JP4231891B2 - Charged particle beam adjustment method and charged particle beam apparatus - Google Patents

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本発明は、荷電粒子線装置の調整方法、及び荷電粒子線装置に係り、特に荷電粒子線の焦点,明るさ、及び/又はコントラストを調整する方法、及び装置に関する。   The present invention relates to a charged particle beam apparatus adjustment method and a charged particle beam apparatus, and more particularly to a method and apparatus for adjusting the focal point, brightness, and / or contrast of a charged particle beam.

半導体素子や薄膜磁気ヘッドなど、表面の微細加工により製作される機能素子製品の製造・検査工程では、加工されたパターン幅の測定(以下「測長」と呼ぶ)および外観検査に、走査電子顕微鏡(以下Scanning Electron Microscope:SEM)が広く用いられている。SEMは、試料上に電子ビームを走査し、試料から放出される二次電子、或いは反射電子等を検出することによって、走査領域の画像を形成する装置である。   In the manufacturing and inspection process of functional element products manufactured by microfabrication of the surface, such as semiconductor elements and thin film magnetic heads, scanning electron microscopes are used for measurement of the processed pattern width (hereinafter referred to as “measurement”) and appearance inspection. (Hereinafter Scanning Electron Microscope: SEM) is widely used. The SEM is an apparatus that forms an image of a scanning region by scanning an electron beam on a sample and detecting secondary electrons or reflected electrons emitted from the sample.

SEMは、観察・測長する試料表面の形状と高い精度で対応した画像を得られるように努力が払われており、こうして得た画像から、試料表面の任意の2点間の距離を演算する。   In SEM, efforts are made to obtain an image corresponding to the shape of the sample surface to be observed and measured with high accuracy, and the distance between any two points on the sample surface is calculated from the image thus obtained. .

この演算は一般に「測長」と呼ばれ、かかる演算機能を持つ走査電子顕微鏡は測長電子顕微鏡(Critical Dimension SEM:CD−SEM)と呼ばれている。半導体を測定するSEMは、試料へのダメージを考慮して、観察する試料表面に数百エレクトロンボルトの低加速の到達エネルギーをもつ電子ビームを照射することが知られている。   This calculation is generally called “length measurement”, and a scanning electron microscope having such a calculation function is called a length measurement electron microscope (Critical Dimension SEM: CD-SEM). It is known that an SEM for measuring a semiconductor irradiates an electron beam having a low acceleration reaching energy of several hundred electron volts on the surface of the sample to be observed in consideration of damage to the sample.

近年、半導体の表面の微細加工は一層の微細化が進み、フォトリソグラフィーの感光材料として、フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザ光に反応するフォトレジスト(以下「ArFレジスト」と呼ぶ)等が使われ始めている。   In recent years, further miniaturization of semiconductor surface microfabrication has progressed, and photoresists that react with argon fluoride (ArF) excimer laser light (hereinafter referred to as “ArF resists”) are used as photosensitive materials for photolithography. I'm starting.

ArFレーザ光は波長が160nmと短いため、ArFレジストはより微細な回路パターンの露光に適しているとされている。しかし、最近の検討の結果、電子ビーム照射に対して大変脆弱で、形成されたパターンを走査電子顕微鏡で観察あるいは測長すると、集束電子ビームの走査により基材のアクリル樹脂等が縮合反応をおこし体積が減少(以下「シュリンク」と呼ぶ)して、回路パターンの形状が変化してしまうことが知られるようになってきた。   Since the wavelength of the ArF laser light is as short as 160 nm, the ArF resist is said to be suitable for exposure of a finer circuit pattern. However, as a result of recent studies, it is very vulnerable to electron beam irradiation, and when the formed pattern is observed or measured with a scanning electron microscope, the acrylic resin of the base material undergoes a condensation reaction by scanning the focused electron beam. It has become known that the shape of the circuit pattern changes as the volume decreases (hereinafter referred to as “shrink”).

一方、CD−SEMのような荷電粒子線装置は、試料表面上に正確に焦点が合っていないと、画像がぼけるという問題がある。また、画像の明るさやコントラストが不足していると、正確な測定ができないという問題がある。例えば特許文献1に開示されているように、測定対象に電子ビームを走査して得られる画像を用いて、焦点の評価を行い、その評価値に基づいて、調整を行うことが知られている。   On the other hand, a charged particle beam apparatus such as a CD-SEM has a problem that an image is blurred if the sample surface is not accurately focused. In addition, if the brightness and contrast of the image are insufficient, there is a problem that accurate measurement cannot be performed. For example, as disclosed in Patent Document 1, it is known that a focus is evaluated using an image obtained by scanning an electron beam on a measurement target, and adjustment is performed based on the evaluation value. .

特開2001−68048号公報JP 2001-68048 A

しかしながら、上記評価を行うための電子ビーム照射であっても、試料にダメージを与える可能性がある。特にArFレジストは、極力電子ビームを照射することなく測定することが望ましいが、上記各パラメータの調整を行わないと測定の高精度化を実現することはできない。試料に対するダメージと測定の高精度化はトレードオフの関係にあった。   However, even the electron beam irradiation for performing the above evaluation may damage the sample. In particular, it is desirable to measure an ArF resist without irradiating an electron beam as much as possible. However, it is impossible to achieve high measurement accuracy unless the above parameters are adjusted. There was a trade-off between the damage to the sample and the higher accuracy of measurement.

本発明は、測定対象へのダメージの低減と、測定の高精度化の両立が可能な荷電粒子線装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus capable of both reducing damage to a measurement object and improving measurement accuracy.

