JP5433522B2 - 電子顕微鏡を用いたパターン寸法計測方法、パターン寸法計測システム並びに電子顕微鏡装置の経時変化のモニタ方法 - Google Patents
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Description
装置Aに対する装置Bの機差をδ(nm),装置Aでの計測が引き起こすコンタミネーション,試料帯電,シュリンク起因の計測値変化量をc1(nm)と,装置Bでの計測が引き起こすによる計測値変化量をc2(nm)とする。次に示す,step1〜step3にて機差を求める。
Step1:試料上の複数箇所(通常は数十箇所)について,装置Aで計測した後に装置Bで計測を行い(ABシーケンス),装置Bの計測値の平均値から装置Aの計測値の平均値を減じた値δ1(nm)を求める。δ,δ1,C1の間には数式1の関係が成り立つ。
(数1)δ1=δ+C1
Step2:試料上の複数箇所(通常は数十箇所)について,装置Bで計測した後に装置Aで計測を行い(BAシーケンス),装置Aの計測値の平均値から装置Bの計測値の平均値を減じた値δ2(nm)を求める。δ,δ2,C2の間には数式2の関係が成り立つ。
(数2)δ2=-δ+C2
Step3:仮にC1=C2が成り立つならば(装置Aと装置Bが引き起こす試料変化が同程度であるならば),数式1と数式2より,
(数3)δ=(δ1-δ2)/2
にて,δが求められる。
ABBA法はc1=c2の仮定が成り立ち(装置Aと装置Bが引き起こす試料変化が同程度とみなせるということ),かつ,個々の計測の計測誤差を考慮して,計測点数を十分に多くすれば正しい機差を求めることができる。
グレーティング法では,電子線照射による試料変化の影響を避けるため,同じ箇所を複数回計測せずに、図4のように、4台の装置(A,B,C,D)の機差を測定する際の計測箇所の配置をずらし、各装置は多数のフレッシュな箇所(一度も撮像されたことない箇所)を計測して,それらの平均値の差を機差とする。
この際、パターンの出来映えの面内分布の影響を受けづらいよう,各装置の計測箇所は偏らないように配置される。
このように、ABBA法にしてもグレーティング法にしても機差測定には多大な手間を要す上,ABBA法には試料変化という誤差要因が,グレーティング法にはパターンのエッジラフネスという誤差要因が存在するため,必ずしも正しい機差が測定されるとは限らない。
(1)本発明は,次の(A)〜(C)のステップにて,機差を補正,すなわち,機差のない計測値を得るものである。
(A)装置特性性をモデル化するステップ:各測長SEM(#1号機〜#n号機)において,専用試料を撮像し,画像を解析することで装置特性パラメタを求める。例えば,次の(a)〜(c)を行う。
(a)ビーム径:ナイフエッジパターンを撮像し、エッジ部におけるピーク波形のぼけの程度からのビーム径を算出する。(b)ビームチルト角:ピラミッド形状パターン(四角錐形状パターン)を撮像し,画像上のピラミッド形状の歪みからビームチルト角を算出する。(c)明るさ変換係数:断面形状が既知(原子間力顕微鏡による計測,あるいは,断面SEM観察によって形状情報を得る)のサンプルを用い,その断面形状におけるSEM信号波形をSEMシミュレーションにて求め,これと,測長SEMによる実信号波形とを比較することで,シミュレーション波形と実波形の間の明るさ変換係数を算出する。
(B)機差を推定するステップ:基準装置(例えば,測長SEM#1号機)で計測対象パターンを撮像し,MBL法(モデル・ベース・ライブラリ法,すなわち,計測対象パターンの電子線信号波形を予め作成しておいた試料の断面形状とSEM信号波形とを関連づけるライブラリに当てはめることによって,試料の断面形状を推定する方法)にて計測対象パターンの断面形状を推定する。この断面形状を入力として,装置パラメタ(上記(A)で算出)を反映させたSEMシミュレーションを行って,#2号機〜#n号機のSEM信号波形を求め,所定のエッジ検出手法(前記のしきい値法など)を適用して寸法計測を行い,これと,測長SEM#1号機の寸法計測結果を比較することで,各測長SEMの基準装置に対する機差を推定する。
(C)測長のステップ:各測長SEM(#1号機〜#n号機)で通常通りに,計測対象パターンの計測を行い,非基準装置(#2号機〜#n号機)については,得られた計測結果から,上記(B)で推定した機差を減ずる。
従来の手法である機差実測方式の場合,大変な手間と時間を要し,かつ,正確な測定が難しい機差測定を,全計測対象パターンについて実施しなければならないのに対し,本発明では,上記(A)のステップで予め装置特性パラメタを計測しておけば,上記(B)のステップで機差が推定される。
また、本発明によれば,上記(B)で推定した機差を補正値として用いることによって,計測対象が多岐に及ぶようなケースにも適用が可能な機差補正方法を提供することが可能となる。これにより,型式が異なる測長SEMが混在している場合であっても,これらの混用が可能となる。
(2)互いにネットワークで接続された複数の電子顕微鏡装置の一つである第一の電子顕微鏡装置を用いて寸法測定対象試料を走査し、前記寸法測定対象試料のパターンの画像を取得するステップと、前記取得した前記寸法測定対象試料のパターンの画像の実信号波形と、予め格納された前記複数の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタのうち前記第一の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを用いてシミュレーションにより作成したシミュレーション波形ライブラリと、を比較して、前記寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状を得るステップと、前記得られた寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状と、前記複数の電子顕微鏡装置のうち前記第一の電子顕微鏡以外の複数の電子顕微鏡装置各々の装置特性パラメタと、を用いて、前記第一の電子顕微鏡以外の複数の電子顕微鏡装置各々に対応する複数の模擬信号波形を生成するステップと、前記実信号波形に基づいて算出した前記寸法測定対象試料のパターンの寸法と前記複数の模擬信号波形各々に基づいて算出した複数の前記寸法測定対象試料のパターンの寸法とを用いて、前記第一の電子顕微鏡を含めた複数の電子顕微鏡装置各間の機差を算出し、算出された前記複数の電子顕微鏡装置各間の機差を機差情報として機差データベースに格納するステップと、前記複数の電子顕微鏡装置の少なくとも一つを用いて得られた前記寸法計測対象試料のパターンの寸法計測結果を、前記機差データベースに格納された機差情報を用いて補正して、前記寸法計測対象試料のパターンの寸法を計測するステップと、を有することを特徴とするパターン寸法計測方法である。
(3)互いにネットワークで接続された複数の電子顕微鏡装置と、前記複数の電子顕微鏡装置各々の装置パラメタを格納する装置パラメタデータベースと、前記複数の電子顕微鏡装置の一つである第一の電子顕微鏡装置を用いて寸法測定対象試料を走査することにより取得した寸法測定対象試料のパターンの画像の実信号波形と、前記装置パラメタデータベースに格納された前記第一の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを用いてシミュレーションにより作成したシミュレーション波形ライブラリと、を比較して、前記寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状を得、前記得られた寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状と、前記複数の電子顕微鏡装置のうち前記第一の電子顕微鏡以外の複数の電子顕微鏡装置各々の装置特性パラメタと、を用いて、前記第一の電子顕微鏡以外の複数の電子顕微鏡装置各々に対応する複数の模擬信号波形を生成するコンピュータと、前記コンピュータにより生成された前記複数の模擬信号波形各々に基づいて算出した複数の前記寸法測定対象試料のパターンの寸法と前記実信号波形に基づいて算出した前記寸法測定対象試料のパターンの寸法とを用いて算出された、前記第一の電子顕微鏡を含めた複数の電子顕微鏡装置各間の機差を機差情報として格納する機差データベースと、前記機差データベースに格納された機差情報を用いて寸法計測結果を補正する処理を含むレシピが格納されたレシピデータベースと、を有することを特徴とするパターン寸法計測システムである。
(4)装置特性評価用試料を電子顕微鏡装置により撮像して得たパターン画像を用いて装置特性パラメタを定期又は不定期に算出するステップと、前記計測された装置特性パラメタを算出した日時とリンクさせてデータベースに格納するステップと、前記装置特性評価用試料のパターン画像の実信号波形と、前記装置特性パラメタを用いて作成されたシミュレーション波形ライブラリとを比較して、前記装置特性評価用試料のパターンの推定断面形状を得るステップと、前記装置特性パラメタの推定断面形状と前記装置特性パラメタを用いて模擬信号波形を生成するステップと、前記生成された模擬信号波形を用いて前記装置特性評価用試料のパターンの寸法計測を行い、当該寸法計測結果を格納するステップと、前記格納された寸法計測結果を前記装置特性パラメタの経時変化と合わせて表示するステップと、を有することを特徴とする電子顕微鏡装置の経時変化のモニタ方法である。
(5)(a1)複数の電子顕微鏡装置と,(b1)各電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを計測するシステムと,(c1)各電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを格納するデータベースと,(d1)サンプルの断面形状を推定するシステムと,(e1)該試料の推定断面形状と各電子顕微鏡装置の装置特性パラメタから各電子顕微鏡装置の模擬SEM信号波形を生成するシステムと,(f1)該模擬SEM信号波形の寸法計測を行って,模擬SEM信号波形間の寸法計測結果の差を格納するデータベースを有し,上記,複数の電子顕微鏡装置での寸法計測結果を,上記模擬SEM信号波形間の寸法計測結果の差を格納するデータベースを参照して補正することを特徴とする機差補正方法である。
(6)(a2)電子顕微鏡装置と,(b2)電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを計測するシステムと,(c2)電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを上記装置特性パラメタを算出した日時とリンクさせて格納するデータベースと,(d2)サンプルの断面形状を推定するシステムと,(e2)該試料の推定断面形状と上記電子顕微鏡装置の装置特性パラメタから模擬SEM信号波形を生成するシステムと,(f2)該模擬SEM信号波形の寸法計測を行い,寸法計測を格納するデータベースを有し,上記,(b2),(c2),(d2),(e2),(f2)の各ステップの的体に行って,装置特性パラメタの経時変化と寸法計測結果を合わせて提示することを特徴とする電子顕微鏡装置の経時変化のモニタ方法である。
はじめに図1を参照して,本実施の形態に係る機差に対応したパターン寸法計測の全体フローを説明する。
本実施の形態は,装置特性モデル化のステップ,機差予測のステップ,測長のステップの3ステップを適宜有する。以下,各ステップについて説明する。
本ステップでは装置特性評価用試料101にて,測長SEM201−1〜201−nの装置特性パラメタを,装置特性パラメタ算出部301を用いて算出し,この結果を装置特性パラメタデータベース401に保存する。
本実施の形態では機差補正を目的としているので,モデル化に望ましいのは,機差へのインパクトが大きい装置特性である。本実施の形態では、望ましい装置特性として、照射ビームのチルト角,照射ビームのビーム径,試料から放出された2次電子の検出効率の装置間差を対象とする。
まず、SEMシミュレーションにより、ビーム径がゼロの場合のステップエッジにおける信号信号波形をIsim(x)を計算する(ステップS310)。この際,図11に示した方法で計測した照射ビームのチルト角の計測結果を反映する。すなわち,SEMシミュレーションにおいて,試料に対する電子の打ち込み角度をチルト角の計測結果に合わせる。
次に、ステップエッジの側長SEM像151を撮像し,実信号波形Ireal(x)を求める(ステップS311)。さらに、求めたIsim(x)、Ireal(x)を用いて、数式170を満たす、Gauss(x),Scale,Offsetを求める(ステップS312)。この際,これらを解析的に求めることはできないので,Gauss(x),Scale,Offsetを逐次変化させ,そのつど,右辺と左辺の乖離度(例えば差の二乗和)を求め,乖離度が所定の値以下になるまで,繰り返し演算を行うという方法をとる。例えば,LM法(レベンバーグ・マーカート法)などの非線形最適化手法が適用可能である。ステップS312の結果の一例を吹き出し内に示した。波形180は式170の左辺,波形181は決定されたGauss(x),Scale,Offsetを代入した場合の右辺である。
次に,図1を参照して,機差予測のステップについて述べる。本ステップでは,寸法計測対象である試料102を,SEM#1号機にて撮像し,MBLシステム302(詳細は後述)にて計測対象パターンの断面形状を推定し,SEMシミュレータ303にて,推定された断面形状と先に装置特性パラメタデータベース401に保存された各測長SEM(#1号機〜#n号機)の装置パラメタを用いて,各測長SEMの信号波形を生成する。そして,測長部304にて,各SEMの信号波形の寸法計測を行い、それらの差を機差算出部305で求め,この結果を,機差データベース402に保存する。
なお,図14においては,説明を単純化するため,形状バリエーションとして側壁傾斜角θのみをパラメタとしたが,より正確にすべく、計測対象に応じて,その形状を表現するのに適したパラメタ(例えば,トップやボトムの丸まり,あるいは,側壁傾斜角が上方と下方とで異なるのであれば,上側側壁傾斜角と下側側壁傾斜角など)を適宜入力するようにしてもよい。また、近隣パターン情報としては寸法計測対象試料の設計データ等を適宜用いればよい。
(数4)ボトム寸法=CDi−di−Δbottom
1/2高さ寸法,トップ寸法についても同様である。なお,610は寸法計測対象パターンの断面形状を台形として扱う場合の項目であって,例えば,前述のように,上方の側壁傾斜角と下方の側壁傾斜角が異なる,二つの台形を積み重ねたような形状の場合は,610の項目をそれに即したものにすることは言うまでもない。
最後に,図1を参照して,測長のステップについて述べる。各装置での寸法計測は,前述したようにレシピの記載内容に従って行われる。測長SEM#n号機にて機差補正ありが選択されている場合(図17の611がONの場合),測長SEM#n号機201−nにて寸法計測対象試料の寸法計測が行われ(304−n),その後,機差データベースよりSEM#n号機の機差が読み出しされ,寸法計測結果が補正されることで、最終的な寸法計測対象試料の寸法が計測される。304-nの段階では,寸法計測結果は機差を有するが,機差補正部306−nを経た後は,機差のない計測値となる。出力されるのは,図17のGUIにて指定された各項目等である。
図17を参照して、本発明に係る機差に対応したパターン寸法計測システムのシステム構成例を説明する。本システムは,ローカルエリアネットワーク500に接続された複数の測長SEM,201−1,201−2,・・・201−n,測長SEMのレシピを格納するレシピデータベース501,測長SEMで撮像されたSEM像が格納されるデータベース400,装置パラメタが格納されるデータベース401,機差が格納されるデータベース307,及び,コンピュータ300を適宜用いて構成される。
第1の実施の形態においては,複数台の測長SEMを対象とした機差補正方法、機差に対応したパターン寸法計測方法について述べたが,本発明は,各種装置の経時変化のモニタにも適用可能である。以下、第2の実施の形態で行う処理の詳細は、第1の実施形態で説明した処理と同様であるため、異なる点を主として説明する。
装置の経時変化のモニタのためには,装置特性パラメタの算出(図1の301のステップの実施)を定期的に行い,SEMシミュレータにその時々の装置パラメタを入力して,SEM信号波形を生成して寸法計測を行う(図1の303及び304のステップを実施する)。この際、定期的に算出した装置特性パラメタは算出した日時とリンクさせてデータベースに格納しておく。図20に示すように,横軸に日時を,縦軸に各装置パラメタと寸法計測結果を表示すれば,装置の経時変化の程度が確認できると共に,装置の経時変化の要因のヒントが得られる。例えば,ビームチルト角が変動していれば光軸のずれが,ビーム径が変化している場合は電子銃の劣化が,scale値が変化している場合は,照射ビーム電流の変化が疑われる。なお、装置特性パラメタの算出は必ずしも定期的である必要はなく、不定期で実施するようにしても構わない。
例えば、上記の第1の実施の形態及び第2の実施の形態では,装置特性パラメタとして,ビームチルト角,ビーム径(Gauss(x)),明るさ変換係数(scale,offset)を計測対象としたが,これらに限られるものではなく、その他の寸法計測結果に影響を及ぼす装置特性パラメタが存在する場合には,それを計測対象に適宜用いても構わない。
本発明の第1の実施の形態によれば,装置特性を予めモデル化しておくことで,機差が予測され,その結果に基づいて機差補正が行われる。機差を実測して,その結果に基づき寸法計測値を補正するという従来の方法に比べると,大幅な手間と時間の削減可能である。この結果,型式が異なる測長SEMが混在している場合,例えば,旧型式の測長SEMとの混用も可能となるため,測長SEMの有効活用という観点でのメリットも大きい。
