| 【発明の名称】 |
電子顕微鏡 |
| 【発明者】 |
【氏名】高見 尚
【氏名】大高 正
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 試料への電子線照射電流を測定する手段と、基準となる電子線ドーズ量を登録する手段と、前記測定された電子線照射電流及び観察倍率に基づいて試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量が前記登録された電子線ドーズ量に到達するまでの許容時間を演算する手段と、当該手段で演算された許容時間を表示する表示手段とを備えることを特徴とする電子顕微鏡。 【請求項2】 試料への電子線照射電流を測定する手段と、基準となる電子線ドーズ量を登録する手段と、前記測定された電子線照射電流及び観察倍率に基づいて試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量が前記登録された電子線ドーズ量に到達するまでの許容時間を演算する手段と、当該手段によって演算された許容時間を表示する表示手段と、前記倍率或いは前記照射電流を変更する手段と、当該手段によって前記倍率或いは照射電流を変更した際の前記許容時間を前記表示手段に表示することを特徴とする電子顕微鏡。 【請求項3】 試料への電子線照射電流を測定する手段と、基準となる電子線ドーズ量を登録する手段と、前記測定された電子線照射電流及び観察倍率に基づいて試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量が前記登録された電子線ドーズ量に到達するまでの許容時間を演算する手段と、前記試料上の観察領域への電子線照射時間を測定する計時手段と、前記登録された電子線ドーズ量から演算された許容時間と前記計時手段によって測定された電子線照射時間とを対比して逐次表示する手段とを備えることを特徴とする電子顕微鏡。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡に関し、特に試料汚損を防ぐのに好適な手段を備える電子顕微鏡に関する。 【0002】 【従来の技術】半導体デバイスなど微細加工製品のパターン幅測長や外観検査を行うのに、走査型電子顕微鏡などの電子顕微鏡が用いられるが、これら微細加工製品(以下、試料という)に電子線を照射すると試料汚損を生じる。この試料汚損は、試料からの放出ガスあるいは試料近傍の雰囲気中に存在する微量のCO2やH2Oが電子線照射によって分解・再結合し、カーボンや炭化水素の皮膜となって試料表面に堆積することによるものであると考えられている。この電子線照射による試料汚損が、例えば半導体集積回路の製作工程中でフォトレジストパターン上に生じると、次工程の露光、エッチングなどの障害となり、集積回路としては不良品となることがある。また、観察すべきパターンの外形も試料汚損によって変化してしまうため、計測値が不正確になってしまうという問題もある。 【0003】この試料汚損を防ぐため、あるいはたとえ汚損が生じたとしてもプロセスに悪影響を及ぼすことのない範囲にとどめるためには、次式(1)で表される電子線照射量(以下、ドーズ量という)を最少限度に抑える必要がある。 ドーズ量=単位面積当たりの照射電流×照射時間 (1) 【0004】従来、ドーズ量を少なくするためには、Semiconductor World 1985.8, p.107に報告されているように、ビームブランキングを用いて不要な電子線照射を避けたり、画像処理によりS/N比を向上させ、少ないドーズ量で高画像を得るなどの方法がとられている。また、近年のパターン幅測長機能を有する電子顕微鏡では、画像処理技術を用いて、視野選択、像調整、測長などをCPU制御することで、ドーズ量を最小とすることができる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】一方、オペレータが手動で像調整をする場合や、外観検査装置として電子顕微鏡を使用する場合は、S/N比を損なわない程度に照射電流を小さくすることでドーズ量を少なくしているのが現状であり、電子線が照射される面積や、照射時間については考慮されていない。