KR100345362B1

KR100345362B1 - 전자현미경의분해능평가방법및분해능평가용시료

Info

Publication number: KR100345362B1
Application number: KR1019980015452A
Authority: KR
Inventors: 다이지 기타가와; 미츠구 사토; 고로쿠 시모마; 다다노리 다카하시; 나오토 요시다; 마사유키 유키이; 다카노리 니노미야; 다츠오 호리우치; 게이스케 가와메
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 2002-11-18
Also published as: DE69831284D1; US6166380A; EP0877409B1; EP0877409A3; KR19980086674A; JPH1125898A; DE69831284T2; EP0877409A2

Abstract

전자현미경의 분해능, 해상도 등의 정량평가를 목적으로 하는 시료, 그 시료를 사용해서 분해능, 해상도 등을 평가하는 전자현미경의 분해능평가방법과 조정방법과 전자현미경 및 그 전자현미경을 사용한 반도체제조방법에 관한 것으로서, 전자현미경의 촬상화상은 금속입자 등을 촬상할 때에는 금속입자의 크기, 형상에 편차가 있고 측정에 개인차가 발생하며 또 동일 시료를 재현할 수 없기 때문에 정확한 정량평가는 기대할 수 없다는 문제점을 해결하기 위해서, 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 재료를 중첩해서 형성한 시료의 이 중첩한 부분을 포함하는 단면에 전자선을 조사하고, 이 단면에서 발생하는 2차하전입자를 검출해서 시료의 단면의 2차하전입자상을 얻고, 2차하전입자상에 따라서 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하는 전자현미경의 분해능평가방법을 마련하였다.

이렇게 하는 것에 의해서, SEM의 성능이나 경시변화를 정확하게 파악할 수 있게 되고, 금속입자의 크기에 성능이 좌우되지 않고 항상 정량적으로 안정된 성능측정을 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

전자현미경의 분해능평가방법 및 분해능평가용시료{RESOLVING POWER EVALUATION METHOD OF ELECTRON MICROSCOPE AND SPECIMEN FOR RESOLVING POWER EVALUATION}

본 발명은 전자현미경의 분해능, 해상도 등의 정량평가를 목적으로 하는 시료, 그 시료를 사용해서 분해능, 해상도 등을 평가하는 전자현미경의 분해능평가방법과 조정방법과 전자현미경 및 그 전자현미경을 사용한 반도체제조방법에 관한 것이다.

종래, 전자현미경의 분해능의 평가는 육안으로 확인할 수 있는 시료의 2점 사이의 거리로 평가되고, 일본국특허공개공보 평성5-45265와 같이 카본상에 금속입자를 증착한 시료를 전자현미경으로 관찰하고, 분리되어 있는 2개의 금속입자간의 최소틈새를 분해능으로 하고 있다. 또, 전자현미경의 해상도평가는 입자경계가 흐릿한 상태에 의해 평가되고 있다.

종래의 분해능평가에서는 전자현미경의 촬상화상은 금속입자 등을 촬상할 때에는 금속입자의 크기, 형상에 편차가 있고 측정에 개인차가 발생하며 또 동일 시료를 재현할 수 없기 때문에 정확한 정량평가는 기대할 수 없다. 또, 전자현미경에 의해 관찰중인 금속입자의 틈을 정확하게 측정하는 방법이 없다. 또, 전자현미경의 분해능은 장치마다에 따라 기종의 차이가 있다. 이 때문에, 반도체제조 등의 경우, 여러개의 전자현미경을 사용해서 반도체 각부의 치수를 계측하는 반도체의 제조에 있어서, 이들 전자현미경간에서의 관찰상이 다르고, 결함 등이 관찰하는 전자현미경에 따라 보이거나 또는 보이지 않고, 일원적이며 또한 일정한 관리값에 따른 제조를 실행할 수 없다는 등의 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하도록 한 전자현미경의 분해능계측용시료와 전자현미경의 분해능평가방법 및 그 조정방법을 제공하는 것이다.

