TW201305531A - 圖案量測裝置及圖案量測方法 - Google Patents

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Abstract

一種圖案量測裝置，其係用電子束掃描樣本表面的觀測區以及在該電子束的照射下，使用配置於電子束之光軸四周的多個電子偵測器偵測由該樣本表面射出的二次電子。在與圖案延伸方向正交而且對於該光軸是彼此相對的兩個方向取得影像。然後，由該等影像提取與每個邊緣正交的線輪廓，以及取得該等線輪廓的差集以得到差集輪廓。偵測每個邊緣之上端的位置係基於該差集輪廓的下降部份，以及偵測邊緣下端的位置基於該等線輪廓中之一者的上升部份或下降部份。

Description

圖案量測裝置及圖案量測方法 發明領域
本發明的具體實施例係有關於圖案量測裝置及圖案量測方法，特別是有關於藉由用電子束掃描樣本表面來測量圖案之形狀的圖案量測裝置及圖案量測方法。
發明背景
近年來，以進一步最小化及更加高度地整合半導體元件為目的，新微影技術的開發已有人推廣例如使用遠紫外線(EUV)光源及奈米壓印(nanoimprint)的曝光技術。由於這些微影技術要求實現高精度的圖案轉印，因此重要性擺在管理遮罩圖案中會影響圖案轉印精度的邊緣傾角。因此，遮罩圖案的製造需要精確地評估遮罩圖案的邊緣傾角(edge inclination angle)。
測量圖案之邊緣傾角的方法之一是使用以掃描電子顯微鏡攝取的二次電子影像。此方法是偵測圖案之二次電子影像中在圖案之邊緣部份出現高亮度(白光頻帶)的頻帶區寬度作為邊緣的寬度。然後，基於白光頻帶的寬度與圖案的已知高度來求出邊緣的傾角。
不過，在此方法中，白光頻帶的寬度永遠不小於初次電子束的直徑。當邊緣的寬度小於初次電子束時，無法精確地偵測邊緣的寬度及傾角。
另一種方法是用高解析度電子顯微鏡觀測樣本的橫截 面來直接得到邊緣傾角。此方法可得到高精度的邊緣傾角，但是預備樣本需要時間，此外用於測量的樣本會損毀。
發明概要
本發明的目標是要提供一種圖案量測裝置及一種圖案量測方法，其係能夠高精度地測量圖案之邊緣的寬度及傾角。
根據一方面，提供一種圖案量測裝置，其係包括：一電子掃描器，其係用一電子束掃描一樣本之一表面中的一觀測區同時用該電子束照射該觀測區；多個電子偵測器，彼等係配置於該電子束的光軸四周以及在該電子束的照射下偵測由該樣本之該表面射出的電子；一訊號處理器，其係基於該等電子偵測器的偵測訊號來產生以不同方向取得的該觀測區之多個影像資料片段；一輪廓產生器，其係由該等影像資料片段中對於該光軸是在兩個相對方向的兩個影像資料片段提取形成於該樣本上之一圖案的線輪廓以及產生由在這兩個方向之影像資料片段提取的該等線輪廓之差集的一差集輪廓(subtractive profile)；以及一邊緣偵測器，其係基於該差集輪廓來偵測該圖案之一邊緣之上端的位置，以及基於由在這兩個方向之影像資料片段中之任一者提取的線輪廓來偵測該邊緣之下端的位置。
在上述方面的圖案量測裝置中，診邊緣偵測器可基於由在不產生該邊緣之陰影之方向的影像資料片段提取的線輪廓來偵測該邊緣的下端位置。
此外，該邊緣偵測器可偵測該差集輪廓之導數(derivative)的最小值位置作為該邊緣的上端位置。
此外，根據另一方面，提供一種使用配置於電子束之一光軸四周之多個電子偵測器來偵測電子數量的圖案量測方法，該等電子在一電子束之照射下由一樣本之一表面射出，該圖案量測方法包含下列步驟：基於來自該等電子偵測器的偵測訊號，產生該樣本之該表面在多個不同方向取得的影像資料片段；基於該等影像資料片段中對於該光軸是在兩個相對方向的兩個影像資料片段來提取形成於該樣本上之一圖案的線輪廓；產生由對於該光軸是在兩個相對方向之該等影像資料片段提取的該等線輪廓之差集的一差集輪廓；基於該差集輪廓來偵測該圖案之一邊緣之上端的位置；以及基於由在這兩個方向之影像資料片段中之任一者提取的線輪廓來偵測該邊緣之下端的位置。
