JP5901549B2 - 計測検査装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態(図1,図5等)の計測検査装置は、多様な走査速度に対応した計測・検査を制御する機能を有すると共に、その際に課題となる、SNR低減、サンプリング時のパルス信号の取りこぼし、及び回路の飽和現象などに対処する手段を提供する。その手段として、二次電子信号検出系におけるアナログ信号処理増幅部(51)で、その前段の検出器(107)のゲイン等の特性、及び後段のADC(52)の入力レンジ及びサンプリング周波数などの特性に対応させて、帯域、増幅レベル、及びクランプの最大出力レベル制限などのパラメータ値を好適かつ可変に制御する各機能(帯域切り替え機能、可変ゲイン調整機能、クランプ出力調整機能)を設ける。またGUI画面でそれら各機能の値をユーザにより容易及び柔軟に設定することができる機能を設ける。これにより高速及び高精度な計測・検査を実現する。
図1〜図12を用いて、本発明の実施の形態1の走査型電子ビーム方式の計測検査装置及びそれを用いた計測検査方法について、従来例と比較しながら説明する。
図1は、実施の形態1の計測検査装置を含むシステム全体の構成を示す。実施の形態1の計測検査装置は、半導体ウェハを試料110として自動的な計測及び検査を行う機能を有する走査型電子ビーム方式の電子顕微鏡装置(SEM)への適用例である。本計測検査装置は、試料110の表面のパターンにおける寸法値を計測する計測機能、及び同パターンにおける異常や欠陥などの状態を検出する検査機能を備える。
図2は、前提技術として、従来及び本実施の形態での走査方式としてのTV走査方式ないしラスタ走査方式について示す。400は、試料110の表面における一次電子ビーム(A1,A2)による走査及び照射の対象となる二次元領域を示す。なお試料110の平面をX,Yとし、それに垂直なビーム照射方向をZ方向として図示している。400の領域におけるビーム軌跡として、401はビーム走査方向(それに対応するX方向)、402はビーム移動方向(それに対応するY方向)を示す。403は、401でX方向に1ライン走査した後の、Y方向の次ライン先頭への振り戻し、及びその時の照射遮断を示す。なおビーム移動方向(Y)は、ビーム側の制御でも、機構系の制御でも実現可能である。404はビーム走査方向(X)に対応した横ライン領域の例、405はビーム移動方向(Y)に対応した縦ライン領域の例を示す。
図4は、本実施の形態との比較例及び前提として、従来例におけるSEM方式の計測検査装置の二次電子信号検出系の構成、及び設定値などを示す。従来例の二次電子信号検出系は、カラム150内の、検出器を構成する蛍光体501及び光電子増倍管(PMT)502と、カラム150側面付近などに設けるプリアンプ回路503と、カラム150外部に設ける二次電子信号検出部500と、それに接続される画像処理部506及び制御部510とを有する。二次電子信号検出部500は、アナログ信号処理増幅部504(AAで示す)と、アナログ・デジタル変換部(ADC)505とを有する。
図5は、実施の形態1の計測検査装置(図1)における二次電子信号検出系の構成を示す。また図6は、図5に対応した二次電子信号検出系の制御概要などを示す。新規のアナログ信号処理増幅部51などを設けた構成である。
アナログ信号処理増幅部51において、第1クランプアンプ回路10は、制御部210からの制御信号C0に応じて、そのクランプ電圧である最大出力レベルが制限されるように調整・制御される入力クランプアンプ回路である。第1クランプアンプ回路10の出力レベル制限値は、PMT72のゲインなどに合わせて調整される。
上記二次電子信号検出系におけるアナログ信号処理増幅部51の各部を制御する各機能について以下である。下記(0)〜(3)の各機能の制御は他の機能と相関して行われる。言い換えると各部のパラメータ値は相関して設定される。
図7は、上記二次電子信号検出系の制御の各機能の相関制御及び設定情報の例を示す。制御部210は、図7のようなテーブル情報を記憶管理する。またGUI部215による設定画面、例えば後述図8のようなGUI画面で、このようなテーブル情報を表示し、ユーザにより各値を設定可能とする。なおユーザが直接詳細にパラメータ値を設定可能とする場合を示すが、ユーザが選択した走査モードなどに応じて制御部210が自動的に各パラメータ値を設定するようにしてもよい。
図8は、GUI部215によるGUI画面の表示例として、計測・検査の際に二次電子信号検出系の各パラメータ値を設定・制御するための画面例を示す。特に本実施の形態では、前述の公知技術であるABCC機能に対応した画面例を示す。ABCC機能として、計測画像ないし検査画像の明るさ及びコントラストなどを自動調整する機能を有し、それに対応した設定項目などを有する。また図7と同様に、各パラメータ値をユーザが直接詳細に設定できる画面の場合を示す。
本計測検査装置を用いた計測検査方法及びユーザの作業の概略は以下である。
図9は、比較のため、従来例の二次電子信号検出系(図4)における各信号波形のイメージを示す。図中上側は図4同様の二次電子信号検出系の構成例を示す。Sa(901)は、検出器107に入射される二次電子(SE)の信号を示す。Sb(902)は、PMT502の出力の電流信号波形を示す。Sc(903)は、プリアンプ回路503の出力の電圧信号波形を示す。Sd(904)は、アナログ信号処理増幅部504の出力である増幅された二次電子(SE)の検出アナログ信号波形を示す。丸印(○)はADC505でのサンプリング点である。Se(905)は、ADC505の出力のデジタル信号波形を示す。ADC505の出力のサンプリング結果は、画像処理部506での画像処理及びフレーム積算処理などを経て、試料パターン形状に応じた二次元画像として取得される。
