JPH02143106A - 電子ビーム測長方法および装置 - Google Patents

電子ビーム測長方法および装置

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JPH02143106A
JPH02143106A JP63297791A JP29779188A JPH02143106A JP H02143106 A JPH02143106 A JP H02143106A JP 63297791 A JP63297791 A JP 63297791A JP 29779188 A JP29779188 A JP 29779188A JP H02143106 A JPH02143106 A JP H02143106A
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Toshihiro Asari
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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、半導体デバイス等の製作の過程でシリコンウ
ェハ等の上に形成されたパターンの幅等を電子ビームを
使用して測長するようにした電子ビームII長方法およ
び装置に関する。
(従来の技術) 電子ビーム測長装置では、試料上の測長すべきパターン
を横切って電子ビームを直線状に走査し、この走査に伴
って得られた反射電子等の情報信号を検出し、検出信号
に基づいてパターンの幅を測長している。通常、検出信
号のSN比を高めるために直線状の電子ビーム走査を多
数回行い、得られた多数の検出信号を加算するようにし
ている。
この場合、電子ビーム照射による試料のダメージを小さ
くし、コンタミネーションの発生の防止やチャージアッ
プによる電子ビームのゆらぎの影響を少なくするために
、移動加算測長方式が採用されている。第3図はこの方
式を示しており、被測長パターンPを横切って電子ビー
ムの直線状走査S、〜Soが行われる。この電子ビーム
の直線状走査は少しずつ走査位置を、ずらしながら行わ
れ、各走査に基づいて検出された、例えば、反射電子信
号は加算される。第4図は検出信号強度を示しており、
D、は走査SIに対応したもの、D2は走査S1と52
に基づく検出信号を加算したもの、D、は0回の走査に
基づいて得られた検出信号を加算したものである。この
加算信号D7に基づいてパターンPの幅が測長される。
このように、移動加算測長方式では、試料の同一位置で
多数回の電子ビームの走査が行われないので、試料のダ
メージを少なくでき、又、コンタミネーションの発生を
防止でき、更に、試料がチャージアップすることも防止
できる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、第5図に示すように、線パターンPが電子ビ
ームの走査方向に対して傾斜している場合、次の問題点
が生じる。すなわち、第1回目の走査S1に基づく検出
信号は、第6図(a)に示すようになるのに対し、第に
回目の走査Skに基づく検出信号は、第6図(b)に示
すように、第6図(a)の信号に比べてピークの位置が
シフトする。このような検出信号を加算すると、第6図
(C)に示すように、ピークがブロードとなってしまい
、このような加算信号に基づいて測定されたパターンの
幅は、正確とならず、測定精度が悪化する。
更に、各走査の結果得られた検出信号を全て単純に加算
しているので、パターンPの傾斜角θを計算することが
できず、その結果、パターンPの線分方向に垂直な幅を
特とする請求められる幅は、W/CO8θとなる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、パターンが傾斜していても、高精度でパターンの
幅等のJPj長を行うことができる電子ビーム測長方法
および装置を実現することにある。
(課題を解決するための手段) 請求項1の発明に基づく電子ビームハ1長方法は、電子
ビームを試料上で被測長パターンを横切って直線状に走
査すると共に、試料上の直線状走査位置をずらしながら
多数回走査を行い、各走査に応じて試料から得られた信
号を検出し、各走査毎の検出信号を加算し、加算結果に
基づいてパターンの測長を行うようにした電子ビームi
ll長方法において、新たな1回の直線状走査によって
得られた検出信号と、それ以前に得られた信号の位相差
を求め、この位相差に応じて、新たに得られた検出信号
のアドレスをシフトし、その後、両信号の加算を行うよ
うにしたことを特徴としている。
請求項2の発明に基づく電子ビーム側長方法は、請求項
1の発明に加えて、各直線状走査によって得られた検出
信号とそれ以前に加算された信号との位相差により、電
子ビームの走査方向に対するパターンの傾斜角度を求め
るようにしたことを特徴としている。
請求項3の発明に基づく電子ビーム測長装置は、電子ビ
ームを試料上で直線状に走査すると共に、試料上の直線
状走査位置をずらすための手段と、試料上での電子ビー
ムの走査に伴って得られた信号を検出する検出器と、各
走査毎の検出信号を加算する加算手段とを設け、加算手
段からの加算信号に基づいてパターンの静j長を行うよ
うにした電子ビーム測長装置において、加算信号を格納
する第1のメモリと、1回の直線状走査による検出器の
出力信号を格納する第2のメモリと、第1のメモリと第
2のメモリに格納された2種の信号波形の位相差を求め
るユニットと、第2のメモリに格納された信号を求めら
れた位相差分アドレスをシフトして加算手段に転送する
ユニットとを備えたことを特徴としている。
(作用) 請求項1の発明では、移動加算測長方式において、電子
ビームの任意の1回の直線状走査に基づいて得られた検
出信号をそれまでに加算した信号と加算するに際し、既
に加算された信号と任意の直線状走査によって得られた
信号との位相差を求め、新たな信号の加算は、位相差分
信号のアドレスをシフトして行う。
請求項2の発明では、請求項1の発明に加えて、各直線
状走査によって得られた検出信号の位相差に基づいてパ
ターンの傾斜角を求める。
請求項3の発明では、加算信号を格納する第1のメモリ
と、任意の1回の直線状走査に基づいて得られた検出信
号を格納する第2のメモリと、2つのメモリに格納され
た信号の位相差を求めるユニットと、求められた位相差
に応じて第2のメモリに格納された信号のアドレスをシ
フトして転送するユニットとを設け、第1のメモリと第
2のメモリの信号の位相を一致させて加算を行う。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。第1図は本発明に基づく電子ビーム測長装置の一実施
例を示しており、電子ビームEBは、集束レンズ1によ
ってパターンPが形成された被ΔII長試料2上に細く
集束されると共に、電子ビームEBの照射位置は、静電
偏向器3によって変えられる。静電偏向器3には、偏向
器制御ユニット4から電子ビーム走査信号が供給される
が、偏向器制御ユニット4は、コンピュータ5によって
制御される。
試112への電子ビームEBの照射に基づいて発生した
反射電子は、反射電子検串器6によって検出される。検
出器6の検出信号は、増幅器7によって増幅され、A−
D変換器8を介して、1回の直線状走査によって得られ
た信号を格納するバッファメモリ9に供給される。バッ
フ7メモリ9に格納された信号は、位相補正転送ユニッ
ト10と、位相差検出ユニット11に供給される。位相
補正転送ユニット10から転送された信号は、累計加算
メモリ12に供給されて加算され記憶されるが、累計加
算メモリ12によって加算され記憶された値は、コンピ
ュータ5と位相差検出ユニット11に供給される。
このような構成の装置の動作は次の通りである。
まず、コンピュータ5から偏向器制御ユニット4に走査
開始信号が出力され、この信号に基づいて偏向器制御ユ
ニット4は試料2上のパターンPを横切って多数回、電
子ビームEBを直線状に走査する走査信号を発生し、偏
向器3に供給する。この結果、第5図に示すように、走
査位置を移動させながらの電子ビームEBの直線状走査
が行われる。
1回目の電子ビームの直線状走査に基づいて検出器6か
ら得られた信号は、増幅器7によって増幅され、A−D
変換器8によってディジタル信号に変換されてバッファ
メモリ9に格納される。この時、まだ累計加算ユニット
12にはデータが格納されていないので、位相差検出ユ
ニット11によって求められる位相差は0となり、バッ
ファメモリ9に格納された信号は、何等のアドレスシフ
トが行、われずに累計加算メモリ12に転送され、格納
される。
次に、2回目の電子ビームの直線状走査が行われると、
この走査に基づいて得られた検出信号は、バッファメモ
リ9に格納される。位相差検出ユニット11は、バッフ
ァメモリ9に格納された信号波形と、累計加算メモリ1
2に格納された信号波形との位相差ΔXを求めている。
この位相差ΔXを求める方法については、種々用いるこ
とができるが、例えば、次のような原理を用いることが
できる。
バッファメモリ9に格納された、1回の電子ビ−ムの直
線状走査に基づく検出信号波形のデータをf(i)、累
計加算メモリ12において累計加算されて記憶されてい
る信号の波形をg (i)とし、メモリの最大アドレス
をmとする。f(x)。
g (x)のアドレスをiだけずらして乗算し、その値
を幅nに対して加算した値をR(i)とすると、このR
(i)は次のように表わすことができる。
R(i)  −Σ f  (j)  ・g(i+j)な
お、 i−m −(m−n)、  ・・・、  0. 1. 
