビームによる試料の走査についての模式説明図を示す。
【図4】実施の形態１で、ＳＥＭのＢＳＥ検出器における複数のＢＳＥ検出器の配置についての模式説明図を示す。
【図5】実施の形態１で、ＢＳＥ検出器の構成例を示す。
【図6】実施の形態１で、ＢＳＥ検出回路の構成例を示す。
【図7】実施の形態１で、ＳＥＭのコントローラであるプロセッサシステムの構成例を示す。
【図8】実施の形態１で、コントローラにおける処理部の構成例を示す。
【図9】実施の形態１で、試料の構造の例を示す。
【図10】実施の形態１で、試料の構造への一次電子の入射に対する二次電子や反射電子の出射の例を示す。
【図11】実施の形態１で、ダークパルス処理部の構成例を示す。
【図12】実施の形態１で、複数のチャンネルのＢＳＥ検出信号の例を示す。
【図13】実施の形態１で、チャンネル間でのパルス信号の組合せの比較の例を示す。
【図14】実施の形態１で、コントローラの処理フローを示す。
【図15】実施の形態１で、保存するデータ・情報の例を示す。
【図16】実施の形態２で、ダークパルス処理部の構成例を示す。
【図17】実施の形態２で、複数のチャンネルのＢＳＥ検出信号における複数のフレームの期間での信号の例を示す。
【図18】実施の形態２で、複数のフレームの期間での信号を１つに合成した例を示す。
【図19】実施の形態２で、チャンネル間でのパルス信号の組合せの比較の例を示す。
【図20】実施の形態３で、単一のチャンネルのＢＳＥ検出信号における複数のフレームの期間での信号を１つに合成した例を示す。
【図21】実施の形態４で、処理部の構成例を示す。
【図22】実施の形態４で、試料面上の構造の例と４チャンネルのＢＳＥ検出器との関係を示す。
【図23】実施の形態４で、構造の縦横比に応じた４チャンネルのＢＳＥ検出器の検出の割合の例を示す。
【図24】実施の形態４で、判定結果に対する重み付けによる補正の例を示す。
【図25】実施の形態４で、コントローラの処理フローを示す。
【図26】各実施の形態で適用可能であるＧＵＩの画面例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照しながら本開示の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。図面において、構成要素の表現は、理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、範囲等を表していない場合がある。
【0018】
説明上、プログラムによる処理について説明する場合に、プログラムや機能や処理部等を主体として説明する場合があるが、それらについてのハードウェアとしての主体は、プロセッサ、あるいはそのプロセッサ等で構成されるコントローラ、装置、計算機、システム等である。計算機は、プロセッサによって、適宜にメモリや通信インタフェース等の資源を用いながら、メモリ上に読み出されたプログラムに従った処理を実行する。これにより、機能や処理部等が実現される。プロセッサは、例えばＣＰＵやＧＰＵ等の半導体デバイス等で構成される。処理は、ソフトウェアプログラム処理に限らず、専用回路でも実装可能である。専用回路は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＣＰＬＤ等が適用可能である。
【0019】
プログラムは、対象計算機に予めデータとしてインストールされていてもよいし、プログラムソースから対象計算機にデータとして配布されてもよい。プログラムソースは、通信網上のプログラム配布サーバでもよいし、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（例えばメモリカード）でもよい。プログラムは、複数のモジュールから構成されてもよい。コンピュータシステムは、複数台の装置によって構成されてもよい。コンピュータシステムは、クライアントサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム、ＩｏＴシステム等で構成されてもよい。各種のデータや情報は、例えばテーブルやリスト等の構造で構成されるが、これに限定されない。識別情報、識別子、ＩＤ、名称、番号等の表現は互いに置換可能である。
【0020】
［解決手段等］
実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、ＢＳＥ検出器で発生し得るダークパルスに関して、ダークパルスとＢＳＥ信号との弁別・検出を可能とする。
実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、ＢＳＥ検出器で発生し得るダークパルスに関して、ダークパルスとＢＳＥ信号との弁別・検出を可能とする。
【0021】
実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、ＢＳＥの検出に関して複数のＢＳＥ検出系統（チャンネルと記載する場合もある）を用いるシステムであり、例えば、ＢＳＥ検出器として、複数のＢＳＥ検出器（言い換えると複数のＢＳＥ検出部）を備える。各々のＢＳＥ検出器は、例えば、シンチレータと半導体光検出器とを有する。
【0022】
半導体ウエハ等の対象試料の形状や構造に依存して、ある一定時間（τとする）内に照射される一次電子数に応じて、複数個のＢＳＥが発生する。このため、複数のＢＳＥ検出系統を用いるシステムでは、複数のＢＳＥ検出器の各々の半導体光検出器に、ほぼ同時にフォトンが入射される。これにより、複数のＢＳＥ検出系統では、立ち上がりが例えば１０ｎｓ程度と高速で、立ち下がりが例えば１００ｎｓ程度と遅い、パルス状のＢＳＥ信号が受信される。
【0023】
一方、上記ＢＳＥ信号の受信に対し、ノイズであるダークパルスは、ランダムに発生する。実施の形態では、このダークパルスのランダム性に着目する。実施の形態の荷電粒子ビーム装置を含むシステムは、ある一定時間τ内に、例えば複数のＢＳＥ検出器にパルス信号が受信された場合には、そのパルス信号を、ＢＳＥ起因、ＢＳＥ信号であると推定・判定する。他方、ある一定時間τ内に、例えば単一のＢＳＥ検出器のみにパルス信号が受信された場合には、そのパルス信号を、ダークパルス起因、ダークパルスであると推定・判定する。そして、本システムは、検出信号から、その推定・判定されたダークパルスを除去する。
【0024】
実施の形態の荷電粒子ビーム装置のコントローラは、複数Ｃの全てのＢＳＥ検出器のうち、試料面の対象位置に対応する同じ画素について、時間Ｔ内で、複数ＣのＢＳＥ検出器の複数Ｃの出力信号、言い換えると検出信号のパルス波形を調べる。コントローラは、複数Ｃの全てのＢＳＥ検出器のうち、複数である第１の数（Ｎ１とする。２～Ｃの範囲内の設定値。）以上のＢＳＥ検出器の出力信号で、ほぼ同時にパルス信号が受信・出現した場合には、そのパルス信号がＢＳＥ起因である、言い換えるとＢＳＥ信号であると推測・判定する。
【0025】
コントローラは、対象の画素について、複数ＣのＢＳＥ検出器からの複数Ｃの出力信号のうち、時間Ｔ内で、第１の数Ｎ１以上のＢＳＥ検出器の出力信号で、ほぼ同時にパルス信号が受信・出現していない場合、言い換えると、第１の数Ｎ１未満のＢＳＥ検出器の出力信号でほぼ同時にパルス信号が受信・出現した場合には、そのパルス信号がダークパルス起因である、言い換えるとダークパルスであると推定・判定する。例えば実施の形態１では、１個のＢＳＥ検出器の出力信号からのパルス信号しか受信していない場合には、ダークパルスであると判定される。
【0026】
時間Ｔは、前述の一定時間τに対応した判定対象期間であり、例えば対象画素に対応する１画素期間とする。時間Ｔは、設計上あるいはユーザ設定での設定値とすることができる。時間Ｔは、対象画素を時間中心として前後まで含んだ複数の画素の範囲の期間としてもよいし、対象画素を含む画像に対応する１フレーム期間などとしてもよい。
【0027】
また、上記パルス信号は、言い換えるとピーク波形であり、ピーク位置、ピーク時刻で表される。
【0028】
また、上記判定は、ＢＳＥ信号を判定する条件を有する判定として記述した。この判定の条件は、逆に言えば、ダークパルスを判定する条件としても記述できる。その場合、以下のようになる。実施の形態の荷電粒子ビーム装置のコントローラは、対象の画素について、時間Ｔ内で、複数ＣのＢＳＥ検出器からの複数Ｃの出力信号のうち、第１の数Ｎ１未満のＢＳＥ検出器の出力信号で、ほぼ同時にパルス信号が受信・出現したかを判断し、そのような条件を満たす場合には、そのパルス信号がダークパルス起因である、言い換えるとダークパルスであると推測・判定する。
【0029】
上記判定の際に、パルス信号がほぼ同時に受信・出現することの判断については、より詳しくは、例えば、各ＢＳＥ検出器のパルス信号間でのピーク位置の時間差が閾値以内かどうかの判断とすることができる。ピーク位置の時間差の閾値についても、判定基準値の１つとして、設計上あるいはユーザ設定での設定値とすることができる。判定は、言い換えると以下のようになる。ＢＳＥ検出器の出力信号のうち、パルス信号間のピーク位置の時間差が閾値以内となったＢＳＥ検出器の出力信号の数が、第１の数Ｎ１以上である場合、該当するパルス信号はＢＳＥ信号であると判定される。
【0030】
また、上記ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の判定の際の判定基準値の１つである第１の数Ｎ１については、設計上またはユーザ設定での設定値とすることができる。実施の形態１では、例えばＣ＝４、Ｎ１＝２とするが、Ｎ１＝３や４などとしてもよい。例えばＣ＝４，Ｎ１＝４とした場合、判定は以下のように記述できる。実施の形態の荷電粒子ビーム装置のコントローラは、対象の画素について、時間Ｔ内で、複数Ｃの全てのＢＳＥ検出器からの複数Ｃの出力信号のうち、複数Ｃの全てのＢＳＥ検出器の出力信号で、ほぼ同時にパルス信号が受信・出現した場合には、そのパルス信号がＢＳＥ信号であると判定し、複数Ｃ未満のＢＳＥ検出器の出力信号でしかパルス信号が受信・出現しない場合には、そのパルス信号がダークパルスであると判定する。
【0031】
＜実施の形態１＞
図１～図１４等を用いて、本開示の実施の形態１の荷電粒子ビーム装置について説明する。以下の実施の形態１等では、荷電粒子ビーム装置としてＳＥＭに適用した場合の例を説明する。これに限定されず、実施の形態は、ＢＳＥ検出器を備える構成であれば、他の種類の装置にも、同様に適用可能である。また、以下では、ＳＥＭを用いて、試料である半導体デバイスの表面の３次元の構造、例えば穴や溝などの構造を対象として、高さ・深さや底部などの寸法の計測、例えばパターンのＣＤ（Critical Dimension）を測長する場合を説明する。これに限定されず、実施の形態は、試料の観察、評価、検査などに、同様に適用可能である。
図１～図１４等を用いて、本開示の実施の形態１の荷電粒子ビーム装置について説明する。以下の実施の形態１等では、荷電粒子ビーム装置としてＳＥＭに適用した場合の例を説明する。これに限定されず、実施の形態は、ＢＳＥ検出器を備える構成であれば、他の種類の装置にも、同様に適用可能である。また、以下では、ＳＥＭを用いて、試料である半導体デバイスの表面の３次元の構造、例えば穴や溝などの構造を対象として、高さ・深さや底部などの寸法の計測、例えばパターンのＣＤ（Critical Dimension）を測長する場合を説明する。これに限定されず、実施の形態は、試料の観察、評価、検査などに、同様に適用可能である。
【0032】
［半導体計測システム］
図１は、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１を含んで構成される、全体のシステムの構成例として、半導体計測システムを示す。図１の半導体計測システムは、ＬＡＮなどの通信網９に、荷電粒子ビーム装置１と、クライアント端末５と、製造実行システム（ＭＥＳ）６と、欠陥検査装置７とが接続されている。荷電粒子ビーム装置１は、例えばＳＥＭであり、本体２と、コントローラ１００とを備える。コントローラ１００は、本体２を制御し、処理を実行するプロセッサシステムである。オペレータ等のユーザは、コントローラ１００を操作することでＳＥＭ１を操作する。荷電粒子ビーム装置１に対する外部装置の例として、ＭＥＳ６と欠陥検査装置７がある場合を示しているが、これに限定されない。
図１は、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１を含んで構成される、全体のシステムの構成例として、半導体計測システムを示す。図１の半導体計測システムは、ＬＡＮなどの通信網９に、荷電粒子ビーム装置１と、クライアント端末５と、製造実行システム（ＭＥＳ）６と、欠陥検査装置７とが接続されている。荷電粒子ビーム装置１は、例えばＳＥＭであり、本体２と、コントローラ１００とを備える。コントローラ１００は、本体２を制御し、処理を実行するプロセッサシステムである。オペレータ等のユーザは、コントローラ１００を操作することでＳＥＭ１を操作する。荷電粒子ビーム装置１に対する外部装置の例として、ＭＥＳ６と欠陥検査装置７がある場合を示しているが、これに限定されない。
【0033】
クライアント端末５は、通信網９に接続し、通信網９を通じてＳＥＭ１のコントローラ１００等と通信可能なＰＣなどの情報処理端末装置である。オペレータ等のユーザは、クライアント端末５を操作して、コントローラ１００等にアクセスし、リモートでＳＥＭ１等の機能を利用することができる。
【0034】
ＭＥＳ６は、半導体デバイスの製造を実行および管理するシステムであり、例えば、試料である半導体デバイスの設計情報や、製造フローの管理情報などを有する。欠陥検査装置７は、試料である半導体デバイスの欠陥を検査し、検査結果を、欠陥検出情報として有する。欠陥検出情報は、試料面での検出された欠陥の位置を表す情報を含む。荷電粒子ビーム装置１は、欠陥検査装置７による欠陥検出情報を参照し、欠陥検出情報で示される試料面の欠陥位置を観察してもよい。外部装置の他の例は、例えばエッチング装置などの半導体製造装置などが挙げられる。コントローラ１００は、適宜にＭＥＳ６などの外部装置から必要なデータ・情報を参照してもよいし、外部装置にデータ・情報を出力してもよい。
