JPH09184714A - パターン寸法測定方法 - Google Patents
パターン寸法測定方法Info
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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
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- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
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- H—ELECTRICITY
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パターン寸法測定値の観測倍率依存性を低減
する。 【解決手段】 低倍率での観測時、被測定パターン位置
決め時（Ｓ４）の走査ピッチとパターン寸法を求める時
（Ｓ７）の走査ピッチとを切り換え、パターン寸法を求
める時の走査ピッチをプローブ径程度となるように細か
くする。
する。 【解決手段】 低倍率での観測時、被測定パターン位置
決め時（Ｓ４）の走査ピッチとパターン寸法を求める時
（Ｓ７）の走査ピッチとを切り換え、パターン寸法を求
める時の走査ピッチをプローブ径程度となるように細か
くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型電子顕微鏡
など走査プローブを用いてパターン寸法を測定するため
の方法に関する。
など走査プローブを用いてパターン寸法を測定するため
の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子ビーム、イオンビーム、光ビーム等
のプローブ、あるいはメカニカルプローブを用いて微細
なパターン寸法を測定することが行われている。典型的
な例として、半導体製造工程でウェハ上に加工されたパ
ターンの寸法測定を走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）を
用いて行う場合について説明する。
のプローブ、あるいはメカニカルプローブを用いて微細
なパターン寸法を測定することが行われている。典型的
な例として、半導体製造工程でウェハ上に加工されたパ
ターンの寸法測定を走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）を
用いて行う場合について説明する。
【０００３】図１は、測長ＳＥＭの基本的な原理と構成
を示す略図である。電子銃１から放出された電子ビーム
２は、収束レンズ３及び対物レンズ４によって細く絞ら
れ、ウェハ５上に焦点を結ぶ。同時に、電子ビーム２
は、偏向器６によって軌道を曲げられ、ウェハ５上を二
次元あるいは一次元走査する。電子ビーム２で照射され
たウェハ部分からは二次電子７が放出される。二次電子
７は、二次電子検出器８で検出されて電気信号に変換さ
れた後、増幅などの処理を受ける。
を示す略図である。電子銃１から放出された電子ビーム
２は、収束レンズ３及び対物レンズ４によって細く絞ら
れ、ウェハ５上に焦点を結ぶ。同時に、電子ビーム２
は、偏向器６によって軌道を曲げられ、ウェハ５上を二
次元あるいは一次元走査する。電子ビーム２で照射され
たウェハ部分からは二次電子７が放出される。二次電子
７は、二次電子検出器８で検出されて電気信号に変換さ
れた後、増幅などの処理を受ける。
【０００４】二次電子信号は、ＣＲＴ等のディスプレイ
９の輝度変調信号あるいは偏向信号として使われる。電
子ビーム２のウェハ面上二次元走査と同期してディスプ
レイ９の画面を二次元走査し、輝度信号を二次電子信号
で変調すれば、ディスプレイ９上にＳＥＭ像が形成され
る。一方、電子ビーム２の主走査信号をディスプレイ９
のＸ偏向信号とし、二次電子検出信号をディスプレイの
Ｙ偏向信号とすれば、ディスプレイ上にラインプロファ
イルが表示される。
９の輝度変調信号あるいは偏向信号として使われる。電
子ビーム２のウェハ面上二次元走査と同期してディスプ
レイ９の画面を二次元走査し、輝度信号を二次電子信号
で変調すれば、ディスプレイ９上にＳＥＭ像が形成され
る。一方、電子ビーム２の主走査信号をディスプレイ９
のＸ偏向信号とし、二次電子検出信号をディスプレイの
Ｙ偏向信号とすれば、ディスプレイ上にラインプロファ
イルが表示される。
【０００５】測長ＳＥＭを用いてウェハ上のパターン寸
法を測定する時の手順の一例を、以下に説明する。ウェ
ハカセット１０から取り出された被測定ウェハ５は、ウ
ェハのオリエンテーションフラットやノッチなどを基準
としてプリアライメントされると同時に、ウェハ上に書
き込まれたウェハ番号が、図示しないウェハ番号読み取
り器によって読み込まれる。ウェハ番号は各ウェハに固
有のものであり、読み込まれたウェハ番号をキーとして
