JP2013030277A - Charged particle beam apparatus and measuring method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam apparatus and a measuring method that enable the dimensions of a pattern bottom to be measured at high accuracy even with a high-aspect ratio structure.SOLUTION: In a method for measuring the dimensions of a pattern bottom of a sample on which a pattern with a high aspect ratio is formed, a comparison is made between a first scanned image and a second scanned image that are based on signal charged particles that are generated when a charged particle beam is scanned onto the same region of the sample in a first direction and in a second direction inverse to the first direction, the scanned image having a lower signal intensity is taken to be the true value, the scanned image is reconstructed, and the reconstructed scanned image is used to measure the dimensions of the pattern bottom formed on the sample. Also provided is a charged particle beam apparatus for implementing this method.

Description

本発明は、半導体装置又は液晶等の微細な回路パターンの寸法を計測することを目的とした荷電粒子線装置及び計測方法に関する。   The present invention relates to a charged particle beam apparatus and a measurement method for measuring a dimension of a fine circuit pattern such as a semiconductor device or a liquid crystal.

半導体装置の製造ラインでは回路パターンの寸法管理が歩留り向上、品質管理に不可欠な技術として位置付けられている。この寸法管理には、高い空間分解能を実現する電子顕微鏡を応用したCD−SEM(Critical-Dimension Scanning Electron Microscope)が用いられる。CD−SEMはSEM特有の高い空間分解能と深い焦点深度を利用して、回路パターンの横方向(回路パターンの面内方向)の寸法計測を行い、サブnmの計測精度を実現する。従来の電子線式の検査装置や検査方法については、例えば特許文献1〜2に開示されている。   In semiconductor device manufacturing lines, circuit pattern dimension management is positioned as an indispensable technique for yield improvement and quality control. For this dimension management, a CD-SEM (Critical-Dimension Scanning Electron Microscope) using an electron microscope that realizes high spatial resolution is used. The CD-SEM uses the high spatial resolution and deep focal depth peculiar to the SEM to measure the dimensions of the circuit pattern in the lateral direction (in-plane direction of the circuit pattern), thereby realizing sub-nm measurement accuracy. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose conventional electron beam type inspection apparatuses and inspection methods.

特開2004−163420号公報JP 2004-163420 A 特表平08−506685号公報Japanese National Patent Publication No. 08-506665

半導体装置の更なる高集積化を実現するため、近年リソグラフィーの分野では、転写時に誤差が発生しやすい箇所(ホットスポット)をCD−SEMで観察し、観察画像と設計時のCAD(Computer Aided Design)データとの比較から転写の誤差を計測する方法が提案されている。例えば、特許文献1では、パターンの形状を正確に計測するため、電子線を往復で走査させ画像を取得し、電子線の侵入方向に対し逆側のパターン輪郭の信号を使う技術が開示されている。また、特許文献2では、転写されたパターンが絶縁体であることに着目し、帯電による像障害を解消するため、往復に電子線を走査させ、それらの信号を加算平均する技術が開示されている。これらは、転写されたレジストの形状を正確に計測する技術であり、露光装置の状態を管理するうえで非常に有効と言える。   In order to realize further high integration of semiconductor devices, in recent years, in the field of lithography, a spot (hot spot) where an error is likely to occur at the time of transfer is observed with a CD-SEM, and an observed image and CAD (Computer Aided Design at design) ) A method for measuring a transfer error from a comparison with data has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for acquiring an image by scanning an electron beam in a reciprocating manner to accurately measure the shape of a pattern, and using a signal of a pattern contour opposite to the penetration direction of the electron beam. Yes. Further, in Patent Document 2, focusing on the fact that the transferred pattern is an insulator, a technique is disclosed in which an electron beam is scanned in a reciprocating manner and the signals are added and averaged in order to eliminate image obstruction caused by charging. Yes. These are techniques for accurately measuring the shape of the transferred resist, and can be said to be very effective in managing the state of the exposure apparatus.

しかし、半導体装置の高集積化には、リソグラフィーだけでなく回路パターンを加工するエッチングの高精度化も不可欠である。近年の2Xnmノードのデバイスを実現するにはアスペクト比で10以上の加工が要求され、加工した溝や孔の底をCD−SEMで計測することが不可欠と言われている。図2はアスペクト比と、溝並びに孔の底から放出される信号電子の関係を示した図で、縦軸は溝上面から放出される信号電子を100とし、アスペクト比の増大に伴う信号電子の低下を百分率で示している。図中の実線並びに破線は、溝底の中央部から放出される信号電子と、角部から放出される信号電子を示しており、アスペクト比の増大に伴い、放出される信号電子の見込み角(α)が小さくなるため、信号電子は単調に低下する。そして、これら溝底中央部と角部から放出される信号電子の差が、溝並びに孔の底を計測する際、信号電子の検出に必要となる精度を示している。一般的なレジストパターンの計測では、アスペクト比が1前後であるため、4%程度の精度で検出した信号を画像化すれば、溝並び孔の底を計測することができる。しかし、エッチングが完了したパターンでは、アスペクト比10で0.05%、アスペクト比60で0.01%の精度で検出した信号を画像化する必要があり、CD−SEMの信号検出系に極めて高い精度が要求されることがわかる。   However, in order to achieve high integration of semiconductor devices, it is indispensable to improve not only lithography but also etching for processing circuit patterns. In order to realize devices of recent 2 × nm nodes, processing with an aspect ratio of 10 or more is required, and it is said that it is indispensable to measure the bottoms of processed grooves and holes with a CD-SEM. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the aspect ratio and the signal electrons emitted from the bottom of the groove and the hole. The vertical axis represents 100 as the signal electrons emitted from the upper surface of the groove. The decline is shown as a percentage. The solid line and the broken line in the figure indicate the signal electrons emitted from the center of the groove bottom and the signal electrons emitted from the corners, and the expected angle of the signal electrons emitted as the aspect ratio increases ( Since α) becomes smaller, the signal electrons decrease monotonously. The difference between the signal electrons emitted from the central portion and the corner portion of the groove indicates the accuracy required for detecting the signal electrons when measuring the bottom of the groove and the hole. In a general resist pattern measurement, since the aspect ratio is around 1, if the signal detected with an accuracy of about 4% is imaged, the bottom of the groove aligned holes can be measured. However, in a pattern that has been etched, it is necessary to image a signal detected with an accuracy of 0.05% at an aspect ratio of 10 and 0.01% at an aspect ratio of 60, which is extremely high for a signal detection system of a CD-SEM. It turns out that accuracy is required.

一方、図3AはSEMの検出系に一般的に用いられる各部品の応答遅れを示したもので、図3Bは図3Aの検出系を用いた場合に観測される信号波形を示している。図3Aには、代表例として信号電子を光に変換する蛍光体と、変換された光を再度電子に変換し増幅させる光電子増倍管の応答遅れを示しており、これらの部品は発光時間、並びに立上り時間が十分早いため、残光時間と立下り時間をもって応答遅れと表記した。各部品のカタログ等では、信号強度の90−10%を残光時間、並びに立下り時間と定義する場合が多く、図3Aに示した蛍光体の残光時間は100ns弱、光電子増倍管の立下り時間は30ns弱と言われている。しかし、この検出系を用いて先に述べた0.01−0.05%の精度を議論する場合、蛍光体で数μs、光電子増倍管で100ns弱の応答遅れを考慮する必要がある。図3Bはパターンの断面形状と、そのパターンに対し電子線を紙面の左から右へ走査した場合に得られる信号波形を示している。電子線がパターンの凸部に進入する際は、蛍光体並びに光電子増倍管の応答が十分早いため、溝の底の角に対応した信号波形が得られるが、電子線が凸部から凹部に進入する際は、応答遅れの影響で溝の底の角に対応した信号波形を観測することができない。つまり、従来の技術で高アスペクト構造の底を計測することは、極めて困難と言える。   On the other hand, FIG. 3A shows the response delay of each part generally used in the detection system of SEM, and FIG. 3B shows the signal waveform observed when the detection system of FIG. 3A is used. FIG. 3A shows a response delay of a phosphor that converts signal electrons into light as a representative example, and a photomultiplier tube that converts and amplifies the converted light again. In addition, since the rise time is sufficiently fast, the afterglow time and the fall time are expressed as response delay. In catalogs of each part, 90-10% of the signal intensity is often defined as afterglow time and fall time, and the afterglow time of the phosphor shown in FIG. 3A is less than 100 ns. Fall time is said to be less than 30ns. However, when discussing the accuracy of 0.01-0.05% described above using this detection system, it is necessary to consider a response delay of several μs for a phosphor and a little less than 100 ns for a photomultiplier tube. FIG. 3B shows a cross-sectional shape of the pattern and a signal waveform obtained when the electron beam is scanned from the left to the right of the drawing with respect to the pattern. When the electron beam enters the convex part of the pattern, the response of the phosphor and the photomultiplier tube is sufficiently fast, so that a signal waveform corresponding to the bottom corner of the groove is obtained, but the electron beam goes from the convex part to the concave part. When entering, the signal waveform corresponding to the bottom corner of the groove cannot be observed due to the response delay. In other words, it can be said that it is extremely difficult to measure the bottom of the high aspect structure by the conventional technique.

今後、半導体装置の更なる高集積化を実現するためには、先行技術で取り上げた、リソグラフィーで転写したパターンの計測だけでなく、エッチングにより加工が完了した高アスペクト構造の計測が不可欠である。本発明の目的は、高アスペクト構造であっても、パターン底部の寸法を高精度に計測できる荷電粒子線装置及び計測方法を提供することにある。   In order to realize further higher integration of semiconductor devices in the future, not only the measurement of the pattern transferred by lithography, which was taken up in the prior art, but also the measurement of the high aspect structure completed by etching is indispensable. An object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus and a measurement method capable of measuring a dimension of a pattern bottom with high accuracy even in a high aspect structure.

上記目的を達成するための一実施形態として、凹凸パターンが形成された試料の所定の領域に収束した荷電粒子線を走査させる偏向器と、前記荷電粒子線を前記試料の所定の領域に走査することにより前記試料から発生した荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器で検出された荷電粒子信号に基づく走査像を処理する信号処理部とを備えた荷電粒子線装置において、前記信号処理部は、前記荷電粒子線が第1方向に走査されたときの前記試料の所定の領域からの荷電粒子信号に基づく第1走査像と、前記第1方向とは逆の第2方向に走査したときの前記試料の前記所定の領域からの荷電粒子信号に基づく第2走査像とを記録するメモリと、前記メモリに記録された前記第1走査像と前記第2走査像を比較する比較演算回路と、前記第1走査像と前記第2走査像において、走査像の信号強度が小さい方を正しい値とし、走査像を再構築する信号処理回路とを具備していることを特徴とした荷電粒子線装置とする。   As an embodiment for achieving the above object, a deflector that scans a charged particle beam converged on a predetermined region of a sample on which a concavo-convex pattern is formed, and scans the predetermined region of the sample with the charged particle beam. In the charged particle beam apparatus comprising: a detector that detects charged particles generated from the sample, and a signal processing unit that processes a scanning image based on the charged particle signal detected by the detector. Is a first scanned image based on a charged particle signal from a predetermined region of the sample when the charged particle beam is scanned in the first direction, and a second direction opposite to the first direction. A memory that records a second scanned image based on a charged particle signal from the predetermined region of the sample, and a comparison operation circuit that compares the first scanned image and the second scanned image recorded in the memory; , The first scan In the second scan image and, it was the correct value the signal strength of the scanned image is small, it is a charged particle beam apparatus characterized in that and a signal processing circuit to reconstruct the scanned image.

また、凹凸パターンが形成された試料に収束した荷電粒子線を走査させ、発生した信号荷電粒子を走査像として記憶する工程と、前記走査像を用いて前記試料の寸法を計測する工程を含む計測方法において、第1走査方向に収束した荷電粒子線を走査させ、発生した信号荷電粒子を第1走査像として記憶する工程と、前記試料の同一領域に対し、前記第1走査方向とは逆の第2走査方向に収束した荷電粒子線を走査させ、発生した信号荷電粒子を第2走査像として記憶する工程と、前記第1走査像と前記第2走査像とを比較し、走査像の信号強度が小さい方を真値とし、走査像を再構築する工程と、前記再構築した走査像を用いて前記試料に形成されたパターン底部の寸法を計測する工程とを含むことを特徴とする計測方法とする。   Further, the measurement includes a step of scanning the charged particle beam converged on the sample on which the concavo-convex pattern is formed, storing the generated signal charged particles as a scanned image, and measuring the size of the sample using the scanned image. In the method, the charged particle beam converged in the first scanning direction is scanned and the generated signal charged particles are stored as the first scanning image, and the same region of the sample is opposite to the first scanning direction. Scanning the charged particle beam converged in the second scanning direction and storing the generated signal charged particles as a second scanned image, and comparing the first scanned image and the second scanned image, and scanning signal A measurement including: a step of setting a smaller intensity as a true value and reconstructing a scanned image; and a step of measuring a dimension of a pattern bottom formed on the sample using the reconstructed scanned image. The method.

本発明によれば、上記構成とすることにより、高アスペクト構造であっても、パターン底部の寸法を高精度に計測できる荷電粒子線装置及び計測方法を提供することができる。   According to the present invention, the above configuration can provide a charged particle beam apparatus and a measurement method capable of measuring the dimension of the pattern bottom with high accuracy even in a high aspect structure.

第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)の概略構成図(一部断面図)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram (partial cross section figure) of the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 1st Example. アスペクト比と溝並びに孔の底から放出される信号電子の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the signal electron discharge | released from the bottom of the aspect ratio and a groove | channel and a hole. SEMの検出系に一般的に用いられる各部品の応答性を示す図である。It is a figure which shows the responsiveness of each component generally used for the detection system of SEM. 図3Aの検出系を用いた場合に観測される信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform observed when the detection system of FIG. 3A is used. 本実施の形態の一例を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating an example of this Embodiment. 第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号処理部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the signal processing part in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号波形の処理を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the process of the signal waveform in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号波形の位置合わせ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the alignment process of the signal waveform in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号波形の再構築処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reconstruction process of the signal waveform in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 1st Example. 荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)におけるレシピ作成の手順を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the procedure of the recipe preparation in a charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device). 第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)におけるレシピ作成の手順を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the procedure of the recipe preparation in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)におけるレシピ作成のGUI画面の模式図である。It is a schematic diagram of the GUI screen of recipe creation in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) according to the first embodiment. 第2の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における検出系特性の補正処理の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the correction process of the detection system characteristic in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 2nd Example. 第2の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)におけるプローブ電流計測装置の概略構成図(一部断面図)である。It is a schematic block diagram (partial cross section figure) of the probe current measuring device in the charged particle beam device (SEM type semiconductor measuring device) concerning the 2nd example. 第2の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における検出系特性の補正処理のフロー図である。It is a flowchart of the correction process of the detection system characteristic in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 2nd Example. 第2の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における検出系特性の補正のGUI画面の模式図である。It is a schematic diagram of the GUI screen of correction | amendment of the detection system characteristic in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 2nd Example. 第3の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号処理部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the signal processing part in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 3rd Example. 第3の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号波形の処理を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the process of the signal waveform in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 3rd Example. 第4の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)の概略構成図(一部断面図)である。It is a schematic block diagram (partial cross section figure) of the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) concerning the 4th example. 第4の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における検出系の概略構成図(一部断面図)である。It is a schematic block diagram (partial cross section figure) of the detection system in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) concerning the 4th example. 第4の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号処理部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the signal processing part in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 4th Example. 第4の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号波形の位置合わせ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the alignment process of the signal waveform in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 4th Example. 第4の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)におけるレシピ作成のGUI画面の模式図である。It is a schematic diagram of the GUI screen of recipe creation in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 4th Example. 第5の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号処理部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the signal processing part in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 5th Example. 第6の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における走査像形成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scanning image formation in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 6th Example. 第6の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)におけるエッジの抽出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating extraction of the edge in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 6th Example. 第6の実施例に係る荷電粒子線装置(SEM式半導体計測装置)における信号波形の再構築処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reconstruction process of the signal waveform in the charged particle beam apparatus (SEM type semiconductor measuring device) which concerns on a 6th Example.

本実施の形態では、高アスペクト構造の底部のパターン寸法を計測するため、パターン上の同一領域に対し走査方向が異なる複数枚の走査像を取得し、それらから検出系の立上り応答だけを使った走査像を再構築する。図4は本実施の形態における寸法計測処理の一例を示した図であり、図3Bに示した断面形状を有するパターンに対し、本処理を適用し信号波形を再構築した例である。図3Bでも説明したように、紙面に対し左から右へ電子線を走査させた場合、凸部の左側では溝の底の角に対応した信号波形が得られ、右側ではそれに対応した信号波形は得られない。一方、紙面に対し、右から左へ電子線を走査させた場合は、前述の逆で凸部の右側で溝の底の角に対応した信号波形が得られ、左側ではそれに対応した信号波形は得られない。これら2つから検出系の立上り応答だけを使った信号波形を再構築するために、本処理では2つの信号波形を比較し、信号の強度が低い方を真値とし信号波形を再構築する。再構築することで溝の底の角に対応した信号波形が抽出でき、溝の底の寸法計測が始めて可能になる。   In this embodiment, in order to measure the pattern size of the bottom part of the high aspect structure, a plurality of scanning images having different scanning directions are acquired for the same region on the pattern, and only the rising response of the detection system is used therefrom. Reconstruct the scanned image. FIG. 4 is a diagram showing an example of the dimension measurement process in the present embodiment, and is an example in which the signal waveform is reconstructed by applying this process to the pattern having the cross-sectional shape shown in FIG. 3B. As described in FIG. 3B, when the electron beam is scanned from left to right with respect to the paper surface, a signal waveform corresponding to the bottom corner of the groove is obtained on the left side of the convex portion, and a signal waveform corresponding to it on the right side is I cannot get it. On the other hand, when the electron beam is scanned from right to left with respect to the paper surface, a signal waveform corresponding to the bottom corner of the groove is obtained on the right side of the convex portion in the reverse manner as described above, and the signal waveform corresponding to it on the left side is I cannot get it. In order to reconstruct the signal waveform using only the rising response of the detection system from these two, in this process, the two signal waveforms are compared, and the signal waveform having the lower signal strength is set as a true value and the signal waveform is reconstructed. By reconstructing, a signal waveform corresponding to the corner of the bottom of the groove can be extracted, and the measurement of the dimension of the bottom of the groove becomes possible for the first time.

本処理では同一の箇所で最低2枚の走査像を取得するため、従来に比べ撮像に2倍以上の時間が必要になる。しかし、パターンに対し直行し走査方向が約180度異なる2つの走査像を用いることで、従来では困難であった高アスペクト構造の底の寸法計測が可能になることを見出した。なお、ここでは寸法計測を例に本実施の形態を説明したが、この技術は検査においても有効な技術であり、半導体装置の開発や、量産におけるプロセス変動のモニタリングまで様々な用途に適用できる技術である。   In this process, since at least two scanned images are acquired at the same location, it takes twice or more time for imaging compared to the conventional method. However, it has been found that the use of two scanning images that are orthogonal to the pattern and differ in the scanning direction by about 180 degrees enables measurement of the bottom dimension of the high aspect structure, which has been difficult in the past. Although the present embodiment has been described with reference to dimension measurement as an example, this technique is also effective in inspection, and can be applied to various applications from development of semiconductor devices and monitoring of process variations in mass production. It is.

