JPH09119825A - パターン座標測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寸法の測定においても十分な精度および分
解能を有するパターン座標測定方法、およびパターン座
標測定装置を提供する。 【解決手段】 試料上の測定点の座標を求める座標測定
方法において、試料４上の原点から一定以上離れた試料
４上の基準点の絶対座標Ｉを光ビーム２および光検出器
７により測定し、基準点から一定の距離内にある測定点
の基準点に対する相対座標Ｌ´−Ｉ´を電子ビーム９お
よび荷電粒子検出器１１により測定し、測定された基準
点の絶対座標と測定点の相対座標とを組合せて測定点の
座標Ｌを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に形成された
微細パターンの測定方法および微細パターンの測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置などの微細回路パターンの座
標を測定する方法として、レーザビームを微細パターン
に照射し、パターンからの散乱光を光検出器により検出
する方法（従来技術１）が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
パに代表されるパターン描画機の進歩により、描画され
るパターンは光線を用いて描画できる限界の微細さにな
っている。このような微細パターンの座標を測定する測
定機には描画機以上の分解能が必要とされるため、レー
ザ波長により分解能が制限される従来技術１の方法では
分解能が不足する。

【０００４】分解能を向上させるため、光により描画す
る場合以上の微細パターンが描画できる電子ビーム露光
機の自己計測機能を利用する方法（従来技術２）も考え
られ、この方法によれば光検出器よりも微細なパターン
の座標測定が可能となる。しかし、従来技術２の方法は
分解能の点では十分な性能を有するものの、試料に電子
が帯電してしまうチャージアップ現象や磁場の不均一性
の影響を受けるため、長寸法の測定においては十分な精
度が得られない。

【０００５】本発明の目的は、長寸法の測定においても
十分な精度および分解能を有するパターン座標測定方
法、およびパターン座標測定装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図６に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明
は、試料上の測定点の座標を求める座標測定方法に適用
される。そして、試料４上の原点から一定以上離れた試
料４上の基準点の絶対座標を光ビーム２および光検出器
７により測定し、基準点から一定の距離内にある測定点
の基準点に対する相対座標を電子ビーム９および荷電粒
子検出器１１により測定し、測定された基準点の絶対座
標と測定点の相対座標とを組合せて測定点の絶対座標を
求めることにより上述の目的が達成される。請求項２に
記載の発明は、試料上の測定点の座標を求める座標測定
装置に適用される。そして、試料４上の原点から一定以
上離れた試料４上の基準点の絶対座標を光ビーム２およ
び光検出器７により測定する第１の測定手段ＬＤと、基
準点から一定の距離内にある測定点の基準点に対する相
対座標を電子ビーム９および荷電粒子検出器１１により
測定する第２の測定手段ＥＤと、測定された基準点の絶
対座標と測定点の相対座標とを組合せて測定点の絶対座
標を求める算出手段１０１とを備えることにより上述の
目的が達成される。請求項３に記載の発明は、試料上の
測定点の座標を求める座標測定装置に適用される。そし
て、真空チャンバーＣと、真空チャンバーＣ内で、試料
４上の原点から一定以上離れた試料４上の基準点の絶対
座標を光ビーム２および光検出器７により測定する第１
の測定手段ＬＤと、真空チャンバーＣ内で、基準点から
一定の距離内にある測定点の基準点に対する相対座標を
電子ビーム９および荷電粒子検出器１１により測定する
第２の測定手段ＥＤとを備えることにより上述の目的が
達成される。

