JP5624999B2

JP5624999B2 - 走査型電子顕微鏡

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Publication number: JP5624999B2
Application number: JP2011550864A
Authority: JP
Inventors: 聖子大森; 田中　潤一; 潤一田中; 中山　義則; 義則中山; 敬一郎人見
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: US9110384B2; WO2011089913A1; JPWO2011089913A1; US20120298865A1

Description

本発明は、走査型電子顕微鏡に関する。

半導体製造工程では、走査型電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下ＳＥＭと呼ぶ）等の荷電粒子線装置を用い、半導体デバイスのパターン寸法を計測し、その出来栄えを評価している。特に、半導体のラインパターンの線幅やホールパターンのホール径を計測するＳＥＭはＣＤ−ＳＥＭ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎＳＥＭ）と呼ばれている。

ＣＤ−ＳＥＭでは、ウェハ上方に設置した電子銃から放出された電子線を、収束レンズで細く絞り、評価試料上を偏向器で２次元に走査する。そして、電子線照射によって試料表面から発生した２次電子を２次電子検出器で捉え、得られた信号を画像（以下、ＳＥＭ像と呼ぶ）として記録する。２次電子の発生量は試料の凹凸により変化するので、２次電子信号を評価することにより試料表面の形状変化を捉えることが可能となる。さらに、パターンのエッジ部で２次電子信号が急激に増加することを利用して、エッジ位置の特定を行い、寸法の計測（以下、測長と呼ぶ）を行っている。しかしながら、ＣＤ−ＳＥＭでレジスト材料を計測する場合、障害となる課題が２つある。
第一には、フォトリソグラフィの感光材料として使用されるフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ用のフォトレジスト（以下、ＡｒＦレジストと呼ぶ）が電子線に対し脆弱で、電子線照射により体積が減少（以下、シュリンクと呼ぶ）してしまうことである。
第二には、負電荷を有する電子を照射することに起因する試料の表面帯電である。電子線照射による試料の表面帯電は、（２次電子量／入射電子量）で定義される２次電子発生効率δで表すことができ、図１のような特性を示す。入射電子と２次電子の個数が一致する照射エネルギ、つまり、２次電子発生効率δが１となる照射エネルギを境界として、照射エネルギは３つの範囲（１０１、１０２、１０３）に区分される。１０１と１０３では２次電子の個数が入射電子の個数より少なく、試料が負に帯電する。それに対し、１０２では２次電子の個数が入射電子の個数より多いので、試料が正に帯電する。試料が正に数Ｖ帯電すると、エネルギが数ｅＶと小さい２次電子は試料表面に引き戻されたり、また入射電子も偏向されたりする。その結果、ＳＥＭ像の明るさが暗くなったり、入射電子の偏向による寸法誤差が生じたりしてしまい、計測に影響を及ぼすと考えられる。

特許文献１及び２では、シュリンクにより寸法が変化する前の寸法を推定するため、図２の方法を開示している。電子線照射によりシュリンクするパターンの寸法を繰り返し測長し、その測長結果をプロット（２０１）し、当該測長値のプロット（２０１）に対し近似関数（２０２）をフィッティングすることで、電子線が照射される前の寸法、つまり、シュリンクする前の寸法（２０３）を推定している。但し、この方法では帯電の影響については言及されておらず、さらに、対象となるレジストパターンでは全ての箇所でシュリンク量が同じという前提がある。

特許文献３には、試料の実際のパターンエッジ端に即した輪郭線情報を抽出して信頼性の高い寸法計測を行う技術が記載されている。

特開２００５−３３８１０２号特開２００７−００３５３５号特開２００９−１９８３３８号

シュリンクによる物理的な寸法変化や帯電起因の入射電子の偏向による寸法誤差にバラツキがあると、そのＳＥＭ像から求めた寸法や形状の信頼性は低くなり、高精度計測の障害となる。このような影響を受けずに高精度計測を実現するためには、シュリンクや帯電によりＳＥＭ像が変化する前のパターン寸法またはパターン形状輪郭線を復元し、評価結果として用いる必要がある。

また、計測すべき半導体回路は単純な線状のみならず図３に示すような屈曲部（３０１）などを含む複雑な２次元パターンを有している。このような２次元パターンでは、領域Ａ（３０２）と領域Ｂ（３０３）でパターンのテーパ角が異なり、形状変化が一様でないことが分かった。そのため、特許文献１及び２に開示される方法で２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線を復元しても、テーパ角により寸法及び形状変化量が異なることを考慮するプロセスが含まれていないので、復元した形状輪郭線の誤差が大きくなると考えられる。また、フォトマスクの設計データに予め補正パターンを入れて、仕上がりの形状をコントロールするＯＰＣ（ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｘｉｍｉｔｙＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）設計においても、電子線照射前の形状輪郭線を復元することは必要となってくる。ＯＰＣパターンの設計は、ＯＰＣ処理を行ったフォトマスクパターンが、シリコンウェハ上にどのように転写されるかを予測する、リソシミュレータに基づいて行われる。ウェハ上に設計通りの回路パターンが形成されたかどうかを検証するためには、ウェハ上に転写されたレジストパターンを観察することが必要となってくる。ＯＰＣ検証をより正確に行うためには、ＣＤ−ＳＥＭから得られたＳＥＭ像の形状輪郭線が、試料の実際のパターンエッジ端に即したものであることが重要である。特許文献３によれば、ＣＤ−ＳＥＭのパターンエッジの各点における投影波形を、試料の断面形状と電子線信号波形とを関連づけるライブラリにあてはめることによりパターンの断面形状を推定し、推定した断面形状における所望の定義のエッジ端（例えば、ボトム端）をエッジ点とし、その連なりをパターンの輪郭線とするので、試料の実際のパターンエッジ端に即した輪郭線が出力される。しかしながら、電子線照射により形状変化した後の形状輪郭線を用いてＯＰＣ補正を行っても、形状変化量の分だけ設計誤差が生じると考えられる。従って、ＯＰＣ補正においても電子線を照射する前の形状輪郭線情報が必要となってくる。

本発明は、２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線を高精度に復元することを目的とする。

本発明は、電子源と、該電子源から放出された電子線を集束する集束レンズと、前記電子線を試料上で走査する偏向コイルと、前記電子線の照射によって前記試料から発生した２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力に基づいて前記試料表面のパターンの輪郭を演算する演算手段と、を備えた走査型電子顕微鏡であって、前記演算手段は、前記電子線照射によって変化した前記パターンの輪郭を前記パターン形状に応じて補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、補正後の前記パターンの輪郭を表示する表示手段を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターンの断面形状であることを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターン断面のテーパ角であることを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記パターンは、前記試料に形成されたレジストパターンであることを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記パターン形状が電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度であり、前記電子線の走査方向に対する前記パターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、２次元パターンの特定部分においてそれぞれ個別の形状変化量を算出し電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記２次元パターンの特定部分が前記パターンの曲がり部分、先端部分、隣接パターン間隔の異なる部分であることを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記２次元パターンの特定部分の復元パラメータ量を寸法変化量とする場合、前記パターン断面のテーパ角と前記パターンの寸法変化量および前記電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を用いて、前記電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部を有し、前記復元演算部で算出した形状変化量を元に前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

さらに、前記パターンの前記特定部分どうしが影響を与える応力を算出する応力演算部を有し、該応力演算部を用いて電子線照射前の位置を演算することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

また、電子源と、該電子源から放出された電子線を集束する集束レンズと、前記電子線を試料上で走査する偏向コイルと、前記電子線の照射によって前記試料から発生した２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力に基づいて前記試料表面のパターンの輪郭を演算する演算手段と、を備えた走査型電子顕微鏡であって、あらかじめ観察する前記試料のパターンの形状パラメータを記憶し格納する形状記憶部と、前記形状パラメータと前記電子線照射によって寸法が変化することによる寸法変化量の対応を記憶する対応表記憶部と、前記形状記憶部と前記対応表記憶部から電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部とを有し、前記演算手段は前記パターンの輪郭を、該復元演算部で算出した形状変化量に基づいて前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡である。

パターンの各部所における電子線照射起因の形状変化量は、レジストパターンの断面形状に大きく依存しており、テーパ角が小さいほど電子線照射起因の形状変化量が大きいことが分かった。そこで、本発明では特許文献１及び２に示されている「レジスト材料・露光条件・パターンのウェハ内の位置・隣り合う別のパターンとの距離・パターン寸法」の他に、詳細なパターンの断面形状及び電子線の走査方向に対するパターンのエッジ方向といった情報などから得られるパターンのデータベースと連結し、ＳＥＭ像を取得するパターン断面のテーパ角マップを作成及び記憶し、さらにテーパ角とシュリンクによる寸法変化量の対応表、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度とパターンの寸法変化量の対応表を作成及び記憶し、これらのデータベースを組み合わせることでパターンの各部所における電子線照射起因の形状変化量を算出し、その変化量を元に電子線照射前の形状輪郭線を復元する方法、及び装置を提案する。また、２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線を復元する場合、２次元パターンにおける特定部分（曲がり・線端・隣接・密度など）を検出し、各部所の形状変化量だけでなく、パターンの各部所同士が影響を及ぼす応力による位置ずれも補正し、形状輪郭線を復元する方法、及び装置を提案する。

２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線を高精度に復元することができる。

２次電子発生効率δを説明する図特許文献１及び２の手法を説明する図代表的な２次元パターンＣＤ−ＳＥＭの構成電子線照射前の形状輪郭線を復元する処理フロー電子線照射前の形状輪郭線を復元する処理フローの補足図電子線照射前の形状輪郭線を復元する処理フローの具体例電子線照射前の形状輪郭線を復元する処理フローの具体例の補足図１次元パターンと２次元パターンの位置補正の比較２次元パターンにおける位置補正の処理フロー２次元パターンにおける位置補正の処理フローの補足図２次元パターンの特定部分を説明する図ラインパターンの先端部分における形状輪郭線の復元方法隣接するパターンの間隔を形状パラメータとした場合の形状輪郭線復元処理フロー隣接するパターンの間隔を形状パラメータとした場合の形状輪郭線復元処理フローの補足図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の機能を有する部分には、原則として同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

（ＣＤ−ＳＥＭの構成）
図４は本発明の一実施例である走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。電子源である陰極４０１と第１陽極４０２の間には、制御演算装置４０３（制御プロセッサ）で制御される高電圧制御電源４０４により電圧が印加され、所定のエミッション電流が陰極４０１から引き出される。陰極４０１と第２陽極４０５の間には、制御演算装置４０３で制御される高電圧制御電源４０６により加速電圧が印加されるため、陰極４０１から放出された入射電子線４０７は加速されて後段のレンズ系に進行する。入射電子線４０７は、集束レンズ制御電源４０８で制御された集束レンズ４０９で収束され、絞り板４１０で入射電子線４０７の不要な領域が除去される。その後、対物レンズ制御電源４１１で制御された対物レンズ４１２により試料４１３に微小スポットとして収束され、偏向コイル４１４で試料上を２次元的に走査される。偏向コイル４１４の走査信号は、観察倍率に応じて偏向コイル制御電源４１５により制御される。また、試料４１３は２次元的に移動可能な試料ステージ４１６上に固定されている。試料ステージ４１６はステージ制御部４１７により移動が制御される。入射電子線４０７の照射によって試料４１３から発生した２次電子４１８は２次電子検出器４１９により検出され、描画装置４２０は検出された２次電子信号を可視信号に変換して別の平面上に適宜配列するように制御を行うことで、試料像表示装置４２１に試料の表面形状に対応した画像を試料像として表示する。入力装置４２２はオペレータと制御演算装置４０３のインターフェースを行うもので、オペレータはこの入力装置４２２を介して上述の各ユニットの制御を行う他に、測長点の指定や寸法計測の指令を行う。なお、制御演算装置４０３には図示しない記憶装置が設けられており、得られた測長値や、後述する測長シーケンス等を記憶できるようになっている。

