JP5624999B2 - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents
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Description
第一には、フォトリソグラフィの感光材料として使用されるフッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザ用のフォトレジスト(以下、ArFレジストと呼ぶ)が電子線に対し脆弱で、電子線照射により体積が減少(以下、シュリンクと呼ぶ)してしまうことである。
第二には、負電荷を有する電子を照射することに起因する試料の表面帯電である。電子線照射による試料の表面帯電は、(2次電子量/入射電子量)で定義される2次電子発生効率δで表すことができ、図1のような特性を示す。入射電子と2次電子の個数が一致する照射エネルギ、つまり、2次電子発生効率δが1となる照射エネルギを境界として、照射エネルギは3つの範囲(101、102、103)に区分される。101と103では2次電子の個数が入射電子の個数より少なく、試料が負に帯電する。それに対し、102では2次電子の個数が入射電子の個数より多いので、試料が正に帯電する。試料が正に数V帯電すると、エネルギが数eVと小さい2次電子は試料表面に引き戻されたり、また入射電子も偏向されたりする。その結果、SEM像の明るさが暗くなったり、入射電子の偏向による寸法誤差が生じたりしてしまい、計測に影響を及ぼすと考えられる。
図4は本発明の一実施例である走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。電子源である陰極401と第1陽極402の間には、制御演算装置403(制御プロセッサ)で制御される高電圧制御電源404により電圧が印加され、所定のエミッション電流が陰極401から引き出される。陰極401と第2陽極405の間には、制御演算装置403で制御される高電圧制御電源406により加速電圧が印加されるため、陰極401から放出された入射電子線407は加速されて後段のレンズ系に進行する。入射電子線407は、集束レンズ制御電源408で制御された集束レンズ409で収束され、絞り板410で入射電子線407の不要な領域が除去される。その後、対物レンズ制御電源411で制御された対物レンズ412により試料413に微小スポットとして収束され、偏向コイル414で試料上を2次元的に走査される。偏向コイル414の走査信号は、観察倍率に応じて偏向コイル制御電源415により制御される。また、試料413は2次元的に移動可能な試料ステージ416上に固定されている。試料ステージ416はステージ制御部417により移動が制御される。入射電子線407の照射によって試料413から発生した2次電子418は2次電子検出器419により検出され、描画装置420は検出された2次電子信号を可視信号に変換して別の平面上に適宜配列するように制御を行うことで、試料像表示装置421に試料の表面形状に対応した画像を試料像として表示する。入力装置422はオペレータと制御演算装置403のインターフェースを行うもので、オペレータはこの入力装置422を介して上述の各ユニットの制御を行う他に、測長点の指定や寸法計測の指令を行う。なお、制御演算装置403には図示しない記憶装置が設けられており、得られた測長値や、後述する測長シーケンス等を記憶できるようになっている。
本発明は、図4で説明したCD−SEMの制御演算装置403の機能に、電子線照射後のSEM像から電子線照射前の形状輪郭線を復元する演算部を付加しており、オペレータは入力装置422を介して、取得したSEM像に復元した形状輪郭線を重ね合わせて試料像表示装置421に表示する。具体的な処理手順について、図5及び図6を用いて説明する。まず、露光装置の露光条件(601)・プロセス装置のプロセス条件(602)・OCD装置のプロセス評価の結果(603)といったパターン情報のデータベース(604)と連結し、CD−SEMで取得するパターンの断面形状のテーパ角マップ(605)、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度マップ(606)をデータベースとして形状記憶部(607)に格納する(S501)。次に、テーパ角とシュリンクによる寸法変化量の対応表(608)、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と寸法変化量の対応表(609)を別途作成し、データベースとして対応表記憶部(610)に格納する(S502)。各対応表の具体的な作成方法、及び各対応表を用いた場合の形状輪郭線復元手順については後述する。形状記憶部(607)と対応表記憶部(610)の各データベースを用いて、形状輪郭線復元演算部(611)でパターンの各部所における電子線照射起因の形状変化量を算出する(S503)。次に、CD−SEMでSEM像(612)を取得し、取得したSEM像(612)から電子線照射後の形状輪郭線(613)を抽出する(S504)。形状輪郭線復元演算部(611)で算出した電子線照射起因の形状変化量と電子線照射後の形状輪郭線(613)から、電子線照射前の形状輪郭線(614)を復元し(S505)、取得したSEM像(612)に重ね合わせて表示する(S506)。
1次元パターンと2次元パターンでは電子線を照射したときの形状変化の様子が異なる。図9−(A)のような1次元パターン(901)では、パターン各部所における形状変化量(902)だけでなく、パターン各部所がお互いに引っ張り合う力(以下、応力と呼ぶ)も同程度と考えられるので、電子線照射前の形状輪郭線(903)を推定する際、パターン位置の補正を行う必要がなく、単純に算出した形状変化量を加算すれば良い。一方、図9−(B)のような2次元パターン(904)では、領域A(905)と領域B(906)では形状変化量が異なり、さらに、領域Bがシュリンクすることで領域Aに矢印で示すような応力(907)がかかる。従って、2次元パターン(904)の電子線照射前の形状輪郭線(908)を高精度に復元するためには、パターン各部所における形状変化量を算出することに加えて、パターン各部所同士の応力(907)を考慮した位置補正を行う必要がある。
(2次元パターンの特定部分における形状輪郭線の復元方法)
観察する2次元パターンでは、図12に示すような、曲がり部分(1201)・ラインパターンの先端部分(1202)・パターン密度の異なる部分(1203)を含むことが多い。曲がり部分(1201)は、前述の実施例で示したような方法を用いて電子線照射前の形状輪郭線を復元するため、ここではその復元方法について割愛する。ラインパターンの先端部分(1202)の電子線照射前の形状輪郭線復元方法について、図13を用いて説明する。
Claims (20)
- 電子源と、
該電子源から放出された電子線を集束する集束レンズと、
前記電子線を試料上で走査する偏向コイルと、
