JP2012068196A - Pattern measurement method and pattern measurement device - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体回路原版として用いるマスクのパターン寸法を計測する際に、パターンの寸法とともに側壁角度も同時に計測する。
【解決手段】基板表面から放出された二次電子を計数する機構に含まれる波高弁別器9において、一定時間間隔内に検出器に入った電子の個数の計数量を制限することによって、SEM画像のパターン側壁に生じるホワイトバンドの幅とパターン側壁角度の相関関係を強調することができ、予め求めたパターン側壁角度とホワイトバンドの幅の相関関係からパターン側壁角度を非破壊で計測することができる。
【選択図】図1When measuring a pattern dimension of a mask used as a semiconductor circuit original, a sidewall angle is also measured simultaneously with the pattern dimension.
In a pulse height discriminator 9 included in a mechanism for counting secondary electrons emitted from the surface of a substrate, an SEM image is limited by limiting the counting amount of the number of electrons entering the detector within a predetermined time interval. The correlation between the width of the white band generated on the pattern sidewall and the pattern sidewall angle can be emphasized, and the pattern sidewall angle can be measured nondestructively from the correlation between the pattern sidewall angle and the width of the white band obtained in advance. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体デバイスやこれらをリソグラフィ技術により製造する際に使用するフォトマスクの製造の際にパターンの寸法や形状を計測する方法及びその装置に関する。より詳しくは、基板上のパターン上に加速した電子ビームを走査しながら照射し、表面から放出された二次電子の量を計測することによってパターンの寸法や形状を計測する方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a dimension and a shape of a pattern at the time of manufacturing a semiconductor device and a photomask used when manufacturing these by a lithography technique. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for measuring the size and shape of a pattern by irradiating an accelerated electron beam onto a pattern on a substrate while measuring the amount of secondary electrons emitted from the surface.
半導体集積回路は性能及び生産性を向上させるために微細化、高集積化が進んでおり、回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術についても、より微細なパターンを高精度に形成するための技術開発が進められている。これに伴い、パターンの寸法や形状を計測するための技術についても、より高精度なものが求められている。
半導体デバイスや、これを製造するために用いるフォトマスクのパターン寸法は100nm未満となっており、次世代のデバイスとしては30nm未満のパターンを安定して形成する必要がある。このような微細なパターンの特定の位置の寸法や形状を計測する方法としては、寸法測定用に特別に設計された走査型電子顕微鏡(以下、CD−SEMと略する)が用いられる。
Semiconductor integrated circuits are being miniaturized and highly integrated in order to improve performance and productivity, and also with regard to lithography technology for forming circuit patterns, technological development for forming finer patterns with high accuracy Is underway. Along with this, a technique for measuring the dimension and shape of a pattern is also required with higher accuracy.
The pattern size of a semiconductor device or a photomask used for manufacturing the semiconductor device is less than 100 nm, and it is necessary to stably form a pattern of less than 30 nm as a next-generation device. As a method for measuring the size and shape of a specific position of such a fine pattern, a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as CD-SEM) specially designed for dimension measurement is used.
CD−SEMは、電子源から放出され、加速された一次電子を、偏向器によって二次元に走査しながら基板上に形成されたパターン上に照射し、表面から放出された二次電子や後方散乱電子を検出する。走査した領域を縦横方向に分割し、その分割領域を画素として、各領域で検出した二次電子、或いは後方散乱電子の量をその画素の輝度として、二次電子画像や後方散乱電子画像(以下、総称としてSEM画像と呼ぶ)を形成する。 CD-SEM emits accelerated primary electrons emitted from an electron source onto a pattern formed on a substrate while scanning two-dimensionally by a deflector, and emits secondary electrons and backscattering emitted from the surface. Detect electrons. The scanned area is divided into vertical and horizontal directions, the divided areas are used as pixels, the secondary electrons detected in each area or the amount of backscattered electrons is used as the luminance of the pixels, and secondary electron images and backscattered electron images (hereinafter, referred to as “secondary electron images”). , Generically referred to as SEM image).
