JPH0882514A - 電子ビーム測長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンタクトホールの長さ測定を精度良く且つ
再現性良く行えるようにする。 【構成】 画像処理装置等はコンタクトホール１１のＸ
Ｙ方向の投影像Ｇｘ，Ｇｙから、コンタクトホール１１
の中心位置１１ｃ（Ｃｘ，Ｃｙ）を求め、さらにその中
心位置１１ｃ（Ｃｘ，Ｃｙ）からＸ，Ｙ方向の各々につ
いて±ｍ本のラインを走査することにより各ラインに対
してラインプロファイルを生成し、その各ラインプロフ
ァイルを積算した積算プロファイルの幅からコンタクト
ホール１１の径を求める。中心位置１１ｃの近傍で求め
た積算プロファイルからコンタクトホール１１の長さを
求めるので、測長位置は常に同一位置となり、長さ測定
を精度良く且つ再現性良く行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電子ビーム測長方法に
関し、特に半導体ウエハに電子ビームを当ててコンタク
トホールパターンの径を測定する電子ビーム測長方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子ビーム測長方法としては、半
導体ウエハ上のホールパターンに電子ビームを当て、そ
のウエハからの２次電子を検出してホールパターンの画
像を検出し、その画像に基づいてホールパターンの長さ
を測定する方法が知られている。この電子ビームによる
測長をフルオート（全自動）で実施する、いわゆるフル
オート測長の場合は、測定すべきパターンとアライメン
トに使用するパターンとを予め装置内のフレームメモリ
に記憶させておき、その双方のパターンに対してパター
ンマッチング法等を適用して位置の相関を取り、その結
果を用いて自動位置決めすることにより、測定すべきパ
ターンの測長を行っている。この従来のフルオートによ
る電子ビーム測長方法を図７に基づいて説明する。

【０００３】図７は従来のフルオートによる電子ビーム
測長方法の説明図であり、同図（ａ）はフレームメモリ
のデータを画像表示したもの、同図（ｂ）はそのライン
プロファイルである。このラインプロファイルは、後述
するように、フレームメモリのｎライン目からｎ＋ｍラ
イン目までを積算して求めたものである。

【０００４】フルオート測長の場合、予め一連の測定点
に対して測長方法を指定する必要がある。そこで、図７
（ａ）に示すようにフレームメモリ上でＹ方向（図７の
上下方向）にｎライン目からｎ＋ｍライン目までを測定
点として指定し、その各ラインを積算して図７（ｂ）に
示すようなラインプロファイルを求める。このラインプ
ロファイルから長さが求められる。半導体ウエハのコン
タクトホールを測定した場合を想定すると、コンタクト
ホール１１の長さ（径）は、図７（ｂ）の矢印１２ａで
示した長さに対応したものとなる。そして、図７に示す
場合のように、アライメントが精度良く行われ、指定し
た測定ラインの位置が測定対象であるコンタクトホール
１１の中心位置とほぼ一致していれば、その長さ測定も
正確に行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アライメント
の誤差等により、指定した測定ライン（走査線）がコン
タクトホール１１の中心位置に対してずれてしまう場合
があり、そのような場合は長さ測定を正確に行うことが
できず、測定精度が悪化する。例えば、図８（ａ）に示
すように、指定した測定ラインがコンタクトホール１１
の下方に位置したとき、その測定ラインを積算してライ
ンプロファイルを求めると、図８（ｂ）で示すようにな
り、コンタクトホール１１の長さは、図８（ｂ）の矢印
１２ｂで示した長さに対応したものとなり、この長さは
図７（ｂ）で示した長さとは異なることになってしま
う。

【０００６】これを改善するために、Ｙ方向に数箇所測
定ラインを設定して長さを測定し、そのうちの最大値を
コンタクトホール１１の長さとして採用する方法もある
が、例えば５箇所程度の設定ではコンタクトホール１１
の径をうまく捉えられないことが多い。また、画像全体
をカバーできるほど測定ラインを増やせば、正確な測定
は可能であるが、測定時間が非現実的に増加するという
問題点があった。

【０００７】上述のフルオートでの測長に対し、マニュ
アルでの測長については、次のような問題点があった。
すなわち、マニュアル測定時においてはオペレータがコ
ンタクトホール画像を見ながら測定ラインを指定するこ
とになるが、オペレータの個人差や画像の見え方にかな
り左右されるため、測定再現性がフルオートの場合に比
較して悪化するという問題点があった。

【０００８】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は長さ測定を精度良く且つ再現性良
く行うことができる電子ビーム測長方法を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明の電子ビーム測長方法は、基板上
のホールパターンに電子ビームを照射し、前記基板から
の２次電子を検出して前記ホールパターンの画像を得、
その画像に基づいて前記ホールパターンの長さを測定す
る電子ビーム測長方法において、前記ホールパターンの
画像から互いに直交する２方向の各々への投影像を求
め、前記投影像の各中心点を検出することにより前記ホ
ールパターンの中心位置を求め、前記ホールパターンの
中心位置を通る走査線で前記画像を走査してラインプロ
ファイルを生成し、前記ラインプロファイルに基づいて
前記ホールパターンの長さを求める。

【００１０】また、請求項２記載の発明の電子ビーム測
長方法は、基板上のホールパターンに電子ビームを照射
し、前記基板からの２次電子を検出して前記ホールパタ
ーンの画像を得、その画像に基づいて前記ホールパター
ンの長さを測定する電子ビーム測長方法において、前記
ホールパターンの画像と予め記憶された基準ホールパタ
ーンとの相関をとって前記ホールパターンの中心位置を
求め、前記ホールパターンの中心位置を通る走査線で前
記画像を走査してラインプロファイルを生成し、前記ラ
インプロファイルに基づいて前記ホールパターンの長さ
を求める。

【００１１】更に、請求項３記載の発明の電子ビーム測
長方法は、基板上のホールパターンに電子ビームを照射
し、前記基板からの２次電子を検出して前記ホールパタ
ーンの画像を得、その画像に基づいて前記ホールパター
ンの長さを測定する電子ビーム測長方法において、前記
ホールパターンの中心位置を検出し、前記ホールパター
ンの中心位置を通る互いに異なる複数の直線の各々に沿
って前記電子ビームを走査し、この走査毎に得られる検
出信号を加算してラインプロファイルを生成し、前記ラ
インプロファイルに基づいて前記ホールパターンの長さ
を求める。

【００１２】また、請求項４記載の発明の電子ビーム測
長方法は、前記ホールパターンの画像から互いに直交す
る２方向の各々への投影像を求め、該２つの投影像の各
中心点を検出することにより前記ホールパターンの中心
位置を求める。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明の電子ビーム測長方法で
は、前述のように２方向の投影像の各中心点を検出する
ことによりホールパターンの中心位置を求め、そのホー
ルパターンの中心位置を通る走査線で画像を走査してホ
ールパターンの長さを求めるので、フルオート測長した
場合でも、測長位置は常に同一位置となる。したがっ
て、たとえアライメントに多少の誤差があったとして
も、そのアライメント誤差は測定精度に影響を及ぼさ
ず、また、マニュアル測定時においてオペレータの個人
差や画像の見えにくさが存在したとしても、それによる
影響を受けない。

【００１４】また、請求項２記載の発明の電子ビーム測
長方法では、ホールパターンの画像と予め記憶された基
準ホールパターンとの相関をとってホールパターンの中
心位置を求めるので、ホールパターンの中心位置をより
高精度で求めることができる。

【００１５】更に、請求項３又は４記載の発明の電子ビ
ーム測長方法では、ホールパターンの中心位置を通る互
いに異なる複数の直線の各々に沿って電子ビームを走査
し、この走査毎に得られる検出信号を加算してラインプ
ロファイルを生成するので、常にエッジ位置が同じであ
る信号を加算したラインプロファイルが得られ、エッジ
位置がなまることなく、Ｓ／Ｎ比の高いラインプロファ
イルが求められる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１７】図２はこの発明の一実施例に係る電子ビー
ム測長方法を実施するための電子ビーム測長装置の全体
構成を示す図である。制御計算機９はＣＰＵ（プロセッ
サ）を中心に構成されており、ステージ制御系２、電子
光学制御系５及び画像処理装置７に指令を送って電子ビ
ーム測長装置全体を制御する。

【００１８】電子光学系１は、図示しない電子銃、偏向
器、電子レンズ、２次電子検出器等からなり、電子光学
制御系５からの指令を受けて微細に収束された電子ビー
ムを半導体ウエハ４に照射する。この半導体ウエハ４
は、ステージ制御系２からの指令を受けて所望の位置に
位置決めされるＸＹステージ３上に固定されている。半
導体ウエハ４に電子ビームが照射されると、その半導体
ウエハ４からは２次電子が発生する。この２次電子は電
子光学系１内の図示しない検出器によって捉えられ、ア
ンプ等を介しフレームメモリ６に画像信号として入力さ
れる。このフレームメモリ６からは画像処理装置７から
の指令に応じてＣＲＴモニタ８に画像信号が送出され、
表示される。

【００１９】次にこの電子ビーム測長装置がフルオート
で行う半導体ウェハ４上のコンタクトホールの長さ測定
について図１、図３及び図４に基づいて説明する。

【００２０】まず、半導体ウェハ４のコンタクトホール
画像を取り込み、フレームメモリ６に入力した場合、フ
レームメモリ６には図１に示す画像が入力され、ＣＲＴ
モニタ８にはその画像が表示される。

【００２１】フレームメモリ６に画像信号が入力された
後、制御計算機９は画像処理装置７に対し、フレームメ
モリ６のＸＹ方向の投影像を求めるように命令を出力す
る。画像処理装置７は、その命令を受信後、図１に示す
ようなＸＹ方向の投影像Ｇｘ，Ｇｙを求める。投影像は
画像処理分野では一般的な概念であるが、以下にその定
義を示す。

【００２２】フレームメモリ６のＸ，Ｙ方向の画素数を
それぞれＮＸ，ＮＹとし、各画素の濃度値をＦ（ｘ，
ｙ）とするとき、Ｘ方向の投影像Ｇｘ、Ｙ方向の投影像
Ｇｙは以下の式で表される。

【００２３】 Ｇｘ（ｘ）＝ΣＦ（ｘ，ｙ） （ｙ＝１〜ＮＹ） Ｇｙ（ｙ）＝ΣＦ（ｘ，ｙ） （ｘ＝１〜ＮＸ） 次に、制御計算機９は投影像Ｇｘ，Ｇｙを画像処理装置
７から受け、内部演算により投影像Ｇｘ，Ｇｙの中心位
置を求める。一般的に、図１の投影像Ｇｘ，Ｇｙから中
心位置を求めることは、Ｓ／Ｎ比についてもすべてのラ
インプロファイルの積算効果により大幅に改善されてい
るためあまり困難ではなく、例えば、しきい値法等の通
常の手法を用いて容易に求められる。

【００２４】制御計算機９は、この演算により測定すべ
きコンタクトホール１１の中心位置１１ｃを画素単位で
検出し、続いて画像処理装置７に対し積算プロファイル
の算出を命令する。画像処理装置７はその命令を受け
て、図３に示すようにコンタクトホール１１の中心位置
１１ｃ（Ｃｘ，Ｃｙ）からＸ，Ｙ方向の各々について±
ｍ本の走査線を指定することにより各走査線毎にそのラ
インプロファイルを生成し、その各ラインプロファイル
を積算して図４に示すような積算プロファイルを算出す
る。図４（ａ）はＸ方向の積算プロファイル、図４
（ｂ）はＹ方向の積算プロファイルである。

【００２５】次に再度、制御計算機９はその積算プロフ
ァイルのデータを受取り、図４に示すように積算プロフ
ァイルの幅Ｗ１，Ｗ２を求める。この幅Ｗ１，Ｗ２はコ
ンタクトホール１１の長さ（径）に対応しており、測長
前に予めオペレータにより設定されたパラメータ（アル
ゴリズム）で波形処理してコンタクトホール１１の長さ
を求める。

【００２６】このように、この実施例では投影像Ｇｘ，
Ｇｙからコンタクトホール１１の中心位置１１ｃを求
め、その中心位置１１ｃを含む所定幅の領域（図３中の
点線で挟まれた領域）内の積算プロファイルからコンタ
クトホール１１の長さを求めるので、測長位置は常に同
一位置となる。このため、フルオート測長の場合のアラ
イメントに多少の誤差があったとしても、そのアライメ
ント誤差は測定精度に影響を及ぼさず、また、マニュア
ル測定時においてオペレータの個人差や画像の見えにく
さが存在したとしても、それによる影響を受けない。し
たがって、長さ測定を精度良く且つ再現性良く行うこと
ができる。

【００２７】ところで本実施例では、コンタクトホール
１１の中心位置１１ｃを検出した後、中心位置１１ｃ又
はその近傍を通る少なくとも１本の走査線を指定してそ
のラインプロファイルを生成すればよい。実際には本実
施例のように中心位置１１ｃを基準としてＸ，Ｙ方向の
各々について所定幅のサンプリング領域を設定し、この
サンプリング領域内の複数の走査線の各々でラインプロ
ファイルを生成して積算するとよい。また、本実施例で
はフレームメモリ上で、中心位置１１ｃを基準としたサ
ンプリング領域を設定するようにしたが、先に求めた中
心位置１１ｃに従って電子ビームの走査位置及び方向を
設定し、これに従って電子ビームを基板上で走査してラ
インプロファイルを得るようにしてもよい。

【００２８】上述の実施例では、投影像Ｇｘ，Ｇｙの算
出、積算プロファイルの算出について画像処理装置７が
行うとしたが、例えば制御計算機９がフレームメモリ６
の画像をすべて取り込み、制御計算機９の内部演算で求
めるように構成することもできる。

【００２９】また、積算プロファイルに対する測長処理
を制御計算機９で行うとしたが、画像処理装置７の内部
演算で行うように構成してもよい。

【００３０】更に、全画面を走査して投影像Ｇｘ，Ｇｙ
を求めるようにしたが、全画面の走査ではなく、図３に
示したような所定幅のラインについてのみ走査するよう
にしてもよい。これにより、投影像算出に要する時間を
大幅に短縮することができる。但し、この場合はライン
の所定幅については充分に検討する必要があり、少なく
とも、フルオート測長が行われるときのアライメント誤
差に影響されない量として設定する必要がある。また、
この所定幅についてはアライメント誤差に影響されない
量であるから、例えば測長倍率により可変値として設定
することも可能である。すなわち、低倍率で測定する場
合には所定幅は小さくてもよいが、高倍率になるほど大
きな値が必要である。

【００３１】また、上述の実施例では、投影像を用いて
コンタクトホール１１の中心位置１１ｃを求めるように
したが、第２実施例として一般的なパターンマッチング
法を用いてコンタクトホール１１の中心位置１１ｃを求
めるように構成してもよい。この場合は予め測定すべき
コンタクトホール１１の画像を制御計算機９若しくは画
像制御装置７に記憶させておき、測定時に得られたコン
タクトホール画像と２次元相関をとってコンタクトホー
ル１１の中心位置１１ｃを求める。このパターンマッチ
ング法によれば、非常に高い精度でコンタクトホール１
１の中心位置１１ｃを検出することができる。

【００３２】図５は走査ラインの第２の例を示す図であ
る。上述の第１実施例では、図３に示すようにコンタク
トホール１１の中心位置１１ｃに対して、Ｘ，Ｙ方向そ
れぞれに±ｍ本のラインで走査してラインプロファイル
を求めるようにした。

【００３３】ところが、第１実施例では、エッジ位置が
少しずつ異なるラインプロファイルを積算することにな
るため、エッジ情報がなまってしまい、エッジの正確な
検出が阻害され、測定した長さは少し小さめに測定して
しまう傾向があった。

【００３４】これに対し、この図５に示す第３実施例で
は、コンタクトホール１１の中心位置１１ｃを通る互い
に異なる複数のラインの各々に沿って電子ビームを走査
するようにした。この走査によって、エッジ位置が同じ
であるラインプロファイルを加算した積算プロファイル
が得られ、正確なエッジ位置に基づく高精度な長さ測定
が可能になる。

【００３５】また、上述の回転走査の代わりに、画像処
理装置７が最初に取り込んだ画像に対しデータの読み出
しを回転走査したときと同様に行うことにより、目的の
積算プロファイルを得るようにしてもよい。すなわち、
フレームメモリ６上で中心位置１１ｃを通る複数の走査
線を設定し、各走査線毎にラインプロファイルを生成す
るようにしてもよい。

【００３６】図６はマニュアル測長時の説明図である。
マニュアルで測長する場合には、測定すべきコンタクト
ホール径に対して、かなり低倍率で測定する場合が多い
ので、図６に示すように視野内に複数のコンタクトホー
ル１１等が存在することとなる。このような場合、オペ
レータはどのコンタクトホールを測定するかを装置に指
示する必要があり、例えば図示しない操作卓を用いて図
６に示すような矩形のカーソル１３をＣＲＴモニタ８上
に表示させ、このカーソル１３を動かして測定すべきコ
ンタクトホール１１を包括するように位置決めを行う。
この位置決めの後、オペレータは操作卓若しくは制御計
算機９から測長指令を行うことにより、矩形のカーソル
１３に囲まれた領域に対して、上述したフルオート測長
と同様な処理を行い、コンタクトホール測長を行う。

【００３７】このように、矩形のカーソル１３で測定箇
所を指定するようにしたので、低倍率のマニュアル測長
の場合でも、効率良く測定できる。

【００３８】上記の説明では測定対象をコンタクトホー
ルとしたが、コンタクトホールに限定されることなく、
任意のホールパターンの長さ測定にも同様に適用するこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
の電子ビーム測長方法によれば、投影像の各中心点を検
出することによりホールパターンの中心位置を求めるの
で、フルオート測長した場合でも、測長位置は常に同一
位置となり、たとえアライメントに多少の誤差があった
としても、そのアライメント誤差は測定精度に影響を及
ぼさず、精度良くホールパターンの長さを測定すること
ができる。また、マニュアル測定時においてオペレータ
の個人差や画像の見えにくさが存在したとしても、それ
による影響を受けず、再現性の良い測長を行うことがで
きる。

【００４０】また、請求項２記載の発明の電子ビーム測
長方法によれば、ホールパターンの画像と予め記憶され
た基準ホールパターンとの相関をとってホールパターン
の中心位置を求めるので、ホールパターンの中心位置を
より高精度で求めることができ、より正確な測長が可能
になる。

【００４１】更に、請求項３又は４記載の発明の電子ビ
ーム測長方法によれば、ホールパターンの中心位置を通
る互いに異なる複数の直線の各々に沿って電子ビームを
走査してラインプロファイルを生成するので、常にエッ
ジ位置が同じである信号を加算したラインプロファイル
が得られ、エッジ位置がなまることなく、Ｓ／Ｎ比の高
いラインプロファイルを求めることができ、長さ測定の
精度および再現性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はコンタクトホール画像とその投影像を示
す図である。

【図２】図２はこの発明の一実施例に係る電子ビーム測
長方法を実施するための電子ビーム測長装置の全体構成
を示す図である。

【図３】図３はコンタクトホールに対する走査ラインを
示す図である。

【図４】図４は積算プロファイルを示す図である。

【図５】図５は走査ラインを示す図である。

【図６】図６はマニュアル測長時のコンタクトホール選
択方法を示す図である。

【図７】図７は従来のフルオートによる電子ビーム測長
方法の説明図である。

【図８】図８は従来のフルオート測定時にアライメント
誤差が大きい場合を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子光学系 ２ ステージ制御系 ３ ＸＹステージ ４ 半導体ウェハ ５ 電子光学制御系 ６ フレームメモリ ７ 画像処理装置 ８ ＣＲＴモニタ ９ 制御計算機 １１ コンタクトホール １１ｃ コンタクトホールの中心位置 Ｗ１，Ｗ２ 積算プロファイルの幅（コンタクトホール
の径に対応）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 弘泰 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上のホールパターンに電子ビームを
   照射し、前記基板からの２次電子を検出して前記ホール
   パターンの画像を得、該画像に基づいて前記ホールパタ
   ーンの長さを測定する方法において、 前記ホールパターンの画像から互いに直交する２方向の
   各々への投影像を求めるとともに、該２つの投影像の各
   中心点を検出することにより前記ホールパターンの中心
   位置を求め、該求めた中心位置を通る走査線で前記画像
   を走査してラインプロファイルを生成し、該ラインプロ
   ファイルに基づいて前記ホールパターンの長さを求める
   ことを特徴とする電子ビーム測長方法。
2. 【請求項２】 基板上のホールパターンに電子ビームを
   照射し、前記基板からの２次電子を検出して前記ホール
   パターンの画像を得、該画像に基づいて前記ホールパタ
   ーンの長さを測定する方法において、 前記ホールパターンの画像と予め記憶された基準ホール
   パターンとの相関をとって前記ホールパターンの中心位
   置を求め、該求めた中心位置を通る走査線で前記画像を
   走査してラインプロファイルを生成し、該ラインプロフ
   ァイルに基づいて前記ホールパターンの長さを求めるこ
   とを特徴とする電子ビーム測長方法。
3. 【請求項３】 基板上のホールパターンに電子ビームを
   照射し、前記基板からの２次電子を検出して前記ホール
   パターンの画像を得、該画像に基づいて前記ホールパタ
   ーンの長さを測定する方法において、 前記ホールパターンの中心位置を検出するとともに、該
   検出した中心位置を通る互いに異なる複数の直線の各々
   に沿って前記電子ビームを走査し、該走査毎に得られる
   検出信号を加算してラインプロファイルを生成し、該ラ
   インプロファイルに基づいて前記ホールパターンの長さ
   を求めることを特徴とする電子ビーム測長方法。
4. 【請求項４】 前記ホールパターンの画像から互いに直
   交する２方向の各々への投影像を求め、該２つの投影像
   の各中心点を検出することにより前記ホールパターンの
   中心位置を求めることを特徴とする請求項３に記載の電
   子ビーム測長方法。