JP5787746B2

JP5787746B2 - 信号処理方法および信号処理装置

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Inventors: 脇誠記門; 野修長
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Description

本発明の実施形態は、信号処理方法および信号処理装置に関する。

半導体装置の製造工程においては、例えば走査型電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、適宜「ＳＥＭ」という）方式の装置を用いてウェーハ上のパターンを観察し、欠陥を検出し、またはパターン寸法を測定することなどが実行されている。

しかしながら、従来の殆どのＳＥＭでは、パターンからの２次電子を主に検出して画像を形成しているために、観察対象のパターンのアスペクト比が、例えば１０を越える程度に高い場合は、パターン中からパターン表面を越えて放出される二次電子がほとんどないため信号を検出すること自体が困難であった。そのため、アスペクト比の高いパターン中に存在する欠陥を検出ことができず、観察、測長も不可能であった。

特開２００２−１４１０１５号公報特開平６−２４３８１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、高アスペクト比のパターンから高Ｓ／Ｎの信号を取り出し、高精度の観察・測長を可能にする信号処理方法および信号処理装置を提供することである。

実施の一形態の信号処理方法は、基体上に形成されたパターンを荷電粒子線で走査する工程と、前記基体から放出された二次荷電粒子を、複数の領域に分離または分割された検出器で互いに独立に検出し、信号として出力する工程と、フィルタリング処理を行う工程と、を持つ。前記フィルタリング処理は、前記基体の表面に平行な面内における任意の方向を基準軸とすると、前記二次荷電粒子が前記検出面に入射する方向と前記基準軸とのなす角度θの関数ｆ（θ）に依存して強弱が規定される。

実施形態１による信号処理装置の概略構成を示すブロック図。検査対象パターンと検出器との位置関係を示す図。検査対象パターンと検出器との位置関係を示す図。検査対象パターンと検出器との位置関係を示す図。検出器の他の一例を示す図。検出器の他の一例を示す図。検出器の他の一例を示す図。検出器の他の一例を示す図。検出器の他の一例を示す図。実施形態１による信号処理方法の説明図。検出電子のエネルギーに応じた信号処理の一例を説明する図。検出電子のエネルギーに応じた信号処理の他の一例を説明する図。検査対象パターンの一例を示す図。検査対象パターンの他の一例を示す図。検査対象パターンの他の一例を示す図。検査対象パターンの他の一例を示す図。検査対象パターンの他の一例を示す図。検査対象パターンの他の一例を示す図。検査対象パターンの他の一例を示す図。実施形態２による信号処理方法の説明図。実施形態２による信号処理方法の説明図。実施形態２による信号処理方法の説明図。実施形態２による信号処理方法の説明図。スペース中に欠陥が形成された高アスペクト比のＬ／Ｓパターンの一例を示す図。スペース中に欠陥が形成された高アスペクト比のＬ／Ｓパターンの他の一例を示す図。スペース中に欠陥が形成された高アスペクト比のＬ／Ｓパターンのさらに他の一例を示す図。反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係について、予め準備された参照データの一例を示す図。反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係について、予め準備された参照データの他の一例を示す図。反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係について、予め準備された参照データの他の一例を示す図。実施形態３による信号処理方法の説明図。実施形態３による信号処理方法の説明図。実施形態３による信号処理方法の説明図。実施形態３による信号処理方法の説明図。フィルタ処理の一例の説明図。フィルタ処理の他の一例の説明図。フィルタ処理の他の一例の説明図。

以下、実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。

（１）実施形態１による信号処理装置
図１は、実施形態１による信号処理装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す信号処理装置は、走査型電子顕微鏡１２と、コンピュータ１３と、スキャン制御回路１９と、アクチュエータ制御回路２４と、モニタ１４と、記録装置２とを備える。

走査型電子顕微鏡１２は、鏡筒１５と試料室２２とを含み、鏡筒１５には電子銃１６と、コンデンサレンズ１７と、偏向器１８と、対物レンズ２１と、本実施形態において特徴的な検出器５，６が設けられる。本実施形態において、検出器５はコンデンサレンズ１７と偏向器１８との間に設けられ、検出器６は対物レンズ２１とウェーハ１１との間に設けられる。検出器５，６の具体的構成については後に詳述する。

