JP3497034B2 - 荷電粒子線装置及び試料像形成方法 - Google Patents
荷電粒子線装置及び試料像形成方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査形電子顕微
鏡、電子線描画装置、FIB(focused ion beam)装置
等の荷電粒子線装置に関する。
鏡、電子線描画装置、FIB(focused ion beam)装置
等の荷電粒子線装置に関する。
【0002】
【従来の技術】荷電粒子線装置は、試料に電子線やイオ
ンビーム等の荷電粒子を照射して、試料の観察や加工を
行う装置である。例えば、走査形電子顕微鏡では、試料
に電子線を照射して試料から発生される二次電子を検出
することで試料像を形成する。また、電子線描画装置や
FIB装置は、試料に電子線やイオンビームを照射して
パターン形成や加工を行うものであるが、電子線やイオ
ンビームの照射時に試料から発生される二次電子を検出
して試料像を形成することもできる。
ンビーム等の荷電粒子を照射して、試料の観察や加工を
行う装置である。例えば、走査形電子顕微鏡では、試料
に電子線を照射して試料から発生される二次電子を検出
することで試料像を形成する。また、電子線描画装置や
FIB装置は、試料に電子線やイオンビームを照射して
パターン形成や加工を行うものであるが、電子線やイオ
ンビームの照射時に試料から発生される二次電子を検出
して試料像を形成することもできる。
【0003】荷電粒子線の走査は通常、矩形の観察領域
左上隅から開始され、直交するXY座標系のもとでX方
向に沿って観察領域左端から右端まで走査し、このX方
向の走査をY方向に一走査線分ずつずらしながら反復す
るラスタ走査が採用される。試料像は、荷電粒子線の照
射によって試料から発生される2次電子信号を輝度信号
として、荷電粒子線の走査パターンに従ってCRT等の
表示装置に表示される。
左上隅から開始され、直交するXY座標系のもとでX方
向に沿って観察領域左端から右端まで走査し、このX方
向の走査をY方向に一走査線分ずつずらしながら反復す
るラスタ走査が採用される。試料像は、荷電粒子線の照
射によって試料から発生される2次電子信号を輝度信号
として、荷電粒子線の走査パターンに従ってCRT等の
表示装置に表示される。
【0004】画像を見やすくするために、画像信号を一
度画像メモリに蓄積しておき、その蓄積した信号を表示
装置に表示することが行われている。また、画像のS/
Nを向上させる方法として、同一観察領域を複数回走査
し、それぞれの走査で得られた画像信号に対して重ね合
わせ(SUMMING)や平均化(AVERAGING)等の画像処理を
行ってから表示する方法や、荷電粒子線の走査速度を低
下させて試料に照射する荷電粒子線の照射密度を増大さ
せることで、二次電子信号の強度及びS/Nを向上させ
る方法がある。
度画像メモリに蓄積しておき、その蓄積した信号を表示
装置に表示することが行われている。また、画像のS/
Nを向上させる方法として、同一観察領域を複数回走査
し、それぞれの走査で得られた画像信号に対して重ね合
わせ(SUMMING)や平均化(AVERAGING)等の画像処理を
行ってから表示する方法や、荷電粒子線の走査速度を低
下させて試料に照射する荷電粒子線の照射密度を増大さ
せることで、二次電子信号の強度及びS/Nを向上させ
る方法がある。
【0005】こうして形成した試料像を観察し、試料の
微小部分の構造を解析・確認したり、また試料像から微
小部分の寸法を割り出して寸法管理等が行われる。特に
半導体デバイスの製造工程では、走査形電子顕微鏡を用
いた寸法管理が日常的に行われている。
微小部分の構造を解析・確認したり、また試料像から微
小部分の寸法を割り出して寸法管理等が行われる。特に
半導体デバイスの製造工程では、走査形電子顕微鏡を用
いた寸法管理が日常的に行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】荷電粒子線装置による
像形成は試料から発生した二次電子によって行われるた
め、像形成の過程で試料と装置の間に電荷のやりとりが
生じる。例えば、一つの一次電子が試料に照射されると
試料に負の電荷が一つ生じ、その時に二次電子が一つ発
生すると、試料には正の電荷が一つ生じて、試料の電荷
は差し引き0となる。
像形成は試料から発生した二次電子によって行われるた
め、像形成の過程で試料と装置の間に電荷のやりとりが
生じる。例えば、一つの一次電子が試料に照射されると
試料に負の電荷が一つ生じ、その時に二次電子が一つ発
生すると、試料には正の電荷が一つ生じて、試料の電荷
は差し引き0となる。
【0007】一次電子が照射されたときに試料から発生
される二次電子の数、すなわち二次電子の発生効率は試
料の材質によって異なり、試料の表面状態、一次電子の
エネルギー、一次電子の照射角度等によっても異なる。
一つの一次電子が照射されて二次電子が2個以上発生す
ると、試料は正に帯電する。試料が導電性の材料で、そ
の観察部分が接地されている場合には試料が帯電するこ
とはないが、試料が絶縁性の材料でできていたり、導電
性であっても電気的に浮いていたりすると、試料の観察
部分は帯電した状態となる。この帯電現象によって二次
電子の発生の仕方が変化し、像形成に影響が生ずる。す
なわち、帯電がある場合と無い場合とでは像が異なって
