JP2010092632A - Adjustment method of charged particle beam and charged particle beam device - Google Patents

Adjustment method of charged particle beam and charged particle beam device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus adjustment method of charged particle beams, and a charged particle beam device, capable of realizing proper focus adjustment, even in carrying out restraint of shrink due to beam irradiation, and measurement of a three-dimensional structure. <P>SOLUTION: A focus adjustment method of arranging a beam scanning position for obtaining signals for focus adjustment differently from a beam scanning position for obtaining signals for pattern measurement in the same visual field region, as well as the charged particle beam device are proposed. As a more concrete mode, a focus adjustment method of carrying out focus adjustment as well as pattern measurement by alternately arranging (each other, or each several) beam scanning position(s) for obtaining signals for focus adjustment and for obtaining signals for pattern measurement in the same FOV, and the charged particle beam device are proposed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、荷電粒子線装置に係り、特に荷電粒子線の調整を行う調整方法、及び調整手段を備えた荷電粒子線装置に関するものである。   The present invention relates to a charged particle beam apparatus, and more particularly to an adjustment method for adjusting a charged particle beam and a charged particle beam apparatus provided with an adjusting means.

近年、半導体の微細加工技術が進み、フォトリソグラフィーの感光材料としてフッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザ光に感光するレジスト(ArFレジスト)が用いられつつある。しかしながら、上記レジスト上に形成されたパターンに電子ビームを照射すると、パターンが縮小(シュリンク)する可能性があることが知られるようになってきた。   In recent years, semiconductor microfabrication technology has progressed, and a resist (ArF resist) that is sensitive to argon fluoride (ArF) excimer laser light is being used as a photosensitive material for photolithography. However, it has been known that when a pattern formed on the resist is irradiated with an electron beam, the pattern may shrink (shrink).

したがって、パターンの寸法を測定するための走査電子顕微鏡側の測定条件(加速電圧・プローブ電流など)を最適化することでシュリンクを最小限に抑える努力がなされている。しかし、加速電圧やプローブ電流を低くすることで信号量が減ってしまうために高い測長精度を保つことができない。すなわち、シュリンク抑制と高精度測長の両立が非常に難しいという問題に直面している。これらを解決する技術として、特許文献1には、X方向に対してY方向の電子線照射領域を広げて電子線の照射密度を低くすることで、シュリンクを抑制するという技術が開示されている。   Therefore, efforts are made to minimize shrinkage by optimizing the measurement conditions (acceleration voltage, probe current, etc.) on the scanning electron microscope side for measuring the dimension of the pattern. However, since the signal amount is reduced by lowering the acceleration voltage and the probe current, high length measurement accuracy cannot be maintained. In other words, we are facing the problem that it is very difficult to achieve both shrink suppression and high-precision measurement. As a technique for solving these problems, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing shrinkage by expanding the electron beam irradiation region in the Y direction with respect to the X direction to lower the electron beam irradiation density. .

また、特許文献2には、測定対象パターンとは異なる個所でオートフォーカスを実行し、そのフォーカス条件を、測定対象パターンの走査時のフォーカス条件として適用することで、測定個所においてオートフォーカスのためのビーム走査を行わないようにする技術が開示されている。   Further, in Patent Document 2, autofocus is executed at a location different from the measurement target pattern, and the focus condition is applied as a focus condition at the time of scanning of the measurement target pattern. A technique for preventing beam scanning is disclosed.

特開2007−3535号公報JP 2007-3535 A 特開2005−327578号公報JP 2005-327578 A

近年では、半導体素子の高集積化および微細化にともない、試料(例えば半導体ウェーハやフォトマスク)上に多種多様なパターンが形成され、それらのパターンに対する高精度な測定の要求が高まっている。その一例として、上述のArFレジストや、立体構造型トランジスタ(例えば、Fin-Field Effect Transistor:Fin−FET)のようなデバイスがある。Fin−FETの場合は、立体構造を持つため、当該立体構造を測長する際の焦点調整は、平面型構造を有するトランジスタの場合と比較して、非常に高い精度が要求される。   In recent years, with the high integration and miniaturization of semiconductor elements, a wide variety of patterns are formed on a sample (for example, a semiconductor wafer or a photomask), and the demand for high-precision measurement for these patterns is increasing. As an example, there are devices such as the ArF resist described above and a three-dimensional transistor (for example, a Fin-Field Effect Transistor: Fin-FET). Since the Fin-FET has a three-dimensional structure, the focus adjustment when measuring the three-dimensional structure requires a very high accuracy as compared with the case of a transistor having a planar structure.

特許文献1には、Fin−FETのようなパターンを測定する際の焦点調整法については何も言及されていない。また、ArFレジストのようなパターンであっても、倍率の縦横比が変わってしまうため、縦横比を一致させたい場合はその適用ができない。   Patent Document 1 does not mention anything about a focus adjustment method when measuring a pattern such as a Fin-FET. Even in the case of a pattern such as an ArF resist, the aspect ratio of the magnification changes, so that it cannot be applied when it is desired to match the aspect ratio.

