JPH0663758B2 - パターンの測定方法 - Google Patents
パターンの測定方法Info
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- JPH0663758B2 JPH0663758B2 JP62259207A JP25920787A JPH0663758B2 JP H0663758 B2 JPH0663758 B2 JP H0663758B2 JP 62259207 A JP62259207 A JP 62259207A JP 25920787 A JP25920787 A JP 25920787A JP H0663758 B2 JPH0663758 B2 JP H0663758B2
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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- 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
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はパターンの測定方法、特に半導体集積回路パタ
ーンの傾斜角、厚み、深さを測定するパターンの測定方
法に関する。
ーンの傾斜角、厚み、深さを測定するパターンの測定方
法に関する。
（従来の技術） 半導体集積回路の製造工程では、半導体基板上に形成さ
れた種々のパターンについて、傾斜角、厚み、深さを測
定する必要が生じる。このような微細パターンの測定を
行うための従来の方法として、主に次のような方法が知
られている。
れた種々のパターンについて、傾斜角、厚み、深さを測
定する必要が生じる。このような微細パターンの測定を
行うための従来の方法として、主に次のような方法が知
られている。
（１） 試料を劈開し、走査型電子顕微鏡によって断面
を観測する方法。
を観測する方法。
（２） 試料に金を蒸着し、これに電子ビームを照射
し、この電子ビームについて対称に配された一対の二次
電子検出器をもつ走査型電子顕微鏡を用い、一対の検出
器で得られた信号の和および差を求める等の信号処理を
行う方法。
し、この電子ビームについて対称に配された一対の二次
電子検出器をもつ走査型電子顕微鏡を用い、一対の検出
器で得られた信号の和および差を求める等の信号処理を
行う方法。
（３） リモートセンシングの分野で広く用いられてい
るステレオスコピィの原理を用い、異なる２つの方向か
ら観測した二次電子画像を画像処理し、両画像がマッチ
ングするような処理を施した後、幾何学的関係式を用い
て測定を行う方法。
るステレオスコピィの原理を用い、異なる２つの方向か
ら観測した二次電子画像を画像処理し、両画像がマッチ
ングするような処理を施した後、幾何学的関係式を用い
て測定を行う方法。
（発明が解決しようとする問題点） （１） 上述の（１）の方法では、試料を破壊してしま
うため、この試料はもはや後の工程では用いることがで
きなくなってしまう。また、測定しうるパターンも劈開
面に現れているパターンに限定され、任意のパターン測
定は困難である。更に、劈開位置がパターン中心からず
れている場合にも正確な測定が困難になる。
うため、この試料はもはや後の工程では用いることがで
きなくなってしまう。また、測定しうるパターンも劈開
面に現れているパターンに限定され、任意のパターン測
定は困難である。更に、劈開位置がパターン中心からず
れている場合にも正確な測定が困難になる。
（２） 上述の（２）の方法でも、試料に金を蒸着して
しまうため、この試料はもはや後の工程で用いることが
できない。また、２つの検出器を用いるため、この両検
出器の出力を測定パターンごとに校正する作業が必要に
なり、測定にかなりの熟練を必要とする。更に、パター
ンがサブミクロンのオーダになると、隣接するパターン
どうしの干渉の影響を受け、精度良い測定が困難にな
る。
しまうため、この試料はもはや後の工程で用いることが
できない。また、２つの検出器を用いるため、この両検
出器の出力を測定パターンごとに校正する作業が必要に
なり、測定にかなりの熟練を必要とする。更に、パター
ンがサブミクロンのオーダになると、隣接するパターン
どうしの干渉の影響を受け、精度良い測定が困難にな
る。
（３） 上述の（３）の方法では、非破壊、非接触で試
料上の任意のパターンを測定できるという利点がある。
しかしながら、異なる２つの方向について、それぞれ精
度良い角度測定を行う必要があり、また、精度良い画像
マッチングを短時間の内に行わなくてはならないため、
高精度の測定が困難である。
料上の任意のパターンを測定できるという利点がある。
しかしながら、異なる２つの方向について、それぞれ精
度良い角度測定を行う必要があり、また、精度良い画像
マッチングを短時間の内に行わなくてはならないため、
高精度の測定が困難である。
そこで本発明は、非破壊、非接触で、高精度なパターン
測定を簡単に行うことのできるパターンの測定方法を提
供することを目的とする。
測定を簡単に行うことのできるパターンの測定方法を提
供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、基準面に対して凹凸をなし、かつ、この基準
面に垂直に立てた対称面について互いに面対称となるよ
うな第１の側壁および第２の側壁を有するパターンの測
定方法において、 基準面に対して所定角θをなす投影面へのパターンの投
影像を得て、 対称面と投影面との交線に直交し、かつ、投影面内に含
まれる直線である基準線を定義し、第１の側壁の投影像
の基準線方向の幅ｘ１と、第２の側壁の投影像の基準線
方向の幅ｘ２と、を求め、 cos（φ＋θ）／cos（φ−θ）＝ｘ１／ｘ２ なる式を用いて、側壁と基準面とのなす角φを求めるよ
うにしたものである。
面に垂直に立てた対称面について互いに面対称となるよ
うな第１の側壁および第２の側壁を有するパターンの測
定方法において、 基準面に対して所定角θをなす投影面へのパターンの投
影像を得て、 対称面と投影面との交線に直交し、かつ、投影面内に含
まれる直線である基準線を定義し、第１の側壁の投影像
の基準線方向の幅ｘ１と、第２の側壁の投影像の基準線
方向の幅ｘ２と、を求め、 cos（φ＋θ）／cos（φ−θ）＝ｘ１／ｘ２ なる式を用いて、側壁と基準面とのなす角φを求めるよ
うにしたものである。
更に本発明では、側壁上の所定点ＰおよびＱについて、
それぞれ投影点Ｐ′およびＱ′を求め、投影点Ｐ′およ
びＱ′間の基準線に沿った隔たりｄを求め、 Ｈ＝ｄ・sinφ／cos（φ＋θ） なる式を用いて、所定点ＰおよびＱ間の基準面に立てた