【0035】
［ＳＥＭ］
図２は、ＳＥＭ１の本体２の構成例を示す。本体２は、電子顕微鏡カラムであるカラム１０４、ステージ機構１０６、電子銃１０１、偏向器１０８、対物レンズ１０７、ＳＥ検出器１１５、ＢＳＥ検出器１１０として４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄ等を備える。鉛直方向に対応するＺ軸上に、電子銃１０１の光軸が配置されている。
図２は、ＳＥＭ１の本体２の構成例を示す。本体２は、電子顕微鏡カラムであるカラム１０４、ステージ機構１０６、電子銃１０１、偏向器１０８、対物レンズ１０７、ＳＥ検出器１１５、ＢＳＥ検出器１１０として４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄ等を備える。鉛直方向に対応するＺ軸上に、電子銃１０１の光軸が配置されている。
【0036】
ステージ機構１０６の試料台であるステージ上には、試料３が載置・固定される。ステージ機構１０６のステージの移動は、コントローラ１００から駆動制御される。ステージは、少なくとも、Ｘ軸、Ｙ軸の方向である水平方向に移動が可能であるが、これに限定されない。
【0037】
真空環境であるカラム１０４の内部には、電子銃１０１、偏向器１０８、対物レンズ１０７等が配置されている。電子銃１０１から、電圧Ｖｘ、電流Ｉｘの条件で、一次電子１０２による一次電子ビームが放出される。放出された一次電子ビームは、Ｚ軸の下向きでのビーム光軸に沿って飛行する。一次電子ビームは、偏向器１０８によって軌道が調整され、対物レンズ１０７により試料３の面上に収束される。この時、試料３には、負電圧が印加されており、一次電子ビームの一次電子１０２は、電子銃１０１で発生した時のエネルギーよりも小さいエネルギーで試料３に衝突する。一次電子の衝突により、試料３から、反射電子１０５と二次電子１０３とが発生する。
【0038】
［走査］
図３は、一次電子ビームによる試料３の面の走査についての模式説明図である。試料３の面、言い換えると表面や上面を、Ｘ軸、Ｙ軸で構成されるＸ－Ｙ面とする。試料３の情報を取得するため、一次電子１０２は、図３のように、試料３面上を順次に走査される。本例では、Ｘ軸に沿ったラインの走査をＹ軸方向に繰り返すライン順次走査の場合を示す。試料３のＸ－Ｙ面において、計測等の対象位置が複数存在し、各々の対象位置は、検出画像では各々の画素に対応する。各画素を対象画素とも記載する。例えば、ある対象位置の画素３０は、検出画像での２次元の位置座標（ｘ，ｙ）で表される。また、対象位置の画素３０は、走査時点に対応した時刻情報を有している。なお、ステージ上の試料３の面であるＸ－Ｙ面に対し、基本的には、垂直な方向であるＺ軸の方向から一次電子ビームを照射するものとするが、これに限定されない。例えば、Ｚ軸に対し斜め方向、言い換えるとチルト方向を、ビームの照射の光軸とする形態も可能である。
図３は、一次電子ビームによる試料３の面の走査についての模式説明図である。試料３の面、言い換えると表面や上面を、Ｘ軸、Ｙ軸で構成されるＸ－Ｙ面とする。試料３の情報を取得するため、一次電子１０２は、図３のように、試料３面上を順次に走査される。本例では、Ｘ軸に沿ったラインの走査をＹ軸方向に繰り返すライン順次走査の場合を示す。試料３のＸ－Ｙ面において、計測等の対象位置が複数存在し、各々の対象位置は、検出画像では各々の画素に対応する。各画素を対象画素とも記載する。例えば、ある対象位置の画素３０は、検出画像での２次元の位置座標（ｘ，ｙ）で表される。また、対象位置の画素３０は、走査時点に対応した時刻情報を有している。なお、ステージ上の試料３の面であるＸ－Ｙ面に対し、基本的には、垂直な方向であるＺ軸の方向から一次電子ビームを照射するものとするが、これに限定されない。例えば、Ｚ軸に対し斜め方向、言い換えるとチルト方向を、ビームの照射の光軸とする形態も可能である。
【0039】
図２のＢＳＥ検出器１１０は、反射電子１０５を主に検出する検出器である。ＢＳＥ検出器１１０は、４つのチャンネル、言い換えると４つの検出系統の、４個のＢＳＥ検出器として、ＢＳＥ検出器１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄを有する。なお、図２では、４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄの配置位置を模式で示しており、実際には、４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄは、図４のようにＺ軸で同一の高さ位置の平面内に配置されている。
【0040】
［複数のＢＳＥ検出器の配置］
図４は、４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄの配置の例についての模式説明図であり、カラム１０４の水平断面を上から見たＸ－Ｙ面を示す。カラム１０４等は、Ｚ軸に対し軸対称形状として例えば円筒形状を有する。図４のように、４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄは、同じ高さ位置の平面において、Ｚ軸に対応する点Ｏを中心としたある半径での円周上で９０度ずつ離れた関係を有する、東西南北の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ａは、第１チャンネルch1として、北（North：Ｎ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ｂは、第２チャンネルch2として、南（South：Ｓ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ｃは、第３チャンネルch3として、西（West：Ｗ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ｄは、第４チャンネルch4として、東（East：Ｅ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０の数や配置位置は、これに限定されない。
図４は、４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄの配置の例についての模式説明図であり、カラム１０４の水平断面を上から見たＸ－Ｙ面を示す。カラム１０４等は、Ｚ軸に対し軸対称形状として例えば円筒形状を有する。図４のように、４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄは、同じ高さ位置の平面において、Ｚ軸に対応する点Ｏを中心としたある半径での円周上で９０度ずつ離れた関係を有する、東西南北の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ａは、第１チャンネルch1として、北（North：Ｎ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ｂは、第２チャンネルch2として、南（South：Ｓ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ｃは、第３チャンネルch3として、西（West：Ｗ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０Ｄは、第４チャンネルch4として、東（East：Ｅ）の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０の数や配置位置は、これに限定されない。
【0041】
ＢＳＥ検出器１１０のチャンネル数をＣとする。Ｃは、ＢＳＥ検出系統であるチャンネルの数であり、本例ではＣ＝４である。走査フレーム数をＦとする。Ｆは、対象位置の対象画素毎に、図３のようなフレームの走査が行われる数である。本例ではＦは２以上の数である。各フレームの画素数をＰとする。Ｐは、フレームに対応する画像内の全画素の数である。チャンネル数Ｃのうち、着目するチャンネルを、ｃとする。走査フレーム数Ｆのうち、着目するフレーム、言い換えると先頭フレームからの順番を、ｆとする。画素数Ｐのうち、着目する画素、言い換えると先頭画素からの順番を、ｐとする。１≦ｃ≦Ｃ，１≦ｆ≦Ｆ，１≦ｐ≦Ｐである。ある画素をＧとする。すると、図３で、あるチャンネルｃの、あるフレームｆの、ある順番の画素Ｇは、（Ｇｃ,ｆ,ｐ）で表現できる。例として、（Ｇ2,15,50）は、第２チャンネルch2の１５フレーム目の５０番目の画素である。
【0042】
図２で、一次電子１０２の衝突によって試料３から発生した反射電子１０５と二次電子１０３は、それぞれの出射エネルギー、出射角度に応じて、カラム１０４内を飛行する。ＳＥ検出器１１５は、主に二次電子１０３を検出する検出器である。ＳＥ検出器１１５は、二次電子１０３を捕捉しやすい位置、例えばＢＳＥ検出器１１０の高さ位置よりも上方の位置に配置されている。ＢＳＥ検出器１１０は、主に反射電子１０５を検出する検出器である。ＢＳＥ検出器１１０である４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄは、反射電子１０５を捕捉しやすい位置、例えばある高さ位置に配置されている。
【0043】
４個のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄは、カラム１０４内での配置として、図４のように、ビーム光軸から等距離で、互いに直角となる関係で配置されている。このような配置とすることで、試料３の表面で発生した反射電子１０５は、ほぼ等確率で、ch1～ch4の４個のＢＳＥ検出器１１０に入力される。このＢＳＥ検出器１１０の構成において、電子銃１０１の電圧Ｖｘ、電流Ｉｘが十分に高い場合には、発生する反射電子１０５の数が十分に多いため、４チャンネルの全てのＢＳＥ検出器１１０に反射電子１０５が入力、受信される。一方、電子銃１０１の電圧Ｖｘ、電流Ｉｘが低い場合や、試料３での一次電子１０２が照射される位置が深い穴や溝などの構造である場合には、より少ないチャンネル数、例えば２または３チャンネルのＢＳＥ検出器１１０に反射電子１０５が入力、受信されることになる。
【0044】
［ＢＳＥ検出器］
図５は、実施の形態１で、各々のＢＳＥ検出器１１０の構成を示す。実施の形態１で、各々のＢＳＥ検出器１１０には、シンチレータ５１と、半導体光検出器５２とを備えている。図５では第１チャンネルch1のＢＳＥ検出器１１０Ａ内の構成を示すが、他のチャンネルのＢＳＥ検出器も同様の構成である。各々のＢＳＥ検出器１１０は、コントローラ１００からの制御電圧１１２（１１２ａ～１１２ｄ）に基づいて駆動制御される。各々のＢＳＥ検出器１１０のシンチレータ５１に反射電子１０５が衝突すると、その反射電子１０５はフォトン１０５ｂに変換される。変換されたフォトン１０５ｂは、各々のＢＳＥ検出器１１０の半導体光検出器５２によって、ＢＳＥ検出信号１１１に変換される。
図５は、実施の形態１で、各々のＢＳＥ検出器１１０の構成を示す。実施の形態１で、各々のＢＳＥ検出器１１０には、シンチレータ５１と、半導体光検出器５２とを備えている。図５では第１チャンネルch1のＢＳＥ検出器１１０Ａ内の構成を示すが、他のチャンネルのＢＳＥ検出器も同様の構成である。各々のＢＳＥ検出器１１０は、コントローラ１００からの制御電圧１１２（１１２ａ～１１２ｄ）に基づいて駆動制御される。各々のＢＳＥ検出器１１０のシンチレータ５１に反射電子１０５が衝突すると、その反射電子１０５はフォトン１０５ｂに変換される。変換されたフォトン１０５ｂは、各々のＢＳＥ検出器１１０の半導体光検出器５２によって、ＢＳＥ検出信号１１１に変換される。
【0045】
ＢＳＥ検出器１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）から出力されたＢＳＥ検出信号１１１（１１１ａ～１１１ｄ）は、ＢＳＥ検出回路２１１（２１１Ａ～２１１Ｄ）に伝送される。ＢＳＥ検出回路２１１は、チャンネルごとに対応したＢＳＥ検出回路２１１Ａ～２１１Ｄを有する。
【0046】
［ＢＳＥ検出回路］
図６は、ＢＳＥ検出回路２１１（２１１Ａ～２１１Ｄ）の構成例を示す。図６では、第１チャンネルch1（North）のＢＳＥ検出回路２１１Ａの構成を示すが、他のチャンネルのＢＳＥ検出回路も同様の構成である。ＢＳＥ検出回路２１１は、入力側から順に、Ｉ／Ｖ変換回路２０１、ＡＤＣ２０２、デジタル信号処理回路２０５を有する。Ｉ／Ｖ変換回路２０１は、入力である検出信号１１１に対応した電流信号を、電圧信号に変換する。ＡＤＣ２０２は、その電圧信号であるアナログ信号を、デジタル信号に変換する。
図６は、ＢＳＥ検出回路２１１（２１１Ａ～２１１Ｄ）の構成例を示す。図６では、第１チャンネルch1（North）のＢＳＥ検出回路２１１Ａの構成を示すが、他のチャンネルのＢＳＥ検出回路も同様の構成である。ＢＳＥ検出回路２１１は、入力側から順に、Ｉ／Ｖ変換回路２０１、ＡＤＣ２０２、デジタル信号処理回路２０５を有する。Ｉ／Ｖ変換回路２０１は、入力である検出信号１１１に対応した電流信号を、電圧信号に変換する。ＡＤＣ２０２は、その電圧信号であるアナログ信号を、デジタル信号に変換する。
【0047】
デジタル信号処理回路２０５は、波形整形回路２０３と、ピーク検出回路２０４とを有する。波形整形回路２０３は、デジタル信号の波形を、後段のピーク検出回路２０４でピークが検出しやすいような波形に整形する。具体的には、ＢＳＥ検出信号１１１に基づいたデジタル信号の波形は、前述のように立ち上がりに対し立ち下がりが遅い波形であるため、立ち下がりを早めるように、この整形が行われる。ピーク検出回路２０４は、整形後の波形の信号に基づいて、パルス波形に対応するピークを検出する。ピークは、例えばピーク時刻、言い換えるとピーク位置で、表現および識別される。ＢＳＥ検出回路２１１から出力される信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）は、コントローラ１００に伝送され、コントローラ１００の処理部３００（図８）によって処理が行われる。
