JP3317030B2 - 寸法測定装置 - Google Patents
寸法測定装置Info
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- JP3317030B2 JP3317030B2 JP16743194A JP16743194A JP3317030B2 JP 3317030 B2 JP3317030 B2 JP 3317030B2 JP 16743194 A JP16743194 A JP 16743194A JP 16743194 A JP16743194 A JP 16743194A JP 3317030 B2 JP3317030 B2 JP 3317030B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ビーム走査により微
小試料の表面性状に対応する信号強度分布を持つ出力信
号を出す測定機を用いて微小試料の寸法を測定する寸法
測定装置に関する。
小試料の表面性状に対応する信号強度分布を持つ出力信
号を出す測定機を用いて微小試料の寸法を測定する寸法
測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造プロセス管理のため、
測長機能つきの走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）を用い
たレジストパターン等の寸法測定が行われる。ＳＥＭで
は、測定すべきレジストパターン等の表面性状（表面の
段差、材料の違い）に対応した二次電子または反射電子
強度に基づく出力信号が得られる。この出力信号波形か
ら寸法を測定するためには、出力信号波形を演算処理し
てエッジ検出を行うことが必要である。
測長機能つきの走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）を用い
たレジストパターン等の寸法測定が行われる。ＳＥＭで
は、測定すべきレジストパターン等の表面性状（表面の
段差、材料の違い）に対応した二次電子または反射電子
強度に基づく出力信号が得られる。この出力信号波形か
ら寸法を測定するためには、出力信号波形を演算処理し
てエッジ検出を行うことが必要である。
【０００３】出力信号波形のエッジ検出の手法には、図
５（ａ）に示すように出力信号波形データから最大傾斜
位置をエッジとして検出する方法（最大傾斜法）、図５
（ｂ）に示すように、直線近似によりをエッジ検出を行
う方法（直線近似法）、図５（ｃ）に示すように所定の
しきい値でエッジ検出を行う方法（しきい値法）等があ
る。
５（ａ）に示すように出力信号波形データから最大傾斜
位置をエッジとして検出する方法（最大傾斜法）、図５
（ｂ）に示すように、直線近似によりをエッジ検出を行
う方法（直線近似法）、図５（ｃ）に示すように所定の
しきい値でエッジ検出を行う方法（しきい値法）等があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の寸法測定法で
は、例えば図６（ａ）に示すように裾広がりのレジスト
パターンや、図６（ｂ）に示すように頂部に欠けのある
レジストパターン等の断面プロファイル異常を検出する
ことができない。このため現状では、ＳＥＭ出力信号波
形をＣＲＴ等に表示して、目視検査を行うことが避けら
れない。
は、例えば図６（ａ）に示すように裾広がりのレジスト
パターンや、図６（ｂ）に示すように頂部に欠けのある
レジストパターン等の断面プロファイル異常を検出する
ことができない。このため現状では、ＳＥＭ出力信号波
形をＣＲＴ等に表示して、目視検査を行うことが避けら
れない。
【０００５】この発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、微小試料について断面形状異常の検出を自動化し、
工程管理能力の向上を可能とした寸法測定装置を提供す
ることを目的としている。
で、微小試料について断面形状異常の検出を自動化し、
工程管理能力の向上を可能とした寸法測定装置を提供す
ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、ビーム走査
により微小試料の表面性状に対応する信号強度分布を持
つ出力信号を出す測定機と、この測定機の出力信号を処
理して前記微小試料の寸法を測定するデータ処理装置と
を有する寸法測定装置において、前記データ処理装置
は、前記測定機からの出力信号について複数個のしきい
値で二値化する二値化手段と、この二値化手段により各
しきい値で二値化されたデータについてエッジ検出を行
うエッジ検出手段と、各しきい値で求められたエッジ情
報に基づいて各しきい値での寸法を算出する寸法算出手
段と、求められた複数の寸法値としきい値の相関関係が
予め定められた基準に入っているか否かを判定して形状
異常検出を行う異常検出手段とを有することを特徴とし
ている。
により微小試料の表面性状に対応する信号強度分布を持
つ出力信号を出す測定機と、この測定機の出力信号を処
理して前記微小試料の寸法を測定するデータ処理装置と
を有する寸法測定装置において、前記データ処理装置
は、前記測定機からの出力信号について複数個のしきい
値で二値化する二値化手段と、この二値化手段により各
しきい値で二値化されたデータについてエッジ検出を行
うエッジ検出手段と、各しきい値で求められたエッジ情
報に基づいて各しきい値での寸法を算出する寸法算出手
段と、求められた複数の寸法値としきい値の相関関係が
予め定められた基準に入っているか否かを判定して形状
異常検出を行う異常検出手段とを有することを特徴とし
ている。
【０００７】
【作用】この発明によると、複数のしきい値を利用して
