JP5970229B2 - Sample dimension measuring method and charged particle beam apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、試料上を荷電粒子線により走査して、試料の検査、測定を行う荷電粒子線装置に係り、特に高低差の大きなパターンを測定、検査するのに好適な荷電粒子線装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus that scans a sample with a charged particle beam to inspect and measure the sample, and more particularly to a charged particle beam apparatus suitable for measuring and inspecting a pattern with a large difference in elevation.
昨今の半導体デバイスの微細化に伴い、パターンの更なる集積化が求められている。このような要求に対して、半導体デバイスを立体構造化が進められつつある。これによって半導体デバイスは多層化し、且つパターンの高アスペクト化が進みつつある。 With recent miniaturization of semiconductor devices, further integration of patterns is required. In response to such demands, three-dimensional structures of semiconductor devices are being promoted. As a result, the number of semiconductor devices has been increased and the aspect ratio of patterns has been increasing.
以下の特許文献には、高さの異なるパターンに対して良好な画像を得るための手法が記載されている。特許文献１、２には、同一点において焦点位置を変化させた複数枚の画像を取得し焦点深度の深い画像を得る方法が記載されている。特許文献３には、特許文献１、２と同様に同一点において焦点位置を変化させた複数枚の画像を取得し、当該画像の先鋭度を比較して、最も先鋭度が高い画像からパターンの寸法を計測することで高さの異なるパターンに対しても精度よく寸法計測する手法が記載されている。 The following patent documents describe a technique for obtaining a good image for patterns having different heights. Patent Documents 1 and 2 describe a method of obtaining a plurality of images with different focal positions at the same point and obtaining an image with a deep focal depth. In Patent Literature 3, as in Patent Literatures 1 and 2, a plurality of images whose focal positions are changed at the same point are acquired, and the sharpness of the images is compared. A technique is described in which dimensions are measured accurately even for patterns having different heights by measuring the dimensions.
特許文献１乃至３に説明されているように、異なる複数の焦点位置ごとに二次元にビームを走査すれば、走査範囲全体に亘って、シャープな画像を形成したり、適正な焦点位置の特定に基づく高精度な測定が可能となるが、異なる焦点位置ごとにビームを走査するため、その分、スループットが低下する。また、ビーム照射に対し脆弱な試料の存在や、帯電の影響を考慮すると、ビーム照射量を少なくすることが望ましい。 As described in Patent Documents 1 to 3, if the beam is scanned two-dimensionally for each of a plurality of different focal positions, a sharp image can be formed over the entire scanning range, or an appropriate focal position can be specified. However, since the beam is scanned at different focal positions, the throughput is reduced accordingly. Moreover, it is desirable to reduce the beam irradiation amount in consideration of the presence of a sample vulnerable to beam irradiation and the influence of charging.
以下に、ビーム照射量を抑制しつつ、高アスペクトパターンを高精度に測定、検査することを目的とする試料寸法測定方法、及び荷電粒子線装置を提案する。 In the following, a sample size measuring method and a charged particle beam apparatus for measuring and inspecting a high aspect pattern with high accuracy while suppressing the beam irradiation amount are proposed.
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの試料への走査に基づいて、得られる信号を検出する試料寸法測定方法、及び荷電粒子線装置であって、視野の中で荷電粒子ビームの焦点を変化させつつ荷電粒子ビームを走査させることによって得られる検出信号に基づいて、複数の合焦点を抽出する試料寸法測定方法、及び荷電粒子線装置を提案する。 As one aspect for achieving the above object, there is provided a sample size measuring method for detecting a signal obtained based on scanning of a charged particle beam emitted from a charged particle source onto a sample, and a charged particle beam apparatus, A sample size measuring method and a charged particle beam apparatus for extracting a plurality of in-focus points based on a detection signal obtained by scanning a charged particle beam while changing the focus of the charged particle beam in a field of view are proposed.
上記構成によれば、焦点深度を超えるような高アスペクトパターンについて、ビーム照射量を抑制しつつ、高精度に測定、或いは検査を行うことが可能となる。 According to the above configuration, a high-aspect pattern that exceeds the depth of focus can be measured or inspected with high accuracy while suppressing the beam irradiation amount.
メモリやＬＳＩといった半導体デバイスは、数１００工程にもおよぶ複雑なプロセスを経てＳｉウェハ上にナノメートルオーダーの半導体素子を形成することで製作される。したがって半導体デバイスの製造にはこれらのプロセスが正常に機能しているかモニタし異常があれば前工程にフィードバックする「検査・計測」が非常に重要となる。 Semiconductor devices such as memories and LSIs are manufactured by forming nanometer-order semiconductor elements on a Si wafer through a complex process of several hundreds of processes. Therefore, in the manufacture of semiconductor devices, “inspection / measurement” that monitors whether these processes are functioning normally and feeds them back to the previous process is very important.
半導体デバイスの微細化に伴い、インラインでの検査・計測には走査型電子顕微鏡を用いるのが一般的になっている。走査型電子顕微鏡による計測では、平面上に形成されたレジストパターンなどを対象として、ライン／スペースの寸法、ホールの直径、突合せ開口部の寸法などの計測が行われている。 With the miniaturization of semiconductor devices, a scanning electron microscope is generally used for in-line inspection and measurement. In measurement using a scanning electron microscope, measurement of line / space dimensions, hole diameters, butting opening dimensions, and the like is performed on a resist pattern formed on a plane.
近年、平面上に半導体素子を形成するプロセスでは微細化による性能向上が限界に近づきつつあることから、立体構造を有する半導体素子が検討されはじめている。また、ＬＳＩなどの高集積化デバイスでも、立体パターンの計測が必要となるデュアルダマシンプロセスが適用され始めており、立体構造を有するパターンの計測要求が高まっている。 In recent years, in the process of forming a semiconductor element on a flat surface, performance improvement by miniaturization is approaching the limit, and therefore, a semiconductor element having a three-dimensional structure has begun to be studied. Further, even in highly integrated devices such as LSIs, a dual damascene process that requires measurement of a three-dimensional pattern has begun to be applied, and there is an increasing demand for measuring a pattern having a three-dimensional structure.
上述したように、半導体素子サイズの縮小に伴い、素子間を接続する配線の太さや配線間のピッチ寸法も小さくなっている。このため、配線遅延やＥＭの原因となる配線の抵抗や配線間の寄生容量が無視できなくなり半導体デバイスの性能向上が難しくなっている。これらの問題を解決するため、配線材料をＡｌから抵抗の小さいＣｕに変更し、配線間の絶縁膜をＳｉＯ2から誘電率の小さいＬｏｗ−ｋ膜へ変更することが行われている。配線材料に用いるＣｕはＡｌのようにドライエッチングができないため、めっき技術を用いるデュアルダマシンプロセスが採用されている。このプロセスは、配線パターンと層間をつなぐプラグを同時に製作できるため、１層の配線にかかる工程が少なくでき効率が良い反面、高さ方向に深いビアを形成する必要があり、めっき時に配線不良が発生しやすい特徴がる。このため、めっきを行う前に規定の寸法通りにパターンができているか検査することが必要となる。 As described above, with the reduction of the semiconductor element size, the thickness of the wiring connecting the elements and the pitch dimension between the wirings are also reduced. For this reason, the resistance of the wiring that causes wiring delay and EM and the parasitic capacitance between the wiring cannot be ignored, making it difficult to improve the performance of semiconductor devices. In order to solve these problems, the wiring material is changed from Al to Cu having a low resistance, and the insulating film between the wirings is changed from SiO 2 to a Low-k film having a low dielectric constant. Since Cu used for the wiring material cannot be dry-etched like Al, a dual damascene process using a plating technique is employed. This process can produce plugs that connect the wiring pattern and the interlayer at the same time, so it can reduce the number of steps for wiring on one layer and is efficient. On the other hand, it is necessary to form deep vias in the height direction. There are characteristics that are likely to occur. For this reason, it is necessary to inspect whether a pattern is formed according to a prescribed dimension before plating.
