DE112008004172T5

DE112008004172T5 - Strukturmessgerät und Strukturmessverfahren

Info

Publication number: DE112008004172T5
Application number: DE112008004172T
Authority: DE
Inventors: Jun Matsumoto
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2012-03-15
Also published as: WO2010073360A1; US20110233400A1; TW201027029A; US8330104B2; JPWO2010073360A1; JP4862096B2

Abstract

Ein Strukturmessgerät enthält eine Strahlintensitätsverteilungs-Erzeugungseinheit, die dazu geeignet ist, einen Ladungsteilchenstrahl über eine Referenzstruktur zu rastern, die Kantenbereiche aufweist, die in einem rechten Winkel zu einer horizontalen Ebene ausgebildet sind, um ein Linienprofil der Referenzstruktur zu erzeugen und folglich eine Referenzstrahlintensitätsverteilung zu erzeugen, eine Kantenbreiten-Ermittlungseinheit, die dazu geeignet ist, Linienprofile für Strukturmodelle, die Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind, unter Verwendung der Referenzstrahlintensitätsverteilung zu ermitteln und eine Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit, die dazu geeignet ist, Korrekturwerte für Kantenpositionen aus den berechneten Kantenbreiten und den Strukturmodellen zu berechnen und eine Korrespondenztabelle zu erzeugen, in der die Kantenbreiten und die Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden. Die Referenzstrahlintensitätsverteilung wird durch Kombinieren einer Intensitätsverteilung an einer Seite, an der die Struktur nicht ausgebildet ist, an einem ansteigenden Punkt der Referenzstruktur oder an einem abfallenden Punkt der Referenzstruktur erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturmessgerät und ein Strukturmessverfahren unter Verwendung eines Ladungsteilchenstrahls und insbesondere auf ein Strukturmessgerät und ein Strukturmessverfahren, die ungeachtet der Kantenbreite einer Struktur eine genaue Längenmessung gestatten.
Stand der Technik
Als Verfahren zum Messen der Linienbreiten von Strukturen gibt es das Verfahren, bei dem eine Messung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops ausgeführt wird. Im Rasterelektronenmikroskop wird eine Probe mit einfallenden Elektronen bestrahlt und innerhalb eines Elektronenstrahlrasterbereichs abgerastert und von der Probe emittierte Sekundärelektronen werden mittels eines Szintillators erfasst. Dann wird die Menge der erfassten Elektronen in Leuchtdichte umgesetzt und auf einem Bildschirm angezeigt.
Wenn solch eine Rasterelektronenmikroskop verwendet wird, um die Eigenschaften eines Halbleiterbauelements zu steuern, wird im Allgemeinen ein Vorgang zu Untersuchung ausgeführt, ob eine Struktur so ausgebildet ist, dass sie eine Linienbreite innerhalb einer Entwurfsnorm aufweist oder nicht. Um die Linienbreite einer Struktur einzustellen, wird die folgende Prozedur ausgeführt. Die Prozedur enthält die Schritte des Anzeigens eines vorgegebenen Bereichs einer auf einer Photomaske ausgebildeten Struktur auf einem Bildschirm, Zielen eines Elektronenstrahls auf einen innerhalb des Anzeigebereichs festgesetzten Messpunkts und dann Gewinnen einer Leuchtdichteverteilungssignalform auf der Grundlage von Sekundärelektronen, die vom Messpunkt reflektiert werden. Teilbereiche hohen Pegels in der Leuchtdichteverteilungssignalform werden dann als Strukturkanten aufgefasst und eine Breite zwischen den Strukturkanten wird als eine Linienbreite bestimmt. Dann wird eine weitere Bestimmung ausgeführt, ob die Linienbreite innerhalb eines Toleranzbereichs fällt oder nicht. Wenn die Linienbreite im Ergebnis innerhalb des Toleranzbereichs fällt, schreitet der Prozess zum nächsten Schritt voran. Wenn im Gegensatz dazu die Linienbreite außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wird zum Strukturbildungsschritt zurückgekehrt.
Wie oben beschrieben ist die Messung der Linienbreiten von Strukturen wichtig für den Herstellungsprozess eines Halbleiterbauelements. Folglich wurden verschiedene Techniken vorgeschlagen, um die Linienbreiten genau zu messen.
Im Allgemeinen wird eine Höchstposition für den Gradienten der Leuchtdichte, die der Menge an Sekundärelektronen entspricht, als Kantenposition einer Struktur definiert. Indessen offenbart die JP-A 05-296754 ein Kantenermittlungsverfahren, bei dem eine lokale Minimalwertposition für ein Sekundärelektronensignal als Kantenposition angesehen wird.
Wenn das Rasterelektronenmikroskop verwendet wird, um die Linienbreite einer Struktur zu messen, wird das Verfahren eingesetzt, bei dem die Höchstposition für den Gradienten der Leuchtdichte als Kantenposition definiert wird, oder das Verfahren, bei dem die lokale Minimalwertposition für die Sekundärelektronensignal als Kantenposition definiert wird.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Ermittlung solch einer Kantenposition zu folgender Schwierigkeit führen kann.
Sowie die Neigungswinkel der Kantenbereiche einer Struktur steiler und daher die Breiten solcher Kantenbereiche kleiner werden, wird eine genaue Längenmessung der Struktur unmöglich. Bei der oben beschriebenen Strukturlängenmessung wird die Struktur mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und abgerastert, um ein Linienprofil zu erzeugen, und dann wird das Linienprofil abgeleitet, um die Linienbreite zu berechnen. Demgemäß ist es in Abhängigkeit vom Strahldurchmesser des Elektronenstrahls wahrscheinlich, dass Sekundärelektronen erfasst werden, die eine Information wiedergeben, die nicht nur die der Struktur entsprechenden Intensität umfasst, sondern auch die Intensität des Strahls selbst. Es ist dann eine Situation eingetreten, bei der die Linienbreite nicht mehr genau gemessen werden kann.
Bisher gab es noch keine Berichte über eine Technik, mit der eine Linienbreite aus einem Längenmesswert der Struktur mit kleiner Kantenbreite genau gemessen werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Angesichts der obigen Probleme des Stands der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturmessgerät und ein Strukturmessverfahren bereitzustellen, die in für eine genaue Strukturlängenmessung geeignet sind, auch wenn die Breite des jeweiligen Kantenbereichs einer Struktur kleiner ist als ein Strahldurchmesser.
Das obige Problem wird gelöst durch ein Strukturmessgerät gelöst, enthaltend eine Strahlintensitätsverteilungs-Erzeugungseinheit, die dazu geeignet ist, einen Ladungsteilchenstrahl über eine Referenzstruktur zu rastern, um ein Linienprofil der Referenzstruktur zu erzeugen und eine Referenzstrahlintensitätsverteilung zu erzeugen, bei der der Ladungsteilchenstrahl als Referenzstrahl angesehen wird, wobei die Referenzstruktur auf einer Probe ausgebildet ist und Kantenbereiche aufweist, die in einem rechten Winkel zu einer horizontalen Ebene ausgebildet sind, eine Kantenbreiten-Ermittlungseinheit, die dazu geeignet ist, Linienprofile für Strukturmodelle unter Verwendung der Referenzstrahlintensitätsverteilung zu ermitteln und Kantenbreiten zu berechnen, die einen Einfluss einer Breite des Referenzstrahls widerspiegeln, wobei die Strukturmodelle Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind, und eine Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit, die dazu geeignet ist, Korrekturwerte für Kantenpositionen aus den berechneten Kantenbreiten und den Strukturmodellen zu berechnen und eine Korrespondenztabelle zu erzeugen, in der die Kantenbreiten und die Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden.
