KR20230165120A

KR20230165120A - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR20230165120A
Application number: KR1020230054589A
Authority: KR
Inventors: 데쯔로 가도와끼; 다께요시 오하시; 다꾸마 야마모또
Original assignee: 주식회사 히타치하이테크
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2023-12-05
Also published as: US20230411111A1; JP2023173681A

Abstract

시료의 계측에 요하는 시간을 단축하여, 고스루풋으로 시료를 계측하는 것을 가능하게 한다.
이 하전 입자선 장치는, 레시피에 대응하는 보정값 테이블을 기억하는 기억 장치와, 레시피로 정해진 측정 순번에 따라서 시료의 복수의 측정점에 대하여 측정을 실행하는 컴퓨터 시스템을 구비한다. 컴퓨터 시스템은, 제1 시료에 대하여 레시피를 실행하는 경우에, 제1 시료의 복수의 측정점의 각각에 있어서의, 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과를 상기 보정값 테이블에 기억시키고, 제1 시료와는 다른 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 복수의 측정점의 각각에 있어서, 보정값 테이블에 기억된 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과에 기초하여 촬상 조건을 조정한다.

Description

하전 입자선 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}

본 개시는, 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

시료의 각종 형상을 계측하기 위한 디바이스로서, 주사형 전자 현미경 등의 하전 입자선 장치가 알려져 있다. 시료는, 일례로서는, 복수층을 중첩하여 형성되는 반도체 디바이스이다. 반도체 디바이스는 일반적으로, 포토마스크에 형성된 패턴을 리소그래피 처리나 에칭 처리에 의해 웨이퍼 상에 전사하는 공정을 반복하여, 복수의 층을 중첩함으로써 제조된다. 이와 같은 제조 프로세스에 있어서, 복수층간의 중첩 오차의 관리가 수율을 향상시키기 위해 중요해지고 있다.

반도체 디바이스의 근년의 미세화의 진전에 수반하여, 반도체 디바이스의 상층과 하층의 중첩 오차를 고정밀도로 계측할 필요성이 높아지고 있다. 고정밀도의 중첩 오차의 계측의 실현을 위해, 주사형 전자 현미경을 사용한 검사에 있어서도, 웨이퍼 1매당 필요한 측정 점수가 해마다 증가하고 있어, 1측정점당의 측정 시간 단축의 요청이 높아져 가고 있다.

측정 시간의 단축의 요청에 부응하는 기술로서, 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 이 특허문헌 1에는, 오토 포커스에 요하는 시간의 단축을 위해, 광학식 높이 검출기를 사용하여 웨이퍼의 높이 분포를 미리 취득해 두고, 각 계측점의 합초 높이를 예측하여 오토 포커스를 실행하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은, 베어 웨이퍼를 사용하여 높이 분포를 미리 취득하는 것이며, 계측 시간의 단축을 위해서는 충분하지 않다.

일본 특허 제3542478호 공보

본 개시는, 시료의 계측에 요하는 시간을 단축하여, 고스루풋으로 시료를 계측하는 것을 가능하게 하는 하전 입자선 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 시료에 하전 입자빔을 조사함으로써 상기 시료를 측정하는 하전 입자선 장치에 있어서, 레시피에 대응하는 보정값 테이블을 기억하는 기억 장치와, 상기 레시피로 정해진 측정 순번에 따라서 상기 시료의 복수의 측정점에 대하여 측정을 실행하는 컴퓨터 시스템을 구비한다. 상기 컴퓨터 시스템은, 제1 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 제1 시료의 복수의 측정점의 각각에 있어서의, 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과를 상기 보정값 테이블에 기억시키고, 상기 제1 시료와는 다른 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 복수의 측정점의 각각에 있어서, 상기 보정값 테이블에 기억된 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과에 기초하여, 상기 촬상 조건을 조정한다.

본 개시에 의하면, 시료의 계측에 요하는 시간을 단축하여, 고스루풋으로 시료를 계측하는 것을 가능하게 하는 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 2는 기억 장치(120)에 기억되는 보정값 테이블의 일례를 도시한다.
도 3은 제1 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 보정값 테이블의 보정값의 취득 및 보정값의 반영을 위한 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 보정값 테이블의 보정값의 취득 및 보정값의 반영을 위한 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 보정값 테이블의 보정값의 취득 및 보정값의 반영을 위한 동작을 설명하는 개략도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 보정값 테이블의 보정값의 취득 및 보정값의 반영을 위한 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 제2 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 8은 제2 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 9는 제6 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 10은 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 11은 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 12는 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 13은 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 14는 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 15는 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 16은 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 17은 제8 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 18은 제9 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 19는 제9 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명하는 개략도이다.
도 20은 제9 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 실시 형태에 대하여 설명한다. 첨부 도면에서는, 기능적으로 동일한 요소는 동일한 번호로 표시되는 경우도 있다. 또한, 첨부 도면은 본 개시의 원리에 따른 실시 형태와 실장예를 나타내고 있지만, 이들은 본 개시의 이해를 위한 것이며, 결코 본 개시를 한정적으로 해석하기 위해 사용되는 것은 아니다. 본 명세서의 기술은 전형적인 예시에 지나지 않고, 본 개시의 특허 청구 범위 또는 적용예를 어떤 의미에 있어서도 한정하는 것은 아니다.

본 실시 형태에서는, 당업자가 본 개시를 실시하는 데 충분히 상세하게 그 설명이 이루어져 있지만, 다른 실장·형태도 가능하고, 본 개시의 기술적 사상의 범위와 정신을 일탈하지 않고 구성·구조의 변경이나 다양한 요소의 치환이 가능한 것을 이해할 필요가 있다. 따라서, 이후의 기술을 이것에 한정하여 해석해서는 안된다.

이하의 실시 형태에서는, 하전 입자선 장치의 일례로서 주사 전자 현미경을 사용한 예를 설명하지만, 이것은 본 개시의 단순한 일례이며, 본 개시는 이하 설명하는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 개시에 있어서 하전 입자선 장치란, 하전 입자선을 사용하여 웨이퍼 등의 시료의 화상을 촬상하는 장치를 폭넓게 포함하는 것으로 한다. 하전 입자선 장치의 일례로서, 주사형 전자 현미경을 사용한 검사 장치, 리뷰 장치, 패턴 계측 장치를 들 수 있다. 또한, 범용의 주사형 전자 현미경이나, 주사형 전자 현미경을 구비한 웨이퍼 가공 장치나 웨이퍼 해석 장치에도 적용 가능하다. 또한, 이하에서 하전 입자선 장치란, 상기 하전 입자선 장치가 네트워크로 접속된 시스템이나 상기 하전 입자선 장치의 복합 장치도 포함하는 것으로 한다.

[제1 실시 형태]

도 1의 개략도를 참조하여, 제1 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 제1 실시 형태의 주사 전자 현미경은, 촬상 장치(101)를 가짐과 함께, 촬상 장치(101)를 제어하는 제어부(118), 제어를 위한 각종 데이터를 기억하는 기억 장치(120)를 구비한다.

촬상 장치(101)는, 그 내부에 전자원(102), 수렴 렌즈(103), 편향 코일(104), 대물 렌즈(105), 검출기(106), 검출기(107), 정전 척(109), 스테이지 가동부(110), 광원(121), 높이 센서(122), 온도 센서(123, 124)를 포함한다.

전자원(102)으로부터 사출된 1차 전자는, 수렴 렌즈(103) 및 대물 렌즈(105)에 의해 수렴되고, 편향 코일(104)에 의해 웨이퍼(108)(시료) 상에서 이차원적으로 주사된다. 전자원(102)은, 고전압 전원(111)으로부터 공급되는 고전압에 의해 1차 전자를 발생·사출시킨다. 수렴 렌즈(103)는 수렴 렌즈 제어부(112)에 의해 제어되고, 편향 코일(104)은 편향 코일 제어부(114)에 의해 제어된다. 또한, 대물 렌즈(105)의 초점 위치는, 초점 높이 제어부(115)에 의해 제어된다.

1차 전자의 조사에 의해 웨이퍼(108) 상으로부터 발생한 신호 전자는, 운동 에너지에 따라서, 2차 전자와 반사 전자로 분류되고, 각각 검출기(106 및 107)에 의해 검출된다. 검출기(106 및 107)로부터의 출력은, 화상 연산부(113)에 공급되어, 2차 전자 및 반사 전자에 기초하는 화상의 연산·생성이 행해진다. 화상 연산부(113)는, 1차 전자의 주사 위치를 화소에 대응지음으로써 화상을 생성한다. 생성된 화상은, 제어부(118)를 거쳐, 입출력부(119)(예를 들어 모니터 등)에 보내져, 웨이퍼(108)의 SEM 화상이 표시된다.

정전 척(109) 및 스테이지 가동부(110)는, 웨이퍼(108)를 탑재하기 위한 스테이지를 구성한다. 정전 척(109)은, 검사 대상물(시료)인 웨이퍼(108)를 정전 흡착하여 보유 지지하도록 구성된다. 스테이지 가동부(110)는, 스테이지 제어부(116)에 의한 제어에 의해 제어되고, 정전 척(109)과 함께 웨이퍼(108)를 2차원 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 정전 척(109) 상에 정전 흡착된 웨이퍼(108)의 높이는, 광원(121)으로부터 조사되어 웨이퍼(108)의 표면에서 반사되어 높이 센서(122)에 수광되는 광에 기초하여 계측된다. 또한, 온도 센서(123, 124)의 검출 신호는, A/D 변환기(125)에서 디지털 신호로 변환되어 제어부(118)에 공급된다.

제어부(118)는, 고전압 전원(111), 수렴 렌즈 제어부(112), 편향 코일 제어부(114), 초점 높이 제어부(115), 스테이지 제어부(116), 높이 연산부(117)를 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 제어부(118)는, 화상 연산부(113), 높이 연산부(117), 및 A/D 변환기(125)로부터 얻어진 연산 데이터에 따라, 웨이퍼(108)의 패턴 등의 형상을 계측함과 함께, 웨이퍼(108)의 높이나 온도 등을 연산한다. 촬상 장치(101)는, SEM을 구성하고 있다. 또한, 주사형 전자 현미경에는 진공 용기, 웨이퍼 반송 시스템 등도 탑재되어 있지만, 도 1에서는 설명의 간단화를 위해 도시를 생략하였다.

또한, 웨이퍼(108)에 대한 1차 전자의 입사각(빔 틸트각)이 원하는 각도가 되도록, 1차 전자가 주사되는 경우도 있다. 전자원(102)에서는 고전압 전원(111)을 사용하여 전자총의 음극과 양극 사이에 가해진 전압을 변경할 수도 있어, 가속된 전자가 방출된다. 이 전압을 가속 전압이라 칭한다. 제1 실시 형태의 하전 입자선 장치에서도, 복수의 가속 전압 조건에서 1차 전자를 조사하는 것이 가능하다.

기억 장치(120)에는, 레시피, 및 레시피와 결부된 보정값 테이블, 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap 등이 기억된다. 레시피란, 웨이퍼(108) 등의 측정을 실시하는 경우에 있어서, 그 측정의 실행 수순을, 측정점의 좌표나 측정 조건과 함께 지정하는 데이터군이다. 측정 조건이란, 시야 사이즈, 촬상 배율, 패턴의 설계 치수 등을 포함하는 정보를 가리킨다. 이후에서는, 레시피에 따라서 1매의 웨이퍼에 대하여 일련의 측정을 실시하는 것을, 단순히 「레시피를 실행한다」라고 기술한다. 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap는, 레시피 실행보다 전에 취득되는 웨이퍼(108)(베어 웨이퍼)의 표면의 높이 분포에 관한 정보이다. 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap의 취득 방법이나 활용 방법에 대해서는 후술한다.

도 2에 기억 장치(120)에 기억되는 보정값 테이블의 예를 도시한다. 보정값 테이블이란, 레시피를 실행하였을 때의 측정점의 순번, 좌표, 초점 높이의 조정 결과, 경과 시간, 웨이퍼 온도 등을 집약한 데이터군이다. 도 2에 도시한 항목은 일례이며, 운용 방법에 따라서는, 도시 이외의 항목을 추가해도 되고, 도시한 항목을 삭제해도 된다.

다음에, 도 3 내지 도 6의 흐름도 및 개략도를 참조하여, 제1 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 보정값 테이블의 보정값의 취득·및 보정값의 반영을 위한 동작을 설명한다.

먼저, 레시피에 등록되어 있는 보정값 취득 설정 데이터를 읽어낸다(스텝 S301). 이 설정에 대한 상세한 설명은 후술한다.

다음에, 스텝 S302에 있어서, 보정값 테이블을 취득할지 여부가 판정된다. 예를 들어, 스텝 S301에서 읽어낸 보정값 취득 설정 데이터에 있어서, 보정값 테이블을 취득하는 선택으로 되어 있었던 경우, 혹은 실행하는 레시피에 결부되는 보정값 테이블이 기억 장치(120) 중에 존재하지 않는 경우, 보정값 테이블을 취득하는 플로(스텝 S303)로 이행한다. 한편, 보정값 테이블을 취득하는 설정으로 되어 있지 않은 경우에는, 이미 취득되어 있는 보정값 테이블을, 레시피에 따른 측정의 결과에 반영시키는 보정값 반영 플로(스텝 S304)를 실행한다.

도 4의 흐름도를 참조하여, 보정값 테이블 취득 플로(스텝 S303)의 상세를 설명한다. 여기에서는, 보정값(ΔOBJ(i))을 산출하기 위해 필요한 처리에 대하여 설명한다. 이후의 설명에 있어서, 레시피에 등록된 측정점의 수를 n점으로 하고, 설명에 사용하는 변수 i(=1, 2, 3 …, n)는, 레시피 내의 임의의 측정점의 순번을 나타낸다.

먼저, 레시피에 등록되어 있는 i번째의 측정점에, 1차 전자를 조사할 수 있도록, 스테이지 가동부(110)를 구동한다(스텝 S401). 스테이지 가동부(110)는, 스테이지 제어부(116)로부터의 제어 신호에 의해 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 웨이퍼(108)는 정전 척(109)에 의해 정전 흡착되어 강력하게 보유 지지되어 있기 때문에, 웨이퍼(108)는 스테이지 가동부(110)를 이동시켜도 스테이지 가동부(110)로부터 이격되는 일은 없다.

다음에, 스텝 S401에서 이동한 측정점에 있어서 적절한 밝기의 화상을 취득하기 위해, 밝기 및 콘트라스트의 제어(ABCC: Automatic Brightness and Contrast Control)를 실시한다(스텝 S402). 이 ABCC는, 화상 연산부(113)에 있어서의 화상 신호의 증폭률을 조정하는 처리로서 실행될 수 있다. ABCC의 조정은, 밝기 조정값(휘도값)과 콘트라스트 조정값(콘트라스트값)을, 웨이퍼(108)의 재료나, 웨이퍼(108)의 대전 상태 등에 따라 결정함으로써 행할 수 있다.

다음에, i번째의 측정점의 측정이 종료되는 시각 T(i)의 데이터를 취득한다(스텝 S403). 그리고, 1번째의 측정점의 측정이 종료되고 나서 i번째의 측정점의 측정이 종료될 때까지의 경과 시간 ΔT(i)(=T(i)-T(1))를 계측한다.

다음에, 웨이퍼(108)의 온도 W(i)를 측정한다(스텝 S404). 웨이퍼(108)의 온도는, 센서(123, 124)로 계측할 수 있고, 온도의 계측 신호(아날로그 신호)는, A/D 변환기(125)에서 디지털 데이터로 변환된다.

다음에, 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap를 읽어내어, i번째의 측정점에서의 웨이퍼 높이 Z(i)를 예측하고, 1차 전자의 초점 높이를 조정한다(스텝 S405). 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap의 취득 방법을 이하에 나타낸다. 웨이퍼(108)(베어 웨이퍼)의 면내의 임의의 점의 높이를 계측하는 경우, 광원(121)으로부터 웨이퍼(108)의 당해 임의의 점에 대하여 비스듬히 광을 조사한다. 당해 임의의 점에서 반사된 조사광은 높이 센서(122)에 입사한다. 이 높이 센서(122)에서 얻어진 신호를 높이 연산부(117)에서 웨이퍼(108)의 높이 정보로 변환한다. 이와 같은 계측을 웨이퍼(108)의 전체면에 있어서, 평면 상에 임의의 간격으로 실시함으로써, 웨이퍼(108)의 면내의 높이 분포를 취득하고, 그 측정 결과의 집합을 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap로서 취득할 수 있다. 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap는 기억 장치(120)에 기억되고, 레시피 실행 시에 읽어내어진다. 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap의 취득 시에 계측의 대상이 되는 웨이퍼(108)는, 어떤 가공도 되어 있지 않은 베어 웨이퍼이다. 베어 웨이퍼를 사용하는 이유로서는, 광원(121)으로부터 조사된 광이 표면 패턴에 의해 산란되어, 정확하게 높이를 계측하는 것이 곤란해지기 때문이다.

다음에, 오토 포커스를 실행하여, 1차 전자가 웨이퍼(108) 상에 합초하도록 초점 높이 OBJ(i)를 조정한다(스텝 S406). 오토 포커스란, 웨이퍼(108)의 표면에 1차 전자가 합초되도록, 예를 들어 초점 높이 제어부(115)의 제어에 의해, 대물 렌즈(105)의 초점 위치를 자동적으로 제어하는 동작이다. 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap에 따른 1차 전자의 초점 높이 Z(i)로부터 거리 d1만큼 이격된 위치를 초기 위치로 하여, 초점 높이를 변화시키면서 복수매의 화상을 취득한다. 그것들의 복수의 화상의 첨예도를 비교하여, 최적의 초점 높이를 산출하고, 초점 높이 제어부(115)에 의해 대물 렌즈의 전류를 제어하여 웨이퍼(108)에 합초하는 초점 높이 OBJ(i)를 설정한다.

다음에, 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap 반영 후의 1차 전자의 초점 높이 Z(i)와, 오토 포커스 실행 후의 1차 전자의 초점 높이 OBJ(i)의 차분으로서의 조정값 ΔOBJ(i)(=OBJ(i)-Z(i))를 산출한다(스텝 S407).

다음에, i번째의 측정점의 좌표(X(i), Y(i))를 취득한다(스텝 S408). 그리고, 그 i번째의 측정점에 대한 얻어진 각종 데이터(좌표, 조정값 ΔOBJ(i), 경과 시간 ΔT(i), 웨이퍼 온도 W(i))를 보정값 테이블에 기입한다(스텝 S409).

계속해서, 레시피에 등록된 측정 조건에 따라서 웨이퍼(108)를 촬상하고, 및 각종 측정, 예를 들어 웨이퍼(108)의 상층과 하층 사이의 중첩 오차의 측정을 실시한다(스텝 S410). 전부의 측정점에 관해 종료될 때까지 상기의 수순이 반복된다(스텝 S411).

도 5는 레시피 내의 i-1번째의 측정점과 i번째의 측정점의 측정 중에 있어서의 초점 높이 OBJ의 변화의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 5의 상단의 도면은 웨이퍼(108)와 정전 척(109)의 평면도를 나타내고 있고, 중단의 도면은 그 종단면도를 나타내고 있다. 또한, 하단의 그래프는, i-1번째의 측정점과, i번째의 측정점 사이에서의 초점 높이 OBJ의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5의 중단의 도면에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(108)는, 제조 공정 중의 CMP나 에칭 등에 의해, 그 면내의 높이 분포가 균일하지 않은 경우가 있을 수 있다. 또한, 정전 척(109)은, 촬상 장치(101)에 대한 조립 시에 완전히 수평으로 조립되어 있지 않은 경우가 있을 수 있다.

도 5의 하단의 도면에 도시한 바와 같이, i번째의 측정점에서는, 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap의 반영에 의해 정전 척(109)에 기인하는 높이 변화가 보정되어 초점 높이 Z(i)가 얻어지지만, 웨이퍼(108)에 기인하는 높이 변화는 보정되지 않고 남는다. 이것은, 오토 포커스 동작이 실행됨으로써 보정되고, 초점 높이 OBJ(i)가 얻어져, 조정값 ΔOBJ(i)가 계산된다.

도 6의 흐름도를 참조하여, 도 3의 스텝 S304의 보정값 반영 플로의 상세를 설명한다. 여기에서는, 도 3의 스텝 S303에 의해 취득된 보정값을 반영시키는 처리에 대하여 설명한다.

먼저, 레시피에 등록되어 있는 i번째의 측정점에, 1차 전자를 조사할 수 있도록 스테이지 가동부(110)를 이동시킨다(스텝 S601). 다음에, i번째의 측정점에 있어서 적절한 밝기의 화상을 취득하기 위해, ABCC를 실시한다(스텝 S602).

계속해서, i번째의 측정점의 측정이 종료되는 시각 T'(i)의 데이터를 취득한다(스텝 S603). 경과 시간 T'(i)는, 통상, 스텝 S403에서 취득한 경과 시간 T(i)로 할 수 있다. 그리고, 1번째의 측정점의 측정이 종료되고 나서 i번째의 측정점의 측정이 종료될 때까지의 경과 시간 ΔT'(i)(=T'(i)-T'(1))를 계측한다.

다음에, 웨이퍼 온도 W'(i)를 취득한다(스텝 S604). 웨이퍼 온도 W'(i)는, 통상, 스텝 S404에서 취득한 웨이퍼 온도 데이터 W(i)로 할 수 있다.

다음에, i번째의 측정점에 관해, 기억 장치(120)로부터 읽어내어진 베어 웨이퍼 높이 정보 Zmap에 따라, i번째의 측정점의 웨이퍼 높이를 예측하고, 그 예측에 따라, 1차 전자의 초점 높이를 Z'(i)로 조정한다(스텝 S605). 계속해서, 기억 장치(120)로부터 보정값 테이블을 읽어내어, i번째의 측정점에 대응하는 조정값 ΔOBJ(i)를 특정하고, 이것을 1차 전자의 초점 높이에 반영한다(스텝 S606). 조정값 ΔOBJ(i)를 반영 후의 초점 높이 OBJ_x(i)가 얻어진다.

이와 같이 하여 얻어진, 조정값 ΔOBJ(i)의 반영 후의 초점 높이 OBJ_x(i)에 따라서, 고속 오토 포커스를 실행하여, 1차 전자의 초점 높이를 OBJ'(i)로 조정한다(스텝 S607). 이 오토 포커스 동작은, 도 4의 스텝 S403의 오토 포커스 동작과 비교하여, 초기 위치를 현재의 1차 전자의 초점 높이로부터 d2(<d1)만큼 이격시킴으로써 실행될 수 있다. 초기 위치가 가까운 분만큼, 보다 고속으로 합초 위치에 도달하는 것이 가능해진다. 바꾸어 말하면, 제조 프로세스에 기인하는 조정값 ΔOBJ(i)를 초점 높이에 가산한 위치로부터 오토 포커스 동작을 개시하기 때문에, 실패에 의한 오토 포커스의 재실행의 리스크를 저감하여, 고속 오토 포커스 동작을 실현할 수 있다.

이와 같이 하여 보정값 테이블에 의한 보정값을 반영한 상태에서, 레시피에 등록된 측정 조건에 따라서 촬상 및 측정이 실시된다(스텝 S608). 상기 처리가, 레시피에 등록된 모든 측정점에 관해 반복된다(스텝 S609).

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태의 주사형 전자 현미경에 의하면, 제조 프로세스에 기인하는 조정값 ΔOBJ(i)를 초점 높이에 가산한 위치로부터 오토 포커스 동작을 개시하기 때문에, 실패에 의한 오토 포커스의 재실행의 리스크를 저감하여, 고속 오토 포커스 동작을 실현할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음에, 도 7을 참조하여 제2 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 장치의 전체 구성, 및 기본 동작은 제1 실시 형태(도 1 내지 도 6)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 상위점에 대해서만 설명한다.

이 제2 실시 형태에서는, 보정값 테이블을 갱신 가능하게 제어부(118)가 구성되어 있다. 구체적으로는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여 보정값의 반영 플로(도 6)를 실행한 후, 조정값 ΔOBJ(i)를 반영 후의 초점 높이 OBJ_x(i)와, 고속 오토 포커스 동작 실행 후의 초점 높이 OBJ'(i)의 차분을 오차 E(i)(=OBJ'(i)-OBJ_x(i))로서 산출한다(환언하면, 고속 오토 포커스에 의한 포커스 조정 전후에서의 초점 높이의 차분(=OBJ'(i)-OBJ_x(i))을 조정값 ΔOBJ(i)의 오차로서 산출한다). 그리고, 도 7에 도시한 바와 같이, 이 오차 E(i)를 디스플레이 등에 있어서 표시한다. 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(108)에 있어서의 복수의 측정점의 위치를 나타내는 그래픽 표시와, 그 복수의 측정점의 각각에 있어서의 도트 표시에 의해, 오차 E(i)를 표시할 수 있다. 오차 E(i)의 크기는, 도 7과 같이 색 구분된 도트에 의해 표시할 수 있다. 이것 대신에, 수치나 도트의 형상의 차이에 의해 오차 E(i)를 표시하는 것도 가능하다. 이 도 7의 화면의 표시와 같이, 오차 E(i)를 측정점마다 표시함으로써, 오차 E(i)의 분포를 확인할 수 있다.

오퍼레이터는, 이 디스플레이의 표시에 의해, 보정값 테이블의 보정값을 반영 후에 있어서 발생하는 오차 E(i)를 확인하고, 기억 장치(120)에 기억되어 있는 보정값 테이블의 보정값의 양부를 판단한다. 조정값 ΔOBJ(i)가 정확하지 않다고 판단되는 경우에는, 기존의 보정값 테이블을 파기하고, 오차 ΔE(i)를 반영한 새로운 보정값 테이블을 다시 취득할(갱신할) 수 있다. 도 7의 화면 우측 하단의 갱신 「"예"」의 아이콘을 누름으로써, 보존된 보정값 테이블 대신에, 측정된 오차 ΔE(i)를 반영한 보정값 테이블을 취득할 수 있다. 반대로 「"아니오"」의 아이콘이 눌러짐으로써, 보존된 보정값 테이블이 계속해서 사용될 수 있다.

도 7은 보정값 테이블의 갱신의 결정을 오퍼레이터에게 선택시키는 경우의 화면을 예시한 것이지만, 이 보정값 테이블의 갱신을, 오퍼레이터의 선택에 상관없이 자동적으로 실행시키도록 해도 된다(자동 갱신). 또한, 보정값 테이블은 갱신하지 않고, 최초로 생성된 보정값 테이블이 계속적으로 사용되도록 해도 된다(갱신없음).

도 8의 (a)에 보정값 테이블의 설정에 관한 GUI 화면의 일례를 도시한다. 이 GUI 화면은, 보정값 테이블의 보정값을 반영시킨 후에 있어서의 오차가 소정값 이상이 된 경우에 보정값 테이블을 자동 갱신할지(자동 갱신), 갱신 전에 오퍼레이터에게 갱신할지 여부를 선택시킬지(갱신 전에 확인), 또는 보정값 테이블을 갱신하지 않을지(갱신하지 않음)를 선택시키기 위한 화면이다. 또한, 도시의 3개 이외의 선택지를 추가로 표시할 수도 있다. 「갱신 전에 확인」이 선택되면, 도 7의 화면이 표시되어, 보정값 테이블을 갱신할지 여부를 오퍼레이터에게 선택("예" 또는 "아니오")시킬 수 있다. 「자동 갱신」이 선택되는 경우, 도 7의 화면은 표시되지만, "예"/"아니오"의 아이콘이 눌리지 않고, 보정값 테이블이 자동적으로 갱신되고, 갱신되었다는 취지가 디스플레이 화면 상에 표시된다.

도 8의 (b)는 보정값 테이블의 설정에 관한 GUI 화면의 다른 예를 도시한다. 이 GUI 화면에서는, 보정값 테이블의 「자동 갱신」, 「갱신 확인」, 「갱신 없음」을 선택하는 것에 더하여, 보정 항목을 선택하는 화면도 표시하고 있다. 이 도시한 예에서는, 포커스에 더하여, ABCC, 빔 틸트각에 관한 보정도 실시할지 여부를 선택 가능하게 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 이 제2 실시 형태에 따르면, 보정값 테이블을 자동적으로, 또는 오퍼레이터의 선택을 통해 갱신 가능하게 되어 있어, 제1 실시 형태와 비교하여 더욱 오토 포커스 동작의 고속화를 도모하는 것이 가능해진다.

[제3 실시 형태]

다음에, 제3 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 장치의 전체 구성, 및 기본 동작은 제1 실시 형태(도 1 내지 도 6)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 상위점에 대해서만 설명한다.

이 제3 실시 형태에서는, 1개의 레시피에 대하여 보정값 취득 플로가 복수회 실행되고, 기억 장치(120)에는, 1개의 레시피에 대하여 보정값 테이블이 복수개 기억되어 있고, 이 점에 있어서 전술한 실시 형태와 다르게 되어 있다. j개의 보정값 테이블을 갖고 있는 경우, 도 6의 스텝 S606에서 반영하는 조정값 ΔOBJ_ave(i)는, 다음의 [수학식 1]과 같이, j개의 조정값 ΔOBJ(i)의 가산 평균에 의해 산출할 수 있다.

[수학식 1]

ΔOBJ_ave(i)=(ΔOBJ_1(i)+ΔOBJ_2(i)+ … +ΔOBJ_j(i))/j

여기서, ΔOBJ_k(i)(k=1, 2, …j)는, k개째(k=1, 2, …, j)의 보정값 테이블의 i번째의 측정점에 있어서의 보정값을 나타내고 있다. 균일한 평균값으로 하는 것 대신에, 가중 평균이나 중간값을 계산하는 것도 가능하다.

이와 같은 조정값 ΔOBJ_ave(i)를, 웨이퍼(108) 상의 복수의 측정점에 관하여 취득하고, 보정값 테이블이 취득되어, 기억 장치(120)에 기억된다. 이 보정값 테이블을 사용함으로써, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 레시피 실행의 개시 전에 조정값 ΔOBJ_ave(i)를 미리 작성하고, 기억 장치(120)에 기억해도 되고, 조정값 ΔOBJ_ave(i)는 미리 계산하지 않고, 개개의 측정점에 있어서의 처리의 도중에 병행하여 조정값 ΔOBJ_ave(i)를 계산하여, 적용해도 된다.

[제4 실시 형태]

다음에, 제4 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 장치의 전체 구성, 및 기본 동작은 제1 실시 형태(도 1 내지 도 6)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 상위점에 대해서만 설명한다.

제4 실시 형태는, 보정값 테이블에 포함되는 조정값 ΔOBJ(i)에 더하여, 레시피의 실행 개시로부터의 경과 시간 T(i)나 웨이퍼 온도 W(i)를 가미한 수정항을 사용하여 초점 높이를 산출하는 구성으로 되어 있고, 이 점에서 전술한 실시 형태와 다르게 되어 있다. 레시피 실행 개시로부터의 경과 시간 T(i)가 다르면, 대물 렌즈(105)나 각 제어부, 촬상 장치(101)의 온도도 변화된다. 이와 같은 온도 변화가 발생하면, 1차 전자의 초점 높이가 변화된다.

경과 시간 T(i)가 복수의 측정 동안에 대략 동일한 것이면, 제1 실시 형태와 같이, 고정의 조정값 ΔOBJ(i)로 충분히 보정이 이루어진다. 그러나, 경과 시간 T(i)는, 오토 포커스의 리트라이 횟수나 계측 에러 횟수 등에 의해 복수의 측정간에서 다르다. 이 때문에, 고정의 조정값 ΔOBJ(i)를 복수의 측정간에서 사용하는 경우, 고속 오토 포커스의 실행이 불가능해져, 측정의 실패로 이어질 우려가 있다. 따라서, 조정값 ΔOBJ(i)를 취득하였을 때의 경과 시간 T(i)와, 조정값 ΔOBJ(i)를 반영시킬 때의 경과 시간 ΔT'(i)의 차분을 입력으로 하는 함수 F(T)를 사용하여, 경과 시간에 의한 높이 변화의 수정항 ΔZ_T(i)를 이하의 [수학식 2]와 같이 산출한다. 산출한 수정항 ΔZ_T(i)는, 스텝 S606의 조정값 ΔOBJ(i)의 반영 시에 있어서, 조정값 ΔOBJ(i)에 더하여 초점 높이에 반영될 수 있다.

[수학식 2]

ΔZ_T(i)=F(ΔT'(i)-ΔT(i))

경과 시간 T(i)의 차이에 의한 온도 변화와 마찬가지로, 웨이퍼(108)나 정전 척(109)은 온도에 따라 휨의 상태가 변화되기 때문에, 휨을 보정할 필요가 있다. 따라서, 각 측정점의 처리 중에 취득한 웨이퍼 온도 W(i)를 사용하여, 높이 변화를 파악할 필요가 있다. 웨이퍼(108)의 중심의 좌표(X0, Y0), 측정점의 좌표(X, Y), 웨이퍼 온도 W(i)를 입력으로 하는 함수 G(X, Y, W, X0, Y0)를 사용하여, 웨이퍼(108)의 온도에 의한 높이 변화의 수정항 ΔZ_W(i)를 산출한다.

[수학식 3]

ΔZ_W(i)=G((X'(i)-X(i)), (Y'(i)-Y(i)), (W'(i)-W(i)), X0, Y0)

산출한 수정항 ΔZ_W(i)는, 스텝 S606의 조정값 ΔOBJ(i) 반영 시에 있어서, 조정값 ΔOBJ(i)나 수정항 ΔZ_T(i)에 더하여 초점 높이에 반영될 수 있다.

또한, 상술한 함수 F 및 G는, 시뮬레이션 등을 사용하여 미리 결정해도 되고, 복수의 보정값 테이블의 값을 사용하여 최적이 되도록 결정해도 된다. 또한, 수정항 ΔZ_T(i)나 ΔZ_W(i)의 산출에는, 딥 러닝이나 기계 학습 등의 방법에 의한 AI가 사용되어도 된다.

추가하여, 상기 설명에서는, 경과 시간 T(i)의 함수 F와, 웨이퍼 온도 W(i) 및 좌표의 함수 G를 나누어 설명하였지만, 보정값 테이블에 기억되는 모든, 혹은 일부의 데이터를 사용하여 최적의 초점 위치의 보정값을 산출해도 된다. 이와 같은 다수의 파라미터로부터의 최적값의 추정에는, 딥 러닝이나 기계 학습 등의 방법에 의한 AI가 사용되어도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 제4 실시 형태에 따르면, 레시피 중의 경과 시간 T(i)나 웨이퍼 온도 W(i)를 가미한 수정항을 사용하여 초점 높이를 산출하기 때문에, 전술한 실시 형태에 비해도 더욱 고속의 오토 포커스 동작을 실행하는 것이 가능해진다.

[제5 실시 형태]

다음에, 제5 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 장치의 전체 구성, 및 기본 동작은 제1 실시 형태(도 1 내지 도 6)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 상위점에 대해서만 설명한다.

이 제5 실시 형태에서는, 보정값 테이블에 기초하여, 초점 높이의 보정에 더하여, ABCC(휘도값과 콘트라스트값)나, 빔 틸트각에 대해서도 보정하도록 구성되어 있고, 이 점에 있어서 전술한 실시 형태와 다르게 되어 있다.

이 제5 실시 형태에서도, 보정값 테이블을 제1 실시 형태와 마찬가지로 취득하고, 이것을 다른 웨이퍼에서의 고속 오토 포커스 동작 시에 반영시킨다(도 3, 도 6). ABCC의 조정 결과는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 스텝 S402에 있어서 취득될 수 있다. 단, 이 제5 실시 형태에서는, 스텝 S402에서 취득된 ABCC의 휘도값과 콘트라스트값이, 스텝 S409에 있어서의 데이터 기입 시에 보정값 테이블에 기입된다. 그 후, 도 6의 스텝 S602에서는, 보정값 테이블로부터 읽어낸 휘도값과 콘트라스트값을 반영시켜 ABCC를 실행한다. ABCC의 조정 결과는, 주로 시료의 대전 상태에 따라 변화되는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 동일한 측정 순번으로 레시피를 실행하는 경우에는, 시료의 대전 상태는 재현된다. 따라서, 상기와 같이, 동일한 웨이퍼에서 실행되어 보정값 테이블에 기입된 ABCC의 조정의 결과를, 다른 웨이퍼의 측정 시에 사용하는 것이 가능해진다. 이에 의해, ABCC에 요하는 시간을 단축할 수 있다.

빔 틸트각의 보정에 대해서도 마찬가지이다. 온도 변화에 의한 웨이퍼(108)의 휨이나, 측정점의 위치의 상이에 의해, 최적의 입사 1차 전자의 빔 틸트각이 결정된다. 웨이퍼(108)의 웨이퍼 온도 W'(i), 측정점의 좌표(X, Y), 및 웨이퍼(108)의 중심의 좌표(X0, Y0)를 입력으로 하는 함수 H(X, Y, W, X0, Y0)를 사용하여, 기준 각도로부터의 빔 틸트각 조정량 ΔTilt(i)를 산출할 수 있다. 산출한 최적 빔 틸트각 조정량 ΔTilt(i)는, 예를 들어 도 6의 스텝 S602에 있어서의 ABCC 실행 시에 있어서 반영시킬 수 있다.

[수학식 4]

ΔTilt(i)=H((X'(i)-X(i)), (Y'(i)-Y(i)), (W'(i)-W(1)), X0, Y0)

ABCC 조정 결과나 빔 틸트각의 산출에는, 딥 러닝이나 기계 학습 등의 방법에 의한 AI가 사용되어도 된다. 또한, ABCC 조정 결과나 빔 틸트각은, 다른 방법으로 산출된 조정 결과를 기억해도 된다. 또한, 보정값 테이블이 복수 있는 경우, 제3 실시 형태에서 설명한 복수의 조정값 ΔOBJ의 산출 평균과 마찬가지로, ABCC나 빔 틸트각에 대해서도 산술 평균에 의해 산출하는 것이 가능하다.

[제6 실시 형태]

다음에, 도 9를 참조하여, 제6 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 장치의 전체 구성, 및 기본 동작은 제1 실시 형태(도 1 내지 도 6)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 상위점에 대해서만 설명한다.

이 제6 실시 형태는, 복수대의 하전 입자선 장치(예를 들어 장치 A 내지 C의 3대)를 구비하고 있는 점에서, 전술한 실시 형태와 다르게 되어 있다. 장치 A 내지 C는, 네트워크를 통해 데이터 스테이션(200)과 접속되어 있다.

데이터 스테이션(200)은, 장치 A 내지 C 사이의 통신을 제어한다. 예를 들어, 장치 A에 대하여 보존되어 있는 임의의 레시피를 장치 B로 이동 혹은 카피하는 경우에 있어서, 이미 장치 A에서 산출한 보정값 테이블이 존재한다면, 레시피의 데이터와 마찬가지로, 당해 보정값 테이블도 이동 또는 카피할 수 있다.

제1 실시 형태에서 취득한 보정값 테이블은, 반도체의 제조 프로세스에 기인하는 웨이퍼의 휨이나 면내 높이 분포의 치우침이기 때문에, 다른 장치 A 내지 C 간에서도 동일한 보정값 테이블의 이용이 가능하다. 또한, 보정값 테이블은, 그것을 취득한 장치 A 내지 C에 있어서 관리하는 것도 가능하지만, 데이터 스테이션(200)에 있어서 관리하고, 적절히 장치 A 내지 C에 공급하는 것도 가능하다.

[제7 실시 형태]

다음에, 도 10 내지 도 16을 참조하여, 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 도 10은 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 10에 있어서, 도 1과 동일한 구성 요소에 대해서는 도 1과 동일한 참조 부호를 붙이고 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

여기의 제7 실시 형태의 주사형 전자 현미경은, 촬상 장치(101)가, 전자원(102)으로부터 발해진 1차 전자빔의 틸트각을 조정하기 위한 경사 제어 코일(126)을 구비함과 함께, 경사 제어 코일(126)을 제어하기 위한 경사 제어부(127)를 구비하고 있다. 또한, 기억 장치(120)는, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(108)를 사용한 반도체 디바이스의 제조에 사용되는 반도체 제조 장치마다 다른 빔 틸트각의 보정값 데이터를, 보정값 테이블 내에 갖고 있다. 제7 실시 형태는, 제1 실시 형태와 같은, 1차 전자빔의 포커스 위치의 조정값 ΔOBJ(i)에 더하여, 또는 이것 대신에, 이와 같은 빔 틸트각의 보정값 데이터를 구비한 것이다.

삼차원 NAND형 플래시 메모리로 대표되는 바와 같이, 삼차원화에 의한 고집적화가 반도체 디바이스의 분야에서 진전되고 있다. 이와 같은 삼차원 디바이스에 있어서는, 깊은 구멍이나 홈의 패턴 형상을 고정밀도로 계측할 것의 요구가 높아지고 있다. 이 때문에, 형성된 깊은 구멍이나 홈에 맞추어 빔을 경사지게 함으로써, 구멍의 저부의 관찰이 가능하게 된 주사형 전자 현미경이 요구되고 있다. 예를 들어, 도 11 좌측 도면에 도시한 바와 같이, 경사진 깊은 구멍(601)이 반도체 디바이스(웨이퍼(108))에 형성되어 있는 경우, 틸트각이 대략 수직인 1차 전자빔(602)을 사용한 것에서는, 도 11 우측 상단 도면과 같이, 저부의 일부가 가려져 버리는 SEM상이 얻어져 버린다. 이에 반해, 깊은 구멍(601)의 경사에 맞추어 경사진 틸트각을 갖는 1차 전자빔(602)을 사용함으로써, 정확한 저부 형상 계측이 가능한 SEM상(605)을 얻을 수 있다.

깊은 구멍의 경사각은, 웨이퍼(108) 내의 위치에 의존하여 변화된다. 도 12는 웨이퍼(108) 중의 다른 위치에 형성된 깊은 구멍(611 내지 613)의 경사각의 차이를 모식적으로 도시하고 있다. 웨이퍼(108)의 중심 부근의 깊은 구멍(612)은, 경사각이 작고, 1차 전자의 입사각이 거의 수직이라고 해도, 깊은 구멍(612)의 저부는 명료하게 관찰할 수 있다(참조 부호 615). 한편, 웨이퍼(108)의 주연부에 형성된 깊은 구멍(611, 613)은 일반적으로 경사각이 크고, 1차 전자의 입사각이 거의 수직인 경우, 그 저부의 전체에 1차 전자가 입사하지 않고, 그 반사 전자도 외부로 사출되지 않기 때문에, 저부의 화상을 명료하게 관찰할 수 없다(참조 부호 614, 616).

일반적으로, 반도체 공장에 있어서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 통상 동일한 가공 프로세스에 대하여 복수의 제조 장치(예를 들어 D, E의 2개)를 사용하고 있지만, 제조 장치 D, E 중 어느 것이 사용되었는지에 따라, 웨이퍼(108)의 표면에 형성된 깊은 구멍의 경사의 분포에 차이가 발생한다. 이 때문에, 이 제7 실시 형태에 있어서는, 도 14에 예시한 바와 같이, 각 레시피에 있어서, 다른 제조 장치 D, E마다 1차 전자의 빔 틸트각(Tilt_X, Tilt_Y)의 조정 결과를 보정값 테이블의 일부로서 기억해 둔다. 도 14의 예에서는, 빔 틸트각으로서 X 방향의 틸트각 Tilt_X와 Y 방향의 틸트각 Tilt_Y를 기억하고 있지만, 틸트각의 기억의 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 1차 전자의 틸트양과 틸트 방향을 극좌표 표현에 의해 기억할 수도 있다.

다음에, 도 15, 도 16의 흐름도를 참조하여, 제7 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 1차 전자빔의 틸트각의 보정 수순을 설명한다. 레시피의 실행이 개시되면, 그 레시피에 대응하는 틸트각의 보정값 데이터가 기억 장치(120) 중에 존재하는지(기억되어 있는지) 여부가 판단된다(스텝 S701). 보정값 데이터가 없다고 판단되면("아니오"), 그 레시피에 설정되어 있는 1차 전자빔의 틸트각이 설정되고, 당해 웨이퍼(108)의 계측이 개시된다(스텝 S702).

한편, 스텝 S701에 있어서, 그 레시피에 대응하는 틸트각의 보정값 데이터가 존재한다고 판단되는 경우에는("예"), 그 웨이퍼(108)가 가공된 제조 장치의 보정값이 보정값 데이터로서 기억되어 있는지 여부를 판단한다(스텝 S703). 해당하는 제조 장치의 보정값 데이터가 존재하는 경우에는("예"), 해당 제조 장치의 보정값 데이터를 읽어내어, 그 웨이퍼(108)의 측정 시에 있어서의 1차 전자빔의 틸트각 조정에 사용한다(스텝 S704). 한편, 해당하는 제조 장치의 보정값 데이터가 기억 장치(120) 중에 존재하지 않는다고 판단되는 경우에는("아니오"), 다른 모든 제조 장치의 보정값 데이터의 평균값이 연산되고, 그 평균값에 따라서, 1차 전자빔의 틸트각의 보정이 이루어진다(스텝 S705).

다음에, 도 16을 참조하여, 스텝 S702의 상세를 설명한다. 전술한 바와 같이, 선택된 레시피에 있어서 1차 전자빔의 틸트각을 위한 보정값 데이터가 존재하지 않는 경우에는, 원칙적으로 그 레시피에 설정된 설정값에 따라, 1차 전자빔의 틸트각이 설정되어 당해 웨이퍼(108)의 측정이 이루어지지만, 도 16에 도시한 바와 같이, 복수의 측정점의 사이에 있어서의 이동 거리에 따라, 빔 틸트각을 변경하는 것도 가능하다. 즉, 어떤 측정점에 있어서, 1개 전의 측정점으로부터의 이동 거리가 역치 미만인지 여부가 판정된다(스텝 S801). "아니오"의 경우에는, 원칙대로 레시피의 설정값에 따라 1차 전자빔의 틸트각이 설정되지만(스텝 S802), "예"의 경우에는, 1개 전의 측정점에 있어서 설정된 1차 전자빔의 틸트양이 설정된다(스텝 S803). 이것은, 측정점간의 거리가 충분히 가까운 경우에는, 패턴 경사의 차가 작다고 생각되기 때문이다. 스텝 S801의 판정이 "예", "아니오" 중 어느 쪽인 경우라도, 설정된 빔 틸트각에 의한 패턴 계측을 실행하고(스텝 S804), 측정된 패턴의 경사를 보정값으로서 보정값 테이블에 기억한다(스텝 S805). 모든 측정점의 측정이 완료되었으면 레시피를 종료하고, 측정점이 남아 있으면 다음 측정점으로 이동한다(스텝 S806).

[제8 실시 형태]

다음에, 도 17을 참조하여, 제8 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 도 10은 제7 실시 형태의 주사 전자 현미경의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 10에 있어서, 도 1과 동일한 구성 요소에 대해서는 도 1과 동일한 참조 부호를 붙이고 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

이 제8 실시 형태는, 제7 실시 형태와 마찬가지로, 1차 전자빔의 틸트각의 조정을, 보정값 데이터에 따라서 실행하도록 구성되어 있다. 단, 제8 실시 형태에서는, 제조 장치의 메인터넌스로부터의 경과 시간 Tm과, 그 경과 시간 Tm에 있어서 형성되는 깊은 구멍의 경사각 TiltH의 관계를 나타내는 함수(TiltH=A×Tm+B, A, B는 상수)에 따라서 정해지는 깊은 구멍의 경사각 TiltH를 판단하고, 그 판단에 따라서 1차 전자의 빔의 틸트각을 조정한다. 보정값 테이블에는, 보정값 데이터로서, 지금까지의 깊은 구멍의 경사각 TiltH의 계측 결과(TiltH(1) 내지 (N-1))와, 그때의 메인터넌스로부터의 경과 시간 Tm이 저장되어 있다. 이 보정값 데이터에 따라서, 상기 관계식이, 예를 들어 최소 제곱법 등을 사용하여 정해진다. 제조 장치의 메인터넌스로부터의 경과 시간이 T(N)가 된 경우에, 이 관계식으로부터 정해지는 깊은 구멍의 경사각 TiltH(N)에 따라, 1차 전자빔의 틸트각이 조정된다. 또한, 관계식은, 상기와 같은 1차식이어도 되지만, 그 이외의 식이어도 된다.

[제9 실시 형태]

다음에, 도 18 내지 도 20을 참조하여, 제9 실시 형태의 주사 전자 현미경(SEM)을 사용한 하전 입자선 장치를 설명한다. 장치의 전체 구성, 및 기본 동작은 전술한 실시 형태와 마찬가지여도 되고, 그 중복된 설명은 생략한다. 이 제9 실시 형태는, 웨이퍼(108)의 가공에 사용된 제조 장치마다 기억되는 보정값 테이블, 및 하전 입자선 장치마다의 보정값 테이블의 양쪽을 사용하여, 레시피 실행 시의 빔 틸트각을 보정하는 것이며, 이 점에 있어서 전술한 실시 형태와 다르게 되어 있다. 또한, 제조 장치마다의 보정값 테이블, 하전 입자선 장치마다의 보정값 테이블을 사용하여, 빔 틸트각을 보정하는 것 대신에, 또는 그것에 더하여, 초점 높이의 보정이나 ABCC의 보정을 실행하는 것도 가능하다.

웨이퍼(108)에 깊은 구멍이나 깊은 홈의 가공을 행하는 경우에 있어서는, 전술한 바와 같이, 제조 장치마다 웨이퍼(108)의 면내에서의 깊은 구멍의 경사각의 분포에 차이가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 제7 실시 형태에서는, 각 레시피에 있어서, 다른 제조 장치 D, E마다 1차 전자의 빔 틸트각(Tilt_X, Tilt_Y)의 조정 결과를 보정값 테이블의 일부로서 기억한다(도 14 참조). 통상, 정전 척(109)이 웨이퍼(108)의 휨에 미치는 영향은, 제조 장치의 가공에 있어서의 패턴 경사에 비해 작다고 생각된다. 그러나, 고정밀도의 측정이 요구되는 경우에는, 정전 척(109)의 영향을 무시할 수 없게 된다. 이 때문에, 이 제9 실시 형태에서는, 제조 장치마다의 보정값 테이블에 더하여, 도 18에 도시한 바와 같은 계측 장치(하전 입자선 장치) 기인의 보정값 테이블을 기억 장치(120)에 기억시키고, 2가지의 보정값 테이블에 기초하여, 빔 틸트각의 보정을 실행한다. 레시피를 실행한 경우의, 각 측정점에 있어서의 빔 틸트각의 보정량(Tilt_X, Tilt_Y)은, 도 19에 도시한 바와 같이, 제조 장치마다의 보정량(TX-A, TY-A)과, 계측 장치(하전 입자선 장치)마다의 보정량(TX-Z, TY-Z)을 합산한 값이 된다.

도 20의 흐름도를 참조하여, 제9 실시 형태의 하전 입자선 장치에 있어서의 1차 전자빔의 틸트각의 보정 수순을 설명한다. 레시피의 실행이 개시되면, 해당 레시피에 대응하는, 당해 하전 입자선 장치마다의 보정값이 기억 장치(120) 중에 존재하는지 여부가 확인되고(스텝 S701), 보정값이 없으면("아니오"), 레시피에 설정된 표준의 빔 틸트각으로 1차 전자빔의 틸트각이 조정된다(스텝 S702).

한편, 해당 레시피에 대응하는 당해 하전 입자선 장치마다의 보정값이 기억 장치(120) 중에 존재한다고 판단이 이루어진 경우에는("예"), 또한 스텝 S703에 있어서, 웨이퍼(108)가 가공된 제조 장치에 대응하는 보정값이 기억 장치(120) 중에 존재하는지 여부가 판단된다. 그와 같은 보정값이 존재한다고 판단되는 경우에는("예"), 스텝 S706으로 이행하여, 당해 제조 장치마다의 보정값에, 당해 하전 입자선 장치마다의 보정량을 가산한 값을 보정값으로서 사용하여 1차 전자빔의 틸트각의 보정을 실행한다(스텝 S706). 한편, 당해 제조 장치에 대응하는 보정값이 기억 장치(120) 중에 존재하지 않는다고 판단되는 경우에는, 모든 제조 장치의 틸트각의 보정값의 평균값을 연산하고, 이 평균값과, 하전 입자선 장치마다의 틸트각의 보정값을 가산한 값을 보정값으로 한다(스텝 S707). 그리고, 레시피에 따라서 얻어진 웨이퍼(108)의 깊은 구멍의 경사각의 측정값으로부터, 하전 입자선 장치마다의 보정량을 감산한 값에 따라서, 기억 장치(120)에 기억되어 있는 제조 장치마다의 보정값 테이블을 갱신한다(스텝 S708).

이상 설명한 바와 같이, 이 제9 실시 형태에 따르면, 제조 장치마다의 보정값 테이블과, 하전 입자선 장치마다의 보정값 테이블의 양쪽을 1차 전자빔의 틸트각의 조정에 사용할 수 있으므로, 제조 장치마다의 변동을 흡수할 수 있다.

이상, 본 개시의 다양한 실시 형태를 설명하였지만, 본 개시는 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는 본 개시를 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

101: 촬상 장치
102: 전자원
103: 수렴 렌즈
104: 편향 코일
105: 대물 렌즈
106, 107: 검출기
108: 웨이퍼
109: 정전 척
110: 스테이지 가동부
111: 고전압 전원
112: 수렴 렌즈 제어부
113: 화상 연산부
114: 편향 코일 제어부
115: 초점 높이 제어부
116: 스테이지 제어부
118: 제어부
119: 입출력부
120: 기억 장치
121: 광원
122: 높이 센서
123, 124: 온도 센서
125: A/D 변환기
126: 경사 제어 코일
127: 경사 제어부
200: 데이터 스테이션
601: 깊은 구멍
602: 1차 전자빔
611, 612, 613: 깊은 구멍

Claims

시료에 하전 입자빔을 조사함으로써 상기 시료를 측정하는 하전 입자선 장치에 있어서,
레시피에 대응하는 보정값 테이블을 기억하는 기억 장치와,
상기 레시피로 정해진 측정 순번에 따라서 상기 시료의 복수의 측정점에 대하여 측정을 실행하는 컴퓨터 시스템
을 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은,
제1 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 제1 시료의 복수의 측정점의 각각에 있어서의, 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과를 상기 보정값 테이블에 기억시키고,
상기 제1 시료와는 다른 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 복수의 측정점의 각각에 있어서, 상기 보정값 테이블에 기억된 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과에 기초하여, 상기 촬상 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 복수의 측정점에 있어서의 상기 하전 입자빔의 포커스의 보정값을 상기 보정값 테이블에 기억하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 보정값 테이블에 기억된 포커스의 보정값에 기초하여, 상기 하전 입자빔의 포커스를 조정하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 보정값 테이블에 기억된 상기 포커스의 보정값에 기초하여, 상기 제2 시료에 대해 상기 하전 입자빔의 포커스를 조정하는 경우에, 고속 오토 포커스를 실행하는 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 고속 오토 포커스에 의한 포커스 조정 전후의 초점 높이의 차분을, 상기 보정값의 오차로서 표시 수단 상에 표시시키도록 구성되어 있는 하전 입자선 장치.
제4항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 보정값의 오차에 기초하여, 상기 보정값 테이블을 갱신하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 보정값 테이블에 기억된 상기 레시피의 실행 개시로부터의 경과 시간에 기초하여, 포커스의 보정값의 제1 수정항을 산출하고, 상기 제1 수정항에 기초하여 포커스 조정을 실행하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 보정값 테이블에 기억된 상기 레시피의 실행 개시로부터의 온도 변화에 기초하여, 포커스의 보정값의 제2 수정항을 산출하고, 상기 제2 수정항에 기초하여 포커스 조정을 실행하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 제1 시료에 대하여 상기 레시피를 실행한 경우에, 상기 복수의 측정점에 있어서의 ABCC의 조정 결과를 상기 보정값 테이블에 기억하고,
상기 제1 시료와는 다른 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행한 경우에, 상기 보정값 테이블에 기억된 ABCC의 조정 결과에 기초하여, 상기 제2 시료에 있어서의 ABCC를 조정하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 제1 시료에 대하여 상기 레시피를 실행한 경우에, 상기 복수의 측정점에 있어서의 빔 틸트각의 조정 결과를 상기 보정값 테이블에 기억하고,
상기 제1 시료와는 다른 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행한 경우에, 상기 보정값 테이블에 기억된 빔 틸트각의 조정 결과에 기초하여, 빔 틸트각을 조정하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
복수의 하전 입자선 장치가, 네트워크를 통해 접속되고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 복수의 하전 입자선 장치 중의 제1 하전 입자선 장치에서 산출된 보정값 테이블을, 상기 제1 하전 입자선 장치와는 다른 제2 하전 입자선 장치의 기억 장치에 상기 네트워크를 통해 제공하고,
상기 제2 하전 입자선 장치는, 제공된 상기 보정값 테이블에 포함되는 보정값에 기초하여, 상기 촬상 조건을 조정하는 하전 입자선 장치.
제10항에 있어서,
상기 복수의 하전 입자선 장치와 상기 네트워크를 통해 접속되는 데이터 스테이션을 더 구비하고,
상기 데이터 스테이션은, 상기 제1 하전 입자선 장치에서 산출된 상기 보정값 테이블을 기억함과 함께, 상기 제2 하전 입자선 장치에 제공하도록 구성되어 있는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 보정값 테이블을 상기 레시피마다 기억하고, 상기 레시피를 실행한 경우에, 해당하는 레시피의 보정값 테이블에 기억된 빔 틸트각의 조정 결과에 기초하여, 상기 시료에 입사하는 하전 입자빔의 빔 틸트각을 조정하는 하전 입자선 장치.
제12항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 레시피마다의 보정값 테이블을, 상기 시료의 가공에 사용된 제조 장치마다 기억하고, 상기 레시피를 실행한 경우에, 해당하는 상기 제조 장치의 보정값 테이블에 기억된 빔 틸트각의 조정 결과에 기초하여, 상기 빔 틸트각을 조정하는 하전 입자선 장치.
제13항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제조 장치의 메인터넌스로부터의 경과 시간에 대한 함수로서 보정값 테이블을 기억하고, 상기 시료가 상기 제조 장치에서 가공되었을 때의 상기 메인터넌스로부터의 경과 시간을 상기 함수에 입력하여 얻어지는 빔 틸트각의 조정 결과에 기초하여, 상기 빔 틸트각을 조정하는 하전 입자선 장치.
제12항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은, 복수의 측정점을 측정하는 경우에 있어서, 1개 전의 측정점과 현재의 측정점 사이의 이동 거리에 따라서, 상기 1개 전의 측정점에 있어서의 상기 빔 틸트각이 설정되도록, 상기 빔 틸트각을 조정하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 보정값 테이블은, 상기 시료의 가공에 사용된 제조 장치마다 기억되는 제1 보정값 테이블, 및 하전 입자선 장치마다 기억되는 제2 보정값 테이블을 포함하는 하전 입자선 장치.
시료에 하전 입자빔을 조사함으로써 상기 시료를 측정하는 하전 입자선 장치에 의한 측정 방법에 있어서,
레시피에 대응하는 보정값 테이블을 기억하는 스텝과,
상기 레시피로 정해진 측정 순번에 따라서 상기 시료의 복수의 측정점에 대하여 측정을 실행하는 스텝을 구비하고,
상기 보정 테이블을 기억하는 스텝은,
제1 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 제1 시료의 복수의 측정점의 각각에 있어서의, 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과를 상기 보정값 테이블에 기억시키는 것이며,
상기 제1 시료와는 다른 제2 시료에 대하여 상기 레시피를 실행하는 경우에, 상기 복수의 측정점의 각각에 있어서, 상기 보정값 테이블에 기억된 1 이상의 촬상 조건의 조정 결과에 기초하여, 상기 촬상 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.