上記目的を解決するため、本発明によれば、第一に試料への荷電粒子線の走査によって、前記試料から放出される荷電粒子を検出し、当該荷電粒子の検出に基づいて、前記試料上の走査領域の画像を形成し、当該形成された画像に基づいて、前記荷電粒子線の焦点,前記画像の明るさ、及び/又は前記画像のコントラストを調整する荷電粒子線装置の調整方法において、前記試料上に形成された第1のパターンへの前記荷電粒子線の走査に基づいて形成される第1の画像に基づいて、前記荷電粒子線の焦点,前記画像の明るさ、及び/又は前記画像のコントラストを調整し、当該調整値を記憶し、当該記憶された調整条件を用いて、前記第1のパターンとは異なる第2のパターンに対する前記荷電粒子線の走査を行うことを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法および荷電粒子線装置を提供する。   In order to solve the above-mentioned object, according to the present invention, first, charged particles emitted from the sample are detected by scanning a charged particle beam on the sample, and on the sample based on the detection of the charged particles. In the adjustment method of the charged particle beam apparatus, the image of the scanning region is formed, and the focal point of the charged particle beam, the brightness of the image, and / or the contrast of the image are adjusted based on the formed image. Based on the first image formed based on the scanning of the charged particle beam to the first pattern formed on the sample, the focus of the charged particle beam, the brightness of the image, and / or the The image contrast is adjusted, the adjustment value is stored, and the charged particle beam is scanned with respect to a second pattern different from the first pattern using the stored adjustment condition. Charged particles It provides an adjustment method and a charged particle beam apparatus of the line device.

上記構成によれば、第2のパターンへの電子線の照射量を減らすことができる。本発明の他の構成及び効果について、以下発明の実施の形態で述べる。   According to the said structure, the irradiation amount of the electron beam to a 2nd pattern can be reduced. Other configurations and effects of the present invention will be described in the following embodiments of the present invention.

本発明によれば、測定対象へのダメージの低減と、測定の高精度化の両立が可能な荷電粒子線装置を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the charged particle beam apparatus which can make the reduction of the damage to a measuring object and the improvement of the precision of a measurement compatible.

図1は本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の構成を示す図である。陰極1と第一陽極2の間には、制御演算装置30(制御プロセッサ)で制御される高電圧制御電源21により電圧が印加され、所定のエミッション電流が陰極1から引き出される。陰極1と第二陽極3の間には制御演算装置30で制御される高電圧制御電源21により加速電圧が印加されるため、陰極1から放出された電子ビーム4は加速されて後段のレンズ系に進行する。電子ビーム4は、集束レンズ制御電源22で制御された集束レンズ5で収束され、絞り板8で電子ビーム4の不要な領域が除去される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a scanning electron microscope according to an embodiment of the present invention. A voltage is applied between the cathode 1 and the first anode 2 by a high voltage control power source 21 controlled by a control arithmetic device 30 (control processor), and a predetermined emission current is drawn from the cathode 1. Since an acceleration voltage is applied between the cathode 1 and the second anode 3 by a high voltage control power source 21 controlled by a control arithmetic unit 30, the electron beam 4 emitted from the cathode 1 is accelerated and a subsequent lens system. Proceed to. The electron beam 4 is converged by the focusing lens 5 controlled by the focusing lens control power source 22, and an unnecessary area of the electron beam 4 is removed by the diaphragm plate 8.

その後、対物レンズ制御電源23で制御された対物レンズ7により試料9に微小スポットとして集束され、偏向器11で試料上を二次元的に走査される。偏向器11の走査信号は、観察倍率に応じて偏向器制御電源24により制御される。また、試料9は二次元的に移動可能な試料ステージ41上に固定されている。試料ステージ41はステージ制御部25により移動が制御される。   Thereafter, the light is focused as a fine spot on the sample 9 by the objective lens 7 controlled by the objective lens control power source 23 and is scanned two-dimensionally on the sample by the deflector 11. The scanning signal of the deflector 11 is controlled by the deflector control power source 24 in accordance with the observation magnification. The sample 9 is fixed on a sample stage 41 that can move two-dimensionally. The movement of the sample stage 41 is controlled by the stage control unit 25.

電子ビーム4の照射によって試料9から発生した二次電子10は二次電子検出器12により検出され、描画装置28は検出された二次信号を可視信号に変換して別の平面上に適宜配列するように制御を行うことで、試料像表示装置26に試料の表面形状に対応した画像を試料像として表示する。   The secondary electrons 10 generated from the sample 9 by the irradiation of the electron beam 4 are detected by the secondary electron detector 12, and the drawing device 28 converts the detected secondary signals into visible signals and arranges them appropriately on another plane. By performing the control as described above, an image corresponding to the surface shape of the sample is displayed on the sample image display device 26 as a sample image.

入力装置27はオペレータと制御演算装置30のインターフェースを行うもので、オペレータはこの入力装置27を介して上述の各ユニットの制御を行う他に、測定点の指定や寸法測定の指令を行う。なお、制御演算装置30には図示しない記憶装置が設けられており、得られた測長値や各ユニットに対する制御条件等を記憶できるようになっている。   The input device 27 serves as an interface between the operator and the control arithmetic device 30. The operator controls the above-described units via the input device 27, and also designates measurement points and gives a dimension measurement command. Note that the control arithmetic device 30 is provided with a storage device (not shown) so that the obtained length measurement values, control conditions for each unit, and the like can be stored.