見えるという現象が生じ、それは画像の濃淡やコントラ
ストの相違として現れる。
される二次電子の数、すなわち二次電子の発生効率は試
料の材質によって異なり、試料の表面状態、一次電子の
エネルギー、一次電子の照射角度等によっても異なる。
一つの一次電子が照射されて二次電子が2個以上発生す
ると、試料は正に帯電する。試料が導電性の材料で、そ
の観察部分が接地されている場合には試料が帯電するこ
とはないが、試料が絶縁性の材料でできていたり、導電
性であっても電気的に浮いていたりすると、試料の観察
部分は帯電した状態となる。この帯電現象によって二次
電子の発生の仕方が変化し、像形成に影響が生ずる。す
なわち、帯電がある場合と無い場合とでは像が異なって
見えるという現象が生じ、それは画像の濃淡やコントラ
ストの相違として現れる。
【0008】画像の濃淡やコントラストは、同じ試料を
観察しても、試料が帯電している状態と、帯電していな
い状態とでは明らかに相違する。しかし、このような変
化は表示装置の一画面の中でも生ずる。つまり、ビーム
の当たりはじめ(試料帯電がない)と、ある程度試料に
ビームが照射された後(試料が帯電している)では二次
電子の検出効率が変化し、像の見え方が異なってしまう
という現象が生ずる。
観察しても、試料が帯電している状態と、帯電していな
い状態とでは明らかに相違する。しかし、このような変
化は表示装置の一画面の中でも生ずる。つまり、ビーム
の当たりはじめ(試料帯電がない)と、ある程度試料に
ビームが照射された後(試料が帯電している)では二次
電子の検出効率が変化し、像の見え方が異なってしまう
という現象が生ずる。
【0009】さらにこの現象は、X方向の一本の走査線
内でも発生し得る。すなわち、従来の走査方法では、X
方向の走査線内で左側の部分は、右側の部分よりも帯電
の影響が少ないということがいえる。これによって、観
察領域の左側は帯電の影響を比較的受けず、観察領域の
右側は帯電の影響を受けやすい。半導体製造プロセスに
おいて、半導体ウェーハ上の現像済みレジスト膜のコン
タクトホールの像のように、起伏のある絶縁物を走査形
電子顕微鏡で観測すると、ホールの右側は明るさが低下
していることが多い。これは、レジスト膜の帯電による
影響と解釈される。
内でも発生し得る。すなわち、従来の走査方法では、X
方向の走査線内で左側の部分は、右側の部分よりも帯電
の影響が少ないということがいえる。これによって、観
察領域の左側は帯電の影響を比較的受けず、観察領域の
右側は帯電の影響を受けやすい。半導体製造プロセスに
おいて、半導体ウェーハ上の現像済みレジスト膜のコン
タクトホールの像のように、起伏のある絶縁物を走査形
電子顕微鏡で観測すると、ホールの右側は明るさが低下
していることが多い。これは、レジスト膜の帯電による
影響と解釈される。
【0010】例えば左右対称のパターン形状を有する試
料を観察したとき、このような帯電によって対称性がく
ずれた像が形成されては都合が悪い。特に、観測した像
に基づいて寸法を測定しようとする場合、左右で異なっ
た測長値となる恐れがあり、観測した像をもとに寸法を
管理することができなくなってしまう。また、コンタク
トホールの真円度の計測等においては、試料の向きによ
って計測値が異なってしまうことも考えられる。
料を観察したとき、このような帯電によって対称性がく
ずれた像が形成されては都合が悪い。特に、観測した像
に基づいて寸法を測定しようとする場合、左右で異なっ
た測長値となる恐れがあり、観測した像をもとに寸法を
管理することができなくなってしまう。また、コンタク
トホールの真円度の計測等においては、試料の向きによ
って計測値が異なってしまうことも考えられる。
【0011】本発明の目的は、試料が帯電しても、像形
成に与える影響が低減された荷電粒子線装置を提供する
ことである。本発明の他の目的は、試料が帯電しても、
観察領域内の位置によって帯電の影響が異なることを低
減した荷電粒子線装置を提供することである。本発明の
さらなる目的は、試料が帯電しても、測長値の誤差を最
小限に抑制することのできる荷電粒子線装置を提供する
ことである。
成に与える影響が低減された荷電粒子線装置を提供する
ことである。本発明の他の目的は、試料が帯電しても、
観察領域内の位置によって帯電の影響が異なることを低
減した荷電粒子線装置を提供することである。本発明の
さらなる目的は、試料が帯電しても、測長値の誤差を最
小限に抑制することのできる荷電粒子線装置を提供する
ことである。
【0012】
【課題を解決するための手段】試料の帯電の影響は、荷
電粒子線の走査のパターンや走査の方向によって左右さ
れる。そこで、本発明では荷電粒子線の走査パターンを
複数設定できるようにし、試料の対称性に応じて走査パ
ターンを選択し、さらに複数の走査パターンによる像を
合成して試料像を形成することで、試料の対称性が損な
われない像を得る。
電粒子線の走査のパターンや走査の方向によって左右さ
れる。そこで、本発明では荷電粒子線の走査パターンを
複数設定できるようにし、試料の対称性に応じて走査パ
ターンを選択し、さらに複数の走査パターンによる像を
合成して試料像を形成することで、試料の対称性が損な
われない像を得る。
【0013】すなわち、本発明は、荷電粒子線を試料上
で走査し、試料から発生する二次電子信号を検出して試
料像を形成することのできる荷電粒子線装置において、
荷電粒子線の走査パターンを複数設定できることを特徴
とする。また、本発明は、荷電粒子線を試料上で走査
し、試料から発生する二次電子信号を検出して試料像を
形成することのできる荷電粒子線装置において、荷電粒
子線の走査パターンとして異なる走査パターンを複数選
択する手段と、選択された走査パターンのもとで得られ
た複数の試料像に重ね合わせ又は平均化等の処理を施し
て表示像を発生する画像処理手段とを備えることを特徴
とする。
で走査し、試料から発生する二次電子信号を検出して試
料像を形成することのできる荷電粒子線装置において、
荷電粒子線の走査パターンを複数設定できることを特徴
とする。また、本発明は、荷電粒子線を試料上で走査
し、試料から発生する二次電子信号を検出して試料像を
形成することのできる荷電粒子線装置において、荷電粒
子線の走査パターンとして異なる走査パターンを複数選
択する手段と、選択された走査パターンのもとで得られ
た複数の試料像に重ね合わせ又は平均化等の処理を施し
て表示像を発生する画像処理手段とを備えることを特徴
とする。
【0014】また、本発明は、荷電粒子線を試料上で走
査し、試料から発生する二次電子信号を検出して試料像
を形成する方法において、観察する試料の対称性に応じ
た対称性を有し走査方向の異なる複数の走査パターンで
荷電粒子線を走査し、各走査パターンのもとで得られた
複数の試料像に重ね合わせや平均化等の画像処理を施し
て表示像を発生することを特徴とする。
査し、試料から発生する二次電子信号を検出して試料像
を形成する方法において、観察する試料の対称性に応じ
た対称性を有し走査方向の異なる複数の走査パターンで
荷電粒子線を走査し、各走査パターンのもとで得られた
複数の試料像に重ね合わせや平均化等の画像処理を施し
て表示像を発生することを特徴とする。
【0015】また、本発明は、荷電粒子線を試料上で走
査し、試料から発生する二次電子信号を検出して試料像
を形成する方法において、観察する試料の対称性に応じ
た対称性を有し走査方向の異なる複数の走査パターンで
荷電粒子線を走査し、複数の走査パターンのもとで得ら
れた複数の試料像に重ね合わせや平均化等の画像処理を
施して、観察する試料の対称性を損なう非対称な二次電
子信号の影響を均一化して低減した表示像を発生するこ
とを特徴とする。
査し、試料から発生する二次電子信号を検出して試料像
を形成する方法において、観察する試料の対称性に応じ
た対称性を有し走査方向の異なる複数の走査パターンで
荷電粒子線を走査し、複数の走査パターンのもとで得ら
れた複数の試料像に重ね合わせや平均化等の画像処理を
施して、観察する試料の対称性を損なう非対称な二次電
子信号の影響を均一化して低減した表示像を発生するこ
とを特徴とする。
【0016】複数の異なる走査パターンによる像を合成
することによって、荷電粒子線の走査方向によって像に
発生される非対称性が相殺される。どのような走査パタ
ーンを組み合わせると良いかは、観察する試料の形状に
よる。左右対称のパターンを有する試料に対しては、横
(X)方向を主方向、縦(Y)方向を副方向とし、主方
向の走査を右方向とするラスタ走査と左方向とするラス
タ走査を組み合わせるのがよい。上下対称なパターンを
有する試料に対しては、縦(Y)方向を主方向、横
(X)方向を副方向とし、主方向の走査を下方向とする
ラスタ走査と上方向とするラスタ走査を組み合わせると
よい。
することによって、荷電粒子線の走査方向によって像に
発生される非対称性が相殺される。どのような走査パタ
ーンを組み合わせると良いかは、観察する試料の形状に
よる。左右対称のパターンを有する試料に対しては、横
(X)方向を主方向、縦(Y)方向を副方向とし、主方
向の走査を右方向とするラスタ走査と左方向とするラス
タ走査を組み合わせるのがよい。上下対称なパターンを
有する試料に対しては、縦(Y)方向を主方向、横
(X)方向を副方向とし、主方向の走査を下方向とする
ラスタ走査と上方向とするラスタ走査を組み合わせると
よい。
【0017】また、半導体ウェーハ上の現像済みレジス
ト膜のコンタクトホールのように試料のパターンが回転
対称の場合は、観察領域中心から周辺部へ広がって行く
螺旋状パターンあるいは観察領域周辺から中心に向かっ
て収束する螺旋状パターンを用いたり、これらの螺旋状
パターンを組み合わせて用いるとよい。このように、観
察する試料のパターンの対称性に応じて荷電粒子線の走
査パターンを選んでやることによって、試料の対称性を
忠実に再現することができるようになり、測長等の精度
を向上することができる。
ト膜のコンタクトホールのように試料のパターンが回転
対称の場合は、観察領域中心から周辺部へ広がって行く
螺旋状パターンあるいは観察領域周辺から中心に向かっ
て収束する螺旋状パターンを用いたり、これらの螺旋状
パターンを組み合わせて用いるとよい。このように、観
察する試料のパターンの対称性に応じて荷電粒子線の走
査パターンを選んでやることによって、試料の対称性を
忠実に再現することができるようになり、測長等の精度
を向上することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、走査形電子顕微鏡を例にと
り、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は、
本発明による走査形電子顕微鏡の概略説明図である。試
料室11には、試料12を載置して移動可能な試料ステ
ージ13が配置されている。試料室11の中は、図示し
ない真空ポンプによって高真空に保たれている。鏡体1
6の中には電子源や各種の電子レンズが配置されてお
り、電子源ティップ17から発生した電子ビーム18は
コンデンサレンズ19を通り対物レンズ21で収束され
て、試料12に照射される。偏向レンズ20は、収束し
た電子ビームを試料12上で二次元的に走査させる。こ
のとき試料から発生した二次電子信号は二次電子検出器
22で検出される。二次電子検出信号は、画像処理装置
26において処理された後、CRT等の表示装置23に
供給され、表示装置23に試料像が表示される。電子
源、コンデンサレンズ19、偏向レンズ20、対物レン
ズ21等は制御装置24によって制御される。
り、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は、
本発明による走査形電子顕微鏡の概略説明図である。試
料室11には、試料12を載置して移動可能な試料ステ
ージ13が配置されている。試料室11の中は、図示し
ない真空ポンプによって高真空に保たれている。鏡体1
6の中には電子源や各種の電子レンズが配置されてお
り、電子源ティップ17から発生した電子ビーム18は
コンデンサレンズ19を通り対物レンズ21で収束され
て、試料12に照射される。偏向レンズ20は、収束し
た電子ビームを試料12上で二次元的に走査させる。こ
のとき試料から発生した二次電子信号は二次電子検出器
22で検出される。二次電子検出信号は、画像処理装置
26において処理された後、CRT等の表示装置23に
供給され、表示装置23に試料像が表示される。電子
源、コンデンサレンズ19、偏向レンズ20、対物レン
ズ21等は制御装置24によって制御される。
【0019】電子ビーム18の走査パターンは、偏向レ
ンズ20に印加する偏向信号によって決定される。偏向
信号は、制御装置24内の偏向レンズコントローラ25
によって発生される。偏向レンズコントローラ25に
は、偏向信号として図2、図3に示すようなものが予め
用意され選択可能になっている。走査形電子顕微鏡の電
子線走査パターンは一定の方向性を持ち、観測される像
にも走査パターンの方向性の影響が生ずることがある。
しかし、試料の形状パターンに応じて走査パターンを選
択したり、いくつかの走査パターンで形成された像を合
成することによって走査パターンの影響を低減し得る。
ンズ20に印加する偏向信号によって決定される。偏向
信号は、制御装置24内の偏向レンズコントローラ25
によって発生される。偏向レンズコントローラ25に
は、偏向信号として図2、図3に示すようなものが予め
用意され選択可能になっている。走査形電子顕微鏡の電
子線走査パターンは一定の方向性を持ち、観測される像
にも走査パターンの方向性の影響が生ずることがある。
しかし、試料の形状パターンに応じて走査パターンを選
択したり、いくつかの走査パターンで形成された像を合
成することによって走査パターンの影響を低減し得る。
【0020】図2は、ラスタ走査の偏向信号を示す。図
2(a)に示したX方向偏向信号及びY方向偏向信号を
選択すると、電子ビーム18は、図4(a)のような走
査パターンに従って試料12を走査する。これはX方向
を主方向、Y方向を副方向とするラスタ走査であり、走
査線41は矩形の観察領域45の左上隅から始まってX
方向右端まで走査し、次に一走査線分Y方向下方に走査
し、再び観察領域左端からX方向右端まで走査する。そ
して、この走査を反復して観察領域下端まで走査を行
う。また、図2(b)に示したX方向偏向信号及びY方
向偏向信号を選択すると、図4(b)に示した走査パタ
ーンが発生される。これは、X方向を主方向、Y方向を
副方向とするラスタ走査である。ただし、主方向(X方
向)に走査線42が走査する向きは図4(a)の場合と
逆になっている。
2(a)に示したX方向偏向信号及びY方向偏向信号を
選択すると、電子ビーム18は、図4(a)のような走
査パターンに従って試料12を走査する。これはX方向
を主方向、Y方向を副方向とするラスタ走査であり、走
査線41は矩形の観察領域45の左上隅から始まってX
方向右端まで走査し、次に一走査線分Y方向下方に走査
し、再び観察領域左端からX方向右端まで走査する。そ
して、この走査を反復して観察領域下端まで走査を行
う。また、図2(b)に示したX方向偏向信号及びY方
向偏向信号を選択すると、図4(b)に示した走査パタ
ーンが発生される。これは、X方向を主方向、Y方向を
副方向とするラスタ走査である。ただし、主方向(X方
向)に走査線42が走査する向きは図4(a)の場合と
逆になっている。
【0021】図3は、螺旋状の走査パターンを発生する
偏向信号を示す。図3(a)は、次第に振幅が大きくな
る正弦波と余弦波の関係にあるX方向の偏向信号とY方
向の偏向信号を示し、この偏向信号を選択すると、図5
(a)に示すように、観察領域55の中心から周辺部へ
螺旋状に広がって行く走査パターン51が発生される。
また、図3(b)は、次第に振幅が小さくなる正弦波と
余弦波の関係にあるX方向の偏向信号とY方向の偏向信
号を示し、この偏向信号を選択すると、図5(b)に示
すように、観察領域55の周辺部から中心に向かって収
束する螺旋状の走査パターン52が発生される。
偏向信号を示す。図3(a)は、次第に振幅が大きくな
る正弦波と余弦波の関係にあるX方向の偏向信号とY方
向の偏向信号を示し、この偏向信号を選択すると、図5
(a)に示すように、観察領域55の中心から周辺部へ
螺旋状に広がって行く走査パターン51が発生される。
また、図3(b)は、次第に振幅が小さくなる正弦波と
余弦波の関係にあるX方向の偏向信号とY方向の偏向信
号を示し、この偏向信号を選択すると、図5(b)に示
すように、観察領域55の周辺部から中心に向かって収
束する螺旋状の走査パターン52が発生される。
【0022】次に、図6に示すような、半導体ウエーハ
上に塗布されたレジストのライン・アンド・スペースパ
ターンの観察について説明する。図6(a)は観察した
いパターンの概略斜視図、図6(b)はその断面図であ
る。ライン・アンド・スペースパターンのライン部6
1,62,63は台形状の断面を有し、その斜面はわず
かな起伏を有する。
上に塗布されたレジストのライン・アンド・スペースパ
ターンの観察について説明する。図6(a)は観察した
いパターンの概略斜視図、図6(b)はその断面図であ
る。ライン・アンド・スペースパターンのライン部6
1,62,63は台形状の断面を有し、その斜面はわず
かな起伏を有する。
【0023】図7(b)は、図6のライン・アンド・ス
ペースパターンを、図2(a)の偏向信号による電子線
走査、すなわち電子ビームを観察領域の左端から右端に
高速で走査するX方向の走査をY方向に低速で走査しな
がら反復する従来のラスタ走査〔図4(a)〕によって
二次電子信号を検出して得た電子顕微鏡像の模式図であ
る。図示されているように、各ライン部61,62,6
3の像71,72,73の右側領域74,75,76
は、ライン部の帯電によって暗くなっている。左端のラ
イン部61はその左側にパターンがないため、それに対
応する像71の左側には帯電による像の明度低下がな
い。しかし、中央及び右側のライン部62,63の像7
2,73を見ると、その両側がともに暗くなっている。
走査形電子顕微鏡でラインの寸法測長をする場合、像の
明暗をもとに測長位置を決めるので、同じ寸法幅のライ
ンでもその周囲の明るさが異なると異なる寸法に測長さ
れることがあり、従来の方法では誤測定をする可能性が
あった。
ペースパターンを、図2(a)の偏向信号による電子線
走査、すなわち電子ビームを観察領域の左端から右端に
高速で走査するX方向の走査をY方向に低速で走査しな
がら反復する従来のラスタ走査〔図4(a)〕によって
二次電子信号を検出して得た電子顕微鏡像の模式図であ
る。図示されているように、各ライン部61,62,6
3の像71,72,73の右側領域74,75,76
は、ライン部の帯電によって暗くなっている。左端のラ
イン部61はその左側にパターンがないため、それに対
応する像71の左側には帯電による像の明度低下がな
い。しかし、中央及び右側のライン部62,63の像7
2,73を見ると、その両側がともに暗くなっている。
走査形電子顕微鏡でラインの寸法測長をする場合、像の
明暗をもとに測長位置を決めるので、同じ寸法幅のライ
ンでもその周囲の明るさが異なると異なる寸法に測長さ
れることがあり、従来の方法では誤測定をする可能性が
あった。
【0024】これに対して、図7(a)に示すように、
本発明による走査電子顕微鏡で撮影した試料像には部分
的な像の明度低下がない。図7(a)の電子顕微鏡像
は、図2(a)に示した偏向信号による第1の走査パタ
ーン、すなわち図4(a)のラスタ走査で得られた試料
像と、図2(b)の走査信号による第2の走査パター
ン、すなわち図4(b)のラスタ走査で得られた試料像
を加算して平均化することによって得たものである。
本発明による走査電子顕微鏡で撮影した試料像には部分
的な像の明度低下がない。図7(a)の電子顕微鏡像
は、図2(a)に示した偏向信号による第1の走査パタ
ーン、すなわち図4(a)のラスタ走査で得られた試料
像と、図2(b)の走査信号による第2の走査パター
ン、すなわち図4(b)のラスタ走査で得られた試料像
を加算して平均化することによって得たものである。
【0025】このように、左右に鏡面対称のパターン形
状を有する試料を観測する場合、図4に示す2つの走査
パターンによって得られた像を合成することで、左右の
対称性の良い像が得られる。この場合、影は各ラインパ
ターンの左右に均等に現れるので、どのラインパターン
を測っても帯電による影響で測長値が異なるということ
はない。
状を有する試料を観測する場合、図4に示す2つの走査
パターンによって得られた像を合成することで、左右の
対称性の良い像が得られる。この場合、影は各ラインパ
ターンの左右に均等に現れるので、どのラインパターン
を測っても帯電による影響で測長値が異なるということ
はない。
【0026】また、観察する試料のパターン形状が、半
導体ウェーハ上のレジスト膜のコンタクトホールのよう
に回転対称の場合には、図5に示すような螺旋状の走査
パターンを用いるとよい。例えば、図5(b)に示した
螺旋状の走査パターンを単独で、あるいは図5(a)に
示した螺旋状の走査パターンと図5(b)に示した螺旋
状の走査パターンを組み合わせて用いると、試料の帯電
によって画像の回転対称性が損なわれることなく、対称
性の良い像を得ることができる。従って、真円度の計測
等を正確に行うことができる。
導体ウェーハ上のレジスト膜のコンタクトホールのよう
に回転対称の場合には、図5に示すような螺旋状の走査
パターンを用いるとよい。例えば、図5(b)に示した
螺旋状の走査パターンを単独で、あるいは図5(a)に
示した螺旋状の走査パターンと図5(b)に示した螺旋
状の走査パターンを組み合わせて用いると、試料の帯電
によって画像の回転対称性が損なわれることなく、対称
性の良い像を得ることができる。従って、真円度の計測
等を正確に行うことができる。
【0027】図8に断面を示すホールを走査形電子顕微
鏡で観察する例について説明する。ホール81は半導体
ウェーハ上のレジスト膜82に形成されたもので、ホー
ル81の径はレジスト表面より底部の方がわずかに小さ
くなっている。また、ホールの底部には基板83が露出
している。図9(b)は、図4(a)に示した従来のラ
スタ走査パターンを用いて、左上から右下へ電子線を走
査させた場合に得られる像を模式的に表したものであ
る。中央の丸いホール像91の右側に試料の帯電による
影響で影92が生じている。図9(a)は、本発明によ
る走査形電子顕微鏡で得られたホール像91を示す。図
9(a)のホール像は、図5(a)に示す螺旋状の走査
パターンで得られた像と、図5(b)に示す螺旋状の走
査パターンで得られた像を重ね合わせて得られたもので
あり、試料の帯電に起因する局所的な影は生じていな
い。
鏡で観察する例について説明する。ホール81は半導体
ウェーハ上のレジスト膜82に形成されたもので、ホー
ル81の径はレジスト表面より底部の方がわずかに小さ
くなっている。また、ホールの底部には基板83が露出
している。図9(b)は、図4(a)に示した従来のラ
スタ走査パターンを用いて、左上から右下へ電子線を走
査させた場合に得られる像を模式的に表したものであ
る。中央の丸いホール像91の右側に試料の帯電による
影響で影92が生じている。図9(a)は、本発明によ
る走査形電子顕微鏡で得られたホール像91を示す。図
9(a)のホール像は、図5(a)に示す螺旋状の走査
パターンで得られた像と、図5(b)に示す螺旋状の走
査パターンで得られた像を重ね合わせて得られたもので
あり、試料の帯電に起因する局所的な影は生じていな
い。
【0028】ここでは、代表的な走査パターンについて
のみ説明したが、このほかにも試料に応じて様々な走査
パターンを使用することができる。要は、試料のパター
ン形状の対称性に応じていくつかの走査パターンを選択
し、最終的にそれぞれの画像を合成したときに、それぞ
れの走査パターンの方向性に基づく悪影響が相殺されれ
ば良い。
のみ説明したが、このほかにも試料に応じて様々な走査
パターンを使用することができる。要は、試料のパター
ン形状の対称性に応じていくつかの走査パターンを選択
し、最終的にそれぞれの画像を合成したときに、それぞ
れの走査パターンの方向性に基づく悪影響が相殺されれ
ば良い。
【0029】図10は、試料の対称性に応じて走査パタ
ーンを選択する過程を説明するフロー図である。まず、
観察している試料像が帯電の影響を受けているかどうか
を判断する(S101)。これは走査電子顕微鏡像を観
察することにより、知ることができる。影響がない場合
には、通常の走査パターンを選択する(S102)。帯
電の影響を受けている場合には、その試料の形状をみて
(S103)、回転対称であれば図5に示したような螺
旋状の走査パターンを選択し(S104)、単に左右対
称なパターンであれば図4のようなラスタ走査パターン
を選択する(S105)。ステップ101の代わりに、
試料がフォトレジスト等絶縁体であるかどうかを判定
し、絶縁体の場合はステップ103に進み、導電体の場
合にはステップ102に進むようにしてもよい。また、
ステップ103の試料の形状判定は、試料像を画像認識
装置に入力して自動的に判定させるようにしてもよい。
ーンを選択する過程を説明するフロー図である。まず、
観察している試料像が帯電の影響を受けているかどうか
を判断する(S101)。これは走査電子顕微鏡像を観
察することにより、知ることができる。影響がない場合
には、通常の走査パターンを選択する(S102)。帯
電の影響を受けている場合には、その試料の形状をみて
(S103)、回転対称であれば図5に示したような螺
旋状の走査パターンを選択し(S104)、単に左右対
称なパターンであれば図4のようなラスタ走査パターン
を選択する(S105)。ステップ101の代わりに、
試料がフォトレジスト等絶縁体であるかどうかを判定
し、絶縁体の場合はステップ103に進み、導電体の場
合にはステップ102に進むようにしてもよい。また、
ステップ103の試料の形状判定は、試料像を画像認識
装置に入力して自動的に判定させるようにしてもよい。
【0030】ここでは走査形電子顕微鏡を例にあげて説
明したが、本発明は走査形電子顕微鏡以外の荷電粒子線
装置、例えば電子線描画装置やFIB装置にも適用でき
る。
明したが、本発明は走査形電子顕微鏡以外の荷電粒子線
装置、例えば電子線描画装置やFIB装置にも適用でき
る。
【0031】
【発明の効果】本発明によると、荷電粒子線の走査方向
による悪影響が低減されるので、試料の形状を忠実に表
す像を得ることができる。また、試料帯電のため画像上
の場所によって測長値が異なるといった不具合も低減さ
れる。
による悪影響が低減されるので、試料の形状を忠実に表
す像を得ることができる。また、試料帯電のため画像上
の場所によって測長値が異なるといった不具合も低減さ
れる。
【図1】本発明による走査形電子顕微鏡の概略図。
【図2】荷電粒子線偏向信号の一例を示す図。
【図3】荷電粒子線偏向信号の他の例を示す図。
【図4】図2の偏向信号による走査パターンを示す図。
【図5】図3の偏向信号による走査パターンを示す図。
【図6】ライン・アンド・スペースパターンの説明図。
【図7】走査形電子顕微鏡によるライン・アンド・スペ
ースパターンの像を示す図。
ースパターンの像を示す図。
【図8】ホールの断面図。
【図9】走査形電子顕微鏡によるホールの像を示す図。
【図10】走査形電子顕微鏡の走査パターン選択手順を
説明するフロー図。
説明するフロー図。
11…試料室、12…試料、13…ステージ、16…鏡
体、17…電子源ティップ、18…電子ビーム、19…
コンデンサレンズ、20…偏向レンズ、21…対物レン
ズ、22…二次電子検出器、24…制御装置、25…偏
向レンズコントローラ、26…画像処理装置、41…走
査線、42…走査線、45…観察領域、51…走査パタ
ーン、52…走査パターン、55…観察領域、61,6
2,63…ライン部、71,72,73…ライン部の
像、81…ホール、82…レジスト膜、83…基板、9
1…ホール像、92…影
体、17…電子源ティップ、18…電子ビーム、19…
コンデンサレンズ、20…偏向レンズ、21…対物レン
ズ、22…二次電子検出器、24…制御装置、25…偏
向レンズコントローラ、26…画像処理装置、41…走
査線、42…走査線、45…観察領域、51…走査パタ
ーン、52…走査パターン、55…観察領域、61,6
2,63…ライン部、71,72,73…ライン部の
像、81…ホール、82…レジスト膜、83…基板、9
1…ホール像、92…影
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭52−156546(JP,A)
特開 昭54−72953(JP,A)
特開 昭56−37501(JP,A)
特開 平2−295043(JP,A)
実開 昭63−3054(JP,U)
特公 昭54−25391(JP,B1)
国際公開94/013007(WO,A1)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01J 37/22
H01J 37/147
Claims (3)
- 【請求項1】 荷電粒子線を試料上で走査し、試料から
発生する二次電子信号を検出して試料像を形成する方法
において、 試料の形状を判定する第1のステップと、 上記第1のステップで判定した試料の形状が左右対称で
ある場合には、横方向を主方向、縦方向を副方向とし、
主方向の走査を右方向とするラスタ走査と左方向とする
ラスタ走査を組み合わせ、上記第1のステップで判定し
た試料の形状が上下対称である場合には、縦方向を主方
向、横方向を副方向とし、主方向の走査を下方向とする
ラスタ走査と上方向とするラスタ走査を組み合わせて荷
電粒子線を走査して複数の試料像を得る第2のステップ
と、 前記第2のステップで得られた複数の試料像を画像処理
することにより、観察する試料の対称性を損なう非対称
な二次電子信号の影響を均一化して低減した表示像を発
生する第3のステップとを有することを特徴とする方
法。 - 【請求項2】 荷電粒子線を試料上で走査し、試料から
発生する二次電子信号を検出して試料像を形成する方法
において、 試料の形状を判定する第1のステップと、 上記第1のステップで判定した試料の形状が円形である
場合には、前記円形の試料の中心から周辺部へ広がって
行く第1の螺旋走査パターンと、前記円形の試料の周辺
から中心に向かって収束する第2の螺旋走査パターンに
よって荷電粒子線を走査して複数の試料像を得る第2の
ステップと、 前記第2のステップで得られた複数の試料像を画像処理
することにより、観察する試料の対称性を損なう非対称
な二次電子信号の影響を均一化して低減した表示像を発
生する第3のステップとを有することを特徴とする方
法。 - 【請求項3】 荷電粒子線を円形の試料上で走査し、試
料から発生する二次電子信号を検出して試料像を形成す
る方法において、 荷電粒子線の走査パターンとして前記円形の試料の周辺
部から中心に向かって収束する螺旋走査パターン及び前
記円形の試料の中心から周辺部へ広がって行く螺旋走査
パターンを用い、それぞれの走査で得られた画像信号
を、重ね合わせ、あるいは平均化する画像処理を行って
から試料像を表示することを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33938695A JP3497034B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 荷電粒子線装置及び試料像形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33938695A JP3497034B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 荷電粒子線装置及び試料像形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09180667A JPH09180667A (ja) | 1997-07-11 |
JP3497034B2 true JP3497034B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=18326984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33938695A Expired - Fee Related JP3497034B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 荷電粒子線装置及び試料像形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3497034B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6815675B1 (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-09 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Method and system for e-beam scanning |
JP4537891B2 (ja) * | 2005-05-26 | 2010-09-08 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 回路パターンの検査装置および検査方法 |
JP4748714B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2011-08-17 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 荷電粒子ビーム走査照射方法、荷電粒子ビーム装置、試料観察方法、及び、試料加工方法 |
JP5147327B2 (ja) * | 2007-07-31 | 2013-02-20 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子ビーム照射装置 |
JP2011003480A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Hitachi High-Technologies Corp | Sem式外観検査装置およびその画像信号処理方法 |
US8658987B2 (en) | 2010-02-22 | 2014-02-25 | Hitachi High-Technologies Corporation | Circuit-pattern inspection device |
JP5537288B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2014-07-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子ビームの照射方法及び走査電子顕微鏡 |
JP5396350B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2014-01-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 画像形成装置、及びコンピュータプログラム |
JP5341924B2 (ja) * | 2011-01-28 | 2013-11-13 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査電子顕微鏡 |
JP2015052573A (ja) | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 株式会社東芝 | パターン計測装置及びパターン計測方法 |
JP6378927B2 (ja) | 2014-04-25 | 2018-08-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 計測システムおよび計測方法 |
EP3125272A1 (en) * | 2015-07-29 | 2017-02-01 | FEI Company | Scan pattern in a charged particle microscope comprising nested orbital windings |
WO2017056171A1 (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置 |
JP7237769B2 (ja) * | 2019-08-08 | 2023-03-13 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置 |
-
1995
- 1995-12-26 JP JP33938695A patent/JP3497034B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09180667A (ja) | 1997-07-11 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |