KR20130026505A

KR20130026505A - 주사 전자 현미경

Info

Publication number: KR20130026505A
Application number: KR1020137003280A
Authority: KR
Inventors: 야스나리 소다; 히로마사 야마나시; 무네유끼 후꾸다; 다께요시 오아시; 오사무 고무로
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-13
Also published as: KR101455944B1; JPWO2012042738A1; US20130175447A1; JP5663591B2; WO2012042738A1; US8704175B2

Abstract

전자 빔 경체로부터 발생하는 비점수차와 측정 시료 주변으로부터 발생하는 비점수차의 쌍방이 존재하는 경우의 고속으로 고정밀도한 비점수차의 측정 수단을 구비한 주사 전자 현미경에 있어서, 비점수차 보정기(201)의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 구하는 방법과, 틸트 편향기(202)에 의해 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 비점수차를 계측하는 방법을 병용함으로써 고속으로 고정밀도하게 비점수차 보정기 (201)을 제어하여, 비점수차를 보정하는 것을 특징으로 한다.

Description

주사 전자 현미경{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}

전자 빔을 이용한 검사ㆍ계측 장치에 관한 것이다.

전자 빔을 이용한 시료의 관찰ㆍ검사ㆍ계측에 이용되는 주사 전자 현미경(SEM)은, 전자원으로부터 방출된 전자를 가속하여, 정전 또는 전자 렌즈에 의해 시료 표면상에 수속시켜서 조사한다. 이것을 일차 전자라고 한다. 일차 전자의 입사에 의해 시료로부터는 2차 전자나 반사 전자가 발생한다. 이들 2차 전자나 반사 전자를, 전자 빔을 편향해서 주사하면서 검출함으로써, 시료 상의 미세 패턴이나 조성 분포의 주사 화상을 얻을 수 있다.

주사 전자 현미경에 있어서의 과제로서, 초점 어긋남이나 비점수차의 보정의 고속ㆍ고정밀도화를 들 수 있다.

비점수차의 계측 방법이나 보정 방법으로서 가장 일반적인 방법은, 비점수차 보정기의 강도를 변화시키면서 얻어진 2차원 화상의 질(質)로부터 구하는 방법이다. 화질의 지표로서는 화상의 콘트라스트나 패턴의 윤곽의 샤프니스 등이 이용되고 있고, 이들의 지표를 최대화함으로써 비점수차의 계측이나 보정을 행한다.

이것에 대하여 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 비점수차를 계측하는 방법을 이용하는 것이, 일본 특허 출원 공개 제2007-141866호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2001-357811호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2004-146192호 공보, 일본 특허 출원 공개 평07-262952호 공보 등에서 제안되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제2007-141866호 공보에서는, 시차에 의한 비점해석의 결과에 기초하여, 비점량이 0이 되기 위해서 필요한 비점 코일의 전류값을 계산하여, 비점 보정 코일을 조정하는 것이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제2001-357811호 공보에서는, 틸트에 의한 상 어긋남량으로부터 형성되는 타원 도형의 정보에 기초하여, 비점수차 보정기를 이용해서 비점수차를 보정하는 것이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제2004-146192호 공보에서는, 틸트에 의한 상 어긋남량으로부터 미리 알고 있는 비점량과 비점 보정 코일의 강도의 관계로부터 비점 보정을 행하는 것이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 평 07-262952호 공보에서는, 틸트에 의한 상 어긋남을 관찰하면서, 비점 보정 코일의 여자 제어를 행하는 것이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2007-141866호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-357811호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-146192호 공보 일본 특허 출원 공개 평 07-262952호

그러나, 이들의 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 비점수차를 계측하는 방법에서는, 전자 빔을 틸트시킨 하방에서 발생하고 있는 비점수차밖에 측정할 수 없는 데 있다. 이 방법에서는, 전자 빔 경(거울)체에 의해 발생하는 비점수차와, 측정 시료에 의해 발생하는 비점수차의 쌍방이 존재하는 경우에서는 계측, 제어의 정밀도가 과제로 되어 있다.

한편, 발생하는 비점수차 보정기의 강도를 바꾸면서 보정 화상의 질을 최적화하는 방법에서는, 가장 바람직한 상을 얻기 위해서 조건을 변화시켜 대량의 화상을 취득하지 않으면 안된다. 따라서, 이 방법에서는, 계측, 제어에 걸리는 시간이 과제로 되어 있다.

이 두가지의 과제는, 전자 빔 경체로부터 발생하는 비점수차를, 비점수차 보정기의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 구하는 제1 비점수차 계측 방법으로 계측하고, 시료 부근에서 발생하는 비점수차를 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 비점수차를 계측하는 제2 비점수차 계측 방법으로 계측함으로써 해결할 수 있다.

또한, 제1 비점수차 계측에 의해 구한 비점수차와 비점수차 보정기의 강도의 관계를, 제2 비점수차 계측 방법을 이용해서 비점수차를 구함으로써 해결할 수 있다.

본 발명에서는 비점수차 보정기의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 비점수차를 구하는 방법과, 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 비점수차를 계측하는 방법을 병용함으로써 고속으로 고정밀도한 비점수차 계측이나 비점수차 보정이 가능하게 된다.

도 1은 본 실시 형태의 주사 전자 현미경의 전체 개략도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 비점수차의 계측과 보정 수순을 도시하는 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 시차법 (제2 비점수차 계측 방법)의 교정 수순을 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 틸트 빔의 방위를 도시하는 비점수차 계측법의 조작 화면의 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 시차법 교정 시료의 구조도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 시차법 교정 시료의 교정 마크 영역을 도시하는 도면이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 교정 마크의 배치 도면이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 시차법 교정 시료의 구조도이다.
도 9는 제1 실시예에 따른 시차법의 교정의 조작 화면의 시차법의 교정 플로우차트이다.
도 10은 시차법의 교정 동작의 조작 화면을 도시하는 도면이다.
도 11은 시차법 교정 시료의 설치 방법을 도시하는 도면이다.
도 12는 제2 실시예에 따른 초점 어긋남의 계측과 보정 수순을 도시하는 도면이다.

(제1 실시예)

도 1은, 본 발명의 실시예에서 사용하는 주사 전자 현미경의 전체 개략 도면이다. 전자총(101)으로부터 방출된 전자 빔(102)은 컨덴서 렌즈(103)와 전자 렌즈(108)에 의해 홀더(110)에 고정된 시료(109) 상에 결상된다. 본 실시예에서는 대물 렌즈는 전자 렌즈(108)와, 정전 렌즈 전극(121)과 시료(109) 사이의 전계에 의해 발생하는 정전 렌즈에 의해, 주로 구성되어 있다. 그리고 시료(109)로부터 방출되는 2차 전자나 반사 전자(104)는 전자 빔 경체(126)의 대략 중간에 있는 검출기(105)에 의해 검출된다. 시료(109) 상의 전자 빔(102)은 전자 편향기(106)에 의해 2차원으로 주사되고, 결과적으로 2차원 화상을 얻을 수 있다. 2차원 화상은 장치 전체의 제어 연산 장치(118)에서 연산되어, 표시 장치(119)에 표시된다. 전자 빔 경체(126)에는 비점수차의 보정이 가능한 비점수차 보정기(123)와, 전자 빔을 틸트하기 위한 틸트 편향기(125)가 더 존재한다. 단, 전자 편향기(106)와 틸트 편향기(125)는 공용도 가능하다. 또한, 전자총(101), 컨덴서 렌즈(103), 비점수차 보정기(123), 틸트 편향기(125), 전자 편향기(106), 전자 렌즈(108), 정전 렌즈 전극(121), 홀더(110)는 각각, 전자총 제어부(111), 컨덴서 렌즈 제어부(112), 비점수차 보정기 제어부(122), 틸트 편향기 제어부(124), 전자 편향기 제어부(114), 전자 렌즈 제어부(115), 정전 렌즈 전극 제어부(120), 시료 전압 제어부(116)를 개재하여 장치 전체의 제어 연산 장치(118)와 각각 접속되어 제어되어 있다. 또한, 장치 전체의 제어 연산 장치(118)에는 기록 장치(117)를 갖고 있다.

도 2는, 도 1에 나타내는 주사 전자 현미경의 전자 빔 경체(126)를 상세하게 나타낸 것이다. 여기서, 대물 렌즈(203)는, 도 1에서는, 전자 렌즈(108)와, 정전 렌즈 전극(121)과 시료(109) 사이의 전계에 의해 발생하는 정전 렌즈에 의해, 주로 구성된다. 도 2를 이용하여 비점수차의 계측 및 보정 수순을 나타낸다. 우선, 전자 빔 경체(126) 내부의 전자원으로부터 시료까지의 전자 빔의 비점수차는, 비점수차 보정기의 강도를 변화시키면서 얻어진 2차원 화상의 질로부터 구하는 제1 비점수차 계측 방법(이하, 상 샤프니스법이라 함)으로 계측 및 보정한다(도 2의 (A)). 이 비점수차는 어느 정도 안정되기 때문에 측정 간격은 길어도 되고, 1회의 측정에 시간을 들여도 문제는 되지 않는다. 이때에 이용하는 시료(204)는 도전성의 것으로 전자 빔(102)에 대하여 안정된 것을 이용한다.

다음으로 도전성 시료(204)로 바꾸어, 측정 시료(205)를 반입하고, 대물 렌즈(203)로부터 측정 시료(205) 주변의 비점수차를 전자 빔을 틸트 편향기(202)에 의해 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 비점수차를 계측하는 제2 비점수차 계측 방법(이하, 시차법이라고 함)으로 계측한다(도 2의 (B)). 주사 전자 현미경으로 실리콘 웨이퍼 상의 절연체 시료, 예를 들면 레지스트나 실리콘 산화막을 계측하는 경우는 프로세스 공정 중에서 절연막이 전하를 취득하므로 비점수차가 발생한다. 이 비점수차는 측정하는 웨이퍼나 웨이퍼 내의 위치마다 다르기 때문에, 웨이퍼 내의 측정점마다 비점수차를 계측할 필요가 있다. 이 경우는 도 2의 (B)에 도시하는 시차법에 의한 고속의 비점수차 계측을 이용하는 것이 유효하다.

또한, 시차법은 초점 어긋남의 계측에도 이용하는 것이 가능하다. 시차법을 포함하는 2종류 이상의 보정 수단을 효율적으로 구분하여 사용하는 것은 초점 보정에도 유효하고, 비점수차 보정 또는 초점 보정 혹은 그 쌍방의 보정에 적용이 가능하다. 초점 보정에 대해서는, 실시예 2에서 설명한다.

다음으로, 계측한 비점수차를 비점수차 보정기의 강도로 정밀도 좋게 피드백하는 방법에 대해서 설명한다. 상 샤프니스법으로 계측한 비점수차와 그것을 보정하기 위해서 필요한 비점수차 보정기(201)의 강도 변화의 관계를 미리 환산식으로서 기억 장치(117)에 기억해 두고, 시차법으로 계측한 비점수차를 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이 비점수차 보정기 제어부(122)에 의해, 비점수차 보정기(201)에 피드백하는 수단을 설치했다.

이 경우, 시차법에 이용하는 전자 빔을 틸트하는 편향기(202)는 비점수차 보정기(201)의 하방에 위치하는 것이 바람직하다. 만약 틸트 편향기(202)의 하방에 비점수차 보정기(201)를 배치하면, 전자 빔 경체의 비점수차가 변화하여 비점수차 보정기(201)의 강도가 변화하여, 시차법으로 계측되는 비점수차가 변화해 버리기 때문에, 순수하게 시료(205)에 기인하는 비점수차를 계측할 수 없게 되어 버린다. 따라서, 본 실시예에서는 도 1에 도시한 바와 같이 비점수차 보정기(201)는 틸트 편향기(202)의 상방에 배치했다. 또한, 본 실시예에서는 전자 빔의 시료(205) 상의 위치를 규정하는 편향기(도 1에 나타내는 전자 편향기(106))와 전자 빔을 틸트하는 편향기(202)(도 1에 나타내는 틸트 편향기(125))를 나누고 있지만, 시료(205) 상의 위치를 규정하는 편향기(202)의 2단의 강도나 편향 방향을 바꿈으로써, 양자의 기능을 겸용하는 것도 가능하다.

도 3에 시차법의 교정 수순을 나타낸다. 도 2와 동일한 부호에 대해서는 설명을 생략한다. 우선, 상 샤프니스법을 이용해서 비점수차 계측용 교정용 시료(501)의 비점수차를 계측하고, 장치 전체의 제어 연산 장치(118)에 있어서 비점수차의 보정에 필요한 비점수차 보정기(123)의 강도 변화를 구한다(도 3의 (A)). 구한 강도 변화는 기억 장치(117)에 저장한다. 다음으로 시차법에 의해 비점수차를 계측 한다(도 3의 (B)). 마찬가지로 시차법에 의해 계측한 비점수차를 기억 장치에 저장한다. 그리고, 상 샤프니스법을 이용해서 얻어진 비점수차 보정기 강도와, 시차법을 이용해서 얻어진 비점수차의 2개의 계측 데이터를 장치 전체의 제어 연산 장치(118)에서 대조하여 환산식을 구한다(도 3의 (C)). 그 후, 환산식을 이용해서 장치 전체의 제어 연산 장치(118)에 의해 연산하여 비점수차 보정기 제어부(122)로부터 비점수차 보정기(201)에 피드백을 행한다.

환산식은 다항식 근사로 구해지지만, 비점수차에는 수평 방향과 수직 방향의 2방향의 성분이 있기 때문에, 여기서는 환산식을 이차원의 선형 매트릭스로 표현하고 있다. 또한, 측정의 초기 상태에 따라서는 오프셋이 발생할 가능성도 있고, 환산식에 오프셋 항(項)을 가하는 것도 유효하다. 또한, 교정 범위가 클 때는 2차 다항식을 이용하는 방법도 있다.

여기까지 설명해 온 비점수차 계측의 구분 사용을 선택하는 화면은 도 1에 나타내는 표시 장치(119)에 표시된다.

도 4에 그 선택 화면(301)을 나타낸다. 화면에는 컬럼 측정 시간 선택(302)과 시료 측정 방법 선택(303)이 표시되어 있다. 컬럼 측정 시간 선택(302)은, 곧 개시하는 모드로부터, 웨이퍼마다, 로트마다, 날마다의 빈도가 다른 모드 및, 보다 플렉시블한 운용에 대하여 유저가 설정할 수 있는 모드 등 복수의 선택지를 준비하고 있다. 전자 빔 경체(126)(컬럼)에 기인하는 비점수차의 안정성은 장치나 그 사용 방법에도 의존하기 때문에, 유저가 그 빈도를 화면 상(301)에서 수동으로 선택할 수 있도록 하고 있다. 시료 측정 방법 선택(303)에는 상 샤프니스법, 시차법, 없음, 유저 설정의 각 모드가 있다. 또한, 본 실시예에서 이용하는 전자 빔을 틸트 편향기(125)에 의해 틸트하는 4개의 방위는, 0deg, 90deg, 225deg, 315deg이다. 방위가 대칭이 아닌 것은 상이한 방향의 비점수차를 측정할 필요가 있기 때문이다. 본 실시예에서는, 틸트 방위와 평행 방향의 시차와, 다른 틸트 방위와 수직 방향의 시차를 조합해서 비점수차를 구했다. 이 결과, 시차의 정보를 최대한으로 활용하여, 정밀도 좋게 비점수차를 구하는 것이 가능하게 되었다. 구체적으로는, 2개의 평행 방향의 시차와 2개의 수직 방향의 시차로부터 각각,

비점수차 1=(0deg 평행 시차-90deg 평행 시차-225deg 수직 시차+315deg 수직 시차)/2/틸트 앙각

비점수차 2=(0deg 수직 시차-90deg 수직 시차+225deg 평행 시차-315deg 평행 시차)/2/틸트 앙각의 식을 이용하여 2개의 방향의 비점수차를 구했다.

도 5에 이 교정에서 이용한 시차법 교정 시료(501)의 구조를 나타낸다. 시차법의 교정에는 안정된 비점수차를 발생시키는 시료가 필요하다. 그러나, 절연체 시료를 대전시켜서 비점수차를 작성하는 종래 방법에서는, 전하의 확산에 의해 비점수차가 저감해 가는 것이나 전자 빔 조사에 의해 비점수차가 변화하는 것이 안정된 교정의 저해 요인으로 된다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 도전성 시료를 이용해서 비점수차를 발생시키는 것이 바람직하다.

도 5의 (A)는 교정 시료의 평면도, 도 5의 (B)는 A-A’단면도이다. 시료(600)는 깊이(또는 높이)가 상이한 복수의 구멍에 의한 단차를 갖고 있다. 시료(600)의 중앙에는 1개의 큰 깊은 구멍(602)이 있고, 그 주위인 교정 마크 영역(601) 내에 중앙의 깊은 구멍(602)보다도 소구경으로 얕은 구멍(603)이 복수 배치되어 있다. 큰 깊은 구멍(602)은 구경이 1㎜×1㎜이며, 100㎛의 깊이(단차)를 갖고, 정전 렌즈 전극과 시료(600)와의 사이의 단차 근방에서 정전 역전압(606)을 만곡시킨다. 이 만곡에 의해 단차에 대하여 비대칭의 전계가 발생하고, 결과적으로 비점수차가 발생하게 된다.

한편, 교정 마크 영역 내(601)에는 도 6에 나타내는, 교정용 마크인 홀 어레이(701), (702)의 구멍이 형성되어 있다. 도 6의 (A)는 평면도, 도 6의 (B)는 A-A’단면도이다. 촬상 배율에 따라서 최적의 교정 마크(601)의 크기가 다르기 때문에, 다른 크기의 홀 어레이(701), (702)를 각각의 교정 마크 영역 내(601)에 설치하고 있다. 구멍의 깊이는 100㎚로 얕고, 고배율에서의 교정에 이용하는 직경 100㎚ 정도의 구멍의 형성이 가능하고, 이에 의해 비점수차의 계측을 행할 수 있다. 따라서, 구멍의 깊이(단차)는 큰 깊은 구멍(602)과 비교해서 2자리 이상의 차가 생기게 된다.

도 7에 본 실시 형태에서 교정에 이용한 교정 마크 영역의 위치를 나타낸다. 사용한 위치는 큰 깊은 구멍(602)을 중심으로 4방위로 나열해 있다. 방위 1(1201)과, 방위 2(1202)는 비점수차 1을 발생시켜, 부합이 반대로 된다. 45도 회전한 방위가 되는 방위 3(1203)과, 방위 4(1204)는 비점수차 2를 발생시켜, 부합이 반대로 된다. 따라서, 시차법의 교정에는 최저한 2방위, 바람직하게는 4방위의 교정 마크가 필요해진다.

이상과 같이 구멍의 기능을 구분하여 사용함으로써 안정된 비점 계측이 가능하게 된다. 또한, 정전 역전압(606)을 만곡시키기 위해서는 큰 깊은 구멍(602)의 구경과 단차의 어스펙트비는 낮은 쪽이 좋고, 비점수차의 계측 정밀도를 올리기 위해서는 어스펙트비는 높은 쪽이 좋다. 따라서, 큰 깊은 구멍(602)의 어스펙트비가, 소구경이고 얕은 구멍(603)의 어스펙트비보다 작은 것이 바람직한 구조이다. 또한, 정전 역전압(606)을 만곡시키는 것이나 비점수차를 계측하기 위해서는 단차는 구멍이 아니라 돌기로도 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 네모난 구멍을 이용했지만, 발생시키는 비점수차의 크기의 방위 의존성을 보다 작게하기 위해서는 원형의 구멍으로 하는 것도 유효하다.

또한, 간편한 방법으로서 도 8에 나타내는 시료의 단부(605)를 이용한 방법이 있다. 즉, 비점수차 계측용의 복수의 소구경이고 얕은 구멍(603)의 끝에 얕은 구멍(603)의 깊이보다도 큰 단차의 단부(605)를 갖는 구조이다. 이 구조에서는 비점수차의 변화에 치우침이 생기는 결점이 존재하지만, 계측하는 비점수차가 작을 경우에는 유효하게 기능한다.

도 9에 시차법 교정의 플로우차트를 나타낸다. 우선, 오퍼레이터는 교정 시료 상의 계측해야 할 좌표를 수동으로 입력하고, 기억 장치에 등록한다(S1). 다음으로, 큰 깊은 구멍(602) 혹은 큰 단차의 단부(605)로부터 충분히 떨어져 있는 교정 마크 영역(601)에 틸트 편향기 제어부(124)에 의해, 전자 빔에 기인한 비점수차가 없는 좌표로 이동한다(S2). 그래서 상 샤프니스법에 의해 비점수차 보정을 행해 둔다(S3). 더욱 4방위의 틸트 빔 형성 조건을 조정한 후(S4), 틸트 편향기 제어부(124)에 의해, 전자 빔(102)을 비점수차가 있는 좌표로 이동한다(S5). 그 좌표에서 상 샤프니스법에 의한 비점 계측(값은 비점수차 보정기(123)의 강도 변화로서 얻어진다)(S6)과, 시차법에 의한 비점 계측을 행한다(S7). 비점수차가 있는 좌표에서의 계측은 등록점의 수만큼 행하게 된다.

이렇게하여 얻어진 복수의 데이터로부터, 장치 전체의 제어 연산 장치에 의해 비점수차 보정기의 강도 변화와 제2 비점수차 계측 방법에 의한 비점수차의 변환 행렬을 구한다(S8). 이 결과, 제2 비점수차 계측 방법에 의해 계측한 비점수차를 비점수차 보정기 제어부(122)에 의해 비점수차 보정기에 피드백하는 것이 가능하게 된다. 또 실시예에서는, 계측해야 할 좌표는 복수의 방향으로, 큰 깊은 구멍(602)이나 단부(605)로부터 멀어져 가도록 선택했다. 이에 의해 시료 상에서 발생할 가능성이 있는 다양한 비점수차에 대응하는 것이 용이해진다.

본 실시예에서는 시차법의 교정을 행하는 빈도는 선택할 수 있도록 하고 있다. 교정을 행하는 빈도는, 장치에서 요구하는 정밀도와 장치의 안정도에 의존해서 행한다. 도 10에 교정 동작 선택(1002)의 표시 화면(1001)을 나타낸다. 즉시 개시하는 모드로부터, 매일, 매주, 매월 등, 빈도가 다른 모드, 유저가 설정할 수 있는 모드 등 복수의 선택지를 준비하고 있다.

또한, 이 교정 시료(501), (600)의 설치 방법으로서 도 11의 두가지로 했다. 도 11의 (A)는 정전 척(1103)을 이용한 경우이다. 이 경우는 스테이지(1101)로부터 출입하는 것은 측정 시료(1102)밖에 없으므로, 시차법 교정 시료(1104)는 스테이지에 설치하고 있다.

이것에 대하여 도 11의 (B)는 시료 홀더(1105)를 이용한 경우이다. 이 경우는 시료 홀더(1105)도 스테이지로부터 출입하게 되기 때문에, 시차법 교정 시료(1104)는 시료 홀더(1105) 상에 설치하고 있다.

이상의 수단을 이용함으로써 시차법을 비점수차 보정에 적용하는 것이 가능하게 되었다. 또한, 이들의 동작은 각 제어부에 의해 자동으로 행하는 것이 가능하다. 이에 의해, 종래는 1측정 점당 3초 필요했던 비점수차 보정 동작을 1초로까지 단축할 수 있었다. 또한, 라인 패턴의 끝과 같이 상 샤프니스법으로 비점수차의 계측이 곤란한 패턴 영역에서의 계측 재현성도 향상되고, 비점수차 200㎚의 재현성을 얻을 수 있었다. 이에 의해, 비점수차 보정에 이용할 수 있는 패턴의 자유도를 크게 확대하는 것이 가능하게 되었다.

(제2 실시예)

제2 실시예를 도 1에 나타내는 주사 전자 현미경의 전체 개략도를 따라 설명한다. 전자총(101)으로부터 방출된 전자 빔(102)은 컨덴서 렌즈(103)와 전자 렌즈(108)에 의해 시료(109) 상에 결상된다. 본 실시 형태에서는 대물 렌즈는 전자 렌즈(108)와, 정전 렌즈 전극(121)과 시료(109) 사이의 전계에 의해 발생하는 정전 렌즈에 의해, 주로 구성되어 있다. 그리고, 대물 렌즈의 일부인 전자 렌즈(108)의 강도를 바꿈으로써 전자 빔의 초점 위치를 변화시킬 수 있다. 시차법에서는 비점수차 뿐만아니라, 초점 어긋남을 계측하는 것도 가능하다. 초점 어긋남은 틸트 편향기(202)에 의해 4방향으로 틸트했을 때의 시차의 평균값을 구함으로써 계측할 수 있다. 보다 구체적으로는 이하의 식을 이용하게 된다. 초점 어긋남=(0deg 평행 시차+90deg 평행 시차+ 225deg 평행 시차+315deg 평행 시차)/4/틸트 앙각

이 방법은 비점수차 계측에 이용되는 계측 데이터와 동일한 것을 이용하기 때문에, 비점과 초점의 동시 계측이 가능하다고 말할 수 있다. 계측한 초점 어긋남은 전자 렌즈 제어부에 의해, 전자 렌즈(108)에 피드백함으로써 보정이 가능하게 된다. 만약에 초점 어긋남 계측만으로 좋으면 4방향일 필요는 없다. 예를 들면 2 방향의 틸트만으로 이하의 식을 이용하는 것은 가능하다.

초점 어긋남=(0deg 평행 시차+180deg 평행 시차)/2/틸트 앙각

이 방법을 이용하면 초점 보정에 한정되지만, 방향 수가 적은 만큼, 보다 고속의 계측이 가능하게 된다.

도 12에 본 실시예에서의 초점 어긋남의 계측 및 보정 수순을 나타낸다. 도 2에 나타내는 비점수차의 계측 및 보정 수순과 동일한 구성의 설명은 생략한다. 우선, 전자 빔 경(컬럼) 내부의 전자 광학 소자에 의한 초점 어긋남은, 도전성 시료(204)에 전자 빔을 조사하고, 상 샤프니스법(제1 초점 어긋남 계측 방법)에 의해 2차원 화상의 질을 평가함으로써 초점 어긋남 계측 및 대물 렌즈(203)를 제어하면서 초점 어긋남을 보정한다(도 12의 (A)). 이 초점 어긋남은, 어느 정도 안정되므로 측정 간격은 길어도 되고, 1회의 측정에 시간이 걸려도 문제는 되지 않는다. 이때에 이용하는 도전성 시료(204)는 전자 빔에 대하여 안정된 것을 이용한다.

다음에 측정 시료(205)를 반입하여, 대물 렌즈(203)로부터 측정 시료(205) 주변의 초점 어긋남을 전자 빔을 틸트 편향기에 의해 틸트시켰을 때에 발생하는 전자 빔의 위치 어긋남의 변화로부터 시차법에 의해 계측한다(도 12의 (B)). 주사 전자 현미경으로 실리콘 웨이퍼 상의 절연체 시료, 예를 들면 레지스트나 실리콘 산화막을 계측하는 경우는 프로세스 공정 중에서 절연막이 전하를 취득하므로 초점 어긋남이 발생한다. 이 초점 어긋남은 측정하는 웨이퍼나 웨이퍼 내의 위치에 의해 다르기 때문에, 측정점마다 초점 어긋남을 계측할 필요가 있다. 따라서, 이 경우는 도 12의 (B)에 도시하는 시차법(제2 초점 어긋남 계측 방법)에 의한 고속의 초점 어긋남 계측을 이용한다.

계측 결과는 도 12의 (C)에 도시한 바와 같이 환산식을 이용해서 제어부로부터 대물 렌즈(203)에 피드백한다. 또한, 시차법은 비점수차의 계측도 동시에 할 수 있으므로 비점수차의 비점 보정기(201)로의 피드백도 동시에 가능하다. 또한, 초점 어긋남의 원인이 측정 시료(205)의 대전인 것이 분명한 경우에는 측정 시료(205)에 인가하는 전위를 시료 전압 제어부(116)에 의해 변화시킴으로써 초점 보정을 행하는 것도 가능하다.

101 : 전자총
102 : 전자 빔
103 : 컨덴서 렌즈
104 : 2차 전자나 반사 전자
105 : 검출기
106 : 전자 편향기
108 : 전자 렌즈
109 : 시료
110 : 홀더
111 : 전자총 제어부
112 : 컨덴서 렌즈 제어부
114 : 전자 편향기 제어부
115 : 전자 렌즈 제어부
116 : 시료 전압 제어부
117 : 기억 장치
118 : 장치 전체의 제어 연산부
119 : 표시 장치
120 : 정전 렌즈 제어부
121 : 정전 렌즈 전극
122 : 비점수차 보정기 제어부
123 : 비점수차 보정기
124 : 틸트 편향기 제어부
125 : 틸트 편향기
126 : 전자 빔 경체
201 : 비점수차 보정기
202 : 틸트 편향기
203 : 대물 렌즈
204 : 도전성 시료
205 : 측정 시료
301 : 선택 화면
302 : 컬럼 측정 시간 선택 항목
303 : 시료 측정 방법 선택 항목
501 : 시차법 교정용 시료
600 : 시차법 교정용 시료
601 : 교정 마크 영역
602 : 큰 깊은 구멍
603 : 소구경이고 얕은 구멍
604 : 교정용 시료
605 : 단부
606 : 정전 역전압 포텐셜
701 : 저배율용 홀 어레이
702 : 고배율용 홀 어레이
1001 : 선택 화면
1002 : 교정 동작 선택 항목
1101 : 스테이지
1102 : 측정 시료
1103 : 정전 척
1104 : 교정 시료
1105 : 시료 홀더
1201 : 방위 1
1202 : 방위 2
1203 : 방위 3
1204 : 방위 4

Claims

전자원으로부터 방출된 전자 빔을 시료 상에 조사하고, 상기 시료로부터 발생하는 2차 전자나 반사 전자에 기초해서 시료상을 얻는 주사 전자 현미경으로서,
전자 빔 경체 내에 배치되고, 상기 전자 빔을 틸트하기 위한 틸트 편향기와,
상기 전자 빔 경체 내에 배치되고, 상기 전자 빔의 비점수차의 보정이 가능한 비점수차 보정기와,
상기 전자 빔을 수속하여 상기 시료 상에 조사하는 대물 렌즈와,
상기 틸트 편향기와 상기 비점수차 보정기를 제어하는 제어부
를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 전자 빔 경체 내의 상기 전자원으로부터 상기 시료까지의 상기 전자 빔의 비점수차를 제1 비점수차 계측 방법으로 계측하고, 상기 대물 렌즈로부터 상기 시료 주변에서 발생하는 상기 전자 빔의 비점수차를 제2 비점수차 계측 방법으로 계측하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서, 상기 제1 비점수차 계측 방법은, 상기 제어부에 의해 상기 비점수차 보정기의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 상기 비점수차를 구하는 방법이며,
상기 제2 비점수차 계측 방법은, 상기 제어부에 의해 상기 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 상기 비점수차를 계측하는 방법이며,
상기 제어부는, 상기 제1 비점수차 계측 방법에 의해 구한 상기 비점수차와 상기 비점수차 보정기의 강도와의 관계와, 상기 제2 비점수차 계측 방법에 의해 구한 상기 비점수차에 기초하여, 상기 비점수차 보정기를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서, 상기 제어부에 의해 상기 비점수차 보정기의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 상기 비점수차를 구하는 상기 제1 비점수차 계측 방법은, 상 샤프니스법이며,
상기 제어부에 의해 상기 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 상기 비점수차를 계측하는 상기 제2 비점수차 계측 방법은, 시차법인 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 비점수차 계측 방법으로부터 구한 비점수차와 상기 제2 비점수차 계측 방법으로부터 구한 비점수차를 대조하여, 미리 구한 환산식에 기초하여, 상기 비점수차 보정기의 강도를 변경하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서, 상기 비점수차 보정기는, 상기 틸트 편향기보다도 상기 전자선의 진행 방향의 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제2항에 있어서, 상기 틸트 편향기는, 틸트 방위에 평행 방향의 시차와, 상기 틸트 방위와는 다른 틸트 방위에 수직 방향의 시차를 조합해서 상이한 방향의 비점수차를 구하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제6항에 있어서, 상기 비점수차와 상기 비점수차 보정기의 강도와의 관계를, 높이 혹은 깊이가 상이한 복수의 단차를 구비한 교정 시료를 이용해서 구하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제7항에 있어서, 상기 교정 시료는, 중앙부에 제1 단차를 갖고,
상기 제1 단차의 주위에는 상기 제1 단차보다도 작은 제2 단차를 복수 갖는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제7항에 있어서, 상기 제1 단차의 높이 혹은 깊이와 폭의 어스펙트비는, 상기 제2 단차의 높이 혹은 깊이와 폭의 어스펙트비보다도 작은 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
전자원으로부터 방출된 전자 빔을 시료 상에 조사하고, 상기 시료로부터 발생하는 2차 신호나 반사 전자에 기초해서 시료상을 얻는 주사 전자 현미경으로서,
전자 빔 경체 내에 배치되고, 상기 전자 빔을 틸트하기 위한 틸트 편향기와,
상기 시료 상의 상기 전자 빔을 2차원으로 주사하는 전자(電磁) 렌즈와,
상기 틸트 편향기나 상기 전자 렌즈를 제어하는 제어부
를 구비하고,
상기 전자 빔 경체 내의 상기 전자원으로부터 상기 시료까지의 상기 전자 빔의 초점 어긋남을 제1 초점 어긋남 계측 방법으로 계측하고, 상기 전자 렌즈로부터 상기 시료 주변에서 발생하는 상기 전자 빔의 초점 어긋남을 제2 초점 어긋남 계측 방법으로 계측하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제10항에 있어서, 상기 제1 초점 어긋남 계측 방법은, 상기 제어부에 의해 상기 전자 렌즈의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 상기 초점 어긋남을 구하는 방법이며,
상기 제2 초점 어긋남 계측 방법은, 상기 제어부에 의해 상기 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 상기 초점 어긋남을 계측하는 방법이며,
상기 제어부는, 상기 제1 초점 어긋남 계측 방법에 의해 구한 상기 초점 어긋남과 상기 전자 렌즈의 강도의 관계와, 상기 제2 초점 어긋남 계측 수단에 의해 구한 상기 초점 어긋남에 기초해서 전자 렌즈를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제11항에 있어서, 상기 제어부에 의해 상기 전자 렌즈의 강도를 변화시키면서 얻어지는 2차원 화상의 질로부터 상기 초점 어긋남을 구하는 상기 제1 초점 어긋남 계측 방법은, 상 샤프니스법이며,
상기 제어부에 의해 상기 전자 빔을 틸트시켰을 때에 발생하는 상기 초점 어긋남을 계측하는 상기 제2 초점 어긋남 계측 방법은, 시차법인 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제11항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 초점 어긋남 계측 방법으로부터 구한 초점 어긋남과 상기 제2 초점 어긋남 계측 방법으로부터 구한 초점 어긋남을 대조하고, 미리 구한 환산식에 기초하여, 상기 전자 렌즈의 강도를 변경하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제13항에 있어서, 상기 틸트 편향기에 의해 4방향으로 틸트했을 때의 시차의 평균값을 구함으로써 전자 빔의 초점 어긋남을 계측하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.