JPH03276009A - 電子線を用いた測定装置 - 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〕 本発明は電子線を用いて微小寸法を測定する装置に関す
るものである。

〔従来の技術］ 従来のこの種の装置においての微小寸法の測定、例えば
シリコンウェーハ上のレジストパターンの寸法の測定で
は、２次電子検出器からの信号波形を利用するに際して
、基板からの信号波形を直線近似した直線とレジスト斜
面からの信号波形に対応した信号の立上り部を直線近似
した直線との交点を基板とレジストとの境界（測定基準
位置）と定義して寸法測定が行なわれていた。

また、電子線の照射による試料からの反射電子によって
試料近傍に配置された部材からの放出される２次電子に
対する配慮がなされていないのが実情であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如き従来の技術に於いては、最近特に高精度が要
求される実情においては、従来は許容されていた測定精
度を決定する測定誤差が問題になってきている。例えば
前記のレジストパターン測定においての誤差例としては
、測定するプローブ径を小さくすると、レジスト幅が狭
く、逆にプローブ径が大きくなるとレジスト幅が広く測
定される傾向となる問題があった。

また試料からの反射電子による２次電子による測定誤差
も無視出来ない問題もあった。

本発明の目的とするところは、試料からの反射電子が対
物レンズ下部等に入射して発生する２次電子が極力少な
くなされ、Ｓ／Ｎ比良く試料観察が出来ると共に所定寸
法以下のプローブ径であれば確実で再現性の良好な微小
寸法測定が出来る電子線を用いた測定装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決する為の手段〕 上記目的のために本発明では電子線源と、該電子線源か
ら放出される電子線を方向づけて試料に合焦させる対物
レンズと、該対物レンズと電子線源との間を真空室と、
なすと共に前記電子線に前記試料を対峙させて保持する
試料台と、前記試料から放出される２次電子を検出する
検出器を内装するガス封入室とを備え、前記真空室とガ
ス封入室との圧力を制限する圧力制限装置を用いた測定
装置において、前記対物レンズ、圧力制限装置及び前記
試料近傍に配置された部材等を、少なくともそれらの表
面が低原子番号の導電性物質から構成したことを第１の
課題解決の手段とするものであり、前記２次電子の検出
によって寸法測定をするために、２次電子信号波形の極
小値及び２次電子信号波形の立上り部の接線と立下り部
の接線とが成す交点の少なくともいずれか一方を測定基
準位置とする測定手段を有することを第２の課題解決の
手段とするものである。

〔作　用〕

本発明においては以下記載の内容に則って寸法測定の基
準位置と定義している。

第３図はプローブ径が十分中さい場合において、レジス
トパターンエツジに直角方向にビームを走査させた場合
の信号波形のシュ藁し一ジョン波形である。また３３は
４５度の斜面を有するレジストパターンであり、波形は
パターンの境界３６で最少値を示し、レジストの表面側
エツジ３７で最大値を示す。Ｏ印は２次電子信号波形３
１であり、・印は反射電子信号波形３２である。２次電
子信号波形３１では基板とレジストの境界位置と信号が
最小になる位置３４が完全に一致している０反射電子体
号波形３２では同様の位置３５が０．１μｍもずれてい
るのが見られる。従来の装置では反射電子が対物レンズ
等に入射するとそこから２次電子が発生しそれが２次電
子検出器に入ると信号となるので、信号波形の最小値と
レジスト基板の境界が若干ずれることになる。

第２図はＳｔ基板にＳｉｎ、のパターン境界がある場合
のシュミレーシラン結果である。２１はプローブ径が無
限小、２２は２０ロー１２３は５０ｎｍ、２４は９０ｎ
−１２５は１４０ｒｖ、２６は１８０ｎｍ、２７は２７
０ｔｖのものである。従来の方法であるベースラインと
信号の立上りとの交点から求めた位置ば４１，４２．４
３．４４．４５．４６．４７に示されている。プローブ
径が９０ｎｍ以下の場合は本当の境界より図で右側ヘシ
フトし、プローブ径が１４０ｎａ＋以上の場合は見掛の
境界が図で左ヘシフトしている。

一方、本発明の信号波形の立上り部及び立上り部をそれ
ぞれ直線近似した線の交点は５１．５２゜５３．５４．
５５．５６．５７で示されている。

５１．５２．５３．５４ではほぼ境界と一致しているの
が見られる。５５．５６．５７では残念ながら差が、従
来方法よりむしろ大きい。

５１に示されているように、プローブ径が無限小の場合
はパターンの境界と信号最小の位置が一致している。

上記の結果に基ずき本発明においては使用するプローブ
径を９Ｏｎ＋ｓ以下に限定して基板とレジストの境界位
置を２次電子信号波形の極小値及び２次電子信号波形の
立上り部の接線と立下り部の接線とが成す交点の少なく
ともいずれか一方で測定するようにしたので確実で再現
性の良好な微小寸法測定が出来る。

