JP2015032457A - Reference member for calibration, calibration method for charged particle optical system, and charged particle beam device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置のビーム調整を行うための校正用標準部材およびそれを用いた荷電粒子光学系の校正方法並びに荷電粒子ビーム装置に関する。 The present invention relates to a calibration standard member for performing beam adjustment of a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope, a calibration method of a charged particle optical system using the same, and a charged particle beam apparatus.
近年、半導体素子やハードディスク素子は微細化が益々進んでおり、より高精度な寸法管理が必要となる。そこで、半導体素子やハードディスク素子製造の現場では走査電子顕微鏡を基にした電子線測長装置を用いた寸法管理が行われている。この寸法管理の計測精度は、走査電子顕微鏡の分解能や焦点などの光学校正精度で決定される。これに対し走査電子顕微鏡の分解能や焦点などの調整用校正試料として、特許文献１、特許文献２に示されるような表面に凹凸パターンを形成した校正試料および校正方法、又は、特許文献３及び特許文献４に示されているような平坦な表面に複数の材料の層を交互に形成した構成試料及び校正方法が提案されている。
In recent years, semiconductor devices and hard disk devices have been increasingly miniaturized, and more accurate dimensional management is required. Therefore, in the field of manufacturing semiconductor devices and hard disk devices, size management is performed using an electron beam length measuring device based on a scanning electron microscope. The measurement accuracy of this dimension management is determined by the optical calibration accuracy such as the resolution and focus of the scanning electron microscope. On the other hand, as a calibration sample for adjusting the resolution and focus of a scanning electron microscope, a calibration sample and a calibration method in which a concavo-convex pattern is formed on the surface as shown in
特許文献１及び２に開示されているような、表面に凹凸パターンが形成された校正試料を用いる場合、電子顕微鏡で撮像した凹凸パターンの画像からパターンのエッジの位置を正確に求めることが難しい。その結果、ｎｍオーダーの計測を行う場合に、信頼度の高い計測結果を得ることが難しくなる。
When using a calibration sample having a concavo-convex pattern formed on the surface as disclosed in
一方、発明者等が検討した結果、今後の更なる微細化を考慮した場合、特許文献３及び４に開示されている校正試料には、以下の課題を有することが判明した。
On the other hand, as a result of investigations by the inventors, it has been found that the calibration samples disclosed in
半導体素子の微細化に対応しこれを検査する走査電子顕微鏡に対しても微細素子に対応した高倍率光学条件で分解能や焦点などの高精度かつ安定なビーム調整が不可欠でありそのためにはこれを校正する標準部材の校正パターンの微細化が必須である。特許文献３及び４に開示されている校正試料では異種材料による積層構造の断面を用いることで積層膜厚の制御によりナノメータレベルの材料コントラストによる校正が可能となる。しかし電子ビームのような荷電粒子ビームを試料表面に照射する場合には安定な信号を得るには試料表面の帯電やコンタミネーション付着の影響を押さえる必要がある。
High precision and stable beam adjustments such as resolution and focus are indispensable for scanning electron microscopes that deal with the miniaturization of semiconductor elements and inspect them for this purpose. Miniaturization of the calibration pattern of the standard member to be calibrated is essential. The calibration samples disclosed in
特許文献３及び４に開示されている校正試料のような複数の材料が試料表面に露出しているような構成では材料により帯電特性やコンタミネーション付着のし易さが異なるため特定の材料表面に帯電やコンタミネーション付着が生じて障害が生じる。特定の材料表面に帯電が生じた場合には、入射電子ビームの位置ドリフトが生じ正確なビーム校正に障害が発生し、特定の材料表面にコンタミネーション付着が生じた場合には、付着した材料領域から得られる校正に用いる二次電子または反射電子信号が消失しビーム校正ができなくなったりする障害や、付着したコンタミネーションが帯電を起こし入射電子ビームの位置ドリフトが生じ正確なビーム校正ができなくなったりする障害が発生する。このために複数の材料が試料表面に露出する試料構成では使用する材料の選定や何らかの表面の安定化処理が必要となる。
In a configuration in which a plurality of materials such as calibration samples disclosed in
本発明は、上記課題を解決するものであって、寸法管理対象素子が更に微細化した場合であっても、電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置で用いられるビーム調整を高精度で行うことのできる校正用標準部材およびそれを用いた荷電粒子光学系の校正方法並びに荷電粒子ビーム装置を提供することにある。 The present invention solves the above-described problem, and can perform beam adjustment used in a charged particle beam apparatus such as an electron microscope with high accuracy even when a dimension control target element is further miniaturized. It is an object of the present invention to provide a calibration standard member, a charged particle optical system calibration method using the same, and a charged particle beam apparatus.
上記課題を解決するために、本発明では、電粒子ビーム装置の荷電粒子ビームを校正する校正用標準部材を、第１の基板と、この第１の基板上に重金属材料よりなる層と軽元素材料よりなる層とを交互に積層して形成した校正パターン層と、この校正パターン層を挟んで第１の基板と反対の側から校正パターン層をカバーする第２の基板と、第１の基板と校正パターンと第２の基板とが同一の面内で平坦に加工された面を覆うようにして形成された導電性材料の薄膜とを備えて構成した。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a calibration standard member for calibrating a charged particle beam of an electron beam apparatus is provided with a first substrate, a layer made of a heavy metal material on the first substrate, and a light element. A calibration pattern layer formed by alternately laminating layers made of materials, a second substrate covering the calibration pattern layer from the opposite side of the first substrate across the calibration pattern layer, and a first substrate And a calibration pattern and a second substrate are provided with a thin film of a conductive material formed so as to cover a surface processed flat in the same plane.
