KR20150093734A

KR20150093734A - 패턴 측정 방법, 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법, 및 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR20150093734A
Application number: KR1020157017624A
Authority: KR
Inventors: 마코토 스즈키; 사토루 야마구치; 게이 사카이; 미키 이사와; 사토시 다카다; 가즈히사 하스미; 마사미 이코타
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-08-18
Also published as: CN104937369B; JP6255448B2; KR101753669B1; JP6069367B2; JP2016171087A; TWI494537B; WO2014115740A1; TW201447225A; CN104937369A; JPWO2014115740A1

Abstract

본 발명은, DSA 기술에 의해 형성된 패턴을, 고정밀도로 측정, 검사할 수 있는 패턴 측정법, 및 하전 입자선 장치의 제공을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서 이하에, 자기 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 대하여, 하전 입자를 조사해서 당해 고분자 화합물을 형성하는 복수의 폴리머 중, 특정한 폴리머를 다른 폴리머에 대하여 크게 수축시킨 후에, 당해 다른 폴리머를 포함하는 영역에 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 신호에 의거하여, 상기 다른 폴리머의 복수의 에지 간의 치수 측정을 행하는 패턴 측정 방법, 또는 당해 측정을 실현하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

Description

패턴 측정 방법, 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법, 및 하전 입자선 장치{METHOD FOR PATTERN MEASUREMENT, METHOD FOR SETTING DEVICE PARAMETERS OF CHARGED PARTICLE RADIATION DEVICE, AND CHARGED PARTICLE RADIATION DEVICE}

본 발명은, 패턴 측정 방법 및 하전 입자선 장치에 관계되며, 특히 자기(自己) 조직화 리소그래피에 이용되는 고분자 화합물의 측정에 적합한 패턴 측정 방법, 및 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

최근의 반도체 디바이스는 미세화 패턴의 생성을 위해, DSA(Directed Self-Assembly)법을 이용한 에칭용 마스크 패턴의 형성이 검토되고 있다. DSA법에서는, 2종류의 폴리머를 연결 내지 혼합한 복합 폴리머재의 자기 정렬 특성을 이용한다. 특허문헌 1에는 DSA 기술에 의해 형성된 패턴을 주사 전자 현미경에 의해 관찰한 예나 패턴의 치수 측정을 행하는 예가 설명되어 있다.

주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM)으로 대표되는 미세한 패턴의 측정이나 검사 가능한 하전 입자선 장치는, DSA 기술의 발전에 있어서도 중요한 역할을 맡을 것으로 예상된다. 특허문헌 2, 3에는 시료를 대전시켜, 시료의 특징을 현재화(顯在化)한 후에 시료를 관찰하는 방법이 설명되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 전자 현미경에 의한 패턴 측정을 행할 경우에, 복수의 화상 데이터를 적산(積算)해서 화상을 형성함과 함께, 당해 적산 대상이 되는 프레임의 수를 패턴 인식이 가능한지의 여부의 판단에 의거하여, 자동적으로 결정하는 방법이 개시되어 있다.

일본국 특개2010-269304호 공보(대응 미국특허 USP8,114,306) 일본국 특개평10-313027호 공보(대응 미국특허 USP6,091,249) 일본국 특개2006-234789호 공보(대응 미국특허 USP7,683,319) 일본국 특개2010-092949호 공보(대응 미국특허 공개공보 US2011/0194778)

DSA 기술은, 일반적인 리소그래피법에 의해 형성된 미세 패턴 간에, 복수 종류의 폴리머가 화학적으로 결합한 고분자 화합물이 충전되도록 웨이퍼 위에 도포하고, 열처리에 의해 폴리머를 상(相)분리시킴으로써 패턴 형성을 행하는 기술이다. 광 근접 효과(Optical Proximity Effect)에 의한 축소 노광의 한계를 넘은 미세한 패터닝이 가능한 기술이지만, 열처리 후의 고분자 화합물은 표면이 평탄하므로, 주로 에지 효과에 의해 발생하는 2차 전자를 검출하는 주사 전자 현미경의 경우, 콘트라스트를 충분하게 얻을 수 없는 경우가 있다. 특허문헌 1에는, DSA 기술에 의해 형성된 패턴을, 전자 현미경을 이용하여 관찰하는 것에 대한 개시는 있지만, 콘트라스트를 어떻게 향상시킬지 구체적인 방법이 기술되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 2, 3에는 DSA 기술에 의해 형성된 패턴을 관찰 대상으로 하는 것에 대한 개시가 없다.

이하에, DSA 기술에 의해 형성된 패턴을, 고(高)콘트라스트 화상, 또는 신호를 이용하여 고정밀도로 측정, 또는 검사하는 것을 제1 목적으로 하는 패턴 측정 방법, 및 하전 입자선 장치에 대하여 설명한다.

또한, 기판 위에 광학 리소그래피와 에칭에 의해 형성된 가이드로 되는 홀 패턴에 블록 코폴리머나 블렌드된 폴리머를 도포해서 아닐하면 유도 조직화 현상에 의해 원통 형상으로 폴리머가 분리된다. 그 후, 현상에 의해 한쪽의 폴리머가 제거되며, 에칭 공정을 거쳐서 홀의 패터닝이 완성된다.

한편, 아닐을 의해 분리된 패턴을 전자 현미경 등을 이용하여 측정할 경우에 있어서, 블록 코폴리머나 블렌드된 폴리머에 의한 유도 조직화 후의 상태에서는 패턴의 요철은 거의 없어 계측 가능한 패턴 에지를 검출하는 것도 계측하는 것도 곤란하다. 또한, 적절한 계측 범위나 조사 시간을 설정하는 것도 곤란하다. 특히, 반도체 제조 공정에 있어서, 패턴의 만듦새를 평가하는 하전 입자선 장치에서는, 미리 장치 조건을 결정해 둘 필요가 있다. 특허문헌 1에는 그러한 장치 조건을 어떻게 결정하는지 구체적인 설명이 없다. 또한, 특허문헌 4에는 적산 대상이 되는 화상 데이터의 프레임 수를 자동적으로 결정하는 방법이 개시되어 있지만, 요철이 거의 없는 패턴을 측정할 때에 어떻게 장치 조건을 설정해야 할지 구체적인 해결 수단의 개시가 없다.

한편, 발명자들은, 하전 입자 빔의 조사에 의해 특정한 폴리머가 수축하는 현상을 확인했다. 통상, 분리한 복수의 폴리머 중, 빔의 조사에 의해 수축하는 폴리머는, 현상에 의해 제거되는 측의 폴리머이므로, 빔 조건을 적절히 설정하면, 시료에 실질적인 데미지를 주지 않고, 요철이 있는 패턴을 대상으로 한 고정밀도의 측정이 가능해진다.

이하에, DSA 패턴과 같은 요철이 없고, 에지 효과를 이용한 하전 입자 빔의 주사에 의한 측정이나 검사가 곤란한 패턴이어도, 적절한 장치 조건 설정에 의거한 고정밀도의 패턴 측정이나 검사를 행하는 것을 제2 목적으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법, 및 하전 입자선 장치에 관하여 설명한다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서 이하에, 자기 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 대하여, 하전 입자를 조사해서 당해 고분자 화합물을 형성하는 복수의 폴리머 중, 특정한 폴리머를 다른 폴리머에 대하여 크게 수축시킨 후에, 또는 수축과 함께 당해 다른 폴리머를 포함하는 영역에 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 신호에 의거하여, 상기 다른 폴리머의 복수의 에지 간의 치수 측정을 행하는 패턴 측정 방법, 또는 당해 측정을 실현하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 자기 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 하전 입자 빔을 주사함으로써 얻어지는 하전 입자에 의거하여 화상을 형성할 때의 하전 입자 빔의 주사 조건을 설정하는 하전 입자 장치의 장치 조건 설정 방법으로서, 상기 고분자 화합물에 대하여 하전 입자 빔을 주사, 및 당해 주사에 의거하여 얻어지는 화상의 평가를 행하고, 당해 평가의 결과가 소정의 조건을 만족시킬 때까지, 상기 하전 입자 빔의 주사와 화상의 평가를 반복하고, 상기 화상이 당해 소정의 조건을 만족시켰을 때의 주사 조건을, 적산용 화상 취득용의 주사 전의 상기 하전 입자 빔의 주사 조건으로서 설정하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법을 제안한다.

또한, 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 주사하는 주사 편향기와, 시료에 대한 상기 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 하전 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력을 적산해서 화상을 형성하는 제어 장치를 구비한 하전 입자선 장치로서, 당해 제어 장치는, 상기 하전 입자 빔의 주사에 의거하여 얻어지는 화상을 평가하고, 당해 평가 결과가 소정의 조건을 만족시킬 때까지, 상기 하전 입자 빔의 주사와 화상의 평가를 반복하고, 상기 평가 결과가 상기 소정의 조건을 만족시킬 때의 상기 하전 입자 빔의 주사 조건을, 적산용 화상 취득용의 주사 전의 상기 하전 입자 빔의 주사 조건으로서 설정하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

상기 조사 조건은 예를 들면 측정이나 검사를 행하기 위한 화상 형성에 이용되는 화상 신호 취득 전의 특정 폴리머의 수축을 위한 것이며, 특정 폴리머의 수축이 행해진 후에, 측정이나 검사를 위한 빔 주사, 또는 화상 취득을 실행한다.

상기 제1 구성에 따르면, 표면이 평탄한 복수의 폴리머가 결합한 고분자 화합물이어도, 고콘트라스트 신호를 이용한 고정밀도의 측정이 가능해진다.

또한, 상기 제2 구성에 따르면, DSA 패턴과 같은 요철이 없고, 에지 효과를 이용한 하전 입자 빔의 주사에 의한 측정이나 검사가 곤란한 패턴이어도, 적절한 장치 조건 설정에 의거하는 고정밀도의 패턴의 측정이나 검사가 가능해진다.