寸法測定を行って、得られた寸法値としきい値との相関
関係から形状異常検出が行われる。断面プロファイルが
理想的な形状をしている場合に、測長ＳＥＭによる出力
信号波形について複数のしきい値で寸法測定を行うと、
しきい値と寸法値の間に一定の相関が得られる。この相
関関係を基本として、実験的，経験的にある許容範囲を
定めた基準（仕様）を予め作ることができるから、実際
の寸法測定値としきい値の相関関係をこの基準と比較す
ることにより、自動的に異常検出を行うことができる。
寸法測定を行って、得られた寸法値としきい値との相関
関係から形状異常検出が行われる。断面プロファイルが
理想的な形状をしている場合に、測長ＳＥＭによる出力
信号波形について複数のしきい値で寸法測定を行うと、
しきい値と寸法値の間に一定の相関が得られる。この相
関関係を基本として、実験的，経験的にある許容範囲を
定めた基準（仕様）を予め作ることができるから、実際
の寸法測定値としきい値の相関関係をこの基準と比較す
ることにより、自動的に異常検出を行うことができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係るＳＥＭを
用いた寸法測定装置である。ＳＥＭ１は、ビーム径を６
nm程度に絞った電子ビームを垂直及び水平方向に走査し
て微小試料に照射し、試料から得られた二次電子出力を
二次電子検出器２で検出するものである。ここでは微小
試料が、シリコン基板３上に形成されたレジストパター
ン４である場合を示している。
説明する。図１は、この発明の一実施例に係るＳＥＭを
用いた寸法測定装置である。ＳＥＭ１は、ビーム径を６
nm程度に絞った電子ビームを垂直及び水平方向に走査し
て微小試料に照射し、試料から得られた二次電子出力を
二次電子検出器２で検出するものである。ここでは微小
試料が、シリコン基板３上に形成されたレジストパター
ン４である場合を示している。
【０００９】二次電子検出器２からは、レジストパター
ン４の表面性状に対応する信号強度分布を示す出力信号
が得られる。この出力信号は、増幅器６を介してデータ
処理装置８に取り込まれる。増幅器６の出力信号はま
た、ＳＥＭ１の走査電源５で作られる走査信号と共にＣ
ＲＴディスプレイ７に送られ、電子ビーム走査に同期し
て二次電子出力信号強度を表示することで表面性状が画
像化される。
ン４の表面性状に対応する信号強度分布を示す出力信号
が得られる。この出力信号は、増幅器６を介してデータ
処理装置８に取り込まれる。増幅器６の出力信号はま
た、ＳＥＭ１の走査電源５で作られる走査信号と共にＣ
ＲＴディスプレイ７に送られ、電子ビーム走査に同期し
て二次電子出力信号強度を表示することで表面性状が画
像化される。
【００１０】データ処理装置８は、これを機能ブロック
で示せば、図１（ｂ）に示すように出力信号波形を二値
化する二値化回路２１、これにより二値化された波形デ
ータのエッジ検出を行うエッジ検出回路２２、検出され
たエッジ情報に基づいて寸法値を算出する寸法算出回路
２３、及び算出された寸法値に基づいて形状異常の検出
を行う異常検出回路２４を有する。二値化回路２１に
は、しきい値発生回路２５から複数のしきい値が与えら
れて、それぞれのしきい値で波形データの二値化が行わ
れる。
で示せば、図１（ｂ）に示すように出力信号波形を二値
化する二値化回路２１、これにより二値化された波形デ
ータのエッジ検出を行うエッジ検出回路２２、検出され
たエッジ情報に基づいて寸法値を算出する寸法算出回路
２３、及び算出された寸法値に基づいて形状異常の検出
を行う異常検出回路２４を有する。二値化回路２１に
は、しきい値発生回路２５から複数のしきい値が与えら
れて、それぞれのしきい値で波形データの二値化が行わ
れる。
【００１１】図２は、出力信号波形の二値化処理の様子
を示している。図のような断面のレジストパターンＡに
対して、その断面プロファイルに対応する出力信号波形
Ｂが得られる。この出力信号波形Ｂについて、図に示す
ように複数のしきい値Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎで二値化す
ることにより、矩形波の二値化データＣ１，Ｃ２，…，
Ｃｎが得られる。これらの二値化データＣ１，Ｃ２，
…，Ｃｎのそれぞれについて、エッジ検出と寸法測定が
行われる。なお、二値化、エッジ検出及び寸法測定等の
具体的な処理には、ディジタル画像処理の分野で知られ
ている公知の方法が用いられる。
を示している。図のような断面のレジストパターンＡに
対して、その断面プロファイルに対応する出力信号波形
Ｂが得られる。この出力信号波形Ｂについて、図に示す
ように複数のしきい値Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎで二値化す
ることにより、矩形波の二値化データＣ１，Ｃ２，…，
Ｃｎが得られる。これらの二値化データＣ１，Ｃ２，
…，Ｃｎのそれぞれについて、エッジ検出と寸法測定が
行われる。なお、二値化、エッジ検出及び寸法測定等の
具体的な処理には、ディジタル画像処理の分野で知られ
ている公知の方法が用いられる。
【００１２】寸法算出回路２３で求められた各しきい値
での寸法値Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎは、異常検出回路２４
に送られて、ここで形状異常の判定がなされる。異常検
出は、求められた複数の寸法値Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎと
しきい値Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎの相関関係が予め定めら
