JPH07243835A

JPH07243835A - 寸法検査方法及びその装置

Info

Publication number: JPH07243835A
Application number: JP3690494A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hosai; 弘明法西; Chikasuke Nishimura; 慎祐西村; Hisashi Nishigaki; 寿西垣; Hidetoshi Kinoshita; 秀俊木下; Yuji Fukutome; 裕二福留
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高精度にパターン幅を検査するこ
と。【構成】試料(22)に対して電子ビームを照射してその二
次電子又は反射電子を検出して試料(22)に形成されたパ
ターン幅を検査する際に、電子ビームの焦点位置をパタ
ーン(22a) のトップエッジからボトムエッジまで変化さ
せて電子ビームを走査し、これら走査時の各パターン幅
を平均化してパターン幅を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造工程
において形成される半導体ウエハやマスクのパターン寸
法を検査する寸法検査方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかるパターン幅を検査する寸法検査方
法としては、電子ビーム方式と光学式とある。このう
ち、電子ビーム方式を適用した技術としては、走査型電
子顕微鏡（ＳＥＭ）がある。

【０００３】このＳＥＭは、ウエハ表面パターンの拡大
像からパターン寸法を測定するもので、図６に示すよう
に電子ビームを被測定パターン１に対して垂直方向から
照射するとともに走査し、このとき得られる二次電子を
検出して図７に示すようにその強度変化を走査位置の関
数として求める。そして、これを像出力し、パターンエ
ッジ間の距離からパターン幅を求めるものである。

【０００４】又、光学式としては、レーザスポットスキ
ャン方式がある。この方式は、図８に示すようにレーザ
スポットを被測定パターン１に対してその垂直方向から
照射するとともに走査し、このときに生じるエッジから
の散乱光をディテクタ２で検出する。そして、レーザス
ポットの走査、つまりステージ３の移動距離に対応した
ディテクタ２の出力信号（図９）に基づいてパターン幅
Ｗを求めるものである。

【０００５】ところで、半導体ウエハに形成されるパタ
ーンは、今後より集積度が高くなってそのパターン幅
（線幅）が例えば０．１μｍ以下に細くなり、これに伴
って寸法検査としては、現在よりもより一層の高分解能
（高倍率）が必要となる。

【０００６】このように高分解能となると、電子ビーム
の焦点深度が浅くなり、このため高アスペクト比のレジ
ストパターン等では、エッジのボトム付近の像がぼやけ
てしまい、パターン幅測定に対する精度が低下する。

【０００７】又、電子ビームの焦点精度、具体的にはオ
ートフォーカス精度がパターン幅測定精度に対する誤差
要因となっており、このオートフォーカス精度が低いと
パターン幅測定の精度が低下する。このようなことはレ
ーザスポットスキャン方式についても同様なことが言え
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにパターン
幅測定に対して高分解能が必要となるが、これに反して
高分解能になると、電子ビームの焦点深度が浅くなり、
このためにエッジのボトム付近の像がぼやけてパターン
幅測定の精度が低下する。

【０００９】又、オートフォーカス精度が低くてもパタ
ーン幅測定の精度が低下する。そこで本発明は、高精度
にパターン幅を検査できる寸法検査方法及びその装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、試料
に対して電子ビームを照射しその二次電子又は反射電子
を検出して試料に形成されたパターン幅を検査する寸法
検査方法において、試料に対する電子ビームの焦点位置
を変化し、これら焦点位置で検査された各パターン幅を
平均化してパターン幅を求めるようにして上記目的を達
成しようとする寸法検査方法である。

【００１１】請求項２によれば、試料に対して電子ビー
ムを走査しその二次電子又は反射電子を検出して試料に
形成されたパターン幅を検査する寸法検査装置におい
て、試料に対する電子ビームの焦点位置を変化する焦点
変化手段と、試料からの二次電子又は反射電子を検出す
る電子検出器と、試料に対して電子ビーム焦点位置を変
化したときの電子検出器の各出力信号を受けてパターン
の各プロファイルを求め、これらプロファイルにおける
各パターン幅を平均化して試料に形成されたパターン幅
を求めるパターン算出手段と、を備えて上記目的を達成
しようとする寸法検査装置である。

