WO2022059202A1 - 検査システム - Google Patents
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- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Definitions
- This disclosure relates to the inspection system.
- SEMs that can perform non-contact measurement and have high spatial resolution are widely used for in-line dimensional measurement.
- contact probe measurement is common for measuring electrical characteristics
- optical measurement is common for measuring material properties. Since each measurement method has different measurement characteristics such as contact or non-contact and different spatial resolution, local correlation (for example, correlation of dimensions, electrical properties, and material properties at the same location) is analyzed. That is difficult. Further, since each measurement method has different applicable steps, it is difficult to trace the characteristic change between different steps.
- Patent Document 1 An example of a method for performing non-contact analysis on a plurality of characteristics with the same device is disclosed in Patent Document 1.
- the technique of Patent Document 1 has a plurality of energy sources such as light, electrons, ions, and X-rays, and a plurality of detector systems for each of the plurality of energy sources, and the plurality of energy sources and the detector system are used. CD and overlay are measured from the obtained electrical and material properties.
- Patent Document 1 is a non-contact measurement method, it is extremely difficult to analyze the correlation of a plurality of characteristics at the same location because the spatial resolution differs depending on each energy source.
- the present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to provide an inspection system that facilitates correlation analysis of a plurality of characteristics at the same location.
- An example of the inspection system is An inspection beam irradiation system that irradiates a sample with an inspection beam that is a charged particle beam, A detector that detects secondary charged particles obtained by irradiating the sample with the inspection beam and outputs a detection signal.
- a first action beam irradiation system that irradiates a first action beam that changes the amount of the secondary charged particles, and a first action beam irradiation system.
- a second action beam irradiation system that irradiates a second action beam that changes the amount of the secondary charged particles, and a second action beam irradiation system.
- a computer system that generates an image of the sample based on the detection signal Equipped with The computer system is A first inspection image related to the irradiation of the inspection beam is generated, and the first inspection image is generated. Based on the first inspection image, the first feature amount relating to the pattern on the sample is acquired, and the first feature amount is obtained. A second inspection image relating to the irradiation of the first action beam and the inspection beam was generated. Based on the second inspection image, the second feature amount related to the pattern is acquired, and the second feature amount is acquired. A third inspection image relating to the irradiation of the second action beam and the inspection beam was generated. Based on the third inspection image, a third feature amount related to the pattern is acquired.
- the inspection system it becomes easier to analyze the correlation of a plurality of characteristics at the same location.
- the figure which shows the state which uses the 1st action beam in the principle of this disclosure The figure which shows the example of the structure of a sample. The figure which shows the example of the relationship between the wavelength of an action laser and the amount of secondary electrons detected. The figure which shows the state which uses the 2nd action beam. The figure which shows the example of the relationship between the irradiation amount of the action electron beam and the detection amount of secondary electrons. The figure which shows the example of the relationship between an electric property and a material.
- FIG. 1 The figure which shows the specific example of the sample measured by the inspection system which concerns on Embodiment 1.
- FIG. The figure which shows the specific example of the inspection image generated by the inspection system which concerns on Embodiment 1.
- the flowchart which shows the operation example of the inspection system which concerns on Embodiment 1.
- FIG. The figure which shows the example of the UI screen which is output in relation to the processing of FIG.
- the inspection system utilizes an inspection beam (for example, an electron beam) and a plurality of action beams.
- the action beam changes (ie, increases or decreases) the amount of secondary electrons obtained by irradiation of the inspection beam.
- FIG. 1 shows a state in which the first action beam is used.
- the laser B2 is irradiated to the irradiation region 300 as the first action beam.
- a sample 200 is arranged in the irradiation region 300, and the laser B2 irradiates the sample 200.
- the inspection beam B1 is irradiated to the sample 200 during or after the irradiation of the laser B2.
- the secondary electrons B4 emitted from the sample 200 by this are detected by the detector 105.
- FIG. 2 shows an example of the structure of the sample 200. Patterns P1 to P3 are formed on the sample 200 as a physical structure.
- the material characteristics of the sample 200 for example, the absorption coefficient of light
- the amount of secondary electrons B4 emitted increases or decreases. Since the amount of change in the secondary electrons B4 depends on the wavelength of light, the material properties of the sample 200 can be specified based on this dependence.
- FIG. 3 shows an example of the relationship between the wavelength of the working laser and the amount of secondary electrons detected.
- the amount of secondary electrons detected corresponds to the material properties (in this example, the light absorption coefficient). Since the amount of secondary electrons detected changes according to the wavelength of the laser, the material properties can be measured based on the state of this change. For example, by comparing the measurement results as shown in FIG. 3 with the data measured for various materials, the pattern P1 is formed of SiO, the pattern P2 is formed of SiON, and the pattern P3 is formed of SiN. It can be identified that there is.
- FIG. 4 shows a state in which the second action beam is used.
- the sample 200 is irradiated with the electron beam B3 as the second action beam.
- the inspection beam B1 is irradiated to the sample 200 during or after the irradiation of the electron beam B3.
- the secondary electrons B4 emitted from the sample 200 by this are detected by the detector 105.
- the surface potential of the sample 200 changes according to the electrical characteristics of the material of the sample 200, and the amount of secondary electrons B4 emitted increases or decreases. Since the amount of change in the secondary electron B4 depends on the electrical characteristics, the electrical characteristics of the sample 200 can be specified based on this dependence.
- FIG. 5 shows an example of the relationship between the irradiation amount (for example, electric charge) of the acting electron beam and the detected amount of secondary electrons.
- the amount of secondary electrons detected corresponds to the electrical characteristics (in this example, the surface potential at the time of measurement). Since the amount of secondary electrons detected changes according to the irradiation amount of the electron beam, the electrical characteristics can be measured based on the state of this change. For example, it can be specified that the pattern P1 has a large capacitance and a medium resistance, the pattern P2 has a medium capacitance and a small resistance, and the pattern P3 has a small capacitance and a large resistance.
- FIG. 6 shows an example of the relationship between electrical properties and materials. Based on the electrical characteristics described with respect to FIG. 5, for example, it can be specified that the pattern P1 is formed of SiO, the pattern P2 is formed of SiON, and the pattern P3 is formed of SiN.
- FIG. 7 shows the configuration of the inspection system 100 according to the first embodiment.
- the inspection system 100 includes a housing 101, an electron source 102, a deflector 103, an objective lens 104, a detector 105, an electron gun 106, a laser device 107, a window 108, and an inspection beam control system 120. , A working beam control system 130 and a computer system 140.
- the electron source 102 functions as an inspection beam irradiation system and irradiates the sample 200 with an inspection beam, which is a charged particle beam.
- the deflector 103 and the objective lens 104 deflect the inspection beam and irradiate the sample 200 at a desired position.
- secondary charged particles electrons in this embodiment, hereinafter referred to as "secondary electrons”
- the detector 105 detects secondary electrons and outputs a detection signal.
- the laser device 107 functions as a first action beam irradiation system and irradiates the sample 200 with the first action beam.
- the first working beam is a laser, which may be hereinafter referred to as a “working laser”.
- the action laser changes the amount of secondary electrons.
- the electron gun 106 functions as a second action beam irradiation system and irradiates the sample 200 with the second action beam.
- the second acting beam is an electron beam, which may be hereinafter referred to as an “acting electron beam”.
- the working electron beam changes the amount of secondary electrons.
- the inspection beam control system 120 operates based on an instruction from the computer system 140.
- the inspection beam control system 120 controls the electron source 102, the deflector 103, and the objective lens 104 to irradiate the inspection beam.
- the inspection beam control system 120 includes a signal processing unit 121.
- the signal processing unit 121 receives the detection signal from the detector 105, converts the format, and transmits the detection signal to the computer system 140.
- the action beam control system 130 operates based on an instruction from the computer system 140.
- the action beam control system 130 includes a laser control unit 131 and an electron gun control unit 132.
- the laser control unit 131 controls the laser device 107 to irradiate the working laser.
- the electron gun control unit 132 controls the electron gun 106 to irradiate the working electron beam.
- the window 108 transmits at least a portion (preferably substantially the entire amount) of the working laser.
- FIG. 8 shows the configuration of the computer system 140.
- the computer system 140 can be configured to include a known computer and includes, for example, arithmetic and storage means.
- the arithmetic means includes, for example, a processor
- the storage means includes a storage medium such as a semiconductor memory device and a magnetic disk device. Part or all of the storage medium may be a non-transitory storage medium.
- the storage means may store the program. By executing this program by the processor, the computer system 140 may execute the function described in this embodiment.
- the computer system 140 includes a feature amount analysis system 150 and an operation / output system 160.
- the feature quantity analysis system 150 includes a correlation analysis unit 151, a dimensional analysis unit 152, a material characteristic analysis unit 153, and an electrical characteristic analysis unit 154.
- the operation / output system 160 includes an input unit 161 and an output unit 162.
- the input unit 161 includes an input device such as a keyboard and a mouse. Further, the output unit 162 includes an output device such as a display and a printer. The input unit 161 and the output unit 162 may be provided with communication means such as a network interface.
- FIG. 9 shows the irradiation timing of each beam by the inspection system 100.
- FIG. 9A shows the irradiation timing when measuring the dimensions based on the first inspection image. Only the inspection beam is irradiated, the working electron beam and the working laser are not. The detector operates while the inspection beam is being irradiated. The operating time of the detector may be shorter than the irradiation time of the inspection beam.
- FIG. 9B shows the irradiation timing when measuring the material properties based on the second inspection image.
- the inspection beam and the working laser are irradiated, and the working electron beam is not.
- the detector operates while the inspection beam and the working laser are being irradiated.
- the operating time of the detector may be shorter than the irradiation time of the inspection beam.
- FIG. 9 (c) shows the irradiation timing when measuring the electrical characteristics based on the third inspection image.
- the inspection beam and the working electron beam are irradiated, and the working laser is not. Further, the working electron beam and the inspection beam are irradiated so that the irradiation timings do not overlap.
- the detector operates only while the inspection beam is irradiated and does not operate while the working electron beam is irradiated.
- FIG. 10 shows a specific example of the sample 200 measured by the inspection system 100.
- the sample 200 includes an interlayer film 201, a gate film 202, and a plug 203.
- FIG. 11 shows a specific example of the inspection image generated by the inspection system 100.
- This example corresponds to the structure of FIG.
- Image I1 of FIG. 11A is an example of a first inspection image used for dimension measurement.
- Image I1 is an inspection image related to irradiation of the inspection beam.
