JPH07134965A - Scanning electron microscope - Google Patents

Scanning electron microscope

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JPH07134965A
JPH07134965A JP27927093A JP27927093A JPH07134965A JP H07134965 A JPH07134965 A JP H07134965A JP 27927093 A JP27927093 A JP 27927093A JP 27927093 A JP27927093 A JP 27927093A JP H07134965 A JPH07134965 A JP H07134965A
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JP
Japan
Prior art keywords
image
periodic structure
generated
detection
possibilities
Prior art date
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Pending
Application number
JP27927093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Iiizumi
孝 飯泉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To extract a periodic structure without any error so as to precisely detect a target shape even if a semiconductor pattern has a complex periodic structure by using a sample space period previously given in detection of a periodic structure as a constraint. CONSTITUTION:In a detection process, a sample 7 to be measured or to be examined is placed on a stage 8, and thereto electron beams 2 are radiated, and then, an image is displayed on an image display monitor 19. When instructions for detection and shift processing are given to a computer 21 and a possibility restricting process is carried out, a two-dimensional grid image is generated on the basis of the previously given space period, and then, a two-dimensional image, in which possibility positions detected by the computer 21 serving as a detecting means are arranged, is generated. Subsequently, a relative value provides a peak, when an intersection point of the grid image generated on the basis of the space period is overlapped with the right possibility among the image possibilities generated by the extracted possibilities. In this way, wrong possibilities are eliminated, while undetected possibilities due to noise or the like are interpolated, that reliability of a periodic structure detection can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料像を電子線で走査
し、発生する2次電子を画像化する査電子顕微鏡に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning electron microscope which scans a sample image with an electron beam to image secondary electrons generated.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の装置は、特願平5−19866号に記載
のように、あらかじめ定めた規準画像に類似の形状が存
在する位置を2次元画像上で複数求め、それらの内ガイ
ドとなる2次元画像上の特定位置までの距離が最短のも
のを自動選択するものである。この方法は、周期構造が
単純な試料の場合には信頼性良く機能する。
2. Description of the Related Art A conventional apparatus, as described in Japanese Patent Application No. 5-19866, obtains a plurality of positions on a two-dimensional image having a shape similar to a predetermined reference image, and uses them as guides. The one having the shortest distance to the specific position on the two-dimensional image is automatically selected. This method works reliably for samples with a simple periodic structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体ウェーハ
のプロセス技術は高度化し、プロセスルールはより微細
か、複雑化している。上記従来技術は、周期構造を持つ
試料の1周期分の基準画像のみを用いて周期構造の検出
を行うため、構造が複雑化し、類似性の高い部分領域が
増すに従って、本来の周期構造以外にも、類似の位置を
候補として検出してしまう。もしその位置がガイド位置
に再短距離にあれば、それを必要とする周期構造と判断
して自動選択してしまう。半導体ウェーハのプロセス品
質管理を自動化するには、このような誤判断は避けなけ
ればならない。
In recent years, the process technology for semiconductor wafers has become more sophisticated, and the process rules have become finer or more complicated. In the above-mentioned conventional technique, since the periodic structure is detected using only the reference image for one period of the sample having the periodic structure, the structure becomes complicated and the number of highly similar partial regions increases. However, similar positions are detected as candidates. If the position is at the shortest distance from the guide position, it is judged to be a necessary periodic structure and automatically selected. In order to automate the process quality control of semiconductor wafers, such misjudgments must be avoided.

【0004】本発明の目的は、複雑な周期構造を持つ半
導体ウェーハパターンでも、その周期構造を誤りなく抽
出し、目的とする形状を確実に検出する機能を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a function of accurately extracting a target shape by accurately extracting a periodic structure of a semiconductor wafer pattern having a complicated periodic structure.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】通常、半導体ウェーハの
設計過程では、プロセスルール(ラインパターンの幅,
コンタクトホールの径など)やメモリセルのセル配列周
期などに関する設計値をあらかじめ定めている。上記目
的は、周期的形状を検出する際に、セル周期構造などの
設計値を制約条件として使用し、抽出された候補のう
ち、設計周期に最も良く当てはまる候補の組み合わせを
選び、それ以外の候補は、本来の周期構造から外れる誤
検出個所として除外し、正しい候補のみに候補を限定す
ることにより達成される。
Generally, in the process of designing a semiconductor wafer, process rules (line pattern width,
Design values such as the diameter of contact holes) and the cell array period of memory cells are set in advance. The purpose is to use the design value such as the cell periodic structure as a constraint condition when detecting the periodic shape, select a combination of candidates that best fits the design period from the extracted candidates, and select other candidates. Is achieved by excluding it as an erroneously detected location that deviates from the original periodic structure and limiting the candidates to correct candidates.

