KR20130110206A

KR20130110206A - 하전 입자선 장치 및 화상 해석 장치

Info

Publication number: KR20130110206A
Application number: KR20137018947A
Authority: KR
Inventors: 마스미 시라이; 오사무 고무로
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-10-08
Also published as: JP5537448B2; US20130301954A1; JP2012151053A; WO2012099190A1; KR101567178B1; US9129353B2

Abstract

주사 전자 현미경에 있어서, 장치 내 및 장치 외부로부터의 자장이나 진동 등의 영향에 의해, SEM 화상에 장애가 발생한 경우, 그 SEM 화상을 사용하여 간단하게 고정밀도로 원인을 특정하는 것을 목적으로 한다. 또한, SEM 화상의 패턴의 거칠기(roughness)에 계측 정밀도가 영향을 받지 않는 측정 방법을 목적으로 한다. SEM 화상 취득시에 Y 방향의 주사 게인을 제로로 함으로써, 주사선 방향(X 방향)으로 1차원 주사를 행함과 함께, 상기 주사에 의해 얻어지는 화상 정보를, Y 방향으로 시계열적으로 배열함으로써, 2차원 화상을 작성한다. 상관 함수에 의해, 상기 2차원 화상의 어긋남량(displacement) 데이터를 취득하고, 상기 데이터를 주파수 해석함으로써 화상 중에 포함되는 자장이나 진동 등을 측정한다.

Description

하전 입자선 장치 및 화상 해석 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE, AND IMAGE ANALYSIS DEVICE}

본 발명은, 하전 입자선 장치에 관한 것으로, 특히 전자 빔 등을 시료에 주사(走査)함으로써 얻어지는 전자 등에 기초하여 형성되는 신호 파형을 이용하여, 자장이나 진동 등의 외란을 평가하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM)으로 대표되는 하전 입자선 장치에서는 고분해능화를 위해 안정된 전자선을 시료 상에 조사할 필요가 있다. 예를 들어, SEM을 이용한 반도체 측장(測長) 장치에서는, 최근의 패턴 치수 미소화에 수반하여, 가일층의 전자 빔의 안정 조사가 요구되고 있다.

반도체 측장 장치에서는, 측정 패턴을 전자선에 의해 주사함으로써, 시료로부터 발생한 2차 전자의 신호를 검출하여, SEM 화상으로 함으로써 패턴의 치수를 측정한다. 그러나, 장치가 외부 환경이 좋지 않은 장소에 설치된 경우, 외란(자장, 진동)의 영향에 의해 전자선의 시료에 대한 상대적인 편향이 흐트러져, 상 장애가 발생할 가능성이 있다. 또한, 설치 조건이 나쁘면 장치 본체가 발생하는 자장이나 진동도 화상 형성이나 측정에 영향을 미칠 가능성이 있다. 상 장애가 발생하면, SEM 화상의 예리함의 저하나, 상 왜곡의 발생에 의해 안정된 측정이 곤란해진다.

상술한 바와 같은 외부의 자장을 측정하기 위한 자장 검출기를, 전자 빔 조사 장치의 외부에 설치함으로써, 빔의 조사 위치의 어긋남을 보정하는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 진동을 검지하기 위한 진동계를 하전 입자선 장치의 외부에 설치하여, 진동을 계측하고, 상기 계측에 의해 얻어진 진동 정보에 기초하여, 편향 신호를 보정하는 것이 설명되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, SEM 화상에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform:FFT) 해석을 행함으로써, 외란 등의 해석을 행하는 것이 설명되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2002-217086호 공보 일본 특허 출원 공개 평6-188181호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-92634호 공보

특허문헌 1, 2에 설명되어 있는 바와 같은 자장 검출기나 진동계에 의한 외란 검지법에 따르면, 자장이나 외란의 영향에 기초하는 빔에의 영향을 어느 정도 특정할 수 있지만, 빔에의 영향을 직접 검출하고 있는 것은 아니므로, 높은 위치 어긋남 보정 정밀도를 기대할 수 없다. 한편, 특허문헌 3에 개시된 화상에 기초하여 외란을 측정하는 방법에 따르면, SEM의 출력 데이터인 화상을 이용하여 외란을 측정하고 있으므로, 상응하는 정밀도로 외란을 측정할 수 있지만, 해석에 이용하는 패턴에 의해 계측 정밀도가 좌우된다. 예를 들어, 반도체 디바이스 상에 형성된 패턴에는 거칠기(roughness)라 불리는 패턴 형상의 왜곡이 있다. SEM 화상은 이 거칠기를 포함하므로, 거칠기 성분도 외란의 일부로서 검출하게 될 가능성이 있다.

이하에, 시료 상에 형성된 패턴 형상 등에 상관없이, 고정밀도로 외란을 평가, 혹은 외란에 상관없이 고정밀도의 화상의 형성이나 측정을 행하는 것을 목적으로 하는 하전 입자선 장치 및 화상 해석 장치에 대해 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 형태로서, 하전 입자 빔을 1차원적으로 복수 주사함으로써 얻어지는 검출 신호를, 2차원적으로 표시, 혹은 배열시키고, 상기 2차원 데이터 상의 에지 정보에 대해 주파수 해석 등을 실행하는 하전 입자선 장치 및 화상 해석 장치를 제안한다.

상기 일 형태에 따르면, 1차원적으로 복수회 주사함으로써 얻어지는 검출 신호에 기초하여, 평가를 위한 정보를 취득할 수 있으므로, 패턴에 형성된 거칠기 등의 존재에 상관없이 고정밀도로 외란 등의 평가를 행할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명백해질 것이다.

