DE102013103466A1

DE102013103466A1 - Strukturmessverfahren und Strukturmessgerät

Info

Publication number: DE102013103466A1
Application number: DE102013103466A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Murakawa; Isao Yonekura
Original assignee: Advantest Corp; Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp; Toppan Inc
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US20130264480A1; JP2013217765A; JP5642108B2; KR20130114625A

Abstract

Es wird ein Strukturmessverfahren und ein Strukturmessgerät bereitgestellt, welche ein Rasterelektronenmikroskop verwenden. REM-Bilder einer Messzielstruktur werden jeweils bei wenigstens zwei vorgegeben Beschleunigungsspannungen gewonnen. Weißbandbreiten der Messzielstruktur werden aus den gewonnenen REM-Bildern ermittelt. Dann wird ein Betrag der Änderung der Weißbandbreite zwischen den vorgegeben Beschleunigungsspannungen berechnet. Ein Seitenwandwinkel der Messzielstruktur wird auf der Grundlage einer im Vorhinein unter Verwendung einer Probe mit bekanntem Seitenwandwinkel experimentell erhaltenen Beziehung zwischen einem Betrag der Änderung einer Weißbandbreite und einem Seitenwandwinkel berechnet.

Description

Technisches Gebiet
Die hierin erörterten Ausführungsbeispiele betreffen ein Strukturmessverfahren und ein Strukturmessgerät, die einen Elektronenstrahl verwenden.
Stand der Technik
In den vergangenen Jahren hat es bei Mikrofabrikationstechniken Fortschritte gegeben. Die Mikrofabrikationstechniken werden auf Halbleiterbauelemente, optische Elemente, elektrische Schaltungen, Aufzeichnungsmedien, wie etwa Festplatten und DVDs, für DNA-Analysen verwendete medizinische Testchips, Anzeigeelemente, Mikrokanäle, Mikroreaktoren, MEMS-Bauelemente, Druckformen, Photomasken und so weiter angewendet.
Bei den Mikrofabrikationstechniken ist es wichtig, nicht nur die zweidimensionale Gestalt, wie etwa Strukturabmessungen, zu evaluieren, sondern auch die dreidimensionale Gestalt, wie etwa Seitenwandwinkel an Kantenbereichen der Struktur.
Entsprechend wurde als eines der Verfahren zum Messen eines Seitenwandwinkels ein solches vorgeschlagen, bei dem man sich auf die Breite eines weißen Bandes konzentriert, das einen Teilbereich hoher Leuchtdichte darstellt, der auf einem Rasterelektronenmikroskopbild (REM-Bild) an einem Seitenwandbereich einer Struktur auftritt.
Bei einer umgekehrt keilförmigen Struktur ist eine Seitenwand unter der Struktur verdeckt und die Beziehung zwischen Weißbandbreite und dem Seitenwandwinkel ist unklar. Folglich kann das vorgenannte Verfahren solch einen Seitenwandwinkel nicht messen.

Patentdokument 1: JP 10 170530 A
Patentdokument 2: JP 2008 71312 A

Kurzfassung der Erfindung
Angesichts des oben genannten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturmessverfahren und ein Strukturmessgerät bereitzustellen, welche in der Lage sind, einen Seitenwandwinkel einer umgekehrt keilförmigen Struktur zu messen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Strukturmessverfahren bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: Gewinnen von Rasterelektronenmikroskopbildern einer Messzielstruktur jeweils bei wenigstens zwei vorgegebenen Beschleunigungsspannungen, Ermitteln der Weißbandbreiten der Messzielstruktur aus den Rasterelektronenmikroskopbildern, Ermitteln eines Betrags der Änderung der Weißbandbreite durch Differenzbildung zwischen den ermittelten Weißbandbreiten und Ermitteln eines Seitenwandwinkels der Messzielstruktur auf der Grundlage des Betrags der Änderung der Weißbandbreite.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Strukturmessgerät bereitgestellt, enthaltend: eine Elektronenrastereinheit zum Abrastern einer Messzielstruktur mit einem Elektronenstrahl bei wenigstens zwei vorgegebenen Beschleunigungsspannungen, eine Signalverarbeitungseinheit zum Gewinnen eines Rasterelektronenmikroskopbildes auf der Grundlage von Sekundärelektronen, die jeweils durch das Abrastern mit dem Elektronenstrahl bei den vorgegebenen Beschleunigungsspannungen erzeugt werden, eine Messdaten-Verarbeitungseinheit zum Ermitteln eines Seitenwandwinkels der Messzielstruktur auf der Grundlage der durch die Signalverarbeitungseinheit gewonnenen Rasterelektronenmikroskopbilder, wobei durch die Messdaten-Verarbeitungseinheit aus den Rasterelektronenmikroskopbildern Weißbandbreiten der Messzielstruktur ermittelbar sind, durch Differenzbildung zwischen den erfassten Weißbandbreiten ein Betrag der Änderung der Weißbandbreite ermittelbar ist und auf der Grundlage der Änderung der Weißbandbreite ein Seitenwandwinkel der Messzielstruktur ermittelbar ist.
