KR20230148236A

KR20230148236A - 하전 입자빔 시스템

Info

Publication number: KR20230148236A
Application number: KR1020237032400A
Authority: KR
Inventors: 헤이타 기미즈카; 나츠키 츠노; 야스히로 시라사키; 미나미 우치호
Original assignee: 주식회사 히타치하이테크
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2023-10-24
Also published as: TW202238654A; WO2022201522A1; JPWO2022201522A1; CN117043908A

Abstract

본 개시는, 시료에 대해 광을 조사함으로써 생기는, 광의 간섭, 광의 회절, 광의 정재파(定在波) 등에 기인하는 관찰 화상 상의 특징량을 이용하여, 시료에 대한 정보를 얻을 수 있는, 하전 입자빔 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 개시에 따른 하전 입자빔 시스템은, 시료에 대해 광을 조사함으로써 생기는, 상기 광의 간섭, 상기 광의 회절, 또는 상기 광의 정재파에 기인하는 제1 특징량을, 시료의 관찰 화상으로부터 추출하고, 상기 제1 특징량을 이용하여, 상기 시료의 제2 특징량을 취득한다(도 6 참조).

Description

하전 입자빔 시스템

본 개시는, 하전 입자빔 시스템에 관한 것이다.

전자 현미경은, 전자빔을 전자 렌즈에 의해 집속하여 시료에 대해 조사하고, 시료로부터 발생하는 2차전자를 검출하여 화상을 형성한다. 전자 현미경을 이용하여 시료를 관찰할 때에, 전자빔의 조사 영역에 광을 조사함으로써, 광이 시료에 대해 미치는 작용을 전자 현미경의 화상에 중첩시킬 수 있다.

특허문헌 1에는, SiC에 대해 광을 조사함으로써 생기는 결정 결함 계면(界面)으로의 캐리어의 트랩을 화상에 중첩시키는 전자 현미경이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 그래파이트막에 대해 광을 조사함으로써 생기는 나노 스케일의 기계적인 진동을 화상에 중첩시키는 전자 현미경이 개시되어 있다.

WO 2020/053967 A1 US 8,440,970 B2

특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시된 전자 현미경은, 광의 간섭에 의해 생기는 정재파(定在波)의 강도 분포를 고려한 시스템이 아니기 때문에, 간섭이 일어나는 조건으로부터 알 수 있는 시료의 정보가 화상에 중첩하지 않는다. 따라서, 간섭이 일어나는 조건으로부터 알 수 있는 시료의 정보로서, 예를 들어 시료의 형상, 치수, 높이, 측벽 각도, 유전률, 투자율, 광의 흡수율, 측면의 곡률, 보잉, 네킹, 결함, 보이드, 재료 정보, 확산 속도, 이동도 등을 취득할 수 없다.

본 개시는, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 시료에 대해 광을 조사함으로써 생기는, 광의 간섭, 광의 회절, 광의 정재파 등에 기인하는 관찰 화상 상의 특징량을 이용하여, 시료에 대한 정보를 얻을 수 있는, 하전 입자빔 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 따른 하전 입자빔 시스템은, 시료에 대해 광을 조사함으로써 생기는, 상기 광의 간섭, 상기 광의 회절, 또는 상기 광의 정재파에 기인하는 제1 특징량을, 시료의 관찰 화상으로부터 추출하고, 상기 제1 특징량을 이용하여, 상기 시료의 제2 특징량을 취득한다.

본 개시에 따른 하전 입자빔 시스템에 의하면, 시료에 대해 광을 조사함으로써 생기는, 광의 간섭, 광의 회절, 광의 정재파 등에 기인하는 관찰 화상 상의 특징량을 이용하여, 시료에 대한 정보를 얻을 수 있다.

도 1은, 실시형태 1에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 주사 전자 현미경(101)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 레이저 광 조사 유닛(102)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 컴퓨터 시스템(103)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 동기 제어 시스템(104)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 7은, 컴퓨터 시스템(103)이 제공하는 사용자 인터페이스의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 시료와 레이저 광의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시형태 2에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 시료와 레이저 광의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 13은, 시료의 유전률에 관한 정보와 펄스 전자 또는 레이저 광의 주파수의 관계의 데이터를 피팅한 결과이다.
도 14는, 시료와 레이저 광의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는, 보잉과 네킹의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16은, 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)의 데이터베이스를 작성하는 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 17은, 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)의 데이터베이스를 작성하는 다른 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 18은, 시료의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는, 시료의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 20은, 실시형태 4에 있어서의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 21은, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 22는, 시료의 일례를 나타내는 도면이다.
도 23은, 시료의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 24는, 시료의 기준면으로부터 반사되는 레이저 광이 반사 미러 (1001)에 도달하여 시료의 기준면에 재차 입사될 때까지의 광로길이와, 각 화소에 있어서의 화상 패턴의 강도 사이의 관계를 도시한 데이터의 일례이다.
도 25는, 실시형태 5에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성도이다.
도 26은, 하전 입자빔 시스템(100)이 출력한 시료의 정보를 입력으로 하여, 통합 시스템 컴퓨터(1201)가 반도체 제조 장치의 권장 조건을 출력하는 공정을 나타내는 플로차트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은, 실시형태 6에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 28은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 30은, 결함의 깊이 정도의 정보에 기초하여 시료를 파괴 검사하는 공정을 나타내는 플로차트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 31은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다.
도 32는, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 33은, 캐리어의 확산 속도의 위치 의존성의 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 35는, 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간과, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴의 강도의 관계를 도시한 데이터의 일례이다.
도 36은, 하전 입자빔 시스템(100)이 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시키는지 여부를 전환하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 37은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다.
도 38은, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 39는, 중심의 어긋남량과 추출한 화상 패턴의 강도의 관계, 및 중심의 어긋남량과 추출한 화상 패턴의 강도의 위치 미분량의 관계를 도시한 데이터의 일례이다.
도 40은, 컴퓨터 시스템(103)의 변형예를 나타내는 구성도이다.

<실시형태 1>

본 개시의 실시형태 1에서는, 시료에 입사되는 레이저 광과 시료로부터 반사되는 레이저 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴으로부터, 시료의 높이 또는 측벽 각도의 정보를 취득하는 하전 입자빔 시스템에 대하여 기술한다.

도 1은, 본 실시형태 1에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 하전 입자빔 시스템(100)은, 주사 전자 현미경(101), 레이저 광 조사 유닛(102), 컴퓨터 시스템(103), 동기 제어 시스템(104)을 구비하며, 이들은 서로 접속되어 있거나 또는 서로 통신 가능하게 구성되어 있다. 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102)은, 동일한 시료에 대해 각각 전자빔과 레이저 광을 조사 가능하도록 구성되어 있으며, 또한 레이저 광의 조사 영역 내에 전자빔을 조사하도록 구성되어 있다.

도 2는, 주사 전자 현미경(101)의 구성예를 나타내는 도면이다. 주사 전자 현미경(101)은, 단속 조사계, 전자 광학계, 2차전자 검출계, 스테이지 기구계, 화상 처리계, 제어계, 조작계로 구성되어 있다. 단속 조사계는, 전자빔원(1) (하전 입자원), 펄스 전자 발생기(4)로 구성되어 있다.

전자 광학계는, 콘덴서 렌즈(2), 조리개(3), 편향기(5), 대물 렌즈(6), 시료 전계(電界) 제어기(7)로 구성되어 있다. 편향기(5)는, 전자빔을 시료 상에서 1차원적, 혹은 2차원적으로 주사하기 위해 설치되어 있고, 후술하는 제어의 대상이 된다.

2차전자 검출계는, 검출기(8), 출력 조정 회로(9)로 구성되어 있다. 스테이지 기구계는, 시료 스테이지(10), 시료(11)로 구성되어 있다. 제어계는, 가속 전압 제어부(21), 조사 전류 제어부(22), 펄스 조사 제어부(23), 편향 제어부(24), 집속 제어부(25), 시료 전계 제어부(26), 스테이지 위치 제어부(27), 제어 전령부(28)로 구성되어 있다. 제어 전령부(28)는, 조작 인터페이스(41)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 각 제어부로 제어값을 기입하여 제어한다.

펄스 조사 제어부(23)는, 전자빔을 연속하여 조사하는 시간인 조사 시간, 혹은 전자빔을 연속하여 조사하는 거리인 조사 거리, 혹은 전자빔의 조사와 조사 사이의 시간인 차단 시간, 혹은 전자빔의 조사와 조사 사이의 거리 간격인 조사점간 거리를 제어한다. 편향 제어부(24)는, 주사하는 거리나 속도를 제어한다.

화상 처리계는, 검출 신호 처리부(31), 검출 신호 해석부(32), 화상 표시부(33)로 구성되어 있다. 화상 처리계의 검출 신호 처리부(31) 또는 검출 신호 해석부(32)는 하나 이상의 프로세서를 구비하고, 검출된 2차전자를 샘플링하여, 단위 시간의 2차전자의 양을 화소의 밝기로 변환하여, 화상의 비트맵을 작성한다.

도 3은, 레이저 광 조사 유닛(102)의 구성예를 나타내는 도면이다. 레이저 광 조사 유닛(102)은, 레이저 광원(201), 펄스 레이저 광 생성기(202), 조정 미러 (203), 파장 제어기(204), 강도 제어기(205), 편광각 제어기(206), 빔 스플리터 (207), 레이저 광 모니터기(208), 집광 렌즈(209)와 입사각 조정기(210)로 구성되어 있다. 본 실시형태 1에서는, 레이저 광원(201)에 더하여 별도 펄스 레이저 광 생성기(202)를 설치하는 구성으로 했지만, 펄스 레이저 광을 조사 가능한 레이저 광원(201)을 이용해도 실시 가능하다. 본 실시형태 1에서는 펄스 레이저 광 생성기(202)로서 음향 광학 변조기를 이용하여, 음파에 의해 회절 광을 발생시킴으로써 펄스 레이저 광을 발생시켰지만, 예를 들어 전기 광학 변조기를 이용하여 펄스 레이저 광을 발생시키는 구성, 셔터를 후단에 배치하고, 셔터를 고속으로 개폐시킴으로써 펄스 레이저광을 발생시키는 구성 등에 의해서도 실시 가능하다. 본 실시형태 1에서는 펄스 레이저 광 생성기(202)를 구동하지 않고, 연속 레이저 광인 채로 펄스 레이저 광 생성기(202)를 통과시켰다.

