CN111542908A - 带电粒子射线装置、截面形状推定程序 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带电粒子射线装置、截面形状推定程序，目的在于提供能够简便地推定图形的截面形状的带电粒子射线装置。本发明的带电粒子射线装置对能量辨别器的分别不同的每个辨别条件取得检测信号，将上述每个辨别条件的检测信号与基准图形进行比较，由此推定样本的截面形状。
Description
技术领域
本发明涉及带电粒子射线装置。
背景技术
随着半导体图形的细微化和高集成化，微小的形状差对器件的动作特性产生影响，形状管理的需求提高了。因此，用于半导体的检查、测量的扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)比以前更进一步要求高灵敏度、高精度。另外，除了近年来的图形细微化以外，随着在高度方向上堆积器件的高纵横比的发展，三维构造的测量需求也提高了。以下的方法公开了特定的深度下的尺寸推定。
下述专利文献1公开了以下的方法，即预先使样本表面带电，限制进行检测的二次电子的能量，由此判定缺陷的深度。下述专利文献2也公开了以下的方法，即通过预先使样本表面带电而测量特定深度的图形尺寸。
下述非专利文献1公开了以下的方法，即预先在样本上形成带电，由能量过滤器阻断低能量的电子，由此判定特定的深度的图形尺寸。下述专利文献3公开了以下的方法，即学习图形的截面形状和样本的俯视SEM图像，作为数据库而灵活利用。
随着图形尺寸的细微化，在成膜过程中形成的空洞图形(void pattern)(样本内部的空洞)对器件特性产生的影响增加，因此检查、测量空洞图形的需求增加了。下述非专利文献2公开了通过使照射的电子射线的加速能量最优化而判定嵌入的空洞图形的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-238982号公报
专利文献2：日本特开2010-175249号公报
专利文献3：日本特开2007-227618号公报
非专利文献
非专利文献1：Proc.SPIE 10145,Metrology,Inspection,and Process Controlfor Microlithography(用于微光刻的测量、检查以及过程控制)XXXI,10145K(28March2017)
非专利文献2：Applied Physics Letters(应用物理快报)93,263110(2008)
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献1公开的那样，在由绝缘体材料构成图形的情况下，通过在表面设定带电，能够形成图形表面与图形底之间的电位差。在该情况下，能够从图形表面到底部形成均匀的电位梯度，在深度方向的每个位置辨别二次电子的能量。通过分析被认为有缺陷的位置的信号的能量，能够推定缺陷位于哪个深度。在专利文献2公开的方法中，也同样地能够判别是检测到孔底的信号、还是检测到孔中途的信号。在非专利文献1中，进而通过使用能量过滤器来推定特定深度的图形尺寸。但是，根据专利文献1、专利文献2以及非专利文献1记载的方法，虽然能够得到缺陷位于哪个深度、缺陷尺寸为多大这样的信息，但难以判断图形的截面形状。例如，一次电子由于图形的带电而偏转，因此难以判定图形的倾斜程度(锥角)等截面形状。
专利文献3公开的方法需要对图形的每个形状/材质准备数据库，因此事前准备的负担大。另外，如果由于材料特性的变化等引起带电产生偏差，则推定精度有可能降低。
在非专利文献2中，通过使加速条件最优化来测量空洞(void)，但最优的加速条件根据空洞的深度、大小而不同，因此认为存在对每个晶圆、芯片探索最优条件会花费时间的问题。
本发明就是鉴于上述那样的问题而提出的，提供能够简便地推定图形的截面形状的带电粒子射线装置。
用于解决问题的手段
本发明的带电粒子射线装置针对能量辨别器的分别不同的每个辨别条件取得检测信号，将上述每个辨别条件的检测信号与基准图形进行比较，由此推定样本的截面形状。
发明效果
根据本发明的带电粒子射线装置，使用能量辨别器测定特定深度的边沿位置，并且对测定出的边沿位置与基准图形进行比较，由此能够通过简易的方法推定样本的截面形状。
附图说明
图1是实施方式1的带电粒子射线装置的结构图。
图2是举例示出样本6具有的孔的图形的侧截面示意图。
图3是孔内的电位梯度的例子。
图4是针对二次电子7具有的每个能量生成的SEM图像的例子。
图5表示从图4所示的各SEM图像提取的图形的边沿位置。
图6表示使用图5所示的边沿位置的差值推定截面形状而得的结果。
图7是说明实施方式1的扫描电子显微镜推定样本6的截面形状的步骤的流程图。
图8是说明在实施方式2中推定截面形状的方法的图。
