KR101987726B1 - 전자선식 패턴 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

전자선식 패턴 검사 장치를 사용한 패턴 검사에 있어서, 애스펙트비가 20 이상인 깊은 구멍, 깊은 홈 내의 결함을 현재화시킬 수 있고, 또한, 에지 러프니스의 영향을 받지 않고 고정밀도의 검사를 행하는 것을 가능하게 하기 위해, 수속시킨 전자빔을 패턴이 형성된 시료에 조사해서 주사하고, 수속시킨 전자빔이 조사되어 주사된 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 높은 반사 전자와 비교적 에너지가 낮은 이차 전자를 별개의 검출기에서 동시 검출해서, 반사 전자상과 이차 전자상을 생성하고, 반사 전자상에만 결함이 현재화하는 특성을 이용해서, 반사 전자상과 이차 전자상의 비교에 의해 결함을 검출하도록 했다.

Description

전자선식 패턴 검사 장치
본 발명은, 반도체 웨이퍼의 전자선식 패턴 검사 장치에 관한 것이고, 특히 애스펙트비가 높은 구멍 패턴이나 홈 패턴의 검사나 리뷰를 행하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제1 배경기술로서, 특허문헌 1에 기술되어 있는 바와 같이, 반도체 패턴의 디자인 룰의 급속한 미세화, 다층화가 진행되는 가운데, 반도체 디바이스 메이커 각 사(社)는, 보다 미세한 결함이나, 고(高)애스펙트 공정의 결함 검출을 위해, 광학식 검사 장치보다도 분해능이 높고, 초점 심도가 깊은 특장(特長)을 갖는 전자선식 웨이퍼 검사 장치를 도입하고 있다. 전자선식 웨이퍼 검사 장치의 기본 구성을 도 2에 나타낸다.
시료인 웨이퍼(261)에 전자빔(262)을 조사하면, 웨이퍼(261)로부터 이차 전자(263)가 발생한다. 검출기(264)는 이차 전자(263)의 다소를 각각 명부, 암부로서 검출하고, 전자빔을 웨이퍼 상에서 주사함에 의해 화상을 취득한다. 패턴 결함은, 인접한 셀 혹은, 다이부로부터 취득한 동일 회로 부분의 화상 비교에 의해 검출되고(통상, 전자는 셀 비교, 후자는 다이 비교라고 함), 결함 위치 좌표, 결함 맵, 결함 카테고리 등의 정보가 출력된다.
또한, 본 발명의 제2 배경기술로서, 특허문헌 2에는, 미세 패턴 중의 미소한 오픈 결함이나 쇼트 결함을 검출하는 방법으로서, 패턴이 형성된 기판에 전자선을 조사하고, 기판으로부터 발생하는 저(低)에너지의 이차 전자, 및, 고(高)에너지의 반사 전자를 검출하여 각각의 전자로부터 제1 및 제2 SEM(Scanning Electron Microscope:주사 전자 현미경)상을 생성하고, 제2 SEM상으로부터 윤곽을 추출하여 패턴 윤곽 데이터를 취득하고, 당해 윤곽 데이터를 제1 SEM상에 적용하여 검사 영역을 결정하고, 당해 검사 영역에 대해 이치화 처리를 행함에 의해 패턴 또는 기판의 결함을 검출하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 새로운 검사 니즈로서, 메모리 분야에 있어서는, 메모리 셀 어레이를 쌓아올려 3차원화하는 기술(3D-NAND)의 개발이 가속하고 있어, 초고애스펙트비(＞50)의 깊은 구멍이나 깊은 홈 패턴의 구멍, 홈 내의 결함(구멍, 홈 안쪽의 패턴 변형이나 깊이 불량 등)을 고정밀도로 검사할 필요가 생기고 있다.
일본국 특개2002-250707호 공보 일본국 특개2011-174858호 공보
상기 새로운 니즈에 대해, 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있는 기술은, 이하에 나타내는 과제를 갖는다.
제1 과제는, 배경기술에서 사용하고 있는 전자선은 수키로볼트의 가속 전압의 전자선이고, 이차 전자상(특허문헌 2에서는 제1 전자선상으로 표기), 반사 전자상(특허문헌 2에서는 제2 전자선상으로 표기)의 어느 것도, 새로운 니즈인, 애스펙트비 20 이상의 깊은 구멍, 깊은 홈 내의 결함의 현재화가 곤란하다는 과제이다.
제2 과제는, 주로 특허문헌 1에 관계되지만, 셀 비교 혹은 다이 비교로 검사를 행하면, 공차 내의 에지 위치의 국소적인 변동(에지 러프니스)을 결함으로서 오검출해 버린다는 과제이다. 이 상황을 도 3에 나타낸다. 280과 282는, 각각 다른 다이에서 취득한 구멍 패턴의 SEM 화상인 것으로 한다. 에지 러프니스를 삼각형의 돌기로 표현했지만(281, 283), 서로 다른 구멍의 화상이므로, 각각이 갖는 에지 러프니스는 위치도 크기도 서로 다르다. 이들 화상(280과 282)을 사용해 차(差)화상 생성 공정(285)에서 차화상(286)을 생성하고, 그에 대해 역치를 사용해서 이치화 처리(287)를 행하면, 화상(288)과 같이 러프니스의 차이도 결함으로서 검출되어 버린다. 에지 러프니스의 차이를 결함으로서 검출하지 않기 위해서는, 검사 영역을 한정하거나(에지부의 검사를 행하지 않음), 혹은, 결함 검출 감도를 낮출 수밖에 없어, 고정밀도의 검사를 행하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 1 및 2 모두, 일차 전자빔이 조사된 시료로부터 발생한 이차 전자와 반사 전자(특허문헌 1에서는 후방 산란 전자로 기재)를 검출하는 구성이 기재되어 있다. 시료 표면의 정보는 이차 전자를 검출한 신호에 포함되어 있어 이차 전자 화상으로부터 표면의 결함을 검출할 수 있다. 이에 대해, 깊은 구멍이나 깊은 홈의 정보는 일반적으로 반사 전자를 검출한 신호에 많이 포함되어 있어, 이차 전자상보다도 반사 전자상 쪽이 깊은 구멍이나 깊은 홈의 결함을 검출하는데 적합하다. 그러나, 특허문헌 1 및 2의 어디에도, 반사 전자상으로부터 깊은 구멍이나 깊은 홈의 결함을 검출하는 것에 대해서는 기재되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하여 애스펙트비가 20 이상인 깊은 구멍, 깊은 홈 내의 결함을 현재화시킬 수 있고, 또한, 에지 러프니스의 영향을 받지 않고 고정밀도의 검사를 행하는 것을 가능하게 하는 전자선식 패턴 검사 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 전자선식 패턴 검사 장치를, 수속(收束)시킨 전자빔을 패턴이 형성된 시료에 조사하는 전자빔 조사부와, 전자빔 조사부에 의해 수속시킨 전자빔이 조사된 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 높은 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출부와, 전자빔 조사부에 의해 수속시킨 전자빔이 조사된 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 낮은 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출부와, 반사 전자 검출부에서 반사 전자를 검출하여 얻은 신호로부터 반사 전자상을 생성하는 반사 전자상 생성부와, 이차 전자 검출부에서 이차 전자를 검출하여 얻은 신호로부터 이차 전자상을 생성하는 이차 전자상 생성부와, 반사 전자상 생성부에서 생성한 반사 전자상과 이차 전자상 생성부에서 생성한 이차 전자상을 처리해서 시료의 결함을 검출하는 연산부를 구비하여 구성하고, 연산부는, 이차 전자상으로부터 검사 영역을 추출하는 검사 영역 추출부와, 반사 전자상을 사용해서 검사 영역 추출부에서 추출한 검사 영역에 대응하는 영역을 설정하고 이 설정한 영역을 검사하여 결함을 검출하는 결함 검출부를 구비하여 구성했다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 전자선식 패턴 검사 장치를 사용한 패턴 검사 방법에 있어서, 수속시킨 전자빔을 패턴이 형성된 시료에 조사해서 주사하고, 수속시킨 전자빔이 조사되어 주사된 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 높은 반사 전자를 검출해서 반사 전자상을 생성하고, 수속시킨 전자빔이 조사되어 주사된 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 낮은 이차 전자를 검출해서 이차 전자상을 생성하고, 생성한 이차 전자상으로부터 검사 영역을 추출하고, 생성한 반사 전자상을 사용해서 이차 전자상으로부터 추출한 검사 영역에 대응하는 영역을 검사하여 결함을 검출하도록 했다.
본 발명에 따르면, 고가속 전압의 전자선 조사에 의해 얻어지는 BSE상을 검사에 사용한다. 이 구성에 따르면, 깊은 구멍, 깊은 홈 내의 결함의 현재화가 가능하기 때문에, 종래의 수키로볼트의 가속 전압의 전자선 조사에서는 검출 불가였던, 깊은 구멍, 깊은 홈 내의 결함 검출이 가능해진다. 또한, 동일한 에지 러프니스를 갖는, 동일 개소에서 취득한 SE상을 레퍼런스로 하므로, 종래의 셀 비교 방식이나 다이 비교 방식에서 문제가 된 에지 러프니스를 결함으로 오검출해 버리는 문제가 발생하지 않게 된다.
즉, 본 발명에 따르면, 애스펙트비가 20 이상인 깊은 구멍, 깊은 홈 내의 결함을 현재화시킬 수 있고, 또한, 에지 러프니스의 영향을 받지 않고 고정밀도의 검사를 행하는 것을 가능하게 했다.
도 1a는 본 발명 제1 실시예에 따른 전자선식 패턴 검사 장치의 개략의 구성을 나타내는 블록도.
도 1b는 본 발명 제1 실시예에 따른 전자선식 패턴 검사 장치의 비교 연산부의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 종래의 전자선식 웨이퍼 검사 장치의 원리 도면.
도 3은 종래의 결함 판정 방식의 문제를 설명하는 플로우도.
도 4a는 본 발명과 배경기술의 차이를 설명하는 도면.
도 4b는 본 발명과 배경기술의 차이를 설명하는 도면.
도 5a는 본 발명의 원리를 설명하는 시료의 단면도.
도 5b는 본 발명의 원리를 설명하는 시료의 단면도.
도 6a는 본 발명의 원리를 설명하는 시료의 단면도.
도 6b는 본 발명의 원리를 설명하는 시료의 단면도.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 패턴에 전자빔을 조사해서 주사했을 때의 구멍 패턴의 중심으로부터의 전자빔 조사 위치와 이차 전자 검출 신호 강도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 6d는 도 6a 및 도 6b의 패턴에 전자빔을 조사해서 주사했을 때의 구멍 패턴의 중심으로부터의 전자빔 조사 위치와 반사 전자 검출 신호 강도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 7a는 구멍의 깊이를 파라미터로 해서, 가속 전압과 반사 전자 검출 신호 강도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 7b는 도 7a의 데이터를 취한 패턴의 단면도.
도 7c는 도 7b의 패턴에 전자빔을 조사했을 때에 발생하는 반사 전자의 분포를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명 제1 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 9는 본 발명 제1 실시예를 다른 구멍 패턴 결함의 검사에 적용했을 경우의 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 10은 본 발명 제1 실시예를 홈 패턴 결함의 검사에 적용했을 경우의 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 11a는 본 발명 제2 실시예에 따른 전자선식 패턴 검사 장치의 비교 연산부의 구성을 나타내는 블록도.
도 11b는 본 발명 제2 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 12a는 본 발명 제3 실시예에 따른 전자선식 패턴 검사 장치의 비교 연산부의 구성을 나타내는 블록도.
도 12b는 본 발명 제3 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 13a는 본 발명 제4 실시예에 따른 전자선식 패턴 검사 장치의 비교 연산부의 구성을 나타내는 블록도.
도 13b는 본 발명 제4 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 13c는 본 발명 제4 실시예에 따른 BSE상의 밝기 빈도 분포를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명 제5 실시예에 따른 유저·인터페이스를 설명하는 화면의 정면도.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 따른 전자선식 패턴 검사 장치의 개략의 구성을 나타내는 블록도.
도 16a는 본 발명 제7 실시예에 따른 정상(正常) 패턴의 설명도.
도 16b는 본 발명 제7 실시예에 따른 벤딩 불량의 설명도.
도 17a는 본 발명 제7 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 17b는 본 발명 제7 실시예에 따른 패턴 특징량의 설명도.
도 17c는 본 발명 제7 실시예에 따른 다른 패턴 특징량의 설명도.
도 18a는 본 발명 제8 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
도 18b는 본 발명 제8 실시예에 따른 에지 검출 방법의 설명도.
도 19a는 본 발명 제9 실시예에 따른 화상 합성 방법의 설명도.
도 19b는 본 발명 제9 실시예에 따른, 검사 결과 표시 화면.
도 20은 본 발명 제10 실시예에 따른 비교 연산부에 있어서의 처리의 플로우도.
본 발명은 전자선식 패턴 검사 장치에 있어서, 애스펙트비가 20 이상인 깊은 구멍이나 깊은 홈이 형성된 시료에 수속시킨 전자빔을 조사하여, 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 높은 반사 전자와, 비교적 에너지가 낮은 이차 전자를 별개의 검출기에서 동시 검출하여, 반사 전자상과 이차 전자상을 생성하고, 반사 전자상에만 결함이 현재화하는 특성을 이용해서, 반사 전자상과 이차 전자상의 비교에 의해 결함을 검출하도록 한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 사용해서 설명한다.
실시예 1
도 1a는 본 발명이 적용되는 전자선식 패턴 검사 장치(100)의 기본 구성을 나타내는 도면이다. 전자선식 패턴 검사 장치(100)는, 일차 전자빔(102)을 발사하는 전자총(101), 일차 전자빔(102)을 수속시키는 콘덴서 렌즈(103), 일차 전자빔(102)을 편향시키는 편광 렌즈(104), 일차 전자빔(102)을 수속시키는 대물 렌즈(105), 시료(200)를 탑재해서 평면 내에서 이동 가능한 스테이지(108), 일차 전자빔(102)이 조사된 시료(200)로부터 발생한 반사 전자(110)를 검출하는 환상(環狀) 신틸레이터(106), 환상 신틸레이터(106)로부터 출력된 광신호를 전달하는 광 파이버(111), 광 파이버(111)로부터 보내져 온 광신호를 입력하는 광전자 증배관(112), 광전자 증배관(112)으로부터 출력된 신호를 처리해서 반사 전자(Back Scattered Electron: BSE)에 의한 화상을 생성하는 BSE상 생성부(113), 일차 전자빔(102)이 조사된 시료(200)로부터 발생한 이차 전자(114)의 궤도를 바꾸는 E×B 편향기(107), E×B 편향기(107)에서 궤도가 바뀐 이차 전자를 검출하는 광전자 증배관(115), 광전자 증배관(115)으로부터 출력된 신호를 처리해서 이차 전자(Secondary Electron:SE)에 의한 화상을 생성하는 SE상 생성부(116), 데이터를 기억하는 기억부(021), 비교 연산부(022), 입출력부(024), 전체를 제어하는 제어부(023)를 구비하고 있다.
발사하는 전자총(101), 콘덴서 렌즈(103), 편광 렌즈(104), 대물 렌즈(105), 스테이지(108), 환상 신틸레이터(106), 광 파이버(111), 광전자 증배관(112), 및 광전자 증배관(115)은, 도시하고 있지 않은 내부가 진공 배기 가능한 칼럼 중에 설치되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 전자총(101)에서 발생한 고가속 전압(예를 들면 15키로볼트 이상)의 일차 전자빔(102)은, 콘덴서 렌즈(103)에서 집속되고, 또한 대물 렌즈(105)에서 시료(200)의 표면에 집속되고, 편향기(104)에 의해 시료 상을 2차원적으로 주사된다. 본 발명이 대상으로 하는 시료는, 구멍/홈의 직경 50㎚ 정도에 대해, 구멍/홈의 깊이가, 수미크론 정도인 깊은 구멍/홈 패턴이다.
일차 전자빔(102)이 조사된 시료(200)로부터 방출된 반사 전자 BSE(110)는, 환상 신틸레이터(106)에서 검출되어 광신호로 변환되고, 광 파이버(111)에 의해 고(高)전자 증배관(112)에 안내되고, 고전자 증배관(112)으로부터 출력된 신호로부터 BSE상 생성부(113)에서 디지털 화상이 형성된다. 반사 전자를 검출하는 환상 신틸레이터(106)로서, 환상의 YAG 신틸레이터, 환상의 반도체 검출기, 혹은, 로빈슨형 검출기가 적용 가능하다. 또한, 환상 대신에, 복수 방위에 검출기를 배치하도록 하는 구성이어도 된다.
일차 전자빔(102)이 조사된 시료(200)로부터 방출된 이차 전자(SE)(114)는, E×B 편향기(107)에서 궤도가 바뀌어 고전자 증배관(115)에 안내되고, 고전자 증배관(115)으로부터 출력된 신호로부터 SE상 생성부(116)에서 디지털 화상이 형성된다. 시료(200) 상의 동일 개소의 BSE상과 SE상이 동시에 촬상되는 것이 본 구성의 특징이다. 스테이지(108)를 이동함에 의해, 시료의 임의의 위치에서 화상이 촬상된다. 촬상된 화상은, 기억부(021)에 보존된다.
제어부(022)는, 전자총(101) 주변에 인가하는 전압, 콘덴서 렌즈(103) 및 대물 렌즈(105)의 초점 조정, 편향 전극(104)에 의한 일차 전자빔(02)의 시료(200) 표면 상의 주사, 스테이지(108)의 이동, 화상 생성부(113, 116)의 동작 타이밍 등을 제어한다. 비교 연산부(022)에서는, 화상 생성부(113, 116)에서 생성된 촬상 화상을 사용해서 결함 검출 처리를 행한다. 시료 정보의 입력, 촬상 조건의 입력, 검사 결과의 출력 등은 입출력부(024)에 의해 행해진다.
도 1b에, 비교 연산부(022)의 구성을 나타낸다. 비교 연산부(022)는, SE상 생성부(116)에서 얻어진 화상으로부터 검사 영역을 추출하는 영역 추출부(0221), 검사 영역 설정부(0221)에서 설정한 검사 영역의 화상을 처리해서 결함을 검출하는 결함 검출부(0223), 결함 검출부(0223)에서 검출한 결함의 특징량을 산출하는 특징량 산출부(0224)를 구비하고, 특징량 산출부(0224)에서 산출한 결함의 특징량에 관한 정보를, 기억부(021)와 입출력부(024)에 출력한다.
도 4a는, 내부 결함을 갖는 구멍 패턴의 SE상의 모식도, 도 4b는, 내부 결함을 갖는 구멍 패턴의 BSE상의 모식도이다(도면의 상세한 설명은 후술함). 도 4b의 BSE상에서는 결함부(253)가 현재화하지만, 도 4a의 SE상에서는 결함이 현재화하지 않으므로, 비교 연산부(022)에 있어서, SE상을 정상 형상의 레퍼런스로 하여 사용하여, 이것과 BSE상을 비교함에 의해 결함을 검출할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 실시형태의 상세를 설명한다.
도 5a는, SE상에 의한 구멍 관찰을 나타내고, 도 5b는 BSE상에 의한 구멍 관찰의 상황을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5a에 있어서, 시료(200)에는 상층막(201)과 하층막(202)이 형성되어 있고, 상층막(201)에 애스펙트비가 비교적 높은 구멍(203)이 형성되어 있는 상태의 단면도를 나타내고 있다. SE상에서 구멍 내의 결함이 현재화하지 않는 것은, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 구멍(203) 내에서 발생한 이차 전자(114)의 대부분이, 구멍 측벽(204)에 부딪혀 흡수되어 소멸해 버리기 때문이다.
한편, 도 5b에 나타낸 BSE상에 의해 구멍 관찰을 할 경우, 일차 전자빔(102)이 고가속(고에너지)일 경우는, 반사 전자(110)의 에너지도 높으므로, 일부는 구멍 측벽(204)을 투과한다. 구멍 측벽(204)을 투과한 반사 전자(110)는 저각(低角)(＝천정각(天頂角)이 큼)이므로, 저각의 반사 전자를 검출하는 환상 신틸레이터(106)가 유리하게 기능하고, 이에 의해, 구멍(203)의 내부의 결함의 현재화가 가능해진다.
도 6a 내지 도 6d는, BSE상에서는 결함이 현재화하지만 SE상에서는 결함이 현재화하지 않음을, 전자선 시뮬레이션(몬테카를로 시뮬레이션)에 의해 확인한 결과이다. 도 6a에 나타낸 시료(200)에 상당하는 샘플(600)의 단면 형상은, 상층막(601)과 하층막(602)이 형성되고 상층막(601)에 구멍(603)이 형성되어 있다. 구멍(603)은, 구멍 입구(6031)의 직경인 톱 직경 70㎚, 구멍 바닥(6032)의 직경인 바텀 직경(6032)이 70㎚, 구멍 깊이(6033)가 3.2㎛인 홀(이하, t70b70 홀로 기재함)이다.
한편, 도 6b에 나타낸 샘플(600)의 단면 형상은, 상층막(601)과 하층막(602)이 형성되고 상층막(601)에 구멍(604)이 형성되어 있다. 구멍(604)은, 구멍 입구(6041)의 직경인 톱 직경(6041)이 70㎚, 바텀 직경(6042)이 30㎚, 구멍 깊이(6043)가 3.2㎛인 홀(이하, t70b30 홀로 기재함)의 2종이다.
도 6c에는 도 6a에 나타낸 바와 같은 단면 형상을 갖는 샘플(600)을 SEM에서 촬상했을 때에 얻어지는 화상의 신호 파형을, 도 6d에는 도 6b에 나타낸 바와 같은 단면 형상을 갖는 샘플(600)을 SEM에서 촬상했을 때에 얻어지는 화상의 신호 파형을 나타낸다. 일차 전자빔(102)의 가속 전압은 30kV로 하고, 도 6c는, 도 1의 구성에 있어서의 고전자 증배관(115)에서 검출되는 SE 신호 파형을 나타내고, 에너지가 50eV 이하인 전자를 검출함에 의해 얻어진 파형이다.
한편, 도 6d는, 도 1의 구성에 있어서의 환상 신틸레이터(106)에서 검출되는 저각 BSE 신호 파형을 나타내고, 에너지가 5000eV 이상, 방출 전자의 천정각이 15-65도인 전자를 검출함에 의해 얻어진 파형이다.
도 6c 및 도 6d의 그래프의 횡축은 구멍(603 또는 604)의 중심으로부터의 거리(x)이다. x＝35㎚가 t70b70 홀(구멍(603))의 구멍 바닥(6032)의 에지에, x＝15㎚가 t70b30 홀(구멍(604))의 구멍 바닥(6042)의 에지단에 상당한다. 도 6c 및 도 6d의 그래프의 종축은, 고전자 증배관(115) 또는 환상 신틸레이터(106)에서 검출된 신호의 검출 신호 강도(Yield)이다.
도 6c와 도 6d를 비교하면, 도 6d의 저각 BSE 신호 파형에서는, t70b70 홀(구멍(603))과 t70b30 홀(구멍(604))의 파형에 명확한 차이가 있지만, 도 6c의 SE 신호 파형에서의 파형의 차는 작다. 이 결과는, SE 신호 파형에서는, 구멍 바닥(6032와 6042)의 형상의 차이를 파악할 수 없음, 즉, BSE 신호 파형으로부터 얻어지는 BSE상에서는 구멍 안쪽의 결함이 현재화하지만, SE 신호 파형으로부터 얻어지는 SE상에서는 현재화하지 않음을 의미하고 있다.
도 7a 내지 도 7c는, 도 1a에 나타낸, 본 실시형태의 전자 광학계 구성의 필요성을 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 도 7a는, 도 7b에 나타낸 바와 같은 샘플(710)에 형성한 단면 형상의 구멍(701)에 대해, 구멍 직경 50㎚, 깊이 3.2미크론과, 동일한 구멍 직경에서 깊이 5.1미크론으로 설정한 두 가지의 경우에 대해, 일차 전자빔(102)의 가속 전압과 구멍 바닥(711)으로부터 발생하는 반사 전자(110)를 환상 신틸레이터(106)에서 검출했을 때의 검출 신호 강도(Yield)의 관계를 시뮬레이션으로 구한 결과이다.
이 도면이 나타내는 바와 같이, 구멍(701)의 내부의 결함을 검출하기 위해서는, 구멍(701)의 깊이에 따른 가속 전압이 필요하다. 본 발명의 메인 타겟인 애스펙트비가 20 이상인 깊은 구멍이 형성된 시료를 검사하기 위해서는, 일차 전자빔(102)의 가속 전압으로서 적어도 15키로볼트 이상이 필요함을 알 수 있다.
도 7c는, 시료로부터 방출된 전자의 천정각 분포를 시뮬레이션으로 구한 결과이다. 여기에서, 천정각을, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 일차 전자빔(102)의 입사 방향으로부터의 각도로서 정의한다. 도면의 횡축은 방출 전자의 천정각, 종축은 검출 신호 강도를 나타낸다. 검출 신호 강도(Yield)가 큰 것은 천정각이 30-50도 부근이고, 이것을 놓치지 않고 검출하기 위해서는, 모든 방위에 대해 저각의 반사 전자 검출이 가능한 환상 신틸레이터가 호적(好適)함을 나타내고 있다.
도 8은, 비교 연산부(도 1의 022)에 있어서의, 구체적인 연산 내용이다. 입력은, 도 4a, 도 4b에 나타낸, SE상과 BSE상이다. 도 4a에 있어서, 221은 구멍부, 222는 구멍 외부, 224는 구멍 에지부이다. SE상에서는 에지부가 에지 효과에 의해 밝게 검출된다. 이 도면에서는, 에지 러프니스를 삼각형의 돌기로 표현했다.
도 4b는, 동시 취득된 BSE상이며, 251은 구멍부, 252는 구멍 외부, 254는 구멍 에지부, 253은 구멍 내 결함이다. 도 5a, 도 5b 및 도 6a 내지 도 6d에서 설명한 바와 같이, 구멍 내 결함은, BSE상에서는 현재화하지만, SE상에서는 현재화하지 않는다. 도 1에 나타낸 구성의 전자선식 패턴 검사 장치(100)에서 얻어지는 SE상과 BSE상은, 시료 상의 동일 개소에서 동시에 취득한 것이기 때문에, 양자는 동등한 에지 러프니스를 갖는다는 특징이 있다.
도 8로 돌아가서, 비교 연산부(도 1의 022)에 있어서의 연산 내용(처리 플로우)을 설명한다.
우선, 영역 추출부(0221)에 있어서, SE상 생성부(116)에서 작성한 SE상(220)을 사용해서 영역 추출을 행하고(S301), 검사 영역 데이터(225)를 작성한다. SE상에서는 구멍부의 휘도가 구멍 밖이나 에지부보다도 충분히 낮으므로, 2치화에 의해 암(暗) 영역을 추출해서, 이것을 검사 영역으로 한다. 에지부의 휘도가 높음을 이용해, 윤곽선을 추출해서, 윤곽선이 둘러싸는 영역을 검사 영역으로 해도 된다. 검사 영역 데이터(225)는, 검사 대상 영역을 지정하는 데이터이지만, 도 8에 있어서는, 검사 대상 영역을 백(白), 그 이외를 흑(黑)의 2색으로 나타냈다.
다음으로, 검사 영역 설정부(0222)에 있어서, BSE상 생성부(113)에서 생성한 BSE상(250)과 영역 추출부(0221)에서 작성한 검사 영역 데이터(225)의 논리곱을 취함에 의해(S302), BSE상에 검사 영역(226)을 설정한다. 도 8에 있어서는, 검사 영역(226)을 그레이로, 검사 영역 밖을 흑으로 나타냈다.
다음으로, 결함 검출부(0223)에 있어서, 검사 영역 설정부(0222)에서 설정한 검사 영역(226)에 대해, 미리 설정한 역치(실시예 5에, 설정 방법을 나타냄)를 작용시켜서(S303) 결함(227)을 검출한다. 그리고, 특징량 산출부(0224)에 있어서, 결함 검출부(0223)에서 검출한 결함부의 위치, 결함부의 휘도(이치화하기 전의 휘도), 면적 등의 특징량을 산출한다(S304).
마지막으로, 산출한 결함의 특징량에 관한 정보를 기억부(021)에 기억시킴과 함께, 입출력부(024)에 출력한다(S305).
이상 기술한 실시형태는 본 발명의 기본 구성이다. 본 실시형태에 따르면, 종래의 수키로볼트의 가속 전압의 전자선식 검사 장치에서는 검출할 수 없었던, 깊은 구멍 내의 결함 검출이 가능해진다. 이것에는, 15키로볼트 이상의 가속 전압과, 저각의 BSE 검출이 유효하게 기능하고 있다. 또한, 동일한 에지 러프니스를 갖는, 동일 개소에서 취득한 SE상을 레퍼런스로 하므로, 도 3에서 나타낸 바와 같은, 에지 러프니스를 결함으로 오검출하는 문제가 해결되기 때문에, 보다 고정밀도의 검사를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 도 9에 나타낸 처리 플로우에 의해, 깊은 구멍의 형상 불량의 검사에도 유효하다.
도 9는, 깊은 구멍의 안쪽에 있어서, 편심 및 구멍 직경의 축소가 일어나 있는 시료를 비교 연산부(022)에서 검사하는 처리의 흐름을 나타낸다. 구멍 안쪽의 형성 불량은 SE상(220)에는 나타나지 않지만, BSE상(260)에는, 구멍 바닥의 위치 어긋남, 및, 구멍 바닥 직경의 치수가 작음이 현재화된다. 도 9의 플로우에서, S301에서 S305까지의 공정은 도 8에서 설명한 각 스텝과 동일한 처리를 행한다.
즉, 도 9에 나타낸 처리 플로우에 있어서, 영역 추출부(0221)에 있어서 S301의 영역 추출 처리의 결과로서 검사 영역 데이터(901)가 얻어지고, 검사 영역 설정부(0222)에 있어서 S302의 처리에서 논리곱을 취한 결과로서 검사 영역의 화상(902)이 얻어진다. 또한 S303에 있어서, 결함 추출부(0223)에서 미리 기억부(021)에 기억시켜 둔 역치를 사용해서 화상(902)을 역치 처리함에 의해, 결함을 현재화시킨 이치화 화상(903)이 얻어진다. 마지막으로, S304에서 특징량 산출부(0224)에 있어서 결함의 특징량을 산출한다. 여기에서, SE상을 레퍼런스로 하여, BSE상의 검사를 행하면, S304에서 특징량 산출부(0224)에 있어서 추출하는 결함 특징량으로서, 편심, 및, 구멍 직경의 변화를 정량적으로 검출하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태는, 도 10과 같은 깊은 홈의 형성 불량의 검사에도 유효하다. 도 10은, 깊은 홈 패턴의 모서리부에 있어서, 홈이 변형해 있는(홈의 부분적인 깊이 부족 등) 케이스이다. 홈 안쪽의 형성 불량은 SE상(270)에는 나타나지 않지만, BSE상(280)에는, 홈 바닥의 패턴 변형(1010)으로서 현재화된다. 도 10의 플로우에서, S301로부터 S305까지의 공정은 도 8에서 설명한 각 스텝과 동일한 처리를 행한다.
즉, 도 10에 나타낸 처리 플로우에 있어서, 영역 추출부(0221)에 있어서 S301의 영역 추출 처리의 결과로서 검사 영역 데이터(1001)가 얻어지고, 검사 영역 설정부(0222)에 있어서 S302의 처리에서 논리곱을 취한 결과로서 검사 영역의 화상(1002)이 얻어진다. 또한 S303에 있어서, 결함 추출부(0223)에서 미리 기억부(021)에 기억시켜 둔 역치를 사용해서 화상(1002)을 역치 처리함에 의해, 결함(1011)을 현재화시킨 이치화 화상(1003)이 얻어진다. 마지막으로, S304에서 특징량 산출부(0224)에 있어서 결함의 특징량을 산출한다. 여기에서, SE상을 레퍼런스로 하여, BSE상의 검사를 행하면, 패턴 형성 불량을 정량적으로 검출하는 것이 가능하다.
실시예 2
본 발명에 따른 제2 실시예를 도 11a 및 도 11b에 나타낸다. 본 실시예는, 실시예 1에서 설명한 비교 연산부(도 1의 022)를 도 11a에 나타내는 바와 같은 비교 연산부(022-1)로 치환한 것이다. 비교 연산부(022-1) 이외의 구성은, 실시예 1에 있어서 도 1a를 사용해서 설명한 것과 동일하므로, 설명을 생략한다.
도 11a에 나타낸 본 실시예에 따른 비교 연산부(022-1)는, SE상 생성부(116)에서 얻어진 SE 화상으로부터 검사 영역을 추출하는 영역 추출부(0221), SE상 생성부(116)에서 얻어진 SE 화상과 BSE 화상 생성부(113)에서 생성한 화상과의 차화상을 생성하는 차화상 생성부(0225), 영역 추출부(0221)에서 추출한 검사 영역과 차화상 생성부(0225)에서 생성한 차화상을 사용해서 결함을 검출하는 결함 검출부(0226), 결함 검출부(0226)에서 검출한 결함의 특징량을 산출하는 특징량 산출부(0224)를 구비하고, 특징량 산출부(0224)에서 산출한 결함의 특징량에 관한 정보를, 기억부(021)와 입출력부(024)에 출력한다.
다음으로, 이 비교 연산부(022-1)에서 행하는 처리에 대해 설명한다. 입력은, 제1 실시예와 마찬가지로, 도 4a, 도 4b에 나타낸, SE상과 BSE상이다. 영역 추출부(0221)에서 SE상으로부터 영역 추출(S301)을 행해서, 검사 영역 데이터(225)를 작성하는 것도 제1 실시예와 동일하다.
다음으로, 본 실시형태에 있어서는, 차화상 생성부(0225)에 있어서 SE상(220)과 BSE상(250)의 차화상(401)을 생성하고(S305), 결함 검출부(0226)에 있어서 차화상(401)과, 검사 영역 데이터(225)와의 논리곱을 취하고(S306), 이 결과 얻어지는 화상(402)에 대해, 미리 설정한 역치를 작용시키고 이치화 처리해서 결함(403)을 검출한다(S307). 그리고, 특징량 산출부(0224)에서 결함부의 위치, 결함부의 휘도(이치화하기 전의 휘도), 면적 등의 특징량을 산출하고(S308), 결함의 특징량에 관한 정보를, 기억부(021)와 입출력부(024)에 출력한다(S309).
BSE상과 SE상은 동시 취득하고 있으므로, 조사 광량의 변화에 의한 화상의 휘도의 변화가 동기한다. 따라서, 조사 광량이 변화해도 차화상의 휘도는 변화하지 않는다. 본 실시형태에서는, 차화상에 대해 역치를 작용시키므로, 검사 감도가 조사 광량 변화의 영향을 받지 않는다는 메리트가 있다.
장시간에 걸쳐 검사 장치를 가동시킬 경우, 조사 광량이 변동할 경우도 있을 수 있지만, 본 실시형태에서는, 검사 감도가 그 영향을 받지 않으므로, 보다 안정한 검사를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태는, 실시예 1에서 설명한 도 9와 같은 깊은 구멍의 형성 불량의 검사, 도 10과 같은 깊은 홈의 형성 불량의 검사에도 유효하다.
실시예 3
본 발명에 따른 제3 실시예를 도 12a 및 도 12b에 나타낸다. 본 실시예는, 실시예 1에서 설명한 비교 연산부(도 1의 022)를 도 12a에 나타내는 바와 같은 비교 연산부(022-2)로 치환한 것이다. 비교 연산부(022-2) 이외의 구성은, 실시예 1에 있어서 도 1a를 사용해서 설명한 것과 동일하므로, 설명을 생략한다.
도 12a에 나타낸 본 실시예에 따른 비교 연산부(022-2)는, SE상 생성부(116)에서 생성된 SE 화상을 구멍의 내측인 구멍 내 영역의 화상(411)과 구멍 밖인 구멍 외 영역의 화상(414)으로 분할하는 화상 분할부(0227), 화상 분할부(0227)에서 분할된 구멍 내 영역의 화상(411)과 BSE상 생성부(113)에서 생성된 BSE상과의 논리곱을 취해 제1 검사 영역을 설정하는 제1 검사 영역 설정부(0228), 화상 분할부(0229)에서 분할된 구멍 외 영역의 화상(414)과 BSE상 생성부(113)에서 생성된 BSE상과의 논리곱을 취해 제2 검사 영역을 설정하는 제2 검사 영역 설정부(0229), 제1 검사 영역 설정부(0228)에서 설정된 제1 검사 영역에 대해 역치 처리를 하여 구멍 내의 결함을 검출하는 구멍 내 결함 검출부(02210), 제2 검사 영역 설정부(0229)에서 설정된 제2 검사 영역에 대해 역치 처리를 하여 구멍 밖의 결함을 검출하는 구멍 외 결함 검출부(02211), 구멍 내 결함 검출부(02210)에서 검출한 구멍 내의 결함의 특징량을 산출하는 구멍 내 결함 특징량 산출부(02212), 구멍 외 결함 검출부(02211)에서 검출한 구멍 밖의 결함의 특징량을 산출하는 구멍 외 결함 특징량 산출부(02213)를 구비하고, 구멍 내 결함 특징량 산출부(02212)와 구멍 외 결함 특징량 산출부(02213)에서 산출한 결함의 특징량에 관한 정보를, 기억부(021)와 입출력부(024)에 출력한다.
다음으로, 이 비교 연산부(022-2)에서 행하는 처리에 대해 설명한다. 입력은, 제1 실시예와 마찬가지로, 도 1a에 나타내는 광학계에서, 동일 개소를 동시 촬상한, SE상(220)과 BSE상(410)이다. BSE상 상의 421은 구멍 내 결함, 422는 구멍 외 영역의 내부 결함(표면에 노출해 있지 않은 결함)이다. 모두, SE상에서는 현재화하지 않는다.
우선, 화상 분할부(0227) SE상(220)을 사용해서 영역 분할 행하고(S310), 구멍 내 영역 데이터(411)와 구멍 외 영역 데이터(414)를 작성한다. 화상 분할부(0227)에 의한 영역 분할은, SE상(220)에 있어서의 휘도의 관계, 구멍 내＜구멍 외＜에지부를 이용해서, 삼치화(三値化) 처리를 행해도 되고, 에지부의 휘도가 높음을 이용해, 윤곽선을 추출해서, 윤곽선이 둘러싸는 영역을 구멍 내 영역, 윤곽선 밖의 영역을 구멍 외 영역으로 해도 된다.
다음으로, 구멍 내 결함 검출부(02210)에서 구멍 내 영역 데이터(411)와 BSE상(410)의 논리곱을 취함에 의해(S311), BSE상에 대해 제1 검사 영역(412)을 설정한다. 도 12b에 있어서는, 검사 영역 외를 흑으로 나타냈다. 이 제1 검사 영역(412)에 대해, 미리 설정한 역치a를 작용시켜서 이치화하여 결함(413)을 검출한다(S312).
그리고, 결함부의 위치, 결함부의 이치화 전의 휘도, 면적 등의 특징량을 선출하여(S313), 출력한다. 또한, 구멍 외 영역 데이터(414)와 BSE상(410)의 논리곱을 취함에 의해(S314), BSE상에 대해 제2 검사 영역(415)을 설정한다. 도 12b에 있어서는, 검사 영역 외를 흑으로 나타냈다. 이 제2 검사 영역(415)에 대해, 미리 설정한 역치b를 작용시켜서 이치화해서, 결함(410)을 검출한다(S315). 그리고, 결함부의 위치, 결함부의 휘도(이치화하기 전의 휘도), 면적 등의 특징량을 산출하여(S316) 출력한다.
본 실시형태에 따르면, 구멍 내, 구멍 외의 결함을, 각각에 적합한 감도로 검출하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태는, 도 9와 같은 깊은 구멍의 형성 불량의 검사, 도 10과 같은 깊은 홈의 형성 불량의 검사에도 유효하다.
실시예 4
본 발명에 따른 제4 실시예를 도 13a 내지 도 13c에 나타낸다. 본 실시예는, 실시예 1에서 설명한 비교 연산부(도 1의 022)를 도 13a에 나타내는 바와 같은 비교 연산부(022-3)로 치환한 것이다. 비교 연산부(022-3) 이외의 구성은, 실시예 1에 있어서 도 1a를 사용해서 설명한 것과 동일하므로, 설명을 생략한다.
도 13a에 나타낸 본 실시예에 따른 비교 연산부(022-3)는, 실시예 1과 마찬가지로, SE 화상 생성부(116)에서 생성한 SE상으로부터 검사 영역을 추출하는 영역 추출부(0221), 영역 추출부(0221)에서 추출한 검사 영역과 BSE 화상 생성부(113)에서 생성된 BSE 화상으로부터 검사 영역을 설정하는 검사 영역 설정부(0222), 검사 영역 설정부(0222)에서 설정한 검사 영역 내에 있어서의 BSE상의 휘도의 평균값과 표준편차를 구하는 휘도 평균값·표준편차 산출부(02214), 휘도 평균값·표준편차 산출부(02214)에서 구한 BSE상의 휘도의 평균값과 표준편차의 정보를 사용해서 결함을 검출하는 결함 검출부(02215), 결함 검출부(02215)에서 검출한 결함의 특징량을 산출하는 특징량 산출부(0224)를 구비하고 있다.
다음으로, 이 비교 연산부(022-3)에서 행하는 처리에 대해 설명한다. 입력은, 제1 실시예와 마찬가지로, 도 4a, 도 4b에 나타낸, SE상과 BSE상이다. 영역 추출부(0221)에서 SE상에 대해 영역 추출을 행해서(S301), 검사 영역 데이터(225)를 작성하고, 검사 영역 설정부(0222)에서 BSE상(250)과의 논리곱을 구해 BSE상에 검사 영역(251)을 설정하기(S302)까지는 제1 실시예와 공통이다.
본 실시형태에 있어서는, 휘도 평균값·표준편차값 산출부(02214)에 있어서, S302에서 설정한 BSE상의 검사 영역부(251)에 있어서, 휘도 히스토그램(도 13c)을 계산하여, 휘도의 평균값(avg)과 표준편차(σ)를 산출한다. 그리고, 이 산출한 휘도의 평균값(avg)과 표준편차(σ)를 사용해서 역치가, (수식 1)에서 계산된다(S321). 다음으로, 결함 검출부(02215)에 있어서, BSE상의 검사 영역(251)에 대해 수식 1에서 계산하여 구한 역치를 사용해서 이치화하여 결함(411)을 검출한다(S322).
역치=avg+r×σ…(수식 1)
여기에서 r은, 미리 설정한 분산값에 곱하는 계수이다.
예를 들면, r＝3을 설정하면, 평균적인 휘도와의 차가, 표준편차의 3배 이상인 영역이 결함으로서 검출된다. 즉, 본 실시형태에서는, 검사 영역 내의 휘도의 특이 영역이 결함으로서 검출된다. 검사 영역 내의 전역의 휘도가 일률적으로 변화하고 있을 경우에는, 결함으로는 되지 않는다.
그리고, 특징량 산출부(0224)에서, 검출한 결함부의 위치, 결함부의 휘도(이치화하기 전의 휘도), 면적 등의 특징량을 산출하고(S323), 결함의 특징량에 관한 정보를, 기억부(021)와 입출력부(024)에 출력한다(S324).
본 실시형태에 따르면, 전체적인 휘도 변화에 추수(追隨)하여 역치가 자동 조정되므로, 검사 영역 내의 국소적인 휘도 변화로서 출현하는 바와 같은 결함을 검출하는데 유리하다.
또한, 본 실시형태는, 도 9와 같은 깊은 구멍의 형성 불량의 검사, 도 10과 같은 깊은 홈의 형성 불량의 검사에도 유효하다.
실시예 5
본 발명에 따른 제5 실시예를 도 14에 나타낸다. 본 실시예는, 검사 조건을 설정하기 위한 유저·인터페이스(500)이다. 결함 판정 모드를 501에서 선택한다. 「차화상」을 선택하면, SE상을 레퍼런스로 하여, BSE상과 SE상의 차화상을 검사 대상으로 하는 모드(실시예 2 참조)로 된다. 「BSE상」을 선택하면, SE상을 레퍼런스로 하여, BSE상을 검사 대상으로 하는 모드(실시예 1, 3, 4 참조)로 된다. 도 14에서는, 차화상 모드가 선택되어 있다.
화면에는, BSE상(502), SE상(505), BSE상과 SE상의 차화상(503), SE상으로부터 작성한 검사 영역(506), 차화상과 검사 영역의 중첩(504), 결함 검출 결과(507)가 표시된다. 유저는, SE상으로부터 검사 영역을 작성하기 위한 역치를 슬라이더(506)로, 작용의 결과를 확인하면서 조정하는 것이 가능하다. 또한, 결함 검출을 위한 역치를 슬라이더(509)로 작용의 결과를 확인하면서 조정하는 것이 가능하다.
실시예 6
도 15에, 본 실시예에 있어서의 전자선식 패턴 검사 장치(800)의 개략의 구성을 나타낸다. 실시예 1에 있어서 도 1a에서 설명한 전자선식 패턴 검사 장치(100)와 동일한 부품에는, 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 1a의 실시예 1에 있어서의 전자선식 패턴 검사 장치(100)는, 검출기로서 환상 신틸레이터(106)와 광전자 증배관(115)의 2개를 사용한 구성이었지만, 도 15에 나타낸 본 실시예에 있어서의 전자선식 패턴 검사 장치(800)는, 상기 2개의 검출기에 더해, 시료(200)로부터 일차 전자빔(102)의 광축 방향(수직 방향)으로 발생한 반사 전자의 궤도를 구부리는 E×B 편향기(117)와, E×B 편향기(117)로 궤도가 구부러진 반사 전자(120)를 검출하는 상방 검출기(118)와, 이 상방 검출기(118)의 검출 신호를 처리해서 BSE상을 생성하는 상방 BSE상 생성부(119)를 설치한 점에 있다.
본 실시예에 있어서의 전자선식 패턴 검사 장치(800)를 사용해서 시료(200)를 검사하는 처리의 방법은, 실시예 1에서 설명한 방법과 기본적으로는 동일하지만, 도 8에서 설명한 처리 플로우의 S304에 있어서의 결함 특징량 산출의 공정이 서로 다르다.
상방 BSE상 생성부(119)에서 생성된 상방 BSE상의 휘도 정보와 시료(200)의 일차 전자빔(102)이 조사된 영역의 재료 사이에는 관련성이 있을 경우가 있다. 그래서, 본 실시예에서는, 미리, 시료(200) 상에 존재할 가능성이 있는 종류가 기지인 다양한 재료에 대해, 일차 전자빔(102)을 조사해서 반사 전자를 상방 검출기(118)에서 검출하고 상방 BSE상 생성부(119)에서 생성한 BSE상의 휘도 정보를 미리 데이터베이스에 기억해 둔다. 실제의 검사의 경우에는, 시료로부터의 반사 전자를 상방 검출기(118)에서 검출하고 상방 BSE상 생성부(119)에서 생성한 BSE상으로부터 휘도 정보를 추출하고, 이 추출한 휘도 정보를 데이터베이스와 대조해서, 결함의 재료(재질)를 특정할 수 있다.
즉, 본 실시예에 있어서는, 도 8에서 설명한 실시예 1에 있어서의 처리 플로우의 S304에 있어서의 결함 특징량 산출의 공정에 있어서, 결함부의 위치, 결함부의 휘도(이치화하기 전의 휘도), 면적 등의 특징량에 더해, 결함의 재료(재질)의 정보도 얻을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 결함의 특징으로서 결함의 재질 정보도 얻어지므로, 종래에 비해 보다 짧은 시간에 결함의 발생 공정이나 발생 원인을 특정할 수 있다.
실시예 7
본 발명에 따른 제7 실시예에서는, 구멍 내부의 구부러짐(벤딩)을 검출한다. 도 16a와 도 16d에, 각각, 시료(1610)에 정상인 구멍(801), 벤딩이 생겨 있는 구멍(802)의 모식도를 나타낸다. 위로부터 순서대로, 구멍부의 단면도(도 16a, 도 16d), SE상(도 16b, 도, 도 16e), BSE상(도 16c, 도 16f)이다.
벤딩은, 심부에서의 구멍의 구부러짐이기 때문에 SE상 도 16b와 도 16e에는 변화는 나타나지 않지만(도 16b의 802와 도 16e의 812 참조), BSE상에는 패턴 변형이나 위치 어긋남이 생긴다(도 16c의 803과 도 16f의 813 참조). 본 실시예에서는, 이 특성을 이용해서, 벤딩을 검출한다. 또한, 실시예 1~6의 설명도에서는 에지 러프니스를 삼각형의 돌기로서 나타냈지만, 도 16a 내지 도 16f에서는 설명을 간략화하기 위해 생략했다.
본 실시예는, 실시예 1에서 설명한 비교 연산부(도 1의 022)에서의 연산 내용을, 도 17에 나타내는 연산 내용으로 치환한 것이다. 비교 연산부 이외의 구성은, 실시예 1에 있어서 도 1a를 사용해서 설명한 것과 동일하므로, 설명을 생략한다.
입력은, 도 16e에 나타낸 도 16d의 SE상(812)과 도 16f에 나타낸 도 16d의 BSE상(813)이다. 처리의 흐름은, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 우선, 도 16e의 SE상(812), 도 16f의 BSE상(813)의 패턴 영역 추출을 행해(S321, S331), SE 패턴(8121), BSE 패턴(8131)을 추출한다. 도면에서는 패턴을 백, 배경을 흑으로 나타냈다. 영역 추출 방법은, 실시예 1의 패턴 영역 추출과 마찬가지이다.
다음으로, 추출한 SE 패턴(8121)과 BSE 패턴(8131)의 특징량을 산출한다(S322, S332). 벤딩 검출에 있어서 중요한 특징량은, 패턴 중심(8122, 8132)이다. 그리고, 이들 특징량에 의거하여, 도 17c에 나타낸 바와 같은 벤딩 특징량을 산출한다(S333).
도 17c에 있어서, dx, dy는, SE상의 패턴 중심(8122)에 대한, BSE상의 패턴 중심(8132)의 어긋남이다. 이것이, 벤딩의 방향과 크기를 나타내는 지표로 된다. 이 이외에, 상세 정보로서, 도 17c에 나타내는 바와 같이, SE상의 패턴 중심(8122)으로부터 BSE 패턴 에지(8100)까지의 각 방향의 거리(L1~L8)를 산출해도 된다. 벤딩이 없을 경우는 L1~L8은 대체로 동등한 값으로 되지만, 벤딩이 생겨 있을 경우에는, 벤딩의 방향에 따라, L1~L8의 값에 대소가 생긴다.
또한, 도 17d에 나타낸 바와 같이, SE 패턴(8200)과 BSE 패턴(8100)을 비교해서(S342), 차화상(8140)을 생성하고, S343에 있어서 도 17c에 나타낸 바와 같은, 각 방향의 에지간 거리(t1~t8)를 산출해도 된다.
SE상의 패턴 에지(8200)는, 구멍(811)의 톱 에지(8111)에 상당하고, BSE상의 패턴 에지(8100)는, 구멍(811)의 바텀 에지(8112)에 상당하므로, t1~t8은, 각 방향의 테이퍼 폭에 상당한다. 도 17c의 L1~L8과 마찬가지로, 도 17d에 있어서, 벤딩이 없을 경우는, t1~t8은 대체로 동등한 값으로 되지만, 벤딩이 생겨 있을 경우에는, 벤딩의 방향에 따라, 값의 대소가 생긴다.
본 실시예에 따르면, 벤딩의 정량적인 검사가 가능해진다.
실시예 8
본 발명에 따른 제8 실시예는, 실시예 7과 동일하게, 벤딩이 BSE상에서만 현재화하는 특성을 이용한, 다른 벤딩 검출 방법이다. 비교 연산부 이외의 구성은, 실시예 1에 있어서 도 1a를 사용해서 설명한 것과 동일하므로, 설명을 생략한다.
비교 연산부에 있어서의 처리 플로우를 도 18a에 나타낸다. 입력은, 도 16e에 나타낸 도 16d의 구멍(1602)의 SE상(812)과, 도 16f에 나타낸 BSE상(813)이다.
본 실시예에서는, 패턴 영역을 추출하는 대신에, 화상 프로파일을 사용해서 에지 검출을 행한다(S351, S361). 에지 검출에는, 다양한 방법이 적용 가능하지만, 구체예로서, 「역치법」을 적용했을 경우를 도 18b 내지 도 18e에 나타낸다.
도 18c의 프로파일(1801)은 도 18b에 나타낸 SE상(812)의 에지 검출, 도 18e의 프로파일(1802)은 도 18d에 나타낸 BSE상(813)의 에지 검출이다. 역치법은, 파형의 Max(1811, 1812), Min(1821, 1822)을 검출하고, 이들의 적당한 비율의 내분값(內分値)을 역치(1831, 1832)로서 산출하고, 역치(1831, 1832)와 프로파일(1801, 1802)과의 교차점(1841, 1842)을 에지점으로 하는 방법이다.
도 18b 및 도 18d에 나타낸 바와 같이, 화상(812 및 813)으로부터 각 방향(도 18b 및 도 18d에서는 직선으로 나타낸 16방향)의 프로파일을 1811, 1812 생성하고, 각 프로파일(1811, 1812)로 에지 검출을 행함에 의해, 도 18a의 815, 816과 같은 패턴 형상에 입각한 에지점 열을 얻을 수 있다. 에지점 열로부터, 실시예 7과 마찬가지로, 패턴 중심 등의 특징량을 산출하고(S322, S332), 벤딩 특징량을 산출한다(S333). 본 실시형태는, 도 4b에 나타낸 바와 같은 이레귤러인 형의 결함을 검출하는 데는 적합하지 않지만, 벤딩 외에, 도 10에 나타낸 바와 같은, 에지 위치가 시프트하는 바와 같은 타입의 불량에 대해 유효하다.
실시예 9
본 실시예는, 유저가 검사 결과를 리뷰하는데 바람직한 합성 화상의 생성 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 벤딩이 생겨 있는 구멍 패턴의 BSE상(도 16f의 813)이 화면에 표시되어도, 유저가 눈으로 보고 패턴의 변형이나, 위치 어긋남(편심)을 확인하는 것은 어렵다. SE상(도 16e의 812)과 아울러 표시되면, 변형이나 위치 어긋남의 정도가 큰 경우에 대해서는 눈으로 보고도 확인할 수 있지만, 정도가 경미한 경우는, 여전히, 눈으로의 확인이 용이하다고 말하기 어렵다. 본 실시예의 목적은, SE상과 BSE상의 패턴의 위치 관계가, 한눈에 알 수 있도록 하는 관찰용 화상의 생성이다.
도 19a에 합성 화상 생성의 플로우를 나타낸다. 입력은, SE상(812)과, BSE상(813)이다. 처음에, SE상에서는 구멍 내에 상당하는 부분의 휘도가 구멍 외나 에지부보다도 충분히 낮은 것을 이용해서, 이치화로 암부 영역을 추출하는 등의 방법으로, 구멍 내에 상당하는 영역을 추출한다(S321). 구멍을 추출한 화상(8120)에서는, 구멍 내 영역을 백, 그 이외를 흑으로 나타냈다.
다음으로, 이 화상(8120)의 구멍의 영역 정보를 사용하여, 구멍 내 영역에는, BSE상을, 그 이외에는 SE상을 끼워넣는 화상 합성을 행하여(S350), 합성 화상(817)을 생성한다. 화상 합성 시에는, 시인성을 고려해서, 각 화상의 밝기 조정(오프셋 조정, 콘트라스트 조정)을 행하는 것 외에, 화상의 이음매가 보다 자연스럽게 되도록, 경계 부근에서의 양 화상의 블렌드 비율을 단계적으로 변화시키도록 해도 된다. 혹은, 에지 강조 처리를 실시해도 된다.
본 실시예에 의해 생성한 합성 화상(817)에 따르면, 패턴의 변형이나, 위치 어긋남(편심)을 용이하게 눈으로 확인할 수 있으므로, 검사 결과의 리뷰를 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예는, 도 4, 도 10에 나타낸 바와 같은, 벤딩 이외의 결함 검출 결과의 리뷰에도 유효함은 물론이다.
도 19b에 검사 결과 리뷰용 화면(1900)의 일례를 나타낸다. 화면에는, SE상(812), BSE상(813), 합성 화상(817)이 표시됨과 함께, 검사 결과로서, 각종 특징량이 일람 표시된다(900, 901, 902). 화상 상에 복수의 패턴이 존재할 경우는, 개개의 패턴의 특징량(탭 1~6)(910 내지 912) 외에, 평균값(탭 Avg.)(920 내지 922)도 표시된다.
일람 표시(902)의 「편심(x)」(9121)는 도 17c의 dx, 「편심(y)」(9122)는 도 17c의 dy, 「편심 거리」(9123)는 dx2＋dy2의 평방근, 「편심각」(9124)은 tan-1(dy/dx), 「방향별 에지 폭」(9125)은, 도 17d의 t1~t8이다. 본 실시예에 따르면, 합성 화상과 함께, 정량적인 검사 결과가 표시되므로, 용이하게 검사 결과를 리뷰하는 것이 가능해진다.
실시예 10
본 실시예는 실시예 6에서 설명한 비교 연산부(도 15의 022)에서의 처리 내용을, 도 20에 나타낸 처리 내용으로 치환한 것이다. 실시예 7에서는, SE상(812)과 BSE상(813)을 사용해서 벤딩 검사를 행했지만, 실시예 10에서는, 이것에 더해, 도 15의 상방 BSE 생성부에서 생성한 고각 BSE상(814)과 SE상(812)을 사용한 벤딩 검사를 실시한다.
도 20의 SE상(812)과 BSE상(813)을 사용한 검사는, 도 17b에서 설명한 검사와 공통이고, SE상(812)과 BSE상(813)의 패턴 특징량을 사용해서 제1 벤딩 특징량을 산출한다(S333). 본 실시예에서는, 또한, 고각 BSE상(814)과 SE상(812)의 패턴 특징량을 산출하고(S342), 이 산출한 패턴 특징량을 사용해서 제2 벤딩 특징량을 산출하고(S343), S333에서 산출한 제1 벤딩 특징량과 S343에서 산출한 제2 벤딩 특징량을 통합해서 최종적인 출력으로 한다(S344).
통합은, 제1 벤딩 특징량과 제2 벤딩 특징량의 평균값을 구해도 되고, 제1 벤딩 특징량과 제2 벤딩 특징량이 함께 기준값을 초과한 경우에만 불량으로 판정한다는 바와 같이 사용해도 된다.
또한, 도 20에서는, 도 17b의 처리를 2식 갖도록 했지만, 이 대신에, 도 18a의 처리를 2식 갖도록 해도 된다.
본 실시예에 따르면, 2식의 결함 판정이 행해지기 때문에, 보다 신뢰성이 높은 검사를 실현하는 것이 가능해진다.
021…기억부　　022, 022-1, 022-2, 022-3…비교 연산부　　023…제어부　　024…입출력부　　101…전자총　　103…콘덴서 렌즈 　　104…편향기　　105…대물 렌즈 　　106…저각 BSE 검출용 환상 신틸레이터 　　108…스테이지 　　111…광 파이버 　　112…광전자 증배관　　113…BSE상 생성부　　115…광전자 증배관　　200…시료　　0221…영역 추출부　　0222…검사 영역 설정부　　0223, 0226…결함 검출부　　0224…특징량 산출부　　0225…차화상 생성부　　0227…화상 분할부　　0228…제1 검사 영역 설정부　　0229…제2 검사 영역 설정부　　02210…구멍 내 결함 검출부　　02211…구멍 외 결함 검출부　　02212…구멍 내 결함 특징량 산출부　　02213…구멍 외 결함 특징량 산출부

Claims (14)

  1. 수속(收束)시킨 전자빔을 패턴이 형성된 시료에 조사(照射)하는 전자빔 조사부와,
    상기 전자빔 조사부에 의해 수속시킨 전자빔이 조사된 상기 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 높은 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출부와,
    상기 전자빔 조사부에 의해 수속시킨 전자빔이 조사된 상기 시료로부터 발생한 비교적 에너지가 낮은 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출부와,
    상기 반사 전자 검출부에서 반사 전자를 검출하여 얻은 신호로부터 반사 전자상을 생성하는 반사 전자상(電子像) 생성부와,
    상기 이차 전자 검출부에서 이차 전자를 검출하여 얻은 신호로부터 이차 전자상을 생성하는 이차 전자상 생성부와,
    상기 반사 전자상 생성부에서 생성한 반사 전자상과 상기 이차 전자상 생성부에서 생성한 이차 전자상을 처리해서 상기 시료의 결함을 검출하는 연산부를 구비한 전자선식 패턴 검사 장치로서,
    상기 연산부는,
    상기 이차 전자상으로부터 검사 영역을 추출하는 검사 영역 추출부와,
    상기 반사 전자상을 사용해서 상기 검사 영역 추출부에서 추출한 검사 영역에 대응하는 영역을 설정하고 상기 설정한 영역을 검사하여 결함을 검출하는 결함 검출부를 갖고,
    상기 연산부는, 상기 반사 전자상과 상기 이차 전자상과의 차화상(差畵像)을 작성하는 차화상 생성부를 더 갖고, 상기 결함 검출부는 상기 차화상 생성부에서 생성한 차화상에 대해 상기 검사 영역 추출부에서 추출한 검사 영역에 대응하는 영역을 설정하고 상기 설정한 영역을 검사하여 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 전자선식 패턴 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 결함 검출부에서 검출한 결함의 특징량을 산출하는 특징량 산출부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 전자선식 패턴 검사 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산부의 검사 영역 추출부는, 상기 이차 전자상으로부터 패턴 내부의 검사 영역과 패턴 외부의 검사 영역을 설정하고, 상기 결함 검출부는, 상기 반사 전자상에 대해 상기 이차 전자상을 사용해서 설정한 상기 패턴 내부의 검사 영역과 상기 패턴 외부의 검사 영역을 각각 검사하여 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 전자선식 패턴 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부의 결함 검출부는, 상기 반사 전자상의 밝기의 정보를 사용해서 결함 검출의 역치를 설정하고, 상기 설정한 역치를 사용해서 상기 반사 전자상으로부터 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 전자선식 패턴 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전자 검출부는, 상기 전자빔이 조사된 상기 시료로부터 발생한 반사 전자 중, 상기 전자빔에 대해 경사 방향으로 발생한 반사 전자를 검출하는 제1 반사 전자 검출기와, 상기 전자빔을 따른 방향으로 발생한 반사 전자를 검출하는 제2 반사 전자 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 전자선식 패턴 검사 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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