また、電子線の照射によって試料からの反射電子を直接
受ける対物レンズ及び圧力制限部材を含む試料近傍に配
置された部材に、Ｂｅ等の低原子番号の材料でコーティ
ングするように威したので、それらの部材から反射電子
によって放出される２次電子が減少するので従来の如き
Ｓ／Ｎ比が低下するなどの不都合はない。

〔実施例〕

第１図は本発明の電子線を用いた測定装置の実施例であ
る。真空室１０から圧力アバ−チャ２の開口部を配置し
て電子線６がガス封入室１１の試料１に入射すると２次
電子９と同時に反射電子７が放出される。これらの反射
電子が対物レンズ下極４や、圧力制限アパーチャ２ある
いは対物レンズ上極５等に入射するとそこから２次電子
８が放出される。これらの部材は通常アース電位になっ
ているため正電位の２次電子検出器３の方へ加速される
。ガス封入室１１にはＯ！、ＨｔＯ等の低圧力気体が満
されているので、２次電子８はこれらの気体と衝突して
増倍される。これらの信号はもともと反射電子で作られ
たものであるから第３図で述べたように試料の信号の忠
実度を劣化させる０本発明においては点線で示した部分
の少くとも表面にＢｅ、Ｃ，／！ｌ／！等の低原子番号
の材料でコーティングすることにより、後方散乱電子に
よって作られる２次電子８の放出を防止した。

また測定に際し、前記の通りプローブ径を９０ｎｅｔ以
下に限定した後、パターンエツジは、２次電子信号波形
の立上り部と立下り部のそれぞれを直線近似した直線の
交点として定義して寸法測定を行った。

プローブ寸法が十分小さい場合でも必要なＳ／Ｎ比が得
られる場合には、単純に２次電子信号波形の極小値でパ
ターンエツジと定義して寸法測定することが出来た。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、プローブ径を所定寸法以
下に制限したので正確で再現性の良好な寸法測定を可能
とする効果がある。

また反射電子が対物レンズ等に入射して発生する２次電
子の発生を防止するようにしたので表面観察ではレジス
ト残渣のように薄い膜もＳ／Ｎ比が向上してより良く観
察出来る効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子線を用いた測定装置の主要部
を示す概略縦断面、 第２図ばＳｉ基板上にＳ　ｉ　Ｏｚパターンが形成され
ている場合のパターンエツジ部を種々のプローブ径の電
子線で走査した時の信号波形を示し、パターンの境界位
置を従来方法と本発明の方法で定義する位置を説明する
図、 第３図はＳｔ上のレジストパターンの境界での反射電子
信号及び２次電子信号の波形のシュミレーシゴンを説明
する図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２・・・・・・圧力アバ−チャ ３・・・・・・検出器 ４・・・・・・対物レンズ下極 ５・・・・・・対物レンズ上極 ・・・・・・電子線 ・・・・・・反射電子 ・・・・・・後方散乱電子によって作られる２次電子・
・・・・・２次電子 １・・・２次電子信号波形 ２・・・反射電子信号波形 ３・・・レジストテーバ部形状 ４・・・２次電子信号波形の最小値 ５・・・反射電子信号波形の最小値 ６・・・パターン境界 ７・・・レジストの表面側エツジ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子線源と、該電子線源から放出される電子線を方
   向づけて試料に合焦させる対物レンズと、該対物レンズ
   と電子線源との間を真空室と、なすと共に、前記電子線
   に前記試料を対峙させて保持する試料台と、前記試料か
   ら放出される２次電子を検出する検出器を内装するガス
   封入室とを備え、前記真空室とガス封入室との圧力を制
   限する圧力制限装置を用いた測定装置において、前記対
   物レンズ、圧力制限装置及び前記試料近傍に配置された
   部材等を、少なくともそれらの表面が低原子番号の導電
   性物質から構成したことを特徴とする電子線を用いた測
   定装置。 ２、前記２次電子の検出によって寸法測定をするために
   、２次電子信号波形の極小値及び２次電子信号波形の立
   上り部の接線と立下り部の接線とが成す交点の少なくと
   もいずれか一方を測定基準位置とする測定手段を有する
   ことを特徴する特許請求の範囲第１項記載の電子線を用
   いた測定装置。