以下、実施例により詳細に説明する。   Hereinafter, the embodiment will be described in detail.

本実施例では、高アスペクト構造の底の寸法計測に適したSEM式半導体計測装置の1構成例について説明する。なお、実施例においては電子線を用いた場合について説明するが、イオン線を用いた場合にも適用可能である。本実施例で説明する荷電粒子線装置の一つであるSEM式半導体計測装置は、ウェーハ上の同一箇所をパターンに対し直行し、かつ走査方向が約180度異なる2つの走査像をメモリに格納する。そして、各々の走査像から得られる信号波形を比較し、信号の強度が低い方を真値とし信号波形を再構築し、再構築した波形を用いてパターンの寸法を計測することを特徴とする。   In the present embodiment, a configuration example of an SEM type semiconductor measuring device suitable for measuring the bottom of a high aspect structure will be described. In the embodiment, the case where an electron beam is used will be described, but the present invention can also be applied when an ion beam is used. The SEM type semiconductor measuring device, which is one of the charged particle beam devices described in the present embodiment, stores two scanned images in the memory, which are perpendicular to the pattern at the same location on the wafer and differ in scanning direction by about 180 degrees. To do. A comparison is made between the signal waveforms obtained from the respective scanned images, the signal waveform having a lower signal intensity is set to a true value, the signal waveform is reconstructed, and the dimension of the pattern is measured using the reconstructed waveform. .

図1は本実施例に係るSEM式半導体計測装置の構成を示したものである。以下、本実施例のSEM式半導体計測装置の基本的な構成について説明する。計測装置は、大きく分けて、SEM筐体1、試料室2、筐体制御部3、信号処理部4、ステージ制御部5、ウェーハ搬送部8、真空排気部9で構成され、これら全てをコンソール6で制御できるよう構成されている。コンソール6はレシピや計測結果、取得した走査像を記憶できる大容量のストレージ媒体7を持ち、このストレージ媒体7に記録されたデータを元に、装置の動作や、データの管理を行う。ここでSEM筐体1、試料室2は真空排気部9に含まれる排気ポンプにより真空が維持されており、目的に応じてコンソール6から真空排気部9を制御し、SEM筐体1及び試料室2、試料準備室10の排気やリークをすることができる。以下、各部位について構成とその部位が果たす機能について順を追って説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
(SEM筐体)
SEM筐体1は、電子源11、第1コンデンサレンズ12、絞り13、プローブ電流計測部14、第2コンデンサレンズ15、変換板16、偏向器17、対物レンズ18、高さセンサ19で構成される。電子源11より放出された電子線は、一次電子線20として第1コンデンサレンズ12で収束されてから、プローブ電流を制限する絞り13に照射される。絞り13を通過し、プローブ電流を制限された一次電子線20は、変換板16の中央に設けられた穴を通過するよう、第2コンデンサレンズ15で再度収束される。変換板16を通過した一次電子線20は、試料21上の所望の領域を2次元的に走査するよう偏向器17で軌道を変えられてから対物レンズ18で試料21上に収束して照射される。ここで、試料室2に設置された試料21には、一次電子線20を減速させる電圧が印加されており、試料21から放出された信号電子22は試料21に印加された電圧に応じたエネルギーまで加速される。加速された信号電子22は対物レンズ18、偏向器17を通過し変換板16に衝突してから、信号電子22を引き込むよう高電圧が印加された検出器23で補足される。上記は、SEM筐体の一般的な構成だが、本実施例では走査方向が約180度異なる2枚の走査像を比較するため、2枚の走査像で走査信号が正確に反転している必要がある。走査信号の周波数が遅い場合は、偏向器17に電磁方式を用いても良いが、周波数が早くなると、SEM筐体で交流磁場による渦電流が発生し、走査信号を正確に反転させるのが難しくなる。走査信号の周波数が遅い場合、1画素あたりの信号電子が増えるため、高いS/Nの走査像を得ることができる。しかし、その反面、一次電子の照射時間が長くなるため、試料21の帯電が像障害を引き起こす場合がある。このような場合は、上記の偏向器17に静電方式を採用するだけで、幅広い周波数帯の走査が可能になり、試料21の帯電による像障害を低減することができる。その結果、帯電による像障害が発生しやすい絶縁体の試料においても、本実施例を適用することができる。
(試料室、ステージ制御部、並びにウェーハ搬送部)
試料室2はステージ24、絶縁体25、試料フォルダ26、ミラー27で構成される。試料フォルダ26と接地されたステージ24とは、絶縁材25で電気的に絶縁されており、試料21、ミラー27は、試料フォルダ26に対し電気的に接地されており、試料フォルダ26には試料室2の外部からフィードスルーを介し高電圧を印加することができる。試料フォルダ26にリターディング電源28から高電圧を印加することで、試料21に高電圧が印加され、試料21に入射する一次電子線20のエネルギーを任意に調整することができる。
FIG. 1 shows a configuration of an SEM type semiconductor measuring apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, a basic configuration of the SEM type semiconductor measuring device of this embodiment will be described. The measuring apparatus is roughly divided into an SEM casing 1, a sample chamber 2, a casing control section 3, a signal processing section 4, a stage control section 5, a wafer transfer section 8, and a vacuum exhaust section 9, all of which are consoles. 6 can be controlled. The console 6 has a large-capacity storage medium 7 capable of storing recipes, measurement results, and acquired scanned images. Based on the data recorded on the storage medium 7, the console 6 operates and manages the data. Here, the vacuum is maintained in the SEM casing 1 and the sample chamber 2 by the exhaust pump included in the vacuum exhaust section 9, and the vacuum exhaust section 9 is controlled from the console 6 according to the purpose, and the SEM casing 1 and the sample chamber 2 are controlled. 2. The sample preparation chamber 10 can be exhausted or leaked. Hereinafter, the structure and the function performed by each part will be described in order. In addition, the same code | symbol shows the same component.
(SEM housing)
The SEM housing 1 includes an electron source 11, a first condenser lens 12, a diaphragm 13, a probe current measuring unit 14, a second condenser lens 15, a conversion plate 16, a deflector 17, an objective lens 18, and a height sensor 19. The The electron beam emitted from the electron source 11 is converged by the first condenser lens 12 as the primary electron beam 20 and then irradiated to the diaphragm 13 that limits the probe current. The primary electron beam 20 that has passed through the diaphragm 13 and whose probe current is limited is converged again by the second condenser lens 15 so as to pass through a hole provided in the center of the conversion plate 16. The primary electron beam 20 that has passed through the conversion plate 16 is converged and irradiated onto the sample 21 by the objective lens 18 after the trajectory is changed by the deflector 17 so as to scan a desired region on the sample 21 two-dimensionally. The Here, a voltage for decelerating the primary electron beam 20 is applied to the sample 21 installed in the sample chamber 2, and the signal electrons 22 emitted from the sample 21 have energy corresponding to the voltage applied to the sample 21. To be accelerated. The accelerated signal electrons 22 pass through the objective lens 18 and the deflector 17 and collide with the conversion plate 16, and then are supplemented by a detector 23 to which a high voltage is applied so as to draw the signal electrons 22. The above is a general configuration of the SEM casing, but in this embodiment, since the two scanning images differing in the scanning direction by about 180 degrees are compared, the scanning signal needs to be accurately inverted between the two scanning images. There is. When the frequency of the scanning signal is slow, an electromagnetic method may be used for the deflector 17. However, when the frequency becomes fast, an eddy current due to an alternating magnetic field is generated in the SEM casing, and it is difficult to accurately invert the scanning signal. Become. When the frequency of the scanning signal is slow, signal electrons per pixel increase, so that a high S / N scanning image can be obtained. However, on the other hand, since the irradiation time of the primary electrons becomes long, charging of the sample 21 may cause an image defect. In such a case, only by adopting the electrostatic system for the deflector 17 described above, scanning in a wide frequency band becomes possible, and image disturbance due to charging of the sample 21 can be reduced. As a result, the present embodiment can also be applied to an insulator sample in which image damage due to charging is likely to occur.
(Sample chamber, stage control unit, and wafer transfer unit)
The sample chamber 2 includes a stage 24, an insulator 25, a sample folder 26, and a mirror 27. The sample folder 26 and the grounded stage 24 are electrically insulated by an insulating material 25, and the sample 21 and the mirror 27 are electrically grounded to the sample folder 26. A high voltage can be applied from outside the chamber 2 through a feedthrough. By applying a high voltage from the retarding power source 28 to the sample folder 26, the high voltage is applied to the sample 21, and the energy of the primary electron beam 20 incident on the sample 21 can be arbitrarily adjusted.

また、ステージ制御部5内のステージ駆動装置30により、ステージ24はSEM筐体1の中心軸に対し垂直方向に2次元的に駆動し、試料フォルダ26全ての領域をSEM筺体1の中心軸の直下に移動させることができる。なお、ミラー27は試料21の位置を計測するため、試料フォルダ26に取り付けられており、ステージ制御部5内にあるレーザ計測装置29から試料室2の真空を隔壁するガラス窓を介してレーザが照射できる構成となっている。このようにレーザ計測装置29で試料21の位置を計測することで、微細なパターンが集積された半導体パターンでも、所望の位置の走査像を得ることができる。   Further, the stage 24 is driven two-dimensionally in a direction perpendicular to the central axis of the SEM casing 1 by the stage driving device 30 in the stage controller 5, and the entire region of the sample folder 26 is moved to the central axis of the SEM housing 1. It can be moved directly below. The mirror 27 is attached to the sample folder 26 in order to measure the position of the sample 21, and the laser is transmitted from the laser measuring device 29 in the stage control unit 5 through a glass window that partitions the vacuum of the sample chamber 2. It becomes the composition which can be irradiated. By measuring the position of the sample 21 with the laser measuring device 29 in this way, a scanned image at a desired position can be obtained even with a semiconductor pattern in which fine patterns are integrated.

ウェーハ搬送部8は搬送制御部35と搬送ロボット36で構成される。ウェーハ搬送部8は、コンソール6からの制御信号に基づき搬送制御部35が搬送ロボット36を制御し、ウェーハ搬送部8に設置された試料21を、試料準備室10に搬送する。ここで、試料21はウェーハ搬送部8から試料準備室10、そして試料室2へと段階的に搬送されるが、各部の間にはバルブ37が設けられている。コンソール6はバルブ37と真空排気部9を制御し、搬送の動作中も試料室2の真空が常に維持できるよう、試料21を自動で搬送することができる。
(筺体制御部)
筐体制御部3は、コンソール6から送られる制御信号に基づき、SEM筐体1に含まれる電子源11や各種レンズを動作させる。筺体制御部3は電子銃電源31、筺体制御電源32、プローブ電流計測装置33、リターディング電源28で構成され、電子銃電源31は電子源11に陰極電圧を印加し、電子が安定して放出されるよう電子源11を動作させる。また、筺体制御電源32は第1コンデンサレンズ12、第2コンデンサレンズ15、対物レンズ18各々に電流を供給し、コンソール6からの制御信号に基づき各レンズに供給する電流を設定することができる。プローブ電流計測装置33はプローブ電流計測部14で検出した一次電子線20のプローブ電流を計測することができる。リターディング電源28は、コンソール6からの制御信号に基づき、前述に従い試料フォルダ26に高電圧を印加することができる。
(ビーム制御回路、並びに信号処理部)
ビーム制御回路34、並びに信号処理部4は、コンソール6から送られる制御信号に基づき、試料21の走査像を形成する。走査像を形成するため、ビーム制御回路34は偏向器17に走査信号を送り、信号処理部4は検出器23で取り込んだ信号電子22を走査信号に同期させてサンプリングする。なお、符号39はレベル調整回路、符号41はAD変換部を示す。
The wafer transfer unit 8 includes a transfer control unit 35 and a transfer robot 36. In the wafer transfer unit 8, the transfer control unit 35 controls the transfer robot 36 based on a control signal from the console 6, and transfers the sample 21 installed in the wafer transfer unit 8 to the sample preparation chamber 10. Here, the sample 21 is transferred stepwise from the wafer transfer unit 8 to the sample preparation chamber 10 and the sample chamber 2, and a valve 37 is provided between each unit. The console 6 controls the valve 37 and the vacuum exhaust unit 9 and can automatically transport the sample 21 so that the vacuum in the sample chamber 2 can be always maintained even during the transporting operation.
(Case control unit)
The housing control unit 3 operates the electron source 11 and various lenses included in the SEM housing 1 based on a control signal sent from the console 6. The housing control unit 3 includes an electron gun power supply 31, a housing control power supply 32, a probe current measuring device 33, and a retarding power supply 28. The electron gun power supply 31 applies a cathode voltage to the electron source 11 and stably emits electrons. Then, the electron source 11 is operated. The housing control power supply 32 can supply current to each of the first condenser lens 12, the second condenser lens 15, and the objective lens 18, and can set the current supplied to each lens based on a control signal from the console 6. The probe current measuring device 33 can measure the probe current of the primary electron beam 20 detected by the probe current measuring unit 14. The retarding power supply 28 can apply a high voltage to the sample folder 26 in accordance with the control signal from the console 6 as described above.
(Beam control circuit and signal processor)
The beam control circuit 34 and the signal processing unit 4 form a scanned image of the sample 21 based on a control signal sent from the console 6. In order to form a scanning image, the beam control circuit 34 sends a scanning signal to the deflector 17, and the signal processing unit 4 samples the signal electrons 22 taken in by the detector 23 in synchronization with the scanning signal. Reference numeral 39 denotes a level adjustment circuit, and reference numeral 41 denotes an AD conversion unit.

以下、本実施例の特徴である信号処理部4について詳細に説明する。図5は信号処理部4の概略構成図であり、信号処理部4は、切り替え回路A 42、メモリA 43、メモリB 44、切り替え回路B 45、画像処理回路46、比較演算回路47、信号処理回路48で構成される。信号処理部4は、レベル調整回路39及びAD変換部41を介して検出器23に、またコンソール6に電気的な配線で接続され、コンソール6からの制御信号に基づき、検出器23からの信号を処理し、コンソール6へ出力する。コンソール6からの制御は、レベル調整回路39で検出器23から送られる信号の増幅、オフセットを調整し、AD変換部41で、走査信号に同期させデジタル信号に変換する。そして、デジタル信号を、切り替え回路A 42を介し、メモリA 43またはメモリB 44に走査像として格納し、切り替え回路B 45を介してそれぞれのメモリに格納されている走査像を選択して画像処理回路46へ出力する。ここで画像処理回路46には、入力されてきた走査像に対し、平滑化や先鋭化等のフィルター機能や、明度の線形、非線形変換等のレベル調整機能、及びデータの圧縮機能を有し、これらの機能はコンソール6を制御するオペレータが自由に選択することができる。通常は、先に述べたように高アスペクト構造の底から放出される信号電子は非常に少ないため、計測には走査像の明度に4桁程度のダイナミックレンジ(=0.01%の精度)が必要となり、走査像のデータサイズは非常に大きなものとなる。しかし、本実施例で示した計測する信号波形と、表示する走査像とを独立のデータとし、走査像は目視で最適な画質に調整できる機能を有することで、計測精度を気にすることなく走査像のデータサイズを圧縮することができる。これにより、走査像には4桁のダイナミックレンジ(14bit)が必要とされたものが、通常のグレースケール画像で必要とされる(8bit)まで圧縮することができる。   Hereinafter, the signal processing unit 4 which is a feature of the present embodiment will be described in detail. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 4. The signal processing unit 4 includes a switching circuit A 42, a memory A 43, a memory B 44, a switching circuit B 45, an image processing circuit 46, a comparison operation circuit 47, and a signal processing. The circuit 48 is configured. The signal processing unit 4 is connected to the detector 23 via the level adjustment circuit 39 and the AD conversion unit 41 and to the console 6 by electrical wiring. Based on the control signal from the console 6, the signal from the detector 23 is connected. Are processed and output to the console 6. In the control from the console 6, the level adjustment circuit 39 adjusts the amplification and offset of the signal sent from the detector 23, and the AD converter 41 converts it into a digital signal in synchronization with the scanning signal. Then, the digital signal is stored as a scanned image in the memory A 43 or the memory B 44 via the switching circuit A 42, and the scanned image stored in each memory is selected via the switching circuit B 45 to perform image processing. Output to the circuit 46. Here, the image processing circuit 46 has a filter function such as smoothing and sharpening, a level adjustment function such as linearity of lightness and nonlinear conversion, and a data compression function with respect to the input scanned image. These functions can be freely selected by an operator who controls the console 6. Normally, as described above, since the signal electrons emitted from the bottom of the high aspect structure are very few, the brightness of the scanned image has a dynamic range of about 4 digits (= 0.01% accuracy) for measurement. Therefore, the data size of the scanned image becomes very large. However, the signal waveform to be measured shown in this embodiment and the scanned image to be displayed are independent data, and the scanned image has a function that can be adjusted to an optimum image quality by visual observation, so that the measurement accuracy is not a concern. The data size of the scanned image can be compressed. As a result, a scanned image that requires a four-digit dynamic range (14 bits) can be compressed to that required for a normal grayscale image (8 bits).

次に信号処理部4における信号波形の処理について説明する。図6は、図5中のメモリA 43とメモリB 44に格納されている走査像から、比較演算回路47を介して信号波形を抽出し、信号処理回路48を介して信号波形を再構築し、計測するまでのフローを模式的に示したものである。メモリA 43とメモリB 44には走査方向が約180度違うため、左右が反転した走査像が格納されている。まず、比較演算回路47ではどちらかの画像を左右反転させ、走査像同士で位置合わせ処理を行う。ここで位置あわせの処理は、走査像の各画素ごとの階調の差から差画像を形成し、どちらか一方の走査像をずらしながら差画像の標準偏差が最小になるよう、走査像間の位置を合わせる。なお、位置合わせの処理には、走査像そのものを用いても良いが、フーリエ変換で位相の情報だけを抽出した画像を用いても良い。次に、位置合わせの情報を基に、それぞれの走査像に対して波形を抽出するカーソルを合わせ、信号波形を抽出する。ここで波形を抽出するカーソルの設定については、後の(レシピ作成)で詳細に述べる。そして、抽出した2つの信号波形同士を比較し、より高精度に位置を合わせ、その後信号処理回路48で信号波形を再構築し計測を行う。上述のように比較演算回路47では、走査像と信号波形の2段階で位置を合わせる。走査像に対する位置合わせは、走査方向が異なる2つの走査像間で、先に述べた信号波形を抽出するカーソルがずれることを防ぐために必要となる。また、信号波形に対する位置合わせは、カーソルを合わせて同一の領域の信号波形を抽出したとしても、試料の汚染や走査信号に重畳するノイズの影響で信号波形の高さや位置は完全には一致しないため必要となる。このように、2段階で位置を合わせることにより、試料21の帯電や試料の汚染、ダメージ等で2つの走査像の視野が微妙にずれる場合においても、本実施例を適用することができる。   Next, signal waveform processing in the signal processing unit 4 will be described. 6 extracts a signal waveform from the scanned images stored in the memory A 43 and the memory B 44 in FIG. 5 through the comparison operation circuit 47 and reconstructs the signal waveform through the signal processing circuit 48. FIG. 4 schematically shows a flow until measurement. The memory A 43 and the memory B 44 store scanning images that are reversed in left and right directions because the scanning directions are different by about 180 degrees. First, the comparison operation circuit 47 inverts one of the images horizontally, and performs alignment processing between the scanned images. Here, the alignment process forms a difference image from the gradation difference for each pixel of the scanned image, and shifts one of the scanned images so that the standard deviation of the difference image is minimized while shifting one of the scanned images. Adjust the position. In the alignment process, the scanned image itself may be used, or an image obtained by extracting only phase information by Fourier transform may be used. Next, based on the alignment information, a cursor for extracting a waveform is aligned with each scanned image, and a signal waveform is extracted. Here, the setting of the cursor for extracting the waveform will be described in detail later (recipe creation). Then, the two extracted signal waveforms are compared with each other, aligned with higher accuracy, and then the signal waveform is reconstructed and measured by the signal processing circuit 48. As described above, the comparison operation circuit 47 aligns the position in two stages of the scanned image and the signal waveform. The alignment with respect to the scan image is necessary to prevent the above-described cursor for extracting the signal waveform from being shifted between two scan images having different scan directions. In addition, even if the cursor is positioned and the signal waveform in the same region is extracted, the height and position of the signal waveform do not completely match due to contamination of the sample or noise superimposed on the scanning signal. This is necessary. As described above, by aligning the positions in two steps, the present embodiment can be applied even when the fields of view of the two scanned images are slightly shifted due to charging of the sample 21, contamination of the sample, damage, or the like.