도 1은 DSA법에 의해 형성되는 패턴의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 주사 전자 현미경의 개요를 나타내는 도면.
도 3은 DSA 패턴의 단면과 SEM 화상과의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 DSA 패턴의 단면과 사방(斜方) 검출기의 출력에 의거하여 형성되는 SEM 화상과의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 4개의 사방 검출기를 나타내는 도면.
도 6은 4소자로 분할된 검출 소자로 이루어지는 사방 검출기를 나타내는 도면.
도 7은 가공용 전자원을 구비한 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 면 형상 전자원의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 면 형상 전자원의 배치예를 나타내는 도면.
도 10은 면 형상 전자원의 배치예를 나타내는 도면.
도 11은 면 형상 전자원의 배치예를 나타내는 도면.
도 12는 면 형상 전자원을 구비한 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면.
도 13은 가공용 빔을 조사했을 때의 전자의 궤도를 나타내는 도면.
도 14는 DSA 패턴의 가공으로부터 DSA 패턴의 측정에 이르기까지의 공정을 나타내는 플로차트.
도 15는 예비 조사 조건의 설정을 행하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 16은 예비 조사 목적마다 마련된 패턴의 종류에 따른 예비 조사 조건을 기억하는 테이블 예를 나타내는 도면.
도 17은 주사 전자 현미경을 포함하는 패턴 치수 측정 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 18은 주사형 전자 현미경의 개략을 나타낸 도면.
도 19는 가이드 패턴을 갖는 DSA 홀 패턴 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 20은 전자선을 조사했을 경우에 가이드 패턴과 DSA 홀 패턴이 영상화되는 모양을 나타낸 프레임 화상.
도 21은 전후의 프레임 화상의 차분(差分) 화상을 나타내는 도면.
도 22는 도 20의 프레임 화상 군(群)으로부터 구해진 평가값을 플롯한 그래프.
도 23은 도 21의 차(差)화상 군으로부터 구해진 평가값을 플롯한 그래프.
도 24는 적산 화상을 이용한 측정 공정을 나타내는 플로차트.
도 25는 차화상을 적산한 화상예를 나타내는 도면.
도 26은 템플릿을 이용한 홀 패턴 중심을 검출하는 방법을 설명하는 도면.
도 27은 가이드 패턴의 검출법을 설명하는 도면.
도 28은 계측 파라미터를 입력하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.

도 1은 DSA법에 의한 미세 패턴을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 1의 (a)은, 패턴 생성의 기판이 되는 실리콘 웨이퍼(101)를 나타내고 있다. 도 1의 (b)에서, 101 위에 리소그래피 기술에 의해 원하는 미세 패턴의 반복 피치보다 넓은 광(廣)피치 패턴(102)을 생성한다. 그 후, 도 1의 (c)에서 복합 폴리머재(110)를 도포한다. 적절한 열처리(아닐)에 의해, 110은 패턴(102)을 가이드로 해서 특정 방향으로 자기(自己) 정렬한다. 110은 2종류의 서로 다른 폴리머(111)와 폴리머(112)의 반복으로 구성되어 있다. 도 1의 (d)에서, 한쪽의 폴리머(예를 들면 112)를 선택 제거함으로써, 가이드 패턴(102)보다 피치가 좁은 협(狹)피치 패턴(103)을 생성할 수 있다.

열처리 후, 에칭 전에 상분리가 적정하게 행해졌는지의 여부를 판정하는 것은, 적정한 고분자 재료가 선택되었는지, 아닐의 조건이 적절했는지 등을 조기에 아는 데 있어 중요하지만, 도 1의 (c)에 예시하는 바와 같이, 고분자 재료 내에는 복수의 폴리머가 포함되어 있음에도 불구하고, 표면이 평탄하므로, 주사 전자 현미경에서는 고콘트라스트의 화상을 얻을 수 없다. 발명자들은 상기와 같은 상황에 의거하여, DSA 패턴의 검사·계측을 행하는 SEM이 구비해야 할 구성 중 하나는, 콘트라스트 강조를 위한 표면 처리임을 새롭게 발견했다. 패턴의 측정이나 검사에서는, 패턴의 불량을 가능한 한 빨리 검지하는 것이 시간적·경제적 비용을 저감시키기 때문에 중요하며, 도 1의 (d)의 스텝을 거치지 않고 도 1의 (c)의 단계에서 실시하는 쪽이 바람직하다. 이 상태에서는, 폴리머(111)와 폴리머(112)에 고저(高低) 차이가 없어, 통상의 SEM 관찰은 곤란하다. 또한, 폴리머(111)와 폴리머(112)의 질량 밀도에도 큰 차이가 없어, 질량 밀도의 차이를 이용한 콘트라스트도 얻을 수 없다. 또한, 폴리머(111)와 폴리머(112)의 전기 특성은 함께 절연체인 경우가 많아, 대전 전위 차이를 이용한 전위 콘트라스트도 얻을 수 없다.

이하에서 설명하는 실시예에서는, DSA법에 의해 생성된 협피치 패턴의 관찰을 위해, 하전 입자선을 미리 피관찰 영역에 조사하고나서 관찰을 행하는 방법 및 그 장치를 제공한다. 미리 피관찰 영역에 하전 입자선을 조사함으로써, 한 쌍의 폴리머(도 1의 111과 112)의 한쪽을 체적 감소시키는 것이 가능해진다. 이 방법에 의해 폴리머 표면에 패턴 형상에 따른 단차를 형성하는 것이 가능해지고, 고정밀도의 계측·검사를 실시할 수 있다. 또한, 피관찰 영역에 미리 조사하는 하전 입자선은, 그 후의 관찰에 사용하는 하전 입자선과 동일함을 하나의 특징으로 한다.

실시예 1

고콘트라스트 신호에 의거하는 DSA 패턴의 고콘트라스트 신호 측정을 가능하게 하는 주사 전자 현미경의 일례를 도면을 이용하여 설명한다. 도 2는, 주사 전자 현미경(SEM)의 개략도를 나타내고 있다. 전자원(201)은 제어 전원(231)에 의해, 시료에 대하여 부(負)전위로 유지되어 있다. 인출 전극(202)은, 상기 제어 전원(231)에 중첩한 정(正)전압 전원(232)에 의해, 전자원(201)보다 정전위로 설정되어, 전자선(220)을 인출한다. 전자선(220)은 집속(集束) 렌즈(203)와 대물 렌즈(208)를 거쳐서 관찰 시료(210) 위에 조사된다. 관찰 시료(210) 위에서의 전자선(220)의 직경은, 렌즈 제어 회로(233 및 238)에 의해 적절하게 제어된다. 또한, 전자선(220)의 전류량은, 패러데이 컵(205)에 의해 검지되고, 전류 계측 수단 (235)에 의해 계측된다. 전자선(220)은 편향 제어 회로(237)에 의해 동작하는 편향기(207)에 의해 관찰 시야를 주사한다. 전자선(220)을 시료(210)로부터 퇴피(退避)시킬 때에는, 블랭커 전원(234)을 사용하여 블랭커(204)를 동작시킨다. 시료(210)로부터 발생한 신호 전자는, 대물 렌즈(208)보다 전자원(201) 측에 설치된 인렌즈 검출기(206) 또는, 특정 방향으로 설치된 사방 검출기(209)에 의해 검출된다. 인렌즈 검출기는 시료로부터 여러 방향으로 출사한 저속의 신호 전자를 효율적으로 검출함으로써, 표면 단차의 에지부를 강조하는 에지 콘트라스트상(像)의 취득에 적합한 검출기를 제공한다. 한편, 사방 검출기(209)는, 시료의 특정 방향으로 출사한 고에너지의 신호 전자를 검출하는데 적합하다.

DSA법에 의해 형성된 패턴을 관찰하는 데 있어서, 시료 스테이지(211)에 관찰 시료(210)를 두고, 대물 렌즈(208) 아래로 반송한다. 관찰 부위를 미리 전자선 (220)으로 주사하고, 한쪽의 폴리머를 체적 감소시켜 표면 단차를 형성한다. 이 프로세스를 가공을 위한 조사로 부르기로 한다. 그 후, 다시 전자선(220)으로 관찰 부위를 주사하고, 인렌즈 검출기(206)의 신호를 신호 처리 장치(236)로 화상화해서 현미경상을 취득한다. 이때, 가공을 위한 조사가 충분하면, DSA법에 의한 패턴의 에지부에 단차가 형성되어, 얻어지는 현미경 화상에는 2종류의 폴리머의 경계에 명확한 에지 콘트라스트가 나타난다. 이 에지선을 이용함으로써, 피관찰 시료 위의 패턴 치수의 고정밀도의 계측, 또는 피관찰 시료 위의 패턴 형상의 결함 검사를 실시할 수 있다.

자기 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 대하여, 하전 입자를 조사해서 당해 고분자 화합물을 형성하는 복수의 폴리머 중, 특정한 폴리머를 다른 폴리머에 대하여 크게 수축시킨 후에, 당해 다른 폴리머를 포함하는 영역에 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 신호에 의거하여, 상기 다른 폴리머의 복수의 에지 간의 치수 측정을 행하는 상기 구성에 따르면, DSA 패턴의 고정밀도의 평가를 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

도 17은, SEM(1701)을 포함하는 패턴 측정 시스템의 일례를 나타내는 도면이며, 당해 시스템은 주로 SEM(1701), SEM(1701)을 제어하는 제어 장치(1702), 제어 장치(1702)에 원하는 장치 조건을 설정하기 위한 광학 조건 설정 장치(1703), 및 SEM에 의한 측정 조건을 설정하기 위한 설정 장치(1704)로 이루어진다. 설정 장치(1704)에 마련된 표시 장치에는, 예를 들면 도 15에 예시하는 바와 같은 GUI(Graphical User Interface) 화면이 표시 가능하게 되어 있다. 도 15에 예시하는 GUI 화면에는, 패턴(Pattern)의 종류를 입력하기 위한 입력 윈도우(1501), 측정을 위한 빔 주사 전의 빔 조사 조건을 입력하기 위한 입력 윈도우(1502)가 마련되어 있다. 본 실시예의 경우, 전위 콘트라스트(Voltage Contrast), 컨택트 홀 관찰(Contact Hole(C/H) Observation), 상술한 한쪽의 폴리머의 체적을 감소시켜, 다른쪽의 폴리머의 에지를 강조하는 에지 강조(Edge Enhancement)의 3가지로부터 예비 주사(Pre-Scan) 모드의 선택이 가능해져 있다.

