KR20150132851A - 시료 관찰 장치 - Google Patents

Abstract

시료 관찰 장치는, 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과, 상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와, 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와, 상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와, 상기 관계를 나타내는 정보와 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비에 기초하여, 상기 피관찰 대상부에 있어서의 결함 유무를 판정하는 판정부를 구비한다.

Description

시료 관찰 장치{SAMPLE OBSERVATION DEVICE}

본 발명은, 시료 관찰 장치에 관한 것이다.

종래는, 대용량화와 고집적화를 위해 반도체의 미세화를 진행해 왔다. 그러나, 디자인 룰 10㎚의 세대가 되면서, 노광의 난이도가 보틀넥이 되어, 미세화의 스피드가 둔화되고 있다. 따라서, 반도체 메이커는, 지금까지 평면 구조로 작성했었던 디바이스를, 적층 구조로 한 3차원 구조 디바이스로 함으로써, 미세화에 의존하지 않고 대용량화를 진행하고 있다.

3차원 구조 디바이스는 적층 구조이므로, 지금까지의 디바이스보다도 층이 두꺼워진다. 따라서, 3차원 구조 디바이스의 제조상의 과제는, 층이 두꺼워진 적층 구조의 가공이다. 가공 애스펙트비(홀이나 트렌치의 평면 사이즈와 깊이와의 비)는, 종래에 비해 높아지므로, 홀 혹은 트렌치의 에칭 공정에 의한 가공은 매우 곤란해 질 것이 예상된다. 또한, 개발 TAT(turn around time)를 향상시키기 위해, 3차원 구조 디바이스를 평가ㆍ검사하는 기술도 중요하게 되고 있다.

에칭에 있어서의 콘택트 홀 가공의 평가 방법은, 베타 웨이퍼를 사용해서 에칭 레이트를 평가한 후, 그 데이터를 바탕으로 하여 에칭 시간을 산출하고, 가공 시간의 목표를 결정한다. 에칭 시에는, 플라즈마의 발광 해석을 실시간으로 실시하고, 에칭의 종점 판정을 행하고 있다. 그러나, 3차원 디바이스의 적층 구조에서는, 막마다 에치 레이트가 다르고, 각 층의 두께는 ~100㎚로 얇은 것 등으로부터 에칭의 종점 판정이 곤란하게 될 것으로 예상된다. 이로 인해, 샘플을 할단하여 단면 해석함으로써, 콘택트 홀의 개구/비개구를 평가하고 있고, TAT 저하의 하나의 요인으로 되고 있다.

전자 현미경 기술을 사용한 패턴의 적합성(품질) 평가로서, 특허문헌 1에서는, 기판 전류를 사용해서 애스펙트비가 큰 홀 바닥부의 미세 구조를 해석하고, 홀 바닥부에 존재하는 잔막의 막 두께를 추정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 기판 전류는, 하층에 패턴이 존재하면 측정은 어려워, 잔막의 두께에도 제한이 발생하므로, 에칭 패턴의 적합성 평가에의 적용은 곤란하다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-235464호 공보

한편, 전자 현미경 기술을 사용한 패턴의 적합성 평가로서는, SEM식의 웨이퍼 검사 장치를 사용하는 방법도 있다. SEM식의 웨이퍼 검사 장치에서는, 전자선 조사에 의해 형성되는 개구부/비개구부의 대전 전위의 차를 검출하는 것이 가능하다. 그러나, SEM식 웨이퍼 검사 장치에서는 사용할 수 있는 가속 전압이 최대로 5㎸정도로 낮으므로, 2㎛를 초과하는 깊은 구조를 갖는 샘플의 바닥 부분에 1차 전자가 도달하지 않는다. 또한, 1차 전자가 도달한 경우에도 구멍 바닥으로부터 방출되는 2차 전자의 에너지가 수eV로 약해서, 검출기까지 되돌아 올 수 없다. 따라서, 깊은 구조를 갖는 콘택트 홀의 검사가 곤란하다.

본 발명은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 깊은 구조를 갖는 3차원 구조 디바이스의 적합성을 평가하는 것이 가능한 시료 관찰 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들어, 청구범위에 기재된 구성을 채용한다. 본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과, 상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와, 상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 표준 시료에 조사했을 때의 상기 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와, 상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와, 상기 관계를 나타내는 정보와 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비에 기초하여, 상기 피관찰 대상부에 있어서의 결함 유무를 판정하는 판정부를 구비하는 시료 관찰 장치가 제공된다.

다른 예에 의하면, 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과, 상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와, 상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 표준 시료에 조사했을 때의 상기 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와, 상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와, 상기 관계를 나타내는 정보와 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비에 기초하여, 상기 피관찰 대상부의 가공 조건의 적합성 여부를 판정하는 판정부를 구비하는 시료 관찰 장치가 제공된다.

다른 예에 의하면, 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과, 상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와, 상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 표준 시료에 조사했을 때의 상기 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와, 상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와, 상기 관계를 나타내는 정보를 그래프로서 표시하는 표시부를 구비하는 시료 관찰 장치가 제공된다. 당해 시료 관찰 장치에 있어서는, 상기 그래프 상에 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비가 표시된다.

본 발명에 따르면, 3차원 구조 디바이스와 같이 깊은 구조를 갖는 샘플의 적합성을 판정할 수 있다.

본 발명에 관련된 또 다른 특징은, 본 명세서의 기술, 첨부 도면으로부터 명백하게 되는 것이다. 또한, 상기한 이외의, 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시예의 설명에 의해 명백하게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 주사 전자 현미경을 도시한 도면이다.
도 2는 화상 처리부 및 데이터베이스의 구성을 도시한 도면이다.
도 3a는 홀 샘플 A(표준 시료)의 일례이며, 홀 샘플 A의 조감도이다.
도 3b는 홀 샘플 A(표준 시료)의 일례이며, 홀 샘플 A의 단면 구조를 도시하는 도면이다.
도 4a는 표준 시료의 SEM 화상의 일례이다.
도 4b는 표준 시료에 대해 전자선을 주사했을 때의 2차 하전 입자의 거동의 일례이다.
도 5a는 도 4a의 SEM 화상을 사용해서 밝기비(콘트라스트비)와 밝기 편차를 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5b는 홀 샘플 A의 깊이와 밝기비(콘트라스트비)와의 관계를 나타낸 그래프의 일례이다.
도 6은 표준 시료로부터 그래프를 작성하는 처리의 흐름도이다.
도 7a는 홀 에칭 공정에서 실제로 발생할 수 있는 결함을 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 도 7a의 구조의 SEM 화상의 일례이다.
도 7c는 도 7a의 각 홀에 대해 계산한 콘트라스트비와, 도 5b의 그래프를 비교한 예이다.
도 8은 3차원 적층 디바이스의 홀 공정에서의 결함을 검출하는 처리의 흐름도이다.
도 9a는 홀 샘플 B(표준 시료)의 SEM 화상의 일례이다.
도 9b는 홀 샘플 B(표준 시료)의 단면 구조를 도시하는 도면이다.
도 9c는 도 9a의 일부를 확대한 도면이다.
도 9d는 홀 샘플 B(표준 시료)의 SEM 화상으로부터 작성된 그래프의 일례이다.
도 10a는 에칭 시간 T1에서 처리된 홀의 SEM 화상의 일례이다.
도 10b는 에칭 시간 T2에서 처리된 홀의 SEM 화상의 일례이다.
도 10c는 도 10a 및 도 10b의 화상에 대응하는 콘트라스트비를 그래프에 플롯한 일례이다.
도 11은 SEM식 계측 장치에 있어서 검사를 실행했을 때의 흐름도이다.
도 12a는 칩 단위로 콘트라스트비의 차분을 표시시킨 맵의 일례이다.
도 12b는 칩 단위로 콘트라스트비의 차분을 표시한 다른 예이다.
도 13a는 모니터에 표시되는 화면의 일례이다.
도 13b는 도 13a의 취득 화상 표시란을 확대한 도면이다.
도 13c는 도 13a의 디바이스 구조 정보란을 확대한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 또한, 첨부 도면은 본 발명의 원리에 준한 구체적인 실시예를 나타내고 있지만, 이들은 본 발명의 이해를 위한 것이며, 결코 본 발명을 한정적으로 해석하기 위해 사용되는 것은 아니다.

