JP2007078537A - Electron beam dimension measuring device and electron beam dimension measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子ビームを試料に照射して試料を観察する電子ビーム寸法測定装置及び電子ビーム寸法測定方法に関する。 The present invention relates to an electron beam size measuring apparatus and an electron beam size measuring method for observing a sample by irradiating the sample with an electron beam.
半導体装置の製造工程において、電子顕微鏡等の電子ビーム装置による試料の観察や、パターンの線幅等の測定が行われている。電子ビーム装置による試料の観察や測定では、観察する部分に電子ビームを照射させながら走査して、二次電子等の電子量を輝度に変換して表示装置に画像として表示している。 In the manufacturing process of a semiconductor device, observation of a sample by an electron beam apparatus such as an electron microscope and measurement of a line width of a pattern are performed. In the observation and measurement of a sample using an electron beam device, scanning is performed while irradiating the observation portion with an electron beam, and the amount of electrons such as secondary electrons is converted into luminance and displayed on the display device as an image.
このように試料を観察したり測定する際に、電子ビームを照射するが、この電子ビームの照射によって試料表面が帯電する現象が発生する。帯電とは、試料に入射する荷電粒子と放出される荷電粒子が有する電荷の差によって、照射面が正または負になる現象である。試料表面が帯電すると、試料から放出された二次電子が加速されたり引き戻されたりして二次電子放出の効率が変化し、試料表面の画像の質が不安定になるという問題がある。また、試料表面の帯電が進行すると、一次電子ビームを偏向させてしまい、画像に歪みを生じさせてしまう場合がある。 In this way, when observing or measuring a sample, an electron beam is irradiated, and a phenomenon occurs in which the surface of the sample is charged by the irradiation of the electron beam. Charging is a phenomenon in which an irradiation surface becomes positive or negative depending on a difference between charged particles incident on a sample and emitted charged particles. When the sample surface is charged, the secondary electrons emitted from the sample are accelerated or pulled back, changing the efficiency of secondary electron emission, resulting in unstable image quality on the sample surface. Further, when the charging of the sample surface proceeds, the primary electron beam may be deflected and the image may be distorted.
このような問題に対し、試料表面上の帯電を防止する方法が種々提案されている。 Various methods for preventing charging on the sample surface have been proposed for such problems.
これに関する技術として、特許文献1には、二次電子の収率が1より大きくなる電圧と1より小さくなる電圧を利用して試料表面の帯電を均一化する方法が開示されている。また、特許文献2には、試料表面に紫外線を照射して帯電を中和する方法が開示されている。また、特許文献3には、二次電子及び紫外線を利用して試料表面の帯電を均一化する方法が開示されている。さらに、特許文献4には、外付けのフラッドガンを使用して、観察部位の帯電を中和する方法が開示されている。
上記したように、電子ビーム装置における試料の観察において、試料表面が帯電する現象が発生するが、例えばウエハのように試料を電気的に接続できる場合には、電気的に接続されたウエハ上の導体を接地することにより、試料の帯電現象を防止することができ、特に問題にはならない。 As described above, in the observation of the sample in the electron beam apparatus, the phenomenon that the sample surface is charged occurs. For example, when the sample can be electrically connected like a wafer, the sample is electrically connected to the electrically connected wafer. By grounding the conductor, the charging phenomenon of the sample can be prevented, and there is no particular problem.
しかし、試料が非導電性の場合や、導電性の材料が使用されていても接地することができない場合には試料表面の帯電現象が発生する。例えば、半導体の露光の原盤として用いられるフォトマスクの寸法を測定する場合には、帯電が発生してしまう。 However, if the sample is non-conductive or cannot be grounded even if a conductive material is used, a charging phenomenon of the sample surface occurs. For example, when measuring the dimensions of a photomask used as a master for semiconductor exposure, charging occurs.
フォトマスクの寸法を測定し管理する必要のある状態として、次の2つの状態が考えられる。一つは、配線の製造途中過程であるガラス基板の上全体にクロム等の導体があり、その上にクロムへ配線をエッチングするためのレジスト配線がある状態である。二つめは、配線の製造工程が完了した状態であり、ガラス基板の上にクロム等の導体でできた配線がある状態である。 The following two states can be considered as states in which the dimensions of the photomask need to be measured and managed. One is a state in which there is a conductor such as chrome on the entire glass substrate, which is in the process of manufacturing the wiring, and a resist wiring for etching the wiring on the chrome on the conductor. The second is a state in which the manufacturing process of the wiring is completed, and there is a state where there is a wiring made of a conductor such as chromium on the glass substrate.
特に、クロムをエッチングする直前の状態では、ガラス基板上の全体にクロム等の導体の層があるため、ある場所で電子ビームを照射して帯電が発生すると、基板上全体の導体の層が帯電するため、別の場所の観察や寸法測定にも影響を及ぼしてしまう。また、一つの場所での帯電が微小であっても、数百〜数千の場所に電子ビームを照射すれば、最終的には大きな帯電となり、最初に測定した寸法と最後に測定した寸法の相関が取れなくなってしまう。 In particular, in the state immediately before etching chrome, there is a conductor layer such as chrome on the entire glass substrate. Therefore, when charging occurs by irradiating an electron beam at a certain place, the entire conductor layer on the substrate is charged. Therefore, it will affect the observation of other places and the dimension measurement. Even if the charge at one place is very small, if you irradiate hundreds to thousands of places with an electron beam, it will eventually become a large charge, with the first measured dimension and the last measured dimension. Correlation becomes impossible.
上記した、二次電子を利用して試料表面の帯電を均一化する方法では、試料の材質に依存した二次電子の発生効率を考慮して電位を調整し、試料表面の帯電を均一化している。しかし、二次電子の発生効率は試料材質に依存するため、異なる材質で試料表面が構成されている場合には、試料ごとの帯電が均一化されたとしても、異なる試料間の電位が異なってしまう。このため、異なる試料間で電界が変化し、一次電子ビームに力が作用して、照射領域のサイズが変化するため、精度良く寸法管理を行うことが出来ない。 In the above-described method of making the surface of the sample uniform using secondary electrons, the potential is adjusted in consideration of the generation efficiency of secondary electrons depending on the material of the sample, and the surface of the sample is made uniform. Yes. However, since the generation efficiency of secondary electrons depends on the sample material, if the sample surface is composed of different materials, the potential between different samples differs even if the charge of each sample is uniform. End up. For this reason, the electric field changes between different samples, and the force acts on the primary electron beam to change the size of the irradiation region, so that the size management cannot be performed with high accuracy.
また、紫外線を照射して試料の帯電を中和する方法では、測定対象がレジスト材の場合には適用できない。紫外線照射によりレジスト材が変化してしまうからである。 Further, the method of neutralizing the charge of the sample by irradiating with ultraviolet rays cannot be applied when the measurement target is a resist material. This is because the resist material changes due to ultraviolet irradiation.
また、外付けのフラッドガンを使用した場合は、観察部位を中心とした広範囲にわたって均一に帯電を中和することが困難である。これは、試料と電子顕微鏡鏡筒との間隔が狭く、フラッドガンからの電子照射を測定部位に導くことが困難であり、均一な中和ができないためである。 In addition, when an external flood gun is used, it is difficult to uniformly neutralize charging over a wide range centering on the observation site. This is because the distance between the sample and the electron microscope column is narrow, it is difficult to guide the electron irradiation from the flood gun to the measurement site, and uniform neutralization cannot be performed.
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、試料の材質に依存することなく試料表面の電位を一定にして精度よく試料を測定することのできる電子ビーム寸法測定装置及び電子ビーム寸法測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides an electron beam size measuring apparatus and an electron beam that can accurately measure a sample with a constant potential on the surface of the sample without depending on the material of the sample. An object is to provide a dimension measuring method.
上記した課題は、電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射手段と、前記試料から放出される電子を検出する検出手段と、前記電子ビーム照射手段に前記試料から二次電子が放出する電圧よりも低い加速電圧で電子ビームを照射させ、前記検出手段からの信号に基づき前記試料の表面が一定の電位になったと判定したときに前記電子ビームの照射を停止させる制御手段とを有することを特徴とする電子ビーム寸法測定装置により解決する。 The above-described problems include an electron beam irradiation unit that irradiates the surface of the sample with an electron beam, a detection unit that detects electrons emitted from the sample, and a voltage at which secondary electrons are emitted from the sample to the electron beam irradiation unit. Control means for irradiating the electron beam at a lower acceleration voltage and stopping the irradiation of the electron beam when it is determined that the surface of the sample is at a constant potential based on a signal from the detection means. This is solved by a characteristic electron beam size measuring device.
また、上記した電子ビーム寸法測定装置において、前記制御手段は、前記電子ビーム照射手段に、前記電子ビームを試料の表面全体に照射させるようにしてもよいし、前記電子ビームを試料の測定部位を中心とした所定の範囲に照射させるようにしてもよい。 In the electron beam size measuring apparatus, the control unit may cause the electron beam irradiation unit to irradiate the entire surface of the sample with the electron beam irradiation unit, or the electron beam may be applied to the measurement site of the sample. You may make it irradiate to the predetermined range centered.