二次電子検出器12で検出された信号は、信号アンプ13で増幅された後、描画装置28内の画像メモリに蓄積されるようになっている。なお、本実施例装置は二次電子検出器12を備えているが、これに限られることはなく、反射電子を検出する反射電子検出器や光,電磁波,X線,イオンを検出する検出器を二次電子検出器に替えて、或いは一緒に備えることも可能である。   The signal detected by the secondary electron detector 12 is amplified by the signal amplifier 13 and then stored in the image memory in the drawing device 28. The apparatus of this embodiment includes the secondary electron detector 12. However, the present invention is not limited to this. A reflected electron detector that detects reflected electrons and a detector that detects light, electromagnetic waves, X-rays, and ions. Can be provided instead of or together with the secondary electron detector.

画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号は、制御演算装置30内、或いは別に設置されたコンピュータ内で生成され、アナログ変換された後に、偏向器11に供給される。X方向のアドレス信号は、例えば画像メモリが512×512画素(pixel)の場合、0から512を繰り返すデジタル信号であり、Y方向のアドレス信号は、X方向のアドレス信号が0から512に到達したときにプラス1される0から512の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。   An address signal corresponding to the memory location of the image memory is generated in the control arithmetic unit 30 or in a separately installed computer, converted into an analog signal, and then supplied to the deflector 11. The address signal in the X direction is a digital signal that repeats from 0 to 512, for example, when the image memory has 512 × 512 pixels, and the address signal in the Y direction reaches the address signal in the X direction from 0 to 512. It is a digital signal repeated from 0 to 512 that is sometimes incremented by one. This is converted into an analog signal.

画像メモリのアドレスと電子ビームを走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには走査コイルによる電子線の偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、試料像表示装置28の輝度変調信号となる。   Since the address of the image memory corresponds to the address of the deflection signal for scanning the electron beam, a two-dimensional image of the deflection region of the electron beam by the scanning coil is recorded in the image memory. Note that signals in the image memory can be sequentially read out in time series by a read address generation circuit synchronized with a read clock. The signal read corresponding to the address is converted into an analog signal and becomes a luminance modulation signal of the sample image display device 28.

また本発明実施例装置は、検出された二次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。   The apparatus according to the present invention has a function of forming a line profile based on detected secondary electrons or reflected electrons. The line profile is formed based on the amount of detected electrons when the primary electron beam is scanned one-dimensionally or two-dimensionally or the luminance information of the sample image. The obtained line profile is, for example, on a semiconductor wafer. It is used for measuring the dimension of the formed pattern.

パターンの寸法測定は、試料像表示装置26に画像とともに2本の垂直または水平カーソル線を表示させ、入力装置27を介してその2本のカーソルをパターンの2箇所のエッジへ設置し、試料像の像倍率と2本のカーソルの距離の情報をもとに制御演算装置30でパターンの寸法値として測定値を算出する。   In measuring the dimension of the pattern, the sample image display device 26 displays two vertical or horizontal cursor lines together with the image, and the two cursors are placed on the two edges of the pattern via the input device 27. Based on the information of the image magnification and the distance between the two cursors, the control arithmetic unit 30 calculates the measured value as the dimension value of the pattern.

更に、本発明実施例装置は、半導体ウェハ上の測定個所を特定する際に、その測定個所の近傍のユニークな形状のパターン(マッチングパターン)を用いて、荷電粒子線の走査位置の位置合わせを行う機能を備えている。このようなパターン画像と共に、当該パターンと測定すべき測定対象パターンとの距離(或いは電子ビームの偏向量、及び/又は試料ステージの移動量)が記憶装置に記憶されている。   Furthermore, when specifying the measurement location on the semiconductor wafer, the embodiment device of the present invention uses the unique shape pattern (matching pattern) in the vicinity of the measurement location to align the scanning position of the charged particle beam. Has the ability to do. Along with such a pattern image, the distance between the pattern and the measurement target pattern to be measured (or the deflection amount of the electron beam and / or the movement amount of the sample stage) is stored in the storage device.

このようなマッチングパターンと、実際に取得されたSEM画像とのマッチングをとることで、電子ビームが走査されている視野を正確に把握し、測定対象パターンへ電子ビームの走査範囲を正確に位置付けることが可能となる。   By matching such a matching pattern with the actually acquired SEM image, the field of view in which the electron beam is scanned is accurately grasped, and the scanning range of the electron beam is accurately positioned in the measurement target pattern. Is possible.

なお、図1の説明は制御プロセッサ部(制御演算装置)が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次電子検出器12で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。   In the description of FIG. 1, the control processor unit (control arithmetic unit) is described as being integrated with or equivalent to the scanning electron microscope, but of course is not limited thereto, and is provided separately from the scanning electron microscope body. The control processor may perform processing as described below. In this case, a detection signal detected by the secondary electron detector 12 is transmitted to the control processor, a transmission medium for transmitting a signal from the control processor to a lens or a deflector of the scanning electron microscope, and the like via the transmission medium. An input / output terminal for inputting / outputting a transmitted signal is required.

また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。   Alternatively, a program for performing the processing described below may be registered in a storage medium, and the program may be executed by a control processor that has an image memory and supplies necessary signals to the scanning electron microscope.

更に、本実施例装置は、例えば半導体ウェハ上の複数点を観察する際の条件(測定個所,走査電子顕微鏡の光学条件等)を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、測定や観察を行う機能を備えている。   Further, the apparatus of this embodiment stores in advance, for example, a condition (measurement location, optical conditions of a scanning electron microscope, etc.) for observing a plurality of points on a semiconductor wafer as a recipe, It has a function to perform observation.

また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。即ち、以下に説明する本発明実施例は画像プロセッサを備えた走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に採用可能なプログラムの発明としても成立するものである。   Alternatively, a program for performing the processing described below may be registered in a storage medium, and the program may be executed by a control processor that has an image memory and supplies necessary signals to the scanning electron microscope. That is, the embodiment of the present invention described below is also established as an invention of a program that can be used in a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope equipped with an image processor.

図2は、測長までのフローである。測長したいパターンを探し出して視野の中央に写るようにするために、まず、マッチングパターン(第1のパターン)へ視野を移動する(S301)。マッチングパターンとは上述のように、その近傍に存在しないような特有の形状を持っているパターンであり、あらかじめそのウェハ上の座標がわかっているものである。   FIG. 2 is a flow up to length measurement. In order to search for a pattern to be measured and place it in the center of the field of view, first, the field of view is moved to the matching pattern (first pattern) (S301). As described above, the matching pattern is a pattern having a unique shape that does not exist in the vicinity thereof, and the coordinates on the wafer are known in advance.

ウェハが乗っているステージを動かして、マッチングパターンが視野の中央に来るようにする。ステージの位置決め誤差のため、マッチングパターンは必ずしも視野の中央には写らないものの、その特有の形状をしたパターンを視野内で探し出し、位置決め誤差を修正する。このとき、マッチングパターンが鮮明に写っていないと、その検出が失敗してしまうことがある。そのため、まず、ABCCが実行される(S302)。ABCCとは明るさ及びコントラストの制御(ABCC:Automatic Brightness and Contrast Control)のことである。これは、画像信号の検出系の増幅率を調節して、充分な明るさの画像を得るためのものである。また、画像の充分なコントラストを得る必要もあるので、画像信号の最大値と最小値が、画像ピクセルの明るさの階調幅にぴったり収まるように、さらに検出系の増幅率を調節する必要がある。   The stage on which the wafer is placed is moved so that the matching pattern is in the center of the field of view. Although the matching pattern does not necessarily appear in the center of the field of view due to the positioning error of the stage, a pattern having a unique shape is searched for in the field of view and the positioning error is corrected. At this time, if the matching pattern is not clearly visible, the detection may fail. Therefore, first, ABCC is executed (S302). ABCC is automatic brightness and contrast control (ABCC). This is to obtain an image with sufficient brightness by adjusting the amplification factor of the image signal detection system. In addition, since it is necessary to obtain a sufficient contrast of the image, it is necessary to further adjust the amplification factor of the detection system so that the maximum value and the minimum value of the image signal fall within the brightness gradation width of the image pixel. .

ABCCによって、マッチングパターンを含んだ画像上のパターンが鮮明に写るようになってから、次にAFCを行う(S303)。AFCとは焦点合わせ(AFC:Automatic Focus Control)である。AFCでは、パターンに電子線をあてて得られた画像に対して画像処理を行い、パターンのシャープネスを定量化する。この定量値(評価値)が最適値になるまで、電子光学系の焦点制御パラメータを少しずつ変化させてゆき、結果として焦点の合ったシャープな画像が得られる。ABCC(S302)とAFC(S303)において求められた制御パラメータは、記憶装置等に記録しておく。   After the pattern on the image including the matching pattern is clearly captured by ABCC, AFC is performed next (S303). AFC is focusing (AFC: Automatic Focus Control). In AFC, image processing is performed on an image obtained by applying an electron beam to a pattern, and the sharpness of the pattern is quantified. The focus control parameter of the electron optical system is changed little by little until the quantitative value (evaluation value) becomes an optimum value, and as a result, a sharp image in focus is obtained. The control parameters obtained in ABCC (S302) and AFC (S303) are recorded in a storage device or the like.

画像上のパターンが鮮明にかつシャープに写るようになったので、画像中に存在するマッチングパターンをより確実に探し出すことが可能になる。そこで、位置ずれ補正を行い(S304)、マッチングパターンが視野の中央に来るように調節する。この調節ではステージを動かさず、電子ビームを平行移動させることによって、視野上のマッチングパターンを動かす。   Since the pattern on the image is sharp and sharp, it is possible to more reliably find a matching pattern existing in the image. Therefore, the positional deviation correction is performed (S304), and adjustment is performed so that the matching pattern comes to the center of the visual field. In this adjustment, the matching pattern on the field of view is moved by translating the electron beam without moving the stage.

以上のステップにより、ステージの位置決め誤差が修正されたので、次は測長パターン(第2のパターン)へ視野を移動する(S305)。マッチングパターンに対する測長パターンの相対的な位置の情報があらかじめわかっているので、この分だけビームシフトを行って、画像の中央付近に測長パターンが位置するようにする。   Since the stage positioning error has been corrected by the above steps, the visual field is moved to the length measurement pattern (second pattern) (S305). Since information on the relative position of the length measurement pattern with respect to the matching pattern is known in advance, the beam shift is performed by this amount so that the length measurement pattern is positioned near the center of the image.

ここで、測長パターンにおいてはABCCとAFCは行わず、マッチングパターンで得られたABCC及びAFCの制御パラメータを用いて測長パターンの画像データを取得する。あらかじめマッチングパターンの画像データを取得しておき、このデータからABCCのパラメータを求め、用いても良い。   Here, ABCC and AFC are not performed in the length measurement pattern, and the image data of the length measurement pattern is acquired using the control parameters of ABCC and AFC obtained by the matching pattern. Image data of a matching pattern may be acquired in advance, and ABCC parameters may be obtained from this data and used.

従来は、ほぼ画像取得ごとにABCC及びAFCが行われてきた。ABCCとAFCでは、視野領域に実際に電子線を照射し、検出される画像信号に基づいてそれらの調節が行われている。しかしながら、パターンがArFレジスト等、電子線照射によってシュリンクする性質を持ったものである場合、ABCCやAFCのための画像取得の間にパターンがシュリンクしてしまう。このことは、ABCCやAFCを行った瞬間に測長値に誤差が発生することを意味する。   Conventionally, ABCC and AFC have been performed almost every image acquisition. In ABCC and AFC, the field of view is actually irradiated with an electron beam, and the adjustment is performed based on the detected image signal. However, when the pattern has a property of shrinking by electron beam irradiation, such as an ArF resist, the pattern shrinks during image acquisition for ABCC or AFC. This means that an error occurs in the length measurement value at the moment when ABCC or AFC is performed.

本発明実施例では、ABCCやAFCの実施を、測長パターンにおいて制限すると共に、測長パターンと異なり、シュリンクによるダメージの影響が許容されるマッチングパターンを用いて、ABCCやAFCの制御パラメータ(調整条件)を求める処理を行う(S306)。   In the embodiment of the present invention, the implementation of ABCC and AFC is limited in the measurement pattern, and unlike the measurement pattern, the control parameter (adjustment) of ABCC or AFC is used by using a matching pattern in which the influence of damage due to shrinkage is allowed. Processing for obtaining the condition is performed (S306).

マッチングパターンは、測長パターンに近接した位置に存在すると共に、電子ビームが測定パターンに到達する過程で、電子ビームが走査され画像取得されるものである。よって、上記処理を行うことによって、スループットを落とすことなく正確な制御パラメータを求めることが可能となる。   The matching pattern exists at a position close to the length measurement pattern, and an image is acquired by scanning the electron beam in the process in which the electron beam reaches the measurement pattern. Therefore, by performing the above processing, it is possible to obtain an accurate control parameter without reducing the throughput.

本発明実施例では、ABCC及びAFCの測長パターンにおける実施を制限することで測長値の精度向上を図ることができる。半導体ウェハ等は、試料上に多数のマッチングパターンと測定対象パターンが存在するが、その中でマッチングパターンを用いて、選択的にABCCやAFCの評価値を取得するようにすることで、測定対象パターンへのダメージを低減することができる。   In the embodiment of the present invention, it is possible to improve the accuracy of the length measurement value by limiting the implementation in the length measurement pattern of ABCC and AFC. Semiconductor wafers, etc. have many matching patterns and measurement target patterns on the sample. By using the matching patterns among them, the evaluation values of ABCC and AFC can be acquired selectively, so that the measurement target Damage to the pattern can be reduced.

測長を行うには、可能な限り鮮明な画像を得る必要がある。そこで、画像処理(明るさとコントラストを補正)を行う。そのやり方は、例えば以下のような方法である。画像を構成している各ピクセルが持つ明るさの階調値についてヒストグラムを作成する。その例を図3に示す。横軸は階調値であり、縦軸はその階調値を持ったピクセルの個数を示している。明るさを表現する階調値には上限値と下限値があり、その範囲が明るさ階調値の許容範囲401として図中に示されている。   In order to perform length measurement, it is necessary to obtain as clear an image as possible. Therefore, image processing (correcting brightness and contrast) is performed. The method is, for example, the following method. A histogram is created for the brightness gradation values of each pixel constituting the image. An example is shown in FIG. The horizontal axis represents the gradation value, and the vertical axis represents the number of pixels having the gradation value. The gradation value expressing brightness has an upper limit value and a lower limit value, and the range is shown in the drawing as an allowable range 401 of the brightness gradation value.

ABCC(S302)とAFC(S303)において求められた制御パラメータを用いて得られた、測長パターン画像ピクセルの階調値の分布は、微調整前の分布曲線402で示されている。制御パラメータは、マッチングパターン画像に対して求められたものなので、測長パターン画像に対しては、微妙なずれが生じる。この例では、微調整前の分布曲線402の幅が、明るさ階調値の許容範囲401に比べて狭いものになっている。このようにすると、以降の微調整が正しく行えるようになるので、ABCC(S302)のパラメータをそのまま使わずに、少し偏差を持たせて、微調整前の分布曲線402が、明るさ階調値の許容範囲401内に常に収まるようにする。   The distribution of gradation values of length measurement pattern image pixels obtained using the control parameters obtained in ABCC (S302) and AFC (S303) is indicated by a distribution curve 402 before fine adjustment. Since the control parameter is obtained with respect to the matching pattern image, a slight deviation occurs with respect to the length measurement pattern image. In this example, the width of the distribution curve 402 before fine adjustment is narrower than the permissible range 401 of the brightness gradation value. In this way, since the subsequent fine adjustment can be performed correctly, the ABCC (S302) parameter is not used as it is, and the distribution curve 402 before the fine adjustment has a brightness gradation value with a slight deviation. Always within the allowable range 401.

微調整前の分布曲線402の中心は、明るさ階調値の許容範囲401の中央よりも暗いほうに位置しているので、測長パターンの画像はやや暗いものとなり、鮮明度を調節しなければ、正確な測長値を得ることができない。また、微調整前の分布曲線402の幅は、明るさ階調値の許容範囲401の半分程度にしか広がっていないので、画像のコントラストが不十分となり、やはり測長値の精度が不十分となる。そこで、例えば以下のようなピクセル階調値の微調整を行う。   Since the center of the distribution curve 402 before fine adjustment is located darker than the center of the brightness gradation value allowable range 401, the image of the length measurement pattern becomes slightly dark and the sharpness must be adjusted. If this is the case, an accurate length measurement value cannot be obtained. Further, since the width of the distribution curve 402 before fine adjustment extends only to about half of the allowable range 401 of the brightness gradation value, the contrast of the image is insufficient, and the accuracy of the length measurement value is also insufficient. Become. Therefore, for example, the following fine adjustment of the pixel gradation value is performed.

