KR101958209B1 - 하전입자선 장치 - Google Patents

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Abstract

시야 내에 2차 전자의 방출 조건이 서로 다른 영역이 복수 포함될 경우여도, 그 각 영역에 맞는 적정한 에너지 필터 조건의 설정을 가능하게 하는 하전입자선 장치를 제공한다. 하전입자원(501)으로부터 방출되는 하전입자 빔(502)의 시료(506) 상의 주사에 의거하여 얻어지는 하전입자(507)를 검출하는 검출기(508)와, 상기 시료(506)로부터 방출되는 하전입자(507)를 에너지 필터링하는 에너지 필터(509)를 구비한 하전입자선 장치에 있어서, 상기 하전입자 빔(502)의 주사 영역에 포함되는 복수의 영역의 지표값을 구하고, 당해 복수의 지표값과, 상기 복수의 영역의 각각에 설정되어 있는 기준 지표값과의 차분 연산을, 복수의 에너지 필터 조건마다 실행한다.

Description

하전입자선 장치
본 발명은 하전입자선 장치에 관한 것이며, 특히 하전입자 빔의 주사에 의해 화상 데이터나 신호 파형 데이터를 생성하는 하전입자선 장치에 관한 것이다.
반도체 패턴의 미세화에 따라, 근소한 형상 차이가 디바이스의 동작 특성에 영향을 미치게 되어, 형상 관리의 니즈(needs)가 높아지고 있다. 그 때문에, 반도체의 검사·계측에 이용되는 주사전자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)에는 고감도, 고정밀도가 종래보다 더 요구되고 있다. SEM에서는, 시료에 전자선을 조사했을 때에, 시료로부터 방출되는 2차 전자를 검출해서 표면의 형상을 관찰하고 있다. 이 때, 검출되는 2차 전자는 에너지가 낮고, 시료의 대전(帶電)의 영향을 받기 쉽다. low-k 등의 저유전율 재료의 사용에 의해, 대전의 영향이 현재화(顯在化)되어, 관리가 필요하게 되는 장소(ROI : Region Of Interest)의 신호를 포착하는 것이 곤란할 경우가 나타나고 있다. 또한, 최근의 미세화나 홀, 트렌치의 고(高)어스펙트비화에 의해 통상의 2차 전자 검출로는, 관찰 자체가 곤란하게 되는 케이스가 나타나고 있다.
이러한 경우, 검출하는 전자를 전자의 에너지나 각도에 의해서 변별함으로써, 관찰 장소의 정보를 상대적으로 강조하는 것이 해결책이 될 수 있다.
특허문헌 1에는, 에너지 필터를 구비한 전자현미경에 있어서, 에너지 필터의 인가 전압과 빔 조사부의 휘도의 그래프를 구하여, 휘도 변화가 커지는 에너지 필터의 인가 전압을 찾아내는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 에너지 필터를 구비한 주사전자현미경에 있어서, 2개의 에어리어를 선택하고, 필터 전압을 변화시킨 에어리어의 화상을 취득하여, 화상의 계조비로부터 최적인 필터 전압을 구하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 에너지 필터 전압을 변경하였을 때의 신호 강도를 검출하고, 2 지점의 신호 강도로부터 콘트라스트를 산출하여, 콘트라스트가 최대로 되는 필터 전압을 결정하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특허 제5663412호 공보(대응 미국 특허공개공보 US2014/0124666) 일본국 특허 제5584159호 공보(대응 미국 특허공보 USP8,890,068) 일본국 특허 제4147233호 공보(대응 미국 특허공보 USP6,700,122)
에너지 필터를 사용하여, 전위 콘트라스트 상(像)을 취득하기 위해서는, 에너지 필터에 인가하는 전압을 미리 정해 놓을 필요가 있다. 한편, 패턴의 미세화, 복잡화에 의해, 1개의 시야(Field Of View : FOV) 내에 다양한 재료, 구조로 이루어지는 다종(多種)의 구조체가, 종래와 비교하여 많이 포함되게 되었다. 이것은, FOV 내의 각 개소(箇所)에 있어서의 2차 전자의 방출량이나 방출 에너지 등의 다양화를 의미한다. 즉, FOV 내의 각 개소에 있어서의 적정한 에너지 필터 조건이 다르게 된다. 특허문헌 1 내지 3에는, 그러한 환경하에서 적정한 에너지 필터 조건을 설정하는 방법에 관한 개시가 없다.
또한 측정, 검사의 고속화를 실현하기 위해서는, 1개의 FOV 내에 복수의 측정점을 포함시키고, 1개의 FOV에 대한 주사(1매의 화상)로 일괄하여 측정을 행하는 것이 바람직하지만, 복수의 측정점마다, 적정한 에너지 필터 조건이 다를 경우, 고속 측정의 실현이 어렵다. 특허문헌 2에 의하면, 화상 내에 2개의 에어리어를 설정하고, 이 2개의 에어리어의 계조비가 커지게 되도록 하는 전압을, 에너지 필터에 인가하는 것이 설명되어 있다. 이 방법에 의하면, 2개의 에어리어의 계조차가 커지기 때문에, 1개의 에어리어를 고정밀도로 측정하기 위해서는 우수한 방법이지만, 다른 쪽의 에어리어의 계조값이 저하하기 때문에, 1개의 FOV 내에 조건이 서로 다른 복수의 측정점이 포함되는 화상을 채용한 측정에는 맞지 않다. 특허문헌 1이나 특허문헌 3에도, 에너지 필터 조건을 구하기 위한 방법에 대해서 설명이 있지만, FOV 내에 조건이 서로 다른 복수의 측정점을 측정할 때의 에너지 필터 조건을 구하는 방법에 관한 설명이 없다.
