JP5927067B2 - 計測検査装置、及び計測検査方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態を詳細に説明する前に、背景・前提となる技術部分(従来のSEM方式の計測検査装置及び方法における主BLK制御手段)や課題の詳細などについて、以下、図11〜図17等を用いて簡単に説明する(なおこれらの図面は本実施の形態の説明でも共通に用いる)。
前記SEM等の計測検査装置及び方法における電子ビームの走査方式について以下である。例えばCD−SEM(測長SEM)における通常の走査をTV走査、ラスタ走査などと呼び、1画面あたりの走査時間が約26μsである。またTV走査を基準としてそのn倍速とした走査をn倍速走査と呼び、例えば4倍速走査の場合、1画面の走査時間が約26/4=6μsとなる。図12には、ラスタ走査方式を示している。
図11は、従来のSEMの装置(システム)の構成の一例を示している。なお本実施の形態(図1)との主な違いとしては、補正BLK手段(20,202等)の有無である。ブランキング制御手段として、BLK制御回路201及びBLK制御電極10等を有する構成である。通常、ブランキング(遮断)OFFによる照射時は、ビームがA1,A4の流れで試料110に照射され、それによる二次電子A11が検出器107で検出される。ブランキングONによる非照射時は、ビームがA1,A5の流れでアパーチャ106で遮蔽される。
以下、図12,図14等で、従来の走査型電子ビーム方式におけるラスタ走査方式の場合を示す。
図14は、SEM方式の計測検査装置(図11)、及びラスタ走査方式(図12)における電子ビームの走査方向などを示している。図示するZ方向は、試料110(ないし試料台112)の平面に対して垂直なビームA1の照射方向である。X,Yの方向(座標)は、例として、ラスタ走査方式におけるビームA1のライン毎の走査方向をX方向とし、それに対して直交するビームA1(或いは試料台112)の移動方向(送り方向)をY方向としている。X方向では連続的な走査(照射)領域となり、Y方向では非連続的な走査(照射)領域となる。
図2の(a)は、図14に対応して、電子ビームの遮断を制御するための要素であるBLK制御電極10の構成例を、図14のX,Y方向の平面での俯瞰図で示す。BLK制御電極10は、従来一般的には、2枚1組の金属板(10a,10b)が平行・対向して配置される構成である。BLK制御回路201からのBLK制御信号(ON/OFFの波形)(図13)により、BLK電極10(10a,10b)に印加された電圧差によって、当該電極間に電界を生じさせる。これにより当該電極間を通過する位置(311)のビームにクーロン力を生じさせることで偏向させる。
図13には、図12の走査に対応した、(a)偏向制御信号、及び(b)BLK制御信号の電圧波形を示している。(a)は、図12の400の軌跡(領域)になるようにビームの偏向を制御するための偏向制御信号の波形を示し、偏向制御回路206から偏向器108へ印加される偏向制御信号(c1,c2)に対応する。(b)は、BLK制御でビームの遮断ON/OFFを制御するためのBLK制御信号の波形を示し、BLK制御回路201からBLK制御電極10へ印加するBLK制御信号(a1,a2)に対応する。(a)の波形のうち、411は、計測画像(データ)の取得時におけるX方向の1ライン(401)毎の走査(照射)時のビーム偏向制御の部分である。412は、X方向の1ライン(401)の終点まで走査が終了して始点へ戻る時(403)のビーム偏向制御の部分(振り戻し期間)である。(b)の波形のうち、421は、(a)の411と同期してBLK制御信号をOFFする時(ブランキングOFF状態)を示し、422は、(a)の412と同期してBLK制御信号をONする時(ブランキングON状態)を示す。またt1は上記ONからOFFへの切り替え時点を示す。ブランキングOFF時の電圧をVoff(例えば0[V])とし、ブランキングON時の電圧をVon(Vb)とする。
また、上記ラスタ走査方式以外の走査方式も存在する。例えば最近のSEMでは、ベクタ走査方式などに対応したものがある。ベクタ走査方式では、X−Y平面における任意の方向で走査を制御する。例えば試料における測定したいパターン形状の方向に沿って走査の方向を制御可能であり、所望の座標点(画素数など)のデータを取得可能である。上記ラスタ走査方式(図12,図14のように単純にライン毎に順次に走査する場合)に対し、ベクタ走査方式を使用する場合は、特に前述の帯電問題の改善に対して、更に有利である。それは、測定・検査の対象の試料の領域(パターン形状など)に対して、ビームの走査方向や照射(遮断)のON/OFFを詳細に制御できるためである。
前述のように、SEMにおいてビームを試料に照射して計測や検査を行う際、パターンや走査方式などに応じて、試料に余分な正負の帯電が生じると、正確な計測・検査ができない。そのため、不要な帯電の抑制(無用な照射時間の短縮)が必要である。そのための手段として、ブランキング制御(高速ブランキング制御)が挙げられる。しかしながら、ラスタ走査方式やベクタ走査方式などと共に高速ブランキング制御を行う場合、以下のような問題がある。