【0048】
一方、図２のＳＥ検出器１１５では、二次電子１０３が捕捉される。ＳＥ検出器１１５は、二次電子１０３を検出信号１２１に変換して出力する。出力された検出信号１２１は、ＳＥ検出回路１１６に伝送される。ＳＥ検出回路１１６は、検出信号１２１に基づいてＳＥ検出信号である信号３１０を得る。出力された信号３１０は、コントローラ１００に伝送され、コントローラ１００の処理部３００（図８）によって処理が行われる。
【0049】
［コントローラ］
図７は、コントローラ１００であるプロセッサシステムの構成例として、ハードウェアおよびソフトウェアの構成例を示す。コントローラ１００は、主に計算機７００で構成される。計算機７００は、プロセッサ７０１、メモリ７０２、通信インタフェース装置７０３、入出力インタフェース装置７０４などを備える。それらの構成要素はバスに接続され、相互に通信可能である。計算機７００には、入出力インタフェース装置７０４を通じて、入力装置７０５や出力装置７０６が外部接続されている。
図７は、コントローラ１００であるプロセッサシステムの構成例として、ハードウェアおよびソフトウェアの構成例を示す。コントローラ１００は、主に計算機７００で構成される。計算機７００は、プロセッサ７０１、メモリ７０２、通信インタフェース装置７０３、入出力インタフェース装置７０４などを備える。それらの構成要素はバスに接続され、相互に通信可能である。計算機７００には、入出力インタフェース装置７０４を通じて、入力装置７０５や出力装置７０６が外部接続されている。
【0050】
プロセッサ７０１は、ＣＰＵあるいはＭＰＵやＧＰＵなどの半導体デバイスによって構成される。プロセッサ７０１は、ＲＯＭやＲＡＭ、各種周辺機能などを備える。プロセッサ７０１は、メモリ７０２の制御プログラム７１１に従った処理を実行する。これにより、ＳＥＭ制御機能７２１や半導体計測機能７２２、ＢＳＥ処理機能７２３などの機能が実現される。ＳＥＭ制御機能７２１は、ＳＥＭ１の本体２を制御する機能である。半導体計測機能７２２は、半導体計測システムの機能として試料３のパターンの寸法を計測する機能である。ＢＳＥ処理機能７２３は、後述（図８）の処理部３００と対応した、ＢＳＥ検出信号に基づいてダークパルスとＢＳＥ信号とを弁別し、ダークパルスを除去した画像を生成する機能である。半導体計測機能７２２は、ＢＳＥ処理機能７２３による処理結果を用いて、半導体デバイスのパターンの寸法を計測する。これにより、計測に関して高精度を実現できる。
【0051】
メモリ７０２には、制御プログラム７１１、設定情報７１２、画像データ７１３、処理データ７１４、計測結果データ７１５などが記憶される。制御プログラム７１１は、プロセッサ７０１に処理を実行させることで各機能を実現するためのプログラムである。設定情報７１２は、各機能のシステム設定情報やユーザ設定情報である。画像データ７１３は、ＳＥＭ１から取得される検出画像や、生成画像などのデータである。処理データ７１４は、各機能の処理過程で発生するデータである。計測結果データ７１５は、半導体計測機能７２２による処理結果として得られた、計測された寸法などを含むデータである。
【0052】
通信インタフェース装置７０３は、ＳＥＭ１の本体２や通信網９等に対する通信インタフェースが実装されている装置である。入出力インタフェース装置７０４は、入出力インタフェースが実装されている装置であり、入力装置７０５や出力装置７０６が外部接続されている。入力装置７０５は例えばキーボードやマウスが挙げられる。出力装置７０６は例えばディスプレイやプリンタが挙げられる。なお、コントローラ１００であるプロセッサシステムに入力装置７０５や出力装置７０６が内蔵されていてもよい。オペレータ等であるユーザは、入力装置７０５の操作や、出力装置７０６の画面表示を通じて、コントローラ１００を利用してもよい。ユーザは、図１のクライアント端末５から通信網９を通じてコントローラ１００にアクセスすることでＳＥＭ１を利用してもよい。
【0053】
また、コントローラ１００に外部記憶装置（例えばメモリカードやディスク）が接続されてもよく、コントローラ１００の入出力データを外部記憶装置に格納してもよい。また、コントローラ１００が通信で外部のサーバ装置などにデータを入出力してもよい。
【0054】
図１のＳＥＭ１のコントローラ１００とユーザのクライアント端末５との間でのクライアント・サーバ通信で機能を利用する場合、例えば以下のように実現できる。ユーザは、クライアント端末５からコントローラ１００のサーバ機能にアクセスする。コントローラ１００のサーバ機能は、例えばＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）を含むＷｅｂページ等のデータをクライアント端末５に送信する。クライアント端末５は、受信したデータに基づいて、ディスプレイにＷｅｂページ等を表示する。ユーザは、そのＷｅｂページ等を見て、半導体計測などに係わる情報を確認し、必要に応じて設定や指示を入力する。クライアント端末５は、ユーザが入力した情報をコントローラ１００に送信する。コントローラ１００は、ユーザが入力した情報に基づいて、半導体計測などに係わる処理を実行し、結果を保存する。コントローラ１００は、処理結果等を含むＷｅｂページ等のデータを、クライアント端末５に送信する。クライアント端末５は、処理結果等を含むＷｅｂページをディスプレイに表示する。ユーザは、その処理結果等を確認する。
【0055】
［処理部］
図８は、図７のコントローラ１００の構成に基づいて実現される、ＢＳＥ処理機能７２３に係わる処理部３００等の構成例を示す。図８では、処理部３００と、制御部４００と、ＧＵＩ５００とを有する。処理部３００および制御部４００は、コントローラ１００のプロセッサ７０１によるプログラム処理によって実現される。ＧＵＩ５００は、コントローラ１００のプロセッサ７０１による処理に基づいて、Ｗｅｂページ等の態様で生成された画面データに基づいて、例えば図７の出力装置７０６（あるいは図１のクライアント端末５）としてディスプレイに画面として表示されることで実現される。
図８は、図７のコントローラ１００の構成に基づいて実現される、ＢＳＥ処理機能７２３に係わる処理部３００等の構成例を示す。図８では、処理部３００と、制御部４００と、ＧＵＩ５００とを有する。処理部３００および制御部４００は、コントローラ１００のプロセッサ７０１によるプログラム処理によって実現される。ＧＵＩ５００は、コントローラ１００のプロセッサ７０１による処理に基づいて、Ｗｅｂページ等の態様で生成された画面データに基づいて、例えば図７の出力装置７０６（あるいは図１のクライアント端末５）としてディスプレイに画面として表示されることで実現される。
【0056】
処理部３００は、機能ブロックとして、ダークパルス処理部３０４と、画像生成部３０７とを有する。ダークパルス処理部３０４は、機能ブロックとして、信号ピーク位置検出部３０２と、ダークパルス判定部３０３と、ダークパルス除去部３３１と、判定基準記憶部３０９とを有する。いずれの機能ブロックも、プロセッサ７０１によるプログラム処理で実現できるが、一部の機能ブロックを専用回路などで実装することも可能である。
【0057】
制御部４００は、処理部３００を制御する。制御部４００は、ＧＵＩ５００を介して、ユーザからの指示や設定などの入力情報、制御情報８０１を受け取る。制御部４００は、制御情報８０１に基づいて生成した制御信号８１１を、処理部３００に送信する。処理部３００は、制御信号８１１に従って各部が制御される。処理部３００は、適宜に、処理結果や処理状態などの状態信号８１２を制御部４００に送信する。制御部４００は、状態信号８１２に基づいて処理を把握し、ＧＵＩ５００に出力するための状態情報８０２を生成する。制御部４００は、状態情報８０２に基づいて、ＧＵＩ５００の画面に、処理結果や処理状態などの情報を表示させる。
【0058】
図８の処理部３００の構成例は、オンライン処理を実現する場合の構成例である。コントローラ１００は、オンライン処理として、ＢＳＥ検出信号に基づいて、殆どリアルタイムで、ダークパルスの弁別などの処理を行う。
【0059】
信号ピーク位置検出部３０２は、ＢＳＥ検出回路２１１からの検出信号１１１における４チャンネルの信号１１１ａ～１１１ｄを入力し、それぞれ、信号のピーク位置としてピーク時刻を検出する処理を行う部分である。信号ピーク位置検出部３０２から出力されたピーク位置の信号３０６は、４チャンネル分の情報を有し、ダークパルス判定部３０３に入力され、また、制御部４００にも状態情報として送信される。
【0060】
ダークパルス判定部３０３は、ピーク位置の信号３０６と、判定基準情報３４１とに基づいて、対象位置の画素について、ダークパルスであるかＢＳＥ信号であるかを判定する。ダークパルス判定部３０３から出力された判定結果情報の信号３４２は、ダークパルス除去部３３１に入力される。
【0061】
ダークパルス除去部３３１は、判定結果情報の信号３４２に従って、４チャンネルの検出信号から、ダークパルスの部分を除去する。ダークパルス除去後の信号３３２は、画像生成部３０７に入力される。また、ダークパルス除去部３３１は、後述（図１１）のＳ／Ｎ演算を行う部分を含んでいる。演算結果のＳ／Ｎの情報に基づいて、判定基準記憶部３０９の判定基準情報３４１が更新される。判定基準記憶部３０９には、判定基準情報３４１が記憶・設定されている。
【0062】
画像生成部３０７は、ダークパルス除去後の信号３３２と、ＳＥ検出信号である信号３１０とに基づいて、試料３のパターンの寸法の計測のための画像を生成する。画像生成部３０７の処理によって生成した画像は、例えば図７のメモリ７０２などに画像データ７１３として保存される。また、生成した画像は、図８のＧＵＩ５００の画面において表示させることができる。
【0063】
［ＳＥとＢＳＥ］
ここで、図９等を用いて、ＳＥＭ１の計測・観察等の対象である試料３の面において例えば深溝構造がある場合における、二次電子１０３（ＳＥ）と反射電子１０５（ＢＳＥ）との一般的なふるまい、特性等について説明する。
ここで、図９等を用いて、ＳＥＭ１の計測・観察等の対象である試料３の面において例えば深溝構造がある場合における、二次電子１０３（ＳＥ）と反射電子１０５（ＢＳＥ）との一般的なふるまい、特性等について説明する。
【0064】
図９には、ＳＥＭの試料３の表面であるＸ－Ｙ面において露出する深溝構造がある場合を示す。（Ａ）は、試料３の面のうちの深溝構造９０１を拡大して上方から観察した場合のＸ－Ｙ面の模式図を示す。（Ｂ）は、その深溝構造９０１の高さ・深さ方向を含む一断面として、（Ａ）のＡ－Ａ線に対応したＸ－Ｚ面の模式図を示す。（Ｃ）は、（Ａ）のＢ－Ｂ線に対応したＹ－Ｚ面の模式図を示す。
【0065】
（Ａ）で、本例では、深溝構造９０１は、Ｘ－Ｙ面での開口が概略的に矩形であり、Ｘ方向に幅９０１ａを有しＹ方向に幅９０１ｂを有する。Ｘ方向の幅９０１ａの方を短辺、Ｙ方向の幅９０１ｂの方を長辺とも記載する。
【0066】
（Ｂ）で、深溝構造９０１は、試料３の上面９０２を基準として高さをＺ＝０とすると、Ｚ軸の下方向に深さ９０１ｃを有する。また、深溝構造９０１は、一般的な加工プロセスの例に応じて、図示のように概略台形状の断面となっている。高さＺ＝０での開口部の面積、例えば短辺の幅９０１ａと、深さ９０１ｃでの底部の面積、例えば短辺の幅９０１ｄとにおいて、後者の方が小さい。
【0067】
（Ｃ）で、深溝構造９０１は、長辺でも同様の構造を有する。深溝構造９０１は、高さＺ＝０での開口部の長辺の幅９０１ｂと、深さ９０１ｃでの底部９０３の長辺の幅９０１ｅとにおいて、後者の方が小さい。
【0068】
なお、この深溝構造９０１は、例えば短辺の幅９０１ａよりも深さ９０１ｃの方が十分に大きいものとし、このような構造を深溝あるいは深穴と記載する。また、パターンによっては、このような深溝構造９０１の例に限らず、Ｘ方向やＹ方向などにより長く溝または穴が続いている場合もある。また、開口は矩形に限らず、楕円形などの場合もある。これらを総称して、溝構造あるいは穴構造と捉えることができる。
【0069】
また、図１０は、図９の深溝構造９０１に対応して、ＳＥとＢＳＥとの入射・出射の軌跡の例を示す模式説明図である。図１０の（Ａ）は、図９の（Ｂ）と同様に深溝構造９０１の短辺を含む断面において、深溝構造９０１に対し一次電子、例えば一次電子４０１，４０２が入射する場合に、発生する信号電子のうちの反射電子の軌跡の例を示す。また、図１０の（Ｂ）は、図９の（Ｂ）と同様に深溝構造９０１の短辺を含む断面において、深溝構造９０１に対し一次電子、例えば一次電子４０１，４０２が入射する場合に、発生する信号電子のうちの二次電子の軌跡の例を示す。
【0070】
図１０の（Ａ）および（Ｂ）で、試料３の深溝構造９０１の付近の上面９０２に対し一次電子４０１が入射した場合、（Ａ）では、反射電子Ｂ１が発生し、（Ｂ）では、二次電子Ｓ１が発生している。上面９０２では、発生する反射電子Ｂ１に比べて、発生する二次電子Ｓ１の方が、数が多いことが一般的である。
【0071】
一方、深溝構造９０１の底部９０３まで一次電子４０２が入射した場合、（Ａ）では、反射電子Ｂ２が発生し、（Ｂ）では、二次電子Ｓ２が発生している。（Ａ）では、一次電子４０２が底部９０３まで入射し、底部９０３に衝突して、反射電子Ｂ２が発生し、反射電子Ｂ２がＸ方向で側壁９０４を通過して、Ｚ方向で上面９０２から上側に出射している。（Ｂ）では、一次電子４０２が底部９０３まで入射し、底部９０３に衝突して、二次電子Ｓ２が発生するが、二次電子Ｓ２がＸ方向で側壁９０４を通過できず、Ｚ方向で上面９０２から上側には出射しない。
【0072】