【００１２】この場合、請求項３によれば、焦点変化手
段は、試料を載置するＺステージを変位素子により変位
させるものである。請求項４によれば、焦点変化手段
は、試料を載置するＺステージと、試料に形成されたパ
ターン段差に応じた電子ビームの焦点位置変化を予め記
憶したパターン段差記憶手段と、このパターン段差記憶
手段に記憶された焦点位置に従ってＺステージを変位さ
せる変位素子とを有している。

【００１３】請求項５によれば、変位素子は、ピエゾ素
子である。請求項６によれば、試料に対してレーザスポ
ットを照射しその散乱光を検出して試料に形成されたパ
ターン幅を検査する寸法検査方法において、試料に対す
るレーザスポットの焦点位置を変化し、これら焦点位置
で検査された各パターン幅を平均化してパターン幅を求
めるようにして上記目的を達成しようとする寸法検査方
法である。

【００１４】請求項７によれば、試料に対してレーザス
ポットを走査しその散乱光を検出して試料に形成された
パターン幅を検査する寸法検査装置において、試料に対
するレーザスポットの焦点位置を変化する焦点変化手段
と、試料からの散乱光を検出するフォト検出器と、試料
に対してレーザスポット焦点位置を変化したときのフォ
ト検出器の各出力信号を受けてパターンの各プロファイ
ルを求め、これらプロファイルにおける各パターン幅を
平均化して試料に形成されたパターン幅を求めるパター
ン算出手段とを備えて上記目的を達成しようとする寸法
検査装置である。

【００１５】

【作用】請求項１によれば、試料に対して電子ビームを
照射する場合、試料に対する電子ビームの焦点位置を変
化し、そのときの二次電子又は反射電子を検出して各焦
点位置に対応するパターン幅を平均化してパターン幅を
求める。これにより、エッジぼけを吸収して高精度なパ
ターン幅検査ができる。

【００１６】請求項２によれば、試料に対して電子ビー
ムを走査するとき、その電子ビームの焦点位置を焦点変
化手段により変化する。これら焦点位置での各走査時に
おける試料からの二次電子又は反射電子を電子検出器に
より検出し、この電子検出器の各出力信号を受けてパタ
ーン算出手段によりパターンの各プロファイルを求め、
これらプロファイルにおける各パターン幅を平均化して
試料に形成されたパターン幅を求める。

【００１７】この場合、請求項３によれば、試料を載置
するＺステージを変位素子の変位により移動し、試料に
対して電子ビーム焦点位置を例えばその上下方向に変位
させている。

【００１８】又、請求項４によれば、変位素子をパター
ン段差に応じた電子ビームの焦点位置変化に応じて変位
させてＺステージを移動させている。請求項５によれ
ば、変位素子としてピエゾ素子を用いて変位させてい
る。

【００１９】請求項６によれば、試料に対してビームス
ポットを照射する場合、試料に対するビームスポットの
焦点位置を変化し、そのときの散乱光を検出して各焦点
位置に対応するパターン幅を平均化してパターン幅を求
める。これにより、エッジぼけを吸収して高精度なパタ
ーン幅検査ができる。

【００２０】請求項７によれば、試料に対してビームス
ポットを走査するとき、そのビームスポットの焦点位置
を焦点変化手段により変化する。これら焦点位置での各
走査時における試料からの散乱光をフォト検出器により
検出し、このフォト検出器の各出力信号を受けてパター
ン算出手段によりパターンの各プロファイルを求め、こ
れらプロファイルにおける各パターン幅を平均化して試
料に形成されたパターン幅を求める。

【００２１】

【実施例】

(1) 以下、本発明の第１の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は走査型電子顕微鏡に適用した寸法検
査装置の構成図である。顕微鏡本体１０の上部には、電
子銃１１が設けられている。

【００２２】又、この顕微鏡本体１０には、電子銃１１
から放射される電子ビームの進行方向に沿って、ブラン
キングコイル１２、コンデンサレンズ１３、スキャンコ
イル１４、縮小レンズ１５、及び偏向器１６、対物レン
ズ１７が配置されている。

【００２３】これら各コイル１２、１４及び各レンズ１
３、１５等は、それぞれビーム制御装置１８により励磁
電流が制御されて電子ビームのビーム形状、照射領域等
が調整されるものとなっている。