도 1은 주사형 전자현미경의 개략구성도,

도 2는 2개의 층으로 이루어지는 성능평가시료의 예를 도시한 도면,

도 3은 도 1의 시료에 의한 성능평가방법의 설명도,

도 4는 1개의 박막을 2개의 층 사이에 배치한 성능평가시료의 예를 도시한 도면,

도 5는 도 3의 시료에 의한 성능평가방법의 설명도,

도 6은 2개의 박막을 3개의 층 사이에 배치한 성능평가시료의 예를 도시한 도면,

도 7은 도 5의 시료에 의한 성능평가방법의 설명도,

도 8은 줄무늬형상으로 성막한 성능평가시료의 예를 도시한 도면,

도 9는 주파수해석에 의한 성능평가방법의 설명도,

도 10은 10nm 간격으로 줄무늬형상으로 성막한 성능평가시료와 촬상결과의 설명도,

도 11은 20nm 간격으로 줄무늬형상으로 성막한 성능평가시료와 촬상결과의설명도,

도 12는 SEM분해능평가를 도시한 평가도,

도 13은 성능평가샘플 구성예를 도시한 도면,

도 14는 시료스테이지를 도시한 도면,

도 15는 통전가열용 시료홀더를 도시한 도면,

도 16은 본 발명에 관한 2차전자의 발생효율에 차이가 있는 금속을 임의의 간격마다 치수를 변경해서 적층한 시료의 구성과 SEM상을 도시한 도면,

도 17은 본 발명에 관한 2차전자의 발생효율에 차이가 있는 금속을 임의의 간격마다 치수를 변경해서 적층한 시료의 구성예를 도시한 도면,

도 18은 해상도평가시료를 푸리에변환한 상을 도시한 도면,

도 19는 SEM상을 푸리에변환한 후 대역필터를 거쳐서 역변환한 상의 프로파일을 도시한 도면,

도 20은 SEM분해능평가곡선을 도시한 도면.

상기의 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 금속입자에 대해서 두께나 조합을 자유롭게 실행할 수 있는 점에서 우수한 다층박막의 시료와 성능을 평가하기 위한 연산처리장치를 전자현미경에 내장시킨다. 이 시료는 X선 등을 사용해서 깊이방향 분석을 실행하고, 정확하게 치수를 안 다층박막시료의 단면을 벽개(cleavage) 등을 시켜서 사용한다.

전자현미경이 시료표면을 주사했을 때 스텝신호나 주파수가 다른 방형파신호 등을 얻는 다층박막시료를 예를 들면 탄탈과 실리콘 등의 원자번호의 차이가 큰 재질의 조합으로 작성한다. 이 경우, 전자현미경으로 촬상한 스텝신호의 응답의 미분이 빔프로파일로 되고, 반값폭 등의 임계값을 설정하면 빔직경이나 빔의 형상을 정량평가할 수 있다. 또, 방형파신호에 대한 응답의 콘트라스트 등을 산출하는 것에 의해 해상도를 정량평가할 수 있다. 또, 광학적인 해상한계를 조사하는 방법을 응용해서 2개의 슬릿패턴을 촬상하고, 레일레이(rayleigh)의 현상한계의 식에 적용시켜서 전자현미경의 해상도를 산출한다.

이와 같은 시료를 내장한 여러개의 전자현미경은 각 전자현미경의 촛점전압 등을 조정하는 것에 의해 동일 분해능, 해상도에 일치시키는 것이 가능하게 되고, 다른 기종의 전자현미경이라도 동일 조건의 관찰이 가능하게 된다.

즉, 본 발명에서는 전자현미경의 분해능평가방법에 있어서, 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 재료를 중첩해서 형성한 시료의 이 중첩부분을 포함하는 단면에 전자선을 조사하고, 단면에서 발생하는 2차하전입자를 검출해서 시료의 단면의 2차하전입자상을 얻고, 이 2차하전입자상에 따라서 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하도록 하였다.

그리고, 이 시료는 기판상에 기판의 재료와는 2차전자 또는 반사전자 또는투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 재료의 박막을 형성한 것이다.

또, 이 시료는 기판상에 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차 하전입자의 발생효율이 다른 여러개의 재료의 각각의 박막을 적층해서 형성한 것이다.

또, 본 발명은 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 2개 이상의 재료를 중첩해서 형성한 시료의 중첩부분을 포함하는 단면을 전자현미경의 분해능평가용의 면으로서 구비한 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능평가용시료이다.