【０００７】請求項１に記載の発明では、試料４上の原
点から一定以上離れた試料４上の基準点の絶対座標を光
ビーム２および光検出器７により測定し、基準点から一
定の距離内にある測定点の基準点に対する相対座標を電
子ビーム９および荷電粒子検出器１１により測定し、測
定された基準点の絶対座標と測定点の相対座標とを足し
合わせて測定点の座標を求める。請求項２に記載の発明
では、第１の測定手段ＬＤにより試料４上の基準点の絶
対座標を測定し、第２の測定手段ＥＤにより測定点の基
準点に対する相対座標を測定し、算出手段１０１により
基準点の絶対座標と測定点の相対座標とを組合せて測定
点の絶対座標を求める。請求項３に記載の発明では、光
ビーム２および光検出器７による絶対座標の測定および
電子ビーム９および荷電粒子検出器１１による相対座標
の測定が同一の真空チャンバーＣ内で行なわれる。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１〜図６は本発明によるパター
ン座標測定装置の一実施の形態を示す。図１において、
真空チャンバＣにはレーザビームによる計測系ＬＤと、
電子ビームによる計測系ＥＤとが並設され、真空チャン
バＣにはＰ−Ｑ方向に移動可能なステージ３が設けられ
ている。ステージ３の位置は真空チャンバＣの外部に設
けたレーザ干渉計５で計測される。レーザビーム計測系
ＬＤはレーザ光源１と、レーザ光源１から射出されるレ
ーザビームをステージ３上の試料４まで導く不図示の光
学系と、試料４からの散乱光を受光する光検出器７とで
構成される。電子ビーム計測系ＥＤは電子銃８と、電子
銃８から射出される電子ビームをステージ移動方向に偏
向する偏向器１０と、試料からの２次電子を検出する２
次電子検出器１１とで構成される。

【００１０】また、図２に示すように本実施の形態の装
置はＣＰＵ１０１およびプリンター１０２を備え、ＣＰ
Ｕ１０１はレーザ干渉計５、光検出器７および２次電子
検出器１１からの信号を受けるとともに、偏光器１０を
制御する。また、プリンター１０２はＣＰＵ１０１によ
り制御される。

【００１１】このように構成された測定装置によるパタ
ーン測定手順を説明する。図１において、レーザ光源１
から出射したレーザビーム２は、真空チャンバＣの内部
に設けられたステージ３に載置された試料４に照射され
る。ステージ３はＰＱ方向に駆動可能に設けられ、ステ
ージ３の位置はレーザ光５Ａを照射、受光するレーザ干
渉計５により測定される。ステージ３を駆動するとレー
ザビーム２が試料４の表面でＰＱ方向に走査され、レー
ザビーム２が試料４の表面に形成されたパターン６のエ
ッジに到達すると、エッジ部分でレーザビーム２が散乱
される。この散乱光は光検出器７により検出される。エ
ッジの座標はレーザ干渉計５からの信号に基づいてＣＰ
Ｕ１０１により算出される。

【００１２】図３は、ステージ３をＰ方向に移動して電
子ビームによる計測位置に停止させた状態を示す。真空
チャンバーＣの内部に設けた電子銃８から照射される電
子ビーム９は、偏向器１０により偏向され、試料４の表
面で走査される。パターン６のエッジ部分に電子ビーム
９が照射されると２次電子が放出し、これが２次電子検
出器１１により検出される。エッジの座標は偏光器１０
による電子ビームの偏光量に基づいてＣＰＵ１０１によ
り算出される。

【００１３】以上のように、本実施の形態のパターン座
標測定装置はレーザビーム２を用いたレーザ計測系ＬＤ
と電子ビーム９を用いた電子ビーム計測系ＥＤとを備え
る。そしてステージ３をＰＱ方向に移動させることによ
り、レーザビーム２または電子ビーム９を選択的に試料
４に照射することができる。

【００１４】図４は、ステージ３をＰＱ方向に移動させ
てレーザビーム２を試料４上で走査したときに、光検出
器７により検出される散乱光の強度およびステージ３の
位置の関係を示す。散乱光のピーク位置ＡおよびＢは走
査線上でのパターン６のエッジ位置に対応しており、パ
ターン６の中心に対応するステージ３の位置Ｃは、 Ｃ＝（Ａ＋Ｂ）÷２ となる。

【００１５】このように、散乱光のピーク位置はレーザ
干渉計５により測定されるステージ３の位置として検出
されるが、このステージ位置に基づいてピーク位置（エ
ッジの位置）が試料上の座標として算出される。例えば
試料上の任意の点を原点に設定することにより、原点を
基準とする測定点の絶対座標を測定することができる。
レーザビーム２を試料４上で走査するときのステージ３
の位置はレーザ干渉計によって測定され、ステージ３の
移動量が大きくなったときも測定精度は変らない。すな
わち一定以上離れた２点間の距離などが正確に測定でき
る。したがって、原点から一定以上離れた測定点の絶対
座標についても所定の測定精度が確保される。