被測定ウェハ５に対応したレシピが読み出される。レシ
ピはウェハの測定手順や測定条件を定めたものであって
各ウェハ毎に予め登録されており、以降の操作は全てこ
のレシピに従って行われる。
法を測定する時の手順の一例を、以下に説明する。ウェ
ハカセット１０から取り出された被測定ウェハ５は、ウ
ェハのオリエンテーションフラットやノッチなどを基準
としてプリアライメントされると同時に、ウェハ上に書
き込まれたウェハ番号が、図示しないウェハ番号読み取
り器によって読み込まれる。ウェハ番号は各ウェハに固
有のものであり、読み込まれたウェハ番号をキーとして
被測定ウェハ５に対応したレシピが読み出される。レシ
ピはウェハの測定手順や測定条件を定めたものであって
各ウェハ毎に予め登録されており、以降の操作は全てこ
のレシピに従って行われる。
【０００６】ウェハ番号が読み込まれた後、ウェハ５
は、真空に保持された試料室１１内に搬送され、ＸＹス
テージ１２上に搭載される。ＸＹステージ１２上に装填
されたウェハ５は、その上に形成されたアライメントパ
ターンを用いてアライメントされる。アライメントパタ
ーンは、試料室１１の上面壁に装着された光学顕微鏡１
３及び撮像装置１４を用いて数百倍程度に拡大して撮像
される。撮像されたアライメントパターンは、予め登録
されている参照画像と制御装置１５で比較される。制御
装置１５は、撮像されたパターンが参照画像と丁度重な
るように駆動モータ１６を駆動してＸＹステージ１２の
位置座標を補正することによってウェハ５をアライメン
トする。
は、真空に保持された試料室１１内に搬送され、ＸＹス
テージ１２上に搭載される。ＸＹステージ１２上に装填
されたウェハ５は、その上に形成されたアライメントパ
ターンを用いてアライメントされる。アライメントパタ
ーンは、試料室１１の上面壁に装着された光学顕微鏡１
３及び撮像装置１４を用いて数百倍程度に拡大して撮像
される。撮像されたアライメントパターンは、予め登録
されている参照画像と制御装置１５で比較される。制御
装置１５は、撮像されたパターンが参照画像と丁度重な
るように駆動モータ１６を駆動してＸＹステージ１２の
位置座標を補正することによってウェハ５をアライメン
トする。
【０００７】アライメントされた後、被測定ウェハ５は
所定の測長点にステージ移動される。測長点では、走査
電子ビーム２が照射され、高倍率のＳＥＭ像が形成され
る。このＳＥＭ像を用いて、ウェハ上に形成された被測
定パターンの高精度な位置決めが行われる。位置決め
は、アライメント操作と同様に、測長点のＳＥＭ像を参
照用画像と比較し、ＳＥＭ像が参照用画像と丁度重なり
合うように、電子ビーム走査領域を微調整することによ
って行われる。位置決めされたウェハ５は、被測定パタ
ーンがほぼ画面中央すなわち電子ビーム２の直下に位置
する。この状態で、電子ビーム２がＳＥＭ像形成時と同
じ走査ピッチ（画素サイズ）で被測定パターン上を一次
元走査し、得られたラインプロファイルから所定の測長
アルゴリズムに従ってパターン寸法が求められる。ウェ
ハ上に複数の測長点が有る場合には、測長点移動後の操
作が繰返し行われる。また、ウェハカセット内に複数の
被測定ウェハが有る場合には、ウェハの試料室１１への
搬送以降の操作が繰返し行われる。
所定の測長点にステージ移動される。測長点では、走査
電子ビーム２が照射され、高倍率のＳＥＭ像が形成され
る。このＳＥＭ像を用いて、ウェハ上に形成された被測
定パターンの高精度な位置決めが行われる。位置決め
は、アライメント操作と同様に、測長点のＳＥＭ像を参
照用画像と比較し、ＳＥＭ像が参照用画像と丁度重なり
合うように、電子ビーム走査領域を微調整することによ
って行われる。位置決めされたウェハ５は、被測定パタ
ーンがほぼ画面中央すなわち電子ビーム２の直下に位置
する。この状態で、電子ビーム２がＳＥＭ像形成時と同
じ走査ピッチ（画素サイズ）で被測定パターン上を一次
元走査し、得られたラインプロファイルから所定の測長
アルゴリズムに従ってパターン寸法が求められる。ウェ
ハ上に複数の測長点が有る場合には、測長点移動後の操
作が繰返し行われる。また、ウェハカセット内に複数の
被測定ウェハが有る場合には、ウェハの試料室１１への
搬送以降の操作が繰返し行われる。
【０００８】ラインプロファイルからパターン寸法を求
める測長アルゴリズムには各種有るが、一般的には図２
に示す閾値法、最大傾斜値法、直線近似法などが用いら
れる。図２において、（ａ）はウェハ５上の被測定パタ
ーン１９を電子ビーム２で走査する様子を模式的に示
し、（ｂ）は得られたラインプロファイルを示す。ま
た、（ｃ）は閾値法、（ｄ）は直線近似法、（ｅ）は最
大傾斜値法をそれぞれ説明する説明図である。
める測長アルゴリズムには各種有るが、一般的には図２
に示す閾値法、最大傾斜値法、直線近似法などが用いら
れる。図２において、（ａ）はウェハ５上の被測定パタ
ーン１９を電子ビーム２で走査する様子を模式的に示
し、（ｂ）は得られたラインプロファイルを示す。ま
