JP5392312B2 - 電子ビームの調整方法,荷電粒子光学系制御装置、及び走査電子顕微鏡 - Google Patents
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Description
以下、図面を用いて本発明の実施形態について述べる。なお、本実施例においては走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を例にとって説明するが、これに限られることはなく、他のイオンビーム照射装置等の他の荷電粒子線装置にも適用が可能である。また、本実施例は、荷電粒子の1つである二次電子、及び/又は反射電子を検出する例を説明するが、これに限られることはなく、例えば二次イオン等、他の荷電粒子を検出するようにしても良い。
ここで、Iobjは、ウェハが帯電していないときの対物レンズの励磁電流、Fは、対物レンズの励磁電流を計算する関数、Voは荷電粒子源の電圧、Vrはウェハの電位(ウェハに印加されるリターディング電圧)、Zはウェハの高さである。関数Fは電子光学シミュレーションあるいは実測により導出することができる。通常帯電していないウェハの電位はウェハに印加されたリターディング電圧と同電位で式(1)に示す関係が成り立つため、所定のフォーカス制御が可能である。ところがウェハ自身が帯電している場合に必要な対物レンズの励磁電流は式(2)に示すような値となり、帯電していない場合と帯電している場合ではフォーカス電流が異なる。
そのためいくら高さを正確に検出できても、フォーカスが合わないために二次荷電粒子像がぼやけ観察点の検出に失敗し自動での測定が不可能となる。Iobj′はウェハが帯電しているときの対物レンズの励磁電流、Vg′はリターディング電圧Vrとウェハ帯電電圧ΔVgの合計電圧Vg=Vr+ΔVgである。
以下に示す実施例は、試料(半導体ウェハ等)に異なる帯電現象が混在するが故に、正確な検査,測定が困難であるという点に鑑み、異なる帯電現象が含まれていたとしても、高精度な検査,測定を可能ならしめる方法、及び装置に関するものである。
通常、ブラウン管上の画面の大きさは固定であるから、試料上の2点間距離aは観察倍率MSEMに反比例する。従って、ブラウン管上の走査像の2点間距離Aを計測し、観察倍率MSEMで除することにより、試料上の配線寸法等a=A/MSEMを導出できる。
また、ブラウン管の換算係数をLとすると、ブラウン管上の走査像の2点間距離Aは次式となる。
ここで、光学倍率がMobjからMobj′に変動した場合を考えると、試料上の2点間距離aを走査するための電流はI7からI7′に変化し、ブラウン管上の走査像の2点間距離はAからA′に変化する。
A′=LI7′ (7)
結局、観察倍率はMSEMからMSEM′に変動する。
次式を用いれば、観察倍率が変動しても、正しく寸法測定できる。
結局、高精度の寸法測定のためには、帯電の有無に依らず光学倍率MobjとMobj′が精度良く計算できれば良い。
この関数Mについても、電子光学シミュレーションあるいは実測により導出することができる。一方、電子ビーム照射による帯電電圧ΔVsは(b)のように局所的であり、局所帯電電圧と呼ぶことにする。両者の帯電が重畳した場合(c)の局所電位はVs=Vg+ΔVsである。
ここで、Tgは帯電前の観察条件および大域帯電電位Vgによって変動するため、観察条件毎に図8のグラフを予め実験あるいは計算により記憶させておくことが必要となる。あるいは、式(11)を用いずに大域帯電電位Vgから直接、倍率MobjあるいはMobj′を求めても問題ない。
ここで、Tsは帯電前の観察条件およびビーム照射面積によって変動するが、式(12)が示すように倍率補正量ΔMsと局所帯電電位ΔVsとはよい比例関係にある。また、Tsはビーム照射面積(即ち、照射倍率)に応じて4つの区間に分けることができる。50倍より低倍率では大域帯電と見なせる。50倍から500倍の区間では大域帯電から局所帯電への遷移領域にある。500倍から5000倍の区間ではほぼ一定値と見なせる。5000倍より高倍率では徐々にTsが減少する傾向にある。従って、倍率変動感度係数Tsがほぼ一定値と見なせる500倍から5000倍の区間を含むように、照射面積の一辺を10μmから300μmにすれば、補正値の推定精度を保持したまま、予め記憶しておくデータ数を削減できるので好都合である。
図11を用いて説明したように、局所帯電電圧ΔVsは、対物レンズの光学倍率Mobjを変動させる。電子ビーム照射による帯電電圧ΔVsは局所的であるため、励磁電流I6への影響がほとんど無い。それにもかかわらず、局所帯電電圧ΔVsは微小な静電レンズ108bを形成するため、グローバル帯電(大域帯電)によって偏向された一次電子の軌道101aを軌道101bのように集束させ光学倍率Mobjを大きく変動させることは、先の実施例で説明した通りである。
また、倍率感度係数Tsを用いることによりΔVsから倍率変動量ΔM/Mobjを次式で計算できる。
図15にリターディング電位Vr=−1.2kVにおいて、ビームの照射面積(∝1/プリドーズ倍率=1/Mpre)を変動した場合の倍率変動感度係数Tsを示す。Tsはビーム照射面積に応じて4つの区間に分けることができる。50倍より低倍率ではグローバル帯電と見なせる。
式(13),式(14),式(15)を用いて、真の測長値を推定する場合、未知の係数はA1及びa1である。そのためプリドーズ倍率Mpreもしくは試料表面の電場に比例する(Vb−Vr)を変えて二度以上測定した結果を用いれば、真の測長値Lを推定することができる。
Claims (10)
- 試料上に荷電粒子線を走査し、試料の走査領域から放出される荷電粒子を検出する荷電粒子線照射方法において、
前記試料表面方向の電位分布情報を取得するステップと、
前記荷電粒子線の走査領域の局所電位を計測するステップと、
前記荷電粒子線の走査領域の局所電位を計測するステップにて計測された前記走査箇所の電位から、前記試料表面方向の電位分布情報を取得するステップにて取得された電位分布の中の前記走査箇所を含む部分の電位を差し引いて、前記走査箇所の局所帯電量を測定するステップ
を備えたことを特徴とする荷電粒子線照射方法。 - 請求項1において、
前記局所帯電に基づいて、前記荷電粒子線を偏向する偏向器の偏向強度を調整することを特徴とする荷電粒子線照射方法。 - 請求項1において、
前記試料の走査領域から放出される荷電粒子の検出に基づいて、前記試料上のパターン寸法を測定するステップと、当該測定されたパターン寸法値を、前記局所帯電値に基づいて補正するステップを備えたことを特徴とする荷電粒子線照射方法。 - 荷電粒子線源と、当該荷電粒子線源から放出される荷電粒子線を走査する走査偏向器と、試料に対する前記荷電粒子線の照射に基づいて前記試料から放出される荷電粒子を検出する検出器を備えた走査荷電粒子線装置において、
前記試料上の荷電粒子線走査箇所の表面電位を計測する電位計測装置と、当該電位計測装置によって計測された表面電位から、予め取得された試料表面方向の電位分布情報の中の前記走査箇所を含む部分の電位を減算する制御部を備えたことを特徴とする走査荷電粒子線装置。 - 請求項4において、
前記制御部は、前記減算された電位に基づいて、当該電位によって生ずる倍率の変動を補正するように、前記走査偏向器の偏向範囲を調整することを特徴とする走査荷電粒子線装置。 - 請求項5において、
前記制御部は、前記倍率の変動の補正量が、前記減算された電位と比例関係となる補正アルゴリズムを備えていることを特徴とする走査荷電粒子線装置。 - 請求項4において、
前記制御部は、前記検出器によって検出された荷電粒子に基づいて、前記試料上のパターンの寸法を測定し、前記減算された電位に基づいて、当該電位によって生ずるパターン寸法値の変動を補正することを特徴とする走査荷電粒子線装置。 - 請求項7において、
前記制御部は、前記パターン寸法値の変動の補正量が、前記減算された電位と比例関係となる補正アルゴリズムを備えていることを特徴とする走査荷電粒子線装置。 - 請求項4において、
前記走査荷電粒子線の照射面積が一辺10μm乃至300μmの矩形であることを特徴とする走査荷電粒子線装置。 - 荷電粒子線源と、当該荷電粒子線源から放出される荷電粒子線を走査する走査偏向器と、試料に対する前記荷電粒子線の照射に基づいて前記試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、前記試料の高さを計測する装置を備えた走査荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線を集束する対物レンズを制御する制御装置を備え、当該制御装置は、前記荷電粒子線の照射前に付着している帯電の帯電量を、前記試料の高さ、前記対物レンズの励磁電流、及び荷電粒子線の照射前に付着している帯電量との関係と、前記試料の高さを計測する装置によって得られる試料高さと、前記荷電粒子線を試料上に集束したときの前記対物レンズの励磁電流とに基づいて求めることを特徴とする走査荷電粒子線装置。
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