KR102318109B1 - 화상 처리 장치, 방법, 및 하전 입자 현미경 - Google Patents

화상 처리 장치, 방법, 및 하전 입자 현미경 Download PDF

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Abstract

비파괴 검사에 의해, 부족 성장 상태로부터 과잉 성장 상태에 걸친 폭넓은 영역에서, 결정 성장량을 정량적으로 평가한다. SEM 화상으로부터 추출한 패턴 휘도, 패턴 면적, 패턴 형상 등의 복수의 화상 특징량을 이용해서, 패턴 내의 휘도가 패턴 외의 휘도보다 낮은지의 여부(401)에 의해, 부족 성장, 과잉 성장의 판단(402, 405) 등을 행하고, 휘도차 혹은 패턴 면적에 의해, 홀 패턴 또는 트렌치 패턴 등의 오목 형상 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표 혹은 정상도 지표를 산출한다(404, 407).

Description

화상 처리 장치, 방법, 및 하전 입자 현미경
본 발명은 하전 입자 현미경에 관한 것이며, 특히 미세 패턴에 있어서의 결정 성장의 평가 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 채널에는 통상은 Si가 이용되지만, 장래의 디바이스에서는, 이동도가 높은 III―V족 화합물 반도체나, SiGe, Ge 등이 적용될 예정이다. 이들 물질로 고품질의 채널을 형성하기 위해서는, 구멍이나 홈에 에피택셜 성장되는 방법이 일반적이다. 그러나, 에피택셜 성장은, 구멍이나 홈의 표면 상태, 프로세스 조건에 매우 민감한 프로세스이고, 성장량이 부족 성장으로부터 과잉 성장까지 용이하게 분포된다. 프로세스에 따라서 최적인 성장량은 서로 다르지만, 최적인 성장량과는 다른 성장량으로 되면, 디바이스가 정상으로 동작하지 않거나, 이후의 공정에 문제가 발생하거나 결함 패턴으로 된다. 이와 같은 미세 패턴의 검사 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 1과 같은 주사형 전자 현미경(SEM)으로 취득한 화상의 특징량을 이용해서, 대상 패턴이 정상인지 결함인지를 판별하는 방법이 있다.
일본 특개2011-119471호 공보
특허문헌 1에 개시되어 있는 종래의 결함 검사 방법은, 대상 패턴을 촬상한 SEM 화상 중의 패턴 형상 등의 화상 특징량에 의거해서, 미세 패턴이 결함인지의 여부의 검사를 행한다. 그러나, 구멍이나 홈에 있어서의 에피택셜 성장에서는, 부족 성장과 과잉 성장에서 SEM 화상 중에서의 패턴의 특징이 서로 다르기 때문에, 종래 방법에서는, 부족 성장으로부터 과잉 성장에 걸친 폭넓은 영역에서, 결정 성장량을 평가할 수는 없다. 또한, 정량적인 평가도 할 수 없다.
한편, 단면 투과형 전자 현미경(TEM) 등의 단면 관찰 방법을 사용하면, 구멍이나 홈에 있어서의 결정 성장의 상태를 직접 관찰할 수 있기 때문에, 결정 성장량의 정량적인 평가나, 결정 성장의 정상도도 평가가 가능하다. 그러나, 이들 방법은 파괴 검사이고, 반도체 프로세스에서의 활용에 적합하지 않다.
본 발명의 목적은, 상기한 과제를 해결하여, 비파괴 검사에 의해, 부족 성장 상태로부터 과잉 성장 상태에 걸친 폭넓은 영역에서, 결정 성장량 혹은 결정 성장의 정상도를 정량적으로 평가하는 것이 가능한 화상 처리 장치, 방법, 및 하전 입자 현미경을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서는, 화상 처리 장치로서, 하전 입자선 현미경에 의한 오목 형상 패턴의 화상으로부터, 화상 특징량으로서 패턴 휘도와 패턴 면적을 추출하고, 추출한 패턴 휘도와 패턴 면적을 이용해서, 오목 형상 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하는 화상 처리 장치를 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서는, 화상 처리 장치에 의한 화상 처리 방법으로서, 하전 입자선 현미경에 의한 오목 형상 패턴의 화상으로부터, 화상 특징량으로서 패턴 휘도와 패턴 면적을 추출하고, 추출한 패턴 휘도와 패턴 면적을 이용해서, 오목 형상 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하는 화상 처리 방법을 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서는, 하전 입자 현미경으로서, 결정에 하전 입자를 조사하고, 결정으로부터 얻어지는 이차 하전 입자를 검출하는 검출부와, 검출부의 검출 신호로부터 얻어지는, 결정의 표면의 오목 형상의 패턴의 화상을 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 화상 처리부는, 화상으로부터 화상 특징량으로서 패턴 휘도와 패턴 면적을 추출하고, 추출한 패턴 휘도와 패턴 면적을 이용해서, 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하는 하전 입자 현미경을 제공한다.
