JPS6231931A

JPS6231931A - 電子ビ−ム照射装置および該装置による試験、測定方法

Info

Publication number: JPS6231931A
Application number: JP60171028A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshizawa; 吉沢　正浩; Akira Kikuchi; 章菊池; Yasushi Wada; 康和田; Akihira Fujinami; 藤波　明平; Nobuo Shimazu; 信生島津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-08-05
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1987-02-10

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、主として製造途中のＶＬＳＩなどの電子デバ
イスの微細寸法を、荷電ビームを用いて測定する電子ビ
ーム照射装置、および該装置による寸法測定方法、また
は電子デバイスの試験を非接触で行なう試験方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ＶＬＳＩの製造工程ではレジストあるいは配線等の寸法
の管理が重要であり、パタンか微細になるとともに、走
査電子顕微鏡を用いてバタン寸法を測定する装置が用い
られるようになってきた。

このような装置としては特公昭５９−７６１に示された
装置がある。上記装置は、ＣＲＴ画面上で試料の走査像
あるいは二次電子信号波形に重ねて２つの可動位置マー
カを表示させ、マーカの間隔から試料寸法等の距離を算
出するものである。上記方式においては、まず走査像を
見ながら測定者が測定したい目的のパタンを選び出し、
電子ビームをライン走査モードに切りかえる。それによ
って得られる二次電子信号波形に重なって２本のマーカ
が画面に表示される。上記マーカが測定したい位置に来
るように測定者がマーカの位置を調節したのち、上記マ
ーカの間隔と倍率とから距離を算出する構成となってい
る。従って各測定点ごとに測定者が測定場所を指定しな
ければならず、連続して多数点を自動で測定することは
できなかった。

自動で二次電子波形に対してスライスレベルを設定して
配線幅を測定するには、二次電子信号量をデジタル値に
変換し、配線部分を選び出して測定する。従来から特開
昭５８−２１４２５９にあるように、外部から接触式手
段によって電圧を加え、電極配線から出る二次電子の量
が電位によって異なることを利用して、電極配線の電位
の高低に対応して２値化する方式がある。この場合には
論理試験等の目的でＯ■の配線と５ｖの配線を識別する
というように、電位が異なる配線や、電位が変化した配
線を像１１！察するのが目的である。従って、外部から
電圧を印加して測定するために、デジタル化する際にチ
ャージアップなどによるノイズが生じにくい。

また従来から、完成した電子デバイスの配線に外部から
電圧を加えてＳＥＭ像を観察し、電圧コントラストによ
り動作試験を行うストロボＳＥＭがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記電極配線の電位の高低に対応して２値化する方式は
、寸法測定を行う場合に、二次電子放出量の材質による
違いを外部から電圧を印加せずに測定するので、材質や
照射条件によって、配線部　　１分の二次電子信号量が
下地材料の二次電子信号量とほぼ等しい第６図に示すよ
うな波形が得られることがある。第６図はＳｉｏ２上の
ｐｏΩｙ−Ｓ　ｉ配線を測定した例である。この場合に
は配線と５ｉｎ２との区別ができない。従って本来はＬ
が配線でＱが５ｉｎ２であるが、Ｑを配線であると誤認
識してしまうことがおきる。あるいは、この信号にスラ
イスレベルを越えるノイズが加わると、どこが測定した
い部分か判らなくなってしまう。このように、測定した
い個所とは異なる間隔を測定してしまうという欠点があ
った。また上記ストロボＳＥＭでは、外部から接触式手
段により電圧を印加しなければならないという欠点があ
り、製造途中のデバイスの試験には用いることができな
かった。

〔問題点を解決するための手段〕

試料の材質によるコントラストの差が少ない場合に、チ
ャージアップが起り易い加速電圧のビーム照射によりコ
ントラストを強調し、ついでチャージアップが起りにく
い加速電圧のビームでバタン寸法を測定するとともに、
電子デバイスの試験（断線、ショート、リークの検出）
を非接触で行うようにする。

