特許 7581536 解析システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-01

(45)【発行日】2024-11-12

(54)【発明の名称】解析システム

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20241105BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20241105BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

H01J37/28 B

H01J37/22 502L

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023550934

(86)(22)【出願日】2021-09-30

(86)【国際出願番号】 JP2021036215

(87)【国際公開番号】W WO2023053373

(87)【国際公開日】2023-04-06

【審査請求日】2024-03-22

(73)【特許権者】

【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】金野 杏彩

(72)【発明者】

【氏名】藤村 一郎

(72)【発明者】

【氏名】相蘇 亨

(72)【発明者】

【氏名】幸山 和弘

(72)【発明者】

【氏名】設楽 宗史

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－０８８６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５６５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２９９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５０１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第７２０６４４３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータシステムを備える解析システムであって、
前記コンピュータシステムは、
表面形状計測装置で計測した、積層構造を有する試料の表面形状の３次元座標情報を取得し、
荷電粒子ビーム装置で撮影した、前記試料の撮影像に基づいた２次元座標情報を取得し、
前記表面形状計測装置の前記３次元座標情報と、前記荷電粒子ビーム装置の前記２次元座標情報との間で、対応付けのための座標変換を行い、結果である対応付けデータを取得し、
前記対応付けデータに基づいて、前記荷電粒子ビーム装置の座標系での深さ情報を取得し、
前記コンピュータシステムは、
前記荷電粒子ビーム装置での観察対象位置として、前記深さ情報の指定に応じて、前記対応付けデータに基づいて、前記観察対象位置の３次元座標を取得し、
前記荷電粒子ビーム装置を制御して前記観察対象位置での観察画像を取得する、
解析システム。

【請求項2】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記深さ情報は、前記試料の表面からの深さまたは層数の情報である、
解析システム。

【請求項4】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記荷電粒子ビーム装置での撮影像における２次元座標の指定に応じて、前記対応付けデータに基づいて、前記２次元座標の深さ情報を取得し、画面に表示させる、
解析システム。

【請求項5】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、前記座標変換後、前記対応付けデータに対し、前記試料の積層構造における基準位置座標を用いて、座標の高さを同じにする高さ補正を行う、
解析システム。

【請求項6】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記座標変換は、３点以上のマーカーを用いた射影変換法で行われる、
解析システム。

【請求項7】

請求項６記載の解析システムにおいて、
前記３点以上のマーカーは、前記試料の表面または前記試料の試料ホルダに設けられている、
解析システム。

【請求項8】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記試料の表面には、研磨によって形成された、前記積層構造が露出する傾斜面を有する、
解析システム。

【請求項9】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記荷電粒子ビーム装置での観察対象位置として、前記深さ情報の指定に応じて、前記対応付けデータに基づいて、前記観察対象位置の３次元座標として、同じ深さまたは層にある複数の位置座標を候補として取得し、
前記候補から選択された観察対象位置について、前記荷電粒子ビーム装置を制御して前記観察対象位置での観察画像を取得する、
解析システム。

【請求項10】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記表面形状計測装置は、光干渉顕微鏡である、
解析システム。

【請求項11】

請求項１記載の解析システムにおいて、
前記荷電粒子ビーム装置は、走査型電子顕微鏡である、
解析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料を解析する解析システムの技術に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの微細化が進んでいる。特に、立体構造を有する半導体デバイスでは、積層技術と組み合わせることで、高密度化および大容量化が飛躍的に進んでおり、積層構造の多層化が進んでいる。多層構造化したパターンの寸法を管理するためには、各層におけるパターンの出来栄えを評価する必要がある。そして、半導体デバイスの品質を向上させるためには、垂直かつ均一なパターンの形成が不可欠であり、迅速かつ高精度なパターンの形状の評価が求められている。

【0003】

現状の評価手法として、集積イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）によって試料を少しずつ削りながら試料の観察を行うことで、パターンの深さ情報を得る手法がある。また、機械研磨によって作製した試料を荷電粒子ビーム装置にて観察し、研磨面の傾斜角を予測することで、パターンの深さ情報を得る手法などがある。

【0004】

例えば、国際公開第２０１６／００２３４１号（特許文献１）には、ＦＩＢを用いて試料をテーパー形状に加工し、電子顕微鏡を用いて、形成された斜面の表面観察像を取得し、下り斜面の開始位置と、電子線の走査距離と、傾斜角とに基づいて、パターンの深さを演算する旨の技術が開示されている。

【0005】

また、特開２０１０－９７７６８号公報（特許文献２）には、適用対象が半導体デバイスではなく、深さ情報を得るための手段ではないが、深さ情報を得ることのできる計測光学系を荷電粒子線装置と組み合わせて用いる旨の技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１６／００２３４１号

【文献】特開２０１０－９７７６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＦＩＢを用いた手段では、高精度なパターンの評価が可能であるが、加工領域が狭い、評価に時間が掛かる、および、データの再取得が困難である等の課題がある。また、研磨面の傾斜角を予測する手段では、迅速な評価が可能であるが、パターンの深さ情報を予測でしか算出できないので、パターンの評価値の精度が低いという課題がある。さらに、ＦＩＢを用いる手法では、１層ずつ数えながら層数を特定していく必要があり、将来的な積層構造の多層化に伴う、観察スループットの低下などの課題も挙げられる。

【0008】

ＦＩＢを用いることなく、試料の多層構造の深さ情報を、迅速かつ高精度に取得できる技術が求められる。

【0009】

本発明の目的は、解析システムの技術に関して、試料の深さ情報を迅速かつ高精度に取得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】

【0010】

本発明のうち代表的な実施の形態は以下に示す構成を有する。実施の形態の解析システムは、コンピュータシステムを備える解析システムであって、前記コンピュータシステムは、表面形状計測装置で計測した、積層構造を有する試料の表面形状の３次元座標情報を取得し、荷電粒子ビーム装置で撮影した、前記試料の撮影像に基づいた２次元座標情報を取得し、前記表面形状計測装置の前記３次元座標情報と、前記荷電粒子ビーム装置の前記２次元座標情報との間で、対応付けのための座標変換を行い、結果である対応付けデータを取得し、前記対応付けデータに基づいて、前記荷電粒子ビーム装置の座標系での深さ情報を取得する。

【発明の効果】

【0011】

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、解析システムの技術に関して、試料の深さ情報を迅速かつ高精度に取得できる。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】

【0012】

【図1】一実施の形態の解析システムの全体の構成を示す。

【図2】一実施の形態の解析システムの主な処理フローを示す。

【図3】一実施の形態の解析システムのデータ構成例を示す。

【図4】一実施の形態の解析システムで、ＣＳＩとＳＥＭとの間の座標変換および対応付けを示す。

【図5】一実施の形態の解析システムで、指定深さで撮像する機能、および、指定箇所の深さを算出する機能の概要を示す。

【図6】一実施の形態の解析システムで、試料の表面からの深さの指定に基づいて観察対象位置を撮像する例を示す。

【図7】実施の形態１の解析システムで、傾斜面が平面である場合の試料の平面視の構成例を示す。

【図8】実施の形態１の解析システムで、傾斜面が平面である場合の試料の断面の構成例を示す。

【図9】実施の形態１の解析システムで、傾斜面が曲面である場合の試料の平面視の構成例を示す。

【図10】実施の形態１の解析システムで、傾斜面が曲面である場合の試料の断面の構成例を示す。

【図11】実施の形態１の解析システムで、表面形状計測装置（ＣＳＩ）の構成例を示す。

【図12】実施の形態１の解析システムで、ＣＳＩの３次元座標情報の構成例を示す。

【図13】実施の形態１の解析システムで、荷電粒子ビーム装置（ＳＥＭ）の構成例を示す。

【図14】実施の形態１の解析システムで、ＳＥＭの撮影像および２次元座標情報の構成例を示す。

【図15】実施の形態１の解析システムで、試料ホルダおよびマーカー等の構成例の平面図を示す。

【図16】実施の形態１の解析システムで、試料ホルダおよびマーカー等の構成例の断面図を示す。

【図17】実施の形態１の解析システムで、主な処理フローを示す。

【図18】実施の形態１の解析システムで、操作画面の構成例その１を示す。

【図19】実施の形態１の解析システムで、操作画面の構成例その２を示す。

【図20】実施の形態１の解析システムで、操作画面の構成例その３を示す。

【図21】実施の形態１の解析システムで、高さ補正の例（２点補正）を示す。

【図22】実施の形態１の解析システムで、高さ補正の例（３点補正）を示す。

【図23】実施の形態１の解析システムで、記録表の構成例を示す。

【図24】実施の形態１の解析システムで、解析時の画面例を示す。

【図25】実施の形態１の解析システムで、解析時の画面例（パターン情報）を示す。

【図26】実施の形態１の解析システムで、解析結果表示の画面例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら本発明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、発明の理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、および範囲等を表していない場合がある。

【0014】

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、所定の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。プロセッサは、所定の演算が可能な装置や回路で構成される。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。

【0015】

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インストールされてもよい。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や磁気ディスク）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、クラウドコンピューティングシステム等で構成されてもよい。

【0016】

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。また、識別情報、識別子、ＩＤ、名、番号等の表現は互いに置換可能である。また、説明上、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向などを用いる場合がある。これらの方向（言い換えると軸）は、互いに交差、特に直交している。特に、Ｚ方向は、上下、高さ、深さ、厚さ等に対応した方向とする。

【0017】

＜実施の形態の解析システム＞
実施の形態の解析システムは、試料に含まれる多層構造の深さ情報を取得できるシステムである。実施の形態の解析システムは、プロセッサ等を備えるコンピュータシステムを有して構成される。この解析システムは、以下の各ステップを実行させるハードウェアおよびソフトウェアを有する。言い換えると、この解析システムに対応した解析方法は、コンピュータシステム等によって以下の各ステップを実行する方法である。

【0018】

（ａ） 多層構造（言い換えると積層構造）を含む半導体デバイス等の試料に対し、表面からディンプルグラインダーやイオンミリング等の研磨技術を用いて、例えばおわん型またはテーパー状に加工して、観察面となる傾斜面を形成するステップ。

【0019】

（ｂ） 傾斜面を持つ試料表面に対し、光干渉顕微鏡（ＣＳＩ）等の表面形状計測装置を用いて、表面方向から光を照射することで、表面方向から見た試料の表面形状の３次元座標情報を高さマップとして取得するステップ。

【0020】

（ｃ） 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の荷電粒子ビーム装置において、上記試料を観察／撮像し、検出された二次電子または反射電子像等の粒子（言い換えると撮影像）に基づいた、２次元座標情報を取得するステップ。

【0021】

（ｄ） コンピュータシステムが、上記表面形状計測装置の３次元座標情報、および上記荷電粒子ビーム装置の２次元座標情報を取得するステップ。

【0022】

（ｅ） コンピュータシステムが、上記表面形状計測装置の３次元座標情報と上記荷電粒子ビーム装置の２次元座標情報との間で対応付けのための座標変換を行い、対応付けデータを作成するステップ。この座標変換は例えばマーカーを用いた射影変換法で行われる。この対応付けデータは、荷電粒子ビーム装置でのステージ座標系の２次元座標情報に、表面形状計測装置での高さ・深さ情報が関連付けられる。

【0023】

（ｆ） 上記（ｄ）で取得した高さマップについて、上記（ｂ）で高さマップを取得する際に生じる微妙な試料の傾斜等を考慮して、荷電粒子ビーム装置上のコンピュータシステムが高さ補正するステップ。

【0024】

（ｇ） コンピュータシステムが提供するＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）画面で、ユーザが、試料の観察対象位置を、試料表面からの深さ等によって指定するステップ。

【0025】

（ｈ） 観察対象位置の指定に基づいて、荷電粒子ビーム装置において、上記対応付けデータの３次元座標情報上で指定された深さ等に対応する観察対象位置に移動させ、対物レンズを用いて荷電粒子ビームの焦点合わせを行って、観察画像を撮像するステップ。

【0026】

［解析システム］
図１は、実施の形態の解析システムの全体の構成を示す。図１の解析システムは、コンピュータシステム１（解析システムの主要部に相当する）と、表面形状計測装置２（特にＣＳＩ）と、荷電粒子ビーム装置３（特にＳＥＭ）と、研磨装置４と、ＭＥＳ（製造実行システム）５とを有し、これらの構成要素がＬＡＮ９等の通信網を介して相互に接続されている。なお、構成要素同士が通信で接続されていない場合でも、例えばユーザがメモリカード等の記憶媒体にデータ・情報を格納して持ち運ぶことで、構成要素間でのデータ・情報の入出力を実現してもよい。

【0027】

コンピュータシステム１は、プロセッサ２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、通信インタフェース２０４、入出力インタフェース２０５等を備え、それらがバスで相互に接続されている。記憶装置２０３には各種のプログラムやデータが記憶されている。プログラムには、後述の解析ソフトウェア２１０を含む。入出力インタフェース２０５には表示装置２０６や入力装置２０７が接続されている。通信インタフェース２０４はＬＡＮ９に対し接続されている。ＭＥＳ５等の外部装置には、試料の設計データ等が格納されている。

【0028】

［処理フロー］
図２は、実施の形態の解析システムの主な処理（ユーザによる作業も含む）のフローを示し、ステップＳ１～Ｓ７を有する。

【0029】

ステップＳ１で、ユーザは、研磨装置４によって、試料（例えば３次元ＮＡＮＤデバイス）の表面の一部に傾斜面（積層構造が露出する面）を作製する。また、ユーザは、ＭＥＳ５等からコンピュータシステム１に、その試料の設計データを取得してもよい。設計データは、試料の座標系における積層構造の３次元データを含んでいるデータである。

【0030】

ステップＳ２で、ユーザは、試料に対し、座標変換用のマーカーを設定する。具体例では、ＣＳＩおよびＳＥＭで共通利用できるように、試料を保持する試料ホルダにおいて、予め４点のマーカーが形成されている。これに限らず、例えば試料表面（傾斜面の付近）において、区別して識別可能な３点以上のパターンがある場合には、それらをマーカーとして利用してもよい。研磨装置４あるいはその他の装置によって、試料表面にマーカーを形成してもよい。

【0031】

また、ユーザは、マーカーが付属した試料を、表面形状計測装置（ＣＳＩ）にセットし、その試料の傾斜面全域を対象にして、ＣＳＩによる高さマップ（３次元座標情報）を計測・取得する。この高さマップには、マーカーの３次元座標情報も含まれる。コンピュータシステム１は、その高さマップ（３次元座標情報）を取得する。

【0032】

なお、ＣＳＩ側では、さらに後述の面補正を行うことで、データの精度を高めてもよい。

【0033】

ステップＳ３で、ユーザは、マーカーが付属した試料を、荷電粒子ビーム装置（ＳＥＭ）にセットし、ＳＥＭによる２次元座標情報（言い換えると画像）を撮像または表示させる。コンピュータシステム１は、その２次元座標情報を取得する。

【0034】

ステップＳ４で、ユーザは、コンピュータシステム１（解析ソフトウェア２１０）によって、ＣＳＩの高さマップ（３次元座標情報）からＳＥＭの２次元座標情報への座標変換処理を行わせる。この座標変換処理は、４点のマーカーの位置座標情報を用いた、射影変換法で実現される。コンピュータシステム１は、座標変換の結果である、ＣＳＩ－ＳＥＭの対応付けデータを取得する。

【0035】

ステップＳ５で、さらに、コンピュータシステム１は、上記対応付けデータに対し、高さ補正処理を行う。この高さ補正は、ＣＳＩで高さマップを取得する際に生じる微妙な試料の傾斜等を考慮した補正である。この高さ補正処理は、基準高さ位置（例えばユーザがＧＵＩ画面で指定できる）に基づいて、その基準高さ位置が同じ高さとなるようにする補正である。コンピュータシステム１は、高さ補正処理の結果として、高さ補正後の対応付けデータを取得する。

【0036】

ステップＳ６で、ユーザは、コンピュータシステム１のＧＵＩ画面で、高さ補正後の対応付けデータに基づいて、試料の表面からの深さ等によって観察対象位置を指定する。

【0037】

ステップＳ７で、コンピュータシステム１は、上記ユーザにより指定された観察対象位置に基づいて、ＳＥＭの撮像条件等を制御して、ＳＥＭによる観察画像を撮像させ、ＧＵＩ画面に表示する。コンピュータシステム１は、観察画像を解析し、解析結果情報をＧＵＩ画面に表示する。

【0038】

［解析システムのデータ］
図３は、解析システムのコンピュータシステム１の記憶装置２０３等に格納・保持されるデータの構成例を示す。図３の（Ａ）のデータは、試料設計データ３０１と、ＣＳＩ高さマップデータ３０２と、ＳＥＭ２次元座標情報データ３０３と、高さ補正前の対応付けデータ３０４と、高さ補正後の対応付けデータ３０５とを有する。ＣＳＩ高さマップデータ３０２とＳＥＭ２次元座標情報データ３０３とは、座標変換（図２のステップＳ４）によって対応付けられ、高さ補正前の対応付けデータ３０４が作成される。高さ補正前の対応付けデータ３０４から、高さ補正（図２のステップＳ５）によって、高さ補正後の対応付けデータ３０５が作成される。なお、対応付けデータは、座標変換の変換式としてもよいし、ルックアップテーブルのようなテーブルデータとしてもよい。

【0039】

［座標変換］
図４は、ＣＳＩ－ＳＥＭ間での座標変換および対応付けの際の、特に４点のマーカーを用いた射影変換法について示す。ＣＳＩの座標系（ｘ，ｙ，ｚ）において、傾斜面６０（言い換えると観察面）を含んだ試料６の表面について、高さマップ（３次元座標情報）が計測される。同じＣＳＩ座標系で、試料６のみを写した高さマップに対し、外側に、４点のマーカー７のＣＳＩのステージ座標系での３次元座標情報が関連付けられて取得される。もしくは、高さマップ内に、試料の表面の３次元座標情報と、４点のマーカー７（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）の位置（黒点で示す）の３次元座標情報との両方が含まれた態様で取得される。例えばマーカーＭ１の３次元座標が（ｘ１，ｙ１，ｚ１）である。ＣＳＩの高さマップでは、高さ情報（ｚ）はカラーで表現される。また，マーカーが含まれていない態様で取得されなくても良く，その場合はマーカーのxy位置座標を別途取得する。

【0040】

ＳＥＭの座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、２次元座標情報（Ｘ，Ｙ）が取得される。この２次元座標情報には、４点のマーカー７（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）の位置の２次元座標情報が含まれる。もしくは、同じＳＥＭ座標系で、試料６のみの２次元座標情報に対し、外側に、４点のマーカー７の２次元座標情報が関連付けられて取得される。例えばマーカーＭ１の２次元座標が（Ｘ１，Ｙ１）である。ＳＥＭの画像（２次元座標情報）からマーカー７の位置を検出するための技術手段としては、マーカー７のパターンマッチングが用いられる。

【0041】

上記ＣＳＩの高さマップ（３次元座標情報）（図３のデータ３０２）と、ＳＥＭの２次元座標情報（図３のデータ３０３）とにおいて、４点のマーカー７の各２次元位置座標情報を用いて、射影変換法により、変換および対応付けがされる。なお、３点以上であれば変換が可能である。２種類のデータ間において、４点のマーカー７の位置が一致するように重ね合わせられ、射影変換による座標変換式が作成できる。これにより、ＳＥＭの２次元座標情報における傾斜面６０でのある位置４０１（Ｘｉ，Ｙｉ）は、図３の対応付けデータ３０５に基づいて、ＣＳＩの高さマップにおける位置４０２（ｘｉ,ｙｉ,ｚｉ）と対応付けることができる。言い換えると、ＳＥＭでの位置４０１（Ｘｉ，Ｙｉ）から、ＣＳＩでの位置４０２（ｘｉ,ｙｉ,ｚｉ）を参照することができ、逆に、ＣＳＩでの位置４０２（ｘｉ,ｙｉ,ｚｉ）からＳＥＭでの位置４０１（Ｘｉ，Ｙｉ）を参照することができる。

【0042】

コンピュータシステム１は、ＳＥＭでの位置４０１（Ｘｉ，Ｙｉ）に対応したＣＳＩでの高さ・深さ情報（ｚｉ）を得ることができる。そして、その高さ・深さ情報（ｚｉ）は、対応付けや換算により、ＳＥＭ座標系でのＺ軸の高さ情報（Ｚｉ）に変換できる。即ち、対応付けデータ３０４または対応付けデータ３０５において、ＳＥＭ座標系での３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を構成できる。また、その高さ・深さ情報（ｚｉ）は、試料６の座標系（設計データ３０１等からわかる座標系）での表面からの深さ情報（例えば記号Ｄで表す）に変換できる。即ち、対応付けデータ３０４または対応付けデータ３０５において、ＳＥＭ座標系に対応付けられた試料座標系での３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｄ）も構成できる。また、深さＤに、層数（例えば記号Ｌで表す）などを関連付けた形式の３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｌ）も構成可能である。

【0043】

［解析システムの機能］
図５は、解析システムのコンピュータシステム１における主な機能として、（Ａ）の指定高さ（言い換えると深さ）での観察画像を撮像する機能と、（Ｂ）の観察画像の指定箇所（Ｘ，Ｙ）での高さ（深さ）を算出する機能との概要を示す。

【0044】

（Ａ）の機能を利用する場合、ユーザは、まず、ステップ４１１で、コンピュータシステム１のＧＵＩ画面で、観察対象位置として、試料の表面からの深さ（または層など）を指定・入力する。コンピュータシステム１は、指定された深さ情報を、ＣＳＩ－ＳＥＭの対応付けデータ３０５に入力する。ステップ４１２で、コンピュータシステム１は、対応付けデータ３０５から、出力として、指定深さに対応した、ＳＥＭでの３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。この取得される３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、他の候補（同じ層・同じ高さにある別の位置）を含め、１つ以上の３次元位置が自動的に取得できる。ステップＳ４１３で、コンピュータシステム１は、取得された３次元位置に対応させて、ＳＥＭの撮像条件などを制御し、ＳＥＭでの観察画像を撮像し、ＧＵＩ画面で表示する。

【0045】

（Ｂ）の機能を利用する場合、ユーザは、まず、ステップ４２１で、コンピュータシステム１のＧＵＩ画面で、ＳＥＭにより撮像済みの観察画像を見て、その画像内での関心がある箇所の２次元座標を指定・入力する。コンピュータシステム１は、指定された箇所（２次元座標）を、ＣＳＩ－ＳＥＭの対応付けデータ３０５に入力する。ステップ４２２で、コンピュータシステム１は、対応付けデータ３０５から、出力として、指定箇所に対応した、ＳＥＭでの３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。ステップＳ４２３で、コンピュータシステム１は、取得された３次元位置から、換算によって、試料の表面からの深さ位置等を算出し、ＧＵＩ画面で表示する。

【0046】

［対応付け］
図６は、ＣＳＩとＳＥＭとの間での位置座標情報に関する対応付けや、深さ指定に基づいた観察位置取得の例を示す模式説明図である。（Ａ）は、試料６の積層構造が露出する傾斜面６０の断面としてＸ－Ｚ面を示す。なお、ここでは説明上の座標系は試料座標系である。また、研磨による傾斜面６０が平面である場合を示す。ここでは積層構造の例として、断面斜線ハッチングで示す層が５層ある場合を示す。なお、そのハッチングで示す層の間にある白色の領域も層である。ユーザは、観察対象である試料６の観察対象位置を指定する際に、試料表面ＴＳからの深さ（記号Ｄで示す）または層数などを指定する（図５のステップ４１１）。深さはμｍ等の距離の単位で指定可能である。深さＤに対応した層数の例としては上から３層目である。

【0047】

（Ｂ）は、傾斜面６０をＸ－Ｙ面で平面視する場合で、（Ａ）で指定された深さＤに対応した観察対象領域（言い換えると候補領域）６００を示す。ある同じ層（例えば３層目）に該当する直線状の領域が観察対象領域６００となる。層には、例えば楕円で示すようなチャネルホール６０１等のパターンが形成されている。

【0048】

コンピュータシステム１は、図３の高さ補正後の対応付けデータ３０５に基づいて、（Ａ）で指定された深さから、ＳＥＭでの観察対象位置についての３次元座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。（Ｃ）は、（Ｂ）の直線状の観察対象領域に含まれている、例えば３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の観察対象位置（言い換えると候補位置）を自動的に取得した場合を示す。例えば点Ｐ１は３次元座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を有する。各点の３次元位置座標が取得されている。なお、ある層が指定された場合、図示のように、例えばその層の中心位置（隣接する２層がセットで１層である場合にはその２層の境界の位置）が、観察対象位置（言い換えると撮像中心位置）となる。

【0049】

（Ｄ）は、（Ｃ）の観察対象位置の各点について、ＳＥＭによる観察画像を取得した場合を示す。観察画像を取得する数やサイズなどについてはユーザ設定が可能である。ユーザは、指定した同じ深さ（同じ層）に関する、取得された１つ以上の観察対象位置の観察画像について、好適な位置の観察画像を観察することができる。

【0050】

［作用等］
上記のように、実施の形態の解析システムによれば、ユーザは、ＣＳＩからＳＥＭへ座標変換および対応付けデータに基づいて、試料表面からの目的の深さ（または層）の２次元座標（Ｘ，Ｙ）に移動して、ＳＥＭでの詳細な観察を殆ど自動的（ユーザによる設定や入力を除いて自動的）に行うことができる。このように、正確な深さ情報から目的の位置を狙って観察することで、短時間で高精度に、試料（例えば３次元ＮＡＮＤデバイス）のチャネルホール形状等の解析や評価が可能となる。

【0051】

実施の形態では、座標変換および対応付けとして、ＣＳＩで測定した深さデータ（高さマップ）の２次元座標（ｘｙ座標）を、ＳＥＭの座標系での２次元座標（ＸＹ座標）と対応付ける。この座標変換および対応付けは、例えば４点のマーカー７（図４）を用いた射影変換法（言い換えると４点アライメント法）を用いて実現できる。マーカー７は、ＣＳＩとＳＥＭとの両方で認識可能なものを用いる。

【0052】

このシステムでは、研磨された傾斜面６０の全域で、ＣＳＩの高さマップを取得し、座標変換、および高さ補正を行うことで、傾斜面６０全体の深さ情報を把握できる。そのため、このシステムは、同一の深さ／層にある箇所（図６での複数の観察対象位置、候補）を、自動的に推定でき、ユーザに提示することができる。これにより、以下の利点がある。ユーザが試料表面からの深さ／層を指定すれば、その深さ／層に該当する箇所のみをＳＥＭで容易に撮像・観察できる。同じ深さ／層の箇所を高精度に測定し、シグナルノイズ比の向上や測長精度の向上、真値に近い形状の取得などが可能となる。

【0053】

また、取得されたある箇所（観察対象位置）に、例えば異物などの異常があることで撮像・観察に適していない場合には、同じ深さ／層における他の箇所を、観察対象位置として、データの取り直し等が可能である。特に、機械研磨の場合、ＦＩＢとは異なり、研磨くず等の異物が残存している可能性がある。同じ深さ／層における複数の箇所を観察の候補として取得しておけば、そのような場合にも好適な対応が可能となる。

【0054】

＜実施の形態１＞
上記のような基本構成に基づいて、以下、図７以降を用いて、詳細な構成例として実施の形態１の解析システムについて説明する。

【0055】

［試料］
まず、試料６の構成例について説明する。試料６（言い換えると観察対象物）は、例えば様々な半導体デバイスが形成された半導体ウェハの一部から取得された薄片である。したがって、試料６は、概念および具体例として、半導体基板、半導体基板上に形成されたトランジスタ等の半導体素子、複数のトランジスタで構成される高集積化の進んだ大規模集積回路（ＬＳＩ）デバイス、複数のゲート電極を含む多層配線層、および、これらの間に形成された層間絶縁膜、さらには、３次元ＮＡＮＤデバイスを含む半導体メモリデバイスを含む。実施の形態１の一例では、試料６は、３次元ＮＡＮＤデバイスである。

【0056】

図７は、試料６の表面を平面視した平面図として、試料座標系でのＸ－Ｙ面を示す。また、図８は、図７のＡ－Ａ線に沿ってＸ－Ｚ面での断面を示す。図７で、試料表面７０１のうち一部の領域には、図１の研磨装置４、例えばイオンミリング装置、またはＦＩＢ、またはディンプルグラインダーのような研磨装置によって、研磨処理が施され、それにより形成された傾斜面６０を有する。傾斜面６０の拡大を下側に示す。この傾斜面６０は、積層構造が露出しており、図６で示したものと同様である。

【0057】

図８で、試料６は、試料座標系でのＺ方向において、上側に、試料表面７０１に対応する表面（言い換えると上面）ＴＳを有し、下側に、表面ＴＳに対する反対側の面である底面（言い換えると下面）ＢＳを有する。表面ＴＳを基準として、下に、複数の層を有する。本例では、断面斜線ハッチング部分の各層と、その層間にある白色の層とを含めて、第１層Ｌ１から第９層Ｌ９までがある。なお、本例では、表面ＴＳから第１層Ｌ１までの距離（深さ）８０１を有する部分、および底面ＢＳから第９層Ｌ９までの部分は、層としてはカウントしないが、この部分を層としてカウントすることも可能である。また、本例では、第１層Ｌ１から第９層Ｌ９まで、層の厚さをすべて同じ厚さ８０２とするが、これに限定されず、層毎に異なる厚さがあってもよい。また、図面では、傾斜面６０の傾斜角度８０３を、わかりやすいように比較的大きな角度として図示しているが、実際に形成される傾斜面６０の傾斜角度はより小さく、これにより、より広い面積の傾斜面６０が形成でき、また、傾斜面６０でのパターンの形状の歪み等は、精度として無視できるレベルとなる。

【0058】

試料６の傾斜面６０には、積層構造として、複数のパターン６１（例えば図６でのチャネルホール６０１）が含まれている。複数のパターン６１の各々のパターン６１は、例えばＺ方向に延在して層間を接続する円柱状の構造を持つ半導体デバイスがある。パターン６１は、例えば多層構造を有する３次元ＮＡＮＤデバイスの図６のチャネルホール６０１、ＬＳＩの配線、トランジスタ等の構造体が挙げられる。

【0059】

図８等において、多層構造（言い換えると積層構造）６２は、例えば多層配線層のような複数の導電体層に相当する複数の層（Ｌ１～Ｌ９）およびパターン６１によって構成されている。言い換えると、試料６は、上面ＴＳから下面ＢＳへ向かうＺ方向において積層された複数の層（例えば導電体層）およびパターン６１（例えばチャネルホール）を、多層構造６２として含んでいる。また、ここでは詳細には図示していないが、多層構造６２は、複数のパターン６１の周囲に形成されている。

【0060】

図８の断面において、観察面である傾斜面６０は、試料６の上面ＴＳから下面ＢＳまで、傾斜角度８０３で傾斜しており、傾斜面６０は、上面ＴＳから下面ＢＳへ向かって連続的に傾斜する面を成している。研磨装置４による研磨処理は、多層構造６２の全層（例えばＬ１～Ｌ９）が研磨されるように行われる。傾斜面６０の底部は、多層構造６２の最下層よりも深くに位置しているため、多層構造６２の全層が、傾斜面６０において露出している。

【0061】

図７等の例では、傾斜面６０が平面であり、研磨装置４としてイオンミリング装置またはＦＩＢによって研磨されることでその傾斜面６０が形成されている。傾斜面６０は、平面に限らず、下記のように、曲面などでもよい。図９等の例では、傾斜面６０が曲面であり、研磨装置４としてイオンミリング装置またはディンプルグラインダーによって研磨されることでその傾斜面６０が形成されている。

【0062】

図９は、試料６の表面のＸ－Ｙ面を示す。また、図１０は、図９のＢ－Ｂ線に沿ってＸ－Ｚ面での断面を示す。図９で、試料６の表面９０１の一部には、楕円球面形状の曲面としてくり抜かれたような傾斜面９０２が形成されており、傾斜面９０２のうち一部の傾斜面６０に着目して拡大で示している。傾斜面６０は、平面視で円状の傾斜面９０２のうち、積層構造６２が露出する、Ｘ方向での一部の領域である。この傾斜面６０に限らず、平面視で円状の傾斜面９０２内で、他の領域にも積層構造６２が露出するので（後述）、他の領域を処理に使用してもよい。また、平面視で円状の傾斜面９０２全体を処理に使用してもよい。

【0063】

図１０で、傾斜面９０２は、わかりやすいように半球状に図示しているが、実際には、傾斜曲面の傾斜角度が小さく、よりなだらかな曲面として形成されている。本例では、表面ＴＳから所定の距離にある第１層Ｌ１から第９層Ｌ９までを対象とする。積層構造６２は第１層Ｌ１から第９層Ｌ９まで、およびパターン６１（チャネルホール等）によって構成されている。

【0064】

［表面形状計測装置（ＣＳＩ）］
図１１は、表面形状計測装置２の例として、光干渉顕微鏡（ＣＳＩ）の構成例を示す。このＣＳＩは、例えば白色干渉顕微鏡であり、試料６の上面（言い換えると表面）の３次元座標情報（図１２）（例えば位置座標としてｘ，ｙ，ｚ）を高さマップとして計測・取得する機能を有する。このＣＳＩは、鏡筒１０２、ステージ１０９、ステージ制御装置１１０、および総合制御部Ｃ１０を備える。総合制御部Ｃ１０は、ＣＳＩのコントローラに相当する。

【0065】

総合制御部Ｃ１０には、ＣＳＩの内部または外部に設けられた表示機器１１２０および操作機器１１２１が電気的に接続されている。表示機器１１２０の例は液晶ディスプレイであり、操作機器１１２１の例はマウスおよびキーボードである。ユーザは、表示機器１１２０および操作機器１１２１を通じて、ＣＳＩを操作・利用できる。なお、総合制御部Ｃ１０に図１のコンピュータシステム１が接続された構成として、コンピュータシステム１からＣＳＩを制御する構成とする場合、表示機器１１２０および操作機器１１２１は省略できる。

【0066】

鏡筒１０２の内部には、白色光源１０３、第１ビームスプリッタ１０４、第２ビームスプリッタ１０５、対物レンズ１０６、参照面１０７、およびカメラ１０８が備えられている。

【0067】

ステージ１０９およびステージ１０９に接続されているステージ制御装置１１０は、鏡筒１０２の外部に備えられ、大気中に静置されている。ステージ１０９は、試料ホルダ８を通じて、試料６を搭載可能である。ＣＳＩでの試料６の計測時には、試料６が搭載された試料ホルダ８が、ステージ１０９上に設置される。本例では、ＣＳＩのステージ１０９は、４軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｔ）で移動可能なステージである（Ｔはチルト方向）。これに限らず、ステージ１０９は、他の種類のステージとしてもよい。ステージ制御装置１１０は、ステージ１０９の位置および向きを変位させることができる。ステージ１０９の変位によって、試料６の位置および向きが変位する。

【0068】

白色光源１０３は、照射光ＷＬ１（一点鎖線で光軸を示す）を放出する。第１ビームスプリッタ１０４および第２ビームスプリッタ１０５は、放出された照射光ＷＬ１を２つに分け、一方の光ＷＬ１ａを参照面１０７に照射し、他方の光ＷＬ１ｂを試料６の表面に照射する。対物レンズ１０６は、ステージ１０９に設置された試料６に焦点が合うように、照射光ＷＬ１を集束させる。参照面１０７から反射された反射光、および試料６から反射された反射光は、第１ビームスプリッタ１０４および第２ビームスプリッタ１０５を通じて、１つの反射光ＷＬ２としてまとまって、測定用のカメラ１０８において結像される。

【0069】

総合制御部Ｃ１０は、光学系制御部Ｃ１１、ステージ制御部Ｃ１２、および演算部Ｃ１３を有し、これらを統括する。それゆえ、光学系制御部Ｃ１１、ステージ制御部Ｃ１２、および演算部Ｃ１３によって行われるそれぞれの制御は、総合制御部Ｃ１０により行われるものとして説明する場合がある。また、総合制御部Ｃ１０は、単に１つの制御ユニット、あるいはコントローラや制御装置などと称する場合もある。総合制御部Ｃ１０は、コンピュータシステムあるいは専用回路などで実装可能である。

【0070】

光学系制御部Ｃ１１は、白色光源１０３、第１ビームスプリッタ１０４、第２ビームスプリッタ１０５、対物レンズ１０６および参照面１０７に対し電気的に接続されており、これらの動作を制御する。光学系制御部Ｃ１１は、カメラ１０８による撮像条件を制御し、カメラ１０８で撮像された信号（画像情報）を得る。光学系制御部Ｃ１１は、対物レンズ１０６による焦点を制御する。

【0071】

ステージ制御部Ｃ１２は、ステージ制御装置１１０に対し電気的に接続されており、ステージ制御装置１１０が有する各駆動機構の動作を制御する。ステージ制御部Ｃ１２からステージ制御装置１１０を制御してステージ１０９を動かすことで、試料６の表面での計測の位置や視野を設定できる。

【0072】

演算部Ｃ１３は、表面情報取得部Ｃ１４、指示入力部Ｃ１５および記憶部Ｃ１６を含む。演算部Ｃ１３は、プロセッサによるプログラム処理を行う機能を有する。

【0073】

表面情報取得部Ｃ１４は、カメラ１０８に対し接続されており、カメラ１０８が検出した反射光ＷＬ２の信号（画像情報）を、高さマップである３次元座標情報（図１２）に変換する。この３次元座標情報は、試料６の表面に照射光が照射された際に、試料６の表面で反射した反射光に基づいて作成されたデータである。この３次元座標情報は、メモリ等に記憶されるとともに、表示機器１１２０（または図１のコンピュータシステム１）へ出力される。ユーザは、この３次元座標情報を、表示機器１１２０（または図１の表示装置２０６）の画面で確認できる。

【0074】

指示入力部Ｃ１５は、ユーザが操作機器１１２１（または図１のコンピュータシステム１）を用いて表示機器１１２０（または図１の表示装置２０６）の画面で入力した情報を受け取る。記憶部Ｃ１６は、試料６の情報、ステージ１０９の座標、光学系の情報、および取得された３次元座標情報（図１２）などのデータ・情報を記憶する。なお、各種の情報は、互いに関連付けられて保存・管理される。

【0075】

図１２は、上記ＣＳＩによって得られる３次元座標情報１２０１の構成例を示す。図１２の３次元座標情報１２０１は、図３の高さマップデータ３０２と対応している。この３次元座標情報１２０１は、テーブルで実装されている例であり、縦軸（行）と横軸（列）は、図１１の照射光ＷＬ１と試料６が直交する２つの方向（ｘ，ｙ）の情報とし、縦軸と横軸が交差する各セルの位置には、高さ（ｚ）情報が入力される。高さ（ｚ）情報にはカラーの値が対応付けられることで、画面の高さマップでは高さをカラーとして表示可能である。

【0076】

［荷電粒子ビーム装置（ＳＥＭ）］
図１３は、荷電粒子ビーム装置３の例として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成例を示す。このＳＥＭは、鏡筒１３２、試料室１３７、総合制御部Ｃ０等を備えている。総合制御部Ｃ０は、ＳＥＭのコントローラに相当する。このＳＥＭは、鏡筒１３２の内部に備えられた電子銃１３３から、試料室１３７内でステージ１３９上に配置された試料６へ荷電粒子ビームＥＢ１を照射することで、試料６を解析（言い換えると観察や測定）する機能を有する。

【0077】

鏡筒１３２は、試料室１３７に対し取り付けられており、荷電粒子ビームカラムを構成している。鏡筒１３２は、電子銃１３３、コンデンサレンズ１３４、偏光コイル１３５、対物レンズ１３６等を備えている。電子銃１３３は、荷電粒子ビームＥＢ１をｚ方向下方に照射可能である。コンデンサレンズ１３４は、荷電粒子ビームＥＢ１を集束する。偏光コイル１３５は、試料６の表面に対し荷電粒子ビームＥＢ１を偏光によって走査する。対物レンズ１３６は、試料６の表面に対し荷電粒子ビームＥＢ１を集束する。

【0078】

試料室１３７の内部には、試料６を搭載・保持するための試料ホルダ８と、試料ホルダ８を設置するためのステージ（言い換えると試料台）１３９と、ステージ１３９に接続されステージ１３９を駆動するステージ制御装置１３１０などが設けられている。図示しないが、試料室１３７には、試料６をステージ１３９上に搬送するための機構や、導入／導出口なども設けられている。

【0079】

ＳＥＭでの試料６の観察・解析時には、試料６が搭載された試料ホルダ８が、導入／導出口を介して、試料室１３７の内部へ搬送され、ステージ１３９上に設置される。また、試料室１３７から試料６を取り出す際には、試料６が搭載された試料ホルダ８が、導入／導出口を介して、試料室１３７の外部へ搬送される。

【0080】

ステージ制御装置１３１０は、ステージ制御部Ｃ２からの制御に基づいて、ステージ１３９の位置および向きを変位させることができる。ステージ１３９の変位によって、試料６の位置および向きが変位する。本例では、ＳＥＭのステージ１３９は、５軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｔ，Ｒ）で移動可能なステージである。Ｔはチルト方向（Ｘ－Ｙ面に対して傾斜した方向）、Ｒは回転軸である。これに限らず、ステージ１３９は、例えばＺ軸を除いた４軸（Ｘ，Ｙ，Ｔ，Ｒ）で移動可能なステージ等としてもよい。

【0081】

ステージ制御装置１３１０は、ＳＥＭの載置面に対して平行な方向（Ｘ，Ｙ）に駆動可能なＸＹ軸駆動機構、載置面に対して垂直な方向（Ｚ）に駆動可能なＺ軸駆動機構、回転方向（Ｒ）に駆動可能なＲ軸駆動機構、および、チルト方向（Ｔ）に駆動可能なＴ軸駆動機構を有している。これらの各駆動機構は、ステージ１３９上に設置された試料６および試料ホルダ８のうち、任意の部位（前述のマーカー７を含む）を解析するために使用できる。これらによって、試料６のうちの対象部位が、ＳＥＭの撮影視野の中心へ移動され、任意の方向へ傾けられる。

【0082】

また、鏡筒１３２（または試料室１３７でもよい）には、検出器１３１１が設けられている。試料６の観察・解析時に、試料６の表面に荷電粒子ビームＥＢ１が照射された場合、試料６の表面から放出される二次電子または反射電子等の粒子ＥＭ２を、検出器１３１１によって検出できる。検出器１３１１は、粒子ＥＭ２を電気信号に変換して検出する。検出器１３１１は、その検出された信号（言い換えると画像情報）を出力する。

【0083】

ＳＥＭの外部または内部には、総合制御部Ｃ０に対し電気的に接続された表示機器１３２０および操作機器１３２１を備える。ユーザが表示機器１３２０の画面を見ながら操作機器１３２１を操作して作業する。これにより、各種のデータ・情報が総合制御部Ｃ０へ入力され、総合制御部Ｃ０から各種のデータ・情報が出力される。なお、総合制御部Ｃ０に図１のコンピュータシステム１が接続された構成として、コンピュータシステム１からＳＥＭを制御する構成とする場合、表示機器１３２０および操作機器１３２１は省略できる。

【0084】

総合制御部Ｃ０は、走査信号制御部Ｃ１、ステージ制御部Ｃ２、および演算部Ｃ３を有し、これらを統括する。それゆえ、走査信号制御部Ｃ１、ステージ制御部Ｃ２および演算部Ｃ３によって行われるそれぞれの制御は、総合制御部Ｃ０により行われるとして説明する場合もある。また、総合制御部Ｃ０を単に１つの制御ユニット（言い換えるとコントローラ、制御装置）と称する場合もある。

【0085】

走査信号制御部Ｃ１は、電子銃１３３、コンデンサレンズ１３４、偏光コイル１３５および対物レンズ１３６に対し電気的に接続されており、これらの動作を制御する。例えば、電子銃１３３は、走査信号制御部Ｃ１からの制御信号を受けて、荷電粒子ビームＥＢ１を生成し、試料６へ向かってＺ方向下方に照射する。コンデンサレンズ１３４、偏光コイル１３５および対物レンズ１３６の各々は、走査信号制御部Ｃ１からの制御信号を受けて、磁界を励磁する。コンデンサレンズ１３４の磁界によって、荷電粒子ビームＥＢ１は、適切なビーム径になるように集束される。偏光コイル１３５の磁界によって、荷電粒子ビームＥＢ１は、偏光され、試料６の表面において２次元的にＸ，Ｙ方向に走査される。対物レンズ１３６の磁界によって、荷電粒子ビームＥＢ１は、試料６の表面に再度集束される。また、走査信号制御部Ｃ１によって、対物レンズ１３６を制御し、対物レンズ１３６の励磁強度を調整することで、試料６の表面に対する荷電粒子ビームＥＢ１の焦点合わせを行うことができる。

【0086】

ステージ制御部Ｃ２は、ステージ制御装置１３１０に対し電気的に接続されており、ステージ制御装置１３１０が有する各駆動機構の動作を制御し、常にＳＥＭの視野とステージ１３９の座標とをリンクさせる機能を有する。

【0087】

演算部Ｃ３は、画像取得部Ｃ４、他装置データ読込部Ｃ５、指示入力部Ｃ６、記憶部Ｃ７およびパターン形状解析部Ｃ８を含む。演算部Ｃ３は、プロセッサによるプログラム処理を行う機能を有する。

【0088】

画像取得部Ｃ４は、検出器１３１１に対し接続されており、検出器１３１１の動作を制御する。また、画像取得部Ｃ４は、検出器１３１１で検出された二次電子または反射電子等の粒子ＥＭ２の信号を処理し、この信号を図１４のような撮影像１４０１へ変換する。撮影像１４０１は、２次元座標（Ｘ，Ｙ）ごとの輝度値などを有するデータである。撮影像１４０１は、表示機器１３２０（または図１の表示装置２０６）へ出力される。ユーザは、その撮影像１４０１を表示機器１３２０等の画面で確認できる。

【0089】

図１４は、上記ＳＥＭによって得られるデータの構成例を示す。このデータは、例えば、撮影像（言い換えると画像データ、観察画像）１４０１と、座標データ（言い換えると２次元座標情報）１４０２とを有する。撮影像１４０１は、模式で図示しているが、例えば黒色の背景に図６等の楕円状のパターン６１が白色で写っている。座標データ１４０２は、図３での２次元座標情報データ３０３に相当する。

【0090】

他装置データ読込部Ｃ５は、図１１のＣＳＩ等を含む他装置からデータ・情報を読み込む。総合制御部Ｃ０（または図１のコンピュータシステム１）は、他装置から得たデータ・情報や、それを用いて作成したデータ・情報を、表示機器１３２０（または図１の表示装置２０６）の画面に表示することができる。画面に表示できるデータ・情報は、図３の各種のデータを含む。例えば、画面には、対応付けデータ３０６に基づいて、試料６についてのＳＥＭの観察画像上に３次元座標情報（特に深さ情報）をマッピングした図を表示することもできる。

【0091】

指示入力部Ｃ６は、ユーザが操作機器２１を用いて表示機器１３２０の画面で入力した情報を受け取る。総合制御部Ｃ０は、記憶部Ｃ７に、試料６の情報、ＳＥＭの撮像条件、ステージ１３９の座標、撮影像１４０１、座標データ（２次元座標情報）１４０２、および、ＣＳＩから取得した高さマップなどのデータ・情報を記憶する。なお、各種のデータ・情報は関連付けられて保存・管理される。

【0092】

パターン形状解析部Ｃ８は、撮影像１４０１等に基づいて、試料６に含まれている複数のパターン（図６でのパターン６０１）の形状を解析し、解析結果情報を得る。

【0093】

演算部Ｃ３は、指示入力部Ｃ６が受け取った情報と、記憶部Ｃ７に格納されているデータ・情報とを用いて、後述するような、ステージ座標、パターン形状の解析および多層構造の深さ情報などに関する演算を実施可能である。

【0094】

なお、上述したＣＳＩの総合制御部Ｃ１０や、ＳＥＭの総合制御部Ｃ０は、図１のコンピュータシステム１の一部として１つに統合して実装されてもよい。すなわち、図１のコンピュータシステム１が、ＣＳＩのコントローラやＳＥＭのコントローラとして機能してもよい。あるいは、ＣＳＩの総合制御部Ｃ１０にコンピュータシステム１（特に解析ソフトウェア２１０）が統合して実装されてもよいし、ＳＥＭの総合制御部Ｃ０にコンピュータシステム１（特に解析ソフトウェア２１０）が統合して実装されてもよい。以下の詳細な実施例では、ＳＥＭの総合制御部Ｃ０に解析ソフトウェア２１０が統合されている場合を説明する。この場合、ユーザは、試料６の観察・解析時には、主にＳＥＭの総合制御部Ｃ０（それに相当するコンピュータシステム）を操作して作業を行う。試料６の観察・解析に係わる主な処理の主体は、そのＳＥＭの総合制御部Ｃ０（それに相当するコンピュータシステム）となる。ユーザは、ＳＥＭの総合制御部Ｃ０（解析ソフトウェア２１０）に、ＣＳＩからの高さマップデータを読み込み、座標変換などの処理を行わせる。

【0095】

［試料ホルダおよびマーカー］
図１５は、実施の形態１で、座標変換のために使用する試料ホルダ８およびマーカー７の構成例を示す。図１５は、試料６を搭載する試料ホルダ８について上から見たｘ－ｙ面での平面図を示す。なおここではＣＳＩ座標系で示す。また、図１６は、図１５の試料ホルダ８について、Ｃ－Ｃ線に沿ったｘ－ｚ面での断面図を示す。試料ホルダ８は、例えば試料６をｘ方向で左右から挟み込むようにして保持する機構を有する。試料ホルダ８は、試料６をｘ方向で左右から挟み込むようにして固定するための試料固定部８１を有する。試料固定部８１は所定の方向（例えばｘ方向）に可動である。

【0096】

また、試料ホルダ８は、座標変換用のマーカー７として、４点のマーカー７を有する。４点のマーカー７を、区別のため、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４とする。本例では、図示のように、左右の２つの試料固定部８１において、それぞれの上面に、２個ずつ、マーカー７が形成されている。合計４個のマーカー７（Ｍ１～Ｍ４）は、四角形の頂点に対応する位置に配置されている。なお、これに限らず、マーカー７は、試料６の近傍に配置されていればよく、試料ホルダ８の試料固定部８１の近くに配置されていてもよい。４箇所の４個のマーカー７は、高さが同一で配置されている。

【0097】

これらのマーカー７は、射影変換法と呼ばれる、アフィン変換よりも高精度の座標変換（前述のステップＳ４）を行うために設けられている。射影変換法では、同一平面上に位置する４点の座標を用いて座標変換が行われる。

【0098】

座標変換の際に、ＳＥＭおよびＣＳＩの両方においてコンピュータまたはユーザがなるべく正確にマーカー７の座標を把握または指定できるように、マーカー７は、μｍオーダーのエッジを持つマーカーとする。また、４個のマーカー７は、コンピュータおよびユーザが識別できるように、異なる形状のものとすることが好ましい。他の手段を併用することで４個のマーカー７を識別できる場合には、４個のマーカー７は同じ形状のものとしてもよい。本例では、４個のマーカー７は、すべて基本形状を上から見て正方形としており、さらに、拡大図に示すように、その正方形の表面には、マーカーＩＤ（本例では番号）が刻印されている。各マーカー７のマーカーＩＤの形状が異なるので、コンピュータおよびユーザは各マーカー７を識別できる。

【0099】

変形例としては、マーカー７は、試料面に形成されていてもよい。試料表面に形成されている識別可能な複数の形状の箇所がある場合、それらをマーカー７として使用可能である。また、ユーザは、試料６が保持された試料ホルダ８をそのままＣＳＩからＳＥＭへ搬送可能である。なお、ＳＥＭの試料室１３７内に試料ホルダ８を設置する際には、ユーザが作業するが、搬送ロボット等を用いてもよい。

【0100】

［処理フロー（１）］
図１７は、実施の形態１の解析システムの処理フローを示し、ステップＳ１０１～Ｓを有する。フローの各ステップの詳細は、後述のＧＵＩ画面例とも対応しており、適宜にその画面例を参照して説明する。

【0101】

この解析システムは、試料６の測定・観察・解析などに係わる方法として、前述（図１）のような研磨装置４において行われるステップ（図２でのＳ１）と、表面形状計測装置（ＣＳＩ）２において行われるステップ（図２でのＳ２）と、荷電粒子ビーム装置（ＳＥＭ）３において行われるステップ（図２でのＳ３）と、コンピュータシステム１（実施の形態１ではＳＥＭ）において行われるステップ（図２でのＳ４等）とを有する。したがって、ＳＥＭやコンピュータシステム１だけでなく、それらの研磨装置４やＣＳＩも、解析システムの一部を構成する要素である。

【0102】

ステップＳ１０１で、ユーザは、試料６が搭載された試料ホルダ８を、ＣＳＩ（図１１）のステージ１０９上に設置する。この際には、試料６の表面（図６等での表面ＴＳ。傾斜面６０を含む。）がＣＳＩの照射光ＷＬ１（ＷＬ１ｂ）と対向するような位置関係で、試料ホルダ８がステージ１０９上に設置される。すなわち、ステージ１０９が水平である場合には、傾斜面６０を含む表面ＴＳがｚ方向に対して垂直になるようにｘ－ｙ面に配置される。この際に表面ＴＳが理想的な水平の状態にはならない可能性もあるが、これには後述の補正で対応可能である。

【0103】

ステップＳ１０２では、ＣＳＩにおいて、総合制御部Ｃ１０が、ユーザからの試料６の表面形状の計測指示を受け付け、試料６の表面形状の計測を開始する。ＣＳＩによって計測された試料６の表面形状は、３次元座標情報（図１２の３次元座標情報１２０１、図３の高さマップデータ３０２）として取得され、記憶部Ｃ１６に保存される。

【0104】

ＣＳＩにおいて、試料６とともにマーカー７（図１５）の位置を含めて表面形状の計測を行う場合には、マーカー７の位置座標は、３次元座標情報の一部として保存される。また、ＣＳＩにおいて、マーカー７の位置を含まずに、試料６の傾斜面６０のみの３次元座標情報を取得する場合には、マーカー７の３次元座標情報は、別途、ＣＳＩのステージ座標に基づいて取得され、試料６の３次元座標情報と関連付けて保存される。

【0105】

ステップＳ１０２でＣＳＩの高さマップ（３次元座標情報）が取得されると、試料６をＳＥＭに挿入して観察する前に、ユーザが、この高さマップのデータを用いて、試料６の出来栄えについて判断することも可能である。

【0106】

ステップＳ１０３では、ＣＳＩの総合制御部Ｃ１０（またはコンピュータシステム１）により、ステップＳ１０２で取得された３次元座標情報についての面補正が実行される。この面補正は、必須ではないが、実行することで精度を高めることができる。ステップＳ１０３では、ＣＳＩでの試料６の設置状態に応じて生じているかもしれない試料６全体の傾斜を、面補正により補正する。この面補正では、３次元座標情報（高さマップ）は、試料６の表面がステージ１０９の設置面（例えば水平面）に対し傾斜が無く平行となるようにする補正である。この面補正は、一面近似補正などが適用できる。この面補正をしておくことで、ＣＳＩで取得された３次元座標情報の精度を向上させることができ、その後のその３次元座標情報を用いた各処理の精度を高めることが可能である。

【0107】

ステップＳ１０４では、ユーザは、試料６が搭載された試料ホルダ８を、ＣＳＩからＳＥＭへ搬送する。ユーザは、試料ホルダ８をＳＥＭ（図１３）の試料室１３７内のステージ１３９上に設置する。その際には、試料６の表面（図６等での傾斜面６０を含む表面ＴＳ）が電子銃１３３からの荷電電子ビームＥＢ１と対向するような位置関係で、試料台８がステージ１３９上に設置される。ステージ１３９の設置面が水平である場合には、試料６の表面がＺ方向に対して垂直であるＸ－Ｙ面に配置される。

【0108】

また、ユーザは、ステップＳ１０３で面補正された後の３次元座標情報（高さマップ）をＳＥＭの総合制御部Ｃ０に読み込む。総合制御部Ｃ０は、ユーザの操作に基づいて、その３次元座標情報（高さマップ）を、記憶部Ｃ７に保存する。

【0109】

ステップＳ１０５では、撮像の準備として、ＳＥＭによる荷電粒子ビームＥＢ１の照射が開始される。この際には、ユーザが表示機器１３２０の画面を見ながら操作機器１３２１を操作することで、ＳＥＭによる荷電粒子ビームＥＢ１の照射がされる。また、撮像の準備として、ユーザの操作に基づいて、ＳＥＭの荷電粒子ビームＥＢ１による観察条件（言い換えると撮像条件）が設定される。この際には、ユーザが表示機器１３２０の画面を見ながら操作機器１３２１を操作することで、観察条件が設定される。また、その次に、ユーザは、試料６の表面に対する荷電粒子ビームＥＢ１の焦点合わせ、および倍率の変更などを含む一般的なアライメントを行う。なお、ステップＳ１０５の準備は、後で実際に撮像する段になってから行うようにしてもよい。

【0110】

ステップＳ１０６では、ユーザの操作に基づいて、解析ソフトウェア２１０（アプリケーションとも記載する）が起動される。アプリケーションが起動されると、表示機器１３２０の表示画面に、図１８のような操作画面が表示される。操作画面では特に「３次元アライメント機能」としてタイトルを記載している。本解析システムの機能は、ＳＥＭにおいてＣＳＩデータとの座標変換および対応付けによって３次元でのアライメントを実現できるものである。

【0111】

図１８の操作画面は、主に、ユーザが総合制御部Ｃ０に対して指示を入力するため、およびユーザが総合制御部Ｃ０から各情報を得るために用いられる。また、操作画面は、その指示や情報に基づいて、ＣＳＩの３次元座標情報と、ＳＥＭに設置された試料６（またはステージ１３９）の座標（２次元座標情報）とを対応付ける座標変換などのために用いられる。ユーザは、操作画面を見ながら、必要な情報を設定や指定し、座標変換等に係わる一連の動作を、アプリケーションにより殆ど自動的に実行させて、結果を表示させることができる。また、ユーザは、操作画面で、適宜に、各動作を手動操作で実行させることもできる。

【0112】

図１７のステップＳ１０７～ステップＳ１１０は、解析ソフトウェア２１０の本処理である座標変換や高さ補正に関する一連の動作の自動実行処理のための準備のプロセスに相当する。以下では、座標変換などに関する一連の動作を自動的に実行させる場合の例を示す。ユーザは、操作画面で一通りの情報を確認・設定・入力し、その後に実行ボタンを押す。そうすれば、あとは、アプリケーションによる座標変換などの一連の処理が自動的に実行され、結果が画面に表示されるとともに保存される。ユーザによる手動操作で行いたい場合には、画面内に各動作のためのボタン等のＧＵＩが設けられているので、ユーザが所望の動作のボタン等を操作すれば、その動作のみを実行させて結果を出力させることができる。

【0113】

［操作画面］
図１８の操作画面には、自動座標変換実行ボタンＢ１、自動座標変換一時停止ボタンＢ２、自動座標変換停止ボタンＢ３、および条件設定欄１８０１が設けられている。３つのボタン（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）は、ＣＳＩの３次元座標情報とＳＥＭの２次元座標情報とを対応付けるための座標変換などに関する一連の動作（図２でのステップＳ４やＳ５、図１７でのＳ１１１）の自動実行に関する操作用のボタンである。

【0114】

条件設定欄１８０１には、上から順に、３次元座標情報（ＣＳＩデータ）選択ボタンＢ４、マーカーパターン画像選択欄１８０２（低倍率選択ボタンＢ５、中倍率選択ボタンＢ６、および高倍率選択ボタンＢ７）、マーカー位置座標登録欄１８０３（マーカー位置座標登録ボタンＢ９）、試料情報入力欄１８０４（層数入力ボタンＢ９、１層の厚み入力ボタンＢ１０、試料情報登録ボタンＢ１１）、高さ基準座標登録欄１８０５（補正方法選択ボタンＢ１２、２次元情報表示欄Ｂ１３、高さ基準座標入力欄Ｂ１４、高さ基準座標登録ボタンＢ１５）等を有する。

【0115】

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０４でＳＥＭの記憶部Ｃ７に保存されている３次元座標情報が、ユーザがＣＳＩデータ選択（３次元座標情報参照）ボタンＢ４を操作することで、呼び出される。総合制御部Ｃ０のプロセッサは、メモリ上に各種のデータを読み出して、プログラムに基づいた処理を実行し、処理結果を適宜に記憶部Ｃ７に保存する。

【0116】

ステップＳ１０８では、ＳＥＭ上で事前に取得しておいた座標変換用のマーカー７（図１５）の撮影像を、マーカー７のパターンマッチング用の画像（マーカーパターン画像）として、記憶部Ｃ７の所定の場所に保存しておく。そして、ユーザが、指定の解像度に応じた画像登録ボタン（Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７）を選択して操作することで、それらの撮影像（マーカーパターン画像）を登録する。

【0117】

マーカー７のパターンマッチング用の画像は、座標変換を行うためのマーカー７の一部または全体を切り取った画像であり、本例では、低倍率（ＬＭ），中倍率（ＭＭ），高倍率（ＨＭ）といった３種類の各解像度（倍率）の画像が登録可能である。マーカー７のパターンマッチング用の画像は、座標変換の際に、パターンマッチングによってマーカー７の位置座標（Ｘ，Ｙ）を自動的に検出するために用いられる。ここで、マーカー７のパターンマッチング用の画像は、すべて、マーカー７のエッジなどの目印となる位置が中心に配置されている。本例では、より高精度なパターンマッチングのために、各解像度のパターンが選択設定できるようになっている。

【0118】

ステップＳ１０９では、座標変換用のマーカー７の位置座標の登録が行われる。ユーザは、マーカー位置座標欄１８０３で、マーカー７の位置座標を確認し登録する。マーカー位置座標欄１８０３では、予め記憶部Ｃ７に保存しておいた、ＣＳＩで取得したマーカー７の中心の座標（ｘ，ｙ）と、ＳＥＭで取得したマーカー７の中心の座標（Ｘ，Ｙ）とがそれぞれ、座標変換の際に用いるマーカー７の数だけ登録される。この際には、マーカー位置座標欄１８０３の表のマーカー７（本例では３個）の座標を確認した後、ユーザがマーカー座標登録ボタンＢ８を操作することで、それらのマーカー位置座標情報が登録される。

【0119】

マーカー位置座標欄１８０３は、初期ではプロセッサが自動的に値を入力・提示してもよい。自動入力の場合、例えば、ＣＳＩの２次元座標（ｘ，ｙ）は、ＣＳＩの高さマップの外側のＣＳＩステージ座標系でのマーカー７の２次元座標（ｘ，ｙ）が入力される。ユーザ入力の場合、ユーザが画面でＣＳＩマップ等のデータを見て、マーカー７の２次元座標（ｘ，ｙ）を入力してもよい。ＳＥＭの２次元座標（Ｘ，Ｙ）については、自動入力の場合、プロセッサが撮影像から検出したマーカー７の位置座標が入力される。あるいは、ユーザ入力の場合、ユーザが画面でＳＥＭの撮影像からマーカー７の位置を指定して入力してもよい。

【0120】

ステップＳ１０７およびステップＳ１０９の操作は、後述するステップＳ１１１のアプリケーションの実行の動作として実現することも可能であり、その場合にはユーザの操作を最低限として全自動で動作させることができる。

【0121】

ステップＳ１１０では、試料６の情報の入力、高さ基準座標の指定、および任意の観察位置の指定（設定）が行われる。まず、試料６の情報の入力では、ユーザは、試料情報欄１８０４で、試料６（３次元ＮＡＮＤデバイス）の情報を入力する。本例では、試料情報欄１８０４で、多層構造（図７の多層構造６２等）の層数を層数入力ボタンＢ９で入力でき、多層構造の１層の厚さ（ｎｍ単位）を１層の厚さ入力ボタンＢ１０で入力できる。変形例では、試料情報欄１８０４で、各層の厚さが異なる場合の各層の厚さや、多層構造の１層目が始まる深さ（表面ＴＳから１層目までの距離、図８での距離８０１）を入力できる。ユーザは、入力値を確認した後、試料情報登録ボタンＢ１１を操作することで、登録できる。

【0122】

試料情報の入力は、ユーザの手動入力に限らず、例えば図３の設計データ３０１を利用してもよい。試料６の設計データ３０１に含まれている、パターンや積層構造に関する情報を含む各種の情報を取り込むことができる。プロセッサは、設計データ３０１内から、層数、１層の厚み、表面から第１層までの深さ等の情報を抽出してもよい。

【0123】

ここで、総合制御部Ｃ０の演算部Ｃ３は、ユーザによって入力されている試料情報（多層構造の層数、１層の厚さまたは各層の厚さ、および、多層構造の１層目が始まる深さなど）と、ＣＳＩの３次元座標情報とを照合することで、試料６に含まれている多層構造の深さ情報、および層数の情報を取得することができる。

【0124】

すなわち、演算部Ｃ３は、ＣＳＩの３次元座標情報での所定位置が、試料６の表面ＴＳからどの程度の深さであるのか、および、多層構造の何層目に相当するのか等を知ることができる。言い換えれば、多層構造の深さ情報は、試料６の表面ＴＳからの３次元座標情報上の所定位置の深さおよび層数を含んでいる。

【0125】

ステップＳ１１０の高さ基準座標の指定では、ユーザは、高さ基準座標欄１８０５で、高さ基準座標を登録する。ユーザは、ＳＥＭの表示装置１３２０において、二次電子または反射電子像を表示させ、操作機器１３２１を用いて、まず多層構造の第１箇所を二次電子または反射電子像の表示エリアＢ１３の中心に移動させる。ユーザは、この中心の座標にて、高さ基準座標登録ボタンＢ１５を操作する。第１箇所は、本例では多層構造の１層目の一箇所である。本例では表示エリアＢ１３の像において、図９のような傾斜面６０が曲面である場合の積層構造６２を示している。本例では、１層目のリング状の領域のうちで第１箇所が高さ基準位置として設定される。これにより、総合制御部Ｃ０は、第１箇所を第１高さ基準座標（Ｘ１，Ｙ１）として指定する。指定された高さ基準座標は、記憶部Ｃ７に保存される。同様に、高さ基準座標欄１８０５で、多層構造の第１箇所と同様の高さであると考えられる、他の箇所が、高さ基準座標として登録される。

【0126】

図１８中の例では、補正方法ボタンＢ１２で「２点補正」が選択されており、高さ基準座標として２点（第１箇所、第２箇所）を指定する場合を示している。表示エリアＢ１３では、同じ１層目におけるリング状の領域のうち対向する２箇所（Ｐ１，Ｐ２）が、第１高さ基準座標（Ｘ１，Ｙ１）、第２高さ基準座標（Ｘ２，Ｙ２）として指定された場合を示している。右側の表Ｂ１４には、各高さ基準座標の値（Ｘ，Ｙ）が表示される。

【0127】

図１９は、別の例として、高さ基準座標欄１８０５で、補正方法として「３点補正」が選択されており、高さ基準座標として３点（第１箇所、第２箇所、第３箇所）を指定する場合を示している。表示エリアＢ１３では、同じ層におけるリング状の領域のうち概略的に三角形の頂点である３箇所（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）が、第１高さ基準座標（Ｘ１，Ｙ１）、第２高さ基準座標（Ｘ２，Ｙ２）、第３高さ基準座標（Ｘ３，Ｙ３）として指定された場合を示している。

【0128】

高さ基準座標の指定において、図１８のように、補正方法として２点補正が選択され、第１箇所および第２箇所のみが登録された場合、図２１に示すように、演算部Ｃ３は、２点を用いて２次元の高さ補正を行う。この際の高さ補正の方法は、１次線形近似補正等が適用できるが、これに限定されない。

【0129】

また、基準座標の指定において、図１９のように，第１箇所から第３箇所までが指定された場合、図２２に示すように、演算部Ｃ３は、３点を用いて３次元の高さ補正を行う。この際の高さ補正の方法は、１次面近似補正等が適用できるが、これに限定されない。

【0130】

なお、本例における多層構造６２の１層目は、図９等のように、試料６の表面ＴＳに最も近い層（第１層Ｌ１）であり、多層構造６２の最上層に相当する。

【0131】

また、ＳＥＭにおいて多層構造を明確に確認できる試料６であれば、例えば多層構造の１層目のように、層数を確認しやすい層を、高さ基準座標に指定することが容易である。しかしながら、試料６によっては、多層構造が明確に確認できないことも想定される。その場合、例えば、試料６の特定のパターンの位置、または、その他の形状を有する構造体の位置を、高さ基準座標（Ｘ，Ｙ）として指定することもできる。

【0132】

図２０の画面は、図１８の操作画面に連続している部分であり、特に観察位置設定欄１８０６、表示視野の高さ表示欄１８０７を示す。観察位置設定欄１８０６は、「表面からの層数」入力ボックスＢ１６、「表面からの深さ」入力ボックスＢ１７を有する。

【0133】

ステップＳ１１０の任意の観察対象位置の設定では、図２０に示すように、観察位置の設定方法として、ユーザは、「表面からの層数」入力ボックスＢ１６で、試料６の表面ＴＳからの層数を選択／入力し、または、「表面からの深さ」入力ボックスＢ１７で、表面ＴＳからの深さを選択／入力する。これにより、指定された層数または深さの位置に直接的に移動させることが可能である。層数や深さを指定する際には、画面にＣＳＩの高さマップなどを表示し、ユーザが指定した箇所が分かるように、その高さマップ上にカラー表示するなどして示してもよい。本例では、表示エリアＢ１８に、ＣＳＩの高さマップ（模式で図示している）が表示されており、図９のような傾斜面６０が曲面である場合の表面において、リング状の層がわかるように表示されている。この表示上において、ユーザは、マウスクリックなどの操作をすることにより、観察する視野（位置）をより具体的に指定することが可能である。

【0134】

尚、高さ基準座標の設定として上記２点補正や３点補正を説明したが、高さ基準座標の設定は、試料の少なくとも１点を用いて高さ設定することとしてもよい。ＣＳＩ座標、ＳＥＭ座標の水平面設定が完了もしくは不要の場合には、高さの設定として１点でも設定は可能である。

【0135】

右側の表Ｂ１９では、表示エリアＢ１８で指定された各観察位置座標が表示される。あるいは、表Ｂ１９で各観察位置座標を入力できる。なお１つの観察位置座標と１つの観察視野とが対応関係を有する。

【0136】

例えば、同一層内の構造のばらつきを評価する際には、同一層内で複数の箇所が観察領域として指定される。図２０の表示エリアＢ１８の例では、例えば５０層目における番号１～４で示す４箇所の観察領域（観察位置座標）が指定されている。あるいは、例えば１００層目における番号５～８で示す４箇所の観察領域（観察位置座標）が指定される。このように、同一層内で複数の観察領域を指定することで、同一層内の構造のばらつきを評価可能である。

【0137】

また、例えば、複数の層にわたって構造のばらつきを評価する際には、複数層にわたって複数の観察領域を指定してもよい。例えば、番号１と番号５との２つの箇所、あるいは番号２と番号６との２つの箇所である。また、単一視野を観察する場合には、単一の視野（観察位置座標）のみの指定も可能である。指定された観察領域は、番号の順に観察されるか、ユーザが任意に選択した順に観察される。

【0138】

また、ステップＳ１１０での観察対象位置の指定の際には、ＧＵＩ画面で、観察対象領域を制限して、その制限された領域の中から観察対象位置を指定するようにしてもよい。例えば、図９の試料６の例では、傾斜面９０２のうち一部の領域のみが観察対象領域（傾斜面６０）として制限される。また、他の制限の方法としては、切断面（例えば縦断面）に対応するようなラインをユーザが指定できるようにしてもよい。例えば、図９の例では、円形状の傾斜面９０２の領域に対し、任意の位置に、図１０のような鉛直方向での切断面をとるためのラインを指定できるようにする（例えば円形の中心点の周りに任意の角度でのライン）。プロセッサは、指定されたラインに対応する切断面を制限領域として、その制限領域内でユーザに指定された箇所を観察対象位置とする。

【0139】

また、変形例として、別の処理フロー構成例は、以下でもよい。操作画面ですべての項目の情報をユーザが入力・設定していない状態でも、一旦、プロセッサは、ステップＳ１１１のアプリケーションを実行し、ＣＳＩとＳＥＭとの間での座標変換および対応付けを行う。その後、ユーザは、操作画面で、例えば高さ基準位置などの設定を行い、プロセッサはその高さ基準位置を用いた高さ補正を行うことが可能である。

【0140】

［処理フロー（２）］
ステップＳ１１１では、解析ソフトウェア２１０のアプリケーションが実行される。ユーザが操作画面の自動座標変換実行ボタンＢ１を操作することで、アプリケーション（ＳＥＭの総合制御部Ｃ０）は、ステップＳ１０７～１１０で入力・設定等された各種データ・情報に基づいて、座標変換などの処理を自動で実行する。

【0141】

まず、自動座標変換実行ボタンＢ１が操作されると、ＳＥＭは、マーカー７のパターンマッチング用の低倍率画像と同様の倍率に設定される。続いて、総合制御部Ｃ０は、記憶部Ｃ７に記憶されているＣＳＩの３次元座標情報を呼び出し、３次元座標情報に含まれている座標変換用のマーカー７の座標の情報を抽出する。総合制御部Ｃ０は、その情報から、ＳＥＭ上のマーカー７の座標を算出し、マーカー７の第１箇所（第１マーカーＭ１）の周辺にステージ１３９を移動させる。

【0142】

次に、総合制御部Ｃ０は、ステップＳ１０８で読み込んだマーカーパターン画像の低倍率画像を読み込み、低倍率で取得したマーカー７の第１箇所の画像を用いてパターンマッチング処理を実行する。パターンマッチング後、総合制御部Ｃ０は、マーカー７の中心位置の、マーカーパターン画像とのずれ量を算出し、正しいマーカー７の座標を記憶部Ｃ７に保存する。この動作をマーカー７の他の３箇所（Ｍ２～Ｍ４）に対しても同様に実行する。

【0143】

さらに、総合制御部Ｃ０は、マーカー７のパターンマッチング用の中倍率画像および高倍率画像を用いて、同様の動作を順に実行し、ＳＥＭ上でのマーカー７の座標を正確に登録する。この際、マーカーパターン画像の撮像倍率とＳＥＭの表示装置１３２０での二次電子または反射電子像の表示エリアに表示している二次電子または反射電子像の倍率は、同一の倍率に設定される。

【0144】

総合制御部Ｃ０は、ＣＳＩの３次元座標情報上のマーカー７のｘｙ座標情報とＳＥＭ上のマーカー７のＸＹ座標情報とを用いて、射影変換法の変換係数を算出し、射影変換法を用いて、ＣＳＩの３次元座標情報の全体のｘｙ座標を、ＳＥＭ上のＸＹ座標に変換する。

【0145】

次に、総合制御部Ｃ０は、ステップＳ１１０で登録された例えば３箇所の基準高さ座標を用いて、それらの位置が同一の高さとなるように、座標変換後の３次元座標情報の高さを補正する（図２１，図２２）。この高さ補正方法としては、例えば１次面近似補正等を適用する。

【0146】

図２１や図２２は高さ補正の例を示している。高さ補正では、概略的に同じ高さ・深さにあると思われる基準位置を２点以上、ユーザが指定する。具体的には、同じ層の領域から２点以上を指定すれば、その２点以上の位置は、概略的に同じ高さ・深さにある。もしくは、プロセッサが、設計データ３０１や高さマップやＳＥＭの撮影像等に基づいて、自動的に、同じ層における概略的に同じ高さ・深さにあると思われる基準位置を２点以上、抽出してもよい。総合制御部Ｃ０は、それらの複数の基準位置を用いて、高さ補正を行う。これにより、高さ補正後の座標情報は、層や深さの指定が高精度に保証される。なお、高さ補正を行わない形態も可能である。

【0147】

高さ補正について補足する。座標変換の後には高さ補正を行う必要がある。これは、試料６全体に、面補正（図１７でのステップＳ１０３）によって補正しきれない傾斜等がある場合に、面補正の結果のみでは、深さと層数が高精度に一致せず、ユーザが求める層数のＸＹ位置での観察ができない可能性があるためである。この傾斜等を考慮し、深さと層数を高精度に一致させるために、高さ補正が行われる。ＳＥＭで観察した例えば３点（同じ層にある概略的に高さが同じである３点）を用いる。高さ補正は、この３点が同じ層にあるという情報を利用する。図２２のように３点を用いる場合には面での補正（３次元的な高さ補正）が可能であり、図２１のように２点を用いる場合には線での補正（２次元的な高さ補正）が可能である。

【0148】

また、総合制御部Ｃ０は、ステップＳ１１０で入力された情報に基づいて、高さ補正後の３次元座標情報において試料表面からの深さと層数との関連付けを行う。これにより、ユーザは、深さだけでなく、層数でも、観察位置を指定可能になる。

【0149】

最後に、総合制御部Ｃ０は、ステージ制御部Ｃ２からステージ制御装置１３１０を制御することで、ステップＳ１１０で登録された観察位置に、ステージ１３９を移動させる。総合制御部Ｃ０は、走査信号制御部Ｃ１の制御によって、試料６の表面ＴＳに対してＺ方向から荷電粒子ビームＥＢ１を照射させ、対物レンズ１３６を用いて、ステップＳ１１０で登録された観察位置における焦点合わせを行わせ、撮像させる。

【0150】

ステップＳ１１０で指定されている観察位置が複数ある場合には、例えば図１８の操作画面の上部から順に、あるいはユーザが指定した順に、連続かつ自動で処理することで、複数の撮像・観察が可能である。さらに、指定した観察位置において目的の画像の撮像に失敗した場合、画像処理技術などによって自動で観察画像の良否を判断し、その付近の画像を自動で撮像することも可能である。撮像の失敗は、例えば試料６の表面にごみなどの異物がある視野を撮像した場合や、意図しない構造である視野を撮像した場合が挙げられる。

【0151】

また、ステップＳ１１１で取得された各座標および多層構造の深さ情報などは、図２３のような記録表として記録され、記憶部Ｃ７に保存される。図２３の記録表は、項目として、番号、ファイル（観察画像）、座標（Ｘ，Ｙ）、試料表面からの深さ（Ｄ）、試料表面からの層数（Ｌ）、解析パターンファイル等を有する。解析パターンファイルは、後述のパターン解析の結果のファイルである。総合制御部Ｃ０は、ＷＤプロファイル上の所定位置を基に演算することによって、試料６の表面ＴＳからの位置の深さ（Ｄ）および層数（Ｌ）を取得できる。

【0152】

以上のように、本解析システムでは、試料６の３次元情報をｎｍオーダーで取得することができ、多層構造の深さ情報を、迅速かつ高精度に取得することができる。

【0153】

なお、試料６によっては、研磨処理によって形成された観察面（傾斜面６０）が、目標とする表面形状ではない場合がある。例えば、観察面に凹凸が存在している場合がある。この場合、ＣＳＩの３次元座標情報によって、ユーザは、観察面の形状の成否を迅速に判断することができる。例えば、観察面の凹凸の差が大きい場合、ユーザは、同一の高さの他の観察範囲を利用できる。

【0154】

［解析］
ステップＳ１１２では、総合制御部Ｃ０は、試料６に含まれる複数のパターン（例えば図６～図１０、パターン（チャネルホール）６０１、パターン６１）の解析を行う。

【0155】

図２４は、パターン解析用の操作画面を示す。ユーザは、この画面を見ながらパターン解析の作業を行う。図２４の操作画面には、撮影像表示欄２４０１、画像読込設定欄２４０２、パターン検出ボタンＢ３１およびパターン解析ボタンＢ３２を有する。また、画像読込設定欄２４０２には、読込ボタンＢ３３および参照ボタンＢ３４を有する。

【0156】

画像読込設定欄２４０２において、ユーザが、試料６の層数（Ｌ）または深さ（Ｄ）を入力し、読込ボタンＢ３３を操作する。これにより、総合制御部Ｃ０は、ステップＳ１１２でＳＥＭによって撮影された撮影像を、撮影像表示欄２４０１に表示する。なお、ユーザが参照ボタンＢ３４を操作した場合には、過去に取得された撮影像を選択して参照することもできる。本例では、撮影像表示欄２４０１に、図７等と同様に傾斜面６０が平面である場合のパターン６１を含む表面が写っている。各パターン６１は楕円状である。ここでは層の形状は図示していない。

【0157】

次に、ユーザがパターン検出ボタンＢ３１を操作すると、総合制御部Ｃ０は、画像認識技術を用いて複数のパターン６１を検出し、複数のパターン６１に識別のための番号を付与し、それらの番号を、撮影像表示欄２４０１にも表示する。

【0158】

図２５は、撮影像表示欄２４０１の撮影像において検出されている複数のパターン６１についての情報を表示する表（パターン情報欄）である。総合制御部Ｃ０は、図２４の画面内にこの表を表示する。この表は、項目として、パターン番号、パターン長軸径、パターン短軸径、パターン平均径、パターン真円度等を有する。

【0159】

次に、ユーザがパターン解析ボタンＢ３２を操作すると、パターン形状解析部Ｃ８は、画像認識技術を用いて、観察座標（ｘ，ｙ，ｚ）における複数のパターン６１の各々の径を自動で計測する。そして、パターン形状解析部Ｃ８は、複数のパターン６１の各々について、長軸径、短軸径、平均径、および真円度などのパターン形状情報を取得する。これらのパターン形状情報は、図２４の表に表示されるとともに、記憶部Ｃ７に保存される。図２４中のパターン６１に記載している矢印は、長軸径、短軸径を表している。パターン平均径は、パターン６１の領域の面積を算出し、このパターン形状を真円と仮定した場合に、その面積から算出できる半径に相当する。真円度は、長軸径、短軸径から算出でき、パターン６１の形状の真円への近さを表す。本例では、一部のパターン６１（番号１）は、長軸径に対し短軸径が小さく、真円度が低くなっており、このことから、加工不良などの可能性が推定できる。

【0160】

なお、ここで説明している観察座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、観察している撮影像の中心位置の座標を示している。したがって、演算される層数も、観察している撮影像の中心位置における層数のことを表す。

【0161】

総合制御部Ｃ０は、取得されたパターン形状情報を、図２５のように記録表（パターン情報）に記録し、観察した撮影像と関連付けて出力できる。また、総合制御部Ｃ０は、そのパターン情報のファイルを、図２３の記録表の「パターン解析ファイル」列に関連付けて保存する。

【0162】

さらに、ステップＳ１１１で取得した観察画像と、ステップＳ１１２で行ったパターン解析結果は、図２６に示す通り、３次元の高さマップ上に示す観察位置と関連付けて同時に表示することが可能である。表２６０１では、観察位置座標２６０２と関連付けて、解析結果２６０３が表示されている。観察画像欄２６０４では、各観察位置の観察画像が表示されており、ユーザが確認できる。

【0163】

以上のように、実施の形態１の解析システムによれば、ＣＳＩとＳＥＭとの連携、座標変換に基づいて、試料６の多層構造６２の深さ情報を取得できるだけでなく、解析によって試料６に含まれる複数のパターンのパターン形状情報も取得することができる。

【0164】

なお、実施の形態１では、ユーザが試料表面からの深さまたは層を指定してから、指定した深さまたは層の位置を対象にＳＥＭで観察する手法について主に説明した。これに限らず、実施の形態１でも、図５の（Ｂ）の機能と同様に、初めにＳＥＭで試料６の観察を行い、その観察した領域について、試料表面からの深さ（言い換えると表示視野の高さ）または層を自動的に算出することが可能である。

【0165】

図２０の画面の下部の表示視野の高さ表示欄１８０７では、ＳＥＭの撮影像（表示視野）におけるユーザが指定した所望の箇所２００１について、総合制御部Ｃ０が試料表面からの深さ（言い換えると表示視野の高さ）または層を自動的に算出し、表面からの層数欄Ｂ２１、表面からの深さ欄Ｂ２２に表示する。

【0166】

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は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。

【符号の説明】

【0167】

１…コンピュータシステム、２…表面形状計測装置（ＣＳＩ）、３…荷電粒子ビーム装置（ＳＥＭ）、４…研磨装置、５…ＭＥＳ、６…試料、７…マーカー、８…試料ホルダ、２１０…解析ソフトウェア。

【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】