JPH0319923B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子線の走査により被測定試料上の
２点間の距離を測定する電子線測長装置に係り、
特に、商用周波数電源等の浮遊磁界の影響による
測定誤差の改善に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の装置は、走査形電子顕微鏡の応
用装置として既に商品化されており、一般に、以
下に述べる２種類の方法が用いられている。

第１図は、二次元走査による一般的な距離測定
方式の一例を示す図である。この方式において
は、走査形電子顕微鏡と同様に、細く収束した電
子線１を試料２の表面で二次元的に走査し、試料
２から発生する二次電子等の信号を用いてCRT
画面上に試料像３を表示し、この試料像３と重畳
して測定対象の２点を指示する位置可変のカーソ
ルマーク４を表示し、カーソルマーク４の間隔Ｄ
と試料像の既知の倍率とからカーソルマーク４に
より指示された２点間の被測定試料２の実寸法Ｌ
を測定する。

第２図は、直線走査による距離測定方式の一例
を示す図である。電子線は被測定試料２の測定対
象の２点間を通過する直線走査とし、試料２から
発生する二次電子等の信号波形に基づいて被測定
試料２の２点間の距離Ｌを測定するものである。
例えば、第２図ａのような被測定試料２を電子線
１で走査すると、試料２から発生する二次電子信
号の波形は、第２図ｂのようになる。この場合、
電子線１の走査幅は既知であるから、二次電子信
号波形の例えば２つのピーク値間の距離Ｄから被
測定試料２の寸法Ｌを測定できる。この方法は、
二次電子信号波形のピーク点またはスロープが最
大となる点等を自動検出することが可能であり、
測定操作を自動化できる利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ このような電子線を用いた寸法測定における測
定誤差のひとつの要因として、浮遊磁界の影響が
挙げられる。

本発明の対象とする電子線測長装置の使用対象
は、主として製造プロセス中の半導体製品であ
り、測定距離の測定精度および分解能は、1μm以
下が必要である。そして、この種の被測定試料は
絶縁物であるため、試料に照射された電子線が試
料表面に蓄積されないための条件として、電子線
の加速電圧を通常1kV近辺とする必要がある。従
来から用いられている走査形電子顕微鏡ではこの
程度の加速電圧の電子線を用いた場合、装置周辺
の浮遊磁界が数mG程度変化すると、試料表面で
電子線照射位置は百分の数μmから十分の数μm程
度変化することが分つている。この走査形電子顕
微鏡と同様の構成も持つ電子線測長装置において
も当然同様の現象があり、この値は、測定値の数
％から数十％にもなり、数mG以上の浮遊磁界の
変化があれば、正確な測定はできないことにな
る。

ところで、現実に装置周辺に存在する浮遊磁界
のうち数mGを越えるものとしては、地球磁場と
商用交流周波数電源電線またはそれを用いた電力
機器から発生する商用電源周波数の交流磁界がほ
とんどであることが分つている。このうち、地球
磁場は一定であるので、被測定試料上の測定対象
の２点を照射する電子線の照射位置は同じ量だけ
変化し、したがつて、２点間の距離測定には影響
を与えない。しかし、交流磁界が存在する場合に
は、測定対象における磁界強度が異なり、しかも
電子線がこの２点をある時間差を持つて通過する
ため、測定対象の２点における電子線照射位置は
それぞれ異なつた量だけ変化する。この様子を簡
単に示したのが第３図である。第３図において、
電子線１の走査中に浮遊交流磁界が矢印Ａの方向
に作用し、かつその位相φが同図ｂのように変化
すると、電子線１は走査方向と直角な方向に力を
受け、浮遊交流磁界が存在しなければａ点および
ｂ点を通過しなければならない時刻に、a′点およ
びb′点を通過し、ブラウン管上に表示される試料
像または二次電子信号波形のピーク間距離は、実
際の幅よりも広がりまたは狭くなり、これが測定
誤差として現れる。

したがつて、二次元走査による試料像表示を行
なつた場合は、各水平走査線の開始点における浮
遊交流磁界の位相が同一でなければ、例えば第３
図に示したような試料２の像は、各水平走査毎に
見掛け上その幅および位置が変化するため、第４
図ａに示すように、走査端の辺が波状になつてし
まう。また、走査形電子顕微鏡でなされているよ
うに、水平走査周期を商用電源周波数と同期させ
て各水平走査の開始点における浮遊交流磁界の位
相を揃わせたとしても、試料像としては一見正確
なように表示されるが、第４図ｂに示すように、
実際の幅Ｌとは異なつた幅で表示されてしまい、
測定誤差の要因となつている。

本発明の目的は、浮遊交流磁界、特に商用電源
周波数の浮遊交流磁界の影響による測定誤差を大
幅に削減可能な電子線測長装置を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、細く収
束した電子線を被測定試料上で走査し、この被測
定試料から発生する二次電子信号に基づいて被測
定試料上の２点間の距離を測定する電子線測長装
置において、電子線の走査範囲で被測定試料画像
上の２点の位置を決定する手段と、この画像上位
置決定手段により決定された２点を電子線が通過
するときの商用周波数交流電源の位相が等しくな
るように試料を走査する幅を調整しその２点間の
距離を測定する手段とを備えた電子線測長装置を
提案するものである。

［作用］ 本発明は、電子線測長装置においては、測定す
る２点間の実寸法が最大関心事であり、被測定試
料の形態そのものは多少歪んで見えても良いこと
を前提に考え、測定対象の２点を電子線が通過す
る時の浮遊交流磁界の位相が同一となるように電
子線を走査することにしたものである。

具体的には、浮遊交流磁界の大部分は、直接ま
たは間接に商用周波数電源の影響により発生する
ものであるから、測定対象の２点を電子線が通過
する時の商用周波数電源の位相が同一になるよう
に電子線を走査する。

このように走査すると、少なくとも測定対象の
２点においては、浮遊交流磁界の影響が同じにな
るので、測定誤差が大幅に減少する。

［実施例］ 次に、図面第５図および第６図を参照して、本
発明の一実施例を説明する。

第５図は、本発明による電子線測長装置の一実
施例の構成を示すブロツク図である。図におい
て、１は電子線、２は測長対象の試料、５は表示
用の第１水平走査信号発生器、６は測長用の第２
水平走査信号発生器、７は２連接点構造を有し表
示と測長とを切換える切換スイツチ、８は垂直走
査信号発生器、９は水平方向の偏向増幅器、１０
は垂直方向の偏向増幅器、１１は偏向コイル等か
らなる偏向手段、１２は二次電子検出器、１３は
影像増幅器、１４はCRT、１５は比較器、１６
は比較器、１７は水平方向のカーソルマーク移動
手段、１８は垂直方向のカーソルマーク移動手
段、１９は制御回路、２０，２１は電子線走査と
同期してCRT１４の電子ビームを偏向させるた
めの偏向増幅器、２２は測長回路、２３は表示器
である。

本実施例においては、試料像を表示するための
第１水平走査信号発生器５の他に、測長用の第２
水平走査信号発生器６を設けてある。第６図に示
す試料像３を表示しその測定対象の２点にカーソ
ルを合致させる場合は、切換スイツチ７をＡ側に
切換えておく。この状態では、試料像３を表示す
るための第１水平走査信号発生器５と垂直走査信
号発生器８の出力が、それぞれ水平方向の偏向増
幅器９と垂直方向の偏向増幅器１０とを介して、
偏向手段１１に供給される。電子線１が、偏向手
段１１により、試料２上を二次元的に走査され、
試料２の表面からは二次電子信号が発生する。こ
の二次電子信号は二次電子検出器１２で検出さ
れ、影像増幅器により増幅され、CRT１４に輝
度信号として印加される。偏向増幅器２０と２１
は電子線走査と同期してCRT１４の電子ビーム
を偏向させるので、CRT１４の画面上には、第
６図ａに示すような試料像３が表示される。な
お、ここでは図示していないが、試料２は、試料
移動台により機械的に移動可能であり、試料像を
観察しながら、測定する部分を画像内で移動さ
せ、測定部位を上下方向の中央に移動させること
が可能である。この機械的移動台は走査形電子顕
微鏡等で知られているものである。一方、第１水
平走査信号発生器５の出力は、比較器１５および
１６において、水平方向のカーソルマーク移動手
段１７および垂直方向のカーソルマーク移動手段
１８の出力信号とそれぞれ比較される。比較器１
５および１６は、この比較の結果、両信号のレベ
ルが一致すると、一致したタイミングでカーソル
信号を出力する。このカーソル信号は、影像増幅
器１３において、試料２の輝度信号と加算され
る。したがつて、CRT１４の画面上には、第６
図ａに示すように、試料像３とともに、２本のカ
ーソルマーク４が重畳して表示される。この時、
２本のカーソルマーク４が試料像３上の測定対象
の２点に合致するようにカーソルマーク移動手段
１７および１８を調整すれば、カーソルマーク移
動手段１７と１８との出力信号の差は、カーソル
マーク４を合致させた試料上の２点間の距離に対
応するから、これを試料像の倍率に応じて補正す
れば、２点間の実際の距離を算出できる。

ここまでは、従来行なわれている測長方式であ
る。このとき表示されている試料像３は、浮遊交
流磁界の影響を受けて歪んでいる可能性があり、
その測定値が正確か否かは不明である。

