DE112019006807T5

DE112019006807T5 - Ladungsteilchenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006807T5
Application number: DE112019006807.5T
Authority: DE
Inventors: Minami Shouji; Natsuki Tsuno; Hiroya Ohta; Daisuke Bizen
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-11-18
Also published as: KR20210097799A; US20220139667A1; TW202036600A; US11869745B2; JPWO2020194575A1; KR102591605B1; TWI750569B; WO2020194575A1; JP7105368B2

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die in der Lage ist, den Kontrast eines Beobachtungsbilds einer Probe so weit wie möglich den Lichtabsorptionseigenschaften, die bei jedem optischen Parameter variieren, entsprechend zu erhöhen. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ändert einen optischen Parameter wie z.B. die Polarisationsebene des zur Probe emittierten Lichts und erzeugt ein Beobachtungsbild, dessen Kontrast dem geänderten optischen Parameter entspricht. Ein optischer Parameter, der den Lichtabsorptionskoeffizienten der Probe maximiert, wird einer Merkmalsmenge der Formstruktur der Probe entsprechend bestimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die eine Probe mit einem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt.
Stand der Technik
In einem Fertigungsprozess für Halbleiterbauelemente stellt die Inline-Kontrollmessung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskop (REM) eine wichtige Kontrolle zur Erhöhung der Ausbeute dar. Insbesondere ein Niederspannungs-REM (Low-kV REM), das einen Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von einigen kV oder weniger verwendet, ist sehr nützlich zur Kontrolle und Messung einer zweidimensionalen Form wie z.B. einer Resist-Struktur in einem Lithografieprozess und einer Gate-Struktur in einem früheren Prozess, da die Eindringtiefe des Elektronenstrahls gering ist und ein Bild mit reichhaltiger Oberflächeninformation erhalten wird. Da organische Materialien wie z.B. ein Resist und eine Antireflexionsschicht, die in einem Lithografieprozess verwendet werden, jedoch ähnliche Zusammensetzungen haben, oder Halbleitermaterialien auf Siliziumbasis, aus denen ein Transistor besteht, ähnliche Zusammensetzungen haben, ist es schwierig, einen Unterschied in der Sekundärelektronenemission von diesen Materialien zu erhalten. Da eine Probe aus solchen Materialien einen geringen REM-Bildkontrast aufweist, wird die Erkennbarkeit einer ultrafeinen Struktur oder eines Fehlers eines Halbleiterbauelements reduziert. Als Verfahren zur Erhöhung der Erkennbarkeit bei einem REM sind ein Verfahren zur Einstellung der Beobachtungsbedingungen wie z.B. einer Beschleunigungsspannung und eines Bestrahlungsstroms sowie eine Technik zur Unterscheidung der Energie der von der Probe emittierten Elektronen bekannt.
PTL 1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung des Bildkontrasts eines REM durch Bestrahlen eines Beobachtungsbereichs des REM mit Licht. Da durch Lichtbestrahlung angeregte Ladungsteilchen entstehen, ändert sich die Leitfähigkeit eines Halbleiters oder Isolators. Der Unterschied in der Leitfähigkeit der Materialien schlägt sich im Potentialkontrast eines REM-Bilds nieder. Eine Stelle mit schlechter Leitfähigkeit in einem Halbleiterbauelement oder dergleichen kann erkannt werden, indem der Potentialkontrast des REM durch Lichtbestrahlung gesteuert wird. PTL 2 offenbart ein Verfahren zur Steuerung des Bildkontrasts eines REM durch Auswahl verschiedener Wellenlängen des Lichts, wobei das Augenmerk auf den Lichtabsorptionseigenschaften liegt, die je nach Wellenlänge des emittierten Lichts unterschiedlich sind.
Liste der Bezugsliteratur
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2003-151483
PTL 2: Japanisches Patent Nr. 5190119

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In PTL 1 und PTL 2 wird der Bildkontrast des REM gesteuert, indem die Wellenlänge des Lichts den unterschiedlichen Lichtabsorptionseigenschaften der Materialien entsprechend bestimmt wird. Da die Lichtabsorptionseigenschaften des Materials jedoch auch stark von anderen optischen Parametern als der Wellenlänge abhängen, kann der Unterschied in den Lichtabsorptionseigenschaften nur durch Steuern eines einzigen optischen Parameters nicht ausreichend genutzt werden. Und da die Lichtabsorptionseigenschaften bei einem Halbleiterbauelement mit einer periodischen Struktur nicht nur vom Material, sondern auch von der Struktur des Halbleiterbauelements abhängig sind, ist es schwierig, den Bildkontrast eines REM nur durch Steuern eines einzigen optischen Parameters mit hoher Genauigkeit zu steuern.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme ersonnen, und eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die in der Lage ist, den Kontrast des Beobachtungsbilds einer Probe so weit wie möglich den bei jedem optischen Parameter unterschiedlichen Lichtabsorptionseigenschaften entsprechend zu erhöhen.
Lösung des Problems
Eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ändert einen optischen Parameter wie z.B. die Polarisationsebene des zur Probe emittierten Lichts und erzeugt ein Beobachtungsbild, dessen Kontrast dem geänderten optischen Parameter entspricht. Ein optischer Parameter, der den Lichtabsorptionskoeffizienten der Probe maximiert, wird einer Merkmalsmenge der Formstruktur der Probe entsprechend bestimmt.
Vorteilhafte Wirkung
Da in der erfindungsgemäßen Ladungsteilchenstrahlvorrichtung ein Beobachtungsbild erfasst wird, indem die Probe mit Licht bestrahlt wird, das verschiedene optische Parameter aufweist, ist es möglich, den Kontrast des Beobachtungsbilds zu erhöhen, indem den Lichtabsorptionseigenschaften der Probe entsprechend geeignete optische Parameter verwendet werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Konfigurationszeichnung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
[2] 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration zur Bestrahlung einer Probe 8 mit Licht zeigt, das von einer Lichtquelle 13 emittiert wird, nachdem das Licht auf eine vom Benutzer eingestellte Wellenlänge/Polarisationsebene/Bestrahlungsmenge geregelt wurde.
[3A] 3A ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel zeigt, in welchem eine Lichtsteuereinheit 14 optische Parameter den über eine Einstellungseingabeeinheit 21 eingestellten Bedingungen entsprechend steuert.
[3B] 3B ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel zur Steuerung der Wellenlänge und der Polarisationsebene des Lichts zeigt.
[4] 4 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) zeigt, die durch eine Anzeigeeinheit 20 bereitgestellt wird.
[5] 5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines REM-Bilds zeigt, das erfasst wurde, indem die Polarisationsebene einer Strukturform entsprechend eingestellt wurde.
[6] 6 ist eine Konfigurationszeichnung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
[7] 7 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zeigt, in welchem eine Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 optische Parameter bestimmt.
[8A] 8A ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in welchem als Methode zur Extraktion der Merkmalsmenge der Form einer Probe mit periodischer Form eine Fourier-Transformation verwendet wird.
[8B] 8B ist eine schematische Darstellung, die eine Methode zur Bestimmung der Polarisationsebene anhand der Merkmalsmenge zeigt.
[9] 9 ist eine schematische Darstellung, die Beobachtungsbilder zeigt, die erhalten wurden, indem die Merkmalsmenge einer Strukturform aus einem REM-Bild der Probe 8 extrahiert wurde und für jede Struktur der optische Parameter verwendet wurde, der den höchsten Lichtabsorptionskoeffizienten aufweist.
[10] 10 ist ein Beispiel für eine GUI, die durch die Anzeigeeinheit 20 in der zweiten Ausführungsform bereitgestellt wird.
[11A] 11A ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Strahlengangs zeigt, wenn ein Bestrahlungsverhältnis des p-polarisierten Lichts und des s-polarisierten Lichts gemessen wird und eine Bestrahlungsmenge des Lichts der Merkmalsmenge einer Formstruktur entsprechend eingestellt wird.
[11B] 11B ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Strahlengangs nach Einstellung der Bestrahlungsmenge zeigt.
[12A] 12A ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Methode zur Extraktion der Merkmalsmenge der Probe zeigt.
[12B] 12B ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Bestimmung der Licht-Bestrahlungsbedingungen anhand einer Merkmalsmenge zeigt, die durch eine Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 extrahiert wurde.
[12C] 12C ist eine schematische Darstellung, die ein Beobachtungsergebnis zeigt, wenn die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit für jede Polarisationsebene gesteuert wird.
[13] 13 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine GUI zeigt, die durch die Anzeigeeinheit 20 in einer dritten Ausführungsform bereitgestellt wird.
[14A] 14Aist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in welchem ein Winkel des zur Probe 8 emittierten Lichts durch Einstellen des Neigungswinkels eines XYZ-Tisches 6 gesteuert wird.
[14B] 14B zeigt ein Beispiel, in welchem der Winkel des Lichts, mit dem die Probe 8 bestrahlt wird, durch einen Spiegel 35 eingestellt wird, der außerhalb eines Gerätegehäuses 23 installiert ist.
[15A] 15A ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in welchem jeweils in der X- und Y-Richtung ein Helligkeitshistogramm des REM-Bilds erfasst wird.
[15B] 15B ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Kontrastmaximierung unter Verwendung eines Helligkeitshistogramms zeigt.
[16] 16 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine GUI zeigt, die durch die Anzeigeeinheit 20 in einer vierten Ausführungsform bereitgestellt wird.
[17] 17 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines REM-Bilds zeigt, in welchem der Bildkontrast einer magnetischen Domäne der Probe 8 erhöht wird.
[18] 18 ist eine Konfigurationszeichnung der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform.
[19] 19 ist eine schematische Darstellung, die ein REM-Bild zeigt, das durch eine Vielzahl von Elektronenstrahlenbestrahlungen erfasst wurde.
[20] 20 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Bestimmung der Licht-Bestrahlungsbedingungen anhand einer Merkmalsmenge zeigt, die durch eine Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 extrahiert wurde.
[21] 21 ist eine schematische Darstellung, die die Wirkung der Kontrastregelung unter einer Lichtbestrahlungsbedingung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
<Grundprinzip der Erfindung>
Im Folgenden wird zuerst das Grundprinzip der Erfindung erläutert, und dann werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung bestimmt die Licht-Bestrahlungsbedingungen (optischen Parameter), die den höchsten Bildkontrast ergeben, und bietet einen Bildkontrast an, der eine hohe Erkennbarkeit einer Struktur oder eines Fehlers ermöglicht. Die Erfindung bestimmt geeignete Licht-Bestrahlungsbedingungen, die eine Vielzahl von Lichtbestrahlungsparametern (Polarisationsebene, Bestrahlungsrichtung, Einstrahlungswinkel, Wellenlänge, Bestrahlungsperiode des Lichts, Bestrahlungsmenge des Lichts pro Zeiteinheit) umfassen. Durch Bestrahlen der Probe mit Licht werden Ladungsteilchen in der Probe der Anzahl der Photonen entsprechend angeregt, wodurch sich ihr Elektronenzustand ändert. Die Emissionsmenge der Sekundärelektronen unter der Lichtbestrahlung entspricht dem Ausdruck (1). ΔS ist der Verstärkungsbetrag der emittierten Elektronen durch die Lichtbestrahlung, α ist der Absorptionskoeffizient des Materials, und D_puls ist die Lichtbestrahlungsmenge der Probe pro Zeiteinheit.
