JP7148467B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る荷電粒子線装置1の構成図である。荷電粒子線装置1は、試料8に対して電子線30(1次荷電粒子)を照射することにより試料8の観察像を取得する、走査型電子顕微鏡として構成されている。荷電粒子線装置1は、電子光学系、ステージ機構系、電子線制御系、光照射系、メインコンソール16を備える。
本実施形態1に係る荷電粒子線装置1は、試料8に対して光の照射強度を制御して照射することにより試料8中の材料間での2次電子放出量差を拡大させ、これにより光非照射時と比較して、試料8上に絶縁膜が残っている部位と残っていない部位との間の2次電子信号量の差分を増加させる。したがって、光の照射強度の制御によって絶縁膜が薄膜化したとしても、絶縁膜の位置や膜厚などの残渣特性を精度よく推定することができる。
本実施例では、光の吸収係数に応じて変化する2次電子放出量を波長によって制御し、加速電圧制御による2次電子放出量制御では識別が困難であった同一材料の結晶構造の欠陥を検出する荷電粒子線装置について説明する。本実施例における荷電粒子線装置の構成例は実施例1と同様である。
本実施例では、膜厚の異なる領域が存在する試料において、光照射による2次電子放出量変化と試料に照射する一次電子線の加速電圧の制御によって試料の膜厚を高精度に評価する荷電粒子線装置について説明する。本実施例における荷電粒子線装置の構成例は実施例1と同様である。
本発明の実施形態4では、光照射による除電効果を利用して膜厚を算出する手法について説明する。荷電粒子線装置1の構成は実施形態1と同様であるので、以下では本実施形態4において新たに実装する構成について主に説明する。
ユーザは、試料の材料と構造に関する情報を、入力設定部21から入力する。試料の構造とは、例えば試料の表面形状と座標(絶縁膜が配置されている位置の座標)についての情報である。図16で説明した対応関係は試料の材料毎に異なるので、本ステップにおいてさらに試料の材料を指定してこれに対応する図16の対応関係を特定することとした。図16の対応関係が光波長にも依拠する場合は光波長と材料の組み合わせ毎に図16の各データを設けてもよい。
試料を帯電させるのに適した1次電子線の照射条件(例えば加速電圧など)は材料ごとに異なる。したがって演算部17は、S501において入力した材料にしたがって、1次電子線の照射条件を決定する。同様に試料から除電するのに適した光照射条件(例えば光波長、パルス幅、パルス周期、パルス振幅など)は材料ごとに異なる。したがって演算部17は、S501において入力した材料にしたがって、光照射条件を決定する。
電子銃2は、試料8から放出される2次電子の信号量が飽和するまで(信号イールドが規格化した標準値(=1)となるまで)、電子線30を試料8に対して照射する。照射位置は、膜厚を測定する絶縁膜が形成されている箇所である。2次電子の信号量が飽和したとき、試料8は電子線30によって完全に帯電したことになる。試料8を完全に帯電させるのは、帯電状態が不完全だと試料の帯電量を数値化するのが困難であり、したがって帯電量(または除電量)と膜厚との間の対応関係も確定するのが困難となるからである。
光源13は、完全に帯電した試料8に対して光を照射する。照射位置はS503と同じである。光照射により2次電子の放出が促されるので、S503において完全に帯電した試料8から2次電子が放出されて試料8が除電されることになる。
演算部17は、試料8から電荷を完全に除電するために寄与した光子数を算出する。例えば試料8に対して入射した光量と、試料8から反射された光量との間の差分によって、試料8が吸収した光量を算出することができる。演算部17はその光量を光子数に換算することにより、除電に寄与した光子数を算出することができる。演算部17は、その光子数を用いて図16左図のデータ(第2データ)を参照することにより、光照射によって除去された電荷量(除電量)を算出する。
演算部17は、S505において求めた除電量を用いて図16右図のデータ(第3データ)を参照することにより、光照射した位置における膜厚を算出する。
本実施形態4に係る荷電粒子線装置1は、試料8を除電するために必要な光子数と絶縁膜の膜厚との間の対応関係(第2データと第3データ)をあらかじめ取得しておき、光照射によって除電したときの光子数の実測値を用いてその対応関係を参照することにより、絶縁膜の膜厚を推定する。光子数は照射光量を測定することによって取得することができる。すなわち本実施形態2によれば、光照射による2次電子放出量を正確に測定しなくとも、絶縁膜の膜厚を精度よく推定することができる。試料8の表面電位を用いる場合も同様に、2次電子放出量を正確に測定することなく絶縁膜の膜厚を精度よく推定できる利点がある。
実施形態4においては、膜厚が未知である前提の下、除電のために必要な光子数を用いて膜厚を推定することとした。これに対して膜厚が既知である場合、除電のために必要な光子数もその膜厚から得ることができる。この光子数を利用して、除電のために必要な光子数の実測値が正常であるのか否かを判断することができると考えられる。そこで本発明の実施形態3では、光子数の実測値と既知値を比較することにより、膜質が正常であるか否かを判定する例を説明する。荷電粒子線装置1の構成は実施形態1と同様であるので、以下では本実施形態5において新たに実装する構成について主に説明する。
ユーザは、試料の材料と構造に関する情報を、入力設定部21から入力する。本ステップにおいてはS501で入力する情報に加えて、絶縁膜の膜厚も入力する。S602はS502と同様である。膜厚は例えば別の検査装置が測定した結果を得ることによって取得することができる。
電子銃2は、S503と同様に、試料8から放出される2次電子の信号量が飽和するまで、電子線30を試料8に対して照射する(S603)。光源13は試料8に対して光を照射する(S604)。試料8の帯電量が0に到達しなかった場合、光照射条件を変更した上でS603に戻って同様の処理を繰り返す(S605:N)。試料8の帯電量が0に到達した場合はS606へ進む(S605:Y)。演算部17は、S606に進む場合、試料8の帯電量を0にするために要した光子数を算出する。算出手順は例えばS505と同様でよい。
S603において電子線30を試料8に対して照射し始めると、2次電子のイールドが次第に低下し、試料8が完全に帯電するとイールドが1に到達して信号量が飽和する。その後、試料8に対して光を照射すると、2次電子信号量が再度上昇して、電子線30を照射し始めた時点のレベルまで回復する。演算部17はこの時点において、試料8の帯電量が0に到達したと判断することができる。必ずしも電子線30を照射し始めた時点と厳密に等しいレベルまで除電する必要はなく、実質的に除電完了したとみなすことができるレベルに到達すればよい。すなわち帯電量(または帯電量に換算することができる量)が適当な閾値に到達すればよい。
図17で説明したフローチャートにおいても、本ステップと同様の手順により、試料8の帯電量が0に到達したか否かを判断し、到達していなければS503~S504を繰り返し実施してもよい。
演算部17は、S601において入力された膜厚を用いて図4右図のデータ(第3データ)を参照することにより、その膜厚を有する絶縁膜の除電量を取得する。演算部17はさらに、その除電量を用いて図4左図のデータ(第2データ)を参照することにより、絶縁膜を除電するために必要な光子数を取得する。
演算部17は、S605において算出した光子数の実測値と、S606においてデータ参照により取得した光子数とを比較する(S607)。両者が一致する場合は、絶縁膜の膜質が正常であると判断することができる(S608)。実測値が、あらかじめ実験により取得した規定値と一致したからである。両者が一致しない場合は、絶縁膜の膜質が何らかの異常を有していると判断する(S609)。
S607において2つの光子数が一致しない原因としては、絶縁膜が帯電する電荷量を変動させるような不具合が考えられる。例えば絶縁膜の材料密度の異常、絶縁膜内に含まれる欠陥または不純物、絶縁膜の電気抵抗値の異常、絶縁膜の静電容量の異常、などの不具合が存在する可能性がある。演算部17は膜質以上の原因となっている可能性として、これらのうち少なくともいずれかが存在する旨の判定結果を出力することもできる。
本実施形態5に係る荷電粒子線装置1は、絶縁膜の膜厚があらかじめ分かっている場合において、試料8を除電するために必要な光子数が規定値と一致するか否かにより、絶縁膜の膜質が正常であるか否かを判定する。これにより、実施形態2と同様に2次電子放出量を正確に測定しなくとも、絶縁膜の膜質を精度よく判定することができる。
図19は、荷電粒子線装置1が提供するGUI(Graphical User Interface)の例である。演算部17は、実施形態1~5それぞれにおいて説明した判定結果などを、図7のようなGUI上で提示することができる。GUIは例えば表示部20上の画面表示として提供することができる。
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
16:メインコンソール
17:演算部
20:表示部
21:入力設定部
22:ガラス窓
23:筐体
24:光照射部
30:電子線
41:記憶部
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を解析する演算部、
前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
前記荷電粒子線によって前記試料から放出される2次荷電粒子を検出する検出部、
前記2次荷電粒子の検出信号に基づく2次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
を備え、
前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記2次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記光を照射することによる前記信号量の変化量を表す信号量特性を、前記試料の材料と前記光の波長の組み合わせごとに記述した、第1データを格納する記憶部を備え、
前記演算部は、前記第1データが記述している信号量特性と、前記検出器が検出した前記2次荷電粒子の信号量とを比較することにより、前記光を照射した部位における前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
前記第1データは、前記光の照射時における前記信号量を表す照射時信号量を前記試料の材料ごとに記述しており、