【００２４】一方、顕微鏡本体１０の下部には、ＸＹス
テージ２０が移動自在に配置され、かつこのＸＹステー
ジ２０上にＺステージ２１が載置されている。そして、
このＺステージ２１上に、半導体ウエハ等の試料２２が
載置されている。このＸＹステージ２０は、顕微鏡本体
１０の外部に設けられたＸＹ駆動回路２３によりＸＹ平
面上を移動するものとなっている。

【００２５】図２はこれらＸＹステージ２０及びＺステ
ージ２１の具体的な構成を示す。ＸＹステージ２０上に
は、ピエゾ素子２４を介してＺステージ２１が載置され
ている。このピエゾ素子２４は、ピエゾ素子駆動回路２
５からの印加電圧に応じてＺ方向に変位するものとなっ
ている。

【００２６】又、ＸＹステージ２０上には、静電容量セ
ンサ２６が設けられている。この静電容量センサ２６
は、Ｚステージ２１の下面側に配置されてＺステージ２
１の変位を検出してその電気信号を出力するものとなっ
ている。この静電容量センサ２６の出力信号は、静電容
量センサアンプ２７を通してピエゾ素子駆動回路２５に
フィードバックされている。

【００２７】このピエゾ素子駆動回路２５は、ステージ
制御装置２８からの電子ビーム焦点位置を受けてその位
置に応じた電圧をピエゾ素子２４に印加し、かつ静電容
量センサ２６からのフィードバック信号を受けて電子ビ
ーム焦点位置を指定された位置にフィードバック制御す
る機能を有している。

【００２８】レーザ位置検出器２９は、顕微鏡本体１０
の外部から窓３０を通してＸＹテーブル２０上に設けら
れたミラー３１にレーザ光を照射し、その反射レーザ光
を受光してその往復時間から試料２２の位置を検出する
機能を有している。

【００２９】ステージ制御装置２８は、ＸＹ駆動回路２
３に対してパターン検査領域に応じた位置の指令を送出
するとともにレーザ位置検出器２９からのＸＹテーブル
２０の位置を受けて試料２２を所望のパターン検査領域
に位置決めする機能、さらにピエゾ素子駆動回路２５に
対して電子ビーム焦点位置の指令を送出する機能を有し
ている。

【００３０】又、Ｚステージ２１の斜め上方には、電子
検出器３２が配置されている。この電子検出器３２は、
試料２２に対して電子ビームが照射されたときの２次電
子又は反射電子を検出してその電子の強度に応じた電気
信号を出力するものである。

【００３１】２次電子検出処理装置３３は、電子検出器
３２からの電気信号を受けてプロファイル信号を得る機
能を有している。主制御装置３４は、ビーム制御装置１
８、ステージ制御装置２８、２次電子検出処理装置３３
及び測長処理装置３５の各動作制御を行う機能を有して
いる。

【００３２】又、この主制御装置３４は、試料２２に形
成されたパターン２２ａの段差に応じた電子ビームの各
焦点位置（高さ方向）を予め記憶したパターン段差記憶
部３６を備え、電子ビームを試料２２に対して走査する
際、このパターン段差記憶部３６に記憶されている複数
の焦点位置を読み出してステージ制御装置２８に送る機
能を有している。

【００３３】従って、主制御装置３４は、ビーム制御装
置１８、ステージ制御装置２８及び２次電子検出処理装
置３３を動作制御して、電子ビームを複数の焦点位置に
変化させ、これら焦点位置で電子ビームを走査させる機
能を有している。

【００３４】測長処理装置３５は、主制御装置３４を通
して２次電子検出処理装置３３により得られたプロファ
イルを受け取り、各焦点位置で走査したときの各プロフ
ァイルから各パターン２２ａの幅を求めて平均化し、こ
の平均値を試料２２に形成されたパターン幅として求め
る機能を有している。

【００３５】又、この測長処理装置３５には、モニタテ
レビジョン３７、ＣＲＴディスプレイ３８及びフロッピ
ーディスク３９が接続され、算出した試料２２のパター
ン幅をモニタテレビジョン３７及びＣＲＴディスプレイ
３８に表示するとともにフロッピーディスク３９に記憶
する機能を有している。