深溝構造９０１の底部９０３まで一次電子４０２が入射した場合、反射電子Ｂ２は、二次電子Ｓ２に比べて高いエネルギーを持つため、（Ａ）のように、反射電子Ｂ２は、側壁９０４を通過でき、上面９０２から出射することが多い。この反射電子Ｂ２は、ＢＳＥ検出器１１０で捕捉可能である。他方、二次電子Ｓ２は、反射電子Ｂ２に比べて低いエネルギーを持つため、（Ｂ）のように、側壁９０４を通過できず、上面９０２から出射しないことが多い。この二次電子Ｓ２は、ＳＥ検出器１１５で補足できない。
【0073】
すなわち、深溝構造９０１については、反射電子による画像情報を得ることはしやすいが、二次電子による画像情報を得ることは難しい。
【0074】
図１０の（Ｃ）は、図９の（Ｃ）と同様に深溝構造９０１の長辺を含む断面において、一次電子４０３が入射し、底部９０３に衝突して、反射電子Ｂ３が発生し、反射電子Ｂ３がＹ方向で側壁９０４を通過して、上面９０２から上側に出射する場合の軌跡の例を示す。
【0075】
深溝構造９０１の底部９０３にまで一次電子４０３が入射した場合、長辺に対応したＹ方向では、短辺に対応したＸ方向に比べて、反射電子Ｂ３が試料３の側壁９０４を通過する際の距離が短くなる。例えば距離９０５に対し距離９０６が小さい。言い換えると、Ｙ方向では、底部９０３の幅９０１ｅが幅９０１ｄよりも大きく、深さ９０１ｃに対しての幅９０１ｅがより大きいので、底部９０３からＺ方向の上側に反射電子Ｂ３が脱出しやすい。そのため、ＢＳＥ検出器１１０で補足できる反射電子の数は、（Ｃ）での反射電子Ｂ３の方が、（Ａ）での反射電子Ｂ２の数よりも多くなる。
【0076】
すなわち、深溝構造９０１のような３次元構造について、反射電子による画像情報を得る際には、構造の形状・寸法や、ＢＳＥ検出器との位置関係などが、検出に影響する。
【0077】
上記説明では、ＢＳＥ検出器１１０の複数のＢＳＥ検出器１１０Ａ～１１０Ｄの配置位置や方向などによる影響は捨象している。詳しくは、後述のように、ＢＳＥ検出器の配置位置や方向に応じても、反射電子の検出のしやすさに違いがある。
【0078】
【0079】
一方、図２のＢＳＥ検出器１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）から出力されたＢＳＥ検出信号１１１（１１１ａ～１１１ｄ）は、図６のＢＳＥ検出回路２１１（２１１Ａ～２１１Ｄ）でそれぞれ信号処理される。例として、検出信号１１１ａは、Ｉ／Ｖ変換回路２０１で電圧に変換され、ＡＤＣ２０２でデジタル信号に変換される。そのデジタル信号は、波形整形回路２０３でパルス波形の立ち下がり時間が短縮された後、ピーク検出回路２０４でパルス波形のピーク位置、言い換えるとピーク時刻と、振幅とが検出される。他のチャンネルの検出信号１１１も同様に処理される。これらの４チャンネルのＢＳＥ検出信号１１１（１１１ａ～１１１ｄ）のピーク位置および振幅は、信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）として、図８のダークパルス処理部３０４に入力される。
【0080】
［ダークパルス処理部］
図１１等を用いて、ダークパルス処理部３０４の処理などについて説明する。図１１は、図８のダークパルス処理部３０４についてのより詳しい構成を示している。ダークパルス処理部３０４における信号ピーク位置検出部３０２は、ピーク位置比較部３０５と、メモリ３１１とを有する。
図１１等を用いて、ダークパルス処理部３０４の処理などについて説明する。図１１は、図８のダークパルス処理部３０４についてのより詳しい構成を示している。ダークパルス処理部３０４における信号ピーク位置検出部３０２は、ピーク位置比較部３０５と、メモリ３１１とを有する。
【0081】
ピーク位置比較部３０５は、４チャンネルのＢＳＥ検出回路２１１から送信されてきた信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）を入力する。信号３０１は、前述のピーク位置、言い換えるとピーク時刻（ｔとする）の情報や、振幅などの情報を有している。ピーク位置比較部３０５は、信号３０１の１画素分に含まれるパルス信号についてチャンネル間で比較するため、ピーク位置の時間差（ΔＴとする）を算出する。ピーク位置比較部３０５は、比較したパルス信号のピーク位置や振幅と、ピーク位置の時間差ΔＴとを含む情報を、メモリ３１１に保存するとともに、信号３０６として出力する。
【0082】
ダークパルス判定部３０３は、各々のパルス信号間で、信号３０６の時間差ΔＴと、判定基準情報３４１の判定基準値とを比較する。ダークパルス判定部３０３は、信号３０６の時間差ΔＴが判定基準値以下である場合、比較したパルス信号はＢＳＥ信号であると判定し、信号３０６の時間差ΔＴが判定基準値を超える場合、比較したパルス信号はダークパルスであると判定する。ダークパルス判定部３０３は、パルス信号とともに、判定結果、すなわちＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の結果を表す信号３４２を出力する。なお、ダークパルス判定部３０３は、判定結果を含む情報を、メモリに保存してもよいし、制御部４００に状態情報として送信してもよい。
【0083】
ダークパルス除去部３３１は、パルス信号および判定結果の信号３４２を入力し、信号３４２で示されるダークパルスと判定されたパルス信号の部分を除去する。ダークパルス除去部３３１は、除去した結果の信号３３２を出力し、画像生成部３０７に送信する。
【0084】
ここで、ダークパルス除去部３３１は、ダークパルス除去後の信号について、Ｓ／Ｎを確認・評価するためのＳ／Ｎ演算を行ってもよい。実施の形態１では、ダークパルス除去部３３１内のＳ／Ｎ演算部３３１ｂによってこのＳ／Ｎ演算も行われる。Ｓ／Ｎ演算の結果、ダークパルス除去後の信号についてのＳ／Ｎを表す情報が得られる。ダークパルス除去部３３１は、このＳ／Ｎの値を、Ｓ／Ｎ目標値記憶部３４５に設定・記憶されている目標値３４４と比較する。ダークパルス除去部３３１は、比較の結果、Ｓ／Ｎが目標値３４４未満である場合には、判定基準記憶部３０９の判定基準値を調整する。ダークパルス除去部３３１は、判定基準記憶部３０９に、調整後の判定基準情報３４３を記憶する。その場合、ダークパルス判定部３０３は、判定基準情報３４１として、調整後の判定基準情報３４３を用いて、再度、ダークパルス判定を同様に行う。
【0085】
ダークパルス除去部３３１で得たＳ／Ｎが目標値３４４以上である場合には、ダークパルス判定部３０３は、ダークパルス除去後の信号３３２を画像生成部３０７に送信する。画像生成部３０７は、ダークパルス除去後の信号３３２に基づいて画像を生成する。
【0086】
ダークパルス除去部３３１でのダークパルス除去の手法としては、例えば以下を適用できる。ダークパルス除去部３３１は、４チャンネルの信号３０１について、ダークパルスであると判定されたパルス信号の部分を、ゼロ値に設定する。これによりダークパルスを除去できる。
【0087】
上述したダークパルス処理部３０４の構成は、オンライン処理、すなわちほぼリアルタイムでの信号処理に対応可能な構成である。また、実施の形態１では、オフライン処理でのダークパルス判定やダークパルス除去にも対応可能とする。オフライン処理は、信号１１１の発生時よりも後の任意の時にダークパルス判定などの処理を行うことである。そのため、ダークパルス処理部３０４では、上記ピーク位置および振幅を含む信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）や、信号ピーク位置検出部３０２の出力する時間差ΔＴ等を含む信号３０６などに対応したデータ・情報を、制御部４００にも送信する。制御部４００は、それらのデータ・情報を、メモリ７０２などの記憶資源に保存する。オフライン処理を行う場合には、制御部４００は、記憶資源に保存されているデータ・情報を参照して、プログラム処理により、上述と同様のダークパルス判定などの処理を行う。
【0088】
［ダークパルス判定］
図１２や図１３は、図１１のダークパルス処理部３０４による処理の具体例を示す模式説明図である。図１２は、試料３の面の走査によって得られた、ある１つの対象位置の同一画素についての、４チャンネル（ch1, ch2, ch3, ch4）の検出信号である信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）の波形の例を示す。横軸は時間軸である。この波形は、ＢＳＥ信号波形およびダークパルス波形を内在している。同一フレームについて、各チャンネルの同一画素は、それぞれ、Ｇ1,f,p、Ｇ2,f,p、Ｇ3,f,p、Ｇ4,f,p,と表される。これらの画素は、同じ期間として、１画素期間ＰＴを有する。
図１２や図１３は、図１１のダークパルス処理部３０４による処理の具体例を示す模式説明図である。図１２は、試料３の面の走査によって得られた、ある１つの対象位置の同一画素についての、４チャンネル（ch1, ch2, ch3, ch4）の検出信号である信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）の波形の例を示す。横軸は時間軸である。この波形は、ＢＳＥ信号波形およびダークパルス波形を内在している。同一フレームについて、各チャンネルの同一画素は、それぞれ、Ｇ1,f,p、Ｇ2,f,p、Ｇ3,f,p、Ｇ4,f,p,と表される。これらの画素は、同じ期間として、１画素期間ＰＴを有する。
【0089】
本例では、第１チャンネルch1で受信した信号３０１ａにおいて、パルス信号として、波形Ｗ１、波形Ｗ２を有する。第２チャンネルch2で受信した信号３０１ｂにおいて、パルス信号として、波形Ｗ３を有する。第３チャンネルch3で受信した信号３０１ｃにおいて、パルス信号として、波形Ｗ４を有する。第４チャンネルch4で受信した信号３０１ｄにおいて、パルス信号として、波形Ｗ５を有する。各波形は、ピーク位置であるピーク時刻を有している。例えば、波形Ｗ１のピーク位置であるピーク時刻がｔ１である。
【0090】
実施の形態１で、信号ピーク位置検出部３０２に送られてくる信号３０１のデータは、前述のように各波形のピーク位置および振幅を含むが、図１２では、理解の容易のために、パルス波形として図示している。
【0091】
反射電子は、先述のように、電子銃１０１の電圧Ｖｘ、電流Ｉｘや、試料３の状態に応じて、ほぼ同時に４チャンネルの全てのＢＳＥ検出器１１０でＢＳＥ検出信号が検出される場合や、より少ない数のチャンネルで検出される場合があるが、これらのＢＳＥ検出信号は、ほぼ同時にそれらの複数のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０に入力、受信される。これに対し、ダークパルスはランダムに発生する。このことから、ダークパルスは、それらの複数のチャンネルのＢＳＥ検出器において、同時に発生する確率は小さい。実施の形態１では、このようなメカニズムを利用する。
【0092】
ダークパルス処理部３０４のダークパルス判定部３０３は、全数である４チャンネルのうち、いずれかの第１の数（例えばＮ１＝２個）のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０で、パルス信号のピーク位置の時間差ΔＴが、判定基準値（αとする）以下となるか超えるかを判断する。ピーク位置の時間差ΔＴであるピーク時間差が判定基準値α以下となることが、第１の数Ｎ１以上のチャンネル内で、ほぼ同時に発生した場合、例えば１画素期間ＰＴ内で発生した場合、ダークパルス判定部３０３は、これに該当するパルス信号がＢＳＥ信号であると判定する。
【0093】
一方、ピーク時間差が判定基準値α以下となることが、第１の数（例えばＮ１＝２個）未満のチャンネル内で、ほぼ同時に発生した場合、ダークパルス判定部３０３は、これに該当するパルス信号がダークパルスであると判定する。ダークパルス判定部３０３は、４チャンネルのパルス信号を各チャンネル間で比較して、ピーク時間差が判定基準値αよりも大きい場合には、それに該当するパルス信号がダークパルスであると判定する。
【0094】
図１３には、上記パルス信号の波形についてのピーク時間差を比較する手法の例を示している。ダークパルス判定部３０３は、４チャンネルの信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）における１画素期間ＰＴ内にピーク位置として含まれている波形Ｗ１～Ｗ５について、２つの波形同士の組み合わせを網羅的かつ重複無く調べる。図１３にはそのような組み合わせの比較の例を示している。ダークパルス判定部３０３は、基本としては、異なるチャンネル間の波形間のピーク時間差を判断し、さらに、同じチャンネル内に複数の波形がある場合には同じチャンネル内でも波形間のピーク時間差を判断する。
【0095】
本例では、第１に、基準波形として、第１チャンネルch1の波形Ｗ１とし、比較波形として、第２チャンネルch2の波形Ｗ３、第３チャンネルch3の波形Ｗ４、第４チャンネルch4の波形Ｗ５とする。基準波形と比較波形との比較の組として、（Ｗ１－Ｗ３）、（Ｗ１－Ｗ４）、（Ｗ１－Ｗ５）とする。第２に、基準波形として、第１チャンネルch1の波形Ｗ２とし、比較波形として、波形Ｗ３、波形Ｗ４、波形Ｗ５とする。第３に、基準波形として、第２チャンネルch2の波形Ｗ３とし、比較波形として、波形Ｗ４、波形Ｗ５とする。第４に、基準波形として、第３チャンネルch3の波形Ｗ４とし、比較波形として、波形Ｗ５とする。
【0096】
ダークパルス判定部３０３は、これらの組について、それぞれのピーク時間差を、判定基準値αと比較する。本例では、右側に示すように、全組合せのうち、波形Ｗ２と波形Ｗ３との組でのピーク時間差として、ピーク時刻ｔ２とピーク時刻ｔ３との時間差ΔＴが、判定基準値α以下である（ΔＴ≦α）。他の組は、時間差ΔＴが判定基準値αを超える。ΔＴがα以下となることに対応したチャンネルの数が２である。
【0097】
このことから、ダークパルス判定部３０３は、この波形Ｗ２と波形Ｗ３との組を、ＢＳＥ信号であると判定する。ダークパルス判定部３０３は、この組に該当しない他の波形（Ｗ１，Ｗ４，Ｗ５）については、それぞれの組合せで時間差ΔＴが判定基準値αを超えることから、いずれもダークパルスであると判定する。他のフレーム、他の画素についても、時系列で同様に処理が行われる。