また、上記課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム装置の荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子光学系を校正する方法を、基板上に重金属材料よりなる層と軽元素材料よりなる層とを交互に積層して形成した校正パターン層が形成されてこの校正パターン層を含む表面が導電性材料の薄膜で覆われている校正用標準部材に荷電粒子ビーム装置の荷電粒子ビームを照射して走査し、この荷電粒子ビームが照射されて走査された試料の校正パターン層から発生して導電性材料の薄膜を透過した反射荷電粒子を検出し、この反射荷電粒子を検出して得た信号に基づいて電子光学系を校正するようにした。 In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, a method for calibrating a charged particle optical system for irradiating a sample with a charged particle beam of a charged particle beam apparatus includes a layer made of a heavy metal material and a light element material on a substrate. The charged particle beam of the charged particle beam apparatus is applied to a calibration standard member in which a calibration pattern layer formed by alternately stacking layers is formed and the surface including the calibration pattern layer is covered with a thin film of a conductive material. Scan by irradiating and detecting reflected charged particles generated from the calibration pattern layer of the scanned sample irradiated with the charged particle beam and transmitted through the thin film of conductive material. The electron optical system was calibrated based on the received signal.
更に、上記課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム装置を、試料を載置して平面内で移動可能なステージと、集束させた荷電量子ビームを試料に照射して走査する荷電粒子光学系と、この荷電粒子光学系で集束させた荷電粒子ビームを試料に照射して走査することにより試料から発生した二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と試料から発生した荷電粒子を検出する反射荷電粒子検出器とを有する検出光学系と、この検出光学系の二次荷電粒子を検出した二次荷電粒子検出器からの出力信号と反射荷電粒子を検出した反射荷電粒子検出器とからの出力信号とを処理する信号処理部と、この信号処理部で処理した結果を表示する表示部と、重金属材料よりなる層と軽元素材料よりなる層とを交互に積層して形成した校正パターン層が形成されてこの校正パターン層を含む表面が導電性材料の薄膜で覆われている校正用標準部材と、この校正用標準部材を保持してステージに搭載する保持ホルダとを備え、表示部は、ステージを移動させて保持ホルダに保持された校正用標準部材が電子光学系の視野に入った状態で集束させた荷電粒子ビームを校正用標準部材の校正パターン層を含む領域に照射して走査することにより校正パターン層から発生して導電性材料の薄膜を透過した反射荷電粒子を反射荷電粒子検出器で検出して得た信号を信号処理部で処理した信号波形を表示するようにした。 Furthermore, in order to solve the above-described problems, in the present invention, a charged particle beam apparatus is provided with a stage on which a sample can be placed and movable in a plane, and a charged charge beam that scans by irradiating the sample with a focused charged quantum beam. A particle optical system, a secondary charged particle detector that detects secondary charged particles generated from the sample by irradiating and scanning the charged particle beam focused by the charged particle optical system, and a charge generated from the sample Detection optical system having a reflected charged particle detector for detecting particles, and an output signal from the secondary charged particle detector that detects the secondary charged particles of this detection optical system and reflected charged particle detection that detects the reflected charged particles A signal processing unit that processes the output signal from the device, a display unit that displays the result processed by the signal processing unit, and a layer made of heavy metal material and a layer made of light element material are alternately stacked. Calibration pattern A calibration standard member in which a calibration layer is formed and the surface including the calibration pattern layer is covered with a thin film of a conductive material, and a holding holder for holding the calibration standard member and mounting it on the stage. The unit moves the stage and irradiates a region including the calibration pattern layer of the calibration standard member with the calibration standard member held by the holding holder focused in a state where the calibration standard member enters the field of view of the electron optical system. The signal processing unit displays the signal waveform obtained by processing the signal obtained by detecting the reflected charged particles generated from the calibration pattern layer and transmitted through the thin film of the conductive material by the reflected charged particle detector. did.
本発明によれば、荷電粒子ビーム装置の分解能や焦点などのビーム調整を高精度かつ安定に行うことのできる校正用標準部材およびそれを用いた校正方法並びに荷電粒子ビーム装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a calibration standard member capable of performing beam adjustment such as resolution and focus of a charged particle beam apparatus with high accuracy and stability, a calibration method using the same, and a charged particle beam apparatus. .
本発明の代表的な実施例によれば、電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置の分解能や焦点などのビーム調整を高精度かつ安定に行うことが可能となる。分解能や焦点などのビーム調整ではビームの断面形状を試料上で最小円とする調整を行う。この校正ではコントラストの高いライン状パターンでのビーム走査で得られる二次電子信号または反射電子信号波形強度を計測して調整を行う。 According to a typical embodiment of the present invention, it is possible to perform beam adjustment such as resolution and focus of a charged particle beam apparatus such as an electron microscope with high accuracy and stability. In beam adjustment such as resolution and focus, the beam cross-sectional shape is adjusted to the minimum circle on the sample. In this calibration, the secondary electron signal or reflected electron signal waveform intensity obtained by beam scanning with a line pattern having a high contrast is measured and adjusted.
本発明では異なる材料（軽元素材料（シリコン（Ｓｉ）など）と重金属（モリブデン（Ｍｏ）など）の密度差のある）が少なくとも２層以上交互に積層された断面からなり、その断面の表面に軽元素でかつ導電性薄膜（５ｎｍ以下）の保護膜を有した校正用標準部材を用いかつ校正のための信号として校正用標準部材から発生する反射電子を検出することにより微細なビームに対してコントラストの高い反射電子信号を得られ精度の高い校正が可能となる。 In the present invention, different materials (light element material (silicon (Si), etc.) and heavy metal (molybdenum (Mo), etc.) have different cross-sections in which at least two layers are laminated alternately, Using a calibration standard member which is a light element and has a protective film of a conductive thin film (5 nm or less) and detects a backscattered electron generated from the calibration standard member as a calibration signal. A reflected electron signal with high contrast can be obtained, and calibration with high accuracy is possible.
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施例では荷電粒子ビーム装置として主に走査電子顕微鏡を例に説明するが、これに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment, a scanning electron microscope is mainly described as an example of the charged particle beam apparatus, but the present invention is not limited to this.
本実施例では、表面に凹凸パターンが形成された試料を計測対象とした場合の校正用標準部材を用いた走査電子顕微鏡の調整方法について説明する。 In this embodiment, an adjustment method of a scanning electron microscope using a calibration standard member when a sample having a concavo-convex pattern formed on the surface is used as a measurement target will be described.
図１から図８を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol shows the same component.
まず、図１は、本実施例に係る校正用標準部材１の概略図であり、上図は全体斜視図、下図は校正用標準部材上面の校正パターン６の拡大図を示す。図２は、校正用標準部材１を保持台である保持ホルダ２に搭載した断面図である。
First, FIG. 1 is a schematic view of a calibration
校正用標準部材１は、多層膜基板３は軽元素であるシリコン層４および重金属であるモリブデン層５が交互に積層された断面を有している。シリコン層４とモリブデン層５の厚さは特に限定しないが、計測対象の凹凸パターンの寸法に合わせて、数ｎｍ乃至数１０ｎｍの範囲であればよい。この断面はその表面を研磨することで平坦化されて同一平面となっており、密度差の大きなシリコン層とモリブデン層の二つの材料からなる積層構造部には図１の下図に示した校正パターン６を含んでいる。また校正用標準部材１の多層膜基板３の平坦化された最表面にはプラズマ成膜による厚さ３ｎｍのカーボン層７が形成されている。校正用標準部材１は、多層膜基板３のほかに基板部８および複数の固定用基板９、１０、１１と接着剤で組み合わせて構成されている。この校正用標準部材がアルミ製の保持ホルダ２に搭載されている（図２）。
In the
このように、校正用標準部材１は、異なる材料を基板表面に交互に積層させた図１の下図に示した校正パターン６を有する多層基板３と第二の基板８とが、接合された接合基板を備えている。
In this way, the
接合された２部材の断面は、図１、図２の校正用標準部材に示すようにダイシングと研磨によって平坦化されている。その平坦化された最表面にはプラズマ成膜による厚さ３ｎｍのカーボン層７が形成されている。また最表面の高さは保持ホルダ２に固定し電子顕微鏡に搭載したときに測定すべき図３の試料１２の高さと一致するように形成されている（図３）。
The cross section of the joined two members is flattened by dicing and polishing as shown in the calibration standard members of FIGS. A
次に、シリコン／モリブデン層の積層構造の断面を有した校正用標準部材１（図２）を、走査電子顕微鏡に搭載して校正を行った例について説明する。 Next, an example in which calibration is performed by mounting the calibration standard member 1 (FIG. 2) having a cross section of the laminated structure of the silicon / molybdenum layer on a scanning electron microscope will be described.
図３は本発明の校正方法を説明するために用いた走査電子顕微鏡のステージ部分の斜視図、図４は図３に示した走査電子顕微鏡の全体システム１００の概略構成図、図５は本実施例に係る校正方法を用いて図３に示す走査電子顕微鏡の分解能および焦点校正を行う際のフローチャート図である。
3 is a perspective view of the stage portion of the scanning electron microscope used to explain the calibration method of the present invention, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
図３、図４に示すように、本実施例では、校正用標準部材１を、保持ホルダ２に固定し走査電子顕微鏡１１０のステージ１３に搭載して走査電子顕微鏡の校正を行う。なお、このステージ１３上には、測定試料（ウェーハ）１２が積置される。ステージ１３上で校正用標準部材１の表面の高さが測定試料１２の表面の高さと同じになるように、校正用標準部材１を保持する保持ホルダの高さが、図示していない調整手段により調整される。また、このステージ１３には、電子ビーム１５の加速電圧を制御するために電圧を印加するバイアス電源１６が接続されている。光学顕微鏡１７は千倍以下の低倍率で測定位置検出を行うものである。符号１８および符号１９は、電子ビーム照射により発生する二次電子２０を検出する検出器および反射電子２１を検出する検出器でそれぞれ信号処理部に接続されている。なお、符号２２は電子ビーム鏡筒を示す。
As shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, the
ここで、図４により、本実施例の校正方法が適用される走査電子顕微鏡システム１００の全体的な構成例について簡単に説明する。走査電子顕微鏡システム１００は、走査電子顕微鏡１１０とＳＥＭ制御系２７とを備えて構成される。走査電子顕微鏡１１０は、電子を放出する電子銃（電子源）２３、電子銃２３から放出された電子を集束させて電子ビーム１５を形成する集束レンズ２５、集束レンズ２５で集束された電子ビーム１５を測定試料１２上で走査するための走査偏向器２４、測定試料１２上における電子ビーム１５の分解能を調整するためのレンズ２６−１、電子ビーム１５の焦点などを調整するためのレンズ２６−２、電子ビーム（１次電子線）１５の照射により測定試料１２より発生する二次電子２０を検出するための検出器１８、電子ビーム（１次電子線）１５の照射により測定試料１２より発生する反射電子２１を検出するための検出器１９を備えている。
Here, an overall configuration example of the scanning
ＳＥＭ制御系２７は、ＳＥＭ制御部２７１と情報処理装置２７２を備えている。ＳＥＭ制御系２７のＳＥＭ制御部２７１は、レンズ２５、２６−１，２６−２を制御するレンズ制御部２８，１次電子線の走査偏向を走査偏向器２４により制御するビーム偏向制御部２９、二次電子検出器１８および反射電子検出器１９からの出力信号を処理する信号処理部３０、測定試料１２または校正用標準部材１が載置されるステージ１３の移動を制御するステージ制御部３１、低倍での試料観察位置を特定するための光学顕微鏡１７と光学イメージから特定された測定位置を電子ビーム偏向領域内に移動するためのステージおよび電子ビーム偏向位置制御を行う光学画像処理部３２になどを備えて構成される。
The
ＳＥＭ制御系２７を構成する情報処理装置２７２は、ＳＥＭ制御部２７１から入力される各情報ないし制御信号を演算処理するためのＣＰＵによる演算処理部（波形演算部）３３、このＣＰＵ上で動作する校正処理等の種々のソフトウェアが展開されるメモリ（図示略）、測長レシピ等の情報や種々のソフトウェアが格納される記憶装置（校正値記憶部および校正位置記憶部）３４等により構成されている。情報処理装置２７２を含むＳＥＭ制御系２７には、更に、ＣＰＵによる情報処理結果が表示される表示部（波形表示部３５、画像表示部３６）や、情報処理に必要な情報を情報処理装置に入力するための情報入力手段（図示略）等が接続されている。
An