$Δ S \propto α \cdot D_{p u l s e}$
Die Lichtbestrahlungsmenge pro Zeiteinheit wird durch Ausdruck (2) ausgedrückt. Wave ist die mittlere Lichtleistung, f_pulse ist die Frequenz bei einem gepulsten Laser, und N_shot ist die Anzahl der ausgestrahlten Impulse pro Zeiteinheit. Bei einem kontinuierlichen Laser, dessen Licht kontinuierlich oszilliert, entspricht die mittlere Lichtleistung der Bestrahlungsmenge D_cw des Lichts pro Zeiteinheit.
$D_{p u l s e} = (W_{a v e} / f_{p u l s e}) \cdot N_{s h o t}$
Der Absorptionskoeffizient α wird durch Ausdruck (3) ausgedrückt, wobei κ der Extinktionskoeffizient und λ die Wellenlänge des Lichts ist.
$α = 4 π κ / λ$
Der Extinktionskoeffizient κ wird durch Ausdruck (4) ausgedrückt. R ist der Reflexionsgrad gegenüber der Lichtintensität, und θ ist die Phasenverschiebung des Lichts.
$κ = 2 \sqrt{R} sin θ / (1 + R - 2 \sqrt{R} cos θ)$
Der Reflexionsgrad R variiert abhängig davon, ob die Polarisationsebene p-polarisiertes Licht oder s-polarisiertes Licht ist, und wird jeweils durch Ausdruck (5) und (6) ausgedrückt. R_p ist der Reflexionsgrad des p-polarisierten Lichts, und R_s ist der Reflexionsgrad des s-polarisierten Lichts. N ist der komplexe Brechungsindex des Materials, und φ ist der Einstrahlungswinkel. Daraus ist zu ersehen, dass die Emissionsleistung von Sekundärelektronen nicht nur von der Wellenlänge, sondern auch von der Lichtbestrahlungsmenge pro Zeiteinheit, der Polarisationsebene und dem Einstrahlungswinkel des Lichts abhängt. $R_{p} = {| N^{2} cos φ - \sqrt{N^{2} - {sin}^{2} φ} |}^{2} / {| N^{2} cos φ + \sqrt{N^{2} - {sin}^{2} φ} |}^{2}$
$R_{s} = {| cos φ - \sqrt{N^{2} - {sin}^{2} φ} |}^{2} / {| cos φ + \sqrt{N^{2} - {sin}^{2} φ} |}^{2}$
<Erste Ausführungsform>
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben, die eine Menge an Elektronen, die bei der Elektronenstrahlbestrahlung von der Probe emittiert werden, steuert, indem sie die Polarisationsebene und andere optische Parameter eines intermittierend einstrahlenden Lichts steuert, um eine Bilderfassung mit hohem Bildkontrast zu erreichen.
1 ist eine Konfigurationszeichnung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 ist als ein Rasterelektronenmikroskop konfiguriert, das durch Bestrahlen der Probe 8 mit einem Elektronenstrahl 30 (Primärladungsteilchen) ein Beobachtungsbild der Probe 8 erfasst. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 umfasst ein elektronenoptisches System, ein Tischmechanismus-System, ein Elektronenstrahl-Steuersystem, ein Lichtbestrahlungssystem und eine Hauptkonsole 16.
Das elektronenoptische System umfasst eine Elektronenkanone 2, eine Ablenkeinrichtung 3, eine Elektronenlinse 4 und einen Detektor 5. Das Tischmechanismus-System umfasst den XYZ-Tisch 6 und einen Probenhalter 7. Das Elektronenstrahl-Steuersystem umfasst eine Elektronenkanonen-Steuereinheit 9, eine Ablenksignal-Steuereinheit 10, eine Detektionssteuereinheit 11 und eine Elektronenlinsen-Steuereinheit 12. Das Lichtbestrahlungssystem umfasst eine Lichtquelle 13, eine Lichtsteuereinheit 14, eine Lichtbestrahlungseinheit 24 und eine Einstellungseingabeeinheit 21. Die Hauptkonsole 16 umfasst ein Bildgebungssystem und ein Eingabe- und Ausgabesystem. Das Bildgebungssystem umfasst eine Bildverarbeitungseinheit 17 und eine Bildsignalverarbeitungseinheit 19, deren Detektionsabtastfunktion mit einem Ablenksignal synchronisiert ist. Das Eingabe- und Ausgabesystem umfasst eine Einstellungseingabeeinheit 21 für die Abbildungsbedingungen des Elektronenstrahls 30 und eine Anzeigeeinheit 20.
Der durch die Elektronenkanone 2 beschleunigte Elektronenstrahl 30 wird durch die Elektronenlinse 4 fokussiert und zur Probe 8 emittiert. Die Ablenkeinrichtung 3 steuert eine Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls 30 auf der Probe 8. Der Detektor 5 detektiert emittierte Elektronen (Sekundärladungsteilchen), die durch Bestrahlen der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 30 von der Probe 8 emittiert werden. Die Einstellungseingabeeinheit 21 ist eine Funktionseinheit, die einem Benutzer die Eingabe einer Beschleunigungsspannung, eines Bestrahlungsstroms, einer Ablenkbedingung, einer Detektionsabtastbedingung, einer Elektronenlinsenbedingung und dergleichen ermöglicht.
Die Lichtquelle 13 strahlt Licht aus, das zur Probe 8 emittiert wird. Die Lichtquelle 13 ist ein Laser, der in der Lage ist, eine einzelne Wellenlänge oder mehrere Wellenlängen im Ultraviolett bis Nahinfrarot-Bereich auszugeben. Durch die Lichtquelle 13 ausgestrahltes Licht wird über ein im Gerätegehäuse 23 vorgesehenes Glasfenster 22 auf die in einem Vakuum befindliche Probe 8 emittiert. Die Lichtsteuereinheit 14 steuert einen optischen Parameter, der eine von der Lichtquelle 13 emittierte physikalische Eigenschaft darstellt. Der Benutzer bestimmt den optischen Parameter für die Lichtsteuereinheit 14 über die Einstellungseingabeeinheit 21.
2 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration zur Bestrahlung der Probe 8 mit von der Lichtquelle 13 emittiertem Licht zeigt, nachdem es auf die vom Benutzer eingestellte Wellenlänge/Polarisationsebene/Bestrahlungsmenge geregelt wurde. Allgemein umfasst die Polarisationsebene linear polarisiertes Licht und zirkular polarisiertes Licht. Linear polarisiertes Licht weist das p-polarisierte Licht und das s-polarisierte Licht auf, und das zirkular polarisierte Licht weist eine links-zirkulare und eine rechts-zirkulare Richtung auf. Die Lichtbestrahlungseinheit 24 steuert die Wellenlänge/Polarisationsebene/ Bestrahlungsmenge des zu emittierenden Lichts. Die Lichtbestrahlungseinheit 24 kann zum Beispiel aus einer Wellenlängenumwandlungseinheit, einer Polarisationssteuereinheit und einer Intensitätssteuereinheit konfiguriert sein. Die Polarisationssteuereinheit ist eine Komponente, die in der Lage ist, die Polarisationsebene des Lichts zu ändern, und ist zum Beispiel vom Drahtgitter-Typ oder vom Kristall-Typ, der ein Doppelbrechungsphänomen des Materials selbst nutzt. Die Intensitätssteuereinheit ist in der Lage, die Lichtintensität zum Beispiel über eine Impulsweite des Lichts zu steuern. Die Lichtbestrahlungseinheit 24 ist in der Lage, die optischen Parameter unter Verwendung dieser Vorrichtungen zu ändern.
3A ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel zeigt, in welchem die Lichtsteuereinheit 14 optische Parameter den über die Einstellungseingabeeinheit 21 eingestellten Bedingungen entsprechend steuert. Die Lichtsteuereinheit 14 steuert optische Parameter des zur Probe 8 emittierten Lichts, indem sie die jeweiligen Steuerkomponenten steuert, die in der Lichtbestrahlungseinheit 24 enthalten sind. Die Lichtsteuereinheit 14 steuert außerdem optische Parameter wie z.B. die Wellenlänge des von der Lichtquelle 13 emittierten Lichts. 3A ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel zeigt, bei dem die Polarisationsebene und die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit gesteuert werden. Die Lichtbestrahlungseinheit 24 umfasst eine Polarisationsumwandlungsscheibe 32 und einen variablen Lichtmengenfilter 33, und die Lichtsteuereinheit 14 steuert die Polarisationsumwandlungsscheibe 32 und den variablen Lichtmengenfilter 33.
Das von der Lichtquelle 13 emittierte Licht wird durch die Polarisationsumwandlungsscheibe 32 in eine Polarisationsebene umgewandelt, die durch die Einstellungseingabeeinheit 21 angegeben wird. Der variable Lichtmengenfilter 33 steuert die Lichtmenge so, dass die durch die Einstellungseingabeeinheit 21 angegebene Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit erreicht wird. Licht, dessen Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit und Polarisationsebene eingestellt wurden, wird über einen Justierspiegel 31 und das Glasfenster 22 zur Probe 8 emittiert.
3B ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel zeigt, bei dem die Wellenlänge des Lichts und die Polarisationsebene gesteuert werden. Die Lichtbestrahlungseinheit 24 umfasst eine Wellenlängenumwandlungseinheit 34 und die Polarisationsumwandlungsscheibe 32. Das von der Lichtquelle 13 emittierte Licht wird durch die Wellenlängenumwandlungseinheit 34 so gesteuert, dass es mit der Wellenlänge emittiert wird, die durch die Einstellungseingabeeinheit 21 angegeben wird, und die Polarisationsebene wird durch die Polarisationsumwandlungsscheibe 32 gesteuert.
