JPH07286842A - Method and device for inspecting dimension - Google Patents

Method and device for inspecting dimension

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JPH07286842A
JPH07286842A JP8034894A JP8034894A JPH07286842A JP H07286842 A JPH07286842 A JP H07286842A JP 8034894 A JP8034894 A JP 8034894A JP 8034894 A JP8034894 A JP 8034894A JP H07286842 A JPH07286842 A JP H07286842A
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JP
Japan
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beam incident
pattern
electron beam
incident angle
sample
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Application number
JP8034894A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Hashimoto
進 橋本
Masaaki Kano
正明 加納
Chikasuke Nishimura
慎祐 西村
Hiroaki Hosai
弘明 法西
Yuji Fukutome
裕二 福留
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To measure the width of a pattern with high precision. CONSTITUTION:When a sample 21 is scanned with an electron beam, the incident angle of the electron beam is set in, at least, two different directions by means of beam incident angle selecting means 16, 18, 40, and 41. After setting the incident angles, the the sample 21 is scanned with the electron bean at the incident angles and each waveform output is obtained as the function of the scanning position by detecting secondary and reflected electrons generated when the scanning is made. A pattern width calculating means 42 finds the width of a pattern by processing the profile of the waveform outputs.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程にお
いて形成される半導体ウエハやマスクのパターン検査装
置に係わり、特にパターンの寸法を高精度に測定する寸
法検査方法及びその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern inspection apparatus for semiconductor wafers and masks formed in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a dimension inspection method and apparatus for measuring pattern dimensions with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】このようなパターン幅を検査する寸法検
査方法としては、光学式と電子ビーム方式とある。この
うち、光学式としてはレーザスポットスキャン方式があ
る。この方式は、図7に示すようにレーザスポットを試
料である半導体ウエハの被測定パターン1に対してその
垂直方向から照射するとともに走査し、このときに生じ
るエッジからの散乱光を各ディテクタ2で検出する。そ
して、レーザスポットの走査、つまりステージ3の移動
距離に対応した各ディテクタ2の出力信号(図8)に基
づいてパターン幅(線幅)を求めるものである。
2. Description of the Related Art As a dimension inspection method for inspecting such a pattern width, there are an optical type and an electron beam type. Among them, the laser spot scan method is an optical method. In this method, as shown in FIG. 7, a laser spot is irradiated onto a measured pattern 1 of a semiconductor wafer, which is a sample, in a direction perpendicular to the pattern, and scanning is performed, and scattered light from an edge generated at this time is detected by each detector 2. To detect. Then, the pattern width (line width) is obtained based on the scanning of the laser spot, that is, the output signal (FIG. 8) of each detector 2 corresponding to the moving distance of the stage 3.

【0003】この方式であれば、レーザスポットのサイ
ズを極小化することで精度を高くできるが、レーザスポ
ットサイズは0.8μm程度のビーム径が限界であり、
パターン1のエッジのダレ方によって測定値と真値との
間に誤差が生じるケースがある。このため、パターン幅
は、0.5μm程度が測定限界のようである。
With this method, accuracy can be increased by minimizing the size of the laser spot, but the laser spot size is limited to a beam diameter of about 0.8 μm,
There is a case where an error occurs between the measured value and the true value due to the sagging of the edge of the pattern 1. Therefore, it seems that the pattern width is about 0.5 μm as the measurement limit.

【0004】一方、電子ビーム方式を適用した技術とし
ては、走査型電子顕微鏡(SEM)がある。このSEM
は、ウエハ表面パターンの拡大像からパターン寸法を測
定するもので、図9に示すように電子ビームを被測定パ
ターン1に対して垂直方向から照射するとともに走査
し、このとき得られる2次電子、反射電子を検出して図
10に示すようにその強度変化を走査位置の関数として
求める。そして、これを像出力し、パターンエッジ間の
距離からパターン幅を求めるものである。
On the other hand, as a technique to which the electron beam method is applied, there is a scanning electron microscope (SEM). This SEM
Is to measure the pattern size from an enlarged image of the wafer surface pattern. As shown in FIG. 9, the electron beam is irradiated from the direction perpendicular to the measured pattern 1 and scanning is performed, and the secondary electrons obtained at this time are The backscattered electrons are detected and the intensity change thereof is obtained as a function of the scanning position as shown in FIG. Then, this is output as an image, and the pattern width is obtained from the distance between the pattern edges.

【0005】ところで、試料に対する電子ビームの走査
は、スキャンコイルによって偏向制御を行って被測定パ
ターン1上に走査している。このような走査制御によ
り、電子ビームは、図11に示すようにその走査位置に
よってビーム入射角が異なる。
The electron beam is scanned on the sample by scanning the pattern to be measured 1 with deflection control by a scan coil. By such scanning control, the electron beam has a different beam incident angle depending on its scanning position as shown in FIG.

【0006】このため、走査エリアの周辺側になればな
る程、ビーム入射角の差や偏向歪み等により電子ビーム
に歪みが生じ、パターン幅測定に誤差が生じる。又、被
測定パターン1の凹凸に対しては、影となるところが発
生するため、パターンエッジ部分が正確に出力されない
ことがあり、高精度な測定が困難となっている。
Therefore, the closer to the periphery of the scanning area, the more the electron beam is distorted due to the difference in beam incident angle, the deflection distortion, etc., and the error occurs in the pattern width measurement. Further, since there are shadows on the unevenness of the measured pattern 1, the pattern edge portion may not be accurately output, which makes it difficult to perform highly accurate measurement.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように電子ビー
ムの走査位置によってビーム入射角が異なるため、走査
エリアの周辺側程、パターン幅測定に誤差が生じる。
又、被測定パターン1の凹凸に対して影となるところが
発生するため、これによっても高精度な測定が困難とな
っている。そこで本発明は、高精度なパターン幅測定が
できる寸法検査方法及びその装置を提供することを目的
とする。
As described above, since the beam incident angle differs depending on the scanning position of the electron beam, an error occurs in the pattern width measurement toward the peripheral side of the scanning area.
In addition, since there are shadows on the unevenness of the measured pattern 1, this also makes it difficult to perform highly accurate measurement. Therefore, an object of the present invention is to provide a dimension inspection method and an apparatus therefor capable of highly accurate pattern width measurement.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1によれば、パタ
ーンの形成された試料に対して電子ビームを走査し、こ
のとき発生する2次電子、反射電子を検出して走査位置
の関数として波形出力してパターン幅を求める寸法検査
方法において、試料に対する電子ビームのビーム入射角
を少なくとも異なる2方向に設定し、これらビーム入射
角で電子ビームを走査したときの各波形出力に基づいて
プロファイル処理してパターン幅を求めるようにして上
記目的を達成しようとする寸法検査方法である。
According to a first aspect of the present invention, a sample on which a pattern is formed is scanned with an electron beam, and secondary electrons and backscattered electrons generated at this time are detected as a function of the scanning position. In a dimension inspection method for outputting a waveform to obtain a pattern width, a beam incidence angle of an electron beam with respect to a sample is set in at least two different directions, and profile processing is performed based on each waveform output when the electron beam is scanned at these beam incidence angles. Then, the dimension inspection method aims to achieve the above object by obtaining the pattern width.

【0009】請求項2によれば、パターンの形成された
試料に対して電子ビームを走査し、このとき発生する2
次電子、反射電子を検出して走査位置の関数として波形
出力してパターン幅を求める寸法検査装置において、試
料に対する電子ビームのビーム入射角を少なくとも異な
る2方向に選択設定するビーム入射角選択手段と、電子
ビームを各ビーム入射角で走査したときの各波形出力に
基づきプロファイル処理してパターン幅を求めるパター
ン幅演算手段と、を備えて上記目的を達成しようとする
寸法検査装置である。
According to a second aspect of the present invention, a sample on which a pattern is formed is scanned with an electron beam and generated at this time.
In a dimension inspection apparatus for detecting a secondary electron and a reflected electron and outputting the waveform as a function of a scanning position to obtain a pattern width, a beam incident angle selecting means for selectively setting a beam incident angle of an electron beam with respect to a sample in at least two different directions. A pattern width calculation means for obtaining a pattern width by performing profile processing on the basis of each waveform output when an electron beam is scanned at each beam incident angle.

【0010】請求項3によれば、ビーム入射角選択手段
は、偏向器と、予め複数のビーム入射角を記憶したメモ
リと、このメモリに記憶されている各ビーム入射角のう
ち少なくとも異なる2つのビーム入射角を選択し、これ
らビーム入射角に応じた各励磁電流を偏向器に供給する
角度制御装置とを有するものである。
According to a third aspect of the present invention, the beam incident angle selecting means includes a deflector, a memory that stores a plurality of beam incident angles in advance, and at least two different beam incident angles stored in the memory. An angle control device for selecting a beam incident angle and supplying each exciting current corresponding to the beam incident angle to the deflector.

【0011】請求項4によれば、パターン幅演算手段
は、電子ビームを各ビーム入射角で走査したときの各波
形出力を加算してパターンに応じた出力を得るとともに
減算してパターン傾斜方向に応じた出力を得、これら出
力に基づきパターンプロファイルを求めてパターン幅を
求める機能を有するものである。
According to the fourth aspect, the pattern width calculation means adds the respective waveform outputs when the electron beam is scanned at each beam incident angle to obtain an output corresponding to the pattern and subtracts the output in the pattern inclination direction. It has a function of obtaining a corresponding output, obtaining a pattern profile based on these outputs, and obtaining a pattern width.

【0012】[0012]

【作用】請求項1によれば、試料に対して電子ビームを
走査する場合、この電子ビームのビーム入射角を少なく
とも異なる2方向に設定してそれぞれ走査し、このとき
発生する2次電子、反射電子を検出して走査位置の関数
として各波形出力を得、これら波形出力に基づいてプロ
ファイル処理してパターン幅を求める。
According to the first aspect, when the electron beam is scanned on the sample, the beam incident angles of the electron beam are set in at least two different directions, and the respective scanning is performed. Each waveform output is obtained as a function of scanning position by detecting electrons, and profile processing is performed based on these waveform outputs to obtain the pattern width.