また、上記した課題は、測定対象の試料の帯電電位を基に電子ビームの加速電圧を求めるステップと、前記試料の表面に前記加速電圧で電子ビームを照射するステップと、前記試料の表面が一定電位になったとき、前記電子ビームの照射を停止するステップと、前記電子ビームの電位を前記試料から二次電子が放出される電位に切り換えるステップとを含むことを特徴とする電子ビーム寸法測定方法により解決する。 In addition, the above-described problems include a step of obtaining an electron beam acceleration voltage based on a charged potential of a sample to be measured, a step of irradiating the surface of the sample with an electron beam at the acceleration voltage, and a surface of the sample being constant. An electron beam size measuring method comprising: stopping irradiation of the electron beam when a potential is reached; and switching the potential of the electron beam to a potential at which secondary electrons are emitted from the sample. To solve.
上記した電子ビーム寸法測定方法において、前記電子ビームの加速電圧を求めるステップと前記試料の表面に前記加速電圧で電子ビームを照射するステップに代えて、測定対象の試料を正の電位に帯電させるステップと、前記試料の表面に所定の負の電位で電子ビームを照射するステップとを含むようにしてもよい。 In the above-described electron beam size measuring method, instead of the step of obtaining the acceleration voltage of the electron beam and the step of irradiating the surface of the sample with the electron beam at the acceleration voltage, the step of charging the sample to be measured to a positive potential And irradiating the surface of the sample with an electron beam at a predetermined negative potential.
本発明では、測定対象となる試料の表面に試料が帯電している電位よりも低く、二次電子の出ない加速電圧で電子ビームを照射している。このような電子ビームを照射することにより、電子ビームの負電荷は試料に吸収されるが、電子ビームを照射し続けることにより試料は電子ビームの加速電圧と同電位に帯電する。これにより、試料表面の電位が一定に保たれ、電子ビームの軌道が一定になり、照射範囲が一定になる。 In the present invention, the electron beam is irradiated with an acceleration voltage that is lower than the potential at which the sample is charged on the surface of the sample to be measured and does not emit secondary electrons. By irradiating such an electron beam, the negative charge of the electron beam is absorbed by the sample, but by continuing to irradiate the electron beam, the sample is charged to the same potential as the acceleration voltage of the electron beam. As a result, the potential of the sample surface is kept constant, the trajectory of the electron beam is constant, and the irradiation range is constant.
また、本発明では、試料の表面の電位を一定にするために特別に帯電を制御する電極を設けることなく、電子ビーム寸法測定装置の電子銃(電子ビーム照射手段)の電位を制御して一定電位の電子ビームを発生させている。このため、電位を一定にする処理を行っている場合でも、通常の操作で容易に試料表面の電子像を取得することができる。これにより、電位が一定になる過程を電子像により確認することも可能となる。 Further, in the present invention, the potential of the electron gun (electron beam irradiation means) of the electron beam dimension measuring device is controlled to be constant without providing an electrode for controlling charging specifically in order to make the surface potential of the sample constant. A potential electron beam is generated. For this reason, even when the process of making the potential constant is performed, an electron image of the sample surface can be easily obtained by a normal operation. Thereby, it is possible to confirm the process in which the electric potential becomes constant by an electronic image.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
はじめに、電子ビーム寸法測定装置の構成について説明する。次に、本発明の特徴である試料表面の電位を一定にする処理について説明する。次に、電子ビーム寸法測定装置を用いた電子ビーム寸法測定方法について説明する。最後に、本発明に係る電子ビーム寸法測定装置によって、試料の表面を一定電位にした実施例について説明する。 First, the configuration of the electron beam dimension measuring apparatus will be described. Next, a process for making the potential of the sample surface constant, which is a feature of the present invention, will be described. Next, an electron beam dimension measuring method using the electron beam dimension measuring apparatus will be described. Finally, an embodiment in which the surface of the sample is set to a constant potential by the electron beam size measuring apparatus according to the present invention will be described.
(電子ビーム寸法測定装置の構成)
図1は、本実施形態に係る電子ビーム寸法測定装置の構成図である。
(Configuration of electron beam size measuring device)
FIG. 1 is a configuration diagram of an electron beam dimension measuring apparatus according to the present embodiment.
この電子ビーム寸法測定装置100は、電子走査部10と、信号処理部30と、表示部40と、電子走査部10、信号処理部30及び表示部40の各部を制御する制御部20とに大別される。このうち、電子走査部10は、電子鏡筒部(コラム)15と試料室16とで構成される。電子鏡筒部15は、電子銃(電子ビーム照射手段)1とコンデンサレンズ2と偏向コイル3と対物レンズ4とを有し、試料室16は、ウエハステージ移動部5とウエハステージ6とを有している。試料室16はウエハステージ6を移動させるためのモーター(不図示)、及び試料室16内を所定の減圧雰囲気に保持するための真空排気ポンプ(不図示)がそれぞれ接続されている。
The electron beam
電子銃1から照射された電子ビーム9をコンデンサレンズ2、偏向コイル3、対物レンズ4を通してウエハステージ6上の試料7に照射するようになっている。
An
電子ビーム9が照射されて試料7から出た二次電子又は反射電子の量は、シンチレータ等で構成される電子検出器(検出手段)8によって検出され、信号処理部30においてその検出量がAD変換器によってデジタル量に変換され、さらに輝度信号に変換されて表示部40で表示される。
The amount of secondary electrons or reflected electrons emitted from the
偏向コイル3の電子偏向量と表示部40の画像スキャン量は制御部20によって制御される。
The electronic deflection amount of the
制御部20は、例えばマイクロコンピュータで構成され、測長を実行するためのプログラムが格納されている。また、制御部20は電子ビーム9の加速電圧を決定し、電気的に接続されている電子銃1に対して加速電圧を印加する。
The
以上のように構成した電子ビーム寸法測定装置100において、ウエハステージ6上に載置された試料7の観察に先立って、試料7から二次電子が放出されない程度の低い電位の電子ビーム9を試料7の表面に照射する。この電子ビーム9を照射し、試料7の帯電電位が一定になった後に、試料7の観察又は測長を行う。
In the electron beam
(試料表面の電位を一定にする処理)
試料7の観察又は測長に先立って、上記の処理を行うことにより、試料7の表面の電位が一定に保たれる。この原理を以下に示す。
(Treatment to make the sample surface potential constant)
Prior to the observation or measurement of the
図2は、一次電子のエネルギーと二次電子放出比との関係を模式的に示したものである。図2に示すように、二次電子放出比は、一次電子のエネルギーが低いエネルギーから増加するに従って増加し、一次電子のエネルギーがE1になったときに1になる。さらに一次電子のエネルギーを増加すると、一次電子のエネルギーがEmになったとき、二次電子放出比が最大となり、一次電子エネルギーがE2を越えると再び二次電子放出比は1より小さくなる。ここで、E1、Em、E2の値は、試料の材質に依存して変化するが、Emの値はほぼ500eVから1000eVの間になることが知られている。 FIG. 2 schematically shows the relationship between the energy of primary electrons and the secondary electron emission ratio. As shown in FIG. 2, the secondary electron emission ratio increases as the energy of the primary electrons increases from the low energy, and becomes 1 when the energy of the primary electrons becomes E1. When the primary electron energy is further increased, the secondary electron emission ratio becomes maximum when the primary electron energy becomes Em. When the primary electron energy exceeds E2, the secondary electron emission ratio becomes smaller than 1 again. Here, the values of E1, Em, and E2 vary depending on the material of the sample, but it is known that the value of Em is approximately between 500 eV and 1000 eV.
図3は、二次電子放出比と試料の絶縁膜表面の帯電状態の関係を模式的に示したものである。図3(a)は、試料の二次電子放出比が1より大きい場合である。二次電子放出比が1より大きい範囲では、試料7から放出される二次電子52の数が試料に入射する一次電子51の数よりも多いため、試料7の表面は正に帯電する。一方、図3(b)は、二次電子放出比が1より小さい場合であり、図2において一次電子エネルギーがE1より低いか、またはE2より高い場合に対応している。二次電子放出比が1より小さい範囲では、試料7の表面に電子が多く残るため、試料7の表面は負に帯電する。
FIG. 3 schematically shows the relationship between the secondary electron emission ratio and the charged state of the insulating film surface of the sample. FIG. 3A shows a case where the secondary electron emission ratio of the sample is larger than 1. In the range where the secondary electron emission ratio is larger than 1, the number of
一次電子のエネルギーが十分大きく、二次電子放出比が1より小さい場合には、試料7の表面が負に帯電するため、一次電子は試料7の付近で減速する。この帯電は、二次電子放出比が1に近づくまで進行することになる。このとき帯電電圧はE2と一次電子エネルギーの差となり、大きな負の値(例えば、−100Vを超える値)に帯電する場合もある。このような帯電が発生すると、二次電子像が大きく歪み、測長誤差が増大する。
When the energy of the primary electrons is sufficiently large and the secondary electron emission ratio is smaller than 1, the surface of the
一方、二次電子放出比が1より大きい場合には試料7の表面が正に帯電するが、数V帯電すると数eVのエネルギーしか持たない二次電子53は試料7の表面に引き戻されるようになる。一次電子と表面に引き戻される二次電子とをあわせた入射電流と放出される二次電子による放出電流とがつりあい、それ以上帯電が進行しない。このため、試料7の観察等には二次電子放出比が1より大きくなる範囲が採用されている。
On the other hand, when the secondary electron emission ratio is greater than 1, the surface of the
この場合、試料7として複数の材質が使用されていると、二次電子52の発生効率は材質によって異なるため、試料7の表面で電位が一定になるとは限らない。そこで、帯電を均一化することが必要となるが、従来の帯電を均一化する方法では、二次電子放出比を1にして、帯電を防止するように、加速電圧を設定するようにしている。しかし、試料7の材質によって二次電子52の発生効率が1になる加速電圧が異なるため、加速電圧を調整しながら二次電子発生効率が1になるような加速電圧にしなければならず、加速電圧の設定が困難である。
In this case, when a plurality of materials are used as the
本実施形態では、一次電子のエネルギーが小さく、二次電子放出比が1より小さい場合に着目した。 In the present embodiment, attention is paid to the case where the energy of the primary electrons is small and the secondary electron emission ratio is smaller than 1.
一次電子のエネルギーが小さく、二次電子放出比が1より小さい場合、試料7の表面が負に帯電する。試料の帯電電位が加速電圧の電位よりも高い間は、一次電子の負電荷が試料に吸収され、試料の帯電電位は次第に電位が下がって行く。最終的には、試料の帯電電位は一次電子の加速電圧と同じ電位になる。試料の電位が加速電圧の電位と同じになれば、それ以上電荷が試料に吸収されることはなくなる。
When the primary electron energy is small and the secondary electron emission ratio is smaller than 1, the surface of the
例えば、図4に示すようなガラス基板7aの上の導体で形成された配線パターン7bが+30Vに帯電しているとき、この試料7に電源60を調整して加速電圧が−10Vの電子ビーム9を照射する場合を考える。図4(a)に示すように、電子ビーム9の負電荷は、加速電圧に対して正に帯電している試料7bに吸収される。図4(b)に示すように、負電荷を吸収した試料7bは、+30Vから徐々に電位が下がり、帯電電位は0Vになる。さらに電子ビーム9の照射を続けると、図4(c)に示すように、試料7bは、加速電圧と同じ−10Vまで電位が下がる。このとき、試料7bの帯電電位が−10Vの加速電圧と同電位になるため、電子ビーム9の電荷を吸収することなく、すべて押し返すことになる。この時点で、試料7bの電位が一定になる。
For example, when a
このようにして電位を一定にする方法では、試料7の材質に依存することはない。つまり、加速電圧の値だけによって一定電位が決まることになる。
In this way, the method of making the potential constant does not depend on the material of the
なお、上記の説明では、電子ビームの加速電圧を−10Vとしたが、二次電子が発生しない低い電位であれば良く、例えば、試料7によっては0Vでもよいし、+10Vでも良い。例えば、加速電圧を+10Vとすれば、一定電位も+10Vとなる。
In the above description, the acceleration voltage of the electron beam is set to −10V, but may be a low potential that does not generate secondary electrons. For example, depending on the
また、上記したように、試料は電子ビームの負電荷を吸収して電位を一定にするため、電位を一定にする前の試料の帯電電位は、電位を一定にした後の電位より高いことが必要となる。 In addition, as described above, since the sample absorbs the negative charge of the electron beam and makes the potential constant, the charged potential of the sample before making the potential constant may be higher than the potential after making the potential constant. Necessary.
また、上記の説明では、試料の電位が一定になる電位は、加速電圧と同電位になるときとしたが、実際には電子のエネルギーが加速電圧に相当するエネルギーだけではなく、電子銃から放出されるために与えられるエネルギーが加えられていることも考えられる。この場合には、実際に電子が電子銃から放出されたエネルギー相当の電位で一定になる。 In the above description, the potential at which the potential of the sample is constant is assumed to be the same potential as the acceleration voltage. However, actually, the energy of electrons is not only the energy corresponding to the acceleration voltage, but also emitted from the electron gun. It is conceivable that the energy given to be added is added. In this case, the potential becomes constant at a potential corresponding to the energy actually emitted from the electron gun.