【００３６】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ビーム制御装置１８により電子銃１１が
動作すると、この電子銃１１から放射された電子ビーム
は、コンデンサレンズ１３より集束され、次のスキャン
コイル１４により走査される。そして、電子ビームは、
微小フォーカスを合わせるための縮小レンズ１５を通過
し、対物レンズ１７で再び集束されて試料２２上に照射
される。

【００３７】このとき、電子ビームは、ブランキングコ
イル１２への励磁電流によりオン／オフされる。又、電
子ビームは、偏向器１６への励磁電流の制御によって試
料２２上における所望の検査領域に照射されるとともに
走査される。

【００３８】一方、ステージ制御装置２８は、ＸＹ駆動
回路２３に対してパターン検査領域に応じた位置の指令
を送出する。これによりＸＹ駆動回路２３は、ＸＹステ
ージ２０をＸＹ平面上に移動させて、電子ビームが試料
２２上における所望の検査領域に照射されるように位置
決めする。

【００３９】この場合、ステージ制御装置２８は、レー
ザ位置検出器２９からフィードバックされるＸＹテーブ
ル２０の位置を受けて試料２２を所望のパターン検査領
域に位置決めする。

【００４０】この状態に、電子ビームが試料２２に照射
されると、試料２２から２次電子又は反射電子が生じ、
これが電子検出器３２により検出され、その電子強度に
応じた電気信号が２次電子検出処理装置３３に送られ
る。

【００４１】この２次電子検出処理装置３３は、電子検
出器３２からの電気信号を受けてパターン２２ａの段差
に応じたプロファイル信号を得る。ここで、主制御装置
３４は、プロファイル信号のピークが最も尖鋭となるよ
うに対物レンズ１７及び縮小レンズ１５の励磁電流に対
する制御指令をビーム制御装置１８に送出する、つまり
オートフォーカスの調整を行う。

【００４２】このようにプロファイル信号のピークが最
も尖鋭となったときの電子ビームの焦点位置、つまりパ
ターン２２ａのトップエッジに電子ビームの焦点位置が
合っている状態を図３(a) に示している。

【００４３】この状態にビーム制御装置１８は、スキャ
ンコイル１４の励磁電流を制御して電子ビームを試料２
２上に走査させる。このとき電子検出器３２は、試料２
２に生じる２次電子又は反射電子を検出し、その電子強
度に応じた電気信号を２次電子検出処理装置３３に送
る。これにより、２次電子検出処理装置３３は、電子検
出器３２からの電気信号を受けてパターン２２ａの段差
に応じたプロファイル信号を得る。このプロファイル信
号は、主制御装置３４を通して測長処理装置３５に送ら
れる。

【００４４】この測長処理装置３５は、このプロファイ
ルとしきい値とを比較してパターン幅ａ１を求め、かつ
このプロファイル及びパターン幅ａ１をモニタテレビジ
ョン３７及びＣＲＴディスプレイ３８に表示するととも
にフロッピーディスク３９に記憶する。

【００４５】次に主制御装置３４は、パターン段差記憶
部３６に記憶されているパターン２２ａの段差に応じた
電子ビームの各焦点位置を読み出してステージ制御装置
２８に送る。

【００４６】このステージ制御装置２８は、この焦点位
置に応じたＺステージ２１の送り量を求めてピエゾ素子
駆動回路２５に送る。このピエゾ素子駆動回路２５は、
Ｚステージ２１の送り量を受けてこの量に応じた電圧を
ピエゾ素子２４に印加し、かつ静電容量センサ２６から
のフィードバック信号を受けて電子ビーム焦点位置を指
定された位置にフィードバック制御する。

【００４７】これにより、ピエゾ素子２４は、伸び方向
に変位し、電子ビームの焦点位置は、図３(b) に示すよ
うにパターン２２ａの上面位置から下方に移る。この状
態にビーム制御装置１８は、再びスキャンコイル１４の
励磁電流を制御して電子ビームを試料２２上に走査させ
る。そして、このときの試料２２に生じる２次電子又は
反射電子を電子検出器３２により検出し、２次電子検出
処理装置３３において図３(b) に示すプロファイル信号
を得る。

