JP2020056677A - Electron beam measuring device and electron beam measuring method - Google Patents

Electron beam measuring device and electron beam measuring method Download PDF

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  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To cut off an electron beam in real time a prescribed interval after an edge peak is detected in real time and suppress irradiation of a pattern to suppress the damage to or the shrinkage of the pattern pertaining to an electron beam measuring device and an electron beam measuring method.CONSTITUTION: The electron beam measuring device comprises setting means for setting a partial scan region, detection means for detecting a pattern edge in real time, electron beam OFF signal generation means for detecting an edge in real time and generating an electron beam OFF signal in real time after the elapse of a prescribed time, and electron beam cutoff means for cutting off an electron beam in real time when an electron beam OFF signal is generated and cutting off irradiation of the pattern, with the electron beam measuring device constituted so as to automatically acquire a minimum required image for measurement.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、試料上に形成された距離測定対象のパターンの寸法、面積を測定あるいはパターンの輪郭抽出を行う電子ビーム測定装置および電子ビーム測定方法に関するものである。   The present invention relates to an electron beam measuring apparatus and an electron beam measuring method for measuring the size and area of a pattern of a distance measurement target formed on a sample or extracting the contour of the pattern.

半導体デバイスは年を追うごとに最小フィーチャーサイズが縮小する傾向が半世紀近く続いており、新しいプロセスが開発されるたびに、よりトランジスタ密度の高いデバイスが作られている。これにより単位トランジスタコストを劇的に下げることを可能としている。現在では1cm平方メートルのチップ中に数十億個のトランジスタを詰め込んだデバイスが数万円で購入でき、従来の大型コンピュータの性能を遙かに凌ぐ性能のコンピュータがスマートフォンの中に実現できるようになってきた。   Semiconductor devices have been shrinking in minimum feature size over the last half century, and as new processes are developed, devices with higher transistor densities are being created. This makes it possible to dramatically reduce the unit transistor cost. At present, devices packed with billions of transistors in a 1 cm square chip can be purchased for tens of thousands of yen, and a computer with performance far exceeding the performance of a conventional large computer can be realized in a smartphone. Have been.

一般にムーアの法則で知られるこのフィーチャーサイズ縮小による経済拡大原理によって半導体業界は半世紀以上にわたって栄え続けている。   The semiconductor industry has been prospering for more than half a century due to the principle of economic expansion by reducing the feature size, generally known by Moore's Law.

現在では10nmオーダーの最小寸法を持つデバイスが開発利用されており、今後も7nm、5nm、3nmとトランジスタが小さくなる傾向は続くと予想される。   At present, devices having a minimum dimension of the order of 10 nm are being developed and used, and it is expected that the trend toward smaller transistors of 7 nm, 5 nm and 3 nm will continue in the future.

半導体デバイスが作られるシリコンウエハー上に小さなトランジスタを製造するためには、リソグラフィーと呼ばれる配線パターンを焼き付ける露光技術が重要である。微細加工の限界は露光に利用する光の波長に依存するため、短波長化が進められてきた。   In order to manufacture a small transistor on a silicon wafer on which a semiconductor device is formed, an exposure technique called lithography for printing a wiring pattern is important. Since the limit of fine processing depends on the wavelength of light used for exposure, the wavelength has been shortened.

現在主にArF波長193nmによるダブル、トリプル露光、あるいはEUV波長13.5nmの光を用いた露光技術が利用されている。露光技術は使用しないが同様の化学組成を持つレジストを用いるnmオーダー微細化プロセスとしてナノインプリントやDSA(Directed Self-Assembly)も利用されている。   At present, double or triple exposure using an ArF wavelength of 193 nm or an exposure technique using light having an EUV wavelength of 13.5 nm is mainly used. Nanoimprinting and DSA (Directed Self-Assembly) are also used as a nano-order miniaturization process using a resist having a similar chemical composition without using an exposure technique.

露光装置で利用するArFあるいはEUV等の短波長レーザ光源の発生効率は非常に低いため、最終的に得られるレーザ光の光量も少ない。例えばEUV光源では投入したエネルギーの1%しかEUV光に成らず、さらにその1%程度がウエハー表面に届いて実際の露光に使用されるにすぎない。より具体的には数十キロワットのポンピングレーザーを用いて数百ワットのEUV光が発生し、最終的に数Wの光がウエハーに届く。そのため通常の低感度レジストを用いると露光時間が掛かりすぎ、スループットの著しい低下が起こる。そこで、弱い光でも従来と同じ露光時間で露光可能でスループット向上出来る化学増幅型レジストと呼ぶ高感度レジストが開発され利用されている。   Since the generation efficiency of a short wavelength laser light source such as ArF or EUV used in an exposure apparatus is extremely low, the amount of laser light finally obtained is also small. For example, in an EUV light source, only 1% of the input energy is converted into EUV light, and about 1% of the energy reaches the wafer surface and is used for actual exposure. More specifically, several hundred kilowatts of pumping laser is used to generate several hundred watts of EUV light, and finally several watts of light reach the wafer. Therefore, when a normal low-sensitivity resist is used, the exposure time is too long, and the throughput is significantly reduced. Therefore, a high-sensitivity resist called a chemically amplified resist capable of exposing even weak light with the same exposure time as the conventional one and improving the throughput has been developed and used.

代表的な化学増幅型レジストはエステル化メタクリル酸樹脂を基材とし、感度を上げるために反応触媒となる酸を発生させる光酸発生材料(PAG)を含んでいる。これにより、レジストに光が当たると酸が発生しレジストの分解反応を促進し感度を高める。光酸発生剤としてオニウム塩の他に、ニトロベンジルエステル、ジアゾメタン、トリアジンなどが知られている。   A typical chemically amplified resist is based on an esterified methacrylic resin and contains a photoacid generator (PAG) for generating an acid serving as a reaction catalyst in order to increase sensitivity. Accordingly, when light is applied to the resist, an acid is generated to accelerate the decomposition reaction of the resist, thereby increasing the sensitivity. In addition to onium salts, nitrobenzyl esters, diazomethane, triazine and the like are known as photoacid generators.

その後の露光後ベーク(Post Exposure Bake PEB)の加熱によって、ポジ型においてはアルカリ可溶樹脂のアルカリ可溶基を保護している酸不安定保護基が酸を触媒に脱保護反応を起こし、樹脂の極性が変化することによってアルカリ不溶からアルカリ可溶へとなりアルカリ液現像後にポジ型パターンを得る。アルカリ可溶基としてはフェノール性水酸基、カルボキシル基、酸不安定保護基としてはtert-ブチルter-ブトキシカルボニル(t-Boc)、テトラヒドロピラニル基などが用いられる。ネガ型においては、露光後ベークの加熱によってアルカリ可溶性樹脂と架橋剤が酸を触媒にして架橋反応を起こし、アルカリ可溶からアルカリ不溶へと変化しアルカリ液現像後にネガ型パターンを得る。架橋剤としては、ヘキサメトキシメチルメラミン、テトラメトキシグリコユリル(TMCU)などが用いられる。いずれの場合も、酸を触媒にして反応が進むので、従来のレジストにくらべて極めて高感度のレジストとなる。   Subsequent heating of the post-exposure bake (PEB) causes the acid-labile protecting group that protects the alkali-soluble group of the alkali-soluble resin in the positive type to undergo a deprotection reaction using an acid as a catalyst, and the resin to be deprotected. Is changed from alkali-insoluble to alkali-soluble by developing the polarity, and a positive pattern is obtained after developing with an alkaline solution. Examples of the alkali-soluble group include a phenolic hydroxyl group and a carboxyl group, and examples of the acid-labile protecting group include tert-butyl ter-butoxycarbonyl (t-Boc) and a tetrahydropyranyl group. In the negative type, by heating the post-exposure bake, the alkali-soluble resin and the cross-linking agent cause a cross-linking reaction using an acid as a catalyst, change from alkali-soluble to alkali-insoluble, and obtain a negative-type pattern after developing with an alkali solution. As the crosslinking agent, hexamethoxymethylmelamine, tetramethoxyglycouryl (TMCU) and the like are used. In either case, the reaction proceeds with the use of an acid as a catalyst, so that the resist is extremely sensitive compared to conventional resists.

一方、このような化学増幅型のレジストは前述したような酸発生による感度増幅機構をもつため、光露光とは無関係な電子ビーム照射によってもレジスト中に酸が発生しレジストが分解しレジストが収縮してしまう。例えば、CDSEMで測長を行うために前記材料を含んだレジスト構造物に数nmに収束した電子ビームを照射すると照射した場所のレジストがシュリンクしてしまい、元の長さや構造とは異なったものになることが知られている。この問題は長年CDSEMによるレジスト構造物の精密測長の妨げとして広く認識されているが、いまだシュリンクしないでCD測定する方法は見つかっていないという大きな課題があった。   On the other hand, such a chemically amplified resist has a sensitivity amplification mechanism based on the generation of acid as described above, so that even when electron beam irradiation unrelated to light exposure generates acid in the resist, the resist is decomposed and the resist shrinks. Resulting in. For example, when a resist structure containing the above-mentioned material is irradiated with an electron beam converged to several nm in order to perform length measurement by CDSEM, the resist at the irradiated position shrinks and is different from the original length or structure. Is known to be. This problem has been widely recognized for many years as a hindrance to precise length measurement of resist structures by CDSEM, but there has been a major problem that a method for measuring CD without shrinking has not been found yet.

現在では、大手メーカのウエハー用CDSEMなどでは、電子ビームによって測長する際には数nmから数十nmのレジストシュリンクが当然起こることを前提として、同じ測定箇所を複数回連続測定した結果から、電子ビームが照射されていない時の寸法を推定あるいは予測する方法が広く使用されている。   At present, in the CDSEM for wafers of major manufacturers, etc., it is assumed that resist shrink of several nm to several tens of nm naturally occurs when measuring length by electron beam. A method for estimating or predicting a dimension when the electron beam is not irradiated is widely used.

しかしながら、前述したように半導体デバイス微細化が進んだ結果、レジスト構造の最小幅は10nmオーダーとなり、数nmのシュリンクが起こると本体寸法の10%以上のランダムな寸法変化を起こすことになり、寸法測定精度が出ないことどころか、デバイス特性に悪影響が出るほどの大きな問題となってきた。さらにはSEM観察することによって欠陥を発生させる事態もなるという大きな問題となってきた。   However, as described above, as the semiconductor device is miniaturized, the minimum width of the resist structure is on the order of 10 nm, and when shrinkage of several nm occurs, a random dimensional change of 10% or more of the main body size occurs, and In addition to the lack of measurement accuracy, it has become a major problem that adversely affects device characteristics. Further, there has been a serious problem that a defect may be generated by SEM observation.

従って、従来のように実際にレジストをシュリンクさせてしまったのちに、電子ビーム照射をしていない状態の寸法を推定する方法では測定の意味を為さなくなったばかりか、本来歩留まり向上のために行われているCDSEM測定がデバイス製造の歩留まりを落とす原因にさえなってきている。これではTEG(test element group)は測定できても実際に動作するデバイスあるいは素子を測定することは不可能であるという大きな問題となってきた。   Therefore, the method of estimating the dimensions in the state where the electron beam is not irradiated after the resist is actually shrunk as in the prior art has not only made sense of the measurement but also originally performed to improve the yield. CDSEM measurements are even causing device manufacturing yields to drop. This has become a major problem in that even if a TEG (test element group) can be measured, it is impossible to measure a device or an element that actually operates.

そのため、本発明は、電子ビームを用いた従来の測長方法の課題や欠陥を鑑み、従来のCDSEM測定概念とは全く逆の方法を導入してレジストのシュリンクそのものを本質的に小さくする、あるいは発生しないようにし、実際に動作するデバイスの正確かつ再現性の高いレジスト寸法の測定あるいは歩留まりを落とさない測長方法SEM観察方法を提案する。   Therefore, in view of the problems and defects of the conventional length measurement method using an electron beam, the present invention introduces a method completely opposite to the conventional CDSEM measurement concept to essentially reduce the resist shrink itself, or The present invention proposes an SEM observation method in which a resist size is measured accurately and highly reproducibly for a device actually operating or a length measurement method which does not reduce the yield.