- the computer system 140 (for example, the dimensional analysis unit 152) irradiates the inspection beam to generate the image I1, and based on the image I1, a first feature amount (in this example, the diameter of each plug 203) with respect to the pattern on the sample 200. ).
- Image I2 in FIG. 11B is an example of a second inspection image used for measuring material properties.
- Image I2 is an inspection image relating to irradiation of the working laser and the inspection beam.
- the computer system 140 (for example, the material property analysis unit 153) irradiates an action laser and an inspection beam to generate an image I2, and based on the image I2, a second feature amount related to the pattern (in this example, the film of each plug 203). Thick) to get.
- the amount of secondary electrons changes due to the irradiation of the working laser, the image I2 becomes an image different from the image I1, and the film thickness of each plug 203, which is difficult to measure only by the image I1, can be measured.
- Image I3 in FIG. 11C is an example of a third inspection image used for measuring electrical characteristics.
- Image I3 is an inspection image relating to irradiation of the working electron beam and the inspection beam.
- a computer system 140 eg, electrical characteristic analysis unit 1544 irradiates an action electron beam and an inspection beam to generate an image I3, and based on the image I3, a third feature quantity relating to the pattern (in this example, each plug 203). Capacitance) is acquired.
- the amount of secondary electrons changes due to the irradiation of the working electron beam, the image I3 becomes an image different from the image I1, and the capacitance of each plug 203, which is difficult to measure only by the image I1, can be measured.
- a person skilled in the art can appropriately design a specific method for acquiring each feature amount based on the images I1 to I3.
- the diameter and film thickness of the plug 203 can be calculated using image processing techniques.
- the capacitance of the plug 203 can be calculated based on the amount of secondary electrons or the amount of change (the amount of change between the image I1 and the image I3).
- FIG. 12 shows an example of correlation analysis of a plurality of characteristics at the same location.
- each plug 203 can be identified based on the image I1.
- each plug 203 is identified by assigning an identifier (ID) of 1 to 10. Further, by aligning the three images I1 to I3 shown in FIG. 11, each characteristic can be associated with each plug 203 as shown in FIG. 12 (b).
- ID identifier
- FIG. 12B By using the information shown in FIG. 12B, it becomes easier to analyze the correlation of a plurality of characteristics at the same location.
- the plug 203 having an ID of 1 has a dimension of 0.124 ⁇ m, a capacitance of 27 fF, and a film thickness of 2.12 nm.
- FIG. 13 shows an example of a method for detecting a pattern defect based on a correlation analysis.
- the computer system 140 may generate and output the graph shown in FIG. FIG. 13A shows the correlation between the diameter of each plug and the capacitance.
- the double-headed arrow indicates the normal range. Two plugs are out of normal range. It can be considered that a lithography / etching abnormality has occurred in these plugs.
- FIG. 13B shows the correlation between the film thickness of each plug and the capacitance.
- the double-headed arrow indicates the normal range. Two plugs are out of normal range. It can be considered that a gate abnormality has occurred in these plugs.
- the computer system 140 has at least one of the first, second and third features (capacitance in the example of FIG. 13) and a predetermined threshold value (for example, the upper limit and the lower limit of the normal range). Based on, information representing a defect in the pattern can be obtained. In this way, defects can be detected automatically.
- FIG. 14 is a flowchart showing an operation example of the inspection system 100.
- the inspection system 100 starts the analysis (step S101).
- the computer system 140 controls the inspection beam control system 120 to move the irradiation position of the inspection beam to an appropriate position with respect to the sample 200 (step S102).
- the computer system 140 sets the feature amount to be acquired (step S103).
- FIG. 15 shows an example of a UI (user interface) screen for setting the feature amount to be acquired.
- the feature amount related to the dimensions appearing in the image I1 can be set.
- the feature amount related to the dimensions is shown as a "shape" in the example of FIG. 15, and one or more of the width, length, center of gravity, inner diameter, outer diameter, and the like of the pattern can be set. The user can arbitrarily specify these feature quantities.
- the feature amount related to the material properties can be set.
- the feature amount related to the material property is shown as "material" in the example of FIG. 15, and the information related to the film (for example, the type of the film, the thickness of the film, the composition of the film, etc.), the information related to the dopant, and the information related to the crystallinity are shown.
- Information about the carrier, outer diameter of the pattern, etc. can be set to one or more.
- the composition of the material and the RC time constant may be set as the second feature amount.
- the "film thickness" is a dimension that appears in image I2 (ie, a measurable length on the image) and / or a dimension that does not appear in image I2 (ie, the length in the depth direction with respect to the image).
- Information about a dopant includes, for example, one or more of dopant types, dopant concentrations, dopant depths, dopant region contours, and the like.
- Information about crystallinity includes information indicating whether it is amorphous or polymorphic.
- Information about carriers includes, for example, carrier mobility and / or carrier life.
- the material properties of the pattern in the sample can be measured, and the correlation analysis with other properties at the same location becomes easier.
- the feature amount related to the electrical characteristics can be set.
- the feature quantity related to the electrical characteristic is shown as "electricity" in the example of FIG. 15, and has capacitance, resistance (electric resistance), time constant (for example, RC time constant), diode characteristic (for example, VI characteristic), and the like. One or more of them can be set. Specific definitions of these values can be appropriately determined by those skilled in the art, and for example, the resistance can be a resistance between two appropriate points of each pattern.
- the electrical characteristics of the pattern in the sample can be measured, and the correlation analysis with other characteristics at the same location becomes easier.
- the computer system 140 sets the irradiation conditions of the inspection beam and each action beam (step S104).
- the UI of FIG. 15 is also used to set irradiation conditions. The user can arbitrarily specify the irradiation conditions.
- the irradiation conditions of the inspection beam include irradiation energy (for example, acceleration voltage), irradiation amount (for example, irradiation current and / or irradiation period), irradiation area (for example, a field of view determined according to the observation magnification), and scanning speed.
- Etc. include one or more.
- the inspection beam may be irradiated in a pulse shape, and in that case, the irradiation condition of the inspection beam may include a pulse width and / or an interval (described later in relation to FIG. 18 (b)).
- the irradiation conditions of the inspection beam are the case of irradiating only the inspection beam, the case of irradiating the inspection beam and the action laser (“material inspection”), and the case of irradiating the inspection beam and the action electron beam. (“Electrical inspection”) may be configured so that each can be set.
- the irradiation condition of the working laser is displayed at the bottom of the "material inspection" column.
- the irradiation condition of the working laser includes one or more of irradiation energy (for example, wavelength and average intensity), polarization (for example, S-polarization or P-polarization), and the like.
- the working laser can also be irradiated in a pulsed manner, in which case the irradiation conditions of the working laser may include a pulse width and / or a pulse period.
- the irradiation condition of the working electron beam is displayed at the lower part of the "electrical inspection" column.
- the irradiation conditions of the working electron beam include irradiation energy (for example, acceleration voltage) and / or irradiation amount (for example, irradiation current and irradiation period).
- the working electron beam can also be irradiated in a pulsed manner, in which case the irradiation conditions of the working electron beam may include a pulse width and / or a pulse period.
- the inspection beam, the first action beam (action laser), and the second action beam (action electron beam) can all be irradiated under different conditions. It is not necessary to irradiate all of these beams under different conditions, and at least one of the inspection beam, the first action beam and the second action beam is set to be different from the other two. If possible.
- “different” means the beam type (for example, visible light or light having a shorter wavelength, electromagnetic wave having a wavelength longer than visible light, charged particles, etc.), irradiation energy. It means that one or more of (energy or wavelength), irradiation period, irradiation area, etc. are different.
- the computer system 140 controls the inspection beam control system 120 to irradiate the inspection beam and acquire the image I1 (step S105). For example, the computer system 140 generates an image of the sample 200 based on the detection signal from the detector 105 (in this embodiment, the detection signal after processing by the signal processing unit 121).
- the computer system 140 acquires a first feature amount (for example, the diameter of the plug) regarding the pattern on the sample based on the image I1 (step S106, FIG. 11A). ..
- the computer system 140 controls the inspection beam control system 120 and the action beam control system 130 to irradiate the action laser and the inspection beam, and acquires the image I2 (step S107). For example, the computer system 140 generates an image of the sample 200 based on the detection signal from the detector 105 (in this embodiment, the detection signal after processing by the signal processing unit 121).
- the computer system 140 acquires a second feature amount (for example, the film thickness of the plug) regarding the pattern on the sample based on the image I2 (step S108, FIG. 11 (b). )).
- the computer system 140 may acquire a change in the amount of secondary electrons between the image I1 and the image I2, and may acquire a second feature amount based on this change.
- the computer system 140 controls the inspection beam control system 120 and the action beam control system 130 to irradiate the action electron beam and the inspection beam, and acquires the image I3 (step S109). For example, the computer system 140 generates an image of the sample 200 based on the detection signal from the detector 105 (in this embodiment, the detection signal after processing by the signal processing unit 121).
- the computer system 140 acquires a third feature amount (for example, capacitance) regarding the pattern on the sample based on the image I3 (step S110, FIG. 11 (c)).
- the computer system 140 may acquire a change in the amount of secondary electrons between the image I1 and the image I3, and may acquire a third feature amount based on this change.
- the computer system 140 analyzes the correlation of each characteristic at the same location (step S111, FIG. 12). Next, the computer system 140 outputs the result of the correlation analysis (step S112, FIG. 13).
- FIG. 16 shows an example of a UI screen that is output in connection with the process of FIG.
- the UI screen includes images I1 to I3.
- the UI screen also includes an image I4 (eg, any of the graphs shown in FIG. 13 is switchably displayed) showing the defects of each pattern sample. In the image I4, the user may arbitrarily change the threshold value for determining the defect.
- the UI screen also includes images I5 and I6 showing the global distribution of defects in sample 200. Image I5 corresponds to the determination result based on the graph shown in FIG. 13A, and image I6 corresponds to the determination result based on the graph shown in FIG. 13B.
- step S113 the computer system 140 ends the process of FIG. 14 (step S113).
- the correlation analysis of a plurality of characteristics at the same location becomes easier.
- Embodiment 2 Hereinafter, the inspection system according to the second embodiment will be described. The description may be omitted for the parts common to the first embodiment.
- FIG. 17 shows the configuration of the inspection system 100 according to the second embodiment.
- the electron beam emitted from the electron source 102 functions not only as an inspection beam but also as a working electron beam.
- the inspection system 100 according to the second embodiment includes a deflector 109 in place of the electron gun 106 of the inspection system 100 (FIG. 7) according to the first embodiment.
- the action beam control system 130 controls the deflector 109 to deflect the action electron beam and irradiate the sample 200 at a desired position.