【００１６】図５はパターン６上を電子ビーム９で走査
したときに、２次電子検出器１１により検出された２次
電子の強度と電子ビーム９の偏向量との関係を示す。２
次電子強度の２つのピーク位置ＤおよびＥは、電子ビー
ム９の走査線上でのパターン６のエッジ位置に対応して
いる。ここでパターン幅に対応する偏向量をＦとする
と、 Ｆ＝Ｅ−Ｄ となる。

【００１７】このようにパターン６のエッジの位置は、
電子ビーム９の偏向量として検出される。この測定系を
用いて、一定のパターン幅のパターンを形成した校正用
試料を測定すると、電子ビーム９の偏向量と相対座標と
の関係を求めることができる。したがって、この関係か
ら偏向量をパターン幅などの相対座標に変換することが
できる。

【００１８】次に、本実施の形態のパターン座標測定装
置を用いて、図６（ａ）に示すパターン１２およびパタ
ーン１３の座標を測定する場合の手順を説明する。図６
（ａ）に示すように、パターン１２およびパターン１３
はいずれもラインパターンであり、パターン１２のライ
ン幅はパターン１３のライン幅よりも大きくされてい
る。まず、パターン１２および１３が形成された試料を
載置したステージ３をＱ方向に移動して、レーザビーム
２がパターン１２を横切るようにステージ３を駆動す
る。このとき光検出器７には、パターン１２のエッジで
反射された散乱光の２つのピークが検出され、図６
（ｂ）に示すように、エッジの座標ＧおよびＨが算出さ
れる。ここで、座標ＧおよびＨはいずれも図示しない試
料上の原点を基準とする座標であり、上述のようにレー
ザ干渉計５により測定されるステージ３の位置を介して
算出される。原点を基準とするパターン１２の中心の座
標をＩとすると、 Ｉ＝（Ｇ＋Ｈ）÷２ となる。

【００１９】なお、パターン１３を横切る際にもパター
ン１３のエッジからの散乱光が検出される。しかし、パ
ターン１３のライン幅はレーザビームの波長に対して十
分に大きな値とは言えず、レーザビーム２を用いた座標
測定の分解能の限界を越えている。したがって、パター
ン１３のエッジに由来する明瞭な２つのピークは現れ
ず、ブロードな１つのピーク１４が検出されるのみであ
り、パターン１３のエッジおよびパターン１３の中心の
座標を正確に測定することはできない。

【００２０】次に、ステージ３をＰ方向に移動して電子
ビーム測定系による測定位置で停止させた状態で、電子
ビーム９がパターン１２およびパターン１３を横切るよ
うに、偏向器１０で電子ビーム９をＰＱ方向に走査す
る。このとき、図６（ｃ）に示すように、２次電子検出
器１１によりパターン１２のエッジに対応するピーク座
標Ｇ´およびＨ´が検出される。またパターン１３のエ
ッジに対応するピーク座標Ｊ´およびＫ´が検出され
る。ここで、図６（ｃ）の横軸の座標は、校正試料によ
り求めておいた相対座標と電子ビーム９の偏向量との関
係から、偏向量を相対座標に変換したものである。上述
のように、電子ビーム９を用いた座標の測定では長寸法
の測定精度が低く、相対座標のベクトル長に限界があ
る。一方、図６（ａ）に示すパターン１２および１３は
図示しない試料上の原点から離れた位置に形成されてい
るので、原点を基準とする絶対座標を電子ビームにより
精度よく測定することはできない。ただし、パターン１
２とパターン１３とは互いに一定の距離範囲内に形成さ
れているので、座標Ｇ´、Ｈ´、Ｊ´およびＫ´の間の
相対座標は正確に測定される。