次に、走査電子顕微鏡１１０の動作について、図４により簡単に説明する。電子銃（電子源）２３から放出された電子ビーム１５を、レンズ２６−１，２６−２および走査偏向器２４により、試料上で走査する。ステージ１３上には、測定試料（ウェーハ）１４と保持ホルダ２に搭載された校正用標準部材２がある。ステージ１３には、ビーム加速電圧を制御するために電圧がバイアス電源１６により印加されている。
Next, the operation of the
まず低倍で試料観察位置あるいは同試料上に形成された位置座標基準マークを光学顕微鏡１７で観察し光学画像処理部３２により特定し、光学イメージから特定された測定位置を記憶しておき試料の水平面内の座標系とステージ座標系の傾きを光学画像処理部３２に記憶しておき、光学イメージから特定された測定位置あるいは位置座標基準マークの座標を基に、測定箇所を電子ビーム偏向領域内(走査電子顕微鏡１１０の視野内)に位置させるためのステージ制御部３１およびビーム偏向制御部２９の制御量を演算処理部３３で算出する。
First, the sample observation position at a low magnification or the position coordinate reference mark formed on the sample is observed with the
次に、ステージ制御部３１でステージ１３を制御駆動して、保持ホルダ２に搭載された校正用標準部材２を電子ビーム偏向領域内(走査電子顕微鏡１１０の視野内)に位置させ、校正用標準部材１上に電子ビーム１５を照射して走査する。この電子ビーム１５を照射して走査することにより校正用標準部材１から発生した反射電子２１を検出した検出器１９からの信号を信号処理部３０で処理して得られる反射電子像ないし反射電子信号波形を画像表示部３６や波形表示部３５等に表示し、レンズ制御部２８でレンズ２６−１，２６−２を制御して電子ビーム１５の校正などを行う。
Next, the
次に、測定試料１２の測定領域が電子ビーム偏向領域内(走査電子顕微鏡１１０の視野内)に位置するようにステージ制御部３１でステージ１３を制御駆動する。測定領域が電子ビーム偏向領域内(走査電子顕微鏡１１０の視野内)に位置した状態で、測定試料１２上でビーム偏向制御部２９で走査偏向器２４を制御して電子ビーム１５を照射して走査する。電子ビーム１５の照射走査により測定試料１２から発生した二次電子２０を検出した二次電子検出器１８からの信号を信号処理部３０で処理して二次電子像ないし二次電子信号波形を画像表示部３６や波形表示部３５等に表示し、測長などを行う。校正用標準部材１を用いた電子ビーム１５の校正および測定試料１２の測定のときのステージ１３の位置は、ステージ制御部３１にて検知、制御される。
Next, the
ここで、図４に示した走査電子顕微鏡システム１００の構成では、演算部３３、表示部３５、３６、記憶部３４を含む情報処理装置２７２、及び制御部２７，２９，３１，光学画像処理部３２等はＳＥＭ制御系２７に含まれた形態であるが、必ずしもＳＥＭ制御系２７に含まれていなくてもよい。
Here, in the configuration of the scanning
次に、図５のフローチャートに沿って、校正用標準部材１を用いた電子ビーム１５の校正を行う処理の手順を説明する。
Next, a procedure for calibrating the
まず試料ホルダ２に固定した校正用標準部材１を搭載したステージ１３をステージ制御部３１で制御して校正用標準部材１が光学顕微鏡１７の視野に入るようにする。この状態で光学顕微鏡１７を第１の所定の倍率、例えば五百倍の倍率で図１に示す校正用標準部材１上の多層膜パターン部（校正パターン）６を検出し、多層膜パターン部（校正パターン）６内の校正場所を特定し、光学画像処理部３２にその座標を記憶させる（ステップＳ２００）。
First, the
次に、ステージ１３をステージ制御部３１で制御して、その記憶した座標を基に、校正用標準部材１の多層膜パターン部（校正パターン）６内の校正場所を走査電子顕微鏡１１０の電子ビーム１５の直下に位置させる。
Next, the
次に、図４に示したステージ制御部３１またはビーム偏向制御部２９の制御により、校正用標準部材１の校正パターン６内の校正場所に、電子ビーム１５の偏向中心を移動させる。この校正での電子ビームの加速電圧は、例えば、１ｋＶになるようにステージ１３にマイナス１ｋＶの電圧がバイアス電源１６により印加されている。このように上記の手順でステージ制御部３１とビーム偏向制御部２９により図１に示したシリコン層／モリブデン層の積層構造部（校正パターン）６をビーム直下に位置させる（ステップＳ２０１）。このとき校正に用いるパターン位置座標は校正位置記憶部３４に記憶しておく。
Next, the deflection center of the
次に、図６に示したように校正用標準部材１の多層膜基板３の校正パターン６上でシリコン層４およびモリブデン層５の成膜断面に電子ビーム１５を照射して各層の積層面に対して垂直な方向(図６で、多層薄膜基板３に平行な矢印の方向)に電子ビーム１５を走査する。これにより発生した反射電子２１を反射電子検出器１９で検出し、演算処理部３３（図４）を通して得られる反射信号波形を波形表示部３５（図４）で表示し、図７に示すような反射電子信号波形３７を計測する（ステップＳ２０２）。次にレンズ制御部２８（図４）により焦点調整レンズ２６−２のレンズ値を変化させて反射電子信号波形３８の振幅が最大となるレンズ条件を求める（ステップＳ２０３）。
Next, as shown in FIG. 6, the
さらにレンズ制御部２８（図４）により焦点調整レンズ２６−１のレンズ値（分解能調整レンズ値）を変化させて校正パターン６上を積層面に対して垂直な方向に電子ビーム１５を走査して反射電子検出器１９で検出した反射電子検出信号を計測し、反射電子信号波形３８（図８）の振幅が最大となるレンズ条件を求める（ステップＳ２０４）。
Further, the lens control unit 28 (FIG. 4) changes the lens value (resolution adjustment lens value) of the focus adjustment lens 26-1, and scans the
上記ステップＳ２０３とステップＳ２０４とを繰り返し実行して信号波形の強度が最大になるように焦点調整レンズ２６−１の分解能調整を行い、そのレンズ条件を記憶する（ステップＳ２０５）。上記調整を繰り返して、最適分解能条件での最適焦点位置を確認する（ステップＳ２０６）。得られたレンズ条件を記憶する（ステップＳ２０７）。 The steps S203 and S204 are repeatedly executed to adjust the resolution of the focus adjustment lens 26-1 so that the intensity of the signal waveform becomes maximum, and the lens conditions are stored (step S205). The above adjustment is repeated to check the optimum focus position under the optimum resolution condition (step S206). The obtained lens conditions are stored (step S207).