전위 콘트라스트 모드의 예비 주사에서는, 시야 내에 포함되는 소자를 대전시키기 위한 빔 컨디션에 의한 빔 주사가 행해진다(제1 주사 모드). 컨택트 홀 관찰 모드의 예비 주사에서는, 시료 표면의 레지스트를 정(正)으로 대전시키기 위한 빔 주사가 행해진다(제2 주사 모드). 그리고, 에지 강조 모드의 예비 주사에서는, 하나의 폴리머를 축소시키기 위한 주사가 행해진다(제3 주사 모드).

이 3가지의 주사 모드 중, 제3 주사 모드만이 시료를 대전시키는 것을 목적으로 하지 않는 주사 모드로 된다. 본 실시예에서는 이러한 DSA 패턴 측정용의 예비 조사 조건을 설정하기 위한 윈도우가 마련된 GUI 화면에 대하여 설명한다.

이상과 같이 예비 주사에는 다양한 종류가 있으며, 빔 컨디션도 서로 다르므로, 예를 들면 도 16에 예시하는 바와 같이 주사 모드마다, 패턴의 종류마다의 빔 컨디션을 기억하는 데이터베이스를 준비해 두고, 패턴의 종류와 주사 모드의 선택에 의거하여, 빔 조건을 읽어낼 수 있도록 해 두면, 예비 주사 조건의 선택이 용이해진다. 또한, 이러한 데이터베이스를 준비하고, 미지의 시료를 측정했을 때의 조건을 갱신하도록 하면, 과거의 설정 조건을 용이하게 설정하는 것이 가능해진다. 도 15에 예시하는 GUI 화면에서 예비 주사시의 시야의 크기(FOV(Field Of View)), 조사 시간(Exposure Time), 빔 전류(Beam Current), 시료에의 빔의 도달 에너지(Landing Energy), 및 프레임(Frame) 수의 선택과, 패턴의 종류, 및 예비 주사 모드의 선택을 행하여, 도 16에 예시하는 것과 같은 데이터베이스를 갱신하도록 해도 된다.

데이터베이스는, 광학 조건 설정 장치(1703)에 내장되는 메모리(1705)에 등록되고, 설정 장치(1704)에 의한 설정에 따라 SEM(1701)의 광학 조건으로서 설정된다. 광학 조건 설정 장치(1703) 내에 마련된 연산 처리부(1706)에는, 측정을 위한 빔 조건을 설정하는 광학 조건 설정부(1707), 메모리(1705)에 등록된 데이터베이스, 또는 설정 장치(1704)에 의해 설정된 설정 조건에 의거하여, 예비 주사 조건을 설정하는 예비 조사 조건 설정부(1708), 후술하는 예비 조사를 정지하는 조건을 구하는 휘도 조건 추출부(1709), 및 측정을 위한 빔 주사에 의거하여, 프로파일 파형을 형성하고, 패턴의 치수를 측정하는 패턴 측정부(1710)가 포함되어 있다.

이상과 같은 구성에 따르면, 가공에 의거하여 현재화한 에지를 이용한 측정을 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.

도 3은, DSA 패턴의 단면과 SEM 화상과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)에서는, 가공을 위한 조사 실시 전의 DSA 패턴과 SEM상(像)이다. 2종류의 폴리머(301과 302) 사이에 표면 단차가 없는 것에 대응해서, SEM상의 콘트라스트가 부여되어 있지 않다. 도 3의 (b)는, 빔 조사에 의해, 폴리머(302)를 체적 축소시켰을 경우이다. 체적 축소하지 않은 폴리머(301)의 측벽으로부터 많은 신호 전자가 발생하여, 폴리머(301)와 폴리머(302)의 경계에 명확한 강(强)신호 영역(화이트 밴드)(303)을 형성한다. 이에 따라, DSA 패턴의 계측·검사가 가능하게 된다. 도 3의 (c)는, 본 발명의 방법을 이용하지만, 체적 축소가 불충분한 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 폴리머(301)의 측벽으로부터의 신호 전자량이 충분하지 않아, 화이트 밴드(304)도 약하다. 보다 구체적으로는, 가장 끝(端)의 폴리머(302)가 충전되어 있지 않는 부분에 접하는 에지(305)와 비교하여, 충분한 가공이 실시된 패턴 에지의 화이트 밴드(303)보다, 가공이 불충분한 패턴 에지(304)의 신호가 약한 것이, 도 3의 패턴의 확대도로부터도 알 수 있다.

특히 미지의 시료의 경우, 충분한 계측 정밀도를 확보하기 위해서는, 가공을 위한 조사가 충분한지의 여부를 판정하는 방법의 채용이 바람직하다.

도 14는 가공으로부터 측정에 이르기까지의 공정을 나타내는 플로차트이다. 이하의 처리는, 광학 조건 설정 장치(1703)에 의해 설정된 설정 조건에 의거하여, 제어 장치(1702)가 SEM(1701)을 제어함으로써 실행한다. 우선, 가공과 가공이 적정하게 행해지고 있는지의 여부의 확인을 위한 빔 주사를 행하고(스텝 1401), 가공 상태 모니터용의 프로파일을 형성한다(스텝 1402). 여기에서 에지부의 휘도를 모니터하고, 피크 톱과 피크 바텀의 휘도차를 판정한다(스텝 1403). 여기에서 그 값이 소정값 미만인 경우에는 스텝 1401로 되돌아가고, 소정값 이상인 경우에는, 치수 측정용의 빔 주사를 행한다(스텝 1404). 이 스텝 1404에 있어서의 빔 주사의 결과 얻어진 하전 입자에 의거하여 프로파일을 형성하고(스텝 1405), 형성된 프로파일을 이용한 패턴의 치수 측정을 실행한다(스텝 1406).

어떤 특정한 소자가 선택적으로 대전될 경우 등과 달리, 예비 조사가 진행됨에 따라, 에지와 그 이외의 부분의 휘도 신호가 상대적으로 달라지기 때문에, 에지 부분과 그 이외의 부분과의 상대적인 차이의 추이를 평가함으로써, 적정한 가공 종점을 구하는 것이 가능해진다. 또한, 휘도 정보는 피크의 높이의 비교가 아니라, 예를 들면 피크 폭의 변화를 평가하도록 해도 된다. 또한, 치수 측정용으로 형성하는 프로파일에는, 가공 모니터용의 프로파일 신호를 포함시키지 않도록 함으로써, 고정밀도의 치수 측정이 가능해진다.

또한, 후술하는 바와 같이, 가공 모니터를 위한 하전 입자 검출과, 패턴 치수 측정을 위한 하전 입자 검출을 동시에 행하는 경우에는, 측정용의 프로파일 형성 시에 선택적으로 가공 종료 후의 신호를 이용하도록 해도 되고, 가공 종료 후에 검출기의 출력 신호를 받아들이도록 해도 된다.

도 4는, 도 3과 같은 관찰 대상을 빔 광축에 대하여 경사진 방향으로 배치된 사방 검출기(209)에 의해 검출된 하전 입자에 의거하여 형성한 화상을 나타내는 도면이다. 사방 검출기(209)에 의한 화상에서는, 검출기의 방향에 그 법선(法線) 방향을 향한 시료 경사면은 밝고, 검출기와는 반대 방향에 그 법선 방향을 향한 시료면은 어둡게 화상화가 된다. 환언하면 검출기 측에 면하는 단면을 갖는 에지는 밝아지고, 검출기 측과는 역(逆)으로 면하는 단면을 갖는 에지는 어두워진다.

도 4a는 가공을 위한 빔 조사 실시 전의 DSA 패턴의 SEM상이다. 2종류의 폴리머(401과 402) 사이에는 표면 단차가 없으므로, 사방 검출기의 검출에 의거하는 SEM상이였다고 할지라도 콘트라스트는 부여되지 않는다. 도 4b 및 도 4c는 빔 조사에 의한 가공에 의해, 폴리머(402)를 체적 축소시켰을 경우의 SEM 화상이다.

체적 축소하지 않은 폴리머(401)의 측벽 중, 사방 검출기의 방향에 면한 측벽 부분이나 폴리머(402)의 일부는 밝고, 반대 방향의 측벽 및 폴리머(402)의 일부는 어둡게 화상화된다. 또한, 도 4에서는 폴리머 상부의 휘도(403), 가공이 충분하게 이루어졌을 때의 검출기 측에 대면하는 단면 부분의 휘도(404), 가공이 충분하게 이루어졌을 때의 검출기 측과는 역(逆)방향에 대면하는 단면 부분의 휘도(405), 가공이 불충분할 때의 검출기 측에 대면하는 단면 부분의 휘도(406), 가공이 불충분할 때의 검출기 측과는 역방향에 대면하는 단면 부분의 휘도(407)를, 서로 다른 표시 형태로 표현하고 있다.

이 밝은 부분과 어두운 부분의 밝기차가 클수록 표면 단차가 깊고, 밝기차가 작을수록 표면 단차가 얕은 것으로부터, 사방 검출기의 화상을 이용하여, 가공을 위한 조사가 충분한지를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어 장치에 의해, 특정 방향으로 배치된 사방 검출기의 신호 출력에 의거하여, 휘도를 가로축, 검출 수를 세로축으로 하는 히스토그램을 형성하고, 소정의 휘도를 갖는 히스토그램 내의 2개의 피크의 휘도차가 소정값 이상이 되었을 때에, 가공이 완료됐다고 판단하도록 하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 가공이 진행됨에 따라 검출기 측에 면하는 단면이 밝아지기 때문에, 검출기 측의 에지 부분의 휘도가 소정값 이상이 되었을 때에, 가공이 완료됐다고 판정하도록 해도 된다. 다만, 에지 부분의 휘도는 단면의 형상이나 폴리머의 재질에 따라서도 상이하므로, 어두운 부분과 밝은 부분의 휘도의 상대비에 의거하여 판정을 행하는 방법 쪽이 더욱 고정밀도로 가공 종료 검출을 행하는 것이 가능해진다.

