(57)【要約】【課題】  取得画像の像質や分解能の劣化を防ぐことができる走査型電子顕微鏡、および走査型電子顕微鏡の画像の改良方法を提供する。【解決手段】  試料に電子ビームを照射し該試料から発生する二次信号の情報を画像化する走査型電子顕微鏡において、前記電子ビームを前記試料で走査する走査信号を補正する補正データを格納する記憶部と、該記憶部へ格納された補正データを用いて前記走査信号を補正する補正回路と、該補正回路で補正された走査信号を用いて得られた画像を表示するディスプレイとを備え、該ディスプレイには、さらに、前記補正データに基づいて生成された補正データ波形が表示される。【選択図】図８
2010015731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを照射し該試料から発生する二次信号の情報を画像化する走査型電子顕微鏡において、
前記電子ビームを前記試料で走査する走査信号を補正する補正データを格納する記憶部と、
該記憶部へ格納された補正データを用いて前記走査信号を補正する補正回路と、
該補正回路で補正された走査信号を用いて得られた画像を表示するディスプレイとを備え、
該ディスプレイには、さらに、前記補正データに基づいて生成された補正データ波形が表示されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
試料に電子ビームを走査して発生する二次信号から画像を生成しディスプレイへ表示する走査型電子顕微鏡において、
前記画像の形状に関して予め定められた基準と異なる形状のデータを格納する記憶装置と、
該記憶装置に格納された前記データを前記ディスプレイに表示させるとともに、前記データの形状変更指令の入力に基づいて前記データを変更し、該変更されたデータを用いて前記電子ビームを走査する走査信号波形を補正する制御部とを備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記ディスプレイには、前記記憶装置に格納された前記データとともに、前記画像が表示されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項２の記載において、前記電子ビームを偏向させる偏向器の電源の電流または磁場の少なくともひとつを測定する環境測定器を備え、
前記制御部は、該環境測定器で測定された電流または磁場の値に基づいて、前記電子ビームを走査する走査信号波形を補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項２の記載において、前記記憶装置に格納されたデータは複数であり、前記ディスプレイに表示された選択メニューを用いてひとつのデータが選択されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項２の記載において、前記記憶装置に格納されたデータを編集加工できるメニューが前記ディスプレイに表示されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項７】
試料に電子ビームを照射し該試料から発生する二次信号の情報を画像化する走査型電子顕微鏡における画像の改良方法において、
記憶部に予め格納された補正データをディスプレイへ表示させ、
表示された補正データから選択された補正データを用いて、前記試料上での前記電子ビームの走査を制御する走査信号波形を補正し、
該補正された走査信号波形で前記試料を走査して得られた画像を前記ディスプレイへ表示させることを特徴とする走査型電子顕微鏡における画像の改良方法。
【請求項８】
請求項７の記載において、前記補正データは、前記ディスプレイに表示された編集加工メニューにより加工可能であることを特徴とする走査型電子顕微鏡における画像の改良方法。
【請求項９】
請求項７の記載において、前記補正データは、前記電子ビームを偏向させる偏向器の電源の電流または磁場の少なくともひとつの値を含むことを特徴とする走査型電子顕微鏡における画像の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡に係り、特に、半導体デバイスが形成されるウェーハ等の半導体試料の検査に有用な走査型電子顕微鏡、およびその画像の改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、半導体試料に対して電気回路となるパターンの酸化，成膜，露光，エッチング等の工程を経ることにより形成される。半導体試料は、その工程の途中で、必要に応じて外観検査装置，異物検査装置等の検査装置により検査され、半導体試料の外観不良部や異物等の欠陥の座標情報が、ネットワークを介して観察装置に送信される。観察装置は、欠陥を拡大撮像して画像を生成する装置であり、この画像に基づいて欠陥の観察と発生原因究明が行われる。
【０００３】
検査装置や観察装置には、半導体試料へ光を照射し、受光素子で反射光を取得し画像化する光学式と、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）を応用した装置であって、半導体試料に電子ビームを照射し、半導体試料から発生する二次電子等の二次信号の情報を画像化するＳＥＭ式とが知られている。ＳＥＭ式検査装置やＳＥＭ式レビュー装置は、光学式検査装置や光学式レビュー装置よりも分解能が高く、微小な欠陥を検出したり画像化できることを特徴とする。
【０００４】
走査型電子顕微鏡は、試料上でプローブとしての電子ビームを走査し、この走査にともなって試料から発生した二次電子や反射電子を検出する。近年、電子ビームを試料へ収束させる対物レンズの近傍に引上げ電極を設ける改良により、二次電子や反射電子を効率良く検出器へ入射させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この構成により、対物レンズを通過する二次電子や反射電子を加速させるので、対物レンズで生じる電子ビームの色収差を低減させることができる。また、金属製の反射板を試料と検出器の間に設けることにより、試料表面から生じる二次電子と反射電子のエネルギーの違いを利用して両者を分離させ、それぞれを別々の検出器で捉えることで、二次電子にて試料表面の形状情報を、反射電子にて試料の立体情報を得る方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この例において、さらに静電レンズを設けることで、静電レンズへの印加電圧により二次電子と反射電子の分離を制御することができる。
【０００５】
上記のように、走査型電子顕微鏡を半導体試料の検査や観察に用いるための様々な改良が行われているが、走査型電子顕微鏡は、試料上で電子ビームを走査することにより発生した二次信号を画像化することから、電子ビームの安定性が画質を左右する。電子ビームは、磁界と電界によってその軌道を曲げることができるが、予期しない要因による磁界や電界の変動があると、電子ビームの軌道が変動してしまい、画像の像質や分解能の劣化の可能性がある。特に、高分解能な走査型電子顕微鏡では、電源に起因する電流変動による電子ビームの軌道の変動の低減が求められている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−７３８４１号公報
【特許文献２】特開２００２−８３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、取得画像の像質や分解能の劣化を防ぐことができる走査型電子顕微鏡、および走査型電子顕微鏡の画像の改良方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施態様は、試料に電子ビームを照射し該試料から発生する二次信号の情報を画像化する走査型電子顕微鏡において、前記電子ビームを前記試料で走査する走査信号を補正する補正データを格納する記憶部と、該記憶部へ格納された補正データを用いて前記走査信号を補正する補正回路と、該補正回路で補正された走査信号を用いて得られた画像を表示するディスプレイとを備え、該ディスプレイには、さらに、前記補正データに基づいて生成された補正データ波形が表示される構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、取得画像の像質や分解能の劣化を防ぐことができる走査型電子顕微鏡、および走査型電子顕微鏡の画像の改良方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。ここでは、例としてＳＥＭ式レビュー装置について説明する。図１は、ＳＥＭ式レビュー装置の電子光学カラムの構成を示す概略図である。図は縦断面図であるが、電子ビームの周辺を真空に保つための容器は省略している。引き出し電極１０３により電子源１０１から引き出された一次電子ビーム１０２は、コンデンサレンズ１０４で収束されて細く絞られ、アライメントレンズ１０８で光軸が調整され、対物レンズ１１２で収束されて細く絞られ、試料１１６に照射される。さらに、一次電子ビーム１０２は、対物レンズ１１２の電圧印加磁路１１４により、対物レンズ１１２と試料１１６との間で加速される。一次電子ビーム１０２のビーム径が小さくなっているので、試料１１６の画像を生成するために、偏向レンズ１１０によって一次電子ビーム１０２を偏向して、試料１１６上を二次元走査させ、同時に試料１１６で発生する二次電子１０７や反射電子１１５の二次信号を、偏向に同期して二次電子検出器１０５や反射電子検出器１１１で検出する。検出された二次信号は、制御部１０６で画像化されてディスプレイ１０９に表示される。反射電子１１５は、左右の信号成分がそれぞれ２つの反射電子検出器１１１によって検出され、増幅器を介してディスプレイ１０９の輝度信号として使用される。反射電子１１５を可能な限り多く検出する目的で、反射板１１３が設けられている。反射板１１３に反射電子１１５が衝突すると、二次信号が発生し、これが反射電子検出器１１１によって捕捉される。また、ディスプレイ１０９の偏向信号と、偏向レンズ１１０の偏向信号とは同期しているため、ディスプレイ１０９には、ウェーハ等の試料上のパターン形状を忠実に再現することができる。制御部１０６は、引き出し電極１０３，コンデンサレンズ１０４，アライメントレンズ１０８，偏向レンズ１１０，対物レンズ１１２の調整を行う機能も有している。
【００１１】
図２，図３は、図１の制御部１０６の詳細を示す構成図であり、図２に従来の構成、図３に本実施例における構成を示す。図２において、オペレータが、ＧＵＩ（Graphical User Interface）２０１を使用してＳＥＭ式レビュー装置を操作する。ＧＵＩ２０１で入力された情報は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０２に伝達され、Ｄ／Ａ変換器（Digital-to-Analog Converter）２０３を介して電圧電流変換回路２０５へ送られる。Ｄ／Ａ変換器２０３の出力は、電圧電流変換回路２０５を通してアライメントレンズ２０６，偏向レンズ２０７，対物レンズ２０８に伝達される。ＣＰＵ２０２に接続されているメモリ２０４は、制御データの記憶，ＣＰＵ２０２の演算結果やプログラムの格納に使用される。
【００１２】
本実施例では、図３に示すように、新たに電子ビーム補正用データ記憶装置３０１を設ける。ここには、ＧＵＩ２０１やＣＰＵ２０２から送られるビームの軌道の補正用データが時系列で並べられて記憶されている。この補正用データにより、Ｄ／Ａ変換器２０３を制御して、電源周期に同期させたダイナミックなビームの軌道の補正を行うことができる。環境測定器３０２は、ＳＥＭ式レビュー装置の内部で発生する電流や磁場の変動を測定し、そのデータを電子ビーム補正用データ記憶装置３０１へ送り、環境の影響を考慮してビームの軌道の補正を行うことができる。
【００１３】
図４，図６は、電流または磁場波形と走査信号波形の時間変化を示すグラフ、図５は、試料のＳＥＭ像の一例を示す画面図である。通常、走査型電子顕微鏡における電子ビームの走査信号は、水平方向と垂直方向の２次元で構成されている。図４は、そのうちの垂直方向の走査信号の波形と、装置内部で発生する電源の電流または磁場の周期ノイズを含む波形の時間的変化の一例を示している。電流または磁場の波形は、正弦波とはならず歪んでいることが多い。この一例のＳＥＭ像を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）に示す電流による影響を受けていない時の画像に比べ、図５（ｂ）に示す電流による影響を受けた時の画像は、直線になるべきところに曲がりが出てしまう。本実施例では、図３に示した環境測定器３０２で図４に示した電流または磁場の波形を測定し、このデータを電子ビーム補正用データ記憶装置３０１へ送り、図６に示すように、測定した電流または磁場の波形に基づいて電子ビーム補正用データを生成し、走査信号波形を補正する。このようにすることで、電子ビームを、あたかも電源の周期ノイズの影響がない場合と同一の走査信号波形で制御することができる。生成された走査信号波形は、図１に示した偏向レンズ１１０の偏向コイルに与えられる。偏向コイルの応答性が低い場合には、偏向レンズ１１０とは別に、図示しないビーム補正用コイルを設け、このコイルに電子ビーム補正用データを加えてもよい。
【００１４】
図７は、画像の状態からビームを補正する手順を示すフローチャートである。初期状態にて画像を取得する（ステップ７０１）。次に、取得した画像の輝度やコントラストを画像処理により調整し（ステップ７０２）、ディスプレイ１０９へ画像を表示する（ステップ７０３）。オペレータは、表示された画像に図５（ｂ）に示したような形状の曲がりがあるかどうかを判断し（ステップ７０４）、曲がりがある場合には、図６に示した電子ビーム補正用データをディスプレイ１０９に表示させ（ステップ７０５）、走査信号波形の加工を指示する（ステップ７０６）。電子ビーム補正用データ記憶装置３０１は、加工された走査信号波形を格納し（ステップ７０７）、偏向レンズ１１０の電流制御を行う（ステップ７０８）。そして、画像を表示させて、像の曲がりが改善されたかどうかを確認する。改善の程度が不十分な場合は、以上のステップを繰り返すことで、像曲がりのない画像を取得することができる。ディスプレイ１０９には、電子ビーム補正用データや加工された電子ビーム補正用データとともに、補正された走査信号波形により偏向された電子ビームで取得された画像が表示されるので、オペレータは、両者の比較により画像の曲がりの補正の程度が適切であるかどうかを確認することができる。
【００１５】
ステップ７０４の、像の曲がりを、オペレータが判断するのではなく、制御部１０６で判断するようにすることもできる。図５（ａ）に示すような像の形状が予めわかっている場合には、制御部１０６は、これを基準として図５（ｂ）に示すような曲がりのある像との差を演算により求め、閾値との大小で曲がりの有無を判断する。
【００１６】
図８は、ディスプレイ１０９へ表示される画面の一例を示す画面図であり、図７に示したフローチャートのステップ７０６において、オペレータが走査信号波形の加工を指示する場合の設定ウィンドウ８０１を示している。設定ウィンドウ８０１には、補正データ表示エリア８０２，取得画像表示エリア８０３，ゲイン調整バー８０４，位相調整バー８０５，画像取得ボタン８０６，自動設定ボタン８０７が表示されている。
【００１７】
既に記憶されている補正データを使用する場合、補正データ読込ボタン８１０を押し下げると、その補正データ波形８１２が表示される。補正データが複数ある場合は、選択ボタン８０８を押し下げると、補正データ表示エリア８０２に、選択メニューとして複数の補正データが表示された補正データ表示領域８１４が表示される。
【００１８】
ひとつの補正データをマウスポインタ等で指定すると、その補正データ波形８１２が表示される。表示された補正データ波形８１２を編集する場合、補正データ表示領域８１４に表示された補正データを直接書き換える方法と、ゲイン調整バー８０４，位相調整バー８０５を使用する方法とがある。もちろん両方を併用することもできる。補正データ波形８１２の一部の形状を編集したり加工したりする場合は、補正データ表示選択部８１３の大きさを変えてその領域を指定することができ、ゲイン調整バー８０４や位相調整バー８０５を動かすことでゲインや位相を変えることができる。また、図３に示した環境測定器３０２で測定したＳＥＭ式レビュー装置の内部で発生する電流や磁場の変動に基づいて、電子ビーム補正用データを生成する場合には、環境測定データ取得ボタン８０９を押し下げる。
【００１９】
画像取得ボタン８０６を押し下げると、補正データ表示エリア８０２に現在表示されている補正データを使用した場合の画像が取得され、その画像が取得画像表示エリア８０３に表示される。
【００２０】
自動設定ボタン８０７は、取得画像表示エリア８０３に表示された画像の曲がりがなくなるような補正データが、近似演算により作成され、その補正データで画像が補正されるものであり、おおよその補正が可能である。しかし、画像の曲がりを完全になくすには、オペレータによる微細なチューニングが必要である。
【００２１】
所望の画像が得られた場合、補正データを記憶する必要があるが、その場合には補正データ格納ボタン８１１を押し下げる。
【００２２】
なお、画面内の表示は、必ずしも文字ではなくアイコンでもよい。また、ボタン等が選択、あるいは押し下げされたことを表すために、ボタンアイコンが凹んで見える効果，ボタンや文字の白黒反転効果や着色，チェックマーク付与などの手法を用いることができる。
【００２３】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、電源に同期して発生する電子ビームを揺らす要因をキャンセルするので、取得画像の像質や分解能の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＳＥＭ式レビュー装置の電子光学カラムの構成を示す概略図。
【図２】制御部１０６の詳細を示す構成図。
【図３】制御部１０６の詳細を示す構成図。
【図４】電流または磁場波形と走査信号波形の時間変化を示すグラフ。
【図５】試料のＳＥＭ像の一例を示す画面図。
【図６】電流または磁場波形と走査信号波形の時間変化を示すグラフ。
【図７】画像の状態からビームを補正する手順を示すフローチャート。
【図８】ディスプレイ１０９へ表示される画面の一例を示す画面図。
【符号の説明】
【００２５】
１０２  一次電子ビーム
１０６  制御部
１０８，２０６  アライメントレンズ
１０９  ディスプレイ
１１０，２０７  偏向レンズ
１１１  反射電子検出器
１１２，２０８  対物レンズ
１１３  反射板
１１４  電圧印加磁路
１１６  試料
２０１  ＧＵＩ
２０２  ＣＰＵ
２０３  Ｄ／Ａ変換器
２０４  メモリ
２０５  電圧電流変換回路
３０１  電子ビーム補正用データ記憶装置
３０２  環境測定器
８０１  設定ウィンドウ
８０２  補正データ表示エリア
８０３  取得画像表示エリア
８０４  ゲイン調整バー
８０５  位相調整バー
８０６  画像取得ボタン
８０７  自動設定ボタン
８０８  補正データ選択ボタン
８０９  環境測定データ取得ボタン
８１０  補正データ読込ボタン
８１１  補正データ格納ボタン
８１２  補正データ波形
８１３  補正データ表示選択部
８１４  補正データ表示領域
【図１】
2010015731.tif 000003
【図２】
2010015731.tif 000004
【図３】
2010015731.tif 000005
【図４】
2010015731.tif 000006
【図５】
2010015731.tif 000007
【図６】
2010015731.tif 000008
【図７】
2010015731.tif 000009
【図８】
2010015731.tif 000010