图9是说明实施方式2的扫描电子显微镜推定样本6的截面形状的步骤的流程图。
图10是表示在样本6中形成了倾斜的孔的例子的侧截面图。
图11表示使用在实施方式1中说明的方法检测各图形的边沿位置而得的结果。
图12表示根据基准图形的边沿位置和测量出的边沿位置之间的差值推定截面形状的结果。
图13是表示空洞图形的例子的侧截面示意图。
图14是样本6表面的电位分布图。
图15是举例示出空洞的深度方向的大小和样本表面的电位差之间的对应关系的图表。
图16是实施方式5的截面形状推定系统的结构图。
图17是输入装置813显示的GUI的例子。
图18是对推定出的截面形状进行图形分类的GUI的例子。
图19是用户编辑截面形状模型的GUI的例子。
具体实施方式
作为高精度地测量、检查半导体器件的细微图形的装置，扫描电子显微镜(Scanning electron Microscope)的需求正在提高。扫描电子显微镜是检测从样本释放的电子的装置，通过检测这样的电子而生成信号波形，例如测定信号波形峰值(相当于图形的边沿部分)之间的尺寸。
从样本释放的电子保存了表示样本的释放位置的带电(电位)状态的信息。例如，从正带电的位置释放的二次电子和从负带电的位置释放的二次电子保持释放位置的带电差(电位差)地进入检测器。即使是原来的释放能量低的二次电子(几乎都是数eV)，通过利用这样的特性，也能够推定释放位置的带电电位，或根据二次电子的能量确定释放位置。
近年来，随着半导体器件的细微化，如FinFET、纳米线等那样，器件构造变得复杂，进而如NAND闪存等那样，有在三维方向上堆积器件的高纵横比化的趋势。例如，对于接触孔来说，相对于孔径为数十nm，要加工数μm的非常深的孔。因此，必须检查是否正常地笔直地进行了开孔。特别是在扫描电子显微镜的俯视图图像中，无法判定孔侧壁的弓状形状、倒锥体形状等，因此采用切割截面并通过TEM等确认图形形状这样的破坏检查。另一方面，随着器件构造的复杂化、高纵横比化的发展，确认图形的截面形状的需求增加了，因观察截面形状造成的开发期间的变长和成本增加成为问题。
在以下的实施方式中，鉴于上述那样的问题，说明以下方法，即根据使用扫描电子显微镜取得的样本的俯视图图像，不破坏样本地推定图形的截面形状。
<实施方式1>
图1是本发明的实施方式1的带电粒子射线装置的结构图。本实施方式1的带电粒子射线装置构成为扫描型电子显微镜。通过聚束透镜3使从电子枪1产生的电子射线2(电子束)聚集，通过物镜5汇聚到样本6上。偏转器4(扫描偏转器)使电子射线2(一次电子)在样本6的表面上扫描。二维扫描地照射一次电子，由此在样本6内激励二次电子7，从样本6释放。检测器8检测二次电子7，输出表示其强度的检测信号。通过将检测信号变换为图像来观察、测量样本6。在检测器8的前级，具备能量辨别器9(构成为高通滤波器或带通滤波器)，只使具有收敛在特定的范围内的能量的二次电子7通过。
图1的扫描电子显微镜具备未图示的控制装置，控制装置控制扫描电子显微镜的各光学元件，控制能量辨别器9的辨别条件。用于承载样本6的样本台连接有未图示的负电压施加电源。控制装置通过控制负电压施加电源，而控制电子射线2到达样本6时的能量。并不限于此，也可以通过控制连接在用于加速电子射线2的加速电极与电子源之间的加速电源，来控制电子射线2的能量。图1举例示出的扫描电子显微镜具备对每个像素存储检测信号的图像存储器，检测信号被存储在该图像存储器中。
图1举例示出的扫描电子显微镜具备未图示的运算装置。运算装置根据存储在图像存储器中的图像数据，推定图形的截面形状。更具体地说，针对每个能量辨别条件，根据图像的各像素所存储的亮度信息，形成形状轮廓波形，使用它求出图形的边沿位置，将求出的边沿位置与不同的基准图形的边沿位置进行比较，由此推定样本6的各深度位置处的边沿位置(即截面形状)。将在后面说明详细内容。
图2是举例示出样本6具备的孔的图形的侧截面示意图。(a)是侧壁形状是直的图形，在本实施方式1中，将其设为基准图形。(b)是从表面到孔底均匀倾斜的图形。(c)是到孔的一半是直的、再以下均匀地倾斜的图形。(d)是到孔的一半均匀地倾斜、再以下是直的图形。如果知道截面形状，则可以使用(b)～(d)的任意一个作为基准图形。
如在图2的图形表面表示了+那样，通过向图形进行预带电(predose)，而预先形成了正的带电。如果在样本6上设定提升电场，在二次电子释放系数为1以上的加速条件下，通过电子射线2照射广区域，则能够在图形表面形成图2那样的正带电。
图3是孔内的电位梯度的例子。在此，举例示出了形成了孔底0V、表面140V的正带电时的电位梯度。图3的横轴表示设表面为1、孔底为0时的深度方向的相对位置。图3的纵轴表示各深度位置处的电位。在形成孔的材质均匀的情况下，从孔的表面到底为止形成均匀的电位梯度。二次电子7保存了释放位置的电位的信息，因此通过检测具有收纳在特定范围内的能量的二次电子7，能够判断是从哪个深度释放的。