시료 관찰 장치로서는, 하전 입자선(예를 들어, 전자)을 시료 표면에서 주사하여, 2차적으로 발생하는 전자를 사용하는 하전 입자선 장치가 있다. 하전 입자선 장치의 대표적인 예로서, 전자 현미경(SEM:Scanning Electron Microscope)이 있다. 본 발명은, 전자 현미경 전반에 적용 가능하고, 예를 들어, 리뷰 SEM, CD(critical dimension)-SEM, OL(overlay)-SEM, SEM식 검사 장치, 고가속 SEM 등에 적용 가능하다.

[제1 실시예]

도 1은, 본 발명이 적용되는 주사 전자 현미경을 도시한 도면이다. 주사 전자 현미경은 전자 광학계인 칼럼(102)을 구비한다. 칼럼(102)은 전자선(103)을 조사하는 전자 광학계로서, 전자원(104)과, 콘덴서 렌즈(105)와, 편향 주사용 코일(106)과, 대물 렌즈(107)를 포함한다. 또한, 주사 전자 현미경은 검출기(110 및 111)를 더 포함한다. 또한, 검출기는 이에 한정되지 않는다.

전자원(104)은 마이너스의 고압 전위로 유지되는 음극(도시 생략)과, 전자선의 출구에 배치된 양극(도시 생략)을 갖는 전자총에 의해 구성된다. 전자원(104)에 있어서, 전자총의 음극과 양극 사이에 걸린 전압이 변경 가능하다. 전압을 변경함으로써, 가속된 전자가 방출된다. 또한, 가속 전압의 변경 방법은, 전자원(104)에 인가하는 전압을 변경하는 방법과, 시료 스테이지(101)에 마이너스의 전압을 걸어서 제어하는 방법(리타딩)의 2종류가 있다. 가속 전압의 변경 방법은, 이들 2종류중 어느 것을 사용해도 좋다.

주사 전자 현미경은, 시료 스테이지(101)를 구비한다. 본 주사 전자 현미경에 의해 관찰하는 관찰 대상 시료(109)는 시료 준비실(도시 생략)을 통해서 시료실까지 이동되고, 시료 스테이지(101)에 재치된다. 또한, 시료 스테이지(101)에는 표준 시료(108)도 재치된다. 표준 시료(108)의 상세에 대해서는 후술한다. 본 실시예에서는, 시료 스테이지(101)에 시료(109)와 표준 시료(108)의 양쪽이 재치되는 구성으로 되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다.

전자원(104)으로부터 발사된 전자선(103)은 콘덴서 렌즈(105)에 의해 수렴된다. 전자선(103)은 편향 주사용 코일(106)에 의해 시료 스테이지(101) 상의 시료(109) 상을 주사하도록 편향된다. 또한, 전자선(103)은 대물 렌즈(107)에 의해 시료 스테이지(101)에 탑재된 시료(109)에 수렴해서 조사 및 주사된다.

전자선(103)의 조사에 의해, 시료(109)로부터 2차 전자나 반사 전자 등의 샘플의 정보를 가진 2차 하전 입자(112)가 방출된다. 이 2차 하전 입자(112)가, 검출기(110 및 111)에 의해 검출된다. 검출기(110 및 111)로부터의 출력은 A/D 변환부(120)에서 디지털화된다. 그 후, 화상 처리부(121)가, 전자선(103)의 주사 위치를 화소에 대응지어서 화상을 생성한다. 화상 처리부(121)로부터의 출력은, 장치 전체의 제어를 하는 제어부(122)를 거쳐, 모니터(표시부)(128)에 보내진다. 그리고, 모니터(128)에는 시료(109)의 SEM 화상이 표시된다. 또한, 화상 처리부(121)로부터의 출력된 SEM 화상은, 데이터베이스(123)에 기억된다.

주사 전자 현미경은, 제어계로서, 장치 전체를 제어하는 제어부(122)와, 상기 전자 광학계를 구성하는 렌즈(105, 107)나 코일(106) 등을 제어하는 전자 광학계 제어부(125)와, 시료 스테이지(101)를 제어하는 스테이지 제어부(127)를 구비한다.

유저는, 마우스나 컨트롤러, 조작탁(console) 등의 입력부(124)를 통하여 소정의 입력 파라미터를 입력한다. 입력 파라미터는 데이터베이스(123)에 기억됨과 함께, 제어부(122) 및 화상 처리부(121)에 보내진다. 제어부(122)는 전자 광학계 제어부(125) 및 고전압 전원(126)에 제어 신호를 보내어, SEM의 촬상 조건을 설정한다. 상기 전자 광학계의 각 구성 요소는, 설정된 촬상 조건에 기초하여 동작한다. 또한, 제어부(122)는 입력 파라미터에 의해 결정된 관찰 좌표에 기초하여 스테이지 제어부(127)의 제어를 행한다. 시료 스테이지(101)는 스테이지 제어부(127)의 제어에 의해 X, Y 방향으로 이동된다. 또한, 제어부(122)는 A/D 변환부(120) 및 화상 처리부(121)를 제어하고, 이에 의해, 상술한 바와 같이 SEM 화상이 생성된다.

여기서, 제어부(122) 및 화상 처리부(121)는, 전용의 회로 기판 등의 하드웨어에 의해 구성되어도 좋다. 또한, 제어부(122) 및 화상 처리부(121)는, 범용의 컴퓨터를 사용해서 실현되어도 좋고, 컴퓨터 상에서 실행되는 프로그램의 기능으로서 실현되어도 좋다. 즉, 제어부(122) 및 화상 처리부(121)의 처리는, 프로그램 코드로서 메모리 등의 기억부에 저장하고, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서가 각 프로그램 코드를 실행함으로써 실현되어도 좋다.

또한, 제어부(122)는 레시피 작성부를 구비해도 좋다. 레시피란, 주사 전자 현미경의 동작 조건을 기록한 프로그램이며, 촬상 조건 및 화상 취득 위치의 좌표 정보 등을 포함한 일련의 동작 시퀀스를 정의한 것이다. 레시피 작성부는, 오퍼레이터가 지정한 입력 파라미터(샘플 정보 및 샘플의 좌표 정보 등) 및 촬상 조건에 기초하여 레시피를 작성한다. 이에 의해, 상술한 주사 전자 현미경의 일련 동작을 자동으로 실행해도 좋다.

다음에, 본 실시예의 특징을 설명한다. 본 실시예에서는, 우선, 오목부(홀이나 트렌치 등)를 포함하는 표준 시료(108)를 주사 전자 현미경에 의해 관찰한다. 여기서, 「표준 시료」란, 구조가 다른 복수의 오목부를 갖고, 이들 복수의 오목부의 구조가 이미 알려진 것이다. 즉, 표준 시료(108)는, 기지(이미 알려진)의 폭 및 높이(평면 사이즈 및 깊이)가 되도록 가공된 것이다. 또한, 표준 시료(108)로서, 기준 웨이퍼로서 제공해도 좋다.

본 실시예에서는, 표준 시료(108)에 있어서의 오목부와 오목부의 주변부(표면부)와의 밝기비와, 표준 시료(108)에 있어서의 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보(그래프, 수치 정보 등)를, 복수의 가속 전압의 각각에 대해서 작성하고, 작성된 정보는 데이터베이스(123)에 미리 기억된다. 여기서, 「오목부의 구조를 나타내는 값」은, 깊이, 애스펙트비(오목부의 평면 사이즈와 오목부의 깊이와의 비) 등이다.

다음에, 실제로 관찰해야 할 오목부(피관찰 대상부)를 포함하는 시료(109)를, 임의의 가속 전압으로 주사 전자 현미경에 의해 관찰한다. 주사 전자 현미경은, 이 가속 전압에 있어서의 화상을 생성하고, 그 화상에 있어서의 오목부와 오목부의 주변부와의 밝기비를 산출한다. 주사 전자 현미경은 데이터베이스(123)로부터, 동일한 가속 전압에 있어서의 정보를 판독한다. 그리고, 주사 전자 현미경은, 여기서 산출한 밝기비와, 상기의 관계를 나타내는 정보를 비교해서 차분을 출력함으로써, 관찰해야 할 오목부에 있어서의 결함 유무를 판정한다.

다음에, 화상 처리부(121) 및 데이터베이스(123)에 대해 설명한다. 도 2는 화상 처리부(121) 및 데이터베이스(123)의 구성을 도시한 도면이다. 화상 처리부(121)는 화상 생성부(201)와, 화상 파라미터 연산부(202)와, 판정부(203)를 구비한다. 또한, 데이터베이스(123)는 화상 데이터베이스(204)와, 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)를 구비한다. 또한, 데이터베이스(123)는, 범용의 컴퓨터 등의 기억 장치에 저장되어 있다.

화상 생성부(201)는 A/D 변환부(120)에서 디지털화된 정보를 수취하고, 전자선(103)의 주사 위치를 화소에 대응지어서 SEM 화상을 생성한다. 화상 생성부(201)는 생성한 SEM 화상을 화상 데이터베이스(204)에 저장한다.

화상 파라미터 연산부(202)는 표준 시료(108)에 전자선(103)을 조사함으로써 얻어진 SEM 화상으로부터 선택한 개소의 밝기비 및 구조에 따른 그래프를 작성한다. 여기서, 밝기비는 「패턴부의 밝기/패턴부의 주변부의 밝기」이다. 여기서, 그래프는 「깊이와 밝기비와의 관계를 나타내는 그래프」, 혹은, 「애스펙트비와 밝기비와의 관계를 나타내는 그래프」 등이다. 화상 파라미터 연산부(202)는 밝기비의 수치, 오목부의 구조를 나타내는 값 및 그래프를 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 저장한다.

또한, 화상 파라미터 연산부(202)는, 실제로 관찰해야 할 오목부(피관찰 대상부)를 포함하는 시료(109)에 전자선(103)을 조사함으로써 얻어진 SEM 화상으로부터, 밝기비(패턴부의 밝기/주변부의 밝기)를 산출한다.

판정부(203)는 시료(109)의 SEM 화상 및 밝기비 등의 정보와, 화상 데이터베이스(204) 및 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 저장되어 있는 정보를 비교하고, 차분 정보를 추출한다. 판정부(203)는 차분이 있는 경우, 시료(109)의 피관찰 대상부에 결함이 있다고 판정한다. 또한, 차분이 있는 경우, 차분에 따른 가공 시간의 조정을 행함으로써, 조건의 재검토에 활용할 수도 있다.

다음에, 데이터베이스(123)의 작성 처리에 대해 설명한다. 일례로서, 3차원 적층 디바이스의 구조를 모의한 표준 시료(108)를 사용하는 경우를 예로 든다. 도 3a 및 도 3b는, 표준 시료(108)의 일례이다. 여기서는, 3차원 적층 디바이스의 구조를 모의한 홀 샘플 A를 예로 들고 있다. 도 3a는 홀 샘플 A의 조감도이며, 도 3b는 홀 샘플 A의 단면 구조이다.

홀 샘플 A는 산화막층(302)과 배선층(303)의 적층 구조로 되어 있다. 배선층(303)은 계단 형상으로 길이를 변화시켜 성막되어 있다. 이 적층 구조에 홀(301)을 에칭으로 형성한다. 배선층(303)이 스토퍼막으로 되므로, 홀(301)은, 각각, 다른 깊이(H1, H2, H3, H4)를 갖는다. 또한, 홀(301)은, 각각 구멍 직경(D1, D2, D3)이 다르다. 여기서는, 홀 샘플 A의 깊이는, H1<H2<H3<H4로 한다. 또한, 홀 샘플 A의 구멍 직경은, D1>D2>D3으로 한다.

이상과 같이, 홀(301)의 구멍 직경, 산화막층(302) 및 배선층(303)의 막 두께를 변화시킴으로써, 애스펙트비가 다른 샘플의 작성이 가능하다. 배선층(303)은, 다양한 재질에 대응하고 있고, 예로 금속막이나 질화막을 들 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 표준 시료(108)의 패턴 사이즈나 깊이, 재료는 기지이다.

도 4a는 표준 시료(108)에 대해 전자선(103)을 주사해서 얻어진 SEM 화상의 일례이다. 또한, 도 4b는 표준 시료(108)에 대해 전자선(103)을 주사했을 때의 2차 하전 입자의 거동의 일례이다. 또한, 도 4a 및 도 4b의 예에서는, 구멍 직경이 동일한 홀(301)만을 추출해서 설명한다.

도 4b에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 고가속 전압의 전자선을 사용함으로써, 1차 전자가 홀(301)의 구멍 바닥에 도달하고, 2차 하전 입자(401)가 홀(301)로부터 방출된다. 여기서 고가속 전압이란, 5㎸ 이상의 전압이다. 그러나, 2차 하전 입자(401)의 일부는, 홀 패턴의 측벽부 등에서 차폐되므로, 검출기(110, 111)에 도달하지 않는다. 검출기(110, 111)에 의해 검출되는 2차 하전 입자 신호는, 패턴 깊이에 따라서 저하된다.

따라서, 화상 생성부(201)에서 형성되는 SEM 화상은, 도 4a에 도시하는 바와 같이 깊이에 따라서 밝기에 차가 발생한다. 또한, 홀(301)의 개구부 크기가 바뀐 경우도, 개구부의 사이즈에 따라서, 2차 하전 입자 신호가 증감하고, 홀 패턴의 밝기에 차가 발생한다.

다음에, 홀 샘플 A의 밝기비 및 밝기 편차의 산출 방법에 대해 설명한다. 도 5a는 도 4a의 SEM 화상으로부터 밝기비와 밝기 편차를 산출하는 방법의 일례를 나타낸다. 도 5a는 도 4a의 일부를 확대한 것이다. 또한, 산출 방법은 이하의 방법에 한정되지 않는다.

상술한 바와 같이, 깊이에 따라서 홀의 밝기는 다르다. 홀(501)의 바닥부의 평균 밝기를 취득하는 범위를 502로 나타낸다. 또한, 홀 샘플 A의 표면부의 평균 밝기를 취득하는 범위를 503으로 나타낸다. 하층 구조에 따라서는, 범위(503)의 밝기 편차는 커지므로, 범위(503)는 밝기가 안정되어 있는 영역을 지정하는 것이 바람직하다. 범위(502, 503)의 평균 밝기를 각각 Bb, Bt로 하면, 홀(501)의 콘트라스트비(Ca)는 이하의 식으로 구할 수 있다.

또한, 데이터의 편차를 고려하므로, 동일한 홀에서 복수회 화상을 취득하고, 그 평균값 및 분산을 구하는 방법도 있다. 편차의 계산 방법은, 이에 한정되지 않는다. 모든 화상으로부터, 수학식 1을 사용해서, 콘트라스트비를 구한다. 화상 파라미터 연산부(202)는, 모든 홀의 화상을 취득하고, 또한 콘트라스트비를 계산한 후, 그 데이터를 사용해서 그래프를 작성한다.

