JP4147463B2 - Minute dimension measurement method - Google Patents

Description

【００２７】
図４は参考例を説明する為の計測対象などを表す要部説明図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２８】
図に於いて、２１は固定ステージ、１２Ａ乃至１２ＣはＳＥＭ鏡筒をそれぞれ示していて、３本のＳＥＭ鏡筒１２Ａ乃至１２Ｃを用いて同時にＳＥＭ画像の撮像を行うと、図３（Ｂ）乃至図３（Ｄ）に見られるＳＥＭ画像が一度に得られるので、ステージを傾斜させて撮像を行う必要はなくなり、計測時間を短縮することができる。
【００２９】
図５は他の参考例を説明する為の計測対象などを表す要部説明図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３０】
図に於いて、５Ｃ及び５Ｄはベース１に形成したマークであって、それ等の位置は、傾斜ステージ１１を計測に必要な最大の角度まで傾斜させた場合に於いても、マーク５Ｃ及び５Ｄを同時に観察できる位置に形成してあり、従って、マーク５Ｃ及び５Ｄ間の距離Ｌ′は、図３に見られる距離Ｌに比較して大きくなっている。
【００３１】
上記他の参考例に依ると、実施例１に於いて必要であった図３（Ｂ）に見られるＳＥＭ画像（±０°）が不要になるから、計測時間の短縮を図ることができる。尚、この場合、書き込みヘッドに於ける下部磁極２の下幅Ｗ１は、
Ｗ１＝Ｌ′／ｃｏｓ（θ１）−ａ／ｃｏｓ（θ１）−ｅ／ｃｏｓ（θ２）
として得られる。
【００３２】
図６、図７、図８は実施例２を説明する為の計測対象などを表す要部説明図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３３】
図に於いて、Ｗ_g はギャップ位置に於ける磁極幅、Ｌはマーク間隔のＳＥＭ測長値（観測角θ₀ ）、θ₀ は水平観測角、θ₁ は左傾斜第１観測角、θ₂ は左傾斜第２観測角（θ₂ ＞θ₁ ）、θ₃ は右傾斜第１観測角、θ₄ は右傾斜第２観測角（θ₄ ＞θ₃ ）ａは左マークと左ギャップ中央間距離、ａ₁ はａのＳＥＭ測長値（観測角θ₁ ）、ａ₂ はａのＳＥＭ測長値（観測角θ₂ ）、ｅは右マークと右ギャップ中央間距離、ｅ₁ はｅのＳＥＭ測長値（観測角θ₃ ）、ｅ₂ はｅのＳＥＭ測長値（観測角θ₄ ）、αはａが水平と成す角度（左仰角）、εはｅが水平と成す角度（右仰角）をそれぞれ示している。
【００３４】
実施例２は本発明に依る微小寸法計測方法を書き込みヘッドのギャップ位置に於ける磁極幅を計測するのに適用した例である。
【００３５】
ここまで説明してきた本発明の原理や実施例に於いては、書き込みヘッドの下部磁極に於ける「下幅」が計測箇所であったが、実際には、「ギャップ位置に於ける磁極幅」の計測が必要である場合が多く、その場合、マーク形成後、磁極を５方向（水平θ₀ 、左傾斜θ₁ 、左傾斜θ₂ 、右傾斜θ₃ 、右傾斜θ₄ ）からＳＥＭ撮像することに依って磁極幅Ｗ_g を計測することができる。
【００３６】
前記５方向からのＳＥＭ画像からの読み取り値は次の通りである。
（１）水平画像（観測角度：θ₀ ）
読み取り値：マーク間隔Ｌ
（２）左傾斜画像１（観測角度：左にθ₁ ）
読み取り値：左マークから左ギャップ中央までの距離ａ₁
（３）左傾斜画像２（観測角度：左にθ₂ ）
読み取り値：左マークから左ギャップ中央までの距離ａ₂
（４）右傾斜画像１（観測角度：右にθ₃ ）
読み取り値：右マークから右ギャップ中央までの距離ｅ₁
（５）右傾斜画像２（観測角度：右にθ₄ ）
読み取り値：右マークから右ギャップ中央までの距離ｅ₂
【００３７】
前記したところから、ギャップ位置に於ける磁極幅Ｗ_g は、次式に依って算出することができる。
【００３８】
【数１】

