JPH04132909A - 電子ビーム寸法測定装置 - Google Patents

電子ビーム寸法測定装置

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JPH04132909A
JPH04132909A JP2258369A JP25836990A JPH04132909A JP H04132909 A JPH04132909 A JP H04132909A JP 2258369 A JP2258369 A JP 2258369A JP 25836990 A JP25836990 A JP 25836990A JP H04132909 A JPH04132909 A JP H04132909A
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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〕 この発明は半導体ウェハ上に形成された微細パターンの
線幅等を測長する電子ビーム寸法測定装置に関し、特に
その高精度化に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図(a)は、例えば、特公昭58−24726号公
報等に示された従来の電子ビーム寸法測定装置を示す模
式図であり、図においてlは電子ビーム発生源、2は電
子ビーム集束レンズ、3は偏向コイル又は電極、4は電
子ビームである。また、5は試料ステージ、6は試料ス
テージ5に載置された試料、7は電子ビーム4により発
生した反射電子、二次電子、X線等の信号、8は信号7
の検出器、9は検出器8で検出された信号の増幅器であ
る。1oは電子ビーム4を偏向器3にて偏向し、試料6
上に電子ビームを走査するための走査信号発生器である
次に、第2図(b)〜(d)において、この従来技術の
動作原理について説明する。第2図(b)は試料6に電
子ビーム4が入射している場面の断面を示す。
試料6上に形成されたパターン11の線幅を測定するの
に、電子ビーム4を12のように走査する。
この時、発生する信号を走査信号に合わせて表示すると
、第2図(C)のような波形が得られる。この波形信号
(C)に対し、しきい値処理、最大傾斜処理などのエツ
ジ検出処理を施すことによりパターンエツジを決めて線
幅を決定する。この走査12をパターン上に二次元的に
行い、信号7を二次元的に表示すると、第2図(d)の
ようにパターンをビーム入射方向から見たごとくのパタ
ーン像15を走査領域13内に見ることができる。この
二次元パターン信号像から同様のエツジ検出処理を行っ
て線幅14を決める。電子ビーム4の走査を一次元でな
く、二次元で行っているのは、パターンのエツジに加工
による凹凸かある場合、これらを平均した結果を得るこ
とができるからであり、測長の再現精度が向上するから
である。この二次元の走査信号は、第2図(a)の走査
信号発生器lOで発生されるべきものであるが、その走
査する領域は第2図(d)の示す矩形領域13である。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来装置は試料ステージ5が電子ビーム4の入射方向に
対して垂直に位置しており、第2図(b)に示す測定す
べきパターン11をビーム4の方向から見るため、第2
図(d)に示すがごとくの像を得ることができ、測定す
べきパターンを正しく測定できる利点がある。しかしな
がら、近年半導体ウェハに形成されるパターンが微細に
なるにつれて測定幅が小さくなり、高精度の測定精度が
要求されるようになってきた。また、パターン幅だけで
な(パターン膜厚も薄くなる傾向にあり、信号強度も小
さくなり特定精度を悪くする方向にある。このため、よ
り以上の信号強度を要する必要があり、従来装置での測
、定か困難になってきた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、試料からの反射電子、二次電子、X線等の信
号強度を高め、高精度な測長をすることができる電子ビ
ーム寸法測定装置を得ることを目的とする。
さらに、この発明は傾斜した試料上に正しく矩形に電子
ビームを照射することにより、さらに高精度な測長をす
ることができる電子ビーム寸法測定装置を得ることを目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1の発明に係る電子ビーム寸法測定装置は、集束した
電子ビームの入射軸に対し、試料を載置した試料ステー
ジを傾斜させ、反射電子、二次電子、X線等の信号放出
効率を高め、試料像の信号強度を高くして測長をするよ
うにしたものである。
さらに、第2の発明は、試料が傾斜したことにより、試
料上に走査されるべき電子ビームの矩形領域が台形形状
に変化してしまうのを補正する偏向信号を発生するよう