Gemäß dem Strukturmessverfahren des oben beschriebenen Gesichtspunkts wird der Betrag der Änderung der Weißbandbreite aus den REM-Bildern ermittelt, die bei unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen aufgenommen werden. Der Betrag der Änderung der Weißbandbreite schwankt im Fall einer umgekehrt keilförmigen Struktur in Abhängigkeit vom Seitenwandwinkel. Folglich kann der Seitenwandwinkel der umgekehrt keilförmigen Struktur durch das Messverfahren des oben beschriebenen Gesichtspunkts gemessen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockschema eines Strukturmessgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2A und 2B sind Querschnittansichten zur Erläuterung, wie sich ein Betrag der Änderung einer Weißbandbreite in Abhängigkeit vom Seitenwandwinkel ändert.
3 ist ein Ablaufplan, der zeigt, wie ein Zusammenhang zwischen dem Seitenwandwinkel und dem Änderungsbetrag der Weißbandbreite bei einem Strukturmessverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gefunden wird.
4 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Messen des Seitenwandwinkels beim Strukturmessverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
5 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Messen des Seitenwandwinkels beim Strukturmessverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Messung der Weißbandbreiten betreffend Referenzstrukturen einer Versuchsprobe zeigt, wobei die horizontale Achse eine Beschleunigungsspannung angibt und die vertikale Achse die Weißbandbreite angibt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(erstes Ausführungsbeispiel)
1 ist ein Blockschema eines Strukturmessgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Dieses Strukturmessgerät 100 enthält eine Elektronenrastereinheit 10, eine Steuereinheit 20, eine Speichereinheit 23, eine Bildanzeigeeinheit 24 und eine Signalverarbeitungseinheit 25.
Davon enthält die Elektronenrastereinheit 10 eine Elektronenkanone 1. Die Elektronenkanone 1 emittiert Elektronen bei gegebener Beschleunigungsspannung. Die von der Elektronenkanone 1 emittierten Elektronen werden mit einer Kondensorlinse 2 gebündelt und dadurch in einem Elektronenstrahl 9 umgeformt. Der Elektronenstrahl 9 wird mit einer Ablenkspule 3 abgelenkt, dann mit einer Objektivlinse 4 fokussiert und auf eine Oberfläche einer Probe 7 gestrahlt. Danach wird der Elektronenstrahl 9 veranlasst, unter Verwendung der Ablenkspule 3 einen Beobachtungsbereich auf der Oberfläche der Probe 7 abzurastern.
Als Folge der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl 9 werden Sekundärelektronen von der Oberfläche der Probe 7 emittiert. Die emittierten Sekundärelektronen werden mit einem oder mit mehreren Elektronendetektoren 8 erfasst, die über einer Probenbühne 5 vorgesehen sind.
Die Signalverarbeitungseinheit 25 setzt die Beträge der erfassten Sekundärelektronen unter Verwendung eines (nicht gezeigten) AD-Umsetzers in Digitalbeträge um und ordnet die Beträge der Sekundärelektronen den Positionen der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl 9 zu, wodurch ein Sekundärelektronenbild (ein REM-Bild) der Oberfläche der Probe 7 erzeugt wird. Das von der Signalverarbeitungseinheit 25 erzeugte REM-Bild wird auf der Bildanzeigeeinheit 24 angezeigt und der Steuereinheit 20 zugeführt.
Die Steuereinheit 20 enthält eine Beschleunigungsspannungs-Einstelleinheit 21 und eine Messdaten-Verarbeitungseinheit 22. Hierbei steuert die Beschleunigungsspannungs-Einstelleinheit 21 die Beschleunigungsspannung des von der Elektronenkanone 1 emittierten Elektronenstrahls 9.
Die Steuereinheit 20 gewinnt zwei REM-Bilder, die bei zwei unter Verwendung der Beschleunigungsspannungs-Einstelleinheit 21 vorher festgelegten Beschleunigungsspannungen eingefangen wurden. In den derart gewonnenen REM-Bildern wird eine große Menge an Sekundärelektronen von einem Seitenwandbereich einer Struktur emittiert. Entsprechend erscheint eine Seitenwand hell in Form eines Streifens. In dieser Patentschrift werden die hell erscheinenden Teilbereiche als Weißband bezeichnet.
Die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 erfasst aus den zwei REM-Bildern jeweils die Breiten des Weißbands bei einer Messzielstruktur und ermittelt aus dem Unterschied zwischen den erfassten Weißbandbreiten einen Betrag der Änderung der Weißbandbreite. Dann berechnet die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 auf der Grundlage einer im Vorhinein unter Verwendung von Referenzstrukturen gemessenen Beziehung zwischen dem Seitenwandwinkel θ und dem Betrag der Änderung der Weißbandbreite einen Seitenwandwinkel θ der Messzielstruktur.
Im Folgenden werden nun die Zusammenhänge zwischen dem Seitenwandwinkel der Struktur, der Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls und der Weißbandbreite beschrieben.
Die 2A und 2B sind Querschnittansichten zur Erläuterung, wie sich die Weißbandbreiten bei umgekehrt keilförmigen Strukturen in Abhängigkeit von den Beschleunigungsspannungen ändern.
Eine in 2A gezeigte Struktur 72 ist eine umgekehrt keilförmige Struktur, die einen Seitenwandwinkel θ₁ größer 90° aufweist.
Wenn der Elektronenstrahl 9 die Struktur 72 bei einer Beschleunigungsspannung V₁ abrastert, erreicht der Elektronenstrahl 9 einen Bereich bei einer Tiefe von d₁ der Struktur 72. Dann erhöht sich der Betrag der Emission von Sekundärelektronen 9b in einem Teilbereich einer Seitenwand 72a, der dünner ist als die Tiefe d₁, wodurch in einem REM-Bild ein weißes Band erscheint, das eine Breite W₁ aufweist.
Wenn die Beschleunigungsspannung V₁ des Elektronenstrahls 9 um ΔV weiter auf eine Beschleunigungsspannung V₂ erhöht wird, erreicht der Elektronenstrahl 9 hierbei einen Bereich bei einer Tiefe d₂, der tiefer liegt als d₁. Folglich erhöht sich der Betrag der Emission von Sekundärelektronen in einem Teilbereich der Seitenwand 72a, der dünner ist als die Tiefe d₂, wodurch sich die Weißbandbreite im REM-Bild auf W₂ vergrößert.
Folglich ändert sich die Weißbandbreite bei der Struktur 72 bezüglich eines bestimmten Betrags der Änderung ΔV der Beschleunigungsspannung um ΔW = W₂ – W₁.
Indessen ist eine Struktur 73 in 2B eine umgekehrt keilförmige Struktur, die einen Seitenwandwinkel θ₂ größer 90° aufweist. Hierbei ist die Seitenwand 73a näher zur Vertikalen geneigt als die Seitenwand 72a der Struktur 72.
Wenn der Elektronenstrahl 9 die Struktur mit der Beschleunigungsspannung V₁ und der Beschleunigungsspannung V₂ abrastert, erreichen der Elektronenstrahl 9 mit der Beschleunigungsspannung V₁ und der Elektronenstrahl 9 mit der Beschleunigungsspannung V₂ jeweils die Bereiche an der Tiefe d₁ und der Tiefe d₂.
Infolge der starken Neigung der Seitenwand 73a, werden die Weißbandbreiten W₁ und W₂ bei den Beschleunigungsspannungen V₁ und V₂ schmäler als die entsprechenden Weißbandbreiten W₁ und W₂ der Struktur 72. daher wird der Betrag der Änderung ΔW (= W₂ – W₁) der Weißbandbreite der Struktur 73 schmäler als der Betrag der Änderung ΔW (= W₂ – W₁) der Weißbandbreite der Struktur 72.
Wie oben beschrieben, zeigt der aus den zwei, bei den zwei Beschleunigungsspannungen V₁ und V₂ eingefangenen REM-Bildern erhaltene Betrag der Änderung ΔW der Weißbandbreite bei der umgekehrt keilförmigen Struktur eine dem Seitenwandwinkel θ entsprechende Abweichung.
Entsprechend werden bei dem Ausführungsbeispiel die zwei, bei den zwei vorgegebenen Beschleunigungsspannungen V₁ und V₂ aufgenommenen REM-Bilder jeweils von einer Vielzahl von Referenzstrukturen mit bekannten Seitenwandwinkeln gewonnen. Dann wird im Vorhinein auf der Grundlage der REM-Bilder eine Beziehung zwischen dem Seitenwandwinkel θ und dem Betrag der Änderung ΔW der Weißbandbreite erhalten.
Ferner wird unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Seitenwandwinkel θ und dem Betrag der Änderung ΔW der Weißbandbreite ein Seitenwandwinkel einer Messzielstruktur ermittelt.
Im Folgenden werden nun bestimmte Arbeitsschritte des Ausführungsbeispiels beschrieben.
(Ermittlung der Beziehung zwischen dem Seitenwandwinkel und dem Betrag der Änderung der Weißbandbreite)
3 ist ein Ablaufplan, der zeigt, wie ein Zusammenhang zwischen dem Seitenwandwinkel und dem Änderungsbetrag der Weißbandbreite bei einem Strukturmessverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel gefunden wird.
Zuerst wird in Schritt S11 von 3 eine Vielzahl von Referenzstrukturen mit bekannten, sich voneinander unterscheidenden Seitenwandwinkeln hergestellt. Die Seitenwandwinkel der Referenzstrukturen können beispielsweise durch Untersuchung mit AFM (Atom-Kraft-Mikroskopie) erhalten werden.
Die ins Innere einer Struktur reichende Tiefe des Elektronenstrahls schwankt in Abhängigkeit von dem die Struktur bildenden Material. Entsprechend schwankt ebenso der Betrag der Änderung der Weißbandbreite in Abhängigkeit von dem Material. Folglich sind die Referenzstrukturen vorzugsweise aus demselben Material wie die Messzielstrukturen gefertigt.
Als nächstes, in Schritt S12, fährt die Steuereinheit 20 von 1 die Bühne 5 und bewegt die zu messende Referenzstruktur zuerst in ein Sichtfeld der Elektronenrastereinheit 10.
Dann, in Schritt S13, gewinnt das Strukturmessgerät 100 unter Steuerung der Steuereinheit 20 das REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₁ und das REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₂.
Als nächstes, in Schritt S14, ermittelt die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 der Steuereinheit 20 aus dem REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₁ und dem REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₂ jeweils die Weißbandbreiten der Referenzstrukturen.
Anschließend, in Schritt S15, ermittelt die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 durch Ermitteln des Unterschieds zwischen der Weißbandbreite bei der Beschleunigungsspannung V₁ und der Weißbandbreite bei der Beschleunigungsspannung V₂ den Betrag der Änderung ΔW der Weißbandbreite.
Danach, in Schritt S16, beurteilt die Steuereinheit 20, ob die Messung aller Referenzstrukturen abgeschlossen ist oder nicht.
Wenn die Steuereinheit 20 in Schritt S16 urteilt, dass die Messung aller Referenzstrukturen noch nicht abgeschlossen ist (NEIN), schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S12 voran.
Dann wird in Schritt S12 durch Fahren der Bühne 5 des Strukturmessgeräts 100 eine andere Referenzstruktur, die einen anderen Seitenwandwinkel aufweist, in das Sichtfeld der Elektronenrastereinheit 10 bewegt.
Danach wird der Arbeitsgang der Schritte S13 bis S15 wiederholt. Andererseits schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S17 voran, wenn die Steuereinheit 20 in Schritt S16 urteilt, dass die Messung aller Referenzstrukturen abgeschlossen ist (JA).
In Schritt S17 ermittelt die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 einen Betrag der Änderung der Weißbandbreite für je 1° Änderung des Seitenwandwinkels. Der Betrag der Änderung der Weißbandbreite für je 1° Änderung des Seitenwandwinkels wird im Folgenden als Referenzänderungsgrad bezeichnet. Der Referenzänderungsgrad besitzt die Dimension [Länge/Änderung].
Bei dem einfachsten Beispiel wird der Referenzänderungsgrad aus zwei Referenzstrukturen und gemäß der folgenden Formel erhalten: α = |ΔW_A – ΔW_A|/|θ_A – θ_B| (1), wobei: α der Referenzänderungsgrad, ΔW_A der Betrag der Änderung der Weißbandbreite der einen Referenzstruktur A, ΔW_B der Betrag der Änderung der Weißbandbreite der anderen Referenzstruktur B, θ_A der Seitenwandwinkel der einen Referenzstruktur A und θ_B der Seitenwandwinkel der anderen Referenzstruktur B ist.
Dann speichert die Steuereinheit 20 in Schritt S18 den Referenzänderungsgrad und die Beträge der Änderung der Weißbandbreite sowie die Seitenwandwinkel der jeweiligen Referenzstrukturen in der Speichereinheit 23 und schließt damit den Arbeitsgang der Messung der Referenzstrukturen ab.
Die REM-Bilder zum Ermitteln des Referenzänderungsgrads α kann zudem unter Verwendung eines REM-Simulators gewonnen werden. Hierbei ist der REM-Simulator eine Software, die ein REM-Bild einer Struktur durch Berechnen des Verhaltens der Sekundärelektronen vorhersagt, wenn die Struktur mit einem von einer Elektronenkanone eines Rasterelektronenmikroskops emittierten Elektronenstrahl bestrahlt wird, wobei ein Monte-Carlo-Methode verwendet wird.
Die REM-Bilder unter gewünschten Bedingungen werden mit dem REM-Simulator durch geeignetes Einstellen der Beschleunigungsspannungen des Elektronenstrahls, des Materials der Struktur und der Gestalt der Struktur gewonnen. Aus den REM-Bildern wird der Referenzänderungsgrad α ermittelt.
(Verfahren zum Messen des Seitenwandwinkels)
Als nächstes wird ein verfahren zum Messen eines Seitenwandwinkels einer Messzielstruktur beschrieben.
4 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Messen des Seitenwandwinkels beim Strukturmessverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
Zuerst, in Schritt S31 von 4, fährt die Steuereinheit 20 von 1 die Bühne 5 und bewegt die Messzielstruktur in das Sichtfeld der Elektronenrastereinheit 10.
Als nächstes, in Schritt S32, gewinnt das Strukturmessgerät 100 unter Steuerung der Steuereinheit 20 das REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₁ und das REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₂.
Dann, in Schritt S33, ermittelt die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 der Steuereinheit 20 aus dem REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₁ und dem REM-Bild bei der Beschleunigungsspannung V₂ jeweils die Weißbandbreiten der Messzielstruktur.
Als nächstes, in Schritt S34, berechnet die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 durch Ermitteln des Unterschieds zwischen der Weißbandbreite bei der Beschleunigungsspannung V₁ und der Weißbandbreite bei der Beschleunigungsspannung V₂ den Betrag der Änderung ΔW₁ der Weißbandbreite der Messzielstruktur.
Anschließend, in Schritt S35, berechnet die Steuereinheit 20 den Seitenwandwinkel θ der Messzielstruktur.
Hierbei liest die Messdaten-Verarbeitungseinheit 22 zuerst den Referenzänderungsgrad α, den Seitenwandwinkel θ_A der Referenzstruktur A und Betrag der Änderung ΔW_A der Weißbandbreite der Referenzstruktur A aus der Speichereinheit 23 aus. Dann wird der Seitenwandwinkel θ₁ der Messzielstruktur gemäß der folgenden Formel und auf der Grundlage des Referenzänderungsgrads α, des Seitenwandwinkels θ_A, des Betrag der Änderung ΔW_A der Weißbandbreite und des Betrag der Änderung ΔW₁ der Weißbandbreite berechnet: θ₁ = θ_A + (ΔW₁ – ΔW_A)/α (2).
Hierbei kann der Seitenwandwinkel θ₁ der Messzielstruktur unter Verwendung des Seitenwandwinkels θ_B und des Betrags der Änderung ΔW_B der Weißbandbreite der Referenzstruktur B anstelle des Seitenwandwinkels θ_A und des Betrags der Änderung ΔW_A der Weißbandbreite der Referenzstruktur a ermittelt werden. In diesem Fall kann der Seitenwandwinkel θ₁ der Messzielstruktur gemäß der folgenden Formel berechnet werden: θ₁ = θ_B + (ΔW₁ – ΔW_B)/α (3).
Somit ist der Seitenwandwinkel θ₁ der Messzielstruktur ermittelt. Dann wird der Arbeitsgang der Messung des Seitenwandwinkels der Messzielstruktur beendet.
Wie oben beschrieben, wird der Seitenwandwinkel der umgekehrt keilförmigen Struktur unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Seitenwandwinkel und dem Betrag der Änderung der Weißbandbreite ermittelt.
Daher kann der Seitenwandwinkel der umgekehrt keilförmigen Struktur durch zerstörungsfreie Untersuchung unter Verwendung der REM-Bilder gemessen werden. Zudem ist es gemäß dem Messverfahren des Ausführungsbeispiels möglich, den Seitenwandwinkel schneller zu messen als im Fall der Verwendung von AFM und die Seitenwandwinkel können unter Verwendung der REM-Bilder auch leicht an vielen Messpunkten ermittelt werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, dass eine vorwärts keilförmige Struktur mit einem Seitenwandwinkel gleich oder unter 90° keine Abweichung im Betrag der Änderung ΔW der Weißbandbreite zeigt, wenn sich der Seitenwandwinkel ändert.
Entsprechend kann das unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschriebene Verfahren den Seitenwandwinkel im Fall einer vorwärts keilförmigen Struktur nicht genau messen.
Es wird daher bevorzugt, zu prüfen, ob die Messzielstruktur vorwärts keilförmig oder umgekehrt keilförmig ausgebildet ist.
Ein Strukturmessverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist so entworfen, dass es vor der Berechnung des Seitenwandwinkels entscheidet, ob die Messzielstruktur umgekehrt keilförmig ist oder nicht.
5 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Messen eines Seitenwandwinkels bei dem Strukturmessverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
In 5 ist der Arbeitsgang vom Schritt S31 bis zum Schritt S34 gleich dem unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Messverfahren.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird im sich dem Schritt S34 anschließenden Schritt S40 beurteilt, ob die Messzielstruktur die umgekehrt keilförmige Struktur ist oder nicht.
Die Beurteilung, ob die Messzielstruktur umgekehrt keilförmig ist oder nicht, kann beispielsweise durch Prüfen erfolgen, ob der Betrag der Änderung ΔW der Weißbandbreite im Fall der Änderung der Beschleunigungsspannung um ΔV einen vorgegebenen Grenzwert T überschreitet oder nicht. Der Grenzwert T ist ein Betrag der Änderung der Weißbandbreite, wenn der Seitenwandwinkel auf 90° eingestellt ist, welcher unter Verwendung des Referenzänderungsgrads α sowie des Seitenwandwinkels θ_B und des Betrags der Änderung ΔW_B der Weißbandbreite der Referenzstruktur B gemäß der folgenden Formel erhalten wird: T = ΔW_B – (θ_B – 90) × α (4).
Die Messzielstruktur wird als umgekehrt keilförmig beurteilt (JA), wenn der Betrag der Änderung ΔW₁ der Weißbandbreite der Messzielstruktur den Grenzwert T übersteigt. In diesem Fall schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S35 voran.
In Schritt S35 wird der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur durch ein Verfahren berechnet, das dem in Schritt S35 von 4 beschriebenen gleich ist.
Andererseits wird in Schritt S40 von 5 geurteilt, dass die Messzielstruktur nicht umgekehrt keilförmig ist, wenn der Betrag der Änderung ΔW₁ der Weißbandbreite der Messzielstruktur kleiner als der Grenzwert T ist. In diesem Fall schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S41 voran.
In Schritt S41 wird der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur durch ein für die vorwärts keilförmige Struktur geeignetes Verfahren berechnet.
Beispielsweise kann der Seitenwandwinkel auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Stromwert des Elektronenstrahls 9 und der Weißbandbreite gemessen werden, wie es im Patentdokument 2 beschrieben ist.
Alternativ kann der Seitenwandwinkel der Struktur ermittelt werden durch: Erzeugen von Differenzialsignalen durch Differenzbildung zwischen von einer Vielzahl von in der Elektronenrastereinheit 10 angeordneten Elektronendetektoren 8 (siehe 1) zugeführten Signalen, Ermitteln der Breiten von einem unteren Ende bis zu einem oberen Ende einer Seitenwand einer Struktur auf der Grundlage der Differenzialsignale und dann auf der Grundlage der Breiten von einem unteren Ende bis zu einem oberen Ende der Seitenwand der Struktur und der Höhe der Struktur.
Wie oben beschrieben, kann der Seitenwandwinkel gemäß dem Ausführungsbeispiel selbst dann gemessen werden, wenn in der Messzielstruktur die vorwärts keilförmige Struktur enthalten ist.
Als nächstes wird ein Versuchsergebnis einer tatsächlichen Messung eines Seitenwandwinkels auf der Grundlage des Strukturmessverfahrens des oben beschrieben Ausführungsbeispiels erläutert.
Zuerst wurden auf einem aus Quarzglas gefertigten Photomaskensubstrat zwei aus Chrom gefertigte Linienstrukturen als Referenzstrukturen ausgebildet. Die Seitenwandwinkel der Linienstrukturen wurden unter Verwendung von AFM gemessen. Der Seitenwandwinkel der Referenzstruktur A₁ betrug 110° und der Seitenwandwinkel der Referenzstruktur B₁ betrug 95°.
Als nächstes wurden von der Referenzstruktur A₁ und der Referenzstruktur B₁ jeweils die REM-Bilder bei einer Beschleunigungsspannung von 1000 V und einer Beschleunigungsspannung von 2000 V gewonnen und aus den REM-Bildern wurden die Weißbandbreiten ermittelt.
6 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Messung der Weißbandbreiten bezüglich der Referenzstrukturen im Versuchsbeispiel zeigt, wobei die horizontale Achse die Beschleunigungsspannung angibt und die vertikale Achse die Weißbandbreite angibt.
Wie in 6 gezeigt, betrug die Weißbandbreite der Struktur A₁ bei der Beschleunigungsspannung von 1000 V 28,4 nm und die Weißbandbreite der Struktur A₁ bei der Beschleunigungsspannung von 2000 V betrug 40,3 nm.
Aus diesen Ergebnissen wird ein Betrag der Änderung ΔW_A1 der Weißbandbreite der Struktur A₁ zwischen den Beschleunigungsspannungen von 1000 V und 2000 V zu 40,3 nm – 28,4 nm = 11,9 nm erhalten.
Indessen betrug die Weißbandbreite der Struktur B₁ bei der Beschleunigungsspannung von 1000 V 21,4 nm und die Weißbandbreite der Struktur B₁ bei der Beschleunigungsspannung von 2000 V betrug 26,5 nm.
Aus diesen Ergebnissen wird ein Betrag der Änderung ΔW_B1 der Weißbandbreite der Struktur B₁ zwischen den Beschleunigungsspannungen von 1000 V und 2000 V zu 26,5 nm – 21,4 nm = 5,1 nm erhalten.
Als nächstes wurde der Referenzänderungsgrad α wie unten beschrieben auf der Grundlage der Seitenwandwinkel sowie der Beträge der Änderung der Weißbandbreite der jeweiligen Strukturen A₁ und B₁ gemäß der Formel (1) erhalten: α = (11,9 nm – 5,1 nm)/(110° – 95°) = 0,45 [nm/Grad].
Dann wurde der zur Beurteilung, ob eine Struktur umgekehrt keilförmig ist oder nicht, verwendete Grenzwert T erhalten.
Der Grenzwert T wurde gemäß der folgenden Berechnung durch Zuweisen des Werts 95° des Seitenwandwinkels der Struktur B₁ zum Parameter θ_B, Zuweisen des Werts 5,1 nm des Betrags der Änderung der Weißbandbreite der Struktur B₁ zum Parameter ΔW_B und Zuweisen des Werts 0,45 [nm/Grad] zum Referenzänderungsgrad α in Formel (4): T = 5,1 – (95 – 90) × 0,45 = 2,85 nm.
Als nächstes wurde die Messzielstruktur vermessen.
Zuerst wurden von der Messzielstruktur die REM-Bilder bei der Beschleunigungsspannung von 1000 V und der Beschleunigungsspannung von 2000 V gewonnen und aus den REM-Bildern wurden die Weißbandbreiten der Messzielstruktur ermittelt.
Im Ergebnis betrug die Weißbandbreite bei der Beschleunigungsspannung von 1000 V 26,7 nm und die Weißbandbreite bei der Beschleunigungsspannung von 2000 V betrug 33,7 nm.
Entsprechend wurde der Betrag der Änderung der Weißbandbreite der Messzielstruktur zwischen den Beschleunigungsspannungen von 1000 V und 2000 V zu 7,0 nm ermittelt.
Dieser Betrag der Änderung ist größer als der Wert 2,85 nm des Grenzwerts T. Daher stellt sich heraus, dass die Messzielstruktur eine umgekehrt keilförmige Struktur ist.
Als nächstes wurde der Seitenwandwinkel θ₁ der Messzielstruktur gemäß der Formel (3) berechnet: θ₁ = 95° + (7,0° – 5,1°)/(0,45 [nm/°] = 92,2°.
Somit wurde der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur zu 99,2° ermittelt.
Indessen wurde der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur unter Verwendung des AFM gemessen. Das Ergebnis ergab sich zu 99°.
Somit bestätigte sich, dass mit dem Verfahren zur Messung eines Seitenwandwinkels gemäß dem Ausführungsbeispiel das gleiche Ergebnis erzielt werden kann wie mit der Messung unter Verwendung von AFM.
Das oben in den Ausführungsbeispielen beschriebene Strukturmessverfahren und Strukturmessgerät sind in der Lage, schnell eine Untersuchung eines Seitenwandwinkels einer umgekehrt keilförmigen Struktur, wie etwa einer Photomaske, auszuführen. Daher sind das Verfahren und das Gerät für das Herstellungsprozessmanagement geeignet, das Strukturätzbedingungen und dergleichen beinhaltet.
Darüber hinaus sind das Verfahren und das Gerät in der Lage, eine zerstörungsfreie Untersuchung auszuführen und deshalb das Vorkommen von Abfallprodukten zu vermeiden, wenn die Probenuntersuchung der Produkte durchgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10170530 A [0005]
JP 200871312 A [0005]

Claims

Strukturmessverfahren, umfassend die folgenden Schritte: Gewinnen von Rasterelektronenmikroskopbildern einer Messzielstruktur jeweils bei wenigstens zwei vorgegebenen Beschleunigungsspannungen, Ermitteln der Weißbandbreiten der Messzielstruktur aus den Rasterelektronenmikroskopbildern, Ermitteln eines Betrags der Änderung der Weißbandbreite durch Differenzbildung zwischen den ermittelten Weißbandbreiten und Ermitteln eines Seitenwandwinkels der Messzielstruktur auf der Grundlage des Betrags der Änderung der Weißbandbreite.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur auf der Grundlage einer im Vorhinein unter Verwendung einer Referenzstruktur mit bekanntem Seitenwandwinkel erhaltenen Beziehung zwischen einem Seitenwandwinkel und einem Betrag der Änderung der Weißbandbreite berechnet wird.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 2, bei dem das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst, um im Vorhinein die Beziehung zwischen dem Seitenwandwinkel und dem Betrag der Änderung der Weißbandbreite zu erhalten: Gewinnen von Rasterelektronenmikroskopbildern einer ersten Referenzstruktur mit einem ersten Seitenwandwinkel und von Rasterelektronenmikroskopbildern einer zweiten Referenzstruktur mit einem zweiten Seitenwandwinkel bei wenigstens zwei vorgegebenen Beschleunigungsspannungen, Ermitteln der Weißbandbreiten der ersten Referenzstruktur und der zweiten Referenzstruktur aus den Rasterelektronenmikroskopbildern, Berechnen eines Betrags der Änderung der Weißbandbreite der ersten Referenzstruktur und eines Betrags der Änderung der Weißbandbreite der zweiten Referenzstruktur zwischen den verschiedenen Beschleunigungsspannungen durch Differenzbildung der ermittelten Weißbandbreiten und Ermitteln eines Referenzänderungsgrads, der einen Betrag der Änderung der Weißbandbreite pro Einheitswinkel des Seitenwandwinkels durch Teilen einer Differenz zwischen dem Betrag der Änderung der Weißbandbreite der ersten Referenzstruktur und dem Betrag der Änderung der Weißbandbreite der zweiten Referenzstruktur durch eine Differenz zwischen dem Seitenwandwinkel der ersten Referenzstruktur und dem Seitenwandwinkel der zweiten Referenzstruktur.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur berechnet wird nach θ₁ = θ_A + (ΔW₁ – ΔW_A)/α wobei θ_A der erste Seitenwandwinkel, ΔW_A der Betrag der Änderung der Weißbandbreite der ersten Referenzstruktur, ΔW₁ der Betrag der Änderung der Weißbandbreite der Messzielstruktur, α der Referenzänderungsgrad und θ₁ der Seitenwandwinkel der Messzielstruktur ist.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Messzielstruktur und die Referenzstruktur aus demselben Material gefertigt sind.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 3, bei dem die Rasterelektronenmikroskopbilder der Referenzstrukturen durch Berechnung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskop-Simulators gewonnen werden.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Messzielstruktur und die Referenzstruktur breite umgekehrt keilförmige Strukturen sind.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt: Beurteilen, ob die Messzielstruktur umgekehrt keilförmig ist oder nicht, vor dem Schritt des Ermittelns eines Seitenwandwinkels der Messzielstruktur, wobei die Beurteilung auf der Grundlage des Betrags der Änderung der Weißbandbreite der Messzielstruktur vorgenommen wird.
Strukturmessgerät, enthaltend: eine Elektronenrastereinheit zum Abrastern einer Messzielstruktur mit einem Elektronenstrahl bei wenigstens zwei vorgegebenen Beschleunigungsspannungen, eine Signalverarbeitungseinheit zum Gewinnen eines Rasterelektronenmikroskopbildes auf der Grundlage von Sekundärelektronen, die jeweils durch das Abrastern mit dem Elektronenstrahl bei den vorgegebenen Beschleunigungsspannungen erzeugt werden, eine Messdaten-Verarbeitungseinheit zum Ermitteln eines Seitenwandwinkels der Messzielstruktur auf der Grundlage der durch die Signalverarbeitungseinheit gewonnenen Rasterelektronenmikroskopbilder, wobei durch die Messdaten-Verarbeitungseinheit aus den Rasterelektronenmikroskopbildern Weißbandbreiten der Messzielstruktur ermittelbar sind, durch Differenzbildung zwischen den erfassten Weißbandbreiten ein Betrag der Änderung der Weißbandbreite ermittelbar ist und auf der Grundlage der Änderung der Weißbandbreite ein Seitenwandwinkel der Messzielstruktur ermittelbar ist.