前記検出器は、前記試料の第1部位に対して前記1次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記2次荷電粒子の第1信号量を取得し、
前記検出器は、前記試料の第2部位に対して前記1次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記2次荷電粒子の第2信号量を取得し、
前記演算部は、前記第1データが記述している前記照射時信号量を参照するとともに前記第1信号量と前記第2信号量の比率を参照することにより、前記第1部位と前記第2部位それぞれにおける前記試料の材料を判定するとともにその材料の厚さを算出する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 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を解析する演算部、
前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
前記荷電粒子線によって前記試料から放出される2次荷電粒子を検出する検出部、
前記2次荷電粒子の検出信号に基づく2次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
を備え、
前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記2次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
前記荷電粒子線装置はさらに、
前記光源が前記試料に対して照射する前記光の光子数と、前記光を照射することによって前記試料から除去される除電電荷量との間の対応関係を記述した第2データ、
前記除電電荷量と前記試料の膜厚との間の対応関係を記述した第3データ、
を格納する記憶部を備え、
前記演算部は、前記試料に対して前記光を照射することによる前記信号量の変化量を用いて前記光子数を算出するとともに、その光子数を用いて前記第2データを参照することにより、前記除電電荷量を取得し、
前記演算部は、前記第2データを参照することにより取得した前記除電電荷量を用いて前記第3データを参照することにより、前記膜厚を取得する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 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を解析する演算部、
前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
前記荷電粒子線によって前記試料から放出される2次荷電粒子を検出する検出部、
前記2次荷電粒子の検出信号に基づく2次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
を備え、
前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記2次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
前記荷電粒子線装置はさらに、
前記光源が前記試料に対して照射する前記光の光子数と、前記光を照射することによって前記試料から除去される除電電荷量との間の対応関係を記述した第2データ、
前記除電電荷量と前記試料の膜厚との間の対応関係を記述した第3データ、
を格納する記憶部を備え、
前記演算部は、前記試料の膜厚を指定する指定入力を受け取り、
前記演算部は、前記指定入力が指定する膜厚を用いて前記第3データを参照することにより前記除電電荷量を取得するとともに、その取得した除電電荷量を用いて前記第2データを参照することにより、前記光の光子数を取得し、
前記演算部は、前記試料が有している電荷が閾値以下になるまでに要した前記光の光子数の実測値と、前記第2データを参照することにより取得した光子数とを比較することにより、前記試料が正常であるか否かを判定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 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を解析する演算部、
前記光源が前記光を照射する条件を、第一の光の照射条件と、第二の光の照射条件のうち少なくとも一つ以上設定することができる、光照射制御系、
前記荷電粒子線によって前記試料から放出される2次荷電粒子を検出する検出部、
前記2次荷電粒子の検出信号に基づく2次荷電粒子画像を形成する画像処理部、
を備え、
前記光源は、前記第一の光の照射条件および前記第二の光の照射条件で、前記光を照射し、
前記光源は、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記第一の光の照射条件と第二の光照射条件との間で、前記検出器が検出する前記2次荷電粒子の信号量の変化を検出し、
前記演算部は、前記変化した信号量にしたがって、前記試料の材料または前記試料の形状のうち少なくともいずれかを判定し、
前記試料は、半導体材料によって形成されており、