配線寸法やビアの直径がサブミクロンオーダであることから検査・計測には走査型電子顕微鏡（Scaning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いるのが一般的である。ＳＥＭの焦点深度は光学顕微鏡と比較すると比較的深いが、倍率が１０万倍を超えるような高倍率では１μｍ以下となるため、μｍオーダーの高低差があるビアの底と上部の配線には同時に焦点を合わせることができない場合がある。複数の焦点位置に焦点を合わせた上で、複数の画像を取得することや、計測したいエッジのみの先鋭度を評価して自動焦点合わせを実施し、複数枚の画像を撮像して寸法計測を行うことが考えられるが、１点の計測に複数枚の画像を取得する必要があるため、単位時間当たりのウェハ処理枚数（スループット）の低下が避けられず、特に配線工程が全工程の５割以上を占める最先端デバイスでは、その影響がより顕著になる。 A scanning electron microscope (SEM) is generally used for inspection and measurement because the wiring dimensions and via diameter are on the order of submicrons. The depth of focus of the SEM is relatively deep compared to that of an optical microscope, but at a high magnification exceeding 100,000 times, it is 1 μm or less. It may not be possible to focus. Focus on multiple focal positions, acquire multiple images, evaluate the sharpness of only the edges you want to measure, perform automatic focusing, measure multiple images and measure the dimensions However, since it is necessary to acquire a plurality of images for one point measurement, a reduction in the number of wafers processed (throughput) per unit time is unavoidable, and the wiring process is 50% of the total process. The impact is more noticeable in the most advanced devices that account for the above.
そこで、以下に説明する実施例では、スループットを落とすことなく高さ方向にギャップのあるサンプルを計測する手法、及びそれを実現するための装置、或いはこのような計測をコンピューターに実行させるコンピュータープログラムを提案する。 Therefore, in the embodiment described below, there is provided a method for measuring a sample having a gap in the height direction without reducing the throughput, a device for realizing the method, or a computer program for causing a computer to execute such measurement. suggest.
以下に説明する実施例では、計測対象のパターン上を荷電粒子線により二次元的に走査する際、当該荷電粒子線の焦点位置を１画像内で複数回連続的に変化させて当該パターンの二次電子像を取得し、当該二次電子像から合焦点となる点を抽出し、当該抽出に基づいてパターンの測定や検査を実行する装置等を提案する。また、併せて複数の合焦点から近似曲線を作成する例についても説明する。 In the embodiment described below, when a pattern to be measured is scanned two-dimensionally with a charged particle beam, the focal position of the charged particle beam is continuously changed a plurality of times within one image, so that We propose a device that acquires a secondary electron image, extracts a focal point from the secondary electron image, and performs pattern measurement and inspection based on the extraction. An example of creating an approximate curve from a plurality of in-focus points will also be described.
上記構成によれば、高さの異なる計測点を含むパターンに対し、装置のスループットを落とすことなく、寸法を計測することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to measure the dimensions of patterns including measurement points having different heights without reducing the throughput of the apparatus.
以下に半導体製造プロセスにおいて高さの異なるパターンの一例としてデュアルダマシンプロセスの配線幅とビア径の寸法計測について示す。 As an example of patterns having different heights in the semiconductor manufacturing process, measurement of wiring width and via diameter in a dual damascene process will be described below.
図１に半導体デバイスの断面の模式図を示す。半導体デバイスの製造プロセスは大きくフロントエンドプロセス１０１とバックエンドプロセス１０２に分類される。フロントエンドプロセス１０１では、リソグラフィープロセス、成膜プロセス、イオン注入プロセス、熱酸化プロセス、ＣＭＰプロセス等を繰り返して実施することでＳｉウェハ１０３上にトランジスタやキャパシタなどの半導体素子を形成する。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a cross section of a semiconductor device. Semiconductor device manufacturing processes are roughly classified into a front-end process 101 and a back-end process 102. In the front-end process 101, semiconductor elements such as transistors and capacitors are formed on the Si wafer 103 by repeatedly performing a lithography process, a film forming process, an ion implantation process, a thermal oxidation process, a CMP process, and the like.
バックエンドプロセス１０２では、半導体素子に電気信号を供給する配線と配線間を接続するプラグを形成する。まず、半導体素子と第一配線層を接続するＷプラグ１０４を形成する。次に配線層を形成する。配線層は機能ごとに多層化されており、下層からローカル配線（第一配線）１０５、インターミディエイト配線１０６、セミグローバル配線、グローバル配線１０７となっている。最先端のロジックデバイスでは回路が複雑になるため、配線層が１０層程度になるものもあり、バックエンドプロセス１０２が全工程にしめる割合が非常に大きくなっている。バックエンドプロセス１０２における検査・計測時間の増加は、半導体デバイスのコスト増加に直結するため、寸法計測装置のスループット向上が重要になっている。 In the back-end process 102, a wiring for supplying an electric signal to the semiconductor element and a plug for connecting the wiring are formed. First, the W plug 104 that connects the semiconductor element and the first wiring layer is formed. Next, a wiring layer is formed. The wiring layer is multi-layered for each function. From the lower layer, local wiring (first wiring) 105, intermediate wiring 106, semi-global wiring, and global wiring 107 are formed. Since the circuit is complicated in the state-of-the-art logic device, the wiring layer may be about 10 layers, and the ratio of the back-end process 102 to the entire process is very large. An increase in inspection / measurement time in the back-end process 102 is directly linked to an increase in the cost of the semiconductor device, so that it is important to improve the throughput of the dimension measuring apparatus.
図２に配線層形成に用いられるデュアルダマシンプロセスのプロセスフローを示す。デュアルダマシンプロセスは、Ｃｕを配線材料としためっきによる配線形成プロセスである。便宜上、図１に示したフロントエンドで作成した素子部分、Ｗプラグ２０１、第一配線層２０２は形成されたものとして記載している。まず、第一配線層２０２上にキャップ層２０３と層間絶縁膜２０４を交互に各２層堆積する。次にリソグラフィーとエッチングにより第二配線層２０５と層間をつなぐビア２０６を形成する。その後、Ｃｕの層間絶縁膜２０４中への拡散を防止するため、バリアメタル２０７をスパッタリングなどにより堆積させる。この状態で、めっきにより第二配線層２０５とビア２０６をＣｕで満たす。最後に第三配線層を形成しやすくするため、ＣＭＰにより表面を平坦化する。この後は、同様の手法により配線層を積層していくことができる。 FIG. 2 shows a process flow of a dual damascene process used for forming a wiring layer. The dual damascene process is a wiring formation process by plating using Cu as a wiring material. For convenience, the element portion, the W plug 201, and the first wiring layer 202 created at the front end shown in FIG. 1 are described as formed. First, two cap layers 203 and an interlayer insulating film 204 are alternately deposited on the first wiring layer 202. Next, a via 206 connecting the second wiring layer 205 and the interlayer is formed by lithography and etching. Thereafter, a barrier metal 207 is deposited by sputtering or the like to prevent diffusion of Cu into the interlayer insulating film 204. In this state, the second wiring layer 205 and the via 206 are filled with Cu by plating. Finally, in order to facilitate the formation of the third wiring layer, the surface is flattened by CMP. Thereafter, the wiring layer can be laminated by the same method.
デュアルダマシンプロセスにおいてネックの１つとなるのが、ビア下部の導通不良である。特に高アスペクト比で直径１００nmを下回るようなビアにおいては、ビアの形状によってビアの底面までＣｕが入り込まなくなることがあり、これによって導通不良が発生する。したがってビア底面とビア上部の寸法、配線パターンの寸法を計測して管理し、必要に応じてリソグラフィープロセスにフィードバックすることが必要になる。 One of the bottlenecks in the dual damascene process is a conduction failure under the via. In particular, in a via having a high aspect ratio of less than 100 nm in diameter, Cu may not enter the bottom surface of the via depending on the shape of the via, thereby causing poor conduction. Accordingly, it is necessary to measure and manage the dimensions of the via bottom and via top and the wiring pattern and feed back to the lithography process as necessary.
図３にバリアメタル堆積後上部から見た配線パターンの模式図（平面図）とその断面図を示す。計測点は、先に述べたとおり配線パターンの寸法３０１、ビアホール上部のホール径３０２、ビアホール下部のホール径３０３の３つである。高さの異なる上記３点の合焦点像を取得するためには、数マイクロメートルの焦点深度が求められる。 FIG. 3 shows a schematic diagram (plan view) and a cross-sectional view of the wiring pattern as viewed from above after depositing the barrier metal. As described above, the three measurement points are the wiring pattern dimension 301, the hole diameter 302 above the via hole, and the hole diameter 303 below the via hole. In order to acquire the above-mentioned three in-focus images having different heights, a depth of focus of several micrometers is required.
ＳＥＭは、光学顕微鏡と比較して深い焦点深度を有しており、計測点のサイズが数１００ナノメートル以下であっても高倍率（数１０万倍）での観察が可能である。しかし、ＳＥＭにおける焦点深度は倍率を高くするほど浅くなるため、上記倍率領域での観察では十分な焦点深度が得られず、すべての計測点において同時にシャープなエッジ像を得ることは難しい。 The SEM has a deeper depth of focus than an optical microscope, and can be observed at a high magnification (several hundred thousand times) even if the measurement point size is several hundred nanometers or less. However, since the depth of focus in the SEM becomes shallower as the magnification is increased, a sufficient depth of focus cannot be obtained by observation in the magnification region, and it is difficult to obtain sharp edge images at all measurement points simultaneously.
そこで、正確な寸法計測にはフォーカスを変化させてそれぞれの計測点で合焦点となる位置を見つけ１枚ずつ計３枚の画像を取得しそれぞれから寸法を計測する必要がある。しかし、この手法では、１箇所の計測に通常の３倍の時間がかかるため大幅にスループットが低下し、また、同一箇所の走査回数も３倍となることからコンタミネーションの付着や局所帯電による計測誤差が大きくなる可能性がある。また、ビアホール上部のホール径３０２のエッジとビアホール下部のホール径３０３のエッジは平面での位置が非常に近く、特定のエッジのみを抽出した自動焦点合わせはエッジの取り違えなどが発生しやすく困難となる可能性がある。 Therefore, for accurate dimension measurement, it is necessary to change the focus to find the focal point at each measurement point, acquire a total of three images one by one, and measure the dimension from each. However, with this method, the measurement at one location takes three times the normal time, so the throughput is greatly reduced, and the number of scans at the same location is also tripled. The error can be large. Also, the edge of the hole diameter 302 at the upper part of the via hole and the edge of the hole diameter 303 at the lower part of the via hole are very close to each other on the plane, and automatic focusing that extracts only a specific edge is likely to cause a mistake in the edge. There is a possibility.
そこで、できるだけ少ない走査回数で高さの異なるエッジにフォーカスを合わせ、寸法を測定する方法が必要である。 Therefore, there is a need for a method for measuring dimensions by focusing on edges having different heights with as few scans as possible.
以下に示す実施例では、高さの異なるエッジを２つ以上有するパターンに対し、当該パターン上を一次電子線により二次元的に走査する際、一次電子線の走査に同期して焦点位置を変化させ、得られたパターンの二次電子像からパターン寸法を計測する手法を説明する。 In the embodiment shown below, when a pattern having two or more edges having different heights is scanned two-dimensionally with the primary electron beam on the pattern, the focal position is changed in synchronization with the scanning of the primary electron beam. A method for measuring the pattern dimension from the secondary electron image of the obtained pattern will be described.
本手法では、一次電子線の走査中に焦点位置を変化させるため、高さの異なるそれぞれのエッジにおいて必ず合焦点となる点が現れる。焦点位置の変化を１回の二次元走査中に複数回行うことで、各エッジを合焦点の点の列として取得することができる。得られた二次電子像から画像処理により合焦点の点を抽出し、これらの点を計測したいパターンの種別（ライン・ホールなど）によって近似曲線で結ぶことでパターンの寸法計測を行うことができる。 In this method, since the focal position is changed during the scanning of the primary electron beam, a point that is always in focus appears at each edge having a different height. By changing the focal position a plurality of times during one two-dimensional scan, each edge can be acquired as a row of in-focus points. Pattern dimensions can be measured by extracting in-focus points from the obtained secondary electron image by image processing, and connecting these points with approximate curves according to the type of pattern (line, hole, etc.) to be measured. .
上記特徴から、本手法は特定のエッジに対して焦点を合わせる必要がなく、二次電子像形成のための走査も高さの異なるエッジの数にかかわらず１回となるため、スループットの低下やコンタミネーションの増加、局所帯電の発生といった問題が発生する可能性が低くなる。 From the above characteristics, this method does not require focusing on a specific edge, and scanning for forming a secondary electron image is performed once regardless of the number of edges having different heights. The possibility of occurrence of problems such as increased contamination and local charging is reduced.
以下、上記手法によるパターン測定装置および手法を詳細に説明する。なお、以下の実施例では、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）によって取得される信号に基づいてパターンの計測を行う装置について説明するが、ＳＥＭに替えて、集束イオンビーム（Focused Ion Beam）装置を適用することも可能である。但し、微細化が進むパターンを高精度に測定するためには、極めて高い倍率が要求されるため、一般的に分解能の面でＦＩＢ装置に勝るＳＥＭを用いることが望ましい。 Hereinafter, the pattern measuring apparatus and method according to the above method will be described in detail. In the following embodiments, an apparatus for measuring a pattern based on a signal acquired by a scanning electron microscope (SEM) will be described. However, instead of the SEM, a focused ion beam (Focused Ion Beam) is described. It is also possible to apply a device. However, since an extremely high magnification is required to measure a pattern that is becoming finer with high accuracy, it is generally desirable to use an SEM that is superior to the FIB apparatus in terms of resolution.
図４は、走査型電子顕微鏡の概略構成図である。全体制御部４２５はユーザーインターフェース４２８から作業者によって入力された電子の加速電圧、試料４１１の情報、観察位置情報などを基に、電子光学系制御装置４２６、ステージ制御装置４２７を介して、装置全体の制御を行っている。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope. The overall control unit 425 uses the electron acceleration system, the information on the sample 411, the observation position information, and the like input from the user interface 428 by the operator, via the electron optical system control device 426 and the stage control device 427. Control is performed.
