JPS596539A - パタ−ン測定装置 - 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】 本発明は、パターン測定装置に係９、特に基準線に対し
傾斜した斜めパターンの寸法を測定する場合に使用する
のに好適な斜めパターン測定装置に関する。

一般に、半導体装置の製造工程においてに、ホトマスク
またはウェハ上に形成さ几たパターンの寸法を測定検査
することか行なわｎており、従来から、この寸法測定検
査を目視によらず自動的に遂行できる寸法検査装置も開
発さｎている。

この種の寸法検査装置として、例えば、パターンのエツ
ジに光を走査させて照射し、このエツジにおける散乱光
を検出するこ゛とによりエツジの位ｉｔ會知得し、エツ
ジ間隔にニジパターンの寸法會求めるようにしたものが
める。

しかしながら、このような寸法検査装置にめっては、基
準線ｔこ対し傾斜した斜めパターンの寸法を測定検査す
ることができないという欠点がある。

そして、今後さらにパターンの微細化およびパターンの
集積度が高くなると、基準線に対し傾斜した斜めパター
ン會形成することが必要となり、この必要に伴って斜め
パターンの寸法を高精度かつ高能率に測定することが必
要となる。

本発明の目的は、前記従来技術の欠点ｔ％消し、斜めパ
ターンの寸法を高精度かつ高能率に測定することが実現
化可能なパターン測定装置全提供するにある。

この目的を達成するため、本発明に、任急の傾斜角會有
する斜めパターンの寸法測定上行なう場合、パターンを
測定走査軸線に対して段階的に回動させながら、エツジ
間隔の測定ｔＨＩり返えし、各測定結果のｌｉｔ比戟し
て最大値を示す回動角度を求め、当該求めた角度に斜め
パターンを位置設定し、この状態で刷めパターンの寸法
測定を行なえるようにしたものである。

以下、本発明を図面に示す実施例にしたかつてさらに説
明する。

第１図は本発明によるノくターン測定装置勿廁めパター
ンの寸法検査装置に適用した場合の一実施例を示すもの
である。

第１図において、ＸＹテーブル１上には表面上にパター
ン３を形成さｎたホトマスク２が載置状態に保持されて
いる。ホトマスク２はウニノー上に同一のチップパター
ン像を多数撮影できるように、例えば、第２図に示す如
く多数のチップ部４を仮想的に画成さｎた上で、各チッ
プ部４に同一のノくターン３をそれぞれ形成さｎている
。このノくターン３は、例えば、第３図に示すように、
互に、直交する基準線６に、６７に対してそｎぞｎ傾斜
する（図示例では４５度そｒｔ、−’Ｈｎ傾斜するもの
とする。）斜め部５を有している。なお、第３図中（他
の図でも同じ。）、７は後記するターンテーブルの回動
中心の帆長点（以下、回動中心という。）、８は後記す
るレーザの照射スポット、９はＸＹテーブル１の送９万
同１０に伴って相対的に生ずる前記スポット８のパター
ン３に対する走査方向、である。

前ｉ；（ｊＸＹテーブル１上にはターンテーブル１１が
設備さｎｌ　ターンテーブル１１は駆動装置１２によっ
てＸＹテーブル１上にて基準（ＸＹテーブル１１の送り
方向、スポット８の走査方向９に相当する。）に対して
回動する工うに構成さｎ、かつ、基準に対する回動角度
が角度検出器１３によって検出さｎる工うに構成さｎて
いる。

ＸＹテーブル１の上方には信号媒体としてのレーザ１４
にホトマスク２の表面に照射する光学系１５か設備さｎ
ｌこの光学系１５はレーザ１４に一ホトマスク２の表面
にほぼ直角に、がっ、第３図に示したような細い矩形状
のスポット８を形成するように構成さｎている。また、
光学系１５の両脇にはレーザ５のパターンエツジにおけ
る散乱光を検出するホトセル１６かそｎぞｎ配さｎてい
る。

光学系１５お工びホトセルからなる測定系とホトマスク
２上のパターン３とはＸＹテーブル１の送シにしたかっ
て相対的に移動する。

前記ホトセル１６には信号処理器１７か接続さｎており
、この処理器１７の出力端には角度演算器１８と寸法演
算器１９とかそｎぞｎ接続さ九ている。角度演算器１８
の入力端には前記角度検出器１３も接続さｎ、この演算
器１８の出力端には前記ターンテーブル駆動装置１１１
２が接続さｎている。また、寸法演算器１９には、ディ
スプレイ装置やプリンタ等からなる検査結果出方器２ｏ
が接続されている。

次に作用を説明する。

葦ず、ホトマスク２０基準線６ｘ、６ｙと、ＸＹテーブ
ルｌのＸ軸、Ｙ軸の送り方向とを一致させる。この状態
で、第３図に示すように、ＸＹテーブル１を破線矢印１
０の方向に送シ、レーザスポット８を相対的に実線矢印
９の方向に走査させ、スポット８１ｔパターン３を幅方
向に直交する工うに横切らせる。このスポット８を形成
しつつホトマスク２の表面に直角に照射するレーザ１４
は、第４図に示すように、パターン３のエツジに照射し
たとき、正反射方向以外にも散乱する。この散乱光２１
は原則的にエツジにおいてのみ発生するとしてよいから
エツジの存在を示す悄＠葡釆せた信号を実儒的に構成し
ており、したかって、この散乱光２１會検出丁ｎはエツ
ジの存在全知ることかできる。この散乱光２１にホトセ
ル１６で検出さｎる。

ライン状のパターン３はその幅方向につき一対のエツジ
を有しているから、ホトセル１６の検出信号は第５図に
示すように両エツジに対応して２つの箇所（原始的には
時点）にお込てそｎぞｎ発生さｎる。この検出信号は、
イぎ号処理器１７に印加し、ここで波形整形や増巾等の
処理を受けた後、寸法演算器１９に印加さｎる。この寸
法演算器１９は、両エツジの信号検出時の位置音測定ス
ポット８の走査距離ケ求めるレーザ測長系から求めるこ
とができ、こｎらｔａＸして寸法Ｗとして求める。

このようにして求めらｎたパターンの幅寸法Ｗに、寸法
演鼻５１９から検査結果出力器２０に目Ｊ加さｎ５ここ
でテレビモニタや印字等適当な態様で衆がさｎる〇 なお、検査結果出力器２０に、ｘＹテーブル１の位［？
検出する位置検出器（不図示）から人力されてくる位置
検出信号と、寸法演算器１９から入力されてぐる幅寸法
Ｗの信号とを用い、ホトマスク２（ｉたに検査対象チッ
プ部４）上における寸法測定対応箇所全モニタに写し出
したり、プリンタ嶌隻に工りＸＹ座標にて打ち出したり
する等の適当な態様で表示する。

仄に、パターンの斜め部の幅寸法を測定する場合につき
説明する。

この場合、第６図に示すように、スポット８をパターン
３の斜め部５０幅方向に対し傾斜した状態で走査させる
と、第７図に示す工うなエツジ検出信号波形か得らｎる
。この場合、スポット８がパターンエツジに瞬時点的に
父差して通過するのではなく、走査方向９と斜め部５の
エツジとが直交せずに傾斜していることから、スポット
８と斜め部エツジとの５１．差が時間を持つとともに、
当該交Ｍ点がスポット８とエツジとｔ相対的に移動する
ため、エツジ検出信号は、そのビークＰの出力レベル（
イぎ号値の大きさ）Ｌが小さく、かつ、緩やかな山形の
信号になってしまう。したかって、真のピー２２１丁な
わちエツジ検出信号の発生筒Ｐ）ｒｋ探査することは困
難であシ、２つのエツジ１６号間隔Ｄｉ求めることは極
めて困難である。

仮に、この場合のエツジ信号間隔りが求められたとして
も、この間隔りはパターン斜め部５の幅寸法の直でにな
ｈ０斜め部５０１編寸法はこの間隔りの直と、斜め部５
の基準、１Ｊ５ｘまたに６１に対する傾斜角度とにニジ
求めらｎる値である。この斜め部の傾斜角度の直として
、例えば、パターン設計時における直ｔそのまま導入で
き几は、斜め部５の嘱寸法直も求め祷る。

しかしながら、パターンが所定の設置ｉｔ直通９に形成
きれているかｔ測定検査するこの種の寸法横歪において
、設＃を直音そのまま導入することに望ましいことでに
なく、検査Ｍ果についての信頼度に低くなろう。

本発明は、前述した困難性全克服し、かつ、高り信頼度
を祷るためになさｎてたものであるといっても工い。

第１図に示した寸法検査装置おいて、駆動装置１２にニ
ジターンテーブル１１は例えば１０度刻みに基準状態か
ら９０度まで回動停止全順次繰り返えしていき、ＸＹテ
ーブルｌ、光学系１５お工びホトセル１６等は各回動角
度の停止ごとにパターン３の斜め部５につ込てのエツジ
測定金随時繰ル返して実施する。

すなわち、ターンテーブル１ｌｔ−回動させることによ
シ、例えば、第８図に示すように、基準線６ｘと、スポ
ット８の走査方向９とがなす角度θの１’２ｉｏ度刻み
に増加し変更設定していく。回動させるとき、襟測定パ
ターン３の斜め部５にターンテーブルの回動中心７が近
接していることが望ましい。なぜなら、回動中心７と被
測定斜め部５とが離間していると、回動に伴って斜め部
５が回動中心７を遊星運動し、スポット８が斜め部５を
走査しない場合か発生し、ある角度において斜め部５の
エツジ會測定しないことがあるからである。

第８図に示しｆｃ工うに、基準状態（基準線６ｘと走査
方向９とか一致した状ａ）からある角度θだけ回動じた
設定状態において、スポット８ｒパターンの剰め部５に
対して矢印９のように走査させると、第９図に示すよう
なエツジ検出信号波形が傅らｎる。

第９図に示すように、回動角度θにおけるエツジ検出信
号のピータＰθの出力レベルＬθは、第６図に示した出
力レベルＬニジも犬すく、かつ山形の裾およびピーク間
隔Ｄθは狭小になる。

このようなエツジ検出信号にホトセル１６から信号処理
器１７を経て角度演算器１８に随時印加さｎる。この演
算器１８は、角度検出器１３から入力さｎるターンテー
ブル１１０回動角度θの直にそれぞｎ対応して、各回動
角度θにおける測定時のエツジ検出信号のピークＰθの
出力レベルＬθを随時記憶していく。

前記回動角度θが例えば１０反刻みで増加さｎ９０度に
達したら、演算器１８は、随時配慣蓄槓した各角度θに
おける測定結果情報に基いて、第１０図に示すようなグ
ラフを仮想的に作成する。

このグラフに、回動角度θを横軸に、エツジ検出信号の
ピークにおける出力レベルＬθを縦軸にそｎぞｎとり、
各角度における各出力レベルを求めることにより作成さ
ｎる。第１０図に示すように、このグラフはある角度］
直までは出力レベルが増加し、ある角度ｆｌｉｔ？（越
えると出力レベルか減少していくＬとを示すグラフとな
る。

続すて、演算器８はこのグラフに基いて、出力レベルが
最大＠を示すある角度を含む範囲Ｅｌｉ演算して想定す
る。例えば、第１０図に示す工うに、当該範囲８？Ｉ−
ターンテーブルの前記回動角度θにおいて４０度から５
０度と想定したら、演算器８にこの想定に基すて所定の
指令信号を駆動装置１２に印加する◎ 駆動装置１２はこの指令信号に基き、ターンテーブル１
ｌｋ−例えば４０度から５０度の範囲内において１度刻
みに間欠回動させていく。ターンテーブル１１の各回動
角度における間欠停止中、ＸＹテーブル１．光学系１５
お工びホトセル１６寺はパターン３の―め部５について
のエツジ測犀を４時繰り返えして実施する。

前述と同様に、ホトセル１６によるエツジ検出器ぎ号は
信号処理器１７を経て角度演Ｘ器１８に１度刻みの各回
動角度における測定ごとに随時印加き几、演算器１８は
各角度に対応したエツジ検出信号のピークの出力レベル
１１時記憶していき、回動角度θが５０度に達したら、
演Ｓ器８に測定結果情報に基いて所定のグラフ全仮想的
に作成する。このときのグラフは第１１図に示すような
ものとなる。

続すて、演算器／８はこのグラフに基いて出力レベルが
最大値を示すある角度葡各出力レベル相互の比較判定等
適当な手法により求める。本実施例でに、第１１図に示
すように、求めらｎた角度は４５度でめり、この角度は
パターン３の斜め部５の基準線６ｘに対する傾斜角の直
と等しくなる。

演算器／８はこの求めた角度に基いて所定の指令信号を
駆動装置１ｌ１２に印加し、駆動装置１１１１２はこの
指令１ｄ号に基き、例えば、第１２図に示すように、基
準−６ｘと走査方間９とかなす角度か４５度となるよう
ターンテーブル１１ｔ−回動させる。

この状態で、第１２図に示すように、スポット８を矢印
９方向に走査させると、スポット８はパターンの斜め部
５を幅方向［横切る。この走査による州め部５の両エツ
ジでの散乱光はホトセル１６で受けらｎ１ホトセル１６
．信号処理′ａ１７において第１３図に示すようなエツ
ジ検出信号波形が得らｎる。この信号波形はスポット８
がパターン斜め部５？Ｉ−幅方向に楕切って祷られるも
のであるから、第５図に示した波形と同様なものであり
、したがって、そのピーク間隔にエツジ間隔、丁なわち
斜め部５め幅寸法ｗ’ｌ示している。

そして、第９図に示した４６号は寸法演算器１９に印加
され、この演算器１９は前述した要領で斜め部５０幅寸
法Ｗ％を求め、検査結果出力器２０に印加し、出力器２
０は適当な態様で幅寸法ｋを表示する。

なお、斜め部５の幅寸法直とともに、狛め部５の傾斜角
度（本実施例では、基準線６ｘに対し４５度）を表示す
ると、斜め部５のｆ１斜が設ｄ［圃遡りに形成さｎたか
否かを測定検査し得る等の諸点で有利となるので、両者
を対応して表示することが望ましい。この伸銅角度の直
は、角度演算器１８から容易に祷ることができる。

このようにして、本実施例によれば、多めパターンの傾
蝙角を求めた上で、この解答に基いて狛めパターンの傾
斜線と測定スポットの走査方向とを変ＦＭ整し、測定ス
ポット′ＩＩ−和めパターンの幅方向に走査させてパタ
ーンエツジの検出による幅寸法測定全行雇うので、斜め
パターンの幅寸法ヶ正確に測定することができる。

また、刷めパターンの傾斜角の直、およびこれに幅寸法
【関連付けた情報等も同時に記録できるので、寸法検査
システムとしてより完成に近づけることができ、データ
の利用価値を高めることができる。

さらに、全ての動作が自動的に行なわｎるので、寸法検
査の全自動化か促進でき、省力化とともに、よシ一層の
高信頼化が期待できる。

なお、前記実施例では、ホトマスク側か送り移動して測
定スポットか相対的に走査される場合につき説明したが
、測定光学系１ｌｌｌｌＩが走査動作するように構成し
てもよい。散乱光をホトセルで検出してパターンエツジ
？検出する構成に限らず、光がガラスマスクは透過する
が、パターンは透過しないことｔ利用して透過光音ホト
セルで検出してパターンエツジを検出する構成全使用し
てもよい。

