KR102444526B1 - 전자 현미경 장치, 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템 및 전자 현미경 장치를 이용한 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

일차 전자 발생부(전자총)가 발사한 일차 전자가 시료에 조사되고, 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하는 검출부와, 검출부로부터의 출력에 의거하여, 반사 전자에 의한 시료의 표면의 화상을 생성하는 화상 생성부와, 화상 생성부에서 생성한 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 화상을 처리하고, 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 처리부를 갖는 전자 현미경 장치.

Description

전자 현미경 장치, 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템 및 전자 현미경 장치를 이용한 검사 방법
본 발명은 전자 현미경 장치, 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템 및 전자 현미경 장치를 이용한 검사 방법에 관한 것이다.
전자 현미경 장치를 이용하여, 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 것이 널리 행해지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 전자 현미경 장치를 이용하여, 시료에 형성된 구멍의 패턴의 치수를 계측하는 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 초고아스펙트비의 구멍의 탑 직경 및 보텀 직경을 계측하기 위해, 구멍 바닥에서 발생한 후방 산란 전자(Back Scattered Electron: BSE)를 검출하고 있다. 이때, 고가속 전압으로 가속한 일차 전자선을 시료에 조사하고, 시료에서 반사한 후방 산란 전자(BSE)를 검출한다. 이에 따라, 구멍 바닥으로부터 방출되어 측벽을 관통한 “관통 BSE”를 이용하여 구멍 바닥의 관찰을 행한다.
이와 같이, 특허문헌 1에서는, 고가속 전압으로 가속한 일차 전자선을 시료에 조사함으로써 얻어지는 BSE 신호(이하, 고가속 BSE 신호라고 함)를 이용하여, 시료에 형성된 구멍의 패턴의 치수를 계측한다.
일본국 특개2015-106530호 공보
그런데, 상술한 “관통 BSE”는 전자선의 조사 위치의 주변의 대상 내를 관통한다. 이 때문에, 고가속 BSE 신호는, 이 관통 범위 내의 대상 형상에 따라 변화한다.
특허문헌 1에서는, 구멍의 패턴의 치수를 계측할 때에, 신호 파형의 최대값(max)과 최소값(min값)을 사용하고 있다. 그러나, 신호 파형의 최대값(max)과 최소값(min값)은, 각각 관통 범위 내의 대상 형상에 따라 달라져 버린다. 이 결과, 특허문헌 1의 치수 계측 방법에서는, 전자선의 조사 위치 주변의 대상 형상에 의존하는 계측 오차가 발생해 버린다.
본 발명의 목적은, 전자선의 조사 위치 주변의 대상 형상에 의존하는 계측 오차를 억제하는 것에 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 전자 현미경 장치는, 일차 전자 발생부가 발사한 일차 전자가 시료에 조사되고, 상기 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하는 검출부와, 상기 검출부로부터의 출력에 의거하여, 상기 반사 전자에 의한 상기 시료의 표면의 화상을 생성하는 화상 생성부와, 상기 화상 생성부에서 생성한 상기 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 상기 화상을 처리하고, 상기 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 처리부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양에 따른 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템은, 일차 전자 발생부가 발사한 일차 전자가 시료에 조사되고, 상기 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하는 검출부와, 상기 검출부로부터의 출력에 의거하여, 상기 반사 전자에 의한 상기 시료의 표면의 화상을 생성하는 화상 생성부와, 상기 화상 생성부에서 생성한 상기 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 상기 화상을 처리해서 상기 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 처리부와, 상기 처리부에서 처리하는 조건을 입력하고, 처리한 결과를 출력하는 입출력부를 갖고, 상기 처리부는, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 계측한 상기 패턴의 치수를, 미리 기억해 둔 임계값과 비교하여 상기 시료에 형성된 패턴의 치수의 양부(良否)를 판정하고, 상기 입출력부는, 상기 처리부에서 판정한 상기 시료에 형성된 패턴의 치수의 양부의 결과를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양에 따른 전자 현미경 장치를 이용한 검사 방법은, 일차 전자를 시료에 조사하고, 상기 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하고, 상기 반사 전자에 의한 상기 시료의 표면의 화상을 생성하고, 상기 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여, 상기 화상을 처리해서 상기 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하고, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 계측한 상기 패턴의 치수를, 미리 기억해 둔 임계값과 비교하여 상기 시료에 형성된 패턴의 치수의 양부를 판정하고, 상기 판정한 패턴의 치수의 양부의 결과를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전자선의 조사 위치 주변의 대상 형상에 의존하는 계측 오차를 억제할 수 있다.
도 1a는 실시예 1에 따른 주사 전자 현미경 시스템의 개략의 구성을 나타내는 블록도.
도 1b는 실시예 1에서 계측 대상으로 하는 시료에 형성된 패턴의 단면도.
도 2는 실시예 1에 있어서 시뮬레이션에 이용한 모델의 상면도와, 상면도에 있어서의 일점 쇄선부 A-A'의 단면도 및 일점 쇄선부 A-A'에 있어서 시뮬레이션으로 계산한 BSE 신호 파형을 나타내는 도면.
도 3은 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 구멍 패턴의 단면도 및 측벽부에 전자선을 조사했을 때의 전자의 궤적을 나타내는 시료의 부분 단면도.
도 4a는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 전자선을 측벽부에 조사했을 때의 BSE의 산란의 궤적을 나타내는 시료의 부분 단면도.
도 4b는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 조사된 전자가 표면으로부터 탈출할 때까지의 고체 내의 투과 거리의 확률 분포와 전자의 에너지와 고체 내의 투과 거리와의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 측벽부의 부분 단면도와 측벽부에 있어서의 전자선의 조사 위치의 깊이와 투과 거리의 확률 분포의 관계를 나타내는 그래프.
도 6a는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 구멍 패턴의 단면도 및 상면부에 전자선을 조사했을 때의 전자의 궤적을 나타내는 시료의 부분 단면도.
도 6b는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 상면부에 있어서의, 전자선의 조사 위치부터 탑 에지까지의 거리와 전자의 산란과의 관계를 나타내는 시료의 부분 단면도이고, 전자선의 조사 위치부터 탑 에지까지의 거리가 긴 상태를 나타내고 있는 도면.
도 6c는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 상면부에 있어서의, 전자선의 조사 위치부터 탑 에지까지의 거리와 전자의 산란과의 관계를 나타내는 시료의 부분 단면도이고, 전자선의 조사 위치부터 탑 에지까지의 거리가 도 6b의 상태보다도 짧은 상태를 나타내고 있는 도면.
도 6d는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 상면부에 있어서의, 전자선의 조사 위치부터 탑 에지까지의 거리와 전자의 산란과의 관계를 나타내는 시료의 부분 단면도이고, 전자선의 조사 위치가 거의 탑 에지 위인 상태를 나타내고 있는 도면.
도 7a는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 도 2의 중단의 패턴의 단면도에 있어서의 구멍의 폭이 기준 폭, 기준 폭 + 10％, 기준 폭 - 10％와 서로 다른 모델에 있어서의 도 2 상단의 시료의 평면도에 있어서의 일점 쇄선부 A-A'의 오른쪽 절반에 상당하는 단면(斷面) 형상의 윤곽선, 및 시뮬레이션으로 계산한 BSE 신호 파형과 미분 신호 파형을 나타내는 도면.