図7は信号波形の位置合わせ処理の一例を説明した図で、メモリA 43とメモリB 44から抽出した各々の信号波形に対する、レベル補正と位置合わせの2段階の処理を示している。レベル補正は信号波形の高さを合わせる処理で、図7に示すよう階調が低い領域の平均階調(S1)と、階調が高い領域の平均階調(S2)を規定し、各々の信号波形でS1とS2が同じになるよう、比較演算回路47は各々の信号波形の階調を伸縮させる。ここで、図7では信号波形のピークをS2としていない。これはレベルを補正する際、信号波形のピークの高さがバラつき、S2の誤差で間違った補正をしないためであり、信号波形のピークの高さがほぼ一定であるなら、ピークの平均階調をS2としても問題ない。また、レベル補正後の位置合わせ処理は、連続的な信号波形を再構築するための処理で、図7に示すよう信号波形のピーク間の中間位置が一致するよう、各々の信号波形の画素を移動または伸縮させる。ここで、図7ではピーク間の中間位置が2つの場合を例に示したが、合わせる中間位置が多ければ多いほど正確な位置合わせができる。オペレータは、先に示したS1とS2、そして比較演算回路47が自動で抽出するピーク間の中間位置の数を、レシピを作成する段階で規定し信号波形の位置を合わせることができる。   FIG. 7 is a diagram for explaining an example of signal waveform alignment processing, and shows two-stage processing of level correction and alignment for each signal waveform extracted from the memory A 43 and the memory B 44. The level correction is a process for adjusting the height of the signal waveform. As shown in FIG. 7, the average gradation (S1) of the low gradation area and the average gradation (S2) of the high gradation area are defined. The comparison operation circuit 47 expands and contracts the gradation of each signal waveform so that S1 and S2 are the same in the signal waveform. Here, in FIG. 7, the peak of the signal waveform is not S2. This is because when the level is corrected, the peak height of the signal waveform varies and correction is not performed erroneously due to the error of S2. If the peak height of the signal waveform is substantially constant, the average gradation of the peak There is no problem even if S2 is set. The alignment processing after level correction is a process for reconstructing a continuous signal waveform. As shown in FIG. 7, the pixels of each signal waveform are set so that the intermediate positions between the peaks of the signal waveform match. Move or stretch. Here, FIG. 7 shows an example in which there are two intermediate positions between peaks. However, the more intermediate positions to be aligned, the more accurate alignment can be performed. The operator can specify the number of intermediate positions between the peaks S1 and S2 and the peaks automatically extracted by the comparison operation circuit 47 at the stage of creating the recipe and match the position of the signal waveform.

図8は信号波形の再構築処理の一例を説明した図で、比較演算回路47より信号処理回路48に入力される2つの信号波形と、それらを用いた信号波形の再構築と平滑化を示している。再構築は、図4と同様に2つの信号波形を比較し、信号の強度が低い方を真値とし信号波形を再構築することで実現することができる。しかし、先に示した位置合わせをしても、再構築した信号波形では不連続点49が存在し、計測誤差の要因となる。そこで、信号処理回路48では再構築した信号波形を平滑化し、計測誤差を低減させる。このように再構築をする処理に平滑化の機能を加えることで、安定し、計測誤差の少ない計測装置を実現することができる。また、上記では信号波形のデータサイズについて明記していないが、コンソール6に表示する走査像を8bit、計測に用いる信号波形を14bit以上とすることで必要最小限のデータサイズで高精度な計測を実現することができる。データサイズが小さくなることで、ストレージ媒体7には大量の計測結果が保存でき、且つデータ処理を高速化できるため、計測装置の処理速度の観点でも有利となる。以上に説明した位置合わせ処理及び再構築処理を施すことで、高アスペクト構造の底に対して安定した寸法計測を実現することができる。   FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a signal waveform reconstruction process, showing two signal waveforms input from the comparison operation circuit 47 to the signal processing circuit 48, and signal waveform reconstruction and smoothing using them. ing. Reconstruction can be realized by comparing two signal waveforms in the same manner as in FIG. 4 and reconstructing the signal waveform with a lower signal strength as a true value. However, even with the above-described alignment, discontinuous points 49 exist in the reconstructed signal waveform, which causes measurement errors. Therefore, the signal processing circuit 48 smoothes the reconstructed signal waveform to reduce the measurement error. By adding a smoothing function to the reconstruction process in this way, a measurement apparatus that is stable and has few measurement errors can be realized. In addition, although the data size of the signal waveform is not specified in the above, high-accuracy measurement can be performed with the minimum necessary data size by setting the scan image displayed on the console 6 to 8 bits and the signal waveform used for measurement to 14 bits or more. Can be realized. By reducing the data size, a large amount of measurement results can be stored in the storage medium 7 and the data processing can be speeded up, which is advantageous from the viewpoint of the processing speed of the measuring device. By performing the alignment process and the reconstruction process described above, it is possible to realize stable dimension measurement for the bottom of the high aspect structure.

なお、本実施例ではAD変換部41より後段の切り替え回路A 42から、画像処理回路46並びに信号処理回路48までをコンソール6から独立した部位として記載したが、これらの機能はコンソール6に含まれる計算機でも行うことができる。コンソール6に含まれる計算機で上記処理を行う場合は、AD変換部41より後段の部位がコンソールに集約できるため、計測装置の設置面積や製造コストの低減が期待でき、かつ本実施例の効果は損なわれない。
(レシピ作成の手順)
図9を用いて本実施例に係るSEM式半導体計測装置におけるレシピ作成の手順を示す。パターンの寸法を計測するオペレータは、工程1で計測する試料の基本情報を入力する。例えば試料が半導体ウェーハの場合は、ウェーハの品種、製造工程の名称が前述の基本情報に相当し、これらは複数存在するレシピを分類し管理するために用いられる。次に、工程2で計測に用いる光学条件を選定する。光学条件のパラメータは、試料に入射するプローブ電流、入射エネルギーであり、これらのパラメータは走査像の取得で、「複数回の画像取得で画質が劣化」「計測時の弊害となる明るさムラ等の異常コントラスト」が発生しないよう決められる。この作業は、オペレータが光学条件を任意に選んでも良いし、装置出荷時に製造元が決めた推奨条件をそのまま用いても良い。半導体ウェーハ等のパターンが形成された試料では、試料を動かすステージの座標と試料上に形成されたパターンの座標との位置関係を正確に計測する必要がある。本実施例では、この位置関係を計測する工程をアライメント工程(工程5)とする。工程3では、光学画像上及び走査像上で認識可能な試料上のパターンの画像を、テンプレートとしてコンソール6に登録する。このテンプレートには、光学画像と走査像の2種類を登録することができ、光学画像のテンプレートは第1のアライメント工程、SEM画像のテンプレートは第2のアライメント工程に用いられる。通常、精度の低い第1のアライメント工程を経てから高精度な第2のアライメント工程を行う手順となる。登録作業は、例えばコンソールのモニタ上に表示される光学画像と走査像とを、ユーザがストレージ媒体7に記憶させることで実行される。(工程3)ステージの座標と試料上に形成されたパターンの座標との位置関係を正確に補正するためには最低2つの場所でアライメント工程を行う必要がある。工程4では、アライメントを行う場所を登録する。登録は、例えば、モニタに表示される走査像上で適当な位置を、ユーザがコンソールを介して指定することにより実行される。工程5では、テンプレートと上記で登録した場所で撮像した光学画像の比較(第1のアライメント工程)及び走査像の比較(第2のアライメント工程)からステージの座標と試料のパターンの座標の位置関係を計測する。そして、計測した結果をストレージ媒体7に記憶させる。
In this embodiment, the switching circuit A 42 subsequent to the AD conversion unit 41, the image processing circuit 46, and the signal processing circuit 48 are described as parts independent of the console 6. However, these functions are included in the console 6. It can also be done with a calculator. When the above processing is performed by a computer included in the console 6, since the parts subsequent to the AD conversion unit 41 can be concentrated on the console, it is possible to expect a reduction in the installation area and manufacturing cost of the measuring device, and the effects of this embodiment are as follows. Not damaged.
(Recipe creation procedure)
A procedure for creating a recipe in the SEM type semiconductor measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The operator who measures the dimension of the pattern inputs the basic information of the sample to be measured in step 1. For example, when the sample is a semiconductor wafer, the type of wafer and the name of the manufacturing process correspond to the basic information described above, and these are used to classify and manage a plurality of existing recipes. Next, the optical conditions used for measurement in step 2 are selected. The parameters of the optical conditions are the probe current incident on the sample and the incident energy. These parameters are obtained by scanning image acquisition, such as "image quality deteriorates by multiple image acquisitions", "brightness unevenness that causes adverse effects during measurement, etc." Is determined so as not to occur. In this operation, the operator may arbitrarily select the optical conditions, or the recommended conditions determined by the manufacturer at the time of shipping the apparatus may be used as they are. In a sample on which a pattern such as a semiconductor wafer is formed, it is necessary to accurately measure the positional relationship between the coordinates of the stage on which the sample is moved and the coordinates of the pattern formed on the sample. In this embodiment, the process of measuring this positional relationship is referred to as an alignment process (process 5). In step 3, an image of the pattern on the sample that can be recognized on the optical image and the scanned image is registered in the console 6 as a template. Two types of optical images and scanned images can be registered in this template. The optical image template is used in the first alignment step, and the SEM image template is used in the second alignment step. Usually, after the first alignment step with low accuracy, the second alignment step with high accuracy is performed. For example, the registration operation is executed by the user storing the optical image and the scanned image displayed on the monitor of the console in the storage medium 7. (Step 3) In order to accurately correct the positional relationship between the coordinates of the stage and the coordinates of the pattern formed on the sample, it is necessary to perform an alignment step at least in two places. In step 4, the location for alignment is registered. The registration is executed, for example, when the user designates an appropriate position on the scanned image displayed on the monitor via the console. In step 5, the positional relationship between the coordinates of the stage and the coordinates of the sample pattern from the comparison between the template and the optical image captured at the location registered above (first alignment step) and the comparison of the scanned image (second alignment step). Measure. Then, the measurement result is stored in the storage medium 7.

次に、工程6で計測するパターンの近傍に測定する場所を探すための位置検索用テンプレートを登録し、工程7で計測する箇所のテンプレートをコンソールに登録する。ここでテンプレートとして登録する情報は、工程6では低倍の走査像とステージ座標、工程7では計測する倍率の走査像とステージ座標である。ここで登録時に実行する作業は、アライメント用のテンプレートの登録作業と同じである。工程8では工程7で登録した走査像を基に信号波形を抽出し、計測を実施し、結果をストレージ媒体7に記憶させる。オペレータはウェーハ内に複数の測定位置がある場合は、工程6から工程8を繰り返し、全ての測定位置を登録したらレシピをストレージ媒体7に保存し終了する。レシピを用いた自動計測では、オペレータがコンソール6に前述の試料の基本情報を入力し、自動計測を開始させる。コンソール6は開始の命令と共に、ストレージ媒体7に保存されたレシピの情報を読み出し、それに基づきウェーハ内を自動で計測し、レシピに登録された測定点全てに対して計測が完了したら、計測結果をストレージ媒体7に保存する。   Next, a position search template for searching for a location to be measured is registered in the vicinity of the pattern to be measured in step 6, and a template for the location to be measured in step 7 is registered in the console. The information registered as a template here is a low-magnification scan image and stage coordinates in step 6, and a scan image and stage coordinates of the magnification to be measured in step 7. Here, the work performed at the time of registration is the same as the work of registering the alignment template. In step 8, a signal waveform is extracted based on the scanned image registered in step 7, measurement is performed, and the result is stored in the storage medium 7. If there are a plurality of measurement positions in the wafer, the operator repeats Step 6 to Step 8, and after all the measurement positions are registered, the recipe is stored in the storage medium 7 and the process ends. In automatic measurement using a recipe, the operator inputs the basic information of the sample to the console 6 and starts automatic measurement. The console 6 reads the recipe information stored in the storage medium 7 together with the start command, automatically measures the wafer based on the information, and when the measurement is completed for all the measurement points registered in the recipe, the measurement result is displayed. Save to the storage medium 7.

上記は計測装置におけるレシピ作成の手順と自動計測の一例であるが、本実施例を適用するためには、図9に示したレシピ作成の手順で、工程7と工程8に対して前述の信号処理を自動で実施させる設定が必要となる。図10は本実施例で示した信号処理を自動で実施させるレシピの作成手順を説明したもので、本実施例が関係する図9中の工程7と工程8のみを抜粋して図示している。まず、工程7−1では、計測する位置を含む走査像をテンプレートとして登録し、工程7−2で計測する方法を選択する。この計測する方法とは、ラインアンドスペースの様な繰り返しパターンの場合はパターンのピッチやライン間のスペース、又はラインの幅を示している。この方法は計測する対象により異なり、図10に示したラインアンドスペースのパターンに対しては、上記の計測方法が用いられるが、コンタクトホールや周期性のない孤立パターンの場合は、コンタクトの径やパターン間の距離を計測する方法が用いられる。レシピを作成するオペレータは、計測対象のパターンに応じて上記の計測方法を選ぶことができる。そして、計測する方法をオペレータが選択すると登録された走査像上に計測箇所を特定するカーソルが表示され、工程7−3でオペレータがカーソルの位置や大きさを調整し、計測する箇所にカーソルを合わせ、計測位置を登録する。図10中の(a)はラインアンドスペースのライン間のスペースを計測する例を示しており、この場合太線で矩形のカーソルが二つ表示され、カーソルを計測するスペースの両端のラインのエッジにそれぞれのカーソルを合わせることで、スペースを計測することができる。次に工程7−3で登録した位置を計測するが、本実施例では走査方向が約180度異なる2つの走査像を取得する必要があるため、工程8−1では、オペレータは、工程7−1で登録した走査像と同じ位置で、走査方向が異なる2つの走査像を取得する。そして、工程8−2では取得した2つの走査像に対する位置合わせ処理のパラメータを設定する。ここで、位置合わせ処理のパラメータとは、位置合わせをするアルゴリズムと、走査像内で位置合わせ判定をする有効領域を示しており、オペレータがこれらを自由に設定しても良いが、本実施例の計測装置の製造元が出荷時に設定したパラメータをそのまま用いても良い。図10中(b)は先に説明した2つの走査像から差画像を形成し、差画像の標準偏差が最小になるよう位置合わせをするアルゴリズムの場合を示している。この時、コンソール6のモニタには差画像が表示され、オペレータは位置合わせをする際の有効領域を示す、矩形のエリア選択カーソルの位置、並びに大きさを任意に調整することで、位置合わせのパラメータ調整することができる。位置合わせ処理の設定後、工程8−3では工程7−3で登録した計測位置に基づき、位置合わせ処理が完了した2つの走査像から信号波形を抽出する(図10中の(c))。そして、工程8−4では先に図7を用いて説明した手順に従い、オペレータは信号波形の位置合わせのパラメータを設定し、工程8−5で信号波形の再構築を行う。このときコンソール6のモニタ上には再構築した信号波形が表示されており、オペレータは表示されている信号波形を見ながら、この後の続く工程8−6距離を測定する条件の設定、工程8−7距離の測定を行う。工程8−6の距離を測定する条件の設定では、オペレータは信号波形を見ながら、計測するアルゴリズムを選択する。ここでアルゴリズムとは、信号波形から距離を計測するアルゴリズムを示しており、計測装置で一般的に用いられるアルゴリズムで本実施例の効果を発揮することができる。
(GUI画面)
図11は図10で示したレシピ作成手順をオペレータが操作する際、コンソール6のモニタ上に表示されるGUI画面の模式図である。GUI画面はコンソール6から計測装置全般の動作を指示する総合画面52と、走査像を表示する画像表示画面53、検出した信号のレベルを調整するゲイン調整画面54、本実施例で示した信号波形の処理及び計測アルゴリズムを選択する測長条件調整画面55で構成される。このGUI画面は、図9に示したレシピ作成の手順で、工程6の測定位置検索用のテンプレートを登録した後、自動的にコンソール6上のモニタに表示され、オペレータはそのまま測定位置のテンプレート登録(工程7)以降を設定することができる。
The above is an example of the recipe creation procedure and automatic measurement in the measuring apparatus, but in order to apply the present embodiment, the above-described signals for the steps 7 and 8 in the recipe creation procedure shown in FIG. It is necessary to make settings to automatically execute processing. FIG. 10 illustrates a recipe creation procedure for automatically performing the signal processing shown in the present embodiment, and only the steps 7 and 8 in FIG. 9 related to the present embodiment are extracted and illustrated. . First, in step 7-1, a scan image including a position to be measured is registered as a template, and the method of measurement in step 7-2 is selected. This measuring method indicates a pattern pitch, a space between lines, or a line width in the case of a repetitive pattern such as a line and space. This method varies depending on the object to be measured. For the line and space pattern shown in FIG. 10, the above measurement method is used. However, in the case of an isolated pattern without contact holes or periodicity, the contact diameter or A method of measuring the distance between patterns is used. The operator who creates the recipe can select the measurement method described above according to the pattern to be measured. When the operator selects a measurement method, a cursor for specifying the measurement location is displayed on the registered scanned image. In step 7-3, the operator adjusts the position and size of the cursor, and moves the cursor to the measurement location. In addition, register the measurement position. (A) in FIG. 10 shows an example of measuring a space between lines of line and space. In this case, two rectangular cursors are displayed with bold lines, and the edges of the lines at both ends of the space where the cursor is measured are displayed. Space can be measured by putting each cursor. Next, the position registered in step 7-3 is measured. In this embodiment, since it is necessary to acquire two scanned images with different scanning directions by about 180 degrees, in step 8-1, the operator selects step 7- Two scanning images having different scanning directions are acquired at the same position as the scanning image registered in 1. In step 8-2, parameters for alignment processing for the two acquired scanned images are set. Here, the parameters of the alignment process indicate an algorithm for alignment and an effective area for determining alignment in the scanned image, and the operator may freely set them. The parameters set by the manufacturer of the measuring device at the time of shipment may be used as they are. FIG. 10B shows a case of an algorithm in which a difference image is formed from the two scanned images described above, and alignment is performed so that the standard deviation of the difference image is minimized. At this time, the difference image is displayed on the monitor of the console 6, and the operator arbitrarily adjusts the position and size of the rectangular area selection cursor indicating the effective area for the alignment, thereby adjusting the position. Parameters can be adjusted. After setting the alignment process, in step 8-3, signal waveforms are extracted from the two scanned images for which the alignment process has been completed based on the measurement positions registered in step 7-3 ((c) in FIG. 10). In step 8-4, the operator sets signal waveform alignment parameters according to the procedure described above with reference to FIG. 7, and in step 8-5, the signal waveform is reconstructed. At this time, the reconstructed signal waveform is displayed on the monitor of the console 6, and the operator sets the conditions for measuring the subsequent step 8-6 distance while viewing the displayed signal waveform, step 8 Measure the -7 distance. In setting the conditions for measuring the distance in step 8-6, the operator selects an algorithm to be measured while viewing the signal waveform. Here, the algorithm indicates an algorithm for measuring a distance from a signal waveform, and the effect of the present embodiment can be exhibited by an algorithm generally used in a measuring apparatus.
(GUI screen)
FIG. 11 is a schematic diagram of a GUI screen displayed on the monitor of the console 6 when the operator operates the recipe creation procedure shown in FIG. The GUI screen includes a general screen 52 for instructing the overall operation of the measuring apparatus from the console 6, an image display screen 53 for displaying a scanned image, a gain adjustment screen 54 for adjusting the level of the detected signal, and the signal waveform shown in this embodiment. And a length measurement condition adjustment screen 55 for selecting a process and a measurement algorithm. This GUI screen is automatically displayed on the monitor on the console 6 after the template for measurement position search in step 6 is registered in the recipe creation procedure shown in FIG. 9, and the operator registers the template for the measurement position as it is. (Step 7) and subsequent steps can be set.

