JP2716997B2 - 断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置 - Google Patents
断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウェハ等の上に形成された微細パター
ンの断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれ
らの装置に係り、特に電子線装置等により非破壊で対象
の形状によらず試料の断面形状を測定するに好適な断面
形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置
に関する。
ンの断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれ
らの装置に係り、特に電子線装置等により非破壊で対象
の形状によらず試料の断面形状を測定するに好適な断面
形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置
に関する。
従来のこの種の断面形状測定法およびその装置は、特
開昭63−170840号公報に記載のように、複数の検出器を
備えた走査型電子顕微鏡を用い、測定対象物の同一部位
を複数種の異なる傾斜角度にセットされた試料台上で観
察して得られた画像を用いて断面形状を求める断面形状
測定法及び装置において、試料上の緩やかな傾斜を有す
る部分に対しては、上記複数の検出器から取り込んだ信
号に基づいて求めた試料上の画素の傾き成分から断面形
状を求め、試料上の急な傾斜部分あるいは不連続な段差
を有する部分に対しては、上記試料台の傾斜状態で取り
込んだ画像から視差の原理に基づいて断面形状を求め、
これらを合成して出力するものであって、これによると
試料表面の傾きによらず断面形状が算出できた。
開昭63−170840号公報に記載のように、複数の検出器を
備えた走査型電子顕微鏡を用い、測定対象物の同一部位
を複数種の異なる傾斜角度にセットされた試料台上で観
察して得られた画像を用いて断面形状を求める断面形状
測定法及び装置において、試料上の緩やかな傾斜を有す
る部分に対しては、上記複数の検出器から取り込んだ信
号に基づいて求めた試料上の画素の傾き成分から断面形
状を求め、試料上の急な傾斜部分あるいは不連続な段差
を有する部分に対しては、上記試料台の傾斜状態で取り
込んだ画像から視差の原理に基づいて断面形状を求め、
これらを合成して出力するものであって、これによると
試料表面の傾きによらず断面形状が算出できた。
上記従来技術は試料上の画素の傾きを求めるさいに第
６図のように２次電子または反射電子のパターンにより
影となる部分については影の影響に対する配慮がされて
おらず、この影となる部分で断面形状の算出結果が実際
の形状から大きくずれてしまうという問題があった。
６図のように２次電子または反射電子のパターンにより
影となる部分については影の影響に対する配慮がされて
おらず、この影となる部分で断面形状の算出結果が実際
の形状から大きくずれてしまうという問題があった。
本発明の目的は試料上のパターンによる影の影響を考
慮して試料表面の形状の変化を正確に測定する断面形状
測定法並びにその装置を提供することにある。
慮して試料表面の形状の変化を正確に測定する断面形状
測定法並びにその装置を提供することにある。
本発明の他の目的は試料表面の傾きの大小によらず断
面形状を正確に算出する断面形状測定法並びにその装置
を提供することにある。
面形状を正確に算出する断面形状測定法並びにその装置
を提供することにある。
本発明のさらに他の目的はチルト機構を荷電粒子ビー
ムの傾斜で代用することにより、試料ステージを簡略化
して位置決め精度を上げ、また試料室を小型化して真空
度を上げコンタミネーションを防ぐことのできる断面形
状測定法並びにその装置を提供することにある。
ムの傾斜で代用することにより、試料ステージを簡略化
して位置決め精度を上げ、また試料室を小型化して真空
度を上げコンタミネーションを防ぐことのできる断面形
状測定法並びにその装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は断面形状の比較による検査
を行い、３次元形状の不一致部分を求めることにより、
明るさの比較による従来の光学的な検査に比べて、高精
度の検査を行う断面形状比較検査法並びにその装置を提
供することにある。
を行い、３次元形状の不一致部分を求めることにより、
明るさの比較による従来の光学的な検査に比べて、高精
度の検査を行う断面形状比較検査法並びにその装置を提
供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の断面形状測定法
並びにその装置は、パターンの影の影響を考慮して試料
表面の形状の変化を捉えるべく、少なくとも２種のチル
ト角で傾斜させた試料上で荷電粒子線または電磁波を走
査し、試料より発生する２次電子または反射電子を少な
くとも２つの検出器で検出し、複数のチルト角に対する
複数の検出器の出力の差信号を用いて画素の傾きを求
め、これを積分することにより断面形状を得るように方
式改良した照度差ステレオ法によるものである。
並びにその装置は、パターンの影の影響を考慮して試料
表面の形状の変化を捉えるべく、少なくとも２種のチル
ト角で傾斜させた試料上で荷電粒子線または電磁波を走
査し、試料より発生する２次電子または反射電子を少な
くとも２つの検出器で検出し、複数のチルト角に対する
複数の検出器の出力の差信号を用いて画素の傾きを求
め、これを積分することにより断面形状を得るように方
式改良した照度差ステレオ法によるものである。
また上記他の目的を達成するために、本発明の断面形
状測定法並びにその装置は、試料表面の傾きの大小によ
らず断面形状を正確に測定するべく、複数のチルト角に
対する複数の検出器の出力の和信号を用いて急峻な形状
の変化を正確に測定できるステレオ法と、複数のチルト
角に対する複数の検出器の出力の差信号を用いて画素の
傾きを求め、これを積分することにより緩やかな形状の
変化を正確に測定できる照度差ステレオ法との、２つの
方法の算出結果を波形合成して断面形状を得るようにし
たものである。
状測定法並びにその装置は、試料表面の傾きの大小によ
らず断面形状を正確に測定するべく、複数のチルト角に
対する複数の検出器の出力の和信号を用いて急峻な形状
の変化を正確に測定できるステレオ法と、複数のチルト
角に対する複数の検出器の出力の差信号を用いて画素の
傾きを求め、これを積分することにより緩やかな形状の
変化を正確に測定できる照度差ステレオ法との、２つの
方法の算出結果を波形合成して断面形状を得るようにし
たものである。
また上記さらに他の目的を達成するために、本発明の
断面形状測定法並びにその装置は、チルト機構を荷電粒
子線の傾斜法で代用して、試料ステージおよび試料室を
小型化するべく、対物レンズの下に偏向コイルを設ける
ことにより、荷電粒子線を傾斜させるようにしたもので
ある。
断面形状測定法並びにその装置は、チルト機構を荷電粒
子線の傾斜法で代用して、試料ステージおよび試料室を
小型化するべく、対物レンズの下に偏向コイルを設ける
ことにより、荷電粒子線を傾斜させるようにしたもので
ある。
また上記さらに他の目的を達成するために、本発明の
断面形状比較検査法並びにその装置は、断面形状の比較
による検査を行って高精度の欠陥検査を行うべく、比較
すべき測定対象パターンと基準対象パターンの２対象の
断面形状を断面形状測定法並びにその装置を用いて算出
し、２つの算出結果の位置合わせを行い、その差部分の
サイズや体積などの大小により欠陥か否かの判定を行う
ようにしたものである。
断面形状比較検査法並びにその装置は、断面形状の比較
による検査を行って高精度の欠陥検査を行うべく、比較
すべき測定対象パターンと基準対象パターンの２対象の
断面形状を断面形状測定法並びにその装置を用いて算出
し、２つの算出結果の位置合わせを行い、その差部分の
サイズや体積などの大小により欠陥か否かの判定を行う
ようにしたものである。
上記断面形状測定法並びにその装置は、改良した方式
の照度差ステレオ法により第６図のようなパターンの影
の部分の影響を考慮したものであり、チルト角θ1,θ２
のときの２つの左，右の検出器の２次電子または反射電
子の強度を各々SL1,SR1,SL2,SR2とし、第６図のように
放出２次電子または反射電子のパターンの影となる角Ψ
A,ΨＢを定義し、求めたい垂直軸（ビーム軸）に対する
画素の傾きをΦとすると、チルト角θ１に対して、 SL1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−sinΦ） （２） SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ＋sinΦ） （３） が成り立ち、従来の照度差ステレオ法では例えばSL1,S