図17(a)には、上記BLK制御の際のビーム照射位置ずれについて示している。700は、X,Y方向の平面における計測対象の試料(ウェハ)上のパターン(特に単純な検出用エッジパターン)に対するビーム照射位置のイメージを示す。701のX方向の直線が、600のパターンのラインに対応した理想的なビーム照射位置とする。しかし上記リンギング(603)により、702(実際の照射位置の軌跡)のように、Y方向でのビーム照射位置のずれ(揺れ)が生じる。
上記前提を踏まえ、図1〜図9等を用いて、本発明の実施の形態1の走査型電子ビーム方式の半導体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説明する。実施の形態1(図1等)では、電子ビームの高速走査に伴う高速BLK制御(照射・遮断の高速なON/OFF切り替え制御)を行うための要素であるBLK制御電極として、従来(図11)の主BLK手段(主BLK制御電極10、主BLK制御201等)に対し、新たに補正BLK手段(補正BLK制御電極20、補正BLK制御回路202等)を追加した構成である。走査方式は、前述のラスタ走査方式やベクタ走査方式などが適用可能である。電極構成として、図2のように、主BLK及び補正BLKのそれぞれで、2枚の金属板による構成とした。即ち特定の一方向のBLK制御を行う構成とした。
図1は、本実施の形態1の計測検査装置を含んで成るシステム全体の構成を示す。従来(図11)との主な違いは、補正BLK制御手段(20,202等)を有することである。なおこの追加要素(補正BLK制御手段)に対応して、本実施の形態では、信号処理系(コンピュータ200の全体制御部210など)の各処理内容なども異なる。実施の形態1の計測検査装置は、対象の半導体ウェハ(試料110)の自動計測および自動検査を可能とする適用例である。本計測検査装置は、半導体ウェハ(試料110)の回路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欠陥(異常や不良)を検出する検査機能を備える。
図2で、(a)の主BLK制御電極10の構成は、前述の従来と同様の2枚1組の構成である。対応して、(b)の補正BLK制御電極20の構成は、主BLK制御電極10の構成に合わせた2枚1組の構成である。特にY方向で対向配置された構成である。詳しくは後述する。
補正BLK制御回路202は、主BLK制御回路201による主BLK制御と同期して、補正BLK制御信号(電圧)を生成し、補正BLK制御電極20へ印加する。この補正BLK制御(補正BLK制御信号)は、主BLK制御(主BLK制御信号)に伴い発生するリンギング等をリアルタイムで補正するものである。
図3を用いて、主BLK制御電極10、補正BLK制御電極20、主BLK制御回路201、補正BLK制御回路202の構成、及びその感度の設計などについて説明する。
図4で、D1は、主BLK制御信号のON→OFF切り替え時の波形(8A,901)に対応した電界リンギングのプロファイル(主BLKセットリングプロファイル)を示す。このデータ(D1)は、本計測検査装置での事前計測の処理により、テーブル270(図8)に格納される。D2は、補正BLK制御信号の波形(8B,902)に対応したデータ(基本補正BLKデータ)を示す。このデータ(D2)は、上記プロファイルデータ(D1)をもとに、本計測検査装置での図1の(A)補正データ計算処理(図6)により作成され、テーブル270(図8)に格納される。D1,D2は計測条件(D0)と関連付けて管理される。
次に図6を用いて、本計測検査装置(コンピュータ200に備える補正データ計算処理機能)及び方法において、ブランキングON→OFF切替時のビーム位置のリンギング等に対する補正データ(補正条件)を計算する処理について説明する。なお以下では計測機能の場合で説明するが検査機能の場合も同様である(例えば計測条件を検査条件などに読み替えればよい)。この補正データ計算処理の例では、図4の主BLKセットリングプロファイルデータ(D1),基本補正BLKデータ(D2)を得る。
図8は、図6等に従い求めた各データ(D0,D1,D2)を格納するテーブル270(相関テーブル)の構成例を示す。本テーブル270は、項目(列)として、aの「条件」(ここでは計測条件)と、bの「主BLKセットリングプロファイル」と、cの「基本補正BLKデータ」とを有する。aの条件1〜Nごとに、bのプロファイルと、cの基本補正BLKデータとが関連付けられて格納される。なおaの1つの行の条件は、詳細には、複数の条件要素(パラメータ等)の設定値などから成るレシピとすることができる。
図9は、本実施の形態でGUI部250により表示するGUI画面例のイメージを示す。特に、主BLKセットリングタイムのプロファイル(D1)に対して、その基本補正BLKデータ(D2)を求め、それらの相関マップをテーブル270に設定する例を示す。
次に図7を用いて、本計測検査装置(コンピュータ200に備える(A)補正処理機能)及び方法において、実計測・検査中、高速走査・高速BLK制御を実現するために、主BLKのON→OFF切り替え時にリンギング等(ビーム照射位置ずれ)を補正BLKによりリアルタイムで補正する処理について説明する。
