KR20130114625A - 패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치 - Google Patents

패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치 Download PDF

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츠토무 무라카와
이사오 요네쿠라
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Abstract

주사 전자 현미경을 이용한 패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치가 제공된다. 미리 정해진 두 개의 가속 전압하에서의 측정 대상 패턴의 SEM 화상을 각각 취득한다. 취득한 SEM 화상으로부터 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출한다. 그리고, 2개의 가속 전압의 사이에서의 화이트 밴드 폭의 변화량을 산출한다. 측벽 각도가 기지의 시료를 이용하여 실험적으로 구해져 있는 화이트 밴드 폭의 변화량과 측벽 각도의 관계에 기초하여 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 산출한다.

Description

패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치{A Method for Measuring Pattern and A Device Thereof}
본 발명은 전자 비임을 이용한 패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치에 관한 것이다.
최근, 미세 가공 기술이 발전하고, 반도체 디바이스, 광학 소자, 배선 회로, 하드디스크나 DVD 등의 기록 매체, DNA 분석 용도의 의료용 검사 칩, 디스플레이 패널, 마이크로 유로, 마이크로 리액터, MEMS 디바이스, 임프린트 몰드(imprint mold), 포트 마스크 등에 미세 가공 기술이 응용되고 있다.
이 미세 가공 기술에서는, 패턴의 치수와 같은 2차원적인 형상뿐만 아니라, 패턴의 에지 부분의 측벽 각도 등의 3차원적인 형상의 평가도 중요해지고 있다.
여기서, 측벽 각도의 측정 방법의 하나로서, 주사 전자 현미경(SEM 화상)에 있어서 패턴의 측벽 부분에 나타나는 휘도가 높은 부분인 화이트 밴드(white band)의 폭에 착안하여 측벽의 각도를 측정하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 역 테이퍼(taper) 형상의 패턴에서는 측벽이 패턴의 아래측에 숨어버리기 때문에, 화이트 밴드의 폭과 측벽 각도와의 관계가 명확하지 않아 상기한 방법으로는 측벽 각도를 측정할 수 없다.
일본 특허 공개 10-170530호 공보 일본 특허 공개 2008-71312호 공보
따라서, 본 발명은 역 테이퍼 형상의 패턴의 측벽 각도를 측정할 수 있는 패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면에 의하면, 미리 정해진 두 개의 가속 전압하에서의 측정 대상 패턴의 SEM 화상을 각각 취득하는 공정과, 상기 SEM 화상으로부터 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출하는 공정과, 검출된 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여 화이트 밴드 폭의 변화량을 구하는 공정과, 상기 화이트 밴드 폭의 변화량에 기초하여 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하는 공정을 포함하는 패턴 측정 방법이 제공된다.
또한, 제1 가속 전압 및 상기 제1 가속 전압과 다른 제2 가속 전압 하에서 전자 비임을 측정 대상 패턴 상에 주사시키는 전자 주사부와, 상기 제1 가속 전압에서의 전자 비임의 주사로 발생한 2차 전자에 기초한 SEM 화상과, 상기 제2 가속 전압에서의 상기 전자 비임의 주사로 발생한 2차 전자에 기초한 SEM 화상을 각각 취득하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부에서 취득한 SEM 화상에 기초하여 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하는 측정 데이터 처리부를 포함하되, 상기 측정 데이터 처리부는, 상기 SEM 화상으로부터 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출하고, 검출된 상기 제1 가속 전압에서의 화이트 밴드 폭과 상기 제2 가속 전압에서의 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량을 산출하고, 상기 화이트 밴드 폭의 변화량에 기초하여 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하는 패턴 측정 장치가 제공된다.
상기 국면의 패턴 측정 방법에 의하면, 서로 다른 가속 전압에서 촬영한 SEM 화상에 있어서의 화이트 밴드 폭의 변화량을 검출한다. 이 화이트 밴드 폭의 변화량은 역 테이퍼 형상의 패턴인 경우에 측벽 각도에 따라 변화되기 때문에 상기 국면의 측정 방법에 의하여 역 테이퍼 형상의 패턴의 측벽 각도를 측정할 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 의한 패턴 측정 장치의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는, 측벽 각도에 의하여 화이트 밴드 폭의 변화량이 변하는 모양을 설명하는 단면도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 의한 패턴 측정 방법에 있어서의, 측벽 각도와 화이트 밴드 폭의 변화량의 관계를 구하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 의한 패턴 측정 방법에 있어서, 측벽 각도의 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는, 제2 실시 형태에 의한 패턴 측정 방법에 있어서, 측벽 각도의 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은, 가로축을 가속 전압으로, 세로축을 화이트 밴드 폭으로 하여, 실험례에 의한 기준 패턴에 관하여 화이트 밴드 폭을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 의한 패턴 측정 장치의 블록도이다.
