TW201823671A - 圖像解析裝置及荷電粒子束裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明為了提供能夠不受下層圖案之影響地容易地提取與下層圖案交叉形成之上層圖案之邊緣的圖像解析裝置，而於圖像解析裝置中具有：運算部721，其算出包含下層與上層圖案交叉之區域、及未形成下層圖案之區域的解析範圍；運算部722，其將複數個信號分佈平均化；運算部723，其算出信號強度之最大值及最小值；運算部724，其使用最大值及最小值，算出閾值位準差；及運算部725，其算出信號分佈上之上層圖案之邊緣。

Description

圖像解析裝置及荷電粒子束裝置
本發明係關於一種圖像解析裝置及荷電粒子束裝置。
半導體元件之高積體化、高功能化迄今為止係以圖案尺寸之微細化之方式進行，近年來出現了新的構造。尤其是邏輯裝置中，主流電晶體正自平面型逐漸變成被稱為FinFET(Fin Field Effect Transistor，鰭式場效電晶體)之立體構造。FinFET之典型構造係如圖1所示，呈現出於被稱為鰭(Fin)之線圖案120之上，覆蓋與鰭正交之閘極圖案110之形狀。再者，圖1為了示出鰭與閘極之關係，使用鳥瞰圖對該等進行繪製。又，雖然鰭與閘極均僅繪製了一個，但實際上均為複數個且並排地形成之情形較多。 由於鰭與閘極通常均為線圖案，因此，為了避免混亂，如圖1所示般，定義X、Y，Z軸，且如圖1般將Z區域分為三部分：此處將成為鰭之凸之部分之下設為基板100，將具有鰭之部分設為第一層140，將鰭之上之具有閘極之區域設為第二層130。又，將鰭記為第一線120。於第一層140除了存在鰭以外，亦存在被鰭分斷之閘極圖案。又，將閘極圖案(其跨及第一層、第二層兩者而存在)稱為第二線110。符號121表示鰭與鰭之間之區域。 於半導體元件中，閘極長度、即相當於與鰭相接之部分之閘極的第二線110之寬度成為重要之性能指標。為了得知閘極長度，需要得知於第一層內與鰭相接之閘極之線寬、及於第一層與第二層之交界處與鰭相接之閘極之線寬。 於先前之半導體製程中之檢查中，重要的是非破壞高產出量，使用能直接投入晶圓之自上而下之電子顯微鏡。將具有特別穩定之測量功能之電子顯微鏡稱為CD-SEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscope，臨界尺寸掃描式電子顯微鏡)。於先前之平面型電晶體之情形時，係自閘極圖案之CD-SEM觀察圖像提取相當於閘極線之左右之邊緣的輪廓，算出平均之線寬(閘極尺寸)、線邊緣粗糙度(Line-Edge Roughness，LER)及局部線寬粗糙度(Linewidth Roughness，LWR)，並將該等用作圖案之完成情況之指標，管理步驟。 FinFET之製造製程中之管理中亦期待使用該CD-SEM之方法，但自上而下地觀察閘極之線與鰭表面相接之部分，其位於複雜構造之內部，故而難以準確地測量閘極長度。然而，自自上而下之觀察圖像中提取相當於閘極之完成情況之指標值並進行監測之方法，作為測量真實閘極長度之代替方法有效。於檢查FinFET之閘極之情形時，作為步驟管理用之指標之例，列舉平均之閘極尺寸、具有鰭之部分(以下，稱為On-Fin)與不具有鰭之部分(同樣地，稱為Off-Fin)的閘極尺寸之差、閘極線之粗糙度指標(LER或LWR)。綜上所述，於閘極加工後之檢查中，自自上而下之CD-SEM圖像中精度良好地提取該等三個指標，並用作圖案完成情況之指標的方法，對減少FinFET之不良有效。 為了算出該等指標，需要於On-Fin、Off-Fin兩者之區域中求出閘極之尺寸，為此需要提取圖案之輪廓。作為如此於不同下層之上重疊之圖案的自上而下觀察圖像評估方法之一，列舉專利文獻1。 再者，圖形之輪廓為連續之曲線，實際上自圖像取出之輪廓為摺線，作為資訊成為離散之邊緣點之位置座標。以下，將該離散之邊緣點之位置座標稱為邊緣。對自掃描式電子顯微鏡圖像，取出該圖像內之線圖案之邊緣的通常之方法(即，於平面型電晶體之閘極圖案尺寸測量中所使用之方法)進行描述。 為方便起見，於圖像上設定X、Y座標，且將閘極之線設為於縱方向(Y方向)上延伸者。對於此種圖像，將固定Y之亮度之X方向分佈定義為信號分佈。通常以信號分佈上之一定強度之X座標作為邊緣。然而，圖像存在於縱向具有平緩之亮度分佈之情形。例如Y座標越大之信號則越亮等情形。亦存在上端下端變暗之情形。為了此種情況下亦檢測出妥當之邊緣位置，普及有閾值法，即，以將信號之最小值或被稱為基準線之暗部之平均值(以下，將該等二者稱為基礎強度)與最大值之間以一定比內分之點作為邊緣。又，有亦使用將信號分佈之斜率變得最急遽之點定義為邊緣之方法之情況。此處將其稱為斜度法。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：國際公開第2011/001635號
[發明所欲解決之問題] 發明者等人經研究後，判斷出將上述先前之邊緣定義應用於如FinFET般在對象圖案之下存在圖案之情況之情形時，會產生問題。以下，以FinFET為例詳細說明該問題。 圖2係將於在鰭上形成有閘極之階段中，閘極與鰭之交點的自上而下觀察圖像簡化之模式圖、及使橫向之座標相同之剖視圖，圖3係圖2中之On-Fin及Off-Fin區域的簡化之信號分佈之左邊緣附近111之放大圖。於圖中記入相當於來自所觀察之樣品之何處之信號。圖2中表示為A之直線為取得On-Fin區域中之信號分佈的圖像內之位置，B為取得Off-Fin區域之信號分佈的圖像內之位置，且與圖3之信號名「A」「B」對應。 於利用CD-SEM所取得之圖像中，若存在圖案之凹凸則發出信號電子，因此，於線圖案之左右之邊緣附近111、112處，信號強度增高(參照圖3)。即，若在相對於1根線圖案正交之方向上獲得信號分佈，會出現與左右邊緣對應之兩個信號峰值。於觀察圖像之模式圖中，將該信號強度較高之部分設為白色、較低之部分設為黑色而二值化地進行表示。但是，若鰭之寬度為10 nm以下，則左右邊緣之信號峰值靠近而變為一個之情況較多，因此，將來自鰭之信號設為每根鰭一個信號峰值。再者，將鰭之區域與閘極之邊緣區域以同樣之方式使用白色進行表示，但如圖3之信號分佈所示般，實際上來自閘極之邊緣之信號強度更大。 於本節之說明中，假設無論於On-Fin、Off-Fin之任一區域中，第二層內之閘極圖案本身具有相同之三維形狀。如圖3所示般，於不具有閘極之區域中，信號強度根據鰭之有無發生變化，而於具有閘極之區域(圖中之峰值附近及較峰值更右側)中，獲得相同之信號強度分佈。對於該等信號，首先對應用先前之閾值法之情形進行說明。 於信號分佈上，將達到以基礎強度為基準之距信號峰值之強度差(以下，稱為信號高度)之T%之強度的位置設為邊緣。以下，將該T稱為閾值比率。又，區別於閾值比率而將邊緣之信號強度稱為閾值位準。於圖3中示出應用先前之方法之例。此處，將基礎強度定義為信號強度之最小值。又，設為T＝50(%)。於該方法中，於來自鰭之信號強度較高之On-Fin信號分佈中，即便為相同之閾值比率，閾值位準亦變高。因此，邊緣點於Off-Fin上位於更外側。即，即便現實中閘極之尺寸相同，於自信號獲得之尺寸測定之結果中，On-Fin之閘極尺寸亦會變得小於Off-Fin之閘極尺寸。其原因在於，基礎強度於On-Fin與Off-Fin中不同。 其次，對不使用閾值法而是將在信號上斜率達到最大之位置定義為邊緣之情形進行說明。由於為Off-Fin且不具有閘極之區域被鰭與閘極所包圍，故信號變得極暗。因此，Off-Fin信號之斜率於信號之中腹或自中腹略微下方處達到最大。因此，斜率最大之點之位置於On-Fin信號分佈與Off-Fin信號分佈中仍會不同，結果變得與使用閾值之情形相同。 即，變得無法正確掌握On-Fin閘極尺寸與Off-Fin閘極尺寸之差及大小關係之絕對值，從而無法得知加工是否按照目標進行。即便於不使用絕對值而將尺寸差僅作為指標進行監測之情形時，若來自鰭之信號之亮度產生變動(實際上，由於在製程不穩定之情形時鰭形狀產生變動，故亮度亦產生變動)，則基礎強度產生變動，CD(Critical Dimension，臨界尺寸)差亦變得無法信賴。於LER或LWR之情形時，由於藉由該運算法所得之表觀上之值成為實際之LER或LWR之偏壓(並且為較大之偏壓)，因此產生難以見到粗糙度之真正之變動之問題。 上述問題使用迄今為止眾所周知之方法或容易聯想到之方法無法解決。例如，考慮不將閾值位準設為信號高度之T%與基礎強度之和，而是使用使用者設定之信號強度之絕對值來定義之情形。通常，電子顯微鏡圖像由於平緩之觀察對象之帶電等，多有信號強度以極其低之頻率產生偏壓之情況。因此，如圖4所示，信號高度維持固定，僅基礎強度根據圖像內之信號之位置而發生變化。圖4中之A、B與圖3相同，分別表示位於鰭之上之閘極線圖案之左邊緣、不具有鰭之部位之閘極線圖案之左邊緣附近的信號強度分佈。鰭沿X方向、閘極線沿垂直於紙面之Y方向延伸。再者，假設On-Fin、Off-Fin之閘極之部分之尺寸相等。與圖3不同之點僅有一點，即取得On-Fin之信號之區域由於鰭部分之帶電，故信號強度產生偏壓。於此狀況下，若採取上述方法，則有即便為相同之Off-Fin信號上之閘極尺寸，仍會於圖像之上端與下端產生數nm之差。 或者，亦有只要將信號分佈之峰位置定義為邊緣即可之想法。其相當於使用先前之閾值法設為T＝100(%)。然而，於大多數之情形時，信號分佈於峰附近強度變化平緩，故若設為T＝100，則會強烈受到雜訊之影響。因此，變得難以提取真正之邊緣位置。 再者，如於先前技術中提及般，作為對與該課題相似之、於在包含不同材料及構造之基底區域之上具有測量對象圖案時的準確之測量方法進行描述之例，有專利文獻1。然而，該方法於應用於此次之例時，基於以下兩個理由而不適合。第一，上述文獻之方法並未假定於基底(基板及第一層露出之部分)之交界上提取圖案輪廓。於交界附近屬於不同區域之邊緣點之位置有大幅度偏離之可能性。因此，雖能夠算出On-Fin閘極尺寸、Off-Fin閘極尺寸，但不適合於LWR或LER評估所需要之邊緣點提取。第二，需要進行根據背景區分圖像之處理，於背景之變動之空間頻率較高之情形時，例如於密集之鰭之上之閘極等情形時，僅圖像之準確之區分便需要大量之時間，難以成為現實性解決方法。又，雖然並非根本性問題點，但操作者本身仍需要決定所區分之各個區域中之邊緣定義(拍攝條件或圖像處理條件)，且根據所區分之部分區域之數量，需要操作者自圖案或圖像決定最佳之邊緣定義之步驟。 本發明之目的在於，提供一種能不受下層圖案之影響地容易地提取與下層圖案交叉形成之上層圖案之邊緣的圖像解析裝置及荷電粒子束裝置。 [解決問題之技術手段] 作為用於達成上述目的之一實施形態，本發明提供一種圖像解析裝置，其特徵在於： 其係使用藉由向具有第一圖案、及配置於上述第一圖案之上部且與上述第一圖案交叉之第二圖案的試樣照射荷電粒子束而自上述試樣獲得之信號資料，對上述試樣進行評估者； 上述圖像解析裝置具有： 第一運算部，其算出作為進行處理的對象之上述信號資料之解析範圍，該解析範圍包括包含上述第一圖案與上述第二圖案交叉之部位之第一區域、及包含配置於未形成上述第一圖案之部位之第二圖案之第二區域； 第二運算部，其將於上述解析範圍內所獲得之複數個信號分佈平均化； 第三運算部，其算出上述平均化後之信號分佈中之信號強度之最大值及最小值； 第四運算部，其使用上述最大值及上述最小值，算出自上述最大值下降之一定之強度即閾值位準差；及 第五運算部，其使用上述閾值位準差，算出上述信號分佈中之上述第二圖案之邊緣。 又，作為其他實施形態，本發明提供一種荷電粒子束裝置，其特徵在於具備： 荷電粒子束源；試樣台，其載置具有第一圖案、及配置於上述第一圖案之上部且與上述第一圖案交叉之第二圖案的試樣；荷電粒子束光學系統，其用於使自上述荷電粒子束源發出之荷電粒子作為荷電粒子束照射於上述試樣；及圖像解析裝置，其使用藉由使上述荷電粒子束照射至上述試樣而自上述試樣獲得之信號資料，對上述試樣進行評估；且 上述圖像解析裝置具有： 第一運算部，其算出作為進行處理的對象之上述信號資料之解析範圍，該解析範圍包括包含上述第一圖案與上述第二圖案交叉之部位之第一區域、及包含配置於未形成上述第一圖案之部位之第二圖案之第二區域； 第二運算部，其將於上述解析範圍內所獲得之複數個信號分佈平均化； 第三運算部，其算出上述平均化後之信號分佈中之信號強度之最大值及最小值； 第四運算部，其使用上述最大值及上述最小值，算出自上述最大值下降之一定之強度即閾值位準差；及 第五運算部，其使用上述閾值位準差，算出上述信號分佈中之上述第二圖案之邊緣。 [發明之效果] 根據本發明，可提供一種能不受下層圖案之影響地容易地提取與下層圖案交叉形成之上層圖案之邊緣的圖像解析裝置及荷電粒子束裝置。
發明者等人例如為了進行作為半導體元件圖案且於鰭圖案之上方在與鰭圖案交叉之方向上形成之閘極圖案、或雖非半導體圖案但亦如此般以圖案之邊緣交叉之方式形成之構造的製造步驟之管理，而對不受鰭或下層圖案之影響地提取上層圖案之邊緣之方法進行了研究。此時，考慮了即便為不同基底(鰭或下層圖案)，操作者所設定之邊緣之定義亦相同，即，操作者無需多次實施邊緣定義之最佳化作業。其結果可知，於圖案邊緣附近之信號分佈上，只要將自信號峰值僅下降一定之強度之點設為邊緣，並自圖像提取出即可。自該峰值下降之一定之強度(以下，稱為閾值位準差)於將成為基準之信號分佈(以下，稱為基準分佈)之基礎強度與峰值之差分(信號高度)設為100%時，藉由定義為相對於操作者所設定之閾值比率T%而成為100－T%之強度值並進行計算，可容易地求出該自該峰值下降之一定之強度。 使用圖4對作為上述邊緣之提取流程之基本的邊緣之定義進行說明。將閾值位準差記為ΔI(T)。如上所述般，該值為信號高度乘以(100－T)/100之值，因此成為操作者所設定之閾值比率T之函數。 將提供較信號A、B各自之峰值僅小另行規定之參數值ΔI(T)之信號強度的X座標定義為邊緣。即，若將信號分佈設為I(y；x)，且解析區域內之I之最大值設為I_max(y)，則邊緣位置x_e根據下式算出。 [數1]由圖4可知，只要原本之閘極之形狀相同，則峰值附近之信號形狀除了帶電引起之偏壓以外亦相同，因此A、B之邊緣點成為相同之位置(X座標)。於無偏壓之情形當然相等。再者，於使用該邊緣定義之情形時，ΔI(T)小於On-Fin信號A之信號高度為必要條件。 其次，對ΔI(T)之算出方法進行說明。該方法存在若干變化。第一方法係根據實際之信號分佈算出基準分佈者。例如，於圖2中，可將直線A附近之信號分佈數根(其根數通常由操作者設定)平均化，製作降低雜訊後之信號分佈。將根據該信號與操作者所設定之T之值而算出ΔI(T)之過程示於圖5。再者，於此例中，將基準分佈之基礎強度定義為信號左邊緣附近之最小值。