JP2010272398A - Charged particle beam application device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、荷電粒子線応用装置に係り、特に試料の測長や構造の観察に適用される走査型電子顕微鏡に関する。 The present invention relates to a charged particle beam application apparatus, and more particularly to a scanning electron microscope applied to sample length measurement and structure observation.
走査型電子顕微鏡は、観察対象(例えば、半導体ウェハの回路パターン)に電子ビームを照射し、このとき観察対象から発生する2次電子等の放出電子を検出して、観察対象の観察画像を取得する構成になっている。 A scanning electron microscope irradiates an observation target (for example, a circuit pattern of a semiconductor wafer) with an electron beam, detects emission electrons such as secondary electrons generated from the observation target, and acquires an observation image of the observation target. It is configured to do.
走査型電子顕微鏡における観察画像の取得処理は、細く絞った1次電子ビームを観察対象の試料上に2次元走査しながら照射するステップと、試料上の1次電子ビームの照射部位から発生する2次電子や反射電子等を検出するステップと、その検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換するステップとを含んでいる。観察画像は、これらステップの実行により得られたデジタル値を、試料上における1次電子ビームの走査位置と同じ配置になるように2次元配列上に並べ、2次元デジタル画像を作成することより取得される。 The observation image acquisition process in the scanning electron microscope includes a step of irradiating a thinly focused primary electron beam onto the observation target sample while two-dimensionally scanning, and a 2 generated from the irradiated portion of the primary electron beam on the sample. The method includes a step of detecting secondary electrons, reflected electrons, and the like, and a step of sampling the detection signal and converting it into a digital value. The observation image is obtained by arranging the digital values obtained by the execution of these steps on a two-dimensional array so as to be in the same arrangement as the scanning position of the primary electron beam on the sample, and creating a two-dimensional digital image. Is done.
ところで、特許文献1には、このような走査型電子顕微鏡に係り、観察画像の画質改善を図るため、1次電子ビームで同一の箇所を複数回走査し、この走査毎に得られた同一の箇所のフレーム画像の加算平均を行うことよって、2次元デジタル画像のS/N比を改善することが記載されている。
Incidentally,
一方、特許文献2には、同じく走査型電子顕微鏡に係り、観察画像の2次元デジタル画像の明るさむらを補正するため、1次電子ビームを走査する試料上の走査領域の大きさを変えながら、1次電子ビームの走査を複数回行う技術が記載されている。具体的には、試料の選択された小領域を一つのフレームサイクル間にラスタ走査し、その小領域を含む試料の実質的により広い領域をラスタ走査する技術が記載されている。
On the other hand,
しかしながら、例えば、半導体ウェハに形成された回路パターンのような観察対象では、1次電子ビームがその表面に照射されると、この照射された1次電子ビームの強度や照射時間に応じて観察対象のシュリンクが発生し、さらに、このシュリンクの量も、1次電子ビームの照射量が同じであっても、観察対象のパターンの形状(ライン&スペース,孤立したホール,密集したホール等)の違いにより異なることが知られている。 However, for example, in an observation object such as a circuit pattern formed on a semiconductor wafer, when the surface is irradiated with a primary electron beam, the observation object is selected according to the intensity and irradiation time of the irradiated primary electron beam. In addition, even if the amount of shrinkage is the same as the amount of irradiation of the primary electron beam, the shape of the pattern to be observed (line & space, isolated holes, dense holes, etc.) is different. It is known that it varies depending on.
そのため、特許文献1に記載されたような、同一の箇所を複数回走査する構成は、S/N比が改善された2次元デジタル画像を取得できる反面、この複数回走査した箇所にシュリンクの発生を招くことになり、パターンの測長や観察を行う上での障害になっていた。
For this reason, the configuration in which the same part is scanned a plurality of times as described in
また、特許文献2は、必要な小領域を含む、試料のより広い領域をさらに走査することにより、電荷をプリチャージしてチャージアップによる画像の明るさむらを補正する技術に係るものであり、これら小領域及び小領域を含む広い領域は、観察対象のシュリンクの発生を考慮して設定されたものではなかった。
Further,
さらに、特許文献2に記載されている技術では、取得した画像をパターンマッチングに使用したり単純に観察するとき、その小領域に必要なパターンの情報が含まれない場合は、その小領域を含む広い領域を再度走査して画像を取得することになる。その際、既に走査されている小領域も再度走査されることになるため、余分に1次電子ビームが照射されることになり、また、この広い領域の再走査のためのシーケンスをさらに行うことが、スループットを低下させる要因にもなっていた。
Furthermore, in the technique described in
本発明は、従来の観察画像を取得するのと同等の時間で、視野範囲を保ちつつ、この視野範囲内の所望の小領域に関してはS/N比のよい観察画像を提供すること、及び視野範囲内における小領域の周りの領域への電子ビームの照射をできるだけ低減して、観察対象のシュリンクを抑制することを目的とする。 The present invention provides an observation image with a good S / N ratio for a desired small region within the visual field range while maintaining the visual field range in a time equivalent to acquiring a conventional observation image, and An object of the present invention is to reduce the irradiation of an electron beam to a region around a small region within the range as much as possible to suppress shrinkage of an observation target.