도 5b는 홀 샘플 A의 깊이와 밝기비(Ca)와의 관계를 나타낸 그래프의 일례이다. 도 5b는 직경 D1의 홀 데이터 계열(504)과, 직경 D2의 홀 데이터 계열(505)을 나타낸다. 또한, 상기 수순으로 구한 데이터 계열(504)의 편차 범위가 506이다. 홀 샘플 A의 SEM 화상은, 화상 생성부(201)에 의해 데이터베이스(123) 내의 화상 데이터베이스(204)에 저장된다. 또한, 상술한 밝기비의 수치, 밝기 편차의 수치 및 그래프는, 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 저장된다. 또한, 도 5b에서는, 홀 샘플 A의 깊이와 밝기비(Ca)와의 관계를 나타낸 그래프를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 홀 샘플 A의 애스펙트비와 밝기비(Ca)와의 관계를 나타낸 그래프를 작성해도 좋다.

또한, 그래프의 작성을 위해 5㎸ 이상의 고가속 전압을 사용한다. 가속 전압은, 깊이와 밝기비와의 관계 혹은 애스펙트비와 밝기비와의 관계가 비례가 되는 고가속 전압을 사용하는 것이 바람직하다. 깊이와 밝기비와의 관계가 비례 관계로 됨으로써, 밝기비로부터의 깊이의 추정이 보다 용이해져, 결함 유무의 판정 정밀도가 향상된다.

또한, 그래프는, 깊이와 밝기비와의 관계 혹은 애스펙트비와 밝기비와의 관계가 비례하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 그래프는, 직선(1차 함수) 이외에도, 이차 함수 등의 다항식 함수, 지수 함수, 대수 함수 등이어도 좋다.

다음에, 표준 시료(108)로부터 그래프를 작성할 때의 처리에 대해 설명한다. 도 6은 표준 시료로부터 그래프를 작성할 때의 흐름도이다. 여기서는, 표준 시료(108)로서, 오목부의 구조가 기지의 시료가 사용된다.

오퍼레이터는 입력부(124)를 통하여 표준 시료(108)의 입력 파라미터를 입력한다(601). 입력 파라미터를 입력한 후, 표준 시료(108)의 화상 취득 위치에 시료 스테이지(101)를 이동시킨다.

입력 파라미터는 샘플 정보, 샘플의 화상 취득 위치의 좌표 정보 및 밝기비를 구하는 패턴부와 주변부의 좌표 정보와 범위 정보 등이다. 여기서, 「샘플 정보」는 표준 시료(108)의 레이아웃이나 패턴(오목부, 트렌치 등)의 정보(좌표 정보도 포함함), 패턴 깊이의 정보, 패턴 크기 및 구조(애스펙트비 등)의 정보를 포함한다. 「샘플의 화상 취득 위치의 좌표 정보」는 표준 시료(108)에 있어서의 화상 취득 위치의 좌표 정보이다. 「밝기비를 구하는 패턴부와 주변부의 좌표 정보와 범위 정보」는, 예를 들어, 패턴부의 일부의 좌표 정보와 범위 정보와, 패턴부의 주변부의 좌표 정보와 범위 정보를 포함한다. 또한, 「밝기비를 구하는 패턴부와 주변부의 좌표 정보와 범위 정보」는, 스텝 601에 있어서 미리 입력되어도 좋고, 혹은, 스텝 603에 있어서 화상을 취득한 후에 화면 상에서 지정하도록 해도 좋다.

다음에, 입력부(124)를 통하여 화상 취득 위치에서의 촬상에 필요한 SEM의 촬상 조건(가속 전압 등의 조건)을 입력한다(602). 입력된 촬상 조건에 의해 표준 시료(108)를 주사하고, 화상 처리부(121)의 화상 생성부(201)에 의해 표준 시료(108)의 SEM 화상을 생성한다(603). 화상 생성부(201)는 생성한 화상을 화상 데이터베이스(204)에 등록한다.

주사 전자 현미경에 있어서, SEM 화상은 표준 시료(108)에 대해 작성된 모든 패턴에 대해 취득한다(604). 모든 패턴에 대해 SEM 화상을 취득하고 있는 경우에는, 스텝 605로 진행하고, 그렇지 않은 경우는, 스텝 601로 복귀된다.

또한, 편차를 고려하여, 표준 시료(108)의 동일한 패턴에 대해 복수의 SEM 화상을 취득한다(605). 동일한 패턴에 대해 복수의 SEM 화상을 취득하고 있는 경우에는, 스텝 606으로 진행하고, 그렇지 않은 경우는, 스텝 601로 복귀된다.

또한, 레시피를 작성하는 경우는, 미리 복수의 패턴에 대한 입력 파라미터를 설정하고, 복수회 동일한 패턴에 대해 SEM 화상을 취득하도록 설정한다. 이에 의해, 자동으로 복수의 패턴의 각각에 대해 복수의 SEM 화상을 자동으로 취득할 수 있다. 이 경우, 스텝 604 및 605의 판정 처리는 생략할 수 있다.

다음에, 화상 처리부(121)의 화상 파라미터 연산부(202)는 콘트라스트비(패턴부의 밝기/주변부의 밝기)를 산출한다(606). 화상 파라미터 연산부(202)는, 도 5a에 도시한 바와 같이 SEM 화상으로부터 콘트라스트비를 계산하기 위한 장소를 선택하고, 수학식 1을 사용해서 콘트라스트비를 산출한다.

다음에, 화상 처리부(121)의 화상 파라미터 연산부(202)는, 동일한 패턴의 복수의 SEM 화상을 바탕으로, 밝기비의 편차 범위(임계값)를 계산한다(607). 다음에, 화상 파라미터 연산부(202)는 표준 시료(108)의 깊이 혹은 애스펙트비와 밝기비와의 관계를 나타내는 그래프를 작성한다(608). 그래프는, 복수의 점군 데이터로부터 직선 혹은 곡선을 생성하기 위한 근사 처리에 의해 작성해도 좋다. 그 후, 화상 파라미터 연산부(202)는 밝기비의 수치, 밝기 편차의 수치 및 그래프를, 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 등록한다. 이상으로, 데이터베이스(123)의 작성 플로우는 종료이다.

또한, 그래프를 작성하지 않는 구성이어도 좋다. 화상 파라미터 연산부(202)는 데이터로서, 깊이와 밝기비와의 관계 혹은 애스펙트비와 밝기비와의 관계를 나타내는 정보를 작성하면 되고, 각 깊이 혹은 각 애스펙트비에 대응한 밝기비가 수치로서 정의되어 있으면 된다.

다음에, 3차원 적층 디바이스의 홀 공정에서의 결함 검출에 대해 설명한다. 도 7a는 3차원 적층 디바이스 구조를 갖는 샘플(700)의 홀 에칭 공정에서 실제로 발생할 수 있는 결함을 모의한 것을 나타낸다. 샘플(700)에서의 각 홀의 타깃 깊이는, 샘플을 설계/제조하는 유저에 대해 기지이다. 이 공정에서는, 복수의 깊이를 갖는 홀을 동시에 에칭하므로, 타깃 깊이가 얕은 홀에서는, 하층 스토퍼막을 관통하는 펀칭 결함(701)이 발생한다. 또한, 타깃 깊이가 깊은 홀에서는, 에칭 부족에 의한 비개구 결함(704)이 발생한다.

도 7b는 도 7a의 구조를 SEM에 의해 확인한 경우의 화상예이다. 펀칭 결함(701)에서는, 깊이는 우측의 홀(702)과 동일한 정도의 밝기로 되어 있다. 또한, 비개구 결함(704)에 대해서도, 좌측의 홀(703)과 동일한 정도의 밝기로 되어 있다.