【００２１】次に、レーザビーム２および電子ビーム９
を走査して求めた相対座標および絶対座標に基づいて、
測定点の座標を求める手順について説明する。上述のよ
うに、パターン１２の中心の座標（絶対座標）Ｉはレー
ザビーム２での測定により求められている。また、電子
ビーム９を走査して測定したパターン１２の中心の座標
（相対座標）は、 Ｉ´＝（Ｇ´＋Ｈ´）÷２ である。したがって、電子ビーム９の走査により求めた
相対座標はパターン１２の中心（座標Ｉ）を基準点とし
て絶対座標に変換される。例えば、パターン１３のエッ
ジの絶対座標ＪおよびＫは、それぞれ、 Ｊ＝Ｉ＋（Ｊ´−Ｉ´） Ｋ＝Ｉ＋（Ｋ´−Ｉ´） となる。また、パターン１３の中心の座標（絶対座標）
Ｌは、 Ｌ＝Ｉ＋（（Ｊ´＋Ｋ´）÷２−Ｉ´） により算出される。これらの計算はＣＰＵ１０１により
行なわれ、測定データおよび計算結果は必要に応じてプ
リンター１０２によりプリントアウトされる。

【００２２】このように、本実施の形態による座標測定
方法によれば、基準点の絶対座標をレーザビームを用い
て測定することができる。また、基準点と測定点との間
の相対座標を電子ビームを用いて測定し、これらの絶対
座標および相対座標を足し合わせて測定点の絶対座標を
算出することができる。したがって、原点から離れた位
置の座標を精度良く測定できるというレーザビームによ
る測定の長所と、微細パターンを検出できるという電子
ビームによる測定の長所とを組合せることができ、原点
から一定以上離れた位置にある微細パターンの座標の測
定が高精度に行なえる。なお、レーザビームにより捉え
ることができる粗いパターンの絶対座標をレーザビーム
により測定可能なことは従来のレーザビームを使用した
測定の場合と変らない。また、一定距離範囲内にあるパ
ターン（微細パターン含む）間の相対座標やパターン幅
を電子ビームにより測定可能なことは従来の電子ビーム
を使用した測定の場合と変らない。

【００２３】本実施の形態においては、レーザビーム２
による測定と電子ビーム９による測定を同一の真空チャ
ンバーＣの内部で行なうようにしているので、測定中の
試料の温度変化や試料の支持状態の変化を回避すること
ができ、測定精度が格段に向上する。また、ステージ３
の位置を測定するレーザ干渉計５のレーザ光５Ａの光路
が真空チャンバー内の真空中に置かれることとなるた
め、空気の揺らぎによる光路長の変化がなくなり、ステ
ージ３の位置測定が高精度のものとなる。したがってレ
ーザビーム２による座標の測定が正確になる。

【００２４】本実施の形態の座標測定方法では、レーザ
ビームによる座標測定と電子ビームによる座標測定の両
者を一つのチャンバー内で行なう場合について説明した
が、例えば、電子ビーム計測系ＥＤのみをチャンバーに
収め、レーザビーム計測系ＬＤはチャンバーの外部に設
けるようにしてもよい。本実施の形態の装置では、電子
ビーム計測系ＥＤおよびレーザビーム計測系ＬＤを一体
の装置に収納するようにしているが、例えば、電子ビー
ム計測系ＥＤおよびレーザビーム計測系ＬＤが分離した
別個の電子顕微鏡および光学式座標測定機に設けられて
いる場合であっても、本発明の座標測定方法を適用可能
である。

【００２５】また、本実施の形態の装置ではステージ３
の移動および電子ビーム９の走査方向を一方向（ＰＱ方
向）としているが、本発明の座標測定方法は２次元での
座標測定にも適用できる。レーザビーム計測系ＬＤおよ
び電子ビーム計測系ＥＤでの２次元測定を行なうことに
より、本発明を２次元の座標測定に適用することができ
る。レーザビーム計測系ＬＤによる２次元の測定を行な
う場合には、試料台をＸＹステージにより駆動可能とす
ればよく、ＸＹステージの駆動方式としては、ボールね
じを使用した機械的機構などがある。また、電子ビーム
を２次元で走査できるように偏光器を構成することによ
り、電子ビーム計測系ＥＤによる２次元測定が可能とな
る。