고정밀도로 가공 종료 검출을 행함으로써, 측정의 장시간화나 과잉한 빔 조사를 행하는 일 없이, 고정밀도의 측정을 실현하는 것이 가능해진다. 또, 측정용의 검출기와 가공 모니터용의 검출기를 별도로 설치함으로써, 가공 후, 즉석에서 측정으로 이행하는 것도 가능해진다.

상술한 가공량 판정에 있어서, 반드시 패턴의 측벽 방향과 사방 검출기의 방위가 일치하는 것은 아닌 경우가 상정된다. 사방 검출기로서, 서로 다른 방위에 대응하는 복수 개의 사방 검출기를 설치해도 된다. 도 5는, 4방위에 독립한 사방 검출기를 배치한 예이다. 전자선(220)에 의해 시료(210)로부터 발생한 신호 전자(501a, 501b, 501c, 501d)는, 그 출사 방향에 따라 각각 사방 검출기(502a, 502b, 502c, 502d)에 의해 검출된다. 또는, 각각 단일한 검출 면을 갖는 검출기를 복수 분할한 검출 소자(반도체 검출기, 멀티 채널 플레이트, 아발란체형 포토다이오드, CCD)를 이용해도 된다. 도 6은, 4소자로 분할한 검출 소자를 배치한 사방 검출기의 예이다. 신호 전자는, 그 출사 방향에 따라 소자(601a, 601b, 601c, 601d) 중 어느 하나에 의해 검출된다.

또한, 가공을 위한 조사를 더욱 효율적으로 행하기 위해, 렌즈 제어 회로 (233 또는 238)를 사용해서 관찰 시의 전자선과 상이한 시료 위의 직경을 갖도록 변경할 수 있다. 또한, 제어 전원(231)을 이용해서 관찰 시의 전자선과 상이한 에너지로 조사하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 전류량, 주사 속도, 주사 영역 등도, 가공을 효율적으로 행하기 위해, 관찰 시와는 상이한 설정을 할 수 있다.

실시예 2

지금까지의 설명에서는 주로, 측정을 위한 빔, 또는 측정을 위한 빔의 빔 조건을 바꾼 빔을 이용하여, 측정 전의 가공을 행하는 것에 대하여 설명했지만, 이하에, 측정용의 빔의 빔원과는 상이한 빔원을 하전 입자선 장치 내에 마련하고, 당해 상이한 빔원을 이용하여 가공을 행하는 예에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는, 시료 면에 대하여 수직한 방향으로부터 가공용 빔을 조사하기 위해, 가공용 빔원을 시료 면을 따라서 평행하게 형성하는 예에 대하여 설명한다. 가공용의 빔원을 하전 입자선 장치 내에 마련하기 위해서는, 측정용의 빔원으로부터 방출되는 빔 궤도 이외의 위치에 배치할 필요가 있다. 예를 들면, 가공용의 빔원을 측정용의 빔의 빔 궤도에 대하여 경사진 위치에 배치한 경우, 빔이 시료 표면에 대하여 경사진 방향으로부터 조사되게 되므로, 폴리머는 불균일하게 제거되어, 검사·계측의 오차가 발생할 가능성이 있다.

또, 관찰 부위에 대하여 수직으로 빔을 조사하기 위해, 사방으로부터 도입한 빔을 편향기에 의해 굴곡시켜 관찰 부위로 유도하는 것도 생각할 수 있지만, 굴곡을 위한 편향기는, 일반적으로 관찰용 전자선에 수차(收差)를 발생시키기 때문에, 표면 처리와 관찰을 동시에 실시할 경우, 분해능의 열화를 일으킨다. 분해능의 열화는, 협피치 패턴 계측의 측정 정밀도를 저하시키게 될 가능성이 있다.

또, 플러드 건 등의 다른 전자원을 마련하려고 하면, 진공 챔버가 대형화되게 될 가능성도 있다.

본 실시예에서는, 관찰에 사용하는 제1 하전 입자선과, 피관찰 영역에 미리 조사하는 제2 하전 입자선은 동일하지 않은 구성을 주로 설명한다. 또, 상기 제1 하전 입자선에 의한 관찰과 상기 제2 하전 입자선의 조사를 동시에 실시하는 예에 대해서도 아울러 설명한다. 또한, 상기 제1 하전 입자선의 방출원(제1 하전 입자선원)은, 상기 제2 하전 입자선의 방출원(제2 하전 입자선원)과 그 입자선 광축을 동일하게 하는 예에 대해서도 설명한다.

광축을 동일하게 함으로써, 협피치 패턴에 대하여 편향 없이 하전 입자를 조사해서 가공하는 것이 가능하게 되고, 또한 가공과 관찰을 시료 이동시키지 않고 실시할 수 있으므로, 진공 챔버를 소형화할 수 있다. 또한, 가공용 빔의 방출원으로부터 방출되는 빔은, 시료 면에 대하여 수직이며, 가공용의 빔과 측정용의 빔은 동축이 되므로, 편향기의 편향에 의한 분해능 저하가 없는 가공, 측정을 행하는 것이 가능하게 된다.

본 실시예에 따르면, DSA법에 의해 형성된 표면 단차가 없고 질량 밀도에 차가 적은 분자 폴리머의 배열이어도, 높은 시인성(視認性)으로 분자 경계를 인식할 수 있는 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다. 또한, 분해능을 유지한 채, 단시간에 효율적으로 균질하게 폴리머를 체적 감소시킬 수 있어, 미세 패턴의 고정밀도의 검사·계측이 가능하게 된다.

이하 도면을 이용하여, 본 실시예의 구체적인 예를 설명한다. 도 7은, 주사 전자 현미경(SEM)의 개략도를 나타내고 있다. 전자원(701)은 제어 전원(731)에 의해, 시료에 대하여 부전위로 유지되어 있다. 인출 전극(702)은, 상기 제어 전원(731)에 중첩된 정전압 전원(732)에 의해, 전자원(701)보다 정전위로 설정되어, 전자선(720)을 인출한다. 전자선(720)은 집속 렌즈(703)와 대물 렌즈(708)를 거쳐서 관찰 시료(710) 위에 조사된다. 관찰 시료(710) 위에서의 전자선(720)의 직경은, 렌즈 제어 회로(733 및 738)에 의해 적절하게 제어된다. 또한, 전자선(720)의 전류량은, 패러데이 컵(705)에 의해 검지되고, 전류 계측 수단(735)에 의해 계측된다. 전자선(720)은 편향 제어 회로(737)에 의해 동작하는 편향기(707)에 의해 관찰 시야를 주사한다. 전자선(720)을 시료(710)로부터 퇴피시킬 때에는, 블랭커 전원(734)을 이용하여 블랭커(704)를 동작시킨다. 시료(710)로부터 발생한 신호 전자는, 검출기(706)에 의해 검지되며, 신호 처리 장치(736)에서 화상화해서 현미경상을 취득한다.

시료(710)와 대물 렌즈(708) 사이에는, 면 형상 전자원(709)이 배치되고, 제어 전원(739)에 의해 그 동작이 컨트롤된다. 면 형상 전자원은, 오로지 DSA 패턴에 대하여 가공을 위한 조사를 행하는 것으로 한다. 면 형상 전자원(709)은 관찰을 위한 전자원(701)과 광축을 공유하고 있다. 도 8은 동축 배치된 면 형상 전자원(709)의 구체적인 형태를 나타내고 있다.

면 형상 전자원(709)은 원반 형상을 이루며 중앙에 구멍을 갖는 원환(圓環)형이다. 특히 중앙의 구멍과 전자선(720)이 공통의 축을 가짐으로써, 2개의 전자원(709와 701)이 동축 배치되어 있는 것으로 간주한다. 시료(710)의 관찰 부위 부근이 균등 가공할 수 있으면 되므로, 면 형상 전자원(709)의 외경부는 원형 이외여도 본 발명의 특징을 손상시키는 것은 아니다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 면 형상 전자원(709)은 방출면(802)과 인출면(803)으로 이루어진다. 제어 전원(739)은, 면 형상 전자원(709)의 가속 전압을 정하는 고압 전원(805)과, 인출면(803)과 방출면(802) 사이의 전위차를 정하며, 전자선을 인출하는 고압 전원(806)으로 이루어진다.

도 7의 구성에서는, 시료로부터 발생하는 신호 전자의 대부분이 면 형상 전자원(709)에 차단되며, 검출기(706)까지 도달하는 전자의 수는 많지 않다. 이 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이, 면 형상 전자원(709)의 외측으로 사방 검출기(901)를 설치해도 된다. 특히, 제1 실시예에서 기술한 바와 같이, 사방 검출기에 의한 관찰 패턴의 에지부 검출이 중요하므로, 이 사방 검출기(901)를 주요한 검출기로 할 수 있다.

또는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 면 형상 전자원(709)을 대물 렌즈(708) 및 검출기(706)보다 전자원(701) 측에 설치해도 된다. 본 구성에 의해, 신호 전자(1001)의 효율적인 검출이 실현될 수 있다. 이 경우, 면 형상 전자원(709)이 시료(710)를 바라보는 각도가 좁아지고, 조사 전자량이 줄어들게 될 가능성이 있다. 대물 렌즈(708) 또는 별도 부가하는 렌즈에 의해 면 형상 전자원(709)으로부터의 조사 전류를 효율적으로 시료(710)에 유도할 필요가 있다.

