KR20170083583A - 높이 측정 장치 및 하전 입자선 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료 상의 구조물의 깊이 방향의 측정을 고정밀도로 행하는 것이 가능한 높이 측정 장치의 제공을 목적으로 한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 하전 입자 빔의 시료에의 조사에 의해 얻어지는 검출 신호에 기초하여, 상기 시료의 구조물의 치수를 구하는 연산 장치를 구비한 높이 측정 장치로서, 상기 연산 장치는, 상기 시료의 제1 높이에 형성된 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 시료의 제2 높이에 형성된 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수를 연산하고, 당해 치수와, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하였을 때의 상기 하전 입자 빔의 조사 각도에 기초하여, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이의 치수를 연산하는 높이 측정 장치 및 하전 입자선 장치를 제안한다.

Description

높이 측정 장치 및 하전 입자선 장치{HEIGHT MEASUREMENT DEVICE AND CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}
본 발명은 하전 입자선 장치 등에 의해 얻어진 신호에 기초하여, 시료나 패턴의 높이를 측정하는 높이 측정 장치, 및 하전 입자선 장치에 관한 것이며, 특히 하전 입자선 장치에 의해 형성되는 빔 조사 자국을 기준으로 하여 측정을 실행하는 높이 측정 장치, 및 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 최근, 한층 더한 미세화가 진행되어, 프로세스 관리를 위한 패턴의 치수 관리의 중요성이 높아지고 있다. 또한, 요즘, 패턴을 입체 구조화함으로써, 패턴을 집적화하는 제조법이 적용되고 있다. 입체 구조화한 패턴의 치수를 관리하기 위해서는, 단면 방향의 패턴의 완성도를 평가할 필요가 있다. 패턴의 단면을 평가하기 위해서는, 시료를 분할하여, 파단면 상에 보이는 패턴 단면을 관찰하는 것이 생각된다. 또한, 시료를 분할하지 않고, 시료 표면으로부터 수직인 방향으로 패인 홈을 형성하고, 시료의 세로 방향의 단면이 노출되는 면을, 시료 표면에 대하여 수직인 방향으로 형성하여, 그 단면을 평가하는 것이 생각된다.
특허문헌 1에는, 집속 이온 빔(Focused Ion Beam : FIB)에 의해, 테이퍼 형상의 경사면을 형성하고, 전자 현미경을 사용하여, 형성된 경사면의 표면 관찰상을 취득하고, 전자선의 주사 거리 X와, 경사면의 경사각 α에 기초하여, 2ㆍXㆍtanα를 연산함으로써, 시료 두께 t를 연산하는 것이 설명되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 시료 표면의 요철을 관찰하고 싶은 개소에, 이온 빔을 사용하여 직선을 긋고, 당해 직선이 그어진 개소의 화상을 취득함으로써, 시료 표면의 요철을 관찰하는 관찰법이 설명되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-235495호 공보 일본 특허 공개 제2002-323311호 공보
최근, 입체 구조가 미세화된 패턴이 필요로 되고 있으며, 그들의 가공 프로세스를 안정화시키기 위해, 그들의 깊이 또는 높이 방향의 형상이나 치수를, 고정밀도로 계측하는 요구가 높아질 것이 예상된다. 예를 들어, 복수의 계층 구조를 갖는 디바이스의 계층간을 도통시키기 위한 콘택트 홀은, 미세화에 수반하여 직경이 수십㎚이지만, 집적도 향상에 수반되는 계층수의 증가에 의해, 깊이가 수천㎚로 증가되어 있다. 또한, 입체 구조를 갖는 FinFET 디바이스의 Fin 라인 패턴은, 폭이 수십㎚, 높이가 그 수배 정도인 단면 형상이다. 여기는 스위칭 전류의 통로이기 때문에, 라인의 선폭을 높이 방향으로 서브㎚의 정밀도로 관리할 필요가 있다고 생각된다.
한편, 디바이스의 양산 공정에 있어서는, 웨이퍼를 분할해 버리면, 그 후의 공정으로 복귀시킬 수 없게 되기 때문에, 각 공정 관리에서 계측할 때마다 웨이퍼가 소실되어, 수율이 저하된다.
또한, 웨이퍼를 분할하여 단면을 관찰하기 위해서는, 소용 시간이 수시간 정도 걸리기 때문에, 단면 형상의 이상이 검지되어도, 수시간 내에 양산 라인에서 제조되어 버린 웨이퍼의 프로세스를 개선할 수 없어, 역시 수율 저하의 요인으로 되어 버린다.
또한, 시료 표면으로부터 수직인 방향으로 패인 홈을 형성하는 방법에서는, 파들어가는 체적이 크기 때문에, 가공 시간을 포함하는 소요 시간이 길어지므로, 마찬가지로 수율 저하의 요인으로 되어 버린다.
또한, 특허문헌 1에 설명되어 있는 바와 같이, 전자선의 주사 거리 X와, 가공 경사면의 경사각 α에 기초하여, 시료의 높이 방향의 정보를 얻고자 하면, 고정밀도의 측정을 행할 수 없다. 주사 거리를 구하는 데 있어서, 그 시점(또는 종점)을 정확하게 파악하지 않으면, 고정밀도의 측정은 바랄 수 없지만, 특허문헌 1에는 측정 기준으로 되는 점을 정확하게 구하기 위한 방법에 대한 설명이 없다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 방법에 의하면, 시료 표면의 요철을 대략 파악할 수는 있지만, 정확하게 시료 높이 방향의 치수를 구하는 것은 곤란하다.
이하에, 시료 상의 구조물의 깊이 방향의 측정을 고정밀도로 실현하는 것을 목적으로 하는 높이 측정 장치 및 하전 입자선 장치를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태로서, 이하에 하전 입자 빔의 시료에의 조사에 의해 얻어지는 검출 신호에 기초하여, 상기 시료의 구조물의 치수를 구하는 연산 장치를 구비한 높이 측정 장치로서, 상기 연산 장치는, 상기 시료의 제1 높이에 형성된 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 시료의 제2 높이에 형성된 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수를 연산하고, 당해 치수와, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하였을 때의 상기 하전 입자 빔의 조사 각도, 또는 당해 제1 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부와, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부를 깎아내도록 형성된 경사면의 각도에 기초하여, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이의 치수를 연산하는 높이 측정 장치 및 하전 입자선 장치를 제안한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태로서, 시료 상의 구조물의 높이 방향의 치수를 측정하는 높이 측정 방법으로서, 상기 시료 상의 제1 높이 부분과, 상기 시료 상의 제2 높이 부분에 대하여, 상기 하전 입자 빔을, 상기 시료 표면의 수직선 방향에 대해, 각도 α 경사진 방향으로부터 조사하여, 상기 제1 높이 부분과 상기 제2 높이 부분의 각각에, 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하고, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성한 후, 상기 수직선 방향으로부터 하전 입자 빔을 주사하고, 당해 주사에 의해 얻어진 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수 s를 측정하고, 당해 치수 s와 상기 각도 α, 또는 당해 제1 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부와, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부를 깎아내도록 형성된 경사면의 각도 γ에 기초하여, 상기 제1 높이 부분과 제2 높이 부분 사이의 치수를 구하는 높이 측정 방법을 제안한다.
상기 구성에 의하면, 패턴의 깊이(높이) 방향의 치수를 고정밀도로 측정하는 것이 가능해진다.
도 1은 주사 전자 현미경의 개요를 도시하는 도면.
도 2는 집속 이온 빔 장치의 개요를 도시하는 도면.
도 3은 주사 전자 현미경과 집속 이온 빔 장치를 포함하는 측정 시스템의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 FIB에 의한 스크라이브선 형성에 기초하여, 시료의 깊이 방향의 치수의 측정이 가능하게 되는 원리를 설명하는 도면.
도 5는 스크라이브선 형성에 기초하여, 시료의 깊이 방향의 치수를 측정하는 공정을 나타내는 플로우차트.
도 6은 경사 빔의 경사 각도를 정확하게 특정하는 특정법의 원리를 도시하는 도면.
도 7은 FIB를 사용한 스크라이브선 가공의 공정을 나타내는 플로우차트.
도 8은 스크라이브선이 형성된 시료의 높이 방향의 치수를 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)을 사용하여 측정하는 공정을 나타내는 플로우차트.
도 9는 스크라이브선간의 치수를 측정하기 위한 측정 커서를 설정한 SEM 화상의 일례를 도시하는 도면.
도 10은 시료의 상이한 높이 위치의 각각에 FIB를 사용한 가공 자국을 형성한 예를 도시하는 도면.
도 11은 SEM과 FIB의 복합 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 12는 SEM과 FIB의 복합 장치를 사용한 높이 측정 공정을 나타내는 플로우차트.
도 13은 Fin-FET의 Fin의 Fin 톱과 산화막의 각각에 FIB를 사용한 가공 자국을 형성한 예를 도시하는 도면.
도 14는 시료에 경사면 가공을 실시한 후에, 스크라이브선을 형성한 후의 시료의 상태를 도시하는 도면.
도 15는 경사 가공면에 형성된 스크라이브선을 포함하는 영역의 SEM 화상과, SEM 화상에 표시된 시료의 단면을 도시하는 도면.
도 16은 단차에 대한 경사 빔 조사에 의해, 제1 높이와 제2 높이의 각각에 빔 조사 자국을 형성한 시료의 일례를 도시하는 도면.
도 17은 상이한 시료 높이의 각각에 빔 조사 자국을 형성한 후에, 높이 측정을 행하는 공정을 나타내는 플로우차트.
도 18은 FIB 장치에 의해 얻어진 화상에 기초하여, SEM에 의해 FIB 장치의 조사 자국을 특정하기 위한 템플릿을 작성하는 공정을 나타내는 플로우차트.
도 19는 경사 빔을 조사할 때의 빔 궤도를 도시하는 도면.
도 20은 이상 광축으로부터 시야를 이동시켰을 때의 빔 궤도를 도시하는 도면.
도 21은 빔 조사 자국을 형성한 후에, 경사면 가공을 행하였을 때의 SEM 화상의 일례를 도시하는 도면.
이하에, 하전 입자 빔의 조사에 의해, 시료의 상이한 높이의 각각에, 빔의 조사 자국을 형성하고, 당해 조사 자국간의 치수를 측정함으로써, 시료 상의 구조물의 높이 방향의 치수를 측정하는 높이 측정 장치 및 하전 입자선 장치에 대하여 설명한다.
도 4는 빔 조사 자국간의 측정에 기초하는 높이 측정의 원리를 설명하는 도면이다. 도면의 우측으로부터 좌측을 향하여 이온 빔이, 시료 표면에 대하여 비스듬히 입사하여 시료 표면을 비스듬히 파 내려간 결과, 도면의 우측으로부터 좌측을 향하여 내려가는 경사면이 형성되어 있다. 거기에, 웨이퍼 표면에 대하여 수직인 선으로부터 α만큼 기울어지게 한 경사 FIB에 의해, 경사면을 포함한 웨이퍼 표면에, 등간격으로 평행하게 배열된 스크라이브선을 묘화한다. 예를 들어, 간격을 20㎚로 한다. 이후, 웨이퍼를 CD-SEM(Critical Dimension-SEM)과 같은 치수 측정 기능을 구비한 하전 입자선 장치에 의해 톱다운 방향, 즉 웨이퍼 표면에 대하여 수직인 방향으로부터 측장한다. 이때, 웨이퍼 표면의 스크라이브선과 경사면 상의 스크라이브선 사이에 발생한 위치 어긋남(s)이 CD-SEM에 의해 측장된다.
스크라이브선을 묘화한 FIB의 조사 방향은, 웨이퍼 표면에 대하여 경사져 있으므로, 경사면이 웨이퍼 표면으로부터 깊은 위치에 있을수록, 이 s는 커진다. 따라서, s를 계측함으로써 경사면 상의 묘화선이 웨이퍼 표면으로부터 어느 정도의 깊이에 있는지를 계측할 수 있다.
기하학적인 고찰에 의해, 어떤 1개의 스크라이브선이 묘화되어 있는 경사면 상의 부분의 깊이(d)는 이하의 식에 의해 구해진다.
Figure pct00001
스크라이브선은 20㎚ 간격으로 묘화되어 있으므로, 경사면에 국소적으로 요철이 있거나 평탄하여 없거나 해도, 경사면의 깊이를 약 20㎚ 간격으로 계측할 수 있다. FIB 묘화선의 선폭은 나노미터 단위로 매우 미세하고, 또한 FIB에 의한 묘화 정밀도는 충분히 높으므로, 깊이를 서브㎚의 정밀도로 특정하는 것이 가능하다.
도 5는 스크라이브선을 형성한 후에, 묘화선의 깊이를 산출하는 공정을 나타내는 플로우차트이다. 실제의 패턴 계측에서는, 계측해야 할 패턴에 겹치지 않도록 스크라이브선을 묘화한다. 예를 들어, 등간격이 아니더라도, 계측 패턴의 사이를 겨냥하여 FIB로 묘화한다. 그리고, 어떤 계측 패턴의 양측에 있는 스크라이브선의 깊이를, 상기의 방법에 의해 계측해 두고, 그 평균값을 그 계측 패턴의 깊이로 간주할 수 있다.
그런데, 경사 FIB의 경사 각도를 정확하게 파악하는 것이, 본 계측의 계측 정밀도에 있어서 중요하기 때문에, 경사 각도의 고정밀도의 계측 방법이 필요하다. 도 6은 이온 빔의 경사 각도를 계측하는 예를 도시하는 도면이다. FIB에 의해, 그 입사 방향에 대하여 수직인 가상 평면 상에, 직경(D)의 진원이 그려지도록 FIB를 스캔한다. FIB는 경사져 있으므로, 실제의 웨이퍼 표면 상에는 경사에 의해 타원이 묘화된다. 그 입사 방향에 수직인 방향의 짧은 직경(A)과 긴 직경(B)을 CD-SEM에 의해 계측함으로써, 실제의 경사 각도를 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다. 웨이퍼 경사면에 대한 FIB의 경사 각도(θ)는 기하학적 고찰에 의해, 이하의 식에 의해 구해진다.
Figure pct00002
또한, 경사 각도(θ)는 이온 빔과 시료 표면의 상대각이기 때문에, 수학식 1에의 대입을 가능하게 하기 위해, 수학식 3의 연산을 실행한다.
Figure pct00003
상술한 바와 같이 연산식을, 미리 소정의 기억 매체에 기억하고, 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 검출 신호에 기초하여, 상기 연산을 실시함으로써, 정확한 시료의 높이 방향의 치수의 측정이 가능해진다. 도 6에 예시한 바와 같이, 시료 상에 형성된 묘화 패턴의 크기와, 하전 입자 빔의 조사 범위의 크기를 참조함으로써, 빔의 정확한 조사 각도를 구할 수 있다. 또한, 진원을 따라서 빔을 주사함으로써, 묘화된 도형의 가장 직경이 큰 에지 부분(긴 직경 B의 에지 부분)을 이차원상으로부터 용이하게 특정하는 것이 가능해진다.
이하에 상술하는 바와 같은 측정을 가능하게 하는 높이 측정 장치, 또는 높이 측정 장치에 필요한 정보를 공급하는 하전 입자선 장치의 상세를 설명한다. 도 1은 SEM(100)의 개요를 도시하는 도면이다. 전자원(101)으로부터 인출 전극(102)에 의해 인출되며, 도시하지 않은 가속 전극에 의해 가속된 전자 빔(103)은, 집속 렌즈의 일 형태인 콘덴서 렌즈(104)에 의해, 집속된 후에, 주사 편향기(105)에 의해, 시료(109) 상에서 일차원적, 또는 이차원적으로 주사된다. 전자 빔(103)은 시료대(108)에 내장된 전극에 인가된 부전압에 의해 감속됨과 함께, 대물 렌즈(106)의 렌즈 작용에 의해 집속되어 시료(109) 상에 조사된다. 시료실(107) 내부는 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 소정의 진공도로 유지되어 있다.
전자 빔(103)이 시료(109)에 조사되면, 당해 조사 개소로부터 2차 전자 및 후방 산란 전자와 같은 전자(110)가 방출된다. 방출된 전자(110)는 시료에 인가되는 부전압에 기초하는 가속 작용에 의해, 전자원 방향으로 가속되어, 변환 전극(112)에 충돌하여, 2차 전자(111)를 발생시킨다. 변환 전극(112)으로부터 방출된 2차 전자(111)는 검출기(113)에 의해 포착되고, 포착된 2차 전자량에 의해, 검출기(113)의 출력이 변화된다. 이 출력에 따라서 도시하지 않은 표시 장치의 휘도가 변화된다. 예를 들어 이차원상을 형성하는 경우에는, 주사 편향기(105)에의 편향 신호와, 검출기(113)의 출력의 동기를 취함으로써, 주사 영역의 화상을 형성한다. 또한, 도 1에 예시한 주사 전자 현미경에는, 전자 빔의 주사 영역을 이동하는 편향기(도시하지 않음)가 구비되어 있다. 이 편향기는 상이한 위치에 존재하는 동일 형상의 패턴의 화상 등을 형성하기 위해 사용된다. 이 편향기는 이미지 시프트 편향기라고도 불리며, 시료 스테이지에 의한 시료 이동 등을 행하지 않고, 전자 현미경의 시야 위치의 이동을 가능하게 한다. 이미지 시프트 편향기와 주사 편향기를 공통의 편향기로 하고, 이미지 시프트용의 신호와 주사용의 신호를 중첩하여, 편향기에 공급하도록 해도 된다.
또한, 도 1의 예에서는 시료로부터 방출된 전자를 변환 전극에 의해 일단 변환하여 검출하는 예에 대하여 설명하고 있지만, 물론 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 가속된 전자의 궤도 상에, 전자 배상관이나 검출기의 검출면을 배치하는 바와 같은 구성으로 하는 것도 가능하다.
제어 장치(120)는 주사 전자 현미경의 각 구성을 제어함과 함께, 검출된 전자에 기초하여 화상을 형성하는 기능이나, 라인 프로파일로 불리는 검출 전자의 강도 분포에 기초하여, 시료 상에 형성된 패턴의 패턴 폭을 측정하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 제어 장치(120) 내에 도시하지 않은 연산 장치를 내장해 두고, 수학식 1, 수학식 2와 같은 연산식에 기초하여, 패턴의 높이 방향의 치수를 측정하도록 해도 된다.
도 2는 FIB 장치(200)의 개요를 도시하는 도면이다. 이 장치는 원하는 이온을 방출하는 액체 금속 이온원(201), 액체 금속 이온원(201)으로부터 이온을 인출하는 인출 전극(202), 방출 이온(203)의 중앙부만을 하류로 통과시키는 애퍼처(204), 방출된 이온의 확산을 억제하는 집속 렌즈(205), 이온 빔을 일시적으로 시료(206)의 표면에 도달시키지 않도록 이온 빔 궤도를 어긋나게 하는 블랭커(207), 빔 직경과 빔 전류를 조정하는 조리개(208), 이온 빔 궤도를 광축 상에 보정하는 얼라이너(209), 이온 빔을 시료면 상에서 주사 소인하는 편향기(210), 이온 빔을 시료면 상에서 집속시키는 대물 렌즈(211), 시료대(212), 집속 이온 빔(213)이 시료(206)의 표면에 입사하였을 때에 방출되는 이차 전자를 포획하는 이차 전자 검출기(214) 등을 포함한다.
또한 상기 각 구성 요소를 제어하는 제어 장치(215)가 구비된다. 제어 장치(215)는 조리개(208)에 의해 전류가 조정된 이온 빔(213)을 소정의 가공 위치에 조사함과 함께, 당해 이온 빔(213)을 편향기(210)에 의해 주사함으로써, 원하는 영역의 천공 가공을 실행한다. 또한, 시료대(212)는 도시하지 않은 이동 기구가 구비되어 있고, 시료(206)를 X-Y 방향(이온 빔 조사 방향을 Z 방향으로 하였을 때), Z 방향으로 이동 가능하게 함과 함께, 경사, 회전 등의 동작이 가능하도록 구성되어 있다.
제어 장치(215)는 시료대(212)나 도시하지 않은 빔 틸트용의 편향기를 사용하여, 시료에 대하여 도 4, 도 6에 예시한 바와 같은 경사 조사를 실행한다.
도 3은 SEM(100)과 FIB 장치(200)를 포함하는 측정 시스템의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3에 예시하는 시스템에는, SEM(100), FIB 장치(200), 연산 처리 장치(301), 설계 데이터 기억 매체(302)가 포함되어 있다. 연산 처리 장치(301)는, SEM(100)이나 FIB 장치(200)에, 측정 조건이나 가공 조건을 포함하는 제어 신호의 공급을 행하고, SEM(100)에 의해 얻어진 검출 신호나 측정 결과에 기초하여, 패턴의 측정에 관한 처리를 실행하는 연산 처리부(304)나, 측정 조건이나 가공 조건을 정하는 동작 프로그램인 레시피나, 측정 결과 등을 기억하는 메모리(305)가 내장되어 있다. SEM(100)에 의해 얻어진 검출 신호는, 연산 처리 장치(301)에 내장되는 CPU, ASIC, FPGA 등의 화상 처리 하드웨어에 공급되어, 목적에 따른 화상 처리가 행해진다.
연산 처리부(304)에는, FIB(200)의 가공 조건을 설정하는 가공 조건 설정부(306), SEM(100)에 의한 측정 조건을 설정하는 측정 조건 설정부(307), 화상 취득 영역이나 측장 박스를 설정하는 영역 설정부(308), SEM(100)에 의해 얻어진 검출 신호에 기초하여 측정을 실행하는 측정 실행부(309) 및 메모리(305) 등에 미리 기억된 수학식 1, 2와 같은 연산식에 기초하여, 패턴 등의 높이를 연산하는 높이 연산부(310)가 내장되어 있다. 가공 조건이나 측정 조건 등은 입력 장치(303)에 의해 설정하는 것이 가능하고, 당해 설정에 기초하여, 가공이나 측정을 위한 레시피가 생성된다.
또한, 설정된 가공 위치의 좌표 정보 등은 SEM(100)의 측정 조건으로서, 이온 빔의 입사 각도의 정보 등은 높이 연산부(310)의 높이(깊이) 연산을 위한 정보로서, 메모리(305)에 기억된다.
다음에, 도 7에 예시하는 플로우차트를 사용하여, FIB에 의한 스크라이브선 가공 공정을 설명한다. 먼저, FIB 장치(200)의 시료실 내에 가공 대상인 시료를 도입(스텝 701)하고, 가공 영역 설정부(306)에 의해 설정된 가공 영역에 FIB의 조사 위치가 위치 결정되도록, 시료대(212)(스테이지)를 구동한다(스텝 702). 시료대(212)는 가공 조건 설정부(306)에 의해 설정된 빔의 조사 각도에 따라서 경사지고(스텝 703), 시료가 경사진 상태에서, 이온 빔을 조사하여, 도 4에 예시한 바와 같은 가공 경사면을 형성하는 경사 홈파기 가공을 실행한다(스텝 704).
경사 홈파기 가공 후, 다시 가공 조건 설정부(306)에 의해 설정된 빔 조사 각도를 참조하여, 빔 조사 각도가 스크라이브선 가공용의 것으로 되도록, 다시 시료대(212)를 경사지게 한다(스텝 705). 시료 경사 후, 도 6에 예시한 각도 평가를 가능하게 하기 위한 마크를 형성한다(스텝 706). 이때, 스텝 705에서 설정한 시료 경사 각도를 유지하면서, 경사 홈파기 가공 영역 이외이며, 반도체 웨이퍼의 스크라이브 에어리어와 같은 패턴이 없는 영역에, 빔을 조사하여 마크를 형성한다.
마크 형성 후, 스크라이브선 형성을 위한 빔 조사를 실행한다(스텝 707). 마크 형성은, 스크라이브선 형성 후이어도 된다. 이때, 가공 경사면과 미가공면에서 조사 각도와, X 방향(도 4의 스크라이브선에 직교하는 시료 표면 방향)의 조사 위치를 변화시키지 않고, 하나의 스크라이브선을 형성함으로써, 가공 경사면과 미가공면에 형성되는 스크라이브선간의 X 방향의 갭(s)은 빔의 조사 각도 α와 깊이 d를 반영한 값으로 된다. 따라서, 수학식 1을 사용한 연산에 의한 깊이 측정을 행하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는, 복수의 스크라이브선을 균등 간격으로 형성하는 예를 나타내고 있지만, 깊이를 평가하는 개소가 미리 정해져 있으면, 1개의 스크라이브선만을 형성하도록 해도 된다. 또한, 도 4의 가공 경사면의 경사 시점에 형성된 스크라이브선을 기준으로 하여, 복수의 스크라이브선을 균등 간격 w로 형성하면, 시료 표면에 대한 상대각이 θ인 가공 경사면에 형성되는 n번째의 스크라이브선(경사 시점에 형성된 스크라이브선을 0번째로 한 경우)은 수학식 3에 의해 구할 수 있다.
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수학식 3에 의해 구해지는 시료 깊이 dn은, 가공 경사면이 평탄하게 형성되어 있는 경우의 이상값이지만, 실제로는 FIB로 가공된 경사면은, 완전한 평탄면으로 되어 있지 않은 경우가 있고, 거기에 노출되어 있는 가공 경사면에는 요철이 형성되어 있는 경우가 있다.
따라서, 복수의 스크라이브선을 형성함으로써, 가공 경사면의 임의의 위치의 깊이를 정확하게 구한다. 이와 같은 측정을 가능하게 하기 위해, 각 스크라이브선 위치의 깊이 정보에 기초하여, 가공 경사면의 형상을 나타내는 근사 함수를 작성하고, 당해 근사 함수에, 시료 표면 방향의 위치 정보를 대입함으로써, 가공 경사면의 원하는 위치의 깊이를 구하도록 한다. 이와 같은 방법에 의하면, 스크라이브선이 형성되어 있지 않은 개소라도, 정확하게 깊이를 구하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 본 실시예에서는 이온 빔을 사용한 스퍼터링에 의해, 빔의 조사 자국을 형성하고, 그 조사 자국을 측정 기준으로 하여, 깊이 측정을 행하는 예에 대하여 설명하였지만, 스퍼터링이 아니라, 원하는 개소에 막을 형성하는 디포지션에 의해, 조사 자국을 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 집속 이온 빔 장치 내에, 화합물 가스의 도입구를 구비함으로써, 이온 빔과의 반응에 의한 선택적인 성막을 행한다.
이상과 같이 하여 형성한 조사 자국을, 측정에 사용함으로써, 고정밀도로 높이 측정을 실행하는 것이 가능해진다. 또한, 지금까지, 스테이지를 경사지게 함으로써 스크라이브선이나 가공 경사면을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 이온 빔을 조사하는 빔 칼럼이 경사진 상태로 시료실에 설치된 FIB 장치나, 빔의 경사 조사 기능을 구비한 FIB 장치를 사용하여, 스크라이브선이나 가공 경사면을 형성하도록 해도 된다. 이온 빔을 경사지게 하기 위해서는, 예를 들어 이온 빔을 이온 빔의 이상 광축 외로 편향시키기 위한 편향기를 구비하고, 당해 편향기에 의해 대물 렌즈의 축 외로 이온 빔을 편향시킴과 함께, 대물 렌즈의 스윙 백 작용을 이용하여, 빔 조사점에의 경사 조사를 실현한다.
다음으로 SEM을 사용하여, 스크라이브선이 형성된 시료의 높이 방향의 치수 측정을 실행하는 공정을, 도 8을 사용하여 설명한다. 먼저, 도 1에 예시되어 있는 바와 같은 SEM의 시료실(107)에 측정 대상으로 되는 반도체 웨이퍼 등의 시료(109)를 도입한다(스텝 801). 시료(109)에는 가공 경사면과 스크라이브선이 형성되어 있고, 측정 조건 설정부(307)는 이와 같은 가공이 실시된 부위에, 전자 빔이 조사되도록, 시료대(108)를 구동한다(스텝 802).
다음에, 전자 빔의 주사 영역에 위치 결정된 시료(109)에, 전자 빔을 주사하여 스크라이브선이 형성된 영역의 SEM 화상을 취득한다(스텝 803). 도 9에 예시하는 바와 같이, 얻어진 SEM 화상(901)에는, 가공 경사면과 비가공면간의 경계선(902)을 사이에 두고 형성된 시료 표면측의 스크라이브선(903)과, 가공 경사면측의 스크라이브선(904)이 포함되어 있고, 이 양자간의 X 방향(스크라이브선을 형성하였을 때의 이온 빔의 경사 방향)의 치수 s를 측정한다(스텝 804). 이때에, 도 7의 스텝 706에서 형성된 마크를 사용하여, 이온 빔 조사 시의 조사 각도를 구한다.
측정 실행부(309)는, SEM 화상 상의 2개의 스크라이브선의 각각에, 측장 커서(904, 905)를 설정하고, 측장 커서 내의 스크라이브선의 위치에 기초하여, 2개의 스크라이브선간의 치수를 측정한다. 이때, 측장 커서 내의 휘도 프로파일의 피크 위치를 측정 기준으로 해도 되지만, 스크라이브선(이온 빔 조사에 의한 가공 자국)의 폭이 큰 경우에는, 스크라이브선의 정확한 위치를 특정하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 그때에는, 스크라이브선과 그 이외의 부분 사이의 휘도차 등에 기초하여, 화상의 2치화 처리를 행하여, 스크라이브선 영역으로서 추출된 영역의 X 방향의 중심을 스크라이브선 위치로 한 후에, 상기 측정을 실행하도록 하면 된다.
또한, 측정 기준으로 되는 스크라이브선 위치를 특정하기 위해, 미리 스크라이브선 위치를 표시한 템플릿을 준비해 두고, 당해 템플릿을 사용한 템플릿 매칭에 의해, 측정 대상 위치의 특정을 행하도록 해도 된다. 또한, 이온 빔의 조사 조건에 따라서, 가공 자국의 상태는 변화되기 때문에, 가공 조건에 따라서 가공 자국이 변화되는 화상 처리 알고리즘을 기억해 두고, 가공 조건 설정부(306)에 의한 가공 조건 설정에 따라서, 템플릿을 작성하도록 해도 된다. 또한 가공 자국은, 도 9에 예시하는 바와 같은 직선상의 것이 아니라, 도 10에 예시하는 바와 같은 비연속적인 적어도 2개의 패턴(1001, 1002)이어도 된다. 이와 같이 유니크한 형상의 측정 기준을 설정해 두면, 템플릿 매칭 등에 의해, 패턴의 위치 특정을 용이하게 행하는 것이 가능해진다. 이와 같이 이격된 패턴이라도, X 방향의 빔 조사 위치를 변화시키지 않고, 2개의 패턴을 형성하도록 하는 빔 조사를 행함으로써, 높이 측정을 위한 기준 패턴으로 하는 것이 가능해진다.
다음에, 높이 연산부(310)에서, 미리 메모리(305)에 기억된 연산식인 수학식 1을 사용하여 스크라이브선이 형성된 부분의 깊이 d를 구하고, 그 결과를 입력 장치(303)에 구비된 표시 장치 등에 출력한다(스텝 805, 806).
이상과 같은 동작 프로그램에 기초하여 측정 처리를 실행하는 SEM에 의하면, 깊이 방향의 정보를 전자 현미경의 분해능 레벨로 취득하는 것이 가능해진다.
다음에, SEM과 FIB의 양쪽을 구비한 복합 장치를 사용하여, 빔의 조사 자국을 이용한 높이 측정을 행하는 예에 대하여 설명한다. 도 11은 SEM과 FIB의 복합 장치의 개요를 도시하고 있다. SEM(100)의 시료실(107)에는, 2개의 FIB 칼럼(1104, 1105)이 설치되어 있다. 또한, 도 11에 예시한 복합 장치에는, 공기 청정 공간 형성 장치(1101)와 예비 배기실(로드 로크실)(1103)이 설치되어 있다. 공기 청정 공간 형성 장치(1101)는 내압을 높이기 위한 기구가 설치되어 있고, 외부로부터의 먼지의 침입을 저지할 수 있도록 구성되어 있다. 공기 청정 공간 형성 장치(1101) 내에는, 시료(109)를 예비 배기실(1103)에 도입하기 위한 로봇(1102)이 설치되어 있고, 시료(109)는 공기 청정 공간 형성 장치(1101)를 통해, 예비 배기실(1103)에 도입된다. 또한 예비 배기실(1103)에 의해 주위 분위기가 예비 배기된 시료(109)는 시료실(109)에 도입된다(도 12의 스텝 1201).
다음에, FIB 칼럼(1104, 1105)에 의한 빔 조사 위치에, 시료(109) 상의 측정 대상 위치를 위치 결정하도록, 시료대(108)를 구동하고, 이온 빔 조사에 의한 경사 홈파기 가공을 실행한다(스텝 1201). FIB 칼럼(1104)은 FIB 칼럼(1105)에 대하여 상대적으로 시료 표면의 수직선에 대하여, 상대각이 크고, 도 4에 예시한 가공 경사면의 형성에 적합한 방향으로부터, 빔을 조사하도록 설치되어 있다. 이와 같은 FIB 칼럼(1104)을 사용하여, 경사 홈파기 가공을 실행한다. 다음에, FIB 칼럼(1105)을 사용하여 스크라이브선 가공을 실행한다(스텝 1203).
이상과 같이, SEM(100)과 시료실(107)을 공유하는 FIB 칼럼(1104, 1105)을 사용하여, 가공을 행함으로써, 진공 시료실 밖으로 시료를 반출하지 않고, 시료의 높이 측정을 행하는 것이 가능해진다. 이상과 같이 하여 형성된 스크라이브선간의 치수를 측정하고, 수학식 1에 예시한 바와 같은 연산식에 기초하여, 높이 연산을 실행한다(스텝 1205, 1206). 또한, 도 11에서는 대물 렌즈(106)와 시료(109) 사이의 거리(워킹 디스턴스)를 최대한 좁히기 위해, SEM(100)과 FIB 칼럼(1104, 1105)의 빔 조사 위치를 다른 위치로 하고 있다. SEM(100)과 FIB 칼럼(1104, 1105)의 빔 조사 위치를 일치시킴으로써, 시료 이동 없이 가공과 관찰을 행하도록 해도 되지만, FIB 칼럼을 배치하기 위한 스페이스를 확보할 필요가 있기 때문에, SEM의 워킹 디스턴스를 작게 하는 것이 어려워지므로, 도 11에 예시한 구성에서는, 전자 현미경의 분해능의 관점에서 SEM과 FIB를 이격하여 배치하는 구성으로 하였다. 또한, FIB에 의해 시료(109)의 임의의 위치를 가공 가능하게 하기 위해서는, 이온 빔의 조사 위치를 중심으로 하여, 1변이 적어도 시료(109)의 직경의 2배보다 큰 직사각형 영역을 시료실(107) 내에 확보할 필요가 있지만, 어떤 특정한 스크라이브 에어리어에, 깊이 평가용의 테스트 패턴을 형성하도록 하면, 그 부분에만 이온 빔을 조사하면 되므로, 시료실(107)을 작게 형성할 수 있다. 또한, 예비 배기실(1103)에 FIB 칼럼을 설치하도록 해도 된다. 예비 배기실(1103)은 배기 속도를 높게 하기 위해 작게 형성되는 것이지만, 이온 빔의 조사 개소가 미리 정해져 있으면, 그 부분에 이온 빔을 조사하기 위한 FIB 칼럼을 설치하면 되기 때문에, 예비 배기실을 크게 할 필요없이, FIB 칼럼의 설치가 가능해진다.
또한, 지금까지, 패턴의 측정 장치로서, 주로 CD-SEM을 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, CD-SEM 대신에, 헬륨 이온이나 수소 이온을 빔원으로 하는 분해능이 높은 이온 현미경을 측정 장치로서 사용하도록 해도 된다.
지금까지, 경사면을 가공한 후, 웨이퍼 수직선으로부터 α만큼 기울어지게 한 경사 FIB에 의해, 웨이퍼 표면 및 경사면 상에 평행선을 묘화하고, 그 후, CD-SEM과 같은 고정밀도 측장이 가능한 장치를 사용하여, 톱다운 방향으로부터 측장을 행하고, 당해 측장 결과와 α에 기초하여, 시료의 높이 방향의 치수를 측정하는 예를 설명하였다. FIB 묘화선의 선폭은 약 5㎚로 매우 미세하게 할 수 있고, 또한 FIB에 의한 묘화 정밀도는 충분히 높으므로, 깊이를 서브㎚의 정밀도로 특정하는 것이 가능해진다.
한편, 가공 경사면을 형성하지 않고, 시료 상에 형성된 패턴 높이를 측정하는 예에 대하여, 이하에 설명한다. 도 13은 상부 도면이 Fin-FET의 톱다운상이며, 하부 도면이 Fin-FET의 단면을 도시하는 도면이다. 도 13의 예에서는, Fin(1302)의 일부에 이온 빔에 의해 스크라이브선이 형성되어 있다. 도 13은 산화막(1305) 상에 복수의 Fin(1302)이 형성되고, 또한 Fin(1302)과 산화막(1305) 상에 게이트 패턴(1301)이 형성된 Fin-FET 구조를 도시하고 있다. 이온 빔(1306)은 시료 표면의 수직선 방향으로부터 각도 α 경사져 입사하기 때문에, Fin(1302)의 측벽에는 스크라이브선(1303)이 형성된다.
산화막(1305) 상의 Fin(1302)의 높이는, 트랜지스터의 성능을 평가하는 중요한 지표로 되기 때문에, 본 예에서는, Fin(1302)에 형성된 스크라이브선(1303)과, 산화막(1305) 상에 형성된 스크라이브선(1304) 사이의 치수를 측정함으로써, 상기 지표값을 구한다. 또한, 치수 측정 시에는, Fin(1302) 상을 주사하였을 때에 얻어지는 신호를 선택적으로 가산 평균함으로써 얻어지는 파형 신호와, 산화막(1305)을 선택적으로 주사하였을 때에 얻어지는 신호를 선택적으로 가산 평균함으로써 얻어지는 파형 신호의 피크간의 거리를 구하도록 해도 된다. 또한, 이온 빔의 조사 자국은 FIB 장치의 장치 조건의 조정에 의해 제어하는 것이 가능하기 때문에, 이온 빔의 빔 조건에 따른 파형 처리법에 기초하여, 위치를 동정하도록 해도 된다. 예를 들어, 스크라이브선이 굵은 경우에는, 그 굵기만큼, 저휘도 영역의 폭이 커지므로, 휘도값이 소정값 이하인 영역의 중심을, 스크라이브선 위치로 할 수 있다. 또한, 스크라이브선이 가는 경우에는, 피크 위치(휘도가 소정값보다 낮은 부분)를 스크라이브선 위치로 하도록 해도 된다.
이상과 같이, Fin의 높이를 구하는 경우, 경사 가공을 행하지 않아도, SEM 화상 상에 Fin 패턴 정점과, 산화막이 보이기 때문에, 도 13에 예시한 바와 같이 스크라이브선을 형성하면 Fin의 높이 측정을 행할 수 있지만, 경사면을 형성함으로써, 시료 단면을 2차원 정보로서 파악할 수 있고, 결과로서 가공 위치나 측정 위치의 특정을 용이하게 행할 수 있다. 예를 들어, 경사면에 나타나는 패턴 형상은 미리 예측을 할 수 있기 때문에, 당해 경사면에 나타나는 패턴 화상을 미리 템플릿으로서 기억해 두고, 매칭 처리에 의해, 가공 위치나 측장 커서의 위치 정렬을 행하도록 해도 된다.
이상과 같이, 경사면을 형성하면, 높이 방향(Z 방향)의 정보를 이차원 방향(X-Y 방향)의 정보로서 파악할 수 있기 때문에, 패턴의 측정을 자동적 또한 원활하게 진행시키기 위한 많은 정보를 취득할 수 있다. 이상과 같이, 스크라이브선과 경사면의 양쪽을 형성함으로써, 고정밀도 측정을 자동적으로 행하는 것이 가능해진다.
도 14는 Fin-FET 구조 상에 이온 빔을 사용하여 스크라이브선(1303, 1304)과, 가공 경사면의 양쪽이 형성된 예를 도시하는 도면이다. 범위(1401)는, 가공 경사면이 형성되어 있는 영역이다. 가공 경사면에는 Fin 단면(1402), 경사 홈파기 가공에 의해, 일부가 깎인 더미 패턴(1403)이 노출되어 있다. 도 15의 상부 도면은 도 14의 영역(1404)의 SEM 화상을 도시하는 도면이고, 도 15의 하부 도면은 영역(1404)의 단면도이다. 도 15에 예시한 바와 같이, 경사 홈파기 가공을 행함으로써, 통상 톱다운상에서는 보이지 않는, 단면 방향의 정보를 톱다운상으로부터 얻을 수 있기 때문에, 당해 톱다운상을 사용하여, 원하는 위치의 가공이나, 측정을 행하기 위한 커서 등의 배치를 행하는 것이 가능해진다. 도 15의 예에서는, 톱다운상으로부터 거리 fs를 측정할 수 있기 때문에, 당해 fs와, 스크라이브선의 형성 각도(이온 빔의 조사 각도) α에 기초하여, Fin의 높이 fh를 구하는 것이 가능해진다.
또한, FIB로 형성된 스크라이브선이 굵어, 정확한 가공 위치를 구하는 것이 곤란한 경우가 있으므로, 그때에는, 스크라이브선 부분과 그 이외의 부분 사이에서, 화상 처리에 의해 2치화 처리를 행하여, 스크라이브선으로서 판정된 영역의 X 방향(도 15의 경우)의 중심을 구하고, 당해 X 방향의 중심 위치를, 스크라이브선의 위치로서 특정하도록 해도 된다. 스크라이브선 부분은 깊게 파여 있는 만큼, 다른 부분과 비교하여, SEM 화상 상에서는 어두워지기 때문에, 휘도차를 사용한 2치화 처리를 행함으로써, 스크라이브선의 정확한 위치를 특정하도록 해도 된다.
지금까지의 설명에서는, 이온 빔의 조사 자국을 이용하여, 시료의 높이 방향의 치수를 측정하는 예에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 전자 빔을 사용하여 조사 자국을 형성하는 것도 가능하다. 일례로서 시료를 대전시키는 조건에서 전자 빔을 조사함으로써, 시료를 부분적으로 대전시키는 것이 생각된다. 시료를 부분적으로 대전시킴으로써, 대전 부분과 그 다른 부분 사이에서, 2차 전자의 검출 효율이 변화되게 되기 때문에, 양자간에 콘트라스트가 형성되어, 대전 부분의 특정이 가능해진다. 예를 들어, 시료를 플러스로 대전시키면, 당해 부분으로부터 방출되는 2차 전자의 일부는, 시료측으로 가까이 끌어당겨지므로, 대전 부분은 그 다른 부분과 비교하면 상대적으로 어두워진다. 이와 같은 현상을 이용하여, 콘트라스트를 부여함으로써, 전자 빔의 조사 자국을 형성하는 것이 가능해진다.
시료를 대전시키기 위해서는, 예를 들어 빔의 조사 대상으로 되는 시료의 2차 전자 방출 효율 δ가 1보다 크거나(플러스 대전), 또는 1보다 작은(마이너스 대전) 빔의 도달 에너지를 선택하여 빔 조사를 행하는 것이 생각된다. 또한, 시료실 내에 약간 잔류하는 히드로카본을 이용하여, 전자 빔 조사에 의해 콘타미네이션을 부착함으로써, 조사 자국을 남기는 것도 생각된다. 시료에 고에너지, 고도우즈의 빔이 조사되면, H-C의 결합이 절단되어, C가 표면에 부착되기 때문에, 전자 빔의 조사 자국을 형성하는 것이 가능해진다.
도 16은 단차가 형성된 시료의 일례를 도시하는 도면이며, 시료 상부(1601)와 시료 하부(1602)가 높이 h만큼, 이격되어 형성되어 있는 예를 도시하는 도면이다. 이와 같은 시료에 대해, 각도 α 경사진 가상 직선을 통과하는 전자 빔(1603)을 조사함으로써, 높이 h를 구하는 공정을, 도 17을 사용하여 설명한다. 먼저, 시료실(107)에 시료(109)를 도입하고(스텝 1701), 제1 빔 조건에서 제1 높이에 경사 빔을 조사함으로써, 제1 조사 자국(1604)을 형성한다(스텝 1702). 제1 빔 조건이란, 시료를 대전시켜 조사 자국을 남기는 경우에는, 시료를 대전시키는 빔 조건이며, 예를 들어 시료 상부(1601)의 재질에 따른 빔 조건을 선택한다. 다음에, 경사 빔의 조사 각도 및 Y 방향의 조사 위치를 변화시키지 않고, 제2 빔 조건에서 제2 높이에 경사 빔을 조사한다(스텝 1703). 이때, 시료 하부(1602)의 재질이 시료 상부(1601)와 동일한 경우에는, 제2 빔 조건은, 제1 빔 조건과 동일하게 하고, 다른 경우에는, 시료 하부(1602)의 재질을 대전시키는 빔 조건으로 함으로써, 제2 조사 자국(1605)을 형성한다.
이상과 같이 하여, 형성된 조사 자국(1604, 1605)을 시야 내에 포함하도록, 전자 빔의 주사 영역을 설정하고, 빔 주사에 의해 얻어진 검출 신호에 기초하여, 제1 조사 자국(1604)과, 제2 조사 자국(1605)의 Y 방향의 치수 g를 측정한다(스텝 1704, 1705). 이상과 같이 하여 얻어진 치수 g와, 빔 경사각 α에 기초하여, g/tanα를 구함으로써, 높이 h를 산출한다(스텝 1706).
상술한 바와 같은 방법에 의하면, 전자 빔의 조사에 기초하여 형성되는 조사 자국에 기초하여, 시료의 높이 방향의 치수를 측정하는 것이 가능해진다.
또한, 전자 빔을 경사지게 하기 위해서는 예를 들어, 도 19에 예시한 바와 같이, 전자 빔의 이상 광축(1902)(빔을 편향시키지 않을 때의 빔 궤도)에 대해, 빔을 경사지게 하여 조사하기 위한 빔 경사용 편향기(1904)를 설치하는 것이 생각된다. 빔 경사용 편향기(1904)는, 대물 렌즈(1905)의 물점(1903)에서 전자 빔(1901)을 편향시킴으로써, 전자 빔(1901)의 시료(1906)에의 도달 각도를 변화시키기 위한 것이다. 빔 경사용 편향기(1904)에 의해 지면 우측으로 편향된 전자 빔(1901)은, 대물 렌즈(1905)의 스윙 백 작용에 의해, 다시 이상 광축(1902)을 향하여 편향된다. 물점(1903)을 편향 지지점으로 함으로써, 편향각 θ의 크기에 상관없이, 시료(1906) 표면과 이상 광축(1902)의 교점에 전자 빔(1901)을 조사하는 것이 가능해진다.
또한, 시료의 조사 대상 개소가, 빔의 이상 광축(1902) 하에 없는 경우에는, 도 20에 예시한 바와 같이, 빔의 주사 위치(시야)를 이동시키기 위한 편향기(2001, 2002)를 사용하여, 대물 렌즈(1905)와 이상 광축(1902)의 교점(2003)을 편향 지지점으로 하여, 시야 위치를 이동시킴과 함께, 그때의 빔 조사 상태를 이용하여, 빔의 경사 조사를 행하도록 해도 된다.
또한, 도 3에 예시한 바와 같은 복합 시스템의 경우, FIB 장치(200)의 가공 위치에, SEM(100)의 시야를 위치 결정하기 위해, 연산 처리 장치(301)는 FIB 장치(200)로부터, 가공 대상 위치의 좌표 정보와 함께, 가공 대상 위치의 SIM(Scanning Ion Microscope)상을 취득하고, SEM(100)의 측정 조건을 설정하는 것이 생각된다. 측정 조건 설정부(307)에서는, 얻어진 좌표 정보에 기초하여, 시료대(108)의 이동 조건을 설정함과 함께, 얻어진 SIM상에 기초하여, 측정 대상 위치에 정확하게 빔 주사 위치를 설정하기 위한 템플릿을 작성한다. 도 18은 그 공정을 도시하는 도면이며, SIM상을 취득하고(스텝 1801), 소정의 조건에 따라서 SEM상과 SIM상의 차이를 보정하기 위한 화상 처리(스텝 1802)를 실시한 후에, SEM용의 템플릿으로서 등록한다(스텝 1803).
이와 같은 구성에 의하면, SEM측의 장치 조건의 설정을 간략화하는 것이 가능해진다. 또한, 이온 빔이나 전자 빔의 조사 자국은, 패턴의 에지 등과는 상이한 특징을 갖고 있기 때문에, 그 특징에 따른 템플릿이나 위치 특정법을 미리 알고리즘화함으로써, 자동 측정을 위한 조건을 용이하게 설정하는 것이 가능해진다.
도 21은 FIB에 의한 스크라이브선 가공과 경사면 가공에 기초하는 높이 측정법의 다른 예를 도시하는 도면이다. 본 예에서는, 스크라이브선 가공을 행한 후에, 경사면 가공을 행한다. 예를 들어 경사면 가공을 행하기 전에, FIB로 스크라이브선(2102)을 형성한다. 스크라이브선(2106)은 예를 들어 산화막(1305) 상에 약 1㎚ 이하의 깊이로 FIB 가공을 행함으로써 형성한다. 이와 같은 스크라이브선(2102)을 형성한 후, 산화막의 일부(2103)와, Fin의 일부(2106)를 깎아내도록, 경사면 가공을 행한다. 이와 같은 가공을 행함으로써, 스크라이브선(2102)의 단부(2105)가 나타나기 때문에, 경사 개시점의 특정이 용이해진다.
본 예에서는, 경사 개시점(2101)은 측정 기준으로 되는 부분이지만, 평탄면과 경사면은 모두 산화막이며, 콘트라스트가 부여되기 어려워, 경계를 명확하게 특정하는 것이 어려운 경우가 있다. 한편, 본 예에서는, 산화막의 일부(2103)에 형성되어 있는 스크라이브선(2104)을 깎아내는 가공을 행함으로써, 경사 개시점을 단부(2105)로 할 수 있기 때문에, 산화막의 콘트라스트 부족에 상관없이, 측정 기준으로 되는 경사 개시점을 명확하게 할 수 있다.
또한, 산화막측뿐만 아니라, Fin 톱에, 스크라이브선(2107)을 형성하고, 스크라이브선(2108)을 깎아내도록, 경사면 가공을 행함으로써, 또 하나의 측정 기준인 단부(2109)를 명확하게 하도록 해도 된다. 스크라이브선을, 경사 가공면을 따라 형성되는 가상 직선에 교차하도록 형성함으로써, 경사면 가공에 의해, 측정 기준점을 현재화하는 것이 가능해진다. 또한, 본 예에서는 직선상의 스크라이브선을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 경사 개시선에 걸쳐 조사 자국이 남는 가공이면, 조사 자국의 형상은 불문한다. 단, 치수 측정 방향에 대해, 수직인 방향으로 에지가 형성되어 있는 편이 좋으므로, 예를 들어 선상의 조사 자국이 아니라, 이차원적인 마크를 형성함으로써, 측정 기준을 명확하게 하는 것이 바람직하다.
연산 처리부(304)에서, 경사면의 각도 β 및 단부(2105)와 단부(2109)간의 치수 s로부터, 수학식 4를 연산함으로써, 산화막 표면을 기준으로 한 Fin 높이 d를 정확하게 구하는 것이 가능해진다.
Figure pct00005
100 : SEM
101 : 전자원
102 : 인출 전극
103 : 전자 빔
104 : 콘덴서 렌즈
105 : 주사 편향기
106 : 대물 렌즈
107 : 진공 시료실
108 : 시료대
109 : 시료
110 : 전자
111 : 2차 전자
112 : 변환 전극
113 : 검출기
120 : 제어 장치
200 : FIB 장치
201 : 액체 금속 이온원
202 : 인출 전극
203 : 방출 이온
204 : 애퍼처
205 : 집속 렌즈
206 : 시료
207 : 블랭커
208 : 조리개
209 : 얼라이너
210 : 편향기
211 : 대물 렌즈
212 : 시료대
214 : 2차 전자 검출기
215 : 제어 장치
301 : 연산 처리 장치
302 : 설계 데이터 기억 매체

Claims (11)

  1. 하전 입자 빔의 시료에의 조사에 의해 얻어지는 검출 신호에 기초하여, 상기 시료의 구조물의 치수를 구하는 연산 장치를 구비한 높이 측정 장치로서,
    상기 연산 장치는, 상기 시료의 제1 높이에 형성된 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 시료의 제2 높이에 형성된 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수를 연산하고, 당해 치수와, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하였을 때의 상기 하전 입자 빔의 조사 각도, 또는 당해 제1 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부와, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부를 깎아내도록 형성된 경사면의 각도에 기초하여, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이의 치수를 연산하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국은, 상기 시료 표면의 수직선 방향에 대해, 각도 α로부터 조사된 하전 입자 빔에 의해 형성된 것인 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수 s와, d=s/tan(α)에 기초하여, 상기 제1 높이와 제2 높이의 치수 d를 연산하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산 장치는,
    상기 시료 상에 형성된 복수의 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 복수의 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 복수의 치수의 연산에 기초하여, 상기 시료 상의 복수의 개소의 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이의 치수를 연산하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하였을 때의 하전 입자 빔의 조사 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 검출 신호에 기초하여, 하기의 연산식을 사용한 연산을 실행하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
    Figure pct00006

    θ : 하전 입자 빔의 입사 각도
    D : 시료 상에 형성된 묘화 패턴의 크기
    B : 하전 입자 빔의 조사 범위의 크기
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수 s, 상기 경사면의 각도 γ, 및 d=s×tanγ에 기초하여, 상기 제1 높이와 제2 높이의 치수 d를 연산하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
  8. 하전 입자 빔의 시료에의 조사에 의해 얻어지는 검출 신호에 기초하여, 상기 시료의 구조물의 치수를 구하는 연산 장치를 구비한 높이 측정 장치로서,
    상기 연산 장치는, 상기 시료 상의 제1 부분과 상기 시료 상의 제2 부분 사이의 치수 s를 연산하고, 당해 치수 s와 하기 식에 기초하여, 상기 제1 부분과 제2 부분 사이의 치수를 연산하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 장치.
    Figure pct00007

    d : 제1 부분과 제2 부분의 고저차
    α: 시료 표면의 수직선과 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 가상 직선의 상대각
  9. 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔을, 시료실 내에 배치된 시료에 조사함으로써 얻어지는 하전 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력에 기초하여, 상기 시료 상에 형성된 구조물의 치수를 측정하는 연산 장치를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 시료의 제1 높이에 형성된 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 시료의 제2 높이에 형성된 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수를 연산하고, 당해 치수와, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하였을 때의 상기 하전 입자 빔의 조사 각도, 또는 당해 제1 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부와, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부를 깎아내도록 형성된 경사면의 각도에 기초하여, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이의 치수를 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시료실에, 상기 제1 하전 입자선 빔의 조사 자국과, 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하는 이온 빔 칼럼을 설치한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  11. 시료 상의 구조물의 높이 방향의 치수를 측정하는 높이 측정 방법에 있어서,
    상기 시료 상의 제1 높이 부분과, 상기 시료 상의 제2 높이 부분에 대하여, 상기 하전 입자 빔을, 상기 시료 표면의 수직선 방향에 대해, 각도 α 경사진 방향으로부터 조사하여, 상기 제1 높이 부분과 상기 제2 높이 부분의 각각에, 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성하고,
    상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국을 형성한 후, 상기 수직선 방향으로부터 하전 입자 빔을 주사하고, 당해 주사에 의해 얻어진 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 하전 입자 빔의 조사 자국과, 상기 제2 하전 입자 빔의 조사 자국 사이의 치수 s를 측정하고, 당해 치수 s와 상기 각도 α, 또는 당해 제1 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부와, 제2 하전 입자 빔의 조사 자국의 일부를 깎아내도록 형성된 경사면의 각도 γ에 기초하여, 상기 제1 높이 부분과 제2 높이 부분 사이의 치수를 구하는 것을 특징으로 하는 높이 측정 방법.
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