 ・・・ (m−n)である。
今、iを−(m−n)から(m−n)まで変化させ、そ
れぞれについてR(i)を求めると、R(1)が最大値
をとる時、f (x)とg(x+i)の位置が一番一致
する時である。位相差検出ユニット11では、R(i)
を im−(m−n)、・・・、 0. 1.・・・、  
(mn)について算出しており、算出されたR (i)
の値が最大の時のiがΔx1すなわち両信号波形の位相
差となる。
このようにして求められた位相差ΔXは、位相補正転送
ユニット10に供給される。位相補正転送ユニット10
は、バッファメモリ9に格納された信号のアドレスを位
相差Δχ分シフトし、累計加算メモリ12に供給する。
累計加算メモリ12は、既に記憶されている信号と、位
相補正転送ユニット10から転送された信号の加算を行
って記憶する。
第2図(a)は、1回目の電子ビームの直線状走査によ
って得られた検出信号波形を示しており、第2図(b)
は、2回目の検出信号波形を示している。なお、この図
において縦軸は信号強度、横軸は電子ビームの走査位置
(メモリのアドレス)である。両信号波形は、パターン
Pが電子ビームの走査方向に対して傾斜していることか
ら、位相差ΔXを有している。位相差検出ユニット10
は、第2図(b)の実線の信号を点線の信号のように、
位相差Δχ分子アドレスシフトし、累計加算メモリ12
に転送する。累計加算メモリ12では、第2図(a)の
信号と、第2図(b)の点線の信号を加算して記憶する
上述した検出信号の位相差の検出と検出信号のアドレス
をシフトさせての転送は、各直線状fE査に基づく検出
信号に対して行われる。所定回数の全ての直線状走査が
終了し、この走査に基づく信号の加算が行われた後、コ
ンピュータ5は、累計加算メモリ12に記憶されている
信号を読み出し、この信号に基づいてパターンPの幅の
Δ−1長を行つ。
累計加算メモリ12に記憶されている加算信号は、パタ
ーンPの傾斜による検出信号の位相差が補正された信号
を加算することによって得られたものであり、パターン
端部による信号のピークはシャープとなり、このような
信号によって測長された幅は極めて正確なものとなる。
なお、累計加算メモリ12に記憶された信号に基づいて
得られたパターンの幅は、パターンが角度θ傾斜してい
る場合には、W/ cosθとなる。
このため、位相差検出ユニット10において求められた
各直線状走査に基づく検出信号の位相差ΔXは、コンピ
ュータ5に供給されており、コンピュータ5は、供給さ
れた各走査毎の位相差に基づいてパターンの電子ビーム
走査方向に対する傾斜角θを求める。更に、コンピュー
タ5は、累計加算された信号により求められた幅W/ 
COSθと、各位相差ΔXに基づいて得られた角度θと
から、パターンPの長さ方向に対して垂直な幅Wを演算
して求めている。
以上本発明を説明したが、本発明はこの実施例に限定さ
れない。例えば、位相差ΔXを求める方法は、前記した
方法に限らず、他の方法を用いても良い。例えば、任意
の1回の直線状走査に基づいて得られた検出信号のピー
クの位置と、加算された信号のピークの位置を求め、そ
の差を比べて、位相差ΔXを求めるようにしても良い。
(発明の効果) 以上説明したように、請求項1および3の発明では、直
線状走査に基づく検出信号の位相差を求め、この位相差
に応じて検出信号のアドレスをシフトさせて加算するよ
うにしているので、加算信号のピークをシャープな波形
とすることができ、高精度の測長を行うことができる。
又、請求項2の発明では、各検出信号の位相差から電子
ビームの走査方向に対する傾斜角を求めており、この傾
斜角を求めることにより、パターンの長さ方向に対して
垂直な方向の幅を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例である電子ビーム測長装置
を示す図、第2図は、検出信号波形を示す図、第3図は
、移動加算i1!1長方式を説明するための図、第4図
は、加算信号を示す図、第5図は、傾斜したパターンに
対する電子ビームの走査の様子を示す図、第6図は、第
5図の走査による検出信号波形を示す図である。 1・・・集束レンズ   2・・・試料3・・・偏向器 4・・・偏向器制御ユニット 5・・・コンピュータ 7・・・増幅器 9・・・バッファメモリ 10・・・位相補正転送ユニット 11・・・位相差検出ユニット 12・・・累計加算メモリ 6・・・検出器 8・・・A−D変換器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電子ビームを試料上で被測長パターンを横切って
    直線状に走査すると共に、試料上の直線状走査位置をず
    らしながら多数回走査を行い、各走査に応じて試料から
    得られた信号を検出し、各走査毎の検出信号を加算し、
    加算結果に基づいてパターンの測長を行うようにした電
    子ビーム測長方法において、新たに1回の直線状走査に
    よって得られた検出信号と、それ以前に得られた信号の
    位相差を求め、この位相差に応じて、新たに得られた検
    出信号のアドレスをシフトし、その後、両信号の加算を
    行うようにしたことを特徴とする電子ビーム測長方法。
  2. (2)各直線状走査によって得られた検出信号とそれ以
    前に加算された信号との位相差により、電子ビームの走
    査方向に対するパターンの傾斜角度を求めるようにした
    請求項1記載の電子ビーム測長方法。
  3. (3)電子ビームを試料上で直線状に走査すると共に、
    試料上の直線状走査位置をずらすための手段と、試料上
    での電子ビームの走査に伴って得られた信号を検出する
    検出器と、各走査毎の検出信号を加算する加算手段とを
    設け、加算手段からの加算信号に基づいてパターンの測
    長を行うようにした電子ビーム測長装置において、加算
    信号を格納する第1のメモリと、1回の直線状走査によ
    る検出器の出力信号を格納する第2のメモリと、第1の
    メモリと第2のメモリに格納された2種の信号波形の位
    相差を求めるユニットと、第2のメモリに格納された信
    号を求められた位相差分アドレスをシフトして加算手段
    に転送するユニットとを備えたことを特徴とする電子ビ
    ーム測長装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012089262A (ja) * 2010-10-15 2012-05-10 Hitachi High-Technologies Corp 観察画像取得方法、走査型電子顕微鏡

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