【００４８】測長処理装置３５は、このプロファイルを
受けてしきい値とを比較してパターン幅ａ２を求め、か
つこのプロファイル及びパターン幅ａ２をモニタテレビ
ジョン３７及びＣＲＴディスプレイ３８に表示するとと
もにフロッピーディスク３９に記憶する。

【００４９】以下、同様に主制御装置３４は、順次パタ
ーン段差記憶部３６からパターン２２ａの段差に応じた
電子ビームの次の焦点位置を読み出してステージ制御装
置２８に送る。

【００５０】このステージ制御装置２８は、この電子ビ
ーム焦点位置に応じたＺステージ２１の送り量を求めて
ピエゾ素子駆動回路２５に送る。これにより、ピエゾ素
子２４は伸び方向に変位し、電子ビームの焦点位置は、
図３(c)(d)に示すように先の焦点位置よりも順次下方に
移し、最終的にパターン２２のボトムエッジに合わせ
る。

【００５１】これら状態に、ビーム制御装置１８は、再
び電子ビームを試料２２上に走査させて、このときの各
プロファイル信号｛図３(c)(d)｝を得る。測長処理装置
３５は、これらプロファイルを受けてそれぞれしきい値
とを比較して各パターン幅ａ３、ａ４を求め、かつこれ
らプロファイル及びパターン幅ａ３、ａ４をモニタテレ
ビジョン３７及びＣＲＴディスプレイ３８に表示すると
ともにフロッピーディスク３９に記憶する。

【００５２】このようにして電子ビームの各焦点位置で
の各走査が終了すると、測長処理装置３５は、各電子ビ
ーム焦点位置での各走査おいて求められた各パターン幅
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４を平均化処理し、そのパターン
幅ａａ＝（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）／４ …(1) を試料２２に形成されたパターン２２のパターン幅とし
て求める。

【００５３】このように上記第１の実施例においては、
電子ビームの焦点位置をパターン２２ａのトップエッジ
からボトムエッジまで変化させて電子ビームを走査し、
これら走査時の各パターン幅を平均化してパターン幅を
求めるようにしたので、半導体ウエハの集積度が高くな
ってそのパターン幅が例えば０．１μｍ以下に細くなっ
て寸法検査に高分解能が必要となり、電子ビームの焦点
深度が浅くなり、高アスペクト比のレジストパターン等
に対しても、このときのエッジのボトム付近の像がぼや
けを吸収して高精度にパターン幅を検査できる。

【００５４】又、オートフォーカスの精度が多少悪くて
もパターン幅を高精度に測定できる。さらに、電子ビー
ムの焦点位置をピエゾ素子２４の変位により変化させて
いるので、微小の変位が可能であり、半導体ウエハ等に
形成された極細のパターン幅を測定するのに最適であ
る。

【００５５】なお、上記第１の実施例は、次のように変
形してもよい。電子ビームの焦点位置は、パターン２２
ａのトップエッジからボトムエッジまでの４箇所として
いるが、これ以上の複数箇所で電子ビームを走査させて
もよい。このように電子ビームを走査させる焦点位置を
増加させれば、より精度高くパターン幅を検査できる。 (2) 次に本発明の第２の実施例について図面を参照して
説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付して
その詳しい説明は省略する。

【００５６】図４はレーザスポットスキャン方式に適用
した寸法検査装置の構成図である。レーザ発振装置４０
から出力されたレーザ光は、ガルバノミラー４１に伝達
され、このガルバノミラー４１の繰り返し回動によって
試料２２上に走査されるものとなっている。なお、この
レーザ光は、スポット光に集光されて照射されるものと
なっている。

【００５７】又、Ｚテーブル２１の斜め上方には、フォ
ト検出器としての各ディテクタ４２、４３が配置されて
いる。これらディテクタ４２、４３は、試料２２に対し
てレーザスポットを照射したときに生じる散乱光を検出
し、その受光量に応じた電気信号を出力するものであ
る。

【００５８】パターン算出装置４４は、レーザスポット
の走査位置及びディテクタ４２、４３からの電気信号に
基づいてプロファイル信号を求め、かつレーザスポット
の各焦点位置での各走査ごとの各プロファイルから各パ
ターン２２ａの幅を求めて平均化し、これを試料２２に
形成されたパターン幅として求める機能を有している。

