JPS6327642B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパターンの寸法を測定する装置にかか
り、とくに集積回路のマスク等の被測定試料のパ
タン寸法を電子ビームを用いて測定するパターン
寸法測定装置に関するものである。

最近の集積回路の高密度化にともなつて、集積
回路のマスクのパターンはますます微細化、高集
積化してきている。このため、使用するマスクの
良否は集積回路の歩留りに大きく影響する。とこ
ろで、マスクのパターンの幅や位置の測定は、従
来、光を検査プローブとして用いた装置によつて
行なわれていたので、光の波長からくる分解の制
約のため微細パターンの測定には限界があつた。

近年、光よりも高い分解能を持つ電子ビームを
用いた種々の装置が開発されつつある。しかし、
電子ビームを検査プローブとして用いる寸法測定
装置は、まだ技術的に多くの問題を含んでおり、
いまだ実用的段階には達していない。

電子ビームを検査プローブとして用いてパター
ン寸法の測定を行なう場合、検出信号がパターン
のエツジ部分で非線形的に変化するエツジ効果の
ため測定精度が低下するという問題がある。電子
ビームを試料に照射すると、反射電子、２次電
子、吸収電流などがパターン像の信号として得ら
れる。従来の電子顕微鏡は、これらの信号の中の
主に２次電子を用いて、パターン像を得ている。
電子ビームを用いた寸法測定装置は、反射電子、
２次電子、吸収電流のいづれかの信号又はそれら
の２つ以上の信号を加算したものを増幅し、得ら
れる信号波形からパターンのエツジを検出してパ
ターン寸法の測定を行なうものである。しかし、
前述したエツジ効果があると、信号波形の形状が
パターンのエツジ部分で理想形状から著しくずれ
てくる。しかも、エツジ効果は、被検査試料の材
質、パターンを形成している薄膜の材質と膜厚、
信号検出器の構成などによつて著しく変化する。
従つて、被測定試料から得られたパターン像の信
号波形からパターンのエツジを再現性良く正確に
判定することが難しく、寸法測定の精度が上げら
れなかつた。

本発明の目的は、パターン像の信号波形に生じ
るエツジ効果の影響を除いて、パターンエツジを
高い精度で検出することにより、高精度な寸法測
定装置を提供することにある。

本発明によれば、ビームの発生源と、前記ビー
ムを微小スポツトに整形するレンズ系と、前記ビ
ームを偏向する偏向手段と、前記ビームが被測定
試料を走査するように制御する偏向制御手段とパ
ターン像の信号を検出する信号検出手段と、寸法
の測定と結果出力を行なう信号処理手段とを備え
たパターン寸法測定装置において、特定パターン
の像の信号波形をもとにエツジ部分を含まない非
パターン部分のみに対応する第１のレベルとエツ
ジ部分を含まないパターン部分のみに対応する第
２のレベルとを求め、前記第１のレベルと前記第
２のレベルとを指定された比率で内分する所にパ
ターンエツジの判定を行なうしきい値レベルを定
め、被測定パターンの像の信号が前記しきい値レ
ベルと交わる点の間隔をパターンの寸法とするこ
とを特徴とするパターン寸法測定装置が得られ
る。

さらに本発明によれば、前述のパターン寸法測
定装置において、特定パターンの像の信号波形を
もとにエツジ部分を含まない非パターン部分に対
応する第１のレベルとエツジ部分を含まないパタ
ーン部分に対応する第２のレベルとの差の振幅を
求め、被測定パターンの像の信号からエツジ部分
を含まないパターン部分のみもしくは非パターン
部分のみに対応する第３のレベルを求め、前記第
３のレベルから前記差の振幅に指定された比率を
乗じた値を加えた所にパターンエツジの判定を行
なうしきい値レベルを定め、前記被測定パターン
の像の信号が前記しきい値レベルと交わる点の間
隔をパターンの寸法とすることを特徴とするパタ
ーン寸法測定装置が得られる。

さらに本発明によれば、ビームを遮断するブラ
ンキング手段を備えた前述のパターン寸法測定装
置において、特定パターンの像の信号からエツジ
部分を含まない非パターン部分のみに対応する第
１のレベルとエツジ部分を含まないパターン部分
のみに対応する第２のレベルとビームを遮断して
いる時の第１のブランキングレベルを求め、前記
第１のレベルと前記第２のレベルとを指定された
比率に内分するレベルの大きさを前記第１のブラ
ンキングレベルからの振幅として求め、被検査パ
ターンの像の信号からビームを遮断している時の
第２のブランキングレベルを求め、前記第２のブ
ランキングレベルから前記振幅の所にパターンエ
ツジの判定を行なうしきい値レベルを定め、前記
被検査パターンの像の信号が前記しきい値レベル
と交わる点の間隔をパターンの寸法とすることを
特徴とするパターン寸法測定装置が得られる。