【0006】[0006]

【作用】設計周期という絶対的な値を用いることによ
り、周期性の判定が格段に容易になる。判定が容易であ
れば、誤りが減少し信頼性が向上する。また、設計周期
を当てはめるなどの統計的手法は雑音に強く、周期構造
の一部が雑音に埋もれ検出できなくても、それを補間す
ることができる。
By using the absolute value of the design period, determination of periodicity becomes much easier. If the determination is easy, errors are reduced and reliability is improved. In addition, a statistical method such as applying a design period is resistant to noise, and even if a part of the periodic structure is buried in noise and cannot be detected, it can be interpolated.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。電子銃1より放射された電子ビーム2は、対物レン
ズ6により細く絞られ試料7に照射される。対物レンズ
6は対物レンズ電源11により励磁される。また、偏向
信号発生器14によって発生する偏向信号は、コンピュ
ータ21より試料上の走査範囲,走査位置を変えること
ができ、偏向増幅器10によって偏向コイル3を励磁
し、電子ビーム2を試料7上で2次元走査する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The electron beam 2 emitted from the electron gun 1 is narrowed down by the objective lens 6 and applied to the sample 7. The objective lens 6 is excited by the objective lens power supply 11. Further, the deflection signal generated by the deflection signal generator 14 can change the scanning range and scanning position on the sample by the computer 21, the deflection coil 10 is excited by the deflection amplifier 10, and the electron beam 2 on the sample 7. Two-dimensional scanning.

【0008】また、試料7に入射した電子ビーム2によ
り発生した信号(2次電子信号,反射電子信号など)
は、検出器12により電気信号に変換されA/D変換器
15によってアナログ信号からディジタル信号に変換さ
れ、画像メモリ16に記憶される。この画像メモリ16
の内容は、常にD/A変換器17によりディジタル信号
からアナログ信号に変換され、画像表示用モニタ(陰極
線管)19の輝度信号としてグリッドに引加される。こ
のとき、A/D変換器15,画像メモリ16,D/A変
換器17は、A/D変換して記憶し更にD/A変換して
画像表示するためのタイミング信号を偏向信号発生器1
4より受け取る。画像表示用モニタ19の偏向コイル2
0は、偏向信号発生器14の偏向信号をもとに偏向増幅
器18によって励磁される。
Signals generated by the electron beam 2 incident on the sample 7 (secondary electron signals, reflected electron signals, etc.)
Is converted into an electric signal by the detector 12, converted from an analog signal into a digital signal by the A / D converter 15, and stored in the image memory 16. This image memory 16
The content of is always converted from a digital signal to an analog signal by the D / A converter 17, and added to the grid as a luminance signal of the image display monitor (cathode ray tube) 19. At this time, the A / D converter 15, the image memory 16, and the D / A converter 17 generate timing signals for A / D conversion, storage, and D / A conversion for image display.
Receive from 4 Deflection coil 2 of image display monitor 19
0 is excited by the deflection amplifier 18 based on the deflection signal of the deflection signal generator 14.

【0009】一方、試料7を載せているステージ8は、
ステージ駆動回路13により移動され、それによって電
子ビーム2に試料7上の走査位置が変化し視野が移動す
る。同様の視野移動は直流増幅器9によってイメージシ
フトコイル5が例示され、電子ビーム2の試料上の走査
位置がオフセットされることによっても行える。これら
の視野移動の移動量は、コンピュータ21によって制御
される。
On the other hand, the stage 8 on which the sample 7 is placed is
It is moved by the stage drive circuit 13, whereby the scanning position on the sample 7 is changed by the electron beam 2 and the visual field is moved. The same visual field movement can also be performed by exemplifying the image shift coil 5 by the DC amplifier 9 and offsetting the scanning position of the electron beam 2 on the sample. The movement amount of these visual field movements is controlled by the computer 21.

【0010】カーソル信号発生器22の信号は、トラッ
クボール24またはコンピュータ21からの信号によっ
て変化し、画像表示用モニタ上に表示されるカーソルの
表示位置を変化させる。コンピュータ21は、カーソル
信号発生器22の状態から画像表示用モニタ19上の位
置情報を取得できる。また、コンピュータ21は、画像
メモリ16中の画像データの全部または一部を読み込む
ことができ、前期カーソル位置情報と組み合わせること
で、カーソル位置を中心とする一部の画像データを画像
メモリの対応する位置から読み込める。
The signal from the cursor signal generator 22 changes according to the signal from the trackball 24 or the computer 21 to change the display position of the cursor displayed on the image display monitor. The computer 21 can acquire the position information on the image display monitor 19 from the state of the cursor signal generator 22. Further, the computer 21 can read all or a part of the image data in the image memory 16, and by combining it with the cursor position information in the previous term, a part of the image data centering on the cursor position corresponds to the image memory. You can read from the position.