にしたものである。
〔作用〕
この第1の発明においては、試料を傾斜させることによ
り、反射電子、二次電子、X線等の信号が高まり、試料
上のパターン像の信号対雑音比か向上する。この結果、
パターンの視認性が向上し、パターンのエツジの認識が
行い易くなる。
第2の発明においては偏向信号発生回路により、偏向信
号を補正することで、傾斜した試料に対して正しく矩形
に電子ビームを照射する。その結果、さらに高精度な測
長を行うことができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図(a)において、lは電子ビーム発生源、2は電
子ビーム集束レンズ、3は偏向用コイル又は電極、4は
電子ビームを示す。また、5は試料ステージ、6は試料
ステージ5に載置された半導体ウェハ、17は試料ステ
ージを回転する機構、7は電子ビーム4により発生した
反射電子、二次電子、X線等の信号、8は信号7の検出
器、9は検出器8で検出された信号の増幅器、1oは電
子ビーム4を偏向器3にて偏向し試料6上に電子ビーム
を走査するための走査信号である。また、第1図(b)
において、4は試料に入射する電子ビーム、6は傾斜し
た試料、7は電子ビーム4により発生した反射電子、二
次電子、X線等の信号を示す。
また、第1図(C)は試料を二次元的に走査して得た傾
斜パターン像を示す図であり、図中13は走査領域、1
4はパターン線幅、15はパターン、16は別な方向の
パターン線幅を示す。
次に、第1の発明の動作原理について説明する。
第1図体)の試料部分を拡大した図が第1図(b)であ
るが、第1図(b)の試料を傾けたことにより、試料の
傾斜角をθとすると、信号量は1 / c o sθの
比で、大きくなることはよく知られており(例えば、L
、Reimer ”Scanning Electro
n Microscopy”。
1985年刊p、145等参照)、これはパターン像の
視認性を上げる効果かある。こうして得られたパターン
像は第1図(C)のような傾斜した像になり、従来の第
2図(d)に比し、よりコントラストのついたイメージ
になる。この上で、半導体のようにX。
Y方向両方に配置されたパターンのうち、第1図(C)
の14で示されたようなパターン幅は、従来方法で測長
することができるか、16で示されたパターン幅は正し
く測長することができないので、第1図17のステージ
回転機構を用いて、試料パターンを90°又は2700
回転させることにより測長することができる。
このような第1の発明の実施例によれば、試料ステージ
を電子ビームに対して傾斜させることにより、パターン
像の視認性を上げる効果がある。
また、この上で、半導体のようにX、 Y方向両方16
で示されたパターン幅は第1図17のステージ回転機構
を用いて、試料パターンを90’又は270°回転させ
ることにより試料上のパターンをよいコントラストで測
長することかできる効果がある。
次に第2の発明の一実施例を第1図(d)〜げ)におい
て説明する。
第1図(d)は試料傾斜した際の電子ビームの走査領域
がどのように変化するかを示した図であり、第1図(e
)はそれを補正する偏向信号発生回路の一例、第1図げ
)は上記偏向信号発生回路により補正された傾斜面での
走査領域が、正しく矩形領域を走査していることを示す
図である。
第1図(d)において、20は試料か電子ビームに対し
て垂直に配置された場合に、正しく矩形状に走査されて
いる領域である。22は試料傾斜角θ、21は試料が傾
斜角θで傾斜している場合の電子ビームの走査領域、2
3Dは電子ビームの偏向の作動距離、24は偏向作動点
を示す。また、第1図(e)において、30は矩形走査
信号発生回路、31はその走査領域、32は乗算器、3
6は除算器、37は補正された台形形状の走査領域を示
す。又、第1図げ)において、20は第1図(e)のよ
うな回路で発生した試料垂直面での走査領域、21は2
2の傾斜角θで傾斜された試料面で正しく矩形に走査さ
れた領域、23は電子ビーム偏向の作動距離、24は偏
向作動点を示す。
次に第2の発明の動作原理を説明する。第1の発明では
、信号強度が向上してパターン像の視認性を向上するこ
とができたが、第1図(C)のように2次元走査領域で
の像は投影的にみえてしまい、測長する部分によっては
正しく測長ができない。
これは第1図(d)に示すように、電子ビームに対し垂
直に試料を配置した際には正しく矩形を走査するように
偏向信号を発生すれば、傾斜面では21のように逆台形
形状の領域を走査することになる。
それを二次元的に表示すれば、第1図(C)のように投
影的な像が見えてしまう。
そこで第1図(d)において、垂直面上での座標(X、
 Y)と、傾斜面に投影された傾斜面上での座標(x、
  y)との関係を正しく計算すると、X= 1 +−s i nθ であった。ここでDは作動距離を示し、θは傾斜角を示
す。
傾斜面上の(x、 y)の点を正しく矩形に走査するた
めには、(x、  y)に矩形走査信号を与え、式(1
)に従って(X、 Y)を計算しつつ補正した偏向信号
を与えれば可能である。その実施例として第1図(e)
の回路を示す。30で矩形走査信号(X。
y)を与える。これは従来の偏向走査回路でよい。
その後、X信号と、作動距離り、傾斜角θのデータから
、 1+     s inθ を計算する回路32を通し、X信号を 1+    sinθ で除する除算器36を通してX信号を出力する。
又、X信号にCOSθを乗算器35で乗して後、1−1
−     sinθ て除して後X信号を出力する。こうすると、X。
Yには37で示したような台形形状の走査をする信号を
発生する。
第1図げ)の電子ビームに対して垂直面20に第1図(
elの台形形状の偏向信号を与えると、傾斜面21に正
しく矩形形状の走査領域ができることかわかる。このよ
うに、第1図(a)において、lOで示される走査信号
発生器に第1図(e)で示すような実施例の回路を用い
れば、傾斜面上の走査を、正しく矩形形状に行うことが
でき、二次元状にパターン像を表示すると、パターンの
エツジが平行に表示でき正しく測長することができる。
このような第2の発明の実施例によれば、試料を傾斜し
たことで生ずる傾斜面上での走査領域の変形を、第1図
(a)において、10で示される走査信号発生器に第1
図(e)で示すような実施例の回路を用いることで、傾
斜面上での試料に対し、正しい矩形領域の走査をするこ
とができ、二次元のパターン像のエツジを正しく平行に
とることかでき、高精度の測長ができる効果がある。
〔発明の効果〕
以上のように、第1の発明によれば試料ステージを電子
ビームに対して傾斜させ、かつ所望の方向のパターンを
測長できるようにステージを回転できるようにしたので
、試料上のパターンをよいコントラストで測長すること
ができ、所望パターンを正しく測長することができる効
果がある。
さらに、第2の発明によれば試料を傾斜したことで生ず
る傾斜面上での走査領域の変形を、補正するような走査
信号発生回路を設けたので、傾斜面上での試料に対し、
正しい矩形領域の走査をすることができ、二次元のパタ
ーン像のエツジを正しく平行にとることができ、高精度
の測長ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はこの発明の一実施例による電子ビーム寸
法測定装置を示す図、第1図(b)はその効果を示す試
料近傍の拡大図、第1図(C)は試料を傾斜したことに
よって得られる二次元パターン像を示す図、第1図(d
)は試料を傾斜したことによって傾斜面での走査領域か
変形することを説明する図、第1図(e)は傾斜面の走
査領域の変形を補正する走査信号発生回路を示す図、第
1図げ)は電子ビームが補正され正しく傾斜面に矩形走
査されていることを示す図である。 第2図(a)は従来例による電子ビーム寸法測定装置を
示す図、第2図(b)はその原理を示すための試料近傍
拡大図、第2図(C)は−次元信号例を示す図、第2図
(dは従来例での二次元パターン像を示す図である。 図中、lは電子ビーム発生源、2は電子ビーム集束レン
ズ、3は偏向用コイル又は電極、4は電子ビーム、5は
試料ステージ、6は試料、7は信号、8は検出器、9は
増幅器、lOは走査信号発生器、17はステージ回転機
構、13は二次元走査領域、14は測長線幅、16は別
な測長幅、15はパターンを示す。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電子ビーム発生源と、この電子ビームを集束する
    レンズと、この集束した電子ビームを偏向する偏向手段
    とを備えた電子ビーム光学系と、試料を載置する試料ス
    テージと、該試料上のパターンに電子線を二次元的に走
    査しながら照射する走査信号発生手段と、 上記パターンから発生する信号を検出する手段とを備え
    、 その二次元信号像よりパターンエッジを決定し、そのパ
    ターン寸法を測定するようにした電子ビーム寸法測定装
    置において、 上記試料ステージは入射する電子線に対し反射電子線の
    強度を強くするよう傾斜しており、かつ上記試料ステー
    ジは、試料の所望のパターンを測定できるよう回転可能
    に設けられていることを特徴とする電子ビーム寸法測定
    装置。
  2. (2)上記偏向手段に対して走査信号を与える走査信号
    発生手段は、傾斜試料上の座標を(x,y),試料傾斜
    角をθ,偏向作動距離をDとすると、▲数式、化学式、
    表等があります▼ で表される走査信号を発生し、傾斜試料上に矩形走査せ
    しめることを特徴とする請求項1記載の電子ビーム寸法
    測定装置。
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