TW202238654A - 帶電粒子束系統 - Google Patents

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Abstract

本揭示，目的在於提供一種帶電粒子束系統，能夠運用藉由對試料照射光而肇生之光的干涉、光的繞射、光的駐波等所引起的觀察圖像上的特徵量，而獲得有關試料的資訊。本揭示之帶電粒子束系統，係從試料的觀察圖像抽出藉由對試料照射光而肇生之前述光的干涉、前述光的繞射、或前述光的駐波所引起的第1特徵量，而運用前述第1特徵量來取得前述試料的第2特徵量。

Description

帶電粒子束系統
本揭示有關帶電粒子束系統。
電子顯微鏡，係藉由電子透鏡將電子束聚焦而對試料照射，檢測從試料產生的2次電子而形成圖像。運用電子顯微鏡觀察試料時，藉由對電子束的照射區域照射光，能夠使光對試料造成的作用疊加至電子顯微鏡的圖像。
專利文獻1中揭示一種電子顯微鏡，係使藉由對SiC照射光而肇生之對於晶體缺陷界面的載子的陷阱疊加至圖像。專利文獻2中揭示一種電子顯微鏡，係使藉由對石墨膜照射光而肇產生之奈米尺度的機械性振動疊加至圖像。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：WO 2020/053967 A1 專利文獻2：US 8,440,970 B2
發明所欲解決之問題
專利文獻1或專利文獻2揭示之電子顯微鏡，其系統並未考量藉由光的干涉而肇生之駐波的強度分布，故在干涉產生的條件下可判別之試料的資訊不會疊加至圖像。是故，無法取得作為在干涉產生的條件下可判別之試料的資訊，例如試料的形狀、尺寸、高度、側壁角度、介電係數、介電係數、磁導率、光的吸收率、側面的曲率、弓拱(bowing)、縮頸(necking)、缺陷、孔洞、材料資訊、擴散速度、移動度等。
本揭示係有鑑於上述待解問題而創作，目的在於提供一種帶電粒子束系統，能夠運用藉由對試料照射光而肇生之光的干涉、光的繞射、光的駐波等所引起的觀察圖像上的特徵量，而獲得有關試料的資訊。 解決問題之技術手段
本揭示之帶電粒子束系統，係從試料的觀察圖像抽出藉由對試料照射光而肇生之前述光的干涉、前述光的繞射、或前述光的駐波所引起的第1特徵量，而運用前述第1特徵量來取得前述試料的第2特徵量。 發明之功效
按照本揭示之帶電粒子束系統，能夠運用藉由對試料照射光而肇生之光的干涉、光的繞射、光的駐波等所引起的觀察圖像上的特徵量，而獲得有關試料的資訊。
〈實施形態1〉
本揭示之實施形態1中，講述一種帶電粒子束系統，係從藉由入射至試料的雷射光與從試料反射的雷射光之干涉而產生的駐波所引起的圖像圖案(pattern)，來取得試料的高度或側壁角度的資訊。
圖1為本實施形態1之帶電粒子束系統100的構成例示意圖。帶電粒子束系統100，具備掃描電子顯微鏡101、雷射光照射單元102、電腦系統103、同步控制系統104，它們構成為相互連接或相互可通訊。掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102，構成為可對同一試料分別照射電子束與雷射光，且構成為對雷射光的照射區域內照射電子束。
圖2為掃描電子顯微鏡101的構成例示意圖。掃描電子顯微鏡101由斷續照射系統、電子光學系統、二次電子檢測系統、平台機構系統、圖像處理系統、控制系統、操作系統所構成。斷續照射系統由電子束源1(帶電粒子源)、脈波電子生成器4所構成。
電子光學系統由聚光透鏡2、光圈3、偏向器5、對物透鏡6、試料電場控制器7所構成。偏向器5，設置成用來將電子束於試料上一維地或二維地掃描，成為後述之控制的對象。
二次電子檢測系統由檢測器8、輸出調整電路9所構成。平台機構系統由試料平台10、試料11所構成。控制系統由加速電壓控制部21、照射電流控制部22、脈波照射控制部23、偏向控制部24、聚焦控制部25、試料電場控制部26、平台位置控制部27、控制傳令部28所構成。控制傳令部28，基於從操作介面41輸入的輸入資訊，對各控制部將控制值做寫入控制。
脈波照射控制部23，係控制連續照射電子束的時間亦即照射時間、或連續照射電子束的距離亦即照射距離、或電子束的照射與照射之間的時間亦即遮斷時間、或電子束的照射與照射之間的距離間隔亦即照射點間距離。偏向控制部24，控制掃描的距離或速度。
圖像處理系統，由檢測訊號處理部31、檢測訊號分析部32、圖像顯示部33所構成。圖像處理系統的檢測訊號處理部31或檢測訊號分析部32具備1個以上的處理器，將檢測到的2次電子做取樣，將單位時間的二次電子的量變換成像素的亮度，而作成圖像的點陣圖(bitmap)。
圖3為雷射光照射單元102的構成例示意圖。雷射光照射單元102由雷射光源201、脈波雷射光生成器202、調整鏡203、波長控制器204、強度控制器205、偏光角控制器206、光束分離器207、雷射光監視器208、聚光透鏡209、入射角調整器210所構成。本實施形態1中，構成為在雷射光源201外另行設置脈波雷射光生成器202，但亦可運用可照射脈波雷射光的雷射光源201來實施。本實施形態1中係運用聲光調變器作為脈波雷射光生成器202，藉由音波使繞射光產生，以此使脈波雷射光產生，但例如亦可藉由運用電光調變器使脈波雷射光產生之構成、將快門配置於後段而使快門高速地開閉以此使脈波雷射光產生之構成等來實施。本實施形態1中不驅動脈波雷射光生成器202，而是維持連續雷射光而使其通過脈波雷射光生成器202。
本實施形態1中構成為設置複數個調整鏡203，而能夠分別調整雷射光的位置與角度。作為波長控制器204運用了裝入有非線形光學晶體的單元，作為強度控制器205運用了光學濾波器，作為偏光角控制器206運用了偏光板。構成為藉由光束分離器207而將雷射光的一部分照射至雷射光監視器208。作為雷射光監視器208運用能夠測定雷射光的位置或角度或強度分布等之計測器，而構成為能夠將測定出的結果反饋給雷射光源、脈波雷射光生成器、調整鏡、波長控制器、強度控制器、偏光角控制器等。聚光透鏡209構成為能夠從焦點距離相異的複數個聚光透鏡選擇而設置1個聚光透鏡，而設計成能選擇複數個照射點尺寸。本實施形態1中作為入射角調整器210運用了雷射平台，但亦可運用鏡來調整入射角而實施。
圖4為電腦系統103的構成例示意圖。電腦系統103內建有：記憶體303，記憶著用來從圖像抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案而取得試料的資訊所需之模組(應用程式)；及1個以上的處理器302，執行記憶體303內記憶著的模組或應用程式。處理器302，自動地或半自動地執行如後述般的處理。電腦系統103具備輸出入裝置301，輸出入試料的資訊的記憶或演算處理所需之資訊。所謂試料的資訊，係在干涉發生的條件下可判別之試料的資訊，如試料的形狀、尺寸、高度、側壁角度、介電係數、介電係數、磁導率、光的吸收率、側面的曲率、弓拱、縮頸、缺陷、孔洞、材料資訊、擴散速度、移動度等。試料的資訊的記憶或演算處理所需之資訊中，包含藉由掃描電子顯微鏡101而取得的圖像。
電腦系統103，構成為可和掃描電子顯微鏡101或雷射光照射單元102通訊。
記憶體303中，記模著模型分析式館306、模擬資料館307、測定資料館308、參照Die圖像館309、設計資料館310。
處理器302具備：干涉圖案抽出處理器304，主要實施用來從圖像抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案之演算處理；及試料資訊抽出處理器305，受理從圖像抽出的圖案的位置資訊或時間資訊，主要實施藉由參照記憶體303而輸出試料的資訊之演算處理。所謂圖案的位置資訊，為圖案的位置、間隔、寬幅、條數、位置的局部變化等。