图4是针对二次电子7具有的每个能量生成的SEM图像的例子。电子射线2由于样本6表面的带电而偏转，因此为了使电子射线2到达孔的更深位置，必须进一步提高电子射线2的能量(即增大加速电压)。因此，图4的最左表示孔的最深位置处的平面形状，最右表示孔的最浅位置处的平面形状。在电子射线2由于样本6表面的带电而偏转的状态下取得该图像，因此只使用该图像难以推定样本6的截面形状。
图5表示从图4所示的各SEM图像提取的图形的边沿位置。在此，表示只检测出图4的图形的左边沿的位置的结果。为了补充数据点，针对图4所示的能量值以外也求出边沿位置。基准图形(a)是孔为直的情况，因此边沿位置应该与深度无关地是固定的，但电子射线2由于样本6表面的带电而偏转，因此越接近孔底，实际检测出的边沿位置越大地偏移。
如果考虑到由于带电造成的电子射线2的偏转量大致相同，则可以看作为基准图形(a)的边沿位置与各图形的边沿位置之间的差值表示出各图形的截面形状。在本实施方式1中，利用该情况推定样本6的截面形状。
图6表示使用图5所示的边沿位置的差值推定截面形状的结果。二次电子7具有的能量与检测深度对应，因此图5的横轴与样本6的深度对应。已知基准图形(a)的孔形状为直的，因此图形(a)的孔的边沿位置与其他图形(b)～(d)的孔的边沿位置之间的差值表示出相对于直形状怎样程度地偏离。图6的实线是利用该情况推定出的各图形的边沿位置。图6的虚线是预先通过模拟求出的边沿位置。模拟的像素数少，在推定结果中能够看到偏差，但能够判定(b)、(c)、(d)3个图形的形状的不同，另外还能够判定侧壁的倾斜角变化的位置。
图7是说明本实施方式1的扫描电子显微镜推定样本6的截面形状的步骤的流程图。假设预先取得相当于基准图形(a)的各深度的边沿位置。以下，说明图7的各步骤。
(图7：步骤S701)
带电粒子射线装置形成样本6的表面与底部之间的电位差(预带电)。在此，为了产生深度方向的电位梯度而组合了预带电，但如果通过普通的扫描施加相当于能量辨别的分辨率的电位差，则不需要预带电。
(图7：步骤S702)
带电粒子射线装置测量样本6表面的带电电位(Vsurf)。例如也能够根据通过能量辨别取得的样本6的观察图像的各部位的亮度分布来求出带电电位。也可以通过其他的适当的方法求出。
(图7：步骤S703～S706)
带电粒子射线装置将Vsurf设为能量辨别电压(VEF)的初始值，一边改变辨别电压一边取得观察图像。在此，一边使VEF每次变化10V一边重复进行，直到成为没有预带电的状态下的本来的表面电位Vr为止。可以任意地设置VEF的变化幅度。越是减小变化幅度，则能够越高分辨率地推定深度方向的形状。
(图7：步骤S707)
带电粒子射线装置对深度方向的每个位置，从各能量辨别图像(EF像)提取截面形状的边沿位置。例如在图4所示的观察图像中，将孔的各边的位置作为边沿位置，对深度方向的每个位置进行提取。本步骤构想提取图5中的各测量点。
(图7：步骤S708～S709)
带电粒子射线装置通过对根据各EF像求出的边沿位置与基准图形中的边沿位置进行比较，求出两者之间的边沿位置的差值(S708)。带电粒子射线装置使用求出的差值推定样本6的截面形状(S709)。这些步骤相当于通过求出图5中的基准图形的测量点与各图形的测量点之间的差值而得到图6的推定结果。
<实施方式1：总结>
本实施方式1的带电粒子射线装置从各能量辨别图像提取截面形状的边沿位置，与预先知道形状的基准图形中的截面形状的边沿位置进行比较，由此推定未知图形的截面形状。由此，即使是截面形状未知的样本，也能够不破坏样本地推定截面形状。
<实施方式2>
在实施方式1中，说明了通过比较已知的基准图形和测量结果而推定截面形状的例子。在本发明的实施方式2中，说明通过将使用多个加速条件取得的边沿位置与电子射线2的偏转量进行比较而推定截面形状的方法。带电粒子射线装置的结构与实施方式1同样，因此以下主要说明推定步骤。
图8是说明在本实施方式2中推定截面形状的方法的图。首先，在某加速条件(例如800eV)下对样本6实施预带电，并且取得各能量辨别图像。接着，在不同的加速条件(例如2000eV)下对同一样本6实施预带电，并且取得各能量辨别图像(图8的(a))。这时，通过对每个加速条件测量样本6的表面电位，使能量辨别电压和测量深度对应起来。
接着，在截面形状是直孔的情况下，对每个测量深度计算800eV时的电子射线2(一次电子)在水平方向上的偏转量和2000eV时的一次电子在水平方向上的偏转量之间的差值(图8的(b)虚线)。如果表面的带电电位已知，则容易对每个加速电压计算出各测量深度下的一次电子的偏转量。