このように反射電子信号に対して電子顕微鏡の分解能および焦点の校正が可能になり、校正誤差は安定して０．２ｎｍ以内とすることが可能である。 Thus, the resolution and focus of the electron microscope can be calibrated with respect to the reflected electron signal, and the calibration error can be stably within 0.2 nm.
校正後の測長は以下の通り行う。上記校正後、ステージ制御部３１でステージ１３を制御して、本実施例における計測対象である図７に示すような表面に凹凸パターン７１が形成された試料７０（図４の測定試料１２に相当）の測長場所（計測対象領域）をビーム直下（走査電子顕微鏡１１０の視野の中心）に位置させる。次に試料７０上の測定パターン７１に上記ステップＳ２００乃至Ｓ２０７を経て焦点位置と分解能とが調整された電子ビーム１５を照射しビーム偏向制御部２９で制御して計測対象領域を走査する。これにより試料７０の計測対象領域内の凹凸パターン７１の段差部（パターン７１のエッジ部７２及び傾斜面部７３）から発生した二次電子２０を二次電子検出器１８で検出し、演算処理部３３（図４）を通して得られる信号波形を波形表示部３５（図４）で表示し、二次電子信号波形を計測して前記した凹凸パターン７１の寸法や隣接するパターン間の寸法を計測する。校正後の電子ビームの焦点位置と分解能とが調整された走査電子顕微鏡の測長再現性は安定して０．２ｎｍ程度以内が得られた。
The length measurement after calibration is performed as follows. After the above calibration, the
本実施例によれば、校正用標準部材１を用いることにより走査電子顕微鏡の電子ビームの焦点位置と分解能とを従来と比べてより高精度に調整することが可能になり、計測対象試料の表面に形成された凹凸パターンの寸法をより高い信頼度で計測することが可能になる。
According to the present embodiment, the use of the
実施例２においては、表面に材質の異なる複数の材料が露出しており、表面が平坦に形成されている試料を計測対象とした場合の校正用標準部材を用いた走査電子顕微鏡の調整方法について説明する。 In Example 2, a method for adjusting a scanning electron microscope using a standard member for calibration when a sample having a plurality of different materials exposed on the surface and a flat surface is used as a measurement target explain.
本実施例において計測対象とする試料は、表面が平坦であるために、実施例１の場合のように、パターンの凹凸に起因する二次電子検出信号の変化を検出してパターン寸法を計測することができない。 Since the sample to be measured in this embodiment has a flat surface, the change in the secondary electron detection signal caused by the pattern irregularities is detected and the pattern dimension is measured as in the case of the first embodiment. I can't.
そこで、本実施例においては、計測対象試料の表面の材質の変化による二次電子又は反射電子の強度の変化から、計測対象試料の表面に形成された平坦なパターンの寸法を計測できるようにした。 Therefore, in this embodiment, the dimension of the flat pattern formed on the surface of the measurement target sample can be measured from the change in the intensity of secondary electrons or reflected electrons due to the change in the material of the surface of the measurement target sample. .
第２の実施例について図１０乃至図１４Ｂを用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。 本実施例を説明する前に、本実施例の比較例として、表面を導電性の薄膜で覆っておらず、積層膜が露出している、図１０に示すような従来の校正用標準部材９０を用いた場合の例について説明する。
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 14B. Note that the matters described in the first embodiment but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there is no particular circumstance. Before explaining this example, as a comparative example of this example, a conventional
従来の校正用標準部材９０の例では、同一平面内において、軽元素材料であるシリコン（Ｓｉ）と重金属モリブデン（Ｍｏ）の密度差のある少なくとも２層以上交互に積層された断面であるために１０ｎｍ以下のライン状微細コントラストパターンが得られる。この積層構造部には図１の断面拡大図に示した以下の校正パターン６０を含んでいる。
In the example of the
図１０に示すように校正パターンにはモリブデン層（厚さ２０ｎｍ）４０と第１のシリコン層（厚さ１０ｎｍ）４１とが交互に数層（図９の例では２乃至３層）積層され第２のシリコン層４２の厚さを５ｎｍ、第３のシリコン層４３の厚さが１ｎｍの成膜を含む構成となっている。第２のシリコン層４２の厚さの分布は５ｎｍに対して０．１ｎｍ以下、第３のシリコン層４３の厚さの分布は１ｎｍに対して０．１ｎｍ以下であった。
As shown in FIG. 10, in the calibration pattern, molybdenum layers (
この従来の校正用標準部材９０を用いて行う走査電子顕微鏡の電子ビームの校正においては、試料に形成されたパターンの測長を行う場合と同じ走査電子顕微鏡の二次電子検出器を用いた。校正用標準部材から発生する二次電子を二次電子検出器で検出し、演算処理部３３（図４）を通して得られる二次電子信号波形を波形表示部３５（図４）で表示し、二次電子信号波形４４（図１１）を計測しライン状微細パターンのコントラスト信号が最大になるようにビーム校正を行った。しかしながら平坦化された断面は軽元素材料と重金属が最表層に露出された構造となっている。複数の材料構成では表面部の酸化特性や導電率が異なるために、荷電粒子ビームである電子ビームを照射すると帯電のしやすさやコンタミネーションの付着速度が異なる。
In the calibration of the electron beam of the scanning electron microscope performed using the conventional
上記のシリコンとモリブデンの積層構造断面ではシリコン表面の酸化の影響でシリコン露出部を中心に焦点合わせの段階で電子ビーム照射部にコンタミネーションが１０ｎｍ以上付着した。このために図１１に示すように、照射直後には観察されていた１０ｎｍ以下のシリコン層によるライン状微細コントラストパターン４４が電子ビームの照射時間の経過とともに二次電子信号波形４６のようにピークが消失してしまい分解能調整のためのビーム校正が出来なくなった。さらに上記コンタミネーション付着部が帯電したために電子ビーム照射部位近傍では電子ビーム未照射部においても入射電子ビームが影響を受け二次電子像がドリフト移動してビーム校正が出来なくなった。その結果、焦点合わせは校正パターン近傍で行う必要があるために焦点合わせ近傍での校正が困難であった。
In the cross section of the laminated structure of silicon and molybdenum, contamination of 10 nm or more adhered to the electron beam irradiation part at the stage of focusing around the silicon exposed part due to the influence of oxidation of the silicon surface. For this reason, as shown in FIG. 11, the line-shaped
さらに校正用標準部材１０は、多層膜基板３のほかに基板部８および複数の固定用基板９、１０、１１と組み合わせて構成されている。この基板同士の接合には接着剤１４を用いている。このために多層膜の材料以外にも校正用標準部材１の最表層付近の接着剤の影響も見られた。
Further, the
そこで、本実施例においては、図１２に示すような校正用標準部材１２０として、実施例１と同様に、多層膜基板１３０を軽元素であるシリコン層４１，４２，４３と重金属であるモリブデン層４０とを交互に積層した断面を有するように形成し、この断面の部分を含む校正用標準部材１２０の表面に導電性の薄膜を形成して表面の帯電を防止するようにした。この断面はその表面を研磨することで平坦化されて同一平面となるように形成されており、密度差の大きなシリコン層とモリブデン層の二つの材料からなる積層構造部１４０は、図１の断面拡大図に示したものと同様に、断面が校正パターンとなっている。
Therefore, in this embodiment, as the
本実施例においては、図１２に示すように、校正パターンには図１０で説明した従来の校正用標準部材９０と同様に、モリブデン層（厚さ２０ｎｍ）４０と第１乃至第３のシリコン層４１，４２，４３とが交互に積層された構造になっている。但し、本実施例における校正用標準部材１２０では、モリブデン層４０は厚さが一定の２０ｎｍで、このモリブデン層４０と交互に積層して形成するシリコン層の厚さは、第１のシリコン層４１が１０ｎｍ、第２のシリコン層４２が５ｎｍ、第３のシリコン層４３が１ｎｍと、膜厚が制御されて形成された構成となっている。第２のシリコン層４２の厚さの分布は５ｎｍに対して０．１ｎｍ以下、第３のシリコン層４３の厚さの分布は１ｎｍに対して０．１ｎｍ以下であった。この多層膜による積層構造部１４０が形成された校正用標準部材１２０の平坦化された最表面には、導電性の薄膜として、プラズマ成膜による厚さ３ｎｍのカーボン層４５が形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the calibration pattern has a molybdenum layer (
この校正用標準部材１２０を、反射電子検出器が無く、二次電子検出器だけを備えた上記従来の荷電粒子ビーム装置に搭載して電子ビームの校正を行った。この電子ビームの校正には、試料上に形成されたパターンの寸法を計測する測長を行う場合と同じ走査電子顕微鏡の二次電子検出器を用いて校正用標準部材１２０から発生する二次電子を検出し、演算処理部３３（（図４）を通して得られる二次電子信号波形を波形表示部３５（図４）で表示し、二次電子信号波形を計測しライン状微細パターンのコントラスト信号が最大になるようにビーム校正を行った。
The
その結果、電子ビーム照射によるコンタミネーション付着が抑制され二次電子像にドリフト移動は生じなかった。このように二次電子像のドリフト移動は解決できたが、得られた二次電子信号波形は図１１の二次電子信号波形４６と同様に校正パターンのピークが見られずコントラストパターンが検出できなかった。
As a result, contamination adhesion due to electron beam irradiation was suppressed, and no drift movement occurred in the secondary electron image. Thus, although the drift movement of the secondary electron image could be solved, the obtained secondary electron signal waveform can detect the contrast pattern without the peak of the calibration pattern as in the secondary
これは校正用標準部材１のライン状微細パターンから発生した比較的エネルギーが小さい二次電子が最表面である厚さ３ｎｍのカーボン層４５に吸収されたためにコントラストパターンが検出できないと考えられる。これに対して入射電子とほぼ同じエネルギーを有する反射電子は、容易に最表面である厚さ３ｎｍのカーボン層４５をすることが通過できる。
This is considered that the contrast pattern cannot be detected because the secondary electrons generated from the line-shaped fine pattern of the
そこで本実施例による荷電粒子ビーム装置においては、実施例１において図４で説明した反射電子検出器１９を備えた走査電子顕微鏡１１０を用いて、電子ビームを照射することにより校正用標準部材１２０から発生する反射電子２１を検出するようにした。
Therefore, in the charged particle beam apparatus according to the present embodiment, by using the
校正用標準部材１２０から発生した反射電子を反射電子検出器１９で検出して得られた、反射電子像ないし反射電子信号波形を用いて電子ビームの校正を行った結果、多層膜の積層方向（図１２で薄膜多層基板３に平行な矢印の方向）のビーム走査において良好な反射電子信号波形４７（図１２）が得られた。第２のシリコン層４２（厚さ５ｎｍ）、第３のシリコン層４３（厚さ１ｎｍ）からの反射電子信号極小ピーク４８，４９が検出されている。
As a result of calibrating the electron beam using the reflected electron image or the reflected electron signal waveform obtained by detecting the reflected electrons generated from the
校正している走査電子顕微鏡１１０のビーム径は１.５ｎｍであるが、上記結果である第３のシリコン層４３（厚さ１ｎｍ）からの反射電子信号極小ピーク４９が検出されていることから、校正後の装置分解能が１ｎｍ以下の精度でパターンを検出するのに十分な条件であることが確認できた。このように、校正用標準部材の１０ｎｍ以下のラインパターンにおいても良好なコントラスト波形が得られ、装置の分解能および焦点の校正が可能になり、校正誤差は安定して０．２ｎｍ以内とすることが可能であった。
Although the beam diameter of the
この反射電子検出では、最表面に形成した薄膜に反射電子が吸収されないことが重要である。このため、校正精度を上げるために、最表面に形成する薄膜は、（１）できるだけ軽元素であること、（２）できるだけ（１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下の）薄膜であることが重要であり、帯電の課題に対しては（３）導電性があることが必要である。 In this reflected electron detection, it is important that the reflected electrons are not absorbed by the thin film formed on the outermost surface. Therefore, in order to increase the calibration accuracy, it is important that the thin film formed on the outermost surface is (1) as light as possible and (2) as thin as possible (less than 10 nm, preferably less than 5 nm). In order to solve the problem of charging, (3) it is necessary to have conductivity.
