JPH0921630A - 寸法測定装置 - Google Patents

寸法測定装置

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JPH0921630A
JPH0921630A JP7173245A JP17324595A JPH0921630A JP H0921630 A JPH0921630 A JP H0921630A JP 7173245 A JP7173245 A JP 7173245A JP 17324595 A JP17324595 A JP 17324595A JP H0921630 A JPH0921630 A JP H0921630A
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JP
Japan
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detector
signal
dimension
modulation frequency
phase
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Withdrawn
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JP7173245A
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English (en)
Inventor
Kiyofumi Yamada
田 潔 文 山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 LSIのデバイス構造に依存することなく、
かつ、従来の測定精度より一桁以上の高精度で寸法測定
を行なうことが可能な寸法測定装置を提供する。 【解決手段】 電子レンズ1で集光した電子ビーム2を
被測定物3上に走査し、被測定物から発生する2次電子
16、17を検出して被測定物の寸法を測定する寸法測
定装置において、電子ビーム2を変調周波数で変調する
変調部11と、電子ビームの照射により発生する2次電
子の変調周波数関係成分である第1信号28を検出する
第1検出器26と、電子ビームの照射により発生する2
次電子の変調周波数関係成分である第2信号29を検出
する、第1検出器26と異なる位置に配設された第2検
出器31と、第1信号28と第2信号29の位相信号を
検出する位相検出手段35と、位相検出手段35により
検出した位相信号から寸法を算出する寸法演算手段36
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、寸法測定装置に係
り、特に電子ビーム(EB)を用いて微細なLSIのパ
ターン寸法を測定するための寸法測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に、従来の電子ビーム(EB)を用
いた寸法測定装置の構成を示す。図4において、符号1
は電子レンズとしての対物レンズであり、対物レンズ1
の上方から電子ビーム(EB)2が入射する。対物レン
ズ1の上部には走査コイル8が配設されており、走査コ
イル8は、走査部9で発生された鋸歯状波形信号19に
より駆動され、電子ビーム2を横方向に走査する。
【0003】電子ビーム2はステージ5上にチヤックさ
れた半導体基板4上のパターン3に集光されて走査さ
れ、パターン3から発生した二次電子(以下SEと略
す)が検出器6で検出される。演算部7では、検出機6
で検出した波形信号から長さ寸法値が演算されるように
なっている。
【0004】電子ビーム2をパターン3上を走査したと
き、二次電子はパターン3の両側エッジ部で多く発生す
る。パターン3の両側で検出される二次電子をモニター
しながら、電子ビーム2の走査時間から両エッジ間の寸
法が演算される。
【0005】すなわち、演算器7では、図5(a)に示
されたような波形が入力されるので、例えばこれを微分
して波形整形し図5(b)に示すような波形が出力さ
れ、微分値が0となる点22a〜点22b間の時間間隔
を求め、この時間間隔と走査時間とからパターン3の長
さ寸法が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4で
示された従来の装置において、信号成分には必ずノイズ
成分が含まれており、このノイズ23と信号成分24の
大きさの比S/Nが寸法の測定精度を決定している。こ
のような状況下で、LSIのパターンから発生する信号
には、非常にノイズ分が大のものが含まれているものが
多く、特にエッチングパターン等では、標準偏差σとし
て3σの値が約0.02μm程度の再現性しか得られて
いないものが多かった。この一因としては、デバイス構
造の依存性と呼ばれるものがあり、例えばパターン3の
膜厚が薄く3000〜5000Aの厚さしかないもの
や、下地とパターンの材質とが同じようなものでは、大
きな信号成分を得ることが困難であることによる。
【0007】このように従来は、波形信号を微分する等
して振幅成分の大小からパターン3のエッジを求めてい
るため、検出精度に限界があり、例えば、測定再現性と
して3σの値として約0.02μm程度であった。この
ため、さらに高い精度の測定を行えないという問題があ
った。
【0008】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、LSIのデバイス構造に依存するこ
となく、かつ、従来の測定精度より一桁以上の高精度で
寸法測定を行なうことが可能な寸法測定装置を提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため
に、本発明は、電子レンズで集光した電子ビームを被測
定物上に走査し、被測定物から発生する2次電子を検出
して被測定物の寸法を測定する寸法測定装置において、
前記電子ビームを変調周波数で変調する変調部と、前記
電子ビームの照射により発生する2次電子の変調周波数
関係成分である第1信号を検出する第1検出器と、前記
電子ビームの照射により発生する2次電子の変調周波数
関係成分である第2信号を検出する、前記第1検出器と
異なる位置に配設された第2検出器と、前記第1信号と
前記第2信号の位相信号を検出する位相検出手段と、前
記位相検出手段により検出した位相信号から寸法を算出
する寸法演算手段とを備えることを特徴とする。
【0010】好適には、前記第1検出器と前記第2検出
器とは、前記電子レンズの光軸に対して対称な位置に配
設されている。
【0011】また、好適には、前記第1検出器と前記第
2検出器とは、前記電子ビームの走査方向に配設されて
いる。
【0012】また、好適には、前記変調周波数は、電子
ビームを走査する走査周波数より高い周波数である。
【0013】また、好適には、前記変調周波数関係成分
は、前記変調周波数の2倍の周波数成分である。
【0014】第1検出器と第2検出器とは異なる位置に
配設されているので、2次電子が各検出器に到達する時
間は一般に異なり、従って第1信号と第2信号の位相は
異なる。第1信号と第2信号の位相の差は、2次電子が
発生した被測定物の位置に依存するので、これらの位相
信号から寸法を算出することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施例について説明する。図1において、符号1は電子レ
ンズとしての対物レンズであり、対物レンズ1の上方か
ら電子ビーム(EB)2が入射する。対物レンズ1の上
部には走査コイル8が配設されている。
【0016】走査部9では電子ビーム2を横方向に走査
するための鋸歯状波形信号19が生成される。発信器1
0では、鋸歯状波形信号19により高周波数の変調周波
数の変調信号20が生成される。変調部11では、鋸歯
状波形信号19と変調信号20とが混合され、走査信号
21が生成される。走査信号21は、鋸歯状波形信号1
9の包絡線上に変調周波数の変調信号20が重畳して形
成されている。この走査信号21が走査コイル8に印加
される。
【0017】使用される周波数としては、鋸歯状波形信
号19の周波数より変調信号20の周波数の方が約2桁
以上高い周波数とすることが望ましい。例として、鋸歯
状波形信号19が10Hzであれば変調信号20は1K
Hzであり、鋸歯状波形信号19が1KHzであれば変
調信号20は100KHzに設定される。
【0018】電子ビーム2はステージ5上にチヤックさ
れた半導体基板4上のパターン3に集光されて走査さ
れ、パターン3から発生した二次電子(SE)が検出器
6で検出される。演算部7では、検出機6で検出した波
形信号から長さ寸法値が演算されるようになっている。
【0019】被測定物としてのパターン3の近傍の対物
レンズ1の光軸15に対して対称な位置に、二次電子を
検出するための第1検出器26と第2検出器27が配設
されている。
【0020】第1検出器26と第2検出器27の背後に
は、各々の検出器26、27で検出される各々の信号か
らノイズ成分を除去し変調周波数成分の2倍の周波数成
分のみを取り出すためのフィルター30、31が設けら
れており、フィルター30、31を通過して第1信号2
8と第2信号29とが生成される。ここで、変調周波数
成分の2倍の周波数成分が検出されるのは、変調周波数
の半周期毎に信号が変調されるためのである。
【0021】第1信号28と第2信号29は位相検出器
35へ送られ、位相検出器35において第1信号28と
第2信号29の位相差が検出される。演算器36では、
位相検出器35において検出された位相差から対応する
寸法が検出される。
【0022】次に図2を参照して、本実施例の作用を説
明する。電子ビーム2がパターン3上を走査され、パタ
ーン3の左側エッジに照射されたときに大量の二次電子
が種々の方向へ放出される。
【0023】放出された二次電子のうちパターン3の左
方へ向かう二次電子信号16は第1検出器26で検出さ
れ、右方へ向かう二次電子信号17は第2検出器27で
検出される。
【0024】第1検出器26と第2検出器27で検出さ
れた信号はフィルタ30、31によって変調信号20の
2倍の周波数の交流信号のみが選択され、第1信号28
と第2信号29が得られる。
【0025】図3に、第1信号28と第2信号29とを
横時間軸を共通にして示す。第1信号28は第2信号2
9に比べて進んだ位相を呈し、位相差25が生じてい
る。二次電子信号16と二次電子信号17は対物レンズ
1の光軸15より左側に位置する左エッジから生じたも
のであり、二次電子信号17に比べて二次電子信号16
の方のパスが短いため、位相差25が生じるのである。
【0026】光軸15に対して二次電子の放出するエッ
ジ部が右方にある場合には、位相差25は逆符号にな
る。また、光軸15とパターン3のエッジとの距離18
が大きいほど位相差25の絶対値は大きくなる。パター
ン3の左エッジを照射したときに得られる位相差25と
右エッジを照射したときに得られる位相差25とを加算
して得られる位相差が、左エッジと右エッジの間の寸法
に対応する。演算部36では位相差に対応する寸法を算
出する。
【0027】従来は、ノイズ成分を伴う信号の中から振
幅成分を検出していたため、S/Nが改善されずに大幅
な精度向上は望めなかった。
【0028】これに対して、本発明では、振幅成分とは
直接的には無関係な位相差25から寸法を測定するよう
にしているので、二次電子信号16、17の信号波形等
やS/Nに直接的には影響されず、したがってLSIの
デバイス構造に依存することなく、高精度な寸法測定を
達成できる。
【0029】次に、本実施例の装置と従来の装置を比較
した結果について説明する。測定は、パターン3の膜厚
と材質を変えて比較測定した。測定は10回繰り返して
行われ、標準偏差をσとして3σを求めた。
【0030】従来の場合 (1) Si基板上の1.5 μm厚のレジスト(厚さが厚
い) 3σ=0.012 μm (2) SiO2 基板上の0.5 μm厚のPolySi(厚さが
薄い) 3σ=0.012 μm であるのに対し、 本実施例の場合 (1) Si基板上の1.5 μm厚のレジスト(厚さが厚
い) 3σ≦0.003 μm (2) SiO2 基板上の0.5 μm厚のPolySi(厚さが
薄い) 3σ≦0.003 μm であった。
【0031】本実施例では、測定精度がパターン3の膜
厚や材質等のデバイス構造に依存することなく、また、
従来に比べて約1桁向上した測定精度で寸法測定を行う
ことができる。
【0032】なお、以上説明したように本発明では、位
相差によってパターン寸法を求める手法を用いている。
このことは、放送波の検波においても、FM(周波数変
調)検波による位相成分を取り出す方法がAM(振幅変
調)検波より原信号の忠実度、S/N等の点で優れてい
ることが知られていることからも、理解できることであ
る。
【0033】また、本発明では、第検出器と第2検出器
との異なる位置に2個の検出器が配設された場合を示し
たが、検出器を3個以上配設し、各検出器で検出される
検出信号の間の位相差を求めるようにし、複数の位相差
のデータから寸法を演算するようにしてもよく、この場
合はさらに測定精度の向上が期待される。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、異なる位置に第1検出器と第2検出器とを配設
し、検出した信号の位相から寸法を測定するようにした
ので、デバイス構造に依存することなく、高精度な寸法
測定を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の寸法測定装置の一実施例の全体構成を
示すブロック図。
【図2】本発明の測定原理を説明する図。
【図3】本発明において検出される信号の位相差につい
て説明する図。
【図4】従来の寸法測定装置の全体構成を示すブロック
図。
【図5】従来の寸法測定装置の測定原理を説明する図。
【符号の説明】
1 対物レンズ(電子レンズ) 2 電子ビーム 3 パターン 4 半導体基板 5 ステージ 6 検出器 7 演算部 8 走査コイル 9 走査部 10 発信器 11 変調部 15 光軸 16 左へ向う二次電子 17 右へ向う二次電子 18 光軸からエッジまでの長さ 19 鋸歯状波形信号 20 変調信号 21 走査信号 25 位相差 26 第1検出器 27 第2検出器 28 第1信号 29 第2信号 30、31 フィルター 35 位相検出器 36 演算器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子レンズで集光した電子ビームを被測定
    物上に走査し、被測定物から発生する2次電子を検出し
    て被測定物の寸法を測定する寸法測定装置において、 前記電子ビームを変調周波数で変調する変調部と、 前記電子ビームの照射により発生する2次電子の変調周
    波数関係成分である第1信号を検出する第1検出器と、 前記電子ビームの照射により発生する2次電子の変調周
    波数関係成分である第2信号を検出する、前記第1検出
    器と異なる位置に配設された第2検出器と、 前記第1信号と前記第2信号の位相信号を検出する位相
    検出手段と、 前記位相検出手段により検出した位相信号から寸法を算
    出する寸法演算手段とを備えることを特徴とする寸法測
    定装置。
  2. 【請求項2】前記第1検出器と前記第2検出器とは、前
    記電子レンズの光軸に対して対称な位置に配設されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の寸法測定装置。
  3. 【請求項3】前記第1検出器と前記第2検出器とは、前
    記電子ビームの走査方向に配設されていることを特徴と
    する請求項2に記載の寸法測定装置。
  4. 【請求項4】前記変調周波数は、電子ビームを走査する
    走査周波数より高い周波数であることを特徴とする請求
    項1に記載の寸法測定装置。
  5. 【請求項5】前記変調周波数関係成分は、前記変調周波
    数の2倍の周波数成分であることを特徴とする請求項1
    に記載の寸法測定装置。
JP7173245A 1995-07-10 1995-07-10 寸法測定装置 Withdrawn JPH0921630A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6715822B2 (en) 2001-02-06 2004-04-06 Jac Products Deutschland Gmbh Vehicle roof
JP2006266808A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Toshiba Corp 基板検査方法、半導体装置の製造方法および基板検査装置
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Effective date: 20021001