JP2802571B2 - 電子線測長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線測長装置に係り、
特に、半導体装置の製造工程において半導体チップの微
細パターンの寸法を自動的に測長するのに好適な電子線
測長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置の製造工程におい
て、回路パターンの幅やコンタクトホールの径の測長に
電子線測長装置が利用されている。

【０００３】たとえば、半導体ウエハ表面に被着された
金属薄膜あるいは半導体薄膜等の導電性薄膜をエッチン
グして予定の回路パターンを形成する際、写真感光技術
を応用して導電性薄膜の表面に予めレジストパターンを
形成し、このレジストパターンをマスクとして導電性薄
膜のエッチングが行われる。

【０００４】この際、レジストパターンの寸法や径が規
格から外れたままエッチング工程へ流れてしまうことを
防止するため、レジストパターンを形成した後、このパ
ターンの幅や径を電子線測長装置で測長する。そして、
規格から外れたものに関しては、レジストパターンを剥
がして前工程へ戻し、改めてレジストパターンを形成し
直す等の処理が行われる。

【０００５】実際の測長においては、１ロット（例えば
２５枚程度）の中から５枚程度のウエハを選択し、各ウ
エハごとに各コーナおよび中心部に配置された計５チッ
プの主要部のパターン幅やホール径を自動測長する。そ
して、一か所でも規格外となったチップがあれば、その
ロットのウエハを全て前工程へ戻してレジストパターン
を再形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電子線を利用した全自
動測長では、以下のような原因によって測長結果に大き
な誤差が生じることが知られている。 （１）画像の焦点が合っていない。 （２）特にホール径を測長する場合、試料表面の帯電に
よりコントラストが低下して底部のエッジが判定できな
い。 （３）異物をエッジと判断してしまい、測長開始点や終
了点を誤判断する。

【０００７】したがって、測長結果が許容範囲を外れて
いる場合であっても、必ずしも前記レジストパターンの
寸法や径が異常であるとは限らない。ところが、従来は
測長結果のみを尊重していたために、実際には許容範囲
内に収まっているものまで不良と判定してしまうという
問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、自動測長の結果が許容範囲を外れた場合
に、この測長結果が正しいか否かを判断できるようにす
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、測長対象物の拡大像を画像表示す
る画像表示手段と、画像表示された拡大像の予定位置の
寸法を自動的に測長する自動測長手段と、予定位置の寸
法に関する許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、測
長結果が許容範囲内であるか否かを判定する比較判定手
段と、測長結果が許容範囲外であると、その判定の当否
を判断するための情報を記憶する当否判断情報記憶手段
と、記憶された当否判断情報を読み出して再表示する再
表示手段とを具備した点に特徴がある。

【００１０】

【作用】画像表示手段により測長対象物の拡大像が画像
表示されると、自動測長手段は、予め指定された位置の
寸法を自動的に算出する。許容範囲設定手段には、前記
測長対象物の予定位置の寸法を正常と判断する上限値と
下限値とが設定されており、前記算出された寸法が上限
値と下限値との間に収まっているか否かが比較判定手段
によって判定される。上記判定の結果、寸法が前記上限
値と下限値との間に収まっていないことが判明すると、
当否判断情報記憶手段には、その判定の当否を判断する
ための情報（当否判断情報）が記憶される。記憶された
当否判断情報は、適宜のタイミングで再表示手段によっ
て画像表示される。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明の主要部の構成を示した機能ブロッ
ク図である。

【００１２】同図において、画像表示手段７０は、半導
体チップの回路パターンやコンタクトホールといった、
測長対象物の拡大像を画像表示する。自動測長手段２０
は、前記画像表示手段７０によって画像表示された拡大
像の予定位置の寸法を自動的に測長する。許容範囲設定
手段３０は、前記予定位置の寸法に関する許容範囲を設
定する。

【００１３】比較判定手段４０は、自動測長手段２０に
よる測長結果と、許容範囲設定手段３０によって設定さ
れた許容範囲とを比較し、測長結果が許容範囲内である
か否かを判定する。当否判断情報記憶手段５０は、比較
判定手段４０により測長結果が許容範囲外であると判定
されると、その判定の当否を判断するための情報とし
て、例えば測長対象物の拡大像や測長箇所を示す情報
（例えば、ラインプロファイル）などを記憶する。再表
示手段６０は、当否判断情報記憶手段５０に記憶された
前記当否判断情報を画像表示する。

