CN111699540A - 扫描电子显微镜的自动对焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用隔行扫描的扫描电子显微镜的自动对焦技术。扫描电子显微镜的自动对焦方法如下：一边使电子束的扫描位置在与扫描方向垂直的方向上错开规定的多个像素，一边用电子束反复扫描所述试样，由此生成在试样的表面上形成的图案(160)的间隔剔除图像，一边改变所述电子束的焦点位置和照射位置，一边多次执行生成所述图案(160)的间隔剔除图像的工序，由此生成所述图案(160)的多个间隔剔除图像，计算所述多个间隔剔除图像的每个的多个清晰度，根据所述多个清晰度确定最佳焦点位置。

Description

扫描电子显微镜的自动对焦方法
技术领域
本发明涉及扫描电子显微镜的自动对焦技术，尤其涉及利用隔行扫描的自动对焦技术。
背景技术
扫描电子显微镜用于晶片表面上形成的布线图案的尺寸测量、布线图案的缺陷检测等晶片检查。扫描电子显微镜一般具有使电子束自动对焦在晶片表面上的自动对焦功能。图11是用于说明以往的自动对焦技术的示意图。如图11所示，扫描电子显微镜一边一点一点地偏移焦点位置一边生成多个图像，并计算每个图像的清晰度。更具体而言，扫描电子显微镜对各图像进行微分处理，并对图像上的图案边缘的清晰度进行计算。然后，扫描电子显微镜确定对应于最高清晰度的图像的焦点位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2007-109408号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，如图11所示，以往的自动对焦技术需要相当长的时间来生成多个图像。作为结果，晶片检查的吞吐量降低。另外，由于电子束对晶片反复照射来生成多个图像，因此形成晶片表面的膜(例如保护膜)带电。其结果为图像中出现的图案形状变形，亮度变得不均匀。
因此，本发明的目的在于提供一种能够在短时间内完成对焦调整，并且能够防止试样带电的方法。
解决问题的技术手段
在一个方式中，提供一种扫描电子显微镜的自动对焦方法，包括：一边使电子束的扫描位置在与扫描方向垂直的方向上错开规定的多个像素，一边用电子束反复扫描所述试样，由此生成在试样的表面上形成的图案的间隔剔除图像，一边改变所述电子束的焦点位置和照射位置，一边多次执行生成所述图案的间隔剔除图像的工序，由此生成所述图案的多个间隔剔除图像，计算所述多个间隔剔除图像的每个的多个清晰度，根据所述多个清晰度确定最佳焦点位置。
在一个方式中，通过改变施加到所述扫描电子显微镜的偏转器的电压而改变所述电子束的焦点位置。
在一个方式中，生成每个间隔剔除图像时的所述电子束的扫描范围涉及所述扫描电子显微镜的整个视野。
发明的效果
由于各间隔剔除图像由比普通图像少的像素构成，因此扫描电子显微镜可以在更短的时间内生成多个间隔剔除图像。因此，与以往的自动对焦技术相比，可以在更短的时间内完成对焦调整。更进一步地，由于多个间隔剔除图像是图案不同的部位的图像，所以在生成多个间隔剔除图像时，不会用电子束反复照射试样的相同部位。换句话说，电子束的扫描线不重叠。因此，可以防止试样带电并生成试样的精确图像。
附图说明
图1是表示具备扫描电子显微镜的图像生成系统的一个实施方式的示意图。
图2是说明生成图案的第1张的间隔剔除图像的工序的图。
图3是表示通过图2所示的工序生成的图案的间隔剔除图像的图。
图4是说明生成图案的第2张的间隔剔除图像的工序的图。
图5是表示通过图4所示的工序生成的图案的间隔剔除图像的图。
图6是说明生成图案的第3张的间隔剔除图像的工序的图。
图7是表示通过图6所示的工序生成的图案的间隔剔除图像的图。
图8是表示多个间隔剔除图像的图。
图9说明根据多个清晰度确定最佳焦点位置的工序的图。
图10是表示图1所示的计算机的一个实施方式的示意图。