이하에, FOV 내에 2차 전자의 방출 조건이 서로 다른 영역이 복수 포함될 경우여도, 그 각 영역에 맞는 적정한 에너지 필터 조건의 설정을 가능하게 하는 것을 목적으로 하는 하전입자선 장치를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 이하에, 하전입자원으로부터 방출되는 빔의 주사에 의거하여 얻어지는 하전입자를 검출하는 검출기와, 상기 시료로부터 방출되는 하전입자를 에너지 필터링하는 에너지 필터를 구비한 하전입자선 장치로서, 상기 하전입자 빔의 주사 영역에 포함되는 복수의 영역의 지표값(指標値)을 구하고, 당해 복수의 지표값과, 상기 복수의 영역의 각각에 설정되어 있는 기준 지표값과의 차분 연산을, 복수의 에너지 필터 조건마다 실행하는 하전입자선 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, FOV 내에 2차 전자의 방출 조건이 서로 다른 영역이 복수 포함될 경우여도, 그 각 영역에 맞는 적정한 에너지 필터 조건을 설정하는 것이 가능해진다.
도 1은 에너지 필터를 설정하는 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 2는 에너지 필터의 전압 판정을 행하는 ROI(Region Of Interest) 및 필터 전압의 판정 지표 및 임계값을 설정하는 GUI(Graphical User Interface)의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 에너지 필터 전압에 대한 지표의 표준편차 분포를 나타내는 도면.
도 4는 에너지 필터 전압에 대한 ROI의 휘도 분포를 나타내는 도면.
도 5는 주사전자현미경의 개요를 나타내는 도면.
도 6은 비아·트렌치 패턴에 에너지 필터를 적용했을 때의 화상 및 프로파일 변화를 나타내는 도면.
도 7은 주사전자현미경을 포함하는 반도체 계측 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 에너지 필터 조건의 변화에 대한 측장값(CD result)의 변화를 나타내는 그래프.
하전입자선 장치의 일종인 주사전자현미경은, 시료에 전자빔을 조사하는 것에 의해, 시료로부터 방출되는 전자를 검출함으로써, 시료의 화상이나 측정을 위한 파형 신호를 생성하는 장치이다. 또한, 주사전자현미경에는, 에너지 필터가 마련되어 있는 것이 있다. 에너지 필터는 예를 들면 3매의 메시(mesh) 형상 전극이 적층되고, 중앙의 메시 전극에, 마이너스의 전압을 인가함으로써, 인가 전압보다 에너지가 낮은 전자의 통과를 제한한다. 예를 들면 중앙의 메시 전극에 -50V, 중앙의 메시 전극을 사이에 두는 2매의 메시 전극을 접지 전위로 하면, 50eV보다 에너지가 낮은 전자의 통과를 제한하고, 고에너지의 전자를 선택적으로 통과시켜서, 검출할 수 있다.
이러한 에너지 필터는, 적정한 전압의 인가에 의해, 원하는 측정이나 검사를 행할 수 있다. 예를 들면, 에너지 필터의 인가 전압과 화상의 휘도의 관계를 구하여, 관찰 조건을 결정할 경우가 있다. 이 때, 화상의 콘트라스트를 평가 기준으로 하여, 필터 전압을 구할 수 있지만, 시야마다 최적인 필터 전압이 서로 다를 경우, 그때마다 에너지 필터 전압의 탐색 및 판정이 필요하게 되어, 검사의 스루풋은 저하한다.
또한, 각 장소에서 콘트라스트가 최대로 되는 조건을 선택한 경우에도, 필터 전압이 서로 다름으로써, 검출 전자의 에너지가 화상간에서 서로 달라서, 화상간에서의 치수 비교가 곤란해질 경우가 있다. 한편, 스루풋를 우선하여, 에너지 필터 전압을 변경하지 않고 전위 콘트라스트 상을 취득할 경우에는, 시료측의 대전 차이가 측장값의 변동으로 이어질 가능성이 있다.
이상과 같은 조건을 감안해서 필터 조건을 선택할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 시야 내에 포함되는 복수의 패턴에 적합한 필터 조건을 선택할 수 있는 하전입자선 장치를 설명한다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 예를 들면 시료로부터 방출되는 하전입자를 에너지 필터링하는 에너지 필터를 구비한 하전입자선 장치에 있어서, 상기 에너지 필터의 필터 조건을 설정하는 연산 처리 장치를 구비하고, 당해 연산 처리 장치는, 2개 이상의 서로 다른 패턴, 또는 ROI를 포함하는 영역에의 하전입자 빔의 조사에 의거하여 얻어지는 2개 이상의 지표값(파라미터)이, 소정의 조건이 되도록 상기 에너지 필터의 필터 조건을 설정하는 하전입자선 장치를 제안한다.