２次電子検出器４１９で検出された信号は、信号アンプ４２３で増幅された後、描画装置４２０内の画像メモリに蓄積されるようになっている。なお、本実施例装置は２次電子検出器４１９を備えているが、これに限られることはなく、反射電子を検出する反射電子検出器や光、電磁波、Ｘ線を検出する検出器を２次電子検出器に替えて、或いは一緒に備えることも可能である。画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号は、制御演算装置４０３内、或いは別に設置されたコンピュータ内で生成され、アナログ変換された後に、偏向コイル４１４に供給される。Ｘ方向のアドレス信号は、例えば画像メモリが５１２×５１２画素の場合、０から５１２を繰り返すデジタル信号であり、Ｙ方向のアドレス信号は、Ｘ方向のアドレス信号が０から５１２に到達したときに、プラス１される０から５１２の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。画像メモリのアドレスと電子線を走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには走査コイルによる電子線の偏向領域の２次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、試料像表示装置４２１の輝度変調信号となる。画像メモリには、Ｓ／Ｎ比改善のため画像（画像データ）を重ねて（合成して）記憶する機能が備えられている。例えば８回の２次元走査で得られた画像を重ねて記憶することで、１枚の完成した像を形成する。即ち１回もしくはそれ以上のＸ−Ｙ走査単位で形成された画像を合成して最終的な画像を形成する。１枚の完成した像を形成するための画像数（フレーム積算数）は任意に設定可能であり、２次電子発生効率δ等の条件を鑑みて適正な値が設定される。また複数枚数積算して形成した画像を更に複数枚重ねることで、最終的に取得したい画像を形成することもできる。所望の画像数が記憶された時点、或いはその後に入射電子線のブランキングを実行し、画像メモリへの情報入力を中断するようにしても良い。本実施例の以下の説明では、１回の測長を行うために、所定枚数の画像（例えば８枚）の画像を積算して、そこから測長を行うための情報（例えばラインプロファイル）を抽出している。即ち、複数回の測長を行うために、８枚×測長回数の画像を取得する。なお、本実施例の説明では、画像形成に基づく測長を行う例について、説明するが、これに限られることはなく、例えば電子線を１次元的に走査し、当該走査個所から放出される２次電子等の検出に基づいてラインプロファイルを形成することも可能である。またフレーム積算数を８に設定した場合に、９枚目の画像が入力される場合には、１枚目の画像は消去され、結果として８枚の画像が残るようなシーケンスを設けても良いし、９枚目の画像が入力されるときに画像メモリに記憶された積算画像に７／８を掛け、これに９枚目の画像を加算するような重み加算平均を行うことも可能である。また本発明実施例装置は、検出された２次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは入射電子線を１次元、或いは２次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの測長等に用いられる。パターンの測長は、試料像表示装置４２１に試料像とともに２本の垂直または水平カーソル線を表示させ、入力装置４２２を介してその２本のカーソルをパターンの２箇所のエッジへ設置し、試料像の像倍率と２本のカーソルの距離の情報をもとに制御演算装置４０３でパターンの寸法値として測長値を算出する。なお、図４の説明は制御プロセッサ部が走査型電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査型電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には２次電子検出器４１９で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査型電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査型電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。更に、本実施例装置は、例えば半導体ウェハ上の複数点を観察する際の条件（計測個所、走査型電子顕微鏡の光学条件等）を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、計測や観察を行う機能を備えている。また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査型電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。即ち、以下に説明する本発明実施例は画像プロセッサを備えた走査型電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に採用可能なプログラムの発明としても成立するものである。

（電子線照射前の形状輪郭線を復元する処理フロー）
本発明は、図４で説明したＣＤ−ＳＥＭの制御演算装置４０３の機能に、電子線照射後のＳＥＭ像から電子線照射前の形状輪郭線を復元する演算部を付加しており、オペレータは入力装置４２２を介して、取得したＳＥＭ像に復元した形状輪郭線を重ね合わせて試料像表示装置４２１に表示する。具体的な処理手順について、図５及び図６を用いて説明する。まず、露光装置の露光条件（６０１）・プロセス装置のプロセス条件（６０２）・ＯＣＤ装置のプロセス評価の結果（６０３）といったパターン情報のデータベース（６０４）と連結し、ＣＤ−ＳＥＭで取得するパターンの断面形状のテーパ角マップ（６０５）、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度マップ（６０６）をデータベースとして形状記憶部（６０７）に格納する（Ｓ５０１）。次に、テーパ角とシュリンクによる寸法変化量の対応表（６０８）、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と寸法変化量の対応表（６０９）を別途作成し、データベースとして対応表記憶部（６１０）に格納する（Ｓ５０２）。各対応表の具体的な作成方法、及び各対応表を用いた場合の形状輪郭線復元手順については後述する。形状記憶部（６０７）と対応表記憶部（６１０）の各データベースを用いて、形状輪郭線復元演算部（６１１）でパターンの各部所における電子線照射起因の形状変化量を算出する（Ｓ５０３）。次に、ＣＤ−ＳＥＭでＳＥＭ像（６１２）を取得し、取得したＳＥＭ像（６１２）から電子線照射後の形状輪郭線（６１３）を抽出する（Ｓ５０４）。形状輪郭線復元演算部（６１１）で算出した電子線照射起因の形状変化量と電子線照射後の形状輪郭線（６１３）から、電子線照射前の形状輪郭線（６１４）を復元し（Ｓ５０５）、取得したＳＥＭ像（６１２）に重ね合わせて表示する（Ｓ５０６）。

形状輪郭線に関しては、パターンエッジから輪郭線を抽出する技術を用いる。具体的には、取得したＳＥＭ像からパターンエッジを抽出し、当該エッジ部分と設計データの輪郭線でのパターンマッチングを行う。次に、ＳＥＭエッジについて輪郭線化を行う。輪郭線化に際しては、ＳＥＭエッジのホワイトバンドの輝度分布を波形として認識し、輝度の大きな箇所（あるいは所定のしきい値の設定によって抽出される箇所）を繋ぎ合わせるようにして、輪郭線を抽出する。

（対応表記憶部の各対応表を作成する方法及びその対応表を用いて形状輪郭線を復元）具体的な処理手順について、図７及び図８を用いて説明する。まず、露光装置の露光条件（８０１）・プロセス装置のプロセス条件（８０２）・ＯＣＤ装置のプロセス評価の結果（８０３）といったパターン情報のデータベース（８０４）と連結し、ＣＤ−ＳＥＭで取得するパターンの断面形状のテーパ角マップ（８０５）、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度マップ（８０６）をデータベースとして形状記憶部（８０７）に格納する（Ｓ７０１）。次に、テーパ角とシュリンクによる寸法変化量の対応表（８０８）、及び電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と寸法変化量の対応表（８０９）を別途作成し、データベースとして対応表記憶部（８１０）に格納する（Ｓ７０２）。テーパ角とシュリンクによる寸法変化量の対応表（８０８）を作成するためには、多様なテーパ角のレジストパターンに対し、電子線照射前の断面形状と電子線照射によりシュリンクした後の断面形状を計測し、数ナノレベルで変化する寸法変化量を特定する必要がある。断面形状毎の寸法変化量の特定には、断面ＳＥＭやＳＴＥＭを用いても良い。本実施例で使用したＡｒＦレジストにおいて、テーパ角とシュリンクによる寸法変化量の関係は７０８のような特性が得られた。テーパ角６０°のときの寸法変化量が約６ｎｍに対し、テーパ角８０°のときの寸法変化量が約３ｎｍと、テーパ角が小さくなるほどシュリンクによる寸法変化量は大きくなる。また、９０°以降は飽和する。

次に、電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と寸法変化量の対応表（８０９）を作成するためには、電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度とその帯電により電子線が偏向される量を特定する必要がある。本実施例で使用したＡｒＦレジストにおいて、電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と寸法変化量の関係は８０９のような特性が得られた。電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度が１°の場合、電子線は帯電の影響をあまり受けず、寸法誤差はゼロとなる。一方、電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度が８９°の場合、電子線は左右の帯電の影響を受けブロック矢印（８１０）に示す方向に偏向され、寸法誤差が＋１ｎｍとなる。

形状記憶部（８０７）と対応表記憶部（８１１）の各データベースを用いて、形状輪郭線復元演算部（８１２）でパターンの各部所における電子線照射起因の形状変化量を算出する（Ｓ７０３）。次に、ＣＤ−ＳＥＭでＳＥＭ像（８１３）を取得し、取得したＳＥＭ像（８１３）から電子線照射後の形状輪郭線（８１４）を抽出する（Ｓ７０４）。形状輪郭線復元演算部（８１２）で算出した電子線照射起因の形状変化量と電子線照射後の形状輪郭線（８１４）から、電子線照射前の形状輪郭線（８１５）を復元し（Ｓ７０５）、取得したＳＥＭ像（８１３）に重ね合わせて表示する（Ｓ７０６）。

（２次元パターンの位置補正）
１次元パターンと２次元パターンでは電子線を照射したときの形状変化の様子が異なる。図９−（Ａ）のような１次元パターン（９０１）では、パターン各部所における形状変化量（９０２）だけでなく、パターン各部所がお互いに引っ張り合う力（以下、応力と呼ぶ）も同程度と考えられるので、電子線照射前の形状輪郭線（９０３）を推定する際、パターン位置の補正を行う必要がなく、単純に算出した形状変化量を加算すれば良い。一方、図９−（Ｂ）のような２次元パターン（９０４）では、領域Ａ（９０５）と領域Ｂ（９０６）では形状変化量が異なり、さらに、領域Ｂがシュリンクすることで領域Ａに矢印で示すような応力（９０７）がかかる。従って、２次元パターン（９０４）の電子線照射前の形状輪郭線（９０８）を高精度に復元するためには、パターン各部所における形状変化量を算出することに加えて、パターン各部所同士の応力（９０７）を考慮した位置補正を行う必要がある。

図１０及び１１を用いて、２次元パターンの具体的な位置補正方法について説明する。まず、図１１−（Ａ）に示すように２次元パターンを同じ大きさのブロックで分割する（Ｓ１００１）。なお、本実施例ではブロックＡ（１１０１）の位置補正方法に特化して説明する。ブロックＡ（１１０１）以外の周辺ブロックをブロックＢ（１１０２）とする。次に、図１１−（Ｂ）に示すよう、２次元パターンをブロックＡ（１１０１）を中心とする４つの象限に分ける（Ｓ１００２）。第１象限（１１０３）は矢印（１１０４）、第２象限（１１０５）は矢印（１１０６）、第３象限（１１０７）は矢印（１１０８）、第４象限（１１０９）は矢印（１１１０）の方向に応力がかかると仮定する。次に、各象限に含まれるブロックＢ（１１０２）の個数を算出する（Ｓ１００３）。算出したブロックＢ（１１０２）の個数で、各象限の応力に重みづけをし（Ｓ１００４）、その重みづけを元に位置補正を行う（Ｓ１００５）。図１１のパターンの場合、図１１−（Ｃ）に示すよう、各象限に含まれるブロックＢ（１１０２）の個数は、第２象限（１１０５）が０個、第１象限（１１０３）及び第３象限（１１０７）が２個、第４象限（１１０９）が１１個と、第４象限（１１０９）が最も多く、矢印（１１１０）の方向にかかる応力が最も大きい。また、矢印（１１０４）と矢印（１１０８）はお互い逆方向に応力が働くので、その力は相殺されると考えて良い。以上を踏まえて図に示すような２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線（１１１１）を復元すると図１１−（Ｄ）のようになり、図１１−（Ｅ）に示す従来法で復元した形状輪郭線（１１１２）とは大きく異なることがわかる。
（２次元パターンの特定部分における形状輪郭線の復元方法）
観察する２次元パターンでは、図１２に示すような、曲がり部分（１２０１）・ラインパターンの先端部分（１２０２）・パターン密度の異なる部分（１２０３）を含むことが多い。曲がり部分（１２０１）は、前述の実施例で示したような方法を用いて電子線照射前の形状輪郭線を復元するため、ここではその復元方法について割愛する。ラインパターンの先端部分（１２０２）の電子線照射前の形状輪郭線復元方法について、図１３を用いて説明する。

ラインパターンの先端部分（１２０２）を含む領域Ａ（１３０１）のテーパ角α（１３０２）は、領域Ｂ（１３０３）のテーパ角β（１３０４）よりも小さい。従って、電子線照射による寸法変化量は領域Ａの方が領域Ｂよりもが大きくなる。その結果を踏まえると、電子線照射前の形状輪郭線（１３０５）は破線で示されるような形状になる。さらに、パターン密度の異なる部分（１２０３）の電子線照射前の形状輪郭線復元方法の具体的な処理手順について、図１４及び図１５を用いて説明する。まず、露光装置の露光条件（１５０１）・プロセス装置のプロセス条件（１５０２）・ＯＣＤ装置のプロセス評価の結果（１５０３）といったパターン情報のデータベース（１５０４）と連結し、ＣＤ−ＳＥＭで取得するパターンのレイアウトマップ（１５０５）をデータベースとして形状記憶部（１５０６）に格納する（Ｓ１４０１）。次に、隣接するパターンの間隔とシュリンクによる寸法変化量の対応表（１５０７）を別途作成し、データベースとして対応表記憶部（１５０８）に格納する（Ｓ１４０２）。対応表（１５０７）を作成するためには、隣接するパターンの間隔が異なるレジストパターンに対し、電子線照射前の断面形状と電子線照射によりシュリンクした後の断面形状を計測し、数ナノレベルで変化する寸法変化量を特定する必要がある。寸法変化量の特定には、断面ＳＥＭやＳＴＥＭを用いても良い。形状記憶部（１５０６）と対応表記憶部（１５０８）のデータベースを用いて、形状輪郭線復元演算部（１５０９）で隣接するパターンの間隔毎の電子線照射起因の形状変化量を算出する（Ｓ１４０３）。次に、ＣＤ−ＳＥＭでＳＥＭ像（１５１０）を取得し、取得したＳＥＭ像（１５１０）から電子線照射後の形状輪郭線（１５１１）を抽出する（Ｓ１４０４）。形状輪郭線復元演算部（１５０９）で算出した電子線照射起因の形状変化量と電子線照射後の形状輪郭線（１５１１）から、電子線照射前の形状輪郭線（１５１２）を復元し（Ｓ１４０５）、取得したＳＥＭ像（１５１０）に重ね合わせて表示する（Ｓ１４０６）。

１０１：２次電子発生効率が１より小さい範囲、１０２：２次電子発生効率が１よりも大きい範囲、１０３：２次電子発生効率が１よりも小さい範囲、２０１：繰り返し測長結果のプロット、２０２：近似関数、２０３：シュリンク前の寸法、３０１：２次元パターン、３０２：領域Ａ、３０３：領域Ｂ、４０１：陰極、４０２：第１陽極、４０３：制御演算装置、４０４：高電圧制御電源、４０５：第２陽極、４０６：高電圧制御電源、４０７：入射電子線、４０８：集束レンズ制御電源、４０９：集束レンズ、４１０：絞り板、４１１：対物レンズ制御電源、４１２：対物レンズ、４１３：試料、４１４：偏向コイル、４１５：偏向コイル制御電源、４１６：試料ステージ、４１７：ステージ制御部、４１８：２次電子、４１９：２次電子検出器、４２０：描画装置、４２１：試料像表意装置、４２２：入力装置、４２３：信号アンプ、Ｓ５０１−Ｓ５０６：形状輪郭線の復元手順、６０１：露光装置の露光条件、６０２：プロセス装置のプロセス条件、６０３：ＯＣＤ装置のプロセス評価の結果、６０４：パターン情報のデータベース、６０５：ＣＤ−ＳＥＭで取得するパターンの断面形状のテーパ角マップ、６０６：パターンエッジの角度マップ、６０７：形状記憶部、６０８：テーパ角−シュリンクによる寸法変化量の対応表、６０９：電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度−寸法変化量の対応表、６１０：対応表記憶部、６１１：形状輪郭線復元演算部、６１２：取得したＳＥＭ像、６１３：取得したＳＥＭ像から抽出した電子線照射後の形状輪郭線、６１４：電子線照射前の形状輪郭線、Ｓ７０１−Ｓ７０６：形状輪郭線の復元手順、８０１：露光装置の露光条件、８０２：プロセス装置のプロセス条件、８０３：ＯＣＤ装置のプロセス評価の結果、８０４：パターン情報のデータベース、８０５：ＣＤ−ＳＥＭで取得するパターンの断面形状のテーパ角マップ、８０６：パターンエッジの角度マップ、８０７：形状記憶部、８０８：テーパ角−シュリンクによる寸法変化量の対応表、８０９：電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度−寸法変化量の対応表、８１０：電子線が偏向される方向、８１１：対応表記憶部、８１２：形状輪郭線復元演算部、８１３：取得したＳＥＭ像、８１４：取得したＳＥＭ像から抽出した電子線照射後の形状輪郭線、８１５：電子線照射前の形状輪郭線、９０１：１次元パターン、９０２：１次元パターンの形状変化傾向、９０３：１次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線、９０４：２次元パターン、９０５：領域Ａ、９０６：領域Ｂ、９０７：領域Ｂのシュリンクにより領域Ａが引っ張られる方向、９０８：２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線、Ｓ１００１−Ｓ１００５：２次元パターンの位置補正手順、１１０１：ブロックＡ、１１０２：ブロックＢ、１１０３：第１象限、１１０４：第１象限の応力の向き、１１０５：第２象限、１１０６：第２象限の応力の向き、１１０７：第３象限、１１０８：第３象限の応力の向き、１１０９：第４象限、１１１０：第４象限の応力の向き、１１１１：位置補正して復元した２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線、１１１２：従来法で復元した２次元パターンの電子線照射前の形状輪郭線、１２０１：２次元パターンにおける曲がり部分、１２０２：２次元パターンにおける先端部分、１２０３：隣接するパターンの間隔が異なる部分、１３０１：領域Ａ、１３０２：テーパ角α、１３０３：領域Ｂ、１３０４：テーパ角β、１３０５：電子線照射前の形状輪郭線、Ｓ１４０１−Ｓ１４０６：形状輪郭線の復元手順、１５０１：露光装置の露光条件、１５０２：プロセス装置のプロセス条件、１５０３：ＯＣＤ装置のプロセス評価の結果、１５０４：パターン情報のデータベース、１５０５：ＣＤ−ＳＥＭで取得するパターンのレイアウトマップ、１５０６：形状記憶部、１５０７：隣接するパターンの間隔−シュリンクによる寸法変化量の対応表、１５０８：対応表記憶部、１５０９：形状輪郭線復元演算部、１５１０：取得したＳＥＭ像、１５１１：取得したＳＥＭ像から抽出した電子線照射後の形状輪郭線、１５１２：電子線照射前の形状輪郭線