도 7b는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 도 2의 중단의 패턴의 단면도에 있어서의 패턴의 측벽각이 89.6, 89.8, 89.9°와 서로 다른 모델에 있어서의 도 2 상단의 시료의 평면도에 있어서의 일점 쇄선부 A-A'의 오른쪽 절반에 상당하는 단면 형상의 윤곽선, 및 시뮬레이션으로 계산한 BSE 신호 파형과 미분 신호 파형을 나타내는 도면.
도 8a는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 상면부에 있어서의 대상 형상(선 폭, 측벽각)과 전자의 산란과의 관계를 나타내는 폭이 넓은 패턴의 단면도.
도 8b는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 상면부에 있어서의 대상 형상(선 폭, 측벽각)과 전자의 산란과의 관계를 나타내는 도 8a와 비교하여 폭이 좁은 패턴의 단면도.
도 8c는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 계측 대상의 상면부에 있어서의 대상 형상(선 폭, 측벽각)과 전자의 산란과의 관계를 나타내는 도 8a와 비교하여 상단부의 폭이 좁은 패턴의 단면도.
도 9a는 실시예 1에 있어서의 주사 전자 현미경 시스템을 이용한 치수 계측 처리를 설명하는 플로우 차트.
도 9b는 실시예 1에 있어서의 주사 전자 현미경 시스템을 이용한 치수 계측 처리를 설명하는 플로우 차트이고, 도 9a의 처리에 이어서 구멍 바닥의 치수 판정을 행하는 처리의 플로우 차트.
도 10은 실시예 1에 있어서의 구멍 패턴의 BSE 화상과 그 화상 내에 있어서의 치수 계측 영역, 및 치수 계측 영역 내의 BSE 신호 파형과 그 가산 평균의 신호 파형을 나타내는 도면.
도 11은 실시예 1에 있어서의 BSE 신호 파형과 그 미분 신호 파형의 도면.
도 12는 실시예 1의 치수 계측 방법의 개요를 나타내는 BSE 신호 파형의 도면.
도 13a는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 구멍 패턴의 단면도.
도 13b는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 신호 파형에 대하여, 신호의 최대값과 최소값 사이를 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 치수값으로서 산출했을 때의, 임계값과 대응하는 치수 계측 높이가 벗어나는 범위의 관계를 나타내는 그래프.
도 13c는 실시예 1에 있어서의 원리를 설명하는 도면이고, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 신호 파형에 대하여, 실시예 1을 적용했을 때의 임계값과 대응하는 치수 계측 높이가 벗어나는 범위의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 실시예 2에 있어서의 치수 계측 방법의 개요를 나타내는 BSE 신호 파형과 그 미분 신호 파형을 나타내는 신호 파형도.
도 15는 실시예 3에 있어서의 치수 계측 방법의 개요를 나타내는 BSE 신호의 파형도.
도 16은 실시예 4에 있어서의 치수 계측 방법의 개요를 나타내는 BSE 신호의 파형도.
도 17은 실시예 5에 있어서의 촬상 조건 설정의 화면의 정면도.
도 18은 실시예 5에 있어서의 치수 계측 방법 설정 그리고 치수 계측 조건 입력의 화면의 정면도.
도 19는 실시예 5에 있어서의 치수 계측 결과의 출력 화면의 정면도.
이하, 도면을 이용하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 전자 현미경 장치는, 일차 전자 발생부(전자총(101))가 발사한 일차 전자(102)가 시료(120)에 조사되고, 시료(120)로부터 반사한 반사 전자(110)를 검출하는 검출부(환상(環狀)의 신틸레이터(106))와, 검출부(환상의 신틸레이터(106))로부터의 출력에 의거하여, 반사 전자(110)에 의한 시료(120)의 표면의 화상을 생성하는 화상 생성부(113)와, 화상 생성부(113)에서 생성한 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 화상을 처리하고, 시료(120)에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 처리부(022)를 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 실시형태에서는, 전자선의 조사 위치 주변의 대상 형상에 의존하는 계측 오차를 억제하기 위해, 화상 생성부(113)에서 생성한 화상의 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 화상을 처리한다.
구체적으로는, 고에너지의 전자선(일차 전자(102))을 시료(120)에 조사했을 때에, 시료(120)로부터 발생하는 BSE 신호(110)의 특성을 고려하여, BSE 신호(110)를 미분한 미분 신호 파형의 극대의 위치를 시료에 형성된 패턴의 측벽의 상단부로서 파악하도록 했다. 또한, BSE 신호(110)를 미분한 미분 신호 파형의 절대값이 최소가 되는 위치를 시료에 형성된 패턴의 측벽의 하단부로서 파악하고, 패턴의 측벽의 상단부와의 사이의 BSE 신호 파형을 추출한다. 이 추출된 범위의 신호에 대하여, 최대값과 최소값 사이를 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 산출함으로써, 패턴의 형상에 상관없이 임계값에 따른 위치(깊이)의 치수를 계측할 수 있도록 했다.
이하, 도면을 이용하여, 본 발명의 실시형태를 실현하기 위한 실시예에 대해서 설명한다.
실시예 1
(장치 구성)
도 1a는 본 발명이 적용되는 주사 전자 현미경 시스템의 기본 구성의 일례이다. 주사 전자 현미경 시스템(100)은, 촬상 광학계(001), 제어부(021), 처리부(022), 기억부(023) 및 입출력부(024)를 갖는다.
촬상 광학계(001)는, 전자총(101), 콘덴서 렌즈(103), 편향기(104), 대물 렌즈(105), 환상의 신틸레이터(106), 광파이버(111), 광전자 증배관(Photo Multiplier: PM)(112)을 구비한 전자 광학계와, 스테이지(108)와, 화상 생성부(113)를 구비하고 있다.
전자총(101)은, 고가속 전압(15kV보다 큰 전압)의 일차 전자선(102)을 발생시킨다. 콘덴서 렌즈(103)와 대물 렌즈(105)는, 이 일차 전자선(102)을 시료(120)의 표면에 집속(集束)시킨다. 편향기(104)는, 일차 전자선(102)을 시료(120) 상에 이차원적으로 주사한다. 환상의 신틸레이터(106)는, 시료(120)로부터 방출되는 전자 중, 고에너지(50eV보다 큰 에너지)의 BSE(110)를 받아 광 신호로 변환한다. 광파이버(111)는 이 광 신호를 광전자 증배관(112)으로 안내한다.
광전자 증배관(112)은, 이 광 신호를 전기 신호로 변환하여 증배한다. 이 증배된 신호(BSE 신호)를 이용하여, 화상 생성부(113)는 디지털 화상을 생성한다. 스테이지(108)는 시료(120)를 이동시킴으로써, 시료(120)의 임의의 위치에서의 화상 촬상을 가능하게 한다.
제어부(021)는, 전자총(101) 주변에 인가하는 전압, 콘덴서 렌즈(103) 및 대물 렌즈(105)의 초점 위치 조정, 스테이지(108)의 이동, 화상 생성부(113)의 동작 타이밍 등을 제어한다. 처리부(022)는, 화상 생성부(113)에서 생성된 촬상 화상을 처리하여(화상 처리) 치수 계측 처리를 행한다.
기억부(023)는, 화상 생성부(113)에서 생성된 촬상 화상이나 입출력부(024)로부터 유저에 의해 입력된 촬상 조건, 치수 계측 조건 등을 보존한다.
입출력부(024)는, 표시 화면(0241)을 갖고, 촬상 조건의 입력, 치수 계측 조건의 입력, 치수 계측 결과를 표시 화면(0241)에 표시하는 출력 등을 행한다.
도 1a에 나타내는 구성을 이용함으로써, 도 1b에 나타내는 단면의 시료(120)에 형성된 구멍 패턴(1201)의 구멍 바닥(1202)에 일차 전자선을 조사했을 때, 이 구멍 바닥(1202)으로부터 방출되어 측벽(1203)을 관통한, “관통 BSE”를 검출 가능하다. 이에 따라, 구멍 패턴(1201)의 구조의 정보를 갖는 화상을 얻을 수 있다.
예를 들면, 재질이 Si인 시료(120) 상에 형성된 깊이 1.5um, 아스펙트비 10의 구멍 패턴(1201)을 대상으로 했을 경우, 15kV의 가속 전압으로 일차 전자선(102)을 구멍 바닥(1202)에 조사한다. 이에 따라, 구멍 바닥(1202)으로부터 BSE가 방출되고, 방출된 BSE의 일부는, 구멍 패턴(1201)의 측벽(1203)을 관통하여, 원환형의 신틸레이터(106)에 도달한다. 신틸레이터(106)에 도달하는 전자 중에는, 시료(120)의 상면에서 발생한 이차 전자도 포함되지만, 에너지가 50eV 이상인 전자만을 검출함으로써, 상술한 구멍 패턴(1201)의 측벽(1203)을 관통한 BSE 성분을 많이 포함하는 화상을 얻을 수 있다.
(촬상 화상의 특징)
본 실시예에서 이용하는 주사 전자 현미경 시스템(100)에 의해 얻어지는 BSE 신호 파형의 예를, 전자선 시뮬레이션(몬테카를로 시뮬레이션)의 결과를 이용하여 나타낸다. 시뮤레이션 시의 가속 전압은 30kV로 하고, BSE 신호 파형은 계측 대상으로부터 방출되는 전자 중 에너지가 50eV 이상인 전자를 검출기(도 1의 구성의 경우에는, 신틸레이터(106))로 검출함으로써 얻었다.
도 2의 상단의 210은 시뮬레이션에 이용한 모델의 평면도이다. 모델의 좌측에는 패턴이 없는 평탄부(이후, 상면부라고 함)(2101)가 이어지고, 우측에는 정방 형상의 구멍 패턴(2102)이 구멍의 폭과 같은 간격으로 바둑판의 눈 목(目) 형상으로 형성되어 있다.
도 2의 중단의 250은, 평면도(210)의 일점 쇄선부 A-A'에 있어서의 시료(220)(도 1a의 120에 상당)의 단면도이다. 구멍 패턴(221)은 3D-NAND 디바이스의 콘택트 홀을 상정하고 있으며, 구멍 패턴(221)의 깊이(200)는 수 마이크로미터, 구멍 패턴(221)의 아스펙트비는 40, 측벽각(202)은 89.8°이다.
도 2의 230은 평면도(210)의 일점 쇄선부 A-A'에 있어서 시뮬레이션으로 계산한 BSE 신호 파형이다. 측벽부(203)에 상당하는 부분의 BSE 신호(2031, 2032)는 전자선의 조사 위치가 깊을수록 감소하고, 상면부(204, 205)에 상당하는 부분의 BSE 신호(2041, 2051)는 전자선의 조사 위치가 측벽부(203)에 가까울수록 감소한다. 또한, 저면부(底面部)(206)에 상당하는 부분의 BSE 신호(2061)는 전자선의 조사 위치에 상관없이 일정하다.
도 3 내지 도 5를 이용하여, 측벽부(203)에 있어서의 BSE 신호 파형과 대상 단면 형상의 관계를 상세하게 설명한다.
도 3은 시료(220)에 형성된 구멍 패턴(221)의 단면도를 나타내고 있으며, 이 구멍 패턴(221)의 측벽부(203)에 일차 전자선(102)을 조사했을 때의 전자의 궤적의 모식도이다. 여기에서, 도 3은 도 2의 단면도(250)와 같은 단면을 나타내고 있지만, 도 2에 나타낸 단면도(250)에 있어서의 구멍 패턴(221)의 측벽부(203)의 기울기를 강조하여 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 나타낸 단면도(250)와 종과 횡의 치수비가 서로 다르다.
계측 대상의 구멍 패턴(221)의 측벽부(203)에 일차 전자선(102)을 조사했을 경우, 시료(220) 내에서 산란을 반복한 후에 상면부(204)로부터 상방으로 방출되는 전자(300)(이후, 상방 비출(飛出) 전자라고 표기)와, 산란의 과정에서 측벽부(203)로부터 하방으로 비출되는 전자(301)(이후, 하방 비출 전자라고 표기) 및 그대로 시료(220)의 내부를 돌진하는 전자(302)의 3종류가 생긴다.
이 중, 상방 비출 전자(300)는 시료(220)의 상방에 배치된 상방의 검출기(예를 들면, 도 1a의 신틸레이터(106))로 검출되는 한편, 하방 비출 전자(301)는 진공 중을 직진한 후, 구멍 패턴(221)의 심부(深部)에서 다시 계측 대상 내에 침입한다.
이에 따라, 상면부(204)로부터 상방으로 탈출하기 위해 필요한 시료(220)의 내부를 투과하는 투과 거리가 길어지기 때문에, 하방 비출 전자(301)의 대부분은 시료(220)로부터 탈출할 수 없고, 이 정도 시료(220)의 상방에 배치한 검출기인 신틸레이터(106)로 검출되는 검출 신호가 감소한다. 단, 측벽부(203)에서는, 측벽각이 일정하면 조사 위치의 깊이에 상관없이 조사 위치로부터의 산란 범위는 일정하다고 생각되기 때문에, 상방 비출 전자(300)와 하방 비출 전자(301)의 비율은 일정해진다.
따라서, 하방 비출 전자(301)에 의한 신호의 감소량은 측벽부에서는 일정하다고 간주하고, 이하, 상방 비출 전자(300)에 의거하는 BSE 신호량과 깊이의 관계에 대해서 기술한다.
도 4a는, 일차 전자선(102)을 계측 대상인 시료(220)에 형성된 구멍 패턴(221)의 측벽부(203)에 조사했을 때에, 상면부(204)로부터 상방으로 비출되는 상방 비출 전자(300)의 산란의 궤적의 모식도이다.