根據上述方面的圖案量測裝置，偵測該圖案之邊緣的上端位置係基於由對於該光軸是在樹立方向之影像資料片段產生之兩個線輪廓的差集。這可零化(nullify)白光頻帶由於電子在圖案邊緣上端附近散射引起的擴展(spread)。即使該邊緣的寬度小於初次電子束的直徑，仍可精確地得到該邊緣的上端位置。
此外，偵測該圖案之邊緣的下端位置係基於由該等影像資料片段中之一個產生的線輪廓。因此，與使用差集輪廓的情形相比，可降低噪音含量(noise content)，以及可精確地偵測該邊緣的下端位置。
從而，可高度精確地測量該邊緣的寬度及傾角。
圖式簡單說明
第1圖根據一具體實施例圖示掃描電子顯微鏡(圖案測量裝置)的組態圖。
第2圖的透視圖圖示第1圖之電子偵測器的配置。
第3圖的示意圖圖示由第1圖之訊號處理器產生的影像資料片段。
第4圖為圖示第一演算法的流程圖。
第5A圖至第5D圖的示意圖圖示基於第一演算法所產生的訊號波形與圖案之邊緣的關係。
第6圖的示意圖圖示生成二次電子在圖案邊緣上端附近散射的影響。
第7圖為圖示第二演算法的流程圖。
第8圖的示意圖圖示基於第二演算法與圖案之邊緣所產生的訊號波形之間的關係。
第9A圖與第9B圖圖示實驗實施例1之樣本的SEM影像(微分影像)與差集輪廓。
第10A圖與第10B圖的曲線圖圖示差集輪廓的實施例與該差集輪廓的微分輪廓。
第11圖的示意圖解釋為何第二演算法難以偵測邊緣的下端。
第12圖為圖示第三演算法的流程圖。
第13圖的示意圖圖示基於第三演算法所產生的訊號波形與圖案之邊緣的關係。
第14A圖與第14B圖為實驗實施例2之第一及第二樣本的橫截面SEM影像。
第15A圖與第15B圖的圖表圖示實驗實施例2之第一樣本之邊緣傾角的測量結果。
第16A圖與第16B圖的圖表圖示實驗實施例2之第二樣本之邊緣傾角的測量結果。
第17圖圖示橫截面觀測之測量結果與基於第一及第三演算法之測量結果的差集。
詳細說明
以下參考附圖描述本發明之一具體實施例。
第1圖根據一具體實施例圖示掃描電子顯微鏡的組態圖。
掃描電子顯微鏡100主要包含電子掃描器10、訊號處理器30、影像顯示單元24、儲存單元23及控制器20。
電子掃描器10包含電子槍1。電子槍1在預定的加速電壓下放射電子。聚光鏡(condenser lens)2聚集由電子槍1射出的電子以形成初次電子束9。電子束9用偏轉線圈(deflection coil)3偏轉，用物鏡4聚集，然後射到樣本7表面上。藉由用偏轉線圈3偏轉電子束9，電子掃描器10用電子束9掃描樣本7表面的觀測區。
初次電子束9的放射造成二次電子由樣本7表面射出，以及用設於樣本台(samle stage)5上方的多個電子偵測器8來偵測射出的二次電子。
第2圖的透視圖圖示電子偵測器8a、8b、8c及8d的配置。
如第2圖所示，以彼此呈90度的方式配置4個電子偵測器8a至8d於電子束9的光軸四周。應注意，電子偵測器的數目不限於4個，而可為兩個或更多中之任何數目。
電子偵測器8a至8d所偵測到的二次電子數量以偵測訊號ch1、ch2、ch3及ch4輸出至訊號處理器30(參考第1圖)。
第1圖的訊號處理器30用AD轉換器把每個偵得二次電子數量轉換成數位數量。然後，訊號處理器30使二次電子數量與初次電子束9被偏轉線圈3偏轉的偏轉位置相互關連，把該數量與該偏轉位置排列成二維陣列，然後產生影像資料片段(SEM影像)。
第3圖例示由訊號處理器30產生的影像資料片段。
訊號處理器30基於各自用配置在不同方向之電子偵測器8a至8d偵得的電子數量來產生左下影像a1、左上影像a2、右上影像a3及右下影像a4。該等影像反映在該等方向射出二次電子到達電子偵測器8a至8d的數量。該等影像有不同的強度值，其係取決於形成於樣本7表面上之圖案的邊緣方位。具體言之，在向左邊緣(有法線向左延伸之傾斜表面的邊緣)中，來自左下及左上電子偵測器8a及8b之訊號的亮度值高於來自右上及右下電子偵測器8c及8d的訊號。在向右邊緣(有法線向右延伸之傾斜表面的邊緣)，來自右上及右下電子偵測器8c及8d之訊號的亮度值高於來自左下及左上電子偵測器8a及8b的訊號。