試料室２２内には、検査対象パターンが形成されたウェーハ１１を支持するステージ１０とアクチュエータ２３とが設けられる。本実施形態において、電子銃１６は例えば荷電粒子源に対応し、ウェーハ１１は例えば基体に対応する。基体はウェーハに限ることなく、その上にパターンが形成されるものであれば、例えばガラス基板でもセラミック基板でもよい。

コンピュータ１３は、スキャン制御回路１９、検出器５，６、エネルギーフィルタ７、およびアクチュエータ制御回路２４に接続される。スキャン制御回路１９は鏡筒１５内の偏向器１８に接続され、アクチュエータ制御回路２４は、試料室２２内のアクチュエータ２３に接続される。また、コンピュータ１３はモニタ１４および記録装置２にも接続される。

電子銃１６から放出された電子ビーム１は、コンデンサレンズ１７により集光された後に対物レンズ２１により焦点位置が調整されてウェーハ１１に照射される。スキャン制御回路１９は、コンピュータ１３の指示に従って制御信号を生成し、偏向器１８は、スキャン制御回路１９から供給される制御信号により偏向電界または偏向磁界を形成して電子ビーム１をＸ方向およびＹ方向に適宜偏向してウェーハ１１の表面を走査する。電子ビーム１の照射によりウェーハ１１の表面からは、比較的エネルギーの低い二次電子３、比較的エネルギーの高い反射電子４が発生し、二次電子３は主に検出器５により、反射電子４は検出器６により検出されて検出信号がコンピュータ１３に送られる。このとき、コンピュータ１３が制御信号を生成する場合は、エネルギーフィルタ７には所定の電圧が印加され、検出器６に達する反射電子４をエネルギーに応じてフィルタリングする。本実施形態において、二次電子、反射電子は、例えば荷電粒子に対応し、エネルギーフィルタ７、検出器５，６は例えば検出手段に対応する。

コンピュータ１３は、検出器５，６から送られた検出信号を処理してウェーハ１１表面のパターンの画像（ＳＥＭ画像）を形成し、モニタ１４により表示させる。ステージ１０は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能であり、コンピュータ１３からの指示によりアクチュエータ制御回路２４が生成した制御信号に従ってアクチュエータ２３が駆動することによりＸ方向およびＹ方向に移動する。ステージ１０は、検査対象のパターンに応じて、Ｘ−Ｙの二次元平面内に限らず、三次元空間内でＸ−Ｙ−Ｚの任意の方向に移動可能な構成としてもよい。

記録装置２は、例えば検査対象パターンから算出した欠陥部のＳ／Ｎ値を格納する他、欠陥の深さ測定のための参照用のＳ／Ｎデータなども格納されている。コンピュータ１３は、記録装置２からこれらのデータを引き出してＳ／Ｎ値の比較・解析等の演算処理を行う。本実施形態において、偏向器１８、スキャン制御回路１９、ステージ１０、アクチュエータ２３、アクチュエータ制御回路２４およびコンピュータ１３は、例えば走査手段に対応する。また、本実施形態において、コンピュータ１３は、例えば信号処理手段にも対応する。

図１に示す信号処理装置の動作について、信号処理方法の実施の形態として図２〜図７を参照しながら説明する。

（２）実施形態１による信号処理方法
図２Ａ乃至図２Ｃは、検査対象パターンと検出器６との位置関係を示す図である。ここでは、検査対象パターンとしてライン・アンド・スペースパターン（以下、単に「Ｌ／Ｓパターン」という）を取り挙げる。図２Ａは、検出器６の一例として検出器６０１が示されている。また、図２Ｂには、ウェーハ１１上に形成されたＬ／Ｓパターン２５が示されている。そして、Ｌ／Ｓパターン２５のスペース部の底面には欠陥２８が存在する（図２Ｃ参照）。

