DE102005002537B4

DE102005002537B4 - Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen zum Messen eines Abbildungsvergrösserungsfehlers

Info

Publication number: DE102005002537B4
Application number: DE102005002537A
Authority: DE
Inventors: Mitsugu Hitachinaka Sato; Atsushi Hitachinaka Takane; Shigeto Hitachinaka Isakozawa; Takashi Hitachinaka Iizumi; Tatsuya Hitachinaka Maeda; Hiromi Hitachinaka Inada
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: US20050189501A1; DE102005002537A1; JP2005209488A; JP4231798B2; US7372047B2

Abstract

Vorrichtung für einen Strahl (4) geladener Teilchen, mit
einem optischen System (5–7), das den von einer Quelle (1–3) ausgesendeten Strahl (4) fokussiert und über ein Material (10) führt,
einem Detektor (13) zum Erfassen von von dem Material (10) abgegebenen Sekundärteilchen (12), und
einer Steuervorrichtung (40), die aus einer durch Erfassen der Sekundärteilchen (12) erzeugten Abbildung oder einem Linienprofil Informationen über eine Periode in dem Material erfasst und einen Abbildungsvergrößerungsfehler aufgrund der erfassten Periodeninformationen misst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (40) dann, wenn eine Perioden-Sättigungszahl, die durch Teilen der Gesamt-Pixelzahl der Abbildung durch die Pixelzahl der erfassten Periodeninformation erhalten wird, einen vorgegebenen Wert unterschreitet, Abbildungen mit einer aufgrund der Perioden-Sättigungszahl bestimmten Anzahl von verschiedenen Sichtfeldern aufnimmt, aus jeder der aufgenommenen Abbildungen eine Periode ermittelt, aus den so gewonnenen Periodeninformationen einen Mittelwert errechnet und diesen als repräsentativen Wert für die Periode nimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl gerichtet, mit der mit hoher Genauigkeit die tatsächliche Abbildungsvergrößerung bei der Abbildung eines Materials und eine Änderung der Abbildungsvergrößerung bei der Vorrichtung gemessen werden können und die auch in der Lage ist, die Abbildungsvergrößerung der Vorrichtung automatisch zu kalibrieren.
Bei den Vorrichtungen für einen geladenen Teilchenstrahl, die in der Regel als Rasterelektronenmikroskope (REM) bekannt sind, werden Strahlen aus geladenen Teilchen, die auf einen engen Strahl fokussiert wurden, über ein Material geführt, um die gewünschten Informationen (zum Beispiel ein Abbild des Materials) über das Material zu erhalten. Da eine solche Vorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl zum Messen der Breite von Mustern und der Dicke von Schichten bei Halbleiterelementen verwendet wird, ist es sehr wichtig, die Abbildungsvergrößerung dieser Vorrichtung mit hoher Genauigkeit zu kennen.
Um den Abbildungsvergrößerungsfehler zu messen, wird, wie in der 2A gezeigt, unter Verwendung eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung mit einer periodischen Struktur mit bekannter Teilung (Periode) als Nominalwert eine vergrößerte Abbildung dieses Bezugsmaterials aufgenommen. Die Teilung des Materials wird dann auf der Basis der aufgenommenen vergrößerten Abbildung gemessen. Der Unterschied zwischen diesem gemessenen Wert und dem nominellen Teilungswert wird dann als der Abbildungsvergrößerungsfehler verwendet. Um die Abbildungsvergrößerung einer Vorrichtung zu kalibrieren, wird ein Abbildungsvergrößerungs-Steuerparameter für diese Vorrichtung so eingestellt, dass dieser Abbildungsvergrößerungsfehler minimal wird. Bei einem Rasterstrahlmikroskop entspricht der Abbildungsvergrößerungs-Steuerparameter einem Koeffizienten zur Bestimmung der Beziehung zwischen der Abbildungsvergrößerung und der Strahl-Abtastbreite auf einem Material.
US 4,818,873 offenbart eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die nach dem obigen Prinzip arbeitet.
Ein Verfahren zum Ermitteln der Teilung in einem mittels Teilchenstrahl aufgenommenen Bild ist aus US 2002/0034338 A1 bekannt.
Im allgemeinen stellt der nominale Teilungswert eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung einen mittleren Teilungswert für das sich wiederholende Muster auf diesem Bezugsmaterial dar. Im Ergebnis wird, um eine Kalibrierung der Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit zu erhalten, die Teilung an wenigstens zehn verschiedenen Stellen auf dem Bezugsmaterial gemessen, und dann wird der Teilungsmesswert für die Abbildung aus dem Mittelwert dieser gemessenen Teilungswerte bestimmt.
Die 3A und 3B zeigen ein Beispiel für herkömmliche Teilungsmessverfahren. Wie in der 3A gezeigt, wird zum Messen der Teilung (L_m) eines Bezugsmaterials an einer Abbildung des Materials manuell ein Cursor auf die Positionen gesetzt, die der Teilung in der Abbildung des Materials entsprechen, die als digitale Abbildung aufgenommen wurde, und dann wird die Gesamtzahl der Pixel (N) zwischen den Cursorpositionen gezählt. Auf der Basis dieses Zählwertes (N_m) und der Pixelgröße (L_p) in der Abbildung des Materials wird die Teilung (L_m) mittels der folgenden Gleichung (1) berechnet: Lm = Nm·Lp (1).
Bei einem anderen Teilungsmessverfahren wird, wie in der 3B gezeigt, das folgende Messverfahren in der Praxis angewendet. Während ein Teilungsmessbereich in der Abbildung des Materials bezeichnet wird, wird aus dem Linienprofil zwischen den Teilungsmessbereichen ein Muster-Randabschnitt erfasst und dann die Teilung automatisch gemessen. Das Linienprofil ent spricht der Verteilung der Pixelwerte (der Helligkeit) längs entweder einer horizontalen Linie oder einer vertikalen Linie. Die Beziehung zwischen der Pixelgröße (L_p) und der Abbildungsvergrößerung (M) ist dabei wie folgt definiert: Lp = Kp/(Np·M) (2).
In dieser Gleichung (2) gibt das Symbol "Kp" die Anzeigegröße einer Abbildung an, um die Abbildungsvergrößerung korrekt anzuzeigen, und das Symbol "N_p" gibt die Gesamtzahl der Pixel an. Wenn zum Beispiel die Gesamtzahl der Pixel in einer aufgenommenen Abbildung gleich 640×480 Pixel und die Anzeigegröße der Abbildung gleich 128 mm × 96 mm ist, wird die Pixelgröße "L_p" bei einer Abbildungsvergrößerung von 10.000 zu 128 mm/(640 × 10.000) = 20 nm. Folglich tritt, wenn die Abbildungsvergrößerung "M" einen Fehler enthält, dieser Fehler als Fehler der Pixelgröße "L_p" in der Gleichung (2) in Erscheinung, so daß in der Abmessung (L_p) der Teilung, die mit der Gleichung (1) berechnet wird, ein Fehler entsteht.
Auf der Basis des Teilungsmeßwerts (L_m) und des nominalen Teilungswerts (L_s) für das Bezugsmaterial, das mit dem oben beschriebenen Meßverfahren gemessen wird, kann die Abweichung "ΔM" der Abbildungsvergrößerung für die Vorrichtung mit der folgenden Gleichung (3) berechnet werden: ΔM = (Lm/Ls) – 1 (3).