그리고, 이 분해능평가용시료는 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 2개 이상의 재료를 각각 박막으로 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 이 분해능평가용시료는 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 여러개의 재료의 박막을 적층해서 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명은 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차하전입자의 발생효율이 다른 재료를 적층해서 형성한 시료의 이 적층부분을 포함하는 단면에 전자선을 조사하고, 이 단면에서 발생하는 2차하전입자를 검출해서 이 시료의 단면의 2차하전입자상을 얻고, 이 2차하전입자상에 따라서 전자현미경의 분해능을 평가하고, 이 평가된 분해능에 따라서 전자현미경의 광학계 또는 진공계 또는 전자총을 조정하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 조정방법이다.

실시예

본 발명의 실시예에 대해서 도면을 사용해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 분해능을 측정해서 조정하는 전자현미경의 1실시예인 주사형전자현미경(이하, SEM이라 한다)의 개략구성을 도시한 도면이다. 전자광학계는 전자총(13), 편향기(12) 및 전자렌즈(14) 등에 의해 구성된다. 그리고, 전자총(13)에서 원하는 가속전압에 의해 출사되는 전자선(8)을 전자렌즈(14)에 의해 집속시키고, 편향기(12) 등에 의해서 X-Y-Z스테이지(17)상에 탑재된 시료(1)상의 표면을 임의의 순서로 주사하도록 구성된다. 또, 전자선의 조사에 의해 시료(1)의 표면에 있어서 발생하는 2차전자 또는 반사전자는 검출기(15)에 의해 검출되고, 화상입력장치(16)에 화상데이타로서 입력된다. 피검사물인 시료(1)은 X-Y-Z스테이지(17)에 의해 3차원방향의 모든 방향으로 이동가능하다. 스테이지이동과 동기한 전자빔의 조사 및 화상입력이 가능하고, 스테이지의 이동은 제어용계산기(20)에 의해 제어된다. 도 1에서는 2차전자상을 사용한 SEM의 예를 도시하고 있지만, 시료를 관찰하는 수단은 2차전자 이외에 반사전자, 투과전자 등에 의한 상을 사용해도 좋다. 투과전자를 검출하는 것은 STEM이라 한다.

SEM의 분해능을 평가하기 위한 시료(21)에 대해 설명한다. 시료(21)은 예를 들면, Ta막과 Si막, W막과 C막, Ru막과 C막, Mo막과 B₄C막, W막과 Si막 등과 같이 원자번호의 차이가 큰 물질재료의 박막을 도금이나 CVD(Chemical Vaper Deposition), PVD(Physical Vaper Deposition)등의 공지의 박막형성기술에 의해 단결정실리콘기판상에 두께를 제어해서 교대로 적층하여 다층으로 형성하고, 이 다층박막을 형성한 기판을 벽개해서 그 단면표면(22)를 사용한다. 이것을 촬상하면 2차전자의 발생효율의 차이로 인해 예를 들면, Ta막, W막, Ru막, Mo막으로부터의 2차전자의 발생효율이 높아 백(白)이고, Si막, C막, B₄C막으로부터의 2차전자의 발생효율이 낮아 흑(黑)인 콘트라스트의 현저한 화상으로 된다.

이들의 물질을 사용한 다층박막의 단면구조를 얻기 위해서는 벽개면(결정광물이 임의의 일정한 방향으로 용이하게 갈라져서 평활한 면 즉 벽개면을 형성한다.)을 이용하는 등의 방법이 있지만, 평가하는 분해능에 비해 단면표면(22)의 오목볼록이 너무 큰 경우에는 예를 들면 100nm 이하의 연마입자를 주석제의 정반에 매몰시키고, 그 주석제의 정반(surface plate)에 의해 단면(22)를 연마하고 단면(22)의 오목볼록을 수nm 이하로 하는 등의 처리를 실행한다.

