JPS59163506A - 電子ビ−ム測長装置 - Google Patents

電子ビ−ム測長装置

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JPS59163506A
JPS59163506A JP58037389A JP3738983A JPS59163506A JP S59163506 A JPS59163506 A JP S59163506A JP 58037389 A JP58037389 A JP 58037389A JP 3738983 A JP3738983 A JP 3738983A JP S59163506 A JPS59163506 A JP S59163506A
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悟 福原
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電子ビームによる寸法測定装置に係９、特に微
小寸法の高精度測定に経通な信号検出法に関する。
〔従来技術〕
近年、半導体デバイスの加工寸法の微細化傾向は著しく
、レーザ光等の光による寸法測定は既に限界に達してい
る。超ＬＳＩ化に伴うサブミクロン領域のパターン寸法
測定は電子ビームの高解像力を利用した計測技術の開発
を必要とする。此の棟の類似装置として一般に走査電子
顕微鏡が使用されることが多い。併乍ら、走査電子顕微
鏡はあく迄も観察装置であり、微細寸法測定に要求され
る高精度な位置情報信号を得るという点で信号検出及び
処理法において電子ビーム測長装置とは異なったもので
ある。
第１図は従来一般に使用される走査電子顕微鏡による検
出信号の一例である。同図（ａ）は測定試料断面の模型
図でお９１ウエーハ基板１上にパターン２（本例では設
計寸法Ｌ　＝　１．２μｍ、厚さ０．８μｍ）が形成さ
れている。同図（ｂ）はパターン２の部分を電子ビーム
で偏向走査して得られる位置情報を含んだ検出信号でお
る。パターン２の端部２ｕ及び２Ｗに対応する検出信号
の立上り（立下り）部のピーク値、信号幅ΔＵ、ΔＷに
差異が認められる。上記端部の検出信号波形は走査ビー
ムのスポット径、パターン端部の微細形状等に関係する
が、試料を１８００回転しても信号波形の特徴に変化は
見られず端部２ｕと２ｗが等価であることから、信号検
出が関連していることが知れる。
通常、走査電子顕微鏡では検出器は１個でろシ、上例で
も端部２Ｗでは被測定パターン２目体が検出に対して遮
蔽効果を有することに由る。この遮蔽効果によるカゲは
走査電子顕微鏡では試料走査像の遠近、凹凸感に対して
は有効であるが、電子ビームによる寸法測定という一点
からは測定誤差の要因となる。第１図（ｂ）ではカゲの
長さｔはパターン寸法りと同程度もあり、端部２ｕ、２
ｗの検出信号の立上シ幅は２〜３倍も異なる。此の様な
非対称性のある検出信号から、電子ビーム測長に要求さ
れるサブミクロン領域での高精度な測定は不可能である
。また、検出器を複数個設置した装置の報告もあるが、
上述の如き検出信号の遮蔽効果に考慮された例はなく、
検出信号自体に位置情報誤差を合む欠点がβりた。
〔発明の目的〕
したがって、本発明の目的は、被測定試料から位置情報
信号を正確に検出し、微細寸法を嶋梢度に測定する電子
ビーム測長装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明による方法では、信
号検出時に誤差要因を生じない検出器配置と検出信号の
選択方法を採用しているもので以下、本発明の実施例を
図面にょシ説明する。
〔発明の実施例〕
第２図は、本発明による方法を実施した電子ビーム副長
装置の一例を示すブロック図である。電子ビーム鏡筒部
１１では、電子銃１２から放出された電子ビーム１３は
偏向器１４により偏向制御され、電子レンズ１５で細い
スポットに集束されて、被測定試料１６上を二次元又は
−次元に照射走査される。試料１６はＸＹテーブル１７
上に設置され、制御部２２０制御信号でテーブル駆動装
置（図示を省略）によシ次の測定場所へ移動される。電
子ビーム１３と被測定試料１６の相互作用で発生した２
次電子、反射電子等の情報信号は検出による既述の位置
誤差を除去するために電子光学軸に対称な場を形成する
補助電極１８を介して検出される。該補助電＠ｔｓは電
子光学軸に回転対称であることは必ずしも必要ではない
。被測定試料１６からの信号は電子光午軸に対称配置さ
れた？ｊ数個の検出器１９．２０（簡単のため２個で説
明するが、少くとも２個以上であればよく第３図で後述
）に１９検出され、信号増幅器２３．２４で所属のレベ
ルに増幅される。電子ビーム１３の偏向走査は制御部２
２によシ偏向イ百号発生器２５、偏向増幅器２６を介し
た走査信号で制御される。
同時にモニター装置２７には電子ビーム１３の偏向と同
期した走査信号が偏向信号発生器２５から供給される。
信号増幅器２３．２４からの検出信号をモニター装置２
７の輝度変調に用いれば所謂二次元走査像が、Ｙ変調に
用いれば位置情報波形が得られる。該モニター装置２７
によシ被測定バター／の位置確認及び測長条件の設定等
を行なう。
一方、信号増幅器２３．２４の出力はまた、本発明の目
的を達成するだめの信号選択回路２８を通して信号処理
回路３２へ供給される。閾値検出、ピーク検出等の処理
モードを持つ該信号処理回路３２で検出信号は位置情報
に変換されたのち演算回路３３で実寸法にして表示装置
３４に測定結果を表示する。制御部２２は上記偏向信号
