JP5425601B2 - 荷電粒子線装置およびその画質改善方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態においては、本発明に係る荷電粒子線装置の1つである走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:以下、SEMと記載する)について説明する。ただし、これに限られるものではなく、走査型イオン顕微鏡(Scanning Ion Microscope:SIM)などであっても良い。
本発明の実施の形態1を、図6〜図19および図25を用いて説明する。
上述のように、合成方法は線形合成方法でも良いし、非線形合成方法でも良い。線形合成方法に関しては、例えば、(式1)に示されている一般的な方法を用いても良いが、これに限らない。(式1)において、検出画像セットをxi(i=1、2、3、…、n)、合成後画像をy、合成制御パラメータ(線形合成重み係数)をαiとする。
非線形合成方法に関しては、例えば、(式2)の方法を用いても良いが、これに限らない。式中のf(xi)は非線形関数であり、入力とする各検出画像の明度レベルをレベルごとに異なる増幅度合いで制御する。
例えば、非線形関数f(xi)は多項式でも良い、あるいは、シグモイド関数等でも良い。非線形関数を用いる目的としては、入力とする検出画像の明度レベルをレベルごとに異なる増幅度合いで制御することである。このようにして、明度レベルが低い領域に集中するノイズ成分を増幅させないこと、また、明度レベルが高い上層パターンを飽和にさせないことができる。
(2−1)重み係数αiの算出方法
具体的な合成方法の制御に関しては、(2−1−1)設計データにおけるパターン方向を用いた方法、(2−1−2)設計データおよび検出画像におけるエッジの連続度合いを用いた方法、(2−1−3)設計データのパターンの高さ情報を用いた方法の3つの方法について説明する。
設計データにおけるパターン方向を用いた重み係数αiの算出方法の一例では、まず、設計データのレイアウト情報から、変形後設計データ803を用いてパターンの方向を算出する。設計データは線図のため、設計データのパターン方向を求めるには、いくつかの特定方向の方向フィルタを用いれば良い。次に、各下層パターンから検出器が設置されている方向に上層パターンがあるかどうかを判定し、上層パターンがある方向に設置されている検出器からの検出画像に小さな重み係数、上層パターンが無い方向に設置されている検出器からの検出画像に大きな重み係数を与えれば良い。
次に、設計データおよび検出画像におけるエッジの連続度合いを用いた重み係数αiの算出方法の一例について説明する。この例では、まず、検出画像セットの検査対象回路パターン画像のエッジ(以降、検出エッジ画像と呼ぶ)を抽出する。エッジ抽出は、特開平7−170395号公報(特許文献3)に記載されているSEM画像にエッジ抽出フィルタ等を適用して輪郭を強調し、二値化処理や細線化処理を施すことにより行う。次に、変形後設計データを基準とし、パターンのエッジにおける各検出エッジ画像の下層パターンにおけるエッジの連続度合いを算出し、各検出器信号の合成重み係数を算出する。
図11に、設計データのパターンの高さ情報を用いて重み係数を算出する一例を示す。設計データのパターンの高さ情報がある場合には、設計データのパターンの高さ情報を用いて重み係数αiを算出できる。この設計データのパターンの高さ情報を用いた重み係数算出の概念を図12に示す。この例では、変形後設計データからパターンの高さ情報を取得し、上下層パターン間の相対高さhを算出(S1101)した後、下層パターンの中心点を荷電粒子ビームの入射点Aとする場合、A点から各検出器の方向にある上層パターンとの距離lを算出(S1102)する。そして、hとlを用いて図示のような下層パターンが隣接する上層パターンの頂点との連線が水平面とのなす角度βを算出(S1103)する。予め、角度βと上層パターンが検出できる入射点Aから放出される荷電粒子の放出量との変換ルックアップテーブルあるいは変換関係を表すモデル式を、実験やシミュレータを通して求めておく(S1104)。そして、変換ルックアップテーブルあるいはモデル式を用いて、角度βから各検出器の検出できる下層パターンからの荷電粒子の放出量Qを算出(S1105)し、荷電粒子の放出量から自動的に各検出器からの検出信号の合成重み係数αを算出(S1106)する。各検出器(i:検出器番号)から得られた荷電粒子の放出量がそれぞれQiである場合に、重み係数は、例えば、αi=Qi/ΣQiの条件を満たすように設定する。こうすることで、検出信号を損なわない合成ができ、ノイズ低減も可能である。
上述された合成方法および合成制御パラメータを場所ごとで動的に変えても良い。この場合に、場所ごとでの合成方法、あるいは、合成制御パラメータを変える合成選択指標値は設計データのパターン情報を用いて算出しても良い。
次に、設計データのパターン方向を用いて撮像条件を制御する一例について説明する。この例では、撮像条件の最適化の例として、ビームスキャンの方向をパターンのエッジ方向に対して垂直にすると、エッジから放出される荷電粒子量がより多くなるという特性を利用する。この例の処理では、方向フィルタを用いて設計データのパターン方向を判断した後、撮像条件の一つであるビームスキャンの方向をパターン方向に対して垂直方向に制御する。これには限らない。図18には、その具体例として、設計データのパターン方向を用いて撮像条件を制御する一例を示す。例えば、下層パターンのエッジ方向が横方向の場合には、荷電粒子ビームのスキャン方向を縦にすれば、下層パターンからより多くの放出荷電粒子量が得られる。
図19に、設計データのパターンの高さ情報がある場合に、設計データのパターンの高さ情報を用いて撮像条件を制御する一例を示す。この例においては、図12に示す、下層パターンが隣接する上層パターンの頂点との連線が水平面とのなす角度βと上層パターンが検出できる入射点Aから放出される荷電粒子線量との変換ルックアップテーブルあるいは変換関係を表すモデル式に基づき、撮像条件(加速電圧や、プローブ電流や、ブースティング電流や、ビームスキャン方向等)の設定(S1901)を行い、1組の撮像条件を入力する。次に、指定領域の設計データを取得(S1902)し、その設計データから上下層パターン間の距離と相対高さを用いて下層パターンが隣接する上層パターンの頂点との連線が水平面とのなす角度βを算出し、角度βから下層パターンにおける検出荷電粒子量を算出(S1903)し、検出荷電粒子量が適切な量に達しているかどうかを予め設定した閾値によって判断(S1904)する。下層パターンにおける検出荷電粒子量が不十分であれば、撮像条件の設定(S1901)に戻して、撮像条件を再設定し、適切な撮像条件が選ばれるまで、ステップS1901からステップS1904の処理を繰返す。検出荷電粒子量が十分であれば、設定された条件下で撮像(S1905)をする。
本発明の実施の形態2を、図20および図21を用いて説明する。
検出画像セットから合成制御パラメータを算出する算出方法に関しては、(1−1)検出画像セットから算出したパターン方向を用いた方法と、(1−2)検出画像セットから算出したエッジ強度の情報を用いた方法の2つの方法について説明する。
図20に、検出画像セットから算出したパターン方向を用いた合成制御係数の算出の一例を示す。この例では、まず、検出画像セットのS/N推定(S2001)を行い、検出画像セットから位置ごとでS/Nの高い画素値を選び、それらの画素値を用いて一枚の画像を生成(S2002)する。次に、生成画像におけるパターンの輪郭線を抽出して検出エッジ画像を生成し、層別に分割(S2003)を行う。輪郭線の抽出手法は様々あるが、例えば、特開2009−44070号公報(特許文献4)に開示された手法等が適用できる。さらに、各層のエッジ画像を利用して各層のパターンを分類(S2004)し、各層のエッジ画像に対してパターンのエッジ方向を判定(S2005)し、パターン方向を用いて合成係数を算出(S2006)する。
次に、検出画像セットから算出したエッジ強度の情報を用いた合成制御係数の算出の一例について説明する。この例は、実施の形態1の(2−1−2)設計データおよび検出画像におけるエッジの連続度合いを用いた方法と同様に、検出画像におけるエッジの連続度合いを用いる。ただし、ここでは、検出ラインパターン信号のラインパターン方向における投影の画素数が最も多いものを基準とし、その検出器から得られた検出ラインパターン信号のエッジの連続度合いを1とする。この場合に、合成重み係数も同様に、αi=qi/Σqiの条件を満たすように設定すれば良い。
本発明の実施の形態3を、図22および図23を用いて説明する。
本発明の実施の形態4を、図24を用いて説明する。
501…荷電粒子ビーム、502…検出器、503…試料、504…ステージ、505…検出画像合成、506…合成画像、507…検出信号、
601…設計データ、602…検出画像合成、603…合成画像、
700…一次電子ビーム、701…偏向された一次電子ビーム、702…電子銃、703…アライメントコイル、704…コンデンサレンズ、705…非点収差補正コイル、706,707…偏向器、708…ブースティング電極、709…対物レンズ、710…対物レンズ絞り、711…検出器(反射/二次電子検出器)、712…A/D変換器、713…試料、714…XYステージ、771…設計データ処理部、772…合成方法制御部、773…合成部。
Claims (14)
- 撮像対象となる試料に集束した荷電粒子ビームを照射して走査する荷電粒子ビーム照射ステップと、
前記荷電粒子ビームを照射した位置の試料に対応する設計データを読み込む設計データ読み込みステップと、
配置場所の異なる2個以上の検出器を用いて、前記荷電粒子ビームによって前記試料から発生した二次荷電粒子または反射荷電粒子を検出し、各検出器の出力に対応する検出画像を生成する検出画像生成ステップと、
前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する方法を、前記読み込んだ設計データを用いて制御する出力画像生成制御ステップと、
前記出力画像生成制御ステップにより決定した出力画像生成方法に従って、前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する出力画像生成ステップと、
を有し、
前記出力画像生成制御ステップは、2以上の少なくとも一つの自然数Nに対して、前記検出画像のうち、前記設計データにおける上層からN番目のレイヤからの信号が相対的に多く含まれる画像を、上層から1乃至N−1番目のレイヤのうち少なくとも一つのレイヤのパターン形状あるいは方向の情報を用いて判断し、前記判断結果を用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置の画質改善方法。 - 撮像対象となる試料に集束した荷電粒子ビームを照射して走査する荷電粒子ビーム照射ステップと、
配置場所の異なる2個以上の検出器を用いて、前記荷電粒子ビームによって前記試料から発生した二次荷電粒子または反射荷電粒子を検出し、各検出器の出力に対応する検出画像を生成する検出画像生成ステップと、
前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する方法を、前記検出画像から算出したパターン方向あるいはエッジ強度の情報を用いて制御する出力画像生成制御ステップと、
前記出力画像生成制御ステップにより決定した出力画像生成方法に従って、前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する出力画像生成ステップと、
を有し、
前記出力画像生成制御ステップは、各検出器の出力に対応する画像を2層以上のレイヤに分離し、2以上の少なくとも一つの自然数Nに対して、前記検出画像のうち、前記分離により得られた上層からN番目のレイヤからの信号が相対的に多く含まれる画像を、上層から1乃至N−1番目のレイヤのうち少なくとも一つのレイヤのパターン形状あるいは方向の情報を用いて判断し、前記判断結果を用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置の画質改善方法。 - 請求項1記載の荷電粒子線装置の画質改善方法において、
前記出力画像生成制御ステップは、前記設計データにおけるパターン方向あるいはパターンの高さ情報を用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置の画質改善方法。 - 請求項1記載の荷電粒子線装置の画質改善方法において、
前記出力画像生成制御ステップは、前記設計データに含まれるエッジに対応するエッジ成分を各検出画像から抽出し、前記エッジ成分のエッジ連続度合いを用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置の画質改善方法。 - 請求項1または2記載の荷電粒子線装置の画質改善方法において、
前記出力画像生成制御ステップは、前記検出画像内の位置によって前記出力画像生成方法を制御する方法を変えることを特徴とする荷電粒子線装置の画質改善方法。 - 請求項1記載の荷電粒子線装置の画質改善方法において、
前記荷電粒子ビーム照射ステップは、一組以上の撮像条件の各々に対して、前記設計データあるいは過去に生成した出力画像あるいは検出画像を用いて、前記出力画像生成ステップで生成される前記出力画像あるいは前記検出画像生成ステップで生成される前記検出画像の信号強度を推測し、前記推測した信号強度に基づいて撮像条件を一組に決定し、前記決定した撮像条件を用いて前記撮像対象となる試料に集束した荷電粒子ビームを照射して走査することを特徴とする荷電粒子線装置の画質改善方法。 - 荷電粒子ビームを照射する荷電粒子銃と、
前記荷電粒子ビームを集束するレンズと、
前記集束した荷電粒子ビームを撮像対象となる試料にスキャンするスキャン装置と、
