DE102012101391A1

DE102012101391A1 - Strukturhöhenmessgerät und Strukturhöhenmessverfahren

Info

Publication number: DE102012101391A1
Application number: DE102012101391A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Murakawa; Hidemitsu Hakii; Isao Yonekura
Original assignee: Advantest Corp; Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp; Toppan Inc
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2012-08-30
Also published as: US8604431B2; JP5530959B2; US20120217392A1; KR20120098524A; TW201250758A; JP2012177654A

Abstract

Ein Elektronenstrahl wird auf einen Beobachtungsbereich einer Probenoberfläche gestrahlt und darüber gerastert. Auf der Grundlage eines von einem schräg über dem Beobachtungsbereich angeordneten Detektor ausgegebenen Erfassungssignals von Sekundärelektronen wird ein Bild (REM-Bild) gewonnen. Eine Länge eines im Bild erscheinenden Schattens einer Struktur wird ermittelt. Dann wird auf der Grundlage der ermittelten Länge L des Schattens und eines im Vorhinein erhaltenen Sichtwinkels θ des Detektors zur Probenoberfläche eine Höhe H der Struktur durch eine Formel H = L × tanθ berechnet. Es wird eine Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen an einer Linie orthogonal zu einer Kante der Struktur als Abstand zwischen zwei Punkten entnommen, an denen ein Vertiefungsbereich der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen eine vorgegebene Schwelle I schneidet.

Description

Erfindungsgebiet
Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen ein Strukturhöhenmessgerät und ein Strukturhöhenmessverfahren und insbesondere ein Strukturhöhenmessgerät und ein Strukturhöhenmessverfahren zum Messen der Höhe einer Struktur durch Bestrahlung einer Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl.
Erfindungshintergrund
In den vergangenen Jahren sind Maskenstrukturen im Zuge des Fortschritts der Größenverkleinerung von Halbleiterbauelementen feiner und dünner geworden. Folglich sind nicht nur die zweidimensionale Vermessung eines Maskenstrukturgebildes, wie etwa einer Linienbreite, sondern auch die Vermessung der Höhe der Maskenstruktur, die die Übertragungseigenschaften und dergleichen beeinflusst, zunehmend wichtiger geworden.
Techniken zum Messen der Höhe der Struktur umfassen: (1) ein Verfahren zum Ermitteln der Höhe durch Betrachten des Querschnitts einer Probe mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM), (2) ein Verfahren zum Messen der Höhe mit einem Atom-Kraft-Mikroskop (AFM), (3) ein Verfahren zum Messen der Höhe durch Aufnehmen einer Vielzahl von REM-Bildern mit unterschiedlichen Fokusbedingungen und Unterwerfen der REM-Bilder einer Bildverarbeitung und dergleichen.
Allerdings weist das Verfahren (1), in dem der Querschnitt der Probe mit dem REM betrachtet wird, das folgende Problem auf. Es wird eine lange Zeit benötigt, um die Betrachtung des Querschnitts zu beginnen, und die bei der Messung verwendete Probe kann nicht als Produkt verwendet werden, da dieses Verfahren keine zerstörungsfreie Untersuchung ist.
Obgleich die Probe bei dem Verfahren (2) zur Messung der Höhe mit dem AFM auf zerstörungsfreie Art und Weise gemessen werden kann, benötigt die Messung eine lange Zeit und der Durchsatz ist gering. Zudem besteht bei dem Verfahren (2) das Problem, dass eine Probe mit zunehmender Anzahl von Messungen abgenutzt wird und die Messgenauigkeit dadurch nachlässt.
Ferner besteht bei dem Verfahren (3) unter Verwendung von mit unterschiedlichen Fokusbedingungen eingefangenen REM-Bildern das Problem, dass keine genaue Messung ausgeführt werden kann, wenn die Dicke der Struktur kleiner ist als die Fokaltiefe des REM.

[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 05-299048
Kurzfassung der Erfindung
Angesichts der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturhöhenmessgerät und ein Strukturhöhenmessverfahren bereitzustellen, mit denen die Höhe einer Struktur schnell und auf zerstörungsfreie Art und Weise gemessen werden kann.
Ein Gesichtspunkt der folgenden Beschreibung stellt ein Strukturhöhenmessgerät bereit, enthaltend: eine Elektronenstrahlrastereinheit, die dazu geeignet ist, eine Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen, wobei der Elektronenstrahl den Elektronenstrahl über die Oberfläche der Probe rastert, einen Detektor, der über der Oberfläche der Probe angeordnet ist und dazu geeignet ist, eine Intensität an von der Oberfläche der Probe durch das Aufstrahlen des Elektronenstrahls emittierten Sekundärelektronen zu erfassen, eine Signalverarbeitungseinheit, die dazu geeignet ist, auf der Grundlage eines Erfassungssignals des Detektors Bilddaten zu erzeugen, wobei die Bilddaten durch Einfangen eines Bildes der Oberfläche der Probe erhalten werden, eine Bildverarbeitungseinheit, die dazu geeignet ist, auf der Grundlage der Bilddaten entlang einer die Kante einer auf der Oberfläche der Probe ausgebildeten Struktur schneidenden Line eine Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen zu entnehmen und auf der Grundlage der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine Länge eines Schattens der Struktur zu ermitteln, und eine Berechnungseinheit, die dazu geeignet ist, auf der Grundlage der von der Bildverarbeitungseinheit ermittelten Länge des Schattens eine Höhe der Struktur zu berechnen.
Bei dem Strukturhöhenmessgerät gemäß diesem Gesichtspunkt kann eine Vielzahl von Detektoren um eine optische Achse des Elektronenstrahls herum angeordnet sein und die Signalverarbeitungseinheit kann auf der Grundlage von Erfassungssignalen aus der Vielzahl von Detektoren eine Vielzahl von Bilddatenteilen erzeugen, wobei die Vielzahl von Bilddatenteilen durch Einfangen von Bildern der Oberfläche der Probe in voneinander unterschiedlichen Richtungen erhalten wird. In diesem Fall kann die Bildverarbeitungseinheit die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen aus den Bilddaten entnehmen, die in einer Richtung orthogonal zur Kante der Struktur aufgenommen sind.
Indessen kann die Bildverarbeitungseinheit eines des folgenden als Länge des Schattens ermitteln, nämlich (1) einen Abstand zwischen zwei Punkten, an denen die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, (2) einen Abstand zwischen einem Minimumswertbereich der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen und einem Punkt an einer Seite weg von der Struktur, an dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, (3) eine Quadratwurzel einer Fläche eines von der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante und einer eine vorgegebene Schwelle angebenden geraden Line umgebenen Bereichs und (4) einen Abstand zwischen einem oberen Ende oder einem unteren Ende der Kante der Struktur und einem Punkt an einer Seite weg von der Struktur, an dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet. Bei jedem dieser Fälle kann die Schwelle innerhalb eines Bereichs höher als ein Minimumswert der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante und niedriger als eine Intensität der Sekundärelektronen in einem flachen Bereich der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen festgesetzt werden.
Darüber hinaus kann die Berechnungseinheit die Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge des Schattens und eines Sichtwinkels des Detektors zur Oberfläche der Probe berechnen. Indessen kann die Berechnungseinheit die Höhe der Struktur durch Addieren eines durch das Material der Oberfläche der Probe bestimmten vorgegebenen Offsetwerts zu der Länge des Schattens berechnen.
