TWI813618B - 掃描電子顯微鏡的自動對焦方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係使用交錯(Interlace)掃描的掃描電子顯微鏡的自動對焦技術之相關技術。掃描電子顯微鏡的自動對焦方法係一面沿著垂直於掃描方向的方向將電子束的掃描位置偏移達預定的複數個像素，一面以電子束反覆掃描試料，藉以產生於試料表面所形成的圖案(160)的稀疏化圖像，一面改變電子束的焦點位置及照射位置，一面執行複數次產生圖案(160)的稀疏化圖像之過程，藉以產生圖案(160)的複數個稀疏化圖像，且算出複數個稀疏化圖像的各者的複數個清晰度，依據複數個清晰度而決定最佳的焦點位置。

Description

掃描電子顯微鏡的自動對焦方法
本發明係有關於掃描電子顯微鏡的自動對焦技術，特別是利用交錯掃描的自動對焦之相關技術。
掃描電子顯微鏡係使用於在晶圓表面所形成的配線圖案的尺寸測定、配線圖案的缺陷檢測等之晶圓檢查。一般而言，掃描電子顯微鏡係具有使電子束自動地對焦於晶圓的表面上之自動對焦功能。第11圖係用以說明習知之自動對焦技術之示意圖。如第11圖所示，掃描電子顯微鏡係在徐徐移動焦點位置的同時，產生複數個圖像，且算出每個圖像的清晰度。更具體言之，掃描電子顯微鏡係微分處理各個圖像，且算出圖像上的圖案邊緣的清晰度。繼之，掃描電子顯微鏡係決定對應於清晰度最高的圖像的焦點位置。
[先前技術文獻] [特許文獻]
[特許文獻1]日本特開2007-109408號公報
然而，如第11圖所示，習知之自動對焦技術為了要產生複數個圖像，導致需要某種程度的較長時間。結果，晶圓檢查的處理量(throughput)降低。並且由於為了要產生複數個圖像而反覆照射電子束於晶圓，因而導致形成晶圓表面的膜(例如阻劑)會有發生帶電的情形。結果，會發生呈現於圖像的圖案形狀歪斜、輝度變得不均勻等情況。
對此，本發明係提供一種能短時間完成對焦調整，且能防止試料帶電之方法。
本發明之一形態中提供一種掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，係一面沿著垂直於掃描方向的方向將電子束的掃描位置偏移達預定的複數個像素，一面以電子束反覆掃描試料，藉以產生於前述試料表面所形成的圖案的稀疏化圖像，一面改變前述電子束的焦點位置及照射位置，一面執行複數次產生前述圖案的稀疏化圖像之過程，藉以產生前述圖案的複數個稀疏化圖像，且算出前述複數個稀疏化圖像的各者的複數個清晰度，依此前述複數個清晰度而決定最佳的焦點位置。
一形態中，藉由改變施加於前述掃描電子顯微鏡的偏向器的電壓，而改變前述電子束的焦點位置。
一形態中，產生各個稀疏化圖像的前述電子束的掃描範圍，係遍及於前述掃描電子顯微鏡的全體。
由於各個稀疏化圖像係由比通常圖像更少的像素所組成，因此掃描電子顯微鏡可在更短的時間內產生複數個稀疏化圖像。因此，可在比習知的自動對焦技術更短的時間內完成對焦調整。此外，由於複數個稀疏化圖像係圖案的不同部位的圖像，所以產生複數個稀疏化圖像之際，電子束不會反覆照射試料的相同位置。換句話說，電子束的掃描線係不重疊。因此，能防止試料的帶電，而可產生試料正確的圖像。
100:掃描電子顯微鏡
111:電子槍
112:收束透鏡
113:X偏向器
114:Y偏向器
115:對物透鏡
116:透鏡控制裝置
117:偏向控制裝置
118:圖像取得裝置
120:試料室
121:XY工作台
122:工作台控制裝置
124:晶圓
130:二次電子檢出器
131:反射電子檢出器
140:試料搬送裝置
150:電腦
160:圖案
165:視野
170:近似曲線
1111:主記憶裝置
1112:輔助記憶裝置
1120:處理裝置
1132:記錄媒體讀取裝置
1134:記錄媒體埠
1140:輸出裝置
1142:印刷裝置
1150:通信裝置
1162:記憶裝置
1163:輸入裝置
1164:顯示裝置
第1圖係表示具備掃描電子顯微鏡的圖像產生系統之一實施形態之示意圖。
第2圖係說明產生圖案的第一張的稀疏化圖像的過程之圖。
第3圖係表示藉由第2圖所示之過程而產生的圖案的稀疏化圖像之圖。
第4圖係說明產生圖案的第二張的稀疏化圖像的過程之圖。
第5圖係表示藉由第4圖所示之過程而產生的圖案的稀疏化圖像之圖。
第6圖係說明產生圖案的第三張的稀疏化圖像的過程之圖。
第7圖係表示藉由第6圖所示之過程而產生的圖案的稀疏化圖像之圖。
第8圖係表示複數個稀疏化圖像之圖。
第9圖係說明依複數個清晰度而決定最佳的焦點位置的過程之圖。
第10圖係表示第1圖所示之電腦的一實施形態之示意圖。
第11圖係用以說明習知的自動對焦技術之示意圖。
以下，參閱圖式來說明本發明之實施形態。
第1圖係表示具備掃描電子顯微鏡的圖像產生系統之一實施形態之示意圖。如第1圖所示，圖像產生系統係具有：以電子束沿互為垂直的X方向及Y方向掃描試料而產生圖像的掃描電子顯微鏡100；以及控制掃描電子顯微鏡的動作的電腦150。掃描電子顯微鏡100係具有：發射由一次電子(帶電粒子)構成的電子束之電子槍111；使從電子槍111所發出的電子束進行收束的收束透鏡112；使電子束朝X方向偏向的X偏向器113；使電子束朝Y方向偏向的Y偏向器114；以及使電子束自動對焦於試料之一例的晶圓124之對物透鏡115。
X偏向器113及Y偏向器114係設置於對物透鏡115的下方。一實施形態中，X偏向器113及Y偏向器114亦可設置於對物透鏡115的上方。以X偏向器113使電子束偏向的X方向與以Y偏向器114使電子束偏向的Y方向係互相垂直。
收束透鏡112及對物透鏡115係連接於透鏡控制裝置116，藉由透鏡控制裝置116控制收束透鏡112及對物透鏡115的動作。該透鏡控制裝置116係連接於電腦150。X偏向器113、Y偏向器114係連接於偏向控制裝置117，藉由偏向控制裝置117控制X偏向器113、Y偏向器114的偏向動作。該偏向控制裝置117亦同樣連接於電腦150。二次電子檢出器130與反射電子檢出器131係連接於圖像取得裝置118。圖像取得裝置118係構成為將二次電子檢出器130與反射電子檢出器131的輸出信號變換成圖像。該圖像取得裝置118亦同樣地連接於電腦150。
配置於試料室120內的XY工作台121係連接於工作台控制裝置122，藉由工作台控制裝置122控制XY工作台121的位置。該工 作台控制裝置122係連接於電腦150。用以將晶圓124載置於試料室120內的XY工作台121的試料搬送裝置140亦同樣地連接於電腦150。
自電子槍111所射出的電子束係經收束透鏡112收束之後，在藉由對物透鏡115維持收束之狀態下，以X偏向器113、Y偏向器114偏向而照射於晶圓124的表面。電子束的一次電子照射於晶圓124時，從晶圓124放出二次電子及反射電子。藉由二次電子檢出器130檢測出二次電子，且藉由反射電子檢出器131檢測出反射電子。二次電子的檢出信號及反射電子的檢出信號係輸入至圖像取得裝置118而變換成圖像。圖像係傳送至電腦150。
如上述構成的圖像產生系統係具有自動地使電子束對焦於晶圓124的表面所形成的圖案上之自動對焦功能。本實施形態的自動對焦功能係利用交錯掃描。亦即，圖像產生系統係產生形成於晶圓124的圖案的不同部位的複數個稀疏化圖像，並依據所得複數個圖像的清晰度而決定最佳焦點位置。以下，說明有關本實施形態的自動對焦功能。
從電子槍111所射出的電子束係以收束透鏡112收束之後，在藉由對物透鏡115維持收束之狀態下，以X偏向器113、Y偏向器114偏向而照射於晶圓124之表面。此時，如第2圖所示，X偏向器113及Y偏向器114係一面沿著垂直於掃描方向的X方向之Y方向將電子束的掃描位置偏移達預定的複數個像素，一面沿著X方向以電子束反覆掃描晶圓124上的圖案160，藉以產生如第3圖所示的圖案160的稀疏化圖像。第2圖所示例中，預定的複數個像素係n個像素(n為自然數)。由於稀疏化圖像 係在掃描電子顯微鏡100的視野165內以預定間隔進行掃描而取得，故僅有圖案160的一部分呈現於稀疏化圖像。
產生圖案160的稀疏化圖像時的電子束的掃描範圍係遍及於掃描電子顯微鏡100的視野165的全體。亦及，為了產生一張的稀疏化圖像，如第2圖所示，電子束係自預先設定的視野165的一端掃描至另一端。因此，產生一張的稀疏化圖像時的電子束的掃描線係均等地分布於視野165的全體。如此，因電子束的掃描範圍遍及於視野165的全體，故即使圖案160不在視野165的中心之情形下，仍能取得圖案160的稀疏化圖像。相較於視野165的大小，圖案160太小之情況下，藉由減少表示Y方向的掃描位置的移動距離(掃描間隔)之上述預定的複數個像素(即n)之數，而能確實地產生圖案160的稀疏化圖像。
掃描電子顯微鏡100一面進一步改變電子束的焦點位置及照射位置，一面執行複數次產生圖案160的稀疏化圖像之過程，藉以產生圖案160的複數個稀疏化圖像。更具體地，掃描電子顯微鏡100係一面將電子束的最初的掃描位置沿Y方向偏移達一個像素並且改變電子束的焦點位置，一面反覆執行產生圖案160的稀疏化圖像之過程，藉以產生圖案160的複數個稀疏化圖像。
第4圖係說明產生圖案160的第二張的稀疏化圖像的過程之圖。如第4圖所示，將電子束的最初的掃描位置沿Y方向移動達一個像素。繼之，與第2圖所示之過程相同地，一面將電子束的掃描位置沿Y方向偏移達n個像素，一面沿X方向以電子束反覆掃描晶圓124上的圖案160，藉以產生第5圖所示之圖案160的稀疏化圖像。由第2圖與第4圖 的對比可知，產生第一張的稀疏化圖像的過程與產生第二張的稀疏化圖像的過程中，電子束係掃描圖案160的不同部位。因此，呈現於第5圖所示的稀疏化圖像的圖案160的部位，係與呈現於第3圖所示的稀疏化圖像的圖案160的部位不相同。
第6圖係產生圖案160的第三張的稀疏化圖像的過程之說明圖。如第6圖所示，將電子束的最初的掃描位置沿Y方向更移動達一個像素。繼之，與第2圖及第4圖所示之過程相同地，一面將電子束的掃描位置沿Y方向偏移達n個像素，一面沿X方向以電子束反覆掃描晶圓124上的圖案160，藉以產生第7圖所示之圖案160的稀疏化圖像。呈現於第7圖所示的稀疏化圖像的圖案160的部位，係與呈現於第3圖及第5圖所示的稀疏化圖像的圖案160的部位不相同。
藉由改變電子束的焦點位置並且重覆相同的過程，可取得如第8圖所示之複數個稀疏化圖像。整合此等稀疏化圖像時，即形成圖案160重覆出現的一張的圖像。如此，產生圖案160的不同部位的複數個稀疏化圖像，並且整合此等稀疏化圖像而取得一張的圖像之技術，係稱為交錯掃描。
本實施形態中，在返覆產生稀疏化圖像時，藉由改變施加於X偏向器113及Y偏向器114的電壓而改變電子束的焦點位置。更具體地，在返覆產生稀疏化圖像時，電腦150係對偏向控制裝置117發出指令，使從偏向控制裝置117施加於X偏向器113及Y偏向器114的電壓改變。
通常，X偏向器113及Y偏向器114係以使電子束偏向為目的而使用，然而，X偏向器113及Y偏向器114亦具有使電子束的焦點 位置改變之功能。亦即，本實施形態中，反覆產生稀疏化圖像之際，X偏向器113及Y偏向器114係使電子束偏向的同時，亦使電子束的焦點位置改變。不使用對物透鏡115而使用X偏向器113及Y偏向器114來改變電子束的焦點位置之理由，係由於X偏向器113及Y偏向器114對於施加的電壓的變化能快速地響應，相較於對物透鏡115，能快速地使電子束的焦點位置改變之故。
在返覆產生圖案160的稀疏化圖像時，因電子束的焦點位置改變，故如第8圖所示，各個稀疏化圖像的清晰度不相同。清晰度係表示呈現於圖像的圖案160的邊緣的鮮明度之指標。亦即，清晰度愈大，電子束的焦點位置愈接近圖案表面。電腦150係構成為算出複數個稀疏化圖像個別的複數個清晰度，並依據複數個清晰度而決定最佳焦點位置。
第9圖係說明依複數個清晰度而決定最佳焦點位置的過程之圖。電腦150係在內部預先儲存有第9圖所示的座標系。座標系的縱軸係表示清晰度，橫軸係表示焦點位置。電腦150係算出各個稀疏化圖像內的像素之間的輝度之差，並合算所取得的差，而算出各個稀疏化圖像上的圖案160的邊緣的清晰度。電腦150係將自複數個稀疏化圖像的複數個清晰度以及相對應的複數個焦點位置所定出的複數個點，繪製於座標系上，作成複數個點的近似曲線170，並決定出對應於近似曲線170的尖峰點的焦點位置。此決定出的焦點位置即為最佳焦點位置。電腦150係對透鏡控制裝置116發出指令以使透鏡控制裝置116操作對物透鏡115，而達成上述決定出的焦點位置。