前記試料から放出または透過した二次荷電粒子または反射荷電粒子を検出する2個以上の検出器と、
前記検出器の出力に対応する検出画像を生成する検出画像生成器と、
前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する方法を、設計データを用いて制御する出力画像生成制御器と、
前記出力画像生成制御器により決定した出力画像生成方法に従って、前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する出力画像生成器と、
を有し、
前記出力画像生成制御器は、2以上の少なくとも一つの自然数Nに対して、前記検出画像のうち、前記設計データにおける上層からN番目のレイヤからの信号が相対的に多く含まれる画像を、上層から1乃至N−1番目のレイヤのうち少なくとも一つのレイヤのパターン形状あるいは方向の情報を用いて判断し、前記判断結果を用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 荷電粒子ビームを照射する荷電粒子銃と、
前記荷電粒子ビームを集束するレンズと、
前記集束した荷電粒子ビームを撮像対象となる試料にスキャンするスキャン装置と、
前記試料から放出または透過した二次荷電粒子または反射荷電粒子を検出する2個以上の検出器と、
前記検出器の出力に対応する検出画像を生成する検出画像生成器と、
前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する方法を、前記検出画像から算出したパターン方向あるいはエッジ強度の情報を用いて制御する出力画像生成制御器と、
前記出力画像生成制御器により決定した出力画像生成方法に従って、前記検出画像を用いて、1枚以上の出力画像を生成する出力画像生成器と、
を有し、
前記出力画像生成制御器は、各検出器の出力に対応する画像を2層以上のレイヤに分離し、2以上の少なくとも一つの自然数Nに対して、前記検出画像のうち、前記分離により得られた上層からN番目のレイヤからの信号が相対的に多く含まれる画像を、上層から1乃至N−1番目のレイヤのうち少なくとも一つのレイヤのパターン形状あるいは方向の情報を用いて判断し、前記判断結果を用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7記載の荷電粒子線装置において、
前記出力画像生成制御器は、前記設計データにおけるパターン方向あるいはパターンの高さ情報を用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7記載の荷電粒子線装置において、
前記出力画像生成制御器は、前記設計データに含まれるエッジに対応するエッジ成分を各検出画像から抽出し、前記エッジ成分のエッジ連続度合いを用いて前記出力画像生成方法を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7または8記載の荷電粒子線装置において、
前記出力画像生成制御器は、前記検出画像内の位置によって前記出力画像生成方法を制御する方法を変えることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7記載の荷電粒子線装置において、
さらに、一組以上の撮像条件の各々に対して、前記設計データあるいは過去に生成した出力画像を用いて、前記出力画像生成器で生成される前記出力画像の信号強度を推測し、前記推測した信号強度に基づいて撮像条件を一組に決定し、前記決定した撮像条件を用いて前記荷電粒子銃、前記レンズ、前記スキャン装置の少なくとも一つを制御する撮像条件制御器を有することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7乃至12のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
さらに、ユーザが注目する領域または注目するレイヤを指定するためのインターフェイスを有することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項7乃至12のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
さらに、前記出力画像を表示する、あるいは前記出力画像を用いてパターン寸法計測、パターン形状計測、欠陥検出、欠陥分類のうち少なくとも一つを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
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