本発明は、試料上に形成された距離測定対象のパターンの寸法、面積測定あるいは輪郭を抽出する電子ビーム測定装置において、距離測定対象のパターンのエッジを含む部分走査領域を設定する設定手段と、部分走査領域に電子ビームを走査し発生する電子を検出して部分走査画像を取得すると共に、該取得する際に、該パターンのエッジをリアルタイムに検出する検出手段と、検出手段が前記エッジをリアルタイムに検出して、所定間隔を経過した後に電子ビームOFF信号をリアルタイムに発生する電子ビームOFF信号発生手段と、電子ビームOFF信号発生手段がリアルタイムに電子ビームOFF信号を発生したときにリアルタイムに電子ビームを遮断してパターンへの照射を遮断する電子ビーム遮断手段とを備え、自動的に測定に最小限必要な画像を取得するようにしている。   The present invention is an electron beam measuring apparatus for extracting a dimension, an area measurement or a contour of a pattern of a distance measurement target formed on a sample, and setting means for setting a partial scanning area including an edge of the pattern of the distance measurement target, A scanning means for scanning a partial scanning area with an electron beam to detect generated electrons to acquire a partial scanning image, and at the time of acquiring the image, detecting means for detecting an edge of the pattern in real time; And an electron beam OFF signal generating means for generating an electron beam OFF signal in real time after a predetermined interval has passed, and an electron beam OFF signal in real time when the electron beam OFF signal generating means generates an electron beam OFF signal in real time. Electron beam cut-off means for cutting off the pattern and irradiating the pattern And acquire the small limit required image.

この際、測定対象パターンに対向して取得されたそれぞれの部分走査画像においてエッジ抽出をそれぞれ行い、それぞれのエッジ位置情報からパターンの互いに対向するエッジの距離を求めるようにしている。   At this time, edge extraction is performed on each of the partial scan images acquired facing the pattern to be measured, and the distance between edges of the pattern facing each other is obtained from each edge position information.

また、測定対象パターンから取得された部分走査画像においてエッジ抽出を行い、測定対象パターンの輪郭を抽出するようにしている。   In addition, an edge is extracted from the partial scan image acquired from the pattern to be measured, and the contour of the pattern to be measured is extracted.

また、所定間隔は、電子ビームをパターンの測定対象エッジに平行方向に走査した場合には走査ラインのN本(整数)に対応する間隔、あるいは電子ビームをパターンの測定対象エッジに直行方向に走査した場合には走査ラインのM画素(整数)に対応する間隔とするようにしている。   When the electron beam is scanned in a direction parallel to an edge to be measured of the pattern, the predetermined interval is an interval corresponding to N (integer) scanning lines, or the electron beam is scanned in a direction perpendicular to the edge to be measured of the pattern. In this case, the interval is set to correspond to M pixels (integer) of the scanning line.

また、測定対象のパターンを、電子ビーム照射により縮小するパターンあるいはレジストパターンとするようにしている。   Further, the pattern to be measured is a pattern that is reduced by electron beam irradiation or a resist pattern.

本発明の特徴は従来方法とは全く逆で、基本的にレジスト構造(パターン)部分には電子ビームを照射しないでレジスト構造物の幅や長さを測定することにある。特に本発明では構造物から得られる信号電子を用いて測定するために利用される非常に狭い範囲に電子ビーム走査領域を自動設定できることに大きな特徴がある。   A feature of the present invention is that the width and length of the resist structure are measured without irradiating an electron beam to the resist structure (pattern) portion, which is completely opposite to the conventional method. In particular, the present invention is greatly characterized in that an electron beam scanning area can be automatically set in a very narrow range used for measurement using signal electrons obtained from a structure.

従来の電子ビームを用いた測長あるいは検査方法ではレジスト構造物を含むFOVと呼ばれる数ミクロンから数mmにおよぶ領域全体をくまなくnmオーダーに収束した電子ビームを走査して画像を取得し、得られた画像に現れる輝度が大きく変化する部分を構造体のエッジと定義してそれらエッジ間の距離を求めることで測長や形状認識を行っていた。   In a conventional length measurement or inspection method using an electron beam, an image is acquired by scanning an electron beam, which is converged in the order of nanometers over the entire region from several microns to several mm called a FOV including a resist structure, and obtains an image. A portion where the luminance appearing in the obtained image greatly changes is defined as an edge of the structure, and a distance between the edges is obtained to perform length measurement and shape recognition.

本発明は、測定対象の必要な場所にだけ電子ビームを照射して測定時間を短縮する技術を利用している。それを利用するとレジストのエッジ部分にだけ電子ビームを照射することが可能で、シュリンクを低減することが可能である。例えば100nm位の幅を持つラインパターンに対して、エッジを構成する10nm程度の幅の領域にだけ電子ビームを照射して測定することが出来る。このようにすれば、レジストのシュリンクはライン全体に電子ビームを照射した場合と比較してかなり小さくできる。   The present invention utilizes a technique for shortening a measurement time by irradiating an electron beam only to a necessary portion of a measurement target. By utilizing this, it is possible to irradiate only the edge portion of the resist with an electron beam, and it is possible to reduce shrinkage. For example, a line pattern having a width of about 100 nm can be measured by irradiating an electron beam only to a region having a width of about 10 nm constituting an edge. In this way, the shrinkage of the resist can be considerably reduced as compared with the case where the entire line is irradiated with the electron beam.

しかしながら、ライン形成位置には誤差があるため、線幅が10nmオーダーになったラインパターンのエッジ部分だけに予めデザイン(CADデータ)で決められた位置だけを頼りに高速に正確に電子ビームを照射して測定することはかなり難しい。   However, since there is an error in the line formation position, the electron beam is accurately irradiated at a high speed only on the edge portion of the line pattern having the line width of the order of 10 nm, relying only on the position determined in advance by the design (CAD data). It is quite difficult to measure.

そこで、本発明は、ノギス的な測定方法を電子ビームに利用したものである。つまり、電子ビーム走査は主に測定対象であるレジスト構造物の作る境界の外側の領域で行い、構造物を挟み込むように測長することに特徴がある。特に本発明では構造物から得られる信号電子を用いて電子ビーム照射する範囲をCADデータをガイドとして実際に形成されたラインのエッジ位置に合わせて自動設定(セルフアラインESR)することに大きな特徴がある。   Therefore, the present invention utilizes a caliper-like measuring method for an electron beam. That is, electron beam scanning is mainly performed in a region outside a boundary formed by a resist structure to be measured, and is characterized in that the length is measured so as to sandwich the structure. In particular, the present invention has a great feature in that a range for irradiating an electron beam using signal electrons obtained from a structure is automatically set (self-aligned ESR) in accordance with an edge position of a line actually formed using CAD data as a guide. is there.

言い換えると、電子ビームを照射した構造物から発生する信号電子を測定中にリアルタイムに利用して、現在進行しつつある電子ビーム走査方法を即時変調あるいは測定方式を変更するという従来にはない電子ビーム走査方法を有することに大きな特徴がある(リアルタイム測定)。これにより測定対象物に照射した結果発生する信号(電子、電磁波、熱等)の変化によって走査方法を自動的に変えることが出来る。   In other words, a signal electron generated from a structure irradiated with an electron beam is used in real time during measurement to immediately modulate the electron beam scanning method currently in progress or to change the measurement method. There is a great feature in having a scanning method (real-time measurement). Thus, the scanning method can be automatically changed by a change in a signal (electron, electromagnetic wave, heat, etc.) generated as a result of irradiating the measurement object.

より具体的な1つの例としては、測定対象物構造体からの信号電子を利用して、測定対象物におけるパターンの境界を認識し、測定対象に照射している電子ビームをブランキングあるいは照射停止して確実に測定対象物を保護することに大きな特徴がある。   One more specific example is to use signal electrons from the object structure to recognize the boundaries of the pattern on the object and blank or stop the irradiation of the electron beam irradiating the object. There is a great feature in that the measurement object is reliably protected.

本発明は、距離測定対象のパターンの対向するエッジをそれぞれ含むそれぞれの部分走査領域を設定し、該部分走査領域に電子ビームを走査し発生する電子を検出して該部分走査画像を取得する際に、該パターンの外から内に入る境界に存在するエッジのピークをリアルタイムに検出した後、所定間隔を経過した後に電子ビームOFF信号をリアルタイムに発生し、電子ビームをパターンへの照射をリアルタイムに遮断して、自動的に測定に必要な最小限の画像のみを取得するようにしてパターンへの照射を抑止しパターンのダメージやシュリンクを抑制することを実現した。   The present invention sets each partial scan area including the opposing edge of the pattern of the distance measurement target, scans the partial scan area with an electron beam, detects electrons generated, and acquires the partial scan image. Then, after detecting a peak of an edge present at a boundary which enters from outside the pattern in real time, an electron beam OFF signal is generated in real time after a predetermined interval, and irradiation of the pattern with the electron beam is performed in real time. By cutting off the pattern and automatically acquiring only the minimum image necessary for the measurement, the irradiation on the pattern is suppressed, and the damage and shrink of the pattern are suppressed.

本発明の実施例について以下順次詳細に説明する。
(1)電子ビーム走査をCADデータから導かれるレジスト構造物が無い位置から開始し、徐々に走査位置をレジスト構造物との境界に向かって近づけていく。走査位置の関数として測定対象物から発生する2次電子あるいは反射電子信号電子を検出してその強度をデジタル値に変換したのち半導体メモリーあるいは記憶装置に記録する。
(2)レジスト構造物が無い場所の2次電子あるいは反射電子強度とレジストがある場所の2次電子あるいは反射電子強度や出射方向は異なるので、その強度信号差や出射方向差を利用してレジスト領域とレジスト以外の領域を適切な敷居値を設定して自動的に区別し電子ビームがレジスト領域に入った途端電子ビーム照射を停止あるいはNピクセル走査後に停止するなどと決めることが出来る。走査停止までに取得した信号波形を1つの塊としてメモリー等記憶装置に記憶する。
(3)レジストが無い領域はいくら電子ビーム走査しても測定対象に影響を与えないので、必要な画像SNRが得られるだけ上記プロセスを繰り返して十分に電子ビーム照射を行うことが可能で非常に高いSNRの画像が得られるところがキーポイントである。この特性の結果、ノイズフロアーを非常に低いところに抑えることが可能となり、ノイズフロアーからわずかに上に飛び出す境界を表す微小信号を検出可能となり容易にレジスト領域とそれ以外の領域の区別がつくのが本発明の基本原理である。尚、電子ビームを走査する間隔については、AIなど学習機能を利用して、間隔と波形変化の関係を学習し、最短かつ最大の効率でレジスト構造体に近づくように制御しても良い。
Embodiments of the present invention will be sequentially described in detail below.
(1) The electron beam scanning is started from a position where there is no resist structure derived from CAD data, and the scanning position is gradually approached toward the boundary with the resist structure. Secondary electrons or reflected electron signal electrons generated from the object to be measured as a function of the scanning position are detected and converted into digital values, and then recorded in a semiconductor memory or a storage device.
(2) Since the intensity of secondary electrons or reflected electrons at a place where there is no resist structure is different from the intensity of secondary electrons or reflected electrons or the direction of emission at a place where a resist is present, the difference between the intensity signal and the direction of emission is used. The region and the region other than the resist can be automatically distinguished by setting an appropriate threshold value, and the electron beam irradiation can be stopped as soon as the electron beam enters the resist region or stopped after scanning N pixels. The signal waveform obtained until the scanning is stopped is stored in a storage device such as a memory as one block.
(3) Since the measurement object is not affected by the electron beam scanning in the region where there is no resist, the above process can be repeated enough to obtain the required image SNR, and the electron beam irradiation can be performed sufficiently. The key point is that an image with a high SNR can be obtained. As a result of this characteristic, it is possible to suppress the noise floor to a very low level, and it is possible to detect a small signal indicating a boundary that slightly jumps out of the noise floor, so that the resist area and the other area can be easily distinguished. Is the basic principle of the present invention. Note that the electron beam scanning interval may be controlled so as to approach the resist structure with the shortest and maximum efficiency by learning the relationship between the interval and the waveform change using a learning function such as AI.

以上のような仕組みによりCADデータによる設定だけでは実現できないような狭い領域に対して自動的に測定に必要な最小限の画像を取得できる。   With the above-described mechanism, it is possible to automatically acquire a minimum image necessary for measurement in a narrow area that cannot be realized only by setting using CAD data.

図1は、本発明のシステム構成図を示す。   FIG. 1 shows a system configuration diagram of the present invention.