도 1은 주사 전자 현미경의 개략 구성도.
도 2는 시료에 대한 전자 빔 주사에 기초하여 얻어지는 정보를 이용하여, 외란을 평가하는 공정을 나타내는 흐름도.
도 3은 전자 빔의 1차원 주사에 기초하여 얻어지는 검출 신호를, 2차원적으로 배열하여 형성한 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 2차원 전개 상(像)의 프로파일과, 2차원 상의 프로파일의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 2차원 전개 상으로부터 에지부의 상대적인 위치 어긋남을 산출하는 예를 나타내는 도면.
도 6은 2차원 전개 상에 포함되는 노이즈 성분의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 7은 X 방향 및 Y 방향의 노이즈가 SEM 화상에 초래하는 영향을 나타내는 도면.
도 8은 노이즈 평가 결과에 기초하여 에러 메시지를 발생하는 공정을 나타내는 흐름도.
도 9는 미지의 노이즈가 검출되었을 때에 에러 메시지를 발생하는 공정을 나타내는 흐름도.
도 10은 노이즈의 평가 결과에 기초하여, 편향기의 보정량을 구하는 공정을 설명하는 흐름도.
도 11은 SEM을 포함하는 반도체 측정, 검사 시스템의 개요도.
도 12는 복수의 SEM을 포함하는 측정, 검사 시스템의 개요도.
도 13은 노이즈 평가의 조건 설정을 행하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 2차원 전개 상에 기초하여 얻어지는 특정 주파수의 신호량의 변화를 나타내는 그래프.
도 15는 거칠기 측정을 행하기 위한 조건을 입력하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 16은 거칠기의 판정을 행하는 공정을 나타내는 흐름도.
도 17은 보정 화상을 형성하는 공정을 나타내는 흐름도.
도 18은 노이즈 제거 전후의 SEM 화상을 아울러 표시한 출력 화상예를 나타내는 도면.
도 19는 검출 가능한 노이즈 주파수를 나타내는 도면.

이하에 설명하는 실시예에서는, 주로 계측에 사용하는 SEM 화상 취득시에, Y 방향의 주사 게인을 제로로 함으로써, 주사선 방향(X 방향)으로 1차원적인 주사를 행함과 함께, 상기 주사에 의해 얻어지는 화상 정보를 Y 방향으로 시계열로 배열함으로써 2차원 화상을 작성하는 장치 및 상기 처리를 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램에 대해 설명한다. 보다 구체적인 일례에 따르면, 상관 함수에 의해, 상기 2차원 화상의 어긋남량 데이터를 취득하고, 상기 데이터를 주파수 해석함으로써 화상 중의 진동 등을 측정한다. 또한, 이하의 실시예에서는, Y 방향의 주사 게인을 제로로 함으로써 동일 위치를 왕복 주사하여 패턴의 거칠기의 영향을 배제하고, 또한 슬로우 스캔(주사 간격이 약 600us)을 조합함으로써, 빔 주사 방향의 지터를 600us마다 측정 가능하게 하는 방법에 대해서도 설명한다. 상기에 의해 얻어진 SEM 화상을 주파수 해석함으로써 화상 중의 진동 등을 검출한다.

상기 형태에 따르면, 패턴의 거칠기의 영향을 배제하고, 저주파수로부터 500㎐ 정도의 비교적 높은 주파수의 자장 및 진동까지 계측하는 것이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여, 노이즈의 평가, 패턴 측정시의 보정 데이터의 도출, 혹은 노이즈의 영향을 저감시킬 수 있는 방법, 장치 및 이들의 처리를 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램에 대해 상세하게 설명한다. 도 1은, 주사 전자 현미경의 개략 구성도이다.

전자총(1)으로부터 방출된 전자(2)는 집속 렌즈(3)와 대물 렌즈(4)에 의해 시료(5) 상에 집속되어, 편향기(6)에 의해 주사된다. 시료(5)로부터는 2차 입자[2차 전자 등(7)]가 방출되어, 하전 입자 검출기(8)에 의해 검출된다. 계산기를 포함하는 제어 프로세서(9)는 전자총(1), 집속 렌즈(3) 및 대물 렌즈(4), 편향기(6), 하전 입자 검출기(8) 및 시료(5) 등의 전기적 제어를 행한다. 표시 수단(10)은, 상기 전기적 제어를 행하기 위한 제어 윈도우나 주사 화상 등을 표시한다.

이하에 설명하는 실시예에서는 편향기(6)의 Y 방향의 게인을 제로로 함으로써 1차원 주사를 가능하게 한다. 얻어진 SEM 화상을 제어 프로세서(9)에 의해 주파수 해석을 행하고, 그 해석 결과에 관한 정보 표시는, 표시 수단(10)에 의해 행한다.

도 11은, SEM을 포함하는 반도체 측정, 검사 시스템의 개요도이다. 본 시스템에는, SEM 본체(1101), A/D 변환기(1104), 제어 장치(1105)가 포함되어 있다.

SEM 본체(1101)는 전자 디바이스가 제조된 웨이퍼 등의 시료에 전자 빔을 조사하여, 시료로부터 방출된 전자를 검출기(1103)에 의해 포착하고, A/D 변환기(1104)에서 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 제어 장치(1105)에 입력되어 메모리(1107)에 저장되고, 연산 장치(1106)에 내장되는 CPU, ASIC, FPGA 등의 화상 처리 하드웨어에 의해, 목적에 따른 화상 처리가 행해진다. 또한, 연산 장치(1106)는, 검출 신호에 기초하여, 라인 프로파일을 작성하고, 프로파일의 피크간의 치수를 측정하는 기능도 구비하고 있다.