前記電子線の照射によって前記試料から発生した2次電子を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて前記試料表面のパターンの輪郭を演算する演算手段と、
を備えた走査型電子顕微鏡であって、
前記演算手段は、前記電子線照射によって変化した前記パターンの輪郭を前記パターン形状に応じて補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型電子顕微鏡において、
補正後の前記パターンの輪郭を表示する表示手段を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターンの断面形状であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターン断面のテーパ角であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンは、前記試料に形成されたレジストパターンであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状が電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度であり、前記電子線の走査方向に対する前記パターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型電子顕微鏡において、
2次元パターンの特定部分においてそれぞれ個別の形状変化量を算出し電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項7に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記2次元パターンの特定部分が前記パターンの曲がり部分、先端部分、隣接パターン間隔の異なる部分であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項7に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記2次元パターンの特定部分の復元パラメータ量を寸法変化量とする場合、前記パターン断面のテーパ角と前記パターンの寸法変化量および前記電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を用いて、前記電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部を有し、前記復元演算部で算出した形状変化量を元に前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項7に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンの前記特定部分どうしが影響を与える応力を算出する応力演算部を有し、該応力演算部を用いて電子線照射前の位置を演算することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 電子源と、
該電子源から放出された電子線を集束する集束レンズと、
前記電子線を試料上で走査する偏向コイルと、
前記電子線の照射によって前記試料から発生した2次電子を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて前記試料表面のパターンの輪郭を演算する演算手段と、
を備えた走査型電子顕微鏡であって、
あらかじめ観察する前記試料のパターンの形状パラメータを記憶し格納する形状記憶部と、
前記形状パラメータと前記電子線照射によって寸法が変化することによる寸法変化量の対応を記憶する対応表記憶部と、
前記形状記憶部と前記対応表記憶部から電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部とを有し、
前記演算手段は前記パターンの輪郭を、該復元演算部で算出した形状変化量に基づいて前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査型電子顕微鏡において、
補正後の前記パターンの輪郭を表示する表示手段を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターンの断面形状であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターン断面のテーパ角であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンは、前記試料に形成されたレジストパターンであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状が電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度であり、前記電子線の走査方向に対する前記パターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項11に記載の走査型電子顕微鏡において、
2次元パターンの特定部分においてそれぞれ個別の形状変化量を算出し電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項17に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記2次元パターンの特定部分が前記パターンの曲がり部分、先端部分、隣接パターン間隔の異なる部分であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項17に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記2次元パターンの特定部分の復元パラメータ量を寸法変化量とする場合、前記パターン断面のテーパ角と前記パターンの寸法変化量および前記電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を用いて、前記電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部を有し、前記復元演算部で算出した形状変化量を元に前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。 - 請求項17に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンの前記特定部分どうしが影響を与える応力を算出する応力演算部を有し、該応力演算部を用いて電子線照射前の位置を演算することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
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