図1において、電子銃1は、電子線ビームを発生・縮小するものであって、電子発生源としてはWフィラメントを用いた熱電子源、ZrOを用いたショトキー型、電解研磨したWのコールドエミッタや、マイクロマシニング技術等を用いて作ったコールドフィールドエミッタ、CNTカソード、LaB6,光励起型エミッター(フォトカソード)等を利用できる。発生した電子を所望のエネルギーに加速する加速電極などから構成される公知のものである。   In FIG. 1, an electron gun 1 generates and reduces an electron beam. The electron generation source is a thermionic source using a W filament, a Schottky type using ZrO, and a cold-emitter of electrolytically polished W. Alternatively, a cold field emitter, a CNT cathode, LaB6, a photo-excited emitter (photocathode), etc. made using a micro-machining technique can be used. It is a known device including an accelerating electrode for accelerating generated electrons to a desired energy.

アパチャー2は、電子銃1から放出された電子ビームの中心部分(所定立体角内)の電子ビームを通過させ、それ以外を遮断する円形の絞りであって、ここでは、自動的に複数の穴径をもつものに切り替え可能なものである。アパチャー径を変えるための移動手段としてはステッピングモーター、サーボモータあるいはピエゾ素子を用いた超音波モータや形状記憶合金などを利用できる。図示のアパチャー2は、CL3の上側に配置したが、これに限らず、当該CL3の主面(レンズ中心)や下側になどに配置してもよい。   The aperture 2 is a circular stop that passes an electron beam at a central portion (within a predetermined solid angle) of the electron beam emitted from the electron gun 1 and blocks the other portion. It can be switched to one with a diameter. As a moving means for changing the aperture diameter, a stepping motor, a servo motor, an ultrasonic motor using a piezo element, a shape memory alloy, or the like can be used. The illustrated aperture 2 is arranged above the CL 3, but is not limited to this, and may be arranged on the main surface (center of the lens) or below the CL 3.

CL(コンデンサレンズ)3は、電子銃1から放出されてアパチャー2の中心部分を通過した電子ビームを収束する公知のものである。図示のCL3は、模式的に表し、実際は磁界レンズあるいは静電レンズから構成されるものである。   The CL (condenser lens) 3 is a known one that converges the electron beam emitted from the electron gun 1 and passing through the central portion of the aperture 2. The illustrated CL3 is schematically shown, and is actually constituted by a magnetic lens or an electrostatic lens.

ブランキング電極13は、ブランキングアパチャー14とともに利用して自動ブランキング制御装置11からの信号に従って電子ビームをオン/オフして電子ビームがサンプル8に照射されるか否かを決定するものである。超高速動作出来るために、出来るだけ電極間容量が小さくなるように設計する。また、小さな電圧印可で完全ブランキングが可能なように、電子ビームが収束している場所にブランキングアパチャー14を配置すると良い。   The blanking electrode 13 is used together with the blanking aperture 14 to turn on / off the electron beam in accordance with a signal from the automatic blanking control device 11 to determine whether the sample 8 is irradiated with the electron beam. . In order to be able to operate at ultra-high speed, design is made so that the capacitance between electrodes is as small as possible. Further, it is preferable to arrange the blanking aperture 14 at a place where the electron beam converges so that complete blanking can be performed by applying a small voltage.

自動ブランキング制御手段11は、サンプル8で電子ビーム走査に起因して発生した2次電子あるいは反射電子信号を受け取って、サンプル構造が大きく変化したあるいは構成材料が変化した等(例えばエッジ)を超高速検出し自動的にブランキング信号を発生してレジスト構造物に電子ビームが照射されないようにする装置である。前述したように実際に電子ビーム照射停止を開始する場所は、信号を受け取ってから任意のピクセル後(あるいはライン後)に設定することが出来る。このON/OFF決定の判断に構造物のデザイン寸法や配置を決めているCADデータを利用することもできる。例えば、CADデータで規定されているレジスト構造物の範囲に一定量電子ビーム走査が入り込んだら、レジスト構造物の完全な保護のために自動的あるいは強制的にブランキングを行うという使い方である。上の例ではサンプルが発生する信号電子を利用してブランキングを行う例を示したが、測定対象からの信号を受けて、照射する電子ビームの走査間隔や電流量あるいはデューティーを変えて実質的にレジストがシュリンクしないように制御しても良い。   The automatic blanking control means 11 receives a secondary electron or reflected electron signal generated in the sample 8 due to the electron beam scanning, and determines whether the sample structure has changed significantly or the constituent material has changed (for example, an edge). This is a device that detects at high speed and automatically generates a blanking signal to prevent the resist structure from being irradiated with an electron beam. As described above, the place where the electron beam irradiation stop is actually started can be set after an arbitrary pixel (or after a line) after receiving the signal. The CAD data that determines the design dimensions and arrangement of the structure can be used for the determination of the ON / OFF determination. For example, when a certain amount of electron beam scanning enters the area of the resist structure specified by the CAD data, blanking is automatically or forcibly performed to completely protect the resist structure. In the above example, blanking is performed using signal electrons generated by the sample.However, a signal from the object to be measured is received, and the scanning interval, current amount, or duty of the irradiated electron beam is changed and the blanking is substantially performed. May be controlled so that the resist does not shrink.

ブランキング装置12は、自動ブランキング制御手段11からの信号をもとにブランキング電極13に電圧を印加し、電子ビームを遮断するものである。   The blanking device 12 applies a voltage to the blanking electrode 13 based on a signal from the automatic blanking control means 11 to block an electron beam.

ブランキングアパチャー14は、ブランキング電極13で偏向された電子ビームを遮断するアパチャー(絞り)である。   The blanking aperture 14 is an aperture (aperture) for blocking the electron beam deflected by the blanking electrode 13.

DEF(1)4,DEF(2)5は、2段の偏向器を表し、対向した電極をそれぞれ持つ静電偏向器であって、nmオーダーに細く絞った電子ビーム111をサンプル8上に照射しつつ平面走査(X方向およびY方向に走査)するものである。この偏向器は必要な場所にのみ電子ビームが走査出来るように電極容量を小さく設計し高速応答できることが望ましい。尚、ヒステリシスなどを特別に小さく設計した2段の磁気偏向器でもよい。   DEF (1) 4 and DEF (2) 5 represent two-stage deflectors, each of which is an electrostatic deflector having opposed electrodes, and irradiates the sample 8 with an electron beam 111 narrowed down to the order of nm. While scanning (scanning in the X and Y directions). It is desirable that this deflector be designed with a small electrode capacity so that the electron beam can be scanned only at a necessary place and can respond at high speed. It should be noted that a two-stage magnetic deflector having a particularly small hysteresis or the like may be used.

MCP6は、2次電子検出器の例を表し、電子ビームがサンプル8に照射しつつ平面走査されたときに、放出された2次電子を検出するものであって、前面に正の電圧を印加したものである。検出器はMCPをはじめシンチレータやPINダイオード、APD,MPPC等半導体検出器など現在使用可能なあらゆる検出器を使用することが出来る。境界検出をリアルタイムで行うために、サンプル表面で発生した2次電子を加速して出来るだけ遅延が起こらないようにすることが望ましい。そのために、サンプルと電子検出器の間に加速電界を加えると良い。当然、もちいる増幅器はnsの周波数応答が可能なアンプルを用いて増幅を行うことが望ましい。   The MCP 6 represents an example of a secondary electron detector, which detects emitted secondary electrons when an electron beam is scanned on a plane while irradiating the sample 8, and applies a positive voltage to the front surface. It was done. As the detector, any detector that can be used at present, such as a semiconductor detector such as an MCP, a scintillator, a PIN diode, an APD, and an MPPC can be used. In order to perform boundary detection in real time, it is desirable to accelerate secondary electrons generated on the sample surface so as to minimize the delay. For this purpose, it is preferable to apply an accelerating electric field between the sample and the electron detector. As a matter of course, it is desirable that the amplifier to be used performs amplification using an ampoule capable of frequency response of ns.

対物レンズ7は、電子ビーム111をサンプル8上にnmオーダーに細く絞って照射するためのものであって、通常、磁界型対物レンズである。もちろん静電レンズで構成することもできる。対物レンズ収差を小さくするために高加速電子を対物レンズに入射しサンプルに逆バイアスを印加して、電子ビームにブレーキをかけ電子ビームのランディングエネルギーを制御する方法を利用することも出来る。(所謂、リターディング法や中間加速法)
サンプル8は、ステージ9上に固定されたレジストパターン付きサンプル(例えばフォトマスクや半導体ウエハーなど)である。
The objective lens 7 is for narrowly irradiating the sample 8 with the electron beam 111 in the order of nm, and is usually a magnetic field type objective lens. Of course, it can also be constituted by an electrostatic lens. In order to reduce the objective lens aberration, a method in which highly accelerated electrons are incident on the objective lens, a reverse bias is applied to the sample, and the electron beam is braked to control the landing energy of the electron beam can be used. (So-called retarding method and intermediate acceleration method)
The sample 8 is a sample with a resist pattern fixed on the stage 9 (for example, a photomask or a semiconductor wafer).

ステージ9は、サンプル8を固定し、測長器27で精密にX方向およびY方向の座標位置を測長しつつ所定場所に移動させるものである。   The stage 9 fixes the sample 8 and moves it to a predetermined position while measuring the coordinate position in the X direction and the Y direction precisely by the length measuring device 27.

電子ビーム111は、電子銃1から放出された1次電子ビームである。   The electron beam 111 is a primary electron beam emitted from the electron gun 1.

2次電子ビーム121は、電子ビーム111を細く絞ってサンプル8上に照射しつつ平面走査したときに放出された2次電子の集合体である。サンプル8から放出された2次電子121は、対物レンズ7の磁界により軸上を螺旋しながら正電圧の印加されているMCP6に向かって進行し、当該MCP6の検出面に衝突して増幅されて信号電流となり適切に増幅されたのちにAD変換されてPCに取り込まれ、信号電流量をグレースケールとする2次電子画像をディスプレイ上に生成するものである。二次電子ビームには反射電子等も含まれる。   The secondary electron beam 121 is an aggregate of secondary electrons emitted when the electron beam 111 is narrowly narrowed and irradiated onto the sample 8 while being scanned in a plane. The secondary electrons 121 emitted from the sample 8 travel toward the MCP 6 to which a positive voltage is applied while spiraling on the axis by the magnetic field of the objective lens 7, collide with the detection surface of the MCP 6, and are amplified. The signal current is appropriately amplified, converted into an analog signal, taken into a PC, and a secondary electron image having a gray scale of the signal current is generated on a display. The secondary electron beam includes reflected electrons and the like.

高圧電源21は、PC31からの指示に従い、電子銃1に正の高電圧を印加、陰極に加熱電圧を供給したりなどするものである。   The high-voltage power supply 21 applies a high positive voltage to the electron gun 1 and supplies a heating voltage to the cathode in accordance with an instruction from the PC 31.

CL電源22は、PC31からの指示に従い、CL3に所定電流を供給するものである。   The CL power supply 22 supplies a predetermined current to the CL 3 according to an instruction from the PC 31.

偏向電源23は、PC31からの指示に従い、DEF(1)4,DEF(2)5に所定の偏向電圧を印加するものである。   The deflection power supply 23 applies a predetermined deflection voltage to DEF (1) 4 and DEF (2) 5 in accordance with an instruction from the PC 31.

2次電子検出器24は、MCP6に所定電圧を印加、MCP6で増幅された信号を更に増幅したりなどし、PC31に2次電子信号(2次電子画像)を送出するものである。   The secondary electron detector 24 sends a secondary electron signal (secondary electron image) to the PC 31 by applying a predetermined voltage to the MCP 6 and further amplifying the signal amplified by the MCP 6.

対物レンズ電源25は、PC31からの指示に従い、対物レンズ7に所定電流を供給したりなどするものである。   The objective lens power supply 25 supplies a predetermined current to the objective lens 7 in accordance with an instruction from the PC 31.

ステージ制御電源26は、ステージ9を駆動するモータに所定制御電源を供給してサンプル8を所定場所に移動させるものである。   The stage control power supply 26 supplies a predetermined control power to a motor for driving the stage 9 to move the sample 8 to a predetermined place.

測長器27は、ステージ9あるいはサンプル8の位置を精密に測定するレーザ干渉計などである。電子ビームがサンプルを照射している位置座標は、レーザ干渉計の測定位置と電子ビームの走査位置を合成することで得られる。この値とCADデータ等の座標を用いて照射開始位置を決定する。   The length measuring device 27 is a laser interferometer or the like that precisely measures the position of the stage 9 or the sample 8. The position coordinates at which the electron beam irradiates the sample can be obtained by combining the measurement position of the laser interferometer and the scanning position of the electron beam. The irradiation start position is determined using this value and coordinates such as CAD data.

PC31は、プログラムにより各種制御、処理を行う公知のパソコンであって、ここでは、走査領域設定手段32、走査方法指定手段33、グローバルアライメント手段34、画像取得手段35、測長手段36、信頼性判定手段37、DB41などから構成されるものである。   The PC 31 is a known personal computer that performs various controls and processes according to a program. In this example, the scanning area setting unit 32, the scanning method designating unit 33, the global alignment unit 34, the image acquiring unit 35, the length measuring unit 36, It is composed of a judgment means 37, a DB 41 and the like.

走査領域設定手段32は、サンプル8上のパターンの走査領域(走査領域、部分走査領域)を設定するものである。   The scanning area setting means 32 sets the scanning area (scanning area, partial scanning area) of the pattern on the sample 8.

走査方法指定手段33は、サンプル8上のパターンの走査領域を走査する走査方法を指定するものである。   The scanning method designating means 33 designates a scanning method for scanning the scanning area of the pattern on the sample 8.

グローバルアライメント手段34は、サンプル8上のパターンと、設計データ上のパターンとの座標変換式を生成するものである。ここで、半導体ウエハーあるいはフォトマスク等のサンプル上に存在する電子ビームを照射する測定対象の精密な位置は適切なアライメント手続きを実施したのち半導体デバイスの設計に利用するCADデータを用いて精密に指定することが出来る。もちろんCADデータが無い場合は、レジストに影響を与えない程度の低倍率で出来るだけ電子ビーム照射量を少なくした状態でSEM画像を観察しながら測定対象の範囲を指定することで、レジストとそれ以外の場所との境界を判定し自動的に電子ビーム走査する場所を決めることが出来る。もちろん高倍率の光学顕微鏡やAFMを用いることもできる。電子ビーム以外を用いる場合は、電子ビーム照射位置と光学顕微鏡の中心位置が一致するようにアライメントする。   The global alignment means 34 generates a coordinate conversion equation between the pattern on the sample 8 and the pattern on the design data. Here, the precise position of the measurement target to be irradiated with an electron beam existing on a sample such as a semiconductor wafer or a photomask is precisely specified by using CAD data used for designing a semiconductor device after performing an appropriate alignment procedure. You can do it. Of course, if there is no CAD data, by specifying the range of the measurement target while observing the SEM image with the electron beam irradiation amount as small as possible at a low magnification that does not affect the resist, the resist and other And the position where the electron beam scanning is performed can be automatically determined. Of course, a high magnification optical microscope or AFM can also be used. When using something other than the electron beam, alignment is performed so that the electron beam irradiation position and the center position of the optical microscope coincide.

画像取得手段35は、サンプル8上のパターンの走査領域(走査領域、部分走査領域)を細く絞った電子ビームで走査してサンプル上で発生した信号電子の量を輝度情報として画像(走査領域画像、部分走査領域画像)を取得するものである。   The image acquisition means 35 scans the scanning area (scanning area, partial scanning area) of the pattern on the sample 8 with an electron beam that is narrowed down, and uses the amount of signal electrons generated on the sample as luminance information as an image (scanning area image). , Partial scanning area image).

測長手段36は、画像取得手段35によって取得した画像(走査領域画像、部分走査領域画像)から境界部分を抽出してパターンの測長を行うものである。   The length measuring means 36 measures a pattern by extracting a boundary portion from the image (scanning area image, partial scanning area image) acquired by the image acquiring means 35.

信頼性判定手段37は、取得した画像(走査領域画像、部分走査領域画像)からレジスト境界領域部分を抽出してパターンを測長した値の信頼性を判定するものである
DB41は、各種データを検索し易く格納したものであって、ここでは、配線パターンや測定位置を決定するCADデータ、測定結果データ、信頼性データなどを格納したものなどである。
The reliability determining unit 37 determines the reliability of a value obtained by extracting a resist boundary region portion from the acquired image (scanning region image or partial scanning region image) and measuring the length of the pattern. The data is stored so that it can be easily searched. In this case, the data includes CAD data for determining a wiring pattern and a measurement position, measurement result data, reliability data, and the like.

図2は、本発明の高速ON/OFF可能なフォトカソード型電子源例を示す。   FIG. 2 shows an example of a photocathode type electron source capable of high-speed ON / OFF according to the present invention.

図2の(a)は構成図を示し、図2の(b)はビームOFF信号例を示す。   FIG. 2A shows a configuration diagram, and FIG. 2B shows an example of a beam OFF signal.

図2の(a)において、レーザ51は、レーザを発振するものである。   In FIG. 2A, a laser 51 oscillates a laser.

集光レンズ52は、レーザ51から発生されたレーザを図示のように光電膜53に収束するものである。   The condenser lens 52 converges the laser generated from the laser 51 on the photoelectric film 53 as shown.

電子ビーム54は、光電膜53にレーザが照射されたときに放出された電子を図示外の電極で加速したものである。   The electron beam 54 is obtained by accelerating electrons emitted when the photoelectric film 53 is irradiated with a laser by an electrode (not shown).

自動ブランキング制御手段11は、図1の自動ブランキング制御手段であって、パターンのエッジから所定間隔(例えばNライン、M画素の間隔)経過したときにブランキング信号を発生し、レーザ51の放出を停止(遮断)し、電子ビームがサンプルに照射されるのを停止させるものである(図3、図4等を用いて後述する)。   The automatic blanking control means 11 is the automatic blanking control means shown in FIG. 1, and generates a blanking signal when a predetermined interval (for example, an interval between N lines and M pixels) elapses from the edge of the pattern. The emission is stopped (blocked), and the irradiation of the sample with the electron beam is stopped (described later with reference to FIGS. 3 and 4).

ここで、高速にON/OFF可能な半導体のレーザ51で、GaAs等の光電膜53を照射し電子を発生させるフォトカソードタイプの電子銃を組み合わせて実現する。半導体レーザはnsよりも遙かに高速にON/OFFすることが可能であり、電子ビームが1ピクセル分偏向走査でXY方向移動する時間よりも短い時間に電子ビームを停止できる。そのため、レーザ制御信号にレジスト境界を判定する信号を入力することで1ピクセルの誤差以下で確実に電子ビーム照射を停止してレジストがシュリンクすることを防止出来る。当然であるが、レジスト境界信号を受け取った後、2ピクセル、3ピクセル、Nピクセルと指定すれば、その位置で電子ビーム照射が停止する。同様に、MEMSあるいは半導体製造技術を用いて作成したゲート付きのマイクロエミッターを利用することで、電子銃のゲート自身にブランキング信号を与えて、電子ビームを高速にON/OFFすることもできる。つまり、ブランキング信号を電子源のONF/OFF信号として利用することで電子ビームの照射のオンオフを制御できる。ブランキング信号が正しく境界に対応するように信号地点の補正を行うと良い。   Here, a semiconductor laser 51 that can be turned on / off at high speed is realized by combining a photocathode type electron gun that irradiates a photoelectric film 53 such as GaAs to generate electrons. The semiconductor laser can be turned on / off much faster than ns, and can stop the electron beam in a time shorter than the time required for the electron beam to move in the X and Y directions by one pixel deflection scanning. Therefore, by inputting a signal for determining the resist boundary to the laser control signal, it is possible to reliably stop the electron beam irradiation within an error of one pixel or less and prevent the resist from shrinking. As a matter of course, if two pixels, three pixels, and N pixels are designated after receiving the resist boundary signal, the electron beam irradiation stops at that position. Similarly, by using a micro-emitter with a gate formed by using MEMS or semiconductor manufacturing technology, a blanking signal can be given to the gate of the electron gun itself, and the electron beam can be turned on / off at a high speed. That is, by using the blanking signal as the ONF / OFF signal of the electron source, it is possible to control on / off of the irradiation of the electron beam. The signal point should be corrected so that the blanking signal correctly corresponds to the boundary.

次に、図2の構成の動作を説明する。
(1)図2の(a)の電子検出器が、例えばラインの左から右方向に走査し、ラインの左側のエッジをリアルタイムに検出した場合、自動ブランキング制御手段11がそのエッジから所定間隔(Nラインの間隔、あるいはM画素の間隔)後に、ビームOFF信号を発生する。
(2)(1)のビームOFF信号をもとにレーザ51にレーザをOFFにしてレーザの放出を停止する。そうすると、光電膜53から放出されていた電子ビーム54がOFFとなり、極めて高速に電子ビームを遮断できる。
Next, the operation of the configuration of FIG. 2 will be described.
(1) When the electronic detector of FIG. 2A scans, for example, from the left to the right of a line and detects an edge on the left side of the line in real time, the automatic blanking control means 11 sets a predetermined interval from the edge. After (an interval of N lines or an interval of M pixels), a beam OFF signal is generated.
(2) The laser is turned off by the laser 51 based on the beam OFF signal of (1), and the emission of the laser is stopped. Then, the electron beam 54 emitted from the photoelectric film 53 is turned off, and the electron beam can be cut off at an extremely high speed.

以上のように、ラインのエッジを検出した後、所定間隔後にビームOFF信号を出力し、レーザをOFF,更に電子ビームをOFFにし、結果として、電子ビームがラインのエッジを通過して所定間隔後に当該電子ビームが超高速に遮断し、無用な電子ビームの照射をなくし、ダメージやシュリンクをライン(レジストで構成される)に与えることを必要最小限に低減することが可能となる。   As described above, after detecting the edge of the line, a beam OFF signal is output after a predetermined interval, the laser is turned off, and the electron beam is turned off. As a result, after a predetermined interval after the electron beam passes through the edge of the line This makes it possible to cut off the electron beam at an extremely high speed, eliminate unnecessary electron beam irradiation, and reduce damage and shrink to a line (made of resist) to a necessary minimum.

図3は、本発明の動作説明図(その1)を示す。   FIG. 3 shows an operation explanatory diagram (part 1) of the present invention.

図3の(a)は、ライン長手方向に沿った走査例を示す。縦方向は主走査方向(Y軸)を表し、横方向は副走査方向(X軸)を表す。   FIG. 3A shows a scanning example along the line longitudinal direction. The vertical direction represents the main scanning direction (Y axis), and the horizontal direction represents the sub scanning direction (X axis).

図3の(a)において、電子ビームをラインと平行に縦方向に、スペースの部分から走査(主走査)を開始し、順次右方向にあるラインに向かって走査(主走査)し、その境界に至ると検出される2次電子の強度が強くピークとなりエッジ(スペースとラインの境界)を検出できる。エッジを検出した後、更にNライン(例えば3ライン)の間隔に至ったときに電子ビームOFF信号を発生し、電子ビームを遮断し、それ以降の内側の部分への電子ビームの照射を遮断する。これにより、余分の電子ビームがラインの内側に照射されることがなく、ラインのダメージやシュリンクを低減できる。   In FIG. 3A, scanning (main scanning) of an electron beam is started from a space portion in a vertical direction parallel to a line, and scanning is performed sequentially (main scanning) toward a rightward line. , The intensity of the secondary electrons detected reaches a strong peak, and an edge (a boundary between a space and a line) can be detected. After the edge is detected, when an interval of N lines (for example, 3 lines) is reached, an electron beam OFF signal is generated, the electron beam is cut off, and the irradiation of the inner portion thereafter is cut off. . Thereby, the extra electron beam is not irradiated to the inside of the line, and the damage and shrink of the line can be reduced.

以下図3の(a)について詳細に説明する。   Hereinafter, FIG. 3A will be described in detail.

本発明では、レジスト構造物であるラインに電子ビームを極力照射しないで測定することに特徴がある。そこで、設計CADデータを用いると測定対象構造物のラインとその周辺のスペースの設計上の位置は予め正確に知ることが可能である。電子ビーム走査はレジストの無いスペース領域から開始し、ライン長手方向に沿った方向に必要な長さ走査する。例えばラインの左側からラインの長手方向に沿って予め設定した距離(ピクセル数)の走査を始める(走査1)。従来SEMと同様に走査に伴って発生する信号電子の情報(量、放出方向、エネルギー等)を走査位置の関数としてリアルタイムに検出する。   The present invention is characterized in that measurement is performed without irradiating an electron beam to a line as a resist structure as much as possible. Therefore, using the design CAD data, the design position of the line of the structure to be measured and the space around the line can be accurately known in advance. The electron beam scanning starts from a space region where there is no resist and scans for a required length in a direction along the line longitudinal direction. For example, a scan is started from a left side of the line for a preset distance (number of pixels) along the longitudinal direction of the line (scan 1). As in the conventional SEM, information (amount, emission direction, energy, etc.) of signal electrons generated during scanning is detected in real time as a function of the scanning position.

スペース部分を走査しているときは下地(石英や金属膜等)の2次電子放出能力で定まる2次電子が放出される。スペース部分にはレジストが無いためかなり大量に電子ビーム照射を行ってもレジストシュリンクには影響しないので、必要十分なSNRの画像信号が取得できるように十分な電子量を照射して電子ビーム走査を行う。スペース領域から徐々に右側に向かって走査を行いラインに近づくと、ラインの構造を為しているレジスト構造物の非常に薄い残膜が残っている領域に差し掛かる。さらに右側に向かって走査するとさらに厚いレジスト残差領域に入る。1次電子のエネルギーにも依存するがレジストは電子を吸収する性質があるので、信号強度は一旦小さくなる。2次電子検出能力は測定対象の表面数nm以下のレジスト膜厚変化を検出できるほど感度が高い。その後、レジスト構造物の側壁に当たると、コサイン効果により急激に2次電子放出が大きくなる。以上のように測定対象構造物を挟んで取得された相対する2つの部分走査画像をペアにして利用する。本発明では信号のSNRが非常に高いのでこれらの信号変化を精密に測定することが可能である。   When scanning the space portion, secondary electrons determined by the secondary electron emission capability of the base (quartz, metal film, etc.) are emitted. Since there is no resist in the space, even if a large amount of electron beam irradiation is performed, it does not affect resist shrink, so that electron beam scanning is performed by irradiating a sufficient amount of electrons so that an image signal with a necessary and sufficient SNR can be obtained. Do. When the scanning is gradually performed from the space area to the right side and approaches the line, a very thin remaining film of the resist structure forming the line structure is approached to the area where the remaining film remains. Scanning further to the right enters a thicker resist residual area. Although depending on the energy of the primary electrons, the resist has the property of absorbing electrons, so that the signal intensity temporarily decreases. The secondary electron detection ability is so sensitive that a change in the resist film thickness of several nm or less on the surface of the measurement target can be detected. After that, when it hits the side wall of the resist structure, the secondary electron emission rapidly increases due to the cosine effect. As described above, two opposing partial scan images acquired across the structure to be measured are used as a pair. In the present invention, since the SNR of the signal is very high, it is possible to accurately measure these signal changes.

電子ビーム走査位置と信号電子強度の関係を簡単な近似式等に置き換えることが出来る。求められた近似式に対して予めレジスト境界を定める第1の閾値を定義することで、スペースとレジスト構造物の境界を判別できるようになる。   The relationship between the electron beam scanning position and the signal electron intensity can be replaced with a simple approximation or the like. By defining a first threshold value for determining the resist boundary in advance with respect to the obtained approximate expression, it becomes possible to determine the boundary between the space and the resist structure.

判定に使用する信号は2次電子信号や反射電子信号が混ざった状態で利用しても良いし、境界変化に対応する信号変化が強く表れるように、2次電子信号や反射電子信号のエネルギーをフィルターして所望のエネルギーを持つ電子だけを利用しても良いし、複数の信号を合成しても良い。   The signal used for the determination may be used in a state where the secondary electron signal and the reflected electron signal are mixed, or the energy of the secondary electron signal and the reflected electron signal may be used so that the signal change corresponding to the boundary change appears strongly. Filtering may be performed using only electrons having desired energy, or a plurality of signals may be combined.

図3の(b)は、ライン長手方向に沿った走査画像例を示す。図3の(a)と同様にして走査したときの画像例を示し、縦方向は主走査方向(Y軸)を表し、横方向は副走査方向(X軸)を表し、図示の画像は2次電子画像である。   FIG. 3B shows an example of a scanned image along the line longitudinal direction. FIG. 3A shows an example of an image when scanning is performed in the same manner as in FIG. 3A. The vertical direction represents the main scanning direction (Y-axis), the horizontal direction represents the sub-scanning direction (X-axis), and the image shown in FIG. This is the next electronic image.

図3の(b)において、縦方向のライン(レジストで構成)の画像の左端、右端のNライン分だけ内部に入ったときに電子ビームを遮断するので、その内部に電子ビームは照射されなく、真っ黒になる(図示の走査画像では説明のために全部表示している)。   In FIG. 3 (b), the electron beam is cut off when it enters the left and right ends of the image of the vertical line (made of resist) by N lines, so that the electron beam is not irradiated into the inside. (The scanning image shown in the drawing shows all of them for explanation).

以上のように、ラインの両端からNライン分まで電子ビームを照射し、それよりも内側は電子ビームを遮断するので、当該内部における電子ビームの照射をリアルタイムに制限し、ラインのダメージやシュリンクを低減することが可能となった。   As described above, the electron beam is irradiated from both ends of the line to N lines, and the electron beam is cut off inside the line, so that the irradiation of the electron beam inside the line is restricted in real time, and the damage and shrinkage of the line are reduced. It became possible to reduce.

図4は、本発明の動作説明図(その2)を示す。図4はレジスト構造物(ライン)の断面と電子ビーム走査によって生じる信号電子波形を示したものである。従来の信号電子波形とは異なり、エッジ部分に相当する波形は存在するが、構造物に相当する場所の波形が存在しない。   FIG. 4 shows an operation explanatory diagram (part 2) of the present invention. FIG. 4 shows a cross section of a resist structure (line) and a signal electron waveform generated by electron beam scanning. Unlike a conventional signal electronic waveform, there is a waveform corresponding to an edge portion, but no waveform corresponding to a structure.

図4の(c)はエッジ(+Nライン)に来たら走査停止する説明図を示し、図4の(d)は電子ビームの照射例示す。   FIG. 4C shows an explanatory view in which scanning is stopped when an edge (+ N line) is reached, and FIG. 4D shows an example of electron beam irradiation.

次に動作を説明する。
(1)図4の(c)に示したように例えばレジストのボトム構造を反映した長さを計測するための閾値として第1の閾値を定め、レジストとのトップ構造を反映した長さを測定するための閾値として第2の閾値を定める(どこをボトムあるいはトップと定義するかはユーザーが測定再現性等を考慮し実験して決定する)。通常は、ピーク位置、波形高さ%、微分波形あるいは断面SEMやTEM等の他の測定手段で得られた値と比較して決めることが多い。
Next, the operation will be described.
(1) As shown in FIG. 4C, for example, a first threshold value is set as a threshold value for measuring the length reflecting the bottom structure of the resist, and the length reflecting the top structure with the resist is measured. A second threshold is determined as a threshold for performing the determination (where the bottom or the top is defined by the user through experimentation in consideration of measurement reproducibility and the like). Usually, it is often determined by comparing with a peak position, a waveform height%, a differential waveform, or a value obtained by other measuring means such as a cross-sectional SEM or TEM.

サンプルから発生する電子信号量がそれぞれの閾値を上回るあるいは下回ったところで、自動ブランキング制御手段は走査している電子ビームがスペースとライン(レジスト)の境界に至ったと判断し電子ビーム照射停止あるいは電子ビームブランキングを行って電子ビーム照射を停止してレジスト構造物(ライン)に電子ビームが照射されるのを防止する。このようにして得られた境界の位置を境界位置1(X1,Y1)として記録する。
(2)次に先ほどと逆にラインの右側のスペースを走査開始する(走査2)。2つの走査はレジスト構造物を挟んで1つの直線状にある。徐々に左側に走査して行きラインに近づいていく。ラインに近づくと薄いレジスト膜残差がある領域に差し掛かり、さらに左側に走査するとより厚いレジスト残差のある領域に入る。先ほど述べたように、レジスト厚み変化は2次電子信号量を十分検出できる程度に変化させる。この変化を近似式で表現しレジスト境界を定義する第2の閾値で区別することにより、ラインの右側のスペースとレジスト領域(ライン)の境界を正確に知ることが出来る。この信号を利用することで自動ブランキング制御手段が働き電子ビームをオフにする。このようにして求めた境界(エッジ)の位置を境界位置2(X2,Y2)として記録する。CD測定の分解能はそれぞれのライン刻みに比例するので、高い分解能が必要な時はライン走査刻みをサブnmとか小さな値に設定し、高い分解能が不要な場合は、3nmとかに設定すると良い。
(3)上記のように求めた、左右2つのレジスト境界(ラインのエッジ)の位置差(X2-X1)をレジスト構造物の幅とすることで、レジスト構造物をシュリンクすることなく、測定を行うことが出来る。
(4)信号波形に対してどこに閾値を置くと良いかは、通常のCDSEMの場合と同様、計測再現性との相関においてAI等の学習を行って最も測定再現性が高い閾値に最適化することもできる。
When the amount of the electronic signal generated from the sample exceeds or falls below the respective threshold value, the automatic blanking control means judges that the scanning electron beam has reached the boundary between the space and the line (resist) and stops the electron beam irradiation or stops the electron beam irradiation. The electron beam irradiation is stopped by performing beam blanking to prevent the resist structure (line) from being irradiated with the electron beam. The position of the boundary obtained in this manner is recorded as boundary position 1 (X1, Y1).
(2) Then, scanning is started in the space on the right side of the line in reverse to the above (scanning 2). The two scans are in one straight line across the resist structure. It gradually scans to the left and goes closer to the line. As it approaches the line, it approaches a region with a thin resist film residue, and further scanning to the left enters a region with a thicker resist residue. As described above, the change in the resist thickness is changed so that the amount of the secondary electron signal can be sufficiently detected. By expressing this change by an approximate expression and distinguishing it by a second threshold value that defines the resist boundary, the boundary between the space on the right side of the line and the resist region (line) can be accurately known. By utilizing this signal, the automatic blanking control means operates to turn off the electron beam. The position of the boundary (edge) thus obtained is recorded as boundary position 2 (X2, Y2). Since the resolution of the CD measurement is proportional to each line interval, it is preferable to set the line scanning interval to a sub-nm or a small value when a high resolution is required, and to set it to 3 nm when a high resolution is not required.
(3) The position difference (X2-X1) between the two right and left resist boundaries (line edges) obtained as described above is used as the width of the resist structure, so that the measurement can be performed without shrinking the resist structure. You can do it.
(4) Where the threshold should be set for the signal waveform, as in the case of a normal CDSEM, learning such as AI is performed in correlation with the measurement reproducibility to optimize the threshold with the highest measurement reproducibility. You can also.

図5は、本発明のラインプロファイル説明図を示す。図5に示す閾値(第1の閾値、第2の閾値)を対応づける場合、2次電子あるいは反射電子の量を電子ビーム走査位置に対するX1次元あるいはXY2次元平面の近似式などで表し、その近似式に閾値を適用することで境界を求めても良い。あるいはレジスト構造物の左右境界として得られたそれぞれの境界点位置座標を結ぶ近似曲線(境界)を考え、その近似曲線を利用して距離を測定しても良い。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the line profile of the present invention. When associating the threshold values (first threshold value, second threshold value) shown in FIG. 5, the amount of secondary electrons or reflected electrons is represented by an approximate expression of an X1-dimensional or XY two-dimensional plane with respect to the electron beam scanning position, and its approximation is performed. The boundary may be obtained by applying a threshold to the expression. Alternatively, an approximate curve (boundary) connecting the respective coordinates of the boundary points obtained as the left and right boundaries of the resist structure may be considered, and the distance may be measured using the approximate curve.

この際、各電子ビーム走査で求めた距離にはエッジラフネスに起因する距離のばらつきがあるので、設計上同じ距離を持つとされる部分を電子ビーム走査した結果を積算して統計的に平均化処理を行い、長さを求めると、より精度が高く、再現性の良い測定結果が得られる。   At this time, since the distances obtained by each electron beam scanning vary in distance due to edge roughness, the results of electron beam scanning of parts that are assumed to have the same distance by design are integrated and statistically averaged. When the processing is performed to determine the length, a measurement result with higher accuracy and good reproducibility can be obtained.

図6は、本発明の動作説明図(その3)を示す。これは、ラインに対して垂直方向に走査する例を示す。   FIG. 6 is a diagram (part 3) for explaining the operation of the present invention. This shows an example of scanning in a direction perpendicular to the line.

図6において、この実施例では、電子ビーム走査を行う方向がレジスト構造物(ライン)に対して並行ではなくどちらかといえば直角に近い角度で走査することに特徴がある(斜めでもよい)。斜めにして走査すれば、ライン幅が見かけ上長くなるため、境界部分を形成する画像のピクセル数をより多くとることが出来るので測定精度を上げることが出来る。斜めに走査した場合は、得られた距離に走査角度補正を行って正しい距離に変換する。   In FIG. 6, this embodiment is characterized in that the direction in which electron beam scanning is performed is not parallel to the resist structure (line), but rather scans at an angle close to a right angle (may be oblique). If the scanning is performed obliquely, the line width becomes apparently longer, and the number of pixels of the image forming the boundary portion can be increased. Therefore, the measurement accuracy can be improved. When scanning is performed diagonally, the obtained distance is subjected to scanning angle correction and converted to a correct distance.

図7は、本発明の動作説明図(その4)を示す。これは、図6の詳細を説明するものである。以下詳細に説明する。   FIG. 7 is a diagram (part 4) illustrating the operation of the present invention. This explains the details of FIG. This will be described in detail below.

(1)電子ビーム照射を開始するサンプル上の位置はCADデータを利用したCADガイドライン1,2あるいはマニュアルにより精密に定める。レジストが存在しないスペースの部分から走査を開始する。スペース部分とレジスト部分(ライン)は材料が異なるので、同一の電子ビーム照射に対して異なる2次電子放出量を示す。例えば左スペース部分からレジスト領域(ライン)に向かって電子ビームを走査し2次電子あるいは反射電子を連続的に電子ビーム走査位置の関数として検出し走査位置の関数として信号電子量を検出する。CADデータで指定される開始点のあるスペース部分からレジスト領域(ライン)に向かうとレジストの薄い膜が残った残差領域に差し掛かる。このとき2次電子あるいは反射電子はレジストの厚みに応じた信号量変化を起こす。さらに厚い残差が残ったレジスト領域(ライン)に走査が進むとさらに大きな信号量変化が生じる。この時の信号量変化(エッジの信号強度)を検出することでスペース領域とレジスト領域の境界(エッジ)を検出することが出来る(信号電子による境界)。   (1) The position on the sample at which electron beam irradiation is started is precisely determined by CAD guidelines 1 and 2 using CAD data or a manual. The scanning is started from a part of the space where no resist exists. Since the material of the space portion and the material of the resist portion (line) are different, different secondary electron emission amounts are shown for the same electron beam irradiation. For example, an electron beam is scanned from the left space portion toward the resist region (line), and secondary electrons or reflected electrons are continuously detected as a function of the electron beam scanning position, and the signal electron amount is detected as a function of the scanning position. From the space portion having the starting point specified by the CAD data to the resist region (line), the thin film of the resist approaches the residual region. At this time, the secondary electrons or the reflected electrons change the signal amount according to the thickness of the resist. When scanning proceeds to a resist area (line) where a thicker residual remains, a larger change in signal amount occurs. The boundary (edge) between the space region and the resist region can be detected by detecting the change in the signal amount (signal intensity of the edge) at this time (the boundary by the signal electrons).

(2)この検出した信号を用いて、自動ブランキング制御手段が境界点(エッジ)からNるいはMピクセル余分に走査したのち電子ビームを遮断させる。これにより1つの部分画像データが取得される。   (2) Using the detected signal, the automatic blanking control means scans an extra N or M pixels from the boundary point (edge) and then cuts off the electron beam. Thereby, one piece of partial image data is obtained.

(3)1つの電子ビーム走査を停止したのち各CADデータで示されるガイドラインを利用して第2の電子ビーム走査を開始する。これを必要回数繰り返すことで、走査終了点がセルフアラインされたエッジ近傍の部分画像の集合体が取得される。隣接する走査線のピクセル位置は必要に応じて任意に決めることが出来る。1つのラインを走査し終えた後の次の走査は、本発明においては自由にプログラムすることが可能であり、構造物からの信号電子に依存して変化させることが出来る。例えば、必要なSNRに達しなければもう1度同じ場所を走査しても良いし、横のピクセル開始位置や終了位置を変化させることもできる。走査開始点から走査終了点まで走査を行い、再び走査開始点に戻ってくるような走査を行うこともできる(可変ESR)。   (3) After stopping one electron beam scan, the second electron beam scan is started using the guideline indicated by each CAD data. By repeating this as many times as necessary, a set of partial images near the edge where the scan end point is self-aligned is obtained. The pixel positions of adjacent scanning lines can be arbitrarily determined as needed. The next scan after one line has been scanned is freely programmable in the present invention and can be varied depending on the signal electrons from the structure. For example, if the required SNR is not reached, the same location may be scanned again, or the horizontal pixel start position and end position may be changed. It is also possible to perform scanning from the scanning start point to the scanning end point, and to perform scanning so as to return to the scanning start point again (variable ESR).

(4)ブランキングを高速にするためには静電ブランキング法を利用しかつ、静電容量が極力小さくなるようにブランキング電極を設計する。同様に回路側の出力には応答速度数ns以下の超高速かつ出力電流の大きなトランジスタを用いて鋭い立ち上げ立ち下げが実現できるようにする。1次電子ビーム幅の狭くなる位置にブランキングアパチャーを置くことが望ましい。ブランキングは有限の速度を持つため、1次電子ビームのON/OFFにはテールが生じる。そこで、必要に応じてはブランキングがより正確に行えるように、クロックスピードを落とすことによってテールの影響を低減する方法も利用できる。   (4) In order to increase the blanking speed, an electrostatic blanking method is used, and blanking electrodes are designed so that the capacitance is minimized. Similarly, an extremely high-speed transistor having a response speed of several ns or less and a large output current is used as an output on the circuit side, so that a sharp rise and fall can be realized. It is desirable to place a blanking aperture at a position where the primary electron beam width becomes narrow. Since blanking has a finite speed, a tail occurs in ON / OFF of the primary electron beam. Therefore, if necessary, a method of reducing the influence of the tail by lowering the clock speed can be used so that blanking can be performed more accurately.

(5)図2で既述したように、ブランキングを行う代わりに電子源から出力される電子ビームそのものを境界検出(エッジ検出)とともに自動ブランキング制御手段を用いて停止させることもできる。特に光励起型の電子銃を利用した場合には、電子源に照射するレーザ等の高速光源をブランキングタイミングに合わせてオフすることで同様の効果を得ることが出来る。   (5) As described above with reference to FIG. 2, instead of performing blanking, the electron beam itself output from the electron source can be stopped using the automatic blanking control means together with the boundary detection (edge detection). In particular, when a photo-excitation type electron gun is used, a similar effect can be obtained by turning off a high-speed light source such as a laser for irradiating the electron source in accordance with blanking timing.

(6)実施例では説明を簡単にするために、ライン/スペースで説明したが、任意の図形は小さなラインの連結物あるいは集合体として定義できるので、ライン/スペース以外の任意形状であっても同様に測定できるのは言うまでもない。特に、任意形状をもつパターンの輪郭抽出等を行う場合、CADデータを用いて凡その輪郭を指定し、その位置から電子ビーム走査を始め、実際の構造物の境界を用いて電子ビーム走査範囲を定める手法を用いることで、半導体ウエハーやフォトマスク上に存在する、検査を必要とするパターンの輪郭部分だけを走査することが可能となり、超高速に測定対象構造物の輪郭を抽出可能となる。   (6) In the embodiment, line / space has been described for simplicity of description. However, since an arbitrary figure can be defined as a connection or aggregate of small lines, even an arbitrary shape other than line / space can be used. Needless to say, it can be measured similarly. In particular, when performing contour extraction of a pattern having an arbitrary shape, the approximate contour is specified using CAD data, electron beam scanning is started from that position, and the electron beam scanning range is determined using the boundary of the actual structure. By using the determined method, it becomes possible to scan only the contour portion of the pattern that needs to be inspected, which is present on the semiconductor wafer or the photomask, and the contour of the structure to be measured can be extracted at a very high speed.

(7)具体的には CADデータで指定した電子ビーム走査開始点から電子ビーム走査を開始してエッジを検出すると、そこからNピクセル過ぎたところで、電子ビームを停止させる。次いで、すぐ横のピクセルに対応するCADガイドラインを始点として走査開始する。走査方向は任意形状を形成する部分ラインに対して垂直方向に走査することが望ましい。これを繰り返すことで、測定対象の輪郭近傍のみを電子ビーム走査することが可能となり、非常に小さな面積を測定するだけで、輪郭が抽出で出来るようになる。   (7) Specifically, when electron beam scanning is started from the electron beam scanning start point specified by the CAD data and an edge is detected, the electron beam is stopped when N pixels have passed therefrom. Next, scanning is started with the CAD guideline corresponding to the pixel immediately next to the starting point as a starting point. The scanning direction is desirably scanning in a direction perpendicular to a partial line forming an arbitrary shape. By repeating this, it becomes possible to perform electron beam scanning only in the vicinity of the contour of the measurement object, and the contour can be extracted only by measuring a very small area.

(8)通常,検査装置はウエハーやフォトマスクを2次元走査しているため、多くのピクセルを画像として取得する必要がある。取得ピクセル数は検査時間と比例関係があり、多ければ多いほど検査時間が掛かる。検査では外形に意味がある場合が多い。本発明を利用すれば1次元に近い走査を行うことで、測定対象を表現できるので、非常に少ない量のピクセル取得で検査が可能になるため従来の検査装置と比較して非常に高速に検査を行うことが出来るようになる。   (8) Usually, an inspection apparatus scans a wafer or a photomask two-dimensionally, so it is necessary to acquire many pixels as an image. The number of acquired pixels is proportional to the inspection time, and the greater the number, the longer the inspection time. Inspections often have meaning in the inspection. According to the present invention, a measurement object can be expressed by performing a scan close to one dimension, so that inspection can be performed by acquiring a very small amount of pixels. Can be performed.

図8は、本発明の他の説明図を示す。   FIG. 8 shows another explanatory diagram of the present invention.

図8において、入れ物は、イオン液体を入れる容器である。   In FIG. 8, the container is a container for storing the ionic liquid.

イオン液体は、イオン導電性を有する液体である。   The ionic liquid is a liquid having ionic conductivity.

基板は、パターンを形成する基板であって、例えばウェハ、マスクなどである。   The substrate is a substrate on which a pattern is formed, and is, for example, a wafer, a mask, or the like.

レジストは、基板の上にパターンを形成するレジストであって、ここでは、イオン液体に浸すものである。   The resist is a resist that forms a pattern on a substrate, and is immersed in an ionic liquid here.

次に、図8の構成を説明する。
(1)イオン液体は融点が100℃以下である塩(イオン結晶をつくる物質)であり、強力にイオン結合しているため、室温で液体であるにも関わらず真空中でほとんど蒸発しない性質を有す。そのため、真空状態にされた電子顕微鏡の真空チャンバー内にそのまま放置しても蒸発せずにそのまま残り、かつ、導電性を示すことから帯電防止剤や潤滑剤として利用されている。一方、塩と同じで純粋なイオンの塊なのでそれぞれの構成物質はプラスイオンマイナスイオンを持ち、極性溶媒と良く混じる。
(2)主なイオン液体の種類としては以下のものが知られている。イオン液体自身新しいのでこれからもいろいろ出てくるのでそれも利用できる。
Next, the configuration of FIG. 8 will be described.
(1) An ionic liquid is a salt (a substance that forms an ionic crystal) having a melting point of 100 ° C. or less and has a strong ionic bond. Have Therefore, it is used as an antistatic agent and a lubricant because it remains without evaporating even when it is left as it is in a vacuum chamber of an electron microscope in a vacuum state and exhibits conductivity. On the other hand, since it is the same as a salt and a lump of pure ions, each constituent substance has a positive ion minus an ion and is well mixed with a polar solvent.
(2) The following types of main ionic liquids are known. Since the ionic liquid itself is new, it will come out in the future and can be used.

基本的に、陽イオンの種類でピリジン 系、脂環族アミン系、脂肪族アミン系の3つに大別される。これに組み合わせる陰イオンの種類を選択することで、多様な構造を合成できる。用いられる陽イオンには、イミダゾリウム塩類・ピリジニウム塩類などのアンモニウム系、ホスホニウム系イオン、ピロリジニウム、無系イオンなど、陰イオンの採用例としては、臭化物イオンやトリフラートなどのハロゲン系、テトラフェニルボレートなどのホウ素系、ヘキサフルオロホスフェートなどのリン系などがある。  Basically, there are three types of cations: pyridines, alicyclic amines, and aliphatic amines. By selecting the type of anion to be combined with this, various structures can be synthesized. Examples of cations used include ammonium ions such as imidazolium salts and pyridinium salts, phosphonium ions, pyrrolidinium, and non-ion ions.Examples of anions used include halogen ions such as bromide ions and triflate, and tetraphenylborate. And phosphorous such as hexafluorophosphate.

最先端の露光プロセスに利用されるArFレジスト等には粘度調節のため以下のような溶剤が多く含まれている。溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル融点−96度、沸点120℃酢酸ブチル融点−74度、沸点126℃ あるいはレジスト分解反応生成物として有機溶剤が分離発生する。
(3)レジストにパターン形成するための露光を行い、現像、洗浄、ベークを行った場合、まだ、大量に上記溶剤がレジスト内部に残っている。したがって、現像後、あるいはベーク後のレジスト構造物を電子顕微鏡の真空チャンバーに入れると、溶剤がどんどん蒸発し目減りを起こす。特に、数nmに収束した電子ビーム照射を行った場所はレジストの温度が局所的に上がり、酸発生剤による酸が発生しレジスト開裂も進んで溶剤が飛び出すことからさらに溶剤が蒸発し、レジストの目減り、あるいはシュリンクが起こる。
ArF resists and the like used in the state-of-the-art exposure processes contain a large amount of the following solvents for viscosity adjustment. As the solvent, propylene glycol monomethyl ether has a melting point of -96 ° C, a boiling point of 120 ° C, a butyl acetate melting point of -74 ° C, a boiling point of 126 ° C, or an organic solvent is separated and generated as a resist decomposition reaction product.
(3) When exposure for forming a pattern on the resist is performed, and development, washing, and baking are performed, a large amount of the solvent remains inside the resist. Therefore, when the resist structure after development or baking is put in a vacuum chamber of an electron microscope, the solvent evaporates more and more and the loss occurs. In particular, where the electron beam irradiation converged to several nm was performed, the temperature of the resist locally increased, the acid generated by the acid generator was generated, the resist was cleaved, and the solvent jumped out. Loss or shrinkage occurs.

一方、上述したイオン液体は導電性であり、かつ蒸気圧が殆どないため、レジストを構成する溶剤と現像後に置換することにより、真空中においてもレジストから有機溶剤が外部に蒸発して目減りすることを防止できる。イオン液体をレジスト構造物に早く浸透させるために超音波などを加えて、置換加速を行っても良い。本発明では、エッジ部分で電子ビーム照射を自動停止するので、エッジの部分がイオン液体に置換されていれば良いので、比較的容易に置換できる。
(4)従来からベーク後レジストの帯電を防止する目的でイオン液体をレジスト表面に塗る技術は知られていたが、本発明のようにレジストを構成する有機溶媒を現像後あるいは現像中にイオン液体で置換することによりレジストに含まれる有機溶媒が真空中で蒸発するのを防止してシュリンクを抑制する方法を開示したのは本発明が初めてである。
On the other hand, since the above-mentioned ionic liquid is conductive and has almost no vapor pressure, by replacing the solvent constituting the resist after development, the organic solvent evaporates from the resist to the outside even in a vacuum, and is reduced. Can be prevented. Substitution acceleration may be performed by applying ultrasonic waves or the like in order to quickly cause the ionic liquid to penetrate the resist structure. In the present invention, since the electron beam irradiation is automatically stopped at the edge portion, the edge portion only needs to be replaced with the ionic liquid, so that the replacement can be performed relatively easily.
(4) Conventionally, a technique of applying an ionic liquid to the resist surface for the purpose of preventing the resist from being charged after baking has been known. However, as in the present invention, the ionic liquid is developed after or during the development of the organic solvent constituting the resist. For the first time, the present invention has disclosed a method of preventing the organic solvent contained in the resist from evaporating in vacuum by suppressing the shrinkage.

電子ビームを照射するとレジストに含まれる酸発生剤と反応を起こし、レジスト開裂反応を促進する。この反応によって発生する有機溶剤が真空中に飛ぶことで目減りやシュリンクが促進されるが、本発明を用いると溶剤が蒸気圧の低いイオン液体に置換されているため、ほとんど蒸発が起こらない。つまり、レジストに電子ビームを照射してもシュリンクや目減りが起こるのを完璧に防止できる。
(5)これらの技術を既述した電子ビーム走査方法と組み合わせることで、レジストにわずかながら電子ビームが走査された際に起こるレジスト変化を避けることが可能となり、さらに電子ビーム照射によるレジスト損傷を防止つまり、電子ビームを照射する前の状態を保持できるのは言うまでもない。
Irradiation with an electron beam causes a reaction with an acid generator contained in the resist, thereby promoting a resist cleavage reaction. Although the organic solvent generated by this reaction flies in a vacuum, loss and shrinkage are promoted. However, when the present invention is used, the solvent is replaced by an ionic liquid having a low vapor pressure, so that almost no evaporation occurs. In other words, even if the resist is irradiated with an electron beam, it is possible to completely prevent the shrinkage and loss of the resist from occurring.
(5) By combining these techniques with the electron beam scanning method described above, it is possible to avoid a change in the resist that occurs when the electron beam is slightly scanned on the resist, and further to prevent the resist from being damaged by the electron beam irradiation. In other words, it goes without saying that the state before the electron beam irradiation can be maintained.

図9は本発明の他の説明図(その2)を示す。図9では測定中に真空チャンバー内にてレジストあるいはサンプルを冷却装置にて冷却することに特徴がある。   FIG. 9 shows another explanatory view (part 2) of the present invention. FIG. 9 is characterized in that a resist or a sample is cooled by a cooling device in a vacuum chamber during measurement.

図9において、電子ビームコラムは、電子ビームを発生、収束、細く絞ってサンプル上を平面走査するための公知のものである。   In FIG. 9, an electron beam column is a well-known electron beam column for generating, converging, and narrowing an electron beam to scan a sample on a plane.

サンプルは、基板上に形成されたパターンなどである。   The sample is a pattern or the like formed on the substrate.

冷却装置は、低温に冷却する台であって、サンプルを搭載して当該サンプルを冷却するものである。   The cooling device is a stage for cooling to a low temperature, and mounts a sample and cools the sample.

XYステージは、サンプルを目的とする位置に移動するものである。   The XY stage moves the sample to a target position.

真空チャンバーは、サンプル、冷却装置、XYステージなどを真空中に配置する容器である。   The vacuum chamber is a container in which a sample, a cooling device, an XY stage, and the like are placed in a vacuum.

冷却ヘリウムガスは、冷却装置を低温に冷却するためのNガスである。   The cooling helium gas is N gas for cooling the cooling device to a low temperature.

次に、動作を説明する。
(1)図9において、レジストに電子ビーム照射することで現れるシュリンク現象は一種の化学反応である。化学反応は化学エネルギーによって決まる反応速度を持っているため一般的に化学反応は温度で進行速度を制御できる。一般的に10度温度を下げると反応速度は半分になるので、100度温度を下げると反応速度は1000分の1になる。実質的にレジストの変化が見られないと思われるシュリンク量を100分の1に下げるには室温から60度程度下げるつまり、マイナス30から40度程度に下げればよいので、ペルチェ素子などを用いてサンプル温度を下げることが出来る。
(2)そこで、図9に示すように、サンプルを運ぶための金属あるいはガラスセラミック製のパレットあるいはXYステージあるいは電子ビームコラムに冷却装置を設け、サンプルを測定中冷却する。サンプル全体を冷却しても良いし、測定箇所のみを冷却しても良い。一般的にレジストで発生するあるいは含有される有機溶剤の融点は-100度よりも高いので、ペルチェ素子などを用いた半導体式の冷却装置を用いて有機溶剤を固体化することが出来る。もちろん真空中で漏れないように配管を用いて液体窒素やその冷却ガス、ヘリウムガスで冷却しても良い。低真空状態で測定する場合には、冷却ガスを測定対象部に吹きかけても良い。
Next, the operation will be described.
(1) In FIG. 9, the shrink phenomenon that occurs when the resist is irradiated with an electron beam is a kind of chemical reaction. In general, a chemical reaction has a reaction rate determined by chemical energy, so that the progress of a chemical reaction can be generally controlled by temperature. Generally, if the temperature is lowered by 10 degrees, the reaction rate is halved. Therefore, if the temperature is lowered by 100 degrees, the reaction rate is reduced to 1/1000. To reduce the amount of shrink, which is considered to show substantially no change in the resist, to about 1/100, the temperature should be lowered by about 60 degrees from room temperature. That is, the temperature should be lowered from about minus 30 to about 40 degrees. The sample temperature can be reduced.
(2) Therefore, as shown in FIG. 9, a cooling device is provided on a metal or glass ceramic pallet, an XY stage or an electron beam column for carrying the sample, and the sample is cooled during the measurement. The whole sample may be cooled, or only the measurement point may be cooled. Generally, the melting point of the organic solvent generated or contained in the resist is higher than -100 degrees, so that the organic solvent can be solidified using a semiconductor cooling device using a Peltier element or the like. Of course, it may be cooled with liquid nitrogen, its cooling gas, or helium gas using a pipe so as not to leak in a vacuum. When the measurement is performed in a low vacuum state, a cooling gas may be sprayed on the measurement target portion.

以上のように冷却を行えば、シュリンクは室温の100分の1以下となり、実質的にシュリンクレスを実現できる。
(3)前述したイオン液体で置換した場合には、0度近傍に冷却するだけで実質的にレジストのシュリンクレスを実現できる。この方式を既述した方法に併用すれば、さらにレジスト損傷の少ない正確で再現性の高い測定が可能となる。
If the cooling is performed as described above, the shrinkage becomes 1/100 or less of the room temperature, and the shrinkage can be substantially realized.
(3) In the case where the ionic liquid is replaced with the above-described one, the shrinklessness of the resist can be substantially realized only by cooling to around 0 degrees. When this method is used in combination with the above-described method, accurate and highly reproducible measurement with less resist damage can be performed.

図10は、本発明の他の実施例構成図を示す。これは、大気圧、更に加圧した圧力状態でサンプルを測長する場合の他の実施例構成図を示す。   FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. This is a configuration diagram of another embodiment in the case where the length of a sample is measured at atmospheric pressure and further increased pressure.

以下詳細に説明する。
(1)既述したようにレジストのシュリンクは主にレジストに含まれる有機溶剤あるいは電子ビームがレジストに照射されたさいに生じる有機溶剤が局所的に温められて真空に揮発することによって起こされる。したがって、測定環境を大気圧あるいは加圧下にしてしまえば、化学平衡により反応が抑えられかつ、発生した有機溶剤の蒸発は減少できる。
(2)サンプルを大気下で測定する方法は色々存在する。大気圧SEMと呼ばれる一連の電子顕微鏡がその目的を達成できる。本発明者が開示している装置もその1つである(詳細は、特開2014-157772を参照)。これらの電子顕微鏡では、電子ビームを通過することが出来て空気などの気体を通過することが出来ない炭素やシリコン等の軽元素薄膜を電子ビームの出射口に配置して大気を遮断し、大気に膜を通して電子ビームを照射出来るようにした装置である。但し、単に大気圧で電子ビームを照射しただけでは、レジストのシュリンクは完全に停止できないので、既述したようなセルフアラインESR電子ビーム走査方法、イオン液体置換法、あるいはサンプルを冷却する方法を併用することによってより効果が出るのは言うまでもない。
This will be described in detail below.
(1) As described above, the shrink of the resist is mainly caused by the local warming of the organic solvent contained in the resist or the organic solvent generated when the resist is irradiated with the electron beam and volatilization in a vacuum. Therefore, if the measurement environment is set at atmospheric pressure or under pressure, the reaction is suppressed by chemical equilibrium and the evaporation of the generated organic solvent can be reduced.
(2) There are various methods for measuring a sample in the atmosphere. A series of electron microscopes called atmospheric pressure SEMs can achieve that purpose. The device disclosed by the present inventor is one of them (for details, refer to JP-A-2014-157772). In these electron microscopes, a light element thin film such as carbon or silicon, which can pass an electron beam but cannot pass a gas such as air, is disposed at an exit of an electron beam to shut off the atmosphere. This is a device that can be irradiated with an electron beam through a film. However, simply irradiating the electron beam at atmospheric pressure cannot completely stop the shrinkage of the resist. Therefore, the self-aligned ESR electron beam scanning method, the ionic liquid replacement method, or the sample cooling method described above is used in combination. Needless to say, doing this will make you more effective.