接着，通过变更加速电压，对每个测量深度求出实际测量出的边沿位置怎样程度地变化(图8的(b)实线)。如果截面形状是直的，则通过变更加速电压测量的边沿位置应该与一次电子的偏转量相等。因此，通过求出图8的(b)的虚线和实线之间的差值，能够推定截面形状相对于直的偏离了多少。由此，能够推定样本6的截面形状。图8的(c)表示该推定结果。
图9是说明本实施方式2的扫描电子显微镜推定样本6的截面形状的步骤的流程图。以下，说明图9的各步骤。
(图9：步骤S900～S906)
带电粒子射线装置针对加速电压800eV和2000eV分别实施与步骤S701～S706同样的处理。
(图9：步骤S907)
带电粒子射线装置针对深度方向的每个位置，从各能量辨别图像(EF像)提取截面形状的边沿位置。带电粒子射线装置通过变更加速电压，而对每个测量深度求出实际测量出的边沿位置怎样程度地变化。这相当于求出图8的(b)的实线。带电粒子射线装置进而求出加速电压之间的一次电子的偏转量的差值。这相当于求出图8的(b)的虚线。
(图9：步骤S908～S909)
带电粒子射线装置通过求出图8的(b)的实线和虚线之间的差值(S908)，推定样本6的截面形状(S909)。
<实施方式2：总结>
本实施方式2的带电粒子射线装置通过变更加速电压而预先计算出一次电子的偏转量怎样程度地变化，通过变更加速电压而测量边沿位置的检测结果怎样程度地变化，由此推定截面形状。由此，即使是不存在基准图形的样本，也能够不破坏样本地推定截面形状。
在本实施方式2中，设想侧壁形状是直的而预先计算出一次电子的偏转量，但并不限于此，例如也可以设想目标的加工形状(例如设计数据)而计算偏转量。
<实施方式3>
图10是表示在样本6中形成了倾斜的孔的例子的侧截面图。在此，说明3种图形。(a)是直的图形，(b)是从表面到底倾斜了5nm的图形，(c)是从表面到底倾斜了2nm的图形。图10的(b)、(c)是称为倒锥体的形状，即使通过电子射线2扫描表面，电子射线2也照不到侧壁，难以得到与截面形状有关的信息。
图11表示使用在实施方式1中说明的方法检测各图形的边沿位置的结果。通常，倒锥体的图形将侧壁的边沿配置得比表面的边沿更靠内侧，因此难以向侧壁直接照射电子射线2。如在实施方式1中说明的那样，通过使样本6的表面正带电，能够向这样的侧壁照射电子射线2。
在锥角大，电子射线2由于因表面带电造成的偏转而不到达侧壁的情况下，也可以通过偏转器4使电子射线2自身倾斜(tilt)。
图12表示根据基准图形的边沿位置和测量出的边沿位置之间的差值推定截面形状的结果。虚线表示实际的形状，实线表示从图11的结果推定出的形状。可知对于5nm倾斜、2nm倾斜，都能够大致推定出实际的形状。
<实施方式4>
在以上的实施方式中，说明了推定样本6具有的孔的截面形状的例子。在本发明的实施方式4中，说明推定存在于样本6的内部的空洞(void)的截面形状的例子。带电粒子射线装置的结构与实施方式1同样，因此，以下主要说明推定步骤。
图13是表示空洞图形的例子的侧截面示意图。SEM观察样本表面的凹凸，一般难以检查、测量存在于样本6的内部的空洞。在该情况下，也与实施方式1～3同样地，对样本6的表面赋予带电，通过观察能量辨别图像，能够推定空洞形状。具体地说，使用能量辨别器9辨别二次电子7，由此测量样本6表面的电位，根据表面上的各部位之间的电位差，能够推定空洞的平面位置。
图14是样本6表面的电位分布图。如果如图13所示，对具有空洞的样本6实施预带电，对表面赋予正带电，则下层有空洞的地方的电位比其他部位的电位高，在样本6表面上的各部位之间产生电位差。二次电子7具有被释放的位置的能量作为偏移量，因此通过在检测二次电子7时进行能量辨别，能够在观察图像中增强下层有空洞的区域的对比度。在该情况下，下层没有空洞的区域的亮度成为基准，可以将亮度比该基准亮度高预定阈值以上的区域看作为空洞的平面大小。
图15是举例示出空洞的深度方向的大小和样本表面的电位差之间的对应关系的图表。即使空洞在水平方向上的大小相同，图14所示的表面电位差也与空洞的深度方向的大小对应地不同。即，空洞的深度方向的大小越大，则样本表面上的下层存在空洞的部位的电位与下层不存在空洞的部位的电位之间的差值越大。预先通过实验或模拟分析等取得图15所示的对应关系，由此能够推定空洞的深度方向的大小。
<实施方式4：总结>
本实施方式4的带电粒子射线装置使用能量辨别器9对样本6的每个部位测量表面电位，将下层不存在空洞的电位分布作为基准图形，与测量结果进行比较，由此能够推定空洞的平面形状。进而，通过预先取得表面电位差和空洞的深度方向大小之间的对应关系，能够推定空洞的深度方向大小。
<实施方式5>
图16是本发明的实施方式5的截面形状推定系统的结构图。扫描电子显微镜的控制装置具有以下的功能等：(a)控制扫描电子显微镜的各部的功能；(b)根据检测出的二次电子7形成样本6的观察图像的功能；(c)从各图像导出图形的边沿位置的功能；(d)在多个图像之间导出边沿位置的变化量的功能。也可以使与控制装置分别地设置的运算装置实施这些功能的运算处理的一部分或全部。在本实施方式5中，说明后述的运算处理装置803实施该运算处理的结构例子。