図11は、実施の形態1での効果のイメージとして、二次電子信号検出系での各信号波形を示す。Sa〜Seは、図9の従来例の各信号波形に対応した本実施の形態での信号波形を示す。本実施の形態では、前述の帯域切替え機能、可変ゲイン調整機能、及びクランプ出力調整機能などを利用することで、各信号波形を好適になるように調整する。波形Sc(1001)のように、早いパルス信号、即ちパルスの幅及び間隔が狭い波形については、アナログ信号処理増幅部51での適切な帯域でのアナログ処理増幅により、波形Sd(1002)のように、時間的な変化が遅いパルス信号、即ちパルスの幅及び間隔が広い波形となる。なおSd(1002)では2つのパルスの概略的な間隔をTPとして示している。調整された波形SdをADC52の入力としてサンプリングすることで、波形Se(1003)のように、適切にサンプリング可能である。即ち、低速走査に対応した遅いサンプリング周期(TS)によって当該波形Sdをサンプリングしたとしても、TS≦TPであるため、パルス信号の取りこぼしが発生しない。即ちサンプリング精度が高くなり、計測画像/検査画像の品質を高くできる。
次に、図13を用いて、本発明の実施の形態2の走査型電子ビーム方式の計測検査装置について説明する。実施の形態2の基本構成は、実施の形態1(図1等)と同様であり、実施の形態1と異なる構成として、差動伝送手段を有する構成である。
以上説明したように、本実施の形態の計測検査装置によれば、高速走査及び低速走査を含む多様な走査速度へ対応可能な制御機能を備え、高速走査を可能とするための二次電子信号検出系の広帯域化に対しても、高速及び高精度な計測・検査を実現できる。特に、二次電子信号検出部50内の各部を制御して帯域・増幅レベル・クランプ出力などを好適に制御する構成により、雑音信号の低減によるSNRの低減ないし向上、サンプリング時のパルス信号の取りこぼしの防止、及び回路飽和現象の防止などを実現できる。
Claims (15)
- 走査型電子ビーム方式で試料の計測または検査の少なくとも一方を行う計測検査装置であって、
前記試料に対して電子ビームを走査制御しながら照射する照射部と、
前記試料から発生する二次電子を電気信号として検出する検出部と、
前記検出部の検出信号を入力してアナログ信号処理及び増幅して出力するアナログ信号処理増幅部と、
前記アナログ信号処理増幅部の出力アナログ信号を入力してデジタル信号へ変換して出力するAD変換部と、
前記AD変換部の出力デジタル信号を入力して前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を生成して出力する処理部と、
前記走査制御の走査速度、及び前記検出部のゲインに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部における通過させるアナログ信号の周波数帯域を複数状態間で切り替える帯域切り替え部と、を有する、計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記計測または検査を含む全体を制御し当該計測または検査に関するデータ情報を記憶管理する制御部と、
前記計測または検査を含む作業のためのユーザインタフェースを提供するインタフェース部と、
前記検出部からの出力電流信号を電圧に変換して前置増幅して出力するプリアンプと、を有し、
前記照射部は、
前記試料に対して電子ビームを照射するための電子光学系、及び前記電子光学系を制御する電子光学制御部と、
前記試料に対する電子ビームの照射の際に走査制御を行うための走査制御部と、を有し、
前記検出部は、前記試料に対する電子ビームの照射により試料から発生する二次電子を電流信号として検出する検出器を有し、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記プリアンプの出力電圧信号を入力してアナログ信号処理及び増幅して出力し、
前記処理部は、前記AD変換部の出力デジタル信号を入力して前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を生成し前記インタフェース部を通じてユーザに対し出力する画像処理部を有し、
前記帯域切り替え部は、前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、及び前記AD変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部における通過させるアナログ信号の周波数帯域を複数状態間で切り替える、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、前記周波数帯域、及び前記AD変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部の可変ゲインアンプによる増幅レベルを調整する可変ゲイン調整部を有する、計測検査装置。 - 請求項3記載の計測検査装置において、
前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、前記周波数帯域、前記可変ゲインアンプによる増幅レベル、及び前記AD変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部のクランプアンプの最大出力レベルを制限するように調整するクランプ出力調整部を有する、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記アナログ信号処理増幅部は、
前記プリアンプの出力電圧信号を入力して、前記検出器のゲインに合わせて設定された最大出力レベル制限値内で出力する、第1クランプアンプと、
前記第1クランプアンプの出力アナログ信号を入力して、前記走査速度に合わせて、前記通過させる周波数帯域に応じたフィルタが選択されるように切り替えられる、複数の各々の周波数帯域で通過させる複数のフィルタ、及び前記フィルタの選択のためのスイッチと、