이하에 설명하는 실시예에 의하면, 복수간의 화상에서 전위 콘트라스트 상의 변동을 억제하면서, 사전에 결정한 조건에서 관찰함으로써 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
이하에 설명하는 실시예에서는 주로, 에너지 필터에 의한 신호 변별을 행했을 때에, 측정점 등이 포함되는 ROI(Region Of Interest)의 시인성(콘트라스트 등)을 확보하면서, 측장 재현성 등 조작자에 의해 다른 관찰 니즈에 합치된 에너지 필터 전압의 최적 조건을 찾아낼 수 있는 하전입자선 장치에 관하여 설명한다. 또한, 그 과정에서 얻어진 에너지 필터 전압에 대한 휘도 등의 정보를 바탕으로, 임의의 에너지대의 검출 전자상(電子像)을 제공하는 것이 가능한 하전입자선 장치에 관하여 설명한다.
이하에 설명하는 실시예에서는 예를 들면, 하전입자원으로부터 방출된 하전입자 빔을 집속(集束)하는 대물 렌즈와, 당해 하전입자 빔의 주사 위치를 변경하는 편향기와, 상기 주사 편향기의 제어를 행하는 제어 장치와, 시료를 탑재하기 위한 시료 스테이지와, 상기 시료로부터 방출되는 하전입자를 하전입자의 에너지에 의해서 변별하는 에너지 필터와, 상기 필터를 통과한 하전입자를 검출하는 검출기를 구비한 하전입자선 장치이며, 정규의 관찰에 앞서, 관찰 조건을 설정하기 위한 조건 설정 동작으로서, 적어도 2개 이상의 장소에서, 에너지 필터 전압을 반복 변화시켜서 복수의 전위 콘트라스트 상을 취득하고, 그들 화상으로부터 에너지 필터 전압을 선택할 수 있는 하전입자선 장치를 설명한다.
복수의 장소에 있어서, 에너지 필터 전압과 전위 콘트라스트 상을 취득함으로써, 측정 개소의 콘트라스트, 측장값 등 우선하는 지표에 대한 변동을 억제하면서, 전위 콘트라스트 상을 취득할 수 있다.
도 5에 하전입자선 장치의 일종인 에너지 필터를 구비한 주사형 전자현미경의 개략도를 나타낸다. 전자총(501)에서 발생한 전자선(502)(전자빔)을 콘덴서 렌즈(503)에서 수속(收束)시키고, 마지막에 대물 렌즈(505)에서 시료(506) 상에 수속시킨다. 편향기(504)에서 전자선(502)이 시료의 전자선 주사 영역 상을 주사(이후, 스캔이라고도 칭함)하게 한다. 1차 전자를 2차원적으로 주사할 때, 조사에 의해 시료 내를 산란하는 1차 전자는 시료를 여기(勵起)하여, 시료로부터는 2차 전자(507)가 방출된다. 방출된 2차 전자(507)를 에너지 필터(509)에서 2차 전자의 에너지에 의해 변별한 후, 검출기(508)에서 검출하여, 전자의 신호를 화상으로 변환함으로써 시료의 관측·계측을 행한다. 도 5에 예시하는 SEM은, 화소마다 검출 신호를 기억하는 화상 메모리를 구비하고 있으며, 검출 신호는 당해 화상 메모리에 기억된다.
SEM에서 관찰하는 시료가 유전체일 경우, SEM 관찰중의 주사 영역(FOV) 내에는 2차원의 대전 분포가 형성된다. SEM에서 주로 검출하고 있는 전자는, 방출량이 많고, 에너지가 작은(∼수 eV) 2차 전자이기 때문에, 표면에 형성되는 약간의 대전의 영향을 받기 쉽다. 이 때문에, 대전하는 시료의 SEM 관찰에서는, 조사시에 어떤 대전 분포가 형성되어 있는지에 따라 얻어지는 화상이 변화된다. 에너지 변별의 때에, 시료 대전의 영향을 받기 쉬운 필터 전압을 설정했을 경우에는, 콘트라스트 반전 등, 상질(像質)이 크게 변화하는 것이 판명되어 있다. 또 한편, 최근의 반도체 디바이스의 미세화 및 구조 복잡화에 의해, 통상의 2차 전자 검출에서는, ROI의 관찰 자체가 곤란할 경우가 나타나고 있다(보고자 하는 영역의 2차 전자량이 적음). 이 때문에, 해결책의 하나로서 후방 산란 전자(BSE : Back Scattering Electron) 등 고에너지의 전자로 관찰을 행하는 방법도 검토되고 있지만, BSE는 2차 전자에 대하여 방출량이 적다. 이 때문에, 상질(S/N) 개선에는, 대전류 및 고프레임 적산이 필요하게 되어, 스루풋 저하의 문제가 있다. 또한, 고에너지의 전자에는 시료 내를 산란한 것도 포함되기 때문에, 수 나노의 미세한 차이는 판별할 수 없을 경우가 있다. 이 때문에, BSE에 대하여 신호량이 많은 2차 전자로 관찰하는 것이, 스루풋, 형상 변화에 대한 감도 모두에서 바람직하지만, 전술한 선단(先端) 디바이스에 있어서는, ROI의 휘도가 낮은(어두운) 부분이 존재하여, 측정이나 검사가 곤란하게 되는 케이스가 있다.
