KR20230162656A - 워크피스 상의 패턴의 화상을 생성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 방법은, 워크피스의 표면 내의 기준 영역을 결정하고, 기준 영역의 패턴 밀도를, 기준 영역 내의 패턴의 설계 데이터로부터 산정하고, 산정된 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 복수의 조정 영역을 결정하고, 기준 영역의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성하고, 복수의 조정 영역 중 하나의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성하고, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도의 히스토그램과, 기준 영역의 화상의 휘도의 히스토그램의 차가 작아지도록, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터의 설정값을 조정하고, 워크피스의 표면 내의 복수의 중간 영역의 복수의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성한다.

Description

워크피스 상의 패턴의 화상을 생성하는 방법
본 발명은 웨이퍼, 기판, 패널, 마스크 등의 워크피스 상의 패턴의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성하는 방법에 관한 것으로, 특히 화상의 휘도를 조정하면서, 복수의 화상을 연속적으로 생성하는 기술에 관한 것이다.
전자 현미경을 사용한 검사 및 계측에서는, 그 결과를 안정시키기 위해 휘도 조정은 매우 중요하다. 예를 들어, 다이 투 다이 검사에서는, 휘도는 결함 검출 감도에 영향을 미치고, CD-SEM이라고 불리는 계측에서는, 최소, 최대 휘도가 포화된 상태에서는 측장값이 안정되지 않는다.
장시간의 검사 및 계측에서는, 샘플의 차지나 적층막의 상태 변화, 전자 현미경 자체의 차지 등의 요인으로 휘도가 변화하는 경우가 있다. 그래서, 미리 설정한 시간이나, 샘플 내의 미리 설정한 장소에서 휘도 조정을 행하여, 휘도의 변화가 검사 및 계측의 결과에 미치는 영향을 억제하고 있다.
일본 특허 공개 평4-328234호 공보
자동적으로 휘도 조정을 행하는 종래의 기구의 대부분은, 미리 설정해 둔 좁은 영역에서 빔 조사를 행하고, 취득한 화상의 히스토그램에 기초하여 휘도 조정을 한다는 것이다. 그러나, 빔 조사에 의해 전자의 방출 효율이 변화하기 쉬운 샘플에서는, 빔 조사마다 휘도가 변하여, 검사, 계측의 결과에 악영향을 미치는 경우가 있다. 또한, 휘도 변화는, 촬상 위치의 주변에서의 빔 조사 이력에 영향받는 경우가 있어, 촬상 위치와 이격된 장소에서 휘도 조정해도, 올바른 휘도 조정을 달성할 수 없는 경우가 있다.
화상의 휘도는, 대상 패턴의 선폭이나 밀도로 크게 변한다. 예를 들어, 패턴 밀도가 낮은 화상의 휘도는 높고, 한편 패턴 밀도가 높은 화상의 휘도는 낮다. 이 때문에, 상이한 패턴 밀도의 영역에서 휘도 조정을 행하는 것으로는 안정된 휘도 조정을 할 수 없다.
휘도 조정을 위해, 검사 및 계측 목적 이외로 빔을 조사하는 시간은, 검사, 계측 이외의 부가적인 시간이며, 스루풋을 저하시키게 된다. 특히 큰 영역을 스캔하는 전자 현미경의 경우에는, 스루풋을 크게 저하시키게 된다.
그래서, 본 발명은 스루풋을 낮추지 않고 적절한 휘도 조정을 실시할 수 있는 화상 생성 방법을 제공한다.
일 양태에서는, 표면에 패턴이 형성되어 있는 워크피스의 화상을, 해당 화상의 휘도를 조정하면서 생성하는 방법이며, 상기 워크피스의 표면 내의 기준 영역을 결정하고, 상기 기준 영역의 패턴 밀도를, 상기 기준 영역 내의 패턴의 설계 데이터로부터 산정하고, 상기 산정된 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 복수의 조정 영역을 결정하고, 상기 기준 영역의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성하고, 상기 복수의 조정 영역 중 하나의 화상을 상기 주사 전자 현미경으로 생성하고, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도의 히스토그램과, 상기 기준 영역의 화상의 휘도의 히스토그램의 차가 작아지도록, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터의 설정값을 조정하고, 상기 워크피스의 표면 내의 복수의 중간 영역의 복수의 화상을 상기 주사 전자 현미경으로 생성하는, 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 파라미터는, 상기 주사 전자 현미경의 전자 검출 감도를 결정하는 아날로그 파라미터와, 화상 처리에 의해 휘도를 조정하기 위한 디지털 파라미터를 포함하고, 상기 방법은, 상기 아날로그 파라미터의 설정값을 조정한 후에, 상기 아날로그 파라미터의 상기 조정된 설정값을 상기 주사 전자 현미경에 적용하고, 상기 복수의 중간 영역의 복수의 화상의 화상 처리에, 상기 디지털 파라미터의 상기 조정된 설정값을 적용함으로써, 상기 복수의 화상의 휘도를 조정하는 공정을 더 포함한다.