法線方向に関する隔たりＨを求めるようにしたものであ
る。
それぞれ投影点Ｐ′およびＱ′を求め、投影点Ｐ′およ
びＱ′間の基準線に沿った隔たりｄを求め、 Ｈ＝ｄ・sinφ／cos（φ＋θ） なる式を用いて、所定点ＰおよびＱ間の基準面に立てた
法線方向に関する隔たりＨを求めるようにしたものであ
る。
（作 用） 本発明によれば、基準面に対して所定角θをなす投影面
へパターンを投影し、この投影像から得られるデータに
幾何学的演算を施して、角φおよび距離Ｈを求めること
ができる。したがって、試料を破壊することなく、試料
に接触することなく、測定が可能になる。パターンの投
影像は、たとえばパターンに所定方向から電子ビームを
照射し、発生した二次電子信号を観測することによって
得られる。
へパターンを投影し、この投影像から得られるデータに
幾何学的演算を施して、角φおよび距離Ｈを求めること
ができる。したがって、試料を破壊することなく、試料
に接触することなく、測定が可能になる。パターンの投
影像は、たとえばパターンに所定方向から電子ビームを
照射し、発生した二次電子信号を観測することによって
得られる。
本発明に係る方法は、従来のステレオスコピィの原理を
用いた測定方法と異なり、２つの異なる投影面への投影
像を画像マッチングさせるような必要はなく、１つの投
影像を求めるだけで測定ができ、単純で迅速な測定が可
能になる。
用いた測定方法と異なり、２つの異なる投影面への投影
像を画像マッチングさせるような必要はなく、１つの投
影像を求めるだけで測定ができ、単純で迅速な測定が可
能になる。
本発明に係る方法は、基準面に対して凹凸をなし、かつ
この基準面に垂直に立てた対称面について互いに面対称
となるような２つの側壁を有するパターンの測定を行う
ようにしたものである。パターンが対称性をもつという
ことが、本発明の不可欠な条件になる。この対称性を利
用することにより、１つの投影像のみを用いて必要な測
定ができるようになるのである。
この基準面に垂直に立てた対称面について互いに面対称
となるような２つの側壁を有するパターンの測定を行う
ようにしたものである。パターンが対称性をもつという
ことが、本発明の不可欠な条件になる。この対称性を利
用することにより、１つの投影像のみを用いて必要な測
定ができるようになるのである。
特に、本発明では、一次元投影像における第１、第２の
側壁に対応する各山の部分の適切な位置にスライスレベ
ルを設定すると、その山の側部とスライスらいとの交点
は第１、第２の側壁の上下端部に対応してはいないが、
その山の側部の交点間距離、つまりスライスレベルに沿
った各山の幅が第１、第２の側壁の幅に相当する値とし
て得られることが判明したため、投影像に関する二次電
子信号強度を、基準線上の位置に対応させて抽出し、所
定の二次電子信号強度値をスライスレベルとして設定
し、第１の側壁および第２の側壁に対応する強度値の山
の部分におけるその設定されたスライスレベルに沿った
幅を第１、第２の側壁の幅ｘ１,x２として定義するよう
にしたものである。これにより、スライスレベルの設定
次第でノイズの影響が少ない安定した幅値を得ることが
できることとなる。すなわち、一次元投影像の二次電子
信号強度における山には部分的にノイズの影響の大小が
存在する。そこで、ノイズの影響の少ない値にスライス
レベルが設定されると測定精度の上で望ましい。そし
て、当該二次電子信号強度のピーク値付近にはノイズの
影響が大きく現れるのに対し、山の中間値付近はノイズ
の影響が少ない。そしてその山の中間値付近のスライス
レベルに沿った幅値が第１、第２の側壁の幅に相当する
ものとなっているため、ノイズの影響の少ない安定した
測定が可能となるのである。
側壁に対応する各山の部分の適切な位置にスライスレベ
ルを設定すると、その山の側部とスライスらいとの交点
は第１、第２の側壁の上下端部に対応してはいないが、
その山の側部の交点間距離、つまりスライスレベルに沿
った各山の幅が第１、第２の側壁の幅に相当する値とし
て得られることが判明したため、投影像に関する二次電
子信号強度を、基準線上の位置に対応させて抽出し、所
定の二次電子信号強度値をスライスレベルとして設定
し、第１の側壁および第２の側壁に対応する強度値の山
の部分におけるその設定されたスライスレベルに沿った
幅を第１、第２の側壁の幅ｘ１,x２として定義するよう
にしたものである。これにより、スライスレベルの設定
次第でノイズの影響が少ない安定した幅値を得ることが
できることとなる。すなわち、一次元投影像の二次電子
信号強度における山には部分的にノイズの影響の大小が
存在する。そこで、ノイズの影響の少ない値にスライス
レベルが設定されると測定精度の上で望ましい。そし
て、当該二次電子信号強度のピーク値付近にはノイズの
影響が大きく現れるのに対し、山の中間値付近はノイズ
の影響が少ない。そしてその山の中間値付近のスライス
レベルに沿った幅値が第１、第２の側壁の幅に相当する
ものとなっているため、ノイズの影響の少ない安定した
測定が可能となるのである。
（実施例） 以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明の基本原理 まず、本発明の基本原理を説明する。第１図はこの基本
原理を説明するための凸状パターンの断面図である。同
図（ａ）に示すように、基板10の基準面11上に凸状部20
が形成されている。この凸状部20の断面は、図示のよう
に台形ABCDをしており、第１の側壁21と第２の側壁22と
を有する。本発明に係る方法によれば、このような凸状
部20からなるパターンの側壁21,22の傾斜角φと、高さ
ｈとを求めることができる。
原理を説明するための凸状パターンの断面図である。同
図（ａ）に示すように、基板10の基準面11上に凸状部20
が形成されている。この凸状部20の断面は、図示のよう
に台形ABCDをしており、第１の側壁21と第２の側壁22と
を有する。本発明に係る方法によれば、このような凸状
部20からなるパターンの側壁21,22の傾斜角φと、高さ
ｈとを求めることができる。
第１図（ｂ）は同図（ａ）のパターンの拡大である。基
準面11上に凸状パターンとしての台形ABCDがのってい
る。この台形ABCDは図で基準面11上に立てた法線Ｎにつ
いて対称形である。したがって、第１の側壁21の長さ
（すなわち辺ABの長さ）Ｌと、第２の側壁22の長さ（す
なわち辺CDの長さ）Ｌとは等しい。本発明に係る方法
は、このような対称性を利用したものであるから、この
ような対称性のないパターンについては本発明に係る方
法を適用することができない。
準面11上に凸状パターンとしての台形ABCDがのってい
