KR101386290B1 - 주사 전자 현미경 및 시료 관찰 방법 - Google Patents

주사 전자 현미경 및 시료 관찰 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 주사 전자 현미경은, 시료(110)의 프리차지를 행할 때에, 상기 시료에 대하여 복수의 입사 방향(403, 404)으로부터 전자선을 입사시키는 것이나, 프리차지 조사 영역을 동심 형상의 복수의 링 형상 영역(807, 813)으로 나누고, 상기 각 링 형상 영역에 대하여 전자선을 주사시키는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 콘택트 홀 벽면에서 상실되는 2차 전자가 감소되어 콘택트 홀의 바닥의 정보를 얻는 것이 가능해지므로, 프리차지 시에 전자선의 경사에 의해 콘택트 홀 내의 대전이 불균일해져서 관찰이 곤란해지는 문제를 해결할 수 있게 되었다.

Description

주사 전자 현미경 및 시료 관찰 방법{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE AND SAMPLE OBSERVATION METHOD}
본 발명은 시료에 전자선을 조사해서 시료의 검사, 계측을 행하는 주사 전자 현미경 및 시료 관찰 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 고집적화 및 미세화에 따라 소자 내의 층간 도통을 얻기 위한 콘택트 홀의 개구 직경이 미소화되고 있다. 이로 인해, 콘택트 홀을 형성하기 위한 에칭 프로세스의 난이도가 높아지고 있고, 프로세스 개발에 있어서는 콘택트 홀의 양부를 판단하기 위한 검사, 계측이 점점 중요해져 오고 있다.
주사 전자 현미경으로 콘택트 홀의 관찰을 용이하게 하는 기술로서, 검사, 계측을 행하기 전에 전자선을 시료에 예비 조사해서 원하는 대전을 미리 형성해두고, 화상 취득 시에 조사하는 전자선에 의해 콘택트 홀로부터 전자를 인출함으로써 관찰 가능하게 하는 기술(이하, 프리차지 또는 예비 대전)이 알려져 있으며, 예를 들어 특허 문헌 1에 나타내져 있다. 프리차지로 시료를 플러스 대전시키기 위해서는, 1차 전자선의 조사량에 대한 2차 전자 발생량의 비율인 2차 전자 발생 효율 δ을 1보다 크게 할 필요가 있다. 2차 전자 발생 효율 δ은 1차 전자선의 조사 전위와 상관이 있으며, 특허 문헌 1에는 콘택트 홀의 관찰시와 상이한 조건으로 예비 대전 처리를 행하고, 대전 효율과 처리 시간을 양립하면서 콘택트 홀의 관찰을 행하는 기술이 나타내져 있다.
이와 같은 예비 대전 처리에 있어서는, 대전의 불균일성이 전자선의 드리프트를 일으키는 경우가 있다. 특허 문헌 2에는, 대전 형성에 사용하는 전자 빔 직경을 화상 취득에 사용하는 전자 빔 직경보다 크게 하는 기술이 나타내져 있다.
또한 반도체 메모리 소자의 고집적화 및 미세화에 따른 개발 제조 비용의 과잉 증대를 억지하는 차세대 디바이스로서 3차원 집적화 메모리 소자가 알려져 있으며, 예를 들어 비특허 문헌 1에 나타내져 있다.
일본 특허 출원 공개 제2000-200579호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-99540호 공보
"Bit Cost Scalable Technology with Punch and Plug Process for Ultra High Density Flash Memory"2007 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers.p14
종래의 프리차지 기술은 1차 전자선을 시료 상에 주사시켜서 대전 형성을 행하고 있고, 기본적으로는 프리차지의 실행 영역에는 입사각이 같은 상태에서 전자선이 조사되고 있다. 한편, 주사 전자 현미경에서 관찰 대상으로 하는 시료에는 이런저런 종류의 요철 패턴이 형성된 것이 많다. 따라서, 표면에 요철 구조를 갖는 시료를 관찰할 경우, 1차 전자선의 입사각에 따라 전자선이 조사되지 않는 비조사 영역이 시료에 형성되어버려 균일한 대전 상태를 형성할 수 없다는 과제가 있다. 이 과제는, 요철의 차가 큰 시료, 예를 들어 어스펙트비가 큰 콘택트 홀과 같은 시료의 화상을 취득할 경우에 특히 심각해진다.
본 발명은, 요철이 있는 시료이어도 시료면 내에서 균일성이 높은 대전 형성이 가능한 주사 전자 현미경 혹은 프리차지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 화상을 취득해야 할 영역을 포함하는 영역을 프리차지 영역으로 설정하고, 당해 프리차지 영역 내에서 복수의 방향으로부터 주사를 행함으로써 상기의 과제를 해결한다. 복수의 방향으로부터의 주사에 있어서는, 어떤 주사 방향으로의 주사와 다른 주사 방향으로의 주사로 입사각이 상이하도록 1차 전자선의 조사 조건을 설정해도 된다.
또는, 시료에 대한 1차 전자선의 입사각을 바꾸어 프리차지 영역에 복수회 주사를 행함으로써 상기의 과제를 해결한다.
혹은, 프리차지 영역의 1차 전자선 주사를 행함에 있어서, 당해 프리차지 영역이 포함되도록 하는 링 형상의 주사 영역을 설정하고, 당해 링 형상의 내경이 작아지도록 상기 주사 영역을 변형하면서 프리차지를 실행함으로써 상기의 과제를 해결한다.
이상의 프리차지 방법을 장치 실장함에 있어서는, 프리차지에 사용하는 전자선의 경사각이나, 각 주사 방향에서의 조사 주사 시간을 설정 가능하게 하면 된다.
본 발명에 따르면, 종래의 프리차지 방법보다도 균일성이 높은 대전 상태를 형성할 수 있으며, 따라서 화질이 높은 화상을 취득하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명을 실시하는 주사 전자 현미경의 구성을 도시한 설명도이다.
도 2는 콘택트 홀 관찰에 있어서의 종래 기술의 과제를 나타낸 설명도이다.
도 3a는 실시예 1에 있어서의 프리차지중에 일정 시간마다 전자선의 주사 방향을 절환하는 방법을 나타낸 설명도이다.
도 3b는 콘택트 홀 관찰에 있어서의 실시예 1의 효과를 나타낸 설명도이다.
도 4는 실시예 1에 있어서의 본 발명의 효과를 나타낸 설명도이다.
도 5는 실시예 2에 있어서의 주사 전자 현미경의 구성을 도시한 설명도이다.
도 6a는 실시예 2에 있어서의 프리차지 방법을 나타낸 설명도이다.
도 6b는 실시예 2에 있어서의 프리차지 방법을 나타낸 설명도이다.
도 7a는 절연층과 실리콘층이 적층된 시료를 도시한 설명도이다.
도 7b는 실시예 3에 있어서의 종래 기술의 과제를 나타낸 설명도이다.
도 7c는 실시예 3에 있어서의 본 발명의 효과를 나타낸 설명도이다.
도 8a는 실시예 4에 있어서의 프리차지 방법과, 그 효과를 나타낸 설명도이다.
도 8b는 실시예 4에 있어서의 프리차지 방법과, 그 효과를 나타낸 설명도이다.
도 8c는 실시예 4에 있어서의 프리차지 방법과, 그 효과를 나타낸 설명도이다.
도 9a는 본 발명을 적용한 장치의 표시 화면의 일례를 나타낸 설명도이다.
도 9b는 본 발명을 적용한 장치의 표시 화면의 일례를 나타낸 설명도이다.
