JPS61128114A - パタ−ンの表面形状評価方法 - Google Patents
パタ−ンの表面形状評価方法Info
- Publication number
- JPS61128114A JPS61128114A JP59250105A JP25010584A JPS61128114A JP S61128114 A JPS61128114 A JP S61128114A JP 59250105 A JP59250105 A JP 59250105A JP 25010584 A JP25010584 A JP 25010584A JP S61128114 A JPS61128114 A JP S61128114A
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- JP
- Japan
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- pattern
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- surface shape
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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
- G01B15/04—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 for measuring contours or curvatures
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はパターンの表面形状評価方法、特に試料を破壊
することなく試料上に形成されたパターンの表面形状を
電子顕微鏡を用い”ＣＩＩ’ｌ′ｆｊｈするパターンの
表面形状評価方法に関する。
することなく試料上に形成されたパターンの表面形状を
電子顕微鏡を用い”ＣＩＩ’ｌ′ｆｊｈするパターンの
表面形状評価方法に関する。
パターンの表面形状の評価は種々の分野で応用されてい
る。特に近年では、半導体集積回路において種々のパタ
ーンを評価するのに欠かせない技術となっている。
る。特に近年では、半導体集積回路において種々のパタ
ーンを評価するのに欠かせない技術となっている。
パターンの表面形状を観察するために従来一般的に行な
われている方法は、試料を切断しＣその断面写真を九影
づ”る方法である。例えば第７図に示Ｊ゛ように、試料
が半う体ウェハ１で、−での上に形成されたレジストパ
ターン２の表面形状を観察する場合、矢印△の方向から
写真撮影をするとパターン側面２１の微細形状について
の情報は得られるが、パターン側面２２についての情報
は十分に１ｑられない。（こで切断線ｘ−ｘ’ に沿っ
てウェハを切断し、矢印Ｂの方向から写真撮影すること
によりパターン側面２２についての情報を得ることがで
きる。
われている方法は、試料を切断しＣその断面写真を九影
づ”る方法である。例えば第７図に示Ｊ゛ように、試料
が半う体ウェハ１で、−での上に形成されたレジストパ
ターン２の表面形状を観察する場合、矢印△の方向から
写真撮影をするとパターン側面２１の微細形状について
の情報は得られるが、パターン側面２２についての情報
は十分に１ｑられない。（こで切断線ｘ−ｘ’ に沿っ
てウェハを切断し、矢印Ｂの方向から写真撮影すること
によりパターン側面２２についての情報を得ることがで
きる。
また、円錐形の対物レンズ３３を有する電子顕微鏡を用
いることにより、試料を破壊せずにパターンの表面形状
を評価する方法も知られている。
いることにより、試料を破壊せずにパターンの表面形状
を評価する方法も知られている。
これは例えば第８図に示すように、半導体ウェハを傾斜
させて斜め方向から電子ビームを照射して観測すればよ
い。
させて斜め方向から電子ビームを照射して観測すればよ
い。
ト）小の試料を切断する方法は、所望の断面形状を観察
できるという利点があるが、試料を破壊しＣしようとい
う重大な欠点がある。即ち、この方法で観察を行なった
試料は、もはやその後の工程に用いることはできなくな
るため、この方法ではインブ［ルス品質管理ができない
ということになる。従ってインプロセス品質管理が前提
となる電子ビームリソグラフィ工程にＪ３ける近接効果
補正等の微細パターン化処理にはこの方法は全く用いる
ことができないことになる。
できるという利点があるが、試料を破壊しＣしようとい
う重大な欠点がある。即ち、この方法で観察を行なった
試料は、もはやその後の工程に用いることはできなくな
るため、この方法ではインブ［ルス品質管理ができない
ということになる。従ってインプロセス品質管理が前提
となる電子ビームリソグラフィ工程にＪ３ける近接効果
補正等の微細パターン化処理にはこの方法は全く用いる
ことができないことになる。
一方、円錐形の対物レンズを用いる方法にも次のような
欠点がある。まず、試料が大きくなった場合に、円錐形
の対物レンズに対して傾斜させて配置することが困難に
なる。例えば半導体のウェハの場合、直径７〜８ｃ＃Ｉ
程庇のものまでが限度である。また、一般に電子ビーム
を照射した場合、試料が帯電したり、損傷を受けること
がある。この損傷を最小限にするためには、電子ビーム
の加速電圧をできる限り低減させてやる必要がある。
欠点がある。まず、試料が大きくなった場合に、円錐形
の対物レンズに対して傾斜させて配置することが困難に
なる。例えば半導体のウェハの場合、直径７〜８ｃ＃Ｉ
程庇のものまでが限度である。また、一般に電子ビーム
を照射した場合、試料が帯電したり、損傷を受けること
がある。この損傷を最小限にするためには、電子ビーム
の加速電圧をできる限り低減させてやる必要がある。
しかしながら、加速電圧を低減させると色収差が増大す
るという問題が生じる。そこで収差係数を抑制するため
に、対物レンズの励磁を強め焦点距離を短くするという
方法が一般に採られている。
るという問題が生じる。そこで収差係数を抑制するため
に、対物レンズの励磁を強め焦点距離を短くするという
方法が一般に採られている。
焦点距離が短くなれば当然ワーキングディスタンス（対
物レンズのポールピース直下から試料表面までの距離）
が短くなる。即ち、試料の損傷を少なくするためには、
ワーキングディスタンスを短くする必要があることにな
る。ワーキングディスタンスが短くなると試料を対物レ
ンズに対して傾斜させることが益々困難となる。
物レンズのポールピース直下から試料表面までの距離）
が短くなる。即ち、試料の損傷を少なくするためには、
ワーキングディスタンスを短くする必要があることにな
る。ワーキングディスタンスが短くなると試料を対物レ
ンズに対して傾斜させることが益々困難となる。
（発明の目的）
そこで本発明は試料を破壊することなく、どの上うな試
料でも容易に計画を行なうことができるパターンの表面
形状評価方法を提供することを目的とする。
料でも容易に計画を行なうことができるパターンの表面
形状評価方法を提供することを目的とする。
４（発明の特徴は電子顕微鏡を用いたパターンの人面形
状評１曲方法において、あらかじめパターン表面に識別
マークを少なくとも２つ設け、このパターンを少なくと
ｔＪ２とＪ３つの走査角度から走査して画（象データを
得て、これらの画像データを識別ン−りのイメージを３
３ ｔ（ｆ−に用いて相互間に１対１の対応をつり、こ
のλ１応づ番］がなされたデータイ１３にび走今角磨に
阜づいてパターンの表面形状を計１１１ｉするにうにし
、試料を破壊することなく、どのような試料でも容易に
評価を行なえるようにした点にある。
状評１曲方法において、あらかじめパターン表面に識別
マークを少なくとも２つ設け、このパターンを少なくと
ｔＪ２とＪ３つの走査角度から走査して画（象データを
得て、これらの画像データを識別ン−りのイメージを３
３ ｔ（ｆ−に用いて相互間に１対１の対応をつり、こ
のλ１応づ番］がなされたデータイ１３にび走今角磨に
阜づいてパターンの表面形状を計１１１ｉするにうにし
、試料を破壊することなく、どのような試料でも容易に
評価を行なえるようにした点にある。
以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述する。第１
図は本発明に係る方法の概略説明図である。ここでは、
半導体ウェハ１上に形成されたレジストパターン２につ
いで、特にパターン側面２２の評価を行なう場合を例に
とって説明する。
図は本発明に係る方法の概略説明図である。ここでは、
半導体ウェハ１上に形成されたレジストパターン２につ
いで、特にパターン側面２２の評価を行なう場合を例に
とって説明する。
まずレジストパターン２の表面の任意の２点ＰおよびＱ
にスポットビームを照射し、識別マークをつける。この
識別マークはパターンの機能に影響を与えない程度のも
のでなくてはならない。この例ではパターンがレジスト
パターンであるため、表面につけられた識別パターンは
何らパターンの機能に影響を与えない。次に電子顕微鏡
の電子ビームを図のようにある角度θ１の方向から照射
し、二次電子を観測づる。この電子ビームを平面的に走
査することにより、各照射点の２次元的な果合としての
データが得られる。続いて電子ビームの照射方向を別な
ある角度θ２に変えて同様にビームを走査して２次元的
なデータを１７る。なお、実際に（ま電子に！微鎖の照
射方向を変えるので（よなく、２１′、、Ｍ体つ−ハ−
自体を傾斜さけることになる。
にスポットビームを照射し、識別マークをつける。この
識別マークはパターンの機能に影響を与えない程度のも
のでなくてはならない。この例ではパターンがレジスト
パターンであるため、表面につけられた識別パターンは
何らパターンの機能に影響を与えない。次に電子顕微鏡
の電子ビームを図のようにある角度θ１の方向から照射
し、二次電子を観測づる。この電子ビームを平面的に走
査することにより、各照射点の２次元的な果合としての
データが得られる。続いて電子ビームの照射方向を別な
ある角度θ２に変えて同様にビームを走査して２次元的
なデータを１７る。なお、実際に（ま電子に！微鎖の照
射方向を変えるので（よなく、２１′、、Ｍ体つ−ハ−
自体を傾斜さけることになる。
０ ど０゛２どの差（ま通常５°程瓜であれば、後述り
る処理によって良好な画像データを得ることが可能であ
る。従って半導体ウーハ−が大きなものであっても、こ
の程度の角度を傾けることは容易にＩｊないうる。
る処理によって良好な画像データを得ることが可能であ
る。従って半導体ウーハ−が大きなものであっても、こ
の程度の角度を傾けることは容易にＩｊないうる。
第２図に本発明に係る方法に用いる評価装置の１［１ツ
ク図を示づ。試料となる半導体ウェハ１は電子１７ｒｌ
徴鏡３内に■かれる。偏向電橋３１を通しＣ電子ビーム
が、半導体ウェハ１に照射され、放射した二次電子が検
出器３２で検出される。検出されたデータはインターフ
ェイス４１でＡ／Ｄ変（餐され、画像データバッファメ
モリ４２およびＣＰ Ｕ ４．３に取込まれる。また、
このデータを画像データディスク４４に記憶したり、Ｃ
ＲＴ４５に表示りることもできる。
ク図を示づ。試料となる半導体ウェハ１は電子１７ｒｌ
徴鏡３内に■かれる。偏向電橋３１を通しＣ電子ビーム
が、半導体ウェハ１に照射され、放射した二次電子が検
出器３２で検出される。検出されたデータはインターフ
ェイス４１でＡ／Ｄ変（餐され、画像データバッファメ
モリ４２およびＣＰ Ｕ ４．３に取込まれる。また、
このデータを画像データディスク４４に記憶したり、Ｃ
ＲＴ４５に表示りることもできる。
以上のようにして取込まれた画像データの一例を第３図
に承り。同図（ａ）は照射角度θ＝θ１の場合、同図（
ｂ）は照射角度θ＝０２の場合を示す。
に承り。同図（ａ）は照射角度θ＝θ１の場合、同図（
ｂ）は照射角度θ＝０２の場合を示す。
各データはこのように２次元的なＩＱの集合とし′Ｃ与
えられ、１つの点についてのデータｔ、ｌ試料北の１点
からの二次電子の輝度を表わす。この１つの点について
のデータは、本実施例では２バイトのデータとして扱わ
れる。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、これらのデー
タには識別マークＰ、Ｑに対応する点Ｐ、Ｑ１およびＰ
２．Ｑ２が含まれＣいす る。従ってこれら２点を参照点とすることにより、同図
（ａ）に示すデータと同図（ｂ）に示すデータとを１対
１に対応さμることができる。
えられ、１つの点についてのデータｔ、ｌ試料北の１点
からの二次電子の輝度を表わす。この１つの点について
のデータは、本実施例では２バイトのデータとして扱わ
れる。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、これらのデー
タには識別マークＰ、Ｑに対応する点Ｐ、Ｑ１およびＰ
２．Ｑ２が含まれＣいす る。従ってこれら２点を参照点とすることにより、同図
（ａ）に示すデータと同図（ｂ）に示すデータとを１対
１に対応さμることができる。
さて、次にこれらのデータに阜づいて、レジストパター
ン２のパターン側面２２の評価を行なう方法について説
明する。第４図はこのレジストパターン２の断面図であ
る。図のようにパターンの高さを１」、傾斜面（パター
ン側面２２）の長さをし、傾斜角をφとすると、式（１
）の関係が得られる。
ン２のパターン側面２２の評価を行なう方法について説
明する。第４図はこのレジストパターン２の断面図であ
る。図のようにパターンの高さを１」、傾斜面（パター
ン側面２２）の長さをし、傾斜角をφとすると、式（１
）の関係が得られる。
ｌ ｓｉｎφ＝ Ｈ（１）
第５図は、このレジストパターン２からの二次電子によ
って実際に得られる画像データと、レジストパターン２
との幾何学的位置関係を示す説明図Ｃある。同図（ａ）
は照射角度θ＝６１の場合、同図（ｂ）は照射角度θ＝
θ２の場合を示す。いず比の場合も右にレジストパター
ン２の断面を、左にこれの画像データを示す。一般に画
像データは、（１（（斜角が大きい程ｖ７Ａ度（が高く
なる。従って図示するレジストパターンの場合、パター
ン上面２１に相当する画像データより、パターン側面２
２に（０当する画像データの方が輝度が高い。まず、同
図（ａ）ｒｌｆ怠の２点Ｒ，Ｓを決め、画像データ上で
のこの２点間距離Ｄ１を求める。図示する例では２＋ｎ
Ｒ，Ｓをパターン側面２２の下端点と上端点に決めた場
合について示すが、この２点はパターンの形状に応じて
任意に定めることができる。
って実際に得られる画像データと、レジストパターン２
との幾何学的位置関係を示す説明図Ｃある。同図（ａ）
は照射角度θ＝６１の場合、同図（ｂ）は照射角度θ＝
θ２の場合を示す。いず比の場合も右にレジストパター
ン２の断面を、左にこれの画像データを示す。一般に画
像データは、（１（（斜角が大きい程ｖ７Ａ度（が高く
なる。従って図示するレジストパターンの場合、パター
ン上面２１に相当する画像データより、パターン側面２
２に（０当する画像データの方が輝度が高い。まず、同
図（ａ）ｒｌｆ怠の２点Ｒ，Ｓを決め、画像データ上で
のこの２点間距離Ｄ１を求める。図示する例では２＋ｎ
Ｒ，Ｓをパターン側面２２の下端点と上端点に決めた場
合について示すが、この２点はパターンの形状に応じて
任意に定めることができる。
次に同図（ｂ）で２点Ｒ，Ｓに対応する２点Ｒ′。
Ｓ′の画像データ上での２点間距離Ｄ２を求める。
これは前述したように２つの画像データ間の各データに
１対１の対応がついているため、容易に求めることがで
きる。ここで求めたり、Ｄ２は、第５図の説明図上では
ＩＩ、Ｈ□と笠しくなっているが、実際には顕微鏡の１
８率をＭとした場合、以下の関係にある。
１対１の対応がついているため、容易に求めることがで
きる。ここで求めたり、Ｄ２は、第５図の説明図上では
ＩＩ、Ｈ□と笠しくなっているが、実際には顕微鏡の１
８率をＭとした場合、以下の関係にある。
Ｄ、＝ＭＨ１（２）
Ｄ２＝ＭＨ２（３）
従って次の２式が得られる。
しｓｉｎ （φ十〇 ）＝Ｄ ／Ｍ （４）
１ｓｉｎ（φ＋θ ） ＝ Ｄ ２ ／ Ｍ （
５）ここで式（１）、 （４）、 （５）に着目すると
、θ 、θ２はともに設定（直であり、Ｄ、Ｄ２は１１
ｕ述のように画像データから直接求めることができ、＠
率Ｍは既知であるから、結局り、φ、１−１の３つの未
知数について３本の式が１１られている。従ってこれら
を連立して解くことにより、未知数し、φ、Ｈが求まる
。
１ｓｉｎ（φ＋θ ） ＝ Ｄ ２ ／ Ｍ （
５）ここで式（１）、 （４）、 （５）に着目すると
、θ 、θ２はともに設定（直であり、Ｄ、Ｄ２は１１
ｕ述のように画像データから直接求めることができ、＠
率Ｍは既知であるから、結局り、φ、１−１の３つの未
知数について３本の式が１１られている。従ってこれら
を連立して解くことにより、未知数し、φ、Ｈが求まる
。
以上のようにして２点Ｒ，Ｓの位置を確定させることが
できるが、次にこのＲ，８間の微細形状についての評価
方法について説明する。第６図に示すように２点Ｒ，Ｓ
の位置が決定したら、この２点間を両象データに基づい
て補間り′る。叩ら、Ｒ，Ｓの水平区間をｎ等分し、ｉ
番目の区間での；：＋、’さ１−１・ （ｌ−１〜［］
）を求めればＪ：い。ｌ−１、は■ １ｌｌ（６）によって求まる。
できるが、次にこのＲ，８間の微細形状についての評価
方法について説明する。第６図に示すように２点Ｒ，Ｓ
の位置が決定したら、この２点間を両象データに基づい
て補間り′る。叩ら、Ｒ，Ｓの水平区間をｎ等分し、ｉ
番目の区間での；：＋、’さ１−１・ （ｌ−１〜［］
）を求めればＪ：い。ｌ−１、は■ １ｌｌ（６）によって求まる。
ト１ ・ −（１，／ Σ Ｉ ・
）ｌ−１（６）１１゜１１ ここで１・は第６図の左に示すように、画像デー■ りの１番目の区間の輝度である。前述のように画像デー
タの輝匪Ｉは傾斜角に比例するため、全区間の輝度の総
計に対するその区間の輝度の比で、金、ｆ、４さ１」を
比例配分り−れば、各区間の傾斜が求まるのである。
）ｌ−１（６）１１゜１１ ここで１・は第６図の左に示すように、画像デー■ りの１番目の区間の輝度である。前述のように画像デー
タの輝匪Ｉは傾斜角に比例するため、全区間の輝度の総
計に対するその区間の輝度の比で、金、ｆ、４さ１」を
比例配分り−れば、各区間の傾斜が求まるのである。
〔発明の２１．里）
以」ニのとおり本発明によれば、パターンの表面形状評
価方法において、パターンにあらかじめ設【ノた識別マ
ークを用いて、複数の角度から走査して１９に複数の画
像データを対応ずけて表面形状を二Ｒぬるようにしたた
め、試料を破壊することなく、どのような試料でも容易
に評価を１１なうことができる。
価方法において、パターンにあらかじめ設【ノた識別マ
ークを用いて、複数の角度から走査して１９に複数の画
像データを対応ずけて表面形状を二Ｒぬるようにしたた
め、試料を破壊することなく、どのような試料でも容易
に評価を１１なうことができる。
第１図は本発明に係る方法の概略説明図、第２図は本発
明に係る方法に用いる５ｒ洒装置のブロック図、第３図
（ａ）、（ｂ）は本発明に係る方法で取込まれた画像デ
ータの一例を示す説明図、第４図はレジストパターンの
断面図、第５図（ａｌ、 （ｂ）はレジストパターンと
、その画像データとの幾何学的位置関係を示す説明図、
第６図はパターンの微細形状の評価方法の説明図、第７
図は従来の試料を切断する評価方法の説明図、第８図は
従来の円誰形の対物レンズを有する電子顕＠鏡を用いた
評価方法の説明図である。 １・・・半導体ウェハ、２・・・レジストパターン、２
１・・・パターン上面、２２・・・パターン側面、３・
・・電子顕微鏡、３１・・・偏向電極、３２・・・検出
器、３３・・・円錐形の対物レンズ、４１・・・インタ
ーフェイス、４２・・・データバッファメモリ、４３・
・・ＣＰＵ、４４・・・画像データディスク、４５・・
・ＣＲＴ。
明に係る方法に用いる５ｒ洒装置のブロック図、第３図
（ａ）、（ｂ）は本発明に係る方法で取込まれた画像デ
ータの一例を示す説明図、第４図はレジストパターンの
断面図、第５図（ａｌ、 （ｂ）はレジストパターンと
、その画像データとの幾何学的位置関係を示す説明図、
第６図はパターンの微細形状の評価方法の説明図、第７
図は従来の試料を切断する評価方法の説明図、第８図は
従来の円誰形の対物レンズを有する電子顕＠鏡を用いた
評価方法の説明図である。 １・・・半導体ウェハ、２・・・レジストパターン、２
１・・・パターン上面、２２・・・パターン側面、３・
・・電子顕微鏡、３１・・・偏向電極、３２・・・検出
器、３３・・・円錐形の対物レンズ、４１・・・インタ
ーフェイス、４２・・・データバッファメモリ、４３・
・・ＣＰＵ、４４・・・画像データディスク、４５・・
・ＣＲＴ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電子顕微鏡を用いてパターンの表面形状を評価する
方法であつて、 前記パターン表面の少なくとも２ケ所に識別用マークを
設ける工程と、 前記パターンを少なくとも２とおりの走査角度で前記電
子顕微鏡により走査し、それぞれの走査角度についての
画像データを得る工程と、 前記各画像データ上に形成された前記識別用マークのイ
メージを基準に用いて、前記各画像データの個々のデー
タを画像データ間で１対１に対応づける工程と、 前記対応づけが行なわれたデータおよび前記走査角度に
基づいて前記パターンの表面形状を演算によって求める
工程と、 を有するパターンの表面形状評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59250105A JPS61128114A (ja) | 1984-11-27 | 1984-11-27 | パタ−ンの表面形状評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59250105A JPS61128114A (ja) | 1984-11-27 | 1984-11-27 | パタ−ンの表面形状評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61128114A true JPS61128114A (ja) | 1986-06-16 |
Family
ID=17202887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59250105A Pending JPS61128114A (ja) | 1984-11-27 | 1984-11-27 | パタ−ンの表面形状評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61128114A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61138107A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-25 | Hitachi Ltd | パタ−ン形状評価装置 |
| JPH01101408A (ja) * | 1987-10-14 | 1989-04-19 | Toshiba Corp | パターンの測定方法 |
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| JPH03233309A (ja) * | 1990-02-07 | 1991-10-17 | Toshiba Corp | パターン形状測定方法及び装置 |
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-
1984
- 1984-11-27 JP JP59250105A patent/JPS61128114A/ja active Pending
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