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JP4283839B2 - Astigmatism adjustment method using electron beam apparatus - Google Patents

Astigmatism adjustment method using electron beam apparatus Download PDF

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JP4283839B2
JP4283839B2 JP2006276058A JP2006276058A JP4283839B2 JP 4283839 B2 JP4283839 B2 JP 4283839B2 JP 2006276058 A JP2006276058 A JP 2006276058A JP 2006276058 A JP2006276058 A JP 2006276058A JP 4283839 B2 JP4283839 B2 JP 4283839B2
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Description

本発明は、最小線幅が0.1μm以下のパターンが形成されたウエハ又はマスク等の試料を高スループットで且つ高い信頼性をもって観察検査するための電子ビーム装置を用いた非点収差調整方法に関する。   The present invention relates to an astigmatism adjustment method using an electron beam apparatus for observing and inspecting a sample such as a wafer or a mask on which a pattern having a minimum line width of 0.1 μm or less is formed with high throughput and high reliability. .

電子ビームを試料に照射し、試料から放出される二次電子、反射電子又は後方散乱電子を検出することによって試料の観察評価を行う装置及び方法は公知である(例えば特許文献1参照)。   An apparatus and a method for observing and evaluating a sample by irradiating the sample with an electron beam and detecting secondary electrons, reflected electrons, or backscattered electrons emitted from the sample are known (for example, see Patent Document 1).

こうした試料表面観察評価装置において、高倍率で観察を行うためには非点収差調整は必須である。これは、電子ビームが円形アパーチャ等を通過した後、いずれかの回転方向に楕円形に変形して長径方向がスポットからずれてしまう結果、像がぼけるからである。こうした像のぼけを補正するためには、8極子〜12極子等のレンズによって電界又は磁界を印加して電子ビームの長径方向を狭めることにより電子ビームをスポット状に形成すればよい。例えば特許文献2は磁界を用いて非点収差を調整する方法を開示している。   In such a sample surface observation evaluation apparatus, astigmatism adjustment is indispensable for performing observation at a high magnification. This is because after the electron beam passes through a circular aperture or the like, the image is blurred as a result of being deformed into an ellipse in any rotation direction and the major axis direction deviating from the spot. In order to correct such blurring of the image, the electron beam may be formed in a spot shape by applying an electric field or a magnetic field by a lens such as an octupole to twelve pole to narrow the major axis direction of the electron beam. For example, Patent Document 2 discloses a method of adjusting astigmatism using a magnetic field.

具体的には、図8の(A)に示すように、電子ビームが楕円形に変形し、試料表面上での断面形状が方位角θの方向に細長く変形している場合、図の(B)に示すように、方位角θの方向に位置する一対の対向する電極R、Rに最適な電圧を割り当てることにより、電子ビームの断面形状をスポット状になるよう調整することができる。したがって、例えば、図9に示すように電子ビームの長径方向θを0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°及び315°に設定することができる場合には、それらの角度をなす線上に互いに対向する電極を配置し、調整されるべき電子ビームの断面形状に沿う線上で対応する一対の電極に印加する電圧を最適化することにより、例えば楕円形に変形した電子ビームを断面円形又はスポット状のビームに変えることができる。 Specifically, as shown in (A) in FIG. 8, when the electron beam is deformed into an elliptical shape, the cross-sectional shape on the sample surface is elongated deformed in the direction of the azimuth angle theta, in FIG. 8 ( As shown in B), by assigning an optimum voltage to the pair of opposing electrodes R 1 and R 2 positioned in the direction of the azimuth angle θ, the cross-sectional shape of the electron beam can be adjusted to be a spot shape. . Therefore, for example, when the major axis direction θ of the electron beam can be set to 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, and 315 ° as shown in FIG. By arranging the electrodes facing each other on the line forming the angles and optimizing the voltage applied to the corresponding pair of electrodes on the line along the cross-sectional shape of the electron beam to be adjusted, the electrode is deformed into an elliptical shape, for example. The electron beam can be changed to a beam having a circular cross section or a spot shape.

方位角θと電極に印加する電圧Vとを最適に設定するために、従来は、テストパターン中に存在する放射状又は輪環状のパターンを見ながら、このパターンが全ての方位方向においてシャープになるように印加電圧Rを調整していた。例えば特許文献3は円形パターンを用いて非点収差補正を行うSEMを開示している。   Conventionally, in order to optimally set the azimuth angle θ and the voltage V applied to the electrode, this pattern is sharpened in all azimuth directions while looking at a radial or annular pattern existing in the test pattern. The applied voltage R was adjusted. For example, Patent Document 3 discloses an SEM that performs astigmatism correction using a circular pattern.