このように、電子ビームの加速電圧を試料から二次電子が放出しない程度の低い電圧にすることにより、試料表面を一定にする電位を電子ビームの加速電圧の値だけで決定することができる。このため、二次電子が放出される加速電圧の場合には、材質によって二次電子放出比の異なる電位を制御することが困難であったが、容易に一定電位を決定することが可能となる。 In this way, by setting the acceleration voltage of the electron beam to a voltage that is low enough not to emit secondary electrons from the sample, the potential for making the sample surface constant can be determined only by the value of the acceleration voltage of the electron beam. For this reason, in the case of an accelerating voltage at which secondary electrons are emitted, it has been difficult to control potentials having different secondary electron emission ratios depending on the material, but a constant potential can be easily determined. .
(電子ビーム寸法測定方法)
次に、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置100を用いて試料7上の電位を一定にして試料7の測長をする方法について図5のフローチャートを用いて説明する。
(Electron beam dimension measurement method)
Next, a method for measuring the length of the
ここでは、試料7の測定毎に試料7上の電位を一定にする処理を行うものとする。また電子ビーム寸法測定装置として電子顕微鏡を使用するものとする。
Here, it is assumed that a process of making the potential on the
まず、ステップS11において、初期設定をする。この初期設定において、試料7上の電位を測定し、その測定値から電子ビームの加速電圧を決定する。
First, in step S11, initialization is performed. In this initial setting, the potential on the
次に、ステップS12において、ステップS11で決定した加速電圧の電子ビームを試料上に照射する。この電子ビームを照射する範囲は、試料全体にわたって照射する。 Next, in step S12, the electron beam having the acceleration voltage determined in step S11 is irradiated onto the sample. The electron beam is irradiated over the entire sample.
なお、電子ビームを照射する範囲は、測定部位を中心とし、例えば電子顕微鏡のレンズに影響を及ぼす範囲だけに照射するようにしてもよい。 It should be noted that the range in which the electron beam is irradiated may be irradiated only in a range that affects the lens of the electron microscope, for example, with the measurement site as the center.
次に、ステップS13において、ステップS12の電子ビームの照射によって、試料上の電位が一定になったか否かを判定する。試料上の電位が一定になったと判定された場合は、次のステップS14に移行し、試料上の電位が一定になっていないと判定された場合は、ステップS12に戻り試料上への電子ビームの照射を継続する。 Next, in step S13, it is determined whether or not the potential on the sample has become constant by the electron beam irradiation in step S12. If it is determined that the potential on the sample has become constant, the process proceeds to the next step S14. If it is determined that the potential on the sample has not become constant, the process returns to step S12 to return the electron beam onto the sample. Continue irradiation.
試料上の電位が一定になったか否かの判定は、例えば次のようにして行う。 Whether or not the potential on the sample has become constant is determined as follows, for example.
本実施形態では、電子ビーム9の照射を、寸法測定を行う電子ビーム寸法測定装置100(電子顕微鏡)そのもので行うため、電子ビーム9による電子顕微鏡像を観察することができる。このため、試料7の表面の電位が一定になっていない段階では、試料7の表面の形状や材質に基づいた情報を含んだ電子顕微鏡像を取得することができる。また、電子ビーム9を照射しているため、電子ビーム9の照射により電位が一定に至る過程の電子顕微鏡像を得ることができる。電位が一定に至った段階では、電子ビーム9が試料に到達することができなくなり、試料表面の形状等の情報を持たなくなる。従って、それ以降は、電子顕微鏡像に変化が見られなくなる。このように、試料から得られる情報がなくなり、電子顕微鏡像に変化が見られなくなったとき、電位が一定になったと判定することができる。例えば、制御部20が、電子顕微鏡像を信号処理部30に信号処理させ、ある時点の画像と所定の時間経過後の画像との間で変化がないときに、制御部20は試料7の表面の電位が一定になったと判定する。
In this embodiment, since the
なお、本実施形態では、試料7から二次電子が放出されない程度の加速電圧をかけているために、電子顕微鏡像として得られる画像は主に二次電子以外の電子から得られる画像である。
In the present embodiment, since an acceleration voltage is applied so that secondary electrons are not emitted from the
次のステップS14では、電位を一定にするために行った電子ビームの照射を停止する。 In the next step S14, the electron beam irradiation performed to keep the potential constant is stopped.
次のステップS15では、電子ビーム寸法測定装置を測長モードに切替える。ここで、測長モードへの切替えには、電位を一定にする処理において設定した加速電圧を通常の測長で使用する加速電圧、例えば、500Vから2kVに設定することを含んでいる。 In the next step S15, the electron beam dimension measuring device is switched to the length measuring mode. Here, switching to the length measurement mode includes setting the acceleration voltage set in the process of making the potential constant from an acceleration voltage used in normal length measurement, for example, from 500 V to 2 kV.
次のステップS16で、実際に試料7の測長を行う。
In the next step S16, the
以上説明したように、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置を用いた測定方法では、試料の寸法の測定に先立って、試料上の電位を一定にしている。この電位を一定にするために、二次電子を発生しない加速電圧の電子ビームを試料上に照射する。電子ビームの照射は電子ビームの電位と試料の電位とが同じ値になるまで行う。試料上の電位がすべてこの一定の値になることにより、電子ビームが試料上の異なる電位の影響を受けて電子ビームの照射範囲が変化することがなく、安定した測定を行うことが可能となる。 As described above, in the measuring method using the electron beam size measuring apparatus of the present embodiment, the potential on the sample is made constant before measuring the size of the sample. In order to make this potential constant, an electron beam having an acceleration voltage that does not generate secondary electrons is irradiated onto the sample. The electron beam irradiation is performed until the potential of the electron beam and the potential of the sample become the same value. Since all the potentials on the sample have this constant value, the electron beam is not affected by the different potentials on the sample and the irradiation range of the electron beam does not change, and stable measurement can be performed. .
また、本実施形態では、寸法測定を行う電子顕微鏡そのもので試料の電位の一定化を行うため、試料上の電位が一定になるまでの電子顕微鏡像を観察することができ、必要な部位だけに電子ビームを照射することを確認することもでき、無駄な電子ビームの照射をしないようにすることが出来る。 Further, in this embodiment, since the potential of the sample is made constant with the electron microscope itself that performs dimension measurement, an electron microscope image until the potential on the sample becomes constant can be observed, and only in a necessary part. It is also possible to confirm that the electron beam is irradiated, and it is possible to prevent unnecessary electron beam irradiation.
なお、本実施形態では、試料の測定を行う度に試料表面の電位を一定にする処理を行うようにしていたが、これに限らず、試料表面の電位を一定にする処理が必要なときにのみ行うようにしても良い。図6は、上記の処理を含めた電子ビーム寸法測定方法の一例のフローチャートを示したものである。図6に示すように、ステップS22で基準となる試料の帯電状況を検査する。次のステップS23において、誤差が許容範囲か否かを判定する。例えば0.1パーセントの測長誤差が発生したときに、ステップS24に移行して、試料表面の電位を一定にする処理を行う。その他の処理は図5で説明した処理と同様である。 In this embodiment, the process of making the potential of the sample surface constant is performed every time the sample is measured. However, the present invention is not limited to this, and when the process of making the potential of the sample surface constant is necessary. You may do it only. FIG. 6 shows a flowchart of an example of an electron beam dimension measuring method including the above processing. As shown in FIG. 6, the charging state of the reference sample is inspected in step S22. In the next step S23, it is determined whether or not the error is within an allowable range. For example, when a length measurement error of 0.1 percent occurs, the process proceeds to step S24, and a process of making the sample surface potential constant is performed. Other processing is the same as the processing described in FIG.
また、本実施形態では、試料の一部が30Vに帯電しているものとして説明したが、はじめに、試料の表面全体を任意の正の電位に帯電させた後、加速電圧を負の値にして電子ビームを照射するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, it has been described that a part of the sample is charged to 30 V. First, after charging the entire surface of the sample to an arbitrary positive potential, the acceleration voltage is set to a negative value. You may make it irradiate an electron beam.
試料を正に帯電させるためには、例えば、加速電圧を1kV程度として二次電子を多く発生させ、二次電子を捕獲することにより容易に試料を正に帯電させることができる。 In order to charge the sample positively, for example, it is possible to easily charge the sample positively by generating many secondary electrons with an acceleration voltage of about 1 kV and capturing the secondary electrons.
また、電位を一定にするために照射する電子ビームを、試料を測長する通常の場合よりもビーム照射量を多くし、数秒間照射するようにしてもよい。このようにすることにより、電位を一定にするまでの時間を短縮することが可能となる。 Further, the electron beam irradiated for making the potential constant may be irradiated for a few seconds by increasing the beam irradiation amount as compared with the normal case of measuring the sample. By doing so, it is possible to shorten the time until the potential becomes constant.