本発明は、例えば走査型電子顕微鏡といった荷電粒子線応用装置において、S/N比のよい観察画像を得るための1次電子ビームの走査領域を、視野範囲内の測長や観察に必要なパターンが含まれる小領域に制限し、視野範囲における小領域以外の部分の1次電子ビームの照射量を抑制することによって、パターン形状によるシュリンク量の差異を低減するようにしたことを特徴とする。 In the charged particle beam application apparatus such as a scanning electron microscope, the present invention provides a primary electron beam scanning area for obtaining an observation image with a good S / N ratio, and a pattern necessary for length measurement and observation within a visual field range. The difference in shrinkage due to the pattern shape is reduced by limiting the irradiation amount of the primary electron beam in the portion other than the small region in the visual field range.
そのために、本願発明は、1次電子ビームの走査を行う視野範囲内から、S/N比のよい観察画像を取得する任意位置及び任意サイズからなる小領域を指定し、少なくとも視野範囲の走査と小領域それぞれの走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順で指定したフレーム回数分だけ1次電子ビームの走査を行い、視野範囲における異なるサイズと位置とからなる複数のフレーム画像を取得し、これら取得した複数のフレーム画像を合成することにより、視野範囲の観察画像を得ることを特徴とするものである。 For this purpose, the present invention designates a small region having an arbitrary position and an arbitrary size for obtaining an observation image with a good S / N ratio from within the visual field range for scanning the primary electron beam, and at least scanning the visual field range. The scanning of each small area is divided into frames, the primary electron beam is scanned for the specified number of frames in the specified frame order, and a plurality of frame images having different sizes and positions in the visual field range are acquired. The obtained plurality of frame images are combined to obtain an observation image in the visual field range.
本発明によれば、視野範囲の走査と視野範囲内の小領域の走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順で指定したフレーム回数分だけ1次電子ビームの走査を行うことにより、視野範囲内における小領域の周りの領域においては1次電子ビームの照射量を抑え、視野範囲内の小領域については従来の走査方式と同等のS/N比を確保した観察画像が取得できる。 According to the present invention, the scanning of the field-of-view range and the scanning of the small area within the field-of-view range are divided for each frame, and scanning of the primary electron beam is performed for the designated number of frames in the designated frame order. In the area around the small area in the range, the irradiation amount of the primary electron beam is suppressed, and in the small area in the visual field range, an observation image having an S / N ratio equivalent to that of the conventional scanning method can be acquired.
また、本発明においては、合成の基となる各フレーム画像の取得は、従来の走査動作内で走査領域を切り替えているだけなので、走査時間が増加することはない。 Further, in the present invention, the acquisition of each frame image that is the basis of synthesis is merely switching the scanning area within the conventional scanning operation, so that the scanning time does not increase.
さらに、本発明によれば、任意位置及び任意サイズからなる小領域毎に走査回数を調整して1次電子ビームの照射量を加減できるので、観察試料のパターン形状によるシュリンク量の違いを低減でき、またチャージアップによるコンタミネーションが低減する効果も期待できる。 Furthermore, according to the present invention, the amount of primary electron beam irradiation can be adjusted by adjusting the number of scans for each small region having an arbitrary position and arbitrary size, so that the difference in the amount of shrinkage due to the pattern shape of the observation sample can be reduced. Also, the effect of reducing contamination due to charge-up can be expected.
また、任意位置及び任意サイズからなる小領域の設定の内容によっては、観察画像の取得に要する走査時間を短縮できるため、スループットの向上も期待できる。 In addition, depending on the contents of the setting of a small region having an arbitrary position and an arbitrary size, the scanning time required for obtaining the observation image can be shortened, so that an improvement in throughput can be expected.
本発明の実施形態に係る荷電粒子線応用装置の実施の形態につき、走査型電子顕微鏡を例に、図面に基づき説明する。 An embodiment of a charged particle beam application apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a scanning electron microscope as an example.