图16的截面形状推定系统具备SEM主体801、控制装置802、运算处理装置803。SEM主体801是实施方式1～4的带电粒子射线装置。运算处理装置803具备运算处理部804和存储器805。运算处理部804向控制装置802供给预定的控制信号，处理SEM主体801取得的信号。存储器805存储所取得的图像数据、制法(描述了测量条件等的数据)、描述了在实施方式1～4中说明的基准图形的数据、在图15中说明的数据等。也可以一体地构成控制装置802和运算处理装置803。
偏转器4使电子射线2进行扫描。检测器8捕捉从样本6释放的二次电子7。内置于控制装置802的A/D变换器将检测器8输出的检测信号变换为数字信号。运算处理装置803具备CPU(中央处理单元)等运算处理硬件，通过由该硬件对检测信号进行运算处理而实现各功能。
运算处理部804具备测定条件设定部808、特征量运算部809、设计数据提取部810、截面形状推定部811。测定条件设定部808根据通过输入装置813输入的测定条件等，设定偏转器4的扫描条件等测定条件。特征量运算部809根据图像数据求出通过输入装置813输入的ROI(关注区域)内的轮廓。设计数据提取部810依照通过输入装置813输入的条件，从设计数据存储介质812读出设计数据，根据需要从向量数据变换为布局数据。截面形状推定部811使用特征量运算部809求出的各能量辨别图像，通过在实施方式1～4中说明的方法推定样本6的截面形状。
运算处理部804及其各功能部，既可以使用实现其功能的电路设备等硬件构成，也可以通过由运算装置执行实现其功能的软件来构成。
输入装置813经由网络与运算处理装置803连接，向操作者提供显示样本6的观察图像、截面形状的推定结果等的GUI(图形用户界面)(后述的图17～图19)。例如也可以作为三维图而同时显示图像数据、设计数据。
图17是输入装置813显示的GUI的例子。操作者设定图像的图形深度(patterndepth)。操作者进而通过指定从样本底部看的截面高度(View height)，能够观察任意深度的XY截面图像。
运算处理装置803推定样本6的三维构造，因此还能够如图17右下的图像那样，对样本6整体进行三维显示。能够通过鼠标指针任意地旋转右下的三维图像。还能够从右下图的三维像指定截面高度(View height)。如果在XY截面像内指定了二维区域，则在图17的右上栏(截面形状窗口)中显示推定该区域内的截面形状(XZ或YZ截面)的结果。在截面形状窗口中，如果将鼠标光标移动到任意的位置，则显示光标所指定的地方的深度和侧壁的倾斜角度。能够赋予名称地保存所制作的图像和截面形状波形。
图18是对推定出的截面形状进行图形分类的GUI的例子。运算处理装置803除了根据预先设定的图形形状(直、正锥体、倒锥体、倾斜、弓状)以外，还根据用户编辑的任意形状模型对截面形状进行分类。对每个图形，在图18右侧的SEM图像上显示分类结果。能够将分类结果保存为图像或文本数据。
图19是用户编辑截面形状模型的GUI的例子。在模型编辑区域上，通过用鼠标点击图形的顶点，能够将闭合空间设定为图形。或者，通过在模型编辑区域上配置图19左侧所示的形状模板并组合，也能够设定形状。能够保存编辑后的形状模型，也能够读入过去制作的模型而编辑。
<本发明的变形例子>
本发明并不限于上述实施方式，包含各种变形例子。例如，为了容易理解地说明本发明而详细说明了上述实施方式，并不一定限于具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够向某实施方式的结构追加其他实施方式的结构。另外，能够对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。
在以上实施方式中，以一次电子到达样本6的底部为前提。因此，带电粒子射线装置也可以根据图形大小(孔径、槽宽度等)和图形深度，在求出各加速条件下的一次电子的偏转量时，导出一次电子能够到达图形底部的加速电压的范围。进而，也可以在实施方式5所说明的GUI上提示该加速电压范围、最优的加速条件的组合。在即使变更加速条件，电子射线2也不到达图形底的情况下，也可以使电子射线2自身倾斜(tilt)。在使电子射线2倾斜的情况下，根据照射倾斜了的电子射线而得到的基准图形的图像推定样本6的截面形状即可。
在实施方式1～4中说明的各处理既可以在带电粒子射线装置自身具备的运算装置(例如控制装置802)上实施，也可以是带电粒子射线装置自身只取得检测信号，而由其他运算装置(例如运算处理装置803)取得描述了该检测信号的数据并实施该处理。各运算装置实施的处理既可以使用实现该运算处理的电路设备等硬件来实施，也可以通过由运算装置执行实现该运算处理的软件来实施。
