KR20220119122A - 계측 시스템 및 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법 - Google Patents

Abstract

ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간을 단축 가능한 계측 시스템, 및 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법을 제공한다. 그래서, 역변환 처리부(303)는 시료로부터 방출되는 전자에 대응하는 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성한다. 모의 검출기(310)는 실제 기계의 검출기(108)의 동작을 모의한 연산 모델을 사용하여, 연산 파라미터에 실제 기계의 특성 정보(305)를 반영시킨 상태에서 시뮬레이터 입력 신호(304)에 대한 연산 처리를 실행한다. 모의 화상 변환부(312)는 실제 기계의 화상 변환부(110)에 대응하는 연산 처리를 실행하고, 모의 검출기(310)로부터의 신호를 모의 화상으로 변환한다. ABCC 탐색부(314)는 모의 화상으로부터 얻어지는 평가값이 규정의 기준값이 되도록, 모의 검출기(310)에 대한 ABCC 파라미터를 탐색하고, 탐색 결과가 되는 ABCC 파라미터(AP)를 실제 기계의 ABCC 제어부(112)에 출력한다.

Description

계측 시스템 및 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법

본 발명은 계측 시스템 및 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법에 관한 것으로, 특히 하전 입자선 장치의 ABCC(Auto Brightness Contrast Control) 파라미터를 조정 및 설정하는 기술에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 검출기 출력에 기초하여 생성되는 화상의 소정 영역의 계조값의 통계 처리를 행하여, 콘트라스트를 조정하는 하전 입자선 장치가 개시되어 있다. 구체적으로는, 당해 하전 입자선 장치는, 통계 처리에 의해 얻어지는 통계값과, 화상의 계조값에 관한 참조 데이터와의 차분을 구하고, 이 차분과, 게인 등의 조정량과의 관계를 미리 정한 연산식 혹은 테이블에 기초해서 적정한 게인 조정량 등을 구하고 있다.

국제공개 제2018/138875호

하전 입자선 장치 중 하나로서, 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)이 알려져 있다. SEM은 전자선을 시료 상에 조사하고, 이 조사에 의해 발생하는 2차 전자선 등을 검출기에서 검출함으로써 주사 화상을 형성한다. 이 때에, SEM은 전자선 혹은 시료 스테이지를 이차원적으로 주사함으로써, 시료의 표면의 요철 등의 이차원적인 주사 화상을 얻을 수 있다.

주사 화상을 표시해서 관찰하기 위해서는, 화상의 브라이트니스나 콘트라스트가 적절하게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 브라이트니스나 콘트라스트를 자동으로 적절하게 조정하는 기능으로서 ABCC가 알려져 있다. 하전 입자선 장치에 있어서, 예를 들어 브라이트니스는 검출 신호의 기준 신호 강도(예를 들어 검출기 후단에 마련되는 증폭기의 오프셋값)에 의해 조정되고, 콘트라스트는 검출기의 증폭률에 의해 조정된다.

여기서, ABCC 파라미터의 조정 시에 있어서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 미리 정한 연산식 혹은 테이블을 사용하는 방법이 나타나 있다. 단, 예를 들어 검출기에서는 개체차, 경년 열화 등에 따라서, 각종 특성 변동이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 연산식 혹은 테이블을 사용하는 방법에서는, 고정밀도의 ABCC 파라미터의 값이 얻어지지 않고, 유저가 ABCC 파라미터의 값을 미세 조정한다고 하는 작업이 별도로 필요해질 우려가 있다. 그 결과, ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간이 증대할 우려가 있다.

본 발명은, 이러한 것을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적 중 하나는, ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간을 단축 가능한 계측 시스템, 및 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 그리고 그 외 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.

본원에 있어서 개시되는 실시 형태 중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 하기와 같다.

본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 계측 시스템은, 하전 입자선 장치와, 특성 보존부와, 검증 장치를 갖는다. 하전 입자선 장치는, 시료에 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학계와, 하전 입자선의 조사에 따라서 시료로부터 방출되는 전자를 검출 및 증폭하는 검출기와, 검출기로부터의 신호를 촬상 화상으로 변환하는 화상 변환부와, ABCC 파라미터를 받아서 검출기에 증폭률을 설정하는 ABCC 제어부를 구비한다. 특성 보존부에는 검출기의 특성 정보가 미리 저장된다. 검증 장치는 시뮬레이터 입력 신호 생성부와, 모의 검출기와, 모의 화상 변환부와, 파라미터 탐색부를 갖는다. 시뮬레이터 입력 신호 생성부는 시료로부터 방출되는 전자에 대응하는 시뮬레이터 입력 신호를 생성한다. 모의 검출기는 검출기의 동작을 모의한 연산 모델을 사용하여, 연산 모델의 연산 파라미터에 특성 정보를 반영시킨 상태에서 시뮬레이터 입력 신호에 대한 연산 처리를 실행한다. 모의 화상 변환부는 화상 변환부에 대응하는 연산 처리를 실행하고, 모의 검출기로부터의 신호를 모의 화상으로 변환한다. 파라미터 탐색부는 모의 화상으로부터 얻어지는 평가값이 규정의 기준값이 되도록, 모의 검출기에 대한 ABCC 파라미터를 탐색하고, 탐색 결과가 되는 ABCC 파라미터를 ABCC 제어부에 출력한다.

본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 실시 형태에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면, 하전 입자선 장치를 포함하는 계측 시스템에 있어서, ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 계측 시스템의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 2는 ABCC 파라미터의 조정 방법의 개략을 설명하는 모식도이다.
도 3은 도 1의 계측 시스템에 있어서의 주요부의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다.
도 4의 (a)는 도 3에 있어서의 검증 장치 내의 모의 검출기의 구성예 및 모식적인 동작예를 도시하는 도면이고, (b)는 도 3에 있어서의 특성 보존부에 보존되는 특성 정보의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 계측 시스템에 있어서, 도 1의 계측 시스템에 있어서의 주요부의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 계측 시스템에 있어서, 도 1의 계측 시스템에 있어서의 주요부의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7에 있어서의 표시부에 표시되는 설정 화면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 의한 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 하전 입자선 장치를 사용한 기하학 길이의 측정 방법의 개략을 설명하는 도면이다.
도 11은 일반적인 하전 입자선 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전도에 있어서, 동일한 부재에는 원칙적으로 동일한 부호를 붙이고, 그 반복된 설명은 생략한다.

또한, 이하의 실시 형태에 있어서는, 하전 입자선 장치로서, 전자선을 사용하는 주사 전자 현미경(SEM)을 예시해서 설명하지만, 이것에 한정되지 않고, 이온선을 사용하는 이온 현미경 장치 등의 다른 하전 입자선 장치에도 적용 가능하다.

(실시 형태 1)

《하전 입자선 장치(비교예)의 구성》

먼저, 실시 형태 1의 계측 시스템의 설명에 앞서서, 일반적인 하전 입자선 장치의 구성예 및 그 문제점에 대해서 설명한다. 도 11은 일반적인 하전 입자선 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 11에 도시한 하전 입자선 장치(10')는, 시료(105)에 전자선(하전 입자선)(103)을 조사하는 하전 입자 광학계(11)와, 전자선의 조사에 따라서 시료(105)로부터 방출되는 전자를 검출 및 증폭하는 검출기(108)와, 신호 처리부(12')를 갖는다. 명세서에서는, 하전 입자선 장치를 실제 기계라고도 칭한다.

하전 입자 광학계(11)에는, 전자선(하전 입자선)(103)을 취출하기 위한 전자총(하전 입자 총)(102)이 설치된다. 전자선(103)은 전자 렌즈(104)에 의해 수렴되어 스테이지(106) 상에 설치된 시료(105)에 조사된다. 이것에 따라, 시료(105)는 검출기(108)로 신호 전자(예를 들어 2차 전자나 반사 전자)(107)를 방출한다. 검출기(108)는, 당해 신호 전자(107)를 입력으로 하여, 당해 입력을 검출 및 증폭하고, 전기 신호로 변환한다.