試料４１１は図示されない試料搬送装置を介して、試料交換室を経由した後試料室４１３にあるステージ４１２上に固定される。ステージ４１２は、ステージ制御装置を介してユーザーインターフェースから入力された座標に移動させることができる。また、試料室にはレーザー光等の光学的な素子を用いた試料高さ計測器であるＺセンサ４２９が搭載されており、ステージ制御装置４２７の命令により、試料４１１の高さを計測することができる。 The sample 411 is fixed on the stage 412 in the sample chamber 413 after passing through the sample exchange chamber via a sample transfer device (not shown). The stage 412 can be moved to coordinates input from the user interface via the stage control device. The sample chamber is equipped with a Z sensor 429 which is a sample height measuring device using an optical element such as a laser beam, and measures the height of the sample 411 according to a command from the stage control device 427. Can do.
電子光学系制御装置４１６は全体制御部４２５からの命令に従い、高電圧制御部４１５、第一コンデンサレンズ部４１６、第二コンデンサレンズ制御部４１７、二次電子信号増幅器４１８、アライメント制御部４１９、偏向信号制御部４２２、対物レンズ制御部４２１を制御している。 The electron optical system control device 416 follows a command from the overall control unit 425, a high voltage control unit 415, a first condenser lens unit 416, a second condenser lens control unit 417, a secondary electron signal amplifier 418, an alignment control unit 419, a deflection The signal control unit 422 and the objective lens control unit 421 are controlled.
引出電極４０２により電子源４０１から引き出された一次電子線４０３は第一コンデンサレンズ４０４、第二コンデンサレンズ４０６、対物レンズ４１０により収束され試料４１１上に照射される。途中電子線は絞り１０５を通過し、アライメントコイル４０８によりその軌道を調整され、また、偏向信号増幅器４２０を介して偏向信号制御部４２２から信号を受けた偏向コイル４０９（走査偏向器）により試料上を二次元的に走査される。試料４１１への一次電子線４０３の照射に起因して、試料４１１から放出される二次電子４１４は二次電子検出器４０７により補足され、二次電子信号増幅器４１８を介して二次電子像表示装置４２４の輝度信号として使用される。また、パターンの寸法計測に使用する画像を作成するため、二次電子信号増幅器４１８から出力される信号を画像処理プロセッサ４２３内でＡＤ変換し、デジタル画像データを作成する。また、図４に例示する走査型電子顕微鏡には、図示しないメモリが搭載されており、パターンの自動測定、検査を行うためのレシピが記憶されている。また、画像処理プロセッサ４２３は、上記二次電子検出器４１８の検出信号に基づいて形成される輝度プロファイルのピーク位置を検出し、その間の寸法測定を実行する。 The primary electron beam 403 extracted from the electron source 401 by the extraction electrode 402 is converged by the first condenser lens 404, the second condenser lens 406, and the objective lens 410 and irradiated onto the sample 411. On the way, the electron beam passes through the aperture 105, its trajectory is adjusted by the alignment coil 408, and on the sample by the deflection coil 409 (scanning deflector) that receives a signal from the deflection signal control unit 422 via the deflection signal amplifier 420. Are scanned two-dimensionally. The secondary electrons 414 emitted from the sample 411 due to the irradiation of the primary electron beam 403 on the sample 411 are captured by the secondary electron detector 407, and a secondary electron image display is displayed via the secondary electron signal amplifier 418. Used as a luminance signal for device 424. Further, in order to create an image used for pattern dimension measurement, the signal output from the secondary electron signal amplifier 418 is AD-converted in the image processor 423 to create digital image data. In addition, the scanning electron microscope illustrated in FIG. 4 includes a memory (not shown), and stores recipes for automatic pattern measurement and inspection. Further, the image processor 423 detects the peak position of the luminance profile formed based on the detection signal of the secondary electron detector 418, and performs dimension measurement therebetween.
以下に簡単な階段状のパターンを例にとって本計測手法を説明する。図１３はその工程を示すフローチャートである。図５は、階段状のラインパターンを表面から見た平面図とその断面図、及び通常の二次元走査による二次電子像の模式図を示したものである。図中に示した２つの異なる高さにあるエッジの寸法５０１、５０２を測定することを考える。一般的にＳＥＭにおいてパターンの画像を取得する際、まず焦点合わせを行う。焦点合わせでは、対物レンズ４１０に流す励磁電流を変化させることで行うが、より高速に焦点合わせを行う方法として試料４１１もしくはステージ４１２に対し印加する電圧を変化させて行う方法もある。後述するように、本実施例では、１フレームを走査する間に、焦点位置を周期的に変化するようにレンズ条件を調整しているが、これは電磁型、或いは静電型の対物レンズの一方、或いは両方を調整することによって行われる。このように本実施例では種々の焦点調整素子の適用が可能である。静電型対物レンズは、例えば上述のように試料に負電圧を印加することによって生じる電位差によって形成するようにしても良いし、ビームの通過開口が設けられた平板状の電極を複数積層配置し、その間に電位差を生じさせることで形成するようにしても良い。 The measurement method will be described below using a simple stepped pattern as an example. FIG. 13 is a flowchart showing the process. FIG. 5 shows a plan view of a stepped line pattern as viewed from the surface, a cross-sectional view thereof, and a schematic diagram of a secondary electron image obtained by ordinary two-dimensional scanning. Consider measuring edge dimensions 501, 502 at two different heights shown in the figure. Generally, when acquiring a pattern image in the SEM, first, focusing is performed. Focusing is performed by changing the excitation current flowing through the objective lens 410, but there is also a method of changing the voltage applied to the sample 411 or the stage 412 as a method of focusing at higher speed. As will be described later, in this embodiment, the lens condition is adjusted so that the focal position changes periodically while scanning one frame. This is the case of an electromagnetic or electrostatic objective lens. This is done by adjusting one or both. Thus, in this embodiment, various focus adjustment elements can be applied. The electrostatic objective lens may be formed by, for example, a potential difference generated by applying a negative voltage to the sample as described above, or a plurality of plate-like electrodes provided with a beam passage opening may be stacked. Alternatively, it may be formed by generating a potential difference therebetween.
特定のエッジに焦点を合わせた状態で一次電子線を偏向し試料上を二次元的に走査する（ステップ１３０１）。走査線５０３は（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）の位置からＸ方向へ走査し、次に走査開始位置をＹ方向へΔｙ５０４ずらして同様の走査を行う。これを繰り返すことで試料表面からの二次電子信号を取得し、得られた信号の強度を二次元的に表示することで二次電子像が得られる。しかし、図５の二次電子像に示すとおり焦点の合っているエッジは明瞭なエッジ５０５となる一方、焦点の合っていないエッジはボケたエッジ５０６となり、エッジ５０６の寸法計測は精度が悪くなることが容易に考えられる。 The primary electron beam is deflected while focusing on a specific edge, and the sample is scanned two-dimensionally (step 1301). The scanning line 503 scans in the X direction from the position (X, Y) = (0, 0), and then performs the same scanning by shifting the scanning start position by Δy 504 in the Y direction. By repeating this, a secondary electron signal from the sample surface is obtained, and a secondary electron image is obtained by displaying the intensity of the obtained signal two-dimensionally. However, as shown in the secondary electron image of FIG. 5, the in-focus edge becomes the clear edge 505, while the out-of-focus edge becomes the blurred edge 506, and the dimension measurement of the edge 506 becomes inaccurate. Can be easily considered.
そこで本手法では一次電子線の二次元走査中に焦点位置を変化させることを行う。図６は走査位置と焦点位置の関係をしたものである。焦点位置は、Ｙ方向位置に同期して初期値（Ｆ０）６０１からＦ０＋ΔＦまで変化させる。初期値（Ｆ０）６０１と焦点変化量（ΔＦ）６０２は、計測するパターンによって個別に設定し、計測に必要なエッジの合焦点位置がΔＦ内に含まれるように設定する。 Therefore, in this method, the focal position is changed during the two-dimensional scanning of the primary electron beam. FIG. 6 shows the relationship between the scanning position and the focal position. The focal position is changed from the initial value (F0) 601 to F0 + ΔF in synchronization with the position in the Y direction. The initial value (F0) 601 and the focus change amount (ΔF) 602 are individually set according to the pattern to be measured, and set so that the in-focus position of the edge necessary for measurement is included in ΔF.
焦点位置がＦ０＋ΔＦに到達した後、同様のステップ幅でＦ０まで焦点位置を戻す。これを１周期（周期Ｔ）６０３としてＮ回繰り返し１フレーム６０４の走査とする。 After the focal position reaches F0 + ΔF, the focal position is returned to F0 with the same step width. This is repeated N times as one period (period T) 603, and scanning of one frame 604 is performed.
以上のような走査を行うことによって、二次元画像、或いは輝度プロファイルを取得する（ステップ１３０２）。図７に上記走査により得られる二次電子像を示す。ここでは繰り返し数Ｎを３として示している。Ｙ座標によって焦点位置が変化しているため、エッジは焦点が合う位置７０１と焦点がボケる位置７０２が交互に現れる。この位置は、エッジの高さによって異なるため、エッジ７０３とエッジ７０４では異なるＹ座標で合焦点７０１が現れる。この合焦点７０１を画像処理により抽出する（ステップ１３０３）。 By performing the scan as described above, a two-dimensional image or a luminance profile is acquired (step 1302). FIG. 7 shows a secondary electron image obtained by the above scanning. Here, the repetition number N is shown as 3. Since the focal position changes according to the Y coordinate, the position 701 where the focal point is in focus and the position 702 where the focal point is blurred appear alternately on the edge. Since this position varies depending on the height of the edge, the focal point 701 appears at different Y coordinates at the edge 703 and the edge 704. The focal point 701 is extracted by image processing (step 1303).
画像処理の一例としては、合焦点位置の周辺部は必然的にボケるため、周辺部と比較して輝度が高くなる点を抽出することで合焦点位置を検出することができる。また、あらかじめ計測に必要となるエッジが現れる領域が特定できる場合、エッジに直行するように当該領域の画像の先鋭度を計測して比較することでも合焦点位置の検出が可能である。 As an example of image processing, the peripheral portion of the in-focus position is inevitably blurred, so that the in-focus position can be detected by extracting a point whose luminance is higher than that of the peripheral portion. In addition, when a region where an edge necessary for measurement appears can be identified in advance, the focal position can be detected by measuring and comparing the sharpness of the image in the region so as to be perpendicular to the edge.
更にＹ座標単位で輝度プロファイルを形成し、所定の閾値以上の輝度を持つ部位を高輝度点として抽出するようにしても良いし、更に波形プロファイルの中で所定閾値以上の輝度であって、且つそのピーク幅が所定値以下の部位を抽出するようにしても良い。このような処理は、例えば画像処理プロセッサ４２３によって行うようにしても良いし、上述のような処理を実行させるコンピュータープログラムをインストールした外部のコンピューターにて行うようにしても良い。 Furthermore, a luminance profile may be formed in units of Y coordinates, and a part having a luminance equal to or higher than a predetermined threshold may be extracted as a high luminance point. Further, the luminance in the waveform profile is equal to or higher than a predetermined threshold, and You may make it extract the site | part whose peak width is below a predetermined value. Such processing may be performed by, for example, the image processing processor 423, or may be performed by an external computer in which a computer program for executing the processing described above is installed.
なお、エッジ方向に輝度プロファイルを作成し、ピーク位置を高輝度点として抽出するようにしても良い。また、フォーカスの変化幅が大きいと、ピーク位置とその近傍の輝度の変化が小さくなり、ピーク位置を同定することができなくなる可能性があるが、その場合は輝度情報に、予め登録された近似関数をフィッティングすることによって、ピーク位置を見出すようにしても良い。エッジ位置の同定は、例えば所定値以上の輝度を持つ画素の配列を特定することによって行うようにしても良い。 Note that a luminance profile may be created in the edge direction, and the peak position may be extracted as a high luminance point. In addition, if the focus change width is large, the change in luminance at the peak position and its vicinity may be small, and it may become impossible to identify the peak position. The peak position may be found by fitting a function. The identification of the edge position may be performed, for example, by specifying an array of pixels having a luminance equal to or higher than a predetermined value.
抽出された合焦点７０１（高輝度点）に対して、直線近似やスプライン処理等を施した後、作業者が指定した手法で寸法を測定する。たとえば、図８に示すように領域８０１、８０２内の点に関してはラインパターンと認識させ、かつスプライン曲線８０３、８０４により近似曲線を作成してライン間の寸法やラフネスを計測することができる。また、領域８０５内の点に関してはホールパターンと認識させ、円８０６により近似曲線を作成して直径等を測定することができる。 The extracted focal point 701 (high luminance point) is subjected to linear approximation, spline processing, and the like, and then the dimensions are measured by a method designated by the operator. For example, as shown in FIG. 8, the points in the regions 801 and 802 can be recognized as line patterns, and approximate curves can be created by the spline curves 803 and 804 to measure the dimension and roughness between the lines. A point in the region 805 can be recognized as a hole pattern, and an approximate curve can be created by a circle 806 to measure a diameter or the like.
これにより１フレーム内で高さの異なるエッジの寸法を計測することが可能となる（ステップ１３０４）。合焦点位置に基づいて作成された近似曲線を測定始点、及び測定終点として、測定を実行するようにしても良いし、測定始点、終点のどちらか一方を近似曲線とし、他方を合焦点とするようにしても良い。 As a result, it is possible to measure the dimensions of edges having different heights within one frame (step 1304). Measurement may be executed using the approximate curve created based on the in-focus position as the measurement start point and the measurement end point. Either the measurement start point or the end point is set as the approximate curve, and the other is set as the in-focus point. You may do it.
１フレームの走査では得られた二次電子像にノイズが多く合焦点を検出できない場合は、通常の走査と同様に二次元走査を繰り返し実施して画像を積算したり、走査速度を遅くすることで解決することができる。 If there is a lot of noise in the secondary electron image obtained by scanning one frame and the focal point cannot be detected, repeat the two-dimensional scanning as in normal scanning to integrate the images or slow down the scanning speed. Can be solved.