【００５９】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ発振装置４０からレーザ光が出力
されると、このレーザ光はガルバノミラー４１の繰り返
し回動により試料２２上に照射される。このときレーザ
光は、図示しない光学系によりスポット状に形成されて
試料２２に照射される。

【００６０】各ディテクタ４２、４３は、試料２２に生
じる散乱光を検出し、その受光量に応じた電気信号をパ
ターン算出装置４４に送る。このパターン算出装置４４
は、各ディテクタ４２、４３からの電気信号を受けてプ
ロファイル信号を得る。

【００６１】ここで、主制御装置３４は、プロファイル
信号のピークが最も尖鋭となるようにレーザ光の光学系
を調整する。これにより、レーザスポットの焦点位置
は、パターン２２ａのトップエッジに合う。

【００６２】この状態に、試料２２に対してレーザスポ
ットの走査が行われ、このときのプロファイル信号がパ
ターン算出装置４４に記憶される。そして、このパター
ン算出装置４４は、プロファイルとしきい値からパター
ンエッジを検出し、図５に示すパターン幅ｂ１を求め
る。

【００６３】次に主制御装置３４は、パターン段差記憶
部３６に記憶されているパターン２２ａの段差に応じた
レーザスポットの焦点位置を読み出してステージ制御装
置２８に送る。

【００６４】このステージ制御装置２８は、レーザスポ
ットの焦点位置を受けると、この焦点位置に応じたＺス
テージ２１の送り量を求めてピエゾ素子駆動回路２５に
送る。

【００６５】このピエゾ素子駆動回路２５は、Ｚステー
ジ２１の送り量を受けてこの量に応じた電圧をピエゾ素
子２４に印加し、かつ静電容量センサ２６からのフィー
ドバック信号を受けて電子ビーム焦点位置を指定された
位置にフィードバック制御する。

【００６６】これにより、ピエゾ素子２４は、伸び方向
に変位し、レーザスポットの焦点位置は、例えばパター
ン２２ａのトップエッジ位置から下方に移る。この状態
に、再びレーザスポットが試料２２上に対して走査され
る。そして、このときの試料２２に生じる散乱光が各デ
ィテクタ４２、４３により検出され、その電気信号がパ
ターン算出装置４４に送られる。そして、このパターン
算出装置４４は、プロファイルとしきい値からパターン
エッジを検出し、図５に示すパターン幅ｂ２を求める。

【００６７】以下、同様に主制御装置３４は、順次パタ
ーン段差記憶部３６からパターン２２ａの段差に応じた
レーザスポットの次の焦点位置を読み出してステージ制
御装置２８に送る。

【００６８】このステージ制御装置２８は、このレーザ
スポット焦点位置に応じたＺステージ２１の送り量を求
めてピエゾ素子駆動回路２５に送る。これにより、ピエ
ゾ素子２４は伸び方向に変位し、レーザスポットの焦点
位置は、先の焦点位置よりも順次下方に移し、最終的に
パターン２２のボトムエッジに合わせる。

【００６９】これら状態に、再びレーザスポットを試料
２２上に走査させて、このときの各プロファイル信号を
得る。そして、パターン算出装置４４は、これらプロフ
ァイルを受けてそれぞれしきい値からパターンエッジを
検出し、図５に示すパターン幅ｂ３、ｂ４を求める。

【００７０】このようにしてレーザスポットの各焦点位
置での各走査が終了すると、パターン算出装置４４は、
各レーザスポット焦点位置での各走査において求められ
た各パターン幅ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を平均化処理
し、そのパターン幅ｂｂ＝（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）／４ …(2) を試料２２に形成されたパターン２２のパターン幅とし
て求める。

【００７１】このように上記第２の実施例によれば、上
記第１の実施例と同様に半導体ウエハの集積度が高くな
っても、エッジのボトム付近の像がぼやけを吸収して高
精度にパターン幅を検査できる。

【００７２】なお、本発明は、上記各実施例に限定され
るものでなく次のように変形してもよい。例えば、パタ
ーン幅の検査に限らず、半導体ウエハ製造工程における
アライメントマークの位置検出にも適用できる。又、ピ
エゾ素子に限らず、Ｚテーブル２１をＺ方向に変位させ
るものであれば適用可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、高
精度にパターン幅を検査できる寸法検査方法及びその装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる寸法検査装置を走査型電子顕微
鏡に適用した場合の第１の実施例を示す構成図。

【図２】同装置におけるＸＹステージ及びＺステージの
具体的な構成図。

【図３】電子ビームの焦点位置の変化を示す図。

【図４】本発明に係わる寸法検査装置をレーザスポット
方式に適用した場合の第２の実施例を示す構成図。

【図５】電子ビームの焦点位置の変化を示す図。

【図６】従来における電子ビーム方式を説明するための
図。

【図７】電子ビーム方式でのパターン幅の算出を示す
図。

【図８】従来におけるレーザスポット方式を説明するた
めの図。

【図９】レーザスポット方式でのパターン幅の算出を示
す図。

【符号の説明】

１０…顕微鏡本体、１１…電子銃、１３…コンデンサレ
ンズ、１４…スキャンコイル、１６…偏向器、１７…対
物レンズ、２０…ＸＹステージ、２１…Ｚステージ、２
２…試料、２４…ピエゾ素子、２５…ピエゾ素子駆動回
路、２６…静電容量センサ、２８…ステージ制御装置、
２９…レーザ位置検出器、３２…電子検出器、３３…２
次電子検出処理装置、３４…主制御装置、３５…測長処
理装置、４０…レーザ発振装置、４２，４３…ディテク
タ、４４…パターン算出装置。

フロントページの続き (72)発明者木下秀俊神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者福留裕二神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に対して電子ビームを照射しその二
次電子又は反射電子を検出して前記試料に形成されたパ
ターン幅を検査する寸法検査方法において、前記試料に対する前記電子ビームの焦点位置を変化し、
各焦点位置で検査された前記各パターン幅を平均化して
前記パターン幅を求めることを特徴とする寸法検査方
法。
【請求項２】試料に対して電子ビームを走査しその二
次電子又は反射電子を検出して前記試料に形成されたパ
ターン幅を検査する寸法検査装置において、前記試料に対する前記電子ビームの焦点位置を変化させ
る焦点変化手段と、前記試料からの二次電子又は反射電子を検出する電子検
出器と、前記試料に対して前記電子ビーム焦点位置を変化したと
きの前記電子検出器の各出力信号を受けて前記パターン
の各プロファイルを求め、これらプロファイルにおける
各パターン幅を平均化して前記試料に形成された前記パ
ターン幅を求めるパターン算出手段と、を具備したこと
を特徴とする寸法検査装置。
【請求項３】焦点変化手段は、変位素子により試料を
載置するＺステージを変位させることを特徴とする請求
項２記載の寸法測定装置。
【請求項４】焦点変化手段は、試料を載置するＺステ
ージと、試料に形成されたパターン段差に応じた電子ビ
ームの焦点位置変化を予め記憶したパターン段差記憶手
段と、このパターン段差記憶手段に記憶された焦点位置
に従って前記Ｚステージを変位させる変位素子とを有す
ることを特徴とする請求項２記載の寸法測定装置。
【請求項５】変位素子は、ピエゾ素子であることを特
徴とする請求項２記載の寸法測定装置。
【請求項６】試料に対してレーザスポットを照射しそ
の散乱光を検出して前記試料に形成されたパターン幅を
検査する寸法検査方法において、前記試料に対する前記レーザスポットの焦点位置を変化
し、各焦点位置で測定された前記各パターン幅を平均化
して前記パターン幅を求めることを特徴とする寸法検査
方法。
【請求項７】試料に対してレーザスポットを走査しそ
の散乱光を検出して前記試料に形成されたパターン幅を
検査する寸法検査装置において、前記試料に対する前記レーザスポットの焦点位置を変化
する焦点変化手段と、前記試料からの散乱光を検出するフォト検出器と、前記試料に対して前記レーザスポット焦点位置を変化し
たときの前記フォト検出器の各出力信号を受けて前記パ
ターンの各プロファイルを求め、これらプロファイルに
おける各パターン幅を平均化して前記試料に形成された
前記パターン幅を求めるパターン算出手段と、を具備し
たことを特徴とする寸法検査装置。