본 발명의 프리차지 방법에 대해서 이하의 실시예 1, 2, 3, 4에서 설명하고, 본 발명의 프리차지 기술을 주사 전자 현미경 장치에 적용했을 때의 기능의 선택을 행하는 조작 화면을 실시예 5에서 설명한다. 또한, 여기에서 말하는 주사 전자 현미경 장치란, 주사 전자 현미경을 사용해서 화상을 취득하는 장치이며, 범용의 주사 전자 현미경뿐만 아니라 결함 리뷰 장치나 외관 검사 장치가 포함된다.
[실시예 1]
도 1을 사용해서 본 실시예의 주사 전자 현미경의 구성예를 나타낸다. 도 1은 전형적인 리타딩 방식의 주사 전자 현미경 장치의 개략도이다. 인출 전극(102)의 인가 전압에 의해, 전자원(101)로부터 인출된 전자선(104)은 양극(103)을 통과해서 가속된다. 양극에서 가속된 전자선(104)은 콘덴서 렌즈(105)에 의해 집속되어 애퍼쳐(106)로 소정의 전류량이 되도록 좁혀진다. 또한, 도시하지 않은 얼라인먼트 코일이나 비점 보정 코일로 축이나 비점의 보정이 행해져, 대물 렌즈(108)로 시료(110) 상에 집속된다.
전자선(104)은 2단의 편향기(107)로 시료(110) 상을 X, Y방향으로 2차원 주사되고, 시료로부터 발생한 2차 전자(111)는 상방에 있는 검출기(112)에 인입된다. 검출기(112)에 의해 검출되는 신호 전자로서는 반사 전자를 검출할 수도 있다. 2차 전자(111)가 검출기(112) 내에 설치된 신틸레이터에 충돌해 발생하는 발광을 광전자 증배관으로 증폭하고, 제어부(114)로 휘도나 콘트라스트의 보정을 행한 후, 표시부(115)에 표시되는 화상의 휘도 정보로 한다. 제어부(114)는 주사 전자 현미경 각 부의 전류, 전압 및 화상 취득의 제어를 행한다. 또한, 도 1에서는 편향기(107) 및 검출기(112)로의 접속 이외는 도시하지 않고 있지만, 실제로는, 제어부(114)는 콘덴서 렌즈(105)나 대물 렌즈(108)라는 다른 전자 광학 요소에도 접속되어 있다. 반사 전자를 검출할 때는 금속제의 반사판을 설치해서 반사 전자를 2차 전자로 변환해서 검출을 행해도 된다.
대물 렌즈(108)의 통로에는 플러스 전압을 인가하는 부스터 전극(109)이 설치되어 있고, 대물 렌즈(108)를 통과하는 전자선(104)을 가속함으로써, 대물 렌즈(108)에서 발생하는 색수차를 저감시킬 수 있다. 부스터 전극(109)은 2차 전자(111)에 대해서는 인상 전극으로서 작용하고, 2차 전자(111)를 대물 렌즈(108)의 통로 내에 흡인한다.
시료(110)에는 리타딩 전원(113)에 의해 마이너스 전압이 인가되고, 전자선(104)에 대하여 감속 작용을 부여한다. 시료(110) 근방까지 고가속 상태에서 전자선(104)을 통과시킴으로써 전자계 노이즈의 영향을 받기 어렵게 하고, 또 각 렌즈를 통과할 때에 발생하는 색수차를 저감시킴으로써 첨예한 전자선(104)을 얻는 것을 가능하게 한다. 이러한 리타딩 방식의 주사 전자 현미경에 있어서, 시료에 입사하는 전자선(104)의 가속 전압(VLAND)은 이하와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012090911041-pct00001
또한, 이후에 설명하는 시료의 결함의 검사·관찰을 하는 주사 전자 현미경(결함 리뷰 장치)에서는, 화상 비교에 의해 결함 부분을 판정하고, 한층 더 고배율로 화상을 촬상하여 결함의 종류 등의 분류·해석을 행한다. 이러한 결함 리뷰 장치는, 통상, 검사 공정의 전단계에 시료를 고속으로 검사하여 결함 후보를 발견하는 외관 검사 장치를 갖고 있으며, 당해 외관 검사 장치와 직접 또는 네트워크를 통해 접속되어 있는 경우가 많다. 이 외관 검사 장치에서 결함 후보로 판정된 개소에 대해서 화상의 촬상을 행하고, 결함 후보의 개소를 보다 고배율, 고화질로 촬상해서 관찰한다. 이러한 결함 리뷰 장치에서는 상기의 주사 전자 현미경의 구성에 더하여, 외관 검사 장치로부터 받은 결함 후보 데이터를 저장해두는 기억 수단(116)과, 결함 후보 데이터에 기초하여 시야 이동을 행하는 제어 수단(도시 생략)과, 촬상한 화상을 비교 해석하는 화상 처리부(117)를 구비한다. 또한, 주사 전자 현미경의 전체 구성에 대해서는 이하의 실시예 2-4에 있어서도 마찬가지이고, 실시예 2-4에서는 실시예 1과 마찬가지인 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
다음에, 종래 기술에 의해 주사 전자 현미경으로 콘택트 홀 관찰을 행하는 방법을 설명한다. 콘택트 홀의 관찰 등의 때에는, 화상 취득의 주사 전에 전자선을 미리 시료에 조사하고, 원하는 대전을 형성하는 것이 필요해지는 경우가 있다. 이를 프리차지라고 한다. 프리차지를 행하는 영역은 관찰 전에 미리 사용자에 의해 설정된다. 또는 화상 취득을 행하는 영역에 맞춰서 자동적으로 설정된다. 이 프리차지를 행하는 영역을 프리차지 영역이라고 부른다. 프리차지 영역은 화상 취득이 필요한 영역을 포함하도록 설정되어야 한다.
전자선(104)의 조사에 의해 시료(110)에 플러스와 마이너스 중 어느 한쪽의 대전을 형성하기 위해서는, 전자선(104)의 조사량에 대한 2차 전자(111)의 발생량의 비인 2차 전자 발생 효율 δ을 고려할 필요가 있다. δ=1인 조건에서는, 시료(110)에 조사되는 전자수와 방출되는 전자수가 균형을 이루고 있으며, 대전은 형성되지 않는다. δ>1인 조건에서는, 시료(110)로부터 방출되는 전자수가 상회하므로, 절연물 표면은 플러스로 대전한다. 한편, δ<1인 조건에서는, 시료(110)에 조사되는 전자수가 상회하므로, 절연물 표면은 마이너스로 대전한다. 시료 표면의 물질에 따라 상이하지만, 2차 전자 발생 효율 δ은 가속 전압(VLAND)과의 상관이 있어, 일반적으로 30V 부근 및 1kV 부근에서 δ=1, 30V 이하 및 1kV 이상에서는 δ<1, 30V 내지 1kV의 범위에서는 δ>1이 된다.
시료(110) 표면에 플러스 대전을 형성함으로써, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자(111)가 시료(110) 표면으로 인상된다. 이에 의해, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자(111)가 검출되기 쉬워져, 콘택트 홀의 바닥의 정보가 얻어지게 된다. 한편, 마이너스 대전시에는 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자는 대전에 방해를 받아서 검출할 수 없지만, 에칭 불량 등에 의해 절연막의 비관통부가 존재할 경우에는, 당해 불량부의 바닥에서 발생한 2차 전자만 검출 가능해져서 결함 검사 용도에 유효하다. 또한, 본 실시예를 포함하여 이하의 실시예는, 플러스 대전 또는 마이너스 대전 중 어느 쪽에 대전시키는 프리차지 방법에 있어서도 적용가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 프리차지는 시료를 플러스 또는 마이너스로 대전시키기 위해서 화상 취득 전에 행하는 전자선 조사이며, 프리차지 시에 전자선을 조사함으로써 발생하는 2차 전자 또는 반사 전자는 화상 형성에 불필요하다. 따라서, 프리차지 시에는 검출기(112)로부터의 검출 신호를 화상 형성에 사용하지 않도록 한다.
