JP6237048B2 - Pattern measuring method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、パターン等の試料に電子線を照射して試料の観察や測定を行うパターン計測方法、及びその方法を実行するパターン計測装置に関する。 The present invention relates to a pattern measurement method for observing and measuring a sample by irradiating a sample such as a pattern with an electron beam, and a pattern measurement apparatus for executing the method.
大規模集積回路(LSI)等の半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路パターンが微細化及び複雑化する傾向にある。微細な回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターンとしてのフォトマスクやレチクル(以下、これらをまとめてマスクと記述する)が必要となり、パターンの位置精度や寸法精度はますます厳しくなっている。 As semiconductor devices such as large-scale integrated circuits (LSIs) are highly integrated, circuit patterns of semiconductor devices tend to be miniaturized and complicated. In order to form fine circuit patterns, photomasks and reticles (hereinafter collectively referred to as masks) as high-precision original image patterns are required, and pattern position accuracy and dimensional accuracy are becoming increasingly severe. ing.
現在は、ArFエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、ウェハ上にパターン転写する露光方式が主流であるが、より微細なパターン転写を実現するためには、露光光として、波長が13.5nm近傍の極端紫外(Extreme Ultra-Violet:EUV)光を用いたリソグラフィ(以下、EUVリソグラフィと記述する)技術が注目されている。このEUVリソグラフィは、光源波長の特性のため、真空中で行われる必要がある。EUVの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は「1」よりもわずかに小さい値であり、光吸収性が非常に高い。このため、EUVリソグラフィにおいては、従来から用いられてきた屈折光学系を使用できず、反射光学系となる。従って、EUVマスクは、従来の透過型ではなく、反射型となる。 At present, an exposure method of transferring a pattern onto a wafer by an optical projection exposure apparatus using an ArF excimer laser is mainly used. However, in order to realize finer pattern transfer, a wavelength of 13 is used as exposure light. 2. Description of the Related Art Lithography (hereinafter referred to as EUV lithography) technology using extreme ultra-violet (EUV) light in the vicinity of 5 nm is drawing attention. This EUV lithography needs to be performed in a vacuum due to the characteristics of the light source wavelength. In the EUV wavelength region, the refractive index of most substances is slightly smaller than “1”, and the light absorption is very high. For this reason, in EUV lithography, the refractive optical system conventionally used cannot be used, but becomes a reflection optical system. Therefore, the EUV mask is not a conventional transmission type but a reflection type.
このように、EUVマスクが反射型のため、パターンの側壁角度計測や管理が重要となる。また、EUVマスク特有の欠陥として、基板上のピットやバンプ、異物等により生じる多層膜欠陥がある。また、これらの異物があると、多層膜の周期が乱れることにより正常部との位相差が生じて、いわゆる位相欠陥となる。そのため、位相欠陥の検査が重要となる。位相欠陥は、ウェハ上へのパターン転写に影響を及ぼし、この影響を正確に把握するためには、欠陥の幅や高さ等の三次元情報が必要となる。このように、EUVマスクでは、従来の二次元計測に加えて、三次元計測の必要性が高まっている。 As described above, since the EUV mask is a reflection type, it is important to measure and manage the side wall angle of the pattern. In addition, as a defect peculiar to the EUV mask, there is a multilayer film defect caused by pits, bumps, foreign matters, etc. on the substrate. If these foreign substances are present, the period of the multilayer film is disturbed to cause a phase difference from the normal part, resulting in a so-called phase defect. Therefore, phase defect inspection is important. The phase defect affects pattern transfer onto the wafer, and three-dimensional information such as the width and height of the defect is necessary to accurately grasp the influence. Thus, in the EUV mask, in addition to the conventional two-dimensional measurement, the need for three-dimensional measurement is increasing.
パターンの寸法測定方法として、走査型電子顕微鏡(以下、SEMと称する)による測定が行われている。SEMでは、電子線走査範囲内に入射電子を走査させながら照射し、シンチレータを介して試料から放出される二次電子を取得し、取得した電子の電子量を輝度に変換して表示装置に表示している。試料から放出される二次電子量は、パターン表面の凹凸に依存し、パターンエッジのような傾斜部から多量の二次電子が放出される。そのため、パターンエッジで輝度が明るい画像が得られ、画像を信号プロファイルに変換し、閾値法や微分傾斜法等でパターン寸法を計測する。 As a pattern dimension measuring method, measurement using a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) is performed. In SEM, incident electrons are irradiated while scanning within the electron beam scanning range, secondary electrons emitted from the sample are acquired through a scintillator, and the amount of acquired electrons is converted into luminance and displayed on a display device. doing. The amount of secondary electrons emitted from the sample depends on the unevenness of the pattern surface, and a large amount of secondary electrons are emitted from an inclined portion such as a pattern edge. Therefore, an image having a bright brightness at the pattern edge is obtained, the image is converted into a signal profile, and the pattern dimension is measured by a threshold method or a differential gradient method.