【0013】請求項2によれば、試料に対して電子ビー
ムを走査する場合、ビーム入射角選択手段によって電子
ビームのビーム入射角を少なくとも異なる2方向に設定
する。そして、これらビーム入射角でそれぞれ電子ビー
ムを走査し、このとき発生する2次電子、反射電子を検
出して走査位置の関数として各波形出力を得、パターン
幅演算手段によってこれら波形出力に基づいてプロファ
イル処理してパターン幅を求める。
According to the second aspect, when the electron beam is scanned on the sample, the beam incident angle selecting means sets the beam incident angle of the electron beam in at least two different directions. Then, the electron beam is scanned at each of these beam incident angles, secondary electrons and backscattered electrons generated at this time are detected, and each waveform output is obtained as a function of the scanning position. Based on these waveform outputs by the pattern width calculation means. Profile processing is performed to obtain the pattern width.

【0014】この場合、請求項3によれば、予め複数の
ビーム入射角を記憶したメモリから少なくとも異なる2
つのビーム入射角を選択し、これらビーム入射角に応じ
た各励磁電流を偏向器に供給して電子ビームの各ビーム
入射角を設定している。
In this case, according to the third aspect, at least a memory having a plurality of beam incident angles stored in advance is used.
One beam incident angle is selected, and each exciting current corresponding to these beam incident angles is supplied to the deflector to set each beam incident angle of the electron beam.

【0015】又、請求項4によれば、電子ビームを各ビ
ーム入射角で走査したときの各波形出力を加算してパタ
ーンに応じた出力を得、これと共に減算してパターン傾
斜方向に応じた出力を得る。そして、これら加算及び減
算の各出力に基づきパターンプロファイルを求めてパタ
ーン幅を求める。
According to a fourth aspect of the present invention, the waveform outputs obtained by scanning the electron beam at each beam incident angle are added to obtain an output corresponding to the pattern, and an output corresponding to the pattern is subtracted from the waveform output to obtain the pattern inclination direction. Get the output. Then, the pattern profile is obtained based on the outputs of the addition and the subtraction to obtain the pattern width.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図1は走査型電子顕微鏡(SEM)に適
用した寸法検査装置の構成図である。顕微鏡本体10の
上部には、電子銃11が設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a dimension inspection apparatus applied to a scanning electron microscope (SEM). An electron gun 11 is provided above the microscope body 10.

【0017】この顕微鏡本体10には、電子銃11から
放射される電子ビームの進行方向に沿って、電子ビーム
をオン・オフするためのブランキングコイル12、コン
デンサレンズ13、スキャンコイル14、電子ビームの
微小フォーカスを合わせるための縮小レンズ15、及び
偏向器16、対物レンズ17が配置されている。
In the microscope body 10, a blanking coil 12, a condenser lens 13, a scan coil 14, an electron beam for turning on and off the electron beam along the traveling direction of the electron beam emitted from the electron gun 11. A reduction lens 15, a deflector 16, and an objective lens 17 for finely focusing the image are arranged.

【0018】これら各コイル12、14及び各レンズ1
3、15等は、それぞれビーム制御装置18により励磁
電流が制御されて電子ビームのビーム形状、照射領域等
が調整されるものとなっている。
These coils 12, 14 and each lens 1
The beam control device 18 controls the exciting current of each of Nos. 3, 15 and the like to adjust the beam shape of the electron beam, the irradiation area, and the like.

【0019】顕微鏡本体10の下部には、XYステージ
20が移動自在に配置され、かつこのXYステージ20
上に半導体ウエハ等の試料21が載置されている。この
XYステージ20は、顕微鏡本体10の外部に設けられ
たステージ制御装置22によりXY平面上を移動するも
のとなっている。
An XY stage 20 is movably arranged below the microscope body 10, and the XY stage 20 is also provided.
A sample 21 such as a semiconductor wafer is placed on top. The XY stage 20 is moved on the XY plane by a stage control device 22 provided outside the microscope body 10.

【0020】レーザ位置検出器23は、ミラーにレーザ
光を照射し、その反射レーザ光を受光してその往復時間
から試料21の位置を検出する機能を有している。XY
ステージ20の斜め上方には、ディテクタ等の電子検出
器30が配置されている。この電子検出器30は、試料
21に対して電子ビームが照射されたときの2次電子又
は反射電子を検出してその電子の強度に応じた電気信号
を出力するものである。
The laser position detector 23 has a function of irradiating the mirror with laser light, receiving the reflected laser light, and detecting the position of the sample 21 from the round-trip time. XY
An electronic detector 30 such as a detector is arranged diagonally above the stage 20. The electron detector 30 detects secondary electrons or reflected electrons when the sample 21 is irradiated with an electron beam, and outputs an electric signal according to the intensity of the electrons.

【0021】2次電子検出処理装置31は、電子検出器
30からの電気信号を受けてその波形出力を得る機能を
有している。一方、主制御装置40には、ビーム制御装
置18、ステージ制御装置22、2次電子検出処理装置
31が接続されるとともにビーム入射角メモリ41、測
長処理装置42が接続されている。
The secondary electron detection processing device 31 has a function of receiving an electric signal from the electron detector 30 and obtaining its waveform output. On the other hand, the main controller 40 is connected to the beam controller 18, the stage controller 22, the secondary electron detection processing device 31, the beam incident angle memory 41, and the length measurement processing device 42.

【0022】ビーム入射角メモリ41には、電子ビーム
の試料21に対する複数のビーム入射角が予め記憶され
ている。これらビーム入射角は、例えば図2に示すよう
に電子ビームa、b、cであり、このうち電子ビームb
はビーム入射角θ1であり、電子ビームcはビーム入射
角θ2である。これらビーム入射角θ1、θ2は、図示
していない偏向角度及び照射点にの校正により予め求め
た値であり、それぞれ任意の角度に設定変更可能となっ
ている。
The beam incident angle memory 41 stores a plurality of beam incident angles of the electron beam with respect to the sample 21 in advance. These beam incident angles are, for example, electron beams a, b, and c as shown in FIG.
Is the beam incident angle θ1 and the electron beam c is the beam incident angle θ2. These beam incident angles θ1 and θ2 are values previously obtained by calibration of deflection angles and irradiation points (not shown), and can be set and changed to arbitrary angles.

【0023】主制御装置40は、ビーム入射角メモリ4
1に記憶されている各ビーム入射角のうち少なくとも異
なる2つのビーム入射角を選択し、これらビーム入射角
の指示指令をビーム制御装置18に送出する機能を有し
ている。この場合、主制御装置34は、オペレータの指
示に従って2つのビーム入射角を選択する機能、及びビ
ーム入射角の指示指令をビーム制御装置18に送出する
とともにステージを連続移動させる指令をステージ制御
装置22に送出する機能を有している。
The main controller 40 includes a beam incident angle memory 4
It has a function of selecting at least two different beam incident angles among the beam incident angles stored in No. 1 and sending an instruction command of these beam incident angles to the beam control device 18. In this case, the main controller 34 sends a function of selecting two beam incident angles according to an operator's instruction and a command of beam incident angle to the beam controller 18 and a command to continuously move the stage 22. It has the function of sending to.

【0024】ビーム制御装置18は、2つのビーム入射
角θ1、θ2の指示を受けると、これらビーム入射角θ
1、θ2に応じた各励磁電流をそれぞれ偏向器16に供
給する機能を有している。
When the beam control device 18 receives an instruction of two beam incident angles θ1 and θ2, these beam incident angles θ1 and θ2
It has a function of supplying each exciting current corresponding to 1 and θ2 to the deflector 16.

【0025】従って、これら偏向器16、ビーム制御装
置18、主制御装置40及びビーム入射角メモリ41に
よりビーム入射角選択手段が形成されている。ステージ
制御装置22は、それそれのビーム入射角で電子ビーム
が試料21に照射されているときに、XYステージ20
をXY平面の所定方向に連続移動させて電子ビームを試
料21上に走査させる機能を有している。
Therefore, the deflector 16, the beam controller 18, the main controller 40 and the beam incident angle memory 41 form a beam incident angle selecting means. The stage controller 22 controls the XY stage 20 when the sample 21 is irradiated with the electron beam at each beam incident angle.
Is continuously moved in a predetermined direction of the XY plane to scan the sample 21 with the electron beam.

【0026】なお、ステージ制御装置22は、試料21
上のパターン検査領域に応じた位置指令をXYステージ
20に送出する機能、レーザ位置検出器23からのXY
テーブル20の位置を受けて試料21を所望のパターン
検査領域に位置決めする機能を有している。
The stage control device 22 is used for the sample 21.
Function to send a position command to the XY stage 20 according to the upper pattern inspection area, XY from the laser position detector 23
It has a function of receiving the position of the table 20 and positioning the sample 21 in a desired pattern inspection region.

【0027】測長処理装置42は、主制御装置40を通
して2次電子検出処理装置31により得られた出力波形
を受け取り、各ビーム入射角での電子ビーム走査時の各
出力波形を加算してパターンに応じた出力を得るととも
に減算してパターン傾斜方向に応じた出力を得、これら
出力波形に基づきパターンプロファイルを求めてパター
ン幅を求める機能を有している。
The length measurement processing unit 42 receives the output waveform obtained by the secondary electron detection processing unit 31 through the main control unit 40 and adds the output waveforms at the time of electron beam scanning at each beam incident angle to add the pattern. It has a function of obtaining and outputting the output according to the pattern inclination direction and obtaining the output according to the pattern inclination direction, and obtaining the pattern profile based on these output waveforms to obtain the pattern width.