また、特許文献2に開示された測定対象パターンとは異なる個所(オフサイト)におけるフォーカス調整法では、例えば、立体構造を持つ測定対象パターンとオフサイトとでは、フォーカスコンディションが大きく変化する場合があるため、測定対象に対する適正な焦点調整ができない場合がある。   Further, in the focus adjustment method at a location (off-site) different from the measurement target pattern disclosed in Patent Document 2, for example, the focus condition may greatly change between the measurement target pattern having a three-dimensional structure and off-site. For this reason, it may not be possible to perform proper focus adjustment on the measurement target.

更に、試料上に形成されるパターンが絶縁体である場合、電子ビーム照射による帯電の付着によって、電子ビームの軌道が曲げられることがある。例えばオフサイトにてオートフォーカスを行うために、オフサイトにイメージシフトによって、視野(Field Of View:FOV)を移動させた場合、ビーム照射による帯電付着のため、オフサイトや測定対象パターンへのFOVの適正な位置合わせが困難になる場合がある。   Further, when the pattern formed on the sample is an insulator, the trajectory of the electron beam may be bent due to the adhesion of the charge by electron beam irradiation. For example, in order to perform auto-focusing off-site, when the field of view (FOV) is moved to the off-site by image shift, the FOV to the off-site or measurement target pattern is caused by charging adhesion by beam irradiation. In some cases, it is difficult to perform proper alignment.

以下に、ビーム照射によるシュリンクの抑制を実現しつつ、適正なビームの照射条件調整を行うこと、或いは、立体構造の測定を行う場合であっても、適正なビームの照射条件調整を行うことを目的とする荷電粒子線の調整方法、及び荷電粒子線装置を説明する。   In the following, it is possible to perform appropriate beam irradiation condition adjustment while realizing suppression of shrinkage by beam irradiation, or to perform appropriate beam irradiation condition adjustment even when measuring a three-dimensional structure. A target charged particle beam adjustment method and a charged particle beam apparatus will be described.

上記目的を達成するために、同一視野領域内にて、ビーム評価用の画像を得るためのビーム走査位置と、パターン測定用信号を得るためのビーム走査位置とを違えて配置する調整方法、及び荷電粒子線装置を提案する。   In order to achieve the above object, an adjustment method in which a beam scanning position for obtaining an image for beam evaluation and a beam scanning position for obtaining a pattern measurement signal are arranged differently in the same visual field region, and A charged particle beam system is proposed.

より具体的な一態様として、同じFOV内にて、フォーカス調整用信号を得るためのビーム走査位置と、パターン測定用信号を得るためのビーム走査位置を交互(1本ごと、或いは複数本ごと)に配置して、焦点調整とパターン測定を実行する焦点調整方法、及び荷電粒子線装置を提案する。   As a more specific aspect, in the same FOV, the beam scanning position for obtaining the focus adjustment signal and the beam scanning position for obtaining the pattern measurement signal are alternately (every one or plural). A focus adjustment method and a charged particle beam apparatus for performing focus adjustment and pattern measurement are proposed.

上記構成によれば、ビーム照射によるシュリンクの抑制を実現しつつ、適正なビームの照射条件調整を行うこと、或いは、立体構造の測定を行う場合であっても、適正なビームの照射条件調整を行うことが可能となる。   According to the above configuration, it is possible to perform appropriate beam irradiation condition adjustment while realizing suppression of shrinkage by beam irradiation, or to perform appropriate beam irradiation condition adjustment even when measuring a three-dimensional structure. Can be done.

以下に、同一領域内にて、フォーカス調整用のビーム走査と、測定用のビーム走査を行う実施例について説明する。フォーカス調整用のビーム走査と、測定用のビーム走査との間には、イメージシフトやステージ移動など、FOVの位置自体(FOVの中心位置)を移動させるような処理は行わず、走査線の位置を選択的に変化させる。   Hereinafter, an embodiment in which beam scanning for focus adjustment and beam scanning for measurement are performed in the same region will be described. Between the beam scanning for focus adjustment and the beam scanning for measurement, the process of moving the FOV position itself (center position of FOV) such as image shift and stage movement is not performed, and the position of the scanning line Is selectively changed.

フォーカス調整用のビームの走査位置と、測定用のビームの走査位置は、重ならないように設定する。   The scanning position of the focus adjustment beam and the scanning position of the measurement beam are set so as not to overlap.

以下、図面を用いて同一領域内にて、フォーカス調整用のビーム走査と、測定用のビーム走査を行う走査電子顕微鏡の一例を説明する。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡(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、イオンビームを走査する集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)装置への適用も可能である。FIB装置の場合、フォーカス調整用のビーム走査による試料のスパッタによる試料損傷の低減を実現することが可能となる。   Hereinafter, an example of a scanning electron microscope that performs focus adjustment beam scanning and measurement beam scanning in the same region will be described with reference to the drawings. In the following description, a scanning electron microscope (SEM), which is a kind of charged particle beam apparatus, will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a focused ion beam (Focused) that scans an ion beam is described. Application to an Ion Beam (FIB) apparatus is also possible. In the case of the FIB apparatus, it is possible to realize reduction of sample damage due to sputtering of the sample by beam scanning for focus adjustment.