4 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) zeigt, die durch die Anzeigeeinheit 20 bereitgestellt wird. Der Einstellungsbereich „Bilderfassungsvorgang“ 206 ist ein Feld zum Einstellen der Beschleunigungsspannung/des Bestrahlungsstroms/der Abtastgeschwindigkeit/des Bestrahlungsintervalls des Elektronenstrahls 30 und zum Einstellen der Abtastperiode/der Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit/der Wellenlänge/des Einstrahlungswinkels/der Bestrahlungsintensität (Impulsweite) des zu emittierenden Lichts. Der Einstellungsbereich „Polarisationsebene“ 205 ist ein Feld zur Einstellung der Polarisationsebene des Lichts. Zum Beispiel kann eines von p-polarisiertem Licht, s-polarisiertem Licht, zirkular polarisiertem Licht oder elliptisch polarisiertem Licht ausgewählt werden. Der Anzeigebereich 201A zeigt ein REM-Bild an, wenn kein Licht emittiert wird, und der Anzeigebereich 201B zeigt das REM-Bild an, wenn Licht mit der eingestellten Polarisationsebene emittiert wird. Ein Anzeigebereich „Differenzbild“ 202 zeigt ein Differenzbild der in den Anzeigebereichen 201Aund 201B angezeigten REM-Bilder an. Die Bildverarbeitungseinheit 17 erzeugt das Differenzbild, indem sie das REM-Bild ohne Lichtbestrahlung vom REM-Bild mit Lichtbestrahlung subtrahiert. Der Benutzer hat die Möglichkeit, die kontrasterhöhende Wirkung der Lichtbestrahlung zu bestätigen, indem er über das Differenzbild einen durch die Lichtbestrahlung hervorgehobenen Bildteil prüft. Die Schaltfläche „Abbildung starten“ 203 ist eine Schaltfläche, mit der die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 angewiesen wird, die Abbildung des Beobachtungsbilds der Probe 8 zu starten. Die Schaltfläche „Differenzbild“ 204 ist eine Schaltfläche, mit der die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 angewiesen wird, das Differenzbild zu erzeugen.
5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines REM-Bilds zeigt, das erfasst wurde, indem die Polarisationsebene der Strukturform entsprechend eingestellt wurde. Als Probe 8 wurde eine Probe verwendet, bei der auf einer Antireflexionsschicht 41 ein Resist 42 aufgebracht war. Der auf der Antireflexionsschicht 41 gebildete Resist 42 war als Mikrolinienstruktur mit unterschiedlichen Abständen ausgebildet. Die Wellenlänge, bei welcher in der in 5 gezeigten Bewertung die Absorptionskoeffizienten des Resists 42 und der Antireflexionsschicht 41 am höchsten waren, war 200 nm für den Resist 42 und 400 nm für die Antireflexionsschicht 41. Die Linienabstandsbreite war 500 nm für den Linienabstand A und 250 nm für den Linienabstand B. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingungen waren eine Beschleunigungsspannung von 0,8 keV, ein Bestrahlungsstrom von 15 pA und eine Abtastgeschwindigkeit einer TV-Abtastrate. Die Licht-Bestrahlungsbedingungen waren eine Wellenlänge von 400 nm, eine Bestrahlungslichtmenge pro Zeiteinheit von 100 mW und die Polarisationsebene des p-polarisierten Lichts und des s-polarisierten Lichts. Der Einstrahlungswinkel war 30 Grad. Die Detektionsabtastfrequenz war 100 MHz.
Beim Linienabstand A ist die Bildhelligkeit der Antireflexionsschicht 41 heller als die des Resists 42, wenn p-polarisiertes Licht emittiert wird, und dadurch wird der Bildkontrast zwischen der Antireflexionsschicht 41 und dem Resist 42 erhöht. Dagegen ist der Kontrast zwischen der Antireflexionsschicht 41 und dem Resist 42 gering, wenn s-polarisiertes Licht emittiert wird. Unter diesen Bestrahlungsbedingungen wird ein hoher Bildkontrast erreicht, da p-polarisiertes Licht durch die Antireflexionsschicht 41 effizient absorbiert wird. Beim Linienabstand B wird das Licht durch die Antireflexionsschicht 41 effizient absorbiert, wenn s-polarisiertes Licht emittiert wird, wodurch der Bildkontrast erhöht wird. Dagegen ist der Bildkontrast gering, wenn p-polarisiertes Licht emittiert wird.
<Erste Ausführungsform: Zusammenfassung>
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt für jeden optischen Parameter ein Beobachtungsbild der Probe 8, während sie die optischen Parameter einschließlich der Polarisationsebene des Lichts ändert, wodurch sie Beobachtungsbilder erzeugt, deren Kontrast bei jedem optischen Parameter unterschiedlich ist. Dies ermöglicht es, für jeden optischen Parameter ein Beobachtungsbild zu erhalten, das den Lichtabsorptionseigenschaften der Probe 8 entsprechend einen jeweils unterschiedlichen Kontrast aufweist. Dadurch kann die Erkennbarkeit des Beobachtungsbilds erhöht werden, indem der optische Parameter den Lichtabsorptionseigenschaften der Probe 8 entsprechend gewählt wird.
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt Beobachtungsbilder, die jedem optischen Parameter entsprechend jeweils einen unterschiedlichen Kontrast aufweisen, erzeugt Differenzbilder zwischen Beobachtungsbildern und zeigt das Differenzbild im Anzeigebereich „Differenzbild“ 202 an. Dadurch lässt sich der Unterschied zwischen Beobachtungsbildern mit unterschiedlichem Kontrast deutlich erkennen.
Auch wenn in 5 ein Beispiel gezeigt wird, bei dem die Polarisationsebene als optischer Parameter eingestellt wird, kann der Kontrast des Beobachtungsbilds auch eingestellt werden, indem andere optische Parameter den Lichtabsorptionseigenschaften der Probe 8 entsprechend eingestellt werden. Zum Beispiel können die Bestrahlungsmenge des Lichts pro Zeiteinheit, die Impulsweite, der Einstrahlungswinkel (Elevationswinkel), die Wellenlänge, die Bestrahlungsrichtung (Azimutwinkel), der Bestrahlungsperiode des Lichts und dergleichen eingestellt werden. Der Einstrahlungswinkel ist ein Winkel, der in einer vertikalen Ebene zwischen einer senkrechten Linie (Z-Achse) und dem Elektronenstrahl 30 gebildet wird. Die Bestrahlungsrichtung ist ein Winkel, der in einer horizontalen Ebene zwischen dem Elektronenstrahl 30 und einer der Koordinatenachsen (XY-Achsen) gebildet wird.
<Zweite Ausführungsform>
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Konfigurationsbeispiel beschrieben, bei dem die Merkmalsmenge der Formstruktur der Probe 8 extrahiert wird und der optische Parameter des Lichts, mit dem die Probe 8 bestrahlt wird, dann der Merkmalsmenge entsprechend gesteuert wird.
6 ist eine Konfigurationszeichnung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst zusätzlich zu der Konfiguration, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, eine Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 und eine Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15. Die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 erfasst eine Formstruktur der Probe 8 und extrahiert die Merkmalsmenge der Formstruktur. Die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 bestimmt dieser Merkmalsmenge entsprechend einen Parameter, der den Absorptionskoeffizienten des Lichts, mit dem die Probe 8 bestrahlt wird, maximiert. Die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 extrahiert aus dem REM-Bild, aus einem Elektronenemissionssignal, aus Designdaten und dergleichen Merkmale wie z.B. die Größe/Dichte/Periode/Fläche/Konturlinie der Formstruktur/photophysikalische Eigenschaften des Materials, aus welchem die Probe 8 besteht. Das Speichergerät 81 wird weiter unten beschrieben.
7 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zeigt, in welchem die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 optische Parameter bestimmt. Im Folgenden wird jeder Schritt von 7 beschrieben.
(FIG. 7: Schritt S1 bis S3)
Der Benutzer legt die Probe 8 ein, und das Tischmechanismus-System bewegt die Probe in eine Beobachtungsposition (S1). Der Benutzer stellt Bestrahlungsbedingungen wie z.B. den Bestrahlungsstrom des Elektronenstrahls 30 ein, und die Bildverarbeitungseinheit 17 erfasst diesen Bestrahlungsbedingungen entsprechend ein REM-Bild der Probe 8 (S2). Die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 extrahiert die Formstruktur der Probe 8 und deren Merkmalsmenge aus dem in S2 erhaltenen REM-Bild (S3).
(7: Schritt S4 bis S6) Die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 stellt einen optischen Parameter (z.B. die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit) temporär auf einen beliebigen Wert ein (S4).
Die Lichtsteuereinheit 14 und die Lichtbestrahlungseinheit 24 bestrahlen die Probe 8 unter Verwendung dieses optischen Parameters mit Licht (S5). Die Bildverarbeitungseinheit 17 erfasst das REM-Bild der Probe 8 und berechnet den Kontrast des REM-Bilds (S6). Die Schritte S4 bis S6 werden wiederholt, wobei der Wert des optischen Parameters geändert wird. Wenn in Schritt S4 als optischer Parameter zum Beispiel die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit temporär eingestellt wird, werden die Schritte S4 bis S6 über den gesamten einstellbaren Zahlenwertbereich hinweg wiederholt, wobei der Zahlenwert der Bestrahlungsmenge geändert wird.
(FIG. 7: Schritt S7)
Die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 vergleicht den Kontrast bei jedem Wert des optischen Parameters mit dem Bildkontrast, wenn kein Licht emittiert wird. Die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 wendet den Wert an, der den maximalen Kontrast ergibt. Wenn der Kontrast maximal ist, wenn kein Licht emittiert wird, wird als optischer Parameter „ohne Bestrahlung“ angewandt.
(FIG. 7: Schritt S4 bis S7)
Die Schritte S4 bis S7 werden für jede Kombination der optischen Parameter wiederholt. Nachdem die Schritte S4 bis S7 für die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit durchgeführt wurden, werden die Schritte S4 bis S7 zum Beispiel für die Wellenlänge durchgeführt. Entsprechende Schritte werden auch für die anderen optischen Parameter durchgeführt. Als beispielhafte Kombination der optischen Parameter lassen sich alle Parameter anführen, die im Einstellungsbereich „Bilderfassungsvorgang“ 206 von 4 eingestellt werden können.
8A zeigt ein Beispiel, in welchem die Fourier-Transformation als Methode zur Extraktion der Merkmalsmenge der Form einer Probe mit periodischer Form verwendet wird. Der Detektor 5 detektiert Elektronen (Sekundärladungsteilchen), die den mit der Einstellungseingabeeinheit 21 eingestellten Bestrahlungsbedingungen gemäß durch Bestrahlen der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 30 von der Probe 8 emittiert werden. Die Bildverarbeitungseinheit 17 wandelt das Elektronenemissionssignal in ein Bild um. Die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 führt am REM-Bild eine Fourier-Transformation durch, analysiert die Formstruktur der Probe 8 durch Frequenzanalyse und extrahiert Merkmalsmengen wie z.B. Größen und Abstände. Die Breite vom Bildzentrum bis zu einem hellen Punkt oder einer hellen Linie ist die Strukturfrequenz jeder Form, und die Strukturgröße lässt sich aus dem Kehrwert der Strukturfrequenz berechnen.