프리차지의 처리 시간을 단축하기 위해서, 화상을 취득하는 조건과는 상이한 조건으로 프리차지를 실행하는 종래 기술이 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 구체적으로는, 2차 전자 발생 효율 δ을 적합한 조건으로 하기 위해서, VGUN 혹은 VRET를 제어해서 VLAND를 변화시키는 기술이나, 콘덴서 렌즈(105)의 크로스오버를 제어해서 애퍼쳐(106)를 통과하는 전자선(104)의 전류량을 변화시키는 기술이다. 대전은 2차 전자 발생 효율과 전자선(104)의 전류량에 비례하여 촉진되므로, 전류량을 증가시킴으로써 소정의 대전 전위에 도달할 때까지의 시간을 단축시킬 수 있다.
이상 설명한 종래의 프리차지 방법의 과제에 대해서 도 2를 사용해서 설명한다. 또한 시료로서는, 전형적인 실리콘 웨이퍼(201)를 사용했다는 전제에서 설명한다. 실리콘 웨이퍼(201) 상에는 절연막(202)이 형성되어 있고, 절연막(202)의 일부가 에칭되어, 콘택트 홀을 이루고 있다. 전자선(203)이 2차 전자 발생 효율 δ>1이 되는 조건으로 시료 표면에 조사되면, 절연막(202) 중 전자선(203)이 조사된 영역에서는 플러스 대전(204)이 형성된다. 한편, 비조사 영역에서는 대전이 형성되지 않던지, 형성되었다고 해도 조사 영역과의 사이에 대전 전위의 차가 생긴다.
도 2와 같이 시료에 대하여 전자선(203)이 기울어서 입사할 경우, 평탄한 절연막(202) 표면에서는 전체 영역에 플러스 대전(204)이 형성되지만, 콘택트 홀 내에서는 경사에 의해 전자선의 비조사 영역이 발생하여, 콘택트 홀 내의 대전이 불균일해진다. 이에 의해, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 도시하지 않은 2차 전자는 횡방향의 전계에 영향을 받아, 절연막(202) 표면까지 도달할 수 없어 콘택트 홀 벽면에서 없어져 버려, 콘택트 홀의 바닥의 정보를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또한, 입사하는 전자선(203) 자체도 횡방향의 전계에 편향 작용을 받아, 콘택트 홀의 개구부에 대하여 저부의 중심이 오프셋 되고, 경사진 것 같은 화상이 되어버린다. 전자선(203)의 경사는 얼라인먼트 코일에 의한 축 보정을 위한 편향 등 외에, 전자선 주사에 의해서도 발생하여, 주사 전자 현미경의 원리상 불가피한 것이다. 또한, 이 경사의 허용값은 콘택트 홀의 어스펙트비(개구 직경/깊이)가 높아질수록 엄격해진다.
이상과 같은 과제는, 반도체의 결함 리뷰를 목적으로 하는 결함 리뷰 장치에서는, 특히 제품 성능에 대하여 중대한 영향을 미친다. 결함 리뷰 장치는, 광학식 혹은 전자선식의 반도체 검사 장치로 얻어진 검사 데이터에 기초하여, 반도체 시료(일반적으로 실리콘 웨이퍼) 상의 결함의 고정밀한 화상을 자동 또한 고속으로 취득하는 장치이다. 반도체 검사 장치의 검사 배율에 대하여, 결함 리뷰 장치의 화상 취득 배율은 일반적으로 고배율이 되므로, 검사 데이터로부터 구한 결함 위치의 오차 보정이 필요해지는 경우가 있다. 그 경우, 일단 저배율에서 화상을 취득하고, 화상 처리에 의해 결함 위치를 특정하고나서, 그 위치를 고배율에서 화상을 취득한다는 순서를 취한다. 콘택트 홀 관찰 시에는, 프리차지에 의해 대전을 형성한 상태에서 저배율 화상에 의해 결함부를 탐색하고, 그 위치를 중심으로 해서 고배율 화상을 취득하지만, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 전자선의 경사가 있으면 원하는 화상을 얻을 수 없고, 전자선의 경사를 회피하려고 하면 처리 시간을 필요로 해버린다. 이 문제는, 관찰 대상인 결함부의 위치가 프리차지 이후밖에 알 수 없는 결함 리뷰 장치 특유의 문제이다.
종래 기술에 의해, 상기한 전자선(203) 경사의 문제를 회피하기 위해서는, 관찰 대상의 콘택트 홀을 전자선(203)이 수직 입사하는 위치로 하는 것을 생각할 수 있다. 이상적으로는, 전자선(203)이 수직 입사하는 것은 편향 작용이 작용하지 않는 위치, 즉 전자 현미경상(이하, 화상이라고 한다)의 중심이다. 그러나, 실제로는 얼라인먼트 코일에 의한 축 보정을 위한 편향 등에 의해, 화상 중심이 반드시 편향이 없는 상태가 되지않는 경우가 많다. 이 경우에는, 복수회 대전을 형성하는 것을 목적으로 한 전자선 조사와 콘택트 홀 관찰을 반복하여, 전자선(203)이 경사지지 않는 최적의 위치를 화상 상에서 탐색할 필요가 있지만, 관찰 순서가 번잡한데다가 처리 시간이 장황해지는 과제가 남는다.
다음에, 도 3a를 사용해서 본 실시예의 프리차지 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 프리차지중에 미리 정한 시간마다 전자선의 주사 방향을 절환하는 기술에 관한 것이다. 이하, 이와 같이 전자선의 주사 방향을 절환하는 것을 래스터 로테이션이라고 부른다. 도 3a와 같이, 원하는 대전 형성 조건으로 한 전자선을 초기 상태의 전자선 주사 영역A(301)에 전자선 주사 방향a(302)에서 시간 t동안 조사한다. 다음에, 전자선 주사 영역A(301)를 소정의 각도 θ(305) 회전시켜, 다음 스텝의 전자선 주사 영역B(303)에 전자선 주사 방향b(304)에서 시간 t동안 조사한다. 이하, 마찬가지로 전자선 주사 영역을 각도 θ(305) 회전시켜, 시간 t동안 조사하는 스텝을 반복한다. 소정의 종료 조건을 만족하면, 프리차지 처리를 종료한다. 종료 판정에는 시간 외에 각도 θ(305)의 합을 적용해도 된다.
도 3b는 콘택트 홀이 연속 배치된 시료(110) 상의 부위에 있어서, 도 3a에 도시한 바와 같은 방법을 이용해서 프리차지를 실시하는 예를 나타낸 것이다. 프리차지에 의해 플러스 대전이 형성되면, 정상부(311)에서는 홀 저부의 휘도가 높아지는 것에 대해, 결함부(312)에서는 절연막의 잔사에 의해 홀 저부가 비개구가 되어 있어, 홀 저부의 신호를 얻을 수 없어 휘도가 상대적으로 낮아진다. 이와 같이 하여 결함 리뷰 장치로 결함부의 특정이 가능해진다.
도 1에 도시한 바와 같은 전형적인 주사 전자 현미경에서는, X, Y의 2방향에 편향기(107)가 설치되고, 어떤 기준으로 되는 전자 광학 조건에서 시료의 X, Y방향과 주사 방향이 일치하도록 편향기(107)의 방향이 결정되어 있다. 한편, 콘덴서 렌즈(105)의 크로스오버를 제어해서 애퍼쳐(106)를 통과하는 전자선(104)의 전류량을 변화시키거나, 시료(110)의 높이 변화에 대응하기 위해서 대물 렌즈(108)의 전류량을 변화시키거나 하면, 렌즈를 통과할 때의 전자선(104)의 회전각이 변화되므로, 주사 방향이 시료(110)의 X, Y방향과 일치하지 않게 되어버리는 경우가 있다. 이러한 주사 방향의 회전에 대응하기 위해서, 제어부(114)에 설치된 편향 전류 제어 회로에 있어서 회전각을 반영하도록 하는 제어가 행해지고 있는 것이 일반적이다. 종래, 콘택트 홀 관찰을 목적으로 한 프리차지에 있어서는, 시료(110) 상의 패턴 형상에 대하여 최적인 주사 방향이 되도록 래스터 로테이션으로 대응하는 것은 있었지만, 프리차지 전 혹은 후에 행해질뿐이며, 종래 기술의 과제에 나타낸 바와 같은 전자선 경사의 문제가 존재했다. 한편, 도 3a에 나타내는 프리차지 방법에서는, 프리차지중에 회전각을 수시 변경하고 있으므로, 1개소에 대하여 복수의 주사 방향으로부터 프리차지의 주사를 행하고 있으며, 종래의 프리차지 방법보다도 시료 면 내에서 균일성이 높은 대전 형성이 가능해진다. 또한, 주사 방향의 회전에는 반드시 제어부(114)의 편향 전류 제어 회로를 사용할 필요는 없고, 예를 들어 시료(110)를 설치하는 스테이지에 회전 기구를 구비하거나, 편향기 자체를 회전시키는 기구를 설치하거나 해도 된다. 단, 래스터 로테이션이 화상 중심 대칭으로 회전하는 것에 대하여, 스테이지나 편향기에 기구를 설치하는 경우에는 회전 중심이 화상 중심과 일치하지 않게 될 우려가 있으므로, 비용이나 제어의 번잡함을 고려하면 래스터 로테이션에 의한 방식의 쪽이 간이하다. 또한, 전자 편향기와 별개로 정전 편향기를 설치해도 된다.
도 4는, 도 2에 도시한 콘택트 홀의 구조에 대하여 도 3a에 나타낸 프리차지중에 래스터 로테이션을 행하는 기술을 적용한 예이다. 실리콘 웨이퍼(401) 상에 형성된 절연막(402)에 대하여, 프리차지 처리에 있어서 초기 상태(t=0)의 전자선 조사 방향(403)에서 프리차지가 행해지고 있다. 시간 t가 경과된 후, 조사 방향을 각도 θ(305) 회전시켜, 다음 스텝의 전자선 조사 방향(404)에서 프리차지를 시간 t 행한다. 프리차지 과정에 있어서, 절연막(402)의 전자선이 조사된 영역에서는 플러스 대전(405)이 형성된다. 본 실시예에서는, 도시하는 사정상 θ=180°로 한다. 전자선의 조사 방향을 변경하면서 조사함으로써, 도 2와 같이 일방향으로부터의 전자선 조사에서는 플러스 대전(405)이 형성되지 않았던 영역까지 플러스 대전(405)이 형성되게 되어, 콘택트 홀 내벽의 플러스 대전(405)이 균등해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 회전 각도 θ=180°로 했지만, 말할 필요도 없이 각도 θ는 임의의 값이면 되고, 또 복수 스텝을 거친 결과, 각도 θ의 합이 360° 이상, 즉 시야가 일주 이상 회전하도록 하는 조건으로 하는 것도 당연 가능하다. 또한, 각 스텝의 시간을 일정하게 하지 않고, GUI를 통해 조사 방향에 의해 개별로 처리 시간을 설정해도 되고, 그것에 의해 어느 스텝의 전자선 조사가 프리차지 영역 전체에 미치지 못하는 동안에 다음 스텝으로 천이하는 조건으로 하는 것도 가능하다. 단, 각 스텝의 시간을 일정하게 하지 않는 경우에는 절연막(402)의 플러스 대전(405)이 불균일해질 우려가 있으므로, 시료에 조사하는 전자선의 전류량이나 전자선 주사의 속도를 감안하여 조건을 결정하면 된다.
콘택트 홀 내벽에서는, 전자선 조사에 의해 발생한 2차 전자가 콘택트 홀로부터 탈출 가능한 앙각이 한정되므로, 대전량 자체는 반드시 절연막(402) 표면과 균일하게 되지 않을 가능성이 있다. 그러나, 이 높이 방향의 전위 분포는, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자에 횡방향의 편향을 부여하는 것이 아니고, 또 전위 분포 자체가 2차 전자를 절연막(402) 표면으로 인상하는 작용을 부여하는 경우도 있으므로, 콘택트 홀 관찰에 지장을 주지 않는다. 이상과 같이, 프리차지중에 래스터 로테이션을 행함으로써, 종래 기술에 의한 콘택트 홀 관찰에 있어서의 전자선 경사의 문제를 회피할 수 있어, 콘택트 홀 관찰을 간편하면서 고속으로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 전자 편향기와 별개로 정전 편향기를 설치해도 된다.
또한, 이상의 설명에서는 콘택트 홀 관찰을 행하는 예를 나타냈지만, 이것은 본 발명의 적용 범위를 한정하는 것이 아니다. 시료 상에 절연막에 형성되는 입체 구조에는 콘택트 홀 이외에 홈 형상 등도 있고, 이들에 본 발명을 적용해도 이하의 실시예에서 나타내는 것과 동일한 효과를 기대할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 상기는 이하의 본 발명의 각 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
[실시예 2]
다음에 본 발명의 제1 실시예에 의하지 않고 종래 기술의 과제를 해결하는 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 전자선의 경사에 의한 콘택트 홀 내의 대전 불균일을 해결하는 방법으로서, 프리차지를 실행할 때에 시료에 대한 전자선의 입사 각도를 제어하는 방법을 나타낸다. 본 실시예에서는, 프리차지에 사용하는 전자선을 시료 상의 1개소에 대하여 동일한 주사 방향으로부터 복수회 주사하는 예를 설명한다. 당해 복수회의 주사에 있어서는, 상기 1개소에 대하여 전자선의 입사 각도가 상이한 주사가 포함되도록 제어한다.
도 5는 전자선 경사 기술을 구비한 전자 현미경을 도시하는 설명도이다. 또한, 주사 전자 현미경의 전체 구성에 대해서는 제1 실시예에서 설명한 구성과 마찬가지이며, 본 실시예에 있어서도 얼라이너, 편향기 등을 포함하는 전자 광학계의 각 구성부는 제어부에 의해 제어된다. 도 5의 예에서는, 대물 렌즈(503)에 입사하는 전자선(501)의 물점(物点)과 일치하도록 얼라이너(502)가 설치되어 있고, 대물 렌즈(503)를 통과한 전자선(501)은 얼라이너(502)의 편향 작용의 유무에 따르지 않고, 시료(504) 상에서 1점으로 수속(收束)된다. 이 예에서는, 전자선(501)은 얼라이너(502)로 편향 작용을 받고, 광축(505)으로부터 벗어난 대물 렌즈(503)의 축 밖에 입사된 후, 대물 렌즈(503)의 수속 작용에 의해 시료(504)에 대하여 경사져서 입사한다. 이 경사 각도는, 얼라이너(502)에서의 편향 각도에 대물 렌즈(503)의 축소율의 역수를 곱한 것이 되고, 일반적으로 전자 현미경에서는 대물 렌즈(503)의 축소율은 10배 내지 100배 정도로 매우 크므로, 얼라이너(502)의 편향량을 크게 하지 않아도 경사각을 크게 취하는 것이 가능하다.
단, 복수의 상이한 전자 광학 조건으로 화상을 취득하는 장치에서는, 모든 조건에 있어서 대물 렌즈(503)의 물점이 일치하지 않는 경우가 있다. 이러한 경우에는 얼라이너(502)를 편향 방향이 역방향이 되도록 상하에 2단 설치하고, 양쪽의 편향량비를 제어해서 가상적으로 편향 지지점을 대물 렌즈(503)의 물점과 일치시켜, 전자선(501)의 경사에 따른 시료(504)면에서의 편향 위치 변화를 방지하도록 하는 제어 방법으로 해야 한다. 또 도 5에서는 도시하는 사정상, 얼라이너(502)는 한 쌍밖에 없지만 이것은 본 실시예의 실시 형태를 제약하는 것이 아니라는 것은 말할 필요도 없다. X, Y의 2방향으로 경사 제어 가능하도록 복수조의 얼라이너를 설치하고, 경사각(시료(504)의 연직 방향에 대한 각도)뿐만 아니라 방위각(시료(504)을 연직 상방에서 본 경우에 시계 내지 반시계 방향으로 회전하는 각도)도 제어하는 것이 일반적이다. 또한, 경사각과 방위각을 맞춰서 전자선의 입사각이라는 것으로 한다.
경사각, 방위각의 설정, 또는 이들의 절환 타이밍에 대해서는 미리 고정값으로 설정되어 있어도 되고, 후술하는 바와 같이 사용자가 설정할 수 있는 GUI를 표시부에 표시해도 된다.
다음에, 도 6a, 도 6b을 사용해서 본 실시예의 프리차지 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 프리차지중에 미리 정한 시간마다 전자선의 입사 각도를 절환하는 기술에 관한 것이다. 도 6a와 같이 원하는 대전 형성 조건으로 한 전자선(601)을 프리차지 영역A(602)에 전자선 주사 방향a(603)에서 조사한다. 이때 전자선 경사각 θt(604)를 일정하게 하여 방위각 θ-d1(605)에서 시간 t동안 조사를 행하고, 계속해서 도 6b와 같이 상이한 방위각 θ-d2(606)에서 시간 t동안 조사한다. 이하, 마찬가지로 방위각을 순차 절환하면서 시간 t 조사하는 스텝을 반복하여 소정의 종료 조건을 만족하면 프리차지 처리를 종료한다. 또한,이상의 반복 동작 시에 설정되는 방위각은, 도 4에서 도시한 바와 같이 콘택트 홀에 상이한 전자선 조사 방향으로부터 프리차지를 실시하는 관점에서, 초기 방위각 θ-d1(605)에 대하여 180° 상이한 방위로부터의 프리차지를 포함하도록 설정해야 한다.
이와 같은 기술을 적용함으로써 제1 실시예와 마찬가지로, 콘택트 홀 내벽의 플러스 대전(405)을 균등화할 수 있다는 효과가 얻어진다. 본 실시예에서는, 시료 상의 1개소에 대한 주사 방향은 동일하여도, 복수의 입사 각도로부터 전자선을 입사함으로써, 대전 형성을 균일화하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 전자선 경사 기술을 방위각의 제어에만 사용하는 예를 설명했지만, 이것에 더하여 경사 각도도 시간에 따라서 변화시켜도 된다. 이에 의해, 대전 형성의 과정에서 프리차지 영역 내의 패턴 조밀 등에 의한 대전 분포의 불균일이 발생한 경우에, 이 불균일에 기인하는 횡방향의 전계에 의한 전자선 경사를 캔슬하는 것이 가능해지고, 프리차지에 사용하는 전자선을 원하는 위치에 원하는 방향으로부터 조사할 수 있으므로, 콘택트 홀 내의 대전 상태를 균등하게 유지하는 효과가 기대된다.
[실시예 3]
이하, 본 실시예의 설명을 행하지만, 처음에 도 7을 사용해서 본 실시예의 과제 및 해결 수단의 원리 설명을 행한다. 도 7a는 실리콘 웨이퍼(701) 상에 절연층(702)과 불순물을 포함하는 실리콘층(703)이 반복해 형성되고, 최표면이 절연막(704)으로 되어 있는 시료이다. 이러한 시료에 개방된 콘택트 홀에 대하여, 종래 기술에 의해 전자선 경사가 없는 상태로 해서 프리차지를 실시하면, 도 7b와 같이 최표면의 절연막(704)에 플러스 대전(711)이 형성된다. 종래 기술에 의한 프리차지에서는, 플러스 대전의 전계가 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자를 인상하도록 작용함으로써 콘택트 홀 관찰을 가능하게 하고 있지만, 도 7의 시료에서는 중간층에 실리콘층(703)이 존재하므로, 이 층에 조사된 전자선의 전하가 급속하게 확산해서 대전이 형성되지 않아, 전계가 콘택트 홀의 바닥까지 침투하지 않는다. 따라서, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자 중, 저앙각 2차 전자(712)는 시료 표면까지 도달할 수 없어 콘택트 홀 내벽에서 상실되고, 고앙각 2차 전자(713)만 시료 표면까지 도달하여 검출기의 신호가 될 수 있다.
콘택트 홀의 어스펙트비를 20으로 하면, 기하학적으로 시료 표면까지 도달 가능한 앙각 성분은,
Figure 112012090911041-pct00002
이 된다. 실제로는 2차 전자는 리타딩 전계나 부스터 전극(109)에 의한 인상 전계, 콘택트 홀 내벽의 대전 등의 영향을 받으므로, 반드시 수학식 2대로는 되지않지만, 어차피 도 7b의 고앙각 2차 전자(713)로 분류되는 2차 전자의 양은 지극히 적어 콘택트 홀 관찰에 부적절하다. 이상이 도 7과 같은 시료에 개방한 콘택트 홀 관찰을 행하는 상태에서의 종래 기술의 과제이다.
다음에 도 7c를 사용하여 본 발명을 적용한 경우의 효과를 설명한다. 또한, 본 실시예의 프리차지에는 실시예 1 또는 실시예 2의 프리차지 기술을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명을 적용함으로써 콘택트 홀 내벽을 균일하게 대전하도록 하는 프리차지가 실시 가능해지고, 최표면의 절연막(704)뿐만 아니라 중간층의 절연층(702)까지 플러스 대전(722)이 미친다. 이 결과, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자에는, 시료 표면 방향으로의 인상 작용이 발생할 뿐만 아니라 접지 전위가 되는 중간층의 실리콘층(703)에서 한번 감속됨으로써 집속 작용이 작용한다. 이것이 중간층의 수만큼 반복됨으로써, 시료 표면에 도달해 검출기의 신호가 되는 2차 전자(721)의 양이 종래 기술에 의한 경우에 비해 비약적으로 증대한다. 전위를 갖는 절연층(702)을 전위를 갖지 않는 실리콘층(703)이 끼워지도록 배치되는 구조는, 주사 전자 현미경에서는 일반적으로 사용되고 있는 정전 렌즈의 아인젤 렌즈와 유사하다.
즉, 본 실시 형태에 나타내는 바와 같은 절연물과 반도체층이 반복해 형성된 바와 같은 시료에 있어서는, 본 발명을 적용함으로써 시료 내에 정전 렌즈를 형성하고, 콘택트 홀의 바닥에서 발생한 2차 전자에 집속 작용을 부여함으로써, 종래 기술에서는 관찰하기 곤란했던 절연층(702)과 실리콘층(703)이 교대로 배치된 디바이스의 구멍 바닥 관찰이 가능해진다.