이 현상은, 재질 또는 패턴의 차이에 의해 동일 시야 내에 2차 전자 검출량이 많은 영역과, 적은 영역이 복수 혼재하기 때문에, 상대적으로 ROI의 휘도가 낮아져서 생기는 것이다(FOV 내 전체 면의 신호량이 적기 때문이라면, 조사 전류의 증가로 해결할 수 있음). 이 때문에, 복수의 ROI의 휘도 증가에는, 신호 변별에 의해 2 영역간의 2차 전자 검출량의 차이를 축소하는 것이 유효하다고 생각되지만, 2차 전자의 에너지 분포는 전술한 시료 대전에 매우 영향을 받기 쉽기 때문에, 전위 콘트라스트 상이 관찰 장소에 따라 안정하지 않고, 에너지 필터 전압의 설정이 매우 곤란했다. 에너지 필터 전압을 인가했을 때의, 화상의 변동에 관하여, 도 6을 사용하여 설명한다.
여기서는, 트렌치 내에 비아가 존재하는 비아·트렌치 패턴에 대하여, 검출 전자상을 시뮬레이션으로 구하고, 에너지 필터의 효과를 평가한 예를 나타낸다. 비아 깊이가 다른 2종류의 모델을 이용하여, 대전의 차이를 나타냈다. 바텀(bottom)의 폭은 양자(兩者)에서 차이는 없지만, 에너지 필터 전압에 의해 프로파일의 변화가 서로 다른 것을 알 수 있다. 특히, 2V의 필터 전압을 걸었을 때는, 바텀의 하락 개소가 크게 어긋나 있으며, 필터 전압에서 측장값이 크게 변동하는 것을 나타내고 있다. 한편, 5V, 10V에서는 바텀부의 프로파일은 거의 겹쳐 있으며, 측장값의 차이는 작다. 이와 같이, 전위 콘트라스트 상에서의 계측에는, 최적인 에너지 필터 전압을 선택하는 것이 필요하다.
상기 과제의 해결책으로서, 이하에 복수의 패턴에 대하여, 에너지 필터를 변경한 화상을 바탕으로, 콘트라스트, 측장값 등의 각 지표의 변동을 억제할 수 있는 에너지 필터 전압을 결정하는 방법에 대해, 도면을 사용하여 설명한다.
도 1에 에너지 필터 조건 설정을 위한 플로우 차트를 나타낸다. 먼저, 관찰 장소로 이동하여, ROI가 포함되는 SEM 화상을 적어도 2개소 이상의 장소에서 취득한다. 최소는 2 지점(点)이지만, 지점 수가 늘어날수록, 지표의 판정 정밀도가 높아지기 때문에, 가능한 한 많은 편이 바람직하다. 이 때, 관찰 배율 및 관찰 각도(관찰 패턴에 대한 FOV의 각도), 프레임 수는 갖추어 둔다. 이 경우, 예를 들면 동일한 재질, 구조를 가지는 패턴을 포함하는 영역으로서, 시료 상의 서로 다른 위치에, 복수의 FOV를 설정한다.
이 때, 에너지 필터 없음의 조건에서 취득한 2차 전자상에서의 측장값, 혹은 에너지 필터 전압을 표면 전위에 대하여 50V 인가했을 때의 반사 전자상에서의 측장값의 변동이 일정한 임계값 이하가 되는 개소에 대하여, 데이터를 취득한다. 이 때, 2차 전자상에서 대전의 영향(셰이딩, 일그러짐 등)이 현저하게 보일 경우, 또는 측장 개소의 신호가 거의 얻어지지 않을 경우에는, 반사 전자상을 사용하는 것이 바람직하다.
이것은, 에너지 필터 인가시에 대전의 차이에 의해서 콘트라스트가 변화되어 있을 경우와, 치수 자체에 의해 콘트라스트가 변화될 경우의 분리를 위해서 실시한다. 이에 따라, 원래의 치수가 서로 다른 개소에 관해서는, 에너지 필터 설정의 대상으로부터 배제하고, 치수가 일정한 임계값 이내에 포함되는 개소만을 대상으로 이하의 처리를 실시한다.
다음으로 얻어진 SEM 화상에 대하여, FOV 내에서 측장(관리)을 행할 영역(ROI)을 지정한다. 여기서, 최적화하기 위한 지표로서, ROI의 평균 신호량(휘도)이 별도 지정하는 장소와의 콘트라스트비, 또는 별도 지정하는 장소와의 CNR(Contrast to Noise Ratio), 또는 측장값 중 어느 하나를 GUI 상에서 지정한다.
콘트라스트비를 지정했을 경우에는, ROI와 콘트라스트비를 산출할 영역을 추가로 지정한다. CNR은 노이즈에 대한 ROI의 콘트라스트의 크기를 나타낸 것이며, 콘트라스트비를 산출할 영역에 더하여, 노이즈 판정 영역도 지정한다. 또한, 에너지 필터의 변경 범위(최대/최소), 변경 스텝, 얻어진 지표값을 판정하는 임계값도 여기서 설정해 둔다(상세한 것은 후술). 이 공정에서, 후술하는 변동 등을 평가하기 위한 기준 데이터를 ROI마다 생성한다. 주사전자현미경에 마련되어진 제어 장치에 포함되는 연산 장치에서는, 선택된 ROI 단위로 지표값을 구하여, 후술하는 연산에 사용하기 위한 기준 데이터로서, 소정의 기억 매체에 등록한다.
다음으로 지정한 시야 위치(복수 가능)에 있어서, 에너지 필터 전압을 변경하여 SEM 화상을 취득한다. 각 에너지 필터 전압에 대하여, 전단(前段)에서 설정한 ROI의 지표값을 구하고, 필터 전압마다의 지표의 표준편차를 구한다. 얻어진 표준편차가 임계값 이하로 되는 조건을 필터 조건으로서 선택한다. 복수의 필터 전압이 해당할 경우에는, 조작자가 각 필터 화상을 보면서, GUI 상에서 선택하는 것도 가능하다. 또한, 이미 취득한 화상에 대하여, 지표값을 변경하여(예를 들면, 콘트라스트→측장값), 결과를 평가해도 된다. 마찬가지로, 후처리에서 복수의 지표를 조합시키는 것도 가능하다. 얻어진 에너지 필터 조건을 바탕으로 관찰을 행한다.
다음으로, ROI 등의 지정에 관해서 설명한다. ROI는 미리 취득한 화상(또는 레이아웃 데이터) 상에서 실시한다. ROI는 화상 상의 임의의 2차원 영역을 지정함으로써 설정한다. 도 2는 후술하는 입력 장치 등에 표시되는 SEM의 동작 조건을 설정하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에 예시하는 GUI 화면에는, SEM의 동작 조건 설정부(201), 휘도 해석 설정부(202), 화상 평가 지표 설정부(203), 지표 임계값 설정부(204)가 마련되어 있다. SEM 동작 조건 설정부(201)에서는, 관찰점의 좌표, 패턴 종류, 에너지 필터 전압의 변경 폭 및 변경 스텝, 프레임 수, 회전 각도의 설정이 가능하게 되어 있다. 또한, 휘도 해석 설정부에서는, 에너지 필터 전압에 대한 설정 영역의 휘도의 변화를 해석할 것인지의 여부를 지정할 수 있다. 휘도 해석을 행하는 영역으로서는, 복수 개소가 선택 가능하다. 다음으로, 화상 평가 지표 설정부(203)에서는, 에너지 필터 전압마다 취득한 화상의 평가 지표를 설정한다. 지표값으로서는 콘트라스트, 평균 휘도, CNR, 측장값을 선택할 수 있다. 또한, 여기에서 선택한 지표의 판정 기준은, 지표 임계값 설정부(204)에서 설정한다. 콘트라스트, 평균 휘도, CNR이면 허용하는 변동의 비율[%], 측장값의 경우에는 길이[nm]로 지정한다. 또한, 휘도 해석 영역 및, 콘트라스트 판정 영역 등의 지정은 설정 화면 상에서 실시한다.
다음으로, 에너지 필터 전압을 변경하여, 데이터 취득한 후의 결과 표시에 관해서, 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3은 에너지 필터 전압에 대한 콘트라스트의 표준편차를 표시한 예이다. 설정한 임계값에 대하여, 각 필터 전압의 표준편차가 표시된다. 후보가 되는 조건이 복수 있을 경우에는, 조작자가 임의의 전압을 선택 가능하다. 플로트된 각 지점을 더블 클릭하면, 그 전압의 화상군(群)이 표시되어, 화상을 참조하면서 조건을 선택할 수 있다. 또한, 윈도우 좌측위(左上)에서 지표를 선택할 수 있으며, 취득한 화상군에 대하여 다른 지표의 결과를 표시하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 지표를 조합시켜서 결과를 평가해도 된다. 이 때, 각 지표의 임계값은 각각 지정할 필요가 있다. 주사전자현미경에 마련되어진 제어 장치에 포함되는 연산 장치 등에서는, 각 화상간에서의 표준편차가 가장 작은(복수의 ROI에서 콘트라스트의 변동이 작은) 필터 전압을 선택한다.