上述した実施の形態1において、ビームの高速走査に伴い、主BLKのON→OFF切り替え時に発生していたリンギングや応答遅れ等をリアルタイムで補正することができるので、従来のビーム走査で障害となっていたセットリングタイムSTを短縮することができ、高速走査・高速BLK制御を実現でき、結果、計測・検査の高精度化ができる。これにより、試料110に対する帯電の影響により生じる回路パターン寸法の計測誤差や欠陥検出精度が低下する擬似欠陥などの問題を解決できる。即ち、パターン寸法の計測精度の向上や欠陥検出精度(検査精度)の向上などが実現できる。更に、複数の装置(計測検査装置)間の機差の低減などにも利用可能である。
次に、図10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半導体の計測検査装置を説明する。実施の形態2の装置の基本構成は、実施の形態1(図1等)と同様であり、異なる部分について以下である。実施の形態2では、図10のように、BLK電極構成として、主BLK制御電極10及び補正BLK制御電極20のそれぞれで、4枚の金属板による構成とした。即ちX,Y方向で独立に制御することで任意の方向のBLK制御を可能とする構成とした。実施の形態2では、任意の方向のBLK制御が可能なので、任意のパターン形状の走査についても柔軟に対応が可能である(適用可能な形状・方向などの制約が小さくなる)。なお実施の形態2では、上記電極構成に対応して、図1のコンピュータ200内(全体制御部210や補正BLK制御回路202等)の制御処理内容などが一部異なる構成となる。
他の実施の形態(変形例)として、上記実施の形態2のようなBLK電極が4枚の構成に限らず、ビーム偏向方向を所望の方向に制御できるように考慮した、複数の電極(金属板)及び制御回路による構成としてもよい。例えば4枚の正方形のような配置に限らず、6枚以上で円状の配置にしてもよい。
Claims (14)
- 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、
前記計測または検査を含む全体を制御する全体制御部と、
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、
前記試料に対して電子ビームを照射するための光学レンズを含む電子光学系と、
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走査制御のために照射位置を偏向により制御するための偏向器と、
前記偏向器に対する制御信号を生成して印加する偏向制御回路と、
前記電子ビームの照射により試料から発生する二次電子またはその他のエネルギーを検出する検出器と、
前記検出器で検出した信号を処理して当該計測または検査の画像を生成しユーザに対して出力する信号処理系と、
前記計測または検査に関するデータ情報を記憶する記憶部と、
前記試料に対する電子ビームの照射の遮断を制御するための主ブランキング手段と、
前記主ブランキング手段に対する補正のための補正ブランキング手段と、
前記電子ビームを遮断するためのアパーチャと、を有し、
前記主ブランキング手段は、主ブランキング電極と、前記主ブランキング電極に対して主ブランキング制御信号を生成して印加する主ブランキング制御回路と、を有し、
前記補正ブランキング手段は、補正ブランキング電極と、前記補正ブランキング電極に対して補正ブランキング制御信号を生成して印加する補正ブランキング制御回路と、を有し、
前記補正ブランキング電極は、前記偏向器及び前記アパーチャよりも、前記主ブランキング電極側に配置され、
前記主ブランキング制御回路からの主ブランキング制御信号を主ブランキング電極に印加して前記電子ビームの遮断のONからOFF状態へ切り替える時、前記補正ブランキング制御回路からの補正ブランキング制御信号を補正ブランキング電極に印加することにより、前記主ブランキング制御信号による前記電子ビームの照射の位置ずれを補正すること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
予めユーザにより設定された条件で、事前計測で前記補正ブランキング手段をオフとして所定の検出用パターンを用いて、前記主ブランキング制御回路からの主ブランキング制御信号を主ブランキング電極に印加して、前記電子ビームの遮断のONからOFF状態へ切り替える時の、リンギングに対応する第1の波形を含むプロファイルのデータを取得する処理と、
前記プロファイルのデータを用いて、前記主ブランキング制御信号の第1の波形を打ち消してフラットに近付けるための第2の波形を含んだ、前記補正ブランキング制御信号を生成するための補正用データを計算する処理と、
前記条件、プロファイル、及び補正用データを関連付けてテーブルに格納し、前記記憶部に保存する処理と、を行う補正データ計算部を有すること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
ユーザにより設定された条件に基づき、所定の走査方式で、計測または検査を行う際、