GUI画面の下部にある総合画面52には、装置の動作状態を示す機能ボタン56が複数あり、オペレータは画面上でこのボタンをクリックすることで、ボタンに表示されている機能を動作させることができる。ここでは総合画面52内に、本実施例を説明する代表的な機能、ウェーハを試料室に搬送するロードボタン、走査像を表示する画像表示ボタン、レシピを作成するレシピ作成ボタン、自動で計測する自動測長ボタン、SEM式半導体計測装置の各種メンテナンスに用いるメンテナンスボタン、SEM式半導体計測装置の動作を終了させる終了ボタンを示したが、これら以外の機能が表示されていても本実施例の効果は損なわれることはない。なお、図11は走査像を観察しながら、レシピを作成している状態なので、画像表示とレシピ作成の機能ボタン56が活性の状態(黒く反転している状態)となっている。   The general screen 52 at the bottom of the GUI screen has a plurality of function buttons 56 indicating the operation state of the apparatus, and the operator can operate the function displayed on the button by clicking the button on the screen. it can. Here, in the general screen 52, representative functions for explaining the present embodiment, a load button for transporting a wafer to the sample chamber, an image display button for displaying a scanning image, a recipe creation button for creating a recipe, and automatic measurement are performed. Although an automatic length measurement button, a maintenance button used for various maintenance of the SEM type semiconductor measuring device, and an end button for ending the operation of the SEM type semiconductor measuring device are shown, the effect of this embodiment can be achieved even if functions other than these are displayed. Will not be harmed. Since FIG. 11 shows a state in which a recipe is being created while observing a scanned image, the image display and recipe creation function buttons 56 are in an active state (inverted black state).

画像表示画面53は、走査像または光学画像を表示する画面であり、機能ボタン56として、測長条件調整ボタン、光学調整(光学条件)ボタン、ゲイン調整ボタン、画像条件ボタン、撮像条件ボタンが設けられている。図11ではゲイン調整画面54と測長条件調整画面55が立上っているため、これらの機能ボタン56は活性の状態になっており、光学調整ボタンは活性の状態でない。光学調整ボタンはSEM筐体1の光学軸を調整する際に使う機能ボタンで、レシピ作成の段階ではSEM筐体1の光学軸を調整する必要がないため、活性となっていない。また、画像条件ボタンは試料21に入射する一次電子線20のエネルギーとプローブ電流を調整するボタンで、図9中の工程2の段階で既に設定が完了しているため、図11中では設定されたエネルギー(加速電圧)とプローブ電流が表示されている。撮像条件ボタンは、画面に表示する走査像の走査速度、積算回数を設定するボタンであり、レシピ作成のどの工程でも起動できるが、図11は既に設定が完了している状態を示している。この場合、走査像の走査速度は走査条件、走査像の積算回数は積算回数として、現在の設定が画面に表示される。なお、画像表示画面53には、2つのプルダウンボタン57が設けられており、1つは表示する画像を走査像と光学画像で切り替える画像切り替えボタンと、もう1つは走査像の倍率を任意に選択する倍率選択ボタンである。これらは、レシピ作成に関わらず、画像表示画面53が起動している限り、どの段階で操作することができる。なお、符号51はカーソルを示す。   The image display screen 53 is a screen for displaying a scanned image or an optical image. As function buttons 56, a length measurement condition adjustment button, an optical adjustment (optical condition) button, a gain adjustment button, an image condition button, and an imaging condition button are provided. It has been. In FIG. 11, since the gain adjustment screen 54 and the length measurement condition adjustment screen 55 are raised, these function buttons 56 are in an active state, and the optical adjustment buttons are not in an active state. The optical adjustment button is a function button used when adjusting the optical axis of the SEM casing 1 and is not active because it is not necessary to adjust the optical axis of the SEM casing 1 at the recipe creation stage. Further, the image condition button is a button for adjusting the energy of the primary electron beam 20 incident on the sample 21 and the probe current. Since the setting has already been completed in the step 2 in FIG. 9, the image condition button is set in FIG. Energy (acceleration voltage) and probe current are displayed. The imaging condition button is a button for setting the scanning speed of the scanned image displayed on the screen and the number of times of integration. The imaging condition button can be activated at any step of recipe creation, but FIG. 11 shows a state where the setting has already been completed. In this case, the current setting is displayed on the screen with the scanning speed of the scanned image as the scanning condition and the number of times of scanning image integration as the number of times of integration. The image display screen 53 is provided with two pull-down buttons 57. One is an image switching button for switching an image to be displayed between a scanned image and an optical image, and the other is an arbitrary magnification of the scanned image. This is a magnification selection button to be selected. These can be operated at any stage as long as the image display screen 53 is activated regardless of the recipe creation. Reference numeral 51 denotes a cursor.

ゲイン調整画面54は、計測装置の検出系のレベルを調整する画面で、図11ではレベルの調整として信号波形のオフセットを変えるブライトネスと、信号波形の振幅を変えるコントラストの2つを示した。これらは、スクロールバー58で調整でき、スクロールバー58の右にあるウインドウ59に設定値が表示される。また、ゲイン調整画面54にはレベルを調整するモードが選択できるプルダウンボタン57があり、このボタンで自動か手動かを選択することで、自動で計測装置がレベルを調整するか、オペレータが手動でレベルを調整するか選択することができる。   The gain adjustment screen 54 is a screen for adjusting the level of the detection system of the measuring apparatus. FIG. 11 shows two types of brightness, brightness for changing the offset of the signal waveform and contrast for changing the amplitude of the signal waveform. These can be adjusted by the scroll bar 58, and the set values are displayed in the window 59 on the right side of the scroll bar 58. In addition, the gain adjustment screen 54 has a pull-down button 57 for selecting a mode for adjusting the level. By selecting the automatic or manual operation with this button, the measurement device automatically adjusts the level or the operator manually You can choose to adjust the level.

測長条件調整画面55は、図10で示した手順をオペレータが行う画面で、測長条件調整画面55には工程7の測長位置のテンプレートを登録する領域と、工程8の測長を実施する領域がある。テンプレートを登録する領域には、測長方法を選択できるプルダウンボタン57があり、オペレータはプルダウンボタン57で測長対象に応じた測長方法を選択することができる。このとき、画像表示画面53の走査像上には、ここで選択した測長方法に応じたカーソルが表示され、オペレータは画面上でカーソルの位置や大きさを調整することができる。また、テンプレートを登録する領域には、登録または登録されているテンプレートを削除する際に用いるコマンドボタン60があり、オペレータはコマンドボタン60をクリックすることで、テンプレートの登録や削除をすることができる。測長条件調整画面55内の測長を実施する領域には、図10の工程8の手順でオペレータは測長する条件を調整する。工程8の中で、オペレータは工程8−1から8−5までの手順を、画面内のチェックボタン61で調整の有無を選択することができる。高アスペクト測長モードのチェックボタン61は、工程8−1に示した走査方向が異なる画像を取得するか否かを決めるボタンで、このチェックボタン61を有効にすることで、それ以降のチェックボタン61の操作が可能になる。画像位置補正のチェックボタン61は、工程8−2に示した走査像の位置合わせの有無を決めるボタンで、このボタンを有効にしたとき、縮退のウインドウ59への入力が可能になり、画像表示画面53の走査像上に先に述べたエリア選択カーソルが表示される。ここで縮退とは位置合わせ処理の際、走査像の外周から何画素分を無視するかを決めるパラメータで、オペレータが自由に調整しても良いし、装置の製造元が決めた初期値をそのまま用いても良い。波形位置補正のチェックボタン61は、工程8−4に示した信号波形の位置合わせの有無を決めるボタンで、このボタンを有効にしたとき、位置合わせの方式を決めるプルダウンボタン57が有効になり、オペレータは位置合わせ方法を選択し図7に示した調整をすることができる。平滑化処理のチェックボタン61は、工程8−5で示した信号波形の再構築の際、図8で示した信号波形の平滑化処理をするか否かを決めるボタンで、このボタンを有効にしたときレベルのウインドウ59への入力が可能になる。オペレータは、このウインドウ59に平滑化の度合いを決める数字を入力することで、平滑化の度合いを決めることができる。続いてオペレータが設定する工程8−6は、測長方法の機能ボタン56をクリックすることで、測長方法を設定する画面を新規に立ち上げることができる。この測長方法を設定する画面は、図11中では記載していないが、前述の図10の工程8−6並びに工程8−7の手順に従い、測長方法に関する各種パラメータを設定することができる。上記が、図10の工程8−1から工程8−7に示した手順をオペレータがGUI上で行う操作であり、これらの操作を行う上で、信号波形の取得や再構築、寸法の測長や、設定した条件の保存といった動作が必要になる。これらは測長条件調整画面55の下部にあるコマンドボタン60をクリックすることで動作させることができ、動作に応じて画面内に表示される信号波形は随時更新される。なお、これまでは高アスペクト測長モードを有効にした場合の調整手順、並びにGUIでの操作を説明したが、高アスペクト測長モードを無効にした場合は、オペレータは工程8−1から8−5を行わず、工程8−6に進み、従来の計測装置同様に測長条件を設定することができる。   The length measurement condition adjustment screen 55 is a screen on which the operator performs the procedure shown in FIG. 10. The length measurement condition adjustment screen 55 performs an area for registering the measurement position template in step 7 and the length measurement in step 8. There is an area to do. In the area where the template is registered, there is a pull-down button 57 for selecting a length measurement method, and the operator can select a length measurement method according to the length measurement target with the pull-down button 57. At this time, a cursor corresponding to the length measurement method selected here is displayed on the scanned image of the image display screen 53, and the operator can adjust the position and size of the cursor on the screen. Further, in the area for registering templates, there are command buttons 60 that are used when a registered or registered template is deleted. The operator can register or delete a template by clicking the command button 60. . In the length measurement condition adjustment screen 55, the operator adjusts the length measurement condition in the procedure of step 8 in FIG. In step 8, the operator can select whether to adjust the procedure from steps 8-1 to 8-5 with the check button 61 in the screen. The check button 61 in the high aspect length measurement mode is a button for determining whether or not to acquire an image having a different scanning direction shown in step 8-1, and by enabling the check button 61, the check buttons after that are checked. 61 operation becomes possible. The image position correction check button 61 is a button for determining whether or not to align the scanned image shown in step 8-2. When this button is enabled, input to the degeneration window 59 becomes possible, and image display is performed. The area selection cursor described above is displayed on the scanned image of the screen 53. Here, degeneration is a parameter that determines how many pixels from the outer periphery of the scanned image are to be ignored during the alignment process, and the operator may freely adjust or use the initial value determined by the device manufacturer as it is. May be. The waveform position correction check button 61 is a button for determining whether or not the signal waveform is aligned as shown in step 8-4. When this button is enabled, a pull-down button 57 for determining the alignment method is enabled. The operator can select the alignment method and make the adjustment shown in FIG. The smoothing check button 61 is a button for determining whether or not to smooth the signal waveform shown in FIG. 8 when the signal waveform shown in Step 8-5 is reconstructed. Then, the input to the level window 59 becomes possible. The operator can determine the degree of smoothing by inputting a number that determines the degree of smoothing in this window 59. Subsequently, in step 8-6 set by the operator, by clicking the length measurement method function button 56, a screen for setting the length measurement method can be newly launched. Although the screen for setting the length measurement method is not shown in FIG. 11, various parameters relating to the length measurement method can be set in accordance with the steps 8-6 and 8-7 in FIG. . The above is an operation in which the operator performs the procedure shown in Step 8-1 to Step 8-7 in FIG. 10 on the GUI. In performing these operations, acquisition and reconstruction of the signal waveform and measurement of the dimensions are performed. And the operation of saving the set condition is necessary. These can be operated by clicking the command button 60 at the bottom of the length measurement condition adjustment screen 55, and the signal waveform displayed in the screen is updated as needed according to the operation. The adjustment procedure when the high aspect length measurement mode is enabled and the operation using the GUI have been described so far. However, when the high aspect length measurement mode is disabled, the operator performs steps 8-1 to 8- 5 is not performed, the process proceeds to Step 8-6, and the length measurement conditions can be set in the same manner as in the conventional measuring apparatus.

本実施例に係るSEM式半導体計測装置を用いてNANDゲート底部のパターン寸法を計測したところ、良好な結果が得られた。これにより、従来は困難であったエッチング後の高アスペクト構造の計測が可能になり、半導体装置の製造工程で要求される、様々な寸法計測に対応できるようになる。   When the pattern dimension of the bottom part of the NAND gate was measured using the SEM type semiconductor measuring apparatus according to this example, a good result was obtained. As a result, it is possible to measure a high aspect structure after etching, which has been difficult in the past, and to cope with various dimension measurements required in the manufacturing process of a semiconductor device.

以上説明したように、本実施例によれば、立上り応答(底部から上部方向へ荷電粒子を走査して得られる検出信号)を用いて底部の両端部位置を求めることにより、高アスペクト構造であっても、パターン底部の寸法を高精度に計測できる荷電粒子線装置及び計測方法を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the position of both ends of the bottom portion is obtained using the rising response (detection signal obtained by scanning charged particles from the bottom portion to the upper portion). However, it is possible to provide a charged particle beam apparatus and a measurement method capable of measuring the dimension of the pattern bottom with high accuracy.