SEM画像のコントラストは被計測物の材質や表面の凹凸によって形成される。一次電子1個あたりの二次電子放出量を二次電子放出効率と呼び、SEM画像の材質によるコントラストは二次電子放出効率が材質によって異なることによって得られる。二次電子放出効率は一次電子の加速電圧によっても変化する。 The contrast of the SEM image is formed by the material of the object to be measured and the unevenness of the surface. The amount of secondary electron emission per primary electron is called secondary electron emission efficiency, and the contrast by the material of the SEM image is obtained by the fact that the secondary electron emission efficiency differs depending on the material. The secondary electron emission efficiency varies depending on the acceleration voltage of the primary electrons.
一方、表面の凹凸によって形成されるコントラストは一次電子の侵入深さと二次電子の脱出深さに関する近似的な表現を用いて理解することができる。下記非特許文献1によれば、固体表面に入射した一次電子の分布は、最大入射深さRと、拡散深さXDとを用いて、表面からXDの深さを中心とする、半径がR−XDの球体として表現することができる。図2は、このことを二次元で模式的に表現したものである。例えば、入射電子のエネルギーが1500Vの場合の最大入射深さRはシリコンの場合62nm、タンタルの場合13nmと計算することができる。 On the other hand, the contrast formed by the irregularities on the surface can be understood using approximate expressions relating to the penetration depth of primary electrons and the escape depth of secondary electrons. According to Non-Patent Document 1 below, the distribution of primary electrons incident on the solid surface is a radius centered around the depth of X D from the surface using the maximum incident depth R and the diffusion depth X D. Can be expressed as R-X D spheres. FIG. 2 schematically represents this in two dimensions. For example, the maximum incident depth R when the energy of incident electrons is 1500 V can be calculated as 62 nm for silicon and 13 nm for tantalum.
固体内に入射した一次電子の非弾性散乱過程に伴う二次電子発生量は、一次電子のエネルギー損失量に比例すると考えることができる。SEMの一次電子が試料表面に入射する際のエネルギーは500〜2000Vであるのに対し、生成する二次電子のエネルギーは0〜50eVの非常に低いものが大半を占める。
このため、表面から脱出できる二次電子の深さは、前記一次電子の最大入射深さと比較して、かなり小さくなると考えられる。下記非特許文献2によれば、二次電子の脱出深さはシリコンの場合2.7nm、タンタルの場合は0.7nmである。従って、二次電子の脱出深さは一次電子の最大入射深さのおおよそ20分の1程度である。
It can be considered that the amount of secondary electrons generated in the inelastic scattering process of primary electrons incident on the solid is proportional to the amount of energy loss of the primary electrons. The energy when the primary electrons of the SEM are incident on the sample surface is 500 to 2000 V, whereas the energy of the secondary electrons to be generated is mostly as low as 0 to 50 eV.
For this reason, it is considered that the depth of secondary electrons that can escape from the surface is considerably smaller than the maximum incident depth of the primary electrons. According to the following non-patent document 2, the escape depth of secondary electrons is 2.7 nm for silicon and 0.7 nm for tantalum. Therefore, the escape depth of the secondary electrons is about 1/20 of the maximum incident depth of the primary electrons.
このようなことから、試料表面の凹凸によって形成されるコントラストは、試料表面と、前記半径R−XDの球体との重なりに関係していると考えることができる。前記球体のうち試料の外側にある領域、すなわち図2の斜線で示した面積が大きいほど二次電子強度が高くなる。図3はこのことを模式的に2次元で表現したものである。図3(a)のように平坦な部分と比較して、図3(b)のような溝構造の端部では前記面積が小さく、二次電子発生量も少ない。逆に、図3(c)のような斜面部分や図3(d)では、前記面積が大きく、二次電子発生量も多くなる。 Therefore, it can be considered that the contrast formed by the unevenness of the sample surface is related to the overlap between the sample surface and the sphere having the radius R−X D. The larger the area of the sphere outside the sample, that is, the area indicated by the oblique lines in FIG. 2, the higher the secondary electron intensity. FIG. 3 schematically represents this in two dimensions. Compared with a flat portion as shown in FIG. 3A, the end portion of the groove structure as shown in FIG. 3B has a smaller area and a smaller amount of secondary electrons. Conversely, in the slope portion as shown in FIG. 3C and FIG. 3D, the area is large and the amount of secondary electrons generated is also large.
