JPS6347334B2 - - Google Patents
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- JPS6347334B2 JPS6347334B2 JP57155811A JP15581182A JPS6347334B2 JP S6347334 B2 JPS6347334 B2 JP S6347334B2 JP 57155811 A JP57155811 A JP 57155811A JP 15581182 A JP15581182 A JP 15581182A JP S6347334 B2 JPS6347334 B2 JP S6347334B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- circuit pattern
- edge
- scanning
- scanning line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/04—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体素子等に描かれる微細回路パ
ターンのエツジ位置を、走査形電子顕微鏡
（SEM）で精密に検出するパターンエツジ位置の
検出方法及びその装置に関する。
ターンのエツジ位置を、走査形電子顕微鏡
（SEM）で精密に検出するパターンエツジ位置の
検出方法及びその装置に関する。
半導体素子等に描かれる微細回路パターンのエ
ツジ検出は、SEMで行つている。SEMでは、電
子ビームをエツジの部分に照射し、その反射波を
検出する。この検出信号を処理することによつて
エツジの有無及びその様子を検出する。エツジ位
置の検出及びエツジの幅を測定する従来例に、特
願昭56・61604号になる出願がある。この出願に
よれば、SEMのブラウン管に映し出された拡大
像にカーソル線を合せて目視でエツジ検出及び幅
検出を行う。
ツジ検出は、SEMで行つている。SEMでは、電
子ビームをエツジの部分に照射し、その反射波を
検出する。この検出信号を処理することによつて
エツジの有無及びその様子を検出する。エツジ位
置の検出及びエツジの幅を測定する従来例に、特
願昭56・61604号になる出願がある。この出願に
よれば、SEMのブラウン管に映し出された拡大
像にカーソル線を合せて目視でエツジ検出及び幅
検出を行う。
詳述すると以下となる。パターンのSEMによ
る拡大像の中に電気的に発生した縦横のカーソル
線を合成して表示し、ポテンシヨメータ等のつま
みを回転してカーソル線の表示位置を変化させ
る。そして、つまみを回転しながら目視で、例え
ば１本のカーソル線をパターンの左側エツジに重
ね合せ、もう１本を右側エツジに重ね合せる。２
本のカーソル線の間隔をポテンシヨメータの指示
値の差として読取り、倍率による補正を行つて実
際のパターンの幅を求める。この方法は、簡便で
はあるが個人差が入り易く、又、特にエツジがシ
ヤープでない場合、カーソル線を重ねるのに誤差
が生じ易いとの欠点を持つ。
る拡大像の中に電気的に発生した縦横のカーソル
線を合成して表示し、ポテンシヨメータ等のつま
みを回転してカーソル線の表示位置を変化させ
る。そして、つまみを回転しながら目視で、例え
ば１本のカーソル線をパターンの左側エツジに重
ね合せ、もう１本を右側エツジに重ね合せる。２
本のカーソル線の間隔をポテンシヨメータの指示
値の差として読取り、倍率による補正を行つて実
際のパターンの幅を求める。この方法は、簡便で
はあるが個人差が入り易く、又、特にエツジがシ
ヤープでない場合、カーソル線を重ねるのに誤差
が生じ易いとの欠点を持つ。
このようにブラウン管上の二次元像で人間が目
視でパターンエツジ位置を認識し、その位置にカ
ーソル線を合せることができるのは、SEM像信
号のコントラストが第１図に示すようになるため
である。同図はスポツト状の電子ビームが１回だ
けパターンを横切つて走査した時（すなわち二次
元のラスタ像の中の１本の走査線）の信号波形を
示している。パターン断面形状１の中に凹形稜線
２と凸形稜線３を持つパターンエツジ部分がある
とする。この部分を電子ビームが走査した時の信
号波形がＳとして、横軸に走査位置ｘ、縦軸に信
号強度ｄをとつて示してある。図示のごとく、凹
形稜線２の位置で信号は極小値S1に、凸形稜線３
で極大値S2を生じており、この例において２次元
像ではエツジ斜面の左側の凹形稜線位置にエツジ
に沿つて暗い線が、又右側の凸形稜線位置には明
るい線が生じることになる。人間はこの明暗の線
にカーソル線を重ね（パターン下部の裾の幅を知
りたい時にはパターン両側の暗い部分に２本のカ
ーソルを重ね、パターン上部の平面部分の幅を知
りたい時は明るい部分に重ねる）、パターン幅を
測定していることになる。
視でパターンエツジ位置を認識し、その位置にカ
ーソル線を合せることができるのは、SEM像信
号のコントラストが第１図に示すようになるため
である。同図はスポツト状の電子ビームが１回だ
けパターンを横切つて走査した時（すなわち二次
元のラスタ像の中の１本の走査線）の信号波形を
示している。パターン断面形状１の中に凹形稜線
２と凸形稜線３を持つパターンエツジ部分がある
とする。この部分を電子ビームが走査した時の信
号波形がＳとして、横軸に走査位置ｘ、縦軸に信
号強度ｄをとつて示してある。図示のごとく、凹
形稜線２の位置で信号は極小値S1に、凸形稜線３
で極大値S2を生じており、この例において２次元
像ではエツジ斜面の左側の凹形稜線位置にエツジ
に沿つて暗い線が、又右側の凸形稜線位置には明
るい線が生じることになる。人間はこの明暗の線
にカーソル線を重ね（パターン下部の裾の幅を知
りたい時にはパターン両側の暗い部分に２本のカ
ーソルを重ね、パターン上部の平面部分の幅を知
りたい時は明るい部分に重ねる）、パターン幅を
測定していることになる。
第１図の信号波形Ｓからわかる通り極小、極大
値を示す位置を検出すれば、エツジの稜線位置を
精密に検出できるはずである。しかしSEM信号
にはノイズが多く含まれ、簡単なピーク値検出で
は誤検出を生じ易いことと、定性的には第１図の
ようであつても、稜線と極値との位置の一致度が
保証されないことの２点から、例え自動検出を実
現したとしても検出値には誤差が入つてしまう。
この誤差量は、SEMの分解能に比し大きなもの
であり、SEMを用いて精密にエツジ位置を検出
しようとする際の大きな問題点である。
値を示す位置を検出すれば、エツジの稜線位置を
精密に検出できるはずである。しかしSEM信号
にはノイズが多く含まれ、簡単なピーク値検出で
は誤検出を生じ易いことと、定性的には第１図の
ようであつても、稜線と極値との位置の一致度が
保証されないことの２点から、例え自動検出を実
現したとしても検出値には誤差が入つてしまう。
この誤差量は、SEMの分解能に比し大きなもの
であり、SEMを用いて精密にエツジ位置を検出
しようとする際の大きな問題点である。
本発明の目的はSEMを用いてパターンエツジ
位置を高精度に自動検出する方法装置を提供する
ことにある。
位置を高精度に自動検出する方法装置を提供する
ことにある。
本発明では、実際のエツジ形状と信号波形との
対応をとるため、試料物質と電子ビームとの相互
作用を考慮した２次電子発生モデルを用い、エツ
ジ位置で発生する波形を予め理論的に求めてお
く。このモデル波形と電子ビームによる実際の走
査波形とを比較し、一致度を見ながらエツジ位置
を決定する。以下、本発明を詳述する。
対応をとるため、試料物質と電子ビームとの相互
作用を考慮した２次電子発生モデルを用い、エツ
ジ位置で発生する波形を予め理論的に求めてお
く。このモデル波形と電子ビームによる実際の走
査波形とを比較し、一致度を見ながらエツジ位置
を決定する。以下、本発明を詳述する。
SEMにおいて、電子ビームを試料に照射した
時に試料物質から得られる二次電子の個数が、試
料表面の形状（入射ビームに対する傾き）にどの
ように影響され、したがつてエツジ部分でどのよ
うな信号波形が得られるか、その相対的波形を推
定するのは比較的容易である。光学方式の場合、
例えば微小レーザスポツトで試料を走査する時、
広い立体角でレーザ光を一点に絞るため、試料表
面での散乱光は広い範囲に散り、しかもそのうち
のいくらかは二次反射やパターン内の透過（パタ
ーンが透明な物質で構成される場合）をくり返し
た後に検出器に入射する。したがつてその経路が
複雑であり、反射・透過・屈折率が絡み、理論的
な信号波形の推定は不可能である。一方SEMの
場合、細い針のようなビームで試料を照射し、試
料から出る２次電子のほとんどを捕捉することが
できる。したがつて、適切な２次電子発生モデル
があれば、理論波形の推定は容易である。
時に試料物質から得られる二次電子の個数が、試
料表面の形状（入射ビームに対する傾き）にどの
ように影響され、したがつてエツジ部分でどのよ
うな信号波形が得られるか、その相対的波形を推
定するのは比較的容易である。光学方式の場合、
例えば微小レーザスポツトで試料を走査する時、
広い立体角でレーザ光を一点に絞るため、試料表
面での散乱光は広い範囲に散り、しかもそのうち
のいくらかは二次反射やパターン内の透過（パタ
ーンが透明な物質で構成される場合）をくり返し
た後に検出器に入射する。したがつてその経路が
複雑であり、反射・透過・屈折率が絡み、理論的
な信号波形の推定は不可能である。一方SEMの
場合、細い針のようなビームで試料を照射し、試
料から出る２次電子のほとんどを捕捉することが
できる。したがつて、適切な２次電子発生モデル
があれば、理論波形の推定は容易である。
このモデルとして、例えばアーチヤード モデ
ル（Archard Model）（ジー デー アーチヤー
ド（G.D.Archard）：バツク スキヤタリング
オブ エレクトロン（Back Scattering of
Electrons）：J.Appl・Phys.、32、８、1505−
1509（1961−８））がある。このモデルの概要は第
２図の如くである。
ル（Archard Model）（ジー デー アーチヤー
ド（G.D.Archard）：バツク スキヤタリング
オブ エレクトロン（Back Scattering of
Electrons）：J.Appl・Phys.、32、８、1505−
1509（1961−８））がある。このモデルの概要は第
２図の如くである。
第２図は電子ビーム９が試料に入射した時の試
料の断面１を示すが、Ａ方向から入射した電子ビ
ーム４は試料構成原子と衝突をくり返しながら、
２次電子、反射電子を出してその進行方向を変え
る。そしてある深さ（拡散深さD1）を越えると、
確率的にあらゆる方向に進み得るようになる。図
では、Ａ方向から入射した電子ビームはＢ方向に
進むとの表示をしている。一方、電子が物質の中
に侵入できる深さ（侵入深さＤ）は限りがある。
ここで侵入深さＤ（＝D1＋D2）から拡散深さD1を
差引いた長さD2を半径とする球を拡散深さの位
置Ｏを中心に描くと、入射する電子ビーム４はす
べてこの球の内部に止まることになる。そこで、
再び表面から真空中に飛び出すことのできる電子
は点線で示した円錐７の中のものだけになる。
料の断面１を示すが、Ａ方向から入射した電子ビ
ーム４は試料構成原子と衝突をくり返しながら、
２次電子、反射電子を出してその進行方向を変え
る。そしてある深さ（拡散深さD1）を越えると、
確率的にあらゆる方向に進み得るようになる。図
では、Ａ方向から入射した電子ビームはＢ方向に
進むとの表示をしている。一方、電子が物質の中
に侵入できる深さ（侵入深さＤ）は限りがある。
ここで侵入深さＤ（＝D1＋D2）から拡散深さD1を
差引いた長さD2を半径とする球を拡散深さの位
置Ｏを中心に描くと、入射する電子ビーム４はす
べてこの球の内部に止まることになる。そこで、
再び表面から真空中に飛び出すことのできる電子
は点線で示した円錐７の中のものだけになる。
これがArchard Modelで、彼はこの円錐７の
大きさから、物質による後方散乱系数の大小を論
じており、実験値とよく一致している。
大きさから、物質による後方散乱系数の大小を論
じており、実験値とよく一致している。
一方２次電子５はこれ等拡散電子が表面近くの
ごく薄い層（厚さD3で示す）で原子と衝突する
ことにより発生する。したがつて２次電子の量は
この救の試料表面による切断面６の面積に比例す
ることになる。そこで試料面内形状を仮定し、そ
れに沿つてこの球を移動した時に、面積がどのよ
うに変化するかがわかれば、２次電子信号を推定
することがわかる。なお、拡散深さD1と侵入深
さＤは実験及び理論的に既知の量であり、原子番
号と加速電圧により第３図のような値を示す。図
で、横軸は電子ビームの加速電圧（KV）、縦軸
は各深さ（μｍ）を示す。同図はシリコン（Si）
について、拡散深さD1の特性l1、侵入深さＤの特
性l2を示している。この特性l1，l2から明らかな
点は、加速電圧の上昇に伴つて深さD1，Ｄが大
きくなることである。半導体に用いられる原子
は、シリコンを中心にしておおよそ近い原子番号
の物質であるため、大体に第３図に似た傾向を持
つ。
ごく薄い層（厚さD3で示す）で原子と衝突する
ことにより発生する。したがつて２次電子の量は
この救の試料表面による切断面６の面積に比例す
ることになる。そこで試料面内形状を仮定し、そ
れに沿つてこの球を移動した時に、面積がどのよ
うに変化するかがわかれば、２次電子信号を推定
することがわかる。なお、拡散深さD1と侵入深
さＤは実験及び理論的に既知の量であり、原子番
号と加速電圧により第３図のような値を示す。図
で、横軸は電子ビームの加速電圧（KV）、縦軸
は各深さ（μｍ）を示す。同図はシリコン（Si）
について、拡散深さD1の特性l1、侵入深さＤの特
性l2を示している。この特性l1，l2から明らかな
点は、加速電圧の上昇に伴つて深さD1，Ｄが大
きくなることである。半導体に用いられる原子
は、シリコンを中心にしておおよそ近い原子番号
の物質であるため、大体に第３図に似た傾向を持
つ。
このモデルを用いて計算機により演算すると、
エツジにおける理論的信号波形は、第１図に示し
た実際の信号波形Ｓと非常によく一致する。ただ
し、入射電子のビーム径とエツジ形状とによつて
稜線位置と極大極小値の間にずれが生じ、その関
係は横軸にエツジの傾斜角（第１図では、点２か
ら点３への傾斜に相当）、縦軸にビーム径で規格
化したずれ量εをとると、第４図の曲線l3とな
る。特性l3から傾斜角が大きくなるとずれ量εも
大きくなつてゆくこと、傾斜角が0゜ではずれ量ε
も０であること、傾斜角が90゜ではずれ量εは１、
即ちビーム径と同一大きさのずれを生ずることに
なる。一般に、半導体では、同一パターンが規格
化されて形成されているため、傾斜角も各エツジ
を通して略同じと考えてよい。従つて、第４図に
従つた傾斜角とずれ量εとの関係を予じめメモリ
に設定しておき、その時のパターンに合つたずれ
量εを読出し、補正に使用することができる。
エツジにおける理論的信号波形は、第１図に示し
た実際の信号波形Ｓと非常によく一致する。ただ
し、入射電子のビーム径とエツジ形状とによつて
稜線位置と極大極小値の間にずれが生じ、その関
係は横軸にエツジの傾斜角（第１図では、点２か
ら点３への傾斜に相当）、縦軸にビーム径で規格
化したずれ量εをとると、第４図の曲線l3とな
る。特性l3から傾斜角が大きくなるとずれ量εも
大きくなつてゆくこと、傾斜角が0゜ではずれ量ε
も０であること、傾斜角が90゜ではずれ量εは１、
即ちビーム径と同一大きさのずれを生ずることに
なる。一般に、半導体では、同一パターンが規格
化されて形成されているため、傾斜角も各エツジ
を通して略同じと考えてよい。従つて、第４図に
従つた傾斜角とずれ量εとの関係を予じめメモリ
に設定しておき、その時のパターンに合つたずれ
量εを読出し、補正に使用することができる。
更に、ずれ量は、第１図との対比でみれば、ビ
ーム径が大きくなると、極小点S1が左側にずれを
起し、ビーム径が小さくなると極小点S1が右側に
ずれてゆく。極大点S2では、ビーム径が大きくな
ると右側にずれ、ビーム径が小さくなると左側に
ずれる。従つて、ビーム径が大きくなるに従つて
極小点S1と極大点S2との位置ｘ軸上からみた場合
の距離が大きくなる方向にずれる。逆に、ビーム
径が小さくなると極小点S1と極大点S2との距離は
小さくなる方向にずれる。
ーム径が大きくなると、極小点S1が左側にずれを
起し、ビーム径が小さくなると極小点S1が右側に
ずれてゆく。極大点S2では、ビーム径が大きくな
ると右側にずれ、ビーム径が小さくなると左側に
ずれる。従つて、ビーム径が大きくなるに従つて
極小点S1と極大点S2との位置ｘ軸上からみた場合
の距離が大きくなる方向にずれる。逆に、ビーム
径が小さくなると極小点S1と極大点S2との距離は
小さくなる方向にずれる。
このような特性を持つSEM像信号の中から、
正確なエツジ稜線位置を再現性よく検出する方法
として、本発明の一実施例を示す概念図を第５図
に示す。
正確なエツジ稜線位置を再現性よく検出する方法
として、本発明の一実施例を示す概念図を第５図
に示す。
実際のエツジ断面形状１に似せたエツジのモデ
ル形状ＭにArchard Modelを適用して求めた理
論的信号波形S0が得られたとする。横軸ｘはエツ
ジを横切る方向のビームの位置座標、縦軸のＮは
２次電子の個数である。今、凹形稜線位置を求め
る場合について考えると、モデル形状Ｍ中のこの
稜線位置は信号波形S0を求める過程から、位置Ｐ
にあることがわかつている。この位置Ｐは極小値
より第４図に従う量だけずれている。この位置Ｐ
を含む前後の信号の特徴領域を切り取り、テンプ
レートＴとする。一方、実際にこのエツジを電子
ビームが走査した時に得られた２次電子信号波形
が波形Ｓであつたとする。この時の横軸ｘは実際
のビームの走査位置であり、縦軸ｄは信号電圧で
ある。この信号波形ＳにテンプレートＴを重ね、
両者の波形の差、具体的には斜線を施した部分の
面積SMを求める。そして新たに横軸にビームの
走査位置ｘ、縦軸に面積SMをとつたグラフを設
け、点Ｐの一致している横軸座標上に面積SMを
プロツトする。この作業を、テンプレートＴを方
向Ｃにむけて少しずつ稼動しながら繰返して行く
と、実際のSEMから得られる信号波形Ｓと、同
じエツジ形状を仮定して理論的に得た波形のうち
凹形稜線位置付近の特徴ある波形のみ取出したも
のとの不一致度を示すグラフl4が得られる。この
特性l4の最低点の位置P0が求める凹形稜線の真の
位置である。したがつてこの最低点を検出すれ
ば、第４図に示すずれの補正まで行つた、精度の
よいエツジ位置検出を行うことができる。
ル形状ＭにArchard Modelを適用して求めた理
論的信号波形S0が得られたとする。横軸ｘはエツ
ジを横切る方向のビームの位置座標、縦軸のＮは
２次電子の個数である。今、凹形稜線位置を求め
る場合について考えると、モデル形状Ｍ中のこの
稜線位置は信号波形S0を求める過程から、位置Ｐ
にあることがわかつている。この位置Ｐは極小値
より第４図に従う量だけずれている。この位置Ｐ
を含む前後の信号の特徴領域を切り取り、テンプ
レートＴとする。一方、実際にこのエツジを電子
ビームが走査した時に得られた２次電子信号波形
が波形Ｓであつたとする。この時の横軸ｘは実際
のビームの走査位置であり、縦軸ｄは信号電圧で
ある。この信号波形ＳにテンプレートＴを重ね、
両者の波形の差、具体的には斜線を施した部分の
面積SMを求める。そして新たに横軸にビームの
走査位置ｘ、縦軸に面積SMをとつたグラフを設
け、点Ｐの一致している横軸座標上に面積SMを
プロツトする。この作業を、テンプレートＴを方
向Ｃにむけて少しずつ稼動しながら繰返して行く
と、実際のSEMから得られる信号波形Ｓと、同
じエツジ形状を仮定して理論的に得た波形のうち
凹形稜線位置付近の特徴ある波形のみ取出したも
のとの不一致度を示すグラフl4が得られる。この
特性l4の最低点の位置P0が求める凹形稜線の真の
位置である。したがつてこの最低点を検出すれ
ば、第４図に示すずれの補正まで行つた、精度の
よいエツジ位置検出を行うことができる。
この概念を具体的に実施する回路構成を第６図
に示す。
に示す。
今、第５図の横軸の電子ビーム走査位置の個数
（絵素数）をｍ個、テンプレートの絵素数をｎ個
とする。もちろんｍ＞ｎである。
（絵素数）をｍ個、テンプレートの絵素数をｎ個
とする。もちろんｍ＞ｎである。
クロツク発生回路３９で発生したクロツクを電
子ビーム偏向回路４０に送り、ビームをクロツク
数に応じて順次偏向し、電子銃からの電子ビーム
をエツジに照射し、エツジを横切つて走査する。
同時にこのクロツクをゲート４２を介してＡ／Ｄ
変換器４４にも送り、電子ビームの照射による二
次電子を検出する検出器４３からの検出信号をデ
ジタル値にしてその値をクロツクに同期してシフ
トレジスタ４５に順次入れる。シフトレジスタ４
５にはｍ個の絵素の値が収納できる。このクロツ
クの送路にはゲート４２と、ｍの値をセツトした
カウンタ４１がある。ゲート４２とカウンタ４１
は外部からリセツトすると初期状態にセツトさ
れ、各々、開、ゼロクリア状態になる。したがつ
て始めゲート４２はクロツクを通すが、カウンタ
４１はこのクロツクをカウントし、ｍの値になつ
た時ゲート４２を閉じ、Ａ／Ｄ変換器４４および
シフトレジスタ４５へのクロツクの送りを停止す
る。これにより、電子ビームがエツジを走査した
時の走査信号の値がデジタル値としてシフトレジ
スタ４５に収納された。
子ビーム偏向回路４０に送り、ビームをクロツク
数に応じて順次偏向し、電子銃からの電子ビーム
をエツジに照射し、エツジを横切つて走査する。
同時にこのクロツクをゲート４２を介してＡ／Ｄ
変換器４４にも送り、電子ビームの照射による二
次電子を検出する検出器４３からの検出信号をデ
ジタル値にしてその値をクロツクに同期してシフ
トレジスタ４５に順次入れる。シフトレジスタ４
５にはｍ個の絵素の値が収納できる。このクロツ
クの送路にはゲート４２と、ｍの値をセツトした
カウンタ４１がある。ゲート４２とカウンタ４１
は外部からリセツトすると初期状態にセツトさ
れ、各々、開、ゼロクリア状態になる。したがつ
て始めゲート４２はクロツクを通すが、カウンタ
４１はこのクロツクをカウントし、ｍの値になつ
た時ゲート４２を閉じ、Ａ／Ｄ変換器４４および
シフトレジスタ４５へのクロツクの送りを停止す
る。これにより、電子ビームがエツジを走査した
時の走査信号の値がデジタル値としてシフトレジ
スタ４５に収納された。
ゲート４２の閉信号を用いてゲート４６を開け
ると、クロツクがシフトレジスタ４５およびテン
プレートデータｎ絵素を収納したシフトレジスタ
５６に流れ、各々のデータがクロツク数に応じて
１個ずつ順次減算回路５７に入り、ここで実際の
走査信号とテンプレートデータの差が演算され
る。すなわちシフトレジスタ４５の最初の値（ビ
ームが走査した最初の位置の信号値）とシフトレ
ジスタ５６の最初の値（テンプレートデータの最
初の値）との差がとられ、その絶対値が加算回路
５８に入り、ラツチ５９の値と加算され再びラツ
チ５９に入る。ラツチ５９は初期状態でリセツト
した時ゼロクリアされているので、この時の加算
結果は減算回路５７から出て来た絶対値と等し
い。つぎにクロツクが１個送られると、シフトレ
ジスタ４５，５６の２番目の値が減算回路５７に
入り、その差の絶対値が加算回路５８でラツチ５
９の値と加算され、再びラツチ５９に入る。この
ようにして実際の走査信号とテンプレートデータ
との差が次々にラツチ５９にたくわえられる。
ると、クロツクがシフトレジスタ４５およびテン
プレートデータｎ絵素を収納したシフトレジスタ
５６に流れ、各々のデータがクロツク数に応じて
１個ずつ順次減算回路５７に入り、ここで実際の
走査信号とテンプレートデータの差が演算され
る。すなわちシフトレジスタ４５の最初の値（ビ
ームが走査した最初の位置の信号値）とシフトレ
ジスタ５６の最初の値（テンプレートデータの最
初の値）との差がとられ、その絶対値が加算回路
５８に入り、ラツチ５９の値と加算され再びラツ
チ５９に入る。ラツチ５９は初期状態でリセツト
した時ゼロクリアされているので、この時の加算
結果は減算回路５７から出て来た絶対値と等し
い。つぎにクロツクが１個送られると、シフトレ
ジスタ４５，５６の２番目の値が減算回路５７に
入り、その差の絶対値が加算回路５８でラツチ５
９の値と加算され、再びラツチ５９に入る。この
ようにして実際の走査信号とテンプレートデータ
との差が次々にラツチ５９にたくわえられる。
カウンタ４７はｍをセツトしたカウンタで、ク
ロツクをカウントし、その値がｍになると自己リ
セツトがかかり再びゼロにもどる。又カウンタ５
０は外部からリセツトした時初期値としてゼロク
リアされ、ゲート５３が閉じる毎にその回数をカ
ウントする。比較器４８はカウンタ４７，５０の
値を比較し、一致した時カウンタ４９にカウント
開始の信号を、又ゲート５３，５５に開の信号を
送る。カウンタ４９はｎの値をセツトしたカウン
タで比較器４８からの信号でクロツクをカウント
し始め、その値がｎになるとゲート５３，５５に
閉の信号を送り、自からゼロにもどる。
ロツクをカウントし、その値がｍになると自己リ
セツトがかかり再びゼロにもどる。又カウンタ５
０は外部からリセツトした時初期値としてゼロク
リアされ、ゲート５３が閉じる毎にその回数をカ
ウントする。比較器４８はカウンタ４７，５０の
値を比較し、一致した時カウンタ４９にカウント
開始の信号を、又ゲート５３，５５に開の信号を
送る。カウンタ４９はｎの値をセツトしたカウン
タで比較器４８からの信号でクロツクをカウント
し始め、その値がｎになるとゲート５３，５５に
閉の信号を送り、自からゼロにもどる。
今ゲート４６が開いて最初のクロツクが送られ
る時、カウンタ４７，５０の値はゼロであるの
で、比較器４８はカウンタ４９にカウント開始の
信号を、又ゲート５３，５５に開の信号を送る。
したがつてシフトレジスタ４５，５６の最初の値
はクロツクによつて減算回路５７に送られ、カウ
ンタ４７，４９はクロツク１個をカウントする。
これを繰返してｎ番目のクロツクになると、カウ
ンタ４９のカウント値がｎになるのでゲート５
３，５５は閉じられ、カウンタ４９はゼロにもど
る。したがつてこれ以上クロツクが流れても、シ
フトレジスタ４５の値は次々送られるがその値は
減算回路に達せず、又シフトレジスタ５６は作動
しなくなる。この時シフトレジスタ５６の内容
は、丁度一順して始めと同じにもどつている。
る時、カウンタ４７，５０の値はゼロであるの
で、比較器４８はカウンタ４９にカウント開始の
信号を、又ゲート５３，５５に開の信号を送る。
したがつてシフトレジスタ４５，５６の最初の値
はクロツクによつて減算回路５７に送られ、カウ
ンタ４７，４９はクロツク１個をカウントする。
これを繰返してｎ番目のクロツクになると、カウ
ンタ４９のカウント値がｎになるのでゲート５
３，５５は閉じられ、カウンタ４９はゼロにもど
る。したがつてこれ以上クロツクが流れても、シ
フトレジスタ４５の値は次々送られるがその値は
減算回路に達せず、又シフトレジスタ５６は作動
しなくなる。この時シフトレジスタ５６の内容
は、丁度一順して始めと同じにもどつている。
さらにクロツクが流れ、合計ｍ個になるとカウ
ンタ４７の値がｍになり、カウンタ４７からの書
込み信号でラツチ５９の値がシフトレジスタ６０
に収納され、又デイレイ６２を介してラツチ５９
はゼロクリアされる。
ンタ４７の値がｍになり、カウンタ４７からの書
込み信号でラツチ５９の値がシフトレジスタ６０
に収納され、又デイレイ６２を介してラツチ５９
はゼロクリアされる。
これで第５図でビームの走査信号にテンプレー
トの左端を重ね合せた時の両波形の差の値が１個
シフトレジスタ６０に入つた。つぎにテンプレー
トを１絵素ずらして又両波形の差をとらなければ
ならない。
トの左端を重ね合せた時の両波形の差の値が１個
シフトレジスタ６０に入つた。つぎにテンプレー
トを１絵素ずらして又両波形の差をとらなければ
ならない。
カウンタ４７がｍ個になると、シフトレジスタ
４５はちようど一順し初期状態にもどる。又カウ
ンタ４７は自動的にゼロにもどり、再びクロツク
をカウントし始める。この時はまだゲート５３，
５５は閉じているので、最初のクロツクが来ても
シフトレジスタ４５は１絵素送られるだけで、そ
の値はゲート５３にはばまれてその先には行かな
い。又シフトレジスタ５６にはクロツクが行かな
いので何の動作もしない。
４５はちようど一順し初期状態にもどる。又カウ
ンタ４７は自動的にゼロにもどり、再びクロツク
をカウントし始める。この時はまだゲート５３，
５５は閉じているので、最初のクロツクが来ても
シフトレジスタ４５は１絵素送られるだけで、そ
の値はゲート５３にはばまれてその先には行かな
い。又シフトレジスタ５６にはクロツクが行かな
いので何の動作もしない。
カウンタ５０は前回のゲート５３が閉じたこと
をカウントしているので、その値は１になつてい
る。したがつて最初のクロツクがカウンタ４７に
達すると、カウンタ４７の値も１となり、比較器
４８から信号が出、ゲート５３，５５が始めて開
になる。そこで２番目のクロツク以後は減算回路
５７にシフトレジスタ４５，５６の値が達するこ
とになる。この時減算回路５７に来る値は、シフ
トレジスタ４５の第２絵素の値とシフトレジスタ
５６の第１絵素の値であり、以後、両者の１絵素
ずつずれた値同志で減算が行われる。すなわち、
ビームの走査信号とテンプレートを１絵素ずらし
てその波形の差をとることに相当する。
をカウントしているので、その値は１になつてい
る。したがつて最初のクロツクがカウンタ４７に
達すると、カウンタ４７の値も１となり、比較器
４８から信号が出、ゲート５３，５５が始めて開
になる。そこで２番目のクロツク以後は減算回路
５７にシフトレジスタ４５，５６の値が達するこ
とになる。この時減算回路５７に来る値は、シフ
トレジスタ４５の第２絵素の値とシフトレジスタ
５６の第１絵素の値であり、以後、両者の１絵素
ずつずれた値同志で減算が行われる。すなわち、
ビームの走査信号とテンプレートを１絵素ずらし
てその波形の差をとることに相当する。
カウンタ４９がｎになるとシフトレジスタ５６
の作動が停止し、さらにゲート５３が閉になるこ
とによりカウンタ５１の値が２になる。カウンタ
４７がｍになると、ラツチ５９の値がシフトレジ
スタ６０に１番地ずれて収納される。このように
してビームの走査信号とテンプレートを１絵素ず
つずらした時の波形の差が、順次シフトレジスタ
６０に収納される。
の作動が停止し、さらにゲート５３が閉になるこ
とによりカウンタ５１の値が２になる。カウンタ
４７がｍになると、ラツチ５９の値がシフトレジ
スタ６０に１番地ずれて収納される。このように
してビームの走査信号とテンプレートを１絵素ず
つずらした時の波形の差が、順次シフトレジスタ
６０に収納される。
レジスタ５２には（ｍ−ｎ−１）の値がセツト
されており、比較器５１によつてカウンタ５０の
値と比較され、その値が一致した時ゲート４６に
閉の信号が送られ、クロツクの送出が停止して、
ビームの走査信号とテンプレートの波形の差を求
める作業が終了する。
されており、比較器５１によつてカウンタ５０の
値と比較され、その値が一致した時ゲート４６に
閉の信号が送られ、クロツクの送出が停止して、
ビームの走査信号とテンプレートの波形の差を求
める作業が終了する。
比較器５１からはこの時同時に終了信号が出、
デイレイ５４を介して最低値検出回路６１のスタ
ート信号となる。最低値検出回路６１ではシフト
レジスタ６０の値を順次送りながら、その最低値
の値と番地位置を検出し、ビームの走査波形とテ
ンプレートが最もよく一致している場所を決定す
る。
デイレイ５４を介して最低値検出回路６１のスタ
ート信号となる。最低値検出回路６１ではシフト
レジスタ６０の値を順次送りながら、その最低値
の値と番地位置を検出し、ビームの走査波形とテ
ンプレートが最もよく一致している場所を決定す
る。
本実施例による実測結果によれば、SEMの２
次電子信号の中から0.05μｍよりよい精度でエツ
ジ稜線位置を検出することができるので、半導体
等の微細パターンの寸法等の測定精度向上に大き
な効果を上げることができる。
次電子信号の中から0.05μｍよりよい精度でエツ
ジ稜線位置を検出することができるので、半導体
等の微細パターンの寸法等の測定精度向上に大き
な効果を上げることができる。
尚、第７図は、検出信号Ｓに多くのランダムノ
イズを含む事例を示す。かかる検出信号に対して
も、正確な稜線位置を求めることができる。理由
は、テンプレートＴが広い範囲の情報より成るこ
と、且つテンプレートＴとの比較をする際に比較
検出情報そのものがテンプレートＴに対応した広
い範囲の情報であることにより、検出信号Ｓの中
のノイズが平均化して比較されたことになるため
である。
イズを含む事例を示す。かかる検出信号に対して
も、正確な稜線位置を求めることができる。理由
は、テンプレートＴが広い範囲の情報より成るこ
と、且つテンプレートＴとの比較をする際に比較
検出情報そのものがテンプレートＴに対応した広
い範囲の情報であることにより、検出信号Ｓの中
のノイズが平均化して比較されたことになるため
である。
更に、第８図のように、実際のエツジ断面形状
１の部分１０で稜線がなまつている場合、信号波
形Ｓも極大極小値が丸くなる（信号S5で示す）。
然るに、テンプレートＴの中の周辺情報から、い
わばエツジの沿郭を外挿（符号１１で示す）する
形で稜線位置P1を正確に見出すことができ、同
様に精度のよいエツジ検出を可能とする。
１の部分１０で稜線がなまつている場合、信号波
形Ｓも極大極小値が丸くなる（信号S5で示す）。
然るに、テンプレートＴの中の周辺情報から、い
わばエツジの沿郭を外挿（符号１１で示す）する
形で稜線位置P1を正確に見出すことができ、同
様に精度のよいエツジ検出を可能とする。
尚、第６図の実施例は、専用のハードウエアに
よる実施例であるが、マイコン等を使用してソフ
トウエアによつて実現もできる。
よる実施例であるが、マイコン等を使用してソフ
トウエアによつて実現もできる。
本発明によれば、エツジ対応のモデル波形を予
じめ求めておき、実際のSEMによるエツジ測定
での検出信号と走査して対比してゆく方式をとつ
ているため、精度の良いエツジ検出が可能になつ
た。
じめ求めておき、実際のSEMによるエツジ測定
での検出信号と走査して対比してゆく方式をとつ
ているため、精度の良いエツジ検出が可能になつ
た。
第１図は、エツジ断面形状とSEMの検出信号
とを示す図、第２図は２次電子発生の理論モデル
を説明する図、第３図は加速電圧と電子ビームの
進行深さとの関係図、第４図は傾斜角とずれ量と
の関係図、第５図は本発明によるエツジ検出方法
の説明図、第６図は本発明の実施例図、第７図、
第８図は本発明の適用例を示す図である。 １……パターン、４……電子ビーム、Ｔ……テ
ンプレート。
とを示す図、第２図は２次電子発生の理論モデル
を説明する図、第３図は加速電圧と電子ビームの
進行深さとの関係図、第４図は傾斜角とずれ量と
の関係図、第５図は本発明によるエツジ検出方法
の説明図、第６図は本発明の実施例図、第７図、
第８図は本発明の適用例を示す図である。 １……パターン、４……電子ビーム、Ｔ……テ
ンプレート。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体装置に形成された微細回路パターンの
エツジを検出する方法において、上記回路パター
ンの物質、回路パターンの断面形状、上記回路パ
ターンを走査する電子ビームの加速電圧、及び入
射電子ビームの径の関係から、上記回路パターン
のエツジを横切るように電子ビームを走査する走
査線上における各走査点において予想される２次
電子量で表わされるモデル波形信号を第１の記憶
手段に記憶させ、電子ビームを電子ビーム光学系
により上記回路パターンのエツジを横切つて延び
た走査線に沿つた連続した走査点でもつて照射
し、この電子ビームの照射によつて走査線上の各
走査点から発生する２次電子を検出器で連続的に
検出して各走査点毎に検出される２次電子量で表
わされる検出波形信号を第２の記憶手段に記憶
し、上記検出波形信号に対してモデル波形信号を
走査線に沿つて順次移動させながらこれらの信号
を比較してその差を順次算出して最も一致したと
きの位置情報とモデル波形のおいて予め定められ
た位置情報とに基いて走査線上のエツジ位置を検
出することを特徴とするパターンエツジの検出方
法。 ２ 半導体装置に形成された微細回路パターンの
エツジを検出する装置において、上記回路パター
ンの物質、回路パターンの断面形状、上記回路パ
ターンを走査する電子ビームの加速電圧、及び入
射電子ビームの径の関係から、上記回路パターン
のエツジを横切るように電子ビームを走査する走
査線上における各走査点において予想される２次
電子量で表わされるモデル波形信号を記憶する第
１の記憶手段と、電子ビームを上記回路パターン
のエツジを横切つて延びた走査線に沿つた連続し
た走査点でもつて照射し電子ビーム光学系と、こ
の電子ビーム光学系によつて照射された走査線上
の各走査点から発生する２次電子を連続的に検出
する検出器と、この検出器で走査線に沿つて各走
査点毎に連続的に検出される２次電子量で表わさ
れる検出波形信号を記憶する第２の記憶手段と、
この第２の記憶手段から読出して得られる検出波
形信号に対して上記第１の記憶手段から読出して
得られるモデル波形信号を走査線に沿つて順次移
動させながらこれらの信号を比較してそれらの差
を順次算出する比較算出手段と、この比較算出手
段で算出された差の値をみて最も一致したとき得
られる位置情報とモデル波形のおいて予め定めら
れた位置情報とに基いて走査線上のエツジ位置を
検出する検出手段とを備えたことを特徴とするパ
ターンエツジの検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155811A JPS5946025A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | パタ−ンエツジの検出方法及び装置 |
| US06/530,044 US4556797A (en) | 1982-09-09 | 1983-09-07 | Method and apparatus for detecting edge of fine pattern on specimen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155811A JPS5946025A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | パタ−ンエツジの検出方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5946025A JPS5946025A (ja) | 1984-03-15 |
| JPS6347334B2 true JPS6347334B2 (ja) | 1988-09-21 |
Family
ID=15613980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57155811A Granted JPS5946025A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | パタ−ンエツジの検出方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4556797A (ja) |
| JP (1) | JPS5946025A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4733074A (en) * | 1985-04-17 | 1988-03-22 | Hitachi, Ltd. | Sample surface structure measuring method |
| JP4097884B2 (ja) * | 2000-07-27 | 2008-06-11 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 走査型荷電粒子ビーム顕微鏡 |
| JP2014216213A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子顕微鏡装置および荷電粒子顕微鏡装置の画像取得方法 |
| EP3783636A1 (en) * | 2019-08-19 | 2021-02-24 | ASML Netherlands B.V. | Numerically compensating sem-induced charging using diffusion-based model |
| US10943763B1 (en) * | 2019-09-24 | 2021-03-09 | Applied Materials, Inc. | Use of electron beam scanning electron microscopy for characterization of a sidewall occluded from line-of-sight of the electron beam |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3875415A (en) * | 1974-01-28 | 1975-04-01 | Ibm | Method and apparatus for detecting a registration mark on a target such as a semiconductor wafer |
| US3901814A (en) * | 1974-06-27 | 1975-08-26 | Ibm | Method and apparatus for detecting a registration mark on a target such as a semiconductor wafer |
| JPS51147260A (en) * | 1975-06-13 | 1976-12-17 | Fujitsu Ltd | Inspecting method of resist pattern |
| JPS5637501A (en) * | 1979-09-03 | 1981-04-11 | Mitsubishi Electric Corp | Micropattern measuring method by electron beam |
-
1982
- 1982-09-09 JP JP57155811A patent/JPS5946025A/ja active Granted
-
1983
- 1983-09-07 US US06/530,044 patent/US4556797A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5946025A (ja) | 1984-03-15 |
| US4556797A (en) | 1985-12-03 |
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