SEM의 분해능을 조사하기 위해서는 예를 들면 도 2에 도시한 시료(21a)를 사용한다. 전자빔(8)의 집속스폿 직경보다 충분히 큰 예를 들면 100nm정도의 두께의 Ta층(23a)와 Si층(23b)를 작성한 단면표면(22)상을 SEM의 전자총(13)에서 원하는 가속전압에 의해 출사되어 집속된 전자빔의 스폿을 주사했을 때, 전자빔의 에너지분포와 검출기(15)에 의해 검출되어 화상입력장치(16)에 입력되는 2차전자의 강도(32a)를 모식하면 도 3에 도시한 바와 같이 된다. 연산처리장치(19)는 화상입력장치(16)에서 입력되는 2차전자의 강도신호(32a)에 대해서 예를 들면 미분을 취해서 미분신호(33)을 얻는 것에 의해, 이 미분신호(33)에서 전자빔 스폿이Ta층(23a)와 Si층(23b)의 경계면(24)를 주사가 시작되는 위치(35s)와 주사가 종료되는 위치(35e)를 알 수 있다. 그리고, 연산처리장치(19)는 이 2개의 위치(35s), (35e)의 차를 취하는 것에 의해 전자빔의 형상인 스폿직경을 구할 수 있다. 또, 연산처리장치(19)는 2차전자의 출력변화의 미분이 나타내는 곡선(33)의 반값폭ø1 등을 전자빔직경으로 해도 좋다.

전자빔직경은 분해능과 등가로 볼 수 있고, 이것에 의해 SEM의 성능을 정량평가할 수 있다. 이 경우, 2차전자의 강도(32a)를 B스플라인근사 또는 미분신호(33)을 정규분포함수근사 등에 의해 근사하는 것에 의해서 신호의 노이즈성분을 저감시키고, 전자빔직경을 재현성 좋게 계측하는 것이 가능하게 된다. 이 경우 2개의 층은 예를 들면 Si기판상에 반드시 성막프로세스에 의해 Si층(23b)와 Ta층(23a)를 교대로 적층해서 작성할 필요는 없고, 2차전자의 발생효율의 차이가 현저한 여러개의 물질을 압착, 접착 등에 의해 적층해도 좋다.

SEM의 분해능을 측정하기 위해 도 4에 도시한 시료(21b)를 사용한 경우의 방법을 설명한다. 이 시료(21b)는 예를 들면 전자빔직경보다 충분히 큰 Si층(23b) 사이에 예를 들면 1nm정도의 얇은 Ta층(23a)를 중첩해서 단면을 형성한 것으로서, 이 시료(21b)의 단면표면(22)를 SEM의 전자총(13)에서 원하는 가속전압에 의해 사출되어 집속된 전자빔의 스폿을 주사했을 때, 전자빔의 에너지분포와 검출기(15)에 의해 검출되어 화상입력장치(16)에 입력되는 2차전자의 강도(32b)를 모식하면 도 5에 도시한 바와 같이 된다. 그리고, 연산처리장치(19)는 이 때의 2차전자의 출력이 나태내는 곡선에서 백그라운드(Si층(23b)에서 얻어지는 2차전자의 강도)의 값을 빼면 그 곡선은 전자빔이 Ta의 층을 주사하기 시작하는 위치(35s)와 주사가 종료되는 위치(35e)를 알 수 있다. 이 2개의 위치(35s), (35e)의 차에서 또 Ta의 막두께를 빼는 것에 의해 전자빔의 직경을 산출할 수 있다. 이 경우에도 도 2에 도시한 시료(21a)를 사용했을 때와 마찬가지로 반값폭ø2를 산출하고, 그 후에 Ta의 막두께를 빼서 전자빔의 직경으로 해도 좋다. 이 경우, 얇은 Ta층의 막두께를 예를 들면 0.5nm, 2nm, 3nm로 변화시키고, 그 결과에 따른 2차전자의 발생강도의 변화의 상태에서 연산처리장치(19)는 전자빔단일체의 에너지분포를 정밀도 좋게 구할 수 있다.

SEM의 분해능, 해상도를 측정하기 위해 도 6에 도시한 시료(21c)를 사용한 경우의 방법을 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 검은 바탕에 백색의 가느다란 슬릿패턴이 나타난 바와 같은 시료(21c)를 사용하면, 주사형전자현미경으로 주사했을 때에는 일반적인 광학계에 있어서 2개의 핀홀을 관찰했을 때의 회절상과의 광의 강도분포와 마찬가지의 신호가 얻어진다. 광학적으로는 이와나미서점출판「파동광학」p359∼377 등에 기재된 바와 같이, 레일레이에 의한 해상한계가 정의되어 있고, 이와 같은 신호의 중앙부의 극소값이 극대값의 74% 이하일 때 2개의 핀홀의 상은 분리되어 있는 것으로 간주하고 있다.