CD−SEMによるパターン寸法計測は上記のようにパターン端部でSEM像の輝度が高くなる現象を利用しており、SEM画像上で白く見える領域(以下、ホワイトバンドと表記する)の間隔からパターン寸法を計測している。
CD−SEMで用いられるような加速電圧が低い条件では、ホワイトバンドの幅が10〜15nm程度となるのが典型的である。従って、パターン寸法を精度良く計測するためには、ホワイトバンドのどの部分をパターン端部と設定するのかが重要である。例えば、ホワイトバンドの輝度値のピークに対する相対値をしきい値として設定したり、輝度プロファイルを微分したピークの位置からもとのプロファイルの変曲点の位置を求めてパターン端部位置としたりする方法などが用いられている。
Pattern dimension measurement by CD-SEM uses the phenomenon that the brightness of the SEM image increases at the pattern edge as described above, and the pattern is determined from the interval of the white area (hereinafter referred to as white band) on the SEM image. The dimensions are being measured.
Under conditions where the acceleration voltage is low as used in CD-SEM, the white band width is typically about 10 to 15 nm. Therefore, in order to measure the pattern dimension with high accuracy, it is important which part of the white band is set as the pattern end. For example, a relative value with respect to the peak of the brightness value of the white band is set as a threshold value, or the position of the inflection point of the original profile is obtained from the peak position obtained by differentiating the brightness profile, and is used as the pattern end position. Methods are used.
ホワイトバンドの幅はパターンを形成する材料にも依存するが、パターンの側壁角度によっても変化することが上記の説明からわかる。すなわち、パターンの側壁角度が垂直に近くなればホワイトバンド幅は小さくなり、パターンの側壁角度が小さい、いわゆるテーパ形状ではホワイトバンド幅が大きくなる。 It can be seen from the above description that the width of the white band depends on the material forming the pattern, but also changes depending on the side wall angle of the pattern. That is, when the side wall angle of the pattern is close to vertical, the white band width is reduced, and when the side wall angle of the pattern is small, so-called taper shape, the white band width is increased.
フォトマスクパターンの側壁角度はなるべく垂直に近くなるように製造するのが一般的であるが、レジストパターンの形状やエッチング条件などによって多少の変動が起こってしまう。近年、パターン寸法が微細になり、露光装置の投影光学系の開口数が大きくなって、パターン側壁角度が転写寸法に及ぼす影響が大きくなっている。また、次世代リソグラフィとして開発が進められている極端紫外光(EUV)用のマスクでは基板に対して光が斜めに入射することから、パターン側壁角度の制御が重要な課題となっている。 In general, the photomask pattern is manufactured so that the side wall angle is as close to vertical as possible, but some variation occurs depending on the shape of the resist pattern, etching conditions, and the like. In recent years, the pattern dimension has become finer, the numerical aperture of the projection optical system of the exposure apparatus has increased, and the influence of the pattern side wall angle on the transfer dimension has increased. In addition, in extreme ultraviolet light (EUV) masks that are being developed as next-generation lithography, light is incident obliquely on the substrate, and therefore, control of the pattern side wall angle is an important issue.
パターン側壁角度を計測する方法としては、基板を断裁したり、収束イオンビームを用いて加工したりして露出させたパターン断面を電子顕微鏡で観察する方法が最も直接的であり、実際によく使われている。
しかし、この方法はフォトマスクを破壊してしまうため、フォトマスク製品の検査方法として用いることができない。非破壊でパターン断面形状を計測する方法としては、原子間力顕微鏡(以下AFMと略記する)を用いる方法や、スキャトロメトリのような光学的な手法がある。
The most straightforward method for measuring the pattern side wall angle is to observe the exposed pattern cross section with an electron microscope by cutting the substrate or processing it with a focused ion beam. It has been broken.
However, since this method destroys the photomask, it cannot be used as a photomask product inspection method. Non-destructive methods for measuring the pattern cross-sectional shape include a method using an atomic force microscope (hereinafter abbreviated as AFM) and an optical method such as scatterometry.
AFMを用いる方法は計測される形状がプローブ先端の形状の影響を大きく受けてしまう。また、プローブを基板表面に垂直に励振する場合、垂直に近いパターン側壁角度を正確に計測するのが難しくなる。また、基板に平行に励振する方法はパターンの溝部が狭い場合や浅い場合に適用が困難である。
また、スキャトロメトリに代表される光学的な手法を用いる場合、パターン形成材料の複素屈折率が正確にわかっている必要がある。分光エリプソメトリなどを用いて複素屈折率を求める方法もあるが、モデルを用いたフィッティングであり、あいまいさを避けることが難しい。
In the method using AFM, the shape to be measured is greatly influenced by the shape of the probe tip. Further, when the probe is excited perpendicular to the substrate surface, it is difficult to accurately measure the pattern side wall angle close to the vertical. Also, the method of exciting in parallel to the substrate is difficult to apply when the pattern groove is narrow or shallow.
Further, when using an optical technique typified by scatterometry, the complex refractive index of the pattern forming material needs to be accurately known. Although there is a method for obtaining the complex refractive index using spectroscopic ellipsometry or the like, it is a fitting using a model and it is difficult to avoid ambiguity.
このような課題に対して、CD−SEMを用いてEUVマスクのパターン側壁角度を計測する手法が前記非特許文献3に開示されている。この手法はSEMのプローブ電流値を変えたときのホワイトバンド幅の変化量がパターン側壁角度と相関を示すことを利用したもので、垂直に近いパターン側壁角度を非破壊で測定できる利点があるが、SEMのプローブ電流を変更したときに計測装置を安定な定常状態にするためにある程度の時間が必要となる等の課題があった。 Non-Patent Document 3 discloses a method for measuring the pattern side wall angle of an EUV mask using a CD-SEM for such a problem. This method uses the fact that the change amount of the white band width when the probe current value of the SEM is changed shows a correlation with the pattern side wall angle, and has an advantage that the pattern side wall angle close to the vertical can be measured nondestructively. When the SEM probe current is changed, there is a problem that a certain amount of time is required for the measurement apparatus to be in a stable steady state.
本発明のパターン計測方法は、電子線源、ビームブランキング機構、及びビーム偏向機構を有し、被測定基板上の規定の位置に規定量の電子を照射することができる装置を用いて、基板表面から放出された二次電子を検出する機構として、二次電子を光エネルギーに変換するシンチレータ、当該光エネルギーを電気信号に増倍する光電子増倍管、当該電気信号に増倍された二次電子信号のパルス数をカウントする波高弁別器を有し、前記波高弁別器は、一定時間間隔内に検出器に入った電子の個数の計数量を制限して処理することを特徴とする。 The pattern measurement method of the present invention uses an apparatus that has an electron beam source, a beam blanking mechanism, and a beam deflection mechanism, and can irradiate a specified amount of electrons to a specified position on the substrate to be measured. As a mechanism for detecting secondary electrons emitted from the surface, a scintillator that converts secondary electrons into light energy, a photomultiplier that multiplies the light energy into an electrical signal, and a secondary that has been multiplied into the electrical signal. It has a wave height discriminator for counting the number of pulses of an electronic signal, and the wave height discriminator is characterized in that the number of electrons entering the detector within a certain time interval is limited and processed.
また、本発明のパターン計測装置は、電子線源、ビームブランキング機構、及びビーム偏向機構を有し、被測定基板上の規定の位置に規定量の電子を照射することができ、基板表面から放出された二次電子を検出する機構として、二次電子を光エネルギーに変換するシンチレータ、当該光エネルギーを電気信号に増倍する光電子増倍管、当該電気信号に増倍された二次電子信号のパルス数をカウントする波高弁別器を有し、前記波高弁別器は、一定時間間隔内に検出器に入った電子の個数の計数量を制限する機能を具備することを特徴とする。 The pattern measurement apparatus of the present invention has an electron beam source, a beam blanking mechanism, and a beam deflection mechanism, and can irradiate a prescribed amount of electrons to a prescribed position on the substrate to be measured from the substrate surface. As a mechanism for detecting the emitted secondary electrons, a scintillator that converts the secondary electrons into light energy, a photomultiplier that multiplies the light energy into an electrical signal, and a secondary electron signal that has been multiplied into the electrical signal. The pulse height discriminator has a function of limiting the count amount of the number of electrons entering the detector within a predetermined time interval.