此外，訊號處理器30把兩個毗鄰偵測訊號加在一起以 產生在兩個相鄰電子偵測器8a至8d之中間方向中的影像資料片段(SEM影像)。例如，訊號處理器30把來自左下電子偵測器8a的偵測訊號ch1與來自左上電子偵測器8b的偵測訊號ch2加在一起以產生左影像a5，以及把來自右上電子偵測器8c的偵測訊號ch3與來自右下電子偵測器8d的偵測訊號ch4加在一起以產生右影像a6。
此外，訊號處理器30把偵測訊號ch1至ch4加在一起以產生全加影像(full added image)a9。類似用一般掃描電子顯微鏡所取得的SEM影像，全加影像a9顯示在任何方位有高強度的邊緣以及展現在邊緣方位幾乎沒有亮度差集。
由訊號處理器30產生影像資料片段皆儲存於第1圖的儲存單元23，以及有些影像換成要用影像顯示單元24顯示的亮度訊號。
電子掃描器10、訊號處理器30、影像顯示單元24及儲存單元23都用控制器20控制。控制器20設有經裝設成可偵測圖案邊緣寬度及邊緣傾角的輪廓產生器21及邊緣偵測器22。
輪廓產生器21提取在指定區域之中的影像資料片段以及由該等影像資料片段沿著在某一方向之中的直線提取亮度值的分布(線輪廓)。
邊緣偵測器22基於由輪廓產生器21產生的線輪廓來偵測圖案的邊緣寬度。邊緣偵測器22基於圖案的偵得邊緣寬度與已知高度進一步計算出邊緣的傾角。
接下來，給出提供的第一演算法的描述使得第1圖的掃 描電子顯微鏡100可測量圖案邊緣的寬度及傾角。
(第一演算法)
第4圖為圖示第一演算法的流程圖。
首先，在第4圖的步驟S11，訊號處理器30產生樣本7表面之觀測區71的全加影像a9。
第5A圖的透視圖圖示樣本7的實施例。如圖示，其中的樣本7包含光罩基板50與形成於光罩基板50上的線圖案51。傾斜邊緣(側壁)形成於線圖案51四周。在第5A圖，點線所包圍的部份是掃描電子顯微鏡100用電子束9掃描的觀測區71。
在步驟S11，掃描電子顯微鏡100用電子束9掃描第5A圖的觀測區71，以及訊號處理器30把來自電子偵測器8a至8d的訊號加在一起以產生如第5B圖所示的全加影像a9。
接下來，在第4圖的步驟S12，控制器20的輪廓產生器21由全加影像a9提取線輪廓。
如第5B圖所示，檢驗區71a在此經設定成它包含以限制觀測區71來得到每個邊緣的鄰域。檢驗區71a有例如400個像素的寬度H1及長度L。操作員用上線標示器LM1、下線標示器LM2、左線標示器LM3及右線標示器LM4選定檢驗區71a。
接下來，輪廓產生器21沿著方向H1把提取檢驗區71a的影像分割成多個區域，以及由分割區域的像素資料提取在I-I直線方向的亮度分布(線輪廓)。應注意，在得到線輪廓時，藉由執行在長度L方向基於例如3個像素寬度的平滑處 理(smoothing processing)可減少噪音含量。
由第5B圖檢驗區71a提取的線輪廓實施例圖示於第5C圖的中間部份。如圖示，由全加影像a9提取的線輪廓顯示亮度值的尖峰出現在圖案的邊緣部份以及顯示亮度值在尖峰急遽改變。
接下來，在第4圖的步驟S13，控制器20的邊緣偵測器22微分該線輪廓以產生微分輪廓(differential profile)。
微分輪廓的實施例圖示於第5C圖的上半部。如圖示，該微分輪廓的最大值對應至線輪廓尖峰的上升部份以及對應至下降部份的最小值。
接下來，在第4圖的步驟S14，邊緣偵測器22由微分輪廓偵測出每個最大值的位置P1以及每個最小值的位置P2。邊緣偵測器22求出最大值之位置P1與最小值之位置P2的距離，作為邊緣寬度。
在偵測時，藉由得到導數波形C1及C2，可更精確地得到微分輪廓之最大、最小值的位置P1、P2，其中係使用在每個尖峰前後的多個導數訊號來內插像素，如第5D圖所示。
此外，執行每個分割區的前述邊緣寬度偵測處理以得到適合該等區域之邊緣寬度的平均值。從而，可得到更精確的邊緣寬度W1。
然後，處理移到第4圖的步驟S15。邊緣偵測器22基於邊緣寬度W1與已知圖案高度H，用θ=tan-1(H/W1)求出邊緣的傾角θ，然後結束第一演算法。