第2の実施例について説明する。なお、実施例1に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
実施例1では、高アスペクト構造の底の寸法計測に適したSEM式半導体計測装置の1構成例について説明した。半導体装置の製造工場では、1つのラインに複数のSEM式半導体計測装置を設置する場合が多く、複数の計測装置で同じレシピを用いた自動計測が行われる。このようにSEM式半導体計測装置を用いる場合、計測装置間の個体差(機差)が問題となり、機差の校正が不可欠となる。本実施例2では、高アスペクト構造の底の寸法計測に適したSEM式半導体計測装置における機差の校正について説明する。先の実施例1でも説明したように、高アスペクト構造の底の寸法計測には、信号電子の検出系に4桁(14bit)以上のダイナミックレンジと精度が要求される。本実施例では、SEM式半導体計測装置に検出系の個体差を校正するため、検出した信号電子の強度を信号電流に換算する機能を備えていることを特徴とする。ここで、信号電流とは試料21から放出される信号電子22の量を定量化できる物理量であり、本実施例では既知のプローブ電流で観測される試料の明度を信号電流の一例として示した。同じプローブ電流であっても、信号電流は試料によって異なるが、同一の試料に対し、プローブ電流を変えて取得した、プローブ電流と明度の特性データは、測定した検出系の特性を示すため、検出系の固体差を含んだ信号電子の強度を信号電子22の量に換算することができる。
(信号波形の校正処理)
図12は、本実施例における検出系の校正方法の概要を示しており、図1中で校正処理に関係する、信号処理部4とコンソール6並びにストレージ媒体7を抜粋してある。検出した信号電子の強度を信号電流に換算するためには、検出系の特性を測定した特性データ63の集合体であるデータシート62が必要であり、このデータシート62はストレージ媒体7に記憶されている。コンソール6は、図1中のレベル調整回路39に指示した調整値に相当する特性データ63をデータシート62から読み出し、特性データ63を用いて信号処理部4から送られる信号波形の強度を信号電流に換算する。そして、コンソール6は、信号電流に換算した信号波形と、その波形から計測した結果をストレージ媒体7に記憶させる。ここで、特性データ63の集合体であるデータシート62は、計測装置の出荷時、あるいは装置の定期的なメンテナンスの際、計測装置の製造元あるいはオペレータが作成するものであり、必要に応じて特性データ63、並びにデータシート62を更新することができる。以上に示した方法でAD変換部41より前段の検出系の個体差を校正することができる。なお、上述の特性データ63、並びにデータシート62を作成する手順は、後の(データシートの作成手順)で説明する。
(プローブ電流計測装置)
プローブ電流と明度の特性データを正確に取得するためには、SEM式半導体計測装置に一次電子線のプローブ電流を計測する機能が必要になる。図13はプローブ電流を計測する装置の構成を示しており、図1中のSEM筐体1の一部と、プローブ電流計測装置33、コンソール6を示している。SEM筐体1に含まれるプローブ電流計測部14は、一次電子線20を偏向するブランキング装置64と、プローブ電流を検知するファラデーカップ65、そしてファラデーカップ65とSEM筐体1を電気的に絶縁する絶縁体25で構成されている。また、プローブ電流計測装置33は、一次電子線20を偏向させる定電圧回路66と、ファラデーカップ65が検知したプローブ電流を電圧信号に変換、且つ増幅させる増幅器38、並びに増幅された電圧信号をデジタル信号に変換するAD変換部41で構成されている。ここで、ブランキング装置64と定電圧回路66、並びにファラデーカップ65と増幅器38は、図中には示していないSEM筐体1の真空を維持するフィードスルー端子で電気的に接続されている。そのため、コンソール6からの制御信号に基づき、定電圧回路66はブランキング装置64に定電圧を印加し、ファラデーカップ65でプローブ電流が検知できる構成になっている。なお、ファラデーカップ65には、一次電子線20が通過する穴が設けられており、ブランキング装置64で一次電子線20が偏向されたとき、初めてファラデーカップ65に一次電子線20が捕捉され、プローブ電流が検知できる仕組みになっている。
(データシートの作成手順)
検出系のデータシート62を作成するには、検出系のレベル調整回路39の回路定数を固定し、既知のプローブ電流で試料の明度を計測し、プローブ電流(信号電流)と画像明度の関係を求める必要がある。図14は、データシート62を作成する手順を示しており、手順は大きく2つの工程に分かれている。1つは、一次電子線20を試料21に照射せず、レベル調整回路39の回路定数を段階的に変えながら、画像の明度を測定する暗レベルの測定と、もう1つは、プローブ電流とレベル調整回路39の回路定数を各々段階的に変えながら、信号電流と画像明度の関係を求める検出系特性の測定である。以下、手順に沿って各工程を説明する。まず、暗レベルの測定は、第1の工程で一次電子線20が試料21に照射されないようプローブ電流がゼロになる設定をする(ビームオフ)。この設定は、電子源11から電子が放出されないよう、コンソール6から電子銃電源31を制御しても良いし、SEM筐体1の中にバルブがある場合は、そのバルブを閉めるだけでも良い。次の第2の工程で検出系の回路定数を設定し、第3の工程で走査像の明度を計測する。検出系の回路定数を段階的に変えながら、第2−第4の工程を繰り返すことで、暗レベルを測定することができる。
A second embodiment will be described. Note that the items described in the first embodiment and not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment unless there are special circumstances.
In the first embodiment, one configuration example of the SEM type semiconductor measuring device suitable for the dimension measurement of the bottom of the high aspect structure has been described. In a semiconductor device manufacturing factory, a plurality of SEM type semiconductor measuring devices are often installed in one line, and automatic measurement using the same recipe is performed by a plurality of measuring devices. Thus, when using the SEM type semiconductor measuring device, individual differences (machine differences) between the measuring devices become a problem, and calibration of the machine differences is indispensable. In the second embodiment, calibration of machine differences in an SEM type semiconductor measuring device suitable for measuring the size of the bottom of a high aspect structure will be described. As described in the first embodiment, the measurement of the bottom of the high aspect structure requires a dynamic range and accuracy of four digits (14 bits) or more in the signal electron detection system. The present embodiment is characterized in that the SEM type semiconductor measuring device has a function of converting the detected signal electron intensity into a signal current in order to calibrate the individual difference of the detection system. Here, the signal current is a physical quantity capable of quantifying the amount of the signal electrons 22 emitted from the sample 21. In this embodiment, the brightness of the sample observed with a known probe current is shown as an example of the signal current. Even if the probe current is the same, the signal current varies depending on the sample, but the probe current and brightness characteristic data obtained by changing the probe current for the same sample shows the characteristics of the measured detection system. The intensity of the signal electrons including the individual differences of the system can be converted into the amount of the signal electrons 22.
(Signal waveform calibration processing)
FIG. 12 shows an outline of the calibration method of the detection system in the present embodiment, and the signal processing unit 4, the console 6 and the storage medium 7 related to the calibration processing in FIG. 1 are extracted. In order to convert the detected signal electron intensity into a signal current, a data sheet 62 that is an aggregate of characteristic data 63 obtained by measuring the characteristics of the detection system is required. This data sheet 62 is stored in the storage medium 7. ing. The console 6 reads the characteristic data 63 corresponding to the adjustment value instructed to the level adjustment circuit 39 in FIG. 1 from the data sheet 62, and uses the characteristic data 63 to determine the intensity of the signal waveform sent from the signal processing unit 4 as the signal current. Convert to. Then, the console 6 stores the signal waveform converted into the signal current and the result measured from the waveform in the storage medium 7. Here, the data sheet 62, which is an aggregate of the characteristic data 63, is created by the manufacturer or operator of the measuring device at the time of shipment of the measuring device or during periodic maintenance of the device. The data 63 and the data sheet 62 can be updated. The individual difference in the detection system upstream of the AD conversion unit 41 can be calibrated by the method described above. The procedure for creating the characteristic data 63 and the data sheet 62 will be described later (data sheet creation procedure).
(Probe current measuring device)
In order to accurately acquire the probe current and brightness characteristic data, the SEM type semiconductor measurement device needs to have a function of measuring the probe current of the primary electron beam. FIG. 13 shows the configuration of a device that measures the probe current, and shows a part of the SEM casing 1 in FIG. 1, the probe current measuring device 33, and the console 6. The probe current measuring unit 14 included in the SEM casing 1 includes a blanking device 64 that deflects the primary electron beam 20, a Faraday cup 65 that detects the probe current, and the Faraday cup 65 and the SEM casing 1 are electrically insulated. It is comprised with the insulator 25 which carries out. The probe current measuring device 33 also includes a constant voltage circuit 66 that deflects the primary electron beam 20, an amplifier 38 that converts and amplifies the probe current detected by the Faraday cup 65, and a digital signal of the amplified voltage signal. It comprises an AD converter 41 that converts the signal. Here, the blanking device 64 and the constant voltage circuit 66, as well as the Faraday cup 65 and the amplifier 38 are electrically connected by a feedthrough terminal that maintains a vacuum of the SEM casing 1 that is not shown in the drawing. Therefore, the constant voltage circuit 66 is configured to apply a constant voltage to the blanking device 64 based on a control signal from the console 6 so that the probe current can be detected by the Faraday cup 65. The Faraday cup 65 is provided with a hole through which the primary electron beam 20 passes, and when the primary electron beam 20 is deflected by the blanking device 64, the primary electron beam 20 is captured by the Faraday cup 65 for the first time. The probe current can be detected.
(Datasheet creation procedure)
To create the data sheet 62 of the detection system, the circuit constant of the level adjustment circuit 39 of the detection system is fixed, the brightness of the sample is measured with a known probe current, and the relationship between the probe current (signal current) and the image brightness is determined. Need to ask. FIG. 14 shows a procedure for creating the data sheet 62, which is roughly divided into two steps. One is to measure the brightness of the image while changing the circuit constant of the level adjustment circuit 39 stepwise without irradiating the specimen 21 with the primary electron beam 20, and the other is to measure the probe current. This is a measurement of the detection system characteristic for obtaining the relationship between the signal current and the image brightness while changing the circuit constant of the level adjustment circuit 39 step by step. Hereafter, each process is demonstrated along a procedure. First, the dark level is measured by setting the probe current to zero so that the sample 21 is not irradiated with the primary electron beam 20 in the first step (beam off). In this setting, the electron gun power supply 31 may be controlled from the console 6 so that electrons are not emitted from the electron source 11, or when there is a valve in the SEM casing 1, the valve may only be closed. In the next second step, circuit constants of the detection system are set, and in the third step, the brightness of the scanned image is measured. The dark level can be measured by repeating the second to fourth steps while changing the circuit constant of the detection system stepwise.

続いて、検出系特性の測定は、第5の工程で1次電子線20を試料21に照射させる(ビームオン)。この設定は、電子源11から電子が放出されるよう、コンソール6から電子銃電源31を制御しても良いし、SEM筐体1の中にバルブがある場合は、閉めていたバルブを開けるだけでも良い。次の第6の工程では、一電子線のプローブ電流を設定するが、プローブ電流を変える手段として、コンソール6から電子銃電源31を制御し、電子源11の動作条件(電子を放出させる引き出し電圧等)を調整しても良いし、絞り13の上に配置されている第1コンデンサレンズ12で1次電子線20の軌道を調整しても良い。プローブ電流を変える手段はいずれでも良いが、本実施例の効果を発揮するためには、プローブ電流の範囲を4桁以上にする必要がある。なぜなら、本実施例が実現する高アスペクト構造の底の計測では、検出系に4桁のダイナミックレンジが必要とされるためである。そして第6の工程でプローブ電流を設定したら、次の第7の工程で検出系の回路定数を設定し、第8の工程で走査像の明度を計測する。この第6−第8の工程を繰り返すことで、検出系の特性を測定することができる。ここで注意すべきは、暗レベルの場合と異なり検出系特性の場合は、試料に電子線を照射するため、試料の同じ場所で測定を重ねると試料の汚染やそれに伴う帯電の影響で、走査像の明度が変わってしまう。従って、第9の工程で次の測定があると判断したら、試料を移動させ常に新しい場所で走査像の明度を測定できるよう工夫する必要がある。以上に示した手順で検出系の回路定数ごとに、暗レベルと検出系特性を測定することで、データシート62を作成することができる。
(GUI画面)
次に、図14に示した手順でデータシート62を作成する際、コンソール6のモニタに表示されるGUI画面を説明する。図15は、検出系の特性を測定する際、コンソール6のモニタ上に表示されるGUI画面の模式図で、GUI画面はコンソール6から計測装置全般の動作を指示する総合画面52と、メンテナンスする項目を選択するメンテナンス画面67、検出系の特性を自動で測定する検出特性測定画面68で構成される。
Subsequently, in the measurement of the detection system characteristic, the sample 21 is irradiated with the primary electron beam 20 in the fifth step (beam-on). In this setting, the electron gun power supply 31 may be controlled from the console 6 so that electrons are emitted from the electron source 11, or when there is a valve in the SEM casing 1, only the closed valve is opened. But it ’s okay. In the next sixth step, the probe current of one electron beam is set, but as a means for changing the probe current, the electron gun power supply 31 is controlled from the console 6 and the operating conditions of the electron source 11 (the extraction voltage for emitting electrons). Etc.), or the trajectory of the primary electron beam 20 may be adjusted by the first condenser lens 12 disposed on the diaphragm 13. Any means for changing the probe current may be used, but in order to exert the effect of the present embodiment, the probe current range needs to be four digits or more. This is because the detection system requires a 4-digit dynamic range in the measurement of the bottom of the high aspect structure realized by this embodiment. After setting the probe current in the sixth step, the circuit constant of the detection system is set in the next seventh step, and the brightness of the scanned image is measured in the eighth step. By repeating the sixth to eighth steps, the characteristics of the detection system can be measured. It should be noted here that in the case of detection system characteristics, unlike the case of the dark level, the sample is irradiated with an electron beam. The brightness of the image changes. Therefore, if it is determined that there is the next measurement in the ninth step, it is necessary to devise so that the brightness of the scanned image can be measured at a new location by moving the sample. The data sheet 62 can be created by measuring the dark level and the detection system characteristics for each circuit constant of the detection system according to the procedure described above.
(GUI screen)
Next, a GUI screen displayed on the monitor of the console 6 when the data sheet 62 is created by the procedure shown in FIG. 14 will be described. FIG. 15 is a schematic diagram of a GUI screen displayed on the monitor of the console 6 when measuring the characteristics of the detection system. The GUI screen is maintained with a general screen 52 for instructing the operation of the measuring apparatus from the console 6 and maintenance. A maintenance screen 67 for selecting items and a detection characteristic measurement screen 68 for automatically measuring the characteristics of the detection system are configured.

GUI画面の下部にある総合画面52には、装置の動作状態を示す機能ボタン56が複数あり、オペレータは画面上でこのボタンをクリックすることで、ボタンに表示されている機能を動作させることができる。ここでは総合画面52内に、本実施例を説明する代表的な機能、ウェーハを試料室に搬送するロードボタン、走査像を表示する画像表示ボタン、レシピを作成するレシピ作成ボタン、自動で計測する自動測長ボタン、SEM式半導体計測装置の各種メンテナンスに用いるメンテナンスボタン、SEM式半導体計測装置の動作を終了させる終了ボタンを示したが、これら以外の機能が表示されていても本実施例の効果は損なわれることはない。なお、図15は計測装置のメンテナンスをしている状態なので、メンテナンスの機能ボタン56が活性の状態(黒く反転している状態)となっている。   The general screen 52 at the bottom of the GUI screen has a plurality of function buttons 56 indicating the operation state of the apparatus, and the operator can operate the function displayed on the button by clicking the button on the screen. it can. Here, in the general screen 52, representative functions for explaining the present embodiment, a load button for transporting a wafer to the sample chamber, an image display button for displaying a scanning image, a recipe creation button for creating a recipe, and automatic measurement are performed. Although an automatic length measurement button, a maintenance button used for various maintenance of the SEM type semiconductor measuring device, and an end button for ending the operation of the SEM type semiconductor measuring device are shown, the effect of this embodiment can be achieved even if functions other than these are displayed. Will not be harmed. Since FIG. 15 shows a state in which the measuring apparatus is being maintained, the maintenance function button 56 is in an active state (a state in which it is blackened).

メンテナンス画面67には、メンテナンスの項目ごとに機能ボタン56があり、機能ボタン56の横にメンテナンスが行われた最新の日時が表示される構成になっている。各メンテナンスの項目ごとに校正が行われた最新の日時を表示することで、オペレータはSEM式半導体計測装置が定期的にメンテナンスされているか確認することができる。なお、図15では検出系の特性を校正している状態なので、検出系特性の機能ボタン56活性の状態(黒く反転している状態)となっている。   The maintenance screen 67 has a function button 56 for each maintenance item, and the latest date and time when the maintenance is performed is displayed beside the function button 56. By displaying the latest date and time when calibration was performed for each maintenance item, the operator can check whether the SEM type semiconductor measuring device is regularly maintained. In FIG. 15, since the detection system characteristic is being calibrated, the detection system characteristic function button 56 is activated (inverted black).

検出特性測定画面68は、画像を表示する領域と測定する条件を設定する領域に分かれており、画像を表示する領域は、前述の図11と同じ構成になっており、オペレータは光学画像、並びに走査像を任意に切り替え、モニタ上の画像を確認しながら、試料上で測定する箇所を探索することができる。測定する条件を設定する領域には、暗レベルと検出系特性、それぞれの項目についてチェックボタン61があり、オペレータはチェックを付けるか否かで測定する項目を選択することができる。この測定する項目を選択できる機能を備えることで、不必要な測定を減らし、メンテナンスに要する時間を減らすことができる。また、測定の際にパラメータとなるプローブ電流と、検出系の回路定数(ブライトネスとコントラスト)については、測定するレンジと測定の間隔を数字で入力できるようになっており、オペレータは各々のウインドウに所望の数字を入力することで、測定のレンジと間隔を任意に調整し設定することができる。そして、測定結果の消去や、測定の開始、並びに測定結果の登録等、測定の際必要となる一連の動作は、各動作のコマンドボタン60をオペレータが指示することで計測装置に実行させることができる。   The detection characteristic measurement screen 68 is divided into an area for displaying an image and an area for setting measurement conditions. The area for displaying an image has the same configuration as that shown in FIG. It is possible to search for a location to be measured on the sample while arbitrarily switching the scanning image and confirming the image on the monitor. The area for setting the measurement conditions includes a check button 61 for each item of the dark level and the detection system characteristic, and the operator can select an item to be measured by checking or not. By providing a function for selecting items to be measured, unnecessary measurement can be reduced and time required for maintenance can be reduced. In addition, the probe current, which is a parameter during measurement, and the circuit constants (brightness and contrast) of the detection system can be entered numerically with the measurement range and measurement interval. By inputting a desired number, the measurement range and interval can be arbitrarily adjusted and set. A series of operations required for measurement, such as erasure of measurement results, start of measurement, and registration of measurement results, can be performed by the measurement device by the operator instructing command buttons 60 for each operation. it can.

本実施例のように、SEM式半導体計測装置に検出系の特性を校正する機能を備えることで、計測装置間の個体差(機差)を低減させることができ、かつ高アスペクト構造の底を計測する際、必要となる4桁のダイナミックレンジを高精度に実現することができる。   As in this embodiment, the SEM type semiconductor measurement device has a function of calibrating the characteristics of the detection system, so that individual differences (measurement differences) between the measurement devices can be reduced and the bottom of the high aspect structure can be reduced. When measuring, the required 4-digit dynamic range can be realized with high accuracy.

本実施例に係るSEM式半導体計測装置を用いてNANDゲート底部のパターン寸法を計測したところ、良好な結果が得られた。
本実施例によれば、実施例1と同様の効果が得られる。また、検出した信号荷電粒子の強度を信号電流に換算する機能を備えることにより、複数の荷電粒子線装置の検出系の個体差を校正することができる。
When the pattern dimension of the bottom part of the NAND gate was measured using the SEM type semiconductor measuring apparatus according to this example, a good result was obtained.
According to the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Moreover, the individual difference of the detection system of a some charged particle beam apparatus can be calibrated by providing the function which converts the intensity | strength of the detected signal charged particle into a signal current.

第3の実施例について、図16と図17を用いて説明する。なお、実施例1又は2に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
実施例1では、高アスペクト構造の底の寸法計測に適したSEM式半導体計測装置の1構成例について説明し、計測に用いる信号波形とコンソール6のモニタに表示する走査像を独立のデータにすることで、必要最小限のデータサイズで高精度な計測を実現することができることを示した。本実施例3では、この利点を積極的に活用できるSEM式半導体計測装置の1構成例について説明する。本実施例ではSEM式半導体計測装置の概略構成は図1と同じだが、信号処理部の構成が大きく異なる。以下、本実施例の特徴である信号処理部4について詳細に説明する。
(信号処理部)
図16は信号処理部4の概略構成図であり、信号処理部4は、切り替え回路A 42、メモリA 43、メモリB 44、メモリC 69、画像処理回路46、比較演算回路47、信号処理回路48で構成される。信号処理部4は、レベル調整回路39及びAD変換部41を介して検出器23に、またコンソール6に電気的な配線で接続され、コンソール6からの制御信号に基づき、検出器23からの信号を処理し、コンソール6へ出力する。コンソール6からの制御は、レベル調整回路39で検出器23から送られる信号の増幅、オフセットを調整し、AD変換部41で、走査信号に同期させデジタル信号に変換する。そして、デジタル信号を、切り替え回路A 42を介し、信号波形はメモリA 43またはメモリB 44に、走査像はメモリC 69にそれぞれ格納する。この後に続く信号波形を処理する比較演算回路47並びに信号処理回路48、そして走査像を処理する画像処理回路46の動作は、図5と同じである。
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17. Note that the matters described in the first or second embodiment and not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment unless there are special circumstances.
In the first embodiment, a configuration example of an SEM type semiconductor measuring apparatus suitable for measuring the bottom of a high aspect structure will be described, and a signal waveform used for measurement and a scanning image displayed on the monitor of the console 6 are converted into independent data. It was shown that high-precision measurement can be realized with the minimum necessary data size. In the third embodiment, one configuration example of an SEM type semiconductor measuring device that can positively utilize this advantage will be described. In this embodiment, the schematic configuration of the SEM type semiconductor measuring apparatus is the same as that in FIG. 1, but the configuration of the signal processing unit is greatly different. Hereinafter, the signal processing unit 4 which is a feature of the present embodiment will be described in detail.
(Signal processing part)
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 4. The signal processing unit 4 includes a switching circuit A 42, a memory A 43, a memory B 44, a memory C 69, an image processing circuit 46, a comparison operation circuit 47, and a signal processing circuit. 48. The signal processing unit 4 is connected to the detector 23 via the level adjustment circuit 39 and the AD conversion unit 41 and to the console 6 by electrical wiring. Based on the control signal from the console 6, the signal from the detector 23 is connected. Are processed and output to the console 6. In the control from the console 6, the level adjustment circuit 39 adjusts the amplification and offset of the signal sent from the detector 23, and the AD converter 41 converts it into a digital signal in synchronization with the scanning signal. Then, the digital signal is stored in the memory A 43 or the memory B 44 and the scanning image is stored in the memory C 69 via the switching circuit A 42. The operations of the comparison operation circuit 47 and the signal processing circuit 48 that process the signal waveform that follows and the image processing circuit 46 that processes the scanned image are the same as those in FIG.