전자는 계측 대상인 시료(220)의 내부에서 랜덤인 산란을 반복하기 때문에, 각 전자가 상면부(204)로부터 탈출할 때까지 찾아가는 궤적은 확률적으로 결정된다. 도 4a에 나타내는 측벽부(203)로부터 시료(220)의 내부에 침입한 일차 전자선(102)의 궤적(401, 402, 403)에서, 각각의 궤적을 따른 고체 내(시료(320)의 내부)의 투과 거리는 401＜402＜403의 순으로 길어진다.
도 4b는, 계측 대상인 시료(220)의 측벽부(203)에 조사된 각 전자의 고체 내(시료(220)의 내부)의 투과 거리의 확률 분포의 일례이다. 시료(220)의 내부에서의 전자의 산란은 포아송(Poisson) 과정을 따르기 때문에, 이 확률 분포(410)는 포아송 분포가 된다고 생각된다.
그래프(406)는, 전자의 에너지와 고체 내(시료(220)의 내부)의 투과 거리와의 관계를 나타내고 있다. 전자는 고체 내의 투과 거리에 따라 조사 시에 가지고 있었던 에너지를 서서히 잃어버리고, 일정한 에너지를 잃어버리면 계측 대상인 시료(220)에 흡수된다. 이 투과 거리와 에너지의 관계는 일반적으로 Bethe의 식으로서 알려져 있다.
즉, 전자가 고체 내를 투과할 수 있는 최대의 거리(이후, 한계 투과 거리라고 표기)(405)는, 조사되었을 때의 일차 전자선(102)의 에너지로 결정된다. 예를 들면 일차 전자선(102)으로서 30keV의 에너지의 전자가 시료(220)인 Si 기판에 침입했을 경우, 전자의 한계 투과 거리(405)는 6 마이크로미터 정도가 된다.
따라서, 도 4b의 상측에 나타낸 그래프(전자의 투과 거리의 확률 분포(410))에 있어서, 계측 대상인 시료(220)에 흡수되기 전에 상면부(204)로부터 탈출 가능한 전자는, 계측 대상인 시료(220)의 내부를 투과한다. 도 4b의 하측의 그래프에 나타내는 바와 같이, 투과 거리가 한계 투과 거리(405)를 초과하지 않는 전자이다. 이 범위의 누계 확률(404)이 시료(220)의 상방에 배치한 검출기인 신틸레이터(106)로 검출되는 BSE 신호에 상당한다.
도 5의 상측의 단면도는 시료(220)의 측벽부(203)에 있어서의 일차 전자선(102)의 조사 위치(3031, 3032, 3033)와 상방 비출 전자(3001, 3002, 3003)의 관계를 나타낸다. 하측의 그래프는, 측벽부(203)에 있어서의 일차 전자선(102)의 조사 위치(3031, 3032, 3033)의 깊이와 투과 거리의 확률 분포의 관계를 나타내고 있다.
측벽부(203)에 있어서의 일차 전자선(102)의 조사 위치(3031, 3032, 3033)가 순서대로 깊어지면, 상방 비출 전자(3001, 3002, 3003)가 시료(220)의 상면부(204)로부터 탈출하기 위해 필요한 고체 내 투과 거리(시료(220)의 내부를 통과하는 길의 길이)가 순서대로 길어지고, 도 5의 하측에 나타낸 그래프에 있어서의 전자의 확률 분포(511, 512, 513)는 고체 내 투과 거리가 길어지는 방향으로 추이한다.
이에 수반하여, 한계 투과 거리(405)를 초과해 검출되지 않는 전자가 증가하기 때문에, BSE 신호는 감소한다. 조사된 전자의 에너지가 클 경우, 예를 들면 15keV 이상에서는, 일차 전자선(102)을 각 조사 위치(3031, 3032, 3033)에 조사했을 때의 고체 내(Si 기판인 시료(220)의 내부)의 투과 거리의 각 조사 위치에 있어서의 평균값(501, 502, 503)은, 모두 한계 투과 거리(405)보다도 커진다.
따라서, BSE 신호의 검출 범위(도 5의 하측의 그래프에서 해칭이 실시된 누계 확률(404)의 영역)는 항상 분포의 평균값 이하(또는, 피크값 이하)의 영역, 즉 투과 거리에 대하여 단조 증가한 범위가 된다.
검출기(신틸레이터(106))로 상방 비출 전자(3001, 3002, 3003)를 검출하여 얻어지는 BSE 신호는 이 범위의 적분값에 상당하기 때문에, 확률 분포(511, 512, 513)가 투과 거리가 긴 방향(도 5에 나타낸 예에서는, 확률 분포가 511 또는 512 내지 513의 방향)으로 추이하면 BSE 신호는 감소하고, 조사 위치(3031, 3032, 3033)에 따른 BSE 신호의 변화율도 감소한다.
즉, 도 2의 BSE 신호 파형(230)에 나타내는 바와 같이, 측벽부(203)에 전자선을 조사했을 경우, 조사 위치의 깊이에 따라, 얻어지는 BSE 신호는 감소하고, 신호의 변화율도 감소한다.
다음으로, 도 6a 내지 도 6d를 이용하여, 상면부(204 및 205)에 있어서의 BSE 신호 파형과 대상 단면 형상의 관계를 상세하게 설명한다.
도 6a는 구멍 패턴의 단면도 및 상면부에 일차 전자선(102)을 조사했을 때의 전자의 궤적의 모식도이다. 계측 대상(시료(220))의 표면부(상면부(204))에 전자선을 조사했을 경우도, 측벽부(203)의 경우와 마찬가지로 상방 비출 전자(300)와 하방 비출 전자(301) 및 비출되지 않고 하방으로 그대로 나아가는 전자(302)의 3종류가 생긴다. 상면부(204)에서는, 조사 위치(2041)부터 탑 에지(207)까지의 거리에 따라, 상방 비출 전자(300)와 하방 비출 전자(301)의 비율이 변화한다고 생각된다. 이하, 상방 비출 전자(300)와 하방 비출 전자(301)의 비율에 의거하는 BSE 신호량과 일차 전자선(102)의 조사 위치부터 탑 에지(207)까지의 거리의 관계에 대해서 기술한다.
도 6b 내지 도 6d는 계측 대상의 상면부(204)에 있어서의, 일차 전자선(102)의 조사 위치(2042 내지 2044)부터 탑 에지(207)까지의 거리와 전자의 산란과의 관계를 나타내는 도면이다. 조사된 전자는 계측 대상 내에서 산란을 반복하고, 투과 거리에 따라 확산 범위를 넓혀 간다. 이 과정에서 조사된 전자의 일부는 측벽부(203)로부터 진공 중으로 비출된다.
일반적으로 조사된 전자는 조사 방향으로 부채꼴 형상으로 확산해 가기 때문에, 조사 위치(2042 내지 2044)가 측벽부(203)에 가까워지면, 하방 비출 전자(301)의 비율이 증가하고, 그 증가율도 증가한다. 상술한 바와 같이, 이들 하방 비출 전자(301)의 대부분은 탈출할 수 없고 검출되지 않기 때문에, 하방 비출 전자(301)의 증분만큼 검출 신호는 감소한다.
즉, 도 2의 하측의 BSE 신호 파형(230)에 나타내는 바와 같이, 상면부(204 및 205)에 전자선을 조사했을 경우, 조사 위치가 탑 에지(207)에 가까울수록, 얻어지는 BSE 신호는 감소하고, 신호의 변화율은 증가한다.
마지막으로, 저면부(206)에 있어서의 BSE 신호 파형과 대상 단면 형상의 관계를 설명한다.
계측 대상의 저면부에 전자선을 조사했을 경우에는, 상방 비출 전자(300)만이 생긴다. 상술한 바와 같이, 상방 비출 전자(300)에 의한 신호에의 영향은, 전자선의 조사 위치의 깊이에 따라 변화한다. 이로부터, 저면이 평탄하면, 조사 위치의 깊이가 일정하기 때문에, BSE 신호도 일정해진다.
즉, 도 2의 하측의 BSE 신호 파형(230)에 나타내는 바와 같이, 저면부(206)에 일차 전자선(102)을 조사해서 얻어지는 BSE 신호 파형은, 조사 위치에 상관없이 일정하다.
이상으로부터, BSE 신호의 성질을 정리하면, 상면부(204, 205)에 있어서는, 조사 위치가 탑 에지(207)에 가까워질수록 신호량이 감소하고, 신호의 변화율이 증가한다. 측벽부(203)에 있어서는, 조사 위치가 깊어질수록 신호량이 감소하고, 신호의 변화율은 감소한다. 저면부(206)에 있어서는, 일차 전자선(102)의 조사 위치에 상관없이 신호량은 거의 일정하며, 신호의 변화율은 제로이다.
이들 성질로부터, 탑 에지(207)의 위치에서는 신호의 변화율 즉 미분 신호의 절대값이 최대가 된다고 생각된다. 또한, 보텀 에지(208)의 위치에서는, 신호가 최소가 된다고 생각된다.
도 7a 및 도 7b를 이용하여, 탑 에지, 보텀 에지 위치와 BSE 신호의 관계를 나타낸다. 도 7a의 상단은, 도 2에 나타낸 시료(220)의 단면도(250)에 대하여 구멍의 폭(201)이 서로 다른 모델에 있어서의 도 2의 평면도(210)에 있어서의 일점 쇄선부 A-A'의 오른쪽 절반에 상당하는 구멍 패턴(221)의 단면계 형상의 윤곽선(2031, 2032, 2033)이다.
도 7a의 중단은, 시뮬레이션으로 계산한 각각의 윤곽선(2031, 2032, 2033)에 대응하는 단면 형상에 대한 BSE 신호 파형(20311, 20321, 20331)이다. 도 7a의 하단은, 중단의 BSE 신호 파형(20311, 20321, 20331) 각각에 대응하는 미분 신호 파형(20312, 20322, 20332)이다.
윤곽선(2031)에는 BSE 신호 파형(20311)과 미분 신호 파형(20312)이 대응한다. 또한, 윤곽선(2032)에는 BSE 신호 파형(20321)과 미분 신호 파형(20322)이 대응한다. 또한, 윤곽선(2033)에는 BSE 신호 파형(20331)과 미분 신호 파형(20332)이 대응한다.
구멍 패턴(221)의 폭(201)은 기준 폭(윤곽선(2031)), 기준 폭 + 10％(윤곽선(2032)), 기준 폭 - 10％(윤곽선(2033))이다.
도 7b의 상단은, 도 2에 나타낸 단면도(250)에 있어서 측벽각(202)이 서로 다른 모델에 있어서의 도 2의 평면도(210)에 있어서의 일점 쇄선부 A-A'의 오른쪽 절반에 상당하는 단면 형상의 윤곽선(2034, 2035, 2036), 및 중단은, 시뮬레이션으로 계산한 BSE 신호 파형(20341, 20351, 20361), 하단은, 미분 신호 파형(20342, 20352, 20362)이다.
윤곽선(2034)에는 BSE 신호 파형(20341)과 미분 신호 파형(20342)이 대응하고, 윤곽선(2035)에는 BSE 신호 파형(20351)과 미분 신호 파형(20352)이 대응하고, 윤곽선(2036)에는 BSE 신호 파형(20361)과 미분 신호 파형(20362)이 대응한다.
측벽각(202)은 윤곽선(2034)의 경우가 89.6°, 윤곽선(2035)의 경우가 89.8°, 윤곽선(2036)의 경우가 89.9°이다.
도 7a에서는 구멍의 폭(201), 즉 인접하는 구멍과 구멍 사이의 벽의 두께에 따라, 도 7b에서는 측벽각(202)에 따라, 상면부(205)의 상방에서 검출되는 신호량(BSE 신호 파형(20311, 20321, 20331 및 20341, 20351, 20361))이 변화하고 있다.
이들은, 도 8a 내지 도 8c에 나타내는 바와 같이, 선 폭 W1, W2, W3이나 측벽각 θ1, θ2, θ3의 변화에 수반하여, 조사 위치(2045, 2046, 2047)부터 탑 에지(2077, 2078, 2079)까지의 거리에 따라 하방 비출 전자(3011 내지 3015)의 수가 변화하는 영향으로 생각된다.
이와 같이 서로 다른 형상이고 서로 다른 BSE 신호를 가지는 모델에 대해서도, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 바와 같이, 단면 형상의 탑 에지(2071 내지 2076)의 각 위치에서 미분 신호(20312, 20322, 20332 및 20342, 20352, 20362)의 절대값이 최대가 되어 있고, 보텀 에지(2081 내지 2084)의 각 위치에서 신호가 최소가 되어 있다.
그래서, 단면 형상의 탑 에지(도 6a의 207)의 위치에 상당하는 미분 신호의 절대값이 최대가 되는 위치와, 보텀 에지(도 6a의 208)의 위치에 상당하는 신호가 최소가 되는 위치 사이의 범위를 측벽부로 간주하고, 이 범위의 신호 파형을 치수 계측에 이용한다. 이에 따라, 탑 에지와 보텀 에지 사이에서 깊이에 따른 치수의 계측이 가능해진다.
(절차)
이하, 상술한 BSE 신호 파형의 성질을 근거로 한 치수 계측 처리에 대해서 설명한다.
도 9a는, 도 1에 나타내는 주사 전자 현미경 시스템(100)을 이용한 치수 계측 처리를 설명하는 플로우 차트의 예이다.
먼저, 입출력부(024)는, 유저로부터 촬상 배율, 가속 전압 등의 촬상 조건의 입력을 접수한다(S100).
이어서, 촬상 광학계(001)는 입력된 촬상 조건에 의거하여 계측 대상의 BSE 화상을 촬상한다(S101).
다음으로, 이 BSE 화상에 대해, 입출력부(024)는, 치수 계측 영역 등의 치수 계측 조건의 입력을 접수한다(S102). 예를 들면, 도 10에 나타내는 구멍 패턴(1020)의 BSE 화상(1050)의 예에 있어서, 구멍 패턴(1020)의 폭을 계측할 경우에는, 유저가 GUI 상에서 직사각형의 커서(1010)를 이용하여 계측 대상을 포함하도록 선택함으로써 치수 계측 영역(1000)의 입력을 접수한다. 또한, 이 커서(1010)의 위치 정보와 함께, 치수 계측의 방향이나 치수 계측에 이용하는 임계값 등의 계측 파라미터의 입력도 접수한다.
이들 치수 계측 조건은 미리 유저가 설정하여 기억부(023)에 등록해 둠으로써, 계측 시에 처리부(022)가 등록이 끝난 치수 계측 조건을 이용하는 것도 가능하다. 이에 따라, 같은 공정에서 제조된 패턴의 치수를 같은 치수 계측 조건에서 계측 가능해진다.
다음으로, 처리부(022)는, 입력된 치수 계측 조건에 의거하여 BSE 화상(1050) 내의 치수 계측 영역(1000) 내의 BSE 신호 파형(1001-1 내지 1001-n)을 취득한다(S103). 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 치수 계측 영역(1000) 내에 있어서, 치수 계측의 방향을 따른 BSE 신호 파형(1001-1 내지 1001-n)의 가산 평균을 취함으로써, 노이즈의 영향을 저감한 BSE 신호 파형(1002)을 얻을 수 있다.
도 11을 이용하여, S104부터 S106까지의 처리에 대해서 기술한다. 도 11은 BSE 신호 파형(1100)과 그 미분 신호 파형(1101)의 일례이다.
처리부(022)는, 취득한 BSE 신호 파형(1100)의 미분 신호 파형(1101)을 계산한다(S104).
다음으로, 처리부(022)는, 이 미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최대가 되는 위치(1102)와, 제로가 되는 위치(1103)를 취득한다(S105). 이에 따라, 계측 대상의 탑 에지 위치와 보텀 에지 위치를 파악할 수 있다. 또, 미분 신호 파형(1101)이 제로가 되는 위치(1102) 대신에 미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최소가 되는 위치를 이용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 처리부(022)는, 미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최대가 되는 위치(1102)와, 제로가 되는 위치(1103) 사이의 도 11에서 해칭으로 나타낸 범위(1104)의 BSE 신호 파형(1105)(도 11에서 굵은선으로 나타낸 파형의 범위)을 추출한다(S106). 이 추출된 BSE 신호 파형은, 상술한 바와 같이, 계측 대상의 측벽부에 대응한다.
다음으로, 처리부(022)는, S106에서 추출된 BSE 신호 파형(1105)에 대해, 입력된 임계값 등의 치수 계측 조건을 이용하여 치수 계측을 행한다(S107). 도 12는 본 실시예의 치수 계측 방법의 개요를 설명하는 도면이다. 본 실시예는 S106에서 추출된 범위(1104)의 BSE 신호 파형(1105)의 최대값(1200)과 최소값(1211) 사이를 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호(1212)에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리(1213)를 산출한다.
상술한 추출된 범위(1104)의 BSE 신호 파형(1100)은 측벽부의 BSE 신호에 상당하고, 깊이에 따라 변화하기 때문에, 지정한 임계값에 따른 깊이에 있어서의 치수(좌우의 위치 사이의 거리)(1213)를 계측 가능하다. 이에 따라, 대상 형상에 의존한 계측 오차를 저감할 수 있어, 고정밀도의 치수 계측이 가능해진다.
마지막으로, 입출력부(024)는 연산부(022)에서 산출된 치수 계측 결과를 입출력부(024)의 표시 화면(0241)에 표시함과 함께, 도시하고 있지 않은 회선(回線)을 통해서, 외부의 정보 처리 장치 또는 기억 장치에 출력한다(S108).
한편, S106에 있어서 구한 미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최대가 되는 위치(1102)의 정보로부터, BSE 신호 파형 상에서 좌우의 탑 에지(207)의 위치를 구할 수 있다. 이 구한 좌우의 탑 에지(207)의 외측(시료의 상면부(204와 205)에 대응하는 영역)에서는, 도 2의 단면도(250)에 나타내는 바와 같이, 시료의 상면부(204와 205)와는 본래 같은 높이에 형성되어 있다.
그러나, BSE 신호의 레벨(화상으로 했을 때의 휘도 레벨)은 주변에 형성된 패턴의 영향을 받아 반드시 같은 레벨로는 되지 않는다. 이 BSE 신호를 그대로 이용하여 화상을 형성하면, 구멍 패턴(221)의 주위의 표면 부분에 명도의 불균일이 생긴 화상이 되어 버린다.
그래서, 본 실시예에 있어서는, 탑 에지(207)의 위치 정보를 이용하여, 이 탑 에지의 외측(시료의 상면부(204와 205)에 대응하는 영역)의 화상의 휘도 레벨을 평균화 또는 탑 에지(207)의 위치의 휘도에 맞춰 보정함으로써, BSE 화상에 있어서, 시료 표면의 색 불균일이 수정된(색 불균일을 저감 또는 색 불균일을 없앤) BSE 화상을 생성할 수 있다.
도 9a에 나타낸 플로우 차트는, 치수 계측해서(S107) 그 결과를 출력하는(S108) 스텝까지였지만, 추가로, 계측한 결과로부터, 양부를 판정해도 된다.
도 9b에는, 도 9a의 치수 계측(S107) 후에 행하는 양부 판정의 플로우를 나타낸다. 즉, 도 9b에 나타낸 플로우도에 있어서는, 도 9a에서 설명한 치수 계측(S107)까지의 플로우에 이어서, S107에서 계측한 치수 중 구멍 바닥의 치수를 미리 기억해 둔 임계값과 비교한다(S109).
비교한 결과, 계측한 구멍 바닥의 치수가 임계값보다 크면 구멍이 올바르게 형성되어 있는 것으로 하여 합격으로 하고, 임계값보다 작으면 구멍이 올바르게 형성되어 있지 않는 것으로 하여 불합격으로 하는 구멍 바닥 치수 판정을 실행하고(S110), 그 판정 결과를 입출력부(024)의 표시 화면(0241)에 표시함과 함께, 도시하고 있지 않은 회선을 통해서, 외부의 정보 처리 장치 또는 기억 장치에 출력한다(S111).
도 13a 내지 도 13c를 이용하여, 실시예 1의 효과를 나타낸다. 도 13a는 구멍 패턴(1300)의 단면도의 일례이다. 도 13a에 나타내는 바와 같이, 구멍 패턴(1300)을 임계값(1310)에서 치수 계측했을 때의 치수 계측값(1301)에 대응하는 측벽부에 있어서의 위치의, 저부로부터의 높이를 치수 계측 높이(1302)라고 정의한다.
도 13b는, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 BSE 신호 파형을 이용하여 치수 계측했을 때의, 치수 계측에 이용한 임계값(1310)과 대응하는 치수 계측 높이(1302)가 벗어나는 범위의 관계를 나타낸다. 도 13b는, BSE 신호 파형의 최대값과 최소값의 위치 사이의 범위의 신호 파형에 대하여, 신호의 최대값과 최소값을 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 산출한 결과이며, 종래의 치수 계측 방법에 의한 계측 결과에 상당한다.
도 13c는, BSE 신호 파형으로부터 구한 미분 신호 파형의 절대값이 최대가 되는 위치와 제로가 되는 위치 사이의 범위의 BSE 신호 파형에 대하여, 신호의 최대값과 최소값을 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 산출했을 경우이며, 본 실시예에 따른 계측 결과에 상당한다. 도 13b에 비해 도 13c 쪽이, 임계값(1310)에 대한 치수 계측 높이(1302)의 편차가 작다. 즉, 본 실시예를 이용함으로써, 대상 형상에 상관없이 안정된 치수 계측 높이의 치수를 계측할 수 있기 때문에, 고정밀도의 치수 계측이 가능하다.
또한, 도 10에 나타내는 치수 계측 영역(1000)을 선택하는 커서(1010)는, 유저가 임의로 설정하지만, 신호 파형(1002)에 나타내는 바와 같이 신호의 최대값이 커서 단부(端部)에 위치할 경우, 커서(1010)의 배치에 따라 최대값이 변화한다. 따라서, 신호의 최대값을 이용하는 종래의 치수 계측 방법에서는, 커서(1010)의 배치에 따라 치수 계측값이 변화한다는 과제가 있다. 이에 대해, 커서(1010)가 계측 대상(1020)을 포함하도록 배치만 되어 있으면, 미분 신호의 절대값의 최대값은 항상 치수 계측 영역(1000) 내에 위치하고, 커서(1010)의 배치에 따라 변화하지 않는다. 즉, 본 실시예를 이용함으로써, 커서(1010)의 배치에 상관없는 안정된 치수 계측이 가능하다. 마찬가지의 효과는, 본 실시예에 나타내는 BSE 신호 파형을 이용한 계측에 한하지 않고, SE 신호 파형 등을 이용했을 경우에도 얻을 수 있다.
한편, 상기한 실시예 1에서는, 구멍 패턴의 예에 대해서 설명했지만, 홈 패턴에 대해서도 적용할 수 있고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 실시예에서는, 대상을 깊은 구멍으로 상정해 전자총(101)의 가속 전압을 15kV 이상으로 했지만, 얕은 구멍에 대해서는, 관통 전자를 검출할 수 있는 가속 전압이면 15kV 미만이어도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
실시예 2
실시예 2에서는, 실시예 1에서 기술한 치수 계측에 있어서, BSE 신호 파형 대신에, 미분 신호 파형에 대하여, 신호의 최대값과 최소값을 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 산출하는 방법을 이용하는 예에 대해서 기술한다.
실시예 2에서 이용하는 주사 전자 현미경 시스템의 구성은, 실시예 1에서 설명한 도 1에 나타내는 주사 전자 현미경 시스템(100)과 같다.
또한, 본 실시예의 플로우는 도 9의 실시예 1의 플로우도에 있어서의 치수 계측(S107)을 제외하고 같기 때문에, 치수 계측(S107)에 대해서만, 도 14를 이용하여 기술한다.
BSE 신호 파형(1100)으로부터 구한 미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최대가 되는 위치(1102)와, 제로가 되는 위치(1103) 사이의 해칭으로 나타낸 범위(1104)에서 추출된 BSE 신호 파형(1105)을 이용하여 추출된 미분 신호 파형(1110)(도 14에서 굵은선으로 나타낸 파형의 범위)을 생성한다.
다음으로, 이 추출된 미분 신호 파형(1110)에 대하여, 입력된 임계값 등의 치수 계측 조건을 이용하여 치수 계측을 행한다. 미분 신호 파형(1110)의 절대값의 최대값(1400)과 제로(1401) 사이를 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 미분 신호(1402)에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리(1403)를 산출한다. 상술한 추출된 미분 신호 파형(1110)은 측벽부(203)의 미분 신호에 상당한다.
BSE 신호 파형(1105)에 대하여, 신호의 최대값과 최소값을 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 산출하는 방법은, 최대 신호와 최소 신호의 범위에 대하여 임계값을 커트하기 때문에, 구멍 바닥 부근의 치수 계측을 할 경우, 신호 변화량이 상술한 범위에 대하여 작은 영향으로 임계값의 설정의 유도(裕度)가 작다.
한편, 미분 신호 파형(1110)에 대하여, 신호의 최대값과 최소값을 유저가 지정한 임계값으로 내분하는 신호에 상당하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리를 산출하는 방법은 신호의 최대 변화율에 대하여 임계값을 커트하기 때문에, 구멍 바닥 부근의 파형에 대해서도 비교적 임계값의 유도가 크다. 따라서, 실시예 2는 구멍 바닥 부근의 치수 계측에 효과적이다.
실시예 3
실시예 3에서는, 실시예 1에서 기술한 치수 계측에 있어서, BSE 신호 파형 대신에, 탑 에지(207)에 상당하는 신호 변화율이 최대가 되는 위치와 보텀 에지(208)에 상당하는 신호가 최소가 되는 위치를 잇는 직선을 이용하는 예에 대해서 기술한다.
실시예 3에서 이용하는 주사 전자 현미경 시스템의 구성은, 실시예 1에서 설명한 도 1에 나타내는 주사 전자 현미경 시스템(100)과 같다.
또한, 본 실시예의 플로우는 도 9의 실시예 1의 플로우도에 있어서의 치수 계측(S107)을 제외하고 같기 때문에, 치수 계측(S107)에 대해서만, 도 15를 이용하여 기술한다.
미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최대가 되는 위치(1102)와, 제로가 되는 위치(1103) 사이의 범위(1104)에서 추출된 BSE 신호 파형(1105)(도 11 참조)에 대하여, 입력된 임계값 등의 치수 계측 조건을 이용하여 치수 계측을 행한다.
BSE 신호 파형(1105)에 있어서, 미분 신호 파형(1101)이 최대값이 되는 BSE 신호 파형 상의 위치(1500)와 미분 신호 파형(1101)이 최소값이 되는 BSE 신호 파형 상의 위치(1501) 사이를 직선(1503)으로 잇고, 유저가 지정한 임계값(1502)으로 내분하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리(1504)를 산출한다. 상술한 추출된 BSE 신호 파형(1100)은 측벽부(203)의 BSE 신호에 상당하기 때문에, 본 실시예를 이용하면, 측벽각이 일정한 경우에 임계값과 같은 비율의 깊이의 치수를 계측 가능하다.
실시예 4
실시예 4에서는, 실시예 1에서 기술한 치수 계측에 있어서, BSE 신호 파형 대신에, 탑 에지(207)에 상당하는 신호 변화율이 최대가 되는 위치와 보텀 에지(208)에 상당하는 신호가 최소가 되는 위치를 잇는 곡선을 이용하는 예에 대해서 기술한다.
실시예 4에서 이용하는 주사 전자 현미경 시스템의 구성은, 실시예 1에서 설명한 도 1에 나타내는 주사 전자 현미경 시스템(100)과 같다.
또한, 본 실시예의 플로우는 도 9의 실시예 1의 플로우도에 있어서의 치수 계측(S107)을 제외하고 같기 때문에, 치수 계측(S107)에 대해서만, 도 16을 이용하여 설명한다.
미분 신호 파형(1101)의 절대값이 최대가 되는 위치(1102)와, 제로가 되는 위치(1103) 사이의 범위(1104)에서 추출된 BSE 신호 파형(1105)(도 11 참조)에 대하여, 입력된 임계값 등의 치수 계측 조건을 이용하여 치수 계측을 행한다.
BSE 신호 파형(1105)에 있어서, 미분 신호 파형(1101)이 최대값이 되는 BSE 신호 파형 상의 위치(1600)와 미분 신호 파형(1101)이 최소값이 되는 BSE 신호 파형 상의 위치(1601) 사이를 곡선(1620)으로 잇고, 유저가 지정한 임계값(1602)으로 내분하는 위치를 검출하고, 이 좌우의 위치 사이의 거리(1604)를 산출한다. 여기에서, 곡선(1620)을 구하는 방법은, 다항식 근사법에 의해 구해도 되고, 또는 시그모이드 함수를 이용하여 구해도 된다.
실시예 4를 이용하면, 실시예 1과 비교하여 BSE 신호 파형 상의 노이즈의 영향을 저감할 수 있기 때문에, 고정밀도의 치수 계측이 가능해진다.
실시예 5
실시예 5는, 본 발명의 실시형태를 실행하기 위한 유저·인터페이스이다. 실시예 1 내지 실시예 4에 나타낸 계측을 자동으로 행하기 위해서는, 사전에, 각종 조건을 지정한 레시피를 작성할 필요가 있다. 레시피에서는, 도 17에 나타내는 촬상 조건 설정 박스 외, 도 10에 나타내는 계측 대상의 BSE 화상 및 치수 계측 영역(1000)의 표시 박스를 입출력부(024)의 화면 상에 표시한다.
또한, 도 18에 나타내는 실시예 1 내지 실시예 4에서 기술한 치수 계측 방법을 선택하는 치수 계측 방법 선택 박스 및 치수 계측 조건 설정 박스를 입출력부(024)의 화면 상에 표시한다.
또한, 도 11에 나타내는 BSE 신호 파형과 미분 신호 파형 및 측벽부 추출 영역의 표시 박스, 그리고 도 19에 나타내는 계측 결과 출력 박스를 입출력부(024)의 화면 상에 표시한다.
실시예 5에 따르면, 본 발명의 실시형태를 실행하는데, 유저 입력이 필요한 항목을 지정할 수 있다.
001: 촬상 광학계 021: 제어부
022: 연산부 023: 기억부
024: 입출력부 100: 주사 전자 현미경 시스템
101: 전자총 102: 일차 전자선
103: 콘덴서 렌즈 104: 편향기
105: 대물 렌즈 106: 신틸레이터
108: 스테이지 110: BSE
111: 광파이버 112: 광전자 증배관
113: 화상 생성부 120: 시료

Claims (11)

  1. 일차 전자 발생부가 발사한 일차 전자가 시료에 조사되고, 상기 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부로부터의 출력에 의거하여, 상기 반사 전자에 의한 상기 시료의 표면의 화상을 생성하는 화상 생성부와,
    상기 화상 생성부에서 생성한 상기 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 상기 화상을 처리하고, 상기 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 처리부를 갖고,
    상기 처리부는, 상기 미분 파형 신호가 최대가 되는 위치, 상기 미분 파형 신호가 최소가 되는 위치 및 상기 미분 파형 신호의 절대값이 최소가 되는 위치의 정보를 이용하여, 상기 화상을 처리하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는, 신틸레이터와 상기 신틸레이터에 접속하는 광파이버와, 상기광파이버와 접속하는 광전자 증배관을 갖고, 50eV 이상의 에너지를 가진 상기 반사 전자를 검출하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 미분 신호 파형의 절대값이 최대가 되는 위치의 정보를 이용하여, 상기 시료에 형성된 패턴의 에지의 위치 정보를 구하고, 상기 구한 패턴의 에지의 위치 정보를 이용하여 상기 화상의 휘도의 분포를 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 시료에 형성된 패턴의 에지의 위치 정보를 이용하여, 상기 화상에 있어서의 상기 시료의 표면의 평탄부의 휘도가 상기 화상의 전체에 걸쳐 동등해지도록 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치.
  6. 일차 전자 발생부가 발사한 일차 전자가 시료에 조사되고, 상기 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부로부터의 출력에 의거하여, 상기 반사 전자에 의한 상기 시료의 표면의 화상을 생성하는 화상 생성부와,
    상기 화상 생성부에서 생성한 상기 화상의 미분 파형 신호를 생성하고, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 상기 화상을 처리해서 상기 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하는 처리부와,
    상기 처리부에서 처리하는 조건을 입력하고, 처리한 결과를 출력하는 입출력부를 갖고,
    상기 처리부는, 상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 계측한 상기 패턴의 치수를, 미리 기억해 둔 임계값과 비교하여 상기 시료에 형성된 패턴의 치수의 양부(良否)를 판정하고,
    상기 입출력부는, 상기 처리부에서 판정한 상기 시료에 형성된 패턴의 치수의 양부의 결과를 출력하고,
    상기 처리부는, 상기 미분 파형 신호가 최대가 되는 위치, 상기 미분 파형 신호가 최소가 되는 위치 및 상기 미분 파형 신호의 절대값이 최소가 되는 위치의 정보를 이용하여, 상기 화상을 처리하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출부는, 신틸레이터와 상기 신틸레이터에 접속하는 광파이버와, 상기광파이버와 접속하는 광전자 증배관을 갖고, 50eV 이상의 에너지를 가진 상기 반사 전자를 검출하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 미분 신호 파형의 절대값이 최대가 되는 위치의 정보를 이용하여, 상기 시료에 형성된 패턴의 에지의 위치 정보를 구하고, 상기 구한 패턴의 에지의 위치 정보를 이용하여 상기 화상의 휘도의 분포를 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 시료에 형성된 패턴의 에지의 위치 정보를 이용하여, 상기 화상에 있어서의 상기 시료의 표면의 평탄부의 휘도가 상기 화상의 전체에 걸쳐 동등해지도록 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치를 이용한 검사 시스템.
  11. 일차 전자를 시료에 조사하고,
    상기 시료로부터 반사한 반사 전자를 검출하고,
    상기 반사 전자에 의한 상기 시료의 표면의 화상을 생성하고,
    상기 화상의 미분 파형 신호를 생성하고,
    상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여, 상기 화상을 처리해서 상기 시료에 형성된 패턴의 치수를 계측하고,
    상기 미분 파형 신호의 정보를 이용하여 계측한 상기 패턴의 치수를, 미리 기억해 둔 임계값과 비교하여 상기 시료에 형성된 패턴의 치수의 양부를 판정하고,
    상기 판정한 패턴의 치수의 양부의 결과를 출력하고,
    상기 미분 파형 신호가 최대가 되는 위치, 상기 미분 파형 신호가 최소가 되는 위치 및 상기 미분 파형 신호의 절대값이 최소가 되는 위치의 정보를 이용하여, 상기 화상을 처리하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경 장치를 이용한 검사 방법.
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