図1は、本発明に係る荷電粒子線応用装置の一実施の形態としての走査型電子顕微鏡の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a scanning electron microscope as an embodiment of a charged particle beam application apparatus according to the present invention.
本実施の形態の走査型電子顕微鏡1は、電子源101と、加速電極102と、集束レンズ103と、偏向器104と、対物レンズ105と、ステージ107と、検出器110と、デジタル化手段111と、偏向制御部112と、全体制御部113と、画像処理部114と、画像生成部115と、画像メモリ116と、レシピ部117と、入出力部118と、バス119と、結果記憶部120とを備えている。
The
電子源101は、観察対象の試料ウェハ106に照射する1次電子ビーム108を発生する。加速電極102は、電子源101により発生された1次電子ビーム108を加速して後段に進行させる。集束レンズ103は、加速電極102により加速された1次電子ビーム108を集束する。偏向器104は集束レンズ103により集束された1次電子ビーム108を偏向して2次元走査する。対物レンズ105は、偏向器104により偏向された1次電子ビーム108をステージ107に載置されている試料106に微小スポットとして集束させる。ステージ107は、試料すなわち試料ウェハ106が載置される。検出器110は、1次電子ビーム108の照射によって試料106から発生した2次電子等の放出電子109を検出する。デジタル化手段111は、検出器110の検出出力をA/D変換してデジタル化する。偏向制御部112は、試料106上における1次電子ビーム108の2次元走査に合わせて偏向器104の偏向量を制御する偏向信号121を生成するとともに、検出器110の検出出力をデジタル化するためのサンプリングクロック122をデジタル化手段111に供給する。全体制御部113は、バス119を介して走査型電子顕微鏡1の各部と接続され、電子顕微鏡各部を制御する。画像生成部115は、デジタル化手段111によってデジタル化されたデジタル検出データに基づいて、試料106の観察画像の画像データを生成する。画像メモリ116には、画像生成部115で生成された観察画像を含む各種画像データが格納される。画像処理部114は、画像生成部115による生成画像又は画像メモリ116の格納画像を用いて試料106である半導体ウェハの回路パターンの測長等のための画像処理を行う。レシピ部117には、検査条件やテンプレート画像等を格納したレシピファイルが記憶されている。結果記憶部120には、レシピ部117の検査条件にしたがって行われた検査の検査結果等が記憶される。入出力部118は、各種操作指示を入力するためのキーボードやポインティングデバイスといった入力デバイスと、GUI(Graphical User Interface)や各種データ等をOSD(On Screen Display)出力するためのモニタとを含む。
The
次に、本実施の形態の走査型電子顕微鏡1によって実行される検査処理の流れについて説明する。
Next, the flow of inspection processing executed by the
検査対象の観察画像の取得は、操作者がレシピ部117から呼び出したレシピに基づき行われる。取得処理の開始にあたって、入出力部118のモニタには、呼び出したレシピに基づくOSD画面が表示される。操作者は、このOSD画面を参照し、各種電子光学系条件(例えば、加速電圧、プローブ電流、撮像倍率)や試料106の観察箇所や寸法測長を行う箇所といった検査情報を、入出力部118の入力デバイスを用いて入力する。
The observation image to be inspected is acquired based on a recipe that the operator calls from the
観察画像の取得処理は、レシピの検査条件及びこの設定した検査情報に基づいて行われ、ステージ107に搭載された試料106における観察箇所のデジタル画像データの取得が、次のようにして行われる。
The observation image acquisition process is performed based on the inspection conditions of the recipe and the set inspection information, and the acquisition of digital image data of the observation location in the
まず、電子源101より放出された1次電子ビーム108は、加速電極102により加速された後、集束レンズ103で収束され、偏向器104で偏向され、その後さらに対物レンズ105で収束され、試料106の観察箇所の観察部位に照射される。偏向制御部112は、偏向器104の偏向量を制御する偏向信号121を制御しながら、1次電子ビーム108の照射部位を、観察箇所で、すなわちレシピに登録された倍率で定まる視野範囲内で走査移動する。
First, the
図2は、偏向制御部の偏向信号と試料の視野範囲内における1次電子ビーム108の照射部位との説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the deflection signal of the deflection control unit and the irradiation site of the
偏向制御部112は、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲をY座標信号201,X座標信号202に従う形で1次電子ビーム108が2次元走査するように、1次電子ビーム108の偏向範囲を制御する。本実施の形態の場合、偏向信号121は、X座標方向及びY座標方向それぞれの走査信号201,202にブランク信号203,204を組み合わせて構成される。
The
Y座走査標信号201及びX座標走査信号202は、それぞれの信号レベルの大きさが視野範囲におけるY座標方向のY座標位置及びX座標方向のX座標位置に対応し、1次電子ビーム108をこの視野範囲内でラスタ走査するために用いられる。
The Y-axis scanning marker signal 201 and the X-coordinate scanning signal 202 correspond to the Y-coordinate position in the Y-coordinate direction and the X-coordinate position in the X-coordinate direction in the visual field range, and the
Yブランク信号203及びXブランク信号204は、有効(例えばハイレベル)な場合は、対応する座標方向に関して1次電子ビームが視野範囲を照射するのを許容し、無効(例えばローレベル)な場合は、試料106が存在しない場所へ1次電子ビームの照射先を飛ばすための信号である。したがって、Yブランク信号203及びXブランク信号204が共に有効の場合にのみ、1次電子ビーム108は視野範囲内に照射することが可能になる。
When the Y blank signal 203 and the X blank signal 204 are valid (eg, high level), the primary electron beam is allowed to irradiate the field of view with respect to the corresponding coordinate direction, and when invalid (eg, low level). , A signal for flying the irradiation destination of the primary electron beam to a place where the
偏向制御部112は、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲を、Y座標走査信号201及びX座標操作信号202に従う形で偏向器104の作動を制御し、1次電子ビーム108が、この視野範囲に対応する試料106上の部分、すなわち、Y座標走査信号201及びX座標走査信号202により規定される走査領域を、2次元走査するように制御する。
The
図3は、視野範囲における1次電子ビームのラスタ走査による走査領域の説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram of a scanning region by raster scanning of the primary electron beam in the visual field range.
例えば、偏向制御部112に、同一視野範囲200の画像サイズ(x,y)を(pn,qn)とした場合、そのY座標走査信号201及びX座標走査信号202により規定される走査領域の、Y座標軸方向及びX座標軸方向のそれぞれ全てを有効とするYブランク信号203及びXブランク信号204とを生成させると、図3(a)に示すような、視野範囲200全体を走査領域とする走査フレーム(走査領域)207が取得できる。これに対し、偏向制御部112に、そのY座標走査信号201及びX座標走査信号202により規定される走査領域の、Y座標軸方向及びX座標軸方向のそれぞれ全てを有効とせず、Y座標軸方向及びX座標軸方向のそれぞれ一部を無効とするYブランク信号205及びXブランク信号206とを生成させると、図3(b)に示すような、視野範囲200内の任意位置に任意サイズの小領域の走査フレーム209が1又は複数個取得できる。この場合、視野範囲200内の小領域からなる走査フレーム209の周りの、図中、斜線を施した領域は、1次電子ビーム108が走査すなわち照射されないブランク領域208である。このように、Y座標走査信号201及びX座標操作信号202による走査フレーム毎にYブランク信号とXブランク信号のパターンを切り替えることより、1次電子ビーム108のラスタースキャンの走査領域をフレーム毎に変更することができる。
For example, when the
なお、上述した偏向制御部112では、偏向器104による1次電子ビーム108の偏向方法として、ブランク信号203,204を使用した視野範囲200内の走査方法を採用しているが、視野範囲200内における小領域の走査フレーム209の生成は、これに限るものではなく、別の偏向方法を採用して実現することも可能であり、視野範囲200の走査方法についても、ラスタ走査以外の走査方法、例えばベクター走査等にも適用できる。
In the above-described
このように、本実施の形態の走査型電子顕微鏡1では、偏向制御部112は、視野範囲200内の任意位置及び任意サイズの小領域に走査領域を制限して1次電子ビームを走査し、視野範囲200内の小領域の走査フレーム209についても、デジタル画像データが取得できる構成になっている。
As described above, in the
次に、本実施の形態による走査型電子顕微鏡1における観察画像の取得構成について説明する。
Next, an observation image acquisition configuration in the
本実施の形態による走査型電子顕微鏡1では、観察画像の取得は、レシピ部117から呼び出したレシピにしたがって条件が設定されて行われ、試料106の観察箇所について、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲200の2次元デジタル画像の取得が行われる。そして、画像取得に際しては、入出力部118を操作して視野範囲200のフレーム毎の走査パターンのパラメータを設定できるようになっている。
In the
そのため、走査型電子顕微鏡1の全体制御部113には、走査パターンのパラメータを設定するための走査パターンテーブル310と、走査領域を定義するための走査領域定義テーブル320とが設けられている。
Therefore, the
図4は、走査パターンテーブル及び走査領域定義テーブルそれぞれの一実施例の構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram of one example of each of the scanning pattern table and the scanning region definition table.
図示の例では、走査パターンテーブル310には、走査パターン311(A,B,C,…)毎に対応させて、それぞれ対応する走査領域定義テーブル320に記憶されている領域テーブルID321を設定登録できるようになっている。
In the illustrated example, in the scanning pattern table 310, the
走査領域定義テーブル320には、領域テーブルID321(1,2,3,…)毎に対応させて、フレーム毎の走査領域データ322を設定登録できるようになっている。走査領域データ322には、フレーム毎の視野範囲200内に設定登録された領域数データ323と、この領域数データ323によって定義される領域毎の、視野範囲200のX座標軸方向及びY座標軸方向それぞれの1次電子ビーム108の走査開始座標データ324と、この走査開始座標データ323を基準とした画像サイズデータ325とが記憶される。
In the scanning region definition table 320, scanning region data 322 for each frame can be set and registered in correspondence with each region table ID 321 (1, 2, 3,...). The scanning area data 322 includes the area number data 323 set and registered in the field-of-
図示の例では、走査パターンテーブル310には、走査パターン311“A”,“B”,“C”,“D”それぞれに対応させて、領域ID321“1”,“2”,“3”,“4”が設定登録され、走査領域定義テーブル320には、領域ID321“1” に対応させて、視野範囲200の開始座標を(0,0)とし画像サイズを512×512とする1つの画像フレームが走査領域データ322-1として設定登録され、領域ID321“2” に対応させて、視野範囲200の開始座標を(32,32)とし画像サイズを128×128とする画像フレームと、開始座標を(256,160)とし画像サイズを128×128とする画像フレームとが走査領域データ322-1として設定登録されている様子が示されている。なお、領域ID321“3”,“4”の走査領域データ322については図示省略してある。
In the illustrated example, the scan pattern table 310 includes
次に、この走査パターンテーブル310を利用して、視野範囲200における1次電子ビーム108の走査領域を、フレーム毎に設定する方法について説明する。
Next, a method for setting the scanning region of the
まず、入出力部118又はレシピ部117から全体制御部113に対して、視野範囲200の、例えば上記各走査フレーム207,209についての走査パターンのパラメータを設定する。
First, scanning pattern parameters for the scanning frames 207 and 209 in the
図5は、操作者が視野範囲内の各フレームについて領域設定を行う際に使用するGUIの一実施例である。 FIG. 5 is an example of a GUI used when the operator performs region setting for each frame within the visual field range.
GUI500は、レシピ部117から呼び出したレシピにしたがって、全体制御部113により入出力部118のモニタのディスプレイスクリーン501上にOSD表示される。 本実施例では、GUI500は、画像表示領域502と、座標・サイズボックス503と、走査領域選択リストボックス504と、登録(「SET」)ボタン505と、クリア(「CLEAR」)ボタン506と、走査領域表示ボックス507と、走査順序設定ボックス508と、パターン繰り返し数設定ボックス509と、スキャンボタン510とを備えた構成になっている。
The
画像表示領域502は、予めレシピにより取得した観察試料のテンプレート画像やその視野範囲200に設定した走査領域511が表示される。操作者は、この画像表示領域502に表示されたテンプレート画像の視野範囲200上で、入出力部118のポインティングデバイスをドラッグ&ドロップして、任意位置に任意サイズの走査領域511を設定することが可能になっている。
In the
座標・サイズボックス503は、テンプレート画像の視野範囲200上に走査領域511を設定する際、設定する走査領域511の視野範囲200のX座標軸方向及びY座標軸方向それぞれの位置,サイズを設定入力できるようになっている。また、座標・サイズボックス503には、上述のように入出力部118のポインティングデバイスをドラッグ&ドロップして視野範囲200上の走査領域511を設定した場合、又は走査パターンテーブル310に登録済みの走査パターン311を指定して視野範囲200上の走査領域511を設定した場合には、これら設定した視野範囲200上の走査領域511のX座標軸方向及びY座標軸方向それぞれの位置,サイズが表示されるようになっている。図示の例では、画像表示領域502に表示された視野範囲200上の走査領域511-2の位置,サイズが選択表示されている。
The coordinate /
走査領域選択リストボックス504は、登録ボタン505の操作によりこれから走査パターンテーブル310に設定登録する走査パターン311(“A”,“B”,“C”,…)を指定する場合や、走査パターンテーブル310に既に登録済みの走査パターン311(“A”,“B”,“C”,…)を呼び出す場合に選択操作するものである。図示の例では、任意の1つの走査パターン311をチェックボックスで選択指定できる構成になっており、走査パターン311“B”が指定されている。
The scanning area
登録ボタン505は、座標・サイズボックス503に位置及びサイズが表示されている視野範囲200上の走査領域511を、走査領域選択リストボックス504に選択表示されている走査パターン311(“A”,“B”,“C”,…のいずれか)に対応させて、図4で示した走査パターンテーブル310及び走査領域定義テーブル320に登録する場合に操作される。
The
これに対し、クリアボタン506は、走査領域選択リストボックス504に選択表示されている走査パターン311に対応して座標・サイズボックス503に位置及びサイズが表示されている視野範囲200上の走査領域511を取り消す場合や、座標・サイズボックス503に位置及びサイズが表示されている、既に走査パターンテーブル310や走査領域定義テーブル321に登録済みの走査パターン311の走査領域を、走査パターンテーブル310や走査領域定義テーブル321から消去する場合に操作される。
On the other hand, the
走査領域表示ボックス507は、走査領域選択リストボックス504に選択表示されている走査パターン311に対応して登録済みの視野範囲200上の走査領域511について、各走査領域511の番号“NO.”、視野範囲200上のX座標軸方向及びY座標軸方向それぞれの位置座標“X”,“Y”、各走査領域511のサイズ“WIDTH”,“HEIGHT”が表示される。図示の例では、パターン“B”の走査パターン311について、番号“1”の走査領域として、位置座標(X,Y)が(32,32)、幅(WIDTH)が“128”,高さ(HEIGHT)が“128”の第1の走査領域511-1と、番号“2”の走査領域として、位置座標(X,Y)が(256,128)、幅が“128”,高さが“256”の第2の走査領域511-2との、2つの走査領域511が登録されていることが示されている。なお、図示の例では、前述した座標・サイズボックス503には、この2つの走査領域511-1,2の中の、第2の走査領域511-2が選択表示されている状態を表している。
The scanning
走査順序設定ボックス508には、今までの設定作業で設定登録されたフレーム毎の走査パターン311(“A”,“B”,“C”,…)について、観察時に順次用いるフレーム毎の走査パターン311、及びその走査パターン311の組み合わせの順番を設定入力するためのものである。走査順序設定ボックス508には、設定入力したフレーム毎の走査パターン311、及び同じく設定入力した走査パターン311の組み合わせの順番が表示される。図示の例では、まず、視野範囲200の開始座標を(0,0)とし画像サイズをW512×H512とする視野範囲200全域の走査パターン311“A”の実行が指定され、次に、視野範囲200の開始座標を(32,32)とし画像サイズを128×128とする走査領域511-1と、開始座標を(256,160)とし画像サイズを128×128とする走査領域511-2との2つの小領域からなる走査パターン311“B” の実行が、順序だって設定入力されている。なお、このようにして走査順序設定ボックス508に設定入力される走査パターン311“A”,“B”は、先に述べた登録ボタン505の操作により、図4に示した走査パターンテーブル310及び走査領域定義テーブル320に登録されている走査パターン311であって、操作者は、画像表示領域502や走査領域表示ボックス507により設定しようとする走査パターン311“A”,“B”の内容を確認しながら、走査順序設定ボックス508に所望の走査パターン311を所望の順番で設定入力する。
In the scan
パターン繰り返し数設定ボックス509は、走査順序設定ボックス508に表示された順序の走査パターン311の繰り返し回数を設定入力するためのものである。図示の例では、各回が走査パターン311“A”,“B”の順で、この走査パターン311“A”,“B”の順の走査を “2”回行うことが設定入力されていることが示されている。
A pattern repetition
スキャンボタン510は、上述した各項目の設定入力が完了し、各回の走査がパターン繰り返し数設定ボックス509に表示された走査パターン311の順番で、パターン繰り返し数設定ボックス509に表示された繰り返し走査回数分だけ、テンプレート画像に対応する試料106の観察箇所の観察を実行開始するためのものである。このスキャンボタン510の操作により、全体制御部113は、走査順序設定ボックス508により設定入力された走査パターン311の走査順(“A”→“B”)、及びパターン繰り返し数設定ボックス509により設定入力された繰り返し回数(“2回”)にしたがって、これから実行するフレームの番号に対応した走査パターン311(“A”又は “B”)の走査領域511の内容を、走査パターンテーブル310及び走査領域定義テーブル320の登録内容に基づき偏向制御部112にバス119を介して送信し、偏向制御部112にフレーム毎の走査領域を切り替えて偏向器104の偏向制御を実行させる。
The
偏向制御部112は、全体制御部113からのフレームの番号に対応した走査パターン311(“A”又は “B”)の走査領域511の内容を受信すると、フレーム番号に対応した走査パターン311に基づく1次電子ビーム108の偏向制御を行い、例えば図6に示すような、試料106の視野範囲200に係るフレーム画像を取得する。
When the
図6は、画像生成部により生成されるフレーム番号に対応したフレーム画像とこれらフレーム番号毎のフレーム画像を基に生成された観察画像との説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram of a frame image corresponding to the frame number generated by the image generation unit and an observation image generated based on the frame image for each frame number.
例えば、図5で説明したように、走査パターン311“A”,“B”の順で、この走査パターン311“A”,“B”の順の走査を “2”回行う場合を説明すると、全体制御部113からフレームの番号に対応した走査パターン311(“A”又は “B”)の走査フレーム(207又は209)の内容を受信した偏向制御部112は、次のように偏向器104及びデジタル化手段114を作動制御し、画像生成部115はフレームの番号“1”〜“4”に対応した走査パターン311(“A”又は “B”)の4フレーム分のデジタル検出データを取得することになる。
For example, as described with reference to FIG. 5, a case where the
図6(a)は、試料106の視野範囲200における、フレームの番号“1”,“3”に対応した走査パターン311 “A”を走査領域とするフレーム画像611を示したものである。なお、図中において、600,…は、試料106の視野範囲200内に位置した、試料106上に形成されている、例えばホール等のパターンの形状に該当する。
FIG. 6A shows a
偏向制御部112は、フレームの番号“1”,“3”に対応した走査パターン311としてパターン“A”の走査領域の内容を受信すると、図示の例ではパターン“A”は図3,4に示した走査パターンテーブル310及び走査領域定義テーブル320で説明したように、視野範囲200全域を走査フレーム207とするものであるから、試料106の視野範囲200全域を1次電子ビーム108でラスタ走査するように、偏向器104を作業制御する。これにより、画像生成部115は、試料106の視野範囲200全域の走査順に対応したデジタル検出データを取得する。画像生成部115は、デジタル化手段111から入力されるデジタル検出データを基に、画素積算やデジタルフィルタ等の処理を行い、今回の試料観察のフレームの番号“1”,“3”に対応するデジタル画像データ611を生成して画像メモリ116に記憶する。
When the
これに対し、図6(b)は、試料106の視野範囲200における、フレームの番号“2”,“4”に対応した走査パターン311 “B”の走査領域とするフレーム画像612を示したものである。
On the other hand, FIG. 6B shows a
偏向制御部112は、フレームの番号に対応した走査パターン311としてパターン“B”の走査フレーム209の内容を受信すると、この場合、パターン“B”は図4に示した走査パターンテーブル310及び走査領域定義テーブル320で説明したように、視野範囲200の開始座標を(32,32)とし画像サイズを128×128とする走査領域209-1と、開始座標を(256,160)とし画像サイズを128×128とする走査領域209-2との2つの小領域を走査フレーム209とするものであるから、試料106の視野範囲200における各走査領域209-1,2だけを1次電子ビーム108でラスタ走査し、視野範囲200における残りの領域についてはブランク領域208として1次電子ビーム108を走査しないように、偏向器104を作業制御する。これにより、画像生成部115は、試料106の視野範囲200全域の中、小領域の走査フレーム209についてのみ走査順に対応したデジタル検出データを取得する。画像生成部115は、デジタル化手段111から入力されるデジタル検出データを基に、画素積算やデジタルフィルタ等の処理を行い、今回の試料観察のフレームの番号“2”,“4”に対応するデジタル画像データ612を生成して画像メモリ116に記憶する。
When the
この結果、画像メモリ116には、今回の試料観察で、試料106の視野範囲200について、フレームの番号“1”〜“4”に対応して、試料106の視野範囲200全域を走査フレーム207とした画像データ611と、試料106の視野範囲200内の16個のパターン600(600-1〜16)の中の特定の2個のパターン600-5,11部分を走査フレーム209とした画像データ612とを、それぞれ2フレーム分ずつ取得することになる。
As a result, the
画像処理部114は、画像メモリ116から読み出した今回の試料観察に対応するフレームの番号“1”〜“4”のデジタル画像データに対して、フレームの加算平均処理を入力されたライン毎に行う。
The
例えば、上述のように、試料106の視野範囲200全域を走査フレーム207とした画像データ611と、試料106の視野範囲200内の16個のパターン600の中の特定の2個のパターン部分を走査フレーム209とした画像データ612とを、それぞれ2フレーム分ずつ取得した場合、視野範囲200のフレーム加算平均後の画像613は、図6(c)に示す通り、試料106の視野範囲200において、小領域としての走査フレーム209の周りのブランク領域208部分は2フレーム分の情報量を、小領域としての走査フレーム209部分は4フレーム分の情報量を持つことになる。よって、それぞれの走査領域621,622を同じ係数C(=1/4)で加算平均すると、走査フレーム209の周りのブランク領域208部分の画像は半分の輝度になってしまう。
For example, as described above, the
そのため、画像処理部114は、視野範囲200のブランク領域208部分は係数“1/2”で、走査フレーム209部分は係数“1/4”で、係数Cを切り替えながら加算平均を行い、試料106の視野範囲200についての画像合成処理を行う必要がある。実際には、この積算係数Cは、視野範囲200の試料観察に用いる領域テーブルID302の、重なる領域の数と重なるフレーム数から容易に求めることができる。
For this reason, the
次に、画像合成処理におけるこの積算係数Cの算出方法の一実施例について説明する。 Next, an embodiment of a method for calculating the integration coefficient C in the image composition process will be described.
この場合、画像合成における積算係数Cは、走査するフレーム数(フレーム番号“1”〜“4”の4つ)と、そのフレームの中で重なっている座標領域(走査フレーム207,209)の関係から決まる。 In this case, the integration coefficient C in the image composition is the relationship between the number of frames to be scanned (four frame numbers “1” to “4”) and the overlapping coordinate areas (scan frames 207 and 209). Determined from.
まず、走査パターンの組み合わせにおいて、走査フレーム207,209毎に走査領域が重なっている部分の数(領域部分208,209-1,209-2の3つ)を、図3に示した走査パターンテーブル310と走査領域定義テーブル320とから、座標と大きさの関係を用いて計算する。
First, in the combination of scanning patterns, the number of portions where the scanning regions overlap each other for the scanning frames 207 and 209 (three
各重なっている部分(領域部分208,209-1,209-2)の積算係数Cは、その重なり数をO(領域部分208では“1”, 領域部分209-1,209-2では“2”)、パターンを繰り返す回数をR(例えば2回)とすると、式(1)になる。
The integration coefficient C of each overlapping portion (
次に、画像メモリ116に走査したフレーム(フレーム番号“1”,“2” ,・・・)毎の画像データI(x,y)が入ってくるので、画像処理部114にて、フレーム(フレーム番号“1”,“2” ,・・・)毎に画像データI(x,y)を積算し、積算画像P(x,y)を求める。
Next, since image data I (x, y) for each scanned frame (frame numbers “1”, “2”,...) Enters the
積算係数Cは前記の通り、重なり具合によって変わるので、座標によって積算係数Cを切り替えながら、式(2)に示すように視野範囲200の各座標について計算することになる。
As described above, since the integration coefficient C changes depending on the degree of overlap, the calculation is performed for each coordinate in the
この結果、本実施の形態の走査型電子顕微鏡1によれば、視野範囲200の走査と視野範囲内の小領域の走査とをフレーム毎に分けて、指定したフレーム順(“A”→“B”)で指定したフレーム回数分(2回)だけ1次電子ビーム108の走査を行うことにより、視野範囲200内における小領域の走査フレーム209の周りのブランク領域208においては1次電子ビーム108の照射量を抑え、視野範囲200内の小領域の走査フレーム209部分については従来の走査方式と同等のS/N比を確保した図6(c)に示すような観察画像613が取得できる。そのため、視野範囲200内における小領域の走査フレーム209の周りのブランク領域208のパターン600-1〜4,600-6〜10,600-12〜16については、1次電子ビーム108の照射量を加減できるので、観察試料106のパターン600-1〜4,600-6〜10,600-12〜16それぞれの形状によるシュリンク量の違いを低減できる。また、観察箇所の小領域の走査フレーム209の周りのブランク領域208部分の様子もS/N比は低下するものの確認は行えるので、試料106上における観察対象の確認や変更等にも支障を来たすことはない。さらに、任意位置及び任意サイズからなる小領域の走査フレーム209,・・・毎に走査回数を調整してまたチャージアップによるコンタミネーションが低減する等の効果も期待できる。
As a result, according to the
また、上述した実施の形態では、領域の境界処理として、走査フレーム209とブランク領域208との切り替えを、1次電子ビーム108のブランキング制御により行っているが、ブランク信号に対して1次電子ビーム108の応答にはタイムラグがある。
In the above-described embodiment, as the boundary processing of the region, the switching between the
そのため、上述した実施の形態の説明では発明理解を容易にするために省略したが、小領域の走査フレーム209部分を実際の走査領域の画像サイズよりも大きめに取り、加算平均を行うときにタイムラグの部分を捨てるという処理が必要になる。この捨てた部分についてはブランク領域208と同じ扱いで加算平均の処理を行う。実際の走査領域の画像サイズに対してどの程度捨てる領域を設定するかについては、図5に示した実際のGUIでは、ユーザが視野範囲200内の小領域の走査フレーム209の設定に当たり、事前に設定できるようになっている。
For this reason, in the description of the above-described embodiment, the description is omitted for the sake of easy understanding of the invention. However, the time lag is calculated when the
また、上述した実施の形態では、走査フレーム毎の1次電子ビーム108の走査速度については特に言及していないが、例えば、走査フレーム207の1次電子ビーム108の走査速度と、走査フレーム209の1次電子ビーム108の走査速度とを、フレーム毎に変えることも可能である。例えば、走査フレーム207の1次電子ビーム108の走査速度を、走査フレーム209の1次電子ビーム108の走査速度よりも速くしておけば、走査フレーム209の周りのブランク領域208は、1次電子ビーム108の照射時間がさらに短くなり、パターン600-1〜4,600-6〜10,600-12〜16それぞれの形状によるシュリンク量の違いを一層低減できる。この場合は、フレーム毎の1次電子ビーム108の走査速度は、例えば図5に示したGUIにおいて、走査パターン311“A”,“B”,・・・毎に設定できるようになっており、走査パターンテーブル310が偏向制御部112に指示可能に、走査パターン311“A”,“B”,・・・毎に対応して設定された走査速度を記憶するようになっている。
In the above-described embodiment, the scanning speed of the
以上、本発明の荷電粒子線応用装置に係り、試料の測長や構造の観察に適用される走査型電子顕微鏡を例にその実施の形態について具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 The embodiment of the charged particle beam application apparatus according to the present invention has been specifically described with reference to the scanning electron microscope applied to sample length measurement and structure observation as an example. Needless to say, the present invention is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
101 電子源、 102 加速電極、 103 集束レンズ、 104 偏向器、
105 対物レンズ、 106 試料ウェハ(試料)、 107 ステージ、
108 1次電子ビーム、 109 放出電子信号、 110 検出器、
111 デジタル化手段、 112 偏向制御部、 113 全体制御部、
114 画像処理部、 115 画像生成部、 116 画像メモリ、
117 レシピ部、 118 入出力部、 119 バス、 120 結果記憶部、
121 偏向信号、 122 サンプリングクロック、 200 視野範囲、
201 Y座標信号、 202 X座標信号、 203 Yブランク信号、
204 Xブランク信号、
205 Yブランク信号、 206 Xブランク信号、
207,209 走査フレーム(走査領域)、 208 ブランク領域、
310 走査パターンテーブル、 320 走査領域定義テーブル、
501 ディスプレイスクリーン、
502 画像表示領域、 503 座標・サイズボックス、
504 走査領域選択リストボックス、 505 登録ボタン、
506 クリアボタン、 507 走査領域表示ボックス、
508 走査順序設定ボックス、 509 パターン繰り返し数設定ボックス、
510 スキャンボタン、 511 走査領域、 600 パターン、
611,612 デジタル画像データ
101 electron source, 102 accelerating electrode, 103 focusing lens, 104 deflector,
105 objective lens, 106 sample wafer (sample), 107 stage,
108 primary electron beam, 109 emitted electron signal, 110 detector,
111 digitizing means, 112 deflection control unit, 113 overall control unit,
114 image processing units, 115 image generation units, 116 image memories,
117 recipe section, 118 input / output section, 119 bus, 120 result storage section,
121 deflection signal, 122 sampling clock, 200 field of view range,
201 Y coordinate signal, 202 X coordinate signal, 203 Y blank signal,
204 X blank signal,
205 Y blank signal, 206 X blank signal,
207, 209 scanning frame (scanning area), 208 blank area,
310 scanning pattern table, 320 scanning area definition table,
501 display screen,
502 image display area, 503 coordinate / size box,
504 Scan area selection list box, 505 Registration button,
506 Clear button, 507 Scan area display box,
508 Scan order setting box, 509 Pattern repetition number setting box,
510 scan button, 511 scan area, 600 patterns,
611,612 Digital image data
Claims (4)
予めフレームに対応させ、視野範囲内で設定された任意位置及び任意サイズの所望の走査領域を含む、同一視野範囲におけるフレーム毎に対応した、互いに異なるサイズの走査領域それぞれの電子ビーム走査を予め指定された順番で行う機構と、
当該フレーム毎の電子ビーム走査により得られた同一視野範囲内における互いに異なる位置とサイズのフレーム画像を合成し、観察対象の視野範囲の全体画像を得る画像処理ユニットと
を備えていることを特徴とする荷電粒子線応用装置。 A charged particle beam application device that irradiates an observation target with an electron beam, detects emitted electrons generated from the observation target, and acquires an observation image of the observation target.
Pre-designate electron beam scans for different sized scanning areas corresponding to each frame in the same viewing field range, including arbitrary positions set within the viewing field range and desired scanning areas of any size, corresponding to frames in advance. Mechanism to perform in the order
An image processing unit for synthesizing frame images of different positions and sizes within the same visual field range obtained by electron beam scanning for each frame and obtaining an entire image of the visual field range to be observed; Charged particle beam application equipment.
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線応用装置。 The image processing unit synthesizes images obtained by electron beam scanning of scanning regions having different positions and sizes for each frame, and improves the S / N ratio of the region where the images for each frame overlap in the visual field range. The charged particle beam application apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の荷電粒子線応用装置。 3. The charged particle beam application apparatus according to claim 1, wherein a scanning speed of the electron beam scanning for each frame is changed between frames.
予めフレームに対応させ、視野範囲内で設定された任意位置及び任意サイズの所望の走査領域を設定する設定手段と、
当該設定された所望の走査領域を含む、同一視野範囲におけるフレーム毎に対応した、互いに異なるサイズの走査領域それぞれの電子ビーム走査を予め指定された順番で行う電子ビーム走査手段と、
当該フレーム毎の電子ビーム走査に同期して、同一視野範囲内における互いに異なる位置とサイズのフレーム画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段によって取得された、同一視野範囲内におけるフレーム毎に異なる位置とサイズのフレーム画像を合成して、フレーム毎の画像が重なった領域のS/N比を向上させた視野範囲の画像を合成する画像処理手段と
を備えていることを特徴とする荷電粒子線応用装置。 A charged particle beam application device that irradiates an observation target with an electron beam, detects emitted electrons generated from the observation target, and acquires an observation image of the observation target.
A setting means for setting a desired scanning region of an arbitrary position and an arbitrary size set in advance within a field of view in correspondence with a frame;
Electron beam scanning means for performing electron beam scanning of scanning regions of different sizes corresponding to each frame in the same visual field range including the set desired scanning region in a predetermined order;
Image acquisition means for acquiring frame images of different positions and sizes within the same visual field range in synchronization with the electron beam scanning for each frame;
A field-of-view range image obtained by synthesizing frame images of different positions and sizes for each frame within the same field-of-view range acquired by the image acquisition means and improving the S / N ratio of the region where the images for each frame overlap. And an image processing means for synthesizing the charged particle beam application apparatus.
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