일 양태에서는, 상기 복수의 조정 영역 중 하나의 화상을 상기 주사 전자 현미경으로 생성하는 공정으로부터, 상기 복수의 중간 영역의 상기 복수의 화상의 휘도를 조정하는 공정까지를 반복한다.
일 양태에서는, 상기 패턴 밀도는, 대응하는 CAD 패턴의 폭과 길이의 관계에 의해 정의된다.
각 조정 영역 내의 패턴 밀도가, 기준 영역 내의 패턴 밀도에 근사하도록 조정 영역이 선정된다. 따라서, 각 조정 영역에 있어서의 파라미터의 조정은, 기준 영역에 있어서의 파라미터의 조정의 대체로 할 수 있다. 본 발명에 따르면, 휘도 조정을 할 때마다 기준 영역의 화상을 생성할 필요가 없다. 바꿔 말하면, 조정 영역 및 중간 영역을 포함하는 다수의 타깃 영역의 화상을 생성하면서, 타깃 영역에 포함되는 복수의 조정 영역에 있어서 휘도를 조정할 수 있다. 결과적으로, 조정 영역 및 중간 영역을 포함하는 다수의 타깃 영역의 화상 생성의 스루풋을 저하시키지 않고, 안정된 휘도의 타깃 영역의 화상 생성이 가능하게 된다.
도 1은 화상 생성 장치의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 기준 영역의 패턴 밀도를 산정하는 일 실시 형태를 설명하는 모식도이다.
도 3은 기준 영역의 패턴 밀도를 산정하는 다른 실시 형태를 설명하는 모식도이다.
도 4는 기준 영역 및 복수의 조정 영역의 설정 방법의 일 실시 형태를 설명하는 흐름도이다.
도 5는 화상을 생성하는 동작의 일 실시 형태를 설명하는 흐름도이다.
도 6은 휘도의 히스토그램의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7a는 산의 전체가 저휘도 측으로 치우쳐 있는 예를 나타내는 히스토그램이다.
도 7b는 산의 전체가 고휘도 측으로 치우쳐 있는 예를 나타내는 히스토그램이다.
도 8a는 아날로그 파라미터 및 디지털 파라미터를 조정하는 일 실시 형태를 설명하기 위한 휘도의 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 8b는 아날로그 파라미터 및 디지털 파라미터를 조정하는 일 실시 형태를 설명하기 위한 휘도의 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 8c는 아날로그 파라미터 및 디지털 파라미터를 조정하는 일 실시 형태를 설명하기 위한 휘도의 히스토그램을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 화상 생성 장치의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다. 화상 생성 장치는, 워크피스 W의 화상을 생성하는 주사 전자 현미경(1)과, 주사 전자 현미경(1)의 동작을 제어하는 동작 제어부(5)를 구비하고 있다. 워크피스 W의 예로서는, 반도체 디바이스의 제조에 사용되는 웨이퍼, 마스크, 패널, 기판 등을 들 수 있다.
동작 제어부(5)는, 적어도 1대의 컴퓨터로 구성된다. 동작 제어부(5)는, 프로그램이 저장된 기억 장치(5a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 처리 장치(5b)를 구비하고 있다. 기억 장치(5a)는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 등의 주기억 장치와, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등의 보조 기억 장치를 구비하고 있다. 처리 장치(5b)의 예로서는, CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 프로세싱 유닛)를 들 수 있다. 단, 동작 제어부(5)의 구체적 구성은 이들 예에 한정되지 않는다.
주사 전자 현미경(1)은, 전자 빔을 방출하는 전자총(15), 전자총(15)으로부터 방출된 전자 빔을 집속하는 집속 렌즈(16), 전자 빔을 X 방향으로 편향하는 X 편향기(17), 전자 빔을 Y 방향으로 편향하는 Y 편향기(18), 전자 빔을 워크피스 W에 포커스시키는 대물 렌즈(20), 워크피스 W를 지지하는 스테이지(31)를 갖는다. 전자총(15), 집속 렌즈(16), X 편향기(17), Y 편향기(18), 및 대물 렌즈(20)는, 칼럼(30) 내에 배치되어 있다.
