JPH0555802B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0555802B2 JPH0555802B2 JP63140775A JP14077588A JPH0555802B2 JP H0555802 B2 JPH0555802 B2 JP H0555802B2 JP 63140775 A JP63140775 A JP 63140775A JP 14077588 A JP14077588 A JP 14077588A JP H0555802 B2 JPH0555802 B2 JP H0555802B2
- Authority
- JP
- Japan
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- pattern
- measured
- electron microscope
- lens barrel
- scanning electron
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/04—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はLSI微細パターンの三次元形状（パタ
ーンのテーパ角、膜厚（または深さ）、断面プロ
フアイル、およびパターン寸法等）を測定するパ
ターン形状測定装置に関する。
ーンのテーパ角、膜厚（または深さ）、断面プロ
フアイル、およびパターン寸法等）を測定するパ
ターン形状測定装置に関する。
（従来の技術）
走査型電子顕微鏡（以下SEMとも言う）を用
いて微細パターンの三次元形状を測定する技術と
して、断面観察法が知られている。この方法は試
料を切断し、その断面形状を観察するもので従来
から広く使われてきた手法である。
いて微細パターンの三次元形状を測定する技術と
して、断面観察法が知られている。この方法は試
料を切断し、その断面形状を観察するもので従来
から広く使われてきた手法である。
また、異なるステージ傾斜角でのSEMの画像
から、両画像の対応する位置のマツチングをマニ
ユアルで行つた後、三次元形状を算出するシステ
ムも知られている（Y.Kato et al.：
“Stereoscopic Obervation and Three
Dimensional Measurement for Scanning
Electron Microscopy”IITRI／SEM／1977
pp.41−48および浜他：「超高圧電子顕微鏡立体写
真からの三次元画像情報の定量化」Electron
Microscopy.Vol.20，No.２，1985，pp.134−142
参照）。
から、両画像の対応する位置のマツチングをマニ
ユアルで行つた後、三次元形状を算出するシステ
ムも知られている（Y.Kato et al.：
“Stereoscopic Obervation and Three
Dimensional Measurement for Scanning
Electron Microscopy”IITRI／SEM／1977
pp.41−48および浜他：「超高圧電子顕微鏡立体写
真からの三次元画像情報の定量化」Electron
Microscopy.Vol.20，No.２，1985，pp.134−142
参照）。
そして、ビーム照射位置を中心に対称に配置さ
れた検出器からの信号を処理し積分することによ
り算出するシステムも報告されている（T.
Suganuma：“Measurement of Surtace
Topography Using SEM with Two
Secondary Electron Detectors”J.Electron.
Microscopy.，Vol.34，No.４，pp.328−337，
1985参照）。
れた検出器からの信号を処理し積分することによ
り算出するシステムも報告されている（T.
Suganuma：“Measurement of Surtace
Topography Using SEM with Two
Secondary Electron Detectors”J.Electron.
Microscopy.，Vol.34，No.４，pp.328−337，
1985参照）。
（発明が解決しようとする課題）
試料を切断する断面観察法は広く用いられては
いるが、試料を切断するため、その試料は使えな
くなる。また測定パターンも、たまたま破断面に
存在しているパターンだけに限定される。そして
例えば2μm以下の微細な開口径のパターンでは破
断面が基板表面に垂直に形成されていないと、断
面形状も実際の形状を反映しにくくなる欠点があ
る。
いるが、試料を切断するため、その試料は使えな
くなる。また測定パターンも、たまたま破断面に
存在しているパターンだけに限定される。そして
例えば2μm以下の微細な開口径のパターンでは破
断面が基板表面に垂直に形成されていないと、断
面形状も実際の形状を反映しにくくなる欠点があ
る。
異なるステージ傾斜角のSEMの画像から対応
する点を求め、その立体形状を算出する方法も、
例えばリモートセンシングの分野で広く用いられ
てきた。この方法では、対応する点を求める、謂
ゆるパターンマツチングをマニユアルで行う場
合、多大な時間を必要としてきた。一方マツチン
グを自動で行う場合、そのマツチング誤差が、微
細パターンの形状によつては無視できず測定誤差
に大きく効いてくる場合もある。
する点を求め、その立体形状を算出する方法も、
例えばリモートセンシングの分野で広く用いられ
てきた。この方法では、対応する点を求める、謂
ゆるパターンマツチングをマニユアルで行う場
合、多大な時間を必要としてきた。一方マツチン
グを自動で行う場合、そのマツチング誤差が、微
細パターンの形状によつては無視できず測定誤差
に大きく効いてくる場合もある。
ビーム照射位置を中心に対称に配置された検出
器からの信号を処理する場合、両検出器の信号を
予めバランスさせておく必要がある。更に高Ｓ／
Ｎ比が要求されるため、試料を予めAu蒸着をし
ておく必要もある。また測定パターンが孤立して
いる場合には、良好な立体形状が得られるが、隣
接パターンが2μm以下となると、隣接パターンの
影響が現われ実際の形状とは異なつてくるという
問題があつた。
器からの信号を処理する場合、両検出器の信号を
予めバランスさせておく必要がある。更に高Ｓ／
Ｎ比が要求されるため、試料を予めAu蒸着をし
ておく必要もある。また測定パターンが孤立して
いる場合には、良好な立体形状が得られるが、隣
接パターンが2μm以下となると、隣接パターンの
影響が現われ実際の形状とは異なつてくるという
問題があつた。
本発明は上記問題点を考慮してなされたもので
あつて、被測定パターンを非破壊、非接触の状態
でパターン形状を高速かつ正確に測定することの
できるパターン形状測定装置を提供することを目
的とする。
あつて、被測定パターンを非破壊、非接触の状態
でパターン形状を高速かつ正確に測定することの
できるパターン形状測定装置を提供することを目
的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明によるパターン形状測定装置は、鏡筒を
任意の傾斜角に設定することの可能な走査型電子
顕微鏡と、ビーム走査を行なつて得られる走査型
電子顕微鏡の出力信号波形を画像処理する画像処
理手段と、対称なテーパ部を有する被測定パター
ンのテーパ部を走査型電子顕微鏡のステージ上に
鏡筒傾斜面に平行に載置した後ビーム走査を行つ
て得られる走査型電子顕微鏡の出力信号波形に対
応する画像処理手段の出力に基づいて被測定パタ
ーンの両側底部を検出してパターン寸法を算出す
るパターン寸法算出手段と、被測定パターンを走
査型電子顕微鏡のステージ上で90°回転してテー
パ部が鏡筒傾斜面に直角となるように配置した後
ビーム走査を行つて得られる走査型電子顕微鏡の
出力信号波形に対応する画像処理手段の出力に基
づいて被測定パターンの断面プロフアイルを算出
する断面プロフアイル算出手段とを備えているこ
とを特徴とする。
任意の傾斜角に設定することの可能な走査型電子
顕微鏡と、ビーム走査を行なつて得られる走査型
電子顕微鏡の出力信号波形を画像処理する画像処
理手段と、対称なテーパ部を有する被測定パター
ンのテーパ部を走査型電子顕微鏡のステージ上に
鏡筒傾斜面に平行に載置した後ビーム走査を行つ
て得られる走査型電子顕微鏡の出力信号波形に対
応する画像処理手段の出力に基づいて被測定パタ
ーンの両側底部を検出してパターン寸法を算出す
るパターン寸法算出手段と、被測定パターンを走
査型電子顕微鏡のステージ上で90°回転してテー
パ部が鏡筒傾斜面に直角となるように配置した後
ビーム走査を行つて得られる走査型電子顕微鏡の
出力信号波形に対応する画像処理手段の出力に基
づいて被測定パターンの断面プロフアイルを算出
する断面プロフアイル算出手段とを備えているこ
とを特徴とする。
（作用）
このように構成された本発明によるパターン形
状測定装置によれば、走査型電子顕微鏡（以下
SEMという）の鏡筒をある所定の角度に傾斜さ
せておく。そして傾斜させたときの鏡筒の軸と、
傾斜させないときの鏡筒の軸とを含む平面、すな
わち鏡筒傾斜面に平行に、対称なテーパ部を有す
る被測定パターンのテーパ部をステージ上に載置
する。このとき、ビーム走査を行つて得られる
SEMの出力波形信号に対応する画像処理手段の
出力に基づいてパターン寸法算出手段によつて被
測定パターンのパターン寸法が算出される。次
に、被測定パターンをステージ上で90度回転して
テーパ部が鏡筒傾斜面に垂直となるように配置す
る。そして、ビーム走査を行つて得られるSEM
の出力波形信号に対応する画像処理手段の出力に
基づいて断面プロフアイル算出手段によつて被測
定パターンの断面プロフアイルが算出される。
状測定装置によれば、走査型電子顕微鏡（以下
SEMという）の鏡筒をある所定の角度に傾斜さ
せておく。そして傾斜させたときの鏡筒の軸と、
傾斜させないときの鏡筒の軸とを含む平面、すな
わち鏡筒傾斜面に平行に、対称なテーパ部を有す
る被測定パターンのテーパ部をステージ上に載置
する。このとき、ビーム走査を行つて得られる
SEMの出力波形信号に対応する画像処理手段の
出力に基づいてパターン寸法算出手段によつて被
測定パターンのパターン寸法が算出される。次
に、被測定パターンをステージ上で90度回転して
テーパ部が鏡筒傾斜面に垂直となるように配置す
る。そして、ビーム走査を行つて得られるSEM
の出力波形信号に対応する画像処理手段の出力に
基づいて断面プロフアイル算出手段によつて被測
定パターンの断面プロフアイルが算出される。
以上により本発明によれば、被測定パターンを
非破壊、非接触の状態でパターン形状を高速かつ
正確に測定することができる。
非破壊、非接触の状態でパターン形状を高速かつ
正確に測定することができる。
（実施例）
第１図に本発明によるパターン形状測定装置の
一実施例を示す。この実施例のパターン形状測定
装置は、走査型電子顕微鏡（SEM）１と、画像
処理手段２と、計算機３と、デイスプレイターミ
ナル４とを備えている。また、SEM１は鏡筒１
ａ、偏向器１ｂ、検出器１ｃ、およびステージ１
ｄを有している。
一実施例を示す。この実施例のパターン形状測定
装置は、走査型電子顕微鏡（SEM）１と、画像
処理手段２と、計算機３と、デイスプレイターミ
ナル４とを備えている。また、SEM１は鏡筒１
ａ、偏向器１ｂ、検出器１ｃ、およびステージ１
ｄを有している。
次に構成と作用を第２図から第７図を用いて説
明する。先ずSEM１の鏡筒１ａを一定の傾斜角
θに設定する。この傾斜角θの設定値は後述する
三次元形状の基本パラメータを求めるときの精度
に大きく効いてくるので0.1°以上の精度が必要で
ある。次に、ステージ１ｄ上に試料１０を載置
し、被測定パターンのテーパ部１０ａ，１０ｂが
鏡筒傾斜面に平行になるようステージ１ｄの回転
機能により調整する（第２図参照）。この時、第
２図に示すように被測定パターンの両側のテーパ
部１０ａ，１０ｂは均等な幅に観察される。測長
倍率に設定した後、画像処理手段２から SEM１の偏向制御信号であるHS（Horizontal
Scan）、VS（Vertical Scan）、 HB（Horizontal Blank）、VB（Vertical
Blank）、およびCONT（Control）信号を偏向器
１ｂに送り、ビームを偏向器１ｂによつて走査す
る。すると、この走査されたビームがステージ１
ｄ上に載置された試料１０に当り、試料１０から
２次電子が放出される。そしてこの２次電子が検
出器１ｃによつて検出される。検出器１ｃの検出
出力（２次電子信号）は画像処理手段２に送られ
てＡ／Ｄ変換された後、256階調のフレームメモ
リに格納される。VS信号を一定値または鋸歯状
波にすることで線走査または面走査のモードに代
わる。この走査で得られたラインプロフアイル波
形に平滑化等の画像処理を施した後、パターンの
底端部を検出し、底端部間の画素数を求め、計算
機３によつてパターン寸法を算出する。この寸法
算出方法としては、従来から広く用いられてきた
スレシヨールド法あるいは直線近似法を使うこと
によつて自動測長が可能となる。
明する。先ずSEM１の鏡筒１ａを一定の傾斜角
θに設定する。この傾斜角θの設定値は後述する
三次元形状の基本パラメータを求めるときの精度
に大きく効いてくるので0.1°以上の精度が必要で
ある。次に、ステージ１ｄ上に試料１０を載置
し、被測定パターンのテーパ部１０ａ，１０ｂが
鏡筒傾斜面に平行になるようステージ１ｄの回転
機能により調整する（第２図参照）。この時、第
２図に示すように被測定パターンの両側のテーパ
部１０ａ，１０ｂは均等な幅に観察される。測長
倍率に設定した後、画像処理手段２から SEM１の偏向制御信号であるHS（Horizontal
Scan）、VS（Vertical Scan）、 HB（Horizontal Blank）、VB（Vertical
Blank）、およびCONT（Control）信号を偏向器
１ｂに送り、ビームを偏向器１ｂによつて走査す
る。すると、この走査されたビームがステージ１
ｄ上に載置された試料１０に当り、試料１０から
２次電子が放出される。そしてこの２次電子が検
出器１ｃによつて検出される。検出器１ｃの検出
出力（２次電子信号）は画像処理手段２に送られ
てＡ／Ｄ変換された後、256階調のフレームメモ
リに格納される。VS信号を一定値または鋸歯状
波にすることで線走査または面走査のモードに代
わる。この走査で得られたラインプロフアイル波
形に平滑化等の画像処理を施した後、パターンの
底端部を検出し、底端部間の画素数を求め、計算
機３によつてパターン寸法を算出する。この寸法
算出方法としては、従来から広く用いられてきた
スレシヨールド法あるいは直線近似法を使うこと
によつて自動測長が可能となる。
次に被測定パターンを載置したまま、ステージ
１ｄを前回の設定から90°だけ回転する。回転方
向はどちらでも構わない。また鏡筒１ａの傾斜角
は前回と全く同一にしておく。このように設定す
ることにより、前回と異なり、被測定パターン１
０のテーパ部１０ａ，１０ｂは双方が異なる幅に
観察される（第３図参照）。どちらの幅がより太
く見えるかは、パターンの凹凸形状により決まつ
てくる。測長倍率に設定した後、SEM１の偏向
制御信号を画像処理手段２から偏向器１ｂに送
り、ビームを被測定パターン１０上に走査する。
すると、被測定パターン１０上から放出される２
次電子が検出器１ｃによつて検出され、検出出力
（２次電子信号）が画像処理手段２に送られる。
前回の場合（被測定パターンのテーパ部が鏡筒傾
斜面に平行の場合）は、ビーム走査方向のライン
プロフアイルをとれば測長可能であつたが、今回
の場合（テーパ部が鏡筒傾斜面に直角の場合）に
はビーム走査方向と直角方向にラインプロフアイ
ルを抽出する必要があるので面走査を行う。ビー
ム走査方向と直角方向に抽出したラインプロフア
イルを前回と同様、画像処理を施した後、双方の
テーパ部１０ａ，１０ｂの幅P1，P2を求める。
このとき、テーパ角度および膜厚（深さ）ｈは
第４図に示す関係から P1＝lcos（＋θ） ……(1) P2＝lcos（−θ） ……(2) ｈ＝lsin ……(3) となる。ここでｌはテーパ部の実際の幅を表す。
１ｄを前回の設定から90°だけ回転する。回転方
向はどちらでも構わない。また鏡筒１ａの傾斜角
は前回と全く同一にしておく。このように設定す
ることにより、前回と異なり、被測定パターン１
０のテーパ部１０ａ，１０ｂは双方が異なる幅に
観察される（第３図参照）。どちらの幅がより太
く見えるかは、パターンの凹凸形状により決まつ
てくる。測長倍率に設定した後、SEM１の偏向
制御信号を画像処理手段２から偏向器１ｂに送
り、ビームを被測定パターン１０上に走査する。
すると、被測定パターン１０上から放出される２
次電子が検出器１ｃによつて検出され、検出出力
（２次電子信号）が画像処理手段２に送られる。
前回の場合（被測定パターンのテーパ部が鏡筒傾
斜面に平行の場合）は、ビーム走査方向のライン
プロフアイルをとれば測長可能であつたが、今回
の場合（テーパ部が鏡筒傾斜面に直角の場合）に
はビーム走査方向と直角方向にラインプロフアイ
ルを抽出する必要があるので面走査を行う。ビー
ム走査方向と直角方向に抽出したラインプロフア
イルを前回と同様、画像処理を施した後、双方の
テーパ部１０ａ，１０ｂの幅P1，P2を求める。
このとき、テーパ角度および膜厚（深さ）ｈは
第４図に示す関係から P1＝lcos（＋θ） ……(1) P2＝lcos（−θ） ……(2) ｈ＝lsin ……(3) となる。ここでｌはテーパ部の実際の幅を表す。
(1)，(2)式から
cos（＋θ）／cos（−θ）＝P1／P2 ……(3)
が導かれ、(1)，(3)式から
ｈ＝Q1／Ｍ sin／cos（＋θ） ……(4)
が導かれる。(3)式を用いて計算機３によつてテー
パ角度を算出するとともに、算出されたテーパ
角度を用いて(4)式によつて膜厚（深さ）ｈを求
める。
パ角度を算出するとともに、算出されたテーパ
角度を用いて(4)式によつて膜厚（深さ）ｈを求
める。
更にテーパ部の断面形状Ａ，xiの算出は、テー
パ角度の変化により、入力信号も変化すること
から、各テーパ部位置での信号量Ｓ，xiをもとに
以下の式で近似する。
パ角度の変化により、入力信号も変化すること
から、各テーパ部位置での信号量Ｓ，xiをもとに
以下の式で近似する。
なお鏡筒傾斜面と被測定パターン１０のテーパ
部１０ａ，１０ｂが平行な場合のラインプロフア
イルを第５図に示し、鏡筒傾斜面と被測定パター
ン１０のテーパ部１０ａ，１０ｂが直角な場合の
ラインプロフアイルを第６図に示す。そして、本
実施例のパターン形状測定装置によつて計測され
たパターンの形状を第７図に示す。なお、本発明
の測定装置は被測定パターン１０の両側のテーパ
部１０ａ，１０ｂは対称であることを前提として
いる。
部１０ａ，１０ｂが平行な場合のラインプロフア
イルを第５図に示し、鏡筒傾斜面と被測定パター
ン１０のテーパ部１０ａ，１０ｂが直角な場合の
ラインプロフアイルを第６図に示す。そして、本
実施例のパターン形状測定装置によつて計測され
たパターンの形状を第７図に示す。なお、本発明
の測定装置は被測定パターン１０の両側のテーパ
部１０ａ，１０ｂは対称であることを前提として
いる。
以上により本実施例によれば被測定パターンを
非破壊、非接触の状態でパターン形状を高速かつ
正確に測定することができる。
非破壊、非接触の状態でパターン形状を高速かつ
正確に測定することができる。
なお、実施例に於ては、鏡筒１ａを傾斜させた
装置構成によつて述べてきたが、これに限定され
ず、鏡筒１ａは従来通り、垂直にして、試料ステ
ージ１ｂを傾斜させてもよい。
装置構成によつて述べてきたが、これに限定され
ず、鏡筒１ａは従来通り、垂直にして、試料ステ
ージ１ｂを傾斜させてもよい。
本発明によれば、被測定パターンを非破壊・非
接触の状態でパターン形状を高速かつ正確に測定
することができる。
接触の状態でパターン形状を高速かつ正確に測定
することができる。
第１図は本発明によるパターン形状測定装置の
一実施例を示すブロツク図、第２図は鏡筒傾斜面
と被測定パターンのテーパ部が平行な場合の測定
パターンの観察例、第３図は鏡筒傾斜面と被測定
パターンのテーパ部が直角な場合の測定パターン
の観察例、第４図は本発明によりパターン形状測
定装置の原理を説明する説明図、第５図は第２図
に示す観察方法によつて得られたラインプロフア
イル、第６図は第３図に示す観察方法によつて得
られたラインプロフアイル、第７図は本発明によ
るパターン形状測定装置によつて測定されたパタ
ーン形状の測定結果を示すグラフである。 １……走査型電子顕微鏡（SEM）、１ａ……鏡
筒、１ｂ……偏向器、１ｃ……検出器、１ｄ……
ステージ、２……画像処理手段、３……計算機、
１０……試料（被測定パターン）。
一実施例を示すブロツク図、第２図は鏡筒傾斜面
と被測定パターンのテーパ部が平行な場合の測定
パターンの観察例、第３図は鏡筒傾斜面と被測定
パターンのテーパ部が直角な場合の測定パターン
の観察例、第４図は本発明によりパターン形状測
定装置の原理を説明する説明図、第５図は第２図
に示す観察方法によつて得られたラインプロフア
イル、第６図は第３図に示す観察方法によつて得
られたラインプロフアイル、第７図は本発明によ
るパターン形状測定装置によつて測定されたパタ
ーン形状の測定結果を示すグラフである。 １……走査型電子顕微鏡（SEM）、１ａ……鏡
筒、１ｂ……偏向器、１ｃ……検出器、１ｄ……
ステージ、２……画像処理手段、３……計算機、
１０……試料（被測定パターン）。
Claims (1)
- １ 鏡筒を任意の傾斜角に設定することの可能な
走査型電子顕微鏡と、ビーム走査を行なつて得ら
れる前記走査型電子顕微鏡の出力信号波形を画像
処理する画像処理手段と、対称なテーパ部を有す
る被測定パターンの前記テーパ部を前記走査型電
子顕微鏡のステージ上に鏡筒傾斜面に平行に載置
した後ビーム走査を行つて得られる前記走査型電
子顕微鏡の出力信号波形に対応する前記画像処理
手段の出力に基づいて前記被測定パターンの両側
底部を検出してパターン寸法を算出するパターン
寸法算出手段と、前記被測定パターンを前記走査
型電子顕微鏡のステージ上で90度回転して前記テ
ーパ部が鏡筒傾斜面に直角となるように配置した
後ビーム走査を行つて得られる前記走査型電子顕
微鏡の出力信号波形に対応する画像処理手段の出
力に基づいて前記被測定パターンの断面プロフア
イルを算出する断面プロフアイル算出手段とを備
えていることを特徴とするパターン形状測定装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63140775A JPH01311551A (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | パターン形状測定装置 |
| EP89110372A EP0345772B1 (en) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | Pattern configuration measuring apparatus |
| KR1019890007845A KR920007629B1 (ko) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | 패턴형상 측정장치 |
| DE8989110372T DE68904820T2 (de) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | Apparat zum messen einer musterkonfiguration. |
| US07/363,275 US5029250A (en) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | Pattern configuration measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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