附图标记说明
1：电子枪；2：电子射线；3：聚束透镜；4：偏转器；5：物镜；6：样本；7：二次电子；8：检测器；801：SEM主体；802：控制装置；803：运算处理装置；804：运算处理部；805：存储器；808：测定条件设定部；809：特征量运算部；810：设计数据提取部；811：截面形状推定部；812：设计数据存储介质；813：输入装置。
Claims (12)
1.一种带电粒子射线装置，其向样本照射带电粒子射线，其特征在于，具备：
带电粒子源，其射出上述带电粒子射线；
检测器，其检测通过向上述样本照射上述带电粒子射线而产生的带电粒子，输出表示其强度的检测信号；
能量辨别器，其在上述检测器检测上述带电粒子之前，根据上述带电粒子具有的能量辨别上述带电粒子；
运算器，其使用上述检测器输出的上述检测信号，推定上述样本的截面形状；以及
存储部，其存储上述检测器针对基准样本输出的上述检测信号作为基准图形，
上述运算器按上述能量辨别器的分别不同的每个辨别条件，取得上述检测信号，
上述运算器通过对按上述每个辨别条件取得的上述检测信号和上述基准图形进行比较，推定上述样本的截面形状。
2.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述基准图形按上述基准样本的深度方向的每个位置描述了上述基准样本的截面形状的边沿部分的位置，
上述能量辨别器构成为能够依照上述辨别条件选择性地辨别从上述样本的深度方向的特定位置得到的上述带电粒子，
上述运算器通过按不同的每个上述辨别条件取得上述检测信号，而按与上述辨别条件对应的上述样本的深度方向的每个位置，取得上述样本的截面形状的边沿部分的位置，
上述运算器通过按上述样本的深度方向的每个位置比较上述基准样本的截面形状的边沿部分的位置和上述样本的截面形状的边沿部分的位置，推定上述样本的截面形状。
3.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述运算器按上述样本的深度方向的每个位置，取得上述带电粒子射线的偏转量由于改变上述带电粒子射线的加速电压而变化的变化量，作为上述基准图形，
上述运算器针对上述带电粒子射线的分别不同的加速电压，按上述样本的深度方向的每个位置，取得上述样本的截面形状的边沿部分的位置，
上述运算器按上述样本的深度方向的每个位置，对上述基准图形描述的上述变化量和按上述不同的每个加速电压取得的上述样本的截面形状的边沿部分的位置进行比较，由此推定上述样本的截面形状。
4.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述基准图形描述了使内部不具有空洞的上述基准样本带电时的上述基准样本的表面的电位分布，
上述能量辨别器构成为能够依照上述辨别条件选择性地辨别在上述样本的表面上从具有特定电位的位置产生的上述带电粒子，
上述运算器通过对上述基准图形描述的电位分布和上述每个辨别条件的上述检测信号进行比较，推定存在于上述样本的内部的空洞在上述样本的表面上的位置。
5.根据权利要求4所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述存储部存储有空洞大小数据，该空洞大小数据按上述空洞在深度方向上的每个大小，描述将上述空洞投影到上述样本的表面的位置处的电位与上述样本的表面上的投影的上述位置以外的位置处的电位之间的差值，
上述运算器通过对上述空洞大小数据描述的上述差值和上述每个辨别条件的上述检测信号进行比较，推定存在于上述样本的内部的空洞的深度方向的大小。
6.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述带电粒子源通过向上述样本照射上述带电粒子射线，使得在上述样本的深度方向上产生电位差，
上述基准图形描述了上述带电粒子射线由于上述基准样本的表面和底之间的电位差而偏转的偏转量，
上述运算器通过对上述带电粒子射线偏转的偏转量和上述基准图形描述的偏转量进行比较，推定上述样本的截面形状。
7.根据权利要求4所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述样本具有孔，
上述带电粒子射线装置还具备：偏转器，其使上述带电粒子射线偏转，
上述偏转器使上述带电粒子射线偏转，使上述带电粒子射线向上述样本入射的入射角倾斜，由此向上述孔的底部照射上述带电粒子射线。
8.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述运算器生成表示上述样本的截面形状的图像，
上述带电粒子射线装置还具备：显示部，其显示上述样本的截面形状的图像。