【0028】又、この測長処理装置42には、モニタテ
レビジョン43、CRTディスプレイ44及びフロッピ
ーディスク45が接続され、試料21のパターン幅をモ
ニタテレビジョン43及びCRTディスプレイ44に表
示するとともにフロッピーディスク45に記憶する機能
を有している。
A monitor television 43, a CRT display 44 and a floppy disk 45 are connected to the length measurement processing device 42, and the pattern width of the sample 21 is displayed on the monitor television 43 and the CRT display 44 and the floppy disk. 45 has the function of storing.

【0029】なお、主制御装置40は、ビーム制御装置
18、ステージ制御装置22、2次電子検出処理装置3
1及び測長処理装置42の各動作制御を行う機能を有し
ている。
The main controller 40 includes a beam controller 18, a stage controller 22, and a secondary electron detection processor 3.
1 and a function of controlling each operation of the length measurement processing device 42.

【0030】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。電子銃11から電子ビームが放出される
と、この電子ビームは、コンデンサレンズ13によって
均一な電子ビームとなり、スキャンコイル14の中心位
置でクロスするように集束される。そして、電子ビーム
は、対物レンズ17により再び集束されて試料21に照
射される。このとき、電子ビームの照射位置は、偏向器
16の制御により試料21上の任意のところに位置決め
される。
Next, the operation of the apparatus constructed as described above will be described. When an electron beam is emitted from the electron gun 11, the electron beam becomes a uniform electron beam by the condenser lens 13 and is focused so as to cross at the center position of the scan coil 14. Then, the electron beam is focused again by the objective lens 17 and irradiated on the sample 21. At this time, the irradiation position of the electron beam is positioned anywhere on the sample 21 by the control of the deflector 16.

【0031】このようにして試料21に照射される電子
ビームは、図2に示す電子ビームaであり、この状態で
XYステージ20を連続移動させれば、図3(a) に示す
ような電子ビームaの走査となる。
The electron beam thus irradiated on the sample 21 is the electron beam a shown in FIG. 2. If the XY stage 20 is continuously moved in this state, the electron beam as shown in FIG. The beam a is scanned.

【0032】ところで、本装置では、次の通りに電子ビ
ームを試料21に対して走査する。すなわち、主制御装
置40は、ビーム入射角メモリ41に記憶されている複
数のビーム入射角のうち、それぞれ異なる少なくとも2
つのビーム入射角、例えばビーム入射角θ1、θ2を選
択する。この場合、主制御装置34は、オペレータの指
示があれば、この指示に従って2つのビーム入射角を選
択する。
By the way, in this apparatus, the sample 21 is scanned with the electron beam as follows. That is, main controller 40 selects at least two different beam incident angles among the plurality of beam incident angles stored in beam incident angle memory 41.
Two beam incident angles, for example, beam incident angles θ1 and θ2 are selected. In this case, if there is an instruction from the operator, main controller 34 selects two beam incident angles according to this instruction.

【0033】次にこの主制御装置40は、先ずビーム入
射角θ1の指示指令をビーム制御装置18に対して送出
する。このビーム制御装置18は、ビーム入射角θ1に
応じた励磁電流を偏向器16に供給する。
Next, the main controller 40 first sends an instruction command for the beam incident angle θ1 to the beam controller 18. The beam control device 18 supplies an exciting current according to the beam incident angle θ1 to the deflector 16.

【0034】これにより、電子ビームは、偏向器16を
通過するときに偏向されて図2に示す電子ビームbの経
路を通ってビーム入射角θ1で試料21上に照射され
る。これと共に主制御装置40は、ステージ移動の指令
をステージ制御装置22に対して送出する。このステー
ジ制御装置22は、ステージ移動指令を受けることによ
りXYステージ20、つまり試料21を所定方向に連続
して移動させる。
As a result, the electron beam is deflected when passing through the deflector 16 and passes through the path of the electron beam b shown in FIG. 2 and is irradiated onto the sample 21 at the beam incident angle θ1. At the same time, main controller 40 sends a stage movement command to stage controller 22. The stage control device 22 continuously moves the XY stage 20, that is, the sample 21 in a predetermined direction by receiving a stage movement command.

【0035】このようにビーム入射角θ1の電子ビーム
bを試料21に照射すると共に試料21を連続移動させ
ると、電子ビームbは図3(b) に示すよう試料21上を
走査する。
When the sample 21 is irradiated with the electron beam b having the beam incident angle θ1 and the sample 21 is continuously moved, the electron beam b scans the sample 21 as shown in FIG. 3B.

【0036】このとき、試料21に電子ビームbが照射
されるとことにより、試料21からは2次電子又は反射
電子が発生する。電子検出器30は、これら2次電子又
は反射電子を検出してその電子の強度に応じた電気信号
を出力する。2次電子検出処理装置31は、この電子検
出器30からの電気信号を受けて図4(b) に示すその波
形出力を得る。主制御装置40は、この波形出力を図示
しない記憶装置に記憶する。
At this time, when the sample 21 is irradiated with the electron beam b, secondary electrons or reflected electrons are generated from the sample 21. The electron detector 30 detects these secondary electrons or reflected electrons and outputs an electric signal corresponding to the intensity of the electrons. The secondary electron detection processing device 31 receives the electric signal from the electron detector 30 and obtains its waveform output shown in FIG. 4 (b). Main controller 40 stores this waveform output in a storage device (not shown).