図11は、本発明の説明図を示す。   FIG. 11 shows an explanatory diagram of the present invention.

図11の(a)は1ピクセル毎スキャンを示す。これは、電子ビームのスポットサイズと、走査ステップ間隔とが等しい場合のスキャンの様子を示す。この場合には、図示のように左側からラインに向かって走査(主走査)すると、図示のように、電子ビームのスポットサイズで順次走査されるので、そのときに検出される2次電子の輝度(振幅)は、図示のように階段状の波形となる。   FIG. 11A shows a scan for each pixel. This shows a state of scanning when the spot size of the electron beam and the scanning step interval are equal. In this case, when scanning (main scanning) from the left side to the line as shown in the drawing, the scanning is sequentially performed at the spot size of the electron beam as shown in the figure, so that the brightness of the secondary electrons detected at that time is (Amplitude) is a step-like waveform as shown in the figure.

一方、図11の(b)はサブピクセルスキャンを示す。これは、電子ビームのスポットサイズが、走査ステップ間隔よりも大幅に大きい(長い)場合のスキャンの様子を示す。この場合には、図示のように左側からラインに向かって走査(主走査)すると、図示のように、電子ビームの大きいスポットサイズで順次右方向に走査(シフト)されるので、そのときに検出される2次電子の輝度(振幅)は、図示のように、エッジの部分(スペースとラインとの境界部分)がピークとなる波形となる。   On the other hand, FIG. 11B shows a sub-pixel scan. This shows a state of scanning when the spot size of the electron beam is significantly larger (longer) than the scanning step interval. In this case, when scanning (main scanning) from the left side to the line as shown in the figure, the electron beam is sequentially scanned (shifted) rightward with a large spot size of the electron beam as shown in the figure. The brightness (amplitude) of the secondary electrons is a waveform having a peak at the edge portion (boundary portion between the space and the line) as shown in the figure.

以上のように、電子ビームのスポットサイズと、走査ステップとを変化させると、検出される2次電子の波形が異なるので、スペースからラインへの境界(エッジ)を検出するにはそのときのスポットサイズと走査ステップとをもとに近似曲線を実験で予め求めておき、この近似曲線を用いて正確にエッジ位置を検出することが必要である。   As described above, when the spot size of the electron beam and the scanning step are changed, the waveform of the detected secondary electrons is different. Therefore, in order to detect the boundary (edge) from the space to the line, the spot at that time is detected. It is necessary to obtain an approximate curve in advance by experiment based on the size and the scanning step, and to accurately detect the edge position using the approximate curve.

図12は、本発明の説明図(その2)を示す。これは、エッジ検出信号を検出してからNピクセル後に遮断信号を発生し、電子ビームを遮断し、ビーム遮断する動作を説明するものである。   FIG. 12 is an explanatory view (part 2) of the present invention. This explains the operation of generating a cutoff signal N pixels after detecting the edge detection signal, cutting off the electron beam, and cutting off the beam.

図12において、走査信号は、電子ビームを走査(主走査)する信号である。   In FIG. 12, a scanning signal is a signal for scanning (main scanning) an electron beam.

エッジ検出信号は、スペースとラインの境界(エッジ)を検出した信号である。   The edge detection signal is a signal that detects a boundary (edge) between a space and a line.

遮断信号は、電子ビームを遮断する信号であって、エッジ検出信号(エッジ)が検出されてからNピクセル(Mライン)後に発生する電子ビームを遮断する信号である。   The cutoff signal is a signal for cutting off the electron beam, and is a signal for cutting off the electron beam generated N pixels (M lines) after the edge detection signal (edge) is detected.

2次電子は、スペース、ラインなどから発生する2次電子の強度である。   Secondary electrons are the intensity of secondary electrons generated from spaces, lines, and the like.

次に、動作を説明する。   Next, the operation will be described.

(1)既述した例えば図7に示すように、スペースからライン(レジスト)に向かって電子ビームを走査し、スペースとラインとの境界(エッジ)となる2次電子のピークを検出した場合、エッジ信号を出力する。   (1) As shown in FIG. 7, for example, when an electron beam is scanned from a space to a line (resist) to detect a secondary electron peak that is a boundary (edge) between a space and a line, Output an edge signal.

(2)エッジ信号が出力された後、Nピクセルだけ走査信号が進んだときに遮断信号を出力する。   (2) After the edge signal is output, the cutoff signal is output when the scanning signal advances by N pixels.

(3)遮断信号が出力されると、電子ビームを遮断(ビーム遮断)する。これ以降のラインの内部は電子ビームで照射されないので、ライン(レジスト)のダメージやシュリンクを防止できる。   (3) When the cutoff signal is output, the electron beam is cut off (beam cutoff). Since the inside of the line after this is not irradiated with the electron beam, damage to the line (resist) and shrinkage can be prevented.

本発明のシステム構成図である。It is a system configuration diagram of the present invention. 本発明の高速ON/OFF可能なフォトカソード型電子源例である。5 is an example of a photocathode type electron source capable of high-speed ON / OFF according to the present invention. 本発明の動作説明図(その1)である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram (part 1) of the present invention. 本発明の動作説明図(その2)である。FIG. 8 is an operation explanatory diagram (part 2) of the present invention. 本発明のラインプロファイル説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a line profile of the present invention. 本発明の動作説明図(その3)である。FIG. 8 is an operation explanatory view (3) of the present invention. 本発明の動作説明図(その4))である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram (part 4) of the present invention. 本発明の他の説明図である。It is another explanatory drawing of this invention. 本発明の他の説明図(その2)である。It is another explanatory drawing (the 2) of this invention. 本発明の他の実施例構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention. 本発明の説明図である。It is explanatory drawing of this invention. 本発明の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of this invention.

1:電子銃
2:アパチャー
3:CL(コンデンサレンズ)
4:DEF(1)
5:DEF(2)
6:MCP
7:対物レンズ
8:サンプル
9:ステージ
11:自動ブランキング制御手段
12:ブランキング装置
13:ブランキング電極
14:ブランキングアパチャー
111:電子ビーム
121:2次電子
21:高圧電源
22:CL電源
23:偏向電源
24:2次電子検出器
25:対物電源
26:ステージ制御電源
27:測長器
31:PC(パソコン)
32:走査領域設定手段
33:走査方法指定手段
34:グローバルアライメント手段
35:画像取得手段
36:測長手段
37:信頼性判定手段
41:DB
1: electron gun 2: aperture 3: CL (condenser lens)
4: DEF (1)
5: DEF (2)
6: MCP
7: Objective lens 8: Sample 9: Stage 11: Automatic blanking control means 12: Blanking device 13: Blanking electrode 14: Blanking aperture 111: Electron beam 121: Secondary electron 21: High voltage power supply 22: CL power supply 23 : Deflection power supply 24: Secondary electron detector 25: Objective power supply 26: Stage control power supply 27: Length measuring device 31: PC (PC)
32: scanning area setting means 33: scanning method designation means 34: global alignment means 35: image acquisition means 36: length measurement means 37: reliability determination means 41: DB

Claims (6)

試料上に形成された距離測定対象のパターンの寸法、面積測定あるいは輪郭を抽出する電子ビーム測定装置において、
前記距離測定対象のパターンのエッジを含む部分走査領域を設定する設定手段と、
前記部分走査領域に電子ビームを走査し発生する電子を検出して部分走査画像を取得すると共に、該取得する際に、該パターンのエッジをリアルタイムに検出する検出手段と、
前記検出手段が前記エッジをリアルタイムに検出して、所定間隔を経過した後に電子ビームOFF信号をリアルタイムに発生する電子ビームOFF信号発生手段と、
前記電子ビームOFF信号発生手段がリアルタイムに電子ビームOFF信号を発生したときにリアルタイムに前記電子ビームを遮断して前記パターンへの照射を遮断する電子ビーム遮断手段とを備え、
自動的に測定に最小限必要な画像を取得することを特徴とする電子ビーム測定装置。
In an electron beam measuring apparatus for extracting the dimension, area measurement or contour of a pattern of a distance measurement target formed on a sample,
Setting means for setting a partial scan area including an edge of the pattern of the distance measurement target,
Detecting an electron generated by scanning the electron beam in the partial scanning area to acquire a partial scanning image, and, when acquiring the partial scanning image, detecting means for detecting an edge of the pattern in real time,
An electron beam OFF signal generating means for detecting the edge in real time by the detection means and generating an electron beam OFF signal in real time after a predetermined interval has passed;
When the electron beam OFF signal generation means generates an electron beam OFF signal in real time, the electron beam cutoff means for cutting off the electron beam in real time to cut off the irradiation on the pattern,
An electron beam measuring apparatus characterized by automatically acquiring a minimum image required for measurement.
測定対象パターンに対向して取得されたそれぞれの前記部分走査画像においてエッジ抽出をそれぞれ行い、それぞれのエッジ位置情報から前記パターンの互いに対向するエッジの距離を求める手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の電子ビーム測定装置。   Means for extracting an edge in each of the partial scan images acquired in opposition to the pattern to be measured, and obtaining a distance between opposing edges of the pattern from each edge position information. Item 7. An electron beam measurement device according to Item 1. 測定対象パターンから取得された前記部分走査画像においてエッジ抽出を行い、測定対象パターンの輪郭を抽出することを特徴とする請求項1記載の電子ビーム測定装置。   2. The electron beam measuring apparatus according to claim 1, wherein an edge is extracted from the partial scan image acquired from the measurement target pattern to extract a contour of the measurement target pattern. 前記所定間隔は、電子ビームをパターンの測定対象エッジに平行方向に走査した場合には走査ラインのN本(整数)に対応する間隔、あるいは電子ビームをパターンの測定対象エッジに直行方向に走査した場合には走査ラインのM画素(整数)に対応する間隔としたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電子ビーム測定装置。   The predetermined interval is an interval corresponding to N (integer) scan lines when the electron beam is scanned in a direction parallel to the measurement target edge of the pattern, or the electron beam is scanned in a direction perpendicular to the measurement target edge of the pattern. 4. The electron beam measuring apparatus according to claim 1, wherein an interval corresponding to M pixels (integer) of a scanning line is set in the case. 前記測定対象のパターンを、電子ビーム照射により縮小するパターンあるいはレジストパターンとしたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子ビーム測定装置。   5. The electron beam measuring apparatus according to claim 1, wherein the pattern to be measured is a pattern that is reduced by electron beam irradiation or a resist pattern. 試料上に形成された距離測定対象のパターンの寸法、面積測定、あるいは輪郭を抽出する電子ビーム測定方法において、
前記距離測定対象のパターンのエッジを含む部分走査領域を設定する設定ステップと、
前記部分走査領域に電子ビームを走査し発生する電子を検出して部分走査画像を取得すると共に、該取得する際に、該パターンのエッジをリアルタイムに検出する検出ステップと、
前記検出ステップが前記エッジをリアルタイムに検出して、所定間隔を経過した後に電子ビームOFF信号をリアルタイムに発生する電子ビームOFF信号発生ステップと、
前記電子ビームOFF信号発生ステップがリアルタイムに電子ビームOFF信号を発生したときにリアルタイムに前記電子ビームを遮断して前記パターンへの照射を遮断する電子ビーム遮断ステップとを有し、
自動的に測定に最小限必要な画像を取得することを特徴とする電子ビーム測定方法。
In the electron beam measurement method for extracting the dimension, area measurement, or contour of the pattern of the distance measurement target formed on the sample,
A setting step of setting a partial scan area including an edge of the pattern of the distance measurement target,
A detection step of detecting an electron generated by scanning the electron beam in the partial scanning region to acquire a partial scanning image, and detecting the edge of the pattern in real time when acquiring the partial scanning image,
The detecting step detects the edge in real time, an electron beam OFF signal generating step of generating an electron beam OFF signal in real time after a predetermined interval,
An electron beam cutoff step of cutting off the irradiation of the pattern by cutting off the electron beam in real time when the electron beam OFF signal generation step generates an electron beam OFF signal in real time,
An electron beam measurement method characterized by automatically acquiring a minimum image required for measurement.
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