図1は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極1より放出された一次電子線4は、アノード2により制御・加速され、コンデンサレンズ3および対物レンズ6によって試料ステージ9上に保持された半導体ウェーハ等の測長すべきパターンが形成された試料8上に収束・照射される。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope. The primary electron beam 4 emitted from the cathode 1 is controlled and accelerated by the anode 2, and a sample on which a pattern to be measured is formed such as a semiconductor wafer held on the sample stage 9 by the condenser lens 3 and the objective lens 6. 8 is converged and irradiated.

これらのコントロールは、制御演算装置17によって行われる。一次電子線4の経路には、偏向器5が設けてあり、入力装置19から設定された任意の設定倍率にしたがって、偏向コイル制御電源12から所定の偏向電流が供給され、これにより一次電子線4が偏向され、試料8の表面を二次元的に走査する。測長点への移動は、ステージ制御15が試料ステージ9をコントロールすることで、少なくとも一次電子線4と垂直な面内の2方向(X方向,Y方向)に移動することができる構成となっており、偏向コイル制御電源12からの偏向電流を制御することでも移動できる構成になっている。   These controls are performed by the control arithmetic unit 17. A deflector 5 is provided in the path of the primary electron beam 4, and a predetermined deflection current is supplied from the deflection coil control power source 12 in accordance with an arbitrary set magnification set from the input device 19, thereby the primary electron beam. 4 is deflected to scan the surface of the sample 8 two-dimensionally. The movement to the measuring point is configured such that the stage control 15 can move in at least two directions (X direction and Y direction) in a plane perpendicular to the primary electron beam 4 by controlling the sample stage 9. It can be moved by controlling the deflection current from the deflection coil control power supply 12.

試料に電子線を照射することで発生した二次電子7は、二次電子検出器16によって検出され、信号アンプ13によって増幅され、画像処理部21に記憶される。そして、記憶された画像を使用し、画像処理部21の測長部において測長が行われる。また、この時の画像信号は、SEM像表示装置18に表示される。   Secondary electrons 7 generated by irradiating the sample with an electron beam are detected by the secondary electron detector 16, amplified by the signal amplifier 13, and stored in the image processing unit 21. Then, using the stored image, length measurement is performed in the length measurement unit of the image processing unit 21. The image signal at this time is displayed on the SEM image display device 18.

この走査電子顕微鏡は、走査制御部20,画像処理部21を有する。走査制御部20は、寸法測長領域を含む視野に対してオートフォーカス用の画像を形成するための電子線を寸法測長するための走査線の間で走査させるための制御を行う。画像処理部21は、AF(Auto Focus)部と測長部に分かれていて、AF部はオートフォーカス用の電子線23を試料8上に走査した時に得られた二次電子7を用いて焦点調整を行い、測長部は測長用の電子線22を試料8上に走査した時に得られた二次電子7を用いて測長を行う。なお、走査制御部20および画像処理部21は、制御演算装置17の外部に設けても良いし、制御演算装置17のソフトウェアによって実現しても良い。   This scanning electron microscope has a scanning control unit 20 and an image processing unit 21. The scanning control unit 20 performs control for scanning an electron beam for forming an autofocus image with respect to the visual field including the dimension measuring region between the scanning lines for dimension measuring. The image processing unit 21 is divided into an AF (Auto Focus) unit and a length measuring unit. The AF unit focuses using the secondary electrons 7 obtained when the sample 8 is scanned with the electron beam 23 for autofocus. The adjustment is performed, and the length measurement unit measures the length using the secondary electrons 7 obtained when the sample 8 is scanned with the length measurement electron beam 22. The scanning control unit 20 and the image processing unit 21 may be provided outside the control arithmetic device 17 or may be realized by software of the control arithmetic device 17.

オートフォーカスは、例えば画像のフォーカス評価値を評価することによって行われる。より具体的には、対物レンズ6の条件を変化させながら、複数枚のフレーム走査を行い得られた2次電子や反射電子の検出信号から焦点評価値を算出、評価し、最適値を電子レンズの条件に設定するものである。   Autofocus is performed by evaluating the focus evaluation value of an image, for example. More specifically, a focus evaluation value is calculated and evaluated from detection signals of secondary electrons and reflected electrons obtained by scanning a plurality of frames while changing the conditions of the objective lens 6, and the optimum value is determined as an electronic lens. It is set to the conditions.