In 8A ist f_x die Strukturfrequenz der Probe in der X-Richtung, und f_y ist die Strukturfrequenz in der Y-Richtung. In 8A ist zu erkennen, dass f_x ein Wert ist, der kleiner als f_y ist. Wenn P_x die Strukturdichte in der X-Richtung ist und P_y die Strukturdichte in der Y-Richtung ist, ist P_x ein Produkt aus FOV (Field of View) und f_x, und P_y ist ein Produkt aus FOV und f_y. In 8A ist die Strukturdichte in der X-Richtung P_x, wo die Strukturfrequenz niedrig ist, geringer als die Strukturdichte in der Y-Richtung P_y, wo die Strukturfrequenz hoch ist.
8B ist eine schematische Darstellung, die eine Methode zur Bestimmung der Polarisationsebene anhand der Merkmalsmenge zeigt. Die Horizontalachse von 8B ist das Produkt aus der Wellenlänge λ des Lichts und der Strukturfrequenz f und entspricht einem Parameter, der den Beugungswirkungsgrad darstellt. Die Vertikalachse stellt jeweils den Absorptionskoeffizienten der Probe für p-polarisiertes Licht und für s-polarisiertes Licht dar. Der Graph kann vorab durch optische Simulation oder reale Messung erhalten und in einer Datenbank abgespeichert werden. 8B zeigt die Werte bei einer Wellenlänge λ₁. Bei λ₁f_x ist der Lichtabsorptionskoeffizient der Probe 8 bei s-polarisiertem Licht höher als bei p-polarisiertem Licht, und bei λ₁f_y ist der Lichtabsorptionskoeffizient der Probe 8 bei p-polarisiertem Licht höher. Wie in Ausdruck (1) gezeigt, ist die Änderung in der Bildhelligkeit größer, und der Kontrast ist höher, wenn die Probe 8 mit Licht bestrahlt wird, das eine Polarisationsebene hat, bei der ihr Lichtabsorptionskoeffizient groß ist.
Um die kontrasterhöhende Wirkung in der X-Richtung der Struktur und in der Y-Richtung der Struktur einheitlich zu machen, kann die Lichtintensität I_s des s-polarisierten Lichts und die Lichtintensität I_p des p-polarisierten Lichts eingestellt werden, indem die Lichtintensität I_s des s-polarisierten Lichts und die Lichtintensität I_p des p-polarisierten Lichts durch das jeweilige Produkt (α_sP_x, α_pP_y) des Absorptionskoeffizienten α_s, α_p des s-polarisierten Lichts und p-polarisierten Lichts und der Strukturdichte P_x, P_y dividiert wird. Die Details dazu werden in einer dritten Ausführungsform erläutert, die weiter unten beschrieben wird.
9 ist eine schematische Darstellung, die Beobachtungsbilder zeigt, die erhalten wurden, indem die Merkmalsmenge der Strukturform aus dem REM-Bild der Probe 8 extrahiert wurde und jeder Struktur entsprechend der optische Parameter verwendet wurde, der den höchsten Lichtabsorptionskoeffizienten aufweist. Als Probe 8 wurde eine Probe verwendet, bei welcher eine Oxidschicht 45 auf einem darunter liegenden Siliziumsubstrat 43 gebildet war und auf der Oxidschicht 45 Polysilizium 44 gebildet war. Das Polysilizium 44 war in Form von Inseln mit unterschiedlichen Abständen in der X- und Y-Richtung ausgebildet. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingungen 30 waren eine Beschleunigungsspannung von 1,5 keV, ein Bestrahlungsstrom von 300 pA und eine Abtastgeschwindigkeit von 150 ns/Pixel. Die Licht-Bestrahlungsbedingungen waren eine Wellenlänge von 535 nm, und die Bestrahlung wurde der Struktur, deren Kontrast zu erhöhen war, entsprechend mit p- oder s-polarisiertem Licht durchgeführt. Die Detektionsabtastfrequenz war 400 MHz.
Aus 8B ist zu ersehen, dass der Absorptionskoeffizient für s-polarisiertes Licht bei der Strukturfrequenz in der X-Richtung f_x hoch ist und der Absorptionskoeffizient für p-polarisiertes Licht bei der Strukturfrequenz in der Y-Richtung f_y hoch ist. Hier war unter Berücksichtigung der Strukturdichten P_x und P_y und der Absorptionskoeffizienten α_s die Bestrahlungsmenge des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit auf 7 mW und die Bestrahlungsmenge des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit auf 10 mW eingestellt. Im Beispiel von 9 weist die Oxidschicht 45 in der X-Richtung der Formstruktur einen erhöhten Bildkontrast auf, wenn s-polarisiertes Licht emittiert wird, und die Änderung in der Y-Richtung der Struktur ist gering. Dagegen nimmt die Bildhelligkeit der Oxidschicht 45 in der Y-Richtung der Struktur im Vergleich zur Änderung der Bildhelligkeit in der X-Richtung der Struktur zu, und der Kontrast in der Y-Richtung wird erhöht, wenn p-polarisiertes Licht emittiert wird. Auf diese Weise wird eine beliebige Kontrastregelung ermöglicht, indem Lichtbestrahlungsparameter verwendet werden, deren Polarisationsebene der Richtung der Strukturform entsprechend eingestellt ist.
10 ist ein Beispiel für eine GUI, die durch die Anzeigeeinheit 20 in der zweiten Ausführungsform bereitgestellt wird. Ein Merkmalsmengenextraktionsfeld 212 ermöglicht die Auswahl einer Methode zur Extraktion einer Merkmalsmenge. Zusätzlich zur Fourier-Analyse des Beobachtungsbilds, die in 8A beispielhaft dargestellt ist, werden eine Methode zur Merkmalsmengenextraktion der Formstruktur aus den Designdaten, ein Verfahren zum Messen der Strukturgröße auf dem Beobachtungsbild und dergleichen als Beispiele angeführt.
Wenn eine Entsprechung zwischen einer Merkmalsmenge und optischen Parametern, die in der Lage ist, den Bildkontrast der Probe 8 mit dieser Merkmalsmenge zu maximieren, im Voraus in einer Datenbank abgespeichert wird, ist es der Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 möglich, automatisch die optischen Parameter zu bestimmen, die der extrahierten Merkmalsmenge entsprechen, indem sie die Datenbank referenziert. In diesem Fall ist es möglich, jeden optischen Parameter auf dem Bildschirm von 10 den Merkmalsmengen entsprechend automatisch auszuwählen, ohne dass die Notwendigkeit besteht, den Ablaufplan von 7 auszuführen. Die Datenbank kann zum Beispiel konfiguriert werden, indem Daten, die die Entsprechung zwischen einer Merkmalsmenge und den optischen Parametern beschreiben, im Speichergerät 81 gespeichert werden.
Die Anzeigebereiche 207 und 208 zeigen Beobachtungsbilder mit verschiedenen optischen Parametern an. Ein Überwachungsbereich „Licht-Bestrahlungsbedingungen“ 209 zeigt den aktuellen Wert jedes optischen Parameters an. Die Anzeigebereiche „Abbildungsbedingungen“ 210 und 211 zeigen jeweils Abbildungsbedingungen an, die den Anzeigebereichen 207 und 208 entsprechen.
<Zweite Ausführungsform: Zusammenfassung>
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform erfasst ein Beobachtungsbild, indem sie einer Merkmalsmenge der Probe 8 entsprechend die optischen Parameter bestimmt, die bei dieser Merkmalsmenge den höchsten Lichtabsorptionskoeffizienten haben, und Licht mit diesem optischen Parameter emittiert. Dadurch ist es möglich, den Kontrast des Beobachtungsbilds für jede Formstruktur der Probe 8 so weit wie möglich zu erhöhen.
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform bestimmt einen optischen Parameter, der in der Lage ist, den Kontrast zu erhöhen, indem sie eine Datenbank referenziert, die die Entsprechung zwischen einer Merkmalsmenge und dem optischen Parameter beschreibt, oder indem dem Ablaufplan in 7 gemäß nach dem optischen Parameter gesucht wird, der der Merkmalsmenge entspricht. Die Verwendung einer Datenbank ermöglicht die schnelle Bestimmung des optimalen optischen Parameters. Falls eine Datenbank nicht im Voraus erstellt werden kann, besteht die Möglichkeit, die optischen Parameter 7 gemäß zu bestimmen. Ferner kann eine Datenbank aufgebaut werden, indem optische Parameter, die 7 gemäß bestimmt wurden, im Speichergerät 81 gespeichert werden.
<Dritte Ausführungsform>
In der Formstruktur, die in 9 beschrieben wurde, unterscheiden sich die Merkmalsmenge in der X-Richtung der Formstruktur und die Merkmalsmenge in der Y-Richtung der Formstruktur voneinander, weshalb die Lichtabsorptionskoeffizienten in den jeweiligen Richtungen unterschiedlich sind. Daher wird in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur einheitlichen Kontrasterhöhung in jeder Beobachtungsrichtung beschrieben, selbst wenn die Merkmalsmenge in den Beobachtungsrichtungen unterschiedlich ist. Die Konfiguration der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 ist ähnlich wie in der zweiten Ausführungsform.
11A ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Strahlengangs zeigt, wenn das Bestrahlungsverhältnis des p-polarisierten Lichts und des s-polarisierten Lichts gemessen wird und die Bestrahlungsmenge des Lichts der Merkmalsmenge der Formstruktur entsprechend eingestellt wird. Der variable Lichtmengenfilter 33 stellt die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit ein. P-polarisiertes Licht wird von der Lichtquelle 13 emittiert und durch einen nichtpolarisierenden Strahlteiler 47 in zwei Strahlengänge aufgeteilt. In einem Strahlengang wird die Bestrahlungsmenge des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit durch den variablen Lichtmengenfilter 33 eingestellt, und die Bestrahlungslichtmenge des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit wird durch einen Strahlmonitor 49 gemessen. Im anderen Strahlengang wird nach der Umwandlung der Polarisationsebene des p-polarisierten Lichts in s-polarisiertes Licht durch die Polarisationsumwandlungsscheibe 32 die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit durch den variablen Lichtmengenfilter 33 eingestellt, und die Bestrahlungsmenge des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit wird durch einen Strahlmonitor 49 gemessen.
11B ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration des Strahlengangs nach Einstellung der Bestrahlungsmenge zeigt. Der in der Strahlengang-Konfiguration von 11A gemessenen Bestrahlungsmenge gemäß steuert die Lichtsteuereinheit 14 die Bestrahlungsmenge durch ein weiter unten beschriebenes Verfahren der Formstruktur der Probe entsprechend. Der Strahlmonitor 49 ist beweglich und wird aus dem Strahlengang genommen, sobald die Einstellung der Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit abgeschlossen ist.
12Aist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Methode zur Extraktion der Merkmalsmenge der Probe zeigt. In 12A erfasst die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 jeweils in der X- und Y-Richtung Linienprofile und extrahiert Merkmalsmengen wie zum Beispiel eine Liniengröße und ein Linienabstand. In 12A wird der Linienabstand als Merkmalsmenge extrahiert. Die Linienabstand kann zum Beispiel als Helligkeitsspitzen-Intervall des Beobachtungsbilds extrahiert werden. In 12A ist L_x der Linienabstand in der X-Richtung und L_y der Linienabstand in der Y-Richtung.