R1の差、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−cosΨＢ−2sinΦ） より、パターンの影の影響を考慮せず、ΨＡ＝ΨＢ＝０
として、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（−2sinΦ） とすることにより、画素の傾きΦを（SL1−SR1）の関数
として求めていたので、パターンの影の影響のある所で
は実際の形状からの誤差が生じていたのに対し、本改良
方式の照度差ステレオ法では、もう１つのチルト角θ２
に対して、 SL2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ−sin（Φ＋△Φ）} （４） SR2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ＋sin（Φ＋△Φ）} （５） が成り立ち、ただし△Φ＝θ２−θ１であり、この
（２）〜（５）式よりΨA,ΨＢを消去してΦを求め、 とすることにより、画素の傾きΦを２種類のチルト角θ
1,θ２のときの２つの検出器の出力の差（SL1−SR1）、
（SL2−SR2）と、チルト角θ1,θ２の差△Φ（＝θ２−
θ１）の関数としてパターンの影の影響を受けずに求め
ることができ、この傾きΦを積分して倍率Ｍをかけるこ
とにより断面形状が得られる。
の照度差ステレオ法により第６図のようなパターンの影
の部分の影響を考慮したものであり、チルト角θ1,θ２
のときの２つの左，右の検出器の２次電子または反射電
子の強度を各々SL1,SR1,SL2,SR2とし、第６図のように
放出２次電子または反射電子のパターンの影となる角Ψ
A,ΨＢを定義し、求めたい垂直軸（ビーム軸）に対する
画素の傾きをΦとすると、チルト角θ１に対して、 SL1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−sinΦ） （２） SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ＋sinΦ） （３） が成り立ち、従来の照度差ステレオ法では例えばSL1,S
R1の差、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−cosΨＢ−2sinΦ） より、パターンの影の影響を考慮せず、ΨＡ＝ΨＢ＝０
として、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（−2sinΦ） とすることにより、画素の傾きΦを（SL1−SR1）の関数
として求めていたので、パターンの影の影響のある所で
は実際の形状からの誤差が生じていたのに対し、本改良
方式の照度差ステレオ法では、もう１つのチルト角θ２
に対して、 SL2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ−sin（Φ＋△Φ）} （４） SR2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ＋sin（Φ＋△Φ）} （５） が成り立ち、ただし△Φ＝θ２−θ１であり、この
（２）〜（５）式よりΨA,ΨＢを消去してΦを求め、 とすることにより、画素の傾きΦを２種類のチルト角θ
1,θ２のときの２つの検出器の出力の差（SL1−SR1）、
（SL2−SR2）と、チルト角θ1,θ２の差△Φ（＝θ２−
θ１）の関数としてパターンの影の影響を受けずに求め
ることができ、この傾きΦを積分して倍率Ｍをかけるこ
とにより断面形状が得られる。
また上記断面形状測定法並びにその装置は、ステレオ
法と改良方式の照度差ステレオ法との２つの方法の算出
結果を合成して出力するものであり、ステレオ法ではチ
ルト角θ1,θ２に変えた２つの画像中の特徴点を抽出
し、これらの対応づけを行って断面形状を測定するの
で、特徴点が不明確な緩やかな形状の変化は測定できな
いが、特徴点が明確に決定できる急峻な形状の変化が測
定でき、一方の照度差ステレオ法では複数のチルト角θ
1,θ２に対して入射荷電粒子線または電磁波に対し対向
する位置に置かれた複数の検出器で２次電子または反射
電子を検出し、その出力の差からパターンの影の影響を
考慮して各点の画素の傾きΦを求め、これを積分して断
面形状を測定するので、複数の検出器の差信号と画素の
傾きΦの相関がくずれる急峻な形状の変化は測定できな
いが、相関関係の成立する緩やかな形状の変化を測定で
きるから、そこで上記２方法の算出結果を合成して出力
することにより、試料表面の傾きによらずに断面形状を
算出することができる。
法と改良方式の照度差ステレオ法との２つの方法の算出
結果を合成して出力するものであり、ステレオ法ではチ
ルト角θ1,θ２に変えた２つの画像中の特徴点を抽出
し、これらの対応づけを行って断面形状を測定するの
で、特徴点が不明確な緩やかな形状の変化は測定できな
いが、特徴点が明確に決定できる急峻な形状の変化が測
定でき、一方の照度差ステレオ法では複数のチルト角θ
1,θ２に対して入射荷電粒子線または電磁波に対し対向
する位置に置かれた複数の検出器で２次電子または反射
電子を検出し、その出力の差からパターンの影の影響を
考慮して各点の画素の傾きΦを求め、これを積分して断
面形状を測定するので、複数の検出器の差信号と画素の
傾きΦの相関がくずれる急峻な形状の変化は測定できな
いが、相関関係の成立する緩やかな形状の変化を測定で
きるから、そこで上記２方法の算出結果を合成して出力
することにより、試料表面の傾きによらずに断面形状を
算出することができる。
また上記断面形状測定法並びにその装置は、入射荷電
粒子線に対して対物レンズの下に偏向コイルを設けるこ
とにより、試料ステージのチルト機構の代りに荷電粒子
線を傾斜させて照射できるので、試料ステージおよび試
料室を小型化して位置決め精度および真空度を上げ、コ
ンタミネーションを防ぐことができる。
粒子線に対して対物レンズの下に偏向コイルを設けるこ
とにより、試料ステージのチルト機構の代りに荷電粒子
線を傾斜させて照射できるので、試料ステージおよび試
料室を小型化して位置決め精度および真空度を上げ、コ
ンタミネーションを防ぐことができる。
また上記断面形状比較検査法並びにその装置は、比較
すべき測定対象パターンと基準対象パターンの断面形状
を本断面形状測定法並びにその装置を用いて算出し、２
つの算出結果を比較するので、高精度の欠陥検査を行う
ことができる。
すべき測定対象パターンと基準対象パターンの断面形状
を本断面形状測定法並びにその装置を用いて算出し、２
つの算出結果を比較するので、高精度の欠陥検査を行う
ことができる。
以下に本発明の実施例を第１図ないし第13図により説
明する。
明する。
第１図は本発明による電子ビームを用いた断面形状測
定装置の第１の実施例を示す構成ブロック図である。第
１図において、この断面形状測定装置は走査型電子顕微
鏡１と、これに接続あるいは内蔵された断面形状算出部
２より成る。走査型電子顕微鏡１は電子を放出する電子
銃３と、電子銃３より出た電子ビームを縮小するコンデ
ンサレンズ４と、電子ビームをラスタ走査させる偏向コ
イル５と、電子ビームを更に縮小して試料10に照射させ
る対物レンズ６と、試料10から放出される２次電子また
は反射電子を検出する２つの検出器7,8と、試料10を固
定してxyzの３方向の移動および回転およびチルトが可
能な試料ステージ９と、試料10と、偏向コイル５の偏向
制御部11と、試料ステージ９のステージ駆動部12から成
る。このうち２つの検出器7,8は試料10で入射電子ビー
ムに対して対向した左右の位置で、かつ試料台９のチル
ト軸に垂直な面内に配置される。
定装置の第１の実施例を示す構成ブロック図である。第
１図において、この断面形状測定装置は走査型電子顕微
鏡１と、これに接続あるいは内蔵された断面形状算出部
２より成る。走査型電子顕微鏡１は電子を放出する電子
銃３と、電子銃３より出た電子ビームを縮小するコンデ
ンサレンズ４と、電子ビームをラスタ走査させる偏向コ
イル５と、電子ビームを更に縮小して試料10に照射させ
る対物レンズ６と、試料10から放出される２次電子また
は反射電子を検出する２つの検出器7,8と、試料10を固
定してxyzの３方向の移動および回転およびチルトが可
能な試料ステージ９と、試料10と、偏向コイル５の偏向
制御部11と、試料ステージ９のステージ駆動部12から成
る。このうち２つの検出器7,8は試料10で入射電子ビー
ムに対して対向した左右の位置で、かつ試料台９のチル
ト軸に垂直な面内に配置される。
また断面形状算出部２は断面形状算出全体を制御する
制御部13と、２つの左，右の検出器7,8の出力b,cの和信
号ｄを求める和信号検出部14と、２つの検出器7,8の出
力b,cの差信号ｅを求める差信号検出部15と、和信号検
出部14の出力ｄからステレオ法により断面形状算出を行
うステレオ法算出部16と、差信号検出部15の出力ｅから