본 실시형태 1에서는 조정 미러(203)를 복수 설치하여, 레이저 광의 위치와 각도를 각각 조정할 수 있는 구성으로 했다. 파장 제어기(204)로서는 비선형 광학 결정을 도입한 유닛을 이용하고, 강도 제어기(205)로서는 광학 필터를 이용하며, 편광각 제어기(206)로서는 편광판을 이용했다. 빔 스플리터(207)에서 레이저 광의 일부를 레이저 광 모니터기(208)에 조사하는 구성으로 했다. 레이저 광 모니터기(208)로서 레이저 광의 위치나 각도나 강도 분포 등을 측정할 수 있는 계측기를 이용하여, 측정한 결과를, 레이저 광원, 펄스 레이저 광 생성기, 조정 미러, 파장 제어기, 강도 제어기, 편광각 제어기 등으로 피드백할 수 있는 구성으로 했다. 집광 렌즈(209)는 초점 거리가 서로 다른 복수의 집광 렌즈로부터 하나의 집광 렌즈를 선택하여 설치할 수 있는 구성으로 하여, 복수의 스폿 사이즈를 선택할 수 있도록 했다. 본 실시형태 1에서는 입사각 조정기(210)로서 레이저 스테이지를 이용했지만, 미러를 이용하여 입사각을 조정해도 실시 가능하다.

도 4는, 컴퓨터 시스템(103)의 구성예를 나타내는 도면이다. 컴퓨터 시스템(103)은, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴을 화상으로부터 추출하고, 시료의 정보를 취득하기 위해 요하는 모듈(어플리케이션)이 기억된 메모리(303), 메모리(303) 내에 기억된 모듈이나 어플리케이션을 실행하는 하나 이상의 프로세서(302)가 내장되어 있다. 프로세서(302)는, 후술하는 바와 같은 처리를 자동적, 혹은 반자동으로 실행한다. 컴퓨터 시스템(103)은, 시료의 정보의 기억이나 연산 처리에 요하는 정보를 입출력하는 입출력 장치(301)를 구비한다. 시료의 정보란, 간섭이 일어나는 조건으로부터 알 수 있는 시료의 정보로, 시료의 형상, 치수, 높이, 측벽 각도, 유전률, 투자율, 광의 흡수율, 측면의 곡률, 보잉, 네킹, 결함, 보이드, 재료 정보, 확산 속도, 이동도 등이다. 시료의 정보의 기억이나 연산 처리에 요하는 정보에는, 주사 전자 현미경(101)으로 취득한 화상이 포함된다.

컴퓨터 시스템(103)은, 주사 전자 현미경(101)이나 레이저 광 조사 유닛(102)과 통신 가능하게 구성되어 있다.

메모리(303)에는, 모델 해석식 라이브러리(306), 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307), 측정 데이터 라이브러리(308), 참조 Die 화상 라이브러리(309), 설계 데이터 라이브러리(310)가 기억되어 있다.

프로세서(302)는, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴을 화상으로부터 추출하기 위한 연산 처리를 주로 실시하는 간섭 패턴 추출 프로세서(304)와, 화상으로부터 추출한 패턴의 위치 정보나 시간 정보를 접수하고, 메모리(303)에 참조함으로써 시료의 정보를 출력하는 연산 처리를 주로 실시하는 시료 정보 추출 프로세서(305)를 구비한다. 패턴의 위치 정보란, 패턴의 위치, 간격, 폭, 갯수, 위치의 국소 변화 등이다.

모델 해석식 라이브러리(306)는, 모델 해석식이 기억된 데이터베이스를 말한다. 모델 해석식은, (a) 화상의 패턴과 측정 조건을 간섭 패턴 추출 프로세서(304)에 입력했을 때에, 화상의 패턴이 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴인지 여부를 판별하는 지표를 출력하기 위해 이용하는 응답 함수, (b) 간섭 패턴 추출 프로세서(304)에서 추출된 화상의 패턴과, 측정 조건을 시료 정보 추출 프로세서(305)에 입력했을 때에, 시료 정보 추출 프로세서(305)가 시료의 정보를 출력하기 위해 이용하는 응답 함수 등을 포함한다. 측정 조건은, 입출력 장치(301)로부터 입력된 시료의 조건이나, 주사 전자 현미경의 조건이나, 레이저 광 조사 유닛의 조건이나, 동기 제어 시스템의 조건 등이다.

시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)는, 측정 조건과 시료의 정보와 전술한 모델 해석식을 이용하여 시뮬레이션한 화상이 기억된 데이터베이스이다. 당해 데이터베이스와 입출력 장치(301)로부터 입력되는 화상의 데이터 세트의 조에 기초하여, 프로세서(302)나 간섭 패턴 추출 프로세서(304)나 시료 정보 추출 프로세서(305)가 연산 처리를 실시함으로써, 시료의 정보가 출력된다. 예를 들어, 우선 간섭 패턴 추출 프로세서(304)가 시맨틱 세그멘테이션을 실시하여 화상의 영역을 분류하고, 다음으로 시료 정보 추출 프로세서(305)가, 정규화 상관 계수가 최대가 되도록 데이터베이스의 화상 영역을 분류한 결과와, 입출력 장치(301)로부터 입력되는 화상 영역을 분류한 결과의 대응짓기를 실시함으로써, 시료의 정보를 출력한다.

측정 데이터 라이브러리(308)는, 주사 전자 현미경(101)으로 취득된 화상이, 화상의 관련 정보와 관련지어져서 기억된 데이터베이스이다. 화상의 관련 정보란, 후술하는 설계 데이터 라이브러리(310)에 기억된 시료의 설계 데이터나, 전술한 측정 조건이나, 일시나, 시료를 제조하기 위해 사용한 장치로부터 출력되는 정보나, 시료를 관찰을 하기 위해 사용한(주사 전자 현미경(101)과는 별개의) 장치로부터 출력되는 정보 등이다. 당해 데이터베이스와 입출력 장치(301)로부터 입력되는 화상의 데이터 세트의 조에 기초하여, 프로세서(302)나 간섭 패턴 추출 프로세서(304)나 시료 정보 추출 프로세서(305)가 연산 처리를 실시함으로써, 시료의 정보가 출력된다. 예를 들어, 프로세서(302)에서 합성곱 뉴럴 네트워크를 이용하여, 당해 데이터베이스와 입출력 장치(301)로부터 입력되는 화상의 대응짓기를 행함으로써, 시료의 정보를 출력한다.

참조 Die 화상 라이브러리(309)는, 주사 전자 현미경(101)으로 취득한 화상이, 시료의 특성이 같거나 또는 가까운 개소(箇所)에서 취득한 화상마다 분류되어 기억된 데이터베이스이다. 당해 데이터베이스와 입출력 장치(301)로부터 입력되는 화상의 데이터 세트의 조에 기초하여, 프로세서(302)나 간섭 패턴 추출 프로세서(304)나 시료 정보 추출 프로세서(305)가 연산 처리를 실시함으로써, 시료의 정보가 출력된다. 예를 들어, 프로세서(302)에서 k 근방법을 이용하여, 입출력 장치(301)로부터 입력되는 화상을 분류한 결과를, 당해 데이터베이스의 분류와 비교함으로써, 시료의 정보를 출력한다.

설계 데이터 라이브러리(310)는, 설계 데이터가 기억된 데이터베이스이다. 설계 데이터란, 예를 들어, 컴퓨터 지원 설계(Computer-Aided Design: CAD) 툴로 제작한, 시료의 치수, 재질 등에 관한 데이터이다.

도 5는, 동기 제어 시스템(104)의 구성예를 나타내는 도면이다. 동기 제어 시스템(104)은, 동기 제어부(401)와 지연 제어부(402)로 구성되어 있다. 동기 제어부(401)는, 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 시각을 동기한다. 지연 제어부(402)는, 동기 제어부(401)와 주사 전자 현미경(101) 사이의 지연 시간과, 동기 제어부(401)와 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간을 제어한다.

도 6은, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 본 플로차트는, 컴퓨터 시스템(103)에 의해 실시된다. 후술하는 플로차트도 마찬가지이다. 이하 도 6의 각 스텝에 대하여 설명한다.

(도 6 : 스텝 S601)

사용자는, 예를 들어 입출력 장치(301)를 통하여, 시료의 조건을 입력한다. 시료의 정보란, 시료의 좌표, 메모리(303)에 기억되는 정보(예를 들어 시료의 설계 데이터) 등의 정보이다. 컴퓨터 시스템(103)은 그 정보를 수신한다. S602~S604에 있어서 입력되는 정보에 대해서도 마찬가지이다.

(도 6 : 스텝 S602)

사용자는, 예를 들어 입출력 장치(301)를 통하여, 주사 전자 현미경(101)의 조건을 입력한다. 주사 전자 현미경(101)의 조건이란, 가속 전압, 조사 전류, 조사 시간, 조사 거리, 차단 시간, 조사점간 거리, 편향 거리, 편향 속도, 콘덴서 렌즈나 대물 렌즈의 자장, 시료 전계 등이다.

(도 6 : 스텝 S603)

사용자는, 예를 들어 입출력 장치(301)를 통하여, 레이저 광 조사 유닛(102)의 조건을 입력한다. 레이저 광 조사 유닛(102)의 조건이란, 레이저 광의 파장, 입사각, 편광각, 스폿 사이즈, 파워, 레이저 광을 연속하여 조사하는 시간인 펄스폭, 펄스 레이저 광의 주기 등이다.

(도 6 : 스텝 S604)

사용자는, 예를 들어 입출력 장치(301)를 통하여, 동기 제어 시스템(104)의 조건을 입력한다. 동기 제어 시스템(104)의 조건이란, 동기 제어부(401)와 주사 전자 현미경(101) 사이의 지연 시간, 동기 제어부(401)와 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간 등이다. 본 스텝은 스킵해도 된다. 본 스텝을 스킵했을 경우, 미리 설정된, 지연 시간의 디폴트값이 입력된다.

(도 6 : 스텝 S605~S607)

컴퓨터 시스템(103)은, 시료의 좌표로 시료 스테이지(10)를 이동시킨다 (S605). 컴퓨터 시스템(103)은, S602~S604에 기초하여 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102)과 동기 제어 시스템(104)을 제어한다(S606). 컴퓨터 시스템(103)은, S606에 있어서의 제어 조건에 따라, 전자빔의 조사 영역 내에 광을 조사하면서, 주사 전자 현미경(101)으로부터 시료의 관찰 화상을 취득한다(S607). S601 내지 S604에 있어서 복수의 조건을 입력했을 경우는, 전체 조건에 대해 관찰 화상의 취득이 완료될 때까지 S605 내지 S607을 반복한다.