이 패턴 측정 장치 100은, 전자 주사부 10과, 제어부 20과, 기억부 23과, 화상 표시부 24와, 신호 처리부 25를 포함한다.
이중, 전자 주사부 10은 전자총 1을 포함하며, 이 전자총 1로부터는 소정의 가속 전압으로 전자가 방출된다. 전자총 1로부터 방출된 전자는 콘덴서 렌즈 2에서 집속(集束)된 전자 비임 9가 되며, 이 전자 비임 9는 편향 코일 3에서 편향된 후, 대물 렌즈 4에 의하여 초점 맞춤 되어 시료 7의 표면에 조사된다. 그리고, 편향 코일 3을 사용하여 전자 비임 9를 시료 7 표면의 관찰 영역 내에서 주사시킨다.
전자 비임 9의 조사에 의하여, 시료 7의 표면으로부터는 2차 전자가 방출되고, 방출된 2차 전자는 시료 스테이지 5의 위쪽에 설치된 하나 또는 복수의 전자 검출기 8에 의하여 검출된다.
신호 처리부 25는,검출된 2차 전자의 양을 AD 변환기(도시되지 않음)로 디지털 값으로 변환하고, 2차 전자의 양과 1차 전자 비임 9의 조사 위치를 대응시킴으로써 시료 7 표면의 2차 전자 이미지(SEM 화상)를 생성한다. 신호 처리부 25에서 생성된 SEM 화상은 화상 표시부 24에서 표시되며, 제어부 20으로 보내진다.
제어부 20은, 가속 전압 설정부 21과, 측정 데이터 처리부 22를 포함한다. 이중, 가속 전압 설정부 21은, 전자총 1로부터 방출된 전자 비임 9의 가속 전압을 제어한다.
제어부 20은, 그 가속 전압 설정부 21을 사용하여 미리 정해진 두 개의 가속 전압하에서 촬영된 2장의 SEM 화상을 취득한다. 이렇게 하여 취득된 SEM 화상에서는, 패턴의 측벽 부분으로부터 2차 전자가 다량 방출되기 때문에, 측벽이 띠 모양으로 밝게 보인다. 본 명세서에서는 이 밝게 보이는 부분을 화이트 밴드(white band)라고 부르기로 한다.
측정 데이터 처리부 22는, 2장의 SEM 화상으로부터 측정 대상 패턴의 화이트 밴드의 폭을 각각 검출하고, 검출된 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여 화이트 밴드 폭의 변화량을 구한다. 그리고, 기준 패턴을 사용하여 미리 측정해 둔 측벽 각도 θ와 화이트 밴드 폭의 변화량의 관계에 기초하여, 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ를 산출한다.
이하, 패턴의 측벽 각도, 전자 비임의 가속 전압 및 화이트 밴드 폭의 관계에 관하여 설명한다.
도 2a 및 도 2b는, 역 테이퍼 형상의 패턴에 있어서, 가속 전압에 의하여 화이트 밴드의 폭이 변하는 모양을 설명하는 단면도이다.
도 2a에 도시된 패턴 72는, 측벽 각도 θ1이 90°보다 큰 역 테이퍼 형상의 패턴이다.
이 패턴 72를 가속 전압 V1의 전자 비임 9로 주사하면, 전자 비임 9는 패턴 72의 깊이 d1까지의 범위에 도달한다. 그리고, 측벽 72a의 깊이 d1보다도 얕은 부분에 2차 전자 9b의 방출량이 증가하여 폭 W1의 화이트 밴드가 SEM 화상 위에 나타난다.
