JP7105368B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
以下ではまず本発明の基本原理について説明し、次に本発明の具体的な実施形態について説明する。本発明は、最も高い像コントラストとなる光照射条件(光パラメータ)を決定し、パターンや欠陥の視認性の高い像コントラストを提供する。本発明は、複数の光照射のパラメータで構成された好適な光照射条件(偏光面、照射方向、照射角度、波長、光の照射周期、光の単位時間当たりの照射量)を特定する。試料に対して光を照射することにより、試料には光子数に応じてキャリアが励起され、電子状態が変化する。光照射下における2次電子の放出量は式(1)となる。ΔSは光照射による放出電子の増幅量、αは材料の吸収係数、Dpulseは試料への単位時間当たりの光の照射量である。
本発明の実施形態1では、断続的に照射される光の偏光面その他の光パラメータを制御することによって電子線照射時の試料からの放出電子の放出量を制御し、高い像コントラストを有する画像取得を実現する荷電粒子線装置について述べる。
本実施形態1に係る荷電粒子線装置1は、光の偏光面を含む光パラメータを変えながら光パラメータごとに試料8の観察像を生成することにより、光パラメータごとに異なるコントラストを有する観察像を生成する。これにより、各光パラメータに対する試料8の光吸収特性に応じてそれぞれ異なるコントラストを有する観察像を得ることができる。したがって、試料8の光吸収特性に合わせて光パラメータを選択することにより、観察像の視認性を向上させることができる。
本発明の実施形態2では、試料8の形状パターンの特徴量を抽出したうえで、試料8に対して照射する光の光パラメータをその特徴量にしたがって制御する構成例について説明する。
ユーザは試料8を挿入し、ステージ機構系は試料を観察位置まで移動する(S1)。ユーザは電子線30の照射電流などの照射条件を設定し、画像処理部17はその照射条件にしたがって試料8のSEM像を取得する(S2)。特徴量抽出部18は、S2で得たSEM像より試料8の形状パターンとその特徴量を抽出する(S3)。
光パラメータ特定部15は、光パラメータ(例えば単位時間当たりの照射量)をいずれかの値に仮設定する(S4)。光制御部14と光照射部24は、その光パラメータを用いて光を試料8に対して照射する(S5)。画像処理部17は、試料8のSEM像を取得するとともに、SEM像のコントラストを算出する(S6)。光パラメータの値を変えながら、ステップS4~S6を繰り返す。例えばステップS4において光パラメータとして単位時間当たりの照射量を仮設定する場合、照射量の数値を変えながら、設定可能な数値範囲全体にわたってS4~S6を繰り返す。
光パラメータ特定部15は、光パラメータの各値におけるコントラストと、光を照射していないときにおける像コントラストをそれぞれ比較する。光パラメータ特定部15は、コントラストが最も高い値を採用する。光を照射しないときのコントラストが最も高い場合は、光パラメータとして「照射なし」を採用することになる。
ステップS4~S7を、光パラメータの全組み合わせについて繰り返し実施する。例えば単位時間当たりの照射量についてS4~S7を実施した後、波長についてS4~S7を実施する。その他の光パラメータについても同様に実施する。光パラメータの組み合わせとしては、図4の画像取得オペレーション指定部206上で指定することができる各パラメータが例として挙げられる。
本実施形態2に係る荷電粒子線装置1は、試料8の特徴量に応じて、その特徴量における光吸収係数が最も高い光パラメータを特定し、その光パラメータを有する光を照射した上で観察像を取得する。これにより、試料8の形状パターンごとに観察像のコントラストをできる限り高めることができる。
図9において説明した形状パターンは、形状パターンのX方向における特徴量とY方向における特徴量が互いに異なるので、各方向における光吸収係数が互いに異なる。そこで本発明の実施形態3では、各観察方向における特徴量が異なる場合であっても、各観察方向において均一にコントラストを向上させる手順について説明する。荷電粒子線装置1の構成は実施形態2と同様である。
本実施形態3に係る荷電粒子線装置1は、試料8のパターン形状の特徴量にしたがって光パラメータを特定するとともに、各光パラメータに対応する光吸収係数にしたがって、光パラメータごとに単位時間当たりの照射量を調整する。これにより、光パラメータごとのコントラストを均一にすることができる。したがって、例えば観察方向ごとに試料8の特徴量が異なる場合であっても、均一なコントラストを得ることができる。
本発明の実施形態4では、試料8からの放出電子の効率が最大となる光パラメータを特定し、高いコントラストを有する観察像を得ることができる構成例について説明する。本実施形態4に係る荷電粒子線装置1は、実施形態1~3で説明した構成に加えて、試料8に対して照射する光の角度を調整する機構を備える。角度以外の光照射条件を調整する機能部(例えば光照射部24)は、調整ミラー31の前後どちらに設置してもよい。
本実施形態4に係る荷電粒子線装置1は、SEM画像の明度ヒストグラムのピーク間隔Hが大きくなるように光パラメータを特定する。これにより、SEM画像のパターンコントラストを向上させるように、光パラメータを最適化することができる。
以上の実施形態においては、試料8上の形状パターンが直線状に配列されており、観察方向に応じてP偏光またはS偏光を用いる例を説明したが、これ以外の形状パターンであっても本発明を適用することができる。本発明の実施形態5ではその1例として、材料の磁区を撮影したSEM画像の像コントラストを向上させる例について説明する。荷電粒子線装置1の構成は実施形態1~4と同様である。偏光変換板32は、λ/2偏光板やλ/4偏光板でもよいし、λ/2偏光板とλ/4偏光板を組み合わせてもよい。偏光面を変換できるその他素子であってもよい。GUIは図16と同様である。