다음으로 휘도 해석을 지정했을 때의 결과 표시에 관해서, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 2의 설정 화면에서, 휘도 해석(Brightness Analysis)에 체크를 넣었을 때에는, 에너지 필터 전압에 대한 휘도의 변화를 해석한다. 여기서는, 도 2에 나타내는 3 영역을 설정했을 경우에 관하여 설명한다. 도 4는 에너지 필터 전압에 대한 각 영역의 휘도(S 커브)의 변화분(Δ 휘도)을 표시한 것이다. 이것은, 즉 검출 전자의 에너지 분포를 나타내고 있으며, 표면의 대전 분포를 반영한 결과가 된다. 시료 상의 대전이 불균일할 경우에는, 도 4에 나타나 있는 바와 같이 각 영역의 에너지 분포가 분리된다. 에너지 필터는 통상 하이 패스 필터(high pass filter)이지만, 이러한 경우 서로 다른 에너지 필터 전압을 인가한 화상을 연산함으로써, 에너지의 밴드패스 필터(band-pass filter) 화상을 얻을 수 있다. 주사전자현미경에 마련되어진 제어 장치에 포함되는 연산 장치 등에서는, 적어도 (1) 및 (2) 중의 적어도 2개의 필터 전압 조건을 선택하여, 측정을 위한 동작 프로그램(레시피)을 설정한다.
전술한 실시예에서는, 먼저, 기준 데이터가 되는 화상(제 1 화상)을 취득하고, 당해 기준 데이터 화상으로부터, 설정한 복수의 영역(제 1 ROI군)의 지표값(제 1 지표값)을 구한다. 다음으로, 기준 데이터 화상을 취득한 영역과는 다른 영역이며, 기준 데이터 화상에 포함되는 패턴과 동등한 패턴이 포함되는 영역의 화상(제 2 화상)을 취득하고, 당해 화상에 포함되는 복수의 영역(제 2 ROI군)의 지표값(제 2 지표값)을 구한다. 제 1 ROI군과 제 2 ROI군은, 서로 다른 시야의 동등한 패턴으로 설정된다. 이러한 제 2 지표값을, 에너지 필터 조건마다 구한다. 또한, 도 3에 예시하는 바와 같이, 제 1 지표값에 대한 제 2 지표값의 변동을, 에너지 필터 조건마다 구한다.
예를 들면, ROI가 3개(ROI1, ROI2, ROI3) 있을 경우, 각 ROI에 대해서, 제 1 지표값과 제 2 지표값의 차분을 구하고, 3개의 지표값의 차분의 통계값이 가장 작은 에너지 필터 조건을 선택한다. 후술하는 연산 처리 장치에서는, 전술한 바와 같은 처리를 자동적으로 주사전자현미경에 행하게 하는 레시피에 의한 동작에 의거하여, 상기 연산을 실행한다.
이상과 같은 처리에 의하면, FOV 내에 포함되는 복수의 ROI의 어느 것에도 적합한 에너지 필터 조건을 선택하는 것이 가능해진다. 또, 변동이 최소로 되는 에너지 필터 조건을 고르는 것이 바람직하지만, 다른 조건과의 앤드(and)로 조건을 추출하도록 해도 된다. 이 경우, 예를 들면, 측장값과 콘트라스트에 대해서 2종의 지표값을 구하고, 양자의 지표값의 표준편차값이 소정값 이하가 되는 에너지 필터 조건을 선택하도록 해도 된다.
도 2에 있어서, ROI가 영역 A라고 하면, A의 신호는 B 및 C에 대하여 매우 적어서, 에너지 필터에서는 A만의 신호를 분리할 수는 없다(A의 신호를 검출할 때에는, B의 신호가 포함됨). 이러한 경우, 2 조건의 에너지 필터(전압(1), 전압(2))를 설정하여, 얻어진 화상을 연산(차분)함으로써 간이적으로 에너지의 밴드패스 화상을 평가할 수 있다. 그 때, 조작자는, 도 4에 나타내는 휘도 해석 결과 윈도우의 그래프 상에서 2 종류의 필터 전압(최소, 최대)을 마우스 등으로 지정하여, 밴드패스 조건을 지정할 수 있다. 또한, 윈도우 상부의 Image Calculate 버튼을 누름으로써, 현재의 결과에서의 밴드패스 화상을 표시할 수 있다.
다음으로, 지표값의 안정도에 의거하여, 필터 전압을 결정하는 방법에 관하여 설명한다. 도 8은 필터 전압과, 영역 A, B의 측장값과의 관계를 나타내는 그래프이다. 영역 A는 트렌치 내에 포함되는 비아이며, 휘도 프로파일의 피크간 거리를 구함으로써, 필터 전압마다의 비아의 지름(측장값)을 산출한다. 또한, 영역 B는 트렌치이며, 필터 전압마다의 트렌치의 치수(예를 들면 폭)를 산출한다. 도 8의 예에서는, 비아와 트렌치에서는, 원래의 치수가 다르기 때문에, 측장값이 크게 괴리(乖離)되어 있다.
예를 들면 최표면(最表面)의 재료가 대전하기 쉬운 재료일 경우, 대전의 상태에 따라, 영역 A, B로부터 방출되는 전자의 에너지도 변화하게 된다. 예를 들면 최표면의 시료가 플러스로 대전되어 있을 경우, 영역 A, B로부터 방출되는 전자는, 시료로부터 방출될 때에, 대전만큼, 감속한다. 방출 전자의 에너지 변화는, 에너지 필터의 조건의 변화와 등가이며, 이러한 조건도 감안하여, 필터 전압을 설정하는 것이 바람직하지만, 대전 상태를 처음부터 파악해 두는 것은 어려울 경우가 있다.