Bei dem Strukturmessgerät gemäß diesem Modus kann die Referenzstrahlintensitätsverteilung eine erste Verteilung an einer ersten Seite einer Intensitätsverteilung an einem ansteigenden Punkt der Referenzstruktur und eine zweite Verteilung an einer zweiten Seite einer Intensitätsverteilung an einem abfallenden Punkt der Referenzstruktur enthalten, wobei sich die erste und zweite Seite dort befinden, wo die Referenzstruktur nicht ausgebildet ist. Die Linienprofile für die Strukturmodelle, die die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildeten Kanten enthalten, können jeweils durch Kombinieren des Linienprofils der Referenzstruktur und entsprechender Linienprofile der Kantenbereiche erzeugt werden, wobei die Linienprofile der entsprechenden Kantenbereiche durch Berechnen von Beträgen erzeugt werden, die Überlappungen zwischen dem Referenzstrahl und den Kantenbereichen entsprechen, unter der Voraussetzung, dass ein die Referenzstrahlintensitätsverteilung aufweisender Elektronenstrahl rasternd appliziert wird.
Ferner kann das Strukturmessgerät beim Strukturmessgerät gemäß diesem Modus ferner eine Linienbreiten-Messeinheit enthalten, die dazu geeignet ist, eine Linienbreite einer Struktur zu messen, wobei die Linienbreiten-Messeinheit eine Kantenbreite und Kantenpositionen einer auf einer Probe ausgebildeten Struktur misst, die Kantenbreite und Kantenpositionen als vorläufige Kantenbreite und vorläufige Kantenpositionen festlegt, durch Zurückgreifen auf die Korrespondenztabelle einen Korrekturwert für jede der vorläufigen Kantenpositionen ermittelt und jede der vorläufigen Kantenpositionen unter Verwendung des Korrekturwerts korrigiert, um dadurch die Linienbreite der Struktur zu berechnen. Die Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit kann ferner eine Kantenbreitenkorrespondenztabelle erzeugen, in der Kantenbreiten der Strukturmodelle und die durch die Kantenbreiten-Ermittlungseinheit berechneten Kantenbreiten miteinander in Beziehung gesetzt werden, und die Linienbreiten-Messeinheit kann aus einer Höhe der Struktur und einer realen Kantenbreite, die durch Zurückgreifen auf die Kantenbreitenkorrespondenztabelle für die vorläufige Kantenbreite ermittelt wird, einen Neigungswinkel einer jeden Kante der Struktur berechnen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Linienprofil der Referenzstruktur durch Raster eines Ladungsteilchenstrahls über die Struktur erzeugt, die Kantenbereiche aufweist, die auf einer Probe in rechtem Winkel ausgebildet sind. Dann wird die Referenzstrahlintensitätsverteilung auf der Grundlage des Linienprofils erzeugt. Die Linienprofile werden für die Strukturmodelle, die Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind, mittels Simulation unter Verwendung der Referenzstrahlintensitätsverteilung erzeugt. Aus den erzeugten Linienprofilen werden Kantenbreiten erzeugt, um dadurch die Kantenbreiten zu erzeugen, die einen Einfluss der Breite des Referenzstrahls widerspiegeln.
Aus den durch Simulation und den Strukturmodellen erhaltenen Kantenbreiten werden die Korrekturwerte für die Kantenpositionen berechnet, um die Korrespondenztabelle zu erzeugen, in der die Kantenbreiten und die berechneten Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden. Diese Korrespondenztabelle wird eingesetzt, um den Messwert zu korrigieren und dadurch wird es möglich, eine genaue Längenmessung auszuführen, auch wenn die tatsächlich gemessene Linienbreite infolge einer kleinen Breite eines jeden Kantenbereichs einen Fehler enthält.
Das obige Problem wird durch ein Strukturmessverfahren gelöst, enthaltend die folgenden Schritte: Raster eines Ladungsteilchenstrahls über eine Referenzstruktur, um ein Linienprofil der Referenzstruktur zu erzeugen wobei die Referenzstruktur auf einer Probe ausgebildet ist und Kantenbereiche aufweist, die in einem rechten Winkel zu einer horizontalen Ebene ausgebildet sind, Erzeugen einer Referenzstrahlintensitätsverteilung, bei der der Ladungsteilchenstrahl als Referenzstrahl angesehen wird, auf der Grundlage des Linienprofils. Erzeugen von Linienprofilen für Strukturmodelle auf der Grundlage der Referenzstrahlintensitätsverteilung, wobei die Strukturmodelle Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind, Erzeugen von Differentialprofilen durch Differenzieren der Linienprofile, Berechnen von Kantenbreiten, die einen Einfluss einer Breite des Referenzstrahls widerspiegeln, aus den Differentialprofilen und Berechnen von Korrekturwerten für Kantenpositionen aus den berechneten Kantenbreiten und den Strukturmodellen und Erzeugen einer Korrespondenztabelle, in der die Kantenbreiten und die Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
1 den Aufbau eines bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Rasterelektronenmikroskops,
2A bis 2C Darstellungen zur Erläuterung eines von einem Signalprozessor gewonnenen Elektronenbildes und eines Profils,
3A bis 3C Darstellungen zur Erläuterung von verschiedenen Kantenwinkeln entsprechenden Profilen,
4A und 4B Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Ermittlung des Kontrastprofils einer Struktur entsprechend dem Neigungswinkel ihres Kantenbereichs mittels Simulation,
5A bis 5C die Intensitätsverteilungen von durch Applizieren eines Elektronenstrahls auf Strukturen mit verschiedenen Kantenwinkeln erhaltene Sekundärelektronen,
6 eine Darstellung zur Erläuterung der Berechnung eines Linienprofils entsprechend dem Kantenneigungswinkel unter Verwendung eines Referenzstrahls,
7 ein Beispiel der Intensitätsverteilung des Referenzstrahls,
8 eine Darstellung (Teil 1) zur Erläuterung eines Beispiels zur Berechnung eines Linienprofils für eine Struktur, die Kanten enthält, die einen vorgegebenen Neigungswinkel aufweisen, mittels Simulation,
9 eine Darstellung (Teil 2) zur Erläuterung eines Beispiels zur Berechnung eines Linienprofils für eine Struktur, die Kanten enthält, die einen vorgegebenen Neigungswinkel aufweisen, mittels Simulation,
10 den Zusammenhang zwischen einer mittels Simulation unter Verwendung des Referenzstrahls erhaltenen Kantenbreite und einem Korrekturwert für eine berechnete Kantenposition,
11 den Zusammenhang zwischen der realen Kantenbreite und der mittels Simulation erhaltenen kantenbreite (Messkantenbreite),
12 einen Ablaufplan, der ein Beispiel des Arbeitsgangs zur Erzeugung des Zusammenhangs zwischen den mittels Simulation erhaltenen Kantenbreiten und den Korrekturwerten für die Kantenpositionen in Bezug auf die reale Kantenbreite zeigt, und
13 einen Ablaufplan, der ein Beispiel des Arbeitsgangs zur Strukturmessung unter Verwendung eines Elektronenstrahls zeigt.
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst wird der Aufbau eines als Strukturmessgeräts verwendeten Rasterelektronenmikroskops beschrieben. Als nächstes wird ein allgemeines Verfahren zur Messung der Linienbreite einer Struktur beschrieben. Dann wird der Zusammenhang zwischen der Breite eines Kantenbereichs und der Strahlbreite beschrieben. Ferner wird eine Technik beschrieben, die eine genaue Längenmessung einer Linienbreite auch bei kleiner Kantenbreite erlaubt. Schließlich wird ein Strukturmessverfahren beschrieben, auf welches das Strukturermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
(Aufbau des Rasterelektronenmikroskops)
1 zeigt den Aufbau eines Rasterelektronenmikroskops gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Dieses Rasterelektronenmikroskop 100 enthält im Wesentlichen eine Elektronenrastereinheit 10, einen Signalprozessor 30, eine Bildanzeigeeinheit 40, eine Speichereinheit 55 und eine jeweils die Elektronenrastereinheit 10, den Signalprozessor 30, die Bildanzeigeeinheit 40 und die Speichereinheit 55 steuernde Steuerung 20. Die Steuerung 20 weist eine Strahlintensitätsverteilungs-Erzeugungseinheit 21, eine Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit 22, einen Kantenbreitendetektor 23 und eine Linienbreiten-Messeinheit 24 auf.
Die Elektronenrastereinheit 10 weist eine Elektronenkanone 1, eine Kondensorlinse 2, eine Ablenkspule 3, eine Objektivlinse 4, eine bewegliche Bühne 5 und einen Probenhalter 6 auf.
Ladungsteilchen 9 werden von der Elektronenkanone 1 über die Kondensorlinse 2, die Ablenkspule 3 und die Objektivlinse 4 auf eine Probe 7 auf der beweglichen Bühne 5 appliziert.
Von der Probe 7 durch die Bestrahlung mit den Ladungsteilchen 9 emittierte Sekundärelektronen werden von einem Elektronendetektor 8 erfasst, der aus einem Szintillator oder dergleichen aufgebaut ist. Die Menge der auf diese Weise erfassten Sekundärelektronen wird von einem AD-Umsetzer des Signalprozessors 30 in eine Digitalmenge umgesetzt und dann in der Speichereinheit 55 als Bilddaten gespeichert. Die Bilddaten werden in Leuchtdichtesignale umgesetzt und dann auf der Bildanzeigeeinheit 40 angezeigt. Hier enthalten die Bilddaten Information, die den Bereich kennzeichnet, in dem das Bild gewonnen wurde, die Vergrößerung des REM und dergleichen. Die Steuerung 20 steuert den Elektronenablenkbetrag der Ablenkspule 3 und den Bildraster der Bildanzeigeeinheit 40. Zudem speichert die Steuerung 20 ein Programm zur Ausführung der Linienbreitenmessung.
Die Strahlintensitätsverteilungs-Erzeugungseinheit 21 erzeugt die Intensitätsverteilung des Ladungsteilchenstrahls selbst, der im Gerät eingesetzt wird. Die Intensitätsverteilung des Ladungsteilchenstrahls gibt die Verteilung des Strahlbetrags zum Zeitpunkt der Applikation des Strahls auf die Probe an.
Die Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit 22 erzeugt eine Korrespondenztabelle. Die Korrespondenztabelle gibt einen Zusammenhang zwischen mittels Simulationen erhaltenen Kantenbreiten und Korrekturwerten zum Korrigieren des Einflusses der Breite des Ladungsteilchenstrahls über eine Kantenposition in Bezug auf eine reale Kantenbreite.
Der Kantenbreitendetektor 23 ermittelt Kantenbreiten unter Verwendung der Intensitätsverteilung des Ladungsteilchenstrahls an Strukturmodellen, die Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind.
Die Linienbreiten-Messeinheit 24 misst eine Linienbreite durch Erzeugen des Linienprofils eines bestimmten Bereichs und Anwenden einer Differentiation darauf.
(Allgemeines Verfahren zur Messung der Linienbreite einer Struktur)
Als nächstes wird ein allgemeines Verfahren zur Messung der Linienbreite einer Struktur einer in 2A gezeigten Probe unter Verwendung des in 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskops 100 beschrieben.
Die in 2A dargestellte Probe 7 mit einer auf einer Unterlage 50 ausgebildeten Leitungsstruktur 51 ist ein Halbleiterwafer oder ein Photomaskensubstrat. Ein Teil der Probe 7 ist von ebener Gestalt, wie in 2A gezeigt. Hier gibt der von einer unterbrochenen Linie 52 umgebene Bereich einen Beobachtungsbereich des Rasterelektronenmikroskops 100 an.
2B stellt ein Beispiel eines REM-Bildes dar, das dadurch erhalten wird, dass der Elektronendetektor 8 die durch Abrastern der in 2A dargestellten Probe mit einem Elektronenstrahl erhaltenen Menge an Sekundärelektronen oder dergleichen erfasst, die erfasste Elektronenmenge in Leuchtdichtesignale ungesetzt wird und diese entsprechend der Rasterposition des Elektronenstrahls zweidimensional angezeigt wird.
Auf dem REM-Bild von 2b wird ein Längenmessbereich bestimmt und ein entsprechendes Rem-Bild daraus entnommen. Der Längenmessbereich wird so festgelegt, dass er eine Fläche L × H von 400 Bildpunkten bildet. Die Bedienperson wählt diese Fläche unter Verwendung einer oberen Linienmarkierung LM1, einer unteren Linienmarkierung LM2, einer linken Linienmarkierung LM3 und einer rechten Linienmarkierung LM4.
Die Bildpunktdaten des entnommenen REM-Bildes werden in Bezug auf die Richtung H des Längenmessbereichs in Bereiche unterteilt und für jeden der Teilbereiche wird ein der Leuchtdichteverteilung entsprechendes Linienprofil ermittelt. Man beachte, dass wenn das Linienprofil ermittelt ist, es durch Ausführen einer Glättung in Richtung der Länge L mit einer Breite von beispielsweise drei Bildpunkten möglich ist, Störkomponenten zu verringern.
2C ist eine Ansicht, die ein Linienprofil zeigt, das der Menge an von der Probe emittierten Sekundärelektronen entspricht, die bei Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl entlang der Linie I-I von 2A ermittelt werden kann. Wie in 2C gezeigt, ändert sich das Linienprofil drastisch an den Kantenbereichen der Struktur. Um die Positionen zu finden, an denen sich das Linienprofil drastisch ändert, wird das Linienprofil abgeleitet und der Maximumsscheitelpunkt und der Minimumsscheitelpunkt des Differentialsignals ermittelt. Die Breite der Linienstruktur wird als Abstand zwischen der Position des Maximumsscheitelpunkts und der Position des Minimumsscheitelpunkts ermittelt.
Der vorgenannte Arbeitsgang wird für jeden Teilbereich ausgeführt. Dann wird der für die jeweiligen Bereiche berechnete Mittelwert der Breiten als Längenmesswert definiert.
(Zusammenhang zwischen der Kantenbreite und der Strahlbreite)
3 zeigt auf einer Probe 61 ausgebildete Strukturen, Linienprofile, die jeweils aus REM-Bildern der Strukturen erhaltene Leuchtdichtesignale repräsentieren, und Differentialprofile, die jeweils dadurch erhalten werden, dass die Linienprofile einer ersten Ableitung unterworfen werden. Die 3A bis 3C zeigen drei Fälle, die sich einander im Neigungswinkel des jeweiligen Kantenbereichs (der Breite des jeweiligen Kantenbereichs) der Linienstruktur unterscheiden.
3A zeigt einen Fall, bei dem jeder Kantenbereich einer Struktur 62 auf der Probe 61 in einem rechten Winkel zur Oberfläche der probe 61 ausgebildet ist. Die 3B und 3C zeigen Fälle, bei denen die Kantenebereiche geneigt sind. Dabei zeigt 3B einen Fall, bei dem die Neigung eines jeden Kantenbereichs steiler ist als bei 3C.
Beim in 3A gezeigten Fall, bei dem jeder Kantenbereich im rechten Winkel zur Oberfläche der Probe 61 steht, werden Linienprofile 63a und 63b in 3A erhalten. Die Linienprofile 63a und 63b werden abgeleitet, um Differentialprofile 64a und 64b zu erhalten.
Wie durch die Linienprofile 63a und 63b in 3A dargestellt, wird der Signalbetrag eines jeden Linienprofils an den entsprechenden Grenzen eines Bereichs, in dem die Struktur 62 nicht ausgebildet ist (im Folgenden als Zwischenraum bezeichnet), und der Struktur 62 besonders groß.
Die Intensitätsverteilung der Sekundärelektronen gilt als proportional zu 1/cosθ, wobei θ einen Probenoberflächenwinkel repräsentiert, der zwischen einer Oberfläche der Probe 61 und einen Kantenbereich der Struktur darauf ausgebildet ist. Da neuere CD-Rem jedoch eine Technik einsetzen, die eine Aufladung der Probe unterdrücken, wird bei diesem Ausführungsbeispiel unterstellt, dass das Gerät normalerweise eine konstante Intensitätsverteilung beobachtet, ungeachtet vom Neigungswinkel des Kantenbereichs. Beim Fall von 3A gibt es keinen geneigten Bereich in der Struktur 61 und deshalb sind in den Linienprofilen 63a und 63b keine Intensitäten der Sekundärelektronen von geneigten Bereichen enthalten. Mit anderen Worten, die Linienprofile 63a und 63b fangen nur die Eigenschaften von Diffusionskontrasten ein, die die Sekundärelektronendiffusion von den Seitenwandbereichen sind.
Im Allgemeinen wird bei einem Linienprofil die steilste Neigungsposition als Kantenposition der Struktur verwendet. Um diese steilste Position zu berechnen, wird das Linienprofil einer ersten Ableitung unterzogen und dann der maximumswert und der Minimumswert des Erstdifferentialprofils ermittelt.
Die Erstdifferentialprofile 64a und 64b in 3A nehmen den Maximalwert an einer Position entsprechend einem Zwischenraum 61a und den Minimalwert an einer Position entsprechend einem Zwischenraum 61b ein. Auf diese Weise werden die Positionen der Minimums- und Maximumswerte als Positionen berechnet, die die jeweiligen Grenzen des Zwischenraums 61a und der Struktur 62 und des Zwischenraums 61b und der Struktur 62, d. h. die Kantenpositionen repräsentieren.
Man beachte, dass es sich bei 3A jedoch um eine Struktur mit rechtwinkligen Kantenbereichen handelt und die tatsächliche Linienbreite der Struktur W1 ist. Mit anderen Worten, wenn die Linienbreite der Struktur aus den obigen Profilen berechnet wird, ist das Ergebnis W1 + d1 + d2, mit anderen Worten, es wird eine Linienbreite berechnet, die um d1 + d2 länger ist als die tatsächliche Linienbreite W1.
3B zeigt ein Beispiel, bei dem der Neigungswinkel einer jeden Kante einer auf der Probe 61 ausgebildeten Struktur 65 steil ist und die Breite eines jeden Kantenbereichs kleiner ist als die Breite des Strahls. Wie durch die Linienprofile 66a und 66b in 3B gezeigt, werden die Signalbeträge der Linienprofile 66a und 66b an der Grenze des Zwischenraums 61a und der Struktur 65 bzw. des Zwischenraums 61b und der Struktur 65 groß. Die Linienprofile 66a und 66b hängen in diesem Fall von den Sekundärelektronen 67a und 67b, die von den geneigten Bereichen der Kanten erzeugt werden, dem Diffusionskontrast des oberen Bereichs 65a und der Intensitätsverteilung des Strahls ab.
Die Erstdifferentialprofile 68a und 68b in 3B nehmen den Maximalwert an einer Position entsprechend einem Zwischenraum 61a und den Minimalwert an einer Position entsprechend einem Zwischenraum 61b ein. Auf diese Weise werden die Positionen der Minimums- und Maximumswerte als Positionen berechnet, die die jeweiligen Grenzen des Zwischenraums 61a und der Struktur 65 und des Zwischenraums 61b und der Struktur 65, d. h. die Kantenpositionen repräsentieren.
Während die tatsächliche Linienbreite der Struktur W2 ist, gibt es hier jedoch, wie in 3b gezeigt, einen d3 + d4 entsprechenden Fehler.
3C ist ein Beispiel, bei dem die Neigungswinkel der Kanten einer auf der Probe 61 ausgebildeten Struktur 69 flach sind und die Breite eines jeden Kantenbereichs größer ist als die Breite des Strahls.
Wie durch die Linienprofile 70a und 70b in 3C gezeigt, werden die Signalbeträge der Linienprofile 70a und 70b jeweils an der Grenze des Zwischenraums 61a und der Struktur 69 und des Zwischenraums 61b und der Struktur 69 groß. Die Linienprofile 70a und 70b hängen in diesem Fall von den Sekundärelektronen 71a und 71b, die von den geneigten Bereichen der Kanten erzeugt werden, dem Diffusionskontrast des oberen Bereichs 69a und der Intensitätsverteilung des Strahls ab.
Die Erstdifferentialprofile 72a und 72b in 3C nehmen den Maximalwert an einer Position entsprechend der Grenze des Zwischenraums 61a und der Struktur 69 und den Minimalwert an einer Position entsprechend der Grenze des Zwischenraums 61b und der Struktur 69 ein. Die Positionen der Maximums- und Minimumswerte repräsentieren die jeweiligen Grenzen des Zwischenraums 61a und der Struktur 69 und des Zwischenraums 61b und der Struktur 69, d. h. die Kantenpositionen. Wie oben beschrieben werden zur Ermittlung der Kantenpositionen die Positionen der Maximums- und Minimumswerte in den Erstdifferentialprofilen 72a und 72b auf der Grundlage davon berechnet, ob die Linienbreite W3 der Struktur genau gemessen werden kann.
Wie oben beschrieben kann jede Kantenbreite genau gemessen werden, wenn die Kantenbreite größer ist als die Breite des Ladungsteilchenstrahls. Wenn die Kantenbreite jedoch kleiner ist als die Breite des Ladungsteilchenstrahls, kann die Kantenbreite durch das übliche Verfahren zur Ermittlung der Kantenpositionen mittels Ableitung des Linienprofils nicht genau gemessen werden und deshalb kann die Linienbreite der Struktur auch nicht genau gemessen werden.
Nun wird der Fokus auf die Kantenbreiten der Struktur gelegt. In 3B ist es möglich, die Breite des Kantenbereichs der Struktur 65 durch die Differentialprofile zu ermitteln, die erhalten werden, wenn die Linienprofile einer ersten Ableitung unterzogen werden.
Das Erstdifferentialprofil 68a nimmt die lokalen Maximums- und Minimumswerte in der Nähe der Grenze des Zwischenraums 61a und der Struktur 65 ein. Die Position des lokalen Maximumswerts wird als Position zwischen dem Zwischenraum 61a und einem unteren Teilbereich der Kante der Struktur 65 berechnet. Die Position des lokalen Minimumswerts wird als Position eines oberen Teilbereichs der Kante der Struktur 65 berechnet.
Da jedoch, wie in 3B gezeigt, E1 die tatsächliche Kantenbreite der Struktur 65 ist, ergibt sich ein d3 + d5 entsprechender Fehler. Das Auftreten solch eines Fehlers wird möglicherweise durch die Tatsache verursacht, dass das Linienprofil 66a nicht nur die Intensität der Sekundärelektronen vom geneigten Teilbereich der Kante umfasst, sondern auch die Intensität des Ladungsteilchenstrahls selbst, und dass das Verhältnis der Intensität des Ladungsteilchenstrahls zu Gesamtintensität groß ist.
Indessen nimmt bei der Struktur 69 in 3C das Erstdifferentialprofil 72a die lokalen Maximums- und Minimumswerte in der Nähe der Grenze des Zwischenraums 61a und der Struktur 69 ein. Die Position des lokalen Maximumswerts entspricht einer Position zwischen dem Zwischenraum 61a und einem unteren Teilbereich der Kante der Struktur 69.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum genauen Messen der Linienbreite beschrieben, auch wenn die Kantenbreite kleiner ist als die Breite des Strahls.
Wie oben bei dem Fall beschrieben, bei dem der Neigungswinkel einer Kante ein rechter Winkel ist, kann der zwischenraumseitige Teilbereich der Diffusionskontrastverteilung annähernd als die Intensitätsverteilung des Ladungsteilchenstrahls betrachtet werden. Demgemäß werden zwischenraumseitige Teilbereiche der Intensitätsverteilungen 63a und 63b in 3A mit einer Intensitätsverteilung kombiniert, die jeweils als Intensitätsverteilung des Strahls festzulegen ist. Um genau zu sein, in 3A wird eine Verteilung am Zwischenraum 61a der Intensitätsverteilung 63 am ansteigenden Punkt der Struktur 62 mit der Intensitätsverteilung kombiniert und eine Verteilung am Zwischenraum 61b der Intensitätsverteilung 63 am abfallenden Punkt der Struktur 62 mit der Intensitätsverteilung kombiniert. Die kombinierte Intensitätsverteilung wird als Intensitätsverteilung eines Referenzstrahls festgelegt.
Unter Verwendung dieser Intensitätsverteilung des Referenzstrahls werden mittels Simulationen Linienprofile (Kontrastprofile) berechnet, die bei Bestrahlung von Strukturen mit verschiedenen Neigungswinkeln erhalten würden.
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Ermittlung des Kontrastprofils einer Struktur entsprechend dem Neigungswinkel ihres Kantenbereichs mittels Simulation. Die 4A und 4B zeigen Strukturen, die sich einander im Neigungswinkel des Kantenbereichs unterscheiden, aber bei denen das Verfahren zur Berechnung des Kontrastprofils mittels Simulation gleich ist.
In 4A wird ein Kontrastprofil 96a für eine Struktur 91 durch Addieren des Profils einer Seitenwand (Kantenbereich) der Struktur zum Profil eines Oberteils davon erzeugt.
5 ist eine Darstellung, welche die Intensitätsverteilungen von Sekundärelektronen veranschaulicht, die bei Applizieren eines Elektronenstrahls auf Strukturen mit verschiedenen Neigungswinkeln erhalten werden. Wie in 5 dargestellt, ändern sich die Intensitätswerte der Seitenwände 92a, 92c bei der Sekundärelektronenintensitätsverteilung entsprechend der Breite der Kante und diese Intensitätswerte werden höher, sowie die Winkel der Kanten steiler werden. Andererseits hängen die Intensitätswerte der Oberteile nicht von diesen Kantenbereichen ab und sie zeigen alle die gleichen Sekundärelektronenintensitätsverteilungen 92b, 92d.
Daher werden die Seitenwand und das Oberteil bei der Erzeugung des Kontrastprofils mittels Simulation separat betrachtet.
Die Sekundärelektronenintensitätsverteilung 92b des Oberteils der Struktur 91a in 4A wird als gleich einer Verteilung bei einem Neigungswinkel von 90 Grad (einer Sekundärelektronenintensitätsverteilung 92e in 5A) angesehen. Daher wird für ein Kontrastprofil 93 des Oberteils ein Kontrastprofil verwendet, bei dem der Kantenwinkel 90 Grad beträgt (siehe 3A).
Was die Seitenwand betrifft, wird durch Ausführen einer Simulation unter Verwendung der Sekundärelektronenintensitätsverteilung 92a, die dem Winkel der Seitenwand und der Höhe der Kante entspricht, sowie einer Referenzstrahlintensitätsverteilung 94 ein Kontrastprofil 95a erzeugt. Das erzeugte Kontrastprofil 95a der Seitenwand wird zum Profil 93 des Oberteils addiert, um ein Kontrastprofil 96a entsprechend dem Winkel der Kante zu erzeugen.
6 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Konzepts des Simulationsverfahrens der Berechnung des dem Neigungswinkel der Kante entsprechenden Kontrastprofils der Seitenwand unter Verwendung der Referenzstrahlintensitätsverteilung.
Es wird angenommen, dass auf einem Substrat 72 eine Struktur 73 mit θ als Neigungswinkel der Kante ausgebildet ist, wie es in 6 dargestellt ist. Darüber hinaus wird in 6 zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen, dass der Referenzstrahl eine Dreiecksintensitätsverteilung wie die Intensitätsverteilung 75a aufweist.
Für die Kantenbereiche der Struktur 73 in 6 werden jeweils gemäß den erzeugten Sekundärelektronenmengen die Breiten 74a und 74b der geneigten Teilbereiche ermittelt. Entsprechend einer Überlappung der Neigungsbreite mit dem darüber gerasterten Referenzstrahl wird ein Kontrastprofil 76 erzeugt.
Wenn sich der Referenzstrahl noch nicht am Kantenbereich befindet, wie es in 6 durch das Bezugszeichen 75a dargestellt ist, beträgt der Wert des Kontrastprofils 0, wie durch v1 gezeigt. Wenn der Referenzstrahl in der X-Richtung gerastert (nach rechts in 6) und auf die Struktur appliziert wird und die Hälfte des Referenzstrahls in Überlappung mit dem Kantenbereich kommt, wie durch 75b gezeigt, wird sich ein durch v2 gezeigter Wert ergeben. Mit der Bewegung des Referenzstrahls von 75a zu 75b erhöht sich der Wert des Kontrastprofils linear von v1 zu v2.
Wenn der Referenzstrahl weiter in X-Richtung gerastert wird und der Referenzstrahl symmetrisch zu 75b wird, wie durch 75d dargestellt, wird sich ein durch v3 gezeigter Wert einstellen.
Wie oben beschrieben, wird das Kontrastprofil durch Ermitteln von den Pegeln der Überlappung zwischen dem Referenzstrahl und den Sekundärelektronenintensitäten des Kantenbereichs entsprechende Sekundärelektronenintensitäten erzeugt.
Die 7 bis 9 sind Darstellungen zur Erläuterung der Erzeugung von Kontrastprofilen mittels Simulation. Für ein Strukturmodell 82 in 8 und ein Strukturmodell 83 in 9 Kontrastprofile werden mittels Simulation berechnet, wobei die Referenzstrahlintensitätsverteilung so festgelegt wird, dass sie die in 7 gezeigte Form 81 aufweist. Bei dem Strukturmodell 82 weist die Kante einen Neigungswinkel von α auf, wie in 8 gezeigt. Bei dem Strukturmodell 83 weist die Kante einen Neigungswinkel von β (< α) auf, wie in 9 gezeigt.
7 zeigt die durch Abrastern eines Ladungsteilchenstrahls über eine Struktur, bei der der Kantenbereich auf der Probe in einem rechten Winkel ausgebildet ist, gewonnene Referenzstrahlintensitätsverteilung 81. Die horizontale Achse repräsentiert den Abstand, während die vertikale Achse die Strahlintensität repräsentiert.
8 ist ein Beispiel, bei dem ein Kontrastprofil für die Struktur erzeugt wird, deren Kante einen Neigungswinkel α aufweist. Eine in 8 mit dem Bezugszeichen 82 gekennzeichnete Linie repräsentiert ein Strukturmodell, dessen Kante einen Neigungswinkel α aufweist. Eine in 8 mit dem Bezugszeichen 84 gekennzeichnete Linie repräsentiert das mittels am Strukturmodell 82 unter Verwendung des die Intensitätsverteilung in 7 aufweisenden Referenzstrahls ausgeführter Simulation erzeugte Kontrastprofil. Eine in 8 mit dem Bezugszeichen 86 gekennzeichnete Linie repräsentiert ferner das Kontrastprofil eines Oberteils bei einem Neigungswinkel der Kante von 90 Grad. Eine in 8 mit dem Bezugszeichen 88 gekennzeichnete Linie repräsentiert ein durch Addieren des Kontrastprofils 86 des Oberteils zum simulierten Profil 84 des Kantenbereichs erhaltenes Profil.
Eine in 8 mit dem Bezugszeichen 90 gekennzeichnete Linie ist ein durch Ableitung des Kontrastprofils 88 erhaltenes Differentialprofil. Dieses Differentialprofil 90 wird verwendet, um ein Messergebnis zu simulieren und eine Kantenposition und eine Kantenbreite zu ermitteln. Dann wird daraus ein Korrekturwert für die tatsächliche Kantenposition berechnet und der Zusammenhang zwischen den simulierten und tatsächlichen Kantenbreiten ermittelt.
Beispielsweise entspricht in 8 ein Wert 3,0 der tatsächlichen Kantenbreite einem Wert 9,0 der auf der Grundlage des unter Verwendung des Referenzstrahls erhaltenen Kontrastprofils 88 berechneten Kantenbreite. Dann kann der Wert 9,0 der gemessenen Kantenbreite in den Wert 3,0 der tatsächlichen Kantenbreite umgewandelt werden und der Korrekturwert für die Kantenposition (die ansteigende Position des Strukturmodells 82) beträgt 2,0.
9 ist ein Beispiel, bei dem ein Kontrastprofil für die Struktur erzeugt wird, deren Kante einen Neigungswinkel β aufweist. Eine in 9 mit dem Bezugszeichen 83 gekennzeichnete Linie repräsentiert ein Strukturmodell, dessen Kante einen Neigungswinkel α aufweist. Eine in 8 mit dem Bezugszeichen 85 gekennzeichnete Linie repräsentiert das mittels am Strukturmodell 83 unter Verwendung des die Intensitätsverteilung in 7 aufweisenden Referenzstrahls ausgeführter Simulation erzeugte Kontrastprofil. Eine in 9 mit dem Bezugszeichen 87 gekennzeichnete Linie repräsentiert ferner das Kontrastprofil eines Oberteils bei einem Neigungswinkel der Kante von 90 Grad. Eine in 9 mit dem Bezugszeichen 89 gekennzeichnete Linie repräsentiert ein durch Addieren des Kontrastprofils 87 des Oberteils zum simulierten Profil 85 des Kantenbereichs erhaltenes Profil.
Eine in 9 mit dem Bezugszeichen 91 gekennzeichnete Linie ist ein durch Ableitung des Kontrastprofils 89 erhaltenes Differentialprofil. Dieses Differentialprofil 91 wird verwendet, um ein Messergebnis zu simulieren und eine Kantenposition und eine Kantenbreite zu ermitteln. Dann wird daraus ein Korrekturwert für die tatsächliche Kantenposition berechnet und der Zusammenhang zwischen den simulierten und tatsächlichen Kantenbreiten ermittelt.
Beispielsweise entspricht in 9 ein Wert 7,0 der tatsächlichen Kantenbreite einem Wert 11,4 der auf der Grundlage des unter Verwendung des Referenzstrahls erhaltenen Kontrastprofils 89 berechneten Kantenbreite. Dann kann der Wert 11,4 der gemessenen Kantenbreite in den Wert 7,0 der Kantenbreite umgewandelt werden und ein Korrekturwert für die Kantenposition (die ansteigende Position des Strukturmodells 83) beträgt 0,2.
Die Kantenbreite und der Korrekturwert für die Kantenposition werden für jede der verschiedenen Kantenbreiten auf die gleiche Art und Weise berechnet, um den in 10 gezeigten Zusammenhang zwischen der unter Verwendung des Referenzstrahls berechneten Kantenbreite und dem Korrekturwert für die Kantenposition und den in 11 gezeigten Zusammenhang zwischen der gemessenen Kantenbreite und der tatsächlichen Kantenbreite zu erzeugen. In 10 repräsentiert die horizontale Achse die auf den Simulationsergebnissen beruhenden Kantenbreiten, während die vertikale Achse den Korrekturwert für die Kantenposition repräsentiert. Der Minimumswert der Kantenbreite ist im Wesentlichen gleich der dem Strahldurchmesser und der Korrekturwert beträgt ungefähr die Hälfte des Strahldurchmessers (Punkt A in 10), was 3A entspricht.
Sowie die Kantenbreite größer wird, verringert sich der Korrekturwert. Dies liegt daran, dass die Intensitätsverteilung die Intensität der Sekundärelektronen vom geneigten Teilbereich der Kante enthält und das Verhältnis des Einflusses der Strahlbreite auf die Gesamtintensität abnimmt. Ein Punkt B in 10 zeigt, dass der Korrekturwert für die Kantenposition bei Ex der Kantenbreite null beträgt. Um genau zu sein, eine Kantenbreite, die größer ist als Ex, gewährleistet eine genaue Messung. Weil die Linienbreite und die Kantenbreite durch Applizieren und Raster eines Strahls berechnet werden, um ein Linienprofil zu erzeugen und das Linienprofil abzuleiten. Wenn hier die Kantenbreite größer ist als Ex, werden die Werte der Linienbreite und der Kantenbreite nicht durch die mit der Strahlbreite in Beziehung stehende Intensitätsverteilung beeinflusst.
11 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen der realen Kantenbreite und der gemessenen Kantenbreite zeigt. Die horizontale Achse in 11 repräsentiert die reale Kantenbreite, während die vertikale Achse die gemessene Kantenbreite repräsentiert.
Wenn nötig, ist es möglich, im Vorhinein eine Korrespondenztabelle zu erzeugen, die den in den 10 und 11 gezeigten Zusammenhang zwischen der realen Kantenbreite und der gemessenen Kantenbreite angibt. Beispielsweise ist es unter Berücksichtigung der Symmetrieeigenschaft des Strahls und des Unterschieds des Strahldurchmessers in der X- und Y-Richtung möglich, für jedes Gerät vier Tabellen für die ansteigende Kante und die abfallende Kante jeweils in X- und Y-Richtung zu erzeugen und die Tabellen in der Speichereinheit zu speichern. Beim Ausführen der Längenmessung einer Struktur wird auf die Korrespondenztabelle zugegriffen, um zu bestimmen, ob die Korrektur der Kantenbreite nötig ist oder nicht. Wenn die Korrektur nötig ist, wird der Längenmesswert auf der Grundlage der Kantenbreite des Messergebnisses korrigiert.
Die Verwendung der Korrespondenztabelle ermöglicht nicht nur die Messung der Linienbreite, sondern auch die Berechnung des Neigungswinkels einer jeden Kante einer auf einem Substrat ausgebildeten Struktur.
Nimmt man beispielsweise an, dass die Struktur wie in 3B gezeigt ausgebildet ist, werden die Kantenbreite und die Breite des Kantenbereichs der Struktur gemessen, gefolgt von einem Zugriff auf die Korrespondenztabelle, um zu bestimmen, ob die Breite des Kantenbereichs innerhalb eines Bereichs fällt, bei dem die Korrektur der Breite des Kantenbereichs nötig ist.
Wenn die Kantenbreite nicht innerhalb des korrekturbedürftigen Bereichs fällt, werden die gemessenen Breite des Kantenbereichs und eine Höhe H der Struktur verwendet, um den Neigungswinkel der Kante zu ermitteln. Wenn die gemessenen Breite des Kantenbereichs innerhalb des korrekturbedürftigen Bereichs fällt, wird auf der Grundlage der Korrespondenztabelle eine der gemessenen Kantenbreite entsprechende korrigierte Kantenbreite berechnet. Unter Verwendung dieser korrigierten Kantenbreite W und der Höhe H kann der Neigungswinkel der Kante genau ermittelt werden.
(Strukturmessverfahren)
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 12 und 13 ein Strukturmessverfahren unter Verwendung eines Ladungsteilchenstrahls beschrieben. 12 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel des Arbeitsgangs zur Erzeugung des Zusammenhangs zwischen der mittels Simulationen erhaltenen Kantenbreite und der Korrekturwerte für die Kantenpositionen zeigt.
Zuerst wird in Schritt S11 für eine auf einer Probe ausgebildete Struktur mit im rechten Winkel ausgebildetem Kantenbereich ein Linienprofil erzeugt. Ein Ladungsteilchenstrahl wird so gerastert, dass er über die Kantenbereiche der Struktur läuft. Dadurch wird ein REM-Bild der Struktur erhalten und dann werden aus dem Rem-Bild der Struktur Leuchtdichtesignale erhalten, um ein Linienprofil zu erzeugen, das die Leuchtdichtesignale repräsentiert.
Als nächstes wird in Schritt S12 die Intensitätsverteilung eines Referenzstrahls erzeugt. Das in Schritt S11 erhaltene Linienprofil enthält nicht die Intensität der Sekundärelektronen von geneigten Teilbereichen der Kanten. Daher kann dieses Linienprofil als die Intensitätsverteilung des Ladungsteilchenstrahls selbst angesehen werden. Um genau zu sein, eine Verteilung an einem Zwischenraum der Intensitätsverteilung am ansteigenden Punkt der Struktur wird mit einer Intensitätsverteilung kombiniert und eine Verteilung an einem Zwischenraum der Intensitätsverteilung am abfallenden Punkt der Struktur wird mit einer Intensitätsverteilung kombiniert. Die kombinierte Intensitätsverteilung wird als Intensitätsverteilung des Referenzstrahls festgelegt.
Als nächstes werden in Schritt S13 Linienprofile für Strukturmodelle erzeugt, die in unterschiedlichen Neigungswinkeln ausgebildete Kanten enthalten. Die Intensitätsverteilung des in Schritt S12 erzeugten Referenzstrahls wird an den jeweiligen Strukturmodellen angewendet, um mittels Simulation Werte zu berechnen, die den Überlappungen zwischen ihren Kantenbereichen und dem Referenzstrahl entsprechen. Die Linienprofile der Kantenbereiche werden zum Linienprofil eines Oberteils in der kante von 90 Grad addiert, um dadurch Linienprofile für die Strukturmodelle zu erzeugen.
Als nächstes werden in Schritt S14 die Linienprofile abgeleitet, um Kantenbreiten zu berechnen. In Schritt S15 werden aus den berechneten Kantenbreiten und den Strukturmodellen Korrekturwerte für die Kantenbreiten berechnet.
Als nächstes werden in Schritt S16 die berechneten Kantenbreiten und Korrekturwerte miteinander in Verbindung gebracht, um eine Korrespondenztabelle zu erzeugen.
Im Folgenden wird der Arbeitsgang zur Ausführung einer genauen Längenmessung unter Verwendung der Korrespondenztabelle zwischen den Kantenbreiten und den Korrekturwerten für die Kantenbreiten, die mittels Simulation berechnet wurden, beschrieben.
13 ist eine Ablaufplan, der eine Beispiel des Arbeitsgangs zum genauen Messen der Linienbreite einer Struktur zeigt, auch wenn die Struktur so ausgebildet ist, dass sie eine kleine Kantenbreite aufweist, da der Neigungswinkel näher bei 90 Grad liegt.
Bei dem Arbeitsgang zur Linienbreitenmessung von 13 wird unterstellt, dass im Vorhinein ein REM-Bild einer Probe mit darauf ausgebildeter Struktur gewonnen wurde, und es wird unterstellt, dass REM-Bilddaten in der Speichereinheit 35 gespeichert sind.
Zuerst wird in Schritt S21 ein gewünschter Längenmessbereich bestimmt und ein entsprechendes Rem-Bild gewonnen. Diese REM-Bilddaten werden aus der Speichereinheit 35 entnommen.
Als nächstes werden in Schritt S22 die in Schritt S21 gewonnenen REM-Bilddaten in eine vorgegebene Anzahl von Bereichen unterteilt.
Als nächstes wird in Schritt S23 für einen der durch die Unterteilung in Schritt S22 erhaltenen Bereiche ein Linienprofil berechnet. Die Berechnung des Linienprofils wird dadurch ausgeführt, dass die Profilerzeugungseinheit 21 der Steuerung veranlasst wird, Leuchtdichteinformation in den REM-Bilddaten zu extrahieren.
Als nächstes wird in Schritt S24 das in Schritt S23 erzeugte Linienprofil einer ersten Differentiation unterzogen, um eine Kantenbreite und Kantenpositionen zu berechnen. Diese Kantenbreite und Kantenpositionen werden als vorläufige Kantenbreite und Kantenpositionen festgelegt. Die erste Differentiation wird beispielsweise mit der Linienbreiten-Messeinheit 24 unter Verwendung eines Differentiationsfilters ausgeführt, wie etwa eines allgemein bei der Bildverarbeitung verwendeten Sobel-Filters. Aus jedem Ergebnis der Erstdifferentiation werden Positionen, die den Maximumswert und den Minimumswert im Betrag des Signals einnehmen, als vorübergehende Linienbreite aufgezeichnet. Ferner werden Positionen, die den lokalen Maximumswert und den lokalen Minimumswert des Betrags des den Kantenbereichen entsprechenden Signals einnehmen, als vorübergehende Kantenpositionen aufgezeichnet.
Im nächsten Schritt S25 wird bestimmt, ob die Breite jedes Kantenbereichs der Struktur innerhalb eines Korrekturzielbereichs fällt oder nicht, innerhalb dessen eine Korrektur nötig ist. Die Breite des Kantenbereichs wird durch Berechnen des Abstands zwischen dem Maximumswert und dem Minimumswert des durch Differenzieren des Linienprofils erhaltenen Differentialprofils ermittelt. Es wird auf eine Korrespondenztabelle zurückgegriffen und wenn Strahlbreitenwert existiert, der der berechneten Kantenbreite entspricht, wird bestimmt, dass die Kantenbreite innerhalb des Korrekturzielbereichs fällt. Wenn bestimmt wird, dass die Breite innerhalb des Korrekturzielbereichs fällt, schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S26 voran. Wenn bestimmt wird, dass die Breite nicht innerhalb des Korrekturzielbereichs fällt, schreiten der Arbeitsgang zu Schritt S28 voran.
Im nächsten Schritt S26 wird jede Kantenposition korrigiert. Die Kantenposition wird durch Bezugnahme auf die Korrespondenztabelle und Ermitteln eines der berechneten vorläufigen Kantenbreite entsprechenden Korrekturwerts daraus korrigiert. Dieser Korrekturwert wird zu der Kantenposition des Längenmesswerts addiert, um dadurch die Kantenposition auf eine genaue Kantenposition zu korrigieren, die nicht durch die Strahlbreite beeinflusst wird.
Im nächsten Schritt S27 wird das derart korrigierte Paar der Kantenpositionen verwendet, um eine Linienbreit zu berechnen.
Andererseits werden in Schritt S28, da keine Korrektur der gemessenen vorläufigen Kantenbreite und vorläufigen Kantenpositionen nötig ist, diese Werte verwendet, um einen Längenmesswert zu berechnen.
Als nächstes werden in Schritt S29 die vorläufige Kantenbreite und die vorläufigen Kantenpositionen berechnet und der Längenmesswert wird für alle Bereiche im Längenmessbereich korrigiert. Mit anderen Worten, die Schritte S23 bis S28 werden wiederholt ausgeführt, bis die Werte für alle diese Bereiche berechnet sind.
Wie oben beschrieben, wird beim Strukturmessgerät und dem Strukturmessverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Ladungsteilchenstrahl über eine auf einer Probe ausgebildete und im rechten Winkel ausgebildete Kantenbereiche aufweisende Struktur gerastert, um ein Linienprofil der Struktur zu erzeugen. Aus diesem Linienprofil wird die Intensitätsverteilung eines Referenzstrahls erzeugt. Dann wird auf der Grundlage der Intensitätsverteilung des Referenzstrahls an jedem der Strukturmodelle, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildete Kanten enthalten, eine Simulation ausgeführt, um Linienprofile zu erzeugen. Aus diesen Linienprofilen werden Kantenbreiten berechnet, um dadurch Kantenbreiten zu berechnen, die einen Einfluss der Breite des Referenzstrahls widerspiegeln.
Korrekturwerte für die Kantenposition werden aus den durch Simulation erhaltenen Kantenbreiten sowie den Strukturmodellen berechnet, um eine Korrespondenztabelle zu erzeugen, in der die Kantenbreiten und die berechneten Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden. Diese Korrespondenztabelle wird eingesetzt, um den Messwert zu korrigieren. Dadurch ist eine genaue Längenmessung möglich, auch wenn die tatsächlich gemessene Linienbreite infolge einer kleinen Breite eines jeden Kantenbereichs einen Fehler enthält.
Wegen des Einsatzes der Tabelle, in der die Kantenbreiten der Strukturmodelle und die durch Simulation erhaltenen Kantenbreiten miteinander in Beziehung gesetzt werden, ist es möglich, den Neigungswinkel des Kantenbereichs genau zu messen.
Man beachte, dass dieses Ausführungsbeispiel auf der Grundlage eines Falles beschrieben wurde, bei dem ein Elektronenstrahl als auf die Probe applizierter Ladungsteilchenstrahl verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ist auf Geräte anwendbar, die beispielsweise einen Ionenstrahl verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 05-296754 A [0005]

Claims

Strukturmessgerät, enthaltend: eine Strahlintensitätsverteilungs-Erzeugungseinheit, die dazu geeignet ist, einen Ladungsteilchenstrahl über eine Referenzstruktur zu rastern, um ein Linienprofil der Referenzstruktur zu erzeugen und eine Referenzstrahlintensitätsverteilung zu erzeugen, bei der der Ladungsteilchenstrahl als Referenzstrahl angesehen wird, wobei die Referenzstruktur auf einer Probe ausgebildet ist und Kantenbereiche aufweist, die in einem rechten Winkel zu einer horizontalen Ebene ausgebildet sind, eine Kantenbreiten-Ermittlungseinheit, die dazu geeignet ist, Linienprofile für Strukturmodelle unter Verwendung der Referenzstrahlintensitätsverteilung zu ermitteln und Kantenbreiten zu berechnen, die einen Einfluss einer Breite des Referenzstrahls widerspiegeln, wobei die Strukturmodelle Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind, und eine Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit, die dazu geeignet ist, Korrekturwerte für Kantenpositionen aus den berechneten Kantenbreiten und den Strukturmodellen zu berechnen und eine Korrespondenztabelle zu erzeugen, in der die Kantenbreiten und die Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden.
Strukturmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Referenzstrahlintensitätsverteilung eine erste Verteilung an einer ersten Seite einer Intensitätsverteilung an einem ansteigenden Punkt der Referenzstruktur und eine zweite Verteilung an einer zweiten Seite einer Intensitätsverteilung an einem abfallenden Punkt der Referenzstruktur enthält, wobei sich die erste und zweite Seite dort befinden, wo die Referenzstruktur nicht ausgebildet ist.
Strukturmessgerät nach Anspruch 2, bei dem die Linienprofile für die Strukturmodelle, die die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildeten Kanten enthalten, jeweils durch Kombinieren des Linienprofils der Referenzstruktur und entsprechender Linienprofile der Kantenbereiche erzeugt werden, wobei die Linienprofile der entsprechenden Kantenbereiche durch Berechnen von Beträgen erzeugt werden, die Überlappungen zwischen dem Referenzstrahl und den Kantenbereichen entsprechen, unter der Voraussetzung, dass ein die Referenzstrahlintensitätsverteilung aufweisender Elektronenstrahl rasternd appliziert wird.
Strukturmessgerät nach Anspruch 3, ferner enthaltend: eine Linienbreiten-Messeinheit, die dazu geeignet ist, eine Linienbreite einer Struktur zu messen, wobei die Linienbreiten-Messeinheit eine Kantenbreite und Kantenpositionen einer auf einer Probe ausgebildeten Struktur misst, die Kantenbreite und Kantenpositionen als vorläufige Kantenbreite und vorläufige Kantenpositionen festlegt, durch Zurückgreifen auf die Korrespondenztabelle einen Korrekturwert für jede der vorläufigen Kantenpositionen ermittelt und jede der vorläufigen Kantenpositionen unter Verwendung des Korrekturwerts korrigiert, um dadurch die Linienbreite der Struktur zu berechnen.
Strukturmessgerät nach Anspruch 4, bei dem die Korrespondenztabellen-Erzeugungseinheit ferner eine Kantenbreitenkorrespondenztabelle erzeugt, in der Kantenbreiten der Strukturmodelle und die durch die Kantenbreiten-Ermittlungseinheit berechneten Kantenbreiten miteinander in Beziehung gesetzt werden, und die Linienbreiten-Messeinheit aus einer Höhe der Struktur und einer realen Kantenbreite, die durch Zurückgreifen auf die Kantenbreitenkorrespondenztabelle für die vorläufige Kantenbreite ermittelt wird, einen Neigungswinkel einer jeden Kante der Struktur berechnet.
Strukturmessverfahren, enthaltend die folgenden Schritte: Raster eines Ladungsteilchenstrahls über eine Referenzstruktur, um ein Linienprofil der Referenzstruktur zu erzeugen, wobei die Referenzstruktur auf einer Probe ausgebildet ist und Kantenbereiche aufweist, die in einem rechten Winkel zu einer horizontalen Ebene ausgebildet sind, Erzeugen einer Referenzstrahlintensitätsverteilung, bei der der Ladungsteilchenstrahl als Referenzstrahl angesehen wird, auf der Grundlage des Linienprofils. Erzeugen von Linienprofilen für Strukturmodelle auf der Grundlage der Referenzstrahlintensitätsverteilung, wobei die Strukturmodelle Kanten enthalten, die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildet sind, Erzeugen von Differentialprofilen durch Differenzieren der Linienprofile, Berechnen von Kantenbreiten, die einen Einfluss einer Breite des Referenzstrahls widerspiegeln, aus den Differentialprofilen und Berechnen von Korrekturwerten für Kantenpositionen aus den berechneten Kantenbreiten und den Strukturmodellen und Erzeugen einer Korrespondenztabelle, in der die Kantenbreiten und die Korrekturwerte miteinander in Beziehung gesetzt werden.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Erzeugens der Referenzstrahlintensitätsverteilung ein Schritt des Erzeugens der Referenzstrahlintensitätsverteilung durch Kombinieren einer ersten Verteilung an einer ersten Seite einer Intensitätsverteilung an einem ansteigenden Punkt der Referenzstruktur und einer zweiten Verteilung an einer zweiten Seite einer Intensitätsverteilung an einem abfallenden Punkt der Referenzstruktur ist, wobei sich die erste und zweite Seite dort befinden, wo die Referenzstruktur nicht ausgebildet ist.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 7, bei dem die Linienprofile für die Strukturmodelle, die die in verschiedenen Neigungswinkeln ausgebildeten Kanten enthalten, jeweils durch Kombinieren des Linienprofils der Referenzstruktur und Linienprofile von entsprechenden Kantenbereichen erzeugt werden, wobei die Linienprofile der entsprechenden Kantenbereiche durch Berechnen von Beträgen erzeugt werden, die Überlappungen zwischen dem Referenzstrahl und den Kantenbereichen entsprechen, unter der Voraussetzung, dass ein die Referenzstrahlintensitätsverteilung aufweisender Elektronenstrahl rasternd appliziert wird.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 8, ferner die folgenden Schritte enthaltend: Messen einer Kantenbreite und von Kantenpositionen einer auf einer Probe ausgebildeten Struktur und Festlegen der Kantenbreite und Kantenpositionen als vorläufige Kantenbreite und vorläufige Kantenpositionen, Ermitteln eines Korrekturwerts für jede der vorläufigen Kantenpositionen durch Zurückgreifen auf die Korrespondenztabelle und Korrigieren einer jeden vorläufigen Kantenposition unter Verwendung des Korrekturwerts, um dadurch die Linienbreite der Struktur zu berechnen.
Strukturmessverfahren nach Anspruch 8, ferner die folgenden Schritte enthaltend: Erzeugen einer Kantenbreitenkorrespondenztabelle, in der Kantenbreiten der Strukturmodelle und die durch die Kantenbreiten-Ermittlungseinheit berechneten Kantenbreiten miteinander in Beziehung gesetzt werden, Ermitteln einer realen Kantenbreite, die der vorläufigen Kantenbreite entspricht, unter Zurückgreifen auf die Kantenbreitenkorrespondenztabelle und Berechnen eines Neigungswinkels einer jeden Kante der Struktur aus einer Höhe der Struktur und der realen Kantenbreite.