JP2018132514A - 長寸法測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数ＳＥＭ画像を用いた長寸法測定方法を提供する。【解決手段】長寸法測定対象の第１の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第１の移動ステップ（Ｓ１）と、第１の場所で試料の第１のＳＥＭ画像を取得する第１のＳＥＭ画像取得ステップ（Ｓ２）と、第２の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第２の移動ステップ（Ｓ３）と、第２の場所で、前記試料の第２のＳＥＭ画像を取得する第２のＳＥＭ画像取得ステップ（Ｓ４）と、第１のＳＥＭ画像上で第１の場所を精密測定、第２のＳＥＭ画像上で第２の場所を精密測定、および第１の移動ステップで移動した第１の場所から第２の移動ステップで移動した第２の場所との間の精密距離を算出し、これらに基づいて第１の場所と第２の場所との長寸法を精密測定する長寸法測定ステップ（Ｓ５）とを有する.【選択図】図１

Description

本発明は、複数ＳＥＭ画像を用いた長寸法測定方法に関するものである。

従来は、ＳＥＭ画像を取得して保存し、保存したＳＥＭ画像上で設計データで指定された２点間の距離（例えばパターンの左端のエッジと右端のエッジとの間の距離（パターン幅））を精密に測定する場合、１つのＳＥＭ画像内に測定したい２点が存在すれば問題なく長寸法を測定できる。

しかし、１つのＳＥＭ画像内に２点が存在しない程度離れていた場合には、ＳＥＭ画像の倍率を低倍にして２点が１つのＳＥＭ画像内に収まるように倍率調整して画像を取得し、取得したＳＥＭ画像上で２点間の距離を測定することができる。

また、１つのＳＥＭ画像内に２点が存在しない程度離れていた場合には、１つのＳＥＭ画像では２点の両者が入らず、測定できない。そのため測定しようとして一部が重畳する複数毎のＳＥＭ画像を取得して１枚に合成した後、合成したＳＥＭ画像上で２点間の距離は測定できるが、複数ＳＥＭ画像を合成する際の傾き、回転などに誤差が生じて充分は精度が得られなかった。

前記前者の倍率を低倍にして取得した画像上で２点間の長寸法を測定したのでは最小画素で表される測定精度が低下していまい、顧客希望に添えないという問題があった。

前記後者の複数のＳＥＭ画像を一部重複して取得し、これを合成したＳＥＭ画像上で２点間の長寸法を測定したのでは最小画素で表される測定精度は満足できても、合成時の傾き、回転などが補正されず、更に、撮影枚数が増大して処理時間が長くなってスループットが低下し、測定精度やスループットが顧客希望に添えないという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するために、長寸法の第１の場所を含むＳＥＭ画像を取得して保存し、長寸法の第２の場所を含む場所に精密ステージ移動し、次にＳＥＭ画像を取得して保存し、保存したＳＥＭ画像の場所、精密ステージ移動量を演算して精密な長測定を行うことを可能とした、
そのため、本発明は、複数のＳＥＭ画像を用いた長寸法測定方法において、長寸法測定対象の第１の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第１の移動ステップと、第１の移動ステップで移動した第１の場所で、試料の第１のＳＥＭ画像を取得する第１のＳＥＭ画像取得ステップと、長寸法測定対象の他の第２の場所に、被長寸法測定対象である試料を移動する第２の移動ステップと、第２の移動ステップで移動した第２の場所で試料の第２のＳＥＭ画像を取得する第２のＳＥＭ画像取得ステップと、第１のＳＥＭ画像上で第１の場所を精密測定、第２のＳＥＭ画像上で第２の場所を精密測定、および第１の移動ステップで移動した第１の場所から第２の移動ステップで移動した第２の場所との間の精密距離を算出し、これらに基づいて第１の場所と第２の場所との長寸法を精密測定する長寸法測定ステップとを有する。

この際、第１の移動ステップおよび第２の移動ステップは、長寸法測定対象あるいはこれを固定したホルダーの規定３箇所以上に付されたグローバルアライメントマークをもとに、長寸法測定対象と、その設計データとの対応関係を実測した後に、設計データ上の第１の場所あるいは第２の場所に精密移動し、ステージ移動の傾きを自動補正するようにしている。