그래서, 본 예에서는, 필터 전압을 변화시켰을 때에 얻어지는 트렌치의 측정값의 변화(801)와, 비아의 측정값의 변화(802)를 취득하여, 양자의 변화가 제로(zero), 또는 소정값 이하가 되는 필터 전압(803)을 산출한다. 이 경우, 예를 들면 변화(801, 802)를 미분하여, 미분값이 소정값 이하가 되는 전압을 구한다. 또한, 필터 전압(803)에 소정값(805)을 가산해서 얻어지는 필터 전압(806)을 구한다. 이 필터 전압(806)은, 가령 소정값(805)만큼 표면 대전이 변화되어도, 비아, 트렌치 중의 어느 것의 측정값도 변화되지 않는 필터 전압이다.
전술한 바와 같이, 각 ROI, 또는 각 측정점에 있어서 지표값을 구하고, 당해 지표값의 평가에 의거하여 필터 전압을 구함으로써, 대전 등의 발생에 의해 지표값이 변동하기 어려운 필터 전압을 구하는 것이 가능해진다.
<설계 데이터와의 연계>
주사전자현미경의 제어 장치는, 주사전자현미경의 각 구성을 제어함과 동시에, 검출된 전자에 의거하여 화상을 형성하는 기능이나, 검출 전자의 강도 분포에 의거하여 미리 설정한 ROI의 평균 신호량이나 콘트라스트비를 도출하는 기능을 구비하고 있다. 도 7에 연산 처리 장치(603)를 구비한 패턴 측정 시스템의 일례를 나타낸다.
본 시스템에는 SEM 본체(601), 당해 SEM 본체의 제어 장치(602), 및 연산 처리 장치(603)로 이루어지는 주사전자현미경 시스템이 포함되어 있다. 연산 처리 장치(603)에는, 제어 장치(602)에 소정의 제어 신호를 공급, 및 SEM 본체(601)에서 얻어진 신호의 신호 처리를 실행하는 연산 처리부(604)와, 얻어진 화상 정보나, 레시피 정보를 기억하는 메모리(605)가 내장되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 제어 장치(602)와 연산 처리 장치(603)가 별개인 것으로서 설명하지만 일체형의 제어 장치여도 된다.
편향기(606)에 의한 빔 주사에 의해, 시료로부터 방출된 전자, 또는 변환 전극에서 발생한 전자는, 에너지 필터(607) 통과 후, 검출기(608)에서 포착되어, 제어 장치(602)에 내장된 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환된다. 연산 처리 장치(603)에 내장되는 CPU, ASIC, FPGA 등의 화상 처리 하드웨어에 의해, 목적에 따른 화상 처리가 행하여진다.
연산 처리부(604)에는, 입력 장치(614)에 의해 입력된 측정 조건 등에 의거하여, 편향기(606)의 주사 조건 등의 측정 조건을 설정하는 측정 조건 설정부(609), 입력 장치(614)에 의해 입력된 ROI 내의 휘도나 콘트라스트가 얻어진 화상 데이터로부터 구하는 화상 특징량 연산부(610)가 내장되어 있다. 또한, 연산 처리부(604)에는, 입력 장치(614)에 의해 입력된 조건에 의해, 설계 데이터 기억 매체(613)로부터 설계 데이터를 판독하고, 필요에 따라, 벡터 데이터로부터 레이아웃 데이터로 변환하는 설계 데이터 추출부(611)가 내장되어 있다. 또한, 취득된 신호 파형에 의거하여 패턴의 치수를 측정하는 패턴 측정부(612)가 내장되어 있다. 패턴 측정부(612)에서는, 예를 들면 검출 신호에 의거하여 라인 프로파일을 형성하고, 프로파일의 피크간의 치수 측정을 실행한다.
또한, 연산 처리 장치(603)와 네트워크를 경유해서 접속되어 있는 입력 장치(614)에 마련되어진 표시장치에는, 조작자에 대하여 화상이나 검사 결과 등을 표시하는 GUI가 표시된다.
또, 연산 처리 장치(603)에 있어서의 제어나 처리의 일부 또는 전부를, CPU나 화상의 축적이 가능한 메모리를 탑재한 전자 계산기 등에 할당하여 처리·제어 하는 것도 가능하다. 또한, 제어 장치(602)와 연산 처리 장치(603)를 하나의 연산 장치로 하도록 해도 된다. 또한, 입력 장치(614)는, 검사 등에 필요로 되는 전자 디바이스의 좌표, 패턴의 종류, 촬영 조건(광학 조건이나 스테이지의 이동 조건)을 포함하는 측정 조건을, 촬영 레시피로서 설정하는 촬영 레시피 작성 장치로서도 기능한다. 또한, 입력 장치(614)는 입력된 좌표 정보나, 패턴의 종류에 관한 정보를, 설계 데이터의 레이어 정보나 패턴의 식별 정보와 대조하여, 필요한 정보를 설계 데이터 기억 매체(613)로부터 판독하는 기능도 구비하고 있다.