図１４は、上層パターンのエッジ間の測定を行う場合のサンプリング個所の一例を示す図である。この図では上層パターンの合焦点位置を２０点抽出し、その間の測定個所１４０１〜１４１０を測定する例を示している。パターン幅を測定するだけであれば、近似曲線を作成する必要はないため、合焦点位置（例えば位置１４１１、１４１２）を抽出し、その間のＸ方向の寸法測定を行う。なお、１の測定個所だけであるとノイズの混入等によって、正確な値を検出できない可能性があるため、測定個所１４０１〜１４１０の測定結果を加算平均することによって、上層パターンのエッジ間の距離を求めるようにしても良い。また、図１５に例示するように、下層パターンの合焦点位置１４１３、１４１４を抽出し、上層パターンのエッジとの間の距離１５０２を測定するようにしても良いし、上層パターンのエッジと下層パターンのエッジとの距離１５０３を求めるようにしても良い。また、上層パターンの合焦点位置１４１１と下層パターンの合焦点位置１４１３との距離１５０４を求めるようにしても良い。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of sampling points when measurement is performed between edges of the upper layer pattern. This figure shows an example in which 20 in-focus positions of the upper layer pattern are extracted and measurement points 1401 to 1410 in the meantime are measured. If only the pattern width is to be measured, it is not necessary to create an approximate curve. Therefore, the in-focus positions (for example, positions 1411 and 1412) are extracted, and the dimension in the X direction between them is measured. If there is only one measurement location, there is a possibility that an accurate value may not be detected due to noise or the like. Therefore, the distance between the edges of the upper layer pattern is obtained by averaging the measurement results at the measurement locations 1401 to 1410. May be requested. Further, as illustrated in FIG. 15, the focal point positions 1413 and 1414 of the lower layer pattern may be extracted, and the distance 1502 between the edge of the upper layer pattern may be measured, or the edge of the upper layer pattern and the lower layer pattern may be measured. The distance 1503 to the edge may be obtained. Further, the distance 1504 between the focal point position 1411 of the upper layer pattern and the focal point position 1413 of the lower layer pattern may be obtained.
距離１５０４は、上層エッジの合焦点位置と、下層エッジの合焦点位置との距離に応じて変化し、高低差情報を反映した値となる。よって、距離と高さ情報を関連付けて記憶するデータベースを予め用意しておくことによって、高さ測定を行うことができる。また、距離１５０４の適正値、或いは適正値範囲に相当する距離情報を予め用意しておき、当該距離情報と、検出された距離情報との比較を行うことによって、部分的な膜減り等の状況を把握することが可能となる。また、複数の部位にて高さ情報を求め、高さ情報同士の相対的な比較によって、異常部位を抽出するようにしても良い。ＳＥＭ画像は二次元的な情報については高精度に求められるものの、高さ情報の抽出が難しい場合がある。しかしながら本実施例によれば、高さに関する情報を二次元的な高輝度位置の差異として表現することが可能となる。 The distance 1504 changes according to the distance between the focal point position of the upper layer edge and the focal point position of the lower layer edge, and is a value reflecting height difference information. Therefore, height measurement can be performed by preparing in advance a database that stores distance and height information in association with each other. In addition, by preparing distance information corresponding to the appropriate value of the distance 1504 or the appropriate value range in advance and comparing the distance information with the detected distance information, a situation such as partial film reduction Can be grasped. Alternatively, height information may be obtained from a plurality of parts, and abnormal parts may be extracted by relative comparison between the height information. Although SEM images are required for two-dimensional information with high accuracy, it may be difficult to extract height information. However, according to the present embodiment, it is possible to express the information about the height as a two-dimensional difference in the high luminance position.
更に、上層パターンの合焦点位置１４１１と１４１２との間の中点、及び下層パターンの合焦点位置１４１３と１４１４との中点を抽出し、当該中点間の寸法を測定することによって、上層パターンと下層パターンとの間のＸ方向のずれを求めるようにしても良い。また、図１４に図示する例だとＸ方向のレイヤ間のずれしか特定ができないため、例えばＸ方向に延びるパターンを用いて、Ｙ方向のずれ（Δｙ）を求め、√（Δｘ2＋Δｙ2）と、arctan（Δｙ／Δｘ）から、レイヤ間のずれ量と方向を求めるようにしても良い。Δｙは例えばＸ方向に延びるパターンに対し、走査線が当該パターンのエッジに交差するように、ビーム走査することによって、求められる。 Further, by extracting the midpoint between the focal point positions 1411 and 1412 of the upper layer pattern and the midpoint between the focal point positions 1413 and 1414 of the lower layer pattern and measuring the dimension between the midpoint points, The deviation in the X direction between the pattern and the lower layer pattern may be obtained. Further, in the example shown in FIG. 14, since only the deviation between the layers in the X direction can be specified, for example, a deviation (Δy) in the Y direction is obtained using a pattern extending in the X direction, and √ (Δx 2 + Δy 2 ) Then, the deviation amount and direction between layers may be obtained from arctan (Δy / Δx). For example, Δy is obtained by performing beam scanning on a pattern extending in the X direction so that the scanning line intersects the edge of the pattern.
Ｘ方向の寸法測定とＹ方向の寸法測定結果を上述のように、加算平均に基づいて求めることによって、ノイズの発生や部分的なパターンの変形の影響を抑制しつつ、高精度なレイヤ間のずれ測定を行うことが可能となる。 As described above, the dimensional measurement result in the X direction and the dimensional measurement result in the Y direction are obtained based on the addition average, thereby suppressing the influence of noise generation and partial pattern deformation, and between high-precision layers. Deviation measurement can be performed.
なお、高輝度点として抽出される個所は、ノイズである可能性もあるため、例えば高輝度位置の配列パターンを予めテンプレートとして記憶しておき、実際にＳＥＭ画像から抽出された配列パターンと比較することによって、ノイズか高輝度位置かの選択を行うようにしても良い。この場合、例えば倍率可変可能なテンプレートの高輝度点と、ＳＥＭ画像から抽出された高輝度点との距離が所定値を超えた場合、その高輝度点はノイズであると判定し、フィルタするようにしても良い。逆に所定値を超えた場合、パターン異常と判定し、異常である旨の信号を発する、或いは後の検証を可能とすべく、パターンの識別情報と、その異常値を関連付けて記憶しておくようにしても良い。 In addition, since the part extracted as a high-intensity point may be noise, for example, the arrangement pattern of a high-intensity position is stored in advance as a template and compared with the arrangement pattern actually extracted from the SEM image. Accordingly, it may be possible to select between noise and a high luminance position. In this case, for example, when the distance between the high-intensity point of the template with variable magnification and the high-intensity point extracted from the SEM image exceeds a predetermined value, it is determined that the high-intensity point is noise and is filtered. Anyway. On the contrary, if the predetermined value is exceeded, it is determined that the pattern is abnormal, and a signal indicating that the pattern is abnormal is issued, or the pattern identification information and the abnormal value are stored in association with each other so that later verification is possible. You may do it.
また、図１６に例示するように、同じエッジの異なる位置の高輝度位置（合焦点位置１４１１と１６０１、或いは合唱点位置１４１３と１６０３）間の距離１６０５、１６０６を求めるようにしても良い。 Further, as illustrated in FIG. 16, distances 1605 and 1606 between high-luminance positions (focus positions 1411 and 1601 or chorus positions 1413 and 1603) at different positions on the same edge may be obtained.
図９に上記手法では計測が困難になると予測されるパターンの例を示す。構造は図５に示したものと同一であるが、エッジのラフネスが大きいことが特徴である。このようなパターンでは、１エッジのあたりの合焦点数９０１が少なくなり計測結果に大きな誤差が発生する可能性がある。また図３に示したような二次元走査領域中に一部分にしか存在しないパターン（ホールパターン）の場合も同様に合焦点数が少なくなり計測精度が低下する可能性がある。このようなパターンに対しては、合焦点数を増やすように走査と焦点位置変化を工夫した焦点位置変化シーケンスを適用する必要がある。図１０にその一例を示す。合焦点数を増やすためには繰り返し数Ｎを大きくする必要があるが、その結果焦点位置の変化が極端になると合焦点位置を見つけることが困難になると推測される。そこで、複数回の二次元走査１００１、１００２、１００３を実施し、走査毎にＦ０を変化させることで、レンズの変化周期をシフトさせて、各二次元走査で異なった位置に合焦点１００４が現れるようにする。これにより走査回数の増加数を抑えて合焦点数を増やすことが可能となり、上記のようなパターンに対しても計測が可能となる。 FIG. 9 shows an example of a pattern predicted to be difficult to measure with the above method. The structure is the same as that shown in FIG. 5, but is characterized by a large edge roughness. In such a pattern, the number of in-focus points 901 per edge decreases, and a large error may occur in the measurement result. Also, in the case of a pattern (hole pattern) that exists only partially in the two-dimensional scanning region as shown in FIG. 3, the number of in-focus points may similarly decrease and the measurement accuracy may decrease. For such a pattern, it is necessary to apply a focus position change sequence in which scanning and focus position change are devised so as to increase the number of in-focus points. An example is shown in FIG. In order to increase the number of in-focus points, it is necessary to increase the number of repetitions N. As a result, it is presumed that it becomes difficult to find the in-focus point if the change in the focus position becomes extreme. Therefore, a plurality of two-dimensional scans 1001, 1002, and 1003 are performed, and by changing F0 for each scan, the lens change period is shifted, and a focal point 1004 appears at a different position in each two-dimensional scan. Like that. As a result, it is possible to increase the number of in-focus points while suppressing the increase in the number of scans, and it is possible to measure even the above pattern.
図１１に上記手法では計測に無駄が多く発生してしまうパターンの例を示す。パターンのレイアウトは図５と同一であるが、エッジ１１０２とエッジ１１０３の差１１０１が非常に大きなパターンである。この場合、図６に示すように一定の割合で焦点位置を変化させていくと、高さ変化量が大きくなるため繰り返し数を大きくすることができず、画像の半分以上が無駄な走査となってしまう。そこで、図１２に示すような焦点位置変化シーケンスを適用する。本シーケンスではあらかじめ各エッジでの合焦点位置１２０１、１２０２を登録しておき、これらの合焦点位置を中心として範囲１２０３、１２０４（焦点変化範囲）では焦点位置をゆっくりと変化させ、それ以外の領域では大きく（相対的に高速に）変化させる。これにより、高さ変化量が大きなパターンにおいても問題なく計測することができるようになる。 FIG. 11 shows an example of a pattern in which a lot of waste occurs in measurement by the above method. The layout of the pattern is the same as that in FIG. 5, but the difference 1101 between the edge 1102 and the edge 1103 is a very large pattern. In this case, if the focal position is changed at a constant rate as shown in FIG. 6, the amount of change cannot be increased because the amount of height change increases, and more than half of the image is wasted. End up. Therefore, a focal position change sequence as shown in FIG. 12 is applied. In this sequence, in-focus positions 1201 and 1202 at each edge are registered in advance, and in the ranges 1203 and 1204 (focus change range) around these in-focus positions, the focus position is changed slowly, and the other areas Then, change it greatly (relatively fast). As a result, even a pattern having a large amount of change in height can be measured without any problem.
このように対象パターンの高さに応じて、部分的に焦点変化速度を変化させることによって、測定対象となるパターンのエッジを高精度に捕捉することが可能となる。 As described above, by partially changing the focal rate change speed according to the height of the target pattern, it is possible to capture the edge of the pattern to be measured with high accuracy.
また、図１８は、高輝度点位置の配列を示すテンプレートの一例を示す図である。図１８のテンプレートは、上層側エッジ１８０１と下層側エッジ１８０２のそれぞれに、高輝度点基準位置１７０１が設定されている。ＳＥＭ画像に基づいて高輝度点位置を抽出した後に、テンプレートの高輝度基準位置との対応を検出することによって、その検出結果を各種の測定や検査等に適用することができる。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a template indicating an array of high luminance point positions. In the template of FIG. 18, a high luminance point reference position 1701 is set for each of the upper layer side edge 1801 and the lower layer side edge 1802. After extracting the high-luminance point position based on the SEM image, by detecting the correspondence with the high-luminance reference position of the template, the detection result can be applied to various measurements and inspections.
まず、テンプレートと、ＳＥＭ画像から抽出された高輝度点位置データとを重ね合わせ、各点の対応を検出する。対応点が検出できない場合、ＳＥＭ画像が適正に形成されなかったか、パターンが適正に形成されていない場合が考えられるため、対応点の検出数が所定値未満の場合に、エラーメッセージを発生するようにしても良い。また、ＳＥＭ画像にはノイズが含まれていることもあるため、全基準位置ではなく、所定数の基準位置について、対応点が検出された場合に、テンプレートと高輝度点位置データとの対応が検出できたと判断するようにしても良い。対応点の検出については、例えば高輝度基準位置１７０１を基準として所定の距離範囲内に、所定の輝度を持つ高輝度点が存在する場合に、その高輝度点を対応点とすること等が考えられる。 First, the template and high-luminance point position data extracted from the SEM image are overlapped to detect the correspondence between the points. If the corresponding point cannot be detected, the SEM image may not be formed properly or the pattern may not be formed properly. Therefore, an error message is generated when the number of detected corresponding points is less than a predetermined value. Anyway. In addition, since the SEM image may contain noise, when corresponding points are detected for a predetermined number of reference positions instead of all the reference positions, the correspondence between the template and the high luminance point position data is determined. It may be determined that it has been detected. Regarding the detection of the corresponding point, for example, when a high luminance point having a predetermined luminance exists within a predetermined distance range with reference to the high luminance reference position 1701, the high luminance point is considered as a corresponding point. It is done.
また、テンプレートを伸縮可能にしておくことによって、画像の取得倍率が変化したとしても、同じテンプレートを用いることができる。 Further, by making the template extendable and contractible, the same template can be used even if the image acquisition magnification changes.
次に対応点と基準位置との間の距離を求め、その寸法差を計測結果と出力する。図１７は上層側エッジのテンプレートの高輝度点基準位置１７０１と、対応点１７０２との間の距離を求める例を示す図である。Ｘ方向のずれ（ｄｘ）はエッジのＸ方向のずれであるが、Ｙ方向のずれ（ｄｙ）は、高さ方向のずれと見做すことができる。例えば、対応点１７０４は、高輝度点基準位置１７０３から見て、Ｙ方向にｄｙ3分、ずれた位置にある。上層の高さが適正な位置にあれば、Ｙ方向の位置は、高輝度基準位置１７０３と一致する筈であるが、この例の場合、高輝度基準位置１７０３は、設計データ上の高さとは異なる高さにあることがわかる。本実施例では焦点位置を周期的に変化させているため、対応点１７０４を走査したときの焦点位置が上層パターンの高さであることがわかる。一方、対応点１７０２は、高輝度点基準位置１７０１に対するＹ方向のずれがないため、適正な高さに上層パターンが形成されていることがわかる。 Next, the distance between the corresponding point and the reference position is obtained, and the dimensional difference is output as a measurement result. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of obtaining the distance between the high luminance point reference position 1701 of the upper edge template and the corresponding point 1702. The deviation in the X direction (dx) is the deviation in the X direction of the edge, but the deviation in the Y direction (dy) can be regarded as a deviation in the height direction. For example, the corresponding point 1704 is at a position shifted by dy 3 in the Y direction when viewed from the high luminance point reference position 1703. If the height of the upper layer is at an appropriate position, the position in the Y direction should match the high brightness reference position 1703. In this example, the high brightness reference position 1703 is the height on the design data. You can see that they are at different heights. In this embodiment, since the focal position is periodically changed, it can be seen that the focal position when the corresponding point 1704 is scanned is the height of the upper layer pattern. On the other hand, since the corresponding point 1702 is not displaced in the Y direction with respect to the high luminance point reference position 1701, it can be seen that the upper layer pattern is formed at an appropriate height.
この２つの計測結果から、適正な高さに形成されている対応点１７０２に相当するパターン位置と、対応点１７０３に相当するパターン位置は異なる高さに形成されていることがわかる。このような判定結果を測定結果と併せて記憶、或いは図示しない表示装置に表示させることによって、深さ方向のパターンの形成状態を容易に把握することが可能となる。 From these two measurement results, it can be seen that the pattern position corresponding to the corresponding point 1702 formed at an appropriate height and the pattern position corresponding to the corresponding point 1703 are formed at different heights. By storing such determination results together with the measurement results or displaying them on a display device (not shown), it is possible to easily grasp the pattern formation state in the depth direction.
以上のように、本実施例によれば、異なる高さ毎に１フレーム分の走査を行うことなく、高精度な測定や検査を行うことができる。更に、深さ方向（Ｚ方向）の情報をＸ−Ｙの二次元情報として捉えることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform highly accurate measurement and inspection without performing scanning for one frame at different heights. Furthermore, it is possible to capture information in the depth direction (Z direction) as XY two-dimensional information.
４０１ 電子源
４０２ 引出電極
４０３ 一次電子線（電子ビーム）
４０４ 第一コンデンサレンズ
４０５ 第二コンデンサレンズ
４０７ 二次電子検出器
４０９ 偏向コイル
４１０ 対物レンズ
４１１ 試料
４１２ ステージ
４１３ 試料室
４１４ 二次電子
401 Electron source 402 Extraction electrode 403 Primary electron beam (electron beam)
404 First condenser lens 405 Second condenser lens 407 Secondary electron detector 409 Deflection coil 410 Objective lens 411 Sample 412 Stage 413 Sample chamber 414 Secondary electrons
Claims (8)
前記荷電粒子ビームの焦点を調整するレンズと、前記荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、視野の中で荷電粒子ビームの焦点を変化させつつ荷電粒子ビームを走査させることによって得られる検出信号に基づいて、焦点条件が異なる複数の部位が含まれる画像を生成し、当該焦点条件が異なる複数の部位が含まれた画像の中から複数の合焦点を抽出し、当該複数の合焦点の抽出に基づいて、前記画像内の異なるエッジに、測定始点と測定終点の少なくとも一方を設定するプロセッサを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。 In a charged particle beam apparatus for detecting a signal obtained based on scanning of a charged particle beam emitted from a charged particle source onto a sample,
A detection signal obtained by scanning the charged particle beam while changing the focus of the charged particle beam in the field of view, a lens that adjusts the focal point of the charged particle beam, a scanning deflector that scans the charged particle beam, Based on this, an image including a plurality of parts with different focus conditions is generated, a plurality of in-focus points are extracted from an image including a plurality of parts with different focus conditions , and the plurality of in-focus points are extracted. A charged particle beam apparatus comprising: a processor configured to set at least one of a measurement start point and a measurement end point at different edges in the image .
前記レンズは、前記走査偏向器による１フレームの走査の間に、周期的に焦点位置を変化させることを特徴とする荷電粒子線装置。 In claim 1,
The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the lens periodically changes a focal position during one frame scanning by the scanning deflector.
前記レンズは、前記走査偏向器によって、複数フレームの走査を行う場合に、１のフレームの焦点位置の変化のための焦点位置の初期値に対して、他のフレームの焦点位置の変化のための焦点位置の初期値をシフトさせることを特徴とする荷電粒子線装置。 In claim 2,
In the case where a plurality of frames are scanned by the scanning deflector, the lens is used for changing the focal position of another frame with respect to the initial value of the focal position for changing the focal position of one frame . A charged particle beam apparatus that shifts an initial value of a focal position .
前記荷電粒子ビームの焦点を調整するレンズと、前記荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、視野の中で荷電粒子ビームの焦点を変化させつつ荷電粒子ビームを走査させることによって得られる検出信号に基づいて、複数の合焦点を抽出するプロセッサを備え、前記レンズは、前記焦点位置の１の変化周期の間に、焦点位置の変化速度を変化させることを特徴とする荷電粒子線装置。 In a charged particle beam apparatus for detecting a signal obtained based on scanning of a charged particle beam emitted from a charged particle source onto a sample,
A detection signal obtained by scanning the charged particle beam while changing the focus of the charged particle beam in the field of view, a lens that adjusts the focal point of the charged particle beam, a scanning deflector that scans the charged particle beam, A charged particle beam apparatus comprising: a processor that extracts a plurality of in-focus points based on the lens ; and the lens changes a change speed of the focus position during one change period of the focus position.
前記レンズは、前記試料表面位置を含む焦点変化範囲にて、それ以外の焦点変化範囲と比較して焦点変化速度を低下させることを特徴とする荷電粒子線装置。 In claim 4,
The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the lens reduces a focal change speed in a focal change range including the sample surface position as compared with other focal change ranges.
前記荷電粒子ビームの焦点を調整するレンズと、前記荷電粒子ビームを走査する走査偏向器と、視野の中で荷電粒子ビームの焦点を変化させつつ荷電粒子ビームを走査させることによって得られる検出信号に基づいて、複数の合焦点を抽出するプロセッサを備え、当該プロセッサは、前記複数の合焦点位置に基づいて近似曲線を作成し、当該近似曲線を測定始点、及び／または測定終点とした測定を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。 In a charged particle beam apparatus for detecting a signal obtained based on scanning of a charged particle beam emitted from a charged particle source onto a sample,
A detection signal obtained by scanning the charged particle beam while changing the focus of the charged particle beam in the field of view, a lens that adjusts the focal point of the charged particle beam, a scanning deflector that scans the charged particle beam, And a processor that extracts a plurality of in-focus points, creates an approximate curve based on the plurality of in-focus points, and performs measurement using the approximate curve as a measurement start point and / or a measurement end point. A charged particle beam apparatus characterized by:
１フレームの中で焦点位置を周期的に変化させながら、走査を実行し、当該走査によって得られた検出信号から、焦点条件が異なる複数の部位が含まれる画像を生成し、当該焦点条件が異なる複数の部位が含まれた画像の中から複数の合焦点を抽出し、当該複数の合焦点の抽出に基づいて、前記画像内の異なるエッジに、測定始点と測定終点の少なくとも一方を設定することを特徴とする試料寸法測定方法。 In a sample dimension measuring method for measuring the dimension of a pattern formed on a sample based on a detection signal obtained when scanning a charged particle beam,
Scanning is performed while periodically changing the focal position in one frame, and an image including a plurality of parts having different focal conditions is generated from the detection signal obtained by the scanning, and the focal conditions are different. Extracting a plurality of focal points from an image including a plurality of parts, and setting at least one of a measurement start point and a measurement end point at different edges in the image based on the extraction of the plurality of focal points. A method for measuring a sample size .
前記合焦点に基づいて形成される複数の近似曲線間、及び近似曲線と前記合焦点間の少なくとも一方の寸法を測定することを特徴とする試料寸法測定方法。 In claim 7,
A sample size measuring method comprising measuring at least one dimension between a plurality of approximate curves formed based on the focal point and between the approximate curve and the focal point .
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