JP2015064289A - パターン計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線照射によって生じる試料帯電の影響で、二次電子の軌道が偏向する現象を防ぎ、高精度にパターンの側壁角度及び三次元形状を計測可能なパターン計測方法及び装置を提供する。【解決手段】電子検出器１８と試料であるパターン１７との間に、パターン１７から放出される二次電子の軌道を制御する電極１９を設ける。そして、左右の電子検出器１８によって取得される二次電子の量に基づく画像の輝度値の差に応じて、電極１９に印加する電圧値を変化させてパターンから放出される二次電子の軌道を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、パターン等の試料に電子線を照射して試料の観察や測定を行うパターン計測方法、及びその方法を実行するパターン計測装置に関する。

大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路パターンが微細化及び複雑化する傾向にある。微細な回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターンとしてのフォトマスクやレチクル（以下、これらをまとめてマスクと記述する）が必要となり、パターンの位置精度や寸法精度はますます厳しくなっている。

現在は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、ウェハ上にパターン転写する露光方式が主流であるが、より微細なパターン転写を実現するためには、露光光として、波長が１３．５ｎｍ近傍の極端紫外（Extreme Ultra-Violet：ＥＵＶ）光を用いたリソグラフィ（以下、ＥＵＶリソグラフィと記述する）技術が注目されている。このＥＵＶリソグラフィは、光源波長の特性のため、真空中で行われる必要がある。ＥＵＶの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は「１」よりもわずかに小さい値であり、光吸収性が非常に高い。このため、ＥＵＶリソグラフィにおいては、従来から用いられてきた屈折光学系を使用できず、反射光学系となる。従って、ＥＵＶマスクは、従来の透過型ではなく、反射型となる。

このように、ＥＵＶマスクが反射型のため、パターンの側壁角度計測や管理が重要となる。また、ＥＵＶマスク特有の欠陥として、基板上のピットやバンプ、異物等により生じる多層膜欠陥がある。また、これらの異物があると、多層膜の周期が乱れることにより正常部との位相差が生じて、いわゆる位相欠陥となる。そのため、位相欠陥の検査が重要となる。位相欠陥は、ウェハ上へのパターン転写に影響を及ぼし、この影響を正確に把握するためには、欠陥の幅や高さ等の三次元情報が必要となる。このように、ＥＵＶマスクでは、従来の二次元計測に加えて、三次元計測の必要性が高まっている。

パターンの寸法測定方法として、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する）による測定が行われている。ＳＥＭでは、電子線走査範囲内に入射電子を走査させながら照射し、シンチレータを介して試料から放出される二次電子を取得し、取得した電子の電子量を輝度に変換して表示装置に表示している。試料から放出される二次電子量は、パターン表面の凹凸に依存し、パターンエッジのような傾斜部から多量の二次電子が放出される。そのため、パターンエッジで輝度が明るい画像が得られ、画像を信号プロファイルに変換し、閾値法や微分傾斜法等でパターン寸法を計測する。

パターンの三次元計測装置としては、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと称する）、スキャトロメトリ、断面観察用ＳＥＭ、パターン測定用ＳＥＭ等ある。パターン測定用ＳＥＭでの三次元計測方法としては、電子線を傾斜させて観察する方法や、二次電子検出器を複数配置し、各検出器で捕らえた二次電子信号を使い、パターンの三次元計測を行う方法等がある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１３−２８７２号公報

しかし、上記ＳＥＭでは、試料を観察及び測定する際に電子線を照射するが、この電子線によって試料表面が帯電する現象が発生する。すなわち、試料に入射する荷電粒子が有する電荷と放出される荷電粒子が有する電荷との差によって、照射面が正又は負に帯電する。試料表面の帯電電位に伴って、放出された二次電子が加速されたり、試料に再び引き戻されたりして、二次電子の放出効率が変化する。その結果、検出される二次電子量が不安定になるという問題がある。

この試料の帯電により生じる現象の１つにドリフト現象がある。ドリフト現象とは、試料の観察中（電子線照射中）にパターン像が動いてしまう現象である。これは、試料表面あるいは試料上の空間中に形成された電界分布によって、電子線の軌道が曲げられることで起こると考えられ、パターン観察及び測定の際には極力排除することが望ましい。電子線の軌道が曲げられた状態で試料へ照射されると、パターンの設計座標からずれた位置でパターン画像が生成されるため、パターン計測の位置精度に影響を与え、正確な計測が行えないという問題がある。

