JPH03179208A - 寸法測定処理装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、荷電粒子線を用いた寸法測定処理装置に係り
、ウェハ上の台形断面形状のパターンのエツジ上部と下
部の寸法を正確に求める寸法測定処理装置に関する。

【従来の技術】

近年、ＬＳＩおよび超ＬＳＩ等の高集積化に伴いパター
ンの微細化、高精度化が要求されている。 そして、パターン幅の測定には、０．１μｍ以上の高分
解能が必要である。そこで、走査型電子顕微鏡を用いて
パターン幅の寸法測定する装置が提案されている。 従来の装置は、特開昭５９−１１２２１７号に記載のよ
うに、二次電子信号を処理してパターンエツジ部間の寸
法を自動的に求める方法であった。 しかし、この方法では、試料の材質が異なると二次電子
の発生領域が変化するため、同一のパターン幅でも測定
寸法値が異なるという欠点があり。 高精度の測定が困難であった。

【発明が解決しようとする課題】

上記従来技術は、算出された寸法がパターン断面エツジ
部のどこに対応しているかについて考慮されておらず、
サブミクロンパターンの寸法評価には、十分な精度が得
られないという問題があっ本発明の目的は、台形断面の
パターンのエツジ部の寸法を正確に求めることの可能な
寸法測定処理装置を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的は、台形断面のパターンのエツジ上部および下
部に対応する各々の二次電子信号波形の最大点および最
小点を見出す演算処理手段を設けることにより達成され
る。 すなわち本発明の寸法測定処理装置は、荷電粒子線を測
定試料上で微小プローブに集束する集束手段と、この荷
電粒子線を前記試料面に走査する偏向手段と、試料から
放出される二次電子などの信号を検出する２個以上の信
号検出手段と、上記検出手段からの信号を演算処理する
手段とを具備し、上記演算処理する手段は、各々の検出
信号の最大点および最小点を見つけ、これらの点の間隔
をもって台形断面を有する試料の縁部上部と下部の寸法
とするように構成したことを特徴とする。 ［作用１ 各々の二次電子信号波形の最大点および最小点は、形断
面のパターンのエツジ上部および下部に対応する。した
がって、この点を自動的に求めれば、パターンのエツジ
上部と下部の寸法が個人差もなく正確に求まる。

【実施例１ 以下、本発明の一実施例を説明する。 第１図は１本実施例の寸法測定処理装置の概略構成図で
ある。この寸法測定処理装置は、走査型電子顕微鏡（Ｓ
ｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ　：以下ＳＥＭと略記する）の本体部１と制御回路
部２と制御計算機３とから構成されている。本体部１は
、電子ビームを発生させる電子銃１１と、この電子ビー
ムを試料ウェハ１２上に集束させるレンズ系１３と、試
料ウェハ上の被測定パターン上をｘ、ｙ方向に電子ビー
ムを走査させるための偏向器１４と、試料ウェハを載せ
てＸ＋３’方向に可動な試料台１５と、電子ビームの中
心軸に対称な位置Ｘ方向の正負位置に配置されたＡ、Ｂ
信号検出器１６ａ、ｂと、から構成されている。制御回
路部２は、偏向器１４に偏向信号を供給する偏向制御回
路２１と、レンズ系１３を制御するレンズ系制御回路　
２２と、信号検出器１６ａ、ｂからの信号を処理して記
憶する信号処理回路２３と、試料台１５をｘ、ｙ方向に
移動させる試料台制御回路２４と、ＳＥＭ像を表示する
ＳＥＭ像表示装置２５と、信号処理回路２３からの出力
信号波形を表示する波形表示装置２６と、から構成され
ている。 また、ＳＥＭ像表示装置２５には電子ビームの走査位置
・範囲を示すマーカがＳＥＭ像に重畳表示され、信号波
形表示装置２６には２本のカーソルが重畳されている。 制御計算機３は、インターフェース２７を介して上記制
御回路部２を制御し、信号処理演算し、結果をＣＲＴに
表示する。 信号処理回路２３の詳細を第２図にしたがって説明する
。第２図において、Ａ、Ｂの２つの信号検出器１６ａ、
ｂからの信号は、制御計算機３から設定された偏向走査
回数（工〜２０４８回）にしたがって加算平均回路３１
で各々加算平均され、Ａ／Ｄ変換回路３２でアナログ・
デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、メモリ３３に記憶される
。上記メモリ３３に記憶された各々の信号は、波形表示
袋Ｗ２６に表示される。 次に構成装置の動作について説明する。 まず制御計算機３の命令によって試料台１５をウェハ上
の被測定パターン３４が電子ビーム直下に位置するよう
に移動する。このとき第３図に示すように、ＳＥＭ像表
示装置２５には被測定パターン３４のＳＥＭ像が表示さ
れ、これを横切るように電子ビーム走査位置・範囲を示
すマーカ３５を合わせる。偏向制御回路２１によって電
子ビームがマーカ３５の範囲を設定された偏向走査回数
だけ走査し、このとき試料から発生する２次電子を信号
検出器１６ａ、ｂで検出し、Ａ、Ｂ信号波形をメモリ３
３に記憶し、信号波形を波形表示装置２６に表示すると
ともに、信号波形をメモリ３３から制御計算機３に出力
する。 第４図に示すような下地物質Ｎ上の台形断面の物質Ｍか
ら成るラインパターン上部ｓ、を間と下部ｆ＋ｇ間の寸
法を求めることが、半導体プロセスにおいて要求されて
いる。このようなパターン上を電子ビームで走査すると
、二次電子は物質への入射角依存性で放出される。この
ため、パターン上部では二次電子の放出比が最大となり
、ピークの信号になる。一方、パターン下部では、二次
電子の放出比が最小となり、凹みの信号になる。 とくに、本発明のように２本の信号検出器１６ａ。 ｂで検出した各々の信号では、上記のピークおよび凹み
の信号が明確に検出される。 信号検出器１６ａで検出したＡ信号は、パターン上部Ｓ
でピークとなる信号である。しかし、パターン斜面ｔ−
ｇでは、二次電子のほとんどが信号検出器１６ｂで検出
されるため、Ａ信号は小さくなり、パターン下部ｇで凹
みの信号となる。信号検出器１６ｂで検出したＢ信号は
、信号検出器９１６ｂと信号検出器１６ａが電子ビーム
に対して対称に配置されているため、パターン上部ｔで
ピークの信号となり、パターン下部ｆで凹みの信号とな
る。つまり、Ｂ信号は、Ａ信号と逆相である。 したがって、Ａ、Ｂ信号のピークはパターン上部ｓ、ｔ
に対応し、凹みの信号は、パターン下部ｆ。 ｇに対応する。このため、これらの信号の位置を正確に
検出することにより正確なパターン寸法を測定すること
ができる。 波形表示装置２６に表示されたＡ、Ｂ信号波形に２本の
カーソル３６を重畳表示し、調整して信号波形処理領域
を決める。このカーソル３６の位置のアドレスＸ工、ｘ
２を制御計算機に読み込む。 次に領域Ｘ工〜ｘ２におけるＡ、Ｂ信号波形の最大値を
求め、これに対応するアドレスＸエ　、ｘ２を求める。 また、Ａ、Ｂ信号波形の最小値を求め、これに対応する
アドレスＸ　ｘ　１　＋　Ｘ　２１を求める。これらに
よりパターン上部寸法Ｑｔは、 Ｕｔ＝ｌＸ工’Ｘ２’１ から求まる。また、パターン下部寸法Ｑｂは、Ｑ　ｂ”
　　Ｘ、ｉ　−ｘ２１ から求まる。 第５図に示すようなスペースパターンの場合、信号検出
器１６ａからの信号はＡ′信号波形となる。これは、ラ
インパターンの時のＢ信号と同じ信号波形である。同様
に、信号検出器１６ｂからの信号は、ラインパターンの
時のＡ信号と同じ信号波形である。したがって、スペー
スパターンでもラインパターンと同様の方法でパターン
上部。 下部寸法が求まる。この時、　、／とＸ２１の大小を比
較して、　、／の方が小さい場合はラインパターンであ
り、逆の場合はスペースパターンであると、判別するこ
とができる。 ラインまたはスペースパターンを電子ビームで走査した
場合に得られる二次電子信号波形は、二次電子放出比の
物質依存性によっても変化する。 例えば、第４図のラインパターンの物質Ｍが他の物質に
なると、Ａ信号は第６図に示す信号波形に変わる。とく
に、ｘａとｘｂの間の寸法が広くもしくは狭くなる。と
ころが、この信号波形のピークと凹みの位置は変化しな
いという特徴がある。 したがって、本発明では物質が異なってもパターンの寸
法を正確に測定することが可能である。 第７図に、実際に台形断面の試料としてホトレジスト／
　Ｓ　ｉ　、　Ｎ４を用いた場合に、上記実施例の方法
によって得られたパターン寸法とパターンを長平方向と
直角に割ってパターン断面のＳＥＭ像から得たパターン
寸法を比較した結果を示す。横軸はラインパターンの線
幅設計値、縦軸はＳＥＭ像から得たパターン寸法と上記
実施例の方法によって得たパターン寸法との差である。 ラインパターンの線幅設計値は、それぞれ０．６．０．
８゜１．０，１，２，１．５，２．Ｏｉｔｍである。エ
ツジの傾斜角は８０°±５°であった。第７図に示すよ
うに、ＳＥＭ像から得たパターン寸法と上記実施例の方
法によって得たパターン寸法との差は〜±０．０５μｍ
以内とよく一致していた。 以上のように本実施例によれば、台形断面の形状をもつ
パターンエツジの上部、下部の寸法はラインまたはスペ
ースパターンに応じて正確に自動的に求めることが可能
である。 【発明の効果】 本発明によれば、二次電子信号のピークと凹みの信号を
処理して寸法を算出するので、台形断面の形状のパター
ンエツジの上部、下部の寸法を〜±０．０５μｍ以内の
正確さで自動的に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す寸法測定処理装置の概
略構成図５第２図は第１図の信号処理回路の詳細ブロッ
ク図、第３図は被測定パターンのＳＥＭ像表示の説明図
、第４図は台形断面形状のパターンの断面図と本発明の
一実施例の信号処理の手順の説明図、第５図はスペース
パターンの断面図と二次電子信号波形の関係を示す説明
図、第６図はパターン形成材料の物質差による二次電子
信号波形の差を示す図、第７図はＳＥＭ写真像から得た
パターン上部と下部の寸法と本発明の実施例の処理から
得た上記と同一部分の寸法の差を示すグラフである。 符号の説明 １・ＳＥＭ本体部、２・・・制御回路部、３・・制御計
算機、１１・電子銃、１２・・試料ウェハ、１３・・・
レンズ系、１４・・偏向器、１５・・・試料台１６ａ・
・・へ信号検出器、１６ｂ・・・Ｂ信号検出器、２３・
・・信号処理回路、２５・・・ＳＥＭ像表示装置、２６
・・波形表示装置、３１・・加算平均回路、３２・・・
Ａ／Ｄ変換回路、３３・・メモリ、３４・・被測定パタ
ーン、３５・・・マーカ、３６・・・カーソルｓ、ｔ・
・・パターンの上部エツジ ｆ、ｇ・・・パターンの下部エツジ Ｘ□　ｌＸ２　　・・・カーソルのアドレスＸ工′、ｘ
２　　・・・信号波形のピークのアドレスＸＬ１　、　
Ｘｚｌ・・・信号波形の凹みのアドレスＳ　寸　（０ 劣 図 第 ４ 図 ｌ Ｚ 羽 図 スヤースハ０７−ン ス；Ｘ１′ 第 図 Ｘ次Ｘｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、荷電粒子線を測定試料上で微小プローブに集束する
   集束手段と、この荷電粒子線を前記試料面に走査する偏
   向手段と、試料から放出される二次電子などの信号を検
   出する２個以上の信号検出手段と、上記検出手段からの
   信号を演算処理する手段とを具備する寸法測定処理装置
   において、上記演算処理する手段は、各々の検出信号の
   最大点および最小点を見つけ、これらの点の間隔をもっ
   て台形断面を有する試料の縁部上部と下部の寸法とする
   ように構成したことを特徴とする寸法測定処理装置。