また、第１のＳＥＭ画像取得ステップおよび第２のＳＥＭ画像取得ステップで取得するＳＥＭ画像の１画素の間隔は、測定しようとする精度と同等あるいは小さくした倍率に設定するようにしている。

また、長寸法測定対象は、パターンの両端の２点間の距離、パターンとパターンとのスペース間の距離、パターンの左端と他のパターンの左端との距離、あるいはパターンの左端と他のパターンの右端との距離であるようにしている。

また、長寸法測定値を複数回測定して平均化するようにしている。

本発明は、長寸法の第１の場所を含むＳＥＭ画像を取得して保存し、長寸法の第２の場所を含む場所に精密ステージ移動し、次にＳＥＭ画像を取得して保存し、保存したＳＥＭ画像の場所、精密ステージ移動量を演算して精密な長測定することにより、１画面に入りきらないような離れたパターン間の距離を極めて高精度かつ迅速に測定することができる。

また、グローバルアライメントにより長寸法測定対象の試料と設計データとの対応関係を実測した後に、ステージ移動を高精度に行うことにより、ステージ移動の傾きなどを補正した精密な長寸法測定ができる。

また、長寸法測定対象の第１の測定点と、第２の測定点との取得する画像について、その画素あたり寸法の精度が得られるように倍率を設定することにより、所定の高精度の範囲内で長寸法の精密測定ができる。

図１は、本発明の長寸法測定方法フローチャートを示す。

図１において、Ｓ１は、グロバルアライメントを実施する。これは、例えば図２に示す試料（長寸法測定対象）の周辺に配置したここでは、３点（ｘＰ，ｘＱ、ｘＲ）のＳＥＭ画像をそれぞれ取得して座標を精密測定し、図示外の設計データ（ＣＡＤデータ）上の３点（ｘＰ，ｘＱ，ｘＲ）との対応関係を算出する（設計データ上の座標から試料（長寸法測定対象）への座標変換式を算出する）。これにより、以降は、設計データ上の座標で指定することで対応する試料（長寸法測定対象）の該当パターンの位置に自動移動することとなる。この際、公知の図示外のレーザー干渉計でＸ，Ｙ方向にリアルタイムに精密測定しつつ精密移動する。

Ｓ２は、左側のエッジでＳＥＭ画像Ｌを取得する。これは、図２の長寸法測定対象の左側の図示のＳＥＭ画像Ｌの位置にステージ移動した後に、ＳＥＭ画像Ｌを取得する。これにより、長寸法測定対象の左側のエッジを含むＳＥＭ画像Ｌが取得できたこととなる。ここでは、左側のエッジと右側のエッジの間の距離は約１８０μｍと予想され、その精度は、こここでは０．１μｍと仮定すると、１画素間隔が０．１μｍで１０００画素×１０００画素となるように倍率（１００μｍ×１００μｍ以下の画像）を設定した上でＳＥＭ画像Ｌを取得する。この設定（倍率）により、ＳＥＭ画像Ｌは、規定のここでは０．１μｍ以下が保証されることとなる。更に精度０．０１μｍ（ｓ２）などが要求されるときは倍率（１０μｍ×１０μｍ）などとする。

Ｓ３は、ＭＶＩＮＣでステージ移動する。これは、Ｓ１で既述したように、グローバルアライメントで試料（長寸法測定対象）と設定データとの補正後の両者の対応関係データ（変換行列式）を用いてステージを、レーザー干渉計でリアルタイムに測定しつつ精密移動する。これにより、ステージの傾きが補正された設計データに対応した場所に精密にレーザー干渉計の精度で精密移動することが可能となる。

Ｓ４は、右側のエッジでＳＥＭ画像Ｒを取得する。これは、図２の長寸法測定対象の右側の図示のＳＥＭ画像Ｒの位置にステージ移動した後に、ＳＥＭ画像Ｒを取得する。これにより、長寸法測定対象の右側のエッジを含むＳＥＭ画像Ｒが取得できたこととなる。ここでは、上述したように、左側のエッジと右側のエッジの間の距離は約１８０μｍと予想され、その精度は、こここでは０．１μｍと仮定すると、１画素間隔が０．１μｍで１０００画素×１０００画素となるように倍率（１００μｍ×１００μｍ以下の画像）を設定した上でＳＥＭ画像Ｌを取得する。この設定（倍率）により、ＳＥＭ画像Ｒは、規定のここでは０．１μｍ以下が保証されることとなる。更に精度０．０１μｍなどが要求されるときは倍率（１０μｍ×１０μｍ）などする。

Ｓ５は、２枚のＳＥＭ画像ＬＲからそれぞれのエッジの位置を計算し、ステージ移動距離を考慮し、左側のエッジの場所と右側のエッジの場所との距離を精密算出する。

以上によって、グローバルアライメント実施により長寸法測定対象と設計データとの間の対応関係を求め（Ｓ１）、これに基づいて長寸法測定対象の左側のエッジにステージ移動し、ＳＥＭ画像Ｌを取得し（Ｓ２）、次に右側のエッジにステージ移動し（Ｓ３）、ＳＥＭ画像Ｒを取得し（Ｓ４）、これらＳＥＭ画像ＬＲのそれぞれのエッジの位置、左側のエッジから右側のエッジにステージ移動した距離をもとに、左側のエッジと右側のエッジとの間の距離を精密に測定する（Ｓ５）ことが可能となる。

以下順次詳細に順次説明する。

図２は、本発明Ｎ長寸法測定法説明図（その１）を示す。

図２において、試料１は、長寸法測定対象のパターンが含まれる大きな試料である。ここでは、図示のステージ移動の距離ＬＳが約１８０μｍ程度離れた場所に左側のエッジ（図１のＳ２）と、右側のエッジ（図１のＳ４）とが配置された例を示す。

ＳＥＭ画像Ｌは、長寸法測定対象の左側のエッジの部分から取得するＳＥＭ画像Ｌを示す。ここでは、ＳＥＭ画像Ｌ中で、左側のエッジが丁度、ＳＥＭ画像Ｌの中央と一致している例を示す（ＳＥＭ画像Ｌの中央との差＝０）。

ＳＥＭ画像Ｒは、長寸法測定対象の右側のエッジの部分から取得するＳＥＭ画像Ｒを示す。ここでは、ＳＥＭ画像Ｒ中で、右側のエッジが大幅に右側にずれている例を示す（ＳＥＭ画像Ｒの中央との差＝ΔＲ）。

ｘＰ，ｘＱ，ｘＲは、グローバルアライメントポイントであって、既述したように、図２の試料１とこれの設計データ（ＣＡＤデータ）との間の対応関係を算出するためのものである。対応関係を算出していない場合には、図中の（１）に示すようにステージのＸ、Ｙ方向はずれたものである。本発明では、グロバルアライメントポイントｘＰ，ｘＱ，ｘＲの３点をもとに対応関係を算出し、この対応関係をもとにＸ、Ｙ方向にステージを、レーザー干渉計でリアルタイムに側長しながら移動させるので、図示の（２）のように完全に試料（長寸法測定対象）と一致させることができる。

図２において寸法測定方法は、下記のとおりである。

（１）ＳＥＭ画像Ｌの場所のＳＥＭ画像を取得する。

（２）ＳＥＭ画像Ｍの場所までステージ移動する（距離ＬＳ）（グロバルアライメント実施後）。

（３）ＳＥＭ画像Ｍを取得する。

（４）ＳＥＭ画像Ｌ，ＳＥＭ画像Ｍの中心から左側のエッジ、右側のエッジを精密測定し、次に、これら精密測定の２つの値と、（２）で移動した距離とをもとに左側のエッジと右側のエッジとの間の寸法測定を精密算出する。上記例では、エッジ間距離は（左エッジ０＋移動距離Ｌ＋右エッジΔＬ）となる。

図３は、本発明の長寸法測定法説明図（その２）を示す。ここでは、図１、図２で既述したグローバルアイライメント実施後である。

図３において、ＳＥＭ画像Ｌは、長寸法測定対象のパターンの左側を含む画像の例を示す。ここでは、ＳＥＭ画像Ｌの中心より少し右側にずれている例を示す（ΔＬ１）。

ＳＥＭ画像Ｒは、長測定対象のパターンの右側を含む画像の例を示す。ここでは、ＳＥＭ画像Ｒの中心より大幅に右側にずれている（ΔＬ２）。

図３において寸法測定方法は、下記のとおりである。

（１）ＳＥＭ画像Ｌの場所のＳＥＭ画像を取得する。

（２）ＳＥＭ画像Ｍの場所までステージ移動する（グロバルアライメント実施後）。

（３）ＳＥＭ画像Ｍを取得する。

（４）ＳＥＭ画像Ｌ，ＳＥＭ画像Ｍの中心から左側のエッジの距離（ΔＬ１）、右側のエッジを距離（ΔＬ２）、（２）で移動した距離（Ｌ）とをもとに，左側のエッジと右側のエッジとの間の寸法は、左側のエッジの距離ΔＬ１＋移動距離Ｌ＋右側のエッジの距離ΔＬ２と算出する。

図４は、本発明の長寸法測定法説明図（その３）を示す。この図４は、図１、図２、図３で既述した左側のエッジ、右側のエッジの例を示す。

図４の（ａ）は左側のパターンの例を示し、図４の（ｂ）は右側のパターンの例を示す。

図４において、（１）は、ラインパターンと呼ばれる例を示し、ラインの幅を測定するものである。ここでは、太いパターンの左側のエッジと、右側のエッジとの間の図示の距離を、図１から図３の方法で測定する。

（２）は、スペースパターンと呼ばれる例を示し、ラインとラインとの間（スペースという）を測定するものである。ここでは、左側のパターンの右側のエッジと、他の右側のパタンの左側のエッジとの間の距離を、図１から図３の方法と同様にして測定する。

（３）ピッチパターンの呼ばれる例を示し、左側のパターンの左端と、次の右側のパターンの左端との間の距離の測定を、図１から図３と同様にして測定する。

（４）ピッチパターンの呼ばれる例を示し、左側のパターンの右端と、次の右側のパターンの右端との間の距離の測定を、図１から図３と同様にして測定する。

図５は、本発明の長寸法測定結果例（その１）を示す。

図５の（ａ）は長寸法測定対象の全体の概略を示す。ここでは、図示のように、左側のエッジ部分を８μｍ×８μｍ（１０００画素×１０００画素）の矩形でＳＥＭ画像Ｌを取得し、同様に、右側のエッジ部分のＳＥＭ画像Ｒを取得する。また、左側のエッジと右側のエッジとの間の距離Ｌはここでは、１８０．０μｍとした。

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）の左側のエッジ部分のＳＥＭ画像Ｌである。

図５の（ｂ−１）は図５の（ｂ）の左側のエッジ部分のＳＥＭ画像Ｌからエッジ部分のみを抽出して測定に使用したものである。

図５の（ｃ）は、図５の（ａ）の右側のエッジ部分のＳＥＭ画像Ｒである。

図５の（ｃ−１）は図５の（ｃ）の右側のエッジ部分のＳＥＭ画像Ｒからエッジ部分のみを抽出して測定に使用したものである。

以上のようにして長寸法測定した結果、左側のエッジはＳＥＭ画像Ｌから図示のΔＬ１、右側のエッジはＳＥＭ画像Ｒから図示のΔＬ２、ステージ移動距離Ｌ＝１８０．０μｍであったので、両エッジ間の長寸法はΔＬ１＋Ｌ＋ΔＬ２＝ΔＬ１＋１８０．０＋ΔＬ２と算出できる。図６に実際に測定した例を示す。

図６は、本発明の長寸法測定結果例（その２）を示す。これは、既述した図５の（ａ）のように左側のエッジと、右側のエッジとの間の長寸法測定した結果例を示す。
図６の（ａ），（ａ−１），（ｂ），（ｂ−２）は、図５の（ｂ），（ｂ−１），（ｃ）、（ｃ−１）と同様であるので、説明を省略する。

図６の（ｃ）は実測例を示す。

図６の（ｃ）において、１回目は、１回目の実測結果例を１０個示す。

２回目は、２回目の実測結果例を１０個示す。

１回目、２回目の実測結果を見て、顧客要求である長寸法２００μｍで、０．１μｍ以下の再現性は達成できた。

本発明の長寸法測定方法フローチャートである。 本発明の長寸法測定説明図（その１）である。 本発明の長寸法測定説明図（その２）である。 本発明の長寸法測定説明図（その３）である。 本発明の長寸法測定結果例（その１）である。 本発明の長寸法測定結果例（その２）である。

１：試料
２：ｘＰ、ｘＱ，ｘＲ（グローバルアライメントポイント）

Claims (6)

1. 複数のＳＥＭ画像を用いた長寸法測定方法において、
   長寸法測定対象の第１の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第１の移動ステップと、
   前記第１の移動ステップで移動した第１の場所で、前記試料の第１のＳＥＭ画像を取得する第１のＳＥＭ画像取得ステップと、
   長寸法測定対象の他の第２の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第２の移動ステップと、
   前記第２の移動ステップで移動した第２の場所で、前記試料の第２のＳＥＭ画像を取得する第２のＳＥＭ画像取得ステップと、
   前記第１のＳＥＭ画像上で前記第１の場所を精密測定、第２のＳＥＭ画像上で前記第２の場所を精密測定、および前記第１の移動ステップで移動した第１の場所から前記第２の移動ステップで移動した第２の場所との間の精密距離を算出し、これらに基づいて前記第１の場所と第２の場所との長寸法を精密測定する長寸法測定ステップと
   を有することを特徴と長寸法測定方法。
2. 前記第１の移動ステップおよび前記第２の移動ステップは、前記長寸法測定対象あるいはこれを固定したホルダーの規定３箇所以上に付されたグローバルアライメントマークをもとに、該長寸法測定対象と、その設計データとの対応関係を実測した後に、設計データ上の第１の場所あるいは第２の場所に精密移動し、ステージ移動の傾きを自動補正したことを特徴とする請求項１記載の長寸法測定方法。
3. 前記第１のＳＥＭ画像取得ステップおよび前記第２のＳＥＭ画像取得ステップで取得するＳＥＭ画像の１画素の間隔は、測定しようとする精度と同等あるいは小さくした倍率に設定したことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の長寸法測定方法。
4. 前記長寸法測定対象は、パターンの両端の２点間の距離、パターンとパターンとの間だるスペース間の距離、パターンの左端と他のパターンの左端との距離、あるいはパターンの左端と他のパターンの右端との距離であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の長寸法測定方法。
5. 前記長寸法測定値を複数回測定して平均化したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の長寸法測定方法。
6. 複数のＳＥＭ画像を用いた長寸法測定プログラムにおいて、
   長寸法測定対象の第１の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第１の移動プログラムと、
   前記第１の移動プログラムで移動した第１の場所で、前記試料の第１のＳＥＭ画像を取得する第１のＳＥＭ画像取得プログラムと、
   長寸法測定対象の他の第２の場所に、被長寸法測定対象である試料を、移動する第２の移動プログラムと、
   前記第２の移動プログラムで移動した第２の場所で、前記試料の第２のＳＥＭ画像を取得する第２のＳＥＭ画像取得プログラムと、
   前記第１のＳＥＭ画像上で前記第１の場所を精密測定、第２のＳＥＭ画像上で前記第２の場所を精密測定、および前記第１の移動プログラムで移動した第１の場所から前記第２の移動プログラムで移動した第２の場所との間の精密距離を算出し、これらに基づいて前記第１の場所と第２の場所との長寸法を精密測定する長寸法測定プログラムプと
   をコンピュータに動作させることを特徴と長寸法測定プログラム。