JPH04274711A - 荷電ビームを用いたパターン寸法測定方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電ビームを用いたパ
ターン寸法測定方法に関し、特に、本発明は、大規模半
導体集積回路装置（ＬＳＩ）の半導体、絶縁物等のパタ
ーンの線幅等を、荷電ビームを照射し、反射電子または
二次電子を検出して測定する場合に、寸法の絶対値を精
度よく測定する荷電ビームを用いたパターン寸法測定技
術に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩ等のパターン寸法の測定装
置としては、パターン寸法の微細化に伴って、荷電ビー
ムを用いた寸法測長装置が用いられている。この種の装
置では、測定パターンに垂直な方向に電子ビームを走査
し、この走査信号に同期して反射電子または二次電子を
検出することにより、測定パターンに垂直な方向の二次
電子信号波形を得ている。

【０００３】この信号波形からパターン寸法を得る方法
及びその実施装置としては、二次電子信号波形に適当な
スライスレベルを設定してエッジ間の距離を測定する検
査装置（特開昭５５−７２８０７）や、ベースラインと
エッジ部分それぞれを直線近似してその交点間の距離か
らパターン寸法を得る方法（特開昭６１−８００１１）
等が用いられている。このような寸法測定では、焦点ず
れや、チャージアップによって、測定パターン寸法がず
れるという問題がある。

【０００４】また、中前、藤岡、裏（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ
１４（１９８１）１９３９）、小寺、岸田（Ｊ．Ｊ．Ａ
．Ｐ．２８（１９８９）１４８）等が示しているように
、２次電子の放出比は、材質によって変化するだけでな
く、パターンの段差部分では、パターン側面から２次電
子が放出されるため、パターンエッジでは２次電子信号
が増加する。このため、２次電子信号波形は、実際の断
面形状とは対応しない。特に、凸パターンでも、２次電
子放出比の大小によって、２次電子信号は凹パターンと
なることもある。このような場合、得られた２次電子信
号波形のどの部分が真の寸法に対応するかは、通常断面
ＳＥＭ像（走査型電子顕微鏡像）等と比較してスライス
レベル等の２次電子信号波形の解析条件の決定を行って
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような解析条件は
、被測定材質、パターン（凹凸、段差の違い等）によっ
て変化するため、事前に断面ＳＥＭ像との比較等により
、決めておく必要があり、その絶対値測定は困難であっ
た。

【０００６】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、荷電ビームを用い
たパターン寸法測技術において、寸法の絶対値を正確に
測定することができる技術を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、焦点ずれによる測定
誤差を除去することができる技術を提供することにある
。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明においては、荷電ビームを用いたパターン寸
法測定方法において、荷電ビームでパターンをライン走
査して得られる反射電子または二次電子信号波形に、ス
ライスレベルを設定して、当該パターンの線幅等の寸法
を測定する際に、焦点距離を変化させて得られた複数の
二次電子信号波形で、それぞれスライスレベルと寸法の
関係を求め、寸法が一致あるいはばらつきが最小になる
スライスレベルでの寸法から目的パターンの寸法を求め
ることを特徴とする。

【００１０】また、前記当該パターンの線幅等の寸法を
測定する際に、焦点距離を変化させて得られた２つの二
次電子信号の差の信号波形を求め、この差の信号が零に
なる２点間の距離からパターン寸法を求めることを特徴
とする。

【００１１】

【作用】前述の手段によれば、焦点距離を変えて取り込
んだ複数の二次電子信号波形のそれぞれに、スライスレ
ベルを変えた場合の寸法変化を求め、これら複数の波形
で寸法の変化が最小になるスライスレベルを選択するこ
とにより寸法の絶対値を求めるか、あるいは、前記焦点
距離を変化させて得られた複数の二次電子信号波形で、
それぞれスライスレベルと寸法の関係を求め、寸法が一
致あるいはばらつきが最小になるスライスレベルでの寸
法から目的パターンの線幅等の寸法を求めることにより
、従来の断面ＳＥＭ像等との比較によりスライスレベル
等の信号波形解析条件を事前に決定する手続きが必要な
いので、寸法の絶対値を正確に測定することができる。 また、焦点ずれによる測定誤差を除去することができる
。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１３】［実施例１］図１は、本発明の実施例１の
荷電ビームを用いたパターン寸法測定方法の寸法測定手
順を示すフローチャートであり、図２は、本実施例１の
スライスレベルと寸法との関係を示す図である。図２に
おいて、（イ）は焦点が合った場合の曲線、（ロ）は焦
点がずれた場合の曲線、（ハ）は絶対値寸法（測定値）
である。

【００１４】本実施例１の荷電ビームを用いたパターン
寸法測定方法は、図１に示すように、まず、目的パター
ンに垂直な方向にビームを走査し（ステップ１０１）、
二次電子信号波形を得る（ステップ１０２）。この二次
電子信号波形にスライスレベルを変えて寸法がどう変化
するか算出し、スライスレベルと寸法の関係（図２参照
）を得る（ステップ１０３）。次に、荷電ビームの焦点
距離を変化させて、前記ステップ１０１〜ステップ１０
３の処理と同じ寸法測定手順を行い、スライスレベルと
寸法の関係を得る（ステップ１０４）。そして、前記ス
テップ１０３の処理とステップ１０４の処理で得られた
スライスレベルと寸法の関係で、寸法が一致するスライ
スレベルでの寸法を目的パターンの寸法とする（ステッ
プ１０５）。

【００１５】本実施例の方法では、焦点距離を変えた２
つの二次電子信号波形からスライスレベルと寸法の関係
をそれぞれ求め、その交点から寸法を求めるので、一義
的に絶対値が求まる。従って、従来のように、あらかじ
め断面ＳＥＭ像との比較によりスライスレベルを決定し
ておかなくても、寸法の絶対値測定が可能である。また
、一つの信号波形だけで測定する場合には、生じる焦点
ずれによる測定誤差がない。なお、焦点距離を変化させ
る範囲は、最も焦点の合った焦点距離の近傍で変化させ
、パターンエッジがだれて消えない程度の範囲である。 焦点の合った場合に比較してビーム径が２〜３倍以内に
なるような焦点距離で実施するのがよい。

【００１６】説明を簡単にするため、図２では、焦点距
離を変えた２つの波形で説明したが、３つ以上にしても
よい。その場合の寸法算出手順を図３（変形例）に示す
。図２と同じようにしてそれぞれの焦点距離で、各スラ
イスレベルでの寸法を求める（ａ）。次に、各スライス
レベルでの寸法（波形数）の平均と分散を求め、分散が
最小になるスライスレベルを求め（ｂ）、このスライス
レベルでの寸法平均値を、目的パターンの寸法とする（
ｃ）。この方法は、図２に比べて、時間はかかるが、ノ
イズ等の影響を受けにくくなるので、測定精度が向上す
る利点がある。

【００１７】図４は、本実施例１の応用例を示した図で
ある。拡散層形成時のように、被測定材１の目的パター
ンが段差がなく、被測定材１の不純物濃度２の違いだけ
があるような場合である。この場合には、パターンに段
差がないが、材質の違いによる二次電子放出比の違いに
より、図４のような信号量の差３がでる。このような場
合でも本発明の方法で寸法の絶対値の測定が可能である
。

【００１８】［実施例２］図５は、本発明の実施例２の
荷電ビームを用いたパターン寸法測定方法を説明するた
めの図であり、（ａ）は焦点距離ｆ１の場合の信号波形
、（ｂ）は焦点距離ｆ２の場合の信号波形、（ｃ）は焦
点距離ｆ１の場合の信号波形（ａ）と焦点距離ｆ２の場
合の信号波形（ｂ）との差の波形（規定化後の差分）で
ある。

【００１９】本実施例２の荷電ビームを用いたパターン
寸法測定方法は、図１の実施例１と同様に、まず、ステ
ップ１で目的パターンに垂直な方向にビームを走査し、
ステップ２で２次電子信号波形を得る。次に、ステップ
３で荷電ビームの焦点距離を変化させて２次電子信号波
形を得る（図５）。ステップ４で図５の２つの信号波形
の差の信号波形を得る。そして、ステップ５では前記ス
テップ４で得られた差の信号波形に、スライスレベルを
設定して（２つの信号波形の最大、最小を合わせた場合
には差が零［０］にスライスレベルを設定する）エッジ
部分を決定し、ステップ６で２つのエッジ間隔からパタ
ーン寸法を算出する。なお、スライスレベルは、２つの
信号波形の最大、最小を合わせた場合に零［０］（２つ
の信号波形の信号量が同じ）とすることにより、前述の
図１の実施例１と同じ測定をしたことになる。従って、
断面ＳＥＭ像との比較によりスライスレベルを決定して
おかなくても、寸法の絶対値が可能であるという利点が
ある。また、１つの信号波形だけで測定する場合には生
じる焦点ずれによる測定誤差がないという利点もある。 一般に、２つの信号レベルは通常異なるので、最大、最
小値が等しくなるように一方もしくは双方の信号レベル
を増幅した後、差を取り、スライスレベルを設定する。 ２つの信号レベルの差を考慮してスライスレベルをシフ
トさせて測定しても効果は同じである。なお、スライス
レベルを横切る点が、実際のエッジ以外にも複数生じる
可能性がある。この場合には、元の波形の最大、最小値
近傍（あるいは、信号の変化量が最大な場所の近傍）の
エッジを抽出すればよい。この方法では、チャージアッ
プが生じて、パターン部以外のバックグランドの信号レ
ベルが変化しているような場合でも、２つの信号波形に
同じようにその効果があらわれるので、差の信号波形で
はチャージアップの影響が除去できる効果がある。

【００２０】図６は、本発明を実施するための装置の例
を示した図であり、１１は電子光学鏡筒とステージから
なるＳＥＭ、１２は最大、最小検出回路、１３は増幅器
、１４，１５は信号波形メモリ、１６は差分回路、１７
は該差分回路１６の出力信号を記憶する信号波形メモリ
、１８はパターンエッジ検出回路である。なお、二次電
子検出器の出力を入力して二次電子信号波形を得る部分
は、通常のＳＥＭを利用した測長装置と同じであるので
、ここではその詳細な説明は省略する。

【００２１】次に、本実施装置の動作を説明する。ＳＥ
Ｍ１１で二次電子検出器の出力を入力して二次電子信号
波形を得る。この２次電子信号波形の信号レベルから最
大値、最小値を最大、最小検出回路１２により検出し、
その差が一定になるように増幅器１３のゲインを調整し
て増幅する。この増幅された信号波形を信号波形メモリ
１４，１５に記憶する。その後、２つの２次電子信号波
形の差を差分回路１６により求め、信号波形メモリ１７
に記憶する。この時、信号の変化量が大きくなるエッジ
の概略位置をパターンエッジ検出回路により求めておく
。このエッジ概略位置の検出は、差分波形を使わず、元
の波形で、極大、極小位置等から求めてメモリに記憶し
ておき、このメモリ内の差分回路で、値が零［０］にな
るアドレスを抽出する。このアドレスからエッジの概略
位置に合致する２点を検出し、その２点間の距離を求め
る。

【００２２】以上、本発明を実施例に基づいて具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し
得ることはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
、焦点距離を変えて取り込んだ複数の信号波形を用いて
スライスレベルを決めるので、パターン寸法の絶対値を
測定することができる。このため、事前に各パターンご
とにスライスレベルを決める必要が無くなる。

【００２４】また、焦点距離の異なる２つの信号波形か
ら寸法を求めるので、従来のように一つの信号波形から
求める場合に問題となる焦点ずれによる測定誤差、チャ
ージアップによる測定誤差を極めて小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例１の荷電ビームを用いたパ
ターン寸法測定方法の処理手順を示すフローチャート、

【図２】　　本実施例１のスライスレベルと寸法との関
係を示す図、本発明による寸法測定手順を示したフロー
チャート、

【図３】　　本実施例１の変形例を説明するための図、

【図４】　　本発明の応用例を説明するための図、

【図
５】　　本発明の実施例２の荷電ビームを用いたパター
ン寸法測定方法を説明するための図、

【図６】　　本発
明を実施するための実施装置の例を説明するための図。

【符号の説明】

１１…ＳＥＭ、１２…最大、最小検出回路、１３…増幅
器、１４，１５…信号波形メモリ、１６…差分回路、１
７…信号波形メモリ、１８…パターンエッジ検出回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　荷電ビームでパターンをライン走査し
   て得られる反射電子または二次電子信号波形に、スライ
   スレベルを設定して、当該パターンの寸法を測定する際
   に、焦点距離を変化させて得られた複数の二次電子信号
   波形で、それぞれスライスレベルと寸法の関係を求め、
   寸法が一致あるいはばらつきが最小になるスライスレベ
   ルでの寸法から目的パターンの寸法を求めることを特徴
   とする荷電ビームを用いたパターン寸法測定方法。
2. 【請求項２】　　荷電ビームでパターンをライン走査し
   て得られる反射電子または二次電子信号波形に、スライ
   スレベルを設定して、当該パターンの寸法を測定する際
   に、焦点距離を変化させて得られた２つの二次電子信号
   の差の信号波形を求め、この差の信号が零になる２点間
   の距離からパターン寸法を求めることを特徴とする荷電
   ビームを用いたパターン寸法測定方法。