図２Ａに示す検出器６０１は、パターン２５の上方で電子ビーム１の光軸を中心としてＮ回対称（Ｎは４以上の偶数）に相互に独立分離した領域６０１ａ〜６０１ｈを有し、これらの領域６０１ａ〜６０１ｈが相互に独立の信号処理を行う。領域６０１ａ〜６０１ｈは物理的に分割されているものでもよい。その一例を図３Ａに示す。図３Ａの検出器６０２は、電子ビーム１の光軸を中心として８回対称に相互に分割された検出部５０〜５３を有し、これらの検出部５０〜５３は互いに独立に信号処理を行う。図２Ａおよび図３Ａに示す例では、８回対称（Ｎ＝８）である。図２Ｃは、ウェーハ１１、Ｌ／Ｓパターン２５および検出器６０１の位置関係を正面から見た図である。なお、図２Ｃでは、ウェーハ１１と検出器６０１との間隔を省略している。

検出器６の他の例について図３Ｂ乃至図３Ｅを参照して具体的に説明する。図３Ｂ乃至図３Ｅに示す検出器６０３，６０４，６２１，６３５は共に４回対称の例である。図２Ａおよび図３Ａ、図３Ｂ，図３Ｃに示す検出器６０１〜６０４は、共に光軸を中心とする円環形状を有する例であるが、これに限ることなく、光軸から離れた位置に配置する場合は、Ｎ回対称（Ｎは４以上の偶数）でありさえすれば図３Ｄに示す検出器６２１のように円盤状でも良い。また、検出器の表面において二次荷電粒子に対して感度を有する領域も、Ｎ回対称（Ｎは４以上の偶数）でありさえすれば検出器形状とは別の形状であっても良い。例えば、図３Ｅに示すような十字形状の検出部６４０を含む検出器６３５でもよい。

ここで、ウェーハ面内の任意の方向を基準軸とし、該基準軸と検出器６０１の上方（すなわち電子銃１６の側）から見て反射電子４が検出器６０１の検出面に入射する方向との間の角度をθとすると、コンピュータ１３は、検出器６０１から出力される信号に対して角度θの関数ｆ（θ）に応じて強弱が規定される信号処理を行い、処理後の信号を合成することにより、ＳＥＭ像を形成する。この関数ｆ（θ）の信号処理は、欠陥検査に用いる場合は、欠陥部を含むＳＥＭ画像と欠陥部の無い正常部のＳＥＭ画像との差画像を一旦作成し、該差画像に対して行ってもよい。

本実施形態では、上記基準軸の一例として、Ｌ／Ｓパターン２５のライン方向を取り挙げる。また、本実施形態では、図２Ａに示すように、Ｌ／Ｓパターン２５のライン方向をＹ軸とし、Ｙ軸に直交する方向をＸ軸として検出器６を配置する。この場合、上記角度θは、検出器６０１の上方（すなわち電子銃１６の側）から見て反射電子４が検出器６０１の検出面に入射する方向とＹ軸とのなす角度となる。

関数ｆ（θ）の信号処理の例について図４を参照してより具体的に説明する。図４の例では、４分割された４回対称の検出器６２１を用いた場合を取り挙げる。図４において、Ｌ／Ｓパターン２５から放出される反射電子のうち、Ｙ軸に沿って配置されている検出部２６で得られた信号の強度プロファイルをグラフＧ２６に示し、Ｘ軸に沿って配置されている検出部２７で得られた信号の強度プロファイルをグラフＧ２７に示す。コンピュータ１３は、これらの信号に対して、例えば、検出部２６で得られた信号に対しては強いフィルタ処理を行い、検出部２７で得られた信号に対しては弱いフィルタ処理を行う。この時、Ｘ軸に沿って配置されている検出部２７で得られた信号についてはフィルタ処理を行わない場合もある。関数ｆ（θ）としては、ウェーハ上に形成されているパターンの形状および配置状況に応じて、異なる関数が用いられる。

ここでフィルタ処理とは、ノイズ（Ｎｏｉｓｅ）を除去する信号処理である場合もあれば、特定の信号を増幅して強調する処理を意味する場合もある。前者の代表例として、Ｎ×Ｍピクセルの平均化処理（Ｎ，Ｍは自然数）、メディアンフィルタ処理、Ｙ軸、またはＸ軸方向沿って行う移動平均処理などがあげられる。図１０Ａ乃至図１０Ｃに具体例を示す。図１０Ａ乃至図１０Ｃはいずれも、画像の一部のピクセル群と、各ピクセルの輝度を示す。ここでは０〜８の数字で輝度を示している。例えば３×５ピクセルの平均化処理は、図１０Ａに示すように中心のピクセルの輝度を周囲３×５ピクセルの輝度の平均値に置き換えるフィルタである。また、メディアンフィルタ処理の例を図１０Ｂに示す。ここでは３×３のメディアンフィルタ処理の例を示している。この処理は、フィルタをかけるピクセルを中心とした３×３＝９ピクセルの輝度を小さいほうから順に並べ、その中央の値（ここでは５）を、フィルタをかけるピクセルの輝度と入れ替える処理である。また、Ｙ軸に沿って行う移動平均処理の例を図１０Ｃに示す。ここでは平均化するピクセル数は３の場合を示している。これは、Ｙ軸方向に沿って、フィルタをかけるピクセルと、これに隣接するピクセルとで平均化を行う処理である。これらの処理において、「フィルタ処理が強い」とは、平均化処理の場合には、平均化を行うピクセル数が多いことを意味し、メディアンフィルタの場合には輝度を並べる個数が多いことを意味する。

本実施形態の信号処理方法によれば、角度θの関数ｆ（θ）に依存して強弱が規定されるフィルタリング処理を検出部２６、２７で検出された電子のそれぞれに対して行うことにより、検出部２６、２７で検出された全ての電子の信号量の総和に対して一括でフィルタリング処理を行うよりも、高アスペクト比のパターン中からの信号のＳ／Ｎを高めることが可能となる。

特に、エネルギーの高い反射電子を選択的に検出することにより高アスペクト比のスペースや、高アスペクト比のコンタクトホールの深い位置からの信号をより高い強度で検出することが可能となる。例えば、アスペクト比１０以上のパターンの底の情報を得るためには、２０ｋｅＶ以上のエネルギーの反射電子を検出することが有効である。

例えば、本実施形態の信号処理方法を欠陥検査に適用した場合においては、高アスペクト比のＬ／Ｓパターンのスペース中もしくは底、または、高アスペクト比のコンタクトホール中もしくは底、に存在する異物や残膜からの信号のＳ／Ｎが向上し、これに伴って正常部との違いを明確化できるために欠陥検出性能が向上する。欠陥観察の場合は高アスペクト比のＬ／Ｓパターンのスペース中もしくは底、高アスペクト比のコンタクトホール中もしくは底、に存在する欠陥に対する視認性が向上し、異物の形状や、深さ方向の位置などを推定することが可能となる。

また、本実施形態の信号処理方法を測長に適用した場合は、高アスペクト比のＬ／Ｓパターンのスペース部の側面または底面、高アスペクト比のコンタクトホールの側面または底面など、パターンの形状を反映した信号のＳ／Ｎが向上する。これに伴って、高アスペクト比のパターンの側面または底面におけるエッジ検出性能が向上し、高い寸法測定精度を得ることが可能となる。高アスペクト比のＬ／Ｓパターンのスペース部の底面の深さ（加工深さ）の測定、高アスペクト比のコンタクトホール部の底面の深さ（加工深さ）に関しても、底部からの信号のＳ／Ｎが向上するので、加工部の輝度差を検出することで精度よく測定することが可能となる。

関数ｆ（θ）の信号処理について、図３Ａの８分割・８回対称の検出器６０２を用いた場合を例に挙げてより具体に説明する。

検査対象パターンのＬ／Ｓパターン２５に対して、例えば、Ｙ軸に沿った検出部５０で得られた信号に対しては強いフィルタ処理を行い、Ｘ軸に沿って配置されている検出部５１で得られた信号に対しては弱いフィルタ処理を行い、それ以外の検出部５２で得られた信号に対しては、検出部５０、検出部５１のフィルタ処理の中間強度のフィルタ処理を行う。この時、Ｘ軸に沿って配置されている検出部５１で得られた信号に対してはフィルタ処理を行わない場合もある。よって、この場合のＦｉｌｔｅｒ強度は、Ｆｉｌｔｅｒ強度（検出部５０）＞Ｆｉｌｔｅｒ強度（検出部５２）＞Ｆｉｌｔｅｒ強度（検出部５１）となる。本実施形態において、検出部５０で得られた信号に対するフィルタ処理は、例えばＹ軸に対して線対称な処理に対応し、検出部５１で得られた信号に対するフィルタ処理は、例えばＸ軸に対して線対称な処理に対応する。

角度θに応じた信号処理の例として、図２に示されるようなＬ／Ｓパターン２５の場合で関数ｆ（θ）の例を示すと以下のようになる。

関数ｆ１（θ）は、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅに沿った方向に、Ｙ個のピクセル輝度を平均化するフィルタ処理を示す。

Ｙを以下のように定める。
Ｙ＝ＡＣＯＳθ＋Ｂ［Ａ、Ｂ：定数］
（ｉ）２２．５°≧θ≧０°，２０２．５°≧θ≧１５７．５°，３６０°＞θ≧３３７．５°の範囲の検出器で得られた信号について、θ＝θ１と決める。
（ii）６７．５°≧θ≧２２．５°，１５７．５°≧θ≧１１２．５°，２４７．５°≧θ≧２０２．５°，３３７．５°≧θ≧２９２．５°の範囲の検出器で得られた信号について、θ＝θ２と決める。
（iii）１１２．５°≧θ≧６７．５°，２９２．５°≧θ≧２４７．５°の範囲の検出器で得られた信号について、θ＝θ３と決める。

ＡＣＯＳθ_１＋Ｂ＞ＡＣＯＳθ_２＋Ｂ＞ＡＣＯＳθ_３＋ＢとなるＡ，Ｂを選択する。例えば、検出器５０で得られた信号についてはＹ軸方向に３ピクセルの平均化を行い、検出器５２で得られた信号に対しては２ピクセルの平均化を行い、検出器５１で得られた信号に対してはフィルタ処理を行わない場合、θ１＝０°，θ２＝４５°，θ３＝９０°，Ａ＝３，Ｂ＝０とすることにより所望のフィルタ処理を行うことができる。このとき、Ｙが自然数とならない場合は、四捨五入、少数点以下の数値の切り捨て処理、または、切り上げる処理などを行う。また、θ１〜θ３は、信号を取得するそれぞれの検出器のＹ軸からの最小の回転角度を用いている。

Ｎ回対称の検出器で処理を行う場合、Ｎが８よりも大きい場合でも、θ１，θ２，…を同様に定めれば、最大でＡ個のピクセルの平均化処理、最小でＢ個の平均化処理となりその他の検出器がその中間の強度となる処理を行う。

Ｌ／Ｓパターンにおいては、θ＝０°で最も強いフィルタとなり、θ＝９０°で最も弱いフィルタとなる信号処理ｆ１（θ）が最もＳ／Ｎを高めることができる。

信号処理の対象とするパターンは、Ｌ／Ｓパターン２５に限るものではなく、回転対称形状のパターンで且つＸ方向とＹ方向とで等間隔で配置されたパターンレイアウト（例えば、真円のコンタクトホールがＸ方向、Ｙ方向ともに等間隔で均等に配置されているレイアウト）以外のパターンであれば本実施形態の信号処理方法の効果を得ることができる。例えば、図６Ａに示す孤立スペースパターン４０、図６Ｇに示す単一の楕円ホール４６、図６Ｂに示す孤立穴系パターン４１、図６Ｃ、図６Ｆに示す楕円形状の穴（ホール）パターン４２，４５、図６Ｄに示すスペース／穴系パターン４３、図６Ｅに示すＸ、Ｙ方向で異なる間隔の穴系パターン４４であってもよい。このとき図２Ａで示したＹ軸（基準軸）は、ラインパターンと単一の楕円ホールではそれぞれ長手方向および長軸方向となり、それ以外ではパターンの配置において最小ピッチを有する方向となる。図６Ａと図６Ｇの例では孤立スペースの長手方向と楕円の長軸方向、図６Ｂの例では穴列に沿った方向、図６Ｃの例では楕円形状の長軸方向、図６Ｆの例では楕円の短軸方法、そして図６Ｄ、図６Ｅおよび図６Ｆの例では、穴群において間隔が短い穴列に沿った方向となる。この点は、後述する実施形態２乃至４についても同様である。

（３）実施形態２による信号処理方法
本実施形態の特徴の一つは、エネルギーフィルタ７（図１参照）を用いて異なるエネルギーの電子で構成されるＳＥＭ画像をいくつか取得し、それぞれに対して、異なる関数ｆ（θ）の信号処理を施す点にある。これにより、上述した実施形態１による信号処理方法によりも有利な効果が得られる。特に、溝に沿って配置されている検出器の領域（図４の領域２６、図３Ａの検出部５０など）で検出される高エネルギーの反射電子信号で構成されるＳＥＭ画像については、強いＦｉｌｔｅｒ処理を行うとなお良い。その例を図５に示す。電子ビーム１のエネルギーが２５ｋｅＶのとき、検出電子のエネルギーＥは、２５ｋｅＶ≧Ｅ≧０ｅＶとなる。このとき、以下のように画像処理を行う。
ｆ２（θ）：Ｌ／Ｓの長手方向に沿った（平行な）方向にＹ個のピクセルの平均化を行うＦｉｌｔｅｒ処理
Ｅ≒２５ｋｅＶ，Ｙ＝Ｍ（Ｍは２以上の自然数）；９°≧θ≧０°，３６０°＞θ≧３５１°，１８９°≧θ≧１７１°（図５Ａの検出領域７０）
Ｅ≒２５ｋｅＶ，Ｙ＝１；１７１°≧θ≧９°，３５１°≧θ≧１８９°（図５Ａの検出領域７１）
Ｅ＜２５ｋｅＶ，Ｙ＝Ｎ（Ｎは自然数）；全てのθ（図５Ｂ）

Ｅ＜２５ｋｅＶの電子については、図５Ｂに示すように、エネルギーの減少とともにＦｉｌｔｅｒ強度を上げていくとなおよい。ここで検出器８０は２５ｋｅＶ未満の電子のうち比較的高いエネルギー（１９ｋｅＶ以上）の電子を捕集し、検出器９０は１９ｋｅＶ未満のエネルギーの電子を捕集しており、それぞれの信号に対するフィルタ強度の関係を示している。

エネルギーの減少とともにＦｉｌｔｅｒ強度を上げていくためには多くの異なるエネルギーで画像取得を行わなければならない。そこで、手間を省くためには、上述したように２５ｋｅＶ近傍の電子とそれ未満の電子に二等分すればよい。

また、エネルギーが低い反射電子、例えば上記例で１０ｋｅＶ未満については、欠陥のＳ／Ｎが非常に低いことが多いため、画像の取得自体を行わない場合もある。

（４）実施形態３による信号処理方法
本実施形態は、複数の領域に分離または分割された検出器により互いに独立に検出された反射電子の信号から、高アスペクト比のパターン中に存在する欠陥の深さ方向の位置を算出するための信号処理方法を提供するものである。

図７Ａおよび図７Ｂは、検査対象パターンの一例であるパターンの平面図および正面図である。図７Ａおよび図７Ｂに示すＬ／Ｓパターン６０は、ウェーハ１１上に形成され、スペースの底面に欠陥６１が存在する。

まず、ＳＥＭ画像を取得する際に、検出器６の表面に配置されたエネルギーフィルタ７を用い、コンピュータ１３が生成する制御信号に従ってエネルギーフィルタ７の強度を変化させながらエネルギー毎の反射電子画像を取得する。

次に、得られたエネルギー毎の反射電子画像に対して欠陥部のＳ／Ｎを算出する。Ｓ／Ｎは、例えば図７Ｃおよび図７Ｄに示すような手順で算出する。Ｌ／Ｓパターン６０の溝底にショート欠陥６１があるとき、そのＳＥＭ画像は、例えば図７Ｃに示すＩｍｇ６２のようになる。この画像に対し、欠陥箇所を含むようにＹ軸に沿って図７Ｃの矢印に示すように階調のプロファイルを取得すると、図７Ｄに示すＧ６８のようなグラフとなる。このプロファイルの欠陥部の平均階調Ａｖ６４と、溝底の平均階調Ａｖ６５との差Ｓ６６をＳｉｇｎａｌと規定する。この一方、Ｎｏｉｓｅは、溝底の階調のばらつきを用いる。ばらつきを表すためには標準偏差σなどの統計量を用いる。本実施形態では図７Ｄの標準偏差σ６７を、ばらつきを表す統計量とする。

以上のようなＳ／Ｎ算出を、検出される反射電子のエネルギー毎に行い、Ｓ／Ｎのエネルギー依存性を取得する。

次いで、算出された反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係を、予め準備された参照データと比較し、最も分布形状が一致するものを選択することによって、欠陥の深さ方向の位置を算出する。

図８Ａ乃至図８Ｆに参照データの具体例を示す。
図８Ａ乃至図８Ｃは、参照データを作成するための高アスペクト比のパターンのいくつかの例を示す。図８ＡのＬ／Ｓパターン１２５は、スペース中の溝底の位置でショート欠陥３０が発生し、図８ＢのＬ／Ｓパターン１２５は、スペース中の溝の深さ方向中央の位置でショート欠陥３１が発生し、図８ＣのＬ／Ｓパターン１２５は、溝の表面の位置でショート欠陥３２が発生している。

図８Ｄは、図８Ｃのショート欠陥３０のように溝の表面にショート欠陥が存在する場合における反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係の参照データの一例をグラフＲＤ３３に示したものである。図８Ｅは、図８Ｂのショート欠陥３１のように溝の深さ方向中央にショート欠陥が存在する場合における反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係の参照データの一例をグラフＲＤ３４に示したものである。さらに、図８Ｆは、図８Ｃのショート欠陥３２のように溝の表面にショート欠陥が存在する場合における反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係の参照データの一例をグラフＲＤ３５に示したものである。

本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン６０について算出された反射電子エネルギーとＳ／Ｎとの関係を、参照データＲＤ３３乃至ＲＤ３５と比較した場合、参照データＲＤ３５が最も分布形状が近いことが分かる。そして、参照データＲＤ３５を用いてショート欠陥６１の深さ方向の位置が算出される。

参照データとしては、予め標準サンプルを用いて実測することで得られたものでもよく、シミュレーションによって得られたものでもよい。本実施形態において、参照データＲＤ３３乃至ＲＤ３５は、例えば二次荷電粒子信号の強度のエネルギー依存性を表すデータに対応する。

（５）実施形態４による信号処理方法
図９Ａ乃至図９Ｄは、本実施形態による信号処理方法の説明図である。図９Ａは、回転対称に４分割された検出器５０１を示す。本実施形態では、検出器５０１を用いて５０ｅＶ以下のエネルギーの荷電粒子である二次電子を検出し、得られた二次電子信号を処理することによって高アスペクト比のパターン中に存在する欠陥の深さ方向の位置を算出する。

検査対象パターンの例として、図８Ａ乃至図８Ｃに示したＬ／Ｓパターンを取り挙げる。図８Ａ乃至図８Ｃのパターン１２５では、溝底、溝の中央、溝の表面のそれぞれの位置でショート欠陥３０，３１，３２が発生している。

図９Ａに示すように、検出器５０１は、Ｘ軸に沿った領域３７とＹ軸に沿った領域３６について、互いに独立に二次電子を検出できるようになっている。検出器５０１は、図１における二次電子検出器５の一具体例に相当するものであるが、図１の検出器６を二次電子検出器として使用してもよい。

ここで、検出器を光軸の近傍ではなく、鏡筒１５内で光軸から離れた側部に設置し、例えばウィーンフィルタのようなＥ×Ｂ装置を用いて二次電子を偏向させることにより検出してもよい。この場合の検出器の例を、図９Ｂの５０９に示す。ここでは、円環状の形状に限らず、円盤状の形状であってもよい。また、図９に示すように分割の角度が異なっていたり、分割される領域間の面積比が異なっていたりしてもよい。いずれにしても二次電子の放出角度情報を得ることができるように検出器を配置する必要がある。本実施形態において、５０ｅＶは例えば所定の閾値に対応する。

領域３７で得られたＳＥＭ画像における欠陥のＳ／Ｎと領域３６で得られた欠陥のＳ／Ｎの例を、図９ＣのグラフＲＤ３８に示す。ここでＳ／Ｎは、実施形態２と同様な手順で算出できる。さらに、領域３７で得られたＳ／Ｎを領域３６で得られたＳ／Ｎで規格化することにより、信号の比を算出した例を図９ＤのグラフＲＤ３９に示す。この信号の比は、欠陥深さ位置に対して特長的な傾向を示す。欠陥の深さ位置が深いほど、領域３６に対して領域３７で得られるＳ／Ｎが小さくなる。このＳ／Ｎの算出は、欠陥部を含むＳＥＭ画像と正常部のＳＥＭ画像との差画像に対して行ってもよい。また、未知の欠陥を含む画像を同様に解析し、得られたＳ／Ｎ比を、予め準備した参照データと比較し、最も一致するものを選択することによって、未知の欠陥の深さを求めることができる。参照データは実測によって得られたものでもよいし、予めシミュレーションによって得られたものでもよい。

上述の実施形態３および４の信号処理方法によれば、欠陥がある場合にその深さ方向の位置を算出することができる。さらに、欠陥が無い場合、または欠陥の無い領域については、高アスペクトパターンの底面の深さ、すなわち加工深さを測長することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電子ビーム、３…二次電子、４…反射電子、５，６，７５，８０，９０，５０１，５０９，６０１〜６０４，６２１，６２５，６３５…検出器、７…エネルギーフィルタ、１０…ステージ、１１…ウェーハ、１３…コンピュータ、１６…電子銃、１８…偏向器、１９…スキャン制御回路、２３…アクチュエータ、２４…アクチュエータ制御回路、２８，３０〜３２…欠陥、２５，４０〜４４，６０，１２５…パターン、５０〜５２…検出部、Ｉｍｇ６２…ＳＥＭ画像、ＲＤ３３〜ＲＤ３５，ＲＤ３８…参照データのグラフ

Claims

基体上に形成されたパターンを荷電粒子線で走査する工程と、
前記基体から放出された二次荷電粒子のうち、所定の閾値以下のエネルギーを有する二次荷電粒子を、Ｎ（Ｎは４以上の偶数）個の領域に分離または分割された検出器で検出し、信号として前記領域毎に出力する工程と、
前記信号を処理する工程と、
を備え、
前記パターンは、回転対称形状のパターンで且つ互いに直交する第１および第２の方向のいずれにも等間隔で配置されたパターン以外のパターンであり、
前記信号を処理する工程は、
前記領域毎に前記信号のＳ／Ｎを算出し、任意の領域で得られたＳ／Ｎで、前記任意の領域とは異なる他の領域であって前記検出器の検出面に平行な任意の方向に対する角度が前記任意の領域とは異なる領域のＳ／Ｎを規格化し、得られた値に基づいて欠陥の深さ方向の位置または前記パターンの底面の深さを算出する工程を含む、
信号処理方法。
前記欠陥の深さ方向の位置または前記パターンの底面の深さは、前記規格化により得られた値と、予め準備された参照データとを比較することにより算出される、ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
前記検出器の前記Ｎ個の領域は、
前記パターンがラインパターンまたは単一の楕円パターンである場合は長手方向または長軸方向をＹ軸方向とし、前記パターンが前記ラインパターンおよび前記単一の楕円パターン以外のパターンである場合はパターンの配置において最小ピッチを有する方向をＹ軸方向とし、前記基体の表面に平行な面内で前記Ｙ軸方向に直交する方向をＸ軸とすると、Ｙ軸を含む第１の領域およびＸ軸を含む第２の領域を少なくとも含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理方法。
荷電粒子を生成して荷電粒子線を基体に照射する荷電粒子源と、
前記基体上に形成されたパターンを前記荷電粒子線で走査する走査手段と、
Ｎ（Ｎは４以上の偶数）個の領域に分離または分割されて前記基体から放出された二次荷電粒子のうち、所定の閾値以下のエネルギーを有する二次荷電粒子を前記領域毎に検出し、信号として出力する検出手段と、
前記領域毎に前記信号のＳ／Ｎを算出し、任意の領域で得られたＳ／Ｎで、前記任意の領域とは異なる他の領域であって前記検出手段の検出面に平行な任意の方向に対する角度が前記任意の領域とは異なる領域のＳ／Ｎを規格化し、得られた値に基づいて欠陥の深さ方向の位置または前記パターンの底面の深さを算出する信号処理手段と、
を備え、
前記パターンは、回転対称形状のパターンで且つ互いに直交する第１および第２の方向のいずれにも等間隔で配置されたパターン以外のパターンである、
信号処理装置。