た、（ｃ）は閾値法、（ｄ）は直線近似法、（ｅ）は最
大傾斜値法をそれぞれ説明する説明図である。
【０００９】閾値法は、ラインプロファイルの両端のス
ロープ部分が所定のレベル（閾値）Ｌと交わる位置２
１，２２を求め、その２つの位置２１，２２の間の距離
Ｗをパターン１９の寸法とするものである。閾値Ｌは、
通常はラインプロファイルの最大高さに対する割合とし
て定められる。直線近似法は、ラインプロファイルの両
端のスロープ部分を最小自乗法で直線近似し、各直線と
ベースラインとの交点２３，２４の間の距離Ｗをパター
ン寸法とするものである。また、最大傾斜法は、ライン
プロファイルの両端のスロープ部分が最大の傾斜を持つ
部分に接線を引き、その接線とベースラインとの交点２
５，２６の間の距離Ｗをパターン寸法とするものであ
る。
ロープ部分が所定のレベル（閾値）Ｌと交わる位置２
１，２２を求め、その２つの位置２１，２２の間の距離
Ｗをパターン１９の寸法とするものである。閾値Ｌは、
通常はラインプロファイルの最大高さに対する割合とし
て定められる。直線近似法は、ラインプロファイルの両
端のスロープ部分を最小自乗法で直線近似し、各直線と
ベースラインとの交点２３，２４の間の距離Ｗをパター
ン寸法とするものである。また、最大傾斜法は、ライン
プロファイルの両端のスロープ部分が最大の傾斜を持つ
部分に接線を引き、その接線とベースラインとの交点２
５，２６の間の距離Ｗをパターン寸法とするものであ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】被測定パターンの位置
決めに際しては、数多くのパターンの中から所望のパタ
ーンを容易に見つけられるようにするため、比較的に低
倍率のＳＥＭ像を用いることが多い。また、高倍率でパ
ターン寸法を測定する際にも、倍率を変えて測定を行う
場合がある。
決めに際しては、数多くのパターンの中から所望のパタ
ーンを容易に見つけられるようにするため、比較的に低
倍率のＳＥＭ像を用いることが多い。また、高倍率でパ
ターン寸法を測定する際にも、倍率を変えて測定を行う
場合がある。
【００１１】ところで、同一のパターンを測定した場合
においても、倍率を変えるとその倍率に依存して測定値
及び測定精度が変化する現象がある。このため、上記の
ような目的で低倍率の観測を行う場合、測定値が実寸法
から大きくずれてしまうとともに、測定値のばらつきも
増大してしまう。また、直線近似法や最大傾斜値法は、
閾値法に比べて測定値の観測倍率依存性が大きい。
においても、倍率を変えるとその倍率に依存して測定値
及び測定精度が変化する現象がある。このため、上記の
ような目的で低倍率の観測を行う場合、測定値が実寸法
から大きくずれてしまうとともに、測定値のばらつきも
増大してしまう。また、直線近似法や最大傾斜値法は、
閾値法に比べて測定値の観測倍率依存性が大きい。
【００１２】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたものであり、観察倍率あるいはラインプロ
ファイルからパターン寸法を求める測長アルゴリズムの
設定の如何によらずに正確にパターン寸法を求めること
のできる方法を提供することを目的とする。
みてなされたものであり、観察倍率あるいはラインプロ
ファイルからパターン寸法を求める測長アルゴリズムの
設定の如何によらずに正確にパターン寸法を求めること
のできる方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】図３は測長値のＳＥＭ像
倍率依存性の測定例であり、図４は測長値のばらつき
（３σ）の倍率依存性を示したものである。横軸は倍率
である。図には最大傾斜値法による測定値と、閾値法に
よる測定値を示した。閾値法で２０％、５０％、８０％
と記されているのは閾値レベルを表し、例えば２０％と
して示されたグラフは、閾値法で閾値レベルをラインプ
ロファイルの最大高さの２０％とした場合の測定結果で
ある。
倍率依存性の測定例であり、図４は測長値のばらつき
（３σ）の倍率依存性を示したものである。横軸は倍率
である。図には最大傾斜値法による測定値と、閾値法に
よる測定値を示した。閾値法で２０％、５０％、８０％
と記されているのは閾値レベルを表し、例えば２０％と
して示されたグラフは、閾値法で閾値レベルをラインプ
ロファイルの最大高さの２０％とした場合の測定結果で
ある。
【００１４】図３及び図４から、最大傾斜値法及び閾値
法で閾値レベルを２０％としたときには、比較的低倍率
でパターン幅の測定値が大きくなるとともに、測定ばら
つきも増大することが分かる。また、閾値レベルを８０
％とした閾値法では、逆に高倍率で測定するとパターン
幅の測定値が大きくなる。このようなパターン寸法測定
値の観測倍率依存性の原因を検討した結果、観測倍率が
小さくなって走査ピッチ（画素サイズ）が大きくなると
ともに、ラインプロファイルの波形鈍りが増大するため
と分かった。特に、走査ピッチが電子ビーム径以上の場