설계 데이터 기억 매체(613)에 기억되는 설계 데이터는, GDS 포맷이나 OASIS 포맷 등으로 표현되어 있으며, 소정의 형식으로 기억되어 있다. 또한, 설계 데이터는, 설계 데이터를 표시하는 소프트웨어가 그 포맷 형식을 표시할 수 있고, 도형 데이터로서 취급할 수 있으면, 그 종류는 상관없다. 또한, 도형 데이터는 설계 데이터에 의거하여 형성되는 패턴의 이상 형상을 나타내는 선분(線分) 화상 정보로 변경하여, 노광 시뮬레이션을 행함으로써, 실제 패턴에 가까워지도록 하는 변형 처리가 행해진 선분 화상 정보여도 된다.
측정 조건 설정부(609)에서는, 도 2에 예시한 스텝에 의해, 적정한 주사 조건을 설정한다. 예를 들면, 입력 장치(614)를 사용하여, 설계 데이터 추출부(611)에 의해 추출된 측정 대상 패턴 근방의 레이아웃 데이터에, FOV의 크기, FOV의 위치(좌표), ROI의 크기, 및 ROI의 위치를 설정함으로써, 장치의 동작 조건을 자동으로 설정한다. 보다 구체적으로는, 복수의 주사 속도 조건과, 복수의 조사점간 간격 조건의 조합마다의 FOV 위치를 결정한다. 이 때 FOV 내의 패턴 구조가 같으면서, 또한 다른 위치에 위치하는 영역을 복수 선택하여, FOV로서 등록한다.
또, 설계 데이터 추출부(611)에서는, 입력 장치(614)에 의해 입력된 조건에 의해, 설계 데이터 기억 매체(613)로부터 설계 데이터를 판독하고, 필요에 따라, 벡터 데이터로부터 레이아웃 데이터로 변환함으로써, 레이아웃 데이터 상에서의 FOV나 ROI의 설정을 가능하게 한다.
측정 조건 설정부(609)에서는, 전술한 에너지 필터 전압의 변경을 실시한다. 또한, 화상 특징량 연산부(610)는 취득된 화상으로부터, ROI의 신호 정보를 추출하여, 입력 장치(613)의 표시 신호를 생성한다. 화상 특징량 연산부(610)는 검출 신호에 의거하여, 에너지 필터 전압마다 사전에 설정한 ROI의 지표값(지정 부위와의 콘트라스트비 등)을 도출하여, 도 3, 도 4에 예시하는 바와 같은 에너지 필터 전압과 지표값의 표준편차, 휘도의 그래프를, 입력 장치(614)의 표시 화면 등에 표시시킨다.
201: SEM의 동작 조건 설정부 202: 휘도 해석 설정부
203: 화상 평가 지표 설정부 204: 지표 임계값 설정부
205: ROI설정 화면 501: 전자원
502: 전자선 503: 콘덴서 렌즈
504: 편향기 505: 대물 렌즈
506: 시료 507: 2차 전자
508: 검출기 509: 에너지 필터
601: SEM 본체 602: 제어 장치
603: 연산 처리 장치 604: 연산 처리부
605: 메모리 606: 편향기
607: 에너지 필터 608: 검출기
609: 측정 조건 설정부 610: 화상 특징량 연산부
611: 설계 데이터 추출부 612: 패턴 측정부
613: 설계 데이터 614: 입력 장치

Claims (8)

  1. 하전입자원으로부터 방출되는 하전입자 빔의 주사에 의거하여 얻어지는 하전입자를 검출하는 검출기와, 시료로부터 방출되는 하전입자를 에너지 필터링하는 에너지 필터를 구비한 하전입자선 장치에 있어서,
    상기 하전입자 빔의 복수의 주사 영역에 대하여, 각각 대응하는 부위의 지표값(指標値)을 구하고, 당해 대응하는 부위마다 상기 지표값의 편차의 연산을, 복수의 에너지 필터 조건마다 실행하고, 상기 편차의 연산 결과, 혹은 당해 편차가 최소 또는 소정의 임계값 이하의 에너지 필터 조건을 출력하는 연산 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 대응하는 부위마다 상기 지표값의 표준편차를 구하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 편차가 최소, 또는 소정의 조건을 만족시키는 상기 에너지 필터 조건을 선택하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지표값은, 상기 대응하는 부위의 콘트라스트 정보, 패턴의 측장(測長)값, 콘트라스트 노이즈비 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영역에 관한 콘트라스트 정보, 측장값, 콘트라스트 노이즈비 중의 적어도 하나와, 당해 적어도 하나의 지표값을 평가하는 영역을 설정하는 입력 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 각 에너지 필터 조건의 상기 지표값의 표준편차, 및 각 영역의 휘도값을 그래프로 GUI 상에 표시시키고, 그 그래프를 바탕으로 GUI 상에서 관찰 조건 또는 화상 연산 조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 미리 지정한 형상에 의거하여 설계 데이터로부터 상기 영역을 선택하고, 상기 지표값이 임계값 이하로 되는 에너지 필터 전압을 탐색하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지표값은 패턴의 측장값이며, 상기 지표값으로 되는 패턴의 치수와, 상기 하전입자 빔의 주사 영역 내의 영역에 포함되는 패턴의 치수는, 소정의 임계값 내에 들어가는 패턴인 것을 특징으로 하는 하전입자선 장치.
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