因各個稀疏化圖像係由如第11圖所示的較通常的圖像更少的像素所構成，故掃描電子顯微鏡100能以更短的時間來產生複數個稀疏化圖像。因此，能以較習知之自動對焦技術以更短的時間完成對焦調整。進而，因複數個稀疏化圖像係晶圓124上的圖案160的相異部位的圖像，故產生複數個稀疏化圖像之際，電子束不會反覆照射晶圓124的相同位置。換言之，電子束的掃描線係不重疊。因此，能防止晶圓124的帶電，而可產生試料的正確圖像。
第10圖係表示電腦150的構成之示意圖。電腦150係具備：記憶裝置1162，係儲存程式、資料等；處理裝置1120，係依據儲存於記憶裝置1162的程式而進行演算的CPU(中央處理裝置)等；輸入裝置1163，係用以將資料、程式、及各種資訊輸入至記憶裝置1162；輸出裝置1140，係用以輸出處理結果、經處理的資料等；以及通信裝置1150，係用以連接網際網路等的網絡。
記憶裝置1162係具備可存取處理裝置1120的主記憶裝置1111、以及儲存資料及程式的輔助記憶裝置1112。主記憶裝置1111係例如隨機存取記憶體(RAM)，輔助記憶裝置1112係硬碟驅動器(HDD)或固態驅動器(SSD)等的存儲裝置。
輸入裝置1163係具備鍵盤、滑鼠，且更具備用以自記錄媒體讀取資料的記錄媒體讀取裝置1132、以及連接記錄媒體的記錄媒體埠1134。記錄媒體係非暫時性的有形物之電腦可讀取之記錄媒體，例如，光碟(例如，CD-ROM、DVD-ROM)、半導體記憶體(例如，USB快閃驅動器、記憶卡)等。記錄媒體讀取裝置1132可舉例如CD驅動器、DVD驅動器等 的光學驅動器、讀卡機等。記錄媒體埠1134可舉例如USB端子。電性地儲存於記錄媒體的程式及/或資料係經由輸入裝置1163而導入電腦150，並儲存於記憶裝置1162的輔助記憶裝置1112。輸出裝置1140係具備顯示裝置1164、印刷裝置1142。
上述實施形態係以使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能夠實施本發明為目的而敘述者。對於該具有通常知識者而言，可進行上述實施形態的各種變化例，且本發明的技術思想可應用於其他實施形態。因此，本發明不限於所敘述的實施形態，而是根據申請專利範圍所定義的技術思想以最廣泛的範圍進行闡釋。
[產業上之可利用性]
本發明係可利用於使用交錯掃描的掃描電子顯微鏡的自動對焦技術。
160:圖案

Claims (6)

  1. 一種掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，該方法係包含：一面沿著垂直於掃描方向的方向將電子束的掃描位置偏移達預定的複數個像素，一面以電子束反覆掃描試料，藉以產生於前述試料表面所形成的圖案的稀疏化圖像，一面改變前述電子束的焦點位置及照射位置，一面執行複數次產生前述圖案的稀疏化圖像之過程，藉以產生前述圖案的複數個稀疏化圖像，算出前述複數個稀疏化圖像的各者的複數個清晰度，依據前述複數個清晰度而決定最佳的焦點位置之過程；其中前述圖案的各個稀疏化圖像係由比前述圖案之通常的圖像更少的像素所構成；產生各個稀疏化圖像時的前述電子束的掃描線，係於前述掃描電子顯微鏡的視野的全體均等地分布。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，其中，藉由改變施加於前述掃描電子顯微鏡的偏向器的電壓，而改變前述電子束的焦點位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，其中，前述複數個稀疏化圖像為前述圖案的相異部位的圖像，且前述相異部位彼此不重疊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，其中，前述通常的圖像為整合前述圖案的相異部位而得的圖像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，其中，產生各個稀疏化圖像時的前述電子束的掃描線之數目，係比產生前述通常的圖像時的前述電子束的掃描線之數目少。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電子顯微鏡的自動對焦方法，其中，產生前述複數個稀疏化圖像時的前述電子束的掃描線係彼此不重疊。
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