- the inspection system 100 includes a database 170.
- the database 170 stores the relationship between the amount or change of secondary electrons associated with the irradiation of at least one of the acting laser and the acting electron beam and at least one of the second and third feature quantities.
- the database 170 stores the relationship between the amount or change amount of secondary electrons related to the irradiation of the acting laser and the second feature amount, and the secondary electrons related to the irradiation of the acting electron beam.
- the relationship between the amount or the amount of change and the third feature amount is memorized.
- a second feature (or a third).
- the value of feature quantity) is associated.
- the database 170 can be created in advance.
- the inspection system 100 refers to the database 170 in steps S108 and S110 (FIG. 14).
- the computer system 140 refers to the database 170 based on the amount or variation of secondary electrons associated with the irradiation of at least one of the working laser and the working electron beam to obtain at least one of the second and third features. get.
- FIG. 18 shows the irradiation timing of each action beam according to the second embodiment.
- FIG. 18A shows the irradiation timing when measuring the material properties based on the second inspection image.
- the inspection beam and the working laser are irradiated, and the working electron beam is not. Further, the working laser and the inspection beam are irradiated so that the irradiation timings do not overlap.
- the detector operates only while the inspection beam is irradiated and does not operate while the working laser is irradiated.
- FIG. 18B shows the irradiation timing when measuring the electrical characteristics based on the third inspection image.
- the inspection beam and the working electron beam are irradiated, and the working laser is not. Further, the working electron beam and the inspection beam are irradiated so that the irradiation timings do not overlap. In particular, from the time when the irradiation of the working electron beam is completed, the irradiation of the inspection beam is started after a predetermined interval.
- the inspection beam control system 120 may include a chopper. By controlling the chopper, it may be switched whether the electron beam emitted from the electron source 102 becomes an inspection beam or a working electron beam.
- the first or second action beam in the present embodiment, the action electron beam to be the second action beam
- the irradiation mechanism of the action beam for example, the electron gun 106
- the configuration is simplified.
- FIG. 19 shows a specific example of the sample 200 according to the second embodiment.
- the processing step of the sample 200 includes steps A and B.
- SiO2 is deposited on the Si substrate and then etched, whereby the SiO2 region is formed on the Si substrate.
- FIG. 19B Poly—Si (polysilicon) is further deposited in step B and then etched to form a Poly—Si region on the SiO2 region.
- IDs 1 to 3 are referred to as IDs 1 to 3, respectively. It is assumed that the quality of SiO2 is low only in the central pattern (ID2) (the tile pattern in the figure is shown differently).
- FIG. 20 shows an example of the measurement result immediately after the process A (before the process B).
- FIG. 20A is the result of measuring the material properties. When the wavelength of the working laser is lengthened, the amount of secondary electrons decreases, but the decrease of ID2 is slower than that of ID1 and ID3, and it can be seen that ID2 has poor crystallinity.
- FIG. 20B is the result of measuring the electrical characteristics. The amount of secondary electrons changes when the interval between the acting electron beam and the inspection beam is changed, but it can be seen that ID2 has many secondary electrons regardless of the interval and has poor insulation.
- FIG. 21 shows an example of the measurement result immediately after the process B.
- FIG. 21A is the result of measuring the material properties.
- the crystallinity of ID2 is greatly improved as compared with that shown in FIG. 20 (a), and is not so different from that of ID1 and ID3. That is, it can be seen that the crystallinity of ID2 was improved as the process proceeded.
- FIG. 21B is the result of measuring the electrical characteristics.
- the insulation of ID2 is slightly improved as compared with that shown in FIG. 20 (b), but is still poor as compared with ID1 and ID3. That is, it can be seen that the insulating property of ID2 is not improved so much even if the process progresses.
- FIG. 22 shows an example of changes in the feature amount as the process progresses.
- FIG. 22 (a) shows an example of change in material properties (crystallinity in this example)
- FIG. 22 (b) shows an example of changes in electrical properties (insulation in this example).
- the values shown in FIG. 22 are not directly related to the values shown in FIGS. 20 and 21.
- Each feature amount measured in each process is output in association with each process.
- the computer system 140 acquires information indicating a plurality of processing steps (step A and step B in the present embodiment) for the sample 200. Further, the computer system 140 has, for each of the plurality of processing steps for the sample 200, at least one of the first, second or third feature quantities (in the present embodiment, crystallinity as the second feature quantity and crystallinity. Insulation as a third feature quantity) is acquired. Then, the computer system 140 has at least one of the first, second, or third feature quantities related to each of the processing steps (in the present embodiment, the crystallinity as the second feature quantity and the third feature quantity). Insulation property) is output in association with the processing process.
- the first, second or third feature quantities in the present embodiment, crystallinity as the second feature quantity and crystallinity. Insulation as a third feature quantity
- Insulation property is output in association with the processing process.
- Embodiment 3 Hereinafter, the inspection system according to the third embodiment will be described. The description of the parts common to the first or second embodiment may be omitted.
- FIG. 23 shows the configuration of the inspection system 100 according to the third embodiment. Similar to the second embodiment (FIG. 17), the deflector 109 is provided in place of the electron gun 106 (FIG. 7). Further, the database 170 (FIG. 17) may be omitted as shown in the figure.
- FIG. 24 shows a specific example of the sample 200 according to the third embodiment.
- the processing step of the sample 200 includes steps A and B.
- step A a part of the region in the Si substrate is oxidized to SiO2, and the contact hole 210 is formed so as to partially expose the Si region.
- one of the contact holes 210 has a small exposed area in the Si region, which is a defect 211.
- the contact hole 210 is filled to form the contact plug 212, but as described above, the contact area between the contact plug 212 and the Si region becomes smaller in the portion corresponding to the defect 211. ing.
- FIG. 25 shows the result of the measurement according to the third embodiment.
- FIG. 25A is an example of the result of measuring the dimension (diameter in the longitudinal direction of the contact hole 210) immediately after the step A (before the step B).
- FIG. 25B is an example of the result of measuring the material properties immediately after the process A (before the process B).
- the composition of the material Si or SiO2 is measured as a material property, and the overlay amount (width of the Si region exposed in the contact hole 210) or the contour of the Si region is measured based on this. In the contact hole 210 corresponding to the defect 211, the overlay amount is small.
- FIG. 25 (c) is an example of the result of measuring the electrical characteristics immediately after the process B.
- the contact plug 212 corresponding to the defect 211 has a higher resistance than the other contact plugs 212 (shown in dark gray). Further, for a part of the contact plug 212 that does not correspond to the defect 211 (contact plug 212a shown in medium gray in the example of FIG. 25C), the overlay amount is normal, but the resistance is large.
- the computer system 140 classifies patterns (contact holes 210 and contact plugs 212 in the present embodiment). That is, at least one of the first, second, and third feature amounts (in the present embodiment, the dimension as the first feature amount, the overlay amount based on the composition as the second feature amount, and the third feature amount. Patterns (contact holes 210 and contact plugs 212 in this embodiment) are classified based on the resistance as a feature amount of the above. This classification is based on, for example, a predetermined range.
- FIG. 26 shows an example of the result of pattern classification.
- the horizontal axis of FIG. 26A represents the diameter of the contact hole 210, and the vertical axis represents the overlay amount.
- the horizontal axis of FIG. 26B represents the overlay amount, and the vertical axis represents the electrical characteristics (for example, resistance).
- the upper and lower limits of the normal range are designated for the horizontal axis and the vertical axis of FIG. 26 (a) and the vertical axis of FIG. 26 (b). Patterns within the normal range are classified as "good” and patterns outside the normal range are classified as "bad".
- the computer system 140 may output such a classification result.
- FIG. 27 shows another example of the result of pattern classification.
- the computer system 140 may output the classification result in the format as shown in FIG. 27.
- 27 (a) to 27 (c) show the regions on the wafer separately and display the regions, and the number or density of the patterns determined to be defective is shown for each region.
- Embodiment 4 the inspection system according to the fourth embodiment will be described. The description may be omitted for the parts common to any one of the first to third embodiments.
- a gate 220 and a source / drain 221 are formed on the sample 200 as a pattern. As shown in FIG. 28 (a), if the implant depth of the source / drain 221 is too shallow, a non-negligible leak current is generated, which is not preferable. Therefore, as shown in FIG. 28 (b), it is preferable to suppress the leak current by appropriately controlling the implant depth.
- FIG. 29 shows the principle of the method of controlling the implant depth using the inspection system according to the fourth embodiment.
- FIG. 29 (a) shows the relationship between the size of the pattern and the RC time constant at the time of irradiation with the working electron beam. The normal range is determined by the performance specifications.
- FIG. 29 (b) shows the relationship between the RC time constant (one of the electrical characteristics) when irradiating the working electron beam and the RC time constant (one of the material characteristics) when irradiating the working laser.
- the RC time constant when irradiating the working electron beam and the RC time constant when irradiating the working laser show a high correlation, but the wavelength of the working laser is short.
- the RC time constant at the time of irradiating the acting electron beam does not correlate with the RC time constant at the time of irradiating the acting laser, or the correlation is low.
- the sample 200 can be designed based on the relationships. For example, the relationship between the wavelength of light and the depth at which light enters the sample 200 can be measured or calculated in advance as shown in FIG. 29 (c). Then, from the result of FIG. 29 (b), it can be seen that the leakage current can be appropriately suppressed by implanting the implant to a depth of 300 nm through which the working laser having a wavelength of 400 nm enters.
- the sample 200 (or pattern) can be designed more appropriately.
- Embodiment 5 the inspection system according to the fifth embodiment will be described. The description may be omitted for the parts common to any one of the first to fourth embodiments.
- FIG. 30 shows a specific example of the sample 200 according to the fifth embodiment.
- FIG. 30 (a) is a cross-sectional view
- FIG. 30 (b) is a top view.
- a SiO film and a SiN film are formed on the Si substrate, forming a pattern as a laminated film.
- the thickness x of the SiO film and the thickness y of the SiN film may vary due to variations in film formation conditions.
- the dimension D (for example, diameter) may differ depending on the patterning conditions. Since the performance of the sample 200 changes depending on the film thickness x, y and the dimension D, it is useful to appropriately measure and manage these values.
- FIG. 31 shows an example of the result of measuring the dimension D.
- FIG. 31 (a) shows an inspection image (first inspection image) without using the action beam
- FIG. 31 (b) shows the dimension D (diameter) of each pattern.
- the acceleration voltage of the inspection beam was 800 V
- the current was 8 pA.
- FIG. 31A four patterns are formed, and these are referred to as IDs 1 to 4, respectively.
- FIG. 32 shows an example of the result of measuring the material properties.
- the material property is the depth in the direction orthogonal to the screen (ie, at least dimensions that do not appear directly in the inspection image).
- the wavelength of the working laser was 350 nm
- the average intensity was 500 mW
- the second inspection image was acquired using S-polarization and P-polarization, respectively.
- the acceleration voltage of the inspection beam was 500 V
- the current was 20 pA.
- FIG. 32 (a) is an image when S polarization is used
- FIG. 32 (b) is an image when P polarization is used. These are all the second inspection images.
- FIG. 32 (c) shows the brightness (corresponding to the amount of secondary electrons) of each pattern in each inspection image. Based on the brightness, the light absorption of each pattern can be calculated. Further, in the present embodiment, the relationship between the composition of the material and the degree of light absorption for each polarization is stored in advance in the database 170 (see FIG. 17) or the like.
- FIG. 33 shows a specific example of the degree of light absorption.
- each pattern is composed of two types of films, and the brightness for the two types of polarization is measured, so that the film thicknesses x and y can be calculated by solving the simultaneous equations.
- Ss is the brightness in the inspection image when the acting laser is S-polarized
- Sp is the brightness in the inspection image when the acting laser is P-polarized.
- the functions f (Ss) and f (Sp) are, for example, linear functions and are stored in a database 170 or the like.
- FIG. 34 shows an example of the results of calculating the film thicknesses x and y.
- the dimension (thickness) in the depth direction of the image can be measured as the second feature amount by using the second inspection image. Therefore, when combined with the first inspection image, each pattern can be measured. You can know the thickness at the position.
- FIG. 35 shows an example of the result of measuring the electrical characteristics (capacitance).
- the acceleration voltage of the working electron beam was 500 V
- the current was 100 pA
- the interval was 1 ⁇ s.
- the acceleration voltage of the inspection beam was set to 500 V
- the current was set to 20 pA.
- FIG. 35 (a) is an image at the time of electrical characteristic measurement, that is, a third inspection image.
- FIG. 35B shows the brightness (corresponding to the capacitance) of each pattern in the inspection image.
- the relationship between the brightness and the capacitance can be stored in advance in, for example, the database 170.
- the capacitance can be measured as the third feature amount using the third inspection image. Therefore, when combined with the first and second inspection images, each feature amount at each position of the pattern Correlation can be easily analyzed.
- the inspection beam and the second action beam are electron beams, and the first action beam is a action laser, but the type of each beam can be arbitrarily changed.
- the first feature amount is an amount related to dimensions
- the second feature amount is an amount related to material properties
- the third feature amount is an amount related to electrical characteristics.
- Electron source (inspection beam irradiation system) 105 ... Detector 106 ... Electron gun (first action beam irradiation system) 107 ... Laser device (first action beam irradiation system) 140 ... Computer system 170 ... Database 200 ... Sample 211 ... Defect D ... Dimensions (first feature quantity) x, y ... Thickness (second feature amount) B1 ... Inspection beam B2 ... Laser (first action beam) B3 ... Electron beam (second action beam) B4 ... Secondary electrons (secondary charged particles) I1 ... Image (first inspection image) I2 ... Image (second inspection image) I3 ... Image (third inspection image) P1, P2, P3 ... Pattern
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Abstract
検査システム１００は、試料２００に対して検査ビームを照射する電子源１０２と、検査ビームを試料２００に照射することによって得られる二次電子を検出して、検出信号を出力する検出器１０５と、二次電子の量を変化させる作用レーザを照射するレーザ装置１０７と、二次電子の量を変化させる作用電子ビームを照射する電子銃１０６と、検出信号に基づいて試料２００の画像を生成するコンピュータシステム１４０と、を備える。コンピュータシステム１４０は、検査ビームの照射に係る検査画像Ｉ１を生成し、検査画像Ｉ１に基づいて、試料２００上のパターンに関する寸法等を取得し、作用レーザおよび検査ビームの照射に係る検査画像Ｉ２を生成し、検査画像Ｉ２に基づいて、パターンに関する材料特性を取得し、作用電子ビームおよび検査ビームの照射に係る検査画像Ｉ３を生成し、検査画像Ｉ３に基づいて、パターンに関する電気特性を取得する。
Description
本開示は検査システムに関する。
半導体デバイスに対して、より高い耐環境性および信頼性が要求されるに伴い、その製造工程では、加工寸法に加え、電気特性および材料特性を考慮したプロセス最適化が重要となっている。また、加工工程ごとに熱やダメージ等の異なる加工処理が行われるので、電気特性および材料特性は、加工工程が進むにつれて変化する。半導体デバイスの寸法、電気特性および材料特性には相関があり、半導体デバイスの性能管理には、加工工程ごとに変化する寸法、電気特性および材料特性のトレースが有用である。
半導体デバイス等の試料の検査において、インラインでの寸法計測には、非接触計測が可能で空間分解能の高いＳＥＭが広く利用されている。また、電気特性の計測には接触プローブ計測が一般的であり、材料特性の計測には光計測が一般的である。各計測手法は、接触か非接触かが異なり、また、空間分解能が異なる等、計測の特徴が異なるため、局所的な相関（たとえば同一箇所における寸法、電気特性および材料特性の相関）を解析することは困難である。また、各計測手法は、適用可能な工程が異なるため、異なる工程間で特性変化をトレースすることが困難である。
同一装置で複数の特性について非接触解析をする方法の例は、特許文献１に開示される。特許文献１の技術は、光、電子、イオン、Ｘ線等の複数のエネルギ源と、複数のエネルギ源ごとに複数の検出器系を有しており、前記複数のエネルギ源と検出器系によって得られる電気・材料特性からＣＤおよびオーバレイを計測する。
しかしながら、従来の技術では、同一箇所における複数の特性の相関解析が困難であるという課題があった。
たとえば、特許文献１の手法は非接触な計測手法であるものの、それぞれのエネルギ源で空間分解能が異なるため、同一箇所における複数の特性の相関解析が極めて困難である。
本開示はこのような課題を解決するためになされたものであり、同一箇所における複数の特性の相関解析をより容易にする検査システムを提供することを目的とする。
本開示に係る検査システムの一例は、
試料に対して荷電粒子ビームである検査ビームを照射する検査ビーム照射系と、
前記検査ビームを前記試料に照射することによって得られる二次荷電粒子を検出して、検出信号を出力する検出器と、
前記二次荷電粒子の量を変化させる、第１の作用ビームを照射する第１の作用ビーム照射系と、
前記二次荷電粒子の量を変化させる、第２の作用ビームを照射する第２の作用ビーム照射系と、
前記検出信号に基づいて前記試料の画像を生成するコンピュータシステムと、
を備え、
前記コンピュータシステムは、
前記検査ビームの照射に係る第１の検査画像を生成し、
前記第１の検査画像に基づいて、前記試料上のパターンに関する第１の特徴量を取得し、
前記第１の作用ビームおよび前記検査ビームの照射に係る第２の検査画像を生成し、
前記第２の検査画像に基づいて、前記パターンに関する第２の特徴量を取得し、
前記第２の作用ビームおよび前記検査ビームの照射に係る第３の検査画像を生成し、
前記第３の検査画像に基づいて、前記パターンに関する第３の特徴量を取得する。
試料に対して荷電粒子ビームである検査ビームを照射する検査ビーム照射系と、
前記検査ビームを前記試料に照射することによって得られる二次荷電粒子を検出して、検出信号を出力する検出器と、
前記二次荷電粒子の量を変化させる、第１の作用ビームを照射する第１の作用ビーム照射系と、
前記二次荷電粒子の量を変化させる、第２の作用ビームを照射する第２の作用ビーム照射系と、
前記検出信号に基づいて前記試料の画像を生成するコンピュータシステムと、
を備え、
前記コンピュータシステムは、
前記検査ビームの照射に係る第１の検査画像を生成し、
前記第１の検査画像に基づいて、前記試料上のパターンに関する第１の特徴量を取得し、
前記第１の作用ビームおよび前記検査ビームの照射に係る第２の検査画像を生成し、
前記第２の検査画像に基づいて、前記パターンに関する第２の特徴量を取得し、
前記第２の作用ビームおよび前記検査ビームの照射に係る第３の検査画像を生成し、
前記第３の検査画像に基づいて、前記パターンに関する第３の特徴量を取得する。
本開示に係る検査システムによれば、同一箇所における複数の特性の相関解析がより容易となる。
まず、図１～図６を用いて、本開示の原理の例について説明する。本開示に係る検査システムは、検査ビーム（たとえば電子ビーム）と、複数の作用ビームとを利用する。作用ビームは、検査ビームの照射によって得られる二次電子の量を変化させる（すなわち増加または減少させる）。
図１に、第１の作用ビームを利用している状態を示す。第１の作用ビームとしてレーザＢ２を照射領域３００に照射する。照射領域３００には試料２００が配置されており、レーザＢ２は試料２００に照射される。レーザＢ２の照射中または照射後に、検査ビームＢ１を試料２００に照射する。これによって試料２００から放出される二次電子Ｂ４を、検出器１０５で検出する。
図２に、試料２００の構造の例を示す。試料２００上に、物理的構造として、パターンＰ１～Ｐ３が形成されている。
レーザＢ２を試料２００に照射することにより、試料２００の材料特性（たとえば光の吸収係数）に応じてキャリアが励起され、放出される二次電子Ｂ４が増減する。二次電子Ｂ４の変化量は光の波長に依存するので、この依存性に基づき、試料２００の材料特性が特定できる。
図３に、作用レーザの波長と、二次電子の検出量との関係の例を示す。二次電子の検出量は材料特性（この例では光の吸収係数）に対応する。レーザの波長に応じて二次電子の検出量が変化するので、この変化の状態に基づいて材料特性を計測することができる。たとえば、図３のような計測結果と、様々な材料について計測されたデータとを比較することにより、パターンＰ１はＳｉＯから形成され、パターンＰ２はＳｉＯＮから形成され、パターンＰ３はＳｉＮから形成されているということが特定できる。
図４に、第２の作用ビームを利用している状態を示す。第２の作用ビームとして電子ビームＢ３を試料２００に照射する。電子ビームＢ３の照射中または照射後に、検査ビームＢ１を試料２００に照射する。これによって試料２００から放出される二次電子Ｂ４を、検出器１０５で検出する。
電子ビームＢ３を試料２００に照射することにより、試料２００の材料の電気特性に応じて、試料２００の表面電位が変化し、放出される二次電子Ｂ４が増減する。二次電子Ｂ４の変化量は電気特性に依存するので、この依存性に基づき、試料２００の電気特性が特定できる。
図５に、作用電子ビームの照射量（たとえば電荷）と、二次電子の検出量との関係の例を示す。二次電子の検出量は電気特性（この例では計測時の表面電位）に対応する。電子ビームの照射量に応じて二次電子の検出量が変化するので、この変化の状態に基づいて電気特性を計測することができる。たとえば、パターンＰ１は静電容量が大きく抵抗が中程度であり、パターンＰ２は静電容量が中程度で抵抗が小さく、パターンＰ３は静電容量が小さく抵抗が大きいということが特定できる。
図６に、電気特性と材料との関係の例を示す。図５について説明した電気特性に基づき、たとえば、パターンＰ１はＳｉＯから形成され、パターンＰ２はＳｉＯＮから形成され、パターンＰ３はＳｉＮから形成されているということが特定できる。
なお、このような材料特性および電気特性の相関を解析し、相関結果に基づき各パターンの良、不良を判定することも可能である。
以下、本開示の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
実施形態１．
図７に、実施形態１に係る検査システム１００の構成を示す。検査システム１００は、筐体１０１と、電子源１０２と、偏向器１０３と、対物レンズ１０４と、検出器１０５と、電子銃１０６と、レーザ装置１０７と、窓１０８と、検査ビーム制御系１２０と、作用ビーム制御系１３０と、コンピュータシステム１４０とを備える。
実施形態１．
図７に、実施形態１に係る検査システム１００の構成を示す。検査システム１００は、筐体１０１と、電子源１０２と、偏向器１０３と、対物レンズ１０４と、検出器１０５と、電子銃１０６と、レーザ装置１０７と、窓１０８と、検査ビーム制御系１２０と、作用ビーム制御系１３０と、コンピュータシステム１４０とを備える。
電子源１０２は検査ビーム照射系として機能し、試料２００に対して荷電粒子ビームである検査ビームを照射する。偏向器１０３および対物レンズ１０４は検査ビームを偏向させ、試料２００において所望の位置に照射させる。検査ビームを試料２００に照射することによって二次荷電粒子（本実施形態では電子であり、以下「二次電子」と呼ぶ）が得られる。検出器１０５は二次電子を検出して検出信号を出力する。
レーザ装置１０７は第１の作用ビーム照射系として機能し、試料２００に対して第１の作用ビームを照射する。本実施形態では第１の作用ビームはレーザであり、以下「作用レーザ」と呼ぶ場合がある。作用レーザは二次電子の量を変化させる。
電子銃１０６は第２の作用ビーム照射系として機能し、試料２００に対して第２の作用ビームを照射する。本実施形態では第２の作用ビームは電子ビームであり、以下「作用電子ビーム」と呼ぶ場合がある。作用電子ビームは二次電子の量を変化させる。
検査ビーム制御系１２０は、コンピュータシステム１４０からの指示に基づいて動作する。検査ビーム制御系１２０は、電子源１０２、偏向器１０３および対物レンズ１０４を制御して検査ビームを照射させる。また、検査ビーム制御系１２０は、信号処理部１２１を備える。信号処理部１２１は、検出器１０５からの検出信号を受信し、形式を変換してコンピュータシステム１４０に送信する。
作用ビーム制御系１３０は、コンピュータシステム１４０からの指示に基づいて動作する。作用ビーム制御系１３０は、レーザ制御部１３１および電子銃制御部１３２を備える。レーザ制御部１３１は、レーザ装置１０７を制御して作用レーザを照射させる。電子銃制御部１３２は、電子銃１０６を制御して作用電子ビームを照射させる。窓１０８は作用レーザの少なくとも一部（好ましくは実質的に全量）を透過させる。
図８に、コンピュータシステム１４０の構成を示す。コンピュータシステム１４０は公知のコンピュータを含んで構成することができ、たとえば演算手段および記憶手段を備える。演算手段はたとえばプロセッサを含み、記憶手段はたとえば半導体メモリ装置および磁気ディスク装置等の記憶媒体を含む。記憶媒体の一部または全部が、過渡的でない(non-transitory)記憶媒体であってもよい。記憶手段はプログラムを記憶してもよい。プロセッサがこのプログラムを実行することにより、コンピュータシステム１４０は本実施形態において説明される機能を実行してもよい。
コンピュータシステム１４０は、特徴量解析系１５０と、操作・出力系１６０とを備える。特徴量解析系１５０は、相関解析部１５１と、寸法解析部１５２と、材料特性解析部１５３と、電気特性解析部１５４とを備える。操作・出力系１６０は、入力部１６１と、出力部１６２とを備える。
入力部１６１は、たとえばキーボードおよびマウス等の入力装置を備える。また、出力部１６２は、たとえばディスプレイおよびプリンタ等の出力装置を備える。入力部１６１および出力部１６２は、ネットワークインタフェース等の通信手段を備えてもよい。
図９に、検査システム１００による各ビームの照射タイミングを示す。図９（ａ）は、第１の検査画像に基づき寸法を計測する際の照射タイミングである。検査ビームのみが照射され、作用電子ビームおよび作用レーザは照射されない。検出器は、検査ビームが照射されている間に動作する。検出器の動作時間は検査ビームの照射時間より短くても構わない。
図９（ｂ）は、第２の検査画像に基づき材料特性を計測する際の照射タイミングである。検査ビームおよび作用レーザが照射され、作用電子ビームは照射されない。検出器は、検査ビームおよび作用レーザが照射されている間に動作する。検出器の動作時間は検査ビームの照射時間より短くても構わない。
図９（ｃ）は、第３の検査画像に基づき電気特性を計測する際の照射タイミングである。検査ビームおよび作用電子ビームが照射され、作用レーザは照射されない。また、作用電子ビームと検査ビームとは、照射タイミングが重ならないように照射される。検出器は、検査ビームが照射されている間だけ動作し、作用電子ビームが照射されている間は動作しない。
図９（ｃ）に示す例では、作用電子ビームが連続的でなくパルス状に照射される。また、作用電子ビームのパルスと検査ビームのパルスとが交互に照射される。このようにすると、作用電子ビームのパルスの電流および時間を制御することにより、作用電子ビームの照射量（電流×時間＝電荷）を制御することが容易となる。
図１０に、検査システム１００によって計測される試料２００の具体例を示す。試料２００は、層間膜２０１と、ゲート膜２０２と、プラグ２０３とを備える。
図１１に、検査システム１００が生成する検査画像の具体例を示す。この例は図１０の構造に対応する。図１１（ａ）の画像Ｉ１は、寸法の計測に用いられる第１の検査画像の例である。画像Ｉ１は、検査ビームの照射に係る検査画像である。コンピュータシステム１４０（たとえば寸法解析部１５２）は、検査ビームを照射して画像Ｉ１を生成し、画像Ｉ１に基づいて、試料２００上のパターンに関する第１の特徴量（この例では各プラグ２０３の直径）を取得する。
図１１（ｂ）の画像Ｉ２は、材料特性の計測に用いられる第２の検査画像の例である。画像Ｉ２は、作用レーザおよび検査ビームの照射に係る検査画像である。コンピュータシステム１４０（たとえば材料特性解析部１５３）は、作用レーザおよび検査ビームを照射して画像Ｉ２を生成し、画像Ｉ２に基づいて、パターンに関する第２の特徴量（この例では各プラグ２０３の膜厚）を取得する。なお、作用レーザの照射により二次電子の量が変化し、画像Ｉ２は画像Ｉ１とは異なる画像となり、画像Ｉ１だけでは計測が困難な各プラグ２０３の膜厚を計測することができる。
なお、作用レーザの条件と、放出される二次電子の数との関係については、たとえば国際公開第２０２０／０５３９６７号パンフレットに記載されている。
図１１（ｃ）の画像Ｉ３は、電気特性の計測に用いられる第３の検査画像の例である。画像Ｉ３は、作用電子ビームおよび検査ビームの照射に係る検査画像である。コンピュータシステム１４０（たとえば電気特性解析部１５４）は、作用電子ビームおよび検査ビームを照射して画像Ｉ３を生成し、画像Ｉ３に基づいて、パターンに関する第３の特徴量（この例では各プラグ２０３の静電容量）を取得する。なお、作用電子ビームの照射により二次電子の量が変化し、画像Ｉ３は画像Ｉ１とは異なる画像となり、画像Ｉ１だけでは計測が困難な各プラグ２０３の静電容量を計測することができる。
画像Ｉ１～Ｉ３に基づいて各特徴量を取得するための具体的な手法は、当業者が適宜設計することができる。たとえば、プラグ２０３の直径および膜厚は画像処理技術を用いて算出することができる。また、プラグ２０３の静電容量は、二次電子の量または変化量（画像Ｉ１と画像Ｉ３との間の変化量）に基づいて算出することができる。
図１２に、同一箇所における複数の特性の相関解析の例を示す。図１２（ａ）に示すように、画像Ｉ１に基づき、各プラグ２０３を識別することができる。図１２（ａ）では各プラグ２０３に識別子（ＩＤ）として１～１０を付与して識別している。また、図１１に示す３つの画像Ｉ１～Ｉ３を位置合わせすることにより、図１２（ｂ）に示すように、各プラグ２０３において各特性を関連付けることができる。図１２（ｂ）に示す情報を用いることにより、同一箇所における複数の特性の相関解析がより容易となる。たとえば、ＩＤが１であるプラグ２０３は、寸法が０．１２４μｍであり、静電容量が２７ｆＦであり、膜厚が２．１２ｎｍである。
図１３に、相関解析に基づいてパターンの欠陥を検出する手法の例を示す。コンピュータシステム１４０は、図１３に示すグラフを生成し出力してもよい。図１３（ａ）は、各プラグの直径と静電容量との相関を表す。双頭矢印が正常範囲を表す。２つのプラグが正常範囲から外れている。これらのプラグでは、リソグラフィ・エッチング異常が発生していると考えることができる。
図１３（ｂ）は、各プラグの膜厚と静電容量との相関を表す。双頭矢印が正常範囲を表す。２つのプラグが正常範囲から外れている。これらのプラグでは、ゲート異常が発生していると考えることができる。
このように、コンピュータシステム１４０は、第１、第２および第３の特徴量のうち少なくとも１つ（図１３の例では静電容量）と、所定の閾値（たとえば正常範囲の上限および下限）とに基づき、パターンの欠陥を表す情報を取得することができる。このようにすると、欠陥の検出を自動的に行うことができる。
図１４は、検査システム１００の動作例を表すフローチャートである。検査システム１００は解析を開始する（ステップＳ１０１）。次に、コンピュータシステム１４０は、検査ビーム制御系１２０を制御し、試料２００に対して適切な位置に検査ビームの照射位置を移動させる（ステップＳ１０２）。次に、コンピュータシステム１４０は、取得すべき特徴量を設定する（ステップＳ１０３）。
図１５に、取得すべき特徴量を設定するためのＵＩ（ユーザインタフェース）画面の例を示す。第１の特徴量として、画像Ｉ１に表れる寸法に係る特徴量が設定可能である。寸法に係る特徴量は、図１５の例では「形状」として示され、パターンの幅、長さ、重心、内径、外径、等のうち１以上が設定可能である。ユーザはこれらの特徴量を任意に指定することができる。
このように画像Ｉ１に表れる寸法に係る特徴量を取得することにより、試料におけるパターンの位置または領域の特定が容易となり、同一箇所における複数の特性の相関解析がより容易となる。
第２の特徴量として、材料特性に係る特徴量が設定可能である。材料特性に係る特徴量は、図１５の例では「材料」として示され、膜に係る情報（たとえば、膜の種類、膜の厚さ、膜の構成等）、ドーパントに関する情報、結晶性に関する情報、キャリアに関する情報、パターンの外径、等のうち１以上が設定可能である。また、変形例において、第２の特徴量として、材料の組成およびＲＣ時定数が設定可能であってもよい。
本実施形態では、「膜の厚さ」とは、画像Ｉ２に表れる寸法（すなわち画像上で計測可能な長さ）および／または画像Ｉ２に表れない寸法（すなわち画像に対する深さ方向の長さ）を含む。ドーパントに関する情報は、たとえばドーパント種、ドーパント濃度、ドーパント深さ、ドーパント領域の輪郭、等のうち１以上を含む。結晶性に関する情報は、アモルファス性であるか、またはポリ性であるかを表す情報を含む。キャリアに関する情報は、たとえばキャリア移動度および／またはキャリア寿命を含む。
このように材料特性に係る特徴量を取得することにより、試料におけるパターンの材料特性が計測でき、同一箇所における他の特性との相関解析がより容易となる。
第３の特徴量として、電気特性に係る特徴量が設定可能である。電気特性に係る特徴量は、図１５の例では「電気」として示され、静電容量、抵抗（電気抵抗）、時定数（たとえばＲＣ時定数）、ダイオード特性（たとえばＶ－Ｉ特性）、等のうち１以上が設定可能である。これらの値の具体的な定義は当業者が適宜決定可能であり、たとえば抵抗については各パターンの適切な２点間の抵抗とすることができる。
このように電気特性に係る特徴量を取得することにより、試料におけるパターンの電気特性が計測でき、同一箇所における他の特性との相関解析がより容易となる。
図１４に戻り、ステップＳ１０３の後、コンピュータシステム１４０は、検査ビームおよび各作用ビームの照射条件を設定する（ステップＳ１０４）。図１５のＵＩは、照射条件を設定するためにも用いられる。ユーザは照射条件を任意に指定することができる。
図１５に示すように、検査ビームの照射条件は、照射エネルギー（たとえば加速電圧）、照射量（たとえば照射電流および／または照射期間）、照射領域（たとえば観察倍率に応じて決まる視野）、走査速度、等のうち１以上を含む。また、検査ビームはパルス状に照射することもでき、その場合には、検査ビームの照射条件はパルス幅および／またはインターバル（図１８（ｂ）に関連して後述する）を含んでもよい。
図１５に示すように、検査ビームの照射条件は、検査ビームのみを照射する場合と、検査ビームおよび作用レーザを照射する場合（「材料検査」）と、検査ビームおよび作用電子ビームを照射する場合（「電気検査」）とで、それぞれ設定できるように構成されていてもよい。
図１５の例では、作用レーザの照射条件は、「材料検査」カラムの下段に表示される。作用レーザの照射条件は、照射エネルギー（たとえば波長および平均強度）、偏光（たとえばＳ偏光またはＰ偏光）、等のうち１以上を含む。作用レーザはパルス状に照射することもでき、その場合には、作用レーザの照射条件はパルス幅および／またはパルス周期を含んでもよい。
また、図１５の例では、作用電子ビームの照射条件は、「電気検査」カラムの下段に表示される。作用電子ビームの照射条件は、照射エネルギー（たとえば加速電圧）および／または照射量（たとえば照射電流および照射期間）を含む。作用電子ビームはパルス状に照射することもでき、その場合には、作用電子ビームの照射条件はパルス幅および／またはパルス周期を含んでもよい。
このように、本実施形態では、検査ビーム、第１の作用ビーム（作用レーザ）、第２の作用ビーム（作用電子ビーム）をすべて異なる条件で照射することができる。なお、これらのビームをすべて異なる条件で照射する必要はなく、検査ビーム、第１の作用ビームおよび第２の作用ビームのうち少なくとも１つが、これらのうち他の２つに対して異なるように設定可能であればよい。ここで、ビームが「異なる」とは、ビーム種類（たとえば可視光またはこれより短い波長の光であるか、可視光より長い波長の電磁波であるか、荷電粒子であるか、等）、照射エネルギー（エネルギーまたは波長）、照射期間、照射領域、等のうち１つ以上が異なることを意味する。
このように、様々な種類のビームを様々な照射条件で照射できるので、後述するように特徴量として様々な情報を取得することができる。
図１４に戻り、ステップＳ１０４の後、コンピュータシステム１４０は、検査ビーム制御系１２０を制御して検査ビームを照射し、画像Ｉ１を取得する（ステップＳ１０５）。たとえば、コンピュータシステム１４０は、検出器１０５からの検出信号（本実施形態では信号処理部１２１による処理後の検出信号）に基づき、試料２００の画像を生成する。
次に、コンピュータシステム１４０（たとえば寸法解析部１５２）は、画像Ｉ１に基づいて、試料上のパターンに関する第１の特徴量（たとえばプラグの直径）を取得する（ステップＳ１０６、図１１（ａ））。
次に、コンピュータシステム１４０は、検査ビーム制御系１２０および作用ビーム制御系１３０を制御して作用レーザおよび検査ビームを照射し、画像Ｉ２を取得する（ステップＳ１０７）。たとえば、コンピュータシステム１４０は、検出器１０５からの検出信号（本実施形態では信号処理部１２１による処理後の検出信号）に基づき、試料２００の画像を生成する。
次に、コンピュータシステム１４０（たとえば材料特性解析部１５３）は、画像Ｉ２に基づいて、試料上のパターンに関する第２の特徴量（たとえばプラグの膜厚）を取得する（ステップＳ１０８、図１１（ｂ））。ここで、コンピュータシステム１４０は、画像Ｉ１と画像Ｉ２との間の二次電子の量の変化を取得し、この変化に基づいて第２の特徴量を取得してもよい。
次に、コンピュータシステム１４０は、検査ビーム制御系１２０および作用ビーム制御系１３０を制御して作用電子ビームおよび検査ビームを照射し、画像Ｉ３を取得する（ステップＳ１０９）。たとえば、コンピュータシステム１４０は、検出器１０５からの検出信号（本実施形態では信号処理部１２１による処理後の検出信号）に基づき、試料２００の画像を生成する。
次に、コンピュータシステム１４０（たとえば電気特性解析部１５４）は、画像Ｉ３に基づいて、試料上のパターンに関する第３の特徴量（たとえば静電容量）を取得する（ステップＳ１１０、図１１（ｃ））。ここで、コンピュータシステム１４０は、画像Ｉ１と画像Ｉ３との間の二次電子の量の変化を取得し、この変化に基づいて第３の特徴量を取得してもよい。
次に、コンピュータシステム１４０は、同一箇所での各特性の相関を解析する（ステップＳ１１１、図１２）。次に、コンピュータシステム１４０は、相関解析の結果を出力する（ステップＳ１１２、図１３）。
図１６に、図１５の処理に関連して出力されるＵＩ画面の例を示す。ＵＩ画面は、画像Ｉ１～Ｉ３を含む。また、ＵＩ画面は、各パターン試料の欠陥を表す画像Ｉ４（たとえば図１３に示すグラフのいずれかが切り替え可能に表示される）を含む。画像Ｉ４において、欠陥を判定するための閾値をユーザが任意に変更できるようになっていてもよい。また、ＵＩ画面は、試料２００における欠陥の大域的な分布状況を表す画像Ｉ５およびＩ６を含む。画像Ｉ５は、図１３（ａ）に示すグラフに基づく判定結果に対応し、画像Ｉ６は、図１３（ｂ）に示すグラフに基づく判定結果に対応する。
図１４に戻り、ステップＳ１１２の後、コンピュータシステム１４０は図１４の処理を終了する（ステップＳ１１３）。以上説明するように、実施形態１に係る検査システム１００によれば、同一箇所における複数の特性の相関解析がより容易となる。
実施形態２．
以下、実施形態２に係る検査システムについて説明する。実施形態１と共通する部分については、説明を省略する場合がある。
以下、実施形態２に係る検査システムについて説明する。実施形態１と共通する部分については、説明を省略する場合がある。
図１７に、実施形態２に係る検査システム１００の構成を示す。実施形態２では、電子源１０２から照射される電子ビームは、検査ビームのみならず、作用電子ビームとしても機能する。実施形態２に係る検査システム１００は、実施形態１に係る検査システム１００（図７）の電子銃１０６に代えて偏向器１０９を備える。作用ビーム制御系１３０（とくに電子銃制御部１３２）は、偏向器１０９を制御することにより、作用電子ビームを偏向させ、試料２００において所望の位置に照射させる。
また、検査システム１００はデータベース１７０を備える。データベース１７０は、作用レーザおよび作用電子ビームの少なくとも一方の照射に係る二次電子の量または変化量と、第２および第３の特徴量の少なくとも一方との関係を記憶する。本実施形態では、データベース１７０は、作用レーザの照射に係る二次電子の量または変化量と、第２の特徴量との関係を記憶し、かつ、作用電子ビームの照射に係る二次電子の量または変化量と、第３の特徴量との関係を記憶する。たとえば、作用レーザ（または作用電子ビーム）の照射条件と、二次電子の量または変化量との組に対して、またはこれらの組の系列に対して、第２の特徴量（または第３の特徴量）の値を関連付ける。データベース１７０は、事前に作成しておくことができる。
検査システム１００は、ステップＳ１０８およびＳ１１０（図１４）においてデータベース１７０を参照する。たとえば、コンピュータシステム１４０は、作用レーザおよび作用電子ビームの少なくとも一方の照射に係る二次電子の量または変化量に基づき、データベース１７０を参照して、第２および第３の特徴量の少なくとも一方を取得する。
このようにして第２および／または第３の特徴量を取得することにより、事前の計測データに基づくより精密な特徴量の取得が可能となる。
図１８に、実施形態２に係る各作用ビームの照射タイミングを示す。図１８（ａ）は、第２の検査画像に基づき材料特性を計測する際の照射タイミングである。検査ビームおよび作用レーザが照射され、作用電子ビームは照射されない。また、作用レーザと検査ビームとは、照射タイミングが重ならないように照射される。検出器は、検査ビームが照射されている間だけ動作し、作用レーザが照射されている間は動作しない。
図１８（ｂ）は、第３の検査画像に基づき電気特性を計測する際の照射タイミングである。検査ビームおよび作用電子ビームが照射され、作用レーザは照射されない。また、作用電子ビームと検査ビームとは、照射タイミングが重ならないように照射される。とくに、作用電子ビームの照射が終了した時点から、所定のインターバルの後、検査ビームの照射が開始される。
図１８（ｂ）に示すように、検査ビーム制御系１２０はチョッパを備えていてもよい。チョッパの制御によって、電子源１０２から照射される電子ビームが検査ビームとなるか作用電子ビームとなるかが切り替えられてもよい。
このように、第１または第２の作用ビーム（本実施形態では、第２の作用ビームとなる作用電子ビーム）が、パルス状に照射される検査ビームであるように構成することも可能である。このようにすると、作用ビームの照射機構（たとえば電子銃１０６）を省略することができ、構成が簡素になる。
図１９に、実施形態２に係る試料２００の具体例を示す。試料２００の加工工程は、工程Ａおよび工程Ｂを含む。まず図１９（ａ）に示すように、工程Ａにおいて、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２が堆積され、その後エッチングされ、これによってＳｉ基板上にＳｉＯ２領域が形成される。その後、図１９（ｂ）に示すように、工程ＢにおいてさらにＰｏｌｙ－Ｓｉ（ポリシリコン）が堆積され、その後エッチングされ、これによってＳｉＯ２領域上にＰｏｌｙ－Ｓｉ領域が形成される。
図１９（ｂ）では３つのパターンが形成されているが、これらをそれぞれＩＤ１～３として参照する。なお、中央のパターン（ＩＤ２）のみＳｉＯ２の品質が低いものとする（図のタイルパターンを異ならせて示す）。
実施形態２では、工程ＡおよびＢのそれぞれについて、図１４に示す動作が実行される。図２０は、工程Ａ直後（工程Ｂ前）に対する計測の結果例を示す。図２０（ａ）は材料特性を計測した結果である。作用レーザの波長を長くすると二次電子の量が減少するが、ＩＤ２はＩＤ１およびＩＤ３に比べて減少が遅く、ＩＤ２は結晶性が悪いということがわかる。図２０（ｂ）は電気特性を計測した結果である。作用電子ビームと検査ビームとのインターバルを変えると二次電子の量が変化するが、ＩＤ２はインターバルに関わらず二次電子が多く、絶縁性が悪いということがわかる。
図２１は、工程Ｂ直後に対する計測の結果例を示す。図２１（ａ）は材料特性を計測した結果である。ＩＤ２の結晶性は、図２０（ａ）に示すものに比べて大きく改善されており、ＩＤ１およびＩＤ３とそれほど差はない。すなわち、工程が進むことによりＩＤ２の結晶性が改善されたということがわかる。
図２１（ｂ）は電気特性を計測した結果である。ＩＤ２の絶縁性は、図２０（ｂ）に示すものに比べるとわずかに改善しているが、依然としてＩＤ１およびＩＤ３に比較すると悪い。すなわち、工程が進んでもＩＤ２の絶縁性はあまり改善されていないということがわかる。
図２２に、工程の進行に伴う特徴量の変化例を示す。図２２（ａ）は材料特性（この例では結晶性）の変化例を示し、図２２（ｂ）は電気特性（この例では絶縁性）の変化例を示す。なお図２２に示される値は、図２０および図２１に示される値とは直接関連しない。各工程において計測された各特徴量が、各工程に関連付けて出力されている。
このように、実施形態２に係るコンピュータシステム１４０は、試料２００に対する複数の加工工程（本実施形態では工程Ａおよび工程Ｂ）を示す情報を取得する。また、コンピュータシステム１４０は、試料２００に対する複数の加工工程のそれぞれについて、第１、第２または第３の特徴量のうち少なくとも１つ（本実施形態では第２の特徴量としての結晶性と、第３の特徴量としての絶縁性）を取得する。そして、コンピュータシステム１４０は、加工工程のそれぞれに係る第１、第２または第３の特徴量のうち少なくとも１つ（本実施形態では第２の特徴量としての結晶性と、第３の特徴量としての絶縁性）を、当該加工工程に関連付けて出力する。
このように各工程に各特徴量を関連付けて出力することにより、工程の進行に伴う特徴量の変化を容易に把握することができる。
実施形態３．
以下、実施形態３に係る検査システムについて説明する。実施形態１または２と共通する部分については、説明を省略する場合がある。
以下、実施形態３に係る検査システムについて説明する。実施形態１または２と共通する部分については、説明を省略する場合がある。
図２３に、実施形態３に係る検査システム１００の構成を示す。実施形態２（図１７）と同様に、電子銃１０６（図７）に代えて偏向器１０９が設けられる。また、図示のようにデータベース１７０（図１７）は省略してもよい。
図２４に、実施形態３に係る試料２００の具体例を示す。試料２００の加工工程は、工程Ａおよび工程Ｂを含む。まず図２４（ａ）に示すように、工程Ａにおいて、Ｓｉ基板内の一部の領域が酸化されてＳｉＯ２となり、Ｓｉ領域を一部露出するようにコンタクトホール２１０が形成される。ここで、コンタクトホール２１０の１つはＳｉ領域の露出面積が小さく、欠陥２１１となっている。
その後、図２４（ｂ）に示すように、コンタクトホール２１０が充填されてコンタクトプラグ２１２となるが、上述のように欠陥２１１に対応する部分ではコンタクトプラグ２１２とＳｉ領域との接触面積が小さくなっている。
図２５は、実施形態３に係る計測の結果を示す。図２５（ａ）は、工程Ａ直後（工程Ｂ前）に、寸法（コンタクトホール２１０の長手方向径）を計測した結果例である。図２５（ｂ）は、工程Ａ直後（工程Ｂ前）に、材料特性を計測した結果例である。材料特性として材料の組成（ＳｉまたはＳｉＯ２）が計測されており、これに基づいてオーバレイ量（コンタクトホール２１０において露出しているＳｉ領域の幅）またはＳｉ領域の輪郭が計測される。欠陥２１１に対応するコンタクトホール２１０では、オーバレイ量が小さくなっている。
図２５（ｃ）は、工程Ｂ直後に、電気特性を計測した結果例である。欠陥２１１に対応するコンタクトプラグ２１２では、他のコンタクトプラグ２１２に比べて抵抗が大きくなっている（濃いグレーで示す）。また、欠陥２１１に対応しないコンタクトプラグ２１２の一部（図２５（ｃ）の例では中程度のグレーで示すコンタクトプラグ２１２ａ）については、オーバレイ量は正常であるが抵抗が大きくなっている。
実施形態３では、コンピュータシステム１４０は、パターン（本実施形態ではコンタクトホール２１０およびコンタクトプラグ２１２）を分類する。すなわち、第１、第２および第３の特徴量のうち少なくとも１つ（本実施形態では、第１の特徴量としての寸法と、第２の特徴量としての組成に基づくオーバレイ量と、第３の特徴量としての抵抗と）に基づいて、パターン（本実施形態ではコンタクトホール２１０およびコンタクトプラグ２１２）を分類する。この分類は、たとえば所定の範囲に基づいて行われる。
図２６に、パターン分類の結果例を示す。図２６（ａ）の横軸はコンタクトホール２１０の径を表し、縦軸はオーバレイ量を表す。図２６（ｂ）の横軸はオーバレイ量を表し、縦軸は電気特性（たとえば抵抗）を表す。図２６（ａ）の横軸および縦軸と、図２６（ｂ）の縦軸とについて、正常範囲の上限および下限が指定されている。正常範囲内のパターンは「良」として分類され、正常範囲から外れるパターンは「不良」として分類される。コンピュータシステム１４０は、このような分類結果を出力してもよい。
図２７に、パターン分類の別の結果例を示す。コンピュータシステム１４０は、図２７のような形式で分類結果を出力してもよい。図２７（ａ）～（ｃ）は、それぞれウェハ上の領域を区分して表示し、各領域について、不良と判定されたパターンの数または密度を示している。
このようにパターンの分類を行うことにより、各パターンの特性（良・不良等）を容易に把握することができる。
実施形態４．
以下、実施形態４に係る検査システムについて説明する。実施形態１～３のいずれかと共通する部分については、説明を省略する場合がある。
以下、実施形態４に係る検査システムについて説明する。実施形態１～３のいずれかと共通する部分については、説明を省略する場合がある。
図２８を用いて、実施形態４に係る試料２００のインプラント制御を説明する。試料２００に、パターンとして、ゲート２２０と、ソース／ドレイン２２１とが形成されている。図２８（ａ）に示すように、ソース／ドレイン２２１のインプラント深さが浅すぎると無視できないリーク電流が発生し、これは好ましくない。そこで、図２８（ｂ）に示すように、インプラント深さを適切に制御することにより、リーク電流を抑制することが好ましい。
図２９に、実施形態４に係る検査システムを用いてインプラント深さを制御する手法の原理を示す。図２９（ａ）は、パターンの寸法と、作用電子ビーム照射時のＲＣ時定数との関係を示す。性能仕様によって正常範囲が決定されている。
図２９（ｂ）は、作用電子ビーム照射時のＲＣ時定数（電気特性の１つである）と、作用レーザ照射時のＲＣ時定数（材料特性の１つである）との関係を示す。作用レーザの波長が長い場合（△記号、λ＝５００ｎｍ）では、作用電子ビーム照射時のＲＣ時定数と、作用レーザ照射時のＲＣ時定数とは高い相関を示すが、作用レーザの波長が短い場合（○記号、λ＝４００ｎｍ、または□記号、λ＝３００ｎｍ）では、作用電子ビーム照射時のＲＣ時定数と、作用レーザ照射時のＲＣ時定数とは相関しないか、または相関が低い。
検査システムを用いて、図２９（ａ）および（ｂ）に示す関係性を取得することができるので、これに基づく試料２００の設計が可能となる。たとえば、光の波長と、光が試料２００に進入する深さとの関係は、予め図２９（ｃ）に示すように計測または算出することができる。そして、図２９（ｂ）の結果から、波長４００ｎｍの作用レーザが進入する深さ３００ｎｍまでインプラントを行えば、リーク電流を適切に抑制できるということがわかる。
このように、各特徴量の関係性を出力することにより、試料２００（またはパターン）の設計をより適切に行うことができる。
実施形態５．
以下、実施形態５に係る検査システムについて説明する。実施形態１～４のいずれかと共通する部分については、説明を省略する場合がある。
以下、実施形態５に係る検査システムについて説明する。実施形態１～４のいずれかと共通する部分については、説明を省略する場合がある。
図３０に、実施形態５に係る試料２００の具体例を示す。図３０（ａ）は断面図であり、図３０（ｂ）は上面図である。Ｓｉ基板上にＳｉＯ膜とＳｉＮ膜とが形成され、積層膜としてパターンとなっている。
成膜条件のばらつきによってＳｉＯ膜の厚さｘおよびＳｉＮ膜の厚さｙがそれぞれ変動する場合がある。また、パターンニングの条件によって寸法Ｄ（たとえば直径）も異なる場合がある。膜厚ｘ、ｙおよび寸法Ｄによって試料２００の性能が変化するので、これらの値を適切に計測し管理することが有用である。
図３１に、寸法Ｄを計測した結果例を示す。図３１（ａ）は作用ビームを用いない状態での検査画像（第１の検査画像）を示し、図３１（ｂ）は各パターンの寸法Ｄ（直径）を示す。この例では、検査ビームの加速電圧は８００Ｖとし、電流は８ｐＡとした。図３１（ａ）では４つのパターンが形成されているが、これらをそれぞれＩＤ１～４として参照する。
図３２に、材料特性を計測した結果例を示す。この例では、材料特性は画面に直交する方向の深さ（すなわち、検査画像には少なくとも直接的には表れない寸法）である。この例では、作用レーザの波長を３５０ｎｍとし、平均強度を５００ｍＷとし、Ｓ偏光およびＰ偏光を用いてそれぞれ第２の検査画像を取得した。検査ビームの加速電圧は５００Ｖとし、電流は２０ｐＡとした。図３２（ａ）はＳ偏光を用いた場合の画像であり、図３２（ｂ）はＰ偏光を用いた場合の画像である。これらはいずれも第２の検査画像である。
図３２（ｃ）は、各検査画像における各パターンの明度（二次電子の量に対応する）を示す。明度に基づき、各パターンの光の吸収度を算出することができる。また、本実施形態では、データベース１７０（図１７参照）等に、材料の組成と、各偏光に対する光の吸収度との関係が予め記憶されている。
図３３に、光の吸収度の具体例を示す。本実施形態では、各パターンは２種類の膜からなり、２種類の偏光に対する明度が計測されているので、連立方程式を解くことによって膜厚ｘ、ｙを算出することができる。図３３の例では次のようになる。
ｘ＋３ｙ＝ｆ（Ｓｓ）
５ｘ＋２０ｙ＝ｆ（Ｓｐ）
ただしＳｓは作用レーザをＳ偏光とした場合の検査画像における明度であり、Ｓｐは作用レーザをＰ偏光とした場合の検査画像における明度である。関数ｆ（Ｓｓ）およびｆ（Ｓｐ）はたとえば線形関数であり、データベース１７０等に記憶される。
ｘ＋３ｙ＝ｆ（Ｓｓ）
５ｘ＋２０ｙ＝ｆ（Ｓｐ）
ただしＳｓは作用レーザをＳ偏光とした場合の検査画像における明度であり、Ｓｐは作用レーザをＰ偏光とした場合の検査画像における明度である。関数ｆ（Ｓｓ）およびｆ（Ｓｐ）はたとえば線形関数であり、データベース１７０等に記憶される。
図３４に、膜厚ｘ、ｙを算出した結果例を示す。このように、第２の検査画像を用いて、第２の特徴量として画像の深さ方向の寸法（厚さ）を計測することができるので、第１の検査画像と組み合わせると、パターンの各位置における厚さを知ることができる。
図３５に、電気特性（静電容量）を計測した結果例を示す。この例では、作用電子ビームの加速電圧を５００Ｖとし、電流を１００ｐＡとし、インターバル（図１８（ｂ）参照）を１μｓとした。また、検査ビームの加速電圧を５００Ｖとし、電流を２０ｐＡとした。
図３５（ａ）は電気特性計測時の画像であり、すなわち第３の検査画像である。図３５（ｂ）は検査画像における各パターンの明度（静電容量に対応する）を示す。明度と静電容量との関係は、たとえばデータベース１７０に予め記憶しておくことができる。
このように、第３の検査画像を用いて、第３の特徴量として静電容量を計測することができるので、第１および第２の検査画像と組み合わせると、パターンの各位置における各特徴量の相関を容易に解析することができる。
その他の実施形態．
上述の実施形態１～５は、それぞれ独立した実施形態として提示したが、異なる実施形態の一部を組み合わせて実施することも可能である。
上述の実施形態１～５は、それぞれ独立した実施形態として提示したが、異なる実施形態の一部を組み合わせて実施することも可能である。
また、実施形態１～５では、検査ビームおよび第２の作用ビームが電子ビームであり、第１の作用ビームが作用レーザであるが、各ビームの種類は任意に変更可能である。
また、実施形態１～５では、第１の特徴量が寸法に係る量であり、第２の特徴量が材料特性に係る量であり、第３の特徴量が電気特性に係る量であるが、これらは任意に変更可能である。
１００…検査システム
１０２…電子源（検査ビーム照射系）
１０５…検出器
１０６…電子銃（第１の作用ビーム照射系）
１０７…レーザ装置（第１の作用ビーム照射系）
１４０…コンピュータシステム
１７０…データベース
２００…試料
２１１…欠陥
Ｄ…寸法（第１の特徴量）
ｘ，ｙ…厚さ（第２の特徴量）
Ｂ１…検査ビーム
Ｂ２…レーザ（第１の作用ビーム）
Ｂ３…電子ビーム（第２の作用ビーム）
Ｂ４…二次電子（二次荷電粒子）
Ｉ１…画像（第１の検査画像）
Ｉ２…画像（第２の検査画像）
Ｉ３…画像（第３の検査画像）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…パターン
１０２…電子源（検査ビーム照射系）
１０５…検出器
１０６…電子銃（第１の作用ビーム照射系）
１０７…レーザ装置（第１の作用ビーム照射系）
１４０…コンピュータシステム
１７０…データベース
２００…試料
２１１…欠陥
Ｄ…寸法（第１の特徴量）
ｘ，ｙ…厚さ（第２の特徴量）
Ｂ１…検査ビーム
Ｂ２…レーザ（第１の作用ビーム）
Ｂ３…電子ビーム（第２の作用ビーム）
Ｂ４…二次電子（二次荷電粒子）
Ｉ１…画像（第１の検査画像）
Ｉ２…画像（第２の検査画像）
Ｉ３…画像（第３の検査画像）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…パターン
Claims (11)
- 試料に対して荷電粒子ビームである検査ビームを照射する検査ビーム照射系と、
前記検査ビームを前記試料に照射することによって得られる二次荷電粒子を検出して、検出信号を出力する検出器と、
前記二次荷電粒子の量を変化させる、第１の作用ビームを照射する第１の作用ビーム照射系と、
前記二次荷電粒子の量を変化させる、第２の作用ビームを照射する第２の作用ビーム照射系と、
前記検出信号に基づいて前記試料の画像を生成するコンピュータシステムと、
を備え、
前記コンピュータシステムは、
前記検査ビームの照射に係る第１の検査画像を生成し、
前記第１の検査画像に基づいて、前記試料上のパターンに関する第１の特徴量を取得し、
前記第１の作用ビームおよび前記検査ビームの照射に係る第２の検査画像を生成し、
前記第２の検査画像に基づいて、前記パターンに関する第２の特徴量を取得し、
前記第２の作用ビームおよび前記検査ビームの照射に係る第３の検査画像を生成し、
前記第３の検査画像に基づいて、前記パターンに関する第３の特徴量を取得する、
ことを特徴とする検査システム。 - 前記検査ビーム、
前記第１の作用ビーム、
前記第２の作用ビーム、
のうち、少なくとも１つは、これらのうち他の２つに対して、
ビーム種類、
照射エネルギー、
照射期間、
照射領域、
のうち１つ以上が異なることを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。 - 前記検査システムは、前記第１および前記第２の作用ビームの少なくとも一方の照射に係る二次荷電粒子の量または変化量と、前記第２および第３の特徴量の少なくとも一方との関係を記憶するデータベースを備え、
前記コンピュータシステムは、前記第１および前記第２の作用ビームの少なくとも一方の照射に係る二次荷電粒子の量または変化量に基づき、前記データベースを参照して、前記第２および第３の特徴量の少なくとも一方を取得する
ことを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。 - 前記コンピュータシステムは、前記第１、第２および第３の特徴量のうち少なくとも１つと、所定の閾値とに基づき、前記パターンの欠陥を表す情報を取得することを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
- 前記コンピュータシステムは、前記第１、第２および第３の特徴量のうち少なくとも１つと、所定の範囲とに基づき、前記パターンを分類することを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
- 前記コンピュータシステムは、
前記試料に対する複数の加工工程のそれぞれについて、前記第１、第２または第３の特徴量のうち少なくとも１つを取得し、
前記加工工程のそれぞれに係る前記第１、第２または第３の特徴量のうち少なくとも１つを、当該加工工程に関連付けて出力する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。 - 前記第１の作用ビームはレーザであり、前記第２の作用ビームは電子ビームであることを特徴とする、請求項２に記載の検査システム。
- 前記第１または第２の作用ビームは、パルス状に照射される前記検査ビームであることを特徴とする、請求項２に記載の検査システム。
- 前記第１の特徴量は、前記第１の検査画像に表れる寸法を含むことを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
- 前記第２の特徴量は、
前記第２の検査画像に表れる寸法、
前記第２の検査画像に表れない寸法、
組成、
ドーパントに関する情報、
結晶性に関する情報、
キャリア移動度、
キャリア寿命、
ＲＣ時定数、
のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。 - 前記第３の特徴量は、
電気抵抗、
静電容量、
Ｖ－Ｉ特性、
ＲＣ時定数、
のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
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-
2021
- 2021-07-12 TW TW110125495A patent/TWI795838B/zh active
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| JP7493047B2 (ja) | 2024-05-30 |
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| US20240029994A1 (en) | 2024-01-25 |
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