JPH0735964B2 - 間隔測定装置 - Google Patents
間隔測定装置Info
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- JPH0735964B2 JPH0735964B2 JP60150927A JP15092785A JPH0735964B2 JP H0735964 B2 JPH0735964 B2 JP H0735964B2 JP 60150927 A JP60150927 A JP 60150927A JP 15092785 A JP15092785 A JP 15092785A JP H0735964 B2 JPH0735964 B2 JP H0735964B2
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- JP
- Japan
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- line width
- slice level
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はパターン上の２つのエッジ間隔を測定する装置
に関し，特に半導体素子製造用のフォトマスクやレチク
ル，あるいは半導体ウェハ上に形成されたパターンのエ
ッジからエッジまでの線幅等を測定する装置に関する。
に関し，特に半導体素子製造用のフォトマスクやレチク
ル，あるいは半導体ウェハ上に形成されたパターンのエ
ッジからエッジまでの線幅等を測定する装置に関する。
（発明の背景） 近年,ICやVSLI等の半導体素子を製造するためのフォト
マスクやレチクル等に描かれたパターンの線幅は，高集
積化，微細化の要求によって急速に細くなってきてい
る。これに伴なって，それらパターンの線幅を測定する
装置も高精度を要求されてきた。マスクやレチクル等の
被測定物上のパターンを光学系で結像させ，そのパター
ン像の光強度分布を光電的に走査し，時系列的な光電信
号を所定のしきい値（スライスレベル）と比較してパタ
ーンの線幅を測定する装置においては，高精度の測定値
を得るために光学系（対物レンズ等）の開口数，照明条
件，照明光の波長，及び焦点（フォーカス）状態等の種
々の光学条件を最適にするとともに，正確なスライスレ
ベルを設定するすることが必要となる。一般に上記光学
条件が設定されると，それに見合ったスライスレベルは
理論計算上でただちに求めることができる。しかしなが
ら，光学条件やスライスレベルを最適に設定しても，光
学的なフレアー量やパターンの配置状態（孤立パター
ン，ライン・アンド・スペース，矩形等）や線幅の大小
によって，測定値に誤差が生じることがわかった。特に
線幅値が小さくなってサブミクロン領域になると，パタ
ーンの配置状態や線幅値に応じて測定値の誤差が大きく
なり，正確な線幅値が得られなくなってくるといった欠
点が生じた。
マスクやレチクル等に描かれたパターンの線幅は，高集
積化，微細化の要求によって急速に細くなってきてい
る。これに伴なって，それらパターンの線幅を測定する
装置も高精度を要求されてきた。マスクやレチクル等の
被測定物上のパターンを光学系で結像させ，そのパター
ン像の光強度分布を光電的に走査し，時系列的な光電信
号を所定のしきい値（スライスレベル）と比較してパタ
ーンの線幅を測定する装置においては，高精度の測定値
を得るために光学系（対物レンズ等）の開口数，照明条
件，照明光の波長，及び焦点（フォーカス）状態等の種
々の光学条件を最適にするとともに，正確なスライスレ
ベルを設定するすることが必要となる。一般に上記光学
条件が設定されると，それに見合ったスライスレベルは
理論計算上でただちに求めることができる。しかしなが
ら，光学条件やスライスレベルを最適に設定しても，光
学的なフレアー量やパターンの配置状態（孤立パター
ン，ライン・アンド・スペース，矩形等）や線幅の大小
によって，測定値に誤差が生じることがわかった。特に
線幅値が小さくなってサブミクロン領域になると，パタ
ーンの配置状態や線幅値に応じて測定値の誤差が大きく
なり，正確な線幅値が得られなくなってくるといった欠
点が生じた。
（発明の目的） 本発明はパターン配置状態や線幅による測定誤差を低減
し，特にサブミクロン領域での線幅（エッジ間隔）測定
を高精度に行なう測定装置を得ることを目的とする。
し，特にサブミクロン領域での線幅（エッジ間隔）測定
を高精度に行なう測定装置を得ることを目的とする。
（発明の概要） 本発明は第１図に示すように，ステージ４上のマスク３
に形式されたパターン3aを，結像光学系としての対物レ
ンズ５で観察する。このときパターン3aの拡大像が光学
的なセンサー50（走査スリット10a,フォトマル11）によ
って検出され，パターン像の光強度分布が例えば電気処
理系（ADC102）を介してメモリ51に読み込まれる。メモ
リ51内の光強度分布波形から，エッジ間隔検出部52は所
定のスライスレベルを用いて立上りと立下りのエッジ位
置を検出し，その間隔を表示部108に表示する。スライ
スレベルは，スライスレベル補正部53により，測定しよ
うとするエッジ間隔（線幅）に応じて補正されて出力さ
れる。その補正量は光学系の諸条件と間隔値（線幅値）
とを加味して，予め定められたテーブルとして記憶され
ている。補正が必要か否かは間隔判別部54によって行な
われるように構成される。もちろん，光電センサー50か
らの光電信号（アナログ波形）を，そのままスライスレ
ベル電圧と比較して２値化した後,2値化信号の幅からエ
ッジ間隔を測定するアナログ的な方式でエッジ間隔検出
部を構成する場合は，スライスレベルの補正量をデジタ
ル−アナログ変換器でアナログ値に直してスライスレベ
ルに加えるようにする。
に形式されたパターン3aを，結像光学系としての対物レ
ンズ５で観察する。このときパターン3aの拡大像が光学
的なセンサー50（走査スリット10a,フォトマル11）によ
って検出され，パターン像の光強度分布が例えば電気処
理系（ADC102）を介してメモリ51に読み込まれる。メモ
リ51内の光強度分布波形から，エッジ間隔検出部52は所
定のスライスレベルを用いて立上りと立下りのエッジ位
置を検出し，その間隔を表示部108に表示する。スライ
スレベルは，スライスレベル補正部53により，測定しよ
うとするエッジ間隔（線幅）に応じて補正されて出力さ
れる。その補正量は光学系の諸条件と間隔値（線幅値）
とを加味して，予め定められたテーブルとして記憶され
ている。補正が必要か否かは間隔判別部54によって行な
われるように構成される。もちろん，光電センサー50か
らの光電信号（アナログ波形）を，そのままスライスレ
ベル電圧と比較して２値化した後,2値化信号の幅からエ
ッジ間隔を測定するアナログ的な方式でエッジ間隔検出
部を構成する場合は，スライスレベルの補正量をデジタ
ル−アナログ変換器でアナログ値に直してスライスレベ
ルに加えるようにする。
（実施例） 次に本発明の実施例による線幅（エッジ間隔）測定装置
の概略的な構成について，第２図，第３図に基づいて説
明する。第２図は光学系の配置を示す斜視図であり，第
３図は線幅測定のための処理回路の構成を示す回路ブロ
ック図である。
の概略的な構成について，第２図，第３図に基づいて説
明する。第２図は光学系の配置を示す斜視図であり，第
３図は線幅測定のための処理回路の構成を示す回路ブロ
ック図である。
第２図に示す光学系については特開昭50−68546号公
報，あるいは実開昭57−108112号公報に詳細に開示され
ているので，ここでは簡単に説明する。光源１からの光
は照明系レンズ２を介して被測定物であるマスク３を照
明する。マスク３はxy方向に可動なステージ４上に載置
される。マスク３上のパターン3aは，ここでは矩形の光
透過部とする。パターン3aの像は，対物レンズ5,ミラー
ブロック6,平面ミラー7,8,及び視野レンズ９を介して，
スリット板10上にパターン像30として結像される。ここ
でミラーブロック６と平面ミラー７は図示のような配置
関係を保ったまま，対物レンズ５の光軸のまわりに回転
可能なイメージローテータ（像回転プリズム）として機
能し，スリット板10上に形成されるパターン像30の向き
を任意の方向に回転させることができる。さて，スリッ
ト板10には一方向に伸びた微小なスリット10aが設けら
れ，そのスリット10aを透過した透過光は光電変換器と
してのフォトマルチプライヤ（光電子増倍管：以下フォ
トマルチと呼ぶ）11の受光面に達する。スリット板10は
スリット10aの伸長方向と直交する方向に移動（走査）
可能な機能を有し，その走査量はエンコーダ12によって
検出される。またスリット板10の表面は鏡面になってお
り，パターン像30を形成する光は，視野レンズ９を介し
て平面ミラー13,接眼レンズ14に達する。従って接眼レ
ンズ14をのぞくとパターン像30とスリット10aの走査状
態とがともに観察される。スリット板10の走査によっ
て，フォトマル11からはパターン像30のスリット走査位
置に応じた光強度分布に対応した光電流信号が発生す
る。
報，あるいは実開昭57−108112号公報に詳細に開示され
ているので，ここでは簡単に説明する。光源１からの光
は照明系レンズ２を介して被測定物であるマスク３を照
明する。マスク３はxy方向に可動なステージ４上に載置
される。マスク３上のパターン3aは，ここでは矩形の光
透過部とする。パターン3aの像は，対物レンズ5,ミラー
ブロック6,平面ミラー7,8,及び視野レンズ９を介して，
スリット板10上にパターン像30として結像される。ここ
でミラーブロック６と平面ミラー７は図示のような配置
関係を保ったまま，対物レンズ５の光軸のまわりに回転
可能なイメージローテータ（像回転プリズム）として機
能し，スリット板10上に形成されるパターン像30の向き
を任意の方向に回転させることができる。さて，スリッ
ト板10には一方向に伸びた微小なスリット10aが設けら
れ，そのスリット10aを透過した透過光は光電変換器と
してのフォトマルチプライヤ（光電子増倍管：以下フォ
トマルチと呼ぶ）11の受光面に達する。スリット板10は
スリット10aの伸長方向と直交する方向に移動（走査）
可能な機能を有し，その走査量はエンコーダ12によって
検出される。またスリット板10の表面は鏡面になってお
り，パターン像30を形成する光は，視野レンズ９を介し
て平面ミラー13,接眼レンズ14に達する。従って接眼レ
ンズ14をのぞくとパターン像30とスリット10aの走査状
態とがともに観察される。スリット板10の走査によっ
て，フォトマル11からはパターン像30のスリット走査位
置に応じた光強度分布に対応した光電流信号が発生す