しかしながら、従来の非点収差調整を自動的に行うためのアルゴリズムは複雑であるうえ、分かりにくいという問題がある。なぜなら、非点収差によるパターンのぼける方位角をオートフォーカス機能を用いて抽出することはできないからである。また、各種のウエハのファイン調整の際に、このテストパターンを予め観察しなければならないが、検査対となるウエハにテストパターンが存在しないような場合には、ウエハ毎の非点収差調整は不可能であるという問題もある。
特開2001−22986号公報 特開平10−247466号公報 特開平10−247466号公報
However, the conventional algorithm for automatically adjusting astigmatism is complicated and difficult to understand. This is because the azimuth angle at which the pattern is blurred due to astigmatism cannot be extracted using the autofocus function. In addition, when the fine adjustment of the various wafer, it is necessary to observe the test pattern previously, when the wafer to be inspected Target as the test pattern does not exist, the astigmatism adjustment for each wafer There is also the problem that it is impossible.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-22986 Japanese Patent Laid-Open No. 10-247466 Japanese Patent Laid-Open No. 10-247466

本発明は上記の課題を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、調整用のテストパターンを予め用意する必要がなく、ウエハ毎に非点収差調整を行うことができる電子ビーム装置を用いた非点収差調整方法を提供することにある。   The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electronic device capable of adjusting astigmatism for each wafer without preparing a test pattern for adjustment in advance. An astigmatism adjustment method using a beam device is provided.

上記の課題を解決するために、請求項1の発明は、
電子ビームの非点収差調整を行うための多極子を含む非点収差調整手段を有する電子光学系を備えた電子ビーム装置において、電子ビームを試料に照射し、該試料から放出される反射電子や後方散乱電子を含む二次電子を検出することによって電子ビームの非点収差調整を行う方法であって、
(a)前記試料に縦方向及び横方向に形成されたラインを含む第1のパターンの画像を取得する工程と、
(b)前記電子光学系を調整して、前記画像における縦方向のラインの鮮鋭度が最大になるときの第1の補助電圧を求める工程と、
(c)前記第1の補助電圧を前記多極子に印加して前記電子ビームの断面形状を調整する工程と、
(d)前記縦方向のラインが最もクリアに見えるときの前記第1の補助電圧を固定した状態で前記電子光学系を調整して、前記画像における横方向のラインの鮮鋭度が最大になるときの第2の補助電圧を求める工程と、
(e)前記第2の補助電圧を前記多極子に印加して前記電子ビームの断面形状を、前記縦方向のラインの鮮鋭度と前記横方向のラインの鮮鋭度との差を最小にするように調整する工程と、
(f)上記工程(a)〜(e)を、前記第1のパターンのラインよりも線幅の小さいラインを有するパターンに対して順次行う工程と、
を備えることを特徴とする方法、
を提供する。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1
In an electron beam apparatus including an electron optical system having an astigmatism adjusting unit including a multipole element for adjusting astigmatism of an electron beam, a reflected electron emitted from the sample is irradiated with the electron beam. A method for adjusting astigmatism of an electron beam by detecting secondary electrons including backscattered electrons,
(A) acquiring an image of a first pattern including lines formed in the vertical direction and the horizontal direction on the sample;
(B) adjusting the electron optical system to obtain a first auxiliary voltage when the vertical line sharpness in the image is maximized;
(C) applying the first auxiliary voltage to the multipole to adjust the cross-sectional shape of the electron beam;
(D) When the electron optical system is adjusted with the first auxiliary voltage fixed when the vertical line looks the clearest, and the sharpness of the horizontal line in the image is maximized Obtaining a second auxiliary voltage of:
(E) Applying the second auxiliary voltage to the multipole so as to minimize the difference between the vertical line sharpness and the horizontal line sharpness in the cross-sectional shape of the electron beam. Adjusting the process to
(F) sequentially performing the steps (a) to (e) on a pattern having a line having a smaller line width than the line of the first pattern;
A method comprising:
I will provide a.

請求項2の発明は、前記多極子が前記電子ビームの光軸を中心として対向する複数対の電極又はコイルを備えることを特徴とする。
請求項3の発明は、前記電極が、前記縦方向のラインに対するフォーカス値を調整するための第1の補助電極と、前記横方向のラインに対するフォーカス値を調整するための第2の補助電極とを含むことを特徴とする。
The invention of claim 2 is characterized in that the multipole element includes a plurality of pairs of electrodes or coils facing each other with the optical axis of the electron beam as a center.
According to a third aspect of the present invention, the electrode includes a first auxiliary electrode for adjusting a focus value for the vertical line, and a second auxiliary electrode for adjusting a focus value for the horizontal line. It is characterized by including.

請求項4の発明は、前記光学系のオートフォーカス機能を利用して自動的に行うことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかの方法を用いて、プロセス途中の前記試料の評価を行うことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the automatic focusing is performed using the autofocus function of the optical system.
The invention according to claim 5 is characterized in that the sample in the middle of the process is evaluated using the method according to any one of claims 1 to 4.