전자총(15)으로부터 방출된 전자 빔은 집속 렌즈(16)로 집속된 후에, X 편향기(17), Y 편향기(18)로 편향되면서 대물 렌즈(20)에 의해 집속되어 워크피스 W의 표면에 조사된다. 워크피스 W에 전자 빔의 1차 전자가 조사되면, 워크피스 W로부터는 2차 전자 및 반사 전자 등의 전자가 방출된다. 워크피스 W로부터 방출된 전자는 전자 검출기(26)에 의해 검출된다.
전자 검출기(26)는, 워크피스 W로부터 방출된 전자(2차 전자 또는 반사 전자)를 광으로 변환하는 신틸레이터(27)와, 신틸레이터(27)에 의해 변환된 광을 전기 신호로 변환하는 광전자 증폭관(PMT)(28)과, 광전자 증폭관(28)으로부터 출력된 전기 신호를 증폭하는 아날로그 증폭기(29)를 갖고 있다. 워크피스 W로부터 방출된 전자(2차 전자 또는 반사 전자)는 신틸레이터(27), 광전자 증폭관(28), 아날로그 증폭기(29)를 포함하는 전자 검출기(26)에 의해 검출된다. 전자 검출기(26)로부터 출력된 전기 신호는, 화상 취득 장치(32)에 입력되어 화상으로 변환된다. 이와 같이 하여, 주사 전자 현미경(1)은, 워크피스 W의 표면의 화상을 생성한다. 화상 취득 장치(32)는 동작 제어부(5)에 접속되어 있다.
화상 생성 장치는, 주사 전자 현미경(1)에 의해 생성된 화상의 휘도를 조정하기 위한 기능을 갖는다. 이하, 휘도 조정에 대하여 상세하게 설명한다. 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터(이하, 휘도 파라미터라고도 함)에는, 아날로그 파라미터와 디지털 파라미터가 포함된다. 아날로그 파라미터는, 워크피스 W로부터 방출된 전자(2차 전자 또는 반사 전자)를 검출하는 전자 검출기(26)에 적용되고, 디지털 파라미터는, 주사 전자 현미경(1)에 의해 생성된 화상에 대하여 실행되는 디지털 처리에 적용된다. 아날로그 파라미터는, 주사 전자 현미경(1)이 화상을 생성할 때 적용되고, 디지털 파라미터는 주사 전자 현미경(1)에 의해 생성된 화상의 화상 처리에 대하여 적용된다.
아날로그 파라미터는, 주사 전자 현미경(1)의 전자 검출 감도를 결정하는 파라미터이다. 보다 구체적으로는, 전자 검출기(26)로부터 출력되는 전기 신호를 조정하기 위한 복수의 아날로그 파라미터이다. 이들 아날로그 파라미터에는, 광전자 증폭관(28)으로부터 출력되는 전기 신호의 레벨을 조정하기 위한 PMT 게인과, 아날로그 증폭기(29)로부터 출력되는 전기 신호의 레벨을 조정하기 위한 아날로그 게인과, 아날로그 증폭기(29)로부터 출력되는 전기 신호의 피크의 위치를 휘도값에 따라 시프트시키는 아날로그 오프셋이 포함된다.
PMT 게인은, 입사광을 전기 신호로 변환할 때의 증폭비를 변경하기 위한 파라미터이다. PMT 게인을 높이면, 입사광은 보다 강한 전기 신호로 변환된다. 아날로그 게인 및 아날로그 오프셋은, 아날로그 증폭기(29)의 동작을 조정하기 위한 파라미터이다. 아날로그 게인을 높이면, 전기 신호의 피크는 낮아지지만, 전기 신호의 강도가 전체 휘도 범위에 걸쳐 보다 균일화된다. 아날로그 오프셋을 높이면, 전기 신호의 피크의 위치는 고휘도 측으로 이동한다.
디지털 파라미터는, 화상 처리에 의해 휘도를 조정하기 위한 파라미터이다. 디지털 파라미터에는, 디지털 게인과 디지털 오프셋이 포함된다. 화상 처리는, 동작 제어부(5)에 의해 화상에 대하여 실행된다. 디지털 게인은, 화상을 구성하는 전체 화소의 휘도의 전체의 분포를 변경하기 위한 파라미터이다. 디지털 게인을 높이면, 화상의 휘도의 피크는 낮아지지만, 화상을 구성하는 전체 화소의 휘도가 보다 균일화된다. 디지털 오프셋은, 화상 전체의 휘도의 피크의 위치를 휘도값에 따라 시프트시키기 위한 파라미터이다. 디지털 오프셋을 높이면, 화상 전체의 휘도의 피크의 위치는 고휘도 측으로 이동한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 5개의 휘도 파라미터, 즉 PMT 파라미터, 아날로그 게인, 아날로그 오프셋, 디지털 게인, 및 디지털 오프셋을 사용하여 화상의 휘도를 조정한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 한정되지 않고, 상술한 5개의 휘도 파라미터 중 어느 것만을 사용해도 되고, 혹은 상술한 5개의 휘도 파라미터 이외의 파라미터를 더 사용해도 된다. 또한, 복수의 전자 검출기나, 상이한 검출 방법을 조합하여, 각각 독립된 파라미터를 사용해도 된다.
