JPS6312146A - パタ−ン寸法計測方法 - Google Patents

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、半導体デバイスの製造工程途中で、ウェハ上
に形成されたパターンの寸法の測定方法に関し、特に、
電子ビームを用いて高精度に計測するパターン寸法計測
方法に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体デバイスの製造工程途中で、ウェハ上に形
成された各種パターンの寸法検査を行う場合、一般に走
査型電子顕微鏡が使用されている。

即ち、被測定パターンに交差するように電子ビームを走
査し、照射された各点から放出される２次電子信号を検
出して、この２次電子信号の波形をコンピュータ処理す
ることにより被測定パターンの線幅を算出するものであ
る。このとき、被測定パターンに照射される電子ビーム
の加速電圧は通常１ｋＶ程度であるが、これは、この加
速範囲であれば、電子ビームの照射に対して一般的材料
の２次電子放出率がほぼ１になるためである。なおここ
で、２次電子放出率とは、材料に対する電子の入射量と
放射量との比を表し、この比が１であるとき電子の収支
が均衡して、材料に電荷が残らない。一方、２次電子放
出率が１でない電子ビーム照射の場合、材料にチャージ
アップが生じるために、蓄積される電荷と入射電子とが
相互作用して、電子ビームの軌道が曲げられる。この結
果、検出される２次電子信号が歪んで、被測定パターン
の形状に対応しなくなり、測定されるパターン寸法との
誤差が大きくなる恐れがあるので、パターン寸法の測定
のために照射される電子ビームの加速電圧は、材料の２
次電子放出率が１になるような最適加速電圧が選ばれる
必要がある。

［発明が解決しようとする問題点１ しかし、最適加速電圧は材料により異なるので、特定の
加速電圧を有する電子ビームの照射領域内に複数種類の
材料が混在するようなパターンの場合、ある特定の材料
ではチャージアップを免れても、別な材料ではチャージ
アップして、測定されるパターン寸法に誤差が生じる。

また一般的に、電子ビーム照射中の材料のチャージアッ
プ現象は、材料のある領域に人出する電子のバランスが
崩れたときに生じるので、入射電子ビームの加速電圧の
他に、電子ビームの電流密度、照射時間、パターン形状
などにも依存する。これらのことから、従来のように電
子ビームの加速電圧を初期設定するだけでは、チャージ
アップを生じない最適な電子ビーム照射条件を整えるこ
とは困難なのが実情である。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、複数種類の材料が混在するようなパターンに対
しても、チャージアップを抑制し、高精度な寸法計測を
可能にするパターン寸法計測方法を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は基板上に形成された半導体パターンの寸法を電
子ビームにより計測するパターン寸法計測方法において
、被照射点からの２次電子放出率が１になるように各パ
ターン形状とパターン材料に応じて電子ビームの走査範
囲と走査速度を変化させてなることを特徴とするパター
ン寸法計測方法でおる。

［作　用］ 電子ビームの照射条件は、加速電圧の初期設定を行う他
に、ビーム経路で走査範囲及び走査速度をコントロール
することによっても制御することができる。本発明の方
法では、電子ビームの加速電圧を調整し、被測定パター
ンのチャージアップをある程度抑えられる概略電圧値に
設定した後、被測定パターンに蓄積された電荷の散逸時
間を考慮し、基板上に存在するパターンの材料の種類や
形状の変化に応じて電子ビームの照射速度を調整するの
で、電子ビーム加速電圧の選択だけでは防止できなかっ
た被測定パターンのチャージアップを抑制することがで
きる。

［実施例Ｊ 以下、本発明を、実施例とその図面を参照して詳細に説
明する。

第２図は、本発明の方法を実施するためのパターン寸法
測定装置の１例を示す構成図である。図において、測定
装置は、電子銃１から発射された電子ビーム１ａをウェ
ハ２上の被測定パターン３に照射し、そのパターン３を
形成する半導体の各照射点から放出される２次電子３ａ
を検出器４で捕獲して、この２次電子の信号波形を信号
処理手段５で判読することにより、ウェハ２上の被測定
パターン３の寸法を計測するものでおるが、電子ビーム
１ａは、電子銃１からウェハ２へ照射される途中で、コ
ンデンサ光学系６及び対物光学系７で集束される他、ブ
ランキングコイル８で屈折させられてウェハ２への直接
照射を避け、また偏向コイル９により被測定パターン３
をクロスするような走査を与えられる。

ブランキングコイル８には、ブランキングコントローラ
８ａが接続されていて、走査範囲を変動させることがで
き、偏向コイル９には、偏向コントローラ９ａが接続さ
れていて、走査速度を変動させることができる。ブラン
キングコントローラ８ａ及び偏向コントローラ９ａは、
ざらに照射制御装置１０に接続されていて、その制御を
受ける。

照射制御装置１０は、ウェハ２上の各パターンの材料及
び形状の情報に基づいて、各被測定パターン毎に、パタ
ーン形状や材料の種類に対応して最適の照射速度が得ら
れるような走査範囲及び走査速度を、ブランキングコン
トローラ８ａ及び偏向コントローラ９ａに入力し、一方
で信号処理手段５へは同期信号を転送する。そして、こ
のように制御された電子ビームが照射される結果、被測
定パターン３からの２次電子放射率は常時１に保持され
、検出された２次電子信号は同期された信号処理手段５
で正確に判読されて、高精度な計測が行われることとな
る。

次に以上のように構成されたパターン寸法計測装置を用
いてパターン寸法の計測を次のように行った。

第１図は本発明の方法を示したもので、シリコン基板１
６上に、シリコン酸化膜１５が膜厚１．０ｔＩＩｒ１形
成され、フォトリソグラフィーによりパターン３が形成
されている。このパターンを横切る様に電子ビーム１１
を加速電圧０．８ｋＶ、電流１１０ｐＡで走査する。照
射点１２におけるビーム径は２００人、各照射点間の距
離は１５０人でおる。各照射点における照射時間は１０
μｓｅｃ１次の照射点まで電子ビームが移動する時間は
１０μｓｅｃである。電子ビームの加速電圧を選択する
ことにより、被測定パターンへのチャージアップが抑制
でき、更に、ビーム径、照射点間距離、照射時間等の照
射速度パラメータが最適化されるので被測定パターンへ
のチャージアップか完全に抑制できた。この結果、パタ
ーン寸法測定精度が向上した。

各照射点からの２次電子信号量が不足する場合は、繰返
し走査を行って２次信号を蓄積して、信号のＳ／Ｎ比を
向上できる。

［発明の効果］ ウェハ上に存在する各種パターン材料および形状に対し
て多点測定する場合には電子ビームの加速電圧の他、照
射時間も変化できるので、チャージアップを完全に抑制
でき、この結果、寸法、計測精度が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を示す概略図、第２図は
本発明方法を実施するためのパターン寸法計測装置の一
例を示す構成図で市る。 １・・・電子銃　　　　　２・・・ウェハ３・・・パタ
ーン　　　　４・・・検出器５・・・信号処理手段　　
６・・・コンデンサ光学系７・・・対物光学系　　　８
・・・ブランキングコイル８ａ・・・ブランキングコン
トローラ ９・・・偏向コイル　　　９ａ・・・偏向コントローラ
１０・・・照射制御装＠　　　１１．１ａ・・・電子ビ
ーム１２・・・照射点　　　　　１３・・・照射点間の
距離　。 １５・・・シリコン酸化膜　　１６・・・シリコン基板
第１図 １１　電手ビーム １６　　シリコ′Ａ譜虻

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された半導体パターンの寸法を電子
   ビームにより計測するパターン寸法計測方法において、
   被照射点からの２次電子放出率が１になるように各パタ
   ーン形状とパターン材料に応じて電子ビームの走査範囲
   と走査速度を変化させてなることを特徴とするパターン
   寸法計測方法。