上記を満足する薄膜材料としては、上記実施例のカーボン（Ｃ：原子番号；6）の他に校正用標準部材１２０の軽元素材料シリコン（Ｓｉ：原子番号；14）よりも軽元素であるベリリウム（Ｂｅ：原子番号；4）やアルミニウム（Ａｌ：原子番号；13）がある。またこの表面に形成する薄膜は、校正用標準部材１２０の作製工程において多層膜基板３のほかに基板部８および複数の固定用基板９，１０，１１と接着剤１４を用いて組み合わせた後で成膜する。従って、積層構造部１４０を始め接着剤表面も上記導電性薄膜で被膜されるために、校正部材の場所に寄らず安定した校正が可能であった。
As the thin film material satisfying the above, beryllium, which is a lighter element than the light element material silicon (Si: atomic number; 14) of the standard member for
また、上記実施例では試料の測長に最も一般的に使われる二次電子信号検出での例を示したが、試料の計測に反射電子検出を用いる場合には、ビーム校正用と試料計測用と兼用することも可能である。また上記実施例では校正用の多層膜基板の軽元素材料としてシリコンおよび重金属としてモリブデンの例を示したが、軽元素材料としてはカーボン（Ｃ：原子番号；6）、ベリリウム（Ｂｅ：原子番号；4）やアルミニウム（Ａｌ：原子番号；13）などがあり、重金属としてタンタル（Ｔａ：原子番号；73）やタングステン（Ｗ：原子番号；74）などでも同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the example of secondary electron signal detection that is most commonly used for sample length measurement is shown. However, when backscattered electron detection is used for sample measurement, it is used for beam calibration and sample measurement. It is also possible to use it together. In the above embodiment, silicon is used as the light element material of the multilayer substrate for calibration, and molybdenum is used as the heavy metal. However, as the light element material, carbon (C: atomic number; 6), beryllium (Be: atomic number; 4), aluminum (Al: atomic number; 13), etc., and the same effect can be obtained by using tantalum (Ta: atomic number; 73) or tungsten (W: atomic number; 74) as a heavy metal.
校正後の測長は以下の通り行う。上記校正後、ステージ制御部３１でステージ１３を制御して、本実施例における計測対象である図１４Ａ（平面図）及び図１４Ｂ（断面図）に示すような表面が平坦な部材１４１１に異なる材料によるパターン１４１２が形成された試料１４１０（図４の測定試料１２に相当）の測長場所（計測対象領域）をビーム直下（走査電子顕微鏡１１０の視野の中心）に位置させる。次に試料１４１０上の測定パターン１４１２を含む領域に実施例１の図５で説明したステップＳ２００乃至Ｓ２０７に準じたフローを経て焦点位置と分解能とが調整された電子ビーム１５を照射しビーム偏向制御部２９で制御して計測対象領域を走査する。
The length measurement after calibration is performed as follows. After the calibration, the
これにより試料１４１０の計測対象領域内から材質に応じて発生した反射電子２１を反射電子検出器１９で検出し、演算処理部３３（図４）を通して得られる信号波形を波形表示部３５（図４）で表示し、反射電子信号波形を計測して前記した材質の異なるパターン１４１２の寸法や隣接するパターン間の寸法を計測する。校正後の電子ビームの焦点位置と分解能とが調整された走査電子顕微鏡の測長再現性は安定して０．２ｎｍ程度以内が得られた。
As a result, the reflected
本実施例によれば、校正用標準部材１２０を用いることにより走査電子顕微鏡の電子ビームの焦点位置と分解能とを従来と比べてより高精度に調整することが可能になり、計測対象試料の平坦な表面に材質が異なる材料で形成されたパターンの寸法をより高い信頼度で計測することが可能になる。
According to this embodiment, by using the
本実施例では、校正用標準部材１２０の積層構造部１４０を、重金属であるモリブデン層４０を一定の厚さにして、軽元素材料であるシリコン層４１乃至４３の厚さを変えて形成した例で説明したが、シリコン層４１乃至４３とモリブデン層４０とを入れ替えて、シリコン層４１乃至４３の厚さを一定にして、モリブデン層４０の厚さを変化させるように構成してもよい。
In this embodiment, the
なお、本実施例で用いた校正用標準部材１２０は、図４に示した走査電子顕微鏡１１０に限らず、他の荷電粒子ビーム装置にも応用できることは言うまでも無い。
以上、本実施例によれば、荷電粒子ビーム装置で用いられる分解能や焦点などの校正を高精度で行うことのできる校正用標準部材およびそれを用いた校正方法並びに荷電粒子ビーム装置を提供することができる。
Needless to say, the
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a calibration standard member, a calibration method using the calibration standard member, and a charged particle beam device which can perform calibration of resolution and focus used in the charged particle beam device with high accuracy. Can do.
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も可能であり、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。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
１…校正用標準部材、２…保持ホルダ、３…多層膜基板、４、４１，４２，４３…シリコン層、５、４０…モリブデン層、６…校正パターン、７、４５…カーボン層、８，９，１０，１１…固定用基板、１２…測定試料、１３…ステージ、１４…接着剤、１５…電子ビーム、１６…バイアス電源、１７…光学顕微鏡、１８…二次電子検出器、１９…反射電子検出器、２０…二次電子、２１…反射電子、２２…電子ビーム鏡筒、２３…電子銃、２４…走査偏向器、２５…分解能調整レンズ，２６…焦点調整レンズ、２７…情報処理装置を含むＳＥＭ制御系、２８…レンズ制御部、２９…ビーム偏向制御部、３０…信号処理部、３１…ステージ制御部、３２…光学画像処理部、３３…波形演算部、３４…校正値記憶部および校正位置記憶部、３５…波形表示部、３６…画像表示部、３７、３８、４７…反射電子信号波形、４８、４９…反射電子信号極小ピーク、３９、４４、４６…二次電子信号波形。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
第１の基板と、
該第１の基板上に重金属材料よりなる層と軽元素材料よりなる層とを交互に積層して形成した校正パターン層と
前記校正パターン層を挟んで第１の基板と反対の側から前記校正パターン層をカバーする第２の基板と、
前記第１の基板と前記校正パターンと前記第２の基板とが同一の面内で平坦に加工された面を覆うようにして形成された導電性材料の薄膜と
を備えたことを特徴とする校正用標準部材。 A calibration standard member for calibrating a charged particle beam of a charged particle beam device,
A first substrate;
A calibration pattern layer formed by alternately laminating layers made of heavy metal material and layers made of light element material on the first substrate, and the calibration from the side opposite to the first substrate across the calibration pattern layer A second substrate covering the pattern layer;
The first substrate, the calibration pattern, and the second substrate include a thin film of a conductive material formed so as to cover a surface processed flat in the same plane. Standard member for calibration.
基板上に重金属材料よりなる層と軽元素材料よりなる層とを交互に積層して形成した校正パターン層が形成されて該校正パターン層を含む表面が導電性材料の薄膜で覆われている校正用標準部材に前記荷電粒子ビーム装置の荷電粒子ビームを照射して走査し、
該荷電粒子ビームが照射されて走査された前記試料の校正パターン層から発生して前記導電性材料の薄膜を透過した反射荷電粒子を検出し、
該反射荷電粒子を検出して得た信号に基づいて前記電子光学系を校正することを特徴とする荷電粒子光学系の校正方法。 A method of calibrating a charged particle optical system that irradiates a sample with a charged particle beam of a charged particle beam device,
A calibration pattern layer formed by alternately stacking layers made of heavy metal material and layers made of light element material on a substrate is formed, and the surface including the calibration pattern layer is covered with a thin film of conductive material Irradiate and scan the standard member for the charged particle beam of the charged particle beam device,
Detecting reflected charged particles generated from the calibration pattern layer of the sample scanned by irradiation with the charged particle beam and transmitted through the thin film of the conductive material;
A charged particle optical system calibration method, wherein the electron optical system is calibrated based on a signal obtained by detecting the reflected charged particles.
試料を載置して平面内で移動可能なステージと、
集束させた荷電量子ビームを試料に照射して走査する荷電粒子光学系と、
該荷電粒子光学系で集束させた荷電粒子ビームを前記試料に照射して走査することにより前記試料から発生した二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と前記試料から発生した反射荷電粒子を検出する反射荷電粒子検出器とを有する検出光学系と、
該検出光学系の前記二次荷電粒子を検出した二次荷電粒子検出器からの出力信号と前記反射荷電粒子を検出した反射荷電粒子検出器とからの出力信号とを処理する信号処理部と、
該信号処理部で処理した結果を表示する表示部と、
重金属材料よりなる層と軽元素材料よりなる層とを交互に積層して形成した校正パターン層が形成されて該校正パターン層を含む表面が導電性材料の薄膜で覆われている校正用標準部材と、
該校正用標準部材を保持して前記ステージに搭載する保持ホルダとを備え、
前記表示部は、前記ステージを移動させて前記保持ホルダに保持された校正用標準部材が前記電子光学系の視野に入った状態で前記集束させた荷電粒子ビームを前記校正用標準部材の前記校正パターン層を含む領域に照射して走査することにより前記校正パターン層から発生して前記導電性材料の薄膜を透過した反射荷電粒子を前記反射荷電粒子検出器で検出して得た信号を前記信号処理部で処理した信号波形を表示することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 A charged particle beam device,
A stage on which a sample can be placed and moved in a plane;
A charged particle optical system that scans the sample by irradiating a focused charged quantum beam; and
A secondary charged particle detector for detecting secondary charged particles generated from the sample by irradiating and scanning the sample with a charged particle beam focused by the charged particle optical system, and reflected charged particles generated from the sample A detection optical system having a reflected charged particle detector for detecting
A signal processing unit that processes an output signal from a secondary charged particle detector that detects the secondary charged particles of the detection optical system and an output signal from the reflected charged particle detector that detects the reflected charged particles;
A display unit for displaying a result processed by the signal processing unit;
Calibration standard member in which a calibration pattern layer formed by alternately laminating layers made of heavy metal material and layers made of light element material is formed, and the surface including the calibration pattern layer is covered with a thin film of conductive material When,
A holding holder for holding the calibration standard member and mounting it on the stage;
The display unit moves the stage so that the calibration standard member held by the holding holder enters the focused charged particle beam in a state where the calibration standard member enters the field of view of the electron optical system. The signal obtained by detecting the reflected charged particles generated from the calibration pattern layer and transmitted through the thin film of the conductive material by irradiating and scanning the area including the pattern layer with the reflected charged particle detector is the signal. A charged particle beam apparatus characterized by displaying a signal waveform processed by a processing unit.
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