れた基準に入っているか否かを判定する事により行われ
る。具体的に例えば、図２に示すレジストパターンＡが
理想的な垂直形状であるとして、このときの出力信号波
形Ｂから上述のように複数しきい値で寸法測定を行う
と、しきい値と寸法値の関係はほぼ直線に乗る。この直
線に対して、経験的に求められる許容範囲を設定する
と、例えば図３の斜線のようになる。これが工程管理の
寸法仕様となる。横軸のしきい値は、出力信号波形の最
大値を１として、０〜１の範囲で設定されたもので、縦
軸の寸法変動値はしきい値０．２での寸法を基準とする
相対変動値である。
での寸法値Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎは、異常検出回路２４
に送られて、ここで形状異常の判定がなされる。異常検
出は、求められた複数の寸法値Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎと
しきい値Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎの相関関係が予め定めら
れた基準に入っているか否かを判定する事により行われ
る。具体的に例えば、図２に示すレジストパターンＡが
理想的な垂直形状であるとして、このときの出力信号波
形Ｂから上述のように複数しきい値で寸法測定を行う
と、しきい値と寸法値の関係はほぼ直線に乗る。この直
線に対して、経験的に求められる許容範囲を設定する
と、例えば図３の斜線のようになる。これが工程管理の
寸法仕様となる。横軸のしきい値は、出力信号波形の最
大値を１として、０〜１の範囲で設定されたもので、縦
軸の寸法変動値はしきい値０．２での寸法を基準とする
相対変動値である。
【００１３】理想形状が垂直形状でない場合、基準とな
る相関関係を、高次の関数で示したり、各しきい値の各
々に対して重みづけを行って相関関係を決定する等によ
り、対応は可能である。図３には、実際に測定された寸
法値としきい値の相関関係を示す２例が示されている。
○印で示すデータ例は、斜線で示す許容範囲に入ってお
り、正常と判定される。×印で示すデータ例は、許容範
囲から大きく外れているため、異常と判定される。以上
のようにこの実施例では、複数のしきい値での寸法測定
により形状の異常判定を行うから、図６で説明したよう
な形状異常が目視によらず判定できる。
る相関関係を、高次の関数で示したり、各しきい値の各
々に対して重みづけを行って相関関係を決定する等によ
り、対応は可能である。図３には、実際に測定された寸
法値としきい値の相関関係を示す２例が示されている。
○印で示すデータ例は、斜線で示す許容範囲に入ってお
り、正常と判定される。×印で示すデータ例は、許容範
囲から大きく外れているため、異常と判定される。以上
のようにこの実施例では、複数のしきい値での寸法測定
により形状の異常判定を行うから、図６で説明したよう
な形状異常が目視によらず判定できる。
【００１４】図４は、この発明を、半導体製造の工程管
理に組み込んだ実施例のシーケンスを示す。ここでは例
えば、酸化膜や金属膜のパターン形成工程のシーケンス
を示している。通常の工程に従って、シリコン基板上に
酸化膜または金属膜を成膜し（Ｓ１）、フォトリソグラ
フィ工程を経てレジストパターンを形成する（Ｓ２）。
レジストパターンが形成されたウェハを上述の寸法測定
装置にセットして、寸法測定を行い（Ｓ３）、同時に測
定された寸法が仕様を満たすか否かの判定（Ｓ４）、更
に形状仕様を満たすか否かの判定（Ｓ５）を自動的に行
う。
理に組み込んだ実施例のシーケンスを示す。ここでは例
えば、酸化膜や金属膜のパターン形成工程のシーケンス
を示している。通常の工程に従って、シリコン基板上に
酸化膜または金属膜を成膜し（Ｓ１）、フォトリソグラ
フィ工程を経てレジストパターンを形成する（Ｓ２）。
レジストパターンが形成されたウェハを上述の寸法測定
装置にセットして、寸法測定を行い（Ｓ３）、同時に測
定された寸法が仕様を満たすか否かの判定（Ｓ４）、更
に形状仕様を満たすか否かの判定（Ｓ５）を自動的に行
う。
【００１５】寸法や形状が規格から外れている場合に
は、そのウェハを抜き取って（Ｓ６）、レジストを剥離
し、必要な補正を行って再度リソグラフィを行う。仕様
を満たした場合には、そのウェハをエッチング工程に回
して必要なエッチングを行って（Ｓ７）、次工程に送
る。この様にして、レジストパターンの形状不良等を確
実にチェックできる半導体装置の工程管理が可能にな
る。
は、そのウェハを抜き取って（Ｓ６）、レジストを剥離
し、必要な補正を行って再度リソグラフィを行う。仕様
を満たした場合には、そのウェハをエッチング工程に回
して必要なエッチングを行って（Ｓ７）、次工程に送
る。この様にして、レジストパターンの形状不良等を確
実にチェックできる半導体装置の工程管理が可能にな
る。
【００１６】なおこの発明は上記実施例に限られるもの
ではない。例えば、エッチング工程での寸法形状確認
や、電子ビーム像を用いたパターン欠陥検査にも適用可
能である。また実施例では電子ビーム走査による寸法測
定装置を説明したが、レーザ等の光ビーム走査による変
位検出器により微小試料の断面プロファイル測定を行う
装置にも同様にこの発明を適用することができる。
ではない。例えば、エッチング工程での寸法形状確認
や、電子ビーム像を用いたパターン欠陥検査にも適用可
能である。また実施例では電子ビーム走査による寸法測
定装置を説明したが、レーザ等の光ビーム走査による変
位検出器により微小試料の断面プロファイル測定を行う
装置にも同様にこの発明を適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、複
