(57)【要約】【課題】試料表面が複数の材料種で構成される場合の３Ｄモデルのゆがみを防止するための、複数の検出器によって捕捉された試料の複数のＳＥＭ画像から試料表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算する方法及びシステムを提供する。【解決手段】方法は、複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射するステップを含む。それぞれの検出器出力を生成するように試料に対してそれぞれ異なる位置に配置された複数の検出器を用いて、照射された試料から放出される放出電子が検出される。各々の材料種に対して、その材料種で構成された表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別し、識別された水平領域における少なくとも１つの検出器出力に基づいて材料種に対する較正係数を計算することによって、材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数が計算される。この較正係数が検出器出力に適用される。較正係数が適用された検出器出力に基づいて、表面の３次元トポグラフィカルモデルが計算される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射するステップと、
それぞれの検出器出力を生成するように前記試料に対してそれぞれ異なる位置に配置された複数の検出器を用いて、前記照射された試料から放出される放出電子を検出するステップと、
各々の材料種に対して、前記材料種で構成された前記表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別し、前記識別された水平領域における少なくとも１つの前記検出器出力に基づいて該材料種に対する較正係数を計算することによって、前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算するステップと、
前記較正係数を前記検出器出力に適用するステップと、
前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて、前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記検出器は、前記試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、前記試料の前記平面に対して斜角に配置された２つ又はそれ以上の側部検出器とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップは、前記表面上の複数の点における高さ勾配を推定するステップと、前記高さ勾配を積分して前記３次元トポグラフィカルモデルを生成するステップとを含み、
前記高さ勾配を推定するステップは、前記表面上の所与の点に対して、前記検出器出力をそれぞれの反射率関数の関数として表す一組の式を定義するステップと、前記一組の式を解いて前記所与の点における高さ勾配を導出するステップとを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
所与の検出器の反射率関数を、前記所与の検出器によって捕捉される角度範囲にわたって前記放出電子収率の角度分布を積分することによって評価するステップを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップは、前記表面上の複数の点における高さ勾配を推定するステップと、前記高さ勾配を積分して前記３次元トポグラフィカルモデルを生成するステップとを含み、
前記高さ勾配を推定するステップは、前記高さ勾配の成分の曖昧さを、前記表面上の閉ループ経路にわたる該高さ勾配の積分がゼロであることを要求する基準を適用することによって解決するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記検出器は、前記試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、前記試料の前記平面に対して斜角に配置された４つの側部検出器とを含み、
前記放出電子を検出するステップは、前記側部検出器の選択された対の前記検出器出力を組み合せるステップを含み、
前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップは、前記組み合わされた検出器出力に基づいて前記モデルを計算するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射するように構成された電子源と、
前記試料に対してそれぞれ異なる位置に配置され、前記照射された試料から放出される放出電子を検出し、それぞれの検出器出力を生成するように構成された複数の検出器と、
各々の材料種に対して、前記材料種で構成された前記表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別すること、及び、前記識別された水平領域における少なくとも１つの前記検出器出力に基づいて該材料種の較正係数を計算することによって前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算し、前記較正係数を前記検出器出力に適用し、前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成されたプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記検出器は、前記試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、前記試料の前記平面に対して斜角に配置された２つ又はそれ以上の側部検出器とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記表面を、前記それぞれの材料種で構成される複数のセグメントにセグメント化し、各々の前記セグメント内の１つ又はそれ以上の水平領域を識別するように構成されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、前記３次元トポグラフィカルモデルを、前記表面上の複数の点における高さ勾配を推定し、前記高さ勾配を積分して該３次元トポグラフィカルモデルを生成することにより計算するように構成され、かつ
前記プロセッサは、前記表面上の所与の点に対して、前記検出器出力をそれぞれの反射率関数の関数として表す一組の式を定義し、前記一組の式を解くことによって前記所与の点における高さ勾配を導出するように構成される、
ことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、所与の検出器の反射率関数を、前記所与の検出器によって捕捉される角度範囲にわたり前記放出電子収率の角度分布を積分することによって評価するように構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記３次元トポグラフィカルモデルを、前記表面上の複数の点における高さ勾配を推定し、前記高さ勾配を積分して該３次元トポグラフィカルモデルを生成することにより計算するように構成され、かつ
前記プロセッサは、前記高さ勾配の成分の曖昧さを、前記表面上の閉ループ経路にわたる該高さ勾配の積分がゼロであることを要求する基準を適用することによって解決するように構成される、
ことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
前記検出器は、前記試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、前記試料の前記平面に対して斜角に配置された４つの側部検出器とを含み、
前記プロセッサは、前記側部検出器の選択された対の前記検出器出力を組み合わせ、前記組み合わされた検出器出力に基づいて前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成される、
ことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
複数の材料種で構成される試料に対してそれぞれ異なる位置に配置されたそれぞれの検出器から、一次電子ビームによる前記試料の照射に応じて該試料から放出される放出電子を表す複数の検出器出力を受け取るように構成されるインタフェースと、