前記試料に対する電子ビームの走査制御に応じて、前記偏向制御回路からの制御信号を前記偏向器に印加することにより、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で偏向させる処理と、
前記走査制御に同期させた、前記試料に対する電子ビームの主ブランキング制御に応じて、前記主ブランキング制御回路からの主ブランキング制御信号を主ブランキング電極に印加することにより、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で偏向させて前記アパーチャで遮断する処理と、
前記主ブランキング制御に同期させた、前記試料に対する電子ビームの補正ブランキング制御に応じて、前記補正ブランキング制御回路からの補正ブランキング制御信号を補正ブランキング電極に印加することにより、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で偏向させる処理と、を行う補正処理部を有し、
上記構成により、前記主ブランキング手段による電子ビームの位置ずれをリアルタイムで前記補正ブランキング手段により補正すること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
前記主ブランキング電極は、X,Y方向の平面における特定の第1の方向で対向する2枚1組の金属板で構成され、
前記補正ブランキング電極は、前記主ブランキング電極と同じ特定の第1の方向で対向する2枚1組の金属板で構成されること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
前記主ブランキング電極は、X,Y方向の平面における第1の方向で対向する2枚1組の金属板と、第2の方向で対向する2枚1組の金属板との計4枚で構成され、
前記補正ブランキング電極は、前記主ブランキング電極と同じ第1の方向及び第2の方向で対向する計4枚の金属板で構成され、
前記主ブランキング電極の第1の方向の組の電極を制御する第1の制御回路、及び第2の方向の組の電極を制御する第2の制御回路を有し、これにより電子ビームの偏向をX,Y方向で独立に制御可能であり、
前記補正ブランキング電極の第1の方向の組の電極を制御する第1の制御回路、及び第2の方向の組の電極を制御する第2の制御回路を有し、これにより電子ビームの偏向をX,Y方向で独立に制御可能であること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
前記主ブランキング電極は、X,Y方向の平面における特定の第1の方向で対向する2枚1組の金属板で構成され、
前記補正ブランキング電極は、前記主ブランキング電極と同じ第1の方向で対向する2枚1組の金属板と、第2の方向で対向する2枚1組の金属板との計4枚の金属板で構成され、
前記補正ブランキング電極の第1の方向の組の電極を制御する第1の制御回路、及び第2の方向の組の電極を制御する第2の制御回路を有し、これにより電子ビームの偏向をX,Y方向で独立に制御可能であること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
所定の走査方式として、ラスタ走査方式を用い、前記電子ビームをX方向のラインごとに走査し、Y方向で移動させ、
前記主ブランキング制御及び補正ブランキング制御では、前記電子ビームをY方向で偏向させることで、遮断のON/OFFを切り替え制御し、
前記主ブランキング制御では、前記X方向のラインごとの走査時には、遮断のON状態にし、前記X方向のライン間で電子ビームの位置を戻す時には、遮断のOFF状態にし、前記X方向のライン中の非照射領域ごとに、遮断のOFF状態にすること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
所定の走査方式として、ベクタ走査方式を用い、前記電子ビームをX,Y方向の平面における任意の方向のラインごとに走査し、
前記主ブランキング制御及び補正ブランキング制御では、前記電子ビームをX,Y方向の平面における任意の方向で偏向させることで、遮断のON/OFFを切り替え制御し、
前記主ブランキング制御では、前記任意の方向のラインごとの走査時には、遮断のON状態にし、前記任意の方向のライン間で電子ビームの位置を戻す時には、遮断のOFF状態にし、前記任意の方向のライン中の非照射領域ごとに、遮断のOFF状態にすること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
電圧あたりの偏向距離である、前記主ブランキング電極の感度に対して、前記補正ブランキング電極の感度の方を低くした構成により、前記主ブランキング制御信号の電圧に対して前記補正ブランキング制御信号の電圧を大きくしたこと、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項9記載の計測検査装置において、
前記主ブランキング電極及び補正ブランキング電極の感度は、前記主ブランキング電極の電極間距離に対して前記補正ブランキング電極の電極間距離の方を広くした構成、または前記主ブランキング電極の電極サイズに対して前記補正ブランキング電極の電極サイズの方を小さくした構成であること、を特徴とする計測検査装置。 - 請求項1記載の計測検査装置において、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