【００１４】このような構成において、画像表示手段７
０により測長対象物の拡大像が画像表示されると、自動
測長手段２０は、予め指定された位置に配置されたパタ
ーンの幅やコンタクトホールの径を、例えばこれらのエ
ッジ間の距離を検出することによって自動的に算出す
る。

【００１５】一方、許容範囲設定手段３０には、前記測
長対象物の予定位置の寸法を正常と判断する上限値と下
限値とが設定されており、前記自動測長手段２０によっ
て算出されたエッジ間距離が前記上限値と下限値との間
（許容範囲）に収まっているか否かが比較判定手段４０
によって判定される。

【００１６】上記判定の結果、エッジ間距離が前記上限
値と下限値との間に収まっていないことが判明すると、
当否判断情報記憶手段５０には、その判定の当否を判断
するための情報として、エッジ検出の対象となった測長
対象物の画像や、エッジ検出信号（ラインプロファイ
ル）が、当否判断情報として記憶される。このようにし
て記憶された当否判断情報は、適宜のタイミングで再表
示手段６０によって画像表示することができる。

【００１７】図２は、本発明の一実施例である電子線測
長装置の構成を示したブロック図である。

【００１８】同図において、電子光学系１は、電子銃１
−１、収束レンズ１−２、偏向コイル１−３、対物レン
ズ１−４によって構成され、各部への給電は電子光学系
制御電源１２および走査電源６によって行われる。

【００１９】電子光学系１によって細く収束された電子
ビームは、試料ステージ４上に載置されたウエハ２上で
２次元的に走査される。試料ステージ４を各方向へ駆動
するための電力は、ＣＰＵ１５によって制御されるステ
ージ制御電源１３によって給電される。

【００２０】電子ビームの照射に応答してウエハ２表面
の微細パターンから放出された２次電子は２次電子検出
器７によって検出される。当該検出信号はビデオアンプ
８で増幅された後にＡ／Ｄ変換器９でデジタルデータに
変換されて画像メモリ１０に格納される。

【００２１】一方、ウエハ２上で走査される電子ビーム
の走査領域は、予めキーボード１６から入力された倍率
に基づいて、ホストＣＰＵ１５が走査電源６の出力を適
宜に設定することにより決定される。

【００２２】ＣＰＵ１５は、画像メモリ１０に格納され
た画像情報を読み出すと、公知のパターン認識技術を利
用して測長対象位置を認識し、当該位置でのエッジ検出
結果と前記倍率値とに基づいて測長を行う。すなわち、
検出されたエッジ間の距離を測定する。なお、画像メモ
リ１０から読み出された画像情報は画像表示装置１１に
送られて陰極線管上などに表示される。

【００２３】画像メモリ１０には外部記憶装置１４が接
続されており、当該外部記憶装置１４には、画像メモリ
１０に格納されている画像情報あるいはＣＰＵ１５によ
って演算された測長結果などがＣＰＵ１５の命令に応じ
て記憶される。

【００２４】また、測長結果等の情報は、ＣＰＵ１５か
らの指令で外部記憶装置１４から読み出し、画像メモリ
１０を経由して画像表示装置１１に出力することができ
る。また、これらの情報は別の文字表示装置に表示する
構成としても良い。

【００２５】ここで、半導体ウエハ表面にエッチング用
のレジストパターンを形成した後、このレジストパター
ンを評価するために行われる測長を例にして本実施例の
動作を詳細に説明する。

【００２６】図３は、本実施例の動作を示したフローチ
ャートであり、第１工程〜第３工程はウエハの処理工程
を示している。

【００２７】第１工程では、半導体ウエハの全面にフォ
トレジストが塗布される。

【００２８】第２工程では、フォトレジスト表面がマス
クを介して露光される。

【００２９】第３工程では、現像処理によって所望のレ
ジストパターンが形成される。

【００３０】このようにして、表面にレジストパターン
の形成された半導体ウエハは、例えば２５枚づつ１つの
カセットに収納されて次の評価工程へ運ばれる。なお、
本実施例では当該１つのカセット（ウエハ２５枚）が製
造工程における１ロットに相当するものとして説明す
る。

【００３１】評価工程では、ステップＳ１において、半
導体ウエハ２が１枚づつローダ室５（図２）から試料室
３へロードされて試料ステージ４上に載置される。

【００３２】ステップＳ２では、試料ステージ４の座標
系とウエハ２上の半導体チップの座標系とを合わせる
（以下、ウエハアライメントと呼ぶ）ために、ＣＰＵ１
５によって走査電源６が制御され、例えば２００倍程度
の拡大像が得られるように電子線の走査範囲が設定され
る。また、自動焦点合せも実行される。ステップＳ３で
は、ウエハアライメントために自動原点補正やチップ回
転補正が行なわれる。

【００３３】このようなウエハアライメントは、ウエハ
アライメント用マークのモデル画像と、ウエハ２上での
ウエハアライメント用マークの概略位置とを予め外部記
憶装置１４に記憶させておき、ＣＰＵ１５がモデル画像
と同じ画像をウエハ２の拡大像内で探索することにより
実現できる。

【００３４】ウエハアライメントが完了すると、ステッ
プＳ４では、パターン認識によって予定の測長対象チッ
プを選択するために拡大倍率が例えば５０００倍程度に
設定され、更に自動焦点合せが行われる。

【００３５】ステップＳ５では、当該５０００倍程度の
拡大像に基づいてパターン認識が実行され、予め登録さ
れているモデル画像をＣＰＵ１５がウエハ２内から探し
出すことによって測長対象チップが選択される。

【００３６】ステップＳ６では、チップ内の予定箇所を
測長するために拡大倍率が例えば４００００倍程度に設
定され、更に自動焦点合せが行われる。また、焦点合せ
が完了した後の拡大像が画像メモリ１０に記憶される。
ステップＳ７では、当該拡大像が画像メモリ１０から読
み出されて画像表示装置１１上に表示される。

【００３７】ステップＳ８では、画像表示装置１１上に
表示された拡大像を対象に測長対象パターンのエッジ検
出が行われ、エッジ間距離に基づいて自動測長が行われ
る。ステップＳ９では、測長結果Ｌが予め設定された上
限値Ｌmax と下限値Ｌmin との間にあるか否かがＣＰＵ
１５により判定される。そして、測長結果Ｌが当該許容
範囲を外れていると判定されると、ステップＳ１０で
は、画像表示装置１１上に表示されている拡大像すなわ
ち画像メモリ１０に記憶されている当該画像が、当該判
定の当否を後にオペレータが判断するための情報として
外部記憶装置１４に記憶される。

【００３８】この際、画像情報と共に試料の識別情報や
測長条件（観察条件）も記憶しておくと、後の画像検索
が容易になる。なお、ここでいう試料の識別情報とは、
当該試料の品種名、当該試料が属するロット名やバッチ
名、当該レジストパターンが何を形成するためのもので
あるかを示す工程名などを意味し、測長条件とは、加速
電圧、プローブ電流、倍率、視野位置などを意味する。
ステップＳ１１では、測長結果が出力される。

【００３９】ステップＳ１２では、同一ウエハ上でサン
プリングする他のチップが存在するか否かが判断され、
他のチップがあれば当該処理はステップＳ４へ戻り、上
記した処理が繰り返される。サンプリングすべき全ての
チップに関する測長が終了すると、ステップＳ１３で
は、ウエハ２のアンロードが行なわれて他のウエハに関
する評価が終了する。

【００４０】このようにして１ケース２５枚のうちの予
定枚数（例えば５枚）のウエハに対する評価が終了し、
いずれかのウエハの一か所にでも許容範囲を外れた部位
があると、当該ケースが不良ロットである旨の表示や警
報が適宜の手段によって発せられてオペレータに通知さ
れる。

【００４１】本実施例によれば、測長結果が許容範囲外
であると判定されると、その判定の当否を判断するため
の情報として画像情報が記憶されるので、オペレータが
適宜のタイミングで当該画像を画像表示させて確認すれ
ば、当該判定が正しいものであるか、あるいはピントず
れ等の装置不良に起因する誤判定であるのかを容易に確
認できるようになる。

【００４２】したがって、チップ自体は正常であるにも
かかわらず測長装置の不具合によって不良と判定された
ロットに関しては、再測長を実施するだけで再評価を行
えるようになる。

【００４３】なお、上記した実施例では、各測長箇所の
１回の測長結果が許容範囲外であると、その拡大像を直
ちに記憶するものとして説明したが、測長結果が許容範
囲外の場合には繰り返し当該箇所の測長を行い、いずれ
の測長結果もが許容範囲外であった場合のみ、その拡大
像を記憶するようにしても良い。

【００４４】また、上記した実施例では、測長結果が許
容範囲外であると判定されると、その当否判断情報とし
て拡大像を記憶するものとして説明したが、本発明はこ
れのみに限定されず、例えば図４に示したように、主走
査方向の画像コントラストの変化を示すラインプロファ
イル８１を拡大像８０に重畳表示して記憶するようにし
ても良い。

【００４５】このようにすれば、ラインプロファイル８
１の波形によって測長の始点および終点を容易に判断す
ることができるので、異物等をエッジと誤判断したよう
な場合には、その確認が容易になる。

【００４６】また、本実施例のように各チップの同一箇
所を測長する場合、測長が正確に行われていれば各測長
箇所に関するラインプロファイルは類似する。さらに、
レジストパターンに欠陥がある場合でも許容範囲からの
ずれ量は数％程度に過ぎない。したがって、測長が正確
に行われた時に期待されるラインプロファイルと実際に
検出されたラインプロファイルとが極端に異なっている
場合には、これがレジストパターンの不良に基づくもの
ではなく測長ミスに基づくものであると判断することが
できる。

【００４７】同様の観点から、両者の測長結果のみから
も同様の判断を行うことが可能である。さらに、検出さ
れたラインプロファイルのピーク値が鈍っている場合に
はコントラスト異常である可能性が高いこともわかる。

【００４８】このように、拡大像の代わりにラインプロ
ファイルや測長結果といった、比較的データ量の小さい
情報のみを当否判断情報として記憶させても当否判断を
行うことができ、このようにすればメモリ容量を節約で
きるようになる。

【００４９】

【発明の効果】上記したように本発明によれば、測長結
果が許容範囲外であると判定されると、その判定の当否
を判断するための情報として画像が記憶されるので、オ
ペレータが適宜のタイミングで当該画像を画像表示させ
て確認すれば、当該判定が正しいものであるか、あるい
はピントずれ等の装置不良に起因する誤判定であるのか
を容易に確認できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示した機能ブロック図であ
る。

【図２】 本発明の一実施例である電子線測長装置のブ
ロック図である。

【図３】 本発明の一実施例の動作を示したフローチャ
ートである。

【図４】 当否判断情報の一例を示した図である。

【符号の説明】 １…電子光学系、２…ウエハ、３…試料室、４…試料ス
テージ、５…ローダ室、６…２次電子検出器、７…ビデ
オアンプ、８…ビデオアンプ、９…Ａ／Ｄ、１０…画像
メモリ、１１…画像表示装置、１２…電子光学系制御電
源、１３…ステージ制御電源、１４…外部記憶装置、１
５…ＣＰＵ、１６…キーボード、２０…自動測長手段、
３０…許容範囲設定手段、４０…比較判定手段、５０…
当否判断情報記憶手段、６０…再表示手段、７０…画像
表示手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−100181（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−317273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−64955（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−338455（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−173815（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−41396（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 15/00 G01B 11/02 B01B 11/24 G06T 7/60

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測長対象物の拡大像を画像表示する画像
   表示手段と、 前記拡大像の予定位置の寸法を自動的に測長する自動測
   長手段と、 前記予定位置の寸法に関する許容範囲を設定する許容範
   囲設定手段と、 前記測長結果と許容範囲とを比較して測長結果が許容範
   囲内であるか否かを判定する比較判定手段と、 測長結果が許容範囲外であると判定されると、その判定
   の当否を判断するための情報を記憶する当否判断情報記
   憶手段と、 前記記憶された当否判断情報を読み出して再表示する再
   表示手段とを具備したことを特徴とする電子線測長装
   置。
2. 【請求項２】 前記当否判断情報は、測長対象物の画
   像、測長結果、およびラインプロファイルの少なくとも
   一つであることを特徴とする請求項１記載の電子線測長
   装置。
3. 【請求項３】 前記当否判断情報は、測長対象物を識別
   する識別情報と共に記憶されることを特徴とする請求項
   １または２記載の電子線測長装置。
4. 【請求項４】 前記当否判断情報は、測長条件と共に記
   憶されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   に記載の電子線測長装置。
5. 【請求項５】 前記自動測長手段は、比較判定手段によ
   って測長結果が許容範囲外であると判定されると予定回
   数だけ測長を繰り返し、当否判断情報記憶手段は、比較
   判定手段によって測長結果がいずれも許容範囲外である
   と判定されると、その当否を判断するための情報を記憶
   することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
   載の電子線測長装置。