如上述，在第一演算法中，線輪廓係由全加影像a9提 取，以及藉由微分線輪廓來得到微分輪廓。然後，基於微分輪廓之最大值與最小值的距離來偵測邊緣寬度與邊緣傾角。
不過，出現在全加影像a9之線輪廓之邊緣部份的尖峰有永遠小於初次電子束9之直徑的寬度。因此，第一演算法不可能精確地得到小於初次電子束9之直徑的邊緣寬度。
此外，如第6圖所示，儘管初次電子束9遠離邊緣51a，仍會出現圖案51內部所產生之二次電子被散射面到達邊緣51a之上端的現象，以及二次電子以高亮度由圖案51之邊緣51a的上端射出。從而，即使邊緣寬度大於初次電子束9之直徑，仍會偵測大於實際邊緣寬度的邊緣寬度，從而無法精確地測量邊緣寬度及邊緣傾角。
因此，描述能夠比第一演算法還精確地測量邊緣寬度及邊緣傾角的第二演算法。
(第二演算法)
第7圖為圖示第二演算法的流程圖。第8圖的示意圖圖示基於第二演算法與圖案之邊緣所產生的訊號波形之間的關係。
首先，在第7圖的步驟S21，掃描電子顯微鏡100的訊號處理器30產生對於電子束9之光軸是在兩個相對方向的影像資料片段。訊號處理器30在此產生在各自與偵測目標圖案邊緣之延伸方向正交的兩個方向的影像資料片段。
例如，如第8圖的下半部所示，當在垂直於圖面之方向延伸的圖案61形成於基板60上時，訊號處理器30由相對於 圖面是配置於左、右方向的電子偵測器產生影像。在此，從左側取得的影像為左影像a5，從右側取得的影像為右影像a6。
接下來，在第7圖的步驟S22，訊號處理器30藉由取得在步驟S21產生的兩個影像之差集來產生微分影像(differential image)。至於第8圖，訊號處理器30係基於左影像a5與右影像a6之差集來產生微分影像。
接下來，處理移到第7圖的步驟S23，以及控制器20的輪廓產生器21由產生的微分影像沿著正交於圖案延伸方向的直線提取微分值的分布，從而產生差集輪廓(subtractive profile)。
應注意，可省略產生微分影像的步驟S22。就此情形而言，如第8圖所示，線輪廓L1、L2各自由左影像a5及右影像a6提取，以及它們的差集來得到差集輪廓L3。
以第8圖而言，藉此可得到如第8圖之上半部所示的差集輪廓L3(L-R訊號)。同時，在差集輪廓中，基板60及圖案61的表面平坦區為幾乎等於零的微分值。在左側上的斜坡(inclination)61a為強調正值的微分值，而在右側上的斜坡61b為強調負值的微分值。如上述，在該差集輪廓中，強調來自樣本表面上之邊緣61a及61b的訊號，以及零化來自平坦區的訊號。此外，藉由取得左影像與右影像的差集來抹除由二次電子在邊緣61a及61b上端附近散射所產生之白光頻帶的擴展。
在此差集輪廓中，反映L訊號L1與R訊號L2之變化率差 集的台階77各自出現在邊緣61a及61b附近，以及差集輪廓的尖峰顯現為超出台階77的部份。差集輪廓之尖峰(超出台階77的部份)的寬度各自反映圖案61之邊緣61a及61b的寬度。即使圖案的寬度小於初次電子束9的直徑，尖峰的寬度各自與邊緣61a及61b的寬度有良好的相關性。
因此，在下一步的步驟S24(參考第7圖)中，控制器20的邊緣偵測器22差異化該差集輪廓以及在對應至該等邊緣之尖峰附近偵測導數之最大值及最小值的位置。
例如，在第8圖的差集輪廓L3中，偵測導數的最大值分別為位置Q1及Q4，以及偵測導數的最小值分別為位置Q2及Q3。
接下來，在第7圖的步驟S25中，邊緣偵測器22各自基於在步驟S24對應至導數之最大值及最小值的偵得位置之間的距離來偵測邊緣寬度W。在第8圖，偵測導數之最大值及最小值的位置Q1及Q2之間的距離為左邊緣61a的寬度W，以及偵測導數之最小值及最大值的位置Q3及Q4之間的距離為右邊緣61b的寬度W。
隨後，在第7圖的步驟S26，基於在步驟S25偵得的邊緣寬度W與事先用另一方法或其類似者得到的圖案高度H，邊緣偵測器22用θ=tan-1(H/W)求出每個邊緣的傾角θ。
如上述，該第二演算法利用在對於該電子束之光軸是在兩個相對方向的訊號(影像)的差集輪廓。這使得有可能提取圖案邊緣的資訊以及去除在邊緣上端附近產生的白光頻帶因電子束散射而擴展的影響。此外，即使圖案邊緣的寬 度小於電子束的直徑，仍可高度精確地偵測邊緣傾角。