이 정의를 SEM에 응용하기 위해 도 6에 도시한 바와 같은 검은 바탕에 백색의 가느다란 슬릿패턴(줄무늬모양패턴 ; 예를 들면, 검은 바탕은 Si층이고 백색의 슬릿은 Ta로 형성한다)이 나타난 바와 같은 시료(21c)를 작성한다. 슬릿의 간격은 예를 들면 설정하고자 하는 분해능의 크기와 동일하게 해서 1nm의 분해능을 갖는 SEM에 조정하고자 하는 경우에는 1nm로 막두께를 제어해서 시료(21c)를 작성한다. 그리고, 연산처리장치(19)는 도 7에 도시한 바와 같은 이 시료(21c)를 SEM에 의해 촬상했을 때 얻어지는 2차전자의 강도변화의 신호(32c)의 최대값과 중앙부의 극소값에서 백그라운드(Si층(23b)에서 얻어지는 2차전자의 강도)를 빼고, 예를 들면 극소값과 최대값의 비를 취했을 때 74%였을 경우 분해능 또는 해상한계가 1nm로 정의할 수 있다.

이와 같은 구성의 시료를 사용하면, 슬릿의 간격을 변경하는 것에 의해서 평가하는 분해능을 변경할 수 있다. 또, 다른 분해능 또는 해상한계를 갖는 각 SEM에 대해서 상기의 방법을 사용해서 도 13에 도시한 바와 같이 다른 슬릿간격의 시료로 정량화해 두면 연산처리장치(19)는 임의의 일정한 슬릿간격의 시료만을 사용해서 분해능, 해상한계를 정량평가할 수 있다. 즉, 연산처리장치(19)는 정량화해 둔 분해능, 해상한계를 함수근사 등에 의해 도 12와 같이 관련지어 두고 성능평가도를 작성해 두면, 슬릿간격이 예를 들면 1nm의 동일 시료에 의해 극소값과 최대값의 값을 계측하는 것에 의해서 분해능, 해상한계를 정량평가할 수 있다.

SEM의 해상도를 측정하기 위해 도 8에 도시한 바와 같은 시료(21d)를 촬상하고, 푸리에변환을 사용하여 주파수해석한 경우의 방법을 설명한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 균등간격으로 줄무늬모양의 관찰상이 얻어지는 다층박막재료를 SEM에 의해 촬상한 화면의 데이타를 연산처리장치(19)에 있어서 1차원 또는 2차원으로 푸리에변환한다. 푸리에변환에 의해서 얻어지는 파워스펙트럼에 대해서 줄무늬모양의 주파수와 신호강도의 관계를 그래프화하면 도 9와 같이된다. 또한, 직류성분이 최대로 되는 원점은 주파수가 0인 것을 나타낸다.

주파수는 원점을 중심으로 해서 좌우로 진행함에 따라 커지는 것을 나타낸다. 그리고, 연산처리장치(19)는 이 줄무늬모양의 주파수에서의 피크의 신호강도에서 해상도를 정량적으로 평가할 수 있다. 또, 연산처리장치(19)는 직류성분의 신호강도와 줄무늬모양의 피크의 신호강도의 비 또는 차에서 해상도를 정량적으로 평가할 수 있다. 즉, 줄무늬모양의 피크의 신호강도가 증대함에 따라 직류성분의 신호강도에 근접함에 따라서 해상도가 향상하는 것을 나타내고 있다.

또, SEM의 해상도를 측정하기 위해 도 8에 도시한 바와 같은 시료(21d)를 촬상하고 CTF(Contrast Transfer Function)를 구할 수도 있다. 이 경우, 촬상한 화면의 데이타의 줄무늬모양부분의 최대휘도의 값을 maxL, 최소휘도의 값을 minL로 했을 때, 해상도를 (maxL-minL)/(maxL+minL)×100(%)의 값으로 정량평가할 수 있다.

또, 도 8에 도시한 시료의 경우 전자광학계의 배율, 가속전압이 일정한 경우 도 10, 도 11에 도시한 바와 같이 SEM상을 관찰하면 백색부분의 상이 일정한 크기로 팽창되어 보인다. 예를 들면, SEM의 전자광학계의 배율, 가속전압이 도 10과 같이 10nm 간격의 줄무늬형상의 시료를 관찰했을 때의 SEM상에서 백색패턴의 부분이 14nm로 팽창되어 보일 때, 동일 조건에서 20nm 간격의 줄무늬형상의 시료를 관찰하면 도 11에 도시한 바와 같이 백색부분은 24nm로 팽창되어 보인다. 이와 같이 팽창의 크기가 동일하므로 이 팽창의 크기를 분해능으로 예를 들면 상기 예에서는 4nm를 분해능으로 정의할 수도 있다.