各々の材料種に対して、前記材料種で構成された前記表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別すること、及び、前記識別された水平領域における少なくとも１つの前記検出器出力に基づいて該材料種に対する較正係数を計算することによって前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算し、前記較正係数を前記検出器出力に適用し、前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成されたプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
プログラム命令が内部にストアされた有形の非一時的なコンピュータ可読媒体を備えたコンピュータソフトウェア製品であって、前記命令は、コンピュータによって読み出されたとき、複数の材料種で構成される試料に対してそれぞれ異なる位置に配置されたそれぞれの検出器から、一次電子ビームによる前記試料の照射に応じて該試料から放出される放出電子を表す複数の検出器出力を受け取ることと、各々の材料種に対して、前記材料種で構成された表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別し、前記識別された水平領域における少なくとも１つの前記検出器出力に基づいて該材料種に対する較正係数を計算することによって前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算することと、前記較正係数を前記検出器出力に適用することと、前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算することと、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の処理に関し、具体的にはＳＥＭ画像を用いた３次元マッピングの方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像は、種々のマッピング及び画像化用途、例えば、半導体ウェハの検査などに用いられる。ＳＥＭ画像を用いる３次元（３Ｄ）マッピングの技術分野において幾つかの技法が知られている。例えば、半導体デバイスを検査するための従来の技法では、ＳＥＭによって得られた複数セットの計測データを用いて半導体デバイスの寸法パラメータが決定される。ＳＥＭは、データの各セットをデバイスに対して異なる角度方向から収集する。半導体デバイスの寸法パラメータは、ＳＥＭ検査角度と収集されたデータセットとの関係を分析することによって決定される。
【０００３】
別の従来の方法は、それぞれの半導体要素からの検出信号が試料上の電子ビームの走査フレームと同期して連続的に切替えられる３Ｄ形状計測を含む。それぞれの半導体要素からの検出信号は、それぞれの半導体要素に対応するフレームメモリ内の記録アドレス内に連続的に記録される。４回の電子ビーム走査セッションの後、３Ｄ形状計測用の各画像データがフレームメモリ内に記録され、３Ｄ形状計測のために処理される。
【０００４】
さらに別の例として、Ｍａｒｉｎｅｌｌｏ他は、引用により本明細書に組み入れられる非特許文献１において、立体写真計測法による表面トポグラフィの３Ｄ再構成を用いる、ＳＥＭにより実行される寸法計測を説明している。
【０００５】
幾つかの従来のＳＥＭマッピング技法は、複数の検出器を使用する。例えば、Ｈａｒａｄａ他は、非特許文献２において、多重検出器ＳＥＭ計測を説明している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍａｒｉｎｅｌｌｏ他、「Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆａｃｔｏｒｓ  ｉｎ  ＳＥＭ  ３Ｄ  Ｓｔｅｒｅｏ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００８年、第１９巻第６号
【非特許文献２】Ｈａｒａｄａ他「Ａ  Ｎｅｗ  ＣＤＳＥＭ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｈａｒｄｍａｓｋｓ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ  Ｊａｐａｎ  ２０１０（ＢＡＣＵＳ  Ｎｅｗｓ  ２７：２において刊行）、２０１１年２月
【非特許文献３】Ｆｒａｎｋｏｔ及びＣｈｅｌｌａｐｐａ、「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｅｎｆｏｒｃｉｎｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ  Ｓｈａｐｅ  ｆｒｏｍ  Ｓｈａｄｉｎｇ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、１９８８年７月、第１０巻、第４号、４３９−４５１頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
方法は、複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射することを含む。照射された試料から放出された放出電子は、それぞれの検出器出力を生成するように試料に対してそれぞれ異なる位置に配置された複数の検出器を用いて検出される。材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数が、各材料種に対して、その材料種で構成された表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別し、識別された水平領域における少なくとも１つの検出器出力に基づいてその材料種に対する較正係数を計算することによって、計算される。この較正係数が検出器出力に適用される。較正係数が適用された検出器出力に基づいて、表面の３次元トポグラフィカルモデルが計算される。
【０００８】
幾つかの実施形態において、検出器は、試料平面の垂直上方に配置された上部検出器と、試料平面に対して斜角に配置された２つ又はそれ以上の側部検出器とを含む。実施形態において、水平領域を識別することは、表面を、それぞれの材料種で構成される複数のセグメントにセグメント化することと、各々のセグメント内の１つ又はそれ以上の水平領域を識別することとを含む。
【０００９】
１つの実施形態において、３次元トポグラフィカルモデルを計算することは、表面上の複数点における高さ勾配を推定することと、高さ勾配を積分して３次元トポグラフィカルモデルを生成することとを含む。高さ勾配を推定することは、表面上の所与の点に対して、検出器出力をそれぞれの反射率関数の関数として表す一組の式を定義することと、この一組の式を解いて所与の点における高さ勾配を導出することとを含むことができる。実施形態において、本方法は、所与の検出器の反射率関数を、所与の検出器によって捕捉される角度範囲にわたって放出電子収率の角度分布を積分することによって評価することを含む。高さ勾配を推定することは、高さ勾配の成分の曖昧さを、表面上の閉ループ経路にわたる高さ勾配の積分がゼロであることを要求する基準を適用することによって解決することを含むことができる。
【００１０】
幾つかの実施形態において、較正係数を適用することは、ある材料種で構成される表面上の点において推定される所与の検出器の反射率関数を、その材料種に対して計算された較正係数を用いて規格化することを含む。実施形態において、検出器は、試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、試料の平面に対して斜角に配置された４つの側部検出器とを含み、放出電子を検出することは、側部検出器の選択された対の検出器出力を組み合せることを含み、３次元トポグラフィカルモデルを計算することは、組み合わされた検出器出力に基づいてモデルを計算することを含む。
【００１１】
本発明の実施形態により、電子源、複数の検出器及びプロセッサを含む装置がさらに提供される。電子源は、複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射するように構成される。検出器は、試料に対してそれぞれ異なる位置に配置され、照射された試料から放出される放出電子を検出し、それぞれの検出器出力を生成するように構成される。プロセッサは、各材料種に対して、その材料種で構成された表面の１つ又はそれ以上の水平領域を識別すること、及び、識別された水平領域における少なくとも１つの検出器出力に基づいてその材料種の較正係数を計算することによって、材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算し、その較正係数を検出器出力に適用し、較正係数が適用された検出器出力に基づいて表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成される。
【００１２】
本発明の実施形態により、インタフェース及びプロセッサを含む装置もまた提供される。インタフェースは、複数の材料種で構成される試料に対してそれぞれ異なる位置に配置されたそれぞれの検出器から、一次電子ビームによる試料の照射に応じて試料から放出される放出電子を表す複数の検出器出力を受け取るように構成される。プロセッサは、各材料種に対して、その材料種で構成された表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別すること、及び、識別された水平領域における少なくとも１つの検出器出力に基づいてその材料種に関する較正係数を計算することによって、材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算し、その較正係数を検出器出力に適用し、較正係数が適用された検出器出力に基づいて表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成される。
【００１３】
本発明の実施形態により、プログラム命令が内部にストアされた有形の非一時的なコンピュータ可読媒体を含むコンピュータソフトウェア製品がさらに提供され、その命令は、コンピュータによって読み出されたとき、複数の材料種で構成される試料に対してそれぞれ異なる位置に配置されたそれぞれの検出器から、一次電子ビームによる試料の照射に応じて試料から放出される放出電子を表す複数の検出器出力を受け取ることと、各材料種に対して、その材料種で構成された表面上の１つ又はそれ以上の水平領域を識別し、識別された水平領域における少なくとも１つの検出器出力に基づいてその材料種に関する較正係数を計算することによって、材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算することと、その較正係数を検出器出力に適用することと、較正係数が適用された検出器出力に基づいて表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算することとをコンピュータに実行させる。
【００１４】
本発明は、添付の図面と共に解釈される以下の実施形態の詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による、試料の３次元（３Ｄ）マッピングのためのシステムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の代替的実施形態による、検出器アレイの概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を説明するのに用いられる幾何学的記法を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を説明するのに用いられる幾何学的記法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、高さ勾配マップを計算するのに用いられる関数を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態による、試料の３Ｄマッピングの方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態による、試料の３Ｄマッピングの方法の概略を示すフローチャートである。
【図８】実施形態による、コンピュータシステムの１つの実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
概要
本発明の実施形態は、複数の検出器によって捕捉された試料の複数の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像から、試料表面の３次元（３Ｄ）トポグラフィカルモデルを計算する方法及びシステムを提供する。特に、開示される較正プロセスは、試料表面が複数の材料種で構成される場合の３Ｄモデルのゆがみを防止する。
【００１７】
幾つかの実施形態において、試料は一次電子ビームで照射される。試料に対して異なる位置に配置された複数の検出器が、照射された試料から放出される２次電子及び後方散乱電子を検出する。例えば、検出器は、試料の直接上方に配置された上部検出器と２つ又はそれ以上の側部検出器とを含むことができる。
【００１８】
各々の検出器は、検出器によって捕捉された二次電子の収率を示すそれぞれの検出器出力を生成する。プロセッサが、複数の検出器出力を処理して試料の３Ｄトポグラフィカルモデルを再構成する。典型的には、プロセッサは、試料全域にわたる表面の高さ勾配を推定し、この勾配を積分して３Ｄトポグラフィカルモデルを生成する。
【００１９】
多くの実際的用途において、試料表面は複数の材料種で構成される。特定の方向における二次電子収率は、表面トポグラフィに依存するだけでなく、その材料組成にも依存するので、それを考慮に入れない限り、材料種の違いが３Ｄ再構成を歪める可能性がある。
【００２０】
１つの実施形態において、プロセッサは、異なる材料種の間の二次電子収率の変動を補償するための較正係数を計算する。プロセッサは、表面の３Ｄトポグラフィカルモデルを計算する際に較正係数を検出器出力に適用する。例示的な実施形態において、プロセッサは、各材料種に対して、実質的に水平の１つ又はそれ以上の表面の領域を識別する。プロセッサは、その水平領域において種々異なる材料種に関する基準収率計測を行い、これらの計測値を用いて較正係数を計算する。次にプロセッサは、これらの較正係数を試料の他の領域内で生成された検出器の出力に適用する。その結果、３Ｄトポグラフィカルモデルは、試料表面の異なる材料種による影響を受けないものとなる。
【００２１】
本明細書で説明する方法及びシステムは、試料表面上に存在し得る種々の材料種にかかわらず、試料の高度に正確な３Ｄモデルを生成する。本開示の技法は、複数の材料を有する試料を検査する様々な用途、例えば、半導体ウェハの限界寸法（ＣＤ）計測、欠陥検査（ＤＲ）及び自動欠陥分類(ＡＤＣ)など、に用いることができる。
【００２２】
システムの説明
図１は、本発明の実施形態による、３次元（３Ｄ）マッピングのため走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システム２０の概略を示すブロック図である。この実施例において、システム２０は、特にＳＥＭカラムシステム（図示せず）、検出システム（図示せず）及び試料を取り扱うための試料取扱いシステム（図示せず）から構成された走査ユニット２１を備え、ＳＥＭを用いて試料を走査し、試料の形状、設計、材料及び他の特徴を示す信号を検出する。
【００２３】
システム２０は、走査ユニット２１内の検出器によって生成されるデジタル画像を処理する画像処理ユニット２３をさらに備える。しかし、以下で説明するように、この種の分割は必須のものではなく、システム２０の機能は、単一ユニットで実装することもでき、又は複数のユニットの間で適切に分割することもできる。
【００２４】
システム２０は、種々の用途、例えば、限界寸法（ＣＤ）計量、欠陥検査（ＤＲ）又は任意の他の適切な用途に用いることができる。本明細書で説明する実施形態において、システム２０によってマッピングされる試料は、半導体ウェハを含む。しかし、代替的にシステム２０は、その他の任意の適切な種類の試料、例えば、半導体マスク及びレチクル、平面ディスプレイパネル、ソーラーパネルなどの３Ｄマッピングに用いることができる。
【００２５】
システム２０内の走査ユニット２１は、ある特定の高さプロファイル又は表面トポグラフィを有する試料２２を走査する。例えば、試料は、電子部品、導電体及び他の素子が上に配置された、パターン形成された半導体ウェハを含むことができる。ユニット２１は、電子ビームを用いて試料２２を照射し、照射に応じて試料から放出される二次電子を検出し、この二次電子検出を用いて、以下で詳しく説明する方法により試料表面の３Ｄモデルを生成する。
【００２６】
この例におけるユニット２１は、試料２２を一次電子（ＰＥ）ビームで照射する電子源２４を備える。通常、ＰＥビームは、試料表面上のある特定の点を任意の所与の時刻に照射し、ビームは、例えばラスタパターンで試料を走査する。ＰＥによる照射に応じて、二次電子（ＳＥ）が試料上の照射点から放出される。ＳＥは種々の角度で放出され、検出器アレイ２８によって検出される。
【００２７】
この実施形態において、アレイ２８は、上部検出器３２Ａ並びにそれぞれＤ１及びＤ２で示す２つの側部検出器３２Ｂ及び３２Ｃを備える。上部検出器は試料平面の垂直上方に配置され、他方、側部検出器は試料平面に対して斜角に配置される。４つの側部検出器を有する代替の検出器構成を下の図２に示す。４つの側部検出器の出力を処理する例示的な方法を以下の図７に示す。（試料２２、電子源２４及びアレイ２８は、側面図で示す。しかし、アレイ２８内の検出器３２Ａ．．．３２Ｃは、分かり易くするために平面図で示す）。
【００２８】
各検出器は、照射点に対してある一定の角度範囲内のＳＥを捕捉する。図１の例において、上部検出器３２Ａは、照射点を頂点とするある特定の円錐領域内に放出されるＳＥを捕捉する。側部検出器３２Ｂ及び３２Ｃの各々は、それぞれ異なる角度及びエネルギーセクタ内のＳＥを捕捉する。
【００２９】
以下でさらに説明するように、通常、上部検出器は、試料表面の画像を異なる材料組成の領域にセグメント化するために用いられる。側部検出器がトポグラフィコントラストに対してより敏感であるのと対照的に、上部検出器は材料コントラストに非常に敏感であるのでこの作業に最も良く適している。ＳＥの斜め収集とは異なり、ＳＥの垂直収集（上部検出器によって行われる）において、収集画像内の各点は、試料表面の単一照射点を正確に示し、照射点の周囲からの寄与による影響をあまり受けない。
【００３０】
従って、上部検出器の出力を分析するとき、パターンの縁部に関連付けられない強度差は、通常、材料組成の違いを示す。従って、本開示の技法は、材料関連情報を生成し、この情報を用いて試料の３Ｄモデル、例えば高さマップを生成する。材料関連情報は、上部検出器によって生成された信号を処理することにより生成される。縁部の情報は、材料のセグメント化を行うときは通常は無視される。しかし、代替的実施形態において、上部検出器は他の目的に用いることもできる。
【００３１】
例示的な一実施形態において、電子源２４は電子銃を含み、検出器３２Ａ．．．３２Ｃの各々は、シンチレータと光電子増倍管（ＰＭＴ）との組合せを含む。検出器アレイ２８は、試料の上方、例えば１２０ｍｍに配置され、上部検出器３２Ａの直径は、例えば１４ｍｍ程度であり、側部検出器３２Ｂ及び３２Ｃの外径は、例えば２５ｍｍ程度である。しかし、これらの実装の細部は単なる例として与えられるものである。代替的実施形態においては、他の任意の適切な構成を用いることができる。通常、各検出器は、幾何学的配置によって決まる角度及びエネルギーの特定のそれぞれの範囲内のＳＥを捕捉する。
【００３２】
各検出器は、検出器によって捕捉される角度セクタ内の二次電子の収率に依存する信号を生成する。ＰＥビームが試料を走査する際に、各検出器は、時間の関数として、試料の現在の照射点からのそれぞれの角度セクタ内のＳＥ収率に依存する信号を生成する。
【００３３】
図１の実施例において、画像処理ユニット２３は、検出器３２Ａ．．．３２Ｃによって生成された信号に基づいて、試料２２の表面の３Ｄモデル（例えば、高さマップ）を生成する。ユニット２３は、検出器によって生成された信号を受け取るインタフェース３７と、本明細書で説明するマッピング法を実行するプロセッサ３８とを備える。具体的には、プロセッサ３８は、検出器によって生成された信号を較正し、３Ｄモデルが試料表面の材料組成の違いによって影響されないようにする。本明細書で説明する実施形態は、主に２つの異なる材料種を有する試料表面につい言及するものであるが、本開示の技法は、表面が任意の所望の数の材料種で構成される試料をマッピングするために用いることができる。
【００３４】
幾つかの実施形態において、ユニット２３は、デジタル表現の検出器出力、結果として得られる高さマップ、及び／又はあらゆる他の適切な情報をストアするための記憶デバイス３９を備える。通常、プロセッサ３８は、本明細書で説明する機能を実行するためのソフトウェアでプログラムされた汎用コンピュータを含む。このソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子的形態でコンピュータにダウンロードすることもでき、又は、磁気、光、若しくは電子的なメモリなど、非一時的な有形媒体上で供給及び／又はストアすることができる。
【００３５】
図２は、本発明の代替的実施形態による検出器アレイの概略を示す図である。この例において、アレイは、上部検出器と、Ｄ１．．．Ｄ４で表す４つの四分円側部検出器とを備える。図２のアレイは、システム２０のアレイ２８の代りに用いることができる。さらに代替的に、システム２０は、任意の他の適切な幾何学的配置に配置された任意の他の適切な数の検出器を備えることができる。検出器Ｄ１．．．Ｄ４の出力を処理する例示的な方法を以下の図７で説明する。
【００３６】
上の図１のシステム構成は、例示的な構成である。代替の実施形態において、システム２０は、任意の他の適切な構成で実装することができる。例えば、本開示の実施形態は、２つ又は４つの側部検出器を有する構成について言及するものである。しかし、本開示の技法はそのような構成に限定されず、代替の実施形態では任意の他の適切な数の側部検出器を用いることができる。
【００３７】
別の実施例として、本開示の技法は、「ツール上で」、即ちシステム２０の画像処理ユニット２３によって実行することができる。これらの実施形態において、プロセッサ３８は、本開示のマッピング技法を、場合によりシステム２０の他の画像処理機能と共に、実行する。代替的実施形態において、本開示の技法は、別個の専用システム又はプロセッサによって実行することができる。本開示の技法の理解に必須ではないシステム要素は、分かり易くするために図から省略した。
【００３８】
幾何学的記法
図３は、この後の説明で用いられる幾何学的記法を示す図である。本明細書で用いられる特定の幾何学的表記法は決して限定的なものではなく、単に概念的に明瞭にするために用いられるものである。
【００３９】
試料２２は、ｘ、ｙ及びｚ軸に関するある特定の面内に配置される。ベクトルｎはこの面の法線を表す。換言すれば、ベクトルｎは試料２２に対して垂直である。ｘｙ面に対する試料の傾き、即ちｎとｚ軸の間の角度はθで表す。座標系の原点（ｘ＝ｙ＝ｚ＝０）は、所与の時刻に試料がＰＥビームで照射される点を示す。ビームは、上から下へｚ軸に沿って試料を照射する。
【００４０】
照射の結果として、ＳＥが試料から種々の方向に放出される。ＳＥの収率ｙは、典型的にはｙ＝ｙ（ｃｏｓ（θ））に従って、傾角θに依存する。ＳＥの速度ベクトルは、ｖで表され、典型的にはランベルトの法則に従って分布し、即ち、ｐ∝ｃｏｓ（φ）であり、ここでφはｖとｎとの間の角度である。
【００４１】
複数の検出器信号に基づく高さプロファイルの３Ｄ再構成
Ｈで、試料２２の高さプロファイル、即ちウェハの位置の関数としてのウェハ表面の高さを表すものとする。ｉ番目検出器により生成される信号レベルは、Ｅｉで表され、高さプロファイルの勾配に依存し、さらに検出器と照射点との間の相対的方向に依存する。これを次式のように書くことができる。
【数１】
2015008148.tif 000003
式中、
【数２】
2015008148.tif 000004
は高さプロファイル
【数３】
2015008148.tif 000005
の勾配を表し、
【数４】
2015008148.tif 000006
は、照射点からｌ番目検出器へのベクトルを表す。Ｒiは反射率関数を表し、Ｙ0は水平面からの全ＳＥ収率を表し、ｋは機械依存の定数を表す。
【００４２】
２つの側部検出器の場合、所与の照射点について検出器により生成される信号は次式のように書くことができる。
【数５】
2015008148.tif 000007
【００４３】
ひとたび、Ｅ１及びＥ２の計測値が検出器から得られると、この方程式系を解いて、照射点における高さ勾配
【数６】
2015008148.tif 000008
の２つの成分を得ることができる。異なる数の検出器に対して、同様の方程式系を定義して解くことができる。
【００４４】
幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は、検出器から計測信号レベルＥｉを受け取り、方程式系［２］を解いて高さ勾配
【数７】
2015008148.tif 000009
を導出する。システム２０は、このプロセスを試料２２上の複数の照射点に対して繰返し、それにより試料の高さ勾配マップを生成する。次にプロセッサ３８は、任意の適切な再構成方法を実施して、高さ勾配マップから試料の高さプロファイルＨを再構成する。典型的には、プロセッサ３８は、高さ勾配マップを２次元積分することにより、高さプロファイルを再構成する。
【００４５】
ｉ番目検出器の反射率関数Ｒiは以下のように書くことができる。
【数８】
2015008148.tif 000010
式中、ｙは合計の相対ＳＥ収率を表し、ηｉはｉ番目検出器によって捕捉されたＳＥの分率を表す。式［３］中の項
【数９】
2015008148.tif 000011
は、全ての検出器に共通である。項
【数１０】
2015008148.tif 000012
は、異なる検出器の間の、捕捉されたＳＥの相対分布を示す。
【００４６】
種々の実施形態において、プロセッサ３８は、θに対するｙの依存性に関する種々の既知のモデルを用いることができる。例示的な１つの実施形態において、プロセッサ３８は、逆コサイン依存性、即ち、
【数１１】
2015008148.tif 000013
を用いる。別の実施形態において、プロセッサ３８は、依存性ｙ＝（ｃｏｓθ）-α
を用いる。さらに別の実施形態において、プロセッサ３８は、依存性
【数１２】
2015008148.tif 000014
を用いる。さらに代替的に、プロセッサ３８は、θに対するｙの、他の任意の適切な依存性を用いることができる。ｙ＝ｙ（ｃｏｓ（θ））であるので、項
【数１３】
2015008148.tif 000015
は、以下のように書くことができる。
【数１４】
2015008148.tif 000016
【００４７】
幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は、ｉ番目検出器によって捕捉された角度セクタ（φ／ψ極座標において）にわたってランベルト分布関数を積分することによって式［３］の反射率関数の中の各ηｉ項を計算する。
【００４８】
図４は、本発明の例示的な実施形態による、ランベルト分布関数を積分するのに用いられる幾何学的表記法を示す図である。この表記において、平面４４は原点（照射点）を通り、検出器Ｄ１及びＤ２に関して対称に配置される。換言すれば、平面４４は原点を通り、検出器Ｄ１とＤ２とを結ぶ線に直交する。平面４４の検出器Ｄ１と同じ側に位置する部分空間をマークΩ１で示し、平面４４の検出器Ｄ２と同じ側に位置する部分空間はマークΩ２で示す。
【００４９】
輪郭４０は、二次電子収率の空間分布を表すランバーシアンを示す。輪郭５２はランバーシアン４０と平面４４との交線を示す。角度２ωは、上部検出器３２Ａによって捕捉される円錐セクタの頂角、即ちシステム２０の固定物理特性を表す。輪郭４８は、この円錐セクタとランバーシアン４０との交線によって定義されるドームを示す。平面４４のＤ１側に位置するドーム４８の部分はＴ１で表され、平面４４のＤ２側に位置するドーム４８の部分はＴ２で表される。
【００５０】
これらの定義から分かるように、ランベルト分布関数のドームにわたる（即ち、輪郭４８の内部にわたる）積分が上部検出器によって捕捉される二次電子収率を与える。従って、η１及びη２は次式のように書くことができる。
【数１５】
2015008148.tif 000017
2015008148.tif 000018
【００５１】
通常、プロセッサ３８は、式［４］の積分を、普通これらの積分の閉形式表現が存在しないので、数値的に計算する。上記の式［３］の反射率関数Ｒｉを計算しているので、プロセッサ３８は式［３］を解いて高さ勾配マップ
【数１６】
2015008148.tif 000019
を導出することができる。
【００５２】
表面材料を考慮した３Ｄマッピングの較正
ここまで、上述のプロセスは試料２２の表面全域にわたる材料組成の違いを考慮に入れなかった。しかし多くの実際のシナリオにおいて、試料２２の表面は、異なる材料で構成される異なる構造部（ｆｅａｔｕｒｅ）又は構造を含む。例えば、表面の幾つかの領域はシリコンなどの基板材料を含むことがあり、一方、他の領域は、金属導電体、他の半導体材料又は任意の他の適切な材料を含むことがある。
【００５３】
理解できるように、ある特定の方向における二次電子収率は、照射点における高さ勾配及び材料組成の両方に依存する。従って、システム２０の検出器によって生成される信号Ｅiも同様にこれらの因子に依存する。これを考慮に入れない限り、材料組成の違いは、高さ勾配マップ
【数１７】
2015008148.tif 000020
の推定をゆがめる可能性があり、それゆえにシステム２０によって計算される３Ｄモデルをゆがめる可能性がある。
【００５４】
本発明の幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は、試料表面の材料組成を計算から除外する較正プロセスを実行する。本開示の較正プロセスは、ＳＥ収率に影響を及ぼす２つの因子、即ち、表面トポロジと表面材料との間を区別する。この較正プロセスを用いると、得られる試料２２の３Ｄモデルは、材料組成の違いによる影響を実質的に受けず、それゆえに試料の表面トポグラフィをより忠実に再現することになる。
【００５５】
ｉ番目検出器によって生成される信号Ｅｉは、上記の式［１］によって定義される。式［１］中の項
【数１８】
2015008148.tif 000021
は、表面トポグラフィにのみ依存する。しかし、試料表面が種々異なる材料を含むとき、式［１］中の項ｋi・Ｙ0は、事前には未知であり、Ｙ０が材料の種類に依存するので照射点ごとに変化し得る。
【００５６】
幾つかの実施形態において、プロセッサ３８はこの問題を、所与の照射点における実際の材料を考慮してその点の反射率関数Ｒｉを較正することによって解決する。完全に水平な平面に対して、次式を書くことができる。
［５］  ｙ＝１，  ηi＝ηH
式中、ηＨは、水平面から捕捉されるＳＥの分率、即ち、検出器の幾何学配置に依存する定数を表す。従って、水平面の照射に応じてｉ番目検出器によって生成される信号は次式で与えられる。
［６］  ＥiH＝ｋi・Ｙ0・ηH
【００５７】
プロセッサ３８は、例えば、水平
【数１９】
2015008148.tif 000022
であることが既知の試料２２の基準照射点を選択し、この点が照射されたときの検出器信号を計測することによって、ＥｉＨを得ることができる。ＥiHを得た後、プロセッサ３８は式［６］からｋi・Ｙ0を導出することができる。この導出は、基準（水平）照射点における特定の材料に関するｋi・Ｙ0の値を与える。従って、画像内の基準照射点を選択し、ＥiHを導出するプロセスは、通常、試料表面上に存在する各々の材料種に対して繰返す必要がある。
【００５８】
後に所与の照射点を計測するとき、プロセッサ３８は、所与の照射点における材料種に適用可能なＥｉＨ値を用いて反射率関数Ｒｉを次のように規格化する。
【数２０】
2015008148.tif 000023
【００５９】
Ｅｉ及びＥＨｉの両方が材料の種類に依存するので、規格化されたＲｉは表面トポグラフィにのみ依存し、材料には依存しない。規格化された反射率関数Ｒiから、プロセッサ３８は照射点における高さ勾配
【数２１】
2015008148.tif 000024
を導出することができる。この導出された
【数２２】
2015008148.tif 000025
の値は材料種には依存しない。以下の記述は、Ｒiから
【数２３】
2015008148.tif 000026
を導出する例示的なスキームを説明する。
【００６０】
従って、現在の文脈において、異なる材料種に対する計測された基準ＥｉＨ値は、試料表面の３Ｄトポグラグラフィカルモデルを計算する際にプロセッサ３８が検出器出力に適用する較正因子と考えられる。代替的実施形態において、プロセッサ３８は、異なる材料の二次電子収率の違いを補償する任意の他の適切な種類の較正係数を計算して、適用することができる。
【００６１】
Ｒｉを次式のように書けることを示すことができる。
【数２４】
2015008148.tif 000027
式中、γは次式で定義される。
【数２５】
2015008148.tif 000028
式中、
【数２６】
2015008148.tif 000029
は、照射点における試料表面に直角（垂直）な単位ベクトルを表し、
【数２７】
2015008148.tif 000030
は、２つの側部検出器を結ぶ線に沿った単位ベクトルを表す。項
【数２８】
2015008148.tif 000031
は、２つのベクトルのスカラー積を表す。
【００６２】
勾配
【数２９】
2015008148.tif 000032
は、次式で与えられることを示すことができる。
【数３０】
2015008148.tif 000033
式中、
【数３１】
2015008148.tif 000034
2015008148.tif 000035
である。
【００６３】
幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は、式［１０］から、
【数３２】
2015008148.tif 000036
の２つの成分を計算する。関数Ｆ−１及びＶ１はω（上部検出器によって捕捉される円錐セクタの頂角）に依存する。通常、プロセッサ３８は、これらの関数の値の所定の表を保持し、
【数３３】
2015008148.tif 000037
を計算するとき、表を用いて関数の値を求める。
【００６４】
図５は、本発明の例示的な実施形態による、高さ勾配を計算するのに用いられる関数Ｆ−１及びＶ１を示すグラフである。図中の上のグラフは、ωの種々の値に対する関数Ｖ１を示し、下のグラフは、ωの種々の値に対する関数Ｆ−１を示す。代替の実施形態において、例えば、他の検出器の幾何学的配置に対して、任意の他の適切な関数を用いることができる。
【００６５】
幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は高さ勾配
【数３４】
2015008148.tif 000038
の、２つの側部検出器Ｄ１及びＤ２を結ぶ線に沿った１つの成分、及び、この線に垂直な、勾配のもう１つの成分を計算する。これら２つの成分は、それぞれ、
【数３５】
2015008148.tif 000039
及び
【数３６】
2015008148.tif 000040
で表され、次式で与えられる。
【数３７】
2015008148.tif 000041
【００６６】
勾配の垂直成分
【数３８】
2015008148.tif 000042
は曖昧であり、即ち、理論的に可能な２つの解を有することに留意されたい。この曖昧さを解決する１つの可能な方法は、勾配関数の可積分性を用いることである。一般に、勾配関数の閉ループにわたる積分はゼロである。
【数３９】
2015008148.tif 000043
式中、Ｓは試料表面上の任意の閉ループ経路を表すことができる。
【数４０】
2015008148.tif 000044
と平行な２辺、及び
【数４１】
2015008148.tif 000045
と平行な２辺を有する矩形経路を選択することにより、式［１４］の要件は次のように書くことができる。
【数４２】
2015008148.tif 000046
式［１５］から、以下の関係が分かる。
【数４３】
2015008148.tif 000047
【００６７】
幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は、式［１５］及び［１６］の検定において両方の仮定（式［１３］内の
【数４４】
2015008148.tif 000048
の正の値及び負の値の両方）を検定する。式［１５］の積分がゼロにより近くなる仮定が、
【数４５】
2015008148.tif 000049
の正しい値として選択される。
【００６８】
上述の曖昧さ解決検定は、高さプロファイル勾配が検出器Ｄ１とＤ２とを結ぶ線に平行であるときには正常に機能しない可能性がある。１つの可能な解決策は、試料２２の構造部が検出器を結ぶ線に対して斜めに配向するように試料２２を配置することである。例示的な実施形態において、試料は、その軸が検出器を結ぶ線に対して４５°の角度（ｘｙ平面内で）を成すように配置される。
【００６９】
試料表面上の各照射点における勾配
【数４６】
2015008148.tif 000050
の２つの成分を計算した後、プロセッサ３８は勾配を２次元積分して試料の高さマップＨを再構成する。しかし、実際には、計算された勾配成分は多くの場合近似的であり、理想的な勾配関数からずれているので、容易に積分可能とはならない可能性がある。従って、勾配を積分する作業は、その２次元勾配が計算された勾配に可能な限り近い２次元スカラーマップを見出す作業と考えることができる。幾つかの実施形態において、プロセッサ３８は、そのようなスカラーマップを見出し、これを試料の再構成された高さマップとして出力する。
【００７０】
所与の勾配マップに対してスカラーマップをフィッティングする種々の方法が当技術分野において知られており、それら方法のいずれかをプロセッサ３８によって用いることができる。例示的な方法がＦｒａｎｋｏｔ及びＣｈｅｌｌａｐｐａによって非特許文献３で説明されている。この論文によると、高さマップは次式によって計算される。
【数４７】
2015008148.tif 000051
式中、ＦH（ω）は、高さマップＨのフーリエ変換を表し、Ｆgx及びＦgyは、勾配成分のフーリエ変換を表す。
【００７１】
３Ｄマッピング法の説明
図６は、本発明の実施形態による、例えば、図１に示すウェハ試料２２などの試料の３Ｄマッピングを、検査、計量又は評価システム、例えば図１に示すシステム２０によって行う方法の概略を示すフローチャートである。本方法は、走査ステップ６０において、システム２０が試料２２を一次電子（ＰＥ）ビームで照射することで開始する。検出ステップ６４において、走査中に検出器３２Ａ．．．３２Ｃが試料表面上の各照射点の試料から放出される二次電子（ＳＥ）を検出する。デジタル表現の検出器信号がインタフェース３７を介してマッピング・ユニット３６のプロセッサ３８に供給される。
【００７２】
プロセッサ３８は、検出器毎に１つの画像で試料の複数のＳＥＭ画像を生成する。所与の検出器の画像は、その検出器によって試料表面上の種々の照射点から捕捉されたＳＥ収率を示す値の２次元配列を含む。図１の例示的な構成において、プロセッサ３８は検出器３２Ａ．．．３２Ｃ（上部検出器と２つの側部検出器）に対応する３つの画像を生成する。プロセッサ３８は、これら３つの画像を用い、試料表面を構成する材料の種類を考慮して補償して、試料２２の３Ｄ高さマップを計算する。
【００７３】
幾つかの実施形態において、セグメント化ステップ６８において、プロセッサ３８は、試料表面を表面材料に応じたセグメントに分割する。各セグメントは、それぞれの材料で構成される試料表面上の点を含む。例えば、１つのセグメントはシリコンで構成される試料表面上の場所を含むことができ、別のセグメントは金属導電体で構成される試料表面上の場所を含むことができる。プロセッサ３８は、このセグメント化を実行するために任意の適切な画像処理スキームを用いることができる。プロセッサは、いずれかの単一画像に基づいて、又は複数の画像に基づいてセグメント化を行うことができる。１つの実施形態において、プロセッサはこの目的で上部検出器３２Ａの画像を用いる。
【００７４】
領域識別ステップ７２において、各々の材料種に対して、プロセッサ３８は、実質的に水平な試料表面上の１つ又はそれ以上の領域を識別する。プロセッサ３８は、種々の方法で水平領域を識別することができる。例示的な実施形態において、試料表面の大部分は水平であり、例外は構造部の縁部であり、これは検出器により生成された１つ又はそれ以上のＳＥＭ画像を処理することによって検出することができる。プロセッサ３８は１つの画像の中の縁部を識別し、識別された縁部を用いてその画像をセグメント化することができる。プロセッサは、各セグメント内の計測された電子収率に基づいて、異なる材料で構成された水平領域の間を区別することができる。通常、必須ではないが、プロセッサはこの目的のために上部検出器３２Ａの画像を用いる。
【００７５】
各々の材料種に対して、プロセッサ３８は、この材料の水平領域内の１つ又はそれ以上の点を用いて、式［６］に関して上述したように、ＥｉＨを推定する。プロセッサは各材料種の推定されたＥｉＨをストアして後で較正に用いる。
【００７６】
試料表面上の各々の照射点に対して、プロセッサ３８は、複数の画像内の対応する画像点に基づいて高さマップの勾配
【数４８】
2015008148.tif 000052
を計算する。幾つかの実施形態において、反射率計算ステップ７６において、プロセッサ３８は、反射率関数Ｒｉを計算し、事前に計算されたＥｉＨ値を用いて材料種を計算から除外するようにしてそれらを較正する。プロセッサ３８は、所与の照射点についての反射率関数を、（ｉ）所与の照射点における材料種を識別し、（ｉｉ）所与の照射点についての反射率関数Ｒｉを識別された材料種のＥｉＨ値を用いて規格化することによって計算する。
【００７７】
次に、勾配計算ステップ８０において、プロセッサ３８は、規格化された反射率関数Ｒｉから勾配マップ
【数４９】
2015008148.tif 000053
を計算する。この計算は、例えば、上記の式［８］−［１３］のプロセスに従うことができる。この段階で、プロセッサ３８は、種々異なる材料種による影響を受けない試料の勾配マップを有することになる。次にプロセッサ３８は、高さマップ導出ステップ８４において、勾配マップから試料の高さマップＨを導出する。この導出は、例えば、上記の式［１４］−［１７］のプロセスに従うことができる。次いで高さマップが出力として与えられる。幾つかの実施形態において、高さマップは、適切なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を用いてオペレータに提示することができる。付加的に又は代替的に、高さマップは、後の処理、例えば、試料の限界寸法（ＣＤ）の計測のため又は欠陥評価のために、別のシステム又はアプリケーションに供給することができる。
【００７８】
本明細書で説明する実施形態は、複数の検出器によって生成される信号の、試料表面を構成する複数の材料を計算から除外するための較正について言及するものである。しかし、代替的実施形態において、本開示の較正スキームは、例えばプロセッサ３８によって検出器信号から生成される画像など、検出器のなんらかの直接的又は間接的出力に適用することができる。
【００７９】
図７は、本発明の代替的実施形態による、試料の３Ｄマッピングの方法の概略を示すフローチャートである。図７の方法は、上記の図２の４つの側部検出器の構成に関連して用いられる。この実施例において、本方法は、対形成ステップ９０において、プロセッサ３８が側部検出器の対を選択することで開始する。典型的には、プロセッサは、隣接する側部検出器の対、例えば、Ｄ１＋Ｄ２及びＤ３＋Ｄ４、を選択する。
【００８０】
プロセッサ３８は、対の組合せステップ９４において、各対内の側部検出器によって生成された出力（画像）を組み合せる。実施形態において、プロセッサ３８は、対の再形成ステップ９８において、側部検出器の異なる対に対して、対形成及び組合せプロセスを繰返す。例えば、プロセッサ３８は、初めに（ステップ９０）検出器Ｄ１＋Ｄ２及びＤ３＋Ｄ４の対を形成し、次に（ステップ９８）検出器Ｄ１＋Ｄ４及びＤ２＋Ｄ３の対を形成することができる。
【００８１】
プロセッサ３８は、合計ステップ１０２において、２つの対形成操作の結果を合計して単一の合成画像を形成する。次にプロセッサ３８は、処理ステップ１０６において、この単一画像を処理して試料の３Ｄ高さマップを生成する。この処理には、例えば、上記の図６の方法を用いることができる。
【００８２】
図８は、本明細書で論じるいずれか１つ又はそれ以上の方法を機械に実行させるための一組の命令を実行することができるコンピュータシステム８００の例示的な形態における、機械の図的表現を示す。代替的実施形態において、この機械は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内の他の機械に接続する（例えば、ネットワーク接続する）ことができる。この機械は、クライアント−サーバ・ネットワーク環境におけるサーバ又はクライアント機械の容量内で動作することができ、又は、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境におけるピア機械として動作することができる。この機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブ用電化製品、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、又は、その機械が行う動作を指定する一組の命令（逐次又はそれ以外）を実行することができる任意の機械とすることができる。さらに、単一の機械だけを示すが、「機械」という用語はまた、本明細書で論じるいずれか１つ又は複数の方法を実行するための一組（又は複数組）の命令を個々に又は一緒に実行する機械のいかなる集合をも含むものと解釈されたい。１つの実施形態において、コンピュータシステム８００は、サーバ１０２、現行画像変換器１１０などのサーバを表すものとすることができる。
【００８３】
例示的なコンピュータシステム８００は、処理デバイス８０２、主メモリ８０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）（例えば、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ８０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及びデータ記憶デバイス８１８を含み、これらは互いにバス８３０を介して通信する。本明細書で説明する種々のバス上で供給される信号はいずれも、他の信号と時間多重化して１つ又はそれ以上の共通バス上で供給することができる。さらに、回路構成要素又はブロックの間の相互接続は、バス又は単一信号線として示すことができる。各々のバスは代替的に１つ又はそれ以上の単一信号線とすることができ、各々の単一信号線は代替的にバスとすることができる。
【００８４】
処理デバイス８０２は、１つ又はそれ以上の汎用処理デバイス、例えば、マイクロプロセッサ、中央処理ユニットなどを表す。より具体的には、処理デバイスは、複雑命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、又は他の命令セットを実行するプロセッサ、若しくは命令セットの組合せを実行するプロセッサとすることができる。処理デバイス８０２は、１つ又はそれ以上の専用処理デバイス、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどとすることもできる。処理デバイス８０２は、本明細書で論じる動作及びステップを行うための処理論理８２６を実行するように構成される。
【００８５】
コンピュータシステム８００は、ネットワークインタフェースデバイス８０８をさらに含むことができる。コンピュータシステム８００はさらに、ビデオディスプレイユニット８１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は陰極線管（ＣＲＴ））、文字数字入力デバイス８１２（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス８１４（例えば、マウス）、及び信号生成デバイス８１６（例えば、スピーカ）を含むことができる。
【００８６】
データ記憶デバイス８１８は、本明細書で説明する機能のいずれか１つ又は複数の方法を具体化する命令８２２の１つ又はそれ以上のセット（例えば、ソフトウェア）がストアされた機械可読記憶媒体８２８を含むことができる。命令８２２は、コンピュータシステム８００によるその実行中に、主メモリ８０４内及び／又は処理デバイス８０２内に、完全に又は少なくとも部分的に存在することもでき、主メモリ８０４及び処理デバイス８０２もまた機械可読記憶媒体を構成する。命令８２２はさらに、ネットワークインタフェースデバイス８０８を介してネットワーク８２０上で送信又は受信することができる。
【００８７】
機械可読記憶媒体８２８は、例示的な実施形態において単一媒体として示したが、「機械可読記憶媒体」という用語は、１つ又はそれ以上の命令セットをストアする単一媒体又は複数媒体（例えば、集中型データベース又は分散型データベース、及び／又は関連付けられたキャッシュ及びサーバ）を含むものと解釈されたい。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読な形式の情報（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）をストアするための任意の機構を含む。機械可読媒体としては、それらに限定されないが、磁気記憶媒体（例えば、フロッピーディスケット）、光記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラム可能メモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は、電子命令をストアするのに適したその他の型式の媒体を挙げることができる。
【００８８】
前述の説明は、多数の特定の細部、例えば、特定のシステム、構成要素、方法などの例を説明して本発明の幾つかの実施形態のより良い理解を与えようとするものである。しかし、当業者には、本発明の少なくとも幾つかの実施形態はこれらの特定の細部を用いずに実施できることが明白であろう。他の場合には、周知の構成要素又は方法は、本発明を不必要に不明瞭にしないよう、詳しくは説明しないか又は簡単なブロック図形式で表している。従って、特定の細部の説明は単に例示的なものである。個々の実装はこれらの例示的な細部とは異なることもあるが、それでもなお本発明の範囲に入ることが意図されている。
【００８９】
本明細書を通して、「１つの実施形態」又は「実施形態」に対する言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の種々の場所における語句「１つの実施形態において」又は「実施形態において」は、必ずしも全て同じ実施形態について言及するものではない。さらに用語「又は」は、排他的「又は」ではなく包含的「又は」を意味することを意図したものである。
【００９０】
本明細書において、方法の動作は特定の順序で示し説明したが、各方法の動作の順序を変更して、特定の動作を逆の順序で実行することができるように、又は、特定の動作を他の動作と少なくとも部分的に同時に実行することができるようにすることができる。別の実施形態において、別個の動作の命令又は下位動作は、断続的及び／又は交互の方式にすることができる。
【００９１】
本明細書で説明した実施形態は、主として半導体ウェアの検査に対処するものであるが、本明細書で説明した方法及びシステムはマスクの検査など他の用途に用いることもできる。
【００９２】
従って、上述の実施形態は実施例として挙げたものであり、本発明は上で具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、上述の種々の特徴の組合せ及びサブコンビネーションの両方、並びに、前述の説明を読むことによって当業者が思いつくであろう、従来技術には開示されていないそれらの変形及び修正を含む。引用により本特許出願に組み入れられる文献は、本出願の一部を成す部分とみなすべきであるが、但し、これらの組み入れられた文献においていずれかの用語が、本明細書において明示的に又は暗黙的になされた定義と矛盾する仕方で定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するべきである。
【符号の説明】
【００９３】
２０：走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システム
２２：試料
２４：電子源
２８：検出器アレイ
３２Ａ：上部検出器
３２Ｂ、３２Ｃ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４：側部検出器
３９：記憶デバイス
４０：二次電子収率の空間分布を表すランバーシアン
４４：原点を通り検出器Ｄ１及びＤ２に関して対称に配置された平面
４８：円錐セクタとランバーシアン４０との交線によって定義されるドーム
５２：ランバーシアン４０と平面４４との交線
８００：コンピュータシステム
８３０：バス
ｎ：試料２２に対して垂直なベクトル
ｖ：二次電子の速度ベクトル
Ｔ１、Ｔ２：ドーム４８の部分
Ω１、Ω２：部分空間
【図１】
2015008148.tif 000054
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月26日(2014.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射するステップと、
それぞれの検出器出力を生成するように前記試料に対してそれぞれ異なる位置に配置された複数の検出器を用いて、前記照射された試料から放出される放出電子を検出するステップと、
前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算するステップと、
前記較正係数を前記検出器出力に適用するステップと、
前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて、前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記検出器は、前記試料の表面に対して垂直に放出された電子を捕捉する上部検出器と、前記試料の表面に対して斜角に放出された電子を捕捉する２つ又はそれ以上の側部検出器とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップは、前記表面上の複数の点における高さ勾配を推定するステップと、前記高さ勾配を積分して前記３次元トポグラフィカルモデルを生成するステップとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記高さ勾配を推定するステップは、前記表面上の所与の点に対して、前記検出器出力をそれぞれの反射率関数の関数として表す一組の式を定義するステップと、前記一組の式を解いて前記所与の点における高さ勾配を導出するステップとを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
所与の検出器の反射率関数を、前記所与の検出器によって捕捉される角度範囲にわたって前記放出電子収率の角度分布を積分することによって評価するステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記高さ勾配を推定するステップは、前記高さ勾配の成分の曖昧さを、前記表面上の閉ループ経路にわたる前記高さ勾配の積分がゼロであることを要求する基準を適用することによって解決することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記較正係数を適用するステップは、ある材料種で構成される表面上の点において推定される所与の検出器の反射率関数を、前記材料種に対して計算された較正係数を用いて規格化することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記検出器は、前記試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、前記試料の前記平面に対して斜角に配置された４つの側部検出器とを含み、
前記放出電子を検出するステップは、前記側部検出器の選択された対の前記検出器出力を組み合せるステップを含み、
前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するステップは、前記組み合わされた検出器出力に基づいて前記モデルを計算するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数の材料種で構成される試料の表面を一次電子ビームで照射するように構成された電子源と、
前記試料に対してそれぞれ異なる位置に配置され、前記照射された試料から放出される放出電子を検出し、それぞれの検出器出力を生成するように構成された複数の検出器と、
前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算し、前記較正係数を前記検出器出力に適用し、前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成されたプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記検出器は、前記試料の表面に対して垂直に放出された電子を捕捉する上部検出器と、前記試料の表面に対して斜角に放出された電子を捕捉する２つ又はそれ以上の側部検出器と、を含むことを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記３次元トポグラフィカルモデルを、前記表面上の複数の点における高さ勾配を推定し、前記高さ勾配を積分して該３次元トポグラフィカルモデルを生成することにより計算するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記表面上の所与の点に対して、前記検出器出力をそれぞれの反射率関数の関数として表す一組の式を定義し、前記一組の式を解くことによって前記所与の点における高さ勾配を導出するように構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセッサは、所与の検出器の反射率関数を、前記所与の検出器によって捕捉される角度範囲にわたり前記放出電子収率の角度分布を積分することによって評価するように構成されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサは、前記高さ勾配の成分の曖昧さを、前記表面上の閉ループ経路にわたる前記高さ勾配の積分がゼロであることを要求する基準を適用することによって解決するように構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサは、ある材料種で構成される表面上の点において推定される所与の検出器の反射率関数を、前記材料種に対して計算された較正係数を用いて規格化することで較正係数を適用するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記検出器は、前記試料の平面の垂直上方に配置された上部検出器と、前記試料の前記平面に対して斜角に配置された４つの側部検出器とを含み、前記プロセッサは、前記側部検出器の選択された対の前記検出器出力を組み合わせ、前記組み合わされた検出器出力に基づいて前記３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
複数の材料種で構成される試料に対してそれぞれ異なる位置に配置されたそれぞれの検出器から、一次電子ビームによる前記試料の照射に応じて該試料から放出される放出電子を表す複数の検出器出力を受け取るように構成されるインタフェースと、
前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算し、前記較正係数を前記検出器出力に適用し、前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算するように構成されたプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
プログラム命令が内部にストアされた有形の非一時的なコンピュータ可読媒体を備えたコンピュータソフトウェア製品であって、前記命令は、コンピュータによって読み出されたとき、複数の材料種で構成される試料に対してそれぞれ異なる位置に配置されたそれぞれの検出器から、一次電子ビームによる前記試料の照射に応じて該試料から放出される放出電子を表す複数の検出器出力を受け取ることと、前記材料種間の放出電子収率の変動を補償するための較正係数を計算することと、前記較正係数を前記検出器出力に適用することと、前記較正係数が適用された前記検出器出力に基づいて前記表面の３次元トポグラフィカルモデルを計算することと、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする製品。