本発明は、視野選択、像調整、外観検査をオペレータが手動で行う場合でも、ドーズ量を管理し、試料汚損を最低限に抑えるための機能を備える電子顕微鏡を提供することを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、本発明の第1の態様による電子顕微鏡は、試料への電子線照射電流を測定する手段と、試料上の観察領域への電子線照射時間を測定する計時手段と、前記測定された電子線照射電流、電子線照射時間及び観察倍率に基づいて観察領域に照射された電子線ドーズ量を演算する手段とを備えることを特徴とする。 【0007】前記電子顕微鏡は、さらに演算された電子線ドーズ量を逐次表示する手段、基準となる電子線ドーズ量を登録する手段、あるいは登録された電子線ドーズ量と試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量とを対比して逐次表示する手段等を備えることができる。ドーズ量の表示は、その数値を直接表示しても良いが、基準量に対する割合として表示する方が分かりやすくて好ましい。ドーズ量の登録は、その絶対値を直接入力して行っても良いし、プローブ電流、倍率、照射時間等のパラメータのセットを入力することによって行っても良い。 【0008】また、試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量が登録された電子線ドーズ量を超えたとき、試料への電子線照射を中止する手段を備えることもできる。あるいは、前記電子顕微鏡は、基準となる電子線ドーズ量を登録する手段と、測定された電子線照射電流及び観察倍率に基づき試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量が登録された電子線ドーズ量に到達するまでの許容時間を演算する手段を備えることができる。この場合、登録された電子線ドーズ量から演算された許容時間と、前記計時手段によって測定された電子線照射時間とを対比して逐次表示する手段を備えるのが好ましい。 【0009】また、本発明の第2の態様による電子顕微鏡は、試料への電子線照射電流を測定する手段と、試料上の観察領域への電子線照射時間を測定する計時手段と、基準となる電子線照射時間及び観察倍率を登録する手段と、登録された電子線照射時間と計時手段によって測定された電子線照射時間とを対比して逐次表示する手段とを備えることを特徴とする。 【0010】また、本発明の第3の態様による電子顕微鏡は、試料への電子線照射電流を測定する手段と、試料上の観察領域への電子線照射時間を測定する計時手段と、基準となる電子線照射時間及び観察倍率を登録する手段と、前記計時手段によって測定された電子線照射時間が登録された電子線照射時間を超えたとき電子線照射を中止する手段とを備えることを特徴とする。 【0011】 【作用】本発明によると、実際の電子線照射電流と設定倍率と照射時間から試料上の観察領域に照射された電子線ドーズ量を逐次計算するので、正確なドーズ量を把握することができる。またドーズ量を表示することで、オペレータが実際のドーズ量、従って試料汚損の程度を知ることができ、ドーズ量の限界を超えた場合などにはオペレータが試料への電子線照射を止めることができる。登録するドーズ量として、その試料に対して許容されるドーズ量を用いれば、許容ドーズ量に対する実際のドーズ量の大小関係を表示により知ることができるので、オペレータは電子線照射を中止するタイミング、すなわち観察を中止するタイミングを決めることができる。 【0012】ある試料の許容ドーズ量は、その試料の材質やその試料がそれまでにどの様な処理を経たか等によっても異なるが、例えば次のようにして実験的に求めることができる。その試料上の構造物、例えばレジストパターンを所定のプローブ電流(例えば、2pA)を照射して、所定の倍率(例えば1万倍)で観察し続ける。観察を続けると、前述の試料汚損により例えばレジストのパターン幅が時間経過と共に次第に太くなって観察される。観察当初のレジストのパターン幅がdであり、許容されるパターン幅の増大量がΔdであるとすると、パターン幅がdからd+Δdに増大するまでの照射時間Tを計測する。この試料に対する許容ドーズ量は、これらのプローブ電流、倍率、照射時間から求めることができる。