このような電界分布は、試料から放出される二次電子の軌道にも影響を与える。上記特許文献１では、パターンの三次元計測に関する方法が記載されている。この方法は、電子線軸の周囲に複数の二次電子検出器を配置し、取得された信号同士を加算又は減算して計測する方法であるが、電界分布により二次電子の軌道が曲げられ、片側の検出器に二次電子が偏るような場合には、減算処理した信号形状に影響が出るため、正確な計測や観察ができない。よって、帯電が発生しやすいマスクでの計測方法としては不適である。

ＥＵＶマスクは、半導体基板上に回路パターンを転写する際に、生産性向上のためチップを高密度に配置すると、隣接するチップ間において、複数回に渡り多重露光される領域が存在する。多重露光される領域では転写寸法が変化する問題があり、これを解決するために、基板外周部に吸収層から多層反射層までを掘り込んだ溝（遮光枠）を形成し、露光光源波長に対する遮光性の高い構造のＥＵＶマスクが提案されている。

しかしながら、上述の遮光枠付きのＥＵＶマスクは、遮光枠の内外で電気的に絶縁した構造となるため、電子線を用いたＳＥＭによる計測時に帯電が発生しやすく、上述した悪影響を及ぼす。このため、精度良く計測するための方法が所望されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特に電子線照射により帯電が発生しやすいマスク等の試料においても、電子線照射によって生じる試料帯電の影響で二次電子の軌道が偏向する現象を防ぎ、高精度なパターン計測が可能な方法及び装置方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、マスク上のパターンに電子線を照射する工程と、電子線が照射されたパターンから放出される二次電子を検出する工程と、二次電子の軌道を電極によって制御する工程と、検出する工程で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する工程と、前記画像データからパターンの信号プロファイルを生成する工程と、前記信号プロファイルに基づいて、パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する工程とを備えることを特徴とする、マスク上のパターン計測方法である。

上述の検出する工程では、電子線の軸に対して線対称に設けられた複数の電子検出器によって二次電子を検出する手法を、適用することができる。
また、上述の制御する工程では、電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって取得される画像の輝度値の差、又は当該左右の電子検出器によって計測される電流値の差、のいずれかに基づいて電極に印加する電圧値を変化させることで、二次電子の軌道を制御する手法を、適用することができる。好ましくは、二次電子の軌道を制御する電極は、電子検出器とマスクとの間に複数個設けられている。

また、上記課題を解決するための本発明の第２の態様は、マスク上のパターンに電子線を照射する手段と、電子線が照射されたパターンから放出される二次電子を検出する手段と、二次電子の軌道を電極によって制御する手段と、検出する手段で検出された検出信号に基づいて画像データを生成する手段と、画像データからパターンの信号プロファイルを生成する手段と、信号プロファイルに基づいてパターンの側壁角度及び三次元形状を計測する手段とを備えることを特徴とする、マスク上のパターン計測装置である。

上記本発明によれば、電子線照射によって生じるマスク（試料）帯電の影響で二次電子の軌道が偏向する現象を防ぐことができるので、マスク上のパターンの側壁角度計測及び三次元形状計測を精度良く実施することが可能である。

本発明のパターン計測装置の一例である走査型電子顕微鏡装置の概略構成図 電子検出器間の画像の輝度値差と電極への印加電圧との関係を示す図 第１の実施形態に係るパターン計測方法の手順を示すフローチャート 第１の実施形態に係るパターン計測方法による二次電子の軌道制御を説明する図 電子検出器に電流計測手段を設けた構成例を示す図 電子検出器間の電流値差と電極への印加電圧との関係を示す図 第２の実施形態に係るパターン計測方法の手順を示すフローチャート 複数の電極を設けた走査型電子顕微鏡装置の構成例を示す図 実施例の反射型マスクを示す図 図９の反射型マスクに従来技術の計測方法を適用した場合の結果を示す図 本実施例における電子検出器間の画像の輝度値差と電極への印加電圧との関係を示す図 図９の反射型マスクに本発明のパターン計測方法を適用した場合の結果を示す図

以下、本発明によるパターン計測方法及び装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明のパターン計測方法を実行する装置の一例である走査型電子顕微鏡の構成を説明する概略図である。図１に示す走査型電子顕微鏡は、試料に電子線を照射して試料の観察や測定を行うものであり、電子鏡筒１０、制御演算部２０、ディスプレイ２１、電極制御部２２、信号処理部２３、データ演算部２４、及び出力部２５で構成されている。電子鏡筒１０は、電子銃１１と、引き出し電極１３と、コンデンサレンズ１４と、偏向器１５と、対物レンズ１６と、電子検出器１８とを備えている。電子鏡筒１０の下方（電子線の照射方向）には、試料であるパターン１７が載置されたステージ２６が配置されている。

電子鏡筒１０の内部において、電子銃１１は、電子を発生させる。電子銃１１から発生した電子は、引き出し電極１３で引き出され、コンデンサレンズ１４で集束されて電子線（一次電子線）１２となる。この電子線１２は、偏向器１５で照射方向が決められた後、対物レンズ１６による焦点合わせを経て、ステージ２６に載置されたパターン１７に照射される。この偏向器１５は、電子線１２がパターン１７上を走査して照射されるように電子線１２を偏向させると共に、偏向に応じた信号を制御演算部２０へ出力する。

電子鏡筒１０の電子銃１１と対向する電子線１２の照射口近傍には、電子線１２が照射されることによってパターン１７から放出される二次電子を検出する電子検出器１８が設けられている。この電子検出器１８は、電子線１２の軸（照射中心軸）に対して線対称の位置に複数設けられている。電子検出器１８の電子検出体には、例えばシンチレータと光電子増倍管とを用いることができる。シンチレータに正の電圧を印加することにより、パターン１７から放出された二次電子は電子検出器１８に引き込まれると同時に加速され、シンチレータに衝突する。そして、シンチレータの発光が光電子増倍管により増幅され、電子検出器１８の信号として検出される。この検出された信号は、制御演算部２０へ出力される。

制御演算部２０は、偏向器１５から偏向信号を、電子検出器１８から検出信号を、それぞれ入力する。そして、制御演算部２０は、偏向信号から得られる電子線１２の偏向位置と、検出信号から得られる二次電子の量とを同期させて、画像データ（ＳＥＭ画像）を生成し、ディスプレイ２１に電子像として表示させる。

また、制御演算部２０が生成した画像データ（ＳＥＭ画像）は、信号処理部２３によって信号処理され、またデータ演算部２４において、パターン１７の側壁角度計測や三次元形状計測等に応じて、各電子検出器１８で取得された信号の演算処理（加算、減算、微分、積分等）が行われる。これらの演算は、従来公知の計測方法により実施される。演算によって得られた計測結果は、出力部２５を介して出力される。

上述した本発明のパターン計測装置（走査型電子顕微鏡）における特徴は、電子検出器１８と試料であるパターン１７との間に、電子線１２が照射されたパターン１７から放出される二次電子の軌道を制御するための電極１９を設けていることにある。この電極１９は、電極制御部２２によって最適に制御される。

以下、上記構成による本発明のパターン計測装置によって実現されるパターン計測方法について、電極制御部２２による電極１９の制御方法を主体に説明を行う。
なお、説明を容易にするため、電子線１２の軸に対して線対称の位置に設けられている複数の電子検出器１８を、電子線１２の「左側の電子検出器１８」又は「右側の電子検出器１８」等と適宜表現している。また、複数の電極１９に関しても、電子検出器１８と同様に、「左側の電極１９又は「右側の電極１９」等と適宜表現している。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るパターン計測方法では、電極制御部２２が、電子検出器１８で検出された二次電子の量に基づく画像の輝度に応じて、電極１９を制御することを行う。具体的には、電極制御部２２は、電極１９に印加する電圧値を変化させることで、パターン１７から放出される二次電子の軌道を制御する。

例えば、試料（パターン１７）の帯電によって発生した電界分布により、一次電子線（電子線１２）の軸に対して左方向に二次電子を曲げるような力が働いた場合、一次電子線（電子線１２）の軸に対して左側に設置した左側検出器（電子検出器１８）に二次電子が多く入射する。そのため、左側検出器の画像の輝度は明るく表示される。一方、一次電子線（電子線１２）の軸に対して右側に設置した右側検出器（電子検出器１８）の画像の輝度は暗くなる。よって、画像の輝度を数値化し、左右画像の輝度値差がある閾値を超えた場合に、左側及び右側の電極（電極１９）に所定の電圧を印加する。

図２は、左右の電子検出器１８間の画像の輝度値差と電極１９に印加する電圧値との関係を示すグラフである。このように、左右画像の輝度値差が大きいほど、電極１９に印加する電圧を高くするように制御する。輝度値差の大きさと二次電子軌道の偏向量とは比例し、輝度値差が大きいほど、片側の電子検出器１８に二次電子が偏っていることを表している。また、パターン１７の帯電が無く、二次電子の軌道が偏向していない状態であっても、左右の電子検出器１８の画像に若干の輝度値差は生じることがある。観察するパターン１７や電子検出器１８に備え付けられた光電子増倍管の僅かな特性差が原因で起こる可能性もあるため、予め輝度値差の閾値を設定しておくことが好ましい。このように、輝度値差をモニタリングし、電極１９にフィードバック制御することで、二次電子の軌道を変化させ、パターン１７の帯電によって形成された電界分布の影響を受けずに、パターン１７が本来持つ信号を取得することができる。

次に、図３を参照して、本第１の実施形態に係るパターン計測方法について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係るパターン計測方法の手順を示すフローチャートである。

先ず、電子線１２が、パターン１７に照射される（ステップＳ１００）。電子線１２がパターン１７に照射されると、次に、左右の電子検出器１８が、パターン１７の表面から放出される二次電子をそれぞれ検出し、この検出した二次電子の量に基づいて画像とその輝度値をそれぞれ算出する（ステップＳ１０１）。輝度値が算出されると、次に、電極制御部２２が、左側の電子検出器１８で算出された輝度値と、右側の電子検出器１８で算出された輝度値との、輝度値差を算出する（ステップＳ１０２）。そして、電極制御部２２は、算出した輝度値差と予め定めた輝度値差の閾値とを比較する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３における比較の結果、算出した輝度値差が閾値より大きい場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、電極制御部２２が、左右の電極１９に所定の電圧を印加する（ステップＳ１０４）。具体的には、輝度値が大きい方の電子検出器１８と同じ側に設けられた電極１９に負電圧を印加し、輝度値が小さい方の電子検出器と同じ側に設けられた電極１９に正電圧を印加する。なお、印加する負電圧と正電圧は、絶対値が同じ値でも異なる値でもよい。これにより、図４に示すように、電極１９によって形成される電界分布の影響を受けて、パターン１７から放出され片側方向（図４の例では、右側）に偏向していた二次電子の軌道を制御し、電子検出器１８にバランス良く二次電子を導くことが可能となる。

このステップＳ１０１〜Ｓ１０４までの処理は、輝度値差が閾値以下になるまで繰り返し行われる。つまり、左右の電子検出器１８で取得される画像の輝度値を常時又は所定の間隔でリアルタイムに算出し（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）、左側の電子検出器１８と右側の電子検出器１８との輝度値差が閾値以下になるまで、電極１９に印加する電圧値を段階的に上昇（負電圧は絶対値を上昇）させる（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。そして、ステップＳ１０３における比較の結果、輝度値差が閾値以下となったところで（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るパターン計測方法では、電極制御部２２が、電子検出器１８で検出された電流値の差に応じて、電極１９を制御することを行う。具体的には、電極制御部２２は、電極１９に印加する電圧値を変化させることで、パターン１７から放出される二次電子の軌道を制御する。電流値は、例えば、電子検出器１８設置した電流計測手段の電流値をモニタすることで検出可能である。図５は、電子検出器１８に電流計測手段６６を設置した例を示す図である。

例えば、試料（パターン１７）の帯電によって発生した電界分布により、一次電子線（電子線１２）の軸に対して左方向に二次電子を曲げるような力が働いた場合、一次電子線（電子線１２）の軸に対して左側に設置した左側検出器（電子検出器１８）に二次電子が多く入射することになる。そのため、左側検出器（電子検出器１８）に設置した電流計（電流計測手段６６）の電流値が大きくなる。一方、一次電子線（電子線１２）の軸に対して右側に設置した右側検出器（電子検出器１８）に設置した電流計（電流計測手段６６）の電流値は小さくなる。よって、左右検出器の電流計（電流計測手段６６）の電流値差がある閾値を超えた場合に、左側及び右側の電極（電極１９）に電圧を印加する。

図６は、左右の電子検出器１８間に設置した電流計測手段６６の電流値差と電極１９に印加する電圧値との関係を示すグラフである。このように、電流値差が大きいほど、電極１９に印加する電圧を高くするように制御する。電流値差の大きさと二次電子軌道の偏向量とは比例し、電流値差が大きいほど、片側の電子検出器１８に二次電子が偏っていることを表している。それぞれの電子検出器１８の電流計測手段６６の電流値をモニタし、電流値差が小さくなるように電極１９に印加する電圧値を制御する。このように、電流値をモニタリングし、電極１９にフィードバック制御することでも、二次電子の軌道を変化させ、パターン１７の帯電によって形成された電界分布の影響を受けずに、パターン１７が本来持つ信号を取得することができる。

次に、図７を参照して、本第２の実施形態に係るパターン計測方法について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係るパターン計測方法の手順を示すフローチャートである。

先ず、電子線１２が、パターン１７に照射される（ステップＳ２００）。電子線１２がパターン１７に照射されると、次に、左右の電子検出器１８が、パターン１７の表面から放出される二次電子をそれぞれ検出し（ステップＳ２０１）、この検出された二次電子から左右の電流計測手段６６が電流値をそれぞれ計測する（ステップＳ２０２）。電流値が計測されると、次に、電極制御部２２が、左側の電子検出器１８に設置された左側の電流計測手段６６が測定した電流値と、右側の電子検出器１８に設置された右側の電流計測手段６６が測定した電流値との、電流値差を算出する（ステップＳ２０３）。そして、電極制御部２２は、算出した電流値差と予め定めている電流値差の閾値とを比較する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４における比較の結果、算出した電流値差が閾値より大きい場合には（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、電極制御部２２が、左右の電極１９に所定の電圧を印加する（ステップＳ２０５）。具体的には、電流値が大きい方の電子検出器１８と同じ側に設けられた電極１９に負電圧を印加し、電流値が小さい方の電子検出器１８と同じ側に設けられた電極１９に正電圧を印加する。なお、印加する負電圧と正電圧は、絶対値が同じ値でも異なる値でもよい。これにより、上述の第１の実施形態と同様に、電極１９によって形成される電界分布の影響を受けて、パターン１７から放出され片側方向に偏向していた二次電子の軌道を制御することが可能となる。

このステップＳ２０１〜Ｓ２０５までの処理は、電流値差が閾値以下になるまで繰り返し行われる。つまり、左右の電子検出器１８に設置された電流計測手段６６の電流値を常時又は所定の間隔でリアルタイムにモニタリングし（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）、左側の電流計測手段６６と右側の電流計測手段６６との電流値差が閾値以下になるまで、電極１９に印加する電圧値を段階的に上昇（負電圧は絶対値を上昇）させる（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）。そして、ステップＳ２０４における比較の結果、電流値差が閾値以下となったところで（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

なお、図８のように、パターン１７から放出される二次電子の軌道を制御するための電極１９は、電子線１２の軸に対して線対称の位置に一対ではなく、電子線１２の軸方向に複数設置するようにしてもよい。電極１９を複数配置し、二次電子の軌道を制御する電極を選択的にすることで、パターン１７の帯電により形成された電界分布の影響に対して、より高精度で制御することが可能となる。

以下、本発明のパターン計測方法について具体的な実施例を示す。なお、本実施例による効果を明示するために、従来技術の計測方法での計測も行い、双方の計測結果を比較した。

図９（ａ）に示す反射型マスクブランクスを用意した。このマスクブランクスは、光学研磨された大きさ６インチ角の合成石英基板１の上に、厚さ２．８ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）と厚さ４．２ｎｍのシリコン（Ｓｉ）からなる４０ペアの多層反射層２が積層され、多層反射層２の上に厚さ２．５ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）保護層３が積層され、保護層３の上に厚さ７０ｎｍのタンタルホウ素窒化物（ＴａＢＮ）とタンタル酸化物（ＴａＯ）からなる吸収層４が積層された構造である。裏面には、窒化クロム（ＣｒＮ）からなる導電層５が成膜されている。

このマスクブランクスに対し、電子線レジストを塗布し、電子線描画装置でパターンを描画し、現像してレジストパターンを形成した後、塩素と酸素との混合ガスで吸収層４をドライエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、図９（ｂ）に示すパターンを有する反射型マスクを作製した。

次に、この反射型マスクの外周に遮光枠６を形成した。まず、反射型マスクにｉ線レジストを塗布し、ｉ線描画機により遮光枠６のパターンを描画し、現像してレジストパターンを形成した後、ドライエッチングし、吸収層４と保護層３と多層反射層２とをエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、図９（ｃ）に示す遮光枠６を設けた反射型マスクを作製した。

まず、この遮光枠６付き反射型マスクについて、従来技術の計測方法を適用した場合の結果を示す。
遮光枠６付き反射型マスクのパターン側壁角度計測及び三次元形状計測を実施した。設計寸法２００ｎｍのラインパターンの側壁角度を計測したところ、ラインパターンの左エッジが８０．２度、右エッジが８８．６度と計測され、左右エッジの角度差が顕著であった。別途、図示しないＡＦＭを用いて、このラインパターンの側壁角度を計測したところ、左エッジが８５．８度、右エッジが８６．１度と計測され、左右エッジの側壁角度はほぼ同等であった。そのため、ＳＥＭによる計測が、電子線照射によって生じる帯電によって、精度良くできていないことが分かった。

図１０（ａ）に、ラインパターン計測時の左右の電子検出器１８で取得された信号形状を示す。左側の電子検出器１８の信号において、ラインパターンの左右エッジに相当する２つのピークＰ１とＰ２との大きさには、差がほとんど無い。一般的に、エッジに対向する電子検出器には二次電子が多く入射するため（本実施例においては、ラインパターンの左エッジから放出される二次電子は、左側の電子検出器１８に多く入射する）、パターンの左右エッジのピークの大きさには明確な差が生じる。しかし、パターン１７の帯電による影響を受け、二次電子の偏向が発生したため、図１０（ａ）の信号形状は上記のようにならなかった。また、右側の電子検出器１８の全体的な信号強度は、左側の電子検出器１８に比べて低くなっており、二次電子の軌道が左側の電子検出器１８の方向に偏っていることが分かる。

図１０（ｂ）は、左側の電子検出器１８の信号から右側の電子検出器１８の信号を差し引いた差分信号を積分処理した信号を表している。差分信号にはパターン１７組成の影響が相殺され、表面の凹凸の信号のみが抽出されるため、上述の差分信号を積分すると、パターン１７の断面形状に相当する信号プロファイルが得られる。しかし、図１０（ｂ）は、パターン１７の断面形状とは全く異なるものとなった。

次に、上記遮光枠６付き反射型マスクについて、本発明のパターン計測方法を適用した場合の結果を示す。
設計寸法２００ｎｍのラインパターンに電子線を照射し、左右の電子検出器１８の画像輝度値を算出したところ、左側の電子検出器１８の輝度値が７３．３で、右側の電子検出器１８の輝度値が３０．１であり、輝度値差が４３．２であった。予め設定した輝度値差の閾値（３．５）に対して、輝度値差が大きかったため、電極１９に電圧を印加した。左側の電子検出器１８と同じ側に設けられた左側の電極１９に負電圧を、右側の電子検出器１８と同じ側に設けられた右側の電極１９に正電圧を、それぞれ印加した。各電子検出器１８の画像の輝度値をリアルタイムに算出し、左右の電子検出器１８間の輝度値差が閾値以下になるまで、電極１９に印加する電圧値を上昇させた。輝度値差と電極１９の印加電圧との関係を図１１に示す。電極１９の電圧値を上昇させるに従い輝度値差は低下していき、印加電圧が８７Ｖに達したところで、輝度値差が閾値以下となったため、電極１９による二次電子軌道の調整を終了した。

次に、この状態でラインパターンの側壁角度を計測したところ、ラインパターンの左エッジが８５．７度、右エッジが８５．９度と計測され、左右エッジの側壁角度はほぼ同等であった。また、ＡＦＭの計測値ともほぼ一致しており、精度良く計測できていることを確認した。

図１２（ａ）に、左右の電子検出器１８の信号形状を示す。左側の電子検出器１８の信号において、ラインパターンの左エッジに相当するピークＰ３の大きさが右エッジに相当するピークＰ４の大きさに比べて大きい。右側の電子検出器１８の信号はその逆となる。一般的に、エッジに対向する電子検出器には二次電子が多く入射するため、この信号形状は正常に計測できている状態と言える。また、左右の電子検出器１８の信号強度はほぼ同等であり、左右方向に均等に二次電子が放出されていることが分かった。

図１２（ｂ）は、左側の電子検出器１８の信号から右側の電子検出器１８の信号を差し引いた差分信号を、積分処理した信号を表している。ラインパターンの断面形状を精度良く再現している。

本実施例で示したように、パターン１７から放出される二次電子の軌道を電極１９によって制御することにより、パターン１７が本来持つパターン側壁角度及び三次元形状を計測することが可能となった。そのため、本発明を適用することにより、パターン１７の帯電によって精度良く計測できないマスクに対しても、高精度に計測できることが確認された。

本発明のパターン計測方法及び装置は、電子線照射によって生じる試料帯電の影響で、二次電子の軌道が偏向する現象を防ぎ、パターンの側壁角度計測及び三次元形状計測を精度よく実施できるので、高精度なパターン計測が求められる分野に利用することが期待される。

１ 合成石英基板
２ 多層反射層
３ 保護層
４ 吸収層
５ 導電層
６ 遮光枠
１０ 電子鏡筒
１１ 電子銃
１２ 電子線
１３ 引き出し電極
１４ コンデンサレンズ
１５ 偏向器
１６ 対物レンズ
１７ パターン
１８ 電子検出器
１９ 電極
２０ 制御演算部
２１ ディスプレイ
２２ 電極制御部
２３ 信号処理部
２４ データ演算部
２５ 出力部
２６ ステージ
６６ 電流計測手段

Claims (6)

1. マスク上のパターン計測方法であって、
   前記マスク上のパターンに電子線を照射する工程と、
   前記電子線が照射された前記パターンから放出される二次電子を検出する工程と、
   前記二次電子の軌道を電極によって制御する工程と、
   前記検出する工程で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する工程と、
   前記画像データから前記パターンの信号プロファイルを生成する工程と、
   前記信号プロファイルに基づいて、前記パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する工程と、を具備することを特徴とする、パターン計測方法。
2. 前記検出する工程では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた複数の電子検出器によって、前記二次電子を検出することを特徴とする、請求項１に記載のパターン計測方法。
3. 前記制御する工程では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって取得される画像の輝度値の差に基づいて前記電極に印加する電圧値を変化させることで、前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、請求項１に記載のパターン計測方法。
4. 前記制御する工程では、前記電子線の軸に対して線対称に設けられた左右の電子検出器によって計測される電流値の差に基づいて前記電極に印加する電圧値を変化させることで、前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、請求項１に記載のパターン計測方法。
5. 前記制御する工程では、前記電子検出器と前記マスクとの間に複数個設けられている電極を用いて前記二次電子の軌道を制御することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のパターン計測方法。
6. マスク上のパターン計測装置であって、
   前記マスク上のパターンに電子線を照射する手段と、
   前記電子線が照射された前記パターンから放出される二次電子を検出する手段と、
   前記二次電子の軌道を電極によって制御する手段と、
   前記検出する手段で検出された検出信号に基づいて、画像データを生成する手段と、
   前記画像データからパターンの信号プロファイルを生成する手段と、
   前記信号プロファイルに基づいて、パターンの側壁角度及び三次元形状を計測する手段と、を具備することを特徴とする、パターン計測装置。

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