ここで、図16と図5に示した信号処理部4の概略構成図の違いは、信号波形及び走査像を一時的に記憶するメモリを、信号波形用のメモリ(メモリA 43、メモリB 44)と走査像用のメモリ(メモリC 69)に分割したことである。   Here, the difference between the schematic configuration diagrams of the signal processing unit 4 shown in FIG. 16 and FIG. 5 is that the memory for temporarily storing the signal waveform and the scanning image is a memory for the signal waveform (memory A 43, memory B 44). ) And a scanned image memory (memory C 69).

これまで、本実施例では高アスペクト構造の底を計測するために、信号波形に0.01%の精度が必要であることを示してきた。この精度を実現するためには、検出系の精度を上げる工夫だけでなく、検出する信号電子自体にもそれだけの精度が要求される。この信号電子の精度がショットノイズに支配される場合、従来の精度である数%を0.01%まで向上させるためには、信号波形を約10000倍多く積算する必要がある。実施例1の構成ではメモリに格納された走査像の中から所望の領域を選択し、その領域の明度から信号波形を形成するため、走査像自体の積算回数を約10000倍多くする必要があり、走査像の取得に多くの時間を要する。しかし、本実施例では信号波形と走査像のメモリが独立しているため、走査像自体の積算回数を必要以上に増やす必要がなく、必要最小限の時間で計測することができる。例えば、走査像の精度が8bitで良いなら、走査像の積算回数は従来と同様の数回から多くても256回で良く、信号波形は走査像の中で計測したい領域だけを選択的に走査し、走査像の約10000倍多く積算すれば良い。
(レシピ作成の手順)
図17は本実施例で示した信号処理を自動で実施させるレシピの作成手順を説明したもので、実施例1で示した図9中の工程7と工程8のみを抜粋して示している。工程7では、計測する位置をテンプレートとして登録するが、実施例1と異なり走査像は信号処理部4内の専用のメモリC 69に格納される。それ以外は、工程7−1から工程7−3まで図10の説明と同じ手順でレシピを作成する。次に、工程8ではテンプレートとして登録したパターンを計測するが、工程8−1の信号波形の取得条件の設定だけが図10と異なり、それ以降は図10の説明と同じ手順でレシピを作成する。オペレータは、工程8−1で計測する位置に相当するカーソルの範囲を走査方向に対し直行する方向(走査の送り方向)に走査線を何本配置するか決め、その後走査線の積算回数を決める。図17の(b)は、信号波形の取得条件を説明した図であり、図ではカーソルの範囲にN本の走査線を配置している。ここで走査線の積算回数をMとしたとき、走査線の本数Nと積算回数Mの積が、走査像の積算回数と比較し約10000倍になるよう信号波形の取得条件を設定する。その後、オペレータは工程8−1で決めた信号波形の取得条件に従い、工程8−2で走査方向が異なる2つの信号波形をメモリA 43、メモリB 44にそれぞれ格納することで信号波形を取得することができる。
So far, this embodiment has shown that the accuracy of 0.01% is required for the signal waveform in order to measure the bottom of the high aspect structure. In order to realize this accuracy, not only a device for increasing the accuracy of the detection system but also the accuracy of the detected signal electrons themselves is required. When the accuracy of the signal electrons is dominated by shot noise, in order to improve the conventional accuracy of several percent to 0.01%, it is necessary to integrate the signal waveform by about 10,000 times. In the configuration of the first embodiment, a desired region is selected from the scanned image stored in the memory, and a signal waveform is formed from the brightness of the region. Therefore, it is necessary to increase the number of integrations of the scanned image itself by about 10,000 times. It takes a lot of time to acquire a scanned image. However, in this embodiment, since the signal waveform and the memory of the scanned image are independent, it is not necessary to increase the number of integration of the scanned image itself more than necessary, and the measurement can be performed in the minimum necessary time. For example, if the accuracy of the scanned image is 8 bits, the accumulated number of scanned images may be as many as 256 times at most, and the signal waveform selectively scans only the region to be measured in the scanned image. Then, it may be integrated approximately 10,000 times more than the scanned image.
(Recipe creation procedure)
FIG. 17 illustrates a recipe creation procedure for automatically performing the signal processing shown in the present embodiment, and shows only the steps 7 and 8 in FIG. 9 shown in the first embodiment. In step 7, the position to be measured is registered as a template. Unlike the first embodiment, the scanned image is stored in a dedicated memory C 69 in the signal processing unit 4. Other than that, a recipe is created in the same procedure as described in FIG. 10 from step 7-1 to step 7-3. Next, in step 8, the pattern registered as a template is measured, but only the signal waveform acquisition condition setting in step 8-1 is different from that in FIG. 10, and thereafter, the recipe is created in the same procedure as described in FIG. . The operator determines how many scanning lines are arranged in the direction (scanning feed direction) perpendicular to the scanning direction of the cursor range corresponding to the position measured in Step 8-1, and then determines the number of times scanning lines are integrated. . FIG. 17B is a diagram for explaining signal waveform acquisition conditions. In the figure, N scanning lines are arranged in the range of the cursor. Here, when the number of scan line integrations is M, signal waveform acquisition conditions are set so that the product of the number N of scan lines and the number of integrations M is approximately 10,000 times the number of scan image integrations. Thereafter, the operator acquires the signal waveforms by storing two signal waveforms having different scanning directions in the memory A 43 and the memory B 44 in step 8-2 in accordance with the signal waveform acquisition conditions determined in step 8-1. be able to.

本実施例に係るSEM式半導体計測装置を用いてNANDゲート底部のパターン寸法を計測したところ、良好な結果が得られた。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られる。また、信号波形用のメモリと走査像用のメモリとを分割することにより、走査像自体の積算回数を必要以上に増やす必要がなく、必要最小限の時間で計測することができる。
When the pattern dimension of the bottom part of the NAND gate was measured using the SEM type semiconductor measuring apparatus according to this example, a good result was obtained.
According to the present embodiment, the same effect as the above embodiment can be obtained. Further, by dividing the signal waveform memory and the scan image memory, it is not necessary to increase the number of times of integration of the scan image itself more than necessary, and measurement can be performed in the minimum necessary time.

第4の実施例について説明する。なお、実施例1乃至3のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
実施例1から実施例3で、高アスペクト構造の底の寸法計測に適したSEM式半導体計測装置の例を示してきたが、これまではSEM筐体1に設けられた1つの検出器23で信号電子を検出し走査像と信号波形を形成していた。しかし、1つの検出系で4桁のダイナミックレンジを保障するには、検出した信号のレベルを調整するレベル調整回路39に5桁以上のダイナミックレンジが必要になり、実現が困難な場合がある。本実施例4では、この課題を改善するSEM式半導体計測装置の1構成例について説明する。本実施例では検出器からデータを格納するメモリまでの部位を複数設け、信号電子22の量に応じて検出系を使い分ける構成とした。この構成を用いることで、1つの検出系に要求されるダイナミックレンジを狭めることができ、レベル調整回路39の設計が容易になる。以下、本実施例について図を用いて詳細に説明する。
A fourth embodiment will be described. Note that items described in any of Examples 1 to 3 and not described in this example can be applied to this example as long as there are no special circumstances.
In the first to third embodiments, the example of the SEM type semiconductor measuring device suitable for the dimension measurement of the bottom of the high aspect structure has been shown. Up to now, the single detector 23 provided in the SEM casing 1 is used. Signal electrons were detected to form a scanning image and a signal waveform. However, in order to ensure a 4-digit dynamic range with one detection system, the level adjustment circuit 39 that adjusts the level of the detected signal requires a dynamic range of 5 digits or more, which may be difficult to realize. In the fourth embodiment, a configuration example of an SEM type semiconductor measuring device that improves this problem will be described. In the present embodiment, a plurality of parts from the detector to the memory for storing data are provided, and the detection system is selectively used according to the amount of the signal electrons 22. By using this configuration, the dynamic range required for one detection system can be narrowed, and the design of the level adjustment circuit 39 is facilitated. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図18は、本実施例に係るSEM式半導体計測装置の構成を示したものである。図1と同様に計測装置は、大きく分けて、SEM筐体1、試料室2、筐体制御部3、信号処理部4、ステージ制御部5、ウェーハ搬送部8、真空排気部9で構成され、これら全てをコンソール6で制御できるよう構成されている。また、コンソール6はレシピや計測結果、取得した走査像を記憶できる大容量のストレージ媒体7を持ち、このストレージ媒体7に記録されたデータを元に、装置の動作や、データの管理を行う。本実施例は、検出系を複数系統設けていることが、今までの実施例と異なり、図18では検出系が2系統ある場合を代表例として示した。以下、本実施例で示す各部位の中で、図1と異なる検出系の構成とその部位が果たす機能について抜粋して説明する。
(SEM筐体)
SEM筐体1では、試料21で発生した信号電子22を、2つの検出器(検出器A 70と検出器B 71)で捕捉することが実施例1と異なり、図18では検出器A 70と検出器B 71で信号電子22を同時に捕捉する構成を示している。検出器を複数用いる場合、図18のように信号電子22を複数の検出器で同時に補足しても良いが、信号電子22の軌道を変え、各検出器で個別に信号電子22を捕捉しても良い。
FIG. 18 shows the configuration of the SEM type semiconductor measuring apparatus according to the present embodiment. As in FIG. 1, the measurement apparatus is roughly divided into a SEM casing 1, a sample chamber 2, a casing control section 3, a signal processing section 4, a stage control section 5, a wafer transfer section 8, and a vacuum exhaust section 9. All of these can be controlled by the console 6. The console 6 has a large-capacity storage medium 7 capable of storing recipes, measurement results, and acquired scanned images. Based on the data recorded in the storage medium 7, the console 6 operates and manages the data. Unlike the previous embodiments, this embodiment shows a case where there are two detection systems as a representative example in that a plurality of detection systems are provided. Hereinafter, among the parts shown in this embodiment, the configuration of the detection system different from that shown in FIG.
(SEM housing)
Unlike the first embodiment, the SEM housing 1 captures the signal electrons 22 generated in the sample 21 with two detectors (detector A 70 and detector B 71). In FIG. A configuration in which the signal electrons 22 are simultaneously captured by the detector B 71 is shown. When a plurality of detectors are used, the signal electrons 22 may be simultaneously captured by a plurality of detectors as shown in FIG. 18, but the trajectory of the signal electrons 22 is changed, and the signal electrons 22 are captured individually by each detector. Also good.

図19は、図18とは異なる形態で本実施例を実現する構成で、個別に信号電子22を捕捉する場合の計測装置の概略構成を示している。図19は、信号電子22の捕捉に関わるSEM筐体1の一部と2つの検出系、そして筐体制御部3の筐体制御電源32を示している。SEM筐体1には、変換板16と検出器A 70、検出器B 71の他に、信号電子22の軌道を各検出器の方向へ偏向するExB偏向器72が設けられている。ExB偏向器72は、電子源11から試料21の方向へ進行する一次電子線20の軌道を変えず、それと逆方向に進行する信号電子22の軌道を偏向するよう静電偏向器75と電磁偏向器76の偏向場がそれぞれ調整されている。2つの検出系は、実施例1と同様にレベル調整回路39、39’AD変換部41、41’並びに信号処理部4で構成されている。筐体制御部3の筐体制御電源32は図19の説明で必要なExB偏向器72を動作させる定電流回路73と定電圧回路66、並びに定電圧回路66からの出力を切り替えるリレー回路74で構成されている。図19は、検出器A 70と検出器B 71を対向するように配置した例で、ExB偏向器72は、どちらか一方の検出器で信号電子22が捕捉されるよう、信号電子22の偏向方向を反転させる。これは、正負両極性を出力する定電圧回路66の出力をリレー回路74で反転させ、かつ定電流回路73の出力の極性を反転させることで実現できる。このように、複数の検出器で個別に信号電子22を捕捉する場合においても、ExB偏向器72を用いることで、効率的に信号電子22を検出器に導くことができる。
(信号処理部)
図20は本実施例における図18、並びに図19の信号処理部4の概略構成図であり、検出器が2つあるため、それより後段のレベル調整回路からメモリまでが2系統あり、かつ各々の検出器の信号を合成する合成部77が新規に設けられている。信号処理部4は2つの検出器70、71とコンソール6に電気的な配線で接続され、コンソール6からの制御信号に基づき、検出器からの信号を処理し、コンソール6へ出力する。コンソール6からの制御は、レベル調整回路39、39’で検出器から送られる信号の増幅、オフセットを調整し、AD変換部41、41’で、走査信号に同期させデジタル信号に変換する。そして、デジタル信号は切り替え回路42、45を介し、各々のメモリ43、44、69、80に走査像として格納される。この検出器からメモリまでの信号処理は図5と同じだが、信号電子22の量に応じて、各々の系統でレベル調整回路39、39’の増幅、オフセット調整を変えている。そのため、メモリに格納される走査像の明度は、各々の系統で異なり、新規に設けた合成部77は、各メモリに格納されている走査像、並びに走査像から抽出された信号波形を合成する役割を果たす。
FIG. 19 shows a schematic configuration of a measuring apparatus in the case where signal electrons 22 are individually captured in a configuration that realizes the present embodiment in a form different from that in FIG. FIG. 19 shows a part of the SEM casing 1 related to the capture of the signal electrons 22, two detection systems, and the casing control power supply 32 of the casing control unit 3. In addition to the conversion plate 16, the detector A 70, and the detector B 71, the SEM housing 1 is provided with an ExB deflector 72 that deflects the trajectory of the signal electrons 22 toward the detectors. The ExB deflector 72 does not change the trajectory of the primary electron beam 20 traveling in the direction of the sample 21 from the electron source 11 and electromagnetic deflector 75 and electromagnetic deflection so as to deflect the trajectory of the signal electron 22 traveling in the opposite direction. The deflection field of each device 76 is adjusted. The two detection systems are configured by level adjustment circuits 39, 39 ′ AD conversion units 41, 41 ′ and a signal processing unit 4 as in the first embodiment. The casing control power supply 32 of the casing control unit 3 is a constant current circuit 73 and a constant voltage circuit 66 for operating the ExB deflector 72 required in the description of FIG. 19, and a relay circuit 74 that switches an output from the constant voltage circuit 66. It is configured. FIG. 19 shows an example in which the detector A 70 and the detector B 71 are arranged to face each other. The ExB deflector 72 deflects the signal electrons 22 so that the signal electrons 22 are captured by either one of the detectors. Reverse the direction. This can be realized by inverting the output of the constant voltage circuit 66 that outputs both positive and negative polarities with the relay circuit 74 and inverting the polarity of the output of the constant current circuit 73. As described above, even when the signal electrons 22 are individually captured by a plurality of detectors, the signal electrons 22 can be efficiently guided to the detector by using the ExB deflector 72.
(Signal processing part)
FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 4 of FIG. 18 and FIG. 19 in the present embodiment. Since there are two detectors, there are two systems from the level adjustment circuit to the memory after that, and each of them. A synthesizing unit 77 for synthesizing the detector signals is newly provided. The signal processing unit 4 is electrically connected to the two detectors 70 and 71 and the console 6, processes the signal from the detector based on the control signal from the console 6, and outputs it to the console 6. In the control from the console 6, the level adjustment circuits 39 and 39 ′ adjust the amplification and offset of the signal sent from the detector, and the AD conversion units 41 and 41 ′ synchronize with the scanning signal and convert it into a digital signal. The digital signal is stored as a scanned image in each of the memories 43, 44, 69 and 80 via the switching circuits 42 and 45. The signal processing from the detector to the memory is the same as in FIG. 5, but the amplification and offset adjustment of the level adjustment circuits 39 and 39 ′ are changed in each system according to the amount of the signal electrons 22. For this reason, the brightness of the scan image stored in the memory is different for each system, and the newly provided combining unit 77 combines the scan image stored in each memory and the signal waveform extracted from the scan image. Play a role.

図21は合成部77における信号処理で、各メモリ43、44、69、80に格納されている走査像から信号波形を抽出し、抽出した信号波形を合成する手順を模式的に示している。各々の系統のメモリには、走査方向が約180度違うため、左右が反転した走査像が格納されている。まず、合成部77ではどちらかの画像を左右反転させ、走査像どうしで位置合わせ処理を行う。ここで位置あわせの処理は、図6で説明した位置合わせと同じでよく、図21ではこの処理に相当する図を省略している。次に、位置合わせの情報を基に、それぞれの走査像に対して波形を抽出するカーソルを合わせ、信号波形を抽出する。このカーソルの設定については、実施例1の(レシピ作成)で既に説明しており、図21には抽出した信号波形を示している。ここで抽出した信号波形は、各々の系統で走査像の明度が異なるため、信号波形の強度と形が異なる。   FIG. 21 schematically shows a procedure for extracting signal waveforms from the scan images stored in the memories 43, 44, 69, and 80 and synthesizing the extracted signal waveforms in the signal processing in the combining unit 77. Since the scanning directions differ by about 180 degrees, the memory of each system stores a scanning image in which the left and right are reversed. First, the synthesizing unit 77 inverts one of the left and right images, and performs alignment processing between the scanned images. Here, the alignment process may be the same as the alignment described with reference to FIG. 6, and a figure corresponding to this process is omitted in FIG. 21. Next, based on the alignment information, a cursor for extracting a waveform is aligned with each scanned image, and a signal waveform is extracted. The setting of the cursor has already been described in (Recipe creation) in the first embodiment, and FIG. 21 shows the extracted signal waveform. The signal waveform extracted here differs in intensity and shape of the signal waveform because the brightness of the scanned image differs in each system.

図21の中央は、1つの系統で、高アスペクト構造の上部の信号に精度をもたせ、もう1つの系統で高アスペクト構造の底の信号に精度をもたせる調整をした例を示している。この場合、前者の信号波形では高アスペクト構造の底に相当する領域の階調が0になり、後者の信号波形では高アスペクト構造の上部に相当する領域の階調が最大となる。これらの領域は、信号波形の振幅が検出系のダイナミックレンジを超えるため、階調が0又は最大に固定されており、信号の強度に意味がない。従って、これら2つの信号波形から階調が0又は最大の領域を切り捨てて、信号波形を合成する必要がある。   The center of FIG. 21 shows an example in which one system is adjusted to give accuracy to the signal at the top of the high aspect structure, and the other system is adjusted to give accuracy to the signal at the bottom of the high aspect structure. In this case, the gray level of the region corresponding to the bottom of the high aspect structure is 0 in the former signal waveform, and the gray level of the region corresponding to the upper portion of the high aspect structure is maximum in the latter signal waveform. In these regions, since the amplitude of the signal waveform exceeds the dynamic range of the detection system, the gradation is fixed to 0 or the maximum, and the signal intensity is meaningless. Therefore, it is necessary to synthesize the signal waveform by discarding the area where the gradation is 0 or the maximum from these two signal waveforms.