図1は、本発明に係る電子ビーム装置の一つの実施の形態である写像投影型電子ビーム装置の構成を概略的に示す図である。図において、電子ビーム装置100は、電子ビーム射出部101、一次光学系102、二次光学系103、二次電子検出部104及び非点収差調整部105を備えている。電子ビーム射出部101は、電子銃1とウェーネルト電極2とアノード3とを備え、電子銃1から放出された電子ビームはアノード3によって加速されて一次光学系102に入る。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a mapping projection type electron beam apparatus which is an embodiment of an electron beam apparatus according to the present invention. In the figure, an electron beam apparatus 100 includes an electron beam emitting unit 101, a primary optical system 102, a secondary optical system 103, a secondary electron detection unit 104, and an astigmatism adjustment unit 105. The electron beam emitting unit 101 includes an electron gun 1, a Wehnelt electrode 2, and an anode 3, and an electron beam emitted from the electron gun 1 is accelerated by the anode 3 and enters the primary optical system 102.

一次光学系102は、静電レンズ4、正方形開口5、複数段の四極子レンズ6、E×B分離器7及び対物レンズ8を備えており、E×B分離器7によって電子ビームの進行方向を変更して一次電子ビームをX―Y―θステージS上のウエハWに垂直になるよう進行させ、対物レンズ8によって電子ビームを所望の断面形状に形成してウエハWに照射する。X―Y―θステージSは、直交する2つの方向X、Yに対して移動可能であり且つそのうちの一つの方向に関して回転できるよう支持されており、これによってウエハWの表面は電子ビームによって走査される。   The primary optical system 102 includes an electrostatic lens 4, a square aperture 5, a multi-stage quadrupole lens 6, an E × B separator 7 and an objective lens 8, and the traveling direction of the electron beam by the E × B separator 7. And the primary electron beam is made to travel perpendicular to the wafer W on the XY-θ stage S, and the electron beam is formed in a desired cross-sectional shape by the objective lens 8 and irradiated onto the wafer W. The XY-θ stage S is movable so as to be movable with respect to two orthogonal directions X and Y, and is supported so as to be able to rotate with respect to one of them, whereby the surface of the wafer W is scanned with an electron beam. Is done.

電子ビームの照射によってウエハWから放出された、反射電子や後方散乱電子を含む二次電子は二次光学系103を通過して二次電子検出部104に入射する。二次光学系103は対物レンズ8、E×B分離器7、第1段のコンデンサ・レンズ9及び第2段コンデンサ・レンズ10を備える。そして、二次電子検出部104は、蛍光板11、TDI12、MCP13、検出器14及び画像処理部15を備えている。蛍光板11は入射した二次電子を光信号へ変換し、この光信号をTDI12によって電気信号へ変換して検出器14に伝達する。検出器14は受け取った二次電子の強さに対応した電気信号を生成して画像処理部15に送り、画像処理部15は受け取った電気信号をA/D変換してデジタル画像信号を形成する。こうした動作はウエハWの走査期間を通じて行われ、その結果、画像処理部15はウエハWの画像を出力することができる。   Secondary electrons including reflected electrons and backscattered electrons emitted from the wafer W by irradiation of the electron beam pass through the secondary optical system 103 and enter the secondary electron detection unit 104. The secondary optical system 103 includes an objective lens 8, an E × B separator 7, a first stage condenser lens 9, and a second stage condenser lens 10. The secondary electron detection unit 104 includes a fluorescent plate 11, a TDI 12, an MCP 13, a detector 14, and an image processing unit 15. The fluorescent plate 11 converts incident secondary electrons into an optical signal, which is converted into an electrical signal by the TDI 12 and transmitted to the detector 14. The detector 14 generates an electrical signal corresponding to the intensity of the received secondary electrons and sends it to the image processing unit 15, and the image processing unit 15 performs A / D conversion on the received electrical signal to form a digital image signal. . Such an operation is performed throughout the scanning period of the wafer W, and as a result, the image processing unit 15 can output an image of the wafer W.

非点収差調整部105は非点収差制御器16と非点収差調整器17とを備え、画像処理部15からの出力が非点収差制御器16に与えられる。非点収差調整器17は、二次光学系103の光軸に垂直な平面内に前記光軸を中心として互いに対向する複数対の、例えば2対以上の電極又はコイルを備える多極子である。電極又はコイルの対の数が大きい方が非点収差調整の精度が上がる。   The astigmatism adjustment unit 105 includes an astigmatism controller 16 and an astigmatism adjuster 17, and an output from the image processing unit 15 is given to the astigmatism controller 16. The astigmatism adjuster 17 is a multipole including a plurality of pairs of, for example, two or more pairs of electrodes or coils facing each other around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis of the secondary optical system 103. Astigmatism adjustment accuracy increases as the number of electrode or coil pairs increases.

一方、図2は、本発明に係る電子ビーム装置の他の実施の形態である走査型電子ビーム装置の構成を概略的に示す図である。図において、電子ビーム装置200は、電子ビーム射出部201、電子光学系202、二次電子検出部203及び非点収差調整部204を備えている。電子ビーム射出部201は、電子源21とウェーネルト電極22を備え、電子源21から放出された電子ビームはウェーネルト電極22を通過して電子光学系202に入る。   On the other hand, FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a scanning electron beam apparatus which is another embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention. In the figure, an electron beam apparatus 200 includes an electron beam emitting unit 201, an electron optical system 202, a secondary electron detecting unit 203, and an astigmatism adjusting unit 204. The electron beam emitting unit 201 includes an electron source 21 and a Wehnelt electrode 22, and an electron beam emitted from the electron source 21 passes through the Wehnelt electrode 22 and enters the electron optical system 202.

