TW201917769A - 帶電粒子線裝置，截面形狀推定程式 - Google Patents

帶電粒子線裝置，截面形狀推定程式 Download PDF

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Abstract

提供一種能夠簡便地推定圖樣的截面形狀之帶電粒子線裝置。 　　本發明之帶電粒子線裝置，依能量辨別器的各自相異的每一辨別條件來取得檢測訊號，將每一前述辨別條件的檢測訊號和基準圖樣比較，藉此推定試料的截面形狀。

Description

帶電粒子線裝置，截面形狀推定程式
本發明有關帶電粒子線裝置。
伴隨半導體圖樣的微細化及高度積體化，些微的形狀差也變得會對元件的動作特性造成影響，形狀管理的需求逐漸升高。因此，半導體的檢查/計測所使用之掃描電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)，相較以往變得更加要求高靈敏度、高精度。此外除近年的圖樣微細化外，伴隨將元件於高度方向堆積之高深寬比化的進展，3維構造的計測需求逐漸升高。有關特定的深度之尺寸推定，有人揭示了以下方法。
下記專利文獻1，揭示了事先在試料表面附著帶電，而對檢測的2次電子的能量予以限制，藉此判定缺陷的深度之方法。下記專利文獻2，亦揭示事先在試料表面附著帶電，藉此計測特定深度的圖樣尺寸之方法。
下記非專利文獻1，揭示了事先在試料形成帶電，能量濾波器將低能量的電子截止，藉此判定特定深度的圖樣尺寸之方法。下記專利文獻3，揭示了學習圖樣的截面形狀、與試料的俯視SEM圖像，而作為資料庫來活用之方法。
伴隨圖樣尺寸的微細化，成膜過程中形成的孔洞(void)圖樣(試料內部的空洞)對於元件特性造成的影響會增加，故對孔洞圖樣做檢查/計測之需求增加。下記非專利文獻2，揭示了將照射的電子線的加速能量予以最佳化，藉此判定被填埋的孔洞圖樣之方法。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-238982號公報 　　[專利文獻2]日本特開2010-175249號公報 　　[專利文獻3]日本特開2007-227618號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1]Proc. SPIE 10145, Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXXI, 101451K (28 March 2017) 　　[非專利文獻2]Applied Physics Letters 93, 263110 (2008)
[發明所欲解決之問題]
如專利文獻1揭示般，當圖樣由絕緣體材料所構成的情形下，藉由在表面設定帶電，能夠形成圖樣表面與圖樣底之間的電位差。在此情形下，從圖樣表面直到底部會形成均一的電位梯度，便能於深度方向的每一位置辨別2次電子的能量。藉由將懷疑有缺陷之位置的訊號的能量予以分析，便能推定缺陷位於哪一深度。專利文獻2揭示之方法中亦同樣地，能夠判別是正在檢測孔底的訊號，還是正在檢測孔途中的訊號。非專利文獻1中進一步藉由使用能量濾波器，來推定特定深度的圖樣尺寸。然而，按照專利文獻1、專利文獻2、及非專利文獻1記載之方法，雖能獲得缺陷位於哪一深度、缺陷尺寸多大這些資訊，但針對圖樣的截面形狀則難以判斷。例如圖樣的傾斜程度(推拔角度)等的截面形狀中，1次電子會因圖樣的帶電而被偏向，故難以判定。
專利文獻3揭示之方法，必須依圖樣的每一形狀/材質準備資料庫，故事前準備的負擔大。此外若因材料特性的變化等而帶電不均勻，則有推定精度降低的可能性。
非專利文獻2中，是藉由將加速條件最佳化來計測孔洞，但最佳的加速條件會因孔洞的深度或尺寸而異，故料想會有依每一晶圓或晶片探索最佳條件需耗費時間這樣的待解問題。
本發明有鑑於上述這樣的待解問題而創作，係提供一種能夠簡便地推定圖樣的截面形狀之帶電粒子線裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之帶電粒子線裝置，依能量辨別器的各自相異的每一辨別條件來取得檢測訊號，將每一前述辨別條件的檢測訊號和基準圖樣比較，藉此推定試料的截面形狀。 [發明之效果]
按照本發明之帶電粒子線裝置，是使用能量辨別器測定特定深度的邊緣位置，並且將測定出的邊緣位置和基準圖樣比較，藉此能夠以簡易的手法推定試料的截面形狀。
作為高精度地計測/檢查半導體元件的微細圖樣之裝置，掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)的需求逐漸升高。掃描電子顯微鏡，為檢測從試料放出的電子等之裝置，藉由檢測這樣的電子來生成訊號波形，測定例如訊號波形峰值(相當於圖樣的邊緣部分)間的尺寸。
從試料放出的電子，會保持著表示試料的放出位置的帶電(電位)狀態之資訊。例如，從正帶電的場所放出的2次電子、與從負帶電的場所放出的2次電子，會保持著放出場所的帶電差(電位差)而進入檢測器。即使是原本的放出能量就低的2次電子(絕大部分為數ev)，藉由利用這樣的特性，便能推定放出場所的帶電電位、或由2次電子的能量來查明放出場所。
近年來，隨著半導體元件的微細化，如FinFET、Nanowire等般的元件構造趨向複雜化，另外有如NAND快閃記憶體等般將元件於3維方向堆積之高深寬比化的趨勢。例如接觸孔，相對於孔徑數十nm而言逐漸被加工成數μm這樣非常深的孔。是故，必須檢查孔是否正常地筆直地敞開。特別是，孔側壁的彎弓(bowing)形狀或逆推拔形狀等，於掃描電子顯微鏡所做的TopView圖像中無法判定，故會採用將截面打碎，藉由TEM等來確認圖樣形狀這樣的破壞檢查。另一方面，伴隨元件構造的複雜化或高深寬比化進展，確認圖樣的截面形狀之需求在增加，截面形狀觀察所致之開發期間的長期化與成本增加成為待解問題。
以下實施形態中，有鑑於上述這樣的待解問題，說明一種藉由使用掃描電子顯微鏡而取得的試料的TopView圖像，無須破壞試料而推定圖樣的截面形狀之方法。
＜實施形態1＞ 　　圖1為本發明實施形態1之帶電粒子線裝置的構成圖。本實施形態1之帶電粒子線裝置，構成為掃描型電子顯微鏡。令從電子槍1產生的電子線2(電子束)藉由聚光透鏡3而聚焦，藉由對物透鏡5聚焦於試料6上。偏向器4(掃描偏向器)，令電子線2(1次電子)在試料6的表面上掃描。藉由將1次電子予以2維地掃描而照射，於試料6內2次電子7會被激發，從試料6放出。檢測器8檢測2次電子7，輸出表示其強度之檢測訊號。藉由將檢測訊號變換成圖像，來觀察/計測試料6。在檢測器8的前段，備有能量辨別器9(構成為旁通濾波器或是帶通濾波器)，僅令具有涵括在特定範圍內的能量之2次電子7通過。
圖1的掃描電子顯微鏡，具備未圖示之控制裝置，控制裝置控制掃描電子顯微鏡的各光學元件，而控制能量辨別器9的辨別條件。在用來載置試料6之試料平台，連接有未圖示之負電壓施加電源。控制裝置，藉由控制負電壓施加電源，來控制電子線2到達試料6時的能量。不限於此，亦可藉由控制連接於用來將電子線2加速的加速電極與電子源之間之加速電源，來控制電子線2的能量。圖1示例之掃描電子顯微鏡，具備對每一像素記憶檢測訊號之圖像記憶體，檢測訊號被記憶於該圖像記憶體。
圖1示例之掃描電子顯微鏡，具備未圖示之演算裝置。演算裝置，基於圖像記憶體中記憶的圖像資料，推定圖樣的截面形狀。更具體而言，依每一能量辨別條件，基於圖像的各像素中記憶之亮度資訊，形成形狀輪廓波形，使用它求出圖樣的邊緣位置，將求出的邊緣位置和相異的基準圖樣的邊緣位置比較，藉此推定試料6的各深度位置之邊緣位置(亦即截面形狀)。詳細後述之。
圖2為示例試料6具有的孔的圖樣之側截面模型圖。(a)為側壁形狀為筆直的圖樣，本實施形態1中將此訂為基準圖樣。(b)為從表面朝向孔底均等地帶有傾斜之圖樣。(c)為至孔的一半為止是筆直，其以下則均等地帶有傾斜之圖樣。(d)為至孔的一半為止是均等地傾斜，其以下則是筆直之圖樣。只要截面形狀已知，則亦可將(b)～(d)的任一者用作為基準圖樣。
如圖2的圖樣表面以＋所示般，藉由對圖樣預給劑量(pre-dose)來事先形成正的帶電。在試料6上設定上拉(pull up)電場，以2次電子放出係數為1以上之加速條件來藉由電子線2照射廣泛區域，則能夠在圖樣表面形成如圖2這樣的正帶電。
圖3為孔內的電位梯度的例子。此處，示例了形成孔底0V、表面140V的正帶電時之電位梯度。圖3的橫軸，示意將表面訂為1、孔底訂為0時之深度方向的相對位置。圖3的縱軸，示意各深度位置之電位。當形成孔的材質為均一的情形下，從孔的表面至底，會形成均一的電位梯度。2次電子7會保持著放出場所的電位之資訊，故藉由檢測具有涵括在特定範圍內的能量之2次電子7，便能判斷是從哪一深度放出的。
圖4為依2次電子7具有的每一能量而生成之SEM圖像的例子。電子線2會因試料6表面的帶電而被偏向，故為了令電子線2到達孔的更深的位置，必須將電子線2的能量更加提高(亦即增大加速電壓)。是故圖4的最左表示孔的最深位置之平面形狀，最右表示孔的最淺位置之平面形狀。此圖像，是在電子線2因試料6表面的帶電而被偏向之狀態下取得之物，故難以單獨使用此圖像來推定試料6的截面形狀。
圖5示意從圖4所示的各SEM圖像抽出之圖樣的邊緣位置。此處揭示僅檢測圖4的圖樣的左邊緣的位置之結果。為補足資料點，針對圖4所示的能量值以外也求出了邊緣位置。基準圖樣(a)為孔為筆直之情形，故邊緣位置應該和深度無關而呈一定，但電子線2會因試料6表面的帶電而被偏向，故愈靠近孔底，實際檢測之邊緣位置會愈大幅偏移。
若設想帶電所造成之電子線2的偏向量近乎相同，則基準圖樣(a)的邊緣位置、與各圖樣的邊緣位置之間的差分，便能視為是表示各圖樣的截面形狀。本實施形態1中，利用此一事實，推定試料6的截面形狀。
圖6示意使用圖5所示的邊緣位置的差分來推定截面形狀之結果。2次電子7具有的能量係和檢測深度相對應，故圖5的橫軸和試料6的深度相對應。基準圖樣(a)為孔形狀為筆直係已知，故圖樣(a)中的孔的邊緣位置與其他圖樣(b)～(d)中的孔的邊緣位置之間的差分，係表示自筆直形狀偏離了多少程度。圖6實線為利用這一事實而推定出之各圖樣的邊緣位置。圖6虛線為事先藉由模擬而求出的邊緣位置。雖然模擬的像素數少，推定結果看起來不均一，但能夠判定(b)(c)(d)3圖樣的形狀的差異，此外也能判定側壁的傾斜角變化之位置。
圖7為本實施形態1之掃描電子顯微鏡推定試料6的截面形狀之手續說明流程圖。相當於基準圖樣(a)之各深度的邊緣位置，是訂為事先取得。以下說明圖7的各步驟。
(圖7：步驟S701) 　　帶電粒子線裝置，形成試料6的表面與底部之間的電位差(預給劑量)。此處，為了造出深度方向的電位梯度而合併做預給劑量，但若藉由通常的掃描可造出相當於能量辨別的解析力之電位差，則不需要預給劑量。
(圖7：步驟S702) 　　帶電粒子線裝置，計測試料6表面的帶電電位(Vsurf )。帶電電位，例如也能基於藉由做能量辨別而取得的試料6的觀察圖像的各部位的亮度分布來求出。亦可藉由其他適當的手法求出。
(圖7：步驟S703～S706) 　　帶電粒子線裝置，將Vsurf 訂為能量辨別電壓(VEF )的初始值，一面改變辨別電壓一面取得觀察圖像。此處，是一面令VEF 每次變化10V，一面反覆直到成為無預給劑量的狀態下之原本的表面電位Vr 。VEF 的變化幅度能夠任意設置。愈減小變化幅度，愈能以更高解析力推定深度方向的形狀。
(圖7：步驟S707) 　　帶電粒子線裝置，從各能量辨別圖像(EF像)，依深度方向的每一位置抽出截面形狀的邊緣位置。例如圖4所示之觀察圖像中，依深度方向的每一位置抽出孔的各邊的位置作為邊緣位置。本步驟，相當於抽出圖5中的各計測點。
(圖7：步驟S708～S709) 　　帶電粒子線裝置，將從各EF像求出的邊緣位置、和基準圖樣中的邊緣位置比較，藉此求出兩者之間的邊緣位置的差分(S708)。帶電粒子線裝置，使用求出的差分，推定試料6的截面形狀(S709)。該些步驟，相當於藉由求出圖5中的基準圖樣的計測點與各圖樣的計測點之間的差分，來獲得圖6的推定結果。
＜實施形態1：總結＞ 　　本實施形態1之帶電粒子線裝置，是從各能量辨別圖像抽出截面形狀的邊緣位置，和事先已知形狀的基準圖樣中的截面形狀的邊緣位置比較，藉此推定未知的圖樣的截面形狀。如此一來，即使是截面形狀未知的試料，也能不破壞試料而推定截面形狀。
＜實施形態2＞ 　　實施形態1中，說明了將已知的基準圖樣和計測結果比較，藉此推定截面形狀之例子。本發明之實施形態2中，說明將使用複數個加速條件而取得的邊緣位置和電子線2的偏向量比較，藉此推定截面形狀之方法。帶電粒子線裝置的構成如同實施形態1，故以下主要說明推定手續。
圖8為本實施形態2中推定截面形狀之方法說明圖。首先，以某一加速條件(例如800eV)對試料6實施預給劑量並且取得各能量辨別圖像。接著以不同的加速條件(例如2000eV)對同一試料6實施預給劑量並且取得各能量辨別圖像(圖8(a))。此時，依每一加速條件計測試料6的表面電位，藉此將能量辨別電壓與計測深度建立對應。
接著，於截面形狀為筆直孔的情形下，依每一計測深度算出800eV時的電子線2(1次電子)的水平方向之偏向量、與2000eV時的1次電子的水平方向之偏向量之間的差分(圖8(b)虛線)。若表面的帶電電位已知，則依每一加速電壓算出各計測深度之1次電子的偏向量是容易的。
接著，將加速電壓變更，藉此依每一計測深度求出實際計測之邊緣位置會變化多少程度(圖8(b)實線)。若截面形狀為筆直，則藉由變更加速電壓而計測之邊緣位置，應該會和1次電子的偏向量相等。是故，藉由求出圖8(b)的虛線與實線之間的差分，便能推定截面形狀自筆直偏離了多少。如此一來，便能推定試料6的截面形狀。圖8(c)揭示其推定結果。
圖9為本實施形態2之掃描電子顯微鏡推定試料6的截面形狀之手續說明流程圖。以下說明圖9的各步驟。
(圖9：步驟S900～S906) 　　帶電粒子線裝置，針對加速電壓800eV與2000eV各者，實施如同步驟S701～S706之處理。
(圖9：步驟S907) 　　帶電粒子線裝置，從各能量辨別圖像(EF像)，依深度方向的每一位置抽出截面形狀的邊緣位置。帶電粒子線裝置，將加速電壓變更，藉此依每一計測深度求出實際計測之邊緣位置會變化多少程度。這相當於求出圖8(b)實線。帶電粒子線裝置，又求出加速電壓間的1次電子的偏向量的差分。這相當於求出圖8(b)虛線。
(圖9：步驟S908～S909) 　　帶電粒子線裝置，求出圖8(b)實線與虛線之間的差分(S908)，藉此推定試料6的截面形狀(S909)。
＜實施形態2：總結＞ 　　本實施形態2之帶電粒子線裝置，是藉由將加速電壓變更來事先算出1次電子的偏向量會變化多少程度，計測藉由將加速電壓變更而邊緣位置的檢測結果會變化多少程度，藉此推定截面形狀。如此一來，即使是不存在基準圖樣的試料，也能不破壞試料而推定截面形狀。
本實施形態2中，是訂為設想側壁形狀為筆直，而事先算出1次電子的偏向量，但並不限於此，例如亦可設想訂為目標之加工形狀(例如設計資料)來算出偏向量。
＜實施形態3＞ 　　圖10為在試料6形成有傾斜的孔之例子示意側截面圖。此處說明3種類的圖樣。(a)為筆直的圖樣、(b)為從表面一直到底傾斜了5nm的圖樣、(c)為從表面一直到底傾斜了2nm的圖樣。圖10(b)(c)，為被稱作逆推拔之形狀，即使藉由電子線2掃描表面，電子線2也不會碰觸側壁，難以獲得有關截面形狀之資訊。
圖11示意使用實施形態1中說明的手法來檢測各圖樣的邊緣位置之結果。通常，逆推拔的圖樣，側壁的邊緣會被配置於比表面的邊緣還內側，故難以將電子線2對側壁直接照射。如實施形態1中說明般，藉由令試料6的表面正帶電，便能對這樣的側壁照射電子線2。
當推拔角度大，電子線2依靠表面帶電所造成的偏向無法到達側壁的情形下，亦可藉由偏向器4令電子線2本身傾斜(tilt)。
圖12示意基於基準圖樣的邊緣位置與計測出的邊緣位置之間的差分來推定截面形狀之結果。虛線表示實際的形狀，實線表示由圖11的結果推定出的形狀。可知5nm傾斜、2nm傾斜皆近乎成功推定實際的形狀。
＜實施形態4＞ 　　以上的實施形態中，說明了推定試料6具有的孔的截面形狀之例子。本發明之實施形態4中，說明推定存在於試料6的內部之空隙(孔洞)的截面形狀之例子。帶電粒子線裝置的構成如同實施形態1，故以下主要說明推定手續。
圖13為孔洞圖樣的例子示意側截面模型圖。SEM為觀察試料表面的凹凸之物，故一般而言難以檢查/計測存在於試料6的內部之孔洞。在此情形下如同實施形態1～3般，藉由對試料6的表面賦予帶電，觀察能量辨別圖像，便能推定孔洞形狀。具體而言，是使用能量辨別器9來辨別2次電子7，藉此計測試料6表面的電位，基於表面上的各部位間的電位差，便能推定孔洞的平面位置。
圖14為試料6表面的電位分布圖。如圖13所示，若對具有孔洞的試料6實施預給劑量，對表面賦予正帶電，則在下層有孔洞之處的電位會變得比其他部位的電位還高，於試料6表面上的各部位間會發生電位差。2次電子7會帶有放出的場所的能量作為補償(offset)，故檢測2次電子7時藉由做能量辨別，於觀察圖像中便能強調在下層有孔洞之區域的對比度。在此情形下，在下層無孔洞之區域的亮度會成為基準，而能夠將相對於該基準亮度而言亮度高於規定閾值以上之區域，視為是孔洞的平面尺寸。
圖15示例孔洞的深度方向的尺寸與試料表面的電位差之間的對應關係之圖表。即使孔洞的水平方向之尺寸相同，因應孔洞的深度方向的尺寸，圖14所示之表面電位差會相異。亦即試料表面中，在下層存在孔洞之部位的電位與在下層不存在孔洞之部位的電位之間的差分，是孔洞的深度方向的尺寸愈大則愈大。事先藉由實驗或模擬分析等來取得圖15所示之對應關係，藉此便能推定孔洞的深度方向的尺寸。
＜實施形態4：總結＞ 　　本實施形態4之帶電粒子線裝置，是使用能量辨別器9，對試料6的每一部位計測表面電位，以在下層不存在孔洞之電位分布作為基準圖樣而和計測結果比較，藉此便能推定孔洞的平面形狀。又，事先取得表面電位差與孔洞的深度方向尺寸之間的對應關係，藉此便能推定孔洞的深度方向尺寸。
＜實施形態5＞ 　　圖16為本發明實施形態5之截面形狀推定系統的構成圖。掃描電子顯微鏡的控制裝置，具備(a)控制掃描電子顯微鏡的各部之機能、(b)基於被檢測出的2次電子7來形成試料6的觀察圖像之機能、(c)由各圖像導出圖樣的邊緣位置之機能、(d)在複數個圖像間導出邊緣位置的變化量之機能等。該些機能的演算處理，亦能令和控制裝置分別設置之演算裝置來實施其一部分或全部。本實施形態5中，說明後述的演算處理裝置803實施該演算處理之構成例。
圖16的截面形狀推定系統，具備SEM本體801、控制裝置802、演算處理裝置803。SEM本體801，為實施形態1～4之帶電粒子線裝置。演算處理裝置803，具備演算處理部804與記憶體805。演算處理部804，對控制裝置802供給規定的控制訊號，處理SEM本體801取得的訊號。記憶體805，記憶取得的圖像資料、配方(記述了計測條件等之資料)、記述了實施形態1～4中說明的基準圖樣之資料、圖15中說明之資料等。控制裝置802和演算處理裝置803亦可一體地構成。
偏向器4係掃描電子線2。檢測器8捕捉從試料6放出的2次電子7。內建於控制裝置802之A/D變換器，將檢測器8輸出的檢測訊號變換成數位訊號。演算處理裝置803，具備CPU(Central Processing Unit)等的演算處理硬體，同硬體將檢測訊號做演算處理，藉此實現各機能。
演算處理部804，具備測定條件設定部808、特徵量演算部809、設計資料抽出部810、截面形狀推定部811。測定條件設定部808，基於藉由輸入裝置813而輸入的測定條件等，來設定偏向器4的掃描條件等測定條件。特徵量演算部809，從圖像資料求出藉由輸入裝置813而輸入的ROI(Region Of Interest)內的輪廓。設計資料抽出部810，遵從藉由輸入裝置813而輸入的條件，從設計資料記憶媒體812讀出設計資料，視必要從向量資料變換成佈局資料。截面形狀推定部811，使用特徵量演算部809求出的各能量辨別圖像而藉由實施形態1～4中說明的手法來推定試料6的截面形狀。
演算處理部804及其各機能部，能夠使用實現(implement)了該機能的電路元件等的硬體來構成，亦能藉由演算裝置執行實現了該機能的軟體來構成。
輸入裝置813，與演算處理裝置803經由網路而連接，提供對操作者顯示試料6的觀察圖像或截面形狀的推定結果等之GUI(Graphical User Interface)(後述的圖17～圖19)。例如亦能將圖像資料或設計資料顯示成為3維對映圖。
圖17為輸入裝置813顯示的GUI的例子。操作者設定圖像的圖樣深度(Pattern depth)。操作者進一步指定從試料底部觀看時之截面高度(View height)，藉此便能觀看任意深度下之XY截面圖像。
演算處理裝置803係推定試料6的3維構造，故亦能如圖17右下的圖像般將試料6全體做3維顯示。右下的3維圖像，能夠藉由滑鼠游標任意地旋轉。亦能由右下圖的3維像來指定截面高度(View height)。若在XY截面像內指定2維區域，則會將推定出該區域內的截面形狀(XZ或YZ截面)之結果，顯示於圖17右上欄(截面形狀視窗)。截面形狀視窗中，若將滑鼠游標移動至任意的位置，則會顯示以游標指定之場所的深度與側壁的傾斜角度。作成的圖像及截面形狀波形能夠取名而保存。
圖18為將推定出的截面形狀做圖樣分類之GUI的例子。演算處理裝置803，除事先設定好的圖樣形狀(筆直、順推拔、逆推拔、傾斜、彎弓)外，尚基於使用者編輯之任意形狀模型，來將截面形狀分類。分類結果在圖18右側的SEM圖像上依每一圖樣顯示。分類結果能夠保存成為圖像或文字資料。
圖19為使用者編輯截面形狀模型之GUI的例子。於模型編輯區域上，藉由以滑鼠逐一點擊圖樣的頂點，能夠將封閉空間設定成為圖樣。或是，亦能將圖19左側所示之形狀樣板配置於模型編輯區域上，予以組合，藉此設定形狀。編輯好的形狀模型能夠保存，亦能讀入過去作成的模型來編輯。
＜有關本發明的變形例＞ 　　本發明並不限定於上述實施形態，而包含各種變形例。例如，上述實施形態是為了便於說明本發明而詳加說明，並非限定於一定要具備所說明之所有構成。此外，可將某一實施形態的一部分置換成其他實施形態之構成，又，亦可於某一實施形態之構成追加其他實施形態之構成。此外，針對各實施形態的構成的一部分，能夠追加、刪除、置換其他構成。
以上的實施形態中，是以1次電子到達至試料6的底部為前提。鑑此，帶電粒子線裝置，亦可基於圖樣尺寸(孔徑、溝幅等)與圖樣深度，於求出各加速條件下之1次電子的偏向量時，導出1次電子能夠到達至圖樣底部之加速電壓的範圍。又亦可將該加速電壓範圍或最佳的加速條件之組合，於實施形態5中說明的GUI上展示。當即使變更加速條件電子線2仍不會到達圖樣底的情形下，亦可令電子線2本身傾斜(tilt)。當令電子線2傾斜的情形下，只要以照射被傾斜之電子線而獲得的基準圖樣的圖像，來推定試料6的截面形狀即可。
實施形態1～4中說明的各處理，可在帶電粒子線裝置本身所具備之演算裝置(例如控制裝置802)上實施，亦可帶電粒子線裝置本身僅取得檢測訊號，而由另一演算裝置(例如演算處理裝置803)來取得記述了該檢測訊號之資料而實施同處理。各演算裝置實施之處理，可使用實現了演算處理之電路元件等的硬體來實施，亦可藉由演算裝置執行實現了該演算處理的軟體來實施。
1‧‧‧電子槍
2‧‧‧電子線
3‧‧‧聚光透鏡
4‧‧‧偏向器
5‧‧‧對物透鏡
6‧‧‧試料
7‧‧‧2次電子
8‧‧‧檢測器
801‧‧‧SEM本體
802‧‧‧控制裝置
803‧‧‧演算處理裝置
804‧‧‧演算處理部
805‧‧‧記憶體
808‧‧‧測定條件設定部
809‧‧‧特徵量演算部
810‧‧‧設計資料抽出部
811‧‧‧截面形狀推定部
812‧‧‧設計資料記憶媒體
813‧‧‧輸入裝置
[圖1]實施形態1之帶電粒子線裝置的構成圖。 　　[圖2]示例試料6具有的孔的圖樣之側截面模型圖。 　　[圖3]孔內的電位梯度的例子。 　　[圖4]依2次電子7具有的每一能量而生成之SEM圖像的例子。 　　[圖5]示意從圖4所示的各SEM圖像抽出之圖樣的邊緣位置。 　　[圖6]示意使用圖5所示的邊緣位置的差分來推定截面形狀之結果。 　　[圖7]實施形態1之掃描電子顯微鏡推定試料6的截面形狀之手續說明流程圖。 　　[圖8]實施形態2中推定截面形狀之方法說明圖。 　　[圖9]實施形態2之掃描電子顯微鏡推定試料6的截面形狀之手續說明流程圖。 　　[圖10]在試料6形成有傾斜的孔之例子示意側截面圖。 　　[圖11]示意使用實施形態1中說明的手法來檢測各圖樣的邊緣位置之結果。 　　[圖12]示意基於基準圖樣的邊緣位置與計測出的邊緣位置之間的差分來推定截面形狀之結果。 　　[圖13]孔洞圖樣的例子示意側截面模型圖。 　　[圖14]試料6表面的電位分布圖。 　　[圖15]示例孔洞的深度方向的尺寸與試料表面的電位差之間的對應關係之圖表。 　　[圖16]實施形態5之截面形狀推定系統的構成圖。 　　[圖17]輸入裝置813顯示的GUI的例子。 　　[圖18]將推定出的截面形狀做圖樣分類之GUI的例子。 　　[圖19]使用者編輯截面形狀模型之GUI的例子。

Claims (12)

  1. 一種帶電粒子線裝置，係對試料照射帶電粒子線之帶電粒子線裝置，其特徵為，具備： 　　帶電粒子源，射出前述帶電粒子線；及 　　檢測器，檢測藉由對前述試料照射前述帶電粒子線而產生之帶電粒子，輸出表示其強度之檢測訊號；及 　　能量辨別器，於前述檢測器檢測前述帶電粒子之前，因應前述帶電粒子所具有的能量來辨別前述帶電粒子；及 　　演算器，使用前述檢測器所輸出的前述檢測訊號來推定前述試料的截面形狀；及 　　記憶部，針對基準試料，將前述檢測器所輸出的前述檢測訊號記憶成為基準圖樣； 　　前述演算器，依前述能量辨別器的各自相異的每一辨別條件，來取得前述檢測訊號， 　　前述演算器，將依每一前述辨別條件而取得的前述檢測訊號和前述基準圖樣比較，藉此推定前述試料的截面形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述基準圖樣，依前述基準試料的深度方向的每一位置，記述著前述基準試料的截面形狀的邊緣部分的位置， 　　前述能量辨別器，構成為能夠遵從前述辨別條件，而選擇性地辨別從前述試料的深度方向的特定位置得到之前述帶電粒子， 　　前述演算器，依相異的每一前述辨別條件來取得前述檢測訊號，藉此依和前述辨別條件相對應之前述試料的深度方向的每一位置，取得前述試料的截面形狀的邊緣部分的位置， 　　前述演算器，將前述基準試料的截面形狀的邊緣部分的位置、和前述試料的截面形狀的邊緣部分的位置，依前述試料的深度方向的每一位置予以比較，藉此推定前述試料的截面形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述演算器，依前述試料的深度方向的每一位置，取得藉由令前述帶電粒子線的加速電壓變化而前述帶電粒子線的偏向量變化之變化量，來作為前述基準圖樣， 　　前述演算器，針對前述帶電粒子線的各自相異的加速電壓，依前述試料的深度方向的每一位置，取得前述試料的截面形狀的邊緣部分的位置， 　　前述演算器，將前述基準圖樣記述著的前述變化量、和依每一前述相異的加速電壓而取得的前述試料的截面形狀的邊緣部分的位置，依前述試料的深度方向的每一位置予以比較，藉此推定前述試料的截面形狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述基準圖樣，記述著當使在內部不具有空洞的前述基準試料帶電時之前述基準試料的表面的電位分布， 　　前述能量辨別器，構成為能夠遵從前述辨別條件，而選擇性地辨別從於前述試料的表面上具有特定電位的位置產生之前述帶電粒子， 　　前述演算器，將前述基準圖樣記述著的電位分布、和每一前述辨別條件的前述檢測訊號比較，藉此推定存在於前述試料的內部之空洞於前述試料的表面上之位置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述記憶部，記憶著空洞尺寸資料，該空洞尺寸資料係將把前述空洞投影在前述試料的表面之位置的電位、與前述試料的表面當中前述投影之位置以外之位置的電位之間的差分，依前述空洞的深度方向之每一尺寸予以記述而成， 　　前述演算器，將前述空洞尺寸資料記述著的前述差分、和每一前述辨別條件的前述檢測訊號比較，藉此推定存在於前述試料的內部之空洞的深度方向的尺寸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述帶電粒子源，對前述試料照射前述帶電粒子線，藉此於前述試料的深度方向使電位差發生， 　　前述基準圖樣，記述著藉由前述基準試料的表面與底之間的電位差而前述帶電粒子線受到偏向之偏向量， 　　前述演算器，將前述帶電粒子線受到偏向之偏向量、和前述基準圖樣記述著的偏向量比較，藉此推定前述試料的截面形狀。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述試料具有孔， 　　前述帶電粒子線裝置，更具備令前述帶電粒子線偏向之偏向器， 　　前述偏向器，令前述帶電粒子線偏向而將前述帶電粒子線對前述試料入射之入射角傾斜，藉此對前述孔的底部照射前述帶電粒子線。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述演算器，生成表示前述試料的截面形狀之圖像， 　　前述帶電粒子線裝置，更具備顯示前述試料的截面形狀的圖像之顯示部。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述演算器，使用前述帶電粒子線的加速電壓，算出前述帶電粒子線所偏向的偏向量， 　　前述演算器，使用前述偏向量、及前述試料的深度方向的尺寸，來算出前述帶電粒子線能夠到達至前述試料的底部之前述加速電壓的範圍， 　　前述顯示部，顯示前述演算器所算出的前述加速電壓的範圍。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述演算器，依前述試料的深度方向的每一位置推定前述試料的截面形狀，藉此推定前述試料的3維形狀， 　　前述顯示部，顯示前述演算器推定出的前述試料的3維形狀。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之帶電粒子線裝置，其中， 　　前述演算器，將前述試料的截面形狀，分類成推拔形狀、逆推拔形狀、彎弓(bowing)形狀、傾斜形狀、或前述帶電粒子線裝置的使用者所定義之形狀的其中一者， 　　前述顯示部，顯示前述演算器所做的前述分類的結果。
  12. 一種截面形狀推定程式，係令電腦執行推定試料的截面形狀之處理的截面形狀推定程式，其特徵為，令前述電腦執行： 　　取得檢測訊號資料之步驟，該檢測訊號資料記述了表示藉由對前述試料照射帶電粒子線而產生之帶電粒子的強度之檢測訊號；及 　　讀取基準圖樣之步驟，該基準圖樣記述了表示藉由對基準試料照射帶電粒子線而產生之帶電粒子的強度之檢測訊號；及 　　推定步驟，使用前述檢測訊號資料與前述基準圖樣來推定前述試料的截面形狀； 　　前述檢測訊號資料，記述著能量辨別器於檢測前述帶電粒子之前因應前述帶電粒子所具有的能量來辨別前述帶電粒子，其後檢測器檢測前述帶電粒子線，藉此取得之前述檢測訊號， 　　前述推定步驟中，令前述電腦將依前述能量辨別器的各自相異的每一辨別條件而取得的前述檢測訊號和前述基準圖樣比較，藉此推定前述試料的截面形狀。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6896667B2 (ja) * 2018-03-14 2021-06-30 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置、断面形状推定プログラム
JP7199290B2 (ja) * 2019-04-08 2023-01-05 株式会社日立ハイテク パターン断面形状推定システム、およびプログラム

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61290312A (ja) * 1985-06-19 1986-12-20 Hitachi Ltd 断面形状測定装置
JPH1167139A (ja) * 1997-08-25 1999-03-09 Hitachi Ltd 走査電子顕微鏡
WO2002103337A2 (en) * 2001-06-15 2002-12-27 Ebara Corporation Electron beam apparatus and method for using said apparatus
US6853143B2 (en) * 2002-01-09 2005-02-08 Ebara Corporation Electron beam system and method of manufacturing devices using the system
JP4500653B2 (ja) * 2003-11-25 2010-07-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料の観察方法及びその装置
US7164128B2 (en) 2003-11-25 2007-01-16 Hitachi High-Technologies Corporation Method and apparatus for observing a specimen
DE602005006967D1 (de) * 2005-03-17 2008-07-03 Integrated Circuit Testing Analyse-System und Teilchenstrahlgerät
JP4920268B2 (ja) * 2006-02-23 2012-04-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ 半導体プロセスモニタ方法およびそのシステム
WO2008015973A1 (fr) 2006-08-02 2008-02-07 Nikon Corporation Appareil de détection de défauts et procédé de détection de défauts
EP2122655A2 (en) * 2007-02-22 2009-11-25 Applied Materials Israel Ltd. High throughput sem tool
JP2010175249A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Hitachi High-Technologies Corp 試料高さ測定方法及び試料高さ測定装置
US9202667B2 (en) * 2009-02-19 2015-12-01 Hitachi High-Technologies Corporation Charged particle radiation device with bandpass detection
JP5787746B2 (ja) 2011-12-26 2015-09-30 株式会社東芝 信号処理方法および信号処理装置
EP2654068B1 (en) * 2012-04-16 2017-05-17 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Switchable multi perspective detector, optics therefore and method of operating thereof
EP2654069B1 (en) * 2012-04-16 2016-02-24 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Multi channel detector, optics therefore and method of operating thereof
JP6295027B2 (ja) * 2013-04-03 2018-03-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置およびそれを用いた計測方法
JP6117625B2 (ja) * 2013-06-07 2017-04-19 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 電子線検査装置及び電子線検査方法
US20140361164A1 (en) 2013-06-07 2014-12-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Electron beam inspection apparatus
JP6267529B2 (ja) * 2014-02-04 2018-01-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び画像生成方法
JP6383650B2 (ja) * 2014-11-28 2018-08-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
WO2016121009A1 (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
WO2017033597A1 (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ 自動分析装置
JP6527799B2 (ja) * 2015-09-25 2019-06-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及びパターン測定装置

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