【0037】次に主制御装置40は、ビーム入射角θ2
の指示指令をビーム制御装置18に対して送出する。こ
のビーム制御装置18は、ビーム入射角θ2に応じた励
磁電流を偏向器16に供給する。
Next, main controller 40 determines beam incident angle θ2.
Is sent to the beam controller 18. The beam control device 18 supplies an exciting current according to the beam incident angle θ2 to the deflector 16.

【0038】これにより、電子ビームは、偏向器16を
通過するときに偏向されて図2に示す電子ビームcの経
路を通って試料21上に照射される。これと共に主制御
装置40は、上記同様にステージ移動の指令をステージ
制御装置22に対して送出する。このステージ制御装置
22は、ステージ移動指令を受けることによりXYステ
ージ20を所定方向に連続して移動して試料21を移動
させる。
As a result, the electron beam is deflected when passing through the deflector 16 and is irradiated onto the sample 21 through the path of the electron beam c shown in FIG. Along with this, main controller 40 sends a stage movement command to stage controller 22 as described above. Upon receiving the stage movement command, the stage control device 22 continuously moves the XY stage 20 in a predetermined direction to move the sample 21.

【0039】このようにビーム入射角θ2の電子ビーム
cとして試料21に照射すると共に試料21を連続移動
させると、電子ビームcは図3(c) に示すよう試料21
上を走査する。
As described above, when the sample 21 is irradiated with the electron beam c having the beam incident angle θ2 and the sample 21 is continuously moved, the electron beam c is changed to the sample 21 as shown in FIG. 3 (c).
Scan over.

【0040】このとき、試料21に電子ビームcが照射
されるとことにより、試料21からは2次電子又は反射
電子が発生する。電子検出器30は、これら2次電子又
は反射電子を検出してその電子の強度に応じた電気信号
を出力する。2次電子検出処理装置31は、この電子検
出器30からの電気信号を受けて図4(c) に示すその波
形出力を得る。主制御装置40は、この波形出力を図示
しない記憶装置に記憶する。
At this time, when the sample 21 is irradiated with the electron beam c, secondary electrons or reflected electrons are generated from the sample 21. The electron detector 30 detects these secondary electrons or reflected electrons and outputs an electric signal corresponding to the intensity of the electrons. The secondary electron detection processing device 31 receives the electric signal from the electron detector 30 and obtains its waveform output shown in FIG. 4 (c). Main controller 40 stores this waveform output in a storage device (not shown).

【0041】なお、図4(a) の出力波形は、電子ビーム
aを試料21に走査したときのを示している。次に測長
処理装置42は、主制御装置40を通して記憶装置に記
憶されている電子ビーム走査時の各ビーム入射角θ1、
θ2に対応する各出力波形を受け取り、これら出力波形
に基づいてパターン幅を求める。
The output waveform in FIG. 4A shows the case where the sample 21 is scanned with the electron beam a. Next, the length measurement processing device 42 causes the beam incident angles θ1 at the time of electron beam scanning stored in the storage device through the main control device 40,
Each output waveform corresponding to θ2 is received, and the pattern width is obtained based on these output waveforms.

【0042】すなわち、測長処理装置42は、各ビーム
入射角θ1、θ2の各出力波形を加算して図5に示すパ
ターンに応じた出力を得る。これと共に測長処理装置4
2は、これら出力波形を減算、つまりビーム入射角θ1
のときの出力波形からビーム入射角θ2のときの出力波
形を減算してパターン傾斜方向に応じた出力を得る。
That is, the length measurement processor 42 adds the output waveforms of the respective beam incident angles θ1 and θ2 to obtain the output according to the pattern shown in FIG. Along with this, the length measurement processing device 4
2 subtracts these output waveforms, that is, the beam incident angle θ1
The output waveform at the beam incident angle θ2 is subtracted from the output waveform at this time to obtain an output according to the pattern inclination direction.

【0043】そうして測長処理装置42は、これら加
算、減算により得た各出力波形に基づきパターンプロフ
ァイルを求め、このパターンプロファイルに対するエッ
ジ処理、及びXYステージ20の移動距離からパターン
幅を求める。
In this way, the length measurement processing device 42 obtains a pattern profile based on the output waveforms obtained by these additions and subtractions, edge processing for this pattern profile, and the pattern width from the movement distance of the XY stage 20.

【0044】そして、測長処理装置42は、このパター
ン幅をモニタテレビジョン43及びCRTディスプレイ
44に表示し、これと共にフロッピーディスク45に記
憶する。
Then, the length measurement processing device 42 displays this pattern width on the monitor television 43 and the CRT display 44 and stores it together with the floppy disk 45.