(實驗實施例1)
以下描述實驗實施例1，其中在微分影像及差集輪廓中，邊緣的尖峰與傾角的相關性係基於對於電子束之光軸是在兩個相對方向的影像資料片段。
第9A圖圖示有傾斜邊緣之線/空間圖案(樣本)63的微分影像及線輪廓。第9A圖的樣本63有形成於玻璃基板上的線圖案，該線圖案係由厚度約70奈米的鉻膜形成。第9A圖的區域63a對應至空間部份，以及區域63b對應至線圖案部份。
在圖示於其中的微分影像中，對應至線圖案63b之左邊緣的部份以高亮度的白色顯示，以及對應至線圖案63b之右邊緣的部份以較低亮度的黑色顯示。焦點集中在差集輪廓L4，台階65出現在對應至左邊緣的部份，如部份放大圖所示。在台階65外部觀測到由台階65突出有大約數奈米之寬度的尖峰66。
第9B圖圖示有正交邊緣之線/空間圖案(樣本)64的微分影像及線輪廓。第9B圖的區域64a對應至空間部份，以及區域64b對應至線圖案部份。
此外，如圖示，在有正交邊緣的圖案64b中，對應至圖案64b之左邊緣的部份以高亮度的白色顯示，以及對應至圖案64b之右邊緣的部份以較低亮度的黑色顯示。
不過，焦點集中在差集輪廓L5，在邊緣外部沒有出現如部份放大圖所示的台階而且也沒有出現由台階突出的尖峰部份。這顯示90°的邊緣傾角與接近零的邊緣寬度的反射 導致尖峰的寬度也為零，從而尖峰消失。
第9A圖與第9B圖的結果證明由差集輪廓之台階突出的尖峰之寬度與圖案的邊緣寬度有相關性。
如上述，在第二演算法中，藉由偵測差集輪廓中在邊緣附近的台階與尖峰來得到邊緣寬度。不過，在實際檢驗中，樣本表面的觀測影像可能包含高噪音含量。
第10A圖與第10B圖的曲線圖圖示在附近之差集輪廓的實施例與該差集輪廓的微分輪廓。
由於有噪音含量而第10A圖之差集輪廓的上升部份81中出現多個齒部。這使得難以區分由邊緣寬度引起的齒部與由噪音含量引起的齒部(台階)。
當差異化第10A圖的差集輪廓時，得到如第10B圖所示的微分輪廓。用第10B圖的微分輪廓，可清晰地偵測導數之最小值的位置Q2(邊緣上端的位置)。不過，導數之最大值的位置會隱藏於噪音含量中，因而難以偵測最大值(邊緣下端的位置)。
當影像資料片段包含如上述的高噪音含量時，難以偵測邊緣的下端。此外，由於邊緣寬度會隨著邊緣傾角增加而變小，台階及尖峰一般會變小。邊緣寬度的偵測容易受噪音影響因而難以偵測。
第11圖的示意圖為何差集輪廓難以偵測邊緣的下端。
如第11圖所示，由於有圖案61左側上之電子偵測器Lch與右側上之電子偵測器Rch的差集而可得到差集輪廓。在此，焦點為右電子偵測器Rch的訊號。在用初次電子束9照 射以箭頭F圖示之範圍的情形下，樣本表面所產生的二次電子被圖案61擋住，而比較不可能到達右電子偵測器Rch。因此之故，以箭頭F圖示的範圍為右影像a6中有低亮度的陰暗部份。在陰暗部份中，由來自電子偵測器Rch的訊號可得到在左邊緣61a下端的鄰域幾乎沒有資訊，以及在此部份的噪音比相對增加。因此，當基於電子偵測器Lch及Rch來產生差集輪廓時，差集輪廓的噪音比在邊緣61a下端附近相對增加。圖案61的右邊緣61b也出現相同的現象。
因此，在高噪音比的情形下，描述於下文的第三演算法用來偵測圖案的寬度。
(第三演算法)
第12圖為圖示第三演算法的流程圖。第13圖的示意圖圖示基於第三演算法所產生的訊號波形與圖案之邊緣的關係。
首先，在第12圖的步驟S31，掃描電子顯微鏡100的訊號處理器30產生對於電子束9之光軸是在兩個相對方向的影像資料片段。例如，在第13圖的樣本中，在延伸方向垂直於圖面的圖案61形成於基板60上時，訊號處理器30產生由圖面左側取得的影像(左影像a5)以及由右側取得的影像(右影像a6)。
接下來，在第12圖的步驟S32，訊號處理器30藉由取得步驟S31在兩個方向所產生的影像之差集來產生微分影像。