도 7c와 같은 플러스 대전(722)을 형성하기 위해서는, 콘택트 홀 내벽에 전자선을 조사하는 것이 필요하므로, 전자선을 경사지게 하는 것이 요구된다. 단, 종래 기술의 과제의 설명에서 나타낸 바와 같이, 전자선을 렌즈 중심으로 통과시키는 얼라인먼트 코일에 의한 축 보정에 의해서도 경사가 발생하므로, 본 발명의 실시예 1의 기술을 이용하는 것만으로 도 7c와 같은 플러스 대전(722)을 형성할 수 있다. 단, 수학식 2에서 나타낸 바와 같이, 어스펙트비가 높은 콘택트 홀에서는 수°이상의 전자선 경사가 있으면, 콘택트 홀의 바닥 부근의 내벽에 전자선 조사가 곤란해지는 점에서, 실시예 1의 기술에 더하여 전자선 경사 기술을 사용하면 된다. 또한, 프리차지중에 전자선의 입사각(경사각 또는 방위각)을 수시 변경하는 실시예 2의 기술을 사용하는 경우라도, 경사각은 상기의 제약 내에 들어가도록 제어할 필요가 있다.
종래 기술에 의한 콘택트 홀 관찰에 있어서는, 경사 각도 제어 기술을 적용한 경우의 효과는 경사 억제에 한정되는 것에 대해, 본 실시예와 같이 프리차지중에 래스터 로테이션을 행하는 기술(실시예 1)이나, 프리차지중에 전자선 경사각·방위각을 절환하는 기술(실시예 2)을 사용함으로써, 콘택트 홀의 어스펙트비에 맞춰서 경사 각도 제어를 행하여, 콘택트 홀 내벽에 최적인 플러스 대전(722)을 형성하는 것이 가능해지고, 종래 관찰이 곤란했던 구멍 바닥의 화상을 취득하는 것이 가능해진다.
[실시예 4]
제1 실시 형태에서는, 일반적인 전자선 주사 방법, 즉 X방향 라인을 주사한 후, 주사 위치를 Y방향으로 어긋나게 하고, 다시 X방향 라인을 주사하는 동작을 반복하면서 프리차지를 행하고, 주사 방향을 변화시켜서 또한 마찬가지로 X, Y방향 주사를 행하고 있다. 이러한 X, Y방향의 전자선 주사 방법에서는, 전자선이 주사되는 횟수가 화상 중심부에서 많아져, 플러스 대전의 프로파일이 프리차지 영역 중심을 정점으로 하는 볼록형이 된다. 이 경우, 절연막의 종류나 시료 구조에 의해 정도는 상이하지만, 플러스 대전 영역의 중심 이외의 영역에서는 횡방향의 전계에 의해 전자선이나 2차 전자가 편향되어 관찰에 지장을 초래할 우려가 있다.
본 실시예에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 프리차지를 실행할 때에, 전자선의 주사 방향 X, Y 중 일방향을 고정해 회전시킴으로써 형성되는 링 형상 영역으로 나누어서 단계적으로 프리차지 함으로써 상기 과제를 해결하고 있다. 이러한 전자선의 주사 방법을 스파이럴 스캔이라고 부른다.
이하, 도 8을 사용해서 본 실시 형태의 프리차지 방법에 대해서 설명한다. 도 8a는 프리차지 시에 전자선을 조사하는 영역을 도시한 도면이다. 종래 기술에 의한 프리차지의 조사 영역(801)의 Y방향을 최상부 라인(802)에 전자선이 주사되는 상태로 고정하고, 프리차지를 행하면서 래스터 로테이션으로 360° 회전시키면, 화상 중심을 중심으로 해서 프리차지의 조사 영역(801)에 외접하는 반경 r1(805)의 원(803)으로부터, 프리차지의 조사 영역(801)에 내접하는 반경 r2(806)의 원(804)을 뺀 링 형상 영역A(807)에만 프리차지 처리가 가능해진다. 즉, 이러한 주사는, 2차원 주사 파라미터 중 한쪽을 고정값으로 함으로써 1차원 주사(예를 들어 최상부 라인(802)으로 하고, 이 1차원 주사 라인의 중점이 반경 r2(806)의 원(804)에 접해서 주사됨으로써 달성된다. 상기와 같이 해서 1단째의 프리차지를 행한다. 도 8a 하단에는 이 때에 형성되는 플러스 대전(Vs)의 모식도(808)를 도시한다. 이 링 형상 영역A는 관찰 대상의 중심과 동일한 중심을 갖고 있고, 최상부 라인(802)의 길이와 중심으로부터의 거리에 따라 결정된다.
전자선 주사 위치의 고정에는, 전류 제어 회로의 출력에 오프셋을 가산하는 방법 외에, 편향기 내에 전자선 주사용 코일과는 달리 편향 작용을 갖는 2단의 코일을 X, Y의 2방향만큼 설치하고, 그것들에 전류를 정적으로 인가하는 방법을 생각할 수 있다. 전자는 통상의 편향 전류에 더하여 오프셋만큼의 출력 여유도를 전류 제어 회로에 설치할 필요가 있지만, 주사 전자 현미경의 구조가 간이하고, 후자는 각 전류 제어 회로의 최대 출력이 전자에 비해 적게 되는 반면, 주사 전자 현미경의 구조가 약간 복잡해진다. 이 외에 정전 편향기를 사용해도 된다. 어차피 대전 균일화에 의한 효과가 큰 결함 리뷰 장치에 있어서는, 광학식 혹은 전자선식의 반도체 검사 장치로 얻어진 검사 데이터로부터 구한 결함 위치의 오차 보정이 필요해지므로, 필연적으로 화상 시야를 오프셋 시키는 기능을 구비하고 있다. 따라서, 본 실시예의 전제가 되는 전자선의 주사 방향 X, Y 중 일방향을 특정한 위치에 고정하는 것은 제어 요소를 새롭게 설치하지 않고 실현 가능하다.
다음에 2단째의 프리차지를 행한다. 도 8b와 같이, 시작의 스텝에서 전자선 주사를 고정한 위치(811)로부터 Y방향으로 화상 중심을 향해서 시프트한 위치(812)에 전자선 주사를 이동시킨다. 이 상태에서 시작의 스텝과 마찬가지로, 래스터 로테이션을 행하면 새롭게 링 형상 영역B(813)에 대하여 프리차지가 실시된다. 링 형상 영역B(813)에 프리차지를 행하고 있는 동안, 시작의 스텝에서 플러스 대전을 형성한 링 형상 영역A(807) 중 링 형상 영역B(813)와 중복되지 않는 영역C(814)에도 플러스 대전이 잔류하고 있으므로, 링 형상 영역B(813)에의 프리차지 후에는 영역B(813)와 영역C(814)를 합한 범위에, 도 8b 하단에 도시하는 모식도(815)와 같은 플러스 대전(Vs)이 형성된다.
이상과 같이 Y방향의 시프트를 순차 행하여 단계적으로 프리차지를 실행하고, 최종적으로 도 8c와 같이 화상 중심을 통과하는 위치(822)에 전자선 주사가 도달한다. 이 상태에서 래스터 로테이션을 행하면 영역D(823)에 프리차지가 실시되고, 그때까지 프리차지를 실시한 영역E(624)와 합친 범위, 즉 종래 기술에 의한 프리차지의 조사 영역(801)을 360° 회전시킨 영역 전체에, 하단에 도시하는 모식도(825)와 같은 플러스 대전(Vs)이 형성된다.
