TWI908100B - 荷電粒子束裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可避免每個圖案帶電差所致之陰影或失真等，並提高處理量之荷電粒子束裝置。荷電粒子束裝置具備：掃描偏轉器，其掃描自荷電粒子源釋放之荷電粒子束；信號電子偏轉器，其使自試料釋放之信號電子之軌道偏轉；檢測器，其檢測基於荷電粒子束之掃描獲得之信號電子；及提升電極，其用以將信號電子提升至檢測器；且具有：運算部，其於拍攝包含複數個圖案之區域之情形時，基於控制參數即照射電流密度、提升電場、加速電壓、倍率、掃描方法及掃描旋轉中之至少任一個或2個控制參數之組合，決定如複數個圖案之測長值分佈均一之攝像條件。

Description

荷電粒子束裝置

本發明係關於一種荷電粒子束裝置。

隨著半導體圖案之細微化及高積體化，微小之形狀差對器件之動作特性造成影響，形狀管理之需求提高。起因於此，要求用於半導體之檢查、測量之掃描電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)較先前更高感度、高精度。掃描電子顯微鏡為檢測自試料釋放之電子之裝置，為藉由檢測此種電子而產生信號波形，例如測定峰值(圖案邊緣)間之尺寸之裝置。

近年來，作為將10nm以下之細微圖案形成於晶圓上之技術，EUV(Extreme UltraViolet：極紫外)微影之導入取得進展。EUV微影中，判明稱為隨機缺陷之隨機產生之缺陷成為問題。藉此，晶圓整面之檢查需求提高，對於檢查裝置要求更高之處理量。

為了提高檢查效率(處理量)，考慮以大電流之低倍率攝像一次檢查廣範圍之區域。低倍率觀察中需要一次拍攝複數個圖案，但已知每個圖案之試料帶電不同。帶電之影響明顯出現，尤其使自試料產生之信號電子之軌道偏轉。藉此，產生圖像失真或陰影(亮度不均)、對比度異常等降低檢查精度之各種現象。再者，低倍率攝像時，產生拍攝1個視野中包含複數個圖案之圖像之實例。若圖案不同則試料帶電亦不同，故每個圖案之帶電差所致之陰影或失真成為問題。為了抑制試料帶電對信號電子軌 道造成之影響，提案有若干個帶電控制方法。

例如，專利文獻1中，記載有一種荷電粒子束照射方法，其對於如預備照射區域內包含不同之複數個材質，或預備照射區域內之圖案之密集度因位置而異之試料，為了抑制帶電之不均一，將預備照射區域分割成複數個區域，使用不同之射束照射條件之射束，賦予帶電。該技術因需要區域分割而有處理量降低之虞。再者，關於無預備照射而進行攝像之方法無記載。

又，專利文獻2中，於取得FOV(Field of view：視野)之圖像時，設定空出間隔之射束照射點。且，特徵在於，以相較於對對應於各照射點之試料上之位置(對應於進行信號檢測之各像素之試料上之位置)照射荷電粒子束時，對各照射點間之試料上之位置照射荷電粒子束時更高速進行荷電粒子束之掃描之方式，控制偏轉器。藉此，對於可緩和或控制FOV內產生之微小區域之帶電影響之方法進行記載。專利文獻2中，雖有關於微小區域之帶電差之記載，但關於包含複數個圖案之攝像無記載。

[先前技術文獻]

專利文獻1：日本專利特開2011-210509號公報

專利文獻2：國際公開第2015-045498號公報

荷電粒子束裝置中，於包含複數個圖案之攝像中，因每個圖案之帶電差所致之陰影或失真成為問題。如專利文獻1，提案有分割區域於不同之攝像條件下製作圖像之方法，但關於如未1次產生帶電差之條件下拍攝 不同圖案之方法並未揭示。又，如專利文獻2，提案有以照射點與掃描速度之調整避免微小區域之帶電之方法，但關於包含複數個圖案之情形並未揭示。根據上述，期望可無預備照射或區域分割而拍攝包含複數個圖案之圖像，因此需要複數個圖案之帶電之同時控制。

因此，本發明提供一種可避免因每個圖案之帶電差所致之陰影或失真等，並提高處理量之荷電粒子束裝置。

為解決上述問題，本發明之荷電粒子束裝置具備：掃描偏轉器，其掃描自荷電粒子源釋放之荷電粒子束；信號電子偏轉器，其使自試料釋放之信號電子之軌道偏轉；檢測器，其檢測基於上述荷電粒子束之掃描獲得之信號電子；及提升電極，其用以將上述信號電子提升至檢測器；且具有：運算部，其於拍攝包含複數個圖案之區域之情形時，基於控制參數即照射電流密度、提升電場、加速電壓、倍率、掃描方法及掃描旋轉中之至少任一個或2個控制參數之組合，決定如複數個圖案之測長值分佈均一之攝像條件。

根據本發明，可提供一種可避免因每個圖案之帶電差所致之陰影或失真等，並提高處理量之荷電粒子束裝置。

上述以外之問題、構成及效果根據以下之實施形態之說明而明確。

100:掃描型電子顯微鏡(SEM)

101:電子槍

102:電子束

103:聚光透鏡

104:1次電子偏轉器

105:物鏡

106:試料

107:信號電子偏轉器

108:聚光透鏡(孔徑角調整透鏡)

109:檢測器

110:信號電子光圈

111:信號電子偏轉器

112:能量過濾器

113:檢測器

114:運算部

115:記憶部

1100:圖像顯示區域

1101:位置資訊輸入區域

1102:圖案輸入區域

1103:控制參數輸入區域

1104:應用按鈕

1105:最佳條件輸出區域

1300:多射束SEM

1301:分束器

1302:多檢測器

A:圖案

B:圖案

C:圖案

1400:包含具有細的線及空間之圖案A之區域

1401:包含具有粗的線及空間之圖案B之區域

1402:包含無圖案之圖案C之區域

S300~S302:步驟

S500~S502:步驟

圖1係顯示本發明之實施例1之掃描型電子顯微鏡(SEM)之概略構成之圖。

圖2係顯示每個帶電之測長值分佈之圖。

圖3係自實驗決定攝像條件之流程圖。

圖4係顯示控制參數與測長值分佈之資料庫之例之圖。

圖5係自資料庫決定攝像條件之流程圖。

圖6係顯示照射電流與帶電電位之關係之例之圖。

圖7係顯示改變提升電場時之照射電流與帶電電位之關係之例之圖。

圖8係顯示提升電場與帶電電位之關係之例之圖。

圖9係顯示改變照射電流時之提升電場與帶電電位之關係之例之圖。

圖10係顯示控制參數與帶電電位之資料庫之例之圖。

圖11係顯示GUI(Graphical User Interface：圖形使用者介面)之一例之圖。

圖12係顯示存在3種不同圖案之例之圖。

圖13係顯示調整前之各圖案之照射電流與帶電電位之關係之圖。

圖14係顯示加速電壓調整後之各圖案之照射電流與帶電電位之關係之圖。

圖15係顯示加速電壓及提升電場調整後之各圖案之照射電流與帶電電位之關係之圖。

圖16係顯示本發明之實施例2之重查SEM之2維圖案形狀之分佈之例之圖。

圖17係顯示本發明之實施例3之多射束SEM之概略構成之圖。

本說明書中，作為荷電粒子束裝置，例如有SEM、聚焦離子束(Focused Ion Beam：FIB)裝置等，但本說明書中，將SEM作為一例 進行說明。

又，本說明書中，將至少自試料產生之2次電子(Secondary Electron：SE)及後方散射電子(Back Scattered Electron：BSE)等稱為自試料產生之信號電子。

以下，使用圖式對本發明之實施例進行說明。

實施例1

本實施例中，對假定測長用SME(CD-SEM，Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：關鍵尺寸-掃描電子顯微鏡)之實施例進行說明。

圖1係顯示本實施例之荷電粒子束裝置即掃描型電子顯微鏡(SEM)100之概略構成之圖。

掃描型電子顯微鏡100如圖1所示，作為主要構成，具備電子槍101、聚光透鏡103、1次電子偏轉器(掃描偏轉器)104、物鏡105、信號電子偏轉器107、聚光透鏡(孔徑角調整透鏡)108、檢測器109、信號電子光圈110、信號電子偏轉器111、檢測器113、運算部114及記憶部115。又，雖未圖示，但掃描型電子顯微鏡100亦具有顯示使用者之輸入之受理及各種參數以及觀察圖案之顯示部。此處，運算部114例如以未圖示之CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)等處理器、存儲各種程式之ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)、暫時存儲運算過程之資料之RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)、外部記憶裝置等記憶裝置實現，且CPU等處理器讀出並執行存儲於ROM之各種程式，將執行結果即運算結果經由RAM、外部記憶裝置或網路連接等存儲於雲端儲存器。

如圖1所示，掃描型電子顯微鏡100將藉由電子槍101產生之電子束(1次電子束)102藉由聚光透鏡103聚焦，藉由物鏡105聚焦並照射於試料106上。此時，可藉由聚光透鏡(孔徑角調整透鏡)108調整電子束(1次電子束)102之孔徑角。1次電子偏轉器(掃描偏轉器)104使電子束(1次電子束)102於試料106之電子束掃描區域之上掃描。藉由2維掃描並照射電子束(1次電子束)102而使其於試料106內激發，以檢測器109及檢測器113檢測自試料106釋放之信號電子，以運算部114將該檢測信號轉換為圖像，藉此取得試料106之觀察圖像。自試料106釋放之信號電子通過信號電子偏轉器107，分成通過信號電子光圈110之電子、及與信號電子光圈110碰撞之電子。與信號電子光圈110碰撞之電子產生3次電子，藉由檢測器109檢測該3次電子。通過信號電子光圈110之電子通過信號電子偏轉器111向檢測器113偏轉，藉由檢測器113檢測。如圖1所示，一部分掃描型電子顯微鏡中，於檢測器113之前段，具備可辨別能量之信號電子之能量過濾器112，檢測器113檢測通過能量過濾器112之電子。可自變更施加於能量過濾器112之電壓時之信號量之變化，推定試料106之帶電狀態。但，能量過濾器112之帶電測量有花費時間之問題，因將來以1cm²/hr以上之高處理量測量為目標而不現實。運算部114執行掃描型電子顯微鏡100具備之各光學元件之控制、對能量過濾器112施加之電壓之控制、信號電子偏轉器107之偏轉量之控制、以檢測器109及檢測器113檢測出之信號之合成比率之算出等。又，運算部114使用檢測器109、檢測器113檢測出之信號電子之檢測信號，製作試料106之觀察圖像。記憶部115為記憶運算部114使用之資料之記憶裝置。例如，可存儲如圖10所示之每個圖案之觀察條件與帶電電位之資料庫(DB)等。運算部114基於記憶於圖像記憶體之資料庫 (DB)，決定照射電流密度、提升電場、加速電壓、掃描方法、及掃描旋轉等攝像條件。另，亦可設置其他運算裝置而取代運算部114，作為決定攝像條件之構成。又，即使無資料庫(DB)，亦可實驗上決定攝像條件。

首先，對不使用資料庫(DB)，實驗上決定觀察條件之方法進行說明。圖2係顯示每個帶電之測長值分佈之圖。如圖2所示，若帶電不同則測長值分佈亦不同。具體而言，圖2之左圖所示之帶正電之情形時，視野中心之測長值較視野外側之測長值粗，相對於此，圖2之右圖之帶負電之情形時，視野中心更細。可知此係因與視野外之帶電差，而成為此種分佈。另一方面，圖2之中央圖所示之零帶電之情形時，不產生測長值之分佈。利用該特徵，藉由選擇如複數個圖案之所有測長值分佈變得平坦之觀察條件，而可將複數個圖案之帶電控制為零。

使用圖3所示之流程圖說明攝像條件之決定方法。首先，步驟S300中，選擇欲拍攝之區域與區域內所含之圖案。此次考慮圖案A及圖案B之2種圖案混合之情形。

接著，步驟S301中，設定控制參數與控制範圍。例如，將控制參數設定為照射電流與提升電場，將各參數之控制範圍設定為8pA~500pA(照射電流)、2kV/mm~4kV/mm(提升電場)。步驟S301中指定之控制參數與控制範圍內，選擇視野內之測長值分佈之偏差最小之條件，決定攝像條件(步驟S302)。此時，可由測長值分佈判斷使各參數如何變化較為適當。例如，圖2之右圖所示之帶正電之實例中，藉由提高照射電流或降低提升電場而獲得平坦之分佈。相反，圖2之右圖所示之帶負電之實例中，藉由降低照射電流或提高提升電場而獲得平坦之分佈。關於該理由，使用圖6~圖9於下文敘述。

接著，對基於資料庫(DB)之攝像條件之決定方法進行說明。預先製作如圖4所示之對於控制參數之測長值分佈之資料庫(DB)。此處，作為控制參數，成為取照射電流與提升電場為軸，取視野(FOV)中心之測長值/視野端之測長值之值為彩色條之2維彩色圖，但如控制參數為3個之情形時為3維，為4個之情形時為4維般根據控制參數之個數使用之資料庫(DB)不同。使用圖5所示之流程圖說明攝像條件之決定方法。資料庫(DB)製作時，無需將複數個圖案同時包含於視野(FOV)中而拍攝，可按每個圖案進行拍攝，亦可集中取得複數個圖案。步驟S500中，首先選擇欲拍攝之區域與區域內所含之圖案。與上述圖3之情形同樣，考慮圖案A及圖案B之2種圖案混合之情形。接著，步驟S501中，設定控制參數與控制範圍。參照圖4所示之資料庫(DB)，提示如複數個圖案之測長值分佈均一之攝像條件(步驟S502)。此時，無需確認如上述之觀察條件變更與測長值分佈，各圖案之測長值均一之條件之等高線彼此之交叉點成為最佳條件。

如圖1所示，於檢測器之近前搭載有能量過濾器之情形時，亦可使用能量過濾器112測量試料106之表面電位，選擇如複數個圖案之帶電為零之條件。圖6顯示將照射電流設為控制參數時之帶電電位。若持續提高照射電流，則一次釋放之電子返回至試料之「返回電子」增加，自帶正電反轉為帶負電。由於此時之變化率因試料而異，故例如若將圖案A與圖案B之圖重疊繪製，則必定於某處形成交叉點。如圖6所示，交叉點帶正電之情形時，藉由提高提升電場，如圖7所示，可使交叉點與不帶電重疊。若選擇此時之提升電場與照射電流之條件，則實現複數個圖案同時不帶電，抑制亮度不均或失真。圖8顯示控制參數選擇提升電場時之例。可知若提高提升電場，則上述返回電子減少，帶正電單調遞增。若將 圖案A與圖案B之圖重疊繪製，則因對於提升電場之感度之差異而必定形成交叉點。例如，交叉點帶正電之情形時，如圖9所示，藉由提高照射電流，交叉點與不帶電重疊。

圖10係顯示控制參數與帶電電位之資料庫之例之圖。如圖10所示，亦可取帶電電位為彩色條而製作資料庫(DB)。選擇照射電流與提升電場作為控制參數之情形時，於各圖案中形成不帶電之等高線。該等高線彼此之交叉點成為最佳條件。製作資料庫(DB)時，由於取得所有點之資料花費時間，故亦可集中於數點而取得資料，剩餘資料自取得資料計算並製作。由於試料電位相對於提升電場線性變化，故若最低取2點則可自斜率類推。又，亦可使用模擬進行推測。

圖11係顯示GUI之一例之圖。構成掃描型電子顯微鏡(SEM)100之顯示部(未圖示)如圖11所示，於顯示畫面上，於位置資訊輸入區域1101輸入欲觀察之位置，於圖像顯示區域1100顯示觀察之圖案。於圖案輸入區域1102輸入觀察圖案，於控制參數輸入區域1103輸入欲控制之參數及其範圍，點擊應用按鈕1104。一面改變攝像條件一面測量測長值分佈或帶電電位，將交叉點與不帶電重疊之點顯示於最佳條件輸出區域1105。運算部114執行該等動作。又，於控制參數輸入區域1103，關於照射電流即“Ip[pA]”、倍率即“Magnification”、提升電壓即“Vb[kV]”及加速電壓即“Vacc[kV]”，使用者留有餘裕而設定，若點擊應用按鈕1104，則運算部114於最佳條件輸出區域1105輸出照射電流即“Ip[pA]”、倍率即“Magnification”、提升電壓即“Vb[kV]”及加速電壓即“Vacc[kV]”之最佳值。

如已說明，對於複數個圖案之帶電控制，需要照射電流或 提升電場等複數個參數之最佳化。提升電壓亦擔負作為1次電子之減速電壓之作用之情形時，改變提升電場成為改變1次光學系統之條件，故有影響到倍率或Rot之虞。該情形時，進行向1次電子偏轉器104之反饋，進行1次光學條件之再調整。

圖12顯示存在3種不同圖案之例。如圖12所示，作為不同之3種圖案，考慮包括：包含具有細的線及空間之圖案A之區域1400、包含具有粗的線及空間之圖案B之區域1401、包含無圖案之圖案C之區域1402之情形。圖13顯示調整前之各圖案之照射電流與帶電電位之關係。帶電電位自正反轉為負之照射電流值自小至大之順序為圖案A<圖案B<圖案C。理由在於，圖案愈多，局部上愈易形成帶正電，愈易產生返回電子。如圖13所示，圖案A與圖案B之交叉點、圖案B與圖案C之交叉點、圖案C與圖案A之交叉點分別以不同電流值實現，於該狀態下，無論如何調整照射電流，皆未實現複數個圖案同時不帶電。因此，對於控制參數，除照射電流外，亦需要將提升電場與加速電壓最佳化。此處，必須注意的是，例如即使改變掃描速度亦可控制帶電，但此與變更照射電流密度相等，並非獨立之參數。對於3種圖案之同時帶電控制，需要將3個獨立之帶電控制參數最佳化。圖14顯示加速電壓調整後之各圖案之照射電流與帶電電位之關係。藉由加速電壓之調整，3個圖案，即圖案A、圖案B、圖案C之交叉點接近，但不帶電與交叉點不重疊。如圖15所示，進而藉由調整提升電場，以使交叉點與不帶電重疊之方式進行調整，可實現3個圖案同時不帶電。又，圖案變為4種之情形時，需要4個獨立之帶電控制參數。與加速電壓、照射電流及提升電場獨立之帶電控制參數例如為觀察倍率。

如上所述，根據本實施例，可提供一種可避免因每個圖案 之帶電差所致之陰影或失真等，並提高處理量之荷電粒子束裝置。

實施例2

本實施例中，對假定檢查用SEM(重查SEM)之實施例進行說明。

重查SEM之裝置構成基本上與圖1所示之構成相同，但檢查流程與測長SEM(CD-SEM)不同，為以光學式檢查裝置大致特定有缺陷之場所，以電子顯微鏡(SEM)詳細檢查之流程。因此，藉由並非同時拍攝複數個圖案，而預先設定為如檢查之晶圓(試料106)所含之複數個圖案之帶電全部為零之條件進行檢查，可減少亮度不均或失真所致之檢查遺漏。

重查SEM中，進行與設計圖式之資料匹配，檢測與圖式不同之部分作為缺陷。因此，需要自2維之圖案尺寸之分佈而非單純之測長值決定攝像條件。圖16顯示2維圖案形狀之分佈之例。如圖16之右圖所示，不帶電時為所有大小相等之正圓排列之圖案，但圖16之左圖所示之帶正電時，外側之圓之形狀變為橢圓。實驗上決定攝像條件之情形時，可以於所有位置成為相同之圖案形狀之方式設定光學條件。

另，亦可將圖案形狀分佈作為資料庫，於線上預先製作，利用製作之資料庫決定光學條件。

根據本實施例，可發揮與上述實施例1之效果相同之效果。

實施例3

本實施例中，對假定多射束SEM之實施例進行說明。圖17係顯示本實施例之荷電粒子束裝置即多射束SEM1300之概略構成之圖。以下，對與圖1所示之構成要件相同之構成要件標註同一符號，省略重複 說明。

如圖17所示，雖與圖1相同之部分亦較多，但多射束SEM1300中，於1次電子之軌道之中途設置分束器1301，分割1次射束(電子束102)。又，由於需要將各視野之信號分別圖像化，故多檢測器1302準備視野(FOV)之個數之量。多射束SEM1300中，由於可一次拍攝廣範圍，故認為有較多複數個圖案混合之實例。

多射束SEM1300中，特徵在於2次電子光學條件亦大幅關係到畫質。2次電子之光學條件藉由信號電子偏轉器107控制，需要以各視野(FOV)之信號正確進入各檢測器1302之方式進行調整。因此，信號電子偏轉器107之重要度高於測長SEM或重查SEM。

根據本實施例，與實施例1相比可進而提高處理量。

上述之實施例1中，已對使提升電場變化之實例進行說明，但提升電場之變化與2次電子之能量變化有關，故需要再調整2次光學系統。

另，本發明並非限定於上述實施例，包含各種變化例。例如，上述實施例係為了容易理解地說明本發明而詳細說明者，未必限定於具備說明之所有構成。又，可將某實施例之構成之一部分置換為其他實施例之構成，又，亦可對某實施例之構成添加其他實施例之構成。

Claims (11)

1. 一種荷電粒子束裝置，其特徵在於具備：掃描偏轉器，其掃描自荷電粒子源釋放之荷電粒子束；信號電子偏轉器，其使自試料釋放之信號電子之軌道偏轉；檢測器，其檢測基於上述荷電粒子束之掃描獲得之上述信號電子；及提升電極，其用以將上述信號電子提升至上述檢測器；且具有：運算部，其於拍攝包含複數個圖案之區域之情形時，基於控制參數即照射電流密度、提升電場、加速電壓、倍率、掃描方法及掃描旋轉中之至少任一個或2個控制參數之組合，決定如複數個圖案之測長值分佈均一之攝像條件。
2. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述運算部測量複數個圖案之測長值分佈，選擇如測長值分佈於面內恆定之攝像條件，藉此決定上述攝像條件。
3. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中具備預先製作之資料庫，上述運算部參照上述資料庫，選擇如複數個圖案之測長值分佈一定之攝像條件，藉此決定上述攝像條件。
4. 如請求項3之荷電粒子束裝置，其中上述資料庫存儲相對於上述控制參數之測長值分佈。
5. 如請求項2之荷電粒子束裝置，其中上述運算部藉由以測量之複數個圖案之帶電電位處於使用者指定之帶電範圍內之方式選擇攝像條件，而決定上述攝像條件。
6. 如請求項3之荷電粒子束裝置，其中上述資料庫保持控制參數與帶電電位之關係，取上述帶電電位為彩色條。
7. 如請求項6之荷電粒子束裝置，其中上述運算部基於上述資料庫，以測量之複數個圖案之帶電電位處於使用者指定之帶電範圍內之方式選擇攝像條件，藉此決定上述攝像條件。
8. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中具備顯示部，於上述顯示部之畫面上，具有：可輸入欲觀察之位置之位置資訊輸入區域；顯示觀察之圖案之圖像顯示區域；及可輸入欲控制之參數及其範圍之控制參數輸入區域；且上述運算部於最佳條件輸出區域顯示決定之上述攝像條件。
9. 如請求項2之荷電粒子束裝置，其中具備顯示部，且具有：記憶部，其記憶測量之複數個圖案之測長值分佈、與控制參數即照射電流密度、提升電場、加速電壓、倍率、掃描方法及掃描旋轉之關係；上述運算部將如複數個圖案之測長值分佈之差成為零之上述攝像條件顯示於上述顯示部。
10. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述掃描偏轉器隨著上述運算部之攝像條件之決定，進行1次光學條件之再調整。
11. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述信號電子偏轉器隨著上述運算部之攝像條件之決定，進行2次光學條件之再調整。