Ein anderer Gesichtspunkt der folgenden Beschreibung stellt ein Strukturhöhenmessverfahren bereit, enthaltend die Schritte: Bestrahlen einer Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl, wobei der Elektronenstrahl den Elektronenstrahl über die Oberfläche der Probe rastert, und Erfassen einer Intensität an von der Oberfläche der Probe durch das Aufstrahlen des Elektronenstrahls emittierten Sekundärelektronen unter Verwendung eines Detektors, der über der Oberfläche der Probe angeordnet ist, Erzeugen von Bilddaten auf der Grundlage eines Erfassungssignals des Detektors, wobei die Bilddaten durch Einfangen eines Bildes der Oberfläche der Probe erhalten werden, Entnehmen eine Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen auf der Grundlage der Bilddaten entlang einer die Kante einer auf der Oberfläche der Probe ausgebildeten Struktur schneidenden Line und Ermitteln eine Länge eines Schattens der Struktur auf der Grundlage eines Vertiefungsbereichs der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante, und Berechnen eine Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge des Schattens.
Bei dem Strukturhöhenmessgerät und dem Strukturhöhenmessverfahren der oben beschriebenen Gesichtspunkte wird die Länge des im Kantenbereich der Struktur erscheinenden Schattens aus den durch Rastern des Elektronenstrahls über die Oberfläche der Probe erhaltenen Bilddaten ermittelt und die Höhe der Struktur wird auf der Grundlage der Länge des Schattens ermittelt. Folglich kann die Höhe der Struktur schnell auf zerstörungsfreie Weise gemessen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturhöhenmessgerät eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
2 zeigt schematisch eine Anordnung von Detektoren des Strukturhöhenmessgeräts von 1.
3 zeigt schematisch ein Beispiel von Bilddatenteilen, die von der Signalverarbeitungseinheit des Strukturhöhenmessgeräts von 1 erzeugt werden.
Die 4A bis 4C zeigen schematisch das Prinzip der Höhenmessung einer Struktur des ersten Ausführungsbeispiels.
5 ist ein Ablaufplan, der das Verfahren der Messung der Höhe der Struktur mit dem Strukturhöhenmessgerät des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
6 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Ermitteln der Länge eines Schattens der Struktur durch eine Bildverarbeitungseinheit von 1 zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Normalisieren eines Linienprofils.
Die 8A bis 8C sind Graphiken, die jeweils ein Verfahren zum Ermitteln der Länge des Schattens auf der Grundlage einer Schwelle und des Linienprofils zeigen.
9A ist eine Querschnittansicht, die einen Aufbau einer ersten Maske zeigt, und 9b ist eine Querschnittansicht, die einen Aufbau einer zweiten Maske zeigt.
10 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der durch das AFM erhaltenen Höhe der Struktur und der unter Verwendung des in 8A in Beispiel 1 gezeigten Verfahrens (erstes Verfahren) ermittelten Länge des Schattens zeigt.
11 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der durch das AFM erhaltenen Höhe der Struktur und der unter Verwendung des in 8B in Beispiel 1 gezeigten Verfahrens (zweites Verfahren) ermittelten Länge des Schattens zeigt.
12 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der durch das AFM erhaltenen Höhe der Struktur und der unter Verwendung des in 8C in Beispiel 1 gezeigten Verfahrens (drittes Verfahren) ermittelten Länge des Schattens zeigt.
Die 13A und 13B sind Graphen, die jeweils eine Korrelation zwischen der durch das AFM erhaltenen Höhe der Struktur und der auf der Grundlage der Länge des Schattens unter Verwendung des ersten Verfahrens in Beispiel 2 erhaltenen Höhe der Struktur zeigt.
14 ist eine Ansicht, die ein linkes Bild einer Probe von Beispiel 3 zeigt.
15 ist ein Graph, der ein aus 14 entnommenes (normalisiertes) Linienprofil zeigt.
16 ist ein Graph, der eine Relation zwischen einem Neigungswinkel einer Seitenwand der Struktur und der Länge des Schattens der Struktur zeigt, die unter Verwendung des ersten Verfahrens erhalten wurde.
17 ist ein Graph, der Linienprofile von Strukturen zeigt, deren Seitenwände jeweils Neigungswinkel von 87° und 84° aufweisen, und zeigt Teilbereiche nahe den Seitenwänden in vergrößerter Weise.
18 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Ermitteln von Positionen eines oberen Endes und eines unteren Endes einer Seitenwand einer Struktur bei einem zweiten Ausführungsbeispiel.
19 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens (viertes Verfahren) zum Ermitteln der Länge des Schattens bei einem zweiten Ausführungsbeispiel.
20 ist ein Graph, der eine Relation zwischen dem Neigungswinkel der Seitenwand der Struktur und der unter Verwendung jeweils des ersten und vierten Verfahrens erhaltenen Länge des Schattens in Beispiel 4 zeigt.
21 ist ein Graph, der einen Korrelationskoeffizienten zwischen der mit dem AFM erhaltenen Höhe der Struktur und der unter Verwendung jeweils des ersten und vierten Verfahrens erhaltenen Länge des Schattens in Beispiel 5 zeigt.
Die 22A und 22B sind Graphen, die jeweils eine Korrelation zwischen der unter Verwendung des vierten Verfahrens auf der Grundlage der Länge des Schattens erhaltenen Höhe der Struktur und der mit dem AFM erhaltenen in Beispiel 6 zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturhöhenmessgerät eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt, und 2 zeigt schematisch eine Anordnung von Detektoren des Strukturhöhenmessgeräts.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält ein Strukturhöhenmessgerät 100 des Ausführungsbeispiels: eine Kammer 2, die dazu geeignet ist, darin eine Probe 8 aufzunehmen, eine Elektronenstrahlrastereinheit 1, die dazu geeignet ist, die Probe 8 mit einem Elektronenstrahl 31 zu bestrahlen, und eine Steuereinheit 10, die dazu geeignet ist, Teile des Strukturhöhenmessgeräts 100 zu steuern und eine Verarbeitung von Messdaten auszuführen.
Die Kammer 2 ist mit einer Bühne 7 versehen, die dazu geeignet ist, die Probe 8, wie etwa einen Wafer oder eine Photomaske, über einen Haltekörper 7a zu halten. Die Bühne 7 kann die Probe 8 auf der Grundlage eines Steuersignals von der Steuereinheit 10 auf solche Weise bewegen, dass ein Beobachtungsbereich der Probe so bewegt wird, dass er sich innerhalb eines Elektronenstrahlbelichtungsbereichs der Elektronenstrahlrastereinheit 1 befindet.
Die Elektronenstrahlrastereinheit 1 weist eine Elektronenkanone 3 auf. Bei einer vorgegebenen Beschleunigungsspannung wird der Elektronenstrahl 31 von der Elektronenkanone 3 emittiert. Der Elektronenstrahl 31 wird durch eine Kondensorlinse 4, gebündelt, durch eine Ablenkspule 5 positioniert und dann durch eine Objektivlinse 6 auf solche Weise fokussiert, dass eine Oberfläche der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 31 bestrahlt wird.
Zudem ist die Elektronenstrahlrastereinheit 1 mit einem ersten bis vierten Elektronendetektor 9a bis 9d zur Erfassung von bei Bestrahlung der Oberfläche der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 31 emittierten Sekundärelektronen,
Wie 2 zeigt, sind der erste bis vierte Elektronendetektor 9a bis 9d mit 90°-Intervallen symmetrisch um die optische Achse des Elektronenstrahls 31 herum angeordnet. Hierbei wird angenommen, dass die Detektoren 9a bis 9d in Richtungen entlang der Diagonalen eines rechteckigen Beobachtungsbereichs 81 angeordnet sind. Die Detektoren 9a bis 9d werden beispielsweise von Szintillatoren gebildet und geben jeweils die Intensitäten der erfassten Sekundärelektronen als Signale ch1 bis ch4 aus.
Indessen ist die Steuereinheit 10, wie in 1 gezeigt, mit einer Signalverarbeitungseinheit 11, einer Bildverarbeitungseinheit 12 und einer Berechnungseinheit 13 versehen.
Die Signalverarbeitungseinheit 11 setzt die von den Detektoren 9a bis 9d übertragenen Signale ch1 bis ch4 in Digitalsignale um und erzeugt auf der Grundlage dieser Digitalsignale Bilddatenteile (REM-Bilder).
3 zeigt schematisch ein Beispiel der von der Signalverarbeitungseinheit 11 erzeugten Bilddatenteile.
Wie in 3 gezeigt, erzeugt die Signalverarbeitungseinheit 11 auf der Grundlage der Signale ch1 bis ch4 ein unteres linkes Bild a1, ein oberes linkes Bild a2, ein oberes rechtes Bild a3 und ein unteres rechtes Bild a4, wobei die Bilder jeweils den von unten links, oben links, oben rechts und unten rechts aufgenommenen REM-Bildern des Beobachtungsbereichs 81 entsprechen.
Darüber hinaus addiert die Signalverarbeitungseinheit 11 die Signale aller zwei benachbarten Detektoren miteinander und erzeugt ein linkes Bild a5, ein rechtes Bild a6, ein unteres Bild a7 und ein oberes Bild a8, die jeweils den in Richtungen in der Mitte aller zwei benachbarter Detektoren 9a bis 9d aufgenommenen REM-Bildern entsprechen (links, rechts, unten, oben). Um genau zu sein, das linke Bild a5 wird durch Addieren der Signale ch1 und ch2 miteinander erzeugt, das rechte Bild a6 wird durch Addieren der Signale ch3 und ch4 miteinander erzeugt, das untere Bild a7 wird durch Addieren der Signale ch1 und ch4 miteinander erzeugt und das obere Bild a8 wird durch Addieren der Signale ch2 und ch3 miteinander erzeugt.
Darüber hinaus erzeugt die Signalverarbeitungseinheit 11 ein Gesamtadditionsbild a9 durch Aufsummieren aller Signale ch1 bis ch4. Das Gesamtadditionsbild a9 ist ein einem durch ein herkömmliches Elektronenmikroskop erhaltenem Sekundärelektronenbild ähnliches Bild, wobei in Kanten einer Struktur kein Schatten angezeigt wird.
Die wie oben beschrieben erzeugten Bilder werden auf einer Bildschirmeinheit 20 (siehe 1) angezeugt.
Die Bildverarbeitungseinheit 12 (siehe 1) der Steuereinheit 10 gewinnt auf der Grundlage der von der Signalverarbeitungseinheit 11 erzeugten Bilddaten entlang einer eine Kante der Struktur schneidenden Linie ein Intensitätsprofil (Linienprofil) der Sekundärelektronen. Dann ermittelt die Bildverarbeitungseinheit 12 auf der Grundlage des gewonnenen Linienprofils die Länge eines Schattens der Struktur.
Darüber hinaus berechnet die Berechnungseinheit 13 auf der Grundlage der durch die Bildverarbeitungseinheit 12 ermittelten Länge des Schattens der Struktur die Höhe der Struktur.
Im Folgenden wird das Prinzip der Höhenmessung der Struktur des Ausführungsbeispiels beschrieben.
4A ist eine Ansicht, die das linke Bild a5 einer sich in einer Richtung von oben nach unten erstreckenden Linienstruktur zeigt, und 4B ist ein Graph, der ein eine Intensitätsverteilung (Linienprofil) von Sekundärelektronen an der Linie X-X von 4A zeigt. Darüber hinaus ist 4C eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Zusammenhangs zwischen der Länge des Schattens der Struktur und der Höhe der Struktur.
In einem Sekundärelektronenbild eines herkömmlichen Rasterelektronenmikroskops treten viele Sekundärelektronen an Seitenwandteilbereichen der Struktur auf und sich in allen Richtungen erstreckende Kanten werden hell mit hoher Leuchtdichte dargestellt. Allerdings wird im vom Strukturhöhenmessgerät 100 des Ausführungsbeispiels aufgenommenen linken Bild a5, wie in den 4A und 4B gezeigt, ein linker Kantenbereich der Linienstruktur bei hoher Leuchtdichte dargestellt (Vorsprungsbereich 42a), während an einem rechten Kantenbereich E (Vertiefungsbereich 43) ein dunkler Schatten bei geringer Leuchtdichte erscheint.
Der Grund dafür wird wie folgt angenommen. Wie in 4C gezeigt, dient eine rechte Seitenwand 82b als eine Barriere und folglich werden nahe der rechten Seitenwand 82b emittierte Sekundärelektronen daran gehindert, einen virtuellen Detektor 99a zu erreichen, der dem linken Bild a5 entspricht.
In 4C gibt ein Winkel θ einen Sichtwinkel des virtuellen Detektors 99a hinsichtlich einer Probenoberfläche. Es wird angenommen, dass der Sichtwinkel θ des virtuellen Detektors 99a für gleiche Probentypen konstant ist und dass sich ein Bereich (eine Länge des Schattens) L, in dem die Linienstruktur 82 die Erfassung der Sekundärelektronen verhindert, in Abhängigkeit von der Höhe der Linienstruktur 82 ändert. Folglich wird die Höhe der Struktur 82 bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Grundlage der Länge L des Schattens der Struktur 82 und des Sichtwinkels θ des virtuellen Detektors 99a unter Verwendung der Formel H = L × tanθ erhalten.
Die Länge L des Schattens kann wie folgt erhalten werden. Es wird die Intensitätsverteilung (Linienprofil, 4B) der Sekundärelektronen entlang einer die Struktur von 4A schneidenden Linie U (Linie X-X) gewonnen und dann wird die Länge L aus der Kurve (Vertiefungsbereich 43) des gewonnenen Linienprofils nahe der Kante erhalten.
Darüber hinaus wird angenommen, dass der Sichtwinkel θ des virtuellen Detektors 99a auf der Grundlage einer Strukturhöhe H_A und der Länge L des Schattens aus der Formel θ = tan^–1H_A/L erhalten werden kann, wobei die Strukturhöhe H_A durch Herstellen einer aus dem gleichen Material wie ein Messziel gefertigten Referenzprobe und dann Messen einer Struktur auf der Referenzprobe in Vorhinein mit einem AFM, einem Schichtdickenmessgerät oder dergleichen erhalten wird und die Länge L des Schattens aus vom Strukturhöhenmessgerät 100 erzeugten Bilddaten. Der Sichtwinkel θ des virtuellen Detektors 99a schwankt in Abhängigkeit von dem Material der Struktur 82 und dem Substrat 80. Folglich wird der Sichtwinkel θ des virtuellen Detektors 99a zweckmäßigerweise jedes Mal durch ein Experiment gemessen, wenn sich die Materialien ändern.
Bei dem Strukturhöhenmessgerät 100 des Ausführungsbeispiels können die Bilder des Beobachtungsbereichs aus einer Vielzahl von Richtungen gewonnen werden. Folglich kann das Strukturhöhenmessgerät 100 nicht nur die Höhe der sich in der Richtung von oben nach unten erstreckenden Struktur, sondern auch die Höhen von Strukturen mit verschiedener Gestalt ermitteln. In diesem Fall kann die Höhe der zu messenden Struktur auf der Grundlage des oben beschriebenen Prinzips unter Verwendung eines in einer Richtung senkrecht zu einer Kante der Struktur aufgenommenen Bildes gemessen werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Messen der Höhe der Struktur mit dem Strukturhöhenmessgerät 100 des Ausführungsbeispiels beschrieben. 5 ist ein das Verfahren zur Messung der Höhe der Struktur mit dem Strukturhöhenmessgerät 100 des Ausführungsbeispiels zeigender Ablaufplan.
Zuerst bestrahlt die Elektronenstrahlrastereinheit 1 in Schritt S11 von 5 den Beobachtungsbereich 81 der Probe 8 mit dem Elektronenstrahl 31 und rastert den Elektronenstrahl 31 über den Beobachtungsbereich 81, um den Beobachtungsbereich 81 zu betrachten. Die durch Aufstrahlen des Elektronenstrahls 31 von der Oberfläche des Beobachtungsbereichs 81 emittierten Sekundärelektronen werden durch die Detektoren 9a bis 9d eingefangen. Die Intensitäten der Sekundärelektronen an den entsprechenden Bestrahlungspositionen werden als die Signale ch1 bis ch4 an die Signalverarbeitungseinheit 11 der Steuereinheit 10 ausgegeben.
Als nächstes setzt die Signalverarbeitungseinheit 11 in Schritt S12 die von den Detektoren 9a bis 9d ausgegebenen Signale ch1 bis ch4 in Digitalsignale um und auf der Grundlage der Digitalsignale werden die Bilder a1 bis a9 (siehe 3) erzeugt.
Als nächstes ermittelt die Bildverarbeitungseinheit 12 der Steuereinheit 10 in Schritt S13 auf der Grundlage der von der Signalverarbeitungseinheit 11 erzeugten Bilder die Länge des Schattens.
6 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Ermitteln der Länge des Schattens der Struktur durch die Bildverarbeitungseinheit 12 zeigt.
Zuerst gewinnt die Bildverarbeitungseinheit 12 in Schritt S21 die in den Richtungen orthogonal zur Kante der zu vermessenden Struktur aufgenommenen Bilddaten. Beispielsweise wird im Fall der sich von oben nach unten erstreckenden Linienstruktur, wie in 4A gezeigt, das linke Bild a5 erhalten. Man beachte, dass anstelle des linken Bildes a5 auch das rechte Bild a6 erhalten werden kann.
Als nächstes entnimmt die Bildverarbeitungseinheit 12 in Schritt S22 aus den in Schritt S21 gewonnenen Bilddaten die Intensitätsverteilung (Linienprofil) der Sekundärelektronen entlang einer Linie orthogonal zur Kante der Struktur. Beispielsweise wird im Fall der Linienstruktur von 4A das Linienprofil an der Linie X-X entnommen. Man beachte, dass wenn nur ein Linienprofil verwendet wird, die Messung durch die lokale Rauigkeit Kante der Struktur beeinträchtigt werden kann. Demgemäß kann, wenn eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, das Linienprofil wie folgt erhalten werden. Die Intensitätsverteilungen der Sekundärelektronen können entlang einer Vielzahl von Linien erhalten werden und dann können die Intensitätsverteilungen gemittelt werden.
Als nächstes normalisiert die Bildverarbeitungseinheit 12 in Schritt S23 von 6 das in Schritt S22 entnommene Linienprofil. 7 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Normalisieren des Linienprofils.
Bei diesem Verfahren ermittelt die Bildverarbeitungseinheit 12 eine Leuchtdichte eines Minimumswerts 43a im Vertiefungsbereich 43 des Linienprofils und eine mittlere Leuchtdichte eines flachen Bereichs 44 neben dem Vertiefungsbereich 43. Dann verschiebt die Bildverarbeitungseinheit 12, wie in 7 gezeigt, die leuchtdichten des gesamten Linienprofils auf solche Weise, dass die Leuchtdichte des Minimumswerts 43a gleich Null wird.
Als nächstes setzt die Bildverarbeitungseinheit 12 in Schritt S24 von Fig. 6 eine Schwelle I auf eine vorgegebene Leuchtdichte fest und ermittelt auf der Grundlage der Schwelle I und des normalisierten Linienprofils unter Verwendung irgendeines des unten beschriebenen ersten bis drittens Verfahrens die Länge des Schattens.
Die 8A bis 8C sind Graphiken, die jeweils ein Verfahren zum Ermitteln der Länge des Schattens auf der Grundlage der Schwelle und des Linienprofils zeigen.
Bei dem ersten Verfahren (Verfahren, bei dem die Breite des Vertiefungsbereichs als Referenz verwendet wird) werden, wie in 8A gezeigt, Positionen von zwei Punkten A und B erhalten, an denen der Vertiefungsbereich des Linienprofils die Schwelle I schneidet und der Abstand zwischen den zwei Punkten A und B wird als Länge des Schattens ermittelt.
Bei dem zweiten Verfahren (Verfahren, bei dem der Minimumswert als Referenz verwendet wird) wird, wie in 8B gezeigt, der Abstand zwischen dem Punkt B und einer Position C des Minimumswertbereichs 43a des Linienprofils als Länge des Schattens ermittelt. Hierbei ist der Punkt B der Punkt von zwei Punkten, an denen der Vertiefungsbereich des Linienprofils die Schwelle I schneidet, der von der Struktur am weitesten entfernt ist. Bei Änderung der Höhe der Struktur ändert sich bei dem Linienprofil ein Bereich des Profils an der Seite des Minimumswerts 43a, der von der Struktur am weitesten entfernt ist, am drastischsten. Folglich kann die Messempfindlichkeit unter Verwendung des zweiten Verfahrens verbessert werden.
Bei dem dritten Verfahren (Verfahren, bei dem eine Fläche als Referenz verwendet wird) wird, wie in 8C gezeigt, die Fläche S eines vom Vertiefungsbereich 43C des Linienprofils und einer die Schwelle I angebenden geraden Line umgebener Bereich erhalten und die Quadratwurzel der Fläche S wird als Länge des Schattens ermittelt. Bei diesem dritten Verfahren wird die Länge des Schattens auf der Grundlage der Fläche S ermittelt. Folglich wird die Messung weniger wahrscheinlich durch Schwankungen beeinträchtigt, selbst wenn es an den Schnittpunkten mit der Schwelle I geringfügige Schwankungen im Linienprofil gibt. Demgemäß wird die Stabilität der Messung verglichen mit anderen verfahren verbessert.
Somit wird die Ermittlung der Länge des Schattens (Schritt S13 von 5) durch die Bildverarbeitungseinheit 12 beendet.
Danach erhält die Berechnungseinheit 13 in Schritt S14 von 5 die Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge L des Schattens und des im Vorhinein erhaltenen Sichtwinkels θ des Detektors aus der Formel H = L × tanθ und das Verfahren der Messung der Höhe der Struktur durch das Strukturhöhenmessgerät 100 wird beendet.
Wie oben beschrieben, erhält das Strukturhöhenmessgerät 100 des Ausführungsbeispiels die Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge des Schattens der in den REM-Bildern erscheinenden Struktur. Folglich kann die Höhe der Struktur schnell auf zerstörungsfreie Weise gemessen werden.
(Beispiel 1)
In Beispiel 1 werden Auswirkungen der bei der Ermittlung der Länge des Schattens verwendeten Schwelle I auf die Messgenauigkeit untersucht.
Die 9A und 9b sind jeweils Querschnittansichten von bei der Auswertung von Beispiel 1 verwendeten Proben. Die 9A und 9b zeigen jeweils einen Aufbau einer ersten Maske und einen Aufbau einer zweiten Maske.
Wie 9A zeigt, wurde eine erste Maske 50 wie folgt gebildet. Auf einem Quarzsubstrat 51 wurde eine Cr-Schicht 52 mit einer Dicke von etwa 10 nm ausgebildet und auf der Cr-Schicht 52 wurde eine aus TaSi gefertigte und eine Dicke T von etwa 50 bis 70 nm und eine Breite von etwa 500 nm aufweisende Linienstruktur 53 ausgebildet. Hierbei wurden Proben hergestellt, bei denen die Dicken T der Linienstruktur 53 jeweils auf 50 nm, 60 nm und 70 nm festgelegt wurden.
Wie 9B zeigt, wurde eine zweite Maske 60 wie folgt geformt. Auf einem Quarzsubstrat 61 wurde eine TaSi-Schicht mit einer Dicke von 70 nm ausgebildet und die TaSi-Schicht wurde in eine Linienstruktur 62 mit einer Breite von etwa 400 nm gestaltet. Man beachte, dass ein Teil des Quarzsubstrats 61 geätzt wurde, so dass sich im Verlauf des Ätzens der TaSi-Schicht eine Auskehlung 61a bildete. Hierbei wurden die Ätzbedingungen so eingestellt, dass Proben mit unterschiedlichen Tiefen D der Auskehlung 61a der zweiten Maske 60 innerhalb des Tiefenbereichs von 1 bis 10 nm hergestellt wurden.
Als nächstes wurde für die erste Maske 50 und die zweite Maske 60 jeweils mit dem AFM die Höhe der Struktur und durch Ausführen einer Betrachtung mit dem Strukturhöhenmessgerät 100 (siehe 1) wurde die Länge des Schattens der Struktur ermittelt.
10 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der unter Verwendung des ersten Verfahrens (siehe 8A) ermittelten Länge des Schattens und dem durch das AFM erhaltenen Messergebnis zeigt, wobei die horizontale Achse die Schwelle angibt und die vertikale Achse einen Korrelationskoeffizienten angibt. Man beachte, dass in 10 Th einen Wert (Leuchtdichtewert) der Schwelle im normalisierten Linienprofil repräsentiert. Beispielsweise ist Th = 10 äquivalent mit einer Leuchtdichte von 20% (= 10/50) der mittleren Leuchtdichte 50 des flachen Bereichs neben dem Vertiefungsbereich am Linienprofil.
Wie 10 zeigt, weist die unter Verwendung des ersten Verfahrens ermittelte Länge des Schattens ungeachtet des Werts der Schwelle eine vergleichsweise hohe Korrelation mit dem durch das AFM erhaltene Messergebnis der Strukturhöhe auf. Aus diesem ergebnis ergibt sich, dass bei Verwendung des ersten Verfahrens eine Messung erreicht werden kann, die eine vergleichsweise geringe Abhängigkeit von der Schwelle aufweist und die eine hohe Reproduzierbarkeit besitzt.
11 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der unter Verwendung des zweiten Verfahrens (siehe 8B) ermittelten Länge des Schattens und des durch das AFM erhaltenen Messergebnisses zeigt, wobei die horizontale Achse die Schwelle angibt und die vertikale Achse einen Korrelationskoeffizienten angibt.
Wie 11 zeigt, weist die unter Verwendung des zweiten Verfahrens ermittelte Länge des Schattens im Fall der ersten Maske 50 ungeachtet des Werts der Schwelle eine vergleichsweise hohe Korrelation mit dem durch das AFM erhaltene Messergebnis auf. Allerdings wird die Korrelation zwischen der ermittelten Länge und dem durch das AFM erhaltenen Messergebnis geringer, sowie die Schwelle kleiner wird. Es ist nicht zweckmäßig, dass sich die Messgenauigkeit wie oben beschrieben in Abhängigkeit von der Schwelle ändert. Folglich wird gefunden, dass die Ermittlung der Länge des Schattens unter Verwendung des zweiten Verfahrens nicht für die Auswertung der Strukturhöhe der zweiten Maske 60 geeignet ist.
12 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der unter Verwendung des dritten Verfahrens (siehe 8C) ermittelten Länge des Schattens und des durch das AFM erhaltenen Messergebnisses zeigt, wobei die horizontale Achse die Schwelle angibt und die vertikale Achse einen Korrelationskoeffizienten angibt.
Wie 12 zeigt, war eine Korrelation zwischen der unter Verwendung des dritten Verfahrens ermittelten Länge des Schattens und dem durch das AFM erhaltenen Messergebnis in einem Bereich gering, in dem die Schwelle klein war. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die Schwankung des Korrelationskoeffizienten in Abhängigkeit von der Schwelle größer ist als bei Verwendung des ersten Verfahrens. Folglich wird die Messgenauigkeit geringer als beim ersten verfahren, wenn die unter Verwendung des dritten Verfahrens ermittelte Länge des Schattens verwendet wird. Eine Auswirkung der Normalisierung des Linienprofils vor der Ermittlung der Schattenlänge ist ein denkbarer Grund, warum die Korrelation zwischen der unter Verwendung des dritten Verfahrens ermittelten Schattenlänge und der Strukturhöhe wie oben beschrieben größer wird. Mit anderen Worten, es ist denkbar, dass die Korrelation zwischen der unter Verwendung des dritten Verfahrens ermittelten Schattenlänge und der Strukturhöhe größer wird, weil sich Information über das Linienprofil in vertikaler Richtung infolge der Normalisierung ändert.
(Beispiel 2)
In Beispiel 2 wurde für die erste Maske 50 und die zweite Maske 60, die in den 9A und 9B gezeigt sind, jeweils eine Korrelation zwischen der durch AFM erhaltenen Strukturhöhe und der aus der Länge des Schattens erhaltenen Strukturhöhe untersucht. Man beachte, dass in Beispiel 2 die Länge des Schattens unter Verwendung des ersten Verfahrens wird und die im ersten Verfahren verwendete Schwelle auf 25 (50 % der Leuchtdichte am flachen Bereich) festgesetzt wird.
In Beispiel 2 wird der Sichtwinkel θ des Detektors unter Verwendung von vier Proben erhalten, die für die erste Maske 50 und die zweite Maske 60 jeweils unterschiedliche Dicke der Strukturen aufweisen. Im Ergebnis wurde gefunden, dass der Sichtwinkel θ des Detektors für die erste Maske 50 66,2° betrug und für die zweite Maske 60 63,2° betrug.
Als nächstes wurden die erste Maske 50 und die zweite Maske 60 hergestellt, die jeweils eine sich von der oben beschriebenen unterschiedliche Dicke aufwiesen. Für die erste Maske 50 und die zweite Maske 60 wurde jeweils die Länge L des Schattens unter Verwendung des ersten Verfahrens erhalten und die Höhe der Struktur wurde im Vorhinein unter Verwendung des Sichtwinkels θ des Detektors berechnet.
13A ist ein Graph, der ein Messergebnis der ersten Maske 50 zeigt. In 13A gibt die horizontale Achse die durch das AFM erhaltene Strukturhöhe an und die vertikale Achse gibt die aus dem REM-Bild erhaltene Höhe der Struktur an. Gleicherweise ist 13B ein Graph, der ein Messergebnis der zweiten Maske 60 zeigt.
Wie in den 13A und 13B gezeigt, wird bestätigt, dass das aus der Länge des Schattens erhaltene Messergebnis für die erste Maske 50 und die zweite Maske 60 jeweils eine ausgezeichnete Korrelation mit dem durch das AFM erhaltenen Messergebnis aufweist.
(Modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels)
Bei der zuvor erwähnten Beschreibung erhält die Berechnungseinheit 13 die Höhe H der Struktur durch Multiplizieren der Länge L des Schattens mit tanθ. Alternativ kann die Höhe H der Struktur durch Addieren eines bestimmten Offsetwerts L_off zur Länge L des Schattens erhalten werden, wie beim modifizierten Beispiel.
Der Offsetwert L_off kann experimentell durch Subtrahieren der vom Strukturhöhenmessgerät 100 erhaltenen Länge L des Schattens der Struktur von der durch die Messung mit dem AFM erhaltenen Strukturhöhe H_A erhalten werden. Der Offsetwert L_off schwankt in Abhängigkeit vom Material der Probenoberfläche. Folglich ist es zweckmäßig, dass der Offsetwert L_off jedes Mal erhalten wird, wenn sich das Material der zu untersuchenden Probe ändert.
(Beispiel 3)
In Beispiel 3 wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Strukturhöhe unter Verwendung des Verfahrens des modifizierten Beispiels des ersten Ausführungsbeispiels erhalten wird.
In Beispiel 3 wurde eine Probe wie folgt hergestellt. Auf einem 6 Quadratzoll großen, optisch geschliffenen Quarzsubstrat wurde eine aus Chromoxid gefertigte Licht abschirmende Schicht mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet und durch Strukturieren der Licht abschirmenden Schicht wurde eine Linienstruktur mit einer Breite von etwa 200 nm ausgebildet.
Als nächstes wurde mit dem AFM die Höhe H_A der Struktur der Probe von Beispiel 3 gemessen und mit dem Strukturhöhenmessgerät 100 wurde unter Verwendung des zweiten Verfahrens (siehe 8B) die Länge L des Schattens ermittelt. Dann wurde durch Berechnen der Differenz zwischen den Werten der Höhe H_A und dem Wert der Länge L der Offsetwert L_off erhalten. Demzufolge betrug der Offsetwert L_off der Probe von Beispiel 3 gleich 31,4 nm.
Als nächstes wurde ein anderer Teilbereich der Probe von Beispiel 3 als Messbereich ausgewählt und der ausgewählte Messbereich wurde mit dem Strukturhöhenmessgerät 100 betrachtet. 14 zeigt das linke Bild a5 der Probe von Beispiel 3.
Anschließend wird aus dem linken Bild a5 von 14 das Linienprofil entnommen und normalisiert. 15 ist ein Graph, der das normalisierte Linienprofil von Beispiel 3 zeigt.
Dann werden die Position des Minimumswerts des Linienprofils und die Position eines Punktes K, an dem der Vertiefungsbereich des Linienprofils die Schwelle schneidet, erhalten und der Abstand zwischen der Position H und dem Punkt K wird auf der Grundlage des Linienprofils von 15 unter Verwendung des zweiten Verfahrens als Länge des Schattens erhalten. Demzufolge betrug die Länge des Schattens 67,7 nm.
Der Offsetwert von 31,4 nm wurde zur wie oben beschrieben erhaltenen Länge des Schattens von 67,7 nm hinzuaddiert und folglich betrug die Höhe der Struktur von Beispiel 3 99,1 nm.
Indessen betrug die Höhe der Linienstruktur von 15 bei Messung mit dem AFM 99,8 nm. Durch diese Ergebnisse wird bestätigt, dass die Höhe der Struktur unter Verwendung des im modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels gezeigten Verfahrens genau gemessen werden kann.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Länge eines Schattens beschrieben, wobei eine Auswirkung eines Neigungswinkels einer Seitenwand einer Struktur berücksichtigt wird. Da nicht das Verfahren zum Ermitteln der Länge des Schattens betreffende Teile des Ausführungsbeispiels gleich dem ersten Ausführungsbeispiel sind, werden Beschreibungen gleicher Teile ausgespart.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung stellten Proben mit unterschiedlichen Neigungswinkeln her, um die Auswirkung des Neigungswinkels der Seitenwand der Struktur auf die Messergebnisse zu untersuchen, und ermittelten die Länge des Schattens einer jeden Probe mit dem Strukturhöhenmessgerät 100 von 1. Man beachte, dass die Länge des Schattens unter Verwendung des in 8A gezeigten ersten Verfahrens ermittelt wurde.
16 ist ein Graph, der eine Relation zwischen dem Neigungswinkel der Seitenwand der Struktur und der Länge des Schattens der Struktur zeigt.
Wie in 16 gezeigt, wird die unter Verwendung des ersten Verfahrens ermittelte Länge des Schattens kleiner, sowie der Neigungswinkel der Seitenwand kleiner wird. Bei Ermittlung der Länge des Schattens unter Verwendung des ersten Verfahrens ändert sich demgemäß die Länge des Schattens in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Seitenwand der Struktur. Folglich kann bei Verwendung des ersten Verfahrens für eine Probe mit einer großen Schwankung des Neigungswinkels der Seitenwand ein Fehler auftreten.
17 ist ein Graph, der Linienprofile von Strukturen zeigt, deren Seitenwände jeweils Neigungswinkel von 87° und 84° aufweisen, und zeigt Teilbereiche nahe den Seitenwänden in vergrößerter Weise.
Wie in 17 gezeigt, ändert sich die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen in einem Bereich an einer Seite des Minimumswertbereichs fern der Struktur (Bereich rechts vom Minimumswert im Graphen) kaum, selbst wenn sich der Neigungswinkel der Seitenwand ändert. Andererseits wird gefunden, das sich die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen infolge einer Änderung des Neigungswinkels der Seitenwand in einem Bereich näher an der Struktur (Bereich links vom Minimumswert im Graphen) als der Minimumswertbereich des Linienprofils.
Ein denkbarer Grund dafür ist, dass ein Bereich, von dem die Sekundärelektronen emittiert werden, sich nahe einem oberen Ende der Seitenwand der Struktur in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Seitenwand ändert. Um genau zu sein, es ist denkbar, dass die Emissionseffizienz der Sekundärelektronen nahe dem oberen Ende der Seitenwand der Struktur durch einen so genannten Kanteneffekt ansteigt. Solch ein die Emissionseffizienz der Sekundärelektronen erhöhender Bereich dehnt sich nachvollziehbar weiter aus zu einem Bereich weg von nahe dem oberen Ende der Seitenwand der Struktur, sowie der Neigungswinkel der Seitenwand kleiner wird.
Solch eine Änderung im Linienprofil verursacht, dass Positionen von entsprechenden Punkten A₁ und A₂, von denen jeder derjenige von den zwei Punkten ist, an denen der Vertiefungsbereich des Linienprofils die Schwelle I schneidet, der sich näher an der Struktur befindet, von der Struktur weiter weg verschoben werden, sowie der Winkel kleiner wird. Folglich wird die Länge des Schattens kleiner, sowie der Neigungswinkel der Seitenwand der Struktur kleiner wird.
Um solch ein Problem zu verhindern, wird ein Referenzpunkt zum Ermitteln der Länge des Schattens zweckmäßig in einem Bereich festgelegt, der nicht durch den Neigungswinkel der Seitenwand der Struktur beeinträchtigt ist.
Folglich konzentrierten sich die Erfinder bei diesem Ausführungsbeispiel auf das obere Ende oder untere Ende der Seitenwand der Struktur als Referenzpunkt zum Ermitteln der Länge des Schattens. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Ermitteln der Länge des Schattens der Struktur beschrieben.
18 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Ermitteln von Positionen des oberen Endes und des unteren Endes der Seitenwand der Struktur bei dem Ausführungsbeispiel.
Bei dem Ausführungsbeispiel ermittelt die Bildverarbeitungseinheit 12 das obere Ende und das untere Ende der Seitenwand der Struktur auf der Grundlage von jeweils aus zwei Richtungen aufgenommenen Bilddatenteilen der Struktur. Es wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine sich in einer Richtung von oben nach unten erstreckende Struktur unter Verwendung des linken Bildes a5 und des rechten Bildes a6 ermittelt wird.
Zuerst gewinnt die Bildverarbeitungseinheit 12 das linke Bild a5 und das rechte Bild a6, die jeweils von den in Richtungen orthogonal zu Seitenwänden 85a einer Struktur 85 angeordneten virtuellen Detektoren 99a und 99b aufgenommen werden, wie in 18 gezeigt. Dann wird aus jedem der Bilder a5 und a6 das Linienprofil entlang einer vorgegebenen Linie orthogonal zu den Kanten der Struktur entnommen.
Als nächstes wird eine Subtraktion zwischen dem Linienprofil des linken Bildes a5 und dem Linienprofil des rechten Bildes a6 berechnet und ein Subtraktionsprofil erhalten, wie im mittleren Abschnitt von 18 gezeigt. Im Subtraktionsprofil erscheint ein jeweils den Seitenwänden 85a der Struktur 85 entsprechender Bereich als ein Vorsprungsbereich oder ein Vertiefungsbereich.
Als nächstes wird das oben beschriebene Subtraktionsprofil differenziert und es wird ein Differenzierungsprofil erhalten, wie im unteren Abschnitt von 18 gezeigt. Das Differenzierungsprofil spiegelt einen Änderungsgrad der Neigung einer Probenoberfläche wider. Der Vorsprungsbereich oder der Vertiefungsbereich erscheint in einem dem oberen Ende oder dem unteren Ende einer jeden Seitenwand 85a entsprechenden Bereich, in dem der Änderungsgrad der Neigung am größten wird. Folglich kann die Position des oberen Endes einer jeden Seitenwand 85a durch Ermitteln der Position des Minimumswerts des Differenzierungsprofils. Darüber hinaus kann die Position des unteren Endes einer jeden Seitenwand 85a durch Ermitteln der Position des Maximumswerts des Differenzierungsprofils ermittelt werden. Die Positionen des Maximumswerts und des Minimumswerts des Differenzierungsprofils sind unabhängig vom Neigungswinkel der Seitenwände der Struktur. Folglich wird die Länge des Schattens bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung dieser Positionen als Referenz erhalten.
19 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens (viertes Verfahren) zum Ermitteln der Länge des Schattens bei diesem Ausführungsbeispiel.
Wie in 19 gezeigt, wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Differenzierungsprofil erhalten und unter Verwendung des unter Bezugnahme auf 18 beschriebenen Verfahrens wird aus dem Maximumswert des Differenzierungsprofils eine Position J des oberen Endes der Seitenwand der Struktur ermittelt. Man beachte, dass anstelle des oberen Endes die Position des unteren Endes der Seitenwand ermittelt werden kann.
Als nächstes wird, wie oben unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben, das normalisierte Linienprofil entnommen. Dann wird die vorgegebene Schwelle I festgelegt und es wird eine Position M desjenigen von zwei Punkten, an denen der Vertiefungsbereich des Linienprofils die Schwelle I schneidet, ermittelt, der am weitesten von der Struktur weg angeordnet ist.
Danach ermittelt die Bildverarbeitungseinheit 12 den Abstand zwischen der Position M und der Position J des oberen Endes der Seitenwand der Struktur als Länge L des Schattens, wobei die Position M die Position desjenigen von zwei Punkten ist, an denen der Vertiefungsbereich des Linienprofils die Schwelle I schneidet, der am weitesten von der Struktur weg angeordnet ist.
Das oben beschriebene Verfahren des Ausführungsbeispiels (im Folgenden als ein viertes Verfahren bezeichnet) kann die Schwankung der Länge des Schattens infolge des Neigungswinkels der Seitenwand der Struktur verhindern und kann die Höhe der Struktur mit hoher Genauigkeit messen, selbst wenn eine Probe einen schwankenden Neigungswinkel der Seitenwand aufweist.
(Beispiel 4)
In Beispiel 4 wurde die Länge des Schattens wieder unter Verwendung des vierten Verfahrens auf der Grundlage der bei der in 16 gezeigten Messung gewonnenen Bilddaten ermittelt und es wurde eine Abhängigkeit der Länge des Schattens auf den Neigungswinkel der Seitenwand untersucht.
20 ist ein Graph, der eine Relation zwischen dem Neigungswinkel der Seitenwand der Struktur und der unter Verwendung jeweils des ersten und vierten Verfahrens erhaltenen Länge des Schattens in Beispiel 4 zeigt.
Wie in 20 gezeigt, ist die unter Verwendung des vierten Verfahrens erhaltene Länge des Schattens um etwa 7 nm länger als die unter Verwendung des ersten Verfahrens. Allerdings bestätigt sich, dass sich die Länge des Schattens beim vierten Verfahren nicht ändert, wenn sich der Neigungswinkel der Seitenwand ändert.
(Beispiel 5)
In Beispiel 5 wurde die Länge des Schattens jeweils der ersten Maske 50 und der zweiten Maske 60, die in den 9a und 9B gezeigt sind, unter Verwendung des ersten Verfahrens und des vierten Verfahrens ermittelt und es wurde eine Korrelation zwischen dem mit dem AFM erhaltenen Messergebnis und jedem Ergebnis der Ermittlung unter Verwendung eines jeden Verfahrens ausgewertet.
21 ist ein Graph, der einen Korrelationskoeffizienten zwischen der mit dem AFM erhaltenen Höhe der Struktur und der unter Verwendung jeweils des ersten und vierten Verfahrens erhaltenen Länge des Schattens in Beispiel 5 zeigt.
Wie 21 zeigt, bestätigt sich eine hohe Korrelation zwischen dem mit dem AFM erhaltenen Messergebnis und dem Ergebnis der Ermittlung unter Verwendung des vierten Verfahrens, ähnlich zum ersten Verfahren.
(Beispiel 6)
In Beispiel 6 wurde die Höhe der Struktur jeweils der ersten Maske 50 und der zweiten Maske 60, die in den 9a und 9B gezeigt sind, auf der Grundlage der unter Verwendung des vierten Verfahrens ermittelten Länge des Schattens gemessen.
Zuerst wurde in Beispiel 6 der Sichtwinkels θ des Detektors gemessen und gefunden, dass er für die erste Maske 50 56,8° betrug und für die zweite Maske 60 55,0° betrug.
Als nächstes wurde die Länge des Schattens jeweils der ersten Maske 50 und der zweiten Maske 60 unter Verwendung des vierten Verfahrens ermittelt und die Höhe der Struktur wurde auf der Grundlage des oben beschriebenen Sichtwinkels θ des Detektors erhalten.
22A ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der in Beispiel 6 ermittelten Strukturhöhe der ersten Maske 50 und der mit dem AFM erhaltenen zeigt. 22B ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der in Beispiel 6 ermittelten Strukturhöhe der ersten Maske 60 und der mit dem AFM erhaltenen zeigt.
Wie in den 22A und 22B gezeigt, bestätigt sich, dass für die erste Maske 50 und die zweite Maske 60 eine ausgezeichnete Korrelation zwischen der unter Verwendung des vierten Verfahrens ermittelten Strukturhöhe und dem mit dem AFM erhaltenen Messergebnis erhalten werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 05-299048 [0006]

Claims

Strukturhöhenmessgerät, enthaltend: eine Elektronenstrahlrastereinheit, die dazu geeignet ist, eine Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen, wobei der Elektronenstrahl den Elektronenstrahl über die Oberfläche der Probe rastert, einen Detektor, der über der Oberfläche der Probe angeordnet ist und dazu geeignet ist, eine Intensität an von der Oberfläche der Probe durch das Aufstrahlen des Elektronenstrahls emittierten Sekundärelektronen zu erfassen, eine Signalverarbeitungseinheit, die dazu geeignet ist, auf der Grundlage eines Erfassungssignals des Detektors Bilddaten zu erzeugen, wobei die Bilddaten durch Einfangen eines Bildes der Oberfläche der Probe erhalten werden, eine Bildverarbeitungseinheit, die dazu geeignet ist, auf der Grundlage der Bilddaten entlang einer die Kante einer auf der Oberfläche der Probe ausgebildeten Struktur schneidenden Line eine Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen zu entnehmen und auf der Grundlage der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine Länge eines Schattens der Struktur zu ermitteln, und eine Berechnungseinheit, die dazu geeignet ist, auf der Grundlage der von der Bildverarbeitungseinheit ermittelten Länge des Schattens eine Höhe der Struktur zu berechnen.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von Detektoren um eine optische Achse des Elektronenstrahls herum angeordnet ist und die Signalverarbeitungseinheit auf der Grundlage von Erfassungssignalen aus der Vielzahl von Detektoren eine Vielzahl von Bilddatenteilen erzeugt, wobei die Vielzahl von Bilddatenteilen durch Einfangen von Bildern der Oberfläche der Probe in voneinander unterschiedlichen Richtungen erhalten wird.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 2, bei dem die Bildverarbeitungseinheit die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen aus den Bilddaten entnimmt, die in einer Richtung orthogonal zur Kante der Struktur aufgenommen sind.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Bildverarbeitungseinheit einen Abstand zwischen zwei Punkten, an denen die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, ermittelt und den Abstand als Länge des Schattens definiert.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Bildverarbeitungseinheit einen Abstand zwischen einem Minimumswertbereich der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen und einem Punkt an einer Seite weg von der Struktur, an dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, ermittelt und den Abstand als Länge des Schattens definiert.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Bildverarbeitungseinheit eine Quadratwurzel einer Fläche eines von der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante und einer eine vorgegebene Schwelle angebenden geraden Line umgebenen Bereichs ermittelt und die Quadratwurzel als Länge des Schattens definiert.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Bildverarbeitungseinheit einen Abstand zwischen einem oberen Ende oder einem unteren Ende der Kante der Struktur und einem Punkt an einer Seite weg von der Struktur, an dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, ermittelt und den Abstand als Länge des Schattens definiert.
Strukturhöhenmessgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die Schwelle innerhalb eines Bereichs höher als ein Minimumswert der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante und niedriger als eine Intensität der Sekundärelektronen in einem flachen Bereich der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen festgesetzt wird.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Berechnungseinheit die Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge des Schattens und eines Sichtwinkels des Detektors zur Oberfläche der Probe berechnet.
Strukturhöhenmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Berechnungseinheit die Höhe der Struktur durch Addieren eines vorgegebenen Offsetwerts zu der Länge des Schattens berechnet, wobei der Offsetwert durch ein Material der Oberfläche der Probe bestimmt wird.
Strukturhöhenmessverfahren, enthaltend die Schritte: Bestrahlen einer Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl, wobei der Elektronenstrahl den Elektronenstrahl über die Oberfläche der Probe rastert, und Erfassen einer Intensität an von der Oberfläche der Probe durch das Aufstrahlen des Elektronenstrahls emittierten Sekundärelektronen unter Verwendung eines Detektors, der über der Oberfläche der Probe angeordnet ist, Erzeugen von Bilddaten auf der Grundlage eines Erfassungssignals des Detektors, wobei die Bilddaten durch Einfangen eines Bildes der Oberfläche der Probe erhalten werden, Entnehmen eine Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen auf der Grundlage der Bilddaten entlang einer die Kante einer auf der Oberfläche der Probe ausgebildeten Struktur schneidenden Line und Ermitteln einer Länge eines Schattens der Struktur auf der Grundlage eines Vertiefungsbereichs der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante, und Berechnen eine Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge des Schattens.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem eine Vielzahl von Detektoren um eine optische Achse des Elektronenstrahls herum angeordnet ist und auf der Grundlage von Erfassungssignalen aus der Vielzahl von Detektoren eine Vielzahl von Bilddatenteilen erzeugt wird, wobei die Vielzahl von Bilddatenteilen durch Einfangen von Bildern der Oberfläche der Probe in voneinander unterschiedlichen Richtungen erhalten wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 12, bei dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen aus den Bilddaten entnommen wird, die in einer Richtung orthogonal zur Kante der Struktur aufgenommen sind.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Abstand zwischen zwei Punkten, an denen die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, als Länge des Schattens ermittelt wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Abstand zwischen einem Minimumswertbereich der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen und einem Punkt an einer Seite weg von der Struktur, an dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, als Länge des Schattens ermittelt wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem eine Quadratwurzel einer Fläche eines von der Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante und einer eine vorgegebene Schwelle angebenden geraden Line umgebenen Bereichs als Länge des Schattens ermittelt wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Abstand zwischen einem oberen Ende oder einem unteren Ende der Kante der Struktur und einem Punkt an einer Seite weg von der Struktur, an dem die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen nahe der Kante eine vorgegebene Schwelle schneidet, und als Länge des Schattens ermittelt wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Schwelle innerhalb eines Bereichs höher als ein Minimumswert eines Vertiefungsbereichs der Intensitätsverteilungskurve der Sekundärelektronen und niedriger als eine Intensität der Sekundärelektronen in einem flachen Bereich neben dem Vertiefungsbereich der Intensitätsverteilungskurve der Sekundärelektronen festgesetzt wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Höhe der Struktur auf der Grundlage der Länge des Schattens und eines Sichtwinkels des Detektors zur Oberfläche der Probe berechnet wird.
Strukturhöhenmessverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Höhe der Struktur durch Addieren eines vorgegebenen Offsetwerts zu der Länge des Schattens berechnet wird, wobei der Offsetwert durch ein Material der Oberfläche der Probe bestimmt wird.