본 실시예에서 설명한 전자선 주사 방법에서는, 프리차지 영역을 반경 방향으로 복수의 동심인 링 형상으로 나누어서 처리할 수 있으므로, 각각의 스텝의 처리 시간을 가변으로 함으로써 플러스 대전의 프로파일이 제어 가능해진다. 이에 의해, 프리차지 영역 전체면에서 균일한 플러스 대전을 형성할 수 있고, 이 플러스 대전 영역의 중심 이외의 영역에 있어서의 횡방향의 전계에 의한 편향의 문제를 회피할 수 있다. 또한, 부차적인 효과로서 종래 기술에 비해 대전 영역의 면적이 넓어짐으로써 전위 접점의 전위가 높아지는 효과를 기대할 수 있다. 또한 외측에서 내측으로 프리차지를 실시함으로써, 반대인 경우에 비해 프리차지 시에 발생하는 전위 접점의 전위를 높게 할 수 있어, 플러스 대전의 도달 전위를 높이는 것이 가능해진다.
게다가, 각 스텝의 처리 시간을 조정할 수 있도록 해도 된다. 외측의 링 형상 영역에 내측의 링 형상 영역보다 긴 처리 시간을 설정함으로써, 의도적으로 프리차지 영역의 외측을 중심 부근보다 높은 전압으로 플러스 대전시킴으로써, 프리차지 영역 중심을 고배율 관찰하는 경우에, 시료에 복귀되는 2차 전자가 관찰 영역 밖으로 많이 끌어 당겨짐으로써 관찰 영역의 대전이 오래 지속되는 효과를 얻을 수 있다. 이 효과는, 프리차지 영역과 관찰 영역의 중심이 일치하도록 운용되는 경우가 많은 패턴 측장(測長) 장치(CD-SEM)에서 특히 유효하다. 각 스텝의 처리 시간은 미리 사용자가 화면에 표시된 GUI를 통해 설정할 수 있도록 해도 되며, 장치가 자동적으로 설정해도 된다.
이상과 같은 복수의 효과를 예상할 수 있는 점에서, 본 실시예에서는 외측에서 내측으로 전자선 주사 영역을 시프트 하는 예를 나타냈지만, 이것은 본 발명의 적용 방법을 한정하는 것이 아니라, 내측으로부터 외측으로 전자선 주사 영역을 시프트 해도 된다. 또한, 각 스텝의 시간을 가변으로 하는 예를 나타내고 있지만, 모든 시간을 일정값으로 해도 된다.
또, 본 실시예에서는 설명을 위해서 링 형상 영역으로 나눈다고 했지만, 반드시 링 형상 영역을 설정할 필요는 없고, 프리차지 되는 개소에 전자선이 입사하는 방향이 복수 있는 바와 같은 스캔 방법이면 된다. 예를 들어 스캔을 X, Y 모두 1점으로 고정해서 래스터 로테이션에 의해 나선형으로 연속적으로 스파이럴 스캔을 행해도 된다.
또한, 어느 쪽의 스캔 방법이어도, 콘택트 홀 내벽의 대전 균일화의 관점에서 전자선 경사 기술을 사용해서 복수의 방위로부터 전자선이 입사되도록 제어하면 된다. 즉, 도 8a, 도 8b, 도 8c에 나타낸 방법에서는 프리차지 영역의 임의의 1개소에 대하여 2방향으로부터 전자선이 주사되지만, 이 2방향은 반경 r2의 원과 당해 1개소의 위치 관계에 따라 결정되고, 당해 1개소에 대하여 반드시 360° 전 방향으로부터 전자선이 조사되지는 않는다. 이 때문에, 도 4에서 설명한 바와 같이 콘택트 홀의 전 방향을 균일하게 대전시키는 것이 어려운 경우가 있다. 따라서, 전자선의 경사각이나 방위각을 제어하면서 상기와 같은 스캔 방법으로 당해 1개소에 대하여 복수회 주사함으로써, 콘택트 홀 내의 대전 균일화와 프리차지 영역 전체의 대전도 균일화의 양방을 행할 수 있다. 이 경우, 상기 2방향의 주사에 있어서 상이한 입사각이 되도록 전자선을 제어해도 되고, 도 8a의 영역A(807)와 같은 링 형상 영역에 대하여 래스터 로테이션의 회전각을 360° 이상으로 해서 복수 둘레에 걸쳐서 당해 링 형상 영역에 대전을 행해 1 둘레마다 또는 당해 1개소에 대한 1주사마다 입사각을 제어해도 된다.
[실시예 5]
이하, 도 9를 사용해서 제5 실시 형태를 설명한다. 도 9는 실시예 1 내지 4를 적용한 도 1의 주사 전자 현미경의 표시부(115)에 표시되는 프리차지 처리를 제어하는 소프트 화면의 일례이다. 이하, 이 화면을 프리차지 윈도우라고 부른다. 도 9a의 프리차지 윈도우에는 로테이션(Rotation) 체크 버튼(901)과 빔 틸트(Beam　Tilt) 체크 버튼(902) 및 경사 각도 입력부(903)가 설치되어 있다. 로테이션 체크 버튼(901)과 빔 틸트 체크 버튼(902)이 선택됨으로써, 이하에 서술하는 대응하는 기능이 부가된 상태에서 프리차지를 실시하는 것이 가능해진다.
로테이션 체크 버튼(901)이 선택되면, 프리차지중에 래스터 로테이션을 행하는 기능이 ON이 된다. 이 상태에서 프리차지를 실행함으로써, 실시예 1, 4에서 나타낸 처리 중 적어도 한쪽이 실시된다. 실시예 1에서 설명한 래스터 로테이션을 선택할지, 실시예 4에서 설명한 링 형상 프리차지를 선택할지 선택할 수 있도록 해도 된다.
빔 틸트 체크 버튼(902)이 선택되면, 실시예 2에서 나타낸 바와 같이 프리차지중에 전자선의 경사를 행하는 처리가 실시된다. 이 때, 경사 각도 입력부(903)에 입력된 각도가 되도록 제어부(114)에서 장치 각 부의 제어가 행해진다. 또한, 전자선의 경사만으로는 실시예 2에서 의도하는 바와 같은 효과는 드러나지 않으므로, 빔 틸트 체크 버튼(902)이 선택되었을 때는 프리차지중에 방위각 절환을 행하는 기능도 ON으로 된다. 또한, 방위각 절환의 타이밍은 미리 설정되어 있어도 되지만, 방위각은 적어도 180° 대칭된 각도를 선택하도록 하면 된다.
다음에 도 9b에서 시료의 어스펙트비 정보를 바탕으로 전자선의 경사 각도를 구하는 방법의 예를 설명한다. 도 9b에는 빔 틸트 체크 버튼(902)에 종속해서 어스펙트비(Aspect Ratio) 입력부(911)가 설치되어 있다. 이 어스펙트비 입력부(911)에는 시료(110) 상에 형성된 콘택트 홀의 어스펙트비가 입력되고, 기하학적으로 콘택트 홀의 바닥 중앙부에 전자선이 조사 가능해지는 궤도를 구하는 이하의 식에 기초하여 전자선의 경사 각도가 계산된다.
Figure 112012090911041-pct00003
여기서, 수학식 3 중의 ａ는 경사 각도의 보정값이다. 제3 실시 형태의 설명에 나타낸 대로, 주사 전자 현미경에서는 빔 얼라인먼트 전자선 경사는 다소라도 발생하고 있고, 또 시료 자체도 완전하게 평탄하지 않으며, 또한 다소의 경사를 생각할 수 있으므로, 기하학적인 계산값 그대로 경사 각도를 결정하면 콘택트 홀의 바닥 중 외주부에 밖에 전자선 조사를 행할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 본 실시예의 프리차지 방법에 있어서는 전자선의 경사 각도에 일정한 여유도를 갖게 하도록 보정값 a를 더한 편이 낫다. 보정값 a를 결정하는 데 있어서는, 시료의 재질이나 구조, 전자 광학 조건에 따라서도 전자선의 궤도가 변화되는 점에 유의하고, 그것들에 맞춰서 조건을 조정해야 한다. 또한, 이 보정값은 래스터 로테이션의 각도에 따라서 적절하게 조정함으로써, 시료 자체의 경사를 상쇄하면서 최적인 경사 각도에서 프리차지를 실행할 수 있다.
