JPH0465616A

JPH0465616A - 電子ビーム測長方法

Info

Publication number: JPH0465616A
Application number: JP2177790A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimada; 宏島田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-02

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、電子ビームを試料上で走査し、この走査に基
づいて発生した信号により試料上の特定部分の幅や長さ
を測長するようにした電子ビーム測長方法に関する。

（従来の技術）電子ビーム測長方法においては、試料上の測長すべきパ
ターンの中心と光軸とを一致させ、その後、被測長パタ
ーンを横切って電子ビームを走査し、この走査によって
検出された２次電子信号などによってパターンの幅など
の測長を行っている。

この測長方法では、同一の測長対象パターンが試料上の
特定部分に複数配列しているような場合、予め、配列情
報から測長のスケジュールを組み、このスケジュール情
報に従って、試料ステージを移動させ、複数の測長対象
部分の中心を順々に光軸中心付近に配置させるようにし
ている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、測長すべきパターンが形成されたウェハは、
試料ステージ上に載せられるが、このウェハのステージ
への載置に当っては、オリエンテ−ジョンフラットを基
準として行う。その後、ウェハに設けられた２点以上の
マークの位置を電子ビームによって検出し、ウェハのス
テージに対する回転と位置ずれに関するデータを求める
。このデータ使用し、実際の観察、測長点へ精度良くス
テージを移動させる。しかしながら、このようにしてウ
ェハとステージとの位置合せを行っても、ウェハをステ
ージに載せる際の精度（オリエンテーションフラット合
せ精度という）やステージの移動精度に限界があるため
に、±８μｍ程度の誤差が生じる。従って、ステージ移
動後の測長対象部分の中心と光軸中心とは、厳密には一
致せず、両者の位置ずれは、測長精度の低下につながる
。

そのため、ステージ移動後における測長対象部分の中心
と光軸中心との間のずれ量を何等かの手段で測定し、そ
のずれ量によってステージを再度精密移動させるか、あ
るいは、補助偏向器を用いて電子ビームの光軸を移動さ
せ、測定対象部分の中心と光軸との位置合わせを行う必
要がある。なお、この位置合わせを補助偏向器による電
子ビームの偏向による光軸の移動によって行う場合は、
ステジの機械的な要因が入ってこないので、より正確性
が増す。

上述したずれ量の測定は、予め、測長対象部分の特徴パ
ターンをコンピュータのメモリーに取り込んでおき、更
に、ステージを移動させ、ステジが停止した後の試料の
測定対象部分のパターンをメモリーに取り込み、例えば
、２種のパターンの２次元の相関を取ることによって行
っている。

ここで、特徴パターンの抽出における問題点について考
察する。第２図は、試料表面を示しており、斜線で示し
た部分がパターンＰである。この試料表面を５０００倍
の倍率で観察（視野の大きさは２４μｍ×２４μｍ）す
る場合、理想的に目標物が視野の中心に位置すると、図
中実線で囲った領域ａの視野が陰極線管上に表示される
。しかしながら、前述したように、ステージの位置誤差
か最大８μｍあるので、視野に入る領域は理想的な領域
ａから大きくずれることになる。第２図のかぎ印は、視
野に最大のずれか生したときの視野の端部を示したもの
で、かぎ印１ａ〜１ｄは、視野が左上に最大ずれたとき
、かぎ印２ａ〜２ｄは、視野が右上に最大ずれたとき、
かぎ印３ａ〜３ｄは、視野が左下に最大ずれたとき、か
ぎ印４ａ〜４ｄは、視野が右下に最大ずれたときを示し
ている。

この図の点線で示した領域すが視野かどの方向にずれた
としても、必ず視野の中に入る領域である。

この点線の領域の大きさは、計算上、８μｍＸ８μｍと
なる。このことから、特徴パターンの抽出は、５０００
倍の倍率では、８μｍＸ８μｍ以下の大きさとしなけれ
ばならないが、この大きさとすると、Ｘ方向の特徴点（
エツジ）はこの大きさの領域中に含まれるから良いが、
この領域の中にＹ方向の特徴点（エツジ）がなく、点線
で囲まれた領域を特徴パターンとして抽出してもＸ、Ｙ
両方向の位置合せを精度良く行うことは出来ない。

第３図は、第２図に示したと同じパターンを４０００倍
の倍率（視野の大きさは３０μｍ×３０μｍ）で観察し
た場合、第４図は、第２図に示したと同じパターンを３
０００倍の倍率（視野の大きさは４０μｍ×４０μｍ）
で観察した場合を示しており、これらの図でも、実線で
囲った領域ａか、理想的に目標物が視野の中心と一致し
ている場合、点線で囲った領域が、視野のずれによって
も必ず視野の中に含まれる領域すである。これらの図か
ら明らかなように、４０００倍の倍率では、必ず視野の
中に入る領域の大きさは、１４μｍ×１４μｍとなり、
３０００倍の倍率では、必ず視野の中に入る領域の大き
さは、２４μｍ×２４μｍとなる。第３図の場合、特徴
パターンの大きさを１４μｍ×１４μｍとした場合、Ｙ
方向の特徴点（エツジ）が一部入るので、Ｙ方向の位置
合せを行うことが可能となる。第４図の場合、特徴パタ
ーンの大きさを２４μｍ×２４μｍとした場合、Ｙ方向
の特徴点（エツジ）が複数人るので、Ｙ方向の位置合せ
を行うに充分となる。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目
的は、ステージ移動後における測定対象部分と光軸との
位置ずれの補正をパターンマツチングによって行う場合
、特徴パターンの抽出を容易に行うことができる電子ビ
ーム測長方法を実現するにある。

（課題を解決するための手段）本発明に基づく電子ビーム測長方法は、披測艮試料上の
特定領域を電子ビームによって２次元的に走査し、この
走査に基づいて検出した映像信号に基づく像の中で、予
め抽出されている特徴パターンを探し、この特徴パター
ンの位置情報に基づいて、この特徴パターンを視野の中
心に移動させ、特徴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、特徴パターンの抽出に当た
って、測長すべき、特徴パターンを含む試料像を表示し
、この試料像に重畳してこの試料像の倍率に応じた大き
さの矩形状のカーソルを表示し、このカーソルを測長す
べき特徴パターン上に位置させ、その後、カーソルで囲
まれた領域を特徴パターンとして抽出するようにしたこ
とを特徴としている。

（作用）パターンマツチングを行って特徴パターンと電子ビーム
光軸とのずれ量を求めるに際し、特徴パターンの抽出に
当たって、測長すべき特徴パターンを含む試料像を表示
し、この試料像に重畳してこの試料像の倍率に応じた大
きさの矩形状のカーソルを表示し、このカーソルを測長
すべき特徴パターン上に位置させ、その後、カーソルで
囲まれた領域を特徴パターンとして抽出する。

（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、本発明に基づく方法を実施するための電子
ビーム測長装置の一例を示している。１は電子銃であり
、電子銃１からの電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ
２と対物レンズ３とによって試料４上に細く集束される
。試料４に照射される電子ビームＥＢは、偏向コイル５
によって偏向され、その結果、試料４の特定領域は電子
ビームによって走査される。また、偏向コイル５と対物
レンズ３との間には、補助偏向コイル６が配置されてい
る。試料４への電子ビームの照射によって発生した２次
電子は、２次電子検出器７によって検出され、その検出
信号は増幅器８によって増幅され、画像モニタ９とコン
ピュータの如き制御回路１０へ供給される。

上記偏向コイル５へは、走査信号発生回路１１から倍率
調整回路１２を介して電子ビームの走査信号が供給され
るか、この走査信号は、走査信号発生回路１１から画像
モニタ９へも供給される。

画像モニタ９には、検出器７からの信号と共に、カーソ
ル発生回路１３からカーソル信号も供給され、る。カー
ソル発生回路１３は、カーソル指示回路１４からの指示
に従ったカーソル信号を発生するように構成されており
、発生するカーソル信号のモニタ９上の位置は、位置シ
フト回路１５によって変えることができる。該カーソル
指示回路１４には、倍率調整回路１２から倍率に応じた
信号が供給されている。上記補助偏向コイル６には、シ
フト回路１６からの信号が供給されるが、このシフト回
路１６は、制御回路１０によっ−て制御される。制御回
路１０には、メモリ１７が接続されており、又、制御回
路１０は、試料４を機−的に移動させる駆動機構１８の
制御も行っている。

次に、上述した構成における動作を説明する。

［Ｊ］に、パターンマツチングを行う場合の特徴パター
ンの抽出について述べる。まず、電子ビームＥＢの光軸
直下に測長すべきパターンが位置するように、試料４を
移動させ、そして、試料４上で電子ビームを゛２次元的
に走査する。この走査は、走査信号発生回路１１からの
走査信号を倍率調整回路１２を介して偏向コイル５に供
給することによって行う。この電子ビームの走査に基づ
き試料４から発生した２次電子は、検出器７によって検
出され、この検出信号は、増幅器８によって増幅された
後、璃極線管の如き画像モニタ９に供給される。画像モ
ニタ９には、走査信号発生回路１１からの走査信号も供
給されており、従って、画像モニタ９からの画面上には
、試料７の２次電子像が、倍率調整回路１２によって設
定された倍率で表示、される。

次に、カーソル指示回路１４をオンにし、カーソル指示
回路１４からの指示によってカーソル発生回路１３から
カーソル信号を発生させ、画像モニラ９上の走査電子線
像に重畳して矩形状のカーソル１９を表示させる。カー
ソル指示回路１４には、倍率調整回路１２から倍率に応
じた信号が参照信号として供給されており、その結果、
カーソル指示回路１４は、倍率に応じた大きさのカーソ
ル信号かカーソル発生回路１３から画像モニタ９に供給
されるように、カーソル発生回路１３に指示を行う。こ
の倍率に応じたカーソルの大きさとしては、例えば、倍
率が５０００倍の場合、第２図において考察した、ステ
ージの位置誤差などの要因によって必ず視野の中に入る
大きさ、すなわち、試料上の８μｍＸ８μｍの領域に対
応したものとされる。従って、第２図の例では、図中点
線で示した領域すに対応した大きさのカーソル１９がモ
ニタ９上に表示される。このモニタ９のカーソル１９の
位置は、位置シフト回路１５内のポテンショメータを調
整することによって、Ｘ、７両方向に任意に移動させる
ことができる。

さて、オペレータは、パターンマツチングを行うための
特徴パターンの抽出を画像モニタ９を観察しながら行う
わけであるが、この実施例の場合、カーソルで示された
領域か、特徴パターンとして抽出できるように構成され
ている。従って、画像モニタ９上に表示されたカーソル
１９の位置を位置シフト回路１５を調整することによっ
て所望パターン部分と一致させ、その後、制御回路１０
に特徴パターンの抽出の指示を行えば、カーソル１９で
囲まれた領域の２次電子検出信号が制御回路１０を介し
てメモリー１７に供給されて記憶される。

次に、特徴パターンかメモリー１７に記憶された後の測
長ステップについて説明する。予め、測長対象パターン
が試料上の特定部分に複数配列されている場合、配列情
報から、測長のスケジュルが組まれ、このスケジュール
情報に従って制御回路１０は、駆動機構１８を制御し、
試料４を測長パターンが光軸上に配置されるように移動
させる。この試料移動後において、試料ステージなどの
位置誤差のために、測長パターンと光軸とは、正確に一
致していないことは前に述べた。そのため、制御回路１
０は、試料移動後における設定倍率での２次元的電子ビ
ーム走査に基づく２次電子検出信号を取り込み、この２
次電子検出信号と、メモリー１７に記憶された特徴パタ
ーンとのパターンマツチングに基づき、特徴パターンの
光軸からのずれ量が求められる。この求められたずれ量
に応じた信号は、シフト回路１８に供給され、シフト回
路１８から補助偏向コイル６に光軸と特徴パターンの中
心とを一致させるような電子ビームのシフト信号が供給
される。その後、電子ビームの光軸と特徴パターンの中
心とが一致した後、特徴パターンの測長のための一次元
の電子ビームの走査が行われ、この走査に基づく２次電
子検出信号は、制御回路１０に供給され、この制御回路
１０においてパターンの測長が行われる。特定位置の特
徴パターンの測長が終了した後、再び試料はスケジュー
ル情報に従って移動され、次の位置の特徴パターンの測
長が上述したステップで行われる。

このようにして、特徴パターンの抽出と、実際の測長が
行われるが、特定倍率での特徴パターンの抽出において
は、オペレータは、倍率に応した大きさのカーソルを見
ながら、特徴パターンの抽出を行うことかできるので、
誤って視野から欠けるような大きさの特徴パターンの抽
出は防止され、特定倍率での特徴パターンの抽出を正確
に行うことができる。ここで、５０００倍の倍率とした
場合、第２図の点線の領域すに対応した大きさのカーソ
ル１つか表示されるか、このカーソルを特徴パターンと
一致させても、従来技術の説明のところで述べたように
、Ｘ方向のパターンの特徴点は含まれるものの、Ｙ方向
のパターンの特徴点は、カーソルで囲まれた領域には含
まれないので、この抽出された特徴パターンでは、Ｙ方
向の位置合わせを行うことが困難と判断される。この場
合、オペレータは、直ちに、倍率を変え、より低い倍率
で像を表示し、更に、その倍率に応じたカーソルを併せ
て表示することにより、カーソルで囲まれた領域に、Ｘ
、Ｙ両方に特徴点を有する特徴パターンを入れることか
できる。その後、カーソルで囲まれた特徴パターンのデ
ータをメモリー１８に記憶させ、この特徴パターンと実
際の測長の際に得られた同一倍率の像信号とのパターン
マツチングを行うことにより、Ｘ、７両方向のずれ量を
正確に求めることができる。

以上本発明の一実施例を説明したが、本発明はこの実施
例に限定されない。例えば、２次電子を検出したが、反
射電子を検出しても良い。また、測長パターンの中心の
ずれ量を電子ビームの偏向によって補正するようにした
が、ステージを移動させて、光軸と測定パターンの中心
とを一均させるようにして・も良い。更に、倍率に応じ
たカーソルを表示するようにしたが、その場合、倍率に
応じた最大の大きさのカーソルを表示できるようにし、
そして、そのカーソルの大きさを狭くする方に調整でき
るように構成しても良い。更に又、カーソルを移動させ
るようにしたが、カーソルの位置は固定し、試料像の方
をカーソルに対して移動させるように構成し、特徴パタ
ーンの選択を行うようにしても良い。なお、ウェハアラ
イメントては、ステージ精度のみでなく、オリエンテー
ンヨンフラット検出精度およびウェハチャッキング精度
が入ってくるので、アライメントの前後では、絶対視野
範囲（特定倍率で必ず視野の中に入る大きさ）は異なる
ため、２種類の大きさの範囲を準備し、同一倍率であっ
てもアライメントの前後では、異なった大きさのカーソ
ルを表示できるようにすることは好ましい。

また、逆の方法として標準パターンを高倍率で視野全体
に表示し、その表示を観察して特徴を比較する時の倍率
を表示設定するようにすることもでき名。この場合パタ
ーンマツチング時の倍率は拡大倍率ではなく元の倍率で
ある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では、パターンマツチング
を行って特徴パターンと電子ビーム光軸とのずれ量を求
めるに際し、特徴パターンの抽出に当たって、測長すべ
き特徴パターンを含む試料像を表示し、この試料像に重
畳してこの試料像の倍率に応じた大きさの矩形状のカー
ソルを表示し、このカーソルを測長すべき特徴パターン
上に位置させ、その後、カーソルで囲まれた領域を特徴
パターンとして抽出するようにしたので、どのような倍
率であっても、簡単にそして正確に、Ｘ、７両方向に特
徴点を有する特徴パターンの抽出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく方法を実施するための電子ビ
ーム測長装置を示す図、第２図〜第４図は、倍率と視野
との関係を示す図である。１・・・電子銃　　　　　２・・・コンデンサレンズ３
・・・対物レンズ　　　４ご・試料５・・・偏向コイル　　　、６・・・補助偏向コイル７
・・・検出器　　　　　８・・・増幅器９・・・画像モ
ニタ　　１０・・・制御回路１１・・・走査信号発生回
路１２・・・倍率調整回路１３・・・カーソル発生回路１４・・・カーソル指示回路１５・・・位置シフト回路１６・・・シフト回路１８・・・駆動機構１７・・・メモリー

Claims

【特許請求の範囲】

被測長試料上の特定領域を電子ビームによって２次元的
に走査し、この走査に基づいて検出した映像信号に基づ
く像の中で、予め抽出されている特徴パターンを探し、
この特徴パターンの位置情報に基づいて、この特徴パタ
ーンを視野の中心に移動させ、特徴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、特徴パター
ンの抽出に当たって、測長すべき特徴パターンを含む試
料像を表示し、この試料像に重畳してこの試料像の倍率
に応じた大きさの矩形状のカーソルを表示し、このカー
ソルを測長すべき特徴パターン上に位置させ、その後、
カーソルで囲まれた領域を特徴パターンとして抽出する
ようにした電子ビーム測長方法。