パターンによる影の影響を考慮した改良方式の照度差ス
テレオ法により断面形状算出を行う照度差ステレオ法算
出部17と、ステレオ法算出部16の算出結果ｆを一画面分
記憶するステレオ法記憶部18と、照度差ステレオ法算出
部17の算出結果ｇを一画面分記憶する照度差ステレオ法
記憶部19と、試料ステージ９のチルト角θ１を記憶する
θ１記憶部20と、試料ステージ９のチルト角θ２を記憶
するθ２記憶部21と、走査型電子顕微鏡１の倍率Ｍを記
憶する倍率記憶部22と、ステレオ法記憶部18に記憶した
算出結果ｆと照度差ステレオ法記憶部19に記憶した算出
結果ｇを合成する波形合成部23と、波形合成部23の合成
結果ｈを表示するディスプレイ24と、パラメータ入力に
用いるCRT25と、同じくキーボード26とから成る。
制御部13と、２つの左，右の検出器7,8の出力b,cの和信
号ｄを求める和信号検出部14と、２つの検出器7,8の出
力b,cの差信号ｅを求める差信号検出部15と、和信号検
出部14の出力ｄからステレオ法により断面形状算出を行
うステレオ法算出部16と、差信号検出部15の出力ｅから
パターンによる影の影響を考慮した改良方式の照度差ス
テレオ法により断面形状算出を行う照度差ステレオ法算
出部17と、ステレオ法算出部16の算出結果ｆを一画面分
記憶するステレオ法記憶部18と、照度差ステレオ法算出
部17の算出結果ｇを一画面分記憶する照度差ステレオ法
記憶部19と、試料ステージ９のチルト角θ１を記憶する
θ１記憶部20と、試料ステージ９のチルト角θ２を記憶
するθ２記憶部21と、走査型電子顕微鏡１の倍率Ｍを記
憶する倍率記憶部22と、ステレオ法記憶部18に記憶した
算出結果ｆと照度差ステレオ法記憶部19に記憶した算出
結果ｇを合成する波形合成部23と、波形合成部23の合成
結果ｈを表示するディスプレイ24と、パラメータ入力に
用いるCRT25と、同じくキーボード26とから成る。
第２図は第１図の実施例における処理の流れを示すフ
ローチャートである。第２図により上記構成をもつ装置
の動作について説明する。まずステップ30ではパラメー
タ入力を行い、ここでCRT25とキーボード26よりx,y座標
とチルト角θ1,θ２と倍率Ｍを入力して、チルト角θ1,
θ２は各々θ1,θ２記憶部20,21に記憶し、倍率Ｍは倍
率記憶部22に記憶しておく。ステップ31では試料ステー
ジ９の移動を行い、ここで制御部13からの指令によりス
テージ駆動部12で設定x,y座標に移動して、さらにチル
ト角θ１にチルトさせ、θ１は例えば０゜（水平）とす
る。ステップ32では画像入力を行い、ここで電子銃３よ
り電子ビームを放出させ、放出したビームをコンデンサ
レンズで縮小し、偏向制御部11により偏向コイル５でＸ
−Ｙ方向にラスタ走査を行い、対物レンズ６で更に縮小
して試料10に照射する。このとき試料10から放出される
２次電子または反射電子を２つの左，右の検出器7,8で
検出して電気信号に変換し、この検出器7,8で検出され
た電気信号b,cは和信号検出部14と差信号検出部15に送
られる。和信号検出部14は２つの電気信号b,cの和信号
ｄを検出し、差信号検出部15は２つの電気信号b,cの差
信号ｅを検出して、ステレオ法算出部16では和信号ｄを
一画面分記憶し、照度差ステレオ法算出部17では差信号
ｅを一画面分記憶する。
ローチャートである。第２図により上記構成をもつ装置
の動作について説明する。まずステップ30ではパラメー
タ入力を行い、ここでCRT25とキーボード26よりx,y座標
とチルト角θ1,θ２と倍率Ｍを入力して、チルト角θ1,
θ２は各々θ1,θ２記憶部20,21に記憶し、倍率Ｍは倍
率記憶部22に記憶しておく。ステップ31では試料ステー
ジ９の移動を行い、ここで制御部13からの指令によりス
テージ駆動部12で設定x,y座標に移動して、さらにチル
ト角θ１にチルトさせ、θ１は例えば０゜（水平）とす
る。ステップ32では画像入力を行い、ここで電子銃３よ
り電子ビームを放出させ、放出したビームをコンデンサ
レンズで縮小し、偏向制御部11により偏向コイル５でＸ
−Ｙ方向にラスタ走査を行い、対物レンズ６で更に縮小
して試料10に照射する。このとき試料10から放出される
２次電子または反射電子を２つの左，右の検出器7,8で
検出して電気信号に変換し、この検出器7,8で検出され
た電気信号b,cは和信号検出部14と差信号検出部15に送
られる。和信号検出部14は２つの電気信号b,cの和信号
ｄを検出し、差信号検出部15は２つの電気信号b,cの差
信号ｅを検出して、ステレオ法算出部16では和信号ｄを
一画面分記憶し、照度差ステレオ法算出部17では差信号
ｅを一画面分記憶する。
次のステップ33ではステップ31と同様の試料ステージ
９の移動を行い、こんどはチルト角θ２にチルトさせ、
θ２は例えば５゜〜10゜とする。ステップ34ではステッ
プ32と同様の画像入力を行い、ここでステレオ法算出部
16では和信号ｄを一画面分先程と違う所に記憶し、照度
差ステレオ法記憶部17では差信号ｅを一画面分先程と違
う所に記憶する。ステップ35ではステレオ法による断面
形状算出をステレオ法算出部16で行い、ここで和信号ｄ
を用いるのはパターンによる影の影響を除いて信号をバ
ランスさせるためであり、断面形状算出結果ｆはステレ
オ法記憶部18に記憶しておく。ステップ36ではパターン
による影の影響を考慮した照度差ステレオ法による断面
形状算出を照度差ステレオ法算出部17で行い、ここで２
つのチルト角θ1,θ２に対する差信号ｅを用いることに
よりパターンの影の影響を除くことができ、断面形状算
出結果ｇは照度差ステレオ法記憶部19に記憶しておく。
ステップ37ではステレオ法による断面形状算出結果ｆと
照度差ステレオ法による断面形状算出結果ｇの波形合成
を波形合成部23で行い、その合成結果ｈを出力する。最
後にステップ38では合成結果ｈをディスプレイ24上に表
示する。
９の移動を行い、こんどはチルト角θ２にチルトさせ、
θ２は例えば５゜〜10゜とする。ステップ34ではステッ
プ32と同様の画像入力を行い、ここでステレオ法算出部
16では和信号ｄを一画面分先程と違う所に記憶し、照度
差ステレオ法記憶部17では差信号ｅを一画面分先程と違
う所に記憶する。ステップ35ではステレオ法による断面
形状算出をステレオ法算出部16で行い、ここで和信号ｄ
を用いるのはパターンによる影の影響を除いて信号をバ
ランスさせるためであり、断面形状算出結果ｆはステレ
オ法記憶部18に記憶しておく。ステップ36ではパターン
による影の影響を考慮した照度差ステレオ法による断面
形状算出を照度差ステレオ法算出部17で行い、ここで２
つのチルト角θ1,θ２に対する差信号ｅを用いることに
よりパターンの影の影響を除くことができ、断面形状算
出結果ｇは照度差ステレオ法記憶部19に記憶しておく。
ステップ37ではステレオ法による断面形状算出結果ｆと
照度差ステレオ法による断面形状算出結果ｇの波形合成
を波形合成部23で行い、その合成結果ｈを出力する。最
後にステップ38では合成結果ｈをディスプレイ24上に表
示する。
第３図は第１図（第２図）の実施例における波形合成
の例を示す説明図である。第３図において、第３図のａ
は測定対象の試料10の断面形状、第３図のｂは左方の検
出器７の出力信号波形、第３図のｃは右方の検出器８の
出力信号波形、第３図のｄはｂとｃの和信号波形、第３
図のｅはｂとｃの差信号波形、第３図のｆはステレオ法
算出部16の出力信号波形、第３図のｇは照度差ステレオ
法算出部17の出力信号波形、第３図のｈはｆとｇを用い
た波形合成信号波形で、これらの波形の記号b,c,d,e,f,
gは第１図中の信号b,c,d,e,f,gの記号と対応している。
第３図より、第３図のａの断面形状に対して、第３図の
ｆのステレオ法算出部16の出力信号波形では急峻な変化
しか捉えておらず、緩やかな変化はわからないし、また
第３図のｇの照度差ステレオ部16の出力信号波形では緩
やかな変化は捉えているが、急峻な変化の部分では実際
の断面形状とのずれが生じていることがわかる。そこで
急峻な変化の部分では第３図のｆのステレオ法算出部16
の出力信号波形を用い、緩やかな変化の部分では第３図
のｇの照度差ステレオ法算出部17の出力信号波形を用い
るように波形合成を波形合成部23で次の方法で行えば、
第３図のｈの波形合成信号波形のように測定対象の形状
によらず断面形状を算出することができる。
の例を示す説明図である。第３図において、第３図のａ
は測定対象の試料10の断面形状、第３図のｂは左方の検
出器７の出力信号波形、第３図のｃは右方の検出器８の
出力信号波形、第３図のｄはｂとｃの和信号波形、第３
図のｅはｂとｃの差信号波形、第３図のｆはステレオ法
算出部16の出力信号波形、第３図のｇは照度差ステレオ
法算出部17の出力信号波形、第３図のｈはｆとｇを用い
た波形合成信号波形で、これらの波形の記号b,c,d,e,f,
gは第１図中の信号b,c,d,e,f,gの記号と対応している。
第３図より、第３図のａの断面形状に対して、第３図の
