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TW201712297A - 帶電粒子束裝置及圖樣測定裝置 - Google Patents

帶電粒子束裝置及圖樣測定裝置 Download PDF

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TW201712297A
TW201712297A TW105130196A TW105130196A TW201712297A TW 201712297 A TW201712297 A TW 201712297A TW 105130196 A TW105130196 A TW 105130196A TW 105130196 A TW105130196 A TW 105130196A TW 201712297 A TW201712297 A TW 201712297A
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李燦
数見秀之
長谷川学
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日立全球先端科技股份有限公司
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Abstract

本發明之目的，在於提供一種不受到試料的帶電所影響，而可預測試料的三維構造之帶電粒子束裝置。 本發明中，提出一種帶電粒子束裝置，其特徵為：求出基於第1到達能量的帶電粒子束之照射而獲得之第1訊號波形的峰值與谷值之間的第1距離(dt1)、以及基於和前述第1到達能量不同的第2到達能量的帶電粒子束之照射而獲得之第2訊號波形的峰值與谷值之間的第2距離(dt2)，並基於該第1距離及第2距離的外插，來求出和前述第1及第2到達能量不同的到達能量(例如零)下的前述峰值與谷值間的距離。

Description

帶電粒子束裝置及圖樣測定裝置
本發明係帶電粒子束裝置及圖樣測定裝置，特別是有關基於藉由不同條件的射束的掃描而獲得之複數個訊號，來執行圖樣測定用之帶電粒子束裝置及圖樣測定裝置。
伴隨半導體圖樣的微細化及三維構造化，些微的形狀差也變得會對裝置的動作特性造成影響，形狀管理的需求逐漸升高。因此，對於半導體的檢査/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。
為了正確地掌握圖樣的形狀，已知有計測圖樣的三維形狀之手法。專利文獻1中，揭示一種在觀察場所分別取得2次電子像及背散射(back scattering)電子像，並藉由基準圖樣來進行與取得的2次電子像、背散射電子像之間的匹配(matching)，藉此推定推拔斜率之方法。此外專利文獻2中，揭示一種為了獲得深度方向的資訊，而對每種能量、每種放出角度檢測2次電子，以推定深度方 向的構造之方法。此外，專利文獻3中，揭示一種對於深孔、深溝資料，由變更加速電壓時的谷值的亮度變化來推定圖樣的深度之方法。此外，在使用SEM來推定截面形狀之方法中，有一種MBL(Model-Based Library)法。MBL法中，是比較對試料掃描1次電子束而獲得的2次電子檢測訊號強度分布、與事先藉由對各式各樣的截面形狀計算而求得的2次電子訊號強度分布，藉此推定立體構造的截面形狀。有關MBL，例如記載於專利文獻4。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-272219號公報
[專利文獻2]日本特開2013-219031號公報(對應美國專利USP8,586,921)
[專利文獻3]日本特開2015-106530號公報
[專利文獻4]日本特開2007-227618號公報(對應美國專利USP8,356,260)
另一方面，由於圖樣的微細化，進行三維形狀的正確掌握、圖樣部位的正確辨明、圖樣的高精度測定等變得愈來愈困難。由於微細化，即使是有形狀差的圖樣，其差異在SEM圖像上會變得愈來愈難辨識。此外， 因帶電之影響等，也可能把和本來的測定基準相異之位置當成了測定對象。按照專利文獻1揭示之手法，雖能推定大致的推拔斜率，但當照射電子束時因附著於試料之帶電的影響，可能無法做高精度的推定。這一問題在取得藉由對試料照射電子束而獲得之訊號波形等之專利文獻2、3、4中亦同。
以下提出一種帶電粒子束裝置、及圖樣測定裝置，其目的在於不受帶電之影響等，而進行高精度的圖樣測定或圖樣識別等。
作為用以達成上述目的之一個態樣，以下提出一種帶電粒子束裝置，具備：掃描偏向器，掃描從帶電粒子源放出的帶電粒子束；及檢測器，檢測基於前述帶電粒子束對試料之掃描而獲得的帶電粒子；及演算裝置，基於該檢測器的輸出來生成訊號波形，利用該訊號波形演算形成於前述試料上之圖樣尺寸；該帶電粒子束裝置中，前述演算裝置，至少由藉由第1到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第1測定結果、及藉由第2到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第2測定結果，來算出和形成於前述試料上之圖樣相關的指標值。
上述第1測定結果及第2測定結果，為和圖樣相關的尺寸值，上述演算裝置，係藉由外插而算出第1到達能量及第2到達能量以外的第3到達能量時之邊緣的 尺寸值。此第3到達能量例如訂為零。
又，作為用以達成上述目的之另一個態樣，提出一種圖樣測定裝置，具備：演算裝置，基於藉由帶電粒子束裝置而獲得的檢測訊號來生成訊號波形，並利用該訊號波形來演算形成於前述試料上之圖樣尺寸；該圖樣測定裝置中，前述演算裝置，至少由藉由第1到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第1測定結果、及藉由第2到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第2測定結果，來算出和形成於前述試料上之圖樣相關的指標值。
按照上述構成，便可不受帶電之影響等，而進行高精度的圖樣測定或圖樣識別等。
1‧‧‧電子源
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
1001‧‧‧SEM本體
1002‧‧‧控制裝置
1003‧‧‧演算處理裝置
1004‧‧‧演算處理部
1005‧‧‧記憶體
1006‧‧‧偏向器
1007‧‧‧檢測器
1008‧‧‧測定條件設定部
1009‧‧‧圖像特徵量演算部
1010‧‧‧設計資料抽出部
1011‧‧‧圖樣測定部
1012‧‧‧設計資料記憶媒體
1013‧‧‧輸入裝置
1101‧‧‧觀察條件設定視窗
1102‧‧‧ROI指定區域
[圖1]掃描電子顯微鏡的概要示意圖。
[圖2]掃描形狀相異的線圖樣時之背散射電子的訊號波形示意圖。
[圖3]從線圖樣放出之背散射電子的角度(仰角)分布示意圖。
[圖4]改變加速電壓時之背散射電子的訊號波形示意圖。
[圖5]抽出三維構造的特徵量之流程示意圖。
[圖6]推拔形狀圖樣的背散射電子的訊號波形與由外插所導出的推拔寬幅示意圖。
[圖7]圓角形狀圖樣的背散射電子的訊號波形與亮度的斜率示意圖。
[圖8]線圖樣的推拔及圓角位置抽出處理及三維構造構築流程示意圖。
[圖9]掃描具有逆推拔的線圖樣時之背散射電子的訊號波形一例示意圖。
[圖10]含有掃描電子顯微鏡之半導體計測系統一例示意圖。
[圖11]用來設定SEM的動作條件之GUI(Graphical User Interface)畫面一例示意圖。
[圖12]藉由SADP而生成之圖樣一例示意圖。
[圖13]基於改變到達能量而獲得之複數個測定值，來求出和圖樣相關的指標值之例子說明圖。
在講求半導體裝置的進一步高度積體化當中，半導體裝置的立體構造化之要求逐漸升高。而在具有三維構造的裝置中，如線的推拔角或角部形狀等對裝置特性造成影響之處會增加，逐漸出現和以往不同之尺寸管理(三維形狀管理)的需求。
掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)，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，測定例如峰值(圖樣邊緣)間的尺寸。
從試料放出的電子當中，能量較低的2次電子容易受到試料帶電的影響。由於近年來圖樣的微細化或low-k等低介電率材料的使用，帶電的影響逐漸明顯。例如當在測定對象圖樣的周圍有介電體的情形下，可能會因電子束的掃描而發生帶電，導致使訊號波形形狀變化。亦即，因帶電引起的訊號波形之變形，而有高精度的測定變得困難之情形。此外，低能量的電子束，其軌道會因試料帶電而受到偏向，而有變得難以令射束到達期望的位置之情形。
由於以上這樣因試料帶電而帶來的影響，運用高精度的測定或訊號波形之圖樣識別、或與參照資訊之比對等可能變得困難。以下說明之實施例中，主要說明運用對於試料之電子束(帶電粒子束)的到達能量相異之複數個資訊，而得以進行高精度的圖樣測定或圖樣識別等之帶電粒子束裝置、或圖樣測定裝置。
具體而言，例如具備：帶電粒子源；及偏向器，對試料掃描從該帶電粒子源放出的帶電粒子束；及檢測器，將藉由帶電粒子束對前述試料之掃描而放出的低角(水平方向)的背散射電子與2次電子加以分離並檢測；及圖像記憶體，記憶藉由帶電粒子束對前述試料之掃描而獲得的訊號；及演算裝置，基於帶電粒子束的照射，測定形成於試料上之圖樣尺寸；該圖樣測定裝置，其特徵為：前述演算裝置，求出基於第1到達能量的帶電粒子束之照射 而獲得之第1訊號波形的峰值與谷值之間的第1距離、以及基於和前述第1到達能量不同的第2到達能量的帶電粒子束之照射而獲得之第2訊號波形的峰值與谷值之間的第2距離，並基於該第1距離及第2距離的外插，來求出和前述第1及第2到達能量不同的到達能量下的前述峰值與谷值間的距離。說明一種帶電粒子束裝置，按照這樣的構成，便可運用背散射電子，抑制帶電的影響，同時進行圖樣的三維構造推定。
以下說明之實施例中，主要說明運用背散射電子或高加速的2次電子，來推定圖樣的三維構造之帶電粒子束裝置。另，背散射電子或高加速的2次電子，能夠藉由利用了能量濾波器、或令從試料放出的電子偏向時發生的軌道差之辨別檢測來檢測。此外，亦可設計成令背散射電子或高加速的2次電子衝撞2次電子變換電極，變換成2次電子後再檢測。
以下說明之實施例中，說明一種帶電粒子束裝置，例如具備：對物透鏡，將從帶電粒子源放出之帶電粒子束予以收斂；及偏向器，變更該帶電粒子束的掃描位置；及控制裝置，進行前述掃描偏向器之控制；及試料平台，用來搭載試料；及檢測器，在從前述試料放出的帶電粒子當中，將2次電子與背散射電子加以分離，並僅檢測背散射電子；該帶電粒子束裝置中，依據由2個以上的加速條件而獲得的SEM圖像，依據推拔、圖樣的圓角距離之變化，來推定加速=0V的推拔、圓角寬幅。
圖1揭示帶電粒子束裝置的一種亦即掃描型電子顯微鏡之概略圖。令在電子槍1產生的電子線2(電子束)藉由聚光透鏡3而收斂，最後藉由對物透鏡5收斂於試料6上。藉由偏向器4(掃描偏向器)令電子線2在試料的電子線掃描區域之上掃描(爾後亦稱scan)。二維地掃描1次電子，並藉由檢測器8檢測因照射而在試料內被激發而從試料放出之2次電子及背散射電子7，將電子訊號變換成圖像，以進行試料的觀測/計測。此外，圖1之掃描電子顯微鏡，具備未圖示之控制裝置，進行電子顯微鏡的各光學元件的控制。此外，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，控制裝置控制該負電壓施加電源，藉此控制電子束對試料的到達能量。此外，以下說明中，雖說明藉由控制對試料的施加電壓，來控制電子束的到達能量之例子，但並不限於此，亦可設計成藉由控制連接於用來將電子束加速的加速電極與電子源之間的加速電源，來控制電子束的對試料的到達能量。此外，圖1示例之SEM，具備對每個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。
又，在圖1示例之掃描電子顯微鏡中，具備有未圖示之演算裝置。演算裝置，基於圖像記憶體中記憶的圖像資料，執行圖樣的尺寸測定。更具體而言，基於對每個像素記憶的亮度資訊，來形成輪廓(profile)波形，並基於該輪廓波形的1個峰值與其他峰值、或1個峰值與該峰值的開始點之間的間隔資訊，來執行圖樣的尺寸測定。
當試料為介電體的情形下，在SEM觀察中的掃描區域(FOV)內會形成二維的帶電分布。藉由SEM主要檢測的電子，為放出量多、能量小(~數ev)的2次電子，因此容易受到形成於表面之略微帶電的影響。因此，在帶電的試料的SEM觀察中，會因為照射時形成了怎樣的帶電分布而造成獲得之圖像有所變化。就決定表面的帶電分布之參數而言，除了左右2次電子的放出量之1次電子的能量、電流量、電子線的掃描順序及掃描速度等以外，即使裝置側為相同條件，仍會因材料特性或形狀差異而造成帶電有所變化。
因此，由基於難以受到帶電影響的高能量的放出電子而生成之電子像來推定原本的形狀應較有效。從試料放出的高能量電子中，1次電子雖為在試料內散射而直接放出之背散射電子，但其相對於2次電子而言為散射至廣範圍的電子，因此有空間解析度低的問題。另一方面，即使是背散射電子，當對圖樣斜向入射時，特定的角度的電子會對形狀有靈敏度。例如，圖2為藉由模擬求出對於各式各樣的4種類線圖樣照射1次電子時之背散射電子的輪廓之結果。
可知在圖樣的角部(以下稱為邊緣)，輪廓的形狀相異，而可做形狀之判定。此時，從各場所放出的電子的角度(仰角)分布如圖3所示。將垂直方向訂為0度，並將相對於光軸之角度的分布予以繪製之結果，可知對於形狀差異有助益的電子，為帶有50度以上的仰角而朝水平方向 放出之電子。藉由檢測這些電子，便可判別形狀差異。當為推拔的情形下，峰值位置的錯位表示推拔的有無，當為圓角的情形下，峰值的擴展度表示圓角的程度。依上所述，即使是背散射電子中，依檢測電子不同也會具有形狀靈敏度，可做大致的形狀判定。而另一方面，背散射電子，相較於2次電子而言在試料內的散射範圍廣，輪廓的峰值位置不會成為圖樣的邊緣位置，因此難以由1張圖像的輪廓來推定圖樣構造。
因此，本實施例中，提出一種依藉由複數個加速條件取得的背散射電子像來推定真正的邊緣位置之方法。圖4揭示當對於同一圖樣改變加速電壓(1次電子的對試料的到達能量)時之輪廓。藉由加速電壓的變更，輪廓的峰值位置會變化。峰值位置，是由1次電子在圖樣內部散射的大小來決定，因此加速愈變大(散射範圍變廣)，峰值位置愈朝圖樣的內側移動。依此一事實，能夠推測在散射範圍成為最小之狀態(到達能量≒0V)下的峰值位置，便是實際的圖樣的邊緣位置。依以上事實，由2個以上的加速電壓的谷值-峰值間距離的外插來推測推拔距離，並求出邊緣位置。所謂到達能量為0V之狀態，係指電子束到達試料時，完全沒有在試料內的散射之狀態。亦即，電子束的照射位置會成為散射範圍，因此在此狀態下，取得的測定值能夠視為在沒有電子線散射的影響之狀態下取得者。本來，低能量電子(≒0V)的照射中會受到試料帶電的影響，但由高能量電子的測定結果的外插來推測尺寸值， 藉此便能排除帶電的影響。按照本實施例中示例般的手法，便可基於照射電子束而獲得之檢測訊號，來取得不受電子束照射的影響之資訊。
圖5揭示藉由本實施例而抽出特徵量之流程。第一，進行取得背散射電子像的加速條件之設定。此時，設定之加速條件至少訂為2個以上。此外，當在檢測器前段具備有藉由電子的能量來辨別檢測電子之能量濾波器的情形下，會在能量濾波器設定欲檢測之電子的能量。接著，基於設定好的條件取得圖像。此處，藉由與製程參數等組合，能夠以設定好的條件自動地取得圖像。若已取得圖像的條件數和設定條件一致，則進行下一工程，當尚有未取得的條件時，則變更加速電壓，再度進行圖像取得。由獲得的背散射電子像，進行推拔、圓角位置之抽出。針對此處實施之處理，後述之。由求出的每個加速的推拔、圓角寬幅之值，進行外插，推測(演算)加速0V的推拔寬幅。此時，外插可藉由1次式、或多項式等來進行擬合，操作者選擇最佳的函數。利用獲得的加速0V的推拔寬幅、圓角形狀，構築三維構造。針對深度方向的資訊，亦可由谷值的亮度來推測。推測出的構造，操作者亦可視必要將形狀顯示於GUI上。
針對推拔及圓角位置之抽出處理，利用以下圖面說明之。圖6揭示了推拔形狀的背散射電子的輪廓。有關推拔，是將谷值與峰值位置之距離(dt)定義為各加速的推拔寬幅，並對每個加速(到達能量)求出值，利用外插 法求出加速0V的推拔寬幅(圖6(b))。