많은 화상을 생성하고 있을 때, 워크피스 W의 전기적 차지나, 주사 전자 현미경(1) 자체의 전기적 차지 등의 요인으로 화상의 휘도가 변화하는 경우가 있다. 그래서, 그러한 경시적인 휘도의 변화를 보정하기 위해, 화상 생성 장치는, 워크피스 W 상의 복수의 타깃 영역의 각각의 화상을 연속적으로 생성하면서, 화상의 휘도를 조정하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 화상 생성 장치는, 워크피스 W 상의 복수의 타깃 영역의 화상을 생성하면서, 어떤 간격으로 휘도를 조정한다. 휘도 조정의 간격은, 시간적 간격 또는 워크피스 W 상의 거리적인 간격이다. 이와 같이, 화상을 생성하면서 휘도를 정기적으로 조정함으로써, 화상 생성 장치는, 경시적인 휘도의 변화를 보정할 수 있다.
휘도 조정은, 동일 또는 유사한 패턴 밀도를 갖는 복수의 영역에서 행해진다. 이들 복수의 영역은, 하나의 기준 영역과 복수의 조정 영역을 포함한다. 기준 영역은, 휘도 조정에 사용되는 상기 휘도 파라미터(즉, PMT 파라미터, 아날로그 게인, 아날로그 오프셋, 디지털 게인, 및 디지털 오프셋)의 초깃값을 결정하기 위해 사용되는 영역이다. 각 조정 영역은, 기준 영역 내의 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 영역이다. 패턴 밀도에 대해서는 후술한다.
휘도 조정이 행해지는 기준 영역 및 복수의 조정 영역은, 화상 생성의 대상인 복수의 타깃 영역에 포함된다. 기준 영역 및 복수의 조정 영역은, 워크피스 W 상의 복수의 타깃 영역의 화상을 생성하기 전에 미리 결정된다. 일 실시 형태에서는, 기준 영역 및 복수의 조정 영역은, 워크피스 W 상의 복수의 타깃 영역의 화상을 생성하고 있는 동안에 결정되어도 된다. 동작 제어부(5)는, 결정된 기준 영역 및 복수의 조정 영역의 위치 및 크기를 그 기억 장치(5a)에 보존한다.
각 조정 영역은, 기준 영역의 패턴 밀도와 근사하는 패턴 밀도를 갖는 영역이다. 패턴 밀도는, 각 영역 내의 패턴에 대응하는 CAD 패턴의 폭과 길이의 관계에 의해 정의된다. 보다 구체적으로는, 패턴 밀도는, 대응하는 CAD 패턴의 폭과 길이로부터 산정된다. CAD 패턴은, 워크피스 W에 형성된 패턴의 설계 데이터에 포함되는 패턴의 설계 정보에 의해 정의되는 가상 패턴이며, 폴리곤 형상을 갖고 있다. 워크피스 W에 형성된 패턴은, 설계 데이터 상의 CAD 패턴에 따라 형성된다. 워크피스 W에 형성된 패턴의 설계 데이터는, 동작 제어부(5)의 기억 장치(5a) 내에 미리 저장되어 있다.
동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도를, 기준 영역 내의 패턴의 설계 데이터로부터 산정한다. 마찬가지로, 동작 제어부(5)는, 촬상하고자 하는 워크피스 W 상의 복수의 타깃 영역의 각각의 패턴 밀도를, 각 타깃 영역 내의 패턴의 설계 데이터로부터 산정한다.
도 2는 워크피스 W 상의 기준 영역의 패턴 밀도를 산정하는 일 실시 형태를 설명하는 모식도이다. 이 예에서는, 기준 영역 내에 3개의 패턴이 존재하고, 도 2에 나타내는 3개의 패턴은, 기준 영역 내에 존재하는 3개의 패턴에 대응하는 CAD 패턴이다. 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도를, 설계 데이터로부터 산정한다. 보다 구체적으로는, 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도를, 설계 데이터 상의 대응하는 CAD 패턴의 치수로부터 산정한다. 도 2에 나타내는 예에서는, 전자 빔의 주사 방향을 따른 치수는 폭으로 정의되며, 전자 빔의 주사 방향에 수직인 방향을 따른 치수는 길이로 정의된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 3개의 CAD 패턴은, 3개의 폭 W1, W2, W3을 갖는 부분을 포함한다. 폭 W1의 부분의 길이의 합계는 L1이며, 폭 W2의 부분의 길이의 합계는 L2+L3이며, 폭 W3의 부분의 길이의 합계는 L4+L5+L6이다. 기준 영역의 패턴 밀도는, 기준 영역 내의 패턴에 대응하는 3개의 CAD 패턴의 폭 W1, W2, W3과, 대응하는 길이 L1, L2+L3, L4+L5+L6의 관계로서 표현된다.