또는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 면 형상 전자원(709)의 배치 높이를, 신호 전자(1101)의 집속점(1102)과 동일하게 되도록 배치하는 구성도 가능하다. 집속점(1102)이 충분히 작아, 면 형상 전자원(709)의 중앙의 구멍을 통과할 수 있다. 이 방법에 의해, 면 형상 전자원(709)을 검출기(709)보다 시료(708) 측에 근접시켜 배치하는 것이 가능하게 되어, 조사 전류를 효율적으로 시료(710)에 유도할 수 있다.

실시예 3

또한, 다른 실시예에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 12는, 주사 전자 현미경(SEM)의 개략도를 나타내고 있다. 전자원(1201)은 제어 전원(1231)에 의해, 관찰 시료(1211)에 대하여 부전위로 유지되어 있다. 상기 시료(1211)에 대한 상기 전자원(1201)의 전위를 VP(<0)로 한다. 인출 전극(1202)은, 상기 제어 전원(1231)에 중첩한 정전압 전원(1232)에 의해, 전자원(1201)보다 정전위(VP1)로 설정되어, 전자선(1220)을 인출한다. 전자선(1220)은 집속 렌즈(1203)와 대물 렌즈(1208)를 거쳐서 상기 시료(1211) 위에 조사된다. 관찰 시료(1211) 위에서의 전자선(1220)의 직경은, 렌즈 제어 회로(1233 및 1238)에 의해 적절하게 제어된다. 또한, 전자선(1220)의 전류량은, 패러데이 컵(1205)에 의해 검지되고, 전류 계측 수단(1235)에 위해 계측된다. 전자선(1220)은 편향 제어 회로(1237)에 의해 동작하는 편향기(1207)에 의해 관찰 시야를 주사한다. 전자선(1220)을 시료(1211)로부터 퇴피시킬 때에는, 블랭커 전원(1234)을 이용하여 블랭커(1204)를 동작시킨다.

시료(1211)로부터 발생한 신호 전자는, 대물 렌즈(1208)보다 전자원(1201) 측에 설치된 인렌즈 검출기(1206) 또는, 특정 방향으로 설치된 사방 검출기(1214)에 의해 검출되며, 신호 처리 장치(1236 또는 1244)로 화상화해서 현미경상을 취득한다. 상기 사방 검출기(1214)와 상기 시료(1211) 사이에는, 에너지 필터(1213)가 배치되어 있다. 에너지 필터(1213)의 임계 전압은, 고압 전원(1243)에 의해 제어된다.

시료(1211)와 대물 렌즈(1208) 사이에는, 면 형상 전자원(1209)이 배치된다. 면 형상 전자원(1209)의 전위는, 제어 전원(1239)에 의해 제어된다. 상기 시료 (1211)에 대한 면 형상 전자원(1209)의 전위를 VF로 한다. 또한 면 형상 전자원(1209)은 메시 형상의 인출면(1210)을 갖는다. 이 인출면(1210)은, 제어 전원 (1239)에 중첩한 고압 전원(1240)에 의해, 면 형상 전자원(1209)에 대한 인출면(1210)의 전위(VF1)가 제어된다. 면 형상 전자원(1209)으로부터 시료(1211)에 조사되는 전자선은, 오로지 DSA 패턴에 대하여 가공을 위한 조사를 행한다. 면 형상 전자원(1209)으로부터 시료(1211)에 조사를 행하지 않을 때, 상기 면 형상 전자원(1209)과 상기 시료(1211) 사이에 블랭커를 설치하는 것도 원리적으로는 가능하다. 그러나, 조사 면적이 크고, 블랭커에 의한 전자선 편향에는 곤란이 수반되므로, 상기 전위차(VF)를 충분하게 작게 하거나 정의 값으로 해서 시료에 도달하는 전자 수를 저감시키는 방법, 또는 상기 전위차(VF1)를 충분하게 작게 하거나 부의 값으로 해서 면 형상 전자원(1209)으로부터 방출되는 전자 수를 저감시키는 방법을 이용한다.

다음으로, 도 13을 이용하여, 면 형상 전자원(1209)에 의한 가공을 위한 전자선 조사와, SEM 화상의 취득을 동시에 행하는 방법에 대해서 기술한다. 도 13은, 도 12에 나타낸 면 형상 전자원과 사방 검출기의 상세를 나타낸 것이다. 또한, 반드시 사방 검출기를 사용할 필요는 없고, 인렌즈 검출기(1206)에 의한 유사한 구성에 의한 실시도 가능하다.

가공을 위한 조사와 SEM 화상의 취득을 동시에 행할 경우, 전자선(1220)뿐만 아니라, 가공을 위해 조사된 전자선(1303)도 시료(1211)로부터 신호 전자(1304)를 발생시킨다. SEM 화상의 공간 분해능은, 전자선(1220)의 시료(1211) 위에 있어서의 직경으로 결정된다. 가공을 위한 전자선(1303)의 공간적인 퍼짐은, 전자선(1220)의 직경보다 충분히 크므로, 가공을 위한 전자선(1303)이 발생시키는 신호 전자는 높은 공간 분해능을 줄 수 없고, 양 전자선에 의해 발생시켜진 신호 전자가 동시에 검출되면 SEM 화상의 분해능은 열화된다. 이 문제를 피하기 위해, 전자원(1201)의 전위(VP)를 면 형상 전자원(1209)의 전위(VF)보다 부전위로 설정한다(VP<VF로 함).

이에 따라, 관찰을 위한 전자선(1220)이, 시료(1211)에 입사할 때에 갖는 운동 에너지는, 가공을 위한 전자선(1303)이, 시료(1211)에 입사할 때에 갖는 운동 에너지보다 커지게 된다. 따라서, 관찰을 위한 전자선(1220)에 의해 발생한 신호 전자의 최대 에너지(EP)는, 가공을 위한 전자선(1303)에 의해 발생한 신호 전자의 최대 에너지(EF)보다 반드시 커지게 된다(EP>EF).

다음으로 상기 에너지 필터(1213)의 임계 전압(Eth)을, EP>Eth>EF로 되도록 선택해 두면, 사방 검출기(1214)에 검출되는 필터 후의 신호 전자(1305)는, 관찰을 위한 전자선(1220)에 의해 발생시켜진 전자만으로 구성되게 된다. 이상의 방법에 의해, 상질(像質)을 열화시키지 않고, 가공과 관찰을 동시에 효율적으로 실시할 수 있다.

실시예 4

이하에서 설명하는 실시예는, 주로 시료 패턴에 하전 입자선을 주사해서, 시료의 검사나 측정을 행하는 하전 입자선 장치에 관한 것이다. 관찰하는 시료 패턴은 블록 코폴리머 및 블렌드된 폴리머가 가이드 패턴에 유도 조직화에 의해 형성되는 컨택트 홀이나 비아 패턴이다.

일반적인 반도체 디바이스에서는 회로 패턴을 복수층에 걸쳐서 형성한다. 그들 각 층의 회로 패턴을 접속하기 위해서 비아나 컨택트 홀이 형성된다. 비아나 컨택트 홀은 하층의 트랜지스터와 회로 배선, 그 이외의 소자와 회로 배선, 배선 끼리 등 다양한 접속에 이용된다. 종래의 비아 패턴이나 컨택트 홀을 제조하는 공정에서는 설계 데이터로 결정된 위치 및 사이즈로 리소그래피와 에칭을 순차적으로 실시하는 방법이 일반적이다. 최신의 액침 리소그래피와 드라이 에칭에서는 약 30㎚ 전후의 비아 패턴의 형성이 가능하지만 22㎚ 노드 이후의 비아 패턴을 해상하기 위해서는 종래의 광학식 리소그래피를 이용하는 것은 곤란해지고 있다. 이러한 반도체 디바이스 패턴의 미세화의 근본적인 문제에 대하여 2중 노광이나 초(超)해상 기술, EUV 노광이나 전자선 노광 등 다양한 대처가 이루어지고 있지만 현시점에서 전면적으로 제조 비용이나 기술 레벨의 점에서 양산의 요구를 만족시키고 있지 않다.

블록 코폴리머나 블렌드된 폴리머에 의한 유도 조직화를 이용한 패터닝 기술은 고가의 노광 장치를 이용하지 않고 미세한 패턴의 형성이 가능하다. 특히 가이드로 되는 홀 패턴을 이용한 DSA 홀의 형성에 있어서는 패턴의 위치를 제어하면서 미세한 홀 패턴을 생성하는 것이 가능해지고 있다.

기판 위에 광학 리소그래피와 에칭에 의해 형성된 가이드로 되는 홀 패턴에 블록 코폴리머나 블렌드된 폴리머를 도포해서 아닐하면 유도 조직화 현상에 의해 원통 형상으로 폴리머가 분리된다. 그 후, 현상에 의해 한쪽의 폴리머가 제거되고, 에칭 공정을 거쳐서 홀의 패터닝이 완성된다.

유도 조직화 후의 상태에 있어서 현상 대신에 하전 입자선을 조사함으로써 하전 입자선에 반응하기 쉬운 폴리머 성분(예를 들면 PMMA 등)이 쉬링크 현상에 의해 패터닝된다. 이와 같이 현상 전에 하전 입자선을 조사하는 검사 장치에 의해서도 국소적으로 분리된 DSA 패턴 화상을 얻을 수 있다.

이와 같이 해서 얻어진 화상으로부터 DSA 홀의 직경이나 가이드 패턴으로 형성된 DSA 홀의 위치 어긋남 등을 계측해서 평가할 수 있다.

평가 결과에 문제없으면 현상 공정을 실시하고, 에칭 공정을 거쳐서 홀 패턴이 형성된다. 평가 결과가 좋지 않으면 리워크를 실시하거나 앞의 공정의 제조 장치의 조건을 변경해서 다시 패턴을 형성한다. 이와 같이 하전 입자선에 의한 미세한 홀 패턴의 계측이나 평가에 의해 얻어진 정보를 제조 장치에 피드백함으로써 반도체 공정의 수율이나 품질의 향상을 도모할 수 있다.

측장(測長) SEM 등의 반도체 공정의 검사에 사용되는 하전 입자선 장치에서는 자동 운전을 위해 미리 주사 프레임 매수 등을 결정해 놓을 필요가 있다. DSA 공정의 패턴에서는 전자선을 조사함으로써 패턴 에지를 관찰할 수 있게 되지만 쉬링크 현상 등의 하전 입자선과 폴리머 성분의 상호 작용은 일반적으로 불안정하므로, 적산 프레임 수를 일의(一意)로 결정하는 것이 곤란하다. 이 때문에 등록된 템플릿을 이용한 템플릿 매칭 등에 의해 패턴 위치를 검출하는 것이 곤란해진다.

본 방식에 있어서 하전 입자선 장치의 특성상, 신호 노이즈 비(比)는 낮고, 적은 가산 신호에 의해 신호와 노이즈를 분리해서 패턴 에지를 검출하는 것은 곤란하다.

DSA 공정에서는 상술한 바와 같이 일정 시간, 하전 입자선을 조사하지 않으면 화상이 안정되지 않으므로, 최적인 화상 취득 전의 전자선 조사 시간을 결정하는 것이 곤란하다.

등록된 템플릿을 이용하여 패턴 검출하는 경우에도 DSA 공정에서 관찰되는 패턴이 하전 입자선의 조사에 의해 변화되기 쉬우므로 위치 어긋남을 발생시킬 가능성이 있었다.

DSA 공정에 있어서 가이드 패턴과 형성된 DSA 패턴의 위치 어긋남을 계측해서 모니터하는 것이 요구된다.

이하의 실시예에서는, 블록 코폴리머나 블렌드된 폴리머에 의한 유도 조직화 후의 상태에서 하전 입자선을 주사하고, 주사 개소로부터 방출되는 하전 입자로부터 얻어지는 정보와 평가 기준에 의거하여 패턴 위치를 인식하고, 계측하는 주사 전자 현미경에 대하여 설명한다. 또, 전자선을 조사함으로써 DSA 공정의 패턴으로부터의 신호나 화상의 변화를 파악해서 평가값에 의거하여 적산 프레임 수 등의 조건을 결정하는 방법에 대해서도 설명한다.

평가값을 신호 강도나 화상의 휘도 변화, 에지 선예도(先銳度)나 에지 연속성을 적절하게 조합시켜 사용함으로써 계측 범위나 패턴 위치를 검출하는 예에 대해서도 설명한다.

패턴 에지 신호와 노이즈를 분리할 목적에서 DSA 패턴 하전 입자선 조사 초기 단계의 화상으로부터 미리 분산값 등의 노이즈 레벨을 계측해 놓고, 평가 기준으로서 이용하는 예에 대해서도 설명한다.

가이드 패턴의 에지나 DSA 패턴의 휘도가 안정되는 시간을 DSA 공정의 패턴으로부터의 신호나 화상의 변화를 파악해서 결정하는 예에 대해서도 설명한다.

템플릿을 등록해서 패턴 검출하는 경우에도 DSA 공정의 불안정한 패턴 신호를 사용하지 않고, 에칭 후의 가이드 패턴 화상이나 설계 데이터로부터 생성되는 의사(疑似) 화상을 템플릿으로서 등록해서, 패턴 검출에 이용하는 예에 대해서도 설명한다.

상기 구성에 따르면, 블록 코폴리머나 블렌드된 폴리머에 의한 유도 조직화 후의 상태에서 패턴 위치를 인식하고, 계측하는 것이 가능해진다. 본 방식에서는 계측 범위는 자동적으로 설정된다.

하전 입자선 장치의 자동 운전 시에 DSA 공정의 패턴을 촬상할 때, 적절한 프레임 수나 프리도스(pre-dose) 시간을 결정할 수 있다. 또, 복수의 평가값을 사용함으로써 안정된 패턴 위치 검출이나 계측이 가능해진다. 또한 DSA 패턴 하전 입자선 조사 초기 단계의 화상으로부터 노이즈 레벨을 계측해 두고 패턴 에지 신호와 노이즈를 분리함으로써 패턴의 오(誤)검출을 줄일 수 있다.

템플릿을 등록해서 자동 운전하는 경우에는, 에칭 후의 가이드 패턴 화상이나 설계 데이터로부터 생성되는 의사 화상을 템플릿으로서 등록하고, 패턴 검출에 사용함으로써 안정된 패턴 검출이 가능해진다.

도 18은 주사형 전자 현미경의 구성 개요의 블록도이다. 전체 제어부(1825)는 유저 인터페이스(1828)로부터 작업자에 의해 입력된 전자의 가속 전압, 웨이퍼(111)의 정보, 관찰 위치 정보 등을 기초로, 전자 광학계 제어 장치(1826), 스테이지 제어 장치(1827)를 통해서, 장치 전체의 제어를 행하고 있다. 웨이퍼(1811)는 도시되지 않는 시료 반송 장치를 통해서, 시료 교환실을 경유한 후 시료실(1813)에 있는 스테이지(1812) 위에 고정된다.

전자 광학계 제어 장치(1826)는 전체 제어부(1825)로부터의 명령에 따라 고전압 제어 장치(1815), 제1 콘덴서 렌즈 제어부(1816), 제2 콘덴서 렌즈 제어부 (1817), 2차 전자 신호 증폭기(1818), 얼라인먼트 제어부(1819), 편향 신호 제어부(1822), 대물 렌즈 제어부(1821)를 제어하고 있다.

인출 전극(1802)에 의해 전자원(1801)으로부터 인출된 1차 전자선(1803)은 제1 콘덴서 렌즈(1804), 제2 콘덴서 렌즈(1806), 대물 렌즈(1810)에 의해 수속되어 시료(1811) 위에 조사된다. 도중 전자선은 애퍼처(1805)를 통과하며, 얼라이먼트 코일(1808)에 의해 그 궤도가 조정되고, 또한 편향 신호 증폭기(1820)를 통해서 편향 신호 제어부(1822)로부터 신호를 받은 편향 코일(1809)에 의해 시료 위를 2차원적으로 주사한다. 웨이퍼(1811)에의 1차 전자선(1803)의 조사에 기인하여, 시료(1811)로부터 방출되는 2차 전자(1814)는 2차 전자 검출기(1807)에 의해 포착되고, 2차 전자 신호 증폭기(1818)를 통해서 2차 전자상 표시 장치(1824)의 휘도 신호로서 사용된다. 2차 전자상 표시 장치(1824)의 편향 신호와, 편향 코일의 편향 신호는 동기해 있으므로, 2차 전자상 표시 장치(1824) 위에는 웨이퍼(1811) 위의 패턴 형상이 충실하게 재현된다.

또한, 패턴의 치수 계측에 사용하는 화상을 작성하기 위해서, 2차 전자 신호증폭기(1818)로부터 출력되는 신호를 화상 처리 프로세서(1823) 내에서 AD 변환하여, 디지털 화상 데이터를 작성한다. 또한 디지털 화상 데이터로부터 2차 전자 프로파일을 작성한다. 본 실시예에서는 화상 처리 프로세서(1823)와 같은 연산 장치를 이용하여, 후술하는 바와 같은 적산 대상이 되는 화상 데이터의 선택이 행해진다. 또한, 연산 장치나 제어부를 포함하여 단순하게 제어 장치로 칭할 경우도 있다.

작성된 2차 전자 프로파일로부터 계측하는 범위를, 수동, 또는 일정한 알고리즘에 의거하여 자동 선택하고, 선택 범위의 화소 수를 산출한다. 1차 전자선 (1803)에 의해 주사된 관찰 영역의 실제 치수와 당해 관찰 영역에 대응하는 화소 수로부터 시료 위에서의 실제 치수를 계측한다.

또한, 이상의 설명에서는 하전 입자선 장치의 일례로서, 전자선을 이용하는 주사형 전자 현미경을 예로서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 이온 빔을 이용하는 이온 빔 조사 장치여도 된다.

도 19에 가이드 패턴을 갖는 DSA 홀 패턴 계측에 이용되는 대표적인 패턴 화상의 모식도(1900)를 나타낸다. DSA 홀 패턴 화상의 모식도(1900)에는 4개의 가이드 패턴을 갖는 DSA 홀 패턴(1901, 1902, 1903, 1904)이 있다. 가이드로 되는 홀 패턴(1911, 1912, 1913, 1914)은 일반적으로 종래의 광학식의 노광 장치에 의한 리소그래피 공정과 에칭 공정에 의해 형성된다. 통상 DSA 홀 패턴(1921, 1922, 1923, 1924)은 블록 코폴리머나 블렌된 폴리머를 도포한 후, 아닐 공정에서 폴리머가 분리됨으로써 유도 조직화된다. 그 후, 현상에 의해 1개의 폴리머가 제거되고 에칭 공정을 거쳐서 패터닝이 완성된다. 그러나 유도 조직화 후의 현상 대신에 전자선을 조사함으로써 전자선에 반응하기 쉬운 폴리머(예를 들면 PMMA 등)가 쉬링크 현상에 의해서도 DSA 홀의 에지가 보이게 된다. 이와 같이 현상 전에 전자선을 조사하는 검사 장치에 의해서도 국소적(검사점만)으로 분리한 DSA 패턴 화상을 얻을 수 있다. 또한, 이하에서는 블록 코폴리머에 대해서 기재하고 있지만 블렌드된 폴리머에 관해서도 마찬가지이다.

도 20은 블록 코폴리머를 도포한 DSA 홀 패턴에 전자선을 조사했을 경우에 DSA홀이 영상화되는 모양을 프레임마다 화상을 나타낸 모식도이다. 전자선 조사 전의 화상(2000)으로부터 서서히 가이드 패턴과 DSA 홀 패턴이 나타나 오는 모양을 나타낸다(2000, 2010, 2020, 2030, 2040, 2050). 전자선을 조사한 직후의 화상(2000)에서는 가이드 패턴도 DSA 홀도 거의 관찰할 수 없다. 전자선을 충분히 조사한 화상(2050)에서는 가이도 패턴 홀의 에지(2052)와 블록 코폴리머가 분리된 후의 DSA 홀 패턴의 바텀부(2053)가 뚜렷하게 관찰될 수 있게 된다. 여기에서는 홀 패턴의 프레임 화상마다 도면을 나타냈지만 라인 패턴의 경우에는 1라인 스캔마다의 신호 프로파일이어도 된다. 또, 프레임을 가산 평균한 화상을 몇 매마다 사용해도 된다.

도 21은 도 20에서 설명한 프레임마다의 화상에 있어서, 전후의 화상의 차분을 계산한 화상이다. 차화상(2110)은 프레임 화상(2110)으로부터 2100을 빼서 구한 화상이며, 마찬가지로 차화상(2120)은 프레임 화상(2120)으로부터 2110을, 차화상(2130)은 프레임 화상(2130)으로부터 2120을 각각 빼서 구하고 있다. 차화상(2150)은 프레임 화상(2050)으로부터 프레임 화상(2040)을 빼서 구하고 있지만 그 휘도값은 0에 가까운 값으로 되어 있다. 이는 프레임 화상(2050)과 프레임 화상(2040)에서 거의 변화가 없었음을 나타내고 있다. 본 특허에서는 이 변화를 파악해서 프레임 수나 가이드 패턴 위치 및 DSA 패턴 위치를 검출한다. 이와 같이 동일한 대상물에 대한 빔 주사의 과정에서 추출된 복수의 화상 간의 비교를 행함으로써, 적정한 장치 조건의 선택이 가능해진다. 서로 다른 프레임 수에 의해 얻어진 복수의 화상은, 기본적으로는 동일한 대상물이며, 이른바 자기 상관 평가를 행하고 있게 된다. 예를 들면, 미리 참조 화상을 준비해 놓고, 그 참조 화상과의 비교 에 의거하여 장치 조건을 선택하는 경우 등에 비교해서, 고정밀도의 평가를 행하는 것이 가능해진다.

도 22는 도 20의 프레임 화상으로부터 구해진 평가값(예를 들면 화소 분산)을 플롯한 그래프(2200)이다. 플롯 점(2210)은 도 20의 화상(2000)의 평가값이며, 플롯 점(2211)은 화상(2010)의 평가값이다. 이하, 마찬가지로 플롯 점(2212)은 화상(2020)의 평가값, 플롯 점(2213)은 화상(2030)의 평가값, 플롯 점(2214)은 화상(2040)의 평가값, 플롯 점(2215)은 화상(2050)의 평가값이다. 전자선을 조사해서 서서히 패턴이 선명해짐에 따라 평가값이 커지게 되고(2211, 2212), 충분하게 전자선이 조사되면 평가값의 변화는 포화해 있는(2213, 2214, 2215) 모양을 알 수 있다.

도 21의 차화상으로부터 구해진 평가값(예를 들면 휘도 적산값)을 플롯한 것을 도 23에 나타낸다. 플롯 점(2310)은 도 21의 화상(2110)의 평가값이며, 플롯 점(2311)은 화상(2120)의 평가값이다. 이하, 플롯 점(2312)은 화상(2130)의 평가 값, 플롯 점(2313)은 화상(2140)의 평가값, 플롯 점(2314)은 화상(2150)의 평가값이다. 전자선이 조사되기 시작한 직후는 화상의 변화가 크므로 플롯 점(2310)이나 플롯 점(2311)의 평가값은 큰 값으로 되어 있다. 화상의 변화가 포화하는 후반(플롯 점(2312), 플롯 점(2313), 플롯 점(2314))에서는 서서히 일정한 평가값으로 수속되고 있음을 알 수 있다.

이상과 같은 전자선의 조사에 의한 블록 코폴리머가 분리해 가는 모양을 파악하는 평가값을 이용해서 가이드 패턴과 DSA 홀 패턴의 위치를 검출하는 순서를 도 24에 나타낸다.

스테이지(1812)를 구동해서 계측 패턴이 존재하는 웨이퍼 위의 위치에 시야를 이동한다(S2401). 배율 등의 촬상 조건을 설정한 후(S2402), 전자선을 스캔하면서(S2403) 화상을 취득한다(S2404). 취득한 화상은 화상 처리 프로세서(1823)에 전송되며, 화상 처리 프로세서(1823)에 있어서 각 화상에 대한 평가값을 계산한다(S2405). 평가값은 예를 들면 화상 분산값이나 미분 화상의 화소값의 총합 등을 사용한다. 대상으로 하는 영역은 전체 화소값이어도 되고, 패턴을 인식한 후의 에지부의 화소값을 선택적으로 사용해서 계산해도 된다.

각 화상의 평가값에 대하여 미리 결정해 놓은 임계값에 대한 조건에 따라 스캔, 화상 취득, 평가값의 계산을 반복한다(S2406). 평가값이 임계값에 대하여 판정 조건을 만족시켰을 경우, 적산 화상을 작성한다(S2407). 도 22의 경우, 임계값 (2240) 이상으로 된 프레임 수의 구간(2250)의 평가값(2213, 2214, 2215)에 대한 프레임 화상(2030, 2040, 2050)을 가산 평균한 화상을 출력한다.

도 23의 차화상으로부터 구해진 평가값을 이용할 경우, 임계값(2340) 이하로 된 프레임 수(2330) 이후의 구간(2350)에 포함되는 프레임 화상(2030, 2040, 2050)을 가산 평균한 화상을 출력한다.

즉, 도 24의 예에서는, 쉬링크량이 소정의 값 이하로 될 때까지의 프레임 수가, 특정 폴리머를 수축, 및 그 경과를 모니터하기 위한 것이며, 그 이후의 프레임에 의해 얻어지는 신호가, 측정용 화상을 형성하기 위한 적산 대상이 된다. 이러한 조건을 제어 장치 내 등에 마련된 기억 매체에, DSA 패턴의 종류에 관련지어 기억시켜 놓음으로써, 후에 대상 패턴에 따른 적절한 장치 조건을 읽어내는 것이 가능해진다.

다음으로 가이드 패턴 중심 및 DSA 홀 패턴 중심을 검출하는 방법을 설명한다. 우선, 도 22에 있어서, 임계값(2240) 이하로 된 프레임 수의 구간(2260) 또는 도 23의 경계값(2340) 이상으로 된 프레임 구간(2360)에 대한 도 23의 평가값(2310, 2311, 2312)에 대응하는 차화상을 적산한 도 25와 같은 화상(2500)을 작성한다. 가이드 패턴부의 에지(2502) 및 DSA 홀 패턴부(2503)와 같이 전자선 조사에 의한 휘도값의 변화가 큰 부분이 패턴 에지로서 휘도가 높아진다.

차화상의 누적 가산 화상(2500)으로부터 홀 패턴의 중심 위치를 검출한다 (S2408). 중심 위치의 검출에는 블로브 추출 후의 무게 중심이나 일반화 허프 변환에 의해 가이드 패턴의 에지와 DSA 패턴의 에지를 따로따로 검출할 수 있다(S2409)(S2410). 블로브를 해석함으로써 에지의 연속성을 평가값으로 하는 것도 가능하다. 화상의 공간 미분으로부터 미분 강도를 산출해서, 에지 위치에 있어서의 미분 강도의 편차를 평가값으로 하는 것도 가능하다. 에지의 연속성, 미분 강도의 편차를 평가값으로서 이용하는 방법은 라인 패턴에서도 응용이 가능하다. 또 일반화 허프 변환에 의하면 허프 공간의 누적값을 평가값으로서 이용할 수 있다.

홀 패턴 중심을 검출하는 다른 방법으로서는, 미리 등록해 놓은 패턴의 템플릿과의 매칭 등으로 홀 패턴의 중심 위치를 검출할 수도 있다. 이 경우, 미리 등록하는 화상은 전자선을 충분하게 조사한 후의 화상(2050)과 같은 화상을 템플릿으로서 사용한다.

도 22에서 설명한 평가값은 화소 분산이었지만 템플릿 매칭을 실행하는 경우에는 상관값을 평가값으로서 사용할 수도 있다.

템플릿을 이용한 홀 패턴 중심을 검출하는 다른 방법으로서 도 26에 나타내 는 바와 같은 템플릿에 설계 데이터로부터 생성한 에지 윤곽선(2601)이나 폴리머 도포 전의 가이드 패턴의 화상(2602)을 사용할 수도 있다. 설계 데이터를 이용하는 경우에는 패턴의 에지 정보만이 되므로 적산한 차화상(2600)과 매칭을 실시하여 중심 위치를 검출한다. 폴리머 도포 전의 가이드 패턴 화상을 사용할 경우도 소벨 필터 등의 미분 필터를 적용한 에지 강조 화상(2603)을 템플릿으로서 사용하여 차화상(2500)과 매칭을 실시해서 중심 위치를 검출한다. 중심 위치를 검출한 후, 측장 커서를 배치하고(S2411), 측장을 실행한다(S2412). 도 20과 같이 화상 내에 복수의 패턴이 포함되는 경우는 모든 패턴에 대하여 (S2409)∼(S2412)를 실시한다. 중심 위치와 측장 커서와의 위치 관계를 미리 등록해 놓음으로써, 측장 대상이 되는 홀의 에지 부분에 정확하게 측장 박스를 설정하는 것이 가능해진다.

도 24의 플로우에 있어서 촬상 조건을 미리 기억해 두고, 자동 운전 시에 재현해서 스캔을 실행할 수도 있다. 이 경우, 도 22의 임계값(2240) 이하로 된 프레임 수(2230) 또는 도 23의 임계값(2340) 이상으로 된 프레임 구간(630)으로부터 프리도스하는 프레임 수나 프레임 수로부터 환산한 시간을 촬상 조건으로 하는 것도 가능하다.