模型分析式館306，為記憶著的模型分析式的資料庫。模型分析式包含下述等：(a)當將圖像的圖案與測定條件輸入至干涉圖案抽出處理器304時，為了輸出判別圖像的圖案是否為藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案之指標而運用的響應函數；(b)當將藉由干涉圖案抽出處理器304抽出的圖像的圖案與測定條件輸入至試料資訊抽出處理器305時，為了讓試料資訊抽出處理器305輸出試料的資訊所運用的響應函數。測定條件，為從輸出入裝置301輸入的試料的條件、或掃描電子顯微鏡的條件、或雷射光照射單元的條件、或同步控制系統的條件等。
模擬資料館307，為記憶著運用測定條件與試料的資訊與前述的模型分析式而模擬出的圖像之資料庫。基於該資料庫與從輸出入裝置301輸入的圖像之資料集的組合，而處理器302或干涉圖案抽出處理器304或試料資訊抽出處理器305實施演算處理，藉此輸出試料的資訊。例如，首先干涉圖案抽出處理器304實施語義分割(Semantic Segmentation)來將圖像的區域分類，接著試料資訊抽出處理器305實施將以常態化相關係數成為最大之方式將資料庫的圖像區域分類而成的結果、與從輸出入裝置301輸入的圖像區域分類而成的結果建立對應，藉此輸出試料的資訊。
測定資料館308，為記憶著藉由掃描電子顯微鏡101取得的圖像與圖像的關聯資訊建立關聯而成之資料庫。所謂圖像的關聯資訊，為後述的設計資料館310中記憶的試料的設計資料、或前述的測定條件、或日期時間、或從為了製造試料而使用的裝置輸出之資訊、或為了觀察試料而使用的(和掃描電子顯微鏡101不同的)裝置輸出之資訊等。基於該資料庫與從輸出入裝置301輸入的圖像之資料集的組合，而處理器302或干涉圖案抽出處理器304或試料資訊抽出處理器305實施演算處理，藉此輸出試料的資訊。例如，處理器302中運用卷積神經網路，進行將該資料庫與從輸出入裝置301輸入的圖像建立對應，藉此輸出試料的資訊。
參照Die圖像館309，為記憶著藉由掃描電子顯微鏡101取得的圖像依照試料的特性相同或依照在相近處取得的每種圖像而被分類而成之資料庫。基於該資料庫與從輸出入裝置301輸入的圖像之資料集的組合，而處理器302或干涉圖案抽出處理器304或試料資訊抽出處理器305實施演算處理，藉此輸出試料的資訊。例如，處理器302中運用k最近鄰法，將從輸出入裝置301輸入的圖像分類而成之結果和該資料庫的分類比較，藉此輸出試料的資訊。
設計資料館310，為記憶著設計資料之資料庫。所謂設計資料，例如為藉由電腦輔助設計(Computer-Aided Design：CAD)工具製作出的有關試料的尺寸、材質等之資料。
圖5為同步控制系統104的構成例示意圖。同步控制系統104由同步控制部401與延遲控制部402所構成。同步控制部401，將掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102之間的時刻同步。延遲控制部402，控制同步控制部401與掃描電子顯微鏡101之間的延遲時間、及同步控制部401與雷射光照射單元102之間的延遲時間。
圖6為帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。本流程圖藉由電腦系統103而實施。後述的流程圖亦同。以下說明圖6的各步驟。
(圖6：步驟S601) 使用者例如透過輸出入裝置301輸入試料的條件。所謂試料的資訊，為試料的座標、記憶體303中記憶的資訊(例如試料的設計資料)等資訊。電腦系統103接收該資訊。有關S602～S604中輸入的資訊亦同。
(圖6：步驟S602) 使用者例如透過輸出入裝置301輸入掃描電子顯微鏡101的條件。所謂掃描電子顯微鏡101的條件，為加速電壓、照射電流、照射時間、照射距離、遮斷時間、照射點間距離、偏向距離、偏向速度、聚光透鏡或對物透鏡的磁場、試料電場等。
(圖6：步驟S603) 使用者例如透過輸出入裝置301輸入雷射光照射單元102的條件。所謂雷射光照射單元102的條件，為雷射光的波長、入射角、偏光角、照射點尺寸、功率、連續照射雷射光的時間亦即脈波寬幅、脈波雷射光的周期等。
(圖6：步驟S604) 使用者例如透過輸出入裝置301輸入同步控制系統104的條件。所謂同步控制系統104的條件，為同步控制部401與掃描電子顯微鏡101之間的延遲時間、同步控制部401與雷射光照射單元102之間的延遲時間等。本步驟亦可略過。當略過本步驟的情形下，會輸入事先設定好的延遲時間的預設值。
(圖6：步驟S605～S607) 電腦系統103將試料平台10移動至試料的座標(S605)。電腦系統103基於S602～S604而控制掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102與同步控制系統104 (S606)。電腦系統103遵照S606中的控制條件，一面對電子束的照射區域內照射光，一面從掃描電子顯微鏡101取得試料的觀察圖像(S607)。當S601至S604中輸入了複數個條件的情形下，反覆S605至S607直到針對所有條件完成觀察圖像的取得。
(圖6：步驟S608) 干涉圖案抽出處理器304參照記憶體303，抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案。本實施形態1中，以圖像中周期性地出現之條紋狀圖案的間隔(ΔL)、與從模型分析式館306中記憶著的式1算出的條紋狀圖案的間隔(ΔL)之一致度作為指標，而將一致度超過閾值的圖案抽出作為藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案。λ為雷射光的波長、θ為雷射光的入射角、α為側壁角度。
Figure 02_image001
(圖6：步驟S609) 試料資訊抽出處理器305參照記憶體303，輸出試料的資訊。本實施形態1中，從觀察圖像抽出從圖像抽出的圖像的圖案的位置(位於距觀察對象的試料圖案最遠的圖像的圖案的位置(L n)、或位於距觀察對象的試料圖案最近的圖像的圖案的位置(L 1))、圖案條數(n)、圖案間隔(ΔL)，再取得事先輸入的雷射光的入射角(θ)，參照模型分析式館306中記憶著的式2或式3，再參照設計資料館310中記憶著的試料的高度(H)或側壁角度(α)的其中一方，而輸出另一方。
Figure 02_image003
Figure 02_image005
(圖6：步驟S608：補充) S608中，作為與圖像中周期性地出現之條紋狀圖案的間隔(ΔL)之比較對象，運用了從式1算出的條紋狀圖案的間隔(ΔL)，但不限於此。例如，亦可將模擬資料館307中記憶著的運用測定條件與試料的資訊與模型分析式而模擬出的圖像訂為比較對象。此外，本實施形態1中，以圖像中周期性地出現的條紋狀圖案的間隔(ΔL)、與從模型分析式館306中記憶著的式1算出的條紋狀圖案的間隔(ΔL)之一致度作為指標，而抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案，但為了判定雷射光照射單元102的條件等之測定條件是否合適，亦可運用此一致度。此外，本實施形態1中於S609，是參照設計資料館310中記憶著的試料的高度(H)或側壁角度(α)，但不限於此。例如，亦可參照藉由原子力顯微鏡測定試料的高度(H)而得之結果，亦可參照從觀察圖像抽出側壁角度(α)而得之結果。
圖7為電腦系統103提供之使用者介面的例子示意圖。設有輸入及顯示S601至S604中輸入的資訊之GUI(Graphical User Interface)、與顯示S609中輸出的試料的資訊之GUI。該些GUI例如顯示於輸出入裝置301中配備的顯示裝置。GUI中設有設定試料的座標之輸入欄。此外，設有設定記憶體303中記憶的資訊例如試料的設計資料等之輸入欄。此外，作為設定掃描電子顯微鏡的條件之輸入欄，設有設定視野(Field Of View：FOV)的大小之輸入欄、輸入電子束的加速電壓之輸入欄、輸入電子束的探針電流之輸入欄、輸入圖幀數(圖像的累計張數)之輸入欄、設定電子束的掃描速度之輸入欄、設定施加於試料的電壓的大小之輸入欄、設定電子束的照射時間或照射距離或遮斷時間或照射點間距離的其中一者以上之輸入欄。此外，作為設定雷射光照射單元的條件之輸入欄，設有設定雷射光的波長之輸入欄、設定雷射光的入射角之輸入欄、設定雷射光的偏光角之輸入欄、設定雷射光的照射點尺寸之輸入欄、設定雷射光的功率之輸入欄、設定雷射光的脈波寬幅或脈波雷射光的周期的其中一者以上之輸入欄。此外，設有設定掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102之間的延遲時間的差之輸入欄。此外，設有設定電腦系統103所做的分析方法之輸入欄。電腦系統103所做的分析方法，可由輸入欄藉由操作者手動設定，亦可由裝置自動選擇。此外，設有顯示圖像之顯示欄。此外，設有顯示將藉由干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案予以抽出而得的結果之顯示欄。此外，設有顯示試料的資訊的輸出欄。本實施例中，是將輸出的試料的高度，顯示成高度與試料圖案的ID之關係、或圖示成推定的截面構造、或將高度與試料的座標之關係圖示成對映圖，但例如亦可顯示高度的頻率分布或累積次數分布這樣的分布。
圖8為試料的一例示意圖。試料是在製造 FinFET(Fin Field-Effect Transistor)的途中形成於矽晶圓上的構造，呈將矽基板切削出的細的長條狀的形狀。本實施形態1中，取得長條狀的形狀的高度(H)或側壁角度(α)的資訊。
圖9為試料與雷射光的一例示意圖。以入射角θ照射至試料的雷射光的一部分，係以側壁角度α反射而照射至矽基板的上面。藉此，會由於在側壁反射而照射至矽基板的上面的光，與未在側壁反射而照射至矽基板的上面的光之間的干涉而肇生駐波，駐波的間隔服從式1而產生。側壁角度α或高度H服從式2或式3。鑑此，首先以圖像中周期性地出現之條紋狀圖案的間隔(ΔL)、與從模型分析式館306中記憶著的式1算出的條紋狀圖案的間隔(ΔL)之一致度作為指標，而將一致度超過閾值的圖案抽出作為藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案。接著，從觀察圖像抽出從圖像抽出的圖像的圖案的位置(位於距觀察對象的試料圖案最遠的圖像的圖案的位置(L n)、或位於距觀察對象的試料圖案最近的圖像的圖案的位置(L 1))、圖案條數(n)、圖案間隔(ΔL)，並且事先取得雷射光的入射角(θ)，參照模型分析式館306中記憶著的式2或式3，參照設計資料館310中記憶著的試料的高度(H)或側壁角度(α)的其中一方，而輸出另一方。藉由以上的製程，便能取得試料的高度H或側壁角度α。
本實施形態1中，是藉由參照式2或式3而定量地取得試料的高度(H)或側壁角度(α)，但亦可實施判定試料的高度H或側壁角度α是否為規定的條件之檢查。例如，當試料的高度H的目標值為H 0、容許誤差為H 1的情形下，藉由運用帶電粒子束系統100能夠實施若試料的高度(H)為H 0-H 1＜H＜H 0+H 1則訂為合格，若為其以外則訂為不合格之檢查。
〈實施形態2〉 本揭示的實施形態2之帶電粒子束系統100，係藉由控制試料的表面電位，而控制藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案的強度，來取得有關試料的介電係數之資訊。
圖10為本實施形態2之帶電粒子束系統100的構成例示意圖。圖10示例的帶電粒子束系統100如同圖1，具備掃描電子顯微鏡101、雷射光照射單元102、電腦系統103、同步控制系統104，並且具備第2雷射光照射單元501。圖1中，檢測藉由照射至試料的雷射光、與照射至試料後光路變化了的雷射光之干涉而產生的駐波。相對於，圖10中照射至試料的複數個雷射光會相互干涉。是故，不論試料的構造或形狀為何，皆可在試料上形成駐波。
掃描電子顯微鏡101、雷射光照射單元102、電腦系統103、同步控制系統104、第2雷射光照射單元501構成為相互連接或相互可通訊。掃描電子顯微鏡101、雷射光照射單元102、第2雷射光照射單元501，構成為可對同一試料分別照射電子束與雷射光，且構成為對雷射光的照射區域內照射電子束。
本實施形態2中，運用圖2的掃描電子顯微鏡101的系統、與圖3的雷射光照射單元102的系統、與和圖3的雷射光照射單元102同樣地構成的第2雷射光照射單元501、與圖4的電腦系統103、與圖5的同步控制系統104，而遵照圖6或後述的圖12的流程圖來觀察試料並取得資訊。第2雷射光照射單元501，只要可和雷射光照射單元102將雷射光照射至同一試料即可，故例如亦可藉由將鏡設置於從試料反射的雷射光的光路上來構成第2雷射光照射單元501。
掃描電子顯微鏡101的觀察圖像的對比度當中，試料的表面電位所引起的對比度稱為電位對比度(Voltage Contrast：VC)。本實施形態2中，藉由控制試料的表面電位，檢測表面電位作為圖像的電位對比度，來控制藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案的強度。具體而言，是對試料賦予表面電位，因此設計成掃描電子顯微鏡101中首先將加速電壓設定成500V，造出從試料的2次電子放出率比1還大之狀態，讓試料的表面電位成為正的電位。接著，將照射電流設定成1nA、照射時間設定成10ps至1ns的其中一者、遮斷時間設定成90ps至9ns的其中一者，而造出對試料交流狀地流通電流之狀態。接著，將雷射光的波長設定成100nm至1000nm的其中一者，從雷射光照射單元102與第2雷射光照射單元501將雷射光照射至同一試料。
雷射光具有使試料的帶電減緩之效果。例如，當雷射光的能量比試料的能隙還大的情形下，若將雷射光照射至正帶電的試料，則價帶的電子會被激發至傳導帶，故正帶電的一部分會藉由帶負電荷的電子而被除去。使試料的帶電減緩之效果，愈是雷射光干涉而相長之部分愈大，故愈是雷射光干涉而相長之部分，試料的表面電位愈變小。是故，藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案能夠檢測作為電位對比度。
圖11為試料與雷射光的一例示意圖。試料為在製造FET(Field-Effect Transistor)的途中在矽晶圓上形成有源極與汲極與閘極氧化膜之構造。此試料作為閘極氧化膜係使用介電係數高的High-k膜。High-k膜中運用含鉿的化合物，作為一例運用HfSiO(N)/SiO 2。
若雷射光照射至High-k膜，則雷射光會折射，在閘極氧化膜中波長會變化。折射的角度(β)服從司乃耳定律，故如式4中表示般，藉由介電係數(ε r)與磁導率(μ r)的函數而表示。
Figure 02_image007
High-k膜中的波長(λ’)，如式5中表示般，為介電係數(ε r)與磁導率(μ r)的函數。λ為真空中的雷射光的波長，n為雷射光的折射率。
Figure 02_image009
若著眼於折射的角度或High-k膜中的波長是介電係數的函數這一點，那麼試料資訊抽出處理器305受理干涉圖案抽出處理器304抽出之藉由光的干涉而肇生的駐波的圖案(例如圖案的間隔)，參照記憶體303來實施演算處理，藉此便能取得有關試料的介電係數之資訊。
圖12為帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。和圖6相異之處在於，當輸入掃描電子顯微鏡101的條件時，以包含複數個脈波電子的頻率之方式設定條件(S702)；當輸入雷射光照射單元102的條件時，以包含複數個波長之方式設定條件(S703)；試料資訊抽出處理器305參照記憶體303而輸出之試料的資訊為有關介電係數之資訊(S709)；於S709之後，包含併予顯示有關試料的介電係數之資訊以及脈波電子的頻率與雷射光的波長之關係，並且輸出有關介電係數的頻率相依性之資訊之工程(S710)。
所謂脈波電子的頻率，為電子束的照射時間與遮斷時間的和(亦即電子束的周期)之倒數。本實施形態2中是在將照射時間與遮斷時間的比固定成1:9之狀態下，將脈波電子的頻率於0.1GHz至10GHz的範圍做可變控制。雷射光的波長於100nm至1000nm的範圍做可變控制。雷射光的波長能夠換算成頻率，故此等同於將雷射光的頻率於0.3PHz至3PHz的範圍做可變控制。
本實施形態2中，參照S608中包含式4與式5之模型分析式、及記憶著運用測定條件與試料的資訊而模擬出的圖像之模擬資料館307，來抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案。當抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案時，試料資訊抽出處理器305首先將模擬資料館307中記憶著的圖像做傅立葉變換，輸出功率譜的空間頻率與強度(S711)。試料資訊抽出處理器305接著將S607中取得的圖像做傅立葉變換，輸出功率譜的空間頻率與強度(S712)。試料資訊抽出處理器305最後以S711的資料與S712的資料之間的一致度作為指標，而抽出一致度超過閾值的圖案作為藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案。
S710中，作為有關介電係數的頻率相依性之資訊，試料資訊抽出處理器305係算出介電鬆弛(dielectric relaxation)頻率，亦即介電質無法跟隨電子束或雷射光的振動而介電極化(dielectric polarization)減緩之頻率。具體而言，試料資訊抽出處理器305運用模型分析式館306中記憶著的式6或式7，將有關試料的介電係數的資訊與脈波電子的頻率之關係的資料、或有關試料的介電係數的資訊與雷射光的頻率之關係的資料以最小平方法擬合，藉此算出介電鬆弛頻率(f 0或f 1)。ε r為介電係數，f為電子束的頻率，f’為雷射光的頻率，ε r0為當發生空間電荷極化的情形下的介電係數，ε r1為當發生電子極化的情形下的介電係數，f 0為空間電荷極化的介電鬆弛頻率，f 1為電子極化的介電鬆弛頻率。
Figure 02_image011
Figure 02_image013
圖13為將有關試料的介電係數的資訊與脈波電子或雷射光的頻率之關係的資料予以擬合之結果。試料資訊抽出處理器305運用有關High-k膜的介電係數的資訊與脈波電子的頻率之關係的資料以及式6而實施擬合，其結果能夠取得High-k膜的空間電荷極化的介電鬆弛頻率。此外，試料資訊抽出處理器305運用有關High-k膜的介電係數的資訊與雷射光的頻率之關係的資料以及式7而實施擬合，其結果能夠取得High-k膜的電子極化的介電鬆弛頻率。此外，能夠一併取得當發生空間電荷極化的情形下的High-k膜的介電係數、及當發生電子極化的情形下的High-k膜的介電係數。
本實施形態2中，作為取得介電係數或介電係數的頻率相依性的資訊之對象是運用High-k膜，但亦可運用Low-k膜或氧化矽或氮化矽等的介電質膜而實施，亦可運用氧化鉿等的鐵電體膜而實施，亦可運用具有複數個組成的介電質膜而實施。此外，當運用有複數個介電質膜的膜種類之膜的情形下，例如利用介電鬆弛頻率(f 0或f 1)會因膜種類而異這一點，還能夠取得介電質膜的組成比的資訊。此外，由介電係數或介電係數的頻率相依性的資訊，還能夠取得和介電係數關聯的資訊，例如電容或孔隙率(porosity)或摻雜物濃度。此外，試料不限於Field-Effect Transistor，亦可運用FeFET(Ferroelectric Field-Effect Transistor)或NCFET(Negative Capacitance Field-Effect Transistor)而實施。
本實施形態2中，是輸出介電鬆弛頻率作為有關介電係數的頻率相依性的資訊，但亦可輸出可由介電係數的頻率相依性得知之其他資訊，例如耗損因數(dissipation factor)或相位邊限(phase margin)或增益邊限(gain margin)。
圖12所示流程圖中，是輸出有關介電係數的資訊，但如前述般折射的角度或High-k膜中的波長為介電係數(ε r)或磁導率(μ r)或光的折射率(n)的函數，故亦可輸出有關磁導率或雷射光的折射率之資訊。
〈實施形態3〉 本揭示的實施形態3之帶電粒子束系統100，是從入射至試料的雷射光經折射或傳播或繞射的結果而產生之複數個光的干涉所引起的圖像的圖案，來取得試料的側壁角度或介電係數或光的吸收係數或尺寸或側壁的曲率或弓拱或縮頸或膜厚或深度之資訊。
本實施形態3中，運用了圖1的帶電粒子束系統，與圖2的掃描電子顯微鏡101的系統，與圖3的雷射光照射單元102的系統，與圖4的電腦系統103，與圖5的同步控制系統104。
圖14為試料與雷射光的一例示意圖。試料為在製造3D-NAND快閃記憶體的途中被蝕刻有用來形成記憶體的孔之構造，在氧化矽與氮化矽的層積膜形成有孔。若雷射光照射至氧化矽膜或氮化矽膜中，則雷射光會折射，在氧化矽膜或氮化矽膜中波長會變化。此時，相對入射角度與折射的角度之關係服從式4所示之司乃耳定律，故為介電係數(ε r)與磁導率(μ r)的函數。
所謂相對入射角度，為受照射的試料面與以θ的入射角照射至試料的雷射光之間的角度的差。若設想入射至側壁的雷射光，則相對入射角度為入射角(θ)與側壁角度(α)之差分。此外，氧化矽膜或氮化矽膜中的波長如式5表示般，為真空中的雷射光的波長(λ)與介電係數(ε r)與磁導率(μ r)的函數。又，藉由光的干涉而產生的駐波的位置，為偏光角(ϕ)的函數，在雷射光為s偏光的情形下及為p偏光的情形下及為圓偏光的情形下，位置會變化。又，藉由光的干涉而產生的駐波的強度如式8表示般，傳播的距離(x)與光的吸收率(k)愈大則愈衰減而變小。
Figure 02_image015
考量這些，藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖案的特徵亦即位置或間隔或強度，為入射角(θ)與波長(λ)與介電係數(ε r)與磁導率(μ r)與偏光角(ϕ)與側壁角度(α)與光的吸收率(k)的函數。本實施形態3中，當遵照圖6的流程圖觀察試料而取得資訊時，藉由試料資訊抽出處理器305受理圖案的位置或間隔或強度之資訊，參照遵照後述的圖16或圖17的流程圖作成的模擬資料館307而實施演算處理，藉此輸出側壁的曲率與弓拱與縮頸。
圖15為弓拱與縮頸的一例示意圖。所謂弓拱(bowing)，為在孔的中間部呈酒桶型之形狀中，孔的徑最大之處的直徑。所謂縮頸(necking)，為在孔的中間部縮窄之形狀中，孔的徑最小之處的直徑。
圖16為作成模擬資料館307的資料庫的手續說明流程圖。本實施形態3中的模擬資料館307，為遵照圖16所示一例之流程圖而事先作成的資料庫。以下說明圖16的各步驟。
(圖16：步驟S801～S803) 處理器302取得模型分析式。本實施形態3中，作為模型分析式，包含式4～6與式8。處理器302取得測定條件(S802)。本實施形態3中，作為測定條件，輸入入射角(θ)與波長(λ)與偏光角(ϕ)。處理器302取得試料的設計資訊(S803)。本實施形態3中，從設計資料館310輸出介電係數(ε r)與磁導率(μ r)與光的吸收率(k)與孔的直徑而輸入至處理器302。
(圖16：步驟S804) 處理器302以算出的試料的資訊作為變數而模擬圖像。本實施形態3中，將算出的試料的資訊訂為側壁角度(α)。側壁角度(α)，是依照側壁的每一微小區域，具體而言是依照將1層份的層積膜的側壁分割10份而成之微小區域而設定。
(圖16：步驟S805) 處理器302將算出的試料的資訊換算成欲輸出的試料的資訊。本實施形態3中，將每一微小區域的側壁角度(α)與側壁的尺寸與側壁的形狀，換算成側壁的曲率與弓拱與縮頸。當算出的試料的資訊與欲輸出的試料的資訊一致的情形下，本步驟亦可略過。
(圖16：步驟S806) 處理器302將試料的資訊與模擬出的圖像之組合保存作為模擬資料館307的資料庫。本實施形態3中，設定了側壁的曲率與弓拱與縮頸作為試料的資訊。
圖17為作成模擬資料館307的資料庫的另一手續說明流程圖。和圖16相異之處在於，將和光的繞射有關聯之模型分析式輸入至處理器302(S901)；將有關試料的形狀或層積之資訊輸入至處理器302(S902)。