【0011】以上のような構成の装置を用いて、以下の
ような処理を行う。
The following processing is performed by using the apparatus having the above-mentioned configuration.

【0012】目的画像と基準画像の登録手続きについ
て、図1および図2を用いて説明する。
The procedure for registering the target image and the reference image will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0013】まず、目的とする部分画像を含む試料をス
テージ8に載せ、電子ビーム2を照射して画像表示用モ
ニタ19上に像を表示する。次に、表示像中の目的とす
る部分画像25にトラックボール24を用いて手操作で
クロスヘアカーソル27を合わせ(図2)、コンピュー
タ21に登録の指示を出す。コンピュータ21は、カー
ソル位置情報をカーソル信号発生器22から取得し保存
するとともに、カーソル位置を中心とする一部の画像デ
ータを画像メモリ16上の対応する位置から読み込み、
基準画像として保存する。
First, a sample including a target partial image is placed on the stage 8 and the electron beam 2 is irradiated to display an image on the image display monitor 19. Next, the cross hair cursor 27 is manually aligned with the target partial image 25 in the displayed image using the trackball 24 (FIG. 2), and the computer 21 is instructed to register. The computer 21 acquires the cursor position information from the cursor signal generator 22 and saves it, and reads a part of the image data centered on the cursor position from the corresponding position on the image memory 16,
Save as a reference image.

【0014】以上の一連の手続きを、基準画像登録手続
きとする。
The above series of procedures is referred to as a reference image registration procedure.

【0015】次に、検出処理について図1および図3を
用いて説明する。
Next, the detection process will be described with reference to FIGS. 1 and 3.

【0016】まず、測定あるいは検査すべき試料をステ
ージ8に載せ、電子ビーム2を照射して画像表示用モニ
タ19上に像を表示する。次に、コンピュータ21に検
出,移動処理の指示を与える。コンピュータ21は、あ
らかじめ登録した基準画像と画像メモリ16中の画像デ
ータを比較し、基準画像に類似の形状が存在する画像表
示用モニタ上の座標X,Yを複数個求め、各々Xi,Y
iとする。
First, a sample to be measured or inspected is placed on the stage 8 and the electron beam 2 is irradiated to display an image on the image display monitor 19. Next, the computer 21 is instructed to perform detection and movement processing. The computer 21 compares the reference image registered in advance with the image data in the image memory 16, obtains a plurality of coordinates X, Y on the image display monitor in which the reference image has a similar shape, and respectively Xi, Y.
i.

【0017】周期構造が単純な試料に対しては、上記手
続きによって目的とする周期構造を抽出できる。しか
し、例えば、図4のように複雑な形状の試料に対して
は、本来の周期構造の他に、それに類似の誤った位置を
検出することがある(図中a)。
For a sample having a simple periodic structure, the desired periodic structure can be extracted by the above procedure. However, for example, for a sample having a complicated shape as shown in FIG. 4, an erroneous position similar to the original periodic structure may be detected (a in the figure).

【0018】これを防止するため、以下のような候補限
定処理を実施する。
In order to prevent this, the following candidate limitation processing is carried out.

【0019】まず、あらかじめ与えられた空間周期によ
り、図5のような2次元の格子状画像を生成する。次
に、図6のように前記検出手段により検出された候補位
置を並べた2次元画像を生成する。そして生成した2画
像間で2次元の相互相関演算を実施する。相互相関演算
の結果もまた2次元分布となるが、2つの画像が最も良
く一致したとき、すなわち、空間周期より生成した格子
状画像の格子の交点と、抽出された候補により生成した
画像の中の候補のうちの、正しい候補とが重なったと
き、相関値がピークを与える。誤検出された候補が格子
の交点と重なっても、その他の候補が重ならないので相
関値が大きくならない。このようにして求められた相関
値の2次元分布は、正しい候補位置のみにピークがある
周期的な分布となる(図7)。この結果を用いれば、誤
った候補を除外できるだけでなく、雑音などによる劣化
が原因で検出されなかった候補も補間できることになり
周期構造検出の信頼性は極めて高くなる。
First, a two-dimensional lattice-shaped image as shown in FIG. 5 is generated with a predetermined spatial period. Next, as shown in FIG. 6, a two-dimensional image in which the candidate positions detected by the detecting means are arranged is generated. Then, a two-dimensional cross-correlation calculation is performed between the generated two images. The result of the cross-correlation calculation is also a two-dimensional distribution, but when the two images best match, that is, the intersection of the grid of the grid-shaped image generated from the spatial period and the image generated by the extracted candidate When the correct candidate among the above candidates overlaps, the correlation value gives a peak. Even if the erroneously detected candidate overlaps the intersection point of the lattice, the other candidates do not overlap, so that the correlation value does not increase. The two-dimensional distribution of the correlation values thus obtained is a periodic distribution having peaks only at correct candidate positions (FIG. 7). By using this result, not only erroneous candidates can be excluded, but also candidates that have not been detected due to deterioration due to noise can be interpolated, and the reliability of periodic structure detection is extremely high.

