JP2007109408A - 電子線装置の自動調整方法及び電子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不必要な調整を行わないことができ処理の高速化が実現できる電子線装置の自動調整方法を提供すること。
【解決手段】電子線を偏向手段により偏向して走査し、任意の形状をなす試料上から発生する荷電粒子を検出して試料像を得るステップ、この走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら得られる試料像に対し、任意の形状をなす試料形状の所定の方向におけるエッジ成分の鮮鋭度を求めるステップ、さらに対物レンズの励磁強度の変化と得られた所定の方向ごとの鮮鋭度をもとに、所定の方向ごとの対物レンズの励磁強度に対応するピーク位置を算出するステップ、この所定の方向のピーク位置の距離により、対応する非点収差補正コイルを補正するかどうかを判断するステップを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料上の観察対象領域に電子線を照射し、試料から発生する電子により試料像を形成する装置の自動調整方法に係り、特に対物レンズへの励磁強度を変化させることによりフォーカスを変更し、得られるフォーカスの異なる複数の画像より最適なフォーカス値を計算するオートフォーカス機能を有し、このオートフォーカス処理中に容易にアライメントやスティグマを調整すべきか判断することができる電子線装置の自動調整方法及び電子線装置に関する。

従来から、電子線を偏向器で試料上に走査し、試料から発生する荷電粒子を検出器で検出し、走査用の同期信号発生器の情報に基づいて試料像を形成する半導体評価装置等の基板観察装置が知られている。このような装置においての非点収差補正は、調整用に設けられた特定パターンを用いて行う。

特許文献１には、試料上に照射される電子ビームを細く集束するための集束レンズと、電子ビームを試料上でＸ方向とＹ方向へ２次元的に走査するための偏向手段と、電子ビーム通路に配置されたＸＹ方向の非点収差補正装置とを備えた電子ビーム装置において、試料上で２次元的に電子ビームを走査し、この走査によって得られた信号を積分するステップ、この電子ビーム走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら多数回行うステップ、対物レンズの励磁強度の変化に伴う非点存在時の積分値の変化曲線の２つのピークの中心とピークとの間のフォーカスのずれ量Ｄを求めるステップ、このずれ量Ｄに応じてあらかじめ記憶された非点補正装置に供給する複数の非点補正値のうち、求められたずれ量Ｄに対応した非点補正値を読み出すステップ、各非点補正値を非点収差補正装置に供給してその都度電子ビームを走査し、この走査によって得られた信号を積分するステップ、非点補正値の変化に伴う積分値の変化曲線のピーク時の非点補正値を非点収差補正装置にセットするステップよりなる電子ビーム装置における非点収差補正方法が記載されている。
特許第３１１２５４１号公報

従来このような装置において、自動調整を行うときには、調整する対象即ち、補正コイルや対物レンズなど調整対象の電圧などを変化させることにより、選択された調整項目での自動調整を行っていた。この調整対象としては、例えば対物レンズ（フォーカス調整手段）、非点収差補正コイル（補正コイル）、アライメントコイル（補正コイル）などが挙げられる。

ところで、上述した自動調整においては、すべての被調整対象即ち、対物レンズ、非点収差補正コイル、アライメントコイルのそれぞれについて逐次実行されるため、自動調整における処理の高速化を図ることができないという問題がある。また非点収差補正においては、あらかじめ登録した試料形状でないと自動調整が実行できないという問題がある。

そこで、本発明は、任意の試料形状において、不必要な調整を行わないことができ処理の高速化が実現できる電子線装置の自動調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を備える。即ち、請求項１の発明は、電子線を偏向手段により偏向して走査し、任意の形状をなす試料上から発生する荷電粒子を検出して試料像を得るステップ、この走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら得られる試料像に対し、任意の形状をなす試料形状の所定の方向におけるエッジ成分の鮮鋭度を求めるステップ、さらに対物レンズの励磁強度の変化と得られた所定の方向ごとの鮮鋭度をもとに、所定の方向ごとの対物レンズの励磁強度に対応するピーク位置を算出するステップ、この所定の方向のピーク位置の距離により、対応する非点収差補正コイルを補正するかどうかを判断するステップを備えたことを特徴とする電子線装置の自動調整方法である。

請求項２の発明は、請求項１の電子線装置の自動調整方法において、対象とする対物レンズの励磁強度における前記エッジ成分のピーク値の距離が閾値以下である場合には非点収差補正コイルの補正を行わず、最適な対物レンズ励磁強度値のみを求め対物レンズへと設定し、前記エッジ成分のピーク値の距離が閾値を超える場合には対応する非点収差補正コイルを再調整し、その後再度対物レンズの励磁強度を変化させながら、得られるエッジ成分のピーク値間の距離が閾値以下であるかどうかを繰り返し判断することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の電子線装置の自動調整方法で調整を行うことを特徴とする電子線装置である。

本発明によれば、例えば非点補正であれば、非点補正コイルに対応するエッジ成分のピーク値の距離を判定することにより、不必要な調整を行わないことができ、処理の高速化が実現できる。非点補正コイルに対応するエッジを分類し、調整が必要かどうかを判断する処理により、対象パターンのエッジ方向の多寡によらない処理が可能となる。結果として観察パターンを固定する必要がないため、実際のウェハ上の任意パターンによる判断が可能となる。

本発明が適用される電子線装置の一例である走査電子顕微鏡について説明する。この走査電子顕微鏡は、図１に示すように、鏡筒１０内上部の電子線源１１から発生した電子線４１を、アライメントコイル１２（第1補正手段）、スティグコイル１３（第２補正手段）で補正し、対物レンズコイル１４（フォーカス調整手段）でフォーカスを調整し、試料を走査する。試料２１から発生する二次電子、反射電子などの荷電粒子４２を検出器３０で検出し、図示しないモニター等の画像表示手段で試料像を表示し観察するものである。

本例に係る走査電子顕微鏡では、オートフォーカスを以下の手順で行うものとしている。即ち、本例における各補正コイルの調整の要否の判断は図２ないし図４に示すように行われる。この例は、スティグマコイルについて調整を行っている。なお、他のアライメントコイル、対物レンズコイルに付いても同様に処理がなされる。

まず、試料の所定パターンについてフォーカスを変えて複数の画像を取得する（Ｓ１）ここで、電子ビームは、試料上において、プローブ径が可能な限り小さいほうが望ましく、また同時に、プローブ形は真円に近いほうが望ましい。このプローブ形を真円に近づける調整がスティグマコイルの調整となる。

図３に示すように、スティグマコイルが調整されていない状態では、画像上の特定のエッジ方向がぼけ、またこのエッジがぼける方向はフォーカスを変更することにより変化する。例えばスティグマが調整されておらず、プローブ形状がフォーカスを変更することにより図３に示すように変化し、パターン形状はプローブ形状により鮮明・不鮮な位置が変化する。

本例では、この性質を利用することにより、フォーカスを変更した複数の画像よりスティグマを調整するかどうかの判定処理を行う。

次に、取得した複数の画像に対し、４方向のエッジを求める。例えば各方向を図４（ａ）に示すようにＸ１,Ｘ２及びＹ１,Ｙ２と定義する。そして、得られたフォーカスが異なる複数の画像に対し、それぞれの方向に沿って微分処理等を行うことにより各方向のエッジ成分をスコア値化する（Ｓ２）。この処理をフォーカスを変化させ取得した各画像に対して行い、設定したフォーカスに対応する各方向のスコア値より、各方向のピーク位置を算出する。

そして、図４（ｂ）に示すように、Ｘ１とＸ２またはＹ１とＹ２のピーク位置の距離ｄ_１２を求める。このｄ_１２と予め定めた閾値と比較する（Ｓ３）。図４（ａ）ではＸ１，Ｘ２のみ図示しているが、同様にＹ１，Ｙ２もピーク位置間の距離を求めることによりX方向（Ｘ１，Ｘ２方向）もしくはＹ方向（Ｙ１，Ｙ２方向）どちらの非点補正コイルを優先して補正を行うべきかの判定も行える。

ステップＳ２で求めたフォーカスとスコア値のグラフにおいて、各ピーク位置の平均に相当するフォーカスを設定することによりフォーカスの調整を行える。

距離ｄ_１２の値が閾値を超える場合には、スティグコイルは調整が必要と判断し、対象となるスティグコイルの電圧を変更し、変更した電圧で画像を取得し、これらの画像からスティグコイルの最適電圧を算出して、設定し、再度Ｓ１〜Ｓ３の処理を行い、前記距離ｄ_１２が閾値以下になるまで繰り返す。

このオートフォーカス時に補正コイルの補正が必要かどうかを判断する手法はスティグの補正のみならずアライメントにも使用できる。アライメントがずれている場合には電子ビームが斜め入射となっており、結果として試料画像のエッジが左右非対称となる。この性質を利用して補正を行うかどうかを判断することが可能である。
なお、各コイルについての調整に際し、調整の要否に使用する閾値の値を適宜変更することができる。また、コイルの調整の順は適宜変更することができる。

本例に係る電子線装置の自動調整方法によれば、複数のコイルの調整に際して、複数行程で行われる調整のうち必要としない調整を省くことができるので、全体として調整の手間を少ないものとすることができ、短時間での調整を行うことができる。

本発明が適用される走査電子顕微鏡を示す図である。 実施の形態に係る電子線装置の自動調整方法の詳細な手順を示すフローチャートであるである。 オートフォーカス時の電子線装置のプローブの形状とパターンの形状を示す図である。 （ａ）は図２に示した電子線装置の自動調整方法におけるエッジ検出の方向を示す図、（ｂ）は画像のエッジ方向のスコア値とピーク間の距離を示す図である。

符号の説明

１０・・・鏡筒
１１・・・電子線源
１２・・・アライメントコイル
１３・・・スティグコイル
１４・・・対物レンズコイル
２１・・・試料
３０・・・検出器
４１・・・電子線
４２・・・荷電粒子

Claims (3)

1. 電子線を偏向手段により偏向して走査し、任意の形状をなす試料上から発生する荷電粒子を検出して試料像を得るステップ、
   この走査を対物レンズの励磁強度を変化させながら得られる試料像に対し、任意の形状をなす試料形状の所定の方向におけるエッジ成分の鮮鋭度を求めるステップ、
   さらに対物レンズの励磁強度の変化と得られた所定の方向ごとの鮮鋭度をもとに、所定の方向ごとの対物レンズの励磁強度に対応するピーク位置を算出するステップ、
   この所定の方向のピーク位置の距離により、対応する非点収差補正コイルを補正するかどうかを判断するステップを備えたことを特徴とする電子線装置の自動調整方法。
2. 対象とする対物レンズの励磁強度における前記エッジ成分のピーク値の距離が閾値以下である場合には非点収差補正コイルの補正を行わず、最適な対物レンズ励磁強度値のみを求め対物レンズへと設定し、前記エッジ成分のピーク値の距離が閾値を超える場合には対応する非点収差補正コイルを再調整し、その後再度対物レンズの励磁強度を変化させながら、得られるエッジ成分のピーク値間の距離が閾値以下であるかどうかを繰り返し判断することを特徴とする請求項１記載の電子線装置の自動調整方法。
3. 請求項１または２の電子線装置の自動調整方法で調整を行うことを特徴とする電子線装置。