(도 6 : 스텝 S608)

간섭 패턴 추출 프로세서(304)는, 메모리(303)를 참조하여, 광의 간섭에 의해 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴을 추출한다. 본 실시형태 1에서는, 화상에 주기적으로 나타나는 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)과, 모델 해석식 라이브러리(306)에 기억된 식 1로부터 산출한 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)의 일치도를 지표로 하여, 일치도가 역치를 넘는 패턴을, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상의 패턴으로서 추출했다. λ는 레이저 광의 파장, θ는 레이저 광의 입사각, α는 측벽 각도이다.

[식 1]

(도 6 : 스텝 S609)

시료 정보 추출 프로세서(305)는, 메모리(303)를 참조하여, 시료의 정보를 출력한다. 본 실시형태 1에서는, 화상으로부터 추출한 화상 패턴의 위치(관찰 대상의 시료 패턴으로부터 가장 멀리 위치하는 화상 패턴의 위치(L_n), 또는 관찰 대상의 시료 패턴으로부터 가장 가까이에 위치하는 화상 패턴의 위치(L₁)), 패턴의 갯수(n), 패턴 간격(ΔL)을 관찰 화상으로부터 추출하고, 또한 미리 입력된 레이저 광의 입사각(θ)을 취득하여, 모델 해석식 라이브러리(306)에 기억된 식 2 또는 식 3을 참조하고, 또한 설계 데이터 라이브러리(310)에 기억된 시료의 높이(H) 또는 측벽 각도 (α) 중 어느 한쪽을 참조하여, 다른 한쪽을 출력했다.

[식 2]

[식 3]

(도 6 : 스텝 S608 : 보충)

S608에 있어서, 화상에 주기적으로 나타나는 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)과의 비교 대상으로서, 식 1로부터 산출한 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)을 이용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)에 기억된, 측정 조건과 시료의 정보와 모델 해석식을 이용하여 시뮬레이션한 화상을 비교 대상으로 해도 된다. 또한, 본 실시형태 1에서는, 화상에 주기적으로 나타나는 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)과, 모델 해석식 라이브러리(306)에 기억된 식 1로부터 산출한 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)의 일치도를 지표로 하여, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴을 추출했지만, 레이저 광 조사 유닛(102)의 조건 등의 측정 조건이 적절한지 여부를 판정하기 위하여, 이 일치도를 이용해도 된다. 또한, 본 실시형태 1에서는 S609에 있어서, 설계 데이터 라이브러리(310)에 기억된 시료의 높이(H)나 측벽 각도(α)를 참조했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 시료의 높이(H)를 원자간력 현미경으로 측정한 결과를 참조해도 되고, 측벽 각도(α)를 관찰 화상으로부터 추출한 결과를 참조해도 된다.

도 7은, 컴퓨터 시스템(103)이 제공하는 사용자 인터페이스의 예를 나타내는 도면이다. S601 내지 S604에서 입력하는 정보를, 입력 및 표시하는 GUI(Graphical User Interface)와, S609에서 출력한 시료의 정보를 표시하는 GUI가 설치되어 있다. 이들의 GUI는 예를 들어 입출력 장치(301)에 구비된 표시 장치에 표시된다. GUI에는, 시료의 좌표를 설정하는 입력란이 설치되어 있다. 또한, 메모리(303)에 기억되는 정보, 예를 들어 시료의 설계 데이터 등을 설정하는 입력란이 설치되어 있다. 또한, 주사 전자 현미경의 조건을 설정하는 입력란으로서, 시야(Field Off View: FOV)의 크기를 설정하는 입력란, 전자빔의 가속 전압을 입력하는 입력란, 전자빔의 프로브 전류를 입력하는 입력란, 프레임 수(화상의 적산 매수)를 입력하는 입력란, 전자빔의 주사 속도를 설정하는 입력란, 시료에 인가되는 전압의 크기를 설정하는 입력란, 전자빔의 조사 시간 또는 조사 거리 또는 차단 시간 또는 조사점간 거리 중 어느 하나 이상을 설정하는 입력란이 설치되어 있다. 또한, 레이저 광 조사 유닛의 조건을 설정하는 입력란으로서, 레이저 광의 파장을 설정하는 입력란, 레이저 광의 입사각을 설정하는 입력란, 레이저 광의 편광각을 설정하는 입력란, 레이저 광의 스폿 사이즈를 설정하는 입력란, 레이저 광의 파워를 설정하는 입력란, 레이저 광의 펄스폭 또는 펄스 레이저 광의 주기 중 어느 하나 이상을 설정하는 입력란이 설치되어 있다. 또한, 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간의 차(差)를 설정하는 입력란이 설치되어 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(103)에 의한 해석 방법을 설정하는 입력란이 설치되어 있다. 컴퓨터 시스템(103)에 의한 해석 방법은, 입력란으로부터 오퍼레이터가 수동으로 설정해도 되고, 장치가 자동으로 선택해도 된다. 또한, 화상을 표시하는 표시란이 설치되어 있다. 또한, 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴을 추출한 결과를 표시하는 표시란이 설치되어 있다. 또한, 시료의 정보를 표시하는 출력란이 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 출력한 시료의 높이를, 높이와 시료 패턴의 ID의 관계로서 표시하거나, 추정되는 단면(斷面) 구조로서 도시하거나, 높이의 시료의 좌표의 관계를 맵으로서 도시하거나 했지만, 예를 들어 높이의 빈도 분포나 누적 도수 분포와 같은 분포를 표시하는 것도 가능하다.

도 8은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 FinFET(Fin Field-Effect Transistor)를 제조하는 도중에 실리콘 웨이퍼 상에 형성되는 구조이고, 실리콘 기판을 깎아낸 가는 단책상(短冊狀)의 형상을 하고 있다. 본 실시형태 1에서는, 단책상의 형상의 높이(H)나 측벽 각도(α)의 정보를 취득했다.

도 9는, 시료와 레이저 광의 일례를 나타내는 도면이다. 입사각(θ)으로 시료에 조사되는 레이저 광의 일부는, 측벽 각도(α)로 반사되어 실리콘 기판의 상면에 조사된다. 이것에 의해, 측벽에서 반사되어 실리콘 기판의 상면에 조사된 광과, 측벽에서 반사되지 않고 실리콘 기판의 상면에 조사된 광 사이의 간섭으로 정재파가 생기고, 정재파의 간격이 식 1에 따라 생긴다. 측벽 각도(α)나 높이(H)는 식 2나 식 3에 따른다. 그래서 우선, 화상에 주기적으로 나타나는 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)과, 모델 해석식 라이브러리(306)에 기억된 식 1로부터 산출한 줄무늬 패턴의 간격(ΔL)의 일치도를 지표로 하여, 일치도가 역치를 넘는 패턴을, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴으로서 추출한다. 다음으로, 화상으로부터 추출한 화상 패턴의 위치(관찰 대상의 시료 패턴으로부터 가장 멀리 위치하는 화상 패턴의 위치(L_n), 또는 관찰 대상의 시료 패턴으로부터 가장 가까이에 위치하는 화상 패턴의 위치(L₁)), 패턴 갯수(n), 패턴 간격(ΔL)을 관찰 화상으로부터 추출함과 함께, 레이저 광의 입사각(θ)을 미리 취득하여, 모델 해석식 라이브러리(306)에 기억된 식 2 또는 식 3을 참조하고, 설계 데이터 라이브러리(310)에 기억된 시료의 높이(H)나 측벽 각도(α) 중 어느 한쪽을 참조하여, 다른 쪽을 출력한다. 이상의 프로세스에 의해, 시료의 높이(H) 또는 측벽 각도(α)를 취득할 수 있다.

본 실시형태 1에서는, 식 2 또는 식 3을 참조함으로써 시료의 높이(H)나 측벽 각도(α)를 정량적(定量的)으로 취득했지만, 시료의 높이(H)나 측벽 각도(α)가 소정의 조건인지 여부를 판정하는 검사도 실시 가능하다. 예를 들어, 시료의 높이(H)의 목표치가 H₀, 허용 오차가 H₁인 경우, 시료의 높이(H)가 H₀-H₁<H<H₀+H₁이면 합격, 그 이외이면 불합격으로 하는 검사를, 하전 입자빔 시스템(100)을 이용함으로써 실시할 수 있다.

<실시형태 2>

본 개시의 실시형태 2에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료의 표면 전위를 제어함으로써, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴의 강도를 제어하여, 시료의 유전률에 관한 정보를 취득한다.

도 10은, 실시형태 2에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 10에 예시하는 하전 입자빔 시스템(100)은 도 1과 같이, 주사 전자 현미경(101), 레이저 광 조사 유닛(102), 컴퓨터 시스템(103), 동기 제어 시스템(104)을 구비함과 함께, 제2 레이저 광 조사 유닛(501)을 구비한다. 도 1에서는, 시료에 조사되는 레이저 광과, 시료에 조사된 후에 광로가 바뀐 레이저 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파를 검출한다. 이것에 대해 도 10에서는, 시료에 조사되는 복수의 레이저 광이 서로 간섭한다. 따라서, 시료의 구조나 형상에 상관없이, 시료 상에 정재파를 형성하는 것이 가능해진다.

주사 전자 현미경(101), 레이저 광 조사 유닛(102), 컴퓨터 시스템(103), 동기 제어 시스템(104), 제2 레이저 광 조사 유닛(501)은 서로 접속되어 있거나, 또는 서로 통신 가능하게 구성되어 있다. 주사 전자 현미경(101), 레이저 광 조사 유닛(102), 제2 레이저 광 조사 유닛(501)은, 동일한 시료에 대해 각각 전자빔과 레이저 광을 조사 가능하도록 구성되어 있으며, 또한 레이저 광의 조사 영역 내에 전자빔을 조사하도록 구성되어 있다.

실시형태 2에서는, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 3의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템과, 도 3의 레이저 광 조사 유닛(102)과 같이 구성되어 있는 제2 레이저 광 조사 유닛(501)과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)을 이용하여, 도 6 또는 후술하는 도 12의 플로차트에 따라 시료를 관찰하여 정보를 취득했다. 제2 레이저 광 조사 유닛(501)은, 레이저 광 조사 유닛(102)과 동일한 시료에 레이저 광을 조사 가능하면 되기 때문에, 예를 들어 미러를 시료로부터 반사되는 레이저 광의 광로 상에 설치함으로써 제2 레이저 광 조사 유닛(501)을 구성해도 된다.

주사 전자 현미경(101)의 관찰 화상의 콘트라스트 중, 시료의 표면 전위에 기인하는 콘트라스트는 전위 콘트라스트(Voltage Contrast: VC)로 불리고 있다. 본 실시형태 2에서는, 시료의 표면 전위를 제어하고, 표면 전위를 화상의 전위 콘트라스트로서 검출함으로써, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴의 강도를 제어했다. 구체적으로는, 시료에 표면 전위를 부여하기 위하여, 주사 전자 현미경(101)에 있어서, 우선 가속 전압을 500V로 설정하여, 시료로부터의 2차전자 방출율이 1보다 큰 상태를 만들어 내고, 시료의 표면 전위가 양(正)의 전위가 되도록 했다. 다음으로, 조사 전류를 1nA, 조사 시간을 10ps 내지 1ns 중 어느 하나, 차단 시간을 90ps 내지 9ns 중 어느 하나로 설정하여, 시료에 교류상으로 전류를 흘려보내는 상태로 했다. 다음으로, 레이저 광의 파장을 100nm 내지 1000nm 중 어느 하나로 설정하고, 레이저 광 조사 유닛(102)과 제2 레이저 광 조사 유닛(501)으로부터 레이저 광을 동일한 시료에 조사했다.

레이저 광에는, 시료의 대전(帶電)을 완화시키는 효과가 있다. 예를 들어, 레이저 광의 에너지가 시료의 밴드갭보다 큰 경우, 레이저 광을 양대전(正帶電)한 시료에 조사하면, 가(價)전자대의 전자가 전도체에 여기(勵起)되기 때문에, 양대전의 일부가 음(負)의 전하를 가지는 전자에 의해 제거된다. 시료의 대전을 완화시키는 효과는, 레이저 광이 간섭하여 강하게 맞는 부분일수록 크므로, 레이저 광이 간섭하여 강하게 맞는 부분일수록 시료의 표면 전위가 작아진다. 따라서, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴은 전위 콘트라스트로서 검출할 수 있다.

도 11은, 시료와 레이저 광의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 FET(Field-Effect Transistor)를 제조하는 도중에 실리콘 웨이퍼 상에 소스와 드레인과 게이트 산화막이 형성된 구조이다. 이 시료는 게이트 산화막으로서 유전률이 높은 High-k막을 사용하고 있다. High-k막에는 하프늄을 포함하는 화합물을 이용하고 있고, 일례로서 HfSiO(N)/SiO₂를 이용한다.

High-k막에 레이저 광이 조사되면, 레이저 광은 굴절하고, 게이트 산화막 중에서는 파장이 변화한다. 굴절의 각도(β)는 스넬의 법칙을 따르므로, 식 4로 표현되는 바와 같이, 유전률(ε _r)과 투자율(μ _r)의 함수에 의해 표현된다.

[식 4]

High-k막 중의 파장(λ')은, 식 5로 표현되는 바와 같이, 유전률(ε _r)과 투자율(μ _r)의 함수이다. λ는 진공에서의 레이저 광의 파장, n은 레이저 광의 굴절률이다.

[식 5]

굴절의 각도나 High-k막 중의 파장이 유전률의 함수인 것에 착안하면, 간섭 패턴 추출 프로세서(304)가 추출하는, 광의 간섭으로 생기는 정재파의 패턴(예를 들어 패턴의 간격)을, 시료 정보 추출 프로세서(305)가 접수하여, 메모리(303)를 참조하여 연산 처리를 실시함으로써, 시료의 유전률에 관한 정보를 취득할 수 있다.

도 12는, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 6과 다른 것은, 주사 전자 현미경(101)의 조건을 입력할 때에, 복수의 펄스 전자의 주파수를 포함하도록 조건을 설정하는 것(S702), 레이저 광 조사 유닛(102)의 조건을 입력할 때에, 복수의 파장을 포함하도록 조건을 설정하는 것(S703), 시료 정보 추출 프로세서(305)가 메모리(303)를 참조하여 출력하는 시료의 정보가 유전률에 관한 정보인 것(S709)과, S709의 후에, 시료의 유전률에 관한 정보와 펄스 전자의 주파수와 레이저 광의 파장의 관계를 함께 표시함과 동시에, 유전률의 주파수 의존성에 관한 정보를 출력하는 공정(S710)을 포함하는 것이다.

펄스 전자의 주파수란, 전자빔의 조사 시간과 차단 시간의 합(즉 전자빔의 주기)의 역수이다. 본 실시형태 2에서는 조사 시간과 차단 시간의 비(比)를 1:9로 고정한 상태에서, 펄스 전자의 주파수를 0.1GHz 내지 10GHz의 범위에서 가변 제어했다. 레이저 광의 파장은 100nm 내지 1000nm의 범위에서 가변 제어했다. 레이저 광의 파장은 주파수로 환산할 수 있으므로, 이것은 레이저 광의 주파수를 0.3P㎐ 내지 3P㎐의 범위에서 가변 제어한 것과 등가(等價)이다.

본 실시형태 2에서는, S608에 있어서 식 4와 식 5를 포함하는 모델 해석식과, 측정 조건과 시료의 정보를 이용하여 시뮬레이션한 화상이 기억된 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)를 참조하여, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴을 추출했다. 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴을 추출할 때, 시료 정보 추출 프로세서(305)는 우선, 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)에 기억된 화상을 푸리에 변환하여, 파워 스펙트럼의 공간 주파수와 강도를 출력한다(S711). 시료 정보 추출 프로세서(305)는 다음으로, S607에서 취득한 화상을 푸리에 변환하여, 파워 스펙트럼의 공간 주파수와 강도를 출력한다(S712). 시료 정보 추출 프로세서(305)는 마지막으로, S711의 데이터와 S712의 데이터 사이의 일치도를 지표로 하여, 일치도가 역치를 넘는 패턴을, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴으로서 추출했다.

S710에 있어서, 유전률의 주파수 의존성에 관한 정보로서, 유전체가 전자빔이나 레이저 광의 진동에 추종할 수 없게 되며, 유전 분극이 완화하는 주파수인, 유전 완화 주파수를, 시료 정보 추출 프로세서(305)가 산출했다. 구체적으로는, 시료 정보 추출 프로세서(305)가 모델 해석식 라이브러리(306)에 기억된 식 6 또는 식 7을 이용하여, 시료의 유전률에 관한 정보와 펄스 전자의 주파수 관계 데이터, 또는 시료의 유전률에 관한 정보와 레이저 광의 주파수 관계 데이터를 최소 제곱법으로 피팅함으로써, 유전 완화 주파수(f₀ 또는 f₁)를 산출했다. ε _r은 유전률, f는 전자빔의 주파수, f'는 레이저 광의 주파수, ε _r0은 공간 전하 분극이 생기고 있는 경우의 유전률, ε _r1은 전자 분극이 생기고 있는 경우의 유전률, f₀는 공간 전하 분극의 유전 완화 주파수, f₁은 전자 분극의 유전 완화 주파수이다.

[식 6]

[식 7]

도 13은, 시료의 유전률에 관한 정보와 펄스 전자 또는 레이저 광의 주파수 관계의 데이터를 피팅한 결과이다. High-k막의 유전률에 관한 정보와 펄스 전자의 주파수 관계의 데이터와 식 6을 이용하여 시료 정보 추출 프로세서(305)가 피팅을 실시한 결과, High-k막의 공간 전하 분극의 유전 완화 주파수를 취득할 수 있었다. 또한 High-k막의 유전률에 관한 정보와 레이저 광의 주파수 관계의 데이터와 식 7을 이용하여 시료 정보 추출 프로세서(305)가 피팅을 실시한 결과, High-k막의 전자 분극의 유전 완화 주파수를 취득할 수 있었다. 또한 아울러, 공간 전하 분극이 생기고 있는 경우의 High-k막의 유전률과, 전자 분극이 생기고 있는 경우의 High-k막의 유전률을 취득할 수 있었다.

본 실시형태 2에서는 유전률이나 유전률의 주파수 의존성의 정보를 취득하는 대상으로서, High-k막을 이용했지만, Low-k막이나 산화실리콘이나 질화실리콘 등의 유전체막을 이용해도 실시 가능하고, 산화하프늄 등의 강유전체막을 이용해도 실시 가능하고, 복수의 조성을 가지는 유전체막을 이용해도 실시 가능하다. 또한 유전체막의 막종이 복수인 막을 이용했을 경우, 예를 들어 유전 완화 주파수(f₀ 또는 f₁)가 막종에 따라 서로 다른 것을 이용하는 등에 의해, 유전체막의 조성비의 정보를 취득할 수도 있다. 또한 유전률이나 유전률의 주파수 의존성의 정보로부터, 유전률과 관련된 정보, 예를 들어 전기 용량이나 포로시티(porosity)나 도펀트 농도를 취득할 수 있다. 또한 시료는 Field-Effect Transistor에 한정되는 것은 아니고, FeFET(Ferroelectric Field-Effect Transistor)나 NCFET(Negative Capacitance Field-Effect Transistor)를 이용해도 실시 가능하다.

본 실시형태 2에서는, 유전률의 주파수 의존성에 관한 정보로서, 유전 완화 주파수를 출력했지만, 유전률의 주파수 의존성으로부터 알 수 있는 다른 정보, 예를 들어 유전 정접이나 위상 여유나 게인(gain) 여유를 출력해도 된다.

도 12에 나타낸 플로차트에서는, 유전률에 관한 정보를 출력했지만, 전술한 바와 같이 굴절 각도나 High-k막 중의 파장은 유전률(ε _r)이나 투자율(μ _r)이나 광의 굴절률(n)의 함수이기 때문에, 투자율이나 레이저 광의 굴절률에 관한 정보를 출력해도 된다.

<실시형태 3>

본 개시의 실시형태 3에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료에 입사되는 레이저 광이 굴절 또는 전파 또는 회절된 결과 발생하는, 복수의 광의 간섭에 기인하는 화상 패턴으로부터, 시료의 측벽 각도 또는 유전률 또는 광의 흡수 계수 또는 치수 또는 측벽의 곡률 또는 보잉 또는 네킹 또는 막두께 또는 깊이의 정보를 취득한다.

본 실시형태 3에서는, 도 1의 하전 입자빔 시스템과, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 3의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)을 이용했다.

도 14는, 시료와 레이저 광의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 3D-NAND 플래시 메모리를 제조하는 도중에 메모리를 형성하기 위한 구멍이 에칭된 구조이며, 산화실리콘과 질화실리콘의 적층막에 구멍이 형성되어 있다. 산화실리콘막 또는 질화실리콘막 중에 레이저 광이 조사되면, 레이저 광은 굴절되며, 산화실리콘막 또는 질화실리콘막 중에서는 파장이 변화한다. 이때, 상대 입사 각도와 굴절 각도의 관계는, 식 4에 나타낸 스넬의 법칙에 따르므로, 유전률(ε _r)과 투자율(μ _r)의 함수이다.

상대 입사 각도란, 조사되는 시료면과 θ의 입사각으로 시료에 조사되는 레이저 광 사이의 각도의 차를 말한다. 측벽에 입사되는 레이저 광을 고려하면, 상대 입사 각도는 입사각(θ)과 측벽 각도(α)의 차분이다. 또한 산화실리콘막 또는 질화실리콘막 중의 파장은 식 5로 표현되는 바와 같이, 진공에서의 레이저 광의 파장(λ)과 유전률(ε _r)과 투자율(μ _r)의 함수이다. 또한, 광의 간섭으로 발생하는 정재파의 위치는, 편광각(φ)의 함수이고, 레이저 광이 s편광인 경우와 p편광인 경우와 원편광인 경우에서는, 위치가 바뀐다. 또한, 광의 간섭으로 발생하는 정재파의 강도는, 식 8로 표현되는 바와 같이, 전파하는 거리(x)와 광의 흡수율(k)이 클수록 감쇠되어 작아진다.

[식 8]

이들을 고려하면, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인하는 패턴의 특징인, 위치나 간격이나 강도는, 입사각(θ)과 파장(λ)과 유전률(ε _r)과 투자율(μ _r)과 편광각(φ)과 측벽 각도(α)와 광의 흡수율(k)의 함수이다. 본 실시형태 3에서는, 도 6의 플로차트에 따라 시료를 관찰하여 정보를 취득할 때, 패턴의 위치나 간격이나 강도의 정보를 시료 정보 추출 프로세서(305)로 접수하고, 후술하는 도 16 또는 도 17의 플로차트에 따라 작성한 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)를 참조하여 연산 처리를 실시함으로써, 측벽의 곡률과 보잉과 네킹을 출력했다.

도 15는, 보잉과 네킹의 일례를 나타내는 도면이다. 보잉이란, 구멍의 중간부가 통형이 되는 형상에 있어서, 구멍의 직경이 최대인 개소의 직경이다. 네킹이란, 구멍의 중간부가 오므라지는 형상에 있어서, 구멍의 직경이 최소인 개소의 직경이다.

도 16은, 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)의 데이터베이스를 작성하는 수순을 설명하는 플로차트이다. 본 실시형태 3에 있어서의 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)는, 도 16에 일례를 나타내는 플로차트에 따라 미리 작성된 데이터베이스이다. 이하 도 16의 각 스텝을 설명한다.

(도 16 : 스텝 S801~S803)

프로세서(302)는, 모델 해석식을 취득한다. 본 실시형태 3에서는, 모델 해석식으로서, 식 4~6과 식 8을 포함한다. 프로세서(302)는, 측정 조건을 취득한다(S802). 본 실시형태 3에서는, 측정 조건으로서 입사각(θ)과 파장(λ)과 편광각(φ)을 입력한다. 프로세서(302)는, 시료의 설계 정보를 취득한다(S803). 본 실시형태 3에서는, 유전률(ε _r)과 투자율(μ _r)과 광의 흡수율(k)과 구멍의 직경을 설계 데이터 라이브러리(310)로부터 출력하여 프로세서(302)에 입력했다.

(도 16 : 스텝 S804)

프로세서(302)는, 산출하는 시료의 정보를 변수로서 화상을 시뮬레이션한다. 본 실시형태 3에서는, 산출하는 시료의 정보를 측벽 각도(α)로 했다. 측벽 각도(α)는, 측벽의 미소(微小) 영역마다, 구체적으로는 1층분의 적층막의 측벽을 10분할한 미소 영역마다 설정했다.

(도 16 : 스텝 S805)

프로세서(302)는, 산출한 시료의 정보를 출력하고자 하는 시료의 정보로 환산한다. 본 실시형태 3에서는, 미소 영역마다의 측벽 각도(α)와 측벽의 치수와 측벽의 형상을, 측벽의 곡률과 보잉과 네킹으로 환산했다. 산출한 시료의 정보와 출력하고자 하는 시료의 정보가 일치하고 있는 경우, 본 스텝은 스킵해도 된다.

(도 16 : 스텝 S806)

프로세서(302)는, 시료의 정보와 시뮬레이션한 화상의 조를 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)의 데이터베이스로서 보존한다. 본 실시형태 3에서는, 시료의 정보로서 측벽의 곡률과 보잉과 네킹을 설정했다.

도 17은, 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)의 데이터베이스를 작성하는 다른 수순을 설명하는 플로차트이다. 도 16과 다른 것은, 광의 회절에 관련된 모델 해석식을 프로세서(302)에 입력하는 것(S901), 시료의 형상이나 적층에 관한 정보를 프로세서(302)에 입력하는 것(S902)이다.

시료의 형상이나 적층의 정보란, 적층막의 막두께나 층수나 보잉이나 네킹이 발생하고 있는 깊이의 정보 등이다. 본 실시형태 3과 같이, 유전률이 서로 다른 막의 적층막에 대해 레이저 광을 입사할 경우, 적층막이 레이저 광에 대해 회절 격자와 같은 작용을 하기 때문에, 회절에 기인하는 간섭의 패턴이 화상으로 중첩한다. 회절에 기인하는 간섭의 패턴은, 회절이 없는 경우의 간섭의 패턴에 의해 취득하는 것이 곤란한 정보(예를 들어 적층막의 막두께나, 보잉이나 네킹이 발생하고 있는 깊이 등)를 포함한다. 그래서, 도 6의 플로차트에 따라 시료를 관찰하여 정보를 취득할 때, 시료 정보 추출 프로세서(305)가 도 17의 플로차트에 따라 작성한 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)를 참조함으로써, 이들의 정보를 취득하는 것이 가능해진다.

본 실시형태 3에서는, 광의 회절 현상에 관련된 모델 해석식으로서, 프레넬 회절과 프라운호퍼 회절의 식을 포함하는 식을 프로세서(302)에 입력했다. 또한, 시료의 형상이나 적층에 관한 정보로서, 산화실리콘막의 막두께와 질화실리콘의 적층막의 막두께와 적층막의 층수를 프로세서(302)에 입력했다.

도 18은, 시료의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 GAA(Gate-All-Around) 구조의 FET를 적층한 나노와이어를 제조하는 도중에, Si와 SiGe의 초격자 중 SiGe의 측벽을 에칭하여 스페이스를 형성한 구조이다. 본 실시형태 3에서는, 도 17의 플로차트를 이용하여 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)를 작성할 때, S806의 시료의 정보로서 스페이스의 치수와 스페이스의 측벽의 측면의 곡률을 설정했다.

도 19는, 시료의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 도 14와 같이, 3D-NAND 플래시 메모리를 제조하는 도중에 메모리를 형성하기 위한 구멍이 에칭된 구조이다. 도 14의 질화실리콘막을 텅스텐막으로 치환하기 위하여, 질화실리콘막을 웨트 에칭한 공정을 나타낸다. 원래 질화실리콘막이 있던 부분이 공동(空洞)이지만, 웨트 에칭에 실패하면 공동부에 잔막이 발생한다. 잔막이 발생하면 회절에 기인하는 간섭이 변화한다. 그래서, 도 6의 플로차트에 따라 시료를 관찰하여 정보를 취득할 때, 시료 정보 추출 프로세서(305)가 도 17의 플로차트에 따라 작성한 시뮬레이션 데이터 라이브러리(307)를 참조함으로써, 잔막의 정보를 취득하는 것이 가능해진다.

<실시형태 4>

본 개시의 실시형태 4에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료에 입사되는 레이저 광과, 시료로부터 반사되는 레이저 광을 미러로 반사시킨 레이저 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴으로부터, 시료의 높이 또는 막두께 또는 표면의 러프니스(roughness) 또는 표면의 곡률 또는 표면의 누출 또는 스크래치 결함의 형상의 정보를 취득한다.

본 실시형태 4에서는, 도 1의 하전 입자빔 시스템과, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)을 이용했다.

도 20은, 본 실시형태 4에 있어서의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시형태 4에 있어서는, 도 3의 레이저 광 조사 유닛(102)의 구성요소에 더하여, 반사 미러(1001)와, 반사 미러 각도 조정기(1002)와, 반사 광로길이 조정 스테이지(1003)를 구비한다. 시료로부터 반사되는 레이저 광을 반사 미러(1001)에 대해 수직으로 입사시키도록, 반사 미러 각도 조정기(1002)로 반사 미러(1001)의 각도를 조정 가능하다. 반사 광로길이 조정 스테이지(1003)로 반사 미러(1001)의 위치를 이동시킴으로써, 시료로부터 반사되는 레이저 광이 반사 미러(1001)에 도달할 때까지의 광로를 조정 가능하다. 본 실시형태 4에서는, 반사 광로길이 조정 스테이지(1003)를 구동하기 위해 피에조 액추에이터(piezo actuator)를 이용했다.

도 21은, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 6과 다른 것은, 레이저 광 조사 유닛(102)의 조건을 입력할 때에, 반사 광로길이 조정 스테이지(1003)의 구동 범위를 포함하도록 조건을 설정하는 것(S1103), 간섭 패턴 추출 프로세서(304)가 메모리(303)를 참조하여 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴을 추출할 때, 화상 패턴에 중첩한 정재파의 위상차를 함께 추출하는 것(S1108)이다.

S1103에 있어서, 반사 광로길이 조정 스테이지(1003)를 구동 범위 내의 복수의 위치에 배치하여, 각 위치에서 화상을 취득한다. 또한 복수의 위치에서 취득한 화상으로부터, 화상의 각 화소의 위상차 데이터를 추출한다. S1108에 있어서, 각 화소의 위상차 데이터를 이용하여, 인접하는 화소간에 모순이 없도록 시료의 정보로 변환함으로써, 높은 분해능(分解能)으로 시료의 정보를 얻을 수 있다. 여기에서 모순이 없도록 시료의 정보로 변환함이란, 예를 들어 화소의 위치와 각 화소의 위상차 데이터의 관계를 오차 함수로 피팅한 결과로부터 시료의 정보를 출력하는 처리를 포함한다.

도 22는, 시료의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 실리콘 웨이퍼 상에 배선 공정으로 배선을 형성하고, 그 위에 메탈과 유전체막을 형성한 구조이다. 종래의 패키징과 달리, 집적 회로의 접속을 취하기 위해 범프를 사용하지 않고, 실리콘 웨이퍼끼리를 접합하여 전기적인 접속을 취하는, 웨이퍼 접합 용도의 시료이다. 도 22의 시료는, 유전체막에 비하여 메탈의 높이가 수 나노미터 낮은 것과, 유전체막의 표면이 평탄한 것에 대해 메탈의 표면이 곡면인 것이 특징이다. 이하에서는 유전체막과 메탈의 높이의 차를 리세스량이라고 호칭한다.

도 23은, 시료의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 고분자 수지의 미소한 입자나 액적을 응집하여 형성한 레지스트이고, 표면에 수 나노미터의 러프니스(요철)가 있다.

도 24는, 시료의 기준면으로부터 반사되는 레이저 광이 반사 미러(1001)에 도달하여 시료의 기준면에 재차 입사될 때까지의 광로길이와, 각 화소에 있어서의 화상 패턴의 강도 사이의 관계를 도시한 데이터의 일례이다. 시료의 기준면은, 도 23의 시료의 평탄면으로 했다. 광로길이는 반사 광로길이 조정 스테이지(1003)를 이용하여 제어했다. 도 23의 시료의 돌기부의 정점에 위치하는 화소 A와, 시료의 평탄면에 위치하는 화소 C와, 화소 A와 화소 B의 중간점에 위치하는 화소 B의 3점에 대하여, 데이터를 각각 도시했다. 데이터는 정현파(正弦波) 형상이 되고, 광로길이가 레이저 광의 파장과 동등한 거리 이동하면 정현파의 위상이 2π 바뀐다. 본 실시형태 4에서는 레이저 광의 파장을 400nm로 했기 때문에, 광로길이를 400nm 변화시키면, 데이터를 정현파로 피팅한 결과의 위상이 2π 바뀌었다. 화소 C를 기준으로 하면, 화소 A는 π/25 위상이 빠르고, 화소 B는 π/50 위상이 빠르다. 따라서, 화소 C를 기준으로 하면 화소 A는 8nm 높이가 높고, 화소 B는 4nm 높이가 높다.

본 실시형태 4의 하전 입자빔 시스템(100)을 이용하여, 화상의 각 화소의 높이의 차를 출력하고, 각 화소의 높이를 비트맵으로 표시하면, 표면의 러프니스를 나노미터 오더 또는 옹스트롬 오더 또는 서브 옹스트롬 오더의 분해능으로 측정할 수 있다. 또한, 도 22의 시료를 이용했을 경우, 배선 공정으로 배선을 형성한 면을 시료의 기준면으로 하면, 유전체막이나 메탈의 높이나 막두께를 출력하는 것이 가능하다.

본 실시형태 4의 하전 입자빔 시스템(100)과 도 21의 플로차트를 이용하면, 도 22의 시료의 리세스량이나, 도 22의 시료의 메탈의 표면의 곡률이나, 도 22의 시료의 메탈의 표면의 누설이나, 도 23의 시료의 표면의 러프니스의 정보를 출력하는 것이 가능해진다. 또한, 유전체의 베타막의 시료에 있어서의 표면의 곡률로부터, 메탈을 긁었을 때에 생긴 흉터인 스크래치 결함(마이크로 스크래치)만을 추출하여 출력하는 것도 가능하다.

<실시형태 5>

도 25는, 본 개시의 실시형태 5에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성도이다. 통합 시스템 컴퓨터(1201)는, 하전 입자빔 시스템(100)과 접속되어 있거나, 서로 통신 가능하게 구성되어 있다. 본 실시형태 5에서는 통합 시스템 컴퓨터(1201)가 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치(1202)와 서로 통신 가능하게 구성된 시스템을 이용했지만, CMP 장치(1202)가 없어도 실시 가능하다. 통합 시스템 컴퓨터(1201)는, 시료의 정보로부터 반도체 제조 장치의 권장 조건을 출력한다. 통합 시스템 컴퓨터(1201)는, 하전 입자빔 시스템(100)의 일부로서 구성해도 된다. 또 본 실시형태 5에서는 도 22의 시료를 이용했다.

도 26은, 하전 입자빔 시스템(100)이 출력한 시료의 정보를 입력으로 하여, 통합 시스템 컴퓨터(1201)가 반도체 제조 장치의 권장 조건을 출력하는 공정을 나타내는 플로차트의 일례를 나타내는 도면이다.

S1301에 있어서, 하전 입자빔 시스템으로 출력한 시료의 정보와, 화상의 관련 정보를, 통합 시스템 컴퓨터(1201)에 입력한다. 화상의 관련 정보란, 설계 데이터 라이브러리(310)에 기억된 시료의 설계 데이터나, 주사 전자 현미경의 조건이나, 레이저 광 조사 유닛의 조건이나, 동기 제어 시스템의 조건이나, 컴퓨터 시스템(103)의 프로세서(302)의 연산 처리의 종류나, 프로세서(302)가 참조하는 메모리(303)의 종류나, 일시나, 하전 입자빔 시스템의 형식이나, 하전 입자빔 시스템의 개체 식별 번호 등이다.

S1302에 있어서, 통합 시스템 컴퓨터(1201)가 연산 처리를 실시하여 반도체 제조 장치의 권장 조건을 출력하며, 또한 그 근거를 표시한다. 본 실시예에서는, CMP에서 사용하는 패드의 경도, 슬러리의 종류, 슬러리의 공급량, 드레서의 종류, 연마 압력, 리테이너링의 높이의 권장값을 출력했다. 이들의 권장 조건을 출력하기 위하여, 통합 시스템 컴퓨터(1201)는, S1301에서 입력하는 정보와, 중간 정보와, 권장 조건 사이의 관련성을, 뉴럴 네트워크 등의 기계 학습을 이용하여 학습하는 학습기를 갖는다.

본 실시형태 5에서는, 중간 정보로서, 웨이퍼의 휨량과, 웨이퍼의 굴곡량과, 디싱량과, 이로전량과, 리세스량과, 표면의 러프니스의 정보를 이용했다. 또한 본 실시형태 5에서는 반도체 제조 장치의 권장 조건의 근거로서, 전술한 중간 정보를 표시하고, 중간 정보와 권장 조건의 관련성을 이해하는 힌트를 함께 표시했다. 힌트란 구체적으로는, (a) 웨이퍼 외주부의 휨량이 클 때는, 리테이너링의 높이를 낮게 하여 압력을 가하는 쪽이 낫다는 경향이 있음, (b) 디싱이 많을 때는 패드의 경도를 높게 하는 쪽이 낫다는 경향이 있음 등의 정보이다. 통합 시스템 컴퓨터(1201)가 학습기를 이용하여 학습한 결과에 더하여, 이와 같은 인간의 노하우를 힌트로 하여 통합 시스템 컴퓨터(1201)에 입력했다.

<실시형태 6>

본 개시의 실시형태 6에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료에 입사되는 레이저 광과, 시료로부터 반사되는 레이저 광을 미러로 반사시킨 레이저 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴으로부터, 시료의 결함 또는 보이드의 정보를 취득한다.

도 27은, 본 실시형태 6에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 27에 예시하는 하전 입자빔 시스템은 도 1과 같이, 주사 전자 현미경(101), 레이저 광 조사 유닛(102), 컴퓨터 시스템(103), 동기 제어 시스템(104)을 구비함과 함께, 집속시킨 이온빔을 시료에 조사하는 집속 이온빔 장치(5001)를 구비한다. 집속 이온빔 장치(5001)가 시료에 이온빔을 조사함으로써, 시료의 표면을 가공하는 것이 가능하다. 집속 이온빔 장치(5001)는, 이온원과, 애퍼처와, 집속 렌즈와, 대물 렌즈와, 편향기와, 이온빔 조사량 제어기로 구성되어 있다. 편향기는, 이온빔을 시료 상에서 1차원적, 혹은 2차원적으로 주사하기 위해 설치되어 있고, 편향기에 의해 시료 상의 어느 위치를 가공 또는 제어 가능하다.

본 실시형태 6에서는, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 20의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)을 이용했다.

도 28은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 MRAM(Magnetoresitive Random Access Memory)의 제조 도중의 구조이며, 최표면에 콘택트가 노출되어 있다. 콘택트와 실리콘 기판 상에 형성된 액티브 영역 사이의 얼라인먼트가 취해지지 않은 개소에, 보이드가 발생하고 있다.

도 29는, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 6과 다른 것은, 프로세서(302)가 참조 Die 화상 라이브러리(309)를 참조하여, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴 중, 화상의 어긋남이나 공간적인 국소 변화를 추출하는 것(S1408), 추출된 화상 패턴이 결함인지 여부를 판정하는 것(S1409), 결함을 포함하는 화상과 좌표의 관련 데이터를 출력하는 것(S1410)이다.

S1408에 있어서, 콘택트와 액티브 사이의 얼라인먼트가 취해지고 있을 경우(정상인 경우)의 화상에서 발생하는, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴이 기억된 데이터베이스를 프로세서(302)가 참조하여, 화상의 어긋남이나 공간적인 국소 변화를 추출했다.

S1409에 있어서, 추출한 화상 패턴이 결함인지 여부의 판정은, 콘택트와 액티브의 얼라인먼트가 취해지고 있을 경우(정상인 경우)의 화상과, 콘택트와 액티브의 얼라인먼트가 취해지지 않을 경우(결함인 경우)의 화상을 함께 포함한 데이터베이스를 기초로, 프로세서(302)가 k 근방법을 이용하여, 화상 패턴이 정상인지 결함인지 여부를 판정함으로써 실시했다. 또 본 실시예에서는, 결함인 경우의 화상으로서, 액티브와의 얼라인먼트가 취해지지 않은 개소에, 보이드가 발생한 화상만을 이용했지만, 다른 결함종(種)의 화상, 예를 들어 결정 결함의 화상도 포함한 데이터베이스를 이용하여 프로세서(302)가 연산 처리를 실시하면, 결함인지 여부의 판정뿐만 아니라, 결함의 종류를 분류하는 것도 가능하다. 또한, 콘택트와 액티브의 얼라인먼트가 취해지지 않은 개소의 깊이나, 위치나, 크기에 따라, 화상의 데이터베이스를 분류해 두고, 화상 패턴이 결함인 경우에 프로세서(302)가 깊이를 판정함으로써, 결함의 깊이나, 결함의 위치나, 결함의 크기를 분류할 수도 있다.

도 30은, 결함의 깊이의 정도의 정보에 기초하여 시료를 파괴 검사하는 공정을 나타내는 플로차트의 일례를 나타내는 도면이다. 우선, 도 29의 플로차트에 기초하여 취득한, 결함의 깊이나, 결함의 위치나, 결함의 크기의 정보를, 집속 이온빔 장치(5001)에 입력한다(S5101). 다음으로, 결함의 깊이나, 결함의 위치나, 결함의 크기의 정보에 기초하여, 집속 이온빔으로 시료를 가공한다(S5102). 구체적으로는, 결함의 깊이에 기초하여 이온빔 조사량을, 결함의 위치에 기초하여 이온빔을 편향하는 영역의 중심점을, 결함의 크기에 기초하여 이온빔을 편향하는 영역의 크기를, 각각 설정했다. 본 실시형태 6에서는 도 6과 도 30의 플로차트를 별도로 실시했지만, 도 6과 도 30의 플로차트를 합한 일련의 플로차트를 실행하면, 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴으로부터 시료를 파괴 검사하는 조건을 취득하여, 파괴 검사를 실행할 수 있다.

<실시형태 7>

본 개시의 실시형태 7에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료에 조사되는 전자빔과 레이저 광의 지연 시간을 바꾸어 취득한, 레이저 광과의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴으로부터, 시료의 확산 속도 또는 이동도의 정보를 취득한다.

본 실시형태 7에서는, 도 1의 하전 입자빔 시스템과, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 20의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)을 이용했다.

도 31은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 결정 실리콘 태양 전지의 제조 도중의 구조이고, 어모퍼스 실리콘 상에 패시베이션막이 형성된 구조이다. 패시베이션막은 산화티타늄이지만, 국소적으로 산화티타늄의 막두께가 얇은 개소가 있다.

도 32는, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 6과 다른 것은, 동기 제어 시스템(104)의 조건을 입력할 때, 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간을 복수 포함하는 조건을 입력하는 것(S1504), 시료 정보 추출 프로세서(305)가 메모리(303)를 참조하여 시료의 정보를 출력할 때, 시료의 다이내믹한 정보를 출력하는 것(S1509)이다.

주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간은, 시료에 조사되는 전자빔과 레이저 광의 지연 시간과 등가이고, 레이저 광에 대해 전자빔의 조사가 느린 경우에 지연 시간은 양이고, 레이저 광에 대해 전자빔의 조사가 빠른 경우에 지연 시간은 음이다. 본 실시예에서는, 레이저 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴의 위치의 시간 변화를 시료 정보 추출 프로세서(305)가 접수함으로써, 패시베이션막을 이동하는 캐리어의 확산 속도의 위치 의존성을 출력하여, 화상 비트맵으로서 표시했다.

도 33은, 캐리어의 확산 속도의 위치 의존성의 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 왼쪽에서 2화소째 또한 위에서 2화소째의 위치에 확산 속도가 빠른 개소가 있음을 알 수 있다. 확산 속도와 산화티타늄의 막두께에는 음의 상관이 있으므로, 본 결과를 이용하면, 산화티타늄의 막두께가 얇고, 패시베이션막으로서의 성능에 불량이 있는 개소를 추출할 수 있다.

도 34는, 본 실시형태 7에 따른 하전 입자빔 시스템(100)의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도 34에 예시하는 하전 입자빔 시스템(100)은 도 1과 같이, 주사 전자 현미경(101), 레이저 광 조사 유닛(102), 컴퓨터 시스템(103), 동기 제어 시스템(104)을 구비함과 함께, 시료 전계 인가 유닛(1601)을 구비한다. 시료 전계 인가 유닛(1601)은 전계를 시료에 인가하기 위한 전원과 프로브로 구성되어 있다. 본 실시형태 7에서는 프로브를 2개 사용하고, 한쪽의 프로브를 도 11의 시료의 소스에, 다른 한쪽의 프로브를 도 11의 시료의 드레인에 접촉시킨 상태에서, 2개의 프로브 사이에 전압을 가하여, 시료에 전계를 인가했다. 이 상태에서 도 32의 플로차트를 실시함으로써, 시료의 동적인 정보로서 이동도를 출력할 수 있었다.

<실시형태 8>

본 개시의 실시형태 8에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료에 조사되는 전자빔과 레이저 광의 조사 조건(전자빔과 레이저 광 사이의 지연 시간, 각각의 강도, 각각의 파장, 레이저 광의 편광, 각각의 입사 각도)을 제어함으로써, 화상 패턴에 중첩하는 레이저 광의 간섭이 발생하는지 여부를 전환한다.

본 실시형태 8에서는, 도 1의 하전 입자빔 시스템과, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 20의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)과, 도 31의 시료를 이용했다.

도 35는, 주사 전자 현미경(101)과 레이저 광 조사 유닛(102) 사이의 지연 시간과, 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴의 강도의 관계를 도시한 데이터의 일례이다. 지연 시간이 0ns일 때에 화상 패턴의 강도는 I₀로 최대이다. 지연 시간이 커질수록, 화상 패턴의 강도는 작아지고, 지연 시간 200ns 이상에서는 화상 패턴을 식별할 수 있는 역치의 강도(I_th) 이하이다. 이 결과에 기초하여, 본 실시형태 8에서는, 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시킬 경우는 지연 시간을 200ns 미만으로 설정하고, 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시키지 않을 경우는 지연 시간을 200ns 이상으로 설정했다.

도 36은, 하전 입자빔 시스템(100)이 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시키는지 여부를 전환하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 6과 다른 것은, 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시킬지 여부를 설정하는 것(S1700), 동기 제어 시스템(104)의 조건을 입력할 때, 주사 전자 현미경과 레이저 광 조사 유닛의 지연 시간을 복수 포함하는 조건을 입력하는 것(S1504), 간섭 패턴 추출 프로세서(304)가 메모리(303)를 참조하여 광의 간섭으로 생기는 정재파에 기인한 화상 패턴의 유무를 판단하는 것(S1708), 프로세서(302)가 S1700에 기초하여, 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시키는 설정의 지연 시간으로 취득한 화상을 표시시킬지, 레이저 광의 간섭을 화상에 중첩시키지 않는 설정의 지연 시간으로 취득한 화상을 표시시킬지 전환하는 것(S1709)이다.

본 실시형태 8의 하전 입자빔 시스템(100)을 이용하면, 화상 패턴에 중첩하는 레이저 광의 간섭이 발생하는지 여부를 전환하는 것이 가능해진다. 도 35~도 36에 있어서는 지연 시간을 제어함으로써 간섭 패턴을 발생시킬지 여부를 전환하는 것을 설명했지만, 본 실시형태 8의 도입 부분에 있어서 설명한 그 밖의 파라미터를 하나 이상 조합함으로써, 마찬가지로 간섭 패턴을 발생시킬지 여부를 전환할 수도 있다.

<실시형태 9>

본 개시의 실시형태 9에 따른 하전 입자빔 시스템(100)은, 시료에 입사되는 레이저 광과, 시료로부터 반사되는 레이저 광을 미러로 반사시킨 레이저 광의 간섭에 의해 발생하는 정재파에 기인하는 화상 패턴으로부터, 시료의 상층의 패턴의 중심과 하층의 패턴의 중심 사이의 어긋남량에 관한 정보를 취득한다.

본 실시형태 9에서는, 도 1의 하전 입자빔 시스템과, 도 2의 주사 전자 현미경(101)의 시스템과, 도 20의 레이저 광 조사 유닛(102)의 시스템과, 도 4의 컴퓨터 시스템(103)과, 도 5의 동기 제어 시스템(104)을 이용했다.

도 37은, 시료의 일례를 나타내는 도면이다. 시료는 3D-NAND 플래시 메모리를 제조하는 도중에, 하층의 메모리 홀 유닛의 위에, 상층의 메모리 홀 유닛을 형성한 제조 공정에 있어서, 표면에 상층의 메모리 홀 유닛의 콘택트 플러그가 노출된 구조이다. 상층의 메모리 홀 유닛과 하층의 메모리 홀 유닛은 나누어 제조하기 때문에, 상층의 콘택트 플러그의 중심과 하층의 콘택트 플러그의 중심이 어긋날 경우가 있다.

도 38은, 하전 입자빔 시스템(100)이 시료의 정보를 취득하는 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 6과 다른 것은, 시료의 조건을 입력할 때, 설계 데이터 라이브러리(310) 등에 기억된, 시료의 재질과 치수의 설계 데이터를 함께 입력하는 것(S1801), 시료 정보 추출 프로세서(305)가 메모리(303)를 참조하여 시료의 정보인 중심의 어긋남량을 출력할 때, 추출한 화상 패턴의 강도나 밀도나 강도의 위치 미분량을 함께 참조하는 것(S1809)이다.

도 39는, 중심의 어긋남량과 추출한 화상 패턴의 강도의 관계, 및 중심의 어긋남량과 추출한 화상 패턴의 강도의 위치 미분량의 관계를 도시한 데이터의 일례이다. 중심의 어긋남량이 최소일 때에 화상 패턴의 강도가 극소값을 취하고 어긋남량이 클수록 화상 패턴의 강도가 커진다. 또한 중심이 양으로 어긋나 있을 때는 화상 패턴의 강도의 위치 미분량이 양으로, 중심이 음으로 어긋나 있을 때는 화상 패턴의 강도의 위치 미분량이 음으로 된다.

본 실시형태 9에서는, 도 39의 데이터를 6차의 다항식의 회귀식으로 피팅했다. 시료 정보 추출 프로세서(305)에서 어긋남량을 출력할 때는, 우선 화상 패턴의 강도의 위치 미분량의 부호를 이용하여, 중심의 어긋남량이 양인지 음인지를 판별하고, 다음으로 화상 패턴의 강도와, 중심의 어긋남량이 양인지 음인지를 판별한 결과와, 회귀식을 이용하여, 중심의 어긋남량을 산출했다.

<본 개시의 변형예에 대하여>

본 개시는, 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시형태는 본 개시를 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 어떤 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 대체하는 것이 가능하며, 또한, 어떤 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

실시형태 1에서는, 전자빔원(1)에 더하여 별도 펄스 전자 생성기(4)를 설치하는 구성으로 했지만, 펄스 전자를 조사 가능한 전자빔원을 이용해도 실시 가능하다. 또한 실시형태 1에 있어서, 펄스 전자 발생기(4)는 빔의 시료로의 조사를 차단하는 편향기로 하고, 편향기를 이용하여 간헐적으로 빔을 차단함으로써 펄스빔을 발생시켰지만, 예를 들어 가동 조리개의 위치를 고속으로 변화시킴으로써 펄스빔을 발생시켜도 실시 가능하다.

실시형태 1에서는, 전자빔원과 편향기가 설치되어 있는 주사 전자 현미경(101)을 이용했지만, 다른 하전 입자 현미경, 예를 들어 이온원과 편향기가 설치되어 있는 주사 이온 현미경을 이용해도 실시 가능하고, 편향기를 설치하지 않고, 시료를 투과하는 전자빔을 검출하는 투과 전자 현미경을 이용해도 실시 가능하다.

도 40은, 컴퓨터 시스템(103)의 변형예를 나타내는 구성도이다. 메모리(303)가 저장하고 있는 각 데이터 라이브러리는, 특징량과 이것을 도출하기 위해 이용하는 파라미터 사이의 관계를 기술한 데이터이므로, 이들의 데이터 라이브러리를 기계 학습에 있어서의 학습 결과 데이터로서 구성할 수도 있다. 이 경우, 프로세서(302)는 그 학습 결과 데이터를 이용하여 특징량을 취득하는 학습기(311)를 실장(實裝)할 수 있다. 학습기(311)는, 데이터 라이브러리가 기술하고 있는 관계에 대응하는 입력 파라미터를 입력값으로서 수신하고, 학습 결과 데이터에 따라 그 관계를 이용하여 출력값을 얻음으로써, 특징량을 취득할 수 있다. 학습기(311)는, 예를 들어 뉴럴 네트워크 등의 기계 학습 알고리즘을 실장한 소프트웨어를 프로세서(302)가 실행함으로써 구축할 수 있다.

100 : 하전 입자빔 시스템 101 : 주사 전자 현미경
102 : 레이저 광 조사 유닛 103 : 컴퓨터 시스템
104 : 동기 제어 시스템

Claims

시료에 대해 하전 입자빔을 조사함으로써 상기 시료의 관찰 화상을 생성하는 하전 입자빔 시스템으로서,
상기 시료에 대해 상기 하전 입자빔을 조사하는 하전 입자원,
상기 시료에 대해 제1 광을 조사하는 제1 광 조사부,
상기 시료에 대해 상기 하전 입자빔을 조사함으로써 생기는 2차 하전 입자를 검출하여 그 강도를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출기,
상기 검출 신호를 이용하여 상기 관찰 화상을 생성하는 컴퓨터 시스템을 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료에 대해 제1 광을 조사함으로써 생기는, 상기 제1 광의 간섭, 상기 제1 광의 회절, 또는 상기 제1 광의 정재파(定在波)에 기인하는 제1 특징량을, 상기 관찰 화상으로부터 추출하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량을 이용하여, 상기 시료의 제2 특징량을 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량으로서, 상기 관찰 화상이 갖는 화상 패턴이 상기 제1 광의 간섭, 상기 제1 광의 회절, 또는 상기 제1 광의 정재파에 기인하여 생겼는지 여부를 판단하는 기준이 되는 파라미터를 기술한 데이터 라이브러리를 저장하는 기억부를 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 화상 패턴 중, 상기 화상 패턴이 갖는 상기 파라미터와, 상기 데이터 라이브러리가 기술하고 있는 상기 파라미터 사이의 일치도가 역치 이상인 것을 특정하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 특정한 상기 화상 패턴이 갖는 상기 제1 특징량을 이용하여, 상기 제2 특징량을 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량에 의해 표현되는 함수를 이용하여 상기 제2 특징량을 기술한 데이터 라이브러리를 저장하는 기억부를 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량을 이용하여 상기 데이터 라이브러리를 참조함으로써, 상기 함수를 이용하여 상기 제2 특징량을 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량으로서, 상기 관찰 화상 상에 있어서 상기 제1 광의 간섭, 상기 제1 광의 회절, 또는 상기 제1 광의 정재파에 기인하여 생기는 간섭 줄무늬 패턴의 간격을 취득하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 관찰 화상이 갖는 화상 패턴 중, 상기 화상 패턴이 갖는 간섭 줄무늬 패턴의 간격과, 상기 취득한 상기 간격 사이의 일치도가 역치 이상인 것을 특정하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 특정한 화상 패턴이 갖는 간섭 줄무늬 패턴의 간격을 상기 제1 특징량으로서 이용하여, 상기 제2 특징량을 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제4항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량으로서,
상기 특정한 화상 패턴이 갖는 상기 간섭 줄무늬 패턴의 간격,
상기 특정한 화상 패턴이 갖는 상기 간섭 줄무늬 패턴의 위치 중, 적어도 어느 하나를 취득하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료가 갖는 패턴의 높이 또는 상기 시료가 갖는 패턴의 측벽의 경사 각도 중 적어도 어느 하나를, 상기 제1 특징량과 상기 제1 광의 입사각에 의해 표현되는 함수를 이용하여 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자빔 시스템은, 상기 시료에 대해 제2 광을 조사하는 제2 광 조사부를 더 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량으로서, 상기 관찰 화상 상에 있어서 상기 제1 광과 상기 제2 광이 간섭함으로써 생기는 간섭 패턴의 파워 스펙트럼을 취득하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 관찰 화상이 갖는 화상 패턴 중, 상기 화상 패턴이 갖는 간섭 패턴의 파워 스펙트럼, 상기 취득한 파워 스펙트럼 사이의 일치도가 역치 이상인 것을 특정하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 특정한 화상 패턴이 갖는 간섭 패턴의 파워 스펙트럼을 상기 제1 특징량으로서 이용하여, 상기 제2 특징량을 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제6항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료의 유전률 또는 상기 시료의 투자율 중 적어도 어느 하나를,
상기 시료에 대한 상기 제1 광 또는 상기 제2 광의 입사각과, 상기 시료를 상기 제1 광 또는 상기 제2 광이 통과할 때의 굴절각에 의해 표현되는 함수,
및,
상기 제1 광 또는 상기 제2 광의 파장에 의해 표현되는 함수를 이용하여 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제7항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료의 유전 완화 주파수를,
상기 하전 입자빔의 주파수와, 공간 전하 분극이 생기고 있는 경우에 있어서의 상기 시료의 유전률에 의해 표현되는 함수,
또는,
상기 제1 광 또는 상기 제2 광의 주파수와, 전자 분극이 생기고 있는 경우에 있어서의 상기 시료의 유전률에 의해 표현되는 함수를 이용하여 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료의 광 흡수 계수 또는 상기 시료가 갖는 패턴의 측벽의 경사 각도 중 적어도 어느 하나를,
상기 제1 광의 입사각, 상기 제1 광의 파장, 상기 시료의 유전률, 상기 시료의 투자율, 상기 제1 광의 편광각에 의해 표현되는 함수를 이용하여 계산하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 계산한 상기 측벽의 경사 각도를 이용하여, 상기 측벽의 형상을 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제9항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 계산한 상기 측벽의 형상을 기술한 데이터 라이브러리를 저장하는 기억부를 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은,
상기 제1 광의 입사각, 상기 제1 광의 파장, 상기 시료의 유전률, 상기 시료의 투자율, 상기 제1 광의 편광각 중,
적어도 어느 하나를 이용하여 상기 데이터 라이브러리를 참조함으로써, 상기 측벽의 형상을 추정하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제4항에 있어서,
상기 하전 입자빔 시스템은, 상기 시료로부터 반사한 상기 제1 광을 상기 시료에 대해 반사광으로서 재반사하는 반사 미러를 더 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량으로서, 상기 관찰 화상의 화소 간에 있어서의 상기 정재파의 위상차를 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제11항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료의 표면 거칠기를 표현하는 파라미터를, 상기 취득한 위상차를 이용하여 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은,
상기 제1 특징량 또는 상기 제2 특징량 중 적어도 어느 하나와, 상기 하전 입자빔 시스템의 동작 조건으로서 적합한 동작 파라미터 사이의 관계를 기계 학습에 의해 학습하는 학습기
를 실장(實裝)하고 있으며,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 학습기가 출력하는 상기 동작 파라미터를 이용하여, 상기 하전 입자빔 시스템의 동작을 제어하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량의 국소적 어긋남과 상기 제2 특징량 사이의 관계를 기술한 데이터 라이브러리를 저장하는 기억부를 구비하고,
상기 데이터 라이브러리는, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료가 갖는 결함의 깊이, 상기 결함의 평면 위치, 상기 결함의 크기 중, 적어도 어느 하나를 기술하고 있고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량의 국소적 변화를 취득함과 함께, 상기 취득한 국소적 어긋남을 이용하여 상기 데이터 라이브러리를 참조함으로써, 상기 시료가 갖는 상기 결함의 깊이, 상기 결함의 평면 위치, 상기 결함의 크기 중, 적어도 어느 하나를 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제14항에 있어서,
상기 데이터 라이브러리는, 상기 결함을 갖고 있는 상기 시료의 관찰 화상의 화상 패턴과, 상기 결함을 갖고 있지 않는 상기 시료의 관찰 화상의 화상 패턴을 각각 유지하고 있고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 검출 신호를 이용하여 취득한 상기 시료의 관찰 화상을 상기 데이터 라이브러리가 저장되어 있는 관찰 화상과 비교함으로써, 상기 시료가 상기 결함을 갖고 있는지 여부를 판정하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량의 경시(經時) 변화를 취득하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료 상에 있어서의 캐리어의 확산 속도 또는 이동도를, 상기 경시 변화의 시간 변화율을 이용하여 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자원 또는 상기 제1 광 조사부 중 적어도 어느 하나는,
상기 하전 입자빔과 상기 제1 광 사이의 시간차,
상기 하전 입자빔과 상기 제1 광 중 적어도 어느 하나의 강도,
상기 하전 입자빔과 상기 제1 광 중 적어도 어느 하나의 파장,
상기 제1 광의 편광,
상기 하전 입자빔과 상기 제1 광 중 적어도 어느 하나의 입사 각도 중,
적어도 어느 하나를 변화시킴으로써, 상기 관찰 화상 상에 있어서 상기 제1 특징량을 발생시킬지 여부를 전환하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자빔 시스템은, 상기 시료로부터 반사한 상기 제1 광을 상기 시료에 대해 반사광으로서 재반사하는 반사 미러를 더 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 특징량으로서, 상기 관찰 화상의 화소값 또는 상기 화소값을 상기 관찰 화상 상의 위치에 의해 미분한 미분값 중 적어도 어느 하나를 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.
제18항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 특징량으로서, 상기 시료 상에 형성된 상층 패턴과 하층 패턴 사이의 위치 어긋남량을, 상기 화소값 또는 상기 미분값 중 적어도 어느 하나를 이용하여 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자빔 시스템.