本発明のパターン計測方法及びパターン計測装置によれば、CD−SEM画像のパターン側壁に生じるホワイトバンドの幅とパターン側壁角度の相関関係を強調することができ、予め求めたパターン側壁角度とホワイトバンドの幅の相関関係から、パターン側壁角度を非破壊で測定することができ、なおかつ、電子源の条件を大きく変えることなく、安定してパターンを計測することができる。 According to the pattern measurement method and the pattern measurement apparatus of the present invention, it is possible to emphasize the correlation between the width of the white band generated on the pattern side wall of the CD-SEM image and the pattern side wall angle. The pattern side wall angle can be measured nondestructively from the correlation of the widths of the patterns, and the pattern can be measured stably without greatly changing the conditions of the electron source.
以下、本発明のパターン計測方法及びパターン計測装置の一実施形態について、図を参照して説明する。
図1は、本実施形態のパターン計測装置の構成図である。電子線源1から放出される電子は加速電極により所定のエネルギーに加速されている。CD−SEMの場合、この電子のエネルギーは500eVないし2000eVが典型的である。これは、このエネルギー範囲において二次電子収率が1より大きく、試料の帯電による影響が小さくなるためである。
Hereinafter, an embodiment of a pattern measuring method and a pattern measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a pattern measuring apparatus according to the present embodiment. Electrons emitted from the electron beam source 1 are accelerated to a predetermined energy by the acceleration electrode. In the case of CD-SEM, the energy of this electron is typically 500 eV to 2000 eV. This is because the secondary electron yield is larger than 1 in this energy range, and the influence of charging of the sample is reduced.
電子線源から放出された電子はブランキング機構(ビームブランキング機構)2のブランキング電極の間に入り、この電極間に電圧をかけた状態では電子は試料に到達しない。所定の時間だけこの電極電圧を変化させて電子を試料表面に導くことができる。電極電圧を変化させるタイミングは制御/計測コンピュータ(図ではPC)4から信号を受けたパルスジェネレータ3によって制御される。 The electrons emitted from the electron beam source enter between the blanking electrodes of the blanking mechanism (beam blanking mechanism) 2, and the electrons do not reach the sample when a voltage is applied between the electrodes. Electrons can be guided to the sample surface by changing the electrode voltage for a predetermined time. The timing for changing the electrode voltage is controlled by a pulse generator 3 that receives a signal from a control / measurement computer (PC in the figure) 4.
ブランキング電極を通過した電子はXY−偏向器(ビーム偏向機構)5の偏向電極の間に入り、この電極電圧によって試料6の表面の電子の入射位置を変えることができる。この電極電圧は制御/計測コンピュータ4から信号を受けたXY−偏向器5の偏向回路によって制御される。
このようにして試料6の表面に入射した電子は、試料6内で散乱を繰り返し、一部は後方散乱電子として試料6外に飛び出し、また、二次電子の生成などを伴う非弾性散乱によって徐々にエネルギーを失って試料6内にとどまったり、試料6内を流れて試料ホルダを通じて試料6外に流れ出たりするものもある。このような散乱過程はフェムト秒単位の非常に高速な現象である。
The electrons that have passed through the blanking electrode enter between the deflection electrodes of the XY-deflector (beam deflection mechanism) 5, and the incident position of the electrons on the surface of the sample 6 can be changed by this electrode voltage. This electrode voltage is controlled by a deflection circuit of the XY-deflector 5 that receives a signal from the control / measurement computer 4.
The electrons incident on the surface of the sample 6 in this manner repeatedly scatter within the sample 6, and some of the electrons jump out of the sample 6 as backscattered electrons, and gradually by inelastic scattering accompanied by generation of secondary electrons. In some cases, the energy is lost and remains in the sample 6 or flows through the sample 6 and flows out of the sample 6 through the sample holder. Such a scattering process is a very fast phenomenon in femtosecond units.