도 7a 및 도 7b의 각 홀에 대해, 수학식 1을 사용해서 콘트라스트비를 계산한다. 도 7c는 도 7b의 화상 내의 각 홀에 대해 계산한 콘트라스트비와, 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 등록된 도 5b의 데이터 계열(504) 및 편차 범위(506)를 비교한 예이다. 또한, 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)로부터 판독하는 도 7c의 그래프는, 도 7b와 화상과 동일 조건(가속 전압)으로 표준 시료(108)를 관찰했을 때의 화상으로부터 작성된 것이다.

펀칭 결함(701)이 발생한 홀의 콘트라스트비(705)는 홀의 깊이가 깊어진 만큼, 검출되는 신호량이 저하되므로, 밝기가 저하되어 있다. 따라서, 홀의 주변과의 콘트라스트비도 저하된다. 한편, 비개구 결함(704)이 발생한 홀의 콘트라스트비(706)는, 얕은 분만큼 검출 신호가 증가하고 있다. 따라서, 홀의 주변과의 콘트라스트비도 커진다.

편차 범위를 임계값으로서 사용하면, 콘트라스트비(705, 706)는 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 등록된 데이터 계열(504)로부터 일탈하고 있고, 결함이 발생하고 있는 것으로 추정된다. 본 실시예에서는, 판정부(203)는 콘트라스트비(705, 706)와 데이터 계열(504)과의 차분을 구함으로써, 홀의 결함 유무를 판정한다. 이 판정에 의해, 홀 에칭 공정의 에칭 조건(가공 조건)이 적절하지 않은 것을 알 수 있다. 따라서, 홀의 결함을 검출함으로써, 홀 에칭 공정의 에칭 조건이 적절한지를 판정할 수 있다.

또한, 판정부(203)는 콘트라스트비(706)를 데이터 계열(504)에 있어서의 콘트라스트비에 관련지음으로써, 비개구 결함(704)이 발생한 홀의 깊이(707)를 구해도 좋다. 이에 의해, 결함이 발생한 홀의 실제의 깊이가 어느 정도인 지를 추정할 수 있다.

또한, 판정부(203)는 콘트라스트비(705, 706)가 데이터 계열(504)에 대해 큰지 혹은 작은지를 구함으로써, 결함 종류를 판정해도 좋다. 상술한 바와 같이, 콘트라스트비(705, 706)가, 데이터 계열(504)에 대해 상하의 어느 쪽으로 어긋났는지를 판정함으로써, 펀칭 혹은 비개구인 것을 판정하는 것이 가능하다.

다음에, 깊이와 밝기비와의 관계를 나타내는 그래프를 사용해서, 3차원 적층 디바이스의 홀 공정에서의 결함을 검출하고, 에칭 공정의 에칭 조건을 판정하는 처리에 대해 설명한다. 도 8은 3차원 적층 디바이스의 홀 공정에서의 결함을 검출하는 처리의 흐름도이다.

우선, 입력 파라미터를 입력부(124)를 통하여 입력한다. 상술한 바와 같이, 입력 파라미터는 샘플 정보, 샘플의 화상 취득 위치의 좌표 정보 및 밝기비를 구하는 패턴부와 주변부의 좌표 정보와 범위 정보 등이다. 여기서는, 실제로 관찰하는 시료(109)에 관한 입력 파라미터를 입력한다. 또한, 입력부(124)를 통하여 SEM의 촬상 조건(가속 전압 등의 조건)도 입력한다. 그 후, 이하의 처리가 실행된다.

다음에, 에칭된 웨이퍼 샘플을 시료(109)로서 시료 스테이지(101)에 로드한다(801). 웨이퍼 샘플을 로드한 후, 화상 취득 위치를, 표준 시료(108)와 동일한 구조를 갖는 웨이퍼 샘플의 위치로 이동시킨다(802).

화상 취득 위치에 있어서 전자선(103)을 주사하고, 화상 생성부(201)에 의해 SEM 화상을 취득한다(803). 취득한 SEM 화상에 대해, 화상 파라미터 연산부(202)에 의해, 웨이퍼 샘플상의 패턴부(홀 혹은 트렌치)와 패턴부의 주변부를 선택한다(804). 다음에, 화상 파라미터 연산부(202)에 의해, 선택된 범위를 바탕으로, 콘트라스트비를 계산한다(805).

다음에, 판정부(203)에 의해, 깊이와 밝기비와의 관계 혹은 애스펙트비와 밝기비와의 관계를 나타내는 그래프를 데이터베이스(123)로부터 읽어들인다(806). 데이터베이스(123)로부터 읽어들인 그래프는, 표준 시료(108)를 관찰했을 때와 동일한 촬상 조건(가속 전압)으로 얻어진 화상으로부터 작성한 것이다. 그리고, 판정부(203)에 의해, 읽어들인 그래프와, 산출한 콘트라스트비를 비교한다(806). 그 후, 판정부(203)에 의해, 읽어들인 그래프와, 산출한 콘트라스트비와의 사이의 차분을 출력한다(807).

다음에, 판정부(203)에 의해, 출력된 차분이 소정의 범위인지 여부를 판정한다(808). 예를 들어, 차분이, 편차 범위(도 5의 506) 내이면, 판정부(203)는 결함없음으로 판정하고, 스텝 809로 진행한다. 스텝 809로 진행한 경우, 에칭 조건 내기가 완료된다.

한편, 차분이 편차 범위를 초과하는 경우에는, 판정부(203)는 결함이 존재하고 있다고 판정한다(810). 그 후, 오퍼레이터는 에칭 조건의 재평가를 행한다(811). 재평가를 행한 에칭 조건으로 웨이퍼 샘플을 작성하고, 다시 스텝 801로부터 실행한다. 결함이 검출되지 않게 될 때까지 스텝 801 내지 808을 반복한다.

종래의 SEM식의 웨이퍼 검사 장치에서는, 가속 전압의 가변 범위가 좁으므로, 1차 전자가 3차원 구조 디바이스의 구멍 바닥에 도달하지 않거나, 혹은, 2차 전자가 검출기까지 도달하지 않는다고 하는 과제가 있었다. 또한, 종래의 기판 전류를 사용한 해석 장치에서는, 3차원 구조 디바이스의 하층 구조나 홀 바닥의 잔막 두께에 따라서는 기판 전류를 검출할 수 없다고 하는 과제가 있었다. 따라서, 종래에는, 샘플을 할단하여 단면 해석을 행할 필요가 있어, 해석에 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 해석 점수도 적었다.

본 실시예에 의하면, 3차원 구조 디바이스의 바닥부에 도달 가능한 고가속 전압에 의해 전자선(103)을 조사 가능한 주사 전자 현미경을 사용한다. 또한, 기지의 사이즈/깊이를 갖는 홀 혹은 트렌치를 형성한 표준 시료(108)를 준비한다. 표준 시료(108)에는, 복수의 깊이나 크기를 갖는 패턴(홀이나 트렌치 등)이 레이아웃되어 있다. 표준 시료(108)를 고가속 전압에 의해 관찰하고, 얻어진 2차 전자 신호 화상 혹은 반사 전자 신호 화상으로부터 데이터베이스(123)를 구축한다. 그리고, 샘플을 가공한 후에, 표준 시료(108)를 관찰했을 때와 동일한 촬상 조건(가속 전압)으로 그 샘플을 관찰한다. 데이터베이스(123)로부터 읽어들인 그래프와 샘플의 밝기비를 비교함으로써, 3차원 구조 디바이스의 적합성을 판정하는 것이 가능하게 된다. 이상과 같이, 3차원 구조 디바이스와 같이 복잡하고 또한 깊은 구조를 갖는 샘플의 적합성을 판정할 수 있다. 종래 샘플을 할단하여 확인을 행하고 있었던 것과 비교하면, 적절한 에칭 조건을 얻을 때까지의 TAT는 향상되어, 조기에 수율 향상에 기여할 수 있다.

[제2 실시예]

다음에, 상술한 화상 처리부(121) 및 데이터베이스(123)를 사용해서 에칭 시간(가공 조건)의 최적화를 행하는 구성에 대해 설명한다. 도 9a 및 도 9b는, 본 실시예에 있어서 사용하는 표준 시료(108)의 일례이다. 여기서는, 3차원 적층 디바이스의 구조를 모의한 홀 샘플 B를 예로 들고 있다. 홀 샘플 B는, 동일한 구멍 직경의 복수의 홀을 구비한다. 홀 샘플 B에서는, 다른 에칭 시간에서 에칭 공정을 실행함으로써, 깊이가 다른 홀이 형성되어 있다.

본 실시예에서는, 표준 시료(108)로서 홀 샘플 B를 사용해서, 데이터베이스(123) 내의 화상 데이터베이스(204) 및 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 저장되는 데이터를 작성한다. 표준 시료(108)로부터 그래프를 작성할 때의 처리는 도 6과 마찬가지이다.

도 9a는 홀 샘플 B의 SEM 화상이며, 도 9b는 홀 샘플 B의 단면 구조를 도시하는 도면이다. 예를 들어, 홀 샘플 B는 에칭 스토퍼층(910)에 도달하는 깊이로 에칭된 기준 홀군(901)과, 기준 홀군(901)에 비해 에칭 시간을 짧게 설정함으로써 깊이가 얕게 형성된 홀군(902)을 포함한다. 도 9a에 도시하는 바와 같이, 기준 홀군(901) 및 홀군(902)에 전자선(103)을 조사해서 얻어지는 SEM 화상은, 깊이에 따라서 홀 바닥부의 밝기가 다르다.

도 9c는 도 9a의 일부를 확대한 것이다. 동일한 사이즈로 만들어진 홀의 바닥부(903)의 밝기로부터 평균 밝기 Bb를 구한다. 또한, 샘플 표면부의 평균 밝기 Bt를 표면부(904)로부터 구한다. 제1 실시예와 마찬가지로, 평균의 밝기 Bb 및 평균 밝기 Bt를 바탕으로, 수학식 1로부터 홀의 콘트라스트비(Ca)를 구한다. 또한, 콘트라스트비(Ca)의 편차를 표준 편차로부터 구한다. 편차의 계산 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.

홀 샘플 B에 만들어진 홀 각각에서 반복하여 콘트라스트비(Ca)의 계산을 행하고, 각각에서의 Bb, Bt, Ca 편차를 구함으로써 그래프를 작성한다. 도 9d는 홀 샘플 B의 SEM 화상으로부터 작성된 그래프의 일례이다. 그래프(905) 및 편차 범위(906)의 값은, 데이터베이스(123) 내의 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)에 저장된다. 또한, 홀 샘플 B의 SEM 화상은 데이터베이스(123) 내의 화상 데이터베이스(204)에 저장된다.

다음에, 에칭 시간의 최적화 처리에 대해 설명한다. 이 처리는, 도 8의 처리와 마찬가지이다.

도 10a 및 도 10b는 타깃 깊이가 동일한 웨이퍼를 다른 에칭 시간 T1, T2에서 처리한 후, 주사 전자 현미경에 의해 취득한 SEM 화상이다. 도 10a의 홀(1001)은 에칭 시간 T1에서 처리되고, 도 10b의 홀(1002)은 에칭 시간 T2에서 처리되어 있는 것으로 한다. 이 실시예에서의 타깃 깊이는, 도 9b에 도시하는 기준 홀군(901)의 홀과 동일한 깊이로 한다. 촬상 조건은, 도 9a의 SEM 화상을 취득한 경우와 동일하다. 도 10a 및 도 10b에 도시하는 웨이퍼를 시료(109)로서 도 8의 처리가 실행된다. 또한, 도 8의 스텝 804 이후는, 이하에서 설명하는 처리가 된다.

화상 파라미터 연산부(202)는 홀(1001) 및 홀(1002)에 관해서, 도 9c와 마찬가지로, 홀 바닥부 및 패턴 표면부로부터 패턴의 밝기를 계산하는 장소를 결정한다. 그리고, 화상 파라미터 연산부(202)는, 수학식 1을 사용해서 콘트라스트비를 계산한다.

판정부(203)는 수치ㆍ그래프 데이터베이스(205)로부터 그래프를 판독한다. 도 10c는 도 9a의 SEM 화상으로부터 작성한 그래프의 일례이다. 판정부(203)는, 도 10c의 그래프에, 도 10a 및 도 10b에 대응하는 콘트라스트비(1003, 1004)를 플롯한다.

도 10a 및 도 10b의 웨이퍼는 타깃 깊이가 동일하다. 따라서, 도 10c의 그래프 상에서 x축의 값은 동일하다. 우선, 홀(1001)의 SEM 화상으로부터 산출한 콘트라스트비(1003)는, 그래프(1005) 및 편차 범위(1006)에 비해, 충분히 높다. 판정부(203)는 콘트라스트비(1003)를 x 방향으로 외삽하고, 그래프(1005)와 접한 점의 깊이(1007)를 홀(1001)의 깊이로서 구할 수 있다.

한편, 홀(1002)의 SEM 화상으로부터 산출한 콘트라스트비(1004)에 대해서는, 그래프(1005)의 편차 범위(1006) 내에 플롯된다. 따라서, 홀(1002)은 타깃의 깊이에 도달하고 있다고 생각되고, 에칭 시간으로서는, T2로 한 편이 최적으로 추정가능하게 된다.

본 실시예에 의하면, 평가 대상으로 되는 시료(109)의 SEM 화상으로부터 얻어진 정보와, 다른 에칭 시간에서 에칭 공정을 실행한 표준 시료(108)(홀 샘플 B)로부터 작성된 그래프를 비교함으로써, 최적의 에칭 시간을 판정할 수 있다. 종래에는, 샘플을 나누어서 단면 관찰하고 있었지만, 본 실시예에서는, 단면 관찰하지 않고, 에칭 시간의 최적화가 확인 가능하게 되어, 에칭 조건 내기에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, TAT의 개선을 실현하는 것이 가능하게 된다.

[제3 실시예]

다음에, 패턴 치수 측정 기능을 갖는 SEM식 계측 장치에 상술한 화상 처리부(121)와 데이터베이스(123)를 탑재한 실시예에 대해 설명한다. 도 11은 SEM식 계측 장치에 있어서 검사를 실행했을 때의 흐름도이다.

우선, 입력 파라미터를 입력부(124)를 통하여 입력한다. 상술한 바와 같이, 입력 파라미터는 샘플 정보, 샘플의 화상 취득 위치의 좌표 정보 및 밝기비를 구하는 패턴부와 주변부의 좌표 정보와 범위 정보 등이다. 여기서는, 에칭된 웨이퍼 샘플인 시료(109)에 관한 입력 파라미터를 입력한다. 또한, 입력부(124)를 통하여 SEM의 촬상 조건(가속 전압 등의 조건)도 입력한다. 그 후, 이하의 처리가 실행된다.

다음에, 시료(109)로서 시료 스테이지(101)에 로드한다(1101). 웨이퍼 샘플을 로드한 후, 측정 위치를, 웨이퍼 내의 지정점으로 이동시킨다(1102).

웨이퍼 내의 지정점에 있어서 전자선(103)을 주사하고, 화상 생성부(201)에 의해 SEM 화상을 취득하고, 지정점에 있어서의 위치의 치수를 측정한다(1103). 취득한 SEM 화상에 대해, 화상 파라미터 연산부(202)에 의해, 상술한 바와 같이, 웨이퍼 샘플상의 패턴부와 패턴부의 주변부를 선택한다. 그리고, 화상 파라미터 연산부(202)에 의해, 선택된 범위를 바탕으로, 콘트라스트비를 계산한다(1104).