【0045】このように上記一実施例においては、電子
ビームのビーム入射角を少なくとも異なる2方向θ1、
θ2に設定してそれぞれ走査し、このとき発生する2次
電子、反射電子を検出して走査位置の関数として各波形
出力を得、これら波形出力に基づいてプロファイル処理
してパターン幅を求めるようにしたので、被測定パター
ンの凹凸に対し、各ビーム入射角θ1、θ2の電子ビー
ムにより互いに補間する形で電子ビームがパターン傾斜
面を忠実に走査でき、被測定パターンのプロファイルを
忠実かつ正確に再現できる。
As described above, in the above embodiment, the beam incident angle of the electron beam is at least two different directions θ1,
Set to θ2, scan each, detect secondary electrons and backscattered electrons generated at this time, obtain each waveform output as a function of the scanning position, and perform profile processing based on these waveform outputs to obtain the pattern width. As a result, the electron beam can faithfully scan the pattern inclined surface by interpolating the unevenness of the measured pattern with the electron beams having the respective beam incident angles θ1 and θ2, and faithfully and accurately reproduces the profile of the measured pattern. it can.

【0046】これにより、試料21に対して電子ビーム
の走査位置によってビーム入射角が異なることから生じ
るパターン幅測定の誤差、又は被測定パターン1の凹凸
に対して影となるところが発生するための測定誤差を生
ぜずに、パターン幅を正確に測定できる。
As a result, an error in the pattern width measurement caused by the difference in the beam incident angle with respect to the sample 21 depending on the scanning position of the electron beam, or a measurement for producing a shadow on the unevenness of the measured pattern 1 The pattern width can be accurately measured without causing an error.

【0047】半導体のパターン密度は、今後より集積度
が高くなってそのパターン幅が例えば0.1μm以下に
細くなり、これに伴って寸法検査としては、現在よりも
より一層の高分解能(高倍率)が必要となっているのが
現状である。
The pattern density of semiconductors will become higher in the future and the pattern width will become thinner, for example, to 0.1 μm or less. As a result, the dimension inspection will have a higher resolution (higher magnification) than the present. ) Is now required.

【0048】このような現状において、ビーム径を小さ
くできる電子ビームを用い、かつビーム入射角を変えて
走査したときの出力波形からパターン幅を求めるように
すれば、高集積度の半導体ウエハ上の微細なパターンを
高分解能でかつ高精度に測定できる。
Under the current circumstances, if an electron beam that can reduce the beam diameter is used and the pattern width is obtained from the output waveform when scanning is performed while changing the beam incident angle, a highly integrated semiconductor wafer can be obtained. Fine patterns can be measured with high resolution and high accuracy.

【0049】又、ビーム入射角メモリ41には、予め複
数のビーム入射角が記憶されているので、被測定パター
ンの設計データからパターンの傾斜に応じたビーム入射
角を選択して精度高いパターン幅測定ができる。
Further, since a plurality of beam incident angles are stored in advance in the beam incident angle memory 41, the beam incident angle corresponding to the inclination of the pattern is selected from the design data of the pattern to be measured to obtain a highly accurate pattern width. You can measure.

【0050】さらにビーム入射角θ1、θ2のみに限ら
ず、2つ以上のそれぞれ異なるビーム入射角を用いて複
数回電子ビームを走査し、その各出力波形からパターン
幅を求めることができる。このようにすれば、より正確
なパターンプロファイル、パターン幅を求めることがで
きる。
Further, the pattern width can be obtained from each output waveform by scanning the electron beam a plurality of times using not only the beam incident angles θ1 and θ2 but also two or more different beam incident angles. By doing so, a more accurate pattern profile and pattern width can be obtained.

【0051】又、測長処理装置42は、パターン幅を求
める過程において、各波形出力を減算することにより被
測定パターンエッジの傾斜方向を得ることができる。な
お、本発明は、上記一実施例に限定されるものでなく次
のように変形してもよい。例えば、半導体ウエハのパタ
ーン検査に適用するだけに限らず、露光用マスクパター
ンの評価等にも適用できる。
Further, the length measurement processing device 42 can obtain the inclination direction of the measured pattern edge by subtracting each waveform output in the process of obtaining the pattern width. The present invention is not limited to the above-mentioned one embodiment and may be modified as follows. For example, the present invention can be applied not only to the pattern inspection of the semiconductor wafer but also to the evaluation of the exposure mask pattern and the like.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、高
精度なパターン幅測定ができる寸法検査方法及びその装
置を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide the dimension inspection method and the apparatus therefor capable of highly accurate pattern width measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる寸法検査装置を走査型電子顕微
鏡に適用した場合の一実施例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment when a dimension inspection apparatus according to the present invention is applied to a scanning electron microscope.

【図2】電子ビームのビーム入射角を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a beam incident angle of an electron beam.

【図3】電子ビームの各ビーム入射角における走査を示
す図。
FIG. 3 is a diagram showing scanning at each beam incident angle of an electron beam.

【図4】電子ビームの各ビーム入射角における各出力波
形を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing each output waveform at each beam incident angle of the electron beam.

【図5】各出力波形の加算処理の波形を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a waveform of addition processing of output waveforms.

【図6】各出力波形の減算処理の波形を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a subtraction process of each output waveform.

【図7】従来におけるレーザスポット方式を説明するた
めの図。
FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional laser spot method.

【図8】レーザスポット方式でのパターン幅の算出を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing calculation of a pattern width by a laser spot method.

【図9】従来における電子ビーム方式を説明するための
図。
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional electron beam system.

【図10】電子ビーム方式でのパターン幅の算出を示す
図。
FIG. 10 is a diagram showing calculation of a pattern width by an electron beam method.

【図11】電子ビーム方式における歪み発生を示す図。FIG. 11 is a diagram showing distortion generation in the electron beam system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…顕微鏡本体、11…電子銃、13…コンデンサレ
ンズ、14…スキャンコイル、16…偏向器、17…対
物レンズ、20…XYステージ、21…試料、22…ス
テージ制御装置、23…レーザ位置検出器、30…電子
検出器、31…2次電子検出処理装置、40…主制御装
置、41…ビーム入射角メモリ、42…測長処理装置。
10 ... Microscope main body, 11 ... Electron gun, 13 ... Condenser lens, 14 ... Scan coil, 16 ... Deflector, 17 ... Objective lens, 20 ... XY stage, 21 ... Specimen, 22 ... Stage control device, 23 ... Laser position detection Reference numeral 30 ... Electron detector, 31 ... Secondary electron detection processing device, 40 ... Main control device, 41 ... Beam incident angle memory, 42 ... Length measurement processing device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 法西 弘明 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 福留 裕二 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiroaki Honishi 33, Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Industrial Technology Institute, Inc. (72) Yuji Fukudome Shin-isogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 33 Incorporated company Toshiba Production Engineering Laboratory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パターンの形成された試料に対して電子
ビームを走査し、このとき発生する2次電子、反射電子
を検出して走査位置の関数として波形出力して前記パタ
ーン幅を求める寸法検査方法において、 前記試料に対する前記電子ビームのビーム入射角を少な
くとも異なる2方向に設定し、これらビーム入射角で前
記電子ビームを走査したときの各波形出力に基づいてプ
ロファイル処理して前記パターン幅を求めることを特徴
とする寸法検査方法。
1. A dimension inspection for scanning a patterned sample with an electron beam, detecting secondary electrons and reflected electrons generated at this time, and outputting the waveform as a function of the scanning position to obtain the pattern width. In the method, the beam incident angle of the electron beam with respect to the sample is set in at least two different directions, and the pattern width is obtained by performing profile processing based on each waveform output when the electron beam is scanned at these beam incident angles. A dimension inspection method characterized by the above.
【請求項2】 パターンの形成された試料に対して電子
ビームを走査し、このとき発生する2次電子、反射電子
を検出して走査位置の関数として波形出力して前記パタ
ーン幅を求める寸法検査装置において、 前記試料に対する前記電子ビームのビーム入射角を少な
くとも異なる2方向に選択設定するビーム入射角選択手
段と、 前記電子ビームを各ビーム入射角で走査したときの各波
形出力に基づきプロファイル処理して前記パターン幅を
求めるパターン幅演算手段と、を具備したことを特徴と
する寸法検査装置。
2. A dimension inspection for scanning a patterned sample with an electron beam, detecting secondary electrons and reflected electrons generated at this time, and outputting the waveform as a function of the scanning position to obtain the pattern width. In the apparatus, beam incident angle selecting means for selectively setting the beam incident angle of the electron beam with respect to the sample in at least two different directions, and profile processing based on each waveform output when the electron beam is scanned at each beam incident angle. And a pattern width calculating means for determining the pattern width.
【請求項3】 ビーム入射角選択手段は、偏向器と、予
め複数のビーム入射角を記憶したメモリと、このメモリ
に記憶されている前記各ビーム入射角のうち少なくとも
異なる2つのビーム入射角を選択し、これらビーム入射
角に応じた各励磁電流を前記偏向器に供給する角度制御
装置とを有することを特徴とする請求項2記載の寸法検
査装置。
3. The beam incident angle selection means includes a deflector, a memory storing a plurality of beam incident angles in advance, and at least two different beam incident angles among the beam incident angles stored in the memory. 3. The dimension inspection apparatus according to claim 2, further comprising: an angle control device that selects and supplies each exciting current corresponding to the beam incident angle to the deflector.
【請求項4】 パターン幅演算手段は、電子ビームを各
ビーム入射角で走査したときの各波形出力を加算してパ
ターンに応じた出力を得るとともに減算して前記パター
ン傾斜方向に応じた出力を得、これら出力に基づきパタ
ーンプロファイルを求めて前記パターン幅を求める機能
を有することを特徴とする請求項2記載の寸法検査装
置。
4. The pattern width calculation means adds the respective waveform outputs when the electron beam is scanned at each beam incident angle to obtain an output according to the pattern and subtracts the output according to the pattern inclination direction. 3. The dimension inspection apparatus according to claim 2, further comprising a function of obtaining a pattern profile based on these outputs and obtaining the pattern width.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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