前記演算部は、前記試料の表面上に存在している絶縁膜の位置と膜厚を、前記変化した信号量にしたがって判定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1から4のいずれか1項記載の荷電粒子線装置であって、
前記演算部は、前記第一の光の照射条件で得られた前記2次荷電粒子画像と、前記第二の光の照射条件で得られた前記2次荷電粒子画像から、前記試料の特徴を判断する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の荷電粒子線装置であって、
前記光照射制御系は、レーザの平均出力、パルスピーク強度、パルス幅、パルスの照射周期、レーザの照射面積、波長、偏光のうちいずれか一つ以上のパラメータを制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記検出器は、前記試料の第1部位に対して前記1次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記2次荷電粒子の第1信号量を取得し、
前記検出器は、前記試料の第2部位に対して前記1次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記2次荷電粒子の第2信号量を取得し、
前記演算部は、前記第1信号量と前記第2信号量を比較することにより、前記第1部位と前記第2部位それぞれにおける前記試料の材料を判定する
ことを特徴とする請求項5記載の荷電粒子線装置。 - 前記検出器は、前記試料の第1部位に対して前記1次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記2次荷電粒子の第1信号量を取得し、
前記検出器は、前記試料の第2部位に対して前記1次荷電粒子と前記光を照射しているときにおける前記2次荷電粒子の第2信号量を取得し、
前記演算部は、前記第1信号量と前記第2信号量が判定閾値以上異なる場合は、前記第1信号量と前記第2信号量の比率にしたがって、前記第1部位と前記第2部位それぞれにおける前記試料の膜厚と膜質のうち少なくともいずれかを判定する
ことを特徴とする請求項5記載の荷電粒子線装置。 - 前記演算部は、前記膜質として、
前記材料の密度、
前記試料の欠陥または不純物の有無、
前記試料の電気抵抗値、
前記試料の静電容量、
のうち少なくともいずれかを判定する
ことを特徴とする請求項8記載の荷電粒子線装置。 - 前記荷電粒子源は、前記試料から放出される前記2次荷電粒子の信号量が飽和するまで前記1次荷電粒子を前記試料に対して照射し、
前記光源は、前記2次荷電粒子の信号量が飽和した状態において、前記試料に対して前記光を照射することにより、前記1次荷電粒子によって帯電した前記試料の電荷を除去し、
前記演算部は、前記2次荷電粒子の信号量が飽和した後、前記光源が前記光を照射することによって前記試料から除去される前記除電電荷量を取得する
ことを特徴とする請求項2記載の荷電粒子線装置。 - 前記演算部は、前記試料に対して前記光を照射することによる前記信号量の変化量を用いることに代えて、前記試料に対して前記光を照射することによる前記試料の表面電位の変化量を用いて、前記光子数を算出する
ことを特徴とする請求項2記載の荷電粒子線装置。 - 前記記憶部は、前記試料の材料と前記光の波長の組み合わせごとに、前記第2データと前記第3データをそれぞれ格納しており、
前記演算部は、前記試料の材料を指定する指定入力を受け取り、
前記演算部は、前記指定入力が指定する前記試料の材料に対応する前記第2データと、前記指定入力が指定する前記試料の材料に対応する前記第3データとを参照することにより、前記膜厚を取得する
ことを特徴とする請求項2記載の荷電粒子線装置。 - 前記荷電粒子源は、前記試料から放出される前記2次荷電粒子の信号量が飽和するまで前記1次荷電粒子を前記試料に対して照射し、
前記光源は、前記2次荷電粒子の信号量が飽和した状態において、前記1次荷電粒子によって帯電した前記試料の電荷が前記閾値以下になるまで、前記試料に対して前記光を照射し、
前記演算部は、前記2次荷電粒子の信号量が飽和してから、前記1次荷電粒子によって帯電した前記試料の電荷が前記閾値以下になるまでの間に、前記光源が前記試料に対して照射した光子数を、前記実測値として取得する
ことを特徴とする請求項3記載の荷電粒子線装置。 - 前記演算部は、前記荷電粒子源が前記試料に対して前記2次荷電粒子を照射しはじめた時点における前記2次荷電粒子の信号量の初期値を取得し、
前記光源が前記光を前記試料に対して照射しても前記2次荷電粒子の信号量が前記初期値に到達しなかった場合、前記荷電粒子源は前記2次荷電粒子の信号量が飽和するまで前記1次荷電粒子を改めて前記試料に対して照射し、前記光源は前記試料の電荷が前記閾値以下になるまで前記試料に対して前記光を改めて照射する
ことを特徴とする請求項13記載の荷電粒子線装置。 - 前記演算部は、
前記材料の密度、
前記試料の欠陥または不純物の有無、
前記試料の電気抵抗値、
前記試料の静電容量、
のうち少なくともいずれかを判定することにより、前記試料が正常であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項11記載の荷電粒子線装置。
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