合に、この傾向は顕著となる。
法で閾値レベルを２０％としたときには、比較的低倍率
でパターン幅の測定値が大きくなるとともに、測定ばら
つきも増大することが分かる。また、閾値レベルを８０
％とした閾値法では、逆に高倍率で測定するとパターン
幅の測定値が大きくなる。このようなパターン寸法測定
値の観測倍率依存性の原因を検討した結果、観測倍率が
小さくなって走査ピッチ（画素サイズ）が大きくなると
ともに、ラインプロファイルの波形鈍りが増大するため
と分かった。特に、走査ピッチが電子ビーム径以上の場
合に、この傾向は顕著となる。
【００１５】図５に、そのメカニズムを模式的に示す。
走査ピッチに描かれている白丸は電子ビーム２によるサ
ンプリング点を示し、画素サイズｄは１個のサンプリン
グ点がカバーする範囲に等しい。ラインプロファイルと
して描かれているのは、その走査ピッチでサンプリング
したデータによって作られたラインプロファイルであ
る。倍率として記した数字は参考のためのものである。
（ａ）に示されているように、低倍率の時にはラインプ
ロファイルの波形鈍りが大きく、ラインプロファイルに
現れるパターンの大きさＷは実際のパターン１９より大
きくなる。（ｂ），（ｃ），（ｄ）と順に倍率を上げる
に従って、ラインプロファイルに現れるパターンの大き
さＷが変化していく。
走査ピッチに描かれている白丸は電子ビーム２によるサ
ンプリング点を示し、画素サイズｄは１個のサンプリン
グ点がカバーする範囲に等しい。ラインプロファイルと
して描かれているのは、その走査ピッチでサンプリング
したデータによって作られたラインプロファイルであ
る。倍率として記した数字は参考のためのものである。
（ａ）に示されているように、低倍率の時にはラインプ
ロファイルの波形鈍りが大きく、ラインプロファイルに
現れるパターンの大きさＷは実際のパターン１９より大
きくなる。（ｂ），（ｃ），（ｄ）と順に倍率を上げる
に従って、ラインプロファイルに現れるパターンの大き
さＷが変化していく。
【００１６】本発明は、このようなパターン寸法測定値
の観測倍率依存性の原因解明に基づいてなされたもの
で、プローブによって試料を所定の走査ピッチで走査
し、試料から得られる走査信号を用いて試料画像を形成
し、試料画像中の被測定パターンの所定部分を前記プロ
ーブで走査し、得られる走査信号を所定の測長アルゴリ
ズムに従って処理して所定部分の寸法を求めるパターン
寸法測定方法において、走査ピッチを試料画像形成時と
パターン寸法測定時とで変更することを特徴とする。パ
ターン寸法を求める時の走査ピッチは電子ビーム径程度
とするのが好ましい。
の観測倍率依存性の原因解明に基づいてなされたもの
で、プローブによって試料を所定の走査ピッチで走査
し、試料から得られる走査信号を用いて試料画像を形成
し、試料画像中の被測定パターンの所定部分を前記プロ
ーブで走査し、得られる走査信号を所定の測長アルゴリ
ズムに従って処理して所定部分の寸法を求めるパターン
寸法測定方法において、走査ピッチを試料画像形成時と
パターン寸法測定時とで変更することを特徴とする。パ
ターン寸法を求める時の走査ピッチは電子ビーム径程度
とするのが好ましい。
【００１７】また、本発明は、得られる走査信号を閾値
法で処理して所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定
方法において、低倍率領域では閾値を略５０％のレベル
に設定することを特徴とする。また、本発明は、得られ
る走査信号を直線近似法又は最大傾斜値法で処理して前
記所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定方法におい
て、低倍率領域では直線近似法あるいは最大傾斜値法で
求めた寸法値から観察倍率で決まる所定の値を差し引い
た値を測長値とすることを特徴とする。
法で処理して所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定
方法において、低倍率領域では閾値を略５０％のレベル
に設定することを特徴とする。また、本発明は、得られ
る走査信号を直線近似法又は最大傾斜値法で処理して前
記所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定方法におい
て、低倍率領域では直線近似法あるいは最大傾斜値法で
求めた寸法値から観察倍率で決まる所定の値を差し引い
た値を測長値とすることを特徴とする。
【００１８】また、本発明は、測長アルゴリズムとし
て、直線近似線あるいは最大傾斜線を引いた後、閾値法
で寸法を求めるアルゴリズムを用いることを特徴とす
る。また、本発明は、低倍率領域では測長アルゴリズム
を閾値法に切り換えることを特徴とする。本発明による
と、寸法測定値の観測倍率依存性が低減されるため、低
倍率で観測しても実寸法に近い測定値を得ることがで
き、かつ高い再現精度での測定が可能となる。
て、直線近似線あるいは最大傾斜線を引いた後、閾値法