另一方面，有關圓角形狀，最初出現的峰值是反映出推拔、圓角哪一種之結果係難以分類。因此，依據亮度的斜率(微分值)來實施推拔與圓角之分類。圖7中，(a)揭示了圓角形狀(無推拔)之輪廓、(b)揭示了亮度的微分波形。(b)微分波形中，為了比較，還揭示了筆直形狀(如圖2(a)示例般邊緣垂直豎立的圖樣)之結果。
圖7(b)示例之筆直形狀的波形為微分波形，因此和亮度訊號波形的峰值頂端相對應之微分波形的波形值會成為零，在其左右則正負反轉。另一方面，圓角形狀的微分波形，在筆直形狀的微分波形到達零之點(X軸方向的位置)(R1)，斜率出現變化。將此位置定義為推拔位置，對每個加速求出與谷值之距離(dt)。
圖7(b)之結果，均為無推拔(推拔寬幅零)的形狀，因此和筆直形狀同一位置被導出作為R1(圓角形狀開始點)。另一方面，針對圓角寬幅，從R1起算，對每個加速求出峰值位置R2之距離(dr)。如以上這樣，當預測圓角形狀時，首先推定推拔位置R1，其後求出圓角寬幅。針對dt、dr，亦由值相對於加速之變化，藉由外插導出加速0V之值。
圖8揭示推拔及圓角位置之抽出處理及三維構造構築流程。由圖樣的輪廓來判定峰值的數量及在峰值寬幅內有無圓角。當有圓角形狀的情形下，如圖2所示輪廓般，單側邊緣的峰值會分離、或峰值寬幅會增加。鑑 此，判定在1個邊緣位置峰值是否存在多於1個，及峰值寬幅是否超過規定的閾值，當輪廓中沒有此特徵的情形下，視為無圓角而進入推拔寬幅之判定。作為判定時之閾值，理想是圓角形狀與峰值寬幅等係事先藉由模擬等來掌握形狀與峰值之關係，並設定和管理需求相應之最佳值。
推拔寬幅的判定工程中，藉由圖6示例之處理來導出推拔寬幅。當判定出有圓角的情形下，從輪廓定義推拔點R1，對每個加速導出dt、dr各者之值，求出加速0V之值。上述獲得之形狀為反映了水平方向之形狀，若要預測三維構造，必須有和深度方向相關的資訊。針對深度資訊之預測，有從圖樣的谷值的亮度來導出深度之方法，亦可活用此方法來求出深度資訊。更具體而言，一般來說從深孔等的底部放出的電子，孔的深度愈深，則愈難逃脫至試料表面，孔愈深，則相較於較淺之情形，底部的亮度會降低。故，可以設想事用備妥記憶著底部的亮度與深度資訊之關係的資料庫、或關係式，並參照實際獲得之底部的亮度，藉此求出深度資訊。
此外，以下利用圖面，說明針對對於逆推拔構造的圖樣適用本流程之情形。圖9揭示具有逆推拔構造之圖樣與背散射電子的輪廓。和上述說明的順推拔之差異在於，谷值位置會因加速電壓的增加而變化。這是因為，由於加速電壓的增加，貫通試料內的電子會增加，愈是高加速，愈會反映實際的谷值位置。求出圖樣的谷值間之距離，若此距離會因加速電壓增加而變短，則能判定為逆推 拔之圖樣。谷值位置的變化，若將加速逐漸增加，則會在全部電子貫通了圖樣之階段收斂，此時的值即成為真正的谷值位置。另一方面，針對圖樣表面的邊緣位置，如同順推拔般從藉由加速而變化之峰值位置起算來求出加速0V的位置即可。
接著，說明非基於逆推拔構造與否之判定而是基於藉由改變到達能量而獲得之資訊，來識別圖樣的種類、或從複數個邊緣將作為測定對象之邊緣予以抽出並執行測定之處理工程。圖12為藉由SADP(Self Aligned Double Patterning；自對準雙重圖樣形成)法而形成之圖樣的截面圖、及電子顯微鏡圖像之一例示意圖。按照SADP法，如圖12示例般，將會生成左右的邊緣形狀相異之圖樣1204交互改變方向而排列之圖樣群。被陡峭豎立的邊緣1205(邊緣A)包夾之空間稱為核心材間距(core gap)1202，被由平緩的傾斜面所構成的邊緣1206(邊緣B)包夾之空間稱為間隙壁間距(spacer gap)1203。核心材間距1202與間隙壁間距1203，是各自藉由不同的製造工程而形成，因此為了正確地進行半導體製程之工程管理，必須識別兩者，來辨明藉由欲評估之製造工程而生成之間距、或和該間距鄰接之邊緣。然而，如圖12的下圖所示例般，核心材間距與間隙壁間距在電子顯微鏡圖像1201上可能看起來相同，而有識別困難之情形。此外，邊緣形狀的差異也會成為訊號波形形狀的差異而顯現，因此可以考慮評估和邊緣相對應之波形的峰值形狀，藉此識別核心材 間距與間隙壁間距，但隨著圖樣的微細化，此差異也逐漸變成微小差異，也有因例如帶電的影響等而誤判斷之可能性。
本實施例中有鑑於這樣的狀況，係生成到達能量的變化前後的訊號波形，並求出邊緣的特徵量(例如推拔寬幅)的差分值等，藉此執行正確的圖樣識別、或辨明作為測定對象之邊緣。圖13為將邊緣1205與邊緣1206各自的峰值寬幅，基於不同到達能量的射束之照射而對同一邊緣測定了2次之例子示意圖。當電子束的到達能量為V1時測定出邊緣1205與邊緣1206的峰值寬幅之結果，分別成為dA1、dB1，當電子束的到達能量為V2時測定出邊緣1205與邊緣1206的峰值寬幅之結果，分別成為dA2、dB2。
基於運用了像這樣獲得的dA1及dA2之外插，求出到達能量為零時之邊緣1205的峰值寬幅，基於運用了dB1及dB2之外插，求出到達能量為零時之邊緣1206的峰值寬幅，並基於該比較來判定邊緣的種類。設想面向核心材間距1202而形成之邊緣的峰值寬幅，會比面向間隙壁間距1203而形成之邊緣的峰值寬幅還狹窄，因此藉由此比較，便可辨明形成於核心材間距側之邊緣及形成於間隙壁間距側之邊緣。例如，當測定核心材間距的寬幅的情形下，藉由基於上述辨明來執行測定，便可在正確地辨明期望的測定對象之後，再執行測定。另，形成於核心材間距側之邊緣、與形成於間隙壁間距側之邊緣會兩 兩交互出現，因此藉由分別對各個種類進行算術平均，便可抑制雜訊等的影響，同時進行邊緣或圖樣之識別。
另，上述例子中說明了藉由進行外插來求得理論上不受帶電影響的峰值寬幅之後再進行邊緣或圖樣的判定之例子，但例如藉由2個以上的到達能量而獲得之峰值寬幅的差分(△dA、△dB1)、或基於2個峰值寬幅的測定結果而求出之函數的斜率((△dA/(V2-V1)、(△dB/(V2-V1))有著規定關係的情形下，能夠利用該關係來進行邊緣等之識別。例如，當事前已知間隙壁間距的△d會比核心材間距的△d還大時，預先備妥一演算法，該演算法將峰值寬幅的差分較大者判斷為面向間隙壁間距之邊緣、或將被該邊緣包圍之區域判斷為間隙壁間距，藉此，便可運用獲得的電子顯微鏡圖像來進行圖樣之自動識別或自動測定。
按照上述實施例，即使在圖像上為略微的差異，仍可藉由令到達能量變化，使該差異明顯化，來進行正確的圖樣或邊緣之識別，及基於正確的測定對象之鑑定來進行高精度測定。即使在1張SEM圖像上為微小差異，仍能藉由令到達能量變化來使該差異變得明確，因此可使不易分辨的圖樣之識別、或辨明難以辨明之測定對象邊緣變得容易。
上述本實施例中，是使用依令電子束的到達能量變化時獲得的至少2個測定值而求出之指標值(基於外插而求出之到達能量為零時之測定值、依令到達能量變化2種以上時的複數個測定值而算出之差分值或斜率等) 來進行圖樣或邊緣之識別或測定，因此能夠進行更正確的測定。特別是，藉由外插求出之到達能量為零之測定值，理論上為在沒有電子線散射之狀態下測定出的測定結果，且可進行不受帶電影響之高精度測定。
此外，亦可設計成不藉由外插而是藉由內插來算出期望的到達能量時之測定值。例如亦可設計成，由當掃描到達能量Vl(<Vm(例如負帶電之電子束))的電子束時獲得之測定結果CDl、及當掃描到達能量Vn(>Vm(例如正帶電之電子束))的電子束時獲得之測定結果CDn，來求出當掃描2次電子放出效率δ(=從試料放出之電子的量/入射至試料之電子的量)為1.0的到達能量Vm的電子束時獲得之測定結果CDm。2次電子放出效率δ為1.0，表示入射至試料之負電荷與射出之負電荷為相同狀態，即不因電子束的照射而發生帶電之狀態。可藉由依至少2個不同的到達能量而獲得之2個以上的測定結果之內插，來求出當掃描這樣的電子束時獲得之測定結果。當因某些理由無法使用到達能量為Vm的電子束，而可使用Vl、Vn的電子束來做測定的情形下，本手法特別有效。
又，上述例子中，說明了對於同一圖樣邊緣(同一視野位置)，藉由掃描不同的到達能量的電子束來執行複數個測定，其後由外插或內插來進行測定值推定之例子，但即使是不同的圖樣或位置，只要組成與構造相同，則亦可設計成改變視野位置(測定對象邊緣)來進行測定。
<與設計資料之協同>
掃描電子顯微鏡的控制裝置，係控制掃描電子顯微鏡的各構成，並且具備基於檢測出的電子來形成圖像之機能、或基於檢測電子的強度分布來導出推拔或圓角等特徵點之機能。圖10揭示具備演算處理裝置1003之圖樣測定系統之一例。
本系統中，含有由SEM本體1001、該SEM本體的控制裝置1002、及演算處理裝置1003所構成之掃描電子顯微鏡系統。演算處理裝置1003中，內建有：演算處理部1004，對控制裝置1002供給規定的控制訊號，及執行在SEM本體1001獲得的訊號之訊號處理；及記憶體1005，記憶獲得之圖像資訊、或製程參數資訊。另，本實施例中，雖說明控制裝置1002與演算處理裝置1003為個別之物，但亦可為一體型的控制裝置。
藉由偏向器1006所做的射束掃描，從試料放出之電子、或在變換電極產生的電子，會於檢測器1007被捕捉，藉由控制裝置1002中內建的A/D變換器被變換成數位訊號。藉由演算處理裝置1003中內建的CPU、ASIC、FPGA等圖像處理硬體，進行和目的相應之圖像處理。
在演算處理部1004，內建有：測定條件設定部1008，基於藉由輸入裝置913而輸入之測定條件等，來設定偏向器1006的掃描條件等測定條件；及圖像特徵量演算部1009，由獲得的圖像資料，求出藉由輸入裝置 1013輸入之ROI(Region Of Interest)內的輪廓。此外，在演算處理部1004，內建有：設計資料抽出部1010，依藉由輸入裝置1013而輸入之條件，來從設計資料記憶媒體1012讀出設計資料，視必要從向量資料變換成佈局資料。此外，內建有：圖樣測定部1011，基於取得的訊號波形，測定圖樣的推拔、圓角尺寸。圖樣測定部1011中，對於圖像特徵量演算部1009中求出的ROI的輪廓，實施dt、dr之測定，藉由外插求出加速0V的dt、dr。又，在經由網路而與演算處理裝置1003連接之輸入裝置1013中所設置的顯示裝置，會顯示對操作者顯示圖像或檢査結果等之GUI。例如，亦可將圖像資料或設計資料與觀察結果亦即推拔、圓角的資訊加以重疊，而顯示成為對映圖。
另，亦可將演算處理裝置1003中的控制或處理的部分或全部，分派給搭載有CPU或可蓄積圖像的記憶體之電子計算機等來處理/控制。此外，亦可設計成將控制裝置1002與演算處理裝置1003整合為1個演算裝置。此外，輸入裝置1013，亦發揮攝像製程參數作成裝置之功能，將檢査等所必要之包括電子裝置的座標、圖樣的種類、攝影條件(光學條件或平台的移動條件)在內之測定條件，予以設定成為拍攝製程參數。此外，輸入裝置1013，還具備下述功能，即，將輸入的座標資訊、或和圖樣的種類相關的資訊與設計資料的圖層資訊或圖樣的識別資訊加以比對，並將必要的資訊從設計資料記憶媒體 1012讀出。
設計資料記憶媒體1012中記憶的設計資料，是以GDS格式或OASIS格式等來表現，並以規定的形式記憶。此外，設計資料，只要能夠由顯示設計資料之軟體來顯示其格式形式，並以圖形資料的方式來處置，則其種類不拘。此外，圖形資料，為基於設計資料而形成之示意圖樣的理想形狀之線段圖像資訊，但亦可替換為藉由施加曝光模擬而被施以趨近實際圖樣這類的變形處理之線段圖像資訊。
測定條件設定部1008中，藉由圖5中示例之步驟，來設定已設定好的觀察條件。例如，使用輸入裝置1013，對藉由設計資料抽出部1010而抽出之測定對象圖樣鄰近的佈局資料，設定FOV的大小、FOV的位置(座標)、ROI的大小、及ROI的位置，藉此自動地設定裝置的動作條件。另，在設計資料抽出部1010，依藉由輸入裝置1013而輸入之條件，來從設計資料記憶媒體1012讀出設計資料，視必要從向量資料變換成佈局資料，藉此可達成佈局資料上的FOV或ROI之設定。
圖11為用來設定SEM的動作條件之GUI畫面一例示意圖。ROI之指定，是在事先取得的圖像(或佈局資料)上進行。ROI是藉由以滑鼠等指定圖像上1102的任意的二維區域而設定。特別是，圖11示例之GUI畫面中，設有設定複數個加速條件之電壓(Vacc)設定視窗1101。圖11例子中，可設定Location(座標)、Pattern Type(圖樣的種類)、Vacc(射束的加速電壓)、Number of Frames(累計圖框數)、FOV(FOV的大小)、Probe Current(射束電流)、及Rotation Angle(掃描方向)、進行推拔與圓角的分類時之閾值。

Claims (12)

