KR101993618B1

KR101993618B1 - Sem 화상 취득장치 및 sem 화상 취득방법

Info

Publication number: KR101993618B1
Application number: KR1020187007966A
Authority: KR
Inventors: 이즈미 산토
Original assignee: 가부시키가이샤 호론
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2019-06-27
Also published as: US20180286626A1; CN108352283A; CN108352283B; TW201712328A; US10553391B2; DE112016004422T5; KR20180042365A; TWI687682B; JP2017068985A; WO2017056924A1; JP6548542B2

Abstract

(목적) 본 발명은, SEM 화상 취득장치 및 SEM 화상 취득방법에 관한 것으로서, 서로 다른 스캔방향의 화상을 취득하는 경우에, 화소대응으로 전자빔을 주사하여 화상을 취득해서 합성하고, 마스크 상의 동일위치로부터의 화소신호의 화상을 취득해서 합성을 실현하는 것을 목적으로 한다.
(구성) 시료 상을 주사하는 전자빔의 주사방향을 회전시켜, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 시료상의 위치에 조사하는 주사신호를 발생하는 주사신호 발생수단과, 발생된 주사신호를 바탕으로, 전자빔을 조사하는 편향장치와, 전자빔을 조사한 시료 상의 위치로부터의 신호를 검출·증폭하는 검출·증폭수단과, 검출·증폭한 신호를 바탕으로, 시료상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 시료 상의 위치를 조사했을 때의 화상을 생성하는 화상생성수단을 구비한다.

Description

SEM 화상 취득장치 및 SEM 화상 취득방법{SEM IMAGE ACQUISITION DEVICE AND SEM IMAGE ACQUISITION METHOD}

본 발명은, 전자빔(電子beam)을 시료(試料)에 조사(照射)하여 시료로부터 방출(放出) 혹은 반사(反射) 혹은 흡수(吸收)된 전자(電子)를 검출해서 화상(畵像)을 취득하는 SEM 화상 취득장치(SEM 畵像取得裝置) 및 SEM 화상 취득방법(SEM 畵像取得方法)에 관한 것이다.

최근에는, 반도체 디바이스(半導體 device)의 미세화가 진행되어, LSI노광용(LSI露光用)의 마스크(mask)의 패턴사이즈(pattern size)가 작게 됨과 아울러, 근접효과 보정(OPC ; optical proximity correction)이 이루어지기 때문에, 마스크의 패턴의 형상이 매우 복잡하게 되고 있다.

그 때문에, 종래와 같은 마스크 상의 패턴 선폭(pattern 線幅)의 측정이나 구멍지름의 측정과 같은 특정방향으로 1차원의 치수검사로는 불충분하여, 2차원방향의 치수검사나, 면적산출, 또는 노광 시뮬레이션(露光 simulation)을 하기 위한 윤곽추출이 필요하게 되고 있다.

그 때문에, 2차원의 측정을 하는 경우에는, 예를 들면 원형의 패턴이나 사각형의 모서리가 둥글고 기울어진 패턴 등 다양한 각도방향의 패턴엣지(pattern edge)(이후 「엣지」라고 한다)가 존재하고, 그 엣지가 가늘게 죄어진 전자빔의 스캔방향과 평행하면, 그 패턴의 끝에서의 차지(charge) 등의 영향에 의해 신호가 감소하거나, 검은 선(tailing)이 나타나는 문제가 있었다.

이들의 문제를 해결하기 위해서, 마스크 상에서 소정의 각도로 회전한 방향으로부터 전자빔을 주사(走査)한 화상의 취득방법으로서, 시료를 회전시켜 전자빔을 주사하여 회전화상을 취득하거나 혹은 전자빔의 주사방향을 간단히 회전시켜 회전화상을 취득하는 방법이 고려된다.

이들의 방법에서는, 취득한 회전화상으로부터 회전 전의 화상과 그 주사범위를 일치시키기 위하여, 회전 후의 화상으로부터 회전 전의 화상을 잘라내어 그 시야(視野)를 일치시켜 그 후에 합성 등을 하지 않으면, 시야가 서로 다르게 되어 합성할 수 없다.

또한 회전 전에 있어서 마스크 상의 전자빔으로 주사하는 범위와, 회전 후에 있어서 마스크 상의 전자빔으로 주사하는 범위가 회전분만큼 서로 다르게 되어, 마스크로의 조사조건을 엄밀하게 일치시키는 것이 불가하여, 조사조건(조사범위)이 변동해 버린다.

또한 서로 다른 스캔방향(전자빔의 주사방향)에 의해 화상을 각각 취득하는 경우에는, 전자빔으로 주사한 범위(영역)를 잘라내는 등하여 동일하게 하여도, 각각의 화상을 구성하는 각 화소에 있어서 마스크 상에서의 위치가 각각 서로 다르게 되어, 마스크 상에서의 위치를 일치시키는 것이 불가 또는 매우 곤란하여 마스크 상의 동일위치로부터의 각각의 화소신호를 각각 취득이 불가한 기본적인 문제가 있다.

본 발명은, 종래의 상기한 문제를 해결한 것으로서, 서로 다른 스캔방향(전자빔의 주사방향)의 화상을 취득하는 경우에 화소대응으로 전자빔을 주사하여 화상을 취득해서 합성함으로써, 마스크 상의 동일위치에서의 화소신호의 화상을 취득하여 합성하는 것을 가능하게 했다.

그를 위해 본 발명은, 전자빔을 시료에 조사하여 시료로부터 방출 혹은 반사 혹은 흡수된 전자를 검출하여 화상을 취득하는 SEM 화상 취득장치로서, 시료 상을 주사하는 전자빔의 주사방향을 회전시켜, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 시료 상의 위치에 조사하는 주사신호를 발생하는 주사신호 발생수단과, 주사신호 발생수단에 의해 발생된 주사신호를 바탕으로, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치에 전자빔을 조사하는 편향장치와, 편향장치에서 편향해서 전자빔을 조사한, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 시료 상의 위치로부터의 신호를 검출·증폭하는 검출·증폭수단과, 검출·증폭수단에서 검출·증폭한 신호를 바탕으로, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 시료 상의 위치를 조사하였을 때의 화상을 생성하는 화상생성수단을 구비한다.

이때, 검출·증폭수단에서 검출·증폭된 신호를 바탕으로, 서로 다른 회전방향으로부터 전자빔으로 시료를 주사했을 때의 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 복수화상을 합성하는 합성수단을 구비하도록 하고 있다.

또한 합성수단은, 동일한 회전방향의 복수의 화상 및 서로 다른 복수의 회전방향의 복수의 화상을 각각 합성하도록 하고 있다.

또한 합성수단은, 복수로 취득한 화상에 대해서 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 신호(화소신호)별로 합성하도록 하고 있다.

또한 신호(화소신호)별 합성은, 신호(화소신호)별로 적산 혹은 평균하도록 하고 있다.

또한 주사신호 발생수단은, 주사신호로서, 클록의 주기를 동일, 혹은 클록의 주기를 증대 혹은 클록의 주기를 감소시켜, 시료 상의 동일영역 내의 전체 화소에 대응한 위치를 소정의 회전방향으로 순차적으로 주사하는 신호를 생성하고, 전체 주사시간을 동일, 혹은 전체 주사시간을 증대 혹은 전체 주사시간을 감소시키도록 하고 있다.

또한 주사신호 발생수단은, 주사신호로서, 전자빔의 주사방향을 회전하는 방향이 적어도 0°, (tan^-11/2)°, 45°, (tan^-12)°, 90°의 방향과, 이들에 대하여 90°의 정수배를 가감산한 방향으로서, 0°로부터 360°의 범위 내 혹은 -180°로부터 +180°의 범위의 어느쪽인가 1개 혹은 복수의 주사신호를 발생하도록 하고 있다.

본 발명은, 서로 다른 스캔방향(전자빔의 주사방향)의 화상취득 시에 시료 상의 동일화소의 위치로부터의 화소신호의 화상을 취득하여 합성함으로써, 2차원측정을 하는 경우 등에 원형패턴의 끝에서의 차지(charge)나 형상 등의 영향에 의해 신호가 감소하거나, 검은 선(tailing)이 나타나거나 하는 사태를 해소할 수 있어, 길이측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이들에 의하여 원형패턴이나 기울어진 사각형패턴 등의 모든 방향의 엣지에 대하여도 합성 후의 화상으로부터 정밀도 좋게 엣지를 추출하여 패턴의 폭측정, 면적측정, 윤곽추출 등을 고정밀도로 할 수 있도록 되었다.

또한 합성 후의 화상은, 예를 들면 종래에는 60장의 동일한 스캔방향의 화상을 합성(S/N비의 향상)하고 있었던 것을, 2방향으로 분할해서 45°와 -45°의 방향으로 30장씩 혹은 4방향으로 분할해서 0°, -45°, 45°, 90°의 방향으로 15장씩의 화상을 취득 후에 전부를 합성한 화상(합성화상)을 생성하여, 2차원패턴의 어느쪽의 방향의 엣지에 대하여도 고정밀도로 엣지를 추출하여 폭측정이나 면적측정이나 윤곽추출 등을, 종래와 동일시간(다시 말하면, 여기에서는 합계 60장의 화상을 합성하고 있으므로 동일시간)으로 2차원의 어느쪽의 방향의 엣지도 고정밀도로 실행할 수 있게 되었다.

또한 주사신호의 클록을 동일하게 함으로써 1장의 회전화상을 취득하는 시간을 모두 동일시간으로 할 수 있고, 또한 전자빔에서 조사하는 시료 상의 범위를 동일범위 또한 동일화소로 할 수 있다는 특징이 있다. 또한 필요에 따라, 주사신호의 클록의 간격을 증대, 감소시킴으로써 전체화상 주사시간의 증대, 감소도 용이하게 변경할 수 있다.

도1은, 본 발명의 1실시예의 구성도이다.
도2는, 본 발명의 화상취득 플로우차트이다.
도3은, 본 발명의 전자빔 스캔방향과 데이터 추출화소의 설명도이다.
도4는, 본 발명의 45°회전 화소주사의 설명도이다.
도5는, 본 발명의 화상데이터 테이블예이다.
도6은, 본 발명의 회전 화소주사 플로우차트이다.
도7은, 본 발명의 화상합성 플로우차트이다.
도8은, 본 발명의 합성화상의 예이다.

실시예1

도1은, 본 발명의 1실시예의 구성도를 나타낸다.

도1에 있어서 SEM(1)은, 주사형 전자현미경(走査型電子顯微鏡)으로서, 소정의 가속전압으로 가속(加速)된 전자빔(電子beam)을 발생하는 전자총(電子銃), 전자총에서 발생된 전자빔을 편향(偏向)시켜 통과 혹은 차단하는 블랭킹 전극(blanking 電極), 전자빔을 집속(集束)하는 콘덴싱 렌즈(condensing lens), 집속된 전자빔을 가늘게 죄어 샘플(4)에 조사(照射)하는 대물렌즈(對物 lens) 등으로 구성되는 것이다.

스캔 회전수단(2)은, 전자빔(21)의 샘플(4) 상에서의 조사방향을 회전시키는 것으로서, 여기에서는 도면에 나타내지 않은 편향장치(偏向裝置)(22), 주사신호 발생수단(走査信號發生手段)(23) 등으로 구성되는 것이다.

편향장치(22)는, 대물렌즈에 의해 가늘게 죄어진 전자빔(21)을 샘플(4)의 표면에서 주사(X방향 및 Y방향의 평면주사)하는 편향장치로서, 정전 편향전극(靜電偏向電極) 혹은 전자편향기(電磁偏向器) 등으로 구성되는 것이다.

주사신호 발생수단(23)은, 편향장치(22)에 대하여 전자빔(21)의 샘플(4) 상에서의 조사방향을 회전시킨 주사신호를 발생하는 것으로서, 시료 상의 동일영역(同一領域) 또한 동일화소(同一畵素)를 소정의 회전방향으로부터 주사하는 신호를 발생하는 것이다(도2부터 도8을 사용해서 후술한다).

시료실(3)은, 샘플(4) 등을 수납하는 진공배기(眞空排氣)가 가능한 용기이다.

샘플(4)은, 전자빔(21)을 조사하는 시료의 예로서, 예를 들면 패턴의 길이측정 대상인 마스크, 웨이퍼 등이다.

스테이지(5)는, 샘플(마스크)(4)을 탑재하여 고정하고, 도면에 나타내지 않은 레이저 간섭계로 정밀하게 위치를 리얼타임 계측하면서 이동(X방향, Y방향 또한 Z방향)이 가능한 이동대(移動臺)이다.

신호취득수단(信號取得手段)(6)은, 전자빔(21)을 샘플(4)의 표면에 주사했을 때에 방출된 2차전자, 반사전자, 또한 샘플(4)에 흡수된 전자를 검출·증폭(檢出·增幅)하여 취출하는 것이며, MCP 등이다.

컴퓨터(7)는, PC로서, 프로그램에 따라 각종 제어, 처리를 하는 것이며, 여기에서는, 화상생성수단(畵像生成手段)(8), 화상합성수단(畵像合成手段)(9), 윤곽추출수단(10), 측정수단(11), 표시장치(12), 화상데이터 테이블(畵像data table)(13) 등으로 구성되는 것이다.

화상생성수단(8)은, 신호취득수단(6)으로부터 취득한, 전자빔(21)을 샘플(4) 상에 소정의 회전방향으로 주사했을 때의 샘플(4) 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응하는 위치로부터 신호(1차원의 신호)를, 당해 주사방향의 화상의 화소의 신호(2차원의 신호)에 순차적으로 대응시켜 화상을 생성(복원)하는 것이다(도3를 사용해서 후술한다).

화상합성수단(9)은, 화상생성수단(8)으로부터 생성(복원)되어 소정의 회전방향으로 스캔한 복수의 화상, 즉 동일한 회전방향의 복수의 화상 및 서로 다른 회전방향의 복수의 화상에 대해서 화소단위로 적산, 평균화해서 합성하는 것이다(도2부터 도8을 사용해서 후술한다).

윤곽추출수단(10)은, 화상합성수단(9)으로 합성한 후의 화상(예를 들면 후술하는 도8의 8(b), (c)참조)을 바탕으로, 패턴의 윤곽(엣지)을 추출하는 공지의 수단이다.

측정수단(길이측정수단)(11)은, 패턴 폭, 면적 등을 측정하는 공지의 수단이다.

표시장치(12)는, 화상 등을 표시하는 것이며, 디스플레이(display)이다.

화상데이터 테이블(13)은, 본 발명의 화상정보, 화상 등을 저장하는 것이다(도5 참조).

다음에, 도2의 플로우차트의 순서에 도1의 구성의 동작을 상세하게 설명한다.

도2는, 본 발명의 화상취득 플로우차트를 나타낸다.

도2에 있어서 S1은 스캔의 회전각도 변경횟수(n)를 설정한다. 우측에 기재한 것과 같이 n=2회 또는 4회 또는 기타 중 어느 하나로 설정한다. 여기에서는 n=4회로 설정한다. 상세하게 설명하면, 도1에서 전자빔(21)을 샘플(4) 상에서 스캔(주사)하는 방향(회전각도)을 변경하는 횟수(n)을 설정, 예를 들면 후술하는 도8의 (b)의 경우에는 n=2(45°와 -45°의 스캔 회전각도의 변경횟수이기 때문에, 여기에서는 n=2회), 도8의 (c)의 경우에는 n=4(45°, -45°, 0°, 90°의 스캔 회전각도의 변경횟수이기 때문, 여기에서는 n=4회)로 설정한다.

S2는 스캔을 설정각도로 회전시킨다. 여기에서는, S1에서 n=4로 설정했으므로, 우측에 기재한 바와 같이, 45°, -45°, 0°, 90°의 어느 한 곳에 반복할 때마다 순차적으로 설정한다.

S3은 데이터를 취득한다. 이는, S2에서 설정한 예를 들면 1회째의 설정각도 = 45°의 경우에는, 후술하는 도3의 좌상의 (b) 45도 스캔의 점선화살표로 나타내는 방향(45도 우상측 방향)을 스캔방향으로 하여, 화소를 순차적으로 주사하는 신호(주사신호)을 생성하고, 당해 주사신호를 바탕으로, 도1의 전자빔(21)을 샘플(4) 상에 주사하여 도3의 (b) 45도 스캔의 점선화살표와 같이 우상 45°의 방향으로 주사하는 것을 샘플(4) 상의 사각형영역 내의 전체 화소에 대해서 반복하여, 그 때에 방출된 2차전자(반사전자, 흡수전자)를 검출·증폭해서 취득한다(도1의 신호취득수단(6)).

S4는 컴퓨터로 화상을 취득한다. 이는, S3에서 취득한 샘플(4) 상의 사각형영역 내의 전체 화소에 대해서 45도 스캔방향의 신호를 도3의 해당하는 화소의 위치의 신호로서 위치를 부여하는 것을 순차적으로 수행하여, 화상을 생성(본래의 화상으로 복원)한다(1차원의 신호를, 2차원의 화상의 화소의 신호에 대응시켜서 화상을 생성(복원)한다).

S5는 n회 처리를 했는지 판별한다. 이는, S1에서 설정한 ｎ회(여기에서는 4회)의 처리를 종료했는지 판별한다. NO의 경우에는, 다음의 처리를 하기 위해서 S2로 되돌아가서 반복한다. 한편 YES의 경우에는, n회(여기에서는 n=4회)의 모든 처리를 종료했으므로 S6으로 진행한다.

S6은 전체 화상을 적산(積算)한다. 이는, S1에서 설정한 예를 들면 n=4의 경우에는, S2로부터 S4을 4회 반복하고, 45도, -45도, 0도, 90도의 방향으로부터 스캔된 화상을 취득했으므로, 또한 여기에서는, 4조의 화상을 화소대응으로 적산하여(평균이라도 좋다), 1개의 합성 후의 화상을 생성한다. 한편 실험에서는, 합계 60장의 화상을 합성하였으므로,

· 45도 : 15장

· -45도 : 15장

· 0도 : 15장

· 90도 : 15장

을 S6에서 화소대응의 적산을 하여, 후술하는 도8의 (c)의 화상(합성화상)을 생성했다(한편 화소대응의 적산처리에서 그러데이션 수(gradation 數)가 오버하는 경우에는, 적산 후의 상위의 원하는 비트수(bit 數)를 추출하여 사용하면 좋다. 하위비트는 파기되는 것으로 된다).

S7은 측정을 한다. 이는, S6에서 전체 화소의 적산 후의 합성화상을 사용해서 측정(예를 들면 사각형의 폭 사이즈, 면적 등을 측정)한다.

이상과 같이 스캔의 회전각도 변경횟수(n)를 임의로 설정함으로써 스캔 회전각도를 순차적으로 변경해서 스캔하여 화상을 취득하고, 이들 화상을 합성해서 복수 스캔방향의 화상을 취득할 수 있다.

이에 따라,

· 예를 들면 스캔방향이 한 방향인 경우에는, 후술하는 도8의 (a)의 화상으로 나타난다, 스캔방향으로 평행한 패턴의 라인이 차지(charge)나 엣지형상(edge形狀) 등의 영향에 의해 가늘게 되거나 검게 되지만,

· 예를 들면 상기한 45도, -45도, 0도, 90도의 4방향으로 스캔하여 합성한 후의 도8의 (c)의 화상에서는, 도8의 (a)와 같은 가로방향의 패턴의 라인의 긁힘이 없어지고, 엣지가 전체 방향에서 선명하게 되어, 고정밀도로 패턴의 엣지의 폭, 간격 등을 전체 방향으로 길이측정하거나, 면적을 산출하거나, 노광 시뮬레이션(露光 simulation)을 위하여 윤곽추출하는 것이 가능하게 되었다.

도3은, 본 발명의 전자빔 스캔방향과 데이터추출 화소의 설명도를 나타낸다.

도3에 있어서,

· (a)는 「0도 스캔」

· (b)는 「45도 스캔」

· (c)는 「-45도 스캔」

· (d)는 「90도 스캔」

· (e)는 「-90도 스캔」

· (f)는 「135도 스캔」

· (g)는 「-135도 스캔」

의 예를 모식적으로 나타낸다. 한편 전자빔 주사영역은, 도면에 나타낸 사각형(정4각형)으로 전부 동일영역(동일범위)로 하여, 화소는 각 칸이 화소에 대응되고, 전자빔(21)은 각 칸의 중심위치를 순차적으로 주사(디지털 주사(digital 走査))한다.

이상과 같이 동일영역 또한 동일화소를 모든 스캔방향에 대해서 정의하고, 도면에 나타낸 스캔방향의 각 화소를 순차적으로 동일클록(同一clock)으로 주사하도록 주사신호를 발생시킨다. 그리고 발생된 주사신호로 전자빔(21)을 샘플(4) 위에서 주사하도록 편향장치로 편향함으로써, 도3의 스캔방향으로 샘플(4) 상에서의 화소(위치)를 순차적으로 주사할 수 있다.

한편 상기한 도3의 (a)부터 (g)의 스캔의 경우에는, 0도 스캔, 45도 스캔의 정수배이며, -180°부터 180°의 범위 내(혹은 0°부터 360°의 범위 내)의 것으로 하여 나타내진다. 간단하게 설명하면 하기와 같이 된다.

(1) x, y의 어느 일방(一方)이 0화소, 타방(他方)이 1화소의 방향의 회전의 경우에는, 0°, 45°의 정수배이며, ―180°(0°)부터 180°(360°)의 범위 내 : -180°, -135°, -90°, -45°, 0°, 45°, 90°, 135°, 180°(0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°, 360°)

(2) x, y의 어느 일방이 1화소, 타방이 2화소의 방향의 회전의 경우에는, 약 26°(정확하게는 tan^-11/2), 약 63°(정확하게는 tan^-12)에 90°의 정수배를 가감산한 방향이며, ―180°부터 180°(0°부터 360°)의 범위 내 : ···-63°, -26°, 26°, 63°, ··· (26°, 63°···)

(3) 이하와 같이 예를 들면 x, y의 어느 일방이 (n-1)화소, 타방이 n화소의 방향의 회전의 경우에는, tan^-1(n-1)/n, tan^-1n/(n-1)에 90°의 정수배를 가감산한 방향이며, ―180°(0°)부터 180°(360°)의 범위 내의 각도 : 구체적인 값은 생략

도4는 본 발명의 45°회전 화소주사의 설명도를 나타낸다. 이는, 이미 설명한 도3의 (b)의 「45도 스캔」의 모양을 상세하게 모식적으로 나타낸 것이다.

도4에 있어서, (a) 0°회전 화소주사는, 도3의 (a)의 0도 스캔에 대응하는 것이며, 각 화소를 우측방향 또한 수평으로 순차적으로 주사하는 것이며,

· 1화소 주사간격 : 1(각 화소간격을 가로, 세로 모두 1로 정의하고 있다)

· 1라인간격 : 1

이다.

따라서 1화소 주사간격 x 1라인간격 = 1이 된다.

(b) 45도회전 화소주사는, 도3의 (b)의 45도 스캔에 대응하는 것으로서, 각 화소를 우상 45도방향으로 순차적으로 주사하는 것이며,

· 1화소 주사간격 ： √2 = 1.4

· 1라인간격 : 1／√2 = 0.7

이다.

따라서 1화소 주사간격 x 1라인간격 ＝ √2 x 1／√2 = 1로, 0°회전 화소주사와 같은 주사시간이 되고, 결과적으로 1화상을 취득하는 전체 시간은 동일하게 된다.

이상과 같이 설정하고, 동일클록간격으로 주사신호를 각각 생성하여, 샘플(4) 상의 화소대응의 위치를 순차적으로 주사하여 취득한 신호를, 원래의 화소의 위치의 신호에 각각 설정(복원)하면, 0°회전화상, 45°회전화상을 각각 동일시간으로 생성 할 수 있다. 그리고 생성된 양자의 화상을 화소대응으로 합성(예를 들면 적산, 도2의 Ｓ6)하면, 합성화상을 생성할 수 있다.

한편 소정의 회전방향의 스캔 시에, 종점(終點)의 화소로부터 시점(始點)의 화소로 이동할 때는, 블랭킹 전극에 펄스전압을 인가하여 이 이동간은 전자빔이 샘플(4)의 종점의 위치(화소)로부터 시점의 위치(화소)로 이동하는 패스(궤도)에 전자빔이 조사되지 않도록, 공지의 소위 블랭킹(blanking)(귀선소거(歸線消去))을 한다.

도5는 본 발명의 화상데이터 테이블의 예를 나타낸다. 이는, 이미 설명한 도2의 플로우차트에서 설정 및 미리 설정된 각종 정보인 하기의 정보를 저장하는 것이다.

· 회전각도 : 도2의 Ｓ1에서 설정한 ｎ으로 결정되는 회전각도,

· 화상데이터 : 회전각도에서 취득한 화상데이터이며, 예를 들면 하단에 기재한 것 같이,

· (8비트의 1픽셀(화소)의 데이터)를 m회

· 60회/4 = 15회 적산 : 전체의 화상의 장수를 60장으로 하고, 0°, ―45°, 45°, 90°의 4방향 스캔으로 하여 각 방향 스캔이 15장(회)으로서, 이들 전부의 화상(60장)을 적산해서 합성하는 것을 나타낸다.

· 데이터 군 : 상기 예에서는 60장의 화상군

· 촬영조건 : 화상을 촬영하는 촬영조건이며, 가속전압, 전류, 배율, 시료명 등의 정보

· 보정계수 : 높이보정, 배율간 차이 등의 보정계수

· 기타 :

이상과 같이, 복수 스캔방향에서 취득한 화상 혹은 합성화상과 그 회전각도, 촬영조건, 보정계수 등을 정리해서 화상데이터 테이블(13)에 등록하여 보존함으로써, 당해 화상데이터 테이블(13)을 참조해서 임의의 샘플의 화상 중의 패턴의 측정(치수, 면적 등)을 용이하게 할 수 있게 된다.

도6은 본 발명의 회전 화소주사 플로우차트를 나타낸다. 이는, 이미 설명한 동일영역 또는 동일화소를 소정의 스캔방향에서 주사할 때의 상세한 설명의 플로우차트이다.

도6에 있어서 S11은, 0도방향의 화상을 픽셀별(화소별)로 취득한다. 이는, 이미 설명한 도3에 있어서 (a)의 0도 스캔의 방향(좌단으로부터 우단으로의 방향)으로 위로부터 아래방향을 향해서 순차적으로 주사하여, 그 때의 화소의 신호를 각각 검출·증폭해서 취득하여, 도면에 나타낸 각 대응하는 위치(화소)의 신호(휘도신호(輝度信號), 보통 8비트)로서 메모리 상에 설정하고, (a)의 0도 스캔의 1장(1프레임)의 화상을 취득한다. 보통은 합계 60장이므로, 여기에서는 후술하는 (b)의 45도 스캔과 2종류의 주사방향의 화상을 취득하기 때문에 2분할해서 (a)의 0도 스캔의 30장의 화상을 취득한다.

다음에, S12부터 S17에 의하여 (b)의 45도 스캔의 화상을 1장 취득한다.

S12는 시점과 종점을 산출한다. 이는, 1번째의 라인1으로서, 주사범위의 시점과 종점을,

· 주사범위의 시점(x0, y0), 종점(x0, y0)

으로 설정한다. 한편 여기에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서,

· 도3의 각 사각형에서 나타내지는 화소의 중심의 좌표(ｘｎ+Δx/2, ｙｎ+Δy/2)(n = 0∼n)를 (ｘｎ, ｙｎ)

으로 이하에 표기한다. 여기에서Δx, Δy는 사각형으로 나타내지는 화소의 ｘ방향, y방향의 사이즈(폭)이다.

이 Ｓ12의 예는 시점과 종점이 동일하여, 1점을 주사한다.

S13은 스캔하여 화상을 취득한다. 이는, S12에서 설정된 시점으로부터 종점까지를 화소단위로 스캔하여 각 화소의 신호(보통은 검출·증폭한 8비트의 휘도신호)를 취득한다.

이상의 Ｓ12, S13에서 (b)의 45도 스캔의 라인1의 시점과 종점으로 결정되는 화소(여기에서는 1개의 화소)의 신호를 취득할 수 있게 된다.

마찬가지로, S14, S15에서 (b)의 45도 스캔의 라인2의 시점과 종점으로 결정되는 화소(여기에서는 2개의 화소)의 신호를 취득한다.

마찬가지로 하여, (b)의 45도 스캔의 라인3부터 라인(n-1)의 시점과 종점으로 결정되는 화소(여기에서는 3개의 화소····)의 신호를 취득한다.

S16, S17은, 동일하게 (b)의 45도 스캔의 라인n의 시점과 종점으로 결정되는 화소(여기에서는 최종의 1개의 화소)의 신호를 취득한다.

이상의 Ｓ12부터 S17에 의하여, (b)의 45도 스캔의 라인1부터 라인n의 화소를 각각 취득하여 1장의 화상을 생성하고, 상기한 바와 같이 여기에서는, 30장의 (b)의 45도 스캔의 화상을 취득하는 것을 반복한다.

이상의 Ｓ11에 의해 (a)의 0도 스캔의 30장의 화상, S12부터 S17에 의해 (b)의 45도 스캔의 30장의 화상을 취득하고, 이들 전부를 화소끼리 적산(혹은 평균)하여 1장의 합성화상을 생성할 수 있다.

또한 스캔속도로는 하기(下記)한 것이 있지만, 어느 것을 선택하더라도 좋다. 보통은 등시간 스캔(等時間 scan)(동일한 시간간격의 클록을 사용한 스캔)을 사용하고, 어느쪽의 회전방향으로 스캔하여도 1장의 화상을 취득하는 전체시간을 동일하게 하고 있다.

· 등시간 스캔(동일한 시간간격의 클록으로 스캔) : 예를 들면 S12부터 S17에서 앞에서 설명한 (b)의 45도 스캔의 경우에는, √2배의 속도로 스캔하고, 스캔하는 스캔라인간격은 1／√2배가 되므로, 전체 화소시간이 동일하다.

· 정속 스캔(동일한 스캔속도로 스캔) : 적산시간을 증감한다. 예를 들면 S12부터 S17에서 앞에서 설명한 (b)의 45도 스캔의 경우에는 √2배로 적산시간을 증대한다 (클록간격을 √2배로 증대한다).

도7은 본 발명의 화상합성 플로우차트를 나타낸다.

도7에 있어서 S21은, 1회째(2회째 이후도)의 화상데이터를 받아 들인다.

S22는 합성이 OK인가를 판별한다. 이는, S21에서 받아 들인 화상의 노이즈가 임계치보다 작을까, 화상(다른 화상, 다른 전체화상)과의 상관이 있을까 등을 판별한다. YES의 경우에는 S23으로 진행한다. NO의 경우에는, 합성NG라고 판단해서 파기하고, S21로 되돌아가서 다음의 화상데이터를 받아 들인다.

S23은 합성(가산 및 보정)한다. 이는, S21, S22의 YES에서 받아 들인 화상을 합성, 즉 화소별로 그 휘도를 적산 혹은 평균화한다. 예를 들면 상기의 60장을 합성하는 경우에는, 1장의 화상이 8비트 표현일 때는, 8비트가 60장 적산해도 오버플로하지 않는 영역을 확보(14비트 이상, 보통 2바이트 영역을 확보)하고 적산한다(평균할 때는 상위의 소정의 비트부터 필요 비트수(예를 들면 8비트)를 추출해서 처리시간의 증대를 방지한다).

S24는 끝인가를 판별한다. 모든 합성하는 화상(예를 들면 상기한 예에서는 60장의 화상)에 대해서 S23의 합성을 끝냈는지를 판별한다. YES의 경우에는 S25에서 화상합성을 완료한다. 이에 따라 1장의 합성화상을 생성할 수 있게 된다(도8의 (b), (c) 참조).

이상에 의하여 복수 방향으로 스캔한 화상을 순차적으로 모두 화소별로 적산한 1장의 합성화상을 생성할 수 있다.

도8은 본 발명의 취득화상의 예를 나타낸다.

도8의 (a)는 0도 스캔의 1방향 스캔의 합성화상의 예를 나타내고, 도8의 (b)는 45도 스캔과 -45도 스캔의 2방향 스캔의 합성화상의 예를 나타내며, 도8의 (c)은 45도 스캔, -45도 스캔, 0도 스캔, 90도 스캔의 4방향 스캔의 합성화상의 예를 나타낸다. 모든 합성화상은 60장의 합성화상이며, 도8의 (a)는 60장의 0도 스캔 화상을 합성한 것, 도8의 (b)는 45도 스캔, -45도 스캔의 각 30장의 화상, 합계 60장의 화상을 합성한 것, 도8의 (c)은 45도 스캔, -45도 스캔, 0도 스캔, 90도 스캔의 각 15장의 화상, 합계 60장의 화상을 합성한 것이다.

도8의 (a)의 0도 스캔의 합성화상에서는, 1방향 스캔이므로, 샘플 상에서 0도 스캔의 방향과 거의 평행한 사각형패턴의 상변, 하변의 라인이 차지나 라인끝의 형상 등의 영향을 받아서 가늘게 되거나, 검은 선(tailing)이 나타나는 등의 영향을 받아, 선명치 않은 모양으로 판명된다.

한편, 도8의 (b)의 45도 스캔과 -45도 스캔에서는, 2방향 스캔으로서 여기에서는 좌하로부터 우상으로의 45도 스캔과, 좌상으로부터 우하로의 ―45도 스캔의 각 30장의 화상을 합성한 것이므로, 도8의 (a)의 사각형패턴의 상변, 하변의 라인이 선명치 않은 것이, 당해 도8의 (b)에서는 선명하게 되어 있는 모양으로 판명된다.

또한 도8의 (c)의 45도 스캔과 -45도 스캔과 0도 스캔과 90도 스캔에서는, 4방향 스캔으로서 여기에서는,

· 좌하로부터 우상으로의 45도 스캔

· 좌상으로부터 우하로의 ―45도 스캔

의 2개의 방향의 스캔으로는 도8의 (b)와 같은 합성화상(적산화상)이 얻어지고, 또한,

· 좌측으로부터 우측으로의 0도 스캔

· 밑에서부터 위로의 90도 스캔

의 2개의 방향의 스캔을 합치는 것에 의하여

· 도8의 (a)의 사각형패턴의 상변, 하변의 라인이 선명치 않았던 것이, 당해 도8의 (c)에서는 선명하게 되어 있는 모양으로 판명되고,

· 또한 도8의 (c)에서는 표시되어 있지 않지만, 사각형패턴이 45도 기울어진 화상을 관찰한 결과, 사각형패턴의 상변, 하변의 선명치 않음이 없어지고, 아주 선명한 화상이 얻어졌다.

이상과 같이, 화면 상에서 사각형패턴의 변이 수평, 수직인 경우에는 도8의 (b), (c)의 2방향 스캔, 4방향 스캔으로 선명한 화상이 얻어지고, 화면 상에서 사각형패턴의 변이 수평, 수직, 또한 45도 기울어진 사각형패턴이 혼재(혹은 원형, 타원 등의 패턴이 존재)하는 경우에는 도8의 (c)의 4방향 스캔이 선명한 화상이 얻을 수 있는것으로 판명되었다.

1 SEM(주사형 전자현미경)
2 스캔 회전수단
21 전자빔
3 시료실
4 샘플
5 스테이지
6 신호취득수단
7 컴퓨터(PC)
8 화상생성수단
9 화상합성수단
10 윤곽추출수단
11 측정수단
12 표시장치
13 화상데이터 테이블

Claims

전자빔(電子beam)을 시료(試料)에 조사(照射)하여 시료로부터 방출(放出) 혹은 반사(反射) 혹은 흡수(吸收)된 전자를 검출하여 화상(畵像)을 취득하는 SEM 화상 취득장치(SEM 畵像取得裝置)로서,
상기 시료 상을 주사(走査)하는 상기 전자빔의 주사방향(走査方向)을 회전시켜, 시료 상의 동일영역(同一領域) 또한 동일화소(同一畵素)에 대응한 상기 시료 상의 위치로 조사하는 주사신호(走査信號)로서, 클록(clock)의 주기를 동일, 혹은 클록의 주기를 증대, 혹은 클록의 주기를 감소시켜, 시료 상의 동일영역 내의 전체 화소에 대응한 위치를 소정의 회전방향으로 순차적으로 주사하는 신호를 생성하고, 전체 주사시간을 동일, 혹은 전체 주사시간을 증대, 혹은 전체 주사시간을 감소시키는 주사신호 발생수단(走査信號發生手段)과,
상기 주사신호 발생수단에 의해 발생시킨 주사신호를 바탕으로, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치에 전자빔을 조사하는 편향장치(偏向裝置)와,
상기 편향장치에서 편향해서 전자빔을 조사한, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 상기 시료 상의 위치로부터의 신호를 검출·증폭하는 검출·증폭수단(檢出·增幅手段)과,
상기 검출·증폭수단에서 검출·증폭한 신호를 바탕으로, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 상기 시료 상의 위치를 조사하였을 때의 화상을 생성하는 화상생성수단(畵像生成手段)을
구비하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제1항에 있어서,
상기 검출·증폭수단에서 검출·증폭된 신호를 바탕으로, 서로 다른 회전방향으로부터 전자빔으로 시료를 주사했을 때의 상기 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 복수화상(複數畵像)을 합성하는 합성수단(合成手段)을
구비하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제2항에 있어서,
상기 합성수단은, 동일한 회전방향의 복수의 화상 및 서로 다른 복수의 회전방향의 복수의 화상을 각각 합성하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제1항에 있어서,
상기 합성수단은, 복수로 취득한 화상에 대해서, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 신호(화소신호)별로 합성하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제2항에 있어서,
상기 합성수단은, 복수로 취득한 화상에 대해서, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 신호(화소신호)별로 합성하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제3항에 있어서,
상기 합성수단은, 복수로 취득한 화상에 대해서, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 신호(화소신호)별로 합성하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 신호(화소신호)별 합성은, 신호(화소신호)별로 적산(積算) 혹은 평균(平均)하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 주사신호 발생수단은, 주사신호로서, 전자빔의 주사방향을 회전하는 방향이 적어도 0°, (tan^-11/2)°, 45°, (tan^-12)°, 90°의 방향과, 이들에 대하여 90°의 정수배를 가감산(加減算)한 방향으로서, 0°로부터 360°의 범위 내 혹은 -180°로부터 +180°의 범위의 어느 1개 혹은 복수의 주사신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득장치.
전자빔을 시료에 조사하여 시료로부터 방출 혹은 반사 혹은 흡수된 전자를 검출하여 화상을 취득하는 SEM 화상 취득방법(SEM 畵像取得方法)으로서,
상기 시료 상을 주사하는 상기 전자빔의 주사방향을 회전시켜, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 상기 시료 상의 위치로 조사하는 주사신호로서, 클록의 주기를 동일, 혹은 클록의 주기를 증대, 혹은 클록의 주기를 감소시켜, 시료 상의 동일영역 내의 전체 화소에 대응한 위치를 소정의 회전방향으로 순차적으로 주사하는 신호를 생성하고, 전체 주사시간을 동일, 혹은 전체 주사시간을 증대, 혹은 전체 주사시간을 감소시키는 주사신호 발생스텝(走査信號發生step)과,
상기 주사신호 발생스텝에 의해 발생된 주사신호를 바탕으로, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치에 전자빔을 조사하는 편향스텝(偏向step)과,
상기 편향스텝에서 편향해서 전자빔을 조사한, 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 상기 시료 상의 위치로부터의 신호를 검출·증폭하는 검출·증폭스텝(檢出·增幅step)과,
상기 검출·증폭스텝에서 검출·증폭한 신호를 바탕으로, 시료상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 상기 시료 상의 위치를 조사했을 때의 화상을 생성하는 화상생성스텝(畵像生成step)을
구비하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득방법.
제9항에 있어서,
상기 검출·증폭스텝에서 검출·증폭된 신호를 바탕으로, 서로 다른 회전방향으로부터 전자빔으로 시료를 주사했을 때의 상기 시료 상의 동일영역 또한 동일화소에 대응한 위치의 복수화상을 합성하는 합성스텝(合成step)을 구비하는 것을 특징으로 하는 SEM 화상 취득방법.