前記二次電子の一部は試料6外に飛び出し、検出器に入る。二次電子がシンチレータ7に到達すると、電子のエネルギーは蛍光の光エネルギーに変換される。蛍光寿命はシンチレータ7の種類によって大きく異なるが、このように高速な現象の計測には蛍光寿命の短いプラスチックシンチレータが適している。その場合、蛍光寿命は2乃至3ナノ秒程度である。
Some of the secondary electrons jump out of the sample 6 and enter the detector. When the secondary electrons reach the
シンチレータ7から発せられる光は微弱であるが、光電子増倍管8を用いて十分大きい電気信号に変えることができる。光電子増倍管8としてはダイノード型、マイクロチャンネルプレート型など各種のものを選択することができるが、得られる電気信号のパルス幅が短い高速応答のものを用いるのが好ましい。高速応答性の光電子増倍管8として、例えば3ナノ秒程度のパルス幅のものを用いることができる。
The light emitted from the
光電子増倍管8の信号は波高弁別器(ディスクリミネータ)9に入る。波高弁別器9の主な機能は光電子増倍管8の暗電流や微弱なノイズ、また宇宙線等による強いノイズなどを取り除き、試料6から出た二次電子信号のパルス数をカウントすることである。波高弁別器9のカウントをマルチチャンネルアナライザー10で解析し、その解析結果を制御/計測コンピュータ4から出力する。
The signal from the
波高弁別器9として、パルス入力後、設定したある一定の時間内は次のパルスをブロックする機能を有するものがある。この場合、設定した一定時間内に入った複数のパルスを一つの信号とみなすことができる。このような機能の無い波高弁別器を用いる場合でも、手前にある時定数を設定できる回路を追加することによって、同等の機能を実現することができる。
As the
SEMのプローブ電流を5pAとした場合、電子の入射間隔は平均で32ナノ秒であり、前記装置の時間特性と比べて1桁長い。従って、前記装置では入射する一次電子1個毎の値としてカウントすることが可能である。しかしながら、1つの一次電子から発生した複数の二次電子が検出器に到達する場合、その時間差は長くてもピコ秒単位であると考えられ、波高弁別器9では独立したピークとして認識されない。
When the probe current of the SEM is 5 pA, the electron incidence interval is 32 nanoseconds on average, which is one digit longer than the time characteristic of the device. Therefore, the device can count as a value for each incident primary electron. However, when a plurality of secondary electrons generated from one primary electron reach the detector, the time difference is considered to be in picosecond units at the maximum, and the
その結果、検出器で計数される二次電子の数が、実際の検出量よりも少なくなる数え落としを生じてしまうことになる。このような現象はパターン側壁の二次電子が多量に放出されるときに顕著となる。また、プローブ電流を大きくすると、一次電子入射間隔が短くなるため、この数え落としはさらに顕著となる。
本発明者は、このような数え落としの現象が、ホワイトバンド幅からパターンの側壁角度を推定する手段として有効に用いることができることを見出した。以下にその原理を説明する。
As a result, the number of secondary electrons counted by the detector is counted down to be smaller than the actual detection amount. Such a phenomenon becomes prominent when a large amount of secondary electrons on the pattern sidewall are emitted. In addition, when the probe current is increased, the primary electron incidence interval is shortened, and this count-down becomes more remarkable.
The present inventor has found that such a counting-down phenomenon can be effectively used as a means for estimating the side wall angle of the pattern from the white band width. The principle will be described below.
パターン計測に用いるSEM画像は1画素を8ビット、すなわち256階調のグレースケールとして記録されるのが一般的である。従って前記二次電子の計数値はこのグレースケールの範囲に入るように画像のコントラストが調整される。その後、パターンに対して垂直方向の複数画素について平均化処理を行い、パターン端部を横切る方向に輝度プロファイルを生成する。 In general, an SEM image used for pattern measurement is recorded as 8 bits per pixel, that is, 256 gray scales. Therefore, the contrast of the image is adjusted so that the count value of the secondary electrons falls within this gray scale range. Thereafter, an averaging process is performed on a plurality of pixels in the vertical direction with respect to the pattern, and a luminance profile is generated in a direction crossing the pattern edge.
前記輝度プロファイルにおいて、パターン端部は二次電子が多量に放出されるために、輝度値は高くなる。パターン端部が垂直ではなく、テーパ形状となっている場合、パターン側壁から放出される二次電子量が多いために、ホワイトバンドの幅は大きくなる。
このホワイトバンド幅の変化量を精度良く計測することができれば、パターンの側壁角度を計測することができる。しかしながら、側壁角度の変化とともにホワイトバンドの幅だけではなくピーク値も大きくなる。このような現象はシミュレーションによっても確認することができ、例えば非特許文献4にも開示されている。
In the luminance profile, a large amount of secondary electrons are emitted from the pattern edge, so that the luminance value becomes high. When the pattern end is not vertical but has a tapered shape, the amount of secondary electrons emitted from the pattern side wall is large, so that the width of the white band becomes large.
If the change amount of the white bandwidth can be measured with high accuracy, the side wall angle of the pattern can be measured. However, not only the width of the white band but also the peak value increases as the side wall angle changes. Such a phenomenon can be confirmed by simulation, and is also disclosed in Non-Patent Document 4, for example.
このため、前記グレースケールへのコントラストの調整時にホワイトバンドの輝度値が全体的に縮小されてしまい、ホワイトバンド幅の増加分を打ち消してしまう。
ところが、前記数え落としが起こる場合、輝度値が高い部分ほど数え落しが起こる確率が高くなるため、側壁角度の変化に伴うピーク値の変化が抑制されることになる。従って、コントラスト調整後もホワイトバンド幅の変化分をある程度保持することが可能となる。
For this reason, the brightness value of the white band is reduced as a whole when adjusting the contrast to the gray scale, and the increase in the white band width is canceled.
However, when the count-down occurs, the higher the luminance value, the higher the probability that the count-down occurs, so that the change in the peak value accompanying the change in the side wall angle is suppressed. Therefore, it is possible to retain a change in white band width to some extent even after contrast adjustment.
この数え落としの確率は、前記装置構成で説明した波高弁別器9のブロック時間、或いは併設する時定数設定回路の設定によって調整することができる。従って、ブロック時間あるいは時定数を変えたときのホワイトバンド幅に相関関係が生じることになる。
側壁角度の異なるパターンについて、この相関関係を計測し、試料破断やFIB加工後に電子顕微鏡によって側壁角度を直接計測した値と比較してテーブルを作成することができ、一旦テーブルができれば非破壊で側壁角度を計測できることになる。
The count-off probability can be adjusted by the block time of the
This pattern is measured for patterns with different side wall angles, and a table can be created by comparing with the values obtained by directly measuring the side wall angle with an electron microscope after sample breakage or FIB processing. The angle can be measured.
また、このテーブルを作成するために断面観察を行う際に、テーパ形状のパターン側壁上部と下部の寸法を計測しておけば、パターンの側壁角度とともにパターン端部の上部と下部の寸法を正確に計測できることになる。
このようにして、本発明により非破壊で高精度にパターンの側壁角度並びにパターン寸法を正確に計測することができる。
In addition, when cross-sectional observation is performed to create this table, if the dimensions of the upper and lower portions of the tapered pattern sidewall are measured, the upper and lower dimensions of the pattern edge can be accurately measured together with the pattern sidewall angle. It can be measured.
Thus, according to the present invention, it is possible to accurately measure the side wall angle and the pattern dimension of the pattern with high accuracy without destruction.
本発明の実施形態について実施例を用いてさらに説明する。 Embodiments of the present invention will be further described using examples.
石英ガラス基板上に厚さ4.2nmのシリコン膜と2.8nmのモリブデン膜を交互に40対積層し、その上に厚さ4nmのシリコン膜、厚さ4nmのケイ酸ジルコニウム膜、タンタルを主成分とする厚さ70nmの吸収層、酸化タンタルを主成分とする厚さ20nmの反射防止層を形成したEUVマスクブランクを用意した。
前記ケイ酸ジルコニウム膜はケイ素を主成分とするターゲットとジルコニウムを主成分とするターゲット、及びアルゴンと酸素の混合ガスを用いた反応性二元スパッタリングにより作製した。
Forty pairs of 4.2 nm thick silicon films and 2.8 nm molybdenum films are alternately stacked on a quartz glass substrate, and 4 nm thick silicon films, 4 nm thick zirconium silicate films, and tantalum are mainly formed thereon. An EUV mask blank having an absorption layer having a thickness of 70 nm as a component and an antireflection layer having a thickness of 20 nm mainly composed of tantalum oxide was prepared.
The zirconium silicate film was formed by reactive binary sputtering using a target mainly composed of silicon, a target mainly composed of zirconium, and a mixed gas of argon and oxygen.
前記反射防止層の上にレジストを塗布し、電子線露光装置を用いて露光し、ベーキング後に現像処理を行ってレジストパターンを形成した。ドライエッチングによって上記反射防止層と吸収層をエッチング加工した後に表面に残ったレジストを除去し、EUVマスクを得た。
前記EUVマスクのパターンを本実施例の装置で計測したところ、計測回路の時定数を20ナノ秒から200ナノ秒と長くするにしたがって、ホワイトバンド幅が増加する傾向がみられた。
A resist was coated on the antireflection layer, exposed using an electron beam exposure apparatus, and developed after baking to form a resist pattern. The resist remaining on the surface after etching the antireflection layer and the absorption layer by dry etching was removed to obtain an EUV mask.
When the EUV mask pattern was measured with the apparatus of this example, the white band width tended to increase as the time constant of the measurement circuit was increased from 20 nanoseconds to 200 nanoseconds.
また、前記EUVマスクのパターン形成条件を変えて側壁角度を変えたパターンを形成したEUVマスクを前記と同様のプロセスにより用意した。
これらのEUVマスクについて、前記時定数を20ナノ秒とした場合と200ナノ秒にした場合のホワイトバンド幅の差を計測した。
その後、このEUVマスクパターンをFIB加工して断面方向から電子顕微鏡を用いて側壁角度を計測した。その結果、これらのマスクの側壁角度が75度から90度の範囲にあることを確認した。
Further, an EUV mask in which a pattern in which the side wall angle was changed by changing the pattern forming conditions of the EUV mask was prepared by the same process as described above.
For these EUV masks, the difference in white band width was measured when the time constant was 20 nanoseconds and 200 nanoseconds.
Thereafter, the EUV mask pattern was subjected to FIB processing, and the side wall angle was measured from the cross-sectional direction using an electron microscope. As a result, it was confirmed that the sidewall angle of these masks was in the range of 75 to 90 degrees.
前記ホワイトバンド幅の差と、電子顕微鏡で観察したマスクパターンの側壁角度の関係を調べたところ、側壁角度が90度に近くなるに従って、時定数を変えたときのホワイトバンド幅の変化が小さくなる相関関係があることを確認した。 When the relationship between the difference in white band width and the side wall angle of the mask pattern observed with an electron microscope was examined, the change in white band width when the time constant was changed became smaller as the side wall angle approached 90 degrees. It was confirmed that there was a correlation.
本発明のパターン計測方法並びにパターン計測装置を用いることで、パターン側壁角度の影響を考慮した正確な寸法計測が可能となり、半導体等の製造を精度良く行うことが可能である。 By using the pattern measurement method and the pattern measurement apparatus of the present invention, it is possible to perform accurate dimension measurement in consideration of the influence of the pattern side wall angle, and it is possible to manufacture a semiconductor or the like with high accuracy.
1・・・電子線源
2・・・ブランキング機構
3・・・パルスジェネレータ
4・・・制御/計測コンピュータ
5・・・XY−偏向器
6・・・試料
7・・・シンチレータ
8・・・光電子増倍管
9・・・波高弁別器
10・・・マルチチャンネルアナライザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron beam source 2 ... Blanking mechanism 3 ... Pulse generator 4 ... Control / measurement computer 5 ... XY-deflector 6 ...
Claims (2)
Priority Applications (1)
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JP2010215103A JP2012068196A (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | Pattern measurement method and pattern measurement device |
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2010
- 2010-09-27 JP JP2010215103A patent/JP2012068196A/en active Pending
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