ここで、焦点評価値には、画素間の微分値等が利用されており、電子レンズの条件を変えながら撮影したフレーム毎に微分値の合計を計算し、その値が一番大きくなった時の電子レンズの条件を焦点が合った条件としている。また、試料に印加される負電圧(リターディング電圧)を調整することによっても、焦点調整が可能であり、リターディング電圧を変化させたときに取得される複数枚の画像に基づいて、適正なフォーカス条件を選択するようにしても良い。   Here, the focus evaluation value uses a differential value between pixels, etc. When the sum of the differential values is calculated for each frame taken while changing the conditions of the electronic lens, and the value becomes the largest The condition of the electron lens is the focused condition. In addition, it is possible to adjust the focus by adjusting the negative voltage (retarding voltage) applied to the sample. Based on a plurality of images acquired when the retarding voltage is changed, an appropriate value can be obtained. A focus condition may be selected.

フォーカス調整用信号を取得するためのビームの走査法について、図2を用いて説明する。図2(a)は、一般的な画像取得時の走査方法であり、オートフォーカス用の電子線軌道23,測長用の電子線軌道22の区別はなく単調に連続して電子線を走査する。   A beam scanning method for obtaining a focus adjustment signal will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a general scanning method at the time of image acquisition. The electron beam trajectory 23 for autofocus and the electron beam trajectory 22 for length measurement are not distinguished, and the electron beam is scanned continuously in a monotonous manner. .

図2(b)は、フォーカス調整用のビーム走査線位置と、測定用のビーム走査線位置をずらすと共に、その位置を交互に配置した例を説明する図である。測長用の電子線軌道22とオートフォーカス用の電子線軌道23が交互に配列される。なお、走査線の位置は交互に配置されているが、走査の順番は、フォーカス調整用のビームが先に走査され、フォーカス調整が行われた後、測定用のビーム走査が行われる。   FIG. 2B is a diagram illustrating an example in which the beam scanning line position for focus adjustment and the beam scanning line position for measurement are shifted and the positions are alternately arranged. The electron beam trajectory 22 for length measurement and the electron beam trajectory 23 for autofocus are alternately arranged. Although the positions of the scanning lines are alternately arranged, the scanning order is such that the focus adjustment beam is scanned first, the focus adjustment is performed, and then the measurement beam scan is performed.

図2(c)は、1つのFOVの中で、測長用の電子線軌道22と、オートフォーカス用の電子線軌道23の比率が2:1となる例を説明する図である。図2(c)の例では、測長用の電子線軌道22と、オートフォーカス用の電子線軌道23が2本,1本,2本,1本…の順番で配列されているが、これに限られることはなく、他の比率で電子線軌道を配列するようにしても良い。但し、オートフォーカスは、パターンが形成された画像の鮮鋭度等に基づいて、フォーカス評価値を求めているので、例えば鮮鋭度評価に足る画像が形成可能な走査線密度で、オートフォーカス用のビームを走査する必要がある。   FIG. 2C is a diagram for explaining an example in which the ratio of the electron beam trajectory 22 for length measurement to the electron beam trajectory 23 for autofocus is 2: 1 in one FOV. In the example of FIG. 2C, the electron beam trajectory 22 for length measurement and the electron beam trajectory 23 for autofocus are arranged in the order of two, one, two, one ... However, the electron beam trajectories may be arranged at other ratios. However, since autofocus calculates the focus evaluation value based on the sharpness of the image on which the pattern is formed, the autofocus beam has a scanning line density capable of forming an image sufficient for the sharpness evaluation, for example. Need to be scanned.

図2(d)の例では、FOVの上側領域に、オートフォーカス用の電子線軌道23を配列し、FOVの下側領域に、測長用の電子線軌道を配列した。なお、上述の図2(b)〜(d)の例の中では、測定対象部位の状況に最も沿った形でのフォーカシングが可能であるという点において、図2(b)(c)を選択することが望ましい。図2(d)の例の場合、フォーカシングを行う領域(上側領域)と、測定を行う領域(下側領域)が異なるため、上側領域と下側領域のパターン形成状況が同じ(例えば上側のパターンと下側のパターンが、上側領域と下側領域の境界を中心に鏡対称に形成されているような場合)に選択的に用いるようにすると良い。上側のパターン状況と下側のパターン構成が同じであれば、フォーカスコンディションもほぼ同等と見込めるため、一方で行ったフォーカスコンディションを他方にも適用することが可能となる。   In the example of FIG. 2D, the electron beam trajectory 23 for autofocus is arranged in the upper region of the FOV, and the electron beam trajectory for measurement is arranged in the lower region of the FOV. In the examples of FIGS. 2B to 2D described above, FIGS. 2B and 2C are selected in that focusing can be performed in a form that most closely matches the situation of the measurement target region. It is desirable to do. In the case of the example in FIG. 2D, since the focusing area (upper area) and the measurement area (lower area) are different, the pattern formation status of the upper area and the lower area is the same (for example, the upper pattern). And the lower pattern may be selectively used in a case where the pattern is mirror-symmetrical with respect to the boundary between the upper region and the lower region. If the upper pattern state and the lower pattern configuration are the same, the focus condition can be expected to be almost the same, so that the focus condition performed on one side can be applied to the other.