도 3은 워크피스 W 상의 기준 영역의 패턴 밀도를 산정하는 다른 실시 형태를 설명하는 모식도이다. 도 3에 나타내는 3개의 CAD 패턴은, 도 2에 나타내는 3개의 CAD 패턴과 동일하지만, 전자 빔의 주사 방향이 도 2와는 90° 다르다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 3개의 CAD 패턴은, 3개의 폭 W1, W2, W3, W4, W5를 갖는 부분을 포함한다. 폭 W1의 부분의 길이의 합계는 L1이며, 폭 W2의 부분의 길이의 합계는 L2+L3+L4이며, 폭 W3의 부분의 길이의 합계는 L5이며, 폭 W4의 부분의 길이의 합계는 L6이며, 폭 W5의 부분의 길이의 합계는 L7이다. 기준 영역의 패턴 밀도는, 기준 영역 내의 패턴에 대응하는 3개의 CAD 패턴의 폭 W1, W2, W3, W4, W5와, 대응하는 길이 L1, L2+L3+L4, L5, L6, L7로서 표현된다.
동작 제어부(5)는, 동일하도록 하여, 타깃 영역 중, 기준 영역 이외의 다른 영역의 패턴 밀도를 산정한다. 또한 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 복수의 조정 영역을 결정한다. 보다 구체적으로는, 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도를, 타깃 영역의 각각의 패턴 밀도와 비교하여, 기준 영역의 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 복수의 영역을 타깃 영역에서 선택하고, 선택된 영역을 조정 영역으로 결정한다. 조정 영역은, 휘도 조정이 행해지는 영역이다. 일 실시 형태에서는, 근사성의 판정에 사용되는 상기 소정의 범위는, 기준 영역의 패턴 밀도(즉, 기준 영역 내의 CAD 패턴의 폭과 길이)를 중심으로 하는 수치 범위이다.
도 4는 기준 영역 및 복수의 조정 영역의 설정 방법의 일 실시 형태를 설명하는 흐름도이다.
스텝 1-1에서는, 워크피스 W의 표면 내의 기준 영역이 결정된다. 기준 영역의 결정은, 유저에 의해 실시되어도 되고, 혹은 동작 제어부(5)에 의해 실시되어도 된다. 동작 제어부(5)는, 결정된 기준 영역의 위치 및 크기를 그 기억 장치(5a)에 보존한다. 기준 영역의 위치 및 크기는, 패턴의 설계 데이터로부터 특정할 수 있다.
스텝 1-2에서는, 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도를 산정한다.
스텝 1-3에서는, 동작 제어부(5)는, 타깃 영역 중, 기준 영역 이외의 다른 영역의 패턴 밀도를 산정한다.
스텝 1-4에서는, 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 패턴 밀도를, 상기 다른 영역의 각각의 패턴 밀도와 비교하여, 기준 영역의 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 복수의 조정 영역을 결정한다. 동작 제어부(5)는, 결정된 복수의 조정 영역의 위치 및 크기를 그 기억 장치(5a)에 보존한다. 복수의 조정 영역의 위치 및 크기는, 패턴의 설계 데이터로부터 특정할 수 있다.
이와 같이 하여, 휘도 조정이 행해지는 기준 영역 및 복수의 조정 영역이 결정되면, 동작 제어부(5)는 주사 전자 현미경(1)에 지령을 발하여, 기준 영역, 복수의 조정 영역, 및 중간 영역(후술함)을 포함하는 복수의 타깃 영역의 화상을 주사 전자 현미경(1)이 생성하게 한다. 일 실시 형태에서는, 주사 전자 현미경(1)이 복수의 타깃 영역의 화상을 생성하면서, 동작 제어부(5)는 기준 영역 및 복수의 조정 영역을 결정해도 된다.
이하, 화상을 생성하는 동작에 대하여, 도 5에 나타내는 흐름도를 참조하여 설명한다.
스텝 2-1에서는, 동작 제어부(5)는 주사 전자 현미경(1)에 지령을 발하여, 기준 영역의 화상을 주사 전자 현미경(1)이 생성하게 한다.
스텝 2-2에서는, 동작 제어부(5)는, 기준 영역의 화상을 주사 전자 현미경(1)으로부터 수취하고, 기준 영역의 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터의 설정값을 조정한다. 본 실시 형태에서는, 파라미터는, 상술한 5개의 휘도 파라미터(즉, PMT 파라미터, 아날로그 게인, 아날로그 오프셋, 디지털 게인, 및 디지털 오프셋)이다. 이 스텝 2-2에서 조정된 파라미터의 설정값은, 파라미터의 초깃값이다. 일 실시 형태에서는, 기준 영역의 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터의 설정값은, 유저에 의해 조정되어도 된다.
화상 전체의 휘도는, 휘도의 히스토그램에 의해 표현된다. 휘도의 히스토그램은, 휘도를 나타내는 횡축과, 각 휘도를 갖는 화소의 수를 나타내는 종축을 갖는 그래프이다. 도 6은 휘도의 히스토그램의 일례를 나타내는 도면이다. 그레이스케일의 화상에서는, 횡축의 휘도는, 예를 들어 0 내지 255까지의 수치이다. 이 휘도의 0 내지 255까지의 수치 범위는 일례이며, 다른 수치 범위여도 된다. 일반적으로, 휘도 조정은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 히스토그램의 산의 밑단의 일단이, 휘도의 최솟값(도 6의 예에서는 0)에 있고, 타단이 휘도의 최댓값(도 6의 예에서는 255)에 있는 것이 바람직하다. 한편, 도 7a와 같이, 히스토그램의 산의 전체가 저휘도 측으로 치우쳐 있어, 산의 밑단의 좌단이 히스토그램 상에 나타나지 않은 경우에는, 화상은 어둡고, 또한 새까맣게 찍혀 나오는 현상이 많이 화상에 나타난다. 다른 예에서는, 도 7b와 같이, 히스토그램의 산의 전체가 고휘도 측으로 치우쳐 있어, 산의 밑단의 우단이 히스토그램 상에 나타나지 않은 경우에는, 화상은 밝고, 또한 새하얗게 찍혀 나오는 현상이 많이 화상에 나타난다. 따라서, 히스토그램의 산 형상이 도 6에 나타내는 형상이 되도록 휘도 조정이 행해진다.
도 5로 되돌아가서, 스텝 2-3에서는, 상기 5개의 파라미터 중, 아날로그 파라미터인 PMT 파라미터, 아날로그 게인, 및 아날로그 오프셋의 조정된 설정값을 주사 전자 현미경(1)에 적용한다.
스텝 2-4에서는, 동작 제어부(5)는 주사 전자 현미경(1)에 지령을 발하여, 복수의 중간 영역의 복수의 화상을 주사 전자 현미경(1)이 연속하여 생성하게 한다. 복수의 중간 영역은, 타깃 영역에 포함되는 영역이며, 기준 영역 및 상기 복수의 조정 영역 이외의 영역이다. 복수의 중간 영역의 수는, 휘도 조정에 필요한 시간적 간격 또는 거리적 간격에 기초하여 정해져도 된다.
스텝 2-5에서는, 동작 제어부(5)는, 상기 5개의 휘도 파라미터 중, 디지털 파라미터인 디지털 게인 및 디지털 오프셋의 조정된 설정값을, 상기 스텝 2-4에서 생성한 복수의 중간 영역의 복수의 화상의 화상 처리에 적용한다. 상술한 바와 같이, 디지털 파라미터는, 화상 처리에 의해 화상의 휘도를 조정하는 파라미터이기 때문에, 동작 제어부(5)는, 생성된 화상의 휘도를 디지털 파라미터에 의해 조정할 수 있다. 디지털 파라미터에 의해 휘도가 조정된 화상은, 동작 제어부(5)의 기억 장치(5a) 내에 보존된다.
스텝 2-6에서는, 동작 제어부(5)는 주사 전자 현미경(1)에 지령을 발하여, 복수의 조정 영역 중 하나의 화상을 주사 전자 현미경(1)이 생성하게 한다.
스텝 2-7에서는, 동작 제어부(5)는, 상기 하나의 조정 영역의 화상을 주사 전자 현미경(1)으로부터 수취하고, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도의 히스토그램과, 기준 영역의 화상의 휘도의 히스토그램의 차가 작아지도록, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터의 설정값을 조정한다. 구체적으로는, 동작 제어부(5)는, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도의 히스토그램의 산 형상이, 기준 영역의 화상의 휘도의 히스토그램의 산 형상에 가까워지는 방향으로 파라미터의 설정값을 조정한다. 본 실시 형태에서는, 파라미터는, 상술한 5개의 휘도 파라미터(즉, PMT 파라미터, 아날로그 게인, 아날로그 오프셋, 디지털 게인, 및 디지털 오프셋)이다.
상기 스텝 2-7의 일 실시 형태에 대하여, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명한다. 일 실시 형태에서는, 주사 전자 현미경(1)은, 워크피스 W의 동일한 영역을 반복 촬상하여 복수의 화상을 생성하고, 동작 제어부(5)는 이들 화상을 적산하고, 또한 적산된 화상의 각 화소의 휘도값을 적산 매수로 제산함으로써 평균 화상을 생성하도록 구성되어 있다.
도 8a는 적산되기 전의 복수의 화상 중 하나의 화상의 휘도의 히스토그램을 나타내는 도면이다. 상술한 5개의 휘도 파라미터 중, 아날로그 파라미터는, 적산되기 전의 복수의 화상의 각각에 적용된다. 구체적으로는, 도 8a의 점선으로 나타내는 바와 같이, 동작 제어부(5)는, 저휘도 측과 고휘도 측에서 휘도가 포화되지 않는 한, 휘도 레인지를 넓히는 방향으로(즉 콘트라스트가 높아지는 방향으로) 아날로그 파라미터를 조정한다.
도 8b는 동일한 영역의 복수의 화상을 적산하고, 또한 적산된 화상의 각 화소의 휘도값을 적산 매수로 제산함으로써 얻어진 평균 화상의 휘도의 히스토그램을 나타내는 도면이다. 도 8b로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 화소의 적산된 휘도값이 적산 매수로 제산되므로, 랜덤 노이즈는 평균 화상으로부터 제거되어, SN비가 향상된 평균 화상이 얻어진다. 한편, 평균 화상의 휘도 레인지는 좁아진다(즉 콘트라스트가 저하된다).
그래서, 도 8c에 나타내는 바와 같이, 동작 제어부(5)는, 상술한 5개의 휘도 파라미터 중, 디지털 파라미터를 평균 화상에 적용하여, 휘도 레인지를 넓힌다(콘트라스트를 높인다). 즉, 도 8c의 히스토그램의 형상이, 점선으로 나타내는 기준 영역의 화상의 휘도의 히스토그램에 가까워지도록, 동작 제어부(5)는 디지털 파라미터의 설정값을 조정한다.
도 5로 되돌아가서, 스텝 2-8에서는, 동작 제어부(5)는, 상기 5개의 파라미터 중, 디지털 파라미터인 디지털 게인 및 디지털 오프셋의 조정된 설정값을, 상기 스텝 2-5에서 생성한 조정 영역의 화상의 화상 처리에 적용한다. 디지털 파라미터에 의해 휘도가 조정된 화상은, 동작 제어부(5)의 기억 장치(5a) 내에 보존된다.
스텝 2-9에서는, 동작 제어부(5)는, 상기 5개의 파라미터 중, 아날로그 파라미터인 PMT 파라미터, 아날로그 게인, 및 아날로그 오프셋의 조정된 설정값을 주사 전자 현미경(1)에 적용한다. 이들 아날로그 파라미터는, 다음에 화상을 생성하기 전에 주사 전자 현미경(1)에 적용된다.
스텝 2-10에서는, 동작 제어부(5)는 주사 전자 현미경(1)에 지령을 발하여, 다른 복수의 중간 영역의 복수의 화상을 주사 전자 현미경(1)이 연속하여 생성하게 한다. 이 스텝 2-10의 복수의 중간 영역도, 타깃 영역에 포함되는 영역이다. 복수의 중간 영역의 수는, 휘도 조정에 필요한 시간적 간격 또는 거리적 간격에 기초하여 정해져도 된다.
스텝 2-11에서는, 동작 제어부(5)는, 상기 스텝 2-7에서 조정된 디지털 파라미터인 디지털 게인 및 디지털 오프셋의 설정값을, 상기 스텝 2-10에서 생성한 복수의 중간 영역의 복수의 화상의 화상 처리에 적용한다. 복수의 중간 영역의 각 화상의 휘도는 디지털 파라미터에 의해 조정된다. 디지털 파라미터에 의해 휘도가 조정된 화상은, 동작 제어부(5)의 기억 장치(5a) 내에 보존된다.
스텝 2-12에서는, 동작 제어부(5)는, 모든 타깃 영역의 화상이 생성되었는지 여부를 판정한다. 모든 타깃 영역의 화상이 생성되어 있지 않은 경우에는, 동작 제어부(5)는, 스텝 2-6 이후를 반복한다. 모든 타깃 영역의 화상이 생성된 경우에는, 동작 제어부(5)는, 주사 전자 현미경(1)에 지령을 발하여, 타깃 영역의 화상 생성을 종료시킨다.
각 조정 영역 내의 패턴 밀도는, 기준 영역 내의 패턴 밀도에 근사하고 있다. 따라서, 각 조정 영역에 있어서의 파라미터의 조정은, 기준 영역에 있어서의 파라미터의 조정의 대체로 할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 휘도 조정을 할 때마다 기준 영역의 화상을 생성할 필요가 없다. 바꿔 말하면, 주사 전자 현미경(1)이, 조정 영역 및 중간 영역을 포함하는 다수의 타깃 영역의 화상을 생성하면서, 동작 제어부(5)는, 타깃 영역에 포함되는 복수의 조정 영역에 있어서 휘도를 조정할 수 있다. 결과적으로, 조정 영역 및 중간 영역을 포함하는 다수의 타깃 영역의 화상 생성의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태는 설명을 간편하게 하기 위해 워크피스의 패턴이 표면의 1층만 해상된 화상을 상정했지만, 1차 전자를 고가속하여 복수의 층의 패턴이 해상된 화상에서도, 복수층의 설계 데이터를 사용하여 마찬가지의 휘도 조정 방법을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 하층으로 감에 따라 검출기에 도달하는 전자가 적고, 검출 화상에 대한 휘도의 영향이 적어지는 경우에는, 설계값으로부터 산출한 층마다의 패턴 밀도에 일정한 비율을 곱하여, 실제의 검출 화상에 맞도록 감안하는 방법도 상정된다. 또한, 전자의 검출기는 다양한 종류가 있다. 예를 들어 2차 전자를 주로 검출하는 검출기나, 반사 전자를 주로 검출하는 검출기에서는, 각 층으로부터의 검출 화상에 부여하는 휘도의 영향은 상이하므로, 검출기의 종류에 맞춘 각 층의 공헌 비율을 감안하는 방법도 상정된다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있을 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
본 발명은 웨이퍼, 기판, 패널, 마스크 등의 워크피스 상의 패턴의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성하는 방법에 이용 가능하다.
1: 주사 전자 현미경
5: 동작 제어부
15: 전자총
16: 집속 렌즈
17: X 편향기
18: Y 편향기
20: 대물 렌즈
26: 전자 검출기
27: 신틸레이터
28: 광전자 증폭관
29: 아날로그 증폭기
30: 칼럼
31: 스테이지
32: 화상 취득 장치

Claims (4)

  1. 표면에 패턴이 형성되어 있는 워크피스의 화상을, 해당 화상의 휘도를 조정하면서 생성하는 방법이며,
    상기 워크피스의 표면 내의 기준 영역을 결정하고,
    상기 기준 영역의 패턴 밀도를, 상기 기준 영역 내의 패턴의 설계 데이터로부터 산정하고,
    상기 산정된 패턴 밀도와 소정의 범위 내에서 근사하는 패턴 밀도를 갖는 복수의 조정 영역을 결정하고,
    상기 기준 영역의 화상을 주사 전자 현미경으로 생성하고,
    상기 복수의 조정 영역 중 하나의 화상을 상기 주사 전자 현미경으로 생성하고,
    상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도의 히스토그램과, 상기 기준 영역의 화상의 휘도의 히스토그램의 차가 작아지도록, 상기 하나의 조정 영역의 화상의 휘도를 조정하기 위한 파라미터의 설정값을 조정하고,
    상기 워크피스의 표면 내의 복수의 중간 영역의 복수의 화상을 상기 주사 전자 현미경으로 생성하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파라미터는, 상기 주사 전자 현미경의 전자 검출 감도를 결정하는 아날로그 파라미터와, 화상 처리에 의해 휘도를 조정하기 위한 디지털 파라미터를 포함하고,
    상기 방법은, 상기 아날로그 파라미터의 설정값을 조정한 후에, 상기 아날로그 파라미터의 상기 조정된 설정값을 상기 주사 전자 현미경에 적용하고,
    상기 복수의 중간 영역의 복수의 화상의 화상 처리에, 상기 디지털 파라미터의 상기 조정된 설정값을 적용함으로써, 상기 복수의 화상의 휘도를 조정하는 공정을 더 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 조정 영역 중 하나의 화상을 상기 주사 전자 현미경으로 생성하는 공정으로부터, 상기 복수의 중간 영역의 상기 복수의 화상의 휘도를 조정하는 공정까지를 반복하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 밀도는, 대응하는 CAD 패턴의 폭과 길이의 관계에 의해 정의되는, 방법.
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