본 발명에 의해, 에피택셜 성장에 의해 성장시킨 결정의 결정 성장량 혹은 결정 성장의 정상도를, 부족 성장으로부터 과잉 성장에 걸친 폭넓은 영역에서 정량적으로 계측할 수 있다.
도 1은 부족 성장 상태 및 과잉 성장 상태의 패턴 단면의 일례의 모식도.
도 2는 결정 성장이 이상(異常)으로 된 경우의 패턴 단면의 일례의 모식도.
도 3은 구멍에 에피택셜 성장을 행한 패턴의 SEM 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 실시예 1에 따른, 화상 처리의 일례의 플로차트를 나타내는 도면.
도 5는 실시예 1에 따른, 결정의 성장량 지표를 산출하기 위한 교정 곡선의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 실시예 2에 따른, 화상 처리의 일례의 플로차트를 나타내는 도면.
도 7은 실시예 2에 따른, 6각형도의 평가에 이용하는 템플레이트의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 실시예 2에 따른, 6각형도의 평가에 반경의 각도 의존성의 설명도.
도 9는 실시예 2에 따른, 결정의 성장량 지표를 산출하기 위한 데이터베이스의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 실시예 3, 4에 따른, 구멍에 에피택셜 성장을 행한 패턴의 SEM 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 실시예 3, 4에 따른, 화상 처리의 일례의 플로차트를 나타내는 도면.
도 12는 실시예 3, 4에 따른, 결정 성장의 정상도 지표를 산출하기 위한 교정 곡선을 나타내는 도면.
도 13은 실시예 5에 따른, 결과의 표시 방법의 일례를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태의 설명에 앞서, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 본 발명의 과제를 도면에 의거하여 설명한다. 또, 본 명세서에 있어서, 구멍 또는 홈이 형성된 결정 표면의 홀 패턴 또는 트렌치 패턴을 오목 형상 패턴이라 총칭한다. 또한, 본 명세서에 있어서 패턴 휘도란, 패턴 내, 패턴 외, 패턴 내외의 휘도, 휘도차를 의미한다.
도 1에, 부족 성장 상태 및 과잉 성장 상태의 패턴 단면의 일례의 모식도를 나타낸다. 100은 결정 성장 전의 패턴 단면이고, 이와 같은 구멍 또는 홈(103)에 대해서 III-V족 등의 결정을 성장시킨 결과가 101, 혹은 102이다. 101은 부족 성장 상태의 패턴 단면이고, 구멍 또는 홈의 일부에만 결정(104)이 성장해 있는 상태이다. 102는 과잉 성장 상태의 패턴 단면이고, 구멍 또는 홈으로부터 결정이 흘러넘쳐 있는 상태이다.
전술한 바와 같이, 종래의 결함 검사 방법은, 대상 패턴을 촬상한 SEM 화상 중의 패턴 형상 등의 화상 특징량에 의거해서, 미세 패턴이 결함인지의 여부의 검사를 행하지만, 구멍이나 홈에 있어서의 에피택셜 성장에서는, 부족 성장과 과잉 성장에서 SEM 화상 중에서의 패턴의 특징이 서로 다르기 때문에, 부족 성장으로부터 과잉 성장에 걸친 폭넓은 영역에서, 결정 성장량을 평가할 수는 없다. 또한, 정량적인 평가도 할 수 없다.
도 2에 결정 성장이 이상으로 된 경우의 패턴 단면의 모식도를 나타낸다. 201은 부족 성장 상태에 있어서의 이상 성장이고, 202는 과잉 성장 상태에 있어서의 이상 성장이다. 과잉 성장 상태에 있어서의 이상 성장(202)은 톱다운의 SEM 화상에 있어서의 패턴의 형상이 정상과는 다르기 때문에, 종래의 결함 검사 방법으로 정상인지 이상인지 판정이 가능하다. 한편, 부족 성장 상태에 있어서의 이상 성장(201)은, 톱다운의 SEM 화상에 있어서의 오목 형상 패턴은 정상 성장(101)과 다르지 않기 때문에, 종래의 결함 검사 방법으로는 정상도의 평가가 곤란하다.
본 발명은 이와 같은 종래의 과제를, 이하에 설명하는 각종 실시예에 의해 해결할 수 있다.
(실시예 1)
실시예 1로서, 하전 입자 현미경의 하나로서 톱다운 SEM에 의해서 취득된 미세 패턴의 SEM 화상으로부터, 패턴 휘도, 패턴 면적의 화상 특징량을 추출하고, 결정의 성장량 지표를 산출하는 화상 처리의 실시예를 설명한다. 즉, 실시예 1은, 화상 처리 장치로서, 하전 입자선 현미경에 의한 오목 형상 패턴의 화상으로부터, 화상 특징량으로서 패턴 휘도와 패턴 면적을 추출하고, 추출한 패턴 휘도와 패턴 면적을 이용해서, 오목 형상 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하는 화상 처리 장치, 화상 처리 방법의 실시예이다. 또한, 하전 입자 현미경으로서, 결정에 하전 입자를 조사하고, 결정으로부터 얻어지는 이차 하전 입자를 검출하는 검출부와, 검출부의 검출 신호로부터 얻어지는, 결정의 표면의 오목 형상 패턴의 화상을 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 화상 처리부는, 화상으로부터 화상 특징량으로서 패턴 휘도와 패턴 면적을 추출하고, 추출한 패턴 휘도와 패턴 면적을 이용해서, 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하는 하전 입자 현미경의 실시예이다. 또, 본 명세서에 있어서, 결정의 성장량 지표란, 결정 성장시킨 결정의 정도를 나타내는 지표를 의미한다.
도 3은 구멍에 에피택셜 성장을 행한 오목 형상 패턴의 SEM 화상의 일례이며, 301, 302, 303, 304, 305의 순서대로 결정 성장량이 크게 되어 있다. 이후, 이들 SEM 화상을 이용한 경우의 예를 기술한다. 또, 특별히 기술(記述)이 없는 경우는, 다른 오목 형상 패턴인 홈에의 결정 성장의 경우도 마찬가지의 방법을 적용할 수 있다.
도 4는, 실시예 1에 관한 화상 처리의 플로차트의 일례이다. 스텝401에서는, 대상 패턴 내의 휘도가 패턴 외의 휘도보다 낮은지의 여부를 판정한다. 여기에서 패턴이란, 도 3의 306에 나타내는 바와 같이, SEM 화상 내에 있어서의 패턴을 의미한다. 이 스텝401에서는, 패턴 내, 및 패턴 외의 휘도로서, 패턴 내, 및 패턴 외에 위치하는 화소의 휘도의 평균을 이용한다. 패턴 내외의 경계선은 화상 처리나 SEM에 탑재되어 있는 에지 검출 기능 등, 임의의 방법을 이용해서 추출하면 된다. 패턴 외의 영역은, 패턴 내를 제외한 화상 전체로 해도 되지만, 화상 내에 평가 대상으로 되는 패턴 이외의 패턴이나 이물이 있는 경우에는, 그들을 포함시키지 않는 영역을 패턴 외의 영역으로서 설정하는 것이 바람직하다. 패턴 내의 휘도가 패턴 외의 휘도보다도 낮은 경우(Yes)에는 스텝402로, 패턴 내의 휘도가 패턴 외의 휘도보다도 높은 경우(No)에는 스텝405로 분기한다.
스텝402에서는, 대상 패턴의 결정 성장을 부족 성장으로 판정한다.
스텝403에서는, 패턴 내와 패턴 외의 휘도차를 구한다. 여기에서는, 스텝401에서 이용한, 패턴 내의 휘도와 패턴 외의 휘도차를 이용해도 된다. 그러나, 실제의 SEM 화상의 휘도는, 일반적으로는 검출기의 증폭률의 설정이나, 화상 처리에 의한 콘트라스트나 휘도 오프셋의 조정의 영향을 받기 때문에, 화상 간에 정량적인 비교를 할 수 없는 경우가 많다. 화상의 휘도에 대해서, 검출기나 화상 처리의 영향을 보정한 휘도를 산출한 후, 패턴 내의 휘도와 패턴 외의 휘도차를 구하는 것이 바람직하다. 혹은, 패턴 외의 신호량의 분포는 본래 일정하다고 가정하고, 화상의 휘도차를, 패턴 외의 휘도의 표준 편차로 규격화함으로써, 검출기나 화상 처리의 영향을 보정해도 된다.
스텝404에서는, 휘도차로부터 성장량 지표를 산출한다. 이 스텝404는, 부족 성장 상태에 있어서는, 결정 성장량이 적으면, 구멍의 저부에서 발생하는 SEM의 신호 전자 중, 구멍으로부터 탈출해서 검출기에 검출되는 비율이 작아지고, 휘도가 저하한다는 원리에 의거한다.
실제로는, 도 5의 제1 교정 곡선(501)을 미리 작성해 두고, 이것에 의거해서 성장량 지표를 산출하면 된다. 또, 구멍의 치수가 서로 다르면, 같은 결정 성장량이어도, 구멍의 저부에서 발생하는 SEM의 신호 전자의 검출 비율이 서로 다르다. 교정 곡선(501)과의 비교를 행하기 전에, 구멍의 치수의 영향을 보정하는 것이 바람직하다. 이 보정은, 구멍의 저부로부터 보았을 때의 구멍의 개구부의 입체각으로 규격화하는 방법이어도 되고, 이것에 더하여 신호 전자의 강도의 각도 의존성을 고려한 실효적인 입체각을 이용해도 되고, 혹은, 시뮬레이션을 이용해서 보정해도 된다.
스텝405에서는, 대상 패턴의 결정 성장을 과잉 성장으로 판정한다.
스텝406에서는, 패턴의 면적을 구한다.
스텝407에서는, 패턴 면적으로부터 성장량 지표를 산출한다. 이것은, 결정은 구멍으로부터 비어져 나온 과잉 성장 상태에 있어서는, 결정 성장이 진행함에 따라서, 수직 방향에 더하여 수평 방향으로도 결정이 성장하고, 톱다운으로 관찰했을 때의 면적이 증가함에 의거한다. 실제로는, 도 5의 제2의 교정 곡선(502)을 미리 작성해 두고, 이것에 의거해서 성장량 지표를 산출하면 된다.
도 5에 나타낸 2종의 교정 곡선(501, 502)은, 실제로 성장량 지표를 평가하는 프로세스에 있어서, 결정 성장 시간을 변화시켜서 시료를 제작하고, 패턴 내외의 휘도차와 패턴 면적을 계측함에 의해 작성하면 된다. 이 경우는, 결정 성장 시간이 성장량 지표에 대응한다. 혹은, 결정의 체적이 서로 다른 형상 모델에 대해서 전자 산란 시뮬레이션을 행해서 SEM의 신호 강도를 구하고, 이것에 의거해서 교정 곡선을 작성해도 된다. 결정을 성장시키는 홀의 치수가 같으면, 교정 곡선은 대략 같다고 생각할 수 있으므로, 전형적인 프로세스로 작성한 교정 곡선을 표준적으로 이용해도 된다. 도 5에 나타내는 바와 같은 2종류의 교정 곡선(501, 502)을 이용함으로써, 휘도차와 면적으로부터 단일의 성장량 지표를 산출할 수 있다.
본 실시예를 이용함으로써, 결정의 성장량 지표를 부족 성장으로부터 과잉 성장에 걸친 폭넓은 영역에서 정량적으로 계측할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2로서, 톱다운 SEM에 의해서 취득된 미세 패턴의 SEM 화상으로부터, 패턴 휘도, 패턴 면적, 패턴의 원형도, 패턴의 4각 내지 6각형도의 화상 특징량을 추출해서, 결정의 성장량 지표를 산출하는 실시예를 설명한다. 도 6은, 실시예 2에 관한 화상 처리의 플로차트의 일례이다. 또, 본 실시예의 설명에 있어서, 패턴의 4각 내지 6각형도의 일례로서 6각형도를 예로 설명하지만, 이하의 설명은 4각형도에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
스텝601에서는, 스텝404와 마찬가지로 패턴 내외의 휘도차를 추출한다.
스텝602에서는, 스텝406과 마찬가지로 패턴의 면적을 구한다.
스텝603에서는, 패턴의 원형도를 구한다. 여기에서 원형도란, 패턴의 중심으로부터 패턴의 단부까지의 거리의 분포로 정의해도 되고, 패턴의 윤곽의 외접원과 내접원의 반경차로 정의해도 되고, 패턴의 면적과 둘레 길이의 비로 정의해도 된다. 혹은, 형상의 진원(眞圓)에의 유사도를 정량화할 수 있는 정의이면, 다른 임의의 정의를 이용해도 된다. 또, 여기에서는 구멍에 대해서 결정 성장시키는 경우에 대하여 기술했기 때문에, 원형도를 화상 특징량으로 했지만, 홈에 대해서 결정 성장시키는 경우에는, 원형도 대신에, 패턴 형상의 원활도를 화상 특징량으로서 사용하면 된다. 원활도는, 예를 들면 패턴 윤곽의 곡률(曲率)의 크기로부터 구하면 된다. 여기에서 곡률 반경의 크기는, 패턴 윤곽에 있어서의 곡률의 최대값으로 정의해도 되고, 패턴 윤곽의 전체에 걸친 곡률의 평균으로 정의해도 되고, 홈의 양단에만 있어서의 곡률의 평균으로 정의해도 된다. 혹은, 형상의 윤곽의 스무스함을 정량화할 수 있는 정의이면, 다른 임의의 정의를 이용해도 된다.
스텝604에서는, 패턴의 4 내지 6각형도를 구한다. 여기에서, 패턴의 6각형도를 구하는 방법을 일례로서 기술한다. 하나의 방법은, 6각형의 템플레이트와, SEM 화상 혹은 패턴 윤곽의 패턴 매칭을 행하고, 그 매칭의 스코어를 이용하는 방법이다. 6각형의 템플레이트는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 결정 성장시키는 구멍 혹은 홈 등의 오목 형상 패턴에 따라서 형태를 결정할 필요가 있다. 예를 들면 도 7에 나타내는 구멍 패턴(701)의 경우에는 정6각형(702), 홈 패턴(703)의 경우에는, 종횡비가 홈 패턴과 같고, 각 정점의 각도가 120도와 같은 편평(扁平)한 6각형(704)을 이용할 필요가 있다. 또 다른 방법은, 패턴 형상을 다각형에 근사하고, 정점의 각도가 120도와 어느 정도 일치하고 있는지를 정량화해서 이용해도 된다. 정량화의 방법으로서, 예를 들면, 정점의 각도와 120도의 차의 제곱합 제곱근 등을 산출하면 된다. 또한, 구멍에의 결정 성장의 경우에 적용할 수 있는 다른 방법으로서는, 도 8에 나타내는 바와 같이 패턴의 중심(801)으로부터 패턴의 윤곽(802)까지의 거리 r의 방위각 θ에 대한 의존성을 구하고, 이하의 식 1을 이용해서 산출한 6계(階) 대칭 성분의 진폭 A를 패턴의 치수로 규격화한 값으로 정의해도 된다. 혹은, 형상의 윤곽의 6각형에의 유사도를 정량화할 수 있는 정의이면, 다른 임의의 정의를 이용해도 된다.
[식 1]
Figure 112020009802151-pct00001
스텝605에서는, 스텝601 내지 604에서 추출한 화상 특징량의 조합을 미리 작성한 데이터베이스와 비교하여 성장량 지표를 산출한다. 여기에서, 데이터베이스란, 도 9의 테이블(901)에 나타낸 바와 같이, 결정의 성장량 지표에 대해서, 표준적인 패턴 내외의 휘도차, 면적, 원형도, 6각형도를 기술한 것이다. 또 도 9에서는, 수치는 적의(適宜) 규격화한 예를 나타냈다. 결정 성장에 수반하는 휘도차나 면적의 변화는, 실시예 1에서 기술한 바와 같다.
이것에 더하여, 본 실시예에서는 패턴의 형상 변화의 정보도 이용한다. 결정이 부족 성장 상태에서는 구멍의 형상으로 제한되어 패턴 형상은 원형이지만, 구멍으로부터 비어져나오면 결정성을 반영한 6각형 형상으로 되고, 또한 과잉으로 결정 성장이 진행되면 6각형의 형상이 무너져서 부정형으로 된다. 또, 화상 특징량의 조합은 반드시 데이터베이스에 존재하는 조합과 일치하지 않지만, 가장 유사한 조합을 선택하면 된다. 유사한 조합을 선택하는 방법은, 화상 특징량의 조합을 다차원 공간 내의 위치를 나타내는 벡터로 간주하여, 벡터 간의 거리로 평가하면 되고, 거리의 산출 방법은 일반적으로 이용되는 임의의 방법이면 된다.
본 실시예를 이용함으로써, 오목 형상 패턴의 형상 변화의 정보도 이용해서, 결정의 성장량 지표를 구할 수 있고, 보다 로버스트한 계측이 가능하게 된다.
(실시예 3)
실시예 3으로서, 톱다운 SEM에 의해서 취득된 미세 패턴의 SEM 화상으로부터, 휘도, 패턴 면적, 패턴의 4 내지 6각형도의 화상 특징량을 추출하고, 결정의 성장량 지표에 더하여, 결정 성장의 정상도 지표를 산출하는 실시예를 설명한다. 또, 본 명세서에 있어서, 결정 성장의 정상도 지표란, 결정의 결정 성장의 균일성을 나타내는 지표를 의미한다.
도 10은 구멍에 에피택셜 성장을 행한 패턴의 SEM상의 일례이며, 1001은 부족 성장에서 정상인 경우, 1002는 과잉 성장에서 정상인 경우, 1003은 부족 성장에서 성장 상태가 이상인 경우, 1004는 과잉 성장에서 성장 상태가 이상인 경우의 예이다. 각각, 도 1의 101, 102, 도 2의 201, 202에 나타낸 단면의 모식도에 대응한다. 도 11에, 본 실시예에 관한 화상 처리의 플로차트의 일례를 나타낸다.
스텝1101 내지 1104는 실시예 1의 도 4의 플로차트에 있어서의 스텝401 내지 404와 동일하다.
스텝1105에서는, 패턴 내의 휘도 구배를 구한다. 휘도 구배를 구할 때에는, 실시예 1에 기술한 바와 같이, 검출기나 화상 처리의 영향을 보정한 휘도를 산출한 후에 구배를 구하거나, 혹은, 패턴 외의 신호량의 분포는 본래 일정하다고 가정하고, 화상의 휘도차를 패턴 외의 휘도의 표준 편차로 규격화함으로써 검출기나 화상 처리의 영향을 보정하는 것이 바람직하다.
스텝1106에서는, 휘도 구배로부터 성장의 정상도 지표를 산출한다. 이것은, 도 10의 1001에 나타내는 바와 같이, 결정 성장이 균일하게 진행되고 있는 경우에는, 패턴 내의 규모도 균일한 것에 대해서, 도 10의 1003에 나타내는 바와 같이, 결정 성장에 치우침이 있는 경우에는 패턴 내의 휘도 구배가 커지는 것에 의거한다. 구체적으로는, 도 12의 교정 곡선(1201)을 미리 작성해 두고, 이것에 의거해서 성장 정상을 산출하면 된다.
스텝1107 내지 1109는 실시예 1의 도 4의 플로차트에 있어서의 스텝405 내지 407과 동일하다.
스텝1110에서는, 패턴 형상의 4 내지 6각형도를 구한다. 이 방법은, 실시예 2의 도 6의 플로차트의 스텝604와 마찬가지이다.
스텝1111에서는, 4 내지 6각형도로부터 성장의 정상도 지표를 산출한다. 이것은, 도 10의 1002에 나타내는 바와 같이, 결정 성장이 정상인 경우에는 톱다운으로 관찰했을 때의 결정의 형상이, 구멍에의 결정 성장의 경우에는 정6각형, 홈에의 결정 성장의 경우에는 각 정점의 각도가 120도인 편평한 6각형으로 되는 것에 대해서, 도 10의 1004에 나타내는 바와 같이, 결정 성장이 이상인 경우에는 형상이 5각형이나 그 밖의 형태로 되기 쉬운 것에 의거한다. 구체적으로는, 도 12의 교정 곡선(1202)을 미리 작성해 두고, 이것에 의거해서 성장 정상을 산출하면 된다.
도 12에 나타낸 2종의 교정 곡선(1201, 1202)은, 실제로 성장량 지표를 평가하는 프로세스에 있어서, 결정 성장의 선택성 등의 프로세스 조건을 변화시키면서, 성장 시간을 변화시켜서 웨이퍼를 작성하고, 휘도 구배와 4 내지 6각형도를 계측해서 마찬가지의 프로세스 조건에서는 성장 시간에 관계없이 마찬가지의 정상도 지표로 되도록 작성하면 된다. 변화시키는 프로세스 조건으로서는, 예를 들면 에피택셜 성장 전의 세정 시간 등, 표면의 청정도에 대응하는 파라미터가 바람직하다. 또한, 다른 방법으로서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 정상 성장으로부터 이상 성장까지 포함하는 SEM 화상을 다수 수집하고, 매뉴얼에서 청정도를 평가한 데이터베이스를 작성하고, 이것에 의거해서 교정 곡선을 작성해도 된다.
본 실시예를 이용함으로써, 결정의 성장량 지표뿐만 아니라 결정 성장의 정상도 지표의 계측도 가능하게 된다.
(실시예 4)
실시예 4로서, 실시예 3에 기재된 방법에 더하여, 결정 성장의 방향도 계측하는 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예의 플로차트는, 도 11에 나타낸 실시예 3의 플로차트와 거의 같지만, 이하의 처리를 더한다.
스텝1105에 있어서, 패턴 내의 휘도 구배를 구할 때에, 그 방향도 구한다. 예를 들면, 도 10의 1003에 나타내는 SEM 화상의 경우에는, 1005에 나타내는 방향을 얻는다.
스텝1110에서도 마찬가지로, 패턴의 6각형도를 구할 때에, 형상이 5각형이었던 경우에는, 그 5각형의 방향도 구한다. 여기에서, 5각형의 방향이란, 각 정점 중에서 120도에 가장 가까운 각도를 갖는 정점의 방향이다. 예를 들면, 도 10의 1004에 나타내는 SEM 화상의 경우에는, 1006에 나타내는 방향을 얻는다.
이들 방향(1005, 1006)은, 결정 성장의 치우침이 발생하고 있는 방향에 대응한다.
본 실시예를 이용함으로써, 결정의 성장량 지표나 결정 성장의 정상도 지표뿐만 아니라, 어느 쪽의 방향으로 결정 성장하는 경향이 있는지의 평가도 가능하게 된다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 실시예 1 내지 4에서 얻어진 결과의 표시 방법의 실시예를 설명한다.
도 13의 1301은, 성장량 지표의 결과 표시 방법의 예로서, 웨이퍼 내의 다수의 패턴에 대해서 실시예 1 내지 4의 방법에서 얻은 성장량 지표를 웨이퍼 내의 위치에 따라서 매핑한 예이다. 또한, 도 13의 1302는, 성장량 지표와 성장 방향의 결과 표시 방법의 예로서, 실시예 4에서 얻어진 결정의 성장량 지표와 성장 방향을 각각 벡터의 길이를 방향으로 해서 표시하고, 대상 패턴의 웨이퍼 내의 위치에 따라서 플롯한 것이다. 이들 결과 표시에 의해, 웨이퍼 내의 결정 성장의 경향을 용이하게 파악할 수 있다. 물론, 성장량 지표 대신에 결정 성장의 정상도 지표를 표시하는 것도 가능하다.
또한, 도 13의 1303은 패턴의 치수와 결정 성장의 정상도 지표의 상관을 플롯한 예이다. 여기에서 치수로서는, 도 10의 1001 혹은 1003과 같은 부족 성장의 경우에 있어서의 패턴의 윤곽으로부터 계측되는 치수를 이용해도 되고, 도 1의 100에 나타낸 결정 성장 전의 패턴을 사전에 계측해서 얻어진 치수를 이용해도 된다. 이 결과 표시에 의해, 결정 성장의 이상이 어떠한 패턴에서 발생하고 있는지를 용이하게 파악할 수 있다. 물론, 결정 성장의 정상도 지표 대신에 성장량 지표를 표시하는 것도 가능하다.
또, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명의 보다 좋은 이해를 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명의 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것이 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 하전 입자인 전자를 사용한 SEM 대신에, 이온을 결정에 조사해서 얻어지는 이차 하전 입자를 검출부에서 검출하는 집속 이온빔 장치 등의 다른 하전 입자 현미경으로 하는 것 등, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
또한, 전술한 각 구성, 기능, 화상 처리 장치 등은, 그들의 일부 또는 전부를 실현하는 프로그램을 작성하는 예를 설명했지만, 그들의 일부 또는 전부를 예를 들면 집적 회로로 설계하는 것 등에 의해 하드웨어로 실현해도 되는 것은 물론이다. 즉, 처리부의 전부 또는 일부의 기능은, 프로그램 대신에, 예를 들면, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 집적 회로 등에 의해 실현해도 된다.
100 : 결정 성장 전의 패턴 단면
101 : 부족 성장 상태의 패턴 단면
102 : 과잉 성장 상태의 패턴 단면
103 : 구멍
104 : 에피택셜 성장시킨 결정
201 : 이상 성장한 경우의 부족 성장 상태의 패턴 단면
202 : 이상 성장한 경우의 과잉 성장 상태의 패턴 단면
301∼305 : 구멍에 결정 성장한 패턴의 SEM상의 예
306 : 패턴
501 : 휘도차와 성장량 지표의 관계를 나타내는 교정 곡선
502 : 면적과 성장량 지표의 관계를 나타내는 교정 곡선
701 : 구멍의 모식도
702 : 6각형도의 평가에 이용하는 템플레이트 형상
703 : 홈의 모식도
704 : 6각형도의 평가에 이용하는 템플레이트 형상
801 : 패턴 중심
802 : 패턴 윤곽
901 : 테이블
1001 : 정상 성장한 경우의 부족 성장 상태의 패턴의 SEM상의 예
1002 : 정상 성장한 경우의 과잉 성장 상태의 패턴의 SEM상의 예
1003 : 이상 성장한 경우의 부족 성장 상태의 패턴의 SEM상의 예
1004 : 이상 성장한 경우의 과잉 성장 상태의 패턴의 SEM상의 예
1005 : 결정 성장 방향
1201 : 휘도 구배와 성장 정상도의 관계를 나타내는 교정 곡선
1202 : 6각형도와 성장 정상도의 관계를 나타내는 교정 곡선
1301 : 성장량 지표의 결과 표시 방법의 예
1302 : 성장량 지표와 성장 방향의 결과 표시 방법의 예
1303 : 패턴의 치수와 결정 성장의 정상도 지표의 상관 플롯

Claims (20)

  1. 화상 처리 장치로서,
    하전 입자선 현미경에 의한 오목 형상 패턴의 화상으로부터, 화상 특징량으로서 상기 패턴 내의 휘도와 상기 패턴 외의 휘도와 패턴 면적을 추출하고,
    추출한 상기 패턴 내의 휘도와 상기 패턴 외의 휘도와 상기 패턴 면적을 이용해서, 상기 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은지 큰지에 따라,
    상기 성장량 지표를 산출하기 위한 상기 화상 특징량을 변경하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은 경우에는, 상기 패턴 내외의 휘도차를 계측하고, 상기 휘도차와, 미리 작성한 제1 교정 곡선에 의거해서 상기 성장량 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 큰 경우에는, 상기 패턴 면적과, 미리 작성한 제2 교정 곡선에 의거해서 상기 성장량 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화상 특징량으로서, 상기 패턴의 화상으로부터 패턴 형상을 추출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패턴 형상이란, 상기 패턴의 원형도, 상기 패턴의 4 내지 6각형도인
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패턴 내외의 휘도차와, 상기 패턴 면적과, 상기 패턴의 원형도와, 상기 패턴의 4 내지 6각형도를, 미리 작성한 교정 테이블과 비교하여, 상기 성장량 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 화상으로부터 추출한 복수의 상기 화상 특징량을 이용해서, 상기 패턴에 있어서의 결정 성장의 정상도 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 패턴 형상이란, 상기 패턴의 4 내지 6각형도이고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은 경우에는,
    상기 패턴 내외의 휘도차와, 상기 패턴 내의 휘도 구배를 계측하고, 상기 휘도차로부터 상기 성장량 지표를, 상기 휘도 구배로부터 상기 정상도 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 큰 경우에는,
    상기 패턴 면적으로부터 상기 성장량 지표를, 상기 패턴의 4 내지 6각형상으로부터 상기 정상도 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  9. 화상 처리 장치에 의한 화상 처리 방법으로서,
    하전 입자선 현미경에 의한 오목 형상 패턴의 화상으로부터, 화상 특징량으로서 상기 패턴 내의 휘도와 상기 패턴 외의 휘도와 패턴 면적을 추출하고,
    추출한 상기 패턴 내의 휘도와 상기 패턴 외의 휘도와 상기 패턴 면적을 이용해서, 상기 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은지 큰지에 따라,
    상기 성장량 지표를 산출하기 위한 상기 화상 특징량을 변경하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 화상 처리 장치는,
    상기 화상 특징량으로서, 상기 화상으로부터 패턴 형상을 추출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 화상 처리 장치는,
    상기 화상으로부터 추출한 복수의 상기 화상 특징량을 이용해서, 상기 패턴에 있어서의 결정 성장의 정상도 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 하전 입자 현미경으로서,
    결정에 하전 입자를 조사하고, 상기 결정으로부터 얻어지는 이차 하전 입자를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부의 검출 신호로부터 얻어지는, 상기 결정의 표면의 오목 형상 패턴의 화상을 처리하는 화상 처리부를 구비하고,
    상기 화상 처리부는,
    상기 화상으로부터, 화상 특징량으로서 상기 패턴 내의 휘도와 상기 패턴 외의 휘도와 패턴 면적을 추출하고, 추출한 상기 패턴 내의 휘도와 상기 패턴 외의 휘도와 상기 패턴 면적을 이용해서, 상기 패턴에 있어서의 결정 성장의 성장량 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은지 큰지에 따라,
    상기 성장량 지표를 산출하기 위한 상기 화상 특징량을 변경하는
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화상 처리부는,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은 경우에는, 상기 패턴 내외의 휘도차를 계측하고, 상기 휘도차와, 미리 작성한 제1 교정 곡선에 의거해서 상기 성장량 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 큰 경우에는, 상기 패턴 면적과, 미리 작성한 제2 교정 곡선에 의거해서 상기 성장량 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 화상 처리부는,
    상기 화상 특징량으로서, 상기 화상으로부터 패턴 형상을 더 추출하는
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 패턴 형상이란, 상기 패턴의 원형도와, 상기 패턴의 4 내지 6각형도인
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 화상 처리부는,
    상기 패턴 내외의 휘도차와, 상기 패턴 면적과, 상기 패턴의 원형도와, 상기 패턴의 4 내지 6각형도를, 미리 작성한 교정 테이블과 비교하여, 상기 성장량 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 화상 처리부는,
    상기 화상으로부터 추출한 복수의 상기 화상 특징량을 이용해서, 상기 패턴에 있어서의 결정 성장의 정상도 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 패턴 형상이란, 상기 패턴의 4 내지 6각형도이고,
    상기 화상 처리부는,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 작은 경우에는,
    상기 패턴 내외의 휘도차와, 상기 패턴 내의 휘도 구배를 계측하고, 상기 휘도차로부터 상기 성장량 지표를, 상기 휘도 구배로부터 상기 정상도 지표를 산출하고,
    상기 패턴 내의 휘도가 상기 패턴 외의 휘도보다 큰 경우에는,
    상기 패턴 면적으로부터 상기 성장량 지표를, 상기 패턴의 4 내지 6각형상으로부터 상기 정상도 지표를 산출하는
    것을 특징으로 하는 하전 입자 현미경.
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