で寸法を求めるアルゴリズムを用いることを特徴とす
る。また、本発明は、低倍率領域では測長アルゴリズム
を閾値法に切り換えることを特徴とする。本発明による
と、寸法測定値の観測倍率依存性が低減されるため、低
倍率で観測しても実寸法に近い測定値を得ることがで
き、かつ高い再現精度での測定が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。ここでは、測長ＳＥＭを用いてウ
ェハ上のパターン寸法を測定する場合を例にとって説明
する。図６は、第１の実施の形態の説明図である。この
実施の形態では、低倍率での観測時、被測定パターン位
置決め時の走査ピッチとパターン寸法を求める時の走査
ピッチとを自動的に切り換え、パターン寸法を求める時
の走査ピッチを電子ビーム径程度となるように細かくす
る。
施の形態を説明する。ここでは、測長ＳＥＭを用いてウ
ェハ上のパターン寸法を測定する場合を例にとって説明
する。図６は、第１の実施の形態の説明図である。この
実施の形態では、低倍率での観測時、被測定パターン位
置決め時の走査ピッチとパターン寸法を求める時の走査
ピッチとを自動的に切り換え、パターン寸法を求める時
の走査ピッチを電子ビーム径程度となるように細かくす
る。
【００２０】観察及び測定は、図示した操作フローに従
って行われる。まず、被測定ウェハをＸＹステージに搭
載し（Ｓ１）、ウェエハ上のアライメントパターンを用
いてウェハアライメントを行う（Ｓ２）。その後、ＸＹ
ステージを測長点に移動し（Ｓ３）、ＳＥＭ像６１中の
特定パターンを用いて被測定パターンｐが電子ビーム直
下に位置するように被測定パターンの位置決めが行われ
る（Ｓ４）。被測定パターンｐの位置決めが終了した時
点でのＳＥＭ像６２では、被測定パターンｐが画面の中
央に位置する。続いて、ＳＥＭ像６３中に破線で囲んで
示すように、パターンｐ中の被測定部を指定する（Ｓ
５）。
って行われる。まず、被測定ウェハをＸＹステージに搭
載し（Ｓ１）、ウェエハ上のアライメントパターンを用
いてウェハアライメントを行う（Ｓ２）。その後、ＸＹ
ステージを測長点に移動し（Ｓ３）、ＳＥＭ像６１中の
特定パターンを用いて被測定パターンｐが電子ビーム直
下に位置するように被測定パターンの位置決めが行われ
る（Ｓ４）。被測定パターンｐの位置決めが終了した時
点でのＳＥＭ像６２では、被測定パターンｐが画面の中
央に位置する。続いて、ＳＥＭ像６３中に破線で囲んで
示すように、パターンｐ中の被測定部を指定する（Ｓ
５）。
【００２１】ステップ５が終了すると、走査ピッチが電
子ビーム径と同程度になるように自動的に切り換えられ
（Ｓ６）、この小さな走査ピッチでパターン寸法測定を
行う（Ｓ７）。このときの電子ビーム走査領域は６４の
ようになる。ステップ４の位置決めの時のＳＥＭ像の画
素の相対的寸法を領域６６で表すと、ステップ７のパタ
ーン寸法測定時のＳＥＭ像の画素寸法は領域６７で表さ
れる。
子ビーム径と同程度になるように自動的に切り換えられ
（Ｓ６）、この小さな走査ピッチでパターン寸法測定を
行う（Ｓ７）。このときの電子ビーム走査領域は６４の
ようになる。ステップ４の位置決めの時のＳＥＭ像の画
素の相対的寸法を領域６６で表すと、ステップ７のパタ
ーン寸法測定時のＳＥＭ像の画素寸法は領域６７で表さ
れる。
【００２２】このように、被測定パターン位置決め時の
観察倍率にかかわらず、パターン寸法測定時には走査ピ
ッチをパターンの実寸法を正確に測定するのに適した所
定のピッチに切り換えることで、常に同一精度で寸法測
定を行うことができ、倍率の相違による測長値の変動を
防止することができる。図７は、第２の実施の形態の説
明図である。この実施の形態では、低倍率かつ閾値法で
の観測時、閾値をほぼ５０％のレベルに自動設定する。
観察倍率にかかわらず、パターン寸法測定時には走査ピ
ッチをパターンの実寸法を正確に測定するのに適した所
定のピッチに切り換えることで、常に同一精度で寸法測
定を行うことができ、倍率の相違による測長値の変動を
防止することができる。図７は、第２の実施の形態の説
明図である。この実施の形態では、低倍率かつ閾値法で
の観測時、閾値をほぼ５０％のレベルに自動設定する。
【００２３】図７（ａ）は、閾値法による高倍率でのパ
ターン寸法測定を説明する図である。パターン寸法測定
は左に示したＳＥＭ像の中で指定された破線領域で行わ
れ、その右に示すようなラインプロファイルが得られ
る。高倍率の場合には、図３からも分かるように、測長
値の倍率依存性が小さいので閾値レベルＬ１は任意に設
定しても倍率による測長値の変動は小さい。
ターン寸法測定を説明する図である。パターン寸法測定
は左に示したＳＥＭ像の中で指定された破線領域で行わ
れ、その右に示すようなラインプロファイルが得られ
る。高倍率の場合には、図３からも分かるように、測長
値の倍率依存性が小さいので閾値レベルＬ１は任意に設
定しても倍率による測長値の変動は小さい。
【００２４】ところが低倍率の場合には、図３から分か
るように、閾値２０％や８０％では倍率による測長値の
変動が大きいが、閾値５０％では倍率による測定値の変
動が小さい。従って、図７（ｂ）に示すように、低倍率
で閾値法で測長するときには、閾値Ｌ２を約５０％に自
動設定することで、倍率の相違による測長値の変動を最
小限に抑制することができる。
るように、閾値２０％や８０％では倍率による測長値の
変動が大きいが、閾値５０％では倍率による測定値の変
動が小さい。従って、図７（ｂ）に示すように、低倍率
で閾値法で測長するときには、閾値Ｌ２を約５０％に自
動設定することで、倍率の相違による測長値の変動を最
小限に抑制することができる。
【００２５】図８は、第３の実施の形態の説明図であ
る。この実施の形態では、低倍率かつ直線近似法あるい
は最大傾斜値法での観測時、測長値を、直線近似線ある
いは最大傾斜線で求めた値から観測倍率で決まる所定の
値を差し引いた値に補正する。図８は最大傾斜値法の例
であり、倍率５万倍のときラインプロファイルから最大
傾斜値法で求めたパターン寸法がＷ１であったとする。
この場合には次式によりパターン寸法Ｗを計算して表示
する。
る。この実施の形態では、低倍率かつ直線近似法あるい
は最大傾斜値法での観測時、測長値を、直線近似線ある
いは最大傾斜線で求めた値から観測倍率で決まる所定の
値を差し引いた値に補正する。図８は最大傾斜値法の例
であり、倍率５万倍のときラインプロファイルから最大
傾斜値法で求めたパターン寸法がＷ１であったとする。
この場合には次式によりパターン寸法Ｗを計算して表示
する。
【００２６】Ｗ＝Ｗ１−ΔＷ ここで、ΔＷは、図３に示したように、倍率５万倍にお
ける最大傾斜値法での測長値と閾値約５０％とした閾値
法による測長値との差である。前述したように、低倍率
の時、閾値が約５０％の閾値法によると測長値の変動が
小さいため、上式によって最大傾斜値法での測長値を閾
値が約５０％の閾値法による測長値に換算することで、
倍率に依存しない測長値を得ることができる。図３から
明らかなようにΔＷは倍率依存性を有するので、予め各
倍率毎にΔＷの値を求めて記憶しておき、上記計算では
倍率に応じたΔＷの値を使用する。
ける最大傾斜値法での測長値と閾値約５０％とした閾値
法による測長値との差である。前述したように、低倍率
の時、閾値が約５０％の閾値法によると測長値の変動が
小さいため、上式によって最大傾斜値法での測長値を閾
値が約５０％の閾値法による測長値に換算することで、
倍率に依存しない測長値を得ることができる。図３から
明らかなようにΔＷは倍率依存性を有するので、予め各
倍率毎にΔＷの値を求めて記憶しておき、上記計算では
倍率に応じたΔＷの値を使用する。
【００２７】ここでは最大傾斜値法について説明した。
直線近似法においても、同様の手法で測長値を閾値を約
５０％とする閾値法での測長値に換算することにより、
低倍率での測長値の倍率依存性を除去することができ
る。図９は、第４の実施の形態の説明図である。この実
施の形態では、図９（ａ）に示すように、ラインプロフ
ァイルのスロープ部分に最大傾斜で接線を引き、上辺を
直線近似して、ラインプロファイル全体を台形状に直線
近似する。その後、図７（ｂ）に示すように、その接線
に対して閾値を約５０％とした閾値法でパターン寸法Ｗ
を求める。この方法による測定値が実寸法を反映したも
のであることは、図５（ａ）より明らかである。
直線近似法においても、同様の手法で測長値を閾値を約
５０％とする閾値法での測長値に換算することにより、
低倍率での測長値の倍率依存性を除去することができ
る。図９は、第４の実施の形態の説明図である。この実
施の形態では、図９（ａ）に示すように、ラインプロフ
ァイルのスロープ部分に最大傾斜で接線を引き、上辺を
直線近似して、ラインプロファイル全体を台形状に直線
近似する。その後、図７（ｂ）に示すように、その接線
に対して閾値を約５０％とした閾値法でパターン寸法Ｗ
を求める。この方法による測定値が実寸法を反映したも
のであることは、図５（ａ）より明らかである。
【００２８】図１０は、第５の実施の形態の説明図であ
る。この実施の形態は、低倍率での測長時は、最大傾斜
値法あるいは直線近似法から閾値法に自動的に切り換え
るものである。いま測長ＳＥＭにおいて、測定法が最大
傾斜値法に設定されていたとする。図１０（ａ）に示す
ように、高倍率での測長時には、設定通り最大傾斜値法
でパターン寸法Ｗを測定する。何かの理由で倍率を低倍
率に変更すると、図１０（ｂ）に示すように、ラインプ
ロファイルの波形鈍りが大きくなるため、設定に従って
最大傾斜値法で測長すると誤差が大きくなる。そこでこ
の実施の形態では、測定法が最大傾斜値法あるいは直線
近似法に設定されている場合に低倍率で測長するときに
は、測定法を測長値の倍率依存性が小さい閾値が約５０
％の閾値法に自動的に切り換えるものとする。
る。この実施の形態は、低倍率での測長時は、最大傾斜
値法あるいは直線近似法から閾値法に自動的に切り換え
るものである。いま測長ＳＥＭにおいて、測定法が最大
傾斜値法に設定されていたとする。図１０（ａ）に示す
ように、高倍率での測長時には、設定通り最大傾斜値法
でパターン寸法Ｗを測定する。何かの理由で倍率を低倍
率に変更すると、図１０（ｂ）に示すように、ラインプ
ロファイルの波形鈍りが大きくなるため、設定に従って
最大傾斜値法で測長すると誤差が大きくなる。そこでこ
の実施の形態では、測定法が最大傾斜値法あるいは直線
近似法に設定されている場合に低倍率で測長するときに
は、測定法を測長値の倍率依存性が小さい閾値が約５０
％の閾値法に自動的に切り換えるものとする。
【００２９】ここでは、プローブに電子ビームを用いる
測長ＳＥＭを例にとって説明した。しかし、プローブは
光ビーム（レーザ走査顕微鏡）、イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）、あるいは、メカニカルプローブ（走査型原子間力
顕微鏡）のようなものであっても構わない。一プローブ
・一画素の場合を例として説明したが、この他にマルチ
プローブやマルチ画素のようなものにも適用できる。
測長ＳＥＭを例にとって説明した。しかし、プローブは
光ビーム（レーザ走査顕微鏡）、イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）、あるいは、メカニカルプローブ（走査型原子間力
顕微鏡）のようなものであっても構わない。一プローブ
・一画素の場合を例として説明したが、この他にマルチ
プローブやマルチ画素のようなものにも適用できる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によると、低倍率領域においても
測長値の倍率依存性を低減することができ、測長精度を
向上することができる。
測長値の倍率依存性を低減することができ、測長精度を
向上することができる。
【図１】ＳＥＭの原理と構成を説明するための図。
【図２】ラインプロファイルからパターン寸法を求める
ための方法の説明図。
ための方法の説明図。
【図３】測長値の倍率依存性の例を示す図。
【図４】測長値のばらつきと倍率の関係を示す図。
【図５】寸法測定値の倍率依存性のメカニズムを説明す
るための図。
るための図。
【図６】第１の実施の形態の説明図。
【図７】第２の実施の形態の説明図。
【図８】第３の実施の形態の説明図。
【図９】第４の実施の形態の説明図。
【図１０】第５の実施の形態の説明図。
１…電子銃、２…電子ビーム、３…収束レンズ、４…対
物レンズ、５…ウェハ、６…偏向コイル、７…二次電
子、８…二次電子検出器、９…ディスプレイ、１０…ウ
ェハカセット、１１…試料室、１２…ＸＹステージ、１
３…光学顕微鏡、１４…撮像装置、１５…制御装置、１
６…駆動モータ、１９…パターン
物レンズ、５…ウェハ、６…偏向コイル、７…二次電
子、８…二次電子検出器、９…ディスプレイ、１０…ウ
ェハカセット、１１…試料室、１２…ＸＹステージ、１
３…光学顕微鏡、１４…撮像装置、１５…制御装置、１
６…駆動モータ、１９…パターン
Claims (6)
- 【請求項１】 プローブによって試料を所定の走査ピッ
チで走査し、試料から得られる走査信号を用いて試料画
像を形成し、前記試料画像中の被測定パターンの所定部
分を前記プローブで走査し、得られる走査信号を所定の
測長アルゴリズムに従って処理して前記所定部分の寸法
を求めるパターン寸法測定方法において、 前記走査ピッチを試料画像形成時とパターン寸法測定時
とで変更することを特徴とするパターン寸法測定方法。 - 【請求項２】 プローブによって試料を所定の走査ピッ
チで走査し、試料から得られる走査信号を用いて試料画
像を形成し、前記試料画像中の被測定パターンの所定部
分を前記プローブで走査し、得られる走査信号を閾値法
で処理して前記所定部分の寸法を求めるパターン寸法測
定方法において、 低倍率領域では閾値を略５０％のレベルに設定すること
を特徴とするパターン寸法測定方法。 - 【請求項３】 プローブによって試料を所定の走査ピッ
チで走査し、試料から得られる走査信号を用いて試料画
像を形成し、前記試料画像中の被測定パターンの所定部
分を前記プローブで走査し、得られる走査信号を直線近
似法又は最大傾斜値法で処理して前記所定部分の寸法を
求めるパターン寸法測定方法において、 低倍率領域では直線近似法あるいは最大傾斜値法で求め
た寸法値から観察倍率で決まる所定の値を差し引いた値
を測長値とすることを特徴とするパターン寸法測定方
法。 - 【請求項４】 プローブによって試料を所定の走査ピッ
チで走査し、試料から得られる走査信号を用いて試料画
像を形成し、前記試料画像中の被測定パターンの所定部
分を前記プローブで走査し、得られる走査信号を所定の
測長アルゴリズムに従って処理して前記所定部分の寸法
を求めるパターン寸法測定方法において、 測長アルゴリズムとして、直線近似線あるいは最大傾斜
線を引いた後、閾値法で寸法を求めるアルゴリズムを用
いることを特徴とするパターン寸法測定方法。 - 【請求項５】 プローブによって試料を所定の走査ピッ
チで走査し、試料から得られる走査信号を用いて試料画
像を形成し、前記試料画像中の被測定パターンの所定部
分を前記プローブで走査し、得られる走査信号を所定の
測長アルゴリズムに従って処理して前記所定部分の寸法
を求めるパターン寸法測定方法において、 低倍率領域では測長アルゴリズムを閾値法に切り換える
ことを特徴とするパターン寸法測定方法。 - 【請求項６】 前記プローブは電子ビームであることを
特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のパターン
測定方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7342932A JPH09184714A (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | パターン寸法測定方法 |
| US08/771,325 US5750990A (en) | 1995-12-28 | 1996-12-20 | Method for measuring critical dimension of pattern on sample |
| EP96120644A EP0781976B1 (en) | 1995-12-28 | 1996-12-20 | A method for measuring dimensions of patterns on a sample |
| DE69637937T DE69637937D1 (de) | 1995-12-28 | 1996-12-20 | Verfahren und Apparat zur Messung von Musterdimensionen |
| EP01104828A EP1102031B1 (en) | 1995-12-28 | 1996-12-20 | A pattern dimension measuring method and apparatus |
| DE69620371T DE69620371T2 (de) | 1995-12-28 | 1996-12-20 | Verfahren zur Messung von Dimensionen von Mustern auf einer Probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7342932A JPH09184714A (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | パターン寸法測定方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001256596A Division JP3488707B2 (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | パターン寸法測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09184714A true JPH09184714A (ja) | 1997-07-15 |
Family
ID=18357637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7342932A Pending JPH09184714A (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | パターン寸法測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5750990A (ja) |
| EP (2) | EP1102031B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09184714A (ja) |
| DE (2) | DE69620371T2 (ja) |
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| KR100865593B1 (ko) * | 2006-03-27 | 2008-10-27 | 주식회사 아도반테스토 | 선폭 측정 조정 방법 및 주사형 전자 현미경 |
| US7668373B2 (en) | 2004-07-30 | 2010-02-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pattern evaluation method, method of manufacturing semiconductor, program and pattern evaluation apparatus |
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