도 13에 분해능, 해상도를 평가하는 샘플의 예를 도시한다. 도 2, 도 4, 도 6, 도 8에 도시한 줄무늬패턴을 1장의 시료상에 배열하는 것에 의해 샘플을 교환하는 일 없이 여러개의 방법에 의해서 분해능, 해상도의 평가를 실행할 수 있다.

도 14에 시료(1), 분해능평가용의 시료(21)을 부착하는 스테이지 또는 시료홀더(24)의 1실시예를 도시한다. 예를 들면, 반도체검사에 사용하는 경우, 원형의 웨이퍼를 부착하기 위해 네모진 스테이지 또는 시료홀더(24)인 경우에는 4모서리에 장소가 비어 있다. 이 장소에 예를 들면 도 15에 도시한 바와 같은 시료홀더(41)을 부착한다. 시료홀더(41)은 시료(21)을 사이에 배치한 형태로 통전가능하게 해 둔다. 시료(21)은 통상 SEM에 의해 한번 관찰했을 때 발생하는 장소는 대전이나 표면오염때문에 재차 사용할 수 없지만, 시료를 예를 들면 1000℃ 이상으로 통전가열하면 대전이나 표면오염이 제거되고 시료의 교환회수가 적어지거나 또는 불필요하게 된다.

분해용평가용의 시료(51)의 구성을 도 16에 도시한다. Si웨이퍼(52)상에 W막(53)과 C막(54)를 간격A(55)사이에 C막(54)의 막두께를 6nm의 치수로, W막(53)의 막두께는 3∼10nm정도의 치수로 반복해서 적층하고, 다음에 간격B(56)사이에 C막(54)의 막두께를 5nm의 치수로, W막(53)의 막두께는 3∼10nm정도의 치수로 반복해서 적층하고, 다음에 간격C(57)사이에 C막(54)의 막두께를 4nm의 치수로, W막(53)의 막두께는 3∼10nm정도의 치수로 반복해서 적층한다. W막(53)의 막두께는 반드시 3∼10nm정도가 아니어도 좋다는 것은 명확하다. 그리고, 이 시료(51)을 SEM에 의해 관찰한 경우, 그 SEM상을 표시수단(30)에 표시하는 것에 의해서 도 16에 도시한 바와 같이 SEM상(58)과 같이 보인다. 이 SEM상(58)을 보면, 간격(57)의 부분은 본래 4nm씩 C막(54)가 적층되어 있음에도 불구하고 W막(3)이 팽창하고, 암부인 C막(4)를 관찰할 수 없게 되어 있다. 이것이 의미하는 것은 이 SEM은 5nm의 것은 분리해서 관찰할 수 있지만, 4nm의 것은 분리할 수 없는 즉 분해능 5nm의 성능이라는 것이 관찰에 의해 알 수 있다.

SEM의 분해능을 측정하는 방법의 다른 예로서, 도 12와 같은 해상도도면을 사용하지 않고 도 17에 도시한 시료(61)을 사용하는 경우에 대해 설명한다.

시료(61)은 예를 들면 다음과 같이 작성한다. Si웨이퍼(62)상에 Ru막(63)과 C막(54)를 간격A(65)사이에 C막(64)의 막두께를 10nm의 치수로, Ru막(63)의 막두께는 3∼10nm정도의 치수로 반복해서 적층하고, 다음에 간격B(66)사이에 C막(64)의 막두께를 6nm의 치수로, W막(63)의 막두께는 3∼10nm정도의 치수로 반복해서 적층하고, 다음에 간격C(67)사이에 C막(64)의 막두께를 5nm의 치수로 W막(63)의 막두께는 3∼10nm정도의 치수로 반복해서 적층한다. W막(63)의 막두께는 반드시 3∼10nm정도가 아니어도 좋다는 것은 명확하다.

예를 들면, 이 시료(61)의 SEM상을 얻은 경우, 그 SEM상에 대해서 푸리에변환하면 도 8과 마찬가지의 파워스펙트럼이 얻어진다. 도 8에 있어서의 줄무늬모양의 주파수에서의 신호, 이 경우 간격D(65), 간격E(66), 간격F(67)의 주파수성분만을 추출한다. 이것은 도 18의 푸리에변환상(81)에 나타나는 여러개의 스폿(82)를 추출하게 된다. 이 여러개의 스폿(82)를 추출하여 푸리에역변환을 실행하고 대역필터를 거친 SEM상을 재현한다. 그 SEM상의 휘도프로파일이 도 19이다.

휘도의 명암의 진폭이 간격D(65), 간격E(66), 간격F(67)의 부분에 있어서, 진폭D, 진폭E, 진폭F의 순으로 작아진다. 이것은 간격이 좁아지면 완전히 해상하지 않게 되기 때문이다. 간격D가 완전히 해상하고 있을 때 도 18의 진폭D와 진폭E, 진폭F의 비를 취하고, 횡축을 간격(nm), 종축을 진폭비(%)로 하는 그래프에 플롯(plot)하면, 도 20과 같은 해상도곡선 또는 해상도직선이 얻어진다. 레일레이의 광학적 해상한계를 적용하면, 이 곡선 또는 직선이 26%로 내려가는 위치의 횡축의 값을 해상한계, 분해능으로 정의할 수 있다. 이 26%는 육안상관실험 등에 의해 기종마다 변경해도 좋다.

적층하는 재료의 조합으로서 W막/C막 이외에는 W막/Si막, Ru막/C막, Mo막/B₄C막, Ta막/Si막 등이 있다.

또, 이들 재료의 박막을 형성하는 기판으로서 단결정실리콘기판을 사용하였지만, 기판의 재료는 이것에 한정되는 것은 아니다.

이들 SEM의 분해능용시료(51)은 SEM제작시의 성능평가에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 일상의 점검이나 메인터넌스시의 경시평가에 사용할 수 있다.

또, 상기의 현상을 이용하면, 연산처리장치(19)에 있어서 화상처리기술을 부가해서 상의 팽창량을 자동측정하는 것에 의해 SEM의 성능중의 하나인 분해능의 자동계측 및 분해능의 정량적 평가를 할 수 있다. 이 때문에, SEM에 시료(51)을 탑재해 두면 장치 자체가 SEM의 분해능성능을 상시 관리할 수 있다.

이상의 설명은 1차원(X축방향)에 대해서 설명하였지만, 2차원으로 개별로 적용할 수 있다는 것은 명확하다. 또, 가속전압을 변경하면 분해능도 변화한다는 것은 명확하다.

또, 분해능을 만족할 수 없는 경우에는 전자광학계(14)를 제어하는 조건설정값을 입력수단(31)을 사용해서 입력하는 것에 의해서 촛점조건을 조정할 수 있다. 또, 진공제어계(32)를 제어하는 조건설정값을 입력수단(31)을 사용해서 입력하는 것에 의해 진공도를 조정할 수 있다. 전자총(13)의 조건이 나쁜 경우도 고려되므로, 그 경우에는 전자총(13)을 조정하는 것이 필요하게 된다.

또, 연산처리장치(19)에 접속된 기억장치에는 분해능에 관한 이력데이타가 저장되어 있으므로, 언제라도 예를 들면 표시수단(30)을 사용하는 것에 의해서 사용자에게 알릴 수가 있다.

본 발명에 의하면, SEM의 분해능, 해상도를 미리 치수를 알고 있는 다층박막시료를 사용해서 SEM에 의한 촬상결과를 주파수해석 등의 수단에 의해 정량적으로 평가하는 것에 의해서 SEM의 성능이나 경시변화를 정확하게 파악할 수 있게 된다. 이것은 특히 반도체검사 등 여러개의 SEM을 사용하는 제조프로세스에 있어서, SEM간의 개체차를 저감하고 검사의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 작성된 시료를 사용해서 SEM의 성능을 측정하면 종래의 카본상에 금속증착한 시료를 사용한 경우에 비해 금속입자의 크기에 성능이 좌우되지 않고 항상 정량적으로 안정된 성능측정을 할 수 있다. 또, SEM상의 팽창량의 측정에서 분해능의 자동계측을 할 수 있다.

Claims

(정정) 2차전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차 하전입자의 발생효율이 다른 재료를 중첩해서 형성한 시료의 상기 중첩된 부분을 포함하는 단면에 전자선을 조사하고, 상기 단면에서 발생하는 2차 하전입자를 검출해서 상기 시료의 단면의 2차 하전입자상을 얻고, 상기 2차 하전입자상의 파형데이타를 미분연산처리하는 것에 의해 전자빔의 스폿직경을 구해서 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가방법.
(정정) 기판상에 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차 하전입자의 발생효율이 다른 재료의 박막을 전자빔 직경보다 충분히 큰 층 사이에 1층 또는 교대로 동일한 두께로 다수의 층 형성한 시료의 상기 층 부분을 포함하는 단면에 전자선을 조사하고, 상기 단면에서 발생하는 2차 하전입자를 검출해서 상기 시료의 단면의 2차 하전입자상을 얻고, 상기 2차 하전입자상의 파형데이타를 연산처리하는 것에 의해 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가방법.
(정정) 제2항에 있어서,

상기 기판상에 형성한 박막의 두께는 이미 알고 있는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가방법.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 2개 이상의 물질로 이루어지는 층의 단면의 경계부를 촬상한 화상의 데이타를 연산처리하는 것에 의해, 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가방법.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 W/C 또는 W/Si 또는 Ru/C 또는 Mo/B₄C 또는 Ta/Si의 조합의 재료로 이루어지는 층의 단면으로 구성한 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가용 시료.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 2개 이상의 물질로 이루어지는 층의 단면의 경계부를 촬상한 화상을 관찰하고, 발생효율이 높은 층의 폭의 변화량에 따라서 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가방법.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 2개 이상의 물질로 이루어지는 박막다층의 단면을 촬상한 화상의 데이타를 연산처리하는 것에 의해, 전자현미경의 분해능의 정량평가를 실행하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가방법.
(삭제).
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차 하전입자의 발생효율이 다른 W/C 또는 W/Si 또는 Ru/C 또는 Mo/B₄C 또는 Ta/Si의 조합의 재료를 중첩해서 형성한 시료의 상기 중첩된 부분을 포함하는 단면을 전자현미경의 분해능 평가용의 면으로서 구비한 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가용 시료.
(정정) 기판상에 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차 하전입자의 발생효율이 다른 재료로 이루어지는 박막을 적층해서 형성한 시료로서,

2차 하전입자의 발생효율이 높은 쪽의 재료의 박막의 두께가 여러 가지로 변화시켜 적층되어 있고, 상기 적층된 부분을 포함하는 단면을 전자현미경의 분해능평가용의 면으로서 구비한 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가용 시료.
(정정) 제10항에 있어서,

상기 적층된 박막의 두께는 이미 알고 있는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 분해능 평가용 시료.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 W/C또는 W/Si 또는 Ru/C 또는 Mo/B₄C 또는 Ta/Si의 조합의 재료로 이루어지고, 미리 치수를 알고 있는 줄무늬형상의 다층막의 단면으로 구성한 것을 특징으로 하는 주사형 전자현미경의 분해능 평가용 시료.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 W/C 또는 W/Si 또는 Ru/C 또는 Mo/B₄C 또는 Ta/Si의 조합의 재료로 이루어지고, 적어도 2차 전자발생효율이 낮은 물질만의 치수를 변경해서 형성한 다층막의 단면으로 구성한 것을 특징으로 하는 주사형 전자현미경의 분해능 평가용 시료.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자 등의 2차 하전입자의 발생효율이 다른 재료를 적층해서 형성한 시료의 상기 적층된 부분을 포함하는 단면에 전자선을 조사하고, 상기 단면에서 발생하는 2차 하전입자를 검출해서 상기 시료의 단면의 2차 하전입자상을 얻고, 상기 2차 하전입자상에 따라서 전자현미경의 분해능을 평가하고, 상기 평가된 분해능에 따라서 전자현미경의 광학계 또는 진공계 또는 전자총을 조정하는 것을 특징으로 하는 전자현미경의 조정방법.
(정정) 2차 전자 또는 반사전자 또는 투과전자의 발생효율의 차가 있는 2개 이상의 물질을 사용해서 형성한 미리 치수를 알고 있는 박막다층의 단면을 촬상한 화상의 데이타를 연산처리하는 것에 의해 전자빔의 형상을 계측하고, 상기 전자현미경의 분해능의 정량평가를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전자현미경.