신호 처리부(12')는 신호 입력부(109)와, 화상 변환부(110)와, 평가값 계산부(111)와, ABCC 제어부(112)와, 화상 표시부(113)를 구비한다. 신호 입력부(109)는, 예를 들어 증폭 회로, 필터 회로, 아날로그 디지털 변환 회로(ADC 회로로 약기한다)를 갖고, 검출기(108)로부터 출력되는 신호를 적절하게 처리해서 디지털 신호로 변환한다. 화상 변환부(110)는 신호 입력부(109)를 개재해서 얻어진 검출기(108)로부터의 신호를, 화소 적산, 프레임간 연산 처리 등에 의해 촬상 화상으로 변환한다. 화상 표시부(113)는, 당해 촬상 화상을 표시한다.

여기서, ABCC 기능을 구비하는 경우, 화상 변환부(110)는 표시 계조값과 화소수의 관계를 나타내는 화상 히스토그램(바꿔 말하면 휘도 분포)을 생성한다. 평가값 계산부(111)는 이 화상 히스토그램에 기초하여 평가값을 산출하고, ABCC 제어부(112)는, 당해 평가값에 기초하여 ABCC 파라미터를 조정한다.

도 2는 ABCC 파라미터의 조정 방법의 개략을 설명하는 모식도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 평가값 계산부(111)는 화상 히스토그램(200)에 있어서의 휘도의 최대 계조값(Peak값)과 최소 계조값(Bottom값), 혹은 그들에 준한 특징량을, 화상 히스토그램(200)의 평가값으로서 산출한다. 구체예로서, Peak값 및 Bottom값은, 각각 화상 히스토그램(200)의 누적 도수가 90%가 되는 계조값 및 10%가 되는 계조값으로 정해진다.

ABCC 제어부(112)는 화상 히스토그램(200)의 평가값인 Peak값 및 Bottom값이 규정의 기준값이 되도록 ABCC 파라미터를 조정한다. 이 예에서는, 규정의 기준값은 계조값의 풀스케일(예를 들어 256계조 등)의 80%에 대응하는 계조값 및 20%에 대응하는 계조값이다. ABCC 제어부(112)는 Peak값이 풀스케일의 80%의 계조값, Bottom값이 풀스케일의 20%의 계조값이 되도록 ABCC 파라미터를 조정한다. 이에 의해, 화상의 브라이트니스나 콘트라스트가 적정화된다.

ABCC 파라미터는 Bottom값을 풀스케일의 20%의 계조값으로 정하기 위한 오프셋 전압(브라이트니스 전압) BRT와, Peak값을 풀스케일의 80%의 계조값으로 정하기 위한 콘트라스트 전압 CNT를 포함한다. 오프셋 전압 BRT는, 예를 들어 신호 입력부(109)에 포함되는 증폭 회로의 바이어스에 반영된다. 콘트라스트 전압 CNT는, 검출기(108)의 증폭률에 반영된다.

또한, 화상 변환부(110), 평가값 계산부(111) 및 ABCC 제어부(112)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), DSP(Digital Signal Processor) 등을 사용한 프로그램 처리 등에 의해 실장된다. 단, 각 부의 실장 형태는, 이에 한정하지 않고, FPGA(Field Progra㎜able Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 하드웨어여도 되고, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합이어도 된다.

《하전 입자선 장치(비교예)의 문제점》

도 2에 있어서의 ABCC 제어부(112)의 구체적인 처리 방법으로서, 예를 들어 평가값과 ABCC 파라미터와의 상관 관계를 나타내는 규정의 관계식 또는 테이블을 사용하는 방법을 들 수 있다. 이 경우, ABCC 제어부(112)는, 당해 관계식 또는 테이블을 참조함으로써, 평가값 계산부(111)로부터의 평가값을 기준값으로 정하는데 필요한 ABCC 파라미터의 값을 취득할 수 있다.

한편, 검출기(108)로서 광전자 증배관 등을 사용하는 경우, 개체차, 경년 열화 등에 의해, 증폭률의 변동을 대표로 하는 각종 특성 변동이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 평가값이 동일해도, 당해 평가값을 기준값으로 정하기 위해서 필요한 ABCC 파라미터의 값은, 동일 기종 내의 장치마다 상이하거나, 또한 어느 정도의 사용 기간을 거칠 때마다 변화하게 된다. 또한, 증폭률의 변동은 확률적인 요소에 의해서도 발생할 수 있다.

그 결과, 고정적인 관계식 또는 테이블을 사용하는 방법에서는, 평가값을 기준값으로 고정밀도로 정하는 것이 곤란해질 수 있다. 이 때문에, 유저는 실용상, 일단 ABCC 파라미터가 설정된 후, 수동으로 실제 기계에서의 촬상 화상의 관찰과 ABCC 파라미터의 재설정을 반복하면서, ABCC 파라미터의 값을 미세 조정할 필요가 있다.

이와 같이, 검출기(108)에 특성 변동이 발생하면, 적정한 ABCC 파라미터의 값을 얻는 데 시간을 요할 우려가 있다. 이에 의해, 특히, 하전 입자선 장치(10')를 사용한 계측 공정을 반도체 장치의 제조 공정 등에 도입한 것과 같은 경우에, 공정의 스루풋의 저하가 문제가 된다.

구체적으로는, 적정한 ABCC 파라미터의 값은, 통상 시료(105)의 종류(즉, 종류마다의 요철 형상의 정도차 등)에 따라 다르다. 이 때문에, 계측 공정에서는, 실용 상, 계측 대상이 되는 시료의 종류가 바뀔 때마다 ABCC 파라미터의 조정이 필요해진다. 이 때에, 전술한 바와 같이 검출기(108)에 각종 특성 변동이 존재하면, 시료의 종류가 바뀔 때마다, 실제 기계에서의 촬상 화상의 관찰과 ABCC 파라미터의 재설정을 수동으로 반복하면서, 어느 정도의 시간을 들여서 ABCC 파라미터의 미세 조정을 행할 필요가 있다.

《계측 시스템(실시 형태 1)의 개략》

그래서, 실시 형태 1의 계측 시스템에서는, 실제 기계의 각종 특성 변동을 시뮬레이터/에뮬레이터 모델에 반영시킨 상태에서, 시뮬레이터/에뮬레이터 상에서 적정한 ABCC 파라미터를 탐색한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 계측 시스템의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 1에 도시한 계측 시스템은, 하전 입자선 장치(실제 기계)(10)와, 검증 장치(13)를 갖는다. 하전 입자선 장치(10)는 도 11의 경우와 마찬가지의 하전 입자 광학계(11) 및 검출기(108)에 더하여, 도 11의 경우와는 약간 다른 신호 처리부(12)를 구비한다.

신호 처리부(12)는, 도 11의 신호 처리부(12')와 비교하여, 평가값 계산부(111)가 마련되지 않는다. 검증 장치(13)는, 예를 들어 CPU 등을 포함한 계산기(컴퓨터)로 구성되고, 검증 장치(13)가 갖는 시뮬레이션 프로그램을 CPU 등에 실행시킴으로써, ABCC 파라미터(즉, 오프셋 전압 BRT 및 콘트라스트 전압 CNT)(AP)를 탐색한다. 실제 기계(10)의 ABCC 제어부(112)는 이 탐색 결과가 되는 ABCC 파라미터(AP)를 디지털값으로 받고, 검출기(108)에 아날로그값이 되는 증폭률을 설정하고, 또한 신호 입력부(109)에 아날로그값이 되는 바이어스 등을 설정한다.

《계측 시스템(실시 형태 1)의 상세》

도 3은 도 1의 계측 시스템에 있어서의 주요부의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다. 도 3에 있어서, 검증 장치(13)는 역변환 처리부(303)와, 검증 모델(306)을 갖는다. 검증 모델(306)은, 계산기에 설정된 시뮬레이션 프로그램을 CPU 등이 실행함으로써 구성되는 모의 검출기(310), 모의 신호 입력부(311), 모의 화상 변환부(312), 평가값 계산부(313) 및 ABCC 탐색부(파라미터 탐색부)(314)를 구비한다. 이에 의해, 검증 모델(306)은, 개략적으로는, 실제 기계(10)의 검출기(108) 및 신호 입력부(109)의 처리를 모의 검출기(310) 및 모의 신호 입력부(311)에서 모의하고, 이 모의 검출기(310) 및 모의 신호 입력부(311)를 대상으로 해서 ABCC 파라미터(AP)를 탐색한다. 이하, 이들의 각 부의 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 실제 기계(10)에서, 소정의 시료(105)를 대상으로, 소정의 ABCC 파라미터(AP)를 사용해서 1회의 촬상이 행해진다. 역변환 처리부(시뮬레이터 입력 신호 생성부)(303)는, 이 촬상 화상(302)을 검증 장치(13) 내의 기억 장치(HDD(Hard Disk Drive)나 SSD(Solid State Drive) 등)에 저장하고, 촬상 화상(302)에 기초하여, 실제 기계(10)의 검출기(108)에 입력되었다고 추측되는 2차 전자 신호 등을, 시뮬레이터 입력 신호(304)로서 생성한다. 바꿔 말하면, 역변환 처리부(303)는, 촬상 화상(302)을, 도 1의 검출기(108)의 입력(신호 전자(107))으로 변환한다.