〔作用〕

従来からある寸法測定装置または走査電子顕微鏡に対し
、新たに、加速電圧の変更と該変更に連動してビームの
制御を行う手段を付加した電子ビーム照射装置により、
まず、チャージアップが起り易い加速電圧で被測定デバ
イスの特定個所をチャージアップさせ二次電子の発生量
を多くしてコントラストを強調し、ついでチャージアッ
プが起りにくい加速電圧で寸法測定、電子デバイスの試
験（断線、ショート、リークの検出）を行うようにした
ものである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による電子ビーム照射装置の一実施例を
示す図、第２図は本発明による測定法を説明するための
図、第３図は本発明と同一目的を達する他の方法による
実施例を示す図、第４図は上記装置による電子デバイス
の試験を行う手順を説明する図、第５図は上記試験の測
定原理を示す図である。第１図において、電子ビーム１
は電子ビーム源２から出射し加速電源１３で加速され、
上記電子ビーム１を偏向させるための偏向電極３を経て
、電子デバイス（ウェハ）８上に対物レンズ１０によっ
て焦点を結ぶ。」；起電子デバイス８から生じる二次電
子は二次電子検出器５で検出され、増幅器６を経てＣＲ
Ｔ７に入力される。なお４は偏向電源、９は電子デバイ
ス８を搭載するステージ、１１は対物レンズ電源である
。また、１４は電子ビーム１のオン、オフを行うための
ブランカ、１５はブランキング電源、１２はブランキン
グアパーチャで、１６および１７はそれぞれ静電レンズ
およびその電源である。■８は二次電子信号を記憶する
ための記憶装置で、１９は電子光学鏡筒における焦点や
照射位置の調整などの制御を行うための制御インターフ
ェース、２０は制御計算機である。

上記装置を動作させるには、まず測定したい配線にチャ
ージアップが生じ易い第１の加速電圧で電子ビーム１を
偏向して照射する。この電子ビームの加速電圧は、二次
電子放出比δが１よりも小さい高加速電圧に設定するこ
とにより、負にチャージアップさせる。この動作を以下
ではプリチャージと呼ぶ。プリチャージによって他の場
所よりも二次電子が表面から離脱しやすくなり、放出量
を多くさせる。つぎに加速電圧をチャージアップが生じ
にくい第２の加速電圧に切換えて、電子ビーム１を偏向
電極３に鋸歯状波または三角波の電圧を加えてライン走
査する。ライン走査する電子ビームの加速電圧はδ＝１
に近い加速電圧を用いる。この時発生する二次電子を二
次電子検出器５で検出し、電子ビーム１のライン走査に
対する二次電子信号の変化として記憶装置１８に記憶し
、ＣＲＴ７に表示するという構成である。

プリチャージを行う加速電圧から測定を行う加速電圧に
切換えると、ビームの偏向量や対物レンズの調整を必要
とする。加速電源１３、偏向電源４、対物レンズ電源１
１およびブランキング電源１５、静電レンズ電源１７の
出力はＤＡコンバータを用いた　　！インターフェース
１９を介して制御計算機２０により制御する。ブランキ
ング電源１５によりビームのオン・オフを、静電レンズ
電源１７でビーム電流の大きさを制御する。ここでプリ
チャージを行う場合にはビーム電流を大きくし、測定の
時にはビーム電流をさげる。測定に先だってプリチャー
ジおよび測定で用いる加速電圧でのＳＥＭ像を表示し、
偏向量とレンズの焦点調整用電源の最適値を求めておき
、このデータを制御計算機２０に記憶させる。

このデータから偏向電源４、対物レンズ電源１１は加速
電源１３の変更と連動して制御する構成である。

バタン寸法の測定方法は従来のものと同じである。すな
おち、電子ビームのライン走査に対する二次電子信号量
の変化から配線のエツジを検出し、そのパルス幅と倍率
から配線の寸法を算出する。

パルス幅を求めるには、スライスレベルを設定して二次
電子信号を２値化して行う方法の他に、２本のスライス
レベルを設定して二次電子信号を３値化したのち、その
３値化信号の並び方で異物の付着、ノイズ等による信号
とエツジ部分の信号とを区別し、補正してパルス幅を測
定する先行出願に述べた方法がある。

つぎに本発明の測定原理を説明する。二次電子放出比δ
は、一般には、加速電圧が数百Ｖ程度のところでピーク
を持ち、それ以上の加速電圧領域では加速電圧の増加と
ともに減少する。δ〉１な　・らば入射電子よりも多く
の二次電子が放出されるので、照射された物質は正に、
δ〈１ならば負にチャージアップする。δ＝１ならばチ
ャージアップを生じない。試料全体の像観察のためには
、通常はチャージアップしない加速電圧を選んでＳＥＭ
ｉ［等を行っている。加速電圧や材質によっては、配線
と下地材料の二次電子放出量に差が生じないために、配
線と下地材料との区別がつがず配線幅の測定ができない
ことがある。この場合にはまずδく１となる高加速電圧
で電子ビームを照射し負にチャージアップさせて測定す
る。第２図はその測定法を説明するための図である。（
ａ）は測定パタンを示す図で１点描部分が配線を示して
いる。（ｂ）および（ｃ）は電子ビームのライン走査に
対する二次電子信号量の変化を示してぃる。（ｂ）はチ
ャージアップしない加速電圧の電子ビームだけを照射し
た場合であり、配線と下地材料の二次電子放出量に差を
生じていない。これに対して（ａ）に示したパタンのＡ
点にプリチャージを行い、ついでδが１に近い加速電圧
の電子ビームで寸法を測定すると、第１の電子ビーム照
射によってＡ点を含む配線は負にチャージアップし二次
電子を多く発生するために、（Ｃ）に示したような第１
の電子ビームのライン走査に対する二次電子信号量の変
化が得られる。従って配線と下地材料との区別が容易に
なる。

上記装置では単一鏡筒で加速電圧を切換えて第１の電子
ビーム照射を行いチャージアップさせたのちに上記電子
ビームの照射を停止し、第２の電子ビームをライン走査
して寸法測定を行っている。

なお上記測定と同一目的を達成するために、配線部分を
第１の電子ビームで照射すると同時に第２の電子ビーム
でライン走査を行う装置が考えられる。この装置では、
２本の電子ビームを同一個所に照射する必要があり、そ
の技術は特願昭５９−８６１４〜６に開示されている。

上記２本の電子ビームを用いる方法では、チャージアッ
プと同時に測定することが可能になる。

上記実施例は、試料として下地材料の上に金属配線があ
る試料について説明したが、絶縁膜上のレジストや、金
属膜上のレジスト等のバタンであってもよいし、完成品
でなく製造途中のウェハであってもよい。なお、プリチ
ャージ用ビームの照射はスポット照射に限らず、配線パ
タンに沿ってライン走査してもよいし、配線バタン内を
平面走査してもよい。これは配線の抵抗が比較的高い場
合に配線内を均一にチャージアップさせる効果がある。

ここではプリチャージ用のビームはδく１となる加速電
圧とし、測定用のビームはδ＝１に近い加速電圧を用い
ている。しかしδが１よりも僅かに小さい加速電圧を用
いビーム電流を大きくしてプリチャージを行い、チャー
ジアップが問題にならないようにビーム電流を下げて測
定することにより、本発明と同一の目的を達成すること
も可能である。第３図はその実施例を示した図であ１ｌ
− ４Ｊ、１５０人のＳｉｏ２上（７）ｐｏ　Ｑ　ｙ−Ｓ　
ｉ配線ニ３ｋＶ（７）加速電圧でビーム電流を高めてプ
リチャージを行った後、ビーム電流を下げて二次電子信
号波形を測定した結果である。（ａ）はプリチャージを
行わない場合を示し、（ｂ）はプリチャージを行った場
合の二次電子信号波形である。プリチャージを行わない
（ａ）では中央のｐｏ　Ｑ　ｙ−Ｓ　ｉ配線の二次電子
の発生量がふえ、コントラストが増加し、配線と下地材
料との区別が容易になる。なおこのコントラストの変化
はプリチャージを行った配線全体にわたって生じており
、かつチャージは一定時間保持されるので、プリチャー
ジ後にステージを移動して測定することも可能である。

第４図は本発明の装置を用いて電子デバイスの試験を行
う手順を説明するための図で、点描部分は絶縁膜上の配
線を示している。これは線間のショートやリークを測定
する方法であり、まず配線上のＡ点をプリチャージする
。つぎにＡ点を含む配線およびその隣の配線をチャージ
アップが生じない加速電圧のビームでＬｌのように、配
線パタンを横切ってライン走査する。上記第１の電子ビ
ームによってＡ点を含む配線は負にチャージアップして
おり、もしも配線間のショートやリークがなければ、Ａ
点を含む配線の方が隣のＢ点を含む配線よりも電位が低
くなり、二次電子の放出量が多くなる。しかしショート
があるとＡおよびＢを含むそれぞれの配線は、はぼ同じ
電位になり二次電子放出量もほぼ等しくなる。従って配
線間のショート、リークがなければ、第５図（ａ）に示
すような二次電子信号量の変化を示し、ショートがある
と（ｂ）に示すように、第２の電子ビームのライン走査
に対する二次電子信号量の変化が得られる。わずかなリ
ークがある場合にはＡおよびＢを含むそれぞれの配線の
電位は等しくならないが、その差は（ａ）で示したショ
ート、リークがないものよりは小さくなる。この違いを
検出するには、第２の電子ビーム照射がオンのときとオ
フのときの二次電子信号量の差を求めることにより、シ
目−ト、リークを強調した信号を得ればよい。ここで第
２の電子ビームはライン走査でなくて通常の平面走査を
行い、ＳＥＭ像により観察してもよい。

しかしその場合には、基板と配線との間にショート、リ
ークがあるとチャージが抜けてしまい、コントラストが
戻ってしまうので、高速の走査が必要である。また第２
の電子ビームの走査位置はＡ点の上を通る必要はなく、
図中のＬ２のようにＡ点からずれていてもよい。Ａ点か
らずらすことにより、Ａ点が照射によって汚染を受けた
場合にも、その影響を除いて測定することができる。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による電子ビーム照射装置および該
装置による試験、測定方法は、被測定試料の所定の位置
に電子ビームを照射する手段と、照射された試料から発
生する二次電子を検出する手段を有する電子ビーム照射
装置において、上記電子ビームの加速電圧と異なる加速
電圧の電子ビームを、上記照射した試料のパタンを横切
って走査し照射する手段と、上記加速電圧の切換に伴う
電子光学鏡筒のビーム焦点および照射位置の再調整を行
うように制御する手段と、電子ビームの走査に対する二
次電子信号量の変化を検出する手段とを備えたことによ
り、上記試料の所定パタンに二次電子放出比が１より小
さい加速電圧の電子ビームを照射して上記パタンをチャ
ージアップし、チャージアップしたパタンに交わる方向
に、二次電子放出比が１に近い加速電圧の電子ビームを
走査して、照射部分から発生した二次電子を検出し、電
子ビーム走査に対する二次電子信号量の変化を測定する
ようにしたため、配線等のパタン部分とスペース部分の
コントラスト差が少ないパタンの寸法測定や、非接触手
段による線間リーク、ショート等の検出を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子ビーム照射装置の一実施例を
示す図、第２図は本発明による測定法を説明するための
図、第３図は本発明と同一目的を達する他の方法による
実施例の説明図、第４図は上記装置による電子デバイス
の試験を行う手順の説明図、第５図は上記試験の測定原
理を示す図、　　　！第６図は従来技術の欠点を説明す
る図である。 ■・・・電子ビーム　　　　３・・・偏向電極５・・・
二次電子検出器　　８・・・被測定試料１０・・・対物
レンズ　　　　１８・・・記憶装置１９・・・制御イン
ターフェイス２０・・・制御計算機特許出願人　日本電信電話株式会社代理人弁理士　　中　村　純之助１’１　　図矛３図（Ｑ） ’！ｆ’４　　図矛５図　　　　　ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定試料の所定の位置に電子ビームを照射する
手段と、照射された試料から発生する二次電子を検出す
る手段を有する電子ビーム照射装置において、上記電子
ビームの加速電圧と異なる加速電圧の電子ビームを、上
記照射した試料のパタンを横切って走査し照射する手段
と、上記加速電圧の切換えに伴う電子光学鏡筒のビーム
焦点および照射位置の再調整を行うように制御する手段
と、電子ビームの走査に対する二次電子信号量の変化を
検出する手段とを備えたことを特徴とする電子ビーム照
射装置。
（２）被測定試料の所定の位置に電子ビームを照射する
手段と、照射された試料から発生する二次電子を検出す
る手段を有する電子ビーム照射装置において、上記試料
の所定のパタンに、二次電子放出比が１より小さい加速
電圧の第１電子ビームを照射して上記パタンをチャージ
アップし、上記チャージアップしたパタンに交わる方向
に、二次電子放出比が１に近い加速電圧の第２電子ビー
ムを走査して、照射部分から発生した二次電子を検出し
、電子ビーム走査に対する二次電子信号量の変化を測定
することを特徴とする電子ビーム照射装置による試験、
測定方法。