また,本発明の第2の実施の形態によれば,従来の経時変化モニタにおける最大の問題点である,試料の経時変化と装置の経時変化の判別ができないという問題が解決され,より正確な経時変化モニタが可能となる。
102・・・寸法計測対象試料
120〜123・・・パターン形状のバリエーション
130・・・パターン断面
140,141,142,143・・・ピラミッドサンプル
150,151,152・・・信号波形
161・・・ステップエッジサンプル
162,180,181・・・信号波形
170・・・モデル式
201−1〜201−n・・・測長SEM
300・・・計算機
301,302,303,304,305,306・・・各処理部
310・・・形状バリエーション入力部
311・・・SEMシミュレータ
312・・・シミュレーション波形ライブラリ
313・・・波形マッチング処理部
315・・・推定断面形状
316・・・近隣パターン情報
314・・・SEM像
330・・・実信号波形
332,335・・・模擬信号波形
331,333,336・・・寸法
334,337・・・機差算出部
401,402,307,501・・・データベース
410,411・・・装置パラメタ
500・・・LAN
601〜617・・・GUIのパーツ
S310〜S312・・・ビーム径と明るさ変換係数算出のステップ
S320〜S323・・・ビーム径と明るさ変換係数算出のステップ
Claims (9)
- 互いにネットワークで接続された複数の電子顕微鏡装置の一つである第一の電子顕微鏡装
置を用いて寸法測定対象試料を走査し、前記寸法測定対象試料のパターンの画像を取得す
るステップと、
前記取得した前記寸法測定対象試料のパターンの画像の実信号波形と、予め格納された前
記複数の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタのうち前記第一の電子顕微鏡装置の装置特性
パラメタを用いてシミュレーションにより作成したシミュレーション波形ライブラリと、
を比較して、前記寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状を得るステップと、
前記得られた寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状と、前記複数の電子顕微鏡装置
のうち前記第一の電子顕微鏡以外の複数の電子顕微鏡装置各々の装置特性パラメタと、を
用いて、前記第一の電子顕微鏡以外の複数の電子顕微鏡装置各々に対応する複数の模擬信
号波形を生成するステップと、
前記実信号波形に基づいて算出した前記寸法測定対象試料のパターンの寸法と前記複数の
模擬信号波形各々に基づいて算出した複数の前記寸法測定対象試料のパターンの寸法とを
用いて、前記第一の電子顕微鏡を含めた複数の電子顕微鏡装置各間の機差を算出し、算出
された前記複数の電子顕微鏡装置各間の機差を機差情報として機差データベースに格納す
るステップと、
前記複数の電子顕微鏡装置の少なくとも一つを用いて得られた前記寸法計測対象試料のパ
ターンの寸法計測結果を、前記機差データベースに格納された機差情報を用いて補正して
、前記寸法計測対象試料のパターンの寸法を計測するステップと、
を有することを特徴とするパターン寸法計測方法。 - 請求項1記載のパターン寸法計測方法であって、
前記推定断面形状を得るステップで用いるシミュレーション波形ライブラリは、
前記予め格納された前記複数の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタのうち前記第一の電子
顕微鏡装置の装置特性パラメタに加え、前記寸法測定対象試料のパターンの近隣パターン
情報を用いて作成されることを特徴とするパターン寸法計測方法。 - 請求項1又は2記載のパターン寸法計測方法であって、
前記予め格納された前記複数の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタは、前記複数の電子顕
微鏡装置各々の照射ビームのチルト角およびビーム径、並びに、試料からの2次電子の検
出効率を含むことを特徴とするパターン寸法計測方法。 - 請求項3記載のパターン寸法計測方法であって、