다음에, 판정부(203)에 의해, 깊이와 밝기비와의 관계 혹은 애스펙트비와 밝기비와의 관계를 나타내는 그래프를 데이터베이스(123)로부터 읽어들인다. 그리고, 판정부(203)에 의해, 읽어들인 그래프와, 산출한 콘트라스트비를 비교한다(1105). 그 후, 판정부(203)에 의해, 읽어들인 그래프와, 산출한 콘트라스트비 와의 사이의 차분을 출력한다(1106).

도 12a는 칩 단위로 콘트라스트비의 차분을 표시시킨 맵이다. 맵(1201)은 모니터(128)의 화면으로서 표시된다. 맵(1201)에는 반도체 웨이퍼 상의 복수의 지정점에 있어서의 콘트라스트비가 표시된다.

맵(1201)에서는 정상적인 콘트라스트의 칩(1202)과, 경도의 이상 콘트라스트 칩(1203)과, 중도의 이상 콘트라스트 칩(1204)이 표시된다. 이들은, 표준 시료(108)와의 차분의 크기에 맞춰서, 색 혹은 농담 등을 변화시켜 표시된다. 도 12b는 칩 단위로 콘트라스트비의 차분을 표시한 다른 예이다. 도 12b의 화면에서는, 각 칩의 좌표에 대응시켜, 치수와 콘트라스트가 표시된다.

다음에, 판정부(203)에 의해, 치수 이상의 유무(1107) 및 콘트라스트비의 이상의 유무(1108)를 판정한다. 치수 및 콘트라스트비의 각각에서 이상이 없는 경우에는, 에칭 조건 내기가 완료된 것으로 하여(1109), 다음 공정으로 샘플을 보낸다.

치수 혹은 콘트라스트비에서 이상이 있었던 경우는, 스텝 1110으로 진행한다. 이상이 있는 경우는, 에칭의 조건이 불충분하거나, 에칭 장치에 이상이 발생하거나 하고 있는 것이 의심된다. 따라서, 장치의 문제를 확인하고(1110), 장치의 문제가 확인된 경우에는, 장치의 점검(에쳐 상태의 점검)을 한다(1111). 그 후, 에칭 조건을 재평가(1112)하고, 스텝 1101로 복귀한다. 스텝 1110에 있어서, 장치의 문제가 아닌 경우에는, 에칭 조건을 재평가(1112)하고, 스텝 1101로 복귀한다.

본 실시예에서는, 표준 시료(108)를 주사 전자 현미경에 의해 관찰하고, 그 깊이 혹은 애스펙트비와 콘트라스트비(=패턴부의 밝기/주변부의 밝기)와의 관계를 미리 데이터베이스(123)에 저장해 둔다. 표준 시료(108)와 마찬가지의 구조를 갖는 반도체 웨이퍼에 대해, 데이터베이스(123)의 작성 시와 동일한 촬상 조건에 의해 화상을 취득한다. 취득한 화상으로부터 콘트라스트비와 데이터베이스(123)에 기억한 데이터를 비교한다. 데이터베이스(123)와의 차분을 출력함으로써, 반도체 웨이퍼에 있어서의 패턴 가공의 적합성을 평가할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 깊은 구조를 갖는 3차원 디바이스의 반도체 양산 공정에 적용하여, 반도체 디바이스의 수율 향상에 공헌할 수 있다. 특히, 반도체의 양산 라인에서의 치수 관리에 맞춰서, 콘트라스트 평가에 의한 검사를 실시함으로써, 장치 문제나 결함을 조기에 발견할 수 있어, TAT의 개선을 실현할 수 있다.

[제4 실시예]

다음에, 상술한 실시예를 실행할 때에 모니터(128)에 표시되는 화면에 대해 설명한다. 도 13a는 모니터(128)에 표시되는 화면의 일례이다.

화면(1301)은 웨이퍼 맵 표시란(1302)과, 스캔 조건란(1303)과, 취득 화상 표시란(1304)과, 디바이스 구조 정보란(1305)과, 계산 결과(그래프) 표시란(1306)과, 툴 박스(1307)를 구비한다.

웨이퍼 맵 표시란(1302)에는, 화상 취득 중인 칩 혹은 표준 시료가 표시된다. 또한, 웨이퍼 맵 표시란(1302)에는 판정 처리 후의 차분 맵(도 12a의 맵)이 표시된다.

스캔 조건란(1303)에는 SEM의 촬상 조건 등이 표시된다. 취득 화상 표시란(1304)에는 취득한 SEM 화상이 표시된다. 또한, 취득 화상 표시란(1304)에 표시된 SEM 화상 상에서, 콘트라스트비의 계산에 사용하는 패턴부의 범위 및 패턴부의 주위의 표면부의 범위를 지정해도 좋다. 이 경우, 툴 박스(1307)의 각 버튼을 누름으로써, 취득 화상 표시란(1304)에 표시된 SEM 화상 상에 직사각형, 다각형, 원형 등의 범위를 지정할 수 있다.

디바이스 구조 정보란(1305)에는 관찰 대상의 시료(109)의 디바이스 구조의 정보가 표시된다. 이 디바이스 구조의 정보는 입력부(124)를 통하여 입력된다. 또한, 디바이스 구조 정보란(1305)에는 관찰 대상의 시료(109)의 디바이스 구조의 정보가 입력되면, 그 시료에 대응한 표준 시료(108)의 정보가 출력된다.

계산 결과(그래프) 표시란(1306)에는 콘트라스트비의 계산 결과 및 그래프가 표시된다. 예를 들어, 계산 결과(그래프) 표시란(1306)에는, 도 7c 혹은 도 10c의 그래프가 표시된다. 계산 결과(그래프) 표시란(1306)에는 그래프에 한정되지 않고, 수치 등의 리스트가 표시되어도 좋다. 예를 들어, 도 12b의 리스트가 표시되어도 좋다.

도 13b는 취득 화상 표시란(1304)을 확대한 도면이다. 취득 화상 표시란(1304)은 Image 탭(1308)과, List 탭(1309)을 구비한다. 도 13의 좌측의 도면은, Image 탭(1308)을 누른 경우의 화면이며, 도 13의 우측의 도면은, List 탭(1309)을 누른 경우의 화면이다.

Image 탭(1308)의 화면에서는, 취득한 SEM 화상(1310)이 표시된다. SEM 화상(1310)에는 툴 박스(1307)를 사용해서, 콘트라스트비의 계산에 사용하는 패턴부의 범위(1311a) 및 패턴부의 주위의 표면부의 범위(1311b)가 지정되어 있다.

List 탭(1309)의 화면에서는, 취득한 SEM 화상(1310)의 썸네일 화상이 표시된다. 썸네일 화상의 가로측에는, 대응하는 SEM 화상에 관한, 패턴부(예를 들어, 홀)의 밝기와, 패턴부의 주위의 표면부의 밝기와, 콘트라스트비가 표시된다.

도 13c는 디바이스 구조 정보란(1305)을 확대한 도면이다. 디바이스 구조 정보란(1305)에는 패턴부의 타입을 선택하는 박스(1312)와, 샘플의 표면 구조를 선택하는 박스(1313)와, 샘플의 패턴부의 바닥부의 구조를 선택하는 박스(1314)와, 사이즈의 타입(직경 혹은 폭)을 선택하는 박스(1315)와, 사이즈의 타입(깊이 혹은 높이)을 선택하는 박스(1316)와, 검색 버튼(1317)과, 검색 결과 표시란(1318)이 표시된다. 오퍼레이터는 입력부(124)를 통하여 적절한 파라미터를 입력할 수 있다.

데이터베이스(123)에는 샘플의 구조 정보와 표준 시료(108)를 관련지은 정보가 저장되어 있다. 박스(1312 내지 1316)의 정보를 입력한 후에, 검색 버튼(1317)을 누르면, 그 구조에 대응한 표준 시료(108)의 정보가 검색 결과 표시란(1318)에 표시된다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상술한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 경우가 있고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성 일부에 대해, 다른 구성의 추가ㆍ삭제ㆍ치환을 하는 것이 가능하다.

예를 들어, 결함 유무의 판정 혹은 최적의 가공 조건의 판정을 지원하는 점에 있어서는, 판정부(203) 대신에, 데이터베이스(123)로부터 취득한 정보와 시료(109)로부터 계산한 밝기비를 표시하는 모니터(표시부)(128)를 적어도 구비하고 있으면 된다. 예를 들어, 그래프에는 시료(109)로부터 계산한 밝기비가 플롯된다. 이 경우, 도 8의 판정부(203)의 처리를 실행하지 않고, 오퍼레이터가 모니터(128) 상의 그래프 등을 참조함으로써, 결함 유무 혹은 최적의 가공 조건을 판정할 수 있다. 또한, 모니터(128)의 그래프 상에 편차 범위도 동시에 표시시키도록 하면, 판정의 시간을 보다 단축할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 1개의 그래프를 사용해서 결함 유무의 판정 혹은 최적의 가공 조건의 판정을 행하고 있지만, 복수의 그래프를 사용해서 판정을 행해도 좋다. 데이터베이스(123)에는, 복수의 가속 전압마다 그래프가 저장되어 있고, 주사 전자 현미경은, 복수의 가속 전압의 각각에 의해 화상을 취득한다. 판정부(203)는 그래프와, 복수의 가속 전압의 각각에 의해 얻어진 화상에 있어서의 밝기비와의 차분을 구함으로써, 시료에 있어서의 결함 유무 혹은 최적의 가공 조건의 판정을 행해도 좋다. 복수의 가속 조건에 의해 얻어진 화상을 사용해서 판정함으로써, 결함 유무의 판정 혹은 최적의 가공 조건의 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 실시예의 구성은, 그들의 일부나 전부를, 예를 들어, 집적 회로로 설계하는 등에 의해 하드웨어로 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은, 실시예의 기능을 실현하는 소프트웨어의 프로그램 코드로 실현해도 좋다. 이 경우, 프로그램 코드를 기록한 비일시적인 컴퓨터 가독 매체(non-transitory computer readable medium)를 정보 처리 장치(컴퓨터)에 제공하고, 그 정보 처리 장치(또는 CPU)가 비일시적인 컴퓨터 가독 매체에 저장된 프로그램 코드를 판독한다. 비일시적인 컴퓨터 가독 매체로서는, 예를 들어, 플렉시블 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 하드 디스크, 광디스크, 광자기 디스크, CD-R, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등이 사용된다.

또한, 프로그램 코드는, 다양한 타입의 일시적인 컴퓨터 가독 매체(transitory computer readable medium)에 의해 정보 처리 장치에 공급되어도 좋다. 일시적인 컴퓨터 가독 매체의 예는, 전기 신호, 광신호 및 전자파를 포함한다. 일시적인 컴퓨터 가독 매체는 전선 및 광파이버 등의 유선 통신로, 또는 무선 통신로를 통하여, 프로그램을 정보 처리 장치에 공급할 수 있다.

또한, 도면에 있어서의 제어선이나 정보선은, 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 모든 구성이 서로 접속되어 있어도 좋다.

101 : 시료 스테이지
102 : 칼럼
103 : 전자선
104 : 전자원
105 : 콘덴서 렌즈
106 : 편향 주사용 코일
107 : 대물 렌즈
108 : 표준 시료
109 : 시료
109 : 관찰 대상 시료(웨이퍼)
110, 111 : 검출기
112 : 2차 하전 입자
120 : A/D 변환부
121 : 화상 처리부
122 : 제어부
123 : 데이터베이스
124 : 입력부
125 : 전자 광학계 제어부
126 : 고전압 전원
127 : 스테이지 제어부
128 : 모니터(표시부)
201 : 화상 생성부
202 : 화상 파라미터 연산부(연산부)
203 : 판정부
204 : 화상 데이터베이스
205 : 수치ㆍ그래프 데이터베이스

Claims (14)

1. 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과,
   상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와,
   상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 표준 시료에 조사했을 때의 상기 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와,
   상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와,
   상기 관계를 나타내는 정보와 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비에 기초하여, 상기 피관찰 대상부에 있어서의 결함 유무를 판정하는 판정부
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 판정부는, 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비를 상기 관계를 나타내는 정보에 있어서의 상기 밝기비에 관련지음으로써, 상기 피관찰 대상부의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값을 구하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 판정부는, 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비가 상기 관계를 나타내는 정보에 대해 큰지 혹은 작은지를 구함으로써, 상기 피관찰 대상부에 있어서의 결함 종류를 판정하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는, 상기 밝기비와 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계가 비례가 되는 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 조사함으로써 얻어진 화상으로부터, 상기 관계를 나타내는 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 표준 시료는, 다른 폭 및 높이를 갖는 복수의 오목부를 갖고,
   상기 연산부는, 상기 표준 시료의 상기 복수의 오목부에 대해 상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 조사함으로써 얻어진 화상으로부터, 상기 관계를 나타내는 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 화상 생성부는, 상기 표준 시료의 상기 오목부에 대해 복수의 화상을 취득하고,
   상기 연산부는, 상기 복수의 화상으로부터 상기 밝기비의 편차를 구하고, 상기 밝기비의 편차를 상기 기억부에 또한 저장하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 연산부는, 상기 차분이 상기 밝기비의 편차 범위 내인 경우, 상기 피관찰 대상부에 결함이 없다고 판정하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값은, 상기 오목부의 깊이 또는 상기 오목부의 애스펙트비인 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 관계를 나타내는 정보를 그래프로서 표시하는 표시부를 더 구비하고,
   상기 그래프 상에 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비가 표시되는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 시료가 반도체 웨이퍼이며,
    상기 반도체 웨이퍼 상의 복수의 지정점에 있어서의 상기 밝기비를 맵 상에 표시하는 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 관계를 나타내는 정보를 복수의 가속 전압마다 미리 기억하고 있고,
    상기 연산부는, 상기 복수의 가속 전압의 각각에 의해 얻어진 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하고,
    상기 판정부는, 상기 관계를 나타내는 정보와, 상기 복수의 가속 전압의 각각에 의해 얻어진 화상에 있어서의 상기 밝기비와의 차분을 구함으로써, 상기 피관찰 대상부에 있어서의 결함 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
12. 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과,
    상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와,
    상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 표준 시료에 조사했을 때의 상기 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와,
    상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와,
    상기 관계를 나타내는 정보와 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비에 기초하여, 상기 피관찰 대상부의 가공 조건의 적합성 여부를 판정하는 판정부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 표준 시료는, 다른 에칭 시간에서 가공된 복수의 오목부를 갖고,
    상기 연산부는, 상기 표준 시료의 상기 복수의 오목부에 대해 상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 조사함으로써 얻어진 화상으로부터, 상기 관계를 나타내는 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.
14. 오목부인 피관찰 대상부를 포함하는 시료에, 어떤 가속 전압에 의해 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학 칼럼과,
    상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 신호로부터 상기 피관찰 대상부를 포함하는 화상을 취득하는 화상 생성부와,
    상기 가속 전압에 의해 상기 하전 입자선을 표준 시료에 조사했을 때의 상기 표준 시료에 있어서의 오목부와 그 오목부의 주변부와의 밝기비와, 상기 표준 시료에 있어서의 상기 오목부의 구조를 나타내는 값과의 관계를 나타내는 정보를, 미리 기억하는 기억부와,
    상기 화상에 있어서의 상기 오목부와 상기 오목부의 주변부와의 밝기비를 구하는 연산부와,
    상기 관계를 나타내는 정보를 그래프로서 표시하는 표시부
    를 구비하고,
    상기 그래프 상에 상기 화상에 있어서의 상기 밝기비가 표시되는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 장치.

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