以下図面により本発明のさらに詳細な説明を行
なう。

第１図は、パターン像の信号検出波形のエツジ
効果を示した図である。第１図のパターンの断面
図１０１に示すような断面形状を有するパターン
をビームで走査すると、理想的には、パターンの
断面形状と相似の形状の波形１０２に示すような
検出波形が得られる。しかし、電子ビームを検査
プローブとして用いる実際のパターン寸法測定装
置の場合、パターン像信号としてたとえば反射電
子を検出すると波形１０３のような検出波形が得
られ、その検出信号波形１０３は、エツジ効果の
ためパターンエツジの前後でサグやオーバシユー
トが生じ実際のパターン形状１０１とは異つた波
形となる。特に被検査パターンの幅が小さいパタ
ーン１０４の場合には、波形１０５に示すよう
に、エツジ効果によるオーバーシユートの部分が
重なり、パターン部分の信号振幅が増大してその
部分のレベル検出が不正確になる。このため、エ
ツジ判定を行なうしきい値の設定に誤差が生じ、
寸法測定の精度が低下していた。

第２図は、本発明によるパターン寸法測定装置
の第１の実施例の概略をブロツク図で示したもの
である。ここでは、ビームとして電子ビームを考
える。電子ビーム発生源２０１で発生された電子
ビームは、電子レンズ系２０２で所望のスポツト
形状に整形された後、偏向手段２０３で偏向され
試料台２０４上の被測定試料２０５を照射する。
寸法測定のためのパターンの走査制御は偏向制御
回路２０６によつて行なわれる。電子ビームで試
料を照射して得られるパターン像の信号は、信号
検出増幅器２０７で検出増幅され、寸法測定手段
２０８でパターン寸法の測定が行なわれる。信号
処理制御部２０９は、装置全体の制御、測定パラ
メータの入力と設定、電子ビームの偏向の制御、
試料台の制御、測定データの処理と出力を行な
う。

第３図は第２図の寸法測定手段２０８の詳細を
ブロツク図で示したものである。第４図は本実施
例の動作を説明するために、パターンの検出信号
波形を示したものである。本実施例によるパター
ン寸法の測定は以下のようにして行なわれる。(1)
或る特定パターンを電子ビームで走査すると、パ
ターンの像信号として波形４０１が検出される。
特定パターンとしては、エツジ効果の影響を受け
ないパターン部分と非パターン部分のレベルが十
分測定できるだけの幅を持つパターンを選択す
る。従つて、前述の条件を満せば、特定パターン
は被検査パターンの一つであつても良い。(2)検出
された特定パターンの信号は、端子３０１から寸
法測定手段に入力され信号変換回路３０２でアナ
ログの信号波形がサンプリングされ、デイジタル
量の波形に変換される。(3)デイジタル化された信
号波形は波形記憶回路３０３に記憶される。(4)平
均値算出回路３０４は、波形記憶回路３０３に記
憶された特定パターンの波形４０１の平均値４０
２を求めしきい値レジスタ３０５に、求めた値を
格納する。平均値算出回路３０４は、各サンプリ
ング点の出力の平均値を求める回路又は、波形の
最大値と最小値を求めその平均値を求める回路で
構成される。(5)エツジ位置検出回路３０６は、波
形記憶回路３０３に記憶されている波形４０１と
しきい値レジスタ３０５の平均値４０２とを順次
比較し、両方の値が等しいかもしくはほぼ等しく
なつた点をパターンのエツジとして第１エツジ４
０３と第２エツジ４０４の位置を求め、第１エツ
ジレジスタ３０７と第２エツジレジスタ３０８に
それぞれ求めた値を格納する。(6)レベル検出回路
３０９は、第１エツジ位置４０３から、第１のマ
スク区間レジスタ３１０で指定されるマスク区間
４０５だけ離れた位置で、第１のレベル抽出区間
レジスタ３１１で指定されるレベル抽出区間４０
６の区間の波形４０１の平均値を求め第１レベル
４０７の値として第１レベルレジスタ３１２に格
納する。(7)続いて、レベル検出回路３０９は、第
１エツジ位置４０３から第２のマスク区間レジス
タ３１３で指定されるマスク区間４０８以上離
れ、かつ、第２エツジ位置４０４から第３のマス
ク区間レジスタ３１４で指定されるマスク区間４
０９以上離れた位置で、第２のレベル抽出レジス
タ３１５で指定されるレベル抽出区間４１０の区
間の波形４０１の平均値を求め第２レベル４１１
の値として第２レベルレジスタ３１６に格納す
る。マスク区間とレベル抽出区間の値は全て信号
処理制御部２０９により、端子３１７から測定パ
ラメータとして必要時までに各レジスタに格納さ
れる。なおここで、マスク区間４０５，４０８，
４０９は２個以上を同一とすることも可能であ
り、その場合、マスク区間レジスタ３１０，３１
３，３１４は２個以下にまとめることができる。
同様に、レベル抽出区間４０６，４１０は等しく
することもでき、この場合レベル抽出区間レジス
タ３１１，３１５は１個にまとめることができ
る。(8)しきい値算出回路３１８は、信号処理制御
部２０９で指定された比率Ｋを比率レジスタ３１
９から読取り、第１レベルレジスタ３１２の第１
レベル４０７の値Ａと、第２レベルレジスタ３１
６の第２レベル４１１の値Ｂとからしきい値レベ
ル４１２の値をＫ（Ｂ−Ａ）＋Ａの式で求め、しき
い値レジスタ３０５に格納する。以上の操作でパ
ターン寸法を測定するためのしきい値が求まる。

続いてパターン寸法の測定が行なわれる。(1)被
測定パターンを電子ビームで走査してパターン像
の信号波形４１３を検出する。(2)検出された信号
波形４１３は端子３０１からパターン寸法測定手
段に入力され、信号変換回路３０２で前述したと
同様にしてデイジタル量の信号に変換され波形記
憶回路３０３に記録される。(3)エツジ位置検出回
路３０６は、しきい値レジスタ３０５に格納され
ているしきい値レベル４１２と、波形記憶回路３
０３に記録されている波形４１３とが交わる点と
して第１のエツジ位置４１４と第２エツジ位置４
１５を求め、第１エツジレジスタ３０７と第２エ
ツジレジスタ３０８とにそれぞれ求めた値を格納
する。(4)寸法算出回路３２０は、第１エツジレジ
スタ３０７の第１エツジ位置４１４と第２エツジ
レジスタ３０８の第２エツジ位置４１５とから、
両値の差や平均値を求めることによりパターン幅
４１６の寸法やパターンの中心位置を求め信号処
理制御部２０９に端子３２１を介して測定値を送
出する。タイミング制御回路３２２は、寸法測定
手段２０８内の各回路の動作の制御を行なう。

上述したように、本実施例によれば、マスク区
間４０５，４０８，４０９をエヤジ効果が影響し
ないように十分広くとれば、エツジ効果の影響を
受けることなく、かつ被検査パターンとは独立
に、しきい値レベル４１２が設定できるので、パ
ターンの寸法測定が正確に再現性良く行えること
が分かる。なお、非パターンの寸法を測定する場
合にも、前述と同様にしてしきい値レベルと検出
信号波形とが交わる点のエツジ位置から、非パタ
ーンの幅寸法と位置が測定できる。さらに、本実
施例では、しきい値レベルの設定を被測定パター
ンごとには行なわず、一連の測定に対して一度行
なえば良いので、被測定パターンごとに行つてい
たしきい値レベルの設定時間が省かれ、測定時間
が著しく短縮される。しかし、前述した検出信号
のレベル変動がある場合には、本実施例ではレベ
ル変動の除去ができないため、測定精度が低下す
る。この場合には以下に述べる他の実施例を用い
ることにより、エツジ効果とレベル変動の影響を
共に除くことができる。なお、第１の実施例の寸
法測定手段の１部もしくは大半をプログラムでソ
フト的に代行することも別の実施例として行え
る。

本発明の第２の実施例における寸法測定手段２
０８の詳細のブロツク図を第５図に示す。本実施
例の装置の概略のブロツク図は第１の実施例の概
略ブロツク図第２図と同一である。第６図は、第
２の実施例の動作を説明するために、パターンの
検出信号波形と各信号レベルを示したものであ
る。本実施例によるパターン寸法の測定は以下の
ようにして行なわれる。(1)第１の実施例と同様に
して、或る特定パターンの像信号として波形６０
１が検出される。(2)検出された特定パターンの信
号は、端子５０１から寸法測定手段に入力され信
号変換回路５０２で前述と同様にしてデイジタル
量の波形に変換され、(3)波形記憶回路５０３に記
録される。(4)平均値算出回路５０４は、前と同様
して、特定パターンの波形６０１の平均値６０２
を求めしきい値レジスタ５０５に格納する。(5)エ
ツジ位置検出回路５０６は、前と同様にして、波
形記憶回路５０３に記憶されている波形６０１
と、しきい値レジスタ５０５の平均値６０２との
交点として第１エツジ６０３と第２エツジ６０４
の位置を求め、第１エツジレジスタ５０７と第２
エツジレジスタ５０８にそれぞれ求めた値を格納
する。(6)レベル検出回路５０９は、前と同様にし
て、第１エツジ位置６０３からマスク区間レジス
タ５１０で指定されるマスク区間６０５だけ離れ
た位置でレベル抽出区間レジスタ５１１で指定さ
れるレベル抽出区間６０６の区間の波形６０１の
平均値を求め第１レベル６０７の値として第１レ
ベルレジスタ５１２に格納する。(7)続いて、レベ
ル検出回路５０９は、第１エツジ位置６０３から
マスク区間レジスタ５１０で指定されるマスク区
間６０８以上離れ、かつ、第２エツジ位置６０４
から、マスク区間レジスタ５１０で指定されるマ
スク区間６０９以上離れた位置で、レベル抽出区
間レジスタ５１１で指定されるレベル抽出区間６
１０の区間の波形６０１の平均値を求め第２レベ
ル６１１として第２レベルレジスタ５１３に格納
する。マスク区間とレベル抽出区間の値は、必要
時に信号処理制御部２０９から、端子５１４を経
て各レジスタへそれぞれ格納されている。なお、
本実施例ではマスク区間６０５，６０８，６０９
を全て同一としたが、第１の実施例のように２個
以上の異なる値にしても良い。さらに、レベル抽
出区間６０６，６１０も第１の実施例と同じよう
に２個の値をとつても良い。(8)振幅算出回路５１
５は、第１レベルレジスタ５１２の第１のレベル
６０７と第２レベルレジスタ５１３の第２のレベ
ル６１１との差を求め差振幅レジスタ５１６にレ
ベル差振幅６１２を格納する。以上で寸法測定に
必要な第１レベルと第２レベルとの差の振幅が求
まる。

続いてパターン寸法の測定が行なわれる。(1)被
測定パターンを電子ビームで走査してパターン像
の信号波形６１３を検出する。(2)検出された信号
波形は寸法測定手段に入力され、信号変換回路５
０２でデイジタル量の信号に変換され、(3)波形記
憶回路５０３に記録される。(4)平均値算出回路５
０４は、波形６１３の平均値６１４を求めしきい
値レジスタ５０５に格納する。検出信号のレベル
の変動が小さい場合にはこのステツプは省略する
ことができ、測定時間の短縮を図ることができ
る。この場合、平均値は、前に求めた平均値６０
２を代用する。(5)エツジ検出回路５０６は、波形
記憶回路５０３に記憶されている波形６１３と、
しきい値レジスタ５０５の平均値６１４との交点
として第１のエツジ位置６１５を求め第１エツジ
レジスタ５０７に格納する。(6)レベル検出回路５
０９は、第１エツジ位置６１５からマスク区間レ
ジスタ５１０で指定されるマスク区間６１６だけ
離れた位置で、レベル抽出区間レジスタ５１１で
指定されるレベル抽出区間６１７区間の波形６１
３の平均値を求め第３レベルの値として第３レベ
ルレジスタ５１７に格納する。ここで第３レベル
レジスタ５１７は、第１レベルレジスタ５１２又
は第２レベルレジスタ５１３で代用することもで
きる。(7)しきい値算出回路５１８は、信号処理部
２０９で指定された比率Ｋを比率レジスタ５１９
から読取り、差振幅レジスタ５１６のレベル差振
幅６１２の大きさＡと、第３レベルレジスタ５１
７の第３レベル６１８の大きさＢとから、KA＋
Ｂの値をしきい値レベル６１９の値としてしきい
値レジスタ５０５に格納する。(8)エツジ検出回路
５０６は、波形記憶回路５０３の波形６１３とし
きい値レジスタ５０５のしきい値レベル６１９と
の交点として、第１エツジの位置６２０と第２エ
ツジの位置６２１を求め第１エツジレジスタ５０
７と第２エツジレジスタ５０８にそれぞれ求めた
値を格納する。(9)寸法算出回路５２０は、第１エ
ツジレジスタ５０７の第１エツジの位置６２０と
第２エツジレジスタ５０８の第２のエツジ位置６
２１との差と平均を求めることによりパターン幅
６２２の寸法とパターンの中心位置を求め信号処
理制御部２０９に端子５２１を介して送出する。
タイミング制御部５２２は寸法測定手段各部の動
作を制御する。