【0098】
上記のように、ダークパルス判定部３０３により、チャンネル間でパルス信号のピーク時間差を調べ、判定基準値αやチャンネルの数（例えばＮ１＝２個）を用いた条件を満たすかどうかによって、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別することができる。なお、条件を構成するパラメータとして、時間差ΔＴが判定基準値α以下となるチャンネルの数（例えばＮ１＝２個）についても、設定値として、判定基準記憶部３０９に記憶されてもよい。
【0099】
上記のように、実施の形態１は、４チャンネルがあるＢＳＥ検出器１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）において、ＢＳＥ信号の発生する位置・時間には各チャンネル間で相関があること、および、ダークパルスの発生する位置・時間は各チャンネル間で無相関であることを利用する。実施の形態１によれば、このようなメカニズムに基づいて、検出パルスのピーク位置を比較することで、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別することができる。
【0100】
［処理フロー］
図１４は、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１における主にコントローラ１００による処理フローを示す。本フローはステップＳ１０１～Ｓ１１３を有する。なお、本フローは、図８の処理部３００を処理フローとして記述したものに相当し、処理内容は対応している。一部の処理内容は図６のＢＳＥ検出回路２１１で行われる。
図１４は、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１における主にコントローラ１００による処理フローを示す。本フローはステップＳ１０１～Ｓ１１３を有する。なお、本フローは、図８の処理部３００を処理フローとして記述したものに相当し、処理内容は対応している。一部の処理内容は図６のＢＳＥ検出回路２１１で行われる。
【0101】
ステップＳ１０１で、コントローラ１００（詳しくはプロセッサ７０１。以下同様。）は、ＢＳＥ検出を開始する。この開始は、試料３の計測の開始などと対応している。ステップＳ１０２で、荷電粒子ビーム装置１は、４チャンネルのＢＳＥ検出系統の出力信号を検出する。すなわち、荷電粒子ビーム装置１は、前述の４個のＢＳＥ検出器１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）から出力する信号１１１（１１１ａ～１１１ｄ）を得る。
【0102】
ステップＳ１０３で、荷電粒子ビーム装置１は、信号１１１（１１１ａ～１１１ｄ）に基づいて、ＢＳＥ検出回路２１１により、各チャンネルの各フレームの各対象位置の画素（Ｇc,f,p）について、ピーク位置であるピーク時刻や振幅の値を検出する。コントローラ１００は、ピーク位置などが検出された信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）を入力・取得する。
【0103】
ステップＳ１０４で、コントローラ１００は、信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）に基づいて、対象の画素毎に、各パルス信号のピーク時間差（ΔＴ）を算出する。
【0104】
ステップＳ１０５で、コントローラ１００は、信号３０１に基づいて、対象の画素毎に、ピーク位置、振幅、ピーク時間差などを含む情報をメモリに保存する。
【0105】
ステップＳ１０６で、コントローラ１００は、ピーク時間差（ΔＴ）に関する判定基準値（α）を設定する、または設定済みの判定基準値（α）を参照する。
【0106】
ステップＳ１０７で、コントローラ１００は、対象の画素毎に、チャンネル間で、ピーク時間差を比較し、時間差ΔＴが判定基準値α以下であるかを判断する。判定基準値α以下である場合（Ｙ）にはステップＳ１０８へ進み、判定基準値αを超える場合（Ｎ）にはステップＳ１１２へ進む。より詳しくは、前述のように、時間差ΔＴが判定基準値α以下であるパルス信号の組に対応するチャンネルの数が第１の数（例えばＮ１＝２個）以上であるかどうかも、条件として判断される。
【0107】
ステップＳ１０８で、コントローラ１００は、ステップＳ１０７の条件を満たしたパルス信号の組については、ＢＳＥ信号であると判定する。
【0108】
ステップＳ１０９で、コントローラ１００は、ステップＳ１０７の条件を満たさないパルス信号の組については、ダークパルスであると判定する。言い換えると、コントローラ１００は、ステップＳ１０８でＢＳＥ信号であると判定されたパルス信号以外のパルス信号については、ダークパルスであると判定する。
【0109】
さらに、ステップＳ１１２からはステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３では、コントローラ１００は、検出信号からダークパルスと判定された部分を除去する。
【0110】
ステップＳ１０９で、コントローラ１００は、対象である全フレーム、全画素について、上記処理が終了したかを確認し、まだである場合（Ｎ）にはステップＳ１０３へ戻り、同様に繰り返す。終了した場合にはステップＳ１１０へ進む。
【0111】
ステップＳ１１０では、コントローラ１００は、ダークパルス除去後の効果を確認するために、前述のＳ／Ｎ演算を行う。コントローラ１００は、演算で得たＳ／Ｎ値が、Ｓ／Ｎ目標値以上になったかを確認する。目標値に到達しない場合（Ｎ）には、ステップＳ１０６に戻る。この場合、ステップＳ１０６で、コントローラ１００は、判定基準値αを再設定する。目標値に到達した場合（Ｙ）には、ステップＳ１１１に進む。
【0112】
ステップＳ１１１では、コントローラ１００は、上記処理後のＢＳＥ信号（図８の信号３３２）に基づいて、画像生成部３０７による画像化を行い、その結果として生成された画像を得る。また、ステップＳ１１１で、コントローラ１００は、上記処理で扱った、ピーク位置、振幅、ピーク時間差、判定基準値、および画像などの関連するデータ・情報を出力する。この出力は、メモリへの保存と、外部出力として、図１のユーザに対する出力とを含む。例えば、表示画面において、ＧＵＩとともに、ＢＳＥ検出に基づいた画像などが表示される。
【0113】
上記実施例では、ＢＳＥ検出器１１０として４チャンネル、言い換えると４検出系統を有する場合で説明したが、これに限らず、４チャンネルより少ない場合でも多い場合でも、同様に適用可能である。
【0114】
図１５は、ＢＳＥ処理機能に係わり、コントローラ１００がメモリに例えばデータベースのテーブルとして保存するデータ・情報の例を示す。図１５の上側のテーブルは、項目として、試料３のＩＤ、画素Ｇc,f,p、パルス信号の波形のＩＤ、ピーク位置（言い換えるとピーク時刻ｔ）、振幅、および画像のファイル名などを有する。また、下側のテーブルは、項目として、パルス信号の波形の組合せのＩＤ、ピーク時間差（ΔＴ）、判定基準値（例えばα）、判定結果としてダークパルスかＢＳＥ信号かの値などを有する。
【0115】
コントローラ１００は、図１５のテーブルの情報を、ＧＵＩを介した画面に表示させてもよい。下側のテーブルは、処理過程で一時的に生成するテーブルとしてもよい。
【0116】
［実施の形態１の効果等］
以上説明したように、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１によれば、ＢＳＥ検出器１１０で発生するダークパルスによる検出の劣化を低減できる、言い換えると、計測精度向上などを実現できる。実施の形態１によれば、ＢＳＥ検出器１１０の出力信号について、ダークパルスとＢＳＥ信号とを弁別して検出でき、検出結果においてダークパルスを除去することができる。これにより、実施の形態１によれば、ＢＳＥ検出器１１０に基づいた取得画像のＳ／Ｎが向上し、また、穴・溝などの３次元構造の詳細な情報を得ることができ、高い測長精度などが実現でき、機差も低減できる。
以上説明したように、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１によれば、ＢＳＥ検出器１１０で発生するダークパルスによる検出の劣化を低減できる、言い換えると、計測精度向上などを実現できる。実施の形態１によれば、ＢＳＥ検出器１１０の出力信号について、ダークパルスとＢＳＥ信号とを弁別して検出でき、検出結果においてダークパルスを除去することができる。これにより、実施の形態１によれば、ＢＳＥ検出器１１０に基づいた取得画像のＳ／Ｎが向上し、また、穴・溝などの３次元構造の詳細な情報を得ることができ、高い測長精度などが実現でき、機差も低減できる。
【0117】
なお、前述のオンライン処理の場合では、オンライン処理に必要なデータ・情報のみを取得して記憶資源に一時記憶しながら、ほぼリアルタイムで処理が行われる。処理済みの一時記憶データは適宜に削除される。この場合、システムに必要な記憶資源は比較的少なくて済む。前述のオフライン処理の場合では、オフライン処理に必要なすべてのデータ・情報が一旦取得されて記憶資源に保存された後、必要な時に、その保存されたデータ・情報を参照してまとめて処理が行われる。この場合、ある程度計算に時間がかかってもよい。
【0118】
＜実施の形態２＞
図１６以降を用いて、実施の形態２の荷電粒子ビーム装置について説明する。実施の形態２等の基本的な構成は、実施の形態１と同様であり、以下では、実施の形態２等における実施の形態１とは異なる構成部分について主に説明する。実施の形態２は、実施の形態１に対し主に異なる構成点として以下がある。
図１６以降を用いて、実施の形態２の荷電粒子ビーム装置について説明する。実施の形態２等の基本的な構成は、実施の形態１と同様であり、以下では、実施の形態２等における実施の形態１とは異なる構成部分について主に説明する。実施の形態２は、実施の形態１に対し主に異なる構成点として以下がある。
【0119】
実施の形態１での図８のダークパルス判定部３０３は、１フレームの対象画素の信号を用いて、時間Ｔとして１画素期間ＰＴごとに、ダークパルスかＢＳＥ信号かの判定を行う構成とした。実施の形態１では、フレーム期間ごとに別の判定とした。それに対し、実施の形態２では、ダークパルス判定部は、対象画素について、その画素を含んだ複数のフレームに対応した期間の信号を用いて、ダークパルスかＢＳＥ信号かの判定を行う構成とする。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、ほぼ同時のパルス信号の発生に関して、チャンネル間でパルス信号の波形の組合せ同士でピーク時間差を比較する。実施の形態２では、その比較の対象となる時間範囲、言い換えると判定対象期間が、複数のフレームに対応した期間として拡張される。実施の形態２では、対象位置の画素ごとに、複数のフレームに対応した期間内において、チャンネル間でパルス信号の波形の組合せ同士でピーク時間差を比較し、ＢＳＥ信号かダークパルスかの弁別を行う。
【0120】
［ダークパルス処理部］
図１６は、実施の形態２でのダークパルス処理部３０４内で、ダークパルス判定部３０３の前段にある、信号ピーク位置検出部３０２Ｂの機能ブロック構成例を示す。この信号ピーク位置検出部３０２Ｂは、入力側から順に、ピーク位置記憶部３１２、ピーク位置合成部３３０、ピーク位置比較部３１３を有し、また、判定フレーム数記憶部３１４を有する。ピーク位置記憶部３１２は、メモリを含んでいる。
図１６は、実施の形態２でのダークパルス処理部３０４内で、ダークパルス判定部３０３の前段にある、信号ピーク位置検出部３０２Ｂの機能ブロック構成例を示す。この信号ピーク位置検出部３０２Ｂは、入力側から順に、ピーク位置記憶部３１２、ピーク位置合成部３３０、ピーク位置比較部３１３を有し、また、判定フレーム数記憶部３１４を有する。ピーク位置記憶部３１２は、メモリを含んでいる。
【0121】
ダークパルス処理部３０４は、判定フレーム数記憶部３１４に、判定基準値の１つとして、判定フレーム数３５１を設定する。判定フレーム数３５１をＦＤとする。判定フレーム数記憶部３１４には、判定フレーム数ＦＤを含む情報が記憶される。判定フレーム数ＦＤは、最大フレーム数Ｆよりも小さい数であり、設計上あるいはユーザ設定での設定値とすることができる。制御部４００は、予め、ユーザ設定等に基づいて、判定フレーム数ＦＤを指定し、判定フレーム数記憶部３１４に設定してもよい。
【0122】
ピーク位置記憶部３１２は、入力の信号３０１に対し、判定フレーム数記憶部３１４に設定されている判定フレーム数３５１（ＦＤ）を参照する。ピーク位置記憶部３１２は、複数のチャンネルの信号３０１における対象画素について、判定フレーム数ＦＤに対応した複数のフレームの範囲内で、対象画素に対応した１画素期間に含まれるパルス信号の各波形についてのピーク位置を記憶する。すなわち、対象画素（Ｇc,f,p）ごとに、ピーク位置が記憶される画素数は、各フレームに波形が出現している場合には、ＦＤを掛け算した個数となる。全画素および全チャンネルでは、Ｃ×Ｐ×ＦＤを掛け算した個数となる。
【0123】
ピーク位置記憶部３１２に一旦記憶された、ピーク位置などを含む信号３５２は、ピーク位置合成部３３０に入力される。ピーク位置合成部３３０は、判定フレーム数ＦＤによる判定対象期間内の各波形のピーク位置について、合成処理を行う。この合成処理は、後段のピーク位置比較部３１３での比較のための処理である。
【0124】
