JPS61290313A

JPS61290313A - 立体形状測定装置

Info

Publication number: JPS61290313A
Application number: JP60131760A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ichinose; 敏彰一ノ瀬; Takanori Ninomiya; 隆典二宮; Yasuo Nakagawa; 中川　泰夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-06-19
Filing date: 1985-06-19
Publication date: 1986-12-20
Also published as: JPH0554605B2

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、測定対象物を破壊または加工することな（、
走査電子顕微鏡（以下、本文ではＳＥＭと略す）の２次
電子像から立体形状を計測する装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、半導体ウェハのパターン幅はＳＥＭ等を使って測
定され製造プロセス状態の管理が行なわれていた。しか
し、パターンの微細化に伴ない単に平面的な寸法管理だ
けでなく立体的な形状管理が要求されてぎている。

このような微細なパターンの立体形状の非破壊計測法と
しては従来は、ＳＥＭの２次電子像を便って、求める方
法があった。それは、「反射基地図に基づき、二次元濃
淡像より三次元形状を再構成する２手法」（電子通信学
会論文誌。

８２　／　７．　　Ｖｏｌ、Ｊ　６５−　Ｄ　、ｐｐ８
４２〜ｐｐ８４９）と題する論文において論じられてい
るもので、２次電子信号の明るさから面の傾きを求める
方法である。

しかし、この方法を半導体ウェハのパターンのうち鋭い
エツジを持つパターンに適用するには次の２つの点で問
題があった。

矛１には、滑らかな形状のパターンに対しては比較的精
度良く形状を求められるが、鋭いエツジのパターンでは
精度が悪くなる。矛２に、鋭いエツジを持つパターンで
は、ＳＥＭ特有のエツジ効果と呼ぶ現象、すなわちエツ
ジ近傍での２次電子信の明るさが面の傾き以外の要因に
も左右される現象があり、上記方法ではエツジ近傍での
形状誤差がきわめて大きくなってしまうという点である
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来方式の問題点を解決し
、どのようなパターンに対しても高精度に形状を計測す
る＠置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、まず対象パターンへの電子ビームの照射角度
を変えて、エツジ効果の有無を２次電子信号波形から検
出し、この結果によりパターンの分類を行なう。そして
、エツジ効果のないものは後述するように滑らかな形状
のパターンであるので、面の傾きと明るさの関係を使っ
て立体形状を求め、エツジ効果のあるものについては後
述する方法によりまずエツジの高さを求め、つぎにエツ
ジ効果を補正したＳＥＭ信号から面の傾きと明るさの関
係を使ってエツジ間の形状を求め、エツジ高さと合わせ
て全体の形状を求めるものである。

ここでパターンの分類はエツジ効果の有無により行なう
。第２図ｆｃＬ１．　ｔｂ）に示すような形状のパター
ンに真上からビームを照射した場合の２次電子信号から
はエツジ効果の有無を識別することができない。そこで
、第２図（ｃｌ　、　ｆｄｌに示すように試料を傾ける
、もしくはビーム照射角度を変えることによって第２図
ｆｃ１．　（ｄｌに見られる波形のピークがエツジ効果
によるものかどうかを識別する。

第２図ｆｃｌに示すようにエツジ効果がある場合には、
パターンを傾げても波形のピークが２つ存在するが、エ
ツジ効果がない場合にはｆｄｌ　Ｋ示すようにピークは
１つになる。そこでこれを検出することによってエツジ
効果の有無を識別する。

つぎにエツジ効果補正について述べる。エツジ効果はビ
ームの加速電圧、試料の材質、形状などに依存している
。特にライン状パターンの場合には、形状のパラメータ
としてエツジ段差の高さとエツジ斜面の傾きに依存して
いる。そこで、エツジ効果のあるパターンについて、こ
れらのパラメータをＳＥＭ信号から計測する。

エツジ段差の高さとエツジ斜面の傾きは、試料と照射ビ
ームのなす角度を変えて得た２つり波形から、それぞれ
エツジ位置を検出して対応をとり、第３図に示す高さ元
、斜面の傾斜角αを次式により求める。