る。
第３図において，フォトマル11からの光電流信号はアン
プ100によって電流−電圧変換された後，以降の電気的
処理に適するように光電信号のレベルを調整するレベル
調整回路101に入力する。またエンコーダ12からは互い
に90°の位相差を有する正弦波状の２相信号S1が出力さ
れ，エンコーダ回路103はこの２相信号S1を入力して，
スリット板10の走査方向に対応した単位移動量毎のエン
コーダパルスに変換する。方向選択回路104はスリット
板10の走査方向に対応したエンコーダパルスS3の列のう
ち，いずれか一方を選択する。選択されたエンコーダパ
ルスS3の列はアナログ−デジタル変換回路（以下,ADCと
する）102に入力して，デジタル変換のタイミング（サ
ンプリング）パルスとして使われる。ADC102はレベル調
整回路101からの光電信号S2をエンコーダパルスS3の発
生毎に，その大きさに応じたデジタル値に変換する。そ
のデジタル値はバス105を介してコンピュータ（以下CPU
と呼ぶ）106に読み込まれ,CPU106はエンコーダパルスS3
の発生の毎にアドレスが更新されるメモリに，順次光電
信号のデジタル値を記憶していく。またCPU106はレベル
調整回路101による光電信号のレベル適正化判断及び制
御をバス105を介して行うと共に，方向選択回路104によ
る選択の制御も行なう。さらにCPU106はバス105を介し
てスリット板10の走査方向や駆動を制御する駆動部107
に指令を出力する。このCPU106は本発明におけるエッジ
間隔検出手段，間隔判別手段，及びしきい値補正手段等
の機能をソフトウェアにより実現するものであり,ADC10
2から読み込んだ光電信号の波形データに基づいて，パ
ターン3aのエッジ間隔，すなわち線幅を算出する。表示
装置108は算出された線幅値をバス105を介して入力し，
その値を表示するものである。
プ100によって電流−電圧変換された後，以降の電気的
処理に適するように光電信号のレベルを調整するレベル
調整回路101に入力する。またエンコーダ12からは互い
に90°の位相差を有する正弦波状の２相信号S1が出力さ
れ，エンコーダ回路103はこの２相信号S1を入力して，
スリット板10の走査方向に対応した単位移動量毎のエン
コーダパルスに変換する。方向選択回路104はスリット
板10の走査方向に対応したエンコーダパルスS3の列のう
ち，いずれか一方を選択する。選択されたエンコーダパ
ルスS3の列はアナログ−デジタル変換回路（以下,ADCと
する）102に入力して，デジタル変換のタイミング（サ
ンプリング）パルスとして使われる。ADC102はレベル調
整回路101からの光電信号S2をエンコーダパルスS3の発
生毎に，その大きさに応じたデジタル値に変換する。そ
のデジタル値はバス105を介してコンピュータ（以下CPU
と呼ぶ）106に読み込まれ,CPU106はエンコーダパルスS3
の発生の毎にアドレスが更新されるメモリに，順次光電
信号のデジタル値を記憶していく。またCPU106はレベル
調整回路101による光電信号のレベル適正化判断及び制
御をバス105を介して行うと共に，方向選択回路104によ
る選択の制御も行なう。さらにCPU106はバス105を介し
てスリット板10の走査方向や駆動を制御する駆動部107
に指令を出力する。このCPU106は本発明におけるエッジ
間隔検出手段，間隔判別手段，及びしきい値補正手段等
の機能をソフトウェアにより実現するものであり,ADC10
2から読み込んだ光電信号の波形データに基づいて，パ
ターン3aのエッジ間隔，すなわち線幅を算出する。表示
装置108は算出された線幅値をバス105を介して入力し，
その値を表示するものである。
さて，以上のような測定装置でパターンの線幅等を測定
する訳であるが，ここで線幅測定の原理について簡単に
説明する。マスクのようにガラス基板上にクロム等を蒸
着してパターンを形成したものでは，マスクの透過率は
理想的には矩形状に変化する。従って第２図に示したパ
ターン3aの場合，スリット10aの走査方向におけるパタ
ーン像30の光強度分布も，理想的には第４図（ａ）の破
線Ａで示すように矩形状に変化する。しかしながら光学
系の諸条件により，実際の光強度分布は第４図（ａ）の
実線Ｂで示すように変化する。第４図において縦軸は光
強度Ｉを表わし，横軸は位置ｘを表わす。実線Ｂの分布
は，光学系の開口数（N.A.），照明系と対物レンズ系と
のコヒーレンス度σ（照明系のN.A.と対物レンズのN.A.
との比），あるいは使用波長等をパラメータとして光学
理論上の計算からただちに求めることができる。
する訳であるが，ここで線幅測定の原理について簡単に
説明する。マスクのようにガラス基板上にクロム等を蒸
着してパターンを形成したものでは，マスクの透過率は
理想的には矩形状に変化する。従って第２図に示したパ
ターン3aの場合，スリット10aの走査方向におけるパタ
ーン像30の光強度分布も，理想的には第４図（ａ）の破
線Ａで示すように矩形状に変化する。しかしながら光学
系の諸条件により，実際の光強度分布は第４図（ａ）の
実線Ｂで示すように変化する。第４図において縦軸は光
強度Ｉを表わし，横軸は位置ｘを表わす。実線Ｂの分布
は，光学系の開口数（N.A.），照明系と対物レンズ系と
のコヒーレンス度σ（照明系のN.A.と対物レンズのN.A.
との比），あるいは使用波長等をパラメータとして光学
理論上の計算からただちに求めることができる。
この分布波形からも明らかなように，パターン３のエッ
ジ部での立上り，立下りは一定の傾斜をもつため，この
強度分布をスリット10aで走査したときの光電信号をス
ライスレベルと比較する際，そのレベルの決め方は線幅
測定値の精度を左右する重要なファクターとなる。第４
図（ａ）の実線Ｂのような分布波形の場合，光学理論上
の計算によれば，分布波形の最大値を100％として，ス
ライスレベルVSの値はコヒーレンス度σ＝１のとき33
％，σ＝0.8のとき27.5％，そしてσ＝0.4のとき25.4％
となる。そこで，その装置のコヒーレンス度σからσに
対応するスライスレベルを決定してパターン像30の強度
分布の走査方向の長さを測定すれば，正確な線幅測定が
可能となる。
ジ部での立上り，立下りは一定の傾斜をもつため，この
強度分布をスリット10aで走査したときの光電信号をス
ライスレベルと比較する際，そのレベルの決め方は線幅
測定値の精度を左右する重要なファクターとなる。第４
図（ａ）の実線Ｂのような分布波形の場合，光学理論上
の計算によれば，分布波形の最大値を100％として，ス
ライスレベルVSの値はコヒーレンス度σ＝１のとき33
％，σ＝0.8のとき27.5％，そしてσ＝0.4のとき25.4％
となる。そこで，その装置のコヒーレンス度σからσに
対応するスライスレベルを決定してパターン像30の強度
分布の走査方向の長さを測定すれば，正確な線幅測定が
可能となる。
さらに実際の光学系においては計算で求めることの難し
いフレアーが発生し，そのフレアーが第４図（ａ）の実
線Ｂの波形にオフセットとして加えることになる。その
フレアー量Ｆによるオフセットによって，パターン像30
の現実的な強度分布は第４図（ｂ）に示すような波形と
なる。そこで光電信号上の最大値（Imax）と最小値（Im
in）の差（Imax−Imin）を100％として扱い，最小値を
零と考えて上述のようにスライスレベルVSを決定する
と，フレアー量Ｆにかかわらず常に正確な測定が可能と
なる。
いフレアーが発生し，そのフレアーが第４図（ａ）の実
線Ｂの波形にオフセットとして加えることになる。その
フレアー量Ｆによるオフセットによって，パターン像30
の現実的な強度分布は第４図（ｂ）に示すような波形と
なる。そこで光電信号上の最大値（Imax）と最小値（Im
in）の差（Imax−Imin）を100％として扱い，最小値を
零と考えて上述のようにスライスレベルVSを決定する
と，フレアー量Ｆにかかわらず常に正確な測定が可能と
なる。
しかしながら更に詳細な検討，実験の結果，上記のよう
にしてコヒーレンス度σに応じて最適なスライスレベル
を決定したとしても，測定するパターンの線幅によって
は，必らずしも最適な値ではなくなることが明らかにな
った。これはパターンの線幅を規定する平行な２つのエ
ッジが近づいてくると，回折によってエッジ部の波形に
与える影響が異なってくるためである。従って細いライ
ン・アンド・スペースの場合も同様のことが言える。そ
こで実際のパターン線幅値と，その線幅値を測定値とし
て得るための最適なスライスレベルとの相関についての
一例を，第５図を参照して説明する。第５図において縦
軸はスライスレベルVSの百分率（％）を表わし，横軸は
実際の線幅値Ｄ（μｍ）を表わす。第５図（ａ）は暗部
内の明線パターンの場合であり，第５図（ｂ）は明部内
の暗線パターンの場合であり，第５図（ｃ）は明暗の繰
り返し（ライン・アンド・スペース）の場合である。い
ずれの場合も，使用波長は546nm（ｅ線），光学系（対
物レンズ）のN.A.は0.75,コヒーレンス度σは0.6の光学
条件のもとでの一例である。第５図（ａ）では,1μｍ以
下の測定でスライスレベルVSが急に変化していることが
わかる。換言すると,1μｍ以下の線幅を測定する場合,2
μm,3μｍの測定のときのようなスライスレベルVSに固
定したままだと，測定値（寸法）の誤差が大きくなるこ
とになる。第５図（ｂ）の場合でも第５図（ａ）ほどで
はないが，線幅が小さくなるとスライスレベルVSが変化
する。第５図（ｃ）の場合は第５図（ａ）と同様の傾向
でスライスレベルVSが変化する。これら第５図（ａ）〜
（ｃ）から，線幅値が1.5μｍ位（すなわちAiry diskの
ほぼ２倍位）よりも小さいときは，スライスレベルVCを
補正する必要があることがわかる。その補正量（スライ
スレベルVSの変化量）も被測定パターンの形状や配列の
条件によって一義的に定まらないことは明らかである。
にしてコヒーレンス度σに応じて最適なスライスレベル
を決定したとしても，測定するパターンの線幅によって
は，必らずしも最適な値ではなくなることが明らかにな
った。これはパターンの線幅を規定する平行な２つのエ
ッジが近づいてくると，回折によってエッジ部の波形に
与える影響が異なってくるためである。従って細いライ
ン・アンド・スペースの場合も同様のことが言える。そ
こで実際のパターン線幅値と，その線幅値を測定値とし
て得るための最適なスライスレベルとの相関についての
一例を，第５図を参照して説明する。第５図において縦
軸はスライスレベルVSの百分率（％）を表わし，横軸は
実際の線幅値Ｄ（μｍ）を表わす。第５図（ａ）は暗部
内の明線パターンの場合であり，第５図（ｂ）は明部内
の暗線パターンの場合であり，第５図（ｃ）は明暗の繰
り返し（ライン・アンド・スペース）の場合である。い
ずれの場合も，使用波長は546nm（ｅ線），光学系（対
物レンズ）のN.A.は0.75,コヒーレンス度σは0.6の光学
条件のもとでの一例である。第５図（ａ）では,1μｍ以
下の測定でスライスレベルVSが急に変化していることが
わかる。換言すると,1μｍ以下の線幅を測定する場合,2
μm,3μｍの測定のときのようなスライスレベルVSに固
定したままだと，測定値（寸法）の誤差が大きくなるこ
とになる。第５図（ｂ）の場合でも第５図（ａ）ほどで
はないが，線幅が小さくなるとスライスレベルVSが変化
する。第５図（ｃ）の場合は第５図（ａ）と同様の傾向
でスライスレベルVSが変化する。これら第５図（ａ）〜
（ｃ）から，線幅値が1.5μｍ位（すなわちAiry diskの
ほぼ２倍位）よりも小さいときは，スライスレベルVCを
補正する必要があることがわかる。その補正量（スライ
スレベルVSの変化量）も被測定パターンの形状や配列の
条件によって一義的に定まらないことは明らかである。
また孤立した微小な正方形パターンについても同様の傾
向があり，正方形パターンの線幅（寸法）とスライスレ
ベルVSとの関係は，一例として第５図（ｄ）のようにな
る。同図中で破線は明部中に暗部として形成された正方
形パターン（黒パターン）の場合を示し，実線は暗部中
に明部として形成された正方形パターン（白パターン）
の場合を示す。いずれも光学条件は先の場合と同じであ
る。
向があり，正方形パターンの線幅（寸法）とスライスレ
ベルVSとの関係は，一例として第５図（ｄ）のようにな
る。同図中で破線は明部中に暗部として形成された正方
形パターン（黒パターン）の場合を示し，実線は暗部中
に明部として形成された正方形パターン（白パターン）
の場合を示す。いずれも光学条件は先の場合と同じであ
る。
そこで，第３図に示したCPU106は，第５図（ａ）〜
（ｄ）のようなスライスレベル補正データを予め記憶し
ている。そして測定しようとするパターンの組み合わせ
に応じて上記スライスレベル補正データのうち，いずれ
か１つのデータを選択する。この選択は通常，オペレー
タによって行なわれるが，パターンをテレビカメラで観
察するような場合は，パターンの撮像情報から画像解析
手法によってパターン形状を認識して，自動的に補正デ
ータを選択するようにすれば，より操作性が向上する。
（ｄ）のようなスライスレベル補正データを予め記憶し
ている。そして測定しようとするパターンの組み合わせ
に応じて上記スライスレベル補正データのうち，いずれ
か１つのデータを選択する。この選択は通常，オペレー
タによって行なわれるが，パターンをテレビカメラで観
察するような場合は，パターンの撮像情報から画像解析
手法によってパターン形状を認識して，自動的に補正デ
ータを選択するようにすれば，より操作性が向上する。
次に本実施例の線幅測定動作について，第６図のフロー
チャート図に基づき説明する。
チャート図に基づき説明する。
〔ステップ200〕 CPU106はパターン像30をスリット10aで走査するため
に，駆動部107に指令を出力するとともに，フォトマル1
1,アンプ100,レベル調整回路101,ADC102によってパター
ン像30の適正化された光強度分布のデジタルデータを読
み込む。このパターン像30は本実施例では明線パターン
であるものとする。従ってスリット走査が終了した時点
で,CPU106内のメモリには第７図に示すような光電信号
波形がその走査位置と共に記憶される。
に，駆動部107に指令を出力するとともに，フォトマル1
1,アンプ100,レベル調整回路101,ADC102によってパター
ン像30の適正化された光強度分布のデジタルデータを読
み込む。このパターン像30は本実施例では明線パターン
であるものとする。従ってスリット走査が終了した時点
で,CPU106内のメモリには第７図に示すような光電信号
波形がその走査位置と共に記憶される。
第７図では縦軸は光電信号S2の大きさを表わし，横軸は
走査位置すなわちメモリのアドレスを表わす。ADC102に
よるサンプリングはエンコーダパルスの発生毎に行なわ
れ，そのパルスによってメモリのアクセスアドレスも＋
１（又は−１）だけインクリメントされるので，スリッ
トの走査位置とアドレスとは一義的な関係になる。
走査位置すなわちメモリのアドレスを表わす。ADC102に
よるサンプリングはエンコーダパルスの発生毎に行なわ
れ，そのパルスによってメモリのアクセスアドレスも＋
１（又は−１）だけインクリメントされるので，スリッ
トの走査位置とアドレスとは一義的な関係になる。
〔ステップ201〕 次にCPU106は，読み込んだ波形データ中で，立上がりの
エッジ１（第７図中のE1）付近の最大値VP1と，それに
対応した走査位置PP1とを検出し，その各値を記憶す
る。
エッジ１（第７図中のE1）付近の最大値VP1と，それに
対応した走査位置PP1とを検出し，その各値を記憶す
る。
〔ステップ202〕 次にCPU106は，波形データ中で立上りのエッジ１付近の
最小値VB1と，それに対応した走査位置PB1を検出し，そ
の各値を記憶する。
最小値VB1と，それに対応した走査位置PB1を検出し，そ
の各値を記憶する。
〔ステップ203〕 次にCPU106は波形データ中で立下りのエッジ２（第７図
中のE2）付近の最大値VP2と，それに対応した走査位置P
P2とを検出し，その各値を記憶する。
中のE2）付近の最大値VP2と，それに対応した走査位置P
P2とを検出し，その各値を記憶する。
〔ステップ204〕 次にCPU106は波形データ中で立下りのエッジ２付近の最
小値VB2と，それに対応した走査位置PB2とを検出し，そ
の各値を記憶する。
小値VB2と，それに対応した走査位置PB2とを検出し，そ
の各値を記憶する。
〔ステップ205〕 次にCPU106は標準的なスライスレベルによってエッジ１
の位置P1・mを検出する。この標準的なスライスレベルと
は，線幅が大きいときに光学理論上で導びかれた一定の
値であり，第５中で線幅が1.5〜2.0μｍ以上の場合のス
ライスレベルのことを意味する。そこでスライスレベル
をVsmとすると，エッシ゛1においてスライスレベルVsmと一致
する光電信号の大きさVE1は（１）式で表される。
の位置P1・mを検出する。この標準的なスライスレベルと
は，線幅が大きいときに光学理論上で導びかれた一定の
値であり，第５中で線幅が1.5〜2.0μｍ以上の場合のス
ライスレベルのことを意味する。そこでスライスレベル
をVsmとすると，エッシ゛1においてスライスレベルVsmと一致
する光電信号の大きさVE1は（１）式で表される。
VE1＝VP1−VB1）・Vsm＋VB1 ……（１） ただしVsmは百分率であるから，例えば36％の場合,Vsm
＝0.36である。CPU106は（１）式を演算してVE1を求
め，その値に対応した走査位置をP1・mを波形データ中か
ら検出して記憶する。尚，サフィックスｍは線幅演算の
処理回数を表わし,Vsmが標準スライスレベルの時初期値
はｍ＝１に設定されている。
＝0.36である。CPU106は（１）式を演算してVE1を求
め，その値に対応した走査位置をP1・mを波形データ中か
ら検出して記憶する。尚，サフィックスｍは線幅演算の
処理回数を表わし,Vsmが標準スライスレベルの時初期値
はｍ＝１に設定されている。
〔ステップ206〕 次にCPU106は標準スライスレベルによってエッジ２の位
置P2・mを検出する。エッジ２において，スライスレベル
Vsmと一致する光電信号の大きさVE2は（２）式で表され
る。
置P2・mを検出する。エッジ２において，スライスレベル
Vsmと一致する光電信号の大きさVE2は（２）式で表され
る。
VE2＝VP2−VB2）・Vsm＋VB2 ……（２） そこで,CPU106は（２）式を演算してVE2を求め，その値
に対応した走査位置をP2・mを波形データ中から検出して
記憶する。
に対応した走査位置をP2・mを波形データ中から検出して
記憶する。
〔ステップ207〕 次にCPU106は，標準スライスレベルで検出された２つの
エッジ位置P1・m，P2・mの差を演算することによって，線
幅値Lmを算出し，参照値として記憶する。
エッジ位置P1・m，P2・mの差を演算することによって，線
幅値Lmを算出し，参照値として記憶する。
〔ステップ208〕 次にCPU106は，第５図に示したような線幅値−スライス
レベル補正特性の記憶された補正テーブルから，線幅値
Lmに対応したスライスレベルTcを読み出す。ここでは，
パターン像30が明線であるため，第５図（ａ）に示した
特性曲線が使われる。
レベル補正特性の記憶された補正テーブルから，線幅値
Lmに対応したスライスレベルTcを読み出す。ここでは，
パターン像30が明線であるため，第５図（ａ）に示した
特性曲線が使われる。
〔ステップ209〕 次にCPU106はスライスレベルVsmの内容をTcに更新す
る。
る。
〔ステップ210〕 ここでCPU106は更新（補正）されたスライスレベルVsm
（＝Tc）を使って，先のステップ205と同様に（１）式
を用いてエッジ１の位置P1・m+1を再演算する。
（＝Tc）を使って，先のステップ205と同様に（１）式
を用いてエッジ１の位置P1・m+1を再演算する。
〔ステップ211〕 同様にCPU106はスライスレベルVsm（＝Tc）を使って，
先のステップ206と同様に（２）式を用いてエッジ２の
位置P2・m+1を再演算する。
先のステップ206と同様に（２）式を用いてエッジ２の
位置P2・m+1を再演算する。
〔ステップ212〕 そしてCPU106は，補正されたスライスレベルVsm（＝T
c）で検出された２つのエッジ位置P1・m+1とP2・m+1の差
を演算することによって補正された線幅値Lm+1を算出
し，記憶する。
c）で検出された２つのエッジ位置P1・m+1とP2・m+1の差
を演算することによって補正された線幅値Lm+1を算出
し，記憶する。
〔ステップ213〕 次にCPU106は参照値として記憶した前回の線幅値Lmと今
回の線幅値Lm+1との差の絶対値を，偏差Dfとして算出す
る。
回の線幅値Lm+1との差の絶対値を，偏差Dfとして算出す
る。
〔ステップ214〕 CPU106は，予め設定された偏差の許容値ΔＷと，偏差Df
とを比較して,Df≦ΔＷが真のときは，ステップ216に進
み，偽のときはステップ215に進む。許容値ΔＷは測定
しようとする線幅値等に応じて任意に設定可能であり，
小さい程，測定精度が向上する訳であるが，無制限に小
さくすることはできず，装置構成等の条件からある精度
内に制限される。
とを比較して,Df≦ΔＷが真のときは，ステップ216に進
み，偽のときはステップ215に進む。許容値ΔＷは測定
しようとする線幅値等に応じて任意に設定可能であり，
小さい程，測定精度が向上する訳であるが，無制限に小
さくすることはできず，装置構成等の条件からある精度
内に制限される。
〔ステップ215〕 ステップ214でDf≦ΔＷが偽と判断されると,CPU106は参
照値として記憶しておいた線幅値Lmの内容を，Lm+1に更
新した後,mを＋１だけインクリメントしてステップ208
から前述の動作を繰り返す。
照値として記憶しておいた線幅値Lmの内容を，Lm+1に更
新した後,mを＋１だけインクリメントしてステップ208
から前述の動作を繰り返す。
〔ステップ216〕 ステップ214でDf≦ΔＷが真と判断されると,CPU106は参
照値として記憶しておいた線幅値Lm,あるいはLm+1を表
示器108に表示し，パターン3aの線幅測定を終了する。
照値として記憶しておいた線幅値Lm,あるいはLm+1を表
示器108に表示し，パターン3aの線幅測定を終了する。
以上，本実施例の線幅測定においては，スライスレベル
を補正すべき線幅値か否かを直接判定する機能はない。
しかしながら，始めの演算処理で標準スライスレベルを
用いて線幅値Lmを求め，次の演算処理でLmに対応した補
正されたスライスレベルTcを用いて線幅値Lm+1を求め,D
f≦ΔＷの判定を行なうことは，補正すべき線幅値が否
かを判断しているのと実質的に同一のことである。例え
ばパターン3aの線幅が補正の必要がないほど大きな値で
あれば，標準スライスレベルと補正されたスラスイレベ
ルTcは，第５図中の特性からも明らかなように同一の値
になり，線幅値LmとLm+1とは等しく，ステップ214でCPU
106は一度でDf≦ΔＷを真と判定するからである。もち
ろん，ステップ207の後に直接判定機能を設け，補正す
るか否かを判断してもよいが，パターン形状によって補
正すべき線幅値の境界が異なるため，パターン形状によ
って補正点を変えなければならない。それに測定精度を
考慮すると，補正点を決めたとしても線幅値が補正点よ
りも小さいときは，いずれにしろステップ208〜215の繰
り返し処理が行なわれるため，直接線幅値を判定する機
能（ステップ）を設けると，かえって処理が煩雑になる
こともある。
を補正すべき線幅値か否かを直接判定する機能はない。
しかしながら，始めの演算処理で標準スライスレベルを
用いて線幅値Lmを求め，次の演算処理でLmに対応した補
正されたスライスレベルTcを用いて線幅値Lm+1を求め,D
f≦ΔＷの判定を行なうことは，補正すべき線幅値が否
かを判断しているのと実質的に同一のことである。例え
ばパターン3aの線幅が補正の必要がないほど大きな値で
あれば，標準スライスレベルと補正されたスラスイレベ
ルTcは，第５図中の特性からも明らかなように同一の値
になり，線幅値LmとLm+1とは等しく，ステップ214でCPU
106は一度でDf≦ΔＷを真と判定するからである。もち
ろん，ステップ207の後に直接判定機能を設け，補正す
るか否かを判断してもよいが，パターン形状によって補
正すべき線幅値の境界が異なるため，パターン形状によ
って補正点を変えなければならない。それに測定精度を
考慮すると，補正点を決めたとしても線幅値が補正点よ
りも小さいときは，いずれにしろステップ208〜215の繰
り返し処理が行なわれるため，直接線幅値を判定する機
能（ステップ）を設けると，かえって処理が煩雑になる
こともある。
また本実施例では，明線パターンについての測定を例と
したが，その他暗線パターン，ライン・アンド・スペー
ス又は正方形パターン等でも補正特性のテーブルを換え
るだけで全て同様に測定可能である。
したが，その他暗線パターン，ライン・アンド・スペー
ス又は正方形パターン等でも補正特性のテーブルを換え
るだけで全て同様に測定可能である。
さらに，メモリに読み込まれるパターン像30の光強度分
布の波形データは，エンコーダパルスの分解能で決まる
離散的なデータである。このため，エンコーダパルスの
分解能以上の測定を行なうには，パルス間の補間手法な
どの一般的な分割（内挿）処理を行なえばよいことは言
うまでもない。
布の波形データは，エンコーダパルスの分解能で決まる
離散的なデータである。このため，エンコーダパルスの
分解能以上の測定を行なうには，パルス間の補間手法な
どの一般的な分割（内挿）処理を行なえばよいことは言
うまでもない。
尚，本発明は上記実施例のようにスリット走査によって
時系列的な光電信号を得る場合に限られるものではな
く，被測定パターンをスポット光で走査し，その反射光
（散乱光，回折光等も含む）を対物レンズを介して光電
検出する場合に用いても，同様の効果が得られる。この
場合，補正特性は必らずしも第５図と同じになるとは限
らないので，光学理論上の計算から最適な補正特性を導
びき，メモリに記憶しておく必要がある。
時系列的な光電信号を得る場合に限られるものではな
く，被測定パターンをスポット光で走査し，その反射光
（散乱光，回折光等も含む）を対物レンズを介して光電
検出する場合に用いても，同様の効果が得られる。この
場合，補正特性は必らずしも第５図と同じになるとは限
らないので，光学理論上の計算から最適な補正特性を導
びき，メモリに記憶しておく必要がある。
さらに光電信号をアナログ比較器によってスライスレベ
ル電圧と比較して２値化し，その２値化信号の幅（エン
コーダパルスのパルス数）から線幅を測定する場合で
も，補正テーブルからの補正されたスライスレベル値を
デジタル−アナログ変換器によって電圧値に直すように
すれば，同様の効果が得られる。この場合，光電信号の
波形を記憶しないと，スライスレベルを変えるたびに，
スリット走査（光電走査）を行なう必要がある。
ル電圧と比較して２値化し，その２値化信号の幅（エン
コーダパルスのパルス数）から線幅を測定する場合で
も，補正テーブルからの補正されたスライスレベル値を
デジタル−アナログ変換器によって電圧値に直すように
すれば，同様の効果が得られる。この場合，光電信号の
波形を記憶しないと，スライスレベルを変えるたびに，
スリット走査（光電走査）を行なう必要がある。
（発明の効果） 以上本発明によれば，エッジ間隔（線幅等）を測定する
精度が向上するが，特にエッジ間隔がサブミクロンにな
ったとき測定精度が飛躍的に向上する。また実施例によ
れば測定すべきパターンの形状に合わせて，最適なスラ
イスレベル補正特性を選択するようにしたので，パター
ン形状によらず高精度な測定が可能となる。さらに本発
明の実施例によれば，スライスレベルを変えて測定した
線幅値（エッジ間隔値）と，変える前の線幅値とを比較
して，その差が所定の許容値内に入いるまで演算処理を
繰り返すようにしたので，測定値の信頼性が高くなると
いった利点もある。
精度が向上するが，特にエッジ間隔がサブミクロンにな
ったとき測定精度が飛躍的に向上する。また実施例によ
れば測定すべきパターンの形状に合わせて，最適なスラ
イスレベル補正特性を選択するようにしたので，パター
ン形状によらず高精度な測定が可能となる。さらに本発
明の実施例によれば，スライスレベルを変えて測定した
線幅値（エッジ間隔値）と，変える前の線幅値とを比較
して，その差が所定の許容値内に入いるまで演算処理を
繰り返すようにしたので，測定値の信頼性が高くなると
いった利点もある。
第１図は本発明の特徴を最もよく表すエッジ間隔測定装
置の概要図，第２図はエッジ間隔測定装置の概略的な光
学系の構成を示す斜視図，第３図はエッジ間隔装置の制
御系を示す回路ブロック図，第４図は明線パターンの場
合の光強度分布の一例を示す波形図，第５図は線幅値−
スライスレベル補正特性の各種曲線を示すグラフ，第６
図は線幅測定処理の手順を示すフローチャート図，第７
図は光強度分布の波形から線幅を検出する様子を示した
波形図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ３……マスク（レチクル） 3a……パターン ５……対物レンズ 10……スリット板 10a……スリット 11……フォトマル 12……エンコーダ 102……アナログ−デジタル変換回路 106……CPU（コンピュータ） VS,Vsm,……スライスレベル
置の概要図，第２図はエッジ間隔測定装置の概略的な光
学系の構成を示す斜視図，第３図はエッジ間隔装置の制
御系を示す回路ブロック図，第４図は明線パターンの場
合の光強度分布の一例を示す波形図，第５図は線幅値−
スライスレベル補正特性の各種曲線を示すグラフ，第６
図は線幅測定処理の手順を示すフローチャート図，第７
図は光強度分布の波形から線幅を検出する様子を示した
波形図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ３……マスク（レチクル） 3a……パターン ５……対物レンズ 10……スリット板 10a……スリット 11……フォトマル 12……エンコーダ 102……アナログ−デジタル変換回路 106……CPU（コンピュータ） VS,Vsm,……スライスレベル
Claims (1)
- 【請求項１】結像光学系を介して得られる被測定パター
ンの像を光電的に走査して、該パターン像の走査方向の
光強度分布に応じた時系列的な光電信号を発生する光電
検出手段と、 前記光電信号を所定のしきい値と比較して前記パターン
の前記走査方向と交差する方向に伸びた少なくとも２つ
のエッジの間隔を検出する間隔検出手段と、 前記間隔検出手段で検出したパターンのエッジ間隔が所
定値よりも小さいか否かを判別する間隔判別手段と、 エッジ間隔としきい値との関係を表す、予め記憶された
しきい値補正データに基づいて、前記しきい値を前記エ
ッジ間隔に応じたしきい値に補正するしきい値補正手段
と、 前記エッジ間隔が所定値以上のときは、前記エッジ間隔
を測定値とし、 前記エッジ間隔が所定値よりも小さいときは、前記間隔
検出手段は前記光電信号と補正したしきい値とを比較し
てエッジ間隔を検出する ことを特徴とする間隔測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60150927A JPH0735964B2 (ja) | 1985-07-09 | 1985-07-09 | 間隔測定装置 |
| US06/881,391 US4744662A (en) | 1985-07-09 | 1986-07-02 | Apparatus for measuring dimensions of micropattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60150927A JPH0735964B2 (ja) | 1985-07-09 | 1985-07-09 | 間隔測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6211110A JPS6211110A (ja) | 1987-01-20 |