る。この台形ABCDは図で基準面11上に立てた法線Ｎにつ
いて対称形である。したがって、第１の側壁21の長さ
（すなわち辺ABの長さ）Ｌと、第２の側壁22の長さ（す
なわち辺CDの長さ）Ｌとは等しい。本発明に係る方法
は、このような対称性を利用したものであるから、この
ような対称性のないパターンについては本発明に係る方
法を適用することができない。
いま、ここで基準面11に対して所定角θをなす投影面12
を考え、この凸状部20の投影面12への投影像を考える。
この投影は、図の一点鎖線の矢印で示す方向（法線Ｎに
対して角度θだけ傾いた方向）にビームを照射すること
によって得られる。たとえば、ビームとして電子ビーム
を用いれば、この電子ビーム照射に基づいて発生する二
次電子信号を観測すれば、この方向への投影像が得られ
る。光ビームを用いれば、凸状部20からの反射光を観測
すればよい。
を考え、この凸状部20の投影面12への投影像を考える。
この投影は、図の一点鎖線の矢印で示す方向（法線Ｎに
対して角度θだけ傾いた方向）にビームを照射すること
によって得られる。たとえば、ビームとして電子ビーム
を用いれば、この電子ビーム照射に基づいて発生する二
次電子信号を観測すれば、この方向への投影像が得られ
る。光ビームを用いれば、凸状部20からの反射光を観測
すればよい。
実際には三次元パターンである凸状部20を二次元平面で
ある投影面12に投影するわけであるが、ここでは説明の
便宜上、凸状部20の断面に相当する台形ABCDを投影面12
上の基準線12′（投影面12はこの基準線12′に沿って紙
面に垂直方向に立てた面となる。なお、第１図（ｂ）で
は、投影面12と基準線12′とは、同じ破線で示されてい
る。）上に投影した一次元投影像について説明する。こ
のような投影によって、点A,B,C,Dは、それぞれ点Ａ′,
B′,C′,D′に投影される（この図では点ＡとＡ′とは
同一点になる）。実際の投影面12への二次元投影像は第
２図のようになる。ここでハッチングを施した部分が、
側壁21,22に相当する部分になる。電子ビームを用いて
この投影像を得た場合は、観測される二次電子信号の強
度分布という形で第２図のような投影像が得られる。
ある投影面12に投影するわけであるが、ここでは説明の
便宜上、凸状部20の断面に相当する台形ABCDを投影面12
上の基準線12′（投影面12はこの基準線12′に沿って紙
面に垂直方向に立てた面となる。なお、第１図（ｂ）で
は、投影面12と基準線12′とは、同じ破線で示されてい
る。）上に投影した一次元投影像について説明する。こ
のような投影によって、点A,B,C,Dは、それぞれ点Ａ′,
B′,C′,D′に投影される（この図では点ＡとＡ′とは
同一点になる）。実際の投影面12への二次元投影像は第
２図のようになる。ここでハッチングを施した部分が、
側壁21,22に相当する部分になる。電子ビームを用いて
この投影像を得た場合は、観測される二次電子信号の強
度分布という形で第２図のような投影像が得られる。
第２図に示すような投影像が得られれば、点Ａ′Ｂ′間
の距離ｘ１および点Ｃ′Ｄ′間の距離ｘ２を求めること
ができる。電子顕微鏡によって二次電子信号の観測を行
ったのであれば、実際には電子顕微鏡で得られる像に所
定の倍率を乗じることによって実際の距離が求まるが、
以下の説明では各距離はこのような倍率を乗じて得られ
た実際の寸法を意味するものとする。ここで得られた距
離ｘ１,x２は、結局、それぞれ第１の側壁21,第２の側
壁22の投影像の基準線12′方向の幅ということになる。
いま、各側壁の実際の長さＬと、幅ｘ１,x２との幾何学
的関係を考えると、第１の側壁21に関して、 Lcos（φ＋θ）＝ｘ１ （１） 第２の側壁22に関して、 Lcos（φ−θ）＝ｘ２ （２） が成立つ。式（１），（２）から、 cos（φ＋θ）／cos（φ−θ）＝ｘ１／ｘ２ （３） が得られる。ここでθは、たとえば電子ビームの照射角
度として既知であり、ｘ１,x２は、第２図に示す投影像
から測定できるので、結局、式（３）によって側壁の傾
斜角φを求めることができる。以上が、角度φの測定手
順である。
の距離ｘ１および点Ｃ′Ｄ′間の距離ｘ２を求めること
ができる。電子顕微鏡によって二次電子信号の観測を行
ったのであれば、実際には電子顕微鏡で得られる像に所
定の倍率を乗じることによって実際の距離が求まるが、
以下の説明では各距離はこのような倍率を乗じて得られ
た実際の寸法を意味するものとする。ここで得られた距
離ｘ１,x２は、結局、それぞれ第１の側壁21,第２の側
壁22の投影像の基準線12′方向の幅ということになる。
いま、各側壁の実際の長さＬと、幅ｘ１,x２との幾何学
的関係を考えると、第１の側壁21に関して、 Lcos（φ＋θ）＝ｘ１ （１） 第２の側壁22に関して、 Lcos（φ−θ）＝ｘ２ （２） が成立つ。式（１），（２）から、 cos（φ＋θ）／cos（φ−θ）＝ｘ１／ｘ２ （３） が得られる。ここでθは、たとえば電子ビームの照射角
度として既知であり、ｘ１,x２は、第２図に示す投影像
から測定できるので、結局、式（３）によって側壁の傾
斜角φを求めることができる。以上が、角度φの測定手
順である。
続いて、凸状部20の高さｈの求め方を説明する。
第１の側壁21に関して、 Lsinφ＝ｈ （４） Lcos（φ＋θ）＝ｘ１ （５） であるから、両辺を割算して、 ｈ＝ｘ１・sinφ／cos （φ＋θ） （６） を得る。ここで、ｘ１，θは既知であり、φは式（３）
から求まるので、結局、ｈが求まることになる。この例
では、点Ｂの投影像Ｂ′と点Ａの投影像Ａ′との間に距
離ｘ１を用いたため、台形ABCDの高さｈが求まったこと
になるが、第３図に示すように、一般に側壁上の任意の
２点P,Qを定め、それぞれの投影点Ｐ′,Q′間の基準線1
2′に沿った隔たりｄを求めれば、点PQ間の法線Ｎ方向
の隔たりＨを次式によって求めることができる。
から求まるので、結局、ｈが求まることになる。この例
では、点Ｂの投影像Ｂ′と点Ａの投影像Ａ′との間に距
離ｘ１を用いたため、台形ABCDの高さｈが求まったこと
になるが、第３図に示すように、一般に側壁上の任意の
２点P,Qを定め、それぞれの投影点Ｐ′,Q′間の基準線1
2′に沿った隔たりｄを求めれば、点PQ間の法線Ｎ方向
の隔たりＨを次式によって求めることができる。
Ｈ＝ｄ・sinφ／cos（φ＋θ） （７） 以上のようにして、傾斜角φと高さｈとの両方を求める
ことができる。なお、上述の実施例では、基板10上の凸
状部20をパターンとする測定について述べたが、基板10
に掘られた凹状部をパターンとする測定も全く同様に行
うことができる。この場合、ｈは高さではなく溝の深さ
を示すことになる。
ことができる。なお、上述の実施例では、基板10上の凸
状部20をパターンとする測定について述べたが、基板10
に掘られた凹状部をパターンとする測定も全く同様に行
うことができる。この場合、ｈは高さではなく溝の深さ
を示すことになる。
いま、 cos（φ−θ）／cos （φ＋θ）＝Ｓ （８） として感度Ｓを定義すると、感度Ｓが大きいほど、ｘ１
とｘ２の比が大きくなり精度良い測定結果が得られるこ
とがわかる。この感度Ｓは式（８）に示すようにφとθ
との関数である。θ＝６゜のときの感度Ｓと傾斜角φと
の関係を第４図のグラフに示す。このグラフに示すとお
り、θ＝６゜とすれば、傾斜角φが80゜近傍で非常に良
好な感度を示すことになる。一般に半導体集積回路の半
導体基板状のパターンの傾斜角φは80゜近傍のものが多
い。すなわち、第４図にグラフは、半導体集積回路のパ
ターンに本発明を適用する場合には、θ＝６゜程度、す
なわち法線から６゜程度傾いた方向から電子ビーム照射
を行うのが理想的であることを示している。
とｘ２の比が大きくなり精度良い測定結果が得られるこ
とがわかる。この感度Ｓは式（８）に示すようにφとθ
との関数である。θ＝６゜のときの感度Ｓと傾斜角φと
の関係を第４図のグラフに示す。このグラフに示すとお
り、θ＝６゜とすれば、傾斜角φが80゜近傍で非常に良
好な感度を示すことになる。一般に半導体集積回路の半
導体基板状のパターンの傾斜角φは80゜近傍のものが多
い。すなわち、第４図にグラフは、半導体集積回路のパ
ターンに本発明を適用する場合には、θ＝６゜程度、す
なわち法線から６゜程度傾いた方向から電子ビーム照射
を行うのが理想的であることを示している。
半導体集積回路パターンへの適用例 続いて本発明を、半導体集積回路パターンの測定に実際
に適用した例を示す。第５図はθ＝０゜、第６図はθ＝
６゜にしてそれぞれの半導体基板上の凸状パターン（例
えばレジスト層）に電子ビームを照射し、二次電子を２
万倍の電子顕微鏡で観測した実施例である。いずれも、
（ｂ）図に基準面11上に形成された凸状部20の断面を示
し、（ａ）図に得られた一次元投影像を示す。一次元投
影像は、第２図の基準線12′に沿って観測される二次電
子信号強度分布を示す信号に相当するものである。第５
図に示すように、θ＝０、すなわち図の真上から電子ビ
ームを照射した場合、側壁21,22は左右対称であるか
ら、得られる信号もほぼ左右対称となる。もっとも、実
際の測定値は、二次電子検出器の位置によって大きく影
響されるため、完全な対称にはなっていない。第５図
（ａ）と（ｂ）との間に引かれた破線によって、両図の
対応関係が理解できよう。ピークP1,P2がそれぞれ側壁2
1,22の肩の部分に相当する。
に適用した例を示す。第５図はθ＝０゜、第６図はθ＝
６゜にしてそれぞれの半導体基板上の凸状パターン（例
えばレジスト層）に電子ビームを照射し、二次電子を２
万倍の電子顕微鏡で観測した実施例である。いずれも、
（ｂ）図に基準面11上に形成された凸状部20の断面を示
し、（ａ）図に得られた一次元投影像を示す。一次元投
影像は、第２図の基準線12′に沿って観測される二次電
子信号強度分布を示す信号に相当するものである。第５
図に示すように、θ＝０、すなわち図の真上から電子ビ
ームを照射した場合、側壁21,22は左右対称であるか
ら、得られる信号もほぼ左右対称となる。もっとも、実
際の測定値は、二次電子検出器の位置によって大きく影
響されるため、完全な対称にはなっていない。第５図
（ａ）と（ｂ）との間に引かれた破線によって、両図の
対応関係が理解できよう。ピークP1,P2がそれぞれ側壁2
1,22の肩の部分に相当する。
さて、θ＝６゜として、第６図（ｂ）に示すように斜め
右上方から電子ビームを照射すると（これは電子ビーム
自身を傾けてもよいし、基板10の方を傾けてもよい）、
同図（ａ）のように信号は左右対称にはならない。ピー
クP1,P2がそれぞれ側壁21,22の肩の部分に相当するが、
各ピークの幅は異なる。理論的には第２図に示したよう
に、幅ｘ１,x２を求めればよいのであるが、実際には第
６図（ａ）に示すように信号はノイズを含んだものとな
るため、ピークP1,P2の幅をどこをもって定義するか一
該には言えない。そこでこの実施例では、次のようにし
て幅ｘ１,x２を定義している。すなわち、両ピークの間
の部分で信号が最小値MINをとる点M1を求め、ピークP1
の最大値MAX1をとる点M2と、ピークP2の最大値MAX2をと
る点３とを求める。そして、MINとMAX1との中間値をと
るスライスレベルS1と、MINとMAX2との中間値をとるス
ライスレベルS2とを定義し、このスライスレベルにおけ
るピークの幅をそれぞれｘ１,x２として定義するのであ
る。このように中間値を用いると、ノイズの影響が少な
い安定した幅値を得ることができる。スライスレベルは
中間値に限らず、たとえばMIXとMAX1との間の60％の位
置、40％の位置などに設定することも可能である。この
ようにして得たｘ１,x２に式（３）を適用して、側壁2
1,22の傾斜角φを求めた結果、φ＝78.5゜が得られ、同
じ試料の断面写真から求めた傾斜角79.3゜にかなり近い
値となった。
右上方から電子ビームを照射すると（これは電子ビーム
自身を傾けてもよいし、基板10の方を傾けてもよい）、
同図（ａ）のように信号は左右対称にはならない。ピー
クP1,P2がそれぞれ側壁21,22の肩の部分に相当するが、
各ピークの幅は異なる。理論的には第２図に示したよう
に、幅ｘ１,x２を求めればよいのであるが、実際には第
６図（ａ）に示すように信号はノイズを含んだものとな
るため、ピークP1,P2の幅をどこをもって定義するか一
該には言えない。そこでこの実施例では、次のようにし
て幅ｘ１,x２を定義している。すなわち、両ピークの間
の部分で信号が最小値MINをとる点M1を求め、ピークP1
の最大値MAX1をとる点M2と、ピークP2の最大値MAX2をと
る点３とを求める。そして、MINとMAX1との中間値をと
るスライスレベルS1と、MINとMAX2との中間値をとるス
ライスレベルS2とを定義し、このスライスレベルにおけ
るピークの幅をそれぞれｘ１,x２として定義するのであ
る。このように中間値を用いると、ノイズの影響が少な
い安定した幅値を得ることができる。スライスレベルは
中間値に限らず、たとえばMIXとMAX1との間の60％の位
置、40％の位置などに設定することも可能である。この
ようにして得たｘ１,x２に式（３）を適用して、側壁2
1,22の傾斜角φを求めた結果、φ＝78.5゜が得られ、同
じ試料の断面写真から求めた傾斜角79.3゜にかなり近い
値となった。
一方、凸状部20の高さ（膜厚）としては、図の点PQ間の
上下方向の隔たりｈを用いた。したがって、式（７）に
おけるｄとして第６図（ａ）に示す幅ｄを用いた。な
お、本実施例では、電子顕微鏡によって幅ｄを測定して
いるため、実際の幅ｄの値は電子顕微鏡による観測値に
その倍率を乗じたものになる。その結果、ｈ＝1.41μｍ
が得られ、同じ試料の断面写真から求めた膜厚1.45μｍ
にかなり近い値となった。
上下方向の隔たりｈを用いた。したがって、式（７）に
おけるｄとして第６図（ａ）に示す幅ｄを用いた。な
お、本実施例では、電子顕微鏡によって幅ｄを測定して
いるため、実際の幅ｄの値は電子顕微鏡による観測値に
その倍率を乗じたものになる。その結果、ｈ＝1.41μｍ
が得られ、同じ試料の断面写真から求めた膜厚1.45μｍ
にかなり近い値となった。
以上、半導体基板上に形成された膜についてのテーパ角
φおよび膜厚ｈの測定についての実施例を示したが、半
導体基板内に掘られたトレンチ構造のテーパ角および深
さの測定についても同様に本発明を適用することができ
る。本発明は要するに対称性のある凹凸パターンであれ
ば、半導体集積回路に限らずどのようなパターンにも応
用が可能な技術である。
φおよび膜厚ｈの測定についての実施例を示したが、半
導体基板内に掘られたトレンチ構造のテーパ角および深
さの測定についても同様に本発明を適用することができ
る。本発明は要するに対称性のある凹凸パターンであれ
ば、半導体集積回路に限らずどのようなパターンにも応
用が可能な技術である。
パターン投影像の処理方法 前述のように、半導体集積回路パターンの測定に本発明
に係る方法を適用する場合、電子顕微鏡を用い、電子ビ
ーム走査によって発生する二次電子信号を観測すること
によってパターンの投影像を得ることになる。ところ
が、一般に電子顕微鏡では種々のノイズが発生し、半導
体集積回路パターンのような微小パターンの観測では、
Ｓ／Ｎ比が極めて低くなる。このため、電子顕微鏡によ
って得られたパターン投影像をそのまま用いて本発明に
係る測定を行うと測定精度が非常に悪くなる。そこで、
その電子顕微鏡で得たパターン投影像を仮の投影像と
し、これに適当な画像処理を行ってＳ／Ｎ比の高い投影
像を最終の投影像として得るのが好ましい。以下にこの
ような画像処理の一例を示す。ここに示す画像処理は単
独でも画質向上を図ることができるが、（１）〜（３）
の順に連続して行うようにするのが好ましい。なお、こ
の画像処理については、本願と同日付の「画像形成方
法」なる出願に係る明細書および図面に述べられている
ので、詳細はこれを参照されたい。
に係る方法を適用する場合、電子顕微鏡を用い、電子ビ
ーム走査によって発生する二次電子信号を観測すること
によってパターンの投影像を得ることになる。ところ
が、一般に電子顕微鏡では種々のノイズが発生し、半導
体集積回路パターンのような微小パターンの観測では、
Ｓ／Ｎ比が極めて低くなる。このため、電子顕微鏡によ
って得られたパターン投影像をそのまま用いて本発明に
係る測定を行うと測定精度が非常に悪くなる。そこで、
その電子顕微鏡で得たパターン投影像を仮の投影像と
し、これに適当な画像処理を行ってＳ／Ｎ比の高い投影
像を最終の投影像として得るのが好ましい。以下にこの
ような画像処理の一例を示す。ここに示す画像処理は単
独でも画質向上を図ることができるが、（１）〜（３）
の順に連続して行うようにするのが好ましい。なお、こ
の画像処理については、本願と同日付の「画像形成方
法」なる出願に係る明細書および図面に述べられている
ので、詳細はこれを参照されたい。
（１） 加算平均処理 この処理は、電子顕微鏡による走査を複数回繰返して行
い、各走査によって得られた画像について、それぞれ対
応する位置にある画素の濃度値の平均を求め、この平均
濃度値をもった画素によって新たな画像を形成する処理
である。
い、各走査によって得られた画像について、それぞれ対
応する位置にある画素の濃度値の平均を求め、この平均
濃度値をもった画素によって新たな画像を形成する処理
である。
（２） 空間フィルタ処理 この処理は、１つの画素の濃度値をその周辺画素の濃度
値に基づいて修正する処理である。修正対象となる画素
とその周辺画素とに、それぞれ電子顕微鏡の電子ビーム
の強度分布に比例した係数を割当て、各画素のもつ濃度
値と割当てられた係数とを乗じ、得られた積の合計に基
づいて修正対象となる画素の新たな濃度値を決定する。
このような修正処理をすべての画素について行えば、ノ
イズ成分の少ない画像を得ることができる。
値に基づいて修正する処理である。修正対象となる画素
とその周辺画素とに、それぞれ電子顕微鏡の電子ビーム
の強度分布に比例した係数を割当て、各画素のもつ濃度
値と割当てられた係数とを乗じ、得られた積の合計に基
づいて修正対象となる画素の新たな濃度値を決定する。
このような修正処理をすべての画素について行えば、ノ
イズ成分の少ない画像を得ることができる。
（３） 線形画像強調処理 この処理は、各画素のもつ濃度値が所定の範囲内に分布
するように、濃度値を線形変換する処理である。本発明
に係るパターン測定方法では、電子顕微鏡から得られた
画像データをデジタル処理するのが好ましい。したがっ
て、各画素濃度がこのデジタル処理系における許容デー
タ範囲いっぱいに分布していると、高精度のデジタル演
算が期待できる。たとえば、各データが８ビットで表さ
れる処理系では、画素濃度値の最小値が０、最大値が25
5となる線形処理を施せばよい。
するように、濃度値を線形変換する処理である。本発明
に係るパターン測定方法では、電子顕微鏡から得られた
画像データをデジタル処理するのが好ましい。したがっ
て、各画素濃度がこのデジタル処理系における許容デー
タ範囲いっぱいに分布していると、高精度のデジタル演
算が期待できる。たとえば、各データが８ビットで表さ
れる処理系では、画素濃度値の最小値が０、最大値が25
5となる線形処理を施せばよい。
以上、３つの画像処理方法を示したが、これらの画像処
理はパターンの投影像を得るのに好ましい一実施例とし
て示したものであり、このような画像処理は本発明にと
って附随的なものにすぎない。
理はパターンの投影像を得るのに好ましい一実施例とし
て示したものであり、このような画像処理は本発明にと
って附随的なものにすぎない。
以上のとおり本発明によればパターンの測定方法におい
て、パターンの対称性を利用して、パターンの一方向へ
の投影像のみを用いて測定を行うようにしたため、非破
壊、非接触で、高精度なパターン測定を容易に行うこと
ができるようになる。
て、パターンの対称性を利用して、パターンの一方向へ
の投影像のみを用いて測定を行うようにしたため、非破
壊、非接触で、高精度なパターン測定を容易に行うこと
ができるようになる。
第１図は本発明の基本原理を説明するための凸状パター
ンの断面図、第２図は第１図に示す凸状パターンの二次
元投影像、第３図は第１図に示す凸状パターンの高さを
測定する原理を示す図、第４図は本発明の測定方法にお
ける測定感度を示すグラフ、第５図および第６図は本発
明に係る方法を半導体集積回路パターンに適用した実施
例を示す図である。 10……基板、11……基準面、12……投影面、12′……基
準線、20……凸状部、21……第１の側壁、22……第２の
側壁、P1……第１の側壁に対応するピーク、P2……第２
の側壁に対応するピーク、M1……両ピーク間で最小値MI
Nをとる部分、M2……ピークP1の最大値MAX1をとる部
分、M3……ピークP2の最大値MAX2をとる部分。
ンの断面図、第２図は第１図に示す凸状パターンの二次
元投影像、第３図は第１図に示す凸状パターンの高さを
測定する原理を示す図、第４図は本発明の測定方法にお
ける測定感度を示すグラフ、第５図および第６図は本発
明に係る方法を半導体集積回路パターンに適用した実施
例を示す図である。 10……基板、11……基準面、12……投影面、12′……基
準線、20……凸状部、21……第１の側壁、22……第２の
側壁、P1……第１の側壁に対応するピーク、P2……第２
の側壁に対応するピーク、M1……両ピーク間で最小値MI
Nをとる部分、M2……ピークP1の最大値MAX1をとる部
分、M3……ピークP2の最大値MAX2をとる部分。
Claims (9)
- 【請求項１】基準面に対して凹凸をなし、かつ、前記基
準面に垂直に立てた対称面について互いに面対称となる
ような第１の側壁および第２の側壁を有するパターンの
測定方法であって、 パターンに向けて基準面に立てた法線に対し角度θをな
す方向から電子ビームを照射し、この電子ビームに基づ
いて前記パターンから放出される二次電子信号の観測を
行うことにより、前記基準面に対して所定角θをなす投
影面への前記パターンの投影像を得て、 前記対称面と前記投影面との光線に直交し、かつ、前記
投影面内に含まれる直線である基準線を定義し、前記投
影像に関する二次電子信号強度を、基準線上の位置に対
応させて抽出し、所定の二次電子信号強度値をスライス
レベルとして設定し、第１の側壁に対応する強度値の山
の部分の前記スライスレベルに沿った幅を前記第１の側
壁の投影像の前記基準線方向の幅ｘ１として求め、かつ
第２の側壁に対応する強度値の山の部分の前記スライス
レベルに沿った幅を前記第２の側壁の投影像の前記基準
線方向の幅ｘ２として求め、 cos（φ＋θ）／cos（φ−θ）＝ｘ１／ｘ２ なる式を用いて、前記第１の側壁および前記第２の側壁
と前記基準面とのなす角φを求めることを特徴とするパ
ターンの測定方法。 - 【請求項２】二次電子信号の観測を複数回行い、これら
の観測結果を加算平均することによりパターンの投影像
を得て、このパターンの投影像を構成する各画素につい
てその濃度値をその周辺画素の濃度値に基づいて修正す
る処理を行い、更に各画素のもつ濃度値が所定の範囲内
に分布するように濃度値の線形変換を行って最終的なパ
ターンの投影像を得ることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のパターンの測定方法。 - 【請求項３】側壁近傍における二次電子信号強度の最大
値から最小値を差し引いた値の40％〜60％の値だけ該最
小値より大きい値をスライスレベルとすることを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項記載のパターン
の測定方法。 - 【請求項４】側壁近傍における二次電子信号強度の最大
値と最小値との中間値をスライスレベルとすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のパタ
ーンの測定方法。 - 【請求項５】基準面に対して凹凸をなし、かつ、前記基
準面に垂直に立てた対称面について互いに面対称となる
ような第１の側壁および第２の側壁を有するパターンの
測定方法であって、 パターンに向けて基準面に立てた法線に対し角度θをな
す方向から電子ビームを照射し、この電子ビームに基づ
いて前記パターンから放出される二次電子信号の観測を
行うことにより、前記基準面に対して所定角θをなす投
影面への前記パターンの投影像を得て、 前記対称面と前記投影面との光線に直交し、かつ、前記
投影面内に含まれる直線である基準線を定義し、前記投
影像に関する二次電子信号強度を、基準線上の位置に対
応させて抽出し、所定の二次電子信号強度値をスライス
レベルとして設定し、第１の側壁に対応する強度値の山
の部分の前記スライスレベルに沿った幅を前記第１の側
壁の投影像の前記基準線方向の幅ｘ１として求め、かつ
第２の側壁に対応する強度値の山の部分の前記スライス
レベルに沿った幅を前記第２の側壁の投影像の前記基準
線方向の幅ｘ２として求め、 cos（φ＋θ）／cos（φ−θ）＝ｘ１／ｘ２ なる式を用いて、前記第１の側壁および前記第２の側壁
と前記基準面とのなす角φを求め、 側壁上の所定点ＰおよびＱについて、それぞれ投影点
Ｐ′およびＱ′を求め、投影点Ｐ′およびＱ′間の基準
線に沿った隔たりｄを求め、 Ｈ＝ｄ・sinφ／cos（φ＋θ） なる式を用いて、所定点ＰおよびＱ間の前記基準面に立
てた法線方向に関する隔たりＨを求めることを特徴とす
るパターンの測定方法。 - 【請求項６】二次電子信号の観測を複数回行い、これら
の観測結果を加算平均することによりパターンの投影像
を得て、このパターンの投影像を構成する各画素につい
てその濃度値をその周辺画素の濃度値に基づいて修正す
る処理を行い、更に各画素のもつ濃度値が所定の範囲内
に分布するように濃度値の線形変換を行って最終的なパ
ターンの投影像を得ることを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載のパターンの測定方法。 - 【請求項７】側壁近傍における二次電子信号強度の最大
値から最小値を差し引いた値の40％〜60％の値だけ該最
小値より大きい値をスライスレベルとすることを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載のパターンの測定方法。 - 【請求項８】側壁近傍における二次電子信号強度の最大
値と最小値との中間値をスライスレベルとすることを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載のパターンの測定方
法。 - 【請求項９】所定点Ｐとして基準面上の点を求め、所定
点Ｑと基準面との距離Ｈを求めることを特徴とする特許