DSA 패턴의 에지 강도가 약하고 검출이 곤란한 경우의 검출에 대해서 도 27에 나타낸다. 우선, 가이드 패턴(2702)만을 에지 검출하고 가이드 패턴의 무게 중심을 구하고(2704), 그 무게 중심을 기준으로 하여 방사상(放射狀)으로 DSA 패턴의 에지를 검출한다(도 27). 각도 방향을 가로축으로 반경 방향을 세로축으로 해서 그래프를 그리면 2705와 같이 되며, 이 파(波)의 굴곡을 검출하면 에지의 편차를 평가하는 것이 가능하다. 에지가 안정되어 있지 않을 경우, 2705와 같이 에지 위치의 편차가 큰지만, 2706, 2708과 같이 에지가 안정되어 오면 에지의 변화가 완만해진다(2707, 2709). 이와 같이 에지의 편차를 모니터함으로써, 패턴이 안정되어 오고나서 화상 적산을 개시하는 것이 가능하다.

지금까지 설명한 DSA 패턴의 계측에 관해서, 계측에 필요한 파라미터를 설정하는 유저인터페이스의 예를 도 28에 나타낸다. 평가값 임계값은, 도 22(2230), 도 23(2330)에서 적산 개시 매수를 설정하는 임계값으로서 설정한다. 자동 판정을 실행하는 경우에는 Auto(2802)에 체크를 하고, 수동으로 설정하기에는 그 임계값을 설정한다(2803). Frame 수는 도 22(2250), 도 23(2350)에 있어서의 계측 화상의 적산 Frame 수를 설정한다. 자동으로 실행하는 경우에는, Auto(2805), 수동으로 실행하는 경우에는 Manual(2806)을 설정한다. Pattern Information(2807)에서는, 가이드 패턴(2808), DSA 패턴(2809)의 최소 허용 사이즈, 최대 허용 사이즈, 가이드 패턴과 DSA 패턴의 무게 중심 어긋남 허용값(2810)을 설정한다. 이들 값이 허용값 범위 외인 경우에는 계측 에러로 하면 패턴 사이즈, 어긋남량을 리얼타임 모니터 할 수 있다.

101 : 실리콘 웨이퍼
102 : 가이드 패턴
110 : 복합 폴리머재
111 : 폴리머
112 : 폴리머
201 : 전자원
202 : 인출 전극
203 : 집속 렌즈
204 : 블랭커
205 : 패러데이 컵
206 : 인렌즈 검출기
207 : 편향기
208 : 대물 렌즈
209 : 사방 검출기
210 : 관찰 시료
211 : 시료 스테이지

Claims

시료에 하전 입자 빔을 주사함으로써 얻어지는 하전 입자의 검출에 의거하여, 시료 위에 형성된 패턴의 치수 측정을 실행하는 패턴 측정 방법에 있어서,
자기(自己) 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 대하여, 하전 입자를 조사해서 당해 고분자 화합물을 형성하는 복수의 폴리머 중, 특정한 폴리머를 다른 폴리머에 대해서 크게 수축시킨 후에, 또는 수축과 함께 당해 다른 폴리머를 포함하는 영역에 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 신호에 의거하여, 상기 다른 폴리머의 복수의 에지 간의 치수 측정을 행하는 것을 특징으로 하는 패턴 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자 빔을 주사함으로써 얻어지는 신호의 검출에 의거하여 상기 특정한 폴리머의 에지 부분의 휘도를 구하고, 당해 휘도 정보에 의거하여, 상기 하전 입자의 조사의 종료, 또는 상기 하전 입자 빔에 의한 측정을 개시하는 것을 특징으로 하는 패턴 측정 방법.
제2항에 있어서,
상기 신호의 검출은, 상기 하전 입자 빔에 대하여 경사진 방향에 마련된 검출기에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 패턴 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 특정한 폴리머를 수축시키기 위한 하전 입자는, 상기 하전 입자 빔, 또는 당해 하전 입자 빔을 방출하는 하전 입자원과는 다른 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자인 것을 특징으로 하는 패턴 측정 방법.
제4항에 있어서,
상기 다른 하전 입자원은, 상기 시료 표면에 평행한 면을 갖는 면 형상 전자원인 것을 특징으로 하는 패턴 측정 방법.
시료에 하전 입자 빔을 주사함으로써 얻어지는 하전 입자의 검출에 의거하여, 시료 위에 형성된 패턴의 치수 측정을 실행하는 하전 입자선 장치에 있어서,
자기 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 대하여, 하전 입자를 조사해서 당해 고분자 화합물을 형성하는 복수의 폴리머 중, 특정한 폴리머를 다른 폴리머에 대해서 크게 수축시키는 하전 입자의 조사 조건이 기억된 기억 매체와, 당해 기억 매체에 기억된 조건에 의거하여, 하전 입자를 조사한 후에, 또는 수축과 함께 당해 다른 폴리머를 포함하는 영역에 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 신호에 의거하여, 상기 다른 폴리머의 복수의 에지 간의 치수 측정을 행하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 하전 입자 빔을 주사함으로써 얻어지는 신호의 검출 에 의거하여 상기 특정한 폴리머의 에지 부분의 휘도를 구하고, 당해 휘도 정보에 의거하여, 상기 하전 입자의 조사의 종료, 또는 상기 하전 입자 빔에 의한 측정을 개시하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제7항에 있어서,
상기 하전 입자 빔에 대하여 경사진 방향에 검출기를 구비하고, 상기 제어 장치는, 당해 검출기의 출력에 의거하여, 상기 하전 입자의 조사의 종료의 실행, 또는 상기 하전 입자 빔에 의한 측정을 개시하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제6항에 있어서,
상기 특정한 폴리머를 수축시키기 위한 하전 입자는, 상기 하전 입자 빔, 또는 당해 하전 입자 빔을 방출하는 하전 입자원과는 다른 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 다른 하전 입자원은, 상기 시료 표면에 평행한 면을 갖는 면 형상 전자원인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
시료에 하전 입자 빔을 주사할 때의 주사 조건을 설정하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법에 있어서,
자기 조직화 리소그래피 기술에 이용되는 고분자 화합물에 하전 입자 빔을 주사함으로써 얻어지는 하전 입자에 의거하여 화상을 형성할 때에, 상기 고분자 화합물에 대하여 하전 입자 빔을 주사, 및 당해 주사에 의거하여 얻어지는 화상의 평가를 행하고, 당해 평가의 결과가 소정의 조건을 만족시킬 때까지, 상기 하전 입자 빔의 주사와 화상의 평가를 반복하고, 상기 화상이 당해 소정의 조건을 만족시켰을 때의 주사 조건을, 적산(積算)용 화상 취득용의 주사 전의 상기 하전 입자 빔의 주사 조건으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
제11항에 있어서,
상기 주사에 의거하여 얻어지는 화상은, 서로 다른 프레임에서 취득된 화상의 차(差)화상인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
제11항에 있어서,
상기 주사에 의거하여 얻어지는 화상은, 하나의 프레임과, 그 1개 전, 또는 1개 후의 프레임 주사에 의해 얻어지는 화상이며, 당해 하나의 프레임의 화상과, 그 1개 전, 또는 1개 후의 프레임의 화상과의 차분(差分)이 소정값 이하로 되었을 때에, 상기 소정의 조건을 만족시켰다고 판정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
제1항에 있어서,
상기 평가 결과가 소정의 조건을 만족시킨 주사 후의 주사에 의해 얻어지는 하전 입자에 의거하여, 적산 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
제11항에 있어서,
상기 주사에 의거하여 얻어지는 화상은, 서로 다른 프레임에서 취득된 화상의 차화상이며, 당해 차화상을 적산해서 적산 차화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
제15항에 있어서,
상기 적산 차화상에 의거하여, 홀(hole) 패턴의 중심을 검출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
제11항에 있어서,
상기 화상에 포함되는 홀 패턴의 중심의 검출에 의거하여, 패턴을 측정하기 위한 측장(測長) 박스를 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치의 장치 조건 설정 방법.
하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 주사하는 주사 편향기와, 시료에 대한 상기 하전 입자 빔의 주사에 의해 얻어지는 하전 입자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기의 출력을 적산해서 화상을 형성하는 제어 장치를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서,
당해 제어 장치는, 상기 하전 입자 빔의 주사에 의거하여 얻어지는 화상을 평가하고, 당해 평가 결과가 소정의 조건을 만족시킬 때까지, 상기 하전 입자 빔의 주사와 화상의 평가를 반복하고, 상기 평가 결과가 상기 소정의 조건을 만족시킬 때의 상기 하전 입자 빔의 주사 조건을, 적산용 화상 취득용의 주사 전의 상기 하전 입자 빔의 주사 조건으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제8항에 있어서,
상기 주사에 의거하여 얻어지는 화상은, 서로 다른 프레임에서 취득된 화상의 차화상인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제18항에 있어서,
상기 주사에 의거하여 얻어지는 화상은, 하나의 프레임과, 그 1개 전, 또는 1개 후의 프레임 주사에 의해 얻어지는 화상이며, 상기 제어 장치는, 당해 하나의 프레임의 화상과, 그 1개 전, 또는 1개 후의 프레임의 화상과의 차분이 소정값 이하로 되었을 때에, 상기 소정의 조건을 만족시켰다고 판정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제18항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 평가 결과가 소정의 조건을 만족시킨 주사 후의 주사에 의해 얻어지는 하전 입자에 의거하여, 적산 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제18항에 있어서,
상기 주사에 의거하여 얻어지는 화상은, 서로 다른 프레임에서 취득된 화상의 차화상이며, 상기 제어 장치는 당해 차화상을 적산해서 적산 차화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제22항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 적산 차화상에 의거하여, 홀 패턴의 중심을 검출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제18항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 화상에 포함되는 홀 패턴의 중심의 검출에 의거하여, 패턴을 측정하기 위한 측장 박스를 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.