α−ｊａｎ　’　（Ｌ／　ｔ）　　　　−＋２１計測し
たエツジ段差の高さと斜面の傾きをもとに、あらかじめ
立体形状計測時と同じ加速電圧で、同じ材質のものに関
してエツジ段差の高さと傾きを変えて測定しておいたエ
ツジ効果成分のデ゛−夕の中で最適なものを選択する。

これを使って入力信号のエツジ部分からエツジ効果成分
を補正し、明るさが面の傾きだけの関数になるようにす
る。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を以下に示す。

第１図は本実施例の全体構成図である。１は、ＳＥＭで
あり、試料台の傾きを変える機構２を有することにより
試料に対する電子ビームの照射角度を変えることができ
る。他の方法として、試料台は固定で、電気的に電子ビ
ームの照射角度を変えてもよい。３は偏向信号発生回路
であり、４の偏向信号設定部により設定された範囲を走
査する信号を発生させる。試料から発生した電子は検出
器５により検出され、６へ表示される。また検出信号は
ＡＤ変換器等で構成されたＳＥＭ信号入力部７で入力す
る。ＡＤｉ換のタイミングは３から入力する。ＡＤ変換
された信号は、試料台の傾き角θ−０とθ−θ。に応じ
てそれぞれ８，９のメモリに格納される。

試料台の傾き角の設定値は、エツジ効果の有無がいちば
ん感度よく検出できる値にすればよいが、その値が未知
またはパターン種類によって特定できない場合は、エツ
ジ効果の有無を検出できるようにいくつでも設定値を設
ければよい。本実施例では、傾き角θ−０とθ−θ。の
２つの波形を入力する。傾き軸とライン状パターンの方
向の関係は、傾き軸とパターンの方向が垂直でなければ
原理的にエツジ効果の有無の検出や三角測量の原理によ
るエツジ高さの計測が６Ｊ能である。本実施例では、検
出感度がいちばん高（なるように、傾き軸とパターンの
方向が平行になるようにする。またビームの走査方向は
、パターンと垂直になるようにする。

８．９それぞれから読み出した信号波形は、まず、エツ
ジ検出部１０．１１で波形のピーク位置および個数を検
出する。エツジ検出部１０．１１は、たとえば第４図に
示すような構成となっている。

メモリ８（または９）から順次読み出されたデータはシ
フトレジスタ４０１に送られる。４０２はエツジ検出オ
ペレータの係数を格納するメモリである。４０１と４０
２のそれぞれの要素は４０６で乗算され、４０４で加え
今わせられる。４０５の出力は、２値化回路４０６で適
当なしきい値Ｔ１以上となる値を１とする２値化をし、
４０７の極大位置検出回路により４０６の出力の１の始
まる位置Ｘ、と終了する位置Ｘ、より極大位置（Ｘｔ　
＋　Ｘｔ　）／２を出力する。また極大値の個数はカウ
ントしておき、メモリ８のすべてのデータの処理終了後
、この個数を出力する。一方、２値化回路４１０で適当
なしきい値Ｔ、以下となる値を１とする２値化をし、４
１１の極小位置検出回路により４１０の出力の１の始ま
る位置Ｘ、と終了する位置Ｘ４より極小位置（Ｘ、＋　
Ｘ４）　／　２を出力する。また極小値の個数はカウン
トしておき、メモリ８のすべてのデータの処理終了後こ
の個数を出力する。

エツジ検出オペレータの例としてはたとえば、ｍｗ５と
してＡ（１）フＡ（２）フＡ（４）冒Ａ［５）−−１Ａ（３
）冒４などとする。ここでは、エツジ検出部をハードウェアで
構成したがソフトウェアで溝底してもよい。

ピークの個数はエツジ効果判定部１２で比較される。こ
こでは、極大値の個数をピーク値の個１数とする。

もし、ピークの個数が一致したならば、エツジ効果あり
と判定され、計算機等で構成される高さ演算部１３でエ
ツジ段差の高さおよびエツジの傾斜角が計算される。こ
の高さと傾斜角の値をもとにエツジ効果データ１５の中
から最適なものを選択し、計算機等で構成されるエツジ
効果補正部１４にて、エツジ部に相当する波形位置近傍
からエツジ効果を補正する。補正方法の例としては、た
とえば第５図に示すように、エツジ位置をもとにエツジ
効果成分５０１を加算または減算して明るさが面の傾き
の関数になるようにする。

補正された信号から、明るさと面の傾きの関係を与える
傾きデータ１７を使って、計算機等で構成される形状演
算部１６で各点の面の傾きを求める。

一方、エツジ効果判定部１２でエツジ効果ありと判定さ
れたならば、パターンは鋭いエツジを持っているので、
この高さを高さ演算部１３で求める。エツジ高さは、エ
ツジ位置をもとに（１）式を使って求める。実際の寸法
り及びｔは画素数にサンプルクロックの長さに相当する
数値を乗することにより得ることができる。

そして、全体形状演算部１日でパターンの断面形状を求
める。エツジ効果ありと判定され、パターンが鋭いエツ
ジを持つ場合は、エツジ高さを初期値として各点の傾き
を積分し、形状を求める。エツジ効果を持たない場合は
、初期値の高さを０として各点の傾きを積分して全体形
状を求める。

本実施例によれば、エツジ効果を判別するだけでなく高
さやエツジ斜面の傾斜角の異なるパターンに対しても自
動的にこれを識別し最適なエツジ効果補正用データを選
択できるため、高精度な形状検出が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、自動的にエツジ効果の有無を判定し補
正することにより高精度な立体形状を求めることができ
る。

具体的には、パターン高さ１５μｍに対し、エツジ効果
補正なしの形状誤差１５μｍから補正した場合には形状
誤差０．１５μｍと改善された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図はパターン断面と
信号波形図、第３図は高さ計測の原理図、第４図はエツ
ジ検出部の構成図、第５図はエツジ効果補正方法を示す
原理図である。１・・・走査電子顕微鏡、２・・・試料台、３・・・偏
向信号発生部、４・・・偏向信号設定部、５・・・検出
器、６・・・ＣｋＬＴ、７・・・信号入力部、８．９・
・・メモリ、１０．１１・・・エツジ検出部、１２・・
・エツジ効果判定部、１６・・・高さ演算部、１４・・
・エツジ効果補正部、１５・・・エツジ効果補正データ
、１６・・・形状演算部、１７・・・傾きデータ、１８
・・・全体形状演算部、１９・・・出力装置、４０１・
・・シフトレジスタ、４０２・・・エツジ検出オペレー
タ用メモリ、４０３・・・乗算回路、４０４・・・加算
回路、４０５．４０９・・・、しきい値、４０６．４１
０・・・２値化回路、４０７．４１１・・・エツジ位置
検出回路、５０１・・・エツジ効果成分。

Claims

【特許請求の範囲】１、試料に電子線を照射する手段と、試料と電子線のな
す角度を変える手段と、電子ビームの走査を制御する偏
向信号発生手段と、試料から発生する電子を検出する手
段と、前記検出信号をデジタル値に変換する手段と、変
換した信号を記憶する手段と、信号波形から少くともパ
ターンエッジ位置、高さ、傾斜角を含むパターン形状の
特徴量を抽出する手段と、前記特徴量をもとに最適なデ
ータを選んで信号強度を補正する手段と、信号強度値か
ら面の傾きを求め前記特徴量と合わせて全体の形状を求
める手段とからなる立体形状測定装置。２、特許請求の範囲第１項記載の立体形状測定装置にお
いて、試料と電子線のなす角度を変えて得た信号波形のピーク値の個数をパターン形状の特徴量とするこ
とを特徴とする立体形状測定装置。３、特許請求の範囲第１項記載の立体形状測定装置にお
いて、入力信号強度を面の傾きと明るさの関係に合うように補正することを特徴とする立体形状測定装置
。