パターンの三次元計測装置としては、原子間力顕微鏡(以下、AFMと称する)、スキャトロメトリ、断面観察用SEM、パターン測定用SEM等ある。パターン測定用SEMでの三次元計測方法としては、電子線を傾斜させて観察する方法や、二次電子検出器を複数配置し、各検出器で捕らえた二次電子信号を使い、パターンの三次元計測を行う方法等がある(例えば、特許文献1を参照)。 Examples of the pattern three-dimensional measurement apparatus include an atomic force microscope (hereinafter referred to as AFM), scatterometry, a cross-sectional observation SEM, and a pattern measurement SEM. As a three-dimensional measurement method in the SEM for pattern measurement, a method of observing by tilting the electron beam, or by arranging a plurality of secondary electron detectors and using secondary electron signals captured by each detector, the pattern tertiary There is a method of performing original measurement (for example, see Patent Document 1).
しかし、上記SEMでは、試料を観察及び測定する際に電子線を照射するが、この電子線によって試料表面が帯電する現象が発生する。すなわち、試料に入射する荷電粒子が有する電荷と放出される荷電粒子が有する電荷との差によって、照射面が正又は負に帯電する。試料表面の帯電電位に伴って、放出された二次電子が加速されたり、試料に再び引き戻されたりして、二次電子の放出効率が変化する。その結果、検出される二次電子量が不安定になるという問題がある。 However, in the SEM, an electron beam is irradiated when observing and measuring a sample, and a phenomenon occurs in which the sample surface is charged by the electron beam. That is, the irradiation surface is positively or negatively charged depending on the difference between the charge of charged particles incident on the sample and the charge of discharged charged particles. With the charged potential of the sample surface, the emitted secondary electrons are accelerated or pulled back to the sample, and the secondary electron emission efficiency changes. As a result, there is a problem that the amount of secondary electrons detected becomes unstable.
この試料の帯電により生じる現象の1つにドリフト現象がある。ドリフト現象とは、試料の観察中(電子線照射中)にパターン像が動いてしまう現象である。これは、試料表面あるいは試料上の空間中に形成された電界分布によって、電子線の軌道が曲げられることで起こると考えられ、パターン観察及び測定の際には極力排除することが望ましい。電子線の軌道が曲げられた状態で試料へ照射されると、パターンの設計座標からずれた位置でパターン画像が生成されるため、パターン計測の位置精度に影響を与え、正確な計測が行えないという問題がある。 One of the phenomena caused by the charging of the sample is a drift phenomenon. The drift phenomenon is a phenomenon in which a pattern image moves during observation of a sample (during electron beam irradiation). This is considered to occur when the trajectory of the electron beam is bent by the electric field distribution formed on the surface of the sample or in the space on the sample, and it is desirable to eliminate it as much as possible during pattern observation and measurement. When the sample is irradiated with the electron beam trajectory bent, a pattern image is generated at a position deviated from the design coordinates of the pattern, which affects the position accuracy of pattern measurement and cannot be measured accurately. There is a problem.
このような電界分布は、試料から放出される二次電子の軌道にも影響を与える。上記特許文献1では、パターンの三次元計測に関する方法が記載されている。この方法は、電子線軸の周囲に複数の二次電子検出器を配置し、取得された信号同士を加算又は減算して計測する方法であるが、電界分布により二次電子の軌道が曲げられ、片側の検出器に二次電子が偏るような場合には、減算処理した信号形状に影響が出るため、正確な計測や観察ができない。よって、帯電が発生しやすいマスクでの計測方法としては不適である。
Such an electric field distribution also affects the trajectory of secondary electrons emitted from the sample. In
EUVマスクは、半導体基板上に回路パターンを転写する際に、生産性向上のためチップを高密度に配置すると、隣接するチップ間において、複数回に渡り多重露光される領域が存在する。多重露光される領域では転写寸法が変化する問題があり、これを解決するために、基板外周部に吸収層から多層反射層までを掘り込んだ溝(遮光枠)を形成し、露光光源波長に対する遮光性の高い構造のEUVマスクが提案されている。 In the EUV mask, when a circuit pattern is transferred onto a semiconductor substrate, if chips are arranged at a high density in order to improve productivity, there are areas where multiple exposure is performed multiple times between adjacent chips. In the multiple exposure area, there is a problem that the transfer size changes, and in order to solve this, a groove (light-shielding frame) is formed in the outer periphery of the substrate from the absorption layer to the multilayer reflection layer, and the wavelength of the exposure light source An EUV mask having a high light shielding property has been proposed.
しかしながら、上述の遮光枠付きのEUVマスクは、遮光枠の内外で電気的に絶縁した構造となるため、電子線を用いたSEMによる計測時に帯電が発生しやすく、上述した悪影響を及ぼす。このため、精度良く計測するための方法が所望されている。 However, since the above EUV mask with a light shielding frame has an electrically insulated structure inside and outside the light shielding frame, charging is likely to occur during measurement by SEM using an electron beam, and the above-described adverse effects are caused. For this reason, a method for measuring with high accuracy is desired.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特に電子線照射により帯電が発生しやすいマスク等の試料においても、電子線照射によって生じる試料帯電の影響で二次電子の軌道が偏向する現象を防ぎ、高精度なパターン計測が可能な方法及び装置方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. In particular, even in a sample such as a mask that is easily charged by electron beam irradiation, the trajectory of secondary electrons is deflected by the effect of sample charging caused by electron beam irradiation. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus method capable of preventing a phenomenon and performing highly accurate pattern measurement.