こうして求められた許容ドーズ量は、同一の構造を有し同一の処理を経た複数の試料に対し共通して使用することができる。 【0013】観察領域のドーズ量が登録されたドーズ量に達したら自動的に電子線照射を中止する機構を備える場合、登録するドーズ量としてその試料に許容されるドーズ量を用いれば、試料汚損を許容できる程度に抑えることができる。登録されたドーズ量と現在のドーズ量との対比表示を、許容される電子線照射時間に対して今までに使った照射時間あるいは残されている照射時間として時間表示すると、オペレータは観察時間という具体的な量で電子線照射を中止するタイミングを直感的に知ることができる。 【0014】また、照射電流と観察倍率が決められている時などには、ドーズ量は照射時間で管理できるので、登録する量としてドーズ量そのものに代えて試料に許容される照射時間を用いると、登録された照射時間と実際の照射時間を比較するだけで、ドーズ量の計算をするという手間を省いて同様の効果を得ることができる。 【0015】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図1は、本発明による電子顕微鏡の概略構成図である。図1において、電子線の制御、たとえば照射電流の測定や増減、照射時間の管理、倍率の管理、フォーカス制御、ビームブランキング制御などは、CPU1から、電子銃制御回路2、電子光学系制御回路3などを通して行われる。またCPU1には、基準となる任意のドーズ量や照射時間、観察倍率を複数個登録でき、ドーズ量や照射時間の演算または演算結果の比較を実施する。 【0016】試料4への照射電流を測定するために、ファラディーカップ5が設けられている。偏向電極6に電圧を印加し、試料4に照射される全電子線をファラディーカップ5へ照射することで、電流検出回路7により試料への照射電流を測定することができる。偏向電極6はまた、試料への電子線照射を中止するためのビームブランキング手段としても用いられる。従って偏向電極6は静電形に限らず、電磁形の偏向コイルのようなものでも良い。ビームブランキング手段としてビーム偏向手段に代えて真空遮断弁11のような機構を用いることもできる。試料4から発生された二次電子などの信号は、検出部8で検出され、増幅部9で増幅されたのち画像表示装置10に画像として表示される。この画像表示装置10にはまた、ドーズ量や照射時間も表示される。これらの表示は、画像表示専用の画像表示装置10に表示する代わりに、操作画面も表示できる操作用表示装置のようなものに表示しても良い。 【0017】次に、図2のフローチャートを用いて、図1の電子顕微鏡の機能及び操作方法の一実施例を説明する。偏向電極6に電圧を印加し、全電子線をファラディーカップ5に照射して照射電流の測定を行いながら(S21)、CPU1により電子銃制御回路2を制御して、照射電流が所望の値となるように設定する。続いて観察視野を設定し、倍率を設定して観察を開始する(S22)。観察開始と同時に照射時間のカウントが開始される。CPU1は、測定された照射電流、設定倍率及び照射時間からドーズ量を計算し(S23)、画像表示装置10などに結果を逐次表示する(S24)。観察の途中で照射電流を変更したり(S25)、倍率を変更すること(S26)もあるが、その場合でも変更されたパラメータを用いてドーズ量の計算を続け、積算のドーズ量を逐次表示する。なお、照射電流を変更した場合には、ファラディーカップ5を用いて照射電流を再度測定し、この測定された照射電流値をドーズ量の計算に利用する。 【0018】走査型電子顕微鏡の場合、たとえば照射電流が2pAと設定され、倍率が1万倍と設定されたとする。画像表示装置10の表示部の大きさが200mm×200mmとすると、電子線照射の面積は、20μm×20μmとなる。今、一画面を走査するのに20msec必要とするならば、1sec当たりのおおよその電子線照射面積は20μm×20μm×50=20000μm2であり、ドーズ量は(1)式より(2pA/20000μm2)×照射時間secとなる。 【0019】次に、設定倍率を2万倍に変更すると、電子線照射の面積は10μm×10μmとなり、上述と同様1sec当たりのおおよその電子線照射面積は10μm×10μm×50=5000μm2であり、この時のドーズ量は(1)式より(2pA/5000μm2)×照射時間secとなる。