そこで、本実施例では、以上のようにして２本
のカーソルマーク４を試料２の測定端部に位置合
せした後、切換えスイツチ７をＢ側に切換えて、
測長用の第２信号発生器６の出力信号により、画
像の上下方向の中央部において、電子線１を直線
走査する。第２信号発生器６は、第６図ｂに示す
ように、第６図ｃの商用周波数交流電圧のある位
相でスタートし、この交流電圧の例えば１サイク
ル半で終了する鋸歯状の電圧波形の走査信号を発
生する。この走査信号の振幅と開始点の電圧は、
商用周波数交流電圧の同一位相の点P₁，P₂にお
ける電圧がカーソルマーク移動手段１７および１
８の出力電圧と一致するように、制御回路１９に
より制御されている。先にカーソルマーク４を設
定した２点を電子線１が通過するときの商用周波
数交流電源すなわち浮遊磁界の商用周波数成分の
位相がほぼ同一になるように、水平走査信号が測
長用の第２水平走査信号発生器６から出力され
る。このような走査により試料２から発生した二
次電子信号は、二次電子検出器１２により検出さ
れた後、影像増幅器１３で増幅され、測長回路２
２に出力される。測長回路２２は、前述したよう
に、例えば二次電子信号波形のピーク値等を用い
て２点間の距離を算出し、表示器２３に表示させ
る。

このようにすると、商用周波数交流電圧の同一
位相の点P₁，P₂がカーソルマーク４を設定した
２点と一致するので、浮遊交流磁界の影響が全く
同一に現れ、差引きすると、浮遊交流磁界による
誤差の無い距離測定が実現される。

なお、最初のカーソルマークの設定位置は、前
述したように、表示されている試料像３が歪んで
いるために、厳密には試料上の２測定点には一致
しない可能性があり、この２点を電子線１が通過
するときの浮遊交流磁界の位相も厳密には同じで
はない。しかし、かりにそのずれが1/10サイクル
程度あつたとしても、磁界強度の差は、ピーク値
の約８％程度であり、従来の方法と比較して、測
定誤差は１桁以上改善される。

交流磁界の変化率を考慮すると、多少のずれが
生じても磁界の変化の影響が少ないのは、交流波
形のピークまたはボトムの付近である。したがつ
て、第６図ｂ，ｃに示すように、例えば交流波形
のピークからピークまでの１サイクルと確認のた
めにその左右のスロープを約1/4サイクルずつと
を合わせて約１サイクル半表示することが望まし
い。

また、本実施例では、最初に電子線１を二次元
走査して試料像３を表示し、これにカーソルマー
ク４を合せる方法を採つているが、最初から直線
走査としてもよい。すなわち、最初は商用周波数
電源の位相は考慮せずに直線走査し、そのときの
二次電子信号から距離測定を行なう２点の誤差を
含んだ位置を決定し、この２点における商用周波
数電源の位相が同一となるように直線走査すれば
よい。

［発明の効果］ 本発明によれば、少なくとも商用電源周波数成
分に起因した浮遊交流磁界による測長誤差を大幅
に削減可能であり、浮遊交流磁界の遮蔽のための
手段を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二次元走査による一般的な距離測定方
式の一例を示す図、第２図は直線走査による距離
測定方式の一例を示す図、第３図および第４図は
浮遊交流磁界の影響を説明する図、第５図は本発
明による電子線測長装置の一実施例の構成を示す
ブロツク図、第６図は第５図実施例における表示
像と走査波形と浮遊交流磁界波形との関係を示す
図である。 １…電子線、２…試料、３…試料像、４…カー
ソルマーク、５…第１水平走査信号発生器、６…
第２水平走査信号発生器、７…切換えスイツチ、
８…垂直走査信号発生器、９，１０…偏向増幅
器、１１…電子線偏向手段、１２…二次電子検出
器、１３…影像増幅器、１４…CRT、１５，１
６…比較器、１７，１８…カーソルマーク移動手
段、１９…制御回路、２０，２１…偏向増幅器、
２２…測長回路、２３…表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 細く収束した電子線を被測定試料上で走査
   し、当該被測定試料から発生する二次電子信号に
   基づいて前記被測定試料上の２点間の距離を測定
   する電子線測長装置において、 前記電子線の走査範囲で前記被測定試料画像上
   の２点の位置を決定する手段と、 当該画像上位置決定手段により決定された２点
   を前記電子線が通過するときの商用周波数交流電
   源の位相が等しくなるように試料を走査する幅を
   調整し前記２点間の距離を測定する手段とを備え
   たことを特徴とする電子線測長装置。