また、パターンエツジで変調さｎることによりエツジの
存在を知らせる４ｇ号會乗せ得る信号媒体はレーザに限
らず、例えば電子ビーム等？用いることもできる。当該
信号？検出する検出手段がホトセルに限定されるもので
ないことは勿論である。

前記実施例では、斜めパターンの寸法検査装置に適用し
次場合につき説明し次が、本発明は斜めパターンの傾斜
角の直を単に測定する場合について適用することかでき
る。

また、斜めパターンの傾斜線と測定スポットの走査方向
との相対的な回動は手動操作で行なっても工く、例えば
オシログラフ等でエツジ検出１ｇ号波形全目視しながら
、回動角に？変更してじき、最大検出信号値を示す角度
音束めることができる。

本発明がホトマスク上に形成さ几＝た剌めパターンの測
定に限らず、例えば、ウェア１等に形成さｎたパターン
の測定全般に適用できることは勿論である。

以上説明したように、本発明によｎば、斜めノくターン
の傾斜角および寸法？正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例金示す構成図、第２図にホト
マスクの一例を示す平面図λ第３図にホトマスク上のチ
ップ部の一例奮示す拡大平面図、 第４図は測定涼埋ヲ駈明するための説明図、第５図にエ
ツジ検出信号の波形図、 第６図σ作用？説明するための説明図、鴎７図はエッジ
検出１Ｂ号の波形図、 ８ｇ８図は作用全説明する几めの説明図、第９図はエツ
ジ検出信号の波形図、 第１０図および第１１図は回動角とエツジ検出１Ｍ号の
出力レベルとの関係？Ｌ−（−Ａぞｎ示す各グラ第１２
図は作用全説明するための説明図、第１３図はエツジ検
出信号の波形図である。 １・・・ＸＹテーブル、２・・・ホトマスク、３・・・
）くターン、４・・・チップ部、５・・・斜め部、５ｘ
、６１５’・・・基準線、８・・・測定スポット、９・
・・走査方向、１０・・・送シ方向、・１１・・・ター
ンテーブル、１２・・・駆動装置、１３・・・角度検出
器、１４・・・レーザ、１５・・・ｊｔ’！−系、１６
・・・ホトセル、１８・・・角度演算器、１９・・・寸
法演算器。 第　　１　　図 第　　２　　図　　　　　　　　第　　３　　間第　　
４　図 第　　６　　図　　　　　　　　　□　　７　　。 第　　８　図 第　　９　図 第１１図 第１３１ １１１ｒ丁オク膚乃叶構 第１０図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、平面に形成されたパターンに信号媒体を相対的に走
   査させて照射する照射手段と、信号媒体かパターンのエ
   ツジで変−されてなる１ｇ号を検出する検出手段とを備
   えたパターン測定装置において、前記平面が前記走査軸
   線に対し相対的に回動自在であり、基準状態において走
   査軸線に＃Ａ鋼したパターンの寸法全測定可能であるこ
   と全特徴とするパターン測定装置。 ２、平面に形成さｎたパターンに信号媒体を相対的に走
   査させて照射する照射手段と、信号媒体がバイーンのエ
   ツジで変調さｎてなる信号全検出する検出手段と會備え
   たパターン測定装置において、ＪＩＪ　ｃｔ平面か前記
   走査軸線に対し相対的に回動自在でめ９、さらに、前記
   検出手段には、前記平面の回動に対応してパターンと前
   配走査軸紛とがなす複数の角度ごとにおける前ｈｄ検出
   手段からの各検出信号１１　ｋ比軟し最大値全示す角度
   を求める角度演算手段が接続さｎ、当該求めた角度に基
   づき基準状態のパターンと走査軸線とがなす角度を得る
   ことを特徴とするパターン測定装置。