右邊緣亦能夠以同樣之方式算出。所使用之式如下所述。 [數2]此處，式(2)中之I_max、I_base分別為基準分佈中之作為對象之邊緣(左或右)附近之最大強度及基礎強度，該等之差為基準分佈中之信號高度。式(1)中之用於算出邊緣之信號分佈之最大值、基礎強度、信號高度不同，需要注意。 再者，基準分佈既可使用On-Fin上之信號分佈亦可使用Off-Fin上之信號分佈。於Off-Fin區域在圖像Y方向上較寬，即鰭之間距較大之情形時，較佳使用Off-Fin上之信號分佈。其原因在於，能夠增大用於平均化之信號分佈之根數。另一方面，於欲防止未注意到ΔI(T)變得大於On-Fin信號分佈之信號高度(小於Off-Fin信號分佈之高度)而頻繁地導致測量失敗之情形時，較佳使用On-Fin信號。 ΔI(T)亦可使用其他方法決定。對第二方法進行描述。圖6係處於觀察區域之鰭之一部分與閘極之交點的放大圖像之模式圖。本來係信號強度越高灰度越亮，但此處為了方便，使用黑白來進行顯示。符號601係於鰭與鰭之間之區域121的信號強度較小之部分、尤其是信號強度均勻之區域。符號602係指於對應於鰭120部分之區域中，尤其是信號強度較大且均勻之部分。例如，符號602與對應於圖中之鰭120之白色部分之不同點在於，實際上鰭部分之信號強度亦有強弱，符號120之白色部分係表示某種程度之信號強度之部分(藉由二值化)，相對於此，符號602尤其是指成為一樣之信號強度之區域。同樣地，符號603係指於閘極圖案之左邊緣附近111處信號強度大致成為最大值之部分。求出於符號601、符號602、符號603之區域內信號強度之平均值，並依序設為I_base_off、I_base_on、I_peak。於欲以Off-Fin上之信號分佈作為基準分佈之情形時，於式(2)中，將I_base設為I_base_off，將I_max設為I_peak。於欲以On-Fin上之信號分佈作為基準之情形時，將I_base設為I_base_on即可。藉由以上順序，根據式(2)獲得ΔI(T)。 綜上所述，可知ΔI(T)之算出方法藉由如下設定而全部有四種：以On-Fin信號分佈與Off-Fin信號分佈之任一者作為基準；根據實際之信號分佈算出；將圖像內之分離之部位之信號強度平均化而算出基礎強度及信號最大值。 以Off-Fin信號為基準之優點在於，得出與不具有鰭之情形之測定結果相近之值。在量產現場，與先前使用之方法有連續性，與過去之批次相比較為簡單且易於使用。然而另一方面，於T較低之情形時或來自鰭之信號較強之情形時，ΔI(T)接近於On-Fin信號之信號高度，邊緣檢測失敗變多。於此種情形時，較佳以On-Fin信號為基準。 使用實際之信號分佈之優點係與將Off-Fin信號作為基準時同樣地與過去之資料有連續性。然而，鰭之間距變窄，製作基準分佈時無法充分地平均化之情形時，會因雜訊使得ΔI(T)之值之可靠性明顯降低。於此種情形時，較佳採取第二方法、即自圖像內之分隔之部位分別求出相當於I_max及I_base之信號強度之方法。上述圖像內之分隔之部位雖沿Y軸較窄，但可朝沿X軸之方向擴展，因此能夠增加用於平均化之資料之數量，降低雜訊，求出可靠性較高之ΔI(T)。 再者，於上述FinFET之情形時之說明中，係假設鰭極細故而鰭之圖案頂端亦與邊緣同樣地大量發出信號電子。然而，即便於鰭之左右之邊緣與頂端可分離之情形時，亦可相同地應用本方法。又，除FinFET以外亦能夠應用於在下層具有某些圖案輪廓之情形。 根據本發明，能夠自由上而下地觀察基底之圖案交叉於成為尺寸測量對象之微細圖案之輪廓的構造而得之圖像，不受基底之圖案之影響地提取成為測量對象之圖案之輪廓作為離散之邊緣點之集合。根據取出之輪廓之資料，能夠求出邊緣粗糙度指標、及具有基底之部位與不具有基底之部位之尺寸差等指標，而管理圖案形成步驟。對象圖案雖以FinFET元件之閘極線圖案之情形為代表性，但並不一定限定於線圖案，又，亦可為半導體以外之三維圖案。 以下，藉由實施例對本發明進行具體說明。相同符號表示相同構成要素。再者，於實施例中，以掃描式電子顯微鏡(SEM)為例進行說明，但不僅可應用於使用電子束之裝置，亦可應用於使用離子束之裝置。 實施例1 以下，對本發明之第一實施例進行描述。於本實施例中，利用根據本發明之邊緣提取運算法，對評估FinFET之虛設閘極圖案之On-Fin部分與Off-Fin部分之尺寸差之例進行說明。 將成為評估對象之晶圓(樣品)707投入圖7A所示之SEM，並固定於載台708上。使自配置於殼體701內之電子槍702發出之電子703通過透鏡704、偏向器705、透鏡706而收斂，進而一面進行掃描，一面使用檢測器710偵測自晶圓707發出之信號電子(二次電子)709，藉此，獲得成為晶圓上之目標物之圖案的自上而下之圖像。 將於本實施例中解析之圖像之例之模式圖示於圖8。圖像為將電子顯微鏡信號之強弱轉換為灰度而成者，以深淺進行表示，此處模式性地以白色表示特別亮之部分，以黑色表示較暗之部分。又，於該圖中，實際上並無表示圖像之外框之線，圖像內之黑線部分對應於信號強度特別低且寬度較窄之區域。再者，實際上X軸及Y軸、各符號並未於監視器上顯示。此處係為了對下述之圖12所示之步驟進行說明而標記上。 藉由由系統之終端712輸入之指令將圖像暫時保存於記憶區域713。其後，操作者使本實施例之解析程式動作。再者，符號711為控制系統。 進而，操作者利用圖像解析裝置720進行圖9所示之處理。再者，將位於圖像解析裝置720之內部、實施自圖像獲得之資料之處理的運算部之構成示於圖7B。此處不包含與監視器及資料記憶區域進行交換之部分。圖7B所示之各運算於步驟S106中使用。 首先，執行步驟S101，叫出FinFET解析軟體之所需之圖像，並顯示於組入圖像解析裝置720之監視器。其次，選擇On/Off-Fin CD作為欲輸出之項目(步驟S102)，繼而，設定閾值位準差計算方法(步驟S103)。閾值位準差之計算方法之指定項目有兩點。首先為基準之獲取方法(作為上述第一方法之實際信號利用及作為第二方法之來自圖像內之若干區域之計算)。簡單而言，於監視器上顯示實際信號與虛擬信號(由於係使用自另一區域算出之值進行與實際信號之情形同樣之計算，故而此處稱為虛擬信號)，且自該等中進行選擇。此處選擇實際信號。第二點為基礎強度之獲取方法。於實際信號之情形時，可自某區域內之最小值、或平均值(基準線)中進行選擇。此處選擇最小值。繼而，進入解析區域之設定。On-Fin區域設定為3部位、Off-Fin區域設定為2部位。將該情況示於圖10。 於該階段中，由於在監視器上顯示設定On-Fin區域之3個四邊形、設定Off-Fin區域之2個四邊形及算出基準分佈之四邊形，故進入步驟S104，使用滑鼠將該等置於所需之位置。將此時之圖像之情況示於圖11。此處，於圖11中為了得知所設定之區域，僅記有圖8所示之圖像之圖案之輪廓。實際上，圖8所示之圖像係以深淺表示。又，On-Fin區域以通常之框線之四邊形表示、Off-Fin區域以虛線框之四邊形表示、基準分佈算出區域以粗實線框之四邊形表示。於實際之顯示畫面上改變框線之顏色而進行區別。再者，此處，因過去僅管理Off-Fin區域之閘極尺寸之緣故，故將基準分佈設定為Off-Fin區域。符號1101至符號1103為所設定之On-Fin區域，符號1104、1105為Off-Fin區域，符號1106為算出基準分佈之區域。 繼而，進入步驟S105，對用於定義邊緣之若干參數進行設定。於此情形時，為信號之x方向之平滑化參數S及閾值比率T。由於圖像中雜訊較少，故設為S＝3，T設為與迄今為止所使用之值相同之值、即70%。 繼而，點擊於設定條件下執行測定之顯示時，便執行步驟S106。 於該步驟中，藉由圖7B所示之運算部進行圖12所示之內容之處理。首先，運算部721選擇基準分佈區域1106作為下一要處理的圖像資料區域，隨之，運算部722將處於基準分佈區域1106之全部信號分佈、即信號強度之X方向依存性資料平均化，製作基準分佈(步驟S201)。其次，進入步驟S202，若運算部721將相當於該基準區域之左邊緣之左側半部分之區域決定為下一要處理之圖像資料區域，且於該區域中運算部723算出信號強度之最小值、最大值，則運算部724將該信號強度之最小值、最大值分別代入該式(2)之I_base、I_max中，並使用操作者所設定之T之值算出ΔI(T)。又，關於右邊緣亦同樣地，運算部721決定資料區域，且運算部723、724算出右邊緣之ΔI(T)。繼而，進入步驟S203，分別於指定之解析區域1101、1102、1103、1104、1105中，分別依據式(1)在信號分佈上檢測左右邊緣。再者，於圖4中圖示說明左邊緣之情形之檢測方法。右邊緣亦以同樣之方式進行。該等運算如下，即，運算部721決定用於搜尋邊緣之區域，且運算部725基於其結果算出邊緣位置。最後，進入步驟S204。此處，於步驟S102中，因將CD(線寬)指定為輸出指標，故算出各解析區域中之線寬之平均值，求出On-Fin區域、Off-Fin區域之平均線寬。該指標計算由運算部726實施。 On-Fin CD顯示為28.5 nm、Off-Fin CD顯示為26.0 nm(步驟S107)。再者，該等一系列步驟可藉由製作配方，對複數個圖像執行配方，將結果彙總於一個檔案。因此，根據配方對拍攝相同晶片內之合計15張圖像進行測量，可知於On-Fin CD與Off-Fin CD中，前者大2.5 nm。將用於在Fin上形成閘極之層堆積，於其上使用微影法形成抗蝕圖案，將其作為遮罩進行蝕刻而製作閘極圖案，但被指出有閘極之層並不平坦而僅Fin上較厚之可能性，而經剖面測量後得知，確實於Fin上閘極形成用之膜變厚。迄今為止之測量方法中，由於On-Fin CD與Off-Fin CD相等，故無法注意到該問題，但因導入本SEM（Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡），該問題變得明顯。藉由改善該問題，能夠使不良產生率自10%左右下降至5%。 以上，根據本實施例，能夠提供一種能夠不受下層圖案之影響地容易地提取與下層圖案交叉形成之上層圖案之邊緣的圖像解析裝置及荷電粒子束裝置。又，能夠不依賴於下層圖案之有無而算出準確之上層圖案之尺寸。 實施例2 以下，對本發明之第二實施例進行描述。再者，於第一實施例中記載但本實施例中未記載之事項只要無特殊情況則亦能夠應用於本實施例。於本實施例中，對算出鰭密集之FinFET的虛設閘極圖案之LWR之例進行說明。 與第一實施例同樣地，將成為對象之晶圓投入圖7A所示之SEM。經過與第一實施例同樣之製程，獲得成為晶圓上之目標之圖案的自上而下之圖像。將於本實施例中解析之圖像之例之模式圖示於圖13。縱橫均包含512像素。圖像為將電子顯微鏡信號之強弱轉換為灰度而成者，以深淺進行表示，此處模式性地以白色表示特別亮之部分，以黑色表示較暗之部分。為方便起見，與實施例1同樣地定義X及Y軸。 藉由由系統之終端712輸入之指令將圖像暫時保存於記憶區域713。其後，操作者使本實施例之解析程式動作。 進而，操作者利用圖像解析裝置720進行圖9所示之處理。首先，執行步驟S101，叫出FinFET解析軟體之所需之圖像，並顯示於組入圖像解析裝置720之監視器。其次，選擇LWR作為欲輸出之項目(步驟S102)，繼而，於計算方法設定窗口(圖14)中設定各種條件(步驟S103)。此處，於使用虛擬信號之方法中，作為基礎強度選擇On-Fin區域之平均值(基準線)。 繼而，進入步驟S104之解析區域之設定。由於在圖像之上顯示有表示解析區域1501之四邊形，故使用滑鼠移動其而置於所需之位置。將該情況示於圖15。此處，與圖11同樣地，使用細線表示圖13之圖案之輪廓、使用粗線表示解析區域。於該階段中，程式自動地將解析區域之左右端之n個像素之量設為用於I_base計算之基準分佈製作區域，且將解析區域全體設為用於I_max計算之基準分佈製作區域。再者，n之值此處預先設定為10。可根據解析區域之寬度之像素數而變更該值。 繼而，進入步驟S105，對用於定義邊緣之若干參數進行設定。於此情形時，為信號之x方向之平滑化參數S及閾值比率T。由於圖像中雜訊較少，故設為S＝3、T＝50%。 繼而，點擊於設定條件下執行測定之顯示時，便執行步驟S106。 於該步驟中，亦與第一實施例同樣地，進行圖12所示之內容之處理。首先，實施步驟S201。對左邊緣進行記述。於被設為基準分佈區域之解析區域中，將不包含閘極圖案之左端之10像素之區域內且信號強度較大之部分(即，On-Fin區域)的資料平均化，作為基礎強度I_base。又，將解析區域之信號分佈全部平均，將左邊緣附近之最大值設為I_max。對右邊緣亦進行同樣之處理，算出於右邊緣之情形時之I_base與I_max。其次，進入步驟S202，依據式(2)算出ΔI(T)，然後進入步驟S203，與第一實施例同樣地算出左右之邊緣位置。使用該等資料，於步驟S204中算出LWR。 進入步驟S107，所評估之區域之LWR顯示為2.3 nm。另一方面，於應用先前方法時為4.2 nm。 以該方法管理晶圓之完成情況時，使用先前方法無法偵測之LWR之長期性變化被獲知，且能夠偵測到由於蝕刻氣體流量逐漸偏離當初之設定，故而LWR增加之情況。作為其效果，轉到重新進行步驟之晶圓之片數減少2%。 以上，根據本實施例，能夠提供一種能夠不受下層圖案之影響地容易地提取與下層圖案交叉形成之上層圖案之邊緣的圖像解析裝置及荷電粒子束裝置。又，能夠不依賴於下層圖案之有無而算出準確之上層圖案之LWR。 實施例3 以下敍述本發明之第三實施例。再者，於第一或第二實施例中記載但本實施例中未記載之事項只要無特殊情況則亦能夠應用於本實施例。於本實施例中，對算出跨及金屬區域與SiO2 之區域而存在之矽之線圖案的LER之例進行說明。 於圖16示出將成為對象之試樣的自上而下之電子顯微鏡圖像之一部分簡化之模式圖(下圖)，及概略試樣剖視圖(上圖)。與第一及第二實施例同樣地，將本來以灰度進行表示者二值化而進行表示。圖像之一邊為1000像素(1000 nm)。為方便起見，與第一實施例同樣地定義X及Y軸。又，虛線A處之剖面與虛線B處之剖面於構造上相同。另一方面，信號分佈成為如圖4般。區域1601為形成有氧化矽膜(SiO2 )之區域(基礎層)、區域1602為形成有銅層(Cu)之區域(基礎層)、區域1603為表面被SiO2 覆蓋之矽層之區域(線圖案)。再者，區域1604表示自矽圖案之側壁附近強烈發出信號之區域、即圖案之邊緣附近。 對於該圖像，按與第二實施例相同之順序使程式動作。解析區域係如圖17之虛線框1705般置於圖像。虛線框1705係一邊為600 nm之正方形。 程式按照與第二實施例相同之順序，算出相當於虛線框1705內之區域1602的部分且進而與信號強度較高之部分一樣的部分之平均信號強度，設為I_base。又，將使虛線框1705內之區域1604中之各信號分佈(於固定Y座標時之信號強度之X方向之分佈)之最大值平均後之值設為I_max。又，由於使用者指定之T之值為50%，故根據該等之值及式(2)算出ΔI(T)，並對解析區域1705內之全部之信號分佈應用式(1)算出邊緣點的集合，於邊緣點之X座標之分佈之標準偏差σ上乘以3，將所得之值作為LER輸出至監視器上。值為2.1 nm。另一方面，使用先前方法求出之值為3.3 nm。 於使用該圖案製作元件之步驟中，使用上述方法管理LER時，判明由於至此為止LER較大，故轉到二次加工之晶圓為良品。藉此，生產效率提高0.5%。 以上，根據本實施例，能夠提供一種能夠不受下層圖案之影響地容易地提取與下層圖案交叉形成之上層圖案之邊緣的圖像解析裝置及荷電粒子束裝置。又，能夠不依賴於下層圖案之材料而算出準確之上層圖案之LWR。
100‧‧‧基板
110‧‧‧閘極圖案(第二線)
111‧‧‧左邊緣附近
112‧‧‧右邊緣附近
120‧‧‧線圖案(Fin，第一線)
121‧‧‧鰭與鰭之間之區域
130‧‧‧第二層
140‧‧‧第一層
601‧‧‧鰭與鰭之間之區域
602‧‧‧鰭之頂端附近
603‧‧‧閘極圖案之左邊緣附近
701‧‧‧殼體
702‧‧‧電子槍
703‧‧‧電子束
704‧‧‧透鏡
705‧‧‧偏向器
706‧‧‧透鏡
707‧‧‧樣品
708‧‧‧樣品載台
709‧‧‧自樣品產生之二次電子
710‧‧‧檢測器
711‧‧‧控制系統
712‧‧‧樣品觀察裝置及解析系統之終端
713‧‧‧資料記憶裝置
720‧‧‧圖像解析裝置
721‧‧‧決定要處理之資料之範圍的運算部
722‧‧‧將指定之複數個信號分佈平均化之運算部
723‧‧‧算出信號強度之最大值及最小值之運算部
724‧‧‧算出閾值位準差ΔI(T)之值之運算部
725‧‧‧算出信號分佈上邊緣點之運算部
726‧‧‧根據複數個邊緣點位置座標算出指定之指標之值之運算部
1101‧‧‧設定於解析區域之On-Fin區域
1102‧‧‧設定於解析區域之On-Fin區域
1103‧‧‧設定於解析區域之On-Fin區域
1104‧‧‧設定於解析區域之Off-Fin區域
1105‧‧‧設定於解析區域之Off-Fin區域
1106‧‧‧算出基準分佈之區域
1501‧‧‧解析區域
1601‧‧‧基礎層之
SiO2‧‧‧露出之區域
1602‧‧‧基礎層之Cu露出之區域
1603‧‧‧線圖案
1604‧‧‧線圖案之邊緣附近
1705‧‧‧解析區域
A‧‧‧線
B‧‧‧線
C‧‧‧線
S101‧‧‧指定並叫出解析對象之圖像檔案名之步驟
S102‧‧‧選擇輸出值之種類之步驟
S103‧‧‧指定計算閾值位準差ΔI(T)之方法之步驟
S104‧‧‧設定要解析之區域、算出用於計算ΔI(T)之基準分佈的區域之步驟
S105‧‧‧對定義邊緣之參數進行設定之步驟
S106‧‧‧依據規定之參數值，提取解析區域之邊緣，並計算輸出值之步驟
S107‧‧‧將結果輸出至監視器上或作為檔案輸出至記憶區域之步驟
S201‧‧‧算出基準分佈之步驟
S202‧‧‧算出閾值位準差ΔI(T)之步驟
S203‧‧‧算出解析區域中之邊緣位置之步驟
S204‧‧‧根據邊緣位置座標算出指標之值之步驟
圖1係於FinFET元件之製造步驟中，於在鰭之上方形成有閘極之階段中之鰭與閘極之交點附近的鳥瞰圖。 圖2係於FinFET元件之製造步驟中，於在鰭之上方形成有閘極之階段中之圖，且上圖左係將使用電子顯微鏡所觀察到之自上而下之觀察像簡化之模式圖，上圖右係線C處之剖視圖，中圖係線A處之剖視圖，下圖係線B處之剖視圖。 圖3係構成圖2所示之圖像之信號分佈之模式圖。 圖4係於考慮到使用電子顯微鏡觀察所觀察到之樣品之帶電後之、對處於鰭上及未處於鰭上之閘極圖案進行掃描時的信號分佈之模式圖。 圖5係對本發明之用於決定邊緣之閾值位準差之算出方法中之第一方法進行說明之模式圖。 圖6係對本發明之用於決定邊緣之閾值位準差之算出方法中之第二方法進行說明之模式圖。 圖7A係本發明之各實施例之掃描式電子顯微鏡的概略全體構成模式鳥瞰圖(一部分為剖視圖，一部分為方塊圖)。 圖7B係表示圖7A所示之掃描式電子顯微鏡中的圖像解析裝置之運算部之構成之模式圖。 圖8係將於本發明之第一實施例中所獲得之電子顯微鏡圖像簡化之模式圖。 圖9係表示本發明之第一實施例中之圖像處理之操作之流程圖。 圖10係本發明之第一實施例中於操作中在監視器上出現之圖像處理條件設定窗口之模式圖。 圖11係表示於本發明之第一實施例中設定於圖像上之解析區域及基準分佈算出區域之模式圖。 圖12係詳細描述本發明之第一實施例中之圖像處理中的邊緣檢測及測定之步驟之流程圖。 圖13係將於本發明之第二實施例中所獲得之電子顯微鏡圖像簡化之模式圖。 圖14係本發明之第二實施例中於操作中在監視器上出現之圖像處理條件設定窗口之模式圖。 圖15係表示於本發明之第二實施例中設定於圖像上之解析區域及基準分佈算出區域之模式圖。 圖16係將於本發明之第三實施例中所獲得之試樣的自上而下之電子顯微鏡圖像之一部分簡化之模式圖(下圖)、及概略試樣剖視圖(上圖)。 圖17係表示於圖16之自上而下之電子顯微鏡圖像中用於計算ΔI(T)之信號區域之模式圖。

Claims (15)

  1. 一種荷電粒子束裝置，其特徵在於具備：荷電粒子束源；試樣台，其載置具有第一圖案、及配置於上述第一圖案之上部且與上述第一圖案交叉之第二圖案的試樣；荷電粒子束光學系統，其用於使自上述荷電粒子束源發出之荷電粒子作為荷電粒子束照射於上述試樣；及圖像解析裝置，其使用藉由使上述荷電粒子束照射至上述試樣而自上述試樣獲得之信號資料，對上述試樣進行評估；且 上述圖像解析裝置具有： 第一運算部，其算出作為進行處理的對象之上述信號資料之解析範圍，該解析範圍包括包含上述第一圖案與上述第二圖案交叉之部位之第一區域、及包含配置於未形成上述第一圖案之部位之第二圖案的第二區域； 第二運算部，其將於上述解析範圍內所獲得之複數個信號分佈平均化； 第三運算部，其算出上述平均化後之信號分佈中之信號強度之最大值及最小值； 第四運算部，其使用上述最大值及上述最小值，算出自上述最大值下降之一定之強度即閾值位準差；及 第五運算部，其使用上述閾值位準差，算出上述信號分佈中之上述第二圖案之邊緣。
  2. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述閾值位準差係以 ｛(上述最大值)－(上述最小值)｝×｛(100－T)/100｝ 表示，其中T係以上述最小值為基準之距上述最大值之強度差。
  3. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述圖像解析裝置進而具有第六運算部，該第六運算部根據所算出之上述邊緣之位置之座標而算出指定的指標之值。
  4. 如請求項3之荷電粒子束裝置，其中 上述第二圖案具有線形狀，且上述指定之指標係上述第二圖案之線寬、上述第二圖案之邊緣粗糙度及上述第二圖案之線寬波動之至少一者。
  5. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述第一圖案為凸圖案。
  6. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述第一圖案為嵌入絕緣膜內之導體層之圖案。
  7. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述信號分佈係以在上述第一區域獲得之實際信號為根據。
  8. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述信號分佈係以在上述第一區域中獲得之自其他區域算出之虛擬信號為根據。
  9. 如請求項2之荷電粒子束裝置，其中 上述信號分佈基於在上述第二區域獲得之實際信號。
  10. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中 上述信號分佈基於在上述第二區域中獲得之自其他區域算出之虛擬信號。
  11. 一種圖像解析裝置，其特徵在於，其係使用藉由向具有第一圖案、及配置於上述第一圖案之上部且與上述第一圖案交叉之第二圖案的試樣照射荷電粒子束而自上述試樣獲得之信號資料，對上述試樣進行評估者； 上述圖像解析裝置具有： 第一運算部，其算出作為進行處理的對象之上述信號資料之解析範圍，該解析範圍包括包含上述第一圖案與上述第二圖案交叉之部位之第一區域、及包含配置於未形成上述第一圖案之部位之第二圖案之第二區域； 第二運算部，其將於上述解析範圍內所獲得之複數個信號分佈平均化； 第三運算部，其算出上述平均化後之信號分佈中之信號強度之最大值及最小值； 第四運算部，其使用上述最大值及上述最小值，算出自上述最大值下降之一定之強度即閾值位準差；及 第五運算部，其使用上述閾值位準差，算出上述信號分佈中之上述第二圖案之邊緣。
  12. 如請求項11之圖像解析裝置，其中 上述閾值位準差係以 ｛(上述最大值)－(上述最小值)｝×｛(100－T)/100｝ 表示，其中T係以上述最小值為基準之距上述最大值之強度差。
  13. 如請求項11之圖像解析裝置，其中 上述圖像解析裝置進而具有第六運算部，該第六運算部根據所算出之上述邊緣之位置之座標而算出指定之指標之值。
  14. 如請求項13之圖像解析裝置，其中 上述第二圖案具有線形狀，且上述指定之指標為上述第二圖案之線寬、上述第二圖案之邊緣粗糙度及上述第二圖案之線寬波動之至少一者。
  15. 如請求項11之圖像解析裝置，其中 上述第一圖案為凸圖案。
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