이 때, 역변환 처리부(303)는, 먼저 일반적으로 알려져 있는 방법을 사용하여, 촬상 화상(302)에 대응하는 2차 전자 프로파일을 작성한다. 2차 전자 프로파일은, 종축에 2차 전자의 발생량을, 횡축에 촬상 화상(302)의 X축 방향을 정의한 것이며, 전자선(1차 전자)을 주사 조사했을 때의 2차 전자의 발생량을 플롯한 것이다.

역변환 처리부(303)는, 이 2차 전자 프로파일에 대하여, 실제 기계(10)의 검출기(108)나 신호 입력부(109)에서 실시되는 신호 처리 과정(검출기(108)의 증폭 과정, 2차 전자로부터 전기 신호로의 변환 과정, 신호 입력부(109)의 증폭 과정 등)을 역연산하고, 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성한다. 또한, 검출기(108)나 신호 입력부(109)의 신호 처리 과정의 상세에 대해서는 후술한다.

또한, 예를 들어 실제 기계(10)에는, 검출기(108)의 특성 정보(305)가 미리 저장되는 특성 보존부(301)가 마련된다. 특성 정보(305)는, 실제의 검출기(108)에 있어서의 증폭률(즉, 2차 전자의 수신수와 출력 신호 사이의 게인 특성), 출력 파형(출력 신호)의 상승/하강 특성 등을 나타내는 정보이며, 검출기(108)의 개체차나, 경년 열화 등을 나타내는 정보이다. 특성 정보(305)는, 예를 들어 실제 기계(10)에 대하여, 초기 설치의 단계에서, 또는 소정의 사용 기간을 경과할 때마다 검증 실험을 행함으로써 추출되고, 특성 보존부(301)에 보존된다. 특성 보존부(301)는, 예를 들어 실제 기계(10)에 실장되는 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치에 저장되거나, 또는 실제 기계(10)의 외부에 마련되는 기억 장치에 저장되어도 된다.

검증 모델(306)에는, 이러한 시뮬레이터 입력 신호(304) 및 특성 정보(305)가 입력된다. 도 4의 (a)는, 도 3에 있어서의 검증 장치 내의 모의 검출기의 구성예 및 모식적인 동작예를 도시하는 도면이며, 도 4의 (b)는, 도 3에 있어서의 특성 보존부에 보존되는 특성 정보의 일례를 도시하는 도면이다.

도 4의 (a)에 나타내는 모의 검출기(310)는, 실제 기계(10)의 검출기(108)의 동작을 모의한 연산 모델을 사용하여, 당해 연산 모델의 연산 파라미터에 특성 정보(305)를 반영시킨 상태에서 시뮬레이터 입력 신호(304)에 대한 연산 처리를 실행한다. 그리고, 모의 검출기(310)는, 연산 모델로서, 검출 연산부(401)와, 증폭 연산부(402)와, 파형 생성부(403)를 구비한다.

여기서, 실제 기계(10)의 검출기(108)는, 입력된 2차 전자를 광자로 변환하고, 또한 광자를 광전자로 변환한 다음, 증폭을 행하여 전기 신호로서 출력하는 것이다. 이때, 입력된 2차 전자를 일정하게 유지했다 하더라도, 2차 전자의 입력은 확률 분포를 갖는다. 검출 연산부(401)는 2차 전자를 광자로, 또한 광자를 광전자로 변환하는 과정을 모델화한 것이며, 시뮬레이터 입력 신호(304)에 기초한 발생 간격으로 구형파 펄스 신호를 생성한다.

구체적으로는, 실제의 검출기(108)에 있어서의 변환 과정에서는, 단위 시간 동안에 광전자가 발생하는 개수는 평균값 "λ"의 푸아송 분포로 표현되고, 사상의 발생 간격은 평균값 "1/λ"의 지수 분포로 표현된다. 이것을 반영하여, 검출 연산부(401)는 시뮬레이터 입력 신호(304)의 레벨을 "λ"로 하여, 구형파 펄스 신호의 발생 간격을 "1/λ"을 평균값으로 하는 지수 분포로 변동시킨다. 즉, 도 4의 (a)에 있어서, 지수 분포로 변동한 기간 T1, T2 등의 평균값이 "1/λ"이 되도록 정해진다. 또한, 구형파 펄스 신호의 펄스폭은, 예를 들어 1ns 등으로 고정된다.

증폭 연산부(402)는, ABCC 파라미터의 하나가 되는 콘트라스트 전압 CNT와, 특성 보존부(301)로부터의 특성 정보(305)를 받고, 검출 연산부(401)로부터의 구형파 펄스 신호의 진폭을 증폭률 Gx로 증폭한다. 여기서, 실제 기계(10)의 검출기(108)에서는, 광전자의 증폭 과정에 있어서도, 증폭률에 확률적인 분포가 발생한다. 예를 들어, 검출기(108)의 증폭률을 G로 하면, 1개의 광전자가 최종적으로 G개의 전자가 되거나, "G+1"개의 전자가 되거나 한다. 이것을 반영하여, 증폭 연산부(402)는, 검출 연산부(401)로부터의 입력을 m으로 한 경우에, 출력을 "m×G"가 평균값이 되는 푸아송 분포로 나타낸다.

예를 들어, 검출기(108)가 n단 구성으로 증폭을 행하는 경우, 이것을 반영하여, 증폭 연산부(402)는, 예를 들어 1단째의 출력 a를, "Poisson(λ)"을 평균값 λ의 푸아송 분포의 난수로서, "a=m+Poisson(m×G/n)"으로 나타내고, 2단째의 출력 b를, "b=a+Poisson(a×G/n)"으로 나타낸다. 또한, 이 때의 검출기(108)의 증폭률 G는, 개체차 또는 경년 열화 등에 따라 변화할 수 있다. 그래서, 증폭 연산부(402)는, 증폭률 G를 특성 보존부(301)에 저장되는 특성 정보(305)에 기초해서 정한다.

구체적으로는, 특성 정보(305)에는, 도 4의 (b)에 나타나는 바와 같이, 검출기(108)에 있어서의 ABCC 파라미터(구체적으로는, 콘트라스트 전압 CNT)의 값과 증폭률 G의 실제의 상관 관계를 나타내는 상관 정보(405)가 포함된다. 증폭 연산부(402)는 입력된 콘트라스트 전압 CNT에 대응하는 증폭률 G를 상관 정보(405)에 기초하여 취득한다. 그리고, 증폭 연산부(402)는 당해 취득한 증폭률 G가 전술한 바와 같이 푸아송 분포로 변동하는 것으로서, 검출 연산부(401)로부터의 구형파 펄스 신호의 진폭을, 상관 정보(405)에 기초한 변동과 푸아송 분포에 기초한 변동을 반영시킨 증폭률 Gx로 증폭한다.

이와 같이 해서, 증폭 연산부(402)의 n단째의 출력으로부터는, 진폭이 증폭률 Gx에 기초하여 변동, 펄스폭이 미소(예를 들어 1ns)하고, 사상의 발생 간격이 지수 분포가 되는 시계열의 구형파 펄스 신호가 생성된다. 즉, 이러한 검출 연산부(401) 및 증폭 연산부(402)를 사용함으로써, 실제 기계(10)의 검출기(108)에서 발생할 수 있는 각종 확률적인 변동이나, 증폭률 G의 개체차 변동 등이 반영된 구형파 펄스 신호를 생성할 수 있다. 바꿔 말하면, 실제 기계(10)의 검출기(108)를 고정밀도로 모델화할 수 있다.

파형 생성부(403)는, 도 4의 (a)에 나타나는 바와 같이, 증폭 연산부(402)로부터의 구형파 펄스 신호의 상승 시간 및 하강 시간을 시상수 τ에 기초하여 변화시킴으로써 출력 파형(모의 검출기(310)의 출력 신호)을 생성한다. 이 때에, 실제 기계(10)의 검출기(108)에서는, 개체차나 경년 열화 등에 의해, 출력 파형의 상승 특성 및 하강 특성에도 특성 변동이 발생할 수 있다.

그래서, 특성 보존부(301)에 저장되는 특성 정보(305)에는, 도 4의 (b)에 나타나는 바와 같이, 검출기(108)의 실제의 출력 파형에 있어서의 상승 특성 및 하강 특성을 나타내는 시상수 τ가 포함된다. 시상수 τ는, 상관 정보(405)의 경우와 마찬가지로, 실제 기계(10)에 대하여 미리 검증 실험을 행함으로써 추출된다. 파형 생성부(403)는 당해 시상수 τ를 반영해서 출력 파형을 생성한다. 이에 의해, 실제 기계(10)의 검출기(108)를 보다 고정밀도로 모델화할 수 있다.

이러한 파형 생성부(403)는 전달 함수 모델 혹은 전자 회로 모델로 모델화 할 수 있고, 예를 들어 전자 회로로 모델화한 경우, RC 회로 등을 사용할 수 있다. RC 회로는, "R(저항값)×C(용량값)"로 구해지는 시상수 τ를 갖기 때문에, 파형 생성부(403)는, 특성 정보(305)에 포함되는 시상수 τ에 기초하여 당해 RC 회로의 RC 파라미터를 설정하면 된다. RC 회로의 구형파 응답에 있어서, 시상수 τ는 최솟값으로부터 최댓값의 "1-1/e(e: 네이피어 수)"배가 될 때까지의 시간, 또는 최댓값으로부터 최댓값의 1/e배가 될 때까지의 시간이다.

도 3에 있어서, 모의 검출기(310)에서 생성된 출력 전기 신호는, 모의 신호 입력부(311)에 입력된다. 모의 신호 입력부(311)는 실제 기계(10)의 신호 입력부(109)의 동작을 모의한 연산 모델을 사용하여, 입력된 출력 전기 신호에 대한 각종 연산 처리를 행한다. 구체적으로는, 모의 신호 입력부(311)는 신호 입력부(109) 내의 증폭 회로, 필터 회로, ADC 회로에 각각 대응하는 전자 회로 모델을 사용해서 연산 처리를 행한다. 이 때에, 증폭 회로의 전자 회로 모델은, ABCC 파라미터(구체적으로는, 오프셋 전압 BRT)의 값을 반영해서 연산 처리를 행한다.

또한, 모의 신호 입력부(311)의 각 전자 회로 모델에는, 미리 검증 실험에서 추출한 실제 기계(10)의 신호 입력부(109)에 있어서의 각 회로의 특성 변동(개체 차)을 반영시켜도 된다. 특성 변동으로서, 예를 들어 증폭 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값 변동이나, 증폭 회로나 필터 회로의 주파수 특성의 변동 등을 들 수 있다. 또는, 검증 실험에서 추출한 각 회로의 특성을 특성 보존부(301)에 저장해 두고, 모의 검출기(310)의 경우와 마찬가지로 해서 모의 신호 입력부(311)에 반영시키는 방식을 사용해도 된다.

모의 화상 변환부(312)는, 실제 기계(10)의 화상 변환부(110)에 대응하는 연산 처리를 실행하고, 모의 검출기(310)로부터의 신호를 모의 신호 입력부(311)를 개재해서 받고, 당해 신호를 모의 화상으로 변환한다. 또한, 모의 화상 변환부(312)는, 예를 들어 당해 모의 화상의 화상 히스토그램(200)을 생성한다. 평가값 계산부(313)는, 모의 화상 변환부(312)로부터의 모의 화상(상세하게는 화상 히스토그램(200) 등)을 대상으로, 도 11에서 설명한 평가값 계산부(111)의 경우와 마찬가지 평가값(예를 들어 Peak값 및 Bottom값 등)을 산출한다.

ABCC 탐색부(파라미터 탐색부)(314)는, 모의 화상으로부터 얻어지는 평가값이 규정의 기준값이 되도록, 모의 검출기(310)에 대한 ABCC 파라미터(콘트라스트 전압 CNT) 및 모의 신호 입력부(311)에 대한 ABCC 파라미터(오프셋 전압 BRT)를 탐색한다. 그리고, ABCC 탐색부(314)는 탐색 결과가 되는 ABCC 파라미터(AP)를 실제 기계(10)의 ABCC 제어부(112)에 출력한다.

이에 의해, ABCC 탐색부(314)로부터는, 예를 들어 도 2의 경우와 마찬가지로, 모의 화상의 화상 히스토그램(200)에 있어서의 Peak값(누적 도수의 90%)/Bottom값(누적 도수의 10%)을 각각 풀스케일의 80%의 계조값/20%의 계조값에 일치시키기 위한 ABCC 파라미터(AP)가 얻어진다. 실제 기계(10)의 ABCC 제어부(112)는, 당해 ABCC 파라미터(AP) 내의 콘트라스트 전압 CNT를 받아서 검출기(108)에 증폭률을 설정하고, 당해 ABCC 파라미터(AP) 내의 오프셋 전압 BRT를 받아서 신호 입력부(109)에 바이어스 등을 설정한다.

또한, ABCC 탐색부(314)는 탐색 시에, ABCC 파라미터(BRT/CNT)를 초깃값으로 정하고, ABCC 파라미터를 초깃값으로부터 적절히 변화시키면서 탐색을 행하면 된다. 이 때의 초깃값은, 예를 들어 처음에 실제 기계(10)에서 촬상 화상(302)을 취득했을 때에 ABCC 제어부(112)에서 사용한 소정의 ABCC 파라미터의 값을 사용해도 된다. 이 경우, 도 3의 검증 장치(13)는 당해 소정의 ABCC 파라미터에 기초하여 생성된 후보 ABCC 파라미터와, 시뮬레이터 입력 신호(304)를 검증 모델(306)(즉 시뮬레이션 프로그램)에 입력해서 화상 히스토그램(200)을 얻고, 당해 화상 히스토그램(200)에 기초하여, 후보 ABCC 파라미터(AP)를 수정하게 된다.

또한, ABCC 탐색부(314)는 탐색 시에, 초깃값을 복수 설정하고, 당해 복수의 초깃값을 사용한 병렬 처리에 의해 ABCC 파라미터를 탐색해도 된다. 또한, ABCC 파라미터를 변화시킬 때에는, 전체 탐색 알고리즘의 방법이나 임의의 조합으로 변화시키는 방법을 사용해도 된다.

또한, 도 3의 역변환 처리부(시뮬레이터 입력 신호 생성부)(303)는, 전술한 바와 같이, 2차 전자 프로파일에 대하여 검출기(108)나 신호 입력부(109)에서 실시되는 신호 처리 과정을 역연산하는 처리를 실행한다. 구체적으로는, 역변환 처리부(303)는, 2차 전자 프로파일을, 모의 신호 입력부(311)에서 사용한 전자 회로 모델의 역변환을 행하는 전자 회로 모델을 사용해서 변환한다. 그리고, 역변환 처리부(303)는, 그 변환 후의 신호에 대하여, 또한 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에서 설명한 각종 연산 처리의 역 연산을 행하는 처리(예를 들어, 펄스화, 푸아송 분포의 평균화, 지수 분포의 평균화)를 실행하면 된다.

《하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법(실시 형태 1)》

도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 5에 있어서, 먼저, 하전 입자선 장치(실제 기계)(10)는 사전에 소정의 ABCC 파라미터를 사용해서 촬상 대상의 시료(105)를 촬상함으로써 촬상 화상(302)을 취득한다(스텝 S101). 검증 장치(13)(역변환 처리부(303))는, 당해 촬상 화상(302)에 기초하여 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성한다(스텝 S201).

이어서, 검증 장치(13)는, 특성 보존부(301)에 저장된 특성 정보(305)를 검증 모델(306) 내의 연산 모델에 반영시킨다(스텝 S202). 이와 같이 특성 정보(305)가 반영된 상태에서, 검증 장치(13)는 스텝 S203 내지 S206에 있어서, ABCC 탐색부(314) 등을 사용해서 평가값이 기준값이 되도록 ABCC 파라미터의 탐색을 행한다.

구체적으로는, ABCC 탐색부(314)는 ABCC 파라미터를 소정의 초깃값으로 설정한다(스텝 S203). 소정의 초깃값은, 예를 들어 스텝 S101에서 사용한 소정의 ABCC 파라미터여도 된다. 모의 화상 변환부(312)는, 현재의 ABCC 파라미터에 기초해서 얻어지는 모의 화상의 화상 히스토그램(200)을 생성한다(스텝 S204). 또한, 평가값 계산부(313)는 당해 화상 히스토그램(200)으로부터 평가값을 산출한다. 그리고, ABCC 탐색부(314)는 당해 화상 히스토그램(200)으로부터 얻어지는 평가값이 규정의 기준값에 일치하는지의 여부를 판정한다(스텝 S205). 평가값이 기준값에 일치하지 않는 경우(스텝 S205: 아니오), 스텝 S206에 있어서, ABCC 탐색부(314)는 ABCC 파라미터(후보 ABCC 파라미터)를 변경(바꿔 말하면 수정)한 뒤 스텝 S204로 되돌아가서 마찬가지 처리를 반복한다.

한편, 평가값이 기준값에 일치하는 경우(스텝 S205: 예), 스텝 S102로의 이행이 행해진다. 스텝 S102에 있어서, 실제 기계(10)의 ABCC 제어부(112)는, 평가값이 기준값에 일치했을 때의 ABCC 파라미터를 검증 장치(13)로부터 받고, 당해 ABCC 파라미터를 검출기(108) 및 신호 입력부(109)에 설정한다. 그리고, 실제 기계(10)는 당해 ABCC 파라미터에 기초하여, 촬상 대상의 시료(105)를 촬상한다(스텝 S103).

이에 의해, 예를 들어 스텝 S101에서 취득된 촬상 화상(302)에 있어서의 브라이트니스 및 콘트라스트가 적정하지 않은 경우에도, 그 후에 스텝 S103에서 취득된 촬상 화상의 브라이트니스 및 콘트라스트는, 적정화된 것이 된다.

또한, 도 1 및 도 3의 실제 기계(10)에서는, 도 11의 평가값 계산부(111)가 삭제되어 있지만, 실제 기계(10)에 도 11의 경우와 마찬가지의 평가값 계산부(111)를 마련해도 된다. 이 경우, ABCC 제어부(112)는, 도 11의 경우와 마찬가지로 하여, 평가값 계산부(111)로부터의 평가값을 받아서 ABCC 파라미터를 정하는 기능에 더하여, 도 1 및 도 3과 같이, 검증 장치(13)로부터의 ABCC 파라미터(AP)의 입력을 받아들이는 기능을 구비한다. 그리고, ABCC 제어부(112)는, 예를 들어 도 5의 스텝 S101(사전 촬상) 시에는, 테이블 등에 기초하여 ABCC 파라미터를 정하여, 스텝 S103(그 후의 촬상) 시에는, 검증 장치(13)로부터의 ABCC 파라미터(AP)의 입력을 받아들이면 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 도 3의 실제 기계(10) 내의 검출기(108)는 광전자 증배관 등으로 구성되고, 신호 입력부(109)는 증폭 회로 등을 포함하는 전용 회로로 구성되고, 특성 보존부(301)는 소정의 기억 장치(ROM 등)로 구성된다. 실제 기계(10) 내의 화상 변환부(110) 및 ABCC 제어부(112)는, 대표적으로는, CPU 등을 포함한 계산기(컴퓨터) 내에 탑재되어, CPU 등을 사용한 프로그램 처리에 의해 실장된다. 단, 화상 변환부(110) 및 ABCC 제어부(112)의 일부 또는 모두는, 경우에 따라서는, FPGA나 ASIC 등의 하드웨어로 실장하는 것도 가능하다. 화상 표시부(113)는 액정 디스플레이 등으로 구성된다.

또한, 도 3의 검증 장치(13)는, 대표적으로는, CPU 등을 포함한 계산기(컴퓨터)로 구성되고, 검증 장치(13) 내의 역변환 처리부(시뮬레이터 입력 신호 생성부)(303), 모의 검출기(310), 모의 신호 입력부(311), 모의 화상 변환부(312), 평가값 계산부(313) 및 ABCC 탐색부(파라미터 탐색부)(314)는, CPU 등을 사용한 프로그램 처리에 의해 실장된다. 단, 경우에 따라서는, 검증 장치(13) 내의 일부 구성 요소를 FPGA나 ASIC 등의 하드웨어로 실장하는 것도 가능하다. 예를 들어, 실제 기계(10)의 화상 변환부(110)가 전용 하드웨어로 구성되어 있는 경우, 모의 화상 변환부(312)로서, 당해 전용 하드웨어 그대로 유용하는 것과 같은 경우도 가능하다.

또한, 도 3의 검증 장치(13)는, 예를 들어 실제 기계(10) 내의 화상 변환부(110) 등을 구성하는 계산기를 병용하는 형태로 구성하는 것도 가능하다. 즉, 실제 기계(10) 내의 화상 변환부(110) 및 ABCC 제어부(112)와, 검증 장치(13)를, 1대의 계산기로 구성해도 된다. 이 경우, 실제 기계(10) 내의 계산기에, 검증 장치(13)에 대응하는 시뮬레이션 프로그램을 설정(바꿔 말하면 인스톨 또는 CPU 등이 읽어내는 메모리에 저장)하면 된다.

《실시 형태 1의 주요한 효과》

이상, 실시 형태 1의 방식을 사용함으로써, 대표적으로는, 하전 입자 장치에 각종 특성 변동이 발생하는 경우에도, ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 이에 수반하여, 하전 입자선 장치를 사용한 계측 공정을 반도체 장치의 제조 공정 등에 도입한 것과 같은 경우에, 공정의 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 유저의 작업 부하를 경감하는 것도 가능해진다.

구체예로서, 도 11과 같은 구성을 사용하는 경우, 유저는, 예를 들어 도 5의 스텝 S101 후에, 실제 기계에서의 촬상 화상의 관찰과 ABCC 파라미터의 재설정을 수동으로 반복할 필요가 있었다. 그리고, 유저는, 이러한 반복 작업을 촬상 대상이 되는 시료(105)의 종류가 바뀔 때마다 행할 필요가 있었다. 한편, 실시 형태 1의 방식을 사용하면, 예를 들어 시료(105)의 종류가 바뀔 때마다 한번 사전 촬상(스텝 S101)을 행함으로써, 그 후에는 유저가 아니고 검증 장치(13)가, 전술한 바와 같은 반복 작업을 자동으로 고속으로 행하는 것이 가능해진다.

(실시 형태 2)

《계측 시스템(실시 형태 2)의 상세》

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 계측 시스템에 있어서, 도 1의 계측 시스템에 있어서의 주요부의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다. 도 6에서는, 도 3의 구성예와 비교하여, 검증 장치(13a) 내에 역변환 처리부(303) 대신에 신호 생성부(시뮬레이터 입력 신호 생성부)(602)를 마련할 수 있다. 신호 생성부(시뮬레이터 입력 신호 생성부)(602)는, 예를 들어 CPU 등을 사용한 프로그램 처리에 의해 실장되고, 시료(105)의 설계 데이터(601)에 기초하여 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성한다.

즉, 하전 입자선 장치에서 촬상하는 시료(105)가 어떤 치수나 배치에 의해 설계되어 있었는지를 미리 알고 있는 경우에는, 설계 데이터(601)로부터 일의적으로 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 예를 들어 배율 등의 각종 촬상 조건에 기초하여, 촬상 화상 상의 픽셀 좌표 P=(p, q)와 시료 상의 좌표 X=(x, y)의 대응 관계가 미리 정해진다.

또한, 시료 형상의 설계 데이터(601)(CAD 데이터 등)에 기초하여, 시료 상의 각 위치 X에 시료의 요철의 높이 정보를 할당할 수 있다. 그리고, 시료 정보(시료 재질, 높이)와 전자선(103)에 대한 2차 전자(107)의 관계는, 미리 실험을 행하거나, 또는 전자선 산란 시뮬레이션을 행하는 것 등에 의해, 계산식 혹은 테이블로서 미리 정할 수 있다. 이들에 의해, 신호 생성부(602)는 시료(105)의 설계 데이터(601)에 기초하여, 각 좌표의 2차 전자(107)를 산출할 수 있고, 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성할 수 있다.

《실시 형태 2의 주요한 효과》

이상, 실시 형태 2의 방식을 사용함으로써 실시 형태 1에서 설명한 각종 효과에 더하여, 스루풋을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 예를 들어 전술한 도 5에 있어서, 스텝 S101(사전 촬상)의 처리가 불필요하게 된다. 또한, 탐색 결과가 되는 ABCC 파라미터의 변동이 없어지고, 결과적으로, ABCC 파라미터의 가일층의 고정밀도화가 도모되는 경우가 있다.

구체적으로 설명하면, 예를 들어 도 5의 스텝 S101(사전 촬상)에서 취득된 촬상 화상(302)은, 랜덤하게 변동하는 노이즈 성분이라고 한 것과 같이, 어떤 평균값에 대하여 변동 성분이 중첩한 것이 되는 경우가 있다. 이 경우, 예를 들어 랜덤하게 변화할 수 있는 촬상 화상(302)에 의존해서 ABCC 파라미터의 탐색 결과도 랜덤하게 변화하고, 이 변화의 폭은, ABCC 파라미터의 설정 오차가 될 수 있다. 한편, 실시 형태 2의 방식에서는, 촬상 화상(302)에 의존하지 않고, 개념적으로는, 이 변동 성분을 배제한 평균값에 기초하여 ABCC 파라미터의 탐색 결과를 얻을 수 있다. 이에 의해, 탐색 결과의 재현성이 보증되어, ABCC 파라미터의 설정 오차의 폭을 축소할 수 있다.

(실시 형태 3)

《계측 시스템(실시 형태 3)의 상세》

도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 계측 시스템에 있어서, 도 1의 계측 시스템에 있어서의 주요부의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다. 도 7에서는, 도 3의 구성예와 비교하여, 검증 장치(13b) 내에, 표시부(701)와, 조작부(702)와, 표시 제어부(703)가 추가되어 있다. 또한, 이에 수반하여, 검증 장치(13b) 내의 평가값 계산부(313b)의 동작이 약간 다르다.

표시부(701)는 액정 디스플레이 등이다. 조작부(702)는 키보드나 마우스 등이며, 유저로부터의 입력을 받아들인다. 표시 제어부(703)는 CPU 등을 사용한 프로그램 처리에 의해 실장되며, 유저가 ABCC 파라미터의 탐색에 수반하는 탐색 조건을 설정 가능한 설정 화면(GUI(Graphical User Interface) 화면)을 표시부(701)에 표시시킨다. 평가값 계산부(313b)는, 이 유저에 의해 설정된 탐색 조건에 기초하여 평가값을 산출한다.

도 8은 도 7에 있어서의 표시부에 표시되는 설정 화면의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에 있어서, 유저가 조작부(702)를 개재해서 설정 화면 상에서 자동 설정을 선택한 경우, ABCC 파라미터의 탐색 조건은, 자동으로 설정된다. 구체적으로는, 예를 들어 화상 히스토그램(200)의 평가값이 되는 Bottom값 및 Peak값은, 각각, 누적 도수의 10% 및 90%에 대응하는 계조값으로 정해진다.

한편, 유저는 자동 설정을 선택하지 않고, 평가값이 되는 Bottom값 및 Peak값을, 각각 누적 도수의 몇%에 대응시킬지를 조작부(702)를 개재해서 임의로 설정하는 것도 가능하다. 이 경우, 평가값 계산부(313b)는, 이 유저로부터의 설정에 기초하여, 화상 히스토그램(200)의 평가값이 되는 Bottom값 및 Peak값을 각각 산출한다.

또한, 유저는 조작부(702)를 개재해서 설정 화면 상에서 병렬 실행을 선택 할 수 있다. 병렬 실행이 선택된 경우, ABCC 탐색부(파라미터 탐색부)(314)는, ABCC 파라미터의 탐색에 수반하는 초깃값을 복수 설정하고, 당해 복수의 초깃값을 사용한 병렬 처리에 의해 ABCC 파라미터를 탐색한다. 구체적인 방식으로서, 예를 들어 적어도 도 7의 모의 검출기(310), 모의 신호 입력부(311) 및 모의 화상 변환부(312)를 복수 세트 마련하여, 각 세트에 각각 다른 초깃값을 설정한 다음에, 각 세트를 사용해서 병렬로 탐색을 행하게 하는 방식 등을 들 수 있다. 이러한 병렬 처리를 사용함으로써, ABCC 파라미터의 탐색에 요하는 시간을 더 단축할 수 있다. 또한, 유저는, 예를 들어 검증 장치(13b)의 연산 성능 등에 따라, 병렬 실행의 유무를 구분지어 사용하면 된다.

유저는 이상과 같은 각종 설정을 완료 후, ABCC 실행의 버튼을 입력한다. 이것에 따라, 계측 시스템은, 예를 들어 도 5의 처리 흐름을 개시한다. 또한, 도 7의 표시부(701)에는, 도 8에 나타나는 바와 같이, 적절히, 화상 히스토그램(200)이나, ABCC 파라미터의 탐색 결과 등을 표시시켜도 된다. 또한, 여기에서는, 도 3의 구성예를 전제로 했지만, 물론, 도 6의 구성예를 전제로 해도 된다.

《실시 형태 3의 주요한 효과》

이상, 실시 형태 3의 방식을 사용함으로써, 실시 형태 1, 2에서 설명한 각종 효과에 더하여, ABCC 파라미터의 탐색을 병렬 처리로 실행함으로써, ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간을 더 단축할 수 있는 경우가 있다. 또한, 유저는 필요에 따라 탐색 조건을 변경할 수 있어, 유저의 편리성을 향상시키는 것이 가능해진다.

(실시 형태 4)

《하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법(실시 형태 4)》

도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 의한 하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 10은 하전 입자선 장치를 사용한 기하학 길이의 측정 방법의 개략을 설명하는 도면이다. 실시 형태 4에서는, 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같은 계측 시스템이 사용된다.

먼저, 도 10에 나타나는 바와 같이, 예를 들어 기지의 기하학 길이(치수) L을 갖는 기준용 시료(1001)를 대상으로 하전 입자선 장치를 사용해서 촬상을 행하면, 이 기하학 길이 L에 대응하는 2차 전자 프로파일(1002)(나아가서는 대응하는 촬상 화상)이 생성된다. 이 2차 전자 프로파일(1002)(또는 촬상 화상)을 해석함으로써, 기하학 길이 L을 측정할 수 있다.

단, 이 해석 시에, 2차 전자 프로파일(1002)의 오프셋 레벨(1003)이나, 진폭 레벨(1004)이 장치의 특성 변동에 따라 변화하면, 장치간에 측정 결과가 되는 기하학 길이 L에 오차가 발생할 수 있다. 그래서, 실용상, ABCC 파라미터에 의해, 이 장치간에서의 측정 결과의 오차를 보상하는 경우가 있다. 도 9는 이러한 경우에 사용되는 흐름도이다.

먼저, 도 9의 스텝 S301에 있어서, 하전 입자선 장치(10a)는 기지의 기하학 길이 L을 갖는 기준용 시료(1001)를 대상으로 하여, 촬상 화상(901)으로부터 측정되는 기하학 길이(Ld)가 기지의 기하학 길이 L(바꿔 말하면 기준값)이 되도록 ABCC 파라미터를 조정한 상태에서 촬상 화상(901)을 취득한다. 당해 하전 입자선 장치(10a)는 기준 장치가 된다.

계속해서, 도 5의 경우와 마찬가지로, 검증 장치(13)는, 기준 장치(10a)에서 취득된 촬상 화상(901)에 기초하여 시뮬레이터 입력 신호(304)를 생성한다(스텝 S201). 이어서, 검증 장치(13)는, 하전 입자선 장치(10b)의 특성 보존부(301)에 저장된 특성 정보(305)를, 검증 모델(306) 내의 연산 모델에 반영시킨다(스텝 S202). 당해 하전 입자선 장치(10b)는 대상 장치가 된다.

이와 같이, 기준 장치(10a)로부터의 촬상 화상(901)이 입력되고, 대상 장치(10b)의 특성 정보(305)가 반영된 상태에서, 검증 장치(13)는 스텝 S203, S404, S205, S206에 있어서, ABCC 탐색부(314) 등을 사용해서 평가값이 기준값이 되도록 ABCC 파라미터의 탐색을 행한다. 이 때의 탐색 방법은, 도 5의 스텝 S203 내지 S206과 거의 마찬가지이지만, 도 5의 경우와는 평가값 및 기준값의 내용이 다르다. 즉, 도 5의 스텝 S204 대신에 스텝 S404가 실행된다.

스텝 S404에 있어서, 검증 장치(13)(평가값 계산부(313))는 모의 화상 변환부(312)에 의한 모의 화상으로부터 기하학 길이를 측정한다. 이것을 받고, 검증 장치(13)(ABCC 탐색부(314))는, 측정된 기하학 길이를 평가값으로 하고, 기지의 기하학 길이 L을 기준값으로 하여, 평가값이 기준값에 일치하는지의 여부를 판정한다(스텝 S205). 그리고, 평가값이 기준값에 일치하는 경우(스텝 S205: 예), 스텝 S102에 있어서, 대상 장치(10b)의 ABCC 제어부(112)는, 검증 장치(13)로부터 탐색 결과가 되는 ABCC 파라미터를 받고, 그것을 검출기(108) 및 신호 입력부(109)에 설정한다.

이에 의해, 기준 장치(10a)와 대상 장치(10b)에서, 동일한 촬상 화상(901)에 대하여 동일한 기하학 길이의 측정 결과가 얻어지게 된다. 이 때에, 일반적인 방식에서는, 유저가, 대상 장치(10b)에 있어서, 기준용 시료(1001)의 촬상과 ABCC 파라미터의 재설정을 수동으로 반복할 필요가 있었다. 한편, 실시 형태 4의 방식에서는, 기준용 시료(1001)의 촬상을 포함하여, 이러한 작업이 불필요하게 된다.

《실시 형태 4의 주요한 효과》

이상, 실시 형태 4의 방식을 사용함으로써, 유저가, 대상 장치(10b)에 있어서, 촬상과 ABCC 파라미터의 재설정을 수동으로 반복할 필요가 없어진다. 그 결과, 실시 형태 1 등의 경우와 마찬가지로, ABCC 파라미터의 조정에 요하는 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

《부기》

전술한 각 실시 형태의 특징 일례를 들면, 이하와 같이 된다.

[1] 하전 입자선 장치의 ABCC 파라미터의 결정 방법이며,

ABCC 파라미터(AP)와, 상기 하전 입자선 장치(10, 10b)의 개체차를 나타내는 특성 정보(305)를 사용하여, 상기 하전 입자선 장치(10, 10b)의 검출기(108) 및 신호 입력부(109)의 처리를 모의하는 시뮬레이션 프로그램을 설정하고,

소정의 ABCC 파라미터로 촬상한 시료(105)의 촬상 화상(302)을 저장하고,

상기 촬상 화상(302)을, 상기 검출기(108)의 입력으로 변환하고,

상기 소정의 ABCC 파라미터에 기초하여 생성된 후보 ABCC 파라미터(AP)와, 상기 검출기(108)의 입력을 상기 시뮬레이션 프로그램에 입력해서 화상 히스토그램(200)을 얻고,

상기 화상 히스토그램(200)에 기초하여, 상기 후보 ABCC 파라미터(AP)를 수정하는,

ABCC 파라미터의 결정 방법.

[2] 상기 [1]의 방법에 있어서,

상기 검출기(108) 및 신호 입력부(109)의 각각은, 개체차가 있고,

상기 촬상 화상(302)은 기준용 시료(1001)를 대상으로 다른 하전 입자선 장치(10a)에서 기하학 길이와 화상을 측정 완료한 화상이며,

상기 후보 ABCC 파라미터(AP)와, 상기 검출기(108)의 입력을 상기 시뮬레이션 프로그램에 부여하여, 모의 화상을 얻고,

상기 모의 화상에 의해 계산한 기하학 길이와, 상기 다른 하전 입자선 장치에서 얻은 기하학 길이의 차분에 기초하여, 상기 후보 ABCC 파라미터(AP)를 수정한다.

[3] 상기 [1]의 방법에 있어서,

상기 시뮬레이션 프로그램은, 상기 검출기(108)의 특성 정보(305)로서, 2차 전자의 수신수와 검출기(108)의 출력 신호 사이의 게인 특성과, 상기 출력 신호의 상승 특성 및 하강 특성을 사용한다.

[4] 신호 입력부(109)와, ABCC 제어부(112)와, 하전 입자 총(102)과, 시료(105)를 설치하는 스테이지(106)와, 검출기(108)를 갖는 하전 입자선 장치(10, 10b)와,

검증 장치(13)

를 갖는 계측 시스템이며,

상기 검증 장치(13)는,

ABCC 파라미터와, 상기 하전 입자선 장치(10, 10b)의 개체차를 나타내는 특성 정보(305)를 사용하여, 상기 검출기(108) 및 상기 신호 입력부(109)의 처리를 모의하는 시뮬레이션 프로그램을 갖고,

소정의 ABCC 파라미터로 촬상한 시료(105)의 촬상 화상(302)을 저장하고,

상기 촬상 화상(302)을, 상기 검출기(108)의 입력으로 변환하고,

상기 소정의 ABCC 파라미터에 기초하여 생성된 후보 ABCC 파라미터(AP)와, 상기 검출기(108)의 입력을 상기 시뮬레이션 프로그램에 입력해서 화상 히스토그램(200)을 얻고,

상기 화상 히스토그램(200)에 기초하여, 상기 후보 ABCC 파라미터(AP)를 수정하는,

계측 시스템.

[5] 하전 입자선 장치의 ABCC 파라미터를 결정하는 검증 장치(13)이며,

ABCC 파라미터(AP)와, 상기 하전 입자선 장치(10, 10b)의 개체차를 나타내는 특성 정보(305)를 사용하여, 상기 하전 입자선 장치(10, 10b)의 검출기(108) 및 신호 입력부(109)의 처리를 모의하는 시뮬레이션 프로그램을 갖고,

소정의 ABCC 파라미터로 촬상한 시료(105)의 촬상 화상(302)을 저장하고,

상기 촬상 화상(302)을, 상기 검출기(108)의 입력으로 변환하고,

상기 소정의 ABCC 파라미터에 기초하여 생성된 후보 ABCC 파라미터(AP)와, 상기 검출기(108)의 입력을 상기 시뮬레이션 프로그램에 입력해서 화상 히스토그램(200)을 얻고,

상기 화상 히스토그램(200)에 기초하여, 상기 후보 ABCC 파라미터(AP)를 수정하는,

검증 장치.

또한, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 전술한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

또한, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

또한, 전술한 시뮬레이션 프로그램은, 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체에 저장된 다음에, 컴퓨터에 공급될 수 있다. 이러한 기록 매체로서, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등을 대표로 하는 자기 기록 매체, DVD(Digital Versatile Disc)나 블루레이 디스크 등을 대표로 하는 광기록 매체, 플래시 메모리 등을 대표로 하는 반도체 메모리 등을 들 수 있다. 또한, 전술한 시뮬레이션 프로그램은, 배선 서버로부터 전기 통신 회선을 통해서 공급될 수 있다.

10: 하전 입자선 장치(실제 기계), 11: 하전 입자 광학계, 13: 검증 장치, 105: 시료, 108: 검출기, 110: 화상 변환부, 112: ABCC 제어부, 200: 화상 히스토그램, 301: 특성 보존부, 302: 촬상 화상, 303: 역변환 처리부(시뮬레이터 입력 신호 생성부), 304: 시뮬레이터 입력 신호, 305: 특성 정보, 310: 모의 검출기, 312: 모의 화상 변환부, 314: ABCC 탐색부(파라미터 탐색부), 401: 검출 연산부, 402: 증폭 연산부, 403: 파형 생성부, 405: 상관 정보, 602: 신호 생성부(시뮬레이터 입력 신호 생성부), 701: 표시부, 702: 조작부, 703: 표시 제어부, 901: 촬상 화상, 1001: 기준용 시료, AP: ABCC 파라미터, BRT: 오프셋 전압(브라이트니스 전압), CNT: 콘트라스트 전압, τ: 시상수

Claims (14)

1. 시료에 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학계와, 상기 하전 입자선의 조사에 따라서 상기 시료로부터 방출되는 전자를 검출 및 증폭하는 검출기와, 상기 검출기로부터의 신호를 촬상 화상으로 변환하는 화상 변환부와, ABCC(Auto Brightness Contrast Control) 파라미터를 받아서 상기 검출기에 증폭률을 설정하는 ABCC 제어부를 구비하는 하전 입자선 장치와,
   상기 검출기의 특성 정보가 미리 저장되는 특성 보존부와,
   검증 장치
   를 갖는 계측 시스템이며,
   상기 검증 장치는,
   상기 시료로부터 방출되는 전자에 대응하는 시뮬레이터 입력 신호를 생성하는 시뮬레이터 입력 신호 생성부와,
   상기 검출기의 동작을 모의한 연산 모델을 사용하여, 상기 연산 모델의 연산 파라미터에 상기 특성 정보를 반영시킨 상태에서 상기 시뮬레이터 입력 신호에 대한 연산 처리를 실행하는 모의 검출기와,
   상기 화상 변환부에 대응하는 연산 처리를 실행하고, 상기 모의 검출기로부터의 신호를 모의 화상으로 변환하는 모의 화상 변환부와,
   상기 모의 화상으로부터 얻어지는 평가값이 규정의 기준값이 되도록, 상기 모의 검출기에 대한 상기 ABCC 파라미터를 탐색하고, 탐색 결과가 되는 상기 ABCC 파라미터를 상기 ABCC 제어부에 출력하는 파라미터 탐색부
   를 갖는,
   계측 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 특성 정보에는, 상기 검출기에 있어서의 상기 ABCC 파라미터의 값과 상기 증폭률과의 실제의 상관 관계를 나타내는 상관 정보가 포함되고,
   상기 모의 검출기는,
   상기 시뮬레이터 입력 신호에 기초한 발생 간격으로 펄스 신호를 생성하는 검출 연산부와,
   상기 파라미터 탐색부에서의 탐색에 수반하여, 상기 ABCC 파라미터에 대응하는 상기 증폭률을 상기 상관 정보에 기초하여 취득하고, 당해 취득한 증폭률이 푸아송 분포로 변동하는 것으로서, 상기 검출 연산부로부터의 상기 펄스 신호의 진폭을 증폭하는 증폭 연산부
   를 갖는,
   계측 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 특성 정보에는, 상기 검출기의 출력 파형에 있어서의 상승 특성 및 하강 특성을 나타내는 시상수가 포함되고,
   상기 모의 검출기는, 상기 증폭 연산부로부터의 펄스 신호의 시동 시간 및 하강시간을 상기 시상수에 기초해서 변화시키는 파형 생성부를 더 갖는,
   계측 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 검출 연산부는, 상기 시뮬레이터 입력 신호의 레벨을 "λ"로 하여, 상기 발생 간격을 "1/λ"을 평균값으로 하는 지수 분포로 변동시키는,
   계측 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이터 입력 신호 생성부는, 상기 하전 입자선 장치로부터 얻어지는 상기 촬상 화상에 기초하여 상기 시뮬레이터 입력 신호를 생성하는,
   계측 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이터 입력 신호 생성부는, 상기 시료의 설계 데이터에 기초하여 상기 시뮬레이터 입력 신호를 생성하는,
   계측 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 검증 장치는,
   유저로부터의 입력을 받아들이는 조작부와,
   표시부와,
   상기 유저가 상기 ABCC 파라미터의 탐색에 수반하는 탐색 조건을 설정 가능한 설정 화면을 상기 표시부에 표시시키는 표시 제어부
   를 더 갖는,
   계측 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 파라미터 탐색부는, 상기 ABCC 파라미터의 탐색에 수반하는 초깃값을 복수 설정하고, 상기 복수의 초깃값을 사용한 병렬 처리에 의해 상기 ABCC 파라미터를 탐색하는,
   계측 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 평가값은, 상기 모의 화상으로부터 얻어지는 화상 히스토그램의 누적 도수에 기초해서 정해지는 계조값이며,
   상기 기준값은, 상기 모의 화상에 있어서의 계조값의 풀스케일에 기초해서 정해지는 계조값인,
   계측 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 평가값은, 상기 모의 화상으로부터 측정되는 상기 시료의 기하학 길이이며,
    상기 기준값은, 기지의 기하학 길이인,
    계측 시스템.
11. 시료에 하전 입자선을 조사하는 하전 입자 광학계와, 상기 하전 입자선의 조사에 따라서 상기 시료로부터 방출되는 전자를 검출 및 증폭하는 검출기와, 상기 검출기로부터의 신호를 촬상 화상으로 변환하는 화상 변환부와, ABCC(Auto Brightness Contrast Control) 파라미터를 받아서 상기 검출기에 증폭률을 설정하는 ABCC 제어부를 구비하는 하전 입자선 장치를 대상으로 하여, 상기 ABCC 파라미터를 검증 장치를 사용해서 정하는 파라미터 설정 방법이며,
    상기 검증 장치는,
    상기 시료로부터 방출되는 전자에 대응하는 시뮬레이터 입력 신호를 생성하는 제1 스텝과,
    상기 검출기의 동작을 모의한 연산 모델을 사용하여, 미리 입력된 상기 검출기의 특성 정보에 기초하여, 상기 연산 모델의 연산 파라미터에 상기 특성 정보를 반영시킨 상태에서 상기 시뮬레이터 입력 신호에 대한 연산 처리를 실행하는 제2 스텝과,
    상기 화상 변환부에 대응하는 연산 처리를 실행하고, 상기 제2 스텝에서 얻어진 신호를 모의 화상으로 변환하는 제3 스텝과,
    상기 모의 화상으로부터 얻어지는 평가값이 규정의 기준값이 되도록 상기 연산 모델에 대한 상기 ABCC 파라미터를 탐색하고, 탐색 결과가 되는 상기 ABCC 파라미터를 상기 ABCC 제어부에 출력하는 제4 스텝
    을 실행하는,
    하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 하전 입자선 장치를 사용해서 상기 촬상 화상을 취득하는 제5 스텝을 더 갖고,
    상기 제1 스텝에서는, 상기 검증 장치는, 상기 제5 스텝에서 얻어진 상기 촬상 화상에 기초하여 상기 시뮬레이터 입력 신호를 생성하는,
    하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스텝에서는, 상기 검증 장치는, 상기 시료의 설계 데이터에 기초하여 상기 시뮬레이터 입력 신호를 생성하는,
    하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법.
14. 제11항에 있어서,
    제1 하전 입자선 장치가, 기지의 기하학 길이를 갖는 기준용 시료를 대상으로 하여, 상기 촬상 화상으로부터 측정되는 기하학 길이가 상기 기지의 기하학 길이가 되도록 상기 ABCC 파라미터를 조정한 상태에서 상기 촬상 화상을 취득하는 제6 스텝을 더 갖고,
    상기 제1 스텝에서는, 상기 검증 장치는, 상기 제6 스텝에서 얻어진 상기 촬상 화상에 기초하여 상기 시뮬레이터 입력 신호를 생성하고,
    상기 제2 스텝에서는, 상기 검증 장치는, 미리 입력된 제2 하전 입자선 장치에 있어서의 상기 검출기의 특성 정보에 기초하여, 상기 연산 모델의 연산 파라미터에 상기 특성 정보를 반영시킨 상태에서 상기 시뮬레이터 입력 신호에 대한 연산 처리를 실행하고,
    상기 제4 스텝에서는, 상기 검증 장치는, 상기 모의 화상으로부터 측정되는 기하학 길이를 상기 평가값으로 하고, 상기 기지의 기하학 길이를 상기 기준값으로하여, 상기 평가값이 상기 기준값이 되도록 상기 ABCC 파라미터를 탐색하는,
    하전 입자선 장치의 파라미터 설정 방법.

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