複数の電子線照射によって1枚のSEM像に含まれる形状パターンのX方向における特徴量とY方向における特徴量が互いに異なるので、各方向における光吸収係数が互いに異なる。そこで本発明の実施形態6では、複数の電子線照射による広視野観察において、各観察方向における特徴量が異なる場合であっても、各観察方向において均一にコントラストを向上させる手順について説明する。断続的に照射される光の偏光面その他の光パラメータを制御することによって電子線照射時の試料からの放出電子の放出量を制御し、高い像コントラストを有する画像取得を実現する荷電粒子線装置について述べる。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
2 電子銃
3 偏向器
4 電子レンズ
5 検出器
6 XYZステージ
7 試料ホルダ
8 試料
9 電子銃制御部
10 偏向信号制御部
11 検出制御部
12 電子レンズ制御部
13 光源
14 光制御部
15 光パラメータ特定部
16 メインコンソール
17 画像処理部
18 特徴量抽出部
19 画像信号処理部
20 表示部
21 入力設定部
22 ガラス窓
23 筐体
24 光照射部
25 照射光
30 電子線
31 調整ミラー
32 偏光変換板
33 光量可変フィルタ
34 波長変換部
41 反射防止膜
42 レジスト
43 シリコン基板
44 ポリシリコン
45 酸化膜
46 シリコンカーバイド基板
47 無偏光ビームスプリッタ
49 ビームモニタ
50 マルチビーム光学器
51 検出器
52 検出器
53 検出器
55 電子線
56 電子線
57 電子線
58 検出制御部(a)
59 検出制御部(b)
60 検出制御部(c)
61 マルチビーム電子線制御部
70 シリコン
71 ポリシリコン
81 記憶装置
201A 表示部
201B 表示部
202 差画像表示部
203 撮像開始ボタン
204 差画像化ボタン
205 偏光面設定部
206 画像取得オペレーション指定部
207 表示部
208 表示部
209 光照射条件モニタ部
210 撮像条件表示部
211 撮像条件表示部
212 特徴量抽出欄
213 偏光面割合調整部
214 照射量調整部
215 ライブ画像表示部
216 偏光種類選択ボタン
217 光照射条件選択部
218 画像選択部
219 演算選択部
220 処理開始ボタン
221 画像処理表示部
222 偏光種類選択部
Claims (15)
- 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して1次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
前記試料に対して照射する光を出射する光源、
前記1次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる2次荷電粒子を検出する検出器、
前記検出器が検出した前記2次荷電粒子を用いて前記試料の観察像を生成する画像処理部、
前記光の物理的特性を表す光パラメータを制御する光制御部、
前記試料上に形成されている形状パターンの特徴量を抽出する特徴量抽出部、
前記光に対する前記試料の光吸収係数が最大となるような前記光パラメータを前記特徴量にしたがって特定する光パラメータ特定部、
を備える
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記荷電粒子線装置はさらに、1以上の前記光パラメータと前記光吸収係数との間の対応関係を記述した吸収係数データを格納する記憶部を備え、
前記光パラメータ特定部は、前記吸収係数データを参照することにより、前記観察像のコントラストができる限り大きくなる前記光パラメータを特定する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記特徴量抽出部は、
前記形状パターンの寸法、
前記形状パターンの平面密度、
前記形状パターンの繰り返し周期、
前記形状パターンの面積、
前記形状パターンの輪郭線、
前記形状パターンを構成する材料の光物性、
のうち少なくともいずれかを前記特徴量として抽出する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記特徴量抽出部は、前記観察像または前記形状パターンの設計データを用いて、前記特徴量を抽出する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記光制御部は、前記光パラメータを変更することにより、各前記光パラメータを有する前記光を前記試料に対して照射し、
前記画像処理部は、各前記光パラメータを有する前記光を前記試料に対して照射しているときにおける前記観察像のコントラストのうち、最もコントラストが高いときにおける前記光パラメータに対応する前記観察像を取得する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記光制御部は、前記光パラメータとして、前記光の単位時間当たりの照射量と、前記照射量以外の別パラメータとを制御するように構成されており、
前記光制御部は、前記別パラメータを第1パラメータに調整したときにおける前記観察像の第1コントラストと、前記別パラメータを第2パラメータに調整したときにおける前記観察像の第2コントラストとの間の差分が小さくなるように、前記別パラメータを前記第1パラメータに調整したときにおける前記照射量と前記別パラメータを前記第2パラメータに調整したときにおける前記照射量を調整する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記光制御部はさらに、
前記第1パラメータを有する前記光の前記照射量を測定する第1測定器、
前記第2パラメータを有する前記光の前記照射量を測定する第2測定器、