【００２６】真空チャンバーＣの内部は必ずしも真空で
あることを必要とせず、２次電子の発生を増加させるな
どの目的で各種のガスを封入してもよい。また、チャン
バー内部を複数の空間に分離し、分離された各空間の真
空度などを変えるようにしてもよい。例えば、電子銃の
部分の真空度を最も高め、試料に近付くにつれ順次ガス
圧を高くするように区画してもよいし、レーザ計測系Ｌ
Ｄと電子ビーム計測系ＥＤの両者間を区画し、レーザ計
測系の真空度をより高くしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、基準点
の絶対座標を光ビームを用いて測定するとともに、測定
点の基準点に対する相対座標を電子ビームを用いて測定
し、測定された絶対座標と相対座標とを組合せて測定点
の絶対座標を算出するようにしている。したがって、原
点から離れた位置の座標を精度良く測定できるという光
ビームによる測定の長所と、微細パターンを検出できる
という電子ビームによる測定の長所とを組合せることが
でき、原点から一定以上離れた位置に形成された微細パ
ターンの座標の測定が高精度に行なえる。請求項２に記
載の発明によれば、原点から離れた位置の座標を精度良
く測定できるという光ビームによる測定の長所と、微細
パターンを検出できるという電子ビームによる測定の長
所とを組合せることができ、微細パターンの座標の測定
が高精度に行なえる。また、算出手段により座標の算出
をするので座標を容易に求めることができる。請求項３
に記載の発明によれば、光ビームによる測定と電子ビー
ムによる測定を同一の真空チャンバーの内部で行なうよ
うにしているので、測定中の試料温度の変化や試料の支
持状態の変化を回避することができ、測定精度が格段に
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパターン座標測定装置の一実施の
形態の座標測定装置を用いて、レーザビームによる座標
測定をする場合の状態を示す図。

【図２】図１に示すパターン座標測定装置のブロック
図。

【図３】本発明によるパターン座標測定装置の一実施の
形態の座標測定装置を用いて、電子ビームによる座標測
定をする場合の状態を示す図。

【図４】図１に示すパターン座標測定装置を使用してレ
ーザビームによる座標測定をする場合の散乱光強度とス
テージ位置との関係を示す図。

【図５】図１に示すパターン座標測定装置を使用して電
子ビームによる座標測定をする場合の２次電子強度と電
子ビーム偏向量との関係を示す図。

【図６】レーザビームによる測定と電子ビームによる測
定とを組合せた座標測定方法を示す図。

【符号の説明】

２ 光ビーム ４ 試料 ７ 光検出器 ９ 電子ビーム １１ 荷電粒子検出器 １０１ ＣＰＵ Ｃ 真空チャンバー ＬＤ レーザビーム計測系 ＥＤ 電子ビーム計測系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料上の測定点の座標を求める座標測定
   方法において、 前記試料上の原点から一定以上離れた前記試料上の基準
   点の絶対座標を光ビームおよび光検出器により測定し、 前記基準点から一定の距離内にある前記測定点の前記基
   準点に対する相対座標を電子ビームおよび荷電粒子検出
   器により測定し、 測定された前記基準点の絶対座標と前記測定点の相対座
   標とを組合せて前記測定点の絶対座標を求めることを特
   徴とする座標測定方法。
2. 【請求項２】 試料上の測定点の座標を求める座標測定
   装置において、 前記試料上の原点から一定以上離れた前記試料上の基準
   点の絶対座標を光ビームおよび光検出器により測定する
   第１の測定手段と、 前記基準点から一定の距離内にある前記測定点の前記基
   準点に対する相対座標を電子ビームおよび荷電粒子検出
   器により測定する第２の測定手段と、 測定された前記基準点の絶対座標と前記測定点の相対座
   標とを組合せて前記測定点の絶対座標を求める算出手段
   とを備えることを特徴とする座標測定装置。
3. 【請求項３】 試料上の測定点の座標を求める座標測定
   装置において、 真空チャンバーと、 前記真空チャンバー内で、前記試料上の原点から一定以
   上離れた前記試料上の基準点の絶対座標を光ビームおよ
   び光検出器により測定する第１の測定手段と、 前記真空チャンバー内で、前記基準点から一定の距離内
   にある前記測定点の前記基準点に対する相対座標を電子
   ビームおよび荷電粒子検出器により測定する第２の測定
   手段とを備えることを特徴とする座標測定装置。