前記試料を載置してX,Y方向の平面内で移動制御するための機構系と、
前記機構系を制御する機構系制御部と、を有し、
前記機構系及び機構系制御部により前記試料をX,Y方向の平面内で第1の方向へ移動させながら、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で第2の方向へ走査すること、を特徴とする計測検査装置。 - 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を用いて、計測または検査の少なくとも一方を行う計測検査方法であって、
前記計測検査装置は、
前記計測または検査を含む全体を制御する全体制御部と、
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、
前記試料に対して電子ビームを照射するための光学レンズを含む電子光学系と、
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走査制御のために照射位置を偏向により制御するための偏向器と、
前記偏向器に対する制御信号を生成して印加する偏向制御回路と、
前記電子ビームの照射により試料から発生する二次電子またはその他のエネルギーを検出する検出器と、
前記検出器で検出した信号を処理して当該計測または検査の画像を生成しユーザに対して出力する信号処理系と、
前記計測または検査に関するデータ情報を記憶する記憶部と、
前記試料に対する電子ビームの照射の遮断を制御するための主ブランキング手段と、
前記主ブランキング手段に対する補正のための補正ブランキング手段と、
前記電子ビームを遮断するためのアパーチャと、を有し、
前記主ブランキング手段は、主ブランキング電極と、前記主ブランキング電極に対して主ブランキング制御信号を生成して印加する主ブランキング制御回路と、を有し、
前記補正ブランキング手段は、補正ブランキング電極と、前記補正ブランキング電極に対して補正ブランキング制御信号を生成して印加する補正ブランキング制御回路と、を有し、
前記補正ブランキング電極は、前記偏向器及び前記アパーチャよりも、前記主ブランキング電極側に配置され、
前記主ブランキング制御回路からの主ブランキング制御信号を主ブランキング電極に印加して前記電子ビームの遮断のONからOFF状態へ切り替える時、前記補正ブランキング制御回路からの補正ブランキング制御信号を補正ブランキング電極に印加することにより、前記主ブランキング制御信号による前記電子ビームの照射の位置ずれを補正するステップを有すること、を特徴とする計測検査方法。 - 請求項12記載の計測検査方法において、
前記計測検査装置で、
予めユーザにより設定された条件で、事前計測で前記補正ブランキング手段をオフとして所定の検出用パターンを用いて、前記主ブランキング制御回路からの主ブランキング制御信号を主ブランキング電極に印加して、前記電子ビームの遮断のONからOFF状態へ切り替える時の、リンギングに対応する第1の波形を含むプロファイルのデータを取得する処理ステップと、
前記プロファイルのデータを用いて、前記主ブランキング制御信号の第1の波形を打ち消してフラットに近付けるための第2の波形を含んだ、前記補正ブランキング制御信号を生成するための補正用データを計算する処理ステップと、
前記条件、プロファイル、及び補正用データを関連付けてテーブルに格納し、前記記憶部に保存する処理ステップと、を行うこと、を特徴とする計測検査方法。 - 請求項12記載の計測検査方法において、
前記計測検査装置で、
前記試料に対して電子ビームを照射する方向をZ方向とし、前記Z方向に対して垂直な平面の方向をX,Y方向とし、
ユーザにより設定された条件に基づき、所定の走査方式で、計測または検査を行う際、
前記試料に対する電子ビームの走査制御に応じて、前記偏向制御回路からの制御信号を前記偏向器に印加することにより、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で偏向させる処理ステップと、
前記走査制御に同期させた、前記試料に対する電子ビームの主ブランキング制御に応じて、前記主ブランキング制御回路からの主ブランキング制御信号を主ブランキング電極に印加することにより、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で偏向させて前記アパーチャで遮断する処理ステップと、
前記主ブランキング制御に同期させた、前記試料に対する電子ビームの補正ブランキング制御に応じて、前記補正ブランキング制御回路からの補正ブランキング制御信号を補正ブランキング電極に印加することにより、前記電子ビームをX,Y方向の平面内で偏向させる処理ステップと、を行い、
上記構成により、前記主ブランキング手段による電子ビームの位置ずれをリアルタイムで前記補正ブランキング手段により補正すること、を特徴とする計測検査方法。
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