여기서 전자 비임 9의 가속 전압 V1을 다시 ΔV만큼 증가시킨 가속 전압 V2로 하면, 전자 비임 9는 d1보다도 더욱 깊은 깊이 d2까지의 범위에 도달한다. 이에 의하여, 측벽 72a의 깊이 d2보다도 얕은 부분에서 2차 전자 9b의 방출량이 증가하고, SEM 화상 위의 화이트 밴드 폭이 W2로 증가한다.
따라서, 패턴 72에서는 일정한 가속 전압의 변화량 ΔV에 대하여, 화이트 밴드 폭이 ΔW = W2 - W1만큼 변화한다.
한편, 도 2b의 패턴 73은 측벽 각도 θ2가 90°보다 큰 역 테이퍼 형상의 패턴이지만, 그 측벽 73a의 경사는 패턴 72의 측벽 72a보다도 수직에 가깝게 되어 있다.
이 패턴 73 위를 가속 전압 V1 및 가속 전압 V2의 전자 비임 9로 주사시키면 전자 비임 9는 각각 깊이 d1 및 깊이 d2의 범위에 도달한다.
그러나, 패턴 73은, 측벽 73a의 경사가 급하기 때문에 가속 전압 V1 및 V2에서의 화이트 밴드 폭 W3, W4는 패턴 72의 화이트 밴드 폭 W1, W2보다도 좁게 된다. 그리고, 패턴 73에서는 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW = (W4 - W3)는, 패턴 72의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW = (W2 - W1)보다 작아 진다.
이렇게, 역 테이퍼 형상의 패턴에서는 두 개의 가속 전압 V1, V2로 촬영한 2장의 SEM 화상으로부터 구한 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW가 측벽 각도 θ에 상응하는 변화를 보인다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 측벽 각도가 기지의 복수의 기준 패턴에 관하여 미리 정해진 두 개의 가속 전압 V1, V2로 촬영한 2장의 SEM 화상을 각각 취득한다. 그리고, 그 SEM 화상에 기초하여 측벽 각도 θ와 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW의 관계를 구해 둔다.
또한, 그 측벽 각도 θ와 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW의 관계를 이용하여, 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구한다.
이하 그 구체적인 수순에 관하여 설명한다.
<측벽 각도와 화이트 밴드 폭의 변화량과의 관계를 구하는 방법>
도 3은, 본 실시 형태에 의한 패턴 측정 방법에 있어서의, 측벽 각도와 화이트 밴드 폭의 변화량의 관계를 구하는 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 3의 단계 S11에 있어서, 측벽 각도를 알고 있고, 각각의 측벽 각도가 서로 다른 복수의 역 테이퍼 형상의 기준 패턴을 준비한다. 기준 패턴의 측벽 각도는, 예를 들면 AFM(Atomic Force Microscopy: 원자간력 현미경법)에 의한 관찰로 구하면 좋다.
또한, 전자 비임이 패턴의 내부에 도달하는 깊이는 패턴을 구성하는 재료에 의하여 달라지기 때문에, 화이트 밴드 폭의 변화량은 재료에 의하여도 변화한다. 따라서, 기준 패턴은 측정 대상 패턴과 같은 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계 S12에 있어서, 도 1의 제어부 20이 스테이지 5를 구동시켜 최초로 측정을 수행하는 기준 패턴을 전자 주사부 10의 시야 내로 이동시킨다.
다음으로, 단계 S13으로 이행하여, 제어부 20의 제어하에, 패턴 측정 장치 100에 의하여 가속 전압 V1에서의 SEM 화상과 가속 전압 V2에서의 SEM 화상을 취득한다.
다음으로, 단계 S14에 있어서, 제어부 20의 측정 데이터 처리부 22가, 가속 전압 V1에서의 SEM 화상 및 가속 전압 V2에서의 SEM 화상으로부터 기준 패턴의 화이트 밴드 폭을 각각 구한다.
이어서, 단계 S15에 있어서, 측정 데이터 처리부 22가, 가속 전압 V1에서의 화이트 밴드 폭과 가속 전압 V2에서의 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW를 구한다.
그 다음, 단계 S16으로 이행하여, 제어부 20이 모든 기준 패턴의 측정이 완료되었는가 아닌가를 판단한다.
단계 S16에 있어서, 제어부 20이 모든 기준 패턴의 측정이 완료되지 않았다고 판단한 경우(NO)에는, 단계 S12로 이행한다.