前記フィルタの出力を入力して、前記検出器のゲイン、及び前記フィルタの周波数帯域に合わせて設定された可変ゲインによる増幅レベルで増幅して出力する可変ゲインアンプと、
前記可変ゲインアンプの出力を入力して、前記検出器のゲイン、前記フィルタの周波数帯域、及び前記可変ゲインに合わせて設定された最大出力レベル制限値内で出力する第2クランプアンプと、を有する、計測検査装置。 - 請求項5記載の計測検査装置において、
前記制御部は、
前記アナログ信号処理増幅部の前記スイッチに対する制御信号により、前記複数のフィルタからフィルタを選択することで前記通過させる周波数帯域を切り替える機能と、
前記アナログ信号処理増幅部の前記可変ゲインアンプに対する制御信号により、前記可変ゲインによる増幅レベルを調整する機能と、
前記アナログ信号処理増幅部の前記第1及び第2クランプアンプに対する制御信号により、前記第1及び第2クランプアンプの各々の最大出力レベルを調整する機能と、を有する、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記インタフェース部は、前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を表示する画面を生成してユーザに対し出力し、
前記制御部は、前記画面で前記ユーザの操作に従い設定された情報に従って制御し、
前記画面において、
前記ユーザの操作に従い前記走査速度を選択する項目と、
前記ユーザの操作に従い前記走査速度に応じて前記アナログ信号処理増幅部の前記通過させる周波数帯域を切り替える項目と、を有する、計測検査装置。 - 請求項7記載の計測検査装置において、
前記画面において、前記ユーザの操作に従い前記走査速度に応じて前記アナログ信号処理増幅部の可変ゲインによる増幅レベルを調整する項目を有する、計測検査装置。 - 請求項8記載の計測検査装置において、
前記画面において、前記ユーザの操作に従い前記走査速度に応じて前記アナログ信号処理増幅部のクランプアンプの最大出力レベル制限値を調整する項目を有する、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記インタフェース部は、前記ユーザの操作に従い、2つ以上の走査速度のうち使用する1つを選択可能とし、
前記走査制御部は、前記ユーザにより選択された走査速度で、前記試料に対する電子ビームの照射の際に走査制御を行い、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記2つ以上の走査速度の各々に対応させた周波数帯域を通過させる複数のフィルタを有し、前記ユーザにより選択された走査速度に応じたフィルタが選択される、計測検査装置。 - 請求項4記載の計測検査装置において、
前記アナログ信号処理増幅部は、第1の走査速度の場合、第1の周波数帯域、第1の可変ゲイン、及び第1の最大出力レベルの状態に切り替えられ、前記第1の走査速度よりも速い第2の走査速度の場合、前記第1の周波数帯域よりも広い第2の周波数帯域、前記第1の可変ゲインよりも大きい第2の可変ゲイン、及び前記第1の最大出力レベルよりも大きい第2の最大出力レベルの状態に切り替えられる、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記インタフェース部は、前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を表示する画面を生成してユーザに対し出力し、
前記制御部は、前記画面で前記ユーザの操作に従い設定された情報に従って制御し、
前記画面において、
前記ユーザの操作に従い前記画像の明るさを調整する項目と、
前記ユーザの操作に従い前記画像のコントラストを調整する項目と、
前記画像の明るさ及びコントラストの調整の結果を表示する項目と、を有し、
前記制御部は、前記走査速度に対応させて、前記アナログ信号処理増幅部の回路オフセット値を調整することで前記画像の明るさを調整し、前記検出器のゲインを調整することで前記画像のコントラストを調整する、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記プリアンプと前記アナログ信号処理増幅部との間は、差動信号を伝送する第1のケーブルで接続され、
前記プリアンプは、前記差動信号を出力するアンプを有し、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記差動信号を入力し、前記検出器のゲインに合わせて設定された最大出力レベル制限値で出力する、シングル出力型の第1クランプアンプを有する、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記アナログ信号処理増幅部と前記AD変換部との間は、差動信号を伝送する第2のケーブルで接続され、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記AD変換部の入力レンジに合わせて設定された最大出力レベル制限値で前記差動信号を出力する、シングル入力の第2クランプアンプを有し、
前記AD変換部は、前記差動信号を入力するAD変換器を有する、計測検査装置。 - 請求項2記載の計測検査装置において、
前記電子光学系として、前記電子ビームを出射する出射部、及び前記電子ビームを導く光学レンズと、
前記電子ビームの走査制御の際に電子ビームの偏向を制御するための偏向器、及び前記偏向器を制御する偏向制御部と、
前記試料を移動制御するための機構系、及び前記機構系を制御する機構系制御部と、を有する、計測検査装置。
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