  1. 一種帶電粒子束裝置，具備：掃描偏向器，掃描從帶電粒子源放出的帶電粒子束；及檢測器，檢測基於前述帶電粒子束對試料之掃描而獲得的帶電粒子；及演算裝置，基於該檢測器的輸出來生成訊號波形，利用該訊號波形演算形成於前述試料上之圖樣尺寸；該帶電粒子束裝置，其特徵為：前述演算裝置，至少由藉由第1到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第1測定結果、及藉由第2到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第2測定結果，來算出和形成於前述試料上之圖樣相關的指標值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述第1測定結果及第2測定結果，為和圖樣相關的尺寸值，前述演算裝置，係藉由外插而算出第1到達能量及第2到達能量以外之第3到達能量下的邊緣的尺寸值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述第3到達能量，為零。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述第1測定結果及第2測定結果，是基於前述訊號波形的峰值的寬幅而求出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之帶電粒子束裝置，其 中，前述第1測定結果及第2測定結果，為和前述圖樣的推拔相關的尺寸值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述演算裝置，係由以不同的到達能量掃描時之圖樣的谷值端的位置變化，來推定圖樣的推拔的角度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述演算裝置，將基於前述第1測定結果及第2測定結果的外插而求出之前述圖樣的推拔距離及圓角區域，顯示成為三維構造。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述演算裝置，令圖像中含有之圖樣的推拔量及圓角量，以對映圖狀顯示於顯示裝置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述演算裝置，由圖樣的谷值的訊號量來推測圖樣的高度資訊，並與圖樣的推拔、圓角形狀加以組合來推測、顯示三維構造。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束裝置，其中，前述演算裝置，係基於前述指標值，來識別前述圖 樣、或該圖樣的邊緣的種類。
  11. 一種帶電粒子束裝置，具備：帶電粒子源；及偏向器，對試料掃描從該帶電粒子源放出的帶電粒子束；及檢測器，檢測藉由帶電粒子束對前述試料之掃描而從試料放出的電子；及圖像記憶體，記憶藉由前述檢測器而獲得的訊號；及控制裝置，控制前述偏向器；該帶電粒子束裝置，其特徵為：具備：演算裝置，基於帶電粒子束之照射，來測定形成於試料上之圖樣尺寸；該演算裝置，係求出基於第1到達能量的帶電粒子束之照射而獲得之第1訊號波形的峰值與谷值之間的第1距離、以及基於和前述第1到達能量不同的第2到達能量的帶電粒子束之照射而獲得之第2訊號波形的峰值與谷值之間的第2距離，並基於該第1距離及第2距離的外插，來求出和前述第1及第2到達能量不同的到達能量下的前述峰值與谷值間的距離。
  12. 一種圖樣測定裝置及程式，具備：演算裝置，基於藉由帶電粒子束裝置而獲得的檢測訊號來生成訊號波形，並利用該訊號波形來演算形成於前述試料上之圖樣尺寸；該圖樣測定裝置，其特徵為：前述演算裝置，至少由藉由第1到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第1測定結果、及藉由第2到達能量的前述帶電粒子束之掃描而獲得的第2測定結果，來算出和形成於前述試料上之圖樣相關的指標值。
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