【００３９】
実施例２を適用して磁極幅Ｗg の計測を行う場合、撮像すべきＳＥＭ画像は５枚になって、実施例１と比較すると２枚の増加になるが、ベースの傾斜やマークの高さに依存しない計測が可能になる旨の利点がある。
【００４０】
図９は実施例３を説明する為の計測対象などを表す要部斜面図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００４１】
図９（Ａ）に於いては、マークとして下部磁極２の両側に設けられた複数の点６Ｃ及び６Ｄを用い、図９（Ｂ）に於いては、マークとして下部磁極２の両側に設けられた直線（曲線でも可）５Ｅ及び５Ｆを用い、図９（Ｃ）に於いては、マークとして下部磁極２の両側に設けられた端点６Ｅ及び６Ｆと端点６Ｅ間を結ぶ仮想線５Ｇと端点６Ｆ間を結ぶ仮想線５Ｈを用いるものである。
【００４２】
実施例３では、実施例２で説明した手法を応用して磁極幅Ｗg の分布を計測することができ、図９の場合、磁極幅Ｗg の分布は、書き込みヘッドの奥行き方向の分布を知得できる。
【００４３】
図１０は実施例６を説明する為の計測対象などを表す要部斜面図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００４４】
図１０（Ａ）に於いては、マークとして下部磁極２に垂直に且つ両側に設けられた複数の点Ｌ１、Ｌ２・・・・及びＲ１、Ｒ２・・・・を用い、図１０（Ｂ）に於いては、マークとして下部磁極２に垂直に且つ両側に設けられた直線及び該直線と等間隔の所要点で交差する線を描画して用いるものであり、図１０（Ｂ）では、直線及び該直線と交差する線の交点を図１０（Ａ）と同じく点Ｌ１、Ｌ２・・・・及びＲ１、Ｒ２・・・・として表示している。
【００４５】
実施例４では、下部磁極２を挟んで対向する２点、例えばＬ１とＲ１を利用して実施例２と同様に磁極幅の計測を行い、その平均値を算出することで、磁極幅計測精度を向上させることが可能である。
【００４６】
また、図示されているように、下部磁極２の左右両側に各５個のマークを描画した場合、略等距離の２点、即ち、Ｌ１−Ｒ５、Ｌ２−Ｒ４、Ｌ３−Ｒ３、Ｌ４−Ｒ２、Ｌ５−Ｒ１を用いて磁極幅の計測を行う方法（前者）、又は、左右両側の各５個のマークの組み合わせ、即ち、Ｌ１−Ｒ１、Ｌ１−Ｒ２、Ｌ１−Ｒ３、Ｌ１−Ｒ４、Ｌ１−Ｒ５、Ｌ２−Ｒ１、Ｌ２−Ｒ２・・・・などを用いて磁極幅の計測を行う方法（後者）を実施することができる。
【００４７】
前者では計５個の計測値が得られ、そして、後者では計２５個の計測値が得られるので、計測精度は向上する。
【００４８】
図１１は実施例５を説明する為のマークを表す要部斜面図であり、計測対象の両側に例えばＥＢ照射に依って凝結されるコンタミネーションでマークを形成する場合、そのマークを円錐或いは角錐などの錘形にするものであって、（Ａ）は円錐形のマーク１４を、そして、（Ｂ）は円錐形の先端が鈍ってしまったマーク１５をそれぞれ示している。
【００４９】
（Ａ）に見られるように、マークが円錐形（或いは角錐形）である場合、観測角度が変化しても、頂点は常に観測可能である為、マーク位置の読み取り誤差を少なくすることができ、また、（Ｂ）に見られるように、マークの頂点が鈍っていても、図示されているように、斜辺１５Ａを外挿して仮想の頂点１５Ｂを求めることで、マーク位置の読み取り誤差を少なくすることができる。
【００５０】
ところで、前記説明した実施例１乃至実施例５は、何れもマークを描画し、そのマークを用いて寸法計測を行っているのであるが、その為、
（ａ） 計測に用いるＳＥＭにマークの描画機能が必要であること
（ｂ） 描画の為に余分な時間が必要であること
（ｃ） マークに依って計測対象に損傷（汚染）が発生すること
などの問題がある。
【００５１】
そこで、マークを描画することなく、実施例１乃至実施例５と同等の寸法計測が可能な実施例を次に説明する。
【００５２】
基本的には、計測箇所の両側に存在する表面模様（テクスチャ）をマークの代わりに利用するものであり、これに依って、前記（ａ）乃至（ｃ）に記述した問題点は全て解消される。
【００５３】
図１２及び図１３は実施例１乃至実施例５を改良した方法である実施例６を説明する為の計測対象などを表す要部説明図であり、図１２（Ａ）は計測装置や計測対象の要部切断斜面、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はＳＥＭ画像をそれぞれ示している。尚、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００５４】
実施例６は、実施例１と同様、本発明に依る微小寸法計測方法をＨＤＤに於ける書き込みヘッドの磁極下幅の計測に適用した例であり、図１２並びに図１３と図３とを比較した場合の顕著な相違点は、図３に於いて、ベース１に形成したマーク５Ａ及び５Ｂが図１２及び図１３に於いては形成されていないことである。
【００５５】
計測の手順
図１２及び図１３参照
（１） 図１２（Ａ）に見られるように、計測対象をＳＥＭのチャンバ中に設けられている傾斜ステージ１１上に載置する。
【００５６】
（２） 傾斜ステージ１１を０°に維持し、ＳＥＭ画像の撮像を行って、図１２（Ｂ）に見られるＳＥＭ画像θ₀ （０°）を得る。
【００５７】
（３） 傾斜ステージ１１は＋３０°に維持し、ＳＥＭ画像の撮像を行って、図１３（Ａ）に見られるＳＥＭ画像θ₁ （＋３０°）を得る。
【００５８】
（４） 傾斜ステージ１１は−３０°に維持し、ＳＥＭ画像の撮像を行って、図１３（Ｂ）に見られるＳＥＭ画像θ₂ （−３０°）を得る。
【００５９】
図１４及び図１５は実施例６の計測の手順を引き続き説明する為のＳＥＭ画像を表す要部説明図であり、図１２及び図１３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００６０】
図１４及び図１５参照
（５） 図１４（Ａ）は、図１２（Ｂ）と同じくＳＥＭ画像θ₀ （０°）を表していて、寸法計測箇所に於ける左右に展延するベース１の表面模様（テクスチャ）領域に適当なサイズ、例えば水平ｈ画素×垂直ｖ画素とするテンプレート２１Ａ（左テンプレート）及び２１Ｂ（右テンプレート）を設定する。尚、図１４（Ｂ）及び（Ｃ）にはテンプレート２１Ａ及び２１Ｂを抜き出して表示してある。
【００６１】
（６） テンプレート２１Ａ及び２１Ｂの中心（図では＋マークで表示）を計測基準点（第１の計測基準点、及び、第２の計測基準点）とし、テンプレート２１Ａの第１の計測基準点からテンプレート２１Ｂの第２の計測基準点までの距離Ｌを計測する。尚、ここでは、計測基準点を各テンプレートの中心としたが、一般的には任意の位置を選択して良い。
【００６２】
（７） テンプレート２１Ａに於ける水平方向のサイズを角度補正する。即ち、ｈ→ｈ・ｃｏｓ（θ₁ ）となるように水平方向のみ縮小する。この角度補正後のテンプレートを図１４（Ｄ）に記号２１Ａ′で表してある。
【００６３】
（８） テンプレート２１Ｂに於ける水平方向のサイズを角度補正する。即ち、ｈ→ｈ・ｃｏｓ（θ₂ ）となるように水平方向のみ縮小する。この角度補正後のテンプレートを図１４（Ｅ）に記号２１Ｂ′で表してある。
【００６４】
（９） 図１５（Ａ）に見られるように、ＳＥＭ画像θ₁ 中を探索して角度補正後のテンプレート２１Ａ′と一致するか、或いは、最も似ている領域２２Ａ′を選定し、領域２２Ａ′の中心から寸法計測箇所の下縁辺２Ａまでの距離ａを計測する。
【００６５】
角度補正後のテンプレート２１Ａ′と領域２２Ａ′との一致度の判定には、例えば、正規化相関マッチングを利用する。
【００６６】
正規化相関マッチングは、テンプレート２１Ａ′と比較する画像である領域２２′の正規化相関値γが最大となる位置を検出するものであり、γは下記の数式３で表される。
【００６７】
【数３】

【００６８】
（１０）図１５（Ｂ）に見られるように、ＳＥＭ画像θ₂ 中を探索して角度補正後のテンプレート２１Ｂ′と一致するか、或いは、最も似ている領域２２Ｂ′を選定し、領域２２Ｂ′の中心から寸法計測箇所の下縁辺２Ｂまでの距離ｅを計測する。
【００６９】
（１１） 距離Ｌ、ａ、ｅから下部磁極２の下幅Ｗ１を算出する。
例えば、Ｌ＝４．５〔μｍ〕、ａ＝１．５〔μｍ〕、ｅ＝１．５〔μｍ〕であったとすると、下幅Ｗ１はの計測値は、

と算出することができる。
【００７０】
図１６は実施例７を説明する為の計測対象などを表す要部説明図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００７１】
図に於いて、Ｗ_g はギャップ位置に於ける磁極幅、Ｌはテンプレートに於ける計測基準点間の距離のＳＥＭ測長値（観測角θ₀ ）、θ₀ は水平観測角、θ₁ は左傾斜第１観測角、θ₂ は左傾斜第２観測角（θ₂ ＞θ₁ ）、θ₃ は右傾斜第１観測角、θ₄ は右傾斜第２観測角（θ₄ ＞θ₃ ）ａは左テンプレート（図１４参照）と左ギャップ中央間距離、ａ₁ はａのＳＥＭ測長値（観測角θ₁ ）、ａ₂ はａのＳＥＭ測長値（観測角θ₂ ）、ｅは右テンプレート（図１４参照）と右ギャップ中央間距離、ｅ₁ はｅのＳＥＭ測長値（観測角θ₃ ）、ｅ₂ はｅのＳＥＭ測長値（観測角θ₄ ）、αはａが水平と成す角度（左仰角）、εはｅが水平と成す角度（右仰角）をそれぞれ示している。尚、ここに挙げられた各記号のうち、図１６には現れていないものについても説明されているが、それは、計測対象を傾けた場合に必要となる記号であって、それ等については、図７及び図８を参考にされると良い。
【００７２】
実施例７は本発明に依る微小寸法計測方法を書き込みヘッドのギャップ位置に於ける磁極幅を計測するのに適用した例である。
【００７３】
さきに説明した実施例６に於いては、書き込みヘッドの下部磁極に於ける「下幅」が計測箇所であったが、実際には、「ギャップ位置に於ける磁極幅」の計測が必要である場合が多く、その場合、磁極を５方向（水平θ₀ 、左傾斜θ₁ 、左傾斜θ₂ 、右傾斜θ₃ 、右傾斜θ₄ ）からなるＳＥＭで撮像することに依ってギャップ位置に於ける磁極幅Ｗg を計測することができる。
【００７４】
前記５方向からのＳＥＭ画像からの読み取り値は次の通りである。
（１）水平画像（観測角度：θ₀ ）
読み取り値：テンプレートの計測基準点間隔Ｌ
（２）左傾斜画像１（観測角度：左にθ₁ ）
読み取り値：左テンプレートの計測基準点から左ギャップ中央までの距離ａ₁
（３）左傾斜画像２（観測角度：左にθ₂ ）
読み取り値：左テンプレートの計測基準点から左ギャップ中央までの距離ａ₂
（４）右傾斜画像１（観測角度：右にθ₃ ）
読み取り値：右テンプレートの計測基準点から右ギャップ中央までの距離ｅ₁
（５）右傾斜画像２（観測角度：右にθ₄ ）
読み取り値：右テンプレートの計測基準点から右ギャップ中央までの距離ｅ₂
【００７５】
前記したところから、ギャップ位置に於ける磁極幅Ｗ_g は、次式に依って算出することができる。
【００７６】
【数４】