図１７等は、ピーク位置合成部３３０による合成処理についての説明図である。図１７には、試料３の面の走査によって得られた、４チャンネルの信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）について、ある対象位置の画素として各フレーム内でｐ番目の画素に対応した１画素期間ＰＴについて、複数のフレームの例としてフレームｆ１，ｆ２，ｆ３という３個のフレームでのパルス信号の波形の例を示している。本例では、判定フレーム数ＦＤ＝３である。例えば、第１チャンネルch1について、３個のフレームｆ１，ｆ２，ｆ３の対象画素Ｇ1,f,pは、画素Ｇ1,1,p、画素Ｇ1,2,p、画素Ｇ1,3,pと表せる。他のチャンネルについても同様である。
【0125】
これらの信号３０１内に、ＢＳＥ信号やダークパルスが内在している。本例では、フレームｆ１では、第１チャンネルch1の波形ｗ１、第２チャンネルch2の波形ｗ２を有し、フレームｆ２では、第３チャンネルch3の波形ｗ３、第４チャンネルch4の波形ｗ４を有し、フレームｆ３では、第１チャンネルch1の波形ｗ５、第２チャンネルch2の波形ｗ６を有する。各波形はピーク位置であるピーク時刻ｔを有する。例えば波形ｗ１のピーク位置がピーク時刻ｔｗ１である。
【0126】
なお、対象位置の画素について、例えばフレームｆ２を基準にする場合、１つ前のフレームｆ１と、１つ後のフレームｆ３との、前後のフレームを参照することで、判定対象期間となる複数（ＦＤ＝３）のフレームをとることができる。これに限らず、例えばフレームｆ１を基準にする場合、１つ後のフレームｆ２と２つ後のフレームｆ３との時間的に後のフレームを参照することで複数（ＦＤ）のフレームをとってもよい。例えばフレームｆ３を基準にする場合、１つ前のフレームｆ２と２つ前のフレームｆ１との時間的に前のフレームを参照することで複数（ＦＤ）のフレームをとってもよい。
【0127】
ピーク位置合成部３３０は、チャンネルごとに、複数（ＦＤ＝３）のフレーム（ｆ１，ｆ２，ｆ３）の波形を、画素期間ＰＴごとの波形群として合成する。ピーク位置合成部３３０は、合成結果の信号３５３を出力する。
【0128】
図１８は、図１７の信号３０１に基づいて、チャンネルごとに波形を合成した結果の例を示す。なお、複数のフレームの合成後を合成フレーム１７０１とし、対応して複数の画素期間の合成後を合成画素期間１７０２とも記載する。図１８の合成後の信号を、チャンネルごとに、信号３５３ａ，３５３ｂ，３５３ｃ，３５３ｄとして示す。第１チャンネルch1の合成画素期間１７０２の信号３５３ａでは、波形ｗ１と波形ｗ５が含まれている。波形ｗ１と波形ｗ５はほぼ同じ時刻に重なっている。第２チャンネルch2の合成画素期間１７０２の信号３５３ｂでは、波形ｗ２と波形ｗ６が含まれている。第３チャンネルch3の合成画素期間１７０２の信号３５３ｃでは、波形ｗ３が含まれている。第４チャンネルch4の合成画素期間１７０２の信号３５３ｄでは、波形ｗ４が含まれている。
【0129】
ここで、ＢＳＥ検出器１１０での反射電子１０５の検出数が少ない場合には、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）でＢＳＥ信号に対応したパルス信号として受信されない場合がある。この場合、実施の形態１で説明した手法では、複数のチャンネルでＢＳＥ信号に対応したパルス信号が出現する数が少ないことから、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別のための判定が難しい場合が生じ得る。
【0130】
そのため、実施の形態２では、反射電子１０５の検出数が少ない場合でも判定しやすいように、判定対象期間を、複数（ＦＤ）のフレームによる合成フレーム１７０１の合成画素期間１７０２に拡大している。このように、チャンネルごとに複数のフレームの信号を合成することで、合成フレーム１７０１の合成画素期間１７０２内では、ＢＳＥ信号に対応したパルス信号が、より多く受信すると期待できる。この合成画素期間１７０２では、ＢＳＥ信号に対応したパルス信号が、複数のチャンネルでほぼ同時に発生する確率が高いと期待できる。他方、ダークパルスはランダムに発生するため、合成フレーム１７０１の合成画素期間１７０２内でも、ダークパルスが各チャンネルにほぼ同時に発生する確率は低いと期待できる。このようなメカニズムに基づいて、実施の形態２では、合成後の信号を対象として、実施の形態１と同様に条件を用いて、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別のための判定が行われる。
【0131】
ピーク位置比較部３１３では、合成後の信号３５３（３５３ａ～３５３ｄ）に基づいて、各チャンネルのパルス信号の波形について、チャンネル間での組合せごとにピーク時間差（ΔＴ）を算出し、各チャンネルの各画素のパルス信号のピーク位置、ピーク時間差などの情報を含む信号を、信号３０６として出力する。
【0132】
ダークパルス判定部３０３は、実施の形態１と同様に、信号３０６のピーク時間差と、判定基準値αとを比較し、時間差ΔＴが判定基準値α以下であることに該当するチャンネル数が第１の数（例えばＮ１＝２）以上である場合には、当該比較したパルス信号はＢＳＥ信号であると判定する。ダークパルス判定部３０３は、この条件を満たさないパルス信号についてはダークパルスであると判定する。その後のダークパルス除去部３３１などの処理は実施の形態１と同様である。
【0133】
図１９には、図１８の合成後の信号３５３に基づいて、波形の組合せ同士でピーク時間差を調べる例を示している。実施の形態１と同様に、波形の全ての組合せについて網羅的かつ重複無く、ピーク時間差が調べられる。同じチャンネル内での異なるフレームの複数の波形（例えば波形ｗ１と波形ｗ５）についても、組として調べられる。
【0134】
本例では、図１８の第１チャンネルch1のフレームｆ１の波形ｗ１と、第１チャンネルch1のフレームｆ３の波形ｗ５と、第４チャンネルch4のフレームｆ２の波形ｗ４との３つの波形において、それぞれピーク時間差が判定基準値α以下である。このことから、ダークパルス判定部３０３は、波形ｗ１、波形ｗ４、および波形ｗ５を、ＢＳＥ信号であると判定し、波形ｗ２、波形ｗ３、および波形ｗ６については、ダークパルスであると判定する。
【0135】
［処理フロー］
実施の形態２でのコントローラ１００の処理フローは、実施の形態１の図１４のフローと概略的に同様であるが、異なる構成点として、以下のようになる。前述のステップＳ１０２では、コントローラ１００は、最初、複数Ｆのフレームのうち、第１のフレームから順に処理を開始する。前述の図１６のように、コントローラ１００は、メモリにフレームごとの情報を記憶しながら処理を行う。ステップＳ１０３では、コントローラ１００は、対象画素ごとに、対象画素を含むフレームで、画素期間の信号を取得し、ピーク位置などを検出する。
実施の形態２でのコントローラ１００の処理フローは、実施の形態１の図１４のフローと概略的に同様であるが、異なる構成点として、以下のようになる。前述のステップＳ１０２では、コントローラ１００は、最初、複数Ｆのフレームのうち、第１のフレームから順に処理を開始する。前述の図１６のように、コントローラ１００は、メモリにフレームごとの情報を記憶しながら処理を行う。ステップＳ１０３では、コントローラ１００は、対象画素ごとに、対象画素を含むフレームで、画素期間の信号を取得し、ピーク位置などを検出する。
【0136】
ステップＳ１０４では、コントローラ１００は、対象画素ごとに、例えば前後のフレームを含む複数ＦＤのフレームを範囲として、メモリに記憶されたフレームごとの情報を参照しながら、画素期間の信号を取得し、パルス信号間でのピーク時間差などを算出する。ステップＳ１０５では、コントローラ１００は、算出されたピーク時間差などをメモリに記憶する。コントローラ１００は、フレームごとに順次に、ステップＳ１０２～Ｓ１０５の処理を同様に繰り返す。
【0137】
その後、コントローラ１００は、メモリの情報に基づいて、図１７のような合成処理を行い、合成後の信号を対象として、ステップＳ１０６以下の処理を同様に行う。合成処理は、言い換えると、異なるフレームの各画素期間を、同じ１つの合成フレーム１７０１の合成画素期間１７０２としてまとめることで、ピーク時刻を比較可能とすることである。
【0138】
［実施の形態２の効果等］
実施の形態２では、複数（４個）のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０において、複数（ＦＤ）のフレームにおけるＢＳＥ信号の発生の位置・時間には同一チャンネル間および各チャンネル間で相関があること、およびダークパルスの発生の位置・時間は各チャンネル間で無相関であることを利用する。実施の形態２では、このようなメカニズムに基づいて、複数のチャンネルの検出信号におけるパルスのピーク位置を比較することで、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別できる。また、実施の形態２では、異なるチャンネル間の相関だけではなく、図１８の例にも示したように、同一チャンネルの異なるフレーム間で信号の相関がある場合でも、その信号についてＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別が可能となる。これにより、反射電子の検出が少ない場合でも、ＢＳＥ信号の検出精度が向上できる。
実施の形態２では、複数（４個）のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０において、複数（ＦＤ）のフレームにおけるＢＳＥ信号の発生の位置・時間には同一チャンネル間および各チャンネル間で相関があること、およびダークパルスの発生の位置・時間は各チャンネル間で無相関であることを利用する。実施の形態２では、このようなメカニズムに基づいて、複数のチャンネルの検出信号におけるパルスのピーク位置を比較することで、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別できる。また、実施の形態２では、異なるチャンネル間の相関だけではなく、図１８の例にも示したように、同一チャンネルの異なるフレーム間で信号の相関がある場合でも、その信号についてＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別が可能となる。これにより、反射電子の検出が少ない場合でも、ＢＳＥ信号の検出精度が向上できる。
【0139】
＜実施の形態３＞
図２０以降を用いて、実施の形態３の荷電粒子ビーム装置について説明する。実施の形態３は、実施の形態２の変形例としても捉えられる。実施の形態２および実施の形態１では、弁別のための判定の対象として、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０からの複数の検出信号を対象とした。実施の形態３では、実施の形態２と同様に判定対象期間を複数ＦＤのフレームなどの期間に拡張する。実施の形態３では、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０からの複数の検出信号を対象とするのではなく、単一のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０からの単一の検出信号を対象として、実施の形態２と同様に弁別のための判定を行う。コントローラ１００は、単一のＢＳＥ検出器１１０からの単一の検出信号を対象として、対象位置の画素について、複数ＦＤのフレームを範囲として、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の判定を行う。
図２０以降を用いて、実施の形態３の荷電粒子ビーム装置について説明する。実施の形態３は、実施の形態２の変形例としても捉えられる。実施の形態２および実施の形態１では、弁別のための判定の対象として、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０からの複数の検出信号を対象とした。実施の形態３では、実施の形態２と同様に判定対象期間を複数ＦＤのフレームなどの期間に拡張する。実施の形態３では、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０からの複数の検出信号を対象とするのではなく、単一のチャンネルのＢＳＥ検出器１１０からの単一の検出信号を対象として、実施の形態２と同様に弁別のための判定を行う。コントローラ１００は、単一のＢＳＥ検出器１１０からの単一の検出信号を対象として、対象位置の画素について、複数ＦＤのフレームを範囲として、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の判定を行う。
【0140】
［単一のＢＳＥ検出器］
図２０は、実施の形態３でのダークパルス判定に関する模式説明図である。実施の形態３の例では、図２のＢＳＥ検出器１１０のうち例えば第１チャンネルch1のＢＳＥ検出器１１０Ａの検出信号１１１ａ（図６での信号３０１ａ）のみを判定対象として使用する場合を説明する。なお、これに限らず、変形例としては、荷電粒子ビーム装置において単一のＢＳＥ検出器しか備えない場合でも、その単一のＢＳＥ検出器を対象として、同様の判定が可能である。
図２０は、実施の形態３でのダークパルス判定に関する模式説明図である。実施の形態３の例では、図２のＢＳＥ検出器１１０のうち例えば第１チャンネルch1のＢＳＥ検出器１１０Ａの検出信号１１１ａ（図６での信号３０１ａ）のみを判定対象として使用する場合を説明する。なお、これに限らず、変形例としては、荷電粒子ビーム装置において単一のＢＳＥ検出器しか備えない場合でも、その単一のＢＳＥ検出器を対象として、同様の判定が可能である。
【0141】
実施の形態３で、コントローラ１００のダークパルス処理部３０４の構成は図１１や図１６と同様であり、異なる構成点としては、図１６のピーク位置記憶部３１２は、単一のＢＳＥ検出器からの検出信号、例えば信号３０１ａのみを入力し、時系列でフレームごとに処理を行う。ピーク位置記憶部３１２は、対象位置の画素ごとに、判定フレーム数ＦＤに対応した複数のフレームを判定対象期間として、各フレームでパルス信号のピーク位置を算出し、メモリに記憶する。ピーク位置記憶部３１２は、単一のＢＳＥ検出器の検出信号に基づいた、各フレームでのパルス信号のピーク位置などの信号を、単一の系列の信号３５２として出力する。