12B ist eine schematische Darstellung, die eine Methode zur Bestimmung der Licht-Bestrahlungsbedingungen anhand der Merkmalsmenge zeigt, die durch die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 extrahiert wurde. Im Graphen von 12B stellt die Horizontalachse ein Verhältnis der Wellenlänge λ zum Linienabstand L dar, und die Vertikalachse stellt den Absorptionskoeffizienten des Bestrahlungslichts durch die Probe 8 dar. Wenn die Bestrahlungsmenge D_p des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit und die Bestrahlungsmenge D_s des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit gleich sind, ist der Kontrast bei jedem Linienabstand einheitlich. Die Bestrahlungsmenge jeder Polarisationsebene pro Zeiteinheit wird anhand von Ausdruck (7) und (8) berechnet. α_P ist ein Absorptionskoeffizient des p-polarisierten Lichts für die Wellenlänge λ und den Linienabstand L, α_s ist ein Absorptionskoeffizient des s-polarisierten Lichts für die Wellenlänge λ und den Linienabstand L, und D^P _puls und D^S _puls sind Bestrahlungsmengen des p-polarisierten Lichts und des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit, mit denen die Probe 8 bestrahlt wird. Indem eines oder beides von D^P _puls und D^S _pulse so eingestellt wird, dass D_p = D_s, kann der Kontrast in jeder Richtung einheitlich gemacht werden.
$D_{P} = D_{p u l s e}^{P} \cdot α_{P}$
$D_{S} = D_{p u l s e}^{S} \cdot α_{S}$
12C ist eine schematische Darstellung, die ein Beobachtungsergebnis zeigt, wenn die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit für jede Polarisationsebene gesteuert wird. Als Probe 8 wurde eine Probe verwendet, bei der eine Struktur aus Polysilizium 44 auf einem darunter liegenden Siliziumkarbidsubstrat 46 gebildet war. Das Polysilizium 44 war in Form von Inseln mit unterschiedlichen Abständen in der X- und Y-Richtung ausgebildet. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingungen 30 waren eine Beschleunigungsspannung von 0,3 keV, ein Bestrahlungsstrom von 1 nA und eine Abtastgeschwindigkeit von 20 ns/Pixel. Die Licht- Bestrahlungsbedingungen waren eine Wellenlänge von 300 nm und eine Detektionsabtastung von 2 ns. Die Polarisationsebene und die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit wurden dem Bezug nehmend auf 12A und 12B beschriebenen Verfahren gemäß so gesteuert, dass der Kontrast einheitlich war.
Aus Ausdruck (7) und (8) geht hervor, dass es erforderlich ist, die Bestrahlungsmenge des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit auf 2/3 der Bestrahlungsmenge des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit einzustellen, um die kontrasterhöhende Wirkung bei jedem Linienabstand λ₁/d_x und λ₁/d_y einheitlich zu machen. Unter der Bedingung „Lichtbestrahlung AUS“ in 12C ist ein Kontrastunterschied zwischen dem Polysilizium 44 und dem Siliziumkarbidsubstrat 46 gering. Dagegen wurde eine einheitliche kontrasterhöhende Wirkung bestätigt, wenn die Lichtbestrahlungsmenge pro Zeiteinheit für jedes polarisierte Licht der Merkmalsmenge der Formstruktur entsprechend eingestellt ist.
Auch wenn in der dritten Ausführungsform der variable Lichtmengenfilter 33 verwendet wird, um die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit zu steuern, kann im Falle eines Pulslasers statt des variablen Lichtmengenfilters 33 ein Pulspicker verwendet werden, um die Impulszahl des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit auf 2/3 der Impulszahl des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit einzustellen.
13 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine GUI zeigt, die durch die Anzeigeeinheit 20 in der dritten Ausführungsform bereitgestellt wird. In 13 wird die Strukturgröße als Merkmalsmenge aus dem Linienprofil extrahiert. Ein REM-Bild, wenn kein Licht emittiert wird, wird im Anzeigebereich 201A angezeigt, und ein Bild, das unter den bestimmten Licht-Bestrahlungsbedingungen erfasst wurde, wird im Anzeigebereich 201B angezeigt. Der Einstellungsbereich „Polarisationsebenenverhältnis“ 213 ist ein Rollbalken, mit dem der Anteil des s-polarisierten Lichts und p-polarisierten Lichts manuell eingestellt werden kann. Ein Einstellungsbereich „Bestrahlungsmenge“ 214 ist ein Rollbalken, mit dem die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit sowohl für p-polarisiertes Licht als auch für s-polarisiertes Licht eingestellt werden kann. Die Auswahlschaltfläche „Polarisationsart“ 216 wird zur Auswahl der Polarisationsebene verwendet. Ein Anzeigebereich „Live-Bild“ 215 zeigt während der Extraktion der Licht-Bestrahlungsbedingungen das REM-Bild an. Die Lichtsteuereinheit 14 wählt dem oben beschriebenen Verfahren gemäß die Polarisationsebene des Lichts und die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit der Merkmalsmenge der Probe 8 entsprechend aus. Das Ergebnis dieser Auswahl wird automatisch auf dem Bildschirm von 13 angezeigt.
<Dritte Ausführungsform: Zusammenfassung>
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform bestimmt optische Parameter der Merkmalsmenge der Strukturform der Probe 8 entsprechend und stellt dem Lichtabsorptionskoeffizienten, der jedem optischen Parameter entspricht, entsprechend die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit ein. Dies ermöglicht es, den Kontrast für jeden optischen Parameter einheitlich zu machen. Dadurch kann ein einheitlicher Kontrast erhalten werden, selbst wenn die Merkmalsmenge der Probe 8 in jeder Beobachtungsrichtung unterschiedlich ist.
<Vierte Ausführungsform>
In einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Konfigurationsbeispiel beschrieben, in welchem ein optischer Parameter bestimmt wird, bei dem der Wirkungsgrad der von der Probe 8 emittierten Elektronen maximal ist, wodurch es möglich ist, ein Beobachtungsbild mit hohem Kontrast zu erhalten. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst zusätzlich zu der Konfiguration, die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben wurde, einen Mechanismus zur Einstellung des Winkels des zur Probe 8 emittierten Lichts. Eine Funktionseinheit (zum Beispiel die Lichtbestrahlungseinheit 24), die andere Licht-Bestrahlungsbedingungen als den Winkel steuert, kann vor oder hinter dem Justierspiegel 31 installiert sein.
14A ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in welchem ein Winkel des zur Probe 8 emittierten Lichts durch Einstellen eines Neigungswinkels eines XYZ-Tischs 6 gesteuert wird. Die Lichtsteuereinheit 14 steuert den Winkel des Lichts, indem sie den Neigungswinkel in Bezug auf den XYZ-Tisch 6 angibt.
14B ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, in welchem der Winkel des Lichts, mit dem die Probe 8 bestrahlt wird, durch einen außerhalb des Gerätegehäuses 23 installierten Spiegel 35 eingestellt wird. Die Lichtsteuereinheit 14 steuert den Winkel des Lichts, indem sie den Neigungswinkel in Bezug auf den Spiegel 35 angibt.
Durch Verwenden eines Pulslasers mit variabler Wellenlänge als Lichtquelle 13 können zum Beispiel die Impulsweite und die Anzahl der Bestrahlungsimpulse pro Zeiteinheit gesteuert werden. Die Impulsweite und die Anzahl der Bestrahlungsimpulse pro Zeiteinheit können durch die Funktion des Pulslasers oder durch eine andere Funktion, die im optischen Bestrahlungssystem integriert ist, eingestellt werden. Die Impulsweite kann zum Beispiel durch einen Güteschalter (Q-Switch) eingestellt werden, und die Anzahl der Bestrahlungsimpulse pro Zeiteinheit kann durch einen Pulspicker mit Pockels-Zellen eingestellt werden. Die Polarisation des gepulsten Lasers kann durch Verwenden einer Konfiguration wie in der dritten Ausführungsform eingestellt werden.
15A zeigt ein Beispiel, in welchem jeweils in der X- und Y-Richtung ein Helligkeitshistogramm des REM-Bilds erfasst wurde. Die verwendete Probe 8 entsprach der in 12A gezeigten. Das Helligkeitshistogramm stellt eine Häufigkeitsverteilung der Helligkeitswerte jedes Pixels im REM-Bild dar. Anstelle des Helligkeitshistogramms kann auch ein Helligkeitsdifferenzhistogramm verwendet werden, solange der Kontrast optimiert werden kann. Außerdem kann anstelle der Helligkeit die Leuchtdichte verwendet werden. Im Folgenden wird angenommen, dass ein Helligkeitshistogramm verwendet wird.
15B zeigt ein Verfahren zur Kontrastmaximierung des unter Verwendung eines Helligkeitshistogramms. Um den Bildkontrast zu maximieren, genügt es, den optischen Parameter zu bestimmen, bei dem das Frequenzspitzen-Intervall H des Helligkeitshistogramms am größten ist. Im Beispiel, das in 15B gezeigt wird, erstellt die Lichtsteuereinheit 14 zuerst ein Helligkeitshistogramm, während sie die Wellenlänge und die Polarisationsebene ändert, und bestimmt die Wellenlänge und die Polarisationsebene, bei denen das Spitzen-Intervall H maximal ist. Dann bestimmt die Lichtsteuereinheit 14 einen Lichteinstrahlungswinkel, bei dem das Spitzen-Intervall H maximal ist. Schließlich bestimmt die Lichtsteuereinheit 14 die Bestrahlungsmenge des Lichts pro Zeiteinheit, bei der das Spitzen-Intervall H maximal ist. Die Bestrahlungsmenge kann zum Beispiel durch eine Impulsweite, die Impulszahl pro Zeiteinheit, eine Durchschnittsleistung des gepulsten Lasers und dergleichen eingestellt werden.
Das Spitzen-Intervall H kann für jeden optischen Parameter maximiert werden. Zusätzlich zu den in 15B dargestellten optischen Parametern kann das jeweilige Spitzen-Intervall H für die Wellenlänge, die Bestrahlungsrichtung (Azimutwinkel) in Bezug auf die Probe, die Bestrahlungsperiode des Lichts und dergleichen maximiert werden. Die Parameter können in jeder beliebigen Reihenfolge eingestellt werden. Ein optimaler Wert der optischen Parameter kann für jede Beobachtungsrichtung eingestellt werden. Wenn der optimale optische Parameter der Merkmalsmenge der Probe 8 entsprechend bestimmt wird (zum Beispiel, wenn der optimale optische Parameter durch das in der ersten Ausführungsform beschriebene Verfahren bestimmt wird), sind nur die anderen optischen Parameter einstellbar. Wenn zum Beispiel p-polarisiertes Licht in der X-Richtung optimal ist und s-polarisiertes Licht in der Y-Richtung optimal ist, kann für das Helligkeitshistogramm in der X-Richtung unter Voraussetzung des p-polarisierten Lichts nur die Wellenlänge optimiert werden, und für das Helligkeitshistogramm in der Y-Richtung kann unter Voraussetzung des s-polarisierten Lichts nur die Wellenlänge optimiert werden.
16 ist ein Beispiel für die GUI, die durch die Anzeigeeinheit 20 in der vierten Ausführungsform bereitgestellt wird. Der Benutzer gibt in einem Auswahlbereich „Licht-Bestrahlungsbedingungen“ 217 den optischen Parameter, für welchen der Optimalwert gesucht wird, und einen Suchbereich ein. In einem Auswahlbereich für die Polarisationsart 222 wird die zu emittierende Polarisationsebene geprüft. Einstellbar sind die Wellenlänge des zu emittierenden Lichts, die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit, der Einstrahlungswinkel, das Lichtbestrahlungsintervall, die Bestrahlungsrichtung (Azimutwinkel) des Lichts in Bezug auf die Probe und die Impulsweite. Der Anzeigebereich 201A zeigt ein REM-Bild an, wenn kein Licht emittiert wird, und der Anzeigebereich 201B zeigt ein Bild an, das unter Verwendung des optischen Parameters mit dem größten Spitzen-Intervall H erfasst wurde. Der Anzeigebereich „Live-Bild“ 215 zeigt während der Suche eines optischen Parameters das REM-Bild an. Der Anzeigebereich „Bildverarbeitung“ 221 zeigt ein zusammengesetztes Bild oder ein Differenzbild der erfassten Bilder an. Der Benutzer wählt in einem Bildauswahlbereich 218 eine Bilddatei aus. Als nächstes bestimmt der Benutzer in einem Auswahlbereich „Berechnungsmethode“ 219 eine Bildberechnungsmethode. Wenn zum Beispiel ein Differenzbild der im Bildauswahlbereich 218 ausgewählten Bilder A und B ausgegeben werden soll, wird ein Minus-Symbol gewählt, und wenn ein zusammengesetztes Bild ausgegeben werden soll, wird ein Plus-Symbol gewählt. Wenn die Schaltfläche „Verarbeitung starten“ 220 gewählt wird, startet die Bildverarbeitungseinheit 17 die Bildverarbeitung.
<Vierte Ausführungsform: Zusammenfassung>
Das Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform bestimmt optische Parameter derart, dass das Spitzen-Intervall H im Helligkeitshistogramm des REM-Bildes groß ist. Dadurch ist es möglich, optische Parameter so zu optimieren, dass ein Strukturkontrast des REM-Bilds erhöht wird.
<Fünfte Ausführungsform>
Auch wenn in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem die Formstrukturen auf der Probe 8 linear angeordnet sind und je nach Beobachtungsrichtung p-polarisiertes Licht oder s-polarisiertes Licht verwendet wird, ist die Erfindung auf andere Formstrukturen anwendbar. In einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als ein Beispiel dafür ein Beispiel zur Kontrasterhöhung eines REM-Bilds beschrieben, das durch Erfassen der magnetischen Domänen eines Materials erhalten wurde. Die Konfiguration der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 entspricht der in der ersten und zweiten Ausführungsform. Die Polarisationsumwandlungsscheibe 32 kann eine λ/2-Polarisationsscheibe, eine λ/4-Polarisationsscheibe oder eine Kombination aus einer λ/2-Polarisationsscheibe und einer λ/4-Polarisationsscheibe sein. Auch andere Komponenten, die in der Lage sind, die Polarisationsebene umzuwandeln, können verwendet werden. Die GUI entspricht der in 16.
17 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines REM-Bilds zeigt, bei dem der Bildkontrast einer magnetischen Domäne der Probe 8 erhöht wurde. Als Probe 8 wurde eine Eisendünnschicht mit Domänen verwendet, die magnetische Domänen waren. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingungen 30 waren eine Beschleunigungsspannung von 0,5 keV, ein Bestrahlungsstrom von 20 pA und eine Abtastgeschwindigkeit von 100 ns/Pixel. Die Licht-Bestrahlungsbedingungen waren eine Wellenlänge von 800 nm, und die Polarisationsebene war (1) links-zirkular polarisiertes Licht und (2) recht-zirkular polarisiertes Licht. Wenn die Probe 8, die unterschiedliche magnetische Domänen aufweist, mit Licht bestrahlt wird, das unterschiedliche rechts- und links-zirkulare Polarisationen aufweist, werden aufgrund des magnetischen Zirkulardichroismus für jede Magnetisierungsachse unterschiedliche Absorptionskoeffizienten erhalten. Das heißt, das REM-Bild, das unter polarisationsgesteuerter Lichtbestrahlung erhalten wird, weist einen Kontrast auf, der den Zustand der magnetischen Domänen wiedergibt. In 17 (1) nimmt die Signalgröße in Bereichen zu, die magnetische Domänen mit einer Aufwärtskomponente haben, während in 17 (2) der Kontrast in Bereichen zunimmt, die magnetische Domänen mit einer Abwärtskomponente haben. Ferner wird unter Verwendung der GUI von 16 ein Differenzbild (17 (3)) zwischen (1) und (2) von 17 erfasst. Die Erzeugung des Differenzbilds ermöglicht es, den Einfluss der Bestrahlung mit verschiedenen Polarisationsarten auf die jeweiligen magnetischen Domänen zu bewerten.
<Sechste Ausführungsform>
Da in der Formstruktur eines REM-Bilds, das durch eine Vielzahl von Elektronenstrahlbestrahlungen erfasst wird, die Merkmalsmenge in der X-Richtung und die Merkmalsmenge in der Y-Richtung unterschiedlich ist, unterscheiden sich die Lichtabsorptionskoeffizienten in den jeweiligen Richtungen voneinander. Daher wird in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Weitfeldbeobachtung durch eine Vielzahl von Elektronenstrahlbestrahlungen ein Verfahren zur einheitlichen Kontrasterhöhung in jeder Beobachtungsrichtung beschrieben, selbst wenn die Merkmalsmenge in jeder Beobachtungsrichtung unterschiedlich ist. Es wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben, die eine Menge an Elektronen, die bei der Elektronenstrahlbestrahlung von der Probe emittiert werden, steuert, indem sie die Polarisationsebene und andere optische Parameter eines intermittierend einstrahlenden Lichts steuert, um eine Bilderfassung mit hohem Bildkontrast zu erreichen.
18 ist eine Konfigurationszeichnung einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der sechsten Ausführungsform. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 ist als ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop konfiguriert, das durch Bestrahlen der Probe 8 mit Elektronenstrahlen 55, 56, 57 (Primärladungsteilchen) ein Beobachtungsbild der Probe 8 in einem weitem Sichtfeld erfasst. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 umfasst das elektronenoptische System, das Tischmechanismus-System, das Elektronenstrahl-Steuersystem, das Lichtbestrahlungssystem und die Hauptkonsole 16. Das elektronenoptische System umfasst eine optische Mehrstrahlvorrichtung 50, die eine Vielzahl von Elektronenstrahlen bildet und ausstrahlt, sowie Detektoren 51, 52 und 53. Das Tischmechanismus-System umfasst den XYZ-Tisch 6 und den Probenhalter 7. Das Elektronenstrahl-Steuersystem umfasst eine Mehrstrahl-Elektronenstrahlsteuereinheit 61, eine Detektionssteuereinheit (a) 58, eine Detektionssteuereinheit (b) 59 und eine Detektionssteuereinheit (c) 60. Das Lichtbestrahlungssystem umfasst die Lichtquelle 13, die Lichtsteuereinheit 14, die Lichtbestrahlungseinheit 24 und die Einstellungseingabeeinheit 21. Die Hauptkonsole 16 ist mit einem Bildgebungssystem und einem Eingabe-/Ausgabesystem ausgestattet. Das Bildgebungssystem umfasst die Bildverarbeitungseinheit 17 und die Bildsignalverarbeitungseinheit 19, deren Detektionsabtastfunktion mit dem Ablenksignal synchronisiert ist. Das Eingabe- und Ausgabesystem umfasst die Einstellungseingabeeinheit 21 für die Abbildungsbedingungen der Elektronenstrahle 55, 56 und 57 und die Anzeigeeinheit 20. Die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 erfasst die Formstruktur der Probe 8 und extrahiert die Merkmalsmenge der Formstruktur. Die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15 bestimmt der Merkmalsmenge entsprechend den Parameter, der den Absorptionskoeffizienten des Lichts, mit welchem die Probe 8 bestrahlt wird, maximiert. Die Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 extrahiert aus dem REM-Bild, dem Elektronenemissionssignal, den Designdaten und dergleichen die Merkmalsmenge wie die Größe/Dichte/Periode/Fläche/Konturlinie der Formstruktur/photophysikalische Eigenschaften des Materials, aus dem die Probe 8 besteht.
Die durch die optische Mehrstrahlvorrichtung 50 beschleunigten Elektronenstrahlen 55, 56 und 57 werden zur Probe 8 emittiert, und die Bestrahlungspositionen der Elektronenstrahlen 55, 56 und 57 auf der Probe 8 werden gesteuert. Der Detektor 5 detektiert emittierte Elektronen (Sekundärladungsteilchen), die durch Bestrahlen der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 55, 56 und 57 von der Probe 8 emittiert werden. Die Einstellungseingabeeinheit 21 ist eine Funktionseinheit, die dem Benutzer die Eingabe der Beschleunigungsspannung, des Bestrahlungsstroms, der Ablenkbedingung, der Detektionsabtastbedingung, der Elektronenlinsenbedingung und dergleichen ermöglicht.
19 ist ein REM-Bild, das durch eine Vielzahl von Elektronenstrahlenbestrahlungen erfasst wurde. Da die REM-Beobachtung durch eine Vielzahl von Elektronenstrahlenbestrahlungen erfolgt, kann ein Bereich, der durch eine Beobachtung erfasst wird, vergrößert werden, wie in 19 gezeigt. Dies ermöglicht die Beobachtung eines weiten Sichtfelds, wodurch Bereiche mit unterschiedlichen Struktur-Merkmalsmengen in einem Bild erfasst werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde, wie in 19 gezeigt, ein Bild einer Probe erfasst, in welcher Strukturen A und Strukturen B mit gleichem Strukturabstand jedoch unterschiedlicher Strukturbildungsrichtung in einem Gesichtsfeld gemischt waren.
Zuerst wird für jedes REM-Bild, das von jedem Detektor erfasst wurde, eine Merkmalsmengenextraktion der Formstruktur durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wurde als Methode zur Extraktion der Merkmalsmenge der Formstruktur der Probe wie der in der dritten Ausführungsform der Linienabstand der Probenstruktur verwendet.