【0020】一方、あらかじめ与えた設計寸法が誤って
いると、格子の交点と各候補とがうまく重ならず、相関
値の分布に有為なピークが確認できなくなる。この場合
は検出失敗とすることで、人為的なミスを防止できる。
On the other hand, if the design dimensions given in advance are incorrect, the intersections of the lattice and the candidates do not overlap well, and it becomes impossible to confirm a significant peak in the distribution of the correlation values. In this case, it is possible to prevent human error by making the detection failure.

【0021】上記の例では、2次元の相互相関演算によ
り周期構造を抽出したが、この他にも例えば、与えられ
た縦方向,横方向の周期を変数とした関数を仮定し、こ
の関数を、抽出された候補位置の座標値に関数フィッテ
ィングさせ、最適周期を求める方法が考えられる。フィ
ッティングには最小2乗法などを用いれば良い。
In the above example, the periodic structure is extracted by the two-dimensional cross-correlation calculation. However, in addition to this, for example, a function with the given vertical and horizontal periods as variables is assumed, and this function is A method is conceivable in which the optimum period is obtained by function fitting the extracted coordinate values of the candidate position. The least squares method or the like may be used for fitting.

【0022】いずれの方法でも、設計寸法に最も良く当
てはまる候補の組み合わせを求めるため、雑音に強く信
頼性が極めて高い。
In any of the methods, a combination of candidates that best fits the design size is obtained, so that it is resistant to noise and highly reliable.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、誤検出した候補を除外
できるだけでなく、雑音等による劣化で検出不可能な候
補の位置も抽出できるので、全ての候補を確実に検出で
きる。また、もし万が一設計寸法が誤って与えられて
も、検出失敗のエラーを容易に判断できるため、人為的
なミスを防止できる。
According to the present invention, not only erroneously detected candidates can be excluded, but also the positions of candidates that cannot be detected due to deterioration due to noise or the like can be extracted, so that all candidates can be reliably detected. Further, even if a design dimension is erroneously given, it is possible to easily determine an error in detection failure, so that it is possible to prevent human error.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】走査電子顕微鏡のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a scanning electron microscope.

【図2】クロスヘアカーソルを用いた基準画像の指定例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of designation of a reference image using a crosshair cursor.

【図3】周期的構造の検出例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of detection of a periodic structure.

【図4】周期的構造の検出例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of detecting a periodic structure.

【図5】設計値より生成した格子画像を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a lattice image generated from design values.

【図6】抽出された周期構造候補により生成した画像を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an image generated by the extracted periodic structure candidates.

【図7】2次元相互相関演算結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a two-dimensional cross-correlation calculation result.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子銃、2…電子ビーム、3…偏向コイル、5…イ
メージシフトコイル、7…試料、15…A/D変換器、
19…画像表示用モニタ、21…コンピュータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Electron beam, 3 ... Deflection coil, 5 ... Image shift coil, 7 ... Sample, 15 ... A / D converter,
19 ... Monitor for image display, 21 ... Computer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周期的な空間構造を有する試料上を電子線
で走査し、試料表面の2次元画像を得る手段と、得られ
た2次元画像上から周期構造を検出する手段を有する走
査電子顕微鏡において、周期構造の検出時に、あらかじ
め与えた試料の空間周期を制約条件として用いることを
特徴とする走査電子顕微鏡。
1. A scanning electron having means for scanning a sample having a periodic spatial structure with an electron beam to obtain a two-dimensional image of the sample surface, and means for detecting the periodic structure on the obtained two-dimensional image. A scanning electron microscope characterized by using a spatial period of a sample given in advance as a constraint condition when detecting a periodic structure in the microscope.
JP27927093A 1993-11-09 1993-11-09 Scanning electron microscope Pending JPH07134965A (en)

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