電子光学系202は、正方形開口23、複数段の四極子レンズ24及び走査コイル25を備えており、走査コイル25に印加する電圧を調整して電子源21からの電子ビームの進行方向を変更して電子ビームをX―Y―θステージS上のウエハWに入射させる。X―Y―θステージSは、直交する2つの方向に対して移動可能であり且つそのうちの一つの方向に関して回転できるよう支持されており、これによってウエハWの表面は電子ビームによって走査される。   The electron optical system 202 includes a square aperture 23, a plurality of quadrupole lenses 24, and a scanning coil 25, and changes the traveling direction of the electron beam from the electron source 21 by adjusting the voltage applied to the scanning coil 25. The electron beam is incident on the wafer W on the XY-θ stage S. The XY-θ stage S is movable in two orthogonal directions and supported so as to be able to rotate with respect to one of the two directions, whereby the surface of the wafer W is scanned with an electron beam.

電子ビームの照射によってウエハWから放出された、反射電子や後方散乱電子を含む二次電子は二次電子検出部203に入射する。二次電子検出部203は、ウエハWから放出された二次電子を受け取って二次電子の強さに対応した電気信号へ変換する検出器26と、検出器26から出力された電気信号を処理して画像化する画像処理部27とを備えている。検出器26は受け取った二次電子の強さに対応した電気信号を生成して画像処理部27に送り、画像処理部27は受け取った電気信号をA/D変換してデジタル画像信号を形成する。こうした動作はウエハWの走査期間を通じて行われ、その結果、画像処理部27はウエハWの画像を出力することができる。   Secondary electrons including reflected electrons and backscattered electrons emitted from the wafer W by the irradiation of the electron beam are incident on the secondary electron detector 203. The secondary electron detector 203 receives the secondary electrons emitted from the wafer W and converts them into electrical signals corresponding to the strength of the secondary electrons, and processes the electrical signals output from the detectors 26. And an image processing unit 27 for imaging. The detector 26 generates an electrical signal corresponding to the intensity of the received secondary electrons and sends it to the image processing unit 27. The image processing unit 27 performs A / D conversion on the received electrical signal to form a digital image signal. . Such an operation is performed throughout the scanning period of the wafer W. As a result, the image processing unit 27 can output an image of the wafer W.

非点収差調整部204は非点収差制御器28と非点収差調整器29とを備え、画像処理部27からの出力が非点収差制御器28に与えられる。非点収差調整器29は、電子光学系202の光軸に垂直な平面内に前記光軸を中心として互いに対向する複数対の、例えば2対以上の電極又はコイルを備える多極子である。   The astigmatism adjustment unit 204 includes an astigmatism controller 28 and an astigmatism adjuster 29, and an output from the image processing unit 27 is given to the astigmatism controller 28. The astigmatism adjuster 29 is a multipole including a plurality of pairs, for example, two or more pairs of electrodes or coils facing each other around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis of the electron optical system 202.

図1及び図2に示す電子線装置において非点収差調整を実施するために、本発明は、ウエハWに形成された配線パターンのうち、縦横に走るラインを同時に観察することができるパターン、例えば、直交する2つの方向に走るライン及びスペースを有するパターンを利用する。こうしたパターンの一例は、図3の(A)に示すような、ラインとスペースの幅がそれぞれ180nmであるボックス・パターンである。そこで、このようなパターンに電子ビームを照射し、画像処理部15、27から該パターンのデジタル画像を得る。その結果、図3の(B)に示すように、画像処理部15、27から、電子ビームの断面形状がX軸方向に長径を持つ楕円31であることを示すデジタル画像が出力されたとき、非点収差調整器17、29のうちのX軸上の一対の電極又はコイルに適宜の大きさの補正電圧を印加して電子ビームの非点収差調整を行う。これにより電子ビームの断面形状を楕円31よりも長径が短い楕円32を経て円33に調整することができる。なお、図3において、幅dはY軸方向のパターンの鮮鋭度を表す。   In order to perform astigmatism adjustment in the electron beam apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the present invention is capable of simultaneously observing lines running vertically and horizontally among wiring patterns formed on the wafer W, for example, Utilize a pattern having lines and spaces running in two orthogonal directions. An example of such a pattern is a box pattern having a line and space width of 180 nm as shown in FIG. Therefore, an electron beam is irradiated to such a pattern, and a digital image of the pattern is obtained from the image processing units 15 and 27. As a result, as shown in FIG. 3B, when the digital image indicating that the cross-sectional shape of the electron beam is an ellipse 31 having a major axis in the X-axis direction is output from the image processing units 15 and 27, Astigmatism adjustment of an electron beam is performed by applying a correction voltage of an appropriate magnitude to a pair of electrodes or coils on the X axis of the astigmatism adjusters 17 and 29. As a result, the cross-sectional shape of the electron beam can be adjusted to a circle 33 via an ellipse 32 having a longer diameter than the ellipse 31. In FIG. 3, the width d represents the sharpness of the pattern in the Y-axis direction.