接下來，處理移到步驟S33，控制器20的輪廓產生器21由在步驟S31產生的兩個個別影像提取第一線輪廓L6(L訊 號)及第二線輪廓L7(R訊號)。輪廓產生器21也由在步驟S32產生的微分影像提取差集輪廓L8(L-R訊號)。
應注意，可省略產生微分影像的步驟S32。就此情形而言，取得在步驟S33提取之線輪廓L6及L7的差集以得到差集輪廓L8。
接下來，在第12圖的步驟S34，控制器20的邊緣偵測器22基於在步驟S34提取的差集輪廓L8來偵測每個邊緣之上端的位置。
邊緣偵測器22在此得到第13圖之差集輪廓L8的導數以及偵測導數之最小值的位置R2作為左邊緣61a之上端的位置以及導數之最小值的位置R3作為右邊緣61b之上端的位置。
接下來，在第12圖的步驟S35，邊緣偵測器22基於由在偵測目標邊緣中沒有陰影之一側(以下被稱作無陰影側)的影像提取的線輪廓來偵測每個邊緣之下端的位置。
例如，當偵測目標邊緣為第13圖的左邊緣61a時，邊緣偵測器22製備在左邊緣61a之無陰影側上的訊號，換言之，製備由左影像a5提取的線輪廓L6(L訊號)。然後，邊緣偵測器22差異化線輪廓L6以藉此得到導數在左邊緣61a附近之最大值的位置R1。邊緣偵測器22偵測導數之最大值的位置R1作為左邊緣61a之下端的位置。
當偵測目標邊緣為右邊緣61b時，邊緣偵測器22製備由右影像a6提取的線輪廓L7(R訊號)。然後，邊緣偵測器22差異化線輪廓L7以藉此得到導數在右邊緣61b附近之最小值 的位置R4。邊緣偵測器22偵測導數之最小值的位置R4作為右邊緣61b之下端的位置。
如上述，在步驟S35(參考第12圖)，邊緣偵測器22基於由無陰影側上之影像提取的線輪廓來偵測邊緣下端的位置。由無陰影側上之影像提取的該線輪廓包括與由邊緣側面至其下端之部份有關的資訊。因此，與使用差集輪廓L8的情形相比，線輪廓有較低比率的噪音含量，而且可精確地偵測邊緣下端的位置。
接下來，在第12圖的步驟S36，邊緣偵測器22基於各自在步驟S34及步驟S35偵測邊緣的上、下端位置來偵測邊緣寬度W。
在步驟S37，基於在步驟S36偵得的邊緣寬度W以及預先用另一方法測量得到的圖案高度H，邊緣偵測器22用θ=tan-1(H/W)求出邊緣傾角θ。然後，第三演算法結束。
如上述，根據第三演算法，基於該差集輪廓來得到邊緣的上端位置，以及基於由無陰影側上之影像提取的線輪廓來得到邊緣的下端位置。從而，即使差集輪廓包含高比率的噪音含量以及小邊緣寬度造成在差集輪廓中很小的台階及尖峰，仍可得到精確的邊緣寬度及邊緣傾角。
(實驗實施例2)
描述實驗實施例2使用第一演算法、第三演算法及圖案橫截面的SEM觀測作為得到圖案邊緣之邊緣傾角的3種方法。
首先，製備個別線圖案的樣本。該等線圖案形成於玻 璃基板上的多個位置以及有約84奈米的厚度和約200奈米的寬度。選定位於玻璃基板上兩個不同位置的線圖案(第一樣本與第二樣本)來測量它們的邊緣傾角。
第14A圖與第14B圖圖示利用高解析度掃描電子顯微鏡來觀測此實驗實施例所用樣本之橫截面的結果。
在觀測第一樣本的橫截面後，得到如第14A圖所示的SEM影像。由該影像，得到第一樣本之左、右邊緣的傾角θ分別為84.4°與83.4°。
在觀測第二樣本之橫截面後，得到如第14B圖所示的SEM影像。由該影像，得到第二樣本之左、右邊緣的傾角θ分別為87.4°及86.9°。
接下來，描述根據第一及第三演算法來得到第一樣本之邊緣傾角的結果。
第15A圖示意圖示實驗實施例2根據第三演算法來偵測第一樣本之邊緣傾角的結果。
如同在第15A圖之中央部份的SEM影像，在線圖案的寬度方向中，第一樣本之線圖案的邊緣位置有變異。因此，在此實驗實施例中，線圖案係沿著縱向分成10個小區，以及提取每個區域的線輪廓及差集輪廓。此外，基於提取的線輪廓及差集輪廓，用第三演算法得出邊緣之上、下端的位置及邊緣傾角θ°。然後，求出該等區域的邊緣傾角θ°平均值，從而得到第一樣本的邊緣傾角。
第三演算法的結果顯示第一樣本的左、右邊緣分別有83.4°及82.3°的傾角。
之後，用第一演算法得到第一樣本的邊緣傾角。
第15B圖圖示根據第一演算法來得到第一樣本之邊緣傾角的結果，以及根據橫截面觀測及第三演算法來得到邊緣傾角的結果。
如第15B圖所示，第一演算法展現有小於其他方法的邊緣傾角。這證明偵測比實際還大的邊緣寬度。與第一演算法相比，第三演算法提供比較接近橫截面觀測結果的邊緣傾角。這證明與第一演算法相比，第三演算法可更精確地測量邊緣寬度及邊緣傾角。
接下來，描述根據第一及第三演算法來得到第二樣本之邊緣傾角的結果。
第16A圖根據第三演算法示意圖示實驗實施例2之第二樣本之邊緣傾角的結果。第16B圖圖示根據第一演算法來得到第二樣本之邊緣傾角的結果，以及根據橫截面觀測及第三演算法來得到邊緣傾角的結果。
如圖示，根據第三演算法，第二樣本的左、右邊緣分別有86.73°及85.49°的傾角。相比之下，根據第一演算法，第二樣本的左、右邊緣分別有84.4°及84.0°的傾角。
此外，在第二樣本中，與第一演算法相比，第三演算法提供比較接近橫截面觀測結果的邊緣傾角。這證明與第一演算法相比，第三演算法可更精確地測量邊緣寬度及邊緣傾角。
接下來，在玻璃基板上形成於不同位置的4個圖案用來檢查根據第一及第三演算法所得到之測量結果的變異。
第17圖圖示根據第一及第三演算法所得到的測量結果當作藉由觀測圖案橫截面所得到之測量結果的差異。
如第17圖所示，根據第三演算法所得到的邊緣傾角與根據第一演算法所得到的邊緣傾角相比，有比較接近用橫截面觀測所得到之測量結果的數值。第17圖圖示根據第三演算法所得到之測量結果的變異範圍小於根據第一演算法所得到之測量結果的變異範圍。
結果可證明第三演算法的測量值有小於第一演算法的變異而使得它可更精確地測量圖案的邊緣傾角。
1‧‧‧電子槍
2‧‧‧聚光鏡
3‧‧‧偏轉線圈
4‧‧‧物鏡
5‧‧‧樣本台
7‧‧‧樣本
8‧‧‧電子偵測器
8a至8d‧‧‧電子偵測器
9‧‧‧初次電子束
10‧‧‧電子掃描器
20‧‧‧控制器
21‧‧‧輪廓產生器
22‧‧‧邊緣偵測器
23‧‧‧儲存單元
24‧‧‧影像顯示單元
30‧‧‧訊號處理器
50‧‧‧光罩基板
51‧‧‧線圖案
51a‧‧‧邊緣
60‧‧‧基板
61‧‧‧圖案
61a、61b‧‧‧斜坡
61a、61b‧‧‧邊緣
63‧‧‧線/空間圖案(樣本)
63a至63c‧‧‧區域
64‧‧‧線/空間圖案(樣本)
64a至64c‧‧‧區域
65‧‧‧台階
66‧‧‧尖峰
71‧‧‧觀測區
71a‧‧‧檢驗區
77‧‧‧台階
81‧‧‧上升部份
100‧‧‧掃描電子顯微鏡
a1‧‧‧左下影像
a2‧‧‧左上影像
a3‧‧‧右上影像
a4‧‧‧右下影像
a5‧‧‧左影像
a6‧‧‧右影像
a9‧‧‧全加影像
C1、C2‧‧‧導數波形
ch1至ch4‧‧‧偵測訊號
H‧‧‧圖案高度
H1‧‧‧寬度
L1、L2‧‧‧線輪廓
L1‧‧‧L訊號
L2‧‧‧R訊號
L3、L4、L5‧‧‧差集輪廓
L6、L7‧‧‧第一、第二線輪廓
L8‧‧‧差集輪廓
LM1‧‧‧上線標示器
LM2‧‧‧下線標示器
LM3‧‧‧左線標示器
LM4‧‧‧右線標示器
Lch、Rch‧‧‧左、右電子偵測器
P1、P2‧‧‧位置
Q1至Q4‧‧‧位置
R1至R4‧‧‧位置
W、W1‧‧‧邊緣寬度
I-I‧‧‧亮度分布(線輪廓)
第1圖根據一具體實施例圖示掃描電子顯微鏡(圖案測量裝置)的組態圖。
第2圖的透視圖圖示第1圖之電子偵測器的配置。
第3圖的示意圖圖示由第1圖之訊號處理器產生的影像資料片段。
第4圖為圖示第一演算法的流程圖。
第5A圖至第5D圖的示意圖圖示基於第一演算法所產生的訊號波形與圖案之邊緣的關係。
第6圖的示意圖圖示生成二次電子在圖案邊緣上端附近散射的影響。
第7圖為圖示第二演算法的流程圖。
第8圖的示意圖圖示基於第二演算法與圖案之邊緣所產生的訊號波形之間的關係。
第9A圖與第9B圖圖示實驗實施例1之樣本的SEM影像 (微分影像)與差集輪廓。
第10A圖與第10B圖的曲線圖圖示差集輪廓的實施例與該差集輪廓的微分輪廓。
第11圖的示意圖解釋為何第二演算法難以偵測邊緣的下端。
第12圖為圖示第三演算法的流程圖。
第13圖的示意圖圖示基於第三演算法所產生的訊號波形與圖案之邊緣的關係。
第14A圖與第14B圖為實驗實施例2之第一及第二樣本的橫截面SEM影像。
第15A圖與第15B圖的圖表圖示實驗實施例2之第一樣本之邊緣傾角的測量結果。
第16A圖與第16B圖的圖表圖示實驗實施例2之第二樣本之邊緣傾角的測量結果。
第17圖圖示橫截面觀測之測量結果與基於第一及第三演算法之測量結果的差集。
1‧‧‧電子槍
2‧‧‧聚光鏡
3‧‧‧偏轉線圈
4‧‧‧物鏡
5‧‧‧樣本台
7‧‧‧樣本
8‧‧‧電子偵測器
9‧‧‧初次電子束
10‧‧‧電子掃描器
20‧‧‧控制器
21‧‧‧輪廓產生器
22‧‧‧邊緣偵測器
23‧‧‧儲存單元
24‧‧‧影像顯示單元
30‧‧‧訊號處理器
100‧‧‧掃描電子顯微鏡

Claims (12)

  1. 一種圖案量測裝置，其係包含：一電子掃描器，其係用一電子束掃描一樣本之一表面中的一觀測區同時用該電子束照射該觀測區；多個電子偵測器，彼等係配置於該電子束的光軸四周以及在該電子束的照射下偵測由該樣本之該表面射出的電子；一訊號處理器，其係基於該等電子偵測器的偵測訊號來產生以不同方向取得的該觀測區之多個影像資料片段；一輪廓產生器，其係由該等影像資料片段中對於該光軸是在相對之兩個方向的兩個影像資料片段提取形成於該樣本上之一圖案的線輪廓，以及產生由在這兩個方向之該等影像資料片段提取的該等線輪廓之差集的一差集輪廓；以及一邊緣偵測器，其係基於該差集輪廓來偵測該圖案之一邊緣之上端的位置，以及基於由在這兩個方向之該等影像資料片段中之任一者提取的線輪廓來偵測該邊緣之下端的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之圖案量測裝置，其中該邊緣偵測器偵測該邊緣之下端的位置係基於由在不產生該邊緣之陰影之方向的影像資料片段提取的線輪廓。
  3. 如申請專利範圍第2項之圖案量測裝置，其中該邊緣偵測器偵測該差集輪廓的導數之最小值的位置作為該邊 緣之該上端的位置。
  4. 如申請專利範圍第3項之圖案量測裝置，其中該邊緣偵測器偵測該邊緣之下端的位置係基於藉由微分該線輪廓求得之一微分輪廓的最小值或最大值之位置。
  5. 如申請專利範圍第4項之圖案量測裝置，其中該邊緣偵測器偵測該邊緣的寬度係基於該邊緣上端之位置與該邊緣下端之位置的距離。
  6. 如申請專利範圍第5項之圖案量測裝置，其中該邊緣偵測器基於該邊緣的寬度與該圖案的高度來算出該邊緣的傾角。
  7. 一種使用配置於電子束之一光軸四周之多個電子偵測器來偵測電子數量的圖案量測方法，該等電子在一電子束之照射下由一樣本之一表面射出，該圖案量測方法包含下列步驟：基於來自該等電子偵測器的偵測訊號，產生該樣本之該表面在多個不同方向取得的影像資料片段；基於該等影像資料片段中對於該光軸是在相對之兩個方向的兩個影像資料片段來提取形成於該樣本上之一圖案的線輪廓；產生由對於該光軸是在相對的兩個方向之該等影像資料片段提取的該等線輪廓之差集的一差集輪廓；基於該差集輪廓來偵測該圖案之一邊緣之上端的位置；以及基於由在這兩個方向之該等影像資料片段中之任 一者提取的線輪廓來偵測該邊緣之下端的位置。
  8. 如申請專利範圍第7項之圖案量測方法，其中該邊緣之下端位置的偵測係基於由在不產生該邊緣之陰影之方向的影像資料片段提取的線輪廓。
  9. 如申請專利範圍第8項之圖案量測方法，其中該邊緣之上端位置的偵測係基於該差集輪廓的導數之最小值的位置。
  10. 如申請專利範圍第9項之圖案量測方法，其中該邊緣之下端位置的偵測係基於藉由微分該線輪廓求得之一微分輪廓的最小值或最大值之位置。
  11. 如申請專利範圍第10項之圖案量測方法，其中該邊緣之寬度的偵測係基於該邊緣上端之位置與該邊緣下端之位置的距離。
  12. 如申請專利範圍第11項之圖案量測方法，其中係基於該邊緣的寬度與該圖案的高度來算出該邊緣的傾角。
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