이상, 본 실시예의 주사 전자 현미경의 표시부 및 전자선 경사의 각도 제어 방법의 일례를 나타냈지만, 본 실시예의 표기는 그 이외의 방법을 제약하는 것이 아니다. 예를 들어, 각 체크 버튼이 선택되었을 때에 버튼의 색을 반전 표시해서 판별을 쉽게 하거나, 체크 버튼 대신에 풀 다운 메뉴를 사용하거나 해도 된다. 또한, 전자선의 경사 각도를 구하는 방법에 대해서도, 본 실시예에 나타낸 어스펙트비를 입력 파라미터로 하는 방법 이외에 막 두께를 입력 파라미터로 하는 방법을 생각할 수 있다. 이 경우, 콘택트 홀의 개구부의 직경을 측장해서 구하고, 이것을 막 두께로 나누어서 어스펙트비를 구할 수 있다. 이 방법은 패턴 측장을 목적으로 하는 CD-SEM에서는 자동 측장 기능을 구비하는 것이 자명하므로, 장치에 새로운 기능을 부가하지 않고 자동으로 전자선의 경사 각도를 결정할 수 있다.
또한, 개구부의 직경은 프로세스 조건에 따라서 변동되는 것을 생각할 수 있으므로, 관찰점에 맞추어서 최적 각도를 구할 수 있는 점도 우위(優位)이다. 또한 상기 중 어느 쪽이든, 혹은 복수의 방법에 대해서, 조건을 메모리에 보존해두고 필요에 따라서 판독함으로써 설정을 간편하게 행하는 프리셋 기능을 설치해도 된다.
101 : 전자원
102 : 인출 전극
103 : 양극
104, 203, 501, 601 : 전자선
105 : 콘덴서 렌즈
106 : 애퍼쳐
107 : 편향기
108, 503 : 대물 렌즈
109 : 부스터 전극
110, 504 : 시료
111, 721 : 2차 전자
112 : 검출기
113 : 리타딩 전원
114 : 제어부
115 : 표시부
116 : 기억 수단
117 : 화상 처리부
201, 401, 701 : 실리콘 웨이퍼
202, 402, 704 : 절연막
204, 405, 711, 722 : 플러스 대전
301 : 전자선 주사 영역A
302, 603 : 전자선 주사 방향a
303 : 전자선 주사 영역B
304 : 전자선 주사 방향b
305 : 각도θ
311 : 콘택트 홀 정상부
312 : 콘택트 홀 결함부
403 : 초기 상태의 전자선 조사 방향
404 : 다음 스텝의 전자선 조사 방향
502 : 얼라이너
505 : 광축
602 : 프리차지 영역A
604 : 전자선 경사각
605, 611 : 방위각
702 : 절연층
703 : 실리콘층
712 : 저앙각 2차 전자
713 : 고앙각 2차 전자
801 : 종래 기술에 의한 프리차지의 조사 영역
802 : 최상부 라인
803, 804 : 원
805 : 반경 r1
806 : 반경 r2
807 : 영역A
808, 815, 825 : 모식도
811 : 시작 스텝에서 전자선 조사를 고정한 위치
812 : 다음 스텝에서 전자선 조사를 고정하는 위치
813 : 영역B
814 : 영역C
821 : 다음 스텝에서 전자선 주사를 고정한 위치
822 : 최종 스텝에서 전자선 주사를 고정하는 위치
823 : 영역D
824 : 영역E
901 : 로테이션 체크 버튼
902 : 빔 틸트 체크 버튼
911 : 어스펙트비 입력부

Claims (11)

  1. 시료에 대하여 1차 전자선을 주사함으로써 상기 시료의 프리차지를 실행하고, 당해 프리차지가 실행된 시료 상의 영역에 상기 1차 전자선을 주사해서 얻어지는 2차 전자 또는 반사 전자를 검출하는 주사 전자 현미경으로서,
    상기 1차 전자선을 상기 시료에 대하여 주사하고, 또한 상기 검출된 2차 전자 또는 반사 전자에 기초하는 신호를 출력하는 전자 광학계와,
    상기 전자 광학계를 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    당해 제어부는, 상기 프리차지의 실행 시에는, 상기 프리차지의 실행 영역에 대하여, 상기 1차 전자선이 시료면에 대하여 경사하여 입사하도록, 또한, 상기 1차 전자선이 시료면에 입사할 때의 경사각 또는 방위각이 상이한 복수의 방향으로부터 상기 1차 전자선이 주사되도록 상기 전자 광학계를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 1차 전자선을 XY 평면 내에서 2차원 주사시키고,
    또한, 당해 2차원 주사의 주사 영역을, 상기 프리차지의 실행 영역의 중심을 회전 중심으로 하는 평면 내에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프리차지의 실행 시에 행해지는 상기 1차 전자선의 주사의 방향이 일정 시간마다 변화되는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1차 전자선의 주사의 방향이 변화되는 일정 시간을 설정하는 GUI가 표시되는 표시 화면을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  6. 시료 상의 소정 영역에 대하여 1차 전자선을 주사함으로써 당해 소정 영역의 프리차지를 실행하고, 당해 프리차지의 실행 영역에 포함되는 영역에 대하여 상기 1차 전자선을 주사해서 당해 주사 영역의 화상을 취득하는 주사 전자 현미경으로서,
    상기 1차 전자선을 상기 시료에 대하여 주사하는 전자 광학계와,
    상기 전자 광학계를 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 소정 영역에 대하여 당해 소정 영역을 포함하는 링 형상의 주사 영역을 설정하고, 상기 주사 영역을 변형하면서 상기 1차 전자선을 조사함으로써, 상기 프리차지를 실행하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 링 형상의 주사 영역을 대전 처리하는 시간을 상기 링 형상의 주사 영역의 외경마다 설정 가능한 GUI가 표시되는 표시 화면을 갖는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  8. 제6항에 있어서,
    프리차지 처리의 조건 설정을 하는 GUI를 갖고, 상기 GUI는 상기 링 형상의 주사 영역을 사용해서 프리차지를 행하는 모드의 선택 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 설정된 링 형상의 주사 영역에 대하여, 스파이럴 주사를 실행하도록 상기 전자 광학계를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  10. 시료에 전자선을 주사함으로써 프리차지를 실행하고, 상기 프리차지의 실행 영역에 포함되는 영역에 대하여 상기 전자선을 주사해서 화상을 취득하는 주사 전자 현미경으로서,
    상기 전자선을 상기 시료에 대하여 주사하는 전자 광학계와,
    상기 전자 광학계를 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 전자선의 주사 라인의 중점이 소정의 원주에 접하면서 상기 주사 라인을 회전시켜서 주사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  11. 관찰 영역을 포함하는 영역을 프리차지 조사 영역에 설정하는 스텝과,
    관찰 영역의 중심과 동심인 제1 링 형상 영역을 복수의 주사 방향으로부터 주사를 행하는 제1 프리차지 스텝과,
    상기 제1 링 형상 영역과 동심이며, 상기 제1 링 형상 영역과는 상이한 외경의 제2 링 형상 영역을 복수의 주사 방향으로부터 주사를 행하는 제2 프리차지 스텝과,
    상기 제1 프리차지 스텝과 상기 제2 프리차지 스텝을 반복함으로써, 프리차지 처리가 완료된 상기 관찰 영역을 관찰하는 스텝
    을 갖는 시료 관찰 방법.
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