【0142】
ピーク位置合成部３３０は、その信号３５２に基づいて、図２０の例のように、実施の形態２と同様に、対象画素ごとに、複数ＦＤのフレームの画素期間の信号を１つに合成して、合成フレーム１９０１での合成画素期間１９０２の信号とする。図２０の例は、図１７、図１８のうち第１チャンネルch1の信号３０１ａの部分を抽出したものに相当している。ピーク位置合成部３３０は、合成後の信号３５３を出力する。
【0143】
ピーク位置比較部３１３は、合成後の信号３５３に基づいて、対象画素ごとに、合成画素期間１９０２に含まれているパルス信号の波形同士のピーク時間差（ΔＴ）を判定基準値（α）として閾値と比較して、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の判定を行う。この判定は、以下のようになる。
【0144】
実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１のコントローラ１００は、単一のＢＳＥ検出器からの単一の系統の出力信号について、対象位置の画素ごとに、時間Ｔとして複数ＦＤのフレームの期間内で、受信・出現するパルス信号を対象とする。そして、コントローラ１００は、複数ＦＤのフレームの期間内で、複数、少なくとも２つのパルス信号が、受信・出現している場合において、それらのパルス信号の波形間でピーク時間差が閾値以下となるかどうかを判断する。コントローラ１００は、それらのパルス信号の波形間でピーク時間差が閾値以下となる場合には、それらのパルス信号はＢＳＥに起因する、言い換えるとＢＳＥ信号であると推測・判定する。
【0145】
逆に言えば、コントローラ１００は、複数ＦＤのフレームによる期間内で、単一のパルス信号しか受信・出現していない場合や、複数のパルス信号が受信・出現していても波形間でピーク時間差が閾値を超える場合には、それらのパルス信号はダークパルスに起因する、言い換えるとダークパルスであると推測・判定する。
【0146】
［実施の形態３の効果等］
上記のように、実施の形態３によれば、ＳＥＭなどにおいて、単一のＢＳＥ検出器、単一のＢＳＥ検出系統の検出信号を対象とする場合にも、ＢＳＥとダークパルスとの弁別が可能である。
上記のように、実施の形態３によれば、ＳＥＭなどにおいて、単一のＢＳＥ検出器、単一のＢＳＥ検出系統の検出信号を対象とする場合にも、ＢＳＥとダークパルスとの弁別が可能である。
【0147】
また、実施の形態３の変形例としては、ＳＥＭなどにおいて、図２のように複数のＢＳＥ検出器、複数のＢＳＥ検出系統を備える場合に、それらから選択した任意の１つのＢＳＥ検出器の出力信号を対象として、上記実施の形態３と同様の判定を行うことが可能である。また、それぞれのＢＳＥ検出器の出力信号ごとに、独立して、上記実施の形態３と同様の判定を行うことも可能である。
【0148】
また、実施の形態３や実施の形態２の変形例として、判定対象期間は、複数ＦＤのフレームによる期間とすることに限らず、対象画素を含んだ時間Ｔ、例えば複数の画素期間などとしてもよい。また、実施の形態３の変形例として、判定対象期間内において、受信・出現するパルス信号の波形の数を判断してもよい。すなわち、コントローラ１００は、単一のＢＳＥ検出器からの出力信号について、対象位置の画素ごとに、判定対象期間内で、ある数（例えば３個）以上のパルス信号の波形間でピーク時間差が閾値以下となるかどうかを判断する。この波形数に係わる数についても、判定基準情報の１つとして、設計上あるいはユーザ設定等での設定値とすることができる。
【0149】
＜実施の形態４＞
図２１以降を用いて、実施の形態４の荷電粒子ビーム装置について説明する。実施の形態４は、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器を備える実施の形態１や２のいずれをベースとしても構成でき、実施の形態１や２に対し追加・修正される特徴を有する。実施の形態４は、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別に関して、ＢＳＥ検出系統の信号のみならず、ＳＥ検出系統の信号を補助として参照し、補正として反映することで、精度を高める。実施の形態４では、実施の形態１をベースとして、実施の形態１での単一フレームを用いた判定の手法と、実施の形態２での複数フレームを用いた判定の手法との両方を用いる例を説明する。
図２１以降を用いて、実施の形態４の荷電粒子ビーム装置について説明する。実施の形態４は、複数のチャンネルのＢＳＥ検出器を備える実施の形態１や２のいずれをベースとしても構成でき、実施の形態１や２に対し追加・修正される特徴を有する。実施の形態４は、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別に関して、ＢＳＥ検出系統の信号のみならず、ＳＥ検出系統の信号を補助として参照し、補正として反映することで、精度を高める。実施の形態４では、実施の形態１をベースとして、実施の形態１での単一フレームを用いた判定の手法と、実施の形態２での複数フレームを用いた判定の手法との両方を用いる例を説明する。
【0150】
［処理部］
図２１は、実施の形態４でのコントローラ１００の処理部３０８の構成例を示す。図２１の構成は、実施の形態１に対し主に異なる構成点としては、処理部３０８において、形状推定部３１７が追加されており、ダークパルス処理部３０４において、重み付け部３１６が追加されている。
図２１は、実施の形態４でのコントローラ１００の処理部３０８の構成例を示す。図２１の構成は、実施の形態１に対し主に異なる構成点としては、処理部３０８において、形状推定部３１７が追加されており、ダークパルス処理部３０４において、重み付け部３１６が追加されている。
【0151】
実施の形態４では、図２のＳＥ検出器１１５からＳＥ検出回路１１６を通じて出力されたＳＥ検出信号３１０が形状推定部３１７に入力される。形状推定部３１７は、ＳＥ検出信号３１０に基づいて、試料３の面上の構造の位置や形状を推定する。前述の図１０のように、例えば上面９０２と深溝構造９０１とで二次電子の検出されやすさが異なるので、ＳＥ検出信号３１０から、例えば輝度の違いから、構造の位置や形状を推定可能である。例えば図９の（Ａ）のように、試料３の上面９０２において深溝構造９０１の開口部の形状が概略矩形状であると推定でき、長辺や短辺の寸法、深さ９０１ｃの寸法なども推定できる。形状推定部３１７は、推定した形状などを表す信号３１８を出力する。
【0152】
重み付け部３１６は、信号３１８に基づいて、４チャンネルのＢＳＥ検出系統の信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）における同一画素間で得られるＢＳＥ信号の数に重み付けを行う。これにより、ダークパルスの判定率を向上させる。重み付け部３１６は、重み付けを表す信号３２３を出力する。ダークパルス除去部３３１は、信号３２３の重み付けの値に基づいて、ダークパルス判定部３０３からの判定結果の信号３２２を補正する。ダークパルス除去部３３１は、補正された結果に基づいて、ダークパルスを除去する。
【0153】
前述の図１０のように、試料３の穴・溝などの構造、例えば底部から得られる二次電子は数が少ないのに対し、試料表面から得られる二次電子は反射電子に比べて数が多い。そのため、ＳＥ検出信号を利用することで、試料表面のどの箇所に穴・溝などの構造があるかを推定・判定可能である。
【0154】
この場合、特定された構造に関連する画素については、実施の形態２で示した複数ＦＤのフレームによる判定対象期間を用いて、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別し、特定された構造以外の試料表面の箇所に対応したその他の画素については、実施の形態１で示した単一フレームの判定対象期間を用いて、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別する。これにより、処理時間の低減や、必要な記憶資源（例えばピーク位置記憶部３１２内のメモリ）の容量の低減などに効果がある。
【0155】
図２１や図２２等を用いて、構造の特定に基づいて弁別の精度を向上する手法について説明する。図２１で、信号ピーク位置検出部３０２のピーク位置比較部３０５からは、４チャンネルの各チャンネルの信号３０１（３０１ａ～３０１ｄ）に基づいた、画素ごとに含まれるパルス信号のピーク位置などの信号３２１（３２１ａ～３２１ｄ）がダークパルス判定部３０３に入力される。ダークパルス判定部３０３では、実施の形態１または実施の形態２での判定の手法と同様にして、ピーク時間差と判定基準値αとの比較などによって、ＢＳＥ信号とダークパルスとを弁別する。
【0156】
弁別の結果の各チャンネルの信号３２２（３２２ａ～３２２ｄ）がダークパルス除去部３３１に入力される。ここで、ダークパルス除去部３３１では、重み付け部３１６からの重み付けの信号３２３を用いて、弁別の結果に対し、ＢＳＥ信号の個数に重み付けによる補正を行い、チャンネルごとにＢＳＥ信号とダークパルスとの数量の比率を調整する。この重み付けは、試料３の構造に応じた各チャンネルの検出感度に基づいて決定される。
【0157】
図２２および図２３は、重み付けに関する模式説明図である。図２２は、試料３の表面における深溝構造などの構造２１００の箇所および形状の例と、その構造２１００に対する４チャンネルのＢＳＥ検出器１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）との配置関係とを示す。図２２では、Ｘ－Ｙ面での模式説明図として、ビーム光軸に対応する中心の点Ｏの位置に存在する構造２１００を拡大して図示しており、右側に示すように、左側と同様のトップビュー画像としての検出画像２１０１を有すると捉えてもよい。
【0158】
本例では、構造２１００は、図９の深溝構造９０１と同様に、概略的に矩形形状であり、底部までの深さを有する。構造２１００の開口部は、Ｘ方向での短辺と、Ｙ方向での長辺とを有する。ここでは、短辺の長さをＤ、長辺の長さをＨとする。構造２１００の位置は、例えば試料３の座標系などにおいて位置座標（ｘ，ｙ）で表せる。なお、試料３の座標系や、ステージの座標系や、検出画像の座標系などの各種の座標系は、対応関係を有し、適宜に変換可能である。
【0159】
本例では、構造２１００の長辺がＹ軸に沿って伸びており、そのＹ軸の方向では、中心の点Ｏに対し、一方側（図２２での上側）の位置に第１チャンネルch1（North）のＢＳＥ検出器１１０Ａが配置されており、他方側（図２２での下側）の位置に第２チャンネルch2（South）のＢＳＥ検出器１１０Ｂが配置されている。短辺が伸びているＸ軸の方向には第３チャンネルch3（West）のＢＳＥ検出器１１０Ｃ、第４チャンネルch4（East）のＢＳＥ検出器１１０Ｄが配置されている。
【0160】
前述の図１０のように、深溝構造９０１の長辺の方向では、反射電子が相対的に多く出射するのに対し、短辺の方向では、反射電子が出射する数が相対的に少なくなる、という関係がある。このような関係を、構造２１００の縦横比としてＤ／Ｈを用いて表現できる。本例では、この縦横比のパラメータは、Ｙ方向の長辺の長さＨを分母とし、Ｘ方向の短辺の長さＤを分子とした比率とする。構造２１００の形状として、Ｙ方向の辺が長くＤ／Ｈの値が１に対して小さい形状であるほど、Ｙ軸に配置されたＢＳＥ検出器１１０Ａ，１１０ＢのＢＳＥ検出感度が相対的に高いと言える。
【0161】
そこで、実施の形態４では、上記のような構造２１００の位置および形状と、各チャンネルのＢＳＥ検出器１１０との配置関係に基づいて、ＢＳＥ検出感度に重み付けによる補正を行うものである。詳しくは、この重み付けによる補正は、ＢＳＥ検出器１１０を含むＢＳＥ検出系統自体や、ダークパルス判定部３０３の判定自体での重み付けによる補正とするのではなく、判定結果に対する重み付けによる補正とする。
【0162】
図２３の表は、構造２１００に対して、４チャンネルのＢＳＥ検出器１１０における東西南北の４方向に出射して各ＢＳＥ検出器１１０で受信されるＢＳＥの数量の割合の例を示している。本例では、Ｄ／Ｈの値が小さくなるほど、Ｙ方向に長く構造２１００が伸びており、Ｙ方向に配置されたＢＳＥ検出器１１０Ａ，１１０Ｂで受信するＢＳＥの割合が高くなる。一方、Ｄ／Ｈの値が大きくなるほど、Ｘ向に構造２１００が伸びており、Ｙ方向に配置されたＢＳＥ検出器１１０Ｃ，１１０Ｄで受信するＢＳＥの割合が高くなる。Ｄ／Ｈが１に近い場合には、Ｘ方向とＹ方向で長さが同程度であり、各チャンネルのＢＳＥ検出器１１０でのＢＳＥの受信の割合は同程度となる。
【0163】
例として、構造２１００の形状について、Ｄ／Ｈ＝0.6の場合、Ｙ方向のNorthのＢＳＥ検出器１１０ＡとSouthのＢＳＥ検出器１１０Ｂとで受信する割合がそれぞれ0.4であり、Ｘ方向のEastのＢＳＥ検出器１１０ＤとWestのＢＳＥ検出器１１０Ｃとで受信する割合がそれぞれ0.1とする。全体を１として、0.4＋0.1＋0.1＋0.4＝１である。図２３の表では、Ｄ／Ｈが「0.5～0.7」である行において、これらのＮ，Ｅ，Ｗ，Ｓの各ＢＳＥ検出器１１０でのＢＳＥの受信の割合を示している。
【0164】
このような各チャンネルでのＢＳＥの受信の割合、言い換えると検出感度を、別の表現として、確率でも表現できる。例えば、Ｄ／Ｈ＝0.6の場合、Ｎ，Ｅ，Ｗ，Ｓの各ＢＳＥ検出器１１０でのＢＳＥの受信の確率を、｛40％，10％，10％，40％｝と表せる。図２３の表のような割合は、予めテーブルのデータとして設定しておいてもよい。
【0165】
上記例のように、形状推定部３１７は、ＳＥ検出信号に基づいて構造２１００の位置および形状を推定し、重み付け部３１６は、推定結果に基づいて、各チャンネルのＢＳＥ検出の割合、検出感度を想定する。重み付け部３１６は、例えばＤ／Ｈの値に基づいて図２３の表から各チャンネルの割合を参照してもよいし、都度に割合を算出してもよい。そして、重み付け部３１６は、各チャンネルの割合に基づいて、判定結果の信号３２２（３２２ａ～３２２ｄ）における各チャンネルの判定結果を補正するための重み付けを決定する。
【0166】
この重み付けの決定の手法としては、例えば以下が適用できる。ダークパルス判定部３０３による判定結果の信号３２２（３２２ａ～３２２ｄ）は、チャンネルごとに、含まれる各パルス信号について、ＢＳＥ信号かダークパルスかの推定・判定結果の情報を持っている。Ｙ方向（Ｎ，Ｓ）のＢＳＥ検出器１１０Ａ，１１０Ｂに対応した信号３２２ａ，３２２ｂではそれぞれ割合0.4に近付き、Ｘ方向（Ｗ，Ｅ）のＢＳＥ検出器１１０Ｃ，１１０Ｄに対応した信号３２２ｃ，３２２ｄではそれぞれ割合0.1に近付くように、重み付けを決定し、信号３２３として出力する。ダークパルス除去部３３１は、その重み付けの信号３２３に従って、判定結果の信号３２２（３２２ａ～３２２ｄ）における、ＢＳＥ信号と判定されているパルス信号について、ＢＳＥ信号かダークパルスかの再判定を行うことで、ＢＳＥ信号数を補正する。
【0167】
なお、本実施例では、ダークパルス除去部３３１が重み付けに従って再判定を行う構成としたが、これに限定されない。ダークパルス判定部３０３内に重み付けに従って再判定を行う機能ブロックを設ける構成としてもよいし、ダークパルス判定部３０３とダークパルス除去部３３１との間にその機能ブロックを設ける構成としてもよい。
【0168】
図２２の例では、構造２１００の位置に対して４個のＢＳＥ検出器が等距離であるとして検出の割合を想定しているが、これに限定されない。構造２１００の位置に対して４個のＢＳＥ検出器が異なる距離にある場合に、その距離に応じて、検出の割合を異ならせてもよい。すなわち、距離が近いほど検出の割合を高くしてもよい。
【0169】
また、図２２の例では、構造２１００に対するビームの入射の方向を、面垂直であるＺ方向として、検出の割合を想定しているが、これに限定されない。構造２１００に対してビームが斜め方向から入射する場合、その斜め方向に応じて、検出の割合を異ならせてもよい。構造２１００に対してビームが斜め方向から入射する場合とは、ビーム光軸がチルト方向のようになる場合や、ビームの走査の方向を考慮する場合が挙げられる。
【0170】
図２４には、上記重み付けを用いた再判定、補正の具体例を示し、以下の通りである。例えば、図２４の表に示すように、ある対象画素の期間について、ダークパルス判定部３０３の判定結果として、第１チャンネルch1（North）でＢＳＥ信号と判定されたパルス信号の個数がＡＳ個、ダークパルスと判定されたパルス信号の個数がＡＤ個とする。同様に、第２チャンネルch2（South）では、それぞれＢＳ個、ＢＤ個、第３チャンネルch3（West）では、それぞれＣＳ個、ＣＤ個、第４チャンネルch4（East）では、それぞれＤＳ個、ＤＤ個とする。
【0171】
ＢＳＥの判定結果に関して、ＡＳ：ＢＳ：ＣＳ：ＤＳの比が、例えば0.4：0.1：0.1：0.4という前述の割合の比とは異なるとする。この場合、ダークパルス処理部３０４は、ダークパルスと判定されているパルス信号（ＡＤ，ＢＤ，ＣＤ，ＤＤ）の一部を、ＢＳＥ信号として判定しなおすことで、ＡＳ：ＢＳ：ＣＳ：ＤＳの比が、その0.4：0.1：0.1：0.4という割合に近付くように、補正を行う。
【0172】
例として、ＢＳＥ信号の個数として、ＡＳ＝２，ＢＳ＝０，ＣＳ＝１，ＤＳ＝２であり、ＢＳＥ信号の比が0.2：0：0.1：0.2であり、ダークパルスの個数として、ＡＤ＝３，ＢＤ＝３，ＣＤ＝４，ＤＤ＝１であったとする。その場合、ＢＳＥ信号の個数として、ＡＳ＝２＋２＝４、ＢＳ＝０＋１＝１、ＣＳ＝１＋０＝１、ＤＳ＝２＋１＝３といったように増やし、ダークパルスの個数として、ＡＤ＝３－２＝１、ＢＤ＝３－１＝２，ＣＤ＝４－０＝４、ＤＤ＝１－１＝０といったように減らして、ダークパルスと判定されたパルス信号の一部をＢＳＥ信号として移すように、再判定が行われる。再判定では、ＡＳ：ＢＳ：ＣＳ：ＤＳの比が、ＢＳＥ検出の割合｛0.4：0.1：0.1：0.4｝に近付くように、重み付けによる補正が行われる。補正前のＢＳＥ信号の比は、ＡＳ：ＢＳ：ＣＳ：ＤＳ＝｛0.2：0：0.1：0. 2｝であり、補正後には例えば｛0.4：0.1：0.1：0.3｝となり、ＢＳＥ検出の割合｛0.4：0.1：0.1：0.4｝に近付く。
【0173】
上記のように、実施の形態４では、試料３の３次元構造に応じた各チャンネルのＢＳＥ検出の割合を考慮して、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の判定結果が、その割合に近くなることが自然であると想定し、判定結果に対し重み付けによる補正を行うものである。
【0174】
［処理フロー］
図２５は、実施の形態４での処理フローを示す。本フローは、実施の形態１または実施の形態２のフローをベースとして、ＳＥ検出系統に係わるステップＳ４１１等が追加されている。ステップＳ４０１およびステップＳ４０２は、実施の形態１または実施の形態２のフローと同様であるため詳細を省略する。ステップＳ４０１では、対象の試料３について、４チャンネルのＢＳＥ検出器１１０を用いたＢＳＥ検出を開始する。
図２５は、実施の形態４での処理フローを示す。本フローは、実施の形態１または実施の形態２のフローをベースとして、ＳＥ検出系統に係わるステップＳ４１１等が追加されている。ステップＳ４０１およびステップＳ４０２は、実施の形態１または実施の形態２のフローと同様であるため詳細を省略する。ステップＳ４０１では、対象の試料３について、４チャンネルのＢＳＥ検出器１１０を用いたＢＳＥ検出を開始する。
【0175】
ステップＳ４０２では、コントローラ１００は、実施の形態１または実施の形態２で説明した手法を用いて、対象画素ごとに、ＢＳＥ信号かダークパルスかの弁別のための判定を行う。この際、手法の使い分けの例としては、前述のように、試料３の表面が対象である場合には実施の形態１の手法を適用し、深溝構造などが対象である場合には実施の形態２の手法を適用する。これに限らず、変形例としては、使い分けずに、実施の形態１または実施の形態２のいずれかの手法のみを適用してもよい。
【0176】
他方、ステップＳ４１１～Ｓ４１４は、ステップＳ４０１～Ｓ４０２とは時間的に並列で行うことが可能である。ステップＳ４１１では、コントローラ１００は、対象の試料３について、ＳＥ検出器１１５を用いたＳＥ検出を開始する。ステップＳ４１２で、コントローラ１００は、前述の形状推定部３１７のように、試料３の面における穴・溝などの構造について、位置および形状を推定する。ステップＳ４１３で、コントローラ１００は、前述の図２２、図２３のように、推定された構造に応じた、４チャンネルのＢＳＥ検出器１１０のＢＳＥ検出の割合を推定する。ステップＳ４１４で、コントローラ１００は、推定された割合に基づいて、ＢＳＥ信号とダークパルスとの重み付けを決定する。重み付けの情報は、例えば、チャンネルごとに、ＢＳＥ信号やダークパルスの個数の増減を表す情報である。
【0177】
一方、ステップＳ４０３では、コントローラ１００は、ステップＳ４０２の判定結果の信号について、前述の図２４のように、ＢＳＥ信号判定の比が、ＢＳＥ検出の割合に近付くように、重み付けによる補正を行う。重み付けによる補正は、前述の例のように、ダークパルス個数の一部をＢＳＥ信号個数として移すような再判定である。
【0178】
ステップＳ４０４では、実施の形態１等と同様に、コントローラ１００は、上記補正が反映された判定結果に対し、ダークパルスの除去を行う。その後、省略するが、前述と同様に、検出信号の画像化などが行われる。
【0179】
［実施の形態４の効果等］
上記のように、実施の形態４では、ＳＥ検出系統の検出信号を用いて、試料３の構造と複数のチャンネルのＢＳＥ検出器との関係に基づいたＢＳＥ信号の検出の割合を想定して、判定結果に重み付けによる補正を行う。これにより、実施の形態４によれば、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の精度が向上でき、取得画像のＳ／Ｎが向上できる。
上記のように、実施の形態４では、ＳＥ検出系統の検出信号を用いて、試料３の構造と複数のチャンネルのＢＳＥ検出器との関係に基づいたＢＳＥ信号の検出の割合を想定して、判定結果に重み付けによる補正を行う。これにより、実施の形態４によれば、ＢＳＥ信号とダークパルスとの弁別の精度が向上でき、取得画像のＳ／Ｎが向上できる。
【0180】
［ＧＵＩ例］
図２６には、各実施の形態で適用可能である、図８のＧＵＩ５００の画面表示例を示す。
図２６の画面では、設定値欄２６０１と、出力値欄２６０２とを有する。設定値欄２６０１では、実施の形態で扱った各種の設定値が表示されている。ユーザは、本画面で設定値を確認でき、必要に応じて設定値を入力して変更できる。本例では、ＢＳＥ／ダークパルス判定基準値として、ピーク時間差の閾値である前述の判定基準値α、ＢＳＥ判定チャンネル数である前述の第１の数Ｎ１、判定対象期間に係わる前述の判定フレーム数ＦＤが表示されている。判定基準値αは、チャンネルごとに設定可能となっている。
図２６には、各実施の形態で適用可能である、図８のＧＵＩ５００の画面表示例を示す。
図２６の画面では、設定値欄２６０１と、出力値欄２６０２とを有する。設定値欄２６０１では、実施の形態で扱った各種の設定値が表示されている。ユーザは、本画面で設定値を確認でき、必要に応じて設定値を入力して変更できる。本例では、ＢＳＥ／ダークパルス判定基準値として、ピーク時間差の閾値である前述の判定基準値α、ＢＳＥ判定チャンネル数である前述の第１の数Ｎ１、判定対象期間に係わる前述の判定フレーム数ＦＤが表示されている。判定基準値αは、チャンネルごとに設定可能となっている。
【0181】
出力値欄２６０２では、ダークパルス除去前のＳ／Ｎ値と除去後のＳ／Ｎ値が比較して表示されている。また、無信号時の画像やパターン画像の取得画像などが表示されている。取得画像は、ダークパルス除去前の検出画像と、ダークパルス除去後の検出画像とから選択して表示可能としてもよいし、両方を並列で表示してもよい。画面表示データは、これらに限らずに可能である。
【0182】
［付記］
実施の形態１～４は、ＳＥＭに適用した例を説明したが、これに限らず、例えば、ＣＴ装置（ＣＴ：Computed Tomography、コンピュータ断層撮影）などの、Ｘ線を用いる検査装置・システムにも、同様に適用可能である。
実施の形態１～４は、ＳＥＭに適用した例を説明したが、これに限らず、例えば、ＣＴ装置（ＣＴ：Computed Tomography、コンピュータ断層撮影）などの、Ｘ線を用いる検査装置・システムにも、同様に適用可能である。
【0183】
各実施の形態の荷電粒子ビーム装置のコントローラ１００であるプロセッサシステムは、ＳＥＭに備えるプロセッサシステムとして説明したが、これに限定されず、ＳＥＭなどの荷電粒子ビーム装置とは別体のプロセッサシステムとしてもよい。そのプロセッサシステムは、ＳＥＭ等の装置から、前述のＢＳＥ検出信号等に相当するデータ・情報を、通信あるいは記憶媒体等を介して参照・取得し、同様の処理を実行すればよい。
【0184】
各実施の形態の荷電粒子ビーム装置に対応した半導体計測方法などの方法、言い換えると、反射電子検出処理方法あるいはダークパルス検出処理方法は、例えば以下のような方法として構成できる。実施の形態１に対応した方法は、試料からのＢＳＥを検出する複数のＢＳＥ検出器と、コントローラとを備える荷電粒子ビーム装置において実行されるステップを有する方法であって、複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第１ピークが、ＢＳＥに起因するかダークパルスに起因するかを判定するために、コントローラが、期間内において、第１ピークの第１ピーク時刻を取得するステップと、コントローラが、期間内において、複数のＢＳＥ検出器のうちの第１ＢＳＥ検出器以外の第２ＢＳＥ検出器の出力信号に含まれる第２ピークの第２ピーク時刻を取得するステップと、コントローラが、第１ピーク時刻と第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である第２ピークが存在する場合には、第１ピークがＢＳＥに起因すると判定し、第１ピーク時刻と第２ピーク時刻との時間差が閾値以内である第２ピークが存在しない場合には、第１ピークがダークパルスに起因すると判定するステップと、を有する。
【0185】
各実施の形態の装置および方法に対応したプログラムとして、荷電粒子ビーム装置のコントローラであるプロセッサシステムを実現するためのコンピュータプログラムは、例えば上記方法の各ステップに対応した処理をプロセッサに実行させるプログラムとして構成できる。実施の形態のプログラムに対応するデータは、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された形態で提供されてもよい。
【0186】
以上、本開示の実施の形態を具体的に説明したが、前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。各実施の形態は、必須構成要素を除き、構成要素の追加・削除・置換などが可能である。特に限定しない場合、各構成要素は、単数でも複数でもよい。各実施の形態を組み合わせた形態も可能である。
【符号の説明】
【0187】
１…荷電粒子ビーム装置、２…本体、３…試料、５１…シンチレータ、５２…半導体光検出器、１００…コントローラ（プロセッサシステム）、１０２…一次電子、１０５…反射電子、１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ）…ＢＳＥ検出器、１１５…ＳＥ検出器、３００…処理部、３０４…ダークパルス処理部、４００…制御部、５００…ＧＵＩ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】