【００７７】
実施例７を適用して磁極幅Ｗg の計測を行う場合、撮像すべきＳＥＭ画像は５枚になって、実施例６と比較すると２枚の増加になるが、ベースの傾斜やテンプレートの高さに依存しない計測が可能になる旨の利点があり、また、寸法の計測対象の画像はＳＥＭで撮影したが、これは光学的手法、例えばＴＶカメラで撮影しても、同様な寸法計測が可能である。
【００７８】
本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、それを付記として例示する。
【００７９】
（付記１）
寸法計測対象の両側に測長の基準となる第１のマークと第２のマークとを形成し、
第１のマーク及び第２のマーク間の距離Ｌ、
第１のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ、
第２のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｂ
を計測し、距離Ｌ、ａ、ｅから目的とする寸法を算出すること
を特徴とする微小寸法計測方法。
【００８０】
（付記２）
測長の基準となる第１のマーク及び第２のマークが線状、点状、面のエッジであること
を特徴とする（付記１）記載の微小寸法計測方法。
【００８１】
（付記３）
測長の基準となる第１のマーク及び第２のマークが
集束イオン・ビームに依る描画、
電子ビームの照射に依って凝結されるコンタミネーション、
金属などの選択的な被着、
微細な針の圧痕
の何れかの手段で形成されたものであること
を特徴とする（付記１）記載の微小寸法計測方法。
【００８２】
（付記４）
距離Ｌ、ａ、ｅは、
計測対象を垂直方向から観測して第１のマーク及び第２のマーク間の距離Ｌを計測し、
計測対象を一方に角度θ１だけ傾斜させてから観測して第１のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａを計測し、
計測対象を他方に角度θ２だけ傾斜させてから観測して第２のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅを計測して求めること
を特徴とする（付記１）記載の微小寸法計測方法。
【００８３】
（付記５）
距離Ｌ、ａ、ｅの計測を走査型荷電粒子ビームを用いる微細対象観察装置で行うこと
を特徴とする（付記１）記載の微小寸法計測方法。
【００８４】
（付記６）
距離Ｌ、ａ、ｅの計測に複数の鏡筒をもつ走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて行うこと
を特徴とする（付記１）記載の微小寸法計測方法。
【００８５】
（付記７）
第１のマーク及び第２のマークが計測対象を角度θ１或いは角度θ２に傾斜させても同時に観測可能な位置に描画されて距離ａ或いは距離ｅの観測と同時に第１のマーク及び第２のマーク間の距離Ｌを計測すること
を特徴とする（付記４）記載の微小寸法計測方法。
【００８６】
（付記８）
寸法計測対象の両側に測長の基準となる第１のマークと第２のマークとを形成し、
該各マーク間の距離Ｌを計測対象に略垂直な方向（角度θ₀ ）から測長し、
計測対象を一方に角度θ₁ だけ傾斜させてから観測して第１のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ１を測長し、
計測対象を一方に角度θ₂ （θ₂ ＞θ₁ ）だけ傾斜させてから観測して第１のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ₂ を測長し、
計測対象を他方に角度θ₃ だけ傾斜させてから観測して第２のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅ₁ を測長し、
計測対象を他方に角度θ₄ （θ₄ ＞θ₃ ）だけ傾斜させてから観測して第２のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅ₂ を測長し、
目的とする寸法計測箇所の寸法ｗを
【数２】

を用いて算出すること
を特徴とする微小寸法計測方法。
【００８７】
（付記９）
計測対象の両側に測長の基準となる第１のマークと第２のマークとを計測対象に沿って略平行に連続若しくは所定間隔毎に複数個形成して目的の寸法計測箇所の寸法の分布を求めること
を特徴とする（付記８）記載の微小寸法計測方法。
【００８８】
（付記１０）
寸法計測対象の両側に測長の基準となる第１のマークと第２のマークとを計測対象に沿って略平行に且つ所定間隔毎に垂直な方向に形成し、
第１のマークと第２のマークとの複数組を用いて目的とする寸法計測箇所の寸法を計測して得られた複数の寸法計測値の平均値を算出すること
を特徴とする（付記８）記載の微小寸法計測方法。
【００８９】
（付記１１）
測長の基準となるマークが円錐或いは角錐からなる錐形であること
を特徴とする（付記１）或いは（付記８）記載の微小寸法計測方法。
【００９０】
（付記１２）
測長の基準となるマークが円錐或いは角錐からなる錐形であって頂点の位置を斜辺の外挿線の交点とすること
を特徴とする（付記１１）記載の微小寸法計測方法。
【００９１】
（付記１３）
寸法計測箇所の両側に在る模様（テクスチャ）に於ける各一点を測長の第１の計測基準点及び第２の計測基準点と定め、
第１の計測基準点及び第２の計測基準点間の距離Ｌ、
第１の計測基準点及び計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ、
第２の計測基準点及び計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅ
を計測し、距離Ｌ、ａ、ｅから目的とする寸法を算出すること
を特徴とする微小寸法計測方法。
【００９２】
（付記１４）
荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象を略垂直な方向である角度θ₀ から撮像を行ってθ₀ 画像を得る、
θ₀ 画像中の計測箇所の左右から適当な大きさの画像を切り出して何れか一方の側を第１のテンプレート、及び、他方の側を第２のテンプレートとする、
第１のテンプレート及び第２のテンプレートそれぞれに於ける例えば中心位置などの適切な位置を第１の計測基準点及び第２の計測基準点と定める、
第１の計測基準点及び第２の計測基準点間の距離Ｌを測長する、
計測対象を左に角度θ₁ だけ傾けてから、荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象の撮像を行ってθ₁ 画像を得る、
θ₁ 画像中から第１のテンプレートと一致する領域を探索して第１の計測基準点に対応する位置から計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａを測長する、
計測対象を右に角度θ₂ だけ傾けてから、荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象の撮像を行ってθ₂ 画像を得る、
θ₂ 画像中から第２のテンプレートと一致する領域を探索して第２の計測基準点に対応する位置から計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅを測長する、
目的とする寸法計測箇所の寸法ｗを
ｗ＝Ｌ／ｃｏｓθ₀ −ａ／ｃｏｓθ₁ −ｅ／ｃｏｓθ₂
なる式を用いて算出すること
を特徴とする微小寸法計測方法。
【００９３】
（付記１５）
荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象を略垂直な方向である角度θ₀ から撮像を行ってθ₀ 画像を得る、
θ₀ 画像中の計測箇所の左右から適当な大きさの画像を切り出して何れか一方の側を第１のテンプレート、及び、他方の側を第２のテンプレートとする、
第１のテンプレート及び第２のテンプレートそれぞれに於ける例えば中心位置などの適切な位置を第１の計測基準点及び第２の計測基準点と定める、
第１の計測基準点及び第２の計測基準点間の距離Ｌを測長する、
計測対象を左に角度θ₁ だけ傾けてから、荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象の撮像を行ってθ₁ 画像を得る、
θ₁ 画像中から第１のテンプレートと一致する領域を探索して第１の計測基準点に対応する位置から計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ₁ を測長する、
計測対象を左に角度θ₂ だけ傾けてから、荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象の撮像を行ってθ₂ 画像を得る、
θ₂ 画像中から第１のテンプレートと一致する領域を探索して第１の計測基準点に対応する位置から計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ₂ を測長する、
計測対象を右に角度θ₃ だけ傾けてから、荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象の撮像を行ってθ₃ 画像を得る、
θ₃ 画像中から第２のテンプレートと一致する領域を探索して第２の計測基準点に対応する位置から計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅ₁ を測長する、
計測対象を右に角度θ₄ だけ傾けてから、荷電粒子を用いる手法、或いは、光学的な手法を適用することに依って計測対象の撮像を行ってθ₄ 画像を得る、
θ₄ 画像中から第２のテンプレートと一致する領域を探索して第２の計測基準点に対応する位置から計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅ₂ を測長する、
目的とする寸法計測箇所の寸法ｗを
【数５】

なる式を用いて算出すること
を特徴とする微小寸法計測方法。
【００９４】
（付記１６）
計測対象を角度θだけ傾けて撮像した画像からテンプレートと一致する領域を探索する手段として、テンプレート画像の傾き方向のサイズをｈ・ｃｏｓθ（ただし、ｈは元のテンプレートの傾き方向のサイズ）とすること
を特徴とする（付記１４）或いは（付記１５）記載の微小寸法計測方法。
【００９５】
（付記１７）
計測対象を角度θだけ傾けて撮像した画像からテンプレートと一致する領域を探索する手段として、正規化相関マッチングを用いること
を特徴とする（付記１４）乃至（付記１６）の何れか１記載の微小寸法計測方法。
【００９６】
【発明の効果】
本発明に依る微小寸法計測方法に於いては、所定の軸を中心に回動可能なステージに搭載された寸法計測対象の両側に測長の基準となる第１のマークと第２のマークとを形成し、前記計測対象を垂直方向から走査型荷電粒子ビームを用い観測して、第１のマーク及び第２のマーク間の距離Ｌ、前記計測対象を一方に角度θ₁ だけ傾斜させてから該計測対象を垂直方向から走査型荷電粒子ビームを用い観測して、第１のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の一端間の距離ａ、前記計測対象を他方に角度θ₂ だけ傾斜させてから該計測対象を垂直方向から走査型荷電粒子ビームを用い観測して、第２のマーク及び計測対象の寸法計測箇所の他端間の距離ｅを計測し、距離Ｌ、ａ、ｅから目的とする寸法を導出することが基本になっている。
【００９７】
前記したように、計測対象の両側に計測の基準となるマークを描画するか、或いは、両側に計測の基準となる模様（テクスチャ）を定めることに依って、簡単な手段で微小物体を非破壊で、且つ、高精度で寸法計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理を説明する為の計測対象である微小物体などを表す要部説明図である。
【図２】 本発明を実施する場合に必要となるマークの種類及びマークの作成方法を説明する為の計測対象を表す要部斜面図である。
【図３】 実施例１を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図４】 参考例を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図５】 参考例を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図６】 実施例２を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図７】 実施例２を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図８】 実施例２を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図９】 実施例３を説明する為の計測対象などを表す要部斜面図である。
【図１０】 実施例４を説明する為の計測対象などを表す要部斜面図である。
【図１１】 実施例５を説明する為のマークを表す要部斜面図である。
【図１２】 実施例１乃至実施例５を改良した方法である実施例６を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図１３】 実施例１乃至実施例５を改良した方法である実施例６を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図１４】 実施例６の計測の手順を引き続き説明する為のＳＥＭ画像を表す要部説明図である。
【図１５】 実施例６の計測の手順を引き続き説明する為のＳＥＭ画像を表す要部説明図である。
【図１６】 実施例７を説明する為の計測対象などを表す要部説明図である。
【図１７】 ＨＤＤに於ける書き込みヘッドの磁極を表す要部斜面図である。
【符号の説明】
１ ベース
２ 下部磁極
２Ａ及び２Ｂ 下縁辺
３ ギャップを生成させる絶縁体
４ 上部磁極
５Ａ〜５Ｄ マーク
６Ａ及び６Ｂ マーク
７Ａ及び７Ｂ マーク
１１ 傾斜ステージ
１１Ａ 軸
１２ 対物レンズ
１２Ａ乃至１２Ｃ ＳＥＭ鏡筒
１３ 書き込みヘッド
２１ 固定ステージ
Ｈ 磁極の高さ
Ｗ１ 下部磁極の下幅
Ｗ２ 上部磁極の下幅[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is applicable to a minute object that is difficult to observe from directly above, for example, when it is desired to measure the magnetic pole width of a write head in a hard disk drive (HDD) with high accuracy. Regarding the method.
[0002]
FIG. 17 is a perspective view of the main part showing the magnetic pole of the write head in the HDD. In the figure, 1 is the base, 2 is the lower magnetic pole, 3 is the insulator for generating the gap, 4 is the upper magnetic pole, and H is the upper magnetic pole. The height of the magnetic pole, W1 is the lower width of the lower magnetic pole, W2 is the lower width of the upper magnetic pole, and G is the gap (insulator thickness). In the illustrated magnetic pole, the height H of the magnetic pole is 5 [μm], the lower width W2 of the upper magnetic pole is 0.5 [μm], and the gap G is 0.2 [μm].
[0003]
The measurement of a minute object as shown in the figure is usually performed using a scanning electron microscope (SEM). However, in the case of the magnetic pole of the write head, as shown in the figure, an inverted trapezoid is formed. For this reason, it is impossible to measure the lower width W1 of the lower magnetic pole by SEM observation viewed from directly above.
[0004]
Therefore, conventionally, in order to measure the lower width W1 of the lower magnetic pole, it is necessary to process the magnetic pole with a focused ion beam (FIB) apparatus or the like, that is, to perform measurement by SEM observation after cutting, Therefore,
(1) Destruction measurement.
(2) It takes time for processing by FIB.
There are problems such as.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the present invention, it is possible to measure a portion where a minute object is not visible even when viewed from directly above.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a main part explanatory view showing a minute object or the like to be measured for explaining the principle of the present invention. (A) shows a main part cutting slope, and (B) to (D) are necessary. Partial cut fronts are shown respectively. The same symbols as those used in FIG. 17 represent the same parts or have the same meaning.
[0007]
Here, a magnetic head of a write head in the HDD is cited as a minute object, and a case where the lower width W1 of the lower magnetic pole 2 is measured will be described.
[0008]
{Circle around (1)} Reference lines (marks) 5A and 5B are provided (drawn) on the surface of the base 1 on both sides of the magnetic pole to be measured.
{Circle around (2)} Observe from directly above with an SEM or the like and measure the distance L between the left and right reference lines 5A and 5B.
(3) The base 1 is inclined until the lower left boundary, that is, the lower edge 2A of the lower magnetic pole 2 is seen, and the inclination angle at that time is θ1, and the horizontal distance a from the reference line 5A to the lower edge 2A is Measure length.
(4) Similarly, the base 1 is inclined until the lower right boundary, that is, the lower edge 2B of the lower magnetic pole 2 is seen, and the inclination angle at that time is θ2, and the horizontal direction from the reference line 5B to the lower edge 2B Measure the distance e.
(5) The lower width W1 is
W1 = L−a / cos θ1−b / cos θ2
Can be obtained as
[0009]
As described above, it is possible to measure a dimension of a minute object with high accuracy with simple means by drawing a mark as a measurement reference on both sides of a measurement target.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 2 is a main part slope view showing a measurement object for explaining the type of mark and the method of creating the mark necessary for carrying out the present invention, and the same symbols as those used in FIG. Represent parts or have the same meaning.
[0011]
The marks 5A and 5B seen in FIG. 2 (A) are exactly the same as the reference line described for FIG.
[0012]
Marks 6A and 6B seen in FIG. 2B are points (points) provided at appropriate positions on both sides of the measurement target.
[0013]
The marks 7A and 7B shown in FIG. 2C use surfaces on both sides of the measurement object, but actually, it is more practical to use the edges of the surface than to use the entire surface.
[0014]
FIG. 2 (D) shows the case where the marks 5A and 5B seen in FIG. 2 (A) are created by irradiating the FIB, and FIG. 2 (E) depends on the irradiation of an electron beam (EB). The case where the marks 5A and 5B are created by the contamination to be condensed is shown. Further, although not shown in the figure, a CVD (vapor phase chemical vapor deposition) method using a focused ion beam is used to form a line, a point, or a surface of a metal such as tungsten, carbon, etc. It can also be used as a mark. Furthermore, an indentation can be formed on a measurement target base using a fine stylus used in an SPM (scanning probe microscope) or the like to form a mark.
[0015]
The mark used in the present invention may be a temporary mark that exists only at the time of measurement, for example, an electric charge, or may remain permanently.
[0016]
FIGS. 3A and 3B are main part explanatory views showing a measurement target and the like for explaining the first embodiment. FIG. 3A is a measurement device and a main part cutting slope of the measurement target, and FIGS. Show. The symbols used in FIGS. 1 and 2 represent the same parts or have the same meaning.
[0017]
The first embodiment is an example in which the minute dimension measuring method according to the present invention, that is, the marking measuring method is applied to the measurement of the width under the magnetic pole of the write head in the HDD.
[0018]
In the figure, the tilting stage 11 can be rotated clockwise and counterclockwise about an axis 11A, and the write head 13 as a measurement target is observed through the objective lens 12 of the SEM.
[0019]
The measurement procedure is
(1) The measurement target is placed on the tilt stage 11 provided in the chamber of the SEM, and the marks 5A and 5B are formed by condensation based on the EB irradiation described with reference to FIG.
[0020]
(2) The tilt stage 11 is maintained at ± 0 °, and an SEM image is taken to obtain an SEM image (± 0 °) as shown in FIG.
[0021]
(3) The tilt stage 11 is maintained at −10 °, and an SEM image is taken to obtain an SEM image (−10 °) as shown in FIG.
[0022]
(4) The tilt stage 11 is maintained at + 10 °, and an SEM image is taken to obtain an SEM image (+ 10 °) seen in FIG.
[0023]
(5) The distance L between the marks 5A and 5B is measured from the SEM image (± 0 °) in FIG. Here, it is assumed that L = 2.25 [μm] is obtained.
[0024]
(6) A horizontal distance a between the mark 5A and the lower edge 2A of the lower magnetic pole 2 is measured from the SEM image (−10 °) of FIG. Here, it is assumed that a = 0.50 [μm] is obtained.
[0025]
(7) From the SEM image (+ 10 °) in FIG. 3D, the horizontal distance e between the mark 5B and the lower edge 2B of the lower magnetic pole 2 is measured. Here, it is assumed that e = 0.75 [μm] is obtained.
[0026]
(8) The lower width W1 of the lower magnetic pole 2 is calculated from L, a, and e.