本実施例で非パターンの幅寸法を測定する場合
にも前述と同様に行うことができる。非パターン
の信号波形６２３から、前述と同様にして求めた
第３レベル抽出区間６２４の区間の波形６２３の
平均値から第３レベル６２５を求め第３レベルレ
ジスタ５１７に格納し、しきい値算出回路５１８
で、比率レジスタの比率Ｋと差振幅レジスタ５１
６のレベル差振幅６１２の値Ａと、第３レベルレ
ジスタ５１７の第３レベル６２５の値Ｃとから、
Ｃ−（１−Ｋ）Ａを求めてしきい値レベル６２６
としてしきい値レジスタ５０５に格納することに
より、他の操作は全く同一に行つて非パターン幅
３２７の寸法とパターンの中心位置を求めること
ができる。

第２の実施例の変形として、第５図の差振幅算
出回路５１５と差振幅レジスタ５１６を省き、省
いたブロツクの機能をしきい値算出回路５１８で
行なうようにした第３の実施例を提供することが
できる。この実施例におけるしきい値算出回路５
１８は、比率レジスタの比率Ｋと、第１レベルレ
ジスタ５１２の第１レベル６０７の大きさＡと、
第２レベルレジスタ５１３の第２レベル６１１の
大きさＢと、第３レベルレジスタ５１７の第３レ
ベル６１８の値Ｃとから、Ｋ（Ｂ−Ａ）＋Ｃのしき
い値レベル６１９の値としてしきい値レジスタ５
０５に格納する。この実施例の他の動作は、第２
の実施例と全く同様に行なうことによりパターン
幅の寸法とパターンの中心位置とが測定される。

上述した第２、第３の実施例によれば、第１の
実施例と同様にしてエツジの効果影響を受けるこ
となく寸法測定が行なわれるだけでなく、被測定
パターンの波形ごとにしきい値レベルを設定する
基準となる第３レベルを求めているので、検出信
号のドリフトによるレベル変動を完全に除去する
ことができる。しかし第３レベルを求める時間分
だけ測定時間が長く。

本発明による第４の実施例のパターン寸法測定
装置の概略ブロツク図を第７図に示す。第１の実
施例と同じ機能を有するものは同一の番号で示し
てある。第４の実施例は、第１の実施例に、電子
ビームを遮断するブランキング手段７０１とその
ブランキング手段７０１を制御するブランキング
制御回路７０２とを付け加えたものである。ブラ
ンキング信号は寸法測定手段７０３に入力され、
寸法測定のためのデータ処理用の信号として用い
られる。第７図のブロツクで第１の実施例と同一
の機能を有するブロツクの動作は、第１の実施例
と同じであるので、ここでは説明を省略する。

第８図は、本発明の第４の実施例の寸法測定手
段７０３の詳細をブロツク図で示したものであ
る。第９図は第４の実施例の動作を説明するため
に、パターンの検出信号波形と各信号のレベルな
どを示したものである。本実施例によるパターン
寸法の測定は以下のようにして行なわれる。

(1)或る特定パターンの像信号として波形９０１
が検出される。

(2)検出信号は、端子８０１から寸法測定手段７
０３に入力され、信号変換回路８０２でデイジタ
ル信号に変換され、波形記憶回路８０３に記録さ
れる。

(3)ブランキング信号は端子８０４から入力さ
れ、ブランキング区間レジスタ８０５に格納され
る。

(4)平均値算出回路８０６は、ブランキング区間
レジスタ８０５からブランキング区間を読取り、
波形９０１からブランキング区間９０２の部分を
除いた部分の平均値９０３を求め、しきい値レジ
スタ８０７に格納する。(5)エツジ位置検出回路８
０８は、前と同様にして波形９０１と、平均値９
０３の交点として第１エツジ９０４と第２エツジ
９０５の位置を求め第１エツジレジスタ８０９と
第２エツジレジスタ８１０にそれぞれ求めた値を
格納する。(6)ブランキングレベル検出回路８１１
は、ブランキング区間レジスタ８０５のブランキ
ング区間９０２内に完全に含まれるブランキング
レベル抽出区間レジスタ８１２で指定されるブラ
ンキングレベル抽出区間９０６の区間の波形９０
１の出力を平均して第１のブランキングレベル９
０７を求め、ブランキングレベルレジスタ８１３
に格納する。(7)レベル検出回路８１４は第１エツ
ジ位置９０４からマスク区間レジスタ８１５で指
定されるマスク区間９０８だけ離れた位置で、レ
ベル抽出区間レジスタ８１６で指定されるレベル
抽出区間９０９の区間の波形９０１の平均値を求
め、第１レベル９１０の値として第１レベルレジ
スタ８１７に格納する。(8)続いて、レベル検出回
路８１４は、第１エツジ位置９０４からマスク区
間レジスタ８１５で指定されるマスク区間９１１
以上離れ、かつ、第２エツジ位置９０５からマス
ク区間レジスタ８１５で指定されるマスク区間９
１２以上離れた位置で、レベル抽出区間レジスタ
８１６で指定されるレベル抽出区間９１３の区間
の波形９０１の平均値を求め第２レベル９１４と
して第２レベルレジスタ８１８に格納する。マス
ク区間とレベル抽出区間の値は必要時に信号処理
制御部２０９から端子８１９を経て各レジスタへ
それぞれ格納される。なお本実施例ではマスク区
間９０８，９１１，９１２およびレベル抽出区間
９０９，９１３はそれぞれ同一としたが第１の実
施例と同じように別々の値をとつても良い。(9)し
きい値振幅算出回路８２０は、比率レジスタ８２
１から比率Ｋを読取り、ブランキングレベルレジ
スタ８１３の第１のブランキングレベル９０７の
値Ａと第１レベルレジスタ８１７の第１レベル９
１０の値Ｂと第２レベルレジスタ８１８の第２レ
ベル９１４の値Ｃとから、Ｋ（Ｃ−Ｂ）＋Ｂ−Ａの
値をしきい値振幅９１５として求め、しきい値振
幅レジスタ８２２へ格納する。以上で寸法測定の
ためのしきい値振幅９１５が求まる。

続いてパターン寸法の測定が行なわれる。(1)被
測定パターン像の信号波形９１６を検出する。(2)
検出信号は端子８０１から寸法測定手段に入力さ
れ、信号変換回路８０２でデイジタル信号に変換
され、波形記憶回路８０３に記録される。(3)ブラ
ンキングレベル検出回路８１１は、ブランキング
区間レジスタ８０５のブランキング区間９１７内
に完全に含まれブランキングレベル抽出区間レジ
スタ８１２で指定されるブランキングレベル抽出
区間９１８の区間の波形９１６の平均値を求め、
第２のブランキングレベル９１９の値としてブラ
ンキングレベルレジスタ８１３に格納する。(4)し
きい値算出回路８２３は、ブランキングレベルレ
ジスタ８１３の第２のブランキングレベル９１９
の値Ａと、しきい値振幅レジスタ８２２のしきい
値振幅９１５の値Ｂとから、Ａ＋Ｂの所にしきい
値レベル９２０を設定ししきい値としてしきい値
レジスタ８０７に格納する。(5)エツジ検出回路８
０８は、波形記憶回路８０３の波形９１６としき
い値レジスタ８０７のしきい値レベル９２０の交
点として第１エツジの位置９２１と第２エツジの
位置９２２を求め第１エツジレジスタ８０９と第
２エツジレジスタ８１０に格納する。(6)寸法測定
回路８２４は、第１エツジの位置９２１と第２エ
ツジの位置９２２との差と平均を求めることによ
りパターン幅９２３の寸法とパターンの中心位置
を求め端子８２５から信号処理制御部２０９にデ
ータを送出する。タイミング制御回路８２６は、
寸法測定手段の各部の動作を制御する。非パター
ンの幅寸法の測定も前述と全く同様の操作で行え
る。

以上第４の実施例は、前述の実施例と同様エツ
ジ効果の影響を除去でき、しかも、被測定パター
ンごとに電子ビームをブランキングしブランキン
グレベルを基準にしてしきい値レベルを設定して
いるので検出信号のドリフトの影響によるレベル
変動も除去される。ブランキング期間は固定され
ているので被測定パターンのブランキングレベル
の検出が容易に行えるのがそのため測定時間がい
くらか長くなる。

第４の実施例を変形した第５の実施例の概略の
ブロツク図を第１０図に示す。本実施例は直流再
生回路９９９を設けて、ブランキングレベルの検
出を実時間で行うものである。本実施例によれ
ば、第９図のブランキングレベル抽出区間９０
６，９１８の検出信号のレベルを直流再生回路９
９９である固定されたレベルにクランプすること
により、直流再生回路９９９の出力には検出信号
のドリフトによるレベル変動を除去でき、第４の
実施例と同じ効果が得られる。よつて寸法測定手
段９９８は、入力波形のレベル変動がないので、
第１の実施例の第３図に示す寸法測定手段を用い
ることにより、エツジ効果とレベル変動との影響
を受けずに寸法測定が行える。従つて本実施例で
はブランキングレベルの検出が実時間で行われて
いるので、第１の実施例と同じ測定時間で寸法測
定を行うことができ、測定時間の短縮がはかれ
る。

以上の説明において、特定パターンとしてある
幅を持つパターンを用いた実施例によつて説明を
行つたが、特定パターンはある幅を持つ非パター
ンでも、又非パターンとパターンの境界部分で前
述の第１エツジしかない他の実施例も考えられ
る。前者の場合は前述と同く同様にしてパターン
部と非パターン部とのレベルが求められ、パター
ン部のレベルを第２レベル、非パターン部のレベ
ルを第１レベルとすることにより、前述と同じ操
作でパターン寸法が測定できる。後者の場合に
は、前述した第１エツジ位置のみが検出されるの
で、第１エツジから指定されたマスク区間以上離
れた所に第１レベル抽出区間と第２レベル抽出区
間を設定することにより、他は前述したと同じ操
作で寸法測定が行える。これらの他の実施例の場
合にも、前述の実施例と同一の効果が得られる。
この他、寸法測定手段の各部の機能を種々に変化
させた他の実施例も考えられる。

なお、パターンの間隔や、エツジ位置の間隔
は、ここでは説明しなかつたが、前述した第１エ
ツジ位置と第２エツジ位置及び試料台の位置か
ら、計算によつて求めることができ、これは本発
明の一応用例である。

以上の実施例ではビームとして電子ビームを用
いた場合に限つて説明したが、エツジ効果の影響
を受けるパターン像の信号波形からパターン寸法
を測定する他のビームを用いたパターン寸法測定
装置に対しても同様にして本発明を実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパターン像信号の検出波形のエツジ効
果を示した図、第２図は本発明によるパターン寸
法測定装置の第１の実施例の概略を示すブロツク
図、第３図はその寸法測定手段の詳細を示すブロ
ツク図、第４図は第１の実施例の説明のための検
出信号波形と各信号レベルなどを示す図、第５図
は本発明の第２の実施例における寸法測定手段の
詳細を示すブロツク図、第６図は第２の実施例の
説明のための検出信号波形と各信号レベルなどを
示す図、第７図は本発明の第４の実施例の概略を
示すブロツク図、第８図はその寸法測定手段の詳
細を示すブロツク図、第９図は第４の実施例の説
明のための検出信号波形と各信号レベルなどを示
す図、第１０図は本発明の第５の実施例の概略を
示すブロツク図である。 １０１……パターン断面図、１０２……理想的
なパターン像の検出波形、１０３……実際のパタ
ーン像の検出波形、１０４……微小パターンの断
面、１０５……微小パターンの検出波形、２０１
……電子ビーム発生源、２０２……電子レンズ
系、２０３……偏向手段、２０４……試料台、２
０５……被測定試料、２０６……偏向制御回路、
２０７……信号検出増幅器、２０８，７０３，９
９８……寸法測定手、２０９……信号処理制御
部、７０１……ブランキング手段、７０２……ブ
ランキング制御回路、９９９……直流再生回路、
３０１，５０１，８０１…検出信号入力端子、３
０２，５０２，８０２……信号変換回路、３０
３，５０３，８０３……波形記憶回路、３０４，
５０４，８０６……平均値算出回路、３０５，５
０５，８０７……しきい値レジスタ、３０６，５
０６，８０８……エツジ位置検出回路、３０７，
５０７，８０９……第１エツジレジスタ、３０
８，５０８，８１０……第２エツジレジスタ、３
０９，５０９，８１４……レベル検出回路、３１
０……第１のマスク区間レジスタ、３１３……第
２のマスク区間レジスタ、３１４……第３のマス
ク区間レジスタ、３１１……第１のレベル抽出区
間レジスタ、３１５……第２のレベル抽出区間レ
ジスタ、５１０，８１５……マスク区間レジス
タ、５１１，８１６……レベル抽出区間レジス
タ、３１９，５１９，８２１……比率レジスタ、
３１２，５１２，８１７……第１レベルレジス
タ、３１６，５１３，８１８……第２レベルレジ
スタ、３１８，５１８，８２３……しきい値算出
回路、３１７，５１４，８１９……パラメータ値
入力端子、３２０，５２０，８２４……寸法算出
回路、３２１，５２１，３２５……測定値出力端
子、３２２，５２２，８２６……タイミング制御
回路、５１５……第１レベルと第２レベルの差振
幅算出回路、５１６……差振幅レジスタ、５１７
……第３レベルレジスタ、８０４……ブランキン
グ信号入力端子、８０５……ブランキング区間レ
ジスタ、８１１……ブランキングレベル検出回
路、８１２……ブランキングレベル抽出区間レジ
スタ、８１３……ブランキングレベルレジスタ、
８２０……しきい値振幅算出回路、８２２……し
きい値振幅レジスタ、４０１，６０１，９０１…
…特定パターン検出信号波形、４０２，６０２，
９０３……特定パターンの平均値、４０３，６０
３，９０４……特定パターンの第１エツジ位置、
４０４，６０４，９０５……特定パターンの第２
エツジ位置、４０５，４０８，４０９，６０５，
６０８，６０９，９０８，９１１，９１２……特
定パターンのマスク区間、４０６，６０６，９０
９……第１レベル抽出区間、４１０，６１０，９
１３……第２レベル抽出区間、４０７，６０７，
９１０……第１レベル、４１１，６１１，９１４
……第２レベル、４１２，６１９，６２６，９２
０……しきい値レベル、６１２……レベル差振
幅、４１３，６１３，６２３，９１６……被検査
パターンの検出信号波形、４１４，６２０，９２
１……被検査パターンの第１エツジ位置、４１
５，６２１，９２２……被検査パターンの第２エ
ツジ位置、４１６，６２２，６２７，９２３……
パターン幅、６１４……被検査パターンの平均値
レベル、６１５……レベル検出に用いる被検査パ
ターンの第１エツジ、６１６……被検査パターン
のマスク区間、６１７，６２４……第３レベル抽
出区間、６１８，６２５……第３レベル、９０
２，９１７……ブランキング区間、９０６，９１
８……ブランキングレベル抽出区間、９０７……
第１ブランキングレベル、９１９……第２ブラン
キングレベル、９１５……しきい値振幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビームの発生源と、前記ビームを微小スポツ
   トに整形するレンズ系と、前記ビームを偏向する
   偏向手段と、前記ビームが被測定試料を走査する
   ように制御する偏向制御手段と、前記被測定試料
   に前記ビームを照射して得られるパターン像の信
   号を検出する信号検出手段と、前記パターン像の
   信号を用いて前記被測定試料の寸法を測定し測定
   結果を出力する信号処理手段とを備えたパターン
   寸法測定装置において、特定パターンの像の信号
   からエツジ部分を含まない非パターン部分のみに
   対応する第１のレベルとエツジ部分を含まないパ
   ターン部分のみに対応する第２のレベルとを求
   め、前記第１のレベルと前記第２のレベルを指定
   された比率で内分するレベルの所にパータンエツ
   ジの判定を行うしきい値レベルを定め、被測定パ
   ターンの像の信号が前記しきい値レベルと交わる
   点の間隔をパターンの寸法とすることを特徴とす
   るパターン寸法測定装置。 ２ ビームの発生源と、前記ビームを微小スポツ
   トに整形するレンズ系と、前記ビームを偏向する
   手段と、前記ビームが被測定試料を走査するよう
   に制御する偏向制御手段と、前記被測定試料に前
   記ビームを照射して得られるパターン像の信号を
   検出する信号検出手段と、前記パターン像の信号
   を用いて前記被測定試料の寸法を測定し測定結果
   を出力する信号処理手段とを備えたパターン寸法
   測定装置において、特定パターンの像の信号から
   エツジ部分を含まない非パターン部分のみに対応
   する第１のレベルとエツジ部分を含まないパター
   ン部分のみに対応する第２のレベルとの差の振幅
   を求め、被測定パターンの像の信号からエツジ部
   分を含まないパターン部分のみもしくは非パター
   ン部分のみに対応する第３のレベルを求め、前記
   第３のレベルに前記差の振幅に指定された比率を
   乗じた値を加えた所にパターンエツジの判定を行
   うしきい値レベルを定め、前記被測定パターンの
   像の信号が前記しきい値レベルと交わる点の間隔
   をパターンの寸法とすることを特徴とするパター
   ン寸法測定装置。 ３ ビームの発生源と、前記ビームを遮断するブ
   ランキング手段と、前記ビームを微小スポツトに
   整形するレンズ系と、前記ビームを偏向する手段
   と、前記ビームが被測定試料を走査するように制
   御する偏向制御手段と、前記被測定試料に前記ビ
   ームを照射して得られるパターン像の信号を検出
   する信号検出手段と、前記パターン像の信号を用
   いて前記被測定試料の寸法を測定し測定結果を出
   力する信号処理手段とを備えたパターン寸法測定
   装置において、特定パターンの像の信号からエツ
   ジ部分を含まない非パターン部分のみに対応する
   第１のレベルとエツジ部分を含まないパターン部
   分に対応する第２のレベルとビームを遮断してい
   る時の第１のブランキングレベルとを求め、前記
   第１のレベルと前記第２のレベルとを指定された
   比率に内分するレベルの大きさを前記第１のブラ
   ンキングレベルからの振幅として求め、被検査パ
   ターンの像の信号からビームを遮断している時の
   第２のブランキングレベルを求め、前記第２のブ
   ランキングレベルから前記振幅の所にパターンエ
   ツジの判定を行うしきい値レベルを定め、前記被
   検査パタンの像の信号が前記しきい値レベルと交
   わる点の間隔をパターンの寸法とすることを特徴
   とするパターン寸法測定装置。