を備え、
前記光制御部は、前記第1測定器が測定した前記照射量、前記第2測定器が測定した前記照射量、前記第1パラメータを有する前記光に対する前記試料の第1吸光係数、および前記第2パラメータを有する前記光に対する前記試料の第2吸光係数を用いて、前記第1コントラストと前記第2コントラストとの間の差分が小さくなるように前記照射量を制御する
ことを特徴とする請求項6記載の荷電粒子線装置。 - 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して1次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
前記試料に対して照射する光を出射する光源、
前記1次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる2次荷電粒子を検出する検出器、
前記検出器が検出した前記2次荷電粒子を用いて前記試料の観察像を生成する画像処理部、
前記光の物理的特性を表す光パラメータを制御する光制御部、
を備え、
前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を変化させることにより、変化させた前記偏光面に対応するコントラストを有する前記観察像を前記画像処理部に生成させ、
前記光制御部は、前記観察像が有する各ピクセルの輝度値もしくは明度値のヒストグラム、または前記観察像が有する各ピクセルの輝度差もしくは明度差のヒストグラムを取得し、
前記光制御部は、前記ヒストグラム上の度数ピーク間隔が最大となるように、前記光パラメータを調整する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記光制御部は、前記光パラメータとして第1パラメータと第2パラメータを制御するように構成されており、
前記光制御部は、前記ヒストグラムとして、前記光パラメータが前記第1パラメータのときにおける第1ヒストグラムを取得するとともに、前記光パラメータが前記第2パラメータのときにおける第2ヒストグラムを取得し、
前記光制御部は、前記第1ヒストグラム上の度数ピーク間隔が最大となるように前記第1パラメータを制御するとともに、前記第2ヒストグラム上の度数ピーク間隔が最大となるように前記第2パラメータを制御する
ことを特徴とする請求項8記載の荷電粒子線装置。 - 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して1次荷電粒子を照射する荷電粒子源、
前記試料に対して照射する光を出射する光源、
前記1次荷電粒子を前記試料に対して照射することにより前記試料から生じる2次荷電粒子を検出する検出器、
前記検出器が検出した前記2次荷電粒子を用いて前記試料の観察像を生成する画像処理部、
前記光の物理的特性を表す光パラメータを制御する光制御部、
を備え、
前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を変化させることにより、変化させた前記偏光面に対応するコントラストを有する前記観察像を前記画像処理部に生成させ、
前記光制御部は、前記1次荷電粒子を前記試料に対して照射する第1時間間隔よりも短い第2時間間隔ごとに、前記試料に対して前記光を照射し、
前記光制御部は、前記光の平均強度、前記光の照射時間幅、前記光の照射周期、前記第2時間間隔、単位時間当たりの前記光の照射数のうち少なくともいずれかを制御することにより、前記光の単位時間当たりの照射量を制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記光物性は、前記材料の光吸収率、前記材料の光反射率、前記材料の誘電率、前記材料のアッベ数、前記材料の光屈折率、のうち少なくともいずれかである
ことを特徴とする請求項3記載の荷電粒子線装置。 - 前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を変化させることにより、変化させた前記偏光面に対応するコントラストを有する前記観察像を前記画像処理部に生成させる
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を第1偏光面に制御することにより、前記試料が前記第1偏光面に対応する第1光吸収係数を有するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させ、
前記光制御部は、前記光パラメータとして前記光の偏光面を前記第1偏光面とは異なる第2偏光面に制御することにより、前記試料が前記第2偏光面に対応する第2光吸収係数を有するようにした上で、前記観察像を前記画像処理部に生成させる
ことを特徴とする請求項12記載の荷電粒子線装置。 - 前記光制御部は、前記光パラメータとして、
前記光を水平面上に投影したとき前記光と前記水平面上の座標軸との間に形成される角度、
前記光を垂直面上に投影したとき前記光と前記垂直面上の座標軸との間に形成される角度、
前記光の波長、
前記光の照射周期、
前記光の単位時間当たりの照射量、
のうち少なくともいずれかを制御する
ことを特徴とする請求項12記載の荷電粒子線装置。 - 前記画像処理部は、前記光制御部が前記光パラメータを第1パラメータに調整したときにおける前記試料の第1観察像と、前記光制御部が前記光パラメータを第2パラメータに調整したときにおける前記試料の第2観察像とを生成し、
前記画像処理部は、前記第1観察像と前記第2観察像との間の差分を求めることにより差画像を生成し、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記差画像を表示する表示部を備える
ことを特徴とする請求項12記載の荷電粒子線装置。
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