또한 제어 장치(1105)는, 입력 수단을 구비한 입력 장치(1108)와 접속되고, 상기 입력 장치(1108)에 설치된 표시 장치, 혹은 외부 디스플레이(1109)에는, 조작자에 대해 화상이나 검사 결과 등을 표시하는 GUI(Graphical User Interface) 등의 기능을 갖는다.

또한, 제어 장치(1105)에 있어서의 제어나 처리의 일부 또는 전부를, CPU나 화상의 축적이 가능한 메모리를 탑재한 전자 계산기 등에 할당하여 처리·제어하는 것도 가능하다. 또한, 제어 장치(1106)는, 검사 등에 필요로 하는 전자 디바이스의 좌표, 위치 결정에 이용하는 패턴 매칭용 템플릿, 촬영 조건 등을 포함하는 촬상 레시피를 수동 혹은, 전자 디바이스의 설계 데이터를 활용하여 작성하는 촬상 레시피 작성 장치와 네트워크 또는 버스 등을 통해 접속할 수도 있다.

도 12는, 복수의 SEM(1201∼1203)과, 촬상 레시피 작성 장치(1204)가 네트워크나 버스를 경유하여 접속되어 있는 예를 나타내는 도면이다. 촬상 레시피 작성 장치(1204)에서는, SEM의 촬상 레시피를, 기억 매체(1205)에 기억된 반도체 디바이스의 설계 데이터를 이용하여 작성할 수 있다. 촬상 레시피는, 측정 위치, 배율(시야의 크기), 빔 조건 등을 기억한 동작 프로그램이며, 이 동작 프로그램에 따라서, 제어 장치(1105)는 SEM 본체(1101)를 제어한다.

또한, 이하에 설명하는 실시예에서는, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM)에 탑재된 제어 장치, 혹은 SEM에 통신 회선 등을 경유하여 접속되는 제어 장치(노이즈 평가 장치)를 예로 들어 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 컴퓨터 프로그램에 의해, 화상 처리를 실행하는 범용 연산 장치를 사용하여, 후술하는 바와 같은 처리를 행하도록 해도 된다. 또한, 집속 이온 빔(Focused Ion beam:FIB) 장치 등, 다른 하전 입자선 장치에 대해서도, 후술하는 방법의 적용이 가능하다.

실시예 1

도 2는, 시료에 대한 전자빔 주사에 기초하여 얻어지는 정보를 이용하여, 외란을 평가하는 공정을 설명하는 흐름도이다. 우선, SEM의 시료 스테이지 상에 대상 시료를 적재한 후, 목적 패턴에 전자 빔에 시야가 위치 부여되도록, 시료 스테이지의 이동이나 빔의 편향을 행한다(스텝 201). 다음으로, 목적 패턴 상에서, 빔의 1차원 주사를 행한다(스텝 202). 이 경우, 주사 편향기의 Y 주사 게인을 제로로 하여 패턴을 스캔한다. 바꾸어 말하면, Y 방향의 주사 위치를 고정한 상태에서, X 방향의 주사만을 선택적으로 행하도록 한다. 이러한 1차원의 주사는, 미리 촬상 레시피 등에 기억된 정보에 기초하여, 편향기 제어부(1116)가 SEM 본체(1101)에 대해 제어 신호를 공급함으로써 실시된다.

다음으로, 스캔에 의해 얻어진 1차원 정보를 Y 방향으로 시계열로 배열함으로써 2차원의 화상으로 한다(스텝 203). 화상 형성부(1112)에서는, 1 주사선, 혹은 복수의 주사선 단위의 신호를, 예를 들어 프레임 메모리와 같은 기억 매체에, 주사순으로, Y 방향으로 배열하도록 기억시킴으로써 2차원 전개 상을 작성한다. 2차원 전개 상은, Y 방향(주사선 방향에 대해 수직한 방향)으로 빔을 편향시키는 일 없이 얻어진 신호이며, 동일 위치를 반복하여 주사한 결과 얻어진 신호이므로, 이론상, X 방향의 치수값이 완전히 동일한 패턴이 표시된 화상이 형성될 것이다. 그러나, 진동 등의 외란이 혼입되면, 계시적인 변화가 에지 위치의 변화로 되어 나타나므로, 동일한 위치를 주사하고 있음에도 불구하고, 치수나 에지 위치가 변화된 상이 얻어진다.

다음으로, 2차원 전개 상에 대해, Y 방향의 다른 위치마다의 치수값, 혹은 어긋남량을 구한다(스텝 204). 치수값은, 예를 들어 검출 신호에 기초하여 라인 프로파일을 형성하고, 상기 라인 프로파일의 2개의 피크간의 거리에 기초하여 구할 수 있다. 또한, 어긋남량에 관해서는, 소정의 기준 위치와, 피크와의 사이의 거리를 어긋남량으로서 특정할 수 있다. 이러한 처리는, 신호 해석부(1113)에서 행하도록 해도 되고, 치수 측정부를 별도로 설치하여, 그곳에서 행하도록 해도 된다.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 이러한 치수값이나 위치의 변동을 2차원적으로 표현함으로써, 외란의 정량적인 평가를 행한다. 그러기 위해, 2차원 전개 화상에 대해, Y 방향의 위치 변화에 따른 X 방향의 치수값이나 에지 위치의 변화를 검출한다. 2차원 전개 화상에 나타나는 Y 방향으로 연장되는 선분은, Y 방향이 시간, X 방향이 어긋남량을 나타내는 파형으로 되므로, 이 파형 신호를 해석함으로써, 외란을 정량화할 수 있다.

신호 해석부(1113)에서는, 얻어진 파형 정보를 주파수 해석함으로써, 노이즈 성분을 추출한다(스텝 205). 구체적으로는, 스펙트럼 해석을 행하여, 주파수마다의 신호량을 구한다. 보다 구체적인 일례로서, PSD(Power Spectral Density)를 구하고, 주파수, 혹은 주파수 대역마다, 신호량과 시간을 관련시켜 메모리(1107)에 기억, 혹은 표시 장치(1109)에 표시하도록 한다.

이상과 같이 2차원 전개 상으로부터 얻어지는 X 방향의 위치 어긋남의 검출에 기초하여, 어긋남량을 주파수 해석함으로써, 외란 등의 측정이 가능해진다.

다음으로, Y 방향의 주사 게인을 제로로 하여 SEM 화상을 취득하는 방법에 대해 설명한다. Y 주사 게인을 제로로 함으로써 Y 방향 주사가 행해지지 않게 되어, 동일 라인 상을 X 방향으로만 주사한다. 실제로 Y 주사를 제로로 하여, 시계열로 배열한 화상(150k)을 도 3의 (a)에 나타낸다. Y 주사를 제로로 하여 취득한 화상에는, 패턴 거칠기가 포함되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 도 3의 (b)의 화상은 스캔이 완료되고 나서 저배율로 하여 스캔하여 위치를 확인한 것(100k)이다. 수평 방향으로 오염 자국이 있어 Y 방향에 관해서는 동일 위치를 스캔하고 있는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 저속 주사법(이하, 슬로우 스캔이라 함)을 사용한 화상 취득에 대해 설명한다. SEM 화상은, S/N을 향상시키기 위해, 복수의 주사(주사 영역의 주사 개시점으로부터 주사 종료점까지의 1회의 주사를 1 프레임으로 하였을 때)에 의해 얻어지는 복수 프레임의 화상 신호를 가산함으로써 형성되는 경우가 있다. 그러나, SEM 화상을 프레임 가산하면 전원 주파수 혹은 그 고조파밖에 관찰할 수 없으므로, 본 실시예에서는 1 프레임 화상을 사용한다. SEM 화상에는 노이즈가 많이 포함되므로, SEM 화상 취득 후에 행해지는 에지 추출 등을 용이하게 실현하기 위해, S/N이 좋은 화상이 얻어지는 슬로우 스캔을 적용한다.

예를 들어 50㎐ 지대에서는, 슬로우 스캔의 주사선과 주사선의 시간 간격은 606.94us이며, 이것은 샘플링 주파수가 1647.6㎐에 상당한다. 관찰 가능한 상한 주파수가 800㎐ 이상인 것도 슬로우 스캔을 이용하는 이유이다. 50㎐ 및 60㎐시의 슬로우 스캔을 사용한 경우의 관찰 가능한 주파수를 도 19에 나타낸다. 관찰 가능한 하한 주파수는 프레임 시간에 의존하지만, 20㎐ 정도의 저주파수 성분까지 관찰가능하다고 생각된다.

SEM 화상에 포함되는 진동 성분을 검출하기 위해서는, X 방향의 에지를 검출 할 필요가 있다. 그러나, 실제로는 1 라인의 신호로부터 에지를 검출하는 것은 어렵다. 따라서 상관법을 사용하여 지터를 검출하는 방법을 사용한다.

우선, 화상 전체 영역의 X 방향으로의 투영(프로파일)을 얻는다. 이것을 평균 프로파일로 하는 동시에 메모리(1107)에 기억시킨다. 그 후, 1 라인마다의 신호와 평균 프로파일의 위치 어긋남을, 신호 해석부(1113)에서 산출함으로써 각 라인의 지터를 구한다. 도 4에 평균 프로파일과 1 라인 프로파일을 구한 예를 나타낸다.

평균 프로파일과 1 라인마다의 신호의 위치 어긋남량의 산출에는, 상관 함수를 이용한다. 1 라인 화상을 섭동(攝動)시키면서 평균 프로파일과의 상관을 계산하고, 상관값이 최대로 되는 전후 2점의 합계 5점의 데이터를 2차 함수 근사시킴으로써 서브 픽셀 정밀도의 어긋남량을 구하는 것이 가능해진다. 구한 상관 계수열에는, 노이즈가 포함되지 않아 2차 함수로 용이하게 근사시키는 것이 가능하다.

도 5에 화상 중의 전체 라인에 대해 평균 프로파일로부터의 상대적인 어긋남량을 산출한 예를 나타낸다. 도 5의 예에서는, (1)에 나타낸 바와 같이, 좌우의 100pixel을 제외한 중앙의 영역을 사용하여 어긋남량을 산출한다. 서브 픽셀 단위에서의 어긋남을 검출하고 있는 것을 알 수 있다. 부분적으로 확대해 보면 주기적으로 변화를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

도 5의 어긋남량의 데이터를 주파수 해석함으로써 도 6에 나타내는 SEM 화상에 포함되는 진동 등을 측정할 수 있다. 도 6으로부터 전원의 주파수인 50㎐와 제3 고조파인 150㎐의 노이즈가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 진동이라고 생각되는 282㎐의 노이즈도 검출되어 있다.

이상과 같이, 노이즈의 적정한 평가를 가능하게 함으로써, 주사 전자 현미경 등의 설치 환경의 평가를 행할 수 있어, 측정이나 검사의 정밀도를 저하시키는 요인을 배제하는 등의 대책을 강구하는 것이 가능해진다.

실시예 2

편향기 제어부(1116)를 사용하여, 스캔 방향을 90도 회전시킴으로써, Y 방향으로 작용하는 노이즈를 검출하는 것이 가능해진다. 도 7에 X 방향, Y 방향의 노이즈가 SEM 화상에 초래하는 영향을 나타낸다. 여기서 말하는 X 방향, Y 방향이란 화면상의 X 방향, Y 방향이 아니라, 스테이지의 X 방향 및 Y 방향으로의 노이즈이다. 반도체 계측 장치에서는, 2차원 계측의 수요가 강해지고 있어 양 방향으로부터의 노이즈를 계측하여, 보정을 행함으로써, 고정밀도로 패턴 치수를 측장하는 것이 가능해진다.

실시예 3

제1 실시예의 측정을 정기적으로, 예를 들어 1일 등에 자동으로 행하고, 장기적으로 장치 상태를 확인함으로써, 안정된 빔의 상태를 유지하는 것이 가능하다. 또한, 허용할 수 없는 노이즈의 크기에 대해 임의의 임계값을 설정하고, 그 이상의 노이즈가 계측된 경우는, 에러 메시지를 디스플레이에 표시시킴으로써, 조기에 장치의 이상을 알 수 있다. 또한, 이에 의해, 장치의 가동률 저하를 방지할 수 있다. 본 계측 플로우를 도 8에 나타낸다.

우선, 스텝 801∼805까지는, 도 2의 스텝 201∼205와 마찬가지로, 1차원 주사에 기초하여, 노이즈 검출을 행한다. 메모리(1107)에 미리 노이즈량에 대한 임계값을 기억시켜 두고, 비교부(1114)는 기억된 임계값과, 신호 해석부(1113)에 의해 얻어진 노이즈량의 비교를 행함으로써, 노이즈량이 임계값을 초과하였는지 여부의 판정을 행한다. 노이즈량이 임계값을 초과하였다고 판정된 경우에는, 출력 데이터 작성부(1115)는, 표시 장치(1109) 등을 통해 에러 메시지를 발생한다(스텝 806). 이 에러 메세지는, 특정 주파수의 신호량이 소정값을 초과한 경우에 발생하도록 해도 되고, 복수의 주파수 대역의 가산 신호량이 소정값을 초과한 경우에 발생하도록 해도 된다.

도 11에 예시하는 제어 장치(1105) 내에 내장되는 평가 조건 설정부(1110)는, 입력 장치(1108)로부터의 입력 조건에 기초하여, 노이즈 평가 조건을 설정하고, 평가 레시피로서 메모리(1107)에 등록한다. 구체적으로는, 표시 장치(1109) 등에 GUI(Graphical User Interface) 화면을 표시시켜, 상기 화면 상에서 설정을 행한다.

도 13은, 노이즈 평가의 조건 설정을 행하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 이 GUI 화면 상에서는, 노이즈 평가를 행하는 타이밍, 노이즈 평가에 사용하는 패턴의 종류, 임계값 및 에러 메시지를 발생하는지 여부가 선택 가능하게 되어 있다. 도 13에 예시하는 GUI 화면상에서는, 노이즈 평가를 행하는 타이밍이 "Daily"로 설정되고 있어, 1일마다 정해진 시간에 노이즈 평가를 행하도록 설정되어 있다. 평가 조건 설정부(1110)는, 이러한 GUI 화면 상에서의 설정에 기초하여, SEM을 동작시키는 동작 프로그램인 레시피를 생성한다.

도 14는, 얻어진 2차원 전개 상에 기초하여 얻어지는 특정 주파수의 신호량의 변화를, 횡축을 일시로 한 그래프로 표시한 예를 설명하는 도면이다. 도 14의 삼각형은 주파수 A를 나타내고, 원은 주파수 B를 나타내고, 사각형은 주파수 C를 나타내며, 십자형은 주파수 D를 나타낸다. 이 표시 데이터는 출력 데이터 작성부(1115)에서 작성되고, 표시 장치(1109) 등에 표시된다.

이상과 같은 구성에 따르면, 적절한 타이밍에 장치의 컨디션의 평가를 행하기 위한 설정이 가능해진다.

실시예 4

노이즈의 주파수와 그 요인의 조합의 데이터베이스를 작성하여, 메모리(1107)에 기억시켜 두면, 제1 실시예에서 검출된 노이즈의 원인의 주파수의 피크마다의 특정에 기초하여, 노이즈 요인 자체를 장치의 조작자에게 알릴 수 있다. 예상되는 노이즈로서는, 전원의 주파수인 50, 60㎐의 정수배의 고조파, 스테이지의 고유 진동수, 칼럼의 고유 진동수 등이 있다.

이들 데이터베이스는 미리 시뮬레이션이나 실제 기기로 평가를 행하여 작성한다. 또한, 본 측정을 정기적으로 행하여, 데이터베이스에 없는 노이즈나 지금까지 검출되어 있지 않았던 노이즈가 발생한 경우에는 모니터에 에러 메시지로서 출력시켜, 장치의 이상을 알린다. 본 측정 플로우를 도 9에 나타낸다.

우선, 스텝 901∼905까지는, 도 2의 스텝 201∼205와 마찬가지로, 1차원 주사에 기초하여, 노이즈 검출을 행한다. 다음으로 미리 등록해 둔 주파수와 노이즈 요인을 관련시켜 기억하는 데이터베이스를 참조하여(스텝 906), 노이즈 원인의 특정을 행한다(스텝 907). 이러한 노이즈 요인을 표시 장치(1109)에 표시함으로써, 조작자는, 노이즈의 요인으로서 의심스러운 경우를 용이하게 파악하는 것이 가능해진다.

또한, 소정값 이상의 신호량을 갖는 특정 주파수 성분 중, 데이터베이스를 참조해도 노이즈를 특정할 수 없는 경우에는, 미지의 노이즈가 발생하였다고 판단하여, 에러 메시지를 표시 장치(1109)에 표시한다(스텝 908). 이와 같이, 미지의 노이즈가 혼입된 경우에는, 그 취지를 표시 장치(1109)에 표시함으로써(스텝 909), 조작자에게 데이터베이스의 갱신을 재촉하도록 한다. 조작자는, 발생한 시간이나 노이즈의 규모로부터, 노이즈 요인을 특정할 수 있으면, 미지의 신호와, 노이즈 요인을 관련시켜 데이터베이스에 기억시킴으로써 데이터베이스를 갱신할 수 있다.

실시예 5

상술한 실시예에서는, 장치 상태나 설치 환경을 모니터하기 위한 방법에 대해 설명하였지만, 본 실시예에서는, 얻어진 노이즈 정보에 기초하여, 얻어지는 화상에 대해 보정을 행하는 방법에 대해 설명한다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이 하여 검출된 노이즈를 캔슬하는 편향 신호를, 편향기 제어부(1116)에서 생성하고, 상기 생성된 보정 신호와, 주사 신호를 중첩하여, 편향기(1102)에 공급함으로써, 노이즈가 없는 화상을 형성한다. 본 실시예에서는, 검출된 노이즈를 도 1의 편향기(6)에 피드백하여, 노이즈를 캔슬하도록 빔을 제어함으로써, 노이즈의 보정을 행한다.

또한, 노이즈의 계측을 어느 일정 간격으로 정기적으로 실시함으로써, 항상 고정밀도의 보정을 행하는 것이 가능해진다. 그러나, 계측시에 돌발적인 외란이 발생하는 경우도 생각되므로, 과거의 계측 결과를 주파수별로 기억해 두고, 과거 수회 연속하여 검출되어 있는 노이즈 정보를 선택적으로 사용하여 보정 신호를 생성한다. 본 측정 플로우를 도 10에 나타낸다.

우선, 스텝 1001∼1005까지는, 도 2의 스텝 201∼205와 마찬가지로, 1차원 주사에 기초하여, 노이즈 검출을 행한다. 다음으로 주파수 해석에 의해, 얻어진 주파수별의 신호를 리스트업하고(스텝 1006), 과거의 측정 결과에 기초하여 얻어지는 발생 횟수에 가산함으로써, 토탈 발생 횟수를 산출한다(스텝 1007).

이 누적적인 발생 횟수가 소정 횟수 이상인 노이즈는, 돌발적인 외란이 아니라, 연속적으로 발생하고 있는 노이즈라고 생각되므로, 상기 노이즈의 주파수와 신호량을 특정하고(스텝 1008), 편향기 제어부(1116)에서는, 상기 노이즈를 캔슬하기 위한 보정 신호를 생성한다(스텝 1009). 이 보정 신호를 주사 신호에 중첩하여, 빔 주사를 행함으로써, 고정밀도의 화상 형성, 혹은 측정을 실행할 수 있다.

실시예 6

본 실시예에서는, 편향 신호를 보정하는 것이 아니라, 노이즈의 평가값에 따라서, 화소의 위치를 조정함으로써 노이즈의 영향을 배제한 화상을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 도 17은, 보정 화상을 형성하는 공정을 나타내는 흐름도이다. 본 예에서는, 노이즈 평가 위치에 빔 조사 위치를 이동한 후(스텝 1701), 측정 위치에 대한 빔의 1차원 주사를 행한다(스텝 1702). 다음으로, 1차원 주사에 의해 얻어진 화상 신호를, 2차원 배열함으로써, 2차원 전개 상을 형성한다(스텝 1703). 이 2차원 전개 상에 기초하여, 다른 높이(Y 방향) 위치의 어긋남을 검출하고(스텝 1704), 시간 경과(주사 횟수)에 대응하는 어긋남량의 추이(파형)를 구한다(스텝 1705). 이 파형에 대해, 주파수 해석을 행하고, 실시예 5에서 설명한 바와 같이, 발생 횟수가 소정수 이상의 주파수의 신호를 추출함으로써, 노이즈 성분을 특정한다(스텝 1706).

한편, 시료 상의 대상 패턴에 대해, 전자 빔을 2차원적으로 주사함으로써(스텝 1707), 2차원 상을 형성한다(스텝 1708). 그리고 이 2차원 상으로 표시된 에지 부분에 대해, 주파수 해석을 행하여, 소정값 이상의 신호량을 갖는 주파수 성분을 특정한다(스텝 1709). 스텝 1710에서 소정의 신호량을 갖게 하여 특정된 주파수 성분 중, 스텝 1706에서 노이즈로서 특정된 주파수 성분을 제거하고(스텝 1710), 제거 후의 신호에 기초하여, 2차원 상을 재구축한다(스텝 1711).

이상과 같은 구성에 따르면, 노이즈 등의 영향을 억제하면서, 적정한 2차원 화상의 구축이 가능해진다. 또한, 스텝 1708에서 형성한 2차원 상과, 스텝 1711에서 형성한 2차원 상을 아울러 표시 장치 등에 출력함으로써, 노이즈 제거가 적정하게 행해지고 있는지 여부의 체크를 행할 수 있다.

도 18은, 노이즈 제거 전후의 SEM 화상을 아울러 표시한 출력 화상 예를 나타내는 도면이다. 이 화상 상에는, 1차원 주사에 의해 얻어진 신호를 2차원 전개한 2차원 전개 상(Fluctuation characteristic image), 1차원 주사시의 주파수 해석 결과, 2차원 주사에 기초하는 2차원 상(Two-dimensional image), 2차원 주사시의 주파수 해석 결과, 노이즈 제거 후의 2차원 상 및 주파수 해석시의 측정 조건(Measurement Condition)이 표시되어 있다.

이러한 표시 형태에 따르면, 노이즈의 발생 상황을 육안으로 확인하는 것이 가능해져, 2차원 상의 에지 부분의 거칠기가 노이즈에 기인하는 것인지, 패턴 형상 자체를 나타내는 것인지를 용이하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 노이즈 제거 후의 화상도 아울러 표시함으로써, 노이즈 제거가 적정하게 행해지고 있는지(혹은 노이즈 제거에 의해 평가해야 할 거칠기 정보를 제거하지 않았는지)의 확인을 행하는 것이 가능해진다.

도 16은, 노이즈 제거에 기초하여, 2차원 상을 형성하는 것이 아니라, 거칠기의 판정(스텝 1611)을 행하는 공정을 나타내는 흐름도이다. 스텝 1601∼1610까지는, 도 17의 스텝 1701∼1710과 마찬가지이다. 거칠기 평가만을 행하는 것이면, 예를 들어 노이즈 제거 후의 에지의 선분에 기초하여 근사 함수를 구하고, 상기 근사 함수와 에지 선분간의 거리에 기초하여, 거칠기 계측을 행하여, 그 결과를 메모리(1107)에 등록한다. 또한, 도 15는, 거칠기 측정을 행하기 위한 조건을 입력하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 측정 대상(Measurement Target), 측정 높이(Height), 패턴의 종류(Pattern Type) 및 복수의 에지가 포함되는 경우의 대상 에지(Edge Num)가 포함되고 있고, 그 중에 노이즈 제거를 행할지 여부의 선택을 행하는 선택을 위한 버튼이 설치되어 있다. 이러한 선택지를 마련함으로써, 외란의 제거를 우선할지, 특정 주파수 신호의 신호를 제거하지 않는 것에 의한 신호량을 우선할지의 선택이 가능해진다.

실시예 7

다음으로, 복수의 SEM의 기기차를 평가하는 데 적합한 방법을 설명한다. 도 12에 예시하는 바와 같이, 복수의 SEM(1201∼1203)을 포함하는 측정, 검사 시스템의 경우, 각 장치간에 기기차가 존재하면, 가령 동일 측정 대상을 측정한 경우라도 다른 측정값이 출력되게 되어, 측정 재현성을 저하시키는 요인으로 된다. 본 실시예에서는, 이러한 기기차를 억제하기 위해, 각 SEM에 있어서, 상술한 실시예에서 실시한 바와 같은 장치 컨디션의 평가를 행하여, 기기차를 억제하도록, 편향기의 보정 신호의 산출, 혹은 화상의 보정 조건의 산출을 하도록 한다. 구체적으로는, 기준으로 되는 SEM(예를 들어 SEM 1201)과 동일 편향 조건, 혹은 화상의 보정 조건이 되도록, 다른 SEM 1202, 1203을 조정하도록 하면 된다. SEM 1201은 미리 상술한 실시예에 예시한 방법에 기초하는 장치의 조정을 행해 두고, 그 조건을 추종하도록, 다른 장치의 조건도 맞추게 함으로써, 기기차를 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 1차원 주사를 행하는 타이밍에 의해, 노이즈의 상태가 변화될 가능성도 있으므로, 동일 노이즈 조건하에서 각 장치의 평가를 행하기 위해, 동시에 복수의 SEM으로 1차원 주사를 행하여, 노이즈 검출을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 어느 특정 장치만 큰 노이즈가 검출된다면, 그 장치 고유의 원인(SEM의 근방에 노이즈 원인이 설치되었거나, 설치 환경이 변화되어 노이즈가 발생하게 되었거나 등)이 생각되므로, 예를 들어 기준 장치와의 노이즈 정보(특정 주파수의 신호량, 혹은 기준 장치에서는 확인되어 있지 않았던 주파수의 신호량)의 괴리가 소정값을 초과한 경우에, 경보를 발생하도록 하면 된다.

이러한 구성에 따르면, 장치 환경의 변화를 조기에 얻을 수 있어, 그 대책을 강구하는 것이 가능해진다.

또한, 정확한 보정을 행하기 위해서는, 동일 배율로 보정량을 특정할 필요가 있으므로, 복수의 SEM으로, 치수값이 기지인 동일한 기준 시료를 사용하여 노이즈의 평가를 행하는 것이 바람직하다. 단, 노이즈 원인으로 되는 주파수 성분을 특정할 뿐이면, 상술한 실시예는, 패턴의 치수에 상관없이 주파수 성분을 추출하는 것이 가능하므로, 용도에 따라서 방법을 구분하여 사용할 수 있다. 이 경우는, 특정된 주파수 신호를 필터링함으로써, 노이즈 제거를 행하도록 해도 된다. 단, 노이즈 검출과 보정 신호의 산출을 고정밀도로 행하기 위해서는, 복수의 장치 사이에서, 동시에 또한 동일 규격으로 작성된 기준 시료를 사용하여, 노이즈 평가를 행하는 것이 바람직하다.

이러한 평가법에 따르면, 시간적인 변동 요인이 없는, 장치의 설치 상황이나 컨디션에 유래하는 노이즈원만을 선택적으로 검출하는 것이 가능해진다.

이상과 같은 처리를 촬상 레시피 작성 장치(1204)에서 일괄하여 행함으로써 노이즈에 유래하는 기기차의 관리를 용이하게 행할 수 있게 된다. 본 예의 경우 촬상 레시피 작성 장치(1204)는 화상 해석 장치로서 기능한다.

또한, 상술한 실시예에서는, 노이즈 요인으로서 주로 진동 등의 외란을 전제로 하여 설명하였지만, 예를 들어 시료의 대전 등에 기초하여, 화상이 고유한 흔들림을 발생시키는 경우에는, 그 시료 재질 고유의 노이즈 원인으로서 특정하고, 노이즈의 평가나 보정 신호의 산출 등을 행하도록 해도 된다.

상기 기재는 실시예에 대해 이루어졌지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신과 첨부의 청구범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있는 것은 당업자에게 명백하다.

1 : 전자총
2 : 전자
3 : 집속 렌즈
4 : 대물 렌즈
5 : 시료
6 : 편향기
7 : 2차 입자
8 : 하전 입자 검출기
9 : 제어 프로세서
10 : 표시 수단

Claims

하전 입자원과,
상기 하전 입자원으로부터 방출되는 빔을 주사하는 편향기와,
시료로부터 방출된 하전 입자에 기초하여 화상을 형성하는 화상 형성부를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서,
상기 화상 형성부는, 상기 편향기가 상기 빔을 1차원적으로 복수회 주사하였을 때에 얻어지는 신호를, 2차원적으로 전개하여 2차원 상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 2차원 상의 에지를 나타내는 파형 정보에 대해, 주파수 해석을 행하는 신호 해석부를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 신호 해석부는, 상기 주파수 해석에 기초하여 얻어지는 주파수 성분마다의 신호량을 검출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 신호 해석부에 의해, 얻어진 주파수 해석 결과가 소정의 조건으로 되었을 때에, 그 정보를 출력하는 출력 데이터 작성부를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 신호 해석부는, 얻어진 주파수 해석 결과를, 미리 등록된 데이터베이스를 참조함으로써, 얻어진 주파수 성분과 관련시켜 기억된 노이즈 관련 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 화상 형성부는, 상기 빔을 상기 편향기에 의해 다른 2개의 방향으로 1차원적으로 주사함으로써 검출되는 하전 입자에 기초하여, 적어도 2개의 2차원 상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 화상 형성부는, 정기적인 상기 빔의 1차원 주사에 의해 얻어지는 하전 입자에 기초하여, 복수의 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 2차원 상의 에지를 나타내는 파형 정보에 대해, 주파수 해석을 행하는 신호 해석부와, 상기 신호 해석부에 의해 검출된 노이즈 성분을 제거하도록, 상기 편향기를 제어하는 편향기 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 2차원 상의 에지를 나타내는 파형 정보에 대해, 주파수 해석을 행하는 신호 해석부를 구비하고, 상기 화상 형성부는, 상기 신호 해석부에 의해 검출된 노이즈 성분을 제거하여 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
하전 입자선 장치에 의해 얻어지는 검출 신호에 기초하여 형성되는 화상을 해석하는 신호 해석부를 구비한 화상 해석 장치에 있어서,
상기 편향기가 상기 빔을 1차원적으로 복수회 주사하였을 때에 얻어지는 신호를, 2차원적으로 전개하여 얻어지는 2차원 상을 해석하는 것을 특징으로 하는 화상 해석 장치.
제10항에 있어서,
상기 신호 해석부는, 복수의 하전 입자선 장치에 의해 얻어지는 복수의 2차원 상을 해석하는 것을 특징으로 하는 화상 해석 장치.
제11항에 있어서,
상기 신호 해석부에 의해 얻어지는 복수의 하전 입자선 장치간의 기기차에 기초하여, 상기 복수의 하전 입자선 장치의 장치 조건을 설정하는 조건 설정부를 구비한 것을 특징으로 하는 화상 해석 장치.
제10항에 있어서,
상기 신호 해석부는, 상기 2차원 상의 해석에 기초하여 얻어지는 주파수 성분마다의 신호량을 검출하는 것을 특징으로 하는 화상 해석 장치.
제10항에 있어서,
상기 신호 해석부에 의해, 얻어진 상기 2차원 상의 해석 결과가 소정의 조건으로 되었을 때에, 그 정보를 출력하는 출력 데이터 작성부를 구비한 것을 특징으로 하는 화상 해석 장치.
제10항에 있어서,
상기 신호 해석부는, 얻어진 상기 2차원 상의 해석 결과를, 미리 등록된 데이터베이스를 참조함으로써, 얻어진 주파수 성분과 관련시켜 기억된 노이즈 관련 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 화상 해석 장치.