Claims

電子源と、
該電子源から放出された電子線を集束する集束レンズと、
前記電子線を試料上で走査する偏向コイルと、
前記電子線の照射によって前記試料から発生した２次電子を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて前記試料表面のパターンの輪郭を演算する演算手段と、
を備えた走査型電子顕微鏡であって、
前記演算手段は、前記電子線照射によって変化した前記パターンの輪郭を前記パターン形状に応じて補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
補正後の前記パターンの輪郭を表示する表示手段を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターンの断面形状であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターン断面のテーパ角であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンは、前記試料に形成されたレジストパターンであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状が電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度であり、前記電子線の走査方向に対する前記パターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡において、
２次元パターンの特定部分においてそれぞれ個別の形状変化量を算出し電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項７に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記２次元パターンの特定部分が前記パターンの曲がり部分、先端部分、隣接パターン間隔の異なる部分であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項７に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記２次元パターンの特定部分の復元パラメータ量を寸法変化量とする場合、前記パターン断面のテーパ角と前記パターンの寸法変化量および前記電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を用いて、前記電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部を有し、前記復元演算部で算出した形状変化量を元に前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項７に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンの前記特定部分どうしが影響を与える応力を算出する応力演算部を有し、該応力演算部を用いて電子線照射前の位置を演算することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
電子源と、
該電子源から放出された電子線を集束する集束レンズと、
前記電子線を試料上で走査する偏向コイルと、
前記電子線の照射によって前記試料から発生した２次電子を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて前記試料表面のパターンの輪郭を演算する演算手段と、
を備えた走査型電子顕微鏡であって、
あらかじめ観察する前記試料のパターンの形状パラメータを記憶し格納する形状記憶部と、
前記形状パラメータと前記電子線照射によって寸法が変化することによる寸法変化量の対応を記憶する対応表記憶部と、
前記形状記憶部と前記対応表記憶部から電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部とを有し、
前記演算手段は前記パターンの輪郭を、該復元演算部で算出した形状変化量に基づいて前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を補正することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１１に記載の走査型電子顕微鏡において、
補正後の前記パターンの輪郭を表示する表示手段を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターンの断面形状であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状は、前記試料に形成されたパターン断面のテーパ角であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンは、前記試料に形成されたレジストパターンであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１１に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターン形状が電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度であり、前記電子線の走査方向に対する前記パターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１１に記載の走査型電子顕微鏡において、
２次元パターンの特定部分においてそれぞれ個別の形状変化量を算出し電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１７に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記２次元パターンの特定部分が前記パターンの曲がり部分、先端部分、隣接パターン間隔の異なる部分であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１７に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記２次元パターンの特定部分の復元パラメータ量を寸法変化量とする場合、前記パターン断面のテーパ角と前記パターンの寸法変化量および前記電子線の走査方向に対するパターンエッジの角度と前記パターンの寸法変化量の対応表を記憶し格納する対応表記憶部を用いて、前記電子線照射による形状変化量を算出する復元演算部を有し、前記復元演算部で算出した形状変化量を元に前記電子線照射前の前記パターンの輪郭を算出することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１７に記載の走査型電子顕微鏡において、
前記パターンの前記特定部分どうしが影響を与える応力を算出する応力演算部を有し、該応力演算部を用いて電子線照射前の位置を演算することを特徴とする走査型電子顕微鏡。