上記課題を解決するための本発明の第1の態様は、マスク上のパターンに電子線を照射する工程と、電子線が照射されたパターンから放出される二次電子を検出する工程と、二次電子の軌道を電極によって制御する工程と、検出する工程で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する工程と、前記画像データからパターンの信号プロファイルを生成する工程と、前記信号プロファイルに基づいて、パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する工程とを備えることを特徴とする、マスク上のパターン計測方法である。 A first aspect of the present invention for solving the above problems includes a step of irradiating a pattern on a mask with an electron beam, a step of detecting secondary electrons emitted from the pattern irradiated with the electron beam, A step of controlling the trajectory of the secondary electrons by the electrode, a step of generating image data based on the detection signal detected in the step of detecting, a step of generating a signal profile of a pattern from the image data, and the signal profile And a step of measuring the side wall angle and the three-dimensional shape of the pattern based on the above.
上述の検出する工程では、電子線の軸に対して線対称に設けられた複数の電子検出器によって二次電子を検出する手法を、適用することができる。
また、上述の制御する工程では、電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって取得される画像の輝度値の差、又は当該左右の電子検出器によって計測される電流値の差、のいずれかに基づいて電極に印加する電圧値を変化させることで、二次電子の軌道を制御する手法を、適用することができる。好ましくは、二次電子の軌道を制御する電極は、電子検出器とマスクとの間に複数個設けられている。
In the above-described detecting step, a technique of detecting secondary electrons by a plurality of electron detectors provided symmetrically with respect to the axis of the electron beam can be applied.
Further, in the above-described controlling step, the difference between the luminance values of the images acquired by the left and right electron detectors provided symmetrically with respect to the electron beam axis, or the current measured by the left and right electron detectors A method of controlling the trajectory of the secondary electrons by changing the voltage value applied to the electrode based on one of the value differences can be applied. Preferably, a plurality of electrodes for controlling the trajectories of secondary electrons are provided between the electron detector and the mask.
また、上記課題を解決するための本発明の第2の態様は、マスク上のパターンに電子線を照射する手段と、電子線が照射されたパターンから放出される二次電子を検出する手段と、二次電子の軌道を電極によって制御する手段と、検出する手段で検出された検出信号に基づいて画像データを生成する手段と、画像データからパターンの信号プロファイルを生成する手段と、信号プロファイルに基づいてパターンの側壁角度及び三次元形状を計測する手段とを備えることを特徴とする、マスク上のパターン計測装置である。上述の制御する手段では、電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって取得される画像の輝度値の差、又は当該左右の電子検出器によって計測される電流値の差、のいずれかに基づいて電極に印加する電圧値を変化させることで、二次電子の軌道を制御する手法を、適用することができる。 In addition, a second aspect of the present invention for solving the above-described problems includes a means for irradiating the pattern on the mask with an electron beam, and a means for detecting secondary electrons emitted from the pattern irradiated with the electron beam. A means for controlling the trajectory of the secondary electrons by the electrode, a means for generating image data based on the detection signal detected by the means for detecting, a means for generating a signal profile of the pattern from the image data, and a signal profile A pattern measuring device on a mask comprising: means for measuring a side wall angle and a three-dimensional shape of a pattern based on the mask. In the control means described above, the difference between the luminance values of the images acquired by the left and right electron detectors provided symmetrically with respect to the axis of the electron beam, or the current value measured by the left and right electron detectors. A method of controlling the trajectory of the secondary electrons by changing the voltage value applied to the electrode based on one of the differences can be applied.
上記本発明によれば、電子線照射によって生じるマスク(試料)帯電の影響で二次電子の軌道が偏向する現象を防ぐことができるので、マスク上のパターンの側壁角度計測及び三次元形状計測を精度良く実施することが可能である。 According to the present invention, the phenomenon of secondary electron trajectory deflection due to the influence of mask (sample) charging caused by electron beam irradiation can be prevented, so the side wall angle measurement and three-dimensional shape measurement of the pattern on the mask can be performed. It is possible to carry out with high accuracy.
以下、本発明によるパターン計測方法及び装置について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a pattern measurement method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明のパターン計測方法を実行する装置の一例である走査型電子顕微鏡の構成を説明する概略図である。図1に示す走査型電子顕微鏡は、試料に電子線を照射して試料の観察や測定を行うものであり、電子鏡筒10、制御演算部20、ディスプレイ21、電極制御部22、信号処理部23、データ演算部24、及び出力部25で構成されている。電子鏡筒10は、電子銃11と、引き出し電極13と、コンデンサレンズ14と、偏向器15と、対物レンズ16と、電子検出器18とを備えている。電子鏡筒10の下方(電子線の照射方向)には、試料であるパターン17が載置されたステージ26が配置されている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a scanning electron microscope that is an example of an apparatus that executes the pattern measurement method of the present invention. The scanning electron microscope shown in FIG. 1 is for observing and measuring a sample by irradiating the sample with an electron beam, and includes an
電子鏡筒10の内部において、電子銃11は、電子を発生させる。電子銃11から発生した電子は、引き出し電極13で引き出され、コンデンサレンズ14で集束されて電子線(一次電子線)12となる。この電子線12は、偏向器15で照射方向が決められた後、対物レンズ16による焦点合わせを経て、ステージ26に載置されたパターン17に照射される。この偏向器15は、電子線12がパターン17上を走査して照射されるように電子線12を偏向させると共に、偏向に応じた信号を制御演算部20へ出力する。
Inside the
電子鏡筒10の電子銃11と対向する電子線12の照射口近傍には、電子線12が照射されることによってパターン17から放出される二次電子を検出する電子検出器18が設けられている。この電子検出器18は、電子線12の軸(照射中心軸)に対して線対称の位置に複数設けられている。電子検出器18の電子検出体には、例えばシンチレータと光電子増倍管とを用いることができる。シンチレータに正の電圧を印加することにより、パターン17から放出された二次電子は電子検出器18に引き込まれると同時に加速され、シンチレータに衝突する。そして、シンチレータの発光が光電子増倍管により増幅され、電子検出器18の信号として検出される。この検出された信号は、制御演算部20へ出力される。
An
制御演算部20は、偏向器15から偏向信号を、電子検出器18から検出信号を、それぞれ入力する。そして、制御演算部20は、偏向信号から得られる電子線12の偏向位置と、検出信号から得られる二次電子の量とを同期させて、画像データ(SEM画像)を生成し、ディスプレイ21に電子像として表示させる。
The
また、制御演算部20が生成した画像データ(SEM画像)は、信号処理部23によって信号処理され、またデータ演算部24において、パターン17の側壁角度計測や三次元形状計測等に応じて、各電子検出器18で取得された信号の演算処理(加算、減算、微分、積分等)が行われる。これらの演算は、従来公知の計測方法により実施される。演算によって得られた計測結果は、出力部25を介して出力される。
Further, the image data (SEM image) generated by the
上述した本発明のパターン計測装置(走査型電子顕微鏡)における特徴は、電子検出器18と試料であるパターン17との間に、電子線12が照射されたパターン17から放出される二次電子の軌道を制御するための電極19を設けていることにある。この電極19は、電極制御部22によって最適に制御される。
The feature of the above-described pattern measurement apparatus (scanning electron microscope) of the present invention is that secondary electrons emitted from the
以下、上記構成による本発明のパターン計測装置によって実現されるパターン計測方法について、電極制御部22による電極19の制御方法を主体に説明を行う。
なお、説明を容易にするため、電子線12の軸に対して線対称の位置に設けられている複数の電子検出器18を、電子線12の「左側の電子検出器18」又は「右側の電子検出器18」等と適宜表現している。また、複数の電極19に関しても、電子検出器18と同様に、「左側の電極19又は「右側の電極19」等と適宜表現している。
Hereinafter, the pattern measurement method realized by the pattern measurement apparatus of the present invention having the above-described configuration will be described mainly with respect to the method for controlling the
For ease of explanation, the plurality of
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るパターン計測方法では、電極制御部22が、電子検出器18で検出された二次電子の量に基づく画像の輝度に応じて、電極19を制御することを行う。具体的には、電極制御部22は、電極19に印加する電圧値を変化させることで、パターン17から放出される二次電子の軌道を制御する。
(First embodiment)
In the pattern measurement method according to the first embodiment of the present invention, the
例えば、試料(パターン17)の帯電によって発生した電界分布により、一次電子線(電子線12)の軸に対して左方向に二次電子を曲げるような力が働いた場合、一次電子線(電子線12)の軸に対して左側に設置した左側検出器(電子検出器18)に二次電子が多く入射する。そのため、左側検出器の画像の輝度は明るく表示される。一方、一次電子線(電子線12)の軸に対して右側に設置した右側検出器(電子検出器18)の画像の輝度は暗くなる。よって、画像の輝度を数値化し、左右画像の輝度値差がある閾値を超えた場合に、左側及び右側の電極(電極19)に所定の電圧を印加する。 For example, when a force that bends secondary electrons to the left with respect to the axis of the primary electron beam (electron beam 12) due to the electric field distribution generated by charging the sample (pattern 17), the primary electron beam (electron) Many secondary electrons are incident on the left detector (electron detector 18) installed on the left side with respect to the axis of the line 12). Therefore, the brightness of the image of the left detector is displayed brightly. On the other hand, the brightness of the image of the right detector (electron detector 18) installed on the right side with respect to the axis of the primary electron beam (electron beam 12) becomes dark. Therefore, the luminance of the image is digitized, and when the difference between the luminance values of the left and right images exceeds a certain threshold value, a predetermined voltage is applied to the left and right electrodes (electrode 19).
図2は、左右の電子検出器18間の画像の輝度値差と電極19に印加する電圧値との関係を示すグラフである。このように、左右画像の輝度値差が大きいほど、電極19に印加する電圧を高くするように制御する。輝度値差の大きさと二次電子軌道の偏向量とは比例し、輝度値差が大きいほど、片側の電子検出器18に二次電子が偏っていることを表している。また、パターン17の帯電が無く、二次電子の軌道が偏向していない状態であっても、左右の電子検出器18の画像に若干の輝度値差は生じることがある。観察するパターン17や電子検出器18に備え付けられた光電子増倍管の僅かな特性差が原因で起こる可能性もあるため、予め輝度値差の閾値を設定しておくことが好ましい。このように、輝度値差をモニタリングし、電極19にフィードバック制御することで、二次電子の軌道を変化させ、パターン17の帯電によって形成された電界分布の影響を受けずに、パターン17が本来持つ信号を取得することができる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the luminance value difference of the image between the left and
次に、図3を参照して、本第1の実施形態に係るパターン計測方法について説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係るパターン計測方法の手順を示すフローチャートである。 Next, the pattern measurement method according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the pattern measurement method according to the first embodiment of the present invention.
先ず、電子線12が、パターン17に照射される(ステップS100)。電子線12がパターン17に照射されると、次に、左右の電子検出器18が、パターン17の表面から放出される二次電子をそれぞれ検出し、この検出した二次電子の量に基づいて画像とその輝度値をそれぞれ算出する(ステップS101)。輝度値が算出されると、次に、電極制御部22が、左側の電子検出器18で算出された輝度値と、右側の電子検出器18で算出された輝度値との、輝度値差を算出する(ステップS102)。そして、電極制御部22は、算出した輝度値差と予め定めた輝度値差の閾値とを比較する(ステップS103)。
First, the
ステップS103における比較の結果、算出した輝度値差が閾値より大きい場合には(ステップS103:No)、電極制御部22が、左右の電極19に所定の電圧を印加する(ステップS104)。具体的には、輝度値が大きい方の電子検出器18と同じ側に設けられた電極19に負電圧を印加し、輝度値が小さい方の電子検出器と同じ側に設けられた電極19に正電圧を印加する。なお、印加する負電圧と正電圧は、絶対値が同じ値でも異なる値でもよい。これにより、図4に示すように、電極19によって形成される電界分布の影響を受けて、パターン17から放出され片側方向(図4の例では、右側)に偏向していた二次電子の軌道を制御し、電子検出器18にバランス良く二次電子を導くことが可能となる。
As a result of the comparison in step S103, when the calculated luminance value difference is larger than the threshold value (step S103: No), the
このステップS101〜S104までの処理は、輝度値差が閾値以下になるまで繰り返し行われる。つまり、左右の電子検出器18で取得される画像の輝度値を常時又は所定の間隔でリアルタイムに算出し(ステップS101、S102)、左側の電子検出器18と右側の電子検出器18との輝度値差が閾値以下になるまで、電極19に印加する電圧値を段階的に上昇(負電圧は絶対値を上昇)させる(ステップS103、S104)。そして、ステップS103における比較の結果、輝度値差が閾値以下となったところで(ステップS103:Yes)、処理を終了する。
The processes from step S101 to S104 are repeated until the luminance value difference becomes equal to or smaller than the threshold value. That is, the luminance values of the images acquired by the left and
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るパターン計測方法では、電極制御部22が、電子検出器18で検出された電流値の差に応じて、電極19を制御することを行う。具体的には、電極制御部22は、電極19に印加する電圧値を変化させることで、パターン17から放出される二次電子の軌道を制御する。電流値は、例えば、電子検出器18設置した電流計測手段の電流値をモニタすることで検出可能である。図5は、電子検出器18に電流計測手段66を設置した例を示す図である。
(Second Embodiment)
In the pattern measurement method according to the second embodiment of the present invention, the
例えば、試料(パターン17)の帯電によって発生した電界分布により、一次電子線(電子線12)の軸に対して左方向に二次電子を曲げるような力が働いた場合、一次電子線(電子線12)の軸に対して左側に設置した左側検出器(電子検出器18)に二次電子が多く入射することになる。そのため、左側検出器(電子検出器18)に設置した電流計(電流計測手段66)の電流値が大きくなる。一方、一次電子線(電子線12)の軸に対して右側に設置した右側検出器(電子検出器18)に設置した電流計(電流計測手段66)の電流値は小さくなる。よって、左右検出器の電流計(電流計測手段66)の電流値差がある閾値を超えた場合に、左側及び右側の電極(電極19)に電圧を印加する。 For example, when a force that bends secondary electrons to the left with respect to the axis of the primary electron beam (electron beam 12) due to the electric field distribution generated by charging the sample (pattern 17), the primary electron beam (electron) Many secondary electrons are incident on the left detector (electron detector 18) installed on the left side with respect to the axis of the line 12). Therefore, the current value of the ammeter (current measuring means 66) installed in the left detector (electronic detector 18) increases. On the other hand, the current value of the ammeter (current measuring means 66) installed in the right detector (electron detector 18) installed on the right side with respect to the axis of the primary electron beam (electron beam 12) becomes small. Therefore, when the current value difference of the ammeter (current measuring means 66) of the left and right detectors exceeds a certain threshold value, a voltage is applied to the left and right electrodes (electrode 19).
図6は、左右の電子検出器18間に設置した電流計測手段66の電流値差と電極19に印加する電圧値との関係を示すグラフである。このように、電流値差が大きいほど、電極19に印加する電圧を高くするように制御する。電流値差の大きさと二次電子軌道の偏向量とは比例し、電流値差が大きいほど、片側の電子検出器18に二次電子が偏っていることを表している。それぞれの電子検出器18の電流計測手段66の電流値をモニタし、電流値差が小さくなるように電極19に印加する電圧値を制御する。このように、電流値をモニタリングし、電極19にフィードバック制御することでも、二次電子の軌道を変化させ、パターン17の帯電によって形成された電界分布の影響を受けずに、パターン17が本来持つ信号を取得することができる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the current value difference of the current measuring means 66 installed between the left and
次に、図7を参照して、本第2の実施形態に係るパターン計測方法について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態に係るパターン計測方法の手順を示すフローチャートである。 Next, a pattern measurement method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the pattern measurement method according to the second embodiment of the present invention.
先ず、電子線12が、パターン17に照射される(ステップS200)。電子線12がパターン17に照射されると、次に、左右の電子検出器18が、パターン17の表面から放出される二次電子をそれぞれ検出し(ステップS201)、この検出された二次電子から左右の電流計測手段66が電流値をそれぞれ計測する(ステップS202)。電流値が計測されると、次に、電極制御部22が、左側の電子検出器18に設置された左側の電流計測手段66が測定した電流値と、右側の電子検出器18に設置された右側の電流計測手段66が測定した電流値との、電流値差を算出する(ステップS203)。そして、電極制御部22は、算出した電流値差と予め定めている電流値差の閾値とを比較する(ステップS204)。
First, the
ステップS204における比較の結果、算出した電流値差が閾値より大きい場合には(ステップS204:No)、電極制御部22が、左右の電極19に所定の電圧を印加する(ステップS205)。具体的には、電流値が大きい方の電子検出器18と同じ側に設けられた電極19に負電圧を印加し、電流値が小さい方の電子検出器18と同じ側に設けられた電極19に正電圧を印加する。なお、印加する負電圧と正電圧は、絶対値が同じ値でも異なる値でもよい。これにより、上述の第1の実施形態と同様に、電極19によって形成される電界分布の影響を受けて、パターン17から放出され片側方向に偏向していた二次電子の軌道を制御することが可能となる。
As a result of the comparison in step S204, when the calculated current value difference is larger than the threshold (step S204: No), the
このステップS201〜S205までの処理は、電流値差が閾値以下になるまで繰り返し行われる。つまり、左右の電子検出器18に設置された電流計測手段66の電流値を常時又は所定の間隔でリアルタイムにモニタリングし(ステップS201〜S203)、左側の電流計測手段66と右側の電流計測手段66との電流値差が閾値以下になるまで、電極19に印加する電圧値を段階的に上昇(負電圧は絶対値を上昇)させる(ステップS204、S205)。そして、ステップS204における比較の結果、電流値差が閾値以下となったところで(ステップS204:Yes)、処理を終了する。
The processes from step S201 to S205 are repeatedly performed until the current value difference becomes equal to or smaller than the threshold value. That is, the current values of the current measuring means 66 installed in the left and
なお、図8のように、パターン17から放出される二次電子の軌道を制御するための電極19は、電子線12の軸に対して線対称の位置に一対ではなく、電子線12の軸方向に複数設置するようにしてもよい。電極19を複数配置し、二次電子の軌道を制御する電極を選択的にすることで、パターン17の帯電により形成された電界分布の影響に対して、より高精度で制御することが可能となる。
As shown in FIG. 8, the
以下、本発明のパターン計測方法について具体的な実施例を示す。なお、本実施例による効果を明示するために、従来技術の計測方法での計測も行い、双方の計測結果を比較した。 Specific examples of the pattern measurement method of the present invention will be described below. In addition, in order to clarify the effect by a present Example, the measurement by the measuring method of a prior art was also performed and both measurement results were compared.
図9(a)に示す反射型マスクブランクスを用意した。このマスクブランクスは、光学研磨された大きさ6インチ角の合成石英基板1の上に、厚さ2.8nmのモリブデン(Mo)と厚さ4.2nmのシリコン(Si)からなる40ペアの多層反射層2が積層され、多層反射層2の上に厚さ2.5nmのルテニウム(Ru)保護層3が積層され、保護層3の上に厚さ70nmのタンタルホウ素窒化物(TaBN)とタンタル酸化物(TaO)からなる吸収層4が積層された構造である。裏面には、窒化クロム(CrN)からなる導電層5が成膜されている。
A reflective mask blank shown in FIG. 9A was prepared. This mask blank is a 40-pair multilayer made of molybdenum (Mo) having a thickness of 2.8 nm and silicon (Si) having a thickness of 4.2 nm on an optically polished
このマスクブランクスに対し、電子線レジストを塗布し、電子線描画装置でパターンを描画し、現像してレジストパターンを形成した後、塩素と酸素との混合ガスで吸収層4をドライエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、図9(b)に示すパターンを有する反射型マスクを作製した。
An electron beam resist is applied to the mask blanks, a pattern is drawn with an electron beam drawing apparatus, and developed to form a resist pattern. Then, the
次に、この反射型マスクの外周に遮光枠6を形成した。まず、反射型マスクにi線レジストを塗布し、i線描画機により遮光枠6のパターンを描画し、現像してレジストパターンを形成した後、ドライエッチングし、吸収層4と保護層3と多層反射層2とをエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、図9(c)に示す遮光枠6を設けた反射型マスクを作製した。
Next, a light shielding frame 6 was formed on the outer periphery of the reflective mask. First, an i-line resist is applied to a reflective mask, the pattern of the light shielding frame 6 is drawn by an i-line drawing machine, developed to form a resist pattern, and then dry-etched to absorb the
まず、この遮光枠6付き反射型マスクについて、従来技術の計測方法を適用した場合の結果を示す。
遮光枠6付き反射型マスクのパターン側壁角度計測及び三次元形状計測を実施した。設計寸法200nmのラインパターンの側壁角度を計測したところ、ラインパターンの左エッジが80.2度、右エッジが88.6度と計測され、左右エッジの角度差が顕著であった。別途、図示しないAFMを用いて、このラインパターンの側壁角度を計測したところ、左エッジが85.8度、右エッジが86.1度と計測され、左右エッジの側壁角度はほぼ同等であった。そのため、SEMによる計測が、電子線照射によって生じる帯電によって、精度良くできていないことが分かった。
First, the result when the measurement method of the prior art is applied to the reflective mask with the light shielding frame 6 is shown.
Pattern side wall angle measurement and three-dimensional shape measurement of the reflective mask with the light shielding frame 6 were performed. When the side wall angle of a line pattern having a design dimension of 200 nm was measured, the left edge of the line pattern was measured to be 80.2 degrees and the right edge was measured to be 88.6 degrees, and the angle difference between the left and right edges was remarkable. Separately, when the side wall angle of this line pattern was measured using an AFM (not shown), the left edge was measured as 85.8 degrees and the right edge was measured as 86.1 degrees, and the side wall angles of the left and right edges were almost equal. . For this reason, it was found that the measurement by the SEM was not accurately performed due to the charging caused by the electron beam irradiation.
図10(a)に、ラインパターン計測時の左右の電子検出器18で取得された信号形状を示す。左側の電子検出器18の信号において、ラインパターンの左右エッジに相当する2つのピークP1とP2との大きさには、差がほとんど無い。一般的に、エッジに対向する電子検出器には二次電子が多く入射するため(本実施例においては、ラインパターンの左エッジから放出される二次電子は、左側の電子検出器18に多く入射する)、パターンの左右エッジのピークの大きさには明確な差が生じる。しかし、パターン17の帯電による影響を受け、二次電子の偏向が発生したため、図10(a)の信号形状は上記のようにならなかった。また、右側の電子検出器18の全体的な信号強度は、左側の電子検出器18に比べて低くなっており、二次電子の軌道が左側の電子検出器18の方向に偏っていることが分かる。
FIG. 10A shows signal shapes acquired by the left and
図10(b)は、左側の電子検出器18の信号から右側の電子検出器18の信号を差し引いた差分信号を積分処理した信号を表している。差分信号にはパターン17組成の影響が相殺され、表面の凹凸の信号のみが抽出されるため、上述の差分信号を積分すると、パターン17の断面形状に相当する信号プロファイルが得られる。しかし、図10(b)は、パターン17の断面形状とは全く異なるものとなった。
FIG. 10B shows a signal obtained by integrating the difference signal obtained by subtracting the signal of the
次に、上記遮光枠6付き反射型マスクについて、本発明のパターン計測方法を適用した場合の結果を示す。
設計寸法200nmのラインパターンに電子線を照射し、左右の電子検出器18の画像輝度値を算出したところ、左側の電子検出器18の輝度値が73.3で、右側の電子検出器18の輝度値が30.1であり、輝度値差が43.2であった。予め設定した輝度値差の閾値(3.5)に対して、輝度値差が大きかったため、電極19に電圧を印加した。左側の電子検出器18と同じ側に設けられた左側の電極19に負電圧を、右側の電子検出器18と同じ側に設けられた右側の電極19に正電圧を、それぞれ印加した。各電子検出器18の画像の輝度値をリアルタイムに算出し、左右の電子検出器18間の輝度値差が閾値以下になるまで、電極19に印加する電圧値を上昇させた。輝度値差と電極19の印加電圧との関係を図11に示す。電極19の電圧値を上昇させるに従い輝度値差は低下していき、印加電圧が87Vに達したところで、輝度値差が閾値以下となったため、電極19による二次電子軌道の調整を終了した。
Next, the result when the pattern measurement method of the present invention is applied to the reflective mask with the light shielding frame 6 will be described.
When the image luminance value of the left and
次に、この状態でラインパターンの側壁角度を計測したところ、ラインパターンの左エッジが85.7度、右エッジが85.9度と計測され、左右エッジの側壁角度はほぼ同等であった。また、AFMの計測値ともほぼ一致しており、精度良く計測できていることを確認した。 Next, when the side wall angle of the line pattern was measured in this state, the left edge of the line pattern was measured as 85.7 degrees, the right edge was measured as 85.9 degrees, and the side wall angles of the left and right edges were substantially equal. Moreover, it was confirmed that the measurement value of AFM almost coincides with the measurement value with high accuracy.
図12(a)に、左右の電子検出器18の信号形状を示す。左側の電子検出器18の信号において、ラインパターンの左エッジに相当するピークP3の大きさが右エッジに相当するピークP4の大きさに比べて大きい。右側の電子検出器18の信号はその逆となる。一般的に、エッジに対向する電子検出器には二次電子が多く入射するため、この信号形状は正常に計測できている状態と言える。また、左右の電子検出器18の信号強度はほぼ同等であり、左右方向に均等に二次電子が放出されていることが分かった。
FIG. 12A shows signal shapes of the left and
図12(b)は、左側の電子検出器18の信号から右側の電子検出器18の信号を差し引いた差分信号を、積分処理した信号を表している。ラインパターンの断面形状を精度良く再現している。
FIG. 12B shows a signal obtained by integrating the difference signal obtained by subtracting the signal of the
本実施例で示したように、パターン17から放出される二次電子の軌道を電極19によって制御することにより、パターン17が本来持つパターン側壁角度及び三次元形状を計測することが可能となった。そのため、本発明を適用することにより、パターン17の帯電によって精度良く計測できないマスクに対しても、高精度に計測できることが確認された。
As shown in this embodiment, the trajectory of secondary electrons emitted from the
本発明のパターン計測方法及び装置は、電子線照射によって生じる試料帯電の影響で、二次電子の軌道が偏向する現象を防ぎ、パターンの側壁角度計測及び三次元形状計測を精度よく実施できるので、高精度なパターン計測が求められる分野に利用することが期待される。 The pattern measurement method and apparatus of the present invention prevents the phenomenon of secondary electron trajectory deflection due to the influence of sample charging caused by electron beam irradiation, and can accurately perform pattern side wall angle measurement and three-dimensional shape measurement. It is expected to be used in fields where high-precision pattern measurement is required.
