JPS63243809A - 微細パタ−ンの測定方法及び装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超ＬＳＩ等の半導体装置の微細パターンの測定
方法及び装置に関する。

（従来の技術） 電子ビームを用いて超ＬＳＩ等の微細パターンを測定す
る方法が既に知られているが、従来の測定方法は、第８
図（Ａ）に示されるように、半導体基板１上に形成され
た微細パターン２を電子ビーム３により一方向から横切
らせて走査している。

ところで、電子ビームを用いた微細パターンの測定方法
では、電子ビームを微細パターンに照射したときに生じ
た二次電子信号（ＳＥＭ信号）のベースラインとスロー
プラインとの交点をパターンエツジとして演算回路によ
り自動検出する。

（発明が解決しようとする問題点） 微細パターン２がフォトレジスト材であるときには特に
問題はないが、微細パターン２がポリシリコン、シリサ
イド等の配線材であるときには、第８図（Ｂ）に示され
るように、微細パターン２の一方のエツジ２Ｂの検出が
正確に行なわれないという問題があった。即ち、微細パ
ターン２がシリコン、シリサイド等の配線材であるとき
には、微細パターン２のエツジ２Ｂから微細パターン非
形成領域４に電子ビーム３を走査するときにチャージア
ップ現象が発生するため、第８図（Ｃ）にも拡大して示
されるように、エツジ２Ｂの二次電子信号がなまるとい
う問題点を有していた。このため、実際のパターンエツ
ジの位置よりも外側の位置として検出してしまい正確な
測定が出来なかった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、微細パ
ターンがポリシリコン、シリサイド等の配線材であると
きにも正確な測定をすることのできる微細パターンの測
定方法及び装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明による微細パターンの
測定方法は、微細パターンの一方のエツジに隣接する微
細パターン非形成領域から前記一方のエツジに電子ビー
ムを走査したときに生じた二次電子信号により前記一方
のエツジを検出し、微細パターンの他方のエツジに隣接
する微細パターン非形成領域から前記他方のエツジに電
子ビームを走査したときに生じた二次電子信号により前
記他方のエツジを検出することを特徴としている。

また、本発明による微細パターンの測定装置は、半導体
基板に向けて電子ビームを発射する電子銃と、この電子
銃から発射された電子ビームを周期的に屈曲させて半導
体基板上を走査させる走査用コイルと、微細パターンの
一方のエツジに隣接する微細パターン非形成領域から一
方のエツジに向かって電子ビームを走査させ、微細パタ
ーンの他方のエツジに隣接する微細パターン非形成領域
から他方のエツジに向かって電子ビームを走査させるよ
うに、傾斜方向及び基礎レベルの異なる鋸歯状波形の走
査電流を走査用コイルに供給する走査電流供給装置と、
電子ビームを走査したときに生ずる二次電子信号を検出
することにより微細パターンの一方のエツジ及び他方の
エツジを測定する二次電子信号検出手段とを備えたこと
を特徴とする。

（作　用） 本発明による測定方法及び測定装置によれば、微細パタ
ーンに対して一方向のみから画一的に電子ビームを走査
するのではなく、微細パターンの外側から内側に向かっ
て電子ビームを走査するので、微細パターンがシリコン
、シリサイド等の配線材であってもチャージアップ現象
を発生させることなく両エツジの何れについても正確に
測定できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明の第１の実施例による微細パターンの
測定装置が示されている。

電子銃１１には加速電圧源１２により加速電圧が印加さ
れ、電子銃１１から発射した電子ビーム３は、レンズ電
流源１３よりレンズ電流が供給される電子レンズ１４内
を通過して、試料である半導体基板１上に照射されるよ
うになっている。

電子レンズ１４の下側には走査コイル１５が配置され、
走査コイル１５のつくる磁界により電子ビーム３が周期
的に屈曲されて半導体基板１上を走査するようになって
いる。この走査フィル１５には走査電流源１６から周期
的な走査電流が供給され、また、走査電流源１６はブラ
ウン管１７にも走査電流を供給している。

半導体基板１は試料ステージ１８上にＭ置されるととも
に、半導体基板１で生じた二次電子信号は二次電子信号
検出器１９により検出されるようになっている。二次電
子信号検出器１９で検出された検出信号は増幅器２１を
介して演算・制御器２２のＡ／Ｄ変換器２３を経てＣＰ
Ｕ２４に入力されるようになっている。このＣＰＵ２４
にはメモリ２５及び走査電流源１６が接続されている。

次に、本実施例の作用につき、第２図（Ａ）及び（Ｂ）
を参照して説明する。

本実施例では半導体基板１に対して２回の走査を繰り返
す。第１の走査では電子ビーム３を第２図（Ａ）中で左
から右へと走査し、微細パターン２の左のエツジ２Ａで
生じた二次電子信号のみから得られるデータをメモリ２
５に記憶しておく。

続く第２の走査では電子ビーム３を図中、右から左へと
走査し、微細パターン２の右のエツジ２Ｂで生じた二次
電子信号のみから得られるデータをメモリ２５に記憶し
ておく。

こうして得られた両データをＣＰＵ２４にて合成するこ
とにより、第２図（Ｂ）に示されるように、微細パター
ン２の両エツジ２Ａ及び２Ｂの夫々の外側から内側へと
電子ビームを走査したときの二次電子信号のみが取り込
まれたこととなり、その結果、正確な位置測定や微細パ
ターン２のパターン寸法を求めることができる。

第３図に本発明の第２の実施例による微細パターンの測
定装置を示す。上記第１の実施例と同様の部分には同一
の符号を付けて説明を省略もしくは簡略にする。

図中、ブラウン管１７には増幅器３１から信号電流が供
給されるとともに走査電流源３２から走査電流が供給さ
れるようになっている。

ｆｊ５４図には、走査電流源３２がより詳細に示されて
いる。走査電流源３２は鋸歯状波発生回路３３及びドラ
イバ３４を備え、鋸歯状波発生回路３３の第１及び第２
の出力端子Ｏ及び０２から■ は第１及び第２の鋸歯状波１　及びＩ２が出力さ［ れている。

第５図（Ａ）及び（Ｂ）には第１及び第２の鋸歯状波の
出力電流Ｉ　及びＩ２が示され、これら■ の図から明らかなように、第１及び第２の鋸歯状波の出
力電流工　及びＩ２は互いに周期が等しく、且つ、傾斜
方向及び基礎レベルの異なる鋸歯状波形である。また、
ドライバ３４の第１及び第２の出力端子０　及び０２か
らは第１及び第２の矩形■ 波状の出力電圧Ｖ　及びＶ２が出力されている。

■ 第６図（Ａ）及び（Ｂ）には第１及び第２の矩形波状の
出力電圧Ｖ　及びＶ２が示され、これらの第１及び第２
の出力電圧Ｖ　及びＶ２は第１及［ び第２の鋸歯状波の出力電流Ｉ　及びＩ２の周期■ の２倍の周期を有し、且つ、ＦＥＴ等の第１及び第２の
スイッチＳ　及びＳ２のスイッチ端子に夫■ 々印加されている。これらの第１及び第２のスイッチＳ
　及びＳ２には出力電流１１及びＩ２が入カされるとと
もに、スイッチＳ　及びＳ２の出力線はノードＮにて共
通接続され、オペアンプ３６を介して走査コイル１５及
びブラウン管１７（第４図中には示されず）に接続され
ている。

従って、走査コイル１５には、第７図に示されるような
、傾斜方向及び基礎レベルの異なる鋸歯状波形の走査電
流Ｉ。が供給されるようになっている。

このような本実施例によれば、第１の実施例と同様に、
第２図（Ｂ）において微細パターン２の両エツジ２Ａ及
び２Ｂの夫々の外側から内側へと電子ビームを走査した
ときの二次電子信号のみに基づいて検出を行なうため、
正確な位置測定や微細パターン２のパターン寸法を求め
ることができる。

また、傾斜方向及び基礎レベルの異なる鋸歯状波形の走
査電流Ｉ。には走査コイル１５を駆動しないような平坦
部分が周期的に配置され、微細パターン２の中央部は電
子ビーム３により走査されないようになっている。その
ため、微細パターン２がフォトレジストや酸化物層等の
絶縁物であっても帯電現象による二次電子信号の変形が
生じないので、この点からも一層正確な測定ができると
いう効果がある。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、微細パターンがポリシ
リコン、シリサイド等の配線材であるときにも正確な測
定をすることのできる微細パターンの測定方法及び測定
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による微細パターンの測
定装置の全体構成を示す断面図、第２図（Ａ）及び（Ｂ
）は同微細パターンの測定装置における電子ビームの走
査方法を示す断面図及びその結果得られる二次電子信号
（検出信号）を示す波形図、第３図は本発明の第２の実
施例による微細パターンの測定装置の全体構成を示す断
面図、第４図は同微細パターンのｍｔ定装置の走査電流
源を示すブロック図、第５図（Ａ）、（Ｂ）は同微細パ
ターンの測定装置の鋸歯状波発生回路の第１及び第２の
出力電流Ｉ　及びＩ２を示す波形図、第６図（Ａ）、（
Ｂ）は同微細パターンの測定装置のドライバの第１及び
第２の矩形波状の出力電圧Ｖ　及びＶ２を示す波形図、
第７図は同微細パターンの測定装置の走査電流を示す波
形図、第８図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ従来の
測定方法における電子ビームの走査方向、その結果得ら
れる検出信号、検出信号の拡大部分を示す断面図及び波
形図である。 １・・・半導体基板、２・・・微細パターン、２Ａ、２
Ｂ・・・エツジ、３・・・電子ビーム、１１・・・電子
銃、１４・・・電子レンズ、１６．　３２・・・走査電
流源、１９・・・二次電子信号検出器、２１．３１・・
・増幅器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 業２図 第３図 ８５図 第６図 事８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に形成された微細パターンを横切る方
   向に沿って電子ビームを走査して前記微細パターンの形
   状を測定する微細パターンの測定方法において、 前記微細パターンの一方のエッジに隣接する微細パター
   ン非形成領域から前記一方のエッジに向かって電子ビー
   ムを走査したときに生じた二次電子信号により前記一方
   のエッジを検出し、 前記微細パターンの他方のエッジに隣接する微細パター
   ン非形成領域から前記他方のエッジに向かって電子ビー
   ムを走査したときに生じた二次電子信号により前記他方
   のエッジを検出することを特徴とする微細パターンの測
   定方法。 ２、半導体基板上に形成された微細パターンを横切る方
   向に沿って電子ビームを走査して前記微細パターンの形
   状を測定する微細パターンの測定装置において 前記半導体基板に向けて電子ビームを発射する電子銃と
   、 この電子銃から発射された電子ビームを周期的に屈曲さ
   せて前記半導体基板上を走査させる走査用コイルと、 前記微細パターンの一方のエッジに隣接する微細パター
   ン非形成領域から前記一方のエッジに向かって電子ビー
   ムを走査させ、前記微細パターンの他方のエッジに隣接
   する微細パターン非形成領域から前記他方のエッジに向
   かって電子ビームを走査させるように傾斜方向及び基礎
   レベルの異なる鋸歯状波形の走査電流を前記走査用コイ
   ルに供給する走査電流供給装置と、 電子ビームを走査したときに生ずる二次電子信号を検出
   することにより前記微細パターンの前記一方のエッジ及
   び他方のエッジを測定する二次電子信号検出手段と を備えたことを特徴とする微細パターンの測定装置。