(57)【要約】【課題】  荷電粒子線装置において、非点収差調整に用いるパターンまたは試料に依存せず、作業者のスキルに寄らず安定した像質を得ることができる高精度の非点収差補正調整方法を提供する。【解決手段】  荷電粒子線装置の非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、その画像を数値規格化処理を行い、画像の像質を数値化し、その数値を近似処理によってノイズや振動等の影響による誤差成分を除去し、非点収差の少ない非点収差補正量を推定する。【選択図】図２
2009037737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子ビームを照射して試料から発生する二次信号から画像を生成する荷電粒子線装置における非点収差補正調整方法であって、非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、該デジタル画像を数値規格化処理し、該画像の像質を数値化し、該数値化された像質から近似処理によって誤差成分を除去し、非点収差補正量を推定することを特徴とする荷電粒子線装置における非点収差補正調整方法。
【請求項２】
試料に荷電粒子ビームを照射して試料から発生する二次信号から画像を生成する荷電粒子線装置における非点収差補正調整方法であって、非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、フーリエ変換により前記デジタル画像の分解能の値を求めてマトリクス化し、該マトリクス化した分解能値分布について、該分解能値のＸ方向とＹ方向についてそれぞれ非点収差補正コイル励磁量を算出し、該非点収差補正コイル励磁量に基づいて非点収差補正コイルにより非点収差が補正されることを特徴とする荷電粒子線装置非点収差補正調整方法。
【請求項３】
試料に荷電粒子ビームを照射して試料から発生する二次信号から画像を生成する荷電粒子線装置における非点収差補正調整方法であって、非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、前記デジタル画像の分解能の値をマトリクス化し、該マトリクス化した分解能値分布について、最小二乗法を用いた近似計算処理にて二次曲面でフィッティングにより分解能値を算出し、該分解能値のＸ方向とＹ方向についてそれぞれ非点収差補正コイル励磁量を算出し、該非点収差補正コイル励磁量に基づいて非点収差補正コイルにより非点収差が補正されることを特徴とする荷電粒子線装置における非点収差補正調整方法。
【請求項４】
試料に荷電粒子ビームを照射して試料から発生する二次信号から画像を生成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの照射条件に基づいて荷電粒子ビームを制御する全体制御部と、前記荷電粒子線装置電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正コイルと、該非点収差補正コイルの励磁量を変化させる非点収差補正調整部とを備え、前記全体制御部は、前記非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、該デジタル画像を数値規格化処理し、該デジタル画像の像質を数値化し、該数値化された像質から近似処理によって誤差成分を除去し、非点収差補正量を推定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
試料に荷電粒子ビームを照射して試料から発生する二次信号から画像を生成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの照射条件に基づいて荷電粒子ビームを制御する全体制御部と、前記荷電粒子ビームの照射によって得られる前記試料の画像を表示するディスプレイとを備え、前記全体制御部は、前記ディスプレイへ、前記画像の分解能の値に基づいて等高線を二次元座標軸のグラフ上に表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記分解能の値は色分け表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項５の記載において、前記分解能の値は立体化表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項５の記載において、前記グラフは、前記荷電粒子ビームの非点収差補正前と補正後の各々が並べて表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
試料に荷電粒子ビームを照射して試料から発生する二次信号から画像を生成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの照射条件に基づいて荷電粒子ビームを制御する全体制御部と、前記荷電粒子ビームの照射によって得られる前記試料の画像を表示するディスプレイとを備え、前記全体制御部は、前記ディスプレイへ、前記荷電粒子ビームの非点収差補正を実施するときの条件と照射条件とを指定する画面を表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９の記載において、前記荷電粒子ビームの非点収差補正を実施するときの条件は、少なくとも前記画像の分解能の値のマトリクスのＸ方向およびＹ方向の数、および非点収差補正コイル励磁量のＸ方向とＹ方向の変化幅であり、前記照射条件は、少なくとも前記画像の倍率，前記荷電粒子ビームの走査本数，前記画像のフレーム加算枚数、および前記荷電粒子ビームの走査速度であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いて高精度の検査や計測を行う荷電粒子線装置、および、荷電粒子線装置における非点収差補正調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハなどに形成された微細回路パターンを検査するための自動検査システムとして、電子顕微鏡等の荷電粒子線装置が用いられている。欠陥検査の場合には、走査電子顕微鏡から検出される電子線画像を用いて欠陥画像と基準となる参照画像とを比較することで、欠陥が検出される。このように、パターンの電子線画像を比較することによりその欠陥を検出する比較検査をする場合には、得られる電子線像の像質がその検査結果の信頼性に多大な影響を与える。電子線画像の質は、電子光学系の収差や、デフォーカスによる解像度の低下などにより劣化する。これらの像質の劣化は検査感度を低下させる。また、パターンの幅が変化したり、画像のエッジ検出の結果が安定して得られなくなるため、欠陥の検出感度が不安定になる。
【０００３】
従来、電子顕微鏡の光学系の焦点や非点収差補正の調整は、電子線画像を目で観察しながら対物レンズの制御電流とＸ方向とＹ方向の非点収差補正コイルの制御電流を調節することにより行っている。焦点合わせは、対物レンズに流す電流を変えることによってビームの収束高さを変えることによって実現できる。しかしながら、電子線画像を目で観察しながら、対物レンズの制御電流と２組の非点収差補正コイルの制御電流を調節する方法は、多くの時間を要する。また、手動で調整を行うと調整結果に個人差がでてしまう。また、通常、非点収差や焦点位置には時間とともに変化が生じるため、自動検査を行う場合にも、定期的に人が非点収差，焦点位置の調整を行う必要があり、検査の自動化の妨げになっている。  
このような課題を解決するために、従来からさまざまな自動非点収差補正方法が提案されてきた。例えば、電子線の２次元の走査により、試料から得られる２次電子信号を微分して変化状態の大きいデジタルデータを抽出し、抽出されたデジタルデータに対応する試料上の位置を求め、この位置を中心に対物レンズに流す励磁を変化させながらＸ方向のみおよびＹ方向のみに電子線を走査する。そして、これら各走査によって得られた２次電子信号のデジタルデータの最大値であって、Ｘ方向の焦点情報およびＹ方向の焦点情報を検出し、これらＸ方向の焦点情報およびＹ方向の焦点情報から対物レンズに流す電流を決定して対物レンズに送出する。その後に、非点収差補正コイルに流す電流を変化させてＸまたはＹの一方向に電子線を走査し、得られた２次電子信号のデジタルデータの最大値により、非点収差補正コイルに流す電流値を決定し、送出する。このようにして電子線の焦点調節と非点収差調節とを行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、２種類のスキャン方向で焦点を変化させながら取得した少数の２次元の電子画像を画像処理することによって非点隔差の方向，大きさ，焦点オフセットを検出し、これを２種類の非点収差補正量と焦点補正量に一括して変換して補正を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５３４０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１６９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、２種類の非点収差補正量と焦点補正量の計３種類の制御量をそれぞれ逐次的に変化させながら、画像の鮮鋭度が最も高くなる点を試行錯誤で求めてゆく方法であるため、補正完了までに要する時間がかかり過ぎる。また、鮮鋭度を目安に自動、あるいは、目視で調整を行うと、試料のパターンによっては真に非点収差がなくなった状態にならないことが起こりやすくなる。また、上記従来技術では、高精度に非点収差補正する場合、画像処理する画像は非点収差が際立つサンプルに限定される。
【０００７】
本発明の目的は、調整に用いるパターンまたは試料の種類に依存せず、作業者のスキルに依存せず安定した像質を得ることができる高精度の非点収差補正調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の実施態様は、非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、その画像を数値規格化処理を行い、画像の像質を数値化し、その数値化された像質から近似処理によってノイズや振動等の影響による誤差成分を除去し、非点収差補正量を推定する。
【０００９】
具体的には、数値規格化処理は、得られたデジタル画像の分解能の値をマトリクス化し、該マトリクス化した分解能値分布について、最小二乗法を用いた近似計算処理にて二次曲面でフィッティングにより分解能値を算出し、そのときのＸ方向とＹ方向についてそれぞれ非点収差補正コイル励磁量を算出し、該非点収差補正コイル励磁量に基づいて非点収差補正コイルにより非点収差が補正される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、荷電粒子ビームの走査によって検出され処理された画像を用いて、高精度にかつ調整に用いる試料の種類や作業者のスキルに依存せず安定した像質を自動で得ることが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、電子顕微鏡の概略構成を示す縦断面図である。走査型電子顕微鏡を半導体ウェハに形成された回路パターンの欠陥検査に使用できるように改良した欠陥検査ＳＥＭの撮像装置８は、電子ビームＥＢの発生から半導体ウェハＷＦまでの間が真空に保たれ、電子源９，コンデンサレンズ１０，１１，偏向走査用コイル１２，対物レンズ１３，１４，非点収差補正コイル２７、ＸＹステージ１５，信号検出器２５が設けられている。また、真空装置の外部には、記憶装置１６，ディスプレイ１７，入力装置１８，画像演算部２０，Ａ／Ｄ変換部２１，電子光学系制御部２２，ステージ制御部２３，高電圧安定化電源２４が設置され、全体制御部１９には、非点収差補正調整部２６が設けられている。
【００１２】
検査対象となる半導体ウェハＷＦは、ＸＹステージ１５に搭載される。全体制御部１９からの制御信号がステージ制御部２３に送られ、ステージ制御部２３からＸＹステージ１５に送られ、ＸＹステージ１５がＸ，Ｙ方向に移動制御される。電子源９から発射された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ１０，１１，対物レンズ１３，１４によって収束され、偏向走査用コイル１２によって半導体ウェハＷＦ上をスキャンされることにより、検査対象の半導体ウェハＷＦに照射され、この照射によって半導体ウェハＷＦから得られる二次電子や反射電子が検出器２５で検出され、Ａ／Ｄ変換部２１でアナログ信号からデジタル信号へ変換処理されて、半導体ウェハＷＦのデジタル画像データが生成され、ディスプレイ１７に表示される。欠陥検出処理などの画像処理は画像演算部２０で行われる。ユーザは入力装置１２において欠陥観察条件等の入力項目を入力する。
【００１３】
次に、前述の装置での実施を例にとり、非点収差調整方法について説明する。図２は、非点収差調整方法の手順を示すフローチャートである。全体制御部１９の非点収差補正調整部２６では、Ｘ方向とＹ方向の非点収差補正コイル励磁量を変えるための制御信号を電子光学系制御部２２に出力し、電子光学系制御部２２は、電子線ＥＢを半導体ウェハＷＦへ照射しながら、非点収差調整前の非点収差補正コイル励磁量を中心に、Ｘ方向とＹ方向の非点収差補正コイル２７の励磁量をそれぞれ数種類の値で変化させ、各励磁量について電子画像信号が検出され、それぞれの電子画像信号がＡ／Ｄ変換部２１で電子デジタル画像信号に変換され、全体制御部１９でデジタル画像データに変換されて記憶装置１６に記憶される（ステップ２０１）。
【００１４】
非点収差補正調整部２６を備えた全体制御部１９は、非点収差補正コイル励磁量を変えた複数枚の電子デジタル画像信号を記憶装置１６から読み出し、それぞれ非点収差補正コイル励磁量に対応する電子デジタル画像信号について数値規格化処理により電子デジタル画像信号の分解能値を求める（ステップ２０２）。数値規格化処理は、フーリエ変換法によって電子デジタル画像信号の鮮鋭度を数値化して分解能値とする。たとえば、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ５種類の値で励磁量を変化させた場合、５×５＝２５枚のデジタル画像データが得られ、５×５の行列（マトリクス）を得、記憶装置１６に記憶される。
【００１５】
なお照射対象の試料としては、パターン付きウェハ，異物付きウェハ，校正用パターン付きウェハが挙げられる。また、数値規格化処理は、フーリエ変換法など非点収差を持った画像を処理できる方式が望ましいが、像質を数値規格化処理できる方式であればその他の方法であってもよい。
【００１６】
数値規格化処理された複数枚の分解能値の分布は、振動やノイズの影響により誤差成分を含むため、非点収差補正調整部２６を備えた全体制御部１９にて、分解能値分布をノイズ等の誤差成分の除去効果のある最小二乗法を用いた近似計算処理にて二次曲面でフィッティングにより最適な分解能値を算出し、そのときのＸ方向とＹ方向についてそれぞれ、最も適切な非点収差補正コイル励磁量を算出する（ステップ２０３）。
【００１７】
非点収差補正調整部２６でこのようにして求められた非点収差補正コイル励磁量を設定し（ステップ２０４）、全体制御部１９から電子光学系制御部２２に送られ、非点収差補正コイル２７に対して、非点収差補正コイル励磁量が補正される。非点収差補正調整は必要に応じて繰り返されるが、非点補正量が所定の値より小さければ行わないようにする（ステップ２０５）。
【００１８】
なお、これらの非点収差補正調整時の電子線走査本数、またはスキャン領域である電子線走査幅は、必ずしも電子顕微鏡にて設定できる最大の電子線走査本数、または電子線走査幅である必要はなく、非点収差補正調整の処理時間を短縮する目的や、コンタミネーションやチャージアップによる試料ダメージを低減する目的で、最大の電子線走査本数、または電子線走査幅以下であってもよい。
【００１９】
図３は、ディスプレイ１７に表示される非点収差補正調整の例を示す画面図である。画面３０１には、マトリクスマップ表示領域３０２，非点収差補正調整結果表示領域３０３，３０４が配置されている。非点収差補正調整中は、設定したマトリクスマップ上にて色が変化し、調整の進行状況が視覚的にわかりやすいようにディスプレイ１７に表示される。非点収差補正調整結果表示領域３０３には、Ｘ方向とＹ方向の非点収差補正コイル励磁量を変えたときの電子デジタル画像信号を数値規格化した分解能値分布を、視覚的にわかりやすいように二次元平面グラフにより表示する。また、非点収差補正調整結果表示領域３０４には、近似処理により最適化した分解能値分布を、視覚的にわかりやすいように二次元平面グラフにより表示する。図の例では、Ｘ方向とＹ方向をそれぞれ二次元の軸にし、分解能値を色わけで表示しているが、分解能値を画面に垂直なＺ軸として、三次元の模式的に立体化された立体像で現すようにしてもよい。また、調整の前後の変化がわかるように、調整前後の非点収差コイル励磁量と、調整前後のＳＥＭ画像を表示してもよい。非点収差補正調整結果表示領域３０４の一部に、非点収差補正量表示領域３０５を設け、調整の結果の非点収差補正量を表示させる。
【００２０】
また、画面上でパターン登録ボタン３０６を押下すると、補正を実施するパターンの登録ができる。登録するパターンとしては、半導体ウェハ上のパターンや校正用パターンがある。また、ＸＹステージ１５上の座標値を登録してもよい。この場合、登録した座標位置にて非点収差補正が行われる。また、パターン登録ボタン３０７により、補正後のパターンおよび分解能値のデータを記憶させておくこともできる。
【００２１】
図４は、非点収差補正を行うときの条件を設定するときの画面図である。非点収差補正の条件を、装置のオペレータによって変えることができる。図４に示すように、画面４０１には、非点収差補正実施条件設定領域４０２と、電子線照射条件設定領域４０３が設けられ、画面上で、Ｘ方向とＹ方向のマトリクス数、Ｘ方向とＹ方向の非点収差補正コイル励磁量の変化幅、電子線照射条件として、例えば倍率，走査本数，フレーム加算枚数，走査速度を、装置のオペレータが指定あるいは選択できるようにする。
【００２２】
以上説明した実施の形態では、電子顕微鏡を例にして説明したが、本発明は、電子ビームだけでなく、イオンビーム等の荷電粒子ビームを用いた加工装置にも適用することができる。
【００２３】
以上述べたように、本発明によれば、荷電粒子線装置の非点収差補正コイルのＸ方向とＹ方向の励磁量を同時に変化させてデジタル画像を取得し、その画像を数値規格化処理を行い、画像の像質を数値化し、その数値を近似処理によってノイズや振動等の影響による誤差成分を除去し、非点収差の少ない非点収差補正量を推定するようにして、非点収差調整に用いるパターンまたは試料に依存せず、作業者のスキルに寄らず安定した像質を得ることができる高精度の非点収差補正調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電子顕微鏡の概略構成を示す縦断面図。
【図２】非点収差補正調整方法の手順を示すフローチャート。
【図３】ディスプレイに表示される非点収差補正調整の例を示す画面図。
【図４】非点収差補正を行うときの条件を設定するときの画面図。
【符号の説明】
【００２５】
８  撮像装置
９  電子源
１０，１１  コンデンサレンズ
１２  偏向走査用コイル
１３，１４  対物レンズ
１５  ＸＹＺステージ
１６  記憶装置
１７  ディスプレイ
１８  入力装置
１９  全体制御部
２０  画像演算部
２１  Ａ／Ｄ変換部
２２  電子光学系制御部
２３  ステージ制御部
２４  高電圧安定化電源
２５  信号検出器
２６  非点収差補正調整部
２７  非点収差補正コイル
３０３，３０４  非点収差補正調整結果表示領域
３０５  非点収差補正量表示領域
４０２  非点収差補正実施条件設定領域
４０３  電子線照射条件設定領域
【図１】
2009037737.tif 000003
【図２】
2009037737.tif 000004
【図３】
2009037737.tif 000005
【図４】
2009037737.tif 000006