20 ist eine schematische Darstellung, die eine Methode zur Bestimmung der Licht-Bestrahlungsbedingungen anhand der Merkmalsmenge zeigt, die von der Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 aus jedem Bild extrahiert wurde, das durch die Vielzahl von Elektronenstrahlbestrahlungen erfasst wurde. Im Graphen von 20 stellt die Horizontalachse das Verhältnis der Wellenlänge λ zum Linienabstand L dar, und die Vertikalachse stellt den Absorptionskoeffizienten der Probe 8 für das Bestrahlungslicht dar. Der Linienabstand L_A der Struktur A und der Linienabstand L_B des Struktur B wurden aufgetragen. Wenn die Bestrahlungsmenge D_A pro Zeiteinheit in Bezug auf die Struktur A und die Bestrahlungsmenge D_B pro Zeiteinheit in Bezug auf die Struktur B gleich sind, ist der Kontrast bei jedem Linienabstand einheitlich. Die Bestrahlungsmenge jeder Polarisationsebene pro Zeiteinheit wird anhand von Ausdruck (9) und (10) berechnet. $D_{A} = D_{p u l s e}^{S} \cdot α_{S (A)} + D_{p u l s e}^{P} \cdot α_{P (A)}$
$D_{B} = D_{p u l s e}^{S} \cdot α_{S (B)} + D_{p u l s e}^{P} \cdot α_{P (B)}$
α_P(_A) ist der Absorptionskoeffizient des p-polarisierten Lichts in Bezug auf die Wellenlänge λ und den Linienabstand L_A, α_S(A) ist der Absorptionskoeffizient des s-polarisierten Lichts in Bezug auf die Wellenlänge λ und den Linienabstand L_A, α_P(B) ist der Absorptionskoeffizient des p-polarisierten Lichts in Bezug auf die Wellenlänge λ und den Linienabstand L_B, und α_S(B) ist der Absorptionskoeffizient des s-polarisierten Lichts in Bezug auf die Wellenlänge λ und den Linienabstand L_B. D_A und D_B sind die Bestrahlungsmengen pro Zeiteinheit des p-polarisierten Lichts und des s-polarisierten Lichts, mit dem die Probe 8 bestrahlt wird. Durch Einstellen eines oder beider von D^P _puls und D^S _pulse derart, dass D_A = D_B, kann der Kontrast in jeder Richtung einheitlich gemacht werden.
21 ist eine schematische Darstellung, die ein Beobachtungsergebnis zeigt, wenn die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit für jede Polarisationsebene gesteuert wird. Als Probe 8 wurde eine Probe verwendet, bei welcher eine Struktur aus Polysilizium 71 auf einem darunter liegenden Silizium 70 gebildet war. Auch wenn im Polysilizium 71 Mikrolinenstrukturen mit gleichen Abständen in der X- und Y-Richtung ausgebildet waren, waren die Strukturen A und die Strukturen B in Phasen ausgebildet, die um 90 Grad gedreht sind. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingungen 30 waren eine Beschleunigungsspannung von 5,0 keV, ein Bestrahlungsstrom von 5 nA und eine Abtastgeschwindigkeit von 100 ns/Pixel. Die Licht-Bestrahlungsbedingungen waren eine Wellenlänge von 405 nm und eine Detektionsabtastung von 20 ns. Die Polarisationsebene und die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit wurden dem Bezug nehmend auf 20 beschriebenen Verfahren gemäß so gesteuert, dass der Kontrast einheitlich war. Die GUI entspricht der in 13.
Die Beobachtung wurde an der Probe mit der in 19 dargestellten Formstruktur durchgeführt. Aus Ausdruck (9) und (10) geht hervor, dass es erforderlich ist, die Bestrahlungsmenge des s- und p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit in Bezug auf die Struktur A auf die Hälfte der Bestrahlungsmenge des s- und p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit in Bezug auf die Struktur B einzustellen, um die kontrasterhöhende Wirkung für jede der Strukturen A und B einheitlich zu machen. Unter der Bedingung „Lichtbestrahlung AUS“ in 21 (a) ist der Kontrastunterschied zwischen dem Polysilizium 44 und dem Siliziumarbidsubstrat 46 gering. Wenn das REM-Bild, wie in 21 (b) gezeigt, unter der Bedingung erfasst wird, dass Licht emittiert wird, ohne die Merkmalsmenge der Formstruktur zu extrahieren, ist der Kontrastunterschied zwischen dem Silizium und Polysilizium in der Struktur B im Vergleich zum Kontrast zwischen dem Silizium und dem Polysilizium in der Struktur A gering, und eine einheitliche kontrasterhöhende Wirkung in den Strukturen A und B kann nicht erhalten werden. Dagegen wurde als Ergebnis der Steuerung der Lichtbestrahlungsmenge pro Zeiteinheit für jedes polarisierte Licht der Merkmalsmenge der Formstruktur entsprechend sowohl in Struktur A als auch in Struktur B eine einheitliche kontrasterhöhende Wirkung bestätigt, wie in 21 (c) gezeigt.
Auch wenn in der sechsten Ausführungsform zur Steuerung der Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit der variable Lichtmengenfilter verwendet wird, kann im Falle des Pulslasers anstelle des variablen Lichtmengenfilters ein Pulspicker verwendet werden, um die Impulszahl des p-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit auf 2/3 der Impulszahl des s-polarisierten Lichts pro Zeiteinheit einzustellen.
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 gemäß der sechsten Ausführungsform bestimmt optische Parameter der Merkmalsmenge der Strukturform der Probe 8 entsprechend und stellt die Bestrahlungsmenge pro Zeiteinheit für jeden optischen Parameter dem Lichtabsorptionskoeffizienten entsprechend ein, der jedem optischen Parameter entspricht. Dies ermöglicht einen einheitlichen Kontrast für jeden optischen Parameter. Dadurch kann ein einheitlicher Kontrast erhalten werden, selbst wenn die Merkmalsmenge der Probe 8 zum Beispiel in jeder Beobachtungsrichtung unterschiedlich ist,
<Modifikationen der Erfindung>
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern schließt verschiedene Modifikationen ein. Zum Beispiel können die obigen Ausführungsformen zum leichteren Verständnis der Erfindung ausführlich beschrieben worden sein und sind nicht unbedingt auf jene beschränkt, die alle oben beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform kann durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, oder eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform kann zur Konfiguration der Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform mit einer anderen Konfiguration kombiniert, ausgelassen oder durch eine andere Konfiguration ersetzt werden.
Auch wenn in den obigen Ausführungsformen als Konfigurationsbeispiel zur Erfassung eines Beobachtungsbilds der Probe 8 ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 1 als Rasterelektronenmikroskop konfiguriert ist, ist die Erfindung auch in anderen Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen anwendbar. Das heißt, die Erfindung ist auf andere Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen anwendbar, die die Emissionsleistung von Sekundärladungsteilchen durch Bestrahlen der Probe 8 mit Licht anpassen.
Auch wenn in den obigen Ausführungsformen ein Pulslaser als Lichtquelle 13 verwendet wird, können auch andere Lichtquellen verwendet werden, die in der Lage sind, Licht zu emittieren. Auch wenn in 3 ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem polarisiertes Licht unter Verwendung der Polarisationsumwandlungsscheibe 32 gesteuert wird, kann das polarisierte Licht auch auf andere Weise gesteuert werden. Zum Beispiel kann linear polarisiertes Licht durch Verwendung einer X/4-Polarisationsscheibe in zirkular polarisiertes Licht oder elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt werden.
In der vierten Ausführungsform ist die Konfiguration zur Einstellung des Einstrahlungswinkels des Lichts nicht auf die in 14Aund 14B dargestellten beschränkt. Zum Beispiel kann in 14B der Einstrahlungswinkel des Lichts durch Einstellen eines Winkels des Justierspiegels 31 gesteuert werden.
In den obigen Ausführungsformen kommen als photophysikalische Eigenschaft der Formstruktur der Probe ein optischer Absorptionsgrad des Materials der Probe 8, ein optischer Reflexionsgrad des Materials der Probe 8, eine Dielektrizitätskonstante des Materials der Probe 8, eine Abbe-Zahl des Materials der Probe 8, ein optischer Brechungsindex des Materials der Probe 8 und dergleichen in Betracht in Frage.
Um in den obigen Ausführungsformen sicherzustellen, dass der Wirkungsgrad der emittierten Elektronen durch Bestrahlen der Probe 8 mit Licht erhöht wird, ist es wünschenswert, die Probe 8 in einem Zeitintervall mit Licht zu bestrahlen, das kürzer ist als die Periode der Bestrahlung der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 30.
In den obigen Ausführungsformen kann die Hauptkonsole 16 aus einer arithmetischen Einheit wie z.B. einem Computer konfiguriert sein. Funktionseinheiten (Bildverarbeitungseinheit 17, Merkmalsmengenextraktionseinheit 18 und Einstellungseingabeeinheit 21), die Lichtsteuereinheit 14 und die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern 15, die in der Hauptkonsole 16 enthalten sind, können unter Verwendung von Hardware wie z.B. Schaltkreisen konfiguriert sein, in welcher die Funktionen implementiert sind, oder sie können konfiguriert sein, indem die arithmetische Einheit eine Software ausgeführt, in der die Funktionen implementiert sind.
Bezugszeichenliste

1: Ladungsteilchenstrahlvorrichtung
2: Elektronenstrahlkanone
3: Ablenkeinrichtung
4: Elektronenlinse
5: Detektor
6: XYZ-Tisch
7: Probenhalter
8: Probe
9: Elektronenkanonen-Steuereinheit
10: Ablenksignalsteuereinheit
11: Dektektionssteuereinheit
12: Elektronenlinsen-Steuereinheit
13: Lichtquelle
14: Lichtsteuereinheit
15: Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern
16: Hauptkonsole
17: Bildverarbeitungseinheit
18: Merkmalsmengenextraktionseinheit
19: Bildsignalverarbeitungseinheit
20: Anzeigeeinheit
21: Einstellungseingabeeinheit
22: Glasfenster
23: Gehäuse
24: Lichtbestrahlungseinheit
25: Bestrahlungslicht
30: Elektronenstrahl
31: Justierspiegel
32: Polarisationsumwandlungsscheibe
33: variabler Lichtmengenfilter
34: Wellenlängenumwandlungseinheit
41: Antireflexionsschicht
42: Resist
43: Silizium-Substrat
44: Polysilizium
45: Oxidschicht
46: Siliziumkarbid-Substrat
47: Nichtpolarisierender Strahlenteiler
49: Strahlmonitor
50: optische Mehrstrahlvorrichtung
51: Detektor
52: Detektor
53: Detektor
55:: Elektronenstrahl
56:: Elektronenstrahl
57:: Elektronenstrahl
58: Detektionssteuereinheit (a)
59: Detektionssteuereinheit (b)
60: Detektionssteuereinheit (c)
61: Mehrstrahl-Elektronenstrahlsteuereinheit
70: Silizium
71: Polysilizium
81: Speichergerät
201A: Anzeigebereich
201B: Anzeigebereich
202: Anzeigebereich „Differenzbild“
203: Schaltfläche „Abbildung starten“
204: Schaltfläche „Differenzbild“
205: Einstellungsbereich „Polarisationsebene“
206: Einstellungsbereich „Bilderfassungsvorgang“
207: Anzeigebereich
208: Anzeigebereich
209: Überwachungsbereich „Licht-Bestrahlungsbedingungen“
210: Anzeigebereich „Abbildungsbedingungen“
211: Anzeigebereich „Abbildungsbedingungen‟
212: Merkmalsmengenextraktionsfeld
213: Einstellungsbereich „Polarisationsebenenverhältnis“
214: Einstellungsbereich „Bestrahlungsmenge“
215: Anzeigebereich „Live-Bild“
216: -Auswahlschaltfläche „Polarisationsart“
217: Auswahlbereich „Licht-Bestrahlungsbedingungen“
218: Bildauswahlbereich
219: Auswahlbereich „Berechnungsmethode“
220: Schaltfläche „Verarbeitung starten“
221: Anzeigebereich „Bildverarbeitung“
222: Auswahlbereich „Polarisationsart“

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003151483 A [0003]
JP 5190119 [0003]

Claims

Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Probe mit einem Ladungsteilchenstrahl zu bestrahlen, wobei die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung umfasst: eine Ladungsteilchenquelle, die dazu konfiguriert ist, die Probe mit Primärladungsteilchen zu bestrahlen; eine Lichtquelle, die dazu konfiguriert ist, Licht auszustrahlen, das zur Probe emittiert wird; einen Detektor, der dazu konfiguriert ist, Sekundärladungsteilchen zu detektieren, die durch Bestrahlen der Probe mit Primärladungsteilchen von der Probe erzeugt werden; eine Bildverarbeitungseinheit, die dazu konfiguriert ist, unter Verwendung der vom Detektor detektierten Sekundärladungsteilchen ein Beobachtungsbild der Probe zu erzeugen; und eine Lichtsteuereinheit, die dazu konfiguriert ist, einen optischen Parameter zu steuern, der eine physikalische Eigenschaft des Lichts darstellt, wobei die Lichtsteuereinheit die Polarisationsebene des Lichts als optischen Parameter ändert und die Bildverarbeitungseinheit dazu veranlasst, Beobachtungsbilder zu erzeugen, deren Kontrast der geänderten Polarisationsebene entspricht.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinheit die Polarisationsebene des Lichts als optischen Parameter auf eine erste Polarisationsebene einstellt, damit die Probe einen ersten Lichtabsorptionskoeffizienten aufweist, der der ersten Polarisationsebene entspricht, und dann die Bildverarbeitungseinheit dazu veranlasst, ein Beobachtungsbild zu erzeugen, die Lichtsteuereinheit die Polarisationsebene des Lichts als optischen Parameter auf eine zweite Polarisationsebene einstellt, die sich von der ersten Polarisationsebene unterscheidet, damit die Probe einen zweiten Lichtabsorptionskoeffizienten aufweist, der der zweiten Polarisationsebene entspricht, und dann die Bildverarbeitungseinheit dazu veranlasst, ein Beobachtungsbild zu erzeugen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinheit als optischen Parameter mindestens eines steuert von: einem Winkel, der zwischen dem Licht und einer Koordinatenachse in einer Horizontalebene gebildet wird, wenn das Licht in einer Horizontalebene projiziert wird, einem Winkel, der zwischen dem Licht und einer Koordinatenachse in einer Vertikalebene gebildet wird, wenn das Licht in einer Vertikalebene projiziert wird, einer Wellenlänge des Lichts, einer Bestrahlungsperiode des Lichts, und einer Bestrahlungsmenge des Lichts pro Zeiteinheit.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildverarbeitungseinheit ein erstes Beobachtungsbild der Probe erzeugt, wenn die Lichtsteuereinheit den optischen Parameter auf einen ersten Parameter eingestellt hat, und ein zweites Beobachtungsbild der Probe, wenn die Lichtsteuereinheit den optischen Parameter auf einen zweiten Parameter eingestellt hat, die Bildverarbeitungseinheit ein Differenzbild erzeugt, indem sie eine Differenz zwischen dem ersten Beobachtungsbild und dem zweiten Beobachtungsbild ermittelt, und die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung außerdem eine Anzeigeeinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Differenzbild anzuzeigen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Probe mit einem Ladungsteilchenstrahl zu bestrahlen, wobei die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung umfasst: eine Ladungsteilchenquelle, die dazu konfiguriert ist, die Probe mit Primärladungsteilchen zu bestrahlen; eine Lichtquelle, die dazu konfiguriert ist, Licht auszustrahlen, das zur Probe emittiert wird; einen Detektor, der dazu konfiguriert ist, Sekundärladungsteilchen zu detektieren, die durch Bestrahlen der Probe mit Primärladungsteilchen von der Probe erzeugt werden; eine Bildverarbeitungseinheit, die dazu konfiguriert ist, unter Verwendung der vom Detektor detektierten Sekundärladungsteilchen ein Beobachtungsbild der Probe zu erzeugen; eine Lichtsteuereinheit, die dazu konfiguriert ist, einen optischen Parameter zu steuern, der eine physikalische Eigenschaft des Lichts darstellt; eine Merkmalsmengenextraktionseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Merkmalsmenge einer auf der Probe gebildeten Formstruktur zu extrahieren; und eine Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern, die dazu konfiguriert ist, der Merkmalsmenge entsprechend den optischen Parameter zu bestimmen, der den Lichtabsorptionskoeffizienten der Probe für das Licht maximiert.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, außerdem umfassend: eine Speichereinheit, die dazu konfiguriert ist, Absorptionskoeffizientendaten zu speichern, die eine Entsprechung zwischen einem oder mehreren der optischen Parameter und den Lichtabsorptionskoeffizienten beschreiben, wobei die Einheit zur Bestimmung von optischen Parametern durch Referenzieren der Absorptionskoeffizientendaten den optischen Parameter bestimmt, mit welchem der Kontrast des Beobachtungsbilds möglichst groß ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Merkmalsmengenextraktionseinheit als Merkmalsmenge mindestens eines extrahiert von: einer Größe der Formstruktur, einer Flächendichte der Formstruktur, einem Wiederholungszyklus der Formstruktur, einer Fläche der Formstruktur, einer Konturlinie der Formstruktur, und einer photophysikalischen Eigenschaft des Materials, aus welchem die Formstruktur besteht.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Merkmalsmengenextraktionseinheit die Merkmalsmenge der Formstruktur unter Verwendung des Beobachtungsbilds oder der Designdaten extrahiert.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Lichtsteuereinheit durch Ändern des optischen Parameters die Probe mit Licht bestrahlt, das jeden optischen Parameter aufweist, und die Bildverarbeitungseinheit das Beobachtungsbild erfasst, das dem optischen Parameter entspricht, bei welchem der Kontrast unter den Kontrasten des Beobachtungsbilds, wenn die Probe mit Licht bestrahlt wird, das jeden optischen Parameter aufweist, am höchsten ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Lichtsteuereinheit dazu konfiguriert ist, eine Bestrahlungsmenge des Lichts pro Zeiteinheit und einen anderen Parameter als die Bestrahlungsmenge als optische Parameter zu steuern, und die Lichtsteuereinheit die Bestrahlungsmenge, wenn der andere Parameter auf einen ersten Parameter eingestellt wurde, und die Bestrahlungsmenge, wenn der andere Parameter auf einen zweiten Parameter eingestellt wurde, so einstellt, dass die Differenz zwischen einem ersten Kontrast des Beobachtungsbilds, wenn der andere Parameter auf den ersten Parameter eingestellt wurde, und einem zweiten Kontrast des Beobachtungsbilds, wenn der andere Parameter auf den zweiten Parameter eingestellt wurde, klein ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Lichtsteuereinheit außerdem umfasst: ein erstes Messgerät, das dazu konfiguriert ist, die Bestrahlungsmenge des Lichts mit dem ersten Parameter zu messen; und ein zweites Messgerät, das dazu dazu konfiguriert ist, die Bestrahlungsmenge des Lichts mit dem zweiten Parameter zu messen, und die Lichtsteuereinheit unter Verwendung der vom ersten Messgerät gemessenen Bestrahlungsmenge, der vom zweiten Messgerät gemessenen Bestrahlungsmenge, des ersten Absorptionskoeffizienten der Probe für das Licht mit dem ersten Parameter und des zweiten Absorptionskoeffizienten der Probe für das Licht mit dem zweiten Parameter die Bestrahlungsmenge so steuert, dass die Differenz zwischen dem ersten Kontrast und dem zweiten Kontrast reduziert wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinheit ein Histogramm des Luminanz- oder Helligkeitswerts jedes Pixels im Beobachtungsbild oder ein Histogramm der Luminanz- oder Helligkeitsdifferenz jedes Pixels im Beobachtungsbild erfasst, und die Lichtsteuereinheit den optischen Parameter so einstellt, dass ein Frequenzspitzen-Intervall auf dem Histogramm maximiert wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Lichtsteuereinheit dazu konfiguriert ist, einen ersten Parameter und einen zweiten Parameter als optische Parameter zu steuern, die Lichtsteuereinheit als Histogramme ein erstes Histogramm erfasst, wenn der optische Parameter der erste Parameter ist, und ein zweites Histogramm erfasst, wenn der optische Parameter der zweite Parameter ist, und die Lichtsteuereinheit den ersten Parameter so steuert, dass ein Frequenzspitzen-Intervall auf dem ersten Histogramm maximiert wird, und den zweiten Parameter so steuert, dass ein Frequenzspitzen-Intervall auf dem zweiten Histogramm maximiert wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinheit die Probe in jedem zweiten Zeitintervall, das kürzer ist als ein erstes Zeitintervall, in welchem die Probe mit Primärladungsteilchen bestrahlt wird, mit Licht bestrahlt, und die Lichtsteuereinheit die Bestrahlungsmenge des Lichts pro Zeiteinheit steuert, indem sie mindestens eines von einer durchschnittlichen Lichtintensität, einer Zeitweite der Lichtbestrahlung, einer Periode der Lichtbestrahlung, dem zweiten Zeitintervall und einer Anzahl der Lichtbestrahlungen pro Zeiteinheit steuert.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die photophysikalische Eigenschaft mindestens eines von einem optischen Absorptionsgrad des Materials, einem optischen Reflexionsgrad des Materials, einer Dielektrizitätskonstante des Materials, einer Abbe-Zahl des Materials und einem optischen Brechungsindex des Materials ist.