图11是用于说明以往的自动对焦技术的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示具备扫描电子显微镜的图像生成系统的一个实施方式的示意图。如图1所示，图像生成系统包括：扫描电子显微镜100，其通过利用电子束在相互垂直的X方向和Y方向上扫描试样来生成图像；以及计算机150，其控制扫描电子显微镜的动作。扫描电子显微镜100具有：发出由一次电子(带电粒子)构成的电子束的电子枪111、使从电子枪111发射的电子束聚焦的聚焦透镜112、使电子束向X方向偏转的X偏转器113、使电子束向Y方向偏转的Y偏转器114、使电子束对焦在作为试样的一个例子的晶片124上的物镜115。
X偏转器113和Y偏转器114配置于物镜115的下方。在一个实施方式中，X偏转器113和Y偏转器114也可以配置于物镜115的上方。X偏转器113使电子束偏转的X方向和Y偏转器114使电子束偏转的Y方向相互垂直。
聚焦透镜112及物镜115与透镜控制装置116连接，聚焦透镜112及物镜115的动作由透镜控制装置116控制。该透镜控制装置116与计算机150连接。X偏转器113、Y偏转器114与偏转控制装置117连接，X偏转器113、Y偏转器114的偏转动作由偏转控制装置117控制。该偏转控制装置117也同样与计算机150连接。二次电子检测器130和反射电子检测器131与图像取得装置118连接。图像取得装置118被构成为将二次电子检测器130和反射电子检测器131的输出信号转换为图像。该图像取得装置118也同样与计算机150连接。
在试样室120内配置的XY载物台121与载物台控制装置122连接，XY载物台121的位置由载物台控制装置122控制。该载物台控制装置122与计算机150连接。用于将晶片124载置在试样室120内的XY载物台121上的试样运送装置140也同样与计算机150连接。
从电子枪111发射的电子束由聚焦透镜112聚焦后，一边通过物镜115聚焦，一边由X偏转器113和Y偏转器114偏转而照射到晶片124的表面。当电子束的一次电子照射晶片124时，从晶片124发射二次电子和反射电子。二次电子由二次电子检测器130检测，反射电子由反射电子检测器131检测。二次电子的检测信号和反射电子的检测信号被输入到图像取得装置118并被转换为图像。图像被发送到计算机150。
如上所述构成的图像生成系统具有使电子束自动对焦在形成于晶片124的表面的图案上的自动对焦功能。本实施方式的自动对焦功能利用隔行扫描。即，图像生成系统生成在晶片124上形成的图案的不同部位的多个间隔剔除图像，并且基于所获得的多个间隔剔除图像的清晰度确定最佳焦点位置。以下，对本实施方式的自动对焦功能进行说明。
从电子枪111发射的电子束由聚焦透镜112聚焦以后，一边由物镜115聚焦，一边由X偏转器113和Y偏转器114偏转以照射到晶片124的表面。此时，如图2所示，X偏转器113和Y偏转器114使电子束的扫描位置在与作为扫描方向的X方向垂直的Y方向上错开规定的多个像素，同时利用电子束在X方向上反复扫描晶片124上的图案160，从而生成如图3所示的图案160的间隔剔除图像。在图2所示的例子中，规定的多个像素是n个像素(n为自然数)。由于间隔剔除图像为通过在扫描电子显微镜100的视野165内以规定间隔扫描晶片124而获得，因此在间隔剔除图像中仅出现图案160的一部分。
生成图案160的间隔剔除图像时的电子束的扫描范围遍及扫描电子显微镜100的整个视野165。即，为了生成1张间隔剔除图像，如图2所示，电子束从预先设定的视野165的一端扫描到另一端。因此，生成1张间隔剔除图像时的电子束的扫描线均匀地分布在整个视野165中。由此，由于电子束的扫描范围涉及整个视野165，所以即使在图案160不在视野165的中心的情况下，也能够得到图案160的间隔剔除图像。在与视野165的大小相比图案160过小的情况下，通过减小表示向Y方向的扫描位置的移动距离(扫描间隔)的上述规定的多个像素(即n)的数量，能够可靠地生成图案160的间隔剔除图像。
扫描电子显微镜100进一步地通过一边改变电子束的焦点位置和照射位置，一边多次执行生成图案160的间隔剔除图像的工序，生成图案160的多个间隔剔除图像。更具体而言，扫描电子显微镜100通过一边使电子束的最初的扫描位置在Y方向上错开1个像素，并且一边改变电子束的焦点位置，一边反复执行生成图案160的间隔剔除图像的工序，生成图案160的多个间隔剔除图像。
图4是说明生成图案160的第2张的间隔剔除图像的工序的图。如图4所示，电子束的最初扫描位置在Y方向上移动1个像素。然后，与图2所示的工序同样，通过一边使电子束的扫描位置在Y方向上错开n个像素，一边用电子束在X方向上反复扫描晶片124上的图案160，而生成如图5所示的图案160的间隔剔除图像。从图2和图4的对比可知，在生成第1张间隔剔除图像的工序和生成第2张间隔剔除图像的工序中，电子束扫描图案160的不同部位。因此，图5所示的间隔剔除图像中出现的图案160的部位与图3所示的间隔剔除图像中出现的图案160的部位不同。
图6是说明生成图案160的第3张间隔剔除图像的工序的图。如图6所示，电子束的最初扫描位置在Y方向上进一步移动1个像素。并且，与图2和图4所示的工序同样，通过一边使电子束的扫描位置在Y方向上错开n个像素，一边用电子束在X方向上反复扫描晶片124上的图案160，而生成如图7所示的图案160的间隔剔除图像。图7所示的间隔剔除图像中出现的图案160的部位与图3和图5所示的间隔剔除图像中出现的图案160的部位不同。
通过一边改变电子束的焦点位置一边重复同样的工序，得到如图8所示的多个间隔剔除图像。当组合这些间隔剔除图像时，能够形成图案160重复出现的1张图像。像这样，生成图案160的不同部位的多个间隔剔除图像，并组合这些间隔剔除图像而得到1张图像的技术被称为隔行扫描。
在本实施方式中，当重复生成间隔剔除图像时，通过改变施加到X偏转器113和Y偏转器114的电压来改变电子束的焦点位置。更具体地说，在每次重复间隔剔除图像的生成时，计算机150向偏转控制装置117发出指令，使从偏转控制装置117向X偏转器113和Y偏转器114施加的电压发生变化。
X偏转器113和Y偏转器114通常以偏转电子束的目的而使用，但是X偏转器113和Y偏转器114还具有改变电子束的焦点位置的功能。即，在本实施方式中，在反复生成间隔剔除图像时，X偏转器113和Y偏转器114一边使电子束偏转，一边使电子束的焦点位置变化。之所以使用X偏转器113和Y偏转器114而不是物镜115来改变电子束的焦点位置，是因为X偏转器113和Y偏转器114能够快速响应所施加的电压的变化，与物镜115相比，能够快速改变电子束的焦点位置。
每次重复生成图案160的间隔剔除图像时，由于电子束的焦点位置改变，所以如图8所示，各个间隔剔除图像的清晰度不同。清晰度是表示图像中出现的图案160的边缘的清晰程度的指标。即，清晰度越高，电子束的焦点位置越接近图案表面。计算机150构成为计算多个间隔剔除图像中的每一个的多个清晰度，并且基于多个清晰度来确定最佳焦点位置。
图9是说明基于多个清晰度确定最佳焦点位置的工序的一个实施方式的图。计算机150在其内部预先存储图9所示的坐标系。坐标系的纵轴表示清晰度，横轴表示焦点位置。计算机150通过计算各间隔剔除图像中的像素之间的亮度差，并将所获得的差相加来计算各间隔剔除图像中的图案160的边缘的清晰度。计算机150在坐标系上绘制由多个间隔剔除图像的多个清晰度和对应的多个焦点位置而确定的多个点，作成多个点的近似曲线170，并且确定与近似曲线170的峰值点对应的焦点位置。该确定的焦点位置是最佳的焦点位置。计算机150向透镜控制装置116发出指令，使透镜控制装置116操作物镜115，以实现上述确定的焦点位置。
各间隔剔除图像由比如图11所示的普通的图像少的像素构成，因此扫描电子显微镜100能够以更短的时间生成多个间隔剔除图像。因此，能够以比以往的自动对焦技术更短的时间完成对焦调整。进一步地，由于多个间隔剔除图像是晶片124上的图案160的不同部位的图像，所以在生成多个间隔剔除图像时，晶片124的相同位置不会被电子束反复照射。换句话说，电子束的扫描线不重叠。因此，可以防止晶片124带电，并且可以生成试样的精确图像。
图10是表示计算机150的构成的示意图。计算机150具有：存储程序和数据等的存储装置1162；按照存储在存储装置1162中的程序进行运算的CPU(中央处理装置)等处理装置1120；用于将数据、程序以及各种信息输入到存储装置1162的输入装置1163；用于输出处理结果、处理后的数据的输出装置1140；用于与因特网等网络连接的通信装置1150。
存储装置1162具备：可访问处理装置1120的主存储装置1111和存储数据和程序的辅助存储装置1112。主存储器1111例如是随机存取存储器(RAM)，辅助存储器1112是如硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)之类的存储设备。
输入装置1163具备：键盘、鼠标，进一步地具备：用于从记录介质读入数据的记录介质读取装置1132和连接记录介质的记录介质端口1134。记录介质是作为非临时性有形物体的计算机可读记录介质，例如光盘(例如CD-ROM、DVD-ROM)或半导体存储器(例如USB闪存驱动器、存储卡)。作为记录介质读取装置1132的例子，举例为CD驱动器、DVD驱动器等光学驱动器、读卡器。作为记录介质端口1134的例子，举例为USB端子。电存储在记录介质中的程序和/或数据通过输入装置1163被导入计算机150，并被存储在存储装置1162的辅助存储装置1112中。输出装置1140具备：显示装置1164、打印装置1142。
上述的实施方式是为了使具有本发明所属技术领域的一般知识的人员能够实施本发明的目的而记载的。上述实施方式的各种变形例，对于本领域技术人员来说是理所当然的，本发明的技术思想也可以适用于其他实施方式。因此，本发明不限于所描述的实施方式，而是被解释为通过权利要求的范围定义的技术思想的最宽范围。
工业上的可用性
本发明可用于利用隔行扫描的扫描电子显微镜的自动对焦技术。
符号说明
100 扫描电子显微镜
111 电子枪
112 聚焦透镜
113 X偏转器
114 Y偏转器
115 物镜
116 透镜控制装置
117 偏转控制装置
118 图像取得装置
120 试样室
121 XY载物台
122 载物台控制装置
124 晶片
130 二次电子检测器
131 反射电子检测器
140 试样运送装置
150 计算机
160 图案
165 视野
170 近似曲线。

Claims (3)

1.一种扫描电子显微镜的自动对焦方法，其特征在于，
一边使电子束的扫描位置在与扫描方向垂直的方向上错开规定的多个像素，一边用电子束反复扫描试样，由此生成在所述试样的表面上形成的图案的间隔剔除图像，
一边改变所述电子束的焦点位置和照射位置，一边多次执行生成所述图案的间隔剔除图像的工序，由此生成所述图案的多个间隔剔除图像，
计算所述多个间隔剔除图像的每个的多个清晰度，
根据所述多个清晰度确定最佳焦点位置。
2.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，
通过改变施加到所述扫描电子显微镜的偏转器的电压而改变所述电子束的焦点位置。
3.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，
生成每个间隔剔除图像时的所述电子束的扫描范围涉及所述扫描电子显微镜的整个视野。
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