また、本実施形態では、試料の測長を行う場合について説明したが、これに限らず、例えば試料に汚れが付着していないことを画像で確認する等、SEM分野の広い範囲において、安定した試料の観察が可能となる。 In the present embodiment, the case of measuring the length of the sample has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it is stable in a wide range of the SEM field such as confirming that the sample is not contaminated with an image. The sample can be observed.
(実施例)
以下、本実施形態の電子ビーム寸法測定装置100を用いて、試料7上の電位を一定にした具体例について説明する。図7(a)は基板71上にクロムの配線72が形成されたフォトマスクの一部(縦0.5mm、横0.5mm)を示したものである。図7(b)から図7(d)は、この範囲について測長を行う前に電位を一定にする処理を施した過程を示している。電子ビームの加速電圧は−10Vとし、この範囲に電子ビームを照射する。このとき得られる電子顕微鏡像としては、分解能が悪く、クロムの配線72が形成された部分に、何かがあるということがわかる程度の像が得られる。電子ビームの照射を継続すると、図7(c)に示すように、クロムの配線72が形成された形状は結像されず、図7(b)とは異なる像が得られる。さらに電子ビームを照射すると、図7(d)に示すように、中心に円形の電子顕微鏡像が得られる。この像は、試料表面からの情報ではなく、レンズの特性を示す像と考えられる。その後電子ビームを照射しつづけても、得られる電子顕微鏡像は図7(d)とは変わらなかった。これによって、電子ビームが試料表面に到達しなくなったと判定される。すなわち、加速電圧と試料表面の電位とが等しくなり、電子ビームが試料表面に到達することができず、試料表面の電子顕微鏡像が得られなくなったと判定できる。
(Example)
Hereinafter, a specific example in which the potential on the
100…電子ビーム寸法測定装置、1…電子銃(電子ビーム照射手段)、2…コンデンサレンズ、3…偏向コイル、4…対物レンズ、5…ウエハステージ移動部、6…ウエハステージ、7…試料、8…電子検出器(検出手段)、9…電子ビーム、10…電子走査部、15…電子鏡筒部、16…試料室、20…制御部、30…信号処理部、40…表示部、51…一次電子、52、53…二次電子、60…電源、71…基板、72…配線。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記試料から放出される電子を検出する検出手段と、
前記電子ビーム照射手段に前記試料から二次電子が放出する電圧よりも低い加速電圧で電子ビームを照射させ、前記検出手段からの信号に基づき前記試料の表面が一定の電位になったと判定したときに前記電子ビームの照射を停止させる制御手段と
を有することを特徴とする電子ビーム寸法測定装置。 An electron beam irradiation means for irradiating the surface of the sample with an electron beam;
Detection means for detecting electrons emitted from the sample;
When the electron beam irradiation means is irradiated with an electron beam at an acceleration voltage lower than the voltage at which secondary electrons are emitted from the sample, and based on a signal from the detection means, it is determined that the surface of the sample has become a constant potential And an electron beam size measuring device characterized by further comprising a control means for stopping the irradiation of the electron beam.
前記制御手段は、前記検出手段からの信号に基づき前記試料の画像を生成し、前記表示手段の画面に該画像を表示させることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム寸法測定装置。 Furthermore, it has a display means for displaying an image,
2. The electron beam size measuring apparatus according to claim 1, wherein the control unit generates an image of the sample based on a signal from the detection unit and displays the image on a screen of the display unit.
前記試料の表面に前記加速電圧で電子ビームを照射するステップと、
前記試料の表面が一定電位になったとき、前記電子ビームの照射を停止するステップと、
前記電子ビームの電位を前記試料から二次電子が放出される電位に切り換えるステップと
を含むことを特徴とする電子ビーム寸法測定方法。 Obtaining the acceleration voltage of the electron beam based on the charged potential of the sample to be measured;
Irradiating the surface of the sample with an electron beam at the acceleration voltage;
Stopping the irradiation of the electron beam when the surface of the sample is at a constant potential;
And switching the potential of the electron beam to a potential at which secondary electrons are emitted from the sample.
測定対象の試料を正の電位に帯電させるステップと、
前記試料の表面に所定の負の電位で電子ビームを照射するステップと
を含むことを特徴とする請求項8に記載の電子ビーム寸法測定方法。 Instead of obtaining the acceleration voltage of the electron beam and irradiating the surface of the sample with the electron beam at the acceleration voltage,
Charging the sample to be measured to a positive potential;
The method according to claim 8, further comprising: irradiating the surface of the sample with an electron beam at a predetermined negative potential.
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