この場合の積算のドーズ量は、1万倍の時の積算のドーズ量に、2万倍での積算のドーズ量を加算した値となる。これらの計算はCPU1で計算され、画像表示装置10に表示される。 【0020】照射電流を変更した場合も、(1)式によりドーズ量を計算し、照射電流変更前のドーズ量に変更後のドーズ量を加算した値が積算のドーズ量として表示される。このように、倍率、照射電流を変更した場合でも、常に電子線が照射されている部分の積算のドーズ量を求めることができ、この積算のドーズ量を適当な時間間隔で逐次表示することで、オペレータは試料汚損とドーズ量についての既知の関係から電子線照射を中止すべき適切なタイミングを知ることができる。 【0021】一般に電子顕微鏡では、低倍率で視野を探して徐々に倍率を上げ、高倍率で観察や測長を行う。そして、上述の計算から示唆されるように、低倍率では電子線照射の面積が大きいため単位面積当たりのドーズ量は少ない。従って、積算のドーズ量を計算するタイミングを特定の倍率、例えば5千倍以上で計算を開始するというようにしても良い。ステージ位置やビームシフト量を検出する手段を有する電子顕微鏡では、全く新しい視野に変わった場合など、積算のドーズ量をゼロにリセットし、その新しい視野に対するドーズ量を新たに計算させるという方法も考えられる。図3は、視野が変わった場合のドーズ量計算の仕方についての実施例を示している。 【0022】図3の流れに沿って説明すると、まず最初の観察位置にステージを移動し、その視野の座標を計算してメモリAに登録する。例えば、図4のように、現在観察や測長をしている視野のステージ座標が(X,Y)=(100000μm,100000μm)、ビームシフト量が(X,Y)=(10μm,−10μm)とすると、ステージ座標に換算した視野中心の座標は、(X,Y)=(100000+10μm,100000−10μm)=(100010μm,99990μm)となる。また、倍率が1万倍とすると、電子ビームの照射される視野の一辺の長さは、前述のケースであると200μmであるため、ステージ座標に換算した視野の四隅の座標は(99910μm,100090μm),(100110μm,100090μm),(99910μm,99890μm),(100110μm,99890μm)となる。そして、その視野で試料の観察や測長を行い、図2の場合と同様にして積算ドーズ量を計算し、表示する(S31)。 【0023】次に、ステージを移動し、観察視野を変更した場合には、ドーズ量の計算を一時ストップする(S32)。そして、ステージ座標、ビームシフト量、倍率から上記と同様の計算により、ステージ座標に換算した、視野の四隅の座標を計算し、その座標をメモリBに登録する(S33)。続いて、メモリAに登録された座標とメモリBに登録された座標を対比する(S34)。その結果、メモリBに登録した四隅の座標全てがメモリAに登録した移動前視野の四隅の座標内に入っていなければ、視野の重なりがない新しい視野と判断できるため、積算のドーズ量をリセットし(S35)、新しい視野でのドーズ量を計算しゼロから積算を始めて表示する(S36)。移動前後の視野に重なりがある場合には、そのままドーズ量を積算し、表示する(S37)。再び視野を移動した場合には、ドーズ量計算を一時ストップし(S38)、メモリBの座標をメモリAに移し変える(S39)。その上で、新しい視野の座標を計算してメモリBに登録し(S33)、以下同様の手順を繰り返す。 【0024】このようにすると、視野が変わった場合でもその視野に対する積算のドーズ量を知ることができる。反対に、視野が重なっていると判断される場合には、ドーズ量はゼロリセットされずにそのまま積算のドーズ量が計算される。図3は、視野変更前後の座標を記憶する例であるが、観察や測長をした全ての視野の座標と、その座標に対応した積算のドーズ量をCPU1などのメモリに記憶しておけば、同じ視野を複数回観察、測長する場合に、前回の積算のドーズ量に加算して積算のドーズ量を計算することで、その視野における正確なドーズ量を知ることができる。 【0025】また、観察や測長の終了した試料に対し、例えば集積回路であればドーズ量の多いチップを調べ、そのチップは最終的な製品にしない、などの抜き取りをし、製品の歩留まりや信頼性を高めることができる。図5は、他の実施例を説明するフローチャートである。基準となるドーズ量はCPU1などに登録する(S51)。たとえば、試料表面に塗られたフォトレジストの種類によってもドーズ量に対する試料汚損の程度が異なるので、フォトレジストの種類ごとに許容されるドーズ量を登録しておけば、それぞれのフォトレジスに応じたドーズ量の基準を装置内に持つことになる。試料の観察時には、オペレータやより上位のCPUが試料の種類を選択することで、観察している試料に対応したその試料に許容されるドーズ量を呼び出すことができる(S52)。一方、観察が始まり、ある照射電流、設定倍率で電子線が試料に照射されると、図2で説明したのと同じ方法で、積算ドーズ量を計算し、表示する(S53〜S57)。 【0026】この試料観察による積算ドーズ量は、画像表示装置10などの表示装置に、登録されたドーズ量の近傍に逐次表示される。この表示によりオペレータは、観察中に積算されたドーズ量が許容ドーズ量に対して多いか少ないかを容易に知ることができ、多い場合には電子線照射を中止することができる。従って過度の電子線照射をすることがないので、試料汚損を許容範囲に抑えることができる。 【0027】ドーズ量の表示方法としては、ドーズ量をそのまま数値表示する方法に限らず、登録されたドーズ量に対する実際の積算ドーズ量の対比が一目で分かるような表示、例えば図6のように、登録されたドーズ量を100%とした場合の割合表示のようなものでも良い。図6は、表示装置10の表示画面20が画像表示部21とデータ表示部22に分かれている例を示している。画像表示部21には試料の拡大像が表示され、データ表示部22には照射電流の値や倍率等の情報が表示されている。データ表示部22の一部に、現在の積算ドーズ量が予め登録された許容ドーズ量100に対する割合としてグラフ表示25されている。グラフ表示25の斜線部が実際の積算ドーズ量を表し、積算ドーズ量が増すに従ってその面積が逐次増加するようになっている。 【0028】図7は、他の実施例を説明するフローチャートである。この例では、試料ごとに許容されるドーズ量を登録する(S71)。試料の観察時には、オペレータや上位のCPUにより試料に対応する許容ドーズ量を呼び出す(S72)。そして前記実施例と同様にして積算ドーズ量を計算し(S73,74)、積算された実際のドーズ量と許容ドーズ量とをCPU1で比較演算する(S75)。比較の結果、実際のドーズ量が登録されたドーズ量を上回っていることが判明すれば、偏向電極6に電圧を印加し電子線が試料に照射されないようにブランキングする(S78)。観察途中で、照射電流の変更(S76)、あるいは設定倍率の変更(S77)があった場合には、図2で説明したのと同様に、変更された値を反映させて積算ドーズ量の計算を続行する。 【0029】本実施例によると、比較演算の結果を用いて試料への電子線照射を自動的に中止することができるので、電子線による試料汚損をある一定の許容範囲に抑えることができる。特に倍率を上げた場合など、ドーズ量が急激に増えるので、オペレータがマニュアルで電子線照射を中止する場合よりも確実に過度の電子線照射を避けることができる。 【0030】再び図5を参照して、本発明の別の実施例を説明する。本実施例では、ドーズ量を照射時間に換算して表示する。前述のように、試料ごとに許容されるドーズ量を装置に登録する(S51)。たとえば、試料Sの登録されたドーズ量をXとする。Xは、オペレータやより上位のCPUにより選択され、CPU1において演算のできる状態となる(S52)。登録されたドーズ量に対応する照射時間は、(1)式を変形した次式(2)で表わすことができるので、ステップ54ではこの許容照射時間を計算する。。 照射時間=ドーズ量/単位面積当たりの照射電流 (2) 【0031】今、ステップ52で照射電流が2pAに設定され、ステップ53で倍率が1万倍と設定されたとする。また、画像表示装置10の表示画面の大きさが200mm×200mmならば、単位面積当たりの照射電流は、(2pA/20000μm2)となり、試料Sの許容される照射時間T1は(2)式よりT1=X/(2pA/20000μm2)secとなる。このT1が、照射電流2pA、倍率1万倍の時の許容照射時間となる。 【0032】画像表示装置10に、このT1と、その近傍に実際の照射時間tを表示することで(S55)、オペレータは観察時間がどれくらい残っているかを知ることができ、作業の目安とすることができる。また、照射時間tがT1を超えたならば、オペレータは電子線照射を中止することができるので、試料汚損を許容範囲に抑えることができる。画像表示装置10には、図8のように、数値表示箇所26を設けて電子線照射の可能な残り時間、すなわち(T1−t)を直接数字で表示しても良いし、図9のように、許容照射時間を100%として残り時間を割合表示しても良い。 【0033】本実施例において、設定倍率を変更した場合(S57)について説明する。今、実際の照射時間t1で観察倍率を2万倍に変更したとすると、t1までのドーズ量X1は、(1)式よりX1=(2pA/20000μm2)×t1となり、許容される残りのドーズ量X2は、X2=X−X1となる。倍率が2万倍になったことで、単位面積当たりの照射電流が(2pA/5000μm2)となるので、2万倍以降の許容照射時間T2は(2)式より、T2=X2/(2pA/5000μm2)secとなる。上記と同様に、T2と2万倍となってからの実際の照射時間や、電子線照射の可能な残り時間(T2−t)などを画像表示装置10に表示することで、オペレータは観察時間の目安を知ることができ、試料汚損の許容できる範囲で電子線照射を中止することができる。また照射電流を変更した場合(S56)でも、(2)式により新たに許容ドーズ量から許容照射時間をCPU1で計算し、上述のように画像表示装置10に表示することで、オペレータは観察時間の目安と電子線照射を中止するタイミングを知ることができるため、試料汚損を許容範囲内に抑えることができる。 【0034】本発明の別の実施例によると、試料ごとに許容され得る基準の照射時間と観察倍率をCPU1などに登録する。観察時には、オペレータやより上位のCPUが試料を選択し、登録された照射時間の中から試料に対応するものが呼び出される。照射電流が設定され、倍率が登録されている観察倍率になった時点で、CPU1は実際の照射時間のカウントを始める。画像表示装置10に、登録された照射時間と実際の照射時間を逐次表示することで、オペレータは可能な観察時間の目安を知ることができる。また、許容される照射時間を超えることなく電子線照射を中止することができるので、試料汚損を許容範囲内に抑えることができる。画像表示装置10には、登録された照射時間に対する実際の照射時間の割合を逐次表示しても良く、また観察できる残りの照射時間すなわち(登録された許容照射時間−実際の照射時間)を逐次表示しても上記と同等の効果がある。 【0035】さらに他の実施例によると、試料ごとに許容される照射時間と観察倍率を登録する。倍率が登録されている観察倍率になった時点から、登録されている照射時間と実際の照射時間をCPU1で逐次比較演算し、たとえば実際の照射時間が登録された照射時間を上回れば、偏向電極6に電圧を印加し電子線が試料に照射されないようにブランキングする。このように比較演算の結果で試料への電子線照射を自動的に中止することで、電子線照射による試料汚損を確実にある一定の範囲内に抑えることができる。 【0036】 【発明の効果】本発明によると、電子顕微鏡による試料の観察や測長に際して電子線ドーズ量を管理し、試料汚損を許容範囲内に抑えることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000005108 【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成7年8月7日(1995.8.7) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100091096 【弁理士】 【氏名又は名称】平木 祐輔
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| 【公開番号】 |
特開2002−56793(P2002−56793A) |
| 【公開日】 |
平成14年2月22日(2002.2.22) |
| 【出願番号】 |
特願2001−171084(P2001−171084) |
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