所謂試料的形狀或層積之資訊，為層積膜的膜厚或層數或發生弓拱或縮頸的深度之資訊等。如本實施形態3般，當對於介電係數相異的膜的層積膜入射雷射光的情形下，層積膜對於雷射光會發揮和繞射光柵相同的作用，故繞射所引起的干涉的圖案會疊加至圖像。繞射所引起的干涉的圖案，包含難以藉由沒有繞射的情形下的干涉的圖案取得之資訊(例如層積膜的膜厚、或發生弓拱或縮頸的深度等)。鑑此，當遵照圖6的流程圖觀察試料而取得資訊時，試料資訊抽出處理器305參照遵照圖17的流程圖作成的模擬資料館307，藉此便可取得該些資訊。
本實施形態3中，作為和光的繞射現象有關聯之模型分析式，是將包含菲涅爾繞射與夫朗和斐繞射(Fraunhofer diffraction)式之式子輸入至處理器302。此外，作為有關試料的形狀或層積之資訊，是將氧化矽膜的膜厚與氮化矽的層積膜的膜厚與層積膜的層數輸入至處理器302。
圖18為試料的另一例示意圖。試料為在製造將GAA(Gate-All-Around；全環繞閘極)構造的FET層積而成之奈米線的途中，將Si與SiGe的超晶格當中的SiGe的側壁蝕刻而形成有間隙(space)之構造。本實施形態3中，當運用圖17的流程圖作成模擬資料館307時，設定了間隙的尺寸與間隙的側壁的側面的曲率作為S806的試料的資訊。
圖19為試料的另一例示意圖。試料如同圖14，為在製造3D-NAND快閃記憶體的途中被蝕刻有用來形成記憶體的孔之構造。示意為了將圖14的氮化矽膜置換成鎢膜而將氮化矽膜做濕蝕刻之工程。原本氮化矽膜存在的部分為空洞，若濕蝕刻失敗則空洞部會產生殘膜。若產生殘膜則繞射所引起的干涉會變化。鑑此，當遵照圖6的流程圖觀察試料而取得資訊時，試料資訊抽出處理器305參照遵照圖17的流程圖作成的模擬資料館307，藉此便可取得殘膜的資訊。
〈實施形態4〉 本揭示的實施形態4之帶電粒子束系統100，是從藉由入射至試料的雷射光、與使從試料反射的雷射光藉由鏡而反射的雷射光之干涉而產生的駐波所引起的圖像的圖案，來取得試料的高度或膜厚或表面的粗糙度或表面的曲率或表面的凹陷(sag)或刮痕(scratch)缺陷的形狀之資訊。
本實施形態4中，運用了圖1的帶電粒子束系統，與圖2的掃描電子顯微鏡101的系統，與圖4的電腦系統103，與圖5的同步控制系統104。
圖20為實施形態4中的雷射光照射單元102的系統的構成例示意圖。本實施形態4中，除圖3的雷射光照射單元102的構成要素外，還具備反射鏡1001、反射鏡角度調整器1002、反射光路長調整平台1003。可藉由反射鏡角度調整器1002調整反射鏡1001的角度，使得從試料反射的雷射光對於反射鏡1001垂直地入射。藉由反射光路長調整平台1003挪動反射鏡1001的位置，藉此可調整從試料反射的雷射光到達反射鏡1001為止之光路。本實施形態4中，為了驅動反射光路長調整平台1003係運用了壓電致動器。
圖21為帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。和圖6相異之處在於，當輸入雷射光照射單元102的條件時，以包含反射光路長調整平台1003的驅動範圍之方式設定條件(S1103)；當干涉圖案抽出處理器304參照記憶體303而抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案時，一併抽出疊加至圖像的圖案之駐波的相位差(S1108)。
S1103中，將反射光路長調整平台1003配置於驅動範圍內的複數個位置，在各位置取得圖像。又從在複數個位置取得的圖像，抽出圖像的各像素的相位差資料。S1108中，運用各像素的相位差資料，以鄰接的像素間沒有矛盾之方式變換成試料的資訊，藉此便可以高解析力得到試料的資訊。此處所謂以沒有矛盾之方式變換成試料的資訊，例如包含從藉由誤差函數將像素的位置與各像素的相位差資料之關係擬合出的結果來輸出試料的資訊之處理。
圖22為試料的一例示意圖。試料為在矽晶圓上藉由配線工程形成配線，在其上形成有金屬與介電質膜之構造。和習知的封裝相異，為了達成和積體電路連接並不使用凸塊，而是將矽晶圓彼此貼合來達成電性連接之晶圓接合用途的試料。圖22的試料，其特徵在於金屬的高度比起介電質膜低了數奈米，介電質膜的表面為平坦但相對於此金屬的表面為曲面。以下將介電質膜與金屬的高度的差稱呼為凹入(recess)量。
圖23為試料的另一例示意圖。試料為將高分子樹脂的微小的粒子或液滴凝聚而形成之阻劑，表面有數奈米的粗糙度(凹凸)。
圖24為將從試料的基準面反射的雷射光到達反射鏡1001而再度入射至試料的基準面為止的光路長，與各像素中的圖像的圖案的強度之間的關係予以圖示而成之資料的一例。試料的基準面，訂為圖23的試料的平坦面。光路長是運用反射光路長調整平台1003來控制。針對位於圖23的試料的突起部的頂點的像素A，與位於試料的平坦面的像素C，與位於像素A與像素B的中間點的像素B這3點，分別圖示了資料。資料呈正弦波形狀，若光路長移動和雷射光的波長相等之距離則正弦波的相位會變化2π。本實施形態4中將雷射光的波長訂為400nm，故若使光路長變化400nm，則將資料以正弦波擬合出的結果的相位會變化2π。若以像素C作為基準，則像素A相位快π/25，像素B相位快π/50。是故，若以像素C作為基準則像素A高度高8nm，像素B高度高4nm。
若運用本實施形態4之帶電粒子束系統100輸出圖像的各像素的高度的差，將各像素的高度以點陣圖顯示，則能夠以奈米尺度或埃米尺度或次埃米尺度的解析力來測定表面的粗糙度。此外，當運用圖22的試料的情形下，若將配線工程中形成配線的面訂為試料的基準面，則可輸出介電質膜或金屬的高度或膜厚。
運用本實施形態4之帶電粒子束系統100與圖21的流程圖，可輸出圖22的試料的凹入(recess)量、或圖22的試料的金屬的表面的曲率、或圖22的試料的金屬的表面的凹陷、或圖23的試料的表面的粗糙度之資訊。又，從介電質的平坦膜的在試料之表面的曲率，亦可僅抽出而輸出當刮擦到金屬時造成的傷痕亦即刮痕缺陷(微刮痕)。
〈實施形態5〉 圖25為本揭示的實施形態5之帶電粒子束系統100的構成圖。整合系統電腦1201，和帶電粒子束系統100連接，而構成為相互可通訊。本實施形態5中整合系統電腦1201是運用構成為和CMP(Chemical Mechanical Polishing；化學機械研磨)裝置1202相互可通訊之系統，但即使非CMP裝置1202亦可實施。整合系統電腦1201，從試料的資訊輸出半導體製造裝置的推薦條件。整合系統電腦1201，亦可構成作為帶電粒子束系統100的一部分。另，本實施形態5中運用圖22的試料。
圖26為整合系統電腦1201以帶電粒子束系統100輸出的試料的資訊作為輸入，而輸出半導體製造裝置的推薦條件之工程示意流程圖的一例示意圖。
S1301中，將藉由帶電粒子束系統輸出的試料的資訊，以及圖像的關聯資訊，輸入至整合系統電腦1201。所謂圖像的關聯資訊，為設計資料館310中記憶著的試料的設計資料、或掃描電子顯微鏡的條件、或雷射光照射單元的條件、或同步控制系統的條件、或電腦系統103的處理器302的演算處理的種類、或處理器302參照的記憶體303的種類、或日期時間、或帶電粒子束系統的型式、或帶電粒子束系統的個體識別編號等。
S1302中，整合系統電腦1201實施演算處理而輸出半導體製造裝置的推薦條件，且顯示其根據。本實施例中，是輸出CMP中使用的研磨墊的硬度、漿料的種類、漿料的供給量、修整器(dresser)的種類、研磨壓力、保持環(retainer ring)的高度的推薦值。為了輸出該些推薦條件，整合系統電腦1201具有學習機，其運用神經網路等的機械學習而學習S1301中輸入的資訊以及中間資訊以及推薦條件之間的關聯性。
本實施形態5中，作為中間資訊，運用了晶圓的翹曲量、晶圓的起伏量、碟陷(dishing)量、侵蝕(erosion)量、凹入(recess)量、表面的粗糙度之資訊。此外，本實施形態5中作為半導體製造裝置的推薦條件的根據，係顯示前述的中間資訊，一併顯示理解中間資訊與推薦條件之關聯性的提示。所謂提示，具體而言為(a)當晶圓外周部的翹曲量大時，則傾向為降低保持環的高度而施加壓力較佳；(b)當碟陷多時，則傾向為提高研磨墊的硬度較佳；等資訊。除整合系統電腦1201運用學習器而學習之結果外，還以這樣的人類的技術知識(know-how)作為提示而輸入至整合系統電腦1201。
〈實施形態6〉 本揭示的實施形態6之帶電粒子束系統100，是從藉由入射至試料的雷射光、與使從試料反射的雷射光藉由鏡而反射的雷射光之干涉而產生的駐波所引起的圖像的圖案，來取得試料的缺陷或孔洞之資訊。
圖27為本實施形態6之帶電粒子束系統100的構成例示意圖。圖27示例的帶電粒子束系統100如同圖1，具備掃描電子顯微鏡101、雷射光照射單元102、電腦系統103、同步控制系統104，並且具備使聚焦的離子束照射至試料之聚焦離子束裝置5001。聚焦離子束裝置5001將離子束照射至試料，藉此可加工試料的表面。聚焦離子束裝置5001由離子源、孔徑、聚焦透鏡、對物透鏡、偏向器、離子束照射量控制器所構成。偏向器，設置成用來將離子束於試料上一維地或二維地掃描，藉由偏向器可控制加工試料上的哪個位置。
本實施形態6中，運用了圖2的掃描電子顯微鏡101的系統，與圖20的雷射光照射單元102的系統，與圖4的電腦系統103，與圖5的同步控制系統104。
圖28為試料的一例示意圖。試料為MRAM (Magneto resistive Random Access Memory；磁阻式隨機存取記憶體)的製造途中之構造，接點露出於最表面。在未達成接點與形成於矽基板上的主動區域之間的校準之處會產生孔洞。
圖29為帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。和圖6相異之處在於，處理器302參照著參照Die圖像館309，抽出藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案當中的圖像的偏離或空間性的局部變化(S1408)；判定抽出的圖像的圖案是否為缺陷(S1409)；輸出包含缺陷的圖像與座標之關聯資料(S1410)。
S1408中，處理器302參照記憶著當達成接點與主動區域之間的校準的情形下(正常的情形下)的圖像中產生之藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案之資料庫，抽出圖像的偏離或空間性的局部變化。
S1409中，判定抽出的圖像的圖案為缺陷與否，是藉由下述方式實施，即，以同時包含當達成接點與主動區域之校準的情形下(正常的情形下)的圖像，與當未達成接點與主動區域之校準的情形下(缺陷的情形下)的圖像之資料庫作為基礎，處理器302運用k最近鄰法而判定圖像的圖案是正常還是缺陷。另，本實施例中，作為缺陷的情形下的圖像，是僅運用在未達成與主動區域之校準之處產生了孔洞的圖像，但若處理器302運用更包含了其他的缺陷種類的圖像例如晶體缺陷的圖像之資料庫而實施演算處理，則不僅可判定是否為缺陷，還可將缺陷的種類分類。此外，根據未達成接點與主動區域之校準之處的深度或位置或大小，而事先將圖像的資料庫分類，當圖像的圖案為缺陷的情形下處理器302判定深度，藉此還能將缺陷的深度或缺陷的位置或缺陷的大小分類。
圖30為示意基於缺陷的深度的程度的資訊而將試料做破壞檢查之工程的流程圖的一例示意圖。首先，將基於圖29的流程圖而取得的缺陷的深度或缺陷的位置或缺陷的大小之資訊，輸入至聚焦離子束裝置5001(S5101)。接著，基於缺陷的深度或缺陷的位置或缺陷的大小之資訊，藉由聚焦離子束加工試料(S5102)。具體而言，基於缺陷的深度來設定離子束照射量，基於缺陷的位置來設定將離子束偏向的區域的中心點，基於缺陷的大小來設定將離子束偏向的區域的大小。本實施形態6中是分開實施圖6與圖30的流程圖，但若執行將圖6與圖30的流程圖合併而成之一連串的流程圖，則能夠從藉由光的干涉而產生的駐波所引起的圖像的圖案來取得將試料做破壞檢查的條件，而執行破壞檢查。
〈實施形態7〉 本揭示的實施形態7之帶電粒子束系統100，是從改變照射至試料的電子束與雷射光之延遲時間而取得之藉由與雷射光之干涉而產生的駐波所引起的圖像的圖案，來取得試料的擴散速度或移動度之資訊。
本實施形態7中，運用了圖1的帶電粒子束系統，與圖2的掃描電子顯微鏡101的系統，與圖20的雷射光照射單元102的系統，與圖4的電腦系統103，與圖5的同步控制系統104。
圖31為試料的一例示意圖。試料為晶矽太陽能電池的製造途中之構造，為在非晶矽上形成有鈍化膜之構造。鈍化膜為氧化鈦，但局部性地存在氧化鈦的膜厚較薄之處。
圖32為帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。和圖6相異之處在於，當輸入同步控制系統104的條件時，輸入包含複數個掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102之間的延遲時間的條件(S1504)；當試料資訊抽出處理器305參照記憶體303而輸出試料的資訊時，輸出試料的動態的資訊(S1509)。 掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102之間的延遲時間，等同於照射至試料的電子束與雷射光之延遲時間，當電子束的照射相對於雷射光較慢的情形下延遲時間為正，當電子束的照射相對於雷射光較快的情形下延遲時間為負。本實施例中，試料資訊抽出處理器305受理藉由雷射光的干涉而產生的駐波所引起的圖像的圖案的位置的時間變化，藉此輸出在鈍化膜移動的載子的擴散速度的位置相依性，而顯示成圖像的點陣圖。
圖33為載子的擴散速度的位置相依性的結果的一例示意圖。可知在左邊數來第2像素且上面數來第2像素的位置，為擴散速度較快之處。擴散速度與氧化鈦的膜厚有著負相關，故若運用本結果，便能抽出氧化鈦的膜厚較薄，就鈍化膜而言性能不良之處。
圖34為本實施形態7之帶電粒子束系統100的另一構成例示意圖。圖34示例的帶電粒子束系統100如同圖1，具備掃描電子顯微鏡101、雷射光照射單元102、電腦系統103、同步控制系統104，並且具備試料電場施加單元1601。試料電場施加單元1601由用來對試料施加電場的電源與探針所構成。本實施形態7中運用兩根探針，在使一方的探針接觸圖11的試料的源極，另一方的探針接觸圖11的試料的汲極之狀態下，對兩根探針間施加電壓，而對試料施加電場。在此狀態下，藉由實施圖32的流程圖，便能輸出移動度作為試料的動態的資訊。
〈實施形態8〉 本揭示的實施形態8之帶電粒子束系統100，是控制照射至試料的電子束與雷射光的照射條件(電子束與雷射光之間的延遲時間、各自的強度、各自的波長、雷射光的偏光、各自的入射角度)，藉此切換是否產生疊加至圖像的圖案之雷射光的干涉。
本實施形態8中，運用了圖1的帶電粒子束系統，與圖2的掃描電子顯微鏡101的系統，與圖20的雷射光照射單元102的系統，與圖4的電腦系統103，與圖5的同步控制系統104，與圖31的試料。
圖35為將掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102之間的延遲時間，與藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案的強度之關係予以圖示而成之資料的一例。當延遲時間為0ns時圖像的圖案的強度為I 0而為最大。延遲時間愈大，圖像的圖案的強度愈小，在延遲時間200ns以上，圖像的圖案為能夠識別的閾值的強度(I th)以下。基於此結果，本實施形態8中，當使雷射光的干涉疊加至圖像的情形下將延遲時間設定成未滿200ns，當不使雷射光的干涉疊加至圖像的情形下將延遲時間設定成200ns以上。
圖36為帶電粒子束系統100切換是否使雷射光的干涉疊加至圖像之工程示意流程圖。和圖6相異之處在於，設定是否使雷射光的干涉疊加至圖像(S1700)；當輸入同步控制系統104的條件時，輸入包含複數個掃描電子顯微鏡與雷射光照射單元之延遲時間的條件(S1504)；干涉圖案抽出處理器304參照記憶體303而判斷有無藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案(S1708)；處理器302基於S1700，切換顯示藉由使雷射光的干涉疊加至圖像之設定的延遲時間而取得的圖像，還是顯示藉由不使雷射光的干涉疊加至圖像之設定的延遲時間而取得的圖像(S1709)。