| JPH0735964B2 true JPH0735964B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=15507448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60150927A Expired - Lifetime JPH0735964B2 (ja) | 1985-07-09 | 1985-07-09 | 間隔測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4744662A (ja) |
| JP (1) | JPH0735964B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4910690A (en) * | 1986-02-14 | 1990-03-20 | Citizen Watch Co., Ltd. | Micro-dimensional measurement apparatus |
| KR930005569B1 (ko) * | 1987-10-02 | 1993-06-23 | 도오교오 에레구토론 가부시끼가이샤 | 패턴 인식 방법 |
| US4908656A (en) * | 1988-01-21 | 1990-03-13 | Nikon Corporation | Method of dimension measurement for a pattern formed by exposure apparatus, and method for setting exposure conditions and for inspecting exposure precision |
| JP3418054B2 (ja) * | 1996-02-16 | 2003-06-16 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線パターン線幅測定装置 |
| JP3782515B2 (ja) * | 1996-06-28 | 2006-06-07 | オリンパス株式会社 | 線幅測定装置 |
| US5835227A (en) * | 1997-03-14 | 1998-11-10 | Nikon Precision Inc. | Method and apparatus for determining performance characteristics in lithographic tools |
| KR100360374B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2002-11-13 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 카메라 이용시 발생하는 측정오차를 보상한 폭 측정장치 |
| DE10047211B4 (de) * | 2000-09-23 | 2007-03-22 | Leica Microsystems Semiconductor Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung einer Kante eines Strukturelementes auf einem Substrat |
| JP3691404B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2005-09-07 | 株式会社日立国際電気 | 微小寸法測定装置 |
| US6956659B2 (en) * | 2001-05-22 | 2005-10-18 | Nikon Precision Inc. | Measurement of critical dimensions of etched features |
| US6974653B2 (en) * | 2002-04-19 | 2005-12-13 | Nikon Precision Inc. | Methods for critical dimension and focus mapping using critical dimension test marks |
| JP3706375B2 (ja) * | 2003-07-28 | 2005-10-12 | 日本アビオニクス株式会社 | パターン検査方法およびパターン検査装置 |
| US8054473B2 (en) * | 2008-04-30 | 2011-11-08 | Qimonda Ag | Measurement method for determining dimensions of features resulting from enhanced patterning methods |
| JP5433221B2 (ja) * | 2008-12-03 | 2014-03-05 | 株式会社日立国際電気 | 線幅測定方法 |
| JP2010190843A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 線幅測定装置 |
| JP6878240B2 (ja) * | 2017-10-10 | 2021-05-26 | 三菱電機株式会社 | エッジリンス幅測定装置、エッジリンス幅測定方法、およびレジスト塗布装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5263755A (en) * | 1975-11-22 | 1977-05-26 | Nippon Chemical Ind | Pattern line width measuring device |
| JPS5323172A (en) * | 1976-04-08 | 1978-03-03 | Matsushita Electronics Corp | High pressure meta l vapor discharge lamp |
| DE3213145A1 (de) * | 1982-04-08 | 1983-10-20 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Mikroskopphotometer |
-
1985
- 1985-07-09 JP JP60150927A patent/JPH0735964B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-07-02 US US06/881,391 patent/US4744662A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6211110A (ja) | 1987-01-20 |
| US4744662A (en) | 1988-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |