KR100893910B1 - 시료의 측장방법 및 주사현미경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빔지름 치수에 유래하는 측장오차를 저감이 가능한 시료의 측장방법 및 주사현미경을 제공하는 것이다.

이를 위하여 시료 위의 측장대상의 측장을 행하는 시료의 측장방법에 있어서, 2차 신호에 의거하여 얻어진 측장대상의 측장값를빔지름 치수값에 관한 값으로 보정한다.

Description

시료의 측장방법 및 주사현미경{SPECIMEN MEASURING METHOD AND SCANNING MICROSCOPE}

도 1은 본 발명의 일 실시예인 주사전자현미경의 개략구성도,

도 2는 시료로부터 방출되는 2차 전자 등에 의거하여 패턴 등의 측장을 행하는 원리를 설명하기 위한 도,

도 3은 2차 전자 발생효율이 높은 부재사이의 측장을 행하는 데 적합한 측장법를 설명하기 위한 도,

도 4는 소정의 빔지름의 조사빔을 사용하여 시료의 치수를 측정하는 예를 설명하는 도,

도 5는 측장 SEM 상이 빔지름에 의하여 넓어지는 현상을 설명하는 도,

도 6은 측장 SEM 상이 빔지름에 의하여 넓어지는 현상을 기존의 치수를 가지는 다층막을 사용하여 설명하기 위한 도,

도 7은 화상표시 모니터의 일 표시예를 나타내는 도,

도 8은 평가용 시료 및 그것을 배치하기 위한 시료대를 나타내는 도면이다.

※도면의 주요부분을 나타내는 부호의 설명

1 : 전자총 2 : 전자빔

3 : 전자렌즈 4 : 편향렌즈

5 : 대물렌즈 6 : 시료

7 : 시료홀더 8 : 2차 전자 검출기

9 : 화상처리장치 10 : 화상표시 모니터

본 발명은 LSI 등 미세 패턴형상의 치수를 측정하는 경우에 측장대상물의 치수를 정확하게 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래 예를 들면 일본국 특개평6-347246호 공보의 기재에 의하면, 전자빔을 시료에 조사하여 시료의 치수를 측정하는 측장용 주사전자현미경(측장 SEM)은 2차 전자나 반사전자상 위에서 측정 대상물의 휘도 상승부 또는 하강부에 커서를 맞추어 양측의 커서 사이의 치수를 측정 대상물의 치수로 하고 있었다.

또한 전자빔 지름의 치수평가의 방법으로서, 일본국 특개평11-224640호 공보나 특개평11-25898호 공보에 개시된 기술이 있다.

일본국 특개평6-347246호 공보에 개시된 기술에서는 전자빔을 주사하면서 측정 대상물에 조사하고, 그곳에서 발생하는 2차 전자 및 반사전자량에 따라 시료상을 형성하여 측장을 행하고 있기 때문에, 조사하는 빔지름에 상당하는 크기만큼 측정대상물이 크게 표시되거나, 패턴 사이의 간극 등은 작게 표시되는 등의 문제가 있었다.

이 문제는 조사빔지름에 대하여 측장 대상물이 충분히 큰 경우는 그다지 문제가 되지 않으나, 예를 들면 요즘의 반도체장치내 소자와 같이, 수 nm 내지 수십 nm 정도의 치수밖에 없는 것은 반도체장치 소자에 대하여 조사빔 지름(예를 들면 수 nm)을 무시할 수 없는 크기가 되기 때문에, 실제의 치수값과 측정치수값 사이에 차이가 생기게 되어, 측정 정밀도가 저하한다는 문제가 있다.

본 발명은 빔지름 치수에 유래하는 측장오차를 저감, 또는 없애어 정확한 측장값를 얻을 수 있는 시료의 측장방법 및 주사현미경을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면 빔을 시료에 주사하고, 그 시료로부터 얻어진 2차 신호에 의거하여 시료 위의 측장대상의 측장을 행하는 시료의 측장방법에 있어서, 상기 2차 신호에 의거하여 얻어진 상기 측장대상의 측장값을 상기 빔지름 치수값에 관한 값으로 보정하는 것을 특징으로 하는 시료의 측장방법을 제공한다.

이와 같은 구성에 의하면,빔지름의 치수에 유래하는 측장오차를 저감, 또는 없앨 수 있다. 또한 본 발명의 구체예에 대해서는, 이하 발명의 실시형태 중에서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일례인 주사전자현미경의 개략 구성도이다. 전자총(1)에는 도시 생략한 마이크로프로세서(CPU)로 제어되는 고압제어전원에 의하여 전압이 인가되고, 소정의 에미션전류로 전자빔(2)이 전자총(1)으로부터 인출된다. 전자빔(2)은 도시 생략한 렌즈제어전원으로 제어된 전자렌즈(3)로 수속되고, 마찬가지로 렌즈제어전원으로 제어된 대물렌즈(5)에 의하여 시료(6)에 미소 스폿으로서 조사된다. 대물렌즈(5)는 자극 사이에 시료를 배치하는 인렌즈방식, 대물렌즈자극과 다른 높이에 시료를 배치하는 아웃렌즈방식 및 슈노켈방식(세미인렌즈방식) 등, 여러가지의 형태를 취할 수 있다. 또 시료에 음전압을 인가하여 1차 전자선을 감속시키는 리타딩방식도 가능하다. 또한 각각의 렌즈는 복수의 전극으로 구성되는 정전형 렌즈로 구성하여도 좋다. 또한 대물렌즈(5)의 전자선통로를 통과할 때에 전자빔(2)을 가속시키기 위하여 양전압이 인가된 가속원통을 설치하여도 좋다.

전자빔(2)은 편향렌즈(4)로 시료홀더(7)상에 배치된 시료(6) 위에서 2차원적, 또는 전자선의 조사방향을 포함한 3차원적으로 주사된다. 시료홀더(7)는 도시생략한 시료대 위에 배치되어 전자빔(2)의 광축방향에 대하여 수직인 방향(X-Y 방향)으로 이동하는 기능을 구비하고 있다. 단 이것에 한정되는 일은 없고, 예를 들면 시료(6)를 회전시키기 위한 로테이션기능이나 시료를 전자빔(2)의 광축에 대하여 경사시키는 경사기능을 부가하여도 좋다.

전자빔(2)의 조사로 시료(6)로부터 방출되는 2차 전자 또는 반사전자 등의 2차 신호는, 2차 전자검출기(8)에서 검출된다. 2차 전자검출기(8)에서 검출된 신호는 도시 생략한 신호증폭기로 증폭된 후, 화상처리장치에 전송되어 화상표시 모니터(10)에 시료상으로서 표시된다.

화상표시 모니터(10)에는 시료상 외에 전자광학계의 설정이나 주사조건의 설정등을 행하는 여러가지의 조작버튼을 지시하는 버튼을 표시시킬 수 있다. 또 본 발명 실시예 장치는, 2차 전자의 발생량, 또는 화상표시 모니터(10)에 표시되는 시료상의 휘도정보에 의거하여 빔 프로파일을 형성하고 표시하는 기능을 구비하고 있다. 이 빔 프로파일에 의거하여 예를 들면 반도체웨이퍼 등의 패턴의 측장이 실행된다. 빔 프로파일에 의거하는 치수값의 산출은 주사전자현미경의 배율값과 빔 프로파일의 거리에 의거하여 행하여진다.

또한 도 1의 설명은 화상처리장치(9)가 주사전자현미경과 일체, 또는 그것에 준하는 것으로서 설명하였으나, 물론 그것에 한정되는 것은 아니고, 주사전자현미경 경체와는 따로 설치된 컴퓨터로 이하에 설명하는 바와 같은 처리를 행하여도 좋다. 그때는 2차 전자 검출기(8)에서 검출되는 검출신호를 상기 컴퓨터에 전달하고, 컴퓨터로부터 주사전자현미경의 렌즈나 편향기 등에 신호를 전달하는 전달매체와, 그 전달매체 경유로 전달되는 신호를 입출력하는 입출력 단자가 필요하게 된다. 또 이하에 설명하는 처리를 행하는 프로그램을 기억매체에 등록하여 두고, 화상메모리를 가지고 주사전자현미경에 필요한 신호를 공급하는 제어프로세서에서 해당 프로그램을 실행하도록 하여도 좋다.

본 발명의 요지는 조사하는 전자빔지름, X선빔지름, 레이저빔지름, 이온빔지름을 측정하여 그 치수분만큼 측정 대상물의 형상에 맞추어 플러스, 마이너스의 보정을 하거나, 2차 전자 또는 반사전자빔 프로파일이 겹쳐져 있는 경우는 겹침분을 보정하여 실제 치수를 표시하는 것에 있다.

더욱 구체적으로는 조사하는 전자빔지름을 Ru/C의 다층막 구조의 단면 등으로 미리 측정하여 두고, 이 전자빔지름을 사용하여 측정 대상물의 측정위치에 맞추 어 좌우의 각각의 커서별로 전자빔지름의 1/2분을 플러스, 마이너스의 보정을 하거나, 전자빔지름이 겹쳐 있는 경우에는 겹쳐진 각각의 전자빔의 빔 프로파일과, 그 사이의 휘도로부터 전자빔 프로파일의 겹침량을 내어 치수를 보정하여 표시하는 것이다.

플러스, 마이너스의 보정은, 좌우의 커서 모두 휘도의 상승으로부터 측정하는 경우에는 마이너스, 하강이면 플러스로 하여 각각 빔지름의 절반, 또는 전자빔의 겹침 상당분을 보정한다. 이와 같이 빔지름의 치수값에 관한 값으로, 빔 프로파일에 의거하여 얻어지는 측장값를 보정함으로써, 정확한 측장값을 얻는 것이 가능하게 된다. 이하 더욱 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

도 2는 시료(6)로부터 방출되는 2차 전자 등에 의거하여 패턴 등의 측장을 행하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예에서는 재질 C와 재질 Ru로 이루어지는 시료를 측장하는 예에 대하여 설명한다.

전자빔(2)은 전자빔지름(Φd)의 크기로 시료(6) 위를 도면에 있어서 왼쪽으로부터 오른쪽으로 주사된다. 그 주사과정에서 전자빔(2)이 재질 C부분(6a)을 주사하고 있을 때에는 2차 전자 발생량이 적으므로, 도 2에 나타내는 바와 같은 라인프로파일을 형성한 경우, 거의 제로의 값을 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 그러나 전자빔(2)이 재질 Ru 부분(6b)에 당도하면, 2차 전자 발생효율이 높은 재질 Ru로부터 많은 2차 전자가 방출되기 시작한다. 이와 같은 2차 전자, 또는 반사전자 강도를 화상에 표시하면 빔 프로파일(12)과 같이 표시된다. 즉 화상표시 모니터상에서는 재질 Ru부(6b)를 전자빔지름(Φd)의 절반의 거리만큼 앞에서부터 표시하기 시작하고, 마찬가지로 재질 Ru로 이루어지는 재료 Ru부분(6b)을 통과한 후, 전자빔지름(Φd)의 절반만큼 넓게 표시하기 때문에 재질 Ru 부분(6b)의 실제의 치수보다 크게 측정된다.

이 결과 주사형 전자현미경에서는 시료의 Ru의 실제치수(L)에 대하여 빔 프로파일의 치수(Ls)로 측정되고, 전자빔지름(Φd)분만큼 크게 측정되어 실제치수와는 다른 결과가 된다.

본 실시예에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 재질 Ru 부분(6b)을 측정할 때에 빔 프로파일의 치수(Ls)로부터 전자빔지름(Φd)을 뺀다. 이와 같은 방법에 의하면 빔지름의 크기에 기인한 측정오차를 억제, 또는 없애는 것이 가능하게 된다.

또한 본 실시예 장치에서는 이와 같은 측정오차를 미연에 없애기 위하여 광학조건을 바꿀 때마다, 측정대상인 반도체웨이퍼를 교환할 때마다, 또는 임의의 타이밍으로 빔지름(Φd)의 치수를 평가하기 위한 평가용 시료를 사용하여 빔지름 치수평가를 실시하고 있다.

도 8(a)는 평가용 시료의 일례를 나타내는 것이다. 본 실시예 장치에서는 평가용 시료(30)는 시료홀더(7), 시료홀더(7)를 배치하기 위한 시료대, 또는 전자빔이 조사되는 시료나 시료대 등이 내장되는 시료실내의 임의의 위치에 설치되고, 또한 앞서 설명한 바와 같은 여러가지의 타이밍으로 빔지름 치수평가를 실시하는 바와 같은 시퀀스가 조립되어 있다. 도 8(b)는 평가용 시료(30)를 배치하기 위한 오목부(33)를 구비한 시료대를 나타내는 도면이다.

평가용 시료(30)는 예를 들면 루테늄(31)(Ru)과 카본(32)C)이나 W(텅스텐)와 카본(C)과 같은 원자번호의 차가 큰 재질의 조합으로 작성되어 있다. 이 경우 주사전자현미경으로 촬상한 스텝신호의 응답의 미분이 빔 프로파일이 되어 절반값폭 등의 한계값을 설정하면 빔지름의 정량평가가 가능하게 된다. 이와 같이 하여 얻어진 빔지름 치수값이 기억소자에 기억되어, 뒤에서 설명하는 측장값 보정에 사용된다. 본 발명 실시예 장치에서는 빔지름 치수평가시에 소정의 빔지름과는 다른 평가가 이루어진 경우, 소정의 광학조건 변경시퀀스를 실시하여, 다시 빔지름 치수평가를 실시하는 바와 같은 시퀀스가 조립되어 있다.

또 다시 빔지름 치수평가를 실시하여도, 또한 소정의 빔지름이 얻어지고 있지 않다고 평가된 경우는, 평가시료에 콘터미네이션이 부착되어, 빔지름 치수의 정확한 평가를 할 수 없는 상태에 있는 등의 가능성이 있으므로, 에러표시를 내거나, 평가시료의 교환, 또는 청소를 재촉하는 바와 같은 메시지를 화상표시 모니터(10)에 표시하도록 하여도 좋다. 또 주사전자현미경의 경체(鏡體)에 소정의 빔지름이 얻어지지 않는 원인이 있을 때는 그 취지를 표시하도록 하여도 좋다.

또한 본 발명에서는 일본국 특개평11-224640호 공보나 특개평11-25898호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 여러가지의 치수평가방법의 적용이 가능하다.

또 본 실시예에 의한 측장은, 측장대상인 소자와 그 밖의 소자와의 높이의 차이가 없어 에지효과에 의한 2차 전자량의 증대를 기대할 수 없는 시료에는 특히 유효하다.

(실시예 2)

도 3은 2차 전자 발생효율이 높은 부재 사이의 측장을 행하는 데 적합한 측장법를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 2의 예와 마찬가지로 도면의 왼쪽방향으로부터 오른쪽방향으로 주사한 경우의 2차 전자의 발생량과 실제치수의 관계를 나타내는 것이다.

전자빔(2)이 재질 C 부분(14a)에 조사되어 있을 때에는, 2차 전자의 발생량이 적기 때문에 제조로 표시하고, 재질 Ru 부분(14b)에 조사되었을 때에는 2차 전자가 발생하기 시작한다. 2번째의 재질 Ru부분(14b)을 통과하기 까지의 2차 전자 발생상황을 빔 프로파일(16)로서 표시된다. 이것으로부터 재질 Ru 부분(14b)과, 인접하는 재질 Ru부분(14b) 사이의 실제치수(L2)에 대하여, 빔 프로파일치수는 Ln으로 측정된다. 실시예 1과 같이 2차 전자 발생효율이 높은 원소를 측장하는 것은 아니고, 2차 전자 발생효율이 높은 재질 사이에 끼워진 부분을 측장하는 경우에는 원래의 치수에 대하여 전자빔지름(Φd)을 빔 프로파일 치수(Ln)에 더함으로써 실제치수(L2)를 산출하는 것이 가능하게 된다.

이상, 본 발명 실시예 1과 2에서는 전자빔지름(Φd)을 미리 구하여 두고, 이빔지름 치수값을 빔 프로파일에 의거하여 얻어지는 값에 가산, 또는 감산하는 예에 대하여 설명하였으나, 단지 가감산하는 것만은 아니고, 장치상황 등을 감안하여 빔지름 치수값을 보정하고, 보정후의 값에 의거하여 정확한 측장값를 산출하는 것도 가능하다.

또 단지 빔지름 상당분을 플러스 또는 마이너스하는 것은 아니고, 시료의 상황에 따라 연산방법 및 연산의 필요 여부를 적절히 선택해야만 한다. 예를 들면 2차 전자의 발생효율이 다른 3개의 부재가 발생효율순으로 늘어서 있는 중의 한 가운데의 부재를 측장하는 경우는, 2차 전자 발생효율이 높은 측의 측장값은 빔지름의 1/2에 상당하는 만큼 가산할 필요가 있고, 2차 전자 발생효율이 낮은 측의 측장값은 빔지름의 1/2에 상당하는 만큼 감산할 필요가 있다. 즉 합계의 보정량은 제로가 되어 빔 프로파일에서 얻어진 값을 그대로 적용할 수 있다.

이와 같은 연산방법 및 연산의 필요 여부의 선택은, 레시피에 의한 설정에 의하여 미리 설정하여 둠으로써 자동적인 검사를 행하는 것이 가능하게 된다. 이 레시피는 화상표시 모니터(10)에 표시되는 레시피설정화면으로 설정된다. 본 실시예 장치에서는 측장대상 설정의 선택브랜치로서, Ru-C-Ru, C-Ru-C 등, 측장대상과 인접하는 시료의 재질의 배치에 관한 정보의 선택브랜치가 설치되어, 그 선택에 의거하여 앞서 설명한 빔지름 치수값에 관한 값에 의한 보정을 자동적으로 행하도록 구성하여도 좋다. 이와 같은 설정이 가능한 장치에 의하면, 조작자는 특히 본 발명에 관한 지식이 없더라도 자동적으로 빔지름 치수에 의거하여 발생하는 측장오차를 보정하는 것이 가능하게 된다.

또 이 레시피설정화면에 아울러, 주사전자현미경상을 표시하여 두면, 조작자는 시료 위의 상황을 확인하면서 적정한 설정을 행하는 것이 가능하게 된다.

(실시예 3)

도 4는 소정의 빔지름의 조사빔을 사용하여 시료의 치수를 측정하는 예를 설명하기 위한 것이다. 본 실시예에서는 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 재질 C 부분(18a)과 재질 W 부분(18b)으로 이루어지는 시료(18)를 측정하는 예에 대하여 설명한다. 재질 W는 재질 Ru와 마찬가지로 재질 C에 비하여 2차 전자 발생효율이 높은 물질이다.

이 시료(18)에 빔지름(d1)의 전자빔을 주사하고, 그 때 시료로부터 방출되는 2차 전자, 또는 반사전자에 의거하여 빔 프로파일을 형성하면 도 4(b)와 같이 된다. 본 발명 실시예에서는 이 프로파일이 소정의 레벨을 슬라이스레벨로서 설정하고, 해당 부분의 프로파일에 의거하여 측장값을 구하고 있으나, 여기서 얻어진 측장값은 실제치수와는 다르기 때문에 보정을 행할 필요가 있다.