1 合成石英基板
2 多層反射層
3 保護層
4 吸収層
5 導電層
6 遮光枠
10 電子鏡筒
11 電子銃
12 電子線
13 引き出し電極
14 コンデンサレンズ
15 偏向器
16 対物レンズ
17 パターン
18 電子検出器
19 電極
20 制御演算部
21 ディスプレイ
22 電極制御部
23 信号処理部
24 データ演算部
25 出力部
26 ステージ
66 電流計測手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記マスク上のパターンに電子線を照射する工程と、
前記電子線が照射された前記パターンから放出される二次電子を検出する工程と、
前記二次電子の軌道を電極によって制御する工程と、
前記検出する工程で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する工程と、
前記画像データから前記パターンの信号プロファイルを生成する工程と、
前記信号プロファイルに基づいて、前記パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する工程と、を具備し、
前記制御する工程では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって取得される画像の輝度値の差に基づいて前記電極に印加する電圧値を変化させることで、前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、パターン計測方法。 A pattern measurement method on a mask,
Irradiating the pattern on the mask with an electron beam;
Detecting secondary electrons emitted from the pattern irradiated with the electron beam;
Controlling the trajectory of the secondary electrons with an electrode;
Generating image data based on the detection signal detected in the detecting step;
Generating a signal profile of the pattern from the image data;
Measuring the side wall angle and three-dimensional shape of the pattern based on the signal profile ,
In the controlling step, a voltage value applied to the electrode is changed based on a difference in luminance value of an image acquired by left and right electron detectors arranged symmetrically with respect to the axis of the electron beam. A pattern measuring method , wherein the trajectory of the secondary electrons is controlled .
前記マスク上のパターンに電子線を照射する工程と、Irradiating the pattern on the mask with an electron beam;
前記電子線が照射された前記パターンから放出される二次電子を検出する工程と、Detecting secondary electrons emitted from the pattern irradiated with the electron beam;
前記二次電子の軌道を電極によって制御する工程と、Controlling the trajectory of the secondary electrons with an electrode;
前記検出する工程で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する工程と、Generating image data based on the detection signal detected in the detecting step;
前記画像データから前記パターンの信号プロファイルを生成する工程と、Generating a signal profile of the pattern from the image data;
前記信号プロファイルに基づいて、前記パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する工程と、を具備し、Measuring the side wall angle and three-dimensional shape of the pattern based on the signal profile,
前記制御する工程では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって計測される電流値の差に基づいて前記電極に印加する電圧値を変化させることで、前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、パターン計測方法。In the controlling step, by changing a voltage value applied to the electrode based on a difference between current values measured by left and right electron detectors arranged symmetrically with respect to the axis of the electron beam, A pattern measuring method, wherein the trajectory of secondary electrons is controlled.
前記マスク上のパターンに電子線を照射する手段と、
前記電子線が照射された前記パターンから放出される二次電子を検出する手段と、
前記二次電子の軌道を電極によって制御する手段と、
前記検出する手段で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する手段と、
前記画像データからパターンの信号プロファイルを生成する手段と、
前記信号プロファイルに基づいて、パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する手段と、を具備し、
前記制御する手段では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって取得される画像の輝度値の差に基づいて前記電極に印加する電圧値を変化させることで、前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、パターン計測装置。 A pattern measuring device on a mask,
Means for irradiating the pattern on the mask with an electron beam;
Means for detecting secondary electrons emitted from the pattern irradiated with the electron beam;
Means for controlling the trajectory of the secondary electrons by an electrode;
Means for generating image data based on a detection signal detected by the detecting means;
Means for generating a signal profile of a pattern from the image data;
Means for measuring a sidewall angle and a three-dimensional shape of the pattern based on the signal profile ;
In the control means, a voltage value applied to the electrode is changed based on a difference in luminance value of an image acquired by left and right electron detectors arranged symmetrically with respect to the electron beam axis. A pattern measuring apparatus for controlling the trajectory of the secondary electrons .
前記マスク上のパターンに電子線を照射する手段と、Means for irradiating the pattern on the mask with an electron beam;
前記電子線が照射された前記パターンから放出される二次電子を検出する手段と、Means for detecting secondary electrons emitted from the pattern irradiated with the electron beam;
前記二次電子の軌道を電極によって制御する手段と、Means for controlling the trajectory of the secondary electrons by an electrode;
前記検出する手段で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する手段と、Means for generating image data based on a detection signal detected by the detecting means;
前記画像データからパターンの信号プロファイルを生成する手段と、Means for generating a signal profile of a pattern from the image data;
前記信号プロファイルに基づいて、パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する手段と、を具備し、Means for measuring a sidewall angle and a three-dimensional shape of the pattern based on the signal profile;
前記制御する手段では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって計測される電流値の差に基づいて前記電極に印加する電圧値を変化させることで、前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、パターン計測装置。In the controlling means, by changing a voltage value applied to the electrode based on a difference between current values measured by left and right electron detectors arranged symmetrically with respect to the axis of the electron beam, A pattern measuring apparatus for controlling the trajectory of secondary electrons.
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