請求の範囲第５項乃至第８項のいずれかに記載のパター
ンの測定方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259207A JPH0663758B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | パターンの測定方法 |
| EP88117111A EP0312083B1 (en) | 1987-10-14 | 1988-10-14 | Pattern measurement method |
| KR1019880013431A KR920002371B1 (ko) | 1987-10-14 | 1988-10-14 | 패턴측정방법 |
| DE8888117111T DE3871706T2 (de) | 1987-10-14 | 1988-10-14 | Konturenmessmethode. |
| US07/257,862 US4910398A (en) | 1987-10-14 | 1988-10-14 | Pattern Measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259207A JPH0663758B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | パターンの測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101408A JPH01101408A (ja) | 1989-04-19 |
| JPH0663758B2 true JPH0663758B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=17330878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62259207A Expired - Fee Related JPH0663758B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | パターンの測定方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4910398A (ja) |
| EP (1) | EP0312083B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0663758B2 (ja) |
| KR (1) | KR920002371B1 (ja) |
| DE (1) | DE3871706T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5600734A (en) * | 1991-10-04 | 1997-02-04 | Fujitsu Limited | Electron beam tester |
| JP2823450B2 (ja) * | 1992-11-19 | 1998-11-11 | 株式会社東芝 | 回路パターンの寸法測定方法 |
| JP3184675B2 (ja) * | 1993-09-22 | 2001-07-09 | 株式会社東芝 | 微細パターンの測定装置 |
| US5576542A (en) * | 1993-12-08 | 1996-11-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Substrate cross-section observing apparatus |
| US5958799A (en) * | 1995-04-13 | 1999-09-28 | North Carolina State University | Method for water vapor enhanced charged-particle-beam machining |
| US5798529A (en) * | 1996-05-28 | 1998-08-25 | International Business Machines Corporation | Focused ion beam metrology |
| US6157032A (en) * | 1998-11-04 | 2000-12-05 | Schlumberger Technologies, Inc. | Sample shape determination by measurement of surface slope with a scanning electron microscope |
| KR100576940B1 (ko) * | 1999-12-14 | 2006-05-10 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 하전 입자 빔을 사용하여 표본을 검사하는 방법 및 시스템 |
| WO2002023173A2 (en) * | 2000-09-15 | 2002-03-21 | Infineon Technologies North America Corp. | Method for measuring and characterizing parallel features in images |
| US6445194B1 (en) | 2001-02-16 | 2002-09-03 | International Business Machines Corporation | Structure and method for electrical method of determining film conformality |
| JP4215454B2 (ja) | 2001-07-12 | 2009-01-28 | 株式会社日立製作所 | 試料の凹凸判定方法、及び荷電粒子線装置 |
| AU2003263776A1 (en) * | 2002-07-11 | 2004-02-02 | Applied Materials Israel, Ltd | Method and apparatus for measuring critical dimensions with a particle beam |
| US7528614B2 (en) | 2004-12-22 | 2009-05-05 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for voltage contrast analysis of a wafer using a tilted pre-charging beam |
| JP4695857B2 (ja) * | 2004-08-25 | 2011-06-08 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 半導体検査方法および半導体検査装置 |
| ATE528722T1 (de) | 2007-05-14 | 2011-10-15 | Historx Inc | Abteilungsauftrennung durch pixelcharakterisierung unter verwendung von bilddatenclusterung |
| JP5593221B2 (ja) * | 2007-06-15 | 2014-09-17 | ヒストロックス，インコーポレイテッド． | 顕微鏡機器を標準化するための方法およびシステム |
| CA2604317C (en) * | 2007-08-06 | 2017-02-28 | Historx, Inc. | Methods and system for validating sample images for quantitative immunoassays |
| CA2596204C (en) * | 2007-08-07 | 2019-02-26 | Historx, Inc. | Method and system for determining an optimal dilution of a reagent |
| WO2009029810A1 (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-05 | Historx, Inc. | Automatic exposure time selection for imaging tissue |
| EP2335221B8 (en) * | 2008-09-16 | 2016-05-25 | Novartis AG | Reproducible quantification of biomarker expression |
| US8992446B2 (en) * | 2009-06-21 | 2015-03-31 | Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital | Procedure for denoising dual-axis swallowing accelerometry signals |
| JP6427571B2 (ja) * | 2014-06-30 | 2018-11-21 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | パターン測定方法、及びパターン測定装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3876879A (en) * | 1973-11-09 | 1975-04-08 | Calspan Corp | Method and apparatus for determining surface characteristics incorporating a scanning electron microscope |
| JPS5434673A (en) * | 1977-08-23 | 1979-03-14 | Hitachi Ltd | Micro-distance measuring device for scan-type electronic microscope |
| DD206722A3 (de) * | 1981-11-02 | 1984-02-01 | Rainer Plontke | Verfahren und anordnung zur strukturkantenbestimmung in elektronenstrahlgeraeten |
| EP0108497B1 (en) * | 1982-10-08 | 1987-05-13 | National Research Development Corporation | Irradiative probe system |
| JPS6161002A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-03-28 | Hitachi Ltd | 断面形状自動測定方式 |
| JPS61128114A (ja) * | 1984-11-27 | 1986-06-16 | Toshiba Corp | パタ−ンの表面形状評価方法 |
| JPH0621784B2 (ja) * | 1984-12-10 | 1994-03-23 | 株式会社日立製作所 | パタ−ン形状評価装置 |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62259207A patent/JPH0663758B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-10-14 US US07/257,862 patent/US4910398A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-14 KR KR1019880013431A patent/KR920002371B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1988-10-14 EP EP88117111A patent/EP0312083B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-14 DE DE8888117111T patent/DE3871706T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US4910398A (en) | 1990-03-20 |
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| EP0312083A3 (en) | 1990-08-08 |
| DE3871706T2 (de) | 1993-01-21 |
| EP0312083A2 (en) | 1989-04-19 |
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| KR920002371B1 (ko) | 1992-03-23 |
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