系及び検出信号処理系等に対する、各部のタイミング設
定の同期信号や処理制御信号等を供給する制御装置であ
り、操作部２１の操作により制御信号が発生される。
上記構成の電子ビーム測長装置で位置検出誤差を除去す
るための本発明の詳細な説明する。第３図は検出器の配
置を示す平面図でおる。一般に副長装置では直交する二
軸（Ｘ、Ｙ）方向の寸法測定が必要であシ、第３図（ａ
）の様に電子光学軸に対称配置した２組の検出器対（１
９，２０）。
（１９’　、２０’　）を用いる。各検出器対は信号増
幅器を含めて直流レベル、利得を調整されている。第４
図は実施例による検出信号波形の一例である。同図（ａ
）は被測定試料の断面模型図である。
同図（ｂ）は２Ｍｉの検出器からの総和の信号波形であ
り、波形の対称性は改善されている。併重ら、パターン
２自体によるカゲの影響で試料基板部１に対応した信号
レベルが平坦でない。これを除くため、パターン端部２
ｕ、２Ｗに州して同じ側の検出器１９と１９′、及び２
０と２０′の各々の和信号（第４図（Ｃ）及び（ｄ）に
示す）を別々に検出して、第２図の信号選択回路２８に
より信号選択した。
信号選択回路２８の機能は信号波形（Ｃ）と（ｄ）を逐
次比較する最大検出回路であり、歪波素子２９．３０と
電流源３１で構成され、電流源３１は抵抗素子とバイア
ス電源からなる。該信号選択回路２８の出力波形が第４
図（ｅ）である。信号波形（ｅ）は前述の総和波形（ａ
）に比べて、エッヂピークの鈍化がなく、基板部とパタ
ーン部での各信号レベルも一定である。この信号波形（
ｅ）を用いれば信号処理回路３２の閾値検出処理又はピ
ーク値検出処理による位置情報−＼の変換が正確に行な
うことができる。
なお、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではな
い。例えば電子元学軸に対称配置される検出器対は装置
使途に応じて１組でも複数組でもよい。また、第３図（
ｂ）に図示した様に竜子光学軸からの距離も検出器対毎
に異っても□よく、要は信号選択回路２８を用いて検出
誤差が除去できる構成であることが肝要である。更に、
補助電極１８は第３図＜ａ）の如く、各検出器が光軸か
ら等しい距離にあれば取υ除くこともできる。
父、信号選択回路２８′の構成も第５図に示すようにテ
イシタル化することも可能である。即ち、信号増幅器２
３．２４からの検出信号を各々、アナログーテイジタル
変換器４０．４１によシテイジタル信号に変換し、ラン
チ回路４２．４３でタイミングを合せて、テイジタルコ
ンバレータ４４で検出信号を比較して該コンパレータ出
力でマルチブレフサ−４５の切換えを行ない、検出信号
の最犬慣出を実行することも出来る。マルチダレフサ−
４５の出力をメモリー４６に記録してテイジタル量で位
置情報を処理してもよい。また、ティシタルーアナログ
変換を施せは第２図の信号処理系をそのまま使用するこ
とも可能である。此の殊に本発明の主旨會逸脱しない範
囲で変史災施することができる。
〔発明の効果〕 以上述べたように、不発明によれば、被測定試料からの
信号検出自体で生ずる寸法誤差を含まない情報信号が得
られるため、電子ビーム測長装置に要求されるサブミク
ロン領域での寸法測定が高精度で再現住よく笑イテでき
る。唸だ、簡単な構成の信号選択回路を付加するだけで
よいため、位置情報に変換する信号処理回路の変侠誤差
も著しく戦域できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
弗１図は従来の走食電子顕做銚による微細／くターンの
検出信号、第２図は本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図、第３図は検出系の配置平面図、第４図は本発明に
よる検出信号の一例、第５図は本発明の信号選択回路の
別の構成図である。 １１・・・電子ビーム鋭筒部、１２・・・電子銃、１４
・・・偏向器、１５・・・電子レンズ、１８・・・補助
電極、１９．２０・・・検出器、２３．２４・・・信号
増ｌｌ＠器、２８、’２８’・・・信号選択回路、２９
．３０・・・整流系子、３１・・・電流源、３２・・・
信号処理回路、３３・・・演算回路、３４・・・載承装
置、４０．４１・・・アナログーテイジタル袈換器、４
２．４３・・・ランチ回１ｉ、４４・・・テイシタルコ
ン／くレータ−１４５・・・マ第　　３　　図 （久ジ （ｂ、） １　４　　図 ？

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、被測定試料を電子ビーム走査して、試料からの位置
    情報信号を検出する信号検出手段と、該検出信号から被
    測定試料上の寸法に変換する信号処理手段とよりなる電
    子ビーム装置において、電子光学軸に対称配置された少
    とも１組の検出器と、前記被測定試料端部に対面した側
    の検出器からの検出信号のみを選択する信号選択回路を
    設けたことを特徴とする電子ビーム測長装置。 ２、第１項記載の電子ビーム測長装置において被両足試
    料端部に対面した側の検出器からの信号選択に、各検出
    器からの検出信号を個別に、又は組合せて最大検出によ
    る選択を行う信号選択回路を設けたことを特徴とする電
    子ビーム測長装置。
JP58037389A 1983-03-09 1983-03-09 電子ビ−ム測長装置 Granted JPS59163506A (ja)

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