画像中のx行y列に位置しているピクセルの階調値で、微調整前のものをp(x,y)、微調整後のものをp′(x,y)とする。このとき、p′(x,y)=A×p(x,y)+B…(式1)(A、Bは調整パラメータ)となるように微調整を行う。p′(x,y)の階調値では、微調整後の分布曲線403となる。p′(x,y)の画像では、微調整後の分布曲線403の中心が、明るさ階調値の許容範囲401のほぼ中央に位置しているので、測長パターン画像の鮮明さが改善されている。また、微調整後の分布曲線403の幅は、明るさ階調値の許容範囲401いっぱいに広げられたので、画像のコントラストも改善されている。したがって、測長パターンの画質が改善されることによって、測長値の精度が向上する。また、以上に説明した方法は実際の電子ビーム照射を伴わないので、それらによるシュリンクは発生しない。   The gradation value of the pixel located in the x row and the y column in the image is assumed to be p (x, y) before fine adjustment, and p ′ (x, y) after fine adjustment. At this time, fine adjustment is performed so that p ′ (x, y) = A × p (x, y) + B (Expression 1) (A and B are adjustment parameters). With the tone value of p ′ (x, y), the distribution curve 403 after fine adjustment is obtained. In the image of p ′ (x, y), the center of the finely-adjusted distribution curve 403 is located at the approximate center of the brightness gradation value allowable range 401, so the sharpness of the length measurement pattern image is improved. Has been. In addition, since the width of the distribution curve 403 after fine adjustment is expanded to the full allowable range 401 of the brightness gradation value, the contrast of the image is also improved. Therefore, the accuracy of the length measurement value is improved by improving the image quality of the length measurement pattern. Moreover, since the method demonstrated above does not involve actual electron beam irradiation, the shrinkage by them does not generate | occur | produce.

画像処理(S307)の次に、ビームスキャン回数を一定にしたAFCを行う。AFCでは、制御が収束するまで制御ループが繰り返されているが、そのループ回数が一定でなくばらついているため、測長が行われるたびに異なる量の電子線がAFCにおいて測長パターンに照射され、それから生じる帯電や汚れの量が変動して測長値がばらつくという問題がある。   Next to the image processing (S307), AFC is performed with a fixed number of beam scans. In AFC, the control loop is repeated until the control converges. However, since the number of loops is not constant and varies, each time length measurement is performed, a different amount of electron beam is irradiated onto the length measurement pattern in AFC. There is a problem that the measured value varies due to fluctuations in the amount of charge and dirt resulting therefrom.

ここでは、それを解決すべく、必ずL回のビームスキャンを行う。実際にAFCが最適化されるのに必要なビームスキャン回数が、Lより少ない回数であったとしても、回数がL回に達するまでそのままビームスキャンが続けられる。こうすることで、測長を行うごとにばらついていた電子照射量が、常に一定になり、このとき発生するシュリンク量も一定となる。これにより、シュリンク量のばらつきにより生じていた測長の精度劣化が改善される。このあとに、画像上のパターンを測長が実施され、シュリンク量が少なく、かつ精度の高い測長が可能となる。焦点調整は、前記試料を集束するための対物レンズ、或いは前記試料に到達する前記荷電粒子線の到達エネルギーを調整するために、前記試料に印加される電圧を調整することによって行うことができる。   Here, in order to solve this, L beam scans are always performed. Even if the number of beam scans required to actually optimize the AFC is less than L, the beam scan is continued as it is until the number reaches L times. By doing so, the amount of electron irradiation that has been varied every time measurement is performed is always constant, and the amount of shrinkage generated at this time is also constant. Thereby, the accuracy degradation of the length measurement caused by the variation in the shrink amount is improved. Thereafter, length measurement is performed on the pattern on the image, and the amount of shrinkage is small and length measurement with high accuracy becomes possible. The focus adjustment can be performed by adjusting the voltage applied to the sample in order to adjust the arrival energy of the objective lens for focusing the sample or the charged particle beam reaching the sample.

上記の構成でその効果を図4に示す。電子ビーム照射を行ってABCCを行った場合に得られた測長値501は、測長回数が増すごとにシュリンク量が増大し、10回測定後のシュリンク量502は相当な大きさとなる。一方、本発明の方式で得られた測長値503においては、本発明の方式で生じたシュリンク量504が発生している。   The effect of the above configuration is shown in FIG. The length measurement value 501 obtained when the electron beam irradiation is performed and the ABCC is performed, the shrink amount increases as the number of measurement times increases, and the shrink amount 502 after the tenth measurement becomes a considerable size. On the other hand, in the measured value 503 obtained by the method of the present invention, the shrink amount 504 generated by the method of the present invention is generated.

本発明の方式では、測長パターンに対してABCCのための電子ビームが照射されていないので、その分シュリンク量を、約半分に抑えることができた。   In the method of the present invention, since the electron beam for ABCC is not irradiated to the length measurement pattern, the amount of shrinkage can be reduced to about half.

また、ビームスキャン回数を一定にしたAFCが行われているので、電子線照射量のばらつきにより生じていた帯電や汚れのばらつきが無くなり、結果としてそれらが原因で発生していた測長値のばらつきも無くなった。よって、本発明の方式で生じたシュリンク量504のデータにおいては、データのばらつきが、測長値501におけるデータのばらつきよりも、明らかに小さくなっている。   In addition, since AFC is performed with a constant number of beam scans, there is no variation in charging and dirt caused by variations in the amount of electron beam irradiation, and as a result, variations in measured values caused by them. Also disappeared. Therefore, in the data of the shrinkage amount 504 generated by the method of the present invention, the data variation is clearly smaller than the data variation in the length measurement value 501.

以上ここではマッチングパターンにおいてAFC,ABCCを調整し、その制御パラメータを測長パターンの画像取得時に使用する例を示したが、制御パラメータを得るためのパターンはマッチングパターンに限られる必要はなく、測長パターンの近くのパターンであればよい。   In the above, an example is shown in which AFC and ABCC are adjusted in the matching pattern and the control parameter is used when acquiring the image of the length measurement pattern. However, the pattern for obtaining the control parameter need not be limited to the matching pattern. Any pattern near the long pattern may be used.

図5は、AFCの処理条件を設定するGUI(Graphical User Interface)画面である。本実施例装置は、試料上の複数点を観察する際の調整条件(測定個所,走査電子顕微鏡の光学条件等)を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、測定や観察を行う機能を備えている。本実施例装置の制御演算装置30は、レシピで設定された条件に従って走査電子顕微鏡を制御する。図3は、複数種ある調整条件の内、AFCのタイミングを設定するGUIである。当該GUI画面は、例えば図示しないポインティングデバイス等によって、操作される。   FIG. 5 is a GUI (Graphical User Interface) screen for setting AFC processing conditions. The apparatus according to the present embodiment stores in advance adjustment conditions (measurement points, optical conditions of a scanning electron microscope, etc.) for observing a plurality of points on a sample as a recipe, and performs measurement and observation according to the contents of the recipe. It has a function. The control arithmetic unit 30 of the apparatus of this embodiment controls the scanning electron microscope according to the conditions set in the recipe. FIG. 3 shows a GUI for setting the AFC timing among a plurality of types of adjustment conditions. The GUI screen is operated by, for example, a pointing device (not shown).

図6のGUI画面上では、各測長個所でAFCを行うか、マッチングパターンでAFCを行うかを選択することができる。このような選択手段を備えることにより、測長パターンに対するダメージを低減するためにマッチングパターンにおいて選択的にAFCを行うか、測長の高精度化を図るべく各測長パターンにおいてAFCを行うかを任意に選択することができる。   On the GUI screen of FIG. 6, it is possible to select whether AFC is performed at each measurement location or AFC is performed using a matching pattern. By providing such a selection means, whether to perform AFC selectively in the matching pattern in order to reduce damage to the length measurement pattern or whether to perform AFC in each length measurement pattern in order to improve the length measurement accuracy. Can be arbitrarily selected.

試料の種類によっては電子ビーム照射によって、それほどダメージを受けない試料もあるため、上記のような選択肢を設けることによって、ダメージの抑制、或いは高精度なAFCのいずれで測長の高精度化を図るか、試料条件やオペレータの経験則に基づいて任意に設定することができる。   Depending on the type of sample, there is a sample that is not damaged so much by electron beam irradiation. Therefore, by providing the above options, the length measurement can be made highly accurate by suppressing damage or by using high-precision AFC. Alternatively, it can be set arbitrarily based on sample conditions and operator's empirical rules.

図6のGUI画面は、AFCのタイミングを直接的に設定するためのものであるが、このような形態に限られることはなく、例えば試料の種類を入力するようなGUI画面としても良い。電子ビーム照射によるダメージが懸念されるものとそうでないものを選択し得るように構成することで、図6のGUI画面とほぼ同等の効果を達成することができる。   The GUI screen shown in FIG. 6 is used to directly set the AFC timing. However, the GUI screen is not limited to such a form. For example, the GUI screen may be used to input a sample type. By configuring so as to be able to select what is not likely to be damaged by electron beam irradiation and what is not, it is possible to achieve substantially the same effect as the GUI screen of FIG.

本実施例は、第一のパターン(例えばマッチングパターン)においてAFC及び/またはABCCを行い、得られたパラメータを用いて第2のパターン(測長パターン)を取得し、コントラスト及び明るさを画像処理により調整するところまでは実施例1と同じである。その後、焦点を合わせる方法が実施例1とは異なる。本実施例では高さを求めるためにSEMに備えられているZセンサを用いて、マッチングパターンと測長パターンの高さの差を予め求めておき、マッチングパターンのAFCのパラメータと、高さの差から測長パターンに焦点をあわせる。   In the present embodiment, AFC and / or ABCC is performed on a first pattern (for example, a matching pattern), a second pattern (length measurement pattern) is acquired using the obtained parameters, and contrast and brightness are image-processed. The process up to the point of adjustment is the same as in the first embodiment. Thereafter, the method of focusing is different from that of the first embodiment. In this embodiment, the Z sensor provided in the SEM is used to obtain the height, the difference between the height of the matching pattern and the length measurement pattern is obtained in advance, and the AFC parameter of the matching pattern and the height Focus on the measurement pattern from the difference.

そのような構成とすることで、測長パターンに電子線を照射することなくAFCを行うことが可能であり、さらに測長パターンへの電子線照射量を低減することができる。焦点調整は、前記試料を集束するための対物レンズ、或いは前記試料に到達する前記荷電粒子線の到達エネルギーを調整するために、前記試料に印加される電圧(リターディング電圧)を調整することによって行うことができる。   By adopting such a configuration, it is possible to perform AFC without irradiating the length measurement pattern with an electron beam, and it is possible to further reduce the amount of electron beam irradiation to the length measurement pattern. Focus adjustment is performed by adjusting a voltage (retarding voltage) applied to the sample in order to adjust the arrival energy of the objective lens for focusing the sample or the charged particle beam reaching the sample. It can be carried out.

本実施例では、マッチングパターンと測長パターンとの高さの違いが、設計値等によって、予め判っている場合、その高さの違いを補完する焦点調整量を予め記憶しておき、マッチングパターンにてフォーカス調整を行った後、その際の制御パラメータと補完調整量に基づいて、測定パターンへの焦点調整を行う。このような構成によれば、測定パターンにおいて焦点調整のための画像形成を行わずとも、実質的に同じ焦点調整を行うことができる。   In this embodiment, when the difference in height between the matching pattern and the length measurement pattern is known in advance based on the design value or the like, a focus adjustment amount that complements the difference in height is stored in advance, and the matching pattern After performing the focus adjustment at, the focus adjustment to the measurement pattern is performed based on the control parameter and the complementary adjustment amount at that time. According to such a configuration, substantially the same focus adjustment can be performed without performing image formation for focus adjustment in the measurement pattern.

以上、本発明実施例は荷電粒子線装置の1つである走査電子顕微鏡を例にとって、説明したが、イオンビームを試料上に走査して画像を形成するイオンビーム装置等、他の荷電粒子線装置にも適用が可能である。   As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking the scanning electron microscope as one of charged particle beam apparatuses as an example. However, other charged particle beams such as an ion beam apparatus that forms an image by scanning an ion beam on a sample are described. It can also be applied to devices.

走査電子顕微鏡の概略構成図。The schematic block diagram of a scanning electron microscope. 本発明実施例のABCC及びAFCのフローチャート。The flowchart of ABCC and AFC of an Example of this invention. ABCCの微調整を行う実施例を説明する図。The figure explaining the Example which performs fine adjustment of ABCC. シュリンク量の低減効果を示すグラフ。The graph which shows the reduction effect of shrink amount. AFCの処理条件を設定するGUI画面。GUI screen for setting AFC processing conditions.

符号の説明Explanation of symbols

1…陰極、2…第一陽極、3…陽極、4…電子ビーム、5…集束レンズ、7…対物レンズ、8…絞り板、9…試料、10…二次電子、11…偏向器、12…二次電子検出器、30…制御演算装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... 1st anode, 3 ... Anode, 4 ... Electron beam, 5 ... Condensing lens, 7 ... Objective lens, 8 ... Diaphragm | plate, 9 ... Sample, 10 ... Secondary electron, 11 ... Deflector, 12 ... secondary electron detector, 30 ... control arithmetic unit.

Claims (3)

試料への荷電粒子線の走査によって、前記試料から放出される荷電粒子を検出し、当該荷電粒子の検出に基づいて、前記試料上の走査領域の画像を形成し、当該形成された画像に基づいて、前記荷電粒子線の焦点を調整する荷電粒子線装置の調整方法において、
前記試料に対する前記荷電粒子線の走査を、前記荷電粒子線の焦点を変化させながら行うことによって、焦点の合った画像を得るための制御パラメータを取得する調整方法であって、前記焦点の合った画像を得るための制御パラメータが取得された後も、前記荷電粒子線の走査回数が、予め定められた所定回数に達するまでは、前記荷電粒子線の走査を繰り返すことを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
A charged particle beam is scanned on the sample to detect charged particles emitted from the sample, and based on the detection of the charged particles, an image of a scanning region on the sample is formed. Based on the formed image In the adjustment method of the charged particle beam device for adjusting the focal point of the charged particle beam,
An adjustment method for obtaining a control parameter for obtaining a focused image by performing scanning of the charged particle beam with respect to the sample while changing a focus of the charged particle beam. The charged particle beam is characterized by repeating the scanning of the charged particle beam until the number of scans of the charged particle beam reaches a predetermined number of times after the control parameter for obtaining an image is acquired. Device adjustment method.
請求項1において、
前記焦点調整は、前記試料を集束するための対物レンズの調整、或いは前記試料に印加される電圧を調整することによって行われることを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
In claim 1,
The method of adjusting a charged particle beam apparatus, wherein the focus adjustment is performed by adjusting an objective lens for focusing the sample or adjusting a voltage applied to the sample.
荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を走査する走査偏向器と、前記荷電粒子線の照射に基づいて試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて画像を形成する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記試料に対する前記荷電粒子線の走査を、前記荷電粒子線の焦点を変化させながら行うことによって、焦点の合った画像を得るための制御パラメータを取得すると共に、前記焦点の合った画像を得るための制御パラメータが取得された後も、前記荷電粒子線の走査回数が、予め定められた所定回数に達するまでは、前記荷電粒子線の走査を繰り返すことを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source, a scanning deflector that scans a charged particle beam emitted from the charged particle source, a detector that detects charged particles emitted from a sample based on irradiation of the charged particle beam, and the detector In a charged particle beam apparatus comprising a detector that detects charged particles emitted from a sample based on the output of the detector, and a control device that forms an image based on the output of the detector,
The control device performs scanning of the charged particle beam with respect to the sample while changing a focus of the charged particle beam, thereby acquiring a control parameter for obtaining a focused image and adjusting the focus. The charged particle beam is repeatedly scanned until the number of scans of the charged particle beam reaches a predetermined number of times even after the control parameter for obtaining an image is obtained. Wire device.
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