また、図2(b)(c)の例では、測定用のビームが走査される領域と、フォーカス調整用のビームが走査される領域をほぼ同じとしつつ、且つ両者のビーム走査軌道を違えることが可能となるので、シュリンクを抑制しつつ、測定用パターンに対するフォーカスコンディションを高精度に検出することが可能となる。   In the examples of FIGS. 2B and 2C, the region where the measurement beam is scanned and the region where the focus adjustment beam is scanned are substantially the same, and the beam scanning trajectories of the two are different. Therefore, it is possible to detect the focus condition for the measurement pattern with high accuracy while suppressing shrinkage.

更に、測定個所の設計データを参照して、測定対象とはならないが、測定対象パターンと同等のフォーカスコンディションによるビーム走査が行われる領域にて、フォーカス調整用ビームを走査し、フォーカス調整を行った後に、測定対象個所に測定用のビームを走査するようにしても良い。   Further, referring to the design data of the measurement location, the focus adjustment beam was scanned by scanning the focus adjustment beam in the region where the beam scan is performed under the focus condition equivalent to the measurement target pattern, although it is not the measurement target. Later, a measurement beam may be scanned at a measurement target location.

例えば、測定対象をFin−FETとした場合、以下のようなフォーカス調整法が考えられる。まず、Fin−FETは、フィン(Fin)と呼ばれる細い短冊状の部分の上に、当該フィンを跨ぐように、ゲート電極が形成されている。短冊状に切り出されたフィンがチャネルとなるため、電流駆動力を決めるチャネル幅は、フィンの高さで決まり、測定装置における重要な評価項目になる。また、フィンの幅やゲート長も重要な測定項目となる。   For example, when the measurement target is a Fin-FET, the following focus adjustment method can be considered. First, in the Fin-FET, a gate electrode is formed on a thin strip portion called a fin so as to straddle the fin. Since the fins cut into strips become channels, the channel width that determines the current driving force is determined by the height of the fins and is an important evaluation item in the measuring apparatus. Fin width and gate length are also important measurement items.

Fin−FETのような三次元的な構造素子は、平面的なデバイスに比べて、FOV内において深さ方向(Z方向)への段差が大きい。よって、デバイスの或る個所にフォーカスを合わせると、当該個所とは異なる高さにある他の個所へのフォーカスが合わなくなることがある。一方、Fin−FETの或る部分的な個所のみを測定対象とするのであれば、当該部分と同等の高さ(及び/又は帯電条件)であって、測定対象個所と異なる領域に、フォーカス調整用画像を取得するためのビーム走査を選択的に行い、フォーカス調整を行うようにすると良い。   A three-dimensional structural element such as a Fin-FET has a larger step in the depth direction (Z direction) in the FOV than a planar device. Therefore, when focusing on a certain part of the device, focusing on another part at a height different from that part may not be achieved. On the other hand, if only a certain part of the Fin-FET is to be measured, focus adjustment is performed in a region having a height (and / or charging condition) equivalent to that part and different from the part to be measured. It is preferable to selectively perform beam scanning for acquiring a work image and perform focus adjustment.

より具体的には、例えば測長用の走査電子顕微鏡(Critical Dimension-SEM:CD−SEM)では、測長ボックスと呼ばれる測定に供される領域を選択するためのカーソルを選択することがある。例えばこのようなカーソルの位置情報に基づいて、設計データから同等の高さ(及び/又は帯電条件)となる個所を自動選択し、CD−SEMの動作条件を設定するためのレシピに自動登録するようにしても良い。また、上記カーソルと同等の高さ情報を持つ領域を、画面上に表示し、オペレータに任意の領域を、フォーカス調整用視野として選択させるようにしても良い。   More specifically, for example, in a scanning electron microscope for length measurement (Critical Dimension-SEM: CD-SEM), a cursor for selecting an area to be used for measurement called a length measurement box may be selected. For example, based on the position information of the cursor, a part having the same height (and / or charging condition) is automatically selected from the design data and automatically registered in a recipe for setting the operating condition of the CD-SEM. You may do it. Alternatively, an area having height information equivalent to that of the cursor may be displayed on the screen, and the operator may select an arbitrary area as the focus adjustment visual field.

以上のようにオートフォーカス用の電子線23と測長用の電子線22が重ならないように、走査用の偏向器を制御して試料8上を走査することで、試料に対するダメージを抑制しつつ、適正なフォーカス調整を行うことができる。   As described above, the scanning deflector is controlled to scan the sample 8 so that the autofocusing electron beam 23 and the length measuring electron beam 22 do not overlap, thereby suppressing damage to the sample. Therefore, proper focus adjustment can be performed.

また、オートフォーカス用の電子線23と、測長用の電子線22の合計数は固定ではなく、512本や1024本など任意に設定することもできる。なお、図2(a)(b)(c)(d)に図示する実施例では二次元的に走査する電子線の走査の縦横比率が1:1の場合について説明したが、1:1である必要性はなく異なる比率で走査しても良いし、測長時の電子線照射による試料ダメージを小さくするためにオートフォーカス用の電子線23と測長用の電子線22のエネルギーを変えても良い。   The total number of the electron beam 23 for autofocus and the electron beam 22 for length measurement is not fixed, and can be arbitrarily set to 512 or 1024. In the embodiment shown in FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D, the case where the aspect ratio of the scanning of the electron beam to be two-dimensionally scanned is 1: 1, but 1: 1. There is no necessity and scanning may be performed at different ratios. In order to reduce sample damage due to electron beam irradiation during length measurement, the energy of the electron beam 23 for autofocus and the electron beam 22 for length measurement is changed. Also good.

上記した形態によれば、走査領域は同一ながらオートフォーカスと測長とで電子線の走査位置をずらすことで、測長点に適応した正確なオートフォーカスとシュリンクの抑制の両立を実現することで、高い信頼性と高精度で測長することができる。   According to the above-described embodiment, by shifting the scanning position of the electron beam between autofocus and length measurement while keeping the same scanning area, it is possible to achieve both accurate autofocus and shrink suppression suitable for the length measurement point. Can measure length with high reliability and high accuracy.

つぎに測長用の電子線22の走査線数と繰り返し測長精度の関係について説明する。走査電子顕微鏡では、試料の凹凸情報を持った二次電子信号のラインプロファイルから測長が行われる。よって、このときのラインプロファイルのS/Nが、繰り返し測長精度を左右することになり、S/Nが低下するにつれて繰り返し測長精度は低下する。したがって、繰り返し測長精度を向上させるためには、S/Nの改善が必要となり、統計的な処理と、信号量増加によってS/Nを改善している。   Next, the relationship between the number of scanning lines of the measuring electron beam 22 and repeated length measurement accuracy will be described. In the scanning electron microscope, length measurement is performed from the line profile of the secondary electron signal having the unevenness information of the sample. Therefore, the S / N of the line profile at this time affects the repeated measurement accuracy, and the repeated measurement accuracy decreases as the S / N decreases. Therefore, in order to improve the length measurement accuracy repeatedly, it is necessary to improve the S / N, and the S / N is improved by statistical processing and an increase in the signal amount.

前者は、それぞれのラインプロファイルのノイズ位置が異なっていることを利用して複数の走査線を重ね合わせてさらに移動平均による平滑化(スムージング)を施す空間的な処理と、二次電子7の画像を積算する時間的な処理で行う。   The former is a spatial process in which a plurality of scanning lines are overlapped by using the fact that the noise positions of the respective line profiles are different, and further smoothing (smoothing) by moving average is performed, and an image of the secondary electrons 7. It is performed by a time process that accumulates.

後者は、加速電圧やプローブ電流を上げることで信号量を増加させて改善する。図3は、測長用の電子線22の重ね合わせる走査線数と繰り返し測長精度の関係について説明した図である。重ね合わせる走査線数が増えるにしたがって測長精度が小さくなるが、必要以上のS/Nが得られる走査線数になったところで横ばいになる。測長用の電子線22の走査線数(n)と繰り返し測長精度(s)は(1)式で表される。   The latter is improved by increasing the signal amount by increasing the acceleration voltage and the probe current. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the number of scanning lines to be overlapped by the electron beam 22 for length measurement and repeated length measurement accuracy. The length measurement accuracy decreases as the number of superposed scanning lines increases. However, it becomes flat when the number of scanning lines reaches an S / N more than necessary. The number (n) of scanning lines of the electron beam 22 for length measurement and the repeated length measurement accuracy (s) are expressed by the equation (1).

s=(1/√n)×k (k:係数) ・・・(1)
式(1)から繰り返し測長精度(s)を設定することで測長用の電子線22の必要走査線数(n)を設定できる。
s = (1 / √n) × k (k: coefficient) (1)
The required number of scanning lines (n) of the electron beam 22 for length measurement can be set by repeatedly setting the length measurement accuracy (s) from the equation (1).

図4は、測長精度に基づいて、電子線の走査線数を決定するアルゴリズムを説明した図である。まず、必要な繰り返し測長精度(s)を入力装置19から設定する。つぎに、走査線数(n1)で走査させた時の繰り返し測長精度(s1)を実測値から(1)式の係数(k)を求めることで、繰り返し精度(s)を満足するに足りる測長用の電子線22の走査線数(n2)を算出する。   FIG. 4 is a diagram for explaining an algorithm for determining the number of scanning lines of an electron beam based on the length measurement accuracy. First, the necessary repeated measurement accuracy (s) is set from the input device 19. Next, it is sufficient to satisfy the repetition accuracy (s) by obtaining the coefficient (k) of the equation (1) from the measured value of the repeated length measurement accuracy (s1) when scanning with the number of scanning lines (n1). The number of scanning lines (n2) of the electron beam 22 for length measurement is calculated.

以上のように、本実施例では、入力装置19から繰り返し測長精度(s)を入力することで、走査制御部20で必要な走査線数(n)を決定する演算機能を備えている。   As described above, in this embodiment, an arithmetic function for determining the number of scanning lines (n) required by the scanning control unit 20 by repeatedly inputting the length measurement accuracy (s) from the input device 19 is provided.

ここで、試料8上を走査する一次電子線4との相互作用によって起きるArFレジストのシュリンクについて図5を用いて説明する。図は、ArFレジストパターン24の表面を表すものである。ArFレジストパターン24の一次電子線4が照射された箇所は、(a)のように半円形状にシュリンクが発生する。そして、高倍率など一次電子線4の走査線の間隔が狭くなった場合には、(b)のように半円形状のシュリンクが重なり合うことになり、重なり合った部分のシュリンクが一層進むことになる。   Here, the shrinkage of the ArF resist caused by the interaction with the primary electron beam 4 scanning on the sample 8 will be described with reference to FIG. The figure represents the surface of the ArF resist pattern 24. In the portion irradiated with the primary electron beam 4 of the ArF resist pattern 24, shrinkage occurs in a semicircular shape as shown in (a). When the interval between the scanning lines of the primary electron beam 4 becomes narrow, such as at high magnification, the semicircular shrinks overlap as shown in (b), and the shrinking of the overlapping portions further proceeds. .

一次電子線4の照射によるArFレジストパターン24のシュリンクを小さくするためには、電子線量を小さくしたり、電子線の走査間隔を広くするために測長倍率を下げる方法が採られていたが、倍率を下げたことによる繰り返し測長精度が劣化する問題があった。また、測長前にはオートフォーカスなどの調整用の電子線をArFレジストパターン24に照射しなければならず、(a)の一次電子線4は、オートフォーカス用の電子線23と測長用の電子線22であると言い換えることができる。   In order to reduce the shrinkage of the ArF resist pattern 24 caused by the irradiation of the primary electron beam 4, a method of reducing the length measurement magnification was adopted in order to reduce the electron dose or increase the scanning interval of the electron beam. There was a problem that the length measurement accuracy repeatedly deteriorated by lowering the magnification. Prior to length measurement, an ArF resist pattern 24 must be irradiated with an electron beam for adjustment such as autofocus, and the primary electron beam 4 in FIG. In other words, the electron beam 22 can be said.

したがって、(c)のように測長用の電子線22とオートフォーカス用の電子線23を制御することなくArFレジストパターン24上に電子線を照射した場合は、同一箇所に二重に一次電子線4を照射することになり、シュリンクが進む原因となる。したがって、(d)に示す例のように、寸法領域を含む視野に対して調整用の画像を形成するための電子線を、寸法測長するための走査線の間で走査させ、前記走査線と測長用の走査線が重ならないように走査することは、シュリンクを抑制することに対する意義は大きい。   Accordingly, when the electron beam is irradiated onto the ArF resist pattern 24 without controlling the electron beam 22 for length measurement and the electron beam 23 for autofocus as shown in (c), the primary electron is doubled at the same location. Irradiation of the line 4 will cause shrinkage to proceed. Therefore, as in the example shown in (d), an electron beam for forming an adjustment image is scanned between the scanning lines for dimension measurement with respect to the visual field including the dimension region, and the scanning lines are scanned. Scanning so that the scanning lines for length measurement do not overlap has great significance for suppressing shrinkage.

なお、調整用の画像を形成するための電子線は、オートフォーカスに限らず、オートスティグマであっても良いし、軸調整などのアライメントであっても良い。   The electron beam for forming the image for adjustment is not limited to autofocus, but may be an auto stigma or an alignment such as an axis adjustment.

つぎに二次電子7像を積算する実施例を図6により説明する。走査電子顕微鏡の走査制御部20は、入力装置19から設定された画像籍算数にしたがって、それぞれの走査領域26が重ならないように試料8上の測長対象物25に一次電子線4を走査することができる。この時、SEM像表示装置18には、重ね合わせたひとつの画像として表示される。このような走査法によれば、繰り返し測長精度を向上させるための複数の画像を取得するための電子線走査を、同一箇所で行わないので、シュリンクの抑制を実現することができる。   Next, an embodiment in which the secondary electron 7 images are integrated will be described with reference to FIG. The scanning control unit 20 of the scanning electron microscope scans the length measurement object 25 on the sample 8 with the primary electron beam 4 according to the image registration number set from the input device 19 so that the respective scanning regions 26 do not overlap. be able to. At this time, it is displayed on the SEM image display device 18 as one superimposed image. According to such a scanning method, since electron beam scanning for acquiring a plurality of images for repeatedly improving length measurement accuracy is not performed at the same location, shrinkage can be suppressed.

走査電子顕微鏡の概略構成図。The schematic block diagram of a scanning electron microscope. 調製用視野を取得するための電子線の走査方法の一例を説明する図。The figure explaining an example of the scanning method of the electron beam for acquiring the visual field for preparation. 電子線の走査線数と測長精度の関係を説明する図。The figure explaining the relationship between the scanning line number of an electron beam, and length measurement precision. 測長精度に基づいて、電子線の走査線数を決定するアルゴリズムを説明する図。The figure explaining the algorithm which determines the scanning line number of an electron beam based on length measurement precision. ArFレジストに電子線を走査したときに生じるシュリンクを説明する図。The figure explaining the shrinkage | shrink which arises when an electron beam is scanned to an ArF resist. 異なる領域で得られた二次電子像を積算する実施例を説明する図。The figure explaining the Example which integrate | accumulates the secondary electron image obtained in a different area | region.

