KR102309432B1 - 하전 입자선 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SADP나 SAQP와 같은 복수 노광법 등으로 생성된 반복 패턴의 식별을 고정밀도로 행하는 하전 입자선 장치의 제공을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위해, 시료 위의 제1 위치에 하전 입자빔을 조사(照射)함으로써, 시료에 조사흔(痕)을 형성시키고, 조사흔의 형성 후, 상기 제1 위치를 포함함과 함께, 상기 조사흔보다 큰 제1 시야에 상기 하전 입자빔을 주사함으로써 제1 화상을 취득하고, 상기 제1 위치를 포함하고, 상기 조사흔보다 큰 시야이며, 또한 상기 제1 시야와는 다른 위치의 제2 시야에 상기 하전 입자빔을 주사함으로써 제2 화상을 취득하고, 상기 제1 화상과 제2 화상에 포함되는 조사흔을 겹치도록, 상기 제1 화상과 제2 화상을 합성하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

Description

하전 입자선 장치

본 개시는 하전 입자선 장치에 관한 것이며, 특히, 시료 위에 반복 형성된 패턴을 고정밀도로 측정할 수 있는 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

미세화가 진행되는 반도체 디바이스의 측정이나 검사를 행하기 위해, 주사 전자 현미경과 같은 하전 입자선 장치가 이용되고 있다. 한편, 최근의 전자 디바이스의 고기능화, 다기능화에 수반하여 미세화가 진행되어, 회로 패턴이 밀집화되게 되었다. 패턴의 대표 치수가 30㎚ 이하가 되고, 보다 피치가 작은 패턴을 형성하는 신기술로서, SADP(Self-aligned double patterning), SADP를 2회 행하는 SAQP(Self-aligned quadruple patterning)와 같은 기술이 도입되고 있다. 이러한 패터닝법으로 생성된 패턴은, 같은 패턴이 반복 배열되어 있기 때문에, 적정한 프로세스 평가를 행하기 위해서는, 평가의 대상이 되는 프로세스에 의해 생성된 패턴을 정확하게 특정할 필요가 있다. 특허문헌 1에는, 화상 데이터에 의거하여, 패턴의 러프니스를 평가하고, 러프니스 평가값에 의거하여 패턴 위치를 특정하는 방법이 설명되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 측정 대상 개소(箇所)와 관련성이 분명한 패턴 영역에, 경사빔을 조사(照射)함으로써, 패턴의 종류를 동정(同定)하고, 종류가 동정된 패턴을 측정하는 방법이 설명되어 있다.

일본국 특개2015-203614호 공보 일본국 특허 제6043528호(대응 미국특허USP8,872,106)

특허문헌 1에 개시된 방법에 따르면, 공정마다 러프니스의 평가값이 다른 점을 감안하여, 러프니스 평가값의 비교에 의해 패턴의 식별을 행하고 있지만, 하등의 요인에 의해 러프니스의 상태가 안정적이지 않을 경우, 패턴의 식별이 곤란해지는 것을 생각할 수 있다. 또한, 특허문헌 2에 따르면, 신호 파형 처리에 의거하는 고정밀도의 패턴 식별이 가능하지만, 패턴의 에지의 완성도나 주사선 방향에 따라, 프로파일 형상이 변화하는 것을 생각할 수 있어, 정확한 패턴 식별을 할 수 없게 될 경우를 생각할 수 있다.

이하에, SADP나 SAQP와 같은 복수 노광법 등으로 생성된 반복 패턴의 식별을 고정밀도로 행하는 것을 목적으로 하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 하전 입자원으로부터 방출된 하전 입자빔을 편향하는 편향기와, 상기 하전 입자빔의 조사 대상인 시료를 이동시키기 위한 스테이지와, 편향기 및 스테이지를 제어하는 제어 장치를 구비한 하전 입자선 장치로서 제어 장치는, 상기 시료 위의 제1 위치에 하전 입자빔을 조사함으로써, 시료에 조사흔(痕)을 형성시키도록 편향기를 제어하고, 조사흔의 형성 후, 상기 제1 위치를 포함함과 함께, 상기 조사흔보다 큰 제1 시야에 상기 하전 입자빔을 주사하도록 상기 편향기를 제어함으로써 제1 화상을 취득하고, 상기 제1 위치를 포함하고, 상기 조사흔보다 큰 시야이며, 또한 상기 제1 시야와는 다른 위치의 제2 시야에 상기 하전 입자빔을 주사하도록 상기 편향기를 제어함으로써 제2 화상을 취득하고, 상기 제1 화상과 제2 화상에 포함되는 조사흔을 겹치도록, 상기 제1 화상과 제2 화상을 합성하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

상기 구성에 의하면, 고정밀도의 측정이나 검사를 행할 수 있는 화상을 광범위에 걸쳐 취득하는 것이 가능해진다.

도 1은 주사 전자 현미경의 개략을 나타내는 도면.
도 2는 반복 패턴의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 빔의 조사흔을 부착한 후, 조사흔을 포함하는 복수의 화상을 생성하고, 조사흔을 기준으로 복수의 화상을 중첩시키는 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 4는 밀집 반복 패턴군 내에 고배율 화상을 취득하는 영역을 설정한 예를 나타내는 도면.
도 5는 밀집 반복 패턴군 내에 고배율 화상을 취득하는 영역과, 저배율 화상을 취득하는 영역을 설정한 예를 나타내는 도면.
도 6은 시료 위에 설정한 저배율 화상 취득 영역의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 저배율 화상의 촬상 위치와 밀집 반복 패턴의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 8은 주사 전자 현미경을 포함하는 계측 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 고배율 촬상 개소(콘터미네이션)를 이용한 저배율 화상을 중첩시키는 방법의 설명도.
도 10은 복수의 저배율 화상을 중첩시킨 예를 나타내는 도면.
도 11은 복수의 저배율 화상을 중첩시켰을 경우의 중첩 화상예를 나타내는 도면.
도 12는 합성 화상의 표시예를 나타내는 도면.
도 13은 합성 화상의 화상 생성 조건을 설정하는 GUI(Graphical User Interface) 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 합성 대상으로 한 고배율 화상과 저배율 화상의 표시예를 나타내는 도면.
도 15는 반복 패턴으로 형성된 조사흔과, 저배율 화상과의 위치 관계를 설명하는 도면.
도 16은 합성 화상을 생성할 때의 시야 위치 설정 공정을 설명하기 위한 플로우 차트.

이하에, 하전 입자선 장치에 있어서 시료를 고배율로 촬상 후에, 저배율로 촬상함으로써, 광영역의 측정을 행하는 하전 입자선 장치에 대해서 설명한다.

주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)으로 대표되는 하전 입자선 장치는, 시료에 대한 전자빔 등의 하전 입자선의 주사에 의해 얻어지는 하전 입자(이차 전자 등)를 검출하고, 화상을 형성하는 장치이다. 스테이지와 같은 시료대에 시료를 싣고, 스테이지 이동과의 하전 입자의 편향에 의해, 시료의 원하는 위치를 검사할 수 있다. 특히 반도체를 측정, 검사하는 SEM은, 반도체 디바이스 위의 원하는 위치에 존재하는 회로 패턴을 측정하기 위해, 레시피라고 불리는 장치의 동작 조건을 기억한 프로그램이 미리 작성되고, 당해 레시피에서 설정한 조건에 의거하여, 측정, 검사가 실행된다. 하전 입자선 장치는 높은 배율과 높은 계측 재현성이 있어, 단순한 측장이나 피치 측정뿐만 아니라, 화상에 찍혀 있는 패턴의 완성도를 평가하는 지표가 제안되는 등, 새로운 용도, 용건이 발생하고 있다.

한편, SADP, SAQP 등 프로세스 장치에 의한 미세화 기술이 진행되고 있다. SADP란 보다 피치가 작은 패턴을 형성하는 신기술이며, 종래의 리소그래피에 의해 레지스트 패턴을 형성한 후, 전체에 막을 형성하고, 에칭을 실시하여 레지스트 패턴 측벽에 패턴을 형성하는 방법이다. 이에 따라, 최초의 리소그래피로 작성한 패턴의 피치의 절반의 피치의 밀집 패턴을 형성할 수 있다. SAQP란, SADP로 형성한 패턴에 대하여 막퇴적을 행하고, 에칭을 실시하여 피치를 분할한다는 방법으로 미세한 라인 앤드 스페이스의 패턴을 형성한다.

이러한 반복 밀집 패턴의 검사로서는, 촬상 범위를 넓게 취하는 것이 바람직하지만, 해상도를 저하시키면 화상의 패턴이 판정 불가능해져 버린다. 그러나, 해상도를 올린 다(多)픽셀 화상의 촬상은 스루풋 저하나, 기억 영역의 압박으로 연결된다.

또한, CD-SEM(Critical Dimension-SEM) 계측 시퀀스에서는 측정 패턴을 정확하게 취하기 위해 계측 영역 근방에서 위치 맞춤을 실시하고 있지만, 위치 맞춤 장소로부터 스테이지 이동을 수반하는 거리에 존재하는 계측 대상의 밀집 반복 패턴에 정확하게 도달하는 것은 어렵다. 즉, 고배율로 촬상한 화상은 해상도가 높지만, 촬상 장소의 정밀도가 떨어진다.

이와 같이 고해상도로 광영역의 화상을 얻는 것은 어렵기 때문에, 반복 밀집 패턴의 정확한 특정과 고정밀도의 측정을 곤란하게 하고 있다. 즉, 반복 밀집 패턴의 계측을 행하기 위해, 고해상도로 광영역의 화상을 고효율로 취득할 수 있으면, SADP 등으로 생성된 패턴을 고정밀도로 측정할 수 있다.

이하에, 고해상도 화상의 취득과, 넓은 영역의 화상 취득을 고효율로 실현할 수 있는 하전 입자선 장치에 대해서 설명한다.

하전 입자선을 이용한 표면 관찰 장치, 예를 들면 전자 현미경을 이용하여 관찰을 행하면, 장치 조건에 따라서는, 시료의 전자선을 조사한 부분에 콘터미네이션(탄소 부착)이 부착된다. 콘터미네이션은, 기판을 관찰하기 위한 진공실 내에 잔류, 또는 기판 자체로부터 방출된 탄화수소계의 가스 분자가, 하전 입자가 조사된 부분에 응집하여 고체화·퇴적하는 것이다.

본 실시예에서는, 고배율(협시야) 화상을 취득함으로써, 시료 위의 제1 위치에 콘터미네이션을 부착시키고, 당해 콘터미네이션을, 콘터미네이션이 부착된 영역을 포함하는 넓은 영역(광시야)에 빔을 주사함으로써 얻어지는 저배율 화상의 기준위치로 하는 하전 입자선 장치에 대해서 설명한다. 보다 구체적으로는, 제1 조사 영역에 빔을 조사함으로써, 조사흔을 시료에 부착하고, 당해 조사흔을 포함함과 함께 당해 조사흔보다 넓은 제1 영역에, 빔을 주사함으로써 얻어지는 제1 화상을 취득하고, 상기 조사흔을 포함하고, 당해 조사흔보다 넓은 영역으로서, 상기 제1 영역과는 다른 위치인 제2 영역에, 빔을 주사함으로써 얻어지는 제2 화상을 취득하고, 당해 제1 화상과 제2 화상을, 상기 조사흔을 기준으로 중첩시키는 하전 입자선 장치에 대해서 설명한다.

본 실시예에서는, 시료의 촬상 영역에는 콘터미네이션이 남는 것을 이용한다. 화상의 합성 위치를 콘터미네이션 개소로 특정하고, 복수의 화상을 합성함으로써 광영역의 계측을 가능하게 한다. 또한, 빔의 조사흔은, 콘터미네이션 이외에도, 빔의 조사에 의거하는 스퍼터 현상에 의해 시료 위에 형성되는 것이어도 되고, 빔을 조사함으로써 시료에 부착되는 대전이어도 된다. 대전을 부착시키면, 저배율 화상을 취득했을 때에, 다른 부분에 대한 전위의 차이에 의해, 시료로부터 방출되는 하전 입자의 양에 차이가 생겨, 전위 콘트라스트가 형성되기 때문에, 전위 콘트라스트를 이용하여, 다른 위치의 저배율상을 중첩시키도록 한다. 또한, 콘터미네이션의 부착을 확실히 하기 위해, 통상의 관찰용 빔보다 도즈량을 늘리도록 해도 된다.

도 9는 조사흔을 이용한 화상의 중첩 처리의 개요를 나타내는 도면이다.

우선 계측 정밀도가 높은 고배율로 촬상을 행한다(촬상 장소(204)의 촬상). 이 결과, 콘터미네이션이 촬상 개소에 발생한다. 이 촬상에 있어서는, 우선 계측 영역 근방에서의 위치 맞춤 장소로부터 스테이지 이동을 수반하지 않는 개소를 촬상한다. 그 다음에, 후술하는 저배율 화상 취득 영역에 포함되는 다른 고배율의 촬영 개소(203)를 촬상한다. 여기에서는 동일한 저배율의 촬상 범위에 포함될 예정인 위치를 촬상한다. 이후, 동일한 저배율의 촬상 범위에 포함되는 위치의 촬상을 반복한다.

그 후, 고배율로 촬상한 영역을 복수 포함한 광영역을 저배율로 촬영한다. 우선, 위치 맞춤 장소에서의 고배율 촬상 개소와, 다른 고배율 촬상 개소(촬상 장소(204))를 포함한 영역을 저배율로 촬상함으로써, 저배율 화상 1(206)을 취득한다. 이후는 앞서 촬상한 저배율 화상 영역에 포함되는 고배율의 촬상 개소(예를 들면 촬영 개소(203))를 포함하는 범위를 촬상함으로써, 저배율 화상 2(207)를 취득한다.

이 촬상 결과에서 얻어지는 저배율 화상에는, 고배율의 촬상 개소가 콘터미네이션 자국으로서 존재하고 있다. 저배율 화상은 고배율 촬상 개소를 중복시켜 촬상하고 있으므로, 동일한 콘터미네이션을 포함하는 복수의 저배율 화상이 존재한다. 시료의 동일 콘터미네이션이므로, 이 위치에서 화상을 합성하는 것을 반복하면, 광영역 화상에 가공이 가능해진다. 최초의 위치 맞춤 장소에서의 고배율 촬상 개소는 좌표 정밀도가 높고, 이 개소를 포함하는 광영역 화상은 반복 밀집 패턴이어도 측정이 가능해진다. 또한, CAD 데이터가 있으면, 동시에 화상 위의 패턴 형상으로부터도, 화상의 합성 위치를 추측할 수 있다.

이와 같이, 저배율의 화상의 콘터미네이션의 위치로부터, 고배율로 촬상한 계측 영역의 정확한 좌표를 추정할 수 있고, 이 콘터미네이션의 위치를 바탕으로 복수의 저배율 화상을 합성할 수 있다. 합성한 화상은 광영역을 망라하는 화상이며, 위치 맞춤 장소로부터 종래, 계측 곤란한 영역까지를 단일 화상으로 취할 수 있다.

이 결과, 패턴 해석이 가능한 해상도를 가지는, 광영역의 화상을 얻을 수 있어, 종래, 계측 곤란한 영역의 반복 밀집 패턴의 측정이 가능해진다.

상기와 같은 구성에 의하면, 고배율의 촬상 후에 저배율의 촬상을 행함으로써, 광영역을 망라하는 화상을 작성할 수 있어, 종래, 곤란했던 반복 밀집 패턴의 계측이 가능해진다.

[실시예 1]

이하, 구체적인 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 하전 입자선 장치의 개요를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 하전 입자선 장치(100)는, 크게 나누면 하전 입자 광학계 장치(10)와, 제어 컴퓨터(20)를 포함하여 구성된다.

하전 입자 광학계 장치(10)는, 하전 입자원(1), 집속 렌즈(3), 편향 렌즈(4), 대물 렌즈(5), 이차 전자 검출기(6) 등을 포함하여 구성되고, 하전 입자원(1)으로부터 출사(出射)한 하전 입자선(2)을 집속 렌즈(3)에서 집속시키고, 편향 렌즈(4)에서 주사, 편향시키고, 대물 렌즈(5)에서 초점을 맞춰, 시료 스테이지(7) 위에 유지된 시료(8)에 조사함과 함께, 시료(8)의 하전 입자선(2)의 조사 개소로부터 방출되는 이차 전자(9)를 이차 전자 검출기(6)에 의해 검출한다.

그리고, 이차 전자 검출기(6)에 의해 검출된 이차 전자(9)의 검출 신호는, 도시하지 않은 증폭기, A／D(Analog to Digital) 변환기 등을 통해 화상 처리 장치(22)에 송신된다. 화상 처리 장치(22)는, 이차 전자 검출기(6)로부터의 검출 신호와 편향 렌즈(4)의 주사 제어 신호에 의거하여, 시료(8) 표면의 이차 전자(9)에 의거하는 화상을, 관찰 화상으로서 생성함과 함께, 생성된 관찰 화상을 표시 장치(23)에 표시한다.

제어 컴퓨터(20)는, 시료(8)의 패턴 설계에 대한 설계 데이터(21)를 포함하는 정보를 기억한 기억 장치를 가짐과 함께, 화상 처리 장치(22), 표시 장치(23), 키보드, 마우스 등 입력 장치(24)에 접속되고, 또한, 도시하지 않은 제어 장치를 통해 하전 입자 광학계 장치(10)에 접속되어 있다.

이때, 제어 컴퓨터(20)는, 입력 장치(24)를 통해 유저가 입력하는 관찰 화상 취득을 위한 다양한 정보(관찰 영역, 배율, 명도 등)를 취득하여, 그 정보에 의거하여, 상기한 도시하지 않은 제어 장치를 통해, 하전 입자 광학계 장치(10) 내의 하전 입자원(1), 집속 렌즈(3), 편향 렌즈(4), 대물 렌즈(5), 시료 스테이지(7) 등의 동작을 제어한다. 또한, 제어 컴퓨터(20)는, 화상 처리 장치(22)에 의해 생성된 관찰 화상에 대하여, 추가로 처리를 더하여, 보다 고도의 관찰, 측장, 검사를 위한 화상을 생성하고, 그 결과를 표시 장치(23)에 표시한다. 또한, 도 1에 예시하는 하전 입자선 장치는, 도시하지 않은 시야 이동용 편향기를 구비하고 있다. 시야 이동용 편향기는, 이미지 시프트 편향기라고도 불리고, 전자 현미경의 시야(주사 영역)를 이동시킴으로써, 스테이지 이동을 수반하지 않는 시야 이동을 가능하게 하는 것이다.

도 2는 밀집 반복 패턴(201)의 일례를 나타내는 도면이다. 단위 면적 내에 유사 패턴이 연속해 있고, 계측 영역 근방에서 위치 맞춤을 실시하고 있지만, 위치 맞춤 장소로부터 스테이지 이동을 수반하는 거리에 존재하는 밀집 반복 패턴은, 스테이지 이동 정밀도에 의해, 정확한 위치 측정이 곤란해진다. 이 영역은 계측이 힘든 영역(202)으로 되어 있다.

도 3은, 콘터미네이션 부착을 수반하는 측정 좌표 특정 처리 공정을 나타내는 플로우 차트이다. 최초에 시료를 고배율로 촬상한다(301). 이 결과, 고배율 화상이 작성되고, 시료에는 콘터미네이션이 부착된다. 고배율 촬상 개소는, 위치 맞춤 장소(예를 들면 어드레싱용 패턴 위치)로부터 스테이지 이동을 수반하지 않는 (즉, 이미지 시프트 편향기에 의한 편향 범위)를 선택한다.

다음으로 시료를 201에서의 고배율 촬상 개소를 포함한 광영역을 저배율로 촬상한다(302). 이 결과, 저배율 화상이 작성된다. 저배율 화상에는 고배율 촬상 개소가 포함되어 있고, 콘터미네이션의 부착에 의해, 다른 부분과 상이한 휘도 영역으로 되어 있다. 저배율 화상 취득시에는, 다른 저배율 화상과 동일한 고배율 촬상 개소가 포함되도록, 촬상 장소를 선택한다. 다음으로, 얻어진 저배율 화상을 고배율 촬상 위치에서 위치 맞춤한다(303). 이때, 동일한 고배율 촬상 개소가 복수의 저배율 화상에 포함되어 있는 것을 이용하여, 공통의 고배율 촬상 개소에서 복수의 저배율 화상을 중첩시킬 수 있다. 이 중첩을 반복함으로써, 더욱 광범위를 단일 화상으로서 취급할 수 있어, 위치 맞춤 장소와, 계측이 힘든 영역에 포함되는 패턴과의 위치 관계가 명확해진다. 이 결과, 종래, 계측 곤란한 영역의 좌표를 특정할(304) 수 있다.

화상 촬상의 상황을 도 4, 5, 6, 7에 나타낸다. 도 4에 예시하는 바와 같이, 시료 위의 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)에는, 콘터미네이션이 부착되고, 이후의 촬상 화상에는 부착 개소를 확인할 수 있다. 반복 패턴(201)의, 계측 영역 근방에서 위치 맞춤을 실시하고, 위치 맞춤 장소로부터 스테이지 이동하지 않는 촬상 개소(204)를 촬상한다. 또한, 저배율의 촬상 범위가 되는 시료 위의 좌표를 고배율로 촬상한다. 결과, 시료는 도 4에 나타내는 콘터미네이션이 부착된다.

다음으로, 도 5에 예시하는 바와 같이 저배율로 촬상을 행한다. 저배율 화상 촬상시에는, 위치 맞춤 장소로부터 스테이지 이동하지 않는 촬상 장소(204)와, 그것과는 다른 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)를 시야 내에 포함하도록 하여 촬상을 행한다. 다음 촬상 위치에서는 앞선 저배율 화상과 동일한 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)와, 또 다른 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)를 포함하여 촬상을 행한다. 이렇게 하여 저배율의 촬상 개소(205)를 결정하고, 순차적으로 촬상을 행한다. 결과, 도 6과 같은 촬상이 행해져, 도 7과 같은 저배율의 화상(205)이 보존된다. 저배율의 화상(205)에는 밀집 반복 패턴(201)도 존재하지만, 이 시점에서는, 정확한 위치를 특정할 수는 없다.

도 8은, 주사 전자 현미경(801)을 포함하는 계측 시스템의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 8의 예에서는, 촬상 시스템인 주사 전자 현미경(801)과, 검출 신호에 의거하여, 측정 처리를 실행하는 연산 처리 장치(805)(패턴 계측 장치(802))가 네트워크를 경유하여 접속되어 있는 예를 나타내고 있지만, 이에 한정되지 않고, 주사 전자 현미경의 제어 장치에 포함되는 화상 처리 장치로, 본 실시예에서 설명하는 연산 처리를 행하도록 해도 된다. 도 8에 예시하는 시스템에는, 주사 전자 현미경(801), 얻어진 신호에 의거하여 패턴의 계측 등을 실행하는 패턴 계측 장치(802), 및 반도체 디바이스의 설계 데이터, 혹은 설계 데이터에 의거하여 생성되는 레이아웃 데이터가 기억되는 설계 데이터 기억 매체(803), 및 표시부를 구비한 입력 장치(804)가 포함되어 있다.

여기에서, 패턴 계측 장치(802)는 주사 전자 현미경(801)과 LAN으로 접속되어 있고, 패턴 계측 장치(802)는 주사 전자 현미경(801)으로부터 검출 신호나 측정 결과를 취득한다. 검출 신호나 측정 결과는 측장 파일, 화상, 그 촬상 조건의 파일 등이 포함된다. 검출 신호나 측정 결과에는 도 7에 예시하는 바와 같이, 촬상한 촬상 개소(203)를 포함하는 저배율의 촬상 개소(205)의 촬상 결과가 포함되고, 그 중에는 저배율의 화상이 존재한다. 화상 합성 처리 유닛(807)은, 검출 신호나 측정 결과에 포함되는 화상을 합성하고, 그 결과 화상을 입력 장치(804) 등의 표시 장치에 표시한다.

화상 합성 처리 유닛(807)에서는 검출 신호 등에 포함되는 저배율 화상(205)을 촬상 위치마다 정리한다. 우선, 도 9에 예시하는 바와 같이, 위치 맞춤 장소로부터 스테이지 이동하지 않는 촬상 개소(204)를 포함하는 저배율 화상 1(206)을 특정한다. 그 화상에 포함되는 다른 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)를 포함하는 저배율 화상 2(207)를 특정한다. 이 저배율 화상 1(206)과 저배율 화상 2(207)는, 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)가 동일하기 때문에, 이 개소를 중첩시킬 수 있다.

도 10에 예시하는 바와 같이, 복수의 저배율 화상의 쌍방에 포함되는 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)의 위치를 맞추도록, 복수의 저배율 화상을 중첩시킴으로써, 도 11에 예시하는 바와 같이, 복수의 저배율 화상을 중첩하는 것이 가능해진다. 이 결과, 계측이 힘든 영역(202)이어도, 정확한 좌표를 얻을 수 있다.

도 12에 예시하는 바와 같이, 입력 장치(804)는 중첩한 화상(210)에서 합성한 화상을 가시화하는 화면(400)을 구비하고 있다. 화면(400)에서는 시료의 칩 배열을 도시하여 표시한다(401). 이 도시된 칩 좌표를 선택하면, 그 칩 좌표 X, Y값은 402와 403으로 반영된다. 혹은 직접 원하는 칩 좌표 X를 402로, 칩 좌표 Y를 403으로 입력할 수도 있다.

여기에서 View 버튼(404)을 압하(押下)함으로써, 도 13에 예시하는 바와 같이, 칩 좌표 X가 402, 칩 좌표 Y가 403에 합치하는 중첩한 화상(210)을 표시하는 화면(410)을 표시한다. 동일 칩의 화상이 복수매 존재할 경우에는, 표시 대상의 중첩한 화상(210)을 선택할 수 있는 기능이 있어도 된다.

화면(410)에서는 화면(400)에서 지정한 칩 좌표(402), (403)값과, 중첩한 화상(210)을 표시한다. 특별히 설명하지 않지만 중첩한 화상(210)에는 확대·축소 표시 기능이 구비되어 있다.

대상 저배율 화상 일람(411)에서는, 중첩한 화상(210)을 구성하는 저배율 화상 1(206)이나 저배율 화상 2(207)를 일람 표시한다.

저배율 화상 명칭과 맞춰, 중첩한 화상(210)에서의 위치 맞춤 좌표를 표시해도 된다. 이 대상 저배율 화상 일람(411)의 화상행을 선택하면 중첩한 화상(210) 위에, 당해 화상 영역을 오버레이 표시한다. 선택은 복수행 가능하게 해도 된다.

View 버튼(417)을 압하함으로써, 도 14에 예시하는 바와 같이, 다른 화면(420)에 저배율 화상 일람(411)의 선택행에 상당하는 저배율 화상과 고배율 화상을 표시시킬 수 있다.

중첩한 화상(210) 위에서 포인트를 지정했을 경우에는, 대상 저배율 화상 일람(411)에서의 대상 화상 일람을 하이라이트 표시한다. 또한, 그 포인트에서의 좌표를 좌표(412)에 표시한다.

아울러 포인트 지정한 근방의 측장값과 측장점 정보를 측장점 정보 표시 영역(413)에 표시한다. 이 측장점 정보 표시 영역(413)에 표시하는 정보는 고배율로 촬상한 촬영의 정보를 표시할 수도 있다.

콘트라스트값(414)을 상하시킴으로써 중첩한 화상(210)의 콘트라스트를, 휘도값(415)을 상하시킴으로써 중첩한 화상(210)의 휘도를 변경시킨 화상의 관찰을 행할 수 있다. 또한, 중첩한 화상(210)의 표시에 있어서의 보간(補間) 방법은, 보간 방법(416)으로부터 선택할 수 있다.

화면(420)에서는 합성 대상이 된 저배율 화상과 고배율 화상을 관찰할 수 있다. 화면(420)에서는 저배율 화상 일람(411)의 선택행에 상당하는 저배율 화상(421)을 표시한다. 화면(420) 위에는 특별히 기술하지 않지만, 저배율 화상(421)의 화상 명칭, 촬상 위치 정보가 표시되어 있다.

이 저배율 화상(421) 위의 포인트를 지정하거나, View 버튼(422)을 압하함으로써, 포인트 근방의 고배율로의 촬상 개소(423)에 상당하는, 고배율 화상(425)을 화면(424) 위에 표시할 수 있다. 화면(424)에는 고배율 화상(425)의 정보로서 화상 명칭, 측장값, 측장 좌표를 표시하여, 촬상 내용을 확인할 수 있다. 이로써 합성한 화상 위에서, 고배율로의 정밀도 좋은 측장 결과도 참조할 수 있다.

다음으로, 보다 더 구체적인 실시예를 도 15, 도 16을 이용하여 설명한다. 도 15는, 다중 노광으로 생성된 패턴(1501)에 대한 전자 현미경의 시야 위치 설정 공정을 나타내는 도면이다. 도 16은, 시야 위치 설정 공정을 설명하기 위한 플로우 차트이다. 우선, 전자 현미경 내에 시료를 도입한 후, 어드레싱을 위한 저배율상을 취득한다. 어드레싱이란, 템플릿 화상(1502)을 이용한 템플릿 매칭에 의해, 시료 위의 정확한 위치를 특정하기 위해 행해지는 것이며, 이 시야 위치 특정에 의거하여, 측정 대상 패턴으로의 시야 이동을 행한다. 도 15의 예에서는 템플릿 매칭용 패턴 화상으로서, 다중 노광법으로 생성되는 패턴군의 각부(角部)의 화상이 등록되어 있다. 템플릿 화상(1502)은, 메모리(806)에 미리 등록되어 있고, 매칭 처리 유닛(808)은, 어드레싱 패턴으로 시야를 이동시키기 위한 스테이지 이동 후, 전자빔 주사에 의해 얻어진 저배율 화상(피(被)서치 화상, 제1 저배율 화상(1503))에 대해서, 템플릿 화상(1502)을 이용한 서치를 행함으로써, 어드레싱 패턴(1504)의 위치(좌표)를 동정한다(스텝 1602).

여기에서, 어드레싱 패턴(1504)의 위치가, 목적으로 하고 있었던 스테이지 좌표에 대하여, (Δx, Δy)분, 어긋나 있었음을 알 수 있고, 현재의 시야 위치(x₁, y₁)를 특정할 수 있다. 이 상태에서 스테이지 이동을 행하지 않고, 소정량 시야 이동을 위한 빔 편향을 행하고, 영역(1505, 1506)에 대해서 고배율 화상을 취득한다. 영역(1505, 1506)과, 어드레싱 패턴(1504)은, 이미지 시프트 편향기에 의한 편향 가능 범위에 포함되어 있다. 다음으로, 측정 대상 패턴 영역(1514) 방향을 향하여 시야를 이동시키도록, 스테이지 이동을 행한다(스텝 1605). 스테이지 이동 후, 빔 주사에 의거하여, 저배율 화상(제2 저배율 화상(1507))을 취득한다(스텝 1606).

제2 저배율 화상(1507)과, 제1 저배율 화상(1503)과의 시야의 겹침은, 스테이지 이동 오차를 고려하여, 어느 정도 크게 설정하는 것이 바람직하다. 제2 저배율 화상(1507)에는, 콘터미네이션이 부착된 영역(1505, 1506)이 표시되어 있으므로, 제1 저배율 화상(1503)에 대하여, 상대적으로 제2 저배율 화상(1507)을 이동시키고, 콘터미네이션 화상을 이용한 패턴 매칭을 실행한다. 이때, 양자가 겹친 영역에는, 공통의 콘터미네이션 패턴(1505, 1506)이 존재하므로, 일치도 판정에 의해, 양자가 겹치는 위치를 특정한다.

화상 합성 처리 유닛(807)은, 위치 맞춤 후, 2개의 저배율 화상의 중첩을 행한다(스텝 1607). 이 중첩에 의해, 제2 저배율 화상(1507)의 시야 위치를 특정하는 것이 가능해진다. 이는 이미 특정되어 있는 제1 저배율 화상(1503)과의 상대 위치를 알 수 있기 때문이다. 또한, 패턴 카운트 처리 유닛(809)은, 패턴군의 첫 번째 단(端)부터의 패턴 수를 카운트한다. 다중 노광법으로 생성된 패턴은, 소정의 규칙으로 패턴(스페이서, 갭)이 배열되어 있고, 예를 들면 스페이서의 순번을 특정할 수 있으면, 시야 내에 포함되는 패턴의 종류를 특정할 수 있다. 이러한 노광법의 종류에 따른 패턴의 종류의 정보는, 미리 메모리(806)에 기억시켜 두고, 패턴 형성 영역의 단부터, 패턴을 카운트함으로써, 패턴의 종류를 동정할 수 있다. 또한, 본 실시예와 같이, 패턴군의 단부터 간격을 두지 않고, 연속적으로 화상을 취득함으로써, 패턴군의 단부터 이간(離間)한 시야의 패턴이어도, 정확하게 패턴의 종류를 특정하는 것이 가능해진다.

다음으로, 시야 이동용 편향기에 의한 편향 범위에, 측정 대상 패턴 영역(1514)이 포함되어 있는지의 여부의 판정을 행하고, 포함되어 있지 않을 경우에는 다시 빔 편향에 의한 시야 이동을 행하여, 고배율상을 취득한다(도 15의 예에서는, 영역(1508, 1509)에 빔을 주사하고, 고배율 화상을 취득한다). 그리고, 측정 대상 패턴(1514)을 향하여 시야를 이동시키기 위한 스테이지 이동, 제3 저배율 화상(1510)의 취득, 영역(1508, 1509)에 부착된 콘터미네이션 패턴을 이용한 제2 저배율 화상(1507)과 제3 저배율 화상(1510)의 중첩을 실행한다. 이와 같이, 연산 처리 장치(805)는, 시야 이동용 편향기에 의한 편향 범위에, 측정 대상 패턴 영역(1514)이 포함되는 영역에 도달할 때까지, 스텝 1603∼1607을 반복한다.

시야 이동용 편향기에 의한 편향 범위에, 측정 대상 패턴 영역(1514)이 포함되었다(저배율 화상(1513) 내에 측정 대상 패턴(1514)이 포함되었다)고 판단될 경우에, 측정 대상 패턴 영역(1514)에 빔을 편향하고, 당해 영역을 주사함(스텝 1608)으로써, 패턴의 측장을 실행한다(스텝 1609). 측정 대상 패턴 영역(1514)에의 시야의 자리매김은, 제4 저배율 화상인 저배율 화상(1513)에 있어서의 패턴 인식에 의거하여 행해진다. 구체적으로는, SADP 패턴이며, 또한 코어 갭이 첫 번째 단에 형성되는 노광법일 경우, 코어 갭, 스페이서, 스페이서 갭, 스페이서, 코어 갭, 스페이서, 스페이서 갭…과 같이 규칙적으로 배열되어진다. 그러므로, 중첩 영역에 의해 중첩된 저배율 화상을 이용하여, 원하는 측정 대상 패턴의 위치를 특정하고, 당해 측정 대상 패턴으로 정확하게 시야가 자리매김되도록 한다. 예를 들면, 측정 대상 패턴을 「SADP 패턴의 단부터 3번째의 코어 갭」으로 지정하면, 상기 배열의 SADP 패턴일 경우, 10번째의 패턴이, 그것에 상당한다. 그러므로, 중첩된 저배율 화상에 포함되는 패턴을, 패턴 카운트 처리 유닛(809)을 이용하여, 단부터 카운트하고, 원하는 측정 대상 패턴의 저배율 화상 위의 위치를 특정함으로써, 고배율 화상의 시야 위치를 정확하게 특정한다.

본 실시예에서는 원하는 측정 대상 패턴이, 시야 이동용 편향기의 편향 범위에 포함될 때까지 스테이지 이동을 반복하며, 또한 패턴군의 단부(端部)부터 측정 대상 패턴에 이르기까지, 끊임없이 저배율상을 취득하고, 저배율 화상끼리를 중첩시킴으로써, 패턴군의 단부로부터 이간한 위치여도 정확한 패턴 특정을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 패턴을 카운트하는 것이 아니고, 전자 현미경 화상을 이용하여 특정 패턴의 피치를 구함으로써, 저배율 화상 위의 원하는 패턴에 이르기까지의 거리를 구하고, 당해 거리 정보를 이용하여, 측정 대상 패턴의 위치를 특정하도록 해도 된다.

또한, 스테이지 이동을 수반하는 시야 이동을 행할 때, 이동 후의 스테이지 좌표와, 저배율 화상을 이용하여 특정한 이동 후의 시야 위치에 차이가 있을 경우에는, 다음 스테이지 이동시에 그 차이를 보상하는 스테이지 이동을 행하도록 하면 된다.

도 15에서는, 저배율 화상의 중첩 영역에 2개의 콘터미네이션 패턴을 부착시키는 예에 대해서 설명하고 있지만, 1개여도 된다. 또한, 고배율 화상을 취득하기 위한 주사를 행하는 것이 아니고, 저배율 화상 내에서 인식을 할 수 있을 정도의 크기의 조사흔이 남는 스폿 형상의 조사를 행하도록 해도 된다. 그러나, 복수의 콘터미네이션 패턴을 시료에 부착시킴으로써, 콘터미네이션 패턴의 배열을 패턴으로서 취하는 것이 가능해져, 저배율 화상간의 합성 정밀도의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 각 저배율 화상 내에서 복수의 고배율 화상을 생성함으로써, 패턴군의 단부터 측정 대상 패턴에 이르기까지의 복수의 패턴의 측정값을 취득할 수 있다. 이 측정값의 통계값(예를 들면 가산 평균값)을 구하거나, 측정 위치와 측정값의 관계를 평가함으로써, 측정값의 위치 의존성을 구하도록 해도 된다.

상술한 실시예에 따르면, 패턴군의 단부터 이간한 위치의 측정 결과여도, 패턴군의 단을 기준으로 한 정확한 위치 특정을 행하는 것이 가능해져, 결과적으로 적정한 측정 대상을 측정하는 것이 가능해진다. 또한, 합성 화상을 생성해 둠으로써, 측정이 적정하게 행해졌는지의 여부를 나중에 검증할 수도 있다.

1: 하전 입자원 2: 하전 입자선
3: 집속 렌즈 4: 편향 렌즈
5: 대물 렌즈 6: 이차 전자 검출기
7: 시료 스테이지 8: 시료
9: 이차 전자 10: 하전 입자 광학계 장치
20: 제어 컴퓨터 21: 설계 데이터(CAD 데이터)
22: 화상 처리 장치 23: 표시 장치
24: 입력 장치(키보드, 마우스 등) 201: 밀집 반복 패턴
202: 계측이 힘든 영역 203: 고배율로 촬상한 촬상 개소
204: 이동하지 않는 촬상 개소 205: 저배율의 촬상 개소
206: 저배율 화상 1
207: 다른 고배율로 촬상한 촬상 개소(203)를 포함하는 저배율 화상 2
210: 복수의 저배율 화상을 중첩 결과
400: 합성한 화상을 가시화하는 화면
401: 시료의 칩 배열을 도시하여 표시함
402: 칩 좌표 X 403: 칩 좌표 X
404: 화면(400)의 View 버튼
410: 중첩한 화상(210)을 표시하는 화면
411: 대상 저배율 화상 일람
412: 선택 좌표 413: 측장점 정보 표시 영역
414: 콘트라스트값 415: 휘도값
416: 보간 방법 417: 화면(410)의 View 버튼
420: 저배율 화상의 표시 화면 421: 저배율 화상
422: 화면(420)의 View 버튼 423: 근방의 고배율로의 촬상 개소
424: 고배율 화상의 표시 화면 425: 고배율 화상

Claims (6)

1. 하전 입자원으로부터 방출된 하전 입자빔을 편향하는 편향기와, 상기 하전 입자빔의 조사(照射) 대상인 시료를 이동시키기 위한 스테이지와, 상기 편향기 및 스테이지를 제어하는 제어 장치를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 시료 위의 제1 위치에 상기 하전 입자빔을 조사함으로써, 상기 시료에 조사흔(痕)을 형성시키도록 상기 편향기를 제어하고, 당해 조사흔의 형성 후, 상기 제1 위치를 포함함과 함께, 상기 조사흔보다 큰 제1 시야에 상기 하전 입자빔을 주사하도록 상기 편향기를 제어함으로써 제1 화상을 취득하고, 상기 제1 위치를 포함하고, 상기 조사흔보다 큰 시야이며, 또한 상기 제1 시야와는 다른 위치의 제2 시야에 상기 하전 입자빔을 주사하도록 상기 편향기를 제어함으로써 제2 화상을 취득하고, 상기 제1 화상과 제2 화상에 포함되는 조사흔을 겹치도록, 상기 제1 화상과 제2 화상을 합성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 제2 화상 내에 상기 조사흔이 복수 포함되도록 상기 하전 입자빔을 조사하고, 상기 복수의 조사흔의 일부를 이용하여, 상기 제1 화상과의 위치 맞춤을 행하고, 상기 복수의 조사흔의 다른 일부를 이용하여, 상기 제2 화상과 시야의 일부가 중첩하는 제3 화상과의 사이의 위치 맞춤을 행하고, 당해 제2 화상과 제3 화상을 합성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 제1 화상을 취득 후, 상기 제2 화상 취득 전에, 상기 스테이지를 제어하여, 상기 시료를 이동시키는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 복수의 화상을 합성하여 생성되는 합성 화상에 포함되는 패턴군의 단부(端部)로부터의 거리, 혹은 패턴의 수에 의거하여, 합성 화상에 포함되는 패턴의 종류를 특정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
5. 복수 노광법으로 생성된 패턴의 화상을 생성하는 화상 생성 방법에 있어서,
   복수 노광법으로 생성된 패턴군의 일부에, 하전 입자빔을 조사함으로써 빔의 조사흔을 형성하고, 당해 조사흔을 포함함과 함께 당해 조사흔보다 큰 제1 시야에 하전 입자빔을 주사함으로써 제1 화상을 취득하고, 상기 조사흔을 포함하고, 당해 조사흔보다 큰 시야이며, 또한 상기 제1 시야와는 다른 위치의 제2 시야에 하전 입자빔을 주사함으로써 제2 화상을 취득하고, 당해 제1 화상과 제2 화상에 포함되는 조사흔을 겹치도록, 상기 제1 화상과 제2 화상을 합성하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 방법.
6. 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 검출 신호에 의거하여 화상을 생성하는 연산 처리 장치와, 당해 연산 처리 장치의 출력에 의거하여 화상을 표시하는 표시 장치를 구비한 화상 처리 장치에 있어서,
   상기 연산 처리 장치는, 하전 입자빔의 조사흔이 포함되는 제1 화상과, 당해 제1 화상과 같은 조사흔이 포함됨과 함께, 상기 제1 화상과는 다른 시야 위치의 제2 화상을, 상기 조사흔을 겹치도록 합성하고, 상기 표시 장치는 합성된 합성 상을 표시하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.

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