In einem Rasterstrahlmikroskop (REM) wird die folgende Beziehung (4) zwischen der Abbildungsvergrößerung (M) und der Strahlabtastbreite (L_b) auf einem Material wie folgt gebildet: M = Km/Lb (4).
Der Abbildungsvergrößerungskoeffizient "Km" wird im Steuerprogramm einer REM-Vorrichtung zum Steuern der Abbildungsvergrößerung (das heißt zum Steuern der Strahlabtastbreite) verwendet. Wenn in der obigen Gleichung (3) vor dem Kalibrieren hinsichtlich des Abbildungsvergrößerungskoeffizienten "K_m" die Abweichung der Abbildungsvergrößerung "ΔM" ist, kann mit der folgenden Gleichung (5) die Abbildungsvergrößerung der REM-Vorrichtung kalibriert werden: M = Km·(Lm/Ls)/Lb (5).
Mit anderen Worten entspricht eine solche Prozeßoperation zum Umwandeln des Wertes des zum Steuern der REM-Vorrichtung verwendeten Abbildungsvergrößerungskoeffizienten in "K_m·(L_m/L_s)" einer Kalibrierung der Abbildungsvergrößerung.
Bei einem Allzweck-Rasterelektronenmikroskop (REM), bei dem die Betriebsbereiche für die Beschleunigungsspannungen und WD (Working – Distance = Arbeitstand) größ sind, ist es technisch schwierig, die Abbildungsvergrößerung über den ganzen Betriebsbereich mit hoher Genauigkeit zu steuern. Als Folge davon wird die Genauigkeit der Abbildungsvergrößerung für diese Allzweck-REM-Vorrichtung auf ±10% gesetzt. Im Ergebnis muß die Kalibrierung der Abbildungsvergrößerung für jede Bedingung der Vorrichtungsverwendung, wie die Beschleunigungsspannung und WD, ausgeführt werden, um Beobachtungen und Meßvorgänge für Abmessungen bei einer solchen Allzweck-REM-Vorrichtung mit einer hohen Genauigkeit ausführen zu können.
Die JP-A-2000-323081 beschreibt zum Beispiel eine technische Idee für ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Dabei werden zwei Lagen mit verschiedenen Abbildungen miteinander verglichen, um den Abbildungsvergrößerungsfehler für die TEM-Vorrichtung zu messen.
Zum Messen von Abmessungen in Halbleiterelementen ist eine hohe Genauigkeit (von etwa ±1%) erforderlich. Wenn eine solche Meßoperation mit hoher Genauigkeit mit einem Allzweck-REM ausgeführt wird, ist deshalb für jede Verwendungsbedingung, wie die Beschleunigungsspannung und WD, eine Kalibrierung der Abbildungsvergrößerung notwendig. Zum Kalibrieren der Abbildungsvergrößerung muß bei den oben beschriebenen herkömmlichen Techniken die Teilung an vielen Stellen auf dem Bezugsmaterial gemessen werden. Da diese Messarbeit manuell durchgeführt wird, können menschliche Fehler und Messfehler nicht ganz vermieden werden, so dass das folgende Problem auftritt. Auf der Benutzerseite kann die Abweichung der Abbildungsvergrößerung nicht einfach mit hoher Genauigkeit gemessen werden, und die Kalibrierung der Abbildungsvergrößerung kann nicht einfach mit hoher Genauigkeit vom Nutzer ausgeführt werden.
Bei der in der JP-A-2000-323081 beschriebenen bekannten technischen Idee müssen vorab Abbildungen unter Verwendung des gleichen Materials und auch unter den gleichen optischen Bedingungen aufgenommen werden, die eine Bezugsabbildung bilden. Ein weiteres Problem liegt darin, dass mühsame Operationen ausgeführt werden müssen, und dass außerdem wegen des durch Alterungseffekte ausgeübten negativen Einflusses auf die Vorrichtungsbedingungen kaum Messvorgänge mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden können.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Überwindung der oben beschriebenen Probleme der herkömmlichen Techniken gemacht, sie hat demnach zur Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Änderung in der Abbildungsvergrößerung in einer aufgenommenen Abbildung eines Bezugsmaterials zur Bestimmung der Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann und mit dem bzw. mit der auch eine Korrektur der Änderung in der Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit erfolgen kann, und zwar auch dann, wenn der vergrößerte Abbildungsbereich nur eine geringe Periodizität aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der in Anspruch 1 definierten Vorrichtung erreicht.
Die Änderung in der Abbildungsvergrößerung wird aus der aufgenommenen REM-Abbildung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung erhalten, so dass eine Kalibrierung der Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit automatisch ausgeführt werden kann. Die optimalen Abbildungsbedingungen für den Messvorgang der Abbildungsvergrößerung können in Reaktion auf den nominalen Teilungswert des Bezugsmaterials automatisch so eingestellt werden, dass die Abbildung aufgenommen werden kann. Da bei dem Messvorgang für die Abbildungsvergrößerung eine Autokorrelationsfunktion und ein FFT-Verfahren angewendet werden, können die gemessenen Informationen über. die Teilung zu dem mittleren Teilungswert für die ganze Abbildung werden, so dass mit hoher Zuverlässigkeit ein Ergebnis erhalten werden kann, das für den nominalen Teilungswert des Bezugsmaterials bestens geeignet ist.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Rasterelektronenmikroskops für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung.
2A und 2B sind Darstellungen, die beispielhafte REM-Abbildungen eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung zeigen.
3A und 3B sind Darstellungen, die das herkömmliche Messverfahren für die Abmessung einer Teilung zeigen.
4 ist ein Flußdiagramm für den Prozeßablauf bei einem Verfahren zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers unter Verwendung einer Autokorrelationsfunktion.
5 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für ein Ergebnis der Verarbeitung der Autokorrelationsfunktion, das mit der REM-Abbildung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung erhalten wird.
6 ist ein Flußdiagramm für den Prozeßablauf bei einem Verfahren zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers unter Verwendung einer FFT-Transformation.
7 zeigt die REM-Abbildung eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung, die bei dem Beispiel der FFT-Transformation verwendet wird.
8 ist die Darstellung eines Beispiels für ein Ergebnis, das durch eine FFT-Transformation der REM-Abbildung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung erhalten wird.
9 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Teilungsmeßfehler und der Anzahl der Teilungspixel, die durch die Autokorrelationsfunktion und die FFT-Transformation verarbeitet werden.
10 ist die Darstellung eines Beispiels für ein hochgenaues Teilungsmeßverfahren für den Fall, daß die REM-Abbildung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung eine kleine Menge an Teilungsinformationen enthält (d. h. wenn die Abbildungsvergrößerung hoch ist).
11A und 11B sind beispielhafte Darstellungen für ein Verfahren zum Erfassen sowohl einer REM-Abbildung als auch einer Verschiebung der Rotationsrichtung, wenn das Muster eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung in der Rotationsrichtung verschoben ist.
12 ist eine Blockdarstellung für das Umschalten der Abbildungsvergrößerungsbereiche des REM.
Anhand von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt nun eine Beschreibung von technischen Ideen zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers durch Aufnehmen von Autokorrelationsfunktionen aus digitalen Abbildungen von Bezugsmaterialien für die Abbildungsvergrößerung, die periodische Strukturen zeigen, um die Spitzenwerte der Korrelationswerte zu erfassen, und auch von technischen Ideen zum Erfassen von den Perioden entsprechenden Raumfrequenzen durch eine FFT-Transformation von Abbildungen.
Es erfolgt auch eine Beschreibung der technischen Idee, daß, wenn eine Periode (Teilung) in einer Abbildung größer ist als ein vorgegebener Wert, die Informationen über die Periode durch ein Autokorrelationsverfahren ermittelt werden, während, wenn die Periode (Teilung) in einer Abbildung kleiner ist als der vorgegebene Wert, die Informationen über die Periode durch ein FFT-Transformationsverfahren ermittelt werden. Es erfolgt des weiteren eine Beschreibung der technischen Idee, daß, wenn eine Zahl für die Periode (das heißt die Gesamtzahl an Mustern) in einer Abbildung kleiner ist als eine vorgewählte Zahl, eine Anzahl von Materialabbildungen mit verschiedenen Sichtfeldern des Materials aufgenommen wird; aus den jeweiligen Informationen für die Periode, die aus der Anzahl der aufgenommenen Materialabbildungen erhalten werden, ein Mittelwert berechnet wird; und daß dann dieser berechnete Mittelwert als repräsentativer Wert für die Periode verwendet wird.
Es erfolgt außerdem eine Beschreibung einer technischen Idee zum Berechnen der Änderung der Abbildungsvergrößerung bei einer Vorrichtung zum Anzeigen der Änderung der Abbildungsvergrößerung und eine Beschreibung einer technischen Idee zum Kalibrieren der Änderung der Abbildungsvergrößerung. Dabei wird ein nomineller Wert für die Periode (ein bekannter Wert für die Periode) für ein Bezugsmaterial in eine Vorrichtung eingegeben; an einer Steuereinheit der Vorrichtung wer den Informationen über die Abbildungsvergrößerung und die Pixelgröße der Vorrichtung ermittelt; und die Änderung der Abbildungsvergrößerung für die Vorrichtung wird auf der Basis von Informationen über entweder die ermittelte Abbildungsvergrößerung oder die ermittelte Pixelgröße, die erfaßten Informationen über die Periode und den nominalen Wert für die Periode des Materials berechnet; und dann wird die berechnete Änderung der Abbildungsvergrößerung angezeigt und kalibriert.
Es erfolgt auch eine Beschreibung einer technischen Idee zum Erfassen, ob eine Abbildung in Ordnung ist, die zum Messen oder zum Kalibrieren der Abbildungsvergrößerung aufgenommen wurde, wobei in der aufgenommenen Abbildung die Richtung (Rotation) eines Musters festgestellt wird; und wenn die erfaßte Richtung des Musters nicht eine vorgegebene Bedingung erfüllt, wird eine Warnung ausgegeben. Es erfolgt darüber hinaus eine Beschreibung einer technischen Idee zum Steuern einer Vorrichtung derart, daß die Richtung des gedrehten Musters für eine erneute Aufnahme der Abbildung korrigiert wird, das heißt es erfolgt eine Steuerung der Strahlabtastrichtung oder eine Steuerung der Rotationsrichtung eines Probentisches.
Schließlich erfolgt noch eine Beschreibung einer technischen Idee zum Bestimmen einer zum Messen geeigneten Gesamtzahl an Pixeln und einer geeigneten Abbildungsvergrößerung zum Kalibrieren der Abbildungsvergrößerung aus sowohl einem Abbildungsvergrößerungsbereich, der einen nominellen Teilungswert bildet, und einem Meßobjekt des Bezugsmaterials sowie einem Pixelanzahl-Auswahlbereich für eine aufgenommene Abbildung.
Anhand der Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Rasterelektronenmikroskop wird von einer Hochspannungs-Steuer-Stromversorgung 20, die von einem Computer 40 gesteuert wird, zwischen eine Kathode 1 und eine erste Anode 2 eine Spannung angelegt, und durch einen vorgegebenen Emissionsstrom wird von der Kathode 1 ein Primärelektronenstrahl 4 abgegeben. Zwischen die Kathode 1 und eine zweite Anode 3 wird von der Hochspannungs-Steuer-Stromversorgung 20 unter der Kontrolle des Computers 40 eine Beschleunigungsspannung angelegt, mit der der von der Kathode 1 emittierte Primärelektronenstrahl 4 beschleunigt wird, und der beschleunigte Primärelektronenstrahl 4 wird zu einem nachgeordneten Linsensystem geführt. Der Primärelektronenstrahl 4 wird von einer ersten Kondensorlinse 5 fokussiert, die von einer Steuer-Stromversorgung 21 für die erste Kondensorlinse gesteuert wird, an einer Aperturplatte 8 wird der unnötige Bereich des Primärelektronenstrahls 4 entfernt, und danach wird der verbleibende Primärelektronenstrahl 4 durch sowohl eine zweite Kondensorlinse 6, die von einer Steuer-Stromversorgung 22 für die zweite Kondensorlinse gesteuert wird, als auch einer Objektivlinse 7, die von einer Steuer-Stromversorgung 23 für die Objektivlinse gesteuert wird, auf einem Material 10 zu einem sehr feinen Punkt fokussiert. Für die Objektivlinse 7 können verschiedene Linsenarten verwendet werden, zum Beispiel eine Linse vom Innenlinsentyp, vom Außenlinsentyp, vom Schnorcheltyp und dergleichen. Auch kann eine Objektivlinse vom Verzögerungstyp verwendet werden, wobei an das Material eine negative Spannung angelegt wird, um den Primärelektronenstrahl abzubremsen. Außerdem können die jeweiligen Linsen als Linsen vom elektrostatischen Typ angeordnet werden, die von einer Anzahl von Elektroden gebildet werden.
Von einer Abtastspule 9, die von einer Steuer-Stromversorgung 24 für die Abbildungsvergrößerung gesteuert wird, wird der Primärelektronenstrahl 4 zweidimensional über das Material 10 geführt. Ein Sekundärsignal 12 wie die Sekundärelektronen, die beim Einstrahlen des Primärelektronenstrahls auf das Material 10 entstehen, wird zum oberen Teil der Ob jektivlinse 7 geführt und danach durch eine E×B-Vorrichtung 11 für gekreuzte elektrostatische und magnetische Felder zum Abtrennen des Sekundärsignals von den Primärelektronen getrennt, woraufhin das abgetrennte Sekundärsignal an einem Sekundärsignaldetektor 13 erfaßt wird. Nach dem Verstärken des vom Sekundärsignaldetektor 13 erfaßten Signals in einem Signalverstärker 14 wird das verstärkte Signal zu einem Bildspeicher 25 übertragen, um als Materialabbildung auf einer Abbildungs-Anzeigevorrichtung 26 angezeigt zu werden.
Da an der gleichen Stelle wie die Abtastspule 9 zwei Stufen von Ablenkspulen (Bildverschiebungsspulen) 51 angeordnet sind, die von einer Steuer-Stromversorgung 31 für die Strahlposition gesteuert werden, kann der Abtastbereich (das visuelle Beobachtungsfeld) des Primärelektronenstrahls 4 zweidimensional bewegt werden.
Ein Tisch 15 kann das Material 10 in wenigstens zwei Richtungen (die X-Richtung und die Y-Richtung) in einer zum Primärelektronenstrahl senkrechten Ebene bewegen.
Eine Eingabevorrichtung 42 dient zum Bezeichnen der Abbildungs-Aufnahmebedingungen (Abtastgeschwindigkeit, Beschleunigungsspannung, Vergrößerung, Pixelzahl usw.) und auch zum Bezeichnen der Ausgabe und der Speicherung von Abbildungen. Die gewonnenen Abbildungsdaten, die angegebenen Beobachtungsbedingungen und dergleichen werden in einer Speichervorrichtung 41 gespeichert.
[AUSFÜHRUNGSFORM 1]
Anhand der 4 und 5 erfolgt eine genaue Beschreibung einer Ausführungsform 1, bei der die Änderung der Abbildungsvergrößerung unter Anwendung einer Autokorrelationsfunktion beim Betreiben des Rasterelektronenmikroskops der 1 gemessen wird.
Die 4 ist ein Flußdiagramm für den Prozeßablauf zum Messen eines Abbildungsvergrößerungsfehlers mittels der Autokorrelationsfunktion.
SCHRITT 1:
Die Bedingungen (Beschleunigungsspannung, WD, Abbildungsvergrößerung usw.) zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers und die Gesamtzahl der Pixel (Auflösung der Abbildung) zum Aufnehmen einer Abbildung werden eingestellt.
SCHRITT 2:
Es werden die Informationen (nomineller Teilungswert und Richtung zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers) für das Bezugsmaterial für die Abbildungsvergrößerung eingestellt, die zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers verwendet werden. Zum Beispiel kann im Fall des in der 2A gezeigten Maschen-Bezugsmaterials der Abbildungsvergrößerungsfehler sowohl in der X-Richtung als auch der Y-Richtung gemessen werden, da sowohl in der X-Richtung als auch der Y-Richtung periodische Strukturen vorhanden sind. Bei einem Bezugsmaterial wie der Mikroskala der 2B ist die Messung dagegen auf den Abbildungsvergrößerungsfehler in der Richtung senkrecht zur Musterrichtung beschränkt. Wenn vorab ein Bezugsmaterial oder eine Anzahl von Bezugsmaterialien bestimmt wurden, können die Informationen über das Material alternativ durch Anzeige einer Liste der Bezugsmaterialien auf einem Eingabeschirm zur Auswahl des gewünschten Bezugsmaterials aus der Liste eingestellt werden.
SCHRITT 3:
Es wird eine REM-(Rasterelektronenmikroskop)-Abbildung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung aufgenommen.
SCHRITT 4:
Es wird eine Autokorrelationsfunktion für die aufgenommene REM-Abbildung derart berechnet, daß die Position (Pixelzahl) erfaßt wird, an der ein Korrelationswert maximal wird. Die 5 zeigt graphisch ein Beispiel für eine Autokorrelationsfunktion in der X-Richtung unter Bezug auf die Abbildung des Maschen-Bezugsmaterials der 2A. Wenn bei diesem Beispiel die Maschenabbildung der 2A in der X-Richtung um 52 Pixel verschoben wird, wird ein Spitzenwert des Korrelationswerts festgestellt. Wenn eine Anzahl von Korrelationswerten vor/nach dem Spitzenwert des Korrelationswertes mittels einer nichtlinearen Interpolation, wie einer Sekundärfunktion, verarbeitet wird, kann die Position des Spitzenwerts mit einer Genauigkeit von besser oder gleich einem Pixel festgestellt werden. Die Autokorrelationsfunktion kann zwar auch über die ganze aufgenommene Abbildung ausgeführt werden, vorzugsweise wird die Autokorrelationsfunktion jedoch nur unter Verwendung eines Teils (zum Beispiel des mittleren Teils) der Abbildung durchgeführt. Wenn die Abbildungsvergrößerung klein ist und/oder die Abtastgeschwindigkeit des Strahls groß, ist es möglich, daß aufgrund von Verzerrungen bei der Strahlführung die Abbildungsvergrößerung im Randbereich der Abbildung etwas verschieden ist von der Abbildungsvergrößerung im Mittelteil der Abbildung. In diesem Fall sollte der Abbildungsvergrößerungsfehler anhand von Daten aus dem Mittenbereich der Abbildung gemessen werden. Im obigen Fall kann alternativ der folgende Meßvorgang ausgeführt werden: Bei geringer Abbildungsvergrößerung wird der Bildbereich zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers so gewählt, daß der Randbereich der Abbildung ausgeschlossen ist, während bei hoher Abbildungsvergrößerung entweder der ganze Bildbereich oder ein größerer Bildbereich wie bei der geringen Abbildungsvergrößerung als Bildbereich (vorgegebener Bereich) zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers gewählt wird. Im Ergebnis kann der Abbildungsvergrößerungsfehler unabhängig von der Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
SCHRITT 5:
Bei der Ausführungsform 1 ist die Gesamtzahl der Pixel für die Aufnahme der Abbildung gleich 640×480 Pixel, und die Pixelgröße wird bei einer Abbildungsvergrößerung von 400 (Beispiel der Maschenabbildung der 2A) auf der Basis der Beziehung zwischen der Pixelgröße und der Steuer-Abbildungsvergrößerung der Vorrichtung zu 0,5 μm. Als Ergebnis kann die Teilungsinformation, die mit der Autokorrelationsfunktion gemessen wird, wie folgt berechnet werden: 52 Pixel × 0,5 μm = 26,0 μm.
SCHRITT 6:
Auf der Basis des gemessenen Teilungswertes und des nominellen Teilungswertes des Schrittes 5 wird der Abbildungsvergrößerungsfehler berechnet. Bei der Ausführungsform 1 (Maschenmaterial der 2A) kann, da der nominale Teilungswert 25,4 μm ist, der Abbildungsvergrößerungsfehler wie folgt berechnet werden: (26,0 – 25,4)/25,4 = 0,024(2,4%).
SCHRITT 7:
Der im Schritt 5 berechnete Abbildungsvergrößerungsfehler wird an der Anzeigevorrichtung angezeigt. Wenn der Abbildungsvergrößerungsfehler größer ist als ein vorgegebener erlaubter Wert, kann alternativ an der Anzeigevorrichtung eine Warnung wie "Abbildungsvergrößerungsfehler übersteigt erlaubten Wert" angezeigt werden.
Mit dem Verfahren dieser Ausführungsform 1 zum Erfassen der Korrelationsbeziehung zwischen den Abbildungen in einem bestimmten Bereich kann der Abbildungsvergrößerungsfehler mit hoher Genauigkeit ohne menschliche Fehler und Meßfehler gemessen werden, da nicht mehr wie bei dem herkömmlichen Verfahren eine Messung der Teilung an vielen Stellen erforderlich ist, und außerdem kann der Abbildungsvergrößerungsfehler auf der Basis des hochgenauen Meßergebnisses für den Abbildungsvergrößerungsfehler kalibriert werden. Es ist anzumerken, daß der beschriebene Effekt, der durch die Ausführungsform 1 erreicht wird, nicht die technische Idee aus dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung ausschließt, daß eine Anzahl von Abbildungsvergrößerungsfehlern durch Erfassen einer Autokorrelationsfunktion für jeden einer Anzahl von Bereichen in einer Abbildung gemessen wird. Wenn zum Beispiel auf einem einzigen Bildschirm eine Anzahl von Bezugsmaterialien vorhanden ist, kann für jedes dieser Bezugsmaterialien ein vorgegebener Bereich festgelegt werden und für jeden der Bereiche eine Autokorrelationsfunktion berechnet werden, so daß alternativ eine Anzahl von Abbildungsvergrößerungsfehlern errechnet wird.
[AUSFÜHRUNGSFORM 2]
Anhand der 6 und 8 erfolgt nun eine genaue Beschreibung einer Ausführungsform, bei der der Abbildungsvergrößerungsfehler unter Verwendung einer FFT-Transformation mittels des Rasterelektronenmikroskops der 1 gemessen wird.
Die 6 ist ein Flußdiagramm für den Prozeßablauf zum Messen des Abbildungsvergrößerungsfehlers unter Verwendung der FFT-Transformation (Fast-Fourier-Transformation).
SCHRITT 11 bis SCHRITT 13:
Durch einen ähnlichen Vorgang wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 wird als Bezugsmaterial für die Abbildungsvergrößerung eine REM-Abbildung als digitales Bild aufgenommen.
SCHRITT 14:
Es wird die FFT-Transformation der aufgenommenen REM-Abbildung berechnet. Die 7 zeigt die REM-Abbildung (gesamte Pixelzahl: 640×480 Pixel) des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung, die bei der vorliegenden Ausführungsform 2 verwendet wird. Die Ausführungsform 2 umfaßt ein Beispiel, bei dem, während das in der 2B gezeigte Mikroskalenmaterial verwendet wird, der Abbildungsvergrößerungsfehler bei einer relativ geringen Abbildungsvergrößerung (5000 X) gemessen wird. Die FFT-Transformation kann über die ganze Abbildung ausgeführt werden oder alternativ durch Extrahieren nur des Abbildungsabschnitts in der Mitte der Abbildung mit einer Anzahl Pixel, die gleich einer Potenz von 2 ist. Im Falle der FFT-Transformation wird die Rechenzeit verkürzt, wenn die Gesamtzahl der Pixel gleich einer Potenz von 2 ist. Die 8 zeigt das Ergebnis der FFT-Transformation an den 256×256 Pixeln in der Mitte der REM-Abbildung der 7.
Anhand des in der 8 gezeigten Ergebnisses der FFT-Transformation können die Spitzenfrequenzen (das heißt sowohl der Punkt "A" (Frequenzkoordinaten: –21, –39) als auch der Punkt "B" (Frequenzkoordinaten: 21, 39)) berechnet werden. Sowohl für den Punkt A als auch den Punkt B ist der Absolutwert der Raumfrequenz gleich 44,3.
SCHRITT 15:
Auf der Basis der Spitzenfrequenzen und der Pixelgröße wird ein Meßwert für die Teilung berechnet.
Aus der im Schritt 14 erhaltenen Teilungsfrequenz (das heißt 44,3) kann das Teilungsmaß (Gesamtzahl der Pixel) zu 256/44,3 = 5,78 Pixel berechnet werden. Die Pixelgröße einer REM-Abbildung mit einer Abbildungsvergrößerung von 5000, die auf der Basis von 640×480 Pixeln aufgenommen wurde, ist gleich 0,04 μm. Im Ergebnis kann der Meßwert für die Teilung in diesem Fall zu 5,78 × 0,04 μm = 0,231 μm berechnet werden.
SCHRITT 16:
Auf der Basis des Meßwertes für die Teilung und des nominellen Wertes für die Teilung des Materials wird der Abbildungsvergrößerungsfehler berechnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 wird, da der nominelle Wert der Teilung des Bezugsmaterials (7) gleich 0,240 μm ist, der Abbildungsvergrößerungsfehler wie folgt berechnet: (0,231 – 0,240)/0,240 = –0,038(–3,8%).
SCHRITT 17:
Wie bei der Ausführungsform 1 wird der berechnete Abbildungsvergrößerungsfehler angezeigt.
[AUSFÜHRUNGSFORM 3]
Anhand der Ausführungsform 3 wird das folgende Verfahren erläutert. Aus der digitalen Abbildung wird dabei als Bezugsmaterial für die Abbildungsvergrößerung ein eindimensionales mittleres Linienprofil erzeugt, woraufhin die Teilung aus diesem Linienprofil mittels einer Autokorrelationsfunktion festgestellt wird.
Wenn als Bezugsmaterial die Mikroskala der 2B mit einer Musterstruktur in nur einer Richtung verwendet wird, werden die Linienprofile längs der zum Muster senkrechten Richtung längs der Richtung des Musters gemittelt, so daß ein einziges Linienprofil (das heißt ein mittleres Linienprofil) erstellt wird. Wenn dieses mittlere Linienprofil längs der zum Muster senkrechten Richtung verschoben wird und eine Autokorrelationsfunktion berechnet wird, treten die Positionen in Erscheinung, in denen der Spitzenwert des Korrelationswertes der Teilung des Musters entspricht. Mit diesem Verfahren kann mit hoher Reproduzierbarkeit die Teilung gemessen werden, auch wenn das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) einer Abbildung schlecht ist, und es ist im Vergleich zu der Rechenzeit für die Autokorrelationsfunktion einer zweidimensionalen Abbildung auch die Rechenzeit bei der vorliegenden Ausführungsform stark verkürzt.
[AUSFÜHRUNGSFORM 4]
Mit der Ausführungsform 4 wird anhand der 9 das folgende Verfahren erläutert. Wenn die Periode (in eine Pixelzahl umgewandelt) eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung kleiner ist als ein vorgegebener Wert und größer als dieser vorgegebene Wert hinsichtlich einer Pxelgröße (in eine Pixelzahl umgewandelt), wird zwischen verschiedenen Periodenerfassungsverfahren umgeschaltet.
Die 9 zeigt die Beziehung zwischen der Gesamtzahl an Pixeln, die in einer Abbildung eine Periode (Teilung) bilden, die Gegenstand einer Messung ist, und dem Maximalfehler, der auftritt, wenn die Periode mittels der Autokorrelationsfunktion und der FFT-Transformation erfaßt wird. Wie in der 9 gezeigt, ist bei der Autokorrelationsfunktion die Meßgenauigkeit um so besser, um so größer die Gesamtzahl der Pixel (Pixelzahl der Teilung) ist; die der Teilung entsprechen. Bei der FFT-Transformation nimmt dagegen die Meßgenauigkeit ab, wenn die Gesamtzahl der Pixel ansteigt und die Gesamtzahl der Perioden in der gesamten Abbildung abnimmt. Es sei nun die Pixelzahl für die Teilung, für die der maximale Meßfehler der Autokorrelationsfunktion und der FFT-Transformation zusammenfallen, gleich "N_c". Wenn die Teilung größer ist als diese Pixelzahl "N_c" für die Teilung, wird die Autokorrelationsfunktion angewendet, und wenn die Teilung kleiner ist als die Pixelzahl "N_c" für die Teilung, wird die FFT-Transformation angewendet, so daß der Meßfehler für die Teilung minimal gehalten wird. Der maximale Fehler (Erfassungsfehler für die Spitzenposition) tritt in Abhängigkeit vom Spitzenerfassungsverfahren auf, wenn die mit der Autokorrelation und der FFT-Transformation erfaßten Spitzenpositionen voneinander verschieden sind. Die Genauigkeit bei der Spitzenerfassung sei nun in beiden Fällen in der Pixelumwandlung die gleiche (zum Beispiel eine Genauigkeit von ±0,5 Pixel). Die Pixelzahl "N_c" für die Teilung, bei der der Maximalwert für den Meßfehler in beiden Fällen gleich ist, ist gegeben durch:
In dieser Gleichung (6) bezeichnet das Symbol "N_p" die Gesamtzahl der Pixel in einer gemessenen Abbildung.
Die Pixelzahl für die Teilung in einer aufgenommenen Abbildung kann aus dem nominellen Teilungswert für das Bezugsmaterial, die Abbildungsvergrößerung der Vorrichtung und auch der Gesamtpixelzahl der gemessenen Abbildung ermittelt werden. Wenn dieser ermittelte Wert mit der Pixelzahl "N_c" für die Teilung aus der Gleichung (6) verglichen wird, kann das geeignete Meßverfahren (das heißt das mit dem kleineren Meßfehler) unter der Autokorrelationsfunktion und der FFT-Transformation herausgesucht werden. Alternativ kann zuerst die Pixelzahl für die Teilung mit der Autokorrelationsfunktion gemessen werden und dann das eigentliche Erfassungsverfahren durch Vergleich dieser gemessenen Pixelzahl für die Teilung mit der oben angegebenen Pixelzahl "N_c" für die Teilung gewählt werden.
[AUSFÜHRUNGSFORM 5]
Mit der Ausführungsform 5 wird nun anhand der 10 ein Meßverfahren für den Abbildungsvergrößerungsfehler beschrieben. Es wird dabei für den Fall, daß in einer aufgenommenen Abbildung nicht die für eine ausreichend sichere Zuverlässigkeit des Meßvorganges erforderliche periodische Anzahl (Musteranzahl) vorhanden ist, der Meßvorgang für den Abbildungsvergrößerungsfehler bei einer hohen Abbildungsvergrößerung ausgeführt.
Wie in der 10 gezeigt, ist bei einer hohen Abbildungsvergrößerung (zum Beispiel bei einer mehrere hundert- oder tausendfachen Vergrößerung) nur mehr ein sehr kleiner Bereich der Teilung des Bezugsmaterials in der Abbildung zu sehen. Wenn der Meßvorgang für die Teilung nur unter Verwendung dieser Informationen durchgeführt wird, ist die Zuverlässigkeit der Meßwerte gering. Um eine Verringerung der Meßzuverlässigkeit bei hoher Vergrößerung zu vermeiden, kann, wenn das Verhältnis der Pixelzahl für die Teilung einen vorgegebenen Wert übersteigt (zum Beispiel 20%), wie es in der 10 gestrichelt gezeigt ist, in verschiedenen Abtastbereichen (Sichtfeldern) eine Anzahl von Abbildungen aufgenommen werden. Normalerweise erfolgt die Verschiebung des Sichtfeldes durch Steuern der Einstrahlposition des Strahles (das heißt eine Abbildungsverschiebung). Wenn das Ausmaß der Bewegung groß ist, kann auch der Probentisch bewegt werden, um das Sichtfeld zu verschieben.
In der auf die beschriebene Art aufgenommenen Anzahl von Abbildungen wird dann die Teilung mittels der Autokorrelationsfunktion gemessen, aus den gemessenen Teilungen wird ein Mittelwert berechnet, und dieser berechnete mittlere Teilungswert wird als Meßwert für die Teilung des Bezugsmaterials definiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform 5 ist damit die Zuverlässigkeit des schließlich erhaltenen Meßwertes für die Teilung groß, auch wenn die Abbildung nur eine geringe Menge an Informationen für die Teilung enthält.
[AUSFÜHRUNGSFORM 6]
Die Ausführungsform 6 entspricht einem solchen Beispiel. Wenn in einer Abbildung, deren Teilung gemessen werden soll, die Richtung des Musters nicht stimmt, wird kein Meßvorgang für die Teilung ausgeführt. Die 11A zeigt eine REM-Abbildung, die unter der Bedingung entsteht, daß das Muster des Bezugsmaterials in der Rotationsrichtung (im Uhrzeigersinn) verschoben ist. Unter dieser Bedingung ist, wenn zum Beispiel die Informationen über die Teilung in der X-Richtung erfaßt werden, der Meßwert für die Teilung um den Wert verschoben, um den die Rotation verschoben ist. Um diese Verschiebung zu vermeiden, wird folgendes Mittel eingesetzt. Aus der Abbildung werden Informationen über den Rand (die Randlinie) des Musters gewonnen, und es wird auch der Winkel zwischen dieser Randlinie und entweder einer horizontalen oder vertikalen Linie festgestellt. Zum Feststellen der Randlinie kann zum Beispiel eine differentielle Verarbeitung der Abbildung zum Erhalten einer binären Abbildung erfolgen. Die 11B zeigt ein Beispiel für eine bearbeitete Abbildung, in der die Randlinie extrahiert wurde. Wenn aus dieser Randlinie eine gerade Linie extrahiert wird, wird aus der Neigung der geraden Linie der Verschiebungswinkel "θ" des Musters in der Rotationsrichtung erhalten. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform 6 der Verschiebungswinkel "θ" des Musters in der Rotationsrichtung, der aus der Randlinie erhalten wird, größer oder gleich einem vorgegebenen Wert (zum Beispiel ±5 Grad oder mehr) ist, wird eine Information wie "Meßvorgang für die Teilung ist nicht gültig" angezeigt und an den Bediener ausgegeben.
Dieser Verschiebungswinkel "θ" wird außerdem zu einer Strahlabtastfunktion (Rasterrotationsfunktion) zurückgeführt, so daß eine neue REM-Abbildung aufgenommen werden kann, die keine Rotationsverschiebung enthält. Alternativ kann, wenn der Abbildungsvergrößerungsfehler in einer bestimmten Abtastrichtung gemessen wird und die Rasterdrehung unter einem Win kel bewegt wird, der größer oder gleich einem vorgegebenen Winkel ist, wenn der Verschiebungswinkel "θ" größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (zum Beispiel größer oder gleich 20°), der Verschiebungswinkel "θ" nicht zur Rasterdrehung zurückgeführt, sondern zu einem mechanischen Rotationsvorgang des Probentisches zurückgeführt werden, da der Abbildungsvergrößerungsfehler in der X-Richtung mit dem Abbildungsvergrößerungsfehler in der Y-Richtung vermischt ist, so daß eine neue REM-Abbildung aufgenommen werden kann, die keine Rotationsverschiebung enthält. Es ist anzumerken, daß diese "Rasterrotationstechnik" auch die technische Idee des Drehens der Abtastrichtung des Strahls mittels entweder eines elektrischen Feldes oder eines Magnetfeldes umfaßt.
[AUSFÜHRUNGSFORM 7]
Mit der Ausführungsform 7 erfolgt eine Beschreibung eines konkreten Beispiels für ein Mittel (eine Prozeßoperation) zum Bestimmen der optimalen Bedingungen für die Aufnahme einer Abbildung (Abbildungsvergrößerung und Gesamtzahl der Pixel), wenn der Abbildungsvergrößerung-Steuerbereich zum Messen des nominalen Teilungswertes und der Abbildungsvergrößerungsfehler für ein Bezugsmaterial und auch der Auswahlbereich für die Gesamtpixelzahl einer Abbildung.
Da der Bereich für die Abbildungsvergrößerung eines REM von einer zehnfachen Vergrößerung bis zur hundert- und tausendfachen Vergrößerung und mehr reicht, erfordert die Amplitude des der Abtastspule zugeführten Abtastsignals einen weiten Dynamikbereich. Es ist technisch schwierig, einen solch weiten Dynamikbereich nur durch die Verstärkung einer Schaltung abzudecken. Normalerweise wird daher, wie in der 12 gezeigt, das Abtastsignal nach einer Abschwächung in einem Abschwächer zu der Abtastspule geführt, wobei das Abschwächungsverhältnis des Abschwächers entsprechend den einzelnen Abbildungsvergrößerungsbereichen eingestellt wird. Aufgrund von Fehlern in den Abschwächungsverhältnissen wird für jedes Abschwächungsverhältnis (jeden Abbildungsvergrößerungsbe reich) ein anderer Abbildungsvergrößerungsfehler erzeugt. Um diesen Abbildungsvergrößerungsfehler zu korrigieren, muß jedesmal dann, wenn der Abbildungsvergrößerungsbereich geändert wird, eine Abbildungsvergrößerungskalibrierung erfolgen. Gegenstand der Ausführungsform 7 ist es, diejenigen Bedingungen für die Aufnahme einer Abbildung zu bestimmen, mit denen bei dem Meßvorgang für den Abbildungsvergrößerungsfehler innerhalb der einzelnen Abbildungsvergrößerungsbereiche die höchste Genauigkeit erhalten wird.
Die Pixelzahl für die Teilung sei "N_pitch" und der Spitzenerfassungsfehler (in Pixel umgewandelt) zum Messen der Teilung gleich "P". Der Maximalwert "ε(ACF)" des Meßfehlers für die Teilung, die auf der Basis der Autokorrelationsfunktion berechnet wird, ist dann durch die folgende Gleichung (7) gegeben: ε(ACF) = P/Npitch (7).
In dieser Gleichung (7) ist das Symbol ACF die Abkürzung für Autokorrelationsfunktion. Da die Pixelzahl "N_pitch" für die Teilung direkt proportional sowohl zu der Abbildungsvergrößerung "M" als auch zu der Pixelzahl "N_p" in der Meßrichtung für die Teilung ist, kann die obige Gleichung (7) in die folgende Gleichung (8) umgeschrieben werden: ε(ACF) = K × P/(M × Np) (8).
In dieser Gleichung (8) steht das Symbol "K" für einen Umwandlungskoeffizienten. Bei der vorliegenden Ausführungsform 7 kann die Pixelzahl "N_p" aus 640, 1280, 2560 und 5120 ausgewählt werden. Wenn unter der Bedingung, daß sowohl die Beschleunigungsspannung als auch WD gegeben sind, der Abbildungsvergrößerungsbereich bestimmt wird, kann der Abbildungsvergrößerung-Steuerbereich (M1, M2) in diesem Abbildungsvergrößerungsbereich ausschließlich aus dem Wert des Abschwächers der 12 bestimmt werden. Wenn nun der Zielwert für den Teilungs-Meßfehler gleich "ε₀" ist, kann eine Kombination aus der Abbildungsvergrößerung "M" und der Pixelzahl "N_p" bestimmt werden, die die folgende Gleichung (9) erfüllt: ε(ACF) = K × P/(M × Np) < ε0 (9).
In dieser Ausführungsform 7 wird, wenn die Abbildungsvergrößerung die höchste Priorität hat, die Pixelzahl "N_p" aus dem Auswahlbaum ausgewählt, die die obige Gleichung (9) mit der niedrigsten Abbildungsvergrößerung (M1) im Abbildungsvergrößerungsbereich erfüllt. Wenn andererseits die Pixelzahl "N_p" die höchste Priorität hat, wird aus dem Bereich von "M1" bis "M2" diejenige Abbildungsvergrößerung ausgewählt, die die obige Gleichung (9) erfüllt. Wenn mit keiner der genannten Auswahloperationen die Gleichung (9) erfüllt wird, kann für den Zielwert "ε₀" im höchsten Grad die Bedingung (M·N_p) für den Teilungs-Meßfehler angenähert werden.
Wenn die Teilungsmessung mit der FFT-Transformation erfolgt, ist der maximale Fehler "ε(FFT)" durch die folgende Gleichung (10) gegeben: ε(FFT) = (Npitch/Np) × P (10).
Wie bei der obigen Bedingung für die Autokorrelationsfunktion kann die Gleichung (10) wie folgt umgeschrieben werden, da die Pixelzahl "N_pitch" für die Teilung sowohl zu der Abbildungsvergrößerung "M" als auch zu der Pixelzahl "N_p" in der Meßrichtung für die Teilung direkt proportional ist: ε(FFT) = K × M × P (11).
Folglich wird, wenn die Teilung mit der FFT-Transformation gemessen wird, die geringste Abbildungsvergrößerung (M1) im Bereich ausgewählt. Es ist anzumerken, daß, wenn der Wert für die Pixelzahl "N_pitch" für die Teilung kleiner oder gleich 2 Pixel ist, aus der Abbildung keine Informationen über die Periode mehr gewonnen werden können. Bei der Auswahl der Abbildungsvergrößerung sollte daher besonders darauf geachtet werden, daß der Wert für die Pixelzahl für die Teilung größer oder mindestens gleich 3 Pixel ist.
[AUSFÜHRUNGSFORM 8]
Die Ausführungsform 8 beschreibt den Fall, daß die Abbildungsvergrößerungskalibrierung automatisch ausgeführt wird. Das heißt, daß der Meßwert für die Teilung des Bezugsmaterials, der durch Ausführen der in der vorigen Ausführungsform beschriebenen Verfahren oder eines ähnlichen Verfahrens festgestellt wird, zu einer Abbildungsvergrößerungssteuerung zurückgeführt wird, um die Abbildungsvergrößerungskalibrierung automatisch auszuführen.
Durch die Abtastspule eines REM fließt ein Abtastsignal, das dazu verwendet wird, den Primärstrahl über ein Material zu führen. Die Amplitude des Abtastsignals sei "Id" und die Abbildungsvergrößerung des REMs "M". Die Abbildungsvergrößerung-Steuerschaltung steuert die Amplitude "Id" derart, daß die folgende Beziehung (12) erfüllt ist: Id = K1 × K2 × (1/M) (12).
In dieser Gleichung (12) entspricht das Symbol "K₁" dem Abbildungsvergrößerungs-Steuerkoeffizient, der von einer Steuer-CPU entsprechend der Berechnung des elektrooptischen Systems in Verbindung mit einer Beschleunigungsspannung, WD, einem Abbildungsvergrößerungsbereich und so weiter erhalten wird. Das Symbol "K₂" stellt einen Abbildungsvergrößerungs-Korrekturkoeffizienten dar, der dazu verwendet wird, die Genauigkeit der Abbildungsvergrößerungssteuerung durch Korrigieren des Steuerfehlers des Abbildungsvergrößerungs-Steuerkoeffizienten zu erhöhen. Wenn die Abbildungsvergrößerungssteuerung ideal erfolgt, ist "K₂" gleich 1. In einer realen Vorrichtung wird aufgrund von Abbildungsvergrößerungs-Steuerfehlern jedoch immer ein Abbildungsvergrößerungsfehler erzeugt. Die Festlegung eines Wertes für den Abbildungsvergrößerungs-Korrekturkoeffizienten "K₂" für die Verwendung bei der Korrektur des Abbildungsvergrößerungsfehlers entspricht der Abbildungsvergrößerungskalibrierung.
Wenn die Teilung "L_m" eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung durch Ausführen der Verfahren in den Ausführungsformen 1 bis 7 oder mit einem ähnlichen Verfahren gemessen wird, kann wie folgt die Beziehung zwischen der Steuerabbildungsvergrößerung "M" und der Abbildungsvergrößerung "M₀" (dem echten Wert), die durch die Teilung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung festgelegt wird, aus dem nominalen Teilungswert "L_s" für das Bezugsmaterial berechnet werden: M/M0 = Lm/Ls (13).
Wenn der gemessene Meßwert (L_m) für die Teilung größer ist als der Nominalwert (L_s), läßt dies den Schluß zu, daß die Steuerabbildungsvergrößerung "M" hinsichtlich der korrekten Abbildungsvergrößerung "M₀" einen Abbildungsvergrößerungsfehler in der Plusrichtung erzeugt.
Um diesen Abbildungsvergrößerungsfehler zu korrigieren (die Abbildungsvergrößerung zu kalibrieren), kann der Abbildungsvergrößerungs-Korrekturkoeffizient (K₂), der mit der obigen Gleichung (12) definiert wird, durch die folgende Formel (14) ersetzt werden:
Mit anderen Worten kann, wenn die Steuerabbildungsvergrößerung "M" in der Plusrichtung verschoben ist (das heißt die Amplitude des Abtastsignals in der Richtung zu kleineren Amplituden hin verschoben ist), durch den Korrekturkoeffizienten "K₂" eine Korrektor (Kalibrierung) in einer Richtung erfolgen, daß die Amplitude der Abtastrichtung ansteigt. Bei der Ausführungsform 8 wird die Formel (14) automatisch aus dem Meßwert (L_m) für die Teilung, der bei der Messung für den Abbildungsvergrößerungsfehler erhalten wird, und dem eingestellten Nominalwert (L_s) für die Teilung berechnet und so die Steuerabbildungsvergrößerung ausgeführt.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform 8 der Abbildungsvergrößerungs-Korrekturkoeffizient (K₂) für die X-Abtastrichtung und die Y-Abtastrichtung unabhängig eingestellt werden kann, kann eine Auswahl dahingehend erfolgen, daß der Korrekturkoeffizient der Formel (14) in der Meßrichtung für die Teilung ausgeführt wird (das heißt in der X-Richtung oder in der Y-Richtung), und daß das Meßergebnis für beide Korrekturkoeffizienten in der X-Richtung und in der Y-Richtung verwendet wird.
[AUSFÜHRUNGSFORM 9]
Die Ausführungsform 9 beschreibt ein Beispiel für die Bestimmung einer Abmessung in einer Abbildung mit hoher Genauigkeit. Wenn die Abbildung eines Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung und eine tatsächlich anzuwendende Abbildung unter den gleichen Beobachtungsbedingungen (Beschleunigungsspannung und WD) aufgenommen werden, kann eine Abmessung in der anzuwendenden Abbildung mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Gemäß den bisher beschriebenen Ausführungsformen kann die Teilung (L_m) des Bezugsmaterials in der Abbildung des Bezugsmaterials für die Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Wenn dieser Teilungswert (L_m) und der nominale Teilungswert (L_s) angewendet werden, wird hinsichtlich der Abmessung (L), die bei der anzuwendenden Abbildung gemessen wurde, die unten angegebene Umwandlung ausgeführt, so daß mit hoher Genauigkeit die Abmessung (L') erhalten wird:
Der Fachmann erkennt, daß, auch wenn die vorstehende Beschreibung anhand von Ausführungsformen der Erfindung erfolgt ist, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Abänderungen und Modifikationen erfolgen können, ohne vom Geist der Erfindung und vom Umfang der folgenden Patentansprüche abzuweichen.

Claims

Vorrichtung für einen Strahl (4) geladener Teilchen, mit einem optischen System (5–7), das den von einer Quelle (1–3) ausgesendeten Strahl (4) fokussiert und über ein Material (10) führt, einem Detektor (13) zum Erfassen von von dem Material (10) abgegebenen Sekundärteilchen (12), und einer Steuervorrichtung (40), die aus einer durch Erfassen der Sekundärteilchen (12) erzeugten Abbildung oder einem Linienprofil Informationen über eine Periode in dem Material erfasst und einen Abbildungsvergrößerungsfehler aufgrund der erfassten Periodeninformationen misst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (40) dann, wenn eine Perioden-Sättigungszahl, die durch Teilen der Gesamt-Pixelzahl der Abbildung durch die Pixelzahl der erfassten Periodeninformation erhalten wird, einen vorgegebenen Wert unterschreitet, Abbildungen mit einer aufgrund der Perioden-Sättigungszahl bestimmten Anzahl von verschiedenen Sichtfeldern aufnimmt, aus jeder der aufgenommenen Abbildungen eine Periode ermittelt, aus den so gewonnenen Periodeninformationen einen Mittelwert errechnet und diesen als repräsentativen Wert für die Periode nimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (40) den Abbildungsvergrößerungsfehler aufgrund der erfassten Periodeninformationen und entweder der Pixelgröße der Abbildung oder der eingestellten Abbildungsvergrößerung misst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (40) zum Erfassen der Periodeninformationen entweder für die Abbildung oder für das Linienprofil eine Autokorrelationsfunktion berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (40) das Linienprofil in einer vorgegebenen Richtung mittelt, das gemittelte Linienprofil in einer von der vorgegebenen Richtung verschiedenen Richtung verschiebt, um eine Autokorrelationsfunktion zu berechnen, und aus der Verteilung der berechneten Autokorrelationsfunktion den Spitzenwert eines Korrelationswertes bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (40) zum Erfassen der Periodeninformationen die Abbildung mit einer Fast-Fourier-Transformation umwandelt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (40) die Steuerparameter für die Abbildungsvergrößerung aufgrund des gemessenen Abbildungsvergrößerungsfehlers ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (40) eine Anzeigeeinrichtung (26) aufweist, die eine Nachricht anzeigt, wenn der gemessene Abbildungsvergrößerungsfehler einen vorgegebenen Bereich überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Anzeigevorrichtung (26) zum Anzeigen des gemessenen Abbildungsvergrößerungsfehlers.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (40) die Periodeninformation dann, wenn sie größer ist als eine vorgegebene Pixelzahl, mit einem ersten Verfahren, andernfalls mit einem zweiten Verfahren erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das erste Verfahren einer Autokorrelationsfunktion und das zweite einer Fast-Fourier-Transformation entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die verschiedenen Sichtfelder durch elektrisches Bewegen (Ablenken) der Einstrahlposition des Teilchenstrahls erhalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (40) bei der Aufnahme einer Abbildung aufgrund eines Materials mit bekannter Teilung die Gesamt-Pixelzahl und die Abbildungsvergrößerung sowie einen Auswahlbereich für die Pixelzahl der Abbildungen und einen Auswahlbereich für die Abbildungsvergrößerung bestimmt und die Abbildung aufgrund der bestimmten Pixelgröße und der bestimmten Abbildungsvergrößerung aufnimmt.