数のしきい値での寸法測定を行って、断面形状異常の検
出を自動化して、工程管理能力向上を可能とした寸法測
定装置を提供することができる。
数のしきい値での寸法測定を行って、断面形状異常の検
出を自動化して、工程管理能力向上を可能とした寸法測
定装置を提供することができる。
【図１】 この発明の一実施例に係る寸法測定装置を示
す。
す。
【図２】 同実施例の寸法測定の原理を示す。
【図３】 同実施例の異常検出の原理を示す。
【図４】 この発明を半導体ウェハプロセス管理に適用
した例を示す。
した例を示す。
【図５】 従来の寸法測定の原理を示す。
【図６】 断面形状異常例を示す。
１…ＳＥＭ、２…二次電子検出器、３…シリコン基板、
４…レジストパターン、５…走査電源、６…信号増幅
器、７…ディスプレイ、８…データ処理装置、２１…二
値化回路、２２…エッジ検出回路、２３…寸法算出回
路、２４…異常検出回路、２５…しきい値発生回路。
４…レジストパターン、５…走査電源、６…信号増幅
器、７…ディスプレイ、８…データ処理装置、２１…二
値化回路、２２…エッジ検出回路、２３…寸法算出回
路、２４…異常検出回路、２５…しきい値発生回路。
Claims (1)
- 【請求項１】 ビーム走査により微小試料の表面性状に
対応する信号強度分布を持つ出力信号を出す測定機と、
この測定機の出力信号を処理して前記微小試料の寸法を
測定するデータ処理装置とを有する寸法測定装置におい
て、前記データ処理装置は、 前記測定機からの出力信号について複数個のしきい値で
二値化する二値化手段と、 この二値化手段により各しきい値で二値化されたデータ
についてそれぞれエッジ検出を行うエッジ検出手段と、 各しきい値で求められたエッジ情報に基づいて各しきい
値での寸法を算出する寸法算出手段と、 求められた複数の寸法値としきい値の相関関係が予め定
められた基準に入っているか否かを判定して形状異常検
出を行う異常検出手段とを有することを特徴とする寸法
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16743194A JP3317030B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 寸法測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16743194A JP3317030B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 寸法測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814836A JPH0814836A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3317030B2 true JP3317030B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=15849585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16743194A Expired - Fee Related JP3317030B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 寸法測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3317030B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3870044B2 (ja) | 2001-07-25 | 2007-01-17 | 株式会社日立製作所 | パターン検査方法及びパターン検査装置 |
| JP2005123318A (ja) * | 2003-10-15 | 2005-05-12 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 解像性評価方法及び装置、並びに電子線露光システム |
| KR100543467B1 (ko) * | 2003-12-11 | 2006-01-20 | 삼성전자주식회사 | 미세 패턴 선폭 측정 방법 및 그 시스템 |
| JP2009222454A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Hitachi High-Technologies Corp | パターン測定方法及びパターン測定装置 |
| JP2011192837A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Toshiba Corp | 評価装置および評価方法 |
| TWI475187B (zh) * | 2010-10-27 | 2015-03-01 | Hitachi High Tech Corp | Image processing devices and computer programs |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP16743194A patent/JP3317030B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0814836A (ja) | 1996-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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