그리고, 단계 S12에 있어서, 패턴 측정 장치 100의 스테이지 5를 구동시켜 경사 각도가 다른 별도의 기준 패턴을 전자 주사부 10의 시야 내로 이동시킨다.
그 다음, 단계 S13 ~ S15의 처리를 반복한다.
한편, 단계 S16에 있어서, 제어부 20이 모든 기준 패턴의 측정이 완료되었다고 판단한 경우(YES)에는 단계 S17로 이행한다.
단계 S17에서는, 측정 데이터 처리부 22에 있어서, 측벽 각도가 1° 변화함에 따른 화이트 밴드 폭의 변화량을 구한다. 이하, 측벽 각도가 1° 변화함에 따른 화이트 밴드 폭의 변화량을 기준 변화율이라고 부르기로 한다. 이 기준 변화율은 [길이/각도]의 차원을 갖고 있다.
가장 간단한 예로서, 2개의 기준 패턴으로부터 기준 변화율을 구한 경우에는, 다음 식으로 구해진다.
Figure pat00001
여기서, α는 기준 변화율이며, ΔWA는 일방의 기준 패턴 A의 화이트 밴드 폭의 변화량이며, ΔWB는 타방의 기준 패턴 B의 화이트 밴드 폭의 변화량이다. 또한, θA는 일방의 기준 패턴 A의 측벽 각도이며, θB는 타방의 기준 패턴 B의 측벽 각도이다.
그 다음, 단계 S18에 있어서, 제어부 20이 기억부 23에 기준 변화율, 각 기준 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량 및 측벽 각도를 기억시키고, 기준 패턴의 측정 처리를 종료한다.
또한, 기준 변화율 α를 구하기 위한 SEM 화상은, SEM 시뮬레이터를 사용하여 취득하여도 좋다. 여기서 SEM 시뮬레이터는, 주사형 전자 현미경의 전자총으로부터 방출된 전자 비임이 패턴에 조사될 때 방출되는 2차 전자의 움직임을 몬테칼로법 등으로 계산함으로써 패턴의 SEM 화상을 예측하는 소프트웨어이다.
이 SEM 시뮬레이터로 전자 비임 가속 전압, 패턴의 재료 및 패턴의 형상을 적절히 설정함으로써 원하는 조건에서의 SEM 화상이 얻어지고, 그 SEM 화상으로부터 기준 변화율 α가 구해진다.
<측벽 각도의 측정 방법>
다음으로, 측정 대상 패턴의 측벽 각도의 측정 방법에 관하여 설명한다.
도 4는, 본 실시 형태에 의한 패턴 측정 방법에 의한 측벽 각도의 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 4의 단계 S31에 있어서, 도 1의 제어부 20이 스테이지 5를 구동시켜 전자 주사부 10의 시야 내로 측정 대상 패턴을 이동시킨다.
다음으로, 단계 S32에 있어서, 제어부 20의 제어하에, 패턴 측정 장치 100에 의하여 가속 전압 V1에서의 SEM 화상과 가속 전압 V2에서의 SEM 화상을 취득한다.
다음으로, 단계 S33에 있어서, 제어부 20의 측정 데이터 처리부 22가, 가속 전압 V1에서의 SEM 화상 및 가속 전압 V2에서의 SEM 화상으로부터, 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 각각 구한다.
다음으로, 단계 S34에 있어서, 측정 데이터 처리부 22가, 가속 전압 V1에서의 화이트 밴드 폭과 가속 전압 V2에서의 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여, 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW1을 산출한다.
다음으로, 단계 S35에 있어서, 측정 데이터 처리부 22는 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ1을 산출한다.
여기에서는, 먼저 측정 데이터 처리부 22가 기억부 23으로부터 기준 변화율 α와, 기준 패턴 A의 측벽 각도 θA와, 기준 패턴 A의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWA를 독출한다. 그리고, 기준 변화율 α, 측벽 각도 θA, 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWA와, 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW1에 기초하여, 아래 수학식에 의하여 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ1을 산출한다.
Figure pat00002
또한, 패턴 A의 측벽 각도 θA 및 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWA에 대신하여, 기준 패턴 B의 측벽 각도 θB 및 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWB를 사용하여 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ1을 구하여도 좋다. 이 경우에는, 아래 수학식에 의하여 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ1을 산출하면 된다.