前記予め格納された前記複数の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタの一つである前記複数
の電子顕微鏡装置各々の照射ビームのチルト角は、装置特性評価用試料として異方性エッ
チングにより形成したピラミッドパターンを前記複数の電子顕微鏡装置各々により撮像し
、撮像して得た各撮像画像上で前記ピラミッドパターンの稜線を各々検出し、検出された
ピラミッドパターンの稜線の幾何学歪みからビームチルト角を計測して得たものであるこ
とを特徴とするパターン寸法計測方法。 - 請求項3記載のパターン寸法計測方法であって、
前記予め格納された前記複数の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタである前記複数の電子
顕微鏡装置各々の照射ビームのビーム径と検出効率として、装置特性評価用試料としてス
テップエッジサンプルを用い、SEMシミュレーションによって得たビーム径ゼロにおけ
るシミュレーション波形と前記ステップエッジサンプルのSEM像から得た実波形を合致
させるような,ビーム強度分布を表現する関数と,明るさ変換係数を用いることを特徴
とするパターン寸法計測方法。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載のパターン寸法計測方法であって、
前記寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状を得るステップでは、
モデルベースライブラリ法を用いて前記推定断面形状を得ることを特徴とするパターン寸
法計測方法。 - 互いにネットワークで接続された複数の電子顕微鏡装置と、
前記複数の電子顕微鏡装置各々の装置パラメタを格納する装置パラメタデータベースと、
前記複数の電子顕微鏡装置の一つである第一の電子顕微鏡装置を用いて寸法測定対象試料
を走査することにより取得した寸法測定対象試料のパターンの画像の実信号波形と、前記
装置パラメタデータベースに格納された前記第一の電子顕微鏡装置の装置特性パラメタを
用いてシミュレーションにより作成したシミュレーション波形ライブラリと、を比較して
、前記寸法測定対象試料のパターンの推定断面形状を得、前記得られた寸法測定対象試料
のパターンの推定断面形状と、前記複数の電子顕微鏡装置のうち前記第一の電子顕微鏡以
外の複数の電子顕微鏡装置各々の装置特性パラメタと、を用いて、前記第一の電子顕微鏡
以外の複数の電子顕微鏡装置各々に対応する複数の模擬信号波形を生成するコンピュータ
と、
前記コンピュータにより生成された前記複数の模擬信号波形各々に基づいて算出した複数
の前記寸法測定対象試料のパターンの寸法と前記実信号波形に基づいて算出した前記寸法
測定対象試料のパターンの寸法とを用いて算出された、前記第一の電子顕微鏡を含めた複
数の電子顕微鏡装置各間の機差を機差情報として格納する機差データベースと、
前記機差データベースに格納された機差情報を用いて寸法計測結果を補正する処理を含む
レシピが格納されたレシピデータベースと、
を有することを特徴とするパターン寸法計測システム。 - 請求項7記載のパターン寸法計測システムであって、
前記機差情報を用いて寸法計測結果を補正する処理を含むレシピは、前記コンピュータの
レシピ作成のためのGUI上で、機差補正を実行する項目を選択することにより作成され
ることを特徴とするパターン寸法計測システム。 - 装置特性評価用試料を電子顕微鏡装置により撮像して得たパターン画像を用いて装置特性
パラメタを定期又は不定期に算出するステップと、
前記計測された装置特性パラメタを算出した日時とリンクさせてデータベースに格納する
ステップと、
前記装置特性評価用試料のパターン画像の実信号波形と、前記装置特性パラメタを用いて
作成されたシミュレーション波形ライブラリとを比較して、前記装置特性評価用試料のパ
ターンの推定断面形状を得るステップと、
前記推定断面形状と前記装置特性パラメタを用いて模擬信号波形を生成するステップと、
前記生成された模擬信号波形を用いて前記装置特性評価用試料のパターンの寸法計測を行
い、当該寸法計測結果を格納するステップと、
前記格納された寸法計測結果を前記装置特性パラメタの経時変化と合わせて表示するステ
ップと、
を有することを特徴とする電子顕微鏡装置の経時変化のモニタ方法。
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