符号の説明Explanation of symbols

1 陰極
2 アノード
3 コンデンサレンズ
4 一次電子線
5 偏向器
6 対物レンズ
7 二次電子
8 試料
9 試料ステージ
10 高電圧制御電源
11 収束レンズ制御電源
12 偏向コイル制御電源
13 信号アンプ
14 対物レンズ制御電源
15 ステージ制御
16 二次電子検出器
17 制御演算装置
18 SEM像表示装置
19 入力装置
20 走査制御部
21 画像処理部
22 測長用の電子線軌道
23 オートフォーカス用の電子線軌道
24 ArFレジストパターン
25 測長対象物
26 走査領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cathode 2 Anode 3 Condenser lens 4 Primary electron beam 5 Deflector 6 Objective lens 7 Secondary electron 8 Sample 9 Sample stage 10 High voltage control power supply 11 Converging lens control power supply 12 Deflection coil control power supply 13 Signal amplifier 14 Objective lens control power supply 15 Stage control 16 Secondary electron detector 17 Control operation device 18 SEM image display device 19 Input device 20 Scan control unit 21 Image processing unit 22 Electron beam trajectory 23 for length measurement Electron beam trajectory 24 for autofocus ArF resist pattern 25 Measurement Long object 26 Scanning area

Claims (5)

荷電粒子源と、
当該荷電粒子源から放出される荷電粒子線を収束するレンズと、
前記荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器と、
前記荷電粒子線の走査によって試料から放出される荷電粒子を検出する検出器と、
当該検出器によって検出された荷電粒子に基づいて、前記荷電粒子線走査に基づいて得られる画像を評価し、当該評価に基づいて前記荷電粒子の照射条件を調整する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記制御装置は、前記走査偏向器によって走査される荷電粒子線の同一視野領域内で、前記画像を評価する情報を得るための走査線と、前記試料上のパターンを測定するための走査線との位置を違えて配置することを特徴とする荷電粒子線装置。
A charged particle source;
A lens that converges the charged particle beam emitted from the charged particle source;
A scanning deflector for scanning the charged particle beam on a sample;
A detector for detecting charged particles emitted from the sample by scanning the charged particle beam;
A charged particle beam comprising a control device that evaluates an image obtained based on the charged particle beam scanning based on the charged particle detected by the detector and adjusts the irradiation condition of the charged particle based on the evaluation. In the device
The control device includes a scanning line for obtaining information for evaluating the image and a scanning line for measuring a pattern on the sample in the same visual field region of the charged particle beam scanned by the scanning deflector. A charged particle beam device characterized by being arranged at different positions.
請求項1において、
前記制御装置は、前記画像を評価する情報を得るための走査線と、前記試料上のパターンを測定するための走査線を、1本、或いは複数本ごとに、交互に配置することを特徴とする荷電粒子線装置。
In claim 1,
The control device is characterized in that scanning lines for obtaining information for evaluating the image and scanning lines for measuring a pattern on the sample are alternately arranged for each one or a plurality of scanning lines. Charged particle beam device.
請求項1において、
前記制御装置は、前記試料上のパターンの測定個所の設定に基づいて、当該測定個所とは異なる位置に、前記画像を評価する情報を得るための走査線を配置することを特徴とする荷電粒子線装置。
In claim 1,
The control device arranges a scanning line for obtaining information for evaluating the image at a position different from the measurement location based on the setting of the measurement location of the pattern on the sample. Wire device.
請求項3において、
前記制御装置は、前記試料の設計データを参照して、前記測定個所と同じ高さの領域を選択し、当該選択領域に前記画像を評価する情報を得るための走査線を配置することを特徴とする荷電粒子線装置。
In claim 3,
The control device refers to the design data of the sample, selects a region having the same height as the measurement location, and arranges a scanning line for obtaining information for evaluating the image in the selected region. A charged particle beam device.
荷電粒子源から放出される荷電粒子の走査によって得られる画像を評価し、当該評価に基づいて前記荷電粒子の照射条件を調整する荷電粒子線装置の調整方法において、
前記荷電粒子線の同一視野領域内で、前記画像を評価する情報を得るための走査線と、前記試料上のパターンを測定するための走査線との位置を違えて配置することを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
In an adjustment method of a charged particle beam apparatus that evaluates an image obtained by scanning charged particles emitted from a charged particle source and adjusts irradiation conditions of the charged particles based on the evaluation,
A scanning line for obtaining information for evaluating the image and a scanning line for measuring a pattern on the sample are arranged at different positions in the same visual field region of the charged particle beam. Method for adjusting charged particle beam apparatus.
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