Figure pat00003
이상에 의하여, 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ1을 구할 수 있다.
그 다음, 측정 대상 패턴의 측벽 각도의 측정 처리를 종료한다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 측벽 각도와 화이트 밴드 폭의 변화량과의 관계로부터 역 테이퍼 형상의 패턴의 측벽 각도를 구할 수 있다.
이에 의하여, SEM 화상을 이용한 비파괴 검사로 역 테이퍼 형상의 패턴의 측벽 각도를 측정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 측정 방법에 의하면, AFM을 이용하는 경우에 비하여 신속히 측벽 각도를 측정할 수 있으며, SEM 화상으로부터 다수의 측정 지점에서 측벽 각도를 구하는 것도 용이하다.
(제2 실시 형태)
본 발명자들의 조사에 의하면, 측벽 각도가 90°이하인 순 테이퍼 형상의 패턴의 경우에는, 측벽 각도 θ가 변하여도 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW의 변화가 보이지 않는 것으로 판명되었다.
따라서, 순 테이퍼 형상의 패턴에 관하여는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 방법으로는 정확한 측벽 각도를 측정할 수 없다.
따라서, 측정 대상 패턴이 순 테이퍼 형상인지 역 테이퍼 형상인지를 확인할 필요가 있다.
제2 실시 형태의 패턴 측정 방법에서는, 측벽 각도의 산출에 앞서 측정 대상 패턴이 역 테이퍼 형상인지 아닌지의 판정을 수행하는 것으로 한다.
도 5는, 본 실시 형태에 의한 패턴 측정 방법에서의 측벽 각도의 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에 있어서, 단계 S31 ~ S34까지는 도 4를 참조하여 설명한 측정 방법과 동등하다.
본 실시 형태에서는, 단계 S34에 이어지는 단계 S40에 있어서, 측정 대상 패턴이 역 테이퍼 형상의 패턴인지 아닌지의 판정을 수행한다.
측정 대상 패턴이 역 테이퍼 형상인지 아닌지는, 예를 들면 가속 전압을 ΔV만큼 변화시켰을 때의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW가 일정한 문턱값 T를 상회하는가 아닌가로 판정할 수 있다. 그 문턱값 T는, 측벽 각도를 90°로 한 경우의 화이트 밴드 폭의 변화량이며, 기준 변화율 α, 기준 패턴 B의 측벽 각도 θB 및 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWB를 이용하여, 아래 수학식에 의하여 구할 수 있다.
Figure pat00004
측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW1가 문턱값 T보다도 큰 경우에는, 측정 대상 패턴이 역 테이퍼 형상인 것으로 판정되고(YES), 단계 S35로 이행한다.
단계 S35에서는, 도 4의 단계 S35에서 설명한 것과 동등한 방법으로 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 산출한다.
한편, 도 5의 단계 S40에 있어서, 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔW1이 문턱값 T보다도 작은 경우에는, 측정 대상 패턴이 역 테이퍼 형상이 아닌 것으로 판정되어(NO), 단계 S41로 이행한다.
단계 S41에서는 순 테이퍼 형상의 패턴에 적합한 별도의 방법으로 측벽 각도를 측정한다.
예를 들면, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 전자 비임 9의 전류값과 화이트 밴드 폭의 관계에 기초하여 측벽 각도를 측정하면 좋다.
또한, 전자 주사부 10에 배치된 복수의 전자 검출기 8(도 1 참조)로부터의 신호의 차이를 취하여 차이 신호를 생성하고, 그 차이 신호에 기초하여 패턴의 측벽의 하단으로부터 상단까지의 폭을 구한다. 그리고, 그 패턴의 측벽의 하단으로부터 상단까지의 폭과 패턴의 높이에 기초하여 패턴의 측벽 각도를 구하면 좋다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면 측정 대상 패턴에 순 테이퍼 형상의 패턴이 포함되어 있어도 측벽 각도를 측정할 수 있다.
(실험예)
다음으로, 상기의 실시 형태의 패턴 측정 방법에 기초하여 실제로 측벽 각도를 측정한 실험 결과에 관하여 설명한다.
먼저, 석영 유리제의 포토 마스크 기판 상에, 크롬에 의하여 형성된 2개의 라인 패턴을 기준 패턴으로서 형성하였다. AFM을 이용하여 이들 라인 패턴의 측벽 각도를 각각 측정한 바, 일방의 기준 패턴 A1의 측벽 각도는 110°이며, 타방의 기준 패턴 B1의 측벽 각도는 95°이었다.
다음으로, 기준 패턴 A1 및 기준 패턴 B1에 관하여, 가속 전압 1000V 및 가속 전압 2000V에서 각각 SEM 화상을 취득하고, 이들 SEM 화상으로부터 화이트 밴드 폭을 구하였다.
도 6은, 가로축을 가속 전압으로, 세로축을 화이트 밴드 폭으로 하여, 실험예에 의한 기준 패턴에 관하여 화이트 밴드 폭을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가속 전압 1000V에서의 패턴 A1의 화이트 밴드 폭은 28.4nm였으며, 가속 전압 2000V에서의 패턴 A1의 화이트 밴드 폭은 40.3nm였다.
이 결과로부터, 패턴 A1의 가속 전압 1000V와 2000V의 사이의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWA1은, 40.3nm - 28.4nm = 11.9nm로 구해졌다.
또한, 가속 전압 1000V에서의 패턴 B1의 화이트 밴드 폭은 21.4nm였고, 가속 전압 2000V에서의 패턴 B1의 화이트 밴드 폭은 26.5nm였다.
이 결과로부터, 패턴 B1의 가속 전압 1000V로부터 2000V의 사이의 화이트 밴드 폭의 변화량 ΔWB1은, 26.5nm - 21.4nm = 5.1nm로 구해졌다.
다음으로, 패턴 A1과 패턴 B1의 각각의 측벽 각도와, 화이트 밴드 폭의 변화량에 기초하여 수학식 1에 의하여 아래와 같이 기준 변화율 α를 구하였다.
α = (11.9nm - 5.1nm)/(110°-95°) = 0.45[nm/도]
다음으로, 패턴이 역 테이퍼 형상인지 아닌지를 판정하기 위한 문턱값 T를 구하였다.
이 문턱값 T는, 수학식 4의 θB에 패턴 B1의 측벽 각도 95°를 대입하고, ΔWB에 패턴 B1의 화이트 밴드 폭의 변화량 5.1nm를 대입하고, 기준 변화율 α에 0.45[nm/도]를 대입하여 아래의 계산으로 구하였다.
T = 5.1 - (95 - 90)×0.45 = 2.85nm
다음으로, 측정 대상 패턴의 측정을 수행하였다.
먼저, 측정 대상 패턴에 관하여, 가속 전압 1000V 및 2000V에서 각각 SEM 화상을 촬영하고, 그 SEM 화상으로부터 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출하였다.
그 결과, 가속 전압 1000V에서의 화이트 밴드 폭은 26.7nm였으며, 가속 전압 2000V에서의 화이트 밴드 폭은 33.7nm였다.
이에 의하여, 측정 대상 패턴의 가속 전압 1000V와 2000V의 사이의 화이트 밴드 폭의 변화량이 7.0nm로 구해졌다.
이 변화량은, 문턱값인 2.85nm보다 크기 때문에, 측정 대상 패턴은 역 테이퍼 상의 패턴이라는 것을 알 수 있다.
다음으로, 수학식 3에 의하여 측정 대상 패턴의 측벽 각도 θ1을 산출하였다.
θ1 = 95° + (7.0° - 5.1°)/0.45[nm/°] = 99.2°
따라서, 측정 대상 패턴의 측벽 각도는 99.2°로 구해졌다.
이 측정 대상 패턴에 관하여 AFM을 이용하여 측벽 각도를 측정한 바, 99°였다.
따라서, 실시 형태에 의한 측벽 각도의 측정 방법에 의하면, AFM에 의한 측정과 동등한 결과가 얻어지는 것이 확인되었다.
이상의 모든 실시 형태에서 설명한 패턴 측정 방법 및 패턴 측정 장치에 의하면, 포토 마스크 등의 역 테이퍼 형상의 패턴의 측벽 각도의 검사를 신속히 실시할 수 있다. 이에 의하여, 패턴의 에칭 조건 등의 제조 프로세스의 관리에도 적합하다.