마찬가지로 빔지름(d2)의 전자빔으로 조사하였을 때의 빔지름 프로파일(20)을 도 4(c)에 나타낸다. 2차 전자 프로파일은 빔지름에 의하여 변화되므로 보정량은 슬라이스레벨과 빔지름의 함수가 된다. 도 4(d)에 슬라이스레벨과 측정치수의 관계를 나타낸다. 이 도면으로부터 보정량은 슬라이스레벨의 변화 및 빔지름에 비례하는 것이 예상된다. 따라서 실제치수(Lo)는 측정치수(L)와 빔지름(d), 슬라이스레벨(α)로부터 다음식으로 나타낼 수 있다.

Lo = L2 + k (α- αo) d

여기서 k는 보정계수, αo는 기준이 되는 슬라이스레벨(예를 들면 0.5)이다. 이와 같이 슬라이스레벨과 빔지름으로부터, K = k(α- αo) d를 구할 수 있으면, 도 4(e)와 같은 사다리꼴형상을 가진 시료를 측정할 때에도 정확한 프로파일을 구할 수 있다.

(실시예 4)

도 5는 측장 SEM 상이 빔지름에 의하여 넓어지는 현상을 0.65㎛의 패턴폭을 측정한 실례에 의하여 설명한 도면이다. 대물렌즈 전류가 1195mA인 곳이 적정포커스부에서 빔지름이 가장 미세하게 조여지고 있고, 측장값이 0.655㎛. 이것을 ±1 mA 디포커스하면, 어느쪽의 방향도 측장값이 약 0.665㎛로 크게 측정되고, 빔지름에 맞추어 패턴폭이 팽창되는 것이 확인되었다.

이와 같이 포커스의 상태에 따라 빔지름이 변화하여, 그 결과 측장값이 변화되므로 포커스의 변동값을 검출하고, 그 값에 의거하여 빔지름 치수, 또는 측장값을 보정하도록 하여도 좋다. 예를 들면 시료가 대전하고 있는 경우, 그 대전에 의하여 포커스가 어긋나는 일이 있으므로, 대전의 상황을 정전계측기 등으로 계측하여, 그 값에 의거하여 빔지름 치수값, 또는 측장값을 보정하도록 하여도 좋다.

또 기존의 오토포커스기능을 실행시키면 초점 평가값은 2차 전자나 반사전자의 강도의 미분값으로 산출되기 때문에, 주사영역에 있어서 영역 중의 신호변화가 큰 부분이 초점위치로 판단되어, 요철의 바닥부나 상면에는 포커스가 맞지 않는 경우가 있다. 즉 측장대상이 볼록패턴 상부나 컨택트홀 내부인 경우, 그 측장대상은 포커스가 어긋난 상태로 측장되게 된다. 이와 같은 경우, 관찰대상별로 빔지름의 보정량, 또는 측장값 보정량을 미리 기억하여 두고, 그 관찰대상이 선택된 경우에 이들 보정량을 가산, 또는 감산함으로써, 정확한 빔지름 치수값, 또는 측장값을 얻는 것이 가능하게 된다. 물론 변경해야 할 보정량을 보정계수화하여 기억하여 두고, 빔지름이나 측장값을 이 보정계수로 승제산함으로써, 정확한 빔지름 치수값이나 측장값을 구하도록 하여도 좋다.

(실시예 5)

도 6은 측장 SEM 상이 빔지름에 의하여 넓어지는 현상을 다층막의 치수가 기존의 시료(22)를 사용하여 설명하기 위한 도면이다. 시료(22)는 다층막이고, 재질 C부분(22a)과 재질 W부분(22b)으로 구성되어 있다. 재질 C부분(22a)의 폭은 11.1nm, 재질부분(22b)의 폭은 5.6nm 이다.

이들 치수를 주사형 전자현미경을 사용하여 빔지름을 바꾸기 위하여 가속전압을 1kV(빔지름 약 4nm)와 5kV(빔지름 약 2nm)로 측정하였다. 측정결과는 도 6의 표에 기재한 바와 같이 가속전압 1kV에서 재질 C부분(22a)이 9.4nm, 재질 W부분 (22b)이 7.3nm와, 재질 W부분(22b)이 실제치수보다 3.8nm 크게 측정되었다.

또 가속전압 5kV에서는 마찬가지로 재질 W부분(22b)이 1.8nm 크게 측정되었다. 이 결과로부터도 주사형 전자현미경에서는 상이 빔지름 상당분 크게 표시되는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 6)

도 7은 화상표시 모니터의 일 표시예를 나타낸다. 도 (a)는 측장값을 자동 모드로 측정하여 가는 경우를 나타낸다. 도 (b)는 측장값을 수동모드로 측정하여 가는 경우를 나타내고, 수동의 경우는 치수 보정인자와 그 값을 표시할 수 있도록 한 것으로, 치수보정의 근거를 명시한 표시로 되어 있다.

본 실시예에 의하면 예를 들면 30nm 피치의 패턴을 3nm의 빔으로 측정한 경우, 실제치수 30nm, 30nm 피치로 되어 있는 것에 대하여, 종래방법에서는 33nm, 27 nm 피치로 측정되어, 다른 측정장치(TEM 등)와의 차이가 문제가 되나, 사전에 측정 한 빔 프로파일로부터의 보정값으로 측정결과를 보정함으로써 본 문제를 해결할 수 있다. 본 발명 방법을 사용하면 실제치수에 아주 가까운 값을 표시할 수 있어, 다른 측정장치와의 오차도 일으키지 않는 등의 효과가 있다.

따라서 이상 설명한 바와 같이 종래의 측장 SEM을 사용하여 전자빔지름에 가까운 치수의 측정을 하는 경우에는, 전자빔지름 상당분의 오차는 피할 수 없으나, 본 발명을 사용함으로써 전자빔지름에 가까운 미세 LSI 등의 치수도 용이하게 실물치수에 아주 가까운 값을 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 주사전자현미경상과 아울러 실제로 빔지름이 시료상의 관찰대상과 비교하여 어느 정도의 크기가 되는지를 예시하여 두면, 조작자는 빔지름에 의하여 생기는 측장오차가 어느 정도가 되는지를 눈으로 확인하는 것이 가능하게 되어, 예를 들면 반도체웨이퍼의 패턴측장을 행하는 주사전자현미경 위에서, 측장, 또는 관찰조건을 설정하는 레시피작성 등으로 패턴의 상황에 의거하여 전자빔지름을 어느 정도로 설정할 필요가 있는 것인지, 또는 지금까지 설명하여 온 보정기술의 적용의 필요 여부의 판단을 용이하게 할 수 있다. 이 빔지름의 표시는 단지 수치를 표시하는 것이더라도 전자빔 스폿을 모방한 원을 표시하는 것이어도 좋으나, 후자의 쪽이 주사전자현미경상 위의 측장대상과의 크기의 관계를 눈으로 용이하게 파악할 수 있다.

또 특히 반도체웨이퍼 위의 패턴치수를 측정하는 주사전자현미경은 동일한 반도체웨이퍼상의 복수의 측장 부분을 측정하는 것이나, 반도체검사장치로서의 소정의 스루풋을 저하시키지 않는 타이밍으로 전자빔지름 치수를 계측하고, 그 얻어진 빔지름 치수를 반도체웨이퍼의 차지업의 상황이나 측장대상의 종류 등에 따라 각 측장 부분마다 보정하여 사용하면, 스루풋을 유지하면서 높은 정밀도의 패턴측장을 행하는 것이 가능하게 된다.

또한 상기 설명은 주로 전자빔을 주사하여 시료상의 패턴을 측장하는 장치에 대하여 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 빔을 시료 위에서 주사하여 얻어진 2차 신호(2차 전자, 반사전자, 빛, X선 등)를 검출하여 시료상의 패턴치수를 측정하는 장치 전반에 적용이 가능하다. 다른 장치로서 시료 위에 이온빔을 주사하여 얻어진 2차 전자나 2차 이온을 검출하는 주사이온 현미경이나 레이저광을 사용하는 레이저현미경, X선을 조사하는 X선 현미경 등이 있다.

본 발명에 의하면 빔지름의 치수에 유래하는 측장오차를 저감, 또는 없앨 수 있어 정확한 측장을 행할 수 있다.

Claims (7)

1. 빔을 시료에 주사하고, 상기 시료로부터 얻어진 2차 신호에 의거하여 시료 위의 측장대상의 측장을 행하는 시료의 측장방법에 있어서,

   상기 2차 신호에 의거하여 얻어진 상기 측장대상의 측장값에 대해, 미리 측정한 빔지름 치수값에 관한 값, 또는 상기 미리 측정한 빔지름 치수값에 관한 값을 보정한 값을 가산, 또는 감산하는 것을 특징으로 하는 시료의 측장 방법.
2. 빔을 시료에 주사하고, 상기 시료로부터 얻어진 2차 신호에 의거하여 시료 위의 측장대상의 측장을 행하는 시료의 측장방법에 있어서,

   미리 상기 빔의 빔지름 치수를 측정하고, 상기 빔을 시료에 주사하여 상기 시료로부터 얻어진 2차 신호에 의거하여 상기 빔의 빔 프로파일을 형성하고, 상기 빔 프로파일에 의거하여 상기 측장대상의 측장을 행하여 상기 빔지름 치수값에 관한값, 또는 상기 빔지름 치수값에 관한 값을 보정한 값을 상기 측장대상의 측장값에 가산, 또는 감산하는 것을 특징으로 하는 시료의 측장방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 빔지름 치수는 상기 빔의 포커스의 정도에 의하여 보정되는 것을 특징으로 하는 시료의 측장방법.
4. 제 2항에 있어서,

   측장 대상의 2차 신호 발생효율이, 당해 측장 대상에 인접하는 부분에 비해 상대적으로 높은 측장 대상에 대해 측장을 행하는 경우에는, 상기 측장값으로부터 상기 빔지름 치수값에 관한 값을 감산하고, 측장 대상의 2차 신호 발생효율이 당해 측장 대상에 인접하는 부분에 비해 상대적으로 낮은 측장 대상에 대해 측장을 행하는 경우에는, 상기 측장값으로부터 상기 빔지름 치수값에 관한 값을 가산하는 것을 특징으로 하는 시료의 측장방법.
5. 빔을 시료에 주사하고, 상기 시료로부터 얻어진 2차 신호에 의거하여 상기 시료 위의 측장대상의 측장을 행하는 주사현미경에 있어서,

   상기 2차 신호에 의거하여 얻어진 상기 측장대상의 측장값에 대해, 미리 측정한 빔지름 치수값에 관한 값, 또는 상기 미리 측정한 빔지름 치수값에 관한 값을 보정한 값을 가산, 또는 감산하는 것을 특징으로 하는 주사현미경.
6. 하전 입자총과, 상기 하전 입자총으로부터 인출된 하전입자빔을 수속하는 렌즈와, 상기 하전입자빔을 시료 위에서 주사하는 편향기와, 상기 시료에 대한 하전입자빔의 조사에 의하여 상기 시료로부터 방출되는 2차 신호를 검출하는 검출기와, 상기 검출기에서 검출된 2차 신호에 의거하여 상기 시료 위의 측장대상을 측장하는 기능을 구비한 주사 하전입자 현미경에 있어서,

   상기 검출기에서 검출된 2차 신호에 의거하여 빔 프로파일을 형성하는 수단과,

   상기 빔 프로파일에 의거하여 상기 측장대상의 치수를 측정하는 수단과,

   상기 수단에 의하여 얻어진 치수 측정값에 대해, 미리 측정한 하전입자빔지름 치수값에 관한 값, 또는 상기 미리 측정한 하전입자빔지름 치수값에 관한 값을 보정한 값을 가산, 또는 감산하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 주사 하전입자 현미경.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 하전입자빔에 조사되는 시료를 배치하기 위한 시료실내에 상기 하전입자빔지름을 평가하는 평가용 시료를 구비한 것을 특징으로 하는 주사 하전입자 현미경.

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