JPH0221553A - 電子線測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子線を用いてパターンの寸法を正確に再現性
良く測長を行なう電子線測長装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、リソグラフィー技術、エツチング技術等の微細加
工技術の進歩によりＬＳＩの設計寸法は年々小さくなり
、サブミクロンの領域に達している。このサブミクロン
の精度に対して、プロセス管理レベルも厳しくなり、評
価装置に要求される測定精度も年々高くなっている。Ｌ
ＳＩの特性等に影響を及ぼすパターン寸法変化のプロセ
ス管理レベルを設計寸法の±１／１０程度であると考え
ると、測定精度を管理寸法の１１５と見積ってもサブミ
クロンの設計寸法では、０．０２μｍ以上の測定精度が
要求されることになる。このような精度レベルでプロセ
スを管理するなめには、高精度の寸法測長が必要である
。

第４図は従来の電子線測長装置の一例の構成図である。

この装置は防諜台１５と、この防震台１５上に設置され
かつ真空ポンプ１６，１７によって真空引きされた真空
鏡筒部１と、この真空鏡筒部１の内に設置された電子光
学系及びステージ系を制御する制御部１つ及び測長部パ
ターンを表示するＣＲＴ１８とから構成されている。

この鏡筒部１の電子銃２から放射され制限アパチャー３
を通過した電子ビーム４は、縮少レンズ５．７によって
縮少され、さらに制限アパチャー８を通過した後、対物
レンズ１１によって縮少することにより、像への焦点合
せが行われウェハー１２上に照射される。このウェハー
１２上に照射された直径１００Å以下の電子ビームは、
操作偏向電極９によってウェハー１２上を走査され、こ
れにより照射部より発生した２次電子はシンチレータ１
０によって補集され、得られた信号が制御部１つで処理
されその寸法が求まる。

このときウェハー１２はウェハー台１３に載せられ、ウ
ェハー台１３はステージ１４上に設置されている。この
ステージ１４はＺ方向に垂直な面内での回転方向及びＸ
−Ｙ方向に移動可能であるが、対物レンズ１１と試料表
面の距離が変化することにより生じる倍率変化によって
測長値に誤差がでないように、Ｚ方向への移動及びＸ軸
の回転はできないようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の電子線測長装置は、対物レンズ１１とウ
ェハー１２の試料表面との距離が変化しないように、ス
テージ１４のＺ方向の移動及びＸ方向の回転が行えない
ようになっているが、測長場所のＸ−Ｙ方向への移動を
行なった際に、ウェハー１２の反り、ウェハー裏面のゴ
ミ、ウェハー台の１３の反り等によりワーキングデイス
タンスが測長場所により異なり、そのため倍率変化（誤
差）を生じ、測長場所により測長値が倍率変化の影響で
変わってしまい高精度、高再現性の測長を行えないとい
う欠点がある。

本発明は、このような欠点を除き、Ｚ方向の移動を行な
うことにより電子線を集束し焦点合せを行なうための対
物レンズと測長を必要とする試料表面との距離を常に一
定にして、高精度、高再現性の測長を行なえるようにし
た電子線測長装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の構成は、電子線源から放射された電子線を、対
物レンズにより試料台上の試料に集束して焦点合わせを
行うと共に、その試料上に前記電子線を走査してこの試
料上のパターン寸法の測長を行う電子線測長装置におい
て、前記試料上に前記電子線と平行にレーザ光を照射し
てその試料表面からの反射光を光学系により検出してそ
の焦点位置を検出する光学検出手段と、前記試料台を上
下して前記対物レンズと前記試料表面との距離を一定に
保つ試料台移動手段とを備え、この試料台移動手段の位
置を正確な焦点位置となるように前記光学検出手段によ
りモニターすることを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明する模式的構成図であ
る。本実施例は、従来の構成に対しレーザ光源２１、ミ
ラー２０、ハーフミラ−２３、レンズ２４、ディテクタ
２５が付加されている。本実施例は、装置による電子線
測長前に、レーザ光源２１からレーザビーム２２が出射
してミラー２０により反射されウェハー１２上に照射さ
れる。

このウェハー１２上に照射されたレーザービーム２２は
反射され、その後ミラー２０及びハーフミラ−２３によ
り反射されレンズ２４によってディテクタ２５上に結像
され、この結像したレーザービームの形状と強度から正
確なフォーカス位置をステージ１４を動かして検出する
。これにより測長時のウェハー１２表面と対物レンズ１
１の距離は常に一定に保たれる。

次に、電子銃１より出射した電子ビーム３は制限アパチ
ャ２を通過し縮少レンズ４，７によって縮少され、さら
に１００μｍ径程度の制限アパチャー８を通過した後、
電子ビーム３の通過を邪魔しないように１５０μｍ径程
度の大の空いているレーザービーム２２反射のためのミ
ラー２０を通過し対物レンズ１１によって縮少されるこ
とにより像への焦点合せが行われ、ウェハー１２上に照
射される。

このウェハー１２上に照射された電子ビーム３は、走査
偏向電極９によってウェハー１２上を走査し、これによ
り照射部より発生した２次電子はシンチレータ１０によ
って捕集され、得られた信号は制御部１つで処理寸法が
求まり繰り返し測長が行われる。

この測長は、−回の測長ごとに対物レンズ１１とウェハ
ー１２の表面の距離を一定にしているので、測定場所で
の試料表面の上下による倍率変化（誤差）はなく高精度
、高再現性の測長が可能である。

さらに、この装置の場合、Ｚ方向の移動及びＸ軸の回転
が行えるため、従来の電子線測長機では行えなかった試
料を傾けてウェハーを観察するといった観察用ＳＥＭと
しても利用できる。

第２図は本発明の第２の実施例を説明するための構成図
、第３図は本実施例のウェハーをみな上面図である。ウ
ェハー１２は、寸法測定前に電子線測長装置３０のチャ
ンバー３３と接続されたチャンバー３２内のステージ１
４上に設置される。

このチャンバー３２では、第３図のように、ステージ１
４上にはウェハー１２が固定され、ステージ１４測定表
面の基準となる基準マーク３６が取り付けられている。

このステージ１４上にウェハー１２を設置した後、ステ
ージ１４上の基準マーク３６のベストフォーカス位置の
検出を行なうため、レーザ光源２１、ハーフミラ−２３
、レンズ３４．２４．ディテクタ２５が設けられている
。

レーザ光源２１から出射したレーザビーム２２はハーフ
ミラ−２３を透過し、対物レンズ３４によって基準マー
ク３６上に集光照射され、その反射光はハーフミラ−２
３により反射されレンズ２４によりディテクタ２５上に
結像され、その結像したレーザビームの形状と強度から
基準マークの正確なフォーカス位置をステージ１４を上
下に移動することにより検出する。

次に、実際に寸法測定を行う場所にステージ１４を移動
し、基準マークと同様の測定方法でベストフォーカス位
置を検出する。測定点食てのベストフォーカス位置検出
が終了した後、ステージ１４とウェハー１２は電子線測
長装置３０のチャンバー３３内にロードされて測長が行
われる。各測定点での測長値は、基準マーク３６とのベ
ストフォーカス位置の差から求められる倍率変化による
測長値の誤差を制御系３１のソフト処理により補正され
る。これにより、高精度、高再現性の測長が可能である
。本実施例も第１の実施例と同様に観察用ＳＥＭとして
も利用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電子線測長装置は、電子線
を集束し、焦点合せを行なうための対物レンズと測長を
必要とする試料表面との距離を常に一定にする機能を有
することにより、ウェハーの反り、裏面のゴミ等により
生じる倍率変化により測長値の誤差をなくし、高精度、
高再現性の測長ができ、高品質の半導体装置を安価で大
量に製造できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は本発明の第
２の実施例の構成図、第３図は第２の実施例を説明する
ウェハーの上面図、第４図は従来の電子線測長装置の一
例の構成図である。 １・・・鏡筒部、２・・・電子銃、３，８・・・制限ア
パチャー、４・・・電子ビーム、５，７・・・縮少レン
ズ、６・・・ブランキング電極、９・・・走査偏向電極
、１０・・・シンチレータ、１１．３４・・・対物レン
ズ、１２・・・ウェハー、１３・・・ウェハー台、１４
・・・ステージ、１５・・・防諜台、１６．１７・・・
真空ポンプ、１８・・・ＣＲＴ、１９．３１・・・制御
部、２０・・・ミラー２１・・・レーザ光源、２２・・
・レーザビーム、２３・・・ハーフミラ−１２４・・・
レンズ、２５・・・ディテクタ、３０・・・電子線測長
装置、３２．３３・・・チャンバ、３６・・・基準マー
ク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子線源から放射された電子線を、対物レンズにより試
   料台上の試料に集束して焦点合わせを行うと共に、その
   試料上に前記電子線を走査してこの試料上のパターン寸
   法の測長を行う電子線測長装置において、前記試料上に
   前記電子線と平行にレーザ光を照射してその試料表面か
   らの反射光を光学系により検出してその焦点位置を検出
   する光学検出手段と、前記試料台を上下して前記対物レ
   ンズと前記試料表面との距離を一定に保つ試料台移動手
   段とを備え、この試料台移動手段の位置を正確な焦点位
   置となるように前記光学検出手段によりモニターするこ
   とを特徴とする電子線測長装置。