運用本實施形態8之帶電粒子束系統100，可切換是否產生疊加至圖像的圖案之雷射光的干涉。圖35～圖36中說明了藉由控制延遲時間來切換是否使干涉圖案產生，但藉由組合1個以上的本實施形態8的導入部分中說明的其他參數，也能同樣地切換是否使干涉圖案產生。
〈實施形態9〉 本揭示的實施形態9之帶電粒子束系統100，是從藉由入射至試料的雷射光、與使從試料反射的雷射光藉由鏡而反射的雷射光之干涉而產生的駐波所引起的圖像的圖案，來取得有關試料的上層的圖案的重心與下層的圖案的重心之間的偏離量之資訊。
本實施形態9中，運用了圖1的帶電粒子束系統，與圖2的掃描電子顯微鏡101的系統，與圖20的雷射光照射單元102的系統，與圖4的電腦系統103，與圖5的同步控制系統104。
圖37為試料的一例示意圖。試料為在製造3D-NAND快閃記憶體的途中，於在下層的記憶體孔單元的上方形成上層的記憶體孔單元之製造工程中，上層的記憶體孔單元的接點插栓露出於表面之構造。上層的記憶體孔單元與下層的記憶體孔單元是分開製造，故上層的接點插栓的重心與下層的接點插栓的重心可能會偏離。
圖38為帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。和圖6相異之處在於，當輸入試料的條件時，一併輸入設計資料館310等中記憶著的試料的材質與尺寸的設計資料(S1801)；當試料資訊抽出處理器305參照記憶體303而輸出試料的資訊亦即重心的偏離量時，一併參照抽出的圖像的圖案的強度或密度、或強度的位置微分量(S1809)。
圖39為將重心的偏離量與抽出的圖像的圖案的強度之關係，及重心的偏離量與抽出的圖像的圖案的強度的位置微分量之關係予以圖示而成之資料的一例。重心的偏離量最小時圖像的圖案的強度達極小值，偏離量愈大則圖像的圖案的強度愈大。此外，重心朝正偏離時圖像的圖案的強度的位置微分量成為正，重心朝負偏離時圖像的圖案的強度的位置微分量成為負。
本實施形態9中，將圖39的資料以6次的多項式的迴歸式擬合。當藉由試料資訊抽出處理器305輸出偏離量時，首先運用圖像的圖案的強度的位置微分量的符號，判別重心的偏離量為正或負，接著運用圖像的圖案的強度、與判定重心的偏離量為正或負之結果、與迴歸式，算出重心的偏離量。
〈有關本揭示的變形例〉 本揭示不限定於前述的實施形態，而包含各種變形例。例如，上述實施形態是為了便於說明本揭示而詳加說明，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，可追加、刪除或置換其他構成。
實施形態1中，是構成為除電子束源1外另行設置脈波電子生成器4，但亦可運用可照射脈波電子的電子線源而實施。此外，本實施形態1中，脈波電子生成器4是訂為遮蔽射束往試料的照射之偏向器，運用偏向器間歇性地遮蔽射束藉此使脈波射束產生，但例如亦可使可動光圈的位置高速地變化藉此使脈波射束產生而實施。
實施形態1中，運用了設有電子束源與偏向器之掃描電子顯微鏡101，但亦可運用其他的帶電粒子顯微鏡例如設有離子源與偏向器之掃描離子顯微鏡而實施，亦可不設置偏向器而運用檢測穿透試料的電子束之穿透電子顯微鏡而實施。
圖40為電腦系統103的變形例示意構成圖。記憶體303存儲著的各資料館，為記述著特徵量與用來導出它而運用的參數之間的關係之資料，故亦能將該些資料館構成為機械學習中的學習結果資料。在此情形下，處理器302能夠建置運用該學習結果資料而取得特徵量之學習器311。學習器311，接收和資料館記述著的關係相對應之輸入參數作為輸入值，遵照學習結果資料而運用其關係得到輸出值，藉此便能取得特徵量。學習器311例如能夠藉由處理器302執行建置了神經網路等的機械學習演算法之軟體而建構。
100:帶電粒子束系統 101:掃描電子顯微鏡 102:雷射光照射單元 103:電腦系統 104:同步控制系統
[圖1]實施形態1之帶電粒子束系統100的構成例示意圖。 [圖2]掃描電子顯微鏡101的構成例示意圖。 [圖3]雷射光照射單元102的構成例示意圖。 [圖4]電腦系統103的構成例示意圖。 [圖5]同步控制系統104的構成例示意圖。 [圖6]帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。 [圖7]電腦系統103提供之使用者介面的例子示意圖。 [圖8]試料的一例示意圖。 [圖9]試料與雷射光的一例示意圖。 [圖10]實施形態2之帶電粒子束系統100的構成例示意圖。 [圖11]試料與雷射光的一例示意圖。 [圖12]帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。 [圖13]將有關試料的介電係數的資訊與脈波電子或雷射光的頻率之關係的資料予以擬合之結果。 [圖14]試料與雷射光的一例示意圖。 [圖15]弓拱與縮頸的一例示意圖。 [圖16]作成模擬資料館307的資料庫的手續說明流程圖。 [圖17]作成模擬資料館307的資料庫的另一手續說明流程圖。 [圖18]試料的另一例示意圖。 [圖19]試料的另一例示意圖。 [圖20]實施形態4中的雷射光照射單元102的系統的構成例示意圖。 [圖21]帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。 [圖22]試料的一例示意圖。 [圖23]試料的另一例示意圖。 [圖24]將從試料的基準面反射的雷射光到達反射鏡1001而再度入射至試料的基準面為止的光路長，與各像素中的圖像的圖案的強度之間的關係予以圖示而成之資料的一例。 [圖25]實施形態5之帶電粒子束系統100的構成圖。 [圖26]整合系統電腦1201以帶電粒子束系統100輸出的試料的資訊作為輸入，而輸出半導體製造裝置的推薦條件之工程示意流程圖的一例示意圖。 [圖27]實施形態6之帶電粒子束系統100的構成例示意圖。 [圖28]試料的一例示意圖。 [圖29]帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。 [圖30]示意基於缺陷的深度的程度的資訊而將試料做破壞檢查之工程的流程圖的一例示意圖。 [圖31]試料的一例示意圖。 [圖32]帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。 [圖33]載子的擴散速度的位置相依性的結果的一例示意圖。 [圖34]實施形態7之帶電粒子束系統100的另一構成例示意圖。 [圖35]將掃描電子顯微鏡101與雷射光照射單元102之間的延遲時間，與藉由光的干涉而肇生的駐波所引起的圖像的圖案的強度之關係予以圖示而成之資料的一例。 [圖36]帶電粒子束系統100切換是否使雷射光的干涉疊加至圖像之工程示意流程圖。 [圖37]試料的一例示意圖。 [圖38]帶電粒子束系統100取得試料的資訊之工程示意流程圖。 [圖39]將重心的偏離量與抽出的圖像的圖案的強度之關係，及重心的偏離量與抽出的圖像的圖案的強度的位置微分量之關係予以圖示而成之資料的一例。 [圖40]電腦系統103的變形例示意構成圖。

Claims (19)

  1. 一種帶電粒子束系統，係藉由對試料照射帶電粒子束而生成前述試料的觀察圖像之帶電粒子束系統，其特徵為，具備： 帶電粒子源，對前述試料照射前述帶電粒子束； 第1光照射部，對前述試料照射第1光； 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2次帶電粒子，輸出表示其強度之檢測訊號；及 電腦系統，運用前述檢測訊號而生成前述觀察圖像； 前述電腦系統，從前述觀察圖像抽出藉由對前述試料照射前述第1光而肇生之前述第1光的干涉、前述第1光的繞射、或前述第1光的駐波所引起的第1特徵量， 前述電腦系統，運用前述第1特徵量而取得前述試料的第2特徵量。