同様に、画像処理部15、27から、電子ビームの断面形状がX軸に垂直なY軸の方向に長径を持つ楕円であることを示すデジタル画像が出力されたときには、非点収差調整器のY軸上の一対の電極又はコイルに適正な補正電圧を印加することにより、その断面形状を円とすることができる。   Similarly, when the digital image indicating that the cross-sectional shape of the electron beam is an ellipse having a major axis in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis is output from the image processing units 15 and 27, the astigmatism adjuster. By applying an appropriate correction voltage to a pair of electrodes or coils on the Y axis, the cross-sectional shape can be made a circle.

しかし、実際には、電子ビームの断面形状はX軸方向又はY軸方向という一つの軸方向においてのみ変形している訳ではなく、例えば図4に示すように、或る方位角αの方向に傾斜した楕円形41に変形するのが一般的である。そこで、図1及び図2に示す電子ビーム装置においては、画像処理部15、27から出力される画像を観察しながら、非点収差調整器17、29を用いて、まず、楕円形41の断面形状の電子ビームに対してX軸方向の非点収差調整を実施し、電子ビームの断面形状をY軸方向に長径を有する楕円形42になるよう調整することにより、Y軸方向のラインの解像度を上げる。次いで、楕円形42の断面形状を有する電子ビームに対してY軸方向の非点収差調整を実施して電子ビームの断面形状を円形43とする。これによって電子ビームは理想的なラウンドビームを得ることができ、電子ビームに対する非点収差調整が完了する。図4において、X軸方向の幅dはY軸方向のラインの鮮鋭度を表し、Y軸方向の幅dはX軸方向のラインの鮮鋭度を表している。 However, actually, the cross-sectional shape of the electron beam is not deformed only in one axial direction, that is, the X-axis direction or the Y-axis direction. For example, as shown in FIG. Generally, it is deformed into an inclined ellipse 41. Therefore, in the electron beam apparatus shown in FIGS. 1 and 2, first, the cross section of the ellipse 41 is observed using the astigmatism adjusters 17 and 29 while observing the images output from the image processing units 15 and 27. The astigmatism adjustment in the X-axis direction is performed on the shaped electron beam, and the cross-sectional shape of the electron beam is adjusted to be an ellipse 42 having a major axis in the Y-axis direction, whereby the line resolution in the Y-axis direction is adjusted. Raise. Next, the astigmatism adjustment in the Y-axis direction is performed on the electron beam having an elliptical cross-sectional shape, so that the cross-sectional shape of the electron beam is a circle 43. As a result, an ideal round beam can be obtained as the electron beam, and astigmatism adjustment for the electron beam is completed. 4, the width d X in the X-axis direction represents the sharpness of the Y-axis direction of the line, the width d Y in the Y-axis direction represents the sharpness of the X-axis direction line.

なお、上ではX軸方向の非点収差調整を実施してからY軸方向の非点収差調整を実施するように説明したが、逆に、Y軸方向の非点収差調整を実施してからX軸方向の非点収差調整を実施して電子ビームの断面形状を円形43とするようにしてもよい。   In the above description, it has been described that the astigmatism adjustment in the Y-axis direction is performed after the astigmatism adjustment in the X-axis direction, but conversely, the astigmatism adjustment in the Y-axis direction is performed. Astigmatism adjustment in the X-axis direction may be performed so that the cross-sectional shape of the electron beam is circular 43.

そこで、図4に示す楕円形41の断面形状を有する電子ビームに対して上述のプロセスで非点収差調整を行うために、以下のステップを順に実施する。なお、以下の説明では、電子ビーム形のX軸方向の補正を行うと、撮像されたパターンのうち縦のラインがクリアとなり、Y軸方向の補正を行うと横のパターンがクリアになる点に留意されたい。   Therefore, in order to adjust astigmatism in the above-described process with respect to the electron beam having the cross-sectional shape of the ellipse 41 shown in FIG. In the following description, when the electron beam shape is corrected in the X-axis direction, the vertical line of the captured pattern is cleared, and when the correction in the Y-axis direction is performed, the horizontal pattern is cleared. Please keep in mind.

(1)ラインとスペースの幅が比較的大きい(例えばライン幅180nmの)パターンを有するウエハに電子ビームを照射し、その静止像を所定の解像度で取得する。
(2)所得された静止像の中の、縦横に走る又は直交するラインを持つボックス・パターン(例えば、図3の(A)に示すような或る幅のライン及びスペースを持つボックス・パターン)に移動する。
(1) An electron beam is irradiated onto a wafer having a pattern having a relatively large line and space width (for example, a line width of 180 nm), and a still image thereof is acquired with a predetermined resolution.
(2) A box pattern having lines that run vertically or horizontally in an acquired still image (for example, a box pattern having a line and a space of a certain width as shown in FIG. 3A). Move to.

(3)電子ビーム装置のオートフォーカス機能を用いて、当該ボックス・パターンについて、縦方向のラインが最もクリアに見えるときのフォーカス値Fvを求める。具体的には、非点収差調整器28の多極子のうち縦方向の非点収差を補正する補正電圧Vを振って縦方向のラインが最もクリアに見えるときのフォーカス値Fv1を求める。 (3) Using the autofocus function of the electron beam apparatus, the focus value Fv when the vertical line looks the clearest is obtained for the box pattern. Specifically, finding a focus value Fv1 when vertical lines waving correction voltage V X to correct astigmatism in the longitudinal direction of the multipole astigmatism regulator 28 looks the most clear.

(4)次に、横方向のラインが最もクリアに見えるときのフォーカス値Fhを求める。具体的には、Fv1のときの縦方向の補正電圧であるVX1を固定した状態で、非点収差調整器28の多極子のうち横方向の非点収差を補正する補正電圧Vを振って横方向のラインが最もクリアに見えるときのフォーカス値Fh1を求める。 (4) Next, the focus value Fh when the horizontal line looks the clearest is obtained. Specifically, with the correction voltage V X1 that is the vertical correction voltage at Fv1 fixed, the correction voltage V Y that corrects the horizontal astigmatism of the multipole element of the astigmatism adjuster 28 is changed. Then, the focus value Fh1 when the horizontal line looks the clearest is obtained.

照射ビーム形が円形であるならば、Fv1とFh1は一致しているはずであるが、観察対象のライン幅が例えば180nmのように比較的大きいため、このオーダーでビーム形が歪んでいると考えられる。そこで、次のステップとして、更に幅の小さいラインを有するパターン像を取得し、取得した像に基づいて電子ビームの非点収差を補正する。   If the irradiation beam shape is circular, Fv1 and Fh1 should match, but since the line width of the observation target is relatively large, for example, 180 nm, the beam shape is considered to be distorted in this order. It is done. Therefore, as the next step, a pattern image having a line with a smaller width is acquired, and the astigmatism of the electron beam is corrected based on the acquired image.

(5)ラインとスペースの幅が(1)よりも小さい(例えばライン幅150nmの)パターンを有するウエハに電子ビームを照射し、その静止像を所定の解像度で取得する。
(6)取得された静止像の中の、縦横に走るラインを持つボックス・パターンに移動する。
(5) An electron beam is irradiated to a wafer having a pattern in which the width of the line and space is smaller than (1) (for example, the line width is 150 nm), and a still image thereof is acquired with a predetermined resolution.
(6) Move to a box pattern having lines running vertically and horizontally in the acquired still image.

(7)電子ビーム装置のオートフォーカス機能を用いて、当該ボックス・パターンについて、縦方向のラインが最もクリアに見えるときのフォーカス値Fvを求める。上述したように、照射ビーム形が円形であるならば、Fv1とFh1は一致しているはずであるから、求めるフォーカス値はFv1とFh1との間にあると考えられる。したがって、ここではFv1とFh1の平均値Fo=(Fv1+Fh1)/2を初期値として補正電圧Vを振り、縦方向のベストフォーカス値Fv2を求める。 (7) Using the autofocus function of the electron beam apparatus, the focus value Fv when the vertical line looks the clearest is obtained for the box pattern. As described above, if the irradiation beam shape is circular, Fv1 and Fh1 should be the same, so the focus value to be obtained is considered to be between Fv1 and Fh1. Therefore, here shaking correction voltage V X the average value Fo = (Fv1 + Fh1) / 2 of Fv1 and Fh1 as the initial value, determine the longitudinal best focus value Fv2.

(8)次に横方向の調整を行う。Fv2のときのX軸方向の補正電圧であるVX2を固定した状態で、非点収差調整器28の多極子のうち横方向の非点収差を補正する補正電圧Vを振って横方向のラインが最もクリアに見えるときのフォーカス値Fh2を求める。 (8) Next, horizontal adjustment is performed. With the correction voltage V X2 , which is the correction voltage in the X-axis direction at the time of Fv2, fixed, the correction voltage V Y for correcting the astigmatism in the horizontal direction among the multipole elements of the astigmatism adjuster 28 is shaken to change the horizontal direction The focus value Fh2 when the line looks the clearest is obtained.

以下、更に線幅の小さい(例えば130nmの)ボックス・パターンについて(5)から(8)のプロセスを繰り返して電子ビームの非点収差を補正する。このプロセスは実際の検査対象の線幅等を考慮して繰り返される。   Thereafter, the process (5) to (8) is repeated for a box pattern having a smaller line width (for example, 130 nm) to correct the astigmatism of the electron beam. This process is repeated in consideration of the line width of the actual inspection object.

なお、本実施の形態では、非点収差調整器28の多極子、すなわち補正電極として4極子のものを用いたが、8極子、12極子である場合には、X軸及びY軸の直交する2軸だけでなく多軸方向において補正が可能であるから、1つのボックス・パターンのみで電子ビーム形を十分に円形のものに補正することができる場合がある。   In the present embodiment, a multipole of the astigmatism adjuster 28, that is, a quadrupole is used as the correction electrode. However, in the case of octupole and twelve, the X axis and the Y axis are orthogonal to each other. Since correction is possible not only in two axes but also in a multi-axis direction, the electron beam shape may be corrected to a sufficiently circular shape with only one box pattern.

一般に、非点収差調整が不十分なときには差ΔF(=Fv1−Fh1)は或る値を持つが、非点収差調整が進むにつれて差ΔFは減少していき、X軸方向及びY軸方向のパターンの解像度が上がっていく。図5は、補正電圧V、Vの大きさとオートフォーカス評価値Fh又はFvとの相関を示している。図から、オートフォーカス評価値は或る補正電圧値において最大になることが分かる。 In general, when the astigmatism adjustment is insufficient, the difference ΔF (= Fv1−Fh1) has a certain value. However, as the astigmatism adjustment proceeds, the difference ΔF decreases, and the difference between the X-axis direction and the Y-axis direction. The resolution of the pattern goes up. FIG. 5 shows the correlation between the magnitudes of the correction voltages V X and V Y and the autofocus evaluation value Fh or Fv. It can be seen from the figure that the autofocus evaluation value becomes maximum at a certain correction voltage value.

オートフォーカス機能を利用して、上記のステップにより、ライン及びスペースの幅が180nm、150nm、130nmのボックス・パターンを用いて順に非点収差調整を行ったときのFvとFhとの推移を図6に示す。なお、図において「180L&S調整後」は、ラインとスペースの幅が180nmであるボックス・パターンについて非点収差調整を行った後の状態であることを示し、「150L&S調整後」及び「130L&S調整後」も同様の意味である。図6に示すように、ライン幅の小さいボックス・パターンを用いて非点収差調整する毎にFvとFhとの差ΔFが小さくなり、130nmのライン幅のボックス・パターンでの非点収差調整後に差ΔFがゼロに収束してXY両方向において良好な解像度が得られた。   FIG. 6 shows the transition of Fv and Fh when the astigmatism adjustment is performed in order using the box pattern with the line and space widths of 180 nm, 150 nm, and 130 nm by the above steps using the autofocus function. Shown in In the figure, “after 180 L & S adjustment” indicates a state after the astigmatism adjustment is performed for a box pattern having a line and space width of 180 nm, and “after 150 L & S adjustment” and “after 130 L & S adjustment”. "Has the same meaning. As shown in FIG. 6, every time astigmatism adjustment is performed using a box pattern with a small line width, the difference ΔF between Fv and Fh decreases, and after astigmatism adjustment with a box pattern with a line width of 130 nm. The difference ΔF converged to zero, and good resolution was obtained in both XY directions.

図7は、図6における調整を行ったときの各ボックス・パターンにおけるV、Vを示している。なお、図中のα=tan−1(V/V)であり、Rは強度である。図7において、V、Vの単位はボルトであり、αの単位は度である。以上の3つの異なるライン幅のボックス・パターンを用いた非点収差調整を完了するのに約20秒を要しただけであった。 FIG. 7 shows V X and V Y in each box pattern when the adjustment in FIG. 6 is performed. In the figure, α = tan −1 (V Y / V X ), and R is the intensity. In FIG. 7, the units of V X and V Y are volts, and the unit of α is degrees. It only took about 20 seconds to complete the astigmatism adjustment using the above three different line width box patterns.

上記の説明から理解されるように、本発明は、試料に形成されたパターンから取得した画像のオートフォーカス評価値を利用して非点収差調整のための最適な補正電圧を求めるようにしたので、従来よりも簡単なアルゴリズムで且つ迅速に非点収差調整を完了することができる。   As understood from the above description, the present invention obtains the optimum correction voltage for astigmatism adjustment using the autofocus evaluation value of the image acquired from the pattern formed on the sample. Astigmatism adjustment can be completed quickly with a simpler algorithm than before.

本発明に係る電子ビーム装置の一つの実施の形態の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of one Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る電子ビーム装置の他の実施の形態の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of other embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. (A)はボックス・パターンの一例を示し、(B)は一つの方向に広がった電子ビームの断面形状が非点収差調整時に補正電圧と共にどのように変化するかを示す概念図である。(A) shows an example of a box pattern, and (B) is a conceptual diagram showing how the cross-sectional shape of an electron beam that spreads in one direction changes with the correction voltage during astigmatism adjustment. 一般的な電子ビームの断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of a general electron beam. 図1及び図2に示す電子ビーム装置における補正電圧値とオートフォーカス評価値との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the correction voltage value and autofocus evaluation value in the electron beam apparatus shown in FIG.1 and FIG.2. 図1及び図2に示す電子ビーム装置を用いて行った非点収差調整時の、パターンのライン幅とフォーカス値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the line width of a pattern, and a focus value at the time of astigmatism adjustment performed using the electron beam apparatus shown in FIG.1 and FIG.2. 図6における非点収差調整時に用いた補正電圧値と方位角とを示すグラフである。It is a graph which shows the correction voltage value and azimuth which were used at the time of astigmatism adjustment in FIG. (A)及び(B)は非点収差調整を説明する概念図である。(A) And (B) is a conceptual diagram explaining astigmatism adjustment. 方位角と補正電圧とに応じて電子ビームの断面形状がどのように変化するかを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows how the cross-sectional shape of an electron beam changes according to an azimuth and a correction voltage.