또한, 비파괴로 검사를 수행하기 때문에, 제품의 선별 검사를 수행할 때에 제품의 불필요한 소모가 발생하는 일도 없다.
1: 전자총, 2: 콘덴서 렌즈, 3: 편향 코일, 4: 대물 렌즈, 5: 스테이지, 7: 시료, 8: 전자 검출기, 9: 전자 비임, 9b: 2차 전자, 10: 전자 주사부, 20: 제어부, 21: 가속 전압 설정부, 22: 측정 데이터 처리부, 23: 기억부, 24: 화상 표시부, 25: 신호 처리부, 71: 기판, 72 및 73: 패턴, 72a 및 73a: 측벽

Claims (9)

  1. 미리 정해진 두 개의 가속 전압하에서의 측정 대상 패턴의 SEM 화상을 각각 취득하는 공정과,
    상기 SEM 화상으로부터 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출하는 공정과,
    검출된 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여 화이트 밴드 폭의 변화량을 구하는 공정과,
    상기 화이트 밴드 폭의 변화량에 기초하여 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하는 공정
    을 포함하는 패턴 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도는, 기지(旣知)의 측벽 각도를 갖는 기준 패턴을 이용하여 미리 구해둔 측벽 각도와 화이트 밴드 폭의 변화량의 관계에 기초하여 산출하는 패턴 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    미리 정해진 2개의 가속 전압 하에서, 제1 측벽 각도를 갖는 제1 기준 패턴과, 제2 측벽 각도를 갖는 제2 기준 패턴의 SEM 화상을 각각 취득하는 공정과,
    상기 SEM 화상으로부터 상기 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출하는 공정과,
    검출된 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여, 상기 2개의 가속 전압 하에서의 상기 제1 기준 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량과, 상기 제2 기준 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량을 각각 산출하는 공정과,
    상기 제1 기준 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량 및 상기 제2 기준 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량의 차이를, 상기 제1 기준 패턴의 측벽 각도 및 제2 기준 패턴의 측벽 각도의 차이로 나눗셈하여, 상기 측벽 각도의 단위 각도당 상기 화이트 밴드 폭의 변화량인 기준 변화율을 구하는 공정
    을 더 포함하는 패턴 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도는,
    상기 제1 측벽 각도를 θA로 하고, 상기 제1 기준 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량을 ΔWA로 하고, 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량을 ΔW1로 하고, 상기 기준 변화율을 α로 하고, 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 θ1로 하였을 때에,
    θ1 = θA + (ΔW1 - ΔWA)/α
    로 하여 산출하는 패턴 측정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 측정 대상 패턴의 재료와, 상기 기준 패턴의 재료는 같은 재료인 패턴 측정 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 기준 패턴의 SEM 화상은, SEM 시뮬레이터에서의 계산에 의하여 취득하는 패턴 측정 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 측정 대상 패턴 및 상기 기준 패턴은, 넓은 역 테이퍼 형상의 패턴인 패턴 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하기 위한 공정에 앞서, 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량에 기초하여 상기 측정 대상 패턴이 역 테이퍼 형상인지 아닌지를 판단하는 공정
    을 더 포함하는 패턴 측정 방법.
  9. 제1 가속 전압 및 상기 제1 가속 전압과 다른 제2 가속 전압 하에서 전자 비임을 측정 대상 패턴 상에 주사시키는 전자 주사부와,
    상기 제1 가속 전압에서의 전자 비임의 주사로 발생한 2차 전자에 기초한 SEM 화상과, 상기 제2 가속 전압에서의 상기 전자 비임의 주사로 발생한 2차 전자에 기초한 SEM 화상을 각각 취득하는 신호 처리부와,
    상기 신호 처리부에서 취득한 SEM 화상에 기초하여 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하는 측정 데이터 처리부를 포함하되,
    상기 측정 데이터 처리부는,
    상기 SEM 화상으로부터 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭을 검출하고,
    검출된 상기 제1 가속 전압에서의 화이트 밴드 폭과 상기 제2 가속 전압에서의 화이트 밴드 폭의 차이를 취하여 상기 측정 대상 패턴의 화이트 밴드 폭의 변화량을 산출하고,
    상기 화이트 밴드 폭의 변화량에 기초하여 상기 측정 대상 패턴의 측벽 각도를 구하는
    패턴 측정 장치.
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