














本発明は、荷電粒子線装置に関する。The present invention relates to a charged particle beam device.
半導体パターンの微細化および高集積化に伴って、パターンの僅かな形状差がデバイスの動作特性に影響を及ぼす。そのため、デバイスのパターンの形状管理のニーズが高まっている。これに起因して、半導体の検査および/または計測のために用いられる荷電粒子線装置としての走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)は、高感度・高精度計測が従来に増して求められている。As semiconductor patterns become finer and more highly integrated, even slight differences in the shape of the pattern affect the operating characteristics of the device. This has led to an increased need for shape control of device patterns. As a result, there is a greater demand than ever for high sensitivity and high-precision measurements from scanning electron microscopes (SEMs), a charged particle beam device used for semiconductor inspection and/or measurement.
走査電子顕微鏡は、電子を磁場および/または電界レンズを用いて制御し、試料上を電子でスキャンする。電子線スキャンにより試料からは二次電子が放出される。試料から放出された二次電子を検出器において検出し、その信号波形を生成し、例えばピーク(パターンエッジ)間の寸法を測定することが可能となるように構成される。 A scanning electron microscope uses a magnetic field and/or an electric field lens to control electrons and scan them over a sample. Secondary electrons are emitted from the sample as a result of the electron beam scanning. The secondary electrons emitted from the sample are detected by a detector, and a signal waveform is generated, making it possible to measure, for example, the dimensions between peaks (pattern edges).
半導体製造プロセスにおけるウェハ検査において、異物や欠陥などの早期発見は歩留まり向上に繋がるため、欠陥検出を目的としたウェハの全面検査のニーズが高まっている。その一方で、全面検査はスループットの低下に繋がるという問題がある。In wafer inspection during the semiconductor manufacturing process, early detection of foreign objects and defects leads to improved yields, so there is a growing need for full-surface inspection of wafers to detect defects. However, full-surface inspection has the problem of reducing throughput.
スループットを上げるため、大電流による低倍率撮像で、広範囲の視野を一度に撮像する検査が考えられるが、低倍率化による試料の帯電の影響が無視できなくなっている。試料帯電の増加は、電子線スキャン時の電子線(一次電子)の軌道に影響する。帯電は試料から出てくる二次電子にも影響し、軌道変化により画像の歪や輝度ムラ、ゴーストなどが生じるおそれがある。このように試料の帯電は、SEMの計測精度の低下の原因ともなるので、帯電を効果的に除去することが求められる。In order to increase throughput, one option is to use low-magnification imaging with a large current to capture an image of a wide field of view at once, but the effects of sample charging caused by low magnification can no longer be ignored. Increased sample charging affects the trajectory of the electron beam (primary electrons) during electron beam scanning. Charging also affects the secondary electrons that emerge from the sample, and changes in trajectory can cause image distortion, uneven brightness, ghosting, and other problems. Sample charging can thus cause a decrease in the measurement accuracy of SEMs, so there is a need to effectively remove the charge.
また最近の半導体デバイスは微細化だけでなく、多層化も進んでおり、高アスペクト比(ホールの深さ/ホール径)なパターン形状も見られる。このような高アスペクト比サンプルにおいて、穴底を高精度で計測し、欠陥を見つける技術も求められている。In addition, recent semiconductor devices are not only becoming smaller, but are also becoming more multi-layered, and pattern shapes with high aspect ratios (hole depth/hole diameter) are also becoming more common. In such high aspect ratio samples, there is a demand for technology that can measure the bottom of holes with high precision and find defects.
SEMを用いてホールの穴底を観察する手法において、試料表面に一次電子照射により帯電を付与することで、穴底からの電子を引き上げる電界を形成し、穴底から検出される電子を増加させることが可能となり、高アスペクト比サンプルにおいても穴底の観察が可能となる。In a method for observing the bottom of a hole using an SEM, the sample surface is charged by irradiating it with primary electrons, creating an electric field that pulls up electrons from the bottom of the hole, making it possible to increase the number of electrons detected from the bottom of the hole, and thus making it possible to observe the bottom of the hole even in samples with a high aspect ratio.
このように試料の帯電状態はSEM撮像における一次電子、二次電子の振る舞いに大きく影響するため、帯電の除去だけでなくその状態の制御が重要となる。試料表面の帯電を適切に制御することで、一次電子や二次電子に対する軌道の影響を低減できたり、検出器で検出される二次電子の制御も可能となる。As such, the charged state of the sample significantly affects the behavior of primary and secondary electrons during SEM imaging, so it is important not only to remove the charge but also to control its state. By appropriately controlling the charge on the sample surface, it is possible to reduce the effect of the trajectories on the primary and secondary electrons, and also to control the secondary electrons detected by the detector.
特許文献1には半導体デバイス表面の帯電に対して、プレチャージユニットにより、荷電粒子線を照射して帯電ムラを無くす技術が記載されている。プレチャージユニットにはプラズマ照射方式などが用いられており、バイアス電圧を0Vにすることによりデバイスに照射し、表面電位を0に近づけたり、帯電のムラを無くすことを可能とし、その効果を画像から評価している。
特許文献2には、試料に対して光を照射することにより、光の照射時と非照射時との間で二次荷電粒子の信号量を変化させ、変化した信号量にしたがって、試料の材料または形状を判定することや、光照射による除電手法や除電するのに適した光照射条件について記載されている。
特許文献3には、SEMを用いてコンタクトホールの穴底を観察する方法として、電子線照射による表面帯電を用いてコンタクトホールの穴底からの信号を取得し、検査、計測する手法について記載されている。一次電子線の走査による予備照射(プリドーズ)によって試料表面を意図的に正帯電させ、二次的な走査で発生した穴底からの信号電子を引上げてSEM像を得る方法である。その際の、検査スループット向上と大きな帯電の試料への付着の両立の実現させるため、ビーム照射条件設定方法と、適正な帯電条件を早期に見出す手法について提案されている。
特許文献1では検査前の試料にプラズマを照射することで帯電を除去し、帯電ムラを取り除いているが、帯電制御手法に関する記載はない。また帯電除去の効果に画像の対称性から帯電除去の効果を評価しているが、帯電除去に必要なプラズマ照射時間などについて記載されていない。In
特許文献2では光照射による除電効果を利用して、絶縁膜の除電や膜厚算出など記載されているが、試料の帯電を与える手法については言及されていない。
特許文献3では試料への予備照射によって帯電させており、その照射条件の最適な設定方法について記載されているが、予備照射に撮像に用いる電子ビームを活用しているため、帯電付与領域は撮像FOVに限定されてしまう。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、撮像に用いる電子線を帯電制御に用いることなく、広範囲の帯電制御が可能な帯電制御コンポーネントを備え、その制御条件を画像から算出したデータベースを用いることで試料の帯電除去又は制御が可能な荷電粒子線装置を提供する。The present invention was made in consideration of the above problems, and provides a charged particle beam device that is equipped with a charge control component that allows for a wide range of charge control without using the electron beam used for imaging for charge control, and that can remove or control the charge on a sample by using a database in which the control conditions are calculated from an image.
本発明に係る荷電粒子線装置の一例は、
電子線を試料に対して照射する荷電粒子線光学系と、
前記試料を載置するステージを備えた試料室と、
前記試料に対する前記電子線の照射によって得られる荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて、前記試料の画像を生成する1以上のコンピュータシステムと、
帯電制御条件に従って、電子、イオン、または光のうち少なくとも1つを発生することによって、前記試料の帯電を制御する帯電制御コンポーネントと、
前記画像に関する指標値の入力を受け付ける入力デバイスと、
を備え、
前記1以上のコンピュータシステムは、前記指標値と前記帯電制御条件との関係と、前記指標値とに基づいて、前記帯電制御コンポーネントを制御する。An example of a charged particle beam device according to the present invention is
a charged particle beam optical system for irradiating an electron beam onto a sample;
a sample chamber including a stage on which the sample is placed;
a detector for detecting charged particles obtained by irradiating the sample with the electron beam;
one or more computer systems that generate images of the sample based on the output of the detector;
a charge control component that controls the charge of the specimen by generating at least one of electrons, ions, or light according to charge control conditions;
an input device that accepts an input of an index value related to the image;
Equipped with
The one or more computer systems control the charge control component based on a relationship between the index value and the charge control condition and the index value.
本発明によれば、試料に応じて、所望の画像を得るための帯電制御コンポーネントの制御条件を決定でき、撮像した画像から制御条件をフィードバックすることで撮像条件の探索時間が短縮されることで、スループット低下を抑えた荷電粒子線装置を提供することができる。According to the present invention, it is possible to determine the control conditions of the charge control component to obtain the desired image depending on the sample, and by feeding back the control conditions from the captured image, the search time for the imaging conditions is shortened, thereby providing a charged particle beam device that suppresses a decrease in throughput.
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施例と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. In the attached drawings, functionally identical elements may be indicated by the same numbers. Note that the attached drawings show embodiments and implementation examples according to the principles of the present disclosure, but these are for the purpose of understanding the present disclosure and are in no way to be used to interpret the present disclosure in a restrictive manner. The descriptions in this specification are merely typical examples and are not intended to limit the scope or application of the present disclosure in any way.
各実施例では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。Each embodiment is described in sufficient detail to enable a person skilled in the art to implement the present disclosure, but it should be understood that other implementations and forms are possible, and that configurations and structures can be modified and various elements can be substituted without departing from the scope and spirit of the technical ideas of the present disclosure. Therefore, the following description should not be interpreted as being limited to this.
[実施例1]
図1を参照して、実施例1に係る荷電粒子線装置を説明する。荷電粒子線装置は、半導体の計測システムとして動作することができ、また、半導体の検査システムとして動作することもできる。[Example 1]
A charged particle beam device according to a first embodiment will be described with reference to Fig. 1. The charged particle beam device can operate as a semiconductor measurement system and can also operate as a semiconductor inspection system.
本実施例では荷電粒子線装置はSEMであり、一例として、電子銃1と、コンデンサレンズ3と、偏向器4(走査偏向器)と、対物レンズ5とを含む電子線光学系PSを備える。電子線光学系PSは、電子線2を試料6に対して照射する光学系であり、荷電粒子線光学系の例である。電子線光学系PSの下方には、試料6を載置するステージ7を内部に備える試料室13が設置される。In this embodiment, the charged particle beam device is an SEM, and includes, as an example, an electron beam optical system PS including an
電子銃1によって発生し加速された電子線2(一次電子線)は、コンデンサレンズ3によって集束され、更に対物レンズ5によってステージ7上の試料6上に集束される。偏向器4は、試料6の電子線走査領域上で電子線2を走査させる。An electron beam 2 (primary electron beam) generated and accelerated by an
電子線2を試料6上で走査させながら照射することによって、試料6内で励起された電子が二次電子10として試料6から放出される。放出された二次電子10は、二次電子検出器8により検出される。このように、二次電子検出器8は、試料6に対する電子線2の照射によって得られる荷電粒子を検出する検出器として機能する。By irradiating the
二次電子検出器8に接続されたコンピュータシステム14が、二次電子検出器8の出力に基づいて、検出信号を画像化し、これによって試料6の画像を生成する。A
コンピュータシステム14は公知のコンピュータとしてのハードウェア構成を有し、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。
また、コンピュータシステム14は入出力手段を備えてもよい。入出力手段は、たとえばキーボードおよびマウス等の入力装置と、ディスプレイおよびプリンタ等の出力装置と、ネットワークインタフェース等の通信装置とを含む。The
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14は本実施例において説明される機能を実行してもよい。The storage means may store a program. The processor may execute this program, causing the
なお、荷電粒子線装置は、複数のコンピュータシステム14を備えてもよい。The charged particle beam device may also include
二次電子検出器8の前段(入射面側)には、エネルギーによる信号電子の分別を可能とするエネルギーフィルタ9が備えられている。エネルギーフィルタ9に印加する電圧を変化させた際の検出信号の変化から、試料6の帯電状態を推定することが可能である。An
試料6を走査する電子線2(一次電子線)のエネルギーは、電子銃1の加速電圧と電圧源15(第1電圧源)からステージ7に印加される電圧(リターディング電圧)で決定される。放出される二次電子10の量は、入射される一次電子のエネルギーと関係しており、電子線2の電子流と二次電子10の電子流の大小関係により、試料6表面の帯電状態が変化する。試料6の帯電量は、試料6の材料特性や形状などによっても変化する。また、試料6の帯電量は、試料6の表面全体において一様ではなく、材料特性や形状などにより、試料6の表面の位置によって変化する分布を有する。The energy of the electron beam 2 (primary electron beam) that scans the
本実施例の荷電粒子線装置は、帯電制御コンポーネント11と、帯電制御コンポーネント11による帯電制御条件を制御する対向電極12を有する。帯電制御コンポーネント11は、帯電制御条件に従って、電子、イオン、または光のうち少なくとも1つを発生することにより、試料6の帯電を制御する。このために、帯電制御コンポーネント11は、レーザー照射装置、および/または、電子シャワーを照射するフラッドガンを備える。このような構成により、帯電動作を適切に実行することができる。The charged particle beam device of this embodiment has a
図2に、帯電制御コンポーネント11から発生した電子、イオン、および/または光が照射された際の試料表面の帯電状態を示す。電子線照射で生じた正または負帯電は帯電制御コンポーネント11により除去あるいは制御することができる。Figure 2 shows the charged state of the sample surface when irradiated with electrons, ions, and/or light generated from the
電子線照射に起因する負帯電動作により、表面の正帯電を除去したり、帯電していない状態から負帯電を与えることができ、イオン照射による正帯電動作ではその逆の作用が可能である。光照射では試料6からの電子放出により試料の帯電を制御することができる。いずれの手法でも試料もしくは帯電制御コンポーネント11からの荷電粒子や光のエネルギーを制御することで帯電の除去や付与することができる。The negative charging action caused by electron beam irradiation can remove positive charge from the surface or give a negative charge from an uncharged state, while the positive charging action caused by ion irradiation can do the opposite. With light irradiation, the charge of the sample can be controlled by the emission of electrons from the
さらに帯電制御するための対向電極12に正の電圧を印加することで、電子に対しては試料から引き上げられる電界となるため、試料が負帯電の場合はより速い帯電の除去が可能となる。反対に対向電極12に負の電圧を印加した場合は、電子に対しては試料に戻るような電界となるため、エネルギーの低い電子は試料に引き戻されるため、帯電除去の速度は遅くなる。Furthermore, by applying a positive voltage to the opposing
帯電制御コンポーネント11による帯電制御条件の設定においては、帯電制御する試料のパターン形状や深さによって所望の画像を生成するために必要な制御条件が変化し、対向電極12に印加する電圧の正負だけではなく、その大きさにも依存する。また試料によっても電子線照射後の帯電状態が異なるため、所望の帯電状態にするための条件の導出は一律には定まらない。このため従来では、試行錯誤により帯電制御コンポーネント11や対向電極12の制御条件を決める必要があった。When setting the charge control conditions using the
本実施例における荷電粒子線装置は、検出信号を画像化するコンピュータシステム14で生成された画像から輝度値などの指標値を入力する入力デバイスを有しており、コンピュータシステム14は、対向電極12の電圧を変化させた際の輝度値などの画像の指標値の変化をモデル化および/またはデータベース化することで帯電制御条件を決めることができる。The charged particle beam device in this embodiment has an input device for inputting index values such as brightness values from an image generated by a
帯電制御コンポーネント11により試料6の帯電を変化させた時の試料から出てくる二次電子挙動とその時のSEM画像の変化について、図3および4を用いて説明する。The behavior of secondary electrons coming out of the sample when the charge of the
図3Aはホールパターンを撮像した際の二次電子線挙動を示している。穴底に電子線2を照射した際に出てくる二次電子10は、様々な角度成分、エネルギーを持っているが、放射される過程でホール壁面への衝突などにより減少し、試料表面から出てくる二次電子に対して検出数は少なくなる。その為、図3Bに示すようにホールパターン部分が暗くなる。Figure 3A shows the behavior of the secondary electron beam when a hole pattern is imaged. The
図4Aはプラズマ照射により試料表面に正帯電を付与したときの二次電子挙動を示す。穴底から出てくる電子は、試料表面の帯電による上向きの電界で引き上げられ、穴底から出てくる検出電子が増加し、図4Bに示すようにホールパターン部分が明るくなり、SEM画像のコントラストを制御することができる。Figure 4A shows the behavior of secondary electrons when a positive charge is applied to the sample surface by plasma irradiation. The electrons coming out from the bottom of the hole are pulled up by the upward electric field caused by the charge on the sample surface, increasing the number of detected electrons coming out from the bottom of the hole, making the hole pattern area brighter as shown in Figure 4B, and allowing the contrast of the SEM image to be controlled.
このように、帯電制御コンポーネント11と、対向電極12に与える電圧とにより試料6の帯電を制御することで、試料から出てくる検出電子の制御が可能になるが、試料パターンによっては、同じ帯電を付与した場合でも得られるSEM画像は異なる。In this way, by controlling the charge of the
図5を用いて、ホール深さが深くなった場合の二次電子挙動を説明する。図5Aに示すように、試料表面に付与する帯電量が図4Aと同じであれば、穴底から出てくる二次電子に対して働く電界は図4に対して相対的に小さくなる。そのため、穴底から出てくる二次電子の数は減少し、図4Bで示すようなSEM画像は得られず、図5Bに示すようにホールパターン部分は暗くなる。The behavior of secondary electrons when the hole depth is increased will be explained using Figure 5. As shown in Figure 5A, if the amount of charge applied to the sample surface is the same as in Figure 4A, the electric field acting on the secondary electrons emerging from the bottom of the hole will be smaller relative to that in Figure 4. As a result, the number of secondary electrons emerging from the bottom of the hole will decrease, an SEM image like that shown in Figure 4B will not be obtained, and the hole pattern area will be dark as shown in Figure 5B.
反対にホール深さが浅くなった場合の二次電子挙動を説明する。図6Aの例では図4Aで示した試料よりホール深さが浅くなっているため、同じ帯電量を付与した場合でも穴底出てくる二次電子に対して働く電界は相対的に大きくなる。そのため、穴底から出てくる二次電子の数は増加し、図6Bで示すように、SEM画像において、ホールパターン部分はさらに明るくなる。The opposite behavior of secondary electrons when the hole depth is shallower will now be explained. In the example of Figure 6A, the hole depth is shallower than the sample shown in Figure 4A, so even if the same amount of charge is applied, the electric field acting on the secondary electrons emerging from the bottom of the hole is relatively stronger. As a result, the number of secondary electrons emerging from the bottom of the hole increases, and as shown in Figure 6B, the hole pattern part becomes even brighter in the SEM image.
帯電制御コンポーネント11と対向電極12の印加電圧を制御することで、SEM画像のコントラストを制御できるが、試料のパターン深さや形状によって同じ帯電量でも得られる画像は異なる。帯電量が小さすぎると穴底から十分な電子を引き出すことができず、帯電量が過剰だとハレーションしてしまい、適切な画像を取得できない。そのため、試料パターンに応じてプラズマ照射条件を決定し、帯電量を制御することが好適である。The contrast of the SEM image can be controlled by controlling the voltage applied to the
図7に対向電極の制御電圧のバイアス電圧の大きさをV1、V2、…Vnと変化させた場合の電位の時間変化について説明する。上述したように試料6の電位は制御電圧の大きさに依存し、十分な時間が経過すると、試料6の電位は飽和する。またこの時の電位変化の時間変化は、試料6との間に生じる電位差が大きいほど速くなり、試料の初期帯電V0との電位差に依存する。その為、電位差が大きいほど電位の時間変化は速く、試料6の帯電が進行して電位差が小さくなると電位の時間変化が小さくなる。Figure 7 shows the change in potential over time when the magnitude of the bias voltage of the control voltage of the opposing electrode is changed from V1, V2, ... Vn. As mentioned above, the potential of the
図8と図9を用いて、帯電制御(たとえばプラズマ照射)の条件決定に必要な電圧を変化させた際のSEM画像および輝度とバイアス電圧の関係を用いたデータベース作成手法について説明する。図9はデータベース作成の手順を示している。Using Figures 8 and 9, we will explain the database creation method using SEM images and the relationship between brightness and bias voltage when the voltage required to determine the conditions for charge control (for example, plasma irradiation) is changed. Figure 9 shows the procedure for creating the database.
前述したように、帯電制御コンポーネント11と対向電極12の印加電圧に応じて飽和電位が異なるため、図9の手順101では、コンピュータシステム14が荷電粒子線装置を制御し、十分な時間、帯電制御コンポーネント11により電子、イオン、あるいは光を照射し、試料6の帯電を飽和させる。As mentioned above, the saturation potential differs depending on the voltage applied to the
その後、手順102では、コンピュータシステム14が荷電粒子線装置を制御し、試料6の帯電が飽和した状態でSEM画像を撮像させる。Then, in
手順103では、コンピュータシステム14が、撮像したSEM画像を評価する。たとえば、SEM画像を分析して輝度情報を抽出する。輝度情報から図8に示すような輝度と対向電極12に印加するバイアス電圧の関係が得られる。In
手順103で得られた輝度とバイアス電圧の関係は、試料(パターン形状、材料)、SEMの撮像条件(たとえば光学条件)、帯電制御動作(電子、イオン、光、プラズマ、等の照射条件)、等の条件に依存するため、各種条件を変更して手順101~103を繰り返し、図10で示すようにパターン形状や材料、SEMの撮像条件に応じたモデルやデータベースを作成する。The relationship between the brightness and bias voltage obtained in
手順104では、コンピュータシステム14が、材料および/またはパターン毎にデータベースを作成して記憶する。In
なお図10の例では材料ごとのモデルおよびパターンごとのモデルが示されているが、材料およびパターンの組み合わせごとのモデルを構築してもよく、さらに他の条件を考慮してモデルを構築してもよい。Note that in the example of Figure 10, a model for each material and each pattern is shown, but a model may be constructed for each combination of material and pattern, and a model may also be constructed taking other conditions into consideration.
本手順においてバイアス電圧を大きくすることで、その電圧に応じて試料表面の帯電電位を大きくすることができるが、ある一定以上の帯電になると、試料表面からステージ7もしくは対向電極12などのSEMの構成部品に電流が流れる絶縁破壊が生じる。そのため、試料の材料や膜厚などに応じ、試料毎に印加できるバイアス電圧に限界がある。In this procedure, by increasing the bias voltage, the charged potential on the sample surface can be increased accordingly; however, once the charge exceeds a certain level, dielectric breakdown occurs, causing current to flow from the sample surface to SEM components such as the
またバイアス電圧を大きくした場合、試料に照射されるプラズマ中の荷電粒子が持つエネルギーも大きくなるため、試料表面がエッチングされるなどダメージが生じる恐れがある。このような情報もデータベース内に蓄積することで、プラズマ照射時における照射条件に制限を掛けることができ、試料の破損を防ぐことができる。たとえば、プラズマの照射により帯電制御を行う場合には、要求される輝度に関わらず、プラズマの照射(たとえば照射強度、照射量、照射時間、等)に上限を設けてもよい。Furthermore, when the bias voltage is increased, the energy of the charged particles in the plasma irradiated to the sample also increases, which may cause damage such as etching of the sample surface. By storing such information in the database, it is possible to limit the irradiation conditions during plasma irradiation and prevent damage to the sample. For example, when controlling charging by plasma irradiation, an upper limit can be set for the plasma irradiation (e.g., irradiation intensity, irradiation amount, irradiation time, etc.) regardless of the required brightness.
このように、SEM画像の輝度値と帯電制御条件(たとえばバイアス電圧)との関係は、モデルまたはデータベースのうち少なくとも1つによって表すことができる。荷電粒子線装置(たとえば、とくにコンピュータシステム14)は、このモデルおよび/またはデータベースを記憶するメモリを備えてもよい。In this way, the relationship between the brightness values of the SEM image and the charge control conditions (e.g., bias voltage) can be represented by at least one of a model and a database. The charged particle beam device (e.g., particularly the computer system 14) may include a memory that stores the model and/or the database.
図11、12を用いてモデルやデータベースを用いたプラズマ照射とSEM撮像の手順を説明する。The procedure for plasma irradiation and SEM imaging using a model and database will be explained using Figures 11 and 12.
手順201では、コンピュータシステム14に対してSEMの光学条件を設定し、作成したデータベース(たとえば電位と輝度の関係を表すもの)と試料情報(たとえば材料および/またはパターン)を入力デバイスから入力すると、図11に示すように、コンピュータシステム14がGUI画面に予測画像を表示する。In
GUI上には各種条件から算出された帯電制御条件が表示され、手順202にてコンピュータシステム14が帯電制御動作(たとえば電子、イオン、光、プラズマ、等の照射)の条件を自動的に決定する。The charge control conditions calculated from various conditions are displayed on the GUI, and in
その後、手順203で、コンピュータシステム14がデータベースに基づいて荷電粒子線装置を制御し、帯電制御コンポーネントによる帯電制御動作が実行される。Then, in
その後、手順204で、コンピュータシステム14が荷電粒子線装置を制御し、SEM画像を撮像して取得する。Then, in
手順205で、コンピュータシステム14が、取得した画像とデータベースとに基づいて試料の帯電電位を評価する。In
取得したSEM画像が所望の画像であると手順206でユーザが判断した場合には、手順207で処理を終了する。If the user determines in
手順206で、SEM画像が所望の画像でないとユーザが判断した場合には、コンピュータシステム14は、もう一度手順203以降を繰り返す。たとえば、SEM画像の一部が暗すぎるとユーザが判断した場合には、コンピュータシステム14は、より高い輝度に対応する帯電制御条件を選択する。また、たとえば、SEM画像の一部が明るすぎるとユーザが判断した場合には、コンピュータシステム14は、より低い輝度に対応する帯電制御条件を選択する。If in
所望の画像からのずれがある場合には、コンピュータシステム14は、データベースを参照してより速く帯電制御の条件を決定することができるように構成されていてもよい。また所望の画像とのずれをデータベースに取り込んでもよく、そのようにするとデータベースの高精度化が図れる。If there is a deviation from the desired image, the
本実施例ではあらかじめ設定した光学条件において、データベースと試料情報から予測画像が得られるが、指定した領域の電位や輝度を指定するなど所望の画像条件を設定することで、SEMの光学条件を設定することも可能となる。In this embodiment, a predicted image is obtained from the database and sample information under preset optical conditions, but it is also possible to set the optical conditions of the SEM by setting the desired image conditions, such as specifying the potential and brightness of a specified area.
たとえば、図11の例では、「予測画像」エリアに所望の輝度を入力する欄がある。コンピュータシステム14は、この欄への入力を受け付ける入力デバイス(マウス、キーボイード、タッチパネル、等)を備えており、ユーザがこの欄に、SEM画像に関する指標値として所望の輝度を入力すると、コンピュータシステム14の入力デバイスがこの指標値を入力として受け付ける。For example, in the example of FIG. 11, the "Predicted Image" area has a field for inputting the desired brightness. The
そして、コンピュータシステム14は、この指標値と帯電制御条件との関係と、指標値そのものとに基づいて、帯電制御コンポーネントを制御し、適切な帯電制御動作を実行する(たとえばバイアス電圧を決定する)。Then, the
このように、実施例1に係る荷電粒子線装置によれば、試料に応じて、所望の画像を得るための帯電制御コンポーネントの制御条件を決定できるので、撮像した画像から制御条件をフィードバックすることができ、撮像条件の探索時間が短縮される。In this way, the charged particle beam device according to the first embodiment can determine the control conditions of the charge control component for obtaining a desired image according to the sample, and therefore the control conditions can be fed back from the captured image, thereby shortening the search time for the imaging conditions.
[実施例2]
実施例2に係る荷電粒子線装置を、図13を用いて説明する。本実施例における構成は図1に示す実施例1の荷電粒子線装置と同一とすることができ、以下では重複する説明は省略する場合がある。[Example 2]
A charged particle beam device according to a second embodiment will be described with reference to Fig. 13. The configuration of the charged particle beam device according to the second embodiment may be the same as that of the charged particle beam device according to the first embodiment shown in Fig. 1, and therefore, in the following description, overlapping descriptions may be omitted.
実施例1で述べたように試料の帯電電位は対向電極12に印加する電圧の大きさに依存する。試料のSEM画像として所望の画像を得られる状態にすることは、データベースを用いることで実現できるが、より大きなバイアス電圧を印加することで所望の画像にするための時間を短縮することができ、SEM撮像のスループットを向上できる。As described in Example 1, the charged potential of the sample depends on the magnitude of the voltage applied to the opposing
データベースに、図13に示すような輝度と帯電制御条件との関係が予め記憶される。本実施例では、帯電制御条件は、バイアス電圧の印加を継続する時間を含む。The relationship between brightness and charge control conditions as shown in FIG. 13 is stored in advance in the database. In this embodiment, the charge control conditions include the time for which the bias voltage application continues.
図13に示すように、SEM画像の輝度値(指標値)をI2にするには、対向電極12のバイアス電圧V3とした場合、時刻t2まで電圧を印加し続ければよい。一方で、対向電極12により大きなバイアス電圧V4を印加することで、試料の帯電変化を速くすることができ、データベースに基づき所望の輝度になると推測される時刻t1においてプラズマの照射を止めることで、所望の画像を得ることができる。As shown in FIG. 13, in order to set the brightness value (index value) of the SEM image to I2, if the bias voltage of the opposing
対向電極12に印加するバイアス電圧の大きさをさらに大きくすると、試料の帯電状態をより速く変化させることができ、所望の画像を得るまでに必要とする時間もより短くできる。SEM撮像シーケンスの高速化が可能となり、スループットを向上させることができる。By further increasing the magnitude of the bias voltage applied to the opposing
このように、コンピュータシステム14は、SEM画像に関する指標値に基づいて、帯電制御コンポーネント11による帯電動作時間を決定する。たとえば、荷電粒子線装置の(たとえば、とくにコンピュータシステム14の)メモリには、帯電制御条件に応じた、試料6の表面電位と帯電制御コンポーネント11の帯電動作時間との関係情報が記憶されている。コンピュータシステム14は、SEM画像に関する指標値に基づいて、帯電制御コンポーネント11の帯電動作時間を決定する。In this way, the
本実施例における帯電動作(たとえばプラズマ照射)の制御手法と、データベース内にある試料毎の絶縁破壊に至るバイアス電圧の関係情報を用いることで、長時間の印加により絶縁破壊に至るような大きいバイアス電圧を印加した場合でも、絶縁破壊する前にプラズマ照射を止めることができ、絶縁破壊を生じさせない範囲内でスループットを向上させることができる。By using the control method for charging operations (e.g., plasma irradiation) in this embodiment and the relationship information in the database of the bias voltage that leads to dielectric breakdown for each sample, plasma irradiation can be stopped before dielectric breakdown occurs, even when a large bias voltage that would lead to dielectric breakdown if applied for a long period of time is applied, and throughput can be improved without causing dielectric breakdown.
[実施例3]
次に、実施例3に係る荷電粒子線装置を、図14を参照して説明する。図14において、実施例1の荷電粒子線装置と同一の構成要素については、図1と同一の参照符号を付しており、以下では重複する説明は省略する場合がある。[Example 3]
Next, a charged particle beam device according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 14. In Fig. 14, the same components as those in the charged particle beam device of the first embodiment are given the same reference numerals as those in Fig. 1, and duplicated descriptions may be omitted below.
この実施例3の荷電粒子線装置は、試料室13とプラズマ生成装置18とを絶縁しつつ連結する連結部材19と、プラズマ生成装置18からステージ7の方向に延びるガイド16とを備え、さらにプラズマ生成装置18に電圧制御可能な電圧源17(第2電圧源)を設けた点で、前述の各実施例と異なっている。The charged particle beam device of this third embodiment differs from the previous embodiments in that it includes a connecting
対向電極12は、ガイド16もしくは試料6に対向し、対向電極12にはバイアス電圧が印加される。The
実施例1および2に係る帯電制御コンポーネント11はレーザー照射装置および/またはフラッドガンを備えていたが、実施例3に係る帯電制御コンポーネント11は、これらに代えて、またはこれらに加えて、プラズマ生成装置18を備える。このような構成により、帯電動作を適切に実行することができる。The
また、実施例1および2に係る荷電粒子線装置は、帯電制御コンポーネント11と対向電極12で試料の帯電を制御していたが、実施例3に係る荷電粒子線装置は、プラズマ生成装置18およびガイド16に直流電圧を印加することで、試料6の帯電を制御する。In addition, while the charged particle beam devices according to Examples 1 and 2 controlled the charging of the sample using the
このために、荷電粒子線装置は、ステージ7に電位を与える電圧源15と、プラズマ生成装置18に電位を与える電圧源17とを備える。これによって、ステージ7の電位制御と、プラズマの電位制御とを独立して、または適切に組み合わせて行うことができる。さらに、対向電極12にバイアス電圧を印加することにより、さらに柔軟な制御が可能となる。To this end, the charged particle beam device is equipped with a
図15に示すように、ガイド16に印加した電圧によりステージ7との間の電界を制御できる。電界の制御によって、電位の分布(等電位線EPLによって示す)が形成され、これによって、ガイド16内の中性のプラズマPZ中の荷電粒子のうち、電子あるいはイオンを選択的に照射することができる。またプラズマPZ中には電子とイオン両方が存在しているため、正負両極性について、除電および/または帯電を付与することができる。As shown in FIG. 15, the electric field between the
さらに、実施例1および2で記載した電子、イオン、光などの帯電制御コンポーネントを用いた帯電制御手法では、具体的構成によっては、対向電極12に印加した電圧と、試料6の帯電電位の関係は一意には定まらず、エネルギーフィルタなどを用いて帯電電位を評価する必要がある場合がある。実施例3のようにプラズマを用いる場合、ガイド16を通して試料から電流が流れるため、飽和電位と実際の試料6の帯電電位はガイド16に印加した電位と等しくなる。データベースを作成する際の画像の指標値として、輝度情報だけでなく、新たに飽和電位が得られる。Furthermore, in the charge control methods using charge control components such as electrons, ions, and light described in Examples 1 and 2, depending on the specific configuration, the relationship between the voltage applied to the opposing
実施例3では、プラズマ生成装置18で生成したプラズマを用いることで、試料6に生じた帯電の除去ができ、また、バイアス電圧を電圧源17で制御することで試料6の電位制御に活用している。In Example 3, the plasma generated by the
ここで、プラズマ生成装置18からのプラズマは、拡散の過程で電子とイオンとのバランスが崩れる場合がある。たとえば、構造物壁面では、プラズマの荷電粒子の移動度の差で、シースが形成されるなど、粒子分布が異なる領域が形成され、電気的中性が損なわれる場合がある。電荷バランスか崩れることで、除電や帯電制御に必要な荷電粒子の数が変化することがあるが、このような現象は適宜補償が可能であり、本質的には、電子もしくはイオンを照射できれば除電や帯電制御には問題ない。In this case, the plasma from the
[その他の実施例]
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。[Other Examples]
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modified examples are included. For example, the above-mentioned embodiment has been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, it is possible to replace a part of the configuration of a certain embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of a certain embodiment. In addition, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration. In addition, each of the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware, for example, by designing them as integrated circuits. In addition, each of the above-mentioned configurations, functions, etc. may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by a processor. Information such as a program, table, file, etc. that realizes each function can be placed in a memory, a recording device such as a hard disk or SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.
1…電子銃
2…電子線
3…コンデンサレンズ
4…偏向器
5…対物レンズ
6…試料
7…ステージ
8…二次電子検出器(検出器)
9…エネルギーフィルタ
10…二次電子
11…帯電制御コンポーネント
12…対向電極
13…試料室
14…コンピュータシステム
15…電圧源(第1電圧源)
16…ガイド
17…電圧源(第2電圧源)
18…プラズマ生成装置
19…連結部材
EPL…等電位線
PS…電子線光学系
PZ…プラズマReference Signs List 1: Electron gun 2: Electron beam 3: Condenser lens 4: Deflector 5: Objective lens 6: Sample 7: Stage 8: Secondary electron detector (detector)
9: Energy filter 10: Secondary electrons 11: Charge control component 12: Counter electrode 13: Sample chamber 14: Computer system 15: Voltage source (first voltage source)
16: Guide 17: Voltage source (second voltage source)
18: Plasma generating device 19: Connection member EPL: Equipotential line PS: Electron beam optical system PZ: Plasma
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