100、200:電子ビーム装置
101、201:電子ビーム射出部
102:一次光学系
103:二次光学系
104、203:二次電子検出部
105、204:非点収差調整部
14、26:検出器
15、27:画像処理部
16、28:非点収差制御器
17、29:非点収差調整器
202:電子光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200: Electron beam apparatus 101, 201: Electron beam emission part 102: Primary optical system 103: Secondary optical system 104, 203: Secondary electron detection part 105, 204: Astigmatism adjustment part 14, 26: Detector 15, 27: Image processing unit 16, 28: Astigmatism controller 17, 29: Astigmatism adjuster 202: Electro-optical system

Claims (5)

電子ビームの非点収差調整を行うための多極子を含む非点収差調整手段を有する電子光学系を備えた電子ビーム装置において、電子ビームを試料に照射し、該試料から放出される反射電子や後方散乱電子を含む二次電子を検出することによって電子ビームの非点収差調整を行う方法であって、In an electron beam apparatus including an electron optical system having an astigmatism adjusting unit including a multipole element for adjusting astigmatism of an electron beam, a reflected electron emitted from the sample is irradiated with the electron beam. A method for adjusting astigmatism of an electron beam by detecting secondary electrons including backscattered electrons,
(a)前記試料に縦方向及び横方向に形成されたラインを含む第1のパターンの画像を取得する工程と、(A) acquiring an image of a first pattern including lines formed in the vertical direction and the horizontal direction on the sample;
(b)前記電子光学系を調整して、前記画像における縦方向のラインの鮮鋭度が最大になるときの第1の補助電圧を求める工程と、(B) adjusting the electron optical system to obtain a first auxiliary voltage when the vertical line sharpness in the image is maximized;
(c)前記第1の補助電圧を前記多極子に印加して前記電子ビームの断面形状を調整する工程と、(C) applying the first auxiliary voltage to the multipole to adjust the cross-sectional shape of the electron beam;
(d)前記縦方向のラインが最もクリアに見えるときの前記第1の補助電圧を固定した状態で前記電子光学系を調整して、前記画像における横方向のラインの鮮鋭度が最大になるときの第2の補助電圧を求める工程と、(D) When the electron optical system is adjusted with the first auxiliary voltage fixed when the vertical line looks the clearest, and the sharpness of the horizontal line in the image is maximized Obtaining a second auxiliary voltage of:
(e)前記第2の補助電圧を前記多極子に印加して前記電子ビームの断面形状を、前記縦方向のラインの鮮鋭度と前記横方向のラインの鮮鋭度との差を最小にするように調整する工程と、(E) Applying the second auxiliary voltage to the multipole so as to minimize the difference between the vertical line sharpness and the horizontal line sharpness in the cross-sectional shape of the electron beam. Adjusting the process to
(f)上記工程(a)〜(e)を、前記第1のパターンのラインよりも線幅の小さいラインを有するパターンに対して順次行う工程と、(F) sequentially performing the steps (a) to (e) on a pattern having a line having a smaller line width than the line of the first pattern;
を備えることを特徴とする方法。A method comprising the steps of:
請求項1に記載の方法であって、前記多極子が前記電子ビームの光軸を中心として対向する複数対の電極又はコイルを備えることを特徴とする方法。The method according to claim 1, wherein the multipole comprises a plurality of pairs of electrodes or coils facing each other about the optical axis of the electron beam. 請求項2に記載の方法であって、前記電極が、前記縦方向のラインに対するフォーカス値を調整するための第1の補助電極と、前記横方向のラインに対するフォーカス値を調整するための第2の補助電極とを含むことを特徴とする方法。3. The method according to claim 2, wherein the electrode has a first auxiliary electrode for adjusting a focus value for the vertical line and a second for adjusting a focus value for the horizontal line. And a supplementary electrode. 請求項1〜3のうちのいずれか一つに記載の方法であって、前記光学系のオートフォーカス機能を利用して自動的に行うことを特徴とする方法。The method according to claim 1, wherein the method is automatically performed using an autofocus function of the optical system. 請求項1〜4のうちのいずれか一つに記載の方法を用いて、プロセス途中の前記試料の評価を行うことを特徴とする方法。The method according to claim 1, wherein the sample is evaluated during the process using the method according to claim 1.
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