9.根据权利要求8所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述运算器使用上述带电粒子射线的加速电压，计算上述带电粒子射线偏转的偏转量，
上述运算器使用上述偏转量和上述样本的深度方向的大小，计算上述带电粒子射线能够到达上述样本的底部的上述加速电压的范围，
上述显示部显示上述运算器计算出的上述加速电压的范围。
10.根据权利要求8所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述运算器通过按上述样本的深度方向的每个位置推定上述样本的截面形状，推定上述样本的三维形状，
上述显示部显示上述运算器推定出的上述样本的三维形状。
11.根据权利要求8所述的带电粒子射线装置，其特征在于，
上述运算器将上述样本的截面形状分类为锥形形状、倒锥形形状、弓状形状、倾斜形状或上述带电粒子射线装置的用户定义的形状的任意一个，
上述显示部显示上述运算器的上述分类的结果。
12.一种截面形状推定程序，其使计算机执行推定样本的截面形状的处理，其特征在于，使上述计算机执行以下步骤：
取得检测信号数据的步骤，上述检测信号数据描述了表示通过向上述样本照射带电粒子射线而产生的带电粒子的强度的检测信号；
读取基准图形的步骤，上述基准图形描述了表示通过向上述样本照射带电粒子射线而产生的带电粒子的强度的检测信号；以及
使用上述检测信号数据和上述基准图形来推定上述样本的截面形状的步骤，
上述检测信号数据描述了在检测上述带电粒子之前由能量辨别器根据上述带电粒子具有的能量辨别上述带电粒子，然后由检测器检测上述带电粒子射线而取得的上述检测信号，
在上述推定步骤中，使计算机通过比较按上述能量辨别器的分别不同的每个辨别条件取得的上述检测信号和上述基准图形来推定上述样本的截面形状。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005183369A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-07-07 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料の観察方法及びその装置 |
| JP2007227618A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Hitachi High-Technologies Corp | 半導体プロセスモニタ方法およびそのシステム |
| JP2010175249A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料高さ測定方法及び試料高さ測定装置 |
| JP2014238982A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 電子線検査装置及び電子線検査方法 |
| CN107004555A (zh) * | 2014-11-28 | 2017-08-01 | 株式会社日立高新技术 | 带电粒子束装置 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61290312A (ja) | 1985-06-19 | 1986-12-20 | Hitachi Ltd | 断面形状測定装置 |
| JPH1167139A (ja) * | 1997-08-25 | 1999-03-09 | Hitachi Ltd | 走査電子顕微鏡 |
| JP2004534360A (ja) * | 2001-06-15 | 2004-11-11 | 株式会社荏原製作所 | 電子線装置及びその電子線装置を用いたデバイスの製造方法 |
| US6853143B2 (en) * | 2002-01-09 | 2005-02-08 | Ebara Corporation | Electron beam system and method of manufacturing devices using the system |
| US7164128B2 (en) | 2003-11-25 | 2007-01-16 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method and apparatus for observing a specimen |
| DE602005006967D1 (de) * | 2005-03-17 | 2008-07-03 | Integrated Circuit Testing | Analyse-System und Teilchenstrahlgerät |
| WO2008015973A1 (fr) | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Nikon Corporation | Appareil de détection de défauts et procédé de détection de défauts |
| WO2008101714A2 (en) * | 2007-02-22 | 2008-08-28 | Applied Materials Israel, Ltd. | High throughput sem tool |
| US9202667B2 (en) * | 2009-02-19 | 2015-12-01 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle radiation device with bandpass detection |
| JP5787746B2 (ja) * | 2011-12-26 | 2015-09-30 | 株式会社東芝 | 信号処理方法および信号処理装置 |
| EP2654068B1 (en) * | 2012-04-16 | 2017-05-17 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Switchable multi perspective detector, optics therefore and method of operating thereof |
| EP2654069B1 (en) * | 2012-04-16 | 2016-02-24 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Multi channel detector, optics therefore and method of operating thereof |
| JP6295027B2 (ja) * | 2013-04-03 | 2018-03-14 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置およびそれを用いた計測方法 |
| US20140361164A1 (en) | 2013-06-07 | 2014-12-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electron beam inspection apparatus |
| JP6267529B2 (ja) * | 2014-02-04 | 2018-01-24 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置及び画像生成方法 |
| KR101958209B1 (ko) | 2015-01-28 | 2019-05-22 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 하전입자선 장치 |
| CN107850617A (zh) * | 2015-08-26 | 2018-03-27 | 株式会社日立高新技术 | 自动分析装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005183369A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-07-07 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料の観察方法及びその装置 |
| JP2007227618A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Hitachi High-Technologies Corp | 半導体プロセスモニタ方法およびそのシステム |
| JP2010175249A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料高さ測定方法及び試料高さ測定装置 |
| JP2014238982A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 電子線検査装置及び電子線検査方法 |
| CN107004555A (zh) * | 2014-11-28 | 2017-08-01 | 株式会社日立高新技术 | 带电粒子束装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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