  2. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統具備存儲記述了作為基準的參數之資料館(data library)的記憶部，該參數判斷前述觀察圖像具有的圖像圖案(pattern)是否由前述第1光的干涉、前述第1光的繞射、或前述第1光的駐波所引起而肇生，前述電腦系統辨明前述圖像圖案當中，前述圖像圖案具有的前述參數與前述資料館記述著的前述參數之間的一致度為閾值以上者， 前述電腦系統，運用前述辨明之前述圖像圖案具有的前述第1特徵量，而取得前述第2特徵量。
  3. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統具備存儲運用藉由前述第1特徵量而表示之函數而記述了前述第2特徵量的記憶部， 前述電腦系統，運用前述第1特徵量而參照前述資料館，藉此運用前述函數取得前述第2特徵量。
  4. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，作為前述第1特徵量，取得於前述觀察圖像上由前述第1光的干涉、前述第1光的繞射、或前述第1光的駐波所引起而肇生的干涉紋圖案的間隔， 前述電腦系統，辨明前述觀察圖像具有的圖像圖案當中，前述圖像圖案具有的干涉紋圖案的間隔與前述取得的前述間隔之間的一致度為閾值以上者， 前述電腦系統，運用前述辨明之圖像圖案具有的干涉紋圖案的間隔作為前述第1特徵量，而取得前述第2特徵量。
  5. 如請求項4記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，作為前述第1特徵量，取得 前述辨明的圖像圖案具有的前述干涉紋圖案的間隔， 前述辨明的圖像圖案具有的前述干涉紋圖案的位置， 當中的至少其中一者， 前述電腦系統，運用藉由前述第1特徵量與前述第1光的入射角而表示之函數，計算前述試料具有的圖案的高度或前述試料具有的圖案的側壁的傾斜角度當中的至少其中一者作為前述第2特徵量。
  6. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述帶電粒子束系統，更具備對前述試料照射第2光之第2光照射部， 前述電腦系統，作為前述第1特徵量，取得於前述觀察圖像上由前述第1光與前述第2光干涉而肇生的干涉圖案的功率譜， 前述電腦系統，辨明前述觀察圖像具有的圖像圖案當中，前述圖像圖案具有的干涉圖案的功率譜與前述取得的功率譜之間的一致度為閾值以上者， 前述電腦系統，運用前述辨明之圖像圖案具有的干涉圖案的功率譜作為前述第1特徵量，而取得前述第2特徵量。
  7. 如請求項6記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，運用 藉由對於前述試料的前述第1光或前述第2光的入射角、與前述第1光或前述第2光通過前述試料時的折射角而表示之函數， 及 藉由前述第1光或前述第2光的波長而表示之函數， 而計算前述試料的介電係數或前述試料的磁導率當中的至少其中一者作為前述第2特徵量。
  8. 如請求項7記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，運用 藉由前述帶電粒子束的頻率、與當發生空間電荷極化(space charge polarization)的情形下的前述試料的介電係數而表示之函數， 或 藉由前述第1光或前述第2光的頻率、與當發生電子極化(electron polarization)的情形下的前述試料的介電係數而表示之函數， 而計算前述試料的介電鬆弛(dielectric relaxation)頻率作為前述第2特徵量。
  9. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，運用 藉由前述第1光的入射角、前述第1光的波長、前述試料的介電係數、前述試料的磁導率、前述第1光的偏光角而表示之函數， 而計算前述試料的光吸收係數或前述試料具有的圖案的側壁的傾斜角度當中的至少其中一者作為前述第2特徵量， 前述電腦系統，運用前述計算出的前述側壁的傾斜角度，計算前述側壁的形狀。
  10. 如請求項9記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統具備存儲記述了前述計算出的前述側壁的形狀之資料館的記憶部， 前述電腦系統，運用 前述第1光的入射角、前述第1光的波長、前述試料的介電係數、前述試料的磁導率、前述第1光的偏光角 當中的至少其中一者而參照前述資料館，藉此推定前述側壁的形狀。
  11. 如請求項4記載之帶電粒子束系統，其中， 前述帶電粒子束系統更具備反射鏡，其將從前述試料反射的前述第1光對前述試料再反射作為反射光， 前述電腦系統，作為前述第1特徵量，取得在前述觀察圖像的像素間的前述駐波的相位差。
  12. 如請求項11記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，運用前述取得的相位差計算表示前述試料的表面粗糙度之參數作為前述第2特徵量。
  13. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，建置有 學習器，藉由機械學習而學習前述第1特徵量或前述第2特徵量當中的至少其中一者、與適合作為前述帶電粒子束系統的動作條件之動作參數之間的關係， 前述電腦系統，運用前述學習器輸出的前述動作參數，控制前述帶電粒子束系統的動作。
  14. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，具備存儲記述了前述第1特徵量的局部性偏離與前述第2特徵量之間的關係之資料館的記憶部， 前述資料館，作為前述第2特徵量，記述著前述試料具有的缺陷的深度、前述缺陷的平面位置、前述缺陷的大小當中的至少其中一者， 前述電腦系統，取得前述第1特徵量的局部性變化，並且運用前述取得的局部性偏離而參照前述資料館，藉此取得前述試料具有的前述缺陷的深度、前述缺陷的平面位置、前述缺陷的大小當中的至少其中一者。
  15. 如請求項14記載之帶電粒子束系統，其中， 前述資料館，分別保持著具有前述缺陷的前述試料的觀察圖像的圖像圖案、與不具有前述缺陷的前述試料的觀察圖像的圖像圖案， 前述電腦系統，將運用前述檢測訊號而取得的前述試料的觀察圖像和前述資料館存儲著的觀察圖像比較，藉此判定前述試料是否具有前述缺陷。
  16. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，取得前述第1特徵量的經時變化， 前述電腦系統，運用前述經時變化的時間變化率而取得在前述試料上的載子的擴散速度或移動度作為前述第2特徵量。
  17. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述帶電粒子源或前述第1光照射部當中的至少其中一者，使 前述帶電粒子束與前述第1光之間的時間差， 前述帶電粒子束與前述第1光當中的至少其中一者的強度， 前述帶電粒子束與前述第1光當中的至少其中一者的波長， 前述第1光的偏光， 前述帶電粒子束與前述第1光當中的至少其中一者的入射角度， 當中的至少其中一者變化，藉此切換是否於前述觀察圖像上使前述第1特徵量產生。
  18. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中， 前述帶電粒子束系統更具備反射鏡，其將從前述試料反射的前述第1光對前述試料再反射作為反射光， 前述電腦系統，作為前述第1特徵量，取得前述觀察圖像的像素值或將前述像素值藉由前述觀察圖像上的位置微分而得之微分值當中的至少其中一者。
  19. 如請求項18記載之帶電粒子束系統，其中， 前述電腦系統，運用前述像素值或前述微分值當中的至少其中一者而取得形成於前述試料上的上層圖案與下層圖案之間的位置偏離量作為前述第2特徵量。
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