図21の右側は、合成した信号波形を示しており、それぞれの系統から走査方向が同じ信号波形を選択し合成している。ここで、合成する処理では、信号波形が連続的に繋がるよう、信号強度のレベル補正と位置合わせが必要である。信号強度のレベル補正は、まず、2つの階調(S1とS2)を決め、高アスペクト構造の上部の階調がS2、底の階調がS1になるよう、それぞれの信号波形の強度にオフセットを与える。このとき、それぞれの信号波形で0又は最大の階調の領域を、S1並びにS2に合わせても意味がないので、高アスペクト構造の上部の信号に精度をもたせた信号波形はS2に、高アスペクト構造の底の信号に精度をもたせた信号波形はS1に合わせるようオフセットを調整する。次に2つの信号波形が連続的に繋がるよう位置を合わせるが、この処理は図7で示した方法でも良いし、図21に示した信号波形の立上りで合わせても良い。最後に、2つの信号波形の立上り部が連続的に繋がるよう、それぞれの信号波形の階調を伸縮させ、1つの信号波形に合成させる。この合成は2つの信号波形から領域ごとに適切な信号を抽出する処理であり、2つの信号波形の交点を境界に交互に信号を抽出し、抽出した2つの信号波形のうち、波形の振幅が大きい方を正しい結果とする。上記の手順で、2つの系統で取得した強度並びに形が異なる2つの信号波形を、1つの信号波形に合成することができる。また、走査像を合成する場合は、まず上記の手順で信号波形を合成し、その際用いたレベル補正値と位置補正値を各々の走査像に適用することで、2つの走査像を1つの走査像に合成することができる。   The right side of FIG. 21 shows the synthesized signal waveforms, and the signal waveforms having the same scanning direction are selected and synthesized from the respective systems. Here, in the process of combining, signal intensity level correction and alignment are necessary so that signal waveforms are continuously connected. The signal intensity level is corrected by first determining the two gradations (S1 and S2) and offsetting them to the intensity of each signal waveform so that the top gradation of the high aspect structure is S2 and the bottom gradation is S1. give. At this time, since it is meaningless to match the area of 0 or the maximum gradation in each signal waveform to S1 and S2, the signal waveform obtained by giving accuracy to the upper signal of the high aspect structure is changed to S2. The offset is adjusted so that the signal waveform obtained by adding accuracy to the signal at the bottom of the structure matches S1. Next, the positions are aligned so that the two signal waveforms are continuously connected. This processing may be performed by the method shown in FIG. 7 or may be performed at the rise of the signal waveform shown in FIG. Finally, the gradation of each signal waveform is expanded and contracted so that the rising portions of the two signal waveforms are continuously connected to be combined into one signal waveform. This synthesis is a process of extracting an appropriate signal for each region from two signal waveforms. Signals are alternately extracted at the intersection of two signal waveforms as a boundary, and the amplitude of the waveform of the two extracted signal waveforms is The larger one is the correct result. With the above procedure, two signal waveforms with different intensities and shapes acquired by the two systems can be combined into one signal waveform. When combining the scanned images, first, the signal waveforms are combined by the above procedure, and the level correction value and the position correction value used at that time are applied to each of the scanned images. It can be combined with the scanned image.

なお、本実施例ではAD変換部41より後段の切り替え回路から、画像処理回路46並びに信号処理回路48までをコンソール6から独立した部位として記載したが、これらの機能はコンソール6に含まれる計算機でも行うことができる。コンソール6に含まれる計算機で上記処理を行う場合は、AD変換部41より後段の部位がコンソールに集約できるため、計測装置の設置面積や製造コストの低減が期待でき、かつ本実施例の効果は損なわれない。
(GUI画面)
図22は、レシピ作成でオペレータが信号波形を合成する際、コンソール6のモニタに表示されるGUI画面の模式図である。GUI画面はコンソール6から計測装置全般の動作を指示する総合画面52と、走査像を表示する画像表示画面53、検出した信号のレベルを調整するゲイン調整画面54、本実施例で示した合成処理のパラメータを調整する合成処理調整画面78で構成される。このGUI画面は、図9に示したレシピ作成の手順で、工程7の測定位置のテンプレートを登録した後に、自動的にコンソール6上のモニタに表示される。
In the present embodiment, the switching circuit subsequent to the AD conversion unit 41, the image processing circuit 46, and the signal processing circuit 48 are described as parts independent of the console 6. However, these functions are also included in the computer included in the console 6. It can be carried out. When the above processing is performed by a computer included in the console 6, since the parts subsequent to the AD conversion unit 41 can be concentrated on the console, it is possible to expect a reduction in the installation area and manufacturing cost of the measuring device, and the effects of this embodiment are as follows. Not damaged.
(GUI screen)
FIG. 22 is a schematic diagram of a GUI screen displayed on the monitor of the console 6 when the operator synthesizes a signal waveform in recipe creation. The GUI screen includes a general screen 52 for instructing the overall operation of the measuring apparatus from the console 6, an image display screen 53 for displaying a scanned image, a gain adjustment screen 54 for adjusting the level of the detected signal, and the synthesis processing shown in this embodiment. The composition processing adjustment screen 78 is used to adjust the parameters. This GUI screen is automatically displayed on the monitor on the console 6 after registering the measurement position template in step 7 in the recipe creation procedure shown in FIG.

本実施例では検出系が2系統あるため、ゲイン調整画面54にはレベルを調整できるブライトネスとコントラストがそれぞれの検出系について設けられている。またゲイン調整画面54には、画像表示画面53に表示する走査像を選択できるプルダウンボタン57が新規に設けられており、オペレータはこのボタンを操作することで、検出器を選択することができる。   In the present embodiment, since there are two detection systems, the gain adjustment screen 54 is provided with brightness and contrast capable of adjusting the level for each detection system. In addition, the gain adjustment screen 54 is newly provided with a pull-down button 57 for selecting a scanning image to be displayed on the image display screen 53, and the operator can select a detector by operating this button.

合成処理調整画面78は、オペレータが図21の手順でパラメータを調整する画面で、信号波形を合成する領域と、走査像を合成する領域に分かれている。信号波形を合成する領域には、各々の検出系で得られる信号波形と、合成した信号波形が表示されており、プルダウンボタン57で合成した後の信号波形のbit数と位置合わせの方式をオペレータが選択できる構成になっている。また、合成する際に決める2つの階調(S1とS2)は、信号波形上に表示されたレベルカーソルを、オペレータが手動で調整し決めることができる。走査像を合成する領域は、信号波形の場合と同様にプルダウンボタン57で合成した後の走査像のbit数と位置合わせの方式をオペレータが選択できる構成になっている。図21の手順を進めるうえで必要になる、信号波形の抽出や信号波形の合成、並びに調整結果の保存は、合成処理調整画面78の下部に配置されたコマンドボタン60をオペレータがクリックすることで実施させることができる。なお、これまで説明してきた手順をオペレータが全て手動で行うと、合成するパラメータの調整に試行錯誤が必要となる。従って、オペレータがbit数、位置合わせの方式、並びに合成する際に決める2つの階調(S1とS2)だけ決めたら、合成のコマンドボタン60をクリックするだけで、コンソール6は、自動的に各検出系のレベルを調整し、信号波形は連続的に、走査像は自然なコントラストに最適化できる機能を備えているのが好ましい。   The synthesis processing adjustment screen 78 is a screen on which an operator adjusts parameters according to the procedure shown in FIG. 21, and is divided into a region where signal waveforms are synthesized and a region where scanned images are synthesized. In the area for synthesizing the signal waveform, the signal waveform obtained by each detection system and the synthesized signal waveform are displayed. The number of bits of the signal waveform after synthesis by the pull-down button 57 and the method of alignment are set by the operator. Can be selected. Further, the two gradations (S1 and S2) to be determined when combining can be determined by manually adjusting the level cursor displayed on the signal waveform. As in the case of the signal waveform, the area where the scan image is combined is configured such that the operator can select the number of bits of the scan image after combining with the pull-down button 57 and the alignment method. The extraction of the signal waveform, the synthesis of the signal waveform, and the saving of the adjustment result necessary for proceeding with the procedure of FIG. 21 are performed by the operator clicking the command button 60 arranged at the bottom of the synthesis processing adjustment screen 78. Can be implemented. If the operator manually performs all the procedures described so far, trial and error are required to adjust the parameters to be synthesized. Therefore, when the operator determines only the number of bits, the alignment method, and the two gradations (S1 and S2) determined when combining, the console 6 automatically clicks the combining command button 60 and each console 6 automatically It is preferable that the level of the detection system is adjusted, the signal waveform is continuous, and the scanned image has a function that can be optimized for natural contrast.

以上がSEM式半導体計測装置で、試料から放出される信号電子の量に応じて、複数ある検出器を使い分ける例であり、本実施例を用いることで、1つの検出系に要求されるダイナミックレンジを狭めることができ、レベル調整回路39の設計が容易になる。また、合成した信号波形を用いて計測する手段は、実施例1で示した信号波形の再構築がそのまま活用できるので、本実施例の構成でも高アスペクト構造の底を計測することができる。なお、本実施例では複数の検出系を用いるため、検出系の個体差の影響は否めない。しかし、本実施例に実施例2で示した検出系の特性を校正する手法を併用することで、信号波形並びに走査像を高精度に合成することが可能になる。   The above is an example of the SEM type semiconductor measuring device, which uses a plurality of detectors depending on the amount of signal electrons emitted from the sample. By using this embodiment, a dynamic range required for one detection system is used. The level adjustment circuit 39 can be easily designed. In addition, since the signal waveform reconstruction shown in the first embodiment can be used as it is as the means for measuring using the synthesized signal waveform, the bottom of the high aspect structure can be measured even with the configuration of the present embodiment. In addition, since a several detection system is used in a present Example, the influence of the individual difference of a detection system cannot be denied. However, by combining the present embodiment with the method for calibrating the characteristics of the detection system shown in Embodiment 2, it is possible to synthesize the signal waveform and the scanned image with high accuracy.

本実施例に係るSEM式半導体計測装置を用いてNANDゲート底部のパターン寸法を計測したところ、良好な結果が得られた。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られる。また、複数の検出器を備え、試料から放出される信号電子の量に応じて、複数ある検出器を使い分けることにより、1つの検出系に要求されるダイナミックレンジを狭めることができる。
When the pattern dimension of the bottom part of the NAND gate was measured using the SEM type semiconductor measuring apparatus according to this example, a good result was obtained.
According to the present embodiment, the same effect as the above embodiment can be obtained. Further, by providing a plurality of detectors and using a plurality of detectors in accordance with the amount of signal electrons emitted from the sample, the dynamic range required for one detection system can be narrowed.

第5の実施例について説明する。なお、実施例1乃至4のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
実施例4では、SEM式半導体計測装置で、試料から放出される信号電子の量に応じて、複数ある検出器を使い分ける例を示したが、レベル調整回路39のダイナミックレンジが多段階に設定できる場合、1つの検出器でも実施例4と同様の機能を実現することができる。本実施例では多段階にダイナミックレンジを設定できるレベル調整回路39を備えたSEM式半導体計測装置の構成について説明する。この場合、実施例4と比較し、検出系の系統数が少なくなるため、計測装置の製造原価が低減し、今まで説明した機能を安価に実現することができる。以下、本実施例について図を用いて詳細に説明する。
(信号処理部)
図23は本実施例における信号処理部4の概略構成図であり、多段階にダイナミックレンジを設定できるレベル調整回路39を備えているため、その段数に応じた複数のメモリ43、44、69・・・90を備えている。信号処理部4は、レベル調整回路39とAD変換部41を介して検出器23に、またコンソール6に電気的な配線で接続され、コンソール6からの制御信号に基づき、検出器23からの信号を処理し、コンソール6へ出力する。コンソール6からの制御は、レベル調整回路39で検出器23から送られる信号の増幅、オフセットを調整し、AD変換部41で、走査信号に同期させデジタル信号に変換する。そして、デジタル信号は切り替え回路A 42を介し、各々のメモリに走査像として格納される。この検出器からメモリまでの信号処理は図5と同じだが、コンソール6からの制御信号に基づき、レベル調整回路39の増幅率、オフセットが多段階に設定され、その設定ごとに異なるメモリ43、44、69・・・90に走査像が格納されることが図5と異なる。各々のメモリには、左右が反転した一対の走査像が、レベル調整回路39の設定ごとに格納されており、これらを用いて合成部77は1つの信号波形並びに走査像を合成する。ここで、合成部77は各メモリの走査像から信号波形を抽出し、連続的になるよう信号波形を合成するが、本実施例では実施例4ほど難しい処理は必要ない。なぜなら、本実施例は多段階のダイナミックレンジをレベル調整回路39の設定だけで実現しているので、実施例2で示した手法を適用するだけで、連続的な信号波形を合成できる。ここでは、信号波形の合成について取り上げたが、走査像についてもほぼ同様の手順で合成することができる。合成した走査像は表示の目的で使われ、計測には用いないため、合成部77は合成した走査像が自然なコントラストになるよう、各メモリに格納されている走査像の階調を伸縮させるだけでよい。
A fifth embodiment will be described. Note that items described in any of Examples 1 to 4 and not described in this example can be applied to this example as long as there are no special circumstances.
In the fourth embodiment, an example in which a plurality of detectors are selectively used in accordance with the amount of signal electrons emitted from the sample in the SEM type semiconductor measuring device has been shown. However, the dynamic range of the level adjustment circuit 39 can be set in multiple stages. In this case, the same function as that of the fourth embodiment can be realized with one detector. In the present embodiment, the configuration of an SEM type semiconductor measuring device including a level adjustment circuit 39 capable of setting a dynamic range in multiple stages will be described. In this case, since the number of detection systems is reduced as compared with the fourth embodiment, the manufacturing cost of the measuring device is reduced, and the functions described so far can be realized at low cost. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
(Signal processing part)
FIG. 23 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 4 in the present embodiment, and includes a level adjustment circuit 39 capable of setting a dynamic range in multiple stages. Therefore, a plurality of memories 43, 44, 69,. ..90 is provided. The signal processing unit 4 is connected to the detector 23 via the level adjustment circuit 39 and the AD conversion unit 41 and to the console 6 by electrical wiring, and based on a control signal from the console 6, a signal from the detector 23 is connected. Are processed and output to the console 6. In the control from the console 6, the level adjustment circuit 39 adjusts the amplification and offset of the signal sent from the detector 23, and the AD converter 41 converts it into a digital signal in synchronization with the scanning signal. The digital signal is stored as a scanning image in each memory via the switching circuit A42. The signal processing from the detector to the memory is the same as in FIG. 5, but the amplification factor and offset of the level adjustment circuit 39 are set in multiple stages based on the control signal from the console 6, and different memories 43, 44 for each setting. , 69... 90 is different from FIG. In each memory, a pair of scanned images that are reversed left and right are stored for each setting of the level adjustment circuit 39, and using these, the synthesizing unit 77 synthesizes one signal waveform and the scanned image. Here, the synthesizing unit 77 extracts the signal waveform from the scanned image of each memory and synthesizes the signal waveform so as to be continuous. However, in this embodiment, processing that is as difficult as in the fourth embodiment is not necessary. This is because the present embodiment realizes a multi-stage dynamic range only by setting the level adjustment circuit 39, so that a continuous signal waveform can be synthesized only by applying the method shown in the second embodiment. Here, the synthesis of signal waveforms has been taken up, but a scanned image can also be synthesized by a substantially similar procedure. Since the combined scan image is used for display purposes and not used for measurement, the combining unit 77 expands / contracts the gradation of the scan image stored in each memory so that the combined scan image has a natural contrast. Just do it.

以上が多段階にダイナミックレンジを設定できるレベル調整回路を備えたSEM式半導体計測装置の例であり、実施例4で説明した機能を安価に実現することができる。また、合成した信号波形を用いて計測する手段は、実施例1で示した信号波形の再構築がそのまま活用できるので、本実施例の構成でも高アスペクト構造の底を計測することができる。   The above is an example of an SEM type semiconductor measuring device provided with a level adjustment circuit capable of setting a dynamic range in multiple stages, and the function described in the fourth embodiment can be realized at low cost. In addition, since the signal waveform reconstruction shown in the first embodiment can be used as it is as the means for measuring using the synthesized signal waveform, the bottom of the high aspect structure can be measured even with the configuration of the present embodiment.

本実施例に係るSEM式半導体計測装置を用いてNANDゲート底部のパターン寸法を計測したところ、良好な結果が得られた。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られる。また、多段階にダイナミックレンジを設定できるレベル調整回路を備えることにより、検出系の系統数が少なくなるため、計測装置の製造原価が低減することができる。
When the pattern dimension of the bottom part of the NAND gate was measured using the SEM type semiconductor measuring apparatus according to this example, a good result was obtained.
According to the present embodiment, the same effect as the above embodiment can be obtained. In addition, since the number of detection systems is reduced by providing a level adjustment circuit that can set the dynamic range in multiple stages, the manufacturing cost of the measuring device can be reduced.

第6の実施例について説明する。なお、実施例1乃至5のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
これまでは、高アスペクト構造としてラインアンドスペースのパターンを例に、走査方向が約180度異なる2枚の走査像に着目した信号処理を取り上げてきた。この信号処理で実施例の効果が説明できたのは、ラインアンドスペースではパターンのエッジが一方向にしかないためであり、エッジが全方位にあるコンタクトホールに対しては、今までの実施例では不十分である。本実施例では、エッジが全方位にあるコンタクトホールについて、高アスペクト構造の底の計測精度を改善するSEM式半導体計測装置を説明する。SEM式半導体計測装置の構成は、これまでの実施例と同じだが、信号波形、並びに走査像を再構築する処理が今までと異なる。以下に、本実施例の特徴である信号波形、並びに走査像を再構築する処理について説明する。
A sixth embodiment will be described. Note that items described in any of Examples 1 to 5 and not described in this example can be applied to this example as long as there is no particular circumstance.
Until now, signal processing focused on two scanned images differing in scanning direction by about 180 degrees has been taken up by taking a line and space pattern as an example of a high aspect structure. The effect of the embodiment can be explained by this signal processing because the edge of the pattern is only in one direction in the line and space. For the contact hole whose edge is in all directions, It is insufficient. In the present embodiment, an SEM type semiconductor measurement device that improves the measurement accuracy of the bottom of a high aspect structure for a contact hole having edges in all directions will be described. The configuration of the SEM type semiconductor measurement apparatus is the same as that of the previous embodiments, but the signal waveform and the process for reconstructing the scanned image are different from those of the past. Hereinafter, the signal waveform and the process for reconstructing the scanned image, which are the features of this embodiment, will be described.

図24は、本実施例における信号波形、並びに走査像を再構築する処理を示しており、図の左から一次電子線の走査、信号電子の取り込み、エッジの抽出、走査像の再構築を示している。図24の中で信号波形のエッジの抽出と再構築については、図25、並びに図26を用いて詳細に説明する。まず、コンタクトホールでは全方位にエッジが存在するため、一次電子線も全方位(360度)に走査する必要がある。図24の左は、方位角0、45、90度に走査方向を変えた例を示しており、どの走査方向でも視野の全域が隈なく走査されるよう、走査する領域は視野の1.4倍以上にする必要がある。そして、試料から放出された信号電子は、走査方向に依存した座標系で取り込まれるため、各々の走査像では、視野内の各点を異なる座標でサンプリングすることになる。図24の例では、走査方向が0度の場合は視野の左下を(3,4)の画素、45度の場合は(1,10)、90度の場合は(3,16)でサンプリングすることになる。本実施例では、全方位に対して走査像を取得しているが、コンタクトホールのエッジを検出系の立上り応答で捉えられるのは、エッジの接線に対し法線方向で、且つ接点を通過する走査線だけである。従って、視野の中央に1つのコンタクトホールがある図24では、エッジを検出系の立上り応答で捉えている走査線は、各々の走査像の中で1〜数本程度となる。走査像からこのエッジを抽出するには、走査方向に微分した画像の中から明るい座標を抽出し、走査像からその座標に相当する階調のみ有効なデータとして抽出する。全ての走査方向について、有効なデータを抽出したら、それら全てを加算平均することで、検出系の立上り応答でエッジを捉えた走査像を再構築できる。   FIG. 24 shows the signal waveform and processing for reconstructing the scanned image in this embodiment, and shows scanning of the primary electron beam, capturing of signal electrons, extraction of edges, and reconstruction of the scanned image from the left side of the figure. ing. Extraction and reconstruction of signal waveform edges in FIG. 24 will be described in detail with reference to FIGS. 25 and 26. FIG. First, since there are edges in all directions in the contact hole, it is necessary to scan the primary electron beam in all directions (360 degrees). The left side of FIG. 24 shows an example in which the scanning direction is changed to azimuth angles 0, 45, and 90 degrees. The scanning region is 1.4 in the field of view so that the entire field of view is scanned in all scanning directions. It is necessary to double or more. Since the signal electrons emitted from the sample are captured in a coordinate system depending on the scanning direction, each point in the field of view is sampled with different coordinates in each scanned image. In the example of FIG. 24, when the scanning direction is 0 degree, the lower left corner of the field of view is sampled at (3, 4) pixels, 45 degrees is (1, 10), and 90 degrees is sampled at (3, 16). It will be. In this embodiment, scanning images are acquired in all directions, but the edge of the contact hole can be captured by the rising response of the detection system in the direction normal to the tangent of the edge and passes through the contact. Only scan lines. Therefore, in FIG. 24 where there is one contact hole in the center of the field of view, there are about 1 to several scanning lines in each scanning image in which the edge is captured by the rising response of the detection system. In order to extract this edge from the scanned image, bright coordinates are extracted from the image differentiated in the scanning direction, and only the gradation corresponding to the coordinates is extracted from the scanned image as valid data. When valid data is extracted in all scanning directions, a scanning image in which an edge is captured by the rising response of the detection system can be reconstructed by averaging all of them.

次に図25で、走査像の中からこの走査線を抽出し信号波形を形成する手法について説明する。図25の左は、走査線の送り方向に走査像を分割した際得られる信号波形を示しており、コンタクトホールの場合、エッジの間隔は走査線の送り方向に進むにつれ広がり、極大値を経てから縮小する。ここで、エッジの接線に対し法線方向で、且つ接点を通過する走査線は、エッジの間隔が極大となる走査線であり、各々の走査像に対しエッジの間隔が極大になる走査線を抽出することで、エッジを検出系の立上り応答で捉えた信号波形を抽出することができる。なお、このようにエッジ間の距離の極大値から走査線を抽出しても良いが、コンタクトホールの形状が扁平している場合は、走査線ごと順番にエッジ間の距離を計測し、エッジ間の距離の変化が最小になる走査線を抽出しても良い。この段階では各々の信号波形に、検出系の立下り応答の信号も含まれているため、これまでと同様に信号波形から検出系の立上り応答の領域を抽出する必要がある。実施例1と同様の手法を用いても良いが、図26では信号の微分波形を活用し、検出系の立上り応答の領域を抽出する。図26の中央は、信号波形とその微分波形を示しており、微分波形では検出系の立上り応答の領域に正のピークが見られる。この微分波形が正のピークになる領域の信号を信号波形から抽出することで、検出系の立上り応答の領域を抽出することができる。そして、図26の右は、信号波形の再構築を示しており、その手順は全ての方向の信号波形から方向が約180度異なる一対の信号波形を選び出し、エッジ間の中央が重なるよう位置を合わせ、一対の信号波形を足し合わせる。次に全ての方向の信号波形に対してこの処理を行い、最後にエッジ間の中央を基準に全ての信号波形を加算平均する。これにより、検出系の立上り応答だけを用いたコンタクトホールの信号波形を再構築することができる。   Next, referring to FIG. 25, a method for extracting a scanning line from a scanning image and forming a signal waveform will be described. The left side of FIG. 25 shows a signal waveform obtained when the scanning image is divided in the scanning line feeding direction. In the case of a contact hole, the edge interval widens as it advances in the scanning line feeding direction, and passes through the maximum value. Reduce from. Here, the scanning line that is normal to the edge tangent line and passes through the contact point is a scanning line in which the edge interval is maximized, and the scanning line in which the edge interval is maximized for each scanned image is By extracting, it is possible to extract a signal waveform in which the edge is captured by the rising response of the detection system. Note that the scanning lines may be extracted from the maximum value of the distance between the edges as described above. However, when the shape of the contact hole is flat, the distance between the edges is measured in order for each scanning line. A scanning line that minimizes the change in the distance may be extracted. At this stage, since each signal waveform includes a signal of a falling response of the detection system, it is necessary to extract a rising response region of the detection system from the signal waveform as before. Although the same method as in the first embodiment may be used, in FIG. 26, the differential waveform of the signal is utilized to extract the rising response region of the detection system. The center of FIG. 26 shows the signal waveform and its differential waveform. In the differential waveform, a positive peak is seen in the rising response region of the detection system. By extracting a signal in a region where the differential waveform has a positive peak from the signal waveform, it is possible to extract a rising response region of the detection system. The right side of FIG. 26 shows the reconstruction of the signal waveform. The procedure is to select a pair of signal waveforms whose directions are different by about 180 degrees from the signal waveforms in all directions, and position them so that the centers between the edges overlap. Add together a pair of signal waveforms. Next, this processing is performed on the signal waveforms in all directions, and finally all signal waveforms are added and averaged with the center between the edges as a reference. Thereby, the signal waveform of the contact hole using only the rising response of the detection system can be reconstructed.

以上が、コンタクトホールに対して高アスペクト構造の底の計測精度を改善するSEM式半導体計測装置の信号処理である。本実施例ではコンタクトホールに対象を絞って説明したが、エッジが複数の方位に存在する複雑なパターンに対しても上記と同様の処理で高アスペクト構造の底を計測することができる。   The above is the signal processing of the SEM type semiconductor measurement device that improves the measurement accuracy of the bottom of the high aspect structure with respect to the contact hole. In the present embodiment, the description is focused on the contact hole, but the bottom of the high aspect structure can be measured by a process similar to the above even for a complicated pattern having edges in a plurality of directions.

本実施例に係るSEM式半導体計測装置を用いてコンタクトホール底部のパターン寸法を計測したところ、良好な結果が得られた。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られる。また、荷電粒子線を試料に対し複数方位に走査することにより、エッジが複数の方位に存在する複雑なパターンに対しても高精度に計測が可能となる。
When the pattern dimension at the bottom of the contact hole was measured using the SEM type semiconductor measuring apparatus according to this example, a good result was obtained.
According to the present embodiment, the same effect as the above embodiment can be obtained. Further, by scanning the charged particle beam in a plurality of directions with respect to the sample, it is possible to measure a complicated pattern having edges in a plurality of directions with high accuracy.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1…SEM筐体、2…試料室、3…筐体制御部、4…信号処理部、5…ステージ制御部、6…コンソール、7…ストレージ媒体、8…ウェーハ搬送部、9…真空排気部、10…試料準備室、11…電子源、12…第1コンデンサレンズ、13…絞り、14…プローブ電流計測部、15…第2コンデンサレンズ、16…変換板、17…偏向器、18…対物レンズ、19…高さセンサ、20…一次電子線、21…試料、22…信号電子、23…検出器、24…ステージ、25…絶縁体、26…試料フォルダ、27…ミラー、28…リターディング電源、29…レーザ計測装置、30…ステージ駆動装置、31…電子銃電源、32…筐体制御電源、33…プローブ電流計測装置、34…ビーム制御回路、35…搬送制御部、36…搬送ロボット、37…バルブ、38…増幅器、39,39’…レベル調整回路、41,41’…AD変換部、42…切り替え回路A、43…メモリA、44…メモリB、45…切り替え回路B、46…画像処理回路、47…比較演算回路、48…信号処理回路、49…不連続点、51…カーソル、52…総合画面、53…画像表示画面、54…ゲイン調整画面、55…測長条件調整画面、56…機能ボタン、57…プルダウンボタン、58…スクロールバー、59…ウインドウ、60…コマンドボタン、61…チェックボタン、62…データシート、63…特性データ、64…ブランキング装置、65…ファラデーカップ、66…定電圧回路、67…メンテナンス画面、68…検出特性測定画面、69…メモリC、70…検出器A、71…検出器B、72…ExB偏向器、73…定電流回路、74…リレー回路、75…静電偏向器、76…電磁偏向器、77…合成部、78…合成処理調整画面、80,90…メモリ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SEM housing | casing, 2 ... Sample chamber, 3 ... Housing control part, 4 ... Signal processing part, 5 ... Stage control part, 6 ... Console, 7 ... Storage medium, 8 ... Wafer conveyance part, 9 ... Vacuum exhaust part DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sample preparation room, 11 ... Electron source, 12 ... 1st condenser lens, 13 ... Aperture, 14 ... Probe electric current measurement part, 15 ... 2nd condenser lens, 16 ... Conversion board, 17 ... Deflector, 18 ... Objective Lens, 19 ... Height sensor, 20 ... Primary electron beam, 21 ... Sample, 22 ... Signal electron, 23 ... Detector, 24 ... Stage, 25 ... Insulator, 26 ... Sample folder, 27 ... Mirror, 28 ... Retarding Power source, 29 ... laser measuring device, 30 ... stage driving device, 31 ... electron gun power source, 32 ... housing control power source, 33 ... probe current measuring device, 34 ... beam control circuit, 35 ... conveyance control unit, 36 ... conveying robot 3 ... Valve, 38 ... Amplifier, 39,39 '... Level adjustment circuit, 41,41' ... AD converter, 42 ... Switching circuit A, 43 ... Memory A, 44 ... Memory B, 45 ... Switching circuit B, 46 ... Image Processing circuit 47... Comparison operation circuit 48. Signal processing circuit 49. Discontinuous point 51. Cursor 52. General screen 53 53 image display screen 54 gain adjustment screen 55 length measurement condition adjustment screen 56 ... Function button, 57 ... Pull-down button, 58 ... Scroll bar, 59 ... Window, 60 ... Command button, 61 ... Check button, 62 ... Data sheet, 63 ... Characteristic data, 64 ... Blanking device, 65 ... Faraday cup, 66 ... Constant voltage circuit, 67 ... Maintenance screen, 68 ... Detection characteristic measurement screen, 69 ... Memory C, 70 ... Detector A, 71 ... Detector B, 72 ... E B deflector 73 ... constant current circuit, 74 ... relay circuit, 75 ... electrostatic deflector, 76 ... electromagnetic deflector, 77 ... combining unit, 78 ... synthetic process adjustment screen, 80, 90 ... memory.

Claims (14)

凹凸パターンが形成された試料の所定の領域に収束した荷電粒子線を走査させる偏向器と、前記荷電粒子線を前記試料の所定の領域に走査することにより前記試料から発生した荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器で検出された荷電粒子信号に基づく走査像を処理する信号処理部とを備えた荷電粒子線装置において、
前記信号処理部は、
前記荷電粒子線が第1方向に走査されたときの前記試料の所定の領域からの荷電粒子信号に基づく第1走査像と、前記第1方向とは逆の第2方向に走査したときの前記試料の前記所定の領域からの荷電粒子信号に基づく第2走査像とを記録するメモリと、
前記メモリに記録された前記第1走査像と前記第2走査像を比較する比較演算回路と、
前記第1走査像と前記第2走査像において、走査像の信号強度が小さい方を正しい値とし、走査像を再構築する信号処理回路と、を具備していることを特徴とした荷電粒子線装置。
A deflector that scans a charged particle beam that has converged on a predetermined region of the sample on which the concavo-convex pattern is formed, and charged particles generated from the sample are detected by scanning the charged particle beam on the predetermined region of the sample. In a charged particle beam apparatus comprising a detector and a signal processing unit that processes a scanning image based on a charged particle signal detected by the detector,
The signal processing unit
A first scanning image based on a charged particle signal from a predetermined region of the sample when the charged particle beam is scanned in a first direction, and the second scanning direction when scanning in a second direction opposite to the first direction; A memory for recording a second scanned image based on a charged particle signal from the predetermined region of the sample;
A comparison operation circuit for comparing the first scanned image and the second scanned image recorded in the memory;
A charged particle beam comprising: a signal processing circuit that reconstructs a scanned image by setting a lower value of the signal intensity of the scanned image to a correct value in the first scanned image and the second scanned image. apparatus.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、
前記信号処理回路において再構築された前記走査像は、前記試料の所定の領域に形成された凹凸パターン底部の寸法計測に用いられることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The charged particle beam apparatus, wherein the scanned image reconstructed in the signal processing circuit is used for measuring a size of a bottom of a concavo-convex pattern formed in a predetermined region of the sample.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、
走査される前記荷電粒子線は、電子線であることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The charged particle beam apparatus to be scanned is an electron beam.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、
前記第1走査方向と前記第2走査方向は、約180度異なることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The charged particle beam apparatus, wherein the first scanning direction and the second scanning direction are different by about 180 degrees.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、
前記比較演算回路は、前記第1走査像と前記第2走査像を比較して走査像同士の位置を合わせ、更に前記第1走査像と前記第2走査像から抽出した各々の信号波形を比較して信号波形同士の位置合わせを行うものであることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The comparison operation circuit compares the first scanned image and the second scanned image, aligns the positions of the scanned images, and compares the signal waveforms extracted from the first scanned image and the second scanned image. Then, the charged particle beam apparatus is characterized in that the signal waveforms are aligned with each other.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、
前記検出器を含む検出系の特性から、前記検出器で検出された荷電粒子信号に基づく走査像の信号強度を校正する機能を更に具備したことを特徴とする荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
A charged particle beam apparatus further comprising a function of calibrating a signal intensity of a scanning image based on a charged particle signal detected by the detector from characteristics of a detection system including the detector.
請求項6記載の荷電粒子線装置において、
前記検出系の特性が、前記検出系の増倍率と信号強度の関係であることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 6.
A charged particle beam device characterized in that the characteristic of the detection system is a relationship between a multiplication factor of the detection system and a signal intensity.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、
前記検出器は、複数であることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam apparatus according to claim 1,
A charged particle beam apparatus characterized in that a plurality of detectors are provided.
請求項8記載の荷電粒子線装置において、
前記信号処理回路は、前記複数の検出器で検出された荷電粒子信号に基づく各々の走査像から、1つの走査像を再構築するものであることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 8.
The charged particle beam apparatus, wherein the signal processing circuit reconstructs one scanned image from each scanned image based on the charged particle signals detected by the plurality of detectors.
請求項8記載の荷電粒子線装置において、
前記複数の検出器は、それぞれ検出感度が異なることを特徴とした荷電粒子線装置。
The charged particle beam device according to claim 8.
The charged particle beam device, wherein the plurality of detectors have different detection sensitivities.
凹凸パターンが形成された試料に収束した荷電粒子線を走査させ、発生した信号荷電粒子を走査像として記憶する工程と、前記走査像を用いて前記試料の寸法を計測する工程を含む計測方法において、
第1走査方向に収束した荷電粒子線を走査させ、発生した信号荷電粒子を第1走査像として記憶する工程と、
前記試料の同一領域に対し、前記第1走査方向とは逆の第2走査方向に収束した荷電粒子線を走査させ、発生した信号荷電粒子を第2走査像として記憶する工程と、
前記第1走査像と前記第2走査像とを比較し、走査像の信号強度が小さい方を真値とし、走査像を再構築する工程と、
前記再構築した走査像を用いて前記試料に形成されたパターン底部の寸法を計測する工程を含むことを特徴とする計測方法。
In a measurement method including a step of scanning a charged particle beam converged on a sample on which a concavo-convex pattern is formed, storing the generated signal charged particles as a scanned image, and a step of measuring a dimension of the sample using the scanned image ,
Scanning the charged particle beam converged in the first scanning direction and storing the generated signal charged particles as a first scanned image;
Scanning the same region of the sample with a charged particle beam converged in a second scanning direction opposite to the first scanning direction, and storing the generated signal charged particles as a second scanned image;
Comparing the first scanned image with the second scanned image, setting the smaller signal intensity of the scanned image to a true value, and reconstructing the scanned image;
A measurement method comprising a step of measuring a dimension of a pattern bottom formed on the sample using the reconstructed scanned image.
請求項11記載の計測方法において、
前記第1走査像と前記第2走査像とを比較し、走査像の信号強度が小さい方を真値とし、走査像を再構築する工程は、
前記第1走査像と前記第2走査像を比較する工程と、
比較した結果をもとに走査像同士の位置を合わせる工程と、
前記第1走査像、前記第2走査像から抽出した各々の信号波形を比較する工程と、
比較した結果をもとに信号波形同士の位置を合わせる工程と、
位置を合わせた信号波形の信号強度を比較し、信号強度が小さい方を真値とし、信号波形を再構築する工程とを含むことを特徴とする計測方法。
The measurement method according to claim 11,
The step of comparing the first scanned image and the second scanned image, setting the smaller signal intensity of the scanned image to a true value, and reconstructing the scanned image,
Comparing the first scanned image and the second scanned image;
A step of aligning the positions of the scanned images based on the comparison result;
Comparing each signal waveform extracted from the first scan image and the second scan image;
A step of aligning the positions of signal waveforms based on the result of comparison,
A method of comparing the signal intensities of the aligned signal waveforms, setting the smaller signal intensity as a true value, and reconstructing the signal waveform.
請求項11記載の計測方法において、
前記発生した信号荷電粒子を検出する検出系の特性から、前記信号荷電粒子に基づく走査像の信号強度を校正する工程を更に有し、
前記試料の寸法を計測する工程は、前記信号強度を校正した走査像を用いることを特徴とする計測方法。
The measurement method according to claim 11,
From the characteristics of the detection system for detecting the generated signal charged particles, further comprising the step of calibrating the signal intensity of the scanning image based on the signal charged particles,
The measuring method of measuring a dimension of the sample uses a scanned image in which the signal intensity is calibrated.
請求項11記載の計測方法において、
前記発生した信号荷電粒子を走査像として記憶する工程は、複数の検出器で取得した各々の走査像を記憶する工程であり、
前記信号波形を再構築する工程は、前記記憶した複数の走査像から1つの走査像を再構築する工程であることを特徴とする計測方法。
The measurement method according to claim 11,
The step of storing the generated signal charged particles as a scanning image is a step of storing each scanning image acquired by a plurality of detectors,
The step of reconstructing the signal waveform is a step of reconstructing one scan image from the plurality of stored scan images.
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