JPH0325844A

JPH0325844A - 微小寸法測定方法および装置

Info

Publication number: JPH0325844A
Application number: JP16032389A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Furuya; 寿宏古屋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1991-02-04
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH088082B2

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）本発明は走査電子顕微Ｍ（ＳＥＭ）を利用した微小寸法
測定方法および装置に係り、特に、レジストのホールパ
ターンの寸法を正確に測定することが可能な微小寸法測
定方法および装置に関するものである。

（従来の技術）近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の高集積化に伴って、ウエハの加
工工程および検査工程におけるμｍオーダまたはサブμ
ｍオーダのレジスト現像済みパターン、エッチングパタ
ーン、あるいはコンタクトホールなどのホールパターン
の形状および寸法の測定に、走査電子顕微鏡を利用した
微小寸法測定装置が利用され始めている。

このうち、ホールパターンの径は、ＩＣに形成される容
量や配線に流せる電流量を左右するために、その径、特
に最大値や楕円率を正確に管理することが非常に重要と
なっている。

従来技術におけるホールパターン径の最大値の測定方法
には、以下のようなものがあった。

（１）ＳＥＭによってホールパターンを写真撮影した後
、撮影されたホールパターンの径を物差し等を用いて測
定し、その測定値の中から最大値を求める方法。

（２）特開昭６　３−２　１　８　４　５号公報に記載
されるように、ホールパターンをＸ方向およびＹ方向に
ライン走査して中心点を求め、この中心点を基準として
Ｘ方向およびＹ方向に所定の範囲内を順次位置をずらし
ながらライン走査を行って各ライン上でのエッジ間距離
を算出し、Ｘ方向およびＹ方向のエッジ間距離の中から
最大値を求める方法。

なお、エッジ検出法とは、試料上で電子線を走査し、二
次電子、反射電子等の試料から発生する信号の量の変化
によってエッジを検出する方法である。すなわち、二次
電子等は走査する試料に凹凸があると、その量が変化す
ることを利用するものである。

（発明が解決しようとする課題）上記した従来技術では、以下のような問題点があった。

（１）写真撮影されたホールパターンを物差し等を用い
てＭ１定する方法では、径測定に際しては必ず写真撮影
を行わなければならないために手間がかかってしまう。

また、最大径を示す位置がオペレータの目視による判断
によって選択されるために、測定された位置が必ずしも
実際の最大径の位置とは限らず、実際の最大径が得られ
るとは限らないという問題があった。

さらに、この測定方法では自動的に最大径を求めること
ができないために、オペレータの手を煩わしてしまうと
いう問題もあった。

（２〉Ｘ方向およびＹ方向のエッジ間距離の中から最大
径を求める方法では、ライン走査の方向、すなわちＸ方
向またはＹ方向と平行する方向に最大径に相当するエッ
ジ間距離があれば良いが、そうでない場合には測定され
た最大径が必ずしも実際の最大径ではないという問題が
あった。

ｌｆｆｉを解決するための手段）前記の問題点を解決するために、本発明では以下のよう
な手段を講じた。

（１）ラスタ走査される各走査線上でのエッジ間距離を
算出する微小寸法８１１定方法において、試料上でのラ
スタ走査方向を回転さながら、ラスタ走査方向の各回転
角度での各走査線上でのエッジ間距離を検出し、必要に
応じて全てのエッジ間距離の中から、最大エッジ間距離
および最小エッジ間距離の少なくとも一方を選択するよ
うにした。

（２）電子線をラスタ走査する手段と、試料上でのラス
タ走査方向を回転させる手段と、ラスタ走査によって試
料から発生する信号を検出する手段と、前記検出信号に
基づいて、ラスタ走査方向の各回転角度での各走査線上
でのエッジ間距離を算出する手段とを具備し、さらに必
要に応じて、全てのエッジ間距離の中から最大値および
最小値の少なくとも一方を選択し、これを表示する手段
を具備した。

（作用）上記した構成によれば、ホールパターン径の最大値また
は最小値を示す部分が確定できないような場合であって
も、その測定結果から該ホールパターンの最大径または
最小径が自動的に測定できるようになる。

（実施例）以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例である微小寸法測定機能を有
する走査電子顕微鏡のブロック図である。

本実施例では、特にホールパターンの最大径を検出する
場合について説明するが、最小径を検出する場合も同様
である。

電子銃１から放出された電子線２は、偏向回路８、９に
制御されるＸ方向偏向コイル５、Ｙ方向偏向コイル６に
よって偏向され、試料４上でラスタ走査される。前記偏
向回路８、９による電子線の走査方向の回転角度、すな
わちラスタ走査方向の回転角度は、ラスタ走査方向回転
制御回路１２によって制御される。

ラスタ走査方向回転制御回路１２によって指定されるラ
スタ走査方向の回転角度を示す信号は後述する最大値選
択回路１３にも出力される。なお、該ラスタ走査方向回
転制御回路１２による制御方法に関しては、後に詳細に
説明する。

電子線ｌが照射された試料４からは二次電子３が発生し
、該二次電子３は二次電子検出器７によって検出され、
検出信号が長さ測定回路１０および像表示部１１に出力
される。長さ測定回路１０での測定結果は最大値選択回
路１３に出力される。

このような構成の微小寸法測定機能を有する走査電子顕
微鏡におけるホールパターンの最大径の測定方法を、第
２図および第３図を用いて説明する。

第２図は本発明による微小寸法測定方法を説明するため
のフローチャート、第３図はその測定方法の基本概念を
説明するための図である。

微小寸法測定を行う場合には、ステップＳ１においてオ
ペレータは測定対象となるホールパターンを通常の走査
電子顕微鏡による観察時と同様にして像表示部１１上に
表示する。ここでオペレータによって微小寸法Ａ？１定
が指示されると、ステップＳ２では電子線のラスタ走査
方向の回転角度θが０″に設定される。

なお、ここで言うラスタ走査方向とは、第３図（ａ）に
おいて矢印Ｂとして表したようにラスタ走査の副走査方
向であり、回転角度θとは、後に第３図（ｂ）に関して
説明するように、微小寸法測定が指示されない通常の像
観察時におけるラスタ走査の副走査方向に対する微小寸
法測定角度時のラスタ走査の副走査方向のことを言う。

ステップＳ３では試料上で電子Ｍｌがラスタ走査され、
第３図（ａ）に示したように各走査線でのエッジ間距離
Ａ　　　，Ａ　　　，・・・、ＡＯ−ｎが長さ０−１　
　　　　０−２測定回路１０において順次測定され、その測定値が最大
値選択回路１３に出力される。

なお、該エッジ間距離はラスタ走査の全ての走査線に対
して行う必要は無く、その間隔は測定対象物に応じてオ
ペレータが自由に設定することができる。

最大値選択回路１３では入力されたエッジ間距離Ａ。−
１〜Ａｏ−ｎを記憶すると共に、必要に応じて該エッジ
間距離を表示する。このとき、最大値選択回路１３には
ラスタ走査方向回転制御回路１２からラスタ走査方向の
回転角度を示す信号も同時に入力されるので、該エッジ
間距離と共にそ？回転角度を記憶、表示することも可能
である。

このようにして、ラスタ走査方向の回転角度０″におけ
るエッジ間距ｉｖ測定が終了すると、ステップＳ４では
該測定値Ａ。−１〜ＡＯ−ｎの最大値Ａｏ■エが最大値
選択回路１３において選択される。

ラスタ走査方向の回転角度０＠におけるエッジ間最大距
離の選択が終了すると、ステップＳ５ではラスタ回転角
度が９０＠以上となったか否かがラスタ走査方向回転制
御回路１２で判定される。

９０＃未満であると、ステップＳ６において予定の角度
、例えば５″だけラスタ走査方向の回転角度が変更され
るように前記ラスタ走査方向回転制御回路１２によって
偏向回路８、９が制御され、その後、当該処理はステッ
プＳ３へ移行する。

第３図（ｂ）はラスタ走査方向が５ｍだけ回転した後に
ステップＳ３で実行されるエッジ間距離Ａ　　　．Ａ　
　　・・・、Ａ５−ｎの長さ測定方法を示し５−１　　
　　　５−２た図である。なお、実際のエッジ間距＃＃Ｊ定において
は、ラスタ走査方向が回転するために表示部１１上に表
示される観察像が５′だけ回転するが、ここでは説明を
簡略化するために、走査線の方向が５″だけ回転するよ
うに示している。

以後、前記と同様に角度５°での最大値Ａ５ａｌａエが
求められると、さらに、前記した処理を繰り返して、角
度ｌＯ°での最大値Ａ　　　１・・・角度８５°１０ａ
＋ａＸでの最大値Ａ　　　角度９０６での最大値Ａ９ｏＩＩａ
ｘ８５ａａｘ− の計１９個の最大値が算出される。

第３図＜Ｃ＞はラスタ走査方向が９０°だけ回転した後
にステップＳ３で実行されるエッジ間距離Ａ９０−１、
Ａ９０−２”・、Ａ９０−ｎが長さ測定方法を示した図
である。

その後、ステップＳ５においてラスタ走査方向が９０°
以上回転したと判定されると、ステップＳ７では、各回
転角度での最大値Ａ。ｌａＸ〜最大値Ａ　　　の中での
最大値Ａ　　が最大値選択回路９０ｍａｘ　　　　　　
　　　ｗａｘ１３において選択され、該最大値Ａ　　およびそ」ａｘの時のラスタ回転角θが表示される。

なお、上記した説明ではラスタ走査方向の各回転角度で
の最大値を求め、さらにその中から最大値Ａ　　をもと
めているが、該各回転角度での最麿ａｘ大値を求めずに、全てのエッジ間距離の測定値から直接
最大値Ａ　　を求めるようにしても良い。

ｌａＸ本実施例によれば、ホールパターン径の最大値を示す部
分が確定できないような場合であっても、そのハ１定結
果から最大径が自動的に得られる。さらに、本実施例に
よれば最大径と共に該最大径を示したときの回転角度が
得られるので、以下のような効果が達成される。

通常、１枚のウエハからは同一のＩＣ，ＬＳＩが多数得
られるが、この場合のウエハへの配線パターン等の焼付
けは、多数の同一配線パターンが印刷されたマスクを用
いて１度に焼付ける方法と、ＩＣ１個分のパターンが印
刷されたマスクを用いて、１枚のウエハに複数回にわた
って焼付ける方法とがある。

いずれの方法でもマスクの大きさは実際の配線パターン
よりも大きいために、ウエハ上に露光する場合にはマス
クを透過した光をレンズで縮小する。そして、マスクを
変えて多重露光することによって多層配線構造のＩＣが
完成する。

このような場合に、多重露光するそれぞれのマスクの設
置位置がずれていたり、縮小するレンズに非点収差が有
ると、各ＩＣの同一箇所のホールパターンが一様な楕円
形状を呈すので、その楕円の最大径を示す位置が同一と
なる。

したがって、本発明のようにホールパターンの最大径と
共に該最大値を示したときの走査線の回転角度が得られ
れば、そのときの角度を観察することによってマスクの
ずれや非点収差の有無が容易に判断でき、さらには該回
転角度からマスクのずれ方向や非点収差の状態を認識す
ることもできるので、不具合の発見およびその対処方法
が容易に理解できる。

なお、エツ・ジ検出のために利用する信号は二次電子に
限らず、反射電子、オージエ電子、Ｘ線等であっても良
く，その場合には各信号に応じた検出器を設置するよう
にする。

また、上記した実施例においては、試料上での電子線の
ラスタ走査方向の回転角度の１，リ御を、電子線を偏向
することによって行うものとして説明したが、本発明は
これのみに限定されるものではなく、試料の載置台を回
転させることによって試料を回転させてラスタ走査し、
実質上、電子線のラスタ走査方向が試料上で回転するよ
うにしたり、あるいは試料の回転と電子線の偏向による
ラスタ走査方向の回転とを同時に行うようにしても良い
。

すなわち、本発明は試料とラスタ走査方向との相対的な
回転角度を変化させながらラスタ走査し、この結果得ら
れるエッジ間距離の最大値または最小値を求めるように
したものである。

（発明の効果〉以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のよ
うな効果が達成される。

（１）径測定に際して写真撮影を行わずに済むために手
間がかからなくなると共に、最大値または最小値を示す
位置を判断することなく、ほぼ確実に実際の最大径また
は最小径が得られるので、正確な径測定が可能になる。

（２）最大径または最小径と共に、そのときの回転角度
が得られるので、測定対象物であるＩＣ，ＬＳ　Ｉｉｊ
ｌ造時のマスクのずれや非点収差の有無が容易に判断で
き、さらには該回転角度からマスクのずれ方向や非点収
差の状態を認識することもできるので、不具合の発見お
よびその対処方法が容易に理解できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である微小寸法測定機能を有
する走査電子顕微鏡のブロック図、第２図は本発明の微
小寸法測定方法を説明するためのフローチャート、第３
図はその３−１定方法の基本概念を説明するための図で
ある。１・・・電子銃、２・・・電子線、３・・・２次電子、
４・・・試料、５・・・Ｘ方向偏向コイル、６・・・Ｙ
方向偏向コイル、７・・・二次電子検出器、８、９・・
・偏向回路、１０・・・長さ測定回路、１１・・・像表
示部、１２・・・ラスタ走査方向回転制御回路、１３・
・・最大値選択回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料上で電子線をラスタ走査し、各走査線上での
エッジ間距離を算出する微小寸法測定方法において、試料上でのラスタ走査方向を相対的に回転させながら、
ラスタ走査方向の各回転角度での各走査線上でのエッジ
間距離を検出することを特徴とする微小寸法測定方法。
（２）前記全てのエッジ間距離の中から最大エッジ間距
離および最小エッジ間距離の少なくとも一方を選択する
ことを特徴とする微小寸法測定方法。
（３）試料上でのラスタ走査方向の相対的な回転は、試
料の回転およびラスタ走査方向の偏向による回転の少な
くとも一方によって行われることを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項記載の微小寸法測定方法。
（４）前記ラスタ走査方向の回転角度は、９０°の範囲
内で変化されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第３項のいずれかに記載の微小寸法測定方法。
（５）試料を載置する載置台と、電子線をラスタ走査する手段と、試料上でのラスタ走査方向を相対的に回転させる手段と
、ラスタ走査によって試料から発生する信号を検出する手
段と、前記検出信号に基づいて、ラスタ走査方向の各回転角度
での各走査線上でのエッジ間距離を算出する手段とを具
備したことを特徴とする微小寸法測定装置。
（６）全てのエッジ間距離の中から最大値および最小値
の少なくとも一方を選択し、これを表示する手段をさら
に具備したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
の微小寸法測定装置。
（７）前記試料上でのラスタ走査方向を相対的に回転さ
せる手段は、載置台を回転する手段および電子線を偏向
してラスタ走査方向を回転する偏向回転手段の少なくと
も一方であることを特徴とする特許請求の範囲第５項ま
たは第６項記載の微小寸法測定装置。
（８）前記ラスタ走査方向の角度は、９０°の範囲内で
変化されることを特徴とする特許請求の範囲第５項ない
し第７項のいずれかに記載の微小寸法測定装置。
（９）前記エッジ間距離を算出・表示する手段ならびに
最大値および最小値の少なくとも一方を検出・表示する
手段は、エッジ間距離ならびに最大値および最小値の少
なくとも一方と共に、該エッジ間距離ならびに最大値お
よび最小値の少なくとも一方が検出されたときのラスタ
走査方向の回転角度を表示することを特徴とする特許請
求の範囲第５項ないし第８項のいずれかに記載の微小寸
法測定装置。