[0027]
Figure 4Reference example4 is a main part explanatory diagram showing a measurement object for explaining the above, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meaning.
[0028]
In the figure, reference numeral 21 denotes a fixed stage, and 12A to 12C denote SEM lens barrels. When SEM images are simultaneously captured using the three SEM lens barrels 12A to 12C, FIGS. Since the SEM image shown in FIG. 3D can be obtained at one time, it is not necessary to incline the stage to perform imaging, and the measurement time can be shortened.
[0029]
FIG.Other reference examples4 is a main part explanatory diagram showing a measurement object for explaining the above, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meaning.
[0030]
In the figure, 5C and 5D are marks formed on the base 1, and the positions thereof are the marks 5C and 5D even when the tilt stage 11 is tilted to the maximum angle necessary for measurement. Therefore, the distance L ′ between the marks 5C and 5D is larger than the distance L seen in FIG.
[0031]
Other reference examples aboveAccordingly, the SEM image (± 0 °) shown in FIG. 3B, which was necessary in the first embodiment, becomes unnecessary, and the measurement time can be shortened. In this case, the lower width W1 of the lower magnetic pole 2 in the write head is
W1 = L ′ / cos (θ1) −a / cos (θ1) −e / cos (θ2)
As obtained.
[0032]
6, 7 and 8 are examples.24 is a main part explanatory diagram showing a measurement object for explaining the above, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meaning.
[0033]
In the figure, W_gIs the magnetic pole width at the gap position, L is the SEM measurement value of the mark interval (observation angle θ₀), Θ₀Is the horizontal observation angle, θ₁Is the first observation angle to the left, θ₂Is the second observation angle (θ₂> Θ₁), Θ_ThreeIs the first tilt angle to the right, θ_FourIs the second observation angle (θ_Four> Θ_Three) A is the distance between the left mark and the center of the left gap, a₁Is the SEM measurement value of a (observation angle θ₁), A₂Is the SEM measurement value of a (observation angle θ₂), E is the distance between the right mark and the center of the right gap, e₁Is the SEM measurement value of e (observation angle θ_Three), E₂Is the SEM measurement value of e (observation angle θ_Four), Α indicates the angle (left elevation angle) formed by a with horizontal, and ε indicates the angle (right elevation angle) formed by e with horizontal.
[0034]
Example2Is an example in which the minute dimension measuring method according to the present invention is applied to measure the magnetic pole width at the gap position of the write head.
[0035]
In the principle and embodiment of the present invention described so far, the “lower width” in the lower magnetic pole of the write head was the measurement location, but in reality, “the magnetic pole width at the gap position”. In many cases, it is necessary to measure the magnetic pole in five directions (horizontal θ after the mark formation).₀, Left tilt θ₁, Left tilt θ₂, Right tilt θ_Three, Right tilt θ_Four) From SEM imaging to pole width W_gCan be measured.
[0036]
Read values from the SEM images from the five directions are as follows.
(1) Horizontal image (observation angle: θ₀)
Reading: Mark interval L
(2) Left tilt image 1 (observation angle: θ on the left₁)
Reading: Distance from left mark to center of left gap a₁
(3) Left tilt image 2 (observation angle: θ on the left₂)
Reading: Distance from left mark to center of left gap a₂
(4) Right tilt image 1 (observation angle: θ on the right_Three)
Reading: Distance from right mark to center of right gap e₁
(5) Right tilt image 2 (observation angle: θ on the right_Four)
Reading: distance e from the right mark to the center of the right gap₂
[0037]
From the above, the magnetic pole width W at the gap position._gCan be calculated according to the following equation.
[0038]
[Expression 1]

[0039]
Example2When the magnetic pole width Wg is measured by applying the above, the number of SEM images to be imaged is five, which is two more than that of the first embodiment, but does not depend on the base inclination or the mark height. There is an advantage that measurement is possible.
[0040]
FIG. 9 shows an example.3FIG. 5 is a perspective view of a main part representing a measurement object for explaining the above, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meaning.
[0041]
9A, a plurality of points 6C and 6D provided on both sides of the lower magnetic pole 2 are used as marks, and in FIG. 9B, the marks are provided on both sides of the lower magnetic pole 2 as marks. In FIG. 9C, virtual lines 5G and end points 6F connecting the end points 6E and 6F provided on both sides of the lower magnetic pole 2 as the marks and the end points 6E are used. An imaginary line 5H that connects them is used.
[0042]
Example3Then, an example2The distribution of the magnetic pole width Wg can be measured by applying the method described in (4). In the case of FIG. 9, the distribution of the magnetic pole width Wg can be obtained in the depth direction of the write head.
[0043]
FIG. 10 is a main part slope view showing a measurement object for explaining the sixth embodiment, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meanings. To do.
[0044]
10A, a plurality of points L1, L2,..., R1, R2,... Perpendicular to the lower magnetic pole 2 and on both sides are used as marks. In FIG. 10B, a straight line provided perpendicularly to the lower magnetic pole 2 and on both sides as a mark and a line intersecting with the straight line at required points are drawn and used. In FIG. And the intersection of the line which cross | intersects this straight line is displayed as point L1, L2, ... and R1, R2, ...... like FIG.
[0045]
Example4Then, the embodiment using two points facing each other across the lower magnetic pole 2, for example, L1 and R12The magnetic pole width measurement accuracy can be improved by measuring the magnetic pole width and calculating the average value.
[0046]
Further, as shown in the drawing, when five marks are drawn on both the left and right sides of the lower magnetic pole 2, two substantially equidistant points, that is, L1-R5, L2-R4, L3-R3, L4-R2 are drawn. , L5-R1 for measuring the magnetic pole width (the former), or a combination of five marks on each of the left and right sides, that is, L1-R1, L1-R2, L1-R3, L1-R4, L1 A method (the latter) of measuring the magnetic pole width using -R5, L2-R1, L2-R2,.
[0047]
In the former case, a total of five measurement values are obtained, and in the latter case, a total of 25 measurement values are obtained, so that the measurement accuracy is improved.
[0048]
FIG. 11 shows an example.5FIG. 5 is a perspective view of a main part representing a mark for explaining the mark, and when the mark is formed on both sides of the measurement object by contamination condensed by, for example, EB irradiation, the mark is formed into a pyramid shape such as a cone or a pyramid. (A) shows a conical mark 14 and (B) shows a mark 15 whose tip of the conical shape has become blunt.
[0049]
As shown in (A), when the mark has a conical shape (or a pyramid shape), the vertex can always be observed even if the observation angle changes, so that the mark position reading error can be reduced. Further, as shown in (B), even if the vertex of the mark is blunt, as shown in the figure, the hypothesis 15A is extrapolated to obtain the virtual vertex 15B, thereby reducing the mark position reading error. can do.
[0050]
By the way, Embodiment 1 to Embodiment described above.5Is drawing a mark and measuring the dimensions using the mark.
(A) The SEM used for measurement must have a mark drawing function.
(B) Extra time is required for drawing
(C) Damage (contamination) occurs on the measurement object due to the mark.
There are problems such as.
[0051]
Therefore, the first to the third embodiments without drawing a mark.5Next, an embodiment capable of measuring the same dimension as will be described.
[0052]
Basically, surface patterns (textures) that exist on both sides of the measurement location are used instead of marks, and this eliminates all the problems described in (a) to (c) above. The
[0053]
12 and 13 show the first to third embodiments.5Example of improved method6FIG. 12A is a main part explanatory view showing a measurement object for explaining the measurement, and FIG. 12A is a measurement device and a main part cutting slope of the measurement object, FIG. 12B, FIG. 13A, FIG. ) Shows SEM images. The symbols used in FIGS. 1 and 2 represent the same parts or have the same meaning.
[0054]
Example6Is an example in which the micro-dimension measurement method according to the present invention is applied to the measurement of the width under the magnetic pole of the write head in the HDD, as in the first embodiment. FIG. 12 and FIG. 13 are compared with FIG. A significant difference is that in FIG. 3, the marks 5A and 5B formed on the base 1 are not formed in FIGS.
[0055]
Measurement procedure
See FIG. 12 and FIG.
(1) As shown in FIG. 12 (A), the measurement target is placed on the tilt stage 11 provided in the chamber of the SEM.
[0056]
(2) The SEM image θ shown in FIG. 12B is obtained by maintaining the tilt stage 11 at 0 ° and capturing an SEM image.₀(0 °) is obtained.
[0057]
(3) The tilt stage 11 is maintained at + 30 °, the SEM image is taken, and the SEM image θ shown in FIG.₁(+ 30 °) is obtained.
[0058]
(4) The tilt stage 11 is maintained at −30 °, the SEM image is taken, and the SEM image θ shown in FIG.₂(-30 °) is obtained.
[0059]
14 and 15 show an embodiment.6It is principal part explanatory drawing showing the SEM image for continuing demonstrating the measurement procedure of this, and the same symbol as the symbol used in FIG.12 and FIG.13 shall represent the same part, or shall have the same meaning.
[0060]
See FIGS. 14 and 15
(5) FIG. 14A shows the SEM image θ as in FIG.₀A template 21A (left template) that represents (0 °) and has an appropriate size, for example, horizontal h pixels × vertical v pixels, in the surface pattern (texture) region of the base 1 that extends to the left and right at the dimension measurement location. And 21B (right template) are set. 14B and 14C, the templates 21A and 21B are extracted and displayed.
[0061]
(6) The center of the templates 21A and 21B (indicated by a + mark in the figure) is taken as a measurement reference point (first measurement reference point and second measurement reference point), and from the first measurement reference point of the template 21A The distance L to the second measurement reference point of the template 21B is measured. Here, the measurement reference point is the center of each template, but in general, an arbitrary position may be selected.
[0062]
(7) The angle of the horizontal size in the template 21A is corrected. That is, h → h · cos (θ₁) To reduce only the horizontal direction. The template after this angle correction is represented by symbol 21A ′ in FIG.
[0063]
(8) The angle of the horizontal size in the template 21B is corrected. That is, h → h · cos (θ₂) To reduce only the horizontal direction. The template after this angle correction is represented by symbol 21B ′ in FIG.
[0064]
(9) As shown in FIG. 15A, the SEM image θ₁A region 22A ′ that matches or is most similar to the template 21A ′ after angle correction is searched and the distance “a” from the center of the region 22A ′ to the lower edge 2A of the dimension measurement location is measured. .
[0065]
For example, normalized correlation matching is used to determine the degree of coincidence between the angle-corrected template 21A ′ and the region 22A ′.
[0066]
  The normalized correlation matching is to detect a position where the normalized correlation value γ of the region 22 ′, which is an image to be compared with the template 21A ′, becomes the maximum.3It is represented by
[0067]
[Equation 3]

[0068]
(10) As shown in FIG. 15B, the SEM image θ₂A region 22B 'that matches or is most similar to the template 21B' after angle correction is searched for and the distance e from the center of the region 22B 'to the lower edge 2B of the dimension measurement location is measured. .
[0069]
(11) The lower width W1 of the lower magnetic pole 2 is calculated from the distances L, a, and e.
For example, if L = 4.5 [μm], a = 1.5 [μm], and e = 1.5 [μm], the measured value of the lower width W1 is

Can be calculated.
[0070]
FIG. 16 shows an example.74 is a main part explanatory diagram showing a measurement object for explaining the above, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meaning.
[0071]
In the figure, W_gIs the magnetic pole width at the gap position, L is the SEM measurement value of the distance between the measurement reference points in the template (observation angle θ₀), Θ₀Is the horizontal observation angle, θ₁Is the first observation angle to the left, θ₂Is the second observation angle (θ₂> Θ₁), Θ_ThreeIs the first tilt angle to the right, θ_FourIs the second observation angle (θ_Four> Θ_Three) A is the distance between the left template (see FIG. 14) and the center of the left gap, a₁Is the SEM measurement value of a (observation angle θ₁), A₂Is the SEM measurement value of a (observation angle θ₂), E is the distance between the right template (see FIG. 14) and the center of the right gap, e₁Is the SEM measurement value of e (observation angle θ_Three), E₂Is the SEM measurement value of e (observation angle θ_Four), Α indicates the angle (left elevation angle) formed by a with horizontal, and ε indicates the angle (right elevation angle) formed by e with horizontal. Of the symbols listed here, those not appearing in FIG. 16 are also described. However, these symbols are necessary when the object to be measured is tilted. 7 and 8 may be referred to.
[0072]
Example7Is an example in which the minute dimension measuring method according to the present invention is applied to measure the magnetic pole width at the gap position of the write head.
[0073]
Example described above6In this case, the "lower width" at the lower magnetic pole of the write head was the measurement location, but in reality, it is often necessary to measure the "magnetic pole width at the gap position". , Magnetic poles in 5 directions (horizontal θ₀, Left tilt θ₁, Left tilt θ₂, Right tilt θ_Three, Right tilt θ_Four), The magnetic pole width Wg at the gap position can be measured.
[0074]
Read values from the SEM images from the five directions are as follows.
(1) Horizontal image (observation angle: θ₀)
Reading: Template measurement reference point interval L
(2) Left tilt image 1 (observation angle: θ on the left₁)
Reading: Distance a from the measurement reference point of the left template to the center of the left gap a₁
(3) Left tilt image 2 (observation angle: θ on the left₂)
Reading: Distance a from the measurement reference point of the left template to the center of the left gap a₂
(4) Right tilt image 1 (observation angle: θ on the right_Three)
Reading: Distance e from the measurement reference point of the right template to the center of the right gap e₁
(5) Right tilt image 2 (observation angle: θ on the right_Four)
Reading: Distance e from the measurement reference point of the right template to the center of the right gap e₂
[0075]
From the above, the magnetic pole width W at the gap position._gCan be calculated according to the following equation.
[0076]
[Expression 4]

[0077]
Example7Is used to measure the magnetic pole width Wg, the number of SEM images to be imaged is five,6Compared to the above, there is an increase of 2 sheets, but there is an advantage that measurement independent of the inclination of the base and the height of the template is possible, and the image of the measurement object of the dimension was taken with SEM. Similar dimensions can be measured even if an image is taken with an optical method, for example, a TV camera.
[0078]
In the present invention, the present invention can be implemented in many forms including the above-described embodiment, which will be exemplified below as supplementary notes.
[0079]
(Appendix 1)
Forming a first mark and a second mark as a reference for length measurement on both sides of the dimension measurement target;
A distance L between the first mark and the second mark,
A distance a between the first mark and one end of the dimension measurement part to be measured;
The distance b between the second mark and the other end of the dimension measurement location to be measured
And calculate the target dimensions from the distances L, a, and e.
A minute dimension measuring method characterized by the above.
[0080]
(Appendix 2)
The first mark and the second mark that are the reference for length measurement are linear, dot-shaped, and edge of the surface.
(Attachment 1)
[0081]
(Appendix 3)
The first mark and the second mark that are the standard for length measurement
Drawing by focused ion beam,
Contamination that is condensed by electron beam irradiation,
Selective deposition of metal, etc.
Fine needle indentation
It must have been formed by any means
(Attachment 1)
[0082]
(Appendix 4)
The distances L, a and e are
Observe the measurement object from the vertical direction, measure the distance L between the first mark and the second mark,
Observe after tilting the measurement object to one side by an angle θ1, and measure the distance a between the first mark and one end of the dimension measurement location of the measurement object,
Observe after tilting the measurement object to the other side by an angle θ2, and measure and obtain the distance e between the second mark and the other end of the dimension measurement location of the measurement object.
(Attachment 1)
[0083]
(Appendix 5)
Measuring the distances L, a, and e with a fine target observation apparatus using a scanning charged particle beam
(Attachment 1)
[0084]
(Appendix 6)
Use a scanning electron microscope (SEM) with multiple lens barrels to measure the distances L, a, and e
(Attachment 1)
[0085]
(Appendix 7)
The first mark and the second mark are drawn at positions that can be observed at the same time even if the measurement object is tilted to the angle θ1 or the angle θ2, and the first mark and the second mark are simultaneously observed with the distance a or the distance e. Measuring the distance L between
(Attachment 4)
[0086]
(Appendix 8)
Forming a first mark and a second mark as a reference for length measurement on both sides of the dimension measurement target;
The distance L between the marks is a direction (angle θ₀)
Angle θ₁Measure the distance a1 between the first mark and one end of the dimension measurement point to be measured by observing after tilting only,
Angle θ₂(Θ₂> Θ₁) And the distance a between the first mark and one end of the dimension measurement point to be measured.₂Measure the length
The angle θ_ThreeThe distance e between the second mark and the other end of the dimension measurement location to be measured₁Measure the length
The angle θ_Four(Θ_Four> Θ_Three) And the distance e between the second mark and the other end of the dimension measurement location to be measured.₂Measure the length
Dimension w of target dimension measurement location
[Expression 2]

To calculate using
A minute dimension measuring method characterized by the above.
[0087]
(Appendix 9)
Dimension distribution of target dimension measurement points by forming a plurality of first marks and second marks as reference lengths on both sides of the measurement object, substantially continuously in parallel along the measurement object or at predetermined intervals. Seeking
(Attachment 8)
[0088]
(Appendix 10)
Forming a first mark and a second mark serving as a reference for length measurement on both sides of the dimension measurement object in a direction substantially parallel to the measurement object and perpendicular to each predetermined interval;
Calculating an average value of a plurality of dimension measurement values obtained by measuring a dimension of a target dimension measurement portion using a plurality of sets of the first mark and the second mark.
(Attachment 8)
[0089]
(Appendix 11)
The mark used as the reference for measurement is a cone or cone
(Appendix 1) or (Appendix 8).
[0090]
(Appendix 12)
The reference mark for measurement is a cone or cone, and the vertex position is the intersection of the extrapolation line of the hypotenuse.
(Attachment 11)
[0091]
(Appendix 13)
Each point in the pattern (texture) on both sides of the dimension measurement location is defined as a first measurement reference point and a second measurement reference point for measurement,
A distance L between the first measurement reference point and the second measurement reference point;
A distance a between the first measurement reference point and one end of the dimension measurement point to be measured;
The distance e between the second measurement reference point and the other end of the dimension measurement location to be measured
And calculate the target dimensions from the distances L, a, and e.
A minute dimension measuring method characterized by the above.
[0092]
(Appendix 14)
The angle θ, which is the direction perpendicular to the object to be measured by applying charged particles or applying an optical method₀Image from₀Get an image,
θ₀An image of an appropriate size is cut out from the left and right of the measurement location in the image, and either side is set as the first template, and the other side is set as the second template.
An appropriate position such as a center position in each of the first template and the second template is defined as a first measurement reference point and a second measurement reference point.
Measure the distance L between the first measurement reference point and the second measurement reference point,
Angle to be measured left θ₁After tilting, the object to be measured is imaged by applying a method using charged particles or applying an optical method.₁Get an image,
θ₁An area that matches the first template is searched from the image, and the distance a between one end of the dimension measurement location to be measured is measured from the position corresponding to the first measurement reference point.
Measure object right to angle θ₂After tilting, the object to be measured is imaged by applying a method using charged particles or applying an optical method.₂Get an image,
θ₂A region that matches the second template is searched from the image, and the distance e between the other ends of the dimension measurement location to be measured is measured from the position corresponding to the second measurement reference point.
Dimension w of target dimension measurement location
w = L / cos θ₀-A / cos θ₁−e / cos θ₂
Using the following formula
A minute dimension measuring method characterized by the above.
[0093]
(Appendix 15)
The angle θ, which is the direction perpendicular to the object to be measured by applying charged particles or applying an optical method₀Image from₀Get an image,
θ₀An image of an appropriate size is cut out from the left and right of the measurement location in the image, and one side is set as the first template, and the other side is set as the second template.
An appropriate position such as a center position in each of the first template and the second template is defined as a first measurement reference point and a second measurement reference point.
Measure the distance L between the first measurement reference point and the second measurement reference point,
Angle to be measured left θ₁After tilting, the object to be measured is imaged by applying a method using charged particles or applying an optical method.₁Get an image,
θ₁A distance a between one end of a dimension measurement location to be measured from a position corresponding to the first measurement reference point from a position corresponding to the first measurement reference point is searched from the image.₁Measure the length,
Angle to be measured left θ₂After tilting, the object to be measured is imaged by applying a method using charged particles or applying an optical method.₂Get an image,
θ₂A distance a between one end of a dimension measurement location to be measured from a position corresponding to the first measurement reference point from a position corresponding to the first measurement reference point is searched from the image.₂Measure the length,
Measure object right to angle θ_ThreeAfter tilting, the object to be measured is imaged by applying a method using charged particles or applying an optical method._ThreeGet an image,
θ_ThreeA distance e between the position corresponding to the second measurement reference point and the other end of the measurement target dimension from the position corresponding to the second measurement reference point is searched from the image.₁Measure the length,
Measure object right to angle θ_FourAfter tilting, the object to be measured is imaged by applying a method using charged particles or applying an optical method._FourGet an image,
θ_FourA distance e between the position corresponding to the second measurement reference point and the other end of the measurement target dimension from the position corresponding to the second measurement reference point is searched from the image.₂Measure the length,
Dimension w of target dimension measurement location
[Equation 5]

Using the following formula
A minute dimension measuring method characterized by the above.
[0094]
(Appendix 16)
As a means for searching for an area matching the template from an image captured by tilting the measurement object by an angle θ, the size of the template image in the tilt direction is set to h · cos θ (where h is the size of the original template in the tilt direction). thing
(Appendix 14) or (Appendix 15) described in (Appendix 15).
[0095]
(Appendix 17)
Use normalized correlation matching as a means of searching for a region that matches the template from an image captured by tilting the measurement object by an angle θ.
The minute dimension measuring method according to any one of (Appendix 14) to (Appendix 16).
[0096]
【The invention's effect】
  In the minute dimension measuring method according to the present invention,Mounted on a stage that can rotate around a specified axisA first mark and a second mark serving as a length measurement reference are formed on both sides of the dimension measurement target, and the measurement target is viewed from the vertical direction.Using a scanning charged particle beamObserve the distance L between the first mark and the second mark, the angle θ₁Just tilt itUsing a charged charged particle beam from the vertical direction for the measurement objectObserve and measure the distance a between one end of the first mark and the dimension measurement location of the measurement object, the angle θ₂Just tilt itUsing a charged charged particle beam from the vertical direction for the measurement objectObserving, measuring the distance e between the second mark and the other end of the dimension measurement location to be measured, and deriving the target dimensions from the distances L, a, e.
[0097]
As described above, non-destructive micro-objects can be obtained by simple means by drawing measurement reference marks on both sides of the measurement target or by defining patterns (textures) on both sides of the measurement reference. In addition, it is possible to measure dimensions with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part explanatory view showing a minute object or the like to be measured for explaining the principle of the present invention.
FIG. 2 is a main part slope view showing a measurement object for explaining a mark type and a mark creation method necessary for carrying out the present invention.
FIG. 3 is a main part explanatory diagram showing a measurement object and the like for explaining the first embodiment;
FIG. 4 is a main part explanatory diagram showing a measurement target and the like for explaining a reference example;
[Figure 5]Reference exampleIt is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 6 Example2It is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 7 Example2It is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 8 Example2It is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 9 Example3It is a principal part slope view showing the measurement object etc. for demonstrating.
FIG. 10 Example4It is a principal part slope view showing the measurement object etc. for demonstrating.
FIG. 11 Example5It is a principal part slope view showing the mark for demonstrating.
FIG. 12 shows a first embodiment through a first embodiment.5Example of improved method6It is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 13 is a first embodiment.5Example of improved method6It is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 14 Example6It is principal part explanatory drawing showing the SEM image for continuing demonstrating the procedure of this measurement.
FIG. 15 Example6It is principal part explanatory drawing showing the SEM image for continuing demonstrating the procedure of this measurement.
FIG. 16 Example7It is principal part explanatory drawing showing the measurement object for demonstrating.
FIG. 17 is a principal part perspective view showing magnetic poles of a write head in the HDD.
[Explanation of symbols]
  1 base
  2 Bottom pole
  2A and 2B Lower edge
  3 Insulators that generate gaps
  4 Top pole
  5A-5D mark
  6A and 6B marks
  7A and 7B marks
  11 Inclined stage
  11A axis
  12 Objective lens
  12A to 12C SEM column
  13 Writing head
  21 Fixed stage
  H Magnetic pole height
  W1 Bottom width of bottom pole
  W2 Bottom width of top pole

Claims (3)

Forming a first mark and a second mark serving as a reference for length measurement on both sides of a dimension measurement target mounted on a stage rotatable around a predetermined axis ;
The measurement object is observed from the vertical direction using a scanning charged particle beam, and a distance L between the first mark and the second mark,
The measurement object is tilted to _one side by an angle θ _1, and then the measurement object is observed from the vertical direction using a scanning charged particle beam .
The measurement object is tilted to the other side by an angle θ _{2, the} measurement object is observed from the vertical direction using a scanning charged particle beam, and a distance e between the second mark and the other end of the dimension measurement portion of the measurement object is measured.
And a target dimension is derived from the distances L, a, and e. The first mark and the second mark, which are the reference for length measurement, are drawn by the focused ion beam.
Contamination that is condensed by electron beam irradiation,
Selective deposition of metal, etc.
2. The minute dimension measuring method according to claim 1, wherein the minute dimension measuring method is formed by any means of fine needle indentations. A first measurement reference point and a second measurement reference for measuring each point of a pattern (texture) on both sides of a measurement location in a dimension measurement target mounted on a stage that can be rotated around a predetermined axis Set a point,
A distance L between the first measurement reference point and the second measurement reference point by observing the measurement object from the vertical direction using a scanning charged particle beam;
A distance between the first measurement reference point and one end of the dimension measurement location of the measurement object is obtained by inclining the measurement object on one side by an angle θ ₁ and observing the measurement object from the vertical direction using a scanning charged particle beam. a,
The measurement object is tilted to the other side by an angle θ _2, and then the measurement object is observed from the vertical direction using a scanning charged particle beam, and between the second measurement reference point and the other end of the dimension measurement location of the measurement object. Distance e
And measuring a target dimension from the distances L, a, and e .

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