ｆのステレオ法算出部16の出力信号波形では急峻な変化
しか捉えておらず、緩やかな変化はわからないし、また
第３図のｇの照度差ステレオ部16の出力信号波形では緩
やかな変化は捉えているが、急峻な変化の部分では実際
の断面形状とのずれが生じていることがわかる。そこで
急峻な変化の部分では第３図のｆのステレオ法算出部16
の出力信号波形を用い、緩やかな変化の部分では第３図
のｇの照度差ステレオ法算出部17の出力信号波形を用い
るように波形合成を波形合成部23で次の方法で行えば、
第３図のｈの波形合成信号波形のように測定対象の形状
によらず断面形状を算出することができる。
ここで第１図の波形合成部23では、特開昭63−170840
号公報に記載のように次の３つの場合に分けて、ステレ
オ法算出部16の算出結果ｆと照度差ステレオ法算出部17
の算出結果ｇを合成する。まず第１は左が画面の左端
で、右側が特徴点で、ステレオ法により高度が定まって
いる場合であり、この場合には照度差ステレオ法の算出
結果ｇに定数を加えて右端が一致するようにする。第２
は右が画面の右端で、左側が特徴点の場合であり、この
場合には第１の場合と同様に左端が一致するように定数
を加える。第３は両端とも特徴点で、ステレオ法により
高度が決定されている場合である。この場合にはその左
端高度をZL′、右端高度をZR′とし、ステレオ法で算出
された左端と右端の高度を各々ZL,ZRとするとき、この
区間にＮ画素あるものとして、照度差ステレオ法の算出
結果ｇを次のように変換する。
号公報に記載のように次の３つの場合に分けて、ステレ
オ法算出部16の算出結果ｆと照度差ステレオ法算出部17
の算出結果ｇを合成する。まず第１は左が画面の左端
で、右側が特徴点で、ステレオ法により高度が定まって
いる場合であり、この場合には照度差ステレオ法の算出
結果ｇに定数を加えて右端が一致するようにする。第２
は右が画面の右端で、左側が特徴点の場合であり、この
場合には第１の場合と同様に左端が一致するように定数
を加える。第３は両端とも特徴点で、ステレオ法により
高度が決定されている場合である。この場合にはその左
端高度をZL′、右端高度をZR′とし、ステレオ法で算出
された左端と右端の高度を各々ZL,ZRとするとき、この
区間にＮ画素あるものとして、照度差ステレオ法の算出
結果ｇを次のように変換する。
ここでｉ＝０のとき左端で、ｉ＝Ｎのとき右端とす
る。
る。
第４図は第１図のステレオ法算出部16の構成を示すブ
ロック図である。第４図において、ステレオ法算出部16
は制御部13からの切換信号により和信号検出部14からの
和信号ｄをθ１画像記憶部42またはθ２画像記憶部43に
切り換えて記憶する切換部41と、チルト角θ１のときの
和信号ｄを記憶するθ１画像記憶部42と、チルト角θ２
のときの和信号ｄを記憶するθ２画像記憶部43と、パタ
ーンの特徴点（段差部分の上端と下端）を求める特徴点
算出部44と、２つの画像の対応関係を相関値により求め
る対応点算出部45と、パターンの特徴点とθ1,θ２記憶
部20,21からのチルト角θ1,θ２および倍率記憶部22か
らの倍率Ｍより高さを算出する演算部46とから成る。
ロック図である。第４図において、ステレオ法算出部16
は制御部13からの切換信号により和信号検出部14からの
和信号ｄをθ１画像記憶部42またはθ２画像記憶部43に
切り換えて記憶する切換部41と、チルト角θ１のときの
和信号ｄを記憶するθ１画像記憶部42と、チルト角θ２
のときの和信号ｄを記憶するθ２画像記憶部43と、パタ
ーンの特徴点（段差部分の上端と下端）を求める特徴点
算出部44と、２つの画像の対応関係を相関値により求め
る対応点算出部45と、パターンの特徴点とθ1,θ２記憶
部20,21からのチルト角θ1,θ２および倍率記憶部22か
らの倍率Ｍより高さを算出する演算部46とから成る。
第５図は第４図のパターンの特徴点の算出法の説明図
である。第５図によりステレオ法算出部16の動作につい
て説明する。まず切換部41による和信号ｄのθ1,θ２画
像のθ1,θ２画像記憶部42,43への記憶までが終ったと
すると、つぎに特徴点算出部44においてチルト角θ１の
画像よりパターンの特徴点の座標を求める。第５図にお
いて、第５図のｉはパターンの段差部分の断面形状ａを
示し、ここで求めたい特徴点は段差部分の上端と下端が
あって第５図のｉ中の点Ａと点Ｂに当たる。そこで第５
図のｊ〜ｍの和信号ｄの波形中で点A,Bに対応する座標X
A,XBを求める。段差部分の上端Ａに対する座標XAについ
ては第５図のｊ〜ｍに示すように例えば和信号ｄの波形
中の最大値をとる矢印点の座標XAより求める。また段差
部分の下端Ｂに対する座標XBについては第５図のｊ〜ｍ
に示すような例えば４手法がある。第５図のｊは和信号
ｄの波形中の最小値をとる矢印点の座標XBより求める手
法であり、第５図のＫは和信号ｄの波形中の最大値と最
小値の間を100％としたときに最小値からｎ％となる３
矢印点の座標XBより求め、ｎはあらかじめ対象の試料10
に対して最適値を求めておくものとし、ｎとして例えば
50％などが考えられる手法であり、第５図の１は和信号
ｄの波形中から水平部分と傾斜部分を抽出し、各部分で
直接近似して一点鎖線で示す直線L1,L2を求め、その交
点である矢印点の座標XBより求める手法であり、第５図
のｍは和信号ｄの波形中の最大傾斜の矢印点すなわち第
５図のｍ′の和信号ｄの微分波形の最大値の点の座標XB
より求める手法である。これらの手法のうちどれが適当
かは試料10の材質や走査型電子顕微鏡１の加速電圧など
の条件によって変化するので、測定条件に合った手法を
測定者が選択する。なお特徴点は測定者が画像をディス
プレイ24で見ながら、CRT25とキーボード26により入力
してもよい。
である。第５図によりステレオ法算出部16の動作につい
て説明する。まず切換部41による和信号ｄのθ1,θ２画
像のθ1,θ２画像記憶部42,43への記憶までが終ったと
すると、つぎに特徴点算出部44においてチルト角θ１の
画像よりパターンの特徴点の座標を求める。第５図にお
いて、第５図のｉはパターンの段差部分の断面形状ａを
示し、ここで求めたい特徴点は段差部分の上端と下端が
あって第５図のｉ中の点Ａと点Ｂに当たる。そこで第５
図のｊ〜ｍの和信号ｄの波形中で点A,Bに対応する座標X
A,XBを求める。段差部分の上端Ａに対する座標XAについ
ては第５図のｊ〜ｍに示すように例えば和信号ｄの波形
中の最大値をとる矢印点の座標XAより求める。また段差
部分の下端Ｂに対する座標XBについては第５図のｊ〜ｍ
に示すような例えば４手法がある。第５図のｊは和信号
ｄの波形中の最小値をとる矢印点の座標XBより求める手
法であり、第５図のＫは和信号ｄの波形中の最大値と最
小値の間を100％としたときに最小値からｎ％となる３
矢印点の座標XBより求め、ｎはあらかじめ対象の試料10
に対して最適値を求めておくものとし、ｎとして例えば
50％などが考えられる手法であり、第５図の１は和信号
ｄの波形中から水平部分と傾斜部分を抽出し、各部分で
直接近似して一点鎖線で示す直線L1,L2を求め、その交
点である矢印点の座標XBより求める手法であり、第５図
のｍは和信号ｄの波形中の最大傾斜の矢印点すなわち第
５図のｍ′の和信号ｄの微分波形の最大値の点の座標XB
より求める手法である。これらの手法のうちどれが適当
かは試料10の材質や走査型電子顕微鏡１の加速電圧など
の条件によって変化するので、測定条件に合った手法を
測定者が選択する。なお特徴点は測定者が画像をディス
プレイ24で見ながら、CRT25とキーボード26により入力
してもよい。
上記のパターンの特徴点の算出後は、対応点算出部45
においてチルト角θ１の画像中の特徴点を含む微小領域
とチルト角θ２の画像中の微小領域の対応を求める。こ
の対応を求めるために特開昭63−170840号公報記載のよ
うに相関値を用い、相関値の最も大きくなった領域を採
用するものとする。そこで対応点算出部45は相関値を求
める手段と相関値の最大値を求める手段から成り、この
対応が求められることによりθ１画像およびθ２画像中
の特徴点が決定される。こうして決定されたθ１画像中
の特徴点の座標xA1,xB1と、θ２画像中の特徴点の座標x
A2,xB2と、操作型電子顕微鏡１の倍率Ｍと、チルト角θ
1,θ２とより、次の（１）式により特徴点間の高度差ｈ
を求める。
においてチルト角θ１の画像中の特徴点を含む微小領域
とチルト角θ２の画像中の微小領域の対応を求める。こ
の対応を求めるために特開昭63−170840号公報記載のよ
うに相関値を用い、相関値の最も大きくなった領域を採
用するものとする。そこで対応点算出部45は相関値を求
める手段と相関値の最大値を求める手段から成り、この
対応が求められることによりθ１画像およびθ２画像中
の特徴点が決定される。こうして決定されたθ１画像中
の特徴点の座標xA1,xB1と、θ２画像中の特徴点の座標x
A2,xB2と、操作型電子顕微鏡１の倍率Ｍと、チルト角θ
1,θ２とより、次の（１）式により特徴点間の高度差ｈ
を求める。
ただし、θ＝θ２−θ１である。
第６図は第１図の照度差ステレオ法算出部17のパター
ンの影の影響を考慮した改良方式の照度差ステレオ法の
説明図である。第６図において、従来の照度差ステレオ
では図示のようにパターンにより影となる部分があるた
め、パターンの近くで実際の断面形状からの測定誤差が
生じるので、この誤差を補正するための方式改良を行っ
ている。ここで例えばチルト角θ１のときの２つの左，
右の検出器7,8の２次電子または反射電子の強度を各々S
L1,SR1とし、図示のように円で示す放出２次電子または
反射電子のパターンの影となる角ΨA,ΨＢを定義し、求
めたい入射電子ビーム（垂直軸）と試料10の画素の垂線
Ｎとのなす画素の傾き角をΦとする。このときスキャニ
ング・マイクロスコピー第１巻、第３号（1987年）第96
3頁から第973頁（Scanning Microscopy,Vol.1,No.3（19
87）pp963−973）によると次の式が成り立つ。
ンの影の影響を考慮した改良方式の照度差ステレオ法の
説明図である。第６図において、従来の照度差ステレオ
では図示のようにパターンにより影となる部分があるた
め、パターンの近くで実際の断面形状からの測定誤差が
生じるので、この誤差を補正するための方式改良を行っ
ている。ここで例えばチルト角θ１のときの２つの左，
右の検出器7,8の２次電子または反射電子の強度を各々S
L1,SR1とし、図示のように円で示す放出２次電子または
反射電子のパターンの影となる角ΨA,ΨＢを定義し、求
めたい入射電子ビーム（垂直軸）と試料10の画素の垂線
Ｎとのなす画素の傾き角をΦとする。このときスキャニ
ング・マイクロスコピー第１巻、第３号（1987年）第96
3頁から第973頁（Scanning Microscopy,Vol.1,No.3（19
87）pp963−973）によると次の式が成り立つ。
SL1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−sinΦ） （２） SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ＋sinΦ） （３） ここで従来の照度差ステレオ法は例えばチルト角θ１
のときの強度SL1,SR1の差、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−cosΨＢ−2sinΦ） を考え、パターンの影の影響を考慮せず、すなわちパタ
ーンの影となる角ΨＡ＝ΨＢ＝０゜として、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（−2sinΦ） とすることにより、強度SL1,SR1の差を画素の傾き角Φ
のみの関数と考え、あらかじめSL1−SR1とΦの関係を求
めておき、測定したSL1−SR1からΦを求めていた。その
ためパターンの影の影響のある所では実際の断面形状か
らの誤差が生じていた。
のときの強度SL1,SR1の差、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（cosΨＡ−cosΨＢ−2sinΦ） を考え、パターンの影の影響を考慮せず、すなわちパタ
ーンの影となる角ΨＡ＝ΨＢ＝０゜として、 SL1−SR1＝cos-1Φ・（−2sinΦ） とすることにより、強度SL1,SR1の差を画素の傾き角Φ
のみの関数と考え、あらかじめSL1−SR1とΦの関係を求
めておき、測定したSL1−SR1からΦを求めていた。その
ためパターンの影の影響のある所では実際の断面形状か
らの誤差が生じていた。
本実施例では、ここでパターンの影の影響を考慮する
ため、チルト角θ１からチルト角θ２に変化させたとき
の２つの左，右の検出器7,8の２次電子または反射電子
の強度を各々SL2,SR2とすると、 SL2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ−sin（Φ＋△Φ）} （４） SR2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ＋sin（Φ＋△Φ）} （５） が成り立つ。ただし、△Φ＝θ２−θ１である。この
（２）〜（５）式よりΨA,ΨＢを消去し、Φを求める
と、 となる。したがって（６）式により、２種類のチルト角
θ1,θ２のときの２つの検出器7,8の出力b,cの差（SL1
−SR1），（SL2−SR2）と、チルト角θ1,θ２の差△Φ
（＝θ２−θ１）とより、パターンの影の影響を受けず
に画素の傾き角Φが求められることがわかる。この傾き
角Φを積分し、倍率Ｍをかけることにより、断面形状が
得られる。
ため、チルト角θ１からチルト角θ２に変化させたとき
の２つの左，右の検出器7,8の２次電子または反射電子
の強度を各々SL2,SR2とすると、 SL2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ−sin（Φ＋△Φ）} （４） SR2＝cos-1（Φ＋△Φ）・{cosΨＡ＋sin（Φ＋△Φ）} （５） が成り立つ。ただし、△Φ＝θ２−θ１である。この
（２）〜（５）式よりΨA,ΨＢを消去し、Φを求める
と、 となる。したがって（６）式により、２種類のチルト角
θ1,θ２のときの２つの検出器7,8の出力b,cの差（SL1
−SR1），（SL2−SR2）と、チルト角θ1,θ２の差△Φ
（＝θ２−θ１）とより、パターンの影の影響を受けず
に画素の傾き角Φが求められることがわかる。この傾き
角Φを積分し、倍率Ｍをかけることにより、断面形状が
得られる。
第７図は第１図（第６図）の照度差ステレオ法算出部
17の構成ブロック図である。第７図において、本照度差
ステレオ法算出部17は上記第６図のパターンの影の影響
を考慮した改良方式の照度差ステレオ法による断面形状
算出を実行するもので、制御部13からの切換信号により
差信号検出部15からの差信号ｅをθ1,θ２画像記憶部6
2,63に切り換えて記憶する切換部61と、チルト角θ１の
ときの差信号ｅを記憶するθ１画像記憶部62と、チルト
角θ２のときの差信号ｅを記憶するθ２画像記憶部63
と、（６）式の演算を行い画素の傾き角Φを求める演算
部64と、画素の傾き角Φを積分して試料10の断面形状を
求める積分部65とから成る。この構成により、第６図で
説明したとおり、まず切換部61による差信号ｅのθ1,θ
２画像のθ1,θ２画像記憶部62,63への記憶までが終っ
たとすると、つぎに演算部64において（６）式によりチ
ルト角θ1,θ２のときの差信号検出部15からの差信号ｅ
の強度差（SL1−SR1），（SL2−SR2）と、チルト角θ1,
θ２の差△Φ（＝θ２−θ１）とより画素の傾き角Φを
求め、積分部65において画素の傾き角Φを積分し、倍率
Ｍをかけることによりパターンの影の影響を除去した試
料10の断面形状が得られる。
17の構成ブロック図である。第７図において、本照度差
ステレオ法算出部17は上記第６図のパターンの影の影響
を考慮した改良方式の照度差ステレオ法による断面形状
算出を実行するもので、制御部13からの切換信号により
差信号検出部15からの差信号ｅをθ1,θ２画像記憶部6
2,63に切り換えて記憶する切換部61と、チルト角θ１の
ときの差信号ｅを記憶するθ１画像記憶部62と、チルト
角θ２のときの差信号ｅを記憶するθ２画像記憶部63
と、（６）式の演算を行い画素の傾き角Φを求める演算
部64と、画素の傾き角Φを積分して試料10の断面形状を
求める積分部65とから成る。この構成により、第６図で
説明したとおり、まず切換部61による差信号ｅのθ1,θ
２画像のθ1,θ２画像記憶部62,63への記憶までが終っ
たとすると、つぎに演算部64において（６）式によりチ
ルト角θ1,θ２のときの差信号検出部15からの差信号ｅ
の強度差（SL1−SR1），（SL2−SR2）と、チルト角θ1,
θ２の差△Φ（＝θ２−θ１）とより画素の傾き角Φを
求め、積分部65において画素の傾き角Φを積分し、倍率
Ｍをかけることによりパターンの影の影響を除去した試
料10の断面形状が得られる。
第８図（ａ）〜（ｆ）は本発明による電子ビームを用
いた断面形状測定装置の第２の実施例を示す部分構成ブ
ロック図および電子ビーム傾斜法の説明図である。第８
図（ａ）〜（ｆ）において、第１図と同一符号は相当部
分を示し、この断面形状測定装置の構成は第８図（ａ）
に示すように第１図とほぼ同様であるが、第１図との違
いは走査型電子顕微鏡１の対物レンズ６の下に更にもう
１つの偏向コイル60を設け、これを偏向制御部11で制御
することである。この構成により、第１図のように試料
ステージ９にチルト機構を持たなくとも、または試料ス
テージ９をチルトさせずに、電子銃３からの電子ビーム
を試料10に対し傾斜させて照射でき、これにより断面形
状算出部２のステレオ法算出部16および照度差ステレオ
法算出部17におけるステレオ法および照度差ステレオ法
の算出ができる。第８図（ｂ）に示すように例えば偏向
コイル60による電子ビームの傾斜角を垂直軸に対し±３
゜とすると、傾斜角の誤差を±0.01％（３゜±0.03゜）
とした場合に、視野５μｍを得るには、ワーキングディ
スタンスをｈとして、次式が成り立つ。
いた断面形状測定装置の第２の実施例を示す部分構成ブ
ロック図および電子ビーム傾斜法の説明図である。第８
図（ａ）〜（ｆ）において、第１図と同一符号は相当部
分を示し、この断面形状測定装置の構成は第８図（ａ）
に示すように第１図とほぼ同様であるが、第１図との違
いは走査型電子顕微鏡１の対物レンズ６の下に更にもう
１つの偏向コイル60を設け、これを偏向制御部11で制御
することである。この構成により、第１図のように試料
ステージ９にチルト機構を持たなくとも、または試料ス
テージ９をチルトさせずに、電子銃３からの電子ビーム
を試料10に対し傾斜させて照射でき、これにより断面形
状算出部２のステレオ法算出部16および照度差ステレオ
法算出部17におけるステレオ法および照度差ステレオ法
の算出ができる。第８図（ｂ）に示すように例えば偏向
コイル60による電子ビームの傾斜角を垂直軸に対し±３
゜とすると、傾斜角の誤差を±0.01％（３゜±0.03゜）
とした場合に、視野５μｍを得るには、ワーキングディ
スタンスをｈとして、次式が成り立つ。
これを解いて、ｈ≒4.8mmを得る。よってこの空間に
偏向コイル60を配置することは十分に可能である。また
第８図（ａ）の構成においては、第８図（ｃ）〜（ｆ）
に示す様々な電子ビームの偏向方法が考えられ、第８図
（ｃ）は対物レンズ６の中央を通り対物レンズ６の上の
偏向コイル５で電子ビームを偏向する方法、第８図
（ｄ）は対物レンズ６の中央を通り対物レンズ６の下の
偏向コイル60で電子ビームを偏向する方法、第８図
（ｅ）は対物レンズ６の中央を通らずに対物レンズ６に
垂直軸に平行に入射させ対物レンズ６の上の偏向コイル
５で偏向する方法、第８図（ｆ）は対物レンズ６の中央
を通らずに対物レンズ６に垂直軸に平行に入射させ対物
レンズ６の下の偏向コイル60で偏向する方法などであ
る。
偏向コイル60を配置することは十分に可能である。また
第８図（ａ）の構成においては、第８図（ｃ）〜（ｆ）
に示す様々な電子ビームの偏向方法が考えられ、第８図
（ｃ）は対物レンズ６の中央を通り対物レンズ６の上の
偏向コイル５で電子ビームを偏向する方法、第８図
（ｄ）は対物レンズ６の中央を通り対物レンズ６の下の
偏向コイル60で電子ビームを偏向する方法、第８図
（ｅ）は対物レンズ６の中央を通らずに対物レンズ６に
垂直軸に平行に入射させ対物レンズ６の上の偏向コイル
５で偏向する方法、第８図（ｆ）は対物レンズ６の中央
を通らずに対物レンズ６に垂直軸に平行に入射させ対物
レンズ６の下の偏向コイル60で偏向する方法などであ
る。
第９図は本発明による断面形状測定装置を用いた断面
形状比較検査装置の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。第９図において、この断面形状比較装置は第１図に
示した断面形状測定装置（第１図の１は第８図に置換
可）70と、その測定対象パターンの試料10に対する出力
波形ｈを記憶する記憶部71と、断面形状測定装置70の出
力波形ｈと記憶部71の出力波形とを入力して２つの出力
波形の位置合わせを行う位置合わせ部73と、その２つの
波形の差をとる差検出部73と、２つの出力波形の差の体
積の大きい部分を欠陥と判定する欠陥判定部74とから成
る。この構成により、断面形状測定装置70の測定対象パ
ターンの試料10の出力波形ｈを記憶部71に記憶してお
き、比較すべき基準対象パターンの出力波形を入力し、
位置合わせ部72でこれらの２つの出力波形の位置合わせ
を行い、差検出部73でその２つの波形の差をとり、欠陥
判定部74でその差の体積の大きい部分を欠陥と判定して
出力する。本実施例によれば、従来の明るさの差による
光学的な断面形状比較検査装置に比べ、欠陥のサイズが
深さ方向についてもわかるため、より厳密な検査を行う
ことができる。
形状比較検査装置の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。第９図において、この断面形状比較装置は第１図に
示した断面形状測定装置（第１図の１は第８図に置換
可）70と、その測定対象パターンの試料10に対する出力
波形ｈを記憶する記憶部71と、断面形状測定装置70の出
力波形ｈと記憶部71の出力波形とを入力して２つの出力
波形の位置合わせを行う位置合わせ部73と、その２つの
波形の差をとる差検出部73と、２つの出力波形の差の体
積の大きい部分を欠陥と判定する欠陥判定部74とから成
る。この構成により、断面形状測定装置70の測定対象パ
ターンの試料10の出力波形ｈを記憶部71に記憶してお
き、比較すべき基準対象パターンの出力波形を入力し、
位置合わせ部72でこれらの２つの出力波形の位置合わせ
を行い、差検出部73でその２つの波形の差をとり、欠陥
判定部74でその差の体積の大きい部分を欠陥と判定して
出力する。本実施例によれば、従来の明るさの差による
光学的な断面形状比較検査装置に比べ、欠陥のサイズが
深さ方向についてもわかるため、より厳密な検査を行う
ことができる。
第10図は本発明によるイオンビームを用いた断面形状
測定装置の第３の実施例を示す構成ブロック図である。
第10図において、第１図と同一符号は相当部分を示し、
この断面形状測定装置は電子線に限らず他の荷電粒子線
を試料10に照射させることによっても可能であるから、
第１図の電子源（電子銃）３の代わりに例えばイオン源
（イオン銃）80を用いたイオンビーム放射装置81による
ものであり、他は第１図と同様の構成である。この構成
により、イオンビーム放射装置81のイオン源80よりイオ
ンビームを放出させ、放出したイオンビームをコンデン
サレンズ４により縮小し、偏向コイル５でＸ−Ｙ方向に
ラスタ走査を行い、対物レンズ６で更に縮小して試料10
に照射させる。このとき次の第11図（ｂ）および第12図
のように試料10より２次電子が発生する。
測定装置の第３の実施例を示す構成ブロック図である。
第10図において、第１図と同一符号は相当部分を示し、
この断面形状測定装置は電子線に限らず他の荷電粒子線
を試料10に照射させることによっても可能であるから、
第１図の電子源（電子銃）３の代わりに例えばイオン源
（イオン銃）80を用いたイオンビーム放射装置81による
ものであり、他は第１図と同様の構成である。この構成
により、イオンビーム放射装置81のイオン源80よりイオ
ンビームを放出させ、放出したイオンビームをコンデン
サレンズ４により縮小し、偏向コイル５でＸ−Ｙ方向に
ラスタ走査を行い、対物レンズ６で更に縮小して試料10
に照射させる。このとき次の第11図（ｂ）および第12図
のように試料10より２次電子が発生する。
第11図（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々電子、イオン、
電磁波照射と固体表面の相互作用の模式図である。この
模式図は安盛岩雄、染野檀による「表面分析」講談社発
行（1976年）第５頁に記載のもので、第11図（ａ）にお
いて、第１図および第８図（ａ）〜（ｆ）の１次電子線
Ipに対して固体表面の波線で囲む相互作用領域より２次
電子（オージェ電子）や後方散乱電子のほか、イオンや
Ｘ線、けい光、リン光などが発生し、第11図（ｂ）にお
いて、第10図の１次イオン線Ipに対しては２次電子のほ
か後方散乱イオン、反射イオン、２次イオン、中性原子
やＸ線、光などが発生し、第11図（ｃ）において、電磁
波に対しては光電子や２次電子（オージェ電子）のほか
Ｘ線などが発生している。
電磁波照射と固体表面の相互作用の模式図である。この
模式図は安盛岩雄、染野檀による「表面分析」講談社発
行（1976年）第５頁に記載のもので、第11図（ａ）にお
いて、第１図および第８図（ａ）〜（ｆ）の１次電子線
Ipに対して固体表面の波線で囲む相互作用領域より２次
電子（オージェ電子）や後方散乱電子のほか、イオンや
Ｘ線、けい光、リン光などが発生し、第11図（ｂ）にお
いて、第10図の１次イオン線Ipに対しては２次電子のほ
か後方散乱イオン、反射イオン、２次イオン、中性原子
やＸ線、光などが発生し、第11図（ｃ）において、電磁
波に対しては光電子や２次電子（オージェ電子）のほか
Ｘ線などが発生している。
第12図はイオンビームと放出される２次電子の角度分
布を示す図である。第12図において、第10図のイオンビ
ームの照射による第11図（ｂ）のような２次電子の発生
については、例えばマイクロエレクトロニック エンジ
ニアリング５（1986年）第481頁から第489頁（Microele
ctronic Engineering 5（1986）pp481−489）に論じら
れているように第12図のようになり、この例ではKr +の
イオンビームのＷ（polycr.）への入射角は60゜であ
り、加速電圧5keV,10keV,19keVに対して放出される２次
電子の角度分布が示されている。そこで第１図の電子ビ
ームの場合と同様に第10図のイオンビームの照射により
試料10から発生する２次電子を用いて、断面形状算出部
２による断面形状の算出を行うことができる。また第８
図の場合と同様に対物レンズ６の下に設けた偏向コイル
60によるイオンビーム傾斜法を用いることができる。
布を示す図である。第12図において、第10図のイオンビ
ームの照射による第11図（ｂ）のような２次電子の発生
については、例えばマイクロエレクトロニック エンジ
ニアリング５（1986年）第481頁から第489頁（Microele
ctronic Engineering 5（1986）pp481−489）に論じら
れているように第12図のようになり、この例ではKr +の
イオンビームのＷ（polycr.）への入射角は60゜であ
り、加速電圧5keV,10keV,19keVに対して放出される２次
電子の角度分布が示されている。そこで第１図の電子ビ
ームの場合と同様に第10図のイオンビームの照射により
試料10から発生する２次電子を用いて、断面形状算出部
２による断面形状の算出を行うことができる。また第８
図の場合と同様に対物レンズ６の下に設けた偏向コイル
60によるイオンビーム傾斜法を用いることができる。
第13図は本発明によるＸ線を用いた断面形状測定装置
の第４の実施例を示す構成ブロック図である。第13図に
おいて、第１図と同一符号は相当部分を示し、この断面
形状測定装置は荷電粒子線の代りに電磁波であるＸ線を
用いた例で、第１図の電子ビーム系の代りにＸ線源90
と、スリット92と、ミラー93などから成るＸ線装置91に
よるものであり、他は第１図と同様の構成である。この
構成により、Ｘ線装置91のＸ線源90から放射されたＸ線
をスリット92とミラー93を用いて試料10に照射し、この
とき第11図（ｃ）に示すように試料10より発生する２次
電子を用いて電子線の場合と同様の処理を行う。ここで
ミラー93としてはアプライド オプティクス第17巻、第
14号（1978年）第601頁から第603頁（APPLIED OPTICS V
ol.17,No.14（1978）pp601−603）に記載のToroidalミ
ラー、または「固体物理」Vol.20,No.11（1985年）第86
5頁から第870頁に記載のWolter型ミラーなどを用いるこ
とができ、またミラーの代りにゾーンプレートを用いて
もよく、さらにシュワルツシルドの対物レンズを用いて
もよい。ただしＸ線の場合は第８図のような電子線と違
って偏向はできないので、第１図と同様に試料ステージ
９をステージ駆動部12により動かすことにより偏向と同
様の動作をさせる。
の第４の実施例を示す構成ブロック図である。第13図に
おいて、第１図と同一符号は相当部分を示し、この断面
形状測定装置は荷電粒子線の代りに電磁波であるＸ線を
用いた例で、第１図の電子ビーム系の代りにＸ線源90
と、スリット92と、ミラー93などから成るＸ線装置91に
よるものであり、他は第１図と同様の構成である。この
構成により、Ｘ線装置91のＸ線源90から放射されたＸ線
をスリット92とミラー93を用いて試料10に照射し、この
とき第11図（ｃ）に示すように試料10より発生する２次
電子を用いて電子線の場合と同様の処理を行う。ここで
ミラー93としてはアプライド オプティクス第17巻、第
14号（1978年）第601頁から第603頁（APPLIED OPTICS V
ol.17,No.14（1978）pp601−603）に記載のToroidalミ
ラー、または「固体物理」Vol.20,No.11（1985年）第86
5頁から第870頁に記載のWolter型ミラーなどを用いるこ
とができ、またミラーの代りにゾーンプレートを用いて
もよく、さらにシュワルツシルドの対物レンズを用いて
もよい。ただしＸ線の場合は第８図のような電子線と違
って偏向はできないので、第１図と同様に試料ステージ
９をステージ駆動部12により動かすことにより偏向と同
様の動作をさせる。
本発明によれば、複数のチルト角に対する複数の検出
器の差信号により照度差ステレオ法で面素の傾きを求め
ているので、パターンの影の影響により面素の傾きに真
値との誤差が生じることがなく、これを積分することに
より緩やかな断面形状の変化を場所によらず算出するこ
とができる。
器の差信号により照度差ステレオ法で面素の傾きを求め
ているので、パターンの影の影響により面素の傾きに真
値との誤差が生じることがなく、これを積分することに
より緩やかな断面形状の変化を場所によらず算出するこ
とができる。
また急な傾斜部および段差部分は複数のチルト角に対
する複数の検出器の和信号によりステレオ法で断面形状
を求め、緩やかな傾斜の部分は複数の検出器の差信号に
より照度差ステレオ法で断面形状を求め、これらの２方
式による波形を合成して出力するようにしているので、
試料表面の傾斜の大小によらず断面形状を算出できる。
する複数の検出器の和信号によりステレオ法で断面形状
を求め、緩やかな傾斜の部分は複数の検出器の差信号に
より照度差ステレオ法で断面形状を求め、これらの２方
式による波形を合成して出力するようにしているので、
試料表面の傾斜の大小によらず断面形状を算出できる。
さらに対物レンズの下に新たに偏向コイルを設け、こ
れを用いて荷電粒子線を傾斜させて照射することによ
り、チルト機構の代用として試料ステージを簡単化でき
るので、位置決め精度を向上させ、また試料室を小型化
して真空度を上げコンタミネーションを軽減できる。
れを用いて荷電粒子線を傾斜させて照射することによ
り、チルト機構の代用として試料ステージを簡単化でき
るので、位置決め精度を向上させ、また試料室を小型化
して真空度を上げコンタミネーションを軽減できる。
さらに断面形状の比較による欠陥検査を行うようにし
て、不一致部分の３次元形状を知ることができるので、
これまでの明るさの比較による欠陥検査に比べて高精度
な検査ができる効果がある。
て、不一致部分の３次元形状を知ることができるので、
これまでの明るさの比較による欠陥検査に比べて高精度
な検査ができる効果がある。
第１図は本発明による電子ビームを用いた断面形状測定
装置の第１の実施例を示す構成ブロック図、第２図は第
１図の処理の流れのフローチャート、第３図は第１図の
波形合成の説明図、第４図は第１図のステレオ法算出部
の構成ブロック図、第５図は第４図のパターン特徴点算
出法の説明図、第６図は第１図の照度差ステレオ法の説
明図、第７図は第１図の照度差ステレオ法算出部の構成
ブロック図、第８図（ａ）〜（ｆ）は電子ビームを用い
た断面形状測定装置の第２の実施例を示す電子ビーム傾
斜法の説明図、第９図は本発明による断面形状比較検査
装置の一実施例を示す構成ブロック図、第10図は本発明
によるイオンビームを用いた断面形状測定装置の第３の
実施例を示す構成ブロック図、第11図（ａ）〜（ｃ）は
電子、イオン、電磁波と固体表面の相互作用の模式図、
第12図はイオンビームと放出２次電子の角度分布図、第
13図は本発明によるＸ線を用いた断面形状測定装置の第
４の実施例を示す構成ブロック図である。 １……走査型電子顕微鏡、２……断面形状算出部、３…
…電子銃、４……コンデンサレンズ、５……偏向コイ
ル、６……対物レンズ、7,8……検出器、９……試料ス
テージ、10……試料、11……偏向制御部、12……ステー
ジ駆動部、13……制御部、14……和信号検出部、15……
差信号検出部、16……ステレオ法算出部、17……照度差
ステレオ法算出部、18……ステレオ法記憶部、19……照
度差ステレオ法記憶部、20……θ１記憶部、21……θ２
記憶部、22……倍率記憶部、23……波形合成部、24……
ディスプレイ、25……CRT、26……キーボード、60……
偏向コイル、70……断面形状測定装置、71……記憶部、
72……位置合わせ部、73……差検出部、74……欠陥判定
部、80……イオン源、81……イオンビーム放射装置、90
……Ｘ線源、91……Ｘ線装置、92……スリット、93……
ミラー。
装置の第１の実施例を示す構成ブロック図、第２図は第
１図の処理の流れのフローチャート、第３図は第１図の
波形合成の説明図、第４図は第１図のステレオ法算出部
の構成ブロック図、第５図は第４図のパターン特徴点算
出法の説明図、第６図は第１図の照度差ステレオ法の説
明図、第７図は第１図の照度差ステレオ法算出部の構成
ブロック図、第８図（ａ）〜（ｆ）は電子ビームを用い
た断面形状測定装置の第２の実施例を示す電子ビーム傾
斜法の説明図、第９図は本発明による断面形状比較検査
装置の一実施例を示す構成ブロック図、第10図は本発明
によるイオンビームを用いた断面形状測定装置の第３の
実施例を示す構成ブロック図、第11図（ａ）〜（ｃ）は
電子、イオン、電磁波と固体表面の相互作用の模式図、
第12図はイオンビームと放出２次電子の角度分布図、第
13図は本発明によるＸ線を用いた断面形状測定装置の第
４の実施例を示す構成ブロック図である。 １……走査型電子顕微鏡、２……断面形状算出部、３…
…電子銃、４……コンデンサレンズ、５……偏向コイ
ル、６……対物レンズ、7,8……検出器、９……試料ス
テージ、10……試料、11……偏向制御部、12……ステー
ジ駆動部、13……制御部、14……和信号検出部、15……
差信号検出部、16……ステレオ法算出部、17……照度差
ステレオ法算出部、18……ステレオ法記憶部、19……照
度差ステレオ法記憶部、20……θ１記憶部、21……θ２
記憶部、22……倍率記憶部、23……波形合成部、24……
ディスプレイ、25……CRT、26……キーボード、60……
偏向コイル、70……断面形状測定装置、71……記憶部、
72……位置合わせ部、73……差検出部、74……欠陥判定
部、80……イオン源、81……イオンビーム放射装置、90
……Ｘ線源、91……Ｘ線装置、92……スリット、93……
ミラー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−170840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−32314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−97510（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−61002（ＪＰ，Ａ)
Claims (12)
- 【請求項１】少なくとも２種のチルト角で傾斜させた試
料上で荷電粒子線または電磁波を走査し、試料より発生
する２次電子または反射電子を少なくとも２つの検出器
で検出し、各チルト角における検出器の差信号から試料
表面の傾きを算出し、これを積分することにより断面形
状を測定することを特徴とする断面形状測定法。 - 【請求項２】２つの検出器を、試料を傾斜させるチルト
軸に垂直な面内に配置することを特徴とする請求項１記
載の断面形状測定法。 - 【請求項３】荷電粒子線に関し、試料を傾斜させる代り
に、対物レンズの下に偏向コイルを設け、荷電粒子線を
傾斜させて照射することを特徴とする請求項１記載の断
面形状測定法。 - 【請求項４】少なくとも２種のチルト角で傾斜させた試
料上で荷電粒子線または電磁波を走査し、試料より発生
する２次電子または反射電子を少なくとも２つの検出器
で検出し、各チルト角における検出器の和信号からステ
レオ法により試料の断面形状を測定し、また各チルト角
における検出器の差信号から試料の傾きを算出し、これ
を積分することにより断面形状を測定し、上記２方法の
断面形状を合成することにより断面形状を算出すること
を特徴とする断面形状測定法。 - 【請求項５】請求項１記載の断面形状測定法により被検
査パターンの断面形状を測定し、これを基準パターンと
比較することを特徴とする断面形状比較検査法。 - 【請求項６】請求項４記載の断面形状測定法により被検
査パターンの断面形状を測定し、これを基準パターンと
比較することを特徴とする断面形状比較検査法。 - 【請求項７】少なくとも２種のチルト角で傾斜させた試
料上で荷電粒子線または電磁波を走査し、試料より発生
する２次電子または反射電子を少なくとも２つの検出器
で検出する手段と、各チルト角における検出器の差信号
から試料表面の傾きを算出し、これを積分することによ
り断面形状を測定する手段とを設けたことを特徴とする
断面形状測定装置。 - 【請求項８】２つの検出器を、試料を傾斜させるチルト
軸に垂直な面内に配置することを特徴とする請求項７記
載の断面形状測定装置。 - 【請求項９】検出する手段は、荷電粒子線に関し、試料
を傾斜させる代りに、対物レンズの下に偏向コイルを設
け、荷電粒子線を傾斜させて照射することを特徴とする
請求項７記載の断面形状測定装置。 - 【請求項１０】少なくとも２種のチルト角で傾斜させた
試料上で荷電粒子線または電磁波を走査し、試料より発
生する２次電子または反射電子を少なくとも２つの検出
器で検出する手段と、各チルト角における検出器の和信
号からステレオ法により試料の断面形状を測定する手段
と、各チルト角における検出器の差信号から試料表面の
傾きを算出し、これを積分することにより断面形状を測
定する手段と、上記２手段の断面形状を合成することに
より断面形状を算出する手段とを設けたことを特徴とす
る断面形状測定装置。 - 【請求項１１】請求項７記載の断面形状測定装置により
被検査パターンの断面形状を測定し、これを基準パター
ンと比較する手段を設けたことを特徴とする断面形状比
較検査装置。 - 【請求項１２】請求項10記載の断面形状測定装置により
被検査パターンの断面形状を測定し、これを基準パター
ンと比較する手段を設けたことを特徴とする断面形状比
較検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6631589A JP2716997B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6631589A JP2716997B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02247964A JPH02247964A (ja) | 1990-10-03 |
| JP2716997B2 true JP2716997B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=13312275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6631589A Expired - Fee Related JP2716997B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 断面形状測定法及び断面形状比較検査法並びにそれらの装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2716997B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7078688B2 (en) | 2003-08-27 | 2006-07-18 | Hitachi High-Technologies Corporation | Shape measuring device and shape measuring method |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131252A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-05-09 | Applied Materials Inc | 基体検査方法及び装置 |
| JP3893539B2 (ja) * | 2002-04-23 | 2007-03-14 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 形状測定方法及びその装置 |
| DE102006035793B8 (de) * | 2006-07-28 | 2011-01-05 | Global Beam Technologies Ag | Elektronenstrahlanlage zur Materialbearbeitung und Stromaddieranordnung zur schnellen Ansteuerung einer Induktivität |
| JP4586051B2 (ja) * | 2007-08-03 | 2010-11-24 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査型電子顕微鏡 |
| JP5426497B2 (ja) * | 2010-08-09 | 2014-02-26 | 株式会社アドバンテスト | パターン測定装置及びパターン測定方法 |
| JP6559601B2 (ja) * | 2016-03-23 | 2019-08-14 | 信越半導体株式会社 | 検出装置及び検出方法 |
-
1989
- 1989-03-20 JP JP6631589A patent/JP2716997B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7078688B2 (en) | 2003-08-27 | 2006-07-18 | Hitachi High-Technologies Corporation | Shape measuring device and shape measuring method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02247964A (ja) | 1990-10-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |