JP4696097B2 - 試料像形成方法及び荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
TV走査像を積算してS/N比を改善する方法への実施例において、図2の処理フローを以下に詳細に説明する。図5は、図2の処理を模式的に示した図である。
入力装置42から、各取り込み画像のフレーム積算数N0と取込み画像の枚数N1を指定する。このとき、最終画像の合計のフレーム積算数はN0×N1枚となる。通常、N0は2枚から8枚程度、N1は10枚から50枚程度とすれば、目的に応じて必要なS/Nを確保することができる。なお、TV走査よりも少し遅い程度のスロー走査で各々の画像を取得する場合には、N0を1枚とすることも可能であり、インターレス方式のTV走査では、2回の走査で1フレームが形成されるため、このような場合、N0を2とすることも可能である。なお、この条件設定は、後の位置ずれ検出を容易にするために、光学条件(電子線の収束条件や走査条件)を固定した状態で、上記複数の試料像を形成することが望ましい。
入力装置42から画像取り込み開始が指示されると、同一視野においてフレーム積算数N0の画像をN1枚(F1,F2,...,FN1)を連続して取得する。
目的画像F0のメモリ領域にF1を設定する。
目的画像F0から先鋭化画像F0aを作る。先鋭化処理としては、画像内のエッジを強調する画像フィルタを用いるなどの手法をとることができる。
F2から先鋭化画像F2aを作る。
F2の先鋭化画像F2aとF0aとの間の位置ずれを検出する。位置ずれの検出には、画像相関などの演算処理が適用できるが、無論、これに限らず、位置ずれ検出が可能な画像演算法ならば全て適用可能である。
第6ステップで検出した視野ずれ量だけ元画像F2の画素をずらして、F0の画像に加算して、これを再び目的画像F0として戻す。
F2をF3に置き換えて、第4ステップから第6ステップを繰り返してN1枚の画像全てに対して位置ずれを補正した加算処理を行う。
図4の処理フローについて、以下に詳細に説明する。
1画像あたりのフレーム積算数N0と画像数N1を設定する。
フレーム積算数N0の画像を2枚連続取得する。
取得した2枚の画像から先鋭化画像を作り、画像間の位置ずれを求める。
2枚の画像のずれを補正して加算し、この画像をF0として登録する。
S4003の処理で求めた位置ずれをキャンセルする方向に視野を移動する。この場合の移動手段としては、その移動量に応じて、電気的視野移動手段(イメージシフト偏向器)を用いる場合と、ステージを用いる場合の両方が可能である。通常、移動量が小さい場合には、イメージシフトを併用する。移動量が大きい場合にはステージ、或いは必要に応じてイメージシフトを用いる。イメージシフトやステージによって視野ずれをキャンセルすることにより、比較的大きなドリフトがあっても画像間のずれを圧縮できるので、画像処理による位置ずれ補正後の有効視野(画像間で視野が重なる領域)が狭くなる問題点が改善される。
次の画像を取得する。
取得した画像の先鋭化画像とF0の先鋭化画像を作り、画像間の位置ずれを求める。
F0とS4006で取得した画像の位置ずれを補正して加算し、これを新たにF0とする。
S4008の処理で求めた位置ずれをキャンセルする方向に視野を移動する。
処理S4006からS4009を繰り返して、N1枚の画像の取得と積算を行う。
図6の処理フローについて、以下に詳細に説明する。
ドリフト検出用の第1の画像F1を取得する。
所定のスロー走査条件で、目的画像F0を取得する。このようにスロースキャンを行うことによって、速い走査を行う場合と比較して二次電子をより多く発生することができるので、高コントラスト像を得ることができる。
ドリフト検出用の第2の画像F2を取得する。
F1とF2の画像間のずれ量ΔF(ΔFx,ΔFy)を検出する。
画像ずれ量ΔFから目的画像の水平方向と垂直方向の変形量を求める。
目的画像F0を変形して新たな画像F0′を構築する。
Vx=ΔFx/ΔT、 Vy=ΔFy/ΔT
で計算される。一方、目的画像F0の取り込み時間をT0とすると、画像F0の走査開始時と走査終了時では、
X方向に ΔF0x=Vx×T0
Y方向に ΔF0y=Vy×T0
だけの視野ずれが発生したことになる。したがって、図7に示すように、ドリフトを補正する方向に、画像メモリ内の目的画像F0をF0x(Y方向)およびΔF0y(X方向)変形させることによりドリフトが発生しないときに得られると予測される画像F0′が復元される。
図8を用いて、ドリフト補正技術をラインプロファイルの積算に適用した実施例を説明する。ウェハ上のパターン寸法の測定には、通常、被測定対象となるパターンを電子線でライン走査したときの信号分布(ラインプロファイルを用いる)。試料が絶縁物の場合には、帯電による信号の乱れを防ぐために、高速走査を行うため、一度のライン走査で得られる信号ではプロファイルのS/Nが悪く、再現性の高い測定が困難である。そのため、通常は、複数回の走査で得られる信号分布を積算して、測定対象のプロファイルを形成する。このとき、ライン走査の方向にドリフトが発生していると、積算したラインプロファイルが鈍ってしまうため、測定の精度が低下する。
図9は、同一パターンを複数回測定して、パターン寸法の時間変化から正しい寸法を予測した例を説明するための図である。電子ビームによる測定対象には、電子ビームの照射によってダメージを受けて、収縮したり、蒸発するものがある。この場合、ビーム照射量の増大とともに、パターン寸法が小さくなるため、測定自体が誤差要因になる。
図10に、目的画像の画素数よりも多い画素数で画像を取得し、取得画像間の位置ずれを修正する実施例を示す。本実施例では、例えば、目的画像の画素数が512×512画素で構成される場合を示す。この例では、取得画像の画素数1024×1024画素で取得している。位置ずれを修正して目的画像を積算したときに、画像間のずれによって目的画像として使用できない領域が発生する。本実施例では、予め目的画像の画素数よりも広い領域で画像を取得し、積算後に中央部の512×512画素の領域を切り出して、最終的な目的画像とする。
図11に、異常画像を除去して画像の積算を行った実施例を示す。複数の画像を取得中に突発的な外乱により画像が異常にずれたり、あるいは、異常にボケた画像、または、ビーム照射中のチャージにより、ある特定画像以降の画像が異常コントラストを示すなどの場合、これらの画像を画像処理により異常の検出を行って、積算する原画から除くことができる。ずれに対しては、予め、異常と見なす視野ずれ量を規定しておけば異常検出が可能である。ボケについては、画像微分などの演算を行い、予め異常と判定するしきい値を規定することにより、異常画像の除去が可能である。異常コントラストについては、ヒストグラムの判定や視野修正後の他の画像との相関値が異常に低下するなどの判定により、除去が可能である。このように異常情報を除去することにより、不慮の原因があっても、安定に高分解能画像の取得が可能になる。
図12に複数の像信号で取得した画像の視野ずれ補正の画像積算の実施例を説明する。例えば、反射電子信号による積算像を取得しようとすると、一般に反射電子の信号量が少ないため、各々の原画像のフレーム数を多く取る必要がある。信号量の少ない画像を少ないフレーム数で取得してこれを原画とすると、原画のS/Nが極端に低下して、画像間の視野ずれの検出ができないからである。一方で、原画のフレーム数を多くすると原画の取り込み時間が長くなるため、原画自体がドリフトによってボケてしまう。本実施例では、反射電子信号と同時に取得したS/Nの良い二次電子像を用いて、各々の原画における画像間の視野ずれを検出し、この視野ずれ量を反射電子信号で得た複数の画像間の視野ずれに適用している。
図13に取得した複数の画像に対して、試料面上の特定の方向にのみ視野ずれを修正して画像を積算した実施例を示す。画像内の特定の方向にのみパターンがある画像の場合には、パターンと直交した方向の位置ずれ検出に対しては、高い精度でこれを検出可能であるが、パターンと平行な方向に対しては、位置ずれ検出精度が極端に低下する。このような画像に対しては、パターンと直交する方向に対してのみ視野を合わせて画像を積算することにより、視野合わせ時の誤差を防止できる。パターンの方向を特定するには、画像の周波数成分の解析や画像を二値化して線画化することで可能になる。
図14に、具体的な位置ずれ量の検出とその補正画像の加算方法を示す。入力画像1401と入力画像1402において、入力画像1401の例えば中央部の適当な大きさの領域1403をとり、これをテンプレートとして、入力画像1402に対してテンプレートマッチングを行う。その結果、領域1404がマッチングしたとすると、領域1403と領域1404を重ね合わせ、入力画像1401と入力画像1402の重なり合う矩形領域(AND領域)1405を考え、入力画像1401と入力画像1402の、AND領域1405に重なり合わない部分をそれぞれ切り落として、位置合わせ後入力画像1406,1407とする。この位置合わせ後入力画像1406,1407を入力として加算処理を行う。
本発明のドリフト補正技術を、半導体検査用走査電子顕微鏡で自動運転する場合に適用した例を説明する。通常自動運転するためにはあらかじめ測定位置や観察条件などの情報を登録したレシピファイルを作成し、このファイルにしたがって測定位置決めや観察,測定を実行する。本方式はレシピファイル実行前に設定する環境登録しておく。レシピ実行環境画面を図19に示す。
Claims (6)
- 試料上に荷電粒子線を走査し、試料から放出された二次信号に基づいて前記試料の画像を形成し、当該画像を用いて前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定する測長方法において、
前記パターンの所定領域について複数の画像を取得し、
前記パターンの所定領域について測長を行う方向を一つに特定し、
前記複数の画像のうち1の画像と他の画像とを比較して前記測長を行う方向のずれを選択的に補正し、当該ずれ量が選択的に補正された画像を積算し、
当該積算画像を用いて前記測長を行うことを特徴とする測長方法。 - 請求項1に記載の測長方法において、
前記測長を行う方向は、前記試料上に形成されたラインパターンの長手方向に直交する方向であることを特徴とする試料像形成方法。 - 試料上に形成されたパターンの寸法を測定する測長装置において、
前記パターンの所定領域について複数の画像を取得する走査電子顕微鏡と、
当該走査電子顕微鏡で取得された画像の処理を行う画像処理手段とを有し、
当該画像処理手段は、
前記所定領域の画像から前記測長を行う方向を一つに特定し、
前記複数の画像のうち1の画像と他の画像とを比較して前記測長を行う方向のずれ量を選択的に補正し、当該ずれ量が選択的に補正された画像を積算し、
当該積算画像を用いて前記測長を行うことを特徴とする測長装置。 - 請求項3に記載の測長装置において、
前記画像処理手段は、前記測長方向を特定する際に、前記画像の周波数成分の解析または画像の二値化を行うことを特徴とする測長装置。 - 請求項3に記載の測長装置において、
前記画像処理手段は、
前記パターンの長手方向と直交する方向に対するずれ量を補正することを特徴とする測長装置。